(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象を検出する検出部と、
この検出部から出力された信号を処理する制御部と、
この制御部に制御されて信号を無線で出力する送信部と、
前記検出部と前記制御部と前記送信部に電力を供給する電源と、
前記検出部と前記電源とを接続する第１のスイッチと、
前記送信部と前記電源とを接続する第２のスイッチと、
一定の長さの時間を繰り返し計測するタイマと、
前記検出部によって検出対象を検出するために前記第１のスイッチを接続する検出時間間隔を決定するべく第１の数値が予め設定され、前記タイマが前記一定の長さの時間を計測する度に前記第１の数値を一つ繰り下げる第１のカウンタと、
前記検出部と前記制御部と前記送信部とが動作していること示す出力を行うために前記第２のスイッチを接続させる動作確認時間間隔を決定するべく第２の数値が予め設定され、前記タイマが前記一定の長さの時間を計測する度に前記第２の数値を一つ繰り下げる第２のカウンタと
を備え、
前記制御部は、
前記検出時間間隔毎に前記第１のスイッチを所定の時間接続させ、前記検出部が出力した信号が予め設定された閾値を超えたときに前記第２のスイッチを接続して第１の送信指令信号を前記送信部へ出力し、
前記動作確認時間間隔毎に前記第２のスイッチを接続させ、前記検出部と前記制御部と前記送信部とが正常に動作していることを示す第２の送信指令信号を前記送信部へ出力し、
前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチが接続されている以外のときには、電力の消費を抑えた待機状態になるものであり、
前記送信部は、前記第１の送信指令信号および前記第２の送信指令信号に応じて周波数が異なる電波を出力することを特徴とするワイヤレスセンサ。
【請求項２】
検出対象から検出された第１の信号が予め設定された閾値を超えたときにこれを報知する第２の信号を出力する検出部と、
この検出部から出力された前記第２の信号が供給される制御部と、
この制御部に制御されて第３の信号を無線で出力する送信部と、
前記検出部と前記制御部と前記送信部に電力を供給する電源と、
前記送信部と前記電源とを接続する第３のスイッチと、
一定の長さの時間を繰り返し計測するタイマと、
前記検出部と前記制御部と前記送信部とが動作していることを示す出力を行うために前記第３のスイッチを接続させる動作確認時間間隔を決定するべく数値が予め設定され、前記タイマが前記一定の長さの時間を計測する度に前記数値を一つ繰り下げるカウンタとを備え、
前記制御部は、
前記第２の信号によって作動したときに、前記第３のスイッチを接続して前記送信部へ第１の送信指令信号を出力し、
前記動作確認時間間隔毎に前記第３のスイッチを接続させ、前記検出部と前記制御部と前記送信部とが正常に動作していることを示す第２の送信指令信号を前記送信部へ出力し、
前記第３のスイッチが接続されている以外のときには、前記制御部が電力の消費を抑えた待機状態にあるものであり、
前記送信部は、前記第１の送信指令信号および前記第２の送信指令信号に応じて周波数が異なる電波を出力することを特徴とするワイヤレスセンサ。
【請求項３】
前記検出部は、転動体を介して相対運動する機械部品の振動および温度の少なくとも一方を検出するセンサであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のワイヤレスセンサ。
【請求項４】
軸受または軸受ユニットに請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のワイヤレスセンサを取付けたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械、車両、装置などに用いられる軸受や直動装置など相対的運動をする部位に組み込まれ、検出対象を検出して無線で出力するワイヤレスセンサ及びこのワイヤレスセンサを備えるセンサ付軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や鉄道車両など車両の車軸である回転軸を支持する軸受や、加工機や組立装置など産業機械に適用されるボールねじやリニヤガイドなどの直動装置及び軸受は、運動することによって振動を生じたり、摩擦によって発熱したりする。これらの振動や温度は、軸受や直動装置の寿命に影響するとともに、産業機械などの精度や車両などの安全性に関わるため、適宜計測して定格状態であることを確認することが好ましい。したがって、特に装置の内部などの点検の難しい部分や主要な部分に取り付けられている軸受や直動装置については、汎用品である振動センサや温度センサを別途用意して、それを必要に応じて対象となる部位に取り付け、検出信号を出力している。
【０００３】
このとき検出信号は、有線で出力してもよいが、軸受の回転側や直動装置の可動体側の振動や温度を計測する場合、信号線の取り回しや断線による信号線の交換などの煩わしさを考慮すると無線で出力することが好ましい。よって、これらのセンサは、無線で出力するために電源を搭載する必要がある。そこで、転がり軸受にワイヤレスセンサを設け、このセンサに電力を一次電池により供給し、検出信号を電波で送信するようにすることが、本発明者により試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このとき、検出部やこの検出部から出力された信号を処理する制御部は、常時通電されて作動している。したがって、このワイヤレスセンサは、軸受や直動装置の寿命に対して多数回一次電池の交換が必要となる。
【０００５】
検出信号を無線で出力するワイヤレスセンサは、産業機械や車両など長期間にわたり使用される軸受や直動装置の内の特に保守点検を行ない難いものに取り付けられることが多い。そのため、電源の交換のために装置の大掛かりな分解組立が必要となるばかりか、その都度アライメントを行なわなければならない。
【０００６】
また、例えば、磁石とコイルを備えた発電機を軸受や直動装置に搭載して電力をセンサに供給する場合、安定した電力を供給するためには、ある程度の速度で相対的に継続して運動していなければならない。そのため、回転数がほぼ一定の軸受やほぼ一定周期で往復動する直動装置のセンサには向いているが、回転数の小さい軸受や断続的に移動する直動装置などの相対運動をする機械部品のセンサには不向きである。したがって、回転数の小さい軸受や断続的に移動する直動装置などの相対運動をする機械部品に使用されるセンサは、電力を有線で供給することが一般的である。
【０００７】
そこで、本発明は、消費電力が小さいワイヤレスセンサ及び、このワイヤレスセンサを備えたセンサ付軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のワイヤレスセンサは、検出対象を検出する検出部と、この検出部から出力された信号を処理する制御部と、この制御部に制御されて信号を無線で出力する送信部と、検出部と制御部と送信部に電力を供給する電源と、検出部と電源とを接続する第１のスイッチと、送信部と電源とを接続する第２のスイッチと、一定の長さの時間を繰り返し計測するタイマと、第１のカウンタと、第２のカウンタとを備える。第１のカウンタは、検出部によって検出対象を検出するために第１のスイッチを接続する検出時間間隔を決定するべく第１の数値が予め設定され、タイマが一定の長さの時間を計測する度に第１の数値を一つ繰り下げる。第２のカウンタは、検出部と制御部と送信部とが動作していることを示す出力を行うために第２のスイッチを接続させる動作確認時間間隔を決定するべく第２の数値が予め設定され、タイマが一定の長さの時間を計測する度に第２の数値を一つ繰り下げる。そして、制御部は、検出時間間隔毎に第１のスイッチを所定の時間接続させ、検出部が出力した信号が予め設定された閾値を超えたときに、第２のスイッチを接続して第１の送信指令信号を送信部へ出力する。また、制御部は、動作確認時間間隔毎に第２のスイッチを接続させ、検出部と制御部と送信部とが正常に動作していることを示す第２の送信指令信号を送信部へ出力する。さらに、制御部は、第１のスイッチまたは第２のスイッチが接続されている以外のときには、電力の消費を抑えた待機状態となるものであり、前記送信部は、前記第１の送信指令信号および前記第２の送信指令信号に応じて周波数が異なる電波を出力する。
【０００９】
または、検出対象を検出した第１の信号が予め設定された閾値を超えたときにこれを報知する第２の信号を出力する検出部と、この検出部から出力された前記第２の信号が供給される制御部と、この制御部に制御されて第３の信号を無線で出力する送信部と、検出部と制御部と送信部に電力を供給する電源と、送信部と電源とを接続する第３のスイッチと、一定の長さの時間を繰り返し計測するタイマと、カウンタとを備えたワイヤレスセンサとする。カウンタは、検出部と制御部と送信部とが動作していることを示す出力を行うために第３のスイッチを接続させる動作確認時間間隔を決定するべく数値が予め設定され、タイマが一定の長さの時間を計測する度に数値を一つ繰り下げる。そして、制御部は、第２の信号が供給されたときに、第３のスイッチを接続して送信部へ第１の送信指令信号を出力する。また、制御部は、動作確認時間間隔毎に第３のスイッチを接続させ、検出部と制御部と送信部とが正常に動作していることを示す第２の送信指令信号を送信部へ出力する。さらに制御部は、第３のスイッチが接続される以外のときには、電力の消費を抑えた待機状態とするものであり、前記送信部は、前記第１の送信指令信号および前記第２の送信指令信号に応じて周波数が異なる電波を出力する。
【００１２】
または、電源と、この電源から電力が供給されて無線送信する送信部と、電源から電力が供給されて送信部の送信動作を制御する制御部と、検出対象を検出する検出部と、この検出部が所定のレベル以上の信号を検出したことに基いて制御部へ電力を供給し、送信動作が完了するまでこの電力供給を維持する自己保持回路とを備えたワイヤレスセンサとする。
【００１３】
そして、電源の電力消費を抑えるために、送信動作が完了したのち、制御部によって自己保持回路による自己保持を解除し、制御部及び送信部への電源からの電力供給を停止させるようにしたワイヤレスセンサとする。
【００１４】
また、検出部は、転動体を介して相対運動する機械部品の振動および温度の少なくとも一方を検出するセンサである。
【００１５】
軸受または軸受ユニットに以上のようなワイヤレスセンサを取付けて、消費電力の少ないワイヤレスセンサを備えたセンサ付軸受装置とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態のセンサ付軸受装置２００について、図１を参照して説明する。図１に示すセンサ付軸受装置２００は、ワイヤレスセンサ１が転がり軸受２の内輪５に設けられた周方向に延びる溝３に取り付けられている。この軸受２は、外輪４がハウジングＨに固定され、内輪５が回転する軸Ｓに固定されている。また、転動体である玉６が保持器７で等間隔に配置されて外輪４及び内輪５との転接面である外輪軌道４ａ及び内輪軌道５ａにそれぞれ転接している。
【００１７】
図２に示すようにワイヤレスセンサ１は、検出部８とマイクロコンピュータ（以下マイコンとする）（制御部）９と送信部１０と電源１１とを備えている。検出部８は、軸受２の検出対象である振動を検出するために、ストレインゲージや圧電素子からなる加速度センサを備えている。マイコン９は、検出部８と電源１１を接続する第１のスイッチＳＷ１と、送信部１０と電源１１を接続する第２のスイッチＳＷ２を備えている。このとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、機械的接点だけでなく、トランジスタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの半導体スイッチでもよい。
【００１８】
また、マイコン９は、予め軸受２の振動に対する閾値が設定されており、検出部８から供給される信号の値と閾値とを比較し判断する。そして、閾値を超えたと判断した場合は、送信部１０へ第１の送信指令信号を出力する。また、マイコン９は、検出部８とマイコン９と送信部１０が正常に動作していることを示す第２の送信指令信号を送信部１０へ出力する。すなわち、マイコン９は、上記機能を有する電子回路やスイッチなどを備えている。
【００１９】
送信部１０は、マイコン９から入力された第１の送信指令信号、または、第２の送信指令信号に応じてそれぞれ異なる周波数や長さの電波Ｒを出力する。したがって、図１で示すように電波Ｒを転がり軸受２の外部に設けた受信装置１２で受信することによって、利用者は軸受２の運転状況を知ることができる。なお、異なる周波数や長さの電波Ｒを出力する代わりに、電波Ｒを搬送波としてこれにディジタルコード化された異なる信号を乗せて出力すると、工場などのノイズの入りやすい環境下で使用しても、受信側でノイズが除去しやすいとともに、複雑な信号も出力することができるのでよい。また、送信部１０からの出力は電波Ｒの代わりに赤外線などの光や超音波などの音であってもよい。
【００２０】
軸受や直動装置など転動体を介して相対運動する機械部品の寿命Ｄは、例えば図１に示す外輪軌道４ａと内輪軌道５ａと玉６の転接面の磨耗や面荒れ、フレーキング、焼付きなどの寿命因子によって、振動や発熱が生じることで使用不可能となるまでと規定できる。そして、それぞれの寿命因子に多少の差はあるものの、寿命Ｄに至るまでにその前兆となる振動の変化が見られることが知られている。そこで、転がり軸受を一例に面荒れを起したときの軸受の振動の変化と時間の関係を図３に、フレーキングを起したときの軸受の振動の変化と時間の関係を図４に、焼付いたときの軸受の振動の変化と時間の関係を図５に示す。
【００２１】
いずれの場合においてもそれぞれ徐々に軸受の振動（加速度）が大きくなって、図中の起点Ｔ０を境に振動の傾向が変化している。そして、その後しばらく振動の大きい状態が続いた後、寿命Ｄに至っていることが分かる。したがって、この起点Ｔ０を閾値として寿命Ｄに近いことを検出することで、軸受や直動装置など転動体を介して相対的に運動する機械部品及びその機械部品が取り付けられた機械装置の損傷を未然に防ぐことが可能である。
【００２２】
また、起点Ｔ０に達した後は、振動の大きさに多少の変動は生じるものの、元の状態にまで小さくなることはなく、大きくなる傾向にある。したがって、起点Ｔ０の後で寿命Ｄよりも前に閾値を超える振動の値を少なくとも一度検出することで、その機械部品が寿命Ｄに近いことを知ることができる。すなわち、常時振動を検出する必要はなく、起点Ｔ０から寿命Ｄまでの間に少なくとも一度検出できる検出時間間隔で検出するようにすれば、電源１１の電力の消費を極力抑えることができる。
【００２３】
そして、検出された信号が閾値を超えたときに送信部１０から電波Ｒを出力するようにすることで、さらに電源１１の電力の消費を抑えることができる。なお、先の検出時間間隔よりも十分に長い時間間隔で、マイコン９から第２の送信指令信号を出力して電波Ｒを送信部１０から出力するようにすると、ワイヤレスセンサ１が正常に機能していることがより明確になってよい。
【００２４】
次に、本実施形態のセンサ付軸受装置２００に取付けられたワイヤレスセンサ１の制御方法について図６から図８のフローチャートを参照して説明する。図６に示すようにワイヤレスセンサ１が作動する（Ｓ１）と、マイコン９を動作させるために必要な初期化（Ｓ２）が行なわれる。初期化が終わると検出部８によって振動を検出する検出時間間隔を決定する数値Ｎ１をカウンタＣ１に、検出部８とマイコン９と送信部１０とが正常に作動していることを示す電波Ｒを送信部１０から出力する動作確認時間間隔を決定する数値Ｎ２をカウンタＣ２に設定する（Ｓ３）。それぞれの設定が完了すると、マイコン９は、電力の消費を抑えたいわゆる低消費電力モード、或いはパワーダウンモードと呼ばれる待機状態となる（Ｓ４）。
【００２５】
タイマＴ１は、所定の時間、例えば０．１秒経過したかどうかを判断する（Ｓ５）。なお、図６においてＳ５は、説明を簡潔にするためにソフトウェア上の処理のようにしているが、これは、マイコンに内蔵されたハードウェアのタイマであって、スリープ命令が出されてから次のステップまで０．１秒間計測する制御形態を示すものである。０．１秒経過すると、スリープ解除（Ｓ６）されてマイコンが再び作動する。したがって、スリープ命令により待機状態に入って（Ｓ４）からスリープ解除（Ｓ６）までの間が、待機状態となる低消費電力モードである。０．１秒は、短時間であるが、マイコン９の動作時間に占める割合からすれば非常に大きな割合となり、消費電力削減効果は大きい。なお、このスリープ状態においてマイコン９は、プログラムの実行を行っていない状態である。
【００２６】
マイコン９が、再び作動すると、カウンタＣ１の数値を一つ繰り下げ（Ｓ７）、カウンタＣ１の値がゼロかどうか判断する（Ｓ８）。カウンタＣ１がゼロより大きい場合、カウンタＣ２を一つ繰り下げ（Ｓ９）カウンタＣ２の値がゼロかどうか判断する（Ｓ１０）。また、カウンタＣ１がゼロになった場合、すなわち所定の検出時間が経過した場合は、振動を検出するセンシング（Ｓ１１）が行なわれる。センシング（Ｓ１１）が完了すると、カウンタＣ１には検出時間間隔を決定する数値Ｎ１を再び入力する（Ｓ１２）。そして、カウンタＣ１がゼロになっていない場合と同様にカウンタＣ２の数値を一つ繰り下げて（Ｓ９）、カウンタＣ２の値がゼロかどうか判断する（Ｓ１０）。
【００２７】
ここで、カウンタＣ２がゼロより大きい場合には、スリープ命令により待機状態に入る（Ｓ４）ステップに戻り、動作を繰り返す。また、カウンタＣ２の値がゼロになった場合、すなわち所定の動作確認時間が経過した場合は、検出部８とマイコン９と送信部１０が正常に動作していることを示す正常送信（Ｓ１３）が行なわれる。そして、カウンタＣ２に動作確認時間間隔を決定する数値Ｎ２が再び入力され（Ｓ１４）、スリープ命令によって待機状態に入る（Ｓ４）ステップまで戻り、動作を繰り返す。
【００２８】
センシング（Ｓ１１）は、図７に示すようにセンシングが開始されると、検出部８と電源１１を接続するスイッチＳＷ１が接続される（閉じられる）とともに、タイマＴ２による計測が始まる（Ｓ２１）。検出部８は、通電されると振動を検出し（Ｓ２２）、その検出信号をマイコン９へ出力する。マイコン９は、信号を処理してその信号の値が予め設定された閾値より大きいか小さいか比較し判断する（Ｓ２３）。
【００２９】
信号の値が閾値より小さい場合は、タイマＴ２による計測が始まってから、すなわち検出を開始してから所定の時間、例えば５秒経過したかどうか判断する（Ｓ２４）。５秒経過していない場合は、信号検出（Ｓ２２）のステップに戻って引き続き検出を継続する。なお、タイマＴ２を用いて時間の計測を行う代わりに、Ｓ２２からＳ２４までの繰り返し回数を５秒間に相当する値に設定することで検出時間を設定してもよい。
【００３０】
信号の値が閾値より大きい場合は、送信部１０と電源１１を接続するスイッチＳＷ２が接続され（閉じられ）（Ｓ２５）、マイコン９から第１の送信指令信号が送信部１０へ出力される（Ｓ２６）。送信部１０は、第１の送信指令信号を受けて一定時間、例えば５秒間電波Ｒを出力（Ｓ２７）する。電波Ｒの出力が完了後、マイコン９は、スイッチＳＷ２を切る（開く）（Ｓ２８）。
【００３１】
検出時間が５秒を経過した場合、及びＳ２５からＳ２８によって電波Ｒが出力された場合は、スイッチＳＷ１を切った（開いた）（Ｓ２９）後、センシングを終了する。なお、電波Ｒの送信時間が検出時間以内に設定される場合は、図７のようにＳ２８からＳ２９へ移行してセンシングを終了してもよいし、Ｓ２８の後Ｓ２４で検出時間を判断して、検出時間以内である場合は、信号検出（Ｓ２２）するようにしてもよい。
【００３２】
また、正常送信（Ｓ１３）は、図８に示すフローチャートによって行なわれる。正常送信が開始されると、マイコン９は、送信部１０と電源１１を接続するスイッチＳＷ２を接続し（閉じ）（Ｓ４１）、第２の送信指令信号を送信部１０に出力する（Ｓ４２）。送信部１０は第２の送信指令信号を受けると、一定時間、例えば５秒間検出部８とマイコン９と送信部１０が正常に動作していることを示す電波Ｒを出力する（Ｓ４３）。電波Ｒの出力が完了すると、マイコン９は、スイッチＳＷ２を切る（開く）（Ｓ４４）。
【００３３】
このとき、例えばタイマＴ１を０．１秒、タイマＴ２を５秒、数値Ｎ１を１０００、数値Ｎ２を３６００００とすると、検出時間間隔は、０．１秒経過する毎にＣ１が一つ繰り下げられるので、１００秒間隔となる。また、動作確認時間間隔は、０．１秒経過する毎にＣ２が一つ繰り下げられるとともに、検出時間間隔（１００秒間）毎の検出時間（５秒間）が含まれるので、１０時間３０分間隔となる。
【００３４】
以上のように制御されるワイヤレスセンサ１は、図９のタイムチャートに示すようにスイッチＳＷ１が接続されて（閉じられて）検出部８に通電し、検出した信号をマイコン９で処理したり、スイッチＳＷ２が接続されて（閉じられて）送信部１０から電波Ｒが出力されたりするとき以外、マイコン９において待機状態でのわずかな電力消費があるだけで、検出部８及び送信部１０での電力消費がない。したがって、ワイヤレスセンサ１全体としての電力の消費が極めて少ないので、軸受や直動装置など相対運動する機械部品の寿命に対して、電源１１の取替回数が少ないワイヤレスセンサ１を備えるセンサ付軸受装置２００とすることができる。
【００３５】
なお、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は、それぞれ独立して設けたが、マイコン９の簡略化のために、検出部８と送信部１０へ同時に、或いは切り換えて電力供給を行なう一つのスイッチとしてもよい。
【００３６】
また、マイコン９は、検出部からの信号を処理してその結果に応じて出力する機能を有する電子回路やスイッチなどを備えたものとして説明したが、それぞれの機能を個別に備えたハードウェアで構成した制御部でもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態では、振動を検出するワイヤレスセンサ１を軸受２に適用したセンサ付軸受装置２００として説明したが、検出部８に熱電対やサーミスタからなる温度センサを備え、運転中の温度を計測してもよいし、加速度センサと併用すると、より詳しく軸受２の運転状態が分かるのでよい。また、センサ付軸受装置２００のワイヤレスセンサ１をボールねじやリニアガイドなど転動体を介して相対運動する機械部品に適用して振動や温度などを検出するセンサ付直動装置とすることも可能である。
【００３８】
次に、第２の実施形態のワイヤレスセンサ１５について図１０を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同一の機能を有するものとし同一の符号を付して、その説明を省略する。このワイヤレスセンサ１５は、第１の実施形態のようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けずに、制御部としてＩＣパッケージ（以下マイコンＩＣと称する）１００を備えている。このマイコンＩＣ１００は、電源端子Ｐ１と、出力端子Ｐ２，Ｐ３とを備えている。
【００３９】
そして、電源端子Ｐ１から供給された電力は、第１のスイッチとしてマイコンＩＣ１００の内部に設けられた半導体スイッチを経由して出力端子Ｐ２から検出部８へ供給され、同様に第２のスイッチとしてマイコンＩＣ１００の内部に設けられた半導体スイッチを経由して出力端子Ｐ３から送信部１０へ供給される。出力端子Ｐ２，Ｐ３から出力される電力は、マイコンＩＣ１００によって、制御されている。すなわち、第２の実施形態のワイヤレスセンサ１５は、第１の実施形態におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の代わりにマイコンＩＣ１００の内部に設けた半導体スイッチを利用したものである。なお、マイコンＩＣ１００の出力端子Ｐ２，Ｐ３からの電圧及び電流供給能力、及び半導体スイッチの電流容量は、小さくなるが、検出部８及び送信部１０の電力消費が小さい場合、充分対応可能である。また、第２の実施形態のワイヤレスセンサ１５は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を別に設ける必要がないため、回路が簡素化される。したがってワイヤレスセンサ１５の小型化、コストダウンが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施形態のワイヤレスセンサ２１について図１１を参照して説明する。図１１に示すワイヤレスセンサ２１は、検出部２２とマイクロコンピュータ（以下マイコンとする）（制御部）２３と送信部２４と電源２５とを備えている。
【００４１】
検出部２２は、常時通電されており、加速度センサ２６および温度センサ２７と、比較器２８を備えている。加速度センサ２６は、振動を検出するためのストレインゲージや圧電素子などからなる。温度センサ２７は、温度を検出するための熱電対やサーミスタなどからなる。また、比較器２８は、加速度センサ２６、または温度センサ２７から検出した少なくともどちらか一方の第１の信号の値を予めそれぞれに対して設定された閾値と各々比較し、少なくともいずれか一方の第１の信号が閾値を超えた場合、これを報知する第２の信号である割り込み信号をマイコン２３に出力する。
【００４２】
マイコン２３は、送信部２４と電源２５を接続する第３のスイッチＳＷ３を備えている。また、マイコン２３は、常時、電力の消費を抑える、いわゆる低消費電力モードやパワーダウンモード、或いはスリープモードと呼ばれるような待機状態となる機能と、検出部２２から割り込み信号が入力されたときに待機状態を解除して所定の処理を行なう機能とを有している。そして、マイコン２３は、検出部２２から割り込み信号が入力されると、送信部１０へ第１の送信指令信号を出力する。
【００４３】
また、このマイコン２３は、検出部２２とマイコン２３と送信部２４とが正常に機能していることを示す第２の送信指令信号を所定の動作確認時間間隔で送信部２４へ出力する。第２の送信指令信号の出力は、第１の実施形態で図６と図８のフローチャートを参照して説明した方法と同様の方法で行なう。
【００４４】
したがって、待機状態であるマイコン２３に検出部２２から割り込み信号が入力されるか、所定の動作確認時間が経過したとき、マイコン２３は、所定の処理を行なった後、再び待機状態となる。
【００４５】
送信部２４は、この第１の送信指令信号と第２の送信指令信号に応じてそれぞれ異なる周波数や長さの第３の信号を無線、例えば電波Ｒで出力する。なお、異なる周波数や長さの電波Ｒを出力する代わりに、電波Ｒを搬送波としてこれにディジタルコード化された異なる信号を乗せて出力すると、工場などのノイズの入りやすい環境下で使用しても、受信側でノイズが除去しやすいとともに、複雑な信号も出力することができるのでよい。また、送信部１０からの出力は電波Ｒの代わりに赤外線などの光や超音波などの音であってもよい。
【００４６】
以上のように構成された第３の実施形態のワイヤレスセンサ２１は、検出部２２で予め設定された閾値を超える信号が検出されるか、マイコン２３が第２の送信指令信号を出力する以外、マイコン２３が待機状態で、かつ送信部２４が通電されていない状態にあるので、消費電力が少ない。また、検出部２２が常時作動しているので、図３から図５で示す起点Ｔ０から寿命Ｄまでの間隔が短い場合にも対応することが可能である。すなわち、閾値を超えたとほぼ同時に信号を検出して出力することができるのでよい。
【００４７】
第１の実施形態から第３の実施形態において、検出対象として振動を検出する加速度センサを備えた検出部、または、温度を検出する温度センサを備えた検出部、或いは、振動と温度を検出する検出部が一つ設けられたワイヤレスセンサ１，２１について説明したが、複数の検出部を備えてもよい。このとき、個々の検出部や加速度センサまたは温度センサで同時に検出してもよいし、それぞれ異なる時間間隔で、例えば一つずつ順番に検出すると、一度に必要となる電流が小さくて済むのでよい。
【００４８】
次に、本発明の第４の実施形態について図１２を参照して説明する。図１２に示すワイヤレスセンサ３１は、検出対象である振動を検出する検出部３２と、信号を無線で送信する送信部３３と、電源である電池３４とを備えている。検出部３２は、ばね３５の一端３５ａを固定して他端３５ｂに錘３６を取付けた加速度センサ３７と、出力スイッチ３８とを備えており、この加速度センサ３７が所定の振動加速度以上において出力スイッチ３８を短絡する（閉じる）ことで送信部３３と電池３４とを接続するように設けられている。送信部３３は、発光ダイオード３９と抵抗器４０を備えており、無線である光Ｌで信号を送信する。
【００４９】
したがって、ワイヤレスセンサ３１が、予め設定された所定の値を超える振動加速度を受けると、加速度センサ３７が出力スイッチ３８を閉じて電池３４を送信部３３に接続し、送信部３３の発光ダイオード３９から光Ｌが送信される。そして、この光Ｌを例えばフォトトランジスタ４１などを備えた受信部４２で受信することで、ワイヤレスセンサ３１が予め設定された所定の値を超える振動加速度を検出したことを利用者は知ることができる。
【００５０】
このように構成されたワイヤレスセンサ３１は、検出部３２が電源を必要としない構成であるとともに、予め設定された所定の値以上の振動加速度を受けたときに電池３４を送信部３３に接続し、それ以外のときに電池３４が切り離された状態であるので、電池３４の電力消費が少ない。したがって、ワイヤレスセンサ３１を長時間連続して使用できるとともに、電気容量の小さな小型の電池を使用することで、ワイヤレスセンサ３１を小型化することができる。
【００５１】
なお、第４の実施形態の検出部は、ばね３５と錘３６で振動加速度を検出する加速度センサ３７としたが、予め設定された所定の温度を超えたときに出力スイッチ３８を接続（閉じる）するようにバイメタルを取付けて温度を検出する温度センサとしてもよい。また、その他にも、無電源で出力スイッチ３８を開閉する機能を備えた検出部であれば、本実施形態と同じ構成のワイヤレスセンサとすることができる。
【００５２】
本発明の第５の実施形態について、図１３を参照して説明する。なお、第４の実施形態と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１３に示すワイヤレスセンサ５１は、検出部３２と制御部５２と自己保持回路５３と送信部５４と電源（電池）３４を備えている。また、電池３４と送信部５４の間には、第４のスイッチが設けられている。
【００５３】
検出部３２の出力スイッチ３８は、予め設定された所定の値を超える振動加速度を受けると、加速度センサ３７によって接続される（閉じられる）ことで制御部５２を作動させるトリガーとして機能する。
【００５４】
制御部５２には、出力スイッチ３８が閉じられたことを検出する第１の信号線５５と、送信部５４を制御するための第２の信号線５６が接続されており、所定の値を超える振動加速度が検出部３２で検出されたことを送信部５４から出力するための指令信号を出力する。また、制御部５２には、第１の電源端子５２ａと第１のグランド端子５２ｂが設けられている。制御部５２は、この第１の電源端子５２ａから電力の供給を受けて動作する。そして、制御部５４は、電池３４から送信部５４へ電力供給をする第４のスイッチＳＷ４を制御している。
【００５５】
送信部５４は、制御部５２から入力された指令信号を周波数変調回路５７で周波数変調して光Ｌで信号を出力する。送信部５４には、第２の電源端子５４ａと第２のグランド端子５４ｂが設けられており、この第２の電源端子５４ａから電力の供給を受けて動作する。
【００５６】
自己保持回路５３は、検出部３２が所定の値を超える振動加速度を検出してから送信部５４が信号を出力するまで、電池３４から制御部５２への電力の供給を維持する。送信部５４から出力された信号は、フォトトランジスタ４１などの受光部を備えた受信装置４２で受信される。
【００５７】
以上のように構成された第５の実施形態のワイヤレスセンサ５１の動作について説明する。ワイヤレスセンサ５１が受ける振動加速度が予め設定された所定の値を超えない間は、加速度センサ３７が出力スイッチ３８を閉じないので、自己保持回路５３の第１トランジスタＴＲ１のベースＢ１には電流が流れない。そのため、第１トランジスタＴＲ１のコレクタＣ１からエミッタＥ１に電流が流れないので、第２トランジスタＴＲ２のベースＢ２にも電流が流れない。したがって、制御部５２の第１の電源端子５２ａには、電池３４から第２トランジスタのエミッタＥ２、コレクタＣ２を経由して電力が供給されることがない。このため、制御部５２は動作せず、送信部５４の第２の電源端子５４ａにも電池３４から電源供給されないので、送信部５４が動作しない。つまり、検出部２２、制御部５２、送信部５４、及び自己保持回路５３の全てで電力消費がなく、電池３４の消費がない。
【００５８】
検出部３２が予め設定された所定の値を超える振動加速度を検出すると、出力スイッチ３８が接続され（閉じられ）、電池３４から電流が抵抗器Ｒ１を通って第１トランジスタＴＲ１のベースＢ１に流れる。これにより、第１トランジスタＴＲ１のコレクタＣ１からエミッタＥ１に電流が流れるので、抵抗器Ｒ３を経て第２トランジスタＴＲ２のベースＢ２にも電流が流れるようになる。そして、第２トランジスタＴＲ２のエミッタＥ２からコレクタＣ２に電流が流れるようになることで、第１の電源端子５２ａから制御部５２に電池３４から電力が供給されるようになる。そして、一度第１トランジスタＴＲ１に電流が流れると、検出部３２で所定の値を超える信号が検出されなくなって出力スイッチ３８が遮断（開く）されても、第１トランジスタＴＲ１のベースＢ１に流れる電流は、第２トランジスタＴＲ２のコレクタＣ２から流れ出た電流の一部から抵抗器Ｒ５を経て供給されるので、制御部５２に電池３４から電力が供給されつづける。
【００５９】
つまり、検出部３２が検出した信号に基いて所定の時間の間、電池３４から制御部５２への電力供給が自己保持回路５３によって維持される。したがって、振動など短い時間間隔の信号であっても、自己保持回路５３によって制御部５２への電力の供給を維持し、送信部５４から信号を確実に送信することができる。
【００６０】
制御部５２は、電力が供給されると動作を開始し、電池３４から送信部５４に電力を供給するための第４のスイッチＳＷ４を接続する（閉じる）とともに、送信部５４から信号を出力させるための指令信号を送信部５４に第２の信号線５６を介して出力する。これにより、送信部５４から所定の信号が出力される。送信部５４において送信動作が終了すると、制御部５２は、第４のスイッチＳＷ４を切る（開く）とともに、自己保持回路５３内に設けられた第５のスイッチＳＷ５を短絡させる（閉じる）。第５のスイッチＳＷ５が短絡すると、第１トランジスタＴＲ１のベースＢ１に流れていた電流が止まり、第２トランジスタＴＲ２のベースＢ２に流れていた電流も止まるので、制御部５２への第１の電源端子５２ａからの電力の供給も止まる。そして再び、所定の値を超える振動加速度が検出部３２で検出されるまで電池３４は、制御部５２、自己保持回路５３、送信部５４に電力を供給しない。つまり、次に所定の値を超える振動加速度が検出部３２で検出されるまで電池３４の電力が消費されない。
【００６１】
なお、本実施形態では、送信部５４の電力供給を制御部５２に制御される第４のスイッチＳＷ４で制御しているが、第４のスイッチＳＷ４の代わりに、制御部５２の第１の電源端子５２ａと同様に、送信部５４の第２の電源端子５４ａを直接第２トランジスタＴＲ２のコレクタＣ２に接続すると、制御部５２と送信部５４とが同時に電力供給される。
【００６２】
図１４に示すように第５の実施形態のワイヤレスセンサ５１は、検出部３２で一時的（例えば、１０msの間に複数回出力スイッチが開閉する）に検出された信号でも自己保持回路５３が電力の供給を維持するので、送信部５４から確実に信号を出力することができる。また、検出部３２で予め設定された所定の値よりも大きい振動加速度を検出しない、すなわち出力スイッチ３８が開状態（ＯＦＦ）Ｐの間、電池３４は、制御部５２、自己保持回路５３、送信部５４に電力を供給しないので、電池３４の電力消費が無い。したがって、電池３４の交換無しでワイヤレスセンサ５１を長期間連続して使用することができる。また、このワイヤレスセンサ５１は、予め設定された所定の値よりも大きい振動加速度を検出部３２で検出したときに電池３４の電力を消費するので、消費電力が小さい。したがって、電気容量が小さい小型の電池を使用することができるので、ワイヤレスセンサ５１を小型化することができる。
【００６３】
また、ワイヤレスセンサ５１で変化が緩やかな検出対象を検出する場合、例えば、検出部３２に温度センサとして例えばバイメタルなどを備えて予め設定された所定の温度を検出する場合、図１５に示すように出力スイッチ３８の閉状態（ＯＮ）Ｑまたは開状態（ＯＦＦ）Ｐが比較的長く続く。そこで、制御部５２は、出力スイッチ３８が閉状態Ｑを第１の信号線５５で検出している間、例えば３分間隔で第４のスイッチＳＷ４を１０秒間閉じて送信部５４に電力を供給する。そして、送信部５４は、予め設定された温度の値を超えたことを報知する第３の信号を送信する。これにより、ワイヤレスセンサ５１の電力消費を抑え、電池３４の電力消費を抑える（低減する）ことができる。
【００６４】
また、制御部５２は、出力スイッチ３８が開状態Ｐとなったことを第１の信号線５５で検出すると、第４のスイッチＳＷ４を開いて送信部への電力供給を止め、次に、第５のスイッチＳＷ５を閉じて、制御部５２及び自己保持回路５３への電力供給を停止させる。これにより、電池３４の電力消費を抑制することができる。なお、第４のスイッチＳＷ４及び第５のスイッチＳＷ５は、リレーなど機械的なスイッチでもよいが、トランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチとするとワイヤレスセンサが小さくまとまるとともに、電力消費を少なく抑えることができる。
【００６５】
本発明の第６の実施形態について、図１６を参照して説明する。なお、第４または第５の実施形態のワイヤレスセンサと同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１６のワイヤレスセンサ６１は、常時電池３４から電力が供給されて検出対象を検出する検出部６２と、予め設定された所定の値を超える値を検出したときにこれを報知する信号を電波Ｒで出力する送信部６３を備えている。この送信部６３は、第５の実施形態のワイヤレスセンサ５１の送信部５４が備えている第１の電源端子５２ａと第１のグランド端子５２ｂに相当する電源端子６３ａとグランド端子６３ｂを備えている。
【００６６】
つまり、第５の実施形態のワイヤレスセンサ５１の検出部３２は、無電源で動作したことに対し、図１６に示す第６の実施形態のワイヤレスセンサ６１の検出部６２は、電力が供給されて動作することが異なる。
【００６７】
検出部６２に常時電源３４から電力が供給されているため、検出部６２に搭載するセンサとして圧電素子、ストレインゲージ、熱電対、サーミスタなどを使用できるとともに、検出された信号を増幅して出力することも可能である。したがって、この検出部６２は、検出対象を常時監視し、検出信号が予め設定された閾値を超えた場合に制御部５２や送信部６３などに電力を供給するための信号を出力することができる。また、第５の実施形態のワイヤレスセンサ５１よりも検出部６２に取付けることができるセンサの種類が増えるので、ワイヤレスセンサ６１を利用できる範囲が広くなる。そして、送信部６３が電波Ｒで信号を出力するので、ワイヤレスセンサ６１から離れた場所からでも、受信装置１２で信号を容易に受信することができる。
【００６８】
なお、第５及び第６の実施形態における自己保持回路５３は、検出部３２、６２で検出された信号を基に制御部５２への電力の供給を一定時間以上維持する回路の一例であって、同じ機能を備えた回路であればよい。また、第６の実施形態の検出部６２から出力される信号は、第５の実施形態の検出部３２が出力するような出力スイッチ３８の開（ＯＦＦ）閉（ＯＮ）の信号だけでなく、第１のトランジスタＴＲ１のベースＢ１に電流を流してトランジスタＴＲ１をＯＮ状態にするハイレベルとＯＦＦ状態にするローレベルを切替えられる信号であればよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明のワイヤレスセンサによれば、検出時間間隔で所定の時間検出部と電源とを接続して検出対象を計測し、予め設定された閾値を超えたときに送信部と電源とを接続して信号を出力するとともに、これ以外のときには制御部（マイコン）が待機状態（パワーダウンモード）である。
【００７０】
また、検出された信号が予め設定された閾値を超えたときに制御部へ第２の信号を出力する検出部を備えた本発明のワイヤレスセンサによれば、制御部（マイコン）が第１の送信指令信号や第２の送信指令信号を送るとき以外は待機状態である。
【００７１】
そして、所定の時間間隔で送信部と電源とを接続して検出部と制御部と送信部とが正常に機能していることを判別する信号を送信部から送信する発明によれば、送信された信号を離れた場所に別途設けた受信装置で受信することで、ワイヤレスセンサが正常に機能していることを容易に確認することができる。
【００７２】
また、電源と、この電源の電力が供給された場合に信号を無線で出力する送信部と、所定のレベル以上の信号を検出したときに、電力を送信部に供給させる検出部を備えた本発明のワイヤレスセンサによれば、検出対象が検出されないときは、電源の電力が送信部によって消費されない。
【００７３】
電源と、この電源から電力が供給されて無線送信する送信部と、電源から電力が供給されて送信部の送信動作を制御する制御部と、検出対象を検出する検出部と、この検出部が所定のレベル以上の信号を検出したことに基いて制御部へ電力を供給し、送信動作が完了するまでこの電力供給を維持する自己保持回路とを備えた本発明のワイヤレスセンサによれば、検出部が検出した信号に基いて所定の時間の間、電源から制御部へ電力供給される。
【００７４】
そして、所定の送信動作が完了したのち、制御部によって電源からの電力供給を停止させるようにした本発明のワイヤレスセンサによれば、制御部が送信部の送信動作を制御して信号を送信し、送信動作が完了した後、送信部及び制御部への電力の供給が完了する。
【００７５】
以上のように本発明のワイヤレスセンサは、消費電力が少ない。したがって、電源として電池などを使用する場合、長時間連続して使用することができる。
【００７６】
また、以上のように消費電力が小さいワイヤレスセンサを備えたセンサ付軸受装置は、電源として電池を使用した場合、この電池の取替回数が少なくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のセンサ付軸受装置を示す断面図。
【図２】図１のワイヤレスセンサのブロック図。
【図３】図１の軸受の転接面が面荒れを起したときの振動と時間の関係を示す図。
【図４】図１の軸受の転接面にフレーキングが生じた時の振動と時間の関係を示す図。
【図５】図１の軸受の転接面が焼付いたときの振動と時間の関係を示す図。
【図６】図２のワイヤレスセンサの制御の流れを示すフローチャート。
【図７】図６のセンシング工程の詳細を示すフローチャート。
【図８】図６の正常送信工程の詳細を示すフローチャート。
【図９】図６のフローチャートに基づいて制御されるワイヤレスセンサの動作状態を示すタイムチャート。
【図１０】本発明の第２の実施形態のワイヤレスセンサのブロック図。
【図１１】本発明の第３の実施形態のワイヤレスセンサのブロック図。
【図１２】本発明の第４の実施形態のワイヤレスセンサのブロック図。
【図１３】本発明の第５の実施形態のワイヤレスセンサのブロック図。
【図１４】図１３のワイヤレスセンサで振動を検出するときの送信動作状態を示すタイムチャート。
【図１５】図１３のワイヤレスセンサで温度を検出するときの送信動作状態を示すタイムチャート。
【図１６】本発明の第６の実施形態のワイヤレスセンサのブロック図。
【符号の説明】
１，１５，２１，３１，５１，６１…ワイヤレスセンサ
２…軸受
８，２２，３２，６２…検出部
９，２３…マイクロコンピュータ（制御部）
１０，２４，３３，５４，６３…送信部
１１，２５，３４…電源
５３…自己保持回路
ＳＷ１…第１のスイッチ
ＳＷ２…第２のスイッチ
ＳＷ３…第３のスイッチ
Ｒ…電波（無線）
Ｌ…光（無線）
１００…マイコンＩＣ（制御部）
２００…センサ付軸受装置
Ｔ１…タイマ
Ｃ１…（第１の）カウンタ
Ｃ２…（第２の）カウンタ
Ｎ１…（第１の）数値
Ｎ２…（第２の）数値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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