JP2017044312A

JP2017044312A - センサ付き軸受及び状態監視システム

Info

Publication number: JP2017044312A
Application number: JP2015169331A
Authority: JP
Inventors: 稔窪川; Minoru Kubokawa; 柳沢　知之; Tomoyuki Yanagisawa; 知之柳沢; 相澤　知之; Tomoyuki Aizawa; 知之相澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】実稼働状態で歪を検出可能なセンサ付軸受、及び状態監視システムを提供する。【解決手段】センサ付軸受１０は、外輪１１又は内輪１３に配置された歪検出部２０を備える。歪検出部２０は、外輪１１又は内輪１３上に配置された絶縁膜と、絶縁膜上に配置された薄膜抵抗体と、を有する薄膜型歪センサ２０であってもよい。薄膜型歪センサ２０は外輪１１の溝部１２に配置される。【選択図】図１

Description

本発明はセンサ付き軸受及び状態監視システムに関する。

車両や工作機械、風力発電装置等の機械設備には、転がり軸受やモータ、ポンプ等の各種装置が多く装備されている。機械設備を長時間使用することにより摩耗や損傷が発生すると、軸受等の各種装置のスムーズな回転、摺動が阻害され、異常音を発生するだけでなく、寿命の低下を招く可能性がある。このため従来は、機械設備を一定期間使用した後に、軸受等の摩耗や損傷等の異常の有無を検査していた。

この検査は、機械設備の軸受等が組み込まれた部位、又は機械設備全体を分解することにより行われ、軸受等に発生した損傷や摩耗は、作業者の目視による検査によって発見される。そして、検査の結果、軸受等に摩耗や損傷等の異常が発見された場合は、当該軸受等を新品に交換して、機械設備の故障や事故を未然に防止していた。しかしながら、機械設備の一部、又は全体を分解し、作業者の目視によって行う検査方法では、機械設備から軸受等を取り外す作業と、検査が終了した軸受等を再び機械設備に組み込む作業に多大な労力がかかり、機械設備の保守コストが嵩むという問題があった。

このような問題を解決するために、機械設備の実稼動状態で軸受等の各種装置の異常診断を行う異常診断装置が提案されている。例えば、特許文献１記載の装置では、軸受摩耗量を常時監視して、トラブルの発生を未然に防止することを図っている。

特開平６−１９３６２９号公報

軸受が保持するシャフトに加わる荷重によって発生する歪を検出することで、軸受の摩耗や異常等を診断できることが望まれている。さらに、荷重をモニタリングすることで装置状態を制御するために、実稼働状態で歪を検出可能であることが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、実稼働状態で歪を検出可能なセンサ付軸受、及び状態監視システムを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）外輪又は内輪に配置された歪検出部を備える、センサ付軸受。
（２）前記歪検出部は、前記外輪又は前記内輪上に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された薄膜抵抗体と、を有する薄膜型歪センサである、（１）に記載のセンサ付軸受。
（３）前記薄膜抵抗体は、金属又は導電性樹脂材料からなる、（２）に記載のセンサ付軸受。
（４）前記外輪又は前記内輪には、溝部が形成され、
前記薄膜型歪センサは、前記溝部に配置される、（２）又は（３）に記載のセンサ付軸受。
（５）前記外輪又は前記内輪は回転輪であり、
前記回転輪上に配置された前記薄膜型歪センサの出力信号は、スリップリングを介して外部に取り出される、（２）〜（４）の何れか１項に記載のセンサ付軸受。
（６）前記薄膜型歪センサは、出力信号を無線電波として発信する、（２）〜（５）の何れか１項に記載のセンサ付軸受。
（７）（２）〜（６）の何れか１項に記載のセンサ付軸受と、
前記薄膜型歪センサの出力信号に基づき、前記センサ付軸受の状態を監視する状態監視装置と、
を備える、状態監視システム。

本発明によれば、実稼働状態で歪を検出可能なセンサ付軸受、及び状態監視システムが実現できる。

センサ付軸受の断面図である。外輪の要部斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係るセンサ付き軸受及び状態監視システムについて、図面を用いて説明する。なお、この実施形態により本発明は何ら限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が想定できる範囲で実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

図１に示すように、本実施形態の状態監視システムは、機械設備内に組み込まれた監視対象物であるセンサ付軸受１０と、センサ付軸受１０の外輪１１又は内輪１３に配置された歪検出部と、歪検出部の出力信号に基づき、センサ付軸受１０の状態を監視する状態監視装置（不図示）と、を備える。歪検出部としては、外輪１１又は内輪１３に発生する歪を検出可能であれば特に限定されないが、本実施形態のような薄膜型歪センサ２０（以下「歪センサ２０」という。）を適用することが好ましい。

センサ付軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１（固定輪である軌道輪）と、外周面に内輪軌道面１３ａを有する内輪１３（回転輪である軌道輪）と、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１３ａとの間に転動自在に配置される複数の玉１５と、を備える。

内輪１３は、不図示のシャフトに外嵌固定され、当該シャフトと共に回転する回転輪である。外輪１１は、不図示のハウジング等に内嵌固定され、回転しない固定輪である。

外輪１１の外周面には、軸方向（図１の紙面と垂直方向）に平行に、軸方向一端から他端まで凹設された溝部１２が形成されている。溝部１２には、機械設備の実稼働状態において外輪１１の歪を検出可能な歪センサ２０が固定されている。歪センサ２０は、溝部１２の底部に積層されたＳｉＯ_２等の絶縁膜２１と、絶縁膜２１上に蒸着やスパッタリング等の真空薄膜形成方法により均一に積層された薄膜抵抗体２３と、薄膜抵抗体２３の両端に厚膜印刷等により形成された電極２５と、を有する。

薄膜抵抗体２３は、経済性や材料特性の観点から適宜選択され、例えば金属又は導電性樹脂材料からなることが好ましい。上記金属としては、Ｆｅ−Ｃｒや、Ｎｉ−Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｗ、Ｔｉ等が挙げられる。上記導電性樹脂材料としては、カーボン材料を含有させて抵抗値を調整した樹脂材料等が挙げられる。

外輪１１の外周面に溝部１２が形成されるので、外輪１１は荷重影響を受けやすくなる。したがって、玉１５通過時の負荷荷重によって発生する歪みも大きくなり、歪センサ２０による検出能力を向上することが可能である。

歪センサ２０が、溝部１２に配置されるので、すなわち歪みが生じやすい薄肉部分に配置されるので、検出能力をさらに向上することができる。また、歪センサ２０が溝部１２内に配置されることで、外輪１１から突出しないので、センサ付軸受１０をコンパクト化することができる。

なお、歪センサ２０が検出する歪みの間隔を計測することにより、軸受の回転数や回転速度を検出することも可能である。

電極２５には不図示のリード端子が接続され、当該リード線によって歪センサ２０の出力信号が外部に取り出される。内輪１３が固定輪で外輪１１が回転輪である場合には、回転する歪センサ２０から出力信号を外部に取り出せるように、上記リード線は周知のスリップリング（不図示）に接続される。

歪センサ２０は、出力信号を無線電波として外部に発信する無線通信部と、無線通信部等に給電する自己発電部と、を有してもよい。この場合、歪センサ２０はワイヤレスで歪みを検出することが可能であり、スリップリングと接続する必要がない。なお、自己発電部の発電については、無線給電の方式を用いてもよい。給電時のみ、データ取得及びデータ送信を行うようにすれば、歪センサ２０を省電力化することができる。

このように、外部に取り出された歪センサ２０の出力信号は状態監視装置に伝達され、この状態監視装置は出力信号に基づきセンサ付軸受１０の状態を常時監視する。

なお、外輪１１の外周面に設けられる溝部１２の位置や形状は限定されない。例えば、溝部１２を外輪１１の軸方向側面に設けてもよい。この場合、当該溝部１２に配置された歪センサ２０は、アキシャル荷重発生時に玉１５の接触角が変化することで発生する歪みを検出する。

このように、本実施形態のセンサ付軸受１０及び状態監視装置によれば、コンパクトな構成で、軸受の状態を感度良く監視することが可能である。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。

例えば、内輪１３に歪センサ２０を配置してもよい。この場合、歪センサ２０の検出能力を向上するために、内輪１３の内周面や軸方向側面等の任意の位置に溝部を形成し、当該溝部の内部に歪センサ２０が配置される構成とすることが好ましい。

１０センサ付軸受
１１外輪
１１ａ外輪軌道面
１２溝部
１３内輪
１３ａ内輪軌道面
１５玉
２０薄膜型歪センサ（歪検出部）
２１絶縁膜
２３薄膜抵抗体

Claims

外輪又は内輪に配置された歪検出部を備える、センサ付軸受。
前記歪検出部は、前記外輪又は前記内輪上に配置された絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された薄膜抵抗体と、を有する薄膜型歪センサである、請求項１に記載のセンサ付軸受。
前記薄膜抵抗体は、金属又は導電性樹脂材料からなる、請求項２に記載のセンサ付軸受。
前記外輪又は前記内輪には、溝部が形成され、
前記薄膜型歪センサは、前記溝部に配置される、請求項２又は３に記載のセンサ付軸受。
前記外輪又は前記内輪は回転輪であり、
前記回転輪上に配置された前記薄膜型歪センサの出力信号は、スリップリングを介して外部に取り出される、請求項２〜４の何れか１項に記載のセンサ付軸受。
前記薄膜型歪センサは、出力信号を無線電波として発信する、請求項２〜５の何れか１項に記載のセンサ付軸受。
請求項２〜６の何れか１項に記載のセンサ付軸受と、
前記薄膜型歪センサの出力信号に基づき、前記センサ付軸受の状態を監視する状態監視装置と、
を備える、状態監視システム。