JPH089445Y2 - 異常検出センサ付転がり軸受 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、転がり軸受に係り、とくに、軸受の異常
検出のために振動センサを装着した転がり軸受のセンサ
取付構造の改善に関する。

〔従来の技術〕

一般に、転がり軸受において、ゴミの混入や潤滑不良
等に因って軌道面に傷や剥離が生じると、例えば負荷圏
での繰り返し集中応力により異常振動が生じるなど、正
常な軸受回転が阻害される。このような異常事態が発生
すると、転がり疲労が急速に増大したり，異常な温度上
昇等によって短寿命化や焼損にも及ぶから、特に、大形
の軸受では軸受交換や操業停止に伴うコスト増を抑制す
るために、そのような異常振動の発生を早期に検出する
必要がある。

かかる観点から軸受の異常を防止する従来手法として
は、例えば第９図に示す構造のものがある。同図におい
て、１は転がり軸受を示し、この転がり軸受１の外輪は
ハウジング２によって固定支持され、内輪が回転するよ
うになっている。ハウジング２の外側の所定箇所には単
独の振動センサ３が設置され、この振動センサ３の出力
側がアンプ４を介して信号処理器５に接続されている。
この従来装置は、取付が簡単であり、既存の機械設備に
も容易に適用できるが、振動検出対象である軸受１と振
動センサ３との離間距離がハウジング２の介入により大
きくなる。これにより、振動センサ３の受信点での減衰
が大きくなるので、異常振動が小さい初期状態では、そ
の微弱な振動が減衰によって的確に検知されないという
問題があり、また、外乱振動を拾う誤検出が多いという
問題がある。

そこで、上記問題を回避するために、特開平1-206113
号記載の提案がなされている。この提案に係る異常検出
手法は、転がり軸受の固定輪の外側に２個の歪みゲージ
から成るセンサを直接取り付け、その一方は円周方向
を、他方は軸方向の歪みを検出するように配設し、その
両歪みゲージをブリッジ回路の２つのインピーダンス要
素として組み込み、信号処理するものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した公報記載の従来技術によれ
ば、単独のセンサを固定輪の外側にスポット的に取り付
ける構造であったため、回転輪は勿論のこと、固定輪に
異常が生じた場合であっても、その異常発生部位とセン
サ位置とが遠い場合には、前述したと同様に振動が減衰
して微弱又は消失してしまうことから、その検出能力が
著しく低下し、信頼性に欠けるという問題があった。こ
の問題は、とくに異常検出の要求度が高い大形の軸受に
なるほど顕著に表れる。

本願考案は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされ
たもので、その解決しようとする課題は、発生した異常
部位の位置に因って生じる、微弱な振動に対する検知能
力の低下などのばらつきを排除し、異常発生に因る振動
を常に精度良く安定して検出できるようにすることであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、請求項（１）記載の考案
は、転がり軸受の固定輪の、軌道面とともに当該軌道輪
の外表面を成し且つ軌道方向に延びる円周状及びリング
状の面の少なくとも一箇所に、振動センサを当該面の半
周以上にわたって貼付又は埋設している。また請求項
（２）記載の考案は、転がり軸受の回転輪の、軌道面と
ともに当該軌道輪の外表面を成し且つ軌道方向に延びる
円周状及びリング状の面の少なくとも一箇所に、振動セ
ンサを当該面の半周以上にわたって貼付又は埋設してい
る。さらに請求項（３）記載の考案では、請求項（１）
又は（２）記載の振動センサを、線状又は板状の圧電部
材で形成している。

〔作用〕

本願考案にあっては、振動センサが固定輪や回転輪の
外径面，内径面，側面などの面に、その軌道方向の半周
以上にわたって直接装着されているので、軌道面や転動
体での異常発生部位が何処であっても、その異常発生部
位とセンサは常に接近しているとともに、異常発生部位
の軌道方向の変化に対してその部位とセンサ位置とは近
い。これにより、発生した異常振動は殆ど減衰すること
なく振動センサによって確実に検出され、高感度の検知
能力を得る。とくに、請求項（３）記載の考案では、振
動センサが線状又は板状であるため、その設置が容易に
なる。

〔実施例〕

以下、本願考案の一実施例を添付図面の第１図に基づ
いて説明する。

第１図において、10は転がり軸受としての内輪回転形
の深溝玉軸受を示す。この軸受10は、単列構造の内輪11
及び外輪12（固定輪）を有し、その内輪11及び外輪12の
相互に対向する面に円弧断面をもつ軌道面11a,12aが個
別に形成され、この軌道面11a,12a間に複数の玉13が保
持器14によって転がり運動可能に保持されている。内輪
11及び外輪12は軌道輪を構成するものであり、また軌道
面11a,12aは、それが囲む空間によって軌道溝を形成し
ている。

軸受10の外径面，即ち外輪12の外側円周面12bには、
その円周方向全域に沿って振動センサ15が埋設されてい
る。この振動センサ15は、細長い帯状に形成されたもの
で、圧電性を有するピエゾゴム部材の両面に導電ゴム電
極を貼り合わせた構造を有している。そこで、振動によ
る歪みを受けると電荷が発生し、両面の電極間に電圧が
発生して、この電圧が出力端子より振動検出信号Ｓとし
て出力される。

振動センサ15の出力端子は、電圧増幅用のアンプ16を
介して信号処理器17に接続されている。信号処理器17
は、アンプ16によって電圧増幅された振動検出信号Ｓを
入力し、信号Ｓの実効値やピーク値を演算し、図示しな
い指示計に表示させるとともに、それらの演算値を常
時、所定の基準値と比較し、演算値が基準値を越える状
態になると、警報を発する機能を有する。

次に、本実施例の作用効果を説明する。

いま、軸受10が正常作動状態にあり、その内輪11が負
荷を支持しているとする。この状態では、負荷が内輪1
1,玉13,…,13を介して外輪12に及ぼす圧力はその負荷圏
でほぼ一定であるから、玉13の数に応じた周波数及び振
幅値の振動検出信号Ｓが得られる。そこで、信号処理器
17は、検出信号Ｓに基づき所定の処理演算を施すが、そ
の演算値は基準値内であるので、警報を発することがな
い。

しかし、軌道溝へのゴミ侵入などによって軸受10の軌
道面や玉表面に傷が付いたり、剥離が生じたとする。こ
のとき、そのような損傷部位が何れの玉13であっても、
また軌道面11a又は12aのどの位置であっても、その位置
と振動センサ15との距離は等しく、且つ、近接してい
る。その上、振動センサ15はその円周状のどの位置でも
振動による歪みに対してほぼ同一の検出能力を有する。

このため、かかる損傷状態で検出される振動検出信号
Ｓは、正常時の固有の周波数及びレベルの成分に、傷に
起因した振動によるパルス状の異常成分が重畳して得ら
れる。この信号検出において、損傷によって発生した振
動は殆ど減衰することなく振動センサ15に伝わるので、
検出感度は従来技術に比べて格段に高くなるとともに、
損傷部位の回転位相の変化によって検出感度が殆ど左右
されないので、安定したものとなる。

そこで、信号処理器17は、このように高感度で検出し
た信号Ｓの例えばピーク値が基準値を越えると、オペレ
ータに警報を発して必要な処置を早急に講じるように促
す。このため、同一基準値であっても損傷が軽微な段階
で警報が発っせられるので、損傷が拡大して異常高温に
因り焼損を生じてしまう等の突発的な事故を未然に防止
でき、信頼性が高められるとともに、充分な余裕をもっ
て軸受10の交換時期を策定できるなど、保守点検にも融
通性を持たせることができる。

また、振動センサ15と軸受10が一体であるため、軸受
まわりに振動センサ15を取り付けるスペースが無いよう
なハウジング構造であっても振動検出が可能になるとい
う利点もある。さらに、振動センサ15は長尺構造である
から、その取付が容易である。

（他の実施例） 次に、本願考案の他の実施例を第２図乃至第８図に基
づき説明する。ここで、前記実施例と同一の構成要素に
ついては同一符号を用いて、その説明を省略又は簡略化
する。

第２図及び第３図には、深溝玉軸受10の外輪固定構造
における振動センサ15のその他の取付例を示す。第２図
の例では、外輪12の一方の側面12c全周に沿って振動セ
ンサ15をリング状に埋設している。また第３図の例で
は、外輪12の軌道面12aに隣接した溝の肩12dに沿って振
動センサ15を円周状に埋設している。

第４図乃至第６図には、深溝玉軸受10の内輪固定の場
合における振動センサ15の取付例を示す。第４図の例で
は、軸受10の内径面，即ち内輪11の内側円周面11bに沿
って振動センサ15を円周状に埋設している。第５図の例
では、内輪11の一方の側面11cに沿って振動センサ15を
リング状に埋設している。さらに第６図の例では、内輪
11の軌道面11aに隣接した溝の肩11dに沿って振動センサ
15を円周状に埋設している。

これら第２図乃至第６図の取付構造によっても、その
作用効果は前述した実施例と同等のものが得られるとと
もに、軸受10の支持構造に応じて最も都合の良いセンサ
取付位置を選択できるという利点も得られる。

なお、上述した第２図乃至第６図のセンサ取付例にお
いて、外輪12（又は内輪11）の一方の側面12c（又は11
c）のみならず、両方の側面12c,12c（又は11c,11c）に
振動センサ15を各々埋設し、センサ並列の検出回路を組
んでもよいし、また同様に外輪12（又は内輪11）の軌道
面12a（又は11a）に隣接した両方の溝の肩12d,12d（又
は11d,11d）に振動センサ15を各々埋設してもよく、さ
らに、軸受10の外径面又は内径面に複数の振動センサ15
を並列に埋設してもよく、これにより、検出感度を一層
向上させることができる。

一方、第７図（ａ）（ｂ）には、複列構造の深溝玉軸
受20に対するセンサ取付例を示す。同図において、21は
内輪,22は外輪,23は転動体としての玉である。外輪22の
外側円周面，即ち外径面には、玉23の複列に夫々対向す
る状態で、板状の２つの振動センサ15,15が並行に埋設
されている。また、同様の軸受20に対して、第８図
（ａ）（ｂ）の取付例では、その外径面に１つの板状の
振動センサ15が螺旋状を成して埋設されている。これら
第7,8図の取付構造によれば、複列の軌道溝及び玉13に
対して高感度で振動検出を行うことができ、第１図の実
施例と同等の作用効果を得ることができる。

なお、この第７図の構成例において、振動センサ15,1
5を外輪22の両側面及び内側両方の溝の肩に各々埋設す
るとしてもよいし、また内輪21が固定であれば、内輪21
側に同様に設けてもよい。一方、第８図の構成例におい
ては、振動センサ15を内径面に螺旋状に配設し、複列の
軌道に対する異常検出をカバーしてもよい。

ところで、本願考案における振動センサは必ずしも前
述した板状のピエゾゴムで構成した場合に限定されるこ
となく、例えば芯線の周りを圧電性を有したゴムで被覆
し、その表面を外側電極で被覆した構造のピエゾ電線で
あってもよい。また、従来周知の半導体歪ゲージを複数
個、直列に接続して、例えば外径面の全周囲の測定範囲
をカバーするように設置することもできる。

また、本願考案における振動センサの取付方は、前述
した如く軸受表面に埋設する場合に限定されず、例えば
その表面に貼り付けたり、ハウジング側に埋設してもよ
い。

さらに、本願考案における軌道輪として、スラスト軸
受の場合、その中央輪であってもよい。

さらにまた、本願考案における転がり軸受は、ラジア
ル軸受である深溝玉軸受以外にも、例えば円すいころ軸
受，円筒ころ軸受，スラスト玉軸受，自動調心ころ軸受
など、殆ど全ての転がり軸受にも同様に適用できること
は勿論である。

さらにまた、前記実施例では振動センサは固定輪側に
設けるとしたが、状況によっては回転輪側に設けること
もできる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本願考案では、固定輪や回転輪の
軌道面以外の円周状又はリング状の面に沿って、その半
周以上をカバーするように、例えば板状又は線状の振動
センサを直接，貼付又は埋設しているため、軌道とセン
サ位置とが極めて接近し、且つ、軌道の周方向の位置が
変化しても常にセンサまでの距離が近いことから、ゴミ
の侵入などに因って軌道のどの部位で異常が生じても、
従来のように異常発生部位に影響されて振動検出感度が
低下するようなことが無く、常に、高感度且つ安定した
振動検出を行うことができる。したがって、異常発生を
早期に検知して、従来のように、異常発生を検知できな
いまま作動を継続させることによって焼損に至る等の事
態を的確に回避でき、異常検出に対する信頼性を格段に
高めることができるとともに、保守点検も容易化できる
という効果がある。このことは、とくに、大形の転がり
軸受の異常早期検出において威力を発揮する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本願考案の一実施例を示す一部ブロック化及び
破断した概略構成図、第２図乃至第８図は夫々本願考案
のその他の実施例に係る、振動センサの取付例を示す図
であって、第２図及び第３図は外輪固定の場合を示す部
分断面図、第４図乃至第６図は内輪固定の場合を示す部
分断面図、第７図（ａ）は外輪固定，複列の場合を示す
部分断面図、第７図（ｂ）は同図（ａ）の部分平面図、
第８図（ａ）は外輪固定，複列の場合を示す部分断面
図、第８図（ｂ）は同図（ａ）の部分平面図、第９図は
従来例を示す一部ブロック化及び破断した概略構成図で
ある。 図中の主要な符号は、10,20……転がり軸受としての深
溝玉軸受、11,21……内輪、12,22……外輪、13,23……
転動体としての玉、11a,12a……軌道面、11b……内径
面、12b外径面、11c,12c……側面、11d,12d……溝の
肩、15……振動センサ、である。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】転がり軸受の固定輪の、軌道面とともに当
   該軌道輪の外表面を成し且つ軌道方向に延びる円周状及
   びリング状の面の少なくとも一箇所に、振動センサを当
   該面の半周以上にわたって貼付又は埋設したことを特徴
   とする異常検出センサ付転がり軸受。
2. 【請求項２】転がり軸受の回転輪の、軌道面とともに当
   該軌道輪の外表面を成し且つ軌道方向に延びる円周状及
   びリング状の面の少なくとも一箇所に、振動センサを当
   該面の半周以上にわたって貼付又は埋設したことを特徴
   とする異常検出センサ付転がり軸受。
3. 【請求項３】前記振動センサは、線状又は板状の圧電部
   材から成ることを特徴とした請求項（１）又は（２）記
   載の異常検出センサ付転がり軸受。