JP2003016566A

JP2003016566A - ワイヤレスセンサ及びセンサ付軸受装置

Info

Publication number: JP2003016566A
Application number: JP2001318212A
Authority: JP
Inventors: Koichi Morita; 耕一森田; Takeshi Takizawa; 岳史滝澤; Shigeru Endo; 茂遠藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP4103367B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、消費電力が小さいワイヤレスセンサ
を提供する。【解決手段】本発明のワイヤレスセンサ１は、検出部８
とマイコン（制御部）９と送信部１０と電源１１と第１
のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２とを備える。
検出時間間隔毎に所定の時間第１のスイッチＳＷ１を接
続し、検出部８の検出した信号をマイコン９で処理し、
検出信号の値が予め設定された閾値を超えたときに、第
２のスイッチＳＷ２を接続して（閉じて）送信部１０か
ら所定の信号を無線（電波Ｒ）で送信する。第１のスイ
ッチＳＷ１または第２のスイッチＳＷ２が接続されてい
る以外のときには、マイコン９が電力の消費を抑えた待
機状態にあることを特徴としている。

Description

【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
のスイッチとを備える。そして、検出時間間隔毎に制御
部が第１のスイッチを所定の時間接続し、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、制御部
が第２のスイッチを接続して送信部から所定の信号を無
線で送信し、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、制御部を電力の消費を抑
えた待機状態とする。

【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のスイッチを備えたワイヤレスセン
サとする。そして、制御部に第２の信号が供給されたと
きに、制御部が第３のスイッチを接続して送信部から所
定の第３の信号を無線で送信し、第３のスイッチが接続
される以外のときには、制御部を電力の消費を抑えた待
機状態とする。

【００１０】また、これらのワイヤレスセンサは、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。

【００１１】または、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、前記電力を前記送信部
に供給させる検出部とを備えたワイヤレスセンサとす
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、検出部が無電源で動作するものであ
るワイヤレスセンサとすると、さらに消費電力を抑える
ことができる。

【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１
１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（ＦＥ
Ｔ）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Ｔ_０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Ｔ_０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Ｔ_０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Ｔ_０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Ｔ_０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２０
０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（Ｓ
１）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Ｃ
１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１
０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）（Ｓ
２８）。

【００３１】検出時間が５秒を経過した場合、及びＳ２
５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Ｓ
２４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Ｓ
Ｗ２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３
６００００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ＳＷ
１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ＩＣ１
００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ＩＣ１０
０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１
１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Ｔ_０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３
３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３
９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３
１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３
１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３
１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３
５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５４
ａ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ＴＲ_１のベースＢ_１には電流が流れない。そのた
め、第１トランジスタＴＲ_１のコレクタＣ_１からエミッ
タＥ_１に電流が流れないので、第２トランジスタＴＲ_２
のベースＢ_２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Ｅ_２、コレクタＣ_２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３
４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Ｒ_１を通
って第１トランジスタＴＲ_１のベースＢ_１に流れる。こ
れにより、第１トランジスタＴＲ_１のコレクタＣ_１から
エミッタＥ_１に電流が流れるので、抵抗器Ｒ_３を経て第
２トランジスタＴＲ_２のベースＢ_２にも電流が流れるよ
うになる。そして、第２トランジスタＴＲ_２のエミッタ
Ｅ_２からコレクタＣ_２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ＴＲ_１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ＴＲ_１のベ
ースＢ_１に流れる電流は、第２トランジスタＴＲ_２のコ
レクタＣ_２から流れ出た電流の一部から抵抗器Ｒ_５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ＴＲ_１のベースＢ_１に流れていた
電流が止まり、第２トランジスタＴＲ_２のベースＢ_２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ＴＲ_２
のコレクタＣ_２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、１
０ms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５
２、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３
４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５
１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（Ｏ
ＦＦ）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１
０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Ｓ
Ｗ５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ＴＲ_１のベースＢ_１に電
流を流してトランジスタＴＲ_１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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者遠藤茂神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 2F073 AA01 AA35 AB02 AB12 BB01 BC02 BC04 BC05 CC01 EE11 GG01 GG02 GG07 GG08 5K060 BB00 CC05 DD01 LL04 LL11 MM02

Claims

【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のスイッチとを
備え、検出時間間隔毎に前記制御部が前記第１のスイッチを所
定の時間接続し、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、前記制御部が前記第２のス
イッチを接続して前記送信部から所定の信号を無線で送
信し、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、前記制御部が電力の消費を抑
えた待機状態にあ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のスイッチを備
え、前記制御部が前記第２の信号によって作動したときに、
前記制御部が前記第３のスイッチを接続し、前記送信部
から所定の第３の信号を無線で送信し、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ことを
特徴とするワイヤレスセンサ。
【請求項３】所定の時間間隔で前記送信部と前記電源と
を接続して前記検出部と前記制御部と前記送信部とが正
常に機能していることを判別する信号を前記送信部から
送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記
載のワイヤレスセンサ。
【請求項４】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、前記電力を前記送信部に供給さ
せる検出部とを備えたことを特徴とするワイヤレスセン
サ。
【請求項５】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、前記電源から電力が供給されて前記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
基いて前記制御部へ電力を供給し、前記送信動作が完了
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
たことを特徴とするワイヤレスセンサ。
【請求項６】前記送信動作が完了したのち、前記制御部
によって自己保持回路による自己保持を解除し、制御部
及び送信部への前記電源からの電力供給を停止させるよ
うにしたことを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス
センサ。
【請求項７】前記検出部が無電源で動作するものである
ことを特徴とする請求項４から請求項６の内のいずれか
１項に記載のワイヤレスセンサ。
【請求項８】軸受または軸受ユニットに請求項１から請
求項７の内のいずれか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。