JP2005164314A - 転動装置の異常予知方法および異常予知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転動装置における転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、異常を的確に判定することのできる転動装置の異常予知方法および異常予知装置を提供すること。
【解決手段】 異常予知対象の転がり軸受１１０から離隔して設置した超音波マイクロホン１１で転がり軸受１１０の転動接触面で発生する２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波領域の摩擦音を検出する。検出した摩擦音信号をアンプ１２により増幅した後、フィルタ１３によって４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの超音波帯域の信号を抽出する。次いで、異常判定部１４で所定の異常判定基準値と比較し、抽出した摩擦音信号が大きい場合に転がり軸受１１０の潤滑状態が異常と判定して、アラーム装置１５にアラーム信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、グリース、潤滑油、等といった潤滑剤によって弾性流体潤滑下で潤滑される転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド、等の転動装置の異常予知方法および異常予知装置に関する。

一般産業機械等の回転機器や摺動部分には、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド、等といった転動装置が多く使用されている。これらの転動装置にはグリース、潤滑油、等の潤滑剤が封入、または供給されて弾性流体潤滑下で潤滑されているが、経時変化に伴って潤滑剤が劣化すると、転動装置を構成する摺動部品の摩耗、或いは損傷等の異常を引き起こし、ひいては機械全体の故障、停止を招く。このため、転動装置における潤滑剤の劣化状態を予め検知し、必要に応じて新しい潤滑剤を補給するなどして、転動装置の損傷に至る異常を未然に防止することが望まれる。

転動装置では、内部に充填されたグリース等の潤滑剤の劣化によって、転動体と軌道輪との間に部分的な油膜切れが発生し、金属接触による広い周波数帯域の摩擦音を発する。この摩擦音を検出することにより間接的に油膜形成状態を知ることができるが、転がり軸受を適用する一般産業機械は、騒音の大きい環境下に設置されて使用されることが多いため、ＳＮ比良く摩擦音を検出することは困難であった。

従来、軸受の異常を検知する方法として、回転機器または軸受に固定して設置した圧電型加速度センサを用いて振動加速度を検出し、その強度に基づいて軸受の損傷度合い、または余寿命を判定するものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。

また、軸受に固定した音響センサを用いて軸受から発生する超音波信号を検出し、信号の形状や大きさから軸受の損傷状態を判断するものがある（例えば、特許文献４参照）。

さらに、軸受から離れて設置した超音波マイクロホンを用いて軸受から発生する超音波信号を検出し、波形振幅または周波数に基づいて軸受の損傷を判定するものがある（例えば、特許文献５および６参照）。

また、転がり軸受では潤滑剤が劣化すると転動接触面に油膜ができにくくなることが一般的に知られており、回転軸と軸受の間の電気抵抗を測定することによって油膜形成状態を知る方法が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。

特公平２−５９４２０号公報（第２−５頁、第３図） 特公平６−８７４４号公報（第２−５頁、第１図） 特開昭５７−５４８３５号公報（第２−３頁、第１図） 特開昭６１−１８９３１５号公報（第２−４頁、第１図） 特開平５−２０９７８２号公報（段落［０００７］−［００１３］、図１） 特開平９−１７８６１４号公報（段落［００１９］−［００３３］、図１） 張晨陽、中島晃、馬渡俊文、阿知波博也著「合成荷重下における深溝転がり軸受の油膜形成状態と運転性能」日本機械学論文集（Ｃ編）、６７巻、６５６号、２００１年４月、Ｐ．２６１−２６６

しかしながら、特許文献１〜４に開示された方法にあっては、いずれも軸受におけるキズ等の損傷の有無を検出するもので、弾性流体潤滑下における潤滑剤の劣化状態を予め検知して、軸受の摩耗および損傷に到る過程の検出を行なうものではないために、新しい潤滑剤を補給するなどして、転がり軸受等転動装置の異常を未然に防止することは困難であるという事情があった。

また、特許文献５に開示された方法は、超音波マイクロホンを用いて収録した軸受の回転音を周波数分析して、５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ〜３５ｋＨｚ、３５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの各周波数帯域に分けてそれぞれ強度の平均値を算出し、監視周波数についての異常判定を行なうものであり、潤滑状態の変化に伴って転動接触面から発生する特定周波数帯域の超音波摩擦音を検出するものではない。

さらに、特許文献３および特許文献６に開示された方法は、いずれも流体潤滑理論が適用されるすべり軸受に関するものであり、転がり軸受等の転動装置とは潤滑理論が異なる。前者は流体潤滑理論が適用されて油膜厚さが数μｍと比較的厚いのに対し、後者は弾性流体潤滑理論が適用されて油膜厚さが１μｍ以下と薄い。また、すべり軸受の場合は潤滑不良が急激な焼付きに至る原因となるが、転がり軸受の場合は転動接触面の摩耗に至る過程を的確に検知し、異常を判定することが効果的である。

また、非特許文献１に開示された方法は、直接潤滑油膜の状態を知ることができるものの、測定方法が複雑であるという問題がある。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、転動装置における転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転動装置の異常を的確に判定することのできる転動装置の異常予知方法および異常予知装置を提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明に係る転動装置の異常予知方法は、下記（１）〜（７）を特徴としている。

（１） 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう方法であって、
前記転動装置から離隔して設置した超音波センサ用いて、前記転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出し、
該検出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定し、そして、
該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知すること。

（２） 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう方法であって、
機械装置に接触して設置した第１の超音波センサを用いて、異常予知対象の転動装置および異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第１の摩擦音を検出し、
前記機械装置に離隔して設置した第２の超音波センサを用いて、前記異常予知対象の転動装置および前記異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第２の摩擦音を検出し、
該検出した前記第１の摩擦音と前記第２の摩擦音の差分をとることにより、前記異常予知対象の転動装置の転動接触面で発生する摩擦音を抽出し、
該抽出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、前記異常予知対象の転動装置の潤滑状態の異常有無を判定し、そして、
該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知すること。

（３） 上記（１）または（２）に記載の転動装置の異常予知方法であって、
前記転動装置から離隔して設置した超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであること。

（４） 上記（３）に記載の転動装置の異常予知方法であって、
前記転動装置から離隔して設置した超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであること。

（５） 上記（２）に記載の転動装置の異常予知方法であって、
前記機械装置に接触して設置した超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであること。

（６） 上記（５）に記載の転動装置の異常予知方法であって、
前記機械装置に接触して設置した超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであること。

（７） 上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の転動装置の異常予知方法であって、前記抽出した摩擦音の信号を可聴域の音声信号に変換して出力すること。

上記（１）の方法によれば、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転動装置の異常を的確に予知することができる。

上記（２）の方法によれば、機械装置の内部で使用される転動装置について、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、その異常を的確に予知することができる。

上記（３）の方法によれば、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となる。

上記（４）の方法によれば、上記（３）の方法よりも、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となるので好ましい。

上記（５）の方法によれば、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となる。

上記（６）の方法によれば、上記（５）の方法よりも、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となるので好ましい。

上記（７）の方法によれば、転動装置の異常の前兆を作業者の聴覚によって容易に確認することができる。

また、前述した目的を達成するため、本発明に係る転動装置の異常予知装置は、下記（８）〜（１４）を特徴としている。

（８） 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう装置であって、
前記転動装置から離隔して設置され、前記転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出する超音波センサと、
該検出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定する異常判定手段と、
該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する異常報知手段と、
を備えること。

（９） 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう装置であって、
機械装置に接触して設置され、異常予知対象の転動装置および異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第１の摩擦音を検出する第１の超音波センサと、
前記機械装置に離隔して設置され、前記異常予知対象の転動装置および前記異常予知対象外の転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の第２の摩擦音を検出する第２の超音波センサと、
該検出した前記第１の摩擦音と前記第２の摩擦音の差分をとることにより、前記異常予知対象の転動装置の転動接触面で発生する摩擦音を抽出する摩擦音信号抽出手段と、
該抽出した摩擦音信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定する異常判定手段と、
該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する異常報知手段と、
を備えること。

（１０） 上記（８）または（９）に記載の転動装置の異常予知装置であって、
前記転動装置から離隔して設置された超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであること。

（１１） 上記（１０）に記載の転動装置の異常予知装置であって、
前記転動装置から離隔して設置された超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであること。

（１２） 上記（９）に記載の転動装置の異常予知装置であって、
前記機械装置に接触して設置された超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであること。

（１３） 上記（１２）に記載の転動装置の異常予知装置であって、
前記機械装置に接触して設置された超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであること。

（１４） 上記（８）〜（１３）のいずれか一つに記載の転動装置の異常予知装置であって、
前記フィルタにより抽出した摩擦音信号を可聴域の音声信号に変換する音声信号変換手段と、
該変換した音声信号を出力する音声出力手段と、
を更に備えること。

上記（８）の構成によれば、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転動装置の異常を的確に予知することができる。

上記（９）の構成によれば、機械装置の内部で使用される転動装置について、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、その異常を的確に予知することができる。

上記（１０）の構成によれば、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となる。

上記（１１）の構成によれば、上記（１０）の構成よりも、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となるので好ましい。

上記（１２）の構成によれば、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となる。

上記（１３）の構成によれば、上記（１２）の構成よりも、機械装置のノイズ成分の影響を効果的に排除して、転動装置の転動接触面の摩擦音のみを集音することができ、転動装置の異常を精度良く予知することが可能となるので好ましい。

上記（１４）の構成によれば、転動装置の異常の前兆を作業者の聴覚によって容易に確認することができる。

本発明は、転動装置から離隔して設置した超音波センサを用いて、転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出することにより、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転動装置の異常を的確に予知することができる。

また、機械装置に接触して設置した超音波センサおよび機械装置から離れて設置した超音波センサを用いて、機械装置の内部で使用される複数の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出し、異常予知対象の転動装置の摩擦音のみを検出することにより、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、その異常を的確に予知することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る転動装置の異常予知装置の第１の実施形態の概略構成と、転動装置の異常を予知する過程を示すブロック図である。

同図に示すように、本実施形態の転動装置の異常予知装置は、超音波マイクロホン１１と、アンプ１２と、フィルタ１３と、異常判定部１４と、アラーム１５とを有し、ギアボックス１００のモータ１３０によって駆動されるギアトレイン１２０を回転支承する転がり軸受１１０の異常を予知する構成である。

超音波マイクロホン１１は、例えばコンデンサマイクロホンであり、転がり軸受１１０から所定の距離離れて設置され、転がり軸受１１０の回転に伴う内輪（内方部材）とボール、および外輪（外方部材）とボールの転動接触面で発生する超音波帯域の摩擦音を収録して電気信号に変換する。

超音波は指向性が強く、かつ伝搬における減衰率は固体中より空気中の方が大きいという性質を有している。また、空気中を伝搬する超音波の強度は、媒質である空気にエネルギーを吸収される呼吸損失により伝搬距離が長くなればなるほど減衰する。更に、超音波の周波数が高くなればなるほど減衰率が大きくなり、到達距離が短くなる。

本発明は超音波のこれらの性質を利用するものであり、転がり軸受１１０の転動接触面で発生する摩擦音について、周波数が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、好ましくは４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの帯域の超音波を、周波数帯域に応じて最適な距離となる位置に設置した超音波マイクロホン１１で収録して電気信号に変換する。これにより、超音波マイクロホン１１には、ギアボックス１００由来の運転音や周囲の騒音が届かなくなり、転がり軸受１１０の転動接触面で発生する摩擦音のみを好適に検出することができる。

超音波マイクロホン１１により検出した摩擦音信号は、アンプ１２によって所定レベルに増幅される。次いで、摩擦音の信号に含まれるノイズを除去すると共に、超音波帯域４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの信号を抽出するためにフィルタ１３を通過させる。フィルタ１３には、例えば帯域通過フィルタが用いられる。

フィルタ１３を通過した摩擦音信号は、異常判定部１４において、予め定めた異常有無判定基準値と比較される。その結果、判定基準値を超えた場合は、転がり軸受１１０の潤滑状態が劣化していると判断してアラーム装置１５にアラーム信号を出力し、ギアボックス１００の運転を停止させる。

一方、異常判定部１４において検出した摩擦音信号が判定基準値より小さい場合は、転がり軸受１１０の潤滑状態は正常であると判定して、転がり軸受１１０の転動接触面から発生する摩擦音の検出を継続する。

このような第１の実施形態の転動装置の異常予知装置および異常予知過程によれば、超音波マイクロホン１１によって、転がり軸受１１０の転動接触面で発生する２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波領域の摩擦音を検出する。

検出した摩擦音信号は、アンプ１２により増幅した後、フィルタ１３によって４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの超音波帯域の信号を抽出し、異常判定部１４で異常判定基準値と比較する。抽出した摩擦音信号が異常判定基準値より大きい場合は、転がり軸受１１０の潤滑状態が異常であると判定して、アラーム装置１５にアラーム信号を出力する。

これにより、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転がり軸受１１０の異常を的確に予知することができ、ギアボックス１００の故障を未然に防止することが可能となる。

尚、本実施形態では、転がり軸受１１０の転動接触面で発生する超音波を超音波マイクロホンによって検出するようにしたが、同様の機能を有する他の装置、例えば圧電素子を超音波振動子に用いた空中超音波センサを用いることができる。

また、本実施形態では、超音波マイクロホン１１によって検出した転がり軸受１１０の２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波領域の摩擦音をフィルタ１３により４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚに帯域制限する構成としたが、予め４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する超音波マイクロホンを使用することにより、フィルタ１３を省略することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る転動装置の異常予知装置の第２の実施形態の概略構成と、転動装置の異常を予知する過程を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の転動装置の異常予知装置は、図１に示す第１の実施形態に加えて、検出した超音波帯域の摩擦音を可聴帯域の音声信号に変換して出力する構成を備えたものである。尚、図１と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２において、本実施形態の転動装置の異常予知装置は、超音波マイクロホン１１と、アンプ１２と、フィルタ１３と、異常判定部１４と、アラーム１５とを備え、更に、ミキサ１６と、局部発信器１７と、アンプ１８と、スピーカ１９とを有する構成である。

フィルタ１３を通過した摩擦音信号は、異常判定部１４に入力されると同時にミキサ１６に入力され、局部発信器１７の発振信号と混合されて両信号の差となる可聴周波数帯域の音声信号を取り出す。

例えば、フィルタ１３を通過した３５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚの帯域を有する摩擦音信号がミキサ１６に入力されると、局部発信器１７の信号４０ｋＨｚと混合（乗算）され、両者の差となる低い側の側帯波（５ｋＨｚ以下）のみの可聴域の音声信号となる。

この音声信号はアンプ１８により電力増幅されて、スピーカ１９を鳴動させる。ギアボックス１００の操作者は、これを聴くことにより転がり軸受１１０の異常を知ることができる。

このような第２の実施形態の転動装置の異常予知装置および異常予知過程によれば、転がり軸受１１０の異常を、アラーム１５からの警報によって知ることができると共に、スピーカ１９から放音される音声によっても知ることができるので、異常予知をより的確に判断することが可能となる。

尚、本実施形態では、転がり軸受１１０の異常を知るための音声出力手段にスピーカ１９を用いたが、イヤホン等同様の機能をもつ装置であっても差し支えない。

（第３の実施形態）
図３は、本発明に係る転動装置の異常予知装置の第３の実施形態の概略構成と、転動装置の異常を予知する過程を示すブロック図である。尚、図１と同一の構成要素については、同一符号を付してある。

同図に示すように、本実施形態の転動装置の異常予知装置は、センサ部１０と、信号抽出部２０と、アンプ１２と、フィルタ１３と、異常判定部１４と、アラーム１５とを有し、旋盤等の工作機械に用いる主軸スピンドル２００の主軸２３０を支承する転がり軸受２１０、２２０のうち、転がり軸受２１０の異常を予知する構成である。

工作物を取り付けてバイトやドリル等によって切削を行なう主軸スピンドル２００の右方は、キリコや切削油が飛散するので、転がり軸受２１０の転動接触面で発生する超音波帯域の摩擦音を検出するセンサを設置するのには適さない。そのため、本実施形態では、図３に示すように、主軸スピンドル２００の左方にセンサ部１０を設置している。

センサ部１０は、図４の拡大図に示すように、主軸スピンドル２００の所定位置に接着または固定して設置した圧電型センサ１２と、主軸スピンドル２００に離隔して設置した超音波マイクロホン１１とから構成されている。圧電型センサ１２は、固体中を伝搬する転がり軸受２１０、２２０の超音波帯域の摩擦音を検出して信号Ａを出力し、超音波マイクロホン１１は、空気中を伝搬する転がり軸受２１０、２２０の超音波帯域の摩擦音を検出して信号Ｂを出力する。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、これら信号Ａ、Ｂに含まれる転がり軸受２１０、２２０のそれぞれの摩擦音の検出信号成分を模式的に示したものである。

同図から明らかなように、転がり軸受２１０から発生する摩擦音の検出信号のレベルは、信号Ａに対して、信号Ｂでは著しく小さくなっている。これは、前述した超音波の「伝搬における減衰率は、固体中より空気中の方が大きい」という性質によるものであり、超音波マイクロホン１１から遠方にあって空気中を伝搬する転がり軸受２１０の摩擦音は大きく減衰し、従ってその検出信号のレベルが著しく小さくなっていることを示すものである。

検出した信号Ａ、Ｂは、例えば差動増幅器からなる信号抽出部２０に入力され、信号Ａと信号Ｂを差動増幅して差分を抽出する。これにより、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した信号Ａ、Ｂの中から異常を予知しない転がり軸受２２０から発生する摩擦音の信号成分が除去され、異常を予知する転がり軸受２１０の転動接触面で発生する超音波帯域の摩擦音の信号成分のみを抽出することができる。

抽出した転がり軸受２１０の摩擦音信号は、第１の実施形態と同様に、アンプ１２によって所定レベルに増幅され、フィルタ１３によって超音波帯域４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの信号のみを通過させる。

フィルタ１３を通過した摩擦音信号は、異常判定部１４において、予め定めた異常有無判定基準値と比較され、判定基準値を超えた場合は、転がり軸受２１０の潤滑状態が劣化していると判断してアラーム装置１５にアラーム信号を出力し、主軸スピンドル２００の運転を停止させる。

このような第３の実施形態の転動装置の異常予知装置および異常予知の過程によれば、主軸スピンドル２００に固定して設置した圧電型センサ１２によって、固体中を伝搬する転がり軸受２１０、２２０の超音波帯域の摩擦音を検出し、主軸スピンドル２００に離隔して設置した超音波マイクロホン１１によって、空気中を伝搬する転がり軸受２１０、２２０の超音波帯域の摩擦音を検出する。

検出した両信号は、信号抽出部２０によって、異常を予知しない転がり軸受２２０の摩擦音の信号成分が除去され、異常を予知する転がり軸受２１０の転動接触面で発生する超音波帯域の摩擦音の信号成分のみを抽出する。

これにより、主軸スピンドル２００の内部で使用される転がり軸受２１０の潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、異常を的確に予知することができ、主軸スピンドル２００の故障を未然に防止することが可能となる。

尚、本実施形態では、圧電型センサ１２を主軸スピンドル２００に接着または固定して設置する例を示したが、運転中に発熱を伴い圧電型センサ１２を機械装置に接着または固定して設置することができない場合は、ウェーブガイドを用いて機械装置に固定するようにしてもよい。

尚、本発明の転動装置の異常予知方法および異常予知装置は、異常予知対象の転動装置から離隔して設けた超音波センサを用いて転動装置の転動接触面で発生する超音波帯域の摩擦音を検出し、所定の異常判定基準値と比較することにより、潤滑剤の劣化に伴って進行する転動接触面の摩耗に至る過程を検知して、転動装置の異常を的確に予知することができるという効果を有し、転動装置を使用する一般産業機械等に有用である。

尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形，改良，組み合わせ，等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所，等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る転動装置の異常予知装置の第１の実施形態の概略構成と、異常を予知する過程を示すブロック図である。 本発明に係る転動装置の異常予知装置の第２の実施形態の概略構成と、異常を予知する過程を示すブロック図である。 本発明に係る転動装置の異常予知装置の第３の実施形態の概略構成と、異常を予知する過程を示すブロック図である。 第３の実施形態におけるセンサ部の構成を示す拡大図である。 第３の実施形態におけるセンサ部の検出信号に含まれる転がり軸受ごとの信号成分を模式的に示す図である。

符号の説明

１１ 超音波マイクロホン
１２ アンプ
１３ フィルタ
１４ 異常判定部
１５ アラーム
１６ ミキサ
１９ スピーカ
２０ 信号抽出部
１００ ギアボックス
１１０、２１０、２２０ 転がり軸受
２００ 主軸スピンドル
２３０ 主軸

Claims (14)

1. 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう方法であって、
   前記転動装置から離隔して設置した超音波センサ用いて、前記転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出し、
   該検出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定し、そして、
   該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する、
   ことを特徴とする転動装置の異常予知方法。
2. 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう方法であって、
   機械装置に接触して設置した第１の超音波センサを用いて、異常予知対象の転動装置および異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第１の摩擦音を検出し、
   前記機械装置に離隔して設置した第２の超音波センサを用いて、前記異常予知対象の転動装置および前記異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第２の摩擦音を検出し、
   該検出した前記第１の摩擦音と前記第２の摩擦音の差分をとることにより、前記異常予知対象の転動装置の転動接触面で発生する摩擦音を抽出し、
   該抽出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、前記異常予知対象の転動装置の潤滑状態の異常有無を判定し、そして、
   該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する、
   ことを特徴とする転動装置の異常予知方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の転動装置の異常予知方法であって、
   前記転動装置から離隔して設置した超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであることを特徴とする転動装置の異常予知方法。
4. 請求項３に記載の転動装置の異常予知方法であって、
   前記転動装置から離隔して設置した超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであることを特徴とする転動装置の異常予知方法。
5. 請求項２に記載の転動装置の異常予知方法であって、
   前記機械装置に接触して設置した超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであることを特徴とする転動装置の異常予知方法。
6. 請求項５に記載の転動装置の異常予知方法であって、
   前記機械装置に接触して設置した超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであることを特徴とする転動装置の異常予知方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の転動装置の異常予知方法であって、
   前記抽出した摩擦音の信号を可聴域の音声信号に変換して出力する、
   ことを特徴とする転動装置の異常予知方法。
8. 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう装置であって、
   前記転動装置から離隔して設置され、前記転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の摩擦音を検出する超音波センサと、
   該検出した摩擦音の信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定する異常判定手段と、
   該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する異常報知手段と、
   を備えることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
9. 内方部材、外方部材、および前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体を有し、潤滑剤により弾性流体潤滑下で潤滑される転動装置の異常予知を行なう装置であって、
   機械装置に接触して設置され、異常予知対象の転動装置および異常予知対象外の転動装置の各転動接触面で発生する超音波領域の第１の摩擦音を検出する第１の超音波センサと、
   前記機械装置に離隔して設置され、前記異常予知対象の転動装置および前記異常予知対象外の転動装置の転動接触面で発生する超音波領域の第２の摩擦音を検出する第２の超音波センサと、
   該検出した前記第１の摩擦音と前記第２の摩擦音の差分をとることにより、前記異常予知対象の転動装置の転動接触面で発生する摩擦音を抽出する摩擦音信号抽出手段と、
   該抽出した摩擦音信号を予め定めた判定基準値と比較することにより、転動装置の潤滑状態の異常有無を判定する異常判定手段と、
   該潤滑状態が異常と判定された場合に、転動装置の異常を報知する異常報知手段と、
   を備えることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
10. 請求項８または請求項９に記載の転動装置の異常予知装置であって、
    前記転動装置から離隔して設置された超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
11. 請求項１０に記載の転動装置の異常予知装置であって、
    前記転動装置から離隔して設置された超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する空中超音波センサ、または超音波マイクロホンであることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
12. 請求項９に記載の転動装置の異常予知装置であって、
    前記機械装置に接触して設置された超音波センサは、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
13. 請求項１２に記載の転動装置の異常予知装置であって、
    前記機械装置に接触して設置された超音波センサは、４０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの固有振動数を有する接触式圧電型センサであることを特徴とする転動装置の異常予知装置。
14. 請求項８〜請求項１３のいずれか一項に記載の転動装置の異常予知装置であって、
    前記フィルタにより抽出した摩擦音信号を可聴域の音声信号に変換する音声信号変換手段と、
    該変換した音声信号を出力する音声出力手段と、
    を更に備えることを特徴とする転動装置の異常予知装置。

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