JP2005189058A - Impact sensor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衝撃センサユニットに関し、より詳細には、回転機械、摺動部材、精密部品、光学部品等を含む機械部品の組立工程や輸送工程、及びこれら機械部品が組み込まれた鉄道車両、工作機械、風車等の機械装置の運転中、の診断を行うことができる衝撃センサユニットに関する。 The present invention relates to an impact sensor unit. More specifically, the present invention relates to an assembly process and a transport process of machine parts including rotating machines, sliding members, precision parts, optical parts, etc., and a railway vehicle and a machine incorporating these machine parts. The present invention relates to an impact sensor unit capable of performing diagnosis during operation of a mechanical device such as a machine or a windmill.
従来、鉄道車両の車軸等を回転自在に支持する軸受装置では、摺動部材である軸受構成部品の摩耗や破損による不都合の発生を防止するために、定期的に分解目視検査が行なわれていた。 Conventionally, in a bearing device that rotatably supports an axle of a railway vehicle and the like, periodic disassembly visual inspection has been performed in order to prevent the occurrence of inconvenience due to wear or breakage of a bearing component that is a sliding member. .
分解目視検査は、車両の一定期間の使用後に、軸受を車両から取り外して分解し、熟練した専門の検査担当者が、目視により分解した各構成部品の摩耗の度合いや傷の有無を確認する。この確認により、新品の部品にはない凹凸や磨耗等の異常が検出されれば、新品に交換し、再度組立てを実施する。 In the disassembled visual inspection, after a certain period of use of the vehicle, the bearings are removed from the vehicle and disassembled, and a trained professional inspector confirms the degree of wear and the presence or absence of scratches of each component disassembled visually. If abnormalities such as unevenness and wear that are not found in the new parts are detected by this confirmation, the parts are replaced with new ones and reassembled.
また、軸受が組み込まれた工作機械、モータ、自動車用車軸軸受ユニット等の機械装置では、軸受に各種センサを装着しておき、運転中における振動、温度、回転速度等を検出して軸受の異常の有無を検知するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
Also, in machine devices such as machine tools, motors, and automobile axle bearing units with built-in bearings, various sensors are attached to the bearings, and vibrations, temperatures, rotational speeds, etc. during operation are detected to detect abnormal bearings. What detects the presence or absence of this is known (for example, refer to
特許文献1に開示された軸受用圧電フィルム変換装置は、運転中に軸受に発生する圧力波を検出する圧電フィルム変換器を軸受に取り付け、運転中における軸受の損傷の有無を監視するように構成されている。また、特許文献2に開示されたセンサ付き軸受装置では、振動センサ、回転センサ、温度センサ等の各種センサが単一のセンサホルダ内に組み込まれて軸受装置に取り付けられており、これらによって軸受の運転状態を検出して軸受の予防保全を図るように構成されている。
しかしながら、従来の分解目視検査では、検査する人によって検査結果に個人差が生じたり、欠陥の見落とし等が生じるおそれがあった。また、分解目視検査では、車両から軸受装置を取り外す分解作業や検査後の組立て作業の際に、軸受構成部品に打痕をつけてしまう可能性があった。特に、検査後の組立て作業時の打痕は、機械装置の運転中の異常として検出されるため、異常検出が遅れてしまう。 However, in the conventional disassembled visual inspection, there is a possibility that individual differences may occur in the inspection results depending on the person inspecting, or defects may be overlooked. Further, in the visual disassembly inspection, there is a possibility that a dent is made on the bearing component parts during disassembly work for removing the bearing device from the vehicle or assembly work after the inspection. In particular, since a dent at the time of assembly work after inspection is detected as an abnormality during operation of the mechanical device, abnormality detection is delayed.
さらに、軸受装置の組立ての際に生じる軸受構成部品の組込み傷も、分解目視検査によって検出されるため、軸受装置は組込み傷がついたまま客先へ出荷されてしまい、輸送費等のコストが無駄になるという問題があった。この問題は、大型の転がり軸受等では顕著である。 Furthermore, since the built-in scratches of the bearing components that occur during the assembly of the bearing device are also detected by disassembling visual inspection, the bearing device is shipped to the customer with the built-in scratches, and costs such as transportation costs are wasted. There was a problem of becoming. This problem is remarkable in large-sized rolling bearings and the like.
また、特許文献1及び特許文献2に開示されたセンサは、いずれも機械装置の運転中における軸受装置の異常を検出しており、組立工程や輸送工程に軸受が損傷を受けていても、どのような状況で損傷を受けたのかのデータがなく、軸受の損傷の原因を判断することができず、軸受損傷に対する対策の実施が困難であった。
In addition, the sensors disclosed in
例えば、小型モータ用小径軸受等が、輸送時の悪路による振動・衝撃によってフレッチング摩耗や打痕を生じたとしても、軸受をモータに組み込んで検査されるまで検出されなかった。 For example, even if a small-diameter bearing for a small motor or the like has fretting wear or dents due to vibration / impact caused by a rough road during transportation, it was not detected until the bearing was inspected after being incorporated in the motor.
また、これらのセンサは、センサ素子からの出力を外部で演算処理して軸受の異常を監視又は検出しているため、軸受の組立工程や輸送工程において直に異常を検出することは困難であった。 In addition, since these sensors monitor and detect the abnormality of the bearing by calculating the output from the sensor element externally, it is difficult to detect the abnormality directly in the assembly process and the transportation process of the bearing. It was.
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械部品の組立工程、輸送工程等で受けたの損傷の原因となる衝撃を、機械部品が機械装置に組み込まれる前に検査可能として、機械部品の異常を早期に検出できる衝撃センサユニットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide an impact that causes damage in the assembly process, the transport process, etc. of the machine part before the machine part is incorporated into the machine apparatus. An object of the present invention is to provide an impact sensor unit that can detect abnormalities of machine parts at an early stage.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたことを特徴とする衝撃センサユニット。
(2) 衝撃センサ、検出回路、演算処理部、記憶部及び出力部を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うことを特徴とする衝撃センサユニット。
(3) 前記衝撃センサは、圧電素子とマイクロマシンのいずれかによるセンサであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の衝撃センサユニット。
(4) 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の衝撃センサユニット。
(5) 前記衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の衝撃センサユニット。
(6) 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサと、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサの両方を含むことを特徴とする(1)又は(2)に記載の衝撃センサユニット。
(7) 機械部品に脱着可能なことを特徴とする(1)から(6)のいずれかに記載の衝撃センサユニット。
(8) 前記機械部品に(1)から(7)のいずれかに記載の衝撃センサユニットを取り付けたことを特徴とする機械装置。
(9) 前記機械部品は、組立、調整、梱包の少なくとも一つを行うことを特徴とする(8)に記載の機械装置。
(10) (1)から(7)のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とする転がり軸受。
(11) (1)から(7)のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とするモータ。
(12) (1)から(7)のいずれかに記載の衝撃センサユニットを自動車用車軸軸受ユニットに適用したことを特徴とするハブユニット。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) An impact sensor unit comprising an impact sensor, a detection circuit, an arithmetic processing unit, and a storage unit.
(2) An impact sensor unit comprising a unit in which an impact sensor, a detection circuit, an arithmetic processing unit, a storage unit, and an output unit are integrated, and detects an impact of a mechanical part.
(3) The impact sensor unit according to (1) or (2), wherein the impact sensor is a sensor using either a piezoelectric element or a micromachine.
(4) The impact sensor unit according to (1) or (2), wherein the impact sensor is a piezoelectric sensor using either a ceramic piezoelectric element or a polymer piezoelectric element.
(5) The impact sensor unit according to (1) or (2), wherein the impact sensor is a micro acceleration sensor that forms a micromachine spring on a silicon wafer and detects acceleration from a change in capacitance of the spring. .
(6) The impact sensor includes both a piezoelectric sensor using either a ceramic piezoelectric element or a polymer piezoelectric element, and a micro acceleration sensor that forms a micromachine spring on a silicon wafer and detects acceleration based on a change in capacitance thereof. The impact sensor unit according to (1) or (2), wherein
(7) The impact sensor unit according to any one of (1) to (6), which is detachable from a mechanical part.
(8) A mechanical apparatus comprising the impact sensor unit according to any one of (1) to (7) attached to the mechanical part.
(9) The machine device according to (8), wherein the machine part performs at least one of assembly, adjustment, and packaging.
(10) A rolling bearing to which the impact sensor unit according to any one of (1) to (7) is applied.
(11) A motor to which the impact sensor unit according to any one of (1) to (7) is applied.
(12) A hub unit, wherein the impact sensor unit according to any one of (1) to (7) is applied to an automobile axle bearing unit.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたので、衝撃センサユニットをコンパクトに構成することができる。またこれによって、衝撃センサユニットの機械部品への装着を容易にすることができ、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, since the impact sensor, the detection circuit, the arithmetic processing unit, and the storage unit are integrated, the impact sensor unit can be configured compactly. Further, this makes it easy to mount the impact sensor unit on the machine part, and it is possible to detect an impact applied to the machine part during the assembly process, transport process, operation, etc. of the machine part.
また、本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサ、検出回路、演算処理部、記憶部及び出力部を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うようにしたので、機械部品の任意の位置に衝撃センサユニットを装着して、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。 In addition, according to the impact sensor unit of the present invention, since the impact sensor, the detection circuit, the arithmetic processing unit, the storage unit, and the output unit are configured as a unit to detect the impact of the machine component, By mounting the impact sensor unit at any position, it is possible to detect impacts acting on the machine parts during the assembly process, transport process, operation, etc. of the machine parts.
また、機械部品に作用した衝撃の大きさ、予め設定された閾値を越える衝撃が作用した回数、衝撃が作用した時刻等の各種情報を記憶部に記憶しておき、表示部及び出力部に出力することによって、損傷の原因を判断可能とし、衝撃に起因する損傷に対する対策を施すことを可能とする。またこれによって、信頼性の高い機械部品及び機械装置を提供することができる。 Various information such as the magnitude of impact acting on machine parts, the number of impacts exceeding a preset threshold, the time when the impact was applied, etc. are stored in the storage unit and output to the display unit and output unit. By doing so, it becomes possible to determine the cause of damage and to take measures against damage caused by impact. Also, this makes it possible to provide highly reliable machine parts and machines.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、圧電素子とマイクロマシンのいずれかによるセンサとしたので、機械部品の損傷の原因となる低周波数帯域の衝撃加速度に応じて検出することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, since the impact sensor is a sensor using either a piezoelectric element or a micromachine, it can be detected according to impact acceleration in a low frequency band that causes damage to mechanical parts.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサとしたので、機械部品の損傷の原因となる低周波数帯域の衝撃加速度に応じて検出することができる。また、高分子圧電素子は、1Hz以下の低周波帯域から1MHzを越える超音波帯域までの広帯域で検出可能であることから、機械部品の損傷の原因となる衝撃加速度や、固体接触、塑性変形、脆性破壊、亀裂進展等により機械部品の傷の進展から発せられる弾性波(AE波、超音波)信号を検出することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, since the impact sensor is a piezoelectric sensor using either a ceramic piezoelectric element or a polymer piezoelectric element, detection is performed according to impact acceleration in a low frequency band that causes damage to mechanical parts. can do. In addition, since the piezoelectric polymer element can be detected in a wide band from a low frequency band of 1 Hz or less to an ultrasonic band exceeding 1 MHz, impact acceleration, solid contact, plastic deformation, It is possible to detect an elastic wave (AE wave, ultrasonic wave) signal generated from the progress of a flaw in a mechanical component due to brittle fracture, crack propagation, or the like.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサとしたので、超小型の衝撃センサユニットによって機械部品に作用するDCから数kHzまでの広い周波数帯域の衝撃を高精度で検出することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, since the impact sensor is a micro acceleration sensor that forms a micromachine spring on a silicon wafer and detects acceleration from the change in its capacitance, the impact sensor unit can be used as a mechanical component by an ultra-compact impact sensor unit. The impact in a wide frequency band from the acting DC to several kHz can be detected with high accuracy.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサと、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサの両方を含むようにしたので、数kHzまでの比較的低周波数帯域の衝撃加速度、及び超音波を含む高周波数帯域の加速度、の両方を検出することができる。これによって、組立工程、輸送工程等における機械部品の傷の発生の可能性、及び損傷に起因する軸受の異常を検出することができる。またこれによって、損傷に対する対策を実施することができ、信頼性の高い衝撃センサユニットを提供することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, the impact sensor includes a piezoelectric sensor using either a ceramic piezoelectric element or a polymer piezoelectric element, and a micromachine spring formed on a silicon wafer, and a micro sensor that detects acceleration from the capacitance change. Since both the acceleration sensors are included, it is possible to detect both impact acceleration in a relatively low frequency band up to several kHz and acceleration in a high frequency band including ultrasonic waves. As a result, it is possible to detect the possibility of scratches on machine parts in the assembly process, the transport process, and the like, and the abnormality of the bearing due to the damage. This also makes it possible to take measures against damage and provide a highly reliable impact sensor unit.
本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサユニットを機械部品に脱着可能としたので、例えば、軸受装置の組立工程においては、組立前に外輪等の構成部品に衝撃センサユニットを装着して軸受装置を組立て、調整を行い、組立後に衝撃センサユニットを取り外して再利用することができる。これによって、安価な費用で高品質の機械部品を製作することができる。 According to the impact sensor unit of the present invention, the impact sensor unit can be attached to and detached from the machine part. For example, in the assembly process of the bearing device, the impact sensor unit is attached to the component parts such as the outer ring before the assembly. The apparatus can be assembled and adjusted, and the impact sensor unit can be removed and reused after assembly. As a result, high-quality machine parts can be manufactured at low cost.
また、本発明の機械装置によれば、機械部品に衝撃センサユニットを取り付けるようにしたので、機械部品に作用した衝撃荷重の大きさ、作用した回数、衝撃を受けた時刻等を容易に検知することができ、これによって、機械部品に損傷を与えた可能性を機械装置の運転以前に知ることができ、信頼性の高い機械装置を提供することができる。 In addition, according to the mechanical device of the present invention, since the impact sensor unit is attached to the machine part, the magnitude of the impact load applied to the machine part, the number of times of application, the time when the impact was received, and the like are easily detected. This makes it possible to know the possibility of damage to the mechanical parts before the operation of the mechanical device, and to provide a highly reliable mechanical device.
また、本発明の機械装置によれば、組立、調整、梱包の少なくとも一つを行うようにしたので、組立、調整、及び梱包中に機械部品が受けた衝撃を検出することができ、これらのデータから機械部品が損傷を受けた可能性やそれらに対する対策を実施することが可能となる。また、これによって、信頼性の高い機械装置を提供することができる。 Further, according to the mechanical device of the present invention, since at least one of assembly, adjustment, and packaging is performed, it is possible to detect the impact received by the machine parts during assembly, adjustment, and packaging. From the data, it is possible to take a measure against the possibility that the machine part has been damaged or not. In addition, this makes it possible to provide a highly reliable mechanical device.
また、本発明によれば、転がり軸受に衝撃センサユニットを適用したので、組立工程、輸送工程等で転がり軸受に作用した衝撃を検出して、軌道面や転動体に与えられた損傷の原因を転がり軸受を機械装置に組み込む前に知ることができる。従って、信頼性の高い機械装置を安価に提供することができる。 Further, according to the present invention, since the impact sensor unit is applied to the rolling bearing, the impact acting on the rolling bearing in the assembly process, the transport process, etc. is detected, and the cause of the damage given to the raceway surface and the rolling element is detected. It can be known before the rolling bearing is incorporated into the mechanical device. Therefore, a highly reliable mechanical device can be provided at low cost.
また、本発明によれば、モータに衝撃センサユニットを適用したので、モータの異常の原因となる衝撃を検出して、故障の原因を判断できモータの異常を未然に防止することができる。 Further, according to the present invention, since the impact sensor unit is applied to the motor, it is possible to detect the impact that causes the motor abnormality, determine the cause of the failure, and prevent the motor abnormality.
また、本発明によれば、衝撃センサユニットを自動車用車軸軸受ユニットに適用したので、自動車用車軸軸受ユニットの異常の原因となる衝撃を検出して、信頼性の高いハブユニットを提供することができる。 Further, according to the present invention, since the impact sensor unit is applied to an automobile axle bearing unit, it is possible to detect an impact that causes an abnormality of the automobile axle bearing unit and provide a highly reliable hub unit. it can.
本発明の衝撃センサユニットは、衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたので、衝撃センサユニットをコンパクトに構成することができる。また、衝撃センサユニットの機械部品への装着を容易にすることができ、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。 Since the impact sensor unit of the present invention integrates the impact sensor, the detection circuit, the arithmetic processing unit, and the storage unit, the impact sensor unit can be configured compactly. Further, the impact sensor unit can be easily attached to the machine part, and the impact applied to the machine part during the assembly process, the transport process, the operation, etc. of the machine part can be detected.
以下、本発明の各実施形態に係る衝撃センサユニットを図面に参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an impact sensor unit according to each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。
図1は本発明の第1実施形態の機械部品である転がり軸受(円錐ころ軸受)を分解して示す側面図である。図2は図1における衝撃センサユニットであり、(a)は構成図、(b)は側面図である。
(First embodiment)
First, an impact sensor unit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is an exploded side view showing a rolling bearing (conical roller bearing) which is a mechanical component according to the first embodiment of the present invention. 2 is an impact sensor unit in FIG. 1, (a) is a configuration diagram, and (b) is a side view.
図1に示すように、円錐ころ軸受1は、外輪2、内輪3、転動体である円錐ころ4、保持器5を構成部品として備えている。外輪2の内周面には、円錐形の軌道面2aが形成されており、内輪3の外周面には円錐形の軌道面3aが形成されている。外輪2の軌道面2aと、内輪3の軌道面3aとの間には、保持器5によって回動自在に保持された複数の円錐ころ4が転動自在に配置されている。また、外輪2の外周面2bには、衝撃センサユニット10が脱着可能に固定されている。
As shown in FIG. 1, the tapered
図2に示すように、衝撃センサユニット10は、円錐ころ軸受1に作用する衝撃荷重を検出するためのものであって、衝撃センサ11,検出増幅回路12、演算処理部13、記憶部14、出力部15が、回路基板16上に電気的に接続されて配置されている。
As shown in FIG. 2, the
回路基板16は、ケース17内に基板固定部材である複数のねじ18によって固定されている。ケース17はアルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄等からなり、ケース17の取付面17aは、ケース17が外輪2の外周面2bに密着して固定されるように、外輪2の外周面2bの曲率半径とほぼ等しい曲率半径を有する曲面に形成されている(図2(b)参照。)。ねじ18は、回路基板16の四隅に配置されると共に、衝撃センサ11が配置された位置の近傍にも配置されている。
これにより、衝撃センサ11、検出回路12、演算処理部13、記憶部14及び出力部15を有する衝撃センサユニット10は一体のユニットとして構成されている。
The
Thereby, the
衝撃センサ11は、バイモルフ型セラミック圧電素子からなり、回路基板16に表面実装されている。衝撃センサ11は、加えられた衝撃を加速度として検知し、該加速度に比例した電気信号を出力する。衝撃センサ11は、電気信号を重力加速度Gの値に対する電圧として出力する電圧感度型のものであっても、電荷として出力する電荷感度型のものであってもよい。衝撃センサ11で検知された加速度は、検出増幅回路12で増幅されて適切な電圧信号に変換される。なお、電荷感度型の衝撃センサ11を用いる場合には、初段オペアンプの帰還部にコンデンサを入れたチャージアンプで電圧に変換する。検出増幅回路12の入力は、高インピーダンスを要するが、通常は1MΩ〜1GΩ程度の値とされる。
The
演算処理部13は、例えばマイクロコンピュータ(以下、マイコンと称す。)であり、衝撃センサ11で検出された衝撃加速度が予め設定された閾値を越えたかどうか判断し、閾値を越えると論理出力し、異常衝撃が加わったことを記憶部14に書き込む。ここで、閾値は、円錐ころ軸受1に損傷を与える可能性のある衝撃の大きさに設定されている。記憶部14は、衝撃センサユニット10に作用した衝撃加速度の大きさ、閾値より大きな衝撃加速度が作用した回数、衝撃加速度が作用した時刻等を記憶する。
The
出力部15は、表示部である液晶表示板を備えて構成されており、異常衝撃の履歴があったかどうかを表示する。なお、出力部15は、衝撃センサ11による衝撃加速度の検出結果を外部に知らせるためのものであればよく、ブザー等の発音素子、LED等の発光素子、ホストコンピュータと通信可能な無線アンテナ等からなってもよく、また、表示部と他の出力の両方で構成されてもよい。無線通信の場合には、外部に設けられたホストコンピュータから衝撃履歴が読み取られる。
The
次に、第1実施形態の衝撃センサユニットの作用について説明する。
図1及び図2に示すように、例えば大型の円錐ころ軸受1の製造工程(組立・調整工程)での衝撃を検出する場合には、まず、外輪2、内輪3、円錐ころ4、保持器5等の各構成部品を旋削、熱処理、研磨、検査等の工程を経て完成する。その後、完成した外輪2の外周面2bに衝撃センサユニット10を密着して固定した後、外輪2に内輪3、円錐ころ4、保持器5を組み付ける。
Next, the operation of the impact sensor unit of the first embodiment will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, for example, when detecting an impact in a manufacturing process (assembly / adjustment process) of a large tapered
円錐ころ軸受1の製造工程において、円錐ころ軸受1に衝撃が作用すると、衝撃センサ11が該衝撃を加速度として検知し、検出増幅回路12で増幅して電気信号を出力する。演算処理部13は、電気信号を処理して予め設定された閾値と比較し、検出された衝撃加速度が閾値より大きな場合には、外輪2に加えられた衝撃加速度の大きさ、閾値より大きな衝撃加速度が作用した回数、その時刻等を記憶部14に出力して、衝撃履歴として記憶させる。
In the manufacturing process of the tapered
出力部15は記憶部14に記憶された衝撃履歴を液晶表示板に表示して、製作工程において円錐ころ軸受1に傷を生じさせる程度の衝撃が作用したかどうかを判別する。なお、出力部15は無線アンテナによって構成し、無線通信によって外部のホストコンピュータから衝撃履歴を読み取るようにしてもよい。また、記憶部14に記憶された衝撃履歴をもとに、論理回路やMPUのソフトウェアで円錐ころ軸受1の損傷の可能性と時期を判断するようにしてもよい。
The
これによって、円錐ころ軸受1の組立てや調整時、或いは工場から出荷される前の製造検査工程等において、円錐ころ軸受1の損傷の可能性や時期を判断することができ、異常の発生を未然に防止して品質の安定した、信頼性の高い円錐ころ軸受1を供給することができる。また、衝撃センサユニット10は出荷前の製造検査工程後に円錐ころ軸受1から取り外され、繰り返し使用される。
As a result, the possibility and timing of damage to the tapered
従って、本実施形態の衝撃センサユニット10によれば、衝撃センサ11、検出回路12、演算処理部13及び記憶部14を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うようにしている。これにより、衝撃センサユニット10をコンパクトにし、衝撃センサユニット10の円錐ころ軸受1への装着を容易にすることができると共に、円錐ころ軸受1の組立工程に於ける衝撃を検出することができる。
Therefore, according to the
また、機械部品に作用した衝撃の大きさ、予め設定された閾値を越える衝撃が作用した回数、衝撃が作用した時刻等の各種情報を記憶部14に記憶しておき、出力部15にこれら情報を出力することによって、損傷の原因を判断可能とし、損傷に対する対策を施して、信頼性の高い円錐ころ軸受1を提供することができる。
Further, various information such as the magnitude of the impact acting on the machine part, the number of times the impact exceeding the preset threshold is applied, and the time when the impact is applied is stored in the
さらに、本実施形態の衝撃センサユニット10によれば、衝撃センサユニット10は円錐ころ軸受1に脱着可能としたので、例えば、円錐ころ軸受1の組立工程においては、組立前の外輪2等の構成部品に衝撃センサユニット10を装着して組立て、調整等を行い、その後衝撃センサユニット10を取り外すことで再利用することができる。また、電源に電池を使用している場合には、衝撃センサユニット10はバッテリチェックや充電を行った後に再利用される。これによって、安価な費用で高品質の円錐ころ軸受1を制作することができる。
Furthermore, according to the
また、本実施形態の衝撃センサユニット10によれば、ケース17をアルミニウム合金、マグネシウム合金、または鉄等から構成し、また、ケース17の取付面17aを、外輪2の外周面2bの曲率半径とほぼ等しい曲率半径を有する曲面に形成して、ケース17を外輪2の外周面2bに密着して固定しているので、円錐ころ軸受1の振動、衝撃加速度、弾性波等が、衝撃センサ11に確実に伝達される。
なお、衝撃センサユニット10の固定位置は、図1に破線で示すように外輪2の側面、内輪3の側面等であってもよく、検出に好適な任意の位置に固定される。外輪2や内輪3の側面に固定する場合は、ケース17の取付面は平面であることが望ましい。
Further, according to the
The fixed position of the
さらに、衝撃センサ11をねじ18と極めて接近した位置に配置しており、また、衝撃センサ11の近傍にねじ18を設けているので、円錐ころ軸受1からケース17に伝わった振動、衝撃加速度、弾性波が、回路基板16の固有振動の影響を受けることなく確実に衝撃センサ11に伝えられる。また、回路基板16は、エポキシ樹脂等をケース17内に充填することにより固定するようにしてもよい。
Furthermore, since the
また、本実施形態では、衝撃センサユニット10は円錐ころ軸受1に着脱可能に固定されたが、円錐ころ軸受1が機械装置に組み込まれた後、衝撃センサユニット10が運転中の振動等を監視する場合は、外輪2の外周面2bに永久的に組み込まれてもよい。
このため、ケース17と円錐ころ軸受1は、衝撃センサユニット10の利用方法に応じて、接着剤、磁石、両面接着テープ、ゴムバンド、ばね、ねじ等を用いて固定すればよく、潤滑油の注入口等のために切られたタップにねじを固定するようにしてもよい。固定方法は、円錐ころ軸受1の振動、衝撃加速度、弾性波を確実に衝撃センサ11に伝えるものであれば、特に限定されない。
In the present embodiment, the
For this reason, the
(第2実施形態)
次に、図3を参照して本発明の第2実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図3は衝撃センサユニットが製品の梱包箱に装着され、輸送中に製品に作用する衝撃を検出する模式図である。
(Second Embodiment)
Next, an impact sensor unit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view for detecting an impact acting on a product during transportation when the impact sensor unit is mounted on a product packaging box.
図3に示すように、製造工場20で製造された転がり軸受等の機械部品は、梱包箱21に収納されて、トラック等の輸送手段23によって客先であるプラント工場24等に搬送される。この際、梱包箱21には、衝撃センサユニット22が取り付けられている。衝撃センサユニット22の構成及び取付等については、第1実施形態の衝撃センサユニット10と同様であるので説明を省略する。
As shown in FIG. 3, machine parts such as rolling bearings manufactured at the
顧客への納入、引渡しに際して、衝撃センサユニット22に記憶された衝撃履歴を確認し、機械部品が受けた衝撃の大きさ、頻度等から梱包時や輸送中において機械部品が受けるダメージ(機械部品が転がり軸受である場合には、フレッチング摩耗等)の有無を判断して、納入の可否、プラント工場24での機械装置への組込みの可否を決定する。これによって、品質の安定した機械部品を顧客に提供することができる。このような検査システムは、顧客、輸送業者、製造メーカーの3者が協力して実行することにより、より確実な品質保証を行うことが可能となる。
When delivering or delivering to a customer, the impact history stored in the
本実施形態によれば、梱包中や輸送中に機械部品が受けた衝撃を検出することができ、これらのデータから機械部品が損傷を受けた可能性やそれらに対する対策を実施することが可能となる。特に、梱包中や輸送中等に機械部品に作用した衝撃を機械装置に組み込む以前に知ることができるので、信頼性の高い機械装置を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to detect an impact received by a machine part during packaging or transportation, and it is possible to implement a countermeasure against the possibility that the machine part has been damaged from these data. Become. In particular, since a shock that has acted on a mechanical part during packaging or transportation can be known before being incorporated into the mechanical device, a highly reliable mechanical device can be provided.
なお、本実施形態では、衝撃センサユニット22を梱包箱21に取り付けて機械部品の衝撃検出を行ったが、衝撃センサユニット22は、第1実施形態と同様に転がり軸受等の機械部品に取り付けて梱包中や輸送中における機械部品の衝撃検出を行うようにしてもよい。これにより、機械部品の組立て、調整工程から梱包、輸送工程、さらには、機械部品を機械装置に組み込む際の組立てや機械装置の運転中まで、機械部品の衝撃検出が可能となる。
In the present embodiment, the
(第3実施形態)
次に、図4〜図6を参照して本発明の第3実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図4は本発明の第3実施形態である衝撃センサユニットであり、(a)は構成図、(b)は縦断面側面図である。図5は本発明の第3実施形態の変形例である衝撃センサユニットの縦断面側面図である。図6は、本発明の第3実施形態の他の変形例である衝撃センサユニットの構成図である。
(Third embodiment)
Next, an impact sensor unit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B show an impact sensor unit according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4A is a configuration diagram, and FIG. 4B is a longitudinal sectional side view. FIG. 5 is a longitudinal sectional side view of an impact sensor unit which is a modification of the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram of an impact sensor unit which is another modification of the third embodiment of the present invention.
図4に示すように、第3実施形態の衝撃センサユニット30は、衝撃センサとしてピエゾフィルム31がアルミニウム合金、マグネシウム合金、または鉄製のケース17の内面に貼り付けられている。また、ケース17内には、検出増幅回路12、記憶・演算処理部32、出力部15が電気的に接続されて配置された回路基板16が固定されている。記憶・演算処理部32は、第1実施形態における演算処理部13と記憶部14が一体化されたもので、同等の機能を有している。また、ピエゾフィルム31と検出増幅回路12とは、電気的に接続されている。従って、ピエゾフィルム31からなる衝撃センサ、検出増幅回路12、記憶・演算処理部32、出力部15は一体のユニットとして構成されている。
なお、ピエゾフィルム31は、ケース17の外面に貼り付けられてもよく、また、図5に示されるように、回路基板16に貼り付けて、衝撃センサユニット30をより小型化してもよい。
As shown in FIG. 4, in the
The
ピエゾフィルム31は、圧電効果を有するポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の高分子圧電素子からなり、1Hz以下の低周波信号から1MHzを大幅に越える超音波信号までの極めて広い周波数帯域を捕らえることができる。また、ピエゾフィルム31は薄いため、特定の共振点(固有振動数)を持たないので、検出増幅回路12で自由に送受信帯域を設定することができる。
The
本実施形態の衝撃センサユニット30では、受信帯域を数kHz程度以下に設定すると共に、記憶・演算処理部32は、機械部品に損傷を与える可能性のある衝撃の大きさを予め閾値として設定して、検出された衝撃加速度を閾値と比較することで、機械部品に異常衝撃が発生したかどうかを判断することができる。従って、第1実施形態と同様に、衝撃センサユニット30を一体化したコンパクトな構成で、機械部品の衝撃検出を行うことができる。
In the
また、例えば、受信帯域を100kHz〜1MHzに設定すれば、機械部品である転がり軸受の傷の進展から発せられるAE(Acoustic Emission)を検出して、転がり軸受の摩耗の程度、損傷の大きさ、損傷を受けている構成部品等を推定することが可能となる。これによって、組立工程、輸送工程等における異常衝撃による傷の発生の可能性、及び傷に起因する運転中の異常を、同時に検出することができる。さらに、損傷に対する対策を実施することができ、信頼性の高い機械装置を提供することができる。 Further, for example, if the reception band is set to 100 kHz to 1 MHz, the AE (Acoustic Emission) generated from the progress of scratches on the rolling bearing, which is a mechanical component, is detected, the degree of wear of the rolling bearing, the degree of damage, It is possible to estimate damaged components and the like. Accordingly, it is possible to simultaneously detect the possibility of occurrence of scratches due to abnormal impacts in the assembly process, the transport process, and the like, and abnormalities during operation caused by the scratches. Furthermore, measures against damage can be taken, and a highly reliable mechanical device can be provided.
ここで、本実施形態の変形例として、図6に示された衝撃センサユニット40は、ともにピエゾフィルムからなる、数kHz程度までの低周波数帯域の加速度(衝撃加速度)を検出する衝撃センサ41と、超音波までの高周波数帯域の加速度を検出するAEセンサ42とをケース17内に備えている。これにより、衝撃センサユニット40は、転がり軸受等の損傷の原因となる衝撃を衝撃センサ41で検出すると共に、転がり軸受等の損傷の過程で発生する超音波(AE)をAEセンサ42で検出することができるので、損傷の原因と損傷の結果を同時に検知することができ、信頼性高い診断を行うことができる。
Here, as a modified example of the present embodiment, an
特に、転がり軸受の組込み時においては、素材欠陥による地きずがあれば、目視や傷に起因するAEによって傷が露呈され、また、素材欠陥のない完成部品であれば、傷ができない衝撃力に閾値を予め設定しておくことにより、損傷の原因となる衝撃を検知することができる。従って、衝撃センサユニット40を使用することで、非破壊検査よりもコストの低い破壊検査が可能である。
また、転がり軸受の輸送、運転中の機械診断に衝撃センサユニット40を使用することで、衝撃加速度と傷の進展から起こるAE信号を同時に捕らえることができる。
In particular, when rolling bearings are installed, if there is a scratch due to a material defect, the scratch will be exposed by AE caused by visual inspection or scratches. By setting the threshold value in advance, it is possible to detect an impact that causes damage. Therefore, by using the
In addition, by using the
(第4実施形態)
次に、図7を参照して本発明の第4実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図7は本発明の第4実施形態である衝撃センサユニットの構成図である。
図7に示すように、衝撃センサユニット50は、一枚の回路基板16上に衝撃センサであるマイクロ加速度センサ51,検出増幅回路、演算処理部及び記憶部の機能を有するワンチップマイコン52,出力部15が一体として配置されている。回路基板16は、ケース17内に固定されており、ケース17と共に転がり軸受等の機械部品に装着できるようになっている。
(Fourth embodiment)
Next, an impact sensor unit according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram of an impact sensor unit according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the
マイクロ加速度センサ51は、マイクロマシン、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度センサであり、マイクロマシニング技術によってシリコンウェハにばねを形成したもので、ばねの動きを容量変化として捕らえて加速度検出を行う。また、マイクロ加速度センサ51は、A/D変換器等も内蔵しており、マイコンへの直結が可能である。
The
マイクロ加速度センサ51は、圧電センサでは検出することができない、DC成分から数kHzまでの周波数の加速度を検出可能であり、また、1000G以上の耐衝撃性を備えるという利点を有している。また、マイクロ加速度センサ51は、方向性に敏感であるので、2軸センサとすることで、衝撃加速度の大きさと同時に、衝撃力や重力の方向を検知することができる。
The
マイクロ加速度センサ51によって検出された検出信号は、ワンチップマイコン52で信号処理され、第1実施形態と同様に、検出された衝撃加速度は閾値と比較され、衝撃加速度の大きさ、閾値を越えた回数、衝撃加速度が加えられた時刻等の各種情報が記憶される。
The detection signal detected by the
本実施形態の衝撃センサユニット50によれば、第1実施形態の衝撃センサユニット10と同様の効果を奏することができ、その上、衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサ51としたので、DC成分から数kHzまでの周波数帯域を検出することができる。これによって、組立工程、輸送工程等における機械部品の傷の発生の可能性について信頼性の高い診断を行うことができる。
According to the
なお、図6に示された衝撃センサユニット40は、ピエゾフィルムからなる衝撃センサ41をマイクロ加速度センサ51に置き換えて構成されてもよい。即ち、DCから5kHz程度の低周波数の検出が可能なマイクロ加速度センサ51と、超音波の検出が可能な、セラミック圧電センサ或いは高分子圧電センサによる圧電センサ42とを組み合わせて用いれば、機械部品の損傷の原因となる衝撃加速度、及び金属接触や亀裂の進展、塑性変形、脆性破壊、異物粒子の脱落等、損傷の過程で発生する弾性波(AE波、超音波)信号を、同時に検出することができ、より信頼性の高い診断を行うことができる
The
尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態においては、機械部品は転がり軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ボールねじ、リニアガイド等の摺動部材や回転機械、精密部品、光学部品等を含む。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and modifications and improvements can be made as appropriate.
In the present embodiment, the mechanical component is described as a rolling bearing, but is not limited to this, and includes, for example, a sliding member such as a ball screw and a linear guide, a rotating machine, a precision component, an optical component, and the like.
また、本発明の機械装置は、衝撃センサユニットが固定された機械部品を組み込んだ機械装置であり、モータ、機械部品である自動車用車軸軸受ユニットを組み込んだハブユニット、鉄道車両、工作機械、風車等であってもよい。 The mechanical device of the present invention is a mechanical device incorporating a mechanical part to which an impact sensor unit is fixed, and includes a motor, a hub unit incorporating a vehicle axle bearing unit that is a mechanical part, a railway vehicle, a machine tool, and a windmill. Etc.
1 円錐ころ軸受(転がり軸受)
10,22,30,40,50 衝撃センサユニット
11 セラミック圧電素子(衝撃センサ)
12 検出回路
13 演算処理部
14 記憶部
15 出力部
31 ピエゾフィルム(衝撃センサ、高分子圧電素子)
51 マイクロ加速度センサ(衝撃センサ)
1 Tapered roller bearing (rolling bearing)
10, 22, 30, 40, 50
12
51 Micro acceleration sensor (impact sensor)
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003429698A JP2005189058A (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Impact sensor unit |
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JP2005189058A true JP2005189058A (en) | 2005-07-14 |
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JP2003429698A Pending JP2005189058A (en) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | Impact sensor unit |
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009524760A (en) * | 2006-01-25 | 2009-07-02 | ヴェスタス ウィンド システムズ エー/エス | Wind turbine comprising at least one gearbox and a planetary gearbox |
JP2013140124A (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-18 | Sric Corp | Flaw occurrence detector and program |
JP2021036605A (en) * | 2017-07-07 | 2021-03-04 | ダイキン工業株式会社 | Vibration sensor and piezoelectric element |
-
2003
- 2003-12-25 JP JP2003429698A patent/JP2005189058A/en active Pending
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