JP2007256033A - Lubricant deterioration detecting system of bearing with ic tag and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各種機械設備に組込まれた転がり軸受を、ICタグおよび潤滑剤劣化検出付きのものとして上記軸受の潤滑剤劣化を検出する潤滑剤劣化検出システムに関し、例えば、火力発電所のベルトコンベヤや鉄道車両の車輪用軸受など、使用される数が非常に多く、寿命管理が必要な軸受等に適用されるものである。 The present invention relates to a lubricant deterioration detection system for detecting a lubricant deterioration of a rolling bearing incorporated in various mechanical equipments with an IC tag and a lubricant deterioration detection, for example, a belt conveyor of a thermal power plant. It is applied to bearings and the like that are used in large numbers and require life management, such as wheel bearings for railway vehicles.
各種の機械設備において、転がり軸受が多数個使用され、その軸受寿命の管理が必要でありながら、管理が難しい場合が多くある。
例えば、火力発電所では、燃料に使用される石炭は、石炭運搬船で運ばれ、揚炭機でベルトコンベヤへ陸揚げされる。さらに、ベルトコンベヤで貯炭場へ送られて山状に積み上げられて貯炭され、消費時に、貯炭の石炭山からベルトコンベヤでボイラーに送られる。上記ボイラは、電力供給や燃料効率の面から、稼働を停止することができず、ベルトコンベヤも常に稼働させることが必要になる。ベルトコンベヤには、筒状のローラ内に軸受を設けた構造の軸受ユニットが用いられ、例えば数百の軸受ユニットが用いられる。
このようなベルトコンベヤにおいて、駆動部などの主要な軸受部は、損傷が起こるなどして異常が発生すると、装置を停止することになるので、常に監視する必要がある。そのために、軸受に温度センサや振動センサを取付け、温度や振動の変化がないかを常に監視している。それに対して、ベルトコンベヤの中間にあってベルトを支えるローラでは、非常に多くの個数があるので、駆動部の軸受ユニットと同様に各軸受を全て管理することはできず、費用面でも全数を常に監視することは現実的でない。そのため、軸受ユニットの前回交換時の記録から、定格の軸受寿命に対して安全を見て早めに交換している。この場合の軸受の交換は、軸受ユニットであるローラ毎の交換とし、適宜の処置を施して、ベルトコンベヤを止めることなく交換を行うようにしている。
また、鉄道車両では、多数ある各車輪の支持に軸受が用いられているが、客や荷物を目的地まで輸送するため、車両が動き出すと途中では容易に止めることができない。そのため、運転途中で異常が発生しないようにするために、車両停止時に軸受を定期的に検査し、管理している。
For example, in a thermal power plant, coal used for fuel is carried by a coal carrier and landed on a belt conveyor by a coal lift. Furthermore, it is sent to a coal storage by a belt conveyor, piled up in a mountain shape and stored, and when consumed, it is sent from the coal pile of the storage coal to the boiler by a belt conveyor. The boiler cannot be stopped from the viewpoint of power supply and fuel efficiency, and it is necessary to always operate the belt conveyor. For the belt conveyor, a bearing unit having a structure in which a bearing is provided in a cylindrical roller is used. For example, several hundred bearing units are used.
In such a belt conveyor, the main bearing section such as a drive section stops the apparatus when an abnormality occurs due to damage or the like, so it is necessary to always monitor it. For this purpose, a temperature sensor or a vibration sensor is attached to the bearing to constantly monitor whether there is a change in temperature or vibration. On the other hand, since there are a large number of rollers that support the belt in the middle of the belt conveyor, it is not possible to manage all of the bearings in the same way as the bearing unit of the drive unit. Monitoring is not realistic. Therefore, from the record when the bearing unit was replaced last time, the bearing unit is replaced early to ensure safety with respect to the rated bearing life. The replacement of the bearing in this case is performed for each roller as a bearing unit, and an appropriate measure is taken so that the replacement is performed without stopping the belt conveyor.
In rail cars, bearings are used to support a large number of wheels. However, since passengers and luggage are transported to their destinations, they cannot be easily stopped halfway when the vehicles start to move. For this reason, the bearings are regularly inspected and managed when the vehicle is stopped so that no abnormality occurs during operation.
上記従来の火力発電所のベルトコンベヤにおいて、ベルトを支える中間のローラであっても、軸受に異常が発生すると、損傷状況によってはコンベヤを停止することが必要になる可能性がある。定期的な軸受交換では、適宜の処置を施すことで、コンベヤを停止させることなく交換が行えるようにしているが、不測の軸受異常の場合、コンベヤを稼働させた状態では交換できないことがある。また、軸受を定格寿命に対して早めに交換しても、不測の異常が発生することがあり、このような異常を未然に知ることができない。
また、鉄道車両の車輪支持用の軸受では、上記のように定期的な検査を停止時に行っているが、運転時間が長く、高速で長距離を走る車両では、軸受の使用条件が過酷なものとなる。そのため、停止時の定期検査だけでは、軸受の異常発生を十分に予防することができないことがある。また、走行時の軸受状態が停止時では的確に知ることができない。
In the conventional belt conveyor of a thermal power plant, even if the intermediate roller supports the belt, if an abnormality occurs in the bearing, it may be necessary to stop the conveyor depending on the damage situation. In periodic bearing replacement, appropriate measures are taken to enable replacement without stopping the conveyor. However, in the case of an unexpected bearing abnormality, replacement may not be possible when the conveyor is in operation. Even if the bearing is replaced early with respect to the rated life, an unexpected abnormality may occur, and such an abnormality cannot be known in advance.
In addition, for rolling stock wheel support bearings, periodic inspections are performed at the time of stopping as described above. However, for vehicles that run long hours at high speeds, bearing usage conditions are severe. It becomes. For this reason, the occurrence of abnormal bearings may not be sufficiently prevented only by periodic inspection at the time of stopping. Moreover, the bearing state during traveling cannot be accurately known when the vehicle is stopped.
この発明の目的は、多数の軸受の潤滑剤劣化検出を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することのできる簡素で安価な潤滑剤劣化検出システムを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a simple and inexpensive lubricant deterioration detection system that can easily detect lubricant deterioration of a large number of bearings in a bearing operating state and can prevent the occurrence of a bearing abnormality. It is to be.
この発明のICタグ・センサ付き軸受の潤滑剤劣化検出システムは、軸受に、ICタグと、このICタグに内蔵されまたはこのICタグとは別体に設けられ非接触で前記軸受の外部から給電された電力を蓄積する電源回路と、この電源で駆動される潤滑剤の劣化検出センサとを搭載し、前記ICタグに対する情報の読書き・および前記電源回路に対する給電を非接触で行うタグ読書き端末を設けたものである。
この構成によると、上記タグ読書き端末を定期的にあるいは任意時に移動させて軸受に近づけ、そのときに電力を軸受の電源回路に供給し、その電力で潤滑剤の劣化検出センサを駆動し、任意の時間だけ劣化検出センサを稼働させて潤滑剤の劣化検出を行うことができる。軸受に潤滑不良が発生して温度が上昇したり、異常振動が発生する前に潤滑剤の劣化状態を検出することができるため、温度センサや振動センサだけを使用した検査装置よりも早期の劣化検出が可能になる。潤滑剤の劣化検出結果は、常にタグ読書き端末に送信しても良いし、また、ある一定の条件に達したときのみ送信するようにしても良い。このような操作を、1台のタグ読書き端末で多数のICタグ・センサ付き軸受につき行うこともできる。
このため、従来の常時検査の場合のように、各軸受ユニットに温度センサの他に送信装置および常時駆動用の電源を付けずに、ICタグと供給電力を潤滑剤劣化検出センサに伝える電源回路を設けるだけで済み、各軸受ユニット毎に対応する受信機を設ける必要もなく、そのため設置スペースが少なくて済み、設備費用も少なくて済む。例えば、1日1回とか、ある時間毎に1回とかの監視時を決めて断続的に監視するといった日常の定期点検作業を行えるので、多くの軸受を継続して監視することができ、測定したい軸受が多くても対応ができる。また、潤滑剤劣化検出の結果により、軸受異常が発生する前に交換することができるので、機械設備自体の故障に繋がらず、機械設備自体を傷めずに済む。また、機械設備を停止した定期保守時に不良兆候のある軸受を交換することもできるので、交換用の軸受や軸受ユニット等の必要な在庫が行い易い。
The system for detecting a lubricant deterioration of a bearing with an IC tag / sensor according to the present invention includes: an IC tag in the bearing; Tag reading and writing, which is equipped with a power supply circuit for accumulating the generated power and a lubricant deterioration detection sensor driven by this power supply, and reads and writes information on the IC tag and feeds power to the power supply circuit in a contactless manner A terminal is provided.
According to this configuration, the tag reading / writing terminal is moved periodically or at any time to approach the bearing, and then power is supplied to the power supply circuit of the bearing, and the lubricant deterioration detection sensor is driven by the power, The deterioration detection sensor can be operated for an arbitrary time to detect the deterioration of the lubricant. Deterioration of lubricants can be detected before the temperature rises due to poor lubrication of the bearing or abnormal vibrations occur, so deterioration earlier than inspection equipment using only temperature sensors and vibration sensors Detection is possible. The result of detecting the deterioration of the lubricant may be always transmitted to the tag reading / writing terminal, or may be transmitted only when a certain condition is reached. Such an operation can be performed for a large number of bearings with IC tags and sensors with one tag reading / writing terminal.
For this reason, as in the case of the conventional continuous inspection, the power supply circuit that transmits the IC tag and the supplied power to the lubricant deterioration detection sensor without attaching a transmission device and a power supply for continuous driving in addition to the temperature sensor to each bearing unit There is no need to provide a corresponding receiver for each bearing unit, so that a small installation space is required and the equipment cost is low. For example, it is possible to carry out daily periodic inspection work such as once a day or once every certain time and intermittently monitor, so many bearings can be continuously monitored and measured. Even if there are many bearings you want to do, it can be handled. Further, since the bearing can be replaced before the occurrence of the bearing abnormality based on the result of the lubricant deterioration detection, the mechanical equipment itself is not damaged and the mechanical equipment itself is not damaged. In addition, since a bearing with a sign of failure can be replaced at the time of periodic maintenance when the mechanical equipment is stopped, it is easy to carry out necessary inventory of a replacement bearing or a bearing unit.
この発明において、前記軸受に、前記電源で駆動され、前記潤滑剤の劣化検出センサとは別の情報を検出するセンサを、一つまたは複数搭載しても良い。前記別の情報を検出するセンサは、温度センサまたは振動センサであっても良い。
軸受の寿命は、温度や振動によっても判断される。潤滑剤劣化の情報の他に温度や振動の情報が得られると、より精度良く軸受異常の判断が行える。
In the present invention, one or more sensors that are driven by the power source and detect information different from the lubricant deterioration detection sensor may be mounted on the bearing. The sensor for detecting the other information may be a temperature sensor or a vibration sensor.
The life of the bearing is also judged by temperature and vibration. If the temperature and vibration information is obtained in addition to the lubricant deterioration information, the bearing abnormality can be determined with higher accuracy.
この発明において、前記ICタグに、このICタグを搭載した軸受の識別情報を記憶させても良い。上記識別情報は、製品番号やロット番号等である。軸受の識別情報が潤滑剤の劣化検出情報と共に得られると、管理用のコンピュータ等による寿命判断や管理がより一層容易になる。また、上記ICタグには、機械設備に対する軸受の設置場所の情報を記憶させても良い。 In the present invention, identification information of a bearing on which the IC tag is mounted may be stored in the IC tag. The identification information is a product number, a lot number, or the like. When the bearing identification information is obtained together with the lubricant deterioration detection information, the life judgment and management by a management computer or the like is further facilitated. Further, the IC tag may store information on the installation location of the bearing with respect to the mechanical equipment.
この発明において、前記軸受が、鉄道車両の車軸軸受であっても良い。鉄道車両の場合も、多くの軸受が用いられるが、これらの軸受の潤滑剤の劣化状態が走行経路に設けられたタグ読書き端末により読み取れるため、走行中の潤滑剤劣化検出が可能になる。そのため、車両停止時の定期検査を補い、より確実な軸受異常判断が行える。 In the present invention, the bearing may be an axle bearing of a railway vehicle. In the case of a railway vehicle, many bearings are used. However, since the deterioration state of the lubricant of these bearings can be read by a tag reading / writing terminal provided in the traveling path, it is possible to detect the deterioration of the lubricant during traveling. Therefore, it is possible to make a more reliable bearing abnormality determination by supplementing the periodic inspection when the vehicle is stopped.
鉄道車両の車軸軸受である場合、軸受の外輪の端部にシールケースを取付け、このシールケースに軸受空間を密封するシールを設け、このシールの内側に前記劣化検出センサを配置し、前記シールケースの外側にICタグを配置しても良い。
例えば軸受の外輪等は、その製造の工程が煩雑であり、強度的にも厳しい要求があるため、上記ICタグや潤滑剤劣化検出センサ等の組み込みを行う場合、工程の増加等のうえで好ましくない場合があるが、簡易な部品であるシールケースにICタグや潤滑剤劣化検出センサを配置する場合、その取付工程が容易である。また、シールケースに上記ICタグや潤滑剤劣化検出センサを配置する場合、その他の軸受構成部品については、ICタグ等を取付けない一般の軸受と軸受部品の共通化が図れ、製造工程を同じにできて生産性に優れる。
In the case of an axle bearing of a railway vehicle, a seal case is attached to an end of the outer ring of the bearing, a seal for sealing the bearing space is provided in the seal case, the deterioration detection sensor is disposed inside the seal, and the seal case You may arrange | position an IC tag on the outer side.
For example, the outer ring of a bearing is complicated in its manufacturing process and has severe requirements in terms of strength. Therefore, when incorporating the IC tag, the lubricant deterioration detection sensor, etc., it is preferable because of an increase in the number of processes. Although there may be no case, when an IC tag and a lubricant deterioration detection sensor are arranged in a seal case which is a simple part, the attachment process is easy. In addition, when the IC tag or lubricant deterioration detection sensor is placed in the seal case, the other bearing components can be used in common with ordinary bearings that do not have an IC tag attached, and the manufacturing process is the same. It is excellent in productivity.
この発明において、前記劣化検出センサが、検出対象となる潤滑剤を互いの間に介在させる発光部および受光部と、この受光部の出力から前記潤滑剤の光透過率を求めて潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段とを備えたものであっても良い。
潤滑剤を透過した透過光量は、潤滑剤に含まれる異物の含有量が多いほど減少するので、受光部で検出される透過光量から判定手段は潤滑剤における異物の含有量を推定することができる。軸受に使用される潤滑剤の場合、劣化が進むにつれて摩耗粉などの異物の混合割合が増加するので、潤滑剤に混入している異物の量を検出すれば、潤滑剤の劣化状態を正確に検出することができる。
In this invention, the deterioration detection sensor obtains the light transmittance of the lubricant from the light emitting part and the light receiving part with the lubricant to be detected interposed between them and the output of the light receiving part, and mixes in the lubricant. And a determination unit that detects the amount of foreign matter that is being processed.
Since the amount of transmitted light that has passed through the lubricant decreases as the amount of foreign matter contained in the lubricant increases, the determination means can estimate the amount of foreign matter in the lubricant from the amount of transmitted light detected by the light receiving unit. . In the case of lubricants used in bearings, the mixing ratio of foreign matter such as wear powder increases as deterioration progresses, so if the amount of foreign matter mixed in the lubricant is detected, the deterioration state of the lubricant can be accurately determined. Can be detected.
この発明において、前記前記劣化検出センサが、発光部と受光部とが角度をもって配置され、発光部から出た光が潤滑剤の表面で散乱反射して受光部に入る光学系と、受光部の出力の変化から潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段とを備えるものであっても良い。
この構成の場合、反射光を検出するため、発光部と受光部とを隣接して配置することができ、劣化検出センサをコンパクトなものとできる。
In the present invention, the deterioration detection sensor includes an optical system in which a light emitting part and a light receiving part are arranged at an angle, and light emitted from the light emitting part is scattered and reflected by the surface of the lubricant and enters the light receiving part, and And a determination unit that detects the amount of foreign matter mixed in the lubricant from a change in output.
In the case of this configuration, since the reflected light is detected, the light emitting unit and the light receiving unit can be arranged adjacent to each other, and the deterioration detection sensor can be made compact.
この発明のICタグ・センサ付き軸受の潤滑剤劣化検出システムは、軸受に、ICタグと、このICタグに内蔵されまたはこのICタグとは別体に設けられ非接触で前記軸受の外部から給電された電力を蓄積する電源回路と、この電源で駆動される潤滑剤の劣化検出センサとを搭載し、前記ICタグに対する情報の読書き・および前記電源回路に対する給電を非接触で行うタグ読書き端末を設けたため、簡素で安価な構成により、多数の軸受の潤滑剤劣化検出を、軸受運転状態で簡単に行うことができ、軸受の異常発生を未然に防止することができる。 The system for detecting a lubricant deterioration of a bearing with an IC tag / sensor according to the present invention includes: an IC tag in the bearing; and the IC tag built in the IC tag or provided separately from the IC tag, so that power is supplied from outside the bearing without contact. Tag reading and writing, which is equipped with a power supply circuit for accumulating the generated power and a lubricant deterioration detection sensor driven by this power supply, and reads and writes information on the IC tag and feeds power to the power supply circuit in a contactless manner Since the terminal is provided, it is possible to easily detect lubricant deterioration of a large number of bearings in a bearing operation state with a simple and inexpensive configuration, and to prevent occurrence of an abnormality in the bearing.
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図1に示すように、このICタグ・センサ付き軸受の潤滑剤劣化検出システムは、機械設備10に組込まれた転がり軸受1をICタグ・センサ付き軸受1Aとし、タグ読書き端末2を設けたものである。ICタグ・センサ付き軸受1Aは、転がり軸受1に、ICタグ3と、潤滑剤の劣化検出センサ4と、電源回路5とを設けたものである。電源回路5は、ICタグ3に内蔵されまたはこのICタグ3とは別体とされて非接触で軸受外部から給電され、上記劣化検出センサ4を駆動するものである。上記ICタグ3、劣化検出センサ4、および電源回路5は、共通の基板上に設置されて一つの軸受装備電子部品6を構成する。軸受装備電子部品6は、図1中に引き出して拡大したブロック図により概念構成を示してある。タグ読書き端末2は、ICタグ・センサ付き軸受1AのICタグ3に対して記憶情報の読取り、および上記電源回路5に対する給電を非接触で行うものである。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, this lubricant deterioration detection system for a bearing with an IC tag / sensor has a rolling
機械設備10は、複数個配列された転がり軸受1を有する設備であり、それらの軸受1を上記ICタグ・センサ付き軸受1Aとしてある。機械設備10は、具体的には、例えばベルトコンベヤまたはローラコンベヤ等のコンベヤラインであり、図1はベルトコンベヤラインに適用した例を示している。この例では、ベルト7の長さ方向の中間部を支持するローラ8に組み込まれた転がり軸受1を、上記ICタグ・センサ付き軸受1Aとしている。上記ローラ8およびその両端の軸受1により、軸受ユニット8Aが構成される。転がり軸受1の内輪は、コンベヤフレーム(図1には図示せず)に固定されたローラ支軸に設置される。
タグ読書き端末2は、ICタグ・センサ付き軸受1Aの配列に沿って移動可能に設置され、端末移動手段20によって移動させられる。タグ読書き端末2は、作業者が手で持って移動可能なものであっても良い。
The
The tag reading /
ICタグ3は、ICチップ11とアンテナ12とで構成される。これらICチップ11とアンテナ12は、共通の基盤(図示せず)に設けられ、樹脂(図示せず)等で一体に包まれる。ICタグ3は、種々の形式,形状,大きさのものがあり、板状の物の他に、例えば1mm未満の大きさの角状や球状のものなどがあり、また記憶容量も種々異なるが、取付対象となる軸受1に応じて大きさや形式等を選択すれば良い。ICタグ3としては、例えばRFID(無線周波数認識:RadioFrequencyIdetification)技術を応用したRFIDタグが利用できる。RFID形式のICタグ3は、伝送方式として、静電結合、電磁結合、電磁誘導、マイクロ波、光などを用いる形式のものがあり、このうちいずれの形式のものを用いても良いが、図示の例では電磁誘導形式のものを用いている。また、ICタグ3は、周辺に金属があっても使用可能なものがあり、軸受1に取付けるため、このようなものが好ましい。
The
図2は、ICタグ3等を設けた軸受装備電子部品6とタグ読書き端末2の構成の一例を示すブロック図である。ICタグ3のICチップ11は、中央処理装置(CPU)13、メモリ14、送受信回路15、および電源回路5を有しており、電源回路5はアンテナ12から電源を得るものとされている。電源回路5はICタグ3の各部の駆動に用いられる他に、潤滑剤劣化検出センサ4の駆動にも用いられ。メモリ14は情報の記憶に電源が不要なものが用いられる。
軸受装備電子部品6は、このようなICタグ3と、潤滑剤劣化検出センサ4とを、共通の基板等に搭載するなどして一体に取扱い可能な部品としたものである。潤滑剤劣化検出センサ4の出力は、例えばICタグ3の所定の入力端子(図示せず)に接続される。潤滑剤劣化検出センサ4としてアナログ出力のものを用いた場合、その出力をディジタル値に変換するA/Dコンバータ16を介してICタグ3等に出力される。A/Dコンバータ16は、潤滑剤劣化検出センサ4と共通の基盤(図示せず)等に設置され、潤滑剤劣化検出センサ4とA/Dコンバータ16とでコンバータ付き劣化検出センサ4Aが構成される。コンバータ付き劣化検出センサ4Aの出力は、図示の例ではICタグ3の中央処理装置13に接続しているが、送受信回路15に接続しても良い。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the bearing-equipped
The bearing-equipped
タグ読書き端末2は、ICタグ3に対して非接触で信号の伝達および電力の供給が可能なものである。タグ読書き端末2は、中央処理装置(CPU)22、メモリ23、送受信回路24、および電源回路25を有し、アンテナ26および送受信回路24を介して中央処理装置(CPU)22とICタグ3との信号の送受信が行われる。タグ読書き端末2は、さらに管理ホスト機28となるコンピュータに対して通信経路29を介して接続する通信手段27を有している。通信経路29は、単なるケーブルまたは無線通信回線であっても、またローカルエリアネットワークや、インターネット,その他の広域ネットワークであって良い。
管理ホスト機28は、機械設備10の全体の軸受1の保守について管理する管理システムを備えたものである。管理ホスト機28は、複数の機械設備10の軸受1の保守について管理するものであっても良い。
The tag read /
The
上記構成による潤滑剤劣化検出方法を説明する。タグ読書き端末2を定期的に、あるいは任意時に移動させてICタグ・センサ付き軸受1Aに近づける。このときに電力を軸受1Aの電源回路5に供給し、その電力で潤滑剤劣化検出センサ4を駆動し、任意の時間だけ潤滑剤劣化検出センサ4を稼働させて潤滑剤32の劣化検出を行う。潤滑剤劣化検出センサ4の検出値は、ICタグ3の中央処理装置13および送受信回路15を通じてタグ読書き端末2に送信される。タグ読書き端末2に送信された検出結果は、常に管理ホスト機28(図2)に送信しても良いし、ある一定の条件に達したときのみに管理ホスト機28に送信するようにしても良い。上記一定の条件に達したか否かの判断は、タグ読書き端末2に設けた条件判定手段(図示せず)によって行わせる。このような操作を、1台のタグ読書き端末2で多数の、例えば100台分のICタグ・センサ付き軸受1Aにつき行うようにしても良い。このように1台のタグ読書き端末2で多くのICタグ・センサ付き軸受1Aを監視することができ、またICタグ・センサ付き軸受1Aがある条件に達した場合の情報のみを管理ホスト機28に送信すれば良いため、例えば1台の機械設備10における数百台のICタグ・センサ付き軸受1Aについて、数台のタグ読書き端末2を設けるだけで済む。劣化検出の結果、一定の条件以上に達すると、軸受1が異常を起こす可能性があっても、すぐに交換しなくても良い場合は、できるだけ連続して監視して、運転停止時など、時期を見て軸受1の交換を行うようにしても良い。
The lubricant deterioration detection method with the above configuration will be described. The tag reading /
このため、従来の常時検査の場合のように、各軸受ユニット8Aにセンサの他に送信装置および常時駆動用の電源を付けずに、ICタグ3と供給電力を潤滑剤劣化検出センサ4に伝える電源回路5を設けるだけで済み、各軸受ユニット8A毎に対応する受信機を設ける必要もない。そのため、設置スペースが少なくて済み、設備費用も少なくて済む。例えば、1日1回とか、2時間毎に1回とかの監視間隔を決めて断続的に監視すれば良く、多くの軸受1を監視することができるので、測定したい軸受1が多くても対応ができる。また、劣化検出の結果により、異常が発生する前に交換することができるので、機械設備10自体の故障に繋がらず、機械設備10自体を傷めずに済む。また、機械設備10を停止した定期保守時に不良兆候のある軸受を交換することもできるので、交換用の軸受や軸受ユニット等の必要な在庫が行い易い。
For this reason, as in the case of the conventional constant inspection, the
また、ICタグ3を用いるため、このICタグ3に、このICタグ3を設けた転がり軸受1の識別情報を記憶させておくこともできる。上記識別情報は、製品番号やロット番号等である。軸受1の識別情報が潤滑剤32の劣化検出情報と共に得られると、データベース等から軸受の諸元等を知ることができるので、管理ホスト機28等による寿命判断や管理がより一層容易になる。また、ICタグ3には、さらに機械設備10に対する軸受1の設置場所の情報を記憶させても良い。
Further, since the
なお、上記実施形態では、潤滑剤劣化検出センサ4を駆動する電源回路5として、ICタグ3に内蔵のものを用いているが、例えば図3に示すように、ICタグ3の駆動用の電源回路51とは別に、潤滑剤劣化検出センサ4の駆動用の電源回路52を設けても良い。この電源回路52も、アンテナ12から電源を得るものとされる。また、電源回路52に対して、充電可能な電池19(図示せず)および充電回路を設けても良い(図5)。
また、軸受装備電子部品6は、潤滑剤劣化検出センサ4の他に、図4に示すように温度センサ17(あるいは振動センサ)を有するものとしても良い。温度センサ17の出力は、例えばICタグ3の所定の入力端子(図示せず)に接続される。温度センサ17としてアナログ出力のものを用いた場合、その出力をディジタル値に変換するA/Dコンバータ18を介してICタグ3等に入力する。A/Dコンバータ18は、温度センサ17と共通の基板(図示せず)等に設置され、温度センサ17とA/Dコンバータ18とでコンバータ付き劣化検出センサ17Aが構成される。コンバータ付き劣化検出センサ17Aの出力は、図示の例ではICタグ3のCPU13に接続しているが、送受信回路15に接続しても良い。温度センサ17(あるいは振動センサ)を設ける場合も、その電源として、ICタグ3に内蔵の電源回路51を用いるものとしても良く、また図4のように別の電源回路52を用いるものとしても良い。
In the above embodiment, the
Further, the bearing-equipped
図6は、前記潤滑剤劣化検出センサ4の一例の原理構成図を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、検出対象となる潤滑剤32にそれぞれ一端33a,34aを対向させる発光側および受光側の光ファイバー33,34と、これら発光側および受光側の光ファイバー33,34の他端33b,34bにそれぞれ接続された発光部35および受光部36と、この受光部36の検出出力により前記潤滑剤32の劣化を検出する判定手段37とを備える。検出対象となる潤滑剤32は、前記軸受1の内部に封入された潤滑剤である。発光側および受光側の光ファイバー33,34の潤滑剤32に対向させる一端33a,34aは、潤滑剤32を挟んで互いに対向するように配置される。
FIG. 6 shows a principle configuration diagram of an example of the lubricant
図7は、上記潤滑剤劣化検出センサ4の一構成例を示す。発光部35はLEDなどの発光素子からなり、この発光素子の発光面に発光側の光ファイバー33の他端33bが対向配置される。受光部36はフォトダイオードなどの受光素子からなり、この受光素子の受光面に受光側の光ファイバー34の他端34bが対向配置される。さらに、発光側および受光側の光ファイバー33,34の各端部33a,33b,34a,34bには集光用のレンズ41A〜41Dが配置される。なお、レンズは、例えば両光ファイバー33,34のうち一方の光ファイバーの一端だけに設けても良い。発光部35、受光部36、および判定手段37となる回路は、同一の回路基板38に搭載される。判定手段37の検出信号は配線ケーブル39からICタグ3に入力される。また、配線ケーブル39を経てICタグ3から潤滑剤劣化検出センサ4に電源が供給される。
FIG. 7 shows a configuration example of the lubricant
この潤滑剤劣化検出センサ4では、潤滑剤32にそれぞれ対向配置される発光側および受光側の光ファイバー33,34の各一端33a,34aと、集光用レンズ41B,41Cとが検出部30となり、この検出部30を除く部分、つまり両光ファイバー33,34の他端33b,34b、集光用レンズ41A,41D、発光部35、受光部36、および判定手段37等は軸受1の外部に設置される。
In this lubricant
前記発光部35となる発光素子としては、LEDのほか、白熱電球、半導体レーザダイオード、EL、有機EL、蛍光管などを用いることができる。また、前記受光部36となる受光素子としては、フォトダイオードのほか、フォトトランジスタ、CDS、太陽電池、光電子増倍管などを用いることができる。
In addition to LEDs, incandescent bulbs, semiconductor laser diodes, ELs, organic ELs, fluorescent tubes, and the like can be used as the light emitting elements that serve as the
このように構成された潤滑剤劣化検出センサ4では、発光部35から出射された光が発光側の集光用レンズ41A、光ファイバー33、集光用レンズ41Bを経由して軸受1内の潤滑剤32を透過し、さらに受光側の集光用レンズ41C、光ファイバー34、集光用レンズ41Dを経由して受光部36で検出される。このように潤滑剤32を透過した透過光量は、潤滑剤32に含まれる鉄粉(摩耗粉)などの異物の含有量が多いほど減少するので、受光部36で検出される透過光量から判定手段37は潤滑剤32における異物の含有量を推定することができる。
潤滑剤32が封入される軸受1では、潤滑剤32の劣化の主要な要因として、軸受1の使用に伴って発生する鉄粉(摩耗粉)が潤滑剤32に混入することが挙げられるので、潤滑剤32に混入する異物の含有量を前記判定手段37で推定することにより、潤滑剤32の劣化状態を検出することができる。
In the lubricant
In the
とくに、この潤滑剤劣化検出センサ4では、発光側および受光側の光ファイバー33,34の一端33a,34aを検出対象となる潤滑剤32に対向させ、これら光ファイバー33,34の他端33b,34bに発光部35および受光部36を接続させているので、発光部35、受光部36、集光用レンズ41A,41Dおよび判定手段37を、光ファイバー33,34の一端33a,34aや集光用レンズ41B,41Cからなる検出部30から離して配置することができ、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤32の劣化状態を安定して検出できる。
また、検出部30をコンパクトに構成できるので、例えば軸受1の内部に封止される潤滑剤32の劣化検出に使用する場合、軸受1の内部へ簡単かつコンパクトな構成により設置できる。さらに、検出部30が潤滑剤32の動きを妨げる要因にならないし、検出部30に潤滑剤32を安定供給でき、軸受1の内部への検出部30の配置の自由度も高まることになる。
また、発光側および受光側の光ファイバー33,34の一端33a,34aが潤滑剤32の検出部30となることから、潤滑剤32の測定部位の断面積を小さくでき、粘度の高い潤滑剤32でも検出部30へ入り込み易く、それだけ検出が安定する。
また、光ファイバー33,34の端部33a〜34bに集光用のレンズ41A〜41Dを設けているので、光の拡散を防止でき、潤滑剤32における測定スポットの微細化や検出感度を上げることができる。光ファイバー33,34の端部33a〜34bの一部にレンズを設けた場合にも、同様の効果をある程度上げることができる。
In particular, in the lubricant
Moreover, since the
Further, since the
Further, since the condensing
図8は、潤滑剤劣化検出センサ4の他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、図6に示す構成例において、発光側および受光側の光ファイバー33,34における潤滑剤32との対向側の端部33a,34aを、鏡42A,42Bを介して潤滑剤32に対向させたものである。具体的には、発光側の光ファイバー33の一端33aには、その一端から出射される光を、直角に曲げて潤滑剤32に入射させるように鏡42Aが設けられる。また、受光側の光ファイバー34の一端34aには、前記鏡42Aを経て潤滑剤32を透過した光を、直角に曲げて光ファイバー34の一端34aに入射させるように鏡42Bが設けられる。これらの各鏡42A,42Bは、対応する各光ファイバー33,34の一端33a,34aと共に透明カバー43A,43Bで被覆され、鏡42A,42Bが汚れるのを防止している。この場合、各光ファイバー33,34の一端33a,34a、鏡42A,42B、および透明カバー43A,43Bで検出部30が構成されることになる。なお、鏡は、例えば両光ファイバー33,34のうち一方の光ファイバーの一端にだけ設けても良い。
FIG. 8 shows another configuration example of the lubricant
このように、光ファイバー33,34における潤滑剤32との対向側の端部33a,34aを、鏡42A,42Bを介して潤滑剤32に対向させた場合、これら光ファイバー33,34の端部33a,34aを直接に潤滑剤32に対向配置しなくても良いので、検出部30を軸受1の内部に取付けるときに、光ファイバー33,34の端部33a,34aの向きの自由度が上がり、例えば軸受1のシール部に検出部30を取付けたり、潤滑剤32に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
As described above, when the
図9は、潤滑剤劣化検出センサ4の他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、例えば図8に示す構成例において、発光部35、受光部36、判定手段37を、検出部30と共に例えばハウジング44などに設置して一体化したものである。その他の構成は図8の構成例の場合と同様である。
FIG. 9 shows another configuration example of the lubricant
このように、発光部35、受光部36、判定手段37を、検出部30と共に一体化した場合、軸受1の内部に封止された潤滑剤32の劣化検出において、光ファイバー33,34を軸受1の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出センサ4の設置を容易に行うことができる。
As described above, when the
図10は、潤滑剤劣化検出センサ4のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、図6に示す構成例において、発光側の光ファイバー33の潤滑剤32に対向する一端から出た光が反射部材45で反射して、受光側の光ファイバー34の潤滑剤剤32に対向する一端に入射するように、両光ファイバー33,34の各一端および前記反射部材45を配置したものである。発光部35、受光部36、判定手段37は、検出部30と共に例えばハウジング44などに設置して一体化している。
FIG. 10 shows still another configuration example of the lubricant
このように、発光側の光ファイバー33の一端から出た光が反射部材45を介して受光側の光ファイバー34の一端に入射するようにした場合、両光ファイバー33,34の各一端を対向配置しなくて良いので、これら各一端の向きの自由度が上がり、例えば軸受1のシール部に検出部30を取付けたり、潤滑剤32に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
また、発光部35、受光部36、判定手段37を、検出部30と共に一体化しているので、軸受1の内部に封止された潤滑剤32の劣化検出において、光ファイバー33,34を軸受1の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出センサ4の設置を容易に行うことができる。
As described above, when the light emitted from one end of the light-emitting side
Further, since the
図11は、潤滑剤劣化検出センサ4のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、光ファイバーを用いないで、対向配置した発光部35と受光部36の間に検出対象となる潤滑剤32を介在させ、発光部35から出て潤滑剤32を透過する光を受光部36で検出するようにしたものである。発光部35、受光部36、および受光部36の検出出力により潤滑剤32の劣化を検出する判定手段37となる回路は、同一の回路基板38に搭載される。発光部35、受光部36、判定手段37は、ハウジング44に設置して一体化され、そのハウジング44に潤滑剤32を収容する凹部44aが設けられている。
FIG. 11 shows still another configuration example of the lubricant
図12は、潤滑剤劣化検出センサ4のさらに他の構成例を示す。この潤滑剤劣化検出センサ4は、発光部35と受光部36とが角度をもって配置され、発光部35から出た光が潤滑剤32の表面で散乱反射して受光部36に入射する光学系46と判定手段37とを備える。発光部35、受光部36、および判定手段37となる回路は同一の回路基板38に搭載される。判定手段37は、受光部36に入る光量の変化による受光部36の出力の変化から、潤滑剤32に含まれる異物を推定するものである。判定手段37の検出信号が配線ケーブル39からICタグ3に入力され、配線ケーブル39を経てICタグ3から潤滑剤劣化検出センサ4に電源が供給されることは、上記した各構成例の場合と同様である。
FIG. 12 shows still another configuration example of the lubricant
この潤滑剤劣化検出センサ4では、発光部35から出た光が潤滑剤32の表面で散乱反射して、その散乱反射した光の一部が受光部36で検出される。潤滑剤32に含まれる鉄粉等の異物の含有量が増加すると、潤滑剤32の表面での散乱反射光量が減少するので、受光部36で検出される散乱反射光量から判定手段37は潤滑剤32に含まれる異物の量を推定することができる。
軸受内部に封入された潤滑剤32の場合、その劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する鉄粉等の摩耗粉が混入することが挙げられるので、潤滑剤32に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記判定手段37で推定することにより、潤滑剤32の劣化状態を判定することができる。
In the lubricant
In the case of the
図13および図14は、図1における機械設備10の具体例を示す。図13に示すように、この機械設備10は、ベルトコンベヤ51を縦列に複数台連ねて設置したコンベヤラインからなる。この機械設備10は、例えば、火力発電所において、石炭を貯炭部からボイラー(図示せず)に搬送するコンベヤラインである。
各ベルトコンベヤ51は、両端の端部ローラ52間にベルト7を掛装し、中間部で搬送方向に並ぶ複数の搬送面支持用のローラ8および戻り支持用のローラ8′によりベルト7を支えるものである。両端の端部ローラ52のうち、両方または片方が駆動ローラとされる。支持用の各ローラ8には、図14に示すように、コンベヤ幅方向に並ぶ水平な中央のローラ8と、両側の傾斜したサイドローラ8とがあり、これら3つのローラ8でベルト7を逆台形の溝形状に支持している。中央および両サイドのローラ8は、いずれもローラ8内の両端に転がり軸受1を組み込んだ軸受ユニット8Aを構成する。転がり軸受1の内輪はローラ支軸(図示せず)に嵌合し、そのロータ支軸がコンベヤフレーム9に固定設置される。
このようなコンベヤラインからなる機械設備10における上記各ローラ8の転がり軸受1が、上記のようにICタグ3および潤滑剤劣化検出センサ4等を取付けたICタグ・センサ付き軸受1Aとされる。
13 and 14 show specific examples of the
Each
The rolling
図15は、ICタグ・センサ付き軸受の他の例を示す。このICタグ・センサ付き軸受1Bは、鉄道車両用軸受ユニットに組込まれた軸受1をICタグ・センサ付き軸受1Bとしたものである。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、ICタグ・センサ付き軸受1Bとその内輪64の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り62および後ろ蓋63とで構成される。軸受1は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ66,66に対して設けた分割型の内輪64,64と、一体型の外輪65と、前記ころ66,66と、保持器67とを備える。
後ろ蓋63は、車軸60に軸受1よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール68を摺接させたものである。油切り62は、車軸60に取付けられて外周にオイルシール69を摺接させたものである。これら軸受1の両端部に配置される両オイルシール68,69により軸受1の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
FIG. 15 shows another example of a bearing with an IC tag / sensor. This IC tag / sensor-equipped
The
軸受1の外輪65の両端部には、それぞれシールケース70,71が取付けられ、これらシールケース70,71に前記オイルシール68,69が設けられる。図16は、一方のオイルシール69の取付け構造を示す拡大断面図である。同図において、シールケース71は、軸方向に複数の段部が階段状に並ぶ断面形状とした環状の部材であって、その一端部を軸受外輪65の内径面に圧入嵌合させることで、外輪65に取付けられる。このシールケース71の中間段部71aの内径面には、断面L字状のリング部材72がその円筒部72aを圧入嵌合させて取付けられており、そのリング部材72の内径側に延びる立板部72bが前記油切り62の外径面に対して所定のラビリンス隙間を形成するように配置されている。前記シールケース71に設けられるオイルシール69は、断面L字状の環状芯金73と、この環状芯金73の立板部73bに固定される弾性部材74とでなり、環状芯金73の円筒部73aを前記リング部材72の円筒部72aの内周面に圧入嵌合させることにより、リング部材72を介してシールケース71に固定されている。前記弾性部材74には、油切り62の外径面に摺接するラジアルリップ74a,74bが形成されている。シールケース71の他端部は、油切り62のフランジ部62aの内向き幅面に形成されたリング状の溝75に遊嵌させることで、この溝75とシールケース71の他端部との間にラビリンス隙間を形成している。このような構成により、軸受1の内外輪64,65間の環状空間の一端部では、前記リング部材立片部72bと油切り62の外径面との間に形成されるラビリンス隙間と、油切り62の外径面に摺接するオイルシール69と、油切り62の溝75とシールケース71の他端部との間に形成されるラビリンス隙間とで、密封が図られている。軸受1の内外輪64,65間の環状空間の他端部については説明を省略するが、上記した一端部と同様のシール構造とされる。
このICタグ・センサ付き軸受1Bでは、前記オイルシール69の軸方向内側に潤滑剤劣化検出センサ4が配置され、前記シールケース71の外側にICタグ3が配置される。具体的には、劣化検出センサ4は、前記リング部材立板部72bの軸方向内側に向く面に配置され、その配線ケーブル39がシールケース71を貫通してICタグ3に接続されている。シールケース71における配線ケーブル39の貫通部には防水・防油処理が施され、これにより潤滑剤劣化検出センサ4の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が侵入するのを防止している。
In this IC tag / sensor-equipped
例えば軸受1の外輪65等は、その製造の工程が煩雑であり、強度的にも厳しい要求があるため、上記ICタグ3や潤滑剤劣化検出センサ4等の組み込みを行う場合、工程の増加等のうえで好ましくない場合があるが、簡易な部品であるシールケース71にICタグ3や潤滑剤劣化検出センサ4を配置する場合、その取付工程が容易である。また、シールケース71に上記ICタグ3や潤滑剤劣化検出センサ4を配置する場合、その他の軸受構成部品については、ICタグ等を取付けない一般の軸受と軸受部品の共通化が図れ、製造工程を同じにできて生産性に優れる。
For example, the
1…転がり軸受
1A,1B…ICタグ・センサ付き軸受
2…タグ読書き端末
3…ICタグ
4…潤滑剤劣化検出センサ
5…電源回路
6…軸受装備電子部品
8…ローラ
8A…軸受ユニット
10…機械設備
12…アンテナ
13…中央処理装置
17…温度センサ(または振動センサ)
20…端末移動手段
32…潤滑剤
35…発光部
36…受光部
37…判定手段
68,69…オイルシール
70,71…シールケース
65…外輪
67…保持器
DESCRIPTION OF
20 ... Terminal moving means 32 ...
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