JP2018185212A

JP2018185212A - センサユニット

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Publication number: JP2018185212A
Application number: JP2017086649A
Authority: JP
Inventors: 祐子相坂; Yuko AISAKA; 正弘北居; Masahiro Kitai; 治湯口; Osamu Yuguchi; 雅章安田; Masaaki Yasuda; 隆之堀邉; Takayuki Horibe; 村木　良民; Yoshitami Muraki; 良民村木; 土橋　知幸; Tomoyuki Dobashi; 知幸土橋; 佑馬槻木; Yuma Tsukiki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd; Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: JP6867220B2

Abstract

【課題】監視対象物への取り付けが簡単で、１ｋＨｚよりも高い卓越周波数の検出を可能とする。【解決手段】センサユニット１０は、振動センサ２２が実装されたセンサ基板２０と、センサ基板２０と電気的に接続されたメイン基板２５と、これらに電力を供給するための電池３２と、これらが収容されたケース１２とを備える。メイン基板２５と電池３２とはケース１２内に固定され、センサ基板２０はケース１２の開口１５内に非接触状態で配置される。センサ基板２０とケース１２とはそれぞれ、監視対象物に対して直接固定される。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、回転機械のセンサユニットに関する。

回転機械は、大きく重要機械と汎用機械に分けられている。

発電所の給水ポンプ等の重要回転機械には、運転状態を常に監視するための監視システムが用いられている。監視システムは、軸受周辺に配置した振動センサと温度センサからの検出値を読み込み、検出値が予め設定した閾値を超えれば異常警報を出力する。この監視システムには、その他に専用振動計、データロガー、パソコン等が必要であり、大掛かりで高価なうえ、取扱いに経験と技能が要求される。また、異常警報が出た場合、周波数分析等による異常振動の原因分析、診断、対策決定が必要であり、対応には高度な知識と経験が要求される。

汎用回転機械は、監視対象機械と非監視対象機械に分けられる。故障停止により大きな損失が生じる一部の汎用回転機械は、重要回転機械と同様に監視対象機械として位置づけられ、監視システムによって常に監視される場合もある。しかし、大半は監視費用削減のために、携帯型の測定装置を用いて作業者が巡回監視するのが一般的である。この巡回監視を無くすために、汎用回転機械に採用できる安価な監視装置の開発が望まれている。また、汎用回転機械は、０．１ｋＷ程度の小型のものから１００ｋＷ程度の中型のものまで含まれるため、監視装置としては小型のものが望まれている。

特許文献１には、回転機械の軸受ケースに設置して、転がり軸受の健全性を監視するようにしたセンサユニットが開示されている。このセンサユニットのケースは、一端開口のケース本体と、ケース本体の開口を塞ぐ台座とを備えている。ケース本体には基板と電池とが固定されており、基板には、振動センサ、ＭＰＵ（データ演算処理プロセッサ）、ＬＥＤ、及び無線通信チップ等が実装されている。また、特許文献２には、監視対象の回転機械に振動センサを直接固定し、監視ボックスに収容した監視制御部と振動センサとをケーブル接続した監視装置が開示されている。

また、非特許文献１には、図１に示すように、回転機械の軸受周辺の検出周波数が上昇傾向を示してから故障に至るまでの時間と、正常値に対する検出周波数の倍率との関係が開示されている。図１を参照すると、転がり軸受を搭載した回転機械では、卓越周波数成分が１ｋＨｚ以下である場合、故障停止に至るまでの統計的な余寿命が1000時間（概ね４０日）以内であることが知られている。また、転がり軸受の統計的な余寿命は、卓越周波数成分が１ｋＨｚから１０ｋＨｚである場合には1000〜3000時間（概ね１〜４ヶ月）であり、卓越周波数成分が１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚである場合には3000〜7000時間（概ね４〜１０ヶ月）であることが知られている。

米国特許出願公開第２０１４／１５２４５１号明細書特開２０１６−１８８６３７号公報

PLANT ENGINEER (プラントエンジニア) 2012年 04月号 [雑誌] 「ハイブリッド軸受診断システム（ＭＤ−３７０）の技術と適用について」迫孝司他

特許文献１のセンサユニットでは、振動センサとケース本体とが一体化されている。そのため、振動センサによる検出周波数の上限値をケース本体の共振振動数（特許文献１の例では２〜３ｋＨｚ）の５０％以上の数値にすると、ケース本体の共振を振動センサが検出するため、軸受の振動のみを正確に検出できない。よって、特許文献１のセンサユニットでは、検出周波数の上限値が１ｋＨｚに設定される。この場合、振動値の異常を検出してから交換部品を準備するまでの時間に余裕が無いため、故障停止や、停止に伴う損失を招く可能性がある。また、１ｋＨｚ以下の振動が増加する要因には、転がり軸受の損耗の他に、芯出し不良、架台の施工不良、過大な配管荷重、過大又は過小流量、及びキャビテーションの発生等がある。そのため、異常振動の原因が転がり軸受の損耗によるものか、それ以外の要因によるものかを分析するには、熟練者による精密診断が必要であり、そうでない者には困難であった。

特許文献２の監視装置では、振動センサと監視制御部とが別々に固定されているため、振動センサによって１ｋＨｚよりも高い卓越周波数成分の検出が可能である。しかし、振動センサと監視制御部とをケーブル接続する必要があるため、取付作業性が悪い。また、露出したケーブルが何らかの原因で断線する可能性がある。

本発明は、監視対象物への取り付けが簡単で、１ｋＨｚよりも高い卓越周波数の検出が可能なセンサユニットを提供することを課題とする。

本発明は、監視対象物の振動を検出するための振動センサが実装されたセンサ基板と、前記センサ基板と電気的に接続されたメイン基板と、前記センサ基板と前記メイン基板に電力を供給するための電池と、前記センサ基板、前記メイン基板、及び前記電池が収容されたケースとを備えるセンサユニットを提供する。

第１の態様では、前記メイン基板と前記電池とが前記ケース内に固定されるとともに、前記センサ基板が前記ケースの開口内に非接触状態で配置されており、前記センサ基板と前記ケースとがそれぞれ、前記監視対象物に対して固定される。
第２の態様では、前記ケースは、一端開口の本体と、前記本体の前記開口を塞ぐ台座とを有し、前記メイン基板と前記電池とが前記本体内に固定されるとともに、前記センサ基板が前記本体と非接触状態で前記台座に固定されており、前記台座が前記監視対象物に固定される。

これらのセンサユニットでは、監視対象物の振動は、振動センサへ直接伝達され、振動センサによって検出される。一方、メイン基板及び電池が固定されたケース又は本体は、振動センサが実装されたセンサ基板に対して非接触状態で配置されているため、センサ基板とは別の独立した振動系で振動する。そのため、ケースの共振が振動センサに直接伝わることはない。

そのため、振動センサによる検出周波数の上限値をケースの共振周波数に関係なく、振動センサの能力に応じた数値に設定できる。よって、１ｋＨｚを超える周波数帯の振動成分が卓越したことを振動センサによって正確に検出できる。その結果、転がり軸受の統計的な余寿命が１ヶ月以上となる期間を検出できるため、交換部品を準備するまでの時間に十分な余裕を持たせることができる。そのため、監視対象物の故障停止や、停止に伴う損失を防止できる。

また、１ｋＨｚを超える異常振動の原因は、転がり軸受の損耗かキャビテーションの発生であり、芯出し不良、架台の施工不良、過大な配管荷重、そして過大又は過小流量ではない。また、キャビテーションによる高周波振動は発生場所から離れるほど減衰が大きくなるため、軸受近傍では殆ど検出されない。よって、振動センサによって１ｋＨｚを超える異常振動を検出した場合の原因は、転がり軸受の損耗であると診断できるため、診断する者は熟練者である必要はない。

また、センサユニットは、振動センサを実装したセンサ基板、メイン基板、及び電池を一体に備えるため、監視対象物に対する取付作業性、耐久性、及び信頼性が高い。しかも、外部に露出するようなケーブルは無いため、断線に伴う不具合の発生や発火の可能性を無くすことができる。よって、小型の汎用回転機械にも採用できる安価で小型の監視装置を提供できる。

第２の態様では、前記台座は、高弾性率の接着剤によって前記監視対象物に固定される。この態様によれば、台座と監視対象物とが一体になって振動し、本体の共振が振動センサに影響しない程度に抑制できる。

また、第２の態様では、前記台座は、前記本体を固定した第１固定部と、前記センサ基板を固定した第２固定部とを含み、前記台座の厚みと、前記第１固定部と前記第２固定部の間隔とは、以下を満たす。
３Ｔ≦Ｌ
Ｔ：台座の厚み
Ｌ：第１固定部と第２固定部の間隔
この態様によれば、本体の共振が台座を介して振動センサに伝わることを抑制できる。

さらに、第２の態様では、前記振動センサは、前記本体から前記台座に伝わった振動を減衰するための緩衝部材を介して前記台座に固定されている。この態様によれば、本体から台座に伝わった高周波振動を振動センサが検出することを抑制できる。

第１の態様と第２の態様では、前記メイン基板と前記電池とは、前記ケース内に充填された絶縁樹脂によって固定されており、前記センサ基板は、前記ケース内の前記絶縁樹脂が充填されていない空隙部に配置されている。この態様によれば、本体の共振が振動センサに伝わることを確実に抑制できる。また、メイン基板と電池を水分及びガスから遮断しつつ、確実にケース内に固定できる。

また、前記メイン基板には、前記振動センサの検出値に基づいて前記監視対象物の異常の有無を判断する判断部と、前記判断部の結果を無線送信するための送信部とが実装されている。この態様によれば、監視対象物を設置した機場以外の監視センター等で、監視対象物の異常を監視できるため、利便性を高めることができる。

本発明では、ケースの共振周波数の影響を受けることなく、振動センサによって監視対象物の振動のみを正確に検出できる。よって、１ｋＨｚを超える周波数帯の振動成分が卓越したことを振動センサによって正確に検出できる。その結果、監視対象物の故障停止や、停止に伴う損失を防ぐことができるとともに、熟練者でなくても異常振動の原因を診断できる。また、ケース内に各構成部品を一体に備えるため、監視対象物に対する取付作業性を向上できるとともに、ケーブルの断線に伴う不具合を回避できる。

検出周波数が上昇傾向を示してから故障に至るまでの時間と、正常値に対する検出周波数の倍率との関係を示すグラフ。第１実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。図２Ａの側面断面図。センサユニットの構成を示すブロック図。第２実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第３実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第４実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。図６Ａの側面断面図。台座に加わる振動と距離の関係を示すグラフ。第５実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第６実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第７実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第８実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第９実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第１０実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。第１１実施形態に係るセンサユニットの概略を示す正面断面図。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図２Ａから図３は、第１実施形態に係るセンサユニット１０を示す。このセンサユニット１０は、監視対象物（例えば汎用回転機械である排水ポンプ）に取り付けられ、監視対象物の交換部品である転がり軸受の損耗を検出する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、センサユニット１０は、樹脂製のケース１２内に、センサ基板２０、メイン基板２５、及び電池３２を備えている。

ケース１２は、平面視四角筒状の外周壁１３と、外周壁１３の一端（図２Ａにおいて上端）を塞ぐ端壁１４とを備える直方体形状である。外周壁１３の端壁１４と反対側の端部は開口１５である。このケース１２は、幅×奥行き×高さが、40ｍｍ×23ｍｍ×40ｍｍのコンパクトなサイズである。端壁１４には、透光性を有する透明樹脂によって表示部１６が設けられている。ケース１２は、表示部１６を除く部分が不透明な樹脂からなり、二色成形により一体成形されている。外周壁１３の開口１５側の縁には、監視対象物の軸受ケース１にボルト３６によって固定するためのブラケット部１７が複数（この例では２個）設けられている。

センサ基板２０は、ケース１２の開口１５内に位置するように、軸受ケース１に対して１個のボルト３７によって直接固定される。センサ基板２０に対するボルト３７の固定位置は、センサ基板２０の重心（中心）である。センサ基板２０がケース１２に接触しないように、開口１５から見たセンサ基板２０の投影面積は、開口１５の面積よりも小さくなっている。センサ基板２０には、温度センサ２１と振動センサ２２とが実装されている。そのうち、振動センサ２２には、渦電流型変位センサ、導電型振動速度センサ、圧電型振動加速度センサ等を使用できる。ここでは、圧電型振動加速度センサを使用し、０．０１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの振動を測定できるようにしている。センサ基板２０は軸受ケース１に直接固定され、振動センサ２２はセンサ基板２０に実装されている。よって、振動センサ２２は、監視対象物の振動を直接検出できる。

メイン基板２５は、耐水性及び耐候性を有するリード線２６によってセンサ基板２０と電気的に接続されている。リード線２６は、温度センサ２１と振動センサ２２を駆動するための電力供給と、温度センサ２１と振動センサ２２による検出値に相当する信号の通信が可能である。図３を併せて参照すると、メイン基板２５には、２つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）２７Ａ，２７Ｂ、無線通信チップ２８、プロセッサ（Micro Processor Unit）２９、及びメモリ３０が実装されている。

ＬＥＤ２７Ａは青色であり、ＬＥＤ２７Ｂは赤色である。これらは表示部１６の内側に配置された表示手段であり、照射した光は表示部１６の外部から視認可能である。無線通信チップ２８は、監視対象物を設置した機場以外の監視センター等と情報を送受信する無線通信手段である。プロセッサ２９は演算処理手段であり、温度センサ２１及び振動センサ２２からの信号を処理し、軸受ケース１の温度状態と振動状態を診断することで、転がり軸受の異常の有無を判断する判断部の機能を兼ね備える。メモリ３０は、プロセッサ２９を動作させるためのプログラムと、プログラムで使用する閾値等が記憶された記憶手段である。

例えば、プロセッサ２９は、振動センサ２２が０．０１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの振動を検出しなければ、正常であると判断して青色ＬＥＤ２７Ａを点灯させる。振動センサ２２が１ｋＨｚよりも高く１０ｋＨｚ以下の振動を検出すると、メンテナンス時期であると判断して赤色ＬＥＤ２７Ｂを点灯させる。振動センサ２２が０．０１ｋＨｚ以上１ｋＨｚ以下の振動を検出すると、異常であると判断して赤色ＬＥＤ２７Ｂを点滅させる。また、プロセッサ２９は、判断結果を無線通信チップ２８によって監視センター等に送信する。

電池３２は、センサ基板２０とメイン基板２５に電力を供給するものであり、ここではリチウム電池が使用されている。電池３２は、例えばメイン基板２５に実装した電池ホルダ（図示せず）に装着されることで、メイン基板２５に電力を供給可能に接続される。センサ基板２０への電力供給は、メイン基板２５からリード線２６を介して行われる。

このセンサユニット１０を製造する場合、例えば、電気回路がプリント印刷されたメイン基板２５に、ＬＥＤ２７Ａ，２７Ｂ、無線通信チップ２８、プロセッサ２９、及びメモリ３０等を実装し、リード線２６を接続する。また、メイン基板２５に電池３２を配置した後、ＬＥＤ２７Ａ，２７Ｂが表示部１６の内側に位置するように、メイン基板２５をケース１２の端壁１４側に位置決めする。ついで、リード線２６の先端を開口１５側に引き出して保持した後、ケース１２内にエポキシ等の溶融した絶縁樹脂３４を充填することで、メイン基板２５及び電池３２をケース１２と一体化する。これにより、絶縁樹脂３４によってメイン基板２５と電池３２は、水分及びガスから遮断され、ケース１２内に固定される。なお、ケース１２の開口１５側には、絶縁樹脂３４を充填していない空隙部３５が形成されている。この空隙部３５は、振動センサ２２を含むセンサ基板２０が絶縁樹脂３４に接触しない容積である。

絶縁樹脂３４の硬化後、温度センサ２１と振動センサ２２を実装したセンサ基板２０をケース１２の開口１５に配置し、センサ基板２０にリード線２６を接続する。これにより、センサ基板２０、メイン基板２５、及び電池３２を一体としたセンサユニット１０が製造される。なお、センサ基板２０に対するリード線２６の接続は、後述する監視対象物にセンサユニット１０を取り付ける際に、センサ基板２０を軸受ケース１に固定した後、行ってもよい。

センサユニット１０を使用する場合、まず、監視対象物の軸受ケース１にセンサ基板２０を載置し、ボルト３７によって固定する。その後、センサ基板２０に外周壁１３（絶縁樹脂３４）が接触しないように、ケース１２をセンサ基板２０に被せ、ボルト３６によってケース１２を軸受ケース１に固定する。センサユニット１０は、前述のようにコンパクトなサイズに形成されているため、限られた設置スペースであっても安定状態で取り付けられる。また、ケース１２に固定したメイン基板２５は、軸受ケース１から離れて位置し、絶縁樹脂３４によって覆われているため、軸受の熱による悪影響を抑制できる。

このように、センサユニット１０は、振動センサ２２を実装したセンサ基板２０が軸受ケース１に直接固定されている。また、その他の部品はケース１２内に収容され、このケース１２は、センサ基板２０と接触しないように軸受ケース１に固定されている。よって、監視対象物の振動は、振動センサ２２へ直接伝達され、振動センサ２２によって検出される。また、メイン基板２５と電池３２が固定されたケース１２は、センサ基板２０とは別の独立した振動系で振動する。そのため、ケース１２の共振が振動センサ２２へ伝達され、振動センサ２２の検出に悪影響を与えることはない。

よって、振動センサ２２による検出周波数の上限値をケース１２の共振周波数に関係なく、振動センサ２２の能力に応じた数値に設定できる。そのため、１ｋＨｚを超える周波数帯の振動成分が卓越したことを、振動センサ２２によって正確に検出できる。そして、プロセッサ２９は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの振動周波数成分が予め設定した異常レベルに達すると、青色ＬＥＤ２７Ａを消灯するとともに赤色ＬＥＤ２７Ｂを点灯し、無線通信チップ２８によって監視センターに送信する。これにより、監視対象物を設置した機場の作業者、及び機場以外の監視センターの作業者は、監視対象物の転がり軸受がメンテナンス時期に近づいていると診断できる。

このように、本実施形態のセンサユニット１０では、転がり軸受の統計的な余寿命が１ヶ月程度になった時期を検出できるため、交換部品を準備するまでの時間に十分な余裕を持たせることができる。そのため、監視対象物の故障停止や、停止に伴う損失を防止できる。また、プロセッサ２９の判断結果を無線通信チップ２８によって外部へ無線送信できるため、監視対象物の異常監視に関する利便性を高めることができる。

また、ポンプのような回転機械においては、１ｋＨｚを超える振動の原因は、転がり軸受の損耗かキャビテーションの発生であり、芯出し不良、架台の施工不良、過大な配管荷重、そして過大又は過小流量ではない。また、キャビテーションによる高周波振動は発生場所から離れるほど減衰が大きくなるため、軸受近傍では殆ど検出されない。よって、振動センサ２２によって１ｋＨｚを超える異常振動を検出した場合の原因は、転がり軸受の損耗であると診断できるため、診断する者は熟練者でなくてもよい。

また、センサユニット１０は、振動センサ２２を実装したセンサ基板２０、メイン基板２５、及び電池３２を一体に備えるため、監視対象物に対する取付作業性、耐久性、及び信頼性が高い。しかも、外部に露出するようなケーブルは無いため、断線に伴う不具合の発生や発火の可能性を無くすことができる。よって、小型の汎用回転機械にも採用できる安価で小型の監視装置を実現できる。

なお、本実施形態のセンサユニット１０によれば、振動センサ２２によって１０ｋＨｚを超える振動の検出も可能である。但し、このような初期損耗時点での転がり軸受の統計的な余寿命は概ね４ヶ月以上であり、この時期に部品交換等の保全を行うのは経済的でない。よって、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの振動周波数帯を閾値とすることで、警報時期として理想的な故障停止１ヶ月前の報知が可能となる。

以上のように、センサユニット１０は、監視対象物の振動を監視し、異常を検知して警報を出力するために必要な構成部品と機能の全てを小さいケース１２の中に一体に備え、１ヶ月程度の余寿命が残っている時点で異常警報を出力する。よって、故障停止を招くことなく、交換部品の確保を可能とする安価で小型のセンサユニット１０を実現できる。

（第２実施形態）
図４は第２実施形態のセンサユニット１０を示す。この第２実施形態では、接着剤による接着層３８によってセンサ基板２０を軸受ケース１に固着している。センサ基板２０の固定方法以外の構成は第１実施形態と同一である。接着層３８は、センサ基板２０のセンサ２１，２２の実装面（図４において上面）と反対側の面全体に設けられている。接着層３８を構成する接着剤は、例えば弾性率が高いエポキシ系（弾性率：２０００ＭＰａ程度）、又はシアノアクリレート系（弾性率：１０００ＭＰａ程度）を用いることが好ましい。このようにした第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図５は第３実施形態のセンサユニット１０を示す。この第３実施形態では、永久磁石４０によってセンサ基板２０を軸受ケース１に固着している。センサ基板２０の固定方法以外の構成は第１実施形態と同一である。永久磁石４０は、接着層３８によってセンサ基板２０のセンサ２１，２２の実装面と反対側の面に固着されている。センサ基板２０、温度センサ２１、及び振動センサ２２は、永久磁石４０の磁力による影響が生じない素材で形成されている。このようにした第３実施形態では、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

第１実施形態から第３実施形態のセンサユニット１０では、ケース１２とセンサ基板２０をそれぞれ軸受ケース１に直接固定するため、監視対象物としては新設の回転機械が有効である。それは、ボルト３６を締め付ける軸穴を軸受ケース１に形成する必要があるためである。以下で説明する第４実施形態から第７実施形態のセンサユニット１０は、既設の回転機械に何ら加工を施すことなく簡単に取り付けることができ、１ｋＨｚよりも高い卓越周波数の検出を可能とするものである。

（第４実施形態）
図６Ａ及び図６Ｂは第４実施形態のセンサユニット１０を示す。この第４実施形態では、本体４６と台座４７とからなるケース４５内に、第１実施形態と同様のセンサ基板２０、メイン基板２５、及び電池３２を一体に収容している。センサ基板２０は台座４７に固定され、メイン基板２５と電池３２は本体４６に固定され、本体４６はセンサ基板２０に接触しないように台座４７に固定されている。

本体４６は、図２Ａのケース１２と同一であり、外周壁１３、端壁１４、開口１５、表示部１６、及びブラケット部１７を備えている。本体４６の開口１５は、センサ基板２０には接触しない開口面積である。本体４６の内部には、第１実施形態と同様に絶縁樹脂３４が充填され、この絶縁樹脂３４によってメイン基板２５と電池３２とが固定されている。また、本体４６の開口１５側には、絶縁樹脂３４が充填されていない空隙部３５が形成されている。

台座４７はステンレス又は鋳鉄等の金属製で、本体４６の開口１５を塞く板状部材である。本体４６と台座４７との間はシールされ、外部から内部への水の進入が阻止されている。本実施形態では、本体４６とセンサ基板２０の固定面４８が平坦面であり、軸受ケース１に取り付ける装着面４９が所定曲率の湾曲面である。但し、台座４７の装着面４９も平坦面としてもよい。

台座４７には、ボルト３６によって本体４６を固定するための第１固定部として第１軸穴５０が設けられている。また、台座４７には、ボルト３７によってセンサ基板２０を固定するための第２固定部として第２軸穴５１が設けられている。ボルト３７によって台座４７に固定されたセンサ基板２０は、空隙部３５内に非接触状態で収容されている。

第４実施形態のセンサユニット１０を製造する場合、第１実施形態と同様に、電池３２を配置したメイン基板２５を本体４６内に位置決めする。ついで、リード線２６の先端を開口１５側に引き出して保持した後、本体４６内に溶融した絶縁樹脂３４を充填することで、メイン基板２５及び電池３２を本体４６と一体化する。また、本体４６の開口１５側には、絶縁樹脂３４を充填していない空隙部３５が残るようにする。

また、温度センサ２１と振動センサ２２を実装したセンサ基板２０を台座４７に配置し、これらをボルト３７によって固定する。ついで、絶縁樹脂３４が硬化した本体４６を台座４７に配置し、センサ基板２０にリード線２６を接続する。その後、センサ基板２０に外周壁１３（絶縁樹脂３４）が接触しないように、本体４６をセンサ基板２０に被せ、ボルト３６によって本体４６と台座４７とを固定する。これにより、センサ基板２０、メイン基板２５、及び電池３２を一体に収容したセンサユニット１０が製造される。

センサユニット１０を使用する場合、監視対象物の軸受ケース１にセンサユニット１０を載置し、台座４７の装着面４９を接着剤によって固定する。この際、装着面４９全面に接着層５３が形成されるように接着剤を塗布する。接着剤としては、第２実施形態と同様に、弾性率が高いエポキシ系（弾性率：２０００ＭＰａ程度）、又はシアノアクリレート系（弾性率：１０００ＭＰａ程度）を用いる。また、接着層５３は、装着面４９に予め形成され、剥離紙によって他部材への接着を防いだ状態とすることが好ましい。

このセンサユニット１０では、軸受ケース１に対して高弾性率の接着層５３によって強固に固定した台座４７に、センサ基板２０と本体４６とが固定されている。よって、台座４７と軸受ケース１とは一体になって振動し、本体４７の共振が振動センサ２２に伝わることを抑制できる。即ち、接着層５３の弾性率が低い場合、台座４７と軸受ケース１とが一体に振動しないため、本体４７の共振が台座４７を介してセンサ基板２０に伝わり、振動センサ２２による検出に影響を及ぼす。よって、接着層５３の弾性率を５００ＭＰａ以上、好ましくは１０００ＭＰａ以上とすることで、センサ基板２０を軸受ケース１に直接固定した第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

このようにすれば、振動センサ２２による検出周波数の上限値を本体４６の共振周波数に関係なく、振動センサ２２の能力に応じた数値に設定できるため、１ｋＨｚを超える周波数帯の振動成分が卓越したことを、振動センサ２２によって正確に検出できる。その結果、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。しかも、第４実施形態では、全ての構成部品がケース４５内に収容固定されている。よって、第１実施形態よりも、取扱性を更に向上できるとともに、軸受ケース１への取付作業性を更に向上できる。また、軸受ケース１には何の加工も必要ないため、既設の回転機械に用いるのに好適である。

また、第４実施形態では、接着に不具合がある場合に本体４６の共振が台座４７に伝わり、振動が振動センサ２２に伝わることも考えられる。この共振による振動センサ２２の影響を確実に防ぐために、第１軸穴５０の中心軸Ａ１と第２軸穴５１の中心軸Ａ２とは、振動が減衰する定められた間隔Ｌをあけて設けられている。

図７は、高周波振動の大きさ（ｄＢ）と距離（ｍｍ）の関係を示す。この図７に示すように、本体４６が共振することで台座４７に伝わる高周波の振動は、距離が長くなる（外周壁１３から離れる）に従って減衰する。また、振動の伝達（減衰）には、台座４７の固定面４８と交差（直交）する方向の厚みＴ（平均値）も関連する。よって、第１軸穴５０と第２軸穴５１の間隔Ｌと、台座４７の厚みＴを適正に設定することで、本体４６から台座４７に伝わった振動をセンサ基板２０には伝えることなく、共振による振動センサ２２の誤検出を防止できる。

例えば、台座４７の厚みＴが６〜８ｍｍの場合、間隔Ｌを２４〜３２ｍｍに設定することで、振動センサ２２の測定精度に影響がない程度（フルスケールの１０％程度）まで高周波振動を減衰できる。台座４７の厚みＴは、メイン基板２５及び電池３２を含む本体４６の固定強度と、台座４７を含む全体の重量を考慮すると、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にするのが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上８ｍｍ以下に設定される。そのため、第１軸穴５０と第２軸穴５１の間隔Ｌは、以下式（１）を満たすように形成されることが好ましく、より好ましくは以下式（２）を満たすように形成される。

このようにした第４実施形態では、台座４７に対する本体４６の固定部分とセンサ基板２０の固定部分とは間隔Ｌをあけているため、本体４６の共振が台座４７に伝わることがあっても、台座４７に伝わった高周波振動は振動センサ２２に伝わることはない。よって、第１実施形態と同様の作用及び効果を確実に得ることができる。

（第５実施形態）
図８は第５実施形態のセンサユニット１０を示す。この第５実施形態では、接着剤による接着層３８によってセンサ基板２０を台座４７に固着している。センサ基板２０の固定方法以外の構成は第４実施形態と同一である。接着層３８は、センサ基板２０のセンサ２１，２２の実装面と反対側の面全体に設けられている。台座４７に対する本体４６の第１固定部（第２軸穴５１）とセンサ基板２０とは、第４実施形態と同様に、共振による振動が減衰する定められた間隔Ｌをあけることが好ましい。そして、このようにした第５実施形態では、第４実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

（第６実施形態）
図９は第６実施形態のセンサユニット１０を示す。この第６実施形態では、センサ基板２０に永久磁石４０を固定するとともに、台座４７を永久磁石４０が吸着可能な金属材料によって形成している。センサ基板２０の固定方法以外の構成は第４実施形態と同一である。永久磁石４０は、接着層３８によってセンサ基板２０のセンサ２１，２２の実装面と反対側の面に固着されている。センサ基板２０、温度センサ２１、及び振動センサ２２は、永久磁石４０の磁力による影響が生じない素材で形成されている。この第６実施形態においても第４実施形態のように、台座４７に対する本体４６の第１固定部（第２軸穴５１）とセンサ基板２０とは、共振による振動が減衰する定められた間隔Ｌをあけることが好ましい。そして、このようにした第５実施形態では、第４実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

（第７実施形態）
図１０は第７実施形態のセンサユニット１０を示す。この第７実施形態では、筒状の緩衝部材５６を介してセンサ基板２０を台座４７に固定している。センサ基板２０の固定方法以外の構成は第４実施形態と同一である。

台座４７には、ケース４５の内側（空隙部３５）から外側へ貫通する貫通孔５５が設けられている。貫通孔５５の上部には、緩衝部材５６を配置するための段部５５ａが設けられている。緩衝部材５６は、弾性的に伸縮が可能なゴム製であり、センサ基板２０に固定した永久磁石４０を貫通させて保持するための保持孔５７を備えている。この保持孔５７の内面には、軸方向に間隔をあけて径方向に膨出する凸部が形成されている。

センサ基板２０には、センサ２１，２２の実装面と反対側の面に、接着層３８によって永久磁石４０が固定されている。センサ基板２０、温度センサ２１、及び振動センサ２２は、永久磁石４０の磁力による影響が生じない素材で形成されている。永久磁石４０は、緩衝部材５６の保持孔５７に挿通可能な形状である。センサ基板２０は、台座４７には接することなく、緩衝部材５６だけに接している。本体４６の外周壁１３から保持孔５７の中心線までの間隔は、第４実施形態と同様に形成されることが好ましい。

このセンサユニット１０を製造する場合、台座４７の貫通孔５５に配置された緩衝部材５６に永久磁石４０を差し込むことで、センサ基板２０を台座４７に固定する。その他の工程は第４実施形態と同一である。

このセンサユニット１０を使用する場合、監視対象物の軸受ケース１にセンサユニット１０を載置し、台座４７の装着面４９を接着剤によって固定する。この際、貫通孔５５を除く装着面４９全面に接着層５３が形成されるように接着剤を塗布する。これにより、貫通孔５５から露出した永久磁石４０が軸受ケース１に吸着する。

このセンサユニット１０では、緩衝部材５６を介してセンサ基板２０が台座４７に保持され、センサ基板２０は永久磁石４０を介して軸受ケース１に直接固定されている。よって、センサユニット１０の取扱性と取付作業性は、第４実施形態と同様に簡単であり、軸受ケース１の振動は、第１実施形態と同様にセンサ基板２０に直接伝達される。また、たとえ本体４６の共振が台座４７に伝わったとしても、その振動は緩衝部材５６によって減衰されるため振動センサ２２に伝わることはない。

よって、振動センサ２２による検出周波数の上限値を本体４６の共振周波数に関係なく、振動センサ２２の能力に応じた数値に設定できるため、１ｋＨｚを超える周波数帯の振動成分が卓越したことを、振動センサ２２によって正確に検出できる。その結果、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。しかも、取扱性と取付性に関しては、第４実施形態と同様の作業及び効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
図１１から図１４は第８実施形態から第１１実施形態のセンサユニット１０を示す。これらのセンサユニット１０では、ケース４５の本体４６内にホルダ６０が固定され、このホルダ６０にメイン基板２５と電池３２を配置することで、これらが本体４６に一体化されている。第１実施形態から第７実施形態に示す絶縁樹脂の代わりにホルダ６０を用いることで、電池３２等の交換作業を簡単に行うことができる。なお、本体４６の外周壁１３には、カバー（図示せず）によって開閉可能な開口部（図示せず）が設けられている。

また、第８実施形態から第１１実施形態では、台座４７にセンサ基板２０を配置するための凹部４７ａが形成されている。台座４７とセンサ基板２０の固定は、第１実施形態のようにボルト３７を用いてもよいし、第２実施形態のように接着剤（接着層３８）を用いてもよいし、第３実施形態のように磁石４０を用いてもよい。

また、本体４６の開口１５は、外周壁１３の断面形状よりも小さい形状であり、平面視で外周壁１３の偏った位置に形成されている。つまり、開口１５の軸線は、外周壁１３の軸線に対して間隔をあけて位置している。台座４７は、インサート成形によって本体４６の開口１５の外側に一体化されている。これにより、本体４６内のメイン基板２５と電池３２を水分及びガスから遮断できる。また、台座４７が本体４６から軸受ケース１側へ突出し、本体４６と軸受ケース１の間に隙間Ｓが形成されている。よって、ケース４５は、軸受ケース１に対して片持ち構造で固定される。以下に軸受ケース１に対するケース４５の固定方法を具体的に説明する。

図１１の第８実施形態では、弾性率が高いエポキシ系（弾性率：２０００ＭＰａ程度）、又はシアノアクリレート系（弾性率：１０００ＭＰａ程度）の接着剤を用い、接着層５３によって軸受ケース１に台座４７が固定されている。

図１２の第９実施形態では、永久磁石６２によって、軸受ケース１に台座４７が固定されている。台座４７には、永久磁石６２を配置するための凹部６３が形成されている。この凹部６３の深さは、永久磁石６２の一部が突出するように、永久磁石６２の厚みよりも小さい寸法に設定されている。

図１３の第１０実施形態では、ボルト３６によって、軸受ケース１に台座４７が固定されている。台座４７には、本体４６の外周壁１３よりも外方に突出するブラケット部６５が設けられている。

図１４の第１１実施形態では、軸受ケース１に軸穴を形成することを避けるために、台座４７とは別の台座６７が用いられている。台座４７は、第１０実施形態と同様に、ボルト３６によって台座６７に固定されている。台座６７は、第８実施形態と同様に、接着剤による接着層５３によって軸受ケース１に固定されている。

これらの実施形態のように、軸受ケース１に対するセンサユニット１０の固定方法は、必要に応じて変更が可能である。また、このようにした第８実施形態から第１１実施形態では、第４実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、第２実施形態と第３実施形態では、軸受ケース１に対してケース１２を、ボルト３６の代わりに接着剤によって固定してもよい。また、第５実施形態と第６実施形態では、台座４７に対して本体４６を、ボルト３６の代わりに接着剤によって固定してもよい。さらに、センサユニット１０は、設置する場所（例えば原子力発電所等）に応じて防爆構造を採用してもよい。

１…軸受ケース（監視対象物）
１０…センサユニット
１２…ケース
１３…外周壁
１４…端壁
１５…開口
１６…表示部
１７…ブラケット部
２０…センサ基板
２１…温度センサ
２２…振動センサ
２５…メイン基板
２６…リード線
２７Ａ，２７Ｂ…ＬＥＤ
２８…無線通信チップ
２９…プロセッサ
３０…メモリ
３２…電池
３４…絶縁樹脂
３５…空隙部
３６…ボルト
３７…ボルト
３８…接着層
４０…永久磁石
４５…ケース
４６…本体
４７…台座
４７ａ…凹部
４８…固定面
４９…装着面
５０…第１軸穴
５１…第２軸穴
５３…接着層
５５…貫通孔
５５ａ…段部
５６…緩衝部材
５７…保持孔
６０…ホルダ
６２…永久磁石
６３…凹部
６５…ブラケット部
６７…台座

Claims

監視対象物の振動を検出するための振動センサが実装されたセンサ基板と、
前記センサ基板と電気的に接続されたメイン基板と、
前記センサ基板と前記メイン基板に電力を供給するための電池と、
前記センサ基板、前記メイン基板、及び前記電池が収容されたケースとを備え、
前記メイン基板と前記電池とが前記ケース内に固定されるとともに、前記センサ基板が前記ケースの開口内に非接触状態で配置されており、
前記センサ基板と前記ケースとがそれぞれ、前記監視対象物に対して固定される、センサユニット。
監視対象物の振動を検出するための振動センサが実装されたセンサ基板と、
前記センサ基板と電気的に接続されたメイン基板と、
前記センサ基板と前記メイン基板に電力を供給するための電池と、
前記センサ基板、前記メイン基板、及び前記電池が収容されたケースとを備え、
前記ケースは、一端開口の本体と、前記本体の前記開口を塞ぐ台座とを有し、
前記メイン基板と前記電池とが前記本体内に固定されるとともに、前記センサ基板が前記本体と非接触状態で前記台座に固定されており、
前記台座が前記監視対象物に固定される、センサユニット。
前記台座は、高弾性率の接着剤によって前記監視対象物に固定される、請求項２に記載のセンサユニット。
前記台座は、前記本体を固定した第１固定部と、前記センサ基板を固定した第２固定部とを含み、前記台座の厚みと、前記第１固定部と前記第２固定部の間隔とは、以下を満たす、
３Ｔ≦Ｌ
Ｔ：台座の厚み
Ｌ：第１固定部と第２固定部の間隔
、請求項２又は３に記載のセンサユニット。
前記センサ基板は、前記本体から前記台座に伝わった振動を減衰するための緩衝部材を介して前記台座に固定されている、請求項２から４のいずれか１項に記載のセンサユニット。
前記メイン基板と前記電池とは、前記ケース内に充填された絶縁樹脂によって固定されており、
前記センサ基板は、前記ケース内の前記絶縁樹脂が充填されていない空隙部に配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサユニット。
前記メイン基板には、前記振動センサの検出値に基づいて前記監視対象物の異常の有無を判断する判断部と、前記判断部の結果を無線送信するための送信部とが実装されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサユニット。