JP2021167788A - 回転部材の偏心検出装置及び回転部材の監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】接触式の変位計や光学式の変位計に比べて耐用年数が長く耐環境性が高い回転部材の偏心検出装置及び回転部材の監視システムを提供する。
【解決手段】固定部材２に対して相対回転自在に設けられた回転部材３の偏心状態を検出する偏心検出装置１であって、固定部材２に設けられるとともに磁束密度を検出する磁気検出部５と、回転部材３に設けられるとともに回転部材３の回転に伴い前記磁気検出部で検出される磁束密度が変化するパターンが形成されている被検出部４と、磁気検出部５によって検出した前記回転部材の回転に伴う前記磁束密度の変化に基づいて回転部材３の偏心状態を推定する偏心推定部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定部材に対して相対回転自在に設けられた回転部材の偏心状態を検出、監視する回転部材の偏心検出装置及び回転部材の監視システムに関する。

糸状素材、フィルム状素材やシート状素材等の巻取り設備、各種部材の生産設備、用紙等印刷媒体を送る印刷設備、製品や荷物等を搬送するベルトコンベヤーやローラコンベヤー等の搬送設備等、回転部材を使用する機械設備は多種多様である。そして、これらの設備に用いられる回転部材に偏心が生じると不良品の発生等に繋がるため、回転部材が偏心することなく回転しているかモニタリングすることは欠かせない。このような回転部材の偏心状態を検出する装置としては、例えば下記特許文献１が挙げられる。特許文献１には、偏心量検出部として、接触式の変位計、もしくは光学式の非接触式変位計を使用した例が開示されている。

特開２００１−３３９９７２号公報

しかしながら偏心量検出部として、接触式の変位計を用いる場合は、接触部位の経年劣化による検出精度の不良が問題となる。また偏心量検出部として、非接触式である光学式の変位計を用いる場合は、埃や水によって光が遮られて出力に変動が生じることが問題となる。

本発明は、前記実情に鑑みなされたもので、接触式の変位計や光学式の変位計に比べて耐用年数が長く耐環境性が高い回転部材の偏心検出装置を提供することを目的としている。

本発明に係る回転部材の偏心検出装置は、固定部材に対して相対回転自在に設けられた回転部材の偏心状態を検出する回転部材の偏心検出装置であって、前記固定部材に設けられるとともに磁束密度を検出する磁気検出部と、前記回転部材に設けられるとともに前記回転部材の回転に伴い前記磁気検出部で検出される磁束密度が変化するパターンが形成されている被検出部と、前記磁気検出部によって検出した前記回転部材の回転に伴う前記磁束密度の変化に基づいて前記回転部材の偏心状態を推定する偏心推定部と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る回転部材の偏心検出装置及び回転部材の監視システムによれば、上述の構成としたことで、接触式の変位計や光学式の変位計に比べて耐用年数が長く耐環境性が高いものを実現できる。

本発明の一実施形態に係る回転部材の偏心検出装置が適用されるシート巻取り設備の一例を示す模式的概略縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は同実施形態に係る偏心検出装置の被検出部を説明するための図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は被検出部の別例を示す平面図である。 同実施形態に係る偏心検出装置及び監視システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る偏心検出装置の磁気検出部で検出される磁束密度のパターンを説明するためのグラフである。 同実施形態に係る偏心検出装置及び監視システムにより、回転部材の偏心を検出する流れの一例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る偏心検出装置で回転部材の周囲温度を推定する例を説明するためのグラフである。 同実施形態に係る偏心検出装置で回転部材の不規則回転を推定する例を説明するためのグラフである。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、一部の図には、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
本実施形態に係る回転部材の偏心検出装置１は、固定部材に対して相対回転自在に設けられた回転部材の偏心状態を検出する装置である。偏心検出装置１は、固定部材に設けられるとともに磁束密度を検出する磁気検出部と、回転部材に設けられるとともに回転部材の回転に伴い前記磁気検出部で検出される磁束密度が変化するパターン（位相）が形成されている被検出部と、磁気検出部によって検出した前記回転部材の回転に伴う前記磁束密度の変化に基づいて回転部材の偏心状態を推定する偏心推定部６０と、を備えている。
また本実施形態に係る回転部材の監視システム１０は、上述の回転部材の偏心検出装置１と、偏心推定部６０による偏心状態の推定に応じて異常有無を判定する判定部７と、 判定部７による異常判定時に作動する報知部８と、を備えている。
以下、詳しく説明する。

＜偏心検出装置＞
図１には、一実施形態に係る回転部材の偏心検出装置１が適用される回転設備の例として、シート巻取り設備１００の一例を示す。ここに示すシート巻取り設備１００は、回転部材としての巻取り軸３に長尺のシートＳが巻回される装置である。図１のシート巻取り設備１００は、円柱状の巻取り軸３が設けられた部位周辺を示しており、操作パネル等は省略して示す。巻取り軸３は、固定部材としての支持体２に軸回転可能に支持され、支持体２には、巻取り軸３を回転自在に支持する支持ベアリング２０が設けられている。偏心検出装置１は、巻取り軸３の端部３０に圧入して装着される被検出部４と、支持体２に取り付けられる磁気検出部５と、磁気検出部５による検出結果に基づいて、巻取り軸３の偏心を推定する偏心推定部６０を含む演算装置６とを備えている。

＜被検出部＞
図２（ａ）及び図２（ｂ）には、被検出部として、Ｎ極及びＳ極が周方向に交互に複数着磁された磁性体４である例を示す。ここに示す磁性体４は、フェライト等の磁性粉がゴム材により結合されたいわゆるゴム磁石を用いている。磁性体４は、取付部４０を介して巻取り軸３に取り付けられる。磁性体４は、巻取り軸３の回転に伴って回転するように構成されている。取付部４０は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工して片側の断面が略Ｌ字形状に形成される。取付部４０は、巻取り軸３の端部３０に嵌合される円筒部４２と、円筒部４２における軸方向の一方端部４２ａから径方向の外側に延出する円板部４１とを有している。図２（ａ）に示すように、円板部４１の軸Ｌ方向の外側面４１ａには、磁性体４が加硫接着されている。磁性体４の形状や取付部４０への固着態様は図例に限定されないが、本実施形態では、円板部４１の外側面４１ａと、円板部４１の径方向の外側端部４１ｂを覆うように配されている。これによれば、取付部４０に磁性体４を強固に固着でき、長期の使用に耐えることができる。

支持体２には磁気検出部としての磁気センサー５が、磁性体４に対峙するように配されている。この磁気センサー５が磁性体４から検出する磁束密度は、巻取り軸３の回転に伴って変化するため、磁気センサー５と電気的に接続されている演算装置６は、磁気センサー５の検出結果に基づいて巻取り軸３の回転速度を算出することができる。さらに、演算装置６は磁気センサー５が検出した磁束密度の変化に基づいて、巻取り軸３の偏心状態を推定することができる。
したがって、巻取り軸３の偏心状態を把握するために、回転速度を検出するセンサーと巻取り軸３の移動距離を検出する非接触の距離センサーの２つを装着する場合もあるが、本実施形態によれば、ひとつの磁気センサー５で、巻取り軸３の回転速度と偏心状態を測定することができる。

図２（ｂ）は、磁性体４の平面図であり、Ｎ極及びＳ極の着磁状態を示している。ここに示すように、本実施形態の磁性体４は、他の部位で形成される磁束密度のパターンよりもパターンの幅が広くなるように構成された幅広のＳ極２００を備え、幅広のＳ極２００以外の部位に形成されるものは等しい極幅で構成されている。この幅広のＳ極２００を経て隣接するＮ極２０１に到達する点を基準点Ｐとし、この基準点Ｐを磁気センサー５で検出する一周期分の測定開始位置とする。

このように幅広のＳ極２００を構成することで、幅広のＳ極で検出される磁束密度のパターンは、他の部位と異なり、パターンの幅が広くなるので、磁束密度のパターンから一周期分の測定開始位置が判別し易い。またこのように磁性体４のパターンを磁極幅により設定すると、磁性体４を着磁することで容易に幅広パターンを設定できる。すなわち、幅広の極性部位を磁性体４に形成すれば、他の部位の磁極幅よりも狭い基準パターンを設ける場合に比べて、他の部位とは異なる基準パターンを設定し易い。

図２（ｃ）は、被検出部をロータ４’とした例を示す。被検出部は、回転部材の回転に伴い磁束密度が変化するパターンが形成され、磁束密度の信号を発するものであればよく、図２（ｃ）に示すようなロータ４’を用いることができる。この場合、磁気検出部５としては永久磁石とコイル、電極等で構成されたものが用いられる。ロータ４’は、磁気検出部５の磁化された電極から発する磁力線内で回転することにより、突起歯３００，３０２，３０３・・・と溝３０１，３０１・・・とで磁力線の磁束密度が変化するように構成されている。

このロータ４’においても、他の部位で形成される磁束密度のパターンよりもパターンの幅が広くなるように構成される幅広の突起歯３００を形成してもよく、幅広の突起歯３００以外の部位は、溝３０１・・・、突起歯３０２，３０３・・・ともに、等しい間隔で構成されている。このように一か所のみ、幅広の突起歯３００を構成することで、図２（ｂ）の磁性体４と同様に、他の部位と異なるパターンを出力させることができる。よって、幅広の突起歯３００を経て溝３０１にかかる点を測定開始位置（基準点）Ｐとし、この測定開始位置Ｐを磁気検出部５で検出する一周期分の測定開始位置としてもよい。この場合でも、図２（ｂ）で示す磁性体４の形態と同じ効果を得ることができる。

上記構成によれば、被検出部としての磁性体４もしくはロータ４’に磁束密度が変化するパターンが形成されており、磁気センサー５が磁性体４もしくはロータ４’の回転に伴う磁束密度の変化を検出し、その検出結果に基づいて、回転部材である巻取り軸３の偏心状態を推定することができる。したがって、接触式の検出手段によって回転部材の偏心状態を検出する場合に比べて、偏心検出装置１を使用し続けても、磁気検出部である磁気センサー５によって検出される磁束密度の経年劣化による変動が小さい。そのため、偏心検出装置１を使用し続けても、巻取り軸３の偏心状態を検出する精度が使用により低下することを抑制できる。

＜監視システム＞
＜ブロック図＞
図３は、本実施形態に係る回転部材３の偏心検出装置１及び回転部材３の監視システム１の構成を示すブロック図である。
偏心検出装置１は、上述したとおり、巻取り軸３と一体回転可能に取り付けられた磁性体４と、支持体２に設けられるとともに磁性体４から発生する磁束密度を検出可能な磁気センサー５とを備えている。さらに、偏心検出装置１は、磁気センサー５と電気的に接続された演算装置６を備えている。演算装置６は、判定部７及び報知部８とそれぞれ電気的に並列に接続されている。演算装置６は、磁気センサー５によって検出された磁性体４の回転に伴う磁束密度の変化に基づいて累積ピッチ誤差を算出する偏心推定部６０と、偏心推定部６０にて算出された所定位置の累積ピッチ誤差を標準累積ピッチ誤差として設定する標準状態設定部６１と、を備えている。さらに、演算装置６は、磁性体４から発生する磁束密度の絶対値を算出し、磁束密度の絶対値に基づいて巻取り軸３の周囲温度を推定する周囲温度推定部６２と、磁束密度の変化に基づいて巻取り軸３の速度変化を算出し、巻取り軸３の速度変化から巻取り軸３の回転が不規則であるか否かを推定する不規則回転推定部６３と、を備えている。また、演算装置６は、磁気センサー５が検出する磁束密度の変化に基づいて巻取り軸３の回転速度を算出する回転速度算出部６５を備えている。具体的には、回転速度算出部６５は、磁性体４が回転することで、磁気センサー５から正弦波の磁束密度の変化が入力されると、正弦波の磁束密度を矩形波に変換し、矩形波の間隔から回転速度を算出する。ここで、偏心推定部６０、標準状態設定部６１、周囲温度推定部６２、不規則回転推定部６３、及び回転速度算出部６５は、共通するＣＰＵ及びメモリによって構成されている。また、演算装置６は、上記の偏心推定部６０、標準状態設定部６１、周囲温度推定部６２、不規則回転推定部６３、及び回転速度算出部６５それぞれの算出処理を実行するために必要な各種プログラムやデータが記憶される記憶部６４を備えている。記憶部６４は、偏心推定部６０、標準状態設定部６１、周囲温度推定部６２、不規則回転推定部６３、及び回転速度算出部６５の算出結果も適宜、記憶可能に構成されている。なお、記憶部６４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリやＨＤＤで構成されている。判定部７は、演算装置６から出力された巻取り軸３の偏心状態、周囲温度、及び不規則回転状態に応じて巻取り軸３の異常有無を判定するように構成されている。報知部８は、 判定部７から異常判定との判定結果を受信したときに作動するように構成されている。本実施形態では、偏心検出装置１に、判定部７及び報知部８が追加されることで、巻取り軸３の監視システム１０が構成される。

＜偏心状態推定・検出について＞
次に図４を参照しながら、巻取り軸３の偏心状態の推定・検出についてさらに説明する。
ここでは測定開始位置Ｐを所定位置の基準とし、その測定開始位置Ｐから１波目、２波目・・・と磁束密度のパターンを得て、算出する例について説明する。
偏心推定部６０は、磁気センサー５が検出した磁束密度の変化に基づいて、各位相における実測ピッチを算出し、算出した実測ピッチを所定位置、すなわち測定開始位置Ｐ（図２（ｂ）及び図４参照）から累積して実測累積ピッチを算出する。偏心推定部６０は、記憶部６４に記憶されている各位相における理論ピッチを読み出し、実測累積ピッチと理論ピッチを測定開始位置Ｐから累積した理論累積ピッチとの差分ピッチを理論ピッチの一位相である理論単一ピッチで除して累積ピッチ誤差を算出する。なお、実測ピッチとは、リアルタイムに磁気センサー５が検出した磁束密度の変化から算出されるＮ極及びＳ極の１周期分のピッチを意味し、理論ピッチとは、偏心のない理想的な磁束密度の変化から算出されるＮ極及びＳ極の１周期分のピッチを意味する。そして、偏心推定部６０は、累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて巻取り軸３の偏心状態を推定する。
本実施形態でいう累積ピッチ誤差とは、測定開始位置Ｐからピッチ幅を足して所定の計算式で算出していく。例えば、図４に示す１波目の累積ピッチ誤差は、（実測ピッチＮ１−理論単一ピッチＰｔ）÷理論単一ピッチで算出する。また２波目の累積ピッチ誤差 は（実測ピッチＮ１＋Ｎ２−理論単一ピッチ×２）÷理論単一ピッチで算出する。さらに３波目の累積ピッチ誤差 は（実測ピッチＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３−理論単一ピッチ×３）÷理論単一ピッチで算出する。こうして各位相それぞれでの累積ピッチ誤差を算出していく。そして、偏心検出装置１を巻取り軸３に設定した初期段階で、巻取り軸３が初期状態であるときの所定位置における累積ピッチ誤差を算出し、その累積ピッチ誤差を標準累積ピッチ誤差として設定し、記憶部６４に記憶させる。偏心推定部６０は、標準累積ピッチ誤差を基準とした累積ピッチ誤差の変化状態に基づき、巻取り軸３が偏心しているか否かを推定する。つまり、偏心検出装置１は、偏心検出装置１を巻取り軸３に設定した初期段階における巻取り軸３の位置を基準として巻取り軸３の偏心を検出することができる。
この構成によれば、偏心推定部６０に大きな負荷をかけることなく、巻取り軸３の偏心状態を確実に推定することができ、偏心状態の検出精度を高めることができる。

この例では、標準状態設定部６２は、上述したように測定開始位置Ｐから１波目で測定・算出された累積ピッチ誤差を標準ピッチ誤差として設定する。
なお、この標準累積ピッチ誤差は、測定開始位置Ｐから１波目で算出される累積ピッチ誤差に限定されず、ある所定位置で算出される累積ピッチ誤差を標準累積ピッチ誤差として設定してもよい。偏心検出装置１が巻取り軸３に設定された初期の累積ピッチ誤差を標準累積ピッチ誤差として設定しておけば、初期の累積ピッチ誤差を基準に判定するので、偏心検出装置１が巻取り軸３に設定された初期状態からの巻取り軸３の偏心状態を検出することができる。また複数本の巻取り軸３，３・・・を対象として、同時に偏心検出を行う場合において、磁性体４を巻取り軸３に取り付ける際の取り付け状態に多少の違いがあっても、標準状態設定部６２で巻取り軸３の偏心状態の検出精度への影響を抑制できる。

このように本実施形態に係る偏心推定部６０は、基準パターン（図２（ｂ）及び図４参照）から所定位相離れた複数の対象位相における累積ピッチ誤差を算出して、複数の所定対象位相（１波目、２波目、３波目・・・等）における累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて、巻取り軸３の偏心状態を推定する。
ここで例えば、累積ピッチ誤差を一周期分連続的に算出し、その結果から巻取り軸３の偏心状態を推定するようにしてもよい。しかしながら、一周期分の累積ピッチ誤差を記録しておく必要があり、偏心推定部の負荷が大きくなる場合がある。一方、累積ピッチ誤差を検出する対象が磁性体４の一箇所だけであると、巻取り軸３の偏心状態を検出する精度が不十分である。本実施形態の偏心検出装置１によれば、所定数の対象位相における累積ピッチ誤差に基づいて巻取り軸３の偏心状態を推定するため、偏心推定部６０の負荷を抑えつつ、偏心状態の検出精度を高めることができる。

続いて、図５を参照しながら、巻取り軸３の偏心状態の推定・検出について、フローチャートに沿って説明する。
まず、巻取り軸３の回転が始まるとこれに伴い磁性体４も回転する。そして磁性体４の回転に伴い、磁気センサー５が磁束密度の変化を検出し（Ｓ１００）、演算装置６に入力する。そして演算装置６が備える偏心推定部６０は、複数の対象位相の累積ピッチ誤差を算出していく（Ｓ１０１）。設定された対象位相に対応する標準累積ピッチ誤差を読み込み（Ｓ１０２）、算出された累積ピッチ誤差と対応する標準累積ピッチ誤差とを照合する（Ｓ１０３）。累積ピッチ誤差と標準累積ピッチ誤差の差分量（累積ピッチ誤差−標準累積ピッチ誤差）と閾値を比較し、差分量が閾値より高い場合は「偏心あり」と判定部７で判定し、報知部８で報知する（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。
閾値は、巻取り軸３の偏心が起こったと判定できる累積ピッチ誤差の変化量を事前に調査し設定する。巻取り軸３の偏心状態を早期に認識したい場合は、この閾値の値設定を厳しく設定する等すればよい。

本実施形態の偏心検出装置１によれば、被検出部である磁性体４に所定のパターンが形成されており、磁気センサー５によって検出される磁性体４の回転に伴う磁束密度の変化に基づいて、回転部材である巻取り軸３の偏心状態を検出することができる。したがって、回転部材の偏心量（距離）を接触式の検出手段によって検出する場合に比べて、検出対象に接触しない非接触式の検出手段により巻取り軸３の偏心状態を検出するため、偏心検出装置１を使用し続けても、巻取り軸３の偏心状態を検出する精度が低下することを抑制できる。また本実施形態の偏心検出装置１によれば、巻取り軸３に磁性体４を装着し、磁気センサー５で磁性体４が発する磁束密度の信号をモニタリングすれば、早期に巻取り軸３の偏心を検出できるので、装置の小型化を図ることができる。さらに巻取り軸３の偏心状態から、巻取り軸３に異常が生じていると推測できる場合には、速やかに報知部８によって知ることができる。したがって、巻取り軸３の不具合を減らし、 巻取り軸３を異常状態から正常状態に復旧させる時間の短縮、早期に部品の交換時期を確認することができる。またこのように巻取り軸３を含む設備の異常状態を未然又は早期に把握できれば、不良品発生につながる生産を停止することができ、不良品の削減にもつなげることができる。

＜周囲温度推定＞
次に図６を参照しながら、偏心検出装置１で周囲温度の推定を行う場合について説明する。
被検出部として磁性体４を使用する場合は、磁性体４に含まれる磁性粉の特性から温度を推定できる。よって、偏心検出装置１によれば、上記の偏心検出だけでなく、使用環境の変化も検出することができる。
例えばフェライトから発生する磁束密度は、フェライトの温度が上がる程、減少する。したがって、フェライトから発生する磁束密度が減少する程、フェライトの温度が上昇する一方、フェライトから発生する磁束密度が増加する程、フェライトの温度が低下していると推測できる。本実施形態では、演算装置６が周囲温度推定部６３を備えており、周囲温度推定部６３は、磁性体４から発生する磁束密度の絶対値を算出し、磁束密度の絶対値に基づいて巻取り軸３の周囲温度を推定することができる。

図６は、極幅部分２００（図２（ｂ）参照）の磁束密度の絶対値を常にモニタリングし、初期値と実測値とを比較する例を示している。
図６では、実線は通常時のグラフ、点線は温度上昇後のグラフを示している。
ここに示すように点線のグラフは通常時よりも低い値で推移しており、ここから巻取り軸３の周囲温度に変動があったことがわかる。またこのときの変動値を算出すれば、温度計等の温度検出手段を別途追加しなくても、磁気センサー５の検出結果に基づいて、 巻取り軸３の偏心状態の他に、周囲温度の上昇もしくは低下を検出することができる。よって例えば閾値を設定し、その閾値を基準に上下に変動がみられた場合には、異常発生として報知部８で報知するようにしてもよい。閾値は、周囲温度の上昇又は低下が起きたと判定できる磁束密度の絶対値を事前に調査等し設定する。

＜不規則回転推定＞
次に図７を参照しながら、偏心検出装置１で不規則回転（回転ムラ）の推定を行う場合について説明する。
本実施形態では、演算装置６に不規則回転推定部６４を備えており、隣り合う一位相のピッチの変化を算出し、その変化量をモニタリングすることで、巻取り軸３の不規則回転を推定することができる。

図７では、磁束密度の各位相のピッチの幅（ピッチ間距離）をＷ１，Ｗ２，Ｗ３・・・と示している。不規則回転推定部６４では、隣り合うピッチ幅の割合、例えばＷ２／Ｗ１＝Ｍ１、Ｗ３／Ｗ２＝Ｍ２・・・を算出し、初期値Ｍと比較し、一周期のうち、１か所でも、Ｍより値が大きい値もしくは小さい値が検出されると、回転ムラがあり、不規則回転があると推定する。ここで初期値Ｍは、「１」もしくは「１」に近い値が理想値であるが、実測誤差を考慮して設定される。
以上の構成によれば、振動検出手段等の計測器を別途追加しなくても、磁気センサー５の検出結果に基づいて、 巻取り軸３の偏心状態の他に、巻取り軸３の回転にムラが生じ、不規則回転なっていることを検出することができる。よってこの場合も、初期値Ｍを基準に上下に変動がみられた場合には、異常発生として報知部８で報知するようにしてもよい。初期値Ｍは、巻取り軸３の回転にムラが生じ不規則回転になっていると判定できる値を事前に調査等し設定する。

以上の実施形態に係る偏心検出装置１の構成は図例に限定されるものではない。またここでは回転部材の一例として回転設備１００に構成された一本の巻取り軸３のみを示し、これについて説明しているが、複数本の巻取り軸３を備えた回転設備１００に適用可能である。さらに本実施形態に係る偏心検出装置１は、シート状素材の巻取り設備の他、糸状素材、フィルム状素材の巻取り設備に適用可能である。また各種部材の生産設備、用紙等印刷媒体を送る印刷設備、製品や荷物等を搬送するベルトコンベヤーやローラコンベヤー等の搬送設備等、回転部材を使用する機械設備にも適用可能である。また実施形態に係る偏心検出装置１によって、磁束密度の変化と時間から巻取り軸３の回転速度を検出できることは言うまでもない。よって、この回転速度検出からも、巻取り軸３の異常を検出することができる。そして、偏心検出の対象となる回転部材にＲＦＩＤ等、識別タグを装着すれば、偏心等の不具合が生じた回転部材３をすぐに特定でき、各回転部材３の回転状況をよりきめ細かく管理することができる。

上述の実施形態では、被検出部としての磁性体４が、平面着磁エンコーダである例について説明したが、側面着磁エンコーダにも適用可能である。なお、平面着磁エンコーダとは、Ｎ極及びＳ極交互に着磁されたパターンが、回転部材の軸方向に直交する円板状の磁性体４の平面に形成されてなるものである。側面着磁エンコーダとは、回転部材の軸方向に平行な円板状の磁性体４の外周面に形成されてなるものである。また、回転部材を構成する一つの軸の複数個所に、被検出部としての磁性体を取り付けてもよい。このような形態であれば、回転部材の軸方向において、偏心状態にバラつきが あるような回転部材を対象として偏心有無を検出する場合に好適である。また、磁性体４を構成する磁性粉は、フェライトや希土類（ＮｄＦｅＢ、ＳｍＦｅＮ等）等、要求性能に応じて使い分けられる。例えば磁性粉としてフェライトを用いた場合は、耐環境性や耐液性が高く、温度、湿度、埃等の周囲環境が過酷な場所で使用されても磁気特性に影響がなく、検出精度を維持できる。磁性粉として希土類を用いた場合は、高磁力が期待でき、精度の高い検出ができる。磁性体４を構成するゴム素材は、特に限定されず要求性能に応じて選択される。例えばゴム素材としては、アクリロニトリルブタジエンゴム、水素化ニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、エチレンアクリルゴム、フッ素ゴムのうちから１種あるいは２種以上を適宜ブレンドして用いてもよい。
また上述の実施形態では、磁性体４として磁性ゴムの場合を述べたがこれに限定されず、熱可塑性樹脂からなるプラスチック磁石でもよいし、焼結磁石でもよい。プラスチック磁石とする場合は、加工性、耐摩耗性、耐久性に優れた磁性体４とすることができる。熱可塑性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が採用される。

報知部８は、判定部７による異常判定を報知できる構成であればよく、例えば、操作パネル（不図示）で「偏心異常」などと文字で報知してもよいし、音や光を発して報知する構成であってもよい。
また偏心推定部６０で算出された結果に基づき、異常の有無を判定する判定部７での判定制御は上述に限定されず、偏心検出のために計測・算出するパターンも、上述に限定されない。例えば、累積ピッチ誤差を磁性体４の一周期分連続的に算出し、その結果から一周期分の最大値と最小値の差を累積ピッチ誤差として算出し回転部材の偏心状態を推定してもよい。さらにモニタリング対象は、偏心検出装置の適用設備に応じて、減らすことも可能である。例えば測定開始位置Ｐから４５°と１３５°の位置等、特定の位置のみを継続的にモニタリング対象とし偏心検出を行ってもよい。この場合、偏心推定部６０の負荷を軽減できる。差分ピッチを理論単一ピッチで除した値を累積ピッチ誤差として使用する方式に限らず、差分ピッチの値をそのまま累積ピッチ誤差として使用し、その累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて回転部材の偏心状態を推定してもよい。また、偏心推定部６０が回転部材の偏心状態を推定する手法としては、磁束密度の変化から算出された累積ピッチ誤差に基づいて推定する手法に限らない。例えば、所定位置における磁束密度の変化をそのまま用いて、回転部材の偏心状態を推定してもよい。つまり、この場合、回転部材に偏心が起こっていないときの磁束密度を示す所定位置の標準磁束密度と、回転部材に偏心が起こったときの所定位置の磁束密度の変化量を事前に調査し、その変化量を閾値として事前に設定し、記憶部６４に記憶する。そして、磁気センサー５でリアルタイムに検出した磁束密度と標準磁束密度との変化量を閾値と照合して、回転部材の偏心状態を推定してもよい。また、偏心推定部６０は、巻取り軸３に偏心が起きているか否かを推定するだけでなく、累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて巻取り軸３の偏心量を推定するようにしてもよい。

被検出部４の構成についても図例に限定されない。例えば上述では他の部位とは異なる少なくとも１箇所の基準パターンを設けた例として、幅広のＳ極２００を備えた例を説明したが、これに限定されず、他の部位より幅狭の極幅を備えたものとしてもよい。また測定開始位置Ｐ（基準点）も例示にすぎず、これに限定されるものではない。例えば、幅広のＳ極２００から２波目等、数パターン先の位置を測定開始位置としてもよい。また、磁性体４は、Ｎ極及びＳ極が交互に複数着磁される形態に限らず、一対のＮ極及びＳ極が着磁された形態でもよい。この場合、磁気検出部によって、３６０°の全周において一つのＮ／Ｓ極の正弦波形を検出するため、この正弦波形からピッチ誤差を算出し、ピッチ誤差の変化状態に基づいて回転部材の偏心状態を推定してもよい。また、ピッチ誤差を算出しなくとも、所定位置における磁束密度の変化に基づいて回転部材の偏心状態を推定してもよい。
また不規則回転推定部６４による推定手法も上述に限定されず、例えば磁束密度に基づいて回転部材３の速度変化を算出し、回転部材３の速度変化から回転部材３の回転が不規則になったことを推定するようにしてもよい。
また演算装置６は、偏心推定部６０を少なくとも備えていればよく、周囲温度推定部６２、不規則回転推定部６３、及び回転速度算出部６５は備えていなくともよい。また、偏心検出装置１を構成するだけであれば、判定部７及び報知部８は省略してもよい。また、偏心推定部６０、標準状態設定部６１、周囲温度推定部６２、不規則回転推定部６３、及び回転速度算出部６５は、共通するＣＰＵ及びメモリによって構成されるものに限らず、それぞれを別々のＣＰＵ及びメモリによって構成してもよい。また、判定部７及び報知部８は、演算装置６の外部に設置される構成に限らず、演算装置６に内蔵されていてもよい。

１００ 回転設備
１０ 監視システム
１ 偏心検出装置
２ 支持体（固定部材）
３ 巻取り軸（回転部材）
４ 磁性体（被検出部）
４’ ロータ（被検出部）
５ 磁気センサー（磁気検出部）
６ 偏心推定部
７ 判定部
８ 報知部

Claims (10)

1. 固定部材に対して相対回転自在に設けられた回転部材の偏心状態を検出する回転部材の偏心検出装置であって、
   前記固定部材に設けられるとともに磁束密度を検出する磁気検出部と、
   前記回転部材に設けられるとともに前記回転部材の回転に伴い前記磁気検出部で検出される磁束密度が変化するパターンが形成されている被検出部と、
   前記磁気検出部によって検出した前記回転部材の回転に伴う前記磁束密度の変化に基づいて前記回転部材の偏心状態を推定する偏心推定部と、を備えていることを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
2. 請求項１において、
   前記偏心推定部は、前記磁気検出部が検出した磁束密度の各位相における実測ピッチを所定位置から累積した実測累積ピッチと、偏心のない理想的な磁束密度として算出された磁束密度の各位相における理論ピッチを所定位置から累積した理論累積ピッチとの差分ピッチに基づいて累積ピッチ誤差を算出し、前記累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて前記回転部材の偏心状態を推定することを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
3. 請求項２において、
   所定位置において算出された累積ピッチ誤差を標準累積ピッチ誤差として設定する標準状態設定部と、前記標準累積ピッチ誤差を記憶する記憶部と、を備え、
   前記偏心推定部は、前記標準累積ピッチ誤差を基準とした前記累積ピッチ誤差の変化状態に基づき、前記回転部材が前記所定位置から偏心しているか否かを推定することを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
4. 請求項２又は請求項３において、
   前記被検出部には、他の部位とは異なる少なくとも１箇所の基準パターンが設けられ、
   前記偏心推定部は、前記基準パターンから所定位相離れた複数の対象位相における累積ピッチ誤差を算出し、
   複数の対象位相における累積ピッチ誤差の変化状態に基づいて、前記回転部材の偏心状態を推定することを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
5. 請求項４において、
   前記基準パターンは、他の部位で形成される磁束密度のパターンよりもパターンの幅が広くなるように構成されていることを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、
   前記被検出部は、前記回転部材に一体に取り付けられるとともに、Ｎ極及びＳ極が交互に着磁された磁性体であることを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
7. 請求項６において、
   前記磁性体から発生する前記磁束密度の絶対値を算出し、前記磁束密度の絶対値に基づいて前記回転部材の周囲温度を推定する周囲温度推定部を備えたことを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項において、
   前記磁束密度の一位相のピッチの変化を算出し、その変化量から前記回転部材の回転が不規則になったことを推定する不規則回転推定部を備えたことを特徴する回転部材の偏心検出装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項において、
   前記回転部材は、長尺のシートが巻回される巻き取り軸であり、
   前記巻き取り軸の端部に、前記被検出部を圧入し装着し、前記巻き取り軸を回転自在に支持する支持体に、前記磁気検出部を取り付けたことを特徴とする回転部材の偏心検出装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の回転部材の偏心検出装置と、
    前記偏心推定部による偏心状態の推定に応じて異常有無を判定する判定部と、
    前前前記判定部による異常判定時に作動する報知部と、を備える回転部材の監視システム。
    
    

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