JP2024003272A - 転がり軸受の異常診断方法及び列車異常監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】実稼働状態で迅速性、簡易性、正確性、形状制約、強度面を改善した転がり軸受の異常診断方法を得ること。【解決手段】転がり軸受１の異常診断方法は、外輪４と、外輪４の内側に設けられた内輪７と、外輪４と内輪７の間に転動自在に設けられた複数の転動体８と、転動体８が隣接する転動体８との間隔を保ちつつ複数の転動体８を保持する保持器を備える転がり軸受１の異常を検知する。転がり軸受１の異常診断方法は、外輪４の内周面または内輪７の外周面に沿って転がり軸受１の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材１５の第一側の検知部材および第二側の検知部材の間の電気的特性を計測する計測工程と、計測工程で計測した計測情報から転がり軸受１の状況を判断する診断工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、転がり軸受の異常診断方法及び列車異常監視システムに関するものである。

回転機械で使用される転がり軸受は、長期連続使用によって保持器と転動体とが接触する接触部分に損傷が発生することがある。この損傷が発生した場合、保持器の振れ回りが起こり、さらに損傷が進行すれば軸受の大規模な故障へと繋がるおそれがある。大規模な故障を事前に発見するに、回転機械は一定期間使用した後に、軸受やその他の回転部品について、異常の有無が定期的に検査される。回転部品の異常の有無の検査は相当な時間、工数、コストがかかる問題があった。

このため、従来、保持器外周面に径方向に向かって軸受構成部品と異なる材料を使用した複数の凸部を設けることによって、凸部と外輪の接触に起因する振動の検出と潤滑油中の凸部の材料の有無を検出し異常を診断することが行われていた（特許文献１）。

また、保持器外周面と外輪の内周面との間の距離の変化量を検出する非接触式レーザー変位計を用いて、上記距離が予め設定した閾値を越えたとき、保持器が異常であると判断することが開示される（特許文献２）。

特開２０１４－０６６３１１号公報 特開２０１４－０６６６２２号公報

従来は、振動の解析と摩耗粉の分析作業とを行うため時間を要する、非接触式変位計を用いても介在する油や環境により正確な判断ができないという問題があった。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、実稼働状態で迅速性、簡易性、正確性、形状制約、強度面を改善した転がり軸受の異常診断方法を得ることを目的としている。

本開示に係る転がり軸受の異常診断方法は、外輪と、外輪の内側に設けられた内輪と、外輪と内輪の間に転動自在に設けられた複数の転動体と、転動体が隣接する転動体との間隔を保ちつつ複数の転動体を保持する保持器を備える転がり軸受の異常を検知する。転がり軸受の異常診断方法は、外輪の内周面または内輪の外周面に沿って転がり軸受の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材の第一側の検知部材および第二側の検知部材の間の電気的特性を計測する計測工程と、計測工程で計測した計測情報から転がり軸受の状況を判断する診断工程とを備える。

本開示によれば、保持器摩耗が進行し保持器が検知部材と接触し導通することで得られる電気的特性またはこれから求まる接触情報によって、保持器摩耗検知が可能になる。そのため、解析、分析作業を無くなり省時間化ができること、センサー類を設置するための軸受への精密な加工がないため簡素化することができる事、形状制約がなくなる事、強度低下を防ぐことができる事、また、グリースや油の影響受けないため、異常診断の正確性が上がる事、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。

本開示の実施の形態１の転がり軸受を示す回転軸に垂直な断面での断面図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受の回転軸に平行な断面での部分断面図並びにこの図を用いた転がり軸受の異常検知装置および異常診断装置の構成図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受の保持器の上面図の拡大図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受の回転軸に平行な断面での検知部材の部分断面図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受の異常検知装置の構成図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受の異常診断装置の構成図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受および異常検知装置を示す回転軸に垂直な断面での断面図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受および別の異常検知装置を示す回転軸に垂直な断面での断面図である。 本開示の実施の形態１の転がり軸受および別の異常検知装置を示す回転軸に垂直な断面での断面図である。 本開示の実施の形態２の転がり軸受および異常検知装置を示す回転軸に垂直な断面での断面図である。 本開示の実施の形態２の転がり軸受および別の異常検知装置を示す回転軸に垂直な断面図である。 本開示の実施の形態３の列車異常監視システムの構成の例を示す図である。 本開示の実施の形態３の別の列車異常監視システムの構成の例を示す図である。 本開示の実施の形態３の別の列車異常監視システムの構成の例を示す図である。 本開示の実施の形態３の別の列車異常監視システムの構成の例を示す図である。

本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明が以下に記載の形態に限定されるものではなく、適宜、組合せ、変更することができる。また、図面は、説明を分かりやすくするため、適宜、簡略化されている。

実施の形態１．
本実施の形態に係る転がり軸受の異常検知装置、異常診断装置について、図１から６を用いて説明する。

本実施の形態の転がり軸受１の異常検知装置１００は、外輪４と、外輪４（固定輪と捉えることもできる）の内側に設けられた内輪７（回転輪と捉えることもできる）と、外輪４と内輪７との間に転動自在に設けられた複数の転動体８と、転動体８が隣接する転動体との間隔を保ちつつ複数の転動体８を保持する保持器９を備える転がり軸受１の異常を検知するものである。ここで、外輪４と内輪７とは、同一の回転軸回りに相対的に回転し、複数の転動体８は、外輪４の内周面２側の外輪軌道面３と、内輪７の外周面５側の内輪軌道面６との間を転がり自転しながら、上記同一の回転軸回りに公転する。

転動体８と接触する外輪４の内周面２が、外輪軌道面３であり、転動体８と接触する内輪７の外周面５が、内輪軌道面６である。以下、上記同一の回転軸を回転軸と呼び、回転軸の軸方向を軸方向、回転軸の中心軸から半径方向を径方向、回転軸回りに回転させたときの回転方向を周方向と呼ぶ。

転がり軸受の異常検知装置１００は、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５に沿って転がり軸受１の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材１５と、第一側の検知部材および第二側の前記検知部材の間の電気的特性を計測した計測情報を出力する計測部１６とを備える。ここで、第一側および第二側の検知部材は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触するように構成しても良い。なお、検知部材１５は、外輪４または内輪７に嵌合するということもできる。

図５には、転がり軸受の異常検知装置１００の構成図を示す。転がり軸受の異常検知装置１００は、検知部材１５と、計測部１６を備える。転がり軸受の異常検知装置１００の第一側および第二側の検知部材は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触する。電気的に絶縁されている検知部材１５の第一側および第二側が、保持器と接触すると、電気的に導通するから、第一側の検知部材および第二側の前記検知部材の間の電気的特性を計測する計測部１６は、計測した計測情報を出力する。計測部１６が出力する計測情報は、検知部材１５と保持器とが接触する前と、接触した後とで、変化するから、計測部１６が出力する計測情報を受け取る側で、変化を読み取り、保持器９の摩耗を検知する。

図６には、転がり軸受の異常診断装置２００の構成図を示す。転がり軸受の異常診断装置２００は、上記の転がり軸受の異常検知装置１００と、診断部１９とを備える。転がり軸受の異常診断装置２００は、転がり軸受の異常検知装置１００の計測部１６が出力する計測情報を受け取り、受け取った計測情報から転がり軸受１の状況を判断する診断部１９を備える。

図１において、転がり軸受の異常検知装置１００、および転がり軸受の異常診断装置２００の適用対象の例となる外側と内側が相対的に回転する回転部品について説明する。この例では、回転部品となる転がり軸受１は、円筒ころ軸受１である。図１は、転がり軸受１を回転軸に垂直な断面での断面図を示す。なお、断面は、保持器９の軸方向外側の円環部１０の中心をとおる面で断面図を作成している。以下、同様。

円筒ころ軸受１は、外輪４と、内輪７と、転動体８となる円筒ころ８と、複数の円筒ころ８を転動自在に保持する保持器９を備える。円筒ころ軸受１の外輪４の内周面２に外輪軌道面３が形成される、内輪７の外周面５に内輪軌道面６が形成される。外輪軌道面３と内輪軌道面６との間に、複数の円筒ころ８が、転動自在に配置される。外輪軌道面３と内輪軌道面６との間は、グリースなどの潤滑油によって内部潤滑される。

上記構造によって、円筒ころ軸受１は、外輪４が一方の部品と接続し、内輪７が他方の部品と接続して、外輪４と内輪７が、回転軸回りに相対的に回転可能な軸受となる。図１、２、４では、外輪４側が固定されて、内輪７側が回転する。または、逆に、内輪７側が固定され、外輪４側が回転しても良い。これに限らず、相対的に回転することもできる。内輪７側が固定され固定輪となる例を図７に示す。図７の例は、外輪４が回転輪、内輪７が固定輪となる。

保持器９は、回転軸回りに円環状の一対の円環部１０と、周方向に所定の間隔で設けられ、一対の円環部１０を軸方向に連結する複数（図１の例では１６個）の柱部１１とを有する。保持器９は、一対の円環部１０と複数の柱部１１とによって画成される複数のポケット部１２（図１では１６個）が、円筒ころ８をそれぞれ保持する。

図３は、保持器９を外周側から内周側に見た拡大図を示す。上下の円環部１０と隣接する２つの柱部１１の間がポケット部１２であり、この空間に転動体８（円筒ころ８）が、収まる。転動体８（円筒ころ８）は、回転軸の径方向は、外輪軌道面３と内輪軌道面６とに対して径方向の動きが規定され周方向に転がる。また、各転動体８（円筒ころ８）は、周方向に隣接する転動体８（円筒ころ８）と接触しないように、保持器９によって保持される。

保持器９は、転動体８と周方向の同じ向きに回転し、径方向の外輪軌道面３と内輪軌道面６との間、および周方向の転動体８（円筒ころ８）との間は、常に接触するのではなく、余裕がある。保持器９は、転がり軸受１が回転することによって、摩耗することが知られている。摩耗が発生すると、初期より保持器９が径方向または周方向に大きく動くになり、転動体８と衝突して損傷することもある。

図１、２において、検知部材１５は、軸方向に絶縁された２つの導体であり、いずれも外輪４の内周面２に設けられる。検知部材１５は、２導体を絶縁材料で接続して一体としても良いし、２導体が別体となっても良い。

例えば、検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側とに分けて構成することができる。この場合、軸方向の一方側と他方側それぞれの側で、外輪４の内周面２に沿う形状として、外輪４の内周面２に軸方向外側から中心側へ嵌合させて、組み立てることができる。また、検知部材１５を箔またはシート状に構成して、外輪４の内周面２に貼り付けるようにしても良い。

図７の例は、外輪４が回転輪、内輪７が固定輪となる。この例では、検知部材１５は、軸方向に絶縁された２つの導体であり、いずれも内輪７の外周にあたる内輪軌道面６に設けられる。上記と同様に検知部材１５は、２つの導体を絶縁材料で接続して一体としても良いし、２導体が別体で、それぞれが外輪４または内輪７に接しても良い。

図７の例でも、検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側とに分けて構成することができる。この場合、軸方向の一方側と他方側それぞれの側で、内輪７の外周面５に沿う形状として、内輪７の外周面５に軸方向外側から中心側へ嵌合させて、組み立てることができる。また、検知部材１５を箔またはシート状に構成して、内輪７の外周面５に貼り付けるようにしても良い。

検知部材１５は、設ける外輪４または内輪７が導体である場合には、検知部材１５を外輪４または内輪７と電気的に絶縁する。これには、検知部材１５の外輪４または内輪７との接続面に絶縁シートを貼り付けるようにして絶縁しても良いし、検知部材１５の外輪４または内輪７との接合面または、外輪４または内輪７の検知部材１５の接合面に絶縁材を塗布しても良い。

検知部材１５は、外輪４に設ける場合には、外輪４の内周面２に沿うように嵌合する検知部材嵌合部１４の他、外輪４の軸方向外側の側面に沿う検知部材側面部１３を設けても良い。また、検知部材１５を内輪７に設ける場合には、内輪７の外周面５に沿うように嵌合する検知部材嵌合部１４の他、内輪７の軸方向外側の側面に沿う検知部材側面部１３を設けても良い。検知部材嵌合部１４だけでなく、検知部材側面部１３を検知部材１５に持たせることで、取り付けしやすく、検知部材１５の強度を高めることもできる。

検知部材１５の軸方向に絶縁された２つの導体は、外輪４または内輪７の周方向の全周に亘って設けられても良いし、周方向の一部に設けられても良い。ただし、検知部材１５が存在する周方向の位置では、軸方向の一方側と他方側の両側に検知部材１５の導体があることが好ましい。これは、保持器９が摩耗したときに、検知部材１５の２つの導体が、同時に保持器９に接触するようにするためである。軸方向に２つの導体が存在すれば、同時に保持器９に接触して、導通が生じることになる。

図８は、検知部材１５が、外輪４の内周面２に沿って全周に設けられる例である。外輪４を固定輪とし、内輪７を回転輪とした場合、図８に示すように、固定輪である外輪４には、検知部材側面部１３と検知部材嵌合部１４とで構成される検知部材１５が内周面２に沿って嵌合されている。ここで、検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側に絶縁された環状の部品となる。検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側に分かれて別体として構成され、検知部材１５の一方側と他方側が、外輪４の内周面２の側面両側（軸方向外側）から軸方向（軸方向の軸受中心向き）に向かって嵌合するようにしても良い。

図９は、検知部材１５が、内輪７の外周面５に沿って全周に設けられる例である。外輪４を回転輪とし、内輪７を固定輪と場合、図９に示すように、固定輪である内輪７には、検知部材側面部１３と検知部材嵌合部１４とで構成される検知部材１５が外周面５に沿って嵌合されている。ここで、検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側に絶縁された環状の部品となる。検知部材１５は、軸方向の一方側と他方側に分かれて別体として構成され、検知部材１５の一方側と他方側が、内輪７の外周面５の側面両側（軸方向外側）から軸方向（軸方向の軸受中心向き）に向かって嵌合するようにしても良い。

図８、図９のように検知部材１５を外輪４または内輪７の全周に亘って設けることによって、回転方向によらず、保持器９が摩耗したときに、検知部材１５の２つの導体が、同時に保持器９に接触することになり、確実に摩耗を検知することができる。

検知部材１５は、転がり軸受１の回転中心を中心として前記転動体に最も力がかる位置から転動体８が回転する向きに１８０度回転させた方向までの範囲に少なくとも一部が配置される。または、検知部材１５は、転がり軸受１の回転中心を中心として転動体８に最も力がかる位置の方向を０度とすると、１８０度以上３６０度未満の範囲に配置される。検知部材１５が、外輪４の周方向の一部に設けられる場合、少なくとも、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置から、外輪４を固定輪とした場合の内輪７の（絶対座標系における転動体８の）回転方向に回転角度を見たときに、内輪７の回転が反時計回りの場合、１３５°を中心にプラスマイナス９０°以上の範囲に設けられると良い。または、内輪７の回転が時計回りの場合、２２５°を中心にプラスマイナス９０°以上の範囲に設けられると良い。いずれの場合も、検知部材１５が、周方向１８０°以上に設けられることになる。言い換えれば、基準の周方向位置から、回転方向に回転角度を見たときに、内輪７の回転が反時計回りの場合、１３５°を中心に少なくともプラスマイナス９０°の範囲に設けられると良い。または、内輪７の回転が時計回りの場合、２２５°を中心に少なくともプラスマイナス９０°の範囲に設けられると良い。さらに具体的には、検知部材１５が設けられる範囲は、上記の中心からプラスマイナス９０°の範囲より大きくプラスマイナス１３５°の範囲より小さい、より好ましくは、上記の中心からプラスマイナス９０°の範囲より大きくプラスマイナス１００°の範囲より小さくしても良い。

ここで、基準位置、基準の周方向位置は、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置である。加減速により基準の周方向位置は厳密には変わるが、回転軸の中心から静止状態での鉛直下向き周方向位置と考えてもよい。

また、検知部材１５が、内輪７の周方向の一部に設けられる場合、少なくとも、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置から、内輪７を固定輪とした場合の外輪４の（絶対座標系における転動体８の）回転方向に回転角度を見たときに、外輪４の回転が反時計回りの場合、３１５°を中心にプラスマイナス９０°以上の範囲に設けられると良い。または、外輪４の回転が時計回りの場合、４５°を中心にプラスマイナス９０°以上の範囲に設けられると良い。いずれの場合も、検知部材１５が、周方向１８０°以上に設けられることになる。言い換えれば、基準の周方向位置から、回転方向に回転角度を見たときに、内輪７の回転が反時計回りの場合、３１５°を中心に少なくともプラスマイナス９０°の範囲に設けられると良い。または、外輪４の回転が時計回りの場合、４５°を中心に少なくともプラスマイナス９０°の範囲に設けられると良い。さらに具体的には、検知部材１５が設けられる範囲は、上記の中心からプラスマイナス９０°の範囲より大きくプラスマイナス１３５°の範囲より小さい、より好ましくは、上記の中心からプラスマイナス９０°の範囲より大きくプラスマイナス１００°の範囲より小さくしても良い。検知部材１５が、外輪４、内輪７のいずれに設けられる場合でも、回転方向が両方向に可能性がある場合には、検知部材１５が、周方向の全周に設けることができる。

検知部材１５の２つの導体には、それぞれ導体と計測部１６とを接続する電線１７が設けられる。２つの導体の間の電気的特性は、保持器９が摩耗して回転時に径方向への移動量が大きくなったときに、保持器９が２つの導体に接触すると導通して変化する。計測部１６は、２本の電線１７から電気的特性の変化を計測して、この変化を含む情報を出力し、異常検知装置１００の外部に伝える。

計測部１６に接続され、計測部１６で計測した情報を伝達する伝送部１８は、異常の有無の診断を行う診断部１９に情報を伝達する。転がり軸受の異常を診断する転がり軸受の異常診断装置２００は、異常検知装置１００と、電気的特性の情報を伝える伝送部１８と、電気的特性の情報から転がり軸受の異常を診断する診断部１９とを含む。

（転動体から保持器が受ける力による振れ周り）
次に、転がり軸受（円筒ころ軸受）１が、回転中に保持器９に作用する力について説明する。まず、転動体（円筒ころ）８は、内輪７または外輪４から荷重を受けるが、荷重を主として受ける。この荷重を受ける転動体（円筒ころ）８は、複数ある転動体（円筒ころ）８のうち、主として回転中心軸に対して荷重方向の向きの一定範囲である荷重負荷圏にある転動体（円筒ころ）である。内輪７と外輪４との相対回転に伴い、転動体（円筒ころ）８は、回転軸周りに回転して移動する。１つの転動体（円筒ころ）８に注目すると、転動体８は、荷重負荷圏外から荷重負荷圏に入り、荷重負荷圏を通過して、荷重負荷圏を脱出する。

転動体８は、荷重負荷圏を通過して、脱出する際、荷重を受けていたことによりすべりが抑制されること及び圧縮から除荷へ変化する事で生じる開放方向へ向かう力によって、加速する。転動体８が、加速することによって、保持器９は、転動体８の負荷圏脱出位置における保持器９の径方向の幅の中心をとおる円周の接線方向に力を受ける。転動体８ととも回転する保持器９には、負荷圏脱出位置において、断続的に上記円周の接線方向の力を受ける。

保持器９が受ける上記接線方向の力によって、保持器９は、回転軸回りの公転ではなく、回転軸から径方向に離れた位置で偏心公転（振れ回り）する。例えば、転動体８及び保持器９の回転方向が反時計周りの場合、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置から、回転方向に回転角度を見たときに、１３５°の位置で回転軸から径方向に離れた位置で偏心公転（振れ回り）する。または、転動体８及び保持器９の回転方向が時計周りの場合、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置から、回転方向に回転角度を見たときに、２２５°の位置で回転軸から径方向に離れた位置で偏心公転（振れ回り）する。

保持器９は、負荷圏脱出位置での上記円周の接線方向の力によって、偏心するので、偏心方向は、負荷圏脱出位置での上記円周の接線方向となる。

（保持器の摩耗による影響）
次に、転がり軸受１の使用によって、保持器９が摩耗する影響について説明する。保持器９と、転動体（ころ）８との接触によって、保持器９は、ポケット部１２の転動体８と接触する面である、ポケット部側面１２ａが、摩耗する。ポケット部側面１２ａが摩耗すると、柱部１１が、細くなり、ポケット部１２の周方向の幅が広くなる。保持器９の摩耗によって、ポケット部１２の周方向の幅が広くなった保持器９は、前述の転動体（ころ）８から負荷圏脱出位置での上記円周の接線方向の力を受けた時、前述の偏心公転（振れ回り）の偏心量が大きくなる。すなわち、この偏心公転（振れ回り）現象によって、保持器９と外輪４または内輪７との距離が変化する。

保持器９の上記偏心公転（振れ回り）では、１公転周期の間で、外輪４と保持器９、および内輪７と保持器９の間の距離が最短になる位置が、保持器９の回転方向が反時計周りの場合、上記基準位置に対して、転動体８の回転方向に１３５°の位置となる。また、保持器９の回転方向が時計周りの場合、上記基準位置に対して、転動体８の回転方向に２２５°の位置となる。

転がり軸受１は、外輪４または内輪７の転動体８がある内周側に検知部材１５が設けられるため、上記のように、保持器９と外輪４または内輪７との距離が変化すると、当然に、保持器９と検知部材１５との間の距離である保持器―検知部材距離Ｌも変化する。

上記のように転がり軸受１の使用によって、保持器９のポケット部側面１２ａの摩耗量が増えると、保持器９の偏心公転（振れ回り）現象は、より顕著となり、保持器９と外輪４または内輪７との距離が、より大きく変化する。また、保持器―検知部材距離Ｌも、同様に、より大きく変化し、最短の保持器―検知部材距離Ｌも短くなる。すなわち、保持器９の摩耗に伴い、徐々に保持器―検知部材距離Ｌの変化量も増加し、やがて、保持器―検知部材距離Ｌはゼロになる。つまり、外輪４に検知部材１５を設けた場合、保持器外周面９aと、検知部材１５の異常検知接触部１５aが接触するようになる。

ここで、第一側および第二側の検知部材１５は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触するように配置されるが、上記保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象を考慮して配置される。

（検知部材の配置）
検知部材１５は、外輪４または内輪７の全周に亘って設けても良いが、一部に設けても良い。一部に設ける場合は、上記保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象の特性から次のように設けるとよい。外輪４を固定輪とした時では、基準の周方向位置から内輪７の（絶対座標系における転動体８の）回転方向に回転角度を見たときに、内輪７の回転が反時計周りの場合、１３５°を中心に±９０°以上の範囲に設けられると良い。または、内輪７の回転が時計周りの場合、２２５°を中心に±９０°以上の範囲に設けられると良い。内輪７を固定輪としたときでは、基準の周方向位置から、外輪４の（絶対座標系における転動体８の）回転方向に回転角度を見たときに、外輪４の回転が反時計周りの場合３１５°を中心に±９０°以上の範囲に設けられると良い。または、外輪４の回転が時計周りの場合、４５°を中心に±９０°以上の範囲に設けられると良い。

検知部材１５を設ける角度は、便宜上、９０°とし、外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲、内輪７に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲としてもよい。検知部材１５を設けた部分では、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５から、保持器９の側に検知部材１５が突出することになり、他の部分より、転がり軸受１が回転しないときには、保持器―検知部材距離Lが、小さくなる。すると、保持器９が摩耗したとき、上記接線方向の力によって、他の部分より検知部材１５が存在する部分が先に接触する。

なお、軸受の相対的回転の向きが変わる場合には、保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象が逆向きになるため、検知部材１５を基準位置から両方の回転方向の上記範囲の２箇所に設けることで、いずれの回転方向であっても、保持器９の摩耗を検知することができる。

軸受の相対的回転の向きが変わる場合、かつ外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の一の回転方向に９０°から２７０°の範囲、内輪７に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の一の回転方向に２７０°から３６０°の範囲として、製造、組み立てがしやすくすることができる。簡単に言えば、外輪４に検知部材１５を付ける場合は、鉛直方向の上向き半分に、内輪７に検知部材１５を付ける場合は、鉛直方向下向き半分に検知部材を設けても良い。

また、転がり軸受１の回転方向が変わる場合には、それぞれ基準の周方向位置と回転軸の中心とを通る直線に対して線対称になるように検知部材１５の周方向の範囲を設けることによって、回転方向がいずれの場合でも保持器９の摩耗検知の感度を高めることができる。

検知部材１５の外輪４の内周面２または内輪７の外周面５からの突出量は、外輪４の内周面２から保持器までの距離または内輪７の外周面５から保持器までの距離の１０％より大きく、５０％より小さくすると良い。

また、図４に示すように、異常検知接触部１５aの保持器方向への厚みDを外輪４の内周面２から保持器までの距離または内輪７の外周面５から保持器までの距離の１０％～５０％の間で変化させてもよい。例えば、厚みDを厚く設定することにより保持器の損傷が小さく裕度がある状態で検知可能など、異常検知の閾値設定が可能となる。

また、検知部材１５の外輪４側または内輪７側に、１または複数の薄板やシートを着脱できるように構成して、検知部材１５の外輪４の内周面２または内輪７の外周面５からの突出量を調整できるようにしても良い。例えば、前述のように検知部材１５をシート状のもので構成した場合、突出量の調整のため１層ずつ脱着可能な積層シート構造とし、シートの積層枚数によって突出量を調整できるものでもよい。上記のような径方向の厚さを調整する調整部を設けることによって、実際の転がり軸受１の使用状況等に応じて、異常検知の閾値設定、感度の調整が可能となる。

保持器外周面９aと、検知部材１５の異常検知接触部１５aが接触することによって、電気的に絶縁されていた検知部材１５の両側が、保持器９によって導通し、検知部材１５の両側に、それぞれ接続された電線１７、および電線１７に接続された計測部１６が、導通状態になる。なお、検知部材１５、保持器９は、導電部材である。

計測部１６は、２本の電線１７の先に接続された絶縁された検知部材１５の一方側と他方側の間の電気的特性を計測し、計測した電気的特性、またはこの電気的特性から求まる情報を計測情報として出力する。上述の保持器９と外輪４または内輪７とが接触するまでは、検知部材１５の一方側と他方側との間は、絶縁されているので、電気的特性の電気抵抗値は無限大であり、また電圧をかけていれば、電気的特性の電流値はゼロである。保持器９と外輪４または内輪７とが接触すると、検知部材１５の一方側と他方側との間は、導通し、電気抵抗値は、ゼロに近くなり、電流値は、大きくなる。

計測部１６は、計測した電気的特性として、電気抵抗値や、電流値を出力する。または、計測部１６は、計測した電気抵抗値に対して、予め所定の閾値を設けて、電気抵抗値が所定の閾値以上あれば、非接触、閾値未満であれば、接触を意味する信号を出力するようにしてもよい。また、計測部１６は、計測した電流値に対して、予め所定の閾値を設けて、電流値が所定の閾値未満であれば、非接触、閾値以上であれば接触を意味する信号を出力するようにしてもよい。上記電気抵抗値、電流値、信号が計測情報となり、計測部１６が、計測情報を外部へ出力する。

計測部１６は、計測した電気的特性が接触を意味する値でない場合には、出力をせず、接触を意味する値を計測したときに、時刻とともに出力するようにしてもよい。また、接触を意味する値を計測した後、連続して接触を意味する値を計測する場合、次に接触していないとなる値を計測するまで出力をせず、次に接触していないとなる値を計測したときに接触が終了した信号を時刻とともに出力するようにしても良い。このようにすることで出力信号、またはデータを大幅に削減することができる。

異常検知装置１００は、計測部１６が計測した計測情報と、計測した時刻の時刻情報とを関連付けて記憶する記憶部３１を設けても良い。また、異常検知装置１００は、異常検知装置１００の外部からの指令によって、記憶部３１に記憶された計測情報および時刻情報を出力する外部インタフェース部３２を設けても良い。外部インタフェース部３２は、有線または無線にて外部との送受信を行う。外部インタフェース部３２は、ネットワークに接続して、送受信してもよく、ネットワークは、ローカルネットワーク、インターネットであっても良い。

異常診断装置２００の診断部１９は、計測部１６から出力される計測情報を受け取り、計測情報から転がり軸受１の状況を判断する。計測部１６から伝送される計測情報の伝送路は、有線でも、無線でもよい。診断部１９は、受け取った計測情報が電気抵抗値である場合には、計測情報が所定の閾値未満であれば、保持器９と外輪４または内輪７が接触したことになるので、保持器の摩耗が進んでいると判断する。また、診断部１９は、受け取った計測情報が電流値である場合には、計測情報が所定の閾値以上であれば、保持器９と外輪４または内輪７が接触したことになるので、保持器の摩耗が進んでいると判断する。それまでは正常とする。

さらに、診断部１９は、計測情報が保持器９と外輪４または内輪７との接触の有無を示す信号である場合には、接触無しの信号であれば、正常と判断し、接触有の信号であれば保持器９の摩耗が進んでいると判断する。

（接触割合、接触時間による保持器の摩耗度判断）
次に、保持器９の摩耗が進むほど、保持器―検知部材距離Ｌの変化量が大きくなり、保持器９と検知部材１５が接触する時間が長くなることを利用した、保持器９の摩耗、または摩耗の程度の判断について説明する。

上記で説明したように、保持器９が摩耗した際に、保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象によって、保持器９と検知部材１５とが、最初は軸受の相対回転１回転につき１点で接触する。さらに保持器９が摩耗した際には、保持器９、転動体８、および検知部材１５自体、並びにこれらの間の弾性変形によって、保持器９と検知部材１５が接触する部分が増えて、軸受の相対回転１回転の間に、保持器９と検知部材１５との接触時間が長くなる。

すなわち、保持器９の摩耗が進行すると、軸受１回転中、保持器９と検知部材１５とが接触する割合が増加する。したがって、軸受１回転中の保持器９と検知部材１５とが接触する割合を計測することで、保持器９の摩耗の程度を知ることができる。

計測部１６は、外輪４と内輪７との相対回転が１回転する時間に対して、検知部材１５と保持器９とが接触する時間の割合である接触割合を求めて、計測情報として出力するようにしても良い。ここで、計測部１６が、計測した計測情報と、計測した時刻の時刻情報から、１回転の時間、および接触する時間を求めて、接触する時間を１回転に要する時間で除して、接触割合を求める。

この際、計測情報と、時刻情報とを関連付けて記憶する記憶部３１に記憶された情報を用いて、接触割合を求めても良い。また、外部インタフェース部３２が、求めた接触割合を含む計測情報として外部に伝送しても良いし、外部からの要求に応じて、接触割合の信号を送信しても良い。ここで、接触割合の情報は、接触情報として計測情報に含めて捉えることもできる。

また、計測情報の接触情報として、接触割合の他に連続的に接触した時間である接触継続時間を接触情報として計測情報に含めて捉えることもできる。保持器９の摩耗が進むと、保持器９と検知部材１５とが接触した際に、１点だけで接触するのでなく、外輪４と内輪７とが相対回転中に、連続してある程度の相対回転角において接触する。これによって、計測部１６は、ある程度の時間、接触する信号を得る。接触した信号が連続した時間が接触時間となる。

保持器９の摩耗が進むと、接触時間は長くなる。転がり軸受１の回転速度、または転がり軸受１の設けられた移動体の移動速度と接触時間の関係から、上記の接触割合と同様の指標を得ることができるから、簡易的に摩耗の程度を判断できる。この際、予め、回転速度、移動体の移動速度ごと、保持器９の摩耗の程度ごとに接触時間の閾値を設けておき、回転速度、移動速度に応じて、接触時間が摩耗の程度の閾値を超えたか否かによって、転がり軸受１の異常を診断することもできる。なお、計測部１６が、転がり軸受１の回転速度、または移動体の移動速度を接触時間とともに計測情報として出力するようにしても良い。

診断部１９は、計測部１６からの計測情報を受け取り、外輪４と内輪７との相対回転が１回転する時間に対して、検知部材１５と保持器９とが接触する時間の割合である接触割合に基づいて、転がり軸受１の状況、特に保持器９の摩耗の程度を判断しても良い。接触割合が大きいほど、保持器９の摩耗がより進行していると判断し、閾値以上の場合に、警報を出力するようにしても良い。なお、診断部１９は、接触割合を含まない計測情報を受け取り、計測情報を上記と同様に診断部１９にて求めても良い。

また、診断部１９は、計測部１６が接触時間を計測情報に含める場合、外部から転がり軸受１の回転速度、または移動体の移動速度を取得し、受け取った計測情報に計測した接触時間と関連付けて回転速度、移動速度の情報を含めても良い。

診断部１９は、回転速度、移動体の移動速度ごと、保持器９の摩耗の程度ごとに接触時間の閾値を記憶しておき、外部から、転がり軸受１の回転速度、または移動体の移動速度に関する情報を取得して、取得した回転速度、移動速度に応じて、接触時間が摩耗の程度の閾値を超えたか否かによって、転がり軸受１の異常を診断するようにしても良い。

なお、検知部材１５を全周ではなく、一部に設けている場合には、当然検知部材１５が存在しない部分での保持器９と検知部材１５との接触はないので、当然、接触割合に上限がある。具体的には、（検知部材１５を設けた範囲の角度）／３６０°が上限となる。

なお、上述の実施形態においては、転がり軸受１として円筒ころ軸受１を挙げたが、本発明は、円錐ころ軸受や深溝玉軸受等、任意の転がり軸受に適用することが可能である。

本実施の形態の構成によれば、外輪４の内周面または内輪７の外周面に沿って転がり軸受の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材１５と、第一側の検知部材および第二側の検知部材の間の電気的特性を計測した計測情報を出力する計測部とを備えることによって、簡易な構成で保持器の摩耗状況を把握できる効果がある。なお、上記で外輪４を固定輪とする場合に、外輪４の内周面に検知部材１５を設け、内輪７を固定輪とする場合には、内輪７の外周面５に検知部材１５を設けると良い。

また、本実施の形態の転がり軸受の異常検知装置１００によれば、保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象を考慮して、外輪４または内輪７の周方向の特定の範囲に検知部材１５を設けることによって、構造が簡素、また少ない部品で早期に保持器９の摩耗を検知することができる。

また、検知部材１５は、円筒形または、円筒の一部の形状を含むので、外輪４の内周面または内輪７の外周面に嵌合させて固定できる。よって、転がり軸受への穴あけなど切削加工が不要であり、転がり軸受１自体の強度を低下させる恐れがないという効果がある。

さらに、検知部材１５を外輪４または内輪７の全周ではなく、一部の角度に設ける場合は、検知部材１５が薄板状となることから、外輪４の内周面より曲率大きく、または内輪７の外周面より曲率を小さく検知部材１５を作成して、弾性変形させて嵌合させることで容易に外輪４または内輪７に固定できる。

実施の形態２．
上述の実施の形態では、検知部材１５の径方向の幅の変化については記載していなかったが、本実施の形態では、検知部材１５の径方向の幅を変化させる例について、説明する。なお、本実施の形態において、上述の実施の形態と同じ文言、符号であるものは、特段の断りをしない限り、同様のものを意味する。

本実施の形態の形態の転がり軸受の異常検知装置１００は、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５に沿って転がり軸受１の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材１５と、第一側の検知部材および第二側の前記検知部材の間の電気的特性を計測した計測情報を出力する計測部１６とを備える。ここで、第一側および第二側の検知部材は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触するように構成しても良い。なお、検知部材１５は、外輪４または内輪７に嵌合するということもできる。

異常検知装置１００の第一側および第二側の検知部材は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触する。電気的に絶縁されている検知部材１５の第一側および第二側が、保持器と接触すると、電気的に導通するから、第一側の検知部材および第二側の前記検知部材の間の電気的特性を計測する計測部１６は、計測した計測情報を出力する。計測部１６が出力する計測情報は、検知部材１５と保持器とが接触する前と、接触した後とで、変化するから、計測部１６が出力する計測情報を受け取る側で、変化を読み取り、保持器９の摩耗を検知する。

転がり軸受の異常診断装置２００は、計測部１６が出力する計測情報を受け取り、受け取った計測情報から転がり軸受１の状況を判断する診断部１９を備える。

検知部材１５は、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５に沿って、３６０°全周に亘って設けられる。本実施の形態の検知部材１５は、全周のうち、保持器９が摩耗した際に、保持器９と検知部材１５との間の距離である保持器―検知部材距離Ｌが小さくなる部分の径方向の厚さを他より厚くする。すなわち、保持器９が摩耗した際に、保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象によって、保持器９と検知部材１５とが接触しやすくなる部分の径方向の厚さを厚くして、保持器９と検知部材１５との間隔を狭くする。

第一側および第二側の検知部材は、転がり軸受１の回転中心を中心として転動体８に最も力がかる位置の方向を基準方向とすると、基準方向から転動体８が回転する向きに１８０度回転させた方向までの範囲の径方向の最大厚さが、前記基準方向から前記転動体が回転する向きと逆向きに１８０度回転させた方向までの範囲の径方向の最大厚さより厚い。保持器９は、上記実施の形態で説明した、転動体８の負荷圏脱出位置における保持器９の径方向の幅の中心をとおる円周の接線方向で回転の向きに力を受け、保持器９が摩耗すると、この力の方向に振れ回る。したがって、回転軸の中心から上記力の方向の保持器９と検知部材１５との距離が短くなるように、検知部材１５の径方向厚さを決める。このため、外輪４に検知部材１５を設ける場合と、内輪７に検知部材１５を設ける場合では、検知部材１５の径方向厚さを厚くする位置が、１８０°違うことになる。また、少なくとも、上記力の方向の位置を含む範囲の検知部材１５の径方向厚さを厚くする。検知部材１５の径方向の厚さは、検知部材１５の保持器９方向への厚みともいえる。

検知部材１５の径方向の厚さを厚くする周方向の部分は、外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲、内輪７に検知部材を設ける場合、基準位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲とすると良い。ここで、基準位置は、回転軸回りで転動体８に最大荷重がかかる基準の周方向位置である。加減速により基準の周方向位置は厳密には変わるが、回転軸の中心から静止状態での鉛直下向き周方向位置と考えてもよい。

また、検知部材１５の径方向の厚さを厚くする周方向の範囲は、便宜上、９０°とし、外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲、内輪７に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲としてもよい。

図１０には、外輪４を固定輪とし、外輪４の内周面２に沿って検知部材１５を全周に設ける例を示している。紙面の手前から奥行き方向に見て、反時計回りに転動体８が回転するとして、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲の検知部材１５の径方向厚さを厚くする例を示す。この場合、検知部材１５は、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲で、回転軸側に突出する形になる。突出量は、検知部材１５の異常検知接触部底面１５bから保持器外周面９aまでの距離の５０%とすることができる。

図１１には、外輪４を固定輪とし、内輪７の外周面５に沿って検知部材１５を全周に設ける例を示している。紙面の手前から奥行き方向に見て、反時計回りに転動体８が回転するとして、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲の検知部材１５の径方向厚さを厚くする例を示す。この場合、検知部材１５は、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲で、回転軸から離れる方向に突出する形になる。

さらに転動体８の回転方向が変わる場合には、外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から２７０°の範囲、内輪７に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に０°から９０°および２７０°から３６０°の合わせた範囲としてもよい。

本実施の形態の転がり軸受の異常検知装置１００は、保持器９が摩耗した際に、保持器９の摩耗時の偏心公転（振れ回り）現象によって、保持器９と検知部材１５とが接触しやすくなる部分の径方向の厚さを厚くすることによって、保持器の損傷が小さく裕度がある状態で検知でき、検知の精度を高くすることが可能となる。また、保持器９の摩耗検知の感度を高めることができる。

また、検知部材１５の厚さを厚くする範囲は、回転軸中心から見て転動体８の負荷圏脱出位置における保持器９の径方向の幅の中心をとおる円周の接線方向の位置を含むようにするから、保持器９の摩耗検知の感度を高めることができる。

さらに、検知部材１５の径方向の厚さを厚くする周方向の範囲は、便宜上、９０°とし、外輪４に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に９０°から１８０°の範囲、内輪７に検知部材１５を設ける場合、基準の周方向位置から転動体８の回転方向に２７０°から３６０°の範囲として、製造、組み立てがしやすくすることができる。

また、転がり軸受の回転方向が変わる場合には、それぞれ基準の周方向位置と回転軸の中心とを通る直線に対して線対称になるように検知部材１５の径方向の厚さを厚くする周方向の範囲を設けることによって、回転方向がいずれの場合でも保持器９の摩耗検知の感度を高めることができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態の転がり軸受の異常検知装置１００、および異常診断装置２００は、鉄道車両の車軸、減速機、電動機軸に取り付けられた軸受の異常検知、異常診断に適用できる。本実施の形態は、上記実施の形態で説明した異常検知装置１００、および異常診断装置２００を用いた鉄道車両向けの列車異常監視システムについて説明する。なお、本実施の形態において、上述の実施の形態と同じ文言、符号であるものは、特段の断りをしない限り、同様のものを意味する。

列車異常監視システム３００は、鉄道車両２０の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受１の異常を監視する異常監視システムである。列車異常監視システム３００は、異常検知装置１００を有する異常診断装置２００と、転がり軸受１を複数有する鉄道車両２０に設置され回転機器の動作状態をモニタする機能を含む列車統合管理装置２１とを備える。列車統合管理装置２１は、異常診断装置２００の診断部１９で異常と判断される場合に、鉄道車両２０の運転台２２へ転がり軸受１に異常があることを例えば運転台２２に表示させる。列車異常監視システム３００は、監視対象が鉄道車両の転がり軸受１であるので、鉄道車両の列車異常監視システムとも言える。

異常検知装置１００は、転がり軸受１の外輪４の内周面２または内輪７の外周面に沿って転がり軸受１の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材１５と、第一側の検知部材および第二側の前記検知部材の間の電気的特性を計測した計測情報を出力する計測部１６とを備える。ここで、第一側および第二側の検知部材は、保持器９が摩耗した際に保持器９と接触するように構成しても良い。

転がり軸受の異常診断装置２００は、計測部１６が出力する計測情報を受け取り、受け取った計測情報から転がり軸受１の状況を判断する診断部１９を備える。

異常監視の対象となる鉄道車両２０は、一両でも、複数両から構成される１つの編成２３でも、複数の編成２３でも良い。異常監視の対象となる転がり軸受１は、一両の鉄道車両２０にも１または複数存在する。

図１２に、本実施の形態の列車異常監視システム３００の構成図を示す。列車異常監視システム３００は、鉄道車両２０の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受１の異常を監視する列車の異常監視システムである。

この例では、複数の車両から構成される一つの編成２３に列車異常監視システム３００を適用する場合を例に説明する。異常検知装置１００は、検知部材１５と計測部１６とを備える。鉄道車両２０の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受１（保持器９以外は、図示せず）の外輪４または内輪７に設けられた検知部材１５は、転がり軸受１の軸方向の１方側と他方側に互いに絶縁されて設けられる。検知部材の一方側と他方側の間の電気的特性を計測する計測部１６は、計測した計測情報を出力する。

異常検知装置１００の検知部材１５は、上述の実施の形態と同様に、各転がり軸受１の軸方向両側に設けられる（両側で１セットと呼ぶ。）。計測部１６は、各転がり軸受ごとに設けられても良いし、複数のセットの検知部材１５を１つの計測部１６で計測し、複数セット分の計測情報を出力するように構成しても良い。計測部１６は、複数車両で構成される編成２３の車両ごとに設けても良い。

計測部１６は、鉄道車両２０に設置されている回転機器に使用される転がり軸受について、検知部材１５と保持器９との接触の導通で得られる電気的特性またはこれから求まる接触情報および転がり軸受を識別する識別情報を出力する。

計測部１６が計測する計測情報は、検知部材１５と保持器９と接触の導通で得られる電気的特性またはこれから求まる接触情報である。また、計測部１６は、上記電気的特性を計測した時刻を、計測値と関連付けて、計測情報として、出力または記憶しても良い。

さらに、計測部１６は、保持器９と検知部材１５との接触で得られる電流値または抵抗値、および計測した時刻から、転がり軸受１の相対回転、この場合、軸の１回転する時間当たり、保持器９と検知部材１５とが接触した時間である接触時間の割合である接触割合を接触情報として、計測情報に含めて出力しても良い。

各転がり軸受１は、それぞれを識別できる識別情報が与えられる。計測部１６は、転がり軸受１の識別情報と、当該転がり軸受１の計測情報とを関連付けて、出力（外部へ伝送）したり、記憶部３１に記憶したりしても良い。このように転がり軸受１の識別情報と、当該転がり軸受１の計測情報とをセットにするなどして、関連付けて出力、記憶することによって、計測情報から異常が検出された際、いずれの編成２３、いずれの車両、いずれの台車、いずれの転がり軸受１で、摩耗などの異常が起こったかを特定できる。

異常診断装置２００は、診断部１９を備える。診断部１９は、異常検知装置１００の計測部１６から出力される計測情報を有線または無線にて受信して、計測情報である電気的特性、またはこれから求まる接触情報（接触割合）から、転がり軸受１の保持器９の摩耗などの異常を判断する。診断部１９は、計測情報に含まる接触情報（接触割合）から、保持器９の摩耗の程度を判断し、閾値以上である場合に、異常と判断することもできる。

なお、診断部１９は、計測部１６にて接触割合を求めない場合には、診断部１９において受信した計測情報から、接触割合を求めるようにしも良い。

診断部１９は、計測情報に含まれる転がり軸受１の識別情報から、対象の転がり軸受１を特定でき、いずれの編成２３、いずれの車両、いずれの台車、いずれの転がり軸受１で、摩耗などの異常が起こったかを出力することができる。これには、診断部１９が、識別情報と、編成２３、車両、台車、転がり軸受の配置場所との関連を記憶しておき、異常が起こった軸受の編成２３、車両、台車、配置場所を特定して、表示器に表示させる信号を出力することができる。

列車統合管理装置２１は、診断部１９で判断された結果を有線または無線伝送によって、受け取り、異常がある場合に、表示器に異常を表示させる。表示器は、列車統合管理装置２１と接続される運転台２２のものを用いても良い。この際、診断部１９で、異常が起こった軸受の編成２３、車両、台車、場所を特定し、これら情報を列車統合管理装置２１が受け取り、グラフィカルに異常個所がわかる表示用の情報に変換して、表示器に出力しても良い。

また、列車統合管理装置２１は、診断部１９から転がり軸受１の識別情報を受け取り、列車統合管理装置２１で記憶される、識別情報と、編成２３、車両、台車、転がり軸受の配置場所との関係を示す情報から、異常と判断された編成２３、車両、台車、転がり軸受の配置場所を特定するようにしても良い。

上記は、複数の鉄道車両２０から構成される一つの編成２３として説明したが、一つの編成２３の複数の転がり軸受１の異常を監視する異常監視システムということもできる。

図１３に、本実施の形態の別の列車異常監視システム３００の構成図を示す。図１２の例では、鉄道車両の一つの編成２３内の転がり軸受１の状況を診断して診断結果を表示したが、複数の編成２３の転がり軸受１の情報を保守サーバに集約して、収集した情報を記憶するようにしても良い。

図１２の列車異常監視システム３００の例では、上述のように、鉄道車両の一つの編成２３に、異常検知装置１００を有する異常診断装置２００と、転がり軸受１を複数有する鉄道車両２０に設置され回転機器の動作状態をモニタする機能を含む列車統合管理装置２１とを設けるだけでなく、複数の編成２３それぞれに、異常診断装置２００と、列車統合管理装置２１とを設ける。さらに、列車異常監視システム３００は、列車統合管理装置２１と有線、または無線のネットワークによって接続され、列車統合管理装置２１を有する複数の編成２３の前記鉄道車両の転がり軸受１の情報を保持する保守サーバ２５を備える。

検知部材１５、計測部１６および診断部１９は、上述の図１２の例と同様の構成である。

列車統合管理装置２１においては、計測部１６から出力される出力情報が、上記ネットワークを介して保守サーバ２５に伝送される。また、保守サーバ２５は、保守サーバ２５の記憶装置に計測部１６から出力される出力情報を記憶する。保守サーバ２５は、鉄道車両２０上ではなく、保守センター、保守基地などに設けてもよい。この場合、鉄道車両２０の各編成２３内に診断部１９を設けなくても良い。したがって、診断部１９を実行する能力、電力等を鉄道車両２０の各編成２３に設ける必要がなくなり、鉄道車両２０、または各編成２３の構成部品が減り、単純化できる。

なお、診断部１９または列車統合管理装置２１が、各転がり軸受１の計測部１６から出力される出力情報を一時的に記憶し、記憶した情報をいずれかのタイミングで保守サーバ２５へ伝送する、または一時的に記憶した情報を記憶媒体に写し、記憶媒体によって保守サーバ２５の記憶部に記憶させても良い。保守サーバ２５へ伝送するタイミングは、駅、信号、車庫などでの停車時が考えられる。無線であれば、通信環境が良好となり、有線であれば、通信用の接続線を接続できるからである。

列車統合管理装置２１においては、異常診断装置２００から出力される診断した結果である診断情報が、上記ネットワークを介して保守サーバ２５に伝送される。診断情報は、各頃がり軸受１の健全、異常、要検査などの判断結果の情報である。また、保守サーバ２５は、保守サーバ２５の記憶装置に上記伝送された診断情報を記憶するようにしても良い。計測部１６から出力される出力情報は、各転がり軸受１において秒単位で発生するから、複数の編成２３では大量のデータとなるが、診断情報、しかも異常情報を伝送するようにすることで、伝送負荷を大幅に削減できる。

図１４に、本実施の形態の別の列車異常監視システム３００の構成図を示す。図１３の例では、複数の編成２３の転がり軸受１の情報を保守サーバ２５に集約して、収集した情報を記憶するようにしたが、鉄道車両２０の各一つの編成２３には、診断部１９を設けず、診断部１９を保守サーバ２５に接続するように設けて、保守サーバ２５に記憶された計測部１６から出力される情報を診断部１９が各転がり軸受１の状況を診断するようにしても良い。また、保守サーバ２５に、外部から転がり軸受の識別情報に対応する出力情報（計測情報）を含む保守情報を入力する入力部を設けてもよい。入力された保守情報をもとに以下に説明する判断基準を求めてもよい。この際、保守情報は、過去の計測した計測情報を含み、検査した結果として保守、または更新が必要と判断した結果の情報を含むこともできる。過去の計測情報と保守、または更新が必要とした結果の情報を用いて、判断基準、閾値を決めることができる。

検知部材１５、計測部１６は、上述の図１２の例と同様の構成である。

ここでは、検知部材１５および計測部１６によって構成される異常検知装置１００が、鉄道車両２０の転がり軸受１、または、鉄道車両に設けられる。計測部１６は、鉄道車両２０に設置されている回転機器に使用される転がり軸受１について検知部材１５と保持器９と接触の導通で得られる電気的特性またはこれから求まる接触情報および転がり軸受を識別する識別情報を出力し、有線または無線のネットワークによって、保守サーバ２５に伝送される。計測情報には、計測対象の転がり軸受１を識別する識別情報（編成２３、車両、軸受を識別）の他、計測した時刻情報が含まれる。

計測部１６から保守サーバ２５への伝送の間に、鉄道車両の各編成２３の列車統合管理装置２１にて、一時的に計測情報を保持して、保守サーバ２５に伝送するようにしても良い。これは、鉄道車両２０が、伝送路の環境が良好な箇所にて、伝送する場合に好適である。

保守サーバ２５は、複数の編成２３の転がり軸受１の計測情報を受け取り、記憶部に保存する。

診断部１９は、保守サーバ２５に保存された複数の編成２３の転がり軸受１の計測情報を読み出し、各転がり軸受１の異常の有無の判断を行う。具体的には、診断部１９は、保守サーバ２５に保存された計測情報に含まれる、転がり軸受１の識別情報から、対象の転がり軸受１を特定し、いずれの編成２３、いずれの車両、いずれの台車、いずれの転がり軸受１で、摩耗などの異常が起こったかを出力する。

診断部１９は、予め識別情報と、編成２３、車両、台車、転がり軸受の配置場所との関連を記憶しておき、異常が起こった軸受の編成２３、車両、台車、配置場所を特定して、表示器にグラフィカルに表示させる信号を出力することができる。

上記のように構成することによって、鉄道車両２０の各編成２３においては、長時間にわたる計測情報を保持するための記憶装置、または診断するための計算装置を設ける必要がなく、保守サーバ２５およびこれに接続する診断部１９にて実施する為、システム全体の効率が良い。

図１５に、本実施の形態の別の列車異常監視システム３００の構成図を示す。この例では、図１２の列車異常監視システム３００の構成に加えて、保守サーバ２５に接続する分析部２６を備え、分析部２６にて、分析した結果である異常の判断基準を診断部１９に伝送し、各診断部１９が、判断基準に基づき、異常を判断する。

図１５の例では、異常検知装置１００、異常診断装置２００、および保守サーバ２５は、図１２の例と同様のものである。

分析部２６は、保守サーバ２５に有線または無線にて接続され、保守サーバ２５に保存された鉄道車両２０の転がり軸受１の計測情報を読み出す。分析部２６は、複数の編成２３の複数の鉄道車両２０の複数の転がり軸受１の計測情報を分析し、転がり軸受１の保持器９の摩耗が異常となる計測情報の値の判断基準を求める。判断基準は、閾値データまたは計測情報の値を変数とする不等式の関数として求めることができる。求めた判断基準は判断基準情報として、分析部２６が、保守サーバ２５および列車統合管理装置２１を介して、または列車統合管理装置２１を介して、または直接に診断部１９に伝送する。

診断部１９は、判断基準情報を受け取り、判断基準情報を記憶、または既にある判断基準を受け取った判断基準情報の判断基準に更新して、計測情報の異常の判断に用いる。

分析部２６で行われる、診断部１９の計測情報の異常の判断に用いる判断基準の求め方について説明する。

（１）標準偏差を用いる
一定期間運転後、保存されている各転がり軸受１について、転がり軸受１が回転している総時間に対する、計測情報の保持器９と検知部材１５との接触を意味する信号があった時間の割合を求め、この総時間に対する接触時間の割合の標準偏差を求め、例えば、３σの範囲を超える割合があった転がり軸受１を異常、または要検査と判断するようにしても良い。分析部２６は、３σの範囲の上限の総時間に対する接触時間の割合を求め、判断基準を当該上限の割合を超えることとし、判断基準情報として、上記のように診断部１９へ伝送する。

診断部１９は、判断基準情報を受け取り、上限の総時間に対する接触時間の割合を超えることを判断基準として、転がり軸受１を異常、または要検査を判断する。異常、または要検査を判断された転がり軸受１の情報は、列車統合管理装置２１を介して表示され、または診断情報として保守サーバ２５に送られる。保守員は、上記表示、保守サーバ２５に送られる診断情報をモニタリングして、異常、または要検査と判断された転がり軸受１を実際に検査する。

上記では、総時間に対する接触時間の割合を評価基準としたが、上述した接触割合を用いても良い。

（２）実際の検査結果を用いる
一定期間運転後、上記の診断情報から実際に転がり軸受１を検査した結果、または、定期点検（走行距離ごとの点検を含む）によって実際に転がり軸受１を検査した結果を集計して、実際に交換または処置が必要となった転がり軸受１の情報を収集して、当該軸受１の計測情報を分析して判断基準を求めても良い。

分析部２６は、保守サーバ２５が保存している計測情報から、実際に検査した結果、実際に交換または処置が必要となった転がり軸受１の計測情報を識別情報の入力により特定し、その旨を保守サーバ２５に記録する。一定期間が経過すれば、特定された転がり軸受１の数は、増加する。分析部２６は、複数の特定された転がり軸受１の計測情報から、上記の総時間に対する接触時間の割合または接触割合が最も小さい転がり軸受１、およびその総時間に対する接触時間の割合または接触割合を得る。分析部２６は、こうして得た最小の総時間に対する接触時間の割合または接触割合以上の転がり軸受１が異常または要検査であると判断することを判断基準として、判断基準情報として、記憶するともに、上記のように診断部１９へ伝送する。

（機械学習）
さらに、各編成２３の運行情報を計測情報とともに保守サーバ２５で収集し、保存し、分析部２６が、これら運行情報、総時間に対する接触時間の割合または接触割合、および実際の検査の結果を学習データとして保守サーバ２５に保存し、これを機械学習して学習済みモデルを作成するようにしても良い。

ここで、各編成２３の列車統合管理装置２１が、転がり軸受１の計測情報を伝送する際、運行情報として、時刻ごとの当該編成２３の加減速を表す、電流、ブレーキの情報をともに保守サーバ２５へ伝送し、保守サーバ２５は、これらの編成２３の識別情報、時刻、電流、加減速を表す情報を保存するようにしても良い。このようにして複数の編成２３から収集したデータを上記学習データとすることができる。

分析部２６は、運行情報、総時間に対する接触時間の割合または接触割合、および実際の検査の結果を学習データとして、機械学習を行い、学習済みデータを作成する。分析部２６は、作成した学習済みモデルを上記のように診断部１９へ伝送する。この場合、画集済みモデルが、判断基準情報と捉えることができる。

診断部１９は、受け取った学習済みモデルに、計測部１６で計測した各転がり軸受１の計測情報（接触時間または接触割合を含む）、列車統合管理装置２１からの加減速を表す情報を適用すると、異常または要検査か否かの判断結果を得る。さらに診断部１９は、列車統合管理装置２１に判断結果をおくり、他の形態と同様に、判断結果を表示したり、保守サーバ２５に伝送したりして、運転員、保守員がモニタリングできるように構成することができる。

以上をより上位概念としてとらえると、列車異常監視システム３００は、鉄道車両２０の転がり軸受１の外輪４または内輪７と保持器９との間隔が所定閾値以下となる近接時間を計測して近接時間の割合を表す近接時間割合として出力する近接時間計測部と、近接時間割合の情報を受け取り、接触割合が閾値を超えると異常と判断する診断部とを備えると捉えることができる。ここで、近接時間割合は、計測した総時間に対する近接時間の割合、または転がり軸受１の外輪４と内輪７の相対回転１回転時間のうちの近接時間の割合である。

上記概念は、上述の実施の形態に記載の転動体８の負荷圏脱出位置における円周の接線方向の力によって保持器９に振れ回りが生じる現象から考案されたものである。上記上位概念の近接時間割合を用いて転がり軸受１の状態を判断すると、保持器９の摩耗の程度までを判断できる。

上記の検知部材１５および計測部１６で計測する、外輪４または内輪７に設けた検知部材１５と保持器９との接触においては、検知部材１５が、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５から保持器９側に突出していることから、この突出量が上記所定閾値に相当する。したがって、上記検知部材１５および計測部１６で計測する、計測した総時間に対する接触時間の割合または接触割合は、上記近接時間割合に含まれる概念である。よって、上記上位概念は、上述した列車異常監視システム３００のいずれをも含む概念といえる。

また、検知部材１５および計測部１６に代えて、他の手段によって、近接時間割合を計測することも考えられる。例えば、外輪４の内周面２または内輪７の外周面５と、保持器９の外周との距離を計測する非接触式変位計（例えば、レーザ変位計、渦電流変位計など）を周方向に複数設け、複数の非接触式変位計で計測した距離の内、閾値以下となった変位計の数を求めて、周方向に設けた非接触式変位計の数で除算することで、簡易的に接触割合を求めるようにすることもできる。

先の上位概念として表現した列車異常監視システムは、上記のような非接触式変位計を用いても、上述の検知部材１５を用いても、実現できる。具体的には、本実施の形態のいずれの例（図１２―１５）でも、検知部材１５および計測部１６に代えて、非接触式変位計（例えば、レーザ変位計、渦電流変位計など）を周方向に複数設けて、実現可能といえる。ただし、適用の際には、非接触式変位計は、非接触であるので、接触を近接と読み替え、接触時間を近接検知した非接触変位計の箇所数に読み替える必要がある。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、上記実施の形態の異常検知装置１００、および異常診断装置２００を用いるものであるから、これらの効果を有するほか、以下の効果を有する。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、転がり軸受１を複数有する鉄道車両２０に設けられ、異常診断装置２００の診断部１９が異常と判断した転がり軸受１に異常があることを回転機器の動作状態をモニタする列車統合管理装置２１に表示させるから、鉄道車両２０に設けられた複数の軸受の保持器９の異常を監視できる（図１２）。異常診断装置２００の異常検知装置１００は、簡易な構造であり、強度も強いので、多数の転がり軸受１があり、長年使用する鉄道車両の列車異常監視システムに好適である。

列車異常監視システム３００は、計測情報から外輪４と内輪７との相対回転が１回転する時間に対して検知部材１５と保持器９とが接触する時間の割合である接触割合に基づいて判断するから、保持器９の摩耗の程度まで鉄道車両の多数の転がり軸受１ごとに把握できるので、保守、点検、交換の時期がわかり、保守計画ができ、効率が良い。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、複数の編成３０の転がり軸受１の異常検知装置１００で収集した計測情報、または診断部１９で異常または要検査を判断した結果を保守サーバ２５に集約して、検索等ができるので、保守員が、転がり軸受１の種類による検知感度の違いを把握し、検査タイミングなどを補正することができる（図１３）。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、複数の編成３０の転がり軸受１の異常検知装置１００で収集した計測情報、または診断部１９で異常または要検査を判断した結果される保守サーバ２５に診断部１９を直接接続するように構成したので、車両に直接搭載よりも地上側に診断部を集約させることで、異常検知アルゴリズムなどのアップデートが容易になる。検知部材１５の形状等により診断部１９の判断基準を変更する際に、一括して変更できる（図１３）。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、複数の編成３０の転がり軸受１の異常検知装置１００で収集した計測情報、または診断部１９で異常または要検査を判断した結果される保守サーバ２５に分析部２６を接続したので、保守サーバ２５に保存されている計測情報、および保守、検査、更新した情報を分析して、判断基準を更新し、診断部１９の判断基準を更新して、診断精度を高めることができる（図１４）。特に、計測した総時間に対する接触時間の割合または接触割合を収集して分析することで、接触時間の割合または接触割合の閾値を実測、検査結果から求めて診断部１９の判断基準として、診断精度を高めることができる。

本実施の形態の列車異常監視システム３００は、鉄道車両２０の転がり軸受１の外輪４または内輪７と保持器９との間隔が所定閾値以下となる近接時間を計測して近接時間の割合を表す近接時間割合として出力する近接時間計測部と、近接時間割合の情報を受け取り、接触割合が閾値を超えると異常と判断する診断部とを備えるから、保持器９の摩耗の程度まで鉄道車両の多数の転がり軸受１ごとに把握できるので、保守、点検、交換の時期がわかり、保守計画ができ、効率が良い。

１ 転がり軸受（円筒ころ軸受）、２ 外輪の内周面、４ 外輪、５ 内輪の外周面、７ 内輪、８ 転動体（円筒ころ）、９ 保持器、９a 保持器外周面、１０ 円環部、１１ 柱部、１２ ポケット部、１５ 検知部材、１５a 異常検知接触部、１５b 異常検知接触部底面、１６ 計測部、１７ 電線、１８ 伝送部、１９ 診断部、２０ 鉄道車両、２１ 列車統合管理装置、２２ 運転台、２３ 編成、３１ 記憶部、３２ インタフェース部、１００ 転がり軸受の異常検知装置、２００ 転がり軸受の異常診断装置、３００ 列車異常監視システム。

Claims (10)

1. 外輪と、前記外輪の内側に設けられた内輪と、前記外輪と前記内輪の間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記転動体が隣接する転動体との間隔を保ちつつ前記複数の転動体を保持する保持器を備える転がり軸受の異常を検知する転がり軸受の異常診断方法において、
   前記外輪の内周面または前記内輪の外周面に沿って前記転がり軸受の回転軸方向の一方の第一側および他方の第二側に電気的絶縁されて設けられる検知部材の前記第一側の検知部材および前記第二側の検知部材の間の電気的特性を計測する計測工程と、
   前記計測工程で計測した計測情報から前記転がり軸受の状況を判断する診断工程とを備えた転がり軸受の異常診断方法。
2. 前記計測工程で計測した前記計測情報は、前記計測工程にて計測した前記電気的特性と前記電気的特性を計測した時刻とを含む請求項１に記載の転がり軸受の異常診断方法。
3. 前記計測工程で計測した前記計測情報は、前記検知部材と前記保持器とが接触する時間の割合である接触割合を求めた情報であり、
   前記診断工程は、前記計測情報から前記保持器の摩耗の程度を判断する請求項１に記載の転がり軸受の異常診断方法。
4. 前記計測工程で計測した前記計測情報は、前記外輪と前記内輪との相対回転が１回転する時間に対して、前記電気的特性の値が所定の閾値以上または未満の時間の割合である請求項１に記載の転がり軸受の異常診断方法。
5. 鉄道車両の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受の異常を監視する列車異常監視システムであって、
   前記鉄道車両の前記転がり軸受の外輪または内輪と前記転がり軸受の保持器との間隔が所定閾値以下となる近接時間を計測して、前記近接時間の割合を表す近接時間割合として出力する近接時間計測部と、
   前記近接時間割合の情報を受け取り、接触割合が閾値を超えると異常と判断する診断部とを備え、
   前記近接時間割合は、計測した総時間に対する前記近接時間の割合、または前記転がり軸受の前記外輪と前記内輪の相対回転１回転時間のうちの前記近接時間の割合である列車異常監視システム。
6. 前記近接時間計測部は、前記外輪の内周面または前記内輪の外周面と、前記保持器との距離を計測する非接触式変位計が周方向に複数設けられたもので計測する請求項５に記載の列車異常監視システム。
7. 前記非接触式変位計は、レーザ変位計または渦電流変位計である請求項６に記載の列車異常監視システム。
8. 前記診断部は、前記保持器の摩耗の程度を求める請求項５に記載の列車異常監視システム。
9. 鉄道車両の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受の異常を監視する列車異常監視システムであって、
   前記鉄道車両の前記転がり軸受の外輪または内輪と前記転がり軸受の保持器との間隔が所定閾値以下となる近接時間を計測して、前記近接時間の割合を表す近接時間割合として出力する近接時間計測部と、
   前記近接時間割合の情報を計測情報として含む保守情報を保持する保守サーバと、
   前記保守サーバと接続され前記保守サーバに保持された前記計測情報から前記保持器の摩耗が異常となる計測情報の値の判断基準を求める分析部と、
   前記近接時間計測部が出力する近接時間割合に対して前記判断基準を適用して異常を判断する診断部とを備え、
   前記近接時間割合は、計測した総時間に対する前記近接時間の割合、または前記転がり軸受の前記外輪と前記内輪の相対回転１回転時間のうちの前記近接時間の割合である列車異常監視システム。
10. 鉄道車両の車軸、減速機または電動機の回転軸を保持する転がり軸受の異常を監視する列車異常監視システムであって、
    前記鉄道車両の前記転がり軸受の外輪または内輪と前記転がり軸受の保持器との間隔が所定閾値以下となる近接時間を計測して、前記近接時間の割合を表す近接時間割合として出力する近接時間計測部と、
    列車の運行情報、実際の検査の結果および前記近接時間割合の情報を含む保守情報を保持する保守サーバと、
    前記保守サーバに保持される保守情報を学習データとして機械学習を行い、学習済みモデルを作成し、学習済みモデルを伝送する分析部と、
    前記近接時間計測部が出力する近接時間割合に前記学習済みモデルを適用して異常を判断する診断部とを備え、
    前記近接時間割合は、計測した総時間に対する前記近接時間の割合、または前記転がり軸受の前記外輪と前記内輪の相対回転１回転時間のうちの前記近接時間の割合である列車異常監視システム。

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