JP4517754B2 - 駆動軸監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸、特に十字軸継手を備え圧延設備などに用いられる駆動軸を監視する駆動軸監視装置に関する。

例えば鉄鋼用圧延設備では、圧延ローラと駆動モータとの間に接続された駆動軸の途中部分に十字軸継手を設けることにより、上記ローラが圧延中の鋼材に対し上下に動くのを許容した状態で、圧延処理を行っている。つまり、上記のような十字軸継手を備えた駆動軸では、例えば下記特許文献１に記載されているように、その十字軸の４つの各軸にベアリングカップを設けるとともに、このカップと軸との間にころを転動自在に配置し当該軸の外周面を転動面に利用するものが提供されている。そして、この従来例では、駆動軸の駆動モータ側及び圧延ローラ側にそれぞれ配置される駆動軸部及び従動軸部の各端部を、相異なる直線上の２つの上記ベアリングカップに接続することにより、駆動軸内に十字軸継手を組込んで当該十字軸継手によって圧延ローラの上記上下の動作を許容しつつ、駆動モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。

特開２００１−２２１２４７号公報（第４〜５頁、図３）

ところで、上記のような圧延設備では、その駆動軸が異常な回転動作をした場合、上下一対の上記圧延ローラで圧延処理中の鋼材の品質が大きく低下することから、当該駆動軸の回転トルクを常時監視することが要望されていた。
ところが、上記のような駆動軸では、その回転トルクは正常な動作時でも数十（トン・メータ）であり、圧延ローラ間の設定寸法よりも僅かに大きい寸法の鋼材が当該ローラ間に流されるミス圧延などの過負荷（異常）動作時の場合には、百（トン・メータ）を超える値を示すことがあった。また、圧延設備では、２本の上記駆動軸が上下に近接配置された状態で回転駆動されており、さらには駆動軸の交換作業等を実施する際にワイヤなどを当該駆動軸の外周面に巻回して駆動軸を吊り上げる必要があることから、トルク検出用センサなどの設置箇所を確保することは難しかった。それ故、圧延設備などの駆動軸では、その回転トルクが非常な高トルクである点とも相まって、当該駆動軸に対しトルク検出用センサを常設することは実際上不可能であり、回転トルクを精度よく検知して駆動軸を常に監視できなかった。

従って、本発明は、圧延設備などに用いられる駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して、駆動軸を監視することができる新たな技術的手段を提供することを目的とする。

本発明は、十字軸継手と、この十字軸継手を介して連結された複数の軸部とを備えた駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記十字軸継手の十字軸の４つの各軸に装着されるとともに、前記軸部の軸方向端面が連結されることによって、当該軸部の軸心周りに周方向に間隔をあけて配置された４つのベアリングカップと、前記ベアリングカップの変形を検出するセンサと、前記センサの検出結果を基に前記駆動軸の回転トルクを検知する検知部とを備え、前記センサが、前記ベアリングカップにおける、前記駆動軸の回転方向に関する中央位置よりも回転方向後方側の部分に設けられていることを特徴とするものである。

上記のように構成された駆動軸監視装置では、上記ベアリングカップの変形をセンサにて検出させることにより、本発明の発明者等は、駆動軸の回転トルクを検知できることを見出した。すなわち、ベアリングカップに生じる変形は、その変形量が動作中の駆動軸の回転トルクの値に応じて増減されることを、実験等を繰り返し行うことにより取得した。また、上記のようなベアリングカップの変形を検出するセンサを用いることにより、駆動軸の回転動作やその駆動軸の交換作業等を妨げることなく、駆動軸に対して当該センサを常時設置できることを明らかにした。本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものであり、検知部が上記センサの検出結果に基づき駆動軸の回転トルクを求めることにより当該回転トルクを精度よくかつ常時検知することができる。
また、上記駆動軸監視装置において、前記センサが、前記ベアリングカップにおける、前記駆動軸の回転方向に関する中央位置よりも回転方向後方側の部分に設けられているので、センサが駆動軸動作中に最も変形を生じ易いベアリングカップの部分に設置されることとなり、センサの検出精度を高めることが可能となって検知部の回転トルクの検知精度も向上させることができる。

また、上記駆動軸監視装置において、前記センサが、前記ベアリングカップと前記駆動軸とを固定する固定ボルトの、ボルト頭部と当該ベアリングカップとの間に配置されたワッシャに取り付けられていることが好ましい。
この場合、センサは上記ベアリングカップの変形に伴って変化する上記固定ボルトでの締め付け力の変化を検出することとなり、上記検知部が駆動軸の回転トルクだけでなく、上記締め付け力変化を基に固定ボルトの状態監視を行うこともできる。

また、上記駆動軸監視装置において、前記センサが、前記ベアリングカップにおける、前記駆動軸の回転方向に関する中央位置よりも回転方向先方側の部分にも設けられ、前記検知部が、前記回転方向先方側のセンサと、前記回転方向後方側のセンサとの検出結果の差動処理を実施する機能を有していることが好ましい。
この場合、上記検知部がベアリングカップに設けられた二つのセンサの検出結果の差動処理を行うことにより、周囲温度による各センサ出力の温度ドリフトを補償することができ、周囲温度の影響によりトルク検知の精度低下を防ぐことができる。

本発明によれば、駆動軸に組込まれた十字軸継手のベアリングカップの変形をセンサにて検出して、検知部がそのセンサ検出結果を基に駆動軸の回転トルクを検知しているので、圧延設備などに用いられる、非常な高トルクでセンサ設置箇所を確保し難い駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知することができ、当該駆動軸を常に監視することができる。

以下、本発明の駆動軸監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合を例示して説明する。

実施形態１

図１は鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態に係る駆動軸監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。図において、駆動軸１０の両端部近傍には十字軸継手１１が使用されており、この継手１１を介在させて当該駆動軸１０の一端側及び他端側には図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されている。つまり、駆動軸１０には、２つの十字軸継手１１の間に配置される中間軸部（第１軸部）１０ａに加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部（第２軸部）１０ｂ及び従動軸部（第３軸部）１０ｃが設けられており、一方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと駆動軸部１０ｂとが連結され、他方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと従動軸部１０ｃとが連結されている（図１参照）。また、圧延設備では、２本の駆動軸１０が互いに平行に配置されており、各駆動軸１０に連結された２つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されている。また、この圧延処理の際に、駆動軸１０は、各十字軸継手１１によって軸方向から傾くのを許容された状態で図の矢印Ｒ方向に回転することにより上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、駆動軸１０では、各十字軸継手１１を設けることにより、各圧延ローラが摩耗したときや鋼材の圧延幅を変更するときに上下のローラ芯間を容易に調整できるようになっている。

上記十字軸継手１１は、十字軸１２と、４個のベアリングカップ１３とを備えており、ベアリングカップ１３が十字軸１２の軸方向周りの部分を覆うように当該十字軸１２の４つの各軸１２ａに揺動可能に装着されている。各ベアリングカップ１３は、カップ部１３１と、その内部に保持され、上記軸１２ａに転がり接触する複数のころ１３２とを具備しており、カップ部１３１の内周面及び軸１２ａの外周面をそれぞれ外輪軌道及び内輪軌道としている。

上記カップ部１３１の周方向中央にはグリース注入用の孔１３１ａが形成されている。また、上記十字軸１２の各軸１２ａには、上記孔１３１ａと同軸的に、当該軸１２ａの中心軸周りに孔１２ｂが形成されており、十字軸継手１１の内部で互いに連結されている。この孔１２ｂは、上記ころ１３２の軸外周面及びカップ部内周面との転がり接触部を潤滑するグリースが流されるグリース用通路を構成している。
また、上記孔１３１ａには、蓋１４が着脱可能に取り付けられており、上記転がり接触部から当該孔１３１ａを介して外部にグリースが漏れ出るのを防ぐようになっている。詳細にいえば、この蓋１４には、例えば段差状に形成された孔１３１ａの内周面と密接して当該孔１３１ａを実質的に密閉する平底碗状の取付部１４ａと、その底部から軸１２ａの軸方向に延設されてその軸側の上記孔１２ｂに挿入された丸棒状の支持部１４ｂとを有している。

また、十字軸継手１１では、図２における上下一対のベアリングカップ１３が当該十字軸継手１１から見て軸方向一方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記駆動軸部１０ｂ）に、左右一対のベアリングカップ１３は軸方向他方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記中間軸部１０ａ）に、それぞれ接続されている。
詳細にいえば、各ベアリングカップ１３は、カップ部１３１の左右両端部側に設けられたボルト穴に取り付けられた固定ボルト１５ａ、１５ｂを介して、駆動軸１０の対応する軸部の端部に形成されたフランジ部に固定されている。また、これら各固定ボルト１５ａ、１５ｂは、そのボルト頭部とベアリングカップ１３のカップ部１３１との間にワッシャ１６ａ、１６ｂをそれぞれ介在させて、所定の締め付け力にて上記ボルト穴に螺合されている。
また、上記の各ワッシャ１６ａ、１６ｂには、本発明の駆動軸監視装置に含まれた荷重センサ１７ａ、１７ｂが設置されており、後に詳述するように、駆動軸１０の回転動作に起因して生じるベアリングカップ１３の変形を検出することにより当該駆動軸１０の回転トルクを検知するようになっている。

具体的には、図３に例示するように、上記ワッシャ１６ａは、荷重センサ１７ａを取り付けるための肉厚部が図の右端部側に形成された略リング状のワッシャ本体１６ａ１を有している。この肉厚部は、ワッシャ本体１６ａ１の上面に対して上側に傾斜するよう形成されたテーパ面１６ａ２と、一端部側及び他端部側がテーパ面１６ａ２及びワッシャ本体１６ａ１の下面にそれぞれ連続するとともに、ワッシャ１６ａの厚み方向に平行に、かつ平坦に形成された取付面１６ａ３とを有するテーパ部により構成されている。そして、ワッシャ１６ａでは、固定ボルト１５ａが上記ボルト穴に螺合されたときに、そのボルト軸部１５ａ３がワッシャ本体１６ａ１の中央部に形成された孔１６ａ４に挿通され、ボルト頭部１５ａ１の下部側に設けられた座金１５ａ２がワッシャ本体上面に密接されるとともに、取付面１６ａ３に取り付けられた荷重センサ１７ａを固定ボルト１５ａの軸方向に沿って配置する。

図２に戻って、各ベアリングカップ１３では、ワッシャ１６ａ、１６ｂの取付面１６ａ３（図３）が軸１２ａに関して互いに対称となるようにカップ外側に向けて配置されており、荷重センサ１７ａ、１７ｂは当該ベアリングカップ１３における、同図２に矢印Ｒにて示す駆動軸１０の回転方向側の部分（ベアリングカップ１３における、回転方向Ｒに関する中央位置よりも回転方向先方側の部分）及び同回転方向と反対方向側の部分（ベアリングカップ１３における、回転方向Ｒに関する中央位置よりも回転方向後方側の部分）にそれぞれ設けられている。このように荷重センサ１７ａ、１７ｂを設けることにより、これらの荷重センサ１７ａ、１７ｂは、駆動軸１０の回転方向Ｒへの回転動作時に軸１２ａとベアリングカップ１３が連結された駆動軸１０の軸端部との間で働く力が当該ベアリングカップ１３において最も作用する負荷側の部分及び最も作用しがたい反負荷側の部分にそれぞれ配置される。

また、各荷重センサ１７ａ、１７ｂは、歪みゲージを用いて構成されており、ベアリングカップ１３の変形に応じたワッシャ１６ａ、１６ｂのテーパ部の歪み（荷重）を検出する。また、各荷重センサ１７ａ、１７ｂは、ケーブル１８（図３）を介して上記蓋１４の取付部１４ａに取り付けられた子機１に接続されており、子機１から電力が供給されるとともに、当該子機１に検出信号（電圧信号）を出力している。
また、他の３箇所のベアリングカップ１３についても同様に、各々２個の荷重センサ１７ａ、１７ｂが固定ボルト１５ａ、１５ｂのワッシャ１６ａ、１６ｂに設置されており、対応するベアリングカップ１３の変形に起因する荷重を検出し、子機１と同様にベアリングカップ１３毎に設けられた子機２、３、４に検出信号を出力している。

ここで、図４を参照して、荷重センサ１７ａ、１７ｂの検出動作について具体的に説明する。
図４（ａ）に示すように、上記駆動軸１０が停止状態または無負荷状態で回転駆動されているとき、つまり上記圧延ローラ間に処理対象の鋼材が流されていないときには、ベアリングカップ１３に変形がほとんど発生していない。また、各ワッシャ１６ａ、１６ｂのテーパ部では、対応する固定ボルト１５ａ、１５ｂが螺合されたときでの上記所定の締め付け力に起因する歪みを除いて、新たな歪みはほとんど生じておらず、それ故、荷重センサ１７ａ、１７ｂは、ほぼ均等の基準電圧値を示す検出信号を出力する。

続いて、上記圧延ローラ間に鋼材が供給されて圧延処理が開始されると、図４（ｂ）に示すように、ベアリングカップ１３にはその圧延処理に伴って大きく増加する駆動軸１０の回転トルクに応じた（弾性）変形が発生する。詳細にいえば、ベアリングカップ１３では、駆動軸１０の軸部、例えば中間軸部１０ａの上記フランジ部に形成されたキー溝１０ａ１に嵌合する突出部１３１ｂがカップ部１３１に形成されており、この突出部１３１ｂがキー溝１０ａ１に嵌合した状態で、ベアリングカップ１３は、一対の固定ボルト１５ａ、１５ｂによって中間軸部１０ａに連結されている。そして、上記のように、圧延処理に伴い駆動軸１０の回転トルクが大きく増加すると、ベアリングカップ１３には大きい負荷がかかる。このため、ベアリングカップ１３では、同図（ｂ）に示すように、上記突出部１３１ｂの回転方向Ｒ側の部分がキー溝１０ａ１に当接して、同回転方向Ｒに傾くような弾性変形が発生する。これにより、回転方向Ｒ（負荷）側に配置されたワッシャ１６ａには、比較的小さい圧縮荷重が作用して、そのテーパ部には比較的小さい歪みが発生する。一方、反対方向（反負荷）側に配置されたワッシャ１６ｂには、比較的大きい圧縮荷重が作用して、そのテーパ部に生じる歪みはワッシャ１６ａのものに比べて大きいものとなる。この結果、各荷重センサ１７ａ、１７ｂは、設置箇所のテーパ部に生じた歪み（荷重）を検出して、その検出した荷重に応じた電圧値（歪み量）の信号を出力する。すなわち、荷重センサ１７ａからは上記基準電圧値よりも少し大きい検出信号が出力され、荷重センサ１７ｂからはセンサ１７ａのものよりも大きい電圧値の検出信号が出力される。

また、上記のようなベアリングカップ１３の変形に応じた各ワッシャ１６ａ、１６ｂでの荷重の変化は、対応する固定ボルト１５ａ、１５ｂの締め付け力の変化と相関がある。すなわち、図４（ａ）に示した状態では、上述したように、各ワッシャ１６ａ、１６ｂのテーパ部での歪みは、上記所定の締め付け力に起因して生じたものであり、各荷重センサ１７ａ、１７ｂの検出結果（基準電圧値）を、対応する固定ボルト１５ａ、１５ｂの実際のほぼ均等な所定の締め付け力とみなすことができる。その後、駆動軸１０の回転トルクが圧延処理に伴い増加すると、ワッシャテーパ部に歪みが生じるだけでなく、例えば反負荷側の固定ボルト１５ｂでは、図４（ｂ）に示したように、ベアリングカップ１３と同様に、そのボルト頭部側が回転方向Ｒに傾くような弾性変形が発生する。この固定ボルト１５ｂでの弾性変形は、そのワッシャ１６ｂに生じた歪みに応じて増減、つまりこの歪みと相関関係を有しており、荷重センサ１７ｂの検出荷重を基に上記回転トルクの増加に伴って大きくなった当該固定ボルト１５ｂでの締め付け力を検出することができる。

上記子機１は、図５に示すように、荷重センサ１７ａ、１７ｂからの検出信号を入力するとともに、図示しないボルト等の固定手段によって取付部１４ａの底部に固定されるセンサ基板３１と、このセンサ基板３１の上方に配置されたワイヤレス基板３２と、このワイヤレス基板３２の上方に配置されたバッテリー電源３３とを備えている。また、子機１では、互いに接離自在なコネクタにて各基板３１、３２と電源３３とが順次接続されるようになっており、当該ユニット１はビス穴１４ｃ内に挿入されるビス（図示せず）によって上記孔１３１ｂに装着される蓋１４の内部に収納されている。すなわち、センサ基板３１及びワイヤレス基板３２は、それぞれ設けられた勘合コネクタ３１ｃ及び３２ｃとが互いに連結されることでこれらの基板３１及び３２が電気的に接続され、またワイヤレス基板３２及びバッテリー電源３３は、それぞれ設けられた勘合コネクタ３２ｄ及び３３ａとが互いに連結されることでこれらの基板３２及び電源３３が電気的に接続されている。なお、図５では、図面の簡略化のために、上記支持部１４ｂの図示は省略している。また、各基板３１及び３２はモールド樹脂によりコーティングされたものであり、これらの基板３１及び３２の回路等の電子部品にグリースや湿気などによる悪影響が極力生じないよう構成されている。

上記センサ基板３１は、荷重センサ１７ａ、１７ｂからの各検出信号をＡ／Ｄ変換してセンサ検出信号データを生成するＡ／Ｄ変換機能が付与されたＤＳＰ等の演算部を有するセンサ回路３１ａと、上記バッテリー電源３３に含まれた例えば二本の単三形電池３３ａからの直流をユニット各部に適宜分配供給するための電源回路３１ｂとを備えている。
上記ワイヤレス基板３２には、例えばＤＳＰを用いて構成された送受信回路３２ａと、この送受信回路３２ａや上記センサ回路３１ａなどで使用されるプログラム等のデータを保持するメモリ３２ｂとを備えており、当該ワイヤレス基板３２がセンサ回路３１ａからの上記センサ検出信号データを無線送信するデータ送信部を構成している。上記送受信回路３２ａには、所定周波数の発信波（搬送波）を発振する発振機能、この搬送波に検出信号データを乗せるための変調機能が付与されている。また、送受信回路３２ａは、後述の親機５（図６）からの発信波を受信して、その受信した発信波を復調してその発信波に含まれた同親機５からの指示信号を抽出する復調機能を有しており、前記指示信号によって子機１の各部はその駆動制御が行われるようになっている。また、送受信回路３２ａには、バッテリー電源３３の上方で蓋１４の開口端付近に配置されるアンテナ３４が接続されており、このアンテナ３４が上記センサ検出信号データのシリアルデータ列を含んだ送信波を外部に発信する。尚、この説明以外に、アンテナ３４をベアリングカップ１３の外表面に沿わせて配置する構成でもよい。

また、他の子機２〜４も子機１と同様に上下三段に分割配置された基板及び電源を有しており、対応する荷重センサ１７ａ、１７ｂからの検出信号データを発信するようになっている。
また、上記子機１〜４及び荷重センサ１７ａ、１７ｂは、上記駆動軸監視装置Ｔに含まれたものであり、各子機１〜４にはそれぞれ識別子としての連続した整数のＩＤ番号０，１，２，３が割り当てられており、各子機１〜４の上記送受信回路３２ａでは、センサ検出結果の送信を行うときに例えばヘッダー部に割り当てられたＩＤ番号を含めて、送信波を発信するように構成されている。そして、駆動軸監視装置Ｔ内で各子機１〜４と、これら子機１〜４各々に接続された荷重センサ１７ａ、１７ｂとを特定可能になっている。

図６に示すように、上記駆動軸監視装置Ｔは、荷重センサ１７ａ、１７ｂが各々接続された子機１〜４と、これらの各子機１〜４からの送信波を受信する親機５を備えている。この親機５には、例えばＲＳ２３２Ｃに準拠した通信線６ａを介して圧延設備内に配置されたパネルコンピュータ７が接続されている。また、このパネルコンピュータ７には、例えば１０Ｂａｓｅ−Ｔ線を用いたＬＡＮ ６ｂを介して、圧延設備から離れた監視室内などに設置されたパソコン（以下、“ＰＣ”と略称する。）８が接続されており、このＰＣ ８は、インターネット等の通信ネットワーク２０を介在させて例えば十字軸継手１１の製造メーカやそのメンテナンス会社等の情報処理端末２１に接続可能に構成されている。尚、駆動軸監視装置Ｔでは、上記２本の駆動軸１０に組付けられた４つの各十字軸継手１１に子機１〜４が装着されており、パネルコンピュータ７及びＰＣ ８は当該監視装置Ｔ内に含まれた全ての各子機からの送信データを上記ＩＤ番号を基に判別し、荷重センサ単位にその検出データを管理できるようになっている。

上記パネルコンピュータ７には、そのコンピュータ機能として、各子機１〜４を介して送られてきた荷重センサ１７ａ、１７ｂの上記センサ検出信号データに基づいて、駆動軸１０の回転トルクを検知する機能が付与されており、同コンピュータ７は検知部を構成している。具体的には、パネルコンピュータ７は、荷重センサ１７ａからのデータ値と荷重センサ１７ｂからのデータ値との差を求める差動処理を実施して、この差動処理後のデータ値を基に予め格納されているテーブルなどを参照することにより、上記差動処理後のデータ値と相関関係を有する、圧延処理中の駆動軸１０の回転トルクのデータ値を取得するようになっている。
尚、この回転トルクのデータ値の取得処理は、いずれか一方の荷重センサ１７ａ、１７ｂの検出データ値だけを用いて行うこともできる。但し、上記のように、パネルコンピュータ７が差動処理を実施する場合の方が、各検出データ値での周囲温度の影響を相殺できる点で好ましい。また、パネルコンピュータ７では、４個のベアリングカップに各々設けられた一対の荷重センサ１７ａ、１７ｂの各検出データ値に基づいて４つの回転トルクのデータ値を同時に得て、これらデータ値を相互チェックすることで回転トルクの検知精度を高めている。

また、パネルコンピュータ７には、取得した回転トルクのデータ値に基づいて、駆動軸１０の回転動作に異常が生じているか否かについて判別する機能も与えられている。つまり、回転トルクのデータ値が予め設定されている許容上限値を越える場合には、パネルコンピュータ７は、駆動軸１０において、上記圧延ローラ間の設定寸法よりも僅かに大きい寸法の鋼材が当該ローラ間に流されるミス圧延などの過負荷運転が行われていると判断して、トルクリミッタなどの保護機器に指示信号を出力して駆動軸１０の破損を回避する。また、回転トルクのデータ値が予め設定されている許容下限値よりも小さい場合には、パネルコンピュータ７は、駆動軸１０におけるモータ回転力の伝達経路上の構成部材の部分に、クラック等が生じて当該モータ回転力が正常に伝達されていない（つまり、駆動軸１０にトルク抜けが生じている）と判断して、上記駆動モータを停止させる。このように、パネルコンピュータ７、圧延処理中の駆動軸１０の回転トルクを基にその回転動作の異常を検知してモータを停止させたり、トルクリミッタを作動させたりすることから、圧延鋼材品の品質低下を早期に防ぐことができ、さらには駆動軸１０の致命的な破損も防ぐことができる。
さらに、このコンピュータ７では、取得した回転トルクのデータ値を蓄積するようになっており、この蓄積データを基に対応するベアリングカップ１３での疲労（経年劣化）の程度や駆動軸１０の破損前兆などを把握する機能も含まれている。

また、パネルコンピュータ７には、荷重センサ１７ａ、１７ｂからの各検出データ値を基に対応する固定ボルト１５ａ、１５ｂでの締め付け力を検知する機能及びこの検知した締め付け力の蓄積データを用いた当該１５ａ、１５ｂの破損前兆を把握する機能が付与されている。また、このコンピュータ７には、各子機１〜４のバッテリー電源３３での電池容量の残量管理などの監視装置Ｔの構成要素のメンテナンス作業に必要な情報管理機能、及び各検出データの波形や上記検出信号データの変化等の所定の履歴情報をディスプレイに表示するモニタリング機能が与えられている。
また、ＰＣ ８には、パネルコンピュータ７が有する上記のコンピュータ機能に加えて、入力した検出データやそれに基づく疲労の診断結果などのデータを保存したり、他の情報処理端末２１に上記の保存データを提供するＷｅｂサーバとして働いたりするようなサーバ機能が付与されている。

以上のように構成された本実施形態では、荷重センサ１７ａ、１７ｂをワッシャ１６ａ、１６ｂに設置し、これらセンサ１７ａ、１７ｂによりワッシャ１６ａ、１６ｂに生じた歪み（荷重）を検出することでベアリングカップ１３の変形を検出している。そして、パネルコンピュータ７またはＰＣ ８（検知部）が、荷重センサ１７ａ、１７ｂの検出結果から得られるワッシャ１６ａ、１６ｂの歪み量（カップ変形量）を用いてこれと相関関係を有する圧延処理中の駆動軸１０の回転トルクを検知している。また、上記ワッシャ１６ａ、１６ｂに取り付けられた荷重センサ１７ａ、１７ｂを用いているので、駆動軸１０の回転動作を妨げない。この結果、上記従来例と異なり、非常な高トルクでセンサ設置箇所を確保し難い駆動軸１０に対しても、当該駆動軸１０の回転トルクを精度よく常時検知することができる。従って、駆動軸１０を常に監視することができ、またこれ故、駆動軸１０の点検・メンテナンス作業をより的確なタイミングで行うこともできる。また、荷重センサ１７ａ、１７ｂを十字軸継手１１とともに駆動軸１０内に組込んでいることから、駆動軸１０の分解・組立作業や交換作業時において、ワイヤなどを当該駆動軸１０の外周面に巻回して吊り上げることを簡単に行うことができる。

また、本実施形態では、ベアリングカップ１３における反負荷（回転方向Ｒと反対方向）側の固定ボルト１５ｂのワッシャ１６ｂに荷重センサ１７ｂを設けているので、このセンサ１７ｂは駆動軸１０の通常の回転方向Ｒ側への回転動作中に最も変形を生じ易いベアリングカップ１３の部分に設置されて、ベアリングカップ１３の変形を高精度に検出することができ、パネルコンピュータ７での回転トルクの検知精度も向上させることができる。
また、ベアリングカップ１３における負荷（回転方向）側の固定ボルト１５ａのワッシャ１６ａにも荷重センサ１７ａを設け、パネルコンピュータ７がこれらのセンサ１７ａ、１７ｂのセンサ出力についての差動処理を実施し各センサ出力での周囲温度の影響を相殺しているので、周囲温度による各センサ出力の温度ドリフトを補償することができ、周囲温度の影響によりトルク検知の精度低下を防ぐことができる。また、このように、荷重センサ１７ａ、１７ｂを回転方向側及びこれと反対方向側に設置しているので、圧延設備において、いわゆるリバース圧延などが実施されて駆動軸１０の回転方向が上記通常の回転方向Ｒと反対方向に回転されたときでも、上記センサ１７ａはベアリングカップ１３の最も変形を生じ易い部分に配置されることとなり、駆動軸１０の回転方向に変更により、その回転トルクの検知精度の低下が生じるのを防止できる。

また、この実施形態１の説明では、図３に示したように、テーパ面１６ａ２及び取付面１６ａ３を有するテーパ部をワッシャ１６ａに形成し、取付面１６ａ３に荷重センサ１７ａを設けた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リング状のワッシャの外周面に荷重センサを直接取り付ける構成でもよい。但し、平坦な取付面を形成する場合の方が、リング状のワッシャ外周面にセンサを取り付ける場合に比べてセンサを簡単、かつ安定的に取り付けることができる点で好ましい。また、ワッシャ本体１６ａ１の上面に対して上側に傾斜するよう形成されたテーパ面１６ａ２を形成することにより、上記取付面１６ａ３の肉厚寸法（ワッシャ１６ａの軸方向寸法）を大きくすることができ、荷重センサ１７ａを設置し易い点で好ましい。さらには、このワッシャ１６ａでは、図３（ａ）に示したように、固定ボルト１５ａのボルト頭部下部側から取付面１６ａ３側に向かうにつれて（すなわち、ボルト頭部下部側によるベアリングカップ１３側への抑えが緩くなる自由端側に向かうにつれて）、上記軸方向寸法が大きく増加するようなテーパ面１６ａ２を設けているので、当該ワッシャ１６ａでの歪みを発生し易くできる点で好ましい。また、座金を備えていない固定ボルトのボルト頭部下部側をセンサ付きのワッシャに直接当接させる構成でもよい。

実施形態２

図７は、別の実施形態に係る駆動軸監視装置の要部構成を示す図である。図において、本実施形態と上記実施形態１との主な相違点は、荷重センサ１７ａ、１７ｂをベアリングカップ１３の表面に直接的に取り付けたことである。
図に示すように、本実施形態では、上記荷重センサ１７ａ、１７ｂがベアリングカップ１３における、上記通常の回転方向Ｒ側の部分及びこの回転方向Ｒと反対方向側の部分として、当該カップ１３の右側部及び左側部の表面にそれぞれ直接的に取り付けられている。これらセンサ１７ａ、１７ｂは、荷重検出が可能なセラミックタイプのピエゾ素子によって構成されたものであり、実施形態１のものに比べて高い強度をもっている。
以上の構成により、本実施形態では、荷重センサ１７ａ、１７ｂは、駆動軸１０の回転動作に応じたベアリングカップ１３の変形を直接的に検出し、パネルコンピュータ７またはＰＣ ８（検知部）が、上記実施形態１と同様に、荷重センサ１７ａ、１７ｂの検出結果から得られるカップ変形量を用いて、駆動軸１０の回転トルクを検知する。従って、本実施形態では、実施形態１と同様な効果を奏することができる。

尚、上記実施形態２の説明では、ベアリングカップ１３の右側部及び左側部の表面に荷重センサ１７ａ、１７ｂを設けた場合について説明したが、本実施形態はベアリングカップ１３の表面に荷重センサ１７ａ、１７ｂを取り付けたものであればよく、例えばベアリングカップ１３の右側部及び左側部において、十字軸継手１１の中心側に傾斜した傾斜面に設けてもよい。また、駆動軸１０の軸部に対向する、固定ボルト１５ａ、１５ｂの近傍の表面やベアリングカップ１３の外周面に荷重センサ１７ａ、１７ｂを設けてもよい。但し、上記のように、ベアリングカップ１３の側部表面に荷重センサ１７ａ、１７ｂを設ける場合の方が、センサ１７ａ、１７ｂを駆動軸１０の外部に露出させることなく、かつ子機１に対するケーブル１８（図３）の引き廻しを容易に行えたり、十字軸継手１１を分解することなく、荷重センサ１７ａ、１７ｂを取り付けれたりすることができる点で好ましい。

尚、上記の各実施形態の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合について説明したが、本発明は十字軸継手の十字軸の各軸に装着され、かつ駆動軸が連結されたベアリングカップの変形を検出するセンサと、このセンサの検出結果を基に駆動軸の回転トルクを検知する検知部とを有するものであればよく、例えば製紙設備での紙巻き取りローラを駆動する駆動軸等の他の駆動軸の監視に本発明を用いることもできる。
また、上記の説明では、歪みゲージまたはセラミックタイプのピエゾ素子を用いた２個の荷重センサをベアリングカップ毎に設置した構成について説明したが、本発明は、上記荷重を検出することができるセンサであれば、センサの種類や設置数、設置箇所等は上記のものに何等限定されない。例えばベアリングカップの変形に同調する磁性部材を当該カップに設けて、磁気センサによりこのカップ変形を検出してもよい。但し、上記各実施形態のように、２個のセンサをベアリングカップ毎に設けてそのセンサ出力の差動処理を行う場合の方が、温度補償がなされたセンサ出力による回転トルク検知をより精度よく行える点で好ましい。
また、上記の説明では、パネルコンピュータまたはＰＣにおいて、荷重センサの検出結果に基づく駆動軸の回転トルクの検知処理等を行わせる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上記センサ回路に設けたＤＳＰ等のデータ処理部において上記の検出結果を用いた検知処理等を実行させてもよい。

鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る駆動軸監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。 （ａ）は図２に示した固定ボルト、ワッシャ、及びセンサを示す側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ上記ワッシャ及びセンサを示す平面図及び側面図であり、（ｄ）は上記ワッシャの取付面上のセンサを示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図２に示したベアリングカップの駆動軸停止時及び駆動軸回転時における状態を示す図である。 上記駆動軸監視装置に含まれた子機の要部構成例を示す図である。 上記駆動軸監視装置の具体的な全体構成例を示すブロック図である。 別の実施形態に係る駆動軸監視装置の要部構成を示す図である。

符号の説明

７ パネルコンピュータ（検知部）
８ ＰＣ（検知部）
１０ 駆動軸
１１ 十字軸継手
１２ 十字軸
１２ａ 軸
１３ ベアリングカップ
１５ａ、１５ｂ 固定ボルト
１６ａ、１６ｂ ワッシャ
１７ａ、１７ｂ センサ
３１ａ センサ回路（検知部）
Ｔ 駆動軸監視装置

Claims (3)

1. 十字軸継手と、この十字軸継手を介して連結された複数の軸部とを備えた駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
   前記十字軸継手の十字軸の４つの各軸に装着されるとともに、前記軸部の軸方向端面に連結されることによって、当該軸部の軸心周りに周方向に間隔をあけて配置された４つのベアリングカップと、
   前記ベアリングカップの変形を検出するセンサと、
   前記センサの検出結果を基に前記駆動軸の回転トルクを検知する検知部と
   を備え、
   前記センサが、前記ベアリングカップにおける、前記駆動軸の回転方向に関する中央位置よりも回転方向後方側の部分に設けられていることを特徴とする駆動軸監視装置。
2. 前記センサが、前記ベアリングカップと前記軸部とを固定する固定ボルトの、ボルト頭部と当該ベアリングカップとの間に配置されたワッシャに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の駆動軸監視装置。
3. 前記センサが、前記ベアリングカップにおける、前記駆動軸の回転方向に関する中央位置よりも回転方向先方側の部分にも設けられ、
   前記検知部が、前記回転方向先方側のセンサと、前記回転方向後方側のセンサとの検出結果の差動処理を実施する機能を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動軸監視装置。

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