JP5412931B2 - 回転軸の異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸において発生する亀裂や磨耗発生等の異常を診断する異常診断装置に関し、特に、回転軸の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波信号をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで検出する異常診断装置に関する。

従来より、鋼板などを圧延する圧延機には、鋼板を圧延する一対の圧延ローラにモーターから駆動力を伝達するために、ギアや回転軸が多数介在している。
各々のスピンドルを支持する軸受は、使用条件によっては、運転中に微細な磨耗粉等が発生し、磨耗粉が異物となって潤滑油に混入して焼き付き等の異常が発生したり、亀裂等の損傷が発生することがある。

このような異常や損傷の存在を検知する手段としては、加速度計等の振動センサで圧延機等の振動を計測する手段や、軸受の亀裂の発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）をアコースティックエミッション（ＡＥ）センサで計測する手段が挙げられる。そして、これらの検知手段は軸受に取付けられることが多い。
しかしながら、圧延機における亀裂や磨耗等の異常発生は、軸受だけでなく、スピンドルそのものに発生することがある。

この場合、従来の軸受に設けられたＡＥセンサは、スピンドルの亀裂発生や進展に伴って発生する弾性波（ＡＥ信号）を、軸受経由で受信することとなる。
しかし、軸受に取付けたＡＥセンサによって、軸受を介してスピンドルの異常を検出する方法では、スピンドルから発生する弾性波（ＡＥ信号）が減衰してしまうという問題がある。

このような問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開示されている。
図４は、特許文献１における異常診断装置を示す図である。図４に示すように、特許文献１に記載の異常診断装置は、回転体２３にＡＥセンサ１を直接設置し、このＡＥセンサ１が検知したＡＥ信号を、異常診断手段を備えた受信装置（図示せず）に無線で伝送する方法である。

特開平９−２６４１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、回転体に直接設置されたＡＥセンサが検知したＡＥ信号を異常診断手段に無線で伝送するため、無線で伝送した信号にノイズが含まれる。このノイズの発生によって、微弱なＡＥ信号をＡＥセンサが検出できない可能性があり、結果として異常診断の検出の精度の低下をもたらしていた。
また、ＡＥセンサや送信アンテナが回転体に設置されるため、ＡＥセンサや送信アンテナへの給電方法に課題が残されている。給電方法としては、例えば、スリップリングなどを用いることが挙げられる。しかし、このような給電方法によっても、ノイズの発生やスリップリングにおける接触不良などの問題が生じやすく、異常診断の検出の精度が低下する結果を招くことになる。なお、特許文献１には、このような問題を解決する手段については何ら開示されていない。

従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸の亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を、減衰させることなく受信することができる異常診断装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明の請求項１に係る回転軸の異常診断装置は、回転軸に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転軸の異常を解析する解析手段とを有する回転軸の異常診断装置であって、流体が封入され、前記回転軸の周面に常に当接するように前記回転軸の軸に平行な軸で回転可能に設置され、前記回転軸の回転に伴って回転可能とされた回転体を有し、
前記弾性波検出手段が、前記流体と共に前記回転体内に設置され、前記流体に少なくとも一部が浸されたことを特徴としている。

本発明の請求項１に係る回転軸の異常診断装置によれば、スピンドル（回転軸）の周面に常に当接するように前記回転軸の軸に平行な軸で回転可能に設置され、前記回転軸の回転に伴って回転可能とされた回転体を設け、該回転体に封入された流体に浸るように前記弾性波検出手段を前記流体と共に前記回転体内に設けたので、スピンドルにおける亀裂の発生や進展に伴う弾性波信号を減衰させることなく直接受信することができる。また、弾性波検出手段と解析手段とが有線接続されているので、得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。

特に、スピンドルに生じた亀裂等を伝播する流体が前記回転体に封入され、流体が溢れ出ないようにされているので、流体の保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。そして、このような構成により、単に、回転軸とＡＥセンサとの間に媒体として流体を介在させるよりも弾性波の伝播性を維持することができる。

本発明に係る異常診断装置が設置される圧延機の構成を示す概略図である。 本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態における回転体の構成を示す概略図である。 本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態における構成を示す概略図である。 従来の異常診断装置を備えた圧延機の構成を示す概略図である。

以下、本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態における圧延機の構成を示す概略図である。また、図２は、本発明に係る回転軸の異常診断装置の一実施形態における回転体の構成を示す図であり、図２（ａ）は、スピンドル４ａと回転体１１ａとの構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は、圧延ロール２ａ側から見たスピンドル４ａと回転体１１ａとの構成を示す正面図である。

図１に示すように、圧延機１は、モーター（電動機）８と、モーター８の駆動力をスピンドル４ａ，４ｂに伝達するピニオンギア６ａ，６ｂ、及び減速機７と、スピンドル４ａ，４ｂに連結され、鋼材５０を挟んで圧延する一対の圧延ロール２ａ，２ｂとを有する。
スピンドル４ａ，４ｂは、圧延ロール２ａ，２ｂの回転軸５ａ，５ｂにそれぞれ連結されている。スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれには、相互に噛み合わされたピニオンギア６ａ，６ｂが連結されている。ピニオンギア６ａには、減速機７を介して、モーター８の駆動力を伝達する回転軸９が連結されている。回転軸５ａ，５ｂの両端部、スピンドル４ａ，４ｂ、及び回転軸９には、これらをそれぞれ支持する複数の軸受３が設けられている。

そして、スピンドル４ａ，４ｂのそれぞれの周面の上方には、スピンドル４ａ，４ｂの周面に当接し、スピンドル４ａ，４ｂの回転に伴って回転可能とされた円柱形状の回転体１１ａ，１１ｂが設置されている。回転体１１ａ，１１ｂの回転軸は、スピンドル４ａ，４ｂの回転軸に平行とされる。
図２に示すように、回転体１１ａ，１１ｂは中空構造とされ、内部には所定量の流体ｆが封入されている。このように、スピンドル４ａ，４ｂに生じた亀裂等を伝播する流体ｆが回転体１１ａ，１１ｂに封入され、流体ｆが溢れ出ないようにされているので、流体ｆの保持力が高く、弾性波の伝播性を維持することができる。

また、回転体１１ａ，１１ｂは、圧延機１に一端部が取り付けられた柱形状の支持手段１５ａ，１５ｂにベアリング１４を介して軸支されている。すなわち、回転体１１ａ，１１ｂのそれぞれの周面は、スピンドル４ａ，４ｂの周面に当接し、スピンドル４ａ，４ｂの回転に伴って支持手段１５ａ，１５ｂを回転軸として回転可能とされる。なお、支持手段１５ａ，１５ｂ、及びベアリング１４には、流体ｆが回転体１１ａ，１１ｂから溢れ出ないようにシール部材等（図示せず）でシール処理されている。

また、支持手段１５ａ，１５ｂは、それらの一部分が回転体１１ａ，１１ｂの内部に嵌入されている。そして、支持手段１５ａ，１５ｂの他端部には、スピンドル４に亀裂が発生したときに発生する弾性波（ＡＥ信号）を検出するためのＡＥセンサ１２ａ，１２ｂが設置されている。これらのＡＥセンサ１２ａ，１２ｂの少なくとも一部は、回転体１１ａ，１１ｂ内に封入された流体ｆに浸されている。従って、ＡＥセンサ１２ａは、回転体１１ａに封入された流体ｆに浸されることによって、該流体ｆ及び回転体１１ａを介してスピンドル４ａ内部で発生した弾性波を高い精度で検知することができる。

このように構成された圧延機１は、モーター８からの出力が、減速機７を介して伝達されたピニオンギア６ａ，６ｂで上下に分配されて、スピンドル４ａ，４ｂへと駆動力が伝達される。駆動力が伝達されたスピンドル４ａ，４ｂは、回転軸５ａ，５ｂを介して、圧延ロール２ａ，２ｂを回転させて、鋼材５０を圧延する。

流体ｆとしては、液体状であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、回転体１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する流体が好ましい。流体ｆの例としては、主成分である水、有機溶剤、又は油等の液体（分散媒）、及びその粒子に吸着して粒子を液体（分散媒）中に安定して分散させるための界面活性剤の２成分よりなるコロイド溶液がある。

また、回転体１１ａ，１１ｂの材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さい音響インピーダンスを呈する材料が好ましい。回転体１１ａ，１１ｂの材料の例としては、プラスチックやアルミニウムである。
このように、本実施形態における圧延機１では、回転体１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスと、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの差が小さいことが好ましい。また、回転体１１ａ，１１ｂの音響インピーダンスが、流体ｆの音響インピーダンスと、スピンドル４ａ，４ｂの音響インピーダンスとの間であることがより好ましい。なお、音響インピーダンスは、例えば、公知の近接法、反射法、比較法、定在波管法、管内法等から適宜選択された測定方法によって測定される。

図３は、本発明に係る回転体の異常診断装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、異常診断装置１０は、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂと、解析手段１６とを有する。弾性波検出手段１０ａ，１０ｂは、回転体１１ａ，１１ｂに封入された流体ｆを介してそれぞれ設けられたＡＥセンサ１２ａ，１２ｂと、各ＡＥセンサ１２ａ，１２ｂに接続されたプリアンプ１３ａ，１３ｂとを有する。解析手段１６は、具体的には、ＡＥ信号を解析する手段であり、プリアンプ１３ａ，１３ｂに接続されている。プリアンプ１３ａ，１３ｂと、解析手段１６とは有線で接続されている。このため、弾性波検出手段１０ａ，１０ｂで得られた弾性波をＡＥ信号として解析手段１６に送信する際、無線送信によるノイズ減衰が発生しない。

このように構成された異常診断装置１０は、ＡＥセンサ１２ａ、１２ｂの出力がプリアンプ１３ａ，１３ｂを経由して増幅され、解析手段１６でフーリエ変換等の信号処理がなされて、スピンドル４ａ，４ｂにおける異常が検出可能にされている。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、１つのスピンドル４に、ＡＥセンサ１２を備えた回転体１１をスピンドル４の長手方向に複数設けてもよい。ＡＥセンサ１２を備えた回転体１１をスピンドル４の長手方向に複数設けることによって、スピンドル４の異常を高い精度で検知するだけでなく、その異常が発生している箇所を特定しやすくなる。また、スピンドル４に対して回転体１１を常に回転接触させるために、回転体１１をスピンドル４側に付勢する弾性体を用いた付勢手段を設けてもよいし、スピンドル４と回転体１１との間にグリース等を介在させてもよい。

１ 圧延機
２ａ，２ｂ 圧延ロール
３ 軸受
４ａ，４ｂ スピンドル（回転軸）
１０ 異常診断装置
１１ 回転体
１２ ＡＥセンサ
１４ 軸受
１５ 支持手段
１６ 解析手段

Claims (1)

1. 回転軸に発生する弾性波を検出する少なくとも１個以上の弾性波検出手段と、その弾性波検出手段に有線接続され、前記弾性波検出手段で検出された弾性波に基づいて前記回転軸の異常を解析する解析手段とを有する回転軸の異常診断装置であって、流体が封入され、前記回転軸の周面に常に当接するように前記回転軸の軸に平行な軸で回転可能に設置され、前記回転軸の回転に伴って回転可能とされた回転体を有し、
   前記弾性波検出手段が、前記流体と共に前記回転体内に設置され、前記流体に少なくとも一部が浸されたことを特徴とする回転軸の異常診断装置。

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