WO2018110479A1 - 転がり軸受の異常検知装置 - Google Patents

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WO2018110479A1
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detection device
rolling bearing
permanent magnets
pair
abnormality detection
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PCT/JP2017/044288
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伊藤　浩義
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Ntn株式会社
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Definitions

  • This invention relates to an abnormality detection device for an oil lubricated rolling bearing.
  • Rolling bearings are built into the moving parts of transport equipment, industrial machinery, and other various equipment.
  • the operating mechanism include a meshing portion between gears and a sliding contact portion between members.
  • an oil pump or the like has a rolling bearing and an operating mechanism.
  • the oil pump has a function of sending out the pumped lubricating oil toward another operating mechanism portion outside the device including the rolling bearing and the operating mechanism portion.
  • the durability of the equipment may be reduced due to the biting of the foreign matter. In some cases, it may lead to malfunction, failure, or damage of the equipment.
  • Patent Document 1 when foreign matter such as iron powder is mixed in the lubricating oil in the circulation path, the foreign matter is adsorbed to a magnet provided in the sensor, and the adsorbed foreign matter is accumulated.
  • An iron powder contamination detection method for lubricating oil that issues an alarm when a metal casing and a magnet are electrically connected via the accumulated foreign matter is disclosed.
  • a large-sized peeling piece that can be generated in a bearing space in a rolling bearing for an oil pump is disposed in the operating mechanism of the oil pump itself or in a lubricating oil circulation path that leads to the oil pump. It may cause troubles such as malfunction, failure or breakage of other operating mechanisms. Therefore, it is necessary to prevent foreign matter from flowing out from the rolling bearing and to detect the generated foreign matter.
  • the trapping of the foreign matter is limited to a minimum amount necessary for detecting the degree of the foreign matter mixed in the lubricating oil. After the trapped foreign matter electrically connects the casing and the magnet, the amount of foreign matter that passes without being adsorbed by the magnet cannot be detected.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned present state of the art, and it is more reliable that foreign matters such as iron powder generated from a rolling bearing enter an operating mechanism part in the middle of a lubricating oil circulation path.
  • the purpose is to prevent.
  • an inner ring and an outer ring, a rolling element disposed in a bearing space between the inner ring and the outer ring, and passage of lubricating oil from the bearing space are allowed.
  • a filter for preventing the passage of the metal piece, a pair of permanent magnets arranged at a distance from each other, and the pair of permanent magnets as electrodes, and wiring extending from the pair of electrodes to the power source An electric circuit whose electrical output changes as the metal pieces are attracted to the pair of permanent magnets, and a mixture of metal pieces of lubricant before passing through a filter by detecting a change in the electrical output of the electric circuit
  • An abnormality detection device for a rolling bearing comprising a state detection device for detecting a state.
  • Such an abnormality detection device can include a voltage dividing resistor in the electric circuit, and the electric output of the electric circuit detected by the state detection device can be a voltage divided output of the voltage of the electric circuit.
  • the pair of permanent magnets has a conductive coating layer on a surface thereof, and the coating layer is electrically connected to a terminal on a circuit board included in the electrical circuit as a part of the electrical circuit. Can be.
  • the state detection device may employ a device that determines an abnormal state by comparing a detection value of electrical output with a predetermined threshold value.
  • data storage means for storing information determined to be abnormal by the state detection device and past determination information stored in the data storage means are used to confirm the temporal change of the abnormal state. It can be provided with a temporal change confirmation means.
  • the metal piece mixed in the lubricating oil in the bearing space of the rolling bearing is adsorbed by the pair of permanent magnets provided in the filter, and the electric circuit of the electric circuit is increased as the adsorbed amount increases. Output changes.
  • the change of the electrical output is detected by the state detection device to detect the state of the metal pieces contained in the lubricating oil in the bearing space. This makes it possible to monitor the occurrence and accumulation of foreign matter in the rolling bearings over time, and to take appropriate measures based on the detection results. It becomes possible to more reliably prevent a foreign substance such as a piece from entering the operating mechanism part in the middle of the lubricating oil circulation path.
  • the abnormality of the rolling bearing can be detected by the electrical change of the electric circuit output, and the bearing can be replaced without failing to prevent the failure of each component of the equipment in the lubricating oil circulation path. It becomes possible.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a position along line AA in FIG.
  • FIG. 1 shows an application example of a rolling bearing abnormality detection device for an oil pump 10.
  • the oil pump 10 has a bearing unit 20 having a plurality of rolling bearings inside the device, and an operation mechanism 30 of the oil pump.
  • the bearing unit 20 includes three rolling bearings 21, 22, and 23 that are oil-lubricated in parallel inside the housing 11. By these rolling bearings 21, 22, and 23, a shaft member 32 that communicates with the operating mechanism portion 30 of the oil pump is supported so as to be rotatable about the axis with respect to the housing 11 whose position is fixed.
  • Each rolling bearing 21, 22, 23 has a rolling element 3 disposed between the raceway surfaces 1 a, 2 a of the outer raceway ring 1 and the inner raceway ring 2.
  • the rolling element 3 is housed in a pocket (not shown) of the cage 4 so as to be able to roll, and the cage 4 holds the position in the circumferential direction of the bearing.
  • the outer race 1 is referred to as an outer race 1
  • the inner race 2 is referred to as an inner race 2.
  • the outer ring 1 is press-fitted into the inner surface of the housing 11 and fixed to the housing 11 so as not to rotate relative to the housing 11.
  • the inner ring 2 is press-fitted into the outer periphery of a shaft member (rotating shaft) 32 and is fixed so as not to rotate relative to the shaft member 32.
  • tapered roller bearings using tapered roller rolling elements 3 are employed as the rolling bearings 21, 22, and 23, but rolling bearings other than tapered roller bearings may be employed. Further, the number of the rolling bearings 21, 22, 23 can be freely set according to the specifications of the apparatus.
  • the operating mechanism 30 of the oil pump 10 includes a pump rotor (not shown) that sends lubricating oil to the circulation path by rotating relative to each other in the pump casing.
  • the pump rotor is connected to a connection member 31 provided at the end of the shaft member 32, and is thus rotatable around the shaft of the shaft member 32.
  • the driving force to the pump rotor is input by a different route from a driving source (not shown).
  • the two rolling bearings 21 and 22 that are closer to the operating mechanism portion 30 are such that the small-diameter end surfaces of the tapered rollers are on the same side along the axial direction. That is, it is arranged so as to be on the opposite side of the operating mechanism 30.
  • the rolling bearing 23 farthest from the operation mechanism 30 is arranged so that the small diameter side end face of the tapered roller is on the operation mechanism 30 side. That is, the rolling bearings 21 and 22 and the rolling bearing 23 are disposed so that the small diameter side end surfaces of the tapered rollers are back to back.
  • raceway surface 2 a of the inner ring 2 and the raceway surface 1 a of the outer ring 1 are arranged so that the distance between the rolling bearings 21 and 22 decreases in the direction away from the operating mechanism 30, and the rolling bearing 23. Are arranged so that the distance from each other increases in the direction away from the operating mechanism 30.
  • spacers 5, 6, and 7 are arranged between each of the axially adjacent rolling bearings 21, 22, and 23.
  • a spacer 5 that contacts the end surfaces of the inner rings 2 and 2 on both sides on the inner diameter side and a spacer that contacts the end surfaces of the outer rings 1 and 1 on both sides on the outer diameter side. 6 are arranged respectively.
  • a spacer 7 is disposed on the outer diameter side so as to contact the end surfaces of the outer rings 1 and 1 on both sides.
  • Both ends of each of the rolling bearings 21, 22, 23 are on the one end side in the axial direction by the end face of the flange-shaped connecting member 31 provided at the end of the shaft member 32, and on the other end side in the axial direction, the end face of the holding member 8 Thus, the shaft member 32 is fixed so as not to move in the axial direction.
  • the preload is applied to each of the rolling bearings 21, 22, 23 by fixing with the connecting member 31 and the pressing member 8.
  • the shaft member 32 supported by the housing 11 by the rolling bearings 21, 22 and 23 is connected to the operating mechanism 30 of the oil pump 10. Moreover, the oil pump 10 has a function of sending the internal lubricating oil toward another operating mechanism portion outside.
  • Supplied lubricating oil flows along the lubricating oil circulation path, lubricates the operating mechanism of each part, and then returns to the oil pump.
  • the operating mechanism 30 and the bearing unit 20 in the pump are lubricated with a common lubricating oil.
  • the operating mechanism 30 on the oil pump side and the bearing space on the bearing unit 20 side communicate with each other through circulation paths 12 and 13 for the lubricating oil.
  • the lubricating oil is also sent to an external operating mechanism.
  • the illustrated circulation path 13 includes an axial lubrication path 13a provided along the axial direction so as to be concentric with the axis of the shaft member 32 from the oil pump side, and a radially outer side from the end of the lubrication path 13a. And a radial lubrication path 13 b that opens to the outer peripheral surface of the shaft member 32.
  • the radial lubrication path 13b opens in an annular space C sandwiched between the rolling bearings 22 and 23. Therefore, the circulation path 13 communicates with each bearing space of the rolling bearings 21 and 22 through the annular space C to one side in the axial direction (left side in the figure), and to the other side in the axial direction (right side in the figure). It communicates with 23 bearing spaces.
  • the lubricating oil that has passed through the bearing space of the rolling bearing 23 through the annular space C passes through the opening of the bearing space on the other end side in the axial direction of the rolling bearing 23 and the housing end provided on the other end side in the axial direction of the rolling bearing 23. Enter the subspace B. Thereafter, the oil returns to the operating mechanism 30 side of the oil pump by the lubricating oil circulation path 12 formed in the housing 11.
  • the circulation path 12 includes a radial lubrication path 12b extending radially outward from the housing end space B, and an axial lubrication path 12a provided along the axial center direction of the shaft member 32 from the radial lubrication path 12b.
  • the lubricating oil that has passed through the annular space C and the bearing space of the rolling bearings 22 and 21 returns to the operating mechanism portion 30 side of the oil pump through the opening of the bearing space on one end side in the axial direction of the rolling bearing 21. Go.
  • the operating mechanism 30 of the oil pump and the rolling bearings 21, 22, and 23 of the bearing unit 20 are lubricated by the common lubricating oil.
  • a seal ring 40 having a filter 45 (see FIG. 2) is attached to the opening of the bearing space on one end side in the axial direction of the rolling bearing 21 and the opening of the bearing space on the other end side in the axial direction of the rolling bearing 23. It has been. Both seal rings 40 have a common structure as shown below.
  • the seal ring 40 is attached so as to cover the opening on each corresponding side of the bearing space of the rolling bearings 21 and 23. Since the opening is formed in an annular shape along the raceway surfaces 1a and 2a of the outer ring 1 and the inner ring 2, the seal ring 40 covering the opening is also formed in an annular shape.
  • the seal ring 40 of the illustrated apparatus is made of a synthetic resin molded product.
  • the resin seal ring 40 is attached between the large collar of the inner ring 2 and the large-diameter side end of the inner diameter surface of the outer ring 1.
  • the outer ring 1 is on the stationary side and the inner ring 2 is on the rotating side.
  • the seal ring 40 is fixed to the outer ring 1 to be fixed by fitting or the like. However, the seal ring 40 can be fixed to the rotating inner ring 2 by fitting or the like.
  • the seal ring 40 includes a locking portion 42 that is locked to the outer ring 1, a wall portion 41 that rises from the locking portion 42 toward the inner diameter side, and an inner ring that extends from the wall portion 41. 2 and an inner cylindrical portion 43 facing the outer diameter surface.
  • the locking portion 42 is cylindrical, and the cylindrical locking portion 42 is press-fitted into the inner diameter surface of the outer ring 1.
  • a protrusion or the like is provided on the outer diameter surface of the locking portion 42, and the protrusion or the like is fitted into a seal groove or the like provided at the end on the inner diameter side of the outer ring 1 so that the outer ring 1 and the seal ring 40 are fixed to each other. You may be made to do.
  • the inner cylindrical portion 43 closer to the inner diameter is brought into sliding contact with the outer surface of the large collar of the inner ring 2. Or it is made to face the outer diameter surface of the large brim with a slight gap.
  • the wall portion 41 of the seal ring 40 is provided with a filter 45 (see FIG. 2) having a number of mesh-shaped eye holes 44 (see FIG. 2).
  • the mesh-shaped eye holes 44 of the filter 45 prevent foreign matters from passing through the bearing spaces of the rolling bearings 21, 22 and 23, and allow the lubricating oil to pass.
  • the maximum value of the inner diameter of the eye hole 44 is set to an appropriate size so as to allow passage of a foreign substance having a size that does not affect even if it enters the operating mechanism 30 side.
  • a pair of permanent magnets 51 a and 51 b are provided inside the filter 45 of the seal ring 40 so as to be spaced apart from each other.
  • the pair of permanent magnets 51a and 51b are used as electrodes, respectively, and an electric circuit 52 extending from both electrodes to the power source is provided, and a control means 70 (see FIG. 8) for controlling the electric circuit 52 is provided. ing.
  • Permanent magnets 51a and 51b and wirings 57 and 58 for energizing the electric circuit 52 connected thereto are installed on the circuit board 50. Further, a part of the wiring of the electric circuit 52 is drawn out of the rolling bearings 21 and 23 from the circuit board 50, and a part of the drawn wiring and the control means 70 are provided on the housing 11 and its peripheral frame. It is attached to a stationary member (fixing member).
  • Permanent magnets 51a and 51b serve both as the adsorption of foreign matter such as iron powder and iron pieces and the function of the electrode of the electric circuit 52 for detecting it. That is, the permanent magnets 51a and 51b have a magnetic force for adsorbing a metal, and at least the surface thereof has a coating layer (conductive layer) made of a material that conducts electricity. This coating layer and the wiring and terminals of the electric circuit 52 are electrically connected.
  • the material of the permanent magnets 51a and 51b for example, a material obtained by applying nickel plating (surface treatment) to an Nd system can be used. According to such permanent magnets 51a and 51b, it is possible to solder the wiring to the pattern circuit provided on the circuit board 50.
  • Nickel plating is excellent in conductivity, so the performance of detecting the adsorption of foreign matter is enhanced.
  • plating surface treatment
  • gold, silver, or copper may be applied.
  • the permanent magnets 51a and 51b, the resistors for voltage division, and a part of the wiring of the electric circuit are fixed to the circuit board 50 by soldering.
  • the circuit board 50 is fixed to the filter 45 by heat caulking (thermal fusion).
  • the circuit board 50 may be formed integrally with the filter 45, or the electric circuit itself may be directly provided on the filter 45.
  • circuit board 50 is fixed to the bearing space side of the front and back surfaces of the wall portion 41 of the seal ring 40 from the viewpoint of adsorbing foreign matters more efficiently.
  • the distance L (see FIG. 6) between the permanent magnets 51a and 51b can be set as appropriate.
  • it is desirable to set a range of 8 to 17 times the size of a magnetic substance such as an iron piece to be adsorbed and captured (assumed size is an average particle size of about 50 ⁇ m to 350 ⁇ m). It has been experimentally verified that the foreign object can be detected satisfactorily by such setting.
  • the set value is particularly preferably 10 to 15 times the size of the foreign matter. The reason will be described later.
  • the permanent magnet 51 a is connected to the wiring 58 formed on the circuit board 50. Further, the opposite end of the wiring 58 is connected to the GND terminal 60 as a ground.
  • the wiring 57 is connected to the output terminal 61.
  • the output terminal 61 constitutes a part of the voltage dividing circuit.
  • Fig. 8 shows the electrical circuit diagram.
  • the electric resistance of the voltage dividing resistor 59 corresponds to R1
  • the electric resistance between the pair of permanent magnets 51a and 51b corresponds to R2.
  • the control means 70 controls the electric circuit 52 through the cable 63 drawn from the input terminal (power source) 62, the GND terminal 60, and the output terminal 61.
  • the control means 70 includes a state detection device 71 that detects an output through the voltage dividing circuit of the electric circuit 52.
  • the electrical output from the electric circuit 52 changes.
  • the change in the output is detected and acquired by the state detection device 71, and the state (containment status, etc.) of the foreign matter Fm mixed in the lubricating oil is detected based on the acquired data.
  • the electrical output detected by the state detection device 71 is a voltage divided output in the electrical circuit 52.
  • the potential of the input terminal (power supply) 62 is set to E (V) and the potential of the GND terminal 60 is set to 0 (V). ).
  • Lubricating oil flows inside the bearing space of the rolling bearing and passes through the mesh-shaped pores of the filter 45 of the seal ring 40. If foreign matter such as iron powder or peeling pieces (iron pieces) is adsorbed in the lubricating oil, the foreign matter is attracted to the permanent magnets 51a and 51b and the pair of opposing electrodes is electrically connected. Short circuit. This reduces the resistance value between the electrodes.
  • the electrical resistance value between the permanent magnets 51a and 51b varies depending on the state of adhesion of iron powder or peeled pieces (iron pieces). As a general tendency, the resistance value is large because the cross-sectional area of the portion through which the current can pass is small when the amount of adhesion is small, and the resistance value is small because the cross-sectional area of the portion through which the current can pass is large when the amount of adhesion is large. Become.
  • the electrical resistance value between the permanent magnets 51a and 51b decreases as the amount of foreign matter Fm adsorbed increases as shown in FIG. 6 from the state of FIG. That is, the potential of the output terminal 61 gradually decreases as time passes as shown in FIG. 7, and the output voltage acquired by the state detection device 71 decreases accordingly.
  • the amount of adsorbed foreign matter can be estimated.
  • a threshold value is set in advance for the output voltage, and when the electrical output from the output terminal 61 becomes equal to or less than the threshold value, the state detection device 71 can be set to determine that the rolling bearing is in an abnormal state. That's fine.
  • the control means 70 includes a data storage means 72 that stores information that the state detection device 71 determines to be abnormal, and a time-change confirmation means that confirms the temporal change of the abnormal state based on past determination information stored by the data storage means 72. 73.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (d) show the particle size of the foreign matter Fm attracted to the pair of permanent magnets 51a and 51b and the gap between the attracted foreign matter. It is a graph which shows the change of the output voltage of an electric circuit by the fluctuation
  • the distance L between the pair of permanent magnets is 8 to 17 times, particularly 10 to 15 times the size of the foreign substance Fm of the magnetic substance attracted and captured by the permanent magnets 51a and 51b (symbol d in FIG. 5). The reason why double is desirable is based on these data.
  • the amount of foreign matter Fm attracted to the permanent magnets 51a and 51b increases with time, and the increase Accordingly, the gap g (see FIG. 5) between the foreign substances Fm and Fm attracted to the pair of permanent magnets 51a and 51b is reduced, and the output voltage is reduced.
  • the output voltage is equal to or lower than the threshold value, the rolling bearing is determined to be in an abnormal state, and the control unit 70 issues an alarm.
  • the input voltage VDD is a difference between the potential of the input terminal (power supply) 62 and the potential of the GND terminal 60.
  • the data storage means 72 and the time-change confirmation means 73 can store the information of these determination data, and can use the information for the next determination and control of alarm transmission.
  • the filter 45 is provided in the seal ring 40 that covers the opening of the bearing space of the rolling bearings 21 and 23, but the place where the filter 45 is provided may be other than the seal ring 40.
  • a filter 45 capable of capturing foreign matter may be provided in the middle of the circulation paths 12 and 13, and the abnormality detection device having the above-described configurations may be attached to the filter 45.
  • the rolling bearing abnormality detection device of the present invention can be applied to devices other than oil pumps.
  • the abnormality detection device for a rolling bearing according to the present invention needs to prevent foreign matter such as wear powder (iron powder, etc.) generated from the rolling bearing from entering an operating mechanism portion in the middle of a lubricating oil circulation path. It can be applied to a variety of devices.

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Abstract

内輪（２）及び外輪（１）との間の軸受空間内から前記軸受空間外への潤滑油の通過を許容し金属片の通過を阻止するフィルタ（４５）と、互いに間隔を置いて配置されてフィルタ（４５）に設けられる対の永久磁石（５１ａ，５１ｂ）と、対の永久磁石（５１ａ，５１ｂ）をそれぞれ電極として両電極からそれぞれ配線が伸びて電源に至る、対の永久磁石に対する金属片の吸着に伴って電気的出力が変化する電気回路（５２）と、電気回路（５２）の電気的出力の変化を検出して潤滑油の金属片混入状態を検知する状態検出装置（７１）とを備える転がり軸受の異常検知装置とした。

Description

転がり軸受の異常検知装置
　この発明は、オイル潤滑される転がり軸受の異常検知装置に関するものである。
　輸送機器や産業機械、その他各種機器の可動部には、転がり軸受が組み込まれている。このような機器の中には、油潤滑される転がり軸受以外に潤滑が必要な作動機構部を有し、その作動機構部と転がり軸受とが、共通のオイルで潤滑される構造となっているものがある。前記作動機構部としては、例えば、ギヤ同士の噛み合い部分や部材同士の摺接部分等が挙げられる。
　例えば、オイルポンプ等は、転がり軸受と作動機構部とを有している。また、特に、オイルポンプは、前記転がり軸受と作動機構部とを備えた機器の外部にある他の作動機構部に向かって、汲み上げた潤滑油を送り出す機能を備えている。
　ところで、転がり軸受の内輪と外輪間に作り出される軸受空間では、摩耗粉等の異物（鉄粉等）が発生することがある。
　その異物が、潤滑油の循環経路の途中に有る作動機構部に侵入（流入）すると、異物の噛み込みによって、機器の耐久性が低下することがある。また、場合によっては、機器の作動不良・故障・破損に繋がることもある。
　そこで、その対応として、例えば、下記特許文献１には、鉄粉などの異物が循環経路内の潤滑油に混入した場合、その異物を、センサが備える磁石に吸着させ、吸着した異物が堆積してその堆積異物を介して金属製のケーシングと磁石とが電気的に導通したときに、警報を発する潤滑油の鉄粉汚濁検知方法が開示されている。
特開平７－２８０１８０号公報
　転がり軸受において発生する鉄粉などの異物が、潤滑油の循環経路の途中にある作動機構部に侵入することは好ましくない。
　特に、オイルポンプ用の転がり軸受において軸受空間内で発生することが考えられるサイズの大きな剥離片は、オイルポンプ自身の作動機構部や、オイルポンプに通じた潤滑油の循環経路内に配置された他の作動機構部の作動不良・故障・破損などのトラブルの原因になる。
　このために、転がり軸受からの異物の流出防止や、発生した異物を回収するための検出が必要になる。
　上記特許文献１に記載の技術では、センサが備える磁石は、潤滑油の循環経路内に臨んでいる。しかし、この技術では、循環経路内の潤滑油に混入した異物の多くは、センサの磁石に吸着されることなく、その傍らを通過してしまう可能性がある。
　また、特許文献１に記載の技術では、異物の捕捉は、潤滑油内の異物の混入度合いを検知するのに必要な最小限の量にとどまる。捕捉した異物がケーシングと磁石とを電気的に導通させた後に磁石の傍らを吸着されずに通過する異物の量などは検知できない。
　そのため、磁石に吸着されなかった異物の作動機構部への侵入を十分に阻止することができない。
　この発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、転がり軸受から発生した鉄粉等の異物が、潤滑油の循環経路の途中にある作動機構部に侵入することを、より確実に防止することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、この発明においては、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受空間に配置される転動体と、前記軸受空間からの潤滑油の通過を許容し、金属片の通過を阻止するフィルタと、互いに間隔をおいて配置されて前記フィルタに設けられる対の永久磁石と、この対の永久磁石をそれぞれ電極にして対の電極から配線が延びて電源に至る、前記対の永久磁石に対する前記金属片の吸着に伴って電気的出力が変化する電気回路と、当該電気回路の電気的出力の変化を検出してフィルタを通過する前の潤滑油の金属片混入状態を検知する状態検出装置と、を備える転がり軸受の異常検知装置を提供する。
　かかる異常検知装置は、前記電気回路に分圧用の抵抗器を含ませ、前記状態検出装置が検出する前記電気回路の電気的出力を、電気回路の電圧の分圧出力とすることができる。
　また、前記対の永久磁石がその表面に導電性の被覆層を備え、その被覆層と前記電気回路に当該電気回路の一部として含ませた回路基板上の端子とが電気的に接続されているものにすることができる。
　さらに、前記状態検出装置は、電気的出力の検出値を所定の閾値と照らして異常状態を判定するものを採用することができる。
　このほか、前記状態検出装置が異常と判定した情報を記憶するデータ蓄積手段（データ蓄積用サーバ）と、前記データ蓄積手段が記憶する過去の判定の情報と照らして異常状態の経時変化を確認する経時変化確認手段とを備えるものにすることができる。
　この発明の異常検知装置によれば、転がり軸受の軸受空間内の潤滑油に混入した金属片がフィルタに設けた対の永久磁石に吸着され、その吸着量の増加に伴って前記電気回路の電気的出力が変化する。
　その電気的出力の変化を、前記状態検出装置が検出して前記軸受空間内の潤滑油の金属片含有状態を検知する。これにより、転がり軸受内での異物の発生状況や蓄積状態などの経時監視が可能になり、検知結果に基づく適切な対応を採ることが可能になって、転がり軸受内で発生する鉄粉や剥離片等の異物が、潤滑油の循環経路の途中にある作動機構部に侵入することをより確実に防止できるようになる。
　また、同時に、電気回路出力の電気的な変化により転がり軸受の異常検知が行え、機を逸しない軸受交換などが行えるようになって潤滑油循環経路の機器の各部品の故障を未然に防止することが可能になる。
この発明の異常検知装置を採用したオイルポンプの一例を示す断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った位置の拡大断面図である。 図１のオイルポンプに設けた異常検知装置の検知部の要部を示す正面図である。 回路基板と対の永久磁石で構成される電極を示す正面視の概略図である。 鉄粉の吸着状態を示すモデル図である。 吸着した鉄粉によって対の電極が短絡した状態を示すモデル図である。 電気出力の変化を示すグラフ図である。 電気回路の回路図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。 対の永久磁石に吸着される異物の粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。
　この発明の転がり軸受の異常検知装置の実施形態を、添付図面を参照して説明する。図１は、オイルポンプ１０に対する転がり軸受の異常検知装置の適用例を示している。
　オイルポンプ１０は、機器の内部に転がり軸受を複数備えた軸受ユニット２０と、オイルポンプの作動機構部３０とを有している。
　軸受ユニット２０は、ハウジング１１の内部に、油潤滑される３つの転がり軸受２１，２２，２３を並列して備えている。これらの転がり軸受２１，２２，２３によって、オイルポンプの作動機構部３０に通じる軸部材３２が、位置固定のハウジング１１に対して軸周り回転自在に支持されている。
　各転がり軸受２１，２２，２３は、外側軌道輪１と内側軌道輪２の各軌道面１ａ，２ａの間に転動体３を配置したものである。転動体３は、保持器４のポケット（図示せず）に転動可能に収容されており、軸受周方向の位置保持が保持器４によってなされている。以下、外側軌道輪１を外輪１と、内側軌道輪２を内輪２と称する。
　外輪１はハウジング１１の内径面に圧入されて、そのハウジング１１に対して相対回転不可に固定されている。内輪２は、軸部材（回転軸）３２の外周に圧入されて、その軸部材３２に対して相対回転不可に固定されている。
　図示のオイルポンプ１０では、転がり軸受２１，２２，２３として、円すいころの転動体３を用いた円すいころ軸受を採用しているが、円すいころ軸受以外の転がり軸受を採用してもよい。また、その転がり軸受２１，２２，２３の設置数は、装置の仕様に応じて自由に設定できる。
　オイルポンプ１０の作動機構部３０は、ポンプケーシング内に互いに相対回転することにより潤滑油を循環経路へ送り出すポンプロータ（図示せず）を備える。ポンプロータは、軸部材３２の端部に設けた接続部材３１に接続され、これにより、軸部材３２の軸周りに回転可能な状態である。ポンプロータへの駆動力は、図示しない駆動源から別ルートで入力される。
　図１に示すように、並列する転がり軸受２１，２２，２３のうち、作動機構部３０寄りの２つの転がり軸受２１，２２は、円すいころの小径側端面同士が軸方向に沿って同じ側、すなわち、作動機構部３０の反対側になるように配置されている。
　また、作動機構部３０から最も遠い転がり軸受２３は、円すいころの小径側端面が作動機構部３０側になるように配置されている。すなわち、転がり軸受２１，２２と転がり軸受２３とは、円すいころの小径側端面同士が背面合わせになるように配置されている。
　このため、内輪２の軌道面２ａと外輪１の軌道面１ａは、転がり軸受２１，２２については、作動機構部３０から離れる方向に向かって互いの距離が狭まるように配置され、転がり軸受２３については、作動機構部３０から離れる方向に向かって互いの距離が拡がるように配置されている。
　図１に示すように、軸方向に隣り合う転がり軸受２１，２２，２３の各々の間には、間座５，６，７が配置されている。
　並列する転がり軸受２１と２２の間には、内径側に、両側の内輪２，２の端面に当接する間座５が、外径側に、両側の外輪１，１の端面に当接する間座６がそれぞれ配置されている。
　また、転がり軸受２２と２３の間には、外径側に、両側の外輪１，１の端面に当接する間座７が配置されている。
　各転がり軸受２１，２２，２３の両端は、軸方向一方側では、軸部材３２の端部に設けたフランジ状の接続部材３１の端面によって、また、軸方向他方側では、押え部材８の端面によって、軸部材３２に対して軸方向へ動かないように固定されている。
　この接続部材３１と押え部材８による固定によって、各転がり軸受２１，２２，２３には予圧が付与されている。
　転がり軸受２１，２２，２３によってハウジング１１に支持された軸部材３２は、オイルポンプ１０の作動機構部３０に接続されている。また、オイルポンプ１０は、外部にある他の作動機構部に向かって、内部の潤滑油を送り出す機能を備えている。
　送り出した潤滑油は、潤滑油の循環経路に沿って流れて各部の作動機構部を潤滑した後、やがてオイルポンプに戻ってくる。
　また、このオイルポンプ１０においては、ポンプ内の作動機構部３０と軸受ユニット２０とが、共通の潤滑油で潤滑されるようになっている。オイルポンプ側の作動機構部３０と軸受ユニット２０側の軸受空間とは、潤滑油の循環経路１２，１３で連通している。また、その潤滑油は、外部の作動機構部にも送り出される。
　例示の循環経路１３は、オイルポンプ側から軸部材３２の軸心と同心となるように軸心方向に沿って設けられた軸方向潤滑経路１３ａと、その潤滑経路１３ａの端部から半径方向外側へ伸びて、軸部材３２の外周面に開口する径方向潤滑経路１３ｂを備える。
　径方向潤滑経路１３ｂは、転がり軸受２２，２３の間に挟まれた環状空間Ｃに開口している。そのため、循環経路１３は、環状空間Ｃを介して軸方向一方側（図中左側）へは転がり軸受２１，２２の各軸受空間に連通し、軸方向他方側（図中右側）へは転がり軸受２３の軸受空間に連通している。
　環状空間Ｃを経て、転がり軸受２３の軸受空間を通過した潤滑油は、転がり軸受２３の軸方向他端側の軸受空間の開口を通じて、転がり軸受２３の軸方向他端側に設けられたハウジング端部空間Ｂに入り込む。その後、ハウジング１１に形成された潤滑油の循環経路１２によって、オイルポンプの作動機構部３０側へと戻っていく。
　循環経路１２は、ハウジング端部空間Ｂから半径方向外側へ伸びる径方向潤滑経路１２ｂと、その径方向潤滑経路１２ｂから軸部材３２の軸心方向に沿って設けられた軸方向潤滑経路１２ａとを備える。
　また、環状空間Ｃを経て、転がり軸受２２，２１の軸受空間を通過した潤滑油は、転がり軸受２１の軸方向一端側の軸受空間の開口を通じて、オイルポンプの作動機構部３０側へと戻っていく。
　これにより、オイルポンプの作動機構部３０と、軸受ユニット２０の転がり軸受２１，２２，２３が、共通の潤滑油によって潤滑される。
　ところで、転がり軸受２１，２２，２３の軸受空間においては、摩耗粉（鉄粉等）や剥離片等の異物が発生することがある。この異物が、オイルポンプの作動機構部３０や、循環経路途中の他の作動機構部に侵入することは好ましくない。
　そこで、転がり軸受２１の軸方向一端側の軸受空間の開口、及び、転がり軸受２３の軸方向他端側の軸受空間の開口には、それぞれフィルタ４５（図２参照）を有するシールリング４０が取付けられている。どちらのシールリング４０も、以下に示すように、共通の構造となっている。
　シールリング４０は、転がり軸受２１，２３の軸受空間の各対応する側の開口を覆うように取付けられる。その開口は、外輪１と内輪２の軌道面１ａ，２ａに沿って環状に形成されているので、それを覆うシールリング４０も、環状をなすものになっている。
　図示の装置のシールリング４０は、合成樹脂の成形品からなる。その樹脂製のシールリング４０が、内輪２の大つばと外輪１の内径面の大径側端部との間に取付けられている。
　なお、外輪１は静止側、内輪２は回転側である。シールリング４０は、固定される外輪１に嵌合等によって固定されるが、このシールリング４０を、回転する内輪２に嵌合等によって固定することも可能である。
　シールリング４０は、図１に示すように、外輪１に係止される係止部４２と、その係止部４２から内径側に向かって立ち上がる壁部４１と、その壁部４１から伸びて内輪２の外径面に対向する内側円筒部４３とを備える。
　係止部４２は円筒状であり、その円筒状の係止部４２が、外輪１の内径面に圧入される。係止部４２の外径面に突起等を設け、その突起等が外輪１の内径面の大径側端部に設けたシール溝等に嵌合して、外輪１とシールリング４０が互いに固定されるようにしてもよい。内径寄りの内側円筒部４３は、内輪２の大つば外径面に摺接させる。又は、わずかな隙間をもって大つば外径面に対面させる。
　シールリング４０の壁部４１には、多数のメッシュ状の目孔４４（図２参照）を有するフィルタ４５（図２参照）が設けられている。このフィルタ４５のメッシュ状の目孔４４によって、転がり軸受２１，２２，２３の軸受空間からの異物の通過が阻止され、潤滑油の通過は許容される。
　前記目孔４４の内径の最大値は、作動機構部３０側へ侵入しても影響がない程度のサイズの異物の通過は許容されるよう、適宜の寸法に設定される。
　シールリング４０のフィルタ４５の内側には、図３に示すように、互いに間隔を置いて配置される対の永久磁石５１ａ，５１ｂが設けられている。
　また、その対の永久磁石５１ａ，５１ｂをそれぞれ電極として、両電極からそれぞれ配線が伸びて電源に至る電気回路５２、及び、その電気回路５２を制御する制御手段７０（図８参照）が設けられている。
　永久磁石５１ａ，５１ｂや、それに接続される電気回路５２の通電用の配線５７，５８は、回路基板５０に設置されている。また、電気回路５２の配線の一部は、回路基板５０から転がり軸受２１，２３の外部に引き出され、その引き出された配線の一部と制御手段７０は、ハウジング１１やその周辺のフレーム等の不動部材（固定部材）に取付けられている。
　永久磁石５１ａ，５１ｂは、鉄粉や鉄片等の異物の吸着と、それを検知する電気回路５２の電極の機能を兼ねている。すなわち、永久磁石５１ａ，５１ｂは、金属を吸着する磁力を備えるとともに、少なくともその表面は、電気が導通する素材で構成された被覆層（導電層）を備えている。この被覆層と電気回路５２の配線や端子とが電気的に接続されている。
　永久磁石５１ａ，５１ｂの素材としては、例えば、Ｎｄ系にニッケルメッキ（表面処理）を施したものを使用することができる。このような永久磁石５１ａ，５１ｂによれば、回路基板５０に設けられたパターン回路に配線を半田付けすることが可能である。
　ニッケルメッキは、導電性に優れるので、異物の吸着を検知する性能が高まる。永久磁石５１ａ，５１ｂの表面に設けられる被覆層の素材として、さらにふさわしくは、金，銀，銅などのメッキ（表面処理）を適用してもよい。また、永久磁石５１ａ，５１ｂの素材全体が導電性を備えるものを採用してもよい。
　図３の配線例に示すように、永久磁石５１ａ，５１ｂや分圧用の抵抗器や電気回路の一部の配線は、回路基板５０に半田付けにて固定される。また、回路基板５０は、フィルタ４５に熱カシメ（熱融着）して固定される。あるいは、図示しないが回路基板５０はフィルタ４５に一体に成形されていてもよいし、電気回路自体をフィルタ４５に直接設けても良い。
　また、回路基板５０は、異物をより効率よく吸着させる観点から、シールリング４０の壁部４１の表裏面のうち、軸受空間側に固定されることが望ましい。
　なお、永久磁石５１ａ，５１ｂ間の距離Ｌ（図６参照）は、適宜に設定する事ができる。例えば、吸着させて捕捉する鉄片などの磁性体の異物の大きさ（想定される大きさは、平均粒子サイズ５０μｍ～３５０μｍ程度）に対して、８倍～１７倍の範囲に設定するのが望ましく、そのように設定することで異物の検出が良好に行われることが実験により検証されている。その設定値は、異物の大きさの１０倍～１５倍が特に望ましい。その理由は、後に説明する。
　永久磁石５１ａは、回路基板５０上に形成された配線５８に接続されている。また、配線５８の反対側の端部は、アースとしてＧＮＤ端子６０に接続されている。
　また、配線５７は、出力端子６１に接続されている。この出力端子６１は、分圧回路の一部を構成している。
　図８に、電気回路図を示す。図８において、分圧用抵抗器５９の電気抵抗がＲ１、対の永久磁石５１ａ，５１ｂ間の電気抵抗がＲ２に相当する。
　制御手段７０は、入力端子（電源）６２、ＧＮＤ端子６０、出力端子６１から引き出されたケーブル６３を通じて、この電気回路５２を制御する。
　その制御手段７０は、電気回路５２の分圧回路を通じた出力を検出する状態検出装置７１を備える。
　対の永久磁石５１ａ，５１ｂに、図５、図６に示すように、金属片等の異物Ｆｍが吸着されて吸着異物の量が増えて行くと、電気回路５２からの電気的出力が変化する。その出力の変化を状態検出装置７１が検出して取得し、その取得データに基づいて潤滑油に混入している異物Ｆｍの状態（含有状況など）を検知する。
　状態検出装置７１が検知する電気的出力は、電気回路５２における電圧の分圧出力である。分圧出力は、例えば、入力端子（電源）６２の電位をＥ（Ｖ）、ＧＮＤ端子６０の電位を０（Ｖ）として、その間に位置する出力端子６１の電位（抵抗Ｒ１で降圧させた電位）で示される。
　潤滑油は転がり軸受の軸受空間の内部を流れて、シールリング４０のフィルタ４５のメッシュ状の目孔を通過する。潤滑油中に鉄粉や剥離片（鉄片）等の磁石に吸着する磁性体の異物が混入していると、その異物が、永久磁石５１ａ，５１ｂに吸着して対向する対の電極間が電気的に短絡する。これにより電極間の抵抗値が小さくなる。
　永久磁石５１ａ，５１ｂ間の電気抵抗値は、鉄粉や剥離片（鉄片）等の付着状態によって、変化する。一般的な傾向としては、付着量が少ないと電流が通過し得る部分の断面積が小さいので抵抗値が大きく、付着量が多いと電流が通過し得る部分の断面積が大きいので抵抗値が小さくなる。
　例えば、図５の状態から図６のように異物Ｆｍの吸着量が増えて行くにつれて、永久磁石５１ａ，５１ｂ間の電気抵抗値は小さくなる。すなわち、出力端子６１の電位は時間経過に伴って図７のように徐々に小さくなり、これにより状態検出装置７１が取得する出力電圧は小さくなる。
　このため、入力端子（電源）６２の電位と、ＧＮＤ端子６０の電位に対して、出力端子６１の電位（分圧出力）を比較することによって、異物の吸着量を推定できる。
　異物のある吸着量に対して、どの程度の出力電圧（出力端子６１の電位＝分圧出力）になるかは、予め実験等で算出しておくことができる。これらの情報は、後述のデータ蓄積手段７２に記憶することができる。
　このため、出力電圧に予め閾値を設けておき、出力端子６１からの電気的出力が閾値以下になった場合に、状態検出装置７１が、転がり軸受を異常状態と判断するように設定しておけばよい。
　制御手段７０は、状態検出装置７１が異常と判定した情報を記憶するデータ蓄積手段７２と、データ蓄積手段７２が記憶する過去の判定の情報によって、異常状態の経時変化を確認する経時変化確認手段７３とを備えている。
　このため、どの程度の異物の吸着量に対して、どの程度の出力電圧（出力端子６１の電位＝分圧出力）になるかや、異常状態に移行するまでの残りの稼働可能時間等を、軸受ユニット２０毎に把握することが可能になる。
　図９（ａ）～図９（ｄ）、図１０（ａ）～図１０（ｄ）は、対の永久磁石５１ａ，５１ｂに吸着される異物Ｆｍの粒子サイズと、吸着された異物間のギャップの大きさの変動による電気回路の出力電圧の変化を示すグラフ図である。対の永久磁石間の距離Ｌについて、永久磁石５１ａ，５１ｂに吸着させて捕捉する磁性体の異物Ｆｍの大きさ（図５の符号ｄ）に対して８倍～１７倍、特に１０倍～１５倍が望ましいとしたのは、これ等のデータに基づくものである。
　図９（ａ）～図９（ｄ）、図１０（ａ）～図１０（ｄ）のように、時間の経過とともに永久磁石５１ａ，５１ｂに吸着される異物Ｆｍの量が増加し、その増加に応じて対の永久磁石５１ａ，５１ｂに吸着された異物Ｆｍ、Ｆｍ間のギャップｇ（図５参照）が縮小して出力電圧は減少していく。出力電圧が閾値以下となった場合、転がり軸受を異常状態と判定し、制御手段７０は警報を発信する。
　ここで、分圧回路の出力で電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧をＶＤＤとした場合、
Ｖｏｕｔ＝［Ｒ１／｛Ｒ１＋Ｒ２｝］×ＶＤＤ
である。ただし、入力電圧ＶＤＤは、入力端子（電源）６２の電位と、ＧＮＤ端子６０の電位との差である。
　データ蓄積手段７２や経時変化確認手段７３は、これらの判定データの情報を記憶することにより、それらの情報を、次なる判定、警報発信の制御に活用することができる。
　永久磁石５１ａ，５１ｂ間の距離Ｌは、異物の大きさの１０倍～１５倍が最適であることが図１０（ａ）～図１０（ｄ）から読み取れる。
　例示のオイルポンプ１０においては、フィルタ４５を、転がり軸受２１，２３の軸受空間の開口を覆うシールリング４０に設けたが、フィルタ４５を設ける場所は、シールリング４０以外でもよい。例えば、循環経路１２，１３の途中に異物を捕捉可能なフィルタ４５を設けて、そのフィルタ４５に、上記の各構成からなる異常検知装置を取り付けてもよい。
　また、この発明の転がり軸受の異常検知装置は、オイルポンプ以外の装置にも適用できる。特に、この発明の転がり軸受の異常検知装置は、転がり軸受から発生する摩耗粉（鉄粉等）等の異物が、潤滑油の循環経路の途中にある作動機構部に侵入することを防ぐ必要がある種々の装置に適用できる。
１　　　　　外輪（外側軌道輪）
１ａ，２ａ　軌道面
２　　　　　内輪（内側軌道輪）
３　　　　　転動体
４　　　　　保持器
５，６，７　間座
８　　　　　押え部材
１０　　　　オイルポンプ
１１　　　　ハウジング
１２，１３　循環経路
２０　　　　軸受ユニット
２１，２２，２３　転がり軸受
３０　　　　作動機構部
３１　　　　接続部材
３２　　　　軸部材
４０　　　　シールリング
４１　　　　壁部
４２　　　　係止部
４３　　　　内側円筒部
４４　　　　目孔
４５　　　　フィルタ
５０　　　　回路基板
５１ａ，５１ｂ　永久磁石
５２　　　　電気回路
６０　　　　ＧＮＤ端子
７０　　　　制御手段
７１　　　　状態検出装置
７２　　　　データ蓄積手段
７３　　　　経時変化確認手段
Ｆｍ　　　　磁性体の異物
ｄ　　　　　異物の大きさ
ｇ　　　　　対の永久磁石に吸着した異物間のギャップ
Ｌ　　　　　対の永久磁石間の距離

Claims (9)

  1. 　内輪及び外輪と、
    　前記内輪と前記外輪との間の軸受空間に配置される転動体と、
    　前記軸受空間内からの潤滑油の通過を許容し金属片の通過を阻止するフィルタと、
    　互いに間隔を置いて配置されて前記フィルタに設けられる対の永久磁石と、
    　前記対の永久磁石をそれぞれ電極として両電極からそれぞれ配線が伸びて電源に至る、前記対の永久磁石に対する前記金属片の吸着に伴って電気的出力が変化する電気回路と、
    　前記電気回路の電気的出力の変化を検出して潤滑油の金属片混入状態を検知する状態検出装置と、
    を備える転がり軸受の異常検知装置。
  2. 　前記対の永久磁石間の距離が、前記軸受空間内で発生する異物の大きさの１０倍～１５倍に設定された請求項１に記載の転がり軸受の異常検知装置。
  3. 　前記電気回路に分圧用抵抗器が含まれ、状態検出装置が検知する電気的出力が、前記電気回路における電圧の分圧出力である請求項１又は２に記載の転がり軸受の異常検知装置。
  4. 　前記対の永久磁石が、その表面に電気導電性の被覆層を備え、前記被覆層と前記電気回路に当該電気回路の一部として含ませた回路基板上の端子とが電気的に接続されている請求項１～３のいずれか一つに記載の転がり軸受の異常検知装置。
  5. 　前記永久磁石と分圧用抵抗器と前記電気回路の一部の配線が回路基板上に半田付けされ、前記フィルタに前記回路基板が熱カシメされている請求項３又は４に記載の転がり軸受の異常検知装置。
  6. 　前記状態検出装置は、検出した電気的出力を所定の閾値に照らして異常状態を判定する請求項１～５のいずれか一つに記載の転がり軸受の異常検知装置。
  7. 　前記状態検出装置が異常と判定した情報を記憶するデータ蓄積手段と、そのデータ蓄積手段が記憶する過去の判定の情報によって、異常状態の経時変化を確認する経時変化確認手段とを備える請求項１から６のいずれか一つに記載の転がり軸受の異常検知装置。
  8. 　前記回路基板が、フィルタと一体成型されている請求項１から７のいずれか一つに記載の転がり軸受の異常検知装置。
  9. 　前記電気回路の配線パターンと永久磁石と分圧用抵抗器が、フィルタと一体成型されている請求項１から７のいずれか一つに記載の転がり軸受の異常検知装置。
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