JP2004012418A

JP2004012418A - 軸受の異常検出装置

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Publication number: JP2004012418A
Application number: JP2002170046A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tanaka; 田中　章裕; Osamu Kano; 加納　理; Yoshinori Miyashita; 宮下　善憲; Shigemi Fujisawa; 藤澤　茂実
Original assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP3782039B2

Abstract

【課題】装置自身がある程度の振動や騒音を発生するもので、数の非常に多いシャフトの軸受にも採用可能な、安価で簡便な軸受の異常検出装置を提供すること。
【解決手段】回転するシャフトと、このシャフトを回転可能に支持する軸受とからなるシャフトの軸受装置に設けられる軸受の異常検出装置であって、シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起と、シャフトの回転に伴い複数個の突起の少なくとも１個を１回転毎に検出する変位センサと、その出力に基づいてシャフトの回転数を演算する回転計とを有し、シャフトの１回転毎に変位センサで検出される突起の数に基づいて回転計で演算される回転数が予め定められた所定範囲を逸脱したときに軸受に異常が発生したと判定することを特徴とする軸受の異常検出装置。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の破損などの異常を検出する軸受の異常検出装置に関するものであり、より詳細には、低速で回転するシャフトを回転可能に支持するピローブロックなどの軸受ユニットにおいて、軸受として使用されているボールベアリングのボールや保持器が破損するなどの重大な異常が発生したときに、この異常の発生を検出する簡便な軸受の異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における軸受の異常を検出する軸受の異常検出装置として、軸受の異常な高温や軸受で支持するシャフトの異常な振動、軸受部で発生する騒音（特に高周波音）、シャフトを駆動するモータの過大な電流値などによって軸受に異常が発生したことを検知する軸受の異常検出装置が知られている。そして、これらの異常検出装置を単独で、あるいは組み合わせて使用し、異常値が発生したときに、軸受に重大な異常が発生したとして装置を停止することも知られている。しかし、低速で回転するシャフト（特に、小径のシャフト）においては、軸受部の周速が低いため、軸受に異常が発生した場合でも、上述のような軸受の異常検出装置では検出することができない場合が多い。
【０００３】
すなわち、軸受の温度については、季節による周囲の温度の変化や潤滑油の供給の多寡によって温度の変動の幅が大きく、特に、屋外に設置される設備に使用される軸受では太陽の直射による温度上昇が大きく、しばしばベアリングハウジングが８０°を超える温度まで上昇することも珍しくない。一方、シャフトの回転数が６０ｒｐｍ以下のような低速で回転する小径のシャフトでは、軸受に異常が発生しても温度上昇が起こり難いので、軸受の異常による温度上昇よりも太陽の直射による温度上昇の方が高温となることが考えられ、ベアリングハウジングに設置された温度測定装置では、異常とする温度の範囲を定めることすら困難となっていた。
【０００４】
このため、軸受の温度上昇によって軸受の異常を検出する軸受の異常検出装置は、もっぱら、空調された室内に設置し、潤滑油を安定して供給する高速回転の軸受に使用されるものであって、外気に曝された環境にあって、ピローブロックなどの簡便な軸受で支承されるシャフトにおける軸受の異常検出装置として使用することは、価格においても、性能においても適当なものとはいえない。
【０００５】
また、軸受で支承するシャフトの異常な振動や軸受部で発生する騒音（特に高周波音）によって軸受の異常を検出する軸受の異常検出装置は、装置自身が定常的にある程度の振動や騒音を発生する装置では、装置自身の軸受以外の部分から発生する振動や騒音と軸受の異常による振動や騒音とを区別することや、異常と判断する振動や騒音のレベルを決定することが困難であり、軸受の異常検出装置として採用することができない。
【０００６】
更に、シャフトを駆動するモータの電流値で軸受の異常を検出しようとしても、長いチェーンコンベアなどのように慣性の大きい装置を駆動するときには、起動時に、軸受に異常が発生したときよりも大きな駆動力を要することも多く、特に減速機付きのモータで駆動するときには電流値の変動が少なくなるので、これも採用することはできない。
【０００７】
このため、チェーンコンベアなどの搬送コンベア、特に可燃性の粉塵を発生する物質を搬送するチェーンコンベアなどでは、軸受に異常が発生して、破損した軸受による発熱のために異常な高温となり、あるいは軸受の破損によるシャフトの変位によって周辺の部材に異常接触が生じ、この異常接触によって発生する発熱によって軸受あるいは周辺の部材が異常な高温となって火災が発生することが考えられ、更に、この異常接触によって金属同士が接触して火花が発生したときには、最悪の場合には爆発する危険さえも考えられるにもかかわらず、有効な軸受の異常検出装置がなく、そのまま放置されていたのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上述のような問題点を解決して、可燃性の粉塵を発生する物質を搬送するチェーンコンベアのコンベアシャフトのように、装置自身がある程度の振動や騒音を発生するもので、数の非常に多いシャフトの軸受にも採用可能な、安価で簡便な軸受の異常検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するため、本発明に係る軸受の異常検出装置は、回転するシャフトと、このシャフトを回転可能に支持する軸受とからなるシャフトの軸受装置に設けられる軸受の異常検出装置であって、前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起と、前記シャフトの回転に伴い前記複数個の突起の少なくとも１個を１回転毎に検出する変位センサと、この変位センサからの出力に基づいて、前記シャフトの回転数を演算する回転計とを有し、前記シャフトの１回転毎に前記変位センサで検出される突起の数に基づいて、前記回転計で演算される回転数が予め定められた所定の範囲を逸脱したときに前記軸受に異常が発生したと判定することを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明に係る軸受の異常検出装置においては、前記突出量の異なる複数個の突起が２個の突起であって、そのうちの１個の突起が前記変位センサで検出される高さに、他の１個の突起が前記変位センサで検出されない高さにセットされていることが必要である。更に、前記シャフトの回転数を演算する回転計が、前記シャフトの回転数に異常な変動がないことを併せて検出するデジタル回転計であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る軸受の異常検出装置においては、前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起が、前記シャフトに固定されたカラーにねじ込まれたねじ部材であって、このねじ部材を回転させて高さ調節することによってその突出量を調整可能にすることが好ましく、更に、前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起が、前記カラーの外周と側面とに配置され、前記シャフトのラジアル方向およびスラスト方向の双方向の異常を検出することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸受の異常検出装置について、添付の図面に示される好適な実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る軸受の異常検出装置を採用したチェーンコンベアの駆動装置を示すものであって、図１は一部断面側面図、図２は図１の右側面図、図３は他の実施形態を示す図１の右側面図、図４は本実施形態に係わる軸受の異常検出装置のブロック図である。
【００１４】
図１に示す実施形態のチェーンコンベアの駆動装置１０は、図示されていないチェーンに噛み合う駆動ホィール１２を回転させて、これも図示されていないチェーンコンベア等の他の装置を駆動する駆動装置を構成するものであって、軸受装置である２個のピローブロック１４ａ，１４ｂで回転可能に支持された駆動シャフト１６の中央に駆動ホィール１２が、右端にこの駆動シャフト１６を回転させるホィール１８が設けられている。そして、このホィール１８は、チェーン２０を介して減速機付きモータ２２に設けられたホィール２４に接続されており、この減速機付きモータ２２の回転によって駆動ホィール１２が回転するように構成されている。
【００１５】
駆動シャフト１６の両端にはカラー２６が固定されており、このカラー２６には、それぞれ、駆動シャフト１６のラジアル方向およびスラスト方向の双方向に向かって突出したねじ部材２８（本実施形態では、金属製のボルト２８ａおよび２８ｂ）がカラー２６の外周と側面に、それぞれ２個ずつ配置されている（図２参照）。
【００１６】
このねじ部材２８ａおよび２８ｂは、変位センサの一例として例示された近接スイッチ３０の被検出体としてカラー２６に設けられた突起であって、図２にラジアル方向に突出したねじ部材２８ａおよび２８ｂの突出量が具体的に描かれているように、駆動シャフト１６からの突出量の異なる複数個（本実施形態では、ラジアル方向およびスラスト方向の双方向に、それぞれ２個）の突起として設けられており、このねじ部材２８ａおよび２８ｂを回転させてその高さを調節することによって、近接スイッチ３０の被検出体となる突起の突出量を調整可能としている。
【００１７】
この近接スイッチ３０の被検出体となるねじ部材２８ａおよび２８ｂは、ラジアル方向およびスラスト方向の双方向とも、突出量の大きいねじ部材２８ａが近接スイッチ３０で検出される高さに、突出量の小さいねじ部材２８ｂが近接スイッチ３０で検出されない高さにセットされており、駆動シャフト１６の１回転毎に、近接スイッチ３０によって、それぞれ突出量の大きいねじ部材２８ａのみが検出されるようになっている。
【００１８】
このねじ部材２８と近接スイッチ３０とからなる検出装置４０は、近接スイッチ３０の感度が０．２ｍｍ程度なので、軸受が破損することによって駆動シャフト１６が０．２ｍｍ以上変位すると、この駆動シャフト１６の変位を確実に検出することができる。これは、軸受の破損によって事故や火災が発生するのを防止するためには十分な感度である。
【００１９】
なお、変位センサは、図２に実施形態として描かれている非接触型の近接スイッチ３０に限定されるものではなく、磁気センサや光センサなどの他の形式の任意の変位センサを使用してもよい。また、変位センサの被検出体も、実施形態に示したねじ部材２８に限定されるものではなく、変位センサで検出可能なものであればよく、後述するように、カラー２６に所定の突出量で植設されたピンなどの任意の突起とすることができる。
【００２０】
軸受に異常が発生したとき、特にピローブロック１４に使用されるボールベアリングのボールや保持器が破損したときには、駆動シャフト１６の位置は、破損したボールや保持器の方向に移動して変位する。例えば、図１において、ピローブロック１４に使用されるボールベアリングのボールや保持器が破損して、駆動シャフト１６が図中の下方に変位したときには、駆動シャフト１６に設けられたラジアル方向の突起、すなわち放射状に配置されたねじ部材２８と近接スイッチ３０とが接近し、駆動シャフト１６が回転することによって、それまで検知できなかった突出量の低いねじ部材２８ｂも検出されるようになって、駆動シャフト１６の１回転毎に２回の検出信号が得られるようになる。
【００２１】
逆に、駆動シャフト１６が図中の上方に変位したときには、ねじ部材２８と近接スイッチ３０の間隔が離れて、それまで検知できていた突出量の大きなねじ部材２８ａも検出できなくなり、駆動シャフト１６の１回転毎に１回も検出信号が得られなくなる。本実施形態に係る軸受の異常検出装置では、このように、駆動シャフト１６の１回転毎に所定の数と異なる検出信号を受けた場合には、軸受に異常が発生したと判定して駆動を停止する。
【００２２】
実際には、駆動シャフト１６に伝達される駆動力は、チェーン２０を介して減速機付きモータ２２から伝達されるので、右側のピローブロック１４ａにより大きな負荷がかかり、右側のピローブロック１４ａが破損する可能性が高い。この場合には、駆動シャフト１６はチェーン２０のテンションによって右下がりに変位することになるので、駆動シャフト１６の右側の上側または下側の一方のみに変位センサを設けても、軸受の異常を検出できることが多い。
【００２３】
更に、図３に示すように、カラー３２に設けられる突起をピンにして、その数も、ピン３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆのように多数にすることによって、軸受に発生する異常を段階的に検出することもできる。この実施形態では、ピン３４ａ〜３４ｆの突出量を例えば０．３ｍｍ間隔に設定し、中央のピン３４ｄが近接スイッチ３６で検出可能になるように設定してある。この実施形態においては、中央のピン３４ｄより低い左側のピン３４ｃが検出されるときは、駆動シャフト３８が下側に０．３ｍｍ以下の変位を生じているものと判定され、更に低い左側のピン３４ｂが検出されるときは、駆動シャフト３８が下側に０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの変位を生じているものと判定され、最も低い最左側のピン３４ａが検出されるときは、駆動シャフト３８が下側に０．６ｍｍ以上の変位を生じているものと判定される。
【００２４】
同様に、中央のピン３４ｄが検出されなくなったときには、駆動シャフト３８が上側に０．３ｍｍ以下の変位を生じているものと判定され、中央のピン３４ｄより高い右側のピン３４ｅが検出されなくなったときは、駆動シャフト３８が上側に０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの変位を生じているものと判定され、更に高い最も右側のピン３４ｆが検出されなくなったときには、駆動シャフト３８に０．６ｍｍ以上の変位が生じているものと判定される。
【００２５】
軸受としてピローブロックなどを使用しているときには、軸受に０．３ｍｍ程度の磨耗が生じても格別の支障がなく運転することが可能な場合が多い。このような場合には、０．３ｍｍ以下の変位を生じているときには軸受に異常が生じていないものと判断し、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの変位を生じているときには要注意、０．６ｍｍ以上の変位を生じているときには、軸受に致命的な異常が生じていて直ちに交換しなければならないと判断するといった使い方ができる。
【００２６】
なお、このピン３４ａ〜３４ｆの突出量の差は、０．３ｍｍに限定されるものではなく、必要に応じて任意の寸法とすることができるものであり、また、突出量の差も等間隔とする必要がないことは当然である。そして、ピン３４の数も、６個に限定されるものではなく、必要に応じて任意の数とすることができることは明らかである。
【００２７】
以下、本実施形態に係る軸受の異常検出装置の動作を、図４のブロック図に基づいて説明する。
図１および図２のねじ部材２８（２８ａ，２８ｂ）と近接スイッチ３０または図３のピン３４および近接スイッチ３６からなる検出装置４０から出力される検出信号４２は、シャフトの回転を管理する回転計、例えばデジタル回転計４４に入力される。このデジタル回転計４４は、回転軸の回転によって生じるパルスをカウントして所定の演算を行い、回転軸の回転数を表示するものである。従って、軸受装置に異常がないときには、図１および図２に示す実施形態では駆動シャフト１６の１回転に１回の検出信号４２が、図３に示す実施形態では駆動シャフト３８の１回転に３回の検出信号４２がパルスとしてデジタル回転計４４に入力される。
【００２８】
この検出信号４２は、デジタル回転計４４の計数装置４６に入力されるが、図１および図２に示す実施形態では１回転に１パルスなので、１分間にカウントしたパルス数がそのまま、図３に示す実施形態では１回転に３パルスなので、１分間にカウントしたパルス数の１／３が駆動シャフトの回転数４８として出力されて、デジタル回転計４４の回転数表示面５０に表示される。もちろん、この１分間にカウントしたパルス数は、任意の時間間隔でカウントしたパルス数を１分間のパルス数に換算してもよいことは当然である。
【００２９】
また、この駆動シャフトの回転数４８は比較装置５２に入力され、予め任意の入力装置５４によって設定された回転数の許容範囲と比較して、駆動シャフトの回転数４８がこの予め設定された回転数の許容範囲を超えたときには、軸受に異常が発生したものとして駆動シャフトの停止指令５６を出力する。この停止指令５６は、図示しない制御装置によって図１に示す減速機付きモータ２２の回転を停止するものであって、必要に応じて関連する機械装置を停止し、あるいは軸受に異常が発生したことを警告するアラーム信号を発生するようにすることができる。
【００３０】
ここで、駆動モータの電圧の変動や負荷の変動によって生じる駆動シャフトの回転数の変動は、電圧の変動や負荷の変動が大きいときでも１５〜２０％程度のものであり、最大でも２５％に達することはほとんど考えられない。一方、図２に示す実施形態では、軸受に異常が生じて突出量の大きいねじ部材２８ａが近接センサ３０で検出できなくなったときには、検出信号４２が全くなくなって回転数が０となり、突出量の低い方のねじ部材２８ｂが近接センサ３０で検出されるようになったときには、１回転に２パルスの検出信号が出力されるようになって回転数が２倍に表示されるので、負荷の変動による回転数の変動とは明確に区別することができる。
【００３１】
図３に示す実施形態でも、軸受に異常が生じてピン３４ｄが検出されなくなったときには、１回転毎に生じる検出信号４２が３回から２回に減少するので、回転数が３３％減少したものとして表示される。また、ピン３４ｃが検出されるようになったときには、１回転毎に生じる検出信号４２が３回から４回に増加するので、回転数が３３％増加したものとして表示される。従って、この場合も負荷の変動による回転数の変動とは明確に区別することができる。検出されないピンの数が更に減少（または増加）すると表示される回転数の変動も更に減少（または増加）するので、負荷の変動による回転数の変動とは更に明確に区別することができる。
【００３２】
前述したように、実際には、軸受装置には一定の方向からのみ大きな負荷がかかることが多いので、軸受が破損した駆動シャフトは一定の方向のみに変位することが多い。この場合には、図３に示す実施形態において、駆動シャフト３８が正常に回転しているときには最も突出量の大きなピン３４ｆのみを検出するようにして、変位に応じて順次突出量の少ないピンを検出するように構成することも可能である。このように構成すると、駆動シャフト３８が変位してより突出量の少ないピンを検出するようになるたびに、回転数が２倍、３倍と急激に増加するので、より確実に軸受の異常を検出することができる。
【００３３】
図２に示す実施形態では、検出装置４０を駆動シャフト１６の上下方向と左右方向とに、それぞれラジアル方向とスラスト方向とを検出可能に設けて、１個の駆動シャフト１６に対して４個の検出装置４０を配置した例を示している。これは、どのような軸受の異常でも検出できるようにしたものであって、駆動シャフト１６にかかる負荷の方向が一定であるときには、前述したように、その負荷の方向に設けた１個のみの検出装置４０とすることができる。
【００３４】
しかし、全ての軸受の異常を検出するためには、少なくとも軸受毎に設けることが望ましい。また、軸受としてピローブロックを使用するときには、通常、軸受の破損によるシャフトの変位はラジアル方向に大きく生じるので、スラスト方向の検出装置を省略することができる。しかし、通常の軸受では、シャフトがスラスト方向に変位するような破損が生じ得るので、スラスト方向にも検出装置を設けることがより望ましい。
【００３５】
この場合には、軸受ごとにデジタル回転計を設けると高価になるので、検出装置４０から出力された検出信号４２をカウントする計数装置のみを軸受ごとに設け、この計数装置でカウントしたパルス数を順次デジタル回転計４４に入力することによって１個のデジタル回転計４４で多数の軸受の異常を検出することができる。
【００３６】
また、この軸受の異常検出装置では、給油不良で軸受に焼き付きなどの異常が発生してシャフトの回転数が落ち、あるいはロックした場合でも直ちに検出することができる。更に、これ以外の原因でシャフトの回転数に異常な変動が生じたときにも併せて検出することができる。
【００３７】
以上詳細に説明したように、図２に示す実施形態では、被検出体として作用する突起にボルトを採用しているが、この突起は、近接スイッチで検出可能な金属片であれば何でも使用可能であることは自明であり、ボルトは、最も安価でかつ容易に調整可能な金属片として選択したものであるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の改良や変更を行うことができることはいうまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る軸受の異常検出装置は、以上に詳細に説明したように構成されているので、振動やノイズ、埃などの外乱の影響を受けることがほとんどなく、メンテナンスもほとんど不要であるなど、信頼性が高く、誤動作の少ない軸受の異常検出装置を実現できるものである。
【００３９】
また、被検出体としてボルトを採用し、変位センサとして近接スイッチを採用し、あるいは市販のデジタル回転計を採用するなど、主として安価な市販品を組み合わせて構成されるので、コストパフォーマンスの非常に良い軸受の異常検出装置を得ることができる。
【００４０】
更に、可燃性の粉塵を発生する物質を搬送する搬送コンベアのコンベアシャフトのように、装置自身が振動や騒音を発生するとともに、数の非常に多いシャフトの軸受にも採用可能な、安価で簡便な軸受の異常検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受の異常検出装置を採用したチェーンコンベアの駆動装置を示す一部断面側面図である。
【図２】図１に示したチェーンコンベアの駆動装置の右側面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る軸受の異常検出装置を採用したチェーンコンベアの駆動装置を示す右側面図である。
【図４】本実施形態に係る軸受の異常検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０　チェーンコンベアの駆動装置
１２　駆動ホィール
１４　ピローブロック
１６　駆動シャフト
１８　ホィール
２０　チェーン
２２　減速機付きモータ
２４　ホィール
２６　カラー
２８　ねじ部材
３０　近接スイッチ
３２　カラー
３４　ピン
３６　近接スイッチ
３８　駆動シャフト
４０　検出装置
４２　検出信号
４４　デジタル回転計
４６　計数装置
４８　回転数
５０　回転数表示面
５２　比較装置
５４　入力装置
５６　停止指令

Claims

回転するシャフトと、このシャフトを回転可能に支持する軸受とからなるシャフトの軸受装置に設けられる軸受の異常検出装置であって、
前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起と、
前記シャフトの回転に伴い前記複数個の突起の少なくとも１個を１回転毎に検出する変位センサと、
この変位センサからの出力に基づいて、前記シャフトの回転数を演算する回転計とを有し、
前記シャフトの１回転毎に前記変位センサで検出される突起の数に基づいて、前記回転計で演算される回転数が予め定められた所定の範囲を逸脱したときに前記軸受に異常が発生したと判定することを特徴とする軸受の異常検出装置。
前記突出量の異なる複数個の突起が２個の突起であって、そのうちの１個の突起が前記変位センサで検出される高さに、他の１個の突起が前記変位センサで検出されない高さにセットされていることを特徴とする請求項１に記載の軸受の異常検出装置。
前記シャフトの回転数を演算する回転計が、デジタル回転計であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受の異常検出装置。
前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起が、前記シャフトに固定されたカラーにねじ込まれたねじ部材であって、このねじ部材を回転させて高さ調節することによってその突出量を調整可能にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受の異常検出装置。
前記シャフトに固定された突出量の異なる複数個の突起が、前記カラーの外周と側面とに配置され、前記シャフトのラジアル方向およびスラスト方向の双方向の異常を検出することを特徴とする請求項４に記載の軸受の異常検出装置。