JP2005189058A - 衝撃センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 機械部品の組立工程、輸送工程等で受けたの損傷の原因となる衝撃を、機械部品が機械装置に組み込まれる前に検査可能として、機械部品の異常を早期に検出できる衝撃センサユニットを提供する。
【解決手段】 衝撃センサ１１、検出増幅回路１２、演算処理部１３、記憶部１４及び出力部１５を一体としてケース１７内に収容して衝撃センサユニット１０を構成する。衝撃センサユニット１０を円錐ころ軸受１等の機械部品に装着して機械部品に作用する衝撃検出を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、衝撃センサユニットに関し、より詳細には、回転機械、摺動部材、精密部品、光学部品等を含む機械部品の組立工程や輸送工程、及びこれら機械部品が組み込まれた鉄道車両、工作機械、風車等の機械装置の運転中、の診断を行うことができる衝撃センサユニットに関する。

従来、鉄道車両の車軸等を回転自在に支持する軸受装置では、摺動部材である軸受構成部品の摩耗や破損による不都合の発生を防止するために、定期的に分解目視検査が行なわれていた。

分解目視検査は、車両の一定期間の使用後に、軸受を車両から取り外して分解し、熟練した専門の検査担当者が、目視により分解した各構成部品の摩耗の度合いや傷の有無を確認する。この確認により、新品の部品にはない凹凸や磨耗等の異常が検出されれば、新品に交換し、再度組立てを実施する。

また、軸受が組み込まれた工作機械、モータ、自動車用車軸軸受ユニット等の機械装置では、軸受に各種センサを装着しておき、運転中における振動、温度、回転速度等を検出して軸受の異常の有無を検知するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特許文献１に開示された軸受用圧電フィルム変換装置は、運転中に軸受に発生する圧力波を検出する圧電フィルム変換器を軸受に取り付け、運転中における軸受の損傷の有無を監視するように構成されている。また、特許文献２に開示されたセンサ付き軸受装置では、振動センサ、回転センサ、温度センサ等の各種センサが単一のセンサホルダ内に組み込まれて軸受装置に取り付けられており、これらによって軸受の運転状態を検出して軸受の予防保全を図るように構成されている。
特開平８−１１０２８５号公報（図１） 特開２００３−６５８３５号公報（図１）

しかしながら、従来の分解目視検査では、検査する人によって検査結果に個人差が生じたり、欠陥の見落とし等が生じるおそれがあった。また、分解目視検査では、車両から軸受装置を取り外す分解作業や検査後の組立て作業の際に、軸受構成部品に打痕をつけてしまう可能性があった。特に、検査後の組立て作業時の打痕は、機械装置の運転中の異常として検出されるため、異常検出が遅れてしまう。

さらに、軸受装置の組立ての際に生じる軸受構成部品の組込み傷も、分解目視検査によって検出されるため、軸受装置は組込み傷がついたまま客先へ出荷されてしまい、輸送費等のコストが無駄になるという問題があった。この問題は、大型の転がり軸受等では顕著である。

また、特許文献１及び特許文献２に開示されたセンサは、いずれも機械装置の運転中における軸受装置の異常を検出しており、組立工程や輸送工程に軸受が損傷を受けていても、どのような状況で損傷を受けたのかのデータがなく、軸受の損傷の原因を判断することができず、軸受損傷に対する対策の実施が困難であった。

例えば、小型モータ用小径軸受等が、輸送時の悪路による振動・衝撃によってフレッチング摩耗や打痕を生じたとしても、軸受をモータに組み込んで検査されるまで検出されなかった。

また、これらのセンサは、センサ素子からの出力を外部で演算処理して軸受の異常を監視又は検出しているため、軸受の組立工程や輸送工程において直に異常を検出することは困難であった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械部品の組立工程、輸送工程等で受けたの損傷の原因となる衝撃を、機械部品が機械装置に組み込まれる前に検査可能として、機械部品の異常を早期に検出できる衝撃センサユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたことを特徴とする衝撃センサユニット。
（２） 衝撃センサ、検出回路、演算処理部、記憶部及び出力部を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うことを特徴とする衝撃センサユニット。
（３） 前記衝撃センサは、圧電素子とマイクロマシンのいずれかによるセンサであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の衝撃センサユニット。
（４） 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の衝撃センサユニット。
（５） 前記衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の衝撃センサユニット。
（６） 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサと、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサの両方を含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載の衝撃センサユニット。
（７） 機械部品に脱着可能なことを特徴とする（１）から（６）のいずれかに記載の衝撃センサユニット。
（８） 前記機械部品に（１）から（７）のいずれかに記載の衝撃センサユニットを取り付けたことを特徴とする機械装置。
（９） 前記機械部品は、組立、調整、梱包の少なくとも一つを行うことを特徴とする（８）に記載の機械装置。
（１０） （１）から（７）のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とする転がり軸受。
（１１） （１）から（７）のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とするモータ。
（１２） （１）から（７）のいずれかに記載の衝撃センサユニットを自動車用車軸軸受ユニットに適用したことを特徴とするハブユニット。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたので、衝撃センサユニットをコンパクトに構成することができる。またこれによって、衝撃センサユニットの機械部品への装着を容易にすることができ、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。

また、本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサ、検出回路、演算処理部、記憶部及び出力部を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うようにしたので、機械部品の任意の位置に衝撃センサユニットを装着して、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。

また、機械部品に作用した衝撃の大きさ、予め設定された閾値を越える衝撃が作用した回数、衝撃が作用した時刻等の各種情報を記憶部に記憶しておき、表示部及び出力部に出力することによって、損傷の原因を判断可能とし、衝撃に起因する損傷に対する対策を施すことを可能とする。またこれによって、信頼性の高い機械部品及び機械装置を提供することができる。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、圧電素子とマイクロマシンのいずれかによるセンサとしたので、機械部品の損傷の原因となる低周波数帯域の衝撃加速度に応じて検出することができる。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサとしたので、機械部品の損傷の原因となる低周波数帯域の衝撃加速度に応じて検出することができる。また、高分子圧電素子は、１Ｈｚ以下の低周波帯域から１ＭＨｚを越える超音波帯域までの広帯域で検出可能であることから、機械部品の損傷の原因となる衝撃加速度や、固体接触、塑性変形、脆性破壊、亀裂進展等により機械部品の傷の進展から発せられる弾性波（ＡＥ波、超音波）信号を検出することができる。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサとしたので、超小型の衝撃センサユニットによって機械部品に作用するＤＣから数ｋＨｚまでの広い周波数帯域の衝撃を高精度で検出することができる。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサと、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサの両方を含むようにしたので、数ｋＨｚまでの比較的低周波数帯域の衝撃加速度、及び超音波を含む高周波数帯域の加速度、の両方を検出することができる。これによって、組立工程、輸送工程等における機械部品の傷の発生の可能性、及び損傷に起因する軸受の異常を検出することができる。またこれによって、損傷に対する対策を実施することができ、信頼性の高い衝撃センサユニットを提供することができる。

本発明の衝撃センサユニットによれば、衝撃センサユニットを機械部品に脱着可能としたので、例えば、軸受装置の組立工程においては、組立前に外輪等の構成部品に衝撃センサユニットを装着して軸受装置を組立て、調整を行い、組立後に衝撃センサユニットを取り外して再利用することができる。これによって、安価な費用で高品質の機械部品を製作することができる。

また、本発明の機械装置によれば、機械部品に衝撃センサユニットを取り付けるようにしたので、機械部品に作用した衝撃荷重の大きさ、作用した回数、衝撃を受けた時刻等を容易に検知することができ、これによって、機械部品に損傷を与えた可能性を機械装置の運転以前に知ることができ、信頼性の高い機械装置を提供することができる。

また、本発明の機械装置によれば、組立、調整、梱包の少なくとも一つを行うようにしたので、組立、調整、及び梱包中に機械部品が受けた衝撃を検出することができ、これらのデータから機械部品が損傷を受けた可能性やそれらに対する対策を実施することが可能となる。また、これによって、信頼性の高い機械装置を提供することができる。

また、本発明によれば、転がり軸受に衝撃センサユニットを適用したので、組立工程、輸送工程等で転がり軸受に作用した衝撃を検出して、軌道面や転動体に与えられた損傷の原因を転がり軸受を機械装置に組み込む前に知ることができる。従って、信頼性の高い機械装置を安価に提供することができる。

また、本発明によれば、モータに衝撃センサユニットを適用したので、モータの異常の原因となる衝撃を検出して、故障の原因を判断できモータの異常を未然に防止することができる。

また、本発明によれば、衝撃センサユニットを自動車用車軸軸受ユニットに適用したので、自動車用車軸軸受ユニットの異常の原因となる衝撃を検出して、信頼性の高いハブユニットを提供することができる。

本発明の衝撃センサユニットは、衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたので、衝撃センサユニットをコンパクトに構成することができる。また、衝撃センサユニットの機械部品への装着を容易にすることができ、機械部品の組立工程、輸送工程、運転中等に於ける機械部品に作用した衝撃を検出することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る衝撃センサユニットを図面に参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の機械部品である転がり軸受（円錐ころ軸受）を分解して示す側面図である。図２は図１における衝撃センサユニットであり、（ａ）は構成図、（ｂ）は側面図である。

図１に示すように、円錐ころ軸受１は、外輪２、内輪３、転動体である円錐ころ４、保持器５を構成部品として備えている。外輪２の内周面には、円錐形の軌道面２ａが形成されており、内輪３の外周面には円錐形の軌道面３ａが形成されている。外輪２の軌道面２ａと、内輪３の軌道面３ａとの間には、保持器５によって回動自在に保持された複数の円錐ころ４が転動自在に配置されている。また、外輪２の外周面２ｂには、衝撃センサユニット１０が脱着可能に固定されている。

図２に示すように、衝撃センサユニット１０は、円錐ころ軸受１に作用する衝撃荷重を検出するためのものであって、衝撃センサ１１，検出増幅回路１２、演算処理部１３、記憶部１４、出力部１５が、回路基板１６上に電気的に接続されて配置されている。

回路基板１６は、ケース１７内に基板固定部材である複数のねじ１８によって固定されている。ケース１７はアルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄等からなり、ケース１７の取付面１７ａは、ケース１７が外輪２の外周面２ｂに密着して固定されるように、外輪２の外周面２ｂの曲率半径とほぼ等しい曲率半径を有する曲面に形成されている（図２（ｂ）参照。）。ねじ１８は、回路基板１６の四隅に配置されると共に、衝撃センサ１１が配置された位置の近傍にも配置されている。
これにより、衝撃センサ１１、検出回路１２、演算処理部１３、記憶部１４及び出力部１５を有する衝撃センサユニット１０は一体のユニットとして構成されている。

衝撃センサ１１は、バイモルフ型セラミック圧電素子からなり、回路基板１６に表面実装されている。衝撃センサ１１は、加えられた衝撃を加速度として検知し、該加速度に比例した電気信号を出力する。衝撃センサ１１は、電気信号を重力加速度Ｇの値に対する電圧として出力する電圧感度型のものであっても、電荷として出力する電荷感度型のものであってもよい。衝撃センサ１１で検知された加速度は、検出増幅回路１２で増幅されて適切な電圧信号に変換される。なお、電荷感度型の衝撃センサ１１を用いる場合には、初段オペアンプの帰還部にコンデンサを入れたチャージアンプで電圧に変換する。検出増幅回路１２の入力は、高インピーダンスを要するが、通常は１ＭΩ〜１ＧΩ程度の値とされる。

演算処理部１３は、例えばマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す。）であり、衝撃センサ１１で検出された衝撃加速度が予め設定された閾値を越えたかどうか判断し、閾値を越えると論理出力し、異常衝撃が加わったことを記憶部１４に書き込む。ここで、閾値は、円錐ころ軸受１に損傷を与える可能性のある衝撃の大きさに設定されている。記憶部１４は、衝撃センサユニット１０に作用した衝撃加速度の大きさ、閾値より大きな衝撃加速度が作用した回数、衝撃加速度が作用した時刻等を記憶する。

出力部１５は、表示部である液晶表示板を備えて構成されており、異常衝撃の履歴があったかどうかを表示する。なお、出力部１５は、衝撃センサ１１による衝撃加速度の検出結果を外部に知らせるためのものであればよく、ブザー等の発音素子、ＬＥＤ等の発光素子、ホストコンピュータと通信可能な無線アンテナ等からなってもよく、また、表示部と他の出力の両方で構成されてもよい。無線通信の場合には、外部に設けられたホストコンピュータから衝撃履歴が読み取られる。

次に、第１実施形態の衝撃センサユニットの作用について説明する。
図１及び図２に示すように、例えば大型の円錐ころ軸受１の製造工程（組立・調整工程）での衝撃を検出する場合には、まず、外輪２、内輪３、円錐ころ４、保持器５等の各構成部品を旋削、熱処理、研磨、検査等の工程を経て完成する。その後、完成した外輪２の外周面２ｂに衝撃センサユニット１０を密着して固定した後、外輪２に内輪３、円錐ころ４、保持器５を組み付ける。

円錐ころ軸受１の製造工程において、円錐ころ軸受１に衝撃が作用すると、衝撃センサ１１が該衝撃を加速度として検知し、検出増幅回路１２で増幅して電気信号を出力する。演算処理部１３は、電気信号を処理して予め設定された閾値と比較し、検出された衝撃加速度が閾値より大きな場合には、外輪２に加えられた衝撃加速度の大きさ、閾値より大きな衝撃加速度が作用した回数、その時刻等を記憶部１４に出力して、衝撃履歴として記憶させる。

出力部１５は記憶部１４に記憶された衝撃履歴を液晶表示板に表示して、製作工程において円錐ころ軸受１に傷を生じさせる程度の衝撃が作用したかどうかを判別する。なお、出力部１５は無線アンテナによって構成し、無線通信によって外部のホストコンピュータから衝撃履歴を読み取るようにしてもよい。また、記憶部１４に記憶された衝撃履歴をもとに、論理回路やＭＰＵのソフトウェアで円錐ころ軸受１の損傷の可能性と時期を判断するようにしてもよい。

これによって、円錐ころ軸受１の組立てや調整時、或いは工場から出荷される前の製造検査工程等において、円錐ころ軸受１の損傷の可能性や時期を判断することができ、異常の発生を未然に防止して品質の安定した、信頼性の高い円錐ころ軸受１を供給することができる。また、衝撃センサユニット１０は出荷前の製造検査工程後に円錐ころ軸受１から取り外され、繰り返し使用される。

従って、本実施形態の衝撃センサユニット１０によれば、衝撃センサ１１、検出回路１２、演算処理部１３及び記憶部１４を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うようにしている。これにより、衝撃センサユニット１０をコンパクトにし、衝撃センサユニット１０の円錐ころ軸受１への装着を容易にすることができると共に、円錐ころ軸受１の組立工程に於ける衝撃を検出することができる。

また、機械部品に作用した衝撃の大きさ、予め設定された閾値を越える衝撃が作用した回数、衝撃が作用した時刻等の各種情報を記憶部１４に記憶しておき、出力部１５にこれら情報を出力することによって、損傷の原因を判断可能とし、損傷に対する対策を施して、信頼性の高い円錐ころ軸受１を提供することができる。

さらに、本実施形態の衝撃センサユニット１０によれば、衝撃センサユニット１０は円錐ころ軸受１に脱着可能としたので、例えば、円錐ころ軸受１の組立工程においては、組立前の外輪２等の構成部品に衝撃センサユニット１０を装着して組立て、調整等を行い、その後衝撃センサユニット１０を取り外すことで再利用することができる。また、電源に電池を使用している場合には、衝撃センサユニット１０はバッテリチェックや充電を行った後に再利用される。これによって、安価な費用で高品質の円錐ころ軸受１を制作することができる。

また、本実施形態の衝撃センサユニット１０によれば、ケース１７をアルミニウム合金、マグネシウム合金、または鉄等から構成し、また、ケース１７の取付面１７ａを、外輪２の外周面２ｂの曲率半径とほぼ等しい曲率半径を有する曲面に形成して、ケース１７を外輪２の外周面２ｂに密着して固定しているので、円錐ころ軸受１の振動、衝撃加速度、弾性波等が、衝撃センサ１１に確実に伝達される。
なお、衝撃センサユニット１０の固定位置は、図１に破線で示すように外輪２の側面、内輪３の側面等であってもよく、検出に好適な任意の位置に固定される。外輪２や内輪３の側面に固定する場合は、ケース１７の取付面は平面であることが望ましい。

さらに、衝撃センサ１１をねじ１８と極めて接近した位置に配置しており、また、衝撃センサ１１の近傍にねじ１８を設けているので、円錐ころ軸受１からケース１７に伝わった振動、衝撃加速度、弾性波が、回路基板１６の固有振動の影響を受けることなく確実に衝撃センサ１１に伝えられる。また、回路基板１６は、エポキシ樹脂等をケース１７内に充填することにより固定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、衝撃センサユニット１０は円錐ころ軸受１に着脱可能に固定されたが、円錐ころ軸受１が機械装置に組み込まれた後、衝撃センサユニット１０が運転中の振動等を監視する場合は、外輪２の外周面２ｂに永久的に組み込まれてもよい。
このため、ケース１７と円錐ころ軸受１は、衝撃センサユニット１０の利用方法に応じて、接着剤、磁石、両面接着テープ、ゴムバンド、ばね、ねじ等を用いて固定すればよく、潤滑油の注入口等のために切られたタップにねじを固定するようにしてもよい。固定方法は、円錐ころ軸受１の振動、衝撃加速度、弾性波を確実に衝撃センサ１１に伝えるものであれば、特に限定されない。

（第２実施形態）
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図３は衝撃センサユニットが製品の梱包箱に装着され、輸送中に製品に作用する衝撃を検出する模式図である。

図３に示すように、製造工場２０で製造された転がり軸受等の機械部品は、梱包箱２１に収納されて、トラック等の輸送手段２３によって客先であるプラント工場２４等に搬送される。この際、梱包箱２１には、衝撃センサユニット２２が取り付けられている。衝撃センサユニット２２の構成及び取付等については、第１実施形態の衝撃センサユニット１０と同様であるので説明を省略する。

顧客への納入、引渡しに際して、衝撃センサユニット２２に記憶された衝撃履歴を確認し、機械部品が受けた衝撃の大きさ、頻度等から梱包時や輸送中において機械部品が受けるダメージ（機械部品が転がり軸受である場合には、フレッチング摩耗等）の有無を判断して、納入の可否、プラント工場２４での機械装置への組込みの可否を決定する。これによって、品質の安定した機械部品を顧客に提供することができる。このような検査システムは、顧客、輸送業者、製造メーカーの３者が協力して実行することにより、より確実な品質保証を行うことが可能となる。

本実施形態によれば、梱包中や輸送中に機械部品が受けた衝撃を検出することができ、これらのデータから機械部品が損傷を受けた可能性やそれらに対する対策を実施することが可能となる。特に、梱包中や輸送中等に機械部品に作用した衝撃を機械装置に組み込む以前に知ることができるので、信頼性の高い機械装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、衝撃センサユニット２２を梱包箱２１に取り付けて機械部品の衝撃検出を行ったが、衝撃センサユニット２２は、第１実施形態と同様に転がり軸受等の機械部品に取り付けて梱包中や輸送中における機械部品の衝撃検出を行うようにしてもよい。これにより、機械部品の組立て、調整工程から梱包、輸送工程、さらには、機械部品を機械装置に組み込む際の組立てや機械装置の運転中まで、機械部品の衝撃検出が可能となる。

（第３実施形態）
次に、図４〜図６を参照して本発明の第３実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図４は本発明の第３実施形態である衝撃センサユニットであり、（ａ）は構成図、（ｂ）は縦断面側面図である。図５は本発明の第３実施形態の変形例である衝撃センサユニットの縦断面側面図である。図６は、本発明の第３実施形態の他の変形例である衝撃センサユニットの構成図である。

図４に示すように、第３実施形態の衝撃センサユニット３０は、衝撃センサとしてピエゾフィルム３１がアルミニウム合金、マグネシウム合金、または鉄製のケース１７の内面に貼り付けられている。また、ケース１７内には、検出増幅回路１２、記憶・演算処理部３２、出力部１５が電気的に接続されて配置された回路基板１６が固定されている。記憶・演算処理部３２は、第１実施形態における演算処理部１３と記憶部１４が一体化されたもので、同等の機能を有している。また、ピエゾフィルム３１と検出増幅回路１２とは、電気的に接続されている。従って、ピエゾフィルム３１からなる衝撃センサ、検出増幅回路１２、記憶・演算処理部３２、出力部１５は一体のユニットとして構成されている。
なお、ピエゾフィルム３１は、ケース１７の外面に貼り付けられてもよく、また、図５に示されるように、回路基板１６に貼り付けて、衝撃センサユニット３０をより小型化してもよい。

ピエゾフィルム３１は、圧電効果を有するポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電素子からなり、１Ｈｚ以下の低周波信号から１ＭＨｚを大幅に越える超音波信号までの極めて広い周波数帯域を捕らえることができる。また、ピエゾフィルム３１は薄いため、特定の共振点（固有振動数）を持たないので、検出増幅回路１２で自由に送受信帯域を設定することができる。

本実施形態の衝撃センサユニット３０では、受信帯域を数ｋＨｚ程度以下に設定すると共に、記憶・演算処理部３２は、機械部品に損傷を与える可能性のある衝撃の大きさを予め閾値として設定して、検出された衝撃加速度を閾値と比較することで、機械部品に異常衝撃が発生したかどうかを判断することができる。従って、第１実施形態と同様に、衝撃センサユニット３０を一体化したコンパクトな構成で、機械部品の衝撃検出を行うことができる。

また、例えば、受信帯域を１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定すれば、機械部品である転がり軸受の傷の進展から発せられるＡＥ（Acoustic Emission）を検出して、転がり軸受の摩耗の程度、損傷の大きさ、損傷を受けている構成部品等を推定することが可能となる。これによって、組立工程、輸送工程等における異常衝撃による傷の発生の可能性、及び傷に起因する運転中の異常を、同時に検出することができる。さらに、損傷に対する対策を実施することができ、信頼性の高い機械装置を提供することができる。

ここで、本実施形態の変形例として、図６に示された衝撃センサユニット４０は、ともにピエゾフィルムからなる、数ｋＨｚ程度までの低周波数帯域の加速度（衝撃加速度）を検出する衝撃センサ４１と、超音波までの高周波数帯域の加速度を検出するＡＥセンサ４２とをケース１７内に備えている。これにより、衝撃センサユニット４０は、転がり軸受等の損傷の原因となる衝撃を衝撃センサ４１で検出すると共に、転がり軸受等の損傷の過程で発生する超音波（ＡＥ）をＡＥセンサ４２で検出することができるので、損傷の原因と損傷の結果を同時に検知することができ、信頼性高い診断を行うことができる。

特に、転がり軸受の組込み時においては、素材欠陥による地きずがあれば、目視や傷に起因するＡＥによって傷が露呈され、また、素材欠陥のない完成部品であれば、傷ができない衝撃力に閾値を予め設定しておくことにより、損傷の原因となる衝撃を検知することができる。従って、衝撃センサユニット４０を使用することで、非破壊検査よりもコストの低い破壊検査が可能である。
また、転がり軸受の輸送、運転中の機械診断に衝撃センサユニット４０を使用することで、衝撃加速度と傷の進展から起こるＡＥ信号を同時に捕らえることができる。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して本発明の第４実施形態に係る衝撃センサユニットについて説明する。図７は本発明の第４実施形態である衝撃センサユニットの構成図である。
図７に示すように、衝撃センサユニット５０は、一枚の回路基板１６上に衝撃センサであるマイクロ加速度センサ５１，検出増幅回路、演算処理部及び記憶部の機能を有するワンチップマイコン５２，出力部１５が一体として配置されている。回路基板１６は、ケース１７内に固定されており、ケース１７と共に転がり軸受等の機械部品に装着できるようになっている。

マイクロ加速度センサ５１は、マイクロマシン、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）加速度センサであり、マイクロマシニング技術によってシリコンウェハにばねを形成したもので、ばねの動きを容量変化として捕らえて加速度検出を行う。また、マイクロ加速度センサ５１は、Ａ／Ｄ変換器等も内蔵しており、マイコンへの直結が可能である。

マイクロ加速度センサ５１は、圧電センサでは検出することができない、ＤＣ成分から数ｋＨｚまでの周波数の加速度を検出可能であり、また、１０００Ｇ以上の耐衝撃性を備えるという利点を有している。また、マイクロ加速度センサ５１は、方向性に敏感であるので、２軸センサとすることで、衝撃加速度の大きさと同時に、衝撃力や重力の方向を検知することができる。

マイクロ加速度センサ５１によって検出された検出信号は、ワンチップマイコン５２で信号処理され、第１実施形態と同様に、検出された衝撃加速度は閾値と比較され、衝撃加速度の大きさ、閾値を越えた回数、衝撃加速度が加えられた時刻等の各種情報が記憶される。

本実施形態の衝撃センサユニット５０によれば、第１実施形態の衝撃センサユニット１０と同様の効果を奏することができ、その上、衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサ５１としたので、ＤＣ成分から数ｋＨｚまでの周波数帯域を検出することができる。これによって、組立工程、輸送工程等における機械部品の傷の発生の可能性について信頼性の高い診断を行うことができる。

なお、図６に示された衝撃センサユニット４０は、ピエゾフィルムからなる衝撃センサ４１をマイクロ加速度センサ５１に置き換えて構成されてもよい。即ち、ＤＣから５ｋＨｚ程度の低周波数の検出が可能なマイクロ加速度センサ５１と、超音波の検出が可能な、セラミック圧電センサ或いは高分子圧電センサによる圧電センサ４２とを組み合わせて用いれば、機械部品の損傷の原因となる衝撃加速度、及び金属接触や亀裂の進展、塑性変形、脆性破壊、異物粒子の脱落等、損傷の過程で発生する弾性波（ＡＥ波、超音波）信号を、同時に検出することができ、より信頼性の高い診断を行うことができる

尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態においては、機械部品は転がり軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ボールねじ、リニアガイド等の摺動部材や回転機械、精密部品、光学部品等を含む。

また、本発明の機械装置は、衝撃センサユニットが固定された機械部品を組み込んだ機械装置であり、モータ、機械部品である自動車用車軸軸受ユニットを組み込んだハブユニット、鉄道車両、工作機械、風車等であってもよい。

本発明の第１実施形態の機械部品である転がり軸受（円錐ころ軸受）を分解して示す側面図である。 図１における衝撃センサユニットであり、（ａ）は構成図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施形態に係る衝撃センサユニットであり、衝撃センサユニットが製品の梱包箱に装着され、輸送中に製品に作用する衝撃を検出する状態を示す模式図である。 本発明の第３実施形態である衝撃センサユニットであり、（ａ）は構成図、（ｂ）は縦断面側面図である。 第３実施形態の変形例の衝撃センサユニットの構成図である。 第３実施形態の他の変形例の衝撃センサユニットの構成図である。 本発明の第４実施形態である衝撃センサユニットの構成図である。

符号の説明

１ 円錐ころ軸受（転がり軸受）
１０，２２，３０，４０，５０ 衝撃センサユニット
１１ セラミック圧電素子（衝撃センサ）
１２ 検出回路
１３ 演算処理部
１４ 記憶部
１５ 出力部
３１ ピエゾフィルム（衝撃センサ、高分子圧電素子）
５１ マイクロ加速度センサ（衝撃センサ）

Claims (12)

1. 衝撃センサ、検出回路、演算処理部及び記憶部を一体としたことを特徴とする衝撃センサユニット。
2. 衝撃センサ、検出回路、演算処理部、記憶部及び出力部を一体としたユニットを構成し、機械部品の衝撃検出を行うことを特徴とする衝撃センサユニット。
3. 前記衝撃センサは、圧電素子とマイクロマシンのいずれかによるセンサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃センサユニット。
4. 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃センサユニット。
5. 前記衝撃センサは、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃センサユニット。
6. 前記衝撃センサは、セラミック圧電素子と高分子圧電素子のいずれかによる圧電センサと、シリコンウェハにマイクロマシンのばねを形成して、その容量変化から加速度検出を行うマイクロ加速度センサの両方を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃センサユニット。
7. 機械部品に脱着可能なことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の衝撃センサユニット。
8. 前記機械部品に請求項１から請求項７のいずれかに記載の衝撃センサユニットを取り付けたことを特徴とする機械装置。
9. 前記機械部品は、組立、調整、梱包の少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項８に記載の機械装置。
10. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とする転がり軸受。
11. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の衝撃センサユニットが適用されたことを特徴とするモータ。
12. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の衝撃センサユニットを自動車用車軸軸受ユニットに適用したことを特徴とするハブユニット。

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