JP2013011312A - 異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットおよびコンベア設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、軸受の的確な異常検出に貢献できる異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】 転がり軸受６をハウジング８内に設置してなり、コンベア１等の搬送装置に装備される搬送装置用軸受ユニット１０に適用する。軸受６の状況を検出するセンサ１１と、このセンサ１１で検出した情報を無線送信する送信機１３と、環境エネルギによって発電する発電素子１４を有する電源１２とを設ける。前記発電素子１４としては、振動発電素子や熱発電素子を用いる。コンベア１におけるコンベアローラ４や、プランマブロック等に適用する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ベルトコンベア等の搬送装置、例えば鉄鉱石や石炭等の採掘場の搬送用コンベアに適用される異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット、およびその軸受ユニットを備えるコンベア設備に関する。

鉄鉱石，石炭等を搬送するベルトコンベアは、例えば採掘場からトラック載積場まで比較的長い距離で運用されるために、コンベア用軸受が多数使用される。コンベア用軸受としては、コンベア中間の各コンベアローラの両端に内蔵される軸受や、コンベア両端のコンベアローラの回転軸を支持するプランマブロックの軸受がある。
上記のような環境で使用される軸受は、回転不能となるような不具合が発生した際、早期に交換することが望ましい。しかし、長い距離に渡って多数の軸受が設置されているため、保守要員の点検では多大な時間を要し、場合によってはベルトコンベア全体を停止しなければならない状況に陥ることがある。

その対策として、各コンベアローラに使用される軸受において、温度スイッチや警報機を設け、軸受損傷等の異常停止を検出し、警報することが提案されている（例えば、特許文献１）。同特許文献では、回転異常警報器を作動させるための手段としてコンベアローラ内に設置したロータ・ステータによる発電起電力を用いている。

特許第３７９８４９４号

特許文献１の構成では、ロータ・ステータによる発電機をコンベアローラ内に設置するため、構造が複雑で専用設計になり、自由度が小さい等、適用し難いという問題がある。また、異常の警報手段として、個々のコンベアローラ毎にその近傍に設置したランプの点灯、ブザーによる発信を一例として示しているが、搬送距離の長いコンベアでは、各コンベアローラ近傍のランプやブザーでは、異常の警報を確実に確認できない場合がある。
なお、各コンベアローラの異常の検出信号を配線で集中管理室に導き、集中管理すれば、異常の警報の確実な確認が行える。しかし、採掘場からトラック載積場に至る鉄鉱石，石炭の搬送用ベルトコンベアのような長い経路に沿って前記信号配線を敷設することは、配線だけでなく、その配線を支持したり接続する手段も必要で、設備が大掛かりとなり、断線の問題も有って、実用的ではない。

そこでこの発明は、これら課題を克服し、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、軸受の的確な異常検出に貢献できる異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを提供することである。
この発明の他の目的は、コンベア経路が長くても、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、多数の軸受の的確な異常検出に貢献できる異常検出機能付きコンベア設備を提供することである。

この発明の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットは、転がり軸受をハウジング内に設置してなり、搬送装置に装備される搬送装置用軸受ユニットにおいて、前記転がり軸受の状況を検出するセンサと、このセンサで検出した情報を無線送信する送信機と、環境エネルギによって発電する発電素子を有し前記センサおよび送信機に電力を与える電源とを前記ハウジングに設けたことを特徴とする。前記送信機は、電波を使用する送信機が代表的であるが、電波に限らず、光や他の媒体を用いるなど、無線送信が可能なものであれば良い。

この構成によると、転がり軸受の状況を検出するセンサとその検出した情報（以下，「センサ情報」と称す）を無線送信する送信機とを軸受ユニットに設けたため、そのセンサ情報を集中管理室内等で検知することにより、多数の軸受の異常を、多大な時間や労力をかけずに容易に、かつ的確に検出できる。送信するセンサ情報は、センサで検出した信号の生信号や単に増幅した信号に限らず、アナログ・ディジタル変換や判定処理等の信号処理された情報であっても良い。センサ情報の送信には無線送信を用い、かつその送信用の電源を、軸受ユニット内の発電素子を有する電源から得るようにしたため、各軸受ユニット毎に完結した異常検出、情報送信、電源確保が行えて、軸受ユニットの相互間や集中管理室への配線が不要で、配線系が簡素化される。有線では配線等のインフラを敷設するため構造が複雑になり、設計の自由度が下がるのに対し、無線ではそのような課題は無くなる。このため、例えば鉄鉱石や石炭等の搬送用コンベア等のような搬送経路の長いコンベア設備においても適用が簡単に行える。また電源は、環境エネルギによって発電する発電素子を用いたため、回転側および静止側の両方に部品を設けることが必要なロータ・ステータによる発電機を設ける場合に比べて構成が簡素化され、かつコパクト化される。そのため、専用設計の不要化も可能で、設計の自由度も大きく得られ、適用が容易となる。既存設計の軸受ユニットとも容易に置換可能となる。

軸受ユニットにおいて自己発電する場合、通常の発想では、軸受の回転機能を利用するロータ・ステータによる発電機が用いられる。しかし、軸受ユニットでは、転がり軸受の回転に伴って少なからず振動や熱を発生する。この発明は、このような軸受ユニットの特性に着眼し、従来では軸受ユニットでは考えられることのなかった、環境エネルギによって発電する発電素子を用いたことを特徴とする。
信号の送信やセンサの駆動に使用する程度の電力であれば、このような振動や熱による発電電力の利用の可能性がある。また、発電電力が小さくても、検出や送信上の工夫を施すことで、実用化が可能である。

前記環境エネルギによって発電する発電素子としては、振動発電素子や熱発電素子を用いることができる。振動発電素子としては、エレクレット素子等が用いられる。熱発電素子としてはゼーベック発電素子を用いることができる。これらの発電素子によると、搬送装置の軸受が設置される環境において発生する振動や熱を利用し、発電が可能になる。

この発明において、前記電源は、前記発電素子で発電した電力を蓄電する蓄電手段を有するのが良い。前記送信手段は、前記蓄電手段の蓄電量が設定値に達する毎に、前記センサで検出した情報の無線送信を行うようにしても良い。蓄電手段としては、コンデンサや二次電池が使用できる。
蓄電手段を設ければ、搬送装置の停止等の発電素子が発電を行っていない時にも、センサによる検出やセンサ信号の送信が行える。また、発電電力が、そのまま無線送信に用いるには小さい場合であっても、蓄電手段に溜めておくことで送信可能となる。また、常時送信を行うと使用電力が多くなるが、異常検出であれば、例えば数分おきに検出して送信すれば良く、その程度の電力であれば、環境エネルギによる発電素子の発電電力で足りる。このような軸受ユニットの振動や発熱の特性と異常検出の必要性を勘案することで、環境エネルギによる発電素子の使用が実現できる。

この発明において、前記センサとして、振動センサ、温度センサ、および回転センサのうちの少なくとも一つを設けるのが良い。転がり軸受に異常が発生した場合、振動の発生や、温度の上昇、回転の影響等が生じる。そのため、振動センサ、温度センサ、および回転センサのうちの少なくとも一つを設ければ、軸受の異常検出が行える。

この発明において、前記センサで検出した情報を記憶する記憶手段を設けても良い。前記記憶手段はＩＣタグであっても良い。記憶手段を設ければ、検出した信号をある程度纏めて送信することも可能であり、また無線送信とによる管理とは別に、記憶情報で異常を管理することも可能となる。記憶手段はＩＣタグであれば、タグリーダを用いることで、記憶情報を容易に読み出すことができる。

この発明において、全地球的測位システムの端末であるＧＰＳ端末を前記ハウジングに設けても良い。ＧＰＳ端末が設けられていると、軸受ユニットの位置が特定されるため、複雑な構成の集中管理盤がなくても、また軸受ユニットを識別する手段を設けていなくても、異常の発生した軸受ユニットの特定が容易に行える。

この発明において、前記異常検出機能付き搬送装置がベルトコンベアであっても良い。そのベルトコンベアは、例えば鉄鉱石や石炭等の採掘場からトラック載積場まで設けられるベルトコンベアであっても良い。ベルトコンベアでは、搬送距離が長く、多数の軸受ユニットが使用されるものがあるが、そのような場合でも、この発明の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットによると、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、軸受の的確な異常検出に貢献できる。

ベルトコンベアに適用する場合に、前記ハウジングは、前記ベルトコンベアのベルトを掛装したコンベアローラの外周の円筒体の端部に設けられた部材であり、前記転がり軸受は、固定の軸と前記ハウジングとの間に介在して前記コンベアローラを回転自在に支持するものであっても良い。
この場合、１台のコンベアに多数設けられる各コンベアローラ毎に、この発明の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを適用することができる。

前記コンベアローラに、前記円筒体の端面を蓋する合成樹脂製のカバーを設け、前記送信機は、前記カバーの内側の空間における、送信機のアンテナと前記カバーとの間に電波遮蔽性の部材が介在しない箇所に配置するのが良い。これにより、コンベアローラに内蔵の送信機アンテナから、電波遮蔽の問題を生じることなく送信が行え、またコンベアローラの端部の密封も行える。

コンベアローラに適用する場合に、前記ハウジングは、前記ベルトコンベアのベルトを掛装したコンベアローラが有する回転軸を支持するプランマブロックの軸受箱であっても良い。
コンベア端部のコンベアローラはプランマブロックで支持されるが、軸受の負荷が大きく、または損傷時の影響も大きいため、異常検出が重要となる。このようなプランマブロックに適用することで、異常検出の必要性の高い軸受につき、的確な異常検出を行うことができる。

前記プランマブロックの軸受箱は、両端面に対向する開口を有し一端の開口に軸を挿入させるハウジング本体と、このハウジング本体の他端の開口を閉じる蓋部材とでなり、前記センサ、送信機、および電源を前記蓋部材に設置しても良い。蓋部材に前記センサ等を設けることで、異常検出機能付きとする軸受ユニットと検出機能を有しない通常の軸受ユニットとで、蓋部材以外の部品の共通が図れ、生産性に優れる。既存の軸受ユニットに、蓋部材を交換するだけで異常検出機能付きとすることも可能となる。

この発明の異常検出機能付きコンベア設備は、この発明の上記のいずれかの構成の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを複数のコンベアに装備したものである。このような複数のコンベアを有するコンベア設備においても、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、軸受の的確な異常検出に貢献できる。
この場合に、前記各コンベアに装備された前記各送信機の送信する情報を纏めて監視する集中管理盤と前記コンベアとの間に、前記送信機の送信する情報を受信して増幅し無線送信する中継装置を設けても良い。コンベアと集中管理室等の集中管理盤との距離が長い場合であっても、中継装置を用いることで、無線通信が可能である。

この発明の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットは、転がり軸受をハウジング内に設置してなり、搬送装置に装備される搬送装置用軸受ユニットにおいて、前記転がり軸受の状況を検出するセンサと、このセンサで検出した情報を無線送信する送信機と、環境エネルギによって発電する半導体である発電素子を有し前記センサおよび送信機に電力を与える電源とを前記ハウジングに設けたため、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、軸受の的確な異常検出に貢献することができる。

この発明の異常検出機能付きコンベア設備は、この発明の上記のいずれかの構成の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを複数のコンベアに装備したものであるため、コンベア経路が長くても、センサ，電源，配線系の構成が簡素で、集中管理が行い易く、多数の軸受の的確な異常検出に貢献することができる。

この発明の一実施形態に係る異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを備えたコンベアローラの断面図である。 同コンベアローラの部分拡大断面図である。 他の実施形態に係る異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットであるプランマブロックの切欠斜視図である。 同プランマブロックの正面図である。 さらに他の実施形態に係る異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットであるプランマブロックの切欠斜視図である。 各実施形態におけるセンサ、電源、送信機等の例のブロック図である。 同センサ、電源、送信機等の変形例のブロック図である。 実施形態の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを適用したコンベアの正面図である。 同コンベアを複数台設置した設備の説明図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図８は、この異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを装備した搬送装置であるコンベア１の正面図である。コンベア１は、ベルトコンベアであり、無端のコンベアベルト２が両端のコンベアローラ３，３間に掛装され、中間部分では、搬送方向（Ａ方向）に並ぶ複数のコンベアローラ４によりコンベアベルト２の下面が支持されている。この他に、テンション付与用のコンベアローラ４Ａが設けられている。コンベアベルト２の回動駆動は、両端のコンベアローラ３のいずれか一方を、モータ（図示せず）で回転させることで行う。
中間のコンベアローラ４の例を図１，２に示し、両端のコンベアローラ３を支持するプランマブロックの例を図３〜５に示す。

図１において、コンベアローラ４は、固定軸５に軸受６を介して回転自在に取付けられた円筒体７から構成されている。固定軸５は、コンベアフレーム１ａに両端が固定されている。円筒体７には、両端に側板となる段付き円筒状のハウジング８が設けられ、このハウジング８の小径の円筒部８ａ内に軸受６が嵌め込まれている。ハウジング８は、その大径の円筒部８ｂ（図２）で円筒体７の内周に嵌合している。軸受６は、深溝玉軸受等の転がり軸受からなり、その内輪は固定軸５の外周に嵌合している。前記軸受６とハウジング８とで、軸受ユニット１０が構成される。この軸受ユニット１０が、後述のセンサ，電源，送信機等共に、異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを構成する。

ハウジング８における軸受６の外側には、カバー９とラビリンスシール２９とが取付けられ、軸受６や円筒体７の内部への雨水や塵埃の侵入を防止している。ラビリンスシール２９は、固定軸５に設けられた固定側シール部材２９ａと、ハウジング８に取付けられた回転側シール部材２９ｂとで構成さる。

コンベアローラ４の両端のハウジング８内には、軸受６とカバー９の間に、センサ１１と、電源１２と、送信機１３とが配置されている。これらセンサ１１、電源１２、および送信機１３は、固定側となる固定軸５の外周に固定されている。これらセンサ１１、電源１２、および送信機１３は、固定軸５の外周の一部に設けても、また全周に渡って設けても良い。カバー９は合成樹脂製とされ、送信機１３は、そのアンテナが、カバー９の内側の空間における、カバー９との間に金属等の電波遮蔽性の部材が介在しない箇所に配置される。図１，図２の例では、ラビリンスシール２９の回転側シール部材２９ｂがカバー９と送信機１３との間に介在しているが、この回転側シール部材２９ｂの介在部分または全体が、電波遮蔽性を有しないように合成樹脂製とされている。

センサ１１は、軸受６の状況を検出するセンサであり、軸受６に接して配置することが好ましいが、必ずしも接していなくても良い。センサ１１は、例えば振動センサ、温度センサ、および回転センサのいずれかとされる。センサ１１として、これら振動センサ、温度センサ、および回転センサのうち、任意の２種類を設けても良く、３種類とも設けても良い。振動センサとしては加速度センサ等が使用でき、温度センサとしてはサーミスタ等が使用できる。回転センサは、軸受６の内外輪間の相対回転速度、あるいはコンベアローラ４の円筒体７と固定軸５との相対回転速度を検出するものであり、例えば、固定軸５の外周に設けた磁気式または光学式の環状のエンコーダ（図示せず）と、このエンコーダを検出する磁気または光学式のセンサ素子とからなり、そのセンサ素子がハウジング８に固定される。

センサ１１は、センサ素子からなるものであっても、センサ素子とこのセンサ素子の出力信号を処理する信号処理回路（図示せず）とを有するものであっても良い。信号処理回路は、アンプであっても、さらにアナログ・ディジタル変換手段や、フィルタ等を有するものであっても良い。

電源１２は、センサ１１および送信機１３の駆動用であり、図６にブロック図で示すように、発電素子１４、整流・充電回路１５、および蓄電手段１６により構成される。発電素子１４は、この素子の環境における環境エネルギによって発電する振動発電素子や熱発電素子を用いることができる。振動発電素子としては、エレクレット素子等の半導体素子が用いられる。熱発電素子としてはゼーベック発電素子を用いることができる。熱発電素子の場合、素子の高温側を内部に配置し、外気側を低温側に配置することにより、必要な電力を発電させることができる。さらに、外気側の大気との接触面積を増やし、放熱を促進するように櫛形（フィン）形状とすれば、より一層温度差がつき、発電量を増加させることができる。

蓄電手段１６は、コンデンサ、またはリチウム二次電池等の蓄電池である。整流・充電回路１５は、発電素子１４で発電された電流を整流し、蓄電手段１６に充電する回路である。なお、電源１２は、蓄電手段１６を有せずに、発電素子１４のみからなるものとしても良い。

送信機１３は、送信用のアンテナ１７、送信回路部１８、および送信制御部１９を有する。送信制御部１９は、定められた条件に従ってセンサ１１の出力する情報を送信する回路やマイクロコピュータ等からなる。送信回路１８は、送信する情報を、定められた変調形式で変調してアンテナ１７から電波として送信させる回路である。なお、この例では電波で送信するものとしているが、無線で送信するものであれば、電波以外を利用して送信するものであっても良い。

送信制御部１９は、例えば、蓄電手段１６の充電量（例えば、蓄電した電荷）が閾値に達するか否かを判定し、閾値に達すると送信を行わせる手段である。蓄電手段１６の充電量の判定は、例えば蓄電手段１６の端子電圧で行う。この場合、送信間隔は電源１２の発電素子１４の発電電力に依存するが、例えば、発電素子１４が１００μＷ程度の発電が可能なものである場合、５分毎に送信を行うことができる。また、蓄電手段１６に予め充電しておけば、コンベア１の停止時に発電されない場合でも蓄電電力で情報送信が可能である。送信制御部１９は、前記閾値に達すると送信を行わせた後、蓄電手段１６に蓄電量が零または放電停止用の閾値以下になるまで放電させるものとしても良い。蓄電手段１６は電力が送信に利用されることで蓄電量が低下するが、さらに放電を行わせるようにすることにより、送信間隔が安定する。
送信制御部１９は、センサ１１の出力する情報と共に、このセンサ１１が設置された軸受ユニット１０の識別情報を送信する。この識別情報は、送信制御部１９で記憶しておいても良く、また送信制御部１９とは別に設けた記憶手段で記憶するようにしても良い。

送信機１３またはセンサ１１の一部として、あるいは送信機１３およびセンサ１１とは独立して、センサ１１の検出した情報を記憶する記憶手段２０を軸受ユニット１０に設けても良い。記憶手段２０は、送信機１３やセンサ１１の回路基板（図示せず）に設けられた記憶回路素子であっても、ＩＣタグであっても良い。記憶手段２０を有する場合、送信機１３は、記憶手段２０の記憶した情報を送信するようにしても良い。ＩＣタグの場合、保守要員が現場点検の際に、ＩＣタグリーダを用い、その場でその軸受ユニット１０の使用状況・状態を確認することができ、集中管理室での管理と併せて、より信頼性の高い保守管理が可能となる。

また、ＧＰＳ端末２１を前記ハウジング８に設けても良い。ＧＰＳ端末２１は、全地球的測位システム（ＧＰＳ）の端末であり、位置を知らせるための信号を出力する。ＧＰＳ端末２１は、その送信信号に応じた位置情報を全地球的測位システムから受信し、受信した位置情報をセンサ１１の検出情報と共に送信するようにしても良い。前記送信機１３で送信する識別情報は、一つのコンベア１におけるどの部位の軸受ユニット１０であるかのみを識別する情報であっても良く、その場合でも、ＧＰＳ端末２１の位置情報と組み合わせることで、どのコンベア１のどの軸受ユニット１０であるかまでを特定することができる。

なお、上記の例では、センセ１１、電源１２、および送信機１３は個別に軸受ユニット１０に設置したが、例えば図７に示すように、センセ１１、電源１２、および送信機１３が一体に組み合わされた部品である送信発電機能付きセンサモジュール２２を、軸受ユニット１０に設置するようにしても良い。このように送信発電機能付きセンサモジュール２２としては、例えは２５mm角程度の大きさのものが商品化されており、それを用いることができる。

図３，図４は、プランマブロック１０Ｐからなる軸受ユニットに適用した例を示す。このプランマブロック１０Ｐは、図８のコンベア１における両端のコンベアローラ３が有する回転軸３１を支持するものであり、プランマブロック軸受箱であるハウジング３２内に、回転軸３１を支持する軸受３６を設けて構成される。軸受３６は、複列自動調心ころ軸受等の転がり軸受からなる。ハウジング３２は、ハウジング本体３２ａと蓋部材３２ｂとでなる。ハウジング本体３２ａは、内部に軸受３６が設置されるものであり、両端面に対向する開口を有し一端の開口に回転軸軸３１を挿入させる。蓋部材３２ｂの他端の開口を閉じる部材である。

この例では、ハウジング３２のハウジング本体３２ａの上面部に、センサ１１、電源１２、および送信機１３を埋め込んで構成される。例えば、ハウジング３２の表面に凹部を設けてその中にセンサ１１、電源１２、および送信機１３を配置する。センサ１１、電源１２、および送信機１３は、図１，２の例で前述した構成のものが使用できるが、送信機１３は、アンテナ１７（図６）が大気に露出するように設ける。センサ１１、電源１２、および送信機１３は、図７の例のように、送信発電機能付きセンサモジュール２２として一体化されたものであっても良い。また、この例においても、前記と同様に記憶手段２０やＧＰＳ端末２１をハウジング３２に設置しても良い。

図３，４の例では、ハウジング本体３ａにセンサ１１等を設けたが、図５に示すように、ハウジング３２の蓋部材３２ｂに、センサ１１、電源１２、および送信機１３を埋め込んで設置しても良い。この場合も、送信機１３は、アンテナ１７（図６）が大気に露出するように設ける。

これら図３，４の例および図５の例における、センサ１１、電源１２、および送信機１３の構成については、図１，２と共に前述した例と同様である。また、図３〜５の例においても、前記と同様に記憶手段２０やＧＰＳ端末２１を設けても良い。

図９は、図８のコンベア１、つまり異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット１０が装備されたコンベア１を複数台設置した異常検出機能付きコンベア設備を示す。このコンベア設備は、例えば、鉄鉱石や石炭等の搬送用であって、コンベア１を縦列に配列したコンベア列が、採掘場からトラック載積場に渡って設けられる。
この例では、集中管理盤４１を備えた集中管理室４２と、中継装置４３とが設置される。集中管理盤４１は、アンテナ４４および受信機（図示せず）と、各コンベア１およびその各異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット１０を示した絵図または表による表示装置（図示せず）を有していて、その絵図または表上に、各軸受ユニット１０の異常発生情報を表示する機能を有する。上記の軸受ユニット１０を示した絵図または表は、一つの表示装置の画面に画像として表示されるものであっても良い。
集中管理盤４１は、個々の軸受６，３６毎に異常を行う異常判定手段４５を有していて、その異常判断結果を前記表示装置に表示する。異常判定手段４５は、受信したセンサ信号における信号内容による異常判定の他に、軸受ユニット１０を装備したコンベア１が駆動状態にあるに係わらず、センサ信号が設定時間以上、受信されなかった場合は、異常と判断するものとしても良い。また、軸受ユニット１０からのセンサ信号の送信が、蓄電手段１６の蓄電量が設定値に達する毎に送信を行うものである場合、異常判定手段４５は、センサ信号の内容と、センサ信号の受信間隔との双方を用いて異常判定を行うものとしても良い。発電素子１４が熱発電素子や振動発電素子である場合、軸受６，３６の異常が進むに従って、温度が高くなり、また振動が増えるため、発電量が多くなり、送信間隔が短くなるため、この送信間隔によっても軸受異常の兆候が現れるためである。

中継装置４３は、各コンベア１と集中管理盤４４との間に設置され、各コンベア１の送信機１３の送信する情報を受信して増幅し無線送信する装置である。

上記構成によると、軸受６，３６の状況を検出するセンサ１１とその検出した情報（以下，「センサ情報」と称す）を無線送信する送信機１３とを軸受ユニット１０に設けたため、そのセンサ情報を集中管理室４２内等で検知することにより、軸受６，３６の異常を、多大な時間や労力をかけずに容易に、かつ的確に検出できる。そのため、回転不能となるような不具合が発生した際に、回転不能に至るよりも前に、軸受６，３６を早期に交換することができる。

センサ情報の送信には無線送信を用い、かつその送信用の電力を、軸受ユニット１０内の発電素子１４を有する電源１２から得るようにしたため、各軸受ユニット１０毎に完結した異常検出、情報送信、電源確保が行えて、軸受ユニットの相互間や集中管理室への配線が不要で、配線系が簡素化される。有線では配線等インフラを敷設するため構造が複雑になり、設計の自由度が下がるのに対し、無線ではそのような課題は無くなる。また、コンベア１の距離が長い場合は、送信可能範囲内毎に中継装置４３をコンベア１に沿って設置することにより、集中管理室４２まで無線で送信可能となる。このため、例えば鉄鉱石や石炭等の搬送用コンベア等のような搬送経路の長いコンベア設備においても適用が簡単に行える。

軸受ユニット１０からセンサ情報を送信する場合、アンテナ１７は金属で覆われると通信不能となるが、屋外で使用されるベルトコンベア１では、図１〜５の例に示すように、アンテナ面を外気側に配置することにより良好な通信状態が得られる。

また電源は、「自己発電」により供給し機器を稼動させるようにしたため、スタンドアローン化できる。すなわち、環境エネルギによって発電する発電素子１４を用いたため、回転側および静止側の両方に部品を設けることで必要なロータ・ステータによる発電機を設ける場合に比べて構成が簡素化され、かつコパクト化される。そのため、専用設計の不要化も可能で、設計の自由度も大きく得られ、適用が容易となる。既存設計の軸受ユニットとも容易に置換可能となる。

「自己発電」する環境発電素子１４として、例えば振動発電素子では１００μＷ程度の発電が可能なものが商品化されており、これを用いると、その発電電力により５分毎に送信することができる。また、予めリチウム二次電池等の蓄電手段６に充電しておけば、コンベア停止時に発電されない場合でも蓄電手段１６で情報送信か可能である。

軸受ユニット１０において自己発電する場合、通常の発想では、軸受の回転機能を利用するロータ・ステータによる発電機が用いられる。しかし、軸受ユニット１０では、軸受６の回転に伴って少なからず振動や熱を発生する。このような軸受ユニットの特性に着眼し、従来では軸受ユニットでは考えられることのなかった、環境エネルギによって発電する発電素子１４を用いたことで、コンパクト化、構成の簡易化が図れる。
信号の送信やセンサの駆動に使用する程度の電力であれば、このような振動や熱による発電電力の利用の可能性がある。また、発電電力が小さくても、前述のように蓄電手段１６を設け、充電量が十分になった時点で送信する等の、検出や送信上の工夫を施すことで、実用化が可能である。

発電素子１４としては上記のように振動発電素子( エレクトレット素子) の他に、軸受６の回転による発熱を利用した熱発電素子( ゼーベック素子) を用いることが出来る。この場合では、素子の高温側を内部に配置し外気側を低温側に配置することにより、必要な電力を発電させることが出来る。更に、外気側の外気との接触面積を増やし、放熱を促進するよう櫛型( フィン) 形状とすれば、一層温度差が付き発電量を増加させることが出来る。
異常検出用のセンサ１１には、振動センサの他に温度センサを利用することができる。また、回転センサを用いれば回転速度が低下する現象を捉えることにより不具合発生を予知出来るという点で、有効なセンシング方法とも言える。

各軸受ユニット１０の送信機１３から識別情報をセンサ情報と共に送信するようにした場合、どの軸受６，３６の情報か識別できるが、個々の機器を組み合わせて使用する時や、多数のコンベア１を備えた設備の場合は、ＧＰＳ端末２１と連動させることにより、どのコンベア１のどの軸受６，３６であるかをを特定することが可能となる。

なお、前記の実施形態は、搬送装置がベルトコンベア１である場合つき説明したが、この発明は、ベルト形式以外のコンベアや、さらにコンベア以外の搬送装置にも適用することができる。

１…コンベア（搬送装置）
２…コンベアベルト
３…コンベアローラ
４…コンベアローラ
５…固定軸
６…軸受
７…円筒体
８…ハウジング
９…カバー
１０…軸受ユニット
１０Ｐ…プランマブロック
１１…センサ
１２…電源
１３…送信機
１４…発電素子
１６…蓄電手段
１７…アンテナ
１９…送信制御部
２０…記憶手段
２１…ＧＰＳ端末
３１…回転軸
３２…ハウジング
３２ａ…ハウジング本体
３２ｂ…蓋部材
３６…軸受
４１…集中管理盤
４２…集中管理室
４３…中継装置

Claims (16)

1. 転がり軸受をハウジング内に設置してなり、搬送装置に装備される搬送装置用軸受ユニットにおいて、
   前記転がり軸受の状況を検出するセンサと、このセンサで検出した情報を無線送信する送信機と、環境エネルギによって発電する発電素子を有し前記センサおよび送信機に電力を与える電源とを前記ハウジングに設けたことを特徴とする異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
2. 請求項１において、前記電源は、前記発電素子で発電した電力を蓄電する蓄電手段を有する異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
3. 請求項２において、前記送信手段は、前記蓄電手段の蓄電量が設定値に達する毎に、前記センサで検出した情報の無線送信を行う異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記発電素子が振動発電素子である異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記発電素子が熱発電素子である異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサとして、振動センサ、温度センサ、および回転センサのうちの少なくとも一つを設けた異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサで検出した情報を記憶する記憶手段を設けた異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
8. 請求項７において、前記記憶手段はＩＣタグである異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、全地球的測位システムの端末であるＧＰＳ端末を前記ハウジングに設けた異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記異常検出機能付き搬送装置がベルトコンベアである異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
11. 請求項１０において、前記ハウジングは、前記ベルトコンベアのベルトを掛装したコンベアローラの外周の円筒体の端部に設けられた部材であり、前記転がり軸受は、固定の軸と前記ハウジングとの間に介在して前記コンベアローラを回転自在に支持する異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
12. 請求項１１において、前記コンベアローラに、前記円筒体の端面を蓋する合成樹脂製のカバーを設け、前記送信機は、前記カバーの内側の空間における、前記送信機のアンテナと前記カバーとの間に電波遮蔽性の部材が介在しない箇所に配置した異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
13. 請求項１０において、前記ハウジングは、前記ベルトコンベアのベルトを掛装したコンベアローラが有する回転軸を支持するプランマブロックの軸受箱である異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
14. 請求項１２において、前記プランマブロックの軸受箱は、両端面に対向する開口を有し一端の開口に軸を挿入させるハウジング本体と、このハウジング本体の他端の開口を閉じる蓋部材とでなり、前記センサ、送信機、および電源を前記蓋部材に設置した異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニット。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の異常検出機能付き搬送装置用軸受ユニットを複数のコンベアに装備した異常検出機能付きコンベア設備。
16. 請求項１５において、前記各コンベアに装備された前記各送信機の送信する情報を纏めて監視する集中管理盤と前記コンベアとの間に、前記送信機の送信する情報を受信して増幅し無線送信する中継装置を設けた異常検出機能付きコンベア設備。

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