JP2014092398A - 軸受交換時期推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、適切な軸受交換の時期を推定するための軸受交換時期推定システムを提供する。
【解決手段】本発明の軸受交換時期推定システム１は、回転ロールと該回転ロールに取り付けられた軸受とを備えるロール装置における軸受の交換時期を推定するものであり、前記ロール装置の装置情報を入力する入力部２０と、前記ロール装置の操業情報を測定する測定部３０と、前記装置情報及び前記操業情報に基づき、軸受の交換時期を推定する交換時期推定部４０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受の交換時期を推定するためのシステムに関する。

例えば、熱可塑性樹脂材料から樹脂フィルムを製造するフィルム製造装置においては、樹脂フィルムを移送するための回転ロールや樹脂フィルムの巻き取るための回転ロールを複数備えている。これら回転ロールは、通常、軸受を介して、フィルム製造装置における軸受固定部に固定されている（例えば、特許文献１参照）。
軸受は消耗品であるため、使用不能になる前に交換する必要がある。従来、この軸受を交換する時期は作業者の経験を元に決められていた。

特開２００９−１９０３２１号公報

しかしながら、経験を元に正確な交換時期を決めることは容易ではない。仮に、交換が遅れると、交換前に軸受が破損することになりかねない。樹脂フィルム製造中に軸受が破損した場合には、不良品が発生し、また、修理が大掛かりになって装置停止時間が長くなる。そのため、経験を元に交換時期を決める場合でも、通常は、軸受破損による製造装置の停止を防ぐために、早めに軸受を交換する傾向にあった。
ところが、早めに軸受を交換した場合には、まだ充分に使用可能なものを廃棄することになり、経済的ではなかった。
本発明は、適切な軸受交換の時期を推定するための軸受交換時期推定システムを提供することを目的とする。

本発明の軸受交換時期推定システムは、回転ロールと該回転ロールに取り付けられた軸受とを備えるロール装置における軸受の交換時期を推定する軸受交換時期推定システムであって、前記ロール装置の装置情報を入力する入力部と、前記ロール装置の操業情報を測定する測定部と、前記装置情報及び前記操業情報に基づき、軸受の交換時期を推定する交換時期推定部とを具備する。
本発明の軸受交換時期推定システムにおいて、前記ロール装置は、モータと、前記回転ロールに取り付けられた、プーリまたはスプロケットからなる伝動部品と、前記モータの駆動力を伝動部品に伝達させる、ベルトまたはチェーンからなる無端条体とを備え、前記装置情報が、回転ロールに取り付けられた軸受の数、軸受１個の自重による荷重、軸受指数、基本動定格荷重、無端条体の種類に応じた係数、伝動部品の有効半径であり、前記操業情報が、伝動動力、回転ロールの回転速度、軸受温度であることが好ましい。

本発明の軸受交換時期推定システムによれば、適切な軸受交換の時期を推定できる。

本発明の軸受交換時期推定システムの一実施形態を示すブロック図である。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムが適用されるロール装置を示す模式図である。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムを構成する動等価荷重導出部を説明するフローチャートである。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムを構成する軸受速度係数導出部を説明するフローチャートである。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムを構成する基本動定格荷重補正値導出部を説明するフローチャートである。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムを構成する交換予定日導出部を説明するフローチャートである。 図１に示す実施形態の軸受交換時期推定システムを構成する表示指示部を説明するフローチャートである。

本発明の軸受交換時期推定システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の軸受交換時期推定システム１は、軸受の交換時期を推定するシステムであり、記憶部１０と入力部２０と測定部３０と交換時期推定部４０と表示指示部５０と表示部６０とを具備する。
なお、本実施形態の軸受交換時期推定システムは、図２に示すような、回転ロール１０１に軸受１０２が取り付けられたロール装置１００に適用される。軸受１０２は軸受固定部１０３に固定されている。回転ロール１０１には、プーリまたはスプロケットからなる伝動部品１０４ａが取り付けられ、この伝動部品１０４ａには、ベルトまたはチェーンからなる無端条体１０５が巻き掛けられている。無端条体１０５は、モータ１０６に取り付けられた、プーリまたはスプロケットからなる伝動部品１０４ｂにも巻き掛けられている。したがって、モータ１０６の駆動力を、伝動部品１０４ａ，１０４ｂ及び無端条体１０５によって回転ロール１０１に伝達するようになっている。

（記憶部）
記憶部１０は、記録媒体を備え、軸受の型式ごとの軸受指数ｐ、軸受温度Ｔにおける温度係数ｆ_T、軸受交換時期を推定するために使用する下記の計算式（１）〜（９）、使用中の軸受の交換日をあらかじめ電子的に記憶させたものである。なお、軸受指数ｐや温度係数ｆ_Tは、軸受ごとに定められているもので、例えば、カタログ等に記載されている。
（１）Ｆ_r＝Ｆ×Ｎ （Ｆ_r：軸受荷重［Ｎ］、Ｆ：軸受１個の自重による荷重［Ｎ］、Ｎ：軸受の数）
（２）Ｍ＝９５５００００Ｈ／ｎ （Ｍ：伝動部品に作用するトルク［Ｎ・ｍｍ］、Ｈ：伝動動力［ｋＷ］、ｎ：回転ロールの回転速度［ｍｉｎ^-1］）
（３）Ｐ_k＝Ｍ／ｒ （Ｐ_k：無端条体の有効伝動力［Ｎ］、Ｍ：伝動部品に作用するトルク［Ｎ・ｍｍ］、ｒ：伝動部品の有効半径［ｍｍ］）
（４）Ｋ_b＝ｆ_b×Ｐ_k （Ｋ_b：伝動力によって生じる荷重（以下、「伝動荷重という。」）［Ｎ］、ｆ_b：無端条体の種類に応じた係数（以下、「無端条体係数」という。））
（５）Ｐ＝Ｆ_r＋Ｋ_b （Ｐ：動等価荷重［Ｎ］、Ｆ_r：軸受荷重［Ｎ］、Ｋ_b：伝動力によって生じる、軸受への荷重［Ｎ］）
（６）ｆ_n＝（１００／３ｎ）^1/p （ｆ_n：軸受速度係数、ｐ：軸受指数、ｎ：回転ロールの回転速度［ｍｉｎ^-1］）
（７）Ｃ_T＝ｆ_T×Ｃ （Ｃ_T：温度によって補正した基本動定格荷重［Ｎ］、ｆ_T：温度係数、Ｃ：基本動定格荷重［Ｎ］）
（８）ｆ_h＝ｆ_n・（Ｃ_T／Ｐ） （ｆ_h：基本定格寿命係数、ｆ_n：軸受速度係数、Ｃ_T：温度によって補正した基本動定格荷重補正値［Ｎ］、Ｐ：動等価荷重［Ｎ］）
（９）Ｌ_h＝５００・ｆ_n ^p、（Ｌ_h：軸受定格寿命時間［ｈ］、ｆ_n：軸受速度係数、ｐ：軸受指数）

（入力部）
入力部２０は、回転ロール装置の装置情報を入力するものである。
本実施形態における装置情報は、回転ロールに取り付けられた軸受の数Ｎ、軸受１個の自重による荷重Ｆ、軸受の形式、無端条体係数ｆ_b、伝動部品の有効半径ｒである。
また、本実施形態における入力部２０は、入力された軸受の形式に基づいて、記憶部１０に記憶させた軸受指数ｐを選択して読み出し、入力された軸受の形式に基づいて、基本動定格荷重Ｃを選択して読み出すことができるようになっている。

（測定部）
測定部３０は、ロール装置の操業情報を測定するものである。
本実施形態におけるロール装置の操業情報は、回転ロールを回転させるための伝動動力Ｈ［ｋＷ］、回転ロールの回転速度ｎ［ｍｉｎ^-1］、軸受温度Ｔ［℃］である。
伝動動力Ｈは、（回転ロールを回転させるためのモータの消費電流値［Ａ］）×（モータに印加する電圧［Ｖ］）より求めることができる。通常、電圧は一定であるため、消費電流値を電流計によって測定すればよい。回転速度ｎは、回転計を用いて測定することができる。
軸受温度Ｔは、軸受に取り付けられた測温抵抗体や熱電対等の温度センサによって測定することができる。
また、本実施形態における測定部３０は、測定された軸受温度Ｔに基づいて、記憶部１０に記憶させた温度係数ｆ_Tを選択して読み出すことができるようになっている。

（交換時期推定部）
本実施形態における交換時期推定部４０は、動等価荷重導出部４１と軸受速度係数導出部４２と基本動定格荷重補正値導出部４３と交換予定日導出部４４とを備え、定格寿命時間Ｌ_hを推定するものである。

［動等価荷重導出部］
動等価荷重導出部４１は、図３に示すように、軸受荷重算出部４１ａと、伝動荷重算出部４１ｂと、動等価荷重算出部４１ｃを有する。

軸受荷重算出部４１ａは、記憶部１０から式（１）を選択して読み出し、入力部２０によって入力された、軸受１個の自重による荷重Ｆと軸受の数Ｎとを式（１）に入力し、計算して、軸受荷重Ｆ_rを求めるようになっている。

伝動荷重算出部４１ｂは、記憶部１０に記憶させた式（２）を選択して読み出し、測定部３０によって測定された伝動動力Ｈと回転速度ｎとを式（２）に入力し、計算して、トルクＭを求めるようになっている。
また、伝動荷重算出部４１ｂは、記憶部１０に記憶させた式（３）を選択して読み出し、前記のトルクＭと、入力部２０によって入力された伝動部品の有効半径ｒとを式（３）に入力し、計算して、無端条体の有効伝動力Ｐ_kを求めるようになっている。
また、伝動荷重算出部４１ｂは、記憶部１０に記憶させた式（４）を選択して読み出し、前記の有効伝動力Ｐ_kと、入力部２０によって入力された無端条体係数ｆ_bとを式（４）に入力し、計算して、伝動荷重Ｋ_bを求めるようになっている。

動等価荷重算出部４１ｃは、記憶部１０に記憶させた式（５）を選択して読み出し、軸受荷重算出部４１ａによって算出された軸受荷重Ｆ_rと、伝動荷重算出部４１ｂによって算出された伝動荷重Ｋ_bとを式（５）に入力し、計算して、動等価荷重Ｐを求めるようになっている。
なお、伝動動力Ｈ及び回転速度ｎは常に一定とは限らない。したがって、動等価荷重導出部４１では、随時、動等価荷重Ｐを求める。

［軸受速度係数導出部］
軸受速度係数導出部４２は、記憶部１０に記憶させた式（６）を選択して読み出し、図４に示すように、入力部２０にて読み出された軸受指数ｐと、測定部３０によって測定された回転速度ｎとを式（６）に入力し、計算して、軸受速度係数ｆ_nを求めるようになっている。

［基本動定格荷重補正値導出部］
基本動定格荷重補正値導出部４３は、記憶部１０に記憶させた式（７）を選択して読み出し、図５に示すように、入力部２０にて読み出された軸受の基本動定格荷重Ｃと、測定部３０にて読み出された温度係数ｆ_Tとを式（７）に入力し、計算して、基本動定格荷重補正値Ｃ_Tを求めるようになっている。
なお、軸受温度Ｔは常に一定とは限らない。したがって、基本動定格荷重補正値導出部４３では、随時、基本動定格荷重補正値Ｃ_Tを求める。

［交換予定日導出部］
交換予定日導出部４４は、記憶部１０に記憶させた式（８）を選択して読み出し、図６に示すように、動等価荷重Ｐ、軸受速度係数ｆ_n及び基本動定格荷重補正値Ｃ_Tを式（８）に入力し、計算して、基本定格寿命係数ｆ_hを求めるようになっている。また、交換予定日導出部４４は、記憶部１０に記憶させた式（９）を選択して読み出し、軸受指数ｐ及び基本定格寿命係数ｆ_hを式（９）に入力し、計算して、定格寿命時間Ｌ_hを求めるようになっている。
また、本実施形態における交換予定日導出部４４は、記憶部１０に記憶させた使用中の軸受の交換日を選択して読み出し、その軸受交換日に定格寿命時間Ｌ_hを加算して、軸受の交換予定日を求めるようになっている。

（表示指示部）
本実施形態における表示指示部５０は、定格寿命時間Ｌ_hに基づいて、表示部６０における交換予定日または交換警告の表示を指示するものである。本実施形態における表示指示部５０では、交換予定日より前に交換予定日を表示するようになっている。交換予定日の何日前から表示するかは任意に設定すればよく、本実施形態では、交換予定日を表示するのは、交換予定日のＸ日前（Ｘは作業者が任意に設定する正数である。）を過ぎた後とする。
具体的に、表示指示部５０は、図７に示すように、カレンダー部５１と、表示制御部５２とを有する。
カレンダー部５１は、現在の日付を出力するものである。
表示制御部５２は、交換予定日のＸ日前になった後に、交換予定日を表示部６０に表示する指示を発するようになっている。具体的には、交換予定日と、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付とを対比し、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付が交換予定日を超えた後に、表示部６０に交換予定日を表示する指示を発するようになっている。
また、表示制御部５２は、交換予定日になった際に、交換の警告を表示部６０に表示する指示を発するようになっている。具体的には、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付が交換予定日を超えた後に、交換予定日とカレンダー部５１から出力された日付とを対比し、交換予定日とカレンダー部５１から出力された日付とが等しいときに、表示部６０に交換警告を表示する指示を発するようになっている。

（表示部）
表示部６０は、表示指示部５０の指示に基づいて、交換予定日または交換警告を表示するものである。表示部６０は作業者が視認しやすい場所に設置することが好ましい。

（軸受交換時期推定システムのハードウェア）
上記軸受交換時期推定システム１は、その内部に、コンピュータシステムを有している。軸受交換時期推定システムの処理過程は、プログラム形式でコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶されている。そのプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、半導体メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、光磁気ディスク等が挙げられ、これらを複数用いても構わない。また、そのプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、配信を受けたコンピュータがプログラムを実行するようにしてもよい。
また、記憶部１０を構成する記録媒体も、上記記録媒体を使用することができる。
入力部２０としては、キーボード、タッチパネル等を使用することができる。
交換時期推定部４０における式（１）〜式（９）の演算は、各々、別個の演算処理装置を用いてもよいし、１個の演算処理装置を共同使用してもよい。
表示部６０としては、例えば、ディスプレイ、電光掲示板等を使用することができる。

（軸受交換時期推定方法）
本実施形態の軸受交換時期推定システムを用いた軸受交換時期推定方法について説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態における軸受交換時期推定方法は、入力工程と測定工程と交換予定日推定工程と表示工程とを有する。

［入力工程］
入力工程は、ロール装置の装置情報を入力する工程である。
具体的には、軸受の数Ｎ、軸受１個当たりの荷重Ｆ、軸受の形式、無端条体係数ｆ_b、伝動部品の有効半径ｒを入力する。
また、本実施形態における入力工程では、入力した軸受の形式の軸受指数ｐを記憶部１０から読み出し、入力した軸受の形式の基本動定格荷重Ｃを読み出す。

［測定工程］
測定工程は、ロール装置の操業情報を測定する工程である。
具体的には、回転ロールを回転させるモータの消費電流を測定し、消費電流値×電圧より伝動動力Ｈを求める。また、回転ロールの回転速度を回転計によって測定する。また、軸受温度Ｔを温度センサによって測定する。
また、本実施形態における測定工程では、測定した軸受温度の温度係数ｆ_Tを記憶部から読み出す。

［交換時期推定工程］
交換時期推定工程は、動等価荷重導出工程と軸受速度係数導出工程と基本動定格荷重補正値導出工程と交換予定日推定工程とを有し、軸受の交換予定日を推定する工程である。

＜動等価荷重導出工程＞
動等価荷重導出工程は、軸受荷重算出工程と伝動荷重算出工程と動等価荷重算出工程とを有する。
軸受荷重算出工程では、記憶部１０から式（１）を読み出し、式（１）に、入力工程で入力した、軸受１個の自重によって生じる荷重Ｆと、軸受の数Ｎとを入力し、計算して、軸受荷重Ｆ_rを求める（図３参照）。
伝動荷重算出工程では、記憶部１０から式（２）を読み出し、測定工程で測定した伝動動力Ｈと回転速度ｎとを式（２）に入力し、計算して、トルクＭを求める。
また、伝動荷重算出工程では、記憶部１０から式（３）を読み出し、前記のトルクＭと、入力工程で入力した伝動部品の有効半径ｒとを式（３）に入力し、計算して、無端条体の有効伝動力Ｐ_kを求める。
また、伝動荷重算出工程では、記憶部１０から式（４）を読み出し、前記の有効伝動力Ｐ_kと、入力工程で入力した無端条体係数ｆ_bとを式（４）に入力し、計算して、伝動荷重Ｋ_bを求める。
動等価荷重算出工程では、記憶部１０から式（５）を読み出し、軸受荷重算出部４１ａによって算出された軸受荷重Ｆ_rと、伝動荷重算出部４１ｂによって算出された伝動荷重Ｋ_bとを式（５）に入力し、計算して、動等価荷重Ｐを求める。

＜軸受速度係数導出工程＞
軸受速度係数導出工程では、記憶部１０から式（６）を読み出し、式（６）に、入力工程で記憶部１０から読み出した軸受指数ｐと、測定工程で測定した回転速度ｎとを入力し、計算して、軸受速度係数ｆ_nを求める（図４参照）。

＜基本動定格荷重補正値導出工程＞
基本動定格荷重補正値導出部工程では、記憶部１０から式（７）を読み出し、入力工程にて記憶部１０から読み出した軸受の基本動定格荷重Ｃと、測定工程にて記憶部１０から読み出した温度係数ｆ_Tとを式（７）に入力し、計算して、基本動定格荷重補正値Ｃ_Tを求める（図５参照）。

［交換予定日推定工程］
交換予定日推定工程では、記憶部１０から式（８）を読み出し、動等価荷重Ｐ、軸受速度係数ｆ_n及び基本動定格荷重補正値Ｃ_Tを式（８）に入力し、計算して、基本定格寿命係数ｆ_nを求める（図６参照）。
また、交換予定日推定工程では、記憶部１０から式（９）を読み出し、軸受指数ｐ及び基本定格寿命係数ｆ_nを式（９）に入力し、計算して、軸受定格寿命時間Ｌ_hを求める。
さらに、交換予定日推定工程では、記憶部１０に記憶させた使用中の軸受の交換日を選択して読み出し、軸受交換日に軸受定格寿命時間Ｌ_hを加算して、軸受の交換予定日を求める。

［表示指示工程］
表示指示工程は、交換時期推定工程で求めた交換予定日または交換の警告を表示部６０に表示させる指示を発する工程である。具体的に、表示指示工程では、図７に示すように、交換予定日と、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付とを対比し、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付が交換予定日を超えた後に、表示部６０に交換予定日を表示する指示を発する。
また、表示指示工程は、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付が交換予定日を超え且つ交換予定日になった際に、交換警告を表示部６０に表示する指示を発する工程である。具体的に、表示指示工程では、カレンダー部５１から出力された日付にＸ日を加算した日付が交換予定日を超えた後に、交換予定日とカレンダー部５１から出力された日付とを対比し、交換予定日とカレンダー部５１から出力された日付とが等しいときに、表示部６０に交換警告を表示する指示を発する。

［表示工程］
表示工程は、図７に示すように、表示指示工程にて発せられた交換予定日の表示の指示または交換警告の指示に基づき、表示部６０に交換予定日または交換警告を表示させる工程である。
また、表示工程においては、交換警告を表示部６０に表示させると同時に、警告音を発生させてもよい。

［軸受交換作業］
作業者は、表示部６０に表示された交換予定日または交換警告を見ることで軸受の交換時期が到来したことを把握することができ、その後、軸受の交換作業に着手することができる。また、作業者は、軸受の交換作業を終えたら、交換した日付を記憶部１０に入力して記憶させて、新たにロール装置に取り付けた軸受の交換時期推定に備える。

（作用効果）
上記軸受交換時期推定システムによれば、作業者の経験に頼るのでなく、客観的に軸受交換の時期を推定できる。したがって、適切な軸受交換の時期を推定できる。
また、伝動動力Ｈ、回転速度ｎ及び軸受温度Ｔは常に一定とは限らないが、上記軸受交換時期推定システムでは、これらの値が変動しても常に定格寿命時間Ｌ_hに反映させることができる。したがって、回転ロールの状況や環境の変化に応じて、交換時期を推定することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
例えば、入力部にて軸受指数ｐ及び基本定格動定格荷重Ｃを直接入力してもよい。
また、本発明の軸受交換時期推定システムにおいて、記憶部、表示指示部及び表示部は任意の構成である。

１ 軸受交換時期推定システム
１０ 記憶部
２０ 入力部
３０ 測定部
４０ 交換時期推定部
４１ 動等価荷重導出部
４１ａ 軸受荷重算出部
４１ｂ 伝動荷重算出部
４１ｃ 動等価荷重算出部
４２ 軸受速度係数導出部
４３ 基本動定格荷重補正値導出部
４４ 交換予定日導出部
５０ 表示指示部
５１ カレンダー部
５２ 表示制御部
６０ 表示部
１００ ロール装置
１０１ 回転ロール
１０２ 軸受
１０３ 軸受固定部
１０４ａ，１０４ｂ 伝動部品
１０５ 無端条体
１０６ モータ

Claims (2)

1. 回転ロールと該回転ロールに取り付けられた軸受とを備えるロール装置における軸受の交換時期を推定する軸受交換時期推定システムであって、
   前記ロール装置の装置情報を入力する入力部と、前記ロール装置の操業情報を測定する測定部と、前記装置情報及び前記操業情報に基づき、軸受の交換時期を推定する交換時期推定部とを具備する、軸受交換時期推定システム。
2. 前記ロール装置は、モータと、前記回転ロールに取り付けられた、プーリまたはスプロケットからなる伝動部品と、前記モータの駆動力を伝動部品に伝達させる、ベルトまたはチェーンからなる無端条体とを備え、
   前記装置情報が、回転ロールに取り付けられた軸受の数、軸受１個の自重による荷重、軸受指数、基本動定格荷重、無端条体の種類に応じた係数、伝動部品の有効半径であり、
   前記操業情報が、伝動動力、回転ロールの回転速度、軸受温度である、請求項１に記載の軸受交換時期推定システム。

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