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WO2005111451A1 - 軸継手監視装置 - Google Patents

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Publication number
WO2005111451A1
WO2005111451A1 PCT/JP2005/008888 JP2005008888W WO2005111451A1 WO 2005111451 A1 WO2005111451 A1 WO 2005111451A1 JP 2005008888 W JP2005008888 W JP 2005008888W WO 2005111451 A1 WO2005111451 A1 WO 2005111451A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
sensor
rolling surface
monitoring device
ultrasonic
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/008888
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nobuo Komeyama
Kenji Sakamoto
Original Assignee
Jtekt Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2004146788A external-priority patent/JP4599889B2/ja
Priority claimed from JP2004146836A external-priority patent/JP4687005B2/ja
Application filed by Jtekt Corporation filed Critical Jtekt Corporation
Priority to KR1020067023994A priority Critical patent/KR101138534B1/ko
Priority to EP05739320A priority patent/EP1775492B1/en
Priority to US11/579,954 priority patent/US7513159B2/en
Publication of WO2005111451A1 publication Critical patent/WO2005111451A1/ja

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/38—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another
    • F16D3/40—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another with intermediate member provided with two pairs of outwardly-directed trunnions on intersecting axes
    • F16D3/41—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another with intermediate member provided with two pairs of outwardly-directed trunnions on intersecting axes with ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • G01N29/223—Supports, positioning or alignment in fixed situation
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    • B21B35/00—Drives for metal-rolling mills, e.g. hydraulic drives
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    • G01N2291/269—Various geometry objects
    • G01N2291/2696—Wheels, Gears, Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a shaft joint monitoring device that monitors a cross shaft joint incorporated in a drive shaft of a rolling facility or the like.
  • a bearing cup is provided on each of the four shafts of the cross shaft, and a roller is inserted between the cup and the shaft.
  • a roller is inserted between the cup and the shaft.
  • each end of the drive shaft and the driven shaft disposed on the drive motor side and the rolling roller side of the drive shaft, respectively, is connected to the two bearing cups on different straight lines. Then, the joint is incorporated in the drive shaft and transmits the rotational force of the drive motor to the rolling roller side.
  • the cross shaft of the cross joint is covered by the four bearing cups around the axial direction, and each end of the drive shaft portion and the driven shaft portion is located at the center of the cross shaft.
  • the cross shaft is connected so as to be almost in close contact with the portion, and is incorporated into the drive shaft with almost no external exposure. For this reason, it is difficult to attach a sensor for detecting damage such as separation on the rolling surface provided on each shaft to the cross joint. Therefore, it was also difficult to perform damage detection based on the sensor detection result. Therefore, the rolling equipment regularly removes the cross joint from the drive shaft, separates the shaft from the bearing cup, and completely disassembles the cross joint to reduce surface delamination on each shaft.
  • the present invention is also directed to a cross joint that is incorporated into a drive shaft of a rolling facility or the like, so that damage such as peeling on a rolling surface provided on each shaft of the cross shaft can be accurately detected on a shaft basis.
  • the purpose is to provide new technical means that can be detected at an early stage. Disclosure of the invention
  • the present invention for achieving the above object is a shaft joint monitoring device for monitoring a cross joint using outer peripheral surfaces of four shafts of a cross shaft as rolling surfaces on which rolling elements roll.
  • a sensor for detecting damage to the rolling surface of the shaft is provided inside the shaft.
  • a bearing cup is swingably mounted on each of the four shafts, and a relative displacement between the shaft and the bearing cup is detected.
  • a displacement sensor may be provided as the sensor on the bearing cup side.
  • the relative displacement between the bearing and the bearing cup is detected by the displacement sensor on the axis of the cross shaft, so that the inventors of the present invention can remove the peeling. It has been found that it can be determined whether or not such damage has occurred on the rolling surface. That is, the shaft may bend due to the damage only when the damage occurs on the rolling surface, and the fluctuation due to the bending appears in the output of the displacement sensor.
  • the present invention It is completed based on such knowledge, and by detecting the output fluctuation of the displacement sensor, it is possible to immediately detect the occurrence of damage on the rolling surface. Further, since the above-described output fluctuation changes according to the position and the degree of occurrence of the damage on the rolling surface, the position and the degree of the occurrence can be determined. Further, since the displacement sensor is provided on the bearing cup side, even when the cross shaft of the cruciform joint is hardly exposed to the outside such as a rolling mill, the sensor is mounted on the bearing cup. In addition, it is possible to perform high-precision damage detection on the rolling contact surface for each axis while oscillating the corresponding axis. The displacement sensor may be provided on each of the four axes of the cross shaft, or may be provided only on the axis on which damage is likely to occur.
  • the displacement sensor is disposed on a line passing through the center of the shaft in a direction parallel to a rotation direction of the cross joint.
  • the displacement sensor will be arranged in the direction of the radius of the shaft due to damage to the rolling surface or in the direction 180 ° opposite to the axial center of the radius, so that displacement fluctuation due to the radius can be detected with the highest sensitivity. Therefore, damage detection can be performed with higher accuracy.
  • the displacement sensor is disposed inside a hole formed on the shaft and concentric with the shaft, and detects a distance from the inner wall surface of the hole. Thus, it is preferable to detect the displacement.
  • the displacement sensor is provided inside the radius axis itself due to damage generated on the rolling surface and detects displacement, the detection accuracy of the sensor can be improved.
  • an ultrasonic wave is transmitted toward the rolling surface
  • An ultrasonic sensor capable of receiving the ultrasonic wave reflected by the rolling surface is disposed inside the shaft as the sensor.
  • an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic sensor toward the rolling surface, and the ultrasonic wave reflected by the rolling surface is received by the sensor.
  • the present inventors have found that it is possible to determine whether or not damage such as peeling has occurred on the rolling surface. In other words, if no damage occurs on the rolling surface, the reflected wave of the ultrasonic wave from the rolling surface hardly attenuates with respect to the transmitted wave of the ultrasonic wave, and the sensor receives the reflected wave. I was able to.
  • the ultrasonic wave was diffused due to the damage, and the reflected wave reflected on the sensor side was significantly attenuated or could not be received by the sensor at all.
  • the present invention has been completed on the basis of the above findings, and detects the occurrence of damage on the rolling surface by detecting a change in the reflected wave of the ultrasonic wave from the rolling surface. can do.
  • the ultrasonic sensor is arranged inside the shaft, the rolling surface can be used even when the cross shaft of the cross shaft joint is hardly exposed to the outside, such as in a rolling mill, etc. , High-precision damage detection can be performed for each axis.
  • the ultrasonic sensor may be provided on each of the four axes of the cross axis, or may be provided only on the axis where damage is likely to occur.
  • the ultrasonic sensor may be configured to transmit the ultrasonic wave transmitted from the rolling surface so as to amplify the reflected wave received by the ultrasonic sensor.
  • the transmitting wave is transmitted toward the rolling surface in accordance with the phase of the reflected wave of the ultrasonic wave reflected from the rolling surface when the rolling surface is not damaged. .
  • the amplitude of the ultrasonic wave of the rolling surface force input to the ultrasonic sensor can be increased, and the accuracy of damage detection on the rolling surface can be improved. it can.
  • a bearing cup is swingably mounted on each of the four shafts, and the ultrasonic sensor is fixed to the bearing cup side. It is preferable to be arranged in the arrangement space provided inside the shaft.
  • the ultrasonic sensor since the ultrasonic sensor is fixed to the bearing cup, when the cup oscillates with respect to the corresponding axis, the sensor also oscillates, and the ultrasonic wave on the rolling surface of the ultrasonic sensor oscillates.
  • the destination (sensing location) can be moved.
  • the ultrasonic sensor can sequentially sense the rolling surface in accordance with the swing of the cup, and can irradiate the ultrasonic wave to a required range without increasing the ultrasonic wave transmission range. At the same time, it is possible to specify the location of the damage on the rolling surface.
  • the ultrasonic sensor may be located in the arrangement space. Ultrasonic waves may be transmitted toward the rolling surface while being in close contact with the wall surface. In this case, it is possible to prevent an interface from being formed on the ultrasonic wave propagation path between the ultrasonic sensor and the rolling surface, and to prevent the ultrasonic wave propagation path such as refraction by the interface from being changed. In addition, it is possible to reliably perform ultrasonic sensing on a desired portion of the rolling surface.
  • the ultrasonic sensor may be disposed inside a grease passage hole formed in the shaft.
  • the ultrasonic sensor without providing a hole, a concave portion, or the like for disposing the ultrasonic sensor inside the shaft.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a drive shaft used for rolling equipment of a steel maker.
  • FIG. 2 is a view (including a partial cross section) of a main part of the shaft coupling monitoring device according to one embodiment of the present invention, as viewed from an axial direction of a drive shaft.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a displacement sensor of the shaft coupling monitoring device.
  • FIG. 4 is a view showing a swinging operation of the cross joint shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a moving bearing cup.
  • (a) and (b) are diagrams showing the operation of the displacement sensor when the axis is not radiused and when the axis is radiused, respectively.
  • FIG. 6 (a) and (b) are waveforms showing specific output waveforms of the above displacement sensor when the rolling surface is not damaged and when the rolling surface is damaged, respectively. It is a figure
  • FIG. 7 is a diagram showing a method of specifying a location where a damage occurs in the shaft coupling monitoring device, wherein (a) to (d) show a detection of a location where the damage occurs and a displacement sensor that changes as the bearing cup swings. It is a figure which shows the relationship with an outgoing position.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a main part of a slave unit included in the shaft coupling monitoring device.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a specific overall configuration example of the shaft coupling monitoring device.
  • FIG. 10 is a view of a main part of a shaft coupling monitoring device according to another embodiment of the present invention as viewed from an axial direction of a drive shaft (including a partial cross section).
  • FIG. 11 is a diagram showing an ultrasonic sensor of the shaft coupling monitoring device shown in FIG. 10, wherein (a) and (b) show damage, damage, cases, and damage, respectively.
  • FIG. 9 is a diagram showing a specific operation example of the same sensor in the case of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing specific operation waveforms of the ultrasonic sensor, (a) is a waveform diagram showing a transmitted wave of the sensor, and (b) is an outer peripheral surface of a shaft of the cross joint. (C) is a waveform diagram showing a reflected wave reflected from the rolling surface when the rolling surface is not damaged, and (c) is the same as when the rolling surface of the shaft is not damaged.
  • FIG. 9 is a waveform chart showing a reflected wave actually received by the sensor.
  • FIG. 13 is a diagram showing an ultrasonic sensor of the shaft coupling monitoring device according to another embodiment, wherein (a) and (b) show damage, damage, cases, and damage, respectively.
  • FIG. 9 is a diagram showing a specific operation example of the same sensor in a case where the sensor is used.
  • FIG. 14 is a diagram showing a method of specifying a damage occurrence position in the shaft coupling monitoring device shown in FIG. 13, wherein (a) to (d) change according to the damage occurrence position and the swing of the bearing cup.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship with a detection position of an ultrasonic sensor.
  • FIG. 15 is a graph showing a specific detection waveform of the ultrasonic sensor input to the panel computer shown in FIG. 9.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a drive shaft used for rolling equipment of a steel maker
  • FIG. 2 shows a main part of a shaft coupling monitoring device according to an embodiment of the present invention in an axial direction of the drive shaft. It is a view (including a partial cross section).
  • a cross joint 11 is used near both ends of the drive shaft 10, and a drive motor and a drive motor (not shown) are provided on one end and the other end of the drive shaft 10 with the joint 11 interposed therebetween.
  • the steel rolling rollers are connected to each other.
  • the drive shaft 10 has a drive shaft portion ( 2nd shaft) 1 Ob and a driven shaft portion (third shaft portion) 10c are provided.
  • One cross shaft joint 11 connects the intermediate shaft portion 10a and the drive shaft portion 10b, and the other cross shaft joint 11 forms an intermediate shaft portion.
  • the section 10a and the driven shaft section 10c are connected (see FIG. 1).
  • two drive shafts 10 are arranged in parallel with each other, and a steel material subjected to a rolling process is passed through a slab or the like between the two rollers connected to each drive shaft 10. It is configured to be manufactured.
  • each cross joint 11 transmits the rotational force of the drive motor to the rolling roller in a state where the connected drive shaft 10 is allowed to incline from the axial direction. Further, by providing the cross joints 11, when the rolling rollers are worn or when changing the rolling width of the steel material, the distance between the upper and lower roller cores can be easily adjusted.
  • the cross joint 11 includes a cross shaft 12 and four bearing cups 13.
  • the cross shaft 12 is provided so that the bearing cup 13 covers a portion around the cross shaft 12 in the axial direction. It is swingably attached to each of the four shafts 12a.
  • Each bearing cup 13 is provided with a bottomed cap portion 131 and a plurality of rollers 132 held therein and rollingly contacting the shaft 12a.
  • the outer peripheral surface of 12a is an outer raceway and an inner raceway, respectively.
  • a shaft portion for example, the drive shaft portion 10b of the drive shaft 10 on one side in the axial direction as viewed from the cross-shaped shaft coupling 11, and
  • the drive shaft 10 on the other side in the axial direction is connected to a shaft portion (for example, the intermediate shaft portion 10a). More specifically, a flange formed at an end of a corresponding shaft of the drive shaft 10 through a bolt screwed into a bolt hole 131a provided on each of the left and right ends of the cup 131 is connected to the cup 131 131, the center of the left and right sides of the cross shaft 12 is almost in close contact with the shaft end, and the cross shaft 12 is incorporated into the drive shaft 10 with almost no exposure to the outside.
  • Each shaft part is connected in the state.
  • a grease injection hole 131b is formed at the center in the circumferential direction of the cup portion 131.
  • a thrust washer 16 made of, for example, a synthetic resin is disposed on the bottom surface 131c of the cup portion 131 between the shaft end of the shaft 12a, and the bottom surface 131c and the shaft end come into metallic contact. The shaft end is supported in a state where the shaft end is prevented.
  • each shaft 12a of the cross shaft 12 has a hole 12b formed coaxially with the hole 131b around the center axis of the shaft 12a and connected to each other inside the cross joint 11. I have.
  • This hole 12b It forms a grease passage through which grease for lubricating the rolling contact portion between the outer peripheral surface of the roller 132 and the inner peripheral surface of the cup portion flows.
  • the lid 14 is detachably attached to the hole 131b so as to prevent grease from leaking from the rolling contact portion to the outside through the hole 131b.
  • the lid 14 has, for example, a flat-bottomed bowl-shaped mounting portion 14a which is in close contact with the inner peripheral surface of the hole 131b formed in a step shape and substantially seals the hole 131b, and from the bottom thereof.
  • a round bar-shaped support portion 14b extending in the axial direction of the shaft 12a and inserted into the hole 12b on the shaft side.
  • each shaft 12a of the cross shaft 12 displacement sensors 151, 152, 153, 154 included in the shaft coupling monitoring device of the present invention are arranged inside the holes 12b, and the corresponding shafts are provided. It is configured to detect damage such as peeling or cracking on the rolling surface of the roller 132 using the outer peripheral surface of 12a. That is, each of these displacement sensors 151 to 154 is disposed inside the corresponding shaft 12a, and constitutes a sensor for detecting damage to the rolling surface of the shaft 12a.
  • the slave unit 1 removably attached to the mounting portion 14a is connected to the displacement sensor 151 via a cable 17, and the slave unit 1 sends a detection result of the displacement sensor 151 to a master unit described later. It is designed to transmit wirelessly.
  • slave units 2, 3, and 4 connected to the lid 14 (not shown) and the displacement sensors 152, 153, and 154 are provided for the other three shafts 12a, respectively.
  • the slave units 2 to 4 transmit sensor results corresponding to the master unit.
  • the displacement sensor 151 is provided on the bearing cup 13 side in accordance with the rotation direction of the cross shaft joint 11 indicated by the arrow R. It is arranged on a line passing through the center of the axis 12a in a direction parallel to the rotation direction R.
  • the displacement sensor 151 swings (reciprocates) together with the cup 13 in accordance with the swing of the bearing cup 13 with respect to the shaft 12a. That is, the displacement sensor 151 is fixed to the wall surface of the mounting hole 14bl by a fixing means such as a bracket (not shown) in the mounting hole 14bl formed in the support portion 14b of the lid 14 detachable from the bearing cup 13.
  • the displacement sensor 151 It is arranged inside the hole 12b on the shaft 12a side while being fixed to 14, and by measuring the distance between the inner wall surface 12b 1 of the hole 12b indicated by a double-headed arrow L in the figure, the shaft 12a and the A radial displacement of the shaft 12a is detected as a relative displacement with respect to the bearing force 13 and a detection signal (voltage signal) is output to the slave unit 1. Further, as shown in the figure, since the center of the installation hole 14bl and the center of the shaft hole 12b are eccentric, the detection signal of the displacement sensor 151 changes periodically according to the swing of the bearing cup 13. It becomes sinusoidal (details will be described later).
  • the displacement sensor 151 for example, an eddy current type magnetic sensor is used.
  • the sensor 151 applies a high-frequency magnetic field to the surface of the inner wall surface 12bl through the opening of the installation hole 14bl. Then, a displacement (relative displacement) in the radial direction of the shaft 12a, which changes in accordance with the cup oscillation, is detected by determining the impedance change due to the eddy current generated in the surface layer by the built-in coil.
  • the displacement sensor 151 is located in a range where the maximum load acts on the rolling surface 12al during the rotation operation of the cross joint 11, and the above-described damage is most likely to occur on the rolling surface 12al. It is located on the side of the maximum load range existing on the tip (bearing cup 13) side of the shaft 12a, which is easy to handle. If the shaft 12a bends due to the damage generated on the rolling surface 12al, the bending The damage can be detected by detecting the relative displacement that changes due to the above.
  • the driven shaft 1 Oc and the intermediate shaft 1 Oa are respectively connected to the intermediate shaft 1 Oa in order to allow the driven shaft 10c on the rolling roller side to move in the vertical direction.
  • the drive shaft 10b is connected to the drive shaft 10b via a cross joint 11 that can swing vertically within a predetermined operating angle (for example, a maximum of 5 deg). Therefore, for example, as shown in FIG. 4 (a), when the intermediate shaft portion 10a is inclined upward at the maximum operating angle with respect to the drive shaft portion 10b, the intermediate shaft portion 10a is connected to the intermediate shaft portion 10a, for example.
  • Each of the bearing cups 13 has a right end in the figure inclined upward with respect to the mounted shaft 12a, as shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the cup 13 When the intermediate shaft 10a rotates 90 ° and 180 ° from the state shown in FIG. 4 (a) while maintaining the maximum operating angle, the cup 13 also moves according to the rotation of the intermediate shaft 10a (FIG. As shown by the solid line and the dotted line in (), it swings with respect to the shaft 12a. That is, in the cross joint 11, when the joint 11 rotates together with the drive shaft 10.
  • each bearing cup 13 swings (reciprocates) with respect to the center ⁇ of the shaft 12a within an angle range (for example, +55 deg) that is twice the maximum operating angle set for the drive shaft 10. It has become.
  • a cross shaft 12 having four shafts 12 at the time of the rotation operation is attached to the respective shafts 12 rotating in the same plane according to the rotation of the drive shaft 10.
  • the drinking cup 13 swings as described above. For this reason, when the end of the shaft 12a shown in FIG. 4 (b) rotates toward the lower side of the drawing in a plane perpendicular to the plane of the drawing, the rolling surface 12al of the shaft 12a (see FIG. In 3), the position where the maximum load from the bearing cup 13 is applied moves in accordance with the swing of the cup 13 with respect to the shaft 12a, and the maximum load range A is indicated by a double arrow in FIG. It becomes the range shown.
  • the circumferential dimension N of the rolling surface 12al in the maximum load range A is equal to the circumference J of the rolling surface 12al and the cross joint 11 that is twice the maximum operating angle of the drive shaft 10.
  • N JXM ⁇ 360deg.
  • the rotational force transmitted from the cross joint 11 to the intermediate shaft 10a is transmitted from the shaft 12a to the intermediate shaft 10a via the bearing cup 13 provided on the tip side of the shaft.
  • the maximum load range A is on the shaft tip side of the rolling surface 12al, and the displacement sensor 151 is arranged opposite to the shaft tip portion of the rolling surface 12al in the hole 12b as shown in FIG. Further, by disposing the displacement sensor 151 in this way, the detection accuracy of the sensor 151 is improved. That is, when the shaft 12a is radiused, the tip end side of the shaft 12a is the non-constrained (free end) side of the cantilever whose center side of the cross joint 11 is constrained. Since the sensor 151 is provided, the sensor 151 can detect displacement with high accuracy.
  • the detection signal of the displacement sensor 151 will be specifically described with reference to FIGS.
  • the intermediate shaft portion 10a continues to rotate at the maximum operating angle, and the bearing cup 13 has a swing angle of 15 ° + 5 ° with respect to the shaft 12a. It is assumed to change within the range. Further, when the bearing cup 13 is in a state shown by a solid line, a dotted line, and a two-dot chain line in FIG. 4 (b), the swing angle of the cup 13 is Odeg_5deg and + 5deg. Suppose there is. First, with reference to FIG. 6A, a detection signal of the displacement sensor 151 in a case where the rolling surface 12al is not damaged will be described.
  • the detection signal of the displacement sensor 151 indicates the swing of the bearing cup 13 with respect to the shaft 12a due to the rotation of the cross joint 11, as shown by the waveform 50a in FIG. It changes sinusoidally in response.
  • the detection direction of the displacement sensor 151 does not always coincide with the center line of the hole 12b of the shaft 12a due to the accuracy of assembling the bearing cup 13 to the shaft 12a.
  • the detection signal of the displacement sensor 151 installed in the chamber periodically changes only according to the swing angle of the bearing cup 13 that swings in the range of -5deg + 5deg while the cross joint 11 rotates. I do.
  • the detection signal of the displacement sensor 151 becomes the maximum value and the minimum value, respectively, and one rotation of the cross joint 11 is taken as one cycle as shown in the waveform 50a. It changes like a sine wave.
  • the bearing cup 13 swings sequentially with respect to the center O of the shaft 12a with the rotation of the cross joint 11, and the swing angle changes to Odeg 5deg Odeg + 5deg. Since the displacement sensor 151 is fixed to the bearing cup 13, the relative movement of the shaft 12a with respect to the detection direction S of the sensor 151 is as shown in FIGS. In addition, the rolling surface 12al of the shaft 12a relatively moves with respect to the maximum load acting on the shaft 12a from the bearing cup 13 indicated by the arrow Max in FIG. While swinging from the state shown in (a) to the state shown in Fig. 7 (b), and from the state shown in (b) to the state shown in Fig. 7 (c), the maximum load point occurs on the rolling surface 12al. Passed over the peeling H.
  • the detection signal of the displacement sensor 151 also increases, and as shown in a waveform 50b of FIG. 6 (b), the radius increases and the radius increases, the maximum load point passes over the separation H, and the axis 12a reaches the maximum. An increasing variation that becomes a peak value appears when the distance goes to.
  • the output fluctuation of the displacement sensor 151 is detected by a panel computer or the like, which will be described later, to determine whether peeling H (damage) has occurred on the rolling surface 12al, the position of the generated damage, its depth and range, and the like. Is detected (details will be described later).
  • the displacement sensor 151 is disposed so as to coincide with the center of the shaft hole 12b, and the distance between the sensor 151 and the inner wall surface 12bl is fixed regardless of the swing angle, and the shaft 12a rotates.
  • the displacement sensor 151 may be configured to detect a change in the distance due to the radius only when the radius of motion 12al is damaged.
  • the slave unit 1 receives a detection signal from the displacement sensor 151, and has a sensor board 31 fixed to the bottom of the mounting portion 14a by a fixing means such as a bolt (not shown), A wireless board 32 is provided above the board 31, and a battery power supply 33 is provided above the wireless board 32.
  • the boards 31 and 32 and the power supply 33 are sequentially connected by connectors that can be freely connected to and separated from each other, and the unit 1 is screwed into the screw hole 14c (see FIG. (Not shown), and is housed inside the lid 14 attached to the hole 131b.
  • the sensor board 31 and the wireless board 32 are electrically connected to each other by connecting the mating connectors 31c and 32c provided respectively, and the wireless board 32 and the wireless board 32 are connected to each other.
  • the battery power supply 33 is electrically connected to the board 32 and the power supply 33 by connecting the provided mating connectors 32d and 33a to each other.
  • illustration of the support portion 14b is omitted for simplification of the drawing.
  • Each of the substrates 31 and 32 is coated with a mold resin, and is configured so that electronic components such as circuits of the substrates 31 and 32 are not adversely affected by grease or moisture as much as possible.
  • the sensor substrate 31 includes a sensor circuit 31a having an arithmetic unit such as a DSP provided with an AZD conversion function for AZD converting a detection signal from the displacement sensor 151 to generate sensor detection signal data.
  • a power supply circuit 31b is provided for appropriately distributing and supplying direct current from, for example, two AA batteries 33a included in the battery power supply 33 to each unit of the unit.
  • the wireless board 32 includes a transmission / reception circuit 32a configured using, for example, a DSP, and a memory 32b for storing data such as programs used in the transmission / reception circuit 32a and the sensor circuit 31a.
  • the wireless board 32 constitutes a data transmission unit for wirelessly transmitting the sensor detection signal data from the sensor circuit 31a.
  • the transmission / reception circuit 32a is provided with an oscillation function for oscillating a transmission wave (carrier) having a predetermined frequency and a modulation function for putting detection signal data on the carrier. Further, the transmission / reception circuit 32a receives a transmission wave from a master unit 5 (FIG. 9) described later, demodulates the received transmission wave, and includes an instruction signal from the master unit 5 included in the transmission wave. A demodulation function for extracting the signal is provided, and the respective units of the slave unit 1 are controlled to be driven by the instruction signal. Further, an antenna 34 arranged near the opening end of the lid 14 above the battery power supply 33 is connected to the transmission / reception circuit 32a, and the antenna 34 transmits the sensor detection signal data including the serial data string. Transmit waves to the outside. Note that, other than this description, a configuration in which the antenna 34 is arranged along the outer surface of the bearing cup 13 may be adopted.
  • the other slave units 2 to 4 also have a board and a power source which are divided and arranged in upper and lower three stages similarly to the slave unit 1, and detect signal data from the corresponding displacement sensors 152 to 154. It is designed to make outgoing calls.
  • the slave units 1 to 4 and the displacement sensors 151 to 154 are included in the shaft coupling monitoring device T.
  • Each of the slave units 1 to 4 has a continuous integer ID number 0 as an identifier. , 1, 2, and 3 are assigned, and the transmission / reception circuit 32a of each of the slave units 1 to 4 transmits the transmission data including the ID number allocated to the header portion when transmitting the sensor detection result. It is configured to emit waves.
  • the slave units 1 to 4 and the displacement sensors 15 :! to 154 connected to the slave units 1 to 4 can be specified in the shaft coupling monitoring device T.
  • the shaft coupling monitoring device T includes displacement sensors 151 to 154 (FIG. 2) and slave units 1 to 4 to which the corresponding sensors 15: to 154 are connected.
  • a master unit 5 for receiving transmission waves from each of the slave units 1 to 4 is provided.
  • the master machine 5 is connected to a panel computer 7 arranged in a rolling facility via a communication line 6a conforming to RS232C, for example.
  • a personal computer (hereinafter abbreviated as “PC”) 8 installed in a monitoring room or the like remote from the rolling equipment is connected to the panel computer 7 via, for example, a LAN 6b using a 10Base_T line.
  • the PC 8 is configured to be connectable to an information processing terminal 21 such as a manufacturer of the cross joint 11 or a maintenance company thereof via a communication network 20 such as the Internet.
  • the slave units 1 to 4 are mounted on each of the four cross shaft couplings 11 mounted on the two drive shafts 10, and the panel computer 7 and the PC 8 perform the monitoring.
  • the transmission data from all the slave units included in the device T is determined based on the ID number, and the cross joints 11 can be monitored in units of the shaft 12a.
  • the panel computer 7 has, as its computer function, a corresponding axis 12a based on the sensor detection signal data of the displacement sensors 151 to 154 sent via the slave units:! Depending on the presence or absence of damage, the location of the damage that has occurred, and the depth and extent of the damage, a discrimination / diagnosis function can be provided.
  • the panel computer 7 determines that peeling H (damage) has occurred on the rolling surface 12al.
  • the computer 7 transmits a cross joint 11 from a position sensor (not shown). It is configured to acquire the absolute rotation angle information of the drive shaft (or the drive shaft 10) and specify the damage occurrence position on the rolling surface 12al.
  • the swinging operation of the bearing cup 13 and the rotating operation of the cross joint 11 have a correlation with each other, and the panel computer 7 refers to a table or the like which is set in advance based on the correlation.
  • the swing state (swing angle and position) of the bearing cup 13 can be determined from the acquired rotation absolute angle information of the cross joint 11. Then, the panel computer 7 can specify the peeling position on the rolling surface 12al using the information of the swinging state and the detection results of the displacement sensors 151 to 154.
  • the panel computer 7 detects the range of occurrence of the damage by detecting the time interval of the increase fluctuation value of the signal data. At the same time, the degree of damage is detected based on the magnitude of the increase.
  • the panel computer 7 has information management functions required for maintenance work of components of the monitoring device T, such as management of the remaining amount of battery capacity with the battery power supply 33 of each of the slave units 1 to 4, and A monitoring function for displaying predetermined history information such as a waveform of each sensor detection data and a change in the sensor detection signal data on a display is provided by software.
  • the PC 8 stores data such as input detection data and a result of damage diagnosis based on the detection data, and stores the stored data in another information processing terminal 21.
  • Server functions such as working as a Web server that provides Web services.
  • the displacement sensors 151 to 154 are provided inside each shaft 12a of the cross shaft 12, and the displacement sensors 151 to 154 force S inner wall surface 12bl
  • the radial displacement (relative displacement) of the shaft 12a between the corresponding shaft 12a and the bearing cup 13 is detected by measuring the distance between the shaft 12a and the bearing cup 13.
  • the displacement sensor 15 that fluctuates due to the radius is detected by the displacement sensor 15:! Based on this, the presence or absence of damage on the rolling surface 12al and the extent (progression degree) such as its range and depth are determined.
  • the monitoring and diagnosis of the cross joint 11 including the detection of damage to the rolling surface 12al can be performed accurately and early for each shaft 12a.
  • the maintenance work based on the high-precision diagnosis result without performing the conventional periodic inspection work and the accompanying disassembly work of the cross joint 11 can be appropriately performed at an appropriate timing.
  • the displacement sensors 15 :! to 154 are arranged on the line A passing through the center ⁇ of the shaft 12a in a direction parallel to the rotation direction R of the cross joint 11, on the side of the maximum load range A. Therefore, each of these displacement sensors 151 to 154 is arranged in the radial direction of the shaft 12a that occurs when the rolling surface 12al is damaged. Therefore, each of the sensors 151 to 154 can detect the displacement variation due to the radius with the highest sensitivity, and can perform damage detection with higher accuracy.
  • each of the displacement sensors 151 to 154 is disposed inside a grease passage hole 12b formed on the corresponding shaft 12a and concentric with the shaft 12a, and the inner wall surface 12bl The relative displacement is detected by measuring the distance.
  • each of the displacement sensors 151 to 154 is provided inside the shaft itself due to the damage caused on the rolling surface 12al and detects the relative displacement, it is possible to improve the detection accuracy of the sensors. Power S can.
  • these sensors 151 to 154 can be easily mounted on the cross joint 11 without providing holes or recesses for disposing the displacement sensors 151 to 154 inside each shaft. Can be installed in
  • FIG. 10 is a view (including a partial cross section) of a main part of a shaft coupling monitoring device according to another embodiment of the present invention viewed from the axial direction of a drive shaft.
  • the main difference between the second embodiment and the first embodiment is that, instead of the displacement sensors 151 to 154, ultrasonic waves are transmitted toward the rolling surface 12al of the shaft 12a, and The point is that an ultrasonic sensor capable of receiving the ultrasonic wave reflected by the rolling surface 12al is provided for each axis as the above sensor.
  • Elements common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the ultrasonic sensors 251 and 252 included in the shaft coupling monitoring device T of the present invention are provided inside the holes 12b of the respective shafts 12a of the cross shaft 12. , 253 and 254 are disposed, and the above-mentioned roller 1 using the outer peripheral surface of the corresponding shaft 12a is provided. It is configured to detect damage such as peeling and cracks on the 32 rolling surfaces 12al.
  • the ultrasonic sensor 251 has a sensor end in which the ultrasonic wave transmitting part and the ultrasonic wave receiving part are formed inside the hole 12b as an arrangement space.
  • An ultrasonic wave W is transmitted toward the above-mentioned rolling surface 12al composed of the outer peripheral surface of the shaft 12a in close contact with the inner wall surface 12bl of the shaft 12b, and the reflected wave of the ultrasonic wave from the rolling surface 12al. It is configured to be able to receive R.
  • the ultrasonic sensor 251 is fixed to the shaft 12a by mounting means (not shown) such as a bracket, and a point is provided between the sensor end and the inner wall surface 12bl. It is arranged inside the hole 12b without the grease shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 251 includes a piezo element that generates ultrasonic waves and a piezo element that receives ultrasonic waves.
  • the portion where the maximum load acts on the rolling surface 12al Of the maximum load range A (see also FIG. 4), which is located on the tip (bearing cup 13) side of the shaft 12a where the above-mentioned damage is most likely to occur on the rolling surface 12al.
  • the ultrasonic sensor 251 is disposed to face the shaft tip side of the rolling surface 12al (FIG. 3) in the hole 12b corresponding to the maximum load range A (see FIG. See 10.) 0
  • the ultrasonic sensor 251 is a transverse ultrasonic wave having an amplitude equal to the circumferential dimension N as an ultrasonic wave capable of covering the entire maximum load range A in one cycle, or
  • the transmission wave W of the longitudinal ultrasonic wave having a diffusion width equal to the dimension N is transmitted to the rolling surface 12a1.
  • the frequency of the transmitted wave W is not significantly attenuated on the propagation path in the axis 12a as the ultrasonic wave propagation medium, and the value is selected.
  • the transmitting wave W emitted by the transmitting unit of the ultrasonic sensor 251 toward the rolling surface 12al Is reflected by the rolling surface 12al, and is received by the receiver of the sensor 251 as a reflected wave R after a lapse of a predetermined time from the transmission. Then, the ultrasonic sensor 251 outputs a detection signal (voltage signal) corresponding to the received reflected wave R to the sensor circuit 31a of the slave unit 1 (FIG. 8).
  • the phase of the transmitted wave W is adjusted so that the reflected wave R of the ultrasonic wave received by the ultrasonic sensor 251 is amplified.
  • the phase of the transmitted wave W is the reflected wave of the ultrasonic wave reflected from the rolling surface 12al when the rolling surface 12a1 is not damaged.
  • the transmitted wave S and the reflected wave R0 interfere with each other as shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 251 receives the reflected wave R having the maximum peak value P (the transmitted wave WX2—the transmitted component to the rollers).
  • the sensor circuit 31 a performs predetermined data processing such as A / D conversion processing on the detection signal from the ultrasonic sensor 251, and the antenna 34. Force A transmission wave including a serial data string of the detection signal data is transmitted to the master device 5 and transmitted to the panel computer 7 (see FIGS. 8 and 9).
  • the slave units 2, 3, and 4 connected to the ultrasonic sensors 2 52, 253, and 254 are provided for the other three shafts 12 a in the same manner.
  • a total of four slave units 1-4 can transmit detection signal (result) data to the panel computer 7 side.
  • these slave units 1 to 4 and ultrasonic sensors 251 to 254 are included in the above-mentioned shaft coupling monitoring device T, and are based on identifiers (ID numbers) assigned to the slave units 1 to 4.
  • ID numbers identifiers assigned to the slave units 1 to 4.
  • the panel computer 7 or the PC 8 uses the discriminating / diagnosing function provided as the computer function, based on the detection signal data from each of the ultrasonic sensors 25 :! to 254. It is determined whether or not there is damage on the corresponding axis 12a. That is, the panel computer 7 or the PC 8 changes the reflected wave R of the ultrasonic wave received by the corresponding receiving unit after the transmitting unit of each of the sensors 251 to 254 emits the transmitted wave W of the ultrasonic wave. For example, the maximum peak value is monitored, and when the monitored maximum peak value reaches the value of (transmitted wave SX 2—permeation to the roller) shown in FIG. It is determined that the rolling surface 12al is not damaged. On the other hand, when the monitored maximum peak value does not reach the value twice as described above, it is determined that the monitored rolling surface 12al has been damaged.
  • the ultrasonic sensors 251 to 254 are provided inside each axis 12a of the cross shaft 12, and the rotation of the corresponding axis 12a from each ultrasonic sensor 251 to 254 is performed.
  • the ultrasonic waves are transmitted toward the moving surface 12al, and the reflected waves R from the rolling surface 12al are received.
  • the panel computer 7 or the PC 8 determines the occurrence of damage on the rolling surface 12al and the degree of progress thereof based on the change in the reflected wave R. Therefore, as in the first embodiment, also in the cross joint assembled into the drive shaft of a rolling facility or the like, monitoring and diagnosis of the cross joint 11 including detection of damage to the rolling surface 12al can be performed with accuracy in units of the shaft 12a. Can be done early. As a result, it is possible to appropriately perform the maintenance work based on the high-precision diagnosis result without performing the conventional periodic inspection work and the accompanying disassembly work of the cross joint 11, at an appropriate timing.
  • each of the ultrasonic sensors 251 to 254 is configured to control the phase of the reflected wave R0 of the ultrasonic wave reflected from the rolling surface 12al when the rolling surface 12al is not damaged.
  • the transmitted wave W is transmitted by adjusting the phase of the transmitted wave W, the amplitude of the ultrasonic wave received by each of the sensors 251 to 254 can be increased, and the damage to the corresponding rolling surface 12al can be detected. Accuracy can be improved.
  • each of the ultrasonic sensors 251 to 254 transmits an ultrasonic wave toward the rolling surface 12al in a state of being in close contact with the inner wall surface 12bl of the hole 12b.
  • An interface can be prevented from being formed on the ultrasonic wave propagation path between ⁇ 254 and each rolling surface 12al. Therefore, it is possible to prevent the propagation path of the ultrasonic wave such as refraction due to the interface from being changed, and to reliably perform the ultrasonic sensing at a desired position on the rolling surface 12al.
  • FIG. 13 is a diagram showing an ultrasonic sensor of the shaft coupling monitoring device according to another embodiment.
  • the main difference between the third embodiment and the second embodiment is that the fixed position of the ultrasonic sensor is changed from the shaft side to the bearing cup side.
  • components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
  • a sensor provided inside each shaft 12a for example, an ultrasonic sensor 251 is fixed by a fixing member 14d attached to the support portion 14b (FIG. 10) of the cover 14, and the cover 14 It is arranged inside the hole 12b while being fixed to the bearing cup 13 through the hole. Further, the ultrasonic sensor 251 of the present embodiment transmits the transmitting wave W of the transmitting portion toward the rolling surface 12al in a state of being separated from the inner wall surface 12bl of the hole 12b and the receiving portion thereof. Receives the reflected wave R from the rolling surface 12al.
  • the ultrasonic sensor 251 since the ultrasonic sensor 251 is spaced apart from the inner wall surface 12bl and interposes grease having a density different from that of the shaft 12a, the ultrasonic sensor 251 has two materials having different densities. It is more preferable to transmit a longitudinal ultrasonic wave that does not become a surface wave than a transverse ultrasonic wave that may not transmit the transmitted wave W to the rolling surface 12al as a surface wave because the transmitted wave W passes through the interface. In addition, it is preferable to reduce the distance between the ultrasonic sensor 251 and the inner wall surface 12bl and to dispose the sensor 251 close to the inner wall surface 12bl.
  • the cup 13 moves in response to the swing of the drive shaft 10.
  • the point where the transmitted wave W of the sensor 251 reaches that is, the ultrasonic sensing point on the rolling surface 12al also oscillates (reciprocates) within the maximum load range A. Therefore, when the peeling H has not occurred on the rolling surface 12al, as shown in FIG. 13A, the transmission from the transmitting part of the ultrasonic sensor 251 to the rolling surface 12al is performed as in the second embodiment.
  • the wave W is reflected by the rolling surface 12al, and is received by the receiver of the sensor 251 as a reflected wave R after a lapse of a predetermined time from its transmission. Further, as the bearing cup 13 swings, the irradiation spot force of the ultrasonic sensor 251 swings from the state shown in FIG. 13 (a) to the right side in FIG. 13 to the state shown in FIG. 13 (b).
  • the transmitted wave W from the transmitting section to the rolling surface 12al is diffused by the separation H on the rolling surface 12al, and a normal reflected wave R is detected by the sensor 25. Since 1 cannot be received, the occurrence of peeling H (damage) can be detected.
  • the detection waveform of the peeling H transmitted from the ultrasonic sensor 251 to the panel computer 7 is, for example, a waveform in which the voltage value is reduced only at the detection point of the peeling H as shown in a waveform 50c in FIG. Become.
  • the entire load range A can be covered in one cycle. Damage detection can be performed using low-power ultrasonic waves as compared with Embodiment 2 in which it is not necessary to transmit high-amplitude high-power ultrasonic waves.
  • the ultrasonic sensor 251 is fixed to the bearing cup 13, so that the shaft 12a
  • the relative operations are as shown in FIGS.
  • the peeling H also relatively moves from the state shown in FIG. 14 (a) to the state shown in FIG. 14 (b), and from the state shown in FIG. 14 (b) to the state shown in FIG. 14 (c).
  • the sensor 251 cannot receive the reflected wave R twice or receives the reflected wave R that is significantly smaller than the normal maximum peak value P (Fig.
  • the panel computer 7 is configured to acquire the absolute rotation angle information of the cross joint 11 or the drive shaft 10) from a position sensor (not shown) and specify the damage occurrence position on the rolling surface 12al. ing. That is, the swinging operation of the bearing cup 13 and the rotating operation of the cross joint 11 have a correlation with each other, and the panel computer 7 refers to a table or the like which is set in advance based on the correlation. Thus, the swing state (swing angle / position) of the bearing cup 13 can be determined from the acquired rotation absolute angle information of the cross joint 11. Then, the panel computer 7 can specify the peeling position on the rolling surface 12al using the information on the swing state and the detection result of the ultrasonic sensor 251.
  • the present invention detects damage to a rolling surface formed by the outer peripheral surface of the shaft.
  • the present invention can also be used for monitoring a cross joint of a drive shaft mounted on a railway vehicle, for example, as long as a sensor for providing the same is provided inside the shaft.
  • the configuration in which the slave unit that transmits the detection result of the displacement sensor or the ultrasonic sensor to the outside is provided, but instead of the slave unit, a memory that stores the detection result of the sensor is installed.
  • a configuration in which damage is monitored based on the detection results held in the memory may be used.
  • the case where the slave unit sequentially transmits the sensor detection results is preferable in that the damage detection of the rolling surface can be performed in real time.
  • the present invention is not limited to this.
  • the above-described determination processing may be executed in a data processing unit such as a DSP provided in the sensor circuit.
  • the displacement sensor is attached to and detached from each bearing cup such that the displacement sensor measures the distance between the grease passage hole and the inner wall surface (ie, the radial displacement of the shaft).
  • the installation position and the detection position of the displacement sensor according to the present invention are not limited to this. Anything that can detect relative displacement between the bearing cup and the one that is provided on the bearing cup side is not limited. Specifically, the figure
  • the displacement sensor As shown in (b), the distance between the shaft and the thrust washer inclined to the bottom side of the cup when the shaft is radiused, that is, the displacement of the shaft in the axial direction is measured by the displacement sensor, and the relative displacement is measured. It may be configured to detect a dynamic displacement. Also, the case where the displacement sensor is arranged on the above-mentioned maximum load range side has been described, but if the displacement sensor is arranged on or near a line passing through the center of the shaft in a direction parallel to the rotation direction of the cross joint, the maximum load range is good. The displacement sensor may be arranged on the minimum load range side 180 ° opposite to the rotation direction of the cross joint.
  • the configuration using the eddy current type displacement sensor has been described.
  • the present invention is not limited to the type and installation of the sensor as long as the sensor can detect the displacement.
  • the number and the like are not limited to those described above.
  • other types of displacement sensors such as capacitive, optical, ultrasonic, or contact type sensors, can also be used.
  • the eddy current sensor when used, the configuration of the force sensor itself is more compact than other types, so that it can be easily mounted.
  • the eddy current sensor Since the displacement can be detected normally even when the grease is impregnated, it is also preferable in that it can be provided on the bearing cup side without closing the opening of the installation hole.
  • the ultrasonic sensor is disposed inside the grease passage hole.
  • the present invention is not limited to this.
  • a configuration may be adopted in which a space for arranging holes such as holes and recesses is provided on the axis of the cross shaft.
  • the hole can be used as the arrangement space, and the sensor can be easily used. It is preferable because it can be attached at low cost.
  • the ultrasonic sensor is fixed to the bearing force side while being separated from the inner wall surface of the hole.
  • the present invention is not limited to this.
  • the sensor is connected to the bearing cup via urging means such as a panel for urging the sensor tip toward the inner wall surface so that the sensor tip of the ultrasonic sensor is always in close contact with the inner wall surface. It may be configured to be fixed to In the case of such a configuration, as in Embodiment 2 described above, it is possible to prevent an interface between substances having different densities from being formed on the ultrasonic wave propagation path.
  • the scanning position of the ultrasonic wave can be changed accordingly to specify the damage position.
  • it is possible to reliably prevent the accuracy of specifying the damage position from being reduced by the interface, or to use the shear wave ultrasonic wave. You can do it.

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Abstract

　十字軸の４つの各軸の外周面を転動面として用いた十字軸継手を監視する軸継手監視装置において、各軸の内部に、転動面の損傷を検出するためのセンサを設ける。これにより、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、その十字軸の各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を軸単位に精度よく、かつ早期に検知する。

Description

明 細 書
軸継手監視装置
技術分野
[0001] 本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手を監視する軸継手監 視装置に関する。
背景技術
[0002] 例えば鉄鋼用圧延設備では、圧延ローラと駆動モータとの間に接続された駆動軸 の途中部分に十字軸継手を設けることにより、上記ローラが圧延中の鋼材に対し上 下に動くのを許容した状態で、圧延処理を行っている。
上記のような十字軸継手では、例えば特開平 11— 51073号公報に記載されてい るように、その十字軸の 4つの各軸にベアリングカップを設けるとともに、このカップと 軸との間にころを転動自在に配置して当該軸の外周面を転動面に利用するものが提 供されている。そして、この十字軸継手では、駆動軸の駆動モータ側及び圧延ローラ 側にそれぞれ配置される駆動軸部及び従動軸部の各端部を、相異なる直線上の 2 つの上記ベアリングカップに接続することで当該継手は駆動軸内に組込まれて駆動 モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。
[0003] ところで、上記のような十字軸継手では、鉄鋼圧延時に上記圧延ローラ側から軸及 び各ベアリングカップに作用する負荷荷重は極めて大きいものであり、使用時間など に応じて軸表面に剥離が生じ易かった。し力も、上記圧延ローラが上下に動いたとき に、上記ベアリングカップが取り付けられた対応する軸に対して揺動することから、剥 離や亀裂などの損傷が各軸に設けられた転動面の周方向で部分的に発生し易かつ た。さらには、 4つの軸で表面剥離の程度が異なる場合があった。
[0004] ところ力 圧延設備などでは、十字軸継手の十字軸は 4つの上記ベアリングカップ によって軸方向周りの部分が覆われるとともに、上記駆動軸部及び従動軸部の各端 部が十字軸の中央部にほぼ密着するように繋がれて当該十字軸は外部にほとんど 露出されることなく駆動軸内に組込まれている。このため、各軸に設けられた転動面 での剥離などの損傷を検出するためのセンサを十字軸継手に取り付けることは困難 であり、センサ検出結果による損傷検知を行うことも難しかった。それ故、圧延設備で は、定期的に、駆動軸から十字軸継手を取外し、さらには軸とベアリングカップとを分 離して十字軸継手を完全に分解することで、各軸での表面剥離の程度を目視確認 することが要求されて、この定期点検作業に大変な労力と時間を要した。また、上記 転動面に供給された使用済みのグリース内の鉄粉の含有量を測定することで、軸表 面での損傷発生を類推することも行われているが、この方法では損傷検知を常時行 うことができず、しかも、その類推結果による損傷発生の検知精度は低ぐさらには軸 単位の損傷検知を行うことは困難であった。
[0005] 従って、本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、 その十字軸の各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を軸単位に精度よぐか つ早期に検知することができる新たな技術的手段を提供することを目的とする。 発明の開示
[0006] 上記目的を達成するための本発明は、十字軸の 4つの各軸の外周面を転動体が 転動する転動面として用いた十字軸継手を監視する軸継手監視装置であって、 前記軸の内部に、当該軸の前記転動面の損傷を検出するためのセンサを設けたこ とを特徴とするものである。
[0007] 上記のように構成された軸継手監視装置では、十字軸の軸において、その内部に 、当該軸の前記転動面の損傷を検出するためのセンサを設けているので、圧延設備 などのように十字軸継手の十字軸が外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組 込まれる場合でも、転動面に対する高精度な損傷検知を軸単位に行うことができる。
[0008] また、上記軸継手監視装置において、前記 4つの各軸には、ベアリングカップが揺 動可能に装着され、前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の相対的な変位を検 出する変位センサを、前記センサとして前記ベアリングカップ側に設けてもよい。 上記のように構成された軸継手監視装置では、十字軸の軸において、上記べアリン グカップとの間の相対的な変位を変位センサにて検出することにより、本発明の発明 者等は、剥離などの損傷が転動面に生じているか否かについて判別できることを見 出した。すなわち、損傷が転動面に生じている場合のみに、軸がその損傷によって 橈むことがあり、この撓みに起因する変動が変位センサの出力に現れた。本発明は、 このような知見に基づいて完成されたものであり、変位センサの出力変動を検出する ことにてその転動面での損傷発生を即座に検知することができる。また、上記の出力 変動は転動面における損傷の発生位置や程度に応じて変わることから、当該発生位 置や程度を判別することもできる。また、変位センサがベアリングカップ側に設けられ ているので、圧延設備などのように十字軸継手の十字軸が外部にほとんど露出され ることなく駆動軸内に組込まれる場合でも、当該センサをベアリングカップとともに対 応する軸に対して揺動させつつ、転動面に対する高精度な損傷検知を軸単位に行う こと力 Sできる。尚、上記変位センサは、十字軸の 4つの各軸に設けてもよいし、損傷が 発生し易い軸のみに設置してもよレ、。
[0009] また、上記軸継手監視装置において、前記変位センサは、前記十字軸継手の回転 方向と平行な方向で前記軸の中心を通る線上に配置されることが好ましい。
この場合、変位センサが転動面の損傷による軸の橈み方向またはその橈み方向の 軸中心に関して 180deg反対の方向に配置されることとなり、橈みによる変位変動を 最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うことができる。
[0010] また、上記軸継手監視装置において、前記変位センサが、前記軸に形成された当 該軸と同心の孔の内部に配置されるとともに、この孔の内壁面との距離を検出するこ とにより、前記変位を検出することが好ましい。
この場合、変位センサが転動面に生じた損傷によって橈む軸自体の内部に設けら れ変位を検出するので、当該センサの検出精度を向上させることができる。
[0011] また、上記軸継手監視装置において、前記転動面に向けて超音波を発信し、かつ
、その転動面で反射した超音波を受信可能な超音波センサを、前記センサとして前 記軸の内部に配置したことを特徴とするものである。
[0012] 上記のように構成された軸継手監視装置では、超音波センサから転動面に向けて 超音波を発信させ、その転動面で反射した超音波を当該センサにて受信させること により、本発明の発明者等は、剥離などの損傷が転動面に生じているか否かについ て判別できることを見出した。すなわち、損傷が転動面に生じていない場合には、そ の転動面からの超音波の反射波はその超音波の発信波に対しほとんど減衰すること なぐ上記センサはその反射波を受信することができた。これに対して、損傷が転動 面に生じている場合には、その損傷によって超音波が拡散され、センサ側に反射さ れる反射波が著しく減衰したり、全くセンサで受信できなかったりした。本発明は、上 述のような知見に基づいて完成されたものであり、転動面からの超音波の反射波の 変化を検出することにてその転動面での損傷発生を即座に検知することができる。ま た、超音波センサは軸内部に配置されているので、圧延設備などのように十字軸継 手の十字軸が外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組込まれる場合でも、転 動面に対する高精度な損傷検知を軸単位に行うことができる。尚、上記超音波セン サは、十字軸の 4つの各軸に設けてもよいし、損傷が発生し易い軸のみに設置しても よい。
[0013] また、上記軸継手監視装置において、前記超音波センサは、当該超音波センサが 受信する前記転動面からの超音波の反射波が増幅されるように、その超音波の発信 波の位相を、前記転動面に損傷が生じていないときにその転動面から反射される超 音波の反射波の位相に合わせて、当該発信波を前記転動面に向けて発信すること が好ましい。
この場合、送信波と反射波との干渉作用により、超音波センサに入力される転動面 力 の超音波の振幅を大きくすることができ、当該転動面に対する損傷検知精度を 向上させることができる。
[0014] また、上記軸継手監視装置において、前記 4つの各軸には、ベアリングカップが揺 動可能に装着されるとともに、前記超音波センサは、前記ベアリングカップ側に固定 された状態で、前記軸の内部に設けられた配置スペースに配置されていることが好ま しい。
この場合、超音波センサがベアリングカップに固定されているので、そのカップが対 応する軸に対して揺動したときに、当該センサもともに揺動して、その転動面上の超 音波の発信先の箇所 (センシング箇所）を移動させることができる。つまり、超音波セ ンサは、上記カップの揺動に応じて、転動面を順次センシングすることができ、超音 波の発信範囲を大きくすることなく必要な範囲に超音波を照射することができるととも に、当該転動面における損傷発生の箇所を特定することも可能となる。
[0015] また、上記軸継手監視装置において、前記超音波センサは、前記配置スペースの 壁面に密接した状態で、前記転動面に向けて超音波を発信してもよい。 この場合、超音波センサと転動面との間の超音波の伝播経路上に界面が生じるの を防ぐことができ、界面による屈折などの超音波の伝播経路が変更されるのを防止し て、転動面の所望箇所に対する超音波センシングを確実に行わせることができる。
[0016] また、上記軸継手監視装置において、前記超音波センサは、前記軸に形成された グリース通路用の孔の内部に配置されてもよい。
この場合、超音波センサを軸内部に配置するための穴や凹部等を当該軸に設ける ことなぐ当該センサを設置することができる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から 見た図である（一部断面を含む。）。
[図 3]上記軸継手監視装置の変位センサを示す拡大断面図である。
[図 4]図 2に示した十字軸継手における揺動動作を示す図であり、（a)及び (b)はそ れぞれ上記駆動軸の作動角及びこの作動角によって軸に対して揺動するベアリング カップを示す図である。
[図 5] (a)及び (b)は、それぞれ軸が橈んでいない場合及び橈んでいる場合での上記 変位センサの動作を示す図である。
[図 6] (a)及び (b)は、それぞれ転動面に損傷が生じていない場合及び転動面に損 傷が生じている場合での上記変位センサの具体的な出力波形を示す波形図である
[図 7]上記軸継手監視装置での損傷発生箇所の特定方法を示す図であり、 (a)〜 (d )は損傷発生箇所と上記ベアリングカップの揺動に伴って変化する変位センサの検 出位置との関係を示す図である。
[図 8]上記軸継手監視装置に含まれた子機の要部構成例を示す図である。
[図 9]上記軸継手監視装置の具体的な全体構成例を示すブロック図である。
[図 10]本発明の別の実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向 から見た図である（一部断面を含む。）。 [図 11]図 10に示した軸継手監視装置の超音波センサを示す図であり、（a)及び (b) はそれぞれ損傷が発生してレ、なレ、場合及び損傷が発生してレ、る場合での同センサ の具体的な動作例を示す図である。
[図 12]上記超音波センサの具体的な動作波形を示す図であり、 (a)は同センサの発 信波を示す波形図であり、 (b)は上記十字軸継手の軸の外周面 (転動面）に損傷が 生じていないときにその転動面から反射される反射波を示す波形図であり、 （c)は上 記軸の転動面に損傷が生じていないときに同センサが実際に受信する反射波を示 す波形図である。
[図 13]別の実施形態に係る軸継手監視装置の超音波センサを示す図であり、（a)及 び (b)はそれぞれ損傷が発生してレ、なレ、場合及び損傷が発生してレ、る場合での同 センサの具体的な動作例を示す図である。
[図 14]図 13に示した軸継手監視装置での損傷発生箇所の特定方法を示す図であり 、 (a)〜（d)は損傷発生箇所と上記ベアリングカップの揺動に伴って変化する超音波 センサの検出位置との関係を示す図である。
[図 15]図 9に示したパネルコンピュータ側に入力される超音波センサの具体的な検出 波形を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の軸継手監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しなが ら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適 用した場合を例示して説明する。
実施形態 1
[0019] 図 1は鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図であり、図 2は本発 明の一実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図であ る（一部断面を含む。）。図において、駆動軸 10の両端部近傍には十字軸継手 11が 使用されており、この継手 11を介在させて、当該駆動軸 10の一端側及び他端側に は図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されてレ、る。つ まり、駆動軸 10には、 2つの十字軸継手 11の間に配置される中間軸部（第 1軸部） 1 Oaに加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部（第 2軸部） 1 Ob及び従動軸部（第 3軸部） 10cが設けられており、一方の十字軸継手 11にて中間 軸部 10aと駆動軸部 10bとが連結され、他方の十字軸継手 11にて中間軸部 10aと従 動軸部 10cとが連結されている（図 1参照）。また、圧延設備では、 2本の駆動軸 10が 互いに平行に配置されており、各駆動軸 10に連結された 2つの上記ローラ間にスラ ブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されてレ、る。また、 この圧延処理の際に、各十字軸継手 11は、接続された駆動軸 10がその軸方向から 傾くのを許容した状態で上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、 各十字軸継手 11を設けることにより、各圧延ローラが摩耗したときや鋼材の圧延幅を 変更するときに上下のローラ芯間を容易に調整できるようになつている。
[0020] 上記十字軸継手 11は、十字軸 12と、 4個のベアリングカップ 13とを備えており、ベ ァリングカップ 13が十字軸 12の軸方向周りの部分を覆うように当該十字軸 12の 4つ の各軸 12aに揺動可能に取り付けられている。各ベアリングカップ 13は、有底状の力 ップ部 131と、その内部に保持され、上記軸 12aに転がり接触する複数のころ 132と を具備しており、カップ部 131の内周面及び軸 12aの外周面をそれぞれ外輪軌道及 び内輪軌道としている。また、図 2における上下一対のベアリングカップ 13は当該十 字軸継手 11から見て軸方向一方側の駆動軸 10の軸部（例えば、上記駆動軸部 10b )に、左右一対のベアリングカップ 13は軸方向他方側の駆動軸 10の軸部（例えば、 上記中間軸部 10a)に、それぞれ接続されている。詳細には、カップ部 131の左右両 端部側に設けられたボルト穴 131aに螺着されるボルトを介して駆動軸 10の対応する 軸部の端部に形成されたフランジ部が当該カップ部 131に連結されており、十字軸 1 2の左右両側の中央部が軸部端部にほぼ密接して、当該十字軸 12が外部にほとん ど露出されることなく駆動軸 10内に組込まれた状態で各軸部が接続されている。
[0021] 上記カップ部 131の周方向中央にはグリース注入用の孔 131bが形成されている。
また、このカップ部 131の底面 131 cには、例えば合成樹脂からなるスラストヮッシャ 1 6が軸 12aの軸端部との間に配置されており、これらの底面 131cと軸端部とが金属 接触するのを防いだ状態で当該軸端部を支承している。また、上記十字軸 12の各 軸 12aには、上記孔 131bと同軸的に、当該軸 12aの中心軸周りで同心に孔 12bが 形成されており、十字軸継手 11の内部で互いに連結されている。この孔 12bは、上 記ころ 132の軸外周面及びカップ部内周面との転がり接触部を潤滑するグリースが 流されるグリース用通路を構成している。
また、上記孔 131bには、蓋 14が着脱可能に取り付けられており、上記転がり接触 部から当該孔 131bを介して外部にグリースが漏れ出るのを防ぐようになつている。詳 細にいえば、この蓋 14には、例えば段差状に形成された孔 131bの内周面と密接し て当該孔 131bを実質的に密閉する平底碗状の取付部 14aと、その底部から軸 12a の軸方向に延設されてその軸側の上記孔 12bに揷入された丸棒状の支持部 14bと を有している。
[0022] また、上記十字軸 12の各軸 12aでは、その孔 12bの内部に本発明の軸継手監視 装置に含まれた変位センサ 151、 152、 153、 154が配置されており、対応する軸 12 aの外周面を用いた上記ころ 132の転動面での剥離や亀裂などの損傷の検知を行う ように構成されている。すなわち、これらの各変位センサ 151〜： 154は、対応する軸 1 2aの内部に配置されて、その軸 12aの転動面の損傷を検出するためのセンサを構成 している。
また、変位センサ 151には、上記取付部 14aに着脱可能に取り付けられた子機 1が ケーブル 17を介して接続されており、子機 1から後述の親機に変位センサ 151の検 出結果を無線送信するようになっている。
また、他の 3箇所の軸 12aについても同様に、蓋 14 (図示せず）、変位センサ 152、 153、及び 154にそれぞれ接続された子機 2、 3、及び 4が設けられており、各子機 2 〜4から親機に対応するセンサ結果を発信するようになっている。
[0023] 具体的には、図 3に例示するように、変位センサ 151は、矢印 Rにて示す十字軸継 手 11の回転方向に合わせてベアリングカップ 13側に設けられたものであり、当該回 転方向 Rと平行な方向で軸 12aの中心を通る線上に配置されている。そして、この変 位センサ 151は、ベアリングカップ 13の軸 12aに対する揺動に伴って当該カップ 13と ともに揺動 (往復回動）するようになつている。すなわち、この変位センサ 151は、ベア リングカップ 13に着脱可能な上記蓋 14の支持部 14bに形成された設置孔 14bl内 で図示しないブラケットなどの固定手段によって当該設置孔 14blの壁面に固定され ており、カップ揺動に一致して軸 12aに対し揺動する。そして、変位センサ 151は、蓋 14に固定された状態で軸 12a側の孔 12bの内部に配置されており、同図に両矢印 L にて示す孔 12bの内壁面 12b 1との間の距離を測定することで軸 12aとベアリング力 ップ 13との間の相対的な変位として軸 12aの径方向の変位を検出し、その検出信号 (電圧信号)を子機 1に出力する。また、同図に示すように、上記設置孔 14blの中心 と軸孔 12bの中心とが偏心しているため、変位センサ 151の検出信号は、ベアリング カップ 13の揺動に応じて周期的に変化する正弦波状になる（詳細は後述)。
[0024] また、変位センサ 151には、例えば渦電流式の磁気タイプのものが使用されており 、センサ 151は、上記設置孔 14blの開口部を通して上記内壁面 12blの表層部に 高周波磁界を付与して、当該表層部に生じた渦電流によるインピーダンス変化を内 蔵コイルにて求めることにより、カップ揺動に応じて変化する上記軸 12aの径方向の 変位 (相対的な変位)を検出する。
また、変位センサ 151は、十字軸継手 11の回転動作時に、上記転動面 12alにお レ、て最大負荷が作用する箇所の範囲であって、当該転動面 12alで上記の損傷が 最も発生し易い軸 12aの先端部（ベアリングカップ 13)側に存在する最大負荷範囲 側に配置されており、転動面 12alに発生した損傷に応じてその軸 12aに撓みが生じ ると、その撓みに起因して変化する上記相対的な変位を検出することで当該損傷を 検知可能になっている。
[0025] 詳細には、上記駆動軸 10では、圧延ローラ側の従動軸部 10cが上下方向に動くの を許容するため、従動軸部 1 Oc及び中間軸部 1 Oaはそれぞれ中間軸部 1 Oa及び駆 動軸部 10bに対して、所定の作動角（例えば、最大 5deg)の範囲内で上下方向に揺 動可能に対応する十字軸継手 11を介して連結されている。それ故、例えば図 4 (a) に示すように、中間軸部 10aが駆動軸部 10bに対して最大作動角で上方向に傾いて レ、る場合には、例えば中間軸部 10aに連結された各ベアリングカップ 13は、同図（b) の二点鎖線にて示すように、その装着された軸 12aに対し図の右端部が上方向に傾 レ、た状態となっている。また、中間軸部 10aが上記図 4 (a)に示す状態から最大作動 角を維持した状態で 90deg及び 180deg回転すると、このカップ 13も中間軸部 10aの 回転動作に応じて、同図（b)の実線及び点線にて示すように、軸 12aに対して揺動 する。すなわち、十字軸継手 11では、当該継手 11が駆動軸 10とともに回転したとき に、各ベアリングカップ 13はその駆動軸 10に設定された最大作動角の 2倍の角度範 囲（例えば、 + 5 5deg)で軸 12aの中心〇に対して揺動（往復回動）するようにな つている。
[0026] また、十字軸継手 11では、その回転動作時に 4つの各軸 12を有する十字軸 12は 、駆動軸 10の回転に応じて同一平面内で回転している力 各軸 12に装着されたべ ァリングカップ 13は上記のように揺動する。このため、図 4 (b)に示した軸 12aの端部 が同図の紙面に垂直な平面内でその図の下側に向けて回転するときには、その軸 1 2aの転動面 12al (図 3)においてベアリングカップ 13側からの最大負荷が作用する 箇所は、当該カップ 13の軸 12aに対する揺動に応じて移動することとなり、上記最大 負荷範囲 Aは同図（b)に両矢印にて示す範囲となる。また、この最大負荷範囲 Aの 転動面 12alの周方向寸法 Nは、当該転動面 12alの円周 Jと、駆動軸 10の最大作 動角の 2倍の角度である十字軸継手 11の作用角 M (例えば、 lOdeg)とを用いて、 N =J X M÷ 360degで求められる。
[0027] さらに、十字軸継手 11から中間軸部 10aに伝えられる回転力は、軸 12aからこの軸 先端部側に設けられたベアリングカップ 13を介して中間軸部 10aに伝えられることか ら、最大負荷範囲 Aは転動面 12alの軸先端部側であり、変位センサ 151は、図 3に 示したように、孔 12b内で転動面 12alの軸先端部側に対向配置されている。また、こ のように変位センサ 151が配置されることにより、当該センサ 151の検出精度が向上 されている。つまり、軸 12aが橈んだときに当該軸 12a先端部側は、十字軸継手 11中 心側が拘束された片持ち梁の非拘束（自由端)側であり、この自由端側に変位セン サ 151が設けられてレ、ること力ら、当該センサ 151は高精度に変位を検出することが できる。
[0028] ここで、変位センサ 151の検出信号について、図 5〜図 7も参照して、具体的に説 明する。なお、以下の説明では、説明の簡略化のために、上記中間軸部 10aがその 最大作動角の状態の回転を継続し、ベアリングカップ 13ではその軸 12aに対する揺 動角度が一 5deg + 5degの範囲で変化するものとする。また、ベアリングカップ 13 が、図 4 (b)に実線、点線、及び二点鎖線にてそれぞれ示した状態であるときに、当 該カップ 13の上記揺動角度は Odeg _ 5deg、及び + 5degであるとする。 まず、図 6 (a)を参照して、転動面 12alに損傷が生じていない場合での変位センサ 151の検出信号について説明する。
損傷が生じていない場合では、変位センサ 151の検出信号は、図 6 (a)の波形 50a に示すように、十字軸継手 11の回転動作に伴うベアリングカップ 13の軸 12aに対す る揺動に応じて正弦波状に変化する。詳細には、変位センサ 151の検知方向は、ベ ァリングカップ 13の軸 12aへの組付精度などによって、必ずしも軸 12aの孔 12bの中 心線と一致するわけではないので、この設置孔 14bl内に設置された変位センサ 15 1の検出信号は、十字軸継手 11がー回転する間に上記— 5deg + 5degの範囲で 揺動するベアリングカップ 13の揺動角度だけに応じて周期的に変化する。例えば揺 動角度が + 5deg及び— 5degである場合に変位センサ 151の検出信号はそれぞれ 最高値及び最低値となり、波形 50aに示したように、上記十字軸継手 11の一回転を 一周期とする正弦波状に変化する。
[0029] 次に、損傷として例えば図 5に示す剥離 Hが転動面 12alに生じている場合での変 位センサ 151の検出信号について説明する。
ベアリングカップ 13は、十字軸継手 11の回転動作に伴って、軸 12aの中心 Oに対 して順次揺動し、その揺動角度が Odeg 5deg Odeg + 5degと変化する。変位セ ンサ 151はベアリングカップ 13に固定されているので、このセンサ 151の検知方向 S に対する軸 12aの相対的な動作は図 7 (a)〜（d)になる。また、同図 7に矢印 Maxで 示すベアリングカップ 13から軸 12a側に作用する負荷の最大箇所に対して、当該軸 12aの転動面 12alは相対的に移動するので、当該カップ 13が図 7 (a)に示す状態 から図 7 (b)に示す状態、及び同（b)に示す状態から図 7 (c)に示す状態に揺動する 間に、最大負荷箇所は転動面 12alに生じた上記剥離 H上を通過する。
また、このように、最大負荷箇所がベアリングカップ 13の揺動に応じて剥離 H上を 通過するので、その最大負荷箇所と剥離 Hとの位置関係によっては軸 12aに橈みが 発生する。
[0030] 具体的には、最大負荷箇所と剥離 Hとが比較的離れているときには、図 5 (a)に示 すように、軸 12aには橈みが発生しておらず、剥離 Hが発生していない場合と同様に 、変位センサ 151は、ベアリングカップ 13の揺動角度に応じて変化する内壁面 12b 1 との間の距離 LOを測定し、そのセンサ検出信号には橈みに起因する変動が生じな レ、。
一方、最大負荷箇所が剥離 H上を通過するとき及びその通過前後で比較的近付 いているときには、図 5 (b)に示すように、当該最大負荷箇所側への橈みが軸 12aに 発生し、その軸端部が十字軸継手 11の回転方向 Rで図の右方向下側に傾いた状態 となる。また、この軸 12aの橈みは、剥離 Hの深さや範囲などの程度に応じて変化す るものであり、このような橈みが生じると、変位センサ 151で検出される変位検出値も 変動する。つまり、図 5 (b)に示すように、軸 12aの橈みにより、変位センサ 151と内壁 面 12blとの間の距離 L1が、橈みが生じていない場合に比べて増加している。この 結果、変位センサ 151の検出信号もまた増加して、図 6 (b)の波形 50bに示すように 、橈みが生じるとともに大きくなり、最大負荷箇所が剥離 H上を通過し軸 12aが最大 に橈んだときにピーク値となる増加変動が現れる。そして、このような変位センサ 151 の出力変動を後述のパネルコンピュータ等で検出することにより、転動面 12alでの 剥離 H (損傷)発生の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの 程度を検知するようになっている（詳細は後述）。
尚、上記の説明以外に、変位センサ 151を上記軸孔 12bの中心に一致させて配置 し上記揺動角度に関わらず当該センサ 151と内壁面 12blとの距離を一定にして、 軸 12aが転動面 12alの損傷によって橈んだときのみ、その橈みによる当該距離の変 化を変位センサ 151が検出する構成でもよい。
上記子機 1は、図 8に示すように、変位センサ 151からの検出信号を入力するととも に、図示しないボルト等の固定手段によって取付部 14aの底部に固定されるセンサ 基板 31と、このセンサ基板 31の上方に配置されたワイヤレス基板 32と、このワイヤレ ス基板 32の上方に配置されたバッテリー電源 33とを備えている。また、子機 1では、 互いに接離自在なコネクタにて各基板 31、 32と電源 33とが順次接続されるようにな つており、当該ユニット 1はビス穴 14c内に挿入されるビス（図示せず）によって上記孔 131bに装着される蓋 14の内部に収納されている。すなわち、センサ基板 31及びヮ ィャレス基板 32は、それぞれ設けられた勘合コネクタ 31c及び 32cとが互いに連結さ れることでこれらの基板 31及び 32が電気的に接続され、またワイヤレス基板 32及び バッテリー電源 33は、それぞれ設けられた勘合コネクタ 32d及び 33aとが互いに連結 されることでこれらの基板 32及び電源 33が電気的に接続されている。なお、図 8では 、図面の簡略化のために、上記支持部 14bの図示は省略している。また、各基板 31 及び 32はモールド樹脂によりコーティングされたものであり、これら基板 31及び 32の 回路等の電子部品にグリースや湿気などによる悪影響が極力生じないよう構成され ている。
[0032] 上記センサ基板 31は、変位センサ 151からの検出信号を AZD変換してセンサ検 出信号データを生成する AZD変換機能が付与された DSP等の演算部を有するセ ンサ回路 31aと、上記バッテリー電源 33に含まれた例えば二本の単三形電池 33aか らの直流をユニット各部に適宜分配供給するための電源回路 31bとを備えている。 上記ワイヤレス基板 32には、例えば DSPを用いて構成された送受信回路 32aと、 この送受信回路 32aや上記センサ回路 31aなどで使用されるプログラム等のデータ を保持するメモリ 32bとを備えており、当該ワイヤレス基板 32がセンサ回路 31aからの 上記センサ検出信号データを無線送信するデータ送信部を構成している。上記送受 信回路 32aには、所定周波数の発信波 (搬送波）を発振する発振機能、この搬送波 に検出信号データを乗せるための変調機能が付与されている。また、送受信回路 32 aは、後述の親機 5 (図 9)からの発信波を受信して、その受信した発信波を復調して その発信波に含まれた同親機 5からの指示信号を抽出する復調機能を有しており、 前記指示信号によって子機 1の各部はその駆動制御が行われるようになっている。ま た、送受信回路 32aには、バッテリー電源 33の上方で蓋 14の開口端付近に配置さ れるアンテナ 34が接続されており、このアンテナ 34が上記センサ検出信号データの シリアルデータ列を含んだ送信波を外部に発信する。尚、この説明以外に、アンテナ 34をベアリングカップ 13の外表面に沿わせて配置する構成でもよい。
[0033] また、他の子機 2〜4も子機 1と同様に上下三段に分割配置された基板及び電源を 有しており、対応する変位センサ 152〜： 154からの検出信号データを発信するように なっている。
また、上記子機 1〜4及び変位センサ 151〜： 154は、上記軸継手監視装置 Tに含ま れたものであり、各子機 1〜4にはそれぞれ識別子としての連続した整数の ID番号 0 , 1 , 2， 3が割り当てられており、各子機 1〜4の上記送受信回路 32aでは、センサ検 出結果の送信を行うときに例えばヘッダー部に割り当てられた ID番号を含めて、送 信波を発信するように構成されている。そして、軸継手監視装置 T内で各子機 1〜4と 、これら子機 1〜4に接続された変位センサ 15：!〜 154とを特定可能になっている。
[0034] 図 9に示すように、上記軸継手監視装置 Tは、変位センサ 151〜： 154 (図 2)と、対 応するセンサ 15：!〜 154が接続された子機 1〜4と、これらの各子機 1〜4からの送信 波を受信する親機 5を備えている。この親機 5には、例えば RS232Cに準拠した通信 線 6aを介して圧延設備内に配置されたパネルコンピュータ 7が接続されている。また 、このパネルコンピュータ 7には、例えば 10Base_T線を用いた LAN 6bを介して、 圧延設備から離れた監視室内などに設置されたパソコン (以下、 "PC"と略称する。 ) 8が接続されており、この PC 8は、インターネット等の通信ネットワーク 20を介在させ て例えば十字軸継手 11の製造メーカやそのメンテナンス会社などの情報処理端末 2 1に接続可能に構成されている。尚、軸継手監視装置 Tでは、上記 2本の駆動軸 10 に組付けられた 4つの各十字軸継手 11に子機 1〜4が装着されており、パネルコンビ ユータ 7及び PC 8は当該監視装置 T内に含まれた全ての各子機からの送信データ を上記 ID番号を基に判別し各十字軸継手 11の監視を上記軸 12a単位に行えるよう になっている。
[0035] 上記パネルコンピュータ 7には、そのコンピュータ機能として、各子機:!〜 4を介して 送られてきた変位センサ 151〜 154の上記センサ検出信号データに基づレ、て対応 する軸 12aでの損傷の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲など の程度にっレ、ての判別 ·診断機能が付与されてレ、る。
具体的には、図 6 (a)の波形 50aに示したように、センサ検出信号に増加変動が現 れていない場合、パネルコンピュータ 7は対応する軸 12aの転動面 12alに損傷が生 じていないと判別する。
一方、図 6 (b)の波形 50bに示したように、センサ検出信号に増加変動が現れてい る場合、すなわち入力した信号データに周期的でない突発的な増加変動値が含ま れている場合には、パネルコンピュータ 7は上記転動面 12alに剥離 H (損傷）が生じ ていると判別する。また、コンピュータ 7は、図示しない位置センサから十字軸継手 11 (または駆動軸 10)の回転絶対角情報を取得し、転動面 12alでの損傷発生位置を 特定するよう構成されている。つまり、ベアリングカップ 13の揺動動作と十字軸継手 1 1の回転動作とは、互いに相関関係を有しており、パネルコンピュータ 7はその相関 関係に基づき予め入力設定されたテーブルなどを参照することで、取得した十字軸 継手 11の回転絶対角情報からベアリングカップ 13の揺動状態（揺動角度 ·位置）を 判別することができる。そして、パネルコンピュータ 7は、上記揺動状態の情報と変位 センサ 151〜： 154の検出結果とを用いて、転動面 12al上での剥離位置を特定でき る。
また、軸 12aの橈みは損傷の深さや範囲などの程度に応じて変化するので、パネ ルコンピュータ 7は、上記信号データの増加変動値の時間間隔を検出することで損 傷の発生範囲を検知するとともに、その増加変動値の大きさに基づき損傷の程度を 検知する。
[0036] また、上記パネルコンピュータ 7には、各子機 1〜4のバッテリー電源 33での電池容 量の残量管理などの監視装置 Tの構成要素のメンテナンス作業に必要な情報管理 機能、及び各センサ検出データの波形や上記センサ検出信号データの変化等の所 定の履歴情報をディスプレイに表示するモニタリング機能がソフトウェアにて与えられ ている。
また、 PC 8には、パネルコンピュータ 7が有する上記のコンピュータ機能に加えて、 入力した検出データやそれに基づく損傷の診断結果などのデータを保存したり、他 の情報処理端末 21に上記の保存データを提供する Webサーバとして働いたりする ようなサーバ機能が付与されている。
[0037] 以上のように構成された本実施形態 1では、十字軸 12の各軸 12aの内部に変位セ ンサ 151〜154を設けるととちに、各変位センサ 151〜154力 S内壁面 12blとの間の 距離を測定することで対応する軸 12aとベアリングカップ 13との間の軸 12aの径方向 の変位（相対的な変位）を検出している。そして、パネルコンピュータ 7または PC 8が 、転動面 12alに生じた損傷に応じて軸 12aが橈んだときに、この橈みに起因して変 動する変位センサ 15：!〜 154の検出結果に基づいて、当該転動面 12alでの損傷 発生の有無、その範囲や深さなどの程度 (進行度合い）を判別している。これにより、 転動面 12alに対する損傷検知を含む十字軸継手 11の監視'診断を軸 12a単位に 精度よぐかつ早期に行うことができる。この結果、従前の定期点検作業及びこれに 伴う十字軸継手 11の分解作業を実施することなぐ高精度な診断結果に基づくメン テナンス作業を的確なタイミングで適切に行わせることができる。
[0038] また、本実施形態 1では、各変位センサ 15：!〜 154が十字軸継手 11の回転方向 R と平行な方向で軸 12aの中心〇を通る線上で上記最大負荷範囲 A側に配置されて いるので、これらの各変位センサ 151〜： 154は転動面 12alの損傷が生じたときに発 生する軸 12aの橈み方向に配置される。従って、各センサ 151〜： 154は、当該橈み による変位変動を最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うこと ができる。
また、本実施形態 1では、各変位センサ 151〜： 154が、対応する軸 12aに形成され た当該軸 12aと同心のグリース通路用孔 12bの内部に配置されるとともに、この孔内 壁面 12blとの距離を測定することで上記相対的な変位を検出している。このように 各変位センサ 151〜154が転動面 12alに生じた損傷によって橈む、軸自体の内部 に設けられて上記相対的な変位を検出するので、当該センサの検出精度を向上させ ること力 Sできる。さらに、グリース通路用孔 12bを利用しているので、変位センサ 151 〜154を各軸内部に配置するための穴や凹部等を設けることなぐこれらの各センサ 151〜 154を十字軸継手 11に容易に設置することができる。
実施形態 2
[0039] 図 10は、本発明の別の実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方 向から見た図である（一部断面を含む。）。図において、本実施形態 2と上記実施形 態 1との主な相違点は、変位センサ 151〜154に代えて、軸 12aの転動面 12alに向 けて超音波を発信し、かつ、その転動面 12alで反射した超音波を受信可能な超音 波センサを、上記センサとして軸単位に設けた点である。なお、実施形態 1と共通す る要素については、同じ参照符号を付して、その重複した説明を省略する。
すなわち、図 10に示すように、本実施形態 2において、上記十字軸 12の各軸 12a では、その孔 12bの内部に本発明の軸継手監視装置 Tに含まれた超音波センサ 25 1、 252、 253、 254が配置されており、対応する軸 12aの外周面を用いた上記ころ 1 32の転動面 12alでの剥離や亀裂などの損傷の検知を行うように構成されている。
[0040] 具体的には、図 11に例示するように、超音波センサ 251は、配置スペースとしての 上記孔 12bの内部において、超音波の発信部及び受信部が構成されたセンサ端部 が孔 12bの内壁面 12blに密接した状態で、軸 12aの外周面からなる上記転動面 12 alに向けて超音波の発信波 Wを発信し、かつその転動面 12alからの超音波の反射 波 Rを受信可能に構成されている。また、この超音波センサ 251は、ブラケット等の取 付手段（図示せず）にて軸 12a側に固定されたものであり、上記センサ端部と内壁面 12blとの間に同図に点にて示すグリースを介在させることなく孔 12b内部に配置さ れている。
また、超音波センサ 251は、超音波を発生するピエゾ素子と受信するピエゾ素子と を含んだものであり、十字軸継手 11の回転動作時に、上記転動面 12alにおいて最 大負荷が作用する箇所の範囲であって、当該転動面 12alで上記の損傷が最も発生 し易い軸 12aの先端部（ベアリングカップ 13)側に存在する上記最大負荷範囲 A (図 4も参照）の全域を一周期でカバーできる超音波を発信するようになっている。さらに 、超音波センサ 251は、変位センサ 151と同様に、上記最大負荷範囲 Aに対応すベ く孔 12b内で転動面 12al (図 3)の軸先端部側に対向配置されている（図 10を参照。 ) 0
[0041] また、超音波センサ 251は、図 11に示したように、最大負荷範囲 A全域を一周期で カバーできる超音波として、上記周方向寸法 Nに等しい振幅を有する横波超音波、 または同寸法 Nに等しい拡散幅を有する縦波超音波の上記発信波 Wを転動面 12a 1に発信している。また、この発信波 Wの周波数は、超音波の伝播媒体としての軸 12 a内の伝播経路上で著しく減衰されなレ、値が選択されてレ、る。
また、図 11 (a)に示すように、転動面 12alに損傷（剥離 H)が生じていない場合に は、超音波センサ 251の発信部が転動面 12alに向けて発射した発信波 Wは、当該 転動面 12alにて反射されて、その発信後から所定時間を経過した後に反射波 Rとし てセンサ 251の受信部で受信される。そして、超音波センサ 251は、受信した反射波 Rに応じた検出信号 (電圧信号)を上記子機 1のセンサ回路 31a (図 8)に出力する。
[0042] 一方、図 11 (b)に示すように、転動面 12alに損傷（剥離 H)が生じている場合には 、超音波センサ 251の発信部から転動面 12alへの発信波 Wは当該剥離 Hにて拡散 される。このため、超音波センサ 251の受信部が、同図（b)に示すように、反射波 Rを 全く受信できなかったり、あるいはセンサ 251は拡散された一部の超音波を上記所定 時間経過後に剥離 Hが生じてレ、なレ、場合に比べて大幅に小さレ、反射波 Rを受信し たりする。このように、剥離 Hの有無によって超音波センサ 251の受信部が受信する 反射波 Rが変化し、さらに当該センサ 251から上記センサ回路 31aに出力される検出 信号も同様に変化する。
[0043] また、超音波センサ 251では、図 12に示すように、上記発信波 Wは、超音波センサ 251が受信する超音波の反射波 Rが増幅されるように、その位相が調整されて発信 されている。つまり、発信波 Wの位相は、図 12 (a)及び (b)に示すように、転動面 12a 1に損傷が生じていないときにその転動面 12alから反射される超音波の反射波 R0 の位相に合わせられたものであり、当該転動面 12alに損傷が発生していないときに は、これらの発信波 S及び反射波 R0の干渉作用により、同図（c)に示すように、超音 波センサ 251は最大ピーク値 P (発信波 W X 2—ころへの透過分）を有する反射波 R を受信するようになっている。
[0044] また、上記子機 1では、実施形態 1と同様に、そのセンサ回路 31aが超音波センサ 2 51からの検出信号に A/D変換処理等の所定のデータ処理を施して、アンテナ 34 力 上記検出信号データのシリアルデータ列を含んだ送信波を親機 5に発信し、パ ネルコンピュータ 7側に送信するようになっている（図 8及び図 9を参照。）。
また、図 10に示したように、他の 3箇所の軸 12aについても同様に、超音波センサ 2 52、 253、及び 254にそれぞれ接続された子機 2、 3、及び 4が設けられており、合計 4個の子機 1〜4からそれぞれ検出信号 (結果）データをパネルコンピュータ 7側に送 信すること力 Sできる。さらに、これらの子機 1〜4及び超音波センサ 251〜254は、上 記軸継手監視装置 Tに含まれたものであり、各子機 1〜4に割り当てられた識別子 (I D番号)を基に軸継手監視装置 T内で各子機 1〜4と超音波センサ 25：!〜 254とを特 定可能になっている。
[0045] そして、パネルコンピュータ 7または PC 8は、そのコンピュータ機能として付与され た判別'診断機能により、各超音波センサ 25：!〜 254からの検出信号データに基づ いた対応する軸 12aでの損傷の有無について判断する。つまり、パネルコンピュータ 7または PC 8は、各センサ 251〜254の上記発信部が超音波の発信波 Wを発射し た後、対応する上記受信部で受信される超音波の反射波 Rの変化、例えばその最大 ピーク値を監視しており、この監視している最大ピーク値が図 12 (c)に示した (発信 波 S X 2—ころへの透過分）の値に到達したときには、監視対象の転動面 12alに損 傷が生じていないと判別する。一方、監視している最大ピーク値が上述の 2倍の値に 達しなかったときには、監視対象の転動面 12alに損傷が生じたと判別する。
[0046] 以上のように構成された本実施形態 2では、十字軸 12の各軸 12aの内部に超音波 センサ 251〜254を設けるとともに、各超音波センサ 251〜254から対応する軸 12a の転動面 12alに向けて超音波を発信させ、かつその転動面 12alからの反射波 Rを 受信させている。そして、パネルコンピュータ 7または PC 8が反射波 Rの変化を基に 転動面 12alでの損傷発生やその進行度合いを判別している。従って、実施形態 1と 同様に、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、転動面 12al に対する損傷検知を含む十字軸継手 11の監視 ·診断を軸 12a単位に精度よぐかつ 早期に行うことができる。この結果、従前の定期点検作業及びこれに伴う十字軸継手 11の分解作業を実施することなぐ高精度な診断結果に基づくメンテナンス作業を的 確なタイミングで適切に行わせることができる。
[0047] また、本実施形態 2では、各超音波センサ 251〜254は、転動面 12alに損傷が生 じていないときにその転動面 12alから反射される超音波の反射波 R0の位相に、送 信波 Wの位相を合わせて当該送信波 Wを発信しているので、各センサ 251〜254が 受信する超音波の振幅を大きくすることができ、対応する転動面 12alに対する損傷 検知の精度を向上させることができる。
また、本実施形態 2では、各超音波センサ 251〜254は、孔 12bの内壁面 12blに 密接した状態で、転動面 12alに向けて超音波を発信しているので、これらセンサ 25 ：!〜 254と各転動面 12alとの間の超音波の伝播経路上に界面が生じるのを防ぐこと ができる。従って、界面による屈折などの超音波の伝播経路が変更されるのを防止し て、転動面 12alの所望箇所に対する超音波センシングを確実に行わせることができ る。 実施形態 3
[0048] 図 13は、別の実施形態に係る軸継手監視装置の超音波センサを示す図である。
図において、本実施形態 3と上記実施形態 2との主な相違点は、超音波センサの固 定位置を、軸側からベアリングカップ側に変更した点である。なお、実施形態 1と共通 する要素については、同じ参照符号を付して、その重複した説明を省略する。
図 13において、本実施形態では、各軸 12aの内部に設けられたセンサ、例えば超 音波センサ 251は、上記蓋 14の支持部 14b (図 10)に取り付けられた固定部材 14d により、当該蓋 14を介してベアリングカップ 13に固定された状態で、孔 12bの内部に 配置されている。また、本実施形態の超音波センサ 251は、孔 12bの内壁面 12blか ら離間した状態で、その発信部力 超音波の発信波 Wを転動面 12alに向けて発信 し、かつその受信部にて転動面 12alからの反射波 Rを受信するようになっている。ま た、このように、超音波センサ 251は内壁面 12blに対し離間配置されて、軸 12aと密 度が異なるグリースを介在させているので、当該超音波センサ 251では、密度が異な る物質同士の界面を通過するので発信波 Wが表面波となって転動面 12alに伝播さ れない可能性のある横波超音波よりも、表面波とならない縦波超音波を発信する方 が好ましい。また、超音波センサ 251の内壁面 12blに対する離間距離を小さくして センサ 251を内壁面 12blに近接配置する方が好ましレ、。
[0049] 以上のように構成された本実施形態 3では、超音波センサ 251がベアリングカップ 1 3側に固定されているので、当該カップ 13が駆動軸 10の揺動に応じて対応する軸 1 2aに対し揺動したときに、当該センサ 251の発信波 Wの到達箇所、すなわち転動面 12al上の超音波のセンシング箇所も上記最大負荷範囲 A内を揺動 (往復回動）する 。従って、転動面 12alに剥離 Hが生じていない場合には、図 13 (a)に示すように、 上記実施形態 2と同様に、超音波センサ 251の発信部から転動面 12alへの発信波 Wは、当該転動面 12alにて反射されて、その発信後から所定時間を経過した後に 反射波 Rとしてセンサ 251の受信部で受信される。また、ベアリングカップ 13の揺動 に伴って、超音波センサ 251の照射箇所力 図 13 (a)に示した状態から同図の右側 に揺動して、図 13 (b)に示す状態となると、上記発信部から転動面 12alへの発信波 Wは、その転動面 12al上の剥離 Hによって拡散されて、正常な反射波 Rをセンサ 25 1が受信できずに剥離 H (損傷）の発生を検知可能となる。この結果、超音波センサ 2 51側からパネルコンピュータ 7側に送信される剥離 Hの検出波形は、例えば図 15の 波形 50cに示すように、当該剥離 Hの検出箇所のみ電圧値が低下した波形となる。
[0050] また、本実施形態 3では、超音波センサ 251のセンシング箇所が、最大負荷範囲 A 内を揺動するので、上記実施形態 2と異なり、当該負荷範囲 A全域を一周期でカバ 一可能な高振幅'高出力の超音波を発信する必要がなぐ同実施形態 2に比べて低 出力の超音波で損傷検知を行うことができる。
さらに、上記パネルコンピュータ 7や PC 8において、十字軸継手 11 (駆動軸 10)の 回転数を検知することにより、転動面 12alにおける損傷の発生箇所を特定すること も可能となる。具体的には、ベアリングカップ 13は、軸 12aの中心〇に対して順次揺 動すると、超音波センサ 251はベアリングカップ 13に固定されているので、このセン サ 251の発信波 Wに対する軸 12aの相対的な動作は図 14 (a)〜（d)になる。また、 剥離 Hも図 14 (a)に示す状態から図 14 (b)に示す状態、及び同（b)に示す状態から 図 14 (c)に示す状態に相対的に移動し、上記最大負荷範囲 A内で揺動する間に 2 回、センサ 251は反射波 Rを受信できなかったり、正常な最大ピーク値 P (図 12 (c) ) よりも著しく小さくなつた反射波 Rを受信したりする。そこで、例えばパネルコンビユー タ 7は、図示しない位置センサから十字軸継手 11ほたは駆動軸 10)の回転絶対角 情報を取得し、転動面 12alでの損傷発生位置を特定するよう構成されている。つま り、ベアリングカップ 13の揺動動作と十字軸継手 11の回転動作とは、互いに相関関 係を有しており、パネルコンピュータ 7はその相関関係に基づき予め入力設定された テーブルなどを参照することで、取得した十字軸継手 11の回転絶対角情報からベア リングカップ 13の揺動状態 (揺動角度 ·位置）を判別することができる。そして、パネ ルコンピュータ 7は、上記揺動状態の情報と超音波センサ 251の検出結果とを用いて 、転動面 12al上での剥離位置を特定できる。
[0051] 尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場 合について説明したが、本発明は軸の外周面で構成される転動面の損傷を検出す るためのセンサを当該軸の内部に設けたものであればよぐ例えば鉄道車両に組付 けられる駆動軸の十字軸継手の監視に本発明を用いることもできる。 また、上記の説明では、変位センサまたは超音波センサの検出結果を外部に送信 する子機を設けた構成について説明したが、子機の代わりに、センサの検出結果を 記憶するメモリを設置して、このメモリで保持した検出結果を基に損傷監視を行う構 成でもよレ、。但し、上記のように、子機がセンサ検出結果を逐次送信する場合の方が 、転動面の損傷検知をよりリアルタイムに行うことができる点で好ましい。
また、上記の説明では、パネルコンピュータまたは PCにおいて、変位センサまたは 超音波センサの検出結果に基づく損傷有無やその進行度合いの判別処理を行わせ る構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば上記セ ンサ回路に設けた DSP等のデータ処理部において上記の判別処理を実行させても よい。
[0052] また、上記実施形態 1の説明では、変位センサがグリース通路用の孔の内壁面との 間の距離 (すなわち、軸の径方向の変位）を測定するように各ベアリングカップに着 脱可能な蓋に固定された構成について説明したが、本発明の変位センサの設置箇 所及び検出箇所は、これに限定されるものではなぐ軸の転動面に生じた損傷により 当該軸が橈んだときに発生するベアリングカップとの間の相対的な変位を検出できる ものをベアリングカップ側に設けたものであれば何等限定されなレ、。具体的には、図
5 (b)に示したように、軸が橈んだときに上記カップ部の底面側に傾くスラストヮッシャ との間の距離、つまり軸の軸方向の変位を変位センサにて測定することで上記相対 的な変位を検出する構成でもよい。また、上記最大負荷範囲側に変位センサを配置 した場合について説明したが、十字軸継手の回転方向と平行な方向で軸中心を通る 線上またはその近傍に配置したものであればよぐ最大負荷範囲と十字軸継手の回 転方向で 180deg反対の最小負荷範囲側に変位センサを配置する構成でもよい。
[0053] また、上記実施形態 1の説明では、渦電流式の変位センサを用いた構成について 説明したが、本発明は、上記変位を検出することができるセンサであれば、センサの 種類や設置数等は上記のものに何等限定されない。具体的には、静電容量式、光 学式、超音波式、または接触式などの他のタイプの変位センサを使用することもでき る。但し、渦電流式センサを用いる場合の方力 センサ自体の構成が他のタイプより もコンパクトであることから、その取付を容易に行うことができる。また、渦電流式セン サは、グリースに含浸された状態でも、変位を正常に検出できることから、上記設置 孔の開口部を塞ぐことなぐベアリングカップ側に設けることができる点でも好ましい。
[0054] また、上記実施形態 2、 3の説明では、グリース通路用の孔の内部に超音波センサ を配置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ例え ば当該センサを配置するための穴や凹部等の配置スペースを十字軸の軸に設けて 配置する構成でもよい。但し、上記のように、軸に形成されたグリース通路用孔の内 部に超音波センサを配置する場合の方が、当該孔を上記配置スペースとして活用す ること力 Sでき、センサを簡単に、かつコスト安価に取り付けることができる点で好ましい
[0055] また、上記実施形態 3の説明では、超音波センサを孔の内壁面から離した状態で ベアリング力ップ側に固定した構成にっレ、て説明したが、本発明はこれに限定される ものではなぐ例えば超音波センサのセンサ先端部が上記内壁面に常に密接される ように当該センサ先端部を内壁面側に付勢するパネ等の付勢手段を介してセンサを ベアリングカップ側に固定する構成でもよい。このように構成した場合には、上記実施 形態 2のものと同様に、超音波の伝播経路上に密度が異なる物質同士の界面が生じ るのを防ぐことができることから、ベアリングカップの揺動に応じて超音波の走査位置 を変更して損傷位置を特定できる実施形態 3での当該損傷位置の特定精度が上記 界面によって低下するのを確実に防止することができたり、横波超音波を用いること もできたりする。

Claims

請求の範囲
[1] 十字軸の 4つの各軸の外周面を転動体が転動する転動面として用いた十字軸継 手を監視する軸継手監視装置であって、
前記軸の内部に、当該軸の前記転動面の損傷を検出するためのセンサを設けたこ とを特徴とする軸継手監視装置。
[2] 前記 4つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着され、
前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の相対的な変位を検出する変位センサ を、前記センサとして前記ベアリングカップ側に設けたことを特徴とする請求項 1に記 載の軸継手監視装置。
[3] 前記変位センサは、前記十字軸継手の回転方向と平行な方向で前記軸の中心を 通る線上に配置されていることを特徴とする請求項 2に記載の軸継手監視装置。
[4] 前記変位センサが、前記軸に形成された当該軸と同心の孔の内部に配置されると ともに、この孔の内壁面との距離を検出することにより、前記変位を検出することを特 徴とする請求項 2または 3に記載の軸継手監視装置。
[5] 前記転動面に向けて超音波を発信し、かつ、その転動面で反射した超音波を受信 可能な超音波センサを、前記センサとして前記軸の内部に配置したことを特徴とする 請求項 1に軸継手監視装置。
[6] 前記超音波センサは、当該超音波センサが受信する前記転動面からの超音波の 反射波が増幅されるように、その超音波の発信波の位相を、前記転動面に損傷が生 じていないときにその転動面から反射される超音波の反射波の位相に合わせて、当 該発信波を前記転動面に向けて発信することを特徴とする請求項 5に記載の軸継手 監視装置。
[7] 前記 4つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着されるとともに、
前記超音波センサは、前記ベアリングカップ側に固定された状態で、前記軸の内 部に設けられた配置スペースに配置されていることを特徴とする請求項 5または 6に 記載の軸継手監視装置。
[8] 前記超音波センサは、前記配置スペースの壁面に密接した状態で、前記転動面に 向けて超音波を発信することを特徴とする請求項 7に記載の軸継手監視装置。 前記超音波センサは、前記軸に形成されたグリース通路用の孔の内部に配置され ていることを特徴とする請求項 5〜8のいずれかに記載の軸継手監視装置。
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