流体含有磁性粉濃度検出装置
【課題】流動する全ての流体を計測の対象として、人手をかけずにオンライン計測し、タイムリーで精密な状態監視機能を実現する。
【解決手段】非磁性体からなる第１ボビン１１に１次コイル１４と２次コイル１５とを巻回した基準用コイル対１０と、非磁性体からなる第２ボビン１７に１次コイル２０と２次コイル２１とを巻回し、その２次コイル２１を基準用コイル対１０の２次コイル１５に対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対１６とを備え、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃに、磁性粉を含有する流体を流動させる非磁性体からなるパイプＰを貫通させるとともに、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６の各１次コイル１４，２０に、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、２次コイル１５，２１から出力される差動出力により、パイプＰ中を流動する流体が含有する磁性粉濃度を検出可能な構成としている。
【解決手段】非磁性体からなる第１ボビン１１に１次コイル１４と２次コイル１５とを巻回した基準用コイル対１０と、非磁性体からなる第２ボビン１７に１次コイル２０と２次コイル２１とを巻回し、その２次コイル２１を基準用コイル対１０の２次コイル１５に対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対１６とを備え、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃに、磁性粉を含有する流体を流動させる非磁性体からなるパイプＰを貫通させるとともに、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６の各１次コイル１４，２０に、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、２次コイル１５，２１から出力される差動出力により、パイプＰ中を流動する流体が含有する磁性粉濃度を検出可能な構成としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械の軸受部の劣化や磨耗を早期に検出するために、潤滑油やグリース等の潤滑剤（流体）に混入した鉄粉等の磁性粉濃度を検出する流体含有磁性粉濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の軸受部の劣化や磨耗による設備故障は、生産効率に直接影響し、重要設備の故障は単に設備停止のみならず、工場全体の生産計画に支障を来たす。そのため、設備診断技術が広く浸透しており、振動計測を主体とする設備状態監視技術が確立されている（例えば特許文献１）。しかし、製鉄所の連鋳設備に代表されるような低速回転軸受部においては、振動監視により劣化の兆候を判断することは難しい。
【０００３】
そのため、軸受部の潤滑剤に含まれる磨耗で生じた磁性粉の濃度（量）を計測する方法が状態監視判断に使用されている。この潤滑剤が含有する磁性粉濃度を監視する装置は差動トランス方式であり、１個の１次コイルと一対の２次コイルとを備えている。そして、監視員が定期的に軸受部を通過した後の排出潤滑剤をサンプリングし、一方の２次コイル内にセットする。この状態で１次コイルに交流電流または交流電圧を印加することにより、２次コイルから出力される差動出力値に基づいて磁性粉濃度を検出し、軸受部の状態を判断している（例えば特許文献２）。
【０００４】
しかし、この方法では潤滑剤のごく一部しか計測できないため、サンプリング周期によってはタイムリーな判断ができない。また、設備状態を監視する際には、潤滑剤が含有する磁性粉濃度だけでなく、磁性粉粒子サイズも重視すべき監視項目である。即ち、潤滑剤に含まれる粒子サイズは、大きいほど設備劣化に及ぼす影響が大きい。しかし、粒子サイズを検出するには、フェログラフィ分析等の手間を要する手法を採用する必要がある。しかも、これらの作業は、常に人手を要するため、安全面やコスト面での問題がある。
【０００５】
また、―体型の差動トランスとして、１つの磁気コアに１個の１次コイルと２個の２次コイルとを配設し、この差動トランスを軸受部に組み込む構成としたものがある（例えば特許文献３）。しかし、この構成は、製鉄所の連鋳設備のように高温で悪環境の場所では精度やメンテナンスの面で問題があり、使用出来ない。また、差動トランスそのものが潤滑剤に接する構造のため、メンテナンス性も悪いという問題がある。しかも、監視対象設備によっては軸受部が近接して複数箇所存在する場合が多く、センサおよび変換器が被検出軸受部数分必要となるため、収納盤サイズが大型化し、導入コストも高額になるという懸念がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９５４２２号公報
【特許文献２】特開平１０−７８４１１号公報
【特許文献３】特開２００７−１９２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、流動する全ての流体を計測の対象として、人手をかけずにオンライン計測し、タイムリーで精密な状態監視機能を実現するとともに、小型で低コストの多点監視機能と、磁性粉の粒子サイズを良否推定する機能とを併せ持った流体含有磁性粉濃度検出装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置は、空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第１ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回した基準用コイル対と、空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第２ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回し、その２次コイルを前記基準用コイル対の２次コイルに対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対とを備え、前記検出用コイル対の空洞部に、磁性粉を含有する流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対および検出用コイル対の各１次コイルに、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、前記２次コイルから出力される差動出力により、流体が含有する磁性粉濃度を検出可能な構成としている。
【０００９】
この流体含有磁性粉濃度検出装置によれば、空洞部内に磁性粉を含有する流体が流動すると、磁性粉濃度により透磁率が変化し、その変化が磁性粉濃度の差動出力値として２次コイルから出力される。そのため、この差動出力値を読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、産業機械の軸受部に用いられる流体である潤滑剤は、軸受部の通過後に全てがパイプを通して排出されるものであるため、このパイプを検出用コイル対の空洞部に貫通または連通させることにより、潤滑剤全ての状態を時系列で監視することが可能である。その結果、人手が不要になるため、監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００１０】
この流体含有磁性粉濃度検出装置では、前記検出用コイル対を複数設ける一方、前記基準用コイル対を共用の１個のみとし、前記各検出用コイル対の空洞部にそれぞれ異なる部位からの流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対の２次コイルと複数の検出用コイル対の２次コイルとを順次接続するように切り換える切換手段を設けることが好ましい。このようにすれば、複数の検出部位に対して配設するものは、１次コイルと２次コイルとからなる１組の検出用コイル対のみとなる。そのため、検出部位の周囲に配設する部品点数を削減できる。その結果、検出部の小型化およびコストダウンを図ることができる。よって、監視対象が連鋳設備のように軸受部が近接配置されている設備である場合には、特に有効である。
【００１１】
また、前記２次コイルから出力される差動出力値を順次記憶する記憶手段を設けるとともに、該記憶手段に記憶された複数の磁性粉濃度に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段を設けることが好ましい。このようにすれば、使用期間に従って上昇する流体に含まれる磁性粉濃度の上昇傾向を容易に判断できるため、軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【００１２】
さらに、前記２次コイルから出力された複数の差動出力値の平均値とピーク値とで、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段を設けることが好ましい。
この場合、磁性粉体の許容寸法に基づいて予め粉体寸法しきい値を設定し、粒子状態判断手段は、予め設定した単位時間内に粉体寸法しきい値を超えた回数により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断することが好ましい。
このようにすれば、設備劣化に及ぼす影響が大きい磁性粉粒子サイズを判断できるため、更に確実に軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置では、磁性粉を含有する流体が空洞部内を流動することによる透磁率の変化が磁性粉濃度の差動出力値として出力されるため、この差動出力値を読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、空洞部を流動する全ての流体の状態を時系列で監視することが可能であるため、タイムリーで精密な状態監視機能を実現できる。しかも、人手が不要であるため、監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体含有磁性粉濃度検出装置（以下「濃度検出装置」と略する。）を示す。この濃度検出装置は、産業機械の軸受部の劣化や磨耗を早期に検出するために、流体である軸受部の潤滑油やグリース等の潤滑剤に含まれる鉄粉等の磁性粉の濃度を監視するもので、基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とを備えた差動トランス方式のものである。そして、これら基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とは変換器２２に接続され、この変換器２２から検出した差動出力値を出力するとともに、その差動出力値を外部監視機３４により監視する構成としている。
【００１６】
前記基準用コイル対１０は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、非磁性体からなる筒状の第１ボビン１１を備え、この第１ボビン１１に１次コイル１４と２次コイル１５とを巻回したものである。第１ボビン１１は、内側ボビン１２と、該内側ボビン１２を収容可能とした外側ボビン１３とからなる。内側ボビン１２は、中空状の軸部１２ａと、該軸部１２ａの上下端から径方向外向きに突出するフランジ部１２ｂとを備えている。軸部１２ａには、検査対象である流体を流動させるパイプＰの直径より大きい空洞部１２ｃが形成されている。同様に、外側ボビン１３は、中空状の軸部１３ａと、該軸部１３ａの上下端から外向きに突出するフランジ部１３ｂとを備えている。この軸部１３ｂには、内側ボビン１２のフランジ部１２ｂの直径と略同一の内径で中空部１３ｃが形成されている。基準用コイル対１０の１次コイル１４は、電気信号を送信可能な線材からなり、内側ボビン１２の軸部１２ａの外周部に巻回されている。この１次コイル１４は、フランジ部１２ｂから外側にはみ出さないように、所定の巻き数で巻回されている。同様に、基準用コイル対１０の２次コイル１５は、電気信号を送信可能な線材からなり、外側ボビン１３の軸部１３ａの外周部に巻回されている。この２次コイル１５は、フランジ部１３ｂから外側にはみ出さないように、所定の巻き数で巻回されている。そして、外側ボビン１３の中空部１３ｃ内に内側ボビン１２を挿入配置することにより、１次コイル１４と２次コイル１５とが同心円状をなすように構成している。
【００１７】
前記検出用コイル対１６は、基準用コイル対１０と同様のものである。具体的には、検出用コイル対１６は、第２ボビン１７に１次コイル２０と２次コイル２１とを巻回したものである。第２ボビン１７は、軸部１８ａとフランジ部１８ｂと空洞部１８ｃとを有する内側ボビン１８、および、軸部１９ａとフランジ部１９ｂと中空部１９ｃとを有する外側ボビン１９からなる。検出用コイル対１６の１次コイル２０は、内側ボビン１８の軸部１８ａの外周部に所定の巻き数で巻回され、２次コイル２１は、外側ボビン１９の軸部１９ａの外周部に所定の巻き数で巻回されている。そして、外側ボビン１９の中空部１９ｃ内に内側ボビン１８を挿入配置することにより、１次コイル２０と２次コイル２１とが同心円状をなすように構成している。即ち、本実施形態では、形式的に基準用コイル対１０および検出用コイル対１６を分類しているが、実質的には同一構成である。
【００１８】
そのうち、基準用コイル対１０の１次コイル１４と検出用コイル対１６の１次コイル２０とは、変換器２２の発振回路２３に対してそれぞれ個別に接続されている。また、基準用コイル対１０の２次コイル１５と検出用コイル対１６の２次コイル２１とは、差動出力を得るように変換器２２の同期検波回路２４に対して直列に接続されている。具体的には、これら２次コイル１５，２１は、一端がそれぞれ同期検波回路２４に接続され、他端が互いに接続されている。そして、これらは、励磁により発生する磁界が対向するように、その巻回方向および接続端が設定されている。言い換えれば、２次コイル１５，２１は、差動出力が得られるように互いの一端が接続され、各他端が同期検波回路２４に接続されている。以上の基準用コイル対１０および検出用コイル対１６に関する説明から明らかなように、本実施形態の基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とは、１個の１次コイルと２個の２次コイルとを有する従来の差動トランスを２分割したものである。
【００１９】
前記変換器２２は、基準用コイル対１０と検出用コイル対１６に対して、交流信号を印加することにより、出力される差動出力（電圧）をパーソナルコンピュータ等の機器で読み込み可能に変換するものである。なお、この変換器２２には、シリアル通信用信号インタフェース２２ａを配設し、外部監視機３４に対してデジタル回線によるシリアルインタフェース接続を行い、配線を削減できるように構成している。
【００２０】
この変換器２２は、図１に示すように、基準用コイル対１０の１次コイル１４および検出用コイル対１６の１次コイル２０に対して同位相、かつ、同電流または同電圧の交流信号を印加するための発振回路２３を備えている。また、発振回路２３は、２次コイル１５および２次コイル２１から差動出力を得る同期検波回路２４に発振信号を出力する構成としている。
【００２１】
前記同期検波回路２４は、２次コイル１５または２次コイル２１から入力された差動出力値を、発振回路２３の発振信号に同調して検波および整流し、平滑した直流電圧信号をゼロ点調整回路２５に出力するものである。このゼロ点調整回路２５は、パイプＰ内を流動する流体に磁性粉が含まれていない場合の基準値が記憶され、同期検波回路２４から入力された直流電圧信号がゼロ点（磁性粉を含んでいない）を示す場合に、出力がゼロとなるように調整して、増幅回路２６に出力するものである。この増幅回路２６は、入力された信号を増幅（gain）してＡ／Ｄ回路２７に出力するものである。このＡ／Ｄ回路２７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部３１に出力するものである。
【００２２】
また、変換器２２は、温度の影響によるゼロ点変動を補正するための温度／電圧変換回路２８を備えている。この温度／電圧変換回路２８は、検出対象部位である基準用コイル対１０の近傍に抵抗型の温度センサ２９を配設し、この温度センサ２９による検出値が入力される。そして、その検出値を電圧信号に変換してＡ／Ｄ回路３０に出力するものである。なお、このＡ／Ｄ回路３０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部３１に出力するものである。
【００２３】
前記演算処理部３１は、ゼロ点調整回路２５、増幅回路２６およびＡ／Ｄ回路２７を介して同期検波回路２４から入力された直流電圧信号（差動出力値）、および、Ａ／Ｄ回路３０を介して温度／電圧変換回路２８から入力されたゼロ点補正信号に基づいて、温度影響によるゼロ点を補正して、流体が含有する磁性粉濃度に相当する電圧信号を演算し、Ｄ／Ａ回路３２に出力するものである。Ｄ／Ａ回路３２は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換してＶ／Ｉ回路３３に出力するものである。このＶ／Ｉ回路３３は、電圧を電流に変換してシリアル通信用信号インタフェース２２ａを介して変換器２２から外部に出力するものである。即ち、一対の２次コイル１５，２１による差動トランスの出力は、所定の電流信号として出力される。
【００２４】
本実施形態では、変換器２２で得た流体が含有する磁性粉濃度に相当する電流信号を、外部監視機３４に送信する構成としている。この外部監視機３４はパーソナルコンピュータ等からなり、所定の情報（データ）を記憶可能な記憶手段であるメモリ３５と、制御および判断手段の役割をなすマイコン３６とを備えている。マイコン３６は、所定時間毎に変換器２２から受信した電流信号を磁性粉濃度相当値に変換してメモリ３５に記憶し、設備診断やデータ処理を行う構成としている。なお、この外部監視機３４は、産業機械を設置した工場内に設置してもよく、また、ネットワークにより離れた場所に通信可能に設置してもよい。
【００２５】
本実施形態のマイコン３６は、メモリ３５に記憶された複数の磁性粉濃度相当値に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段の役割をなす。そして、濃度傾向判断手段としてのマイコン３６は、記憶（蓄積）された磁性粉濃度相当値に基づいて周知の方法でグラフ化し、所定の表示手段であるモニタ（図示せず）に表示可能としている（図３参照）。また、変換器２２から入力された磁性粉濃度相当値が、予め設定した濃度しきい値（例えば0.3％）を越えると、その状態を監視者に音や表示により報知可能に構成している。
【００２６】
また、本実施形態のマイコン３６は、変換器２２を介して２次コイル１５，２１から入力された磁性粉濃度相当値に基づいて、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段の役割をなす。この粒子状態判断手段としてのマイコン３６は、流体の流速に対して予め設定した適切なサンプリングピッチで磁性粉濃度相当値を取り込む。ここで、このサンプリングピッチとしては、流速２ｍ／日のグリースの場合には１分程度、流速１００ｍｍ／分のオイルの場合には１秒程度が妥当である。即ち、流体が１ｍｍから２ｍｍ程度流動する毎にサンプリングすることが好ましい。そして、単位時間当たりの平均値とピーク値とにより尖頭度（ピーク値／平均値）を演算することにより、特異なサイズの磁性体粒子の含有を判断する構成としている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、磁性粉体の許容寸法に基づいて粉体寸法しきい値（例えば濃度0.04％）が設定されている。そして、粒子状態判断手段としてのマイコン３６は、予め設定した単位時間（サンプリング回数）内に粉体寸法しきい値を超えた回数（ピークカウント）により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断する構成としている（図４参照）。
【００２８】
このように構成した濃度検出装置は、例えば、産業機械の軸受部の近傍に閉塞された差動トランス収納盤３７を設け、その内部に基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とを固定する。そして、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃには、軸受部から排出される潤滑剤を通すパイプＰを貫通するように配管する。一方、基準用コイル対１０は、空洞部１２ｃに何らパイプＰを貫通させることなく配置する。また、温度センサ２９は、同様に差動トランス収納盤３７内に配設する。なお、パイプＰは、テフロン等非磁性体材料からなるものである。
【００２９】
そして、産業機械を動作させると、従来と同様に、軸受部に対して潤滑剤が加圧圧送され、軸受部を通過した後の潤滑剤がパイプＰを通して排出される。この際、軸受部の劣化や磨耗に伴い、軸受部の形成材料である磁性（鉄）粉が潤滑剤に混入する。そこで、本実施形態の濃度検出装置は、産業機械の動作中には変換器２２を動作させることにより、潤滑剤に含まれる磁性粉の濃度を検出する。
【００３０】
具体的には、発振回路２３を動作させることにより、２組のコイル対１０，１６の１次コイル１４，２０に対して同位相、かつ、同電流または同電圧の交流信号を印加する。これにより、軸受部の劣化や磨耗がなく、潤滑剤に磁性粉が混入していない場合には、基準用コイル対の２次コイル１５と検出用コイル対１６の２次コイル２１とでは、透磁率が同一となる。即ち、２次コイル１５，２１での透磁率の差がないため、電圧差がゼロとなり、何ら出力はされない。一方、潤滑剤に磁性粉が混入している場合には、その磁性粉濃度（量）に応じて透磁率が変化する。その結果、磁性粉により生じる透磁率の差に応じた電圧（差動出力値）が出力される。
【００３１】
この差動出力は、変換器２２の同期検波回路２４にて検波および整流して平滑された直流電圧信号に変換される。ついで、この直流電圧信号がゼロ点調整回路２５にてゼロ点補正された後、増幅回路２６にて増幅される。その後、増幅された信号がＡ／Ｄ回路２７にてデジタル信号に変換された後、演算処理部３１にて温度センサ２９の検出値に応じてゼロ点補正して出力される。そして、Ｄ／Ａ回路３２にてアナログの電圧信号に変換された後、Ｖ／Ｉ回路３３にて電流信号に変換されて出力される。
【００３２】
出力された電流信号を受信する外部監視機３４では、予め記憶したデータテーブルまたは演算式に基づいて、入力された電流信号を磁性粉濃度相当値に換算してメモリ３５に記憶する。また、この外部監視機３４には、パイプＰ内を流動する潤滑剤の磁性粉濃度に相当する電流信号が連続的にオンラインで入力される。
【００３３】
そして、外部監視機３４のマイコン３６は、まず、図３に示すように、入力された磁性粉濃度を経過（入力）時間に従ってグラフ化するとともに、軸受部をメンテナンスする必要があることを意味する濃度しきい値を越えたか否かを判断する。そして、濃度しきい値を越えていない場合には監視を継続し、濃度しきい値を越えた場合には、監視者に音や表示により報知する。なお、この外部監視機３４を産業機械を設置した工場の外部に設置し、ネットワーク接続している場合には、その監視者が工場に連絡を入れる。または、ネットワーク通信により同様の報知を行う。
【００３４】
また、マイコン３６は、前述した濃度傾向判断と並行して、特異サイズの粒子混入状態の判断を行う。即ち、経過時間に従って順次入力された磁性粉濃度の単位時間当たりの平均値とピーク値により尖頭度を演算する。そして、その尖頭度と粉体寸法しきい値とを比較し、許容寸法を超える特異サイズの磁性体粒子の有無を判断する。ここで、許容寸法より小さい磁性粉の集合を検出した場合、その時の尖頭度は粉体寸法しきい値を越える。そのため、本実施形態では、単位時間（例えば１時間）内に尖頭度が粉体寸法しきい値を所定回数（例えば５回）越えた際に、前記と同様にして報知処理を行う。
【００３５】
このように、本実施形態の一対の１次コイル２０と２次コイル２１とを有する検出用コイル対１６の空洞部１８ｃに、磁性粉が含まれる潤滑剤（液体）が流動するパイプＰを貫通させて配設するとともに、一対の１次コイル１４と２次コイル１５とを有する基準用コイル対１０とを配設し、各２次コイル１５，２１を差動出力が得られるように結線するとともに、１次コイル１４，２０に同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加する構成としている。そのため、２次コイル１５，２１からパイプＰ内を流動する液体が含有する磁性粉濃度（量）に応じた差動出力を得ることができる。
【００３６】
そのため、この差動出力値を変換器２２を介して外部監視機３４が読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、各コイル対１０，１６は、軸受部の内部に組み込む必要がないため、潤滑剤全ての状態をオンラインで時系列に監視することが可能であり、タイムリーで精密な状態監視機能を実現できる。その結果、人手が不要になるため、高温や悪環境な軸受設備の劣化監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００３７】
しかも、本実施形態では、外部監視機３４のマイコン３６により磁性粉濃度の上昇傾向を判断可能に構成しているため、軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。また、ピーク値と平均値とで、設備劣化に及ぼす影響が大きい磁性粉体の大きさを判断可能に構成するとともに、発生頻度を判断可能に構成しているため、磁性粉の粒子サイズを良否推定する機能を併せ持ち、更に確実に軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【００３８】
図５は第２実施形態の濃度検出装置を示す。この第２実施形態では、複数の軸受部を１個の変換器２２で検出可能とするとともに、１個の基準用コイル対１０を共用し各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎには検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎだけを配設するようにした点で、第１実施形態と大きく相違する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
具体的には、第２実施形態の基準用コイル対１０は、第１実施形態と同様に、一対の１次コイル１４と２次コイル１５とを第１ボビン１１に巻回したものである。また、検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎも同様に、一対の１次コイル２０と２次コイル２１とを第２ボビン１７に巻回したものである。そして、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１と、基準用コイル対１０の２次コイル１５とは、変換器２２に搭載したマルチプレクサ３８によって切り換えにより１個と接続する構成としている。
【００４０】
第２実施形態の変換器２２は、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎ毎に、それぞれ専用の発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎが設けられている。これら発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎは、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの各１次コイル１４，２０に対して全て同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加する構成としている。ここで、発振回路１６は１回路を切り換えて共用することも可能である。しかし、コイル起動後の動作安定時間を短縮させるためには、本実施形態のように、各１次コイル１４，２０に設け、これらを常時駆動しておき、２次コイル１５，２１の側の接続状態を切り換える構成が有効である。
【００４１】
また、第２実施形態の変換器２２は、第１実施形態と同様の同期検波回路２４を備えている。この同期検波回路２４には、第１実施形態と同様に、基準用コイル対１０の第２コイル１５の一端が接続されている。また、同期検波回路２４は、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１が、切換手段であるマルチプレクサ３８を介して接続されている。このマルチプレクサ３８は、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１のうち１個と、同期検波回路２４とを選択的に接続するものである。即ち、第２実施形態では、基準用コイル対１０の２次コイル１５と、検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの各２次コイル２１とが、マルチプレクサ３８を介して差動出力を得るように接続されている。
【００４２】
さらに、第２実施形態の変換器２２は、演算処理部３１がマイコンにより構成されている。この演算処理部３１は、第１実施形態と同様に、ゼロ点調整回路２５、増幅回路２６およびＡ／Ｄ回路２７を介して同期検波回路２４から入力された直流電圧信号、および、Ａ／Ｄ回路３０を介して温度／電圧変換回路２８から入力されたゼロ点補正信号に基づいて、温度影響によるゼロ点を補正して、流体が含有する磁性粉濃度に相当する電圧信号を演算して出力する。そして、第２実施形態では更に、マルチプレクサ３８に対して所定時間毎に接続状態を切り換えるように制御信号を出力するものである。これにより、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎからの差動出力値を順次受信できるように構成している。
【００４３】
このように構成した第２実施形態の濃度検出装置は、第１実施形態と同様に、基準用コイル対１０、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎおよび温度センサ２９が、差動トランス収納盤３７の内部に配設される。そして、各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに接続したパイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎが、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの第２ボビン１７の空洞部１８ｃを貫通するように配管される。
【００４４】
これにより、各発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎから１次コイル１４，２０に対して交流信号を印加することにより、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１から差動出力を得ることができる。そして、演算処理部３１は、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎが順番に同期検波回路２４と接続されるように、所定時間毎に順次切り換えることにより、各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎの劣化や磨耗を監視することができる。
【００４５】
このように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、複数の軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎが近接配置されている連鋳設備産業機械であっても、第１実施形態と同様に、オンラインで各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎを監視することができ、同様の作用および効果を得ることができる。しかも、第２実施形態では、１個の基準用コイル対１０を共用する構成としているため、複数のパイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎに対して配設するものは、１次コイル２０と２次コイル２１とからなる１組の検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎのみとなる。そのため、パイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎの周囲である検出部に配設する部品点数を削減できる。その結果、検出部に相当する差動トランス収納盤３７の小型化およびコストダウンを図ることができるため、小型で低コストの多点監視機能を実現できる。
【００４６】
なお、本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４７】
例えば、前記実施形態では、各コイル対１０，１６のボビン１１，１７に対して、１次コイル１４，２０を内側に巻回し、２次コイル１５，２１を外側に巻回する構成としたが、２次コイル１５，２１を内側に巻回し、１次コイル１４，２０を外側に巻回する構成としてもよい。
【００４８】
また、１次コイル１４，２０と２次コイル１５，２１とは、同心円状をなすように内外に巻回させる構成に限られず、図６に示すように、軸部３９ａの上下および中央にフランジ部３９ｂを設けたボビン３９を設け、各フランジ部３９ｂ，３９ｂの間に位置するように１次コイル１４，２０と２次コイル１５，２１と巻回させる構成としてもよい。
【００４９】
さらに、第１実施形態では、各コイル対１０，１６の１次コイル１４，２０を発振回路２３に対して個別に並列接続したが、直列に接続してもよい。
【００５０】
また、第２実施形態のように、変換器２２の演算処理部３１をマイコンにより構成する場合、この演算処理部３１にて外部監視機３４のマイコン３６の役割をなすように構成してもよい。即ち、変換器２２に、圧電ブザーなどの音声出力装置やランプなどの表示装置を搭載し、これらにより軸受部Ｂのメンテナンス時期になったと判断した場合に報知する構成としてもよい。
【００５１】
さらに、第２実施形態では、複数の軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎを監視するために、マルチプレクサ３８によって複数の検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎと１個の同期検波回路２４とを切換可能に接続する構成としたが、軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに対して第１実施形態に示す濃度検出装置を個別に設置してもよいことは言うまでもない。
【００５２】
また、各実施形態では、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃにパイプＰを貫通させ、このパイプＰ中を流動する液体（潤滑剤）に含まれる磁性粉濃度を検出するようにしたが、パイプＰを使用することなく、空洞部１８ｃを流体通路として使用して流体を流動させ、含有する磁性粉濃度を検出する構成としてもよい。
【００５３】
さらに、前記実施形態では、外部監視機３４のマイコン３６は、入力された差動出力値に相当する電流信号を、後の制御および判断に有効な磁性粉濃度相当値に変換してメモリ３５に記憶する構成としたが、差動出力値そのものを記憶する構成としても、同様の作用および効果を得ることができる。
【００５４】
そして、前記実施形態では、本発明の濃度検出装置を、軸受部の状態を監視するために用いたが、パイプＰ中を流動される液体に含有する磁性粉の濃度を検出する目的であれば、いずれの装置でも適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態の流体含有磁性粉濃度検出装置を示すブロック図である。
【図２】各コイル対を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【図３】流体含有磁性粉濃度検出装置による経時的な濃度検出推移を示すグラフである。
【図４】特異サイズの磁性粉を検出した状態を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の流体含有磁性粉濃度検出装置を示すブロック図である。
【図６】コイル対の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…基準用コイル対
１１…第１ボビン
１２ｃ…空洞部
１４…１次コイル
１５…２次コイル
１６…検出用コイル対
１７…第２ボビン
１８ｃ…空洞部
２０…１次コイル
２１…２次コイル
２２…変換器
３４…外部監視機
３５…メモリ（記憶手段）
３６…マイコン（濃度傾向判断手段，粒子状態判断手段）
３７…差動トランス収納盤
３８…マルチプレクサ（切換手段）
Ｂ…軸受部
Ｐ…パイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械の軸受部の劣化や磨耗を早期に検出するために、潤滑油やグリース等の潤滑剤（流体）に混入した鉄粉等の磁性粉濃度を検出する流体含有磁性粉濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の軸受部の劣化や磨耗による設備故障は、生産効率に直接影響し、重要設備の故障は単に設備停止のみならず、工場全体の生産計画に支障を来たす。そのため、設備診断技術が広く浸透しており、振動計測を主体とする設備状態監視技術が確立されている（例えば特許文献１）。しかし、製鉄所の連鋳設備に代表されるような低速回転軸受部においては、振動監視により劣化の兆候を判断することは難しい。
【０００３】
そのため、軸受部の潤滑剤に含まれる磨耗で生じた磁性粉の濃度（量）を計測する方法が状態監視判断に使用されている。この潤滑剤が含有する磁性粉濃度を監視する装置は差動トランス方式であり、１個の１次コイルと一対の２次コイルとを備えている。そして、監視員が定期的に軸受部を通過した後の排出潤滑剤をサンプリングし、一方の２次コイル内にセットする。この状態で１次コイルに交流電流または交流電圧を印加することにより、２次コイルから出力される差動出力値に基づいて磁性粉濃度を検出し、軸受部の状態を判断している（例えば特許文献２）。
【０００４】
しかし、この方法では潤滑剤のごく一部しか計測できないため、サンプリング周期によってはタイムリーな判断ができない。また、設備状態を監視する際には、潤滑剤が含有する磁性粉濃度だけでなく、磁性粉粒子サイズも重視すべき監視項目である。即ち、潤滑剤に含まれる粒子サイズは、大きいほど設備劣化に及ぼす影響が大きい。しかし、粒子サイズを検出するには、フェログラフィ分析等の手間を要する手法を採用する必要がある。しかも、これらの作業は、常に人手を要するため、安全面やコスト面での問題がある。
【０００５】
また、―体型の差動トランスとして、１つの磁気コアに１個の１次コイルと２個の２次コイルとを配設し、この差動トランスを軸受部に組み込む構成としたものがある（例えば特許文献３）。しかし、この構成は、製鉄所の連鋳設備のように高温で悪環境の場所では精度やメンテナンスの面で問題があり、使用出来ない。また、差動トランスそのものが潤滑剤に接する構造のため、メンテナンス性も悪いという問題がある。しかも、監視対象設備によっては軸受部が近接して複数箇所存在する場合が多く、センサおよび変換器が被検出軸受部数分必要となるため、収納盤サイズが大型化し、導入コストも高額になるという懸念がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９５４２２号公報
【特許文献２】特開平１０−７８４１１号公報
【特許文献３】特開２００７−１９２３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、流動する全ての流体を計測の対象として、人手をかけずにオンライン計測し、タイムリーで精密な状態監視機能を実現するとともに、小型で低コストの多点監視機能と、磁性粉の粒子サイズを良否推定する機能とを併せ持った流体含有磁性粉濃度検出装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置は、空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第１ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回した基準用コイル対と、空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第２ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回し、その２次コイルを前記基準用コイル対の２次コイルに対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対とを備え、前記検出用コイル対の空洞部に、磁性粉を含有する流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対および検出用コイル対の各１次コイルに、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、前記２次コイルから出力される差動出力により、流体が含有する磁性粉濃度を検出可能な構成としている。
【０００９】
この流体含有磁性粉濃度検出装置によれば、空洞部内に磁性粉を含有する流体が流動すると、磁性粉濃度により透磁率が変化し、その変化が磁性粉濃度の差動出力値として２次コイルから出力される。そのため、この差動出力値を読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、産業機械の軸受部に用いられる流体である潤滑剤は、軸受部の通過後に全てがパイプを通して排出されるものであるため、このパイプを検出用コイル対の空洞部に貫通または連通させることにより、潤滑剤全ての状態を時系列で監視することが可能である。その結果、人手が不要になるため、監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００１０】
この流体含有磁性粉濃度検出装置では、前記検出用コイル対を複数設ける一方、前記基準用コイル対を共用の１個のみとし、前記各検出用コイル対の空洞部にそれぞれ異なる部位からの流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対の２次コイルと複数の検出用コイル対の２次コイルとを順次接続するように切り換える切換手段を設けることが好ましい。このようにすれば、複数の検出部位に対して配設するものは、１次コイルと２次コイルとからなる１組の検出用コイル対のみとなる。そのため、検出部位の周囲に配設する部品点数を削減できる。その結果、検出部の小型化およびコストダウンを図ることができる。よって、監視対象が連鋳設備のように軸受部が近接配置されている設備である場合には、特に有効である。
【００１１】
また、前記２次コイルから出力される差動出力値を順次記憶する記憶手段を設けるとともに、該記憶手段に記憶された複数の磁性粉濃度に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段を設けることが好ましい。このようにすれば、使用期間に従って上昇する流体に含まれる磁性粉濃度の上昇傾向を容易に判断できるため、軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【００１２】
さらに、前記２次コイルから出力された複数の差動出力値の平均値とピーク値とで、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段を設けることが好ましい。
この場合、磁性粉体の許容寸法に基づいて予め粉体寸法しきい値を設定し、粒子状態判断手段は、予め設定した単位時間内に粉体寸法しきい値を超えた回数により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断することが好ましい。
このようにすれば、設備劣化に及ぼす影響が大きい磁性粉粒子サイズを判断できるため、更に確実に軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置では、磁性粉を含有する流体が空洞部内を流動することによる透磁率の変化が磁性粉濃度の差動出力値として出力されるため、この差動出力値を読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、空洞部を流動する全ての流体の状態を時系列で監視することが可能であるため、タイムリーで精密な状態監視機能を実現できる。しかも、人手が不要であるため、監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体含有磁性粉濃度検出装置（以下「濃度検出装置」と略する。）を示す。この濃度検出装置は、産業機械の軸受部の劣化や磨耗を早期に検出するために、流体である軸受部の潤滑油やグリース等の潤滑剤に含まれる鉄粉等の磁性粉の濃度を監視するもので、基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とを備えた差動トランス方式のものである。そして、これら基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とは変換器２２に接続され、この変換器２２から検出した差動出力値を出力するとともに、その差動出力値を外部監視機３４により監視する構成としている。
【００１６】
前記基準用コイル対１０は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、非磁性体からなる筒状の第１ボビン１１を備え、この第１ボビン１１に１次コイル１４と２次コイル１５とを巻回したものである。第１ボビン１１は、内側ボビン１２と、該内側ボビン１２を収容可能とした外側ボビン１３とからなる。内側ボビン１２は、中空状の軸部１２ａと、該軸部１２ａの上下端から径方向外向きに突出するフランジ部１２ｂとを備えている。軸部１２ａには、検査対象である流体を流動させるパイプＰの直径より大きい空洞部１２ｃが形成されている。同様に、外側ボビン１３は、中空状の軸部１３ａと、該軸部１３ａの上下端から外向きに突出するフランジ部１３ｂとを備えている。この軸部１３ｂには、内側ボビン１２のフランジ部１２ｂの直径と略同一の内径で中空部１３ｃが形成されている。基準用コイル対１０の１次コイル１４は、電気信号を送信可能な線材からなり、内側ボビン１２の軸部１２ａの外周部に巻回されている。この１次コイル１４は、フランジ部１２ｂから外側にはみ出さないように、所定の巻き数で巻回されている。同様に、基準用コイル対１０の２次コイル１５は、電気信号を送信可能な線材からなり、外側ボビン１３の軸部１３ａの外周部に巻回されている。この２次コイル１５は、フランジ部１３ｂから外側にはみ出さないように、所定の巻き数で巻回されている。そして、外側ボビン１３の中空部１３ｃ内に内側ボビン１２を挿入配置することにより、１次コイル１４と２次コイル１５とが同心円状をなすように構成している。
【００１７】
前記検出用コイル対１６は、基準用コイル対１０と同様のものである。具体的には、検出用コイル対１６は、第２ボビン１７に１次コイル２０と２次コイル２１とを巻回したものである。第２ボビン１７は、軸部１８ａとフランジ部１８ｂと空洞部１８ｃとを有する内側ボビン１８、および、軸部１９ａとフランジ部１９ｂと中空部１９ｃとを有する外側ボビン１９からなる。検出用コイル対１６の１次コイル２０は、内側ボビン１８の軸部１８ａの外周部に所定の巻き数で巻回され、２次コイル２１は、外側ボビン１９の軸部１９ａの外周部に所定の巻き数で巻回されている。そして、外側ボビン１９の中空部１９ｃ内に内側ボビン１８を挿入配置することにより、１次コイル２０と２次コイル２１とが同心円状をなすように構成している。即ち、本実施形態では、形式的に基準用コイル対１０および検出用コイル対１６を分類しているが、実質的には同一構成である。
【００１８】
そのうち、基準用コイル対１０の１次コイル１４と検出用コイル対１６の１次コイル２０とは、変換器２２の発振回路２３に対してそれぞれ個別に接続されている。また、基準用コイル対１０の２次コイル１５と検出用コイル対１６の２次コイル２１とは、差動出力を得るように変換器２２の同期検波回路２４に対して直列に接続されている。具体的には、これら２次コイル１５，２１は、一端がそれぞれ同期検波回路２４に接続され、他端が互いに接続されている。そして、これらは、励磁により発生する磁界が対向するように、その巻回方向および接続端が設定されている。言い換えれば、２次コイル１５，２１は、差動出力が得られるように互いの一端が接続され、各他端が同期検波回路２４に接続されている。以上の基準用コイル対１０および検出用コイル対１６に関する説明から明らかなように、本実施形態の基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とは、１個の１次コイルと２個の２次コイルとを有する従来の差動トランスを２分割したものである。
【００１９】
前記変換器２２は、基準用コイル対１０と検出用コイル対１６に対して、交流信号を印加することにより、出力される差動出力（電圧）をパーソナルコンピュータ等の機器で読み込み可能に変換するものである。なお、この変換器２２には、シリアル通信用信号インタフェース２２ａを配設し、外部監視機３４に対してデジタル回線によるシリアルインタフェース接続を行い、配線を削減できるように構成している。
【００２０】
この変換器２２は、図１に示すように、基準用コイル対１０の１次コイル１４および検出用コイル対１６の１次コイル２０に対して同位相、かつ、同電流または同電圧の交流信号を印加するための発振回路２３を備えている。また、発振回路２３は、２次コイル１５および２次コイル２１から差動出力を得る同期検波回路２４に発振信号を出力する構成としている。
【００２１】
前記同期検波回路２４は、２次コイル１５または２次コイル２１から入力された差動出力値を、発振回路２３の発振信号に同調して検波および整流し、平滑した直流電圧信号をゼロ点調整回路２５に出力するものである。このゼロ点調整回路２５は、パイプＰ内を流動する流体に磁性粉が含まれていない場合の基準値が記憶され、同期検波回路２４から入力された直流電圧信号がゼロ点（磁性粉を含んでいない）を示す場合に、出力がゼロとなるように調整して、増幅回路２６に出力するものである。この増幅回路２６は、入力された信号を増幅（gain）してＡ／Ｄ回路２７に出力するものである。このＡ／Ｄ回路２７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部３１に出力するものである。
【００２２】
また、変換器２２は、温度の影響によるゼロ点変動を補正するための温度／電圧変換回路２８を備えている。この温度／電圧変換回路２８は、検出対象部位である基準用コイル対１０の近傍に抵抗型の温度センサ２９を配設し、この温度センサ２９による検出値が入力される。そして、その検出値を電圧信号に変換してＡ／Ｄ回路３０に出力するものである。なお、このＡ／Ｄ回路３０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部３１に出力するものである。
【００２３】
前記演算処理部３１は、ゼロ点調整回路２５、増幅回路２６およびＡ／Ｄ回路２７を介して同期検波回路２４から入力された直流電圧信号（差動出力値）、および、Ａ／Ｄ回路３０を介して温度／電圧変換回路２８から入力されたゼロ点補正信号に基づいて、温度影響によるゼロ点を補正して、流体が含有する磁性粉濃度に相当する電圧信号を演算し、Ｄ／Ａ回路３２に出力するものである。Ｄ／Ａ回路３２は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換してＶ／Ｉ回路３３に出力するものである。このＶ／Ｉ回路３３は、電圧を電流に変換してシリアル通信用信号インタフェース２２ａを介して変換器２２から外部に出力するものである。即ち、一対の２次コイル１５，２１による差動トランスの出力は、所定の電流信号として出力される。
【００２４】
本実施形態では、変換器２２で得た流体が含有する磁性粉濃度に相当する電流信号を、外部監視機３４に送信する構成としている。この外部監視機３４はパーソナルコンピュータ等からなり、所定の情報（データ）を記憶可能な記憶手段であるメモリ３５と、制御および判断手段の役割をなすマイコン３６とを備えている。マイコン３６は、所定時間毎に変換器２２から受信した電流信号を磁性粉濃度相当値に変換してメモリ３５に記憶し、設備診断やデータ処理を行う構成としている。なお、この外部監視機３４は、産業機械を設置した工場内に設置してもよく、また、ネットワークにより離れた場所に通信可能に設置してもよい。
【００２５】
本実施形態のマイコン３６は、メモリ３５に記憶された複数の磁性粉濃度相当値に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段の役割をなす。そして、濃度傾向判断手段としてのマイコン３６は、記憶（蓄積）された磁性粉濃度相当値に基づいて周知の方法でグラフ化し、所定の表示手段であるモニタ（図示せず）に表示可能としている（図３参照）。また、変換器２２から入力された磁性粉濃度相当値が、予め設定した濃度しきい値（例えば0.3％）を越えると、その状態を監視者に音や表示により報知可能に構成している。
【００２６】
また、本実施形態のマイコン３６は、変換器２２を介して２次コイル１５，２１から入力された磁性粉濃度相当値に基づいて、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段の役割をなす。この粒子状態判断手段としてのマイコン３６は、流体の流速に対して予め設定した適切なサンプリングピッチで磁性粉濃度相当値を取り込む。ここで、このサンプリングピッチとしては、流速２ｍ／日のグリースの場合には１分程度、流速１００ｍｍ／分のオイルの場合には１秒程度が妥当である。即ち、流体が１ｍｍから２ｍｍ程度流動する毎にサンプリングすることが好ましい。そして、単位時間当たりの平均値とピーク値とにより尖頭度（ピーク値／平均値）を演算することにより、特異なサイズの磁性体粒子の含有を判断する構成としている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、磁性粉体の許容寸法に基づいて粉体寸法しきい値（例えば濃度0.04％）が設定されている。そして、粒子状態判断手段としてのマイコン３６は、予め設定した単位時間（サンプリング回数）内に粉体寸法しきい値を超えた回数（ピークカウント）により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断する構成としている（図４参照）。
【００２８】
このように構成した濃度検出装置は、例えば、産業機械の軸受部の近傍に閉塞された差動トランス収納盤３７を設け、その内部に基準用コイル対１０と検出用コイル対１６とを固定する。そして、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃには、軸受部から排出される潤滑剤を通すパイプＰを貫通するように配管する。一方、基準用コイル対１０は、空洞部１２ｃに何らパイプＰを貫通させることなく配置する。また、温度センサ２９は、同様に差動トランス収納盤３７内に配設する。なお、パイプＰは、テフロン等非磁性体材料からなるものである。
【００２９】
そして、産業機械を動作させると、従来と同様に、軸受部に対して潤滑剤が加圧圧送され、軸受部を通過した後の潤滑剤がパイプＰを通して排出される。この際、軸受部の劣化や磨耗に伴い、軸受部の形成材料である磁性（鉄）粉が潤滑剤に混入する。そこで、本実施形態の濃度検出装置は、産業機械の動作中には変換器２２を動作させることにより、潤滑剤に含まれる磁性粉の濃度を検出する。
【００３０】
具体的には、発振回路２３を動作させることにより、２組のコイル対１０，１６の１次コイル１４，２０に対して同位相、かつ、同電流または同電圧の交流信号を印加する。これにより、軸受部の劣化や磨耗がなく、潤滑剤に磁性粉が混入していない場合には、基準用コイル対の２次コイル１５と検出用コイル対１６の２次コイル２１とでは、透磁率が同一となる。即ち、２次コイル１５，２１での透磁率の差がないため、電圧差がゼロとなり、何ら出力はされない。一方、潤滑剤に磁性粉が混入している場合には、その磁性粉濃度（量）に応じて透磁率が変化する。その結果、磁性粉により生じる透磁率の差に応じた電圧（差動出力値）が出力される。
【００３１】
この差動出力は、変換器２２の同期検波回路２４にて検波および整流して平滑された直流電圧信号に変換される。ついで、この直流電圧信号がゼロ点調整回路２５にてゼロ点補正された後、増幅回路２６にて増幅される。その後、増幅された信号がＡ／Ｄ回路２７にてデジタル信号に変換された後、演算処理部３１にて温度センサ２９の検出値に応じてゼロ点補正して出力される。そして、Ｄ／Ａ回路３２にてアナログの電圧信号に変換された後、Ｖ／Ｉ回路３３にて電流信号に変換されて出力される。
【００３２】
出力された電流信号を受信する外部監視機３４では、予め記憶したデータテーブルまたは演算式に基づいて、入力された電流信号を磁性粉濃度相当値に換算してメモリ３５に記憶する。また、この外部監視機３４には、パイプＰ内を流動する潤滑剤の磁性粉濃度に相当する電流信号が連続的にオンラインで入力される。
【００３３】
そして、外部監視機３４のマイコン３６は、まず、図３に示すように、入力された磁性粉濃度を経過（入力）時間に従ってグラフ化するとともに、軸受部をメンテナンスする必要があることを意味する濃度しきい値を越えたか否かを判断する。そして、濃度しきい値を越えていない場合には監視を継続し、濃度しきい値を越えた場合には、監視者に音や表示により報知する。なお、この外部監視機３４を産業機械を設置した工場の外部に設置し、ネットワーク接続している場合には、その監視者が工場に連絡を入れる。または、ネットワーク通信により同様の報知を行う。
【００３４】
また、マイコン３６は、前述した濃度傾向判断と並行して、特異サイズの粒子混入状態の判断を行う。即ち、経過時間に従って順次入力された磁性粉濃度の単位時間当たりの平均値とピーク値により尖頭度を演算する。そして、その尖頭度と粉体寸法しきい値とを比較し、許容寸法を超える特異サイズの磁性体粒子の有無を判断する。ここで、許容寸法より小さい磁性粉の集合を検出した場合、その時の尖頭度は粉体寸法しきい値を越える。そのため、本実施形態では、単位時間（例えば１時間）内に尖頭度が粉体寸法しきい値を所定回数（例えば５回）越えた際に、前記と同様にして報知処理を行う。
【００３５】
このように、本実施形態の一対の１次コイル２０と２次コイル２１とを有する検出用コイル対１６の空洞部１８ｃに、磁性粉が含まれる潤滑剤（液体）が流動するパイプＰを貫通させて配設するとともに、一対の１次コイル１４と２次コイル１５とを有する基準用コイル対１０とを配設し、各２次コイル１５，２１を差動出力が得られるように結線するとともに、１次コイル１４，２０に同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加する構成としている。そのため、２次コイル１５，２１からパイプＰ内を流動する液体が含有する磁性粉濃度（量）に応じた差動出力を得ることができる。
【００３６】
そのため、この差動出力値を変換器２２を介して外部監視機３４が読み込むことにより、流体が含有する磁性粉濃度を検出することができる。また、各コイル対１０，１６は、軸受部の内部に組み込む必要がないため、潤滑剤全ての状態をオンラインで時系列に監視することが可能であり、タイムリーで精密な状態監視機能を実現できる。その結果、人手が不要になるため、高温や悪環境な軸受設備の劣化監視に関する安全性を確保できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００３７】
しかも、本実施形態では、外部監視機３４のマイコン３６により磁性粉濃度の上昇傾向を判断可能に構成しているため、軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。また、ピーク値と平均値とで、設備劣化に及ぼす影響が大きい磁性粉体の大きさを判断可能に構成するとともに、発生頻度を判断可能に構成しているため、磁性粉の粒子サイズを良否推定する機能を併せ持ち、更に確実に軸受部の劣化や磨耗の早期判断（予測）が可能となるうえ、その傾向を管理することができる。
【００３８】
図５は第２実施形態の濃度検出装置を示す。この第２実施形態では、複数の軸受部を１個の変換器２２で検出可能とするとともに、１個の基準用コイル対１０を共用し各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎには検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎだけを配設するようにした点で、第１実施形態と大きく相違する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
具体的には、第２実施形態の基準用コイル対１０は、第１実施形態と同様に、一対の１次コイル１４と２次コイル１５とを第１ボビン１１に巻回したものである。また、検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎも同様に、一対の１次コイル２０と２次コイル２１とを第２ボビン１７に巻回したものである。そして、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１と、基準用コイル対１０の２次コイル１５とは、変換器２２に搭載したマルチプレクサ３８によって切り換えにより１個と接続する構成としている。
【００４０】
第２実施形態の変換器２２は、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎ毎に、それぞれ専用の発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎが設けられている。これら発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎは、基準用コイル対１０および検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの各１次コイル１４，２０に対して全て同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加する構成としている。ここで、発振回路１６は１回路を切り換えて共用することも可能である。しかし、コイル起動後の動作安定時間を短縮させるためには、本実施形態のように、各１次コイル１４，２０に設け、これらを常時駆動しておき、２次コイル１５，２１の側の接続状態を切り換える構成が有効である。
【００４１】
また、第２実施形態の変換器２２は、第１実施形態と同様の同期検波回路２４を備えている。この同期検波回路２４には、第１実施形態と同様に、基準用コイル対１０の第２コイル１５の一端が接続されている。また、同期検波回路２４は、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１が、切換手段であるマルチプレクサ３８を介して接続されている。このマルチプレクサ３８は、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１のうち１個と、同期検波回路２４とを選択的に接続するものである。即ち、第２実施形態では、基準用コイル対１０の２次コイル１５と、検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの各２次コイル２１とが、マルチプレクサ３８を介して差動出力を得るように接続されている。
【００４２】
さらに、第２実施形態の変換器２２は、演算処理部３１がマイコンにより構成されている。この演算処理部３１は、第１実施形態と同様に、ゼロ点調整回路２５、増幅回路２６およびＡ／Ｄ回路２７を介して同期検波回路２４から入力された直流電圧信号、および、Ａ／Ｄ回路３０を介して温度／電圧変換回路２８から入力されたゼロ点補正信号に基づいて、温度影響によるゼロ点を補正して、流体が含有する磁性粉濃度に相当する電圧信号を演算して出力する。そして、第２実施形態では更に、マルチプレクサ３８に対して所定時間毎に接続状態を切り換えるように制御信号を出力するものである。これにより、第１番目から第ｎ番目までの検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎからの差動出力値を順次受信できるように構成している。
【００４３】
このように構成した第２実施形態の濃度検出装置は、第１実施形態と同様に、基準用コイル対１０、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎおよび温度センサ２９が、差動トランス収納盤３７の内部に配設される。そして、各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに接続したパイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎが、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの第２ボビン１７の空洞部１８ｃを貫通するように配管される。
【００４４】
これにより、各発振回路２３−０，２３−１，２３−２，…，２３−ｎから１次コイル１４，２０に対して交流信号を印加することにより、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎの２次コイル２１から差動出力を得ることができる。そして、演算処理部３１は、各検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎが順番に同期検波回路２４と接続されるように、所定時間毎に順次切り換えることにより、各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎの劣化や磨耗を監視することができる。
【００４５】
このように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、複数の軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎが近接配置されている連鋳設備産業機械であっても、第１実施形態と同様に、オンラインで各軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎを監視することができ、同様の作用および効果を得ることができる。しかも、第２実施形態では、１個の基準用コイル対１０を共用する構成としているため、複数のパイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎに対して配設するものは、１次コイル２０と２次コイル２１とからなる１組の検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎのみとなる。そのため、パイプＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎの周囲である検出部に配設する部品点数を削減できる。その結果、検出部に相当する差動トランス収納盤３７の小型化およびコストダウンを図ることができるため、小型で低コストの多点監視機能を実現できる。
【００４６】
なお、本発明の流体含有磁性粉濃度検出装置は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００４７】
例えば、前記実施形態では、各コイル対１０，１６のボビン１１，１７に対して、１次コイル１４，２０を内側に巻回し、２次コイル１５，２１を外側に巻回する構成としたが、２次コイル１５，２１を内側に巻回し、１次コイル１４，２０を外側に巻回する構成としてもよい。
【００４８】
また、１次コイル１４，２０と２次コイル１５，２１とは、同心円状をなすように内外に巻回させる構成に限られず、図６に示すように、軸部３９ａの上下および中央にフランジ部３９ｂを設けたボビン３９を設け、各フランジ部３９ｂ，３９ｂの間に位置するように１次コイル１４，２０と２次コイル１５，２１と巻回させる構成としてもよい。
【００４９】
さらに、第１実施形態では、各コイル対１０，１６の１次コイル１４，２０を発振回路２３に対して個別に並列接続したが、直列に接続してもよい。
【００５０】
また、第２実施形態のように、変換器２２の演算処理部３１をマイコンにより構成する場合、この演算処理部３１にて外部監視機３４のマイコン３６の役割をなすように構成してもよい。即ち、変換器２２に、圧電ブザーなどの音声出力装置やランプなどの表示装置を搭載し、これらにより軸受部Ｂのメンテナンス時期になったと判断した場合に報知する構成としてもよい。
【００５１】
さらに、第２実施形態では、複数の軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎを監視するために、マルチプレクサ３８によって複数の検出用コイル対１６−１，１６−２，…，１６−ｎと１個の同期検波回路２４とを切換可能に接続する構成としたが、軸受部Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに対して第１実施形態に示す濃度検出装置を個別に設置してもよいことは言うまでもない。
【００５２】
また、各実施形態では、検出用コイル対１６の空洞部１８ｃにパイプＰを貫通させ、このパイプＰ中を流動する液体（潤滑剤）に含まれる磁性粉濃度を検出するようにしたが、パイプＰを使用することなく、空洞部１８ｃを流体通路として使用して流体を流動させ、含有する磁性粉濃度を検出する構成としてもよい。
【００５３】
さらに、前記実施形態では、外部監視機３４のマイコン３６は、入力された差動出力値に相当する電流信号を、後の制御および判断に有効な磁性粉濃度相当値に変換してメモリ３５に記憶する構成としたが、差動出力値そのものを記憶する構成としても、同様の作用および効果を得ることができる。
【００５４】
そして、前記実施形態では、本発明の濃度検出装置を、軸受部の状態を監視するために用いたが、パイプＰ中を流動される液体に含有する磁性粉の濃度を検出する目的であれば、いずれの装置でも適用可能であり、同様の作用および効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態の流体含有磁性粉濃度検出装置を示すブロック図である。
【図２】各コイル対を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【図３】流体含有磁性粉濃度検出装置による経時的な濃度検出推移を示すグラフである。
【図４】特異サイズの磁性粉を検出した状態を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の流体含有磁性粉濃度検出装置を示すブロック図である。
【図６】コイル対の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…基準用コイル対
１１…第１ボビン
１２ｃ…空洞部
１４…１次コイル
１５…２次コイル
１６…検出用コイル対
１７…第２ボビン
１８ｃ…空洞部
２０…１次コイル
２１…２次コイル
２２…変換器
３４…外部監視機
３５…メモリ（記憶手段）
３６…マイコン（濃度傾向判断手段，粒子状態判断手段）
３７…差動トランス収納盤
３８…マルチプレクサ（切換手段）
Ｂ…軸受部
Ｐ…パイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第１ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回した基準用コイル対と、
空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第２ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回し、その２次コイルを前記基準用コイル対の２次コイルに対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対とを備え、
前記検出用コイル対の空洞部に、磁性粉を含有する流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対および検出用コイル対の各１次コイルに、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、
前記２次コイルから出力される差動出力により、流体が含有する磁性粉濃度を検出可能としたことを特徴とする流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項２】
前記検出用コイル対を複数設ける一方、前記基準用コイル対を共用の１個のみとし、
前記各検出用コイル対の空洞部にそれぞれ異なる部位からの流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対の２次コイルと複数の検出用コイル対の２次コイルとを順次接続するように切り換える切換手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項３】
前記２次コイルから出力される差動出力値を順次記憶する記憶手段を設けるとともに、該記憶手段に記憶された複数の磁性粉濃度に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項４】
前記２次コイルから出力された複数の差動出力値の平均値とピーク値とで、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項５】
磁性粉体の許容寸法に基づいて予め粉体寸法しきい値を設定し、粒子状態判断手段は、予め設定した単位時間内に粉体寸法しきい値を超えた回数により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項１】
空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第１ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回した基準用コイル対と、
空洞部を有する筒状の非磁性体からなる第２ボビンに１次コイルと２次コイルとを巻回し、その２次コイルを前記基準用コイル対の２次コイルに対して差動出力を得るように接続した検出用コイル対とを備え、
前記検出用コイル対の空洞部に、磁性粉を含有する流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対および検出用コイル対の各１次コイルに、同位相かつ同電流または同電圧の交流信号を印加し、
前記２次コイルから出力される差動出力により、流体が含有する磁性粉濃度を検出可能としたことを特徴とする流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項２】
前記検出用コイル対を複数設ける一方、前記基準用コイル対を共用の１個のみとし、
前記各検出用コイル対の空洞部にそれぞれ異なる部位からの流体を流動させるとともに、前記基準用コイル対の２次コイルと複数の検出用コイル対の２次コイルとを順次接続するように切り換える切換手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項３】
前記２次コイルから出力される差動出力値を順次記憶する記憶手段を設けるとともに、該記憶手段に記憶された複数の磁性粉濃度に基づいて磁性粉濃度の上昇傾向を判断する濃度傾向判断手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項４】
前記２次コイルから出力された複数の差動出力値の平均値とピーク値とで、磁性粉体の大きさを判断する粒子状態判断手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【請求項５】
磁性粉体の許容寸法に基づいて予め粉体寸法しきい値を設定し、粒子状態判断手段は、予め設定した単位時間内に粉体寸法しきい値を超えた回数により、特異なサイズの磁性体粒子の発生頻度を判断するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の流体含有磁性粉濃度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２２１１２（Ｐ２０１０−１２２１１２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６９４２（Ｐ２００８−２９６９４２）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３９０００００１１）ＪＦＥアドバンテック株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（３９０００００１１）ＪＦＥアドバンテック株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
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