軸受装置
【課題】本発明は、検出した検出対象の検出情報を容易に分類管理できる軸受装置を提供する。
【解決手段】ワイヤレスセンサ２は、このワイヤレスセンサ２の各センサモジュール４，５で検出した振動や温度などの検出情報に、各センサモジュール４，５に固有の識別情報を付して通信装置１０から電波で信号Ｒを送信する。また、この信号Ｒを受信する管理装置３は、この信号Ｒに含まれる識別情報を基に検出情報を分類保管する。そして、監視装置１は、加工機の可動軸などに取り付けた複数のワイヤレスセンサ２を管理装置３で管理する。
【解決手段】ワイヤレスセンサ２は、このワイヤレスセンサ２の各センサモジュール４，５で検出した振動や温度などの検出情報に、各センサモジュール４，５に固有の識別情報を付して通信装置１０から電波で信号Ｒを送信する。また、この信号Ｒを受信する管理装置３は、この信号Ｒに含まれる識別情報を基に検出情報を分類保管する。そして、監視装置１は、加工機の可動軸などに取り付けた複数のワイヤレスセンサ２を管理装置３で管理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械や自動車や鉄道車両などの車両に取り付けられて、運転状態を示す信号を無線で送信するワイヤレスセンサを備えた軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両など車両の車軸である回転軸を支持する軸受や、加工機や組立装置など産業機械に適用されているボールねじやリニアガイドなどの直動装置及び軸受は、運動することによって振動(すなわち、加速度の変化)を生じたり、摩擦によって発熱したりする。これらの振動や温度は、軸受や直動装置の寿命に影響するとともに、産業機械などの精度や車両などの安全性に関わるため、適宜計測して定格状態であることを監視することが望ましい。また、回転運動する軸受の回転速度は、この軸受が取り付けられた装置などの運転状態を把握する上で重要であるため、常時監視されることが多い。
【０００３】
そこで、加速度計を備えた汎用の振動センサや、熱電対などを備えた汎用の温度センサ、あるいは、回転速度を検出するための回転センサなどが、対象となる軸受のハウジングや直動装置の可動体に取り付けられ、計測装置と有線で接続されて振動や温度などが監視される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合、各センサと計測装置とを有線で接続配線すると、多軸制御の加工機や、組立ラインなどのように監視の対象となる可動部が多い装置では、配線が煩雑になるという問題がある。そして、保全点検などによって、センサ取付部周辺を分解する場合においては、その都度センサ及びケーブルを取り外さなければならないと言う煩わしさがある。また、リニアガイドなどの直動装置の可動部に配線する場合は、使用中にその配線が切れるなどの問題がある。車両などのようにセンサの取付部が移動する場合は、計測機器類をその車体に搭載する必要がある。計測器類をその車体に搭載した場合でも、車両の車輪は、乗り心地を考慮してサスペンションなどにより、車体に対して相対的に動くように支持されている。そのため、車輪の軸受に取付けられるセンサに接続されるケーブルは、車両が走行することによって繰り返し屈曲され、いずれ断線してしまうことが懸念される。
【０００５】
したがって、本発明は、センサの信号を送るための配線をする必要性がないワイヤレスセンサを備えた転がり軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで上記の課題を解決するために、本発明に係るワイヤレスセンサは、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を無線で送信する通信装置とを備える。
【０００７】
または、本発明に係るワイヤレスセンサは、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別情報とともに無線で送信する通信装置とを備える。
【０００８】
この場合、利用者が任意にワイヤレスセンサの検出情報を入手できるように、送受信を行う通信装置が検出部の識別情報に対応する指令信号を受信したときに、この指令信号に指定された前記検出部の検出情報を識別情報とともに送信するようにする。また、利用者が、容易に信号を識別できるように、通信装置は、検出部で検出した信号またはこれに関する情報をディジタル情報に変換して送信する。
【０００９】
本発明に係る軸受装置は、内外の軌道輪と、これら軌道輪間に配置された複数の転動体とを有し、外側軌道輪と内側軌道輪のどちらか一方が静止輪であり、他方が回転輪である転がり軸受において、前記のいずれかのワイヤレスセンサを、前記静止輪もしくは静止輪に取り付けた部材に一体的に固定するか、または回転輪もしくは回転輪に取り付けた部材と一体的に動くように設ける。
【００１０】
または、本発明に係る軸受装置は、１組の軌道輪と、これら１組の軌道輪の内の第１の軌道輪に設けられるパルサリングと、このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付けられる前記いずれかのワイヤレスセンサとを備える。
【００１１】
この場合、軸受装置は、パルサリングとワイヤレスセンサとが相対的に回転することによって、回転速度センサで検出される周期信号に関する情報をＦＭ変調方式で送信する。そして、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少なくとも一方を送信する。また、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する。
【００１２】
本発明に係る管理装置は、検出対象を検出する検出部を備えたワイヤレスセンサまたは軸受装置から送信された信号を受信する通信機と、前記信号に含まれる前記検出部またはワイヤレスセンサの少なくとも一方に固有の識別情報を基に、受信した信号を管理する信号処理部とを備える。この場合、この管理装置が受け持つ以外のワイヤレスセンサまたは軸受装置の信号との混信を防止するために、通信機は、信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に、管理装置に予め登録された識別情報を含む信号を選択して受信する。さらに、必要に応じてワイヤレスセンサまたは軸受装置の最新の検出情報が入手できるように、通信機は、ワイヤレスセンサまたは軸受装置に対して検出情報を含む信号を要求する指令信号を送信する。
【００１３】
本発明に係る監視装置は、前述のワイヤレスセンサまたは軸受装置と、管理装置を組み合わせて使用する。監視装置は、ワイヤレスセンサまたは軸受装置を同時に複数使用する場合、管理装置がワイヤレスセンサごと及び軸受装置ごとにそれぞれ異なる固有の周波数の搬送波で通信する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るワイヤレスセンサまたは軸受装置によれば、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を無線で送信する通信装置とを備え、検出した情報を電波や超音波や光などを使用した無線で送信できるので、信号を送るための配線をする必要性がなくなる。また、可動部分に検出部を設けた場合においては、信号を送るための配線をする必要がないため、配線が切れるなどの問題は生じない。また、車両などの移動体に使用した場合は、その移動体に計測機器類を搭載するだけでなく、移動体とは別の場所で、その検出情報を管理することができる。
【００１５】
また、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別情報とともに無線で送信する通信装置とを備えたので、複数のワイヤレスセンサから送信された信号を容易に識別することができる。また、識別信号に対応する指令信号を受信したときに、この指令信号に指定された検出部の検出対象を検出し、その検出情報とともにこの検出部の識別信号を送信するので、利用者が所望する任意のワイヤレスセンサまたは軸受装置の最新の情報を容易に得ることができる。検出した情報またはこれに関係する情報をディジタル情報に変換して送信することで、周囲のノイズによって劣化した信号を受信側で再生しやすくなるので、情報の欠落を防止することができる。
【００１６】
転動体を介して相対的に回転する１組の軌道輪の第１の軌道輪にパルサリングを設け、このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に本発明のワイヤレスセンサを取付けた本発明に係る軸受装置によれば、検出した信号を無線で送信するとともに、パルサリングと対向して設けられた回転速度センサのコイルに発生する電流を利用して、ワイヤレスセンサ内の回路に電力を供給することができる。したがって、検出した信号を送信するための信号線と、ワイヤレスセンサ内の回路に電力を供給するための電線とを配線する必要がない。
【００１７】
複数の軸受装置を同時に利用する場合、検出した信号に関係する情報をＦＭ変調方式で送信する本発明に係る軸受装置は、軸受装置ごとに異なる固有の搬送波を使って送信できるので、互いの信号の混信を防止することができる。
【００１８】
回転速度センサに発生する周期信号に基づいて信号処理部が求めた回転数または回転速度の内の少なくとも一方を送信する本発明に係る軸受装置によれば、数値化された情報が送信されるので、信号が伝播される間に検出情報が変化することを防止することができる。
【００１９】
回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する本発明に係る軸受装置によれば、軸受装置ごとに検出された信号を混信することなく、より少ない情報量で監視装置に送信することができる。
【００２０】
また、本発明に係る管理装置によれば、ワイヤレスセンサや軸受装置から出力された信号を、この信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に分類するので、容易に管理することができる。そして、信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に、この管理装置に予め登録された識別情報を前記信号を選択して受信する管理装置の発明によれば、より確実に混信を防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明に係るワイヤレスセンサまたは軸受装置と、本発明の管理装置を用いた監視装置によれば、ワイヤレスセンサまたは軸受装置がその検出部で検出した検出情報とともにその検出部に固有の識別情報を送信し、管理装置でその識別情報を基に検出情報を分類して管理するので、複数のワイヤレスセンサまたは軸受装置を同時に監視できる。
【００２２】
本発明に係るワイヤレスセンサや軸受装置を同時に複数使用し、管理装置が、ワイヤレスセンサごと及び軸受装置ごとに異なる固有の搬送波で通信する本発明の監視装置によれば、ワイヤレスセンサと監視装置の信号の混信を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示す監視装置１は、検出対象となる振動や温度を検出してその検出情報を送信するワイヤレスセンサ２と、複数のワイヤレスセンサ２から出力された信号Ｒを受信する管理装置３からなる。
【００２４】
ワイヤレスセンサ２は、振動センサモジュール４と、温度センサモジュール５と、マルチプレクサ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、ＲＡＭ（Random Access Memory）８と、信号処理部９と、通信装置１０とを備えている。振動センサモジュール４は、検査対象である振動を検出する検出部としての振動センサを備えており、検出した加速度などの振動の変化を電気信号に変換して出力する。温度センサモジュール５は、検出対象である温度を検出する検出部としての温度センサを備えており、検出した温度を電気信号に変えて出力する。
【００２５】
マルチプレクサ６は、振動センサモジュール４及び温度センサモジュール５からそれぞれ出力された信号をそれぞれ独立した検出情報として後で分けられるように混成する。なお、マルチプレクサ６による混成は、多重通信方式であってもよいし、時分割方式であってもよい。また、センサモジュール４，５が一つの場合、このマルチプレクサ６は不要である。また、マルチプレクサ６を使用せずＡ／Ｄコンバータ７を複数設けてもよい。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ７は、振動センサモジュール４や温度センサモジュール５のアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＲＡＭ８は、Ａ／Ｄコンバータ７で変換された検出情報を処理する前に一時保管するために設けられている。なお、ＲＡＭ８は、記憶装置の一例であって、検出情報を一時的に保管できるものであればよい。
【００２７】
信号処理部９は、ＲＡＭ８に一時保管された各センサモジュール４,５の検出情報を順次呼び出し、振動及び温度のそれぞれに予め設定された閾値と比較するなどの処理を行った後、各センサモジュール４，５毎に固有の識別情報とともに通信装置１０へ出力する。なお、振動や温度の値そのものを識別情報とともに通信装置１０に出力してもよい。また、Ａ／Ｄコンバータ７とＲＡＭ８と信号処理部９とをまとめた処理部であってもよい。
【００２８】
センサモジュール４，５が複数の検出部を備えている場合、識別情報は、その検出情報を検出した検出部毎とするとよい。また、センサモジュール４，５毎の識別情報のほかにワイヤレスセンサ２毎の識別情報を付して送信すると、さらに管理装置３側で多用な分類管理が可能となるのでよい。識別情報は、検出部毎に与えられるものであるので、センサモジュール４，５で検出情報に添付して出力してもよい。
【００２９】
通信装置１０は、送信及び受信が可能であって、信号処理部９から出力された信号を電波の信号Ｒに変換して送信する。なお、電波の使用が難しい環境においては、信号を超音波や、光、例えば赤外線に変換する通信装置１０を用いるとよい。
【００３０】
以上のように構成されたワイヤレスセンサ２は、各センサモジュール４，５で検出された検出情報をマルチプレクサ６によって多重通信し、Ａ／Ｄコンバータ７でディジタル信号に変換した後、ＲＡＭ８に一時保管する。保管された検出情報は、順次信号処理部９で読み出されて演算などの処理を施され、かつ、センサモジュール４，５毎に固有の識別情報が添付された信号Ｒとなって、通信装置１０から送信される。なお、振動や温度などを検出する間隔は、所定の時間間隔、または、所定の閾値によるトリガーで起動する間隔とすると、情報量を減らすことができるのでよい。
【００３１】
このように、このワイヤレスセンサ２は、検出情報を電波で送信するため、通信線が不要である。したがって、加工機などの可動軸や車両の軸受部へ取り付ける場合、配線作業による煩わしさがないのでよい。このようにワイヤレスセンサ２を用いることで結果として、配線が煩雑になることはなく、配線の工数をなくすことができる。また、ワイヤレスセンサ２から送信される信号Ｒに各センサモジュール４，５毎の識別情報が付されているので、複数のワイヤレスセンサ２から同じ周波数で信号Ｒを送信しても各ワイヤレスセンサ２からの信号Ｒをそれぞれ識別することができる。そのため、この信号Ｒを受信する管理装置３が、ワイヤレスセンサ２あるいはセンサモジュール４，５毎に周波数を変えなくてもよいとともに、受信対象となるワイヤレスセンサ２を追加した場合でも、同じ設定で受信することができる。そして、識別情報を基に各ワイヤレスセンサ２または各センサモジュール４，５で検出された検出情報を容易に分類することができる。
【００３２】
また、このワイヤレスセンサ２は、個別の識別情報に対応する指令信号Ｑを受信すると、指令信号Ｑに指定されたセンサモジュールの最新の状態を検出し、通信装置１０から識別情報とともに送信する。したがって、利用者が、再度検出情報の確認をしたい場合、その都度、任意のワイヤレスセンサの最新の検出情報を容易に得ることができる。
【００３３】
なお、図１においてワイヤレスセンサ２に設けられた振動センサモジュール４と温度センサモジュール５は、いずれか一方のみであってもよいし、これらの代わり、あるいはどちらか一方の代わりに回転速度を検出する回転速度センサモジュールを設けてもよし、振動センサモジュール４と温度センサモジュール５と回転速度センサモジュールのそれぞれが設けられていてもよい。
【００３４】
次に、管理装置３について説明する。図１に示す管理装置３は、通信機１１と、信号処理部１２と、ＲＡＭ１３と、インターフェイス１４とを備えている。通信機１１は、周囲に点在する複数のワイヤレスセンサ２から無線、例えば電波で送信される信号Ｒを受信しその信号Ｒを信号処理部１２に送る。なお、通信機１１が使用する電波の周波数は、単一周波数であってもよいが、送受信で少なくとも２つの周波数帯を使用できることが好ましい。
【００３５】
信号処理部１２は、送られてきた信号Ｒに含まれているワイヤレスセンサ２毎または、センサモジュール４，５毎に固有の識別情報を基に、信号Ｒに含まれている検出情報を分類する。ＲＡＭ１３は、ワイヤレスセンサ２のＲＡＭ８と比較して十分に大きい記憶容量を備えており、分類された検出情報(または信号Ｒ)を個別に管理保管する。なお、ＲＡＭ１３は、記憶装置の一例であって、受信した検出情報（または信号Ｒ）を個別に管理保管できるものであればよい。インターフェイス１４は、ＲＡＭ１３と並列に信号処理部１２から設けられており、信号処理部１２で分類された検出情報を外部に出力する。
【００３６】
また、管理装置３は、任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４,５の最新の検出情報を要求する指令信号Ｑを通信機１１から送信する。この指令信号Ｑには、利用者が指定するワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５の識別情報に対応した情報、例えば、所望するワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に固有の識別情報が付されている。
【００３７】
以上のように構成された管理装置３は、複数のワイヤレスセンサ２から送信された信号Ｒを受信し、その信号Ｒに含まれるセンサモジュール４，５の識別情報を基に検出情報を分類してＲＡＭ１３に記録保管するとともに、必要に応じてインターフェイス１４からＲＡＭ１３に保管されている検出情報を外部に出力する。したがって、蓄積された各ワイヤレスセンサ２やセンサモジュール４，５の検出情報を基に、各機械装置などの運転状況を管理装置３の信号処理部１２で分析したり、インターフェイス１４で外部に取り出して情報処理できるので、より高度で正確な分析ができる。
【００３８】
次に、前述のワイヤレスセンサ２と管理装置３からなる監視装置１は、所定の時間間隔、あるいは予めワイヤレスセンサ２の信号処理部９に設定された閾値を超えたときに、ワイヤレスセンサ２で検出対象の振動や温度を検出して各ワイヤレスセンサ２毎または各センサモジュール４，５毎の識別情報を付して送信する。そして、この信号Ｒを管理装置３で受信し、各識別情報毎に検出情報を分類して保管管理する。
【００３９】
また、この監視装置１は、任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に対応した指令信号Ｑ、例えば任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に固有の識別情報を含んだ指令信号Ｑを管理装置３から送信することで、その指令信号Ｑに含まれた識別情報に指定されたワイヤレスセンサ２の各センサモジュール４，５、または識別情報に指定されたセンサモジュール(４または５)の最新の検出情報をそのワイヤレスセンサ２から信号Ｒとして（折返し）送信させることができる。したがって、利用者が所望する任意のワイヤレスセンサ２、またはセンサモジュール４，５の最新の検出情報を管理装置３において適宜入手することができる。
【００４０】
そこで、図２に示すようにこの監視装置１のワイヤレスセンサ２を工作機械２１の各可動軸２２，２３にそれぞれ取り付け、管理装置３を工作機械の本体２４に設ける。そして、ワイヤレスセンサ２で所定の時間間隔ごとに振動や温度あるいは回転軸や移動軸の速度を検出し、各ワイヤレスセンサ２毎の検出情報を管理装置３で受信し、各検出情報を識別情報毎に分類して保管する。
【００４１】
このように監視装置１を工作機械２１に適用すると、ワイヤレスセンサ２が無線（電波）で通信するので、可動軸２２，２３への取付が容易であるとともに、通信配線がないので、メンテナンスなどで周辺を分解する場合においても脱着を容易に行うことができる。また、ワイヤレスセンサ２を追加する場合においても、取り付けが容易であるとともに、検出情報が識別情報とともに信号Ｒで送信されるので、管理装置３で、他のワイヤレスセンサ２と同様に識別情報毎に検出情報を分類管理できる。さらに、利用者が、最新の検出情報を所望するのワイヤレスセンサ２のセンサモジュール４，５の識別情報を付した指令信号を管理装置３から送信することで、そのセンサモジュール４，５の最新の検出情報を入手することができる。なお、この指令信号は、工作機械２１の制御盤２５への入力によって、管理装置３から送信されるようにすると、利用者に使いやすいのでよい。
【００４２】
また、管理装置３で保管されている検出情報をインターフェイス１４（図１）を通して工作機械２１の制御盤２５に提供すると、工作機械２１の自己診断や不具合防止に有効である。
【００４３】
複数の監視装置１が隣接して使用される場合は、受信したいワイヤレスセンサ２の識別情報を管理装置３に予め設定し、受信したいワイヤレスセンサ２の検出情報を選択して受信するようにする。このようにすると、他の工作機械のワイヤレスセンサ２の信号と混信しないのでよい。
【００４４】
さらに、図３のように複数の加工機２６、例えばＮＣ旋盤やマシニングセンタなどに設けたワイヤレスセンサ２のそれぞれの検出情報を離隔地に設けた管理装置３で受信して一括管理する場合は、各加工機２６に取り付けられたワイヤレスセンサ２から出力された信号Ｒを一旦加工機２６毎にまとめ、それを管理装置３に送信する。この場合、加工機２６毎に検出情報を処理して蓄積し、管理装置３からの指令信号に応じて検出情報を出力してもよいし、検出されるたびに検出情報をそのワイヤレスセンサ２、またはセンサモジュールの識別情報とともに管理装置３に向けて送信してもよい。また、ワイヤレスセンサ２の出力が小さい場合は、中継機２７を経由させるとよい。
【００４５】
このようにすることで、各加工機２６の運転状況を確認、及び監視するために、利用者が加工機２６の傍まで行かなくてもよい。また、加工機２６に取り付けられたワイヤレスセンサと管理装置３との間を無線で通信するので、新たに通信線を敷設する必要がなく、監視装置１を既存の設備に導入しやすい。
【００４６】
また、ワイヤレスセンサまたは加工機２６と管理装置３との間の通信に携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）及び、衛星電話などの移動体通信の回線を利用すると、広範囲にわたって移動する自動車や鉄道車両の軸受やギヤボックスなどの運転状況をリアルタイムで集中管理・監視できるのでよい。この場合、ワイヤレスセンサ２から管理装置３までを移動体通信回線を使って通信してもよいし、ワイヤレスセンサの信号Ｒを電波で近くの中継機２７に送信し、その中継機２７から管理装置３までを移動体通信回線やシリアルパラレル通信（有線）、一般電話回線（有線）、ＬＡＮ（Local Area Network）、有線、または無線、あるいはインターネットを使って通信してもよい。また、管理装置３側は、一般電話回線(有線)で受信してもよい。
【００４７】
ワイヤレスセンサ２が設置される機器が、作業状況や日程などにより複数の建物に移動して使用される場合や、ラインの稼動率を上げるために前記機器が複数台用意され、保守的に入れ替えを行って使用される場合は、建物あるいは部屋毎に設置された管理装置３同士を移動体通信や一般電話回線やＬＡＮ、あるいはインターネットを使ってワイヤレスセンサの管理番号や検出情報を共有化することにより、もれのない監視が可能となる。
【００４８】
なお、監視装置１の通信に移動体通信回線や一般電話回線を利用すると、管理装置３で受信された検出情報を基に、この検出情報を送信してきたワイヤレスセンサが取り付けられた加工機２６や自動車及び鉄道車両に、保守点検の必要があると判断された場合、管理装置３から保守担当者が携帯する移動体通信装置に自動的に報知するように管理装置３を設定することも可能であるとともに、保守担当者が、移動体通信装置を使って、ワイヤレスセンサの検出情報を検索することも可能である。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。図４（Ａ）に示す転がり軸受装置３１は、軸受部３２とワイヤレスセンサであるセンサ部３３とを備える。軸受部３２は、内外の軌道輪３４，３５と、これら軌道輪３４，３５の間に配置された転動体３６と、この転動体３６の保持器３７とシールまたはシールド板３５１を備えている。センサ部３３は、図４（Ｂ）に示すように検出対象を検出する検出部３８と、検出された情報を処理する処理部３９と、この処理部３９から出力された信号を無線で送信する通信装置４０と、これら検出部３８、処理部３９、通信装置４０に電力を供給する電池４１とを備えている。
【００５０】
センサ部３３は、軸受部３２の外輪３５と一体的に固定あるいは密着された外輪間座４２の中心方向に向かって形成されたフランジ４３に取り付けられている。検出部３８は、振動（すなわち加速度の変化）を検出する振動センサ４４と、温度を検出する温度センサ４５とを備えている。この振動センサ４４及び温度センサ４５は、軸受部３２のより正確な振動や温度を検出するために、外輪間座４２の軸受部３２に面した一部に設けられた凹部４６ａ，４６ｂにそれぞれ取り付けられている。なお、加速度センサ４４及び温度センサ４５を取り付ける凹部４６ａ，４６ｂは、それぞれ独立して設けてもよいし、ひとつに設けてもよい。なお、軸受部３２の内輪３４の振動や温度を積極的に検出する場合は、内輪３４と一体的に固定あるいは密着される内輪間座４７にセンサ部３３を取り付けるとよい。また、このセンサ部３３を内輪３４や外輪３５やシールまたはシールド板３５１に直接組み込んだ軸受装置としてもよい。または、このセンサ部３３を内輪３４や外輪３５に取り付けた部材に組み込んだ軸受装置としてもよい。
【００５１】
また、図５に示すように処理部３９は、アンプ４８と、コンパレータ４９と、信号処理部５０と、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調器５１とを備えている。アンプ４８は、振動センサ４４で検出された振動の信号を絶対値化する。コンパレータ４９は、アンプ４８で絶対値化された振動センサ４４の信号と温度センサ４５から出力された信号を予め設定されている閾値と比較し、その結果を出力する。信号処理部５０は、コンパレータ４９から出力された検出情報に、その検出情報を出力した加速度センサ４４または温度センサ４５に固有の識別情報を添付するとともに、検出情報のうち閾値を超えていると判断された検出情報にアラーム信号を添付して出力する。ＡＳＫ変調器５１は、信号処理部５０から出力された信号を変調してディジタル化（２進化）する。なお、通信するための変調方式は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）方式などその他の方式であってもよい。通信装置４０は、ＡＳＫ変調器５１でディジタル化された信号を電波に変換して信号Ｒとして送信する。また、検出部３８、ＡＳＫ変調器５１、通信装置４０などへの電力の供給を信号処理部５０によって適宜制御し、検出時や信号出力時以外での電力の消費を抑えると、電池４１の寿命を延ばすことができるのでよい。
【００５２】
なお、電池４１を交換することができない部位にセンサ部３３が組み込まれる場合や、振動、温度を常時監視する場合は、内輪間座４７に図示しない多極磁石あるいは平歯車状の凹凸を設け、フランジ４３または外輪間座４２に図示しないコイルあるいは磁石を併用したコイルを設けることにより発電機を構成し、電源回路を通じて検出部３８、処理部３９、通信装置４０に電力を供給するのがよい。なお、電源回路に二次電池を併用すると、発電機が稼動していない状態でもワイヤレスセンサは稼動できるのでさらに好ましい。
【００５３】
軸受装置３１から送信された信号Ｒは、この軸受装置３１が取り付けられている加工機や車両などの本体または離隔地に設けられた管理装置３によって受信される。なお、管理装置３については、第１の実施形態で説明の管理装置３と同様であるので、その説明を省略する。
【００５４】
以上のように構成された軸受装置３１は、検出情報を無線で出力するため、通信線が不要であり、加工装置の可動軸や車両などの軸受として容易に取り付けることができる。また、軸受装置３１から送信された信号Ｒは、軸受装置３１毎、または軸受装置３１の検出部３８毎、あるいは加速度センサ４４や温度センサ４５毎に固有の識別情報が付されているので、信号Ｒを同一の周波数で送信しても、この信号Ｒを受信する管理装置３が、軸受装置３１毎、または検出部３８毎、あるいは加速度センサ４４や温度センサ４５毎に個々の信号Ｒを容易に識別することができる。なお、振動センサ４４と温度センサ４５は、いずれか一方のみであってもよいし、これらの代わり、あるいはどちらか一方の代わりに回転速度センサを設けてもよい。また、振動センサ４４と温度センサ４５と回転速度センサのそれぞれが設けられていてもよい。
【００５５】
さらに、受信対象となる軸受装置３１を追加する場合でも、通信線を必要としないので容易に追加することができる。そして、送信されてくる信号Ｒには、識別信号が検出情報毎に付されているので、同じ周波数で信号Ｒが送信されても容易に分類することができる。
【００５６】
また、この軸受装置３１は、加速度センサ４４や温度センサ４５、または各検出部３８、あるいは軸受装置３１毎に固有の識別情報に対応する指令信号Ｑを受信すると、指令信号Ｑに指定された加速度センサ４４や温度センサ４５、または検出部３８、あるいは軸受装置３１の全ての検出部３８の最新の情報を検出し、通信装置４０からその識別情報とともに送信する。したがって、利用者が検出情報を得たいときに、その都度、任意の軸受装置３１の最新の情報を容易に得ることができる。そして、この軸受装置３１を第１の実施形態で説明の管理装置３とともに使用する監視装置とすると、第１の実施形態の監視装置１と同様の効果が得られる。
【００５７】
また、第２の実施形態の軸受装置３１の図５で示したブロック図を第１の実施形態のワイヤレスセンサ２の図１で示したブロック図で置き換えてもよいし、第１の実施形態のワイヤレスセンサ１の図１で示したブロック図を第２の実施形態の軸受装置３１の図５で示したブロック図で置き換えてもよい。また、ブロック図は本実施例に限定するものではなく、同様の効果を奏するものであれば、他のブロック図でもよい。
【００５８】
さらに、第２の実施形態の軸受装置３１を図２の工作機械２１や図３の加工機２６の回転軸に取り付けて使用することで、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、回転形の転がり軸受だけではなく、リニアガイドやボールねじなどにも適用できる。リニアガイドやボールねじの場合は、可動部分が転がり軸受の回転輪に相当する。
【００６０】
本発明に関する第３の実施形態について、自動車６１の車輪６２の回転数を監視するためにＡＢＳ（Anti-lock Braking System）に用いられる監視装置６３を例に、図６から図１０を参照して説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したワイヤレスセンサ、軸受装置、管理装置、監視装置と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図６に示す監視装置６３は、自動車６１の各車輪６２に取付けられるハブ軸受装置６４と、車体６５に取付けられる管理装置６６とを備えている。ハブ軸受装置６４は、図７に示すようにホイールベアリング６７とパルサリング６８とワイヤレスセンサ６９とを備える。ホイールベアリング６７は、外輪７０と第１の内輪７１と第２の内輪７２とによる１組の軌道輪及びこれらに転接する２列の転動体７３を備えている。外輪７０は、ナックル部Ｋにボルトで固定されるフランジ７４を備える。第１の内輪７１は、ブレーキディスクを挟んで車輪６２とボルトで固定されるフランジ７５を備える。第１の内輪７１は、内面にスプライン７１ａが形成されており、車軸７６の外面に形成されたスプライン７６ａと嵌合し、ナット７７で車軸７６と固定される。第２の内輪７２は、第１の内輪７１に嵌合する。第１の内輪７１と第２の内輪７２が回転する軸線に沿う方向に近寄ると、ホイールベアリング６７の予圧は、大きくなる。
【００６２】
パルサリング６８は、凸部７８が周方向に沿って等間隔で形成されており、第２の内輪７２に取付けられている。なお、パルサリング６８は、ワイヤレスセンサ６９と相対的に回転する位置に取付けられていればよいので、第２の内輪７２以外に、車軸７６とともに回転する回転側に取付けてもよい。また、ワイヤレスセンサ６９が回転側に取付けられる場合、パルサリング６８は固定側に取付けられる。
【００６３】
ワイヤレスセンサ６９は、図７に示すように外輪７０に固定されており、図８に示すように回転速度を検出する速度センサモジュール７９と、信号処理部８０と、通信装置８１と、電源回路８２とを備える。なお、ワイヤレスセンサ６９は、パルサリング６８と相対的に回転する位置に、パルサリング６８と対向して取付けられていればよいので、ナックル部Ｋに取付けてもよい。
【００６４】
速度センサモジュール７９は、図７に示すようにコイル８３とポール８４と磁石８５と回転検出回路８６とを備えている。コイル８３は、中心にポール８４が通されている。ポール８４は、透磁率の大きい部材、たとえが鉄心などでできている。ポール８４は、パルサリング６８に形成された凸部７８に一端８４ａが接近している。磁石８５は、ポール８４の他端８４ｂに取付けられている。回転検出回路８６は、コイル８３の電流の変化を検出する。外輪７０と第２の内輪７２が相対的に回転すると、パルサリング６８の凸部７８は、ポール８４を通る磁束密度を変化させる。コイル８３は、ポール８４の磁束密度の変化によって誘導電流を発生する。なお、パルサリング６８は、コイル８３の中を通る磁束密度を変化させればよいので、一定の間隔で穴が明けられたリングでもよいし、Ｎ極とＳ極とが一定の間隔で交互に着磁された多極磁石などの磁性体でもよい。多極磁石をパルサリングに用いる場合、ポール８４の他端８４ｂに取付ける磁石８５は、無くてもよい。また、ポール８４の形状は、コイルに誘導電流を発生させる形状であれば、棒状に限らず他の形状でもよい。
【００６５】
信号処理部８０は、回転検出回路８６で検出された連続する正弦波形の信号を二値化した図９の（Ａ）に示す矩形波の速度信号８８に変換する。なお、図９の（Ａ）は、図８の信号処理部が出力する速度信号を模式的に示し、（Ｂ）は、（Ａ）の速度信号に基づいて搬送波を通信装置がＦＭ変調方式で変調した送信信号を模式的に示し、（Ｃ）は、（Ａ）の速度信号の周期にあわせて通信装置から送信される識別情報とこの識別情報に関連する速度情報のディジタル信号を模式的に示し、（Ｄ）は、（Ａ）の速度信号の周期にあわせて送信される識別情報のディジタル信号を模式的に示す。また、信号処理部８０は、カウンタ８７を備えており、矩形波のパルスの山または谷の数を数えることで、ハブ軸受装置６４の回転数や回転速度を求め、これを数値化した信号を速度信号として出力するようにしてもよい。回転数や回転速度を数値化した信号にすることで、送信途中でノイズなどにより速度信号８８が変化してしまうことを防止することができる。
【００６６】
通信装置８１は、信号処理部８０で作られた速度信号８８を用いて、速度信号８８の周波数より十分短い波長の搬送波を図９の（Ｂ）に示す送信信号８９にＦＭ変調し、信号Ｒとして送信する。この場合、各ハブ軸受装置６４は、送信信号８９を管理装置６６が識別できるように異なる周波数の搬送波を使用する。
【００６７】
電源回路８２は、コイル８３に発生する電流を利用して発電し、速度センサモジュール７９と信号処理部８０と通信装置８１に電力を供給する。また、電源回路８２は、二次電池９０を備える。二次電池９０は、ハブ軸受装置６４の回転数が安定しているときに余剰電力を蓄電し、ハブ軸受装置６４の回転数が低下して供給する電力を十分に発電できなくなったときに蓄電した電力を放電する。したがって、ワイヤレスセンサ６９は、ケーブルによる電力の供給が不要であるとともに、一次電池などの交換が必要となる電源を搭載しないので、長期間の使用に適している。なお、電源回路８２は、コイル８３に発生する交流の電流を直流にする整流回路や、二次電池９０の残存電力量などをモニターして充電と放電とを制御する充電回路などを備える。
【００６８】
なお、ワイヤレスセンサ６９は、信号をより確実に送信するために、検出した信号を増幅する増幅回路や、信号の波形を成形する波形成形回路を備えてもよい。また、回転検出回路８６によって検出された信号の周波数が搬送波の周波数よりも十分に大きい、すなわち、車軸７６の回転速度が速く、検出される信号が高周波である場合、搬送波に近い周波数となってしまい、搬送波をうまく変調できない可能性がある。このような場合、信号処理部８０は、回転検出回路８６によって検出された信号を二値化した後、カウンタ８７で矩形波の山または谷の数を数え、車軸７６の回転数や回転速度に比例する矩形波の信号を速度信号として出力する。そして、これを用いて搬送波を送信信号８９に変調し、信号Ｒとして送信する。
【００６９】
管理装置６６は、図８に示すように通信機１１と信号処理部１２とＲＡＭ１３とインターフェイス１４とを備えている。通信機１１は、各ハブ軸受装置６４から送信されてくる信号Ｒを受信するとともに、各ハブ軸受装置６４に対して指令信号Ｑを送信する。また、通信機１１は、分波器９１を内蔵している。分波器９１は、ハブ軸受装置６４ごとに異なる搬送波を基に、送信してくる送信信号８９を分波する。信号処理部１２は、ハブ軸受装置６４ごとに設けられ、ハブ軸受装置６４から送信されてきた送信信号８９に含まれる速度信号８８を分離する。なお、分波器を設ける変わりに、通信機１１を複数、具体的にはハブ軸受装置６４に対応する数設けてもよい。
【００７０】
なお、ワイヤレスセンサ６９と管理装置６６の間で使用する信号の変調方式は、ＦＭ変調のほかに、ＦＳＫ変調、ＡＭ変調、ＡＳＫ変調などでもよい。
【００７１】
以上のように構成された監視装置６３は、自動車６１が走行すると、車輪６２とともにハブ軸受装置６４の第１と第２の内輪７１，７２、車軸７６、パルサリング６８が回転する。パルサリング６８は、ワイヤレスセンサ６９と相対的に回転することによって、速度センサモジュール７９に設けられたコイル８３の中を通る磁束密度を変動させる。磁束密度が変動すると、コイル８３は、正弦波状に変動する電流を発生する。発生した電流を利用して、電源回路８２は、信号処理部８０と通信装置８１に電力を供給する。また、信号処理部８０は、この電流の変動を検出し、二値化した後、パルスの数をカウンタ８７で数え、速度信号８８を出力する。通信装置８１は、この速度信号８８に基づいて、搬送波をＦＭ変調した送信信号８９を管理装置６６へ向けて送信する。この場合、搬送波は、ハブ軸受装置６４ごとに周波数が異なるので、送信された信号が混信することなく管理装置６６で受信することができる。
【００７２】
管理装置６６は、受信した送信信号８９をハブ軸受装置６４ごとの信号に分類して、ＲＡＭ１３に保管する。また、インターフェイス１４を通してＲＡＭ１３に保管された速度信号に関する情報を必要に応じて自動車６１の走行を制御する制御装置に出力する。
【００７３】
車輪が多いトラックや列車など管理すべき車輪が離れている車両に監視装置６３を適用する場合、図６のＡ部のようにワイヤレスセンサ６９に近い車体６５に管理装置６６の通信機１１を配置し、ワイヤレスセンサ６９と通信する。この場合、通信機１１から管理装置６６までの配線Ｗは、車体６５に沿って取付けられており、自動車６１が走行することで屈曲されない。このように、ハブ軸受装置６４のワイヤレスセンサ６９近くに、対応する通信機１１を配置し、かつ、同じ自動車６１の中で他の車輪６２に取付けられたハブ軸受装置６４のワイヤレスセンサ６９の送信信号８９と混信することがない出力の送信信号８９で通信する場合、各ハブ軸受装置６４の通信装置８１に設定される搬送波の周波数は同じ周波数でもよい。
【００７４】
ワイヤレスセンサ６９は、ハブ軸受装置６４の検出部である速度センサモジュール７９で検出された情報またはこれに関係する情報をディジタル情報に変換し、図９の（Ｃ）に示すように、ディジタル信号９２の信号Ｒを送信してもよい。この場合、速度センサモジュールで検出された情報またはこれに関係する情報として、速度センサモジュール７９で検出された信号に基づいて作られる速度信号８８、この速度信号８８のパルスの数をカウンタ８７で数えてハブ軸受装置６４の回転数や回転速度などの数値に置き換えた速度情報９３、各速度センサモジュールに対応する識別情報９４、速度情報９３が検出された時刻などが含まれる。なお、図９の（Ｃ）においては、速度情報９３と識別情報９４をディジタル信号９２として送信する場合を示している。
【００７５】
このようにすると、管理装置６６がハブ軸受装置６４から送信されてくる速度情報９３を識別しやすくなるのでよい。また、ディジタル信号９２で速度情報８９を送信することで、周囲のノイズなどによりディジタル信号９２が劣化しても受信側で再生することができ、速度情報８９の欠落を防止することができる。速度情報８９に識別情報９４を添付することで、同じ周波数の搬送波で各ハブ軸受装置６４の速度情報９３を送信することができるようになるので、管理装置６６の分波器９１をなくすことができる。この場合、管理装置６６は、識別情報９４に応じて速度情報９３を処理する回路を信号処理部１２に含む。速度情報９３は、ワイヤレスセンサ６９の信号処理部８０のカウンタ８７で数えられた速度信号８８のパルスの数の情報であってもよいし、パルスの数を回転速度や回転数に換算した情報であってもよい。識別情報９４を送信した後これに続いて速度情報９３を送信すると、識別情報９４と速度情報９３を関連付けやすい。識別情報９４と速度情報９３を含むディジタル信号９２は、速度信号８８のパルスにあわせて出力される。
【００７６】
また、ワイヤレスセンサ６９は、図９の（Ｄ）のように速度信号８８にあわせて識別信号９４のみを信号Ｒとして送信してもよい。この場合、管理装置６６の信号処理部１２にカウンタを設け、ハブ軸受装置６４ごとに送信されてくる識別情報９４の周期を測定することで、各ハブ軸受装置６４で検出された速度信号８８を再生する。このようにすることによって、ハブ軸受装置ごとの速度信号８８をより少ない情報量で混信することなく送信することができる。また、識別情報９４の送信の頻度は、ハブ軸受装置６４が１回転するごととしてもよいし、パルサリング６８によって速度センサモジュール７９のコイル８３に発生する電流の１周期、あるいは任意の周期ごととしてもよい。
【００７７】
監視装置６３は、各ハブ軸受装置６４に対応する識別情報９４を適用することで、識別情報９４のビット数に応じた数のハブ軸受装置６４を管理装置６６で識別することができるようになる。したがって、トラックや列車など車輪の多い車両にも容易に適用することができる。また、ビット数を増やし、識別できる情報数を増やすことで、他の車両のハブ軸受装置６４から送信される速度情報９３との混信を防止することができる。他の車両のハブ軸受装置から送信される信号や情報との混信を防止することを考慮すると、識別情報９４の具体的なビット数は、１６ビット、３２ビット、６４ビット、またはそれ以上であることが好ましい。
【００７８】
なお、速度センサモジュール７９は、コイル８３とその中心に配置される棒状のポール８４とを備えたものであってもよいし、周方向に沿ってパルサリング６８の凸部７８ごとに蛇行する環状のコイルであってもよい。パルサリング６８と速度センサモジュール７９とは、転動体７３の間に配置してもよい。また、速度センサモジュールの形態は、第３の実施形態のハブ軸受装置に適用して示したパッシブタイプでもよいし、アクティブタイプでもよい。アクティブタイプの速度センサモジュールを適用する場合、発電用のコイルを別途設ける。
【００７９】
図７に示すハブ軸受装置６４は、球を介した球軸受を適用しているが、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受であってもよいし、単列の軸受を組み合わせて使用してもよい。また、速度センサモジュール７９とともに第１の実施形態で示した振動センサモジュール４、温度センサモジュール５及び第２の実施形態で示した振動センサ４４、温度センサ４５を併設してもよい。信号の伝送方式は、電波に限らず超音波、赤外線、光などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する監視装置のブロック図。
【図２】図１の監視装置を工作機械に適用した状態を示す斜視図。
【図３】図１の監視装置を複数の加工機に適用した状態を示す斜視図。
【図４】（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に関する軸受装置を示す断面図。（Ｂ）は、図４（Ａ）のＦ４-Ｆ４で示す軸受装置のセンサ部の側面図。
【図５】図４の軸受装置のブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態に関する監視装置を自動車に適用した状態を模式的に示す図。
【図７】図６の監視装置に使用されるハブ軸受装置の断面図。
【図８】図６の監視装置のブロック図。
【図９】図８の信号処理部が出力する速度信号、送信信号、速度情報のディジタル信号、及び識別情報のディジタル信号を模式的に示す波形図。
【符号の説明】
【００８１】
１，６３…監視装置
２，６９…ワイヤレスセンサ
３，６６…管理装置
４…振動センサモジュール（振動センサ）
５…温度センサモジュール（温度センサ）
７…Ａ／Ｄコンバータ（情報処理部）
８…ＲＡＭ（情報処理部）
９…信号処理部（情報処理部）
１０…通信装置
１１…通信機
１２…信号処理部
３１…軸受装置
３３…センサ部（ワイヤレスセンサ）
３４…内輪
３５…外輪
３６…転動体
３８…検出部
３９…処理部（情報処理部）
４０…通信装置
４４…振動センサ
４５…温度センサ
６４・・・ハブ軸受装置（軸受装置）
６８…パルサリング
７０…外輪（第２の軌道輪）
７１…第１の内輪
７２…第２の内輪（第１の軌道輪）
７３…転動体
７９…速度センサモジュール（回転速度センサ）
９２…ディジタル信号
９３…速度情報
９４…識別情報
Ｑ…指令信号
Ｒ…信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械や自動車や鉄道車両などの車両に取り付けられて、運転状態を示す信号を無線で送信するワイヤレスセンサを備えた軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両など車両の車軸である回転軸を支持する軸受や、加工機や組立装置など産業機械に適用されているボールねじやリニアガイドなどの直動装置及び軸受は、運動することによって振動(すなわち、加速度の変化)を生じたり、摩擦によって発熱したりする。これらの振動や温度は、軸受や直動装置の寿命に影響するとともに、産業機械などの精度や車両などの安全性に関わるため、適宜計測して定格状態であることを監視することが望ましい。また、回転運動する軸受の回転速度は、この軸受が取り付けられた装置などの運転状態を把握する上で重要であるため、常時監視されることが多い。
【０００３】
そこで、加速度計を備えた汎用の振動センサや、熱電対などを備えた汎用の温度センサ、あるいは、回転速度を検出するための回転センサなどが、対象となる軸受のハウジングや直動装置の可動体に取り付けられ、計測装置と有線で接続されて振動や温度などが監視される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合、各センサと計測装置とを有線で接続配線すると、多軸制御の加工機や、組立ラインなどのように監視の対象となる可動部が多い装置では、配線が煩雑になるという問題がある。そして、保全点検などによって、センサ取付部周辺を分解する場合においては、その都度センサ及びケーブルを取り外さなければならないと言う煩わしさがある。また、リニアガイドなどの直動装置の可動部に配線する場合は、使用中にその配線が切れるなどの問題がある。車両などのようにセンサの取付部が移動する場合は、計測機器類をその車体に搭載する必要がある。計測器類をその車体に搭載した場合でも、車両の車輪は、乗り心地を考慮してサスペンションなどにより、車体に対して相対的に動くように支持されている。そのため、車輪の軸受に取付けられるセンサに接続されるケーブルは、車両が走行することによって繰り返し屈曲され、いずれ断線してしまうことが懸念される。
【０００５】
したがって、本発明は、センサの信号を送るための配線をする必要性がないワイヤレスセンサを備えた転がり軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで上記の課題を解決するために、本発明に係るワイヤレスセンサは、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を無線で送信する通信装置とを備える。
【０００７】
または、本発明に係るワイヤレスセンサは、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別情報とともに無線で送信する通信装置とを備える。
【０００８】
この場合、利用者が任意にワイヤレスセンサの検出情報を入手できるように、送受信を行う通信装置が検出部の識別情報に対応する指令信号を受信したときに、この指令信号に指定された前記検出部の検出情報を識別情報とともに送信するようにする。また、利用者が、容易に信号を識別できるように、通信装置は、検出部で検出した信号またはこれに関する情報をディジタル情報に変換して送信する。
【０００９】
本発明に係る軸受装置は、内外の軌道輪と、これら軌道輪間に配置された複数の転動体とを有し、外側軌道輪と内側軌道輪のどちらか一方が静止輪であり、他方が回転輪である転がり軸受において、前記のいずれかのワイヤレスセンサを、前記静止輪もしくは静止輪に取り付けた部材に一体的に固定するか、または回転輪もしくは回転輪に取り付けた部材と一体的に動くように設ける。
【００１０】
または、本発明に係る軸受装置は、１組の軌道輪と、これら１組の軌道輪の内の第１の軌道輪に設けられるパルサリングと、このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付けられる前記いずれかのワイヤレスセンサとを備える。
【００１１】
この場合、軸受装置は、パルサリングとワイヤレスセンサとが相対的に回転することによって、回転速度センサで検出される周期信号に関する情報をＦＭ変調方式で送信する。そして、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少なくとも一方を送信する。また、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する。
【００１２】
本発明に係る管理装置は、検出対象を検出する検出部を備えたワイヤレスセンサまたは軸受装置から送信された信号を受信する通信機と、前記信号に含まれる前記検出部またはワイヤレスセンサの少なくとも一方に固有の識別情報を基に、受信した信号を管理する信号処理部とを備える。この場合、この管理装置が受け持つ以外のワイヤレスセンサまたは軸受装置の信号との混信を防止するために、通信機は、信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に、管理装置に予め登録された識別情報を含む信号を選択して受信する。さらに、必要に応じてワイヤレスセンサまたは軸受装置の最新の検出情報が入手できるように、通信機は、ワイヤレスセンサまたは軸受装置に対して検出情報を含む信号を要求する指令信号を送信する。
【００１３】
本発明に係る監視装置は、前述のワイヤレスセンサまたは軸受装置と、管理装置を組み合わせて使用する。監視装置は、ワイヤレスセンサまたは軸受装置を同時に複数使用する場合、管理装置がワイヤレスセンサごと及び軸受装置ごとにそれぞれ異なる固有の周波数の搬送波で通信する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るワイヤレスセンサまたは軸受装置によれば、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を無線で送信する通信装置とを備え、検出した情報を電波や超音波や光などを使用した無線で送信できるので、信号を送るための配線をする必要性がなくなる。また、可動部分に検出部を設けた場合においては、信号を送るための配線をする必要がないため、配線が切れるなどの問題は生じない。また、車両などの移動体に使用した場合は、その移動体に計測機器類を搭載するだけでなく、移動体とは別の場所で、その検出情報を管理することができる。
【００１５】
また、検出対象を検出する検出部と、この検出部で検出された情報を処理する情報処理部と、この処理部で処理された検出情報を前記検出部に固有の識別情報とともに無線で送信する通信装置とを備えたので、複数のワイヤレスセンサから送信された信号を容易に識別することができる。また、識別信号に対応する指令信号を受信したときに、この指令信号に指定された検出部の検出対象を検出し、その検出情報とともにこの検出部の識別信号を送信するので、利用者が所望する任意のワイヤレスセンサまたは軸受装置の最新の情報を容易に得ることができる。検出した情報またはこれに関係する情報をディジタル情報に変換して送信することで、周囲のノイズによって劣化した信号を受信側で再生しやすくなるので、情報の欠落を防止することができる。
【００１６】
転動体を介して相対的に回転する１組の軌道輪の第１の軌道輪にパルサリングを設け、このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に本発明のワイヤレスセンサを取付けた本発明に係る軸受装置によれば、検出した信号を無線で送信するとともに、パルサリングと対向して設けられた回転速度センサのコイルに発生する電流を利用して、ワイヤレスセンサ内の回路に電力を供給することができる。したがって、検出した信号を送信するための信号線と、ワイヤレスセンサ内の回路に電力を供給するための電線とを配線する必要がない。
【００１７】
複数の軸受装置を同時に利用する場合、検出した信号に関係する情報をＦＭ変調方式で送信する本発明に係る軸受装置は、軸受装置ごとに異なる固有の搬送波を使って送信できるので、互いの信号の混信を防止することができる。
【００１８】
回転速度センサに発生する周期信号に基づいて信号処理部が求めた回転数または回転速度の内の少なくとも一方を送信する本発明に係る軸受装置によれば、数値化された情報が送信されるので、信号が伝播される間に検出情報が変化することを防止することができる。
【００１９】
回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する本発明に係る軸受装置によれば、軸受装置ごとに検出された信号を混信することなく、より少ない情報量で監視装置に送信することができる。
【００２０】
また、本発明に係る管理装置によれば、ワイヤレスセンサや軸受装置から出力された信号を、この信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に分類するので、容易に管理することができる。そして、信号に含まれる検出部に固有の識別情報を基に、この管理装置に予め登録された識別情報を前記信号を選択して受信する管理装置の発明によれば、より確実に混信を防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明に係るワイヤレスセンサまたは軸受装置と、本発明の管理装置を用いた監視装置によれば、ワイヤレスセンサまたは軸受装置がその検出部で検出した検出情報とともにその検出部に固有の識別情報を送信し、管理装置でその識別情報を基に検出情報を分類して管理するので、複数のワイヤレスセンサまたは軸受装置を同時に監視できる。
【００２２】
本発明に係るワイヤレスセンサや軸受装置を同時に複数使用し、管理装置が、ワイヤレスセンサごと及び軸受装置ごとに異なる固有の搬送波で通信する本発明の監視装置によれば、ワイヤレスセンサと監視装置の信号の混信を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示す監視装置１は、検出対象となる振動や温度を検出してその検出情報を送信するワイヤレスセンサ２と、複数のワイヤレスセンサ２から出力された信号Ｒを受信する管理装置３からなる。
【００２４】
ワイヤレスセンサ２は、振動センサモジュール４と、温度センサモジュール５と、マルチプレクサ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、ＲＡＭ（Random Access Memory）８と、信号処理部９と、通信装置１０とを備えている。振動センサモジュール４は、検査対象である振動を検出する検出部としての振動センサを備えており、検出した加速度などの振動の変化を電気信号に変換して出力する。温度センサモジュール５は、検出対象である温度を検出する検出部としての温度センサを備えており、検出した温度を電気信号に変えて出力する。
【００２５】
マルチプレクサ６は、振動センサモジュール４及び温度センサモジュール５からそれぞれ出力された信号をそれぞれ独立した検出情報として後で分けられるように混成する。なお、マルチプレクサ６による混成は、多重通信方式であってもよいし、時分割方式であってもよい。また、センサモジュール４，５が一つの場合、このマルチプレクサ６は不要である。また、マルチプレクサ６を使用せずＡ／Ｄコンバータ７を複数設けてもよい。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ７は、振動センサモジュール４や温度センサモジュール５のアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＲＡＭ８は、Ａ／Ｄコンバータ７で変換された検出情報を処理する前に一時保管するために設けられている。なお、ＲＡＭ８は、記憶装置の一例であって、検出情報を一時的に保管できるものであればよい。
【００２７】
信号処理部９は、ＲＡＭ８に一時保管された各センサモジュール４,５の検出情報を順次呼び出し、振動及び温度のそれぞれに予め設定された閾値と比較するなどの処理を行った後、各センサモジュール４，５毎に固有の識別情報とともに通信装置１０へ出力する。なお、振動や温度の値そのものを識別情報とともに通信装置１０に出力してもよい。また、Ａ／Ｄコンバータ７とＲＡＭ８と信号処理部９とをまとめた処理部であってもよい。
【００２８】
センサモジュール４，５が複数の検出部を備えている場合、識別情報は、その検出情報を検出した検出部毎とするとよい。また、センサモジュール４，５毎の識別情報のほかにワイヤレスセンサ２毎の識別情報を付して送信すると、さらに管理装置３側で多用な分類管理が可能となるのでよい。識別情報は、検出部毎に与えられるものであるので、センサモジュール４，５で検出情報に添付して出力してもよい。
【００２９】
通信装置１０は、送信及び受信が可能であって、信号処理部９から出力された信号を電波の信号Ｒに変換して送信する。なお、電波の使用が難しい環境においては、信号を超音波や、光、例えば赤外線に変換する通信装置１０を用いるとよい。
【００３０】
以上のように構成されたワイヤレスセンサ２は、各センサモジュール４，５で検出された検出情報をマルチプレクサ６によって多重通信し、Ａ／Ｄコンバータ７でディジタル信号に変換した後、ＲＡＭ８に一時保管する。保管された検出情報は、順次信号処理部９で読み出されて演算などの処理を施され、かつ、センサモジュール４，５毎に固有の識別情報が添付された信号Ｒとなって、通信装置１０から送信される。なお、振動や温度などを検出する間隔は、所定の時間間隔、または、所定の閾値によるトリガーで起動する間隔とすると、情報量を減らすことができるのでよい。
【００３１】
このように、このワイヤレスセンサ２は、検出情報を電波で送信するため、通信線が不要である。したがって、加工機などの可動軸や車両の軸受部へ取り付ける場合、配線作業による煩わしさがないのでよい。このようにワイヤレスセンサ２を用いることで結果として、配線が煩雑になることはなく、配線の工数をなくすことができる。また、ワイヤレスセンサ２から送信される信号Ｒに各センサモジュール４，５毎の識別情報が付されているので、複数のワイヤレスセンサ２から同じ周波数で信号Ｒを送信しても各ワイヤレスセンサ２からの信号Ｒをそれぞれ識別することができる。そのため、この信号Ｒを受信する管理装置３が、ワイヤレスセンサ２あるいはセンサモジュール４，５毎に周波数を変えなくてもよいとともに、受信対象となるワイヤレスセンサ２を追加した場合でも、同じ設定で受信することができる。そして、識別情報を基に各ワイヤレスセンサ２または各センサモジュール４，５で検出された検出情報を容易に分類することができる。
【００３２】
また、このワイヤレスセンサ２は、個別の識別情報に対応する指令信号Ｑを受信すると、指令信号Ｑに指定されたセンサモジュールの最新の状態を検出し、通信装置１０から識別情報とともに送信する。したがって、利用者が、再度検出情報の確認をしたい場合、その都度、任意のワイヤレスセンサの最新の検出情報を容易に得ることができる。
【００３３】
なお、図１においてワイヤレスセンサ２に設けられた振動センサモジュール４と温度センサモジュール５は、いずれか一方のみであってもよいし、これらの代わり、あるいはどちらか一方の代わりに回転速度を検出する回転速度センサモジュールを設けてもよし、振動センサモジュール４と温度センサモジュール５と回転速度センサモジュールのそれぞれが設けられていてもよい。
【００３４】
次に、管理装置３について説明する。図１に示す管理装置３は、通信機１１と、信号処理部１２と、ＲＡＭ１３と、インターフェイス１４とを備えている。通信機１１は、周囲に点在する複数のワイヤレスセンサ２から無線、例えば電波で送信される信号Ｒを受信しその信号Ｒを信号処理部１２に送る。なお、通信機１１が使用する電波の周波数は、単一周波数であってもよいが、送受信で少なくとも２つの周波数帯を使用できることが好ましい。
【００３５】
信号処理部１２は、送られてきた信号Ｒに含まれているワイヤレスセンサ２毎または、センサモジュール４，５毎に固有の識別情報を基に、信号Ｒに含まれている検出情報を分類する。ＲＡＭ１３は、ワイヤレスセンサ２のＲＡＭ８と比較して十分に大きい記憶容量を備えており、分類された検出情報(または信号Ｒ)を個別に管理保管する。なお、ＲＡＭ１３は、記憶装置の一例であって、受信した検出情報（または信号Ｒ）を個別に管理保管できるものであればよい。インターフェイス１４は、ＲＡＭ１３と並列に信号処理部１２から設けられており、信号処理部１２で分類された検出情報を外部に出力する。
【００３６】
また、管理装置３は、任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４,５の最新の検出情報を要求する指令信号Ｑを通信機１１から送信する。この指令信号Ｑには、利用者が指定するワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５の識別情報に対応した情報、例えば、所望するワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に固有の識別情報が付されている。
【００３７】
以上のように構成された管理装置３は、複数のワイヤレスセンサ２から送信された信号Ｒを受信し、その信号Ｒに含まれるセンサモジュール４，５の識別情報を基に検出情報を分類してＲＡＭ１３に記録保管するとともに、必要に応じてインターフェイス１４からＲＡＭ１３に保管されている検出情報を外部に出力する。したがって、蓄積された各ワイヤレスセンサ２やセンサモジュール４，５の検出情報を基に、各機械装置などの運転状況を管理装置３の信号処理部１２で分析したり、インターフェイス１４で外部に取り出して情報処理できるので、より高度で正確な分析ができる。
【００３８】
次に、前述のワイヤレスセンサ２と管理装置３からなる監視装置１は、所定の時間間隔、あるいは予めワイヤレスセンサ２の信号処理部９に設定された閾値を超えたときに、ワイヤレスセンサ２で検出対象の振動や温度を検出して各ワイヤレスセンサ２毎または各センサモジュール４，５毎の識別情報を付して送信する。そして、この信号Ｒを管理装置３で受信し、各識別情報毎に検出情報を分類して保管管理する。
【００３９】
また、この監視装置１は、任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に対応した指令信号Ｑ、例えば任意のワイヤレスセンサ２またはセンサモジュール４，５に固有の識別情報を含んだ指令信号Ｑを管理装置３から送信することで、その指令信号Ｑに含まれた識別情報に指定されたワイヤレスセンサ２の各センサモジュール４，５、または識別情報に指定されたセンサモジュール(４または５)の最新の検出情報をそのワイヤレスセンサ２から信号Ｒとして（折返し）送信させることができる。したがって、利用者が所望する任意のワイヤレスセンサ２、またはセンサモジュール４，５の最新の検出情報を管理装置３において適宜入手することができる。
【００４０】
そこで、図２に示すようにこの監視装置１のワイヤレスセンサ２を工作機械２１の各可動軸２２，２３にそれぞれ取り付け、管理装置３を工作機械の本体２４に設ける。そして、ワイヤレスセンサ２で所定の時間間隔ごとに振動や温度あるいは回転軸や移動軸の速度を検出し、各ワイヤレスセンサ２毎の検出情報を管理装置３で受信し、各検出情報を識別情報毎に分類して保管する。
【００４１】
このように監視装置１を工作機械２１に適用すると、ワイヤレスセンサ２が無線（電波）で通信するので、可動軸２２，２３への取付が容易であるとともに、通信配線がないので、メンテナンスなどで周辺を分解する場合においても脱着を容易に行うことができる。また、ワイヤレスセンサ２を追加する場合においても、取り付けが容易であるとともに、検出情報が識別情報とともに信号Ｒで送信されるので、管理装置３で、他のワイヤレスセンサ２と同様に識別情報毎に検出情報を分類管理できる。さらに、利用者が、最新の検出情報を所望するのワイヤレスセンサ２のセンサモジュール４，５の識別情報を付した指令信号を管理装置３から送信することで、そのセンサモジュール４，５の最新の検出情報を入手することができる。なお、この指令信号は、工作機械２１の制御盤２５への入力によって、管理装置３から送信されるようにすると、利用者に使いやすいのでよい。
【００４２】
また、管理装置３で保管されている検出情報をインターフェイス１４（図１）を通して工作機械２１の制御盤２５に提供すると、工作機械２１の自己診断や不具合防止に有効である。
【００４３】
複数の監視装置１が隣接して使用される場合は、受信したいワイヤレスセンサ２の識別情報を管理装置３に予め設定し、受信したいワイヤレスセンサ２の検出情報を選択して受信するようにする。このようにすると、他の工作機械のワイヤレスセンサ２の信号と混信しないのでよい。
【００４４】
さらに、図３のように複数の加工機２６、例えばＮＣ旋盤やマシニングセンタなどに設けたワイヤレスセンサ２のそれぞれの検出情報を離隔地に設けた管理装置３で受信して一括管理する場合は、各加工機２６に取り付けられたワイヤレスセンサ２から出力された信号Ｒを一旦加工機２６毎にまとめ、それを管理装置３に送信する。この場合、加工機２６毎に検出情報を処理して蓄積し、管理装置３からの指令信号に応じて検出情報を出力してもよいし、検出されるたびに検出情報をそのワイヤレスセンサ２、またはセンサモジュールの識別情報とともに管理装置３に向けて送信してもよい。また、ワイヤレスセンサ２の出力が小さい場合は、中継機２７を経由させるとよい。
【００４５】
このようにすることで、各加工機２６の運転状況を確認、及び監視するために、利用者が加工機２６の傍まで行かなくてもよい。また、加工機２６に取り付けられたワイヤレスセンサと管理装置３との間を無線で通信するので、新たに通信線を敷設する必要がなく、監視装置１を既存の設備に導入しやすい。
【００４６】
また、ワイヤレスセンサまたは加工機２６と管理装置３との間の通信に携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）及び、衛星電話などの移動体通信の回線を利用すると、広範囲にわたって移動する自動車や鉄道車両の軸受やギヤボックスなどの運転状況をリアルタイムで集中管理・監視できるのでよい。この場合、ワイヤレスセンサ２から管理装置３までを移動体通信回線を使って通信してもよいし、ワイヤレスセンサの信号Ｒを電波で近くの中継機２７に送信し、その中継機２７から管理装置３までを移動体通信回線やシリアルパラレル通信（有線）、一般電話回線（有線）、ＬＡＮ（Local Area Network）、有線、または無線、あるいはインターネットを使って通信してもよい。また、管理装置３側は、一般電話回線(有線)で受信してもよい。
【００４７】
ワイヤレスセンサ２が設置される機器が、作業状況や日程などにより複数の建物に移動して使用される場合や、ラインの稼動率を上げるために前記機器が複数台用意され、保守的に入れ替えを行って使用される場合は、建物あるいは部屋毎に設置された管理装置３同士を移動体通信や一般電話回線やＬＡＮ、あるいはインターネットを使ってワイヤレスセンサの管理番号や検出情報を共有化することにより、もれのない監視が可能となる。
【００４８】
なお、監視装置１の通信に移動体通信回線や一般電話回線を利用すると、管理装置３で受信された検出情報を基に、この検出情報を送信してきたワイヤレスセンサが取り付けられた加工機２６や自動車及び鉄道車両に、保守点検の必要があると判断された場合、管理装置３から保守担当者が携帯する移動体通信装置に自動的に報知するように管理装置３を設定することも可能であるとともに、保守担当者が、移動体通信装置を使って、ワイヤレスセンサの検出情報を検索することも可能である。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。図４（Ａ）に示す転がり軸受装置３１は、軸受部３２とワイヤレスセンサであるセンサ部３３とを備える。軸受部３２は、内外の軌道輪３４，３５と、これら軌道輪３４，３５の間に配置された転動体３６と、この転動体３６の保持器３７とシールまたはシールド板３５１を備えている。センサ部３３は、図４（Ｂ）に示すように検出対象を検出する検出部３８と、検出された情報を処理する処理部３９と、この処理部３９から出力された信号を無線で送信する通信装置４０と、これら検出部３８、処理部３９、通信装置４０に電力を供給する電池４１とを備えている。
【００５０】
センサ部３３は、軸受部３２の外輪３５と一体的に固定あるいは密着された外輪間座４２の中心方向に向かって形成されたフランジ４３に取り付けられている。検出部３８は、振動（すなわち加速度の変化）を検出する振動センサ４４と、温度を検出する温度センサ４５とを備えている。この振動センサ４４及び温度センサ４５は、軸受部３２のより正確な振動や温度を検出するために、外輪間座４２の軸受部３２に面した一部に設けられた凹部４６ａ，４６ｂにそれぞれ取り付けられている。なお、加速度センサ４４及び温度センサ４５を取り付ける凹部４６ａ，４６ｂは、それぞれ独立して設けてもよいし、ひとつに設けてもよい。なお、軸受部３２の内輪３４の振動や温度を積極的に検出する場合は、内輪３４と一体的に固定あるいは密着される内輪間座４７にセンサ部３３を取り付けるとよい。また、このセンサ部３３を内輪３４や外輪３５やシールまたはシールド板３５１に直接組み込んだ軸受装置としてもよい。または、このセンサ部３３を内輪３４や外輪３５に取り付けた部材に組み込んだ軸受装置としてもよい。
【００５１】
また、図５に示すように処理部３９は、アンプ４８と、コンパレータ４９と、信号処理部５０と、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調器５１とを備えている。アンプ４８は、振動センサ４４で検出された振動の信号を絶対値化する。コンパレータ４９は、アンプ４８で絶対値化された振動センサ４４の信号と温度センサ４５から出力された信号を予め設定されている閾値と比較し、その結果を出力する。信号処理部５０は、コンパレータ４９から出力された検出情報に、その検出情報を出力した加速度センサ４４または温度センサ４５に固有の識別情報を添付するとともに、検出情報のうち閾値を超えていると判断された検出情報にアラーム信号を添付して出力する。ＡＳＫ変調器５１は、信号処理部５０から出力された信号を変調してディジタル化（２進化）する。なお、通信するための変調方式は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）方式などその他の方式であってもよい。通信装置４０は、ＡＳＫ変調器５１でディジタル化された信号を電波に変換して信号Ｒとして送信する。また、検出部３８、ＡＳＫ変調器５１、通信装置４０などへの電力の供給を信号処理部５０によって適宜制御し、検出時や信号出力時以外での電力の消費を抑えると、電池４１の寿命を延ばすことができるのでよい。
【００５２】
なお、電池４１を交換することができない部位にセンサ部３３が組み込まれる場合や、振動、温度を常時監視する場合は、内輪間座４７に図示しない多極磁石あるいは平歯車状の凹凸を設け、フランジ４３または外輪間座４２に図示しないコイルあるいは磁石を併用したコイルを設けることにより発電機を構成し、電源回路を通じて検出部３８、処理部３９、通信装置４０に電力を供給するのがよい。なお、電源回路に二次電池を併用すると、発電機が稼動していない状態でもワイヤレスセンサは稼動できるのでさらに好ましい。
【００５３】
軸受装置３１から送信された信号Ｒは、この軸受装置３１が取り付けられている加工機や車両などの本体または離隔地に設けられた管理装置３によって受信される。なお、管理装置３については、第１の実施形態で説明の管理装置３と同様であるので、その説明を省略する。
【００５４】
以上のように構成された軸受装置３１は、検出情報を無線で出力するため、通信線が不要であり、加工装置の可動軸や車両などの軸受として容易に取り付けることができる。また、軸受装置３１から送信された信号Ｒは、軸受装置３１毎、または軸受装置３１の検出部３８毎、あるいは加速度センサ４４や温度センサ４５毎に固有の識別情報が付されているので、信号Ｒを同一の周波数で送信しても、この信号Ｒを受信する管理装置３が、軸受装置３１毎、または検出部３８毎、あるいは加速度センサ４４や温度センサ４５毎に個々の信号Ｒを容易に識別することができる。なお、振動センサ４４と温度センサ４５は、いずれか一方のみであってもよいし、これらの代わり、あるいはどちらか一方の代わりに回転速度センサを設けてもよい。また、振動センサ４４と温度センサ４５と回転速度センサのそれぞれが設けられていてもよい。
【００５５】
さらに、受信対象となる軸受装置３１を追加する場合でも、通信線を必要としないので容易に追加することができる。そして、送信されてくる信号Ｒには、識別信号が検出情報毎に付されているので、同じ周波数で信号Ｒが送信されても容易に分類することができる。
【００５６】
また、この軸受装置３１は、加速度センサ４４や温度センサ４５、または各検出部３８、あるいは軸受装置３１毎に固有の識別情報に対応する指令信号Ｑを受信すると、指令信号Ｑに指定された加速度センサ４４や温度センサ４５、または検出部３８、あるいは軸受装置３１の全ての検出部３８の最新の情報を検出し、通信装置４０からその識別情報とともに送信する。したがって、利用者が検出情報を得たいときに、その都度、任意の軸受装置３１の最新の情報を容易に得ることができる。そして、この軸受装置３１を第１の実施形態で説明の管理装置３とともに使用する監視装置とすると、第１の実施形態の監視装置１と同様の効果が得られる。
【００５７】
また、第２の実施形態の軸受装置３１の図５で示したブロック図を第１の実施形態のワイヤレスセンサ２の図１で示したブロック図で置き換えてもよいし、第１の実施形態のワイヤレスセンサ１の図１で示したブロック図を第２の実施形態の軸受装置３１の図５で示したブロック図で置き換えてもよい。また、ブロック図は本実施例に限定するものではなく、同様の効果を奏するものであれば、他のブロック図でもよい。
【００５８】
さらに、第２の実施形態の軸受装置３１を図２の工作機械２１や図３の加工機２６の回転軸に取り付けて使用することで、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、回転形の転がり軸受だけではなく、リニアガイドやボールねじなどにも適用できる。リニアガイドやボールねじの場合は、可動部分が転がり軸受の回転輪に相当する。
【００６０】
本発明に関する第３の実施形態について、自動車６１の車輪６２の回転数を監視するためにＡＢＳ（Anti-lock Braking System）に用いられる監視装置６３を例に、図６から図１０を参照して説明する。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明したワイヤレスセンサ、軸受装置、管理装置、監視装置と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図６に示す監視装置６３は、自動車６１の各車輪６２に取付けられるハブ軸受装置６４と、車体６５に取付けられる管理装置６６とを備えている。ハブ軸受装置６４は、図７に示すようにホイールベアリング６７とパルサリング６８とワイヤレスセンサ６９とを備える。ホイールベアリング６７は、外輪７０と第１の内輪７１と第２の内輪７２とによる１組の軌道輪及びこれらに転接する２列の転動体７３を備えている。外輪７０は、ナックル部Ｋにボルトで固定されるフランジ７４を備える。第１の内輪７１は、ブレーキディスクを挟んで車輪６２とボルトで固定されるフランジ７５を備える。第１の内輪７１は、内面にスプライン７１ａが形成されており、車軸７６の外面に形成されたスプライン７６ａと嵌合し、ナット７７で車軸７６と固定される。第２の内輪７２は、第１の内輪７１に嵌合する。第１の内輪７１と第２の内輪７２が回転する軸線に沿う方向に近寄ると、ホイールベアリング６７の予圧は、大きくなる。
【００６２】
パルサリング６８は、凸部７８が周方向に沿って等間隔で形成されており、第２の内輪７２に取付けられている。なお、パルサリング６８は、ワイヤレスセンサ６９と相対的に回転する位置に取付けられていればよいので、第２の内輪７２以外に、車軸７６とともに回転する回転側に取付けてもよい。また、ワイヤレスセンサ６９が回転側に取付けられる場合、パルサリング６８は固定側に取付けられる。
【００６３】
ワイヤレスセンサ６９は、図７に示すように外輪７０に固定されており、図８に示すように回転速度を検出する速度センサモジュール７９と、信号処理部８０と、通信装置８１と、電源回路８２とを備える。なお、ワイヤレスセンサ６９は、パルサリング６８と相対的に回転する位置に、パルサリング６８と対向して取付けられていればよいので、ナックル部Ｋに取付けてもよい。
【００６４】
速度センサモジュール７９は、図７に示すようにコイル８３とポール８４と磁石８５と回転検出回路８６とを備えている。コイル８３は、中心にポール８４が通されている。ポール８４は、透磁率の大きい部材、たとえが鉄心などでできている。ポール８４は、パルサリング６８に形成された凸部７８に一端８４ａが接近している。磁石８５は、ポール８４の他端８４ｂに取付けられている。回転検出回路８６は、コイル８３の電流の変化を検出する。外輪７０と第２の内輪７２が相対的に回転すると、パルサリング６８の凸部７８は、ポール８４を通る磁束密度を変化させる。コイル８３は、ポール８４の磁束密度の変化によって誘導電流を発生する。なお、パルサリング６８は、コイル８３の中を通る磁束密度を変化させればよいので、一定の間隔で穴が明けられたリングでもよいし、Ｎ極とＳ極とが一定の間隔で交互に着磁された多極磁石などの磁性体でもよい。多極磁石をパルサリングに用いる場合、ポール８４の他端８４ｂに取付ける磁石８５は、無くてもよい。また、ポール８４の形状は、コイルに誘導電流を発生させる形状であれば、棒状に限らず他の形状でもよい。
【００６５】
信号処理部８０は、回転検出回路８６で検出された連続する正弦波形の信号を二値化した図９の（Ａ）に示す矩形波の速度信号８８に変換する。なお、図９の（Ａ）は、図８の信号処理部が出力する速度信号を模式的に示し、（Ｂ）は、（Ａ）の速度信号に基づいて搬送波を通信装置がＦＭ変調方式で変調した送信信号を模式的に示し、（Ｃ）は、（Ａ）の速度信号の周期にあわせて通信装置から送信される識別情報とこの識別情報に関連する速度情報のディジタル信号を模式的に示し、（Ｄ）は、（Ａ）の速度信号の周期にあわせて送信される識別情報のディジタル信号を模式的に示す。また、信号処理部８０は、カウンタ８７を備えており、矩形波のパルスの山または谷の数を数えることで、ハブ軸受装置６４の回転数や回転速度を求め、これを数値化した信号を速度信号として出力するようにしてもよい。回転数や回転速度を数値化した信号にすることで、送信途中でノイズなどにより速度信号８８が変化してしまうことを防止することができる。
【００６６】
通信装置８１は、信号処理部８０で作られた速度信号８８を用いて、速度信号８８の周波数より十分短い波長の搬送波を図９の（Ｂ）に示す送信信号８９にＦＭ変調し、信号Ｒとして送信する。この場合、各ハブ軸受装置６４は、送信信号８９を管理装置６６が識別できるように異なる周波数の搬送波を使用する。
【００６７】
電源回路８２は、コイル８３に発生する電流を利用して発電し、速度センサモジュール７９と信号処理部８０と通信装置８１に電力を供給する。また、電源回路８２は、二次電池９０を備える。二次電池９０は、ハブ軸受装置６４の回転数が安定しているときに余剰電力を蓄電し、ハブ軸受装置６４の回転数が低下して供給する電力を十分に発電できなくなったときに蓄電した電力を放電する。したがって、ワイヤレスセンサ６９は、ケーブルによる電力の供給が不要であるとともに、一次電池などの交換が必要となる電源を搭載しないので、長期間の使用に適している。なお、電源回路８２は、コイル８３に発生する交流の電流を直流にする整流回路や、二次電池９０の残存電力量などをモニターして充電と放電とを制御する充電回路などを備える。
【００６８】
なお、ワイヤレスセンサ６９は、信号をより確実に送信するために、検出した信号を増幅する増幅回路や、信号の波形を成形する波形成形回路を備えてもよい。また、回転検出回路８６によって検出された信号の周波数が搬送波の周波数よりも十分に大きい、すなわち、車軸７６の回転速度が速く、検出される信号が高周波である場合、搬送波に近い周波数となってしまい、搬送波をうまく変調できない可能性がある。このような場合、信号処理部８０は、回転検出回路８６によって検出された信号を二値化した後、カウンタ８７で矩形波の山または谷の数を数え、車軸７６の回転数や回転速度に比例する矩形波の信号を速度信号として出力する。そして、これを用いて搬送波を送信信号８９に変調し、信号Ｒとして送信する。
【００６９】
管理装置６６は、図８に示すように通信機１１と信号処理部１２とＲＡＭ１３とインターフェイス１４とを備えている。通信機１１は、各ハブ軸受装置６４から送信されてくる信号Ｒを受信するとともに、各ハブ軸受装置６４に対して指令信号Ｑを送信する。また、通信機１１は、分波器９１を内蔵している。分波器９１は、ハブ軸受装置６４ごとに異なる搬送波を基に、送信してくる送信信号８９を分波する。信号処理部１２は、ハブ軸受装置６４ごとに設けられ、ハブ軸受装置６４から送信されてきた送信信号８９に含まれる速度信号８８を分離する。なお、分波器を設ける変わりに、通信機１１を複数、具体的にはハブ軸受装置６４に対応する数設けてもよい。
【００７０】
なお、ワイヤレスセンサ６９と管理装置６６の間で使用する信号の変調方式は、ＦＭ変調のほかに、ＦＳＫ変調、ＡＭ変調、ＡＳＫ変調などでもよい。
【００７１】
以上のように構成された監視装置６３は、自動車６１が走行すると、車輪６２とともにハブ軸受装置６４の第１と第２の内輪７１，７２、車軸７６、パルサリング６８が回転する。パルサリング６８は、ワイヤレスセンサ６９と相対的に回転することによって、速度センサモジュール７９に設けられたコイル８３の中を通る磁束密度を変動させる。磁束密度が変動すると、コイル８３は、正弦波状に変動する電流を発生する。発生した電流を利用して、電源回路８２は、信号処理部８０と通信装置８１に電力を供給する。また、信号処理部８０は、この電流の変動を検出し、二値化した後、パルスの数をカウンタ８７で数え、速度信号８８を出力する。通信装置８１は、この速度信号８８に基づいて、搬送波をＦＭ変調した送信信号８９を管理装置６６へ向けて送信する。この場合、搬送波は、ハブ軸受装置６４ごとに周波数が異なるので、送信された信号が混信することなく管理装置６６で受信することができる。
【００７２】
管理装置６６は、受信した送信信号８９をハブ軸受装置６４ごとの信号に分類して、ＲＡＭ１３に保管する。また、インターフェイス１４を通してＲＡＭ１３に保管された速度信号に関する情報を必要に応じて自動車６１の走行を制御する制御装置に出力する。
【００７３】
車輪が多いトラックや列車など管理すべき車輪が離れている車両に監視装置６３を適用する場合、図６のＡ部のようにワイヤレスセンサ６９に近い車体６５に管理装置６６の通信機１１を配置し、ワイヤレスセンサ６９と通信する。この場合、通信機１１から管理装置６６までの配線Ｗは、車体６５に沿って取付けられており、自動車６１が走行することで屈曲されない。このように、ハブ軸受装置６４のワイヤレスセンサ６９近くに、対応する通信機１１を配置し、かつ、同じ自動車６１の中で他の車輪６２に取付けられたハブ軸受装置６４のワイヤレスセンサ６９の送信信号８９と混信することがない出力の送信信号８９で通信する場合、各ハブ軸受装置６４の通信装置８１に設定される搬送波の周波数は同じ周波数でもよい。
【００７４】
ワイヤレスセンサ６９は、ハブ軸受装置６４の検出部である速度センサモジュール７９で検出された情報またはこれに関係する情報をディジタル情報に変換し、図９の（Ｃ）に示すように、ディジタル信号９２の信号Ｒを送信してもよい。この場合、速度センサモジュールで検出された情報またはこれに関係する情報として、速度センサモジュール７９で検出された信号に基づいて作られる速度信号８８、この速度信号８８のパルスの数をカウンタ８７で数えてハブ軸受装置６４の回転数や回転速度などの数値に置き換えた速度情報９３、各速度センサモジュールに対応する識別情報９４、速度情報９３が検出された時刻などが含まれる。なお、図９の（Ｃ）においては、速度情報９３と識別情報９４をディジタル信号９２として送信する場合を示している。
【００７５】
このようにすると、管理装置６６がハブ軸受装置６４から送信されてくる速度情報９３を識別しやすくなるのでよい。また、ディジタル信号９２で速度情報８９を送信することで、周囲のノイズなどによりディジタル信号９２が劣化しても受信側で再生することができ、速度情報８９の欠落を防止することができる。速度情報８９に識別情報９４を添付することで、同じ周波数の搬送波で各ハブ軸受装置６４の速度情報９３を送信することができるようになるので、管理装置６６の分波器９１をなくすことができる。この場合、管理装置６６は、識別情報９４に応じて速度情報９３を処理する回路を信号処理部１２に含む。速度情報９３は、ワイヤレスセンサ６９の信号処理部８０のカウンタ８７で数えられた速度信号８８のパルスの数の情報であってもよいし、パルスの数を回転速度や回転数に換算した情報であってもよい。識別情報９４を送信した後これに続いて速度情報９３を送信すると、識別情報９４と速度情報９３を関連付けやすい。識別情報９４と速度情報９３を含むディジタル信号９２は、速度信号８８のパルスにあわせて出力される。
【００７６】
また、ワイヤレスセンサ６９は、図９の（Ｄ）のように速度信号８８にあわせて識別信号９４のみを信号Ｒとして送信してもよい。この場合、管理装置６６の信号処理部１２にカウンタを設け、ハブ軸受装置６４ごとに送信されてくる識別情報９４の周期を測定することで、各ハブ軸受装置６４で検出された速度信号８８を再生する。このようにすることによって、ハブ軸受装置ごとの速度信号８８をより少ない情報量で混信することなく送信することができる。また、識別情報９４の送信の頻度は、ハブ軸受装置６４が１回転するごととしてもよいし、パルサリング６８によって速度センサモジュール７９のコイル８３に発生する電流の１周期、あるいは任意の周期ごととしてもよい。
【００７７】
監視装置６３は、各ハブ軸受装置６４に対応する識別情報９４を適用することで、識別情報９４のビット数に応じた数のハブ軸受装置６４を管理装置６６で識別することができるようになる。したがって、トラックや列車など車輪の多い車両にも容易に適用することができる。また、ビット数を増やし、識別できる情報数を増やすことで、他の車両のハブ軸受装置６４から送信される速度情報９３との混信を防止することができる。他の車両のハブ軸受装置から送信される信号や情報との混信を防止することを考慮すると、識別情報９４の具体的なビット数は、１６ビット、３２ビット、６４ビット、またはそれ以上であることが好ましい。
【００７８】
なお、速度センサモジュール７９は、コイル８３とその中心に配置される棒状のポール８４とを備えたものであってもよいし、周方向に沿ってパルサリング６８の凸部７８ごとに蛇行する環状のコイルであってもよい。パルサリング６８と速度センサモジュール７９とは、転動体７３の間に配置してもよい。また、速度センサモジュールの形態は、第３の実施形態のハブ軸受装置に適用して示したパッシブタイプでもよいし、アクティブタイプでもよい。アクティブタイプの速度センサモジュールを適用する場合、発電用のコイルを別途設ける。
【００７９】
図７に示すハブ軸受装置６４は、球を介した球軸受を適用しているが、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受であってもよいし、単列の軸受を組み合わせて使用してもよい。また、速度センサモジュール７９とともに第１の実施形態で示した振動センサモジュール４、温度センサモジュール５及び第２の実施形態で示した振動センサ４４、温度センサ４５を併設してもよい。信号の伝送方式は、電波に限らず超音波、赤外線、光などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する監視装置のブロック図。
【図２】図１の監視装置を工作機械に適用した状態を示す斜視図。
【図３】図１の監視装置を複数の加工機に適用した状態を示す斜視図。
【図４】（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に関する軸受装置を示す断面図。（Ｂ）は、図４（Ａ）のＦ４-Ｆ４で示す軸受装置のセンサ部の側面図。
【図５】図４の軸受装置のブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態に関する監視装置を自動車に適用した状態を模式的に示す図。
【図７】図６の監視装置に使用されるハブ軸受装置の断面図。
【図８】図６の監視装置のブロック図。
【図９】図８の信号処理部が出力する速度信号、送信信号、速度情報のディジタル信号、及び識別情報のディジタル信号を模式的に示す波形図。
【符号の説明】
【００８１】
１，６３…監視装置
２，６９…ワイヤレスセンサ
３，６６…管理装置
４…振動センサモジュール（振動センサ）
５…温度センサモジュール（温度センサ）
７…Ａ／Ｄコンバータ（情報処理部）
８…ＲＡＭ（情報処理部）
９…信号処理部（情報処理部）
１０…通信装置
１１…通信機
１２…信号処理部
３１…軸受装置
３３…センサ部（ワイヤレスセンサ）
３４…内輪
３５…外輪
３６…転動体
３８…検出部
３９…処理部（情報処理部）
４０…通信装置
４４…振動センサ
４５…温度センサ
６４・・・ハブ軸受装置（軸受装置）
６８…パルサリング
７０…外輪（第２の軌道輪）
７１…第１の内輪
７２…第２の内輪（第１の軌道輪）
７３…転動体
７９…速度センサモジュール（回転速度センサ）
９２…ディジタル信号
９３…速度情報
９４…識別情報
Ｑ…指令信号
Ｒ…信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体を介して相対的に回転する１組の軌道輪と、
これら１組の軌道輪の内の第１の軌道輪に設けられるパルサリングと、
このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付けられる、回転速度センサを有するワイヤレスセンサと、
を具備したことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記ワイヤレスセンサに、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサとが相対的に回転することによって前記ワイヤレスセンサの回転速度センサが検出する周期信号に関する情報を変調して送信する通信装置を具備したことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記通信装置は、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少なくとも一方を送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記通信装置は、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項１】
転動体を介して相対的に回転する１組の軌道輪と、
これら１組の軌道輪の内の第１の軌道輪に設けられるパルサリングと、
このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付けられる、回転速度センサを有するワイヤレスセンサと、
を具備したことを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記ワイヤレスセンサに、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサとが相対的に回転することによって前記ワイヤレスセンサの回転速度センサが検出する周期信号に関する情報を変調して送信する通信装置を具備したことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記通信装置は、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少なくとも一方を送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記通信装置は、
前記パルサリングと前記ワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する
ことを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３２３６６５（Ｐ２００７−３２３６６５Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９１３５７（Ｐ２００７−１９１３５７）
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【分割の表示】特願２００２−８６６１１（Ｐ２００２−８６６１１）の分割
【原出願日】平成１４年３月２６日（２００２．３．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【分割の表示】特願２００２−８６６１１（Ｐ２００２−８６６１１）の分割
【原出願日】平成１４年３月２６日（２００２．３．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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