説明

センサ付軸受装置

【課題】 強風下に曝されたとしても正確な軸受温度を検出することができるセンサ付軸受装置を提供する。
【解決手段】 軸受13の運転状態を検知するセンサ14を備えるセンサ付軸受装置10であって、センサ14は、軸受装置10の軸箱12に取り付けられるセンサ筐体15と、センサ筐体15に配設される温度検出部18と、を有し、センサ筐体15の空気に曝される表面に、センサ筐体15の表面の冷却を妨げる冷却防止機構27を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサ付軸受装置に関するものであり、特に、鉄道車両用軸受装置等の運転状態を検知して、これらの異常を検出するセンサ付軸受装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道車両や自動車等の車軸を支持する軸受装置や機械設備等では、少なくとも温度センサを備えたセンサ付軸受装置が使用される(例えば、特許文献1参照。)。センサ付軸受装置は、温度センサが検出する温度から軸受装置や機械設備等の温度を推定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出する。
【0003】
例えば、図9に示されるように、特許文献1に記載のセンサ付軸受装置100では、図示しない車輪を固定した車軸101を軸箱102に対して回転可能に支持するための複列の円錐ころ軸受103が、車軸101と軸箱102との間に配置されている。また、車軸101の軸端には、速度検出用リング104が取り付けられたエンドキャップ105が固定されており、軸箱102のカバー106にボルト止めされたセンサ107は、速度検出用リング104の外周面と対向するようにして配置される。なお、センサ筐体108内には、図示しない、速度センサ、温度センサ、加速度センサが含まれている。
【0004】
【特許文献1】特表2001−500597号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1のセンサ付軸受装置100では、車両走行時に、カバー106が強風下(例えば、車速300km/hの時には、風速83.3m/s)に曝されるため、カバー106内の隙間の空気が冷却される。これにより、カバー106の内部温度が監視すべき軸受温度よりかなり低温になるため、正確な軸受温度を検出することは困難であった。
【0006】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、強風下に曝されたとしても正確な軸受温度を検出することができるセンサ付軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1) 軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えることを特徴とするセンサ付軸受装置。
(2) 軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の端面と軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
(3) 軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えると共に、センサ筐体の端面と軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
(4) 熱伝導性部材は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したものであることを特徴とする(2)又は(3)に記載のセンサ付軸受装置。
(5) 熱伝導性部材は、発泡金属であることを特徴とする(2)又は(3)に記載のセンサ付軸受装置。
(6) センサは、センサ筐体に配設される振動検出部をさらに有することを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
【発明の効果】
【0008】
本発明のセンサ付軸受装置によれば、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えるため、センサ筐体の冷却により温度検出部の検出温度が低下することを阻止することができる。これにより、センサ筐体が強風下に曝されたとしても、温度検出部が冷却されることを抑制できるので、温度検出部が軸受温度を正確に検出することができ、軸受の異常を精度良く検知して軸受装置の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明に係るセンサ付軸受装置の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0010】
(第1実施形態)
まず、図1〜図6を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第1実施形態について説明する。
図1は本発明に係るセンサ付軸受装置の第1実施形態を説明するための一部切欠正面図、図2は図1に示すセンサ付軸受装置の平面図、図3は図2のA−A線矢視図、図4は図2のB−B線断面図、図5は図1に示すセンサ付軸受装置におけるセンサの外観斜視図、図6は第1実施形態の変形例を説明するための断面図である。
【0011】
本実施形態のセンサ付軸受装置10は、図1及び図2に示すように、鉄道車両用軸受装置であり、図示しない車輪を固定した車軸11を、不図示の台車に装備される軸箱12に対して回転自在に支持するための軸受13が、車軸11と軸箱12との間に配置されている。
【0012】
軸受13には、種々の部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷される。なお、軸受13は、複列円すいころ軸受、複列の深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受や、単列の転がり軸受を組み合わせたもの等、公知の各種転がり軸受を使用することができ、転がり軸受の具体構成は図示省略する。
【0013】
軸受13の負荷圏側に位置する、即ち、車軸11の中心0を通過する水平面Pより上方に位置する軸箱12の側部に、センサ14が取り付けられている。
【0014】
センサ14は、アルミニウム合金製の軸箱12と同一材料からなるセンサ筐体15と、センサ筐体15の基板取り付け部15aと、基板取り付け部15aに取り付けられるプリント基板17と、プリント基板17上に固定される温度検出部としてのサーミスタや温度IC等の温度検出素子18と、軸受13の振動を測定する振動検出部としての振動検出素子19と、温度検出素子18と振動検出素子19とから出力される測定信号を外部に伝送するため、センサ筐体15に取り付けられる不図示のケーブルグランドから外部へ引き出される不図示の信号ケーブルと、を備える。
【0015】
センサ筐体15は、断面長方形状に形成され、基板取り付け部15aと、基板取り付け部15aを囲繞するよう形成される取り付け筒部15bと、取り付け筒部15bの上部開口を閉塞するカバー部材15cと、を有し、基板取り付け部15aには、2個のねじ挿通孔20,20が形成され、カバー部材15cには、このねじ挿通孔20,20に対応する位置にねじ挿通孔21,21が形成されている。また、軸箱12には、ねじ挿通孔20,20に対応する位置にねじ孔23,23が形成されており、このねじ孔23,23は、軸受13の外輪24の外周面にまで形成されている。
【0016】
そして、基板取り付け部15aのねじ挿通孔20及び軸箱12のねじ孔23には、ねじ挿通孔21から挿通されたボルト22がねじ込まれる。これにより、センサ筐体15が軸箱12にねじ締結されると共に、ボルト22の先端部が軸受13の外輪24の外周面に接触する。なお、ボルト22とねじ挿通孔21との間には、外部からの水や異物の浸入を防止するシール機構及び後述する外部の空気による冷却を防止する冷却防止機構が設けられている。
【0017】
基板取り付け部15aは、平面視長方形状に形成されており、その上面にプリント基板17を固定する。また、センサ筐体15には、不図示の信号ケーブルを取り出すための不図示の取り出し孔が形成されている。
【0018】
温度検出素子18は、温度検出精度を向上させるため、軸受13から熱が伝わり易いように、振動検出素子19よりセンサ筐体15のボルト22寄りに配置されている。なお、プリント基板17上には、上記の他に、アンプや抵抗、コンデンサ等の電子部品が実装されている。
【0019】
図3に示すように、センサ筐体15が軸箱12に取付けられた状態において、センサ筐体15の軸箱側端縁を軸箱12の表面に密着させることは加工精度の点から難しいため、センサ筐体15の軸箱側端縁と軸箱12の表面との間に隙間が生じる。このため、センサ筐体15の軸箱側端縁と軸箱12のセンサ筐体取付面25との隙間は、熱伝導性を有するシリコン樹脂系の接着剤26によりシールされている。
【0020】
そして、図4及び図5に示すように、センサ筐体15の外周面及び天面には、センサ筐体15の空気に曝される表面の冷却によりプリント基板17の温度検出素子18が冷却されることを阻止する冷却防止機構である断熱材27が貼り付けられている。なお、本実施形態では、冷却防止機構に断熱材を使用したが、センサ筐体15の空気に曝される表面の冷却により温度検出素子18が冷却されない冷却防止部材であれば、適宜に使用することができる。また、断熱材27は、センサ筐体15の空気に曝される表面に貼り付けるが、軸箱12とのセンサ筐体取付面25には貼り付けない。
【0021】
このように構成されるセンサ付軸受装置10では、軸受13の軸受温度は、外輪24からボルト22及び軸箱12とのセンサ筐体取付面25を介してプリント基板17の上面に取り付けられた温度検出素子18に伝達され、検出される。また、センサ筐体15の空気に曝される表面からの熱の放出は、断熱材27により阻止される。これにより、温度検出素子18は正確な軸受温度を検出することができる。なお、軸受13の振動成分は、プリント基板17の上面に取り付けられた振動検出素子19により検出される。
【0022】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置10によれば、センサ筐体15の外周面及び天面に、センサ筐体15の表面の冷却を妨げる冷却防止機構である断熱材27を備えるため、センサ筐体15の空気に曝される表面から温度検出素子18への熱の放出を阻止することができる。これにより、センサ筐体15が強風下に曝されたとしても、温度検出素子18が冷却されることを抑制できるので、温度検出素子18が軸受温度を正確に検出することができ、軸受13の異常を精度良く検知して軸受装置10の信頼性を向上することができる。
【0023】
また、本実施形態のセンサ付軸受装置10によれば、温度検出素子18と振動検出素子19とを有するため、軸受13の軸受温度の検出に加えて、軸受13の振動も検出することができるので、異常振動等による車両不具合を未然に検知することができる。
【0024】
さらに、本実施形態のセンサ付軸受装置10によれば、センサ14は、センサ筐体15を単一の部品とし、プリント基板17を取り付け後にカバー部材15cを取り付ける構造としているために、部品点数を低減できると共に、組立性を向上することができる。但し、構成上、センサ筐体15とカバー部材15cを前もって組み立てておき、その後、ボルト22で取り付ける構造にしてもよい。
【0025】
なお、本実施形態の変形例として、センサ付軸受装置10は、図6に示すように、温度検出素子18をプリント基板17の下面に取り付けると共に、センサ筐体15の基板取り付け部15aの略中央部に軸箱12に向けて凹部18aを設けて、この凹部18aに、プリント基板17の下面(軸箱12側)に取り付けた温度検出素子18を嵌め込むようにしてもよい。
【0026】
この場合、温度検出素子18を基板取り付け部15aの凹部18aに嵌め込むように配置するので、温度検出素子18が軸受温度をより正確に測定することができる。また、後述する熱伝導部材42を経由して伝達する熱を精度良く測定できるのでさらに好ましい。
【0027】
(第2実施形態)
次に、図7を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第2実施形態について説明する。
図7は本発明に係るセンサ付軸受装置の第2実施形態を説明するための要部拡大断面図である。なお、第1実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【0028】
本実施形態のセンサ付軸受装置40は、図7に示すように、センサ筐体15の軸箱12側端面と軸箱12のセンサ筐体取付面25との隙間に、熱伝導性部材42を配設している。即ち、センサ筐体15の軸箱12側端面の一部に中空の空間部41がある場合、この空間部41に熱伝導性部材42を充填して、空間部41を閉塞している。このようにすると、断熱材27を配置するだけより熱の伝達を向上させることができるので、温度測定精度がさらに向上する。
【0029】
熱伝導性部材42は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したもので、例えば、シリコン樹脂にシリカ等の粉末や金属粉を添加したものを使用することができる。また、熱伝導性部材42として発泡金属を使用してもよい。発泡金属としては、例えば、内部に多数の孔を有する銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金等が挙げられる。さらに、熱伝導性部材42は、空間部41に直接充填してもよいが、板状の熱伝導性部材を基板取り付け部15aの裏面に接着等の接合手段でもって取り付けておけば取り扱いが容易になるので好ましい。
【0030】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置40によれば、センサ筐体15の軸箱12側端面の一部に形成される空間部41に、熱伝導性部材42を充填するため、軸受13の軸受温度を温度検出素子18に効率よく伝達することができるので、温度検出素子18が軸受温度をより正確に検出することができ、軸受13の異常を精度良く検知して軸受装置10の信頼性をさらに向上することができる。
【0031】
また、本実施形態のセンサ付軸受装置40によれば、熱伝導性部材42にシリコン樹脂にシリカ等の粉末や金属粉を添加したものを使用するため、軸受13の軸受温度を温度検出素子18に効率良く伝達することができる。
【0032】
さらに、本実施形態のセンサ付軸受装置40によれば、熱伝導性部材42に内部に多数の孔を有する銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の発泡金属を使用するため、熱伝導係数が大きく、適度な弾性があるので、軸受13の軸受温度を温度検出素子18に効率良く伝達することができる。
【0033】
(第3実施形態)
次に、図8を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第3実施形態について説明する。
図8は本発明に係るセンサ付軸受装置の第3実施形態を説明するための要部拡大断面図である。なお、第1実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【0034】
本実施形態のセンサ付軸受装置50は、図8に示すように、第1実施形態のセンサ筐体15の外周面に設けた冷却防止機構である断熱材27の代わりに、センサ筐体15の外周面に真空室51を設けるものである。真空室51は、センサ筐体15を成形する際に、密封された内部を真空処理して成形される。
【0035】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置50によれば、センサ筐体15の外周面に、センサ筐体15の表面の冷却を妨げる冷却防止機構である真空室51を備えると共に、センサ筐体15の天面に断熱材27を備えるため、センサ筐体15の空気に曝される表面からの熱の放出を阻止することができる。これにより、センサ筐体15が強風下に曝されたとしても、温度検出素子18が冷却されることを抑制できるので、温度検出素子18が軸受温度を正確に検出することができ、軸受13の異常を精度良く検知して軸受装置10の信頼性を向上することができる。
【0036】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、基板取り付け部は、カバー部材を取り付けることで断面略長方形状に形成されるが、これに限定されずに、円形状や半円形状であってもよい。
また、本実施形態では、センサ筐体の軸箱側端縁に接着剤を塗布したが、これに限定されず、センサ筐体の軸箱側端縁に、その周縁に沿った樹脂製リングや金属リングを取り付けてもよい。
また、第1実施形態の変形例は、第1実施形態に限定されず、第2及び第3実施形態に適用してもよい。
また、軸箱の材質は、アルミニウム合金に限定されるものではなく、鉄製であってもよい。また、センサ筐体の材質もアルミニウム合金に限定されず、ステンレス鋼等であってもよい。しかしながら、アルミニウム合金製のセンサ筐体の方が、熱伝導性が良いので好ましい。
また、本実施形態では、センサ付軸受装置として、鉄道車両用軸受装置を例示したが、これに限定されず、自動車用軸受装置にも適用可能である。
また、センサの取り付け部は、負荷圏側の方が温度検知性能上好ましいが、ケーブルの取り回し等により非負荷圏側に設けてもよい。
さらに、本実施形態では、プリント基板に温度検出素子及び振動検出素子を設ける場合を示したが、速度検出素子を併設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明に係るセンサ付軸受装置の第1実施形態を説明するための一部切欠正面図である。
【図2】図1に示すセンサ付軸受装置の平面図である。
【図3】図2のA−A線矢視図である。
【図4】図2のB−B線断面図である。
【図5】図1に示すセンサ付軸受装置におけるセンサの外観斜視図である。
【図6】第1実施形態の変形例を説明するための断面図である。
【図7】本発明に係るセンサ付軸受装置の第2実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【図8】本発明に係るセンサ付軸受装置の第3実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【図9】従来のセンサ付軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【0038】
10,40,50 センサ付軸受装置
11 車軸
12 軸箱
13 軸受
14 センサ
15 センサ筐体
15a 基板取り付け部
15b 取り付け筒部
15c カバー部材
17 プリント基板
18 温度検出素子(温度検出部)
19 振動検出素子(振動検出部)
20,21 ねじ挿通孔
22 ボルト
23 ねじ孔
24 外輪
25 センサ筐体取付面
26 接着剤
27 断熱材(冷却防止機構)
41 空間部
42 熱伝導性部材
51 真空室(冷却防止機構)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の空気に曝される表面に、前記センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項2】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の端面と前記軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項3】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の空気に曝される表面に、前記センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えると共に、
前記センサ筐体の端面と前記軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項4】
前記熱伝導性部材は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したものであることを特徴とする請求項2又は3に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項5】
前記熱伝導性部材は、発泡金属であることを特徴とする請求項2又は3に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項6】
前記センサは、前記センサ筐体に配設される振動検出部をさらに有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2006−337323(P2006−337323A)
【公開日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−165632(P2005−165632)
【出願日】平成17年6月6日(2005.6.6)
【出願人】(000004204)日本精工株式会社 (8,378)
【Fターム(参考)】