説明

潤滑剤劣化検出装置および検出装置付き軸受

【課題】 軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供すること。
【解決手段】 この潤滑剤劣化検出装置1では、円弧状の光ファイバ4の両端にそれぞれ発光素子2および受光素子3を対向して設け、この円弧状の光ファイバ4の一部に潤滑剤5を介在させる測定用ギャップ部7を設ける。光ファイバ4における測定用ギャップ部7以外の部位は、光ファイバ4を潤滑剤5から保護するための円弧状カバー12で覆う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受、例えば鉄道車両用、自動車用、風車設備用、工場設備用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
潤滑剤を封入した軸受では、軸受内部の潤滑剤(グリース、油など)が劣化すると転動体の潤滑不良が発生し、軸受寿命が短くなる。転動体の潤滑不良を、軸受の振動状態などから判断するのでは、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになるため、潤滑状態の異常をより早く検出できない。そこで、軸受内の潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測し、異常やメンテナンス期間の予測を可能にすることが望まれる。
【0003】
潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられる。
軸受の摩耗状態を検出するものとしては、軸受のシール部材の内側に電極を配置し、摩耗粉の混入による潤滑剤の電気的特性を、抵抗値や静電容量や磁気抵抗やインピーダンスの変化で検出するようにしたセンサ付き軸受が提案されている(例えば特許文献1)。
【特許文献1】特開2004−293776号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献1のセンサ付き軸受は、潤滑剤の電気的特性を検出するものであるため、大量の摩耗粉が入って導通が起こるなどの状況にならなければ、特性変化として検出されず、混入物の検出が困難な場合がある。
【0005】
このような課題を解決するものとして、例えば図9のように、両端にそれぞれ発光素子42および受光素子43を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバ44を設け、このリング状の光ファイバ44の円周方向の一部に、潤滑剤45を介在させる測定用ギャップ47を設けた光学式の構成を考えた。
図9の構成では、発光素子42から出射された光が光ファイバ44を経由して測定用ギャップ47に存在する潤滑剤45を透過し、さらに光ファイバ44を経由して受光素子43で検出され、受光素子43で検出される透過光量から潤滑剤45に混入する鉄粉等の異物の量が推定される。
【0006】
しかし、このような光学式のセンサを軸受内に組み込んで、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出に用いる場合、光ファイバ44に対する保護がされていないので、光ファイバ44が潤滑剤の流動によって荷重を受ける。そのため、光ファイバ44が動くことによって出力が変動したり、光ファイバ44が破損する可能性があり、安定した精度の良い検出ができない。また、光ファイバ44の固定作業も困難である。
【0007】
この発明の目的は、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置において、光ファイバにおける前記測定用ギャップ部以外の部位を、光ファイバを潤滑剤から保護するためのカバーに取付けたことを特徴とする。
この構成によると、例えば軸受に搭載した場合にも、潤滑剤の流動によって光ファイバが荷重を受けて破損するのをカバーで防止できる。そのため、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる。
また、光ファイバをカバーに取付けた場合、この潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載するときに、カバーを軸受へ取り付ける取付部材に兼用できるので、容易な位置決めおよび取付けが可能となる。
その結果、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる。
【0009】
この発明において、前記光ファイバは光ファイバ固定部材を介して前記カバーに取付け、光ファイバ固定部材とカバーは、ねじ、圧入、接着のいずれか1つ以上の固定手段を用いて固定したものであっても良い。これらねじ、圧入、接着によると、容易にかつ堅固な固定が行える。ねじ、圧入、接着のいずれか2つ以上を併用した場合は、より一層堅固な固定が行える。
【0010】
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、軸受内に封入された潤滑剤の劣化状態を、リアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【0011】
この発明において、潤滑剤劣化検出装置は、ねじ、圧入、接着のいずれか1つ以上の固定手段を用いて軸受に取付けても良い。これらねじ、圧入、接着によると、容易にかつ堅固な固定が行える。ねじ、圧入、接着のいずれか2つ以上を併用した場合は、より一層堅固な固定が行える。
【0012】
この発明において、潤滑剤劣化検出装置を、軸受シールが取付けられるシールケース、または上記軸受シールの芯金に固定しても良い。この構成の場合、カバーを円弧状としシールケースと同心に配置して潤滑剤劣化装置を取付けることにより、軸受内に潤滑剤劣化装置を容易に位置決めでき、組立も容易となる。
【0013】
この発明において、潤滑剤劣化検出装置を、軸受シールに一体に設けても良い。このように、潤滑剤劣化検出装置を軸受シールに一体に設けると、部品点数が少なくて済み、組立も容易となる。
【発明の効果】
【0014】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置において、光ファイバにおける前記測定用ギャップ部以外の部位を、潤滑剤の存在空間に対して覆うカバーを設けたため、光ファイバを潤滑剤の流動による荷重から保護することができ、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出することができる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載したため、軸受内に封入された潤滑剤の劣化を、リアルタイムで正確に行うことができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
この発明の一実施形態を図1および図2と共に説明する。図1は、この実施形態の潤滑剤劣化検出装置の概略構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置1は軸受に搭載されて軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出を行うものであり、発光素子2および受光素子3と、円弧状の光ファイバ4と、前記受光素子3の出力により潤滑剤の劣化を判定する判定手段6とを備える。前記光ファイバ4の一端は前記発光素子2の発光面に、他端は前記受光素子3の受光面にそれぞれ対向して配置される。また、光ファイバ4の円周方向の一部には、潤滑剤5を介在させる測定用ギャップ部7が設けられている。
このように円弧状の光ファイバ4の円周方向の一部に、検出対象の潤滑剤5を介在させる測定用ギャプ部7を設けることにより、発光素子2から出射された光が光ファイバ4を介して潤滑剤5を透過し、その透過光がさらに光ファイバ4を介して受光素子3に入射される。
【0016】
前記発光素子2としては、LED、EL、有機ELなどを用いることができ、発光回路8によって駆動される。前記受光素子3としては、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができ、その出力を受ける受光回路9によって受光素子3の受光量が検出される。
【0017】
光ファイバ4は、2つの光ファイバ固定部材10,11を介して光ファイバ4と略同径の円弧状カバー12に取付けられている。円弧状カバー12は光ファイバ4を検出対象の潤滑剤5の流動による荷重から保護するための部材であり、図1のB−B矢視断面図を示す図2(B)のように、断面概形がS字状の剛性材料、例えば樹脂成型品からなる。この潤滑剤劣化検出装置1を軸受内に設置する場合、前記円弧状カバー12の表面側が軸受内に封入される潤滑剤に晒されるように配置される。
【0018】
1つの光ファイバ固定部材10は、カバー12の裏面下半部に接合される円弧状の部材であり、この光ファイバ固定部材10に光ファイバ4の両端が固定され、さらに発光素子2および受光素子3もこの光ファイバ固定部材10に固定される。もう1つの光ファイバ固定部材11は、図1のA−A矢視断面図を示す図2(A)のように、他の光ファイバ固定部材10の前面側に固定され、この光ファイバ固定部材11に光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部位が固定されて位置決めされている。このように、光ファイバ4の両端を固定する光ファイバ固定部材10とは別の光ファイバ固定部材11で測定用ギャップ部7の近傍部位を固定することにより、測定用ギャップ部7の位置決めを容易にすることができ、潤滑剤劣化検出装置1の組立も容易となる。なお、光ファイバ固定部材11は、他の光ファイバ固定部材10に固定するのではなく、円弧状カバー12に直接固定しても良い。また、光ファイバ固定部材10,11は、円弧状カバー12と一体に樹脂成型等で設けられたものであっても良い。
光ファイバ4の測定用ギャップ部7に対応する位置である円弧状カバー12の円周方向中間部には開口13が設けられ、この開口13を介して測定用ギャップ部7が軸受内部の潤滑剤5の存在空間に晒される。光ファイバ固定部材11は、光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部位を支持する部分が、図2(A)のように円弧状カバー12の開口13からカバー外にはみ出す形状とされている。
図2(C)のように、発光素子2の電気配線19は、円弧状カバー12の外周部で裏面から外部に引き出されている。受光素子3の電気配線についても、発光素子2の電気配線と同様に外部に引き出される。
【0019】
上記構成により、光ファイバ4の両端、発光素子2および受光素子3が固定される光ファイバ固定部位材10がカバー12で覆われる。また、図2(B)のように、表面側のカバー12と裏面側の光ファイバ固定部材10とで挟まれて形成される円弧状空間14内に光ファイバ4の測定用ギャップ部7以外の部位が配置される。これにより、潤滑剤5の流動による荷重から光ファイバ4、発光素子2および受光素子3が保護される。
【0020】
円弧状カバー12への光ファイバ固定部材10,11の固定、あるいは光ファイバ固定部材10への他の光ファイバ固定部材11の固定は、ねじ、圧入、接着のいずれか1つ以上の固定手段を用いて固定される。これにより、この潤滑剤劣化装置1の軸受への組込みを容易に、かつ堅固に行うことができる。
図2に示すように、軸受への取付けにおいて、軸受の支持部材29に光ファイバ固定部材10を接面させることを想定して、その光ファイバ固定部材10の背面には円周方向に沿う溝10aが形成され、この溝10aに弾性体からなるシール部材15が装着される。このシール構造により、軸受の支持部材29とこれに接面した状態で取付けられる潤滑剤劣化装置1との間の防水処理が図られる。
【0021】
潤滑剤5が新品のときには透明に近い状態にあり、発光素子2から光ファイバ4を経由して投光され潤滑剤5を透過する透過光の強度は高い。ところが、潤滑剤5に混入する鉄粉(摩耗粉)などの異物の量が多くなると、透過光の強度が徐々に低下する。そこで、判定手段6は、透過光の強度に対応する受光素子3の出力から、潤滑剤5に混入している異物の量を検出する。潤滑剤5に混入する異物の量の増加は潤滑剤5の劣化の進行を意味するので、検出された異物の量から潤滑剤5の劣化具合を推定することができる。
【0022】
このように、この潤滑剤劣化検出装置1では、円弧状の光ファイバ4の両端にそれぞれ発光素子2および受光素子3を対向して設け、この光ファイバ4の一部に潤滑剤5を介在させる測定用ギャップ部7を設け、光ファイバ4における前記測定用ギャップ部7以外の部位をカバー12に取付けることで、光ファイバ4を潤滑剤5の流動による荷重から保護するようにしているので、光ファイバ4の破損が防止され、例えば軸受に搭載した場合に軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる。
また、この潤滑剤劣化検出装置1を軸受に搭載するときに、円弧状カバー12を軸受へ取り付ける場合の取付部材に兼用できるので、容易な位置決めおよび取付けが可能となる。
その結果、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる。
【0023】
図3および図4は、上記実施形態の潤滑剤劣化検出装置1を、鉄道車両用軸受に込み込んでなる検出装置付き軸受の一例を示す。この検出装置付き軸受20は、図3に示すように、内輪21の両側に各々接して設けられた付属品である油切り25および後ろ蓋26とで鉄道車両用軸受ユニットを構成する。軸受20は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ23,23に対して設けた分割型の内輪21,21と、一体型の外輪22と、前記ころ23,23と、保持器24とを備える。
後ろ蓋26は、車軸30に軸受20よりも中央側で取付けられて、外周に軸受シール31Aを摺接させたものである。油切り25は、車軸30に取付けられて外周に軸受シール31を摺接させたものである。これら軸受20の両端部に配置される両軸受シール31,31Aにより軸受20の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
【0024】
この場合、潤滑剤劣化装置1における回路部(判定手段6、発光回路8、受光回路9)を除くセンサ部(発光素子2、受光素子3、光ファイバ4、円弧状カバー12など)は、前記軸受シール31を有するシールユニット27内に組み込んで一体化されている。図4はシールユニット27の拡大断面図を示す。
この場合のシールユニット27は、軸受外輪22の端部に取付けられる環状のシールケース28と、このシールケース28の内径面に圧入嵌合されるリング部材29と,このリング部材29の内周面に圧入嵌合される軸受シール31とでなる。シールケース28は、軸受シール31を覆う環状の部材であって、軸方向に複数の段部が階段状に並ぶ断面形状とされ、その一端部を固定輪となる軸受外輪22の内径面に圧入嵌合させることで軸受外輪22に取付けられる。さらに、シールケース28の他端の小径段部は、油切り25のフランジ部25aの内向き幅面に形成されたリング状の溝38に遊嵌させることで、この溝38とシールケース28の小径段部との間に形成されるラビリンス隙間とで、密封が図られている。
このシールケース28の中間段部の内径面に、断面L字状の前記リング部材29がその円筒部29aを圧入嵌合させて取付けられている。リング部材29の内径側に延びる立板部29bは、前記油切り25の外径面に対して所定のラビリンス隙間を形成するように配置されている。軸受シール31は、断面L字状の環状芯金32と、この環状芯金32の立板部に固定される弾性部材33とでなり、環状芯金32の円筒部を前記リング部材29の円筒部29aの内周面に圧入嵌合させることにより、リング部材29を介してシールケース28に固定される。前記弾性部材33には、油切り25の外径面に摺接するラジアルリップが形成されている。
【0025】
前記シールユニット27に対して、潤滑剤劣化検出装置1が同心に取付けられる。具体的には、シールケース28における大径段部の内径面に潤滑剤劣化検出装置1の円弧状カバー12が嵌め込まれ、続いて圧入される圧入リング34により、シールケース28の大径段部端面とリング部材29の立板部29bにわたって潤滑剤劣化検出装置1が押し当てられることで軸方向に位置決め固定される。このように、円弧状カバー12をシールケース28と同心状に配置して潤滑剤劣化装置1を取付けることにより、軸受20内に潤滑剤劣化装置1を容易に位置決めでき、組立も容易となる。なお、この場合の潤滑剤劣化検出装置1の取付けは、前記圧入に限らず、ねじや接着などのいずれかの固定手段を1つ以上採用して行っても良い。また、潤滑剤劣化検出装置1のシールユニット27への取付けは、環状芯金32またはリング部材29に対して行っても良い。
【0026】
潤滑剤劣化検出装置1の発光素子2と発光回路8、および受光素子3と受光回路9をそれぞれ繋ぐ配線35は、潤滑剤劣化検出装置1の内部からシールケース28に設けられた孔36を貫通して、軸受20の外部に設置される発光回路8および受光回路9に接続される。シールケース28の前記孔36は内側から潤滑剤劣化検出装置1の円弧状カバー12で覆われ、さらに弾性体37でシールすることによって、防水処理が施される。この場合、図2で示したように、潤滑剤劣化検出装置1における光ファイバ固定部材10の背面に設けた溝10aに装着されるシール部材15が、リング部材29の立板部29bに押し当てられるので、潤滑剤劣化検出装置1とリング部材29の接面部での防水も同時に図られる。
もう一方の軸受シール31Aもシールユニット27Aにより軸受外輪22に取付けられる。このシールユニット27Aは、潤滑剤劣化検出装置1を取付けていないほかは、前記シールユニット27と同じ構造とされている。
【0027】
なお、発光回路8や受光回路9は軸受20の内部に設置しても良い。軸受20の外部に回路を設置するスペースがない場合には、潤滑剤劣化検出装置1の円弧状カバー12を円周方向に延ばして、そのカバー12上に発光回路8および受光回路9を配置することで、軸受20内にこれらの回路を容易に設置できる。
【0028】
この検出装置付き軸受20によると、軸受内に封入された潤滑剤の劣化状態を、リアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受20に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受20に潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置1の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【0029】
図5および図6は、上記実施形態の潤滑剤劣化検出装置1を、鉄道車両用軸受に込み込んでなる検出装置付き軸受の他の例を示す。この検出装置付き軸受20Aでは、図3および図4に示した検出装置付き軸受20において、潤滑剤劣化検出装置1における発光回路8および受光回路9だけでなく、発光素子2および受光素子3も、軸受20Aの外部に配置している。このため、この構成例では、光ファイバ4の両端部がシールケース28に設けられた孔36から軸受外に引き出されている。その他の構成は図3および図4に示す構成例の場合と同様であり、ここではその説明を省略する。
【0030】
この検出装置付き軸受20Aの場合、発光素子2や受光素子3が軸受20Aの外部に配置される分だけ軸受内部の空間体積が増すので、より多くの潤滑剤を軸受20A内に封入することができる。また、軸受内部の温度が発光素子2、受光素子3、発光回路8、受光回路9に及ぼす影響を軽減することができる。
【0031】
図7および図8は、上記実施形態の潤滑剤劣化検出装置1を、鉄道車両用軸受に込み込んでなる検出装置付き軸受のさらに他の例を示す。この検出装置付き軸受20Bでは、図3および図4に示した検出装置付き軸受20において、潤滑剤劣化検出装置1のセンサ部(発光素子2、受光素子3、光ファイバ4、円弧状カバー12など)が、軸受シール31に一体に取付けられている。潤滑剤劣化検出装置1の発光素子2と発光回路8、および受光素子3と受光回路9をそれぞれ繋ぐ配線35は、潤滑剤劣化検出装置1の内部からリング部材29の立板部29bに設けられた孔39、およびシールケース28に設けられた孔36を貫通して、軸受20の外部に設置される発光回路8および受光回路9に接続される。シールケース28の前記孔36は、弾性体37でシールすることによって防水処理が施される。光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部位を支持固定する光ファイバ固定部材11は、リング部材29の立板部29bを貫通してころ23の大端面近傍まで突出させてある。
【0032】
この検出装置付き軸受20Bの場合、潤滑剤劣化検出装置1のセンサ部がシールユニット27内の軸受シール31に一体に取付けられているので、部品点数が少なくて済み、組立も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】この発明の一実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図2】(A)は図1におけるA−A矢視断面図、(B)は図1におけるB−B矢視断面図、(C) は図1におけるC−C矢視断面図である。
【図3】図1の潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一構成例を示す断面図である。
【図4】同検出装置付き軸受のシールユニットの部分の拡大断面図である。
【図5】図1の潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の他の構成例を示す断面図である。
【図6】同検出装置付き軸受のシールユニットの部分の拡大断面図である。
【図7】図1の潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受のさらに他の構成例を示す断面図である。
【図8】同検出装置付き軸受のシールユニットの部分の拡大断面図である。
【図9】潤滑剤劣化検出装置の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
【0034】
1…潤滑剤劣化検出装置
2…発光素子
3…受光素子
4…光ファイバ
5…潤滑剤
7…測定用ギャップ部
10,11…光ファイバ固定部材
12…円弧状カバー
20,20A,20B…検出装置付き軸受
28…シールケース
31…軸受シール


【特許請求の範囲】
【請求項1】
円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置において、
光ファイバにおける前記測定用ギャップ部以外の部位を、潤滑剤の存在空間に対して覆うカバーを設けたことを特徴とする潤滑剤劣化検出装置。
【請求項2】
請求項1において、前記光ファイバは光ファイバ固定部材を介して前記カバーに取付けて固定した潤滑剤劣化検出装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載した検出装置付き軸受。
【請求項4】
請求項3において、潤滑剤劣化検出装置は、ねじ、圧入、接着、溶接のいずれか1つ以上の固定手段を用いて軸受に取付けた検出装置付き軸受。
【請求項5】
請求項3または請求項4において、潤滑剤劣化検出装置を、リング状の軸受シールが取付けられるリング状のシールケース、または上記軸受シールの芯金に固定した検出装置付き軸受。
【請求項6】
請求項3または請求項4において、潤滑剤劣化検出装置を、軸受シールに一体に設けた検出装置付き軸受。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2008−116414(P2008−116414A)
【公開日】平成20年5月22日(2008.5.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−302294(P2006−302294)
【出願日】平成18年11月8日(2006.11.8)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】