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。
【解決手段】 この潤滑剤劣化検出装置は、円弧状の光ファイバ4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4の一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部7を設ける。この測定用ギャップ部7を、前記光ファイバ4で構成される光路の垂直方向に対して、傾斜角度θを以て設ける。

【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7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部47を設けた光学式の構成を考えた。
図7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部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の光路に対して垂直に前記測定用ギャップ部47が設けられているので、軸受内を転動体の回転に伴って保持器と共に移動する潤滑剤が測定用ギャップ部47に潤入り込み難く、安定した精度の良い検出ができない。
【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であって、前記測定用ギャップ部が、前記光ファイバで構成される光路に対して傾斜した角度で設けられていることを特徴とする。
この構成によると、例えば転がり軸受に搭載して軸受内部の潤滑剤の劣化検出を行う場合に、前記円弧状の光ファイバが軸受と同心となるように設置すると、前記測定用ギャップ部が軸受の径方向に対して傾斜角度をなすように配置されることになる。そのため、軸受内部で軸受回転方向に移動する潤滑剤が測定用ギャップ部に入り込み易くなり、測定用ギャップ部に入り込んだ潤滑剤の入れ替わりも円滑に行われる。このように、測定用ギャップ部において潤滑剤が順次入れ代わることから、常に潤滑に作用している潤滑剤を検出対象とすることになり、安定的にかつ精度良く潤滑剤の劣化検出を行うことができる。また、円弧状の光ファイバとその両端に配置した発光素子および受光素子とで主に構成されるため、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できる。
【0009】
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けたものである。
この場合、潤滑剤劣化検出装置を転がり軸受と同心に取付けると、転がり軸受の径方向に対して光ファイバの測定用ギャップ部が傾斜角度をなして配置されることになるので、軸受内部で軸受回転方向に移動する潤滑剤が測定用ギャップ部が入り易くなり、潤滑剤劣化検出装置による軸受内部の潤滑剤の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。
その結果、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。
【発明の効果】
【0010】
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であって、前記測定用ギャップ部が、前記光ファイバで構成される光路に対して、傾斜角度で設けられているため、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、かつ精度良く検出することができる。
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けたため、光ファイバの測定用ギャップ部に安定的に潤滑剤が入ることになり、潤滑剤劣化検出装置による軸受内部の潤滑剤の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。その結果、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に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】
【0011】
この発明の一実施形態を図1ないし図4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。
【0012】
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。
【0013】
光ファイバ4は、2つの固定具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の前記測定用ギャップ部7の近傍部を除く部分を覆って検出対象の潤滑剤5の流動による荷重から光ファイバ4を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、例えば合成樹脂材または金属材料からなる。具体的には、円弧状カバー12は、円弧状の光ファイバ4に対するその円弧中心軸方向の片側(図2(B)では右側)を少なくとも覆うものとされる。この潤滑剤劣化検出装置1を軸受内に設置する場合、円弧状カバー12の表面側(図2(B)では右側面)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。
【0014】
光ファイバ4を固定する1つの固定具10は、カバー12の裏面(図2(B)では左側面)下半部に接合される円弧状の部材であり、この固定具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もこの固定具10に固定される。光ファイバ4を固定するもう1つの固定具11は、図1のA−A矢視断面図を示す図2(A)のように、他の固定具10の前面側に固定され、この固定具11に光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部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の両端を固定する固定具10とは別の固定具11で測定用ギャップ部7の近傍部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、固定具11は、他の固定具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、これら2つの固定具10,11を一体の部材としても良い。
【0015】
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、図1に正面図で示すように円周方向に延びるスリット状の開口13が設けられ、これにより測定用ギャップ部7が軸受内部の潤滑剤5に晒される。図3に平面図で示すように、固定具11は、光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部を支持する部分が、円弧状カバー12の開口13からカバー12の表面側に向けて二股状に突出した突出部11aとされている。これにより、光ファイバ4の測定用ギャップ部7の近傍部が、円弧状カバー12からカバー外に突出させられる。
【0016】
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を固定する固定具10の表面側がカバー12で覆われる。また、図2(B)のように、表面側のカバー12と裏面側の固定具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以外の部分が配置される。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。
【0017】
円弧状カバー12への固定具10,11の固定、あるいは固定具10への他の固定具11の固定は、ねじ、圧入、接着、溶接のいずれか1つ以上の結合処理により行われる。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行うことができる。
【0018】
光ファイバ4の前記測定用ギャップ部7は、図4に拡大正面図で示すように、光ファイバ4で構成される光路の垂直方向に対して所定の傾斜角度θをなすように設けられている。すなわち光ファイバ4の測定用ギャップ部7を構成する両側のギャップ構成端面4a,4aが、互いに平行でかつ光ファイバ4の軸心に対して傾斜した面とされている。なお、傾斜角度θは、光ファイバ4内の光が測定用ギャップ部7を介して出入り可能な範囲の角度とされる。また、光ファイバ4における測定用ギャップ部7の近傍部を支持する固定具11において、前記二股状の突出部11a,11aの互いに対向し合う内側面11aa,11aaも、前記傾斜角度θに合わせた傾斜面とされている。
【0019】
上記構成の作用を説明する。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。とことが、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。
【0020】
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、この測定用ギャップ部7を、光ファイバ4で構成される光路の垂直方向に対して、傾斜角度θを以て設けているので、例えば転がり軸受に搭載して軸受内部の潤滑剤5の劣化検出を行う場合に、前記円弧状の光ファイバ4が軸受と同心となるように設置すると、前記測定用ギャップ部7が軸受の径方向に対して傾斜角度θをなすように配置されることになる。その結果、軸受内部で軸受回転方向に移動する潤滑剤5が測定用ギャップ部7に入り込み易くなり、測定用ギャップ部7に入り込んだ潤滑剤5の入れ替わりも円滑に行われる。このように、測定用ギャップ部7において潤滑剤5が順次入れ代わることから、常に潤滑に作用している潤滑剤5を検出対象とすることになり、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、安定的にかつ精度良く潤滑剤の劣化検出を行うことができる。
【0021】
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、鉄道車両用軸受に組み込んでなる潤滑剤劣化検出装置付き軸受の一例を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受20は、図5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に対して設けた回転輪である分割型の内輪21,21と、固定輪である一体型の外輪22と、前記ころ23,23と、保持器24とを備えたものである。
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の内部に潤滑剤である例えばグリースが封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
【0022】
この場合、潤滑剤劣化検出装置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6は、図5におけるシールユニット27の設置部(A部)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ラビリンス隙間が形成され、これによりシールケース28の他端での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。
【0023】
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。このように潤滑剤劣化検出装置1を位置決め固定すると、光ファイバ4の測定用ギャップ部7が、内外輪21,22間の軸受空間の保持器24よりも内径側でころ23の大端面の付近に配置される。このように配置することにより、潤滑剤劣化検出装置1の円弧状カバー12で軸受内の潤滑剤の流動性が損なわれるのを回避できる。
【0024】
軸受内部の両列の転走面間に封入された潤滑剤5は、軸受内輪21、ころ23および保持器24が回転することによって、軸受回転方向に移動しながら軸受シール31,31A側へと押し出される。押し出された潤滑剤5は、軸受内輪21の外周面、ころ23の大端面および保持器24の内外周面に沿って回転方向に移動する。潤滑剤劣化検出装置1の設置側である軸受シール31側では、軸受シール31側へ移動しなら軸受回転方向に移動する潤滑剤5が潤滑剤劣化検出装置1における光ファイバ4の測定用ギャップ部7に入り込むことで、潤滑剤劣化検出装置1により潤滑剤5の劣化状態が検出される。測定用ギャップ部7は、光ファイバ4が構成する光路の垂直方向に対して、つまり軸受の径方向に対して傾斜角度θを以て設けられているので、測定用ギャップ部7に潤滑剤5が入り易くなり、測定用ギャップ部7に入り込んだ潤滑剤5の入れ替わりも円滑に行われる。これにより、潤滑剤劣化検出装置1による軸受内部の潤滑剤5の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。
【0025】
また、円弧状カバー12をこのようにシールケース28と同心状に配置して潤滑剤劣化検出装置1を取付けると、軸受20内に潤滑剤劣化検出装置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結合処理を1つ以上採用して行っても良い。
【0026】
潤滑剤劣化検出装置1における発光素子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の外部に引き出され、配線35は発光回路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。
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。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【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における矢印C方向から見た側面図である。
【図3】潤滑剤劣化検出装置の部分平面図である。
【図4】光ファイバの測定用ギャップ部の近傍部の拡大平面図である。
【図5】この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化検出装置付き軸受の一構成例を示す断面図である。
【図6】同潤滑剤劣化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】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】
【0030】
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
20…潤滑剤劣化検出装置付き軸受
21…内輪(回転輪)
22…外輪(固定輪)

【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であって、
前記測定用ギャップが、前記光ファイバで構成される光路に対して傾斜した角度で設置されている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に記載の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けた潤滑剤劣化検出装置付き軸受。


【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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【公開番号】特開2008−241555(P2008−241555A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−84361(P2007−84361)
【出願日】平成19年3月28日(2007.3.28)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】