JP2003042835A - センサ及びセンサ付軸受装置 - Google Patents

センサ及びセンサ付軸受装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、検出する信号の出力結果にばらつき
の少ないセンサを提供する。 【解決手段】センサ8は、検出対象を検出する検出部
(振動センサ11、温度センサ12、回転速度センサ1
3)と、この検出部11,12,13で検出された信号
を処理する回路部品14と、検出部11,12及び回路
部品14を実装した回路基板15と、回路基板15を固
定する固定治具16と、この固定治具16を治具固定ね
じ(治具固定部品)21を用いて内部に固定するセンサ
ケース(容器)18とを備える。固定治具16により、
振動センサ11が実装された回路基板15が、センサケ
ース18に対して決まった方向に固定されるようにした
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業機械や車両な
どの軸受装置やギヤボックスなどに取付けられるセン
サ、及びこのセンサを備えるセンサ付軸受装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】産業機械の装置の軸受や、鉄道車両及び
自動車などの車両の軸受、あるいはギヤボックスには、
保全のために振動や温度などを検出する検出部を備えた
センサを取付ける場合がある。このセンサは、図6に示
すように振動や温度などを検出する検出部41とこの検
出部41で検出された信号を処理する回路部品42とを
回路基板43に実装し、この回路基板43をケース44
に入れ、回路基板43とケース44の間に硬質樹脂(充
填材)45を充填し、硬化させた(モールド固定した)
センサ46がある。ケース44の外面44aには、フラ
ンジ47が設けられており、軸受や軸受装置などにボル
トで固定することができるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モール
ド固定だけで回路基板43をケース44の中に固定した
場合、検出部41や回路部品42を実装した回路基板4
3の向きが一定の方向に定まりづらい。そのため、同じ
ように造られたセンサ46で、同じ検出対象を測定して
も、測定結果の値にばらつきが生じる。したがって、で
き上がったセンサ46を一つ一つ較正(補正)しなけれ
ばならない。
【0004】そして、このようなセンサ46が取り付け
られたセンサ付軸受装置は、センサ46そのものの較正
の他、センサ46を軸受装置に取り付けたことに対する
較正が必要である。したがって、センサ46の測定結果
からこの軸受装置の運転状態を評価するときに、測定結
果がセンサに起因するものか軸受装置に起因するものか
の評価が難しくなる。
【0005】また、ケース44と樹脂45と回路基板4
3とでそれぞれ線膨張係数が異なる場合、温度変化によ
って熱膨張量に差が生じる。したがって、温度変化が繰
り返し生じる環境でこのセンサ46が使用されると、ケ
ース44と樹脂45、及び樹脂45と回路基板43の間
で剥離したり、回路基板43に実装された検出部41や
回路部品42に応力が加わって、これらの寿命を損なう
恐れがある。
【0006】モールド固定は、樹脂45を硬化させるた
めに昇温したり、完全に硬化するまでに長時間、例えば
一昼夜放置したりするなどの工程が必要となる場合があ
る。硬化剤を入れる反応型の樹脂の場合は、樹脂の硬化
時間が短縮されるが、それに反比例して発熱すること
で、回路基板43に実装された検出部41や回路部品4
2を損傷する恐れがある。
【0007】そこで、本発明は、検出する信号の出力結
果にばらつきの少ないセンサ、及び、このセンサを用い
たセンサ付軸受装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のセンサは、検出
対象を検出する検出部と、この検出部で検出された信号
を処理する回路部品と、検出部及び回路部品を実装した
回路基板と、回路基板を固定する固定治具と、この固定
治具を内部に治具固定部品を用いて固定する容器とを備
える。
【0009】または、検査対象を検出する検出部と、こ
の検出部で検出された信号を処理する回路部品と、検出
部及び回路部品を実装した回路基板と、回路基板を固定
する固定治具と、この固定治具を内部に位置決めし接着
剤で固定した容器とを備えるセンサとする。
【0010】そして、振動や温度または軸受の回転速度
あるいは圧力の内の少なくともいずれか1つを測定する
ために、これら検出対象に応じて振動や温度または回転
速度あるいは圧力を測定する検出部を備える。
【0011】または、回転輪と、固定輪と、転動体を有
する転がり軸受の、回転輪または固定輪の少なくともい
ずれか一方またはこれに取付けられた部材に前述のセン
サを取付けたセンサ付軸受装置とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施形態につい
て、図1を参照して説明する。図1に示す軸受装置1
は、2つの転がり軸受2と、これらの軸受2の静止輪で
ある外輪3を連結するハウジング4とを備えており、回
転輪となる内輪5で回転する軸6を支持している。軸受
装置1のハウジング4には、ハウジング4の外面4aと
内面4bを連通する貫通孔7が設けられており、センサ
8が外側から挿入されてセンサ取付ねじ9で固定されて
いる。つまり、ハウジング4は、固定輪である外輪3に
固定した部材である。軸6の端部6aには、軸6の回転
速度を検出するための歯車10が取り付けられている。
センサ8の先端8aは、ハウジング4の内面4bから突
出しており、軸6の端部6aに設けられた歯車10の歯
10aに近接している。
【0013】図2及び図3に示すようにセンサ8は、振
動を検出する検出部である振動センサ11と、温度を検
出する検出部である温度センサ12と、軸6の回転速度
を検出する検出部である回転速度センサ13と、これら
センサ11,12,13で検出した信号を処理する回路
部品14とを備えている。振動センサ11と温度センサ
12は、回路部品14とともに回路基板15に実装され
ている。回路基板15は、固定治具16に基板固定ねじ
17で固定され、センサケース18に入れられる。な
お、回路基板15の固定治具16へのねじ止めの位置
は、回路基板15の大きさや板厚あるいは剛性などによ
って検出対象の振動と共振しないように配置するものと
する。
【0014】センサケース18には、固定治具16を外
側からねじで固定するための孔19が設けられている。
固定治具16には、この孔19の位置に合せてねじ孔2
0が設けられている。そして、回路基板15が取付けら
れた固定治具16は、治具固定部品、例えば孔19の外
側から挿通した治具固定ねじ21でセンサケース18の
内部に固定される。このとき、ねじ21の頭21aがセ
ンサケース18の外面18aより突出しないことが好ま
しい。また、固定治具16のセンサケース18への取付
面の曲率半径R16 をセンサケース18の内周面18d
の曲率半径R18dよりわずかに大きくしておくと、固定
治具16は、肩部16aでセンサケース18の内周面1
8dとそれぞれ接触し、この肩部16aとねじ21との
3か所でセンサケース18の内側18dに安定して固定
されるので好ましい。
【0015】センサケース18は、外面18aにフラン
ジ22が設けられており、ハウジング4にセンサ取付け
ねじ9で固定するためのボルト孔23が設けられてい
る。また、センサケース18の開口部18bには、蓋2
4が小ねじ25で取付けられている。回転速度センサ1
3は、センサケース18の先端寄りの内面18cに取付
けられている。
【0016】以上のように構成されたセンサ付軸受装置
1は、内輪5によって支持されている軸6が回転するこ
とによって生じる振動や、軸受2の転がり摩擦によって
生じた熱を計測するとともに、歯車10が軸6とともに
回転して歯10aがセンサ8の先端8aの近傍を通過す
ることによって、例えば回転速度センサ13に生じる磁
束密度の変化を計測することで、軸6の回転速度を測定
している。
【0017】このとき、センサ8は、図1に示すように
ハウジング4に対して予め決められた向きにセンサ取付
ねじ9で固定されるとともに、図3に示すように振動セ
ンサ11及び温度センサ12が取付けられた回路基板1
5が、センサケース18に対して決められた向きに固定
されている。つまり、軸受装置1に対して予め決められ
た向きに振動センサ11が固定される。したがって、同
じように造られたセンサ8で計測された振動の信号の値
にばらつきが少ないので、センサ毎の信号の較正が少な
くてよい。
【0018】なお、回路基板15の固定治具16への固
定、及び固定治具16のセンサケース18への固定は、
基板固定ねじ17、及び治具固定ねじ21でそれぞれ固
定しているが、接着剤を併用するとねじ17,21の緩
みを防止できるのでよい。
【0019】また、水分に曝される環境で使用する場
合、センサケース18に固定治具16をねじ止めするた
めに設けた孔19から水分が進入しないように、治具固
定ねじ19を取付けた後、防水性の樹脂、例えばシリコ
ーン樹脂やエポキシ樹脂などでモールドするとよい。ま
た、回路基板15の表面を耐水性の樹脂、例えばシリコ
ーン樹脂などで被覆して防水してもよい。
【0020】温度センサ12への熱の伝わりをよくする
ために、センサケース18と回路基板15との間に熱伝
導性のよい樹脂などを充填するとよい。このとき、充填
する樹脂は、温度変化によって回路基板15に実装した
各センサ11,12,13や回路部品14に損傷を与え
ない硬さの軟質樹脂、例えばシリコーン樹脂などとす
る。なお、本実施形態のような密閉空間でシリコーン樹
脂を使用する場合は、付加型のシリコーン樹脂を使用す
るとよい。
【0021】本実施形態の軸受装置1は、検出部(振動
センサ11、温度センサ12、回転速度センサ13)と
回路部品14とを実装した回路基板15を固定治具16
でセンサケース18に取付けたセンサ8を、2つの軸受
2の静止輪である外輪3を連結するハウジング4に取付
けたが、軸受2の外輪(静止輪)3にセンサ8を直接取
付けたセンサ付軸受装置としてもよい。また、検出した
信号をワイヤレス、例えば電波や光または超音波などで
送信する信号出力手段をセンサ8に備え、このセンサ8
を回転輪である内輪5、またはこの内輪に固定された部
材に取付けてもよい。
【0022】なお、本実施形態において、図1に示した
軸受装置の軸受は、玉軸受であるが、ころ軸受、円錐こ
ろ軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受など、他の
形態の転がり軸受であってもよい。
【0023】また、振動センサ11としては、圧電素子
を使用したバイモルフ型の振動センサや、圧電素子と重
錘を組合せた振動センサ、あるいは片持ちはり構造の振
動センサ等のほか、上記振動センサに使用された圧電素
子の代わりに歪ゲージを利用した振動センサなどを使用
することができる。温度センサ12としては、一般のサ
ーミスタやシリコンをベースとしたサーミスタ、あるい
は温度検出ICなどを使用することができる。回転速度
センサ13としては、ホール素子やホールICなどを使
用したセンサ、あるいは、MR素子を使用したセンサを
使用することができる。
【0024】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。なお、第1の実施形態
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。図4のセンサ8は、センサケース18に開け
た孔26に締嵌めで位置決めピン27を取付けるととも
に、固定治具16に案内溝28を設けている。そして、
位置決めピン27に案内溝28を倣わせて、センサケー
ス18に固定治具16を挿入する。センサケース18と
固定治具16の間を接着剤29で固定すると、ねじ21
を使用せずに固定することが可能である。なお、これと
同様に、回路基板15と固定治具16とにそれぞれ位置
決めピンと溝、または穴とを設け、回路基板15と固定
治具16とを互いに接着剤で固定することで、ねじ17
を使用せずに固定することが可能である。
【0025】以上のように固定治具16がセンサケース
18に固定されたセンサ8は、センサケース18に対し
て固定治具16が決まった向きに固定される。このと
き、固定治具16は、振動センサ11を備えた回路基板
15が決まった位置に固定されている。すなわち、振動
センサ11がセンサケース18に対して決まった向きに
固定される。したがって、同じように造られたセンサ8
で計測された振動の信号の値にばらつきが少ないので、
センサ毎の信号の較正が少なくてよい。
【0026】
【発明の効果】本発明のセンサによれば、検出対象を検
出する検出部と、この検出部によって検出された信号を
処理する回路部品と、検出部と回路部品とを実装した回
路基板と、この回路基板を固定する固定治具と、この固
定治具を内部に治具固定部品を用いて固定したケースと
を備えるので、回路基板が、センサケースの決まった位
置に固定される。そのため、検出部をセンサケースの向
きに対して決まった向きに取付けることができるので、
同種のセンサ間でそれらの検出部が検出する信号の値が
ばらつかない。したがって、センサ毎に検出信号の較正
が少ないのでよい。
【0027】また、このセンサを取付けたセンサ付軸受
装置によれば、センサが備える検出部の向きを軸受装置
に対して決まった向きに取付けることができるととも
に、センサが検出する信号の値にばらつきが少ない。し
たがって、同じように造られたセンサ付軸受装置の運転
状況の評価をする際に、軸受装置に起因する信号の変化
が明確になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のセンサ付軸受装置を示す
断面図。
【図2】図1のセンサの断面図。
【図3】図2のF3−F3で示すセンサの断面図。
【図4】本発明の第2の実施形態のセンサを示す断面
図。
【図5】図4中のF5-F5で示すセンサの断面図。
【図6】従来のセンサを示す断面図。
【符号の説明】
1…軸受装置 2…軸受 3…外輪(固定輪) 4…ハウジング(固定輪に固定した部材) 5…内輪(回転輪) 8…センサ 11…振動センサ(検出部) 12…温度センサ 13…回転速度センサ 14…回路部品 15…回路基板 16…固定治具 18…センサケース(容器) 21…治具固定ねじ(治具固定部品) 29…接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01P 3/488 G01P 3/488 B (72)発明者 遠藤 茂 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 2G024 AC01 BA11 CA09 CA13 CA17 2G064 AA17 AB07 AB08 BA02 BA05 BA22 BA26 BA28 BD02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出対象を検出する検出部と、この検出部
    で検出された信号を処理する回路部品と、前記検出部と
    前記回路部品とを実装した回路基板と、この回路基板を
    固定する固定治具と、この固定治具を内部に治具固定部
    品を用いて固定した容器とを備えることを特徴とするセ
    ンサ。
  2. 【請求項2】検出対象を検出する検出部と、この検出部
    で検出された信号を処理する回路部品と、前記検出部と
    前記回路部品とを実装した回路基板と、この回路基板を
    固定する固定治具と、この固定治具を内部に位置決めし
    て接着剤で固定した容器とを備えることを特徴とするセ
    ンサ。
  3. 【請求項3】前記検出部は、温度と、振動と、回転速度
    と、圧力の内の少なくともいずれか1つを検出すること
    を特徴とする請求項1または請求項2に記載のセンサ。
  4. 【請求項4】回転輪と、固定輪とを有する転がり軸受
    の、前記回転輪または前記固定輪の少なくともいずれか
    一方またはこれに固定された部材に、請求項1から請求
    項3の内のいずれか1項に記載のセンサを取付けたこと
    を特徴とするセンサ付軸受装置。
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