JP2003090335A - センサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転速度センサ２７ａと、複列円すいころ軸
受３等の転がり軸受の温度を検出する為の温度センサ２
９ａとを一体化する。そして、小型・軽量化を図ると共
に、組立作業の簡易化、部品点数削減、ケーブル本数削
減により、コストダウンを図る。 【解決手段】 上記回転速度センサ２７ａと温度センサ
２９ａとを一体化して、センサユニット３５とする。そ
して、このセンサユニット３５を、軸受箱２又はこの軸
受箱２の開口部を覆うカバー２２ａに取り付ける。これ
らの構成により、上記課題を解決する。又、上記センサ
ユニット３５を上記複列円すいころ軸受３等の転がり軸
受の近傍に配置して、この転がり軸受の温度の検出性能
向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るセンサ付転が
り軸受装置及びセンサ付回転支持装置は、例えば、鉄道
車両或は自動車の車輪、或は金属加工用の圧延機の回転
軸を、使用時にも回転しないハウジング或は懸架装置に
対して回転自在に支持すると共に、上記転がり軸受或は
回転支持装置部分の状態を検出する為に利用する。この
様なセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置
は、例えば、上記車輪、或は回転軸等の回転速度並びに
転がり軸受部分の状態（温度或は振動等）を検出して、
この転がり軸受部分の異常の有無を判定する為に有効で
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば 鉄道車両の車輪をこの鉄道車両
に固定したハウジング対し回転自在に支持する為に、転
がり軸受ユニットを使用する。又、鉄道車両の走行速度
を求めたり、或は上記車輪が偏摩耗するのを防止する為
の滑走制御を行なう為には、上記車輪の回転速度を検出
する必要がある。更には、上記転がり軸受ユニット部分
で異常が発生してこの転がり軸受ユニットが焼き付くの
を防止する為には、この転がり軸受ユニットの温度を検
出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに
回転速度センサ及び温度センサを組み込んだ、センサ付
回転支持装置により、上記車輪を上記ハウジングに対し
回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度並びに
上記転がり軸受ユニットの温度を検出する事が、近年行
なわれる様になっている。

【０００３】図２０〜２１は、この様な鉄道車両用のセ
ンサ付回転支持装置の従来構造の１例を示している。図
示しない車輪を支持固定した状態で、使用時に回転する
回転軸であり、軽量化の為に中空円筒状に構成した車軸
１は、使用時にも回転しないハウジングである軸受箱２
の内径側に、転がり軸受である複列円すいころ軸受３に
より、回転自在に支持している。この複列円すいころ軸
受３は、互いに同心に配置した外輪４及び１対の内輪５
と、複数個の円すいころ６、６とを備える。このうちの
外輪４は、全体を円筒状に造っており、内周面に複列の
外輪軌道７を有する。これら各外輪軌道７は、それぞれ
が円すい凹面状で、上記外輪４の軸方向端部に向かう程
内径が大きくなる方向に傾斜している。

【０００４】又、上記１対の内輪５は、それぞれ略短円
筒状に造っており、それぞれの外周面に、円すい凸面状
の内輪軌道８を形成している。これら各内輪５は、互い
の小径側の端面同士を対向させた状態で、上記外輪４の
内径側に、この外輪４と同心に配置している。更に、上
記各円すいころ６、６は、上記各外輪軌道７と上記各内
輪軌道８との間に、それぞれ複数個ずつ、保持器９によ
り保持した状態で転動自在に設けている。

【０００５】上述の様な複列円すいころ軸受３のうち、
上記外輪４は、上記軸受箱２に内嵌保持されている。図
示の例では、この軸受箱２の内周面の一端（図２０の左
端）寄り部分に形成した段部１０と、この軸受箱２の他
端部（図２０の右端部）に内嵌固定した図示しない抑え
環との間で、上記外輪４を軸方向両側から挟持してい
る。一方、上記各内輪５は、これら両内輪５同士の間に
間座１１を挟持した状態で、上記車軸１の一端（図２０
の左端）寄り部分に外嵌している。又、上記車軸１の端
部で軸方向外側の内輪５よりも突出した部分には、油切
りと称される環状部材１２を外嵌している。又、内側の
内輪の内端面は、別の環状部材を介して、上記車軸１の
中間部に形成した段差面に突き当てている。従って、上
記１対の内輪５が図２０の状態よりも上記車軸１の中央
寄り（図２０の右寄り）に変位する事はない。そして、
上記車軸１の外端部に形成した雄ねじ部１３に螺合した
ナット１４により、上記環状部材１２を上記外側の内輪
４の外端面に向け抑え付けている。更に、上記ナット１
４の外端面に、ボルト１５、１５により固定した回り止
めリング１６の内周に設けた突起部を上記車軸１の外端
部外周面に設けた溝部に係合させて、上記ナット１４の
緩み止めを図っている。

【０００６】一方、上記外輪４の両端部には、それぞれ
軟鋼板等の金属板を断面クランク形で全体を略円筒状に
形成して成るシールケース１７を内嵌固定している。そ
して、これら両シールケース１７の内周面と上記各環状
部材１２の外周面との間に、それぞれシールリング１８
を設ける事により、前記複数個の円すいころ６、６を設
置した空間の両端開口部を塞いでいる。この構成によ
り、この空間内に封入した潤滑用のグリースが外部に漏
洩するのを防止すると共に、外部からこの空間内に雨水
や塵芥等の異物が進入するのを防止している。

【０００７】又、上記車軸１の一端面には、鋼材等の磁
性金属材料により、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成し
たエンコーダ１９を、複数本のボルト２０、２０によ
り、上記車軸１と同心に結合固定している。上記エンコ
ーダ１９に設けた外向フランジ状の円輪部２１の外周縁
には、凹部と凸部とを、円周方向に関して交互に且つ等
間隔で形成して、この外周縁部分の磁気特性を円周方向
に関して交互に且つ等間隔で変化させている。

【０００８】又、前記軸受箱２の一端開口は、この軸受
箱２の一端部に固定したカバー２２により塞いでいる。
このカバー２２は、合成樹脂若しくは金属材料により全
体を有底円筒状に形成しており、円筒部２３と、この円
筒部２３の一端（図２０の左端）開口を塞ぐ底板部２４
と、この円筒部２３の他端（図２０の右端）寄り部分の
外周面に設けた外向フランジ状の取付部２５とを備え
る。この様なカバー２２は、上記円筒部２３の他端部を
上記軸受箱２の一端部に内嵌すると共に、上記取付部２
５をこの軸受箱２の一端面に突き当てた状態で、この取
付部２５を上記軸受箱２の一端面に図示しないボルトに
より固定する事により、上記軸受箱２の一端開口部を塞
ぐ。

【０００９】又、上記円筒部２３の一部で、上記エンコ
ーダ１９の円輪部２１の外周縁に直径方向に関して対向
する部分に、上記円筒部２３の内外両周面を直径方向に
貫通するセンサ取付孔２６を形成している。そして、こ
のセンサ取付孔２６に回転速度センサ２７を挿入し、こ
の回転速度センサ２７の先端面（図２０の下端面）に設
けた検出部を、上記円輪部２１の外周縁に設けた被検出
部に、微小隙間を介して対向させている。一方、上記軸
受箱２の中間部で前記外輪４の周囲に位置する部分に
は、センサ取り付け用凹孔２８を形成している。そし
て、このセンサ取り付け用凹孔２８に、温度センサ２９
を装着している。

【００１０】上述の様に構成するセンサ付回転支持装置
の場合、運転時に車輪を支持固定した車軸１と共にエン
コーダ１９が回転すると、このエンコーダ１９の被検出
部を構成する凹部と凸部とが、上記回転速度センサ２７
の先端面に設けた検出部の近傍を交互に通過する。この
結果、この回転速度センサ２７内を流れる磁束の密度が
変化し、この回転速度センサ２７の出力が変化する。こ
の様にして回転速度センサ２７の出力が変化する周波数
は、上記車輪の回転速度に比例する。従って、上記回転
速度センサ２７の出力を図示しない制御器に送れば、上
記車輪の回転速度を検出でき、更には鉄道車両の滑走制
御を適切に行なえる。

【００１１】又、前記複列円すいころ軸受３の回転抵抗
が、前記各円すいころ６、６のスキュー等、何らかの原
因で異常に上昇し、上記複列円すいころ３の温度が上昇
すると、上記温度センサ２９が、この温度を検知する。
この様にしてこの温度センサ２９が検知した温度信号
は、やはり図示しない制御器に送り、この制御器が、運
転席に設置した警告灯を点灯させる等の警報を発する。
この様な警報が出された場合に、運転手が緊急停止等の
措置を講ずる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成し作用
する従来構造の場合、回転速度センサ２７及び温度セン
サ２９を、カバー２２或は軸受箱２に対し互いに独立し
て支持固定している為、これら各センサ２７、２９の装
着作業が面倒なだけでなく、これら各センサ２７、２９
からの信号取り出しも面倒になる。即ち、上記回転速度
センサ２７は取付フランジ３０ａを挿通した複数本のボ
ルト３１ａ、３１ａにより上記カバー２２に固定し、上
記回転速度センサ２７の出力信号を取り出す為の導線で
あるハーネス３２ａにより信号を取り出す様にしている
のに対して、上記温度センサ２９は別の取付フランジ３
０ｂを挿通した複数本のボルト３１ｂ、３１ｂにより上
記軸受箱２に固定し、ハーネス３２ｂにより信号を取り
出す様にしている。

【００１３】この為、上記各センサ２７、２９の取り付
けスペースが嵩む他、取り付け作業が面倒になり、上記
各ハーネス３２ａ、３２ｂの取り回しも面倒になる。鉄
道車両用の回転支持装置には、上記回転速度センサ２７
及び温度センサ２９の他、振動を検知する為の加速度セ
ンサを組み付ける事も考えられており、上記回転支持装
置に組み込むセンサの数が増える傾向にある。そして、
センサの数が増えれば、上述した様な問題が一層顕著に
なる。本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回
転支持装置は、この様な事情に鑑みて発明したものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサ付転がり
軸受装置及びセンサ付回転支持装置のうち、請求項１に
記載したセンサ付転がり軸受装置は、外輪と、内輪と、
複数個の転動体と、センサユニットとから成る。このう
ちの外輪は内周面に外輪軌道を、内輪は外周面に内輪軌
道を、それぞれ有する。又、上記各転動体は、上記外輪
軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。更
に、上記センサユニットは、上記外輪と上記内輪とのう
ちで回転しない軌道輪である静止輪若しくはこの静止輪
に固定した部材に支持した、単一のホルダ内に、それぞ
れが転がり軸受の状態を検出する為の複数種類のセンサ
を保持して成る。

【００１５】これら複数種類のセンサとして好ましく
は、請求項２に記載した様に、回転速度センサと温度セ
ンサと振動センサとのうちから選択される２種類以上の
センサを使用する。そして、回転速度センサを選択した
場合には、上記外輪と上記内輪とのうちで回転して軌道
輪である回転輪若しくはこの回転輪を固定した部分に、
円周方向に関する特性を交互に変化させた被検出部を、
上記回転輪と同心に配置すると共に、上記回転速度セン
サの検出部をこの被検出部に対向させる。

【００１６】一方、請求項５に記載したセンサ付回転支
持装置は、ハウジングと、回転軸と、転がり軸受と、回
転部材と、被検出部と、センサ取付孔と、センサユニッ
トとを備える。このうちのハウジングは、固定の部分に
支持された状態で使用時にも回転しない。又、上記回転
軸は、上記ハウジングの内径側に配置されて、使用時に
回転する。又、上記転がり軸受は、上記回転軸を上記ハ
ウジングの内径側に回転自在に支持すべく、その内輪を
この回転軸の外周面に外嵌支持すると共にその外輪を上
記ハウジングの内周面に内嵌支持している。又、上記回
転部材は、上記回転軸の一端部で上記内輪よりも軸方向
に突出した部分に固定されて、上記回転軸と共に回転す
る。又、上記被検出部は、上記回転部材の一部に上記回
転軸と同心に配置されており、円周方向に関して特性を
交互に変化させている。又、上記センサ取付孔は、上記
ハウジング又はこのハウジングの開口部を塞ぐカバーの
一部でこの被検出部に対向し、且つ上記外輪の温度上昇
に応じて温度上昇する程度にこの外輪に隣接する部分に
設けられている。更に、上記センサユニットは、少なく
とも回転速度センサと温度センサとを含む複数種類のセ
ンサを単一のセンサホルダに保持して成る。そして、こ
のうちの回転速度センサの検出部を上記被検出部に対向
させた状態で、上記センサ取付孔に挿入されている。
尚、車軸等の上記回転軸の外側端部にナットを設けて、
上記内輪をこの回転軸に固定している方式の場合に、好
ましくは、上記センサユニットを対向させるエンコーダ
の位置を、上記ナットよりも軸方向内側とする事によ
り、上記センサユニットの取付位置を上記外輪に近づけ
る。そして、上記センサユニットに設けた上記温度セン
サにより、この外輪の温度を効率的に検出できる様にす
る。

【００１７】又、好ましくは、請求項３、６に記載した
様に、センサユニットを構成するホルダ内に、温度セン
サと振動センサとのうちの少なくとも一方のセンサに供
給する基準電圧を発生する為の基準電圧発生回路を保持
したり、更には請求項４、７に記載した様に、センサユ
ニットを構成するホルダ内に、少なくとも１個のセンサ
の出力信号を増幅する為の増幅回路を保持し、当該セン
サの出力信号を増幅してから上記センサユニット外に送
り出す様に構成する。

【００１８】

【作用】上述の様に本発明のセンサ付転がり軸受装置及
びセンサ付回転支持装置の場合には、単一のセンサホル
ダに複数種類のセンサ（特に、請求項５に記載したセン
サ付回転支持装置の場合には少なくとも回転速度センサ
と温度センサとを含む複数種類のセンサ）を保持してい
る為、これら各センサの取り付けスペースを小さくでき
るだけでなく、取り付け作業が容易になり、これら各セ
ンサの信号を取り出す為のハーネスの取り回しも容易に
なる。

【００１９】又、請求３、６に記載した様に、センサユ
ニットを構成するホルダ内に基準電圧発生回路を保持す
れば、このセンサユニット内に保持したセンサにより、
正しい測定値を得られる。更には、請求項４、７に記載
した様に、センサユニット内に保持したセンサの出力信
号を、このを構成するホルダ内に保持した増幅回路によ
り増幅してから送り出せば、上記出力信号中のノイズの
割合（Ｓ／Ｎ比）を低くできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１〜２は、本発明の実施の形態
の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、請求項５
に記載した回転軸である車軸１の回転速度を検出する為
の回転速度センサ２７ａと、この車軸１を回転自在に支
持する転がり軸受の温度を検出する為の温度センサ２９
ａとを単一のセンサホルダ３３（センサ外囲器）に保持
する事で、前述した従来構造が有する問題を解消する点
にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図２０
〜２１に示した従来構造の場合と同様であるから、同等
部分には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略
若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説
明する。

【００２１】本例の場合、ナット１４よりも軸方向内側
に設けた、油切りと称される環状部材１２ａの外端部外
周面に、外向フランジ状の鍔部３４を、全周に亙って形
成している。そしてこの鍔部３４の外周縁部に凹部と凸
部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成し
て、この外周縁部の磁気特性を、円周方向に関して交互
に且つ等間隔で変化させている。そして、上記鍔部３４
に、回転速度検出の為のエンコーダとしての機能を持た
せている。この様な本例の構造の場合、前述の図２０に
示した従来構造の様に、ナット１４の軸方向外側にエン
コーダ１９を設けた場合と比較すると、次述するセンサ
ユニット３５の軸方向に関する設置位置を、外輪４寄り
にする事が可能になり、後述する温度センサ２９ａによ
る温度検出性能の向上を図る事ができる。又、上記環状
部材１２ａの外周面に形成した鍔部３４の外周縁部に凹
部と凸部とを形成して、この環状部材１２ａにエンコー
ダとしての機能を持たせている為、上記従来構造と比べ
て、部品点数の削減、軸方向寸法の短縮、軽量化、コス
トダウンと言った効果を得られる。

【００２２】又、上記軸受箱２の端部開口を塞いでい
る、鋼、アルミニウム等の金属製のカバー２２ａを構成
する円筒部２３ａの基端寄り（図１の右端寄り）部分
に、センサ取付孔２６ａを、この円筒部２３ａの内外両
周面同士を連通させる状態で形成している。そして、上
記センサ取付孔２６ａ内にセンサユニット３５を、上記
円筒部２３ａの径方向外方から内方に挿通している。

【００２３】上記センサユニット３５は、前記単一のセ
ンサホルダ３３内に、前記回転速度センサ２７ａと前記
温度センサ２９ａとを保持して成る。このうちの回転速
度センサ２７ａは、従来と同様に、磁気抵抗素子、ホー
ル素子、永久磁石と磁気コイルとの組み合わせ等、磁束
の密度或は方向の変化に対応して出力を変化させるもの
を使用する。この様な回転速度センサ２７ａは、上記セ
ンサホルダ３３の先端部に包埋して、その検出面を上記
鍔部３４の外周縁に近接対向させている。これに対して
上記温度センサ２９ａは、上記センサホルダ３３の一部
外周面寄り部分に支持している。この温度センサ２９ａ
を支持する位置は、極力上記カバー２２ａに近く、外輪
４からこのカバー２２ａに伝わる熱の影響を受け易い部
分としている。

【００２４】尚、上記温度センサ２９ａの温度検出性能
を向上させる為には、上記センサホルダ３３の熱伝導率
が良い事、及び、このセンサホルダ３３の温度が短時間
で周囲温度に達する様にする為に、このセンサホルダ３
３の熱容量が小さい事が必要である。従って、このセン
サホルダ３３の材質としては、熱伝導率が大きく、単位
体積当たり熱容量（＝密度×比熱）が小さいものが適し
ている。具体的には、上記センサホルダ３３の材質とし
て、強度及びコスト上の問題がなければ、上記各特性を
有する、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛等や、
これらの合金を使用する事が望ましい。又、上記外輪４
から上記温度センサ２９ａにまで熱が伝わり易くする為
に、軸受箱２、カバー２２ａに就いても、強度及びコス
ト上の問題がなければ、これらの材質を使用する事が望
ましい。強度上の問題がある場合は、ステンレス鋼製と
しても良いが、上記センサホルダ３３に関しては、ステ
ンレス鋼製とする場合でも、非磁性を有するものを使用
する。この理由は、上記センサホルダ３３を磁性材製と
すると、このセンサホルダ３３の磁性が前記回転速度セ
ンサ２７ａにより回転速度を測定する事に対する妨げと
なり、この回転速度を正確に測定する事が難しくなる為
である。この為、上記センサホルダ３３の材質として
は、非磁性材が好ましい。

【００２５】上述の様なセンサユニット３５は、上記セ
ンサ取付孔２６ａ内に上記円筒部２３ａの径方向外方か
ら内方に挿通した状態で、外周面に設けた取付フランジ
３０ｃを上記円筒部２３ａの外周面に、ボルト３１ｃ、
３１ｃにより結合固定する。この状態で、上記センサユ
ニット３５の先端面に存在する上記回転速度センサ２７
ａの検出部が、上記鍔部３４の外周縁に設けた被検出部
に、微小隙間を介して近接対向する。又、上記温度セン
サ２９ａは、上記カバー２２ａの円筒部２３ａに、上記
センサホルダ３３の一部を介して近接対向する。上記回
転速度センサ２７ａの出力信号を取り出す為の導線であ
るハーネス（以下単に「ハーネス」とする）と上記温度
センサ２９ａの出力を取り出す為のハーネスとは、一緒
に束ねて１本のケーブル３６とし、図示しない制御器に
接続する。又、上記センサホルダ３３の一部外周面と上
記センサ取付孔２６ａの内周面との間にＯリング４２を
装着して、これら両周面の間部分を通じて泥水等の異物
が外部から進入するのを防止している。

【００２６】上述の様に本発明のセンサ付回転支持装置
の場合には、単一のセンサホルダ３３に上記回転速度セ
ンサ２７ａと上記温度センサ２９ａとを保持している
為、これら両センサ２７ａ、２９ａの取り付けスペース
を小さくできる。しかも、これら両センサ２７ａ、２９
ａの取り付け作業が容易になる。又、これら両センサ２
７ａ、２９ａの出力信号を取り出す為のハーネスを一緒
に束ねて１本のケーブル３６としている為、上記両セン
サ２７ａ、２９ａの信号を取り出す為のハーネスの取り
回しも容易になる。更に、本例の場合には、上記センサ
ユニット３５を、軸受箱２の開口部に着脱自在に設ける
カバー２２ａに支持している為、保守・点検作業等の為
に、このセンサユニット３５を着脱する作業を容易に行
なえる。

【００２７】尚、上記１本のケーブル３６内には、上記
回転速度センサ２７ａの出力信号を取り出す為のハーネ
スと、上記温度センサ２９ａの出力信号を取り出す為の
ハーネスとを納めているが、これら各ハーネスは個別に
シールドしている。この様に複数本のハーネスを束ねて
１本のケーブル３６とする場合でも、それぞれのハーネ
スを個別にシールドする事により、各ハーネスを流れる
信号電流同士が干渉する事を防止できる。特に、上記回
転速度センサ２７ａから送り出される、回転速度を表す
信号の様なパルス状の信号を送るハーネスと、上記温度
センサ２９ａから送り出される温度を表す信号の様なア
ナログ信号を送るハーネスとを一緒に束ねると、パルス
状信号の電圧や電流の変動時に電磁結合（静電結合、電
磁誘導、電磁波による結合）によってアナログ信号にノ
イズが載ってしまう。これに対して、個々のハーネスを
個別にシールドする事により、上述の様にして発生する
ノイズを防止する事ができる。

【００２８】又、個々のセンサ２７ａ、２９ａの出力信
号を取り出す為のハーネスと接地用のグランド線とを撚
り合わせる（ツイストする）と、電磁結合によるノイズ
の影響を更に軽減できるのでより好ましい。又、互いに
撚り合わせた状態で対となったハーネスとグランド線と
から成るツイストペアを個別にシールドしたり、或は総
てのツイストペアを一括してシールドする事により、ノ
イズの影響軽減効果を更に増大できる。特に、上記回転
速度センサ２７ａの出力信号がディジタル信号である場
合には、この回転速度センサ２７ａの出力信号を送る為
のハーネスと、アナログ信号である温度センサ２９ａ
（更には後述の図６に示す実施の形態の第５例に組み込
む、加速度センサ４０等の振動センサ）の出力信号を送
る為のハーネスとを１本のケーブル３６にまとめる場合
に、上記各出力信号を送る為のハーネスとグランド線と
を撚り合わせる効果は大きい。

【００２９】尚、図示の例では、環状部材１２ａに一体
に形成した鍔部３４の外周縁を凹凸形状とする事によ
り、この環状部材１２ａとエンコーダとを一体としてい
る。これに対して、独立して円輪状としたエンコーダを
環状部材とナット１４との間に挟持したり、或は、この
ナット１４の内端部外周面に一体に形成した外向フラン
ジ状の鍔部の外周縁を凹凸形状として、上記ナット１４
とエンコーダとを一体とする事もできる。更には、エン
コーダとして、磁性金属板を曲げ形成してその一部に複
数の透孔を円周方向に関して多数形成した円環状のもの
や、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した円
環状の永久磁石を使用する事もできる。これらの場合に
就いても、上記センサユニット３５の軸方向に関する設
置位置を外輪寄りにする事が可能となり、前述した従来
構造の様に、ナットの軸方向外側にエンコーダがある場
合と比較すると、温度センサ２９ａの温度検出性能の向
上を図る事ができる。又、上記温度センサ２９ａによ
り、複列円すいころ軸受３の温度上昇をより確実に検出
できる様にすべく、上記センサユニット３５の一部で上
記カバー２２ａの外周面から突出した部分を覆う防風板
を設け、このセンサユニット３５が外気により冷却され
るのを防止する事もできる。尚、上記ケーブル３６を上
記センサユニット３５から取り出す方向は、図示の様な
直径方向に限らず、接線方向、その中間方向等、設置場
所に応じて適宜の方向とする事ができる。この場合に、
上記ケーブル３６の根元部分に、このケーブル３６の導
出方向を案内する為の、Ｌ字形等の部品を設ける事もで
きる。

【００３０】次に、図３は、本発明の実施の形態の第２
例を示している。本例の場合には、軸受箱２ａを環状部
材１２ａの周囲にまで延長し、センサ取付孔２６ｂを、
この軸受箱２ａの端部に設けている。この様な本例の場
合、上述した第１例の場合に比べて、センサ取付座面や
センサ取付孔２６ｂの加工が面倒になったり、軸受箱２
ａの軸方向寸法が大きくなって重くなったり（軸受箱の
寸法が大きくなる方が、カバーの軸方向寸法が大きくな
るよりも、設計上重くなりがちである）、保守・点検作
業等の為に上記センサ取付孔２６ｂにセンサユニット３
５を着脱する作業が多少面倒になったりする。但し、複
列円すいころ軸受３を構成する外輪４から温度センサ２
９ａへの熱伝達は、上述した第１例の場合よりも良好に
なる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合
と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

【００３１】次に、図４は、本発明の実施の形態の第３
例を示している。本例の場合には、内輪５及び環状部材
１２を軸方向に抑え付ける為に、車軸１の端面に、断面
クランク形で全体を円輪状に形成した抑え板３８を、複
数本のボルト３９により結合固定している。そして、こ
の抑え板３８の外周縁部分に凹部と凸部とを、円周方向
に関して交互に且つ等間隔で形成して、この外周縁部分
の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化
させている。そして、上記抑え板３８に、回転速度検出
の為のエンコーダとしての機能を持たせている。その他
の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である
から、同等部分に関する説明は省略する。

【００３２】次に、図５は、本発明の実施の形態の第４
例を示している。本例の場合には、軸受箱２ａを抑え板
３８の周囲にまで延長し、センサ取付孔２６ｂを、この
軸受箱２ａの端部に設けている。この様な本例の場合、
上述した第３例の場合に比べて、センサ取付座面やセン
サ取付孔２６ｂの加工が面倒になったり、軸受箱２ａの
軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点検作
業等の為に上記センサ取付孔２６ｂにセンサユニット３
５を着脱する作業は多少面倒になったりする。但し、複
列円すいころ軸受３を構成する外輪４から温度センサ２
９ａへの熱伝達は上述した第３例の場合よりも良好にな
る。その他の構成及び作用は、上述した第３例の場合と
同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

【００３３】次に、図６は、本発明の実施の形態の第５
例を示している。本例の場合には、センサホルダ３３ａ
の先端部の径よりも中間部の径を大きくして、このセン
サホルダ３３ａの外周面を段付形状としている。そし
て、このセンサホルダ３３ａの先端寄り部分に存在する
段部に近接する部分に温度センサ２９ａを設置し、更
に、この温度センサ２９ａへの熱伝達を良好とする為
に、上記センサホルダ３３ａの先端部及び段部を、カバ
ー２２ａと同じ素材（例えば鉄）で覆っている。更に、
本例の場合には、上記センサホルダ３３ａ内に、回転速
度センサ２７ａ、温度センサ２９ａに加えて、振動検出
の為の加速度センサ４０を組み込んで、センサユニット
３５ａを構成している。そして、この加速度センサ４０
の信号を取り出す為のハーネスも、上記回転速度センサ
２７ａ及び温度センサ２９ａの信号を取り出す為のハー
ネスと一緒に束ねて、１本のケーブル３６ａとしてい
る。

【００３４】尚、本例の場合も、上記１本のケーブル３
６ａ内に、上記回転速度センサ２７ａの出力信号を取り
出す為のハーネスと、上記温度センサ２９ａの出力信号
を取り出す為のハーネスと、上記加速度センサ４０の信
号を取り出す為のハーネスとを納めており、これら各ハ
ーネスは、前述した第１例の場合と同様に、グランド線
と撚り合わせたり、個別にシールドしたり、グランド線
と撚り合わせたツイストペアをシールドしたりしてい
る。そして、各ハーネスを流れる信号電流同士が干渉す
る事を防止している。特に、上記回転速度センサ２７ａ
から送り出される、回転速度を表す信号の様なパルス状
の信号を送るハーネスと、上記温度センサ２９ａ及び加
速度センサ４０から送り出される温度或は振動を表す信
号の様なアナログ信号を送るハーネスとを一緒に束ねる
と、パルス状信号の電圧や電流の変動時に電磁結合によ
ってアナログ信号にノイズが載ってしまう。これに対し
て、個々のハーネスをグランド線と撚り合わせたり、個
別にシールドしたり、グランド線と撚り合わせたツイス
トペアをシールドする事により、上述の様にして発生す
るノイズを防止する事ができる。特に、上記加速度セン
サ４０から送り出される振動を表す信号の様な、出力が
小さい信号を送るハーネスの場合には、シールドしたり
撚り合わせる事によるノイズ防止効果が大きいので、シ
ールドや撚り合わせを行なう事が好ましい。シールドや
グランド線との撚り合わせは、それぞれ単独で行なう事
によっても効果を得られるが、両方を合わせて行なう事
により、より優れたノイズ防止効果を得られる。この場
合に、出力信号を送る為のハーネスとグランド線とを撚
り合わせたツイストペアの周囲を一括してシールドする
事が、ノイズ防止効果の面からは最も好ましい。尚、上
記各センサ２７ａ、２９ａ、４０の回路部分や計測器側
にローパスフィルタを設ける事によっても、或る程度ノ
イズを除去する事は可能である。

【００３５】又、本例の場合には、温度センサ２９ａだ
けでなく、振動検出の為の振動センサとして機能する加
速度センサ４０を設置している為、複列円すいころ軸受
３等の転がり軸受に剥離等の異常が発生した場合に、そ
の剥離の状態を速やかに検出する事ができる。従って、
上記温度センサ２９ａのみを設置した場合に比べて、転
がり軸受の異常監視に適した構造を実現できる。尚、転
がり軸受の異常監視と回転速度の監視との双方を目的と
する場合は、本例の様に、上記回転速度センサ２７ａ
と、上記温度センサ２９ａ及び加速度センサ４０等の振
動センサとの３種類のセンサを組み合わせる事が最も好
ましい。但し、上記回転速度センサ２９ａと上記加速度
センサ４０等の振動センサとの組み合せ、又は、この回
転速度センサ２９ａと上記温度センサ２０ａとの組み合
せによっても、転がり軸受の異常監視と回転速度の監視
との双方を行なえる。これに対して、転がり軸受の異常
監視のみが目的の場合は、上記温度センサ２９ａと上記
加速度センサ４０等の振動センサとを組み合せ、上記回
転速度センサ２７ａを省略する事もできる。この場合に
は、鍔部３４の外周縁部に凹凸を形成する必要はない。
又、温度センサ２９ａの出力信号を送る為のハーネスと
加速度センサ４０等の振動センサの出力信号を送る為の
ハーネスとを組み合わせる場合でも、この振動センサが
検出する振動の値（振動を表す出力信号の振幅）が大き
い場合には、前述した様な、個々のハーネスをグランド
線と撚り合わせたり、個別にシールドしたり、グランド
線と撚り合わせたツイストペアをシールドする事が好ま
しい。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合
と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

【００３６】次に、図７は、本発明の実施の形態の第６
例を示している。本例の場合には、軸受箱２ａを環状部
材１２ａの周囲にまで延長し、センサ取付孔２６ｂを、
この軸受箱２ａの端部に設けている。この様な本例の場
合、上述した第５例の場合に比べて、センサ取付座面や
センサ取付孔２６ｂの加工が面倒になったり、軸受箱２
ａの軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点
検作業等の為に上記センサ取付孔２６ｂにセンサユニッ
ト３５ａを着脱する作業が多少面倒になったりする。但
し、複列円すいころ軸受３を構成する外輪４から温度セ
ンサ２９ａへの熱伝達は、上述した第５例の場合よりも
良好になる。その他の構成及び作用は、上述した第５例
の場合と同様であるから、同等部分に関する説明は省略
する。

【００３７】次に、図８は、本発明の実施の形態の第７
例を示している。本例の場合には、回転速度センサ２７
ｂと温度センサ２９ｂとを、合成樹脂製で単一の保持ブ
ロック４１内に包埋している。そして、この保持ブロッ
ク４１をセンサホルダ３３ｂの先端部に保持する事によ
り、センサユニット３５ｂを構成している。或は、合成
樹脂製のセンサホルダ３３ｂの先端部に、回転速度セン
サ２７ｂと温度センサ２９ｂとを、このセンサホルダ３
３ｂの成形と同時にモールドする事もできる。この様に
構成する本例の構造の場合、上記温度センサ２９ｂがカ
バー２２ａ内に位置する為、この温度センサ２９ｂによ
る複列円すいころ軸受３の温度検出を、外気による影響
を受ける事なく、より確実に行なえる。その他の構成及
び作用は、前述した第１例の場合と同様であるから、同
等部分に関する説明は省略する。

【００３８】次に、図９は、本発明の実施の形態の第８
例を示している。本例の場合には、軸受箱２ａを環状部
材１２ａの周囲にまで延長し、センサ取付孔２６ｂを、
この軸受箱２ａの端部に設けている。この様な本例の場
合、上述した第７例の場合に比べて、センサ取付座面や
センサ取付孔２６ｂの加工が面倒になったり、軸受箱２
ａの軸方向寸法が大きくなって重くなったり、保守・点
検作業等の為に上記センサ取付孔２６ｂにセンサユニッ
ト３５ｂを着脱する作業が多少面倒になったりはする。
但し、本発明の作用・効果は十分に得られる。その他の
構成及び作用は、上述した第７例の場合と同様であるか
ら、同等部分に関する説明は省略する。

【００３９】次に、図１０〜１１は、本発明の実施の形
態の第９例を示している。本例の構造では、センサユニ
ット３５ｃを構成するセンサホルダ３３ａ内に、回転速
度センサ２７ａと、温度センサ２９ａと、振動センサで
ある加速度センサ４０とに加えて、基準電圧発生回路５
２を保持している。この基準電圧発生回路５２は、上記
温度センサ２９ａと加速度センサ４０とのうちの少なく
とも一方のセンサ（本例の場合には温度センサ２９ａ）
に供給する基準電圧を発生する為のもので、例えば、定
電圧レギュレータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、基準電圧Ｉ
Ｃ、定電圧ダイオード等が使用可能である。本例の場
合、この様な基準電圧発生回路５２を、図１１に示す様
に、上記温度センサ２９ａの電力供給回路中に接続し
て、この温度センサ２９ａに所定の（変動する事のない
正確な値の）基準電圧を供給する様にしている。尚、図
１１は、上記基準電圧発生回路５２として、定電圧レギ
ュレータを使用して、供給電圧であるＤＣ１２Ｖから基
準電圧であるＤＣ５Ｖを造り出し、温度センサ２９ａで
あるサーミスタに供給する場合に就いて示している。
尚、この温度センサ２９ａを構成するサーミスタとして
は、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、ＣＴＲサー
ミスタの他、シリコンをベースとしたサーミスタ（シリ
コンサーミスタ）等が使用可能である。尚、サーミスタ
以外にも、測温抵抗体（ＲＴＤ）や温度ＩＣ等も、上記
温度センサ２９ａとして使用可能である。

【００４０】本例の場合、この様な温度センサ２９ａに
上記基準電圧発生回路５２で造った基準電圧を供給する
事により、正確な温度測定を行なえる。即ち、上記供給
電圧（ＤＣ１２Ｖ）は、電源の周囲温度やこの電源に対
する負荷の変動等、外部環境の変化によって変化する。
この為、上記供給電圧をそのまま上記サーミスタ等の温
度センサ２９ａに供給すると、この温度センサ２９ａに
よる測定値を表す、この温度センサ２９ａの出力電圧も
変動し、正確な測定を行なえなくなってしまう。これに
対して本例の場合には、上記基準電圧発生回路５２によ
り上記温度センサ２９ａに、上記外部環境の変化に関係
なく、一定の基準電圧を送り込む為、正確な温度測定を
行なえる。尚、上記供給電圧及び基準電圧の値は、上記
のものに限定されず、電源や温度センサ２９ａの特性に
応じて適宜選定できる事は勿論である。

【００４１】次に、図１２〜１３は、本発明の実施の形
態の第１０例を示している。本例の場合には、センサユ
ニット３５ｄを構成するセンサホルダ３３ａ内に、回転
速度センサ２７ａと、温度センサ２９ａと、振動センサ
である加速度センサ４０とに加えて、基準電圧発生回路
５２及び増幅回路（アンプ）５３を保持している。この
様に加速度センサ４０に基準電圧発生回路５２と増幅回
路５３とを組み合わせる事により、特にコストが嵩む回
路を使用しなくても、上記加速度センサ４０により、複
列円すいころ軸受３に加わる振動を正確に測定できる様
にしている。この理由に就いて、以下に説明する。

【００４２】上述の様な構成を有する本例に組み込む加
速度センサ４０（振動センサ）としては、圧電素子を使
用した両持ち梁型でバイモルフ型のものを使用してい
る。この型式の加速度センサ４０は、振動の加速度によ
って、両持ち梁式に支持した圧電素子であるバイモルフ
が変形し、この変形に伴って発生する電荷に基づき、振
動量を測定するものである。尚、上記加速度センサ４０
（振動センサ）としては、上記両持ち梁型でバイモルフ
型のものに限らず、圧電素子を片持ち梁式に支持したも
のや、円環状の圧電素子を使用した振動センサ等を使用
する事ができる。更には、圧電素子の代わりに歪みゲー
ジを使用した加速度センサ（振動センサ）を使用する事
もできる。そして、何れの型式のものを使用した場合で
も、上記加速度センサ４０（振動センサ）の出力端子か
らは一般的に、この加速度センサ４０に作用する加速度
の大きさに比例した電荷が、この加速度の方向に応じて
発生する。従って、上記加速度センサ４０の出力端子に
は、見掛け上、「＋」と「−」との電圧が発生する事に
なる。

【００４３】この様に±がある出力電圧をそのまま増幅
すると、＋側の電源だけでなく、−側の電源も準備する
必要があり、電源回路がその分だけ複雑になり、コスト
が嵩む。これに対して本例の場合には、前記基準電圧発
生回路５２で造り出す基準電圧を基準とし、上記加速度
センサ４０の出力信号電圧をこの基準電圧分オフセット
し（出力信号電圧に基準電圧を加え）、この出力信号電
圧を「＋」領域のみで変化させる様にして、「−」側の
電源を準備する必要をなくしている。尚、本例の場合に
は、図１３に示す様な回路により、上記基準電圧発生回
路５２が造り出す基準電圧（５Ｖ）を基準として上記加
速度センサ４０の出力信号電圧を処理している。即ち、
この基準電圧に対するこの加速度センサ４０の出力信号
電圧の変化を、前記増幅回路５３として使用するオペア
ンプで増幅する事により、上記加速度センサ４０の出力
信号として送り出す（出力する）様に構成している。

【００４４】この様に、上記加速度センサ４０の出力信
号を増幅してから送り出す様にしている為、この加速度
センサ４０の出力信号にノイズが入りにくくなって、図
示しない制御器に送り込まれる出力信号のＳ／Ｎ比が向
上する。即ち、上記加速度センサ４０の出力信号は高イ
ンピーダンスである為、この加速度センサ４０の出力信
号をそのままこの加速度センサ４０の本体から外部に取
り出すと、この出力信号にノイズが入り込み易くなる。
これに対して本例の場合には、上記加速度センサ４０の
出力信号を、オペアンプ等の増幅回路５３により増幅
し、この出力信号の電圧を増幅すると共に、出力インピ
ーダンスを低くしている。この様にして、前記センサユ
ニット３５ｄ外に出力信号を取り出しても、出力信号に
ノイズが入り込みにくくなる（Ｓ／Ｎ比を悪化させにく
くなる）ので好ましい。

【００４５】尚、上述の例では、上記加速度センサ４０
の出力を増幅する為の増幅回路５３として、電圧を増幅
するオペアンプを使用する場合に就いて説明した。但
し、本発明を実施する場合に上記増幅回路５３として
は、電圧を増幅するオペアンプ以外に、出力信号を電流
として出力するアンプを使用する事もできる。この場合
には、図１４に示す様な回路により、上記加速度センサ
４０の出力信号を、電流として出力する増幅回路（アン
プ）５３ａに入力し、この増幅回路５３ａから、上記加
速度センサ４０の出力信号を、振動値の変化を電流の変
化とした信号として出力する。この様にすれば、この出
力信号に対しノイズがより入り込みにくくなったり、信
号伝送ケーブルの配線インピーダンス（配線抵抗）の影
響を受けにくくなるので、より好ましい。

【００４６】尚、上述の第１０例の場合には、増幅回路
５３、５３ａにより増幅する信号が、加速度センサ４０
から出力される振動を表す信号である場合に就いて説明
した。これに対して、前述の図１０に示した実施の形態
の第９例に示した、温度センサ２９ａの出力信号に関し
ても、オペアンプ等の増幅回路５３により電圧を増幅し
たり、増幅回路５３ａにより電流値を増幅して出力する
事により、加速度センサ４０の出力信号を増幅する場合
と同様に、Ｓ／Ｎ比を増大させる効果を得られる。

【００４７】又、何れの例（第１〜１０例）の場合で
も、前記センサユニット３５ｄを構成するセンサホルダ
３３ａから外部に出力信号を取り出す為のハーネスは、
出力信号が電圧の変化である場合には、この出力信号を
送る為のハーネスと接地線（グランド線）とを１対のペ
アとして撚り合わせ（ツイストする）てツイストペアと
する事が、電磁結合（静電結合、電磁誘導、電磁波によ
る結合）によるノイズの影響を更に低減する面から好ま
しい。これに対して、出力信号が、信号を電流として出
力する電流出力である場合には、この出力信号を送る為
のハーネスと電源線とを１対のペアとして撚り合わせる
てツイストペアとする。何れにしても、１対のハーネス
を撚り合わせてツイストペアを構成する事は、主に電磁
誘導と電磁波とによるノイズを低減する効果がある。
又、上記ツイストペアをシールドすれば、静電結合によ
るノイズの低減に大きな効果を得られる。尚、この様に
ツイストペアをシールドする場合に、それぞれが各セン
サから出力信号を取り出す為のハーネスを含んで構成す
る複数のツイストペアを束ねて、この複数のツイストペ
ア全体をシールドすれば、外部からのノイズの影響を低
減する事ができる。更には、個々のツイストペアを個別
にシールドすれば、個々のツイストペアの間で、上記各
センサの出力信号を送る為のハーネス同士の間の相互干
渉を防止できるので、更に好ましい。

【００４８】尚、何れの例の場合でも、各センサの出力
信号を送る為のハーネスとしては、耐候性や強度を考慮
し、クロロプレンゴム、テフロン（登録商標）樹脂、シ
リコンゴム、ポリエチレン等の樹脂やゴムで被覆したも
のを使用する事が好ましい。又、ノイズ除去の為に、外
部から印加されるサージ電圧を吸収して回路を保護する
サージアブソーバ或はツェナーダイオードや、高周波の
ノイズを除去するノイズフィルタであるＥＭＩフィルタ
等を、回路上に設けるのが好ましい。又、図１０〜１１
に示した第９例や図１２〜１４に示した第１０例の回路
構造は、他の例（実施の形態の第１〜８例）にも適用可
能である。又、基準電圧発生回路５２で造った基準電圧
は、温度センサや加速度センサでの測定値検出に使用す
るだけでなく、その他のセンサにも使用可能である。更
には、電圧増幅用のアンプや電流値増幅用の増幅回路５
３、５３ａに関しても、温度センサや振動センサの出力
を増幅するのに利用するだけでなく、その他のセンサの
出力を増幅するのに使用する事もできる。

【００４９】本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセン
サ付回転支持装置の構造は上述の通りであるが、本発明
ではセンサとして、回転速度センサ２７（２７ａ、２７
ｂ）だけでなく、温度センサ２９（２９ａ、２９ｂ）及
び加速度センサ４０等の振動センサも設けている為、本
発明のセンサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装
置とコンパレータ（比較手段）及び閾値設定回路（閾値
設定手段）とを組み合わせる事により、運転速度が低速
から高速まで頻繁に変化する、前記複列円すいころ軸受
３等の転がり軸受の異常検出を、高い信頼性で行なえ
る。次に、この異常検出の有無を判定する為の判定回路
の５例に就いて説明する。

【００５０】先ず、図１５に示す判定回路の第１例は、
回転速度センサ２７の検出信号により得られる、複列円
すいころ軸受３に支持された車軸１（図１、３〜１０、
１２）の回転速度と、温度センサ２９の検出信号により
得られる上記複列円すいころ軸受３の温度とから、この
複列円すいころ軸受３の異常の有無を判定するものであ
る。この第１例では、上記回転速度センサ２７の検出信
号を処理する回転速度検出回路４３で得られた、上記車
軸１の回転速度に関する値を表す速度信号によって、閾
値設定回路４４により異常検出用の閾値を決定する。そ
して、この閾値と、上記温度センサ２９から送られてく
る温度信号とをコンパレータ４５により比較し、この比
較の結果を表す信号を軸受異常判定回路４６により判定
して、上記複列円すいころ軸受３の異常の有無を判定す
る。そして、異常がある場合には、ブザー、警告灯等の
警報器４７に信号を送って、この警報器４７を作動さ
せ、運転者や作業者等に異常発生を知らせる警報を発す
る。この様な第１例の判定回路の場合には、上記回転速
度センサ２７の検出信号により求められる、上記車軸１
の回転速度の変化に従って、異常検出用の温度の閾値を
順次変更できる事により、高速回転時だけでなく、低速
回転時に発生する複列円すいころ軸受３の異常を検出す
る事が可能となる。

【００５１】即ち、一般に複列円すいころ軸受３その他
の転がり軸受ユニットの運転時の温度は、回転速度が高
い程上昇する。この為、温度センサの検出信号のみで上
記複列円すいころ軸受３等の転がり軸受ユニットの異常
の有無を判定しようとした場合には、予想される最高回
転数時での温度に合わせて、異常検出用の閾値を設定す
る必要がある。この為、低速回転時に於ける上記複列円
すいころ軸受３等の転がり軸受ユニットの異常の検知が
難しかった。これに対して本例の判定回路を使用すれ
ば、その時の回転速度に合わせて異常検出用の閾値を順
次変更する事ができるので、温度による異常検出を高い
信頼性で行なえる。尚、上述の図１５に示した様な判定
回路に於いて、上記回転速度検出回路４３、閾値設定回
路４４、コンパレータ４５、軸受異常判定回路４６等
は、Ａ／Ｄコンバータやマイクロプロセッサ、ＤＳＰ
（デジタルシグナルプロセッサ）等を使用した回路によ
り、ソフトウェア処理する事も可能である。

【００５２】次に、図１６に示す判定回路の第２例は、
回転速度センサ２７の検出信号により得られる、複列円
すいころ軸受３に支持された車軸１の回転速度と、加速
度センサ４０等の振動センサの検出信号により得られる
この複列円すいころ軸受３の振動とから、この複列円す
いころ軸受３の異常の有無を判定するものである。この
第２例の判定回路の場合には、上記振動に関する異常検
出用の閾値を、上記回転速度センサ２７の検出信号に基
づいて得られる速度信号に応じて設定し、この閾値と上
記加速度センサ４０からの信号をコンパレータ４５ａで
比較して、上記複列円すいころ軸受３の異常の有無を判
定する様に構成している。この様な本例の判定回路の場
合には、上記車軸１の回転速度の変化に伴って、上記振
動に関する異常検出の閾値を順次変更する事により、低
速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受３の異常振動
を検出する事が可能となり、この複列円すいころ軸受３
内部の転がり接触面に生じた僅かな剥離も早期に検出す
る事ができる。

【００５３】即ち、一般に複列円すいころ軸受３を含む
転がり軸受ユニットの運転時に発生する振動の大きさ
は、回転速度が速い程大きくなる。この為、加速度セン
サ４０の検出信号のみで上記複列円すいころ軸受３等の
転がり軸受ユニットの異常の有無を判定しようとした場
合には、予想される最高回転数時に発生する振動値に合
わせて、異常検出用の閾値を設定する必要がある。この
為、低速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受３等の
転がり軸受ユニットの異常の検知が難しかった。これに
対して本例の判定回路を使用すれば、その時の回転速度
に合わせて異常検出用の閾値を順次変更する事ができる
ので、振動の大きさに基づいて、剥離等の異常検出を高
い信頼性で行なえる。尚、上述の図１６に示した様な判
定回路に於いても、上記回転速度検出回路４３、閾値設
定回路４４、コンパレータ４５ａ、軸受異常判定回路４
６等は、Ａ／Ｄコンバータやマイクロプロセッサ、ＤＳ
Ｐ（デジタルシグナルプロセッサ）等を使用した回路に
より、ソフトウェア処理する事も可能である。

【００５４】次に、図１７に示す判定回路の第３例は、
回転速度センサ２７の検出信号により得られる、複列円
すいころ軸受３に支持された車軸１の回転速度と、加速
度センサ４０等の振動センサの検出信号により得られる
この複列円すいころ軸受３の振動とから、この複列円す
いころ軸受３の異常の有無を判定するものである。特
に、本例の場合には、加速度センサ４０から送り出され
る、上記複列円すいころ軸受３の振動を表す信号を、可
変フィルタ４８に通す。この可変フィルタ４８は、上記
回転速度センサ２７の検出信号から求められる、上記複
列円すいころ軸受３の回転速度を表す信号に基づいて、
除去又は減衰させる周波数を変化させる。そして、この
可変フィルタ４８によって、上記複列円すいころ軸受３
の回転数成分を除去又は減衰させた後の振動値と、上述
した第２例と同様にして得た異常検出用の閾値とを、コ
ンパレータ４５ａにより比較して、上記複列円すいころ
軸受３の異常の有無を判定する様にしている。

【００５５】複列円すいころ軸受３等の転がり軸受ユニ
ットの回転時に発生する振動は一般的に、回転数に同期
した回転数成分の振動の値が最も大きいが、上記複列円
すいころ軸受３等の転がり軸受ユニットの内部に剥離等
の損傷が発生した場合は、上記回転数に同期しない周波
数成分の振動値が大きくなる。そこで本例の場合は、上
記回転速度センサ２７の信号を基にして除去又は減衰さ
せる周波数を変化させる、上記可変フィルタ４８に加速
度センサ４０から送り出される信号を通す事により、回
転数成分に対応する周波数の振動値を除去又は減衰させ
る。従って、上記可変フィルタ４８を通過後の信号が表
す振動には、通常時でも現れる周波数成分がないか、あ
っても僅かであり、その分だけ、異常に伴って発生する
振動の成分が顕在化するので、複列円すいころ軸受３等
の転がり軸受ユニットの異常の有無に関する検出精度を
高める事ができる。この為、この複列円すいころ軸受３
の内部の転がり接触部分で剥離が発生し始めた初期段階
で、この複列円すいころ軸受３の異常を検出する事がで
き、この複列円すいころ軸受３に焼き付き等の重大な損
傷が発生する事を未然に防止する事ができる。尚、上述
の図１７に示した様な判定回路に於いても、上記回転速
度検出回路４３、可変フィルタ４８、閾値設定回路４
４、コンパレータ４５ａ、軸受異常判定回路４６等は、
Ａ／Ｄコンバータやマイクロプロセッサ、ＤＳＰ（デジ
タルシグナルプロセッサ）等を使用した回路により、ソ
フトウェア処理する事も可能である。

【００５６】次に、図１８に示す判定回路の第４例は、
回転速度センサ２７の検出信号により得られる、複列円
すいころ軸受３に支持された車軸１の回転速度と、加速
度センサ４０等の振動センサの検出信号により得られる
この複列円すいころ軸受３の振動とから、この複列円す
いころ軸受３の異常の有無を判定するものである。特
に、本例の場合には、上記加速度センサ４０等の振動セ
ンサが検出した振動の波形を、周期分析回路４９で分析
してから、上記複列円すいころ軸受３の異常の有無を判
定する様にしている。この為に本例の場合には軸受異常
判定回路４６ａで、上記回転速度センサ２７の検出信号
から求められる、上記複列円すいころ軸受３の速度を表
す速度信号に基づいて、この複列円すいころ軸受３から
発生する各種振動の周期Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ の計算と、こ
の複列円すいころ軸受３の異常の有無の判定とを行なっ
ている。尚、これら各周期Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ とは、上記
複列円すいころ軸受３が内輪回転の場合で、Ｔ₁ は外輪
４の内周面に形成した外輪軌道７に剥離が生じた場合の
振動周期を、Ｔ₂ は、内輪５の外周面に形成した内輪軌
道８に剥離が発生した場合の振動周期を、Ｔ₃ は、転動
体である円すいころ６の転動面に剥離が発生した場合の
振動周期を、それぞれ表している。上記回転速度信号を
利用して、上記加速度センサ４０からの信号の周期を分
析する事により、上記複列円すいころ軸受３に剥離に基
づく損傷が発生しているか否かの判定を行なえるだけで
なく、この複列円すいころ軸受３の何れの部分に剥離が
発生しているかを特定する事もできる。

【００５７】例えば、上記複列円すいころ軸受３が内輪
回転で使用される場合は、静止側である外輪４の内周面
に形成した外輪軌道７に剥離が生じた場合、下記の式で
表される周波数の振動が発生する。 ｆ₁ ＝ｚ・ｆｃ 但し、ｚ：転動体数、ｆｃ：保持器回転周波数 そして、この振動の周期Ｔ₁ は、次式で表される。 Ｔ₁ ＝１／ｆ₁ ＝１／（ｚ・ｆｃ） これに対して、回転側である内輪５の外周面に形成した
内輪軌道８に剥離が発生した場合には、下記の式で表さ
れる周波数の振動が発生する。 ｆ₂ ＝ｚ・（ｆｒ−ｆｃ） 但し、ｚ：転動体数、ｆｒ：内輪回転周波数、ｆｃ：保
持器回転周波数 そして、この振動の周期Ｔ₂ は、次式で表される。 Ｔ₂ ＝１／ｆ₂ ＝１／｛ｚ・（ｆｒ−ｆｃ）｝ 更に、転動体である円すいころ６の転動面に剥離が発生
した場合には、次の式で表される周波数の振動が発生す
る。 ｆ₃ ＝２・ｆｂ 但し、ｆｂ：転動体の自転周波数 そして、この振動の周期Ｔ₃ は、次式で表される。 Ｔ₃ ＝１／ｆ₃ ＝１／（２・ｆｂ） これらの場合に、ｆｃ、ｆｒ、ｆｂ等の周波数は、複列
円すいころ軸受３等の転がり軸受ユニットの諸元及びそ
の回転数が分かれば計算できるので、振動波形の周期を
分析する事により、上記複列円すいころ軸受３の何れの
部位に剥離が発生したかを特定できる。

【００５８】例えば、上記各周期Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ 以外
の周期を有する振動成分が増加している場合は、複列円
すいころ軸受３の転がり接触面以外の部位に異常が発生
している事になる。従って、本例の様に、周期分析回路
４９により加速度センサ４０の検出信号の周期分析を行
なう場合には、上記複列円すいころ軸受３及びその周囲
部分を含めた、回転支持部及びその周辺部分を含む部分
の異常を検知する事ができる。この場合に、例えば、回
転数の１次成分に相当する周期が特に大きくなっていれ
ば、車輪の１個所に滑走による偏摩耗が発生している事
が推定される。尚、上述の図１８に示した様な判定回路
に於いても、上記回転速度検出回路４３、周期分析回路
４９、軸受異常判定回路４６ａ等は、Ａ／Ｄコンバータ
やマイクロプロセッサ、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロ
セッサ）等を使用した回路により、ソフトウェア処理す
る事も可能である。

【００５９】次に、図１９に示す判定回路の第５例は、
回転速度センサ２７の検出信号により得られる複列円す
いころ軸受３に支持された車軸１の回転速度と、加速度
センサ４０等の振動センサの検出信号により得られるこ
の複列円すいころ軸受３の振動とから、この複列円すい
ころ軸受３の異常の有無を判定するものである。特に、
本例の場合には、振動信号を、包絡線処理を施す為の包
絡線処理回路５０に通し、その処理波形を使用して周波
数分析をしている。上記加速度センサ４０等の振動セン
サが検出した振動の波形そのもの（生波形）を周波数分
析すると上記複列円すいころ軸受３の異常を分析できな
いが、この振動の生波形を包絡線処理し、その処理波形
を使用して周波数分析回路５１により周波数分析を行な
うと、上記複列円すいころ軸受３等の転がり軸受ユニッ
トの異常を分析する事が可能となり、転がり接触部分の
剥離に基づいて発生する振動の周波数ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃
を検知する事ができる。尚、上述の図１９に示した様な
判定回路に於いても、上記回転速度検出回路４３、包絡
線処理回路５０、周波数分析回路５１、軸受異常判定回
路４６ｂ等は、Ａ／Ｄコンバータやマイクロプロセッ
サ、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等を使用し
た回路により、ソフトウェア処理する事も可能である。

【００６０】何れにしても、図１５〜１９にその５例を
示した判定回路で、複列円すいころ軸受３等の転がり軸
受部分の異常検出用の閾値の設定を回転速度の変化に伴
って順次変更したり分析する事により、従来は難しかっ
た、刻々と変化する複列円すいころ軸受３等の転がり軸
受の状態に応じた最適な閾値の設定が可能になる。そし
て、この複列円すいころ軸受３等の転がり軸受の異常の
有無の判定精度を飛躍的に向上させる事ができる。尚、
前述の図６〜７に示した第５〜６例並びに図１０〜１４
に示した第９〜１０例の回転支持装置の場合、回転速度
センサ２７ａ、温度センサ２９ａ、加速度センサ４０の
総てを設けているが、このうちの回転速度センサ２７ａ
及び温度センサ２９ａのみの組み合わせを使用して、複
列円すいころ軸受３等の転がり軸受の異常検出を、高い
信頼性で行なう事もできる。又、上記回転速度センサ２
７ａ及び加速度センサ４０のみの組み合わせを使用し
て、上記転がり軸受の異常検出を高い信頼性で行なう事
もできる。又、図１５〜１９に示した判定回路を前述し
た実施の形態の第１〜１０例に適用する事により、軸受
の異常を精度良く検出する事ができる。

【００６１】尚、回転速度センサ２７、２７ａ以外に、
温度センサ２９ａ及び加速度センサ４０等の振動センサ
を両方組み合わせた構成に於いては、温度及び振動の両
方の信号から複列円すいころ軸受３の異常を検知できる
事になり、グリースの劣化による潤滑不良や異物噛み込
み等による転がり接触面の剥離等の異常を、幅広く検知
する事が可能となる。以上に述べた様な判定回路と組み
合わせたセンサ付回転支持装置によれば、上記複列円す
いころ軸受３等の転がり軸受の異常を早期に検知する事
を可能にして、この複列円すいころ軸受３等の転がり軸
受に焼き付き等の重大な損傷が発生する事を有効に防止
する事が可能になる。

【００６２】尚、前述の図１〜１４に示した各例のセン
サ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置に於いて
は、回転輪を内輪５、５とし、静止輪を外輪４としてい
る。但し、本発明は、この様な構造に限定するものでは
なく、回転輪を外輪とし、静止輪を内輪とした構造でも
実施できる。又、上述した各例のセンサ付転がり軸受装
置及びセンサ付回転支持装置は、複数個の転動体を円す
いころ６とした複列円すいころ軸受３を使用した場合に
就いて説明した。但し、本発明は、この様な構造に限定
するものではなく、複数個の転動体を円筒ころとした円
筒ころ軸受、或は複数個の転動体を玉とした玉軸受等、
各種の転がり軸受を使用したものに就いても実施する事
ができる。更に、上記各例の場合、回転速度を検出する
為に回転速度センサ２７の検出面と被検出部とを、セン
サ付転がり軸受装置及びセンサ付回転支持装置の直径方
向に対向させているが、本発明では、これら検出面と被
検出部とを、センサ付転がり軸受装置及びセンサ付回転
支持装置の軸方向に対向させる事もできる。

【００６３】

【発明の効果】本発明のセンサ付転がり軸受装置及びセ
ンサ付回転支持装置は、以上に述べた様に構成され作用
する為、回転速度センサと温度センサとを含む複数種類
のセンサの取り付けスペースを小さくできるだけでな
く、取り付け作業が容易になり、これら各センサの信号
を取り出す為のハーネスの取り回しも容易になる。この
為、鉄道車両の車軸の回転支持部等、各種機械装置の回
転支持部の小型化及び低廉化と、設計の自由度の向上と
を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す図２のＡ−
Ａ断面図。

【図２】図１の左側から見た図。

【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す要部断面
図。

【図４】同第３例を示す要部断面図。

【図５】同第４例を示す要部断面図。

【図６】同第５例を示す要部断面図。

【図７】同第６例を示す要部断面図。

【図８】同第７例を示す要部断面図。

【図９】同第８例を示す要部断面図。

【図１０】同第９例を示す要部断面図。

【図１１】第９例を構成するセンサユニット内に組み込
む基準電圧発生回路部分の回路図。

【図１２】本発明の実施の形態の第１０例を示す要部断
面図。

【図１３】第１０例を構成するセンサユニット内に組み
込む増幅回路部分の回路図。

【図１４】この部分の別例を示す回路図。

【図１５】転がり軸受ユニットの異常検出を行なう為の
判定回路の第１例を示すブロック図。

【図１６】同第２例を示すブロック図。

【図１７】同第３例を示すブロック図。

【図１８】同第４例を示すブロック図。

【図１９】同第５例を示すブロック図。

【図２０】従来構造の１例を示す、図２１のＢ−Ｏ−Ｃ
断面図。

【図２１】図２０の左側から見た図。

【符号の説明】

１ 車軸 ２、２ａ 軸受箱 ３ 複列円すいころ軸受 ４ 外輪 ５ 内輪 ６ 円すいころ ７ 外輪軌道 ８ 内輪軌道 ９ 保持器 １０ 段部 １１ 間座 １２、１２ａ 環状部材 １３ 雄ねじ部 １４ ナット １５ ボルト １６ 回り止めリング １７ シールケース １８ シールリング １９ エンコーダ ２０ ボルト ２１ 円輪部 ２２、２２ａ カバー ２３、２３ａ 円筒部 ２４ 底板部 ２５ 取付部 ２６、２６ａ、２６ｂ センサ取付孔 ２７、２７ａ、２７ｂ 回転速度センサ ２８ センサ取り付け用凹孔 ２９、２９ａ、２９ｂ 温度センサ ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 取付フランジ ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ ボルト ３２ａ、３２ｂ ハーネス ３３、３３ａ、３３ｂ センサホルダ ３４ 鍔部 ３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ センサユニッ
ト ３６、３６ａ ケーブル ３８ 抑え板 ３９ ボルト ４０ 加速度センサ ４１ 保持ブロック ４２ Ｏリング ４３ 回転速度検出回路 ４４ 閾値設定回路 ４５、４５ａ コンパレータ ４６、４６ａ、４６ｂ 軸受異常判定回路 ４７ 警報器 ４８ 可変フィルタ ４９ 周期分析回路 ５０ 包絡線処理回路 ５１ 周波数分析回路 ５２ 基準電圧発生回路 ５３、５３ａ 増幅回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂谷 郁紀 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） 3J101 AA16 AA25 AA32 AA42 AA54 AA62 BA77 FA22 FA23 FA26 GA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周
   面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌
   道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上
   記外輪と上記内輪とのうちで回転しない軌道輪である静
   止輪若しくはこの静止輪に固定した部材に支持した、単
   一のホルダ内にそれぞれが転がり軸受の状態を検出する
   為の複数種類のセンサを保持したセンサユニットとから
   成るセンサ付転がり軸受装置。
2. 【請求項２】 センサユニットを構成する複数種類のセ
   ンサが、回転速度センサと温度センサと振動センサとの
   うちから選択される２種類以上のセンサである、請求項
   １に記載したセンサ付転がり軸受装置。
3. 【請求項３】 センサユニットを構成するホルダ内に、
   温度センサと振動センサとのうちの少なくとも一方のセ
   ンサに供給する基準電圧を発生する為の基準電圧発生回
   路を保持した、請求項１〜２の何れかに記載したセンサ
   付転がり軸受装置。
4. 【請求項４】 センサユニットを構成するホルダ内に、
   少なくとも１個のセンサの出力信号を増幅する為の増幅
   回路を保持し、当該センサの出力信号を増幅してから上
   記センサユニット外に送り出す、請求項１〜３の何れか
   に記載したセンサ付転がり軸受装置。
5. 【請求項５】 使用時にも回転しないハウジングと、こ
   のハウジングの内径側に配置されて、使用時に回転する
   回転軸と、この回転軸を上記ハウジングの内径側に回転
   自在に支持すべく、その内輪をこの回転軸の外周面に外
   嵌支持すると共にその外輪を上記ハウジングの内周面に
   内嵌支持した転がり軸受と、上記回転軸の一端部で上記
   内輪よりも突出した部分に固定されて、上記回転軸と共
   に回転する回転部材と、この回転部材の一部にこの回転
   軸と同心に配置され、円周方向に関して特性を交互に変
   化させた被検出部と、上記ハウジング又はこのハウジン
   グの開口部を塞ぐカバーの一部でこの被検出部に対向
   し、且つ上記外輪の温度上昇に応じて温度上昇する程度
   にこの外輪に隣接する部分に設けられたセンサ取付孔
   と、回転速度センサを含む複数種類のセンサを単一のセ
   ンサホルダに保持して成り、このうちの回転速度センサ
   の検出部を上記被検出部に対向させた状態で、上記セン
   サ取付孔に挿入されたセンサユニットとを備えたセンサ
   付回転支持装置。
6. 【請求項６】 センサユニットを構成するホルダ内に保
   持した複数種類のセンサに、温度センサと振動センサと
   のうちの少なくとも一方のセンサが含まれており、この
   温度センサと振動センサとのうちの少なくとも一方のセ
   ンサに供給する基準電圧を発生する為の基準電圧発生回
   路を上記ホルダ内に保持した、請求項５に記載したセン
   サ付回転支持装置。
7. 【請求項７】 センサユニットを構成するホルダ内に、
   少なくとも１個のセンサの出力信号を増幅する為の増幅
   回路を保持し、当該センサの出力信号を増幅してから上
   記センサユニット外に送り出す、請求項５〜６の何れか
   に記載したセンサ付回転支持装置。