JP2003130049A - クリープ検出器付き転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリープ検出精度が良好で、かつ低コストで
製造可能なクリープ検出器付き転がり軸受を提供する。 【解決手段】 本発明のクリープ検出器付き転がり軸受
１０は、クリープ検知体１９とセンサ手段１６を有し、
クリープ検知体１９が内輪１２の軸方向端面に固定さ
れ、かつその外周面の一部には円弧状の被検知部が設け
られ、センサ手段１６がクリープ検知体１９の径方向外
側に配されて、クリープ検知体１９の回転時にセンサ手
段１６と被検知部とが相対する時間幅の変動に基づいて
内輪１２のクリープを検出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クリープ検出器を
備えた転がり軸受に関し、特に、鉄道車両車軸用軸受と
して用いるのに好適なクリープ検出器付き転がり軸受に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に鉄道車両車軸等を支承するための
従来のクリープ検出器付き転がり軸受１００の例を示
す。本図において、１は外輪、２は一対の内輪、３は外
輪１と一対の内輪２とのそれぞれの間に挿入されている
転動体（円錐ころ）、４は円錐ころ３を等間隔に保持す
る保持器、５はオイルシール、６は内輪間座、７は外輪
３の軸方向中央部に設けられた渦電流センサをそれぞれ
示している。ここで、内輪間座６は、外輪３に向かい合
う外周面に複数の歯８が等間隔に形成されており、各歯
を被検知部とした内輪クリープ検知体として機能するよ
うに構成されている。渦電流センサ７は、転がり軸受回
転時において、クリープ検知体の各歯８が円周方向に移
動する速度を測定し、この移動速度に基づいて内輪２の
クリープを検出する。通常、内輪２はその内周面におい
て図示しない軸としめしろをもって嵌合しており、内輪
２及び軸は一体で回転する。

【０００３】ここで、何らかの原因によって、例えば、
軸と内輪２の温度差が生じること（内輪２の温度が軸の
温度よりも高くなること）によってしめしろが無くなっ
た場合や、車輪等の回転体に不均一な回転荷重がかかっ
た場合、軸と内輪２が一体回転しなくなる。これは、内
輪２において軸の回転方向に対してマイナスの方向の滑
りが発生し、軸と内輪２との角速度が一致しなくなるた
めである。このような現象をクリープという。クリープ
が激しくなると内輪と軸との間の摩擦熱によって内輪の
温度が上昇し、内輪と外輪の温度差が（内輪の温度が外
輪の温度よりも）大きくなり軸受内部の隙間が負になり
軸受がロックする場合がある。また、軸と内輪が溶着し
て軸から内輪が抜けなくなることがある。さらに、最悪
の場合は軸受のロックにより車軸が折損することがあ
り、大きな事故につながる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のクリー
プ検出器付き転がり軸受では、内輪間座６に形成された
歯８の寸法誤差が渦電流センサ７の検出精度に大きな影
響を及ぼしてしまう点で改良の余地があった。また、内
輪間座６に複数の歯８を設けることはコストが高くなっ
てしまう点で改善が望まれていた。本発明は、上記事情
に鑑みてなされたもので、その目的は、クリープ検出精
度が良好で、かつ低コストで製造可能なクリープ検出器
付き転がり軸受を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、内
輪と、外輪と、前記内外輪の間に配された複数の転動体
と、前記内輪に一体回転可能に固定された円環状のクリ
ープ検知体と、前記クリープ検知体の回転に基づいて前
記内輪のクリープを検出するセンサ手段とを有し、前記
クリープ検知体は、前記内輪の軸方向端面に固定され、
かつその外周面の一部には円弧状の被検知部が設けら
れ、前記センサ手段は前記クリープ検知体の径方向外側
に配され、前記クリープ検知体の回転時に前記センサ手
段と前記被検知部とが相対する時間幅の変動に基づいて
前記内輪のクリープを検出することを特徴とするクリー
プ検知器付き転がり軸受によって達成される。この構成
によれば、被検知部を備えたクリープ検知体と内輪又は
外輪との同芯度のみを管理することで、クリープを正確
に検出することができる。また、本発明の上記目的は、
一対の内輪と、前記一対の内輪の間に配されて前記内輪
と一体回転する円環状の内輪間座と、外輪と、前記内外
輪の間に配された複数の転動体と、前記外輪の軸方向の
中央に設けられて前記内輪間座の径方向外側に配された
センサ手段とを有し、前記内輪間座の外周面の一部に円
弧状の被検知部が設けられ、前記クリープ検知体の回転
時に前記センサ手段と前記被検知部とが相対する時間幅
の変動に基づいて前記内輪のクリープを検出することを
特徴とするクリープ検知器付き転がり軸受により達成さ
れる。この構成によれば、被検知部を備えた内輪間座と
内輪又は外輪との同芯度のみを管理することで、クリー
プを正確に検出することができる。また、凸部を内輪間
座に設けたため、転がり軸受の軸方向長さを小さくする
ことができる。

【０００６】上記のクリープ検出器付き転がり軸受にお
いて、被検知部を凸部とすれば、クリープ検知体（若し
くは内輪間座）を低コストで製造できる。クリープ検知
体の回転時にセンサ手段と被検知部（凸部）とが相対す
るようになる周期の変動に基づいて前記内輪のクリープ
速度を検出する構成とすれば、クリープの発生と同時に
そのクリープ速度も検出することが可能であるため、ク
リープ検出の効率を向上させることができる。上記のク
リープ検出器付き転がり軸受を、鉄道車両用車軸を支承
するために用いてもよい。このような構成によれば、高
負荷がかかる鉄道車両用軸受に採用した場合に、負荷に
起因するクリープの発生を高精度に検知することができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図１は本発明の第１実施形態
にかかるクリープ検出器付きの転がり軸受１０を示して
いる。転がり軸受１０は、外輪１１と、一対の内輪１２
と、両内輪１２の間に配された内輪間座１５と、外輪１
１と両内輪１２との間に挿入された円錐ころ１３と、円
錐ころ１３を円周方向等間隔に保持する保持器１４とを
備えている。この転がり軸受１０は、軸方向両側にシー
ル構造Ｓを有している。転がり軸受１０は、円錐ころ１
３を複列に、かつ外向きに配列した、いわゆる密封型複
列外向き円錐ころ軸受である。

【０００８】シール構造Ｓは、外輪１１の内周面の端部
に嵌挿されて軸方向に延設された、段付円筒状のオイル
シールホルダ１７ａを有している。オイルシールホルダ
１７ａの外輪１１に嵌挿された嵌挿部分と、外輪１１端
部から軸方向に突出してその内輪側の面でオイルシール
１７を支持する支持部分１７ｂとの間に段部が形成され
ている。支持部分１７ｂは嵌挿部分より小径になってい
る。支持部分を径方向に貫通するようにして、センサ手
段として機能する渦電流型のギャップ計（ギャップセン
サ）１６が設けられている。ギャップ計１６は、ネジＢ
によって段部に固定されている。

【０００９】内輪１２の内輪間座１５とは反対側の軸方
向両端面には、円環状のクリープ検知体１９が装着され
ている。クリープ検知体１９は、内輪１２とスリーブ状
の油きり１８とによって軸方向に挟持され、内輪１２と
一体回転するようになっている。内輪１２のクリープ検
知体１９が嵌着される端面には、内輪１２の内周面側の
軸方向長さが小さくように段部１２ａが形成されてい
る。図中右側の油きり１８の更に右側には、図示しない
後蓋が軸に嵌着される。また、図中左側の油きりの更に
左側には、図示しない前蓋が軸に嵌着される。鉄道車輪
車軸構造は、これら後蓋、前蓋、油きりを備えている。
オイルシールホルダ１７ａの支持部分１７ｂの内周面と
油きり１８の外周面とは、径方向で対向しており、それ
らの間が、オイルシール１７によって密封されている。
オイルシール１７の内輪側先端には樹脂製のリップ１７
ｄが設けられ、リップ１７ｄはスプリング環１７ｅによ
って油きり１８の外周面に付勢されている。

【００１０】ギャップ計１６は、径方向内輪側の所定範
囲を検出範囲としており、クリープ検知体１９との径方
向隙間を測定できるものである。

【００１１】図２は、クリープ検知体１９の一部拡大図
を示している。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図２のＡ
−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図を示している。クリープ
検知体１９は、略円筒状の基部１９ａと、基部１９ａの
外周面に凸設された円弧状の凸部１９ｂとを有してい
る。この凸部１９ｂが被検知部として機能する。基部１
９ａの外周面と凸部１９ｂの外周面との間は所定の曲率
を有する曲面が形成されている。言いかえれば、基部１
９ａから凸部１９ｂにわたって徐々にクリープ検知体１
９の径が大きくなるように構成されている。また、クリ
ープ検知体１９は、径方向内側に突出したフランジ部１
９ｃを有している。フランジ部１９ｃは、内輪１２に形
成された段部１２ａ（図１参照）と径方向及び軸方向で
当接するように構成され、フランジ部１９ｃの内輪１２
と接する面と反対側の面が油切り１８の軸方向端面によ
って内輪１２側に押し当てられる。本実施形態において
は、凸部１９ｂは、基部１９ａの円周上に一つだけ形成
されている。

【００１２】図１に戻って本実施形態の作用を説明す
る。図示しない軸が回転すると、内輪１２とクリープ検
知体１９は一体回転する。このとき、ギャップ計１６
は、軸が一回転する間に検出範囲を通過するクリープ検
知体１９の外周面とギャップ計との隙間の大きさに比例
したセンサ出力値を出力する。本実施形態では、凸部１
９ｂがギャップ計１６の検出範囲内を通過する際には、
クリープ検知体１９の凸部１９ｂが設けられていない箇
所が通過するときよりも小さいセンサ出力値を出力す
る。

【００１３】図４、５に基づいて、クリープ検出の手順
を説明する。図４は、内輪１２にクリープが発生してい
ない状態におけるギャップ計１６による出力値と軸の回
転パルスを示している。本図において、ギャップ計出力
（センサ出力）が極小となる時間幅ｔ１は、クリープ検
知体１９の凸部１９ｂの外周面がギャップ計１６に相対
した時間幅を示している。内輪１２にクリープが発生し
ていない状態においては、時間幅ｔ１は常に一定であ
る。また、センサ出力が極小となる周期Т１は、クリー
プ検知体１９が一周する周期を示しており、内輪１２に
クリープが発生していない状態においては常に一定であ
る。図４の下側のセンサ出力は、軸の回転パルスを示し
ており、軸が一回転する間にピーク値を一回出力するよ
うに設定され、ピーク値の発生する時間間隔が軸の回転
周期（周期Т０）を示している。内輪１２にクリープが
発生していない状態においては、周期Т１と周期Т０は
常に一致する。

【００１４】図５は、内輪にクリープが発生した状態に
おけるギャップ計１６による出力値と軸の回転パルスを
示している。本図において、時間幅ｔ２、時間幅ｔ２の
周期Т２、軸の回転周期Т０の定義は図４と同様であ
る。内輪１２にクリープが発生した状態においては、ク
リープに起因して内輪１２が一定の速度で回転しないた
め、凸部１９ｂに対応した出力値が測定される時間幅ｔ
２が変動する。また、周期Т２も一定とならない。さら
に、内輪１２と軸とが一体回転をしていないため、周期
Т２が軸の回転周期Т０と一致しない。したがって、軸
の角速度と内輪１２の角速度とが一致していないことか
ら、クリープの発生により内輪１２に滑りが生じている
ことがわかる。時間幅ｔ２の変動に基づいてクリープ速
度を測定することができる。また、図４、５に示す周期
Т１、Т２の差（Т２−Т１）からクリープの平均速度
を求めることもできる。

【００１５】上述したように、図示しない軸が回転する
と、転がり軸受１０の内輪が軸とともに回転する。内輪
１２にクリープが発生すると、内輪１２の速度が変動
し、軸と内輪１２とが一体回転しなくなる。内輪１２に
はクリープ検知体１９が装着されている。ギャップ計１
６は、内輪１２と一体回転するクリープ検知体１９の凸
部１９ｂをセンサ検出し、そのセンサ出力に基づいて内
輪１２のクリープの発生を検知することができる。ま
た、被検知部（凸部１９ｂ）を備えたクリープ検知体１
９を内輪１２に装着し、それらがともに一体回転する構
成としたので、内輪１２又は外輪１１との同芯度のみを
管理することで、クリープを正確に検出することができ
る。クリープ検知体１９の被検知部を凸部としたので、
低コストでクリープ検知体１９を製作することができ
る。

【００１６】本実施形態において、クリープ検知体１９
は内輪１２と油切り１８との間に挟持された構成に限ら
れない。例えば、油きりを設けない場合においては、後
蓋を内輪の端面付近に配して、クリープ検知体が内輪と
後蓋の軸方向端面間に挟持されるように構成してもよ
い。

【００１７】図６は本発明の第２実施形態にかかるクリ
ープ検知器付き転がり軸受２０を示している。なお、以
下に説明する実施形態において、すでに説明した部材等
と同等な構成・作用を有する部材等については、図中に
同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化
或いは省略する。本実施形態において、センサ手段とし
ての渦電流型のギャップ計２６が、外輪２１の軸方向中
央に取り付けられている。ギャップ計２６は、径方向内
輪側の所定範囲を検出範囲としている。一対の内輪２２
の間には円環状の内輪間座２９が配されている。内輪間
座２９の外周面には、被検知部として機能する円弧状の
凸部２９ａが形成されている。つまり、内輪間座２９
は、クリープ検知体としての機能も兼ね備えている。内
輪２２の内輪間座２９とは反対側の軸方向両端面には、
第１実施形態で述べたクリープ検知体を設けず、図示し
ない油きり又は後蓋が嵌着され、内輪２２とともに一体
回転するように構成されている。

【００１８】凸部２９ａは、図２に示される第１実施形
態のクリープ検知体１９の凸部１９ｂと同様の形状であ
る。ギャップ計２６は、内輪間座２９との径方向隙間に
比例したセンサ出力を測定する。本実施形態において、
内輪２２の回転に伴いギャップ計２６によって内輪間座
２９の外周面との隙間を検出した場合、凸部２９ａの外
周面がギャップ計２６に相対した時間幅を示すため、セ
ンサ出力と時間との関係は、図４、５に示すものと同様
なグラフで示すことができる。

【００１９】本実施形態の構成によれば、第１実施形態
と同様の効果が得られる。また、本実施形態の構成によ
れば、転がり軸受２０の軸方向中央にギャップ計２６と
クリープ検知体として機能する内輪間座２９とを設けて
いるため、第１実施形態に比べ、シール構造Ｓの軸方向
寸法を小さくすることができる。従って、転がり軸受の
小型化を図ることができる。

【００２０】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、適宜な変形、改良等が可能であ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クリープ検出精度が良好で、かつ低コストで製造可能な
クリープ検出器付き転がり軸受を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかるクリープ検知器
付き転がり軸受を示す断面図である。

【図２】第１実施形態のクリープ検知体を示す要部拡大
図である。

【図３】図２のクリープ検知体を示す断面図である。

【図４】クリープが発生していない状態におけるセンサ
出力を表すグラフである。

【図５】クリープが発生した状態におけるセンサ出力を
表すグラフである。

【図６】本発明の第２実施形態にかかるクリープ検知器
付き転がり軸受を示す断面図である。

【図７】従来のクリープ検知器付き転がり軸受を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０、２０ 転がり軸受 １１ 外輪 １２ 内輪 １３ ころ １４ 保持器 １５ 内輪間座 １６ ギャップ計（センサ手段） １７ オイルシール １８ 油きり １９、２９ クリープ検知体 Ｓ シール構造

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪と、外輪と、前記内外輪の間に配さ
   れた複数の転動体と、前記内輪に一体回転可能に固定さ
   れた円環状のクリープ検知体と、前記クリープ検知体の
   回転に基づいて前記内輪のクリープを検出するセンサ手
   段とを有し、 前記クリープ検知体は、前記内輪の軸方向端面に固定さ
   れ、かつその外周面の一部には円弧状の被検知部が設け
   られ、前記センサ手段は前記クリープ検知体の径方向外
   側に配され、前記クリープ検知体の回転時に前記センサ
   手段と前記被検知部とが相対する時間幅の変動に基づい
   て前記内輪のクリープを検出することを特徴とするクリ
   ープ検知器付き転がり軸受。
2. 【請求項２】 一対の内輪と、前記一対の内輪の間に配
   されて前記内輪と一体回転する円環状の内輪間座と、外
   輪と、前記内外輪の間に配された複数の転動体と、前記
   外輪の軸方向の中央に設けられて前記内輪間座の径方向
   外側に配されたセンサ手段とを有し、 前記内輪間座の外周面の一部に円弧状の被検知部が設け
   られ、前記クリープ検知体の回転時に前記センサ手段と
   前記被検知部とが相対する時間幅の変動に基づいて前記
   内輪のクリープを検出することを特徴とするクリープ検
   知器付き転がり軸受。
3. 【請求項３】 前記被検知部は凸部であることを特徴と
   する請求項１又は２に記載のクリープ検知器付き転がり
   軸受。
4. 【請求項４】 前記クリープ検知体の回転時に前記セン
   サ手段と前記被検知部とが相対するようになる周期の変
   動に基づいて前記内輪のクリープ速度を検出することを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクリープ検
   知器付き転がり軸受。
5. 【請求項５】 鉄道車両車軸を支承するために用いられ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のク
   リープ検知器付き転がり軸受。