JP2003302291A - 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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JP2003302291A
JP2003302291A JP2002110745A JP2002110745A JP2003302291A JP 2003302291 A JP2003302291 A JP 2003302291A JP 2002110745 A JP2002110745 A JP 2002110745A JP 2002110745 A JP2002110745 A JP 2002110745A JP 2003302291 A JP2003302291 A JP 2003302291A
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JP
Japan
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sensor
container
bearing
inert gas
gas
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JP2002110745A
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English (en)
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Tomoyuki Yanagisawa
知之 柳沢
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/525Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to temperature and heat, e.g. insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、センサの性能の低下を抑制し、信頼
性に優れたセンサ及びこのセンサを備えるセンサ付軸受
装置を提供する。 【解決手段】センサ5は、検出対象を検出する検出部で
ある振動センサ12と温度センサ13と回転速度センサ
14、及びこれら検出部で検出された信号を処理する回
路部品15とを備える。振動センサ12と温度センサ1
3と回転速度センサ14と回路部品15とは、容器16
の内部に収容し、この容器16の内部に不活性ガスGを
封入する。

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】産業用の機械装置の軸受や、鉄道車両及
び自動車などの軸受、あるいはギヤボックスなどには、
保全のために振動や温度などを検出するセンサを取付け
る場合がある。センサは、振動や温度を検出する検出部
と、検出部で検出された信号を処理する回路部品を備え
ている。検出部と回路部品とは、回路基板に実装され、
容器内に収容されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回路基
板、及び回路基板に実装された検出部や回路部は、大気
中で容器内部に収容されるため、空気に触れた状態であ
る。そのため、検出部や回路部品と回路基板とのはんだ
付け部や配線は、空気中の酸素によって酸化しやすい。
また、運転中の軸受装置は、転がり摩擦によって温度が
上昇するため、回路基板やこれに実装された検出部及び
回路部品が、経年的に劣化しやすい。
【0004】繰り返し温度が変化すると、容器内の空気
は、膨張と収縮を繰り返し、容器の隙間から出入りする
ことで、換気される。したがって、温度変化を繰返すた
びに、容器内部は、酸素が新たに供給される。また、周
囲の環境によっては、水分を含んだ湿り空気を吸い込む
こととなるので、検出部や回路部品にとって好ましくな
い。はんだ部が酸化されたり、検出部や回路部品、ある
いはこれらをモールド固定したモールド材の樹脂が劣化
したりすると、センサの性能が低下する場合がある。
【0005】そこで、本発明は、センサの性能の低下を
抑制し、信頼性に優れたセンサ及びこのセンサを備える
センサ付軸受装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るセンサは、
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、検出部と回路部品と不活性
ガスとを収容する容器と、を備える。不活性ガスには、
窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、またはこれら
の混合ガスの内のいずれかを使用する。容器内に空気が
侵入しないように容器内の不活性ガスの圧力は、大気圧
以上の圧力で維持する。
【0007】また、容器は、容器本体、及びこの本体と
の間にシール部材を挟んで取付けられる蓋を備える。不
活性ガスの封入作業を容易にするために、容器の蓋に
は、容器内を不活性ガスで置換するためのノズルを取付
ける。
【0008】本発明に係るセンサ付軸受装置は、多数の
転動体を介して相対的に回転する一対の軌道輪を有した
少なくとも1つの軸受を備え、一対の軌道輪の内の一方
の軌道輪、またはこの軌道輪と固定された部材に本発明
に係るセンサを固定する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に係る一実施形態につい
て、図1および図2を参照して説明する。図1に示すセ
ンサ付軸受装置1は、2つの転がり軸受2と、ハウジン
グ3と、軸4と、センサ5とを備える。軸受2は、転動
体6を介して固定輪となる外輪7と、回転輪となる内輪
8を備えている。ハウジング3は、外輪7を連結する。
軸4は、内輪8に通されて回転自在に支持されている。
軸4の端部4aには、歯車状のパルサリング9が取付け
られている。センサ5は、先端部5aがパルサリング9
の歯9aに対向するように、ハウジング3の外面3aか
ら内面3bに連通する貫通穴10に外面3a側から挿入
され、取付ねじ11で固定されている。
【0010】図2に示すようにセンサ5は、振動センサ
12と温度センサ13と回転速度センサ14と回路部品
15、及びこれらを収容する容器16を備えている。振
動センサ12は、例えば圧電素子などを備え、検出対象
として振動(加速度)を検出する。温度センサ13は、
例えばサーミスタやIC温度センサなどを備え、検出対
象として温度を検出する。回転速度センサ14は、先端
部5aの内側に配置されている。この回転速度センサ1
4は、例えばホール素子や磁気抵抗素子などを備え、軸
4とともに回転するパルサリング9の歯9aとすれ違う
ときに生じる磁界の変動を検出することで、軸4の回転
速度を検出する。回路部品は、振動センサ12と温度セ
ンサ13と回転速度センサ14によって検出された信号
を処理する。
【0011】振動センサ12と温度センサ13と回路部
品15は、回路基板17に実装されている。回路基板1
7は、容器16内に回路基板17を固定するための治具
18へねじ19で固定されている。また、容器16に
は、治具18を容器16の中にねじ20で固定するため
の穴21が設けられている。ねじ19で回路基板17が
固定された治具18は、容器16の開口部16aから挿
入され、ねじ20で容器16の内側16bに固定され
る。なお、回路基板17を治具18に固定するねじ19
の取付位置、及び治具18を容器16に固定するねじ2
0の取付位置は、振動センサ12が共振しないように回
路基板17の大きさや板厚あるいは剛性などに応じて配
置される。穴21は、治具18をねじ20で固定した
後、シール剤22、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹
脂で密閉される。なお、シール剤22で密閉する代わり
に、シール部材、例えばガスケットやOリングを用いて
密閉してもよい。
【0012】また、容器16は、容器本体の開口部16
aを塞ぐ蓋24を備えている。蓋24は、本体の開口部
16aにシール部材の一例であるOリング23を挟んで
取付けられている。Oリング23は、開口部16aの内
周角部に設けられた取付部に収容されている。蓋24
は、容器16にねじ25で固定されている。容器16の
外面16cには、フランジ26が形成されている。この
フランジ26には、センサ5をハウジング3に固定する
取付ねじ11を通すための穴27が設けられている。
【0013】容器16の内部には、不活性ガスGが封入
されている。不活性ガスGは、例えば、窒素ガス、ヘリ
ウムガス、アルゴンガス、あるいはこれらの混合ガスな
どを使用する。なお、窒素ガス及びアルゴンガスの方が
ヘリウムガスよりも安価で入手できるとともに、容易に
密閉できるので好ましい。
【0014】不活性ガスGの封入は、チャンバーやグロ
ーブボックスなどのガス交換室の中に容器16と蓋24
を入れ、ガス交換室内を不活性ガスGで置換し、蓋24
を容器16にねじ25で取付けることによって、実施さ
れる。蓋24を閉じるときのガス交換室内の圧力を大気
圧以上、好ましくは大気圧よりも高くしておくと、容器
16内の圧力が大気圧以上に高くなるので、温度変化に
よって空気が容器16の内部に入り難い。
【0015】本発明に係る第2の実施形態のセンサ31
について、図3を参照して説明する。なお、第1の実施
形態のセンサ5と同じ構成については、同じ符号を付し
てその説明を省略する。図3は、センサ31の容器16
の開口部16aとこの開口部16aに取付けられた蓋3
2を示す。この蓋32は、中央にガス置換用の孔33が
設けられている。孔33には、蓋32の外面32a側に
向かって広がるテーパーねじ孔33aが加工されてお
り、浮子式の逆止弁34が取付けられている。なお、逆
止弁34のテーパーねじ部にシールテープやシールボン
ドなどのシール剤をつけて、蓋32のテーパーねじ孔3
3aにねじ込むことで、蓋32と逆止弁34とは密閉さ
れる。逆止弁34は、容器16の内圧を封止する向きに
取付けられている。逆止弁34は、ばね34aで支持さ
れる浮子34bを容器16の中に向かって押し込むこと
で、容器16の中の気体を出すことができるように作ら
れている。
【0016】容器16の開口部16aに嵌まり込んでい
る蓋32の外周には、溝35が形成されており、Oリン
グ36が取付けられている。なお、溝は、容器16の内
面16b、あるいは、開口部16aのねじ25よりも中
心寄りの端面16d、または、端面16dと対向する部
分の蓋32に設けられていてもよい。
【0017】以上のように構成されたセンサ31は、空
気中で組立てられる。容器16の内部に残留する空気
は、浮子34bを押し込みながら逆止弁34に接続され
たホース37から真空ポンプで吸い出す。所望する圧力
まで容器16の内圧が低下したら、ホース37の経路を
繋ぎ換えて容器16の内圧が大気圧よりも大きくなるま
で、逆止弁34を通して不活性ガスGを注入する。な
お、切換弁を設けてホース37の経路を繋ぎ換えると、
経路を確実に切換えられるので、好ましい。ホース37
を取外すとともに、押し下げていた浮子を離すと、逆止
弁34は、不活性ガスGを容器16内に封止する。な
お、不活性ガスの純度を高めるために、減圧と不活性ガ
スの注入を数回繰返してもよい。
【0018】第1の実施形態のセンサ付軸受装置1が備
えるセンサ5と第2の実施形態のセンサ31は、振動セ
ンサ12、温度センサ13、回転速度センサ14、回路
部品15、及びこれらが実装されている回路基板17を
容器16に収容し、容器16の中が大気圧よりも高い圧
力の不活性ガスGで置換されている。したがって、振動
センサ12、温度センサ13、回転速度センサ14、回
路部品15、回路基板17のはんだ付け部や配線が空気
中の酸素に触れて酸化することがない。また、繰り返し
温度変化のある環境でセンサ5,31を取付けた場合に
も、容器16には大気圧よりも高い圧力で不活性ガスG
が封入されているので、空気が容器16に侵入し難い。
したがって、センサ5,31の検出性能の低下が抑制さ
れる。
【0019】また、センサ5を備えるセンサ付軸受装置
1は、検出対象を検出するセンサ5の性能の低下が抑制
されるので、軸受装置の保全のために計測される振動や
温度あるいは軸の回転速度などを長期間にわたり安定し
て検出しつづけることができる。
【0020】なお、第1の実施形態のセンサ付軸受装置
1が備えるセンサ5は、第2の実施形態のセンサ31で
あってもよい。また、センサ5,31は、軸受2の軌道
輪(外輪7または内輪8)と一体に形成された部分に固
定してもよい。
【0021】また、センサ5をリニアガイドやボールね
じ等の直動装置に搭載し、センサ付直動装置としてもよ
い。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、センサの検出部と回路
部品と回路基板を容器内に収容し、この容器内に不活性
ガスを封入しているので、はんだ付け部や配線が空気中
の酸素に触れて酸化することがないとともに、繰り返し
温度変化のある環境で使用しても、空気が容器内に侵入
し難い。したがって、本発明に係るセンサは、性能の低
下を抑制し、信頼性に優れている。また、このセンサを
備えたセンサ付軸受装置によれば、センサの検出性能の
低下が抑制されるので、軸受装置の保全のために検出さ
れる検出対象を長期間にわたって安定して検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態のセンサ付軸受装
置を示す断面図。
【図2】図1中のセンサの断面図。
【図3】本発明に係る第2の実施形態のセンサの蓋とそ
の近傍を示す図。
【符号の説明】
1…センサ付軸受装置 2…軸受 3…ハウジング(軌道輪と固定される部材) 5,31…センサ 6…転動体 7…外輪(軌道輪) 8…内輪(軌道輪) 12…振動センサ(検出部) 13…温度センサ(検出部) 14…回転速度センサ(検出部) 15…回路部品 16…容器 17…回路基板 23,36…Oリング(シール部材) 24,32…蓋 34…逆止弁(ノズル) G…不活性ガス
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/02 G01P 1/02 Fターム(参考) 2G024 AC00 BA11 CA09 CA13 CA17 DA09 DA12 DA16 EA11 2G064 AA17 AB22 AB24 AB26 BA21 BD18 3J101 AA01 AA62 BA77 FA22 FA23 FA24 FA26 FA48 GA01 GA31 GA34

Claims (6)

    【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不活性ガスとを収容する容
    器とを備えるセンサ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のセンサにおいて、前記不
    活性ガスは、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、
    またはこれらの混合ガスの内のいずれかである。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載のセンサに
    おいて、前記容器は、前記不活性ガスの圧力を大気圧以
    上で維持する。
  4. 【請求項4】請求項1から請求項3の内のいずれか1項
    に記載のセンサにおいて、前記容器は、容器本体、及び
    この本体との間にシール部材を挟んで取付けられた蓋を
    備えている。
  5. 【請求項5】請求項4に記載のセンサにおいて、前記蓋
    は、前記容器の内部を前記不活性ガスで置換するノズル
    を備えている。
  6. 【請求項6】多数の転動体を介して相対的に回転する一
    対の軌道輪を有した少なくとも1つの軸受を備え、 前記一対の軌道輪の内の一方の軌道輪、またはこの軌道
    輪と固定された部材に請求項1から請求項5の内のいず
    れか1項に記載のセンサを取付けたセンサ付軸受装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008002883A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Nsk Ltd 軸受センサの取付構造および軸受センサの取付方法
JP2008003087A (ja) * 2006-06-22 2008-01-10 General Electric Co <Ge> 電気機械の多機能センサシステム

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