JP2003315147A - 検出器及びセンサ付転動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転動装置の振動等の状態を正確に外部に知ら
せることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供す
る。 【解決手段】 転動装置１７の状態を検出する検出器２
０は、プリント基板２５と、プリント基板２５に実装さ
れた振動検出素子３０とを少なくとも有し、プリント基
板２５の板方向と、振動検出素子３０の振動検出方向と
が平行に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ付転動装置
に関し、機械装置などの予防保全、例えば温度変化が大
きい環境下で使用される鉄道車両、自動車、搬送車など
の移動体の軸受装置やギヤボックス等の予防保全に最適
なものである。また、電気情報機器用の軸受等の異常検
知にも適用でき、ボールねじやリニアガイドなどの直動
部品の異常検知にも適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来、転動装置における軸受の剥離等の
異常を検出するために、転動装置に温度センサが設けら
れている。剥離等の異常が生じた際に転動装置の温度が
上昇することを、温度センサで検出していた。

【０００３】しかし、温度センサのみで転動装置の異常
を検出する場合、例えば軸受の温度が上昇しても、その
温度が温度センサまで伝わるのに時間がかかり、異常を
早期に検出することが難しかった。そこで、振動センサ
を使用して、転動装置の異常を検出することが試みられ
ている。図９に、そのようなセンサ付転動装置の一例を
示す。センサ付転動装置（センサ付軸受装置）８０は、
軸方向に間隔をあけて配された一対の転がり軸受８１，
８１の外輪８２，８２に外嵌されたハウジング８８に、
検出器（センサユニット）９０を取り付けた構成になっ
ている。検出器９０は、ハウジング８８の内面と外面と
を貫通する取付孔８８ａに挿通されて、ボルト９９によ
りハウジング８８に固定されている。

【０００４】検出器９０は、転動装置の状態を検出する
ために、振動センサ（加速度センサ）をセンサケース９
１内に備えている。振動センサの振動検出素子１００と
しては、片持ち構造や両持ち構造の圧電素子が使用され
ている。振動検出素子１００は、プリント基板９５に実
装されている。軸受の剥離等の異常が生じると、転動装
置が振動する。振動センサはこの振動を検出して、外部
に伝送する。

【０００５】プリント基板９５に実装された振動検出素
子１００や他の電子部品に対する給電や信号の送受等
は、一端がプリント基板９５に接続されたケーブル９８
によって行われる。本実施の形態の場合、一端がプリン
ト基板９５に接続されたケーブル９８は、センサケース
９１のケーブル取出口９１ａにねじ込み装着された筒構
造のケーブルグランド９３を介して、センサケース９１
の外部に引き出されて、外部の電源あるいは計測装置等
に接続される。

【０００６】ケーブルグランド９３は、詳細は図示して
いないが、センサケース９１のケーブル取出口９１ａに
螺合するねじ部を外周に有した円筒状のケース螺合部
と、このケース螺合部を挿通する前記ケーブル９８の外
周部を把持するケーブル支持管部とを有した構造で、ケ
ーブル支持管部にはケーブル等の間の隙間を塞ぐパッキ
ン等が装備されて、挿通したケーブル９８の固定と、ケ
ーブル挿通部の防水等を図る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のセンサ
付転動装置８０ように、振動検出素子１００として片持
ち構造や両持ち構造の圧電素子を使用し、圧電素子の静
電容量の変化によって発生する微小電圧を外部に伝送す
る場合、ノイズに弱いなどの問題があった。そこで、セ
ンサケース９１にアンプを内蔵し、振動検出素子１００
からの出力電圧を増幅してからセンサ外部に伝送する方
法が試みられている。しかし、この方法では、振動検出
素子１００やプリント基板９５の固有振動数成分が増幅
の阻害要因となり、振動を正確に測定できないことがあ
った。

【０００８】すなわち、振動検出素子１００やプリント
基板９５には固有振動数が存在し、その固有振動数に近
い加振周波数成分が加わると、それらが共振してしま
う。この際、図１０（Ａ）に示すように、振動検出素子
の出力は、検出信号Ｖに、固有振動数による共振周波数
成分が重畳された信号Ｎとなる。ここでは説明のため、
単一周波数成分の検出信号Ｖに、固有振動数による共振
周波数成分が重畳された様子を示している。一般に共振
周波数成分の振幅は、共振現象のため、その他の周波数
成分の信号振幅に比べ、１０倍以上も高レベルになる。
図１０（Ａ）のような出力信号をそのまま増幅すると、
図１０（Ｂ）に示すように共振周波数成分も増幅され
て、共振周波数成分がオペアンプの出力上限を超えてし
まう場合がある。オペアンプの出力電圧の上限、下限を
＋Ｖ_OP，−Ｖ_OPとすると、＋Ｖ_OP以上、−Ｖ_OP以下の出
力はでないので、結果として、図１０（Ｃ）に示すよう
に、増幅後の信号波形Ｖ_Oが本来の信号波形からずれる
ことがあった。また、この信号を外部で受信するとき
に、ローパスフィルタを挿入すれば、固有振動数成分が
減衰されて本来の波形に近くなるが、前記のように共振
周波数成分がオペアンプの出力上限を超えてしまうと、
図１０（Ｄ）に示すように、ローパスフィルタ直後の波
形が、Ｖ_FOのように本来の信号波形からずれることがあ
った。

【０００９】また、センサケース９１からのケーブル９
８の取り出しにケーブルグランド９３を使用する構造で
は、ケーブルグランド９３自体がセンサケース９１の外
部に大きく突出する構造となるため、検出器が大型化す
るという問題があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、転動装置の振動等の状態を正確に外部
に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を
提供すること、更には、ケーブル取出口に十分な防水性
を確保して浸水に起因する動作不良の発生を長期に渡っ
て防止すると同時に、装置の小型化を実現することので
きる検出器及びセンサ付転動装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成により達成される。 （１） 転動装置の状態を検出する検出器であって、プ
リント基板と、前記プリント基板に実装された振動検出
素子とを少なくとも有し、前記プリント基板の板方向
と、前記振動検出素子の振動検出方向とが平行に設定さ
れていることを特徴とする検出器。 （２） 前記振動検出素子の出力信号に重畳された固有
振動数成分を減衰させるローパスフィルタと、前記ロー
パスフィルタの出力信号を増幅する増幅器とを備えてい
ることを特徴とする前記（１）に記載の検出器。 （３） 前記振動検出素子の出力信号がバッファアンプ
を介して前記ローパスフィルタに供給されることを特徴
とする前記（２）に記載の検出器。 （４） 前記振動検出素子として、圧電素子、ひずみゲ
ージ、シリコン加速度センサの少なくとも一つが用いら
れていることを特徴とする前記（１）から（３）のいず
れか１つに記載の検出器。 （５） 前記プリント基板に、更に温度検出素子が実装
されていることを特徴とする前記（１）から（４）のい
ずれか１つに記載の検出器。 （６） 転動装置の状態を検出する検出器であって、転
動装置の状態に関係する物理量を検出する検出素子及び
電子部品が実装されたプリント基板と、前記プリント基
板を収容するセンサケースと、前記センサケースに貫通
形成されたケーブル取出口を挿通して前記センサケース
内に位置する一方の端部がセンサケース内の回路に接続
されると共に、外部に位置する他方の端部が外部の回路
に接続されるケーブルとを備え、前記ケーブル取出口と
前記ケーブルとの間の隙間に、防水材を充填したことを
特徴とする検出器。 （７） 前記センサケース内に位置するケーブル端がセ
ンサケース内の前記プリント基板に接続されていること
を特徴とする前記（６）に記載の検出器。 （８） 前記ケーブル取出口を挿通するケーブルに、前
記センサケースの内側から前記ケーブル取出口に嵌合す
るテーパ状のブッシュを装着していることを特徴とする
前記（６）又は（７）に記載の検出器。 （９） 前記防水材は、シリコン樹脂で、その硬度がデ
ュロメータＡで１０〜８０であることを特徴とする前記
（６）から（８）のいずれか１つに記載の検出器。 （１０） 前記検出素子が、温度検出素子、振動検出素
子、速度検出素子の少なくとも一つであることを特徴と
する前記（６）（９）のいずれか１つに記載の検出器。 （１１） 前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の検
出器を転動装置に備え、前記検出器により前記転動装置
の状態を検出することを特徴とするセンサ付転動装置。 （１２） 前記転動装置の外面に、その外面と、前記プ
リント基板の板方向とが平行になるように前記検出器が
設けられていることを特徴とする前記（１１）に記載の
センサ付転動装置。 （１３） 前記転動装置が転がり軸受であることを特徴
とする前記（１１）又は（１２）に記載のセンサ付転動
装置。 （１４） 前記転動装置がボールねじであることを特徴
とする前記（１１）又は（１２）に記載のセンサ付転動
装置。 （１５） 前記転動装置がリニアガイドであることを特
徴とする前記（１１）又は（１２）に記載のセンサ付転
動装置。

【００１２】上記構成によれば、プリント基板が厚さ方
向に振動したとしても、その振動は振動検出素子で検出
されない。振動検出素子は、プリント基板の板方向（面
方向）に平行な振動を検出するからである。プリント基
板自身の板方向（長さ方向）の伸縮剛性は、厚さ方向の
曲げ剛性に比べて大きく、プリント基板自身の板方向の
固有振動数は高い。仮にプリント基板の板方向の固有振
動数でプリント基板が共振したとしても、その固有振動
数は高周波数であり、ローパスフィルタによって容易に
減衰・除去することができる。したがって、ローパスフ
ィルタの設定周波数（カットオフ周波数）以下の振動
を、振動検出素子によって正確に検出することができ
る。

【００１３】そして、振動検出素子の出力信号を増幅器
で増幅してから外部に伝送することで、ノイズ等の影響
を受けずに、転動装置の状態を正確に外部に知らせるこ
とができる。なお、上記（８）においていう「転がり軸
受」には、複数の転がり軸受の外輪にハウジングが外嵌
されてなる、いわゆる軸受装置も、含まれる。

【００１４】また、（６）〜（１０）に示した構成の検
出器は、センサケースに貫通形成されたケーブル取出口
は、ケーブル挿通後に、ケーブル取出口とケーブルとの
間の隙間に防水材を充填することによって、隙間を封止
して防水性能を確保するもので、例えば充填する防水材
として所定の硬度（弾性）のシリコン樹脂等を使用する
ことで、長期に渡って安定した十分な防水性能を得るこ
とができ、センサケース内の浸水に起因した動作不良等
の発生を長期に渡って防止することができる。また、ケ
ーブル取出口への防水材の充填によって防水性能を確保
するため、センサケースから大きく突出するケーブルグ
ランドを使用する必要が無くなり、ケーブルグランドの
廃止によって、装置の小型化を実現することができる。
また、ケーブルグランドの廃止によって部品点数や組み
立て工程数が削減されて、コストの低減を図ることがで
きる。

【００１５】

【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に、本発明の第１の実施
の形態のセンサ付転動装置（センサ付軸受装置）１０を
示す。センサ付転動装置１０は、軸方向に間隔をあけて
配された一対の転がり軸受（ここでは玉軸受）１１，１
１と、それら転がり軸受の外輪１２，１２に外嵌された
ハウジング１８と、を備えた転がり軸受装置１７に、セ
ンサユニット（検出器）２０を取り付けた構成になって
いる。転がり軸受の内輪１３，１３に、軸１５が内嵌さ
れている。ここでは、外輪１２，１２及びハウジング１
８が外方部材かつ静止部材として機能し、内輪１３，１
３及び軸１５が内方部材かつ可動部材として機能し、両
者の間には転動体（ここでは玉）１４が配されている。

【００１６】ハウジング１８は円筒形状に形成されてお
り、一方の（図中右方の）転がり軸受１１よりも軸方向
に突出して延びており、その端部には、エンドカバー１
９が固定されている。軸１５は、ハウジング１８内で、
エンドカバー１９に至る手前で終端している。ハウジン
グ１８のセンサユニット取付部は、円筒状でも、平面状
でもよい。

【００１７】センサユニット２０は、上方に開放した収
容部を持つセンサケース２１、センサケース２１の開放
部を覆うケースカバー２２、センサケース２１のケーブ
ル取出口を挿通するケーブル２３を備え、センサケース
２１内にセンサ本体２４が収容されている。センサ本体
２４は、プリント基板２５に、振動センサ（加速度セン
サ）、温度センサ、及び信号を処理するための電子部品
などが実装されてなる。

【００１８】図２（Ａ）に示すように、センサケース２
１は、ハウジング１８外面上に隙間無く置かれた取付板
２１ａと、取付板２１ａに立設された側板２１ｂと、取
付板２１ａと同様にハウジング１８外面上に隙間無く置
かれて側板２１ｂより外周側に突出したフランジ２１ｃ
とを有している。取付板２１ａの取付面（ハウジング１
８外面に相対する面）は、ハウジング１８外面にならっ
た形状にされている。取付板２１ａと側板２１ｂとで囲
まれた収容空間に、センサ本体２４が設置されている。
センサ本体２４のプリント基板２５は、その縁部を、側
板２１ｂの内側で取付板２１ａ上に設けられた支持台２
１ｄに固定されている（両持ち構造でもよいし、プリン
ト基板２５の全周が固定されてもよい）。プリント基板
２５は、ハウジング１８の外面と平行に固定されてい
る。プリント基板２５の支持台２１ｄ上に置かれた箇所
より内側の箇所は、取付板２１ａとの間に隙間をあけて
位置している。プリント基板２５を支持台２１ｄ上に固
定するために、ここではねじ等の固定具を用いている
が、接着剤等を用いてもよい。プリント基板２５の一方
の表面（図では上面；ケースカバー２２側の面）には振
動検出素子３０が実装され、プリント基板２５の他方の
表面（図では下面；取付板２１ａ側の面）には温度検出
素子３１が実装されている。図示しないが、温度セン
サ、振動センサの取付は、逆でもよいし、一方の表面の
みでもよい。軸受装置の状態を監視するための検出素子
として、その他の検出素子を設けてもよい。また、速度
検出素子を設けてもよい。

【００１９】センサケース２１は、ハウジング１８の外
面上に、ねじ等の機械的固定具を用いて固定することが
好ましい。こうすることで、軸受装置１７にかかる振動
や温度をより正確かつ迅速に検出できる。また、センサ
ケース２１とハウジング１８の間に熱伝導を良くするペ
ーストや接着剤を充填すると、温度の測定精度が向上す
るので好ましい。

【００２０】振動検出素子３０は、プリント基板２５に
表面実装されている。プリント基板２５上には、振動検
出素子３０以外に、検出信号の高周波成分を減衰除去す
るためのローパスフィルタや、信号を増幅するための増
幅回路、検出信号を電圧出力又は電流出力（電流ループ
出力）で出力するための出力回路及びそれらの回路を構
成する電子部品などが表面実装されている。このよう
に、プリント基板２５上に全ての素子を表面実装する
と、プリント基板２５をセンサケース２１内に組み込む
だけで組立が完了するので、組立工数が少なくてすむ。
なお、検出素子や電子部品は、表面実装タイプに限ら
ず、リードが付いているタイプでもよい。リードタイプ
及び表面実装タイプの選定は、コスト、組立性などを考
慮して適宜選択する。

【００２１】振動検出素子３０の振動検出方向は、プリ
ント基板２５の板方向と平行にされている。すなわち、
図中符号Ｖで示す方向の振動（ここではハウジング１８
及び軸の軸線方向の振動）を、振動検出素子３０は検出
する。この理由は、振動検出の方向をプリント基板２５
の板と平行にしない場合は、プリント基板２５の曲げ方
向の振動を検出してしまうためである。振動検出素子３
０は、軸受装置１７に作用する振動を常時検出して振動
の信号（値）を出力し、その振動信号（値）を同じくプ
リント基板２５に実装された電子部品に供給する。電子
部品は、振動検出素子３０から与えられた振動信号
（値）を処理し、電圧信号又は電流信号として出力す
る。

【００２２】また、振動検出方向は、プリント基板２５
の板と平行な方向であれば、一方向でも、二方向でも、
又はそれ以上でもよい。例えば、図２（Ｂ）に示すよう
に、直交する二方向の振動Ｖ１，Ｖ２を検出するように
できる。このように二方向の振動を検出する場合、その
値を合成することで、プリント基板２５に平行な全方向
の振動を検出することができる。

【００２３】一般にプリント基板２５の曲げ方向の剛性
は、プリント基板２５の板方向の伸縮の剛性より小さ
い。そのため、プリント基板２５の曲げ方向の固有振動
数は、板の伸縮方向の固有振動数より低い。測定しよう
としている外部振動にこの固有振動数を含む周波数帯域
があると、プリント基板２５が曲げ方向に共振してしま
う。この際、振動の検出方向をプリント基板２５と平行
にしていない場合は、プリント基板２５の曲げ方向の共
振の振動を測定してしまい、本来の振動波形を正確に測
定することができない。それに対し、本実施形態のよう
に、振動検出方向をプリント基板２５の板と平行な方向
にしておくと、曲げ方向の振動は検出しないので、本来
の振動波形を正確に測定することができる。

【００２４】なお、この曲げ方向の固有振動数は、一般
に１〜４ｋＨｚに存在することが多く、測定したい周波
数帯域と重複することが多い。それに対し、プリント基
板２５の伸縮方向の固有振動数はその剛性が大きいの
で、１０ｋＨｚ以上にあることが多く、測定したい周波
数帯域より高くなる。したがって、振動検出素子３０の
振動検出方向をプリント基板２５の板方向（長さ方向）
と平行にすることで、測定対象の振動を精度良く測定す
ることができる。この際、ローパスフィルタを用いて、
測定対象周波数を超える周波数成分の振動を減衰・除去
すると、振動の測定精度をさらに向上させることができ
る。

【００２５】なお、ローパスフィルタが不要な場合は、
ローパスフィルタを省いてもよいが、プリント基板２５
や振動検出素子の固有振動数成分の振動を除去するため
には、ローパスフィルタを設けた方が良い。測定対象の
振動周波数が２〜４ｋＨｚ以下の場合で、プリント基板
２５の板方向の固有振動数が約１０ｋＨｚ、振動検出素
子の固有振動数が約３０ｋＨｚの場合は、設定周波数が
５〜６ｋＨｚのローパスフィルタを設けるのが好まし
い。この際、ローパスフィルタは、測定対象の周波数以
上で、且つ除去したい固有振動数の１／２の周波数以下
に設定するのが好ましい。この条件を満足できない場合
は、ローパスフィルタの設定周波数は、測定対象周波数
以上で、且つ除去したい固有振動数成分の１／２になる
べく近い周波数に設定するのが好ましい。また、ローパ
スフィルタは、１次のフィルタでもよいが、４次フィル
タのような高次のフィルタを設けると固有振動数成分の
振動を効率良く減衰させることができる。

【００２６】なお、振動検出素子３０の固有振動数での
振動の値は極端に大きくなることがあり、その値をその
まま増幅すると、増幅器の増幅の上限を超えてしまい、
増幅後の波形が変形する場合がある。そのため、少なく
とも振動検出素子３０の固有振動数成分の振動は、ロー
パスフィルタで減衰させるのが好ましい。

【００２７】振動検出素子３０としては、シリコン加速
度センサを用いることもできる。これは、シリコン・マ
イクロマシン部品（機械素子）を電子回路と同一のシリ
コン基板上に集積することにより、小型化、高性能化及
び低コスト化を図ったものである。シリコン加速度セン
サは、フォトリソグラフィなどＩＣの製造技術を利用し
て製造される。しかしシリコン加速度センサに限定はさ
れず、振動検出素子３０として、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、圧電素子の代わりにひずみゲージを利用した振動
センサなどを用いてもよい。また、表面実装タイプの振
動検出素子でなく、リードタイプの振動検出素子でもよ
い。

【００２８】本実施形態では、振動検出素子だけでな
く、温度検出素子３１も設けることで、軸受装置の温度
も測定して、振動による異常検出だけでなく、温度によ
っても異常を検出できる。なお、振動検出素子３０と温
度検出素子３１とを、同一のプリント基板２５に一体に
設けることで、それぞれのセンサを個別に取り付ける場
合に比べて取付工数を削減できる。また、取付スペース
も小さくできる。

【００２９】プリント基板２５から延びた配線（図示せ
ず）は、センサケース２１又はケースカバー２２に貫通
形成されたケーブル取出口（図示せず）を挿通して外部
に延びたケーブル２３に電気的に接続されている。ケー
ブル２３を介して外部に伝送する信号は、電圧出力でも
よいし、電流出力でもよい。電流出力の場合は、電流ル
ープ出力にすると、ノイズの影響を受けにくくなるので
好ましい。電流ループ出力の場合は、ケーブル２３の信
号線と電源線をツイストしておくとノイズの影響をさら
に受けにくくなるのでより好ましい。また、電圧出力の
場合も、ケーブル２３の信号線をツイストしておく方が
ノイズの影響を受けにくいので好ましい。なお、本実施
形態では、ケーブル２３で信号を取り出したが、無線な
どを使用しワイヤレスで信号を伝送してもよい。ワイヤ
レスの場合は、可動部材側（内輪１３や軸１５）にセン
サを設けてもよい。

【００３０】センサケース２１内にプリント基板２５を
固定するために、ねじや接着剤を用いる他に、エポキシ
樹脂などのモールド材をセンサケース２１内にモールド
して固定してもよい。また、ねじで固定した場合、その
後にエポキシ樹脂などでモールドしてもよい。また、防
水のため、軟らかいシリコン樹脂やシリコンゲルなどを
充填してもよい。なお、エポキシ樹脂のような硬い樹脂
でモールドする場合は、検出素子や電子部品部分をシリ
コン樹脂等のやわらかい樹脂で被覆した後に、モールド
材でモールドするのが良い。この際、発泡性の樹脂（発
泡性シリコン樹脂など）をやわらかい樹脂の上に覆った
後にモールド材でモールドすると、温度変化による熱膨
張率差によって発生する圧力を緩和できるので、圧力に
よる検出素子や電子部品の破損を防止できるので、さら
に好ましい。

【００３１】本実施形態におけるプリント基板２５上の
振動信号用の電子回路は、図３に示すような回路構成に
することができる。図３（Ａ）は、振動検出素子３０の
出力信号を増幅器（オペアンプ）３４によって増幅した
後に、ローパスフィルタ３３を通過させる方式を示す。
振動検出素子３０の出力端子には、バッファアンプ３
２，３２が接続され、各バッファアンプ３２の出力端子
は、差動増幅器としてのオペアンプ３４の入力端子に接
続されている。図３（Ｂ）は、振動検出素子３０の出力
信号をローパスフィルタ３３に通し、その後にオペアン
プ３４で増幅させる方式を示す。振動検出素子３０の出
力端子には、バッファアンプ３２，３２が接続され、各
バッファアンプ３２の出力端子は、ローパスフィルタ３
３，３３に接続されている。また、各ローパスフィルタ
３３，３３の出力端子は、差動増幅器としてのオペアン
プ３４の入力端子に接続されている。

【００３２】図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すいずれの方式
も採用可能である。図３（Ａ）の方式においても、不要
な高周波成分の振動は除去できる。しかし、固有振動数
成分の振動値が極端に大きい場合は、増幅時に増幅の上
限を超えてしまい、振動波形が歪む場合がある。それに
対し、図３（Ｂ）の方式では、最初に固有振動数成分の
振動をローパスフィルタで減衰・除去し、その後に増幅
するので、固有振動数成分の振動によって波形が歪むこ
とがないので、さらに好ましい。バッファアンプ３２，
３２は、高入力インピーダンスかつ低出力インピーダン
スに構成され、これにより信号伝達中におけるノイズの
影響を抑制できる。すなわち、振動検出素子３０の高イ
ンピーダンスの出力信号を、バッファアンプ３２を介し
てローパスフィルタ３３に供給することで、ノイズの影
響をさらに抑制できる。ローパスフィルタ３３，３３
は、振動検出素子３０の振動信号（検出信号）は通過さ
せるが、より高周波の固有振動数成分（共振周波数成
分）はカットするように、カットオフ周波数を設定され
ている。このように、振動検出素子３０の出力信号をロ
ーパスフィルタ３３に通し、プリント基板２５や振動検
出素子３０の片持ち梁構造又は両持ち梁構造の固有振動
数成分を減衰させた後に、オペアンプ３４で増幅する
と、固有振動数成分の信号は増幅されない。

【００３３】軸受装置１７ないしセンサユニット２０
に、プリント基板や振動検出素子の固有振動数に近い加
振周波数成分が加わると、図４（Ａ）に示すように振動
検出素子３０の出力は、検出信号Ｖに共振周波数成分が
重畳された信号Ｎとなる。しかし、ローパスフィルタ３
３，３３からは、図４（Ｂ）に示すように検出信号Ｖの
みが得られる。この検出信号Ｖが、次段のオペアンプ３
４に供給される。そしてオペアンプ３４は、図４（Ｃ）
に示すような増幅された出力信号Ｖｏを出力する。出力
信号Ｖｏは、ケーブル２３を介して、図示しないモニタ
ー装置や計測器等に伝送される。こうして、軸受装置１
７の状態を、正確に外部に知らせることができる。

【００３４】図５は、本発明に係るセンサユニット（検
出器）の第２の実施の形態を示したものである。ここに
示したセンサユニット２０Ａは、ケーブル取出口の防水
性を確保するために改良したもので、ケーブル取出口に
おける防水構造以外の構成は、図２（Ａ）に示したセン
サユニット（検出器）２０と共通であり、共通する部位
には同番号を付して、説明を省略又は簡略化する。

【００３５】センサユニット２０Ａは、上方に開放した
収容部を持つセンサケース２１と、センサケース２１の
開放部を覆うケースカバー２２と、センサケース２１の
ケーブル取出口を挿通するケーブル２３とを備え、セン
サケース２１内にセンサ本体２４が収容されている。セ
ンサ本体２４は、プリント基板２５に、振動検出素子３
０及び温度検出素子３１、及び信号を処理するための各
種の電子部品などが実装されてなる。

【００３６】ケーブル２３は、図示のように、前記セン
サケース２１の側板２１ｂに貫通形成されたケーブル取
出口４１を挿通して装備されている。そして、このケー
ブル２３の一端（センサケース２１内に位置するケーブ
ル端）は、外部被覆が除去されてケーブルを構成する配
線２３ａがむき出しにされ、各配線２３ａがプリント基
板２５の接続端子部に、半田付け等によって接続されて
いる。このようなプリント基板２５との接続によって、
ケーブル２３は、プリント基板２５に搭載された各検出
素子や電子部品等への給電及び信号の送受を果たす。ケ
ーブル取出口４１を通ってセンサケース２１の外部に取
り出されたケーブル２３の他端は、図示はしていない
が、検出素子の検出信号から転動装置の異常の有無を診
断する測定装置や電源回路等に接続される。

【００３７】本実施の形態において、ケーブル取出口４
１は、側板２１ｂを水平に貫通している断面円形状の孔
であるが、内径が一定ではなく、ケース内に臨む細径の
ケーブル固定用穴４２と、ケース外部に臨む太径の防水
材充填用穴４３とによって、段付き穴に形成されてい
る。

【００３８】細径のケーブル固定用穴４２は、挿通する
ケーブル２３との間の隙間に接着剤４４を充填して、ケ
ーブル２３を固定するためのもので、ケーブル２３との
間の隙間が１ｍｍ以下となるように内径を設定してい
る。このようにケーブル２３との間の隙間を１ｍｍ以下
に設定しておくと、挿通したケーブル２３が大きくガタ
つくことがなく、また、接着剤の塗布時に接着剤が不用
意に流動せず、ケーブル２３の固定が速やかに、且つ確
実にできるようになる。

【００３９】太径の防水材充填用穴４３は、挿通するケ
ーブル２３との間の隙間に防水材４５を充填して、ケー
ブル挿通部に外部からの雨水や塵埃等の侵入を防止する
防水性を得るためのもので、ケーブル２３との間の隙間
が５ｍｍ以下で、且つ細径のケーブル固定用穴４２との
間の段差が０．１ｍｍ以上となる適宜値に内径を設定し
ている。防水材充填用穴４３の穴径を設定しておくと、
ケーブル固定用穴４２に塗布した余分な接着剤が防水材
充填用穴４３側に溢れても、溢れた接着剤で防水材充填
用穴４３が占有されることがなく、防水材４５の充填量
のばらつきを少なくして、安定した防水性能を得ること
が可能になる。

【００４０】ケーブル固定用穴４２の長さＬ１と、防水
材充填用穴４３の長さＬ２は、本実施の形態の場合はＬ
１：Ｌ２＝６：４程度に設定しているが、ケーブル固定
用穴４２におけるケーブルの接着強度や、防水材４５に
おける防水性能が確保できれば、それぞれの長さＬ１，
Ｌ２は上記実施の形態に限定するものではない。

【００４１】防水材４５としては、耐熱性及び耐候性に
優れ、且つ接着性があるシリコン樹脂が好ましい。な
お、センサユニットの設置環境の温度変化等による熱膨
張差等でケーブル取出口４１との間に剥離や隙間が生じ
ることの無いように、使用するシリコン樹脂の硬度はあ
まり硬過ぎず、適度な弾性を持つものを選択することが
好ましい。そこで、本実施の形態では、防水材４５とし
て、硬度がデュロメータＡで１０〜８０であるシリコン
樹脂を採用している。

【００４２】このような硬度のシリコン樹脂は、センサ
ユニットの設置環境の温度変化等によるケーブル２３と
センサケース２１との間の熱膨張差で、防水材充填用穴
４３とケーブル２３との間の隙間の間隔が変動しても、
シリコン樹脂の保有する弾性によって、隙間間隔の変動
を許容することができ、シリコン樹脂の接着面に剥離等
が生じることがなく、良好な防水性能を維持することが
できる。

【００４３】以上に説明したセンサユニット２０Ａで
は、センサケース２１に貫通形成されたケーブル取出口
４１に挿通したケーブル２３は、接着剤４４によってケ
ーブル固定用穴４２に接着固定した後、防水材充填用穴
４３とケーブル２３との間の隙間に防水材４５が充填さ
れる。この防水材４５の充填によって、防水材充填用穴
４３とケーブル２３との間の隙間が封止されて、防水性
能が確保される。従って、充填する防水材として適正な
の硬度（弾性）のシリコン樹脂等を採用することで、周
囲の温度変化等の影響を受けずに、長期に渡って安定し
た十分な防水性能を得ることができ、センサケース２１
内の浸水に起因した動作不良等の発生を長期に渡って防
止することができる。

【００４４】また、ケーブル取出口４１への防水材の充
填によって防水性能を確保するため、センサケース２１
から大きく突出するケーブルグランドを使用する必要が
無くなり、ケーブルグランドの廃止によって、装置の小
型化を実現することができる。また、ケーブルグランド
の廃止によって部品点数や組み立て工程数が削減され
て、コストの低減を図ることができる。

【００４５】更に、ケーブル取出口４１を挿通したケー
ブル２３は、接着剤４４によってケーブル取出口４１の
一部であるケーブル固定用穴４２に強固に接着・固定さ
れているため、センサケース２１の外部の振動等でケー
ブル２３に張力が作用したとしても、その張力がセンサ
ケース２１内でケーブル２３とプリント基板２５との接
続部に作用することが防止される。従って、外部の振動
等がケーブル２３を介してプリント基板２５上の接続部
に作用して、プリント基板２５が破損したり、あるいは
ケーブル２３とプリント基板２５との接続部がダメージ
を受けることがない。

【００４６】図６は、ケーブル取出口４１におけるケー
ブル２３の固定構造を更に改善したものである。この実
施の形態では、ケーブル取出口４１が、ケース内に臨む
細径のケーブル固定用穴４２と、ケース外部に臨む太径
の防水材充填用穴４３とから構成されて段付き穴となっ
ている点、ケーブル固定用穴４２の隙間には接着剤４４
を充填してケーブル２３の接着固定を行う点、防水材充
填用穴４３の隙間には防水材４５を充填して防水性を確
保する点は、第２の実施の形態の場合と共通している。
しかし、本実施の形態では、ケーブル固定用穴４２のケ
ース内側は、ケース内方に向かって内径が徐々に拡径す
るテーパ穴４２ａになっている。そして、ケーブル取出
口４１を挿通するケーブル２３に、前記センサケース２
１の内側からテーパ穴４２ａに嵌合するテーパ状のブッ
シュ４７を装着している。ブッシュ４７は、図示はして
いないが、拡径又は縮径が可能なように、軸線方向に沿
って周壁が切り離されている。

【００４７】このように、テーパ状のブッシュ４７を採
用した構造では、ケーブル２３に外方への張力が作用し
た場合に、ブッシュ４７がテーパ穴４２ａ及びケーブル
２３の外周に食い込む楔効果を発生して、ケーブル２３
の抜けを防止する。そのため、外部からの張力に対する
固定強度が強化される。ブッシュ４７がテーパ穴４２ａ
及びケーブル２３の外周に食い込む楔効果は、上記のよ
うに、ブッシュ４７の周壁を軸線方向に切り離した構成
としておくことによって一層顕著に得られるが、切り離
しのない単純なテーパ状でも、構わない。また、ブッシ
ュ４７は、予め、適宜接着剤によってケーブル２３の外
周面に接着固定しておいても良い。

【００４８】更に、上記の第２の実施の形態や第３の実
施の形態において、接着剤４４や防水材４５が接触する
ケーブル２３の外周面は、予め、粗面加工や化学的な表
面処理を施しておくことで、接着剤４４や防水材４５と
の接着強度を向上させたり、あるいは、シリコン樹脂の
硬化阻害を防止すると良い。また、上記の実施の形態で
は、防水材として、シリコン樹脂を採用したが、耐熱
性，耐候性，接着性，弾性等で同等の性能を有するその
他の樹脂を利用することが可能である。

【００４９】更に、以上のセンサユニット２０，２０Ａ
では、センサケース２１内には、検出素子として、振動
検出素子と温度検出素子とを装備した。しかし、装備す
る検出素子は上記実施の形態に限定するものではない。
センサケース２１内に装備する検出素子は、単一又は複
数でも良く、温度検出素子、振動検出素子、速度検出素
子の少なくとも一つ以上が装備されて、転動装置の状態
を検出するものであればよい。

【００５０】また、本発明は、以上に説明した各実施の
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。例えば、上記実施形態では、ケーブル２３
で信号を取り出していたが、無線などを使用してワイヤ
レスで信号を伝送してもよい。ワイヤレスの場合は、可
動輪側に（可動部材側に）センサユニットを設けてもよ
い。また、ローパスフィルタ３３やオペアンプ３４は複
数段設けてもよい。オペアンプ部にフィルタを併設する
こともできる。また、軸受装置１７における転がり軸受
は玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受や、各
種の複列軸受でもよい。

【００５１】更に、軸受装置１７に限らず、図７に示す
ようにボールねじ５０に本発明を適用することもでき
る。ボールねじ５０では、ナット５１にセンサユニット
６０を取り付けることにより、ねじ軸５２とナット５１
との係合部における剥離等の異常を検知することができ
る。なお、センサユニット６０の取付け相手はナット５
１に限らず、ねじ軸５２をサポートしている固定側のサ
ポートユニット５３や単純支持側のサポートユニット５
４に取り付けてもよい。ねじ軸５２はロックナット５５
により固定側のサポートユニット５３に軸方向に固定さ
れており、カップリング５６を介して結合された駆動モ
ータ５７によって回転する。また、ボールねじに限ら
ず、リニアガイドやその他の直同部品における可動部や
レールにセンサユニット６０を取り付けることによっ
て、剥離等の異常を検知することもできる。

【００５２】また、図８に示すように、上述したセンサ
ユニット２０を、別のセンサユニット９０とともに、転
動装置に設けることもできる。センサユニット９０は、
ハウジング８８の内面と外面とを貫通する取付孔８８ａ
に挿通されている。ハウジング８８内における軸８５の
端部には、被検出部材としての速度検出用歯車８６が設
けられている。速度検出用歯車８６は、鋼材等の磁性金
属材料からなり、その外周縁部における磁気特性を円周
方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。軸８
５が回転することで、歯車８６が回転する。速度検出用
歯車８６の代わりに、Ｓ極、Ｎ極が互い違いに着磁され
た磁極部がその外周面に形成された速度検出用エンコー
ダを採用することもできる。センサユニット９０のプリ
ント基板９５の先端部には、速度センサ１０１が配置さ
れている。センサユニット９０をハウジング８８に取り
付けた際に、速度センサ１０１はハウジング８８の内面
より突出した位置で速度検出用歯車８６に近接配置され
る。このように、速度検出用歯車８６の最も近くに速度
センサ１０１を配置することで、速度を正確に測定でき
るようにしている。速度センサ１０１は、軸８５が回転
する際に、速度検出用歯車８６の磁気特性の変化による
変動磁束（磁束量の変化）に基づいてパルス状の速度信
号を出力する。こうして、軸８５の回転速度も測定し
て、異常検出をより確実に行うことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の検出器の
ように、プリント基板に搭載された振動検出素子による
振動検出方向を、プリント基板の面に沿う方向に設定す
れば、プリント基板自体に発生する板厚方向の振動は、
振動検出素子の検出対象にならない。従って、転動装置
の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検
出器及びセンサ付転動装置を提供できる。

【００５４】また、本発明の検出器は、センサケースに
貫通形成されたケーブル取出口に防水材を充填すること
によって、ケーブル取出口の防水性能を確保するもの
で、防水材を適宜に選定することで、長期に渡って安定
した十分な防水性能を得ることができ、センサケース内
の浸水に起因した動作不良等の発生を長期に渡って防止
することができる。また、ケーブル取出口への防水材の
充填によって防水性能を確保するため、センサケースか
ら大きく突出するケーブルグランドを使用する必要が無
くなり、ケーブルグランドの廃止によって、装置の小型
化を実現することができる。また、ケーブルグランドの
廃止によって部品点数や組み立て工程数が削減されて、
コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセンサ付転動装置の第１の実施の
形態の縦断面図である。

【図２】図１に示したセンサ付転動装置における検出器
（センサユニット）の拡大図である。

【図３】図２の検出器の回路構成を示す回路図である。

【図４】図２の検出器の回路動作を示す波形図である。

【図５】本発明に係るセンサ付転動装置の検出器の第２
の実施形態の拡大断面図である。

【図６】本発明に係るセンサ付転動装置の検出器の第３
の実施形態の要部の拡大断面図である。

【図７】本発明が適用されるボールねじを示す図であ
る。

【図８】本発明に係るセンサ付転動装置の第４の実施形
態の拡大断面図である。

【図９】従来のセンサ付転動装置の断面図である。

【図１０】従来例における回路動作を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１０ センサ付軸受装置（センサ付転動装
置） １１ 転がり軸受 １２ 外輪 １３ 内輪 １５ 軸 １７ 転がり軸受装置（転動装置） ２０，２０Ａ センサユニット（検出器） ２３ ケーブル ２５ プリント基板 ３０ 振動検出素子 ３２ バッファアンプ ３３ ローパスフィルタ ３４ オペアンプ（増幅器） ４１ ケーブル取出口 ４２ ケーブル固定用穴 ４２ａ テーパ穴 ４３ 防水材充填用穴 ４４ 接着剤 ４５ 防水材 ４７ ブッシュ ５０ ボールねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 森田 耕一 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 AD18 BA11 CA13 CA17 2G064 AA17 AB22 BA15 BD18 CC02 CC13 3J101 AA01 AA62 AA81 BA77 FA24 GA01 GA11 GA53 GA60

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転動装置の状態を検出する検出器であっ
   て、プリント基板と、前記プリント基板に実装された振
   動検出素子とを少なくとも有し、前記プリント基板の板
   方向と、前記振動検出素子の振動検出方向とが平行に設
   定されていることを特徴とする検出器。
2. 【請求項２】 前記振動検出素子の出力信号に重畳され
   た固有振動数成分を減衰させるローパスフィルタと、前
   記ローパスフィルタの出力信号を増幅する増幅器とを備
   えていることを特徴とする請求項１に記載の検出器。
3. 【請求項３】 前記振動検出素子の出力信号がバッファ
   アンプを介して前記ローパスフィルタに供給されること
   を特徴とする請求項２に記載の検出器。
4. 【請求項４】 前記振動検出素子として、圧電素子、ひ
   ずみゲージ、シリコン加速度センサの少なくとも一つが
   用いられていることを特徴とする請求項１から３のいず
   れか１つに記載の検出器。
5. 【請求項５】 前記プリント基板に、更に温度検出素子
   が実装されていることを特徴とする請求項１から４のい
   ずれか１つに記載の検出器。
6. 【請求項６】 転動装置の状態を検出する検出器であっ
   て、転動装置の状態に関係する物理量を検出する検出素
   子及び電子部品が実装されたプリント基板と、前記プリ
   ント基板を収容するセンサケースと、前記センサケース
   に貫通形成されたケーブル取出口を挿通して前記センサ
   ケース内に位置する一方の端部がセンサケース内の回路
   に接続されると共に、外部に位置する他方の端部が外部
   の回路に接続されるケーブルとを備え、前記ケーブル取
   出口と前記ケーブルとの間の隙間に、防水材を充填した
   ことを特徴とする検出器。
7. 【請求項７】 前記センサケース内に位置するケーブル
   端がセンサケース内の前記プリント基板に接続されてい
   ることを特徴とする請求項６に記載の検出器。
8. 【請求項８】 前記ケーブル取出口を挿通するケーブル
   に、前記センサケースの内側から前記ケーブル取出口に
   嵌合するテーパ状のブッシュを装着していることを特徴
   とする請求項６又は７に記載の検出器。
9. 【請求項９】 前記防水材は、シリコン樹脂で、その硬
   度がデュロメータＡで１０〜８０であることを特徴とす
   る請求項６から８のいずれか１つに記載の検出器。
10. 【請求項１０】 前記検出素子が、温度検出素子、振動
    検出素子、速度検出素子の少なくとも一つであることを
    特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の検出
    器。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれか１つに記
    載の検出器を転動装置に備え、前記検出器により前記転
    動装置の状態を検出することを特徴とするセンサ付転動
    装置。
12. 【請求項１２】 前記転動装置の外面に、その外面と、
    前記プリント基板の板方向とが平行になるように前記検
    出器が設けられていることを特徴とする請求項１１に記
    載のセンサ付転動装置。
13. 【請求項１３】 前記転動装置が転がり軸受であること
    を特徴とする請求項１１又は１２に記載のセンサ付転動
    装置。
14. 【請求項１４】 前記転動装置がボールねじであること
    を特徴とする請求項１１又は１２に記載のセンサ付転動
    装置。
15. 【請求項１５】 前記転動装置がリニアガイドであるこ
    とを特徴とする請求項１１又は１２に記載のセンサ付転
    動装置。