JP2005207516A - センサ付軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサをがたつきなく確実に固定でき、センサを内包するセンサ筐体を強固且つ軽量化でき、また、センサを所望のスペースに取り付けできる、センサ付軸受装置を提供する。
【解決手段】 本発明のセンサ付軸受装置１０は、軸受１３の外輪１５に取り付けられたシールケース２３と、シールケース２３内に設けられたシール手段３０と、軸受装置１０の運転状態を検出するセンサ２７と、センサ２７を固定するための雌ねじ部材２８と、を備え、雌ねじ部材２８がシールケース２３とシール手段３０との間に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサ付軸受装置に関し、特に、機械装置や、鉄道車両、自動車、搬送車等の移動体に組み込まれる軸受装置の運転状態の検知や予防保全に用いられるセンサ付軸受装置に関する。

従来のセンサ付軸受装置の一例として、シール部材の外周面に形成した取り付け孔にボルトをねじ結合させてセンサを固定したセンサ付軸受装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７に示すように、特許文献１に開示されたセンサ付軸受装置１５０は、車軸１５１に内輪１５２が圧入され、内輪１５２と外輪１５３との間に円すいころ１５４が回転自在に配列されている。そして、外輪１５３の両側にオイルシール１５５が装着されている。

オイルシール１５５は、外輪１５３の端部内径面に嵌合されるシールケース１５６を有し、その内周面に芯金１５７，１５８が取り付けられている。芯金１５８の先端にはリップパッキン１５９が装着され、そのリップ１６０が、内輪１５２の端部に外嵌されたシール金具１６１の内面に接触している。

また、オイルシール１５５のシールケース１５６と芯金１５７，１５８には、センサ１６２の嵌め込み孔が設けられており、円筒形状のフランジ１６３が、センサ１６２の取り付け部１６４から突出しないようにして、嵌め込み孔の周りにバーリング加工によってシールケース１５６の外側に向けて形成されている。フランジ１６３の内周面には、雌ねじが加工されている。

センサ付軸受装置１５０では、センサ１６２を芯金１５７，１５８の嵌め込み孔に嵌め込んでから、ボルト１６５をフランジ１６３の雌ねじにねじ込むことによって、センサ１６２がシールケース１５６に固定される。センサ１６２は、リード線１６６を通じて検出信号を外部に出力する。

また、従来のセンサ付軸受装置の他の一例として、封止インサートにセンサを固定したセンサ付軸受装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

図８に示すように、特許文献２に開示されたセンサ付軸受装置１７０は、軸受(不図示)の軌道輪(不図示)上に封止インサート１７１が圧接され、封止インサート１７１上に、加速度計デバイスを含んだセンサ本体１７２と、運動センサや回転センサを組み込んだセンサ本体１７３とが、異なる位置に搭載されている。センサ本体１７２，１７３は、ケーブル１７４を通じて、ハウジング１７５上に搭載された多ピン型コネクタ１７６に接続されている。

センサ付軸受装置１７０では、センサ１７２，１７３が軸受の負荷圏内に配されており、一方のセンサ１７２内には、回転軸に垂直な方向の振動を測定する加速度計と、回転軸の軸方向の振動を測定する加速度計とが設けられている。
特開２００３−０５６５５７号公報（第３−４頁、図３） 特表２００２−５４２９７３号公報（第６−８頁、図１）

ところで、上記特許文献１では、シールケース１５６が、プレス加工されており、材料に軟鉄が使用されているため、雌ねじの強度が低いという問題があった。そのため、ねじ締結部の締結強度が低く、鉄道車両の車軸軸受等のような大きな振動・衝撃が作用する場合には、ねじ締結部が緩んでセンサ１６２にがたつきを生ずる問題があった。

また、上記特許文献２では、センサ１７２が軸受の回転軸に垂直な振動を測定できるように配置されている。そのため、車軸フラット等の車軸の異常と軸受の剥離等の軸受異常の両方を検出するには、軸受の上部にセンサ１７２を配置する必要があるが、軸受の上部には台車が被さっているので、センサ取り付け用のスペースを充分確保することが難しく、取り付けが困難であるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、センサをがたつきなく確実に固定でき、センサを内包するセンサ筐体を強固且つ軽量化でき、また、センサを所望のスペースに取り付けできる、センサ付軸受装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１） 軸受の外輪に取り付けられたシールケースと、該シールケース内に設けられたシール手段と、軸受装置の運転状態を検出するセンサと、該センサを固定するための雌ねじ部材と、を備えたセンサ付軸受装置であって、
前記雌ねじ部材が前記シールケースと前記シール手段との間に配置されたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
（２） 前記雌ねじ部材には、少なくとも一つ以上の雌ねじが加工されていることを特徴とする（１）に記載のセンサ付軸受装置。
（３） 前記センサは、前記シールケースに固定され、
前記雌ねじ部材は、軸方向において前記シールケースと前記シール手段との間に配置されたことを特徴とする（１）又は（２）に記載のセンサ付軸受装置。
（４） 前記センサは、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子の少なくとも一つを含むことを特徴とする（１）に記載のセンサ付軸受装置。
（５） 前記センサ付軸受装置は、鉄道車両用センサ付軸受装置であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
（６） 軸受装置の運転状態を検出する少なくとも一つの検出素子と、前記検出素子を内包するセンサ筐体と、を備えたセンサ付軸受装置であって、
前記センサ筐体は、アルミニウム合金からなることを特徴とするセンサ付軸受装置。
（７） 前記センサ筐体は、軸受構成部品に取り付けられ、
前記センサ筐体と前記軸受構成部品間の取り付け面の隙間には、樹脂が充填されたことを特徴とする（６）に記載のセンサ付軸受装置。
（８） 前記アルミニウム合金は表面処理が施されたことを特徴とする（６）又は（７）に記載のセンサ付軸受装置。
（９） 前記センサ筐体は、軸受のシール部材に取り付けられたことを特徴とする（６）〜（８）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
（１０） 前記検出素子は、速度検出素子、温度検出素子、振動検出素子の少なくとも一つを含むことを特徴とする（６）〜（９）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
（１１） 軸受装置の振動を検出する振動検出素子を有するセンサを備えたセンサ付軸受装置であって、
前記振動検出素子は、軸方向の振動のみを検出することを特徴とするセンサ付軸受装置。
（１２） 前記センサは、さらに速度検出素子と温度検出素子の少なくとも一方を有することを特徴とする（１１）に記載のセンサ付軸受装置。
（１３） 前記軸受装置は、軸受内部への異物侵入を防止するためのシール手段を備え、前記シール手段はラビリンスシールであることを特徴とする（６）〜（１２）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
（１４） 前記センサ付軸受装置は、鉄道車両用センサ付軸受装置であることを特徴とする（６）〜（１３）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。

本発明のセンサ付軸受装置によれば、シールケースとシール手段との間に配置された雌ねじ部材を介してセンサが固定される。そのため、ねじ締結が緩んだとしても、シール手段により雌ねじ部材が軸受内部に入ってしまうことがなく、軸受の損傷を防止することができる。また、シールケースと別体に雌ねじ部材を設け、雌ねじ部材とセンサとによりシールケースを挟み込む構造としたので、ねじ締結の緩みを生ずることなく、センサを確実に固定することができる。

また、本発明のセンサ付軸受装置によれば、検出素子を内包するセンサ筐体は、アルミニウム合金からなる。そのため、アルミニウム合金からなるセンサ筐体はプラスチック製のものに比べて強固であるとともに鉄製のものに比べて軽量であり、センサ筐体が取り付けられる軸受構成部品に対する負担が低減される。また、熱伝導率が良好であることにより軸受温度を精度良く測定することができる。

また、本発明のセンサ付軸受装置によれば、振動検出素子は軸方向の振動のみを測定しているので、軸受の剥離等の異常振動を精度良く測定できるとともに、車軸の偏摩耗も精度良く測定することができる。また、軸方向の振動を測定しているので、センサの取付け位置（位相）を円周上の好きな場所に配することができる。

以下、本発明の各実施形態に係るセンサ付軸受装置を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態のセンサ付軸受装置を示す断面図である。図２は第１実施形態のセンサ付軸受装置におけるシールケースの側面図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態であるセンサ付軸受装置１０は、鉄道車両用センサ付軸受装置であり、車軸１１が、図示しない車輪を支持固定した状態で、軸受箱１２の内径側で、本発明の軸受である接触角を有する複列円すいころ軸受１３により、回転自在に支持されている。

複列円すいころ軸受１３には、種々部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷される。複列円すいころ軸受１３は、軸受箱１２に内嵌され、円錐外面状に傾斜した一対の外輪軌道面１４（片方の外輪軌道面は図示しない。）を内周面に有する単一の外輪１５と、車軸１１に外嵌され、円錐外面状に傾斜した内輪軌道面１６（片方の内輪軌道面は図示しない。）を外周面に有する一対の内輪１７（片方の内輪は図示しない。）を有する。

また、複列円すいころ軸受１３は、外輪１５の外輪軌道面１４と内輪１７の内輪軌道面１６との間に複列で複数配置された円すいころ１８と、円すいころ１８を転動自在に保持する環状の保持器１９（片方の保持器は図示しない。）とを有する。複列円すいころ軸受１３の内部には、グリースや油等の潤滑剤が封入されている。

一対の内輪１７間には、内輪間座２０が配されており、内輪１７の軸方向端部にも、内輪間座２１が配されている。また、内輪間座２１の端部には、センサの一部を構成するための円環状の速度検出用ギア部材２２が車軸１１に螺合固定されている。

外輪１５の端部には、シールケース２３が組付けられている。シールケース２３は、軟鉄をプレス加工することにより薄肉に成形されており、外輪１５側から内輪間座２１に向かうに従って二段階に外径が小さくなるように円筒形状に形成されている。シールケース２３は、外輪１５側に配された一端部が、外輪１５の内径面に形成された段部２４に係止され、内輪間座２１側に配されたフランジ部２５は、径方向に延びて内輪間座２１と非接触に対向している。

シールケース２３には、フランジ部２５の径方向の略中央部に二つのフランジ側挿通孔２６（片方のフランジ側挿通孔は図示しない。）が形成されている。フランジ側挿通孔２６から軸方向に延びるフランジ部２５の円すいころ軸受１３側には、センサ２７を固定するための一対の雌ねじ部材２８，２８が、円周方向に離れて配されている（図２参照。）。雌ねじ部材２８，２８は、六角ナット形状に形成されており、中央にフランジ側挿通孔２６と連通する雌ねじ２９，２９をそれぞれ備えている。即ち、雌ねじ部材２８，２８は、軸方向において、シールケース２３と、シールケース２３に内包された本発明のシール手段であるオイルシール３０との間に配置されている。雌ねじ部材２８，２８は、シールケース２３と比べて強度が高い材料からなる。なお、雌ねじ部材２８，２８は、例えば接着や溶接等の接合手段によってフランジ部２５に固定しても良い。

オイルシール３０は、隔板部材３１とシール部材３２とを備える。隔板部材３１は、薄肉の金属製部材で断面Ｌ字形をなし、シールケース１３の中間部分における内径部に嵌着されている。シール部材３２では、金属製の芯金３３に、主リップ３４とダストリップ３５を有する樹脂部材３６が一体に成形され、隔板部材３１の内径部に嵌着される。また、主リップ３４の外周部には、主リップ３４を内周側へ付勢するためのガータスプリング３７が取り付けられている。主リップ３４とダストリップ３５とは、主リップ３４が円すいころ軸受１３側に、ダストリップ３５が速度検出用ギア部材２２側に配されるようにして内輪間座２１の外周面に摺接しており、円錐ころ軸受１３内部への異物の侵入や軸受内部からの潤滑剤の漏出を防止している。

センサ２７は、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子（振動検出素子）を内蔵しており、センサ付軸受装置１０の運転状況を高精度で検出する。速度検出素子は、速度検出用ギア部材２２に非接触で対向配置されており、車軸１１に固定された速度検出用ギア部材２２の回転を検出することで、車軸１１の回転を計測して、例えばパルス状の電気信号を発生する。発生した電気信号は、制御回路（不図示）に送られて監視される。温度検出素子は、円すいころ１８、外輪１５、内輪１６付近における雰囲気温度を常時測定して制御回路に与えることにより、潤滑剤切れ等による焼付きの発生を防止する。加速度検出素子は、円すいころ１８、外輪１５、内輪１６に与えられた振動成分を電気信号に変換して制御回路に送ることにより、軸受の剥離、傷等の異常や、車輪の偏摩耗等の検出を行う。なお、加速度検出素子は、車軸１１の軸方向及び径方向の振動成分を検出してもよいが、本発明のように接触角を有する軸受においては、軸方向の振動を検出するのが好ましい。なお、センサ２７内部の構成は図示していないが、後述する第５実施形態のセンサ内部の構成が適用されてもよい。

センサ２７の基台３８には、フランジ側挿通孔２６と、雌ねじ部材２８，２８の雌ねじ２９，２９とに対応したセンサ側挿通孔３９（片方のセンサ側挿通孔は図示しない。）が形成されている。センサ２７は、基台３８のセンサ側挿通孔３９から、フランジ側挿通孔２６を通じてボルト４０が挿通され、雌ねじ部材２８，２８の雌ねじ２９，２９にねじ込まれることによってシールケース２３に固定されている。

上記のようにセンサ２７を固定すると、雌ねじ部材２８，２８は軸方向においてシールケース２３のフランジ部２５とオイルシール３０との間に配置されるので、例えば、大きな振動・衝撃が鉄道車両用センサ付軸受装置１０に作用して、ボルト４０，４０と雌ねじ部材２８，２８とのねじ締結が緩んだとしても、オイルシール３０により雌ねじ部材２８，２８が円すいころ軸受１３内部に入ってしまうことがなく、円すいころ軸受１３の損傷を防止することができる。

また、雌ねじ部材２８，２８は、強度の高い材料でシールケース２３と別体に形成され、雌ねじ部材２８，２８とセンサ２７とによりシールケース２３のフランジ部２５を挟み込む構造としたので、ねじの緩みを生ずることなく、センサ２７を確実に固定することができる。

第１実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、軸方向においてシールケース２３とオイルシール３０との間に配置された雌ねじ部材２８，２８を介してセンサ２７がシールケース２３に固定される。そのため、ねじ締結が緩んだとしても、雌ねじ部材２８，２８がオイルシール３０により円すいころ軸受１３内部に入ってしまうことがないので、円すいころ軸受１３の損傷を防止することができる。また、シールケース２３と別体に雌ねじ部材２８，２８を設け、雌ねじ部材２８，２８とセンサ２７とによりシールケース２３のフランジ部２５を挟み込む構造としたので、ねじの緩みを生ずることなく、センサ２７を確実に固定することができる。

また、雌ねじ部材２８，２８には、少なくとも一つ以上の雌ねじ２９，２９が加工されているため、センサ２７の固定をボルト４０等のねじ部品で締結することにより、がたつきのない、確実な固定を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のセンサ付軸受装置について図３を参照して説明する。図３は第２実施形態のセンサ付軸受装置に用いられるシールケースの側面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

図３に示すように、第２実施形態のセンサ付軸受装置５０に用いられるシールケース５１には、一対の雌ねじ部材５２，５２がフランジ部２５にそれぞれ配されている。雌ねじ部材５２，５２は、それぞれ雌ねじ５３，５３を有して四角形の板状に形成されており、雌ねじ部材５２，５２の角部がシールケース２３の内周面と当接して、シールケース２３内で回転しないように固定されている。なお、雌ねじ部材５２，５２の形状は、四角形状に限らず、円弧形状や楕円形状の板状としても良い。

従って、雌ねじ部材５２，５２がシールケース２３内で回転しないため、ボルト４０とのねじ締結が緩むのを防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のセンサ付軸受装置について図４を参照して説明する。図４は第３実施形態のセンサ付軸受装置に用いられるシールケースの側面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

図４に示すように、第３実施形態のセンサ付軸受装置６０に用いられるシールケース６１には、一対の雌ねじ部材６２，６２がフランジ部２５にそれぞれ固定されている。雌ねじ部材６２，６２は、それぞれ第１雌ねじ６３と第２雌ねじ６４とを有して円弧形状の板状に形成されている。第１雌ねじ６３は、センサ固定用に用いられ、第２雌ねじ６４は、雌ねじ部材６２のシールケース６１への固定用に用いられる。つまり、第２雌ねじ６４を介して、ボルトやねじをねじ込むことにより、雌ねじ部材６２をシールケース６１のフランジ部２５に固定してから、第１雌ねじ６３を介してセンサ２７（図１参照。）をフランジ部２５に固定する。

従って、雌ねじ部材６２は２つの雌ねじ６３，６４を有しているので、雌ねじ部材６２は２箇所でシールケース６１に固定され、雌ねじ部材６２の回転を防止することができ、ボルト４０とのねじ締結が緩むのを防止することができる。また、センサ２７を取り外しても雌ねじ部材６２は第２雌ねじ６４に挿入されたボルト４０によってシールケース２３に取り付けられており、雌ねじ部材６２，６２の落下を防止することができ、作業性の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態のセンサ付軸受装置について図５を参照して説明する。図５は第４実施形態のセンサ付軸受装置に用いられるシールケースの側面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

図５に示すように、第４実施形態のセンサ付軸受装置７０に用いられるシールケース７１には、円弧形状の板状に形成された単一の雌ねじ部材７２に４個の雌ねじ７３，７３，７３，７３が加工されている。４個の雌ねじ７３，７３，７３，７３のうち、外側の２個の雌ねじ７３，７３を用いて、ボルトやねじをねじ込むことにより、雌ねじ部材７２をフランジ部２５に取り付け、内側の２個の雌ねじ７３，７３を用いてセンサ２７（図１参照）をフランジ部２５に固定する。

従って、雌ねじ部材７２は４つの雌ねじ７３，７３，７３，７３を有しているので、雌ねじ部材７２は４箇所でシールケース７１に固定され、雌ねじ部材７２の回転を防止することができ、ボルト４０とのねじ締結が緩むのを防止することができる。また、雌ねじ部材７２は単一構造であるため、材料の歩留まりが良好であるとともに、センサ２７を取り外しても雌ねじ部材６２は第２雌ねじ６４に挿入された二本のボルト４０によってシールケース２３に取り付けられており、雌ねじ部材６２，６２の落下を防止することができ、作業性の向上を図ることができる。
その他の構成及び機能については、第１実施形態のものと同様である。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態のセンサ付軸受装置について図６を参照して説明する。図６は第５実施形態のセンサ付軸受装置の断面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

図６に示すように、第５実施形態のセンサ付軸受装置８０は、鉄道車両用センサ付軸受装置であり、車軸１１が、図示しない車輪を支持固定した状態で、軸受箱１２の内径側で、複列円すいころ軸受１３により、回転自在に支持されている。

複列円すいころ軸受１３は、第１実施形態と同様に、単一の外輪１５、一対の内輪１７、円すいころ１８及び打ち抜き保持器１９、内輪間座２０、２１を有している。外輪１５は、軸受箱１２にねじ込まれた回り止めねじ部材８１によって回り止めされている。回り止めねじ部材８１は、外輪１５に設けためくら穴８２に対して、軸受箱１２にねじ止めして挿入している。なお、回り止めねじ部材８１の先端は、回り止めねじ部材８１のねじ部よりも小径（先細）としてねじ山を無くしているので、外輪１５がクリープなどで回転してもねじ山がつぶれることが無い。

また、外輪１５の端部には、軸受構成部品である鉄製のシール部材８３が組付けられている。シール部材８３には、径方向内方に延びるフランジ部８４の先端部に、フランジ部８４に対してほぼ９０度に折曲されたシール板部８５が形成されている。また、内輪１７の軸端部に設けられた内輪間座２１の外周面には、所定の隙間をもってシール板部８５を囲むように形成されたシール凹部８６が設けられている。従って、シール板部８５を有するシール部材８３とシール凹部８６を有する内輪間座２１は、円すいころ軸受１３内部への異物侵入を防止するためのシール手段であるラビリンスシール８７を構成する。

シール部材８３は、フランジ部８４にフランジ側挿通孔８８（片方のフランジ側挿通孔は図示しない。）が形成されており、フランジ側挿通孔８８から軸方向に延びるフランジ部８４の円すいころ軸受１３側に、センサ８９を固定するための一対の雌ねじ部材９０（片方の雌ねじ部材は図示しない。）が配されている。雌ねじ部材９０には、フランジ側挿通孔８８に連通する雌ねじ９１（片方の雌ねじは図示しない。）がそれぞれ形成されている。

そして、シール部材８３のフランジ部８４にはセンサ筐体９２が固定されている。センサ筺体９２は、底部９３にセンサ孔９４が形成され、カバー９５により密閉されている。センサ筐体９２は、シール部材８３のフランジ部８４側の側板９６に、フランジ側挿通孔８８と雌ねじ部材９０の雌ねじ９１とに連通したセンサ側挿通孔９７が形成されている。

センサ筐体９２は Ａ２０１７，Ａ２０２４，Ａ５０５６，Ａ６０６１，Ａ７０７５等のアルミニウム合金にアルマイト処理が施されたアルミニウム合金製のものからなる。アルミニウム合金製のセンサ筐体９２は、プラスチック製のものに比べて機械的強度に優れており、鉄製のものに比べて軽量であるために、センサ筐体９２が取り付けられるシール部材８３に負担をかけることがなく、外部衝撃が作用したとしても、シール部材８３が外輪１５から外れにくくなり、シール部材８３の機械的信頼性を向上させることができる。

また、センサ筐体９２は軽量であることから、シール部材８３の固有振動数の低下を低減できる。それにより、シール部材８３単体での固有振動数からの変動が少なくなって、円すいころ軸受１３の振動状態を精度良く測定することができる。さらに、アルミニウム合金製のセンサ筐体９２は、プラスチック製のものに比べて、熱伝導率が良好なので、軸受温度の測定を精度良く行うことができる。また、センサ筐体９２は、アルミニウム合金にアルマイト処理等の表面処理が施されているために、アルミニウムの防食性をさらに高めることができる。なお、表面処理はアルマイト処理以外の通常のメッキ処理等でも良いが、アルマイト処理等の陽極酸化処理を用いた表面処理の方が被膜特性が優れている。

センサ筐体９２とフランジ部８４との間の隙間には、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂９８が充填されている。即ち、鉄製のシール部材８３とアルミニウム合金製のセンサ筐体９２間の取付け面の隙間部分に樹脂９８が充填されることで、取付け部の隙間部分に水分が浸入せずに、アルミニウムと鉄の基準電位の差に基づくアルミニウム合金の溶出が生じない。その結果、センサ８９の耐久性を高めることができる。

センサ筐体９２は、側板９６のセンサ側挿通孔９７から、フランジ側挿通孔８８を通じてボルト９９（片方のボルトは図示しない。）が挿通され、雌ねじ部材９０の雌ねじ９１にねじ込まれることで、雌ねじ部材９０とセンサ筐体９２とによりシール部材８３のフランジ部８４を挟み込むようにしてセンサ筐体９２をシール部材８３に固定している。なお、本実施形態の雌ねじ部材９０は、第１乃至第４実施形態の雌ねじ部材２８，５２，６２，７２のいずれかであってよい。

センサ筐体９２内には、速度検出素子１００と、温度検出素子１０１と、振動検出素子１０２とが基板１０３に固定されている。

速度検出素子１００は、速度検出用ギア部材２２に非接触にして、センサ筐体９２のセンサ孔９４内に配されており、車軸１１に固定された速度検出用ギア部材２２の回転を検出することによって車軸１１の回転を計測しており、例えばパルス状の電気信号を発生し、発生した電気信号を制御回路により監視する。なお、回転方向を測定する場合は、１個のセンサ筐体９２内に速度信号パルスが約９０度位相になる位置に速度検出素子１００を２個配置するとよい。また、速度検出素子１００を１個有したセンサ筐体を２個取り付けても同様の効果を得ることができる。この際、前記の構成と同じように、速度信号のパルスが約９０度位相になるように２個のセンサ筐体を配置するのがよい。

また、大部分の使用目的が回転速度の測定だけでよく、一部の軸受のみ回転方向を測定する必要がある場合は、速度検出素子１００を１個有するセンサ筐体のみを製作しておき、回転方向の測定が必要な軸受にのみセンサ筐体を２個取り付けることで回転速度と回転方向の測定が可能である。そうすれば、製作するセンサの種類を増やす必要がなく、低コスト化を実現できる。

温度検出素子１０１は、センサ筐体９２の円すいころ軸受１３に近い、シール部材８３側に配されており、シール部材８３を介して伝達される円すいころ軸受内部の雰囲気温度を常時測定して制御回路に与える。このとき、シール手段として、非接触のシールであるラビリンスシールを用いているため、発熱がなく、円すいころ軸受１３の発熱を精度良く測定することができる。また、センサ筐体９２をアルミニウム合金で構成すると共に、温度検出素子１０１を他の検出素子よりシール部材側に配しているので、シール部材８３の温度をより正確に測定できる。また、センサ筐体９２と、フランジ部８４との間に熱伝導性の良いシリコン樹脂等を充填すると、さらに精度良く温度を測定できる。

振動検出素子１０２は、軸方向の振動を検出するセンサであり、円すいころ１８、外輪１５、内輪１７に与えられた振動成分を電気信号に変換して制御回路に送る。振動検出素子１０２は、軸方向の振動のみを測定しているので、円すいころ軸受１３の剥離等の異常振動を精度良く測定できるとともに、車軸１１の偏摩耗も精度良く測定することができる。また、取付け位置（位相）は円周上の任意の場所に設定することができる。

なお、ラジアル方向の振動を測定して剥離等の軸受の異常を検知する場合は、振動検出素子を異常発生部位のすぐ近傍に配置しないと剥離による振動を正確に測定することができない。そのため、ラジアル方向の振動を検出する場合には、剥離が最も発生しやすい負荷圏近傍に振動検出素子を配置する必要がある。しかしながら、鉄道車両用車軸軸受の場合は、負荷圏が軸受の上側（台車側）にあるため、台車等が妨げとなり、センサを配置するスペースが取れない場合がある。また、振動検出素子を取り付けた場所から離れた部位に剥離等の異常が発生した場合は、その異常振動を正確に測定することができなかった。
それに対して、本発明の場合は、接触角を有する軸受において、ラジアル方向の振動の発生に伴って接触角の分力として発生する軸方向の振動成分を測定する。この軸方向成分は、円周方向のどの部位でもラジアル方向の振動に比べてほぼ等しい値になるため、振動検出素子をどこに配置しても、ラジアル方向の振動を検出する場合に比べ、異常振動を正確に検出することができる。また、剥離等の異常が軸受のどこに発生したとしてもその異常振動を正確に測定することができる。

即ち、円すいころ軸受１３は接触角を有するので、ラジアル方向の振動が発生すると、その接触角の分力によって軸方向の振動が発生する。この軸方向の振動は、円周方向全面でほぼ同じ値となるため、センサ筐体９２を外輪１５端面のどの円周方向位置に配置しても、円すいころ軸受１３の剥離や、車軸１１のフラットを正確に測定することができる。なお、円すいころ軸受１３の代わりに、予圧を与えた組み合わせ玉軸受でも同様の効果を得ることができる。

尚、センサ筐体９２からは、速度検出素子１００，温度検出素子１０１，振動検出素子１０２から出力された測定信号を外部に伝送するためにケーブル（不図示）が引き出されているが、外輪１５に回り止めが施されていることにより、外輪１５のクリープが防止されているので、ケーブルを破断することが無くなり、センサ付軸受装置８０の信頼性を向上できる。

第５実施形態のセンサ付軸受装置８０によれば、速度検出素子１００，温度検出素子１０１，振動検出素子１０２を内包するセンサ筐体９２が、アルミニウム合金からなる。そのため、アルミニウム合金からなるセンサ筐体９２がプラスチック製のものに比べて強固であるとともに鉄製のものに比べて軽量であり、センサ筐体９２が取り付けられるシール部材８３に対する負担が低減される。また、熱伝導率が良好であることにより軸受温度を精度良く測定することができる。さらに、センサ筐体９２は、円すいころ軸受１３のシール部材８３に取り付けられているので、軸受雰囲気に近い位置で計測を行え、リアルタイムな監視を実行することができる。

また、センサ筐体９２はシール部材８３に取り付けられ、センサ筐体９２とシール部材８３との間の取り付け面の隙間に、樹脂９８が充填されているため、取付け部の隙間部分に水分が浸入せずに、アルミニウムと鉄の基準電位の差に基づくアルミニウム合金の溶出が生じないので、センサ８９の耐久性を高めることができる。また、アルミニウム合金にアルマイト処理等の表面処理が施されているため、アルミニウムの防食性をさらに高めることができる。なお、アルマイト処理等の表面処理だけでも防食効果はあるが、隙間に樹脂を充填すると水分の侵入が無くなるのでさらに好ましい。

また、振動検出素子１０２は軸方向の振動のみを測定しているので、円すいころ軸受１３の剥離等の異常振動を精度良く測定できるとともに、車軸１１の偏摩耗も精度良く測定することができる。また、軸方向の振動を測定しているので、センサ８９の取付け位置（位相）を円周上の好きな場所に配することができる。すなわち、ラジアル方向の振動を測定する場合は、振動検出素子から離れた部位に剥離等が発生した場合は、その異常を検出することが困難であるが、軸方向の振動は、円周状のどの位置でもほぼ同一である。

また、軸受装置８０は、軸受内部への異物侵入を防止するためのシール手段８７を備え、シール手段８７はラビリンスシールであるため、温度検出素子１０１による計測に際し、発熱がなく、円すいころ軸受１３の発熱を精度良く測定することができる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、軸受は、複列円すいころ軸受に限らず、その他、複列深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、等の各種転がり軸受を適用しても良い。
また、センサに内蔵される検出素子は特に限定されず、軸受装置の運転状況を高い精度で監視する上で、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子の少なくとも一つを含んでいることが望ましい。

本発明に係る第１実施形態のセンサ付軸受装置を示す断面図である。 図１に示したセンサ付軸受装置におけるシールケースの側面図である。 第２実施形態のセンサ付軸受装置におけるシールケースの側面図である。 第３実施形態のセンサ付軸受装置におけるシールケースの側面図である。 第４実施形態のセンサ付軸受装置におけるシールケースの側面図である。 本発明に係る第５実施形態のセンサ付軸受装置を示す断面図である。 従来のセンサ付軸受装置の断面図である。 図７とは異なる従来のセンサ付軸受装置の外観図である。

符号の説明

１０，５０，６０，７０，８０ センサ付軸受装置
１３ 円すいころ軸受（軸受）
１５ 外輪
２３，５１，６１，７１ シールケース
２７，８９ センサ
２８，５２，６２，７２，９５ 雌ねじ部材
２９，５３，７３，９６ 雌ねじ
３０ オイルシール（シール手段）
６３，６４ 第１雌ねじ，第２雌ねじ（雌ねじ）
８３ シール部材（軸受構成部品）
８７ ラビリンスシール（シール手段）
９２ センサ筐体
９８ 樹脂
１００ 速度検出素子
１０１ 温度検出素子
１０２ 振動検出素子（加速度検出素子）

Claims (14)

1. 軸受の外輪に取り付けられたシールケースと、該シールケース内に設けられたシール手段と、軸受装置の運転状態を検出するセンサと、該センサを固定するための雌ねじ部材と、を備えたセンサ付軸受装置であって、
   前記雌ねじ部材が前記シールケースと前記シール手段との間に配置されたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
2. 前記雌ねじ部材には、少なくとも一つ以上の雌ねじが加工されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
3. 前記センサは、前記シールケースに固定され、
   前記雌ねじ部材は、軸方向において前記シールケースと前記シール手段との間に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付軸受装置。
4. 前記センサは、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
5. 前記センサ付軸受装置は、鉄道車両用センサ付軸受装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
6. 軸受装置の運転状態を検出する少なくとも一つの検出素子と、前記検出素子を内包するセンサ筐体と、を備えたセンサ付軸受装置であって、
   前記センサ筐体は、アルミニウム合金からなることを特徴とするセンサ付軸受装置。
7. 前記センサ筐体は、軸受構成部品に取り付けられ、
   前記センサ筐体と前記軸受構成部品間の取り付け面の隙間には、樹脂が充填されたことを特徴とする請求項６に記載のセンサ付軸受装置。
8. 前記アルミニウム合金は表面処理が施されたことを特徴とする請求項６又は７に記載のセンサ付軸受装置。
9. 前記センサ筐体は、軸受のシール部材に取り付けられたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
10. 前記検出素子は、速度検出素子、温度検出素子、振動検出素子の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
11. 軸受装置の振動を検出する振動検出素子を有するセンサを備えたセンサ付軸受装置であって、
    前記振動検出素子は、軸方向の振動のみを検出することを特徴とするセンサ付軸受装置。
12. 前記センサは、さらに速度検出素子と温度検出素子の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１１に記載のセンサ付軸受装置。
13. 前記軸受装置は、軸受内部への異物侵入を防止するためのシール手段を備え、前記シール手段はラビリンスシールであることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
14. 前記センサ付軸受装置は、鉄道車両用センサ付軸受装置であることを特徴とする請求項６〜１３のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。

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