JP2006234102A

JP2006234102A - 温度センサ及び温度センサ付軸受装置

Info

Publication number: JP2006234102A
Application number: JP2005051294A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakao; 宏志中尾; Masanobu Yamazoe; 正信山添
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】軸受装置や機械装置等の温度を正確に測定することができる温度センサ及び温度センサ付軸受装置を提供する。
【解決手段】温度センサ付軸受装置１０は、軸箱１２に取り付けられる取り付け面１５ｂから軸箱１２に向かって突出する突起部１５ｃを有するセンサ筐体１５と、突起部１５ｃの先端部に配置され、軸箱１２内に埋設されるサーミスタ１８と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度センサ及び温度センサ付軸受装置に関するものであり、特に、軸受装置や機械装置等の温度を測定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出する温度センサ及び温度センサ付軸受装置に関するものである。

従来、鉄道車両や自動車等の車軸を支持する軸受装置や機械設備等では、温度センサを用いて軸受装置や機械設備等の温度を測定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出することが知られている。これら軸受装置や機械設備の温度を検出する温度センサを備えた温度センサ付軸受装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図４は、車両用軸受の近傍に設置したセンサによって軸受の運転状態を検知する、特許文献１に記載の従来構造を示す。車軸１００は転がり軸受１０１を介して軸受装置の軸箱１０２に回転自在に支持されている。軸箱１０２に取り付けられた蓋１０３には、センサ部１０４が、車軸１００のエンドキャップ１０５に嵌装されるエンコーダ１０６に対向するように取り付けられている。センサ部１０４は、エンコーダ１０６を介して車軸１００の回転速度を検出する回転速度センサを有すると共に、転がり軸受１０１の温度を検出する温度センサを有する。
特表２００１−５００５９７号公報

ところで、図４に記載の軸受装置では、センサ部１０４は、軸箱１０２に取り付けられた蓋１０３に設けられているため、転がり軸受１０１から離れて配置されており、転がり軸受１０１の温度を正確に測定することが困難である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受装置や機械装置等の温度を正確に測定することができる温度センサ及び温度センサ付軸受装置を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成によって達成される。
（１）軸受装置の温度を測定する温度センサを備えた温度センサ付軸受装置であって、軸箱に取り付けられる取り付け面から該軸箱に向かって突出する突起部を有するセンサ筐体と、
前記突起部の先端部に配置され、軸箱内に埋設される温度検出素子と、
を有することを特徴とする温度センサ付軸受装置。
（２）前記突起部は前記軸箱に形成される孔に収容され、前記突起部の先端部は、軸箱内に装着される軸受の外輪外周面近傍に位置されることを特徴とする（１）に記載の温度センサ付軸受装置。
（３）前記孔は、貫通孔であることを特徴とする（２）に記載の温度センサ付軸受装置。
（４）前記孔は、有底孔であることを特徴とする（２）に記載の温度センサ付軸受装置。
（５）前記突起部より前記軸受の外輪外周面側に位置する前記孔の隙間には、熱伝導性材料が設けられることを特徴とする（２）〜（４）のいずれかに記載の温度センサ付軸受装置。
（６）前記熱伝導性材料は、シリコン樹脂に熱伝導材を充填したものであることを特徴とする（５）に記載の温度センサ付軸受装置。
（７）前記熱伝導性材料は、発泡金属であることを特徴とする（５）に記載の温度センサ付軸受装置。
（８）さらに、前記軸受装置の振動を検出する振動センサを有することを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の温度センサ付軸受装置。
（９）さらに、前記センサ筐体に取り付けられるプリント基板を有し、
前記温度検出素子は、リード線によって前記プリント基板に接続されることを特徴とする（１）〜（８）に記載の温度センサ付軸受装置。
（１０）取り付け面から外方に向かって突出する突起部を有するセンサ筐体と、
前記突起部の先端部に配置される温度検出素子と、を有することを特徴とする温度センサ。

本発明の温度センサ及び温度センサ付軸受装置によれば、センサ筐体に突起部を設け、突起部の先端部に温度検出素子を配置しているので、センサ筐体が軸箱に取り付けられることで、突起部に設けられる温度検出素子は軸箱内に埋設され、軸受装置の温度を正確に測定可能であり、軸受装置の異常を精度良く検出でき、軸受装置の信頼性を向上することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る温度センサ及び温度センサ付軸受装置について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である温度センサ付軸受装置を説明するための正面図であり、図２（ａ）は、図１の要部拡大部分断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の温度センサのII方向から見た上面図である。

図１に示されるように、第１実施形態の温度センサ付軸受装置１０は、鉄道車両用軸受装置であり、図示しない車輪を固定した車軸１１を、軸箱１２に対して回転可能に支持するための軸受１３が、車軸１１と軸箱１２との間に配置されている。

軸受１３には、種々の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。なお、軸受１３は、複列円すいころ軸受、複列の深溝玉軸受、アンギュラ玉軸
受、円筒ころ軸受等、公知の各種転がり軸受を使用することができ、転がり軸受の具体構
成は図示省略する。

軸受１３の負荷圏側に位置する、即ち、車軸１１の中心Oを通過する水平面Ｐより上方に位置する軸箱１２の側部表面には、温度センサを構成するセンサ部１４が取り付けられている。

図２に示すように、センサ部１４は、アルミニウム合金等の軸箱１２と同一材料から
なるセンサ筐体１５、センサ筐体１５の開口部を密閉するカバー部材１６、センサ筐体１
５の底部側に取り付けられたプリント基板１７、軸受１３の温度を検出する温度検出素子であるサーミスタ１８、サーミスタ１８をプリント基板１７に接続するリード線１９、プリント基板１７上に固定され、軸受１３の振動を検出する振動センサの振動検出素子２０、及び、プリント基板１７から外部へ信号を伝送するため、センサ筐体１５に形成されたケーブル取り出し部１５ａから外部へ引き出される信号ケーブル２１を備える。

なお、軸箱１２の材質は、アルミニウム合金に限定されるものでなく、鉄製やステンレス鋼等であっても良い。また、センサ筐体１５の材質もアルミニウム合金に限定されず、鉄製やステンレス鋼等であっても良い。しかしながら、軸箱１２とセンサ筐体１５とが同じ材質の場合は、熱膨張係数及び熱抵抗が等しいので好ましい。なお、アルミニウム合金製のセンサ筐体の場合には、重量が軽いとともに熱伝導性が良いという利点がある。

センサ筐体１５は、軸箱１２の側部表面に面する取り付け面１５ｂに、外方に向けて、即ち、軸箱１２に向けて突出する突起部１５ｃを有しており、突起部１５ｃ内に形成される凹部１５ｄの先端部にシリコン樹脂２２等を充填してサーミスタ１８を固定している。また、軸箱１２には、この側部表面から軸受１３の外輪外周面１３ａまで貫通し、突起部１５ｃが挿入される貫通孔１２ａが形成されている。従って、センサ筐体１５をカバー部材１６と共に２本のボルト２３，２３によって軸箱１２の側部表面に取り付けることで、突起部１５ｃの先端部に配置されるサーミスタ１８は、軸箱１２内に埋設される。

また、サーミスタ１８は、リード線１９によってプリント基板１７に配線されているため、突起部１５ｃは、サーミスタ１８とリード線１９を収容するスペースさえあればよく、突起部１５ｃの断面積を小さくすることができる。

また、突起部１５ｃは、先端部が軸受１３の外輪外周面１３ａに近接して配置されるような長さを有することが好ましいが、加工精度を考えると突起部１５ｃの先端部を外輪外周面１３ａに密着させることは難しい。このため、本実施形態では、突起部１５ｃの先端部より軸受１３の外輪外周面１３ａ側、即ち、突起部１５ｃの先端部と外輪外周面１３ａとの間に位置する貫通孔１２ａの隙間に、熱伝導性材料であるシリコン樹脂２４が充填され、軸受１３の外輪からの熱をサーミスタ１８に伝わり易くしている。

従って、本実施形態の温度センサ付軸受装置１０によれば、軸箱１２に取り付けられる取り付け面１５ｂから軸箱１２に向かって突出する突起部１５ｃを有するセンサ筐体１５と、突起部１５ｃの先端部に配置され、軸箱１２内に埋設されるサーミスタ１８と、を有するので、突起部１５ｃに設けられるサーミスタ１８は軸受１３の外輪外周面１３ａ近傍に挿入することができ、軸受１３の外輪の温度を正確に測定可能であり、軸受１３の異常を精度良く検出でき、軸受１３の信頼性を向上することができる。

また、サーミスタ１８は、リード線１９によってプリント基板１７に接続されているので、突起部１５ｃは、サーミスタ１８とリード線１９を収容するスペースさえあればよく、突起部１５ｃの断面積を小さくすることができるので、軸箱１２の強度を損ねない。

さらに、センサ筐体１５の突起部１５ｃより軸受１３の外輪外周面１３ａ側に位置する貫通孔１２ａの隙間には、熱伝導性材料としてのシリコン樹脂２４が設けられているので、軸受１３の外輪の温度をサーミスタ１８に効率よく伝えることができる。

また、温度センサを構成するセンサ部１４は、さらに、軸受装置１０の振動を検出する振動センサの振動検出素子を有するので、温度だけでなく振動を測定することで軸受１３の異常を精度良く測定できる。

なお、熱伝導性材料としては、シリコン樹脂２４の代わりに、シリコンペーストや熱伝導性の良いエポキシ樹脂であってもよく、内部に多数の孔を有した発泡金属が使用されてもよい。発泡金属としては、銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金等があり、熱伝導係数が大きいのでさらに好ましい。

また、シリコン樹脂２４を使用する場合には、シリカ等の粉末や金属粉等の熱伝導材を充填することで、熱伝導性をより向上することができる。

また、シリコン樹脂２４は、突起部１５ｃの先端部と外輪外周面１３ａとの間に位置する貫通孔１２ａの隙間に直接充填されても良いが、ブロック状または板状のシリコン樹脂を突起部１５ｃの先端部に接着等で固定しておくと、取り扱いが容易となるので好ましい。この場合、ブロック状または板状のシリコン樹脂の外径寸法を突起部１５ｃが入る貫通孔１２ａの寸法より小さくしておくと、熱膨張等でシリコン樹脂が膨張しても、シリコン樹脂の膨張が貫通孔１２ａで規制されず、伸びる空間があるので好ましい。

また、本実施形態では、サーミスタ１８は、シリコン樹脂２２等を突起部１５ｃの凹部１５ｄに充填することで固定されているが、圧着端子状の部品と一体化され、ねじで固定し易いタイプの場合には、サーミスタ１８はねじで固定されてもよい。
さらに、本実施形態では、温度検出素子としてサーミスタ１８を使用したが、温度検出機能を備えたＩＣセンサや熱電対等でもよい。

（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る温度センサ付軸受装置について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の温度センサ付軸受装置３０では、温度センサを構成するセンサ部３１は、温度検出素子としてＩＣセンサ３２を使用しており、ＩＣセンサ３２は、プリント基板３３に搭載され、突起部１５ｃの凹部１５ｄ内に充填されたシリコン樹脂２２によって、突起部１５ｃの先端部に固定されている。なお、プリント基板３３として、フレキシブル基板が用いられてもよい。

また、プリント基板３３には、リード線１９が接続されており、他のプリント基板１７に配線されている。従って、突起部１５ｃは、ＩＣセンサ３２を搭載したプリント基板１７とリード線１９を収めるスペースさえあればよく、突起部１５ｃの断面積を小さくすることができる。

また、本実施形態では、センサ筐体１５の突起部１５ｃを収容する軸箱１２の孔は、有底孔１２ｂである。本実施形態においても、突起部１５ｃは、先端部が有底孔１２ｂの底に近接して配置されるような長さを有することが好ましいが、加工精度を考えると突起部１５ｃの先端部を有底孔１２ｂの底に密着させることは難しい。このため、本実施形態では、突起部１５ｃの先端部より軸受１３の外輪外周面１３ａ側、即ち、突起部１５ｃの先端部と有底孔１２ｂの底との隙間に、熱伝導性材料である発泡金属板３４を配置し、軸受１３の外輪からの熱をＩＣセンサ３２に伝わり易くしている。なお、熱伝導性材料としては、第１実施形態と同様、シリコン樹脂が使用されても良い。

従って、本実施形態の温度センサ付軸受装置３０によれば、軸箱１２に取り付けられる取り付け面１５ｂから軸箱１２に向かって突出する突起部１５ｃを有するセンサ筐体１５と、突起部１５ｃの先端部に配置され、軸箱１２内に埋設されるＩＣセンサ３２と、を有するので、突起部１５ｃに設けられるＩＣセンサ３２は軸受１３の外輪外周面１３ａ近傍、即ち、有底孔１２ｂの底近傍まで挿入することができ、軸受１３の外輪の温度を正確に測定可能であり、軸受１３の異常を精度良く検出でき、軸受１３の信頼性を向上することができる。

また、センサ筐体１５の突起部１５ｃより軸受１３の外輪外周面１３ａ側に位置する有底孔１２ｂの隙間には、熱伝導性材料としての発泡金属板３４が設けられているので、軸受１３の外輪の温度をサーミスタ１８に効率よく伝えることができる。

さらに、ＩＣセンサ３２は、プリント基板３３に搭載され、リード線１９によって他のプリント基板１７に接続されているので、突起部１５ｃは、ＩＣセンサ３２を搭載したプリント基板３３とリード線１９を収容するスペースさえあればよく、突起部１５ｃの断面積を小さくすることができる。
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。

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、変形、改良等が
可能である。
本実施形態では、温度センサ付軸受装置として、鉄道車両用軸受装置を例示したが、自
動車用軸受装置にも適用可能である。
また、本発明は、第１及び第２実施形態の各温度センサ付軸受装置の構成を組み合わ
せて適用することも可能である。

本発明の第１実施形態である温度センサ付軸受装置を示す正面図である。（ａ）は、図１の要部拡大部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の温度センサをII方向から見た上面図である。（ａ）は、本発明の第２実施形態である温度センサ付軸受装置を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の温度センサをIII方向から見た上面図である。従来の温度センサ付軸受装置を示す正面図である。

符号の説明

１０，３０温度センサ付軸受装置
１１車軸
１２軸箱
１３軸受
１４，３１センサ部（温度センサ）
１５センサ筐体
１５ｃ突起部
１７プリント基板
１８サーミスタ（温度検出素子）
１９リード線
２０振動検出素子
２１信号ケーブル
２２シリコン樹脂
２４シリコン樹脂（熱伝導性材料）
３２ＩＣセンサ（温度検出素子）
３３プリント基板
３４発泡金属板（熱伝導性材料）

Claims

軸受装置の温度を測定する温度センサを備えた温度センサ付軸受装置であって、
軸箱に取り付けられる取り付け面から該軸箱に向かって突出する突起部を有するセンサ筐体と、
前記突起部の先端部に配置され、軸箱内に埋設される温度検出素子と、
を有することを特徴とする温度センサ付軸受装置。
前記突起部は前記軸箱に形成される孔に収容され、前記突起部の先端部は、軸箱内に装着される軸受の外輪外周面近傍に位置されることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ付軸受装置。
前記孔は、貫通孔であることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ付軸受装置。
前記孔は、有底孔であることを特徴とする請求項２に記載の温度センサ付軸受装置。
前記突起部より前記軸受の外輪外周面側に位置する前記孔の隙間には、熱伝導性材料が設けられることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の温度センサ付軸受装置。
前記熱伝導性材料は、シリコン樹脂に熱伝導材を充填したものであることを特徴とする請求項５に記載の温度センサ付軸受装置。
前記熱伝導性材料は、発泡金属であることを特徴とする請求項５に記載の温度センサ付軸受装置。
さらに、前記軸受装置の振動を検出する振動センサを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の温度センサ付軸受装置。
さらに、前記センサ筐体に取り付けられるプリント基板を有し、
前記温度検出素子は、リード線によって前記プリント基板に接続されることを特徴とする請求項１〜８に記載の温度センサ付軸受装置。
取り付け面から外方に向かって突出する突起部を有するセンサ筐体と、
前記突起部の先端部に配置される温度検出素子と、
を有することを特徴とする温度センサ。