JP2007192768A - 潤滑剤劣化検出装置および検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤の劣化状態を精度良く検出できる潤滑剤劣化検出装置、および封入潤滑剤の劣化状態を精度良くかつリアルタイムで検出できる検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】検出対象となる潤滑剤５を互いの間に介在させる発光部２および受光部３と、この受光部３の出力から前記潤滑剤５の光透過率を求めて潤滑剤５に混入している異物の量を検出する判定手段４とを備える。この潤滑剤劣化検出装置を、軸受に搭載する。
【選択図】図１

Description

この発明は、潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受、例えば鉄道車両用、自動車用、産業機械用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。

潤滑剤を封入した軸受では、軸受内部の潤滑剤（グリース、油など）が劣化すると転動体の潤滑不良が発生し、軸受寿命が短くなる。転動体の潤滑不良を、軸受の振動状態などから判断するのでは、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになるため、潤滑状態の異常をより早く検出できない。そこで、軸受内の潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測し、異常やメンテナンス期間の予測を可能にすることが望まれる。

潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられる。
軸受の摩耗状態を検出するものとしては、軸受のシールの内側に電極を配置し、摩耗粉の混入による潤滑剤の電気的特性を、抵抗値や静電容量や磁気抵抗やインピーダンスの変化で検出するようにしたセンサ付き軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００４−２９３７７６号公報

しかし、特許文献１のセンサ付き軸受は、潤滑剤の電気的特性を検出するものであるため、大量の摩耗粉が入って導通が起こるなどの状況にならなけば、特性変化として検出されず、混入物の検出が困難な場合がある。

この発明の目的は、潤滑剤の劣化状態を精度良く検出できる潤滑剤劣化検出装置を提供することである。
この発明の他の目的は、潤滑剤の劣化状態を精度良く、かつリアルタイムで検出できる検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の第１の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、検出対象となる潤滑剤を互いの間に介在させる発光部および受光部と、この受光部の出力から前記潤滑剤の光透過率を求めて潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段とを備えたものである。
この構成によると、発光部から発光する光が潤滑剤を透過し、その透過光を受光部が受光する。この場合の透過光量は、潤滑剤に混入している異物の量に応じて変化し、受光部の出力も前記透過光量に応じて変化する。判定手段は、受光部の出力から潤滑剤の光透過率を求めて、潤滑剤に混入している異物の量を検出する。例えば、軸受に使用される潤滑剤の場合、劣化が進むにつれて摩耗粉などの異物の混合割合が増加するが、この摩耗粉の混入量を検出して潤滑剤の劣化を検出することができる。この場合に、この潤滑剤劣化検出装置は、光透過率により潤滑剤の劣化を検出するため、潤滑剤の劣化状態を精度良く検出することができる。

この発明の第２の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、互いの間に潤滑剤を介在させる発光部および受光部の組を２組設け、一方の組の発光部と受光部は基準となる潤滑剤を、他方の組の発光部と受光部は検出対象となる潤滑剤をそれぞれ介在させるものとし、これら２組の受光部の出力を比較して潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段を設けたものである。
この構成によると、基準潤滑剤と検出対象となる潤滑剤の光透過率を比較するため、より一層精度良く、異物の混入量、潤滑剤の劣化状況を検出することができる。例えば、受光部を構成する受光素子の特性が温度によって変動しても、その変動分が判定手段の差動構成によってキャンセルされるため、潤滑剤の劣化状態を正確に検出できるうえに、安定した検出が可能となる。

この発明の検出装置付き軸受は、上記第１または第２の発明に係る潤滑剤劣化検出装置が搭載された軸受である。
この構成によると、この発明の潤滑剤劣化検出装置により、光透過率から潤滑剤中の混入物の割合を検出し、潤滑剤の状態をリアルタイムでモニタリングできる。そのため、動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受の潤滑不良による破損を防止することができる。また、潤滑剤の交換の必要性をセンサ出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量を減少させることができる。

この発明の第１の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、検出対象となる潤滑剤を互いの間に介在させる発光部および受光部と、この受光部の出力から前記潤滑剤の光透過率を求めて潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段とを備えたため、潤滑剤の劣化状態を精度良く検出することができる。
この発明の第２の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、互いの間に潤滑剤を介在させる発光部および受光部の組を２組設け、一方の組の発光部と受光部は基準となる潤滑剤を、他方の組の発光部と受光部は検出対象となる潤滑剤をそれぞれ介在させるものとし、これら２組の受光部の出力を比較して潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段を設けたため、潤滑剤の劣化状態をより精度良く検出できるうえ、温度変化等の影響を受け難い安定した検出が可能となる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものであるため、軸受内部の潤滑剤の劣化状態を精度良く、かつリアルタイムで検出することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１は、この実施形態の潤滑剤劣化検出装置の原理構成図である。この潤滑剤劣化検出装置１は、検出対象となる潤滑剤５を互いの間に介在させる発光部２および受光部３と、この受光部３の出力から前記潤滑剤５の光透過率を求めて潤滑剤５に混入している異物の量を検出する判定手段４とを備える。発光部２は例えば発光ダイオードなどの発光素子を有し、受光部３はフォト・トランジスタなどの受光素子を有する。

図２は、上記潤滑剤劣化検出装置１の具体的な構成例を示す。同図において、発光部２は、電源・アース間に発光素子である発光ダイオード６と抵抗７を直列接続して構成される。受光部３は、電源・アース間に受光素子であるフォト・トランジスタ８と抵抗９を直列接続して構成される。潤滑剤５は、発光ダイオード６とフォト・トランジスタ８との間に配置される。これにより、発光ダイオード６で発光した光が潤滑剤５を透過し、フォト・トランジスタ８によって感知される。フォト・トランジスタ８と抵抗９との間に接続された判定手段４となる回路は、フォト・トランジスタ８に流れる光電流を検出する。この構成例において、発光素子６と受光素子８は、これらがセットになったフォト・インタラプタを用いても良い。

図３は、図２の潤滑剤劣化検出装置１における発光素子６と受光素子８の配置例を示す。同図において、前記発光部２、受光部３、および判定手段４となる回路が回路基板１０に搭載され、この回路基板１０がハウジング１１内に設置される。ハウジング１１は、検出対象となる潤滑油５の収容が可能なギャップ１２を有し、このギャップ１２を挟んで前記発光素子６と受光素子８が同軸上に向かい合うように対向配置される。
ハウジング１１は、図では外形のみを示しているが、中空のケースからなるものであっても、また回路基板１０や発光素子６，受光素子８を一体に樹脂モールドしたものであっても良い。

この構成の潤滑剤劣化検出装置１によると、発光部２の発光素子６から発光する光が潤滑剤５を透過し、その透過光を受光部３の受光素子８が受光する。この場合の透過光量は、潤滑剤５に混入している異物の量に応じて変化し、受光に伴い受光素子８に流れる光電流も前記透過光量に応じて変化する。判定手段４となる回路は、受光素子８の出力から潤滑剤５の光透過率を求めて、潤滑剤５に混入している異物の量を検出する。

図４は、潤滑剤５に含まれる混入物の割合とそのときの透過光量比との関係を示すグラフである。このグラフによると、混入物の増加に伴い透過光量比が減少する関係があることが分かる。このことから、上記潤滑剤劣化検出装置１により潤滑剤５に混入している異物の量の検出が可能である。軸受に使用される潤滑剤の場合、劣化が進むにつれて摩耗粉などの異物の混合割合が増加するので、上記潤滑剤劣化検出装置１で軸受内部の潤滑剤に混入している異物の量を検出すれば、潤滑剤の劣化を正確に検出することができる。

図５は、この発明の他の実施形態の原理図構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１では、互いの間に潤滑剤５を介在させる発光部２および受光部３の組である２組の発光部・受光部組１３Ａ，１３Ｂを設けている。この場合、一方の発光部・受光部組１３Ａの発光部２と受光部３との間には基準となる潤滑剤５Ａを介在させ、他方の発光部・受光部組１３Ｂの発光部２と受光部３との間には検出対象となる潤滑剤５Ｂを介在させるものとする。判定手段４は、上記２組の発光部・受光部組１３Ａ，１３Ｂの受光部３の出力を比較する差動回路などからなり、その比較により検出対象である潤滑剤５Ｂに混入している異物の量を検出するものとする。各組の発光部２および受光部３の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。

この構成の潤滑剤劣化検出装置１の場合、基準潤滑剤と検出対象となる潤滑剤の光透過率を比較するため、より一層精度良く、かつ安定して、異物の混入量、潤滑剤の劣化状況を検出することができる。例えば、受光部２を構成する受光素子の特性が温度によって変動しても、その変動分が差動構成によってキャンセルされるため、潤滑剤の劣化状態を正確に検出できるうえに、安定した検出が可能となる。

図６は、上記した潤滑剤劣化検出装置１を搭載した検出装置付き軸受を、鉄道車両用軸受ユニットに用いた断面図である。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、検出装置付き軸受２１とその内輪３４の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り３２および後ろ蓋３３とで構成される。軸受２１は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ３６，３６に対して設けた分割型の内輪３４，３４と、一体型の外輪３５と、前記ころ３６，３６と、保持器３７とを備える。
後ろ蓋３３は、車軸４０に軸受２１よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール３８を摺接させたものである。油切り３２は、車軸４０に取付けられて外周にオイルシール３９を摺接させたものである。これら軸受２１の両端部に配置される両オイルシール３８，３９により軸受２１の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。

軸受２１の外輪３５には、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出する潤滑剤劣化検出装置１が取付けられている。この潤滑剤劣化検出装置１は、外輪３５に複列の軌道面の間で設けられた検出装置挿入孔３５ａに挿入されて、先端が軸受空間内に進入し、ボルト等により外輪３５に固定されている。

潤滑剤劣化検出装置１は、その原理構成が図１〜図３に示す第１の実施形態に係るものであっても、また図５に示す第２の実施形態に係るものであっても良いが、外形は図示のように段付き軸状に形成され、また全体がこの潤滑剤劣化検出装置１のハウジングで覆われたものとされている。潤滑剤劣化検出装置１およびそのケーブルには、防水・防油処理が施される。潤滑剤劣化検出装置１の取付部も耐油材料でシールされる。例えば、前記潤滑剤劣化検出装置１は、密封シール４２を介して外輪３５の検出装置挿入孔３５ａに挿入され、密封シール４２として、例えばＯリングが用いられる。このように、密封シール４２を介して潤滑剤劣化検出装置１が外輪３５に固定されることにより、潤滑剤劣化検出装置１の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が侵入するのを防止できる。

この構成の検出装置付き軸受２１によると、上記構成の潤滑剤劣化検出装置１を搭載したため、この軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、リアルタイムで正確に検出することができる。そのため、動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受２１の潤滑不良による破損を防止することができる。また、潤滑剤の交換の必要性をセンサ出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量を減少させることができる。

図７は、検出装置付き軸受の他の例を示す。この検出装置付き軸受２１Ａは、図６に示した検出装置付き軸受２１において、潤滑剤劣化検出装置１を、シール３９の近傍に取付けたものである。その他の構成は図６の例と同様である。

なお、上記各実施形態の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、鉄道車両用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、自動車用や産業機械用等の軸受にも適用することができる。

この発明の第１の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の原理構成図である。 同潤滑剤劣化検出装置の具体的な構成図である。 同潤滑剤劣化検出装置における発光素子と受光素子の配置例を示す説明図である。 潤滑剤に含まれる混入物の割合とそのときの透過光量比との関係を示すグラフである。 この発明の第２の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の原理図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一例を示す断面図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の他の例の断面図である。

符号の説明

１…潤滑剤劣化検出装置
２…発光部
３…受光部
４…判定手段
５，５Ａ，５Ｂ…潤滑剤
６…発光素子
８…受光素子
１３Ａ，１３Ｂ…発光部・受光部組
２１，２１Ａ…検出装置付き軸受

Claims (3)

1. 検出対象となる潤滑剤を互いの間に介在させる発光部および受光部と、この受光部の出力から前記潤滑剤の光透過率を求めて潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段とを備えた潤滑剤劣化検出装置。
2. 互いの間に潤滑剤を介在させる発光部および受光部の組を２組設け、一方の組の発光部と受光部は基準となる潤滑剤を、他方の組の発光部と受光部は検出対象となる潤滑剤をそれぞれ介在させるものとし、これら２組の受光部の出力を比較して潤滑剤に混入している異物の量を検出する判定手段を設けた潤滑剤劣化装置。
3. 請求項１または請求項２記載の潤滑剤劣化検出装置が搭載された潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
   

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