JP2007192769A - 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】 測定環境温度の影響を受けずに、潤滑剤の劣化状態を正確に検出することができる潤滑剤劣化検出装置を提供することである。また、潤滑剤の劣化状態を正確に検出でき、かつ定期的あるいはリアルタイムの検出等により早期の劣化検出が可能で、異常やメンテナンス時期の予測などが行い易い検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 この潤滑剤劣化検出装置１は、第１の検出部２と、第２の検出部３と、これら第１および第２の検出部２，３の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段４とを備える。第１の検出部２は、封止手段で封止された基準潤滑剤の特性を測定する。第２の検出部３は、劣化検出対象となる潤滑剤の特性を測定する。この構成の潤滑剤劣化検出装置１は、例えば、軸受の内部に搭載される。
【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やコイル等のセンサを配置し、摩耗粉の混入する潤滑剤の電気的特性を前記センサ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）。この場合、前記センサは、潤滑剤の電気的な変化を絶対値として測定している。
また、他の例として、転がり軸受の固定輪に測定器を取付け、この測定器で軸受内部の潤滑剤の体積抵抗率、誘電率、誘電正接などを測定することにより、潤滑剤の劣化状態を推定するようにしたものも提案されている（例えば特許文献２）。この例では、測定結果が温度の影響を受けることを考慮して、前記測定器とは別に、潤滑剤の温度を測定する温度センサを設け、前記測定器による体積抵抗率、誘電率、誘電正接などの測定値を、温度センサが測定する温度に応じて補正することが示されている。
特開２００４−２９３７７６号公報 特開２００３−１７２４９４号公報

特許文献１に記載の例では、潤滑剤の電気的な特性の測定が、その絶対値を計測する方法となっているが、潤滑剤は環境温度の変化によって特性変化に影響を受け易い。そのため、特許文献１に開示の例では、正しく検出することができない。
特許文献２に開示の例では、測定値を温度補正するようにしているが、潤滑剤の高い抵抗率や、潤滑剤の劣化による誘電率の変化を検出するには、このような温度補正を行うだけでは十分でなく、検出値に大きな誤差が生じてしまう。

この発明の目的は、測定環境温度の影響を受けずに、潤滑剤の劣化状態を正確に検出することが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正確に検出でき、また定期的あるいはリアルタイムの検出等により早期の劣化検出が可能で、異常やメンテナンス時期の予測などが行い易い検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、封止手段で封止された基準潤滑剤の特性を測定する第１の検出部と、劣化検出対象となる潤滑剤の特性を測定する第２の検出部と、これら第１および第２の検出部の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段とを備えたものである。
この構成によると、劣化検出対象の潤滑剤が劣化してくると、第１の検出部による基準潤滑剤の特性の測定値と第２の検出部による劣化検出対象となる潤滑剤の特性の測定値のずれが発生し、それらの測定値を比較する比較手段によって潤滑剤の劣化状態が検出される。この場合、劣化検出対象の潤滑剤の特性を、酸化などの劣化を受けていない基準潤滑剤の特性と比較するので、測定環境変化の影響を受けずに、常に基準潤滑剤からの特性のずれを検出することができる。また、基準潤滑剤は、単に検出用に準備するものであるため、密封手段等の保護手段を設けることで、ほとんど劣化しないような状態に確保することが容易であり、酸化や成分漏れ、蒸発などによる潤滑剤の変化を、長期間にわたって正確に測定することができる。これにより、劣化検出対象の潤滑剤の劣化状態を正確に検出することができる。

この発明において、上記第１および第２の検出部は、潤滑剤の誘電率、体積抵抗率、または静電容量等の電気的特性を測定するものであっても良い。
また、上記第１および第２の検出部が、潤滑剤の透明度、または色などの光学的特性を測定するものであっても良い。光学的特性による測定の場合、電気的特性を測定するものに比べて、劣化の程度差の測定が精度良く行い易い。

上記第１および第２の検出部は、互いに同一の回路基板上に並べて設けられたものであっても良い。また、上記第１および第２の検出部が、互いに同一の回路基板の表裏にそれぞれ配置されたものであっても良い。このように同一回路基板に第１および第２の検出部を配置することで、潤滑剤劣化検出装置をコンパクトに構成でき、軸受への組み込みも容易になる。特に、第１第２の検出部を同一回路基板の表裏に実装する場合は、回路基板を有効利用した一層コンパクトな潤滑剤劣化検出装置とすることができる。

また、この発明において、上記第１および第２の検出部および比較手段を構成する電気回路部品を、互いに同一の回路基板上に搭載し、これら電気回路部品を搭載した回路基板を、電気シールド機能および耐油性を有する保護手段で覆っても良い。
軸受等に潤滑剤劣化検出装置を搭載した場合、回路部品が周辺からの電気的影響を受けたり、潤滑剤等で長年の間に侵される恐れがあるが、電気シールド機能および耐油性を有する保護手段で覆うことにより、回路部品の誤動作が防止され、また潤滑油等で侵されることが回避される。

この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の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の特性が効果的に利用され、軸受内部の潤滑剤の劣化状態を正確に、かつリアルタイムで検出することができる。このため、定期的あるいはリアルタイムの検出等により早期の潤滑剤劣化検出が可能で、異常やメンテナンス時期の予測などが行い易いものとなる。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、封止手段で封止された基準潤滑剤の特性を測定する第１の検出部と、劣化検出対象となる潤滑剤の特性を測定する第２の検出部と、これら第１および第２の検出部の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段とを備えたものとしたため、潤滑剤の劣化状態を正確に、また測定環境温度の影響を受けずに検出することができる。
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、上記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正確に検出でき、また定期的あるいはリアルタイムの検出等による早期の潤滑剤劣化検出が可能で、異常やメンテナンス時期の予測などが行い易いものとなる。

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を示すブロック図である。この潤滑剤劣化検出装置１は、封止手段で封止された基準潤滑剤の特性を測定する第１の検出部２と、劣化検出対象となる潤滑剤の特性を測定する第２の検出部３と、これら第１および第２の検出部２，３の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段４とを備える。第１および第２の検出部２，３は、潤滑剤の誘電率、体積抵抗率、または静電容量等の電気的特性を測定するものであっても、また潤滑剤の透明度、または色などの光学的特性を測定するものであっても良いが、この実施形態では、電気的特性を検出するものとされている。
比較手段４は、例えば、第１および第２の検出部２，３による基準潤滑剤と測定対象潤滑剤の検出結果を比較し、基準潤滑剤に対する測定対象潤滑剤の変化の度合いを評価するものとされる。図示の例では、比較手段４は、第１の検出部２の検出信号と、第２の検出部３の検出信号の差分を増幅して出力する差動増幅回路５と、この差動増幅回路５の出力信号のレベルを予め設定した基準レベルと比較して、劣化判定結果を出力する比較判定回路６とを備える。なお、比較手段４は、差動増幅回路５の出力信号から潤滑剤の劣化状態を推定するものであっても良い。比較手段４の差動検出構成は、この他にブリッジ回路で構成しても良い。

図２は、上記潤滑剤劣化検出装置１を、電気的特性で検出するものとした場合の具体的構成例を示す断面図である。同図において、第１の検出部２は回路基板７の片面に配置され、第２の検出部３は前記回路基板７の他の片面に配置される。第１の検出部２が検出する基準潤滑剤８Ａは、第１の検出部２が配置される回路基板７の片面側に封止手段である劣化保護ケース９によって収められ、外部からの異物侵入や、酸化、成分の蒸発を防ぐようにされている。第２の検出部３は劣化検出対象となる潤滑剤８に晒される。また、前記回路基板７には、各検出部２，３の駆動回路１０や、前記比較手段４を構成する電気回路構成部品も搭載され、これらの電気回路構成部品が保護手段１４で覆われている。保護手段１４は、耐油性を有する樹脂のケースまたは樹脂モールドによる樹脂部と、電気シールド処理部（図示せず）とでなる。電気シールド処理部は、上記樹脂部に設けたものであっても、これらケース部等とは別に設けたものであっても良い。比較手段４からの判定信号は、配線ケーブル１１から外部に出力される。また、配線ケーブル１１を経て外部から潤滑剤劣化検出装置１に電源が供給される。

図３は、誘電率、抵抗率等を検出するようにした第２の検出部３の一例を示す。この例では、くし型の一対の電極１２Ａ，１２Ｂを回路基板７上に対向配置して第２の検出部３が構成され、両電極１２Ａ，１２Ｂ間の静電容量、電気抵抗等を測定するようにされている。これにより、図２（Ｂ）のように電極５Ａ，５Ｂ上に劣化検出対象となる潤滑剤８が存在すると、潤滑剤８の誘電率、体積抵抗率、静電容量などの電気的特性を検出することができる。この場合、第１の検出部２については図示しないが、図３に示す第２の検出部３と同様の構成とされ、その表面に図２の劣化保護ケース９で基準潤滑剤８Ａが封止される。

図４は、誘電率、透磁率等を検出するようにした第２の検出部３の例を示す。この例では、回路基板７上にコイル１３を配置して第２の検出部３が構成され、誘電率あるいは透磁率を測定するようにされている。これにより、コイル１３上に劣化検出対象となる潤滑剤が存在すると、潤滑剤の透磁率を検出することができる。誘電率の変化を検出することも可能である。この場合、第１の検出部２については図示しないが、図４に示す第２の検出部３と同様の構成とされ、その表面に図２の劣化保護ケース９で基準潤滑剤８Ａが封止される。
なお、透磁率を検出する構成では、回路基板７の表裏のコイル１３を同軸に置くと干渉が大きくなるため、互いの位置をずらせて配置する必要がある。

このように構成された潤滑剤劣化検出装置１では、第１の検出部２による劣化していない基準潤滑剤８Ａ（図２）の測定値と、第２の検出部３による劣化検出対象の潤滑剤８の測定値とを比較するため、初期状態では差動増幅回路５の出力信号がゼロとなるように校正されている。劣化検出対象の潤滑剤８が劣化してくると、基準潤滑剤８Ａの測定値とのずれが発生して、その差分の信号が差動増幅回路５から出力される。この場合、劣化検出対象の潤滑剤８の特性を、酸化などの劣化を受けない基準潤滑剤８Ａの特性と比較するので、温度変化等の測定環境変化の影響を受けずに、常に基準潤滑剤８Ａからのずれを検出することができる。また、基準潤滑剤８Ａはほとんど劣化しないような状態に確保されるので、酸化や成分漏れ、蒸発などによる潤滑剤８の変化を、長期間にわたって検出することができる。これにより、劣化検出対象の潤滑剤８の劣化状態を正確に検出することができる。
なお、この場合に、基準潤滑剤８Ａと劣化検出対象の潤滑剤８とは、できるだけ近接して配置することが望ましい。このように近接配置すると、温度変化や電源環境の変化があった場合に、両潤滑剤８Ａ，８が同じ影響を受けるので、出力信号に温度変化や電源環境の変化が影響せず、安定した潤滑剤劣化検出が可能となる。

前記第１および第２の検出部２，３は、それぞれ別々の回路基板に配置しても良いが、この実施形態のように、同一の回路基板７の表裏両面に、第１の検出部２と第２の検出部３を分けて配置した場合には、潤滑剤劣化検出装置１をコンパクトに構成でき、軸受への組み込みも容易になる。

図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図１に示す第１の実施形態において、第１および第２の検出部２，３として、透過光量を測定する検出部を用いたものである。基準潤滑剤８Ａを用いた差動検出方式であることは第１の実施形態の場合と同じである。この実施形態では、同一回路基板７に第１および第２の検出部２，３が並べて設けられている。回路基板７の表面の第１の検出部２の配置部に、封止手段である劣化保護ケース９によって基準潤滑剤８Ａが収められていること、第２の検出部３が劣化検出対象となる潤滑剤８に晒されること、同一回路基板７上に第１および第２の検出部２，３の駆動回路１０、比較手段４の電気回路部品が搭載されていること等も第１の実施形態の場合と同じである。なお、第１および第２の検出部２，３は、潤滑剤８Ａ，８の透明度を測定する場合のほか、色などの他の光学的特性を測定するものであっても良い。

この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１の場合も、基準潤滑剤８Ａの透過光量を測定する第１の検出部２の検出信号と、劣化検出対象となる潤滑剤８の透過光量を測定する第２の検出部３の検出信号とを、比較手段４で比較することによって、潤滑剤８の劣化状態を正確に検出できる。

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、潤滑剤劣化検出装置付き軸受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のシール３９の近傍には、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、潤滑剤劣化検出装置１の検出信号が配線ケーブル１１を介して外部に出力される。また、潤滑剤劣化検出装置１への電源供給も配線ケーブル１１を介して行われる。配線ケーブル１１の取り出し部分は、水分の浸入や油漏れを防止するため、耐油性の樹脂材料などで封止される。
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの検出装置付き軸受２１では、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。

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、軸受２１の両転動体列の間で外輪３５の内径面に潤滑剤劣化検出装置１を取付けたものである。潤滑剤劣化検出装置１は、ころ３６の端面付近または保持器３７の端面付近に配置される。外輪３５には、潤滑剤劣化検出装置１の配線ケーブル１１を挿通させるケーブル挿入孔３５ａが設けられ、配線ケーブル１１の挿通位置には、防水シール４２が設けられる。その他の構成は図６の例と同様である。

この発明の第１の実施形態にかかる潤滑剤劣化検出装置の原理構成を示すブロック図である。 同潤滑剤劣化検出装置の具体的な構成を示す断面図である。 （Ａ）は同潤滑剤劣化検出装置における第２の検出部の一例の要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるIII −III 矢視断面図である。 同潤滑剤劣化検出装置における第２の検出部の他の例の平面図である。 （Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかる潤滑剤劣化検出装置の概略構成を示す平面図、（Ｂ）は同潤滑剤劣化検出装置の正面図である。 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一例の断面図である。 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…第１の検出部
３…第２の検出部
４…比較手段
７…回路基板
８…劣化検出対象の潤滑剤
８Ａ…基準潤滑剤
９…劣化保護ケース
１４…保持手段
２１，２１Ａ…潤滑剤劣化検出装置付き軸受

Claims (7)

1. 封止手段で封止された基準潤滑剤の特性を測定する第１の検出部と、劣化検出対象となる潤滑剤の特性を測定する第２の検出部と、これら第１および第２の検出部の出力信号を比較することによって潤滑剤の劣化を検出する比較手段とを備えた潤滑剤劣化検出装置。
2. 請求項１において、上記第１および第２の検出部が、潤滑剤の誘電率、体積抵抗率、または静電容量等の電気的特性を測定するものである潤滑剤劣化検出装置。
3. 請求項１において、上記第１および第２の検出部が、潤滑剤の透明度、または色などの光学的特性を測定するものである潤滑剤劣化検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、上記第１および第２の検出部が、互いに同一の回路基板上に並べて設けられたものである潤滑剤劣化検出装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、上記第１および第２の検出部が、互いに同一の回路基板の表裏にそれぞれ配置されたものである潤滑剤劣化検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、上記第１および第２の検出部および比較手段を構成する電気回路部品を、互いに同一の回路基板上に搭載し、これら電気回路部品を搭載した回路基板を、電気シールド機能および耐油性を有する保護手段で覆った潤滑剤劣化検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに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。

Images