JP2007198576A - 軸受内状況検出機能付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受内への水の浸入や、軸受内の潤滑剤の含水率などの軸受内状況を、精度良く検出することができる軸受内状況検出機能付き軸受を提供する。
【解決手段】 この軸受内状況検出機能付き軸受１は、軸受空間を密封するシール５，６を設けた軸受において、前記シール５の軸受空間側の面となる内側面の全面に、検出用の電極パターン９，１０を設けたものである。前記電極パターン９，１０には検出回路１１を接続し、この検出回路１１で軸受空間内への水の浸入などを検出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、シールで密封された軸受空間内への水の浸入等を検出する機能を有する軸受内状況検出機能付き軸受、例えば鉄道車両用、自動車用、産業機械用等の軸受内状況検出機能付き軸受に関する。

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）。
特開２００４−２９３７７６号公報

しかし、特許文献１のセンサ付き軸受は、潤滑剤に混入した摩耗粉を検出するのみで、軸受空間内への水の浸入や、軸受空間内の潤滑剤の含水率、潤滑剤の酸化等の軸受内状況を検出することはできない。また、特許文献１のセンサ付き軸受は、シールの内面の一部にセンサを設けたものであるため、摩耗粉の他の各種の検出に応用しようとした場合に、限られたシール内面を十分に検出に利用することができず、精度や感度の良い安定した検出を行うことが難しい。

この発明の目的は、簡易な構成で、軸受内の状況を精度良く、また感度良く、安定して検出することのできる軸受内状況検出機能付き軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、簡易な構成で、軸受内への水の浸入、または軸受内の潤滑剤の含水率の検出を可能とすることでなる。
この発明のさらに他の目的は、簡易な構成で、軸受内の潤滑剤の酸化を検出可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、簡易な構成で、軸受内の潤滑剤の異物混入を検出可能とすることである。

この発明の軸受内状況検出機能付き軸受は、軸受空間を密封するシールを設けた軸受において、前記シールの軸受空間側の面となる内側面の全面に、検出用の電極パターンを設けたことを特徴とする。
この構成によると、シールの内側面の全面に検出用の電極パターンを設けたため、電極パターンを大きくすることができて、軸受空間内の状況を、精度、および感度良く、安定して検出することができる。また、リアルタイムで検出することができる。シールに電極パターンを設けたものであるため、構成も簡易なものとなる。

この発明において、前記電極パターンに接続された検出回路を設けても良い。この検出回路は、軸受空間内への水の浸入を検出するものとしても良い。また、前記検出回路として、軸受空間内の潤滑剤の含水率を検出するものとしても良い。
前記電極パターンに検出回路を接続することで、電極パターン間に介在する軸受空間内の潤滑剤の静電容量あるいは電気抵抗を測定することにより、その測定値から軸受空間内への水の浸入や、軸受空間内に封入された潤滑剤の含水率を検出することができる。シール内側の電極パターンで検出するため、水分の浸入をより早く検出できる。

前記検出回路は、軸受空間内の潤滑剤の酸化を検出するものとしても良い。潤滑剤の静電容量あるいは電気抵抗を測定することにより、潤滑剤の酸化を検出することもできる。この酸化の状況により、潤滑剤の劣化を判断することができる。

前記検出回路は、軸受空間内の潤滑剤の異物混入を検出するものとしても良い。上記静電容量あるいは電気抵抗の測定により、潤滑剤の異物混入を検出することもできる。この異物混入により、潤滑剤の異物混入による劣化を検出することができる。

この発明の軸受内状況検出機能付き軸受は、軸受空間を密封するシールを設けた軸受において、前記シールの軸受空間側の面となる内側面の全面に、検出用の電極パターンを設けたため、簡易な構成で、軸受内の状況を精度良く、また感度良く、安定して検出することのできる。特に、軸受内への水の浸入や、潤滑剤の含水率を早期に検出することができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この軸受内状況検出機能付き軸受１は図１に概略構成を示すように、転動体４を介して互いに相対回転自在な内輪２および外輪３と、これら内外輪２，３間の環状空間の両端を密封する一対のシール５，６を備えた転がり軸受であって、一方のシール５の軸受空間側の面となる内側面の全面に設けた一対の検出用の電極パターン９，１０と、この電極パターン９，１０に接続されて軸受内の状況を検出する検出回路１１とで構成される検出装置８を備えたものである。この軸受内状況検出機能付き軸受１は深溝玉軸受からなり、転動体４は保持器７で保持されている。
図２（Ａ），（Ｂ）には、リング状のシール５の内側面の全面に、このシール５と同心に環状の電極パターン９，１０を設けた例の平面図および断面図を示す。

図３は、前記検出装置８の原理構成を示す。この検出装置８では、両電極パターン９，１０間に挟まれた軸受１内の潤滑剤１２の静電容量を検出回路１１で測定し、測定された静電容量から、潤滑剤１２に浸入あるいは混入した水分量を検出する。すなわち、両電極パターン９，１０に挟まれた潤滑剤１２に例えば水分が混入すると、水の誘電率が高いため、図４のように水分の混入量に比例して静電容量が増加する。そこで、測定される静電容量から、潤滑剤１２に混入した水分量を検出することができる。なお、この検出装置８によると、軸受１の外部から軸受内に浸入した水分に限らず、軸受内に封入された潤滑剤１２の含水率を検出することもできる。

また、以上の説明では、検出回路１１により、両電極パターン９，１０間に挟まれた潤滑剤１２の静電容量を測定するものとしたが、静電容量の代わりに電気抵抗を測定しても良い。この場合、潤滑剤１２に混入する水分量が増加すると電気抵抗が減少するので、測定される電気抵抗値から潤滑剤１２に混入した水分量を検出することができる。

軸受内に封入された潤滑剤１２には、軸受１の使用に伴って摩耗粉等の異物が混入するが、異物の混入量が増加すると上記した電気抵抗の測定値も増加するので、その測定値から軸受空間内の潤滑剤１２の異物混入量を検出するようにしても良い。また潤滑剤１２は劣化に伴い酸化が進み、その酸化の程度により上記した静電容量や電気抵抗が変化するので、測定される静電容量や電気抵抗から軸受空間内の潤滑剤１２の酸化を検出するようにしても良く、このようにして検出される異物混入量や酸化の程度から潤滑剤１２の劣化状態を推定することもできる。
このように、軸受１内の潤滑剤１２の水の浸入、あるいは異物混入等による劣化をリアルタイムで正確に検出できるため、軸受に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１の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。

図５（Ａ），（Ｂ）は、前記シール５の内側面に設けられる電極パターン９，１０の他の例の平面図および断面図を示す。この例の電極パターン９，１０では、図５（Ｃ）に概略図で示すように、三重のリング構造で各リング部９ａ，９ｂ，９ｃが一部９ｄで連続する電極パターン９と、二重のリング構造で各リング部１０ａ，１０ｂが一部１０ｃで連続する電極パターン１０とを、一方の電極パターン９の各リング部９ａ〜９ｃと他方の電極パターン１０の各リング部１０ａ，１０ｂとが径方向に交互に並ぶように同心状に配置したものである。このように構成することにより、両電極パターン９，１０の対向面を増大させることができる。そのため、限られたシール５の内側面の面積の中で、できるだけ電極パターン９，１０の面積を大きくして、それだけ精度の良い検出を行うことができる。

図６（Ａ），（Ｂ）は、前記シール５の内側面に設けられる電極パターン９，１０のさらに他の例の平面図および断面図を示す。この例の電極パターン９，１０では、図６（Ｃ）に部分拡大平面図で示すように、リング部９ｅの内径側に複数の櫛歯９ｆを突出させた外周側の電極パターン９と、リング部１０ｄの外径側に複数の櫛歯１０ｅを突出させた内周側の電極パターン１０とを、両電極パターン９，１０の櫛歯９ｆ，１０ｅが周方向に交互に並ぶように同心状に配置したものである。このように構成することにより、両電極パターン９，１０の対向面を増大させることができる。

上記検出装置８を搭載したこの軸受内状況検出機能付き軸受１では、軸受空間内への水の浸入、軸受空間内に封入された潤滑剤の含水率，酸化、軸受空間内の潤滑剤の異物混入など広い範囲にわたる軸受内状況を、リアルタイムで正確に検出することができる。

図７は、上記した検出装置８を搭載した軸受内状況検出機能付き軸受を、鉄道車両用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、軸受内状況検出機能付き軸受１Ａ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１Ａ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１Ａ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１Ａの両端部に配置される両オイルシール３８，３９により軸受１Ａ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。

検出装置８の電極パターン９，１０はオイルシール３９の内側面に取付けられ、軸受１Ａの外部に設けられた検出回路１１に接続される。
上記検出装置８を搭載したこの軸受内状況検出機能付き軸受１Ａでも、軸受空間内への水の浸入、軸受空間内に封入された潤滑剤の含水率，酸化、軸受空間内の潤滑剤への異物混入など広い範囲にわたる軸受内状況を、リアルタイムで正確に検出することができる。

この発明の一実施形態にかかる軸受内状況検出機能付き軸受の概略構成図である。 （Ａ）は同軸受における検出装置の電極パターンの一例の平面図、（Ｂ）は同断面図である。 同検出装置の原理構成図である。 同検出装置における電極パターン間に挟まれる潤滑剤の静電容量と潤滑剤の水分含有量との関係を示すグラフである。 （Ａ）は電極パターンの他の例の平面図、（Ｂ）は同断面図、（Ｃ）は同概略図である。 （Ａ）は電極パターンのさらに他の例の平面図、（Ｂ）は同断面図、（Ｃ）は部分拡大平面図である。 この発明の他の実施形態にかかる軸受内状況検出機能付き軸受を鉄道車両用ユニットに用いた断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…軸受内状況検出機能付き軸受
５…シール
８…検出装置
９，１０…電極パターン
１１…検出回路
１２…潤滑剤
３９…オイルシール

Claims (5)

1. 軸受空間を密封するシールを設けた軸受において、前記シールの軸受空間側の面となる内側面の全面に、検出用の電極パターンを設けたことを特徴とする軸受内状況検出機能付き軸受。
2. 請求項１において、前記電極パターンに接続された検出回路を設け、この検出回路は、軸受空間内への水の浸入を検出するものとした軸受内状況検出機能付き軸受。
3. 請求項１において、前記電極パターンに接続された検出回路を設け、この検出回路は、軸受空間内の潤滑剤の含水率を検出するものとした軸受内状況検出機能付き軸受。
4. 請求項１において、前記電極パターンに接続された検出回路を設け、この検出回路は、軸受空間内の潤滑剤の酸化を検出するものとした軸受内状況検出機能付き軸受。
5. 請求項１において、前記電極パターンに接続された検出回路を設け、この検出回路は、軸受空間内の潤滑剤の異物混入を検出するものとした軸受内状況検出機能付き軸受。
   

Images