JP2007198767A - Lubricant deterioration detector and bearing with detector - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a lubricant deterioration detection device for detecting a deterioration state due to a contaminant of a lubricant, and a bearing with a detection device provided with the lubricant deterioration detection device, for example, for railway vehicles, automobiles, industrial machinery, etc. The present invention relates to a bearing with a lubricant deterioration detection device.
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。 In a bearing in which a lubricant is enclosed, if the lubricant (grease, oil, etc.) inside the bearing deteriorates, the rolling element will be poorly lubricated and the bearing life will be shortened. Judging the poor lubrication of the rolling elements from the vibration state of the bearing, etc., will be dealt with after an operational abnormality occurs due to the end of the life, so the abnormality of the lubricating state cannot be detected earlier. Therefore, it is desired to observe the state of the lubricant in the bearing periodically or in real time so that the abnormality or the maintenance period can be predicted.
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)。
A sensor-equipped bearing in which a sensor such as an electrode or a coil is arranged inside the seal of the bearing so that the electrical characteristics of the lubricant mixed with wear powder can be detected by the sensor. Has been proposed (for example, Patent Document 1).
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れば、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。
このような課題を解決するものとして、例えば図6のように、発光素子33と受光素子34の間に検出対象となる潤滑剤36を介在させ、発光素子33から出射され潤滑剤36を透過する光を受光素子34で検出するようにし、受光素子34で検出された光量から潤滑剤36の劣化状態を推定する構成を考えた。
However, the sensor-equipped bearing of
In order to solve such a problem, for example, as shown in FIG. 6, a
しかし、この構成の場合、潤滑剤と光の吸収量との単純な関係を捉えるのみで、光の波長による吸収率の違いなどの光学的な特徴を検出することができない。そのため、潤滑剤の劣化をより精度良く検出することが難しく、また潤滑剤に含まれる異物の種類など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を得ることができない。 However, in this configuration, it is not possible to detect optical characteristics such as a difference in absorption rate depending on the wavelength of light only by grasping a simple relationship between the lubricant and the amount of light absorption. Therefore, it is difficult to detect the deterioration of the lubricant with higher accuracy, and detailed information regarding the deterioration of the lubricant such as the type of foreign matter contained in the lubricant cannot be obtained.
この発明の目的は、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を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、潤滑剤の劣化の状態を容易に検出することができて、軸受の潤滑不良を未然に防ぐことができる検出装置付き軸受を提供することである。
An object of the present invention is to provide a lubricant deterioration detection device capable of detecting detailed information related to lubricant deterioration such as the amount of foreign matter mixed in the lubricant.
Another object of the present invention is to provide a bearing with a detecting device that can easily detect the state of deterioration of the lubricant and prevent the bearing from being poorly lubricated.
この発明の第1の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、これら複数の発光素子の光が入射する少なくとも一つの受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記複数の発光素子と受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記受光素子の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたものである。
このように構成された潤滑剤劣化検出装置では、複数(例えば2つ)の発光素子から出射され潤滑剤を透過した光が受光素子で検出される。この場合、両発光素子を交互に点灯させると、受光素子は、潤滑剤での前記各波長毎の光透過率(または光吸収率)を時分割で測定することになり、各波長毎の透過光量を検出できる。その透過光量は、検出対象となる潤滑剤に含まれる鉄粉などの異物の含有量が多いほど減少するので、検出される透過光量から推定手段は潤滑剤における異物の含有量を推定することができる。
潤滑剤が例えば軸受に用いられる場合、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ので、潤滑剤に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記推定手段で推定することにより、潤滑剤の劣化状態を推定することができる。とくに、この潤滑剤劣化検出装置では、それぞれ異なる波長の透過光量を光学系で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、例えば潤滑剤の汚れ具合や色合い、混入する異物の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a lubricant deterioration detecting device including an optical system having a plurality of light emitting elements having different wavelengths and at least one light receiving element on which light from the plurality of light emitting elements is incident. The optical system includes a lubricant in the optical path between the plurality of light emitting elements and the light receiving element, and estimates the deterioration state of the lubricant from the difference in absorption rate for each wavelength detected from the output of the light receiving element. An estimation means is provided.
In the lubricant deterioration detection apparatus configured as described above, light emitted from a plurality of (for example, two) light emitting elements and transmitted through the lubricant is detected by the light receiving element. In this case, when both the light emitting elements are turned on alternately, the light receiving element measures the light transmittance (or light absorption rate) of each of the wavelengths in the lubricant in a time-sharing manner. The amount of light can be detected. Since the amount of transmitted light decreases as the content of foreign matter such as iron powder contained in the lubricant to be detected increases, the estimation means can estimate the content of foreign matter in the lubricant from the detected amount of transmitted light. it can.
When a lubricant is used in, for example, a bearing, it is a foreign matter mixed in the lubricant because wear powder generated with the use of the bearing is mixed as a major factor in the deterioration of the lubricant. By estimating the wear powder content by the estimating means, the deterioration state of the lubricant can be estimated. In particular, in this lubricant deterioration detection device, the amount of transmitted light of different wavelengths is detected by the optical system. Therefore, due to the difference in the amount of transmitted light according to the wavelength, for example, the contamination condition and color of the lubricant, and foreign matter to be mixed It is possible to obtain detailed information on deterioration such as identification of
この発明の第2の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、少なくとも一つの発光素子と、それぞれ異なる波長感度を有し前記発光素子の光を受光する複数の受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記発光素子と複数の受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記各受光素子の出力を比較して検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたものである。
このように構成された潤滑剤劣化検出装置では、発光素子から出射され潤滑剤を透過した光が、異なる波長感度を有する複数の受光素子で検出される。推定手段は、検出される透過光量から潤滑剤における異物の含有量を推定することができ、推定される異物の含有量から、潤滑剤の劣化状態も推定することができる。また、異なる波長の透過光量または光吸収率を光学系で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
A lubricant deterioration detection device according to a second aspect of the present invention includes an optical system having at least one light emitting element and a plurality of light receiving elements each having a different wavelength sensitivity and receiving light from the light emitting element. In this optical system, a lubricant is interposed in the optical path between the light-emitting element and the plurality of light-receiving elements, and the difference in the absorption rate for each wavelength detected by comparing the outputs of the light-receiving elements is used. An estimation means for estimating the deterioration state is provided.
In the lubricant deterioration detection device configured as described above, light emitted from the light emitting element and transmitted through the lubricant is detected by a plurality of light receiving elements having different wavelength sensitivities. The estimation means can estimate the content of foreign matter in the lubricant from the detected transmitted light amount, and can also estimate the deterioration state of the lubricant from the estimated content of foreign matter. In addition, because the transmitted light amount or light absorption rate of different wavelengths is detected by the optical system, from the difference in the transmitted light amount according to the wavelength, the contamination condition and color of the lubricant, the type of foreign matter to be mixed, etc. It becomes possible to obtain detailed information regarding deterioration.
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を搭載したものである。
この構成によると、軸受内部の潤滑剤の劣化に関する詳細な情報や、潤滑剤に混入する鉄粉などの異物の量を正確に、かつ軸受外部から定期的あるいはリアルタイムに検出することができる。これにより、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るため、軸受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潤滑剤劣化検出装置の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が減少する。
The bearing with the lubricant deterioration detecting device of the present invention is equipped with the lubricant deterioration detecting device of the present invention.
According to this configuration, detailed information regarding deterioration of the lubricant inside the bearing and the amount of foreign matter such as iron powder mixed in the lubricant can be detected accurately and periodically or in real time from the outside of the bearing. As a result, it is possible to determine the necessity of replacement of the lubricant before the operation abnormality occurs in the bearing, and therefore it is possible to prevent damage to the bearing due to poor lubrication. In addition, since the necessity for replacing the lubricant can be determined by the output of the lubricant deterioration detecting device, the amount of lubricant discarded before the expiration date is reduced.
この発明の第1の発明に係る潤滑剤劣化検出装置は、波長がそれぞれ異なる複数の発光素子と、これら複数の発光素子の光が入射する少なくとも一つの受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記複数の発光素子と受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記受光素子の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたため、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を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、少なくとも一つの発光素子と、それぞれ異なる波長感度を有し前記発光素子の光を受光する複数の受光素子とを有する光学系を設け、この光学系は、上記発光素子と複数の受光素子間の光路中に潤滑剤を介在させるものとし、上記各受光素子の出力を比較して検出される波長毎の吸収率の違いから潤滑剤の劣化状態を推定する推定手段を設けたため、潤滑剤に混入している異物の量など、潤滑剤の劣化に関する詳細な情報を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、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、潤滑剤の劣化の状態を容易に検出することができて、軸受の潤滑不良を未然に防ぐことができ、また潤滑剤交換の必要性の判断ができて、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a lubricant deterioration detecting device including an optical system having a plurality of light emitting elements having different wavelengths and at least one light receiving element on which light from the plurality of light emitting elements is incident. The optical system has a lubricant interposed in the optical path between the plurality of light emitting elements and the light receiving element, and estimates the deterioration state of the lubricant from the difference in absorption rate for each wavelength detected from the output of the light receiving element. Since the estimation means is provided, it is possible to detect detailed information regarding the deterioration of the lubricant, such as the amount of foreign matter mixed in the lubricant.
A lubricant deterioration detection device according to a second aspect of the present invention includes an optical system having at least one light emitting element and a plurality of light receiving elements each having a different wavelength sensitivity and receiving light from the light emitting element. In this optical system, a lubricant is interposed in the optical path between the light-emitting element and the plurality of light-receiving elements, and the difference in the absorption rate for each wavelength detected by comparing the outputs of the light-receiving elements is used. Since the estimation means for estimating the deterioration state is provided, it is possible to detect detailed information regarding the deterioration of the lubricant, such as the amount of foreign matter mixed in the lubricant.
Since the bearing with the lubricant deterioration detecting device of the present invention is equipped with the lubricant deterioration detecting device of the present invention, it is possible to easily detect the deterioration state of the lubricant and to prevent the bearing from being poorly lubricated. The amount of lubricant that is discarded before the expiration date can be reduced.
この発明の第1の実施形態を図1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概略構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置1は、波長がそれぞれ異なる複数(ここでは2つ)の発光素子3A,3Bと、これら複数の発光素子3A,3Bの光が入射する一つの受光素子4とを有する光学系2と、推定手段5とを備える。発光素子3A,3Bには、発光ダイオード、例えば赤のLEDと青のLEDが用いられる。受光素子4には、両発光素子3A,3Bの光の波長に感度のあるものが選択される。前記光学系2は、前記複数の発光素子3A,3Bと受光素子4間の光路中に検出対象となる潤滑剤6を介在させている。これらの発光素子3A,3B、受光素子4、および推定手段5となる回路は回路基板7に搭載され、この回路基板7がハウジング8内に設置される。ハウジング8は、検出対象となる潤滑剤6の収容が可能な凹部等のギャップ9を有し、このギャップ9を挟んで前記発光素子3A,3Bと受光素子4が対向配置される。推定手段5は、前記受光素子4の出力から検出される波長毎の吸収率の違いから、設定基準に従い、潤滑剤6の劣化状態を推定するものである。推定手段5の検出信号は配線ケーブル10から外部に出力される。また配線ケーブル10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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a lubricant deterioration detection device according to this embodiment. This lubricant
前記発光素子3A,3Bとしては、LEDのほか、白熱電球、半導体レーザダイオード、EL、有機EL、蛍光管などを用いることができる。また、前記受光素子4としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、CDS、太陽電池、光電子増倍管などを用いることができる。
As the
この構成の潤滑剤劣化検出装置1によると、複数の発光素子3A,3Bから出射され潤滑剤6を透過した光を一つの受光素子4で検出する。この場合、前記両発光素子3A,3Bを交互に点灯させる。これにより、受光素子4は、片方の発光素子3Aから出射され潤滑剤6を透過した所定波長の光と、もう片方の発光素子3Bから出射され潤滑剤6を透過した前記波長と異なる所定波長の光とを交互に検出する。すなわち、受光素子4は、潤滑剤6での前記各波長毎の光透過率(または光吸収率)を時分割で測定することになり、各波長毎の透過光量を検出できる。その透過光量は、検出対象となる潤滑剤6に含まれる鉄粉などの異物の含有量が多いほど減少するので、検出される透過光量から推定手段5は潤滑剤6における異物の含有量を推定することができる。
According to the lubricant
潤滑剤6が例えば軸受に用いられる場合、潤滑剤6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6に混入することが挙げられる。したがって、潤滑剤6に混入する異物である摩耗粉の含有量を前記推定手段5で推定することにより、潤滑剤6の劣化状態を推定することができる。とくに、この潤滑剤劣化検出装置1では、それぞれ異なる波長の透過光量を光学系2で検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、例えば潤滑剤6の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
When the
図2は、この発明の他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置1は、一つの発光素子3と、それぞれ異なる波長感度を有し前記一つの発光素子3の光を受光する複数(ここでは2つ)の受光素子4A,4Bとを有する光学系2Aと、推定手段5とを備える。片方の受光素子4Aには例えば赤色に感度を有するものが、もう片方の受光素子4Bには例えば青色に感度を有するものが用いられる。発光素子3には、赤色および青色の波長を含んだ例えば白色光を発光するものが選択される。前記光学系2Aは、前記発光素子3と複数の受光素子4A,4B間の光路中に検出対象となる潤滑剤6を介在させている。これらの発光素子3、受光素子4A,4B、および推定手段5となる回路が回路基板7に搭載され、この回路基板7がハウジング8内に設置されること、ハウジング8が検出対象となる潤滑剤6を収容可能なギャップ9を有すること、および前記ギャップ9を挟んで前記発光素子3と受光素子4A,4Bが対向配置されることは、第1の実施形態の場合と同じである。推定手段5は、前記各受光素子4A,4Bの出力を比較して、検出される波長毎の光透過率(または光吸収率)の違いから潤滑剤6の劣化状態を、設定基準に従って推定するものである。推定手段5の検出信号が配線ケーブル10から外部に出力され、配線ケーブル10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ことも、第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of another embodiment of the present invention. The lubricant
この構成の潤滑剤劣化検出装置1では、一つの発光素子3から出射され潤滑剤6を透過した光を、異なる波長感度を有する複数の受光素子4A,4Bで検出する。すなわち、各受光素子4A,4Bは、発光素子3から出射され潤滑剤6を透過したそれぞれ波長の異なる光の透過光量を個別に検出する。推定手段5は、検出される透過光量から潤滑剤6における異物の含有量を推定することができる。
この潤滑剤劣化検出装置1の場合も、潤滑剤6に混入する異物の含有量を前記推定手段5で推定することにより、潤滑剤6の劣化状態を推定することができる。また、異なる波長の透過光量(または光吸収率)を光学系2Aで検出するようにしているので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤6の汚れ具合や色合い、混入する異物の種類の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
In the lubricant
Also in the case of the lubricant
図3は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置1は、図2に示す実施形態において、波長感度の異なる受光素子4A,4Bに代えて、広範囲な波長感度を有する共通の受光素子4を複数を用いると共に、これら各受光素子4の前面側に透過波長の異なるフィルタ11A,11Bをそれぞれ配置している。片方のフィルタ11Aには例えば赤色光を透過するものが、もう片方のフィルタ11Bには例えば青色光を透過するものが用いられる。これにより、フィルタ11Aと受光素子4の組合せが図2における受光素子4Aと同等の機能を持ち、フィルタ11Bと受光素子4の組合せが図2における受光素子4Bと同等の機能を持つことになる。その他の構成は図2の実施形態の場合と同様である。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of still another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 2, the lubricant
このように構成された潤滑剤劣化検出装置1では、一つの発光素子3から出射され潤滑剤6を透過した光を、透過波長の異なるフィルタ11A,11Bを透過させて個別の複数の受光素子4で検出する。これにより、各受光素子4は、発光素子3から出射され潤滑剤6を透過したそれぞれ波長の異なる光の透過光量を個別に検出することになる。推定手段5は、検出される透過光量から潤滑剤6における異物の含有量を推定することができる。また、潤滑剤6に混入する異物の含有量を前記推定手段5で推定することにより、潤滑剤6の劣化状態を推定することができる。この場合も、異なる波長の透過光量(または光吸収率)を光学系2Aで検出するので、波長に応じた透過光量の違いから、潤滑剤6の汚れ具合や色合い、混入する異物の特定など、劣化に関する詳細な情報を得ることが可能となる。
In the lubricant
この実施形態の場合、透過波長の異なるフィルタ11A,11Bを用いて、波長の異なる透過光量を個別の受光素子4で検出するようにしているので、検出対象となる潤滑剤6の特徴に合わせて、検出する波長光の組合せを容易に変更することができ、特に透過性に優れた長波長の赤外線を使用することも可能となる。
In the case of this embodiment, the
図4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24の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り22および後ろ蓋23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26,26に対して設けた分割型の内輪24,24と、一体型の外輪25と、前記ころ26,26と、保持器27とを備える。
後ろ蓋23は、車軸30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28を摺接させたものである。油切り22は、車軸30に取付けられて外周にオイルシール29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28,29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。
FIG. 4 is a cross-sectional view in which a bearing with a detection device on which the above-described lubricant
The
軸受21の外輪25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25に両列の軌道面間で設けられた検出装置挿入孔25aに挿入されて軸受空間内に突出し、ボルト等により外輪25に固定されている。潤滑剤劣化検出装置1およびその配線ケーブル10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32を介して外輪25の検出装置挿入孔25aに挿入され、密封シール32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32を介して潤滑剤劣化検出装置1が外輪25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。
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、軸受外から定期的にあるいはリアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受21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るため、軸受21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潤滑剤劣化検出装置1の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が減少する。
The
In this
図5は、潤滑剤劣化検出装置付き軸受の他の例を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受21Aは、図4に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受21において、潤滑剤劣化検出装置1を、シール29の内側面近傍に取付けたものである。その他の構成は図4の例と同様である。
FIG. 5 shows another example of the bearing with the lubricant deterioration detecting device. This bearing 21A with a lubricant deterioration detecting device is the same as the bearing 21 with a lubricant
1…潤滑剤劣化検出装置
2,2A…光学系
3,3A,3B…発光素子
4,4A,4B…受光素子
5…推定手段
6…潤滑剤
21,21A…潤滑剤劣化検出装置付き軸受
DESCRIPTION OF
Claims (3)
A bearing with a lubricant deterioration detecting device, wherein the lubricant deterioration detecting device according to claim 1 or 2 is mounted on the bearing.
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