JP2007218841A - 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】 光源と受光検出素子の間隔が固定されず、配置の自由度を高くしつつ、被測定物である潤滑剤の厚さや光透過率の影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して推定することのできる潤滑剤劣化検出装置を提供する。
【解決手段】 この潤滑剤劣化検出装置１は、光源２と、この光源２から出射して潤滑剤１０を透過した透過光を検出する２つの光検出素子３，４と、これら各光検出素子３，４の出力を増幅する増幅手段５，６と、判定手段７と、ゲイン調整手段８，９とを備える。前記２つの光検出素子３，４は、光検出面の位置が互いに光の進行方向に対してずれたものとする。前記判定手段７は、前記増幅手段５，６で増幅された出力を比較することによって潤滑剤の劣化状態を検出する。前記ゲイン調整手段８，９は、前記増幅手段５，６で増幅された各光検出素子３，４の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように前記増幅手段５，６のゲインを調整する。
【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）。
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１２のように、対向配置した発光素子３３と受光素子３４の間に潤滑剤３５を介在させ、発光素子３３から出射され潤滑剤３５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３５の劣化状態を推定する光学式の構成を考えた。

しかし、この構成の場合、検出対象となる潤滑剤３５の厚さｄが同図に破線で示すように変化すると、受光素子３４で検出される光量が変化するので、潤滑剤３５の厚さｄを一定に保つような構成が必要となる。

そこで、例えば図１３のように、光源４２から出射して潤滑剤４６を透過した透過光を検出する２つの光検出素子４３，４４を、それらの光検出面の位置が互いに光の進行方向に対して所定間隔だけずれるように配置し、これら２つの光検出素子４３，４４の出力の信号強度を判定手段で比較することによって潤滑剤４６の劣化状態を検出するものを考えた。
この構成の場合、光源４２からの光が先に到達する第１の光検出素子４３の出力を基準にして、第２の光検出素子４４の出力を評価すると、２つの光検出素子４３，４４間の距離による光の減衰分を検出することができるので、光検出素子４３，４４間の間隔が固定されていれば、光源の強度や光源からの距離に依存しない測定ができる。よって、この出力差を用いれば、潤滑剤４６の厚さの影響を受けずに、潤滑剤４６の劣化状態を推定できる。また、光源４２と光検出素子４３，４４との距離を固定しなくて良いため、配置の自由度が高くなり、搭載スペースの制約に合わせた構成が可能になる。

しかし、この構成では、潤滑剤４６の厚さが透過光量に影響するため、潤滑剤４６を安定して測定部に存在させる必要がある。すなわち、潤滑剤４６の光入射面から光検出素子４３，４４までの厚さが大きいと光検出素子４３，４４での受光量が不足して検出できない場合が生じ、反対に前記厚さが小さ過ぎると光検出素子４３，４４での受光量が過大となって、光検出素子４３，４４の検出範囲を越えて正確な測定ができないことも考えられる。また、例えば２つの光検出素子４３，４４間の距離を大きくすると、これら両光検出素子４３，４４の出力差が大きくなり検出感度を上げることができるが、この場合でも潤滑剤４６の光透過率が小さいと、光源４２に近い方の光検出素子４３で出力が大きくなり過ぎ、かつ光源４２から遠い方の光検出素子４４では出力が小さくなり過ぎるといった不具合が発生する可能性がある。

そこで、上記構成において、光源４２に近い方の光検出素子４３の出力が、定められた一定値となるように光源４２の光量を調整する光量調整手段（図示せず）や、光源４２に遠い方の光検出素子４４の出力が、定められた一定値となるように光源４２の光量を調整する光量調整手段を設けることも考えた。
しかし、このように光源４２の光量を調整する構成の場合、一方の光検出素子４３（または４４）の出力が一定値となるように光源４２の光量を調整したとしても、他方の光検出素子４４（または４３）の出力が適正な範囲内の値に収まらない可能性があり、必ずしも安定した検出が行えるとは限らない。

この発明の目的は、光源と受光検出素子の間隔が固定されず、配置の自由度を高くしつつ、被測定物である潤滑剤の厚さや光透過率の影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して推定することのできる潤滑剤劣化検出装置を提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、この発明の潤滑剤劣化検出装置の軸受内部への配置自由度が高く、潤滑剤の厚さや光透過率の影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して推定することができ、また定期的あるいはリアルタイムの潤滑剤の劣化検出が容易に行える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、光源と、この光源から出射して潤滑剤を透過した透過光を検出する２つの光検出素子とを備え、これら２つの光検出素子は、光検出面の位置が互いに光の進行方向に対してずれたものとし、前記各光検出素子の出力を増幅する増幅手段、これら増幅手段で増幅された出力を比較することによって潤滑剤の劣化状態を検出する判定手段、および前記増幅手段で増幅された各光検出素子の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように前記増幅手段のゲインを調整する手段を設けたものである。

この構成の潤滑剤劣化検出装置によると、光源からの光は、光検出素子に到達するまでに吸収や散乱を受け減衰しているが、この光の強度を第１の光検出素子で検出する。先に光が到達する第１の光検出素子の出力を基準にして、第２の光検出素子の出力を評価すると、２つの光検出素子間の距離による光の減衰分を検出することができる。このように、２つの光検出素子間の距離による光の減衰分を検出する構成のため、光検出素子間の間隔が固定されていれば、光源の強度や光源からの距離に依存しない測定ができる。また、潤滑剤の厚さや光透過率、あるいは光源の強度や光源から光検出素子までの距離に大きな変化があって、増幅手段で増幅された各光検出素子の出力がオーバーフローやアンダーフローを起こしそうになっても、増幅された各光検出素子の出力がそれぞれ定められた範囲の値となるように、ゲイン調整手段が前記増幅手段のゲインを調整するので、安定した測定が可能となる。よって、前記２つの光検出素子の出力差を用いれば、潤滑剤の厚さや光透過率の影響等を受けずに、潤滑剤の劣化の状態の推定、例えば摩耗によって発生した混入物などの量の推定ができる。
光源と光検出素子との距離を固定しなくて良いため、配置の自由度が高くなり、搭載スペースの制約に合わせた構成が可能になる。また、２つの光検出素子の出力を比較して検出する構成のため、電源変動などのコモンモードノイズの影響を受けず、この点でも安定した検出が可能となる。２つの光検出素子を潤滑剤の中に配置するとしても、２つの光検出素子の間で、温度変化による特性変化の影響が相殺され、精度の高い検出が可能となる。

この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、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容易に行える。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、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径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。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、光源と、この光源から出射して潤滑剤を透過した透過光を検出する２つの光検出素子とを備え、これら２つの光検出素子は、光検出面の位置が互いに光の進行方向に対してずれたものとし、前記各光検出素子の出力を増幅する増幅手段、これら増幅手段で増幅された出力を比較することによって潤滑剤の劣化状態を検出する判定手段、および前記増幅手段で増幅された各光検出素子の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように前記増幅手段のゲインを調整する手段を設けたため、光源と受光検出素子の間隔が固定されず、配置の自由度を高くしつつ、被測定物である潤滑剤の厚さや光透過率の影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して推定することができる。
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軸受に搭載したものであるため、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、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容易に行える。その結果、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。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６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、光源２と、この光源２から出射して検出対象となる潤滑剤１０を透過した透過光を検出する２つの光検出素子３，４と、これら２つの光検出素子３，４の出力を増幅する増幅手段５，６と、これら増幅手段５，６で増幅された出力の信号強度を比較することによって潤滑剤１０の劣化状態を検出する判定手段７と、増幅手段５，６のゲインを調整するゲイン調整手段８，９とを備える。検出対象となる潤滑剤１０は、例えば軸受内部に封入された潤滑剤である。前記２つの光検出素子３，４は、光検出面の位置が互いに光の進行方向に対して所定間隔ｄだけずらせて配置され、このようにずらせた状態で連結された一体の部品として扱われる。また、２つの光検出素子３，４は潤滑剤１０の中に配置される。これにより、潤滑剤１０の光入射面から、各光検出素子３，４の光検出面までの潤滑剤厚さの差はｄとなる。

前記光源２としては、ＬＥＤ、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、前記光検出素子３，４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、光電子増倍管などの検出器を用いることができる。図１では、前記判定手段７を、前記増幅手段５，６で増幅された各光検出素子３，４の出力の差分を求める差動増幅回路で構成した例を示しているが、これに限らず、各光検出素子３，４の出力の比を求める回路構成としても良い。
前記ゲイン調整手段８，９は、前記増幅手段５，６で増幅された各光検出素子３，４の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように、前記増幅手段５，６のゲインを調整するようにされている。

図３は、前記増幅手段５（６）およびゲイン調整手段８（９）の一構成例を示す。増幅手段５（６）は、それぞれ一定のゲインＡ１，Ａ２を持つ２つの増幅器１１，１２を直列接続して構成される。この増幅手段５（６）の全体のゲインは、最大増幅率の場合、Ａ１×Ａ２となる。ゲイン調整手段８（９）は、コンパレータ１５とスイッチ１６とで構成される。コンパレータ１５は、増幅器１２の出力が基準値を超えているかどうかを比較し、増幅器１２の出力が基準値を超えている場合は増幅器１２の出力がオーバーフローしているものと判断して、スイッチ１６を切り替える指令を出し、これにより増幅手段５（６）の全体のゲインをＡ１×Ａ２からＡ１に切り替える。増幅手段５（６）の出力は比較用出力として後段の判定手段７に入力されるが、判定手段７ではコンパレータ１５のゲイン情報も加味した上で、潤滑剤１０の劣化状態（光透過率）を検出する。

図４は、前記増幅手段５（６）およびゲイン調整手段８（９）の他の構成例を示す。増幅手段５（６）は、それぞれ一定のゲインＡ１，Ａ２を持つ２つの増幅器１１，１２を並列接続して構成される。この場合ゲインＡ１は低ゲイン、ゲインＡ２は高ゲインとされる。その他の構成は図３の場合と同様である。その動作も図３の構成例と同様であり、増幅器１２の出力が基準値を超えている場合は増幅器１２の出力がオーバーフローしているものと判断して、コンパレータ１５からスイッチ１６を切り替える指令を出し、これにより増幅手段５（６）の全体のゲインをＡ２からＡ１に切り替える。増幅手段５（６）を構成する増幅器の個数は２つに限らず、多数個としても良い。

図５は、前記増幅手段５（６）およびゲイン調整手段８（９）のさらに他の構成例を示す。増幅手段５（６）は、オペアンプ１７と並列接続された２つの電流電圧変換用抵抗Ｒ１，Ｒ２とでなる反転増幅器として構成される。オペアンプ１７の入力側において、抵抗Ｒ１，Ｒ２と直列に、光検出素子３（４）としてフォトダイオードが接続される。抵抗Ｒ１は小抵抗値、抵抗Ｒ２は大抵抗値とされる。ゲイン調整手段８（９）が、コンパレータ１５とスイッチ１６とで構成されることは、図３の構成例の場合と同様である。コンパレータ１５は、オペアンプ１７の出力が基準値を超えているかどうかを比較し、オペアンプ１７の出力が基準値を超えている場合はオペアンプ１７の出力がオーバーフローしているものと判断して、スイッチ１６を切り替える指令を出し、これにより使用する電流電圧変換用の抵抗をＲ２からＲ１に入れ替えて、全体のゲインを小さくする。なお、この構成例において、抵抗Ｒ２から抵抗Ｒ１に切り替えるのではなく、通常は抵抗Ｒ２のみが接続され、オペアンプ１７の出力が基準値を超えている場合に抵抗Ｒ２に対して抵抗Ｒ１が並列に接続されるようにしても良い。

図６は、前記増幅手段５（６）およびゲイン調整手段８（９）のさらに他の構成例を示す。増幅手段５（６）は電圧制御増幅器（ＶＣＡ）１８からなり、ゲイン調整手段８（９）はコンパレータ１５からなる。コンパレータ１５は電圧制御増幅器１８の出力を基準値と比較し、その比較結果である出力電圧が電圧制御増幅器１８にフィードバックされ、この電圧によって電圧制御増幅器１８のゲインが変化する。すなわち、例えば電圧制御増幅器１８の出力が基準値と比較して大きい場合、コンパレータ１５の出力電圧は小さくなり、この小さい出力電圧をフィードバックされる電圧制御増幅器１８のゲインが下がる。また、電圧制御増幅器１８の出力が基準値と比較して小さい場合、コンパレータ１５の出力電圧は大きくなり、この大きい出力電圧をフィードバックされる電圧制御増幅器１８のゲインが上がる。これにより、前記各構成例においてスイッチ１６で切り替えるのと同等の機能を持たせることができる。この場合、電圧制御増幅器１８のゲインの変化は、多段階の変化であっても無段階の変化であっても良い。

上記構成の潤滑剤劣化検出装置１において、前記潤滑剤１０を透過する光の強度は、透過した距離によって大きく減衰する。これら透過光強度と透過距離との間には、図２にグラフで示す関係がある。この関係は、透過光強度（透過光量）をＩ、透過距離をｘ、潤滑剤６への入射光量をＩ_inとすると、αを定数として、
Ｉ＝Ｉ_inｅｘｐ（−αｘ） ……（１）
となる。
そこで、各光検出素子３，４の出力の信号強度Ｉ₀ ，Ｉ₁ は、
Ｉ₀ ＝Ｉ_inｅｘｐ（−αｘ₀ ） ……（２）
Ｉ₁ ＝Ｉ_inｅｘｐ（−αｘ₁ ） ……（３）
となる。この場合、２つの光検出素子３，４の出力の信号強度の比を求めると、
（Ｉ₁ ／Ｉ₀ ）＝ｅｘｐ（−α（ｘ₁ −ｘ₀ ））
＝ｅｘｐ（−αｄ） ……（４）
となる。すなわち、２つの光検出素子３，４の出力の信号強度の比は、潤滑剤１０そのものの厚さには関係なく、２つの光検出素子３，４の光検出面の間隔ｄに依存する値となる。

また、式（４）における定数αの値は、潤滑剤１０の状態によって変化する。例えば、潤滑剤１０が軸受内に封入されたものである場合、軸受の使用に伴って摩耗粉等の異物が潤滑剤１０に混入することになるので、その混入物の量が増加するにつれて前記定数αが大きくなる。したがって、例えば前記両増幅手段５，６のゲインが同一であって、前記判定手段７が、これら増幅手段５，６で増幅された前記２つの光検出素子３，４の出力の信号強度の比を求める場合、潤滑剤１０における間隔ｄを透過する光の透過率を検出することになり、その検出出力の値から潤滑剤１０の内部に混入した混入物の量を推定することができる。また、混入量の増加は潤滑剤１０の劣化状態の進行を意味するので、判定手段７は、推定した混入物の量から潤滑剤１０の劣化状態を検出することができる。

なお、前記判定手段７は、増幅手段５，６で増幅された前記２つの光検出素子３，４の出力の信号強度の差を求めるものであっても良い。この場合にも、判定手段７は潤滑剤１０における間隔ｄを透過する光の透過率を検出することになるので、その検出出力から潤滑剤１０の内部に混入した混入物の量を推定することができ、推定した混入物の量から潤滑剤１０の劣化状態を検出することができる。

この潤滑剤劣化検出装置１において、例えば潤滑剤１０の厚さが厚く、あるいは光透過率が大きくて、あるいは光源２の強度が大きくて、あるいは光源２から光検出素子３までの距離が短くて、光検出素子３の出力が定められた範囲の値を超える大きな値となる場合、ゲイン調整手段８が増幅手段５のゲインを小さくする。これにより、増幅手段５で増幅される光検出素子３の出力は定められた範囲の値に収まるように調整されて、比較用出力として判定手段７に入力される。判定手段７は、このように調整された光検出素子３の出力と、もう一方の光検出素子４の出力を増幅手段６で増幅した値とを比較して、潤滑剤１０における間隔ｄを透過する光の透過率（劣化状態）を検出する。この場合、判定手段７での検出処理においては、増幅手段５でのゲインの変更が加味される。

また、潤滑剤１０の厚さ、あるいは光透過率、あるいは光源２の強度、あるいは光源２から光検出素子３，４までの距離によっては、一方の光検出素子３の出力が定められた範囲の値を超える大きな値となり、かつ他方の光検出素子４の出力が定められた範囲の値を下回る小さな値となる場合もある。この場合、ゲイン調整手段８が増幅手段５のゲインを小さくするとともに、ゲイン調整手段９が増幅手段６のゲインを大きくする。これにより、増幅手段５で増幅される光検出素子３の出力、および増幅手段６で増幅される光検出素子４の出力は、共にそれぞれ定められた範囲の値に収まるように調整され、比較用出力として判定手段７に入力される。判定手段７は、このように調整された２つの光検出素子３，４の出力を比較して、潤滑剤１０における間隔ｄを透過する光の透過率（劣化状態）を検出する。この場合、判定手段７での検出処理においては、両増幅手段５，６のゲインの変更が加味される。

このように、この潤滑剤劣化検出装置１では、２つの光検出素子３，４を、それらの光検出面の位置が互いに光の進行方向に対して間隔ｄだけずれるように配置し、これら２つの光検出素子３，４の出力を増幅手段５，６で増幅し、それらの増幅された出力を判定手段７で比較することによって潤滑剤１０の劣化状態を検出するようにしている。かつ、前記増幅手段５，６で増幅された各光検出素子３，４の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように前記増幅手段５，６のゲインをゲイン調整手段８，９で自動的に調整するようにしている。これらのため、潤滑剤１０そのものの厚さや光透過率、光源２の強度、光源２から光検出素子３，４までの距離などに影響されることなく、潤滑剤１０の劣化状態を安定して検出することができる。

その結果、軸受内部などへ潤滑剤劣化検出装置１を設置する場合にも、配置の自由度が高くなり、設置スペースの制約に合わせた構成が可能となる。また、２つの光検出素子３，４の出力を比較して潤滑剤１０の劣化状態を検出することから、電源変動などのコモンモードノイズの影響を受けず、この点からも安定した検出が可能となる。また、２つの光検出素子３，４を潤滑剤１０の中に配置するので、２つの光検出素子３，４の間で温度変化による特性変化の影響が相殺され、精度の高い検出が可能となる。

なお、上記構成において、２つの光検出素子３，４の配置部付近に温度センサを配置して、潤滑剤１０と光検出素子３，４の温度を観測することで、温度変化に応じた補正を検出結果に施すようにしても良い。具体的には、例えば、温度変化による検出信号の変化を予め測定しておき、実際の使用温度における検出信号を補正する回路を別に設ければ良い。この場合、潤滑剤１０の温度が分かると、環境温度の変化による検出信号の変化を、潤滑剤１０の劣化に起因するものと見誤るのを回避できる。これにより、より正確な検出が可能となる。

この潤滑剤劣化検出装置１の運用に当たっては、光検出素子３，４の出力の信号強度などに応じて前記増幅手段５，６を以下のように使用しても良い。
１．光検出素子３，４の出力が共に小さいとき、両出力を増幅手段５，６で増幅する。 ２．光検出素子４の出力のみが小さいとき、その出力のみを増幅手段６で増幅する。こ の場合、必要に応じて光検出素子３の出力を増幅手段５で減衰させる。
３．各増幅手段５，６の出力が同じになるようにそれぞれのゲインを決め、そのゲイン の大きさを比較することによって、潤滑剤１０の光透過率（劣化状態）を推測する 。

図７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、図１に示す第１の実施形態において、２つの光検出素子３，４を、検出器１３Ａ，１４Ａと、導光体１３Ｂ，１４Ｂとで構成したものである。すなわち、片方の光検出素子３は、検出器１３Ａと、この検出器１３Ａに基端が接続されて先端が光検出面となる導光体１３Ｂとでなり、もう片方の光検出素子４は、検出器１４Ａと、この検出器１４Ａに基端が接続されて先端が光検出面となる別の導光体１４Ｂとでなる。各検出器１３Ａ，１４Ａ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、光電子増倍管などが用いられる。この場合、２つの検出器１３Ａ，１４Ａは、光の進行方向に対して同一位置に並べて配置される。これに対して、２つの導光体１３Ｂ，１４Ｂは、先端の位置が互いに光の進行方向に対して所定間隔ｄだけずれるように、長さを異ならせてある。これにより、２つの光検出素子３，４の光検出面の位置が、互いに光の進行方向に対して所定距離ｄだけずれたものとされる。各導光体１３Ｂ，１４Ｂは、例えば円筒状の透明体からなり、外周面には反射材料が塗布され、光検出面となる先端は透明な円形窓とされる。なお、導光体１３Ｂ，１４Ｂの形状は円筒状のものに限らず、例えば角筒状であっても良い。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

このように構成した潤滑剤劣化検出装置１の場合にも、２つの光検出素子３，４を、それらの光検出面の位置が互いに光の進行方向に対して間隔ｄだけずれるように配置したことになるので、潤滑剤１０そのものの厚さや光透過率、光源２の強度、光源２から光検出素子３，４までの距離などに影響されることなく、潤滑剤１０の劣化状態を安定して検出することができる。

図８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、図１に示す第１の実施形態において、２つの光検出素子３，４を、検出器１３Ａ，１４Ａと、光ファイバ１３Ｃ，１４Ｃとで構成したものである。すなわち、片方の光検出素子３は、検出器１３Ａと、この検出器１３Ａに基端が接続されて先端が光検出面となる光ファイバ１３Ｃとでなり、もう片方の光検出素子４は、検出器１４Ａと、この検出器１４Ａに基端が接続されて先端が光検出面となる別の光ファイバ１４Ｃとでなる。各検出器１３Ａ，１４Ａとして、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＤＳ、太陽電池、光電子増倍管などが用いられることは図７の実施形態の場合と同じである。この場合も、２つの検出器１３Ａ，１４Ａは、光の進行方向に対して同一位置に並べて配置され、２つの光ファイバ１３Ｃ，１４Ｃは、先端の位置が互いに光の進行方向に対して所定間隔ｄだけずれるように、長さを異ならせてある。これにより、２つの光検出素子３，４の光検出面の位置が、互いに光の進行方向に対して所定距離ｄだけずれたものとされる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

このように構成した潤滑剤劣化検出装置１の場合にも、２つの光検出素子３，４を、それらの光検出面の位置が互いに光の進行方向に対して間隔ｄだけずれるように配置したことになるので、潤滑剤１０そのものの厚さや光透過率、光源２の強度、光源２から光検出素子３，４までの距離などに影響されることなく、潤滑剤１０の劣化状態を安定して検出することができる。

図９は、上記した潤滑剤劣化検出装置１を搭載した潤滑剤劣化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。

潤滑剤劣化検出装置１は軸受２１の外輪２５の内径面における両列の軌道面間に取付けられ、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は、ころ２６の端面付近に配置される。外輪２５には、潤滑剤劣化検出装置１の配線ケーブル２０を挿通させるケーブル挿入孔２５ａが設けられ、配線ケーブル２０の挿通部には、防水・防油処理が施される。前記配線ケーブル２０を通じて、軸受外から潤滑剤劣化検出装置１への電源供給と軸受外への検出信号の取り出しが行われる。これにより、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している。
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの潤滑剤劣化検出装置付き軸受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。その結果、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、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。

図１０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９に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１において、上記した潤滑剤劣化検出装置１をオイルシール２９の内側面に取付けたものである。この場合、潤滑剤劣化検出装置１は、保持器２７の端面付近に配置される。

図１１は、潤滑剤劣化検出装置付き軸受のさらに他の例を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１Ｂは、図９に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１において、上記した潤滑剤劣化検出装置１を、外輪２５の転走面の脇部に取付けたものである。このように、転走面の脇部に潤滑剤劣化検出装置１を配置することにより、潤滑に寄与している潤滑剤の状態を確実に検出することができる。

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概略構成図である。 潤滑剤を透過する光の透過距離と透過光の強度との関係を示すグラフである。 潤滑剤劣化検出装置における増幅手段およびゲイン調整手段の具体的な構成図である。 潤滑剤劣化検出装置における増幅手段およびゲイン調整手段の他の具体的な構成図である。 潤滑剤劣化検出装置における増幅手段およびゲイン調整手段のさらに他の具体的な構成図である。 潤滑剤劣化検出装置における増幅手段およびゲイン調整手段のさらに他の具体的な構成図である。 この発明の他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化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潤滑剤劣化検出装置付き軸受の他の例の断面図である。 上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化検出装置付き軸受のさらに他の例の断面図である。 潤滑剤劣化検出装置の提案例の概略構成図である。 潤滑剤劣化検出装置の他の提案例の概略構成図である。

符号の説明

１…潤滑剤劣化検出装置
２…光源
３，４…光検出素子
５，６…増幅手段
７…判定手段
８，９…ゲイン調整手段
１０…潤滑剤
２１，２１Ａ，２１Ｂ…潤滑剤劣化検出装置付き軸受

Claims (2)

1. 光源と、この光源から出射して潤滑剤を透過した透過光を検出する２つの光検出素子とを備え、これら２つの光検出素子は、光検出面の位置が互いに光の進行方向に対してずれたものとし、前記各光検出素子の出力を増幅する増幅手段、これら増幅手段で増幅された出力を比較することによって潤滑剤の劣化状態を検出する判定手段、および前記増幅手段で増幅された各光検出素子の出力が、それぞれ定められた範囲の値となるように前記増幅手段のゲインを調整する手段を設けた潤滑剤劣化検出装置。
2. 請求項１に記載の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載した検出装置付き軸受。
   

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