JP2007333169A - センサ付軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カバーとハウジングとの溶着部が外力等によって破壊された場合においても、ハウジングの脱落を防止することが可能なセンサ付軸受装置を提供する。
【解決手段】内輪と外輪及び両者の間に介在された転動体からなる軸受を有し、前記内輪と外輪のいずれか一方が回転輪で他方が静止輪であり、前記回転輪に多極の磁石を固定すると共に、前記静止輪に前記磁石と対向する磁気感応センサを設けてなるセンサ付軸受装置において、前記磁気感応センサに接続される電子回路基板を含み、該記電子回路基板上に接着剤を塗布し、同時にそれを覆うカバーと接着した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受装置や機械装置等の運転状態を検出するためのセンサを備えたセンサ付軸受装置に関し、特に、軸の回転数や回転方向を検知する回転センサを少なくとも備えたセンサ付軸受装置における構成部品の固定構造に関する。

従来、内輪あるいは外輪と一体化された回転部材の回転数を検知するためのセンサ付軸受としては、例えば特許文献１で開示されたものがある。

図２は、特許文献１に開示されているセンサ付軸受を示す軸方向（軸受の回転軸Ｘ−Ｘ線方向）の断面図である。このセンサ付軸受は、静止輪１１０と、回転輪１１１と、両者の間に転動自在に配設され、保持器１３１によって一定の距離を分離して維持される玉（複数）の列１１２と、静止輪と回転輪との相互の運動を測定するためのセンサ１２１と、保持部材１２２によって回転輪１１１に固設されるホニックホイール（例えば多極磁石）１２０とを備えている。さらに、軸受の一側部には、軸受内への汚染物（水、塵埃、泥）の浸入を防ぐための保護シールド１１４が装着されている。

この特許文献１に記載の発明は、センサを軸受の静止輪に簡単且つ確実に装着できる保持装置を提供することを主要な目的としており、センサ１２１は、環状センサキャリヤ１２３内に収容されて、シート金属で形成される保持装置１２４によって保持され、センサ１２１の被検出部材１２０に対する平坦性が維持されるようになっている。

詳しくは、保持装置１２４は、大きい直径の第１円筒形部分１２５と小さい直径の第２円筒部分１２６とからなり、第１円筒形部分１２５の軸方向外端縁１２５ａは、環状センサキャリヤ１２３に形成された勾配の形状に従って成形されて固定され、第２円筒部分１２６の軸方向内部端縁１２６ａは、静止輪１１０の円周溝１１６ｂ内に折り曲げて固定される構造としている（特許文献１を参照）。

このように、２つの相対的に回転する軌道輪の相互の運動を測定するセンサ付軸受は、静止輪である外輪に保持部材を介して検出センサを取り付け、回転輪である内輪に被検出部材として、多極磁石を設けている。そして、検出センサは、一般的にセンサハウジング（図２の例では環状センサキャリヤ１２３）に収納され、且つカバーに保持されるようになっている。

図３は、従来のセンサ付軸受におけるセンサハウジングとカバーとの固定形態の一例を示しており、例えば、樹脂製のセンサハウジング１２３（図２に例示したような環状センサキャリヤ）と金属製のカバー１４０とは、センサハウジング１２３に周設された溶着ピン部１４１において、溶着ピンが溶着されて固定される。
特開平７−３１１２１２号公報

ところで、金属製の部品（カバー）と樹脂製の部品（ハウジング）とを固定する場合において、上述した溶着ピンを用いた熱溶着や超音波溶着などによる固定がしばし用いられる。

しかし、外力が加わる環境や振動、衝撃が加わる環境下では、溶着ピン部にせん断応力や引張り応力等のストレスが加わり、最悪の場合破壊する可能性が考えられる。結合部が破壊するとハウジングが脱落し、ハウジングと回転部の接触、軸受部への摩頼粉の侵入による軸受寿命の低下、及びセンサ検出精度の低下等の問題が生じることが考えられる。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、カバーとハウジングとの溶着部が外力等によって破壊された場合においても、ハウジングの脱落を防止することが可能なセンサ付軸受装置を提供することにある。更に、ハウジングの脱落防止に係る固定構造において、装置に内蔵される電子機器類の絶縁、防湿及び防水効果を同時に果たすことが可能なセンサ付軸受装置を提供することにある。

本発明は、センサ付軸受装置に関するものであり、本発明の上記目的は、内輪と外輪及び両者の間に介在された転動体からなる軸受を有し、前記内輪と外輪のいずれか一方が回転輪で他方が静止輪であり、前記回転輪に多極の磁石を固定すると共に、前記静止輪に前記磁石と対向する磁気感応センサを設けてなるセンサ付軸受装置において、前記磁気感応センサに接続される電子回路基板を含み、該記電子回路基板上に接着剤を塗布し、同時にそれを覆うカバーと接着してなることによって達成される。

さらに、本発明の上記目的は、前記電子回路基板上に塗布した接着剤が、絶縁材料としての機能を果たしていること、前記電子回路基板上に塗布した接着剤が、防湿、及び防水材料としての機能を果たしていること、前記接着材がシリコーン系接着材であること、前記電子回路基板が収容されるハウジングと前記カバーとで前記電子回路基板を上下からサンドイッチする形で、前記電子回路基板と前記カバーと前記ハウジングとが前記接着剤により接合固定されると共に、前記カバーと前記ハウジングとが、前記カバーの溶着ピン部に嵌入された溶着ピンにより溶着固定されていること、前記電子回路基板が収容されるハウジングの側壁内面部と前記電子回路基板の側面部とが前記接着剤によって接着されると共に、前記電子回路基板の上面部、前記電子回路基板の側面部の上方に延長する前記ハウジングの側壁内面部、及び前記カバーの内面部から形成される空間内に前記接着剤が充填されて、前記電子回路基板と前記ハウジングと前記カバーとが前記接着剤によって接合固定されていること、によってそれぞれ一層効果的に達成される。

本発明によれば、外力や振動、衝撃の加わる環境下において、カバーとハウジングとの溶着部が破壊するような現象が発生しても、接着剤によりカバーと電子回路基板とが固定されているため、電子回路基板が固設されているハウジングが完全に脱落することがない。そのため、溶着部の破壊によるハウジング脱落等に起因する、センサ機器類の故障やセンサ検出精度の低下等の問題がなくなり、信頼性の向上を図ることができる。また、電子回路基板上に接着剤が塗布された構成としているので、絶縁や防湿、防水効果を同時に果たすことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、一般産業機械や鉄道車両などに適用されるセンサ付軸受装置を例として説明する。

図１は本発明に係るセンサ付軸受装置の構成の一例を示す構造図であり、図１（Ａ）は車軸方向から見た主要部の平面構造図、図１（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ−Ｙ線断面をＺ方向から見た断面図である。このセンサ付軸受装置は、一般産業機械等に適用される転がり軸受装置であり、軸受部１０（転がり軸受）は、車体側ハウジングに内嵌された外輪１１と、車軸に外嵌されて該車軸とともに回転する内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に転動自在に配設された複数の転動体（ボール又はころ）１３とを備えている。

センサ部２０は、軸受部１０の診断等を行うための検出センサとしての磁気感応センサ２１（本例では軸の回転数や回転方向を検出するための回転センサ）と、被検出部材としての多極磁石２２とを有し、回転輪である内輪１２側に多極磁石２２を、静止輪である外輪１１側に磁気感応センサ２１を固定し、それぞれを対向させて軸の回転数等を検知する構成となっている。さらに、センサ部２０は、多極磁石２２の保持部材としての磁石ホルダ２３と、検出センサからの信号に基づいて軸受部１０の異常診断等を行うための電子回路基板２４（以下「回路基板」と略称する）と、センサ機器（本例では、磁気感応センサ２１等の検出センサと回路基板２４）を収容するセンサハウジング２５（以下「ハウジング」と略称する）と、それらの部品を覆うと共に外輪１１に結合固定してセンサを当該位置に保持する保持部材としてのセンサカバー２６（以下「カバー」と略称する）とを有している。

センサ付軸受装置に内蔵される回路基板２４は、例えばケーブル２４ａを介して外部の制御系（図示せず）と接続され、車軸の診断結果等のデータを制御系に送出する。

ハウジング２５は、全体が円環状に形成された樹脂製部材から成り、断面がＬ字型（若しくは凹状）に形成されたセンサ収容部２５ａの部分は、磁気感応センサ２１が回転輪１２側の多極磁石２２と対向する位置に配置されるように、ハウジング２５の環状部の所定位置に設けられている。本例では、磁気感応センサ２１は回路基板２４と層設されて半田により一体的に固定されており、一体化されたユニットは、磁気感応センサ２１を車軸側（多極磁石２２側）にしてセンサ収容部２５ａに収容し、ハウジング２５を回転輪１２側と結合固定することで、磁気感応センサ２１が多極磁石２２に対して対向設置されるようにしている。

ハウジング２５は、本実施の形態では、上記ユニットをセンサ収容部２５ａに収容し且つカバー２６を装着した状態で、接着剤充填用の空隙部がセンサ収容部２５ａに生じるように、センサ収容部２５ａの深さが、磁気感応センサ２１と回路基板２４とからなるセンサユニットの厚みより大きく形成されている。そして、上記空隙部に接着剤３０が充填されること、好ましくはカバー２６の壁部内面とハウジング２５の壁部内面と回路基板２４の上面とで形成される空隙部に、接着剤３０が充填されることで、カバー２６とハウジング２５とが接着されると共に回路基板２４が接着される構造となっている。言い換えると、回路基板２４が収容されるハウジング２５の側壁内面部と回路基板２４の側面部とが接着剤３０によって接着されると共に、回路基板２４の上面部、回路基板２４の側面部の上方に延長するハウジング２５の側壁内面部、及びカバー２６の内面部から形成される空間内に接着剤３０が充填されて、上記回路基板２４とハウジング２５とカバー２６とが接着剤３０によって接合固定される構造となっている。

その結果、図１（Ｂ）に示すように電子機器（本例では回路基板２４）の周りの空間内に接着剤３０が充填されることで、接着剤３０が絶縁材料としての機能を果たすと共に、防湿／防水部材等の機能を果たすことになる。

本実施の形態では、カバー２６は肉薄の金属製部材から成り、センサ部２０を覆い且つ軸受空間部を塞ぐようにドーナツ状に形成されている。そして、カバー２６は、その環状部の内周面と軸受部１０の外輪１１の外周面とが結合固定される。例えば、カバー２６と外輪（静止輪）１１とは、カバー２６の環状部一端の内周面側に形成された加締め用突起部を、外輪１１の外周面側に形成された凹状溝に加締めることにより結合固定（あるいは嵌合溝に圧入固定）する。

次に、上述のようなセンサ付軸受装置において、本発明に係るセンサ部２０の固定形態について詳しく説明する。

前述のように、磁気感応センサ２１は回路基板２４と層設されて半田により一体的に固定されている。そして、本実施の形態では、磁気感応センサ２１と接合された回路基板２４の表面に接着剤３０を塗布し、同時にセンサ機器（及び軸受空間部）を覆うカバー２６とを接着することで、回路基板２４と金属製のカバー２６と樹脂製のハウジング２５とを接合して固定する形態としている。さらに、カバー２６とハウジング２５とは、両者の結合部に周設された溶着ピン部２５Ａで溶着固定される。なお、接着剤３０は絶縁性を有する接着剤であり、シリコーン等の電気絶縁性の高い接着剤が好ましい。

本例では、回路基板２４の形状は、図１（Ａ）のように、車軸を中心とする同心円状の２つ円弧を幅とした形状となっており、少なくとも、その回路基板上（表面全域）に接着剤３０が塗布されて、回路基板２４とカバー２６とが接着剤３０によって接着される。また、ハウジング２５も同時に接着剤３０によって接着されるのが好ましく、本実施の形態では、センサ部２０の３つの構成部品（磁気感応センサと半田付けされた回路基板２４、ハウジング２５、及びカバー２６）を接着剤３０によって接着している。

ここで、回路基板２４とハウジング２５とを接着剤３０によって接着する場合の例を説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）において、回路基板２４の側面部は、センサ収容部２５ａの外周面及び内周面と略同一の円弧形状から成る外径面及び内径面を有する形状となっている。回路基板２４とハウジング２５とは、例えば同心円状の面の両方、又は一方の接合面（図１の例では、回路基板２４の内径面側の側面部とセンサ収容部２５ａの内周面側の側面部と）がセンサ収容部２５ａの接着剤３０によって接着されて固定される。

上記接着を行う際には、例えば、回路基板２４を樹脂製のハウジング２５と接着した後、接着剤３０を基板表面に塗布し、接着剤３０が固まる前にハウジング２５とカバー２６とで回路基板２４を上下からサンドイッチする形で、熱若しくは超音波等で溶着ピンを溶着する。これにより樹脂製のハウジング２５と金属製のカバー２６とが溶着ピンの溶着により溶着固定され、且つハウジング２５と回路基板２４とカバー２６とが接着剤３０によって接合固定されることになる。

ところで、鉄道車両等に適用されるセンサ付軸受装置は、外力や振動、衝撃の加わる環境下においては、センサ類を保持するハウジング２５が車輪の軸方向や径方向に変位することにより、溶着ピン部２５Ａにせん断応力や引張り応力等が加わり、最悪の場合破壊する可能性が考えられる。通常溶着ピンが破壊した場合、金属カバー２６との固定が外れるため樹脂ハウジング２５が脱落するが、本発明では金属カバー２６と樹脂ハウジング２５と回路基板２４は接着剤３０で固定されているため、完全にハウジング２５が脱落することはなくなる。

このことにより、溶着ピンの破壊が発生してもハウジングが完全に脱落することがなくなるため、ハウジングと回転部（磁石や軸受内輪等）との接触を防ぐことができ、それに伴う異音発生、軸受内への磨耗紛混入による軸受寿命の低下、センサ検出精度の低下等を防止することができる。

また、回路基板２４の表面に塗布する接着剤は、絶縁部材や防湿／防水材料としての機能を果たすため、絶縁効果及び防湿、防水効果を果たす目的も同時に達成することができる。

なお、上述した実施の形態では、検出センサとして、軸の回転方向や回転数を検出するための磁気感応センサ２１を有する軸受装置を例として説明したが、更に他のセンサ（振動検出用センサ、温度検出用センサ等）を備えた軸受装置においても、本発明に係る接着形態を適用することができる。また、回路基板２４とハウジング２５とを接着剤３０によって接着する場合を例として説明したが、少なくとも回路基板２４とカバー２６とが接着剤３０によって接着されるのが好ましく、回路基板２４（及び／又は磁気感応センサ２１）とハウジング２５とを他の固定形態によって固定する場合も本発明に含まれる。また、本発明に係るセンサ付軸受装置を一般産業機械に適用した場合を例として説明したが、一般産業機械以外の回転装置の支持軸受装置として適用しても同様の効果を得ることが可能である。さらに、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されるものではない。

本発明に係るセンサ付軸受装置の構成の一例を示す構造図である。 従来のセンサ付軸受の一例を示す軸方向断面図である。 従来のセンサ付軸受におけるセンサハウジングとカバーの固定形態を説明するための図である。

符号の説明

１０ 軸受部
１１ 外輪（静止輪）
１２ 内輪（回転輪）
１３ 転動体
２０ センサ部
２１ 磁気感応センサ
２２ 被検出部材（多極磁石）
２３ 磁石ホルダ
２４ 電子回路基板
２５ センサハウジング
２５ａ センサ収容部
２５Ａ 溶着ピン部
２６ センサカバー
３０ 接着剤

Claims (6)

1. 内輪と外輪及び両者の間に介在された転動体からなる軸受を有し、前記内輪と外輪のいずれか一方が回転輪で他方が静止輪であり、前記回転輪に多極の磁石を固定すると共に、前記静止輪に前記磁石と対向する磁気感応センサを設けてなるセンサ付軸受装置において、前記磁気感応センサに接続される電子回路基板を含み、該記電子回路基板上に接着剤を塗布し、同時にそれを覆うカバーと接着してなることを特徴とするセンサ付軸受装置。
2. 前記電子回路基板上に塗布した接着剤が、絶縁材料としての機能を果たしていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
3. 前記電子回路基板上に塗布した接着剤が、防湿、及び防水材料としての機能を果たしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付軸受装置。
4. 前記接着材がシリコーン系接着材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
5. 前記電子回路基板が収容されるハウジングと前記カバーとで前記電子回路基板を上下からサンドイッチする形で、前記電子回路基板と前記カバーと前記ハウジングとが前記接着剤により接合固定されると共に、前記カバーと前記ハウジングとが、前記カバーの溶着ピン部に嵌入された溶着ピンにより溶着固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
6. 前記電子回路基板が収容されるハウジングの側壁内面部と前記電子回路基板の側面部とが前記接着剤によって接着されると共に、前記電子回路基板の上面部、前記電子回路基板の側面部の上方に延長する前記ハウジングの側壁内面部、及び前記カバーの内面部から形成される空間内に前記接着剤が充填されて、前記電子回路基板と前記ハウジングと前記カバーとが前記接着剤によって接合固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。

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