JP2008002884A - Deterioration detector of lubricant 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、例えば安全性やメンテナンス性が要求される鉄道車両用や発電プラント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 that detects a deterioration state due to a lubricant contamination and the like, and a bearing with a detection device including the lubricant deterioration detection device, for example, for railway vehicles that require safety and maintainability. The present invention relates to a bearing with a lubricant deterioration detection device for a power plant or the like.
潤滑剤を封入した軸受では、軸受内の潤滑剤(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 encapsulated, if the lubricant (grease, oil, etc.) in the bearing deteriorates, a 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 bearings, etc., will be dealt with after an operational abnormality occurs due to the end of its 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)。
For detecting the wear state of the bearing, a sensor-equipped bearing in which a sensor such as an electrode or a coil is arranged inside the seal of the bearing and the electrical characteristics of the lubricant mixed with wear powder is detected by the sensor. It 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。
However, the sensor-equipped bearing of
このような課題を解決するものとして、例えば図5のように、発光側および受光側の光ファイバ46,47の各一端を検出対象となる潤滑剤45が存在する検出部48に対向させ、発光側の光ファイバ46の他端に発光素子43を、受光側の光ファイバ47の他端に受光素子44をそれぞれ配置した光学式の構成を考えた。
図5の構成では、発光素子43から出射された光が発光側の光ファイバ46を経由して検出部48に存在する潤滑剤45を透過し、さらに受光側の光ファイバ47を経由して受光素子44で検出される。潤滑剤45に含まれる鉄粉などの異物の量が増えると、潤滑剤45を透過する透過光量が減少するので、受光素子44の次段に設けられる判定回路49は、受光素子44で検出される透過光量に基づき、潤滑剤45に混入する異物の量を推定できる。
In order to solve such a problem, for example, as shown in FIG. 5, each end of the
In the configuration of FIG. 5, the light emitted from the
しかし、図5の構成では、対向配置される発光側の光ファイバ46の先端と受光側の光ファイバ47の先端の間に介在して、潤滑剤45の配置空間となるギャップを小さくした場合、潤滑剤45がギャップに入り難くなったり、一旦ギャップに入り込んだ潤滑剤45が入れ替わり難くなり、安定した劣化検出が難しいことがある。すなわち、上記光学式の構成において、潤滑剤45に混入する異物の混入量を所望の値まで測定できるようにするためには、潤滑剤45の透明度が低い状態でも検出可能な透過光を観測する必要がある。このような要請に応える対策として、例えば図6のように、両光ファイバ46,47の断面積を大きくし、両光ファイバ46,47の先端間のギャップ50を狭くすれば、透明度の低い潤滑剤45でも十分な透過光を確保することができるが、この場合にはギャップ50に潤滑剤45が入り込み難くなる。
一方、図7のように、両光ファイバ46,47の断面積を小さくすることで、相対的にギャップ50を大きくすると、ギャップ50内に潤滑剤45が入り易くなる。しかし、この場合、光ファイバ46,47の断面積を小さくすることから、十分な光量が得られず、検出信号の強度が不足する場合がある。
However, in the configuration of FIG. 5, when the gap serving as the arrangement space of the
On the other hand, as shown in FIG. 7, if the
この発明の目的は、対向配置される導光部材の先端間の微小ギャプの断面積を小さくできて、安定した正確な検出が可能な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 reducing the cross-sectional area of a minute gap between the tips of light guide members arranged opposite to each other and capable of stable and accurate detection, and the lubricant deterioration detection device. Another object is to provide a bearing with a detection device.
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、発光素子に接続された投光側の導光部材と、受光素子に接続された受光側の導光部材とを有し、両導光部材の先端を、潤滑剤の配置空間となる微小ギャップを介して対向配置した潤滑剤劣化検出装置であって、透光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積とを互いに異ならせたことを特徴とする。前記導光部材は例えば光ファイバである。
この構成によると、投光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積を互いに異ならせたので、微小ギャップの断面積を小さくでき、微小ギャップへ潤滑剤が入り込み易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。また、両導光部材の先端間で、互いの光軸がずれた場合の影響も小さくなるので、簡易な組立が可能になる。また、検出部として両導光部材の先端を上記微小ギャップを介して対向配置するものであるため、例えば検出対象の潤滑剤が封入された軸受内などへの設置において、軸受内部の潤滑剤の循環移動を妨げることなく、検出部を配置することが可能になる。
The lubricant deterioration detection device of the present invention has a light-projecting-side light guide member connected to the light-emitting element, and a light-receiving-side light guide member connected to the light-receiving element. Lubricant deterioration detection device arranged opposite to each other through a minute gap serving as a lubricant placement space, wherein the cross-sectional area of the light-guiding member on the light-transmitting side and the cross-sectional area of the light-guiding member on the light-receiving side are different from each other It is characterized by that. The light guide member is, for example, an optical fiber.
According to this configuration, since the cross-sectional area of the light guide member on the light projecting side and the cross-sectional area of the light guide member on the light receiving side are made different from each other, the cross-sectional area of the micro gap can be reduced, and the lubricant can easily enter the micro gap. Therefore, stable and accurate deterioration detection becomes possible. In addition, since the influence when the optical axes of the light guide members deviate from each other is reduced, simple assembly is possible. In addition, since the leading ends of both light guide members are opposed to each other through the minute gap as the detection unit, for example, in the installation in the bearing in which the lubricant to be detected is sealed, the lubricant inside the bearing The detection unit can be arranged without hindering the circular movement.
この発明において、投光側の導光部材の断面積を受光側の導光部材の断面積よりも小さくしても良い。
このように、センシング感度にあまり影響しない投光側の導光部材の断面積を、受光側の導光部材の断面積よりも小さくすることで、上記微小ギャップの断面積を小さくすると、投光側の導光部材の断面積を最低限必要な光量を確保できる断面積まで小さくすることができ、微小ギャップの断面積をより一層小さくできる。また、投光側の導光部材の断面積より受光側の導光部材の断面積が大きいことから、投光された光が広がり散乱を受けても、受光側の導光部材に確実に受光されることになり、受光強度が弱まることがない。
In the present invention, the cross-sectional area of the light guide member on the light projecting side may be smaller than the cross-sectional area of the light guide member on the light receiving side.
Thus, if the cross-sectional area of the light-guiding member on the light-emitting side that does not significantly affect the sensing sensitivity is made smaller than the cross-sectional area of the light-guiding member on the light-receiving side, The cross-sectional area of the light guide member on the side can be reduced to a cross-sectional area that can secure a minimum necessary light amount, and the cross-sectional area of the minute gap can be further reduced. In addition, since the cross-sectional area of the light-receiving side light guide member is larger than the cross-sectional area of the light-projecting side light guide member, even if the projected light spreads and scatters, the light-receiving side light guide member reliably receives light. As a result, the received light intensity does not weaken.
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれか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。
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、潤滑剤の配置空間である検出部ギャップの断面積を小さくできて、安定した正確な劣化検出が可能なため、軸受に搭載した場合に、軸受内の観測位置に検出部ギャップを配置でき、軸受内の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。
その結果、軸受内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。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 a detecting device of the present invention is a bearing in which the lubricant deterioration detecting device having any one of the above configurations of the present invention is mounted on a bearing.
The lubricant deterioration detection device according to the present invention can reduce the cross-sectional area of the detection unit gap, which is the lubricant placement space, and enables stable and accurate detection of deterioration. The detection part gap can be disposed at the position, and the deterioration of the lubricant in the bearing can be detected stably and accurately.
As a result, it is possible to accurately detect the deterioration of the lubricant sealed in the bearing in real time. As a result, it is possible to determine the necessity of replacement of the lubricant before the operation abnormality occurs in the bearing, and it is possible to prevent the bearing from being damaged 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.
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、発光素子に接続された投光側の導光部材と、受光素子に接続された受光側の導光部材とを有し、両導光部材の先端を、潤滑剤の配置空間となる微小ギャップを介して対向配置した潤滑剤劣化検出装置であって、投光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積とを互いに異ならせたため、対向配置される導光部材の先端間の微小ギャップの断面積を小さくできて、安定した正確な検出が可能となる。
この発明の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ため、潤滑剤劣化検出装置における潤滑剤の配置空間である微小ギャップの断面積を小さくでき、安定した正確な劣化検出が可能であり、軸受内の観測位置に検出部である微小ギャップを配置でき、軸受内の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。その結果、軸受内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。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 lubricant deterioration detection device of the present invention has a light-projecting-side light guide member connected to the light-emitting element, and a light-receiving-side light guide member connected to the light-receiving element. Lubricant deterioration detecting device arranged opposite to each other through a minute gap serving as a lubricant arrangement space, because the cross-sectional area of the light guide member on the light projecting side and the cross sectional area of the light guide member on the light receiving side are made different from each other The cross-sectional area of the minute gap between the tips of the light guide members disposed opposite to each other can be reduced, and stable and accurate detection is possible.
Since the bearing with the lubricant deterioration detecting device of the present invention is mounted on the bearing, the bearing with the detecting device of the present invention can reduce the cross-sectional area of the minute gap, which is the lubricant placement space in the lubricant deterioration detecting device, and can be stably and accurately deteriorated. Detection is possible, a minute gap as a detection unit can be arranged at an observation position in the bearing, and deterioration detection of the lubricant in the bearing can be detected stably and accurately. As a result, it is possible to accurately detect the deterioration of the lubricant sealed in the bearing in real time. As a result, it is possible to determine the necessity of replacement of the lubricant before the operation abnormality occurs in the bearing, and it is possible to prevent the bearing from being damaged 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の実施形態を図1と共に説明する。図1(A)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、発光素子2および受光素子3と、潤滑剤6の配置空間となる微小ギャップ10を介してそれぞれの先端を対向配置した一対の導光部材4,5と、前記受光素子3の出力から潤滑剤6に混入している異物の量を検出する判定手段7とを備える。前記一対の導光部材4,5は光ファイバからなる。これら一対の導光部材4,5のうち、一方の導光部材4は、その基端が前記発光素子2の発光面に接続された投光側の導光部材とされる。また、他方の導光部材5は、その基端が前記受光素子3の受光面に接続された受光側の導光部材とされる。投光側の導光部材4の断面積と受光側の導光部材5の断面積とは、互いに異ならせてある。具体的には、この実施形態では、図1(B)に拡大して示すように、投光側の導光部材4の断面積を、受光側の導光部材5の断面積よりも小さくしてある。
このように投光側の導光部材4および受光側の導光部材5を配置することにより、発光素子2から出射された光が投光側の導光部材4を介して潤滑剤6を透過し、その透過光が受光側の導光部材5を介して受光素子3に入射される。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a schematic configuration diagram of the lubricant deterioration detection device of this embodiment. The lubricant
By arranging the light projecting side
前記発光素子2としては、LED、EL、有機ELなどを用いることができ、発光回路11によって駆動される。前記受光素子3としては、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができ、その出力を受ける受光回路12によって受光素子3の受光量が検出される。
As the
潤滑剤6が新品のときには透明に近い状態にあり、投光側の導光部材4から投光されて潤滑剤6を透過する透過光の強度は高い。ところが、潤滑剤6に混入する異物の量が多くなると、透過光の強度が徐々に低下する。そこで、判定手段7は、透過光の強度に対応する受光素子3の出力から、潤滑剤6に混入している異物の量を検出する。潤滑剤6に混入する異物の量の増加は潤滑剤6の劣化の進行を意味するので、検出された異物の量から潤滑剤6の劣化具合を推定することができる。
When the
このように、この潤滑剤劣化検出装置1では、潤滑剤6の配置空間となる微小ギャップ10を介して投光側の導光部材4の先端と受光側の導光部材5の先端を対向配置し、投光側の導光部材4の断面積と受光側の導光部材5の断面積を互いに異ならせたので、微小ギャップ10の断面積を小さくでき、微小ギャップ10へ潤滑剤6が入り込み易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。また、両導光部材4,5の先端間で、互いの光軸がずれた場合の影響も小さくなるので、簡易な組立が可能になる。また、検出部として両導光部材4,5の先端を上記微小ギャップ10を介して対向配置するものであるため、例えば検出対象の潤滑剤6が封入された軸受内などへの設置において、軸受内部の潤滑剤6の循環移動を妨げることなく、検出部を配置することが可能になる。
とくに、この実施形態では、センシング感度にあまり影響しない投光側の導光部材4の断面積を、受光側の導光部材5の断面積よりも小さくすることで、上記微小ギャップ10の断面積を小さくするようにしているので、投光側の導光部材4の断面積を最低限必要な光量を確保できる断面積まで小さくすることができ、微小ギャップ10の断面積をより一層小さくできる。また、投光側の導光部材4の断面積より受光側の導光部材5の断面積が大きいことから、投光された光が広がり散乱を受けても、受光側の導光部材5に確実に受光されることになり、受光強度が弱まることがない。
As described above, in the lubricant
In particular, in this embodiment, the cross-sectional area of the light-guiding
図2は、この発明の他の実施形態の潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。光学系以外の部分の構成は図1の実施形態の場合と同様であり、ここではその重複する説明を省略する。この実施形態では、図1の実施形態の潤滑剤劣化検出装置1において、投光側の導光部材4および受光側の導光部材5のそれぞれを、概形L字状に曲げ加工することで、光学系全体の光路をコ字状としている。
このように、光学系全体の光路をコ字状にすると光学系をコンパクトに構成できるので、例えば検出対象の潤滑剤6が封入された軸受内などへの設置において、潤滑剤劣化検出装置1の配置の自由度を高くすることができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical system in a lubricant deterioration detection device according to another embodiment of the present invention. The configuration of the parts other than the optical system is the same as that of the embodiment of FIG. 1, and the redundant description thereof is omitted here. In this embodiment, in the lubricant
In this way, if the optical path of the entire optical system is made U-shaped, the optical system can be made compact. For example, in installation in a bearing in which the
図3は、この発明のさらに他の実施形態の潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。光学系以外の部分の構成は図1の実施形態の場合と同様であり、ここでは省略する。この実施形態では、図1の実施形態の潤滑剤劣化検出装置1において、投光側の導光部材4および受光側の導光部材5のうち、受光側の導光部材5のみを概形L字状に曲げ加工することで、光学系全体の光路をL字状としている。受光側の導光部材5に代えて投光側の導光部材4のみを概形L字状に曲げ加工しても良い。
このように導光部材4,5の一方をL字状に曲げ加工すると光学系全体の光路をL字状とでき、図2の実施形態のように両導光部材4,5をL字状に曲げ加工すると光学系全体の光路をコ字状とできるので、例えば検出対象の潤滑剤6が封入された軸受内などへ設置において、設置場所の状況に合わせて容易に加工・配置することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an optical system in a lubricant deterioration detecting apparatus according to still another embodiment of the present invention. The configuration of parts other than the optical system is the same as that in the embodiment of FIG. 1, and is omitted here. In this embodiment, in the lubricant
When one of the
なお、上記各実施形態では、投光側の導光部材4の断面積を受光側の導光部材5の断面積よりも小さくしたが、逆に投光側の導光部材4の断面積を受光側の導光部材5の断面積よりも大きくしても良い。この場合、発光側の導光部材4から出た光の一部しか受光側の導光部材5に受光されないので、上記各実施形態の場合より受光強度が弱くなるが、発光側の導光部材4を経て投光される光強度が十分強い場合には、この発明の効果を減じることなく適用できる。
In each of the above embodiments, the cross-sectional area of 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一例の断面図である。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、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20に軸受21よりも中央側で取付けられて外周にオイルシール28を摺接させたものである。油切り22は、車軸20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 of an example in which a bearing with a detection device on which the above-described lubricant
The
軸受21の外輪25の両端部には、それぞれシールケース30,31が取付けられ、これらシールケース30,31に前記オイルシール28,29が設けられる。一方のシールケース31は、軸方向に複数の段部が階段状に並ぶ断面形状とした環状の部材であって、その一端部を軸受外輪25の内径面に圧入嵌合させることで、外輪25に取付けられる。このシールケース31の中間段部の内径面には、断面L字状のリング部材32がその円筒部を圧入嵌合させて取付けられている。このシールケース31の内側に潤滑剤劣化検出装置1の発光素子2と受光素子3を含む電気回路部13および一対の導光部材4,5が共に設けられ、導光部材4,5の先端の微小ギャップ10は、潤滑剤の観測ポイントである外輪25の内径面における転走面の脇に配置されている。
また、この場合、上記潤滑剤劣化検出装置1が例えば図2,図3の実施形態のものであると、一対の導光部材4,5等からなる光学系をコンパクトに構成でき、配置の自由度が高いので、このような位置への配置を容易に行うことができる。
また、上記潤滑剤劣化検出装置1は、その微小ギャップ10を小さくできて、安定した正確な劣化検出が可能であるので、軸受21の潤滑に寄与する転走面の脇の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。具体的には、前記リング部材32の内径側に延びる立板部の軸方向内側に向く面に潤滑剤劣化検出装置1の電気回路部13が固定され、その配線ケーブル14がシールケース31を貫通して軸受外に引き出されている。その配線ケーブル14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。シールケース31における配線ケーブル14の貫通部には防水・防油処理が施される。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。
In this case, if the lubricant
Further, since the lubricant
例えば軸受21の外輪25等は、その製造の工程が煩雑であり、強度的にも厳しい要求があるため、上記潤滑剤劣化検出装置1を搭載する場合、工程の増加等のうえで好ましくない場合があるが、簡易な部品であるシールケース31に潤滑剤劣化検出装置1を配置する場合、その取付工程が容易である。また、シールケース31に潤滑剤劣化検出装置1を配置する場合、その他の軸受構成部品については、潤滑剤劣化検出装置1を搭載しない一般の軸受と軸受部品の共通化が図れ、製造工程を同じにできて生産性に優れる。
For example, the manufacturing process of the
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。
In this
1…潤滑剤劣化検出装置
2…発光素子
3…受光素子
4…投光側の導光部材
5…受光側の導光部材
6…潤滑剤
10…微小ギャップ
21…検出装置付き軸受
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