JP2008064669A

JP2008064669A - 軸受装置

Info

Publication number: JP2008064669A
Application number: JP2006244162A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakao; 宏志中尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】精度良く温度測定を行える、温度検出素子を備えた軸受装置を提供する。
【解決手段】温度センサ１４の少なくとも一部が軸箱１２内に埋設されているので、軸箱１２からの温度センサ１４への熱伝導性を向上させ、温度センサ１４の温度を軸箱１２の温度に近付けられる。特に、金属基板１７が、熱伝導性樹脂板２２を介してセンサ筐体１５の内底面に密着しているので、熱伝達経路中の温度勾配を小さく抑えることができ、これにより金属基板１７上の温度検出素子１８の温度が軸箱１２及び軸受１３の温度に近づき、軸受１３の温度を精度良く検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも温度検出素子を備えたセンサ付きの軸受装置に関するもので、温度検出素子から検出する温度から軸受の温度を推定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出する場合に好適であり、特に信頼性が要求される鉄道車両や自動車、機械設備等に用いて適切に異常判定を行える軸受装置に関する。

鉄道車両や自動車等の車軸を支持する軸受装置や機械設備等では、温度センサを用いて軸受装置や機械設備等の温度を測定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出する技術が知られている。特許文献１に示すように、これら軸受装置や機械設備の温度を検出する温度センサを備えた温度センサ付軸受装置が種々提案されている。
特開２００６−５８２２６号公報

特許文献１の軸受装置よれば、温度検出素子を収容したセンサ筐体を軸箱に埋設しているので、軸箱からセンサ筐体への熱伝導性を向上させ、軸受の温度を精度良く予想できる。ところで、本発明者によれば、温度検出素子の取り付け方法によっては、軸受と温度検出素子との温度勾配が大きくなり、高精度な温度検出を妨げる恐れがあることが確認された。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、精度良く温度測定を行える、温度検出素子を備えた軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の軸受装置は、
軸受と、
前記軸受を保持した軸箱と、
前記軸箱に取り付けられたセンサ筐体と、
前記センサ筐体に密着した金属基板と、
前記金属基板に実装された温度検出素子とを有することを特徴とする。

本発明者の研究によれば、温度バラツキの原因の一つは、温度検出素子をガラスエポキシ樹脂基板に実装した際に、センサ筐体と温度検出素子との間に温度勾配が生じることであると判明した。そこで本発明者は、温度検出素子を金属基板上に実装し、金属基板をセンサ筐体に密着させることで、温度勾配を小さく抑えることができ、それにより高精度な温度検出を行うことができることを見いだし、本発明をなしえたのである。「温度検出素子」としてはサーミスタを用いたものが知られており、例えば特開２００５−２９４４７７号公報に記載されている。

前記センサ筐体と前記金属基板との間に熱伝導性樹脂を配置したので、熱伝導性を更に高め温度勾配を小さく抑えることができる。

前記軸箱と前記センサ筐体との間に熱伝導性樹脂を配置したので、熱伝導性を更に高め温度勾配を小さく抑えることができる。

振動検出素子を備えると、温度と同時に振動を検出できるので好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である軸受装置を説明するための正面図であり、図２は、図１の矢印IIで示す部位を拡大した要部拡大部分断面図である。

図１において、鉄道車両用軸受装置である軸受装置１０は、図示しない車輪を固定した車軸１１を、ハウジングである軸箱１２に対して回転可能に支持するための軸受１３が、車軸１１と軸箱１２との間に配置されている。

軸受１３には、車輪の回転に応じて、種々の部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷される。なお、軸受１３は、複列円すいころ軸受、複列の深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受等、公知の各種転がり軸受を使用することができ、転がり軸受の具体的構成は省略する。

軸受１３の負荷圏側に位置する、即ち車軸１１の中心Ｏを通過する水平面Ｐより上方に位置する軸箱１２の側部表面には、座ぐり部１２ａが形成されており、この座ぐり部１２ａには温度センサ１４の少なくとも一部が埋設されている。

図２において、温度センサ１４は、アルミニウム合金等の軸箱１２と同一材料からなるセンサ筐体１５、センサ筐体１５の開口部を密閉するカバー部材１６、センサ筐体１５の内底面に対して、熱伝導性の良いシリコン樹脂、シリコンペーストや熱伝導性の良いエポキシ樹脂等から形成された薄い熱伝導性樹脂板２２を介して密着取付された金属基板１７、金属基板１７上に実装固定された温度検出素子１８、及び、温度検出素子１８から出力された測定信号を外部に伝送するため、センサ筐体１５に形成されたケーブル取り出し部１５ａから外部へ引き出される信号ケーブル１９を備える。なお、軸箱１２の材質は、アルミニウム合金に限定されるものでなく、鉄製であっても良い。また、センサ筐体１５の材質もアルミニウム合金に限定されず、ステンレス鋼等であっても良い。しかしながら、アルミニウム合金製のセンサ筐体の方が、熱伝導性が良いので好ましい。又、金属基板１７としては、熱伝導性に優れたアルミ基板が好ましいが、鉄基板などの他、金属セラミック基板なども用いることができる。

軸箱１２に形成された座ぐり部１２ａの深さは、センサ筐体１５内に内蔵された温度検出素子１８が軸箱１２内に位置し、即ち座ぐり部１２ａの開口面Ｓよりも軸箱１２側に位置するように設定されている。センサ筐体１５は、軸箱１２に形成された座ぐり部１２ａ内に、底部１５ｂ及び底部１５ｂの周囲を埋設させた状態で、カバー部材１６と共に２本のボルト２０，２０によって軸箱１２に固定される。

また、座ぐり部１２ａとセンサ筐体１５の周囲との間の隙間には、熱伝導性の良いシリコン樹脂、シリコンペーストや熱伝導性の良いエポキシ樹脂等の熱伝導性樹脂２１が充填されている。ただし、シリコン樹脂等をそのまま充填しても良いが、シリコン樹脂の板材をセンサ筐体１５の底部１５ｂに接着などで固定しておくと取扱いが容易となるので好ましい。

図３は、比較例にかかる図２と同様な拡大断面図である。比較例においては、温度センサ１４’のセンサ筐体１５が座ぐり部１２ａに直接取り付けられ、且つセンサ筐体１５の内底面に対して空間をあけた状態で配置されたエポキシ基板１７’に温度検出素子１８を実装している。それ以外の点では、図２に示す実施の形態と同様である。図３の比較例によれば、軸受１３からエポキシ基板１７’に至るまでの熱伝達経路において、温度勾配が大きくなるという問題がある。

これに対し、本実施形態の軸受装置１０によれば、温度センサ１４の少なくとも一部が軸箱１２内に埋設されているので、軸箱１２からの温度センサ１４への熱伝導性を向上させ、温度センサ１４の温度を軸箱１２の温度に近付けられる。特に、金属基板１７が、熱伝導性樹脂板２２を介してセンサ筐体１５の内底面に密着しているので、熱伝達経路中の温度勾配を小さく抑えることができ、これにより金属基板１７上の温度検出素子１８の温度が軸箱１２及び軸受１３の温度に近づき、軸受１３の温度を精度良く検出することができる。更に、鉄道車両の走行中にセンサ筐体１５に風があたっても、センサ筐体１５の底部１５ｂ及び底部１５ｂの周囲が軸箱１２に埋設されているので、センサ筐体１５の底部１５ｂおよび底部１５ｂの周囲の冷却が抑制され、温度検出誤差の発生を防止することができる。

また、温度検出素子１８が軸箱１２内に埋没されているので、温度検出素子１８の温度が軸箱１２の温度にほぼ等しくなり、軸受１３の温度をより精度良く検出することができる。なお、軸箱１２のスペースに余裕がある場合には、センサ筐体１５全体を軸箱１２に埋設することで、さらに軸受１３の温度が精度良く検出することができる。

また、座ぐり部１２ａとセンサ筐体１５の周囲との間の隙間はできるだけ小さいほうが望ましいが、座ぐり部１２ａとセンサ筐体１５の周囲に隙間を有する場合には、本実施形態のように、この隙間に熱伝導性の良いシリコン樹脂等、熱伝導性の良い樹脂２１を充填することで、熱伝導性を向上することができる。更に、センサ筐体１５内に振動検出素子を配置し、温度と振動とを同時に検出することで、軸受１３の異常を早期に精度良く発見できる。振動検出素子としては、圧電式、歪みゲージ式など種々のタイプがあるが、よく知られているため詳細は記載しない。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、熱伝導性樹脂としては、シリコン樹脂等を単体で用いてもよいが、熱伝導を良くするためのシリカなどの粉末や金属粉をシリコン樹脂に充填したものを使用すると熱伝導の効率を良くできるので好ましい。又、熱伝導性樹脂の代わりに、内部に多数の孔を有した発泡金属を使用しても良い。発泡金属としては、銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金などがあり、熱伝導係数が大きいとともに適度な弾性があるので、さらに好ましい。

本発明の実施形態である軸受装置を説明するための正面図である。図１の矢印IIで示す部位を拡大した要部拡大部分断面図である。比較例にかかる図２と同様な拡大断面図である。

符号の説明

１０軸受装置
１１車軸
１２軸箱
１２ａ座ぐり部
１３軸受
１４温度センサ
１５センサ筐体
１５ａケーブル取り出し部
１５ｂ底部
１６カバー部材
１７’ エポキシ基板
１７金属基板
１８温度検出素子
１９信号ケーブル
２０ボルト
２１熱伝導性樹脂
２２熱伝導性樹脂板
Ｏ中心
Ｐ水平面
Ｓ開口面

Claims

軸受と、
前記軸受を保持した軸箱と、
前記軸箱に取り付けられたセンサ筐体と、
前記センサ筐体に密着した金属基板と、
前記金属基板に実装された温度検出素子とを有することを特徴とする軸受装置。
前記センサ筐体と前記金属基板との間に熱伝導性樹脂を配置したことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記軸箱と前記センサ筐体との間に熱伝導性樹脂を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
振動検出素子を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装置。