JP2008139038A - 軸受の潤滑剤劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受内部の省スペースが可能で、軸受内部の潤滑剤劣化状態を精度良く検出できる軸受の潤滑剤劣化検出装置を提供する。
【解決手段】 転がり軸受の外輪２２に切欠穴２２ａ，２２ｂを設け、この切欠穴２２ａ，２２ｂ内に発光素子２および受光素子３を配置する。前記発光素子２から延びて先端が前記受光素子３に測定用ギャップ７を介して対向する光ファイバ４を設け、前記測定用ギャップ７を、転がり軸受の潤滑剤５の存在する軸受空間に位置させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、転がり軸受内に封入された潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する軸受の潤滑剤劣化検出装置に関する。

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抵抗値・静電容量・磁気抵抗・インピーダンスなどの変化として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、受光素子４４で検出される透過光量から潤滑剤４５に混入する異物の量が推定される。

しかし、図５の構成では、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出に用いる場合、軸受内部に発光素子４３や受光素子４４を配置するためのスペースが必要である。また、検出部４８では、発光側の光ファイバ４６の端面から投光され潤滑剤４５を透過した光を受光側の光ファイバ４７の端面で受光するため、受光素子４４での受光量が少なく、精度の良い検出ができない。

この発明の目的は、軸受内部の省スペースが可能で、軸受内部の潤滑剤劣化状態を精度良く検出できる軸受の潤滑剤劣化検出装置を提供することである。

この発明の軸受の潤滑剤劣化検出装置は、転がり軸受の外輪に切欠穴を設け、この切欠穴内に発光素子および受光素子を配置し、前記発光素子から延びて先端が前記受光素子に測定用ギャップを介して対向する光ファイバを設け、前記測定用ギャップを、前記転がり軸受の潤滑剤の存在する軸受空間に位置させている。なお、上記「切欠穴」は、切欠および穴を含む意味であり、切欠と穴のいずれであっても良い。
この構成によると、転がり軸受の外輪に設けた切欠穴内に発光素子および受光素子を配置するので、軸受空間に発光素子および受光素子を配置する場合に比べて軸受内部の省スペースが可能となる。
また、前記発光素子から延びて先端が受光素子に測定用ギャップを介して対向する光ファイバを設け、前記測定用ギャップを、転がり軸受の潤滑剤の存在する軸受空間に位置させているので、測定用ギャップの受光面が受光素子の受光面となり、光ファイバの一端面を受光面とする場合に比べて受光面が大きくなる。その結果、軸受内部の潤滑剤劣化状態を精度良く検出できる。

この発明において、前記測定用キャップを、転がり軸受の円周方向に開通する方向としても良い。
転がり軸受では、転動体に引きずられて潤滑剤が円周方向に移動するので、前記測定用ギャップを転がり軸受の円周方向に開通する方向とした場合、測定用ギャップに潤滑剤が出入りし易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。

この発明において、前記光ファイバを、前記測定用ギャップ側の端部を除いて前記軸受空間に対して覆うカバーを設けても良い。この構成の場合、前記カバーにより、潤滑剤の流動による荷重から光ファイバを保護でき、光ファイバの破損が防止される。

この発明の軸受の潤滑剤劣化検出装置は、転がり軸受の外輪に切欠穴を設け、この切欠穴内に発光素子および受光素子を配置し、前記発光素子から延びて先端が前記受光素子に測定用ギャップを介して対向する光ファイバを設け、前記測定用ギャップを、前記転がり軸受の潤滑剤の存在する軸受空間に位置させたため、軸受内部の省スペースが可能で、軸受内部の潤滑剤劣化状態を精度良く検出できる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３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を組み込んだ転がり軸受の一例を示す。この転がり軸受２０は鉄道車両用軸受であって、内輪２１の両側に各々接して設けられた付属品である油切り２５および後ろ蓋２６とで鉄道車両用軸受ユニットを構成する。転がり軸受２０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２３，２３に対して設けた分割型の内輪２１，２１と、一体型の外輪２２と、前記ころ２３，２３と、保持器２４とを備える。
後ろ蓋２６は、車軸３０に軸受２０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２５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２０の両端部に配置される両オイルシール２８，２９により軸受２０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２０に組み込まれて軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出を行うものであり、図１の一部を拡大して示す図２のように、発光素子２および受光素子３と、光ファイバ４と、前記受光素子３の出力により潤滑剤の劣化を判定する判定手段６とを備える。発光素子２および受光素子３は、転がり軸受２０の外輪２２に設けられた２つの切欠穴２２ａ，２２ｂ内に、発光面および受光面が軸受空間に臨むようにそれぞれ配置される。前記光ファイバ４は、前記発光素子２の発光面から延びて先端が前記受光素子３の受光面に測定用ギャップ７を介して対向し、その測定用ギャップ７が潤滑剤５の存在する軸受空間に位置するように配置される。
このように、発光素子２、受光素子３および光ファイバ４を配置することにより、発光素子２から出射された光が光ファイバ４を介して測定用ギャップ７に存在する潤滑剤５を透過し、その透過光が受光素子３に入射される。

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８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９によって受光素子３の受光量が検出される。

前記切欠穴２２ａ，２２ｂは、図示の例では、外輪２２の内外面に貫通した２つの穴とされ、互いに外輪２２の軸方向にずらして設けられている。この切欠穴２２ａ，２２ｂへの発光素子２および受光素子３の配置は、固定治具１０を介して行われる。
具体的には、例えば図３に示すように、固定治具１０内に発光素子２および受光素子３が組み込まれ、この固定治具１０が図２のように外輪２２の前記切欠穴２２ａ，２２ｂに嵌合して取付けられる。固定治具１０は、一部が外輪２２の外径側に突出する突出部分とされ、切欠穴２２ａ，２２ｂへの嵌合部分は上記突出部分から２つに分岐されている。この固定治具１０の外輪２２からの突出部分を、外輪２２を支持固定する軸受ハウジングの内径面に設けられる切欠穴（図示せず）に嵌め合わせることにより、固定治具１０の位置決めが容易に行われる。発光素子２および受光素子３の配線は、例えば複線の１本の被覆ケーブル１５にまとめて固定治具１０から引き出されている。なお、貫通穴からなる上記２個の切欠穴２２ａ，２２ｂを設ける代わりに、貫通穴からなる１個の切欠穴を設け、この１個の切欠穴内に、発送素子２および受光素子３を組み込んだ固定治具を嵌合させても良い。また、この切欠穴２２ａ，２２ｂは、外輪２２の端縁から切り欠いた１個の切欠としても良い。
固定治具１０における受光素子３の受光面が臨む端部は、外輪２２の内径面に平行とした受光面１３とされ、この受光面１３と平行になるように光ファイバ４の先端が配置されることで、受光面１３と光ファイバ４の先端との間に測定用ギャップ７が構成される。上記受光面１３は、受光素子３の表面を直接に露出させた面としても良いが、この例では、固定治具１０に設けられて受光素子３の表面を覆う透明板１３ａで受光面１３が形成されている。

光ファイバ４は、前記測定用ギャップ７側の端部を除き、軸受空間に対してカバー１１で覆われている。カバー１１は、接着剤などの接合手段１２により、例えば外輪２２の内径面に固定される。これにより、潤滑剤５の流動による荷重から、光ファイバ４が保護される。カバー１１は、後述の固定治具１０に設けても良い。測定用ギャップ７は、外輪２２の内径面からころ２３の大端部に跨がる面域の近傍に配置され、その開通方向が転がり軸受２０の円周方向となるようにされる。

潤滑剤５が新品のときには透明に近い状態にあり、発光素子２から光ファイバ４を経由して投光され潤滑剤５を透過する透過光の強度は高い。とことろが、潤滑剤５に混入する鉄粉（摩耗粉）などの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６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５に混入している異物の量を検出する。潤滑剤５に混入する異物の量の増加は潤滑剤５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５の劣化具合を推定することができる。

このように、この潤滑剤劣化検出装置１では、転がり軸受２０の外輪２２に切欠穴２２ａ，２２ｂを設け、この切欠穴２２ａ，２２ｂ内に発光素子２および受光素子３を配置しているので、軸受空間に発光素子２および受光素子３を配置する場合に比べて軸受内部の省スペースが可能となる。
また、前記発光素子２から延びて先端が受光素子３に測定用ギャップ７を介して対向する光ファイバ４を設け、前記測定用ギャップ７を、転がり軸受２０の潤滑剤５の存在する軸受空間に位置させているので、測定用ギャップ７の受光面１３が受光素子３の受光面となり、光ファイバの一端面を受光面とする場合に比べて受光面が大きくなる。その結果、軸受内部の潤滑剤劣化状態を精度良く検出できる。

転がり軸受では、転動体に引きずられて潤滑剤が円周方向に移動するが、この実施形態の場合、前記測定用ギャップ７を転がり軸受２０の円周方向に開通する方向としていることから、測定用ギャップ７に潤滑剤５が出入りし易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。
また、転がり軸受では、潤滑剤が上記したように転動体に引きずられて円周方向に移動すると共に、内外輪の転走面間から排出される潤滑剤により徐々に軸受のシール側へと軸方向に押し出されるため、図１の転がり軸受２０においては、外輪２２の内径面からころ２３の大端部に跨がる面域の近傍で潤滑剤５の流動性が大きくなる。この実施形態の場合、前記測定用ギャップ７を、外輪２２の内径面からころ２３の大端部に跨がる面域の近傍に配置していることから、測定用ギャップ７に潤滑剤５がさらに出入りし易くなる。

また、この実施形態では、前記光ファイバ４における前記測定用ギャップ７側の端部を除く部分を、軸受空間に対してカバー１１で覆っているので、潤滑剤５の流動による荷重から、光ファイバ４を保護でき、光ファイバ４の破損が防止される。

なお、前記実施形態では、発光素子２および受光素子３を、外輪２２の軸方向にずらして配置したが、図４に示すように発光素子２および受光素子３を外輪２２の円周方向にずらして配置しても良い。

この発明の一実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置を搭載した軸受の断面図である。 図１の一部を拡大して示す潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。 発光素子および受光素子を組込んだ固定治具の断面図である。 この発明の他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の光学系を示す概略構成図である。 潤滑剤劣化検出装置の従来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…発光素子
３…受光素子
４…光ファイバ
５…潤滑剤
７…測定用ギャップ
１１…カバー
２０…転がり軸受
２２…外輪
２２ａ，２２ｂ…切欠穴

Claims (3)

1. 転がり軸受の外輪に切欠穴を設け、この切欠穴内に発光素子および受光素子を配置し、前記発光素子から延びて先端が前記受光素子に測定用ギャップを介して対向する光ファイバを設け、前記測定用ギャップを、前記転がり軸受の潤滑剤の存在する軸受空間に位置させた軸受の潤滑剤劣化検出装置。
2. 請求項１において、前記測定用キャップを、転がり軸受の円周方向に開通する方向とした軸受の潤滑剤劣化検出装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記光ファイバを、前記測定用ギャップ側の端部を除いて前記軸受空間に対して覆うカバーを設けた軸受の潤滑剤劣化検出装置。

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