JP2008196936A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ筐体の温度を精度良く検出するのに好適な温度センサを提供する。
【解決手段】プリント基板２２を筐体２１内に支持する金属ネジの接触部から、プリント基板２２上に実装された温度検出素子２３の近傍まで伝熱パターン２２ａを形成した。具体的に、伝熱パターン２２ａを、プリント基板２２上における、温度検出素子２３に最も近い金属ネジがプリント基板２２に接する部分から、温度検出素子２３に向かって放射状に形成し、更に、温度検出素子２３の近傍において、温度検出素子２３の外周を円環状にとり囲む形状とした。更に、伝熱パターン２２ａを、温度検出素子２３の底部がプリント基板２２に面する位置にも形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、伝熱性を有する筐体内に、温度検出素子の実装された回路基板を配した構成の温度センサに関する。

従来、鉄道車両や自動車等の車両では、保全のため、温度センサや振動センサ等の軸受センサを車両の軸受装置に取り付け、軸受センサからの検出信号に基づいて車両の運転状態を監視している。
図３は、従来の軸受装置の一部および軸受センサの径方向の断面図である。
軸受装置１は、図３に示すように、転がり軸受１０と、転がり軸受１０を収容する軸箱２とで構成されている。

転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１および外輪１２の間で転動自在に配設された複数のボール（不図示）とを備え、内輪１１が車両の車軸３を回転可能に支持し、外輪１２が軸箱２に固定されている。
軸箱２の外周面２ａには、温度センサ８０が取り付けられている。
温度センサ８０は、伝熱性を有する材質の筐体８１内に、温度検出素子８５の実装されたプリント基板８２が配設された構成となっている。

また、プリント基板８２は、その支持部以外が、筐体８１との間に空間をもって配設されている。
筐体８１には、ボルト９１を通過させるためのボルト穴９２が形成されている。外周面２ａには、ボルト穴９２の位置に合せてネジ穴９３が形成されている。温度センサ８０は、ボルト穴９２を介してボルト９１を軸箱２に設けられたネジ穴に螺合することにより外周面２ａに取り付けられている。

また、プリント基板８２には、筐体８１の外側面を介してケーブル８６が接続され、ケーブル８６の端部は、ケーブルグランド８７により筐体８１の外側面に固定されている。
図４は、従来の温度センサ８０における、温度検出素子８５の実装されたプリント基板８２を示す図である。
図４に示すように、プリント基板８２には、温度検出素子８５が実装されている。

また、プリント基板８２の４隅には、基板取付ネジ部９０が形成されており、この基板取付ネジ部９０を介して、筐体８１に設けられたネジ穴に、ネジを螺合することによって、プリント基板８２が筐体８１内に支持されている。
上記のような構成の温度センサ８０は、転がり軸受１０の発熱によって軸箱２に伝わる熱を、筐体８１における軸箱２との接触面を介して筐体８１内に伝え、この熱を、温度検出素子８５で検出することで、転がり軸受１０の温度を測定している。

なお、このような構成の軸受センサとしては、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。
特開２００３−４２８３５号公報

しかしながら、上記従来技術では、温度検出素子がガラスエポキシ基板などのプリント基板上に実装されるため、センサ筐体の温度と温度検出素子の検出する温度とに、プリント基板を介する分の温度差が生じる。また、筐体とプリント基板との間には空間が設けられているため、これによる温度差も生じる。これらの温度差は、両者の温度勾配となって現われ、軸受の温度測定精度を低減させる。

また、上記従来技術では、センサ筐体の側面部から放熱を行うために、軸箱表面の温度と温度検出素子の検出する温度との温度差が大きくなり、軸受の温度を精度良く測定することが困難であった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、センサ筐体の温度を精度良く検出するのに好適な温度センサを提供することを目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の温度センサは、伝熱性を有する筐体内に、温度検出素子の実装された回路基板を配設した構成の温度センサであって、
前記回路基板に、前記筐体の熱を前記実装された温度検出素子の近傍まで伝える伝熱パターンを形成したことを特徴とする。
このような構成であれば、筐体に発した熱を、伝熱パターンを介して温度検出素子の近傍まで伝えることが可能である。

ここで、伝熱パターンは、例えば、プリント基板上に金属などにより形成されるパターンであり、伝熱性を有するのはもちろん、筐体の熱を温度検出素子に正確に伝えるために、熱の伝導効率が比較的高い材料を用いて形成されることが好ましい。

〔発明２〕 更に、発明２の温度センサは、発明１の温度センサにおいて、前記回路基板における、前記筐体と前記回路基板とが熱的に接している部分から前記実装された温度検出素子の近傍まで、前記伝熱パターンを形成したことを特徴とする。

このような構成であれば、筐体と回路基板とが熱的に接触している部分の熱を、伝熱パターンを介して温度検出素子の近傍まで伝えることが可能である。
ここで、熱的に接している部分とは、筐体の発する熱が回路基板に接している部分であり、筐体が回路基板に直接接している部分、伝熱性を有する部材等を介して筐体の熱が接している部分などが該当する。

〔発明３〕 更に、発明３の温度センサは、発明２の温度センサにおいて、前記熱的に接続されている部分は、前記回路基板を前記筐体内に支持する伝熱性を有した支持部材が、前記回路基板と接触している部分であることを特徴とする。
このような構成であれば、筐体から支持部材を介して伝わる熱を、伝熱パターンを介して温度検出素子の近傍まで伝えることが可能である。

〔発明４〕 更に、発明４の温度センサは、発明１乃至３のいずれか１の温度センサにおいて、前記伝熱パターンを、前記回路基板における、前記実装された温度検出素子の底部が面する位置まで形成したことを特徴とする。
このような構成であれば、筐体に発した熱を、伝熱パターンを介して、回路基板上の温度検出素子の底部が面する位置まで伝えることが可能である。

〔発明５〕 更に、発明５の温度センサは、発明１乃至４のいずれか１の温度センサにおいて、前記伝熱パターンを、当該伝熱パターンの一部が、前記実装された温度検出素子の外周を囲むように形成したことを特徴とする。
このような構成であれば、筐体に発した熱を、回路基板上の温度検出素子の外周を囲んだ状態の伝熱パターンによって伝えることが可能である。

〔発明６〕 更に、発明６の温度センサは、発明１乃至５のいずれか１の温度センサにおいて、前記伝熱パターンを、他の電気回路のパターンとは独立に形成したことを特徴とする。
このような構成であれば、伝熱パターンと、他の電気回路のパターンとを、熱的且つ電気的に分離することが可能である。

以上説明したように、発明１乃至５の温度センサによれば、筐体の熱を、伝熱パターンを介して温度検出素子の近傍まで伝えることができるので、筐体の温度測定精度を向上することができるという効果が得られる。
更に、発明６の温度センサによれば、伝熱パターンを伝わる熱が他の電気回路へと与える悪影響を軽減することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図２は、本発明に係る温度センサの実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る温度センサを、鉄道車両や自動車等の車両の軸受装置に適用したものである。
図１は、本実施の形態に係る軸受装置の一部および温度センサの径方向の断面図である。

軸受装置１は、図１に示すように、転がり軸受１０と、転がり軸受１０を収容する軸箱２とで構成されている。
転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１および外輪１２の間で転動自在に配設された複数のボール（不図示）とを備え、内輪１１が車両の車軸３を回転可能に支持し、外輪１２が軸箱２に固定されている。なお、図示しないが、転がり軸受１０は、車軸３の軸方向に少なくとも２つ設けられ、車軸３は、複数の転がり軸受１０により回転可能に支持されている。

軸箱２の外周面２ａには、温度センサ２０が取り付けられている。
温度センサ２０は、伝熱性を有する筐体２１内に、温度検出素子２３の実装されたプリント基板２２が配設されている。本実施の形態において、プリント基板２２は、図１に示すように、筐体２１の軸箱２との接触面と、プリント基板２２のプリント面とが平行に支持されている。また、プリント基板２２は、温度検出素子２３の実装面と反対側の面が、筐体２１の前記接触面と対向するように支持されている。

図２は、温度センサ２０における、温度検出素子２３の実装されたプリント基板を示す図である。
図２に示すように、プリント基板２２には、温度検出素子２３が実装されている。
また、プリント基板２２の４隅には、基板取付ネジ部５０がそれぞれ形成されており、この基板取付ネジ部５０を介して、筐体２１に設けられたネジ穴に、伝熱性を有する金属ネジを螺合することによって、プリント基板２２が筐体２１内に支持されている。

更に、プリント基板２２には、図２に示すように、プリント基板２２における、当該プリント基板２２を筐体２１内に支持する金属ネジの接触部から、プリント基板２２上に実装された温度検出素子２３の近傍まで伝熱パターン２２ａが形成されている。
具体的に、伝熱パターン２２ａは、図２に示すように、プリント基板２２上における、温度検出素子２３に最も近い金属ネジがプリント基板２２に接する部分（図２における丸で囲った基板取付ネジ部５０のネジ穴の外周部）から、温度検出素子２３に向かって放射状に形成され、更に、温度検出素子２３の近傍において、温度検出素子２３の外周を円環状にとり囲む形状となっている。従って、図２中の丸で囲った基板取付ネジ部５０のネジ穴を介して筐体２１のネジ穴に螺合された金属ネジは伝熱パターン２２ａと接することになる。また、温度検出素子２３では、周囲（３６０°）の伝熱パターンから放射される熱が検出されることになる。

更に、伝熱パターン２２ａは、図２に示すように、温度検出素子２３の底部がプリント基板２２に面する位置にも形成されている。つまり、温度検出素子２３は、その真下に形成された伝熱パターンから放射される熱も検出するようになっている。但し、温度検出素子２３の底部が面する位置に形成される伝熱パターンは、図２に示すように、温度検出素子２３がプリント基板２２と電気的に接触している部分（温度検出素子２３の両端部）を避けるように形成されている。

また、伝熱パターン２２ａは、ひとつながりに形成されていると共に、プリント基板２２に形成された、不図示の他の電気回路（センサ回路など）のパターンとは独立に形成されている。
上記構成の温度センサ２０が軸箱２に取り付けられた軸受装置１は、車軸３の回転によって発する熱で転がり軸受１０が発熱し、更に、この熱は、軸箱２を介して、当該軸箱２に接している温度センサ２０の筐体２１へと伝わる。筐体２１に伝わった熱は、筐体２１内に放熱されると共に、プリント基板２２を筐体２１内に支持している金属ネジへと伝わる。

プリント基板２２における、温度検出素子２３に最も近い基板取付ネジ部５０のネジ穴外周には、先述したように、伝熱パターン２２ａが形成されているため、筐体２１から金属ネジへと伝わってきた熱は、伝熱パターン２２ａへと伝わる。伝熱パターン２２ａに伝わった熱は、温度検出素子２３の周囲（３６０°）及び真下から放射され、温度検出素子２３は、筐体２１から伝わる基板周辺の熱に加え、伝熱パターン２２ａを伝わってきた熱も検出する。

ここで、伝熱パターン２２ａを伝わる熱を無視すると（従来の構成）、筐体２１の軸箱２との接触部を介して筐体２１内に伝わってくる熱は、温度検出素子２３に到達するまでに、プリント基板２２及びプリント基板２２と筐体２１の前記接触部との間の空間において温度が降下したものとなる。
一方、伝熱パターン２２ａに伝わる熱は、筐体２１との間に伝熱性を有する金属ネジが介在するのみであり、プリント基板２２及び空間を介在する場合よりも温度の降下が少ない。従って、伝熱パターン２２ａを伝わってきた熱も検出する本発明の構成の方が、転がり軸受１０の温度を、より高精度に測定することが可能である。

以上、本実施の形態の温度センサ２０は、筐体２１の熱を、温度検出素子２３の実装されたプリント基板２２に形成した伝熱パターン２２ａを介して、温度検出素子２３の近傍まで伝えることが可能である。これにより、転がり軸受１０の温度を、より高精度に測定することができる。
また、伝熱パターン２２ａを、プリント基板２２の他の電気回路のパターンとは独立して形成したので、例えば、ネジ部で筐体２１に導通しても、他の電気回路とは絶縁されているため、他の電気回路に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。

上記実施の形態において、プリント基板２２は、発明１乃至５のいずれか１の回路基板に対応する。
なお、上記実施の形態においては、温度センサ２０を、センサ素子として、温度検出素子２３のみを有する構成としたが、これに限らず、温度検出素子２３に加えて、振動検出素子等を有するマルチセンサとして構成しても良い。これによって、温度による軸受の異常検出だけでなく、振動など他の要素による異常検出を行うことができる。

また、上記実施の形態においては、金属ネジがプリント基板２２に接する部分から形成する伝熱パターン２２ａを、プリント基板２２における、温度検出素子２３の近傍で、その外周を囲むように形成すると共に、温度検出素子２３の底部が面する位置まで形成するようにしたが、この構成に限らず、外周を囲む形状とするか、底部が面する位置まで形成するかのいずれか一方の構成としても良い。

また、上記実施の形態においては、温度検出素子２３を伝熱パターンで円環状に囲む構成としたが、円環状に限らず、例えば、温度検出素子２３の外周形状に沿って囲むなど、他の形状で囲む構成としても良い。
また、上記実施の形態においては、プリント基板２２を筐体２１に支持する金属ネジを介して、伝熱パターン２２ａへと筐体２１の熱を伝える構成としたが、これに限らず、筐体２１の熱を効率よく伝熱パターン２２ａへと伝えることができる構成であれば、他の構成としても良い。

また、上記実施の形態においては、本発明に係る温度センサ２０を、鉄道車両や自動車等の車両の軸受装置１に取り付ける場合について適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。

本実施の形態に係る軸受装置の一部および温度センサの径方向の断面図である。 本実施の形態に係る温度センサにおける、温度検出素子の実装されたプリント基板を示す図である。 従来の軸受装置の一部および軸受センサの径方向の断面図である。 従来の温度センサにおける、温度検出素子の実装されたプリント基板を示す図である。

符号の説明

１ 軸受装置
２ 軸箱
１１ 内輪
１２ 外輪
２ａ 軸箱外周
８１ 筐体
２２、８２ プリント基板
２３、８５ 温度検出素子
４３、８６ ケーブル
５０、９０ 基板取付ネジ部
４１、９１ ボルト
４２、９２ ボルト穴
２０，８０ 温度センサ
２２ａ 伝熱パターン

Claims (6)

1. 伝熱性を有する筐体内に、温度検出素子の実装された回路基板を配設した構成の温度センサであって、
   前記回路基板に、前記筐体の熱を前記実装された温度検出素子の近傍まで伝える伝熱パターンを形成したことを特徴とする温度センサ。
2. 前記回路基板における、前記筐体と前記回路基板とが熱的に接している部分から前記実装された温度検出素子の近傍まで、前記伝熱パターンを形成したことを特徴とする請求項１記載の温度センサ。
3. 前記熱的に接している部分は、前記回路基板を前記筐体内に支持する伝熱性を有した支持部材が、前記回路基板と接している部分であることを特徴とする請求項２記載の温度センサ。
4. 前記伝熱パターンを、前記回路基板における、前記実装された温度検出素子の底部が面する位置まで形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の温度センサ。
5. 前記伝熱パターンを、当該伝熱パターンの一部が、前記実装された温度検出素子の外周を囲むように形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の温度センサ。
6. 前記伝熱パターンを、他の電気回路のパターンとは独立に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の温度センサ。

Images