JP2010121639A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受を大型化することなく各種軸受情報を検出でき、かつセンサの配線が内輪と軸との間に挟まるのを防止できる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 車輪用軸受装置１は、外周に単列の転走面５を有し軸方向に並んで配置されて互いに端面で突き合わせられた２個の内輪３Ａと、これら内輪３Ａの各転走面５に対向する複列の転走面４を内周に有する外輪２と、これら内外輪の転走面５，４間に介在した複列の転動体６とを備える。２個の内輪３Ａ，３Ａの互いに突き合わせられる端面間には、これら２個の内輪３Ａ，３Ａ間に作用する軸力、軸受温度、内外輪間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサ１０を介在させる。内輪３Ａの内周に内輪と同心のスリーブ２１を嵌合させ、このスリーブ２１と内輪３Ａの間にセンサ１０の配線１６を引き出す配線引き出し路１７を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道車両や自動車等の車両に使用され、軸受異常、固定状態、回転速度などの各種軸受情報を検出する機能を備えた車輪用軸受装置に関する。

この種の車輪用軸受装置として、図８に示すように、転がり軸受３１の内外輪３２，３３間の軸受空間の両端をシールするシール手段３４に、軸受内の温度を測定する温度センサ３７を取付けたものが提案されている（例えば特許文献１）。この場合の転がり軸受３１は、外輪回転型である複列の円すいころ軸受であり、固定輪である内輪３３は軸方向に並ぶ一対の分割内輪３３Ａ，３３Ａを互いに端面で付き合わせた分割型とされ、図示しない軸の外周に嵌合して固定される。シール手段３４は、内輪３２に取付けたシール部材３５と、外輪３３に取付けたシール部材３６とで構成され、固定輪である内輪３２側のシール部材３５に温度センサ３７が設けられている。転がり軸受３１の両端の温度センサ３７の配線３８を、いずれか片方へまとめて引き出せるように、片方の温度センサ３７の配線３８は、内輪３２の内径面に設けた軸方向溝３９を通して引き出される。
特開２００２−１３０２６３号公報

しかし、軸受情報として検出することが望まれるものは軸受温度に限らず、軸受固定状態など他の軸受異常情報や回転速度などの情報があり、上記構成の車輪用軸受装置ではこれらの情報は検出できない。また、上記構成の車輪用軸受装置では、温度センサ３７をシール部材３５に取付けているが、温度センサ以外のセンサを取付ける場合、軸受を大型化することなく取付けることができる構造が求められる。

この発明の目的は、軸受を大型化することなく各種軸受情報を検出でき、かつセンサの配線が内輪と軸との間に挟まるのを防止できる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、それぞれ外周に単列の転走面を有し軸方向に並んで配置されて互いに端面で突き合わせられた２個の内輪と、これら２個の内輪の各転走面に対向する複列の転走面を内周に有する外輪と、これら内外輪の転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記２個の内輪の互いに突き合わせられる端面間に、これら２個の内輪間に作用する軸力、軸受温度、内外輪間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサを介在させると共に、前記２個の内輪の内周に、これら内輪と同心のスリーブを嵌合させ、このスリーブと前記内輪の間に前記センサの配線を引き出す配線引き出し路を設けたことを特徴とする。
この構成によると、２個の内輪の互いに突き合わせられる端面間に、これら２個の内輪間に作用する軸力、軸受温度、内外輪間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサを介在させたため、軸受を大型化することなく、前記軸力、軸受温度、回転速度などの各種軸受情報を検出することができる。また、前記２個の内輪の内周に内輪と同心のスリーブを嵌合させ、このスリーブと前記内輪の間に前記センサの配線を引き出す配線引き出し路を設けたため、センサの配線が内輪と軸との間に挟まるのを防止できる。

この発明において、前記配線引き出し路が、前記スリーブの外径面に設けた配線溝であっても、前記内輪の内径面に設けた配線溝であっても良い。これら配線溝によると、配線引き出し路が容易に形成できる。

前記配線溝を設ける場合、その配線溝の断面形状は、方形であっても、また半円形であっても良い。

この発明において、前記配線引き出し路に弾性部材を詰めても良い。弾性部材を詰める事により、配線引き出し路への泥水等の浸入を防ぐ事ができる。また、配線を緩まずに固定できて、配線の支持が安定し、車両振動による配線の揺れで断線が生じることも、防止できる。

この発明において、車両の軸方向に対する内外輪の取付方向が定まっている軸受の場合に、前記センサは前記２個の内輪のうちインボード側の内輪のアウトボード側を向く端部に圧入固定しても良い。この構成の場合、センサとアウトボード側の内輪との間に生じる相対回転を無視できるので、その相対回転でセンサの配線が引っ張られて断線するなどの不具合の発生を防止できる。

この発明において、前記センサの前記内輪に対する相対回転、および前記スリーブに対する相対回転を阻止する回り止め手段を設けても良い。この構成の場合、センサの配線が上記相対回転で引っ張られて断線するなどの不具合の発生を防止できる。

この発明において、前記軸力を検出するセンサ素子は歪みゲージ、前記軸受温度を検出するセンサ素子は熱電対ゲージ、前記内外輪間の相対的な回転速度を検出するセンサ素子は磁気センサであっても良い。歪みゲージであると、簡素な構成のセンサ素子で軸力を検出が行える。また、熱電対ゲージであると、簡素な構成で軸受温度の検出が行える。磁気センサであると、光学式センサと異なり、封入潤滑剤による汚れ等に係わらずに、精度良く回転検出することができる。

この発明において、前記外輪はハブフランジを有するハブ輪兼用部品であっても良い。また、前記外輪は、ハブに圧入固定されるものであっても良い。

この発明の車輪用軸受装置は、それぞれ外周に単列の転走面を有し軸方向に並んで配置されて互いに端面で突き合わせられた２個の内輪と、これら２個の内輪の各転走面に対向する複列の転走面を内周に有する外輪と、これら内外輪の転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記２個の内輪の互いに突き合わせられる端面間に、これら２個の内輪間に作用する軸力、軸受温度、内外輪間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサを介在させると共に、前記２個の内輪の内周に、これら内輪と同心のスリーブを挿入し、このスリーブと前記内輪の間に前記センサの配線を引き出す配線引き出し路を設けたため、軸受を大型化することなく各種軸受情報を検出でき、かつセンサの配線が内輪と軸との間に挟まるのを防止できる。

この発明の一実施形態形態を図１ないし図３に基づいて説明する。この車輪用軸受装置１は、第２世代に分類される複列の円すいころ軸受型であり、外輪回転タイプでかつ従動輪支持用のものである。同図の軸受装置１は、自動車用の軸受であるが、鉄道車両用であっても良い。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１では、左側がアウトボード側であり、右側がインボード側である。
この車輪用軸受装置１は、内周に複列の転走面４を有するハブ輪兼用の外輪２と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を外周に有する内輪３と、これら複列の転走面４，５間に介在する複列の転動体６とを備える。外輪２は一体型のものであり、外周にホイール取付用のハブフランジ２ａを有する。内輪３は、単列の転走面５をそれぞれ有する２個の分割内輪３Ａ，３Ａが軸方向に並んで配置されて、互いに端面で突き合わせられた分割型とされ、各分割内輪３Ａは両鍔付きとされている。内輪３の内周には、内輪３と同心のスリーブ２１が嵌合され、このスリーブ２１を介して図示しない軸の外周に内輪３が嵌合して固定される。転動体６は各列毎に保持器７で保持されている。内外輪３，２間に形成される環状空間の両端は一対のシール手段８，９により密封されている。

前記内輪３を構成する２個の分割内輪３Ａ，３Ａの互いに突き合わせられる端面間には、これら２個の分割内輪３Ａ，３Ａ間に作用する軸力（内輪３の幅方向の固定力）、軸受温度、内外輪３，２間の相対的な回転速度の各特性を検出するセンサ１０が介在させてある。なお、センサ１０は、前記軸力、軸受温度、回転速度の各特性のうちの少なくとも一つの特性を検出するものであっても良い。センサ１０は、２個の分割内輪３Ａの互いに突き合わせられる端面間に介在するリング状のセンサ素子取付リング１１と、このセンサ素子取付リング１１に取付けられたセンサ素子１２，１３，１４とでなる。ここでは、軸力を検出するセンサ素子１２として歪みゲージが、軸受温度を検出するセンサ素子１３として熱電対ゲージが、回転速度を検出するセンサ素子１４として磁気センサがそれぞれ用いられる。磁気センサからなるセンサ素子１４のセンサターゲットとして、外輪２の内周におけるセンサ１０と径方向に対向する位置には、リング状の磁気エンコーダ１５が取付けられる。

軸受温度を検出するセンサ素子１３は、図２のように、センサ素子取付リング１１の外周部における前記センサ素子１４とは異なる周方向位置に取付けられる。軸力を検出するセンサ素子１２は、センサ素子取付リング１１の内周部に、その両端面から若干軸方向に突出するように取付けられる。磁気センサからなるセンサ素子１４は、センサ素子取付リング１１の外周部に取付けられる。

センサ素子取付リング１１は、センサ素子取付リング本体１１Ａとリング状芯金１１Ｂとでなり、そのリング状芯金１１Ｂがインボード側の分割内輪３Ａのアウトボード側を向く端部の外径面に圧入固定されている。これにより、アウトボード側の分割内輪３Ａとセンサ１０の間の相対回転を無視できるので、センサ１０の配線１６が前記相対回転で引っ張られて断線するなどの不具合の発生を防止できる。

前記スリーブ２１は、軸方向に延びる円筒部２１ａと、この円筒部２１ａのインボード側端からインボード側の分割内輪３Ａの内径面に沿って外径側へ拡径変化する拡径端部２１ｂとでなる。このスリーブ２１と前記内輪３の間には、前記センサ１０の配線１６を引き出すための配線引き出し路が設けられている。ここでは、前記配線引き出し路として、スリーブ２１の外径面に、スリーブ円筒部２１ａでは軸方向へ延び、スリーブ拡径端部２１ｂにおいて外径側へと方向転換して延びる配線溝１７が形成されている。この配線溝１７は、例えば図１の矢印Ｐで示す方向から見た正面図を示す図３（Ａ），（Ｂ）のように、断面方形や断面半円形とされる。センサ１０の配線１６の端部には、外部の回路と接続するためのコネクタ１９が接続されている。センサ１０の配線１６は、スリーブ２１の配線溝１７に沿わせた状態で、スリーブ２１を内輪３の内周に嵌合させることで、インボード側の分割内輪３Ａの外側端面の外径側に引き出す。これにより、センサ１０の配線１６が内輪３と図示しない軸との間に挟まるのを防止できる。

この構成の車輪用軸受装置１によると、２個の分割内輪３Ａ，３Ａの互いに突き合わせられる端面間に、これら２個の分割内輪３Ａ，３Ａ間に作用する軸力、軸受温度、内外輪３，２間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサ１０を介在させたため、軸受を大型化することなく、前記軸力（軸受の固定状態）、軸受温度、回転速度などの各種軸受情報を検出することができる。

また、内輪３の内周に、内輪３と同芯のスリーブ２１を嵌合させて、このスリーブ２１と内輪３との間にセンサ１０の配線１６を引き出す配線引き出し路となる配線溝１７を設けているので、図示しない軸として配線のための加工を施したものに変更することなく、センサ１０の配線１６が軸との間に挟まって断線してしまうのを防止できる。

また、前記センサ１０は、前記２個の分割内輪３Ａ，３Ａの互いに付き合わせられる端面間に介在するリング状のセンサ素子取付リング１１に、センサ素子１２，１３，１４を取付けて構成されるので、軸受へのセンサ１０の組付を容易に行うことができる。

なお、この実施形態において、前記スリーブ２１の配線溝１７に、図３（Ｃ）に示すように弾性部材２０を充填しても良い。このように、配線溝１７に弾性部材２０を充填すると、配線溝１７内への泥水等の浸入を防ぐ事ができる。また、配線１６を緩まず確実に固定することができる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図３に示す車輪用軸受装置１において、スリーブ２１と内輪３の間に設ける配線引き出し路として、インボード側の分割内輪３Ａの内径面に、軸方向へ延びてインボード側を向く端面において外径側へと方向転換して延びる配線溝１８が形成されている。その他の構成は、図１〜図３に示す実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合も、図示しない軸として配線のための加工を施したものに変更することなく、センサ１０の配線１６が軸との間に挟まって断線してしまうのを防止できる。

図５および図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図３に示す車輪用軸受装置１において、センサ１０を構成するセンサ素子取付リング１１の分割内輪３Ａに対する相対回転を阻止する回り止め手段２２、２３と、スリーブ２１に対する相対回転を阻止する回り止め手段２４とを設けている。センサ素子取付リング１１は、リング状芯金１１Ｂ’の外周にセンサ素子取付リング本体１１Ａを固定してなる。その他の構成は、図１〜図３に示す実施形態の場合と同様である。

１つの回り止め手段２２は、前記リング状芯金１１Ｂ’のアウトボード側分割内輪３Ａに向く一端からなり、その分割内輪３Ａのインボード側を向く端部の外径面に圧入固定される。もう１つの回り止め手段２３は、スリーブ２１を省略して示す図６のように、インボード側の分割内輪３Ａに設けた係止溝２３Ｂと、前記リング状芯金１１Ｂ’の他端に設けられて前記係止溝２３Ｂに係合する係止突部２３Ａとでなる。前記係止溝２３Ｂは、センサ素子取付リング１１に突き合わせられる分割内輪３Ａのアウトボード側を向く端面の周方向の複数箇所に設けられる。前記係止突部２３Ａは、前記リング状芯金１１Ｂ’の前記分割内輪３Ａに突き合わせられる端面の周方向の複数箇所に設けられる。さらに他の１つの回り止め手段２４は、前記リング状芯金１１Ｂ’の内径面に内径側に向けて突出し、スリーブ２１の配線溝１７に係合する凸部として設けられる。

このように、１つの回り止め手段２２でアウトボード側の分割内輪３Ａに対するセンサ１０の相対回転が、またもう１つの回り止め手段２３でインボード側の分割内輪３Ａに対するセンサ１０の相対回転が、さらに他の１つの回り止め手段２４でスリーブ２１に対するセンサ１０の相対回転がそれぞれ阻止される。これにより、センサ１０の配線１６が上記相対回転で引っ張られて断線するなどの不具合の発生を防止できる。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置１Ａは、図１〜図３に示す車輪用軸受装置１の構成を、第１世代に分類される複列の円すいころ軸受型であり、外輪回転タイプでかつ従動輪支持用の軸受に適用したものである。すなわち、この車輪用軸受装置１Ａでは、外輪２はハブ輪兼用ではなくハブフランジを持たず、ハブに圧入固定される。その他の構成は図１〜図３の車輪用軸受装置１と同様である。

この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置における他の周方向位置での断面図である。 （Ａ）は図１における矢印Ｐ方向から見た配線溝の断面形状の一例を示し、（Ｂ）は他の例の断面形状を示し、（Ｃ）は配線溝に弾性部材を充填した例を示す。 この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置においてスリーブを省略した状態を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…車輪用軸受装置
２…外輪
３…内輪
３Ａ…分割内輪
４，５…転走面
６…転動体
１０…センサ
１２〜１４…センサ素子
１６…配線
１７…スリーブの配線溝（配線引き出し路）
１８…内輪の配線溝（配線引き出し路）
２０…弾性部材
２１…スリーブ
２２〜２４…回り止め手段

Claims (10)

1. それぞれ外周に単列の転走面を有し軸方向に並んで配置されて互いに端面で突き合わせられた２個の内輪と、これら２個の内輪の各転走面に対向する複列の転走面を内周に有する外輪と、これら内外輪の転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、
   前記２個の内輪の互いに突き合わせられる端面間に、これら２個の内輪間に作用する軸力、軸受温度、内外輪間の相対的な回転速度のうちの少なくとも一つの特性を検出するセンサを介在させると共に、前記２個の内輪の内周に、これら内輪と同心のスリーブを嵌合させ、このスリーブと前記内輪の間に前記センサの配線を引き出す配線引き出し路を設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記配線引き出し路が、前記スリーブの外径面に設けた配線溝である車輪用軸受装置。
3. 請求項１において、前記配線引き出し路が、前記内輪の内径面に設けた配線溝である車輪用軸受装置。
4. 請求項２または請求項３において、前記配線溝の断面形状が方形または半円形である車輪用軸受装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、前記配線引き出し路に弾性部材を詰めた車輪用軸受装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、車両の軸方向に対する内外輪の取付方向が定まっていて、前記センサは前記２個の内輪のうちインボード側の内輪のアウトボード側を向く端部に圧入固定した車輪用軸受装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサの前記内輪に対する相対回転、および前記スリーブに対する相対回転を阻止する回り止め手段を設けた車輪用軸受装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記軸力を検出するセンサ素子は歪みゲージ、前記軸受温度を検出するセンサ素子は熱電対ゲージ、前記内外輪間の相対的な回転速度を検出するセンサ素子は磁気センサである車輪用軸受装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記外輪はハブフランジを有するハブ輪兼用部品である車輪用軸受装置。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記外輪はハブに圧入固定されるものである車輪用軸受装置。

Images