JP4906554B2

JP4906554B2 - 潤滑剤劣化検出装置および検出装置付き軸受

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Publication number: JP4906554B2
Application number: JP2007080557A
Authority: JP
Inventors: 亨高橋; 健太郎西川
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008241378A

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、例えば鉄道車両用、自動車用、風車設備用、工場設備用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。

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、軸受のシール部材の内側に電極を配置し、摩耗粉の混入による潤滑剤の電気的特性を、抵抗値や静電容量や磁気抵抗やインピーダンスの変化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）。
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１０のように、両端にそれぞれ発光素子５２および受光素子５３を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバ５４を設け、このリング状の光ファイバ５４の円周方向の一部に、潤滑剤５５を介在させる測定用ギャップ部５７を設けた光学式の構成を考えた。
図１０の構成では、発光素子５２から出射された光が光ファイバ５４を経由して測定用ギャップ部５７に存在する潤滑剤５５を透過し、さらに光ファイバ５４を経由して受光素子５３で検出され、受光素子５３で検出される透過光量から潤滑剤５５に混入する鉄粉等の異物の量が推定される。

しかし、このような光学式のセンサを軸受内に組み込んで、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出に用いる場合、光ファイバ５４に対する保護がされていないので、光ファイバ５４が潤滑剤の流動によって荷重を受ける。そのため、光ファイバ５４が動くことによって出力が変動したり、光ファイバ５４が破損する可能性があり、安定した精度の良い検出ができない。また、光ファイバ５４の固定作業も困難である。

潤滑剤の流動によって光ファイバ５４が動くのを防止する対策として、光ファイバ５４の測定用ギャップ部５７の近傍部を除く部分を覆うカバーを設けることが考えられる。
しかし、この場合には、軸受内の潤滑剤が転動体の回転に伴って保持器と共に移動する動きを前記カバーが制限してしまうので、測定用ギャップ部５７に潤滑剤が入り込み難いことがあり、やはり安定した精度の良い検出ができない。

この発明の目的は、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出でき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を提供することである。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置したことを特徴とする。
この構成によると、例えば転がり軸受に搭載して軸受内部の潤滑剤の劣化検出を行う場合に、測定用ギャップ部の両側部分を転がり軸受に対して固定する固定治具に設置したアクチュエータが測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させる。このため、測定ギャップ部に存在していた潤滑剤が入れ替わって、常に潤滑に作用している潤滑剤を検出対象とすることになり、安定的にかつ精度良く潤滑剤の劣化検出を行うことができる。また、円弧状の光ファイバと、発光素子、受光素子、固定治具、および前記アクチュエータで構成されるため、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できる。

この発明における第１の発明の潤滑剤劣化検出装置は、前記アクチュエータが、温度によって形状を変える形状記憶合金である。この構成の場合、温度の変化によりアクチュエータが動作するので、外部からの操作などによりアクチュエータを動作させる操作機構が不要であり、潤滑剤劣化検出装置を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

この発明における第２の発明の潤滑剤劣化検出装置は、前記アクチュエータが、温度によって形状を変えるバイメタルである。この構成の場合も、温度の変化によりアクチュエータが動作するので、外部からの操作などによりアクチュエータを動作させる操作機構が不要であり、潤滑剤劣化検出装置を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

この発明における第３の発明の潤滑剤劣化検出装置は、前記アクチュエータが電磁石で構成されている。この構成の場合、電磁石の通電・非通電によりアクチュエータを動作させることができるので、外部からの操作などによりアクチュエータを動作させる操作機構を簡単に構成でき、潤滑剤劣化検出装置を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

この発明における第１の発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けたものである。
この構成によると、光ファイバの測定用ギャップ部に潤滑剤を入り易くでき、潤滑剤劣化検出装置による軸受内部の潤滑剤の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。
その結果、軸受内に封入された潤滑剤の劣化状態を、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、潤滑不良による軸受の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。

この発明の検出装置付き軸受において、転がり軸受に取付けられる上記発明の潤滑剤劣化検出装置におけるアクチュエータが、回転輪に取付けた永久磁石とこの永久磁石との磁気吸引力で動作する可動部とでなるものとしても良い。この構成の場合、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器である軸受の回転輪の回転によりアクチュエータが動作するので、外部からの操作などによりアクチュエータを動作させる操作機構や、アクチュエータへの配線が不要であり、潤滑剤劣化検出装置を簡単かつコンパクトな構成で軸受へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。
この発明における第２の発明の検出装置付き軸受は、円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置した潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付け、前記アクチュエータが、回転輪に取付けた永久磁石とこの永久磁石との磁気吸引力で動作する可動部とでなる。

この発明の潤滑剤劣化検出装置は、円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置し、前記アクチュエータが、温度によって形状を変える形状記憶合金、または、温度によって形状を変えるバイメタル、または、電磁石で構成されているため、軸受に簡単かつコンパクトに搭載できて、軸受内部の潤滑剤劣化状態を安定的にかつ精度良く検出できる。
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の構成の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けたため、光ファイバの測定用ギャップ部に安定的に潤滑剤が入ることになり、潤滑剤劣化検出装置による軸受内部の潤滑剤の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。その結果、軸受内に封入された潤滑剤の劣化状態を、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、軸受に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に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。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４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の概略構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は軸受に搭載さ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、発光素子２および受光素子３と、円弧状の光ファイバ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。前記光ファイバ４の一端は前記発光素子２の発光面に、他端は前記受光素子３の受光面にそれぞれ対向して配置される。また、光ファイバ４の円周方向の一部には、潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ部７が設けられている。
このように円弧状の光ファイバ４の円周方向の一部に、検出対象の潤滑剤５を介在させる測定用ギャプ部７を設けることにより、発光素子２から出射された光が光ファイバ４を介して潤滑剤５を透過し、その透過光がさらに光ファイバ４を介して受光素子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。

光ファイバ４は、２つの固定治具１０，１１を介して光ファイバ４と略同径の円弧状カバー１２に取付けられている。円弧状カバー１２は、光ファイバ４の前記測定用ギャップ部７の近傍部を除く部分を覆って検出対象の潤滑剤５の流動による荷重から光ファイバ４を保護するための部材であり、図１のＢ−Ｂ矢視断面図を示す図２（Ｂ）のように、断面概形がＳ字状の剛性材料からなる。具体的には、円弧状カバー１２は、円弧状の光ファイバ４に対するその円弧中心軸方向の片側（図２（Ｂ）では右側）を少なくとも覆うものとされる。この潤滑剤劣化検出装置１を軸受内に設置する場合、円弧状カバー１２の表面側（図２（Ｂ）では右側面）が軸受内に封入される潤滑剤に晒されるように配置される。

光ファイバ４を固定する１つの固定治具１０は、カバー１２の裏面（図２（Ｂ）では左側面）下半部に接合される円弧状の部材であり、この固定治具１０に光ファイバ４の両端が固定され、さらに発光素子２および受光素子３もこの固定治具１０に固定される。光ファイバ４を固定するもう１つの固定治具１１は、図１のＡ−Ａ矢視断面図を示す図２（Ａ）のように、他の固定治具１０の前面側に固定され、この固定治具１１に光ファイバ４の測定用ギャップ部７の両側部分が固定されて位置決めされている。このように、光ファイバ４の両端を固定する固定治具１０とは別の固定治具１１で測定用ギャップ部７の両側部分を固定することにより、測定用ギャップ部７の位置決めを容易にすることができ、潤滑剤劣化検出装置１の組立も容易となる。なお、固定治具１１は、他の固定治具１０に固定するのではなく、円弧状カバー１２に直接固定しても良い。また、これら２つの固定治具１０，１１を一体の部材としても良い。

光ファイバ４の測定用ギャップ部７に対応する位置である円弧状カバー１２の円周方向中間部には、図１に正面図で示すように円周方向に延びるスリット状の開口１３が設けられ、これにより測定用ギャップ部７が軸受内部の潤滑剤５に晒される。図３に平面図で示すように、固定治具１１は、光ファイバ４の測定用ギャップ部７の近傍部を支持する部分が、円弧状カバー１２の開口１３からカバー１２の表面側に向けて二股状に突出した突出部１１ａとされている。これにより、光ファイバ４の測定用ギャップ部７の近傍部が、円弧状カバー１２からカバー外に突出させられる。

上記構成により、光ファイバ４の両端、発光素子２および受光素子３を固定する固定治具１０の表面側がカバー１２で覆われる。また、図２（Ｂ）のように、表面側のカバー１２と裏面側の固定治具１０とで挟まれて形成される円弧状空間１４内に光ファイバ４の測定用ギャップ部７以外の部分が配置される。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、発光素子２および受光素子３が保護される。

円弧状カバー１２への固定治具１０，１１の固定、あるいは固定治具１０への他の固定治具１１の固定は、ねじ、圧入、接着、溶接のいずれか１つ以上の結合処理により行われる。これにより、この潤滑剤劣化装置１の軸受への組込みを容易に行うことができる。

光ファイバ４における前記測定用ギャップ部７の近傍には、測定用ギャップ部７の潤滑剤５を流動させるアクチュエータ１５が設けられている。このアクチュエータ１５は、図４に示すように、羽根部材１６と、この羽根部材１６の片面と固定治具１１の一方の突出部１１ａとに連結されるコイル状の形状記憶合金１７と、前記羽根部材１６の他の片面と固定治具１１の他方の突出部１１ａとに連結されるコイルばね１８とで構成される。この場合のコイル状の形状記憶合金１７は温度変化によって形状が伸縮変化するものである。図４（Ａ）は常温時のアクチュエータ１５の形状を示し、図４（Ｂ）は高温時の形状を示している。

上記構成の作用を説明する。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。

この潤滑剤劣化検出装置１を、例えば転がり軸受の内部における転動体（例えばころ）の転走面と軸受端部のシールとの間に、前記円弧状の光ファイバ４が軸受と同心となるように設置した場合、内輪，転動体，保持器の回転に伴い転走面間の潤滑剤（例えばグリース）が回転方向に移動しながらシール側つまり潤滑剤劣化検出装置１の設置側へと押し出される。押し出された潤滑剤は、内輪外周面、転動体端面、および保持器内外周面を回転方向に、かつシール側へと移動する。このように移動する潤滑剤は、潤滑剤劣化検出装置１における光ファイバ４の測定用ギャップ部７に入り込むので、上記した作用により潤滑剤の劣化具合が推定される。

しかし、測定ギャップ部７に入り込んだ潤滑剤は測定用ギャップ部７から排出されにくく、測定用ギャップ部７を満たしているため、軸受転走面から新たに排出された潤滑剤が測定ギャップ部７に入り込みにくい。ところが、軸受内部の温度は軸受の動作状況および周囲環境によって変化するため、この温度変化に伴い図４のようにアクチュエータ１５の羽根部材１６が光ファイバ４の伸長方向に移動する。すなわち、常温時には図４（Ａ）のように、コイル状の形状記憶合金１７が伸長した形状にあり、これと力の釣り合いを保つためにコイルばね１８は圧縮した形状となるため、羽根部材１６は同図において右側に片寄った位置にある。これに対して、高温時には図４（Ｂ）のように、コイル状の形状記憶合金１７は圧縮した形状に変化し、これと力の釣り合いを保つためにコイルばね１８は伸長した形状となるため、羽根部材１６は同図において左側に片寄った位置に変位する。この羽根部材１６の変位により、測定ギャップ部７の近傍の潤滑剤５が取り除かれ、潤滑剤５の取り除かれた空間には新たな潤滑剤５が入り込む。これにより、測定用ギャップ部７に潤滑剤５の流動が生じ、測定用ギャップ部７において潤滑剤５が順次入れ代わることになる。

このように、この潤滑剤劣化検出装置１では、円弧状の光ファイバ４の両端にそれぞれ発光素子２および受光素子３を対向して設け、この光ファイバ４の一部に潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ部７を設け、光ファイバ４の測定用ギャップ部７の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置１の使用機器に対して固定する固定治具１１を設け、測定ギャップ部７内の潤滑剤５を流動させるアクチュエータ１５を前記固定治具１１に設置しているので、例えば転がり軸受に搭載して軸受内部の潤滑剤５の劣化検出を行う場合に、前記アクチュエータ１５により測定用ギャップ部７を満たしている潤滑剤５を流動させることができる。これにより、測定用ギャップ部７において潤滑剤５が順次入れ代わることから、常に潤滑に作用している潤滑剤５を検出対象とすることになり、安定的にかつ精度良く潤滑剤の劣化検出を行うことができる。

この実施形態では、前記アクチュエータ１５を、羽根部材１６と、この羽根部材１６の片面と固定治具１１の一方の突出部１１ａとに連結されるコイル状の形状記憶合金１７と、前記羽根部材１６の他の片面と固定治具１１の他方の突出部１１ａとに連結されるコイルばね１８とで構成し、温度の変化に伴う形状記憶合金１７の伸縮変形により羽根部材１６を変位させるようにしているので、外部からの操作などによりアクチュエータ１５を移動させる操作機構が不要であり、潤滑剤劣化検出装置１を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

なお、この実施形態における前記形状記憶合金１７として例えばＮi-Ｔi 合金を用い、化学成分と加工率、および形状記憶熱処理温度を選択設定すると、アクチュエータ１５の動作温度を適正な値に設定することが可能となる。また、この実施形態において、形状記憶合金１７に電流を流すことによって温度変化を与え、アクチュエータ１５を動作させるようにしても良い。

図５はこの発明の他の実施形態を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、図１〜図４に示した前記実施形態において、固定治具１１に設置するアクチュエータ１５として、温度によって形状を変えるバイメタルを用いたものである。具体的には、この場合のアクチュエータ１５は、図５（Ａ），（Ｂ）に拡大平面図および拡大断面図で示すように、固定治具１１の本体１１ｂの前面から光ファイバ４の測定用ギャップ部７の近傍まで突出した突片とされている。その他の構成は、図１〜図４に示した先の実施形態の場合と同様であり、図示を省略する。

この実施形態の場合、軸受内の温度が常温の時、アクチュエータ１５は図５（Ｂ）のように水平姿勢にあるが、高温時には図５（Ｃ）のようにアクチュエータ１５が例えば上側に反り返る姿勢に変形する。これにより、測定用ギャップ部７を満たしている潤滑剤５を流動させることができる。
この実施形態の場合も、外部からの操作などによりアクチュエータ１５を移動させる操作機構が不要であり、潤滑剤劣化検出装置１を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

図６はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、図１〜図４に示した前記実施形態において、固定治具１１に設置するアクチュエータ１５を、固定治具１１の本体１１ｂに取付けた電磁石１９と、この電磁石１９との磁気吸引力で固定治具１１の前後方向、つまり円弧状の光ファイバ４に対するその円弧中心軸方向に動作する可動部２０とで構成したものである。電磁石１９は、固定治具１１の本体１１ｂに設けられ測定用ギャップ部７に向けて開口する平面形状がＵ字状のヨーク２１と、このヨーク２１に巻回したコイル２２とでなる。可動部２０は、コイルばね２３と、このコイルばね２３を介して前記Ｕ字状ヨーク２１の底面部に取付けられる平面形状がＴ字状の磁性体２４とでなる。図６（Ａ）は前記電磁石１９のコイル２２へ電流を流す駆動状態を示し、図６（Ｂ）は駆動停止状態を示す。その他の構成は、図１〜図４に示した先の実施形態の場合と同様であり、図示を省略する。

この実施形態の場合、電磁石１９のコイル２２へ電流を流す駆動状態では、図６（Ａ）のように、可動部２０の磁性体２４が電磁石１９に吸引され、コイルばね２３が圧縮した状態にある。この状態から、電磁石１９を駆動停止状態に切り換えると、磁性体２４が電磁石１９による吸引から解放されて、図６（Ｂ）のように、コイルばね２３の復元力により磁性体２４が進出して測定用ギャップ部７の近傍部の初期位置まで戻る。これにより、測定用ギャップ部７を満たしている潤滑剤５を流動させることができる。
また、実施形態の場合、電磁石１９への通電・非通電によりアクチュエータ１５を動作させることができるので、外部からの操作などによりアクチュエータ１５を動作させる操作機構を簡単に構成でき、潤滑剤劣化検出装置１を簡単かつコンパクトな構成で軸受等へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

なお、この実施形態では、可動部２０を、円弧状の光ファイバ４に対するその円弧中心軸方向に進退させているが、前記円弧中心軸に対して垂直な径方向に可動部２０を進退させるようにしても良い。

図７はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、図１〜図４に示した前記実施形態において、固定治具１１に設置するアクチュエータ１５を、この潤滑剤劣化検出装置１が搭載される軸受の回転輪である内輪３１に取付けた永久磁石２５と、この永久磁石２５との磁気吸引力で固定治具１１の上下方向、つまり円弧状の光ファイバ４に対するその円弧中心軸に対して垂直な径方向に動作する可動部２６とで構成したものである。永久磁石２５は、前記内輪３１の外周面における前記固定治具１１に対応する軸方向位置に配置される。可動部２６は、コイルばね２７と、固定治具１１の本体１１ｂの下端から前面に向けて突出する可動部支持片１１ｃに、前記コイルばね２７を介して取付けられる板状の磁性体２８とでなる。図７（Ａ），（Ｂ）は前記永久磁石２５との磁気吸引力で前記可動部２６が動作する状態での固定治具１１の拡大正面図および拡大断面図を示し、図７（Ｃ），（Ｄ）は前記永久磁石２５との磁気吸引力が前記可動部２６に働かない状態での固定治具１１の拡大正面図および拡大断面図を示す。なお、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＣ−Ｃ矢視断面図を示し、図７（Ｄ）は図７（Ｃ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図を示す。その他の構成は、図１〜図４に示した先の実施形態の場合と同様であり、図示を省略する。

この実施形態の場合、図７（Ａ），（Ｂ）のように、内輪３１の永久磁石２５が固定治具１１に取付けられた可動部２６と対向する位置にきたとき、可動部２６の磁性体２８が永久磁石２５に吸引され、コイルばね２７が圧縮した状態にある。この状態から、内輪３１の永久磁石２５が可動部２６と対向する位置から外れると、磁性体２８が永久磁石２５による吸引から解放されて、図７（Ｃ），（Ｄ）のように、コイルばね２７の復元力により磁性体２８が進出して測定用ギャップ部７の近傍部の初期位置まで戻る。これにより、測定用ギャップ部７を満たしている潤滑剤５を流動させることができる。

この実施形態の場合、この潤滑剤劣化検出装置１の使用機器である軸受の回転輪である内輪３１の回転によりアクチュエータ１５が動作する構成であるため、外部からの操作などによりアクチュエータ１５を移動させる操作機構や、アクチュエータ１５への配線が不要であり、潤滑剤劣化検出装置１を簡単かつコンパクトな構成で軸受へ搭載でき、搭載により軸受内の潤滑剤封入空間が狭められることもない。

図８および図９は、上記のうちの任意の実施形態の潤滑剤劣化検出装置１を、鉄道車両用軸受に組み込んでなる検出装置付き軸受の一例を示す。この検出装置付き軸受３０は、図８に示すように、内輪３１の両側に各々接して設けられた付属品である油切り３５および後ろ蓋３６とで鉄道車両用軸受ユニットを構成する。軸受３０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３３，３３に対して設けた分割型の内輪３１，３１と、一体型の外輪３２と、前記ころ３３，３３と、保持器３４とを備える。
後ろ蓋３６は、車軸４０に軸受３０よりも中央側で取付けられて、外周に軸受シール４１Ａを摺接させたものである。油切り３５は、車軸４０に取付けられて外周に軸受シール４１を摺接させたものである。これら軸受３０の両端部に配置される両軸受シール４１，４１Ａにより軸受３０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。

この場合、潤滑剤劣化検出装置１における回路部（判定手段６、発光回路８、受光回路９）を除くセンサ部（発光素子２、受光素子３、光ファイバ４、円弧状カバー１２など）は、前記軸受シール４１を有するシールユニット３７内に組み込んで一体化されている。図９は、図８におけるシールユニット３７の設置部（Ａ部）の拡大断面図を示す。
この場合のシールユニット３７は、軸受外輪３２の端部に取付けられる環状のシールケース３８と、このシールケース３８の内径面に圧入嵌合されるリング部材３９と、このリング部材３９の内周面に圧入嵌合される軸受シール４１とでなる。シールケース３８は、軸受シール４１を覆う環状の部材であって、軸方向に複数の段部が階段状に並ぶ断面形状とされ、その一端部を固定輪となる軸受外輪３２の内径面に圧入嵌合させることで軸受外輪３２に取付けられる。さらに、シールケース３８の他端の小径段部は、油切り３５のフランジ部３５ａの内向き幅面に形成されたリング状の溝４８に遊嵌させることで、この溝４８とシールケース３８の小径段部との間に形成されるラビリンス隙間で、密封が図られている。

このシールケース３８の中間段部の内径面に、断面Ｌ字状の前記リング部材３９がその円筒部３９ａを圧入嵌合させて取付けられている。リング部材３９の内径側に延びる立板部３９ｂは、前記油切り３５の外径面に対して所定のラビリンス隙間を形成するように配置されている。軸受シール４１は、断面Ｌ字状の環状芯金４２と、この環状芯金４２の立板部に固定される弾性部材４３とでなり、環状芯金４２の円筒部を前記リング部材３９の円筒部３９ａの内周面に圧入嵌合させることにより、リング部材３９を介してシールケース３８に固定される。前記弾性部材４３には、油切り３５の外径面に摺接するラジアルリップが形成されている。

前記シールユニット３７に対して、潤滑剤劣化検出装置１が同心に取付けられる。具体的には、シールケース３８における大径段部の内径面に潤滑剤劣化検出装置１の円弧状カバー１２が嵌め込まれ、続いて圧入される圧入リング４４により、シールケース３８の大径段部端面とリング部材３９の立板部３９ｂにわたって潤滑剤劣化検出装置１が押し当てられることで軸方向に位置決め固定される。このように潤滑剤劣化検出装置１を位置決め固定すると、光ファイバ４の測定用ギャップ部７とアクチュエータ１５とが、内外輪３１，３２間の軸受空間の保持器３４よりも内径側でころ３３の大端面の付近に配置されることになる。

軸受内部の潤滑剤５は、保持器３４の内径面、外径面およびころ３３の大端面に多く付着しているので、上記したように光ファイバ４の測定用ギャップ部７を配置することで、潤滑剤劣化検出装置１の円弧状カバー１２により潤滑剤５の流動性が損なわれることなく、測定用ギャップ部７に潤滑剤５を入りやすくできる。しかも、測定用ギャップ部７の近傍に移動自在に設けられるアクチュエータ１５で測定用ギャップ部７の潤滑剤５を流動させるので、測定用ギャップ部７の潤滑剤５が順次入れ代わり、常に潤滑に作用している潤滑剤５が安定良く測定用ギャップ部７に入り込むことになる。これにより、潤滑剤劣化検出装置１による軸受内部の潤滑剤５の劣化検出を安定的に精度良く行うことができる。

また、円弧状カバー１２をこのようにシールケース３８と同心状に配置して潤滑剤劣化検出装置１を取付けると、軸受３０内に潤滑剤劣化検出装置１を容易に位置決めでき、組立も容易となる。なお、この場合の潤滑剤劣化検出装置１の取付けは、前記圧入に限らず、ねじや接着などのいずれかの結合処理を１つ以上採用して行っても良い。

潤滑剤劣化検出装置１の発光素子２と発光回路８、および受光素子３と受光回路９をそれぞれ繋ぐ配線４５は、潤滑剤劣化検出装置１の内部からシールケース３８に設けられた孔４６を貫通して、軸受３０の外部に設置される発光回路８および受光回路９に接続される。シールケース３８の前記孔４６は内側から潤滑剤劣化検出装置１の円弧状カバー１２で覆われ、さらに弾性体４７でシールすることによって、防水処理が施される。
もう一方の軸受シール４１Ａもシールユニット３７Ａにより軸受外輪３２に取付けられる。このシールユニット３７Ａは、潤滑剤劣化検出装置１を取付けていないほかは、前記シールユニット３７と同じ構造とされている。

なお、発光回路８や受光回路９は軸受３０の内部に設置しても良い。軸受３０の外部に回路を設置するスペースがない場合には、潤滑剤劣化検出装置１の円弧状カバー１２を円周方向に延ばして、そのカバー１２上に発光回路８および受光回路９を配置することで、軸受３０内にこれらの回路を容易に設置できる。

この検出装置付き軸受３０によると、軸受内に封入された潤滑剤の劣化状態を、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３０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３０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。

この発明の一実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は図１における矢印Ｃ方向から見た側面図である。潤滑剤劣化検出装置の部分平面図である。潤滑剤劣化検出装置におけるアクチュエータの動作説明図である。（Ａ）はこの発明の他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置における測定用ギャップ部の近傍部の拡大平面図、（Ｂ），（Ｃ）は同潤滑剤劣化検出装置におけるアクチュエータの動作説明図である。この発明のさらに他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置におけるアクチュエータの動作説明図である。この発明のさらに他の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置におけるアクチュエータの動作説明図である。この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一構成例を示す断面図である。同検出装置付き軸受のシールユニットの部分の拡大断面図である。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…測定用ギャップ部
１１…固定治具
１５…アクチュエータ
１７…コイル状形状記憶合金
１９…電磁石
２０…可動部
２５…永久磁石
２６…可動部
３０…検出装置付き軸受
２１…内輪
２２…外輪

Claims

円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、
前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置し、前記アクチュエータが、温度によって形状を変える形状記憶合金であることを特徴とする潤滑剤劣化検出装置。
円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、
前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置し、前記アクチュエータが、温度によって形状を変えるバイメタルであることを特徴とする潤滑剤劣化検出装置。
円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、
前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置し、前記アクチュエータが電磁石で構成されていることを特徴とする潤滑剤劣化検出装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付けた潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
円弧状の光ファイバの両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向して設け、この円弧状の光ファイバの一部に潤滑剤を介在させる測定用ギャップ部を設けた潤滑剤劣化検出装置であって、前記光ファイバの前記測定用ギャップ部の両側部分を、この潤滑剤劣化検出装置の使用機器に対して固定する固定治具を設け、前記測定用ギャップ部内の潤滑剤を流動させるアクチュエータを前記固定治具に設置した潤滑剤劣化検出装置を、転がり軸受における固定輪と回転輪との間に前記測定用ギャップ部を位置させて前記転がり軸受に取付け、前記アクチュエータが、回転輪に取付けた永久磁石とこの永久磁石との磁気吸引力で動作する可動部とでなる潤滑剤劣化検出装置付き軸受。