JP2002357220A - 回転検出装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

回転検出装置付転がり軸受ユニット

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転検出センサ27aと、複列円すいころ軸
受3等の転がり軸受の温度及び振動を検出する為の温度
センサ29a及び振動センサ33とを一体化する。そし
て、小型・軽量化を図ると共に、組立作業の簡易化、部
品点数削減、ケーブル本数削減により、コストダウンを
図る。 【解決手段】 上記回転検出センサ27aと温度センサ
29a及び振動センサ33とを一体化して、センサユニ
ット43とする。又、外輪4に固定したシールケース1
7aの外周面にこのセンサユニット43を、取付フラン
ジ部とねじとアンカ部材55とにより結合支持する。こ
れらの構成により、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明に係る回転検出装置
付転がり軸受ユニットは、鉄道車両或は自動車の車輪の
回転軸或は圧延機等の各種産業機械装置の回転軸を、車
体或は支持台等の固定の部分に回転自在に支持すると共
に、運転状態での転がり軸受ユニットの回転速度、温
度、振動のうちから選択される1種又は2種以上の状態
を検出する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】例えば鉄道車両の車輪を設けた車軸をこ
の鉄道車両に固定した軸受箱に対し回転自在に支持する
為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、鉄道車両の
走行速度を求めたり、或は上記車輪が偏摩耗するのを防
止する為の滑走制御を行なう為には、上記車輪の回転速
度を検出する必要がある。更には、上記転がり軸受ユニ
ット部分で異常が発生してこの転がり軸受ユニットが焼
き付くのを防止する為には、この転がり軸受ユニットの
温度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユ
ニットに回転検出センサ及び温度センサを組み込んだ、
センサ付回転支持装置により、上記車輪を上記軸受箱に
対し回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度並
びに上記転がり軸受ユニットの温度を検出する事が、近
年行なわれる様になっている。
【0003】図12〜13は、この様な鉄道車両用のセ
ンサ付回転支持装置の従来構造の1例を示している。図
示しない車輪を支持固定した状態で、使用時に回転する
回転軸である車軸1は、使用時にも回転しない軸受箱2
の内径側に、転がり軸受である複列円すいころ軸受3に
より、回転自在に支持されている。この複列円すいころ
軸受3は、互いに同心に配置した、請求項に記載した静
止輪である外輪4及び同じく回転輪である1対の内輪5
と、それぞれが転動体である複数個の円すいころ6、6
とを備える。このうちの外輪4は、全体を円筒状に造っ
ており、内周面に、静止側軌道である複列の外輪軌道7
を有する。これら各外輪軌道7は、それぞれが円すい凹
面状で、上記外輪4の軸方向端部に向かう程内径が大き
くなる方向に傾斜している。
【0004】又、上記1対の内輪5は、それぞれ略短円
筒状に造っており、それぞれの外周面に、請求項に記載
した回転側軌道である円すい凸面状の内輪軌道8を形成
している。これら各内輪5は、互いの小径側の端面同士
を対向させた状態で、上記外輪4の内径側に、この外輪
4と同心に配置している。更に、上記各円すいころ6、
6は、上記各外輪軌道7と上記各内輪軌道8との間に、
それぞれ複数個ずつ、保持器9により保持した状態で転
動自在に設けている。尚、鉄道車両の車軸を支持する
為、懸架装置側に設ける軸受箱は、上下二つ割れの円筒
構造の他、後述の本発明の実施の形態の第1例を示す図
1〜2に示す様に、下方が解放された鞍状に形成する構
造のものも多い。この様な鞍状の軸受箱は、組立状態で
は上記外輪4の上半部に被せる様に載置される。
【0005】上述の様な複列円すいころ軸受3のうち、
上記外輪4は、上記軸受箱2に内嵌保持されている。図
示の例では、この軸受箱2の内周面の外端(図12の左
端)寄り部分に形成した段部10と、この軸受箱2の内
端部(図12の右端部)に内嵌固定した図示しない抑え
環との間で、上記外輪4を軸方向両側から挟持してい
る。一方、上記各内輪5は、これら両内輪5同士の間に
間座11を挟持した状態で、上記車軸1の一端(図12
の左端)寄り部分に外嵌している。又、上記車軸1の端
部で軸方向外側の内輪5よりも突出した部分には、油切
りと称される環状部材12を外嵌している。又、内側の
内輪の内端面は、別の環状部材を介して、上記車軸1の
中間部に形成した段差面に突き当てている。従って、上
記1対の内輪5が図12の状態よりも上記車軸1の中央
寄り(図12の右寄り)に変位する事はない。そして、
上記車軸1の外端部に形成した雄ねじ部13に螺合した
ナット14により、上記環状部材12を上記外側の内輪
5の外端面に向け抑え付けている。更に、上記ナット1
4の外端面にボルト15、15により固定した、回り止
めリング16の内周に設けた突起部を、上記車軸1の外
端部外周面に設けた溝部に係合させて、上記ナット14
の緩み止めを図っている。
【0006】一方、上記外輪4の両端部には、それぞれ
軟鋼板等の金属板を断面クランク形で全体を略円筒状に
形成して成るシールケース17を内嵌固定している。そ
して、これら両シールケース17の内周面と上記各環状
部材12の外周面との間に、それぞれシール手段である
シールリング18を設ける事により、前記複数個の円す
いころ6、6を設置した空間の両端開口部を塞いでい
る。この構成により、この空間の内外を遮断して、この
空間内に封入した潤滑用のグリースが外部に漏洩するの
を防止すると共に、外部から上記空間内に雨水や塵芥等
の異物が進入するのを防止している。
【0007】又、上記車軸1の一端面には、鋼材等の磁
性金属材料により、断面L字形で全体を円輪状に形成し
たエンコーダ19を、複数本のボルト20、20によ
り、上記車軸1と同心に結合固定している。上記エンコ
ーダ19に設けた外向フランジ状の円輪部21の外周縁
には、凹部と凸部とを、円周方向に関して交互に且つ等
間隔で形成して、この外周縁部分の磁気特性を円周方向
に関して交互に且つ等間隔で変化させている。
【0008】又、前記軸受箱2の一端開口は、この軸受
箱2の一端部に固定したカバー22により塞いでいる。
このカバー22は、合成樹脂若しくは金属材料により全
体を有底円筒状に形成しており、円筒部23と、この円
筒部23の一端(図12の左端)開口を塞ぐ底板部24
と、この円筒部23の他端(図12の右端)寄り部分の
外周面に設けた外向フランジ状の取付部25とを備え
る。この様なカバー22は、上記円筒部23の他端部を
上記軸受箱2の一端部に内嵌すると共に、上記取付部2
5をこの軸受箱2の一端面に突き当てた状態で、この取
付部25を上記軸受箱2の一端面にボルトで固定する事
により、上記軸受箱2の一端開口部を塞ぐ。
【0009】又、上記円筒部23の一部で、上記エンコ
ーダ19の円輪部21の外周縁に直径方向に関して対向
する部分に、上記円筒部23の内外両周面を直径方向に
貫通するセンサ取付孔26を形成している。そして、こ
のセンサ取付孔26に回転検出センサ27を挿入し、こ
の回転検出センサ27の先端面(図12の下端面)に設
けた検出部を、上記円輪部21の外周縁に設けた被検出
部に、微小隙間を介して対向させている。一方、上記軸
受箱2の中間部で前記外輪4の周囲に位置する部分に
は、センサ取り付け用凹孔28を形成している。そし
て、このセンサ取り付け用凹孔28に、温度センサ29
を装着している。
【0010】上述の様に構成するセンサ付回転支持装置
の場合、運転時に車輪を支持固定した車軸1と共にエン
コーダ19が回転すると、このエンコーダ19の被検出
部を構成する凹部と凸部とが、上記回転検出センサ27
の先端面に設けた検出部の近傍を交互に通過する。この
結果、この回転検出センサ27内を流れる磁束の密度が
変化し、この回転検出センサ27の出力が変化する。こ
の様にして回転検出センサ27の出力が変化する周波数
は、上記車輪の回転速度に比例する。従って、上記回転
検出センサ27の出力を図示しない制御器に送れば、上
記車輪の回転速度を検出でき、更には鉄道車両の滑走制
御を適切に行なえる。
【0011】又、前記複列円すいころ軸受3の回転抵抗
が、前記各円すいころ6、6の過度のスキュー等、何ら
かの原因で異常に上昇し、上記複列円すいころ3の温度
が上昇すると、上記温度センサ29が、この温度を検知
する。この様にしてこの温度センサ29が検知した温度
信号は、やはり図示しない制御器に送り、この制御器
が、運転席に設置した警告灯を点灯させる等の警報を発
する。この様な警報が出された場合に、運転手が緊急停
止等の措置を講ずる。
【0012】更に、図示は省略するが、特開2000−
43723号公報には、外輪の端部に基端部を内嵌固定
したシールケースの円筒状部分に取付孔を設け、この取
付孔部分に、回転検出センサ、温度センサ、振動センサ
等の各種センサを取り付ける構造が記載されている。こ
の公報に記載された構造の場合には、回転速度検出用の
エンコーダは、上記シールケースの先端部に設けたシー
ルリングと内輪の端面との間部分で、回転軸の外周面に
設置する。又、上記センサを上記シールケースに支持固
定するのに、環状で抑えバンド状の部材をこのシールケ
ースの外周面に抑え付けるか、或は欠円環状の部材をこ
のシールケースに外嵌する様にしている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図12〜13に示した
従来構造の場合、回転検出センサ27及び温度センサ2
9を、カバー22或は軸受箱2に対し互いに独立して支
持固定している為、これら各センサ27、29の装着作
業が面倒なだけでなく、これら各センサ27、29から
の信号取り出しも面倒になる。即ち、上記回転検出セン
サ27は取付フランジ30aを挿通した複数本のボルト
31a、31aにより上記カバー22に固定し、ハーネ
ス32aにより信号を取り出す様にしているのに対し
て、上記温度センサ29は別の取付フランジ30bを挿
通した複数本のボルト31b、31bにより上記軸受箱
2に固定し、ハーネス32bにより信号を取り出す様に
している。
【0014】この為、上記各センサ27、29の取り付
けスペースが嵩む他、取り付け作業が面倒になり、上記
各ハーネス32a、32bの取り回しも面倒になる。一
方、鉄道車両用の回転支持装置では、上記回転支持装置
に組み込むセンサの数が増える傾向にあり、その場合に
は、上述した様な問題が一層顕著になる。
【0015】これに対して、特開2000−43723
号公報に記載された構造の場合には、シールケースにセ
ンサを支持する為に、環状で抑えバンド状の部材をこの
シールケースの外周面に抑え付けるか、或は欠円環状の
部材をこのシールケースに外嵌する構造を採用している
為、このシールケースの外周面のかなりの部分が、支持
用の部材により覆われる。この為、このシールケースの
放熱を必ずしも十分に行なえなくなる可能性があり、転
がり軸受ユニットの耐久性確保の面から好ましくない。
本発明の回転検出装置付転がり軸受ユニットは、この様
な事情に鑑みて発明したものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の回転検出装置付
転がり軸受ユニットは、前述した従来から知られている
回転検出装置付転がり軸受ユニットと同様に、転がり軸
受ユニットに、少なくともこの転がり軸受ユニットの回
転状態を検出する為の回転検出装置を組み付けて成る。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止輪と、この静止
輪と同心に配置された回転輪と、これら静止輪と回転輪
との互いに対向する周面に形成した静止側軌道と回転側
軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記静止輪
に支持された筒状のシールケースと、このシールケース
の周面と上記回転輪と共に回転する部分の周面との間に
設けられたシール手段とを備えたものである。又、上記
回転検出装置は、上記回転輪と共に回転する部分にこの
回転輪と同心に支持されたエンコーダと、回転しない部
分に支持されて、その検出部をこのエンコーダに対向さ
せた回転検出センサとを備えたものである。
【0017】特に、本発明の回転検出装置付転がり軸受
ユニットに於いては、上記エンコーダは、上記シールケ
ースにより周囲を覆われた部分に設けられている。又、
上記回転検出センサを保持したセンサホルダを含むセン
サユニットは、上記シールケースの外周面に支持されて
いる。又、このシールケースの一部でこのセンサユニッ
トにより覆われる部分には、通孔が形成されている。そ
して、このセンサユニットの一部で上記回転検出センサ
の検出部を設けた部分は、上記通孔を通じて上記シール
ケース内に挿入されており、上記センサユニットは上記
シールケースに対して、このセンサユニットに固設した
取付フランジ部をこのシールケースの外周面で上記通孔
の近傍部分に結合する事により固定されている。
【0018】
【作用】上述の様に構成する本発明の回転検出装置付転
がり軸受ユニットの場合には、シールケースの外周面に
回転検出センサを保持したセンサユニットを支持してい
る為、この回転検出センサの支持作業並びにこの回転検
出センサの信号を取り出す為のハーネスの設置作業を容
易に行なえる。この為、この回転検出センサの取り付け
スペースが嵩む事も、取り付け作業が面倒になる事もな
い。又、上記センサユニットを上記シールケースの外周
面に支持する事に伴って、このセンサユニットがこのシ
ールケースの外周面を覆う面積は極く限られたもので済
む。この為、上記センサユニットを構成する為の材料を
少なく抑えてコスト低減を図れるだけでなく、上記シー
ルケースの外周面を通じての放熱を良好にして、転がり
軸受ユニット内部の温度上昇を抑える事ができる。
【0019】
【発明の実施の形態】図1〜5は、請求項1〜2に対応
する、本発明の実施の形態の第1例を示している。尚、
本例の特徴は、請求項に記載した回転軸である車軸1の
回転速度を検出する為の回転検出センサ27aと、この
車軸1を回転自在に支持する転がり軸受ユニットである
複列円すいころ軸受3の温度を検出する為の温度センサ
29aと、この複列円すいころ軸受3の振動を検出する
為の、加速度センサ等の振動センサ33とを、センサユ
ニット43を介してシールケース17aに支持固定する
事で、前述した従来構造が有する問題を解消する点にあ
る。以下、この様な特徴部分を含む、本発明の回転検出
装置付転がり軸受ユニットの構成に就いて説明する。
【0020】図示しない車輪を支持固定した状態で使用
時に回転する車軸1は、鉄道車両の車台に設けられて使
用時にも回転しない軸受箱2aの内径側に、転がり軸受
である複列円すいころ軸受3により、回転自在に支持し
ている。本例の場合には上記軸受箱2aとして、鞍状の
ものを使用している。従って、この軸受箱2aは、上記
複列円すいころ軸受3を構成する外輪4の上半部に載置
している。又、この複列円すいころ軸受3は、互いに同
心に配置した、請求項に記載した静止輪である外輪4及
び同じく回転輪である1対の内輪5a、5bと、それぞ
れが転動体である複数個の円すいころ6、6とを備え
る。このうちの外輪4は、全体を円筒状に造っており、
内周面に、静止側軌道である複列の外輪軌道7、7を有
する。これら各外輪軌道7、7は、それぞれが円すい凹
面状で、上記外輪4の軸方向端部に向かう程内径が大き
くなる方向に傾斜している。
【0021】又、上記1対の内輪5a、5bは、それぞ
れ略短円筒状に造っており、それぞれの外周面に、請求
項に記載した回転側軌道である円すい凸面状の内輪軌道
8、8を形成している。これら各内輪5a、5bは、互
いの小径側の端面同士を、内輪間座35を介して突き合
わせた状態で、上記外輪4の内径側に、この外輪4と同
心に配置している。更に、上記各円すいころ6、6は、
上記各外輪軌道7、7と上記各内輪軌道8、8との間
に、それぞれ複数個ずつ、保持器9、9により保持した
状態で転動自在に設けている。
【0022】上述の様な複列円すいころ軸受3のうち、
上記外輪4は、上記軸受箱2aの下側に保持されてい
る。これら外輪4の上半部外周面と軸受箱2aの内周面
(下面)との当接面に鉄道車両の重量が加わる為、上記
外輪4がこの軸受箱2aの内側から脱落する事はない。
又、上記車軸1の端部で、上記両内輪5a、5bを軸方
向両側から挟む位置には、ぞれぞれ油切りと称される環
状部材12a、12aを外嵌している。又、内側の内輪
5aの内端面は、この環状部材12a及び別の環状部材
36を介して、上記車軸1の中間部に形成した段差面3
7に突き当てている。従って、上記1対の内輪5a、5
bが図1の状態よりも上記車軸1の中央寄り(図1の右
寄り)に変位する事はない。
【0023】一方、外側の内輪5bと上記環状部材12
aとの間にはエンコーダ19aを挟持し、更にこの環状
部材12aを上記外側の内輪5bに向け、抑え端板38
により抑え付けている。上記エンコーダ19aは、軟鋼
板等の磁性金属板により全体を円輪板状に形成したもの
で、外周縁部には図5に示す様に、それぞれが径方向外
方に突出する多数の突片39、39を、円周方向に関し
て等間隔に形成している。従って、上記エンコーダ19
aの外径側半部の磁気特性は、円周方向に関して交互に
変化している。又、上記抑え端板38は上記車軸1の端
面に、複数本(図示の例では3本)のボルト40、40
により結合固定している。そして、これら各ボルト4
0、40の緊締に基づいて上記抑え端板38の先端縁
(図1、3の右端縁)内径寄り部分を上記環状部材12
aの端縁に抑え付けて、この環状部材12a及び上記エ
ンコーダ19aを、上記外側の内輪5bに向け抑え付け
ている。この状態で、前記複列円すいころ軸受3の内部
隙間が適正値になる様に、各部の寸法を規制している。
この様に、上記抑え端板38を上記車軸1の端面に上記
各ボルト40、40で結合する事により、上記エンコー
ダ19aを上記車軸1に固定できるので、このエンコー
ダ19aをこの車軸1或は上記内輪5bに圧入する等の
工程が不要になり、組立工数の低減による低コスト化を
図れる。
【0024】一方、上記外輪4の両端部には、それぞれ
軟鋼板等の金属板を断面クランク形で全体を略円筒状に
形成して成るシールケース17a、17bの基端部を内
嵌固定している。そして、これら両シールケース17
a、17bの中間部先端寄り部分の内周面と上記各環状
部材12a、12bの中間部外周面との間に、それぞれ
請求項に記載したシール手段であるシールリング18、
18を設ける事により、前記複数個の円すいころ6、6
を設置した空間41の両端開口部を塞いでいる。この構
成により、この空間41の内外を遮断して、この空間4
1内に封入した潤滑用のグリースが外部に漏洩するのを
防止すると共に、外部から上記空間41内に雨水や塵芥
等の異物が進入するのを防止している。尚、上記シール
ケース17aの外周面の2箇所位置に結合凸部42、4
2を突設する事により、このシールケース17aが軸受
箱2aに対し回転する事を防止している。即ち、上記係
合凸部42、42と軸受箱2aの両端部下面との係合に
より、シールケース17aの回転を防止している。
【0025】又、上記1対のシールケース17a、17
bのうち、上記車軸1の外端寄りのシールケース17a
の中間部基端寄り部分に、センサユニット43の一部を
挿通する為の通孔44を形成している。このセンサユニ
ット43は、センサケース45内にセンサホルダ46を
抱持して成る。このうちのセンサホルダ46は、エポキ
シ樹脂等のモールド材により造ったもので、直方体状の
主部47の内側面中央部に、柱状の凸部48を突設して
成る。この様なセンサホルダ46内には、前記回転検出
センサ27aと、前記温度センサ29aと、前記振動セ
ンサ33とを、包埋支持している。このうちの回転検出
センサ27aは上記凸部48の先端部に、検出部をこの
凸部48の側面に位置させた状態で包埋支持している。
これに対して、上記温度センサ29aは、上記シールケ
ース17aの温度検出を効率良く行なえる様にすべく上
記凸部46の中間部基端寄り部分に、上記振動センサ3
3は、上記シールケース17aの振動を効率良く検出自
在とすべく上記主部47内に、それぞれ包埋支持してい
る。
【0026】一方、上記センサケース45は、それぞれ
がオーステナイト系のステンレス鋼やアルミニウム合金
等の非磁性金属材料の鋳造(ダイキャスト成形を含む)
或は削り出し加工等により造った、本体49と蓋体50
とから成る。このうちの本体49は、外方が開口した矩
形箱状の収納部51と、この収納部51の底板部52を
円周方向に延長する状態で形成した取付フランジ部5
3、53とを有する。これら底板部52及び取付フラン
ジ部53、53のうちで上記シールケース17aの外周
面に対向する面は、この外周面と密接する(曲率半径が
一致する)円弧状凹面としている。又、上記底板部52
の中央部には、上記センサホルダ46の凸部48を挿入
自在な支持筒部54を形成している。前記センサユニッ
ト43を組み立てた状態では、この支持筒部54内に上
記凸部48が、上記収納部51内に上記主部47が、そ
れぞれがたつきなく内嵌される。又、この収納部51の
開口を上記蓋体50により塞ぎ、これら蓋体50と収納
部51とをねじにより結合する事により、上記センサホ
ルダ46を上記センサケース45内に抱持固定する。
尚、実際に上記センサユニット43を造る場合には、上
記各センサ27a、29a、33を上記支持筒部54或
は収納部51内に設置した状態で、これら支持筒部54
及び収納部51内に、前記モールド材を充填する。従っ
て、上記各センサ27a、29a、33に水が付着する
事はないし、上記シールケース17aの温度或は振動
を、上記温度センサ29a或は振動センサ33に、効率
良く伝達できる。
【0027】上述の様なセンサユニット43は上記シー
ルケース17aに対して、上記取付フランジ部53、5
3とアンカ部材55との間でこのシールケース17aを
挟持する事により固定している。このアンカ部材55
は、金属材料を削り出し加工する等により、全体を円弧
状に形成したもので、外周面の中央部に上記支持筒部5
4を挿入自在な凹部56を、同じく両端部外周面にそれ
ぞれ1対ずつのねじ孔57、57を、それぞれ形成して
いる。上記センサユニット43を上記シールケース17
aに固定するには、このセンサユニット43と上記アン
カ部材55とをこのシールケース17aを介して互いに
対向させ、上記取付フランジ部53、53とこのシール
ケース17aとを挿通したねじ58、58を上記各ねじ
孔57、57に螺合し更に緊締する。
【0028】この様に、上記シールケース17aを上記
センサユニット43と上記アンカ部材55とで挟持した
状態で、上記各ねじ58、58を螺合し更に緊締すれ
ば、上記シールケース17aを変形させる事なく、この
シールケース17aに上記センサユニット43を支持固
定できる。又、このシールケース17aの強度自体も向
上するので、好ましい構造として実施できる。尚、上記
アンカ部材55は上記シールケース17aに、このシー
ルケース17aに上記センサユニット43を取り付ける
のに先立って予め固定しておく事ができる。この為、こ
のセンサユニット43を、後から上記シールケース17
aの外周面に取り付ける事が可能になって、このセンサ
ユニット43を予め複列円すいころ軸受3等の転がり軸
受に組み付けた状態で、この転がり軸受を輸送する必要
がなくなって、この転がり軸受の取り扱いが容易にな
る。又、上記センサユニット43の修理・交換作業も容
易になる。又、上記アンカ部材55は、複数のねじ5
8、58により上記シールケース17aに固定されてい
る事と、このシールケース17aの内周面と曲面同士で
当接している事とにより、上記各ねじ58、58の緩み
に伴う脱落を有効に防止できる。
【0029】又、上記センサケース45の底板部52の
一部で上記支持筒部54の基端部を囲む部分にはパッキ
ング61を設置し、このパッキング61を上記底板部5
2と上記シールケース17aとの間で挟持する事によ
り、上記支持筒部54が前記通孔44を挿通した部分の
防水性保持を図っている。又、前記シールケース17a
の外周面と上記センサケース45の内側面との当接部に
は、必要に応じて伝熱性ペーストを塗布して、上記シー
ルケース17aから上記センサケース45への熱伝達が
良好に行なわれる様にする。
【0030】上述の様にして上記センサユニット43を
上記シールケース17aに対し支持固定した状態で、前
記回転検出センサ27aの検出部は、前記エンコーダ1
9aの片側面の外径寄り半部(図1、3の左側面下半
部)に、軸方向に関する微小隙間を介して対向する。
又、前記温度センサ29aは、上記センサケース45に
形成した通孔44の内側部分に位置し、前記振動センサ
33は、このセンサケース45よりも径方向外側に位置
する。又、これら各センサ27a、29a、33の出力
信号を取り出して図示しない制御器に送る為のハーネス
は、1本のケーブル59にまとめた状態で、前記蓋体5
0に設けた結合筒部60から導出している。尚、本例の
場合には、上記回転検出センサ27aの検出部を、上記
エンコーダ19aの片側面外径より半部に対向させてい
るが、この検出部をこのエンコーダ19aの外周縁に対
向させる構成とする事もできる。
【0031】上述の様に構成する本例の回転検出装置付
回転支持装置の場合、運転時に車輪を支持固定した車軸
1と共にエンコーダ19aが回転すると、このエンコー
ダ19aの外周縁部に形成した多数の突片39、39と
円周方向に隣り合う突片39、39同士の間に存在する
切り欠き状部分とが、上記回転検出センサ27aの検出
部の近傍を交互に通過する。この結果、この回転検出セ
ンサ27a内を流れる磁束の密度が変化し、この回転検
出センサ27aの出力が変化する。この様にして回転検
出センサ27aの出力が変化する周波数は、上記車輪の
回転速度に比例する。従って、上記回転検出センサ27
aの出力を図示しない制御器に送れば、上記車輪の回転
速度を検出でき、更には鉄道車両の滑走制御を適切に行
なえる。
【0032】又、前記複列円すいころ軸受3の回転抵抗
が、前記各円すいころ6、6の過度のスキュー等、何ら
かの原因で異常に上昇し、上記複列円すいころ3の温度
が上昇すると、上記温度センサ29aが、この温度を検
知する。又、前記複列円すいころ軸受3を構成する外輪
4及び内輪5a、5bの外輪軌道7、7及び内輪軌道
8、8、或は各円すいころ6、6の転動面に、剥離等の
損傷が発生し、その結果上記車軸1の回転に伴って上記
複列円すいころ軸受3部分で発生する振動が大きくなる
と、上記振動センサ33がこの振動を検知する。この様
にして上記温度センサ29aが検知した温度を表す信
号、或は上記振動センサ33が検知した振動を表す信号
は、やはり図示しない制御器に送り、この制御器が、運
転席に設置した警告灯を点灯させる等の警報を発する。
この様な警報が出された場合に、運転手が緊急停止等の
措置を講ずる。
【0033】又、本発明の回転検出装置付転がり軸受ユ
ニットの場合には、前記シールケース17aの外周面
に、上記回転検出センサ27aと上記温度センサ29a
と上記振動センサ33とを保持した、前記センサユニッ
ト43を支持している為、これら各センサ27a、29
a、33の支持作業を容易に行なえる。又、これら各セ
ンサ27a、29a、33の信号を取り出す為のハーネ
スを1本のケーブル59にまとめている為、これら各ハ
ーネスの設置作業を容易に行なえる。この為、上記各セ
ンサ27a、29a、33の取り付けスペースが嵩む事
も、取り付け作業が面倒になる事もない。
【0034】又、上記センサユニット43は上記シール
ケース17aの外周面に対して、前記取付フランジ部5
3、53と前記アンカ部材55とにより結合固定してい
る。これら各取付フランジ部53、53を含む、前記セ
ンサケース45の円周方向長さは、上記シールケース1
7aの円周方向長さに比べて十分に短い(図示の例では
1/4円周程度)。従って、上記センサユニット43を
上記シールケース17aの外周面に支持する事に伴っ
て、このセンサユニット43がこのシールケース17a
の外周面を覆う面積は極く限られたもので済む。この
為、上記センサケース45を含む上記センサユニット4
3を構成する為の材料を少なく抑えてコスト低減を図れ
るだけでなく、上記シールケース17aの外周面の露出
面積を十分に確保して、この外周面を通じての放熱を良
好にし、前記複列円すいころ軸受3の内部の温度上昇を
抑える事ができる。又、前記エンコーダ19aを、シー
ル手段である前記シールリング18よりも軸方向内側に
設けているので、このエンコーダ19a部分に異物が入
り込みにくく、この異物によってこのエンコーダ19a
が損傷する事を防止できる。
【0035】本例の回転検出装置付転がり軸受ユニット
の構造及び基本的な作用は上述の通りであるが、この様
な回転検出装置付転がり軸受ユニットとコンパレータ及
び閾値設定回路とを組み合わせる事により、運転速度が
低速から高速まで頻繁に変化する、上記複列円すいころ
軸受3の異常検出を、高い信頼性で行なえる。即ち、鉄
道車両の車軸1を支持する為の複列円すいころ軸受3の
様に、回転速度が高速から低速まで頻繁に変化する転が
り軸受ユニットの場合には、回転速度に応じて異常の有
無を判定する為の閾値を変える事が、信頼性の高い判定
を行なう為には好ましい。この理由は、固定した閾値を
使用すると、最も温度上昇や振動が著しくなる高速回転
時を基準としなければならなくなり、低速運転時に発生
した異常検出を行ないにくくなる為である。次に、この
様な事情に鑑みて考えた、異常検出の有無を判定する為
の判定回路の4例に就いて説明する。
【0036】先ず、図6に示した第1例は、回転検出セ
ンサ27aの検出信号により得られる、複列円すいころ
軸受3に支持された車軸1の回転速度と、温度センサ2
9aの検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受
3の温度とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有
無を判定するものである。この第1例では、上記回転検
出センサ27aの検出信号を処理する回転速度検出回路
62で得られた、上記車軸1の回転速度に関する値を表
す速度信号によって、閾値設定回路63により異常検出
用の閾値を決定する。そして、この閾値と、上記温度セ
ンサ29aから送られてくる温度信号とをコンパレータ
64により比較し、この比較の結果を表す信号を軸受異
常判定回路65により判定して、上記複列円すいころ軸
受3の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合
には、ブザー、警告灯等の警報器66に信号を送って、
この警報器66を作動させ、運転者や作業者等に異常発
生を知らせる警報を発する。この様な本例の異常検出装
置では、上記回転検出センサ27aの検出信号により求
められる、上記複列円すいころ軸受3の回転速度の変化
に従って、異常検出用の温度の閾値を順次変更する事に
より、高速回転時だけでなく、低速回転時に発生する転
がり軸受ユニットの異常を検出する事が可能となる。
尚、実際に上記複列円すいころ軸受3の温度が変化して
から、上記温度センサ29aの検出値が変化するまでの
間に、或る程度の時間的後れが生じる事は避けられな
い。そこで、この様な時間的後れに就いて予め実験によ
り求めておき、その実験結果に基づく補正項を上記軸受
異常判定回路65中にインストールしておけば、より信
頼性の高い判定を行なえる。
【0037】次に、図7に示した第2例は、回転検出セ
ンサ27aの検出信号により得られる、複列円すいころ
軸受3に支持された車軸1の回転速度と、振動センサ3
3の検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3
の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無
を判定するものである。本例の場合には、上記振動に関
する異常検出用の閾値を、上記回転検出センサ27aの
検出信号に基づいて得られる速度信号に応じて設定し、
この閾値と上記振動センサ33からの信号をコンパレー
タ64aで比較して、上記複列円すいころ軸受3の異常
の有無を判定する様に構成している。この様な本例の異
常検出装置の場合には、上記複列円すいころ軸受3の回
転速度の変化に伴って、上記振動に関する異常検出の閾
値を順次変更する事により、低速回転時に於ける上記複
列円すいころ軸受3の異常振動を検出する事が可能とな
り、この複列円すいころ軸受3内部の転がり接触面に生
じた僅かな剥離も早期に検出する事ができる。
【0038】即ち、一般に複列円すいころ軸受3を含む
転がり軸受ユニットの運転時に発生する振動の大きさ
は、回転速度が速い程大きくなる。この為、振動センサ
33の検出信号のみで上記複列円すいころ軸受3等の転
がり軸受ユニットの異常の有無を判定しようとした場合
には、予想される最高回転数時に発生する振動値に合わ
せて、異常検出用の閾値を設定する必要がある。この
為、低速回転時に於ける上記複列円すいころ軸受3等の
転がり軸受ユニットの異常の検知が難しかった。これに
対して本例の処理装置を使用すれば、その時の回転速度
に合わせて異常検出用の閾値を順次変更する事ができる
ので、振動の大きさに基づいて、剥離等の異常検出を高
い信頼性で行なえる。尚、本例を鉄道車両用の転がり軸
受ユニットの異常判定に適用する場合、レールの長さと
上記回転速度とを勘案して、このレールの継ぎ目を通過
する際の振動を判定対象から除外する。
【0039】次に、図8に示した第4例も、回転検出セ
ンサ27aの検出信号により得られる、複列円すいころ
軸受3に支持された車軸1の回転速度と、振動センサ3
3の検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3
の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無
を判定するものである。特に、本例の場合には、上記振
動センサ33が検出した振動の波形を、周期分析回路6
7で分析してから、上記複列円すいころ軸受3の異常の
有無を判定する様にしている。この為に本例の場合には
軸受異常判定回路65aで、上記回転検出センサ27a
の検出信号から求められる、上記複列円すいころ軸受3
の回転速度を表す回転速度信号に基づいて、この複列円
すいころ軸受3から発生する各種振動の周期T1 、T
2 、T3 の計算と、この複列円すいころ軸受3の異常の
有無の判定とを行なっている。
【0040】尚、これら各周期T1 、T2 、T3 とは、
上記複列円すいころ軸受3が内輪回転の場合で、T1
外輪4の内周面に形成した外輪軌道7に剥離が生じた場
合の振動の周期を、T2 は、内輪5の外周面に形成した
内輪軌道8に剥離が発生した場合の振動の周期を、T3
は、転動体である円すいころ6、6の転動面に剥離が発
生した場合の振動の周期を、それぞれ表している。上記
回転速度信号を利用して、上記振動センサ33からの信
号を周期を分析する事により、上記複列円すいころ軸受
3に剥離に基づく損傷が発生しているか否かの判定を行
なえるだけでなく、この複列円すいころ軸受3の何れの
部分に剥離が発生しているかを特定する事もできる。
【0041】例えば、内輪回転で使用される上記複列円
すいころ軸受3で、静止側である外輪4の内周面に形成
した外輪軌道7に剥離が生じた場合、下記の式で表され
る周波数の振動が発生する。 f1 =z・fc 但し、z:転動体数、fc:保持器回転周波数 そして、この振動の周期T1 は、次式で表される。 T1 =1/f1 =1/z・fc これに対して、回転側である内輪5の外周面に形成した
内輪軌道8に剥離が発生じた場合には、下記の式で表さ
れる周波数の振動が発生する。 f2 =z・(fr−fc) 但し、z:転動体数、fr:内輪回転周波数、fc:保
持器回転周波数そして、この振動の周期T2 は、次式で
表される。 T2 =1/f2 =1/{z・(fr−fc)} 更に、転動体である円すいころ6、6の転動面に剥離が
発生した場合には、次の式で表される周波数の振動が発
生する。 f3 =2・fb 但し、fb:転動体の自転周波数 そして、この振動の周期T3 は、次式で表される。 T3 =1/f3 =1/2・fb そして、上記fc、fr、fb等の周波数は、複列円す
いころ軸受3の諸元及びその回転数が分かれば計算でき
るので、振動波形の周期を分析する事により、上記複列
円すいころ軸受3の何れの部位に剥離が発生したかを特
定できる。
【0042】例えば、上記各周期T1 、T2 、T3 以外
の周期を有する振動成分が増加している場合は、複列円
すいころ軸受3の転がり接触面以外の部位に異常が発生
している事になる。従って、本例の様に、周期分析回路
67により振動センサ33の検出信号の周期分析を行な
う場合には、上記複列円すいころ軸受3及びその周囲部
分を含めた、回転支持部及びその周辺部分を含む部分の
異常を検知する事ができる。この場合に、例えば、回転
数の1次成分に相当する振動が特に大きくなっている場
合には、車輪の1個所に滑走による偏摩耗が発生してい
る事が推定される。
【0043】次に、図9に示した第4例も、回転検出セ
ンサ27aの検出信号により得られる、複列円すいころ
軸受3に支持された車軸1の回転速度と、振動センサ3
3の検出信号により得られるこの複列円すいころ軸受3
の振動とから、この複列円すいころ軸受3の異常の有無
を判定するものである。特に、本例の場合には、振動を
表す信号を包絡線処理を施す為の包絡線処理回路68に
通し、その包絡線処理後の波形を使用して、周波数分析
をしている。図8に示した第3例の様に、上記振動セン
サ33が検出した振動の波形そのもの(生波形)をその
まま周波数分析すると、軸受の異常を分析できないが、
この振動の生波形を包絡線処理し、その処理波形を使用
して周波数分析回路69により周波数分析を行なうと、
上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異
常を分析する事が可能となる。そして、転がり接触部の
剥離に基づいて発生する振動の周波数f1 、f2 、f3
を検知する事ができる。
【0044】何れにしても、図6〜9にその4例を示し
た異常検出装置で、複列円すいころ軸受3等の転がり軸
受ユニット部分の異常検出用の閾値の設定を回転速度の
変化に伴って順次変更したり分析する事で、従来は難し
かった、刻々と変化する複列円すいころ軸受3等の転が
り軸受のユニットの状態に応じた最適な閾値の設定が可
能になる。そして、この複列円すいころ軸受3等の転が
り軸受ユニットの異常の有無の判定精度を飛躍的に向上
させる事ができる。尚、上記図6〜9に示した各回路
は、マイクロコンピュータやDSP(デジタルシグナル
プロセッサ)により、ソフトウェアで処理する事も可能
である。
【0045】尚、回転検出センサ以外に、振動センサ及
び温度センサを両方組み合わせた構成に於いては、振動
及び温度の両方の信号から複列円すいころ軸受3の異常
を検知できる事になり、グリースの劣化による潤滑不良
や異物噛み込み等による転がり接触面の損傷等の異常
を、幅広く検知する事が可能となる。以上に述べた様な
複列円すいころ軸受3の異常検出装置によれば、上記複
列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常を早
期に検知する事を可能にして、この複列円すいころ軸受
3等の転がり軸受ユニットに焼き付き等の重大な損傷が
発生する事を有効に防止する事が可能になる。
【0046】次に、図10〜11は、請求項1〜3に対
応する、本発明の実施の形態の第2例を示している。本
例の場合には、センサユニット43aの装着位置に対応
してシールケース17aに形成した通孔44が、請求項
に記載したシール手段であるシールリング18を挟ん
で、このシールケース17aの軸方向に関し、円すいこ
ろ6、6を設置した部分と反対側に存在する。即ち、本
例の場合には、上記シールリング18を、上記シールケ
ース17aの中間部基端寄り部分の内周面と、環状部材
12bの基端寄り部分の外周面との間に設けている。
又、この環状部材12bの先端寄り部分に、エンコーダ
19bを外嵌固定している。このエンコーダ19bは、
鋼等の磁性金属を外歯歯車状に形成したもので、外周面
には多数の凸部が、円周方向に亙って等間隔に存在す
る。従って、上記エンコーダ19bの外周面の磁気特性
は、円周方向に関して交互に、且つ等間隔で変化してい
る。
【0047】一方、上記センサユニット43aを構成す
るセンサホルダ46aは、主部47aの円周方向中央部
の軸方向片端部に、凸部48aを突設して成る。そし
て、この凸部48aの先端部に回転検出センサ27a
を、上記主部47aの一部で上記凸部48aから外れた
部分に温度センサ29a及び振動センサ33を、それぞ
れ包埋支持している。
【0048】この様なセンサホルダ46aをセンサケー
ス45a内に保持して成る上記センサユニット43a
は、このセンサケース45aに設けた取付フランジ部5
3、53と上記シールケース17aの内径側に配置した
1対のアンカ部材55a、55aとの間でこのシールケ
ース17aの一部を挟持する事により、このシールケー
ス17aに対し結合固定している。即ち、上記各取付フ
ランジ部53、53を挿通したねじ58、58を上記各
アンカ部材55a、55aに形成したねじ孔57、57
に螺合し更に緊締する事により、上記センサユニット4
3aを上記シールケース17aに結合固定している。
【0049】本例の場合、2分割された1対のアンカ部
材55a、55aを使用し、これら両アンカ部材55
a、55aを、上記回転検出センサ27aを包埋した上
記凸部48a部分で不連続としている。この為、この回
転検出センサ27aの検出部を、上記各アンカ部材55
a、55aに妨げられる事なく、前記エンコーダ19b
の外周面に近接対向させる事ができる。これに対して上
記温度センサ29a及び振動センサ33は、金属製のセ
ンサケース45aを介して、上記シールケース17aの
外周面に近接対向させ、このシールケース17aの温度
及び振動を検出自在としている。
【0050】上述の様に構成する本例の場合には、上記
センサユニット43aを設置する為の通孔44と、円す
いころ6、6を設置した部分との間に、シール手段であ
るシールリング18が存在する為、上記センサユニット
43aの着脱作業等に伴って、上記通孔44を通じて上
記シールケース17aの内側に異物が入り込んでも、こ
の異物が上記円すいころ6、6を設置した部分にまで入
り込む事はない。この為、これら各円すいころ6、6の
転動面と、外輪軌道7、7及び内輪軌道8、8との転が
り接触部が、異物により損傷を受ける事を防止して、複
列円すいころ軸受3の耐久性向上を図れる。その他の構
成及び作用に就いては、前述した第1例の場合と同様で
あるから、重複する説明は省略する。
【0051】尚、各実施の形態において、シール手段と
しては、図示の様な接触型のシールリング18に限ら
ず、ラビリンスシール等の非接触型のシール手段を採用
する事もできる。又、転がり軸受ユニットの構造に関し
ても、図示の様な複列円すいころ軸受ユニットに限ら
ず、玉軸受、円筒ころ軸受、単列の転がり軸受等も採用
可能である。更に、回転検出装置を構成するエンコーダ
に関しても、磁性金属製のものに限らず、S極とN極と
を円周方向に関して交互に配置した多極磁石製のものも
採用可能である。
【0052】
【発明の効果】本発明の回転検出装置付転がり軸受ユニ
ットは、以上に述べた様に構成され作用する為、回転検
出センサ等のセンサの取り付けスペースを小さくできる
だけでなく、取り付け作業が容易になり、これら各セン
サの信号を取り出す為のハーネスの取り回しも容易にな
る。この為、鉄道車両の車軸の回転支持部等、各種機械
装置の回転支持部の小型化及び低廉化と、設計の自由度
の向上とを図れる。又、転がり軸受ユニットの温度上昇
を抑えて、この転がり軸受ユニットの耐久性確保も図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の第1例を示す断面図。
【図2】図1の左方から見た図。
【図3】図1の左下部拡大図。
【図4】図1のA−A断面図。
【図5】エンコーダを取り出してその半部を図4と同方
向から見た図。
【図6】転がり軸受ユニットの異常検出を行なう為の回
路の第1例を示すブロック図。
【図7】同第2例を示すブロック図。
【図8】同第3例を示すブロック図。
【図9】同第4例を示すブロック図。
【図10】本発明の実施の形態の第2例を示す、図1と
同様の図。
【図11】図10のB−B断面図。
【図12】従来構造の1例を示す、図13のC−O−D
断面図。
【図13】図12の左方から見た半部端面図。
【符号の説明】
1 車軸 2、2a 軸受箱 3 複列円すいころ軸受 4 外輪 5、5a、5b 内輪 6 円すいころ 7 外輪軌道 8 内輪軌道 9 保持器 10 段部 11 間座 12、12a、12b 環状部材 13 雄ねじ部 14 ナット 15 ボルト 16 回り止めリング 17、17a、17b シールケース 18 シールリング 19、19a、19b エンコーダ 20 ボルト 21 円輪部 22、22a、22b カバー 23、23a、23b 円筒部 24、24a 底板部 25 取付部 26 センサ取付孔 27、27a 回転検出センサ 28 センサ取り付け用凹孔 29、29a 温度センサ 30a、30b 取付フランジ 31a、31b ボルト 32a、32b ハーネス 33 振動センサ 35 内輪間座 36 環状部材 37 段差面 38 抑え端板 39 突片 40 ボルト 41 空間 42 係合凸部 43、43a センサユニット 44 通孔 45、45a センサーケース 46、46a センサホルダ 47、47a 主部 48、48a 凸部 49 本体 50 蓋体 51 収納部 52 底板部 53 取付フランジ部 54 支持筒部 55、55a アンカ部材 56 凹部 57 ねじ孔 58 ねじ 59 ケーブル 60 結合筒部 61 パッキング 62 回転速度検出回路 63 閾値設定回路 64、64a コンパレータ 65、65a 軸受異常判定回路 66 警報器 67 周期分析回路 68 包絡線処理回路 69 周波数分析回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01P 3/488 G01P 3/488 L (72)発明者 遠藤 茂 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 (72)発明者 高橋 利夫 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 3J016 AA04 BB03 BB17 CA03 3J101 AA16 AA25 AA32 AA43 AA54 AA62 BA73 FA22 FA23 FA24 GA01 GA02 GA36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転がり軸受ユニットに、少なくともこの
    転がり軸受ユニットの回転状態を検出する為の回転検出
    装置を組み付けて成り、このうちの転がり軸受ユニット
    は、静止輪と、この静止輪と同心に配置された回転輪
    と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する周面に形
    成した静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数
    個の転動体と、上記静止輪に支持された筒状のシールケ
    ースと、このシールケースの周面と上記回転輪と共に回
    転する部分の周面との間に設けられたシール手段とを備
    えたものであり、上記回転検出装置は、上記回転輪と共
    に回転する部分にこの回転輪と同心に支持されたエンコ
    ーダと、回転しない部分に支持されて、その検出部をこ
    のエンコーダに対向させた回転検出センサとを備えたも
    のである回転検出装置付転がり軸受ユニットであって、
    上記エンコーダは上記シールケースにより周囲を覆われ
    た部分に設けられており、上記回転検出センサを保持し
    たセンサホルダを含むセンサユニットは上記シールケー
    スの外周面に支持されており、このシールケースの一部
    でこのセンサユニットにより覆われる部分には通孔が形
    成されており、このセンサユニットの一部で上記回転検
    出センサの検出部を設けた部分は、上記通孔を通じて上
    記シールケース内に挿入されており、上記センサユニッ
    トは上記シールケースに対して、このセンサユニットに
    固設した取付フランジ部をこのシールケースの外周面で
    上記通孔の近傍部分に結合する事により固定されている
    事を特徴とする回転検出装置付転がり軸受ユニット。
  2. 【請求項2】 センサホルダ内に、回転検出センサに加
    えて、温度センサと振動センサとのうちから選択される
    少なくとも一種のセンサを保持した、請求項1に記載し
    た回転検出装置付転がり軸受ユニット。
  3. 【請求項3】 通孔が、シール手段を挟んで、シールケ
    ースの軸方向に関して、転動体を設置した部分と反対側
    に存在する、請求項1〜2の何れかに記載した回転検出
    装置付転がり軸受ユニット。
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