JP2004093254A

JP2004093254A - センサ装置

Info

Publication number: JP2004093254A
Application number: JP2002252875A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takizawa; 滝澤　岳史
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】簡易な構造で組み付け性の良好なセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサ装置は、センサハウジングと、転動装置の回転数を検出する回転検出素子と、前記回転数以外の前記転動装置の状態を検出するその他の検出素子と、センサハウジング内に固定されたプリント基板と、を有する。前記回転検出素子及び前記その他の検出素子は、前記プリント基板に固定されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置、直動装置等の転動装置の運転状態を検知するセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転動装置における軸受の剥離等の異常を検出し、運転状態を監視することが知られている。この運転状態の監視には、回転検出素子、温度検出素子、振動検出素子等の複数のセンサが用いられ、転動装置の様々な情報を検出する。これらの複数の温度検出素子を、一つのセンサハウジング内部に収納し、転動装置上に配置した先行技術としては、以下に掲げるものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００１−５００５９７号公報　（第１２〜１３頁、第６図）
【０００４】
図６は、特表２００１−５００５９７号公報の第６図に対応する図である。図６によれば、センサモジュールＢは、中空のシャンク１０４の内部に、速度センサ１１０、温度センサ１１２及び加速度センサ１１４を含む。これら３つのセンサ１１０，１１２及び１１４は全て、モジュールＢのシャンク１０４の内部に埋め込み用樹脂によって正しい向きに保持されている。
【０００５】
シャンク１０４は、センサ１１０，１１２及び１１４を内部に埋め込んだ状態で射出成型されるか、又はセンサ１１０，１１２及び１１４を受容するための凹部が機械加工されて形成されている。図６から明らかなように、センサ１１０，１１２及び１１４は、それぞれ別々にセンサハウジングであるシャンク１０４内部に固定されている。各センサの出力は、各センサに取り付けられたリード線１１６を介して、外部に出力される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特表２００１―５００５９７号公報によれば、上記したように３つのセンサを別々に取り付け固定する必要があるため、組み付け性が悪い。また、出力信号を伝達するリード線は、各センサにそれぞれ接続されているため、リード線を配置するスペースを設け、センサハウジング内で配線を引き回す必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を考慮し、簡易な構造で組み付け性の良好なセンサ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載のセンサ装置は、センサハウジングと、転動装置の回転数を検出する回転検出素子と、前記回転数以外の前記転動装置の状態を検出するその他の検出素子と、センサハウジング内に固定されたプリント基板と、を有し、前記回転検出素子及び前記その他の検出素子は、前記プリント基板に固定されていることを特徴とするセンサ装置。
【０００９】
上記センサ装置によれば、転動装置の回転数を検出する回転検出素子及び転動装置の状態を検出するその他の検出素子がプリント基板に固定されている。従って、プリント基板をセンサハウジング内に収納するだけで、各種センサがセンサハウジング内に組み付けられ、組み付け性が向上する。
【００１０】
請求項２記載のセンサ装置は、前記プリント基板は、部品を実装する部品実装面を有し、前記回転検出素子は、前記部品実装面と直角に固定されている。従って、狭い取り付けスペースしかない場合であってもプリント基板を長くすることにより、部品実装面の面積を広く取ることが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の前記回転検出素子は、前記プリント基板上に固定された永久磁石に固定されている。従って、プリント基板に永久磁石と回転検出素子を別々に設けるためのスペースを用意する必要がなく、部品実装面の面積を広く取ることが可能となる。
【００１２】
ここで、前記その他の検出素子は、前記転動装置の温度を測定する温度検出素子または前記転動装置の振動を検出する振動検出素子である。温度検出素子及び振動検出素子の両方がプリント基板上に実装されていてもよい。
【００１３】
前記転動装置は、転がり軸受装置である。また、前記転動装置は、直動装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る実施形態のセンサ装置が取り付けられた転動装置の断面図である。図１において、センサ装置２０は、転動装置１上に取り付けられている。
【００１６】
転動装置１は、図示せぬモータ等により回転する主軸２と、転がり軸受１０，１０を介して主軸２を回転可能に保持するハウジング３とを有する。
【００１７】
各転がり軸受１０は、主軸２に外嵌する内輪１２、ハウジング３に内嵌する外輪１３、及び、内輪１２の外周面上に形成された内輪軌道１２ｂと外輪１３の内周面上に形成された外輪軌道１３ｂとの間に配置された転動体としての複数の玉１４を有する。玉１４は、図示せぬ保持器により転動自在に保持されている。
【００１８】
外輪１３の内周側両端近傍には、それぞれシール１５が径方向内側に向かって配置されている。シール１５は、内輪１２、外輪１３、玉１４及び保持器により形成される軸受内部空間に充填されるオイル、グリース等の潤滑油の外部への漏れ、及び外部から軸受内部空間への異物の侵入を防いでいる。
【００１９】
ハウジング３には、センサ装置２０が取り付けられている。センサ装置２０は、センサハウジング２１と、各種センサを備え、基板ホルダ３８（図２参照）に固定されたプリント基板３０とを有する。
【００２０】
センサハウジング２１は、フランジ部２１ａと、フランジ部２１ａから突出して形成された円筒形状の凸部２１ｂを有する。センサ装置２０の内部には、円筒状の内表面２１ｃによって形成される中空部が形成されている。センサ装置２０の凸部２１ｂは、ハウジング３の外表面３ａ上から径方向に形成された貫通孔３ｂを貫通しており、凸部２１ｂの先端部は、主軸２と対向している。センサ装置２０は、フランジ部２１ａにてねじ等の固定部材によりハウジング３の外表面３ａ上に固定されている。
【００２１】
図２は、センサ装置２０の概略構造を示す図である。センサ装置２０の内部に形成された中空部内には、プリント基板３０を保持した基板ホルダ３８が内挿されている。基板ホルダ３８は、図示せぬ固定手段によりセンサ装置２０の内表面２１ｃ上に密接に位置決め固定されている。基板ホルダ３８の形状は、センサ装置２０の中空部の形状と対応して構成されており、基板ホルダ３８の内挿時、いつでも同じ位置に基板ホルダ３８が固定されるように構成されている。
【００２２】
図３は、プリント基板３０を示す図である。プリント基板３０は、ほぼ長方形状の板状部材である。プリント基板３０には、４つの固定孔３０ｂが形成されており、固定孔３０ｂを介してねじ３０ａにより基板ホルダ３８に固定されている。プリント基板３０は、部品実装面である表面に配線パターンが形成され、配線パターンに従って種々の電子部品等が配置されている。また、プリント基板３０の部品実装面上には、振動センサ３１、温度センサ３２、そして回転センサ３３が配置されている。
【００２３】
また、プリント基板３０には、プリント基板３０に電力を供給したり、プリント基板３０から検出信号を外部に送出したりする複数のリード線３６が接続されている。複数のリード線３６は、ケーブル２５と圧着端子やはんだ付け等により接続されている。ケーブル２５は、リード線と接続しないで、直接プリント基板３０と接続してもよい。また、ケーブル２５は、ケーブルグランドｓｒによって固定、密封されている。ケーブル２５の他端は、外部に配置された図示せぬ電源、測定装置等に接続されている。ケーブル２５は、センサ装置２０に電力を供給し、またセンサ装置２０から出力信号を測定装置に送出する。複数のリード線３６又はケーブル２５のリード部は、プリント基板３０に接続される手前でケーブルホルダ３７及び基板ホルダ３８に挟まれて位置決めされ、一束にまとめて固定されている。
【００２４】
振動センサ３１は、転動装置１の振動方向に応じて電圧や電荷等を出力するセンサである。振動センサ３１は、変位、速度、加速度検出素子等から構成されている。振動検出素子として加速度センサを用いる場合、両端支持のバイモルフ型加速度センサや、片もち構造の加速度センサ、リング上の圧電素子型加速度センサ等を用いることが可能である。また、複数の振動検出素子をセンサユニット内部に配置するようにしてもよい。振動センサ３１の出力は、プリント基板３０上に形成された信号処理回路配線パターン、リード線３６、ケーブル２５を介して外部に設けられた測定装置に送られる。
【００２５】
温度センサ３２は、転動装置１の温度を測定する温度検出素子である。温度センサ３２は、所定の温度測定範囲を有しており、転動装置１の温度に対応する電流又は電圧等を出力する素子である。温度検出素子としては、サーミスタ、温度ＩＣ、白金等からなる測温抵抗、熱電対等を使用可能である。温度センサ３２の出力は、プリント基板３０上に形成された信号処理回路配線パターン、リード線３６、ケーブル２５を介して外部に設けられた測定装置に送られる。
【００２６】
回転センサ３３は、センサ装置２０の凸部２１ｂの先端部近傍に位置するようにプリント基板３０の端部近傍に設けられている。回転センサ３３は、回転検出素子３３ａと永久磁石３３ｂとから構成される。永久磁石３３ｂは、ほぼ直方体形状の磁石であり、プリント基板３０上に固定されている。回転検出素子３３ａは、永久磁石３３ｂの一側面上に配置され、永久磁石３３ｂを介してプリント基板３０上に固定されている。回転検出素子３３ａは、プリント基板３０の為す平面とほぼ直角となるように永久磁石３３ｂ上に配置され、主軸２と対向している。
【００２７】
回転検出素子３３ａと対向する主軸２上には、周方向に一定間隔で並べられた複数の凸部１ｂが歯として形成されている。プリント基板３０上の永久磁石３３ｂは、そのＮ極またはＳ極が主軸２の複数の凸部１ｂの方向に向けられている。永久磁石３３ｂが形成する磁場の強度は、主軸２の形状の変化に伴う距離の変化により変化する。主軸２が回転すると、主軸２との間の距離が変化し、この変化に伴い、磁場の強度が変化する。
【００２８】
回転検出素子３３ａは、この磁場の強度の時間変化を検出する磁場検出素子であり、ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の回転センサを使用することが可能である。回転検出素子３３ａは、この磁場の強度の時間変化を検出し、リード線３３ｃを介して検出信号としてプリント基板３０の配線パターンに出力する。
【００２９】
検出信号は、プリント基板３０上に形成された配線パターン、リード線３６、ケーブル２５を介して外部に設けられた測定装置に送られる。ここで、プリント基板３０上に増幅回路やローパスフィルタ等を設け、回転センサ３３の出力を増幅し、不要な周波数成分をカットした後に測定装置に出力するようにしてもよい。
【００３０】
ここで、回転センサ３３は、永久磁石３３ｂを有する構成としたが、これに限られない。例えば、軸２上に磁力を発するＳ・Ｎ着磁領域が周期的に形成されている場合には、永久磁石を設けず、Ｓ・Ｎ着磁領域に対向して配置された回転検出素子３３ａによりＳ・Ｎ着磁領域が形成する磁場の時間変化を測定する構成とすればよい。
【００３１】
ここで、回転検出素子３３ａは、ハウジング２１の内部にプリント基板３０が配置される以前に、治具等を用いてプリント基板３０に位置決めされる。回転検出素子３３ａは、接着剤等により永久磁石３３ｂ上に固定され、永久磁石３３ｂも同様に接着剤等によりプリント基板３０上に固定される。その後、回転検出素子３３ａのリード先３３ｃがリードフォーミングされ、そしてプリント基板３０上にはんだ付けにて接続固定される。永久磁石３３ｂを設けない場合には、回転検出素子３３ａをプリント基板３０に直接固定してもよい。また、固定を簡便にするために、金属や非金属等で永久磁石３３ｂに代わる治具を使用してもよい。
【００３２】
転動装置１の主軸の運転が開始されると、各センサ３１，３２，３３は、転動装置１の運転状態を検出し、外部の測定装置に出力する。測定装置は、各センサ３１，３２，３３から出力された振動データ，温度データ，回転数データを所定の解析手法で解析する。例えば、振動データ，温度データ，回転数データの何れか一つが所定のしきい値よりを超えた異常値を示している場合には、測定装置は、警報を発し、転動装置１を停止するよう制御する。
【００３３】
本実施形態によれば、振動センサ３１、温度センサ３２、そして回転センサ３３は、全てプリント基板３０上に固定されている。プリント基板３０は、各センサ３１，３２，３３を所定の配線パターンで接続した状態で、基板ホルダ３８に固定される。この基板ホルダ３８は、センサ装置２０内部の中空部に挿入され、内表面２１ｃ上に位置決めされて固定される。従って、基板ホルダ３８を挿入することにより各センサ３０，３１，３２を一度で位置決め固定できるため、センサ装置２０の組み付け性が向上する。
【００３４】
また、各センサ３０，３１，３２の配線は、プリント基板３０に各センサを取り付けた時点で終了しているため、各センサからのリード線をセンサ内部内で引き回す必要性がない。従って、各センサを個々に取り付け配線を行う、または予め配線された各センサを取り付ける場合と比較して、組み付け性がよく、組立が容易となる。
【００３５】
特に、回転センサ３３の位置決めについては、個々に取り付ける場合、軸方向の調整が必要となるが、本実施形態によれば、プリント基板３０を基板ホルダ３８とともに組み付けるだけで位置決めが為されるので、組み付け時間が大幅に短縮される。
【００３６】
また、回転センサ３３（回転検出素子３３ａ）は、プリント基板３０の先端にプリント基板３０に対してほぼ直角に配置されている。そのため、プリント基板３０の長手方向（センサハウジング２１の軸方向）に十分なスペースを確保することが可能となり、取り付けスペースが狭い場合であっても、プリント基板３０を長くすることによりプリント基板３０の実装面積を大きくすることが可能となる。
【００３７】
なお、本実施形態で示したセンサ装置は、玉軸受を用いた転動装置似て起用したが、これに限られず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、各種の複列軸受を用いた転動装置に適用してもよい。
【００３８】
また、本実施形態で示したセンサ装置は、転動装置に限らず、図４に示すようにボールねじ８０に適用することもできる。ボールねじ８０では、ナット８１にセンサ装置２０を配置することにより、ねじ軸８２との係合部における剥離や傷等の初期的な異常及び、急激な温度上昇等の末期的な異常を検知することができる。なお、センサ装置２０は、ナット８１に限らず、ねじ軸８２をサポートしている固定側のサポートユニット８３や単純支持側のサポートユニット８４に取付けても良い。ねじ軸８２はロックナット８５により固定側のサポートユニット８３に軸方向に固定されており、カップリング８６を介して結合された駆動ユニット８７によって回転する。
【００３９】
また更に、ボールねじに限らず、図５に示すリニアガイド９０やその他の直動部品における可動部やレールにセンサ装置２０を取り付けることによって、剥離や傷等の初期的な異常及び、急激な温度上昇等の末期的な異常を検知することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構造で組み付け性の良好なセンサ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のセンサ装置が取り付けられた転動装置の断面図である。
【図２】センサ装置の概略構造を示す図である。
【図３】プリント基板を示す図である。
【図４】ボールねじ８０にセンサ装置を適用した図である。
【図５】リニアガイドを示す図である。
【図６】従来のセンサ装置を示す図である。
【符号の説明】
１　　　転動装置
２　　　主軸
３　　　ハウジング
１０　　転がり軸受
２０　　センサ装置
２１　　センサハウジング
３０　　プリント基板
３１　　振動センサ
３２　　温度センサ
３３　　回転センサ
３３ａ　回転検出素子
３３ｂ　永久磁石
３８　　基板ホルダ

Claims

センサハウジングと、
転動装置の回転数を検出する回転検出素子と、
前記回転数以外の前記転動装置の状態を検出するその他の検出素子と、
センサハウジング内に固定されたプリント基板と、を有し、
前記回転検出素子及び前記その他の検出素子は、前記プリント基板に固定されていることを特徴とするセンサ装置。
前記プリント基板は、部品を実装する部品実装面を有し、前記回転検出素子は、前記部品実装面と直角に固定されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
前記回転検出素子は、前記プリント基板上に固定された永久磁石に固定されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
前記その他の検出素子は、前記転動装置の温度を測定する温度検出素子または前記転動装置の振動を検出する振動検出素子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載のセンサ装置。
前記転動装置は、転がり軸受装置であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載のセンサ装置。
前記転動装置は、直動装置であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載のセンサ装置。