JP2004333242A

JP2004333242A - 回転軸のデータキャリア設置構造

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Publication number: JP2004333242A
Application number: JP2003127763A
Authority: JP
Inventors: Fujio Senba; 不二夫仙波; Nakamaro Hiyoudou; 仲麻呂兵頭
Original assignee: Hanex Co Ltd
Current assignee: Hanex Co Ltd
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】本発明は、信頼性の高い回転軸のデータキャリアの設置構造を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】車軸１の端面に凹部４を形成すると共に、金属製でキャップ状に形成した保護体５内にデータキャリア６を収容してその空隙部に接着剤等の充填剤７を充填して固定し、データキャリア６を収容した保護体５を凹部４内に収容して接着剤８により固定する。データキャリア６の表面側を遮蔽する保護体５の金属層５ａは、それを介してデータキャリア６が電磁誘導作用により外部との間で通信可能な厚さに構成したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車軸等の回転軸にデータキャリアを設置する構造に関し、特に耐環境性や耐外部衝撃性に優れた設置構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車軸、電動機等の駆動軸等の回転軸は定期的にメンテナンスが必要であり、その際、回転軸の仕様、製造元、メンテナンス経歴等を予め知ることが大切になる。またメンテナンスを終えるごとにそのメンテナンス内容や時期等を記録しておくことも必要である。
【０００３】
これら回転軸に関する種々の情報は、例えばメンテナンス台帳等に記録して管理することも考えられる。しかし台帳管理は手間が掛かり現場向きでないので、データキャリアを利用して情報の読み出しや記録を行う方法が優れている。
【０００４】
一般に市販されているデータキャリアは、記憶部、ＣＰＵ、電源用コンデンサ、送受信部を含む制御部をＩＣ回路で構成し、その制御部とアンテナコイルを接続し全体を樹脂モールドやガラス管に封入して構成される。
【０００５】
このようなデータキャリアを鉄道車両の車軸に設置する方法が以下の特許文献１に記載されている。特許文献１の技術では鉄道車両の車軸端部のセンター下穴にデータキャリアを挿入し、接着剤で固定している。
【０００６】
ところで、データキャリアが送受信に際して利用する磁束は、金属材料と鎖交するとその部分に渦電流が発生する。この渦電流は通信に利用する磁束を減衰して通信感度を低下させるという問題がある。車軸は金属材料で作られているので、その下穴にデータキャリアを設置すると、周囲が金属材料で囲まれて通信感度の低下は避けられない。しかし全く通信が不可能になるということはなく、かなり高感度のリーダライタ機をデータキャリアのすぐ近くまで近づける等により通信機能を確保することは可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３００６３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１のように接着剤で固定したデータキャリアは外部環境や衝撃に弱いという別の問題がある。例えば鉄道車両等のような常に屋外に配置される場合、接着剤等の樹脂は長期間紫外線に曝されるので劣化し、ひび割れ等により浸水を生じたり接着力の低下を起こすことがある。
【０００９】
また紫外線が接着剤を通過してデータキャリアのＩＣ回路に損傷を与える虞れもある。更に砂利等が設置部分に衝突したときのように、外部からの衝撃が加わると樹脂やデータキャリアが物理的に損傷することもある。結果としてこれら現象はデータキャリアの信頼性を損なう原因になるという問題があった。
【００１０】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、信頼性の高い回転軸のデータキャリアの設置構造を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためには、データキャリアの外部露出側（表面側）を紫外線を通過させず物理的な耐久性もある金属材料で覆うことが考えられる。しかし前述のようにデータキャリアを金属材料に接近して配置すると通信に利用する磁束が減少する。特にその周囲を金属材料で覆うと一般的には通信が不可能になるのが常識である。
【００１２】
従って前記特許文献１の技術ではデータキャリアの表面側を大きく開口した状態とし、その部分は非導電性材料である樹脂系のもので覆うことにより金属材料による閉鎖状態になることを回避している。
【００１３】
一方、本発明者等は鋭意研究の結果、データキャリアを金属層で覆った場合でも、その金属層の厚さを選定することにより実用的な通信感度を維持出来るという新しい知見を得た。本発明はこの知見を基に完成したものである。
【００１４】
即ち、前記目的を達成するための本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造は、金属製の回転軸にデータキャリアを設置する構造において、前記回転軸の表面に設けた凹部と、前記凹部に収容したデータキャリアと、前記データキャリアの表面側を遮蔽する金属層とを備え、前記金属層は、それを介して前記データキャリアが電磁誘導作用により外部との間で通信可能な厚さに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、上述の如く構成したので、データキャリアは完全に金属層で覆われているので、外部からの紫外線や衝撃でデータキャリアが損傷する虞れがない。そのため高信頼性の設置構造を提供することが出来る。
【００１６】
また、前記金属層と前記データキャリアとの間に形成される空隙部に充填材を充填した場合には、鉄道車両や自動車の車軸、または粉砕機の回転駆動軸等のように常に振動を受ける回転軸においても、データキャリアが振動により損傷することがない。
【００１７】
また、前記データキャリアはキャップ状に形成した保護体内に収容した状態で前記凹部に収容され、該保護体の表面側に前記金属層が形成されている場合には、このような保護体を用いることにより、データキャリアを予め保護体に収容した状態で設置現場に搬入することが出来、更にデータキャリアの設置精度が高くなり、施工性も良くなる。
【００１８】
また、前記キャップ状に形成した保護体が前記凹部に螺着して固定される場合には、構造が簡単化し、設置時やメンテナンス時の着脱施工性も更に良くなる。
【００１９】
また、前記キャップ状に形成した保護体が、その表面側縁部を前記凹部の縁に形成された係止部で保持することにより該凹部に固定される場合には、構造が簡単化し、施工性も更に良くなる。
【００２０】
また、前記凹部を前記回転軸の端面に設けた場合には、回転軸が高速回転してもデータキャリアには大きな遠心力が加わらないので、設置の安定性がより向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の一例として鉄道車両の車軸に適用した場合の一実施形態を具体的に説明する。先ず、図１〜図５を用いて本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第１実施形態の構成について説明する。図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第１実施形態の構成を示す正面図及び右側面図、図２（ａ）は第１実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面説明図である。
【００２２】
また、図３は全体が棒状に形成されたデータキャリアとその通信時の磁束を示す概念図、図４はデータキャリアの制御部のブロック図、図５はデータキャリアが金属層を介して例えばリーダライタ機との間で電磁波通信を行う原理を説明する図である。
【００２３】
図１において、１は金属製の回転軸となる車軸であり、２は鉄道車両の車輪である。そして、車軸１の表面の一部である端面にデータキャリア６の設置部３が設けられている。図２に示すように、設置部３は車軸１の端面の中央部に断面円形の凹部４が設けられ、該凹部４の内部にデータキャリア６が収容される。尚、凹部４は車軸１の端面の中央部から偏った部分に設けることも出来る。
【００２４】
本実施形態のデータキャリア６は、図３に示すように、フェライト等の磁性体で作られたコア９と、該コア９に巻回したアンテナコイル１０と、ＩＣ回路で構成された制御部１１とを備え、それら各部は例えばガラス容器に封入されて全体が棒状に形成される。
【００２５】
このタイプのデータキャリアは（株）ハネックスからＲＦＩＤタグとして市販されているＧｌａｓｓＴａｇがあり、それは外径直径２ｍｍ〜４ｍｍ、長さ１２ｍｍ〜１５ｍｍ程度と極めて小型になっている。尚、図２では理解を容易にするためにデータキャリア６を拡大して示してある。
【００２６】
データキャリア６は金属製でキャップ状に形成した断面円形の保護体５の内部に収容して配置され、保護体５の内壁面とデータキャリア６との間に形成される空隙部には接着剤等の充填剤７が充填されている。
【００２７】
そして、データキャリア６を内部に収容し充填剤７で固定した保護体５を凹部４の内部に挿入して収容し、該保護体５の外周面と凹部４の内壁面との間隙を接着剤８で接着することにより図２に示すような設置状態になる。
【００２８】
通常、データキャリア６は制御部１１とアンテナコイル１０を備え、例えばリーダライタ機やリーダ機等の通信手段１２との間で無線周波数の電磁波を利用した非接触通信により情報の書き込みや読み出しを行うようになっている。
【００２９】
図３に示すデータキャリア６は、棒状に形成されたフェライト等のコア９の外周にアンテナコイル１０を螺旋状に密に巻回したロッドアンテナを有し、そのアンテナコイル１０の両端をＩＣ回路で構成した制御部１１に接続して構成される。
【００３０】
そして、アンテナコイル１０が送受信を行う際には、該アンテナコイル１０の中心を貫通する磁束φが発生し、その磁束φによりリーダライタ機やリーダ機等の通信手段１２との間で通信を行う。
【００３１】
尚、図３に示す全体が棒状に形成されたデータキャリア６は、コア９とアンテナコイル１０を含むロッドアンテナ部分とＩＣ回路からなる制御部１１を細長いガラス容器に密封し、外径直径が数ミリ程度で全長を十数ミリから数十ミリ程度に小型化したものが市販されている。
【００３２】
図４は制御部１１のブロック図である。制御部１１はアンテナコイル１０に接続した送受信部１５と、該送受信部１５に接続した電源用のコンデンサ１６及びＣＰＵ（中央演算処理装置）１７と、該ＣＰＵ１７に接続した記憶部１８を備え、コンデンサ１６からの電源は送受信部１５及びＣＰＵ１７に供給される。
【００３３】
例えば、一般に使用されているリーダライタ機は制御部と送受信部を備え、送受信部には送受信用のアンテナコイルが設けられる。そして、そのアンテナコイルをデータキャリア６のアンテナコイル１０に接近させた状態で電磁波通信により情報の書き込みや読み出しを行う。尚、データキャリア６を読み出し専用とする場合は、通信手段１２として簡単なリーダ機を使用することが出来る。
【００３４】
本発明はデータキャリア６が保護体５の表面側の金属層５ａを介して電磁誘導作用により外部との間で電磁波通信を行うように構成したことに特徴がある。保護体５内に収容されたデータキャリア６はその表面側が金属層５ａにより遮蔽して保護されており、その金属層５ａはデータキャリア６が電磁誘導作用により外部との間で通信可能な厚さに形成されている。
【００３５】
次に図５を用いて金属層５ａの電磁誘導作用について詳しく説明する。図５は金属層５ａを介してデータキャリア６とリーダライタ機等の通信手段１２との間で電磁波通信を行う原理を説明するブロック図である。尚、図５に示す通信手段１２はアンテナコイル１３を有する送受信部１４のみを示してある。一方、データキャリア６は保護体５の表面側に形成された薄い金属層５ａで保護されている。
【００３６】
例えば、通信手段１２からデータキャリア６に情報を送信する場合、通信手段１２は、そのアンテナコイル１３から電磁波Ｈ_１をデータキャリア６のアンテナコイル１０に向かって発信する。
【００３７】
この電磁波Ｈ_１によって発生する磁束は直接、データキャリア６のアンテナコイル１０に受信されることはないが、金属層５ａに表皮電流Ｉを発生させ、その表皮電流Ｉにより金属層５ａの反対側、即ち、データキャリア６のアンテナコイル１０側に同じ周波数の電磁波Ｈ_２が発生する。
【００３８】
そして、この電磁波Ｈ_２による磁束がデータキャリア６のアンテナコイル１０に受信され、結果として通信手段１２とデータキャリア６との間の通信が可能になる。逆にデータキャリア６から通信手段１２に向かって電磁波を発信する場合も同様な原理で通信出来る。
【００３９】
通信に使用される電磁波の周波数は、数百Ｈｚ〜数ＭＨｚの範囲で種々選択出来るが、そのような高周波の電磁波が金属層５ａに照射されると、前述のように金属層５ａ中には表皮電流Ｉが発生する。そして、表皮電流Ｉの厚さｄは（πｆμρ）の１／２乗に反比例することが分かっている。ここで、ｆは電磁波の周波数、μは金属層５ａの誘電率、ρは金属層５ａの抵抗率である。
【００４０】
本発明者等が行った実験によれば、金属層５ａを通して電磁誘導作用により通信を行うには、金属層５ａの厚さｔをｔ≦ｄとすることが望ましく、更に、金属層５ａの厚さｔの値が、表皮電流Ｉの厚さｄの値より小さいほど通信感度が向上することが判明した。
【００４１】
しかしながら、金属層５ａの厚さｔの値が小さいほど（即ち、金属層５ａが薄いほど）、その機械的な強度は低下するので、厚さが薄い方の限界に達すると機械的な保護機能が果たせなくなる。
【００４２】
そこで、実用的な保護強度を達成しながら電磁誘導作用で確実に通信を行うためには、表皮電流Ｉの厚さｄを大きく出来る金属材料を選択する必要がある。本発明者等が行った実験によれば、オーステナイト系ステンレス、白銅、チタン等がこのような目的に適合していることが判明した。また、真鍮等も使用可能である。一方、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル等は表皮電流Ｉの厚さｄの値が小さく、箔程度まで薄くしなければ通信が困難である。
【００４３】
以下に示す表１は、金属層５ａを形成する金属板としてオーステナイト系ステンレス板（ＳＵＳ３０１，３０４，３１６）及びフェライト系ステンレス板（ＳＵＳ４３０）を用いたデータキャリア構造について、標準的な通信感度を有する通信手段１２を用いて非接触での通信可能距離を測定した実験結果である。
【００４４】
【表１】

【００４５】
金属層５ａの厚さを変えるため、薄い金属板を複数重ねる方法も採用して種々実験したが、同じ厚さの場合、単層より積層の方が通信距離は小さくなった。この原因は積層の場合には金属板間に空気層が介在するので、電磁誘導作用が多段階になるため減衰が大きいためと推定される。
【００４６】
実験は図８に示して後述する円形状のアンテナコイル１０を有するデータキャリア６として外径直径５０ｍｍ、同じく外径直径２０ｍｍの２種類のＲＦＩＤタグ（ＲａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＴＡＧ）１、２について行い、通信手段１２としてＲＦＩＤタグ用のリーダライタ機（Ｒ／Ｗ機）を使用して情報が正確に読み取れる読取距離（各ＲＦＩＤタグとリーダライタ機との離間距離）を測定した。
【００４７】
尚、表１において、各種金属板の板厚に積層枚数を乗じた値を金属層５ａ全体の層厚として示しており、金属層５ａを形成する各金属板の寸法は端部から磁束が漏洩しない十分な大きさとした。また、読取距離において「×」は読取出来なかった場合を示す。
【００４８】
以下に示す表２は鉄板、銅板、白銅板、ニッケル板、チタン板、アルミニウム板、真鍮板について表１と同様な方法で行った実験結果である。
【００４９】
【表２】

【００５０】
上記表１、２に示したように、金属層５ａとして、オーステナイト系ステンレス、白銅、チタン等が本発明のデータキャリア６を保護する金属層５ａに適していることが分かる。
【００５１】
金属層５ａを上記のような好ましい金属材料から選択し、且つその適正な厚みを選択することにより、実用的な通信感度を有するデータキャリア設置構造を構成することが出来る。尚、本発明にいう「電磁誘導作用により外部との間で通信可能な厚さに形成した金属層」とは、そのような通信機能を発揮出来る材料と厚みを有する金属層を意味する。
【００５２】
次に図６を用いて本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第２実施形態の構成について説明する。図６（ａ）は第２実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ断面説明図である。尚、前記第１実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図６において、金属製でキャップ状に形成された断面円形の保護体５の外周面には外ネジ５ｂが形成されており、金属製の回転軸となる車軸１の表面の端面に設けられた断面円形の凹部４の内周壁面には前記保護体５の外ネジ５ｂに噛合し得る内ネジ４ａが形成されている。
【００５４】
そして、保護体５の外ネジ５ｂを凹部４の内周壁面に形成した内ネジ４ａに螺合することにより、データキャリア６を収容した保護体５は凹部４に着脱自在に螺着して固定される。このようにするとデータキャリア６を保護体５と共に容易に交換等が出来る。他の構成は前記第１実施形態と同様に構成され、同様の効果を得ることが出来る。
【００５５】
次に図７及び図８を用いて本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第３実施形態の構成について説明する。図７（ａ）は第３実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ断面説明図、図８は全体が円形状に形成されたデータキャリアを示す概念図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
本実施形態では、図７に示すように、全体が円板状に形成されたデータキャリア６を用いている他は前記各実施形態と同様に構成したものである。図８に示すデータキャリア６は、円形の空心コイルで構成されたアンテナコイル１０と、その両端に接続した制御部１１を備え、樹脂により被覆して全体を円板状に成形したものが市販されている。
【００５７】
このタイプのデータキャリアは（株）ハネックスからＲＦＩＤタグとして市販されているＷｏｒｌｒＤｉｓｃ、ＬｏｇｉＴａｇがあり、それは外径直径１２ｍｍ〜５０ｍｍ程度、厚さ０．７ｍｍ〜２．０ｍｍ程度と小型になっている。尚、図７では理解を容易にするためデータキャリア６を拡大して示してある。
【００５８】
そして、本実施形態において、データキャリア６のアンテナコイル１０が送受信を行う際には、アンテナコイル１０の中心を貫通する磁束φが発生し、その磁束φにより保護体５の金属層５ａを介した電磁誘導作用により外部のリーダライタ機やリーダ機等の通信手段１２との間で通信を行うことが出来る。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様な効果を得ることが出来るものである。
【００５９】
次に図９を用いて本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第４実施形態の構成について説明する。図９（ａ）は第４実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ断面説明図である。尚、前記各実施形態と同様に構成したものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図９は図７の変形例である。本実施形態では、図９に示すように、回転軸となる車軸１の表面であって端面に形成された凹部４に全体が円板状に形成されたデータキャリア６を収容固定した保護体５を収容固定した後、該凹部４の縁部の少なくとも一部を、例えばハンマー等の工具を利用して内側に変形して係止部となる止鍔１ａを形成している。そして保護体５の表面側縁部を凹部４の縁に形成した止鍔１ａで表面側から保持することにより、保護体５が凹部４に固定される。他の構成は前記各実施形態と同様に構成され、同様な効果を得ることが出来るものである。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、信頼性の高い回転軸のデータキャリアの設置構造を提供することが出来る。
【００６２】
即ち、データキャリアは完全に金属層で覆われているので、外部からの紫外線や衝撃でデータキャリアが損傷する虞れがない。そのため高信頼性の設置構造を提供することが出来る。
【００６３】
また、金属層とデータキャリアとの間に形成される空隙部に充填材を充填した場合には、鉄道車両や自動車の車軸、遠心成形機や粉砕機の回転駆動軸のように常に振動を受ける回転軸においても、データキャリアが振動により損傷することがない。
【００６４】
また、データキャリアはキャップ状に形成した保護体内に収容した状態で凹部に収容され、該保護体の表面側に金属層が形成されている場合には、このような保護体を用いることにより、データキャリアを予め保護体に収容した状態で設置現場に搬入することが出来、更にデータキャリアの設置精度が高くなり、施工性も良くなる。
【００６５】
また、キャップ状に形成した保護体が凹部に螺着して固定される場合には、構造が簡単化し、設置時やメンテナンス時の着脱施工性も更に良くなる。
【００６６】
また、キャップ状に形成した保護体が、その表面側縁部を凹部の縁に形成された係止部で保持することにより該凹部に固定される場合には、構造が簡単化し、施工性も更に良くなる。
【００６７】
また、凹部を回転軸の端面に設けた場合には、回転軸が高速回転してもデータキャリアには大きな遠心力が加わらないので、設置の安定性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る回転軸のデータキャリア設置構造の第１実施形態の構成を示す正面図及び右側面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面説明図である。
【図３】全体が棒状に形成されたデータキャリアとその通信時の磁束を示す概念図である。
【図４】データキャリアの制御部のブロック図である。
【図５】データキャリアが金属層を介して例えばリーダライタ機との間で電磁波通信を行う原理を説明する図である。
【図６】（ａ）は第２実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面説明図である。
【図７】（ａ）は第３実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面説明図である。
【図８】全体が円形状に形成されたデータキャリアを示す概念図である。
【図９】（ａ）は第４実施形態のデータキャリア設置部の構成を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面説明図である。
【符号の説明】
１…車軸
１ａ…止鍔
２…車輪
３…設置部
４…凹部
４ａ…内ネジ
５…保護体
５ａ…金属層
５ｂ…外ネジ
６…データキャリア
７…充填剤
８…接着剤
９…コア
１０…アンテナコイル
１１…制御部
１２…通信手段
１３…アンテナコイル
１４…送受信部
１５…送受信部
１６…コンデンサ
１７…ＣＰＵ
１８…記憶部

Claims

金属製の回転軸にデータキャリアを設置する構造において、
前記回転軸の表面に設けた凹部と、
前記凹部に収容したデータキャリアと、
前記データキャリアの表面側を遮蔽する金属層と、
を備え、
前記金属層は、それを介して前記データキャリアが電磁誘導作用により外部との間で通信可能な厚さに形成されていることを特徴とする回転軸のデータキャリア設置構造。
前記金属層と前記データキャリアとの間に形成される空隙部に充填材を充填したことを特徴とする請求項１に記載の回転軸のデータキャリア設置構造。
前記データキャリアはキャップ状に形成した保護体内に収容した状態で前記凹部に収容され、該保護体の表面側に前記金属層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転軸のデータキャリア設置構造。
前記キャップ状に形成した保護体は、前記凹部に螺着して固定されることを特徴とする請求項３に記載の回転軸のデータキャリア設置構造。
前記キャップ状に形成した保護体は、その表面側縁部を前記凹部の縁に形成された係止部で保持することにより該凹部に固定されることを特徴とする請求項３に記載の回転軸のデータキャリア設置構造。
前記凹部を前記回転軸の端面に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転軸のデータキャリア設置構造。