JP4013038B2 - センサ付転動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ付転動装置に関し、機械装置などの予防保全、例えば振動を受け易い環境下で使用される鉄道車両、自動車、搬送車などの移動体の軸受装置やギヤボックス等の予防保全に最適なものである。また、電気情報機器用の軸受等の異常検知にも適用でき、ボールねじやリニアガイドなどの直動部品の異常検知にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械の軸受装置や、鉄道車両及び自動車等の車両の軸受装置、あるいはギヤボックスには、保全のために振動や温度等を検出するセンサを備えた検出器（センサユニット）を取り付ける場合がある。図１０に示すように、従来、軸受等の振動を検出する振動センサ９１が、センサケース９２内の先端部に樹脂９３でモールド固定されてなるセンサユニット９０が用いられていた。センサユニット９０は、センサケース９２がハウジング９４に設けられた取付孔９４ａに挿入され、ボルト等によりハウジング９４に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように振動センサ９１がセンサケース９２内の先端部に配置された構造の場合、例えばセンサケース９２が有する曲げ方向の固有振動数に近い振動が加振された際にはセンサケース９２が共振するなどして、軸受装置等の転動装置に作用する振動を振動センサ９１により正確に検出できないことがあった。
また、センサユニット９０をハウジング９４の取付孔９４ａに挿入してボルト等により固定した場合、センサケース９２と取付孔９４ａとの間に隙間９５ができ、転動装置に振動が加振された際にはこの隙間９５を介した接触面での接触の仕方が微小に変化する。その結果、接触面にフレッチングが発生したり、接触面及びそれ以外の接触部でわずかな振動が発生したりする。その振動を、振動センサ９１が検出してしまい、その値が誤差となり、転動装置に作用する振動を精度良く検出する妨げとなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１） 外方部材と、内方部材と、前記外方部材及び内方部材間に配設された転動体とを有し、前記外方部材及び内方部材のうち、一方が静止部材、他方が可動部材とされる転動装置と、前記静止部材又は前記静止部材に固定された部材に取り付けられて、前記転動装置の状態を検出する検出器と、を備えるセンサ付転動装置であって、前記検出器は、筒状のセンサ本体収容部、および該センサ本体収容部の外周側に突出するフランジを有して、前記静止部材に固定された部材であるハウジングの取付穴に隙間を存して片持ち構造で取り付けられるセンサケースと、前記フランジの上面から前記ハウジングの内面までの範囲に位置して前記センサケース内に配設される振動センサと、を備えることを特徴とするセンサ付転動装置。
（２） 前記センサケースが鉛直方向に対して角度θだけ傾いた状態で前記ハウジングに取り付けられるとともに、該センサケース内に前記振動センサが実装されたプリント基板が収容され、前記プリント基板は、前記センサケース内にその長手方向が鉛直方向に対して角度θだけ傾いて配置され、前記振動センサは、前記プリント基板の長手方向に対して角度θをもって交差するように配置される、（１）に記載のセンサ付転動装置。
（３） 前記振動センサは、前記フランジの内周側に配置される、（１）又は（２）に記載のセンサ付転動装置。
（４） 前記センサ本体収容部と前記取付穴との間に減衰材が配設される、（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（５） 前記減衰材として、グリース、シリコンゲル、シリコン樹脂、Ｏリングの少なくとも一つが用いられた（４）に記載のセンサ付転動装置。
（６） 前記転動装置が転がり軸受である（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（７） 前記転動装置がボールねじである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（８） 前記転動装置がリニアガイドである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
【０００５】
上記構成のセンサ付転動装置によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる。すなわち、振動センサを、センサケース内のフランジの上面からハウジングの内面までの範囲に配置した場合、センサケースの固有振動数に近い振動が加振されて例えばセンサケースが共振しても、センサケースのフランジの上面からハウジングの内面までの範囲は転動装置に作用する振動と同等の振動をするので、振動センサにより転動装置の振動を正確に検出できる。
また、センサ本体収容部とハウジングの取付穴との間に減衰材を配設した場合、減衰材によりフレッチングや新たな振動の発生を顕著に防止できる。その結果、振動を精度よく測定することができる。
なお、上記（６）においていう「転がり軸受」には、複数の転がり軸受の外輪にハウジングが外嵌されてなる、いわゆる軸受装置も、含まれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図１に、本発明の第１実施形態のセンサ付転動装置（センサ付軸受装置）１０を示す。センサ付転動装置１０は、軸方向に間隔をあけて配された一対の転がり軸受（ここでは玉軸受）１１，１１と、それら転がり軸受の外輪１２，１２に外嵌されたハウジング１８と、を備えた転がり軸受装置１７に、センサユニット（検出器）２０を取り付けた構成になっている。転がり軸受の内輪１３，１３に、軸１５が内嵌されている。
ここでは、外輪１２，１２及びハウジング１８が外方部材かつ静止部材として機能し、内輪１３，１３及び軸１５が内方部材かつ可動部材として機能し、両者の間には転動体（ここでは玉）１４が配されている。
【０００７】
ハウジング１８内における軸１５の端部には、被検出部材としての速度検出用歯車１６が設けられている。速度検出用歯車１６は、鋼材等の磁性金属材料からなり、その外周縁部における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。軸１５が回転することで、歯車１６が回転する。
速度検出用歯車１６の代わりに、Ｓ極、Ｎ極が互い違いに着磁された磁極部がその外周面に形成された速度検出用エンコーダを採用することもできる。
【０００８】
ハウジング１８は例えば円筒形状に形成されており、一方の（図中右方の）転がり軸受１１よりも軸方向に突出して延びており、その端部には、エンドカバー１９が固定されている。
ハウジング１８の、一方の転がり軸受１１よりも軸方向に突出した位置であって、前記速度検出用歯車１６と同等な軸方向位置には、ハウジング１８の内面と外面とを貫通する取付孔１８ａが設けられている。そして、取付孔１８ａを介してセンサユニット２０がハウジング１８に固定されている。
【０００９】
センサユニット２０は、センサケース２３、ケースカバー２４、ケーブルグランド２５、センサ本体２６を備えている。センサ本体２６は、プリント基板２７に、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ（加速度センサ）３０、及び信号を処理するための電子部品３１が実装されてなる。
【００１０】
図２は、センサユニット２０の拡大図である。図２に示すように、センサケース２３は、中空筒状に形成されたセンサ本体収容部２３ｂと、センサ本体収容部２３ｂの一端に（図では上端に）設けられてセンサ本体収容部２３ｂの外周側に突出したフランジ２３ｃとを有している。フランジ２３ｃの、センサ本体収容部２３ｂ側とは反対側の面には、円環形にされたケースカバー結合部２３ａが突出形成されている。
【００１１】
センサケース２３の、センサ本体収容部２３ｂ内には、センサ本体２６のプリント基板２７に実装された速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０、電子部品３１が収容されている。プリント基板２７は、長方形板状に形成され、その長手方向が鉛直方向に平行になるようにセンサ本体収容部２３ｂ内に配置されている。
プリント基板２７の先端部（長手方向の一端部；図では下端部）は、センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１に当接している。
【００１２】
プリント基板２７をセンサケース２３に固定するには、ねじ等の固定具を用いてもよいし、エポキシ樹脂等（接着剤等）を充填してもよい。
エポキシ樹脂等を充填する場合は、センサ本体収容部２３ｂにプリント基板２７の挿入をガイドするように案内部を設けておくのが良い。また、樹脂を充填してプリント基板２７を固定する場合は、少なくともプリント基板２７の外縁部が樹脂と直接接触する構造とするのが良い。このようにすると、プリント基板２７がセンサ本体収容部２３ｂ内で安定して固定される。
【００１３】
この際、プリント基板２７上の速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が実装される部分は、それらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等が直接接触しないように軟らかいウレタン樹脂やシリコン樹脂や独立気泡を有するシリコンシート等の発泡性のある樹脂（被覆樹脂）で被覆し、その外側にエポキシ樹脂を充填するのが良い。こうすれば、熱膨張差によるセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１の破損を防止することができる。すなわち、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等の比較的硬い樹脂が直接接触する構造の場合、エポキシ樹脂、プリント基板２７、センサケース２３の熱膨張係数の差による寸法変化や圧力変化によってそれらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１が破損することがある（特にセンサケース２３が金属材料からなる場合）。そこで、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１を軟らかいシリコン樹脂や発泡性のある樹脂で保護することによりこのような破損が防止される。
【００１４】
一方、プリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂにねじ止めで固定する場合、上記のような問題は発生しない。そしてその場合には、プリント基板２７をねじで固定すると同時にプリント基板２７の位置決めができるので、組立が容易となる。
なお、プリント基板２７を防湿する目的で樹脂等を充填しても良い。この場合には、エポキシ樹脂等の硬い樹脂を上記のような保護部材（被覆樹脂）とともに用いても良いし、軟らかい樹脂をそのまま充填しても良い。また、防湿剤を塗布しても良い。
【００１５】
なお、センサケース２３内（センサ本体収容部２３ｂ内）に樹脂を充填する場合に、空間全体を樹脂で充填すると、温度変化時の体積変化の緩和場所がなくなるので、気体を残す空間部をセンサケース２３内の一部に設けておくのが良い。こうしておくと、熱膨張係数の差による体積変化が発生しても、空間部の体積が変化し、センサケース２３内の圧力はそれほど変化しないので、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１の破損が防止される。このような空間部を設けない場合、温度変化によって数十気圧以上の圧力変化が生ずることがあり、それにより速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が破損されることがある。
なお、空間部に封入する気体としては、空気でもよいが、ハンダ等の酸化を防ぐために窒素やアルゴン等の不活性ガスが更に好ましい。
【００１６】
プリント基板２７の先端部（センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１側の端部）における幅方向中央部には、速度センサ２８が配置されている。センサユニット２０を、図１に示したハウジング１８に取り付けた際に、速度センサ２８はハウジング１８の内面より突出した位置で速度検出用歯車１６に近接配置される。このように、速度検出用歯車１６の最も近くに速度センサ２８を配置することで、速度を正確に測定できるようにしている。
速度センサ２８は、軸１５が回転する際に、速度検出用歯車１６の磁気特性の変化による変動磁束（磁束量の変化）に基づいてパルス状の速度信号を電圧又は電流信号として出力する。
【００１７】
速度センサ２８のやや上側（ハウジング１８側）かつ側方には、温度センサ２９がプリント基板２７上に実装されている。温度センサ２９は、ハウジング１８の内部に配置されて、軸受装置１７内の雰囲気温度を常時正確に計測して温度信号を出力し、その温度信号を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、温度センサ２９の出力信号を処理して、電圧又は電流信号として出力する。
温度センサ２９がハウジング１８の内部に配置される理由は、例えば、フランジ２３ｃより上方に配置されると、ハウジング１８の外側に位置することになり、そうすると熱が対流や放射などによって逃げてしまい、ハウジング１８内の正確な温度測定が難しくなるからである。本実施形態のように、温度センサ２９をフランジ２３ｃより下側のセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することにより、軸受装置１７内の温度を正確に測定することができる。なお、本実施形態のように、ハウジング１８の内部に配置すると、さらに温度を正確に測定することができる。
【００１８】
速度センサ２８及び温度センサ２９の上側（ハウジング１８側）には、振動センサ（振動検出素子）３０がプリント基板２７上に実装されている。振動センサ３０は、図１に示すように、センサケース２３内において、軸受装置１７の径方向に見て、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置されている。振動センサ３０は、軸受装置１７に作用する振動を検出して振動の信号（値）を出力し、その振動信号（値）を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、振動センサ３０から与えられた振動信号（値）を処理し、電圧信号又は電流信号として出力する。振動センサ３０は、フランジ２３ｃの近傍に配置されているため、図２に示すような、センサケース２３の円筒形のセンサ本体収容部２３ｂを曲げる方向の振動（水平方向の振動）Ｖ２が作用しても、センサ本体収容部２３ｂの共振等の影響を受けない。
【００１９】
本実施形態では、プリント基板２７の面方向が、鉛直方向（上下方向）に平行になっている。その理由は、図２に矢印Ｖ１で示す振動の作用方向に対してプリント基板２７が例えば直角な状態で配置されていると、プリント基板２７に曲げ方向の力が作用し、プリント基板２７が曲げ方向に振動し易くなって、軸受装置１７の振動を振動センサ３０により正確に測定できなくなるためである。一般に、曲げ方向の固有振動数は、伸び方向の固有振動数に比べて周波数が低いため、プリント基板２７を振動の作用方向に直角な状態で配置すると、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数が測定対象の周波数範囲に存在する場合が生じ、振動を正確に測定できなくなる。
それに対し、図２のように振動の作用方向に平行にプリント基板２７を配置すると、プリント基板２７に作用する力は剛性が大きいプリント基板２７の圧縮、引っ張り方向の力として作用する。そのため、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数の影響が緩和される。また、プリント基板２７の伸び方向の固有振動数は曲げ方向の固有振動数に比べて高いため、プリント基板２７の固有振動数の影響はローパスフィルタなどで容易に除去できる。
この際、振動センサ３０の振動検出方向も、プリント基板２７と平行であるのが好ましい。本実施形態においては、Ｖ１又はＶ２の方向の振動を検出するようにするのが良い。このように、振動センサ３０の検出方向をプリント基板２７と平行にすると、プリント基板２７の曲げ方向の振動は検出しないのでさらに好ましい。
【００２０】
なお、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０を前もって全てプリント基板２７に実装しておき、そのうちの電源や必要な機能の配線のみをジャンパ線などで電子部品３１に電気的に接続したり、配線３５を接続することにより、単一または２個のセンサのみを使うようにすることもできる。そのため、組合わせの種類が異なるセンサユニットを製造する際にも、１種類のプリント基板２７を製作するだけで対応できるので好ましい。
【００２１】
センサケース２３のフランジ２３ｃには、ハウジング取付孔２３ｃ１、ケースカバー取付孔２３ｃ２がそれぞれ形成されている。ハウジング取付孔２３ｃ１は、その上方から挿通された取付ボルト３２がハウジング１８にねじ込まれることによってセンサケース２３をハウジング１８に固定するのに用いられる。ケースカバー取付孔２３ｃ２は、その下方から挿通された組立ボルト３３がケースカバー２４にねじ込まれることによってケースカバー２４をセンサケース２３に固定するのに用いられる。
【００２２】
ケースカバー取付孔２３ｃ２に挿通された組立ボルト３３は、フランジ２３ｃの取付相手面であるハウジング１８側からねじ込まれており、その頭部がハウジング１８にわずかな隙間を介して対向している。そのため、万一、組立ボルト３３に緩みが生じたとしても、組立ボルト３３は、ハウジング１８に当たるため、ねじの緩み方向に移動することがなく、その結果、組立ボルト３３の脱落が防止される。
【００２３】
ケースカバー２４内には、Ｌ字状の穴（空間）が形成されており、ケースカバー２４は、センサケース結合部２４ａとケーブルグランド接続部２４ｂとを有してＬ字形に形成されている。
【００２４】
センサケース結合部２４ａには、センサケース２３のフランジ２３ｃに挿通された組立ボルト３３がねじ込まれるねじ穴２４ａ１，２４ａ１が形成されている。センサケース結合部２４ａの中央部には、センサケース２３のケースカバー結合部２３ａが嵌合される嵌合穴２４ａ２が形成されている。
【００２５】
ケーブルグランド接続部２４ｂには、嵌合穴２４ａ２の上端に連通するケーブルグランド装着穴２４ｂ１が形成されている。ケーブルグランド装着穴２４ｂ１は、嵌合穴２４ａ２に対してある角度傾いた方向（本実施形態では直角）に延びている。プリント基板２７から延びた配線３５は、上方に引き出された後、ケーブルグランド装着穴２４ｂ１を通って、ストレートタイプのケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブル３７に電気的に接続されている。
ケーブルグランド接続部２４ｂの内周面には、雌ねじ部が形成されており、そこにはケーブルグランド２５に形成された雄ねじ部２５ａがねじ込まれている。
【００２６】
一般に、Ｌ字形のケーブルグランド（図示せず）は、ストレートタイプのケーブルグランド２５に比べて体積が大きくなる。本実施形態では、ケースカバー２４をＬ字形にすることによってストレートタイプのケーブルグランド２５を使用しているので、全体の大きさを小さくできるとともに、Ｌ字形のケーブルグランドを用いる場合より安価になる。
鉄道車両などの場合、ハウジング１８の上方部には、荷台や車室フロアなどが配置され、それらとの間のスペースに限りがあるため、ケースカバー２４の上方にケーブル３７が引き出されるようにすると、センサユニット２０の着脱時等の作業性が悪くなるし、上方から水が浸入しやすくなる。本実施形態のように、ケーブル３７を側方に引き出すことで、センサユニット２０の着脱作業も容易に行える。
【００２７】
図３は、本実施形態のセンサ付転動装置１０における振動センサ３０の特性図（振動測定値を周波数軸で表した図；周波数応答図）である。図３では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＡで示し、比較として、振動センサをセンサケース２３内のプリント基板２７の先端部に配置したもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＢで示す。
図３より明らかなように、従来例では、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−３５ｄＢ程度になった。これは、センサケース２３の先端部における曲げ方向の共振成分が振動センサに与えられることによる誤検出である。これに対し、本実施形態の場合、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−５５ｄＢ程度になった。本実施形態では、センサ本体収容部２３ｂの共振の影響を受けずに、軸受装置１７の振動の検出が正確に行われた。
また、振動センサの出力信号にローパスフィルタを入れ、不必要な高周波成分を除去することはさらに好ましい。本実施形態においては、６ｋＨｚのローパスフィルタを入れることで、６ｋＨｚ以上の成分を除去できるので、振動の測定精度を向上することができる。なお、ローパスフィルタは、センサユニット２０の外側に設けてもよいが、センサユニット２０の内部に設けると振動センサの出力波形の精度を向上できるので、さらに好ましい。なお、ローパスフィルタはプリント基板２７と別に設けてもよいが、プリント基板２７に組み込むことで全体をコンパクトにできるのでさらに好ましい。
なお、振動として、図２に示したような水平方向の振動Ｖ２を与えた。
【００２８】
以上のような構成のセンサ付転動装置１０によれば、振動センサ３０が、センサケース２３内において、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置され、フランジ２３ｃが転動装置１７に固定されることにより振動センサ３０が固定されているので、振動センサ３０により転動装置１７の振動を正確に検出して外部に知らせることができる。
また、複数のセンサ（速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０）をプリント基板２７に実装した上で、そのプリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することで、複数のセンサをセンサケース２３内の正確な位置に容易に配置できるようにしている。このようなセンサユニット２０は、組立が容易であり、また、センサ出力のばらつきを顕著に抑制できる。
【００２９】
図４に、本発明の第２実施形態のセンサ付転動装置に係るセンサユニット４０を示す。図５は、センサユニット４０がハウジング１８に取り付けられた状態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
第２実施形態では、センサユニット４０が鉛直方向に対して傾いた状態でハウジング１８に取り付けられている。すなわち、センサ本体収容部２３ｂ内に配置された長方形板状のプリント基板２７は、その長手方向が鉛直方向に対して所定の角度θ（例えば４５度）で傾いている。しかし、プリント基板２７の面方向は、鉛直方向に平行になっている。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態における速度センサ２８及び温度センサ２９は、プリント基板２７上で、第１実施形態と同様に実装されている。一方、振動センサ３０は、矢印Ｖ１で示す鉛直方向の振動を正確に測定できるように、プリント基板２７の長手方向に対して傾いた状態で実装されている。
なお、本実施形態のように振動の作用方向及び振動センサ３０がセンサ本体収容部２３ｂとある角度θをもって交差している場合、振動によってセンサ本体収容部２３ｂが加振され易い。すなわち、センサ本体収容部２３ｂは円筒の片持ち構造であり、外部から衝撃やランダムな振動が作用すると、片持ち梁の固有振動数で共振振動を起こしてしまう。
そこで、本実施形態でも、振動センサ３０がフランジ２３ｃの近傍に設けられている。プリント基板２７に実装された振動センサ３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３１】
振動センサ３０のプリント基板２７への取り付けは、機械などによって正確な位置に取り付けることが可能なため、振動センサ３０の測定対象方向との角度の誤差を少なくでき、振動データを正確に測定することができる。
【００３２】
図６に、本発明の第３実施形態のセンサ付転動装置７０を示す。第３実施形態では、センサユニット８０は、センサ本体収容部８３ｂ及びフランジ８３ｃを有するセンサケース８３と、ケースカバー８４と、ケーブルグランド２５とを備えている。センサケース８３内の、センサ本体２６から延びた配線（図示せず）は、上方に引き出されてケースカバー８４を貫通し、ケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブルに電気的に接続されている。
プリント基板上に実装された振動センサ（振動検出素子）３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３３】
本実施形態では、軸受装置１７のハウジング１８に設けられた取付孔１８ａと、センサケース２３のセンサ本体収容部８３ｂとの間の隙間に、減衰材となるグリース８１が封入されている。グリース８１は、スクイズフィルムダンパとして機能し、外部振動によってセンサケース８３が共振するのを防止する。グリース８１は、外部振動を減衰する一方、センサ本体収容部８３ｂと取付孔１８ａとの間の接触部の潤滑性も向上するため、接触部のフレッチングを顕著に防止することができる。
なお、高温状態で長時間使用する場合であって、グリース中の基油の蒸発が懸念されるときは、グリースに代えてシリコンゲルやシリコン樹脂を使用しても良い。シリコンゲルを用いる場合、グリースに比べて潤滑性は若干低下するが、高温耐久性は向上する。また、シリコンゲルはゲル状のため保持効果が大きく、グリースが流れ出すような隙間においても使用できる。減衰材としてシリコン樹脂を用いる場合、上記隙間がさらに大きくてもよい。
このように、センサケース８３とハウジング１８の取付孔１８ａとの間の隙間を埋めるような減衰材を用いることで、ハウジング１８からセンサユニット８０への熱伝導性が良くなり、温度の測定精度も向上することができる。
【００３４】
図７は、第３実施形態のセンサユニット８０における振動センサ３０の特性図（周波数応答図）である。図７では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＣで示し、比較として、減衰材を封入せずにセンサケースをハウジングに取り付けたもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＤで示す。
図７より明らかなように、従来例では、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が５ｄＢ程度のピークになった。これに対し、本実施形態の場合、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が−２２ｄＢ程度となり、他の周波数においてもほぼ一様な振動測定値が得られた。本実施形態のように減衰材を用いることによって、軸受装置の振動を正確に測定することができる。
なお、振動として、水平方向の振動を与えた。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、図８に示すように、減衰材として、センサ本体収容部８３ｂに外嵌されたＯリング８２を用いてもよい。Ｏリング８２は、ハウジング１８の取付孔１８ａの内周面に設けられた溝に嵌合している。Ｏリング８２は、１本に限らず、センサ本体収容部８３ｂ及び取付孔１８ａ間に複数本が装着されてもよい。その際、各オーリングの間にグリース、シリコンゲルやシリコン樹脂等を封入してもよく、こうすることによって接触部での潤滑性も得られ、温度測定精度も向上できる。
【００３６】
また、振動センサ等をプリント基板上に実装せずに、センサケース内に樹脂などでモールドして固定してもよい。
また、センサケースの固定部の形態は、図１等に示したようなフランジ２３ｃに限定されず、ブラケット等でもよいし、センサ本体収容部に設けられたボルト孔等でもよい。センサケースとは別体のものをセンサケースに取り付けて固定部として機能させてもよい。
また、上記実施形態では、ケーブル３７で信号を取り出していたが、無線などを使用してワイヤレスで信号を伝送してもよい。ワイヤレスの場合は、可動輪側に（可動部材側に）センサユニットを設けてもよい。
また、軸受装置１７における転がり軸受は玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受や、各種の複列軸受でもよい。
【００３７】
また例えば、軸受装置１７に限らず、図９に示すようにボールねじ５０に本発明を適用することもできる。ボールねじ５０では、ナット５１にセンサユニット６０を取り付けることにより、ねじ軸５２とナット５１との係合部における剥離等の異常を検知することができる。なお、センサユニット６０の取付け相手はナット５１に限らず、ねじ軸５２をサポートしている固定側のサポートユニット５３や単純支持側のサポートユニット５４に取り付けてもよい。ねじ軸５２はロックナット５５により固定側のサポートユニット５３に軸方向に固定されており、カップリング５６を介して結合された駆動モータ５７によって回転する。
また、ボールねじに限らず、リニアガイドやその他の直同部品における可動部やレールにセンサユニット６０を取り付けることによって、剥離等の異常を検知することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の縦断面図である。
【図２】第１実施形態の要部拡大図である。
【図３】第１実施形態の特性図である。
【図４】第２実施形態の要部拡大図である。
【図５】第２実施形態におけるセンサユニットの取り付け位置の説明図である。
【図６】第３実施形態の縦断面図である。
【図７】第３実施形態の特性図である。
【図８】第４実施形態の縦断面図である。
【図９】本発明が適用されるボールねじを示す図である。
【図１０】従来のセンサユニットの断面図である。
【符号の説明】
１０，７０ センサ付軸受装置（センサ付転動装置）
１１ 転がり軸受
１２ 外輪
１３ 内輪
１５ 軸
１７ 転がり軸受装置（転動装置）
１８ ハウジング
１８ａ 取付孔（装着部）
２０，４０，６０，８０ センサユニット
２３，８３ センサケース
２３ｃ，８３ｃ フランジ（固定部）
３０ 振動センサ
８１ グリース（減衰材）
８２ Ｏリング（減衰材）
５０ ボールねじ（転動装置）
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ付転動装置に関し、機械装置などの予防保全、例えば振動を受け易い環境下で使用される鉄道車両、自動車、搬送車などの移動体の軸受装置やギヤボックス等の予防保全に最適なものである。また、電気情報機器用の軸受等の異常検知にも適用でき、ボールねじやリニアガイドなどの直動部品の異常検知にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械の軸受装置や、鉄道車両及び自動車等の車両の軸受装置、あるいはギヤボックスには、保全のために振動や温度等を検出するセンサを備えた検出器（センサユニット）を取り付ける場合がある。図１０に示すように、従来、軸受等の振動を検出する振動センサ９１が、センサケース９２内の先端部に樹脂９３でモールド固定されてなるセンサユニット９０が用いられていた。センサユニット９０は、センサケース９２がハウジング９４に設けられた取付孔９４ａに挿入され、ボルト等によりハウジング９４に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように振動センサ９１がセンサケース９２内の先端部に配置された構造の場合、例えばセンサケース９２が有する曲げ方向の固有振動数に近い振動が加振された際にはセンサケース９２が共振するなどして、軸受装置等の転動装置に作用する振動を振動センサ９１により正確に検出できないことがあった。
また、センサユニット９０をハウジング９４の取付孔９４ａに挿入してボルト等により固定した場合、センサケース９２と取付孔９４ａとの間に隙間９５ができ、転動装置に振動が加振された際にはこの隙間９５を介した接触面での接触の仕方が微小に変化する。その結果、接触面にフレッチングが発生したり、接触面及びそれ以外の接触部でわずかな振動が発生したりする。その振動を、振動センサ９１が検出してしまい、その値が誤差となり、転動装置に作用する振動を精度良く検出する妨げとなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１） 外方部材と、内方部材と、前記外方部材及び内方部材間に配設された転動体とを有し、前記外方部材及び内方部材のうち、一方が静止部材、他方が可動部材とされる転動装置と、前記静止部材又は前記静止部材に固定された部材に取り付けられて、前記転動装置の状態を検出する検出器と、を備えるセンサ付転動装置であって、前記検出器は、筒状のセンサ本体収容部、および該センサ本体収容部の外周側に突出するフランジを有して、前記静止部材に固定された部材であるハウジングの取付穴に隙間を存して片持ち構造で取り付けられるセンサケースと、前記フランジの上面から前記ハウジングの内面までの範囲に位置して前記センサケース内に配設される振動センサと、を備えることを特徴とするセンサ付転動装置。
（２） 前記センサケースが鉛直方向に対して角度θだけ傾いた状態で前記ハウジングに取り付けられるとともに、該センサケース内に前記振動センサが実装されたプリント基板が収容され、前記プリント基板は、前記センサケース内にその長手方向が鉛直方向に対して角度θだけ傾いて配置され、前記振動センサは、前記プリント基板の長手方向に対して角度θをもって交差するように配置される、（１）に記載のセンサ付転動装置。
（３） 前記振動センサは、前記フランジの内周側に配置される、（１）又は（２）に記載のセンサ付転動装置。
（４） 前記センサ本体収容部と前記取付穴との間に減衰材が配設される、（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（５） 前記減衰材として、グリース、シリコンゲル、シリコン樹脂、Ｏリングの少なくとも一つが用いられた（４）に記載のセンサ付転動装置。
（６） 前記転動装置が転がり軸受である（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（７） 前記転動装置がボールねじである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（８） 前記転動装置がリニアガイドである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
【０００５】
上記構成のセンサ付転動装置によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる。すなわち、振動センサを、センサケース内のフランジの上面からハウジングの内面までの範囲に配置した場合、センサケースの固有振動数に近い振動が加振されて例えばセンサケースが共振しても、センサケースのフランジの上面からハウジングの内面までの範囲は転動装置に作用する振動と同等の振動をするので、振動センサにより転動装置の振動を正確に検出できる。
また、センサ本体収容部とハウジングの取付穴との間に減衰材を配設した場合、減衰材によりフレッチングや新たな振動の発生を顕著に防止できる。その結果、振動を精度よく測定することができる。
なお、上記（６）においていう「転がり軸受」には、複数の転がり軸受の外輪にハウジングが外嵌されてなる、いわゆる軸受装置も、含まれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図１に、本発明の第１実施形態のセンサ付転動装置（センサ付軸受装置）１０を示す。センサ付転動装置１０は、軸方向に間隔をあけて配された一対の転がり軸受（ここでは玉軸受）１１，１１と、それら転がり軸受の外輪１２，１２に外嵌されたハウジング１８と、を備えた転がり軸受装置１７に、センサユニット（検出器）２０を取り付けた構成になっている。転がり軸受の内輪１３，１３に、軸１５が内嵌されている。
ここでは、外輪１２，１２及びハウジング１８が外方部材かつ静止部材として機能し、内輪１３，１３及び軸１５が内方部材かつ可動部材として機能し、両者の間には転動体（ここでは玉）１４が配されている。
【０００７】
ハウジング１８内における軸１５の端部には、被検出部材としての速度検出用歯車１６が設けられている。速度検出用歯車１６は、鋼材等の磁性金属材料からなり、その外周縁部における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。軸１５が回転することで、歯車１６が回転する。
速度検出用歯車１６の代わりに、Ｓ極、Ｎ極が互い違いに着磁された磁極部がその外周面に形成された速度検出用エンコーダを採用することもできる。
【０００８】
ハウジング１８は例えば円筒形状に形成されており、一方の（図中右方の）転がり軸受１１よりも軸方向に突出して延びており、その端部には、エンドカバー１９が固定されている。
ハウジング１８の、一方の転がり軸受１１よりも軸方向に突出した位置であって、前記速度検出用歯車１６と同等な軸方向位置には、ハウジング１８の内面と外面とを貫通する取付孔１８ａが設けられている。そして、取付孔１８ａを介してセンサユニット２０がハウジング１８に固定されている。
【０００９】
センサユニット２０は、センサケース２３、ケースカバー２４、ケーブルグランド２５、センサ本体２６を備えている。センサ本体２６は、プリント基板２７に、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ（加速度センサ）３０、及び信号を処理するための電子部品３１が実装されてなる。
【００１０】
図２は、センサユニット２０の拡大図である。図２に示すように、センサケース２３は、中空筒状に形成されたセンサ本体収容部２３ｂと、センサ本体収容部２３ｂの一端に（図では上端に）設けられてセンサ本体収容部２３ｂの外周側に突出したフランジ２３ｃとを有している。フランジ２３ｃの、センサ本体収容部２３ｂ側とは反対側の面には、円環形にされたケースカバー結合部２３ａが突出形成されている。
【００１１】
センサケース２３の、センサ本体収容部２３ｂ内には、センサ本体２６のプリント基板２７に実装された速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０、電子部品３１が収容されている。プリント基板２７は、長方形板状に形成され、その長手方向が鉛直方向に平行になるようにセンサ本体収容部２３ｂ内に配置されている。
プリント基板２７の先端部（長手方向の一端部；図では下端部）は、センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１に当接している。
【００１２】
プリント基板２７をセンサケース２３に固定するには、ねじ等の固定具を用いてもよいし、エポキシ樹脂等（接着剤等）を充填してもよい。
エポキシ樹脂等を充填する場合は、センサ本体収容部２３ｂにプリント基板２７の挿入をガイドするように案内部を設けておくのが良い。また、樹脂を充填してプリント基板２７を固定する場合は、少なくともプリント基板２７の外縁部が樹脂と直接接触する構造とするのが良い。このようにすると、プリント基板２７がセンサ本体収容部２３ｂ内で安定して固定される。
【００１３】
この際、プリント基板２７上の速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が実装される部分は、それらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等が直接接触しないように軟らかいウレタン樹脂やシリコン樹脂や独立気泡を有するシリコンシート等の発泡性のある樹脂（被覆樹脂）で被覆し、その外側にエポキシ樹脂を充填するのが良い。こうすれば、熱膨張差によるセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１の破損を防止することができる。すなわち、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等の比較的硬い樹脂が直接接触する構造の場合、エポキシ樹脂、プリント基板２７、センサケース２３の熱膨張係数の差による寸法変化や圧力変化によってそれらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１が破損することがある（特にセンサケース２３が金属材料からなる場合）。そこで、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１を軟らかいシリコン樹脂や発泡性のある樹脂で保護することによりこのような破損が防止される。
【００１４】
一方、プリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂにねじ止めで固定する場合、上記のような問題は発生しない。そしてその場合には、プリント基板２７をねじで固定すると同時にプリント基板２７の位置決めができるので、組立が容易となる。
なお、プリント基板２７を防湿する目的で樹脂等を充填しても良い。この場合には、エポキシ樹脂等の硬い樹脂を上記のような保護部材（被覆樹脂）とともに用いても良いし、軟らかい樹脂をそのまま充填しても良い。また、防湿剤を塗布しても良い。
【００１５】
なお、センサケース２３内（センサ本体収容部２３ｂ内）に樹脂を充填する場合に、空間全体を樹脂で充填すると、温度変化時の体積変化の緩和場所がなくなるので、気体を残す空間部をセンサケース２３内の一部に設けておくのが良い。こうしておくと、熱膨張係数の差による体積変化が発生しても、空間部の体積が変化し、センサケース２３内の圧力はそれほど変化しないので、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１の破損が防止される。このような空間部を設けない場合、温度変化によって数十気圧以上の圧力変化が生ずることがあり、それにより速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が破損されることがある。
なお、空間部に封入する気体としては、空気でもよいが、ハンダ等の酸化を防ぐために窒素やアルゴン等の不活性ガスが更に好ましい。
【００１６】
プリント基板２７の先端部（センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１側の端部）における幅方向中央部には、速度センサ２８が配置されている。センサユニット２０を、図１に示したハウジング１８に取り付けた際に、速度センサ２８はハウジング１８の内面より突出した位置で速度検出用歯車１６に近接配置される。このように、速度検出用歯車１６の最も近くに速度センサ２８を配置することで、速度を正確に測定できるようにしている。
速度センサ２８は、軸１５が回転する際に、速度検出用歯車１６の磁気特性の変化による変動磁束（磁束量の変化）に基づいてパルス状の速度信号を電圧又は電流信号として出力する。
【００１７】
速度センサ２８のやや上側（ハウジング１８側）かつ側方には、温度センサ２９がプリント基板２７上に実装されている。温度センサ２９は、ハウジング１８の内部に配置されて、軸受装置１７内の雰囲気温度を常時正確に計測して温度信号を出力し、その温度信号を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、温度センサ２９の出力信号を処理して、電圧又は電流信号として出力する。
温度センサ２９がハウジング１８の内部に配置される理由は、例えば、フランジ２３ｃより上方に配置されると、ハウジング１８の外側に位置することになり、そうすると熱が対流や放射などによって逃げてしまい、ハウジング１８内の正確な温度測定が難しくなるからである。本実施形態のように、温度センサ２９をフランジ２３ｃより下側のセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することにより、軸受装置１７内の温度を正確に測定することができる。なお、本実施形態のように、ハウジング１８の内部に配置すると、さらに温度を正確に測定することができる。
【００１８】
速度センサ２８及び温度センサ２９の上側（ハウジング１８側）には、振動センサ（振動検出素子）３０がプリント基板２７上に実装されている。振動センサ３０は、図１に示すように、センサケース２３内において、軸受装置１７の径方向に見て、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置されている。振動センサ３０は、軸受装置１７に作用する振動を検出して振動の信号（値）を出力し、その振動信号（値）を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、振動センサ３０から与えられた振動信号（値）を処理し、電圧信号又は電流信号として出力する。振動センサ３０は、フランジ２３ｃの近傍に配置されているため、図２に示すような、センサケース２３の円筒形のセンサ本体収容部２３ｂを曲げる方向の振動（水平方向の振動）Ｖ２が作用しても、センサ本体収容部２３ｂの共振等の影響を受けない。
【００１９】
本実施形態では、プリント基板２７の面方向が、鉛直方向（上下方向）に平行になっている。その理由は、図２に矢印Ｖ１で示す振動の作用方向に対してプリント基板２７が例えば直角な状態で配置されていると、プリント基板２７に曲げ方向の力が作用し、プリント基板２７が曲げ方向に振動し易くなって、軸受装置１７の振動を振動センサ３０により正確に測定できなくなるためである。一般に、曲げ方向の固有振動数は、伸び方向の固有振動数に比べて周波数が低いため、プリント基板２７を振動の作用方向に直角な状態で配置すると、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数が測定対象の周波数範囲に存在する場合が生じ、振動を正確に測定できなくなる。
それに対し、図２のように振動の作用方向に平行にプリント基板２７を配置すると、プリント基板２７に作用する力は剛性が大きいプリント基板２７の圧縮、引っ張り方向の力として作用する。そのため、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数の影響が緩和される。また、プリント基板２７の伸び方向の固有振動数は曲げ方向の固有振動数に比べて高いため、プリント基板２７の固有振動数の影響はローパスフィルタなどで容易に除去できる。
この際、振動センサ３０の振動検出方向も、プリント基板２７と平行であるのが好ましい。本実施形態においては、Ｖ１又はＶ２の方向の振動を検出するようにするのが良い。このように、振動センサ３０の検出方向をプリント基板２７と平行にすると、プリント基板２７の曲げ方向の振動は検出しないのでさらに好ましい。
【００２０】
なお、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０を前もって全てプリント基板２７に実装しておき、そのうちの電源や必要な機能の配線のみをジャンパ線などで電子部品３１に電気的に接続したり、配線３５を接続することにより、単一または２個のセンサのみを使うようにすることもできる。そのため、組合わせの種類が異なるセンサユニットを製造する際にも、１種類のプリント基板２７を製作するだけで対応できるので好ましい。
【００２１】
センサケース２３のフランジ２３ｃには、ハウジング取付孔２３ｃ１、ケースカバー取付孔２３ｃ２がそれぞれ形成されている。ハウジング取付孔２３ｃ１は、その上方から挿通された取付ボルト３２がハウジング１８にねじ込まれることによってセンサケース２３をハウジング１８に固定するのに用いられる。ケースカバー取付孔２３ｃ２は、その下方から挿通された組立ボルト３３がケースカバー２４にねじ込まれることによってケースカバー２４をセンサケース２３に固定するのに用いられる。
【００２２】
ケースカバー取付孔２３ｃ２に挿通された組立ボルト３３は、フランジ２３ｃの取付相手面であるハウジング１８側からねじ込まれており、その頭部がハウジング１８にわずかな隙間を介して対向している。そのため、万一、組立ボルト３３に緩みが生じたとしても、組立ボルト３３は、ハウジング１８に当たるため、ねじの緩み方向に移動することがなく、その結果、組立ボルト３３の脱落が防止される。
【００２３】
ケースカバー２４内には、Ｌ字状の穴（空間）が形成されており、ケースカバー２４は、センサケース結合部２４ａとケーブルグランド接続部２４ｂとを有してＬ字形に形成されている。
【００２４】
センサケース結合部２４ａには、センサケース２３のフランジ２３ｃに挿通された組立ボルト３３がねじ込まれるねじ穴２４ａ１，２４ａ１が形成されている。センサケース結合部２４ａの中央部には、センサケース２３のケースカバー結合部２３ａが嵌合される嵌合穴２４ａ２が形成されている。
【００２５】
ケーブルグランド接続部２４ｂには、嵌合穴２４ａ２の上端に連通するケーブルグランド装着穴２４ｂ１が形成されている。ケーブルグランド装着穴２４ｂ１は、嵌合穴２４ａ２に対してある角度傾いた方向（本実施形態では直角）に延びている。プリント基板２７から延びた配線３５は、上方に引き出された後、ケーブルグランド装着穴２４ｂ１を通って、ストレートタイプのケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブル３７に電気的に接続されている。
ケーブルグランド接続部２４ｂの内周面には、雌ねじ部が形成されており、そこにはケーブルグランド２５に形成された雄ねじ部２５ａがねじ込まれている。
【００２６】
一般に、Ｌ字形のケーブルグランド（図示せず）は、ストレートタイプのケーブルグランド２５に比べて体積が大きくなる。本実施形態では、ケースカバー２４をＬ字形にすることによってストレートタイプのケーブルグランド２５を使用しているので、全体の大きさを小さくできるとともに、Ｌ字形のケーブルグランドを用いる場合より安価になる。
鉄道車両などの場合、ハウジング１８の上方部には、荷台や車室フロアなどが配置され、それらとの間のスペースに限りがあるため、ケースカバー２４の上方にケーブル３７が引き出されるようにすると、センサユニット２０の着脱時等の作業性が悪くなるし、上方から水が浸入しやすくなる。本実施形態のように、ケーブル３７を側方に引き出すことで、センサユニット２０の着脱作業も容易に行える。
【００２７】
図３は、本実施形態のセンサ付転動装置１０における振動センサ３０の特性図（振動測定値を周波数軸で表した図；周波数応答図）である。図３では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＡで示し、比較として、振動センサをセンサケース２３内のプリント基板２７の先端部に配置したもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＢで示す。
図３より明らかなように、従来例では、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−３５ｄＢ程度になった。これは、センサケース２３の先端部における曲げ方向の共振成分が振動センサに与えられることによる誤検出である。これに対し、本実施形態の場合、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−５５ｄＢ程度になった。本実施形態では、センサ本体収容部２３ｂの共振の影響を受けずに、軸受装置１７の振動の検出が正確に行われた。
また、振動センサの出力信号にローパスフィルタを入れ、不必要な高周波成分を除去することはさらに好ましい。本実施形態においては、６ｋＨｚのローパスフィルタを入れることで、６ｋＨｚ以上の成分を除去できるので、振動の測定精度を向上することができる。なお、ローパスフィルタは、センサユニット２０の外側に設けてもよいが、センサユニット２０の内部に設けると振動センサの出力波形の精度を向上できるので、さらに好ましい。なお、ローパスフィルタはプリント基板２７と別に設けてもよいが、プリント基板２７に組み込むことで全体をコンパクトにできるのでさらに好ましい。
なお、振動として、図２に示したような水平方向の振動Ｖ２を与えた。
【００２８】
以上のような構成のセンサ付転動装置１０によれば、振動センサ３０が、センサケース２３内において、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置され、フランジ２３ｃが転動装置１７に固定されることにより振動センサ３０が固定されているので、振動センサ３０により転動装置１７の振動を正確に検出して外部に知らせることができる。
また、複数のセンサ（速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０）をプリント基板２７に実装した上で、そのプリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することで、複数のセンサをセンサケース２３内の正確な位置に容易に配置できるようにしている。このようなセンサユニット２０は、組立が容易であり、また、センサ出力のばらつきを顕著に抑制できる。
【００２９】
図４に、本発明の第２実施形態のセンサ付転動装置に係るセンサユニット４０を示す。図５は、センサユニット４０がハウジング１８に取り付けられた状態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
第２実施形態では、センサユニット４０が鉛直方向に対して傾いた状態でハウジング１８に取り付けられている。すなわち、センサ本体収容部２３ｂ内に配置された長方形板状のプリント基板２７は、その長手方向が鉛直方向に対して所定の角度θ（例えば４５度）で傾いている。しかし、プリント基板２７の面方向は、鉛直方向に平行になっている。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態における速度センサ２８及び温度センサ２９は、プリント基板２７上で、第１実施形態と同様に実装されている。一方、振動センサ３０は、矢印Ｖ１で示す鉛直方向の振動を正確に測定できるように、プリント基板２７の長手方向に対して傾いた状態で実装されている。
なお、本実施形態のように振動の作用方向及び振動センサ３０がセンサ本体収容部２３ｂとある角度θをもって交差している場合、振動によってセンサ本体収容部２３ｂが加振され易い。すなわち、センサ本体収容部２３ｂは円筒の片持ち構造であり、外部から衝撃やランダムな振動が作用すると、片持ち梁の固有振動数で共振振動を起こしてしまう。
そこで、本実施形態でも、振動センサ３０がフランジ２３ｃの近傍に設けられている。プリント基板２７に実装された振動センサ３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３１】
振動センサ３０のプリント基板２７への取り付けは、機械などによって正確な位置に取り付けることが可能なため、振動センサ３０の測定対象方向との角度の誤差を少なくでき、振動データを正確に測定することができる。
【００３２】
図６に、本発明の第３実施形態のセンサ付転動装置７０を示す。第３実施形態では、センサユニット８０は、センサ本体収容部８３ｂ及びフランジ８３ｃを有するセンサケース８３と、ケースカバー８４と、ケーブルグランド２５とを備えている。センサケース８３内の、センサ本体２６から延びた配線（図示せず）は、上方に引き出されてケースカバー８４を貫通し、ケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブルに電気的に接続されている。
プリント基板上に実装された振動センサ（振動検出素子）３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３３】
本実施形態では、軸受装置１７のハウジング１８に設けられた取付孔１８ａと、センサケース２３のセンサ本体収容部８３ｂとの間の隙間に、減衰材となるグリース８１が封入されている。グリース８１は、スクイズフィルムダンパとして機能し、外部振動によってセンサケース８３が共振するのを防止する。グリース８１は、外部振動を減衰する一方、センサ本体収容部８３ｂと取付孔１８ａとの間の接触部の潤滑性も向上するため、接触部のフレッチングを顕著に防止することができる。
なお、高温状態で長時間使用する場合であって、グリース中の基油の蒸発が懸念されるときは、グリースに代えてシリコンゲルやシリコン樹脂を使用しても良い。シリコンゲルを用いる場合、グリースに比べて潤滑性は若干低下するが、高温耐久性は向上する。また、シリコンゲルはゲル状のため保持効果が大きく、グリースが流れ出すような隙間においても使用できる。減衰材としてシリコン樹脂を用いる場合、上記隙間がさらに大きくてもよい。
このように、センサケース８３とハウジング１８の取付孔１８ａとの間の隙間を埋めるような減衰材を用いることで、ハウジング１８からセンサユニット８０への熱伝導性が良くなり、温度の測定精度も向上することができる。
【００３４】
図７は、第３実施形態のセンサユニット８０における振動センサ３０の特性図（周波数応答図）である。図７では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＣで示し、比較として、減衰材を封入せずにセンサケースをハウジングに取り付けたもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＤで示す。
図７より明らかなように、従来例では、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が５ｄＢ程度のピークになった。これに対し、本実施形態の場合、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が−２２ｄＢ程度となり、他の周波数においてもほぼ一様な振動測定値が得られた。本実施形態のように減衰材を用いることによって、軸受装置の振動を正確に測定することができる。
なお、振動として、水平方向の振動を与えた。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、図８に示すように、減衰材として、センサ本体収容部８３ｂに外嵌されたＯリング８２を用いてもよい。Ｏリング８２は、ハウジング１８の取付孔１８ａの内周面に設けられた溝に嵌合している。Ｏリング８２は、１本に限らず、センサ本体収容部８３ｂ及び取付孔１８ａ間に複数本が装着されてもよい。その際、各オーリングの間にグリース、シリコンゲルやシリコン樹脂等を封入してもよく、こうすることによって接触部での潤滑性も得られ、温度測定精度も向上できる。
【００３６】
また、振動センサ等をプリント基板上に実装せずに、センサケース内に樹脂などでモールドして固定してもよい。
また、センサケースの固定部の形態は、図１等に示したようなフランジ２３ｃに限定されず、ブラケット等でもよいし、センサ本体収容部に設けられたボルト孔等でもよい。センサケースとは別体のものをセンサケースに取り付けて固定部として機能させてもよい。
また、上記実施形態では、ケーブル３７で信号を取り出していたが、無線などを使用してワイヤレスで信号を伝送してもよい。ワイヤレスの場合は、可動輪側に（可動部材側に）センサユニットを設けてもよい。
また、軸受装置１７における転がり軸受は玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受や、各種の複列軸受でもよい。
【００３７】
また例えば、軸受装置１７に限らず、図９に示すようにボールねじ５０に本発明を適用することもできる。ボールねじ５０では、ナット５１にセンサユニット６０を取り付けることにより、ねじ軸５２とナット５１との係合部における剥離等の異常を検知することができる。なお、センサユニット６０の取付け相手はナット５１に限らず、ねじ軸５２をサポートしている固定側のサポートユニット５３や単純支持側のサポートユニット５４に取り付けてもよい。ねじ軸５２はロックナット５５により固定側のサポートユニット５３に軸方向に固定されており、カップリング５６を介して結合された駆動モータ５７によって回転する。
また、ボールねじに限らず、リニアガイドやその他の直同部品における可動部やレールにセンサユニット６０を取り付けることによって、剥離等の異常を検知することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の縦断面図である。
【図２】第１実施形態の要部拡大図である。
【図３】第１実施形態の特性図である。
【図４】第２実施形態の要部拡大図である。
【図５】第２実施形態におけるセンサユニットの取り付け位置の説明図である。
【図６】第３実施形態の縦断面図である。
【図７】第３実施形態の特性図である。
【図８】第４実施形態の縦断面図である。
【図９】本発明が適用されるボールねじを示す図である。
【図１０】従来のセンサユニットの断面図である。
【符号の説明】
１０，７０ センサ付軸受装置（センサ付転動装置）
１１ 転がり軸受
１２ 外輪
１３ 内輪
１５ 軸
１７ 転がり軸受装置（転動装置）
１８ ハウジング
１８ａ 取付孔（装着部）
２０，４０，６０，８０ センサユニット
２３，８３ センサケース
２３ｃ，８３ｃ フランジ（固定部）
３０ 振動センサ
８１ グリース（減衰材）
８２ Ｏリング（減衰材）
５０ ボールねじ（転動装置）
Claims (8)
- 外方部材と、内方部材と、前記外方部材及び内方部材間に配設された転動体とを有し、前記外方部材及び内方部材のうち、一方が静止部材、他方が可動部材とされる転動装置と、
前記静止部材又は前記静止部材に固定された部材に取り付けられて、前記転動装置の状態を検出する検出器と、を備えるセンサ付転動装置であって、
前記検出器は、筒状のセンサ本体収容部、および該センサ本体収容部の外周側に突出するフランジを有して、前記静止部材に固定された部材であるハウジングの取付穴に隙間を存して片持ち構造で取り付けられるセンサケースと、
前記フランジの上面から前記ハウジングの内面までの範囲に位置して前記センサケース内に配設される振動センサと、を備えることを特徴とするセンサ付転動装置。 - 前記センサケースが鉛直方向に対して角度θだけ傾いた状態で前記ハウジングに取り付けられるとともに、該センサケース内に前記振動センサが実装されたプリント基板が収容され、
前記プリント基板は、前記センサケース内にその長手方向が鉛直方向に対して角度θだけ傾いて配置され、
前記振動センサは、前記プリント基板の長手方向に対して角度θをもって交差するように配置される、請求項１に記載のセンサ付転動装置。 - 前記振動センサは、前記フランジの内周側に配置される、請求項１又は２に記載のセンサ付転動装置。
- 前記センサ本体収容部と前記取付穴との間に減衰材が配設される、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
- 前記減衰材として、グリース、シリコンゲル、シリコン樹脂、Ｏリングの少なくとも一つが用いられた請求項４に記載のセンサ付転動装置。
- 前記転動装置が転がり軸受である請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
- 前記転動装置がボールねじである請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
- 前記転動装置がリニアガイドである請求項１〜５のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
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