JP4626078B2 - センサ付転がり軸受ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るセンサ付転がり軸受ユニットは、鉄道車両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、この転がり軸受ユニットの異常を早期に検知する為に利用する。
【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、この転がり軸受ユニット部分で発生した異常を早期に検知する為には、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温度センサを組み込んだ、センサ付転がり軸受ユニットにより、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、この転がり軸受ユニットの温度を検出する事が行なわれている。
【０００３】
図２は、この様な鉄道車両用のセンサ付転がり軸受ユニットの従来構造の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、転がり軸受ユニット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。この複列円すいころ軸受３は、互いに同心に配置した外輪４及び１対の内輪５ａ、５ｂと、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、円すい面状の内輪軌道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、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。
【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。一方、上記各内輪５ａ、５ｂは、これら両内輪５ａ、５ｂ同士の間に間座１０を挟持した状態で、上記車軸１の外端（図２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（図２の左側）の内輪５ａよりも突出した部分には、油切りと称される環状部材１１ａを外嵌している。又、内側（図２の右側）の内輪５ｂの内端面は、別の環状部材１１ｂを介して、上記車軸１の中間部に形成した段差面１２に突き当てている。従って、上記１対の内輪５ａ、５ｂが図２の状態よりも上記車軸１の中央寄り（図２の右寄り）に変位する事はない。そして、上記車軸１の外端部に外嵌し、更に複数本のボルト１３、１３によりこの車軸１に対し結合固定した、丸鉢状のエンドプレート１４の内端縁（図２の右端縁）により、上記環状部材１１ａを上記外側の内輪５ａの外端面に向け抑え付けている。
【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１５ａ、１５ｂを内嵌固定している。そして、これら両シールケース１５ａ、１５ｂの内周面と上記各環状部材１１ａ、１１ｂの外周面との間に、それぞれシールリング１６ａ、１６ｂを設ける事により、前記複数個の円すいころ６、６を設置した内部空間１７の両端開口部を塞いでいる。この構成により、この内部空間１７の内外を遮断して、この内部空間１７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、外部から上記内部空間１７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、前記軸受箱２の外端開口は、この軸受箱２の外端部に固定したカバー１８により塞いでいる。このカバー１８は、合成樹脂若しくは金属材料により全体を略有底円筒状に形成しており、円筒部１９と、この円筒部１９の外端（図２の左端）開口を塞ぐ底板部２０と、この円筒部１９の内端（図２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２１とを備える。この様なカバー１８は、上記円筒部１９の内端部を上記軸受箱２の外端部に内嵌すると共に、上記取付部２１をこの軸受箱２の外端面に突き当てた状態で、この取付部２１を上記軸受箱２の外端面に図示しないボルトで固定する事により、上記軸受箱２の外端開口部を塞ぐ。
【０００８】
又、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、センサ取付孔２２を形成している。そして、このセンサ取付孔２２内で上記外輪４の外周面に、熱電対等の温度センサ２３を装着し、この外輪４を含む前記複列転がり軸受ユニット３の温度を検出自在としている。上記温度センサ２３の検出信号を取り出す為のハーネス２４は、上記センサ取付孔２２を通じて上記軸受箱２外に取り出し、図示しない制御器に送っている。
【０００９】
上述の様に構成するセンサ付転がり軸受ユニットの場合、鉄道車両の台車に支持した上記軸受箱２の内径側に前記車軸１を、回転自在に支持できる。又、上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２３が、この温度を検知する。この様にしてこの温度センサ２３が検知した温度信号は、上記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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成し作用する従来構造の場合、温度センサ２３を装着する為に、軸受箱２にセンサ取付孔２２を加工する必要がある。この軸受箱２は、鋼等の強度の高い材料により造られている為、この軸受箱２にセンサ取付孔２２を形成する作業は面倒で、センサ付転がり軸受ユニットの製造コストを高くする原因となる。又、外輪４の外周面に温度センサ２３を装着する作業は、この外輪４を上記軸受箱２に内嵌した後に行なわなければならない。この為、小径のセンサ取付孔２２内に上記温度センサ２３を挿入し、しかも外輪４の温度を検出自在とすべく、これら温度センサ２３と外輪４とを接触させ、更にこの温度センサ２３が上記センサ取付孔２２から脱落するのを防止すると言った、面倒な作業が必要になる。これらにより、従来のセンサ付転がり軸受ユニットは、コストが嵩む事が避けられなかった。
本発明のセンサ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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサ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センサ付転がり軸受ユニットと同様に、外輪と、内輪と、複数個の転動体と、シールケースと、シールリングと、温度センサとを備える。
このうちの外輪と内輪とは、互いに相対回転自在であり、一方が回転輪であると共に他方が固定輪である。
又、上記各転動体は、上記外輪の内周面に形成された外輪軌道と、上記内輪の外周面に形成された内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
又、上記シールケースは、ほぼ円筒状で、上記固定輪の端部にその基端部を結合固定されている。
又、上記シールリングは、上記シールケースの周面と上記回転輪と共に回転する部分との間に設けられている。
更に、上記温度センサは、上記各転動体を含む転がり軸受ユニットの温度を検出するものである。
【００１２】
特に、本発明のセンサ付転がり軸受ユニットに於いては、上記シールケースは、鋼板、アルミニウム合金板、銅合金板等の伝熱性の良好な金属製で、基端部を上記固定輪の端部に締り嵌めで嵌合する事によりこの固定輪に結合固定されている。
又、上記温度センサは、上記シールケースの外面に検知部を当接若しくは近接対向させた状態で、このシールケースに結合固定されていて、このシールケースの温度をこのシールケースの外面側から測定する事により、上記固定輪を含む転がり軸受ユニットの温度を測定可能としている。この為に例えば、上記シールケースの先端部を径方向に折り曲げて円輪部を形成し、この円輪部の外側面に、上記温度センサを結合固定する。
【００１３】
【作用】
上述の様に構成する本発明のセンサ付転がり軸受ユニットによれば、面倒な加工や組立作業を要する事なく、低コストで造れるにも拘らず、転がり軸受ユニット部分の温度を効果的に測定できる。
即ち、温度センサをシールケースを構成する円輪部の外側面等、このシールケースの外面に結合固定する為には、特に面倒な加工を必要とせず、しかも結合固定作業を広い空間で行なえる為、部品の加工コスト並びに組立コストを低減できる。
又、固定輪に対し締り嵌めで嵌合固定した、上記シールケースの温度は、この固定輪の温度上昇に伴って上昇し、このシールケースの温度が固定輪の温度とほぼ同じとなる。この為、このシールケースの外面にその検知部を当接若しくは近接対向させた上記温度センサによって、上記固定輪を含む転がり軸受ユニットの温度を効果的に測定できる。
又、上記温度センサは、上記シールケースの外側に設置されていて、上記転がり軸受ユニットの内部空間内に封入したグリース等の潤滑剤に触れる事はない。この為、上記温度センサがこの潤滑剤を汚染する事はなく、この潤滑剤の耐久性は十分に保たれる。又、上記温度センサは、上記シールケースの外側に設置する為、このシールケースに、この温度センサやハーネスを挿通する為の通孔を形成する必要はない。従って、このシールケースに設けた通孔を通じて上記転がり軸受ユニットの内部空間からのグリースの漏洩やこの内部空間内への異物侵入が生じる事もない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、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２３ａの取付構造、及び、この温度センサ２３ａの検出信号を取り出す為のハーネス２４ａの配線構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述した従来構造の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１５】
固定輪である外輪４の外端部（図１の左端部）に結合固定したシールケース１５ａは、鋼板、アルミニウム合金板、銅合金板等の伝熱性の良好な金属板を曲げ形成する事により、断面クランク型で全体を略円筒状に形成している。この様なシールケース１５ａは、基端部（図１の右端部）を上記外輪４の外端部に、締り嵌めで内嵌する事により、この外輪４に結合固定されている。従って、この外輪４の外端部内周面と上記シールケース１５ａの基端部外周面とは、全周に亙って金属同士が直接、且つ十分な当接圧で接触する。この為、上記外輪４と上記シールケース１５ａとの間の熱伝達は効率良く行なわれ、これら外輪４とシールケース１５ａとの温度はほぼ同じとなる。
【００１６】
この様にして上記外輪４の外端部に結合固定されたシールケース１５ａの先端部（外端部、図１の左端部）は径方向内方に折り曲げる事により、円輪部２５としている。そして、この円輪部２５の外側面（図１の左側面）に、前記温度センサ２３ａを結合固定している。この円輪部２５に対してこの温度センサ２３ａを結合固定するには、接着、ねじ止め、接着とねじ止めとの併用等を採用できる。何れにしても、上記温度センサ２３ａを上記円輪部２５に対し結合固定した状態では、この温度センサ２３ａの検知部を、上記円輪部２５の外側面に当接若しくは近接対向させる。更に、必要に応じて、この温度センサ２３ａの外表面を接着剤により覆う。この様に温度センサを接着剤により覆えば、仮にカバー１８内に雨水等の異物が侵入した場合でも、この異物によって上記温度センサ２３ａの性能が劣化する事を防止できて、この温度センサ２３ａの信頼性及び耐久性の向上を図れる。
【００１７】
又、図示の例では、軸受箱２の端部開口を塞ぐカバー１８を構成する円筒部１９の一部に中継コネクタ２６を、この円筒部１９を貫通する状態で設けている。そして、上記温度センサ２３ａの信号を取り出す為のハーネス２４ａの端部を、上記中継コネクタ２６の内端部に接続している。これと共に、上記温度センサ２３ａの信号を図示しない制御器に送る為のコード２７の端部を、上記中継コネクタ２６の外端部に接続自在としている。尚、上記ハーネス２４ａ及びコード２７と上記中継コネクタ２６の端部との接続作業を容易に行なえる様にすべく、これらハーネス２４ａ及びコード２７の端部にプラグを装着し、これら各プラグと上記中継コネクタ２６の端部とを、電気的且つ機械的に着脱自在とする事もできる。但し、上記ハーネス２４ａの端部と上記中継コネクタ２６の内端部との接続は、プラグを省略して、このハーネス２４ａの導体の端部を上記中継コネクタ２６の導体に直接接続しても良い。
【００１８】
上述の様に構成する本発明のセンサ付転がり軸受ユニットによれば、面倒な加工や組立作業を要する事なく、低コストで造れるにも拘らず、転がり軸受ユニット部分の温度を効果的に測定できる。
即ち、上記温度センサ２３ａを前記シールケース１５ａの円輪部２５に結合固定する作業を、接着、ねじ止め等、特に面倒な加工を必要としない方法により、しかも結合固定作業を広い空間で行なえる。即ち、上記円輪部２５に上記温度センサ２３ａを結合固定する作業は、上記シールケース１５ａの基端部を前記外輪４の端部に内嵌固定する以前に行なえる為、上記結合作業は容易である。この為、部品の加工コスト並びに組立コストを低減できる。
【００１９】
又、前述した様に、前記外輪４に対し締り嵌めで嵌合固定した、上記シールケース１５ａの温度は、この外輪４の温度とほぼ等しくなるので、このシールケース１５ａの円輪部２５にその検知部を当接させた上記温度センサ２３ａによって、上記外輪４を含む複列円すいころ軸受３の温度を効果的に測定できる。この為、この複列円すいころ軸受３に焼き付き等の異常が発生した場合に、これを確実に且つ素早く検知できて、この複列円すいころ軸受３を含む回転支持部に、更に重大な損傷が発生する事を防止できる。尚、上記温度センサ２３ａを上記複列円すいころ軸受３の負荷圏（図示の例では上部）の近傍に取り付ければ、この複列円すいころ軸受３の発熱に伴う温度上昇を、より効率良く検知できるので好ましい。
【００２０】
又、上記温度センサ２３ａは、上記シールケース１５ａの円輪部２５の外側に設置しているので、この温度センサ２３ａが上記複列円すいころ軸受３の内部空間１７内に封入したグリース等の潤滑剤に触れる事はない。この為、上記温度センサ２３ａがこの潤滑剤を汚染する事はなく、この潤滑剤の耐久性は十分に保たれる。又、上記温度センサ２３ａは上記円輪部２５の外側面に設置する為、この円輪部２５にこの温度センサ２３ａやハーネス２４ａを挿通する為の通孔を形成する必要はない。従って、上記円輪部２５に設けた通孔を通じて上記内部空間１７からのグリースの漏洩やこの内部空間１７内への異物侵入が生じる事もない。
【００２１】
更に、上記シールケース１５ａの外側面に、上記温度センサ２３ａに加えて振動を検知する為の振動センサを一体に組み付ける事も可能である。そして、振動センサにより上記シールケース１５ａを介して、上記外輪４を含む前記複列円すいころ軸受ユニット３の振動を検出すれば、転がり疲れ寿命に基づく、外輪軌道７や内輪軌道８、或は各円すいころ６、６の転動面の剥離を検出して、警報を発する事ができる。
【００２２】
尚、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検出は、上記温度センサ２３ａと振動センサとのうちの少なくとも一方を設ける事により実施できるが、少なくとも温度センサ２３ａを設け、更に振動センサを設けると、異常検出の信頼性をより向上させる事ができる為、好ましい。
【００２３】
又、本発明の実施の対象となる転がり軸受ユニットは、図示の様な複列円すいころ軸受に限らず、円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受等の他のころ軸受、或は深溝型、アンギュラ型等の各種玉軸受でも良い。
又、シールケースの外面で温度センサを組み付ける部分は、図示の様な円輪部の外側面に限らず、円筒状部分の外周面でも良い。
更には、外輪を保持する為の軸受箱の形状は、この外輪の上半部等、ラジアル荷重の負荷側のみを抑える、半割れ型のものでも良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた様に構成され作用するので、転がり軸受ユニットの温度を正確に測定して、この転がり軸受ユニットの異常検出を高い信頼性で行なえるセンサ付転がり軸受ユニットを、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】従来構造の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 車軸
２ 軸受箱
３ 複列円すいころ軸受
４ 外輪
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 間座
１１ａ、１１ｂ 環状部材
１２ 段差面
１３ ボルト
１４ エンドプレート
１５ａ、１５ｂ シールケース
１６ａ、１６ｂ シールリング
１７ 内部空間
１８ カバー
１９ 円筒部
２０ 底板部
２１ 取付部
２２ センサ取付孔
２３、２３ａ 温度センサ
２４、２４ａ ハーネス
２５ 円輪部
２６ 中継コネクタ
２７ コード

Claims (4)

1. 互いに相対回転する外輪と内輪とのうちの一方が回転輪であると共に他方が固定輪であり、これら外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記固定輪の端部にその基端部を結合固定された円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との間に設けられたシールリングと、上記各転動体を含む転がり軸受ユニットの温度を検出する温度センサとを備え、上記シールケースは、伝熱性の良好な金属製で、基端部を上記固定輪の端部に締り嵌めで嵌合する事によりこの固定輪に結合固定されており、上記温度センサは、上記シールケースの外面に検知部を当接若しくは近接対向させた状態で、このシールケースに結合固定されていて、このシールケースの温度をこのシールケースの外面側から測定する事により、上記固定輪を含む転がり軸受ユニットの温度を測定可能としているセンサ付転がり軸受ユニット。
2. 固定輪の端部開口を塞ぐカバーと、このカバーを貫通する状態で設けられた中継コネクタとを備え、温度センサの信号を取り出す為のハーネスをこの中継コネクタの内端部に接続すると共に、この信号を制御器に送る為のコードの端部をこの中継コネクタの外端部に接続自在とした、請求項１に記載したセンサ付転がり軸受ユニット。
3. シールケースに対して温度センサを、接着とねじ止めとの少なくとも一方の結合手段により結合すると共に、この温度センサの外表面を接着剤により覆っている、請求項１〜２の何れかに記載したセンサ付転がり軸受ユニット。
4. 温度センサに加えて振動センサを、シールケースに対して結合固定した、請求項１〜３の何れかに記載したセンサ付転がり軸受ユニット。

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