(57)【要約】【課題】  センサへの鉄分の付着を防止すると共に、仮に鉄粉が付着しても正確な速度検出が可能なセンサ付軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ付軸受装置（１０）は、回転輪（１７）と静止輪（１５）と、該回転輪（１７）及び該静止輪（１５）との間に転動自在に配置された転動体（１８）とを有する転がり軸受（１３）と、前記回転輪（１７）と共に回転可能なエンコーダ（３１）と、該エンコーダ（３１）の径方向外方に位置するように、前記静止輪（１５）或いは前記静止輪（１５）と固定される部材（３３）に取り付けられるセンサ（３２）と、前記エンコーダ（３１）と該センサ（３２）との間に設けられる非磁性体（３９）と、を備える。【選択図】    図１
2006022838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転輪と静止輪と、該回転輪及び該静止輪との間に転動自在に配置された転動体とを有する転がり軸受と、
前記回転輪と共に回転可能なエンコーダと、
該エンコーダの径方向外方に位置するように、前記静止輪或いは前記静止輪と固定される部材に取り付けられるセンサと、
前記エンコーダと該センサとの間に設けられる非磁性体と、
を備えたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項２】
前記非磁性体は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項３】
前記非磁性体は、ゴム或いはプラスチックからなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項４】
前記非磁性体は、０．１ｍｍ以上で、前記センサと前記エンコーダ間のエアーギャップ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
【請求項５】
前記センサに取り付けた前記非磁性体と前記エンコーダとの間のエアーギャップが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ付軸受装置に関し、特に、機械装置や、鉄道車両、自動車、搬送車等の移動体に組み込まれる軸受装置の運転状態の検知や予防保全に用いられるセンサ付軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等の車軸軸受では、車輪の空転検知や、軸受の異常検知（焼付き検知のための軸受温度検知、軸受破損検知のための振動検知）がセンサを用いて行なわれている。センサ付軸受装置の一例としては、軸受箱の前蓋にセンサを取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図４に示すように、特許文献１に開示されたセンサ付軸受装置１００は、車両の重量を支え、車軸１０１の回転を支持するグリース密封型の複列円すいころ軸受１０２を備えており、車軸１０１はこの複列円すいころ軸受１０２を介して軸受箱１０３に対して回転自在に支持されている。また、車軸１０１の端部には端面押え１０４が固定されており、端面押え１０４の外径に速度検出用の複数の歯部１０５が円周方向に等間隔に形成されている。また、軸受箱１０３に固定された前蓋１０６には、センサ１０７が組み付けられている。
【０００４】
センサ１０７は、速度検出用の歯部１０５に対して所定の隙間を保持して対向配置されている。センサ１０７は、速度検出用素子を有し、速度検出用の歯部１０５の回転に伴うパルス信号をカウントして回転を検知する。また、センサ１０７は、内蔵された、温度検出用素子、振動検出用素子によって、温度、振動を検出する。なお、１０８は、前蓋１０６に取り付けられた端面蓋である。
【特許文献１】特開２００３−９０３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図４に示したセンサ付軸受装置１００では、磁石、ホール素子、及び速度検出用の歯部１０５からなる歯車によって速度検出の磁気回路を構成し、センサ１０７と歯車間の磁束密度の変化をホール素子で検出して速度検出を行っている。磁石及びホール素子はセンサ１０７の筐体内に収容されており、ホール素子は磁石と歯車との間に位置するように配置されている。
【０００６】
ここで、ホール素子にＡＧＣ（Automatic gain control）タイプのものを使用した場合、ホール素子は通電初期に検知する磁束変化に応じてホール素子自身の検出感度を自動的に調整する。このため、静止、非通電時にセンサと歯車との間に鉄粉等の摩耗粉が付着すると、ホール素子を通過する磁束密度が大きくなりすぎる。この状態でホール素子を通電して回転させると、鉄粉が付着した状態でホール素子の感度が調整される。その後、歯車の回転が速くなり、センサと歯車間に付着していた鉄粉が歯車の回転によって吹き飛ばされると、ホール素子を通過する磁束密度が減少してしまい、磁束密度が大きなときに設定された感度のままでは速度を正確に測定できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、センサへの鉄分の付着を防止すると共に、仮に鉄粉が付着しても正確な速度検出が可能なセンサ付軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）  回転輪と静止輪と、該回転輪及び該静止輪との間に転動自在に配置された転動体とを有する転がり軸受と、
前記回転輪と共に回転可能なエンコーダと、
該エンコーダの径方向外方に位置するように、前記静止輪或いは前記静止輪と固定される部材に取り付けられるセンサと、
前記エンコーダと該センサとの間に設けられる非磁性体と、
を備えたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
（２）  前記非磁性体は、アルミニウムからなることを特徴とする（１）に記載のセンサ付軸受装置。
（３）  前記非磁性体は、ゴム或いはプラスチックからなることを特徴とする（１）に記載のセンサ付軸受装置。
（４）  前記非磁性体は、０．１ｍｍ以上で、前記センサと前記エンコーダ間のエアーギャップ以下の厚さを有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
（５）  前記センサに取り付けた前記非磁性体と前記エンコーダとの間のエアーギャップが１ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセンサ付軸受装置によれば、エンコーダとセンサとの間に非磁性体を設けたので、センサへの鉄分の付着を防止すると共に、仮に鉄粉が付着しても正確な速度検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施形態に係るセンサ付軸受装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態のセンサ付軸受装置を示す縦断面図である。図１に示すように、第１実施形態のセンサ付軸受装置１０は、鉄道車両用センサ付軸受装置であり、車軸１１が、図示しない車輪を支持固定した状態で、軸受箱１２の内径側で、本発明の転がり軸受であるグリース密封型の複列円すいころ軸受１３により、回転自在に支持されている。
【００１２】
複列円すいころ軸受１３には、種々部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷される。複列円すいころ軸受１３は、軸受箱１２に内嵌され、円錐面状に傾斜した一対の外輪軌道面１４を内周面に有する単一の外輪１５と、車軸１１に外嵌され、円錐面状に傾斜した内輪軌道面１６を外周面に有する一対の内輪１７を有する。
【００１３】
また、複列円すいころ軸受１３は、外輪１５の外輪軌道面１４と内輪１７の内輪軌道面１６との間に複列で複数配置された転動体である円すいころ１８と、円すいころ１８を転動自在に保持する環状の保持器１９とを有する。複列円すいころ軸受１３の内部には、グリース等の潤滑剤が封入されている。また、一対の内輪１７間には、内輪間座２０が組み付けられており、内輪１７の軸方向両端部にも、一対の内輪間座２１，２２が配置されている。  
【００１４】
外輪１５の両端部には、一対のシールケース２３，２４が組み付けられている。シールケース２３，２４は、軟鉄をプレス加工することにより薄肉に成形されており、外輪１５側から外径が段階的に小さくなるようにして円筒形状に形成されている。シールケース２３と内輪間座２１との間、及びシールケース２４と内輪間座２２との間には、それぞれオイルシール２５，２６が配置されている。また、内輪間座２１の軸方向外方には車軸１１の外径に沿ったテーパ面を有する環状部材２７が設けられており、シールケース２３の先端部２３ａとこの先端部２３ａを囲むように環状部材２７に設けられた凹部２７ａとでラビリンスシール２８を構成する。オイルシール２５とこれにより、複列円錐ころ軸受１３内部に封入した潤滑剤が外部に漏洩するのを防止すると共に、複列円すいころ軸受１３内部へ異物が侵入するのを防止している。
【００１５】
また、車軸１１の端部には端面押え２９がボルト固定されており、端面押え２９の外周面には、速度検出用の複数の歯部３０を円周方向に等間隔に備えたエンコーダである歯車３１が形成されている。
【００１６】
また、軸受箱１２の一端は、速度検出用の歯車３０と所定の隙間を保持して径方向に対向するセンサ３２を備えた筒状の前蓋３３と、筒状の前蓋３３の一端開口を塞ぐ端面蓋３４を備える。センサ３２は、センサ筐体３５内に速度検出素子３６、温度検出素子３７、振動検出素子３８とを備えており、センサ用軸受装置１０の運転状況を高精度で検出する。
【００１７】
速度検出素子３６は、磁石とＡＧＣタイプのホール素子を内部に有しており、ホール素子は、磁石とセンサ３２と対向する歯車３１との間に位置するように配置される。また、歯車３１と対向するセンサ３２の先端には、０．１ｍｍ以上で、且つセンサ３２と歯車３１間のエアーギャップ以下の厚さを有する非磁性体３９が固定されており、非磁性体３９と速度検出用の歯車３１とのエアーギャップは１ｍｍ以下に保たれている。なお、非磁性体３９の材料は、アルミニウムであってもよく、或いは、ゴムやプラスチック等の弾性体であってもよい。また、非磁性体３９の固定は、ネジ、接着剤で固定してもよく、その他の方法で固定されてもよい。速度検出素子３６は、速度検出用の歯車３０が回転することで、車軸１１の回転を計測して、例えばパルス状の電気信号を発生する。発生した電気信号は、出力ケーブル４２を通じて制御回路（不図示）に送られて監視される。
【００１８】
温度検出素子３７は、円すいころ１８、外輪１５、内輪１７付近における雰囲気温度を常時測定して制御回路に与えることにより、潤滑剤切れ等による焼付きの発生を防止する。加速度検出素子３８は、円すいころ１８、外輪１５、内輪１７に与えられた振動成分を電気信号に変換して制御回路に送ることにより、軸受の剥離、傷等の異常や、車輪の偏摩耗等の検出を行う。なお、加速度検出素子３８は、車軸１１の軸方向及び径方向の振動成分を検出しても良いが、本発明のように接触角を有する転がり軸受においては、軸方向の振動を検出するのが好ましい。
【００１９】
上記のように構成されたセンサ付軸受装置１０によれば、センサ３２と歯車との間に、非磁性体３９を配置するようにしたので、センサ３２への鉄粉の付着を防止すると共に、もし鉄粉が付着した場合においても鉄粉が付着した場合の磁束密度と鉄粉が付着していない場合の磁束密度の変化量の差を少なくすることができる。その結果、ホール素子の検出感度変更による速度検出ミスを軽減することができ、磁性体吸着による回転検出異常のトラブルを回避できる。
【００２０】
また、非磁性体３９の厚さは、０．１ｍｍ以上とし、好ましくは、センサ３２の表面と歯車とのエアーギャップと同一とすることで、感度の変化を減少させ、且つ吸着した磁性材によるホール素子の磁束密度への影響を小さくできる。さらに、非磁性体３９をゴムやプラスチック等の弾性体で構成することで、磁性材が万が一歯車に接触した場合でも、歯車や非磁性体３９が破損しないので望ましい。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のセンサ付軸受装置について図２，図３を参照して説明する。図２は本発明に係る第２実施形態のセンサ付軸受装置を示すセンサ周りの正面図、図３は図２に示したセンサ付軸受装置の縦断面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付し、説明を省略或いは簡略化する。
【００２２】
図２，図３に示すように、第２実施形態のセンサ付軸受装置５０では、第１実施形態と同様に、車軸１１が軸受箱１２に対してグリース密封型の複列円すいころ軸受１３により回転自在に支持されている。
【００２３】
内輪１７の軸方向両端部には、一対の内輪間座５１，５２が配置されている。また、外輪１５の両端部には、一対のシールケース５３，５４が組み付けられている。シールケース５３，５４は、軟鉄をプレス加工することにより薄肉に成形されており、外輪１５側から外径が段階的に小さくなるようにして円筒形状に形成されている。シールケース５３と内輪間座５１との間には、オイルシール５５が配置されると共に、シールケース５３の先端部５３ａとこの先端部５３ａを囲むように内輪間座５１に設けられた凹部５１ａとでラビリンスシール５６を構成する。一方、シールケース５４と内輪間座５２との間にも、径方向内方に延びるシールケース５４のフランジ部５４ａから複列円錐ころ軸受１３側に向かってほぼ９０度に折曲げされた先端部５４ｂと、この先端部５４ｂを囲むように内輪間座５２に設けられた凹部５２ａとでラビリンスシール５７を構成する。これにより、複列円錐ころ軸受１３内部に封入した潤滑剤が外部に漏洩するのを防止すると共に、複列円すいころ軸受１３内部へ異物が侵入するのを防止している。
【００２４】
また、内輪間座５２の軸方向外方には、外周面に速度検出用の歯部５８が円周方向に等間隔に形成されたエンコーダである歯車５９が設けられており、歯車５９は、車軸端部材６０を介して車軸１１にボルト固定されている。そして、速度検出用の歯部５８は、センサ６１に対して所定の隙間を置いて非接触で対向配置されている。
【００２５】
図２に示すように、シールケース５４には、フランジ部５４ａの円周方向に離れた位置に、一対のボルト６２，６２が車軸１１の軸方向外方に向けて突出して固定されている。  この一対のボルト６２、６２には、センサ筐体６３の側部に形成された一対のフランジ部６４，６４のネジ孔を挿通した後、緩み止めナット６５，６５がねじ込まれている。また、シールケース５４には、フランジ部５４ａから外輪１５側に向かう円筒部５４ｃに、ボルト６６が径方向外方に突出して固定されている。このボルト６６には、センサ筐体６３のフランジ部６３ａに挿通されてから、緩み止めナット６７がねじ込まれている。これにより、センサ筐体６３はシールケース５４に固定される。センサ筐体６３は、底部にセンサ孔６３ｂが形成されると共に、カバー６８により密閉されている。
【００２６】
緩み止めナット６５，６５，６７は、雌ねじ部の端部に、弾性を有するフリクションリングを組み込んだＵナットである（Ｕナットは（株）富士精密の登録商標。）。緩み止めナット６５，６５，６７は、ボルト６２，６２，６６に対して十分にねじ込まれた状態で、フリクションリングがボルト６２，６２，６６の雄ねじを押圧することにより、自由回転を阻止して緩みを防止することができる。
【００２７】
センサ筐体６３は、Ａ２０１７，Ａ２０２４，Ａ５０５６，Ａ６０６１，Ａ７０７５等のアルミニウム合金にアルマイト処理が施されたアルミニウム合金製のものからなる。アルミニウム合金製のセンサ筐体６３は、プラスチック製のものに比べて機械的強度に優れており、鉄製のものに比べて軽量であるために、センサ筐体６３が取り付けられるシールケース５４に負担をかけることがない。また、アルミニウム合金製のセンサ筐体６３は、プラスチック製のものに比べて、熱伝導率が良好なので、軸受温度の測定を精度良く行うことができる。また、センサ筐体６３は、アルミニウム合金にアルマイト処理等の表面処理が施されているために、アルミニウムの防食性をさらに高めることができる。なお、表面処理はアルマイト処理以外の通常のメッキ処理等でも良いが、アルマイト処理等の陽極酸化処理を用いた表面処理の方が被膜特性において優れている。
【００２８】
また、センサ筐体６３とフランジ部５４ａとの間の隙間には、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂６９が充填されている。即ち、鉄製のシールケース５４とアルミニウム合金製のセンサ筐体６３間の取付け面の隙間部分に樹脂６９が充填されることで、取付け部の隙間部分に水分が浸入せずに、アルミニウムと鉄の基準電位の差に基づくアルミニウム合金の溶出が生じない。その結果、センサ６１の耐久性を高めることができる。
【００２９】
センサ６１は、センサ筐体６３内に配置された基板７０上に固定される、速度検出素子３６、温度検出素子３７、加速度検出素子（振動検出素子）３８を有しており、車両用軸受装置１０の運転状況を高精度で検出する。
【００３０】
速度検出素子３６は、歯車５９の外周面に形成された歯部５８と非接触で対向するように、センサ筐体６３のセンサ孔６３ｂ内に配置されている。また、第１実施形態と同様の構成を持った非磁性体３９は、速度検出素子３６と歯部５８との間に配置されるようにセンサ筐体６３に固定されている。このようにして、速度検出素子３６は、車軸１１に固定された歯車５９の回転を検出することで、車軸１１の回転を計測して、例えばパルス状の電気信号を発生する。発生した電気信号は、入出力信号ケーブル７１を通じて制御回路（不図示）に送られて監視される。なお、回転方向を測定する場合は、１個のセンサ筐体６３内に速度信号パルスが約９０度位相になる位置に速度検出素子３６を２個配置するとよい。また、速度検出素子３６を１個有したセンサ筐体を２個取り付けても同様の効果を得ることができる。この際、前記の構成と同じように、速度信号のパルスが約９０度位相になるように２個のセンサ筐体を配置するのがよい。
【００３１】
また、大部分の使用目的が回転速度の測定だけでよく、一部の軸受のみ回転方向を測定する必要がある場合は、速度検出素子３６を１個有するセンサ筐体のみを製作しておき、回転方向の測定が必要な軸受にのみセンサ筐体を２個取り付けることで回転速度と回転方向の測定が可能である。そうすれば、製作するセンサの種類を増やす必要がなく、低コスト化を実現できる。また、温度或いは振動検出が不要な場合は、基板７０から温度検出素子３７或いは振動検出素子３８を取り外しての使用も可能であり、一種類の筐体でのバリエーションが可能である。
【００３２】
温度検出素子３７は、センサ筐体６３の円すいころ軸受１３に近い、シールケース５４側に配されており、シールケース５４を介して伝達される円すいころ軸受１３内部の雰囲気温度を常時測定して制御回路に与えることで、潤滑剤切れ等による焼付きの発生を防止する。このとき、シール手段として、非接触のシールであるラビリンスシールを用いているため、発熱がなく、円すいころ軸受１３の発熱を精度良く測定することができる。また、センサ筐体６３をアルミニウム合金で構成すると共に、温度検出素子３７を他の検出素子よりシールケース側に配しているので、シールケース５４の温度をより正確に測定できる。また、センサ筐体６３と、フランジ部５４ａとの間に熱伝導性の良いシリコン樹脂等を充填すると、さらに精度良く温度を測定できる。
【００３３】
振動検出素子３８は、軸方向の振動を検出するセンサであり、円すいころ１８、外輪１５、内輪１７ａ，１７ｂに与えられた振動成分を電気信号に変換して制御回路に送る。振動検出素子３８は、軸方向の振動のみを測定しているので、円すいころ軸受１３の剥離や傷等の異常振動を精度良く測定できるとともに、車軸１１の偏摩耗も精度良く測定することができる。また、取付け位置（位相）は円周上の任意の場所に設定することができる。
【００３４】
上記のように構成されたセンサ付軸受装置５０においても、センサ６１と歯車５９との間に、非磁性体３９を配置するようにしたので、センサ６１への鉄粉の付着を防止すると共に、もし鉄粉が付着した場合においても鉄粉が付着した場合の磁束密度と鉄粉が付着していない場合の磁束密度の変化量の差を少なくすることができる。その結果、ホール素子の検出感度変更による速度検出ミスを軽減することができる。
【００３５】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、軸受は、複列円すいころ軸受に限らず、その他、複列深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、等の各種転がり軸受を適用しても良い。
また、センサに内蔵される検出素子は特に限定されず、軸受装置の運転状況を高い精度で監視する上で、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子の少なくとも一つを含んでいることが望ましい。
【００３６】
さらに、本実施形態では、センサの取り付け位置を車軸の下方としたが、軸箱及び軸箱周辺との干渉がなければ、車軸周りのいずれの位置に配置されてもよい。
また、本実施形態に使用されるホール素子は特に限定されないが、センサの電源投入時
の回転初期に自動的に感度を調整するＡＧＣタイプのものを使用した場合に効果が著しい。
また、本実施形態では、非磁性体はセンサ筐体と別体に形成されたが、非磁性材料からなるセンサ筐体によって、センサ筐体と歯車の速度検出用の歯部との間のエアーギャップを１ｍｍ以下としても、同様の効果を奏することができる。
さらに、本実施形態では、センサを取り付けるための、静止輪と固定される部材として軸受箱やシールケースが用いられたが、静止輪に取り付けられる構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る第１実施形態のセンサ付軸受装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態のセンサ付軸受装置を示すセンサ周りの正面図である。
【図３】図２に示したセンサ付軸受装置の縦断面図である。
【図４】従来のセンサ付軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，５０        センサ付軸受装置
１１              車軸
１２              軸受箱
１３              円すいころ軸受（転がり軸受）
１５              外輪（静止輪）
１７              内輪（回転輪）
３０，５８        速度検出用の歯部
３１，５９        歯車（エンコーダ）
３２，６１        センサ
３６              速度検出素子
３７              温度検出素子
３８              加速度検出素子
３９              非磁性体
【図１】
2006022838.tif 000003
【図２】
2006022838.tif 000004
【図３】
2006022838.tif 000005
【図４】
2006022838.tif 000006