(57)【要約】【課題】  強風下に曝されたとしても正確な軸受温度を検出することができるセンサ付軸受装置を提供する。【解決手段】  軸受１３の運転状態を検知するセンサ１４を備えるセンサ付軸受装置１０であって、センサ１４は、軸受装置１０の軸箱１２に取り付けられるセンサ筐体１５と、センサ筐体１５に配設される温度検出部１８と、を有し、センサ筐体１５の空気に曝される表面に、センサ筐体１５の表面の冷却を妨げる冷却防止機構２７を備える。【選択図】  図１
2006337323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の空気に曝される表面に、前記センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項２】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の端面と前記軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項３】
軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、
前記センサは、前記軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、前記センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、
前記センサ筐体の空気に曝される表面に、前記センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えると共に、
前記センサ筐体の端面と前記軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項４】
前記熱伝導性部材は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したものであることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項５】
前記熱伝導性部材は、発泡金属であることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ付軸受装置。
【請求項６】
前記センサは、前記センサ筐体に配設される振動検出部をさらに有することを特徴とする請求項１〜５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するものであり、特に、鉄道車両用軸受装置等の運転状態を検知して、これらの異常を検出するセンサ付軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両や自動車等の車軸を支持する軸受装置や機械設備等では、少なくとも温度センサを備えたセンサ付軸受装置が使用される（例えば、特許文献１参照。）。センサ付軸受装置は、温度センサが検出する温度から軸受装置や機械設備等の温度を推定して、軸受の焼付きや機械装置の異常を検出する。
【０００３】
例えば、図９に示されるように、特許文献１に記載のセンサ付軸受装置１００では、図示しない車輪を固定した車軸１０１を軸箱１０２に対して回転可能に支持するための複列の円錐ころ軸受１０３が、車軸１０１と軸箱１０２との間に配置されている。また、車軸１０１の軸端には、速度検出用リング１０４が取り付けられたエンドキャップ１０５が固定されており、軸箱１０２のカバー１０６にボルト止めされたセンサ１０７は、速度検出用リング１０４の外周面と対向するようにして配置される。なお、センサ筐体１０８内には、図示しない、速度センサ、温度センサ、加速度センサが含まれている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５００５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のセンサ付軸受装置１００では、車両走行時に、カバー１０６が強風下（例えば、車速３００ｋｍ／ｈの時には、風速８３．３ｍ／ｓ）に曝されるため、カバー１０６内の隙間の空気が冷却される。これにより、カバー１０６の内部温度が監視すべき軸受温度よりかなり低温になるため、正確な軸受温度を検出することは困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、強風下に曝されたとしても正確な軸受温度を検出することができる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】
【０００７】
（１）  軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えることを特徴とするセンサ付軸受装置。
（２）  軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の端面と軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
（３）  軸受の運転状態を検知するセンサを備えるセンサ付軸受装置であって、センサは、軸受装置の軸箱に取り付けられるセンサ筐体と、センサ筐体に配設される温度検出部と、を有し、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えると共に、センサ筐体の端面と軸箱のセンサ筐体取付面との隙間に、熱伝導性部材を配設することを特徴とするセンサ付軸受装置。
（４）  熱伝導性部材は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したものであることを特徴とする（２）又は（３）に記載のセンサ付軸受装置。
（５）  熱伝導性部材は、発泡金属であることを特徴とする（２）又は（３）に記載のセンサ付軸受装置。
（６）  センサは、センサ筐体に配設される振動検出部をさらに有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付軸受装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセンサ付軸受装置によれば、センサ筐体の空気に曝される表面に、センサ筐体の表面の冷却を妨げる冷却防止機構を備えるため、センサ筐体の冷却により温度検出部の検出温度が低下することを阻止することができる。これにより、センサ筐体が強風下に曝されたとしても、温度検出部が冷却されることを抑制できるので、温度検出部が軸受温度を正確に検出することができ、軸受の異常を精度良く検知して軸受装置の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るセンサ付軸受装置の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係るセンサ付軸受装置の第１実施形態を説明するための一部切欠正面図、図２は図１に示すセンサ付軸受装置の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図１に示すセンサ付軸受装置におけるセンサの外観斜視図、図６は第１実施形態の変形例を説明するための断面図である。
【００１１】
本実施形態のセンサ付軸受装置１０は、図１及び図２に示すように、鉄道車両用軸受装置であり、図示しない車輪を固定した車軸１１を、不図示の台車に装備される軸箱１２に対して回転自在に支持するための軸受１３が、車軸１１と軸箱１２との間に配置されている。
【００１２】
軸受１３には、種々の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。なお、軸受１３は、複列円すいころ軸受、複列の深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受や、単列の転がり軸受を組み合わせたもの等、公知の各種転がり軸受を使用することができ、転がり軸受の具体構成は図示省略する。
【００１３】
軸受１３の負荷圏側に位置する、即ち、車軸１１の中心０を通過する水平面Ｐより上方に位置する軸箱１２の側部に、センサ１４が取り付けられている。
【００１４】
センサ１４は、アルミニウム合金製の軸箱１２と同一材料からなるセンサ筐体１５と、センサ筐体１５の基板取り付け部１５ａと、基板取り付け部１５ａに取り付けられるプリント基板１７と、プリント基板１７上に固定される温度検出部としてのサーミスタや温度ＩＣ等の温度検出素子１８と、軸受１３の振動を測定する振動検出部としての振動検出素子１９と、温度検出素子１８と振動検出素子１９とから出力される測定信号を外部に伝送するため、センサ筐体１５に取り付けられる不図示のケーブルグランドから外部へ引き出される不図示の信号ケーブルと、を備える。
【００１５】
センサ筐体１５は、断面長方形状に形成され、基板取り付け部１５ａと、基板取り付け部１５ａを囲繞するよう形成される取り付け筒部１５ｂと、取り付け筒部１５ｂの上部開口を閉塞するカバー部材１５ｃと、を有し、基板取り付け部１５ａには、２個のねじ挿通孔２０，２０が形成され、カバー部材１５ｃには、このねじ挿通孔２０，２０に対応する位置にねじ挿通孔２１，２１が形成されている。また、軸箱１２には、ねじ挿通孔２０，２０に対応する位置にねじ孔２３，２３が形成されており、このねじ孔２３，２３は、軸受１３の外輪２４の外周面にまで形成されている。
【００１６】
そして、基板取り付け部１５ａのねじ挿通孔２０及び軸箱１２のねじ孔２３には、ねじ挿通孔２１から挿通されたボルト２２がねじ込まれる。これにより、センサ筐体１５が軸箱１２にねじ締結されると共に、ボルト２２の先端部が軸受１３の外輪２４の外周面に接触する。なお、ボルト２２とねじ挿通孔２１との間には、外部からの水や異物の浸入を防止するシール機構及び後述する外部の空気による冷却を防止する冷却防止機構が設けられている。
【００１７】
基板取り付け部１５ａは、平面視長方形状に形成されており、その上面にプリント基板１７を固定する。また、センサ筐体１５には、不図示の信号ケーブルを取り出すための不図示の取り出し孔が形成されている。
【００１８】
温度検出素子１８は、温度検出精度を向上させるため、軸受１３から熱が伝わり易いように、振動検出素子１９よりセンサ筐体１５のボルト２２寄りに配置されている。なお、プリント基板１７上には、上記の他に、アンプや抵抗、コンデンサ等の電子部品が実装されている。
【００１９】
図３に示すように、センサ筐体１５が軸箱１２に取付けられた状態において、センサ筐体１５の軸箱側端縁を軸箱１２の表面に密着させることは加工精度の点から難しいため、センサ筐体１５の軸箱側端縁と軸箱１２の表面との間に隙間が生じる。このため、センサ筐体１５の軸箱側端縁と軸箱１２のセンサ筐体取付面２５との隙間は、熱伝導性を有するシリコン樹脂系の接着剤２６によりシールされている。
【００２０】
そして、図４及び図５に示すように、センサ筐体１５の外周面及び天面には、センサ筐体１５の空気に曝される表面の冷却によりプリント基板１７の温度検出素子１８が冷却されることを阻止する冷却防止機構である断熱材２７が貼り付けられている。なお、本実施形態では、冷却防止機構に断熱材を使用したが、センサ筐体１５の空気に曝される表面の冷却により温度検出素子１８が冷却されない冷却防止部材であれば、適宜に使用することができる。また、断熱材２７は、センサ筐体１５の空気に曝される表面に貼り付けるが、軸箱１２とのセンサ筐体取付面２５には貼り付けない。
【００２１】
このように構成されるセンサ付軸受装置１０では、軸受１３の軸受温度は、外輪２４からボルト２２及び軸箱１２とのセンサ筐体取付面２５を介してプリント基板１７の上面に取り付けられた温度検出素子１８に伝達され、検出される。また、センサ筐体１５の空気に曝される表面からの熱の放出は、断熱材２７により阻止される。これにより、温度検出素子１８は正確な軸受温度を検出することができる。なお、軸受１３の振動成分は、プリント基板１７の上面に取り付けられた振動検出素子１９により検出される。
【００２２】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、センサ筐体１５の外周面及び天面に、センサ筐体１５の表面の冷却を妨げる冷却防止機構である断熱材２７を備えるため、センサ筐体１５の空気に曝される表面から温度検出素子１８への熱の放出を阻止することができる。これにより、センサ筐体１５が強風下に曝されたとしても、温度検出素子１８が冷却されることを抑制できるので、温度検出素子１８が軸受温度を正確に検出することができ、軸受１３の異常を精度良く検知して軸受装置１０の信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、本実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、温度検出素子１８と振動検出素子１９とを有するため、軸受１３の軸受温度の検出に加えて、軸受１３の振動も検出することができるので、異常振動等による車両不具合を未然に検知することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、センサ１４は、センサ筐体１５を単一の部品とし、プリント基板１７を取り付け後にカバー部材１５ｃを取り付ける構造としているために、部品点数を低減できると共に、組立性を向上することができる。但し、構成上、センサ筐体１５とカバー部材１５ｃを前もって組み立てておき、その後、ボルト２２で取り付ける構造にしてもよい。
【００２５】
なお、本実施形態の変形例として、センサ付軸受装置１０は、図６に示すように、温度検出素子１８をプリント基板１７の下面に取り付けると共に、センサ筐体１５の基板取り付け部１５ａの略中央部に軸箱１２に向けて凹部１８ａを設けて、この凹部１８ａに、プリント基板１７の下面（軸箱１２側）に取り付けた温度検出素子１８を嵌め込むようにしてもよい。
【００２６】
この場合、温度検出素子１８を基板取り付け部１５ａの凹部１８ａに嵌め込むように配置するので、温度検出素子１８が軸受温度をより正確に測定することができる。また、後述する熱伝導部材４２を経由して伝達する熱を精度良く測定できるのでさらに好ましい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第２実施形態について説明する。
図７は本発明に係るセンサ付軸受装置の第２実施形態を説明するための要部拡大断面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００２８】
本実施形態のセンサ付軸受装置４０は、図７に示すように、センサ筐体１５の軸箱１２側端面と軸箱１２のセンサ筐体取付面２５との隙間に、熱伝導性部材４２を配設している。即ち、センサ筐体１５の軸箱１２側端面の一部に中空の空間部４１がある場合、この空間部４１に熱伝導性部材４２を充填して、空間部４１を閉塞している。このようにすると、断熱材２７を配置するだけより熱の伝達を向上させることができるので、温度測定精度がさらに向上する。
【００２９】
熱伝導性部材４２は、シリコン樹脂に熱伝導物質を添加したもので、例えば、シリコン樹脂にシリカ等の粉末や金属粉を添加したものを使用することができる。また、熱伝導性部材４２として発泡金属を使用してもよい。発泡金属としては、例えば、内部に多数の孔を有する銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金等が挙げられる。さらに、熱伝導性部材４２は、空間部４１に直接充填してもよいが、板状の熱伝導性部材を基板取り付け部１５ａの裏面に接着等の接合手段でもって取り付けておけば取り扱いが容易になるので好ましい。
【００３０】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置４０によれば、センサ筐体１５の軸箱１２側端面の一部に形成される空間部４１に、熱伝導性部材４２を充填するため、軸受１３の軸受温度を温度検出素子１８に効率よく伝達することができるので、温度検出素子１８が軸受温度をより正確に検出することができ、軸受１３の異常を精度良く検知して軸受装置１０の信頼性をさらに向上することができる。
【００３１】
また、本実施形態のセンサ付軸受装置４０によれば、熱伝導性部材４２にシリコン樹脂にシリカ等の粉末や金属粉を添加したものを使用するため、軸受１３の軸受温度を温度検出素子１８に効率良く伝達することができる。
【００３２】
さらに、本実施形態のセンサ付軸受装置４０によれば、熱伝導性部材４２に内部に多数の孔を有する銅合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の発泡金属を使用するため、熱伝導係数が大きく、適度な弾性があるので、軸受１３の軸受温度を温度検出素子１８に効率良く伝達することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、図８を参照して、本発明に係るセンサ付軸受装置の第３実施形態について説明する。
図８は本発明に係るセンサ付軸受装置の第３実施形態を説明するための要部拡大断面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一の符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００３４】
本実施形態のセンサ付軸受装置５０は、図８に示すように、第１実施形態のセンサ筐体１５の外周面に設けた冷却防止機構である断熱材２７の代わりに、センサ筐体１５の外周面に真空室５１を設けるものである。真空室５１は、センサ筐体１５を成形する際に、密封された内部を真空処理して成形される。
【００３５】
従って、本実施形態のセンサ付軸受装置５０によれば、センサ筐体１５の外周面に、センサ筐体１５の表面の冷却を妨げる冷却防止機構である真空室５１を備えると共に、センサ筐体１５の天面に断熱材２７を備えるため、センサ筐体１５の空気に曝される表面からの熱の放出を阻止することができる。これにより、センサ筐体１５が強風下に曝されたとしても、温度検出素子１８が冷却されることを抑制できるので、温度検出素子１８が軸受温度を正確に検出することができ、軸受１３の異常を精度良く検知して軸受装置１０の信頼性を向上することができる。
【００３６】
なお、本発明は、前述した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、基板取り付け部は、カバー部材を取り付けることで断面略長方形状に形成されるが、これに限定されずに、円形状や半円形状であってもよい。
また、本実施形態では、センサ筐体の軸箱側端縁に接着剤を塗布したが、これに限定されず、センサ筐体の軸箱側端縁に、その周縁に沿った樹脂製リングや金属リングを取り付けてもよい。
また、第１実施形態の変形例は、第１実施形態に限定されず、第２及び第３実施形態に適用してもよい。
また、軸箱の材質は、アルミニウム合金に限定されるものではなく、鉄製であってもよい。また、センサ筐体の材質もアルミニウム合金に限定されず、ステンレス鋼等であってもよい。しかしながら、アルミニウム合金製のセンサ筐体の方が、熱伝導性が良いので好ましい。
また、本実施形態では、センサ付軸受装置として、鉄道車両用軸受装置を例示したが、これに限定されず、自動車用軸受装置にも適用可能である。
また、センサの取り付け部は、負荷圏側の方が温度検知性能上好ましいが、ケーブルの取り回し等により非負荷圏側に設けてもよい。
さらに、本実施形態では、プリント基板に温度検出素子及び振動検出素子を設ける場合を示したが、速度検出素子を併設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るセンサ付軸受装置の第１実施形態を説明するための一部切欠正面図である。
【図２】図１に示すセンサ付軸受装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示すセンサ付軸受装置におけるセンサの外観斜視図である。
【図６】第１実施形態の変形例を説明するための断面図である。
【図７】本発明に係るセンサ付軸受装置の第２実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【図８】本発明に係るセンサ付軸受装置の第３実施形態を説明するための要部拡大断面図である。
【図９】従来のセンサ付軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０，４０，５０    センサ付軸受装置
１１                車軸
１２                軸箱
１３                軸受
１４                センサ
１５                センサ筐体
１５ａ              基板取り付け部
１５ｂ              取り付け筒部
１５ｃ              カバー部材
１７                プリント基板
１８                温度検出素子（温度検出部）
１９                振動検出素子（振動検出部）
２０，２１          ねじ挿通孔
２２                ボルト
２３                ねじ孔
２４                外輪
２５                センサ筐体取付面
２６                接着剤
２７                断熱材（冷却防止機構）
４１                空間部
４２                熱伝導性部材
５１                真空室（冷却防止機構）
【図１】
2006337323.tif 000003
【図２】
2006337323.tif 000004
【図３】
2006337323.tif 000005
【図４】
2006337323.tif 000006
【図５】
2006337323.tif 000007
【図６】
2006337323.tif 000008
【図７】
2006337323.tif 000009
【図８】
2006337323.tif 000010
【図９】
2006337323.tif 000011