(57)【要約】【課題】  対向配置される導光部材の先端間の微小ギャップの断面積を小さくできて、安定した正確な検出が可能な潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供する。【解決手段】  この潤滑剤劣化検出装置１は、発光素子２に接続された投光側の導光部材４と、受光素子３に接続された受光側の導光部材５とを有する。両導光部材４，５の先端は、潤滑剤６の配置空間となる微小ギャップ１０を介して対向配置する。投光側の導光部材４の断面積と受光側の導光部材５の断面積とは互いに異ならせる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子に接続された投光側の導光部材と、受光素子に接続された受光側の導光部材とを有し、両導光部材の先端を、潤滑剤の配置空間となる微小ギャップを介して対向配置した潤滑剤劣化検出装置であって、投光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積とを互いに異ならせたことを特徴とする潤滑剤劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１において、投光側の導光部材の断面積を受光側の導光部材の断面積よりも小さくした潤滑剤劣化検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記導光部材が光ファイバである潤滑剤劣化検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載した検出装置付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潤滑剤の混入物などによる劣化状態を検出する潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受、例えば安全性やメンテナンス性が要求される鉄道車両用や発電プラント用等の潤滑剤劣化検出装置付き軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑剤を封入した軸受では、軸受内の潤滑剤（グリース、油など）が劣化すると転動体の潤滑不良が発生し、軸受寿命が短くなる。転動体の潤滑不良を、軸受の振動状態などから判断するのでは、寿命に達して動作異常が発生してから対処することになるため、潤滑状態の異常をより早く検出できない。そこで、軸受内の潤滑剤の状態を定期的あるいはリアルタイムに観測し、異常やメンテナンス期間の予測を可能にすることが望まれる。
【０００３】
潤滑剤の劣化の主要な要因として、軸受の使用に伴って発生する摩耗粉が潤滑剤に混入することが挙げられる。
軸受の摩耗状態を検出するものとしては、軸受のシールの内側に電極やコイル等のセンサを配置し、摩耗粉の混入する潤滑剤の電気特性を前記センサで検出するようにしたセンサ付き軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２９３７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のセンサ付き軸受は、潤滑剤の電気的特性を検出するものであるため、大量の摩耗粉が入って導通が起こるなどの状況にならなければ、特性変化として検出されず、混入物の検出が困難な場合がある。
【０００５】
このような課題を解決するものとして、例えば図５のように、発光側および受光側の光ファイバ４６，４７の各一端を検出対象となる潤滑剤４５が存在する検出部４８に対向させ、発光側の光ファイバ４６の他端に発光素子４３を、受光側の光ファイバ４７の他端に受光素子４４をそれぞれ配置した光学式の構成を考えた。
図５の構成では、発光素子４３から出射された光が発光側の光ファイバ４６を経由して検出部４８に存在する潤滑剤４５を透過し、さらに受光側の光ファイバ４７を経由して受光素子４４で検出される。潤滑剤４５に含まれる鉄粉などの異物の量が増えると、潤滑剤４５を透過する透過光量が減少するので、受光素子４４の次段に設けられる判定回路４９は、受光素子４４で検出される透過光量に基づき、潤滑剤４５に混入する異物の量を推定できる。
【０００６】
しかし、図５の構成では、対向配置される発光側の光ファイバ４６の先端と受光側の光ファイバ４７の先端の間に介在して、潤滑剤４５の配置空間となるギャップを小さくした場合、潤滑剤４５がギャップに入り難くなったり、一旦ギャップに入り込んだ潤滑剤４５が入れ替わり難くなり、安定した劣化検出が難しいことがある。すなわち、上記光学式の構成において、潤滑剤４５に混入する異物の混入量を所望の値まで測定できるようにするためには、潤滑剤４５の透明度が低い状態でも検出可能な透過光を観測する必要がある。このような要請に応える対策として、例えば図６のように、両光ファイバ４６，４７の断面積を大きくし、両光ファイバ４６，４７の先端間のギャップ５０を狭くすれば、透明度の低い潤滑剤４５でも十分な透過光を確保することができるが、この場合にはギャップ５０に潤滑剤４５が入り込み難くなる。
一方、図７のように、両光ファイバ４６，４７の断面積を小さくすることで、相対的にギャップ５０を大きくすると、ギャップ５０内に潤滑剤４５が入り易くなる。しかし、この場合、光ファイバ４６，４７の断面積を小さくすることから、十分な光量が得られず、検出信号の強度が不足する場合がある。
【０００７】
この発明の目的は、対向配置される導光部材の先端間の微小ギャプの断面積を小さくできて、安定した正確な検出が可能な潤滑剤劣化検出装置、およびその潤滑剤劣化検出装置を備えた検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、発光素子に接続された投光側の導光部材と、受光素子に接続された受光側の導光部材とを有し、両導光部材の先端を、潤滑剤の配置空間となる微小ギャップを介して対向配置した潤滑剤劣化検出装置であって、透光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積とを互いに異ならせたことを特徴とする。前記導光部材は例えば光ファイバである。
この構成によると、投光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積を互いに異ならせたので、微小ギャップの断面積を小さくでき、微小ギャップへ潤滑剤が入り込み易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。また、両導光部材の先端間で、互いの光軸がずれた場合の影響も小さくなるので、簡易な組立が可能になる。また、検出部として両導光部材の先端を上記微小ギャップを介して対向配置するものであるため、例えば検出対象の潤滑剤が封入された軸受内などへの設置において、軸受内部の潤滑剤の循環移動を妨げることなく、検出部を配置することが可能になる。
【０００９】
この発明において、投光側の導光部材の断面積を受光側の導光部材の断面積よりも小さくしても良い。
このように、センシング感度にあまり影響しない投光側の導光部材の断面積を、受光側の導光部材の断面積よりも小さくすることで、上記微小ギャップの断面積を小さくすると、投光側の導光部材の断面積を最低限必要な光量を確保できる断面積まで小さくすることができ、微小ギャップの断面積をより一層小さくできる。また、投光側の導光部材の断面積より受光側の導光部材の断面積が大きいことから、投光された光が広がり散乱を受けても、受光側の導光部材に確実に受光されることになり、受光強度が弱まることがない。
【００１０】
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれか構成の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載したものである。
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、潤滑剤の配置空間である検出部ギャップの断面積を小さくできて、安定した正確な劣化検出が可能なため、軸受に搭載した場合に、軸受内の観測位置に検出部ギャップを配置でき、軸受内の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。
その結果、軸受内に封入された潤滑剤の劣化を、リアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、発光素子に接続された投光側の導光部材と、受光素子に接続された受光側の導光部材とを有し、両導光部材の先端を、潤滑剤の配置空間となる微小ギャップを介して対向配置した潤滑剤劣化検出装置であって、投光側の導光部材の断面積と受光側の導光部材の断面積とを互いに異ならせたため、対向配置される導光部材の先端間の微小ギャップの断面積を小さくできて、安定した正確な検出が可能となる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を軸受に搭載したため、潤滑剤劣化検出装置における潤滑剤の配置空間である微小ギャップの断面積を小さくでき、安定した正確な劣化検出が可能であり、軸受内の観測位置に検出部である微小ギャップを配置でき、軸受内の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。その結果、軸受内に封入された潤滑剤の劣化を、リアルタイムで正確に検出することができる。これにより、軸受に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受の潤滑不良による破損を防ぐことができる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１（Ａ）は、この実施形態の潤滑剤劣化検出装置の概略構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、発光素子２および受光素子３と、潤滑剤６の配置空間となる微小ギャップ１０を介してそれぞれの先端を対向配置した一対の導光部材４，５と、前記受光素子３の出力から潤滑剤６に混入している異物の量を検出する判定手段７とを備える。前記一対の導光部材４，５は光ファイバからなる。これら一対の導光部材４，５のうち、一方の導光部材４は、その基端が前記発光素子２の発光面に接続された投光側の導光部材とされる。また、他方の導光部材５は、その基端が前記受光素子３の受光面に接続された受光側の導光部材とされる。投光側の導光部材４の断面積と受光側の導光部材５の断面積とは、互いに異ならせてある。具体的には、この実施形態では、図１（Ｂ）に拡大して示すように、投光側の導光部材４の断面積を、受光側の導光部材５の断面積よりも小さくしてある。
このように投光側の導光部材４および受光側の導光部材５を配置することにより、発光素子２から出射された光が投光側の導光部材４を介して潤滑剤６を透過し、その透過光が受光側の導光部材５を介して受光素子３に入射される。
【００１３】
前記発光素子２としては、ＬＥＤ、ＥＬ、有機ＥＬなどを用いることができ、発光回路１１によって駆動される。前記受光素子３としては、フォトダイオード、フォトトランジスタなどを用いることができ、その出力を受ける受光回路１２によって受光素子３の受光量が検出される。
【００１４】
潤滑剤６が新品のときには透明に近い状態にあり、投光側の導光部材４から投光されて潤滑剤６を透過する透過光の強度は高い。ところが、潤滑剤６に混入する異物の量が多くなると、透過光の強度が徐々に低下する。そこで、判定手段７は、透過光の強度に対応する受光素子３の出力から、潤滑剤６に混入している異物の量を検出する。潤滑剤６に混入する異物の量の増加は潤滑剤６の劣化の進行を意味するので、検出された異物の量から潤滑剤６の劣化具合を推定することができる。
【００１５】
このように、この潤滑剤劣化検出装置１では、潤滑剤６の配置空間となる微小ギャップ１０を介して投光側の導光部材４の先端と受光側の導光部材５の先端を対向配置し、投光側の導光部材４の断面積と受光側の導光部材５の断面積を互いに異ならせたので、微小ギャップ１０の断面積を小さくでき、微小ギャップ１０へ潤滑剤６が入り込み易くなり、安定した正確な劣化検出が可能となる。また、両導光部材４，５の先端間で、互いの光軸がずれた場合の影響も小さくなるので、簡易な組立が可能になる。また、検出部として両導光部材４，５の先端を上記微小ギャップ１０を介して対向配置するものであるため、例えば検出対象の潤滑剤６が封入された軸受内などへの設置において、軸受内部の潤滑剤６の循環移動を妨げることなく、検出部を配置することが可能になる。
とくに、この実施形態では、センシング感度にあまり影響しない投光側の導光部材４の断面積を、受光側の導光部材５の断面積よりも小さくすることで、上記微小ギャップ１０の断面積を小さくするようにしているので、投光側の導光部材４の断面積を最低限必要な光量を確保できる断面積まで小さくすることができ、微小ギャップ１０の断面積をより一層小さくできる。また、投光側の導光部材４の断面積より受光側の導光部材５の断面積が大きいことから、投光された光が広がり散乱を受けても、受光側の導光部材５に確実に受光されることになり、受光強度が弱まることがない。
【００１６】
図２は、この発明の他の実施形態の潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。光学系以外の部分の構成は図１の実施形態の場合と同様であり、ここではその重複する説明を省略する。この実施形態では、図１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置１において、投光側の導光部材４および受光側の導光部材５のそれぞれを、概形Ｌ字状に曲げ加工することで、光学系全体の光路をコ字状としている。
このように、光学系全体の光路をコ字状にすると光学系をコンパクトに構成できるので、例えば検出対象の潤滑剤６が封入された軸受内などへの設置において、潤滑剤劣化検出装置１の配置の自由度を高くすることができる。
【００１７】
図３は、この発明のさらに他の実施形態の潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。光学系以外の部分の構成は図１の実施形態の場合と同様であり、ここでは省略する。この実施形態では、図１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置１において、投光側の導光部材４および受光側の導光部材５のうち、受光側の導光部材５のみを概形Ｌ字状に曲げ加工することで、光学系全体の光路をＬ字状としている。受光側の導光部材５に代えて投光側の導光部材４のみを概形Ｌ字状に曲げ加工しても良い。
このように導光部材４，５の一方をＬ字状に曲げ加工すると光学系全体の光路をＬ字状とでき、図２の実施形態のように両導光部材４，５をＬ字状に曲げ加工すると光学系全体の光路をコ字状とできるので、例えば検出対象の潤滑剤６が封入された軸受内などへ設置において、設置場所の状況に合わせて容易に加工・配置することができる。
【００１８】
なお、上記各実施形態では、投光側の導光部材４の断面積を受光側の導光部材５の断面積よりも小さくしたが、逆に投光側の導光部材４の断面積を受光側の導光部材５の断面積よりも大きくしても良い。この場合、発光側の導光部材４から出た光の一部しか受光側の導光部材５に受光されないので、上記各実施形態の場合より受光強度が弱くなるが、発光側の導光部材４を経て投光される光強度が十分強い場合には、この発明の効果を減じることなく適用できる。
【００１９】
図４は、上記した潤滑剤劣化検出装置１を搭載した検出装置付き軸受を、鉄道車両用軸受ユニットに用いた一例の断面図である。この場合の鉄道車両用軸受ユニットは、検出装置付き軸受２１とその内輪２４の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り２２および後ろ蓋２３とで構成される。軸受２１は、ころ軸受、詳しくは複列の円すいころ軸受からなり、各列のころ２６，２６に対して設けた分割型の内輪２４，２４と、一体型の外輪２５と、前記ころ２６，２６と、保持器２７とを備える。
後ろ蓋２３は、車軸２０に軸受２１よりも中央側で取付けられて外周にオイルシール２８を摺接させたものである。油切り２２は、車軸２０に取付けられて外周にオイルシール２９を摺接させたものである。これら軸受２１の両端部に配置される両オイルシール２８，２９により軸受２１の内部に潤滑剤が封止され、かつ防塵・耐水性が確保される。
【００２０】
軸受２１の外輪２５の両端部には、それぞれシールケース３０，３１が取付けられ、これらシールケース３０，３１に前記オイルシール２８，２９が設けられる。一方のシールケース３１は、軸方向に複数の段部が階段状に並ぶ断面形状とした環状の部材であって、その一端部を軸受外輪２５の内径面に圧入嵌合させることで、外輪２５に取付けられる。このシールケース３１の中間段部の内径面には、断面Ｌ字状のリング部材３２がその円筒部を圧入嵌合させて取付けられている。このシールケース３１の内側に潤滑剤劣化検出装置１の発光素子２と受光素子３を含む電気回路部１３および一対の導光部材４，５が共に設けられ、導光部材４，５の先端の微小ギャップ１０は、潤滑剤の観測ポイントである外輪２５の内径面における転走面の脇に配置されている。
また、この場合、上記潤滑剤劣化検出装置１が例えば図２，図３の実施形態のものであると、一対の導光部材４，５等からなる光学系をコンパクトに構成でき、配置の自由度が高いので、このような位置への配置を容易に行うことができる。
また、上記潤滑剤劣化検出装置１は、その微小ギャップ１０を小さくできて、安定した正確な劣化検出が可能であるので、軸受２１の潤滑に寄与する転走面の脇の潤滑剤の劣化検出を安定して正確に行うことができる。具体的には、前記リング部材３２の内径側に延びる立板部の軸方向内側に向く面に潤滑剤劣化検出装置１の電気回路部１３が固定され、その配線ケーブル１４がシールケース３１を貫通して軸受外に引き出されている。その配線ケーブル１４を通じて、軸受外から潤滑剤劣化検出装置１への電源供給と軸受外への検出信号の取り出しが行われる。シールケース３１における配線ケーブル１４の貫通部には防水・防油処理が施される。これにより、潤滑剤劣化検出装置１の取付部から軸受内部へ水分やゴミ等が侵入するのを防止している。
【００２１】
例えば軸受２１の外輪２５等は、その製造の工程が煩雑であり、強度的にも厳しい要求があるため、上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載する場合、工程の増加等のうえで好ましくない場合があるが、簡易な部品であるシールケース３１に潤滑剤劣化検出装置１を配置する場合、その取付工程が容易である。また、シールケース３１に潤滑剤劣化検出装置１を配置する場合、その他の軸受構成部品については、潤滑剤劣化検出装置１を搭載しない一般の軸受と軸受部品の共通化が図れ、製造工程を同じにできて生産性に優れる。
【００２２】
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの検出装置付き軸受２１では、軸受内に封入された潤滑剤の劣化を、リアルタイムで正確に検出することができる。その結果、軸受２１に動作異常が発生する前に潤滑剤の交換の必要性を判断でき、軸受２１の潤滑不良による破損を防ぐことがきる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化検出装置１の出力によって判断できるため、使用期限前に廃棄される潤滑剤の量が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる潤滑剤劣化検出装置の概略構成図、（Ｂ）は同潤滑剤劣化検出装置における微小ギャップの拡大図である。
【図２】この発明の他の実施気状態にかかる潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。
【図３】この発明のさらに他の実施形態にかかる潤滑剤劣化検出装置における光学系の概略構成を示す断面図である。
【図４】上記潤滑剤劣化検出装置を搭載した検出装置付き軸受の一例の断面図である。
【図５】潤滑剤劣化検出装置の提案例の概略構成図である。
【図６】同潤滑剤劣化検出装置におけるギャップの一例を示す拡大図である。
【図７】同潤滑剤劣化検出装置におけるギャップの他の例を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…潤滑剤劣化検出装置
２…発光素子
３…受光素子
４…投光側の導光部材
５…受光側の導光部材
６…潤滑剤
１０…微小ギャップ
２１…検出装置付き軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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