(57)【要約】【課題】軸受の摩耗状態を迅速に検出することができるセンサ付軸受を提供する。【解決手段】本発明にかかるセンサ付軸受１０は、内輪１３と外輪１４との間に転動自在に保持された複数の転動体１２と内輪１３又は外輪１４の軌道面における軸方向両端部に設けられた環状のシール１５と、シール１５に設けられ、摩耗粉が付着することで電気特性が変化する検出子を含む摩耗検出センサとを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に保持された複数の転動体と、前記内輪又は前記外輪の軌道面における軸方向両端部に設けられた環状のシール部材と、
前記シール部材に設けられ、摩耗粉の付着により電気特性が変化する検出子を含む摩耗検出センサとを備えることを特徴とするセンサ付軸受。
【請求項２】
前記摩耗検出センサは、前記シール部材の前記転動体側の側面に設けられた電極を検出子としたことを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受。
【請求項３】
前記電極は、前記付着した摩耗粉の量に応じて抵抗値が変化することを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
【請求項４】
前記シール部材は、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックからなるシールであり、かつ、前記電極と前記シールとの間に電気的絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
【請求項５】
前記シール部材は着磁されたシールド板であり、かつ、前記電極と前記シールド板との間に電気的絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
【請求項６】
前記シール又は前記シールド板が、電極近傍のみを着磁されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のセンサ付軸受。
【請求項７】
前記シール部材間の軸受空間内には潤滑剤が加えられ、前記摩耗検出センサは、平板状に形成された対向する一対の電極部と該一対の電極部同士の間に配された誘電体とを有するコンデンサを備え、前記一対の電極部のうちの少なくとも一方が軸受作動中に前記潤滑剤と接触するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
【請求項８】
前記シール部材は、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックからなるシールであり、かつ、前記電極部と前記シールとの間に電気的絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項７に記載のセンサ付軸受。
【請求項９】
前記シール部材は、着磁された芯金の周囲にゴム又はプラスチックが設けられたシールであることを特徴とする請求項１又は７に記載のセンサ付軸受。
【請求項１０】
前記シール部材は、着磁されたシールド板であり、かつ、前記電極部と前記シールド板との間に電気的絶縁膜が設けられることを特徴とする請求項７に記載のセンサ付軸受。
【請求項１１】
前記シール又は前記シールド板が、前記コンデンサ近傍のみを着磁されていることを特徴とする請求項８，９及び１０のうちいずれか１つに記載のセンサ付軸受。
【請求項１２】
前記コンデンサは、前記一対の電極部の一方又は両方と誘電体とのうち少なくとも１つが着磁されていることを特徴とする請求項７に記載のセンサ付軸受。
【請求項１３】
前記シール部材は多極磁石からなるシール又はシールド板であり、回転センサ用のエンコーダとして使用されることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか１つに記載のセンサ付軸受。
【請求項１４】
前記摩耗検出センサは、先端部が前記シール部材間の軸受空間内に面するように設置された鉄芯コアと、前記鉄芯コアに巻回された１次コイルと２次コイルとを備え、
前記１次コイルに所定の交流電流を流して、前記２次コイルに発生する交流電圧を測定することにより摩耗状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受。
【請求項１５】
前記鉄芯コアは略コの字状に形成され、前記鉄芯コアの先端部間には磁石が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のセンサ付軸受。
【請求項１６】
前記摩耗検出センサは、先端部が前記シール部材間の軸受空間内に面するように設置されたコイルを備え、
前記コイルに交流電流を流して、前記コイルのインピーダンス変化を測定することにより摩耗状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受。
【請求項１７】
前記シール部材は、前記コイルの直径以上の大きさをもつ窓部を備えた芯金を含むシールであることを特徴とする請求項１６に記載のセンサ付軸受。
【請求項１８】
前記シール部材は、前記コイルの直径以上の大きさをもつ窓部を備えたシールド板であることを特徴とする請求項１６に記載のセンサ付軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ付軸受に関し、特に、鉄道、自動車、設備機械等に使用されるセンサ付軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、摩耗を検知する軸受としては、図２１に示すようなものが知られている。図２１に示すように、軸受２００は、内輪２０１の内輪つば外径部２０２に所定の深さで形成された切欠部２０３が形成されている。この切欠部２０３には、電気的絶縁皮膜部２０４及び摩耗検出用電極２０５が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
このような軸受２００においては、内輪２０１の内輪つば外径部２０２が摩耗すると摩耗検出用電極２０５に欠損が生じて摩耗検出用電極２０５に電気的導通がなくなることで、軸受２００における摩耗が所定量に達したことが検出できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１４８８０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の軸受２００は、内輪２０１の内輪つば外径部２０２の摩耗が所定量に達するまで、摩耗検出用電極２０５の電気的導通が保たれるため、軸受２００の摩耗状態を検出することはできない。したがって、摩耗状態をリアルタイムで検出できないという点で改善の余地があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができるセンサ付軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に保持された複数の転動体と、前記内輪又は前記外輪の軌道面における軸方向両端部に設けられた環状のシール部材（シール又はシールド板）と、前記シール部材に設けられ、摩耗粉の付着により電気特性が変化する検出子を含む摩耗検出センサとを備えるたセンサ付軸受によって達成される。
ここで、「電気特性」とは、例えば、検出子の抵抗値、静電容量、磁気抵抗、インピーダンスである。
【０００６】
上記センサ付軸受によれば、シール又はシールド板であるシールド部材に設けられた検出子に軸受の摩耗粉が付着すると、検出子における電気特性（抵抗値や静電容量や磁気抵抗やインピーダンス）が変化する。このため、検出子の電気特性を検知することで、軸受の摩耗の程度を検出することができ、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができる。
【０００７】
上記センサ付軸受は、摩耗検出センサがシール部材の転動体側の側面に設けられた電極を検出子として備えるように構成することができる。
例えば、接触する摩耗粉の量に応じて電極における電気的抵抗値が変化する。電極に一定の電圧をかけていると、電気的抵抗値の変化に基づいて電流が変化し、軸受の摩耗粉の発生を検出することができる。このため、軸受回転時には、生じた摩耗粉が電極に付着した時点で軸受の摩耗の程度を検出することができる。したがって、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができる。
【０００８】
上記センサ付軸受は、電極に摩耗粉が付着することで抵抗値が変化するように構成することができる。こうすれば、上述のように、電極に一定の電圧をかけることで、電気的抵抗値の変化に基づいて電流が変化し、軸受の摩耗粉の発生を検出することができる。
【０００９】
上記のセンサ付軸受において、シール部材は、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックからなるシール、もしくは、着磁されたシールド板であり、かつ、電極とシールとの間又は電極とシールド板との間に電気的絶縁膜が設けられることが好ましい。
こうすれば、シール又はシールド板に設けられた電極の近傍箇所に摩耗粉を引き付けることができるので摩耗粉の検出精度をより一層向上させることができる。また、電極とシールとの間に、又は、電極とシールド板との間に電気的絶縁膜を設けたので、摩耗粉が付着する前に電極の抵抗値が変化することがない。
【００１０】
上記のセンサ付軸受において、シールが、着磁された芯金の周囲にゴム又はプラスチックを設けられてなることが好ましい。
こうすれば、芯金の磁力によって電極の近傍箇所に摩耗粉を引き付けることができるので、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。
【００１１】
上記センサ付軸受において、シール又はシールド板が、電極近傍のみを着磁されていることが好ましい。
こうすれば、摩耗粉がシール又はシールド板に引き付けられる際に、電極近傍に積極的に引き付けることできるので、摩耗粉の検出精度をより一層確実に向上させることができる。
【００１２】
上記のセンサ付軸受において、シール部材間の軸受空間内には潤滑剤が加えられ、摩耗検出センサは、平板状に形成された対向する一対の電極部とこれら一対の電極部同士の間に配された誘電体とを有するコンデンサを備え、一対の電極部のうちの少なくとも一方が軸受作動中に潤滑剤と接触するように設けられていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、シール又はシールド板であるシール部材に設けられたコンデンサの電極に軸受の摩耗粉が付着すると、電極の面積が増加し、コンデンサの静電容量が増加する。このとき、接触する摩耗粉の量に応じてコンデンサの静電容量が増加するため、静電容量を測定することで、軸受の摩耗粉の発生を検出することができる。言い換えれば、コンデンサは、静電容量の変化によって摩耗粉が付着したことを検出する検出センサとして機能している。
したがって、軸受回転時には、生じた摩耗粉が電極に付着した時点で、軸受の摩耗の程度を検出することができる。これにより、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができる。
【００１４】
上記センサ付軸受において、シール部材が、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックからなるシール又は着磁されたシールド板であり、かつ、電極部とシールとの間又は電極部とシールド板との間に電気的絶縁膜が設けらていることが好ましい。
こうすれば、コンデンサの電極部の近傍箇所に摩耗粉を引き付けることができるので摩耗粉の検出精度をより一層向上させることができる。また、電極部とシールとの間に、又は、電極部とシールド板との間に電気的絶縁膜を設けたので、摩耗粉が付着する前にコンデンサの静電容量が変化することがない。
【００１５】
上記センサ付軸受において、シール又はシールド板が、コンデンサ近傍のみを着磁されていることが好ましい。
こうすれば、軸受の摩耗粉をコンデンサ近傍のみに積極的に引き付けることできるので、摩耗粉の検出精度をより一層確実に向上させることができる。
【００１６】
上記センサ付軸受において、コンデンサは、一対の電極部の一方又は両方と誘電体とのうち少なくとも１つが着磁されることが好ましい。
こうすれば、コンデンサの電極への摩耗粉の付着を促進することができるので、摩耗粉の検出精度をより一層向上させることができる。
【００１７】
上記センサ付軸受において、シール部材は多極磁石からなるシール又はシールド板であり、回転センサ用のエンコーダとして使用されることが好ましい。
こうすれば、コンデンサの電極への摩耗粉の付着を促進することができるので、摩耗粉の検出精度をより一層向上させることができるとともに、回転センサ用のエンコーダを別設する必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【００１８】
上記センサ付軸受において、摩耗検出センサは、先端部がシール部材間の軸受空間内に面するように設置された鉄芯コアと、鉄芯コアに巻回された１次コイルと２次コイルとを備え、１次コイルに所定の交流電流を流して、２次コイルに発生する交流電圧を測定することにより摩耗状態を検出することが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、軸受の摩耗が進行すると、軸受空間内部のシール部材の表面にグリースや油等の潤滑剤中に含まれる摩耗粉が付着する。そして、鉄芯コアの先端部間（鉄芯コア先端部間のシール部材の表面）にも摩耗粉が付着することにより、磁束の流れる経路の磁気抵抗が減少する。このため、鉄芯コア内部に発生する磁束が増大し、検出コイルである２次コイルに誘起される交流電圧が大きくなる。この時、２次コイルに誘起される交流電圧を測定することで、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができる。
【００２０】
上記センサ付軸受において、鉄芯コアは略コの字状に形成され、鉄芯コアの先端部間には磁石が設けられていることが好ましい。
こうすれば、鉄芯コアの先端部間への摩耗粉の付着を促進することができるので、摩耗粉の検出感度をより一層向上させることができる。
【００２１】
上記センサ付軸受において、摩耗検出センサは、先端部がシール部材間の軸受空間内に面するように設置されたコイルを備え、コイルに交流電流を流して、コイルのインピーダンス変化を測定することにより摩耗状態を検出することが好ましい。
上記構成によれば、軸受の摩耗が進行すると、軸受空間内部のシール部材の表面にグリースや油等の潤滑剤中に含まれる摩耗粉が付着する。そして、コイル先端部のシール部材の表面に摩耗粉が付着すると、摩耗粉に渦電流が流れて交流磁界を生じ、これがコイルに作用して、コイルのインピーダンスが変化する。このとき、コイルのインピーダンス変化を測定することで、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができる。
【００２２】
上記センサ付軸受において、シール部材は、コイルの直径以上の大きさを有する窓部を備えた、芯金を含むシールあるいはシールド板であることが好ましい。
こうすれば、コイルが芯金やシールド板と接触することがなく、コイルのインピーダンスが芯金やシールド板によって受ける影響を少なくすることができる。
【００２３】
【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は、本発明にかかるセンサ付軸受の第１の実施形態を示す断面図であり、図２は、図１のセンサ付軸受のシールにおける電極を示す正面図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のセンサ付軸受１０は、外周面に軌道面が形成された内輪１３と、内周面に軌道面が形成された外輪１４と、内輪１３及び外輪１４間に組み込まれた複数の球（転動体）１２とを備えている。複数の球１２はそれぞれ周方向において等間隔で配されるように、保持器１１に形成された複数のポケット部に転動自在に保持されている。なお、本実施形態において、内輪１３は図示しない主軸に嵌合されて回転する回転輪として機能し、外輪１４は図示しないハウジング等に固定される固定輪として機能している。
【００２５】
外輪１４の軌道面である内周面において、軸方向両端部（図１において、左右の両端部）には、環状に形成された一対のシール１５が設けられている。シール１５は、軸方向において軸受外側の面が内輪１３及び外輪１４の軸方向端面と面一となるように設けられている。シール１５は、芯金１６と芯金１６の外周に絶縁体であるゴム又はプラスチック等からなるシール本体１７とで構成されている。
【００２６】
センサ付軸受１０は、一対のシール１５のそれぞれの先端部が内輪１３の外周面と接触することで、軸受内部の空間（内輪１３の外周面と外輪１４の内周面と一対のシールとによって区画された空間）を軸受外部雰囲気から密閉する構成である。このため、センサ付軸受１０は、軸受内部からの潤滑剤の漏れや外部からの異物の侵入を防止することができる。
【００２７】
図２に示すように、一対のシール１５における転動体側の側面には、それぞれフォーク型にパターン化された電極１８が電気的絶縁膜１９を介して設けられる。電極１８は、基部１８ａと、基部１８ａから互いに間隔を介して延びる複数の帯状導電部１８ｂとを有している。そして、一方の電極１８の帯状導電部１８ｂと他方の電極１８の帯状導電部１８ｂとが非接触の状態で互いの間隔において交互に配されている。
各電極１８はそれぞれ、内輪１３及び外輪１４等の軸受金属部分と電気的接触がなく、かつ、双方の電極１８同士でも電気的接触がない。各電極１８はそれぞれ、電線１８ｃを介して図示しないセンサに接続されており、軸受１０の摩耗粉の付着に伴って電気的抵抗値が変化する。つまり、本実施形態のセンサ付軸受１０は、電極１８を検出子とした摩耗検出センサを備えた構成である。
【００２８】
なお、各電極１８の帯状導電部１８ｂ同士の間隔は、狭い方がより細かな摩耗粉まで検出可能となる。検出したい摩耗粉の大きさに合わせて帯状導電部１８ｂ同士の間隔を設定されることが好ましい。また、電極１８の材料としては、比較的高い電気抵抗を有し、かつ、温度係数の低い白金が用いられるが、白金に限らず、クロメル、コンスタンタン、マンガニン等の他の金属を用いてもよく、また、半導体等であってもよい。
【００２９】
図１に示すように、電極１８は電線１８ｃを介して図示しない計測器に接続されている。計測器から、各電極１８には一定の電圧が印加されている。
【００３０】
センサ付軸受１０において、摩耗粉が各電極１８間に付着すると、摩耗粉を介して各電極１８間が通電する。また、各電極１８間の抵抗値は、摩耗粉の量に応じて変化する。このため、電極に一定の電圧をかけていると、抵抗値の変化によって流れる電流が変化し摩耗状態をリアルタイムに検出することができる。
また、電極に一定の電流を流すようにすれば、電極間の抵抗値が変化することによって電極間の電圧が変化するため、この方法でも磨耗状態をリアルタイムに検出することができる。
なお、電極の測定方法としては、上記本実施形態のような電極に一定の電圧を印加して抵抗値の変化による電流値を測定する方法に限定されない。例えば、２端子法や４端子法等を用いて、電極の抵抗値を直接測り、摩耗状態を検出する方法としてもよい。４端子法を用いれば測定子の接触抵抗の影響を無視できるので微小な抵抗を精度良く測ることができる。また、電極の通電量に限定されず、後述するように静電容量等の他の電気特性に基いて摩耗粉の検出をする構成とすることができる。
【００３１】
なお、本実施形態において、電極１８は、シール１５のそれぞれに設けられるが、軸受１０の摩耗粉の付着に伴って通電する構造であれば、単数であっても複数であってもよい。また、電極パターンはフォーク型に限られない。
また、本実施形態において、シール１５のシール本体１７が電気的に絶縁性のものを用いれば、電気的絶縁膜１９を省略してもよく、電極１８をシール１５の側面に直接取付けることができる。
【００３２】
上記実施形態において、シール１５は、シール本体１７を、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックから形成することもできる。このとき、一対の電極１８はそれぞれシール１５に電気的絶縁膜１９を介して設けられているのでシール本体１７において通電することがない。
シール１５全体を着磁することで、軸受の内部空間で生じた摩耗粉をシール１５近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。また、シール１５の電極１８近傍のみを着磁することで、軸受空間内の摩耗粉をシール１５表面における電極１８付近に集めることができ、摩耗粉の検出精度を更に向上させることができる。
上記センサ付軸受において、芯金１６のみを着磁して構成することもできる。こうすれば、摩耗粉をシール１５近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。
【００３３】
図３は、本発明にかかるセンサ付軸受の第２実施形態を示す断面図である。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材等と同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
図３に示すように、本実施形態のセンサ付軸受２０は、シール１５（図１参照）に代えて、環状に形成されたシールド板２１が、外輪１４の軌道面における軸方向両端部（図３において左右の両端部）に設けられている。
各電極１８は、シールド板２１の転動体側の側面に、電気的絶縁膜２２を介して設けられる。電極１８は摩耗粉が付着することで通電量が変化する構成である。つまり、センサ付軸受２０は、電極１８を検出子とした摩耗検出センサを備えている。
その他の構成及び作用については、上記第１の実施形態と同様である。
【００３４】
なお、本実施形態では、シールド板２１全体を着磁することによっても、シール１５全体を着磁する場合と同様の効果を奏する。つまり、軸受２０は、摩耗検出の際に、軸受２０の内部空間で生じた摩耗粉をシールド板２１近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。
また、シールド板２１の電極１８近傍のみを着磁することで、軸受空間内の摩耗粉をシールド板２１表面の電極近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度をより一層確実に向上させることができる。
【００３５】
以上のように、上記実施形態によれば、一対の電極１８がシール１５又はシールド板２１における転動体側の側面に設けられており、この電極に軸受内部で生じる摩耗粉が付着することで電極１８が通電する。このとき、付着する摩耗粉の量に応じて電極１８における電気的抵抗値が変化する。電極１８に一定の電圧をかけていると、電気的抵抗値の変化に基づいて電流が変化し、軸受１０、２０の摩耗粉の発生を検出することができる。このため、軸受回転時には、生じた摩耗粉が電極１８に付着した時点で軸受１０、２０の摩耗を検出することができる。
したがって、軸受１０、２０は電極に摩耗粉が付着した時点において摩耗を検出することができるので、摩耗状態をリアルタイムで迅速に検出することができる。
【００３６】
図４は、本発明にかかるセンサ付軸受の第３の実施形態を示す断面図である。また図５は、図４のセンサ付軸受のコンデンサの構造を示す要部断面図であり、図６は、図５のコンデンサにおける一方の電極部４２を示す平面図、図７は、図５のコンデンサにおける他方の電極部４３を示す平面図である。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態のセンサ付軸受３０では、シール１５で閉塞された軸受空間内に、潤滑剤（図示しない）が封入されるとともに、電極として機能する電極部を有するコンデンサ４１が備えられ、このコンデンサ４１を検出子とした摩耗検出センサを備えた構成である。本実施形態において、コンデンサ４１が静電容量の変化によって摩耗粉が付着したことを検出する摩耗検出センサとして機能している。
【００３８】
コンデンサ４１は、平板状に形成された対向する一対の電極部４２，４３同士の間に誘電体４４を挟持して構成されており、各電極部４２，４３のうちの少なくとも一方は、軸受３０作動中に潤滑剤と接触するように配置される。
【００３９】
誘電体４４としては、セラミック、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネイト、マイカ（雲母）、ガラス、紙等が挙げられる。誘電体４４の厚さは、１μｍから２ｍｍの範囲で、測定条件に合わせて適宜選定されるが、コンデンサ４１の絶縁抵抗の観点からは５μｍ以上であることが好ましく、また静電容量の観点からは１ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００４０】
電極部４２，４３と誘電体４４とは、接着又は圧着等によって一体に成形されており、電極部４２，４３と誘電体４４との間への潤滑剤の侵入が防止される。これにより、潤滑剤の誘電率と空気の誘電率との差に起因する静電容量の変化が防止され、検出精度の低下が防止される。
ここで、電極部４２，４３を誘電体４４のフィルム両面に蒸着することにより、貼り合わせを不要とし、潤滑剤の浸入をより確実に防止することもできる。
なお、電極部４２，４３間に誘電体４４を介在させることなく、空気（空間）とすることによってもコンデンサ４１を形成することは可能である。この場合には、電極部４２，４３の間の上記空間に潤滑剤が侵入することがあるため、電極部４２，４３同士の間を密閉することが好ましい。
【００４１】
電極部４２は、図６に示すように、平面視長方形の平板状に形成された電極本体４２ａに、略正方形状の多数の孔４２ｂが等間隔に穿設されてメッシュ状に形成されており、表面は軸受３０内部に露出され、少なくとも軸受３０作動中には潤滑剤と接触するように配置されている。
また電極部４３は、図７に示すように、平面視長方形の平板状に形成された電極本体４３ａの両面が、平滑面４３ｂに形成されており、シール１５における転動体１２側の側面に、電気的絶縁膜（図示しない）を介して貼付されている。電極部４３の全面が電極とされることにより、軸受３０の摩耗状態の検出精度が向上される。
図４に示すように、電極部４２，４３は、電線４５を介して図示しない計測器やセンサに接続されており、軸受３０の金属部分とは電気的接触がない。計測器やセンサによって、コンデンサ４１の容量が計測される。
【００４２】
センサ付軸受３０において、摩耗が進行して潤滑剤中に摩耗粉が含まれるようになり、潤滑剤に曝されたコンデンサ４１の電極部４２に、摩耗粉が付着すると、電極部４２の面積が摩耗粉の量に応じて増大する。すると、電極部４２と電極部４３の対向面積が増大する。これにより、電極部４２と電極部４３の対向面積に比例して、すなわち摩耗粉の量に応じて、コンデンサ４１の容量が増大し、摩耗状態をリアルタイムに検出することができる。
ここで、２枚の平行な金属板間の静電容量Ｃと誘電率Ｋ、電極部面積Ｓ（本実施形態では電極部４２と電極部４３の対向面積）、電極部間距離ｄの関係は、次式で示される。
【数１】
Ｃ＝Ｋ×Ｓ／ｄ
その他の構成及び作用については、上記第１の実施形態と同様である。
【００４３】
上記実施形態において、シール１５は、シール本体１７を、着磁された磁性ゴム又は磁性プラスチックから形成することもできる。このとき、コンデンサの電極部４３は、シール１５に電気的絶縁膜を介して設けられているので、シール本体１７において通電することがない。
シール１５全体を着磁することで、軸受３０の内部空間で生じた摩耗粉をシール１５近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。また、シール１５のコンデンサ４１近傍のみを着磁することで、軸受空間内の摩耗粉をシール１５表面におけるコンデンサ４１付近に集めることができ、摩耗粉の検出精度を更に向上させることができる。
【００４４】
上記センサ付軸受３０において、芯金１６のみを着磁して構成することもできる。こうすれば、摩耗粉をシール１５近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。また、コンデンサ４１の電極部４２、電極部４３、及び誘電体４４を着磁することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、シール１５を多極磁石として、回転センサ用のエンコーダとして使用することもできる。こうすれば、コンデンサ４１の電極部４２への摩耗粉の付着を促進することができるので、摩耗粉の検出精度をより一層向上させることができるとともに、回転センサ用のエンコーダを別設する必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。
【００４６】
上記実施形態において、コンデンサ４１の電極部４２は、平板状の電極本体４２ａに、略正方形状の多数の孔４２ｂが等間隔に穿設されてメッシュ状に形成されているが、これに限らない。すなわち、電極部４２の面積が摩耗粉の付着によって増大し、電極部４２と電極部４３の対向面積が増大する構成であればよく、例えば図８に示すように、電極本体４２ａを櫛歯状に形成されたものであってもよい。
また、メッシュ状に形成された図６に示す電極部４２の孔４２ｂは、小さい方がより細かい摩耗まで検出可能となるので、検出対象となる摩耗粉の大きさに合わせて寸法を設定することが好ましい。
【００４７】
さらに、コンデンサ４１の電極部４３は、平板状に形成された電極本体４３ａの両面を平滑面４３ｂに形成されており、電極部４２のような孔４２ｂを設けていないが、電極部４３にも潤滑剤中の摩耗粉が付着するように、コンデンサをシール１５に取付ければ、電極部４２と同様の図６又は図８に示すようなパターンとしてもよい。ただし、電極部４２と電極部４３を全く同一寸法の同じパターンとすると摩耗粉の付着によるコンデンサの電極の対向面積の増加の点からは効率が悪いため、それぞれ別のパターンとすることが望ましい。
【００４８】
電極部４２，４３の外形形状は、図６から図８に示すような平面視長方形の平板状の他、シール１５の形状に合わせて環状としてもよい。
電極部４２，４３の材質としては、導電性のよい金属板が好ましいが、これに限らず、導電性のよい材料であればよく、例えば導電性樹脂を材料として用いることもできる。
【００４９】
図９は、本発明にかかるセンサ付軸受の第４の実施形態を示す断面図である。
図９に示すように、本実施形態のセンサ付軸受５０は、シール１５（図４参照）に代えて、環状に形成されたシールド板５１が、外輪１４の軌道面における軸方向両端部（図９において左右の両端部）に設けられている。またコンデンサ４１は、シールド板５１の転動体１２側の側面に、電気的絶縁膜４６を介して設けられる。
その他の構成及び作用については、上記第３の実施形態と同様である。
【００５０】
なお、本実施形態では、シールド板５１全体を着磁することによっても、シール１５全体を着磁する場合と同様の効果を奏する。つまり、軸受５０は、摩耗検出の際に、内部空間で生じた摩耗粉をシールド板５１近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度を向上させることができる。
また、シールド板５１のコンデンサ４１近傍のみを着磁することで、軸受空間内の摩耗粉をシールド板５１表面のコンデンサ４１近傍に集めることができ、摩耗粉の検出精度をより一層確実に向上させることができる。
【００５１】
以上のように、上記実施形態によれば、コンデンサ４１がシール１５又はシールド板５１における転動体１２側の側面に設けられており、このコンデンサ４１の電極部４２に軸受３０，５０内部で生じる摩耗粉が付着することで、電極部４２の面積が摩耗粉の量に応じて増大し、電極部４２と電極部４３の対向面積が増大する。これにより、コンデンサ４１の容量が、電極部４２と電極部４３の対向面積に比例して、すなわち摩耗粉の量に応じて増大し、軸受３０，５０の摩耗粉の発生を検出することができる。このため、軸受３０，５０回転時には、生じた摩耗粉がコンデンサ４１の電極部４２に付着した時点で軸受３０，５０の摩耗を検出することができる。
したがって、コンデンサ４１の電極部４２に摩耗粉が付着した時点において、軸受３０，５０の摩耗を検出することができるので、摩耗状態をリアルタイムで迅速に検出することができる。
【００５２】
図１０は、本発明にかかるセンサ付軸受の第５の実施形態を示す断面図である。また、図１１は、図１０のセンサ付軸受の摩耗検出センサの構造を示す要部断面図である。
【００５３】
図１０、１１に示すように、本実施形態のセンサ付軸受６０では、軸受６０の潤滑剤の漏れ、又は異物の侵入を防ぐための環状のシール部材であるゴムシール６１に、一対の腕部６２，６３を有する略コの字状の鉄芯コア６４が設けられている。鉄芯コア６４は、腕部６２，６３の各先端部６５，６６がシール６１の表面から露出した状態で、シール６１の芯金６７に形成された窓部６８内に芯金６７と適当な間隔を有して配置されている。鉄芯コア６４の腕部６２，６３には、１次コイル６９と２次コイル７０がそれぞれ巻回されている。鉄芯コア６４、１次コイル６９、２次コイル７０は、芯金６７を有するシール６１と一体にモールドされている。つまり、本実施形態のセンサ付軸受６０は、鉄芯コア６４、１次コイル６９、２次コイル７０からなる摩耗検出センサを備えた構成である。
【００５４】
上記構成において、１次コイル６９に電線７１を介して所定の交流電流を流すと、鉄芯コア６４の先端部６５，６６との間に磁束を流し易い鉄等の強磁性体材料が存在している場合には、磁束が図１１の点線で示す経路に流れる。これにより、２次コイル７０には交流電圧が誘起され、電線７２を介して交流電圧を測定することで、軸受６０の摩耗状態を検出することができる。
一方、先端部６５，６６との間に鉄等の強磁性体材料が存在していない場合には点線で示す経路の磁気抵抗が大きくなり、わずかな磁束しか流れず、２次コイル７０に発生する交流電圧も小さくなる。
【００５５】
ここで、軸受６０の摩耗が進行すると、軸受空間内部のシール６１の表面にグリースや油等の潤滑剤中に含まれる摩耗粉が付着する。そして、鉄芯コア６４の先端部６５，６６間のシール表面に摩耗粉が付着することにより、磁束が流れる経路の磁気抵抗が減少する。このため、鉄芯コア６４内部に発生する磁束が増大して、検出コイルである２次コイル７０に誘起される交流電圧が大きくなる。
【００５６】
なお、図１１においては、鉄芯コア６４の先端部６５，６６はシール６１の表面から露出しているが、先端部６５，６６は薄くシール６１で覆われていてもよい。但し、先端部６５，６６を覆うシール６１は、磁気抵抗により検出感度が低下しない程度の厚さとする。
【００５７】
また、シール６１は内部に鉄等の強磁性体材料からなる芯金６７を有しているため、鉄芯コア６４が芯金６７と接触したり、近接したりしていると、この部分から磁束が漏れ、鉄芯コア６４に流れる磁束が減少して２次コイル７０に誘起される交流電圧が減少する。このため、芯金６７には窓部６８を設け、鉄芯コア６４が芯金６７と適当な間隔を有するように配置されている。
【００５８】
また、保持器１１の材質は鉄等の強磁性体でもよいが、非磁性である樹脂製等の保持器の方が、磁束が保持器へ漏れることがないため好ましい。
その他の構成及び作用については、上記第１の実施形態と同様である。
【００５９】
以上、本実施形態によれば、シール部材であるシールに鉄芯コイル、１次コイル、２次コイルを設けて、１次コイルに所定の交流電流を流し、２次コイルに発生する交流電圧を測定することによって、軸受の摩耗状態をリアルタイムに検出することができる。
【００６０】
図１２は、本発明にかかるセンサ付軸受の第６の実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、第５実施形態の検出子を有する摩耗検出センサに加えて、鉄芯コア６４の先端部６５，６６との間に磁石７３を設け、摩耗粉が付着し易いように構成する。
【００６１】
本実施形態によれば、軸受の摩耗が進行すると、軸受空間内部の磁石近傍のシール６１の表面にグリースや油等の潤滑剤中に含まれる摩耗粉の付着が磁石７３の吸引力で促進される。従って、摩耗粉の検出感度をより一層向上することができる。
その他の構成及び作用については、上記第５実施形態のものと同様である。
【００６２】
図１３は、本発明にかかるセンサ付軸受の第７実施形態を示す断面図である。図１４は、図１３のセンサ付軸受の摩耗検出センサの構造を示す要部断面図である。
【００６３】
本実施形態のセンサ付軸受８０では、シール６１（図１０参照）に代えて、潤滑剤の漏れ、又は異物の侵入を防ぐための環状のシール部材であるシールド板８１が、外輪１４の軌道面における軸方向両端部（図１１において左右の両端部）に設けられている。また、鉄芯コア６４、１次コイル６９、２次コイル７０、磁石７３を有する、第６実施形態と同様な摩耗検出センサがゴム部材８２により一体にモールドされており、一体化されたゴム部材８２は、図１４に示されるように、シールド板８１の窓部８３内に取付けられている。
【００６４】
シールド板８１が鋼板等である場合には、鉄芯コア６４が芯金６７と接触したり、近接したりしていると、この部分から磁束が漏れ、鉄芯コア６４に流れる磁束が減少して２次コイル７０に誘起される交流電圧が減少する。このため、シールド板８１に窓部８３を設け、鉄芯コア６４がシールド板８１と適当な間隔を有するように配置されている。
その他の構成及び作用については、第５実施形態と同様である。
なお、本実施形態では、磁石を備えた摩耗検出センサの代わりに、第５実施形態の図１１に示された摩耗検出センサをシールド板に取付けることも可能である。
【００６５】
本実施形態によれば、シール部材であるシールド板８１に鉄芯コイル６４、１次コイル６９、２次コイル７０を設けて、１次コイル６９に所定の交流電流を流し、２次コイル７０に誘起される交流電圧を測定することによって、軸受の摩耗状態をリアルタイムに検出することができる。さらに、鉄芯コア６４の先端部６５，６６との間に磁石７３を設けたので、摩耗粉の付着が磁石７３の吸引力で促進され、摩耗粉の検出感度をより一層向上することができる。
【００６６】
図１５は、本発明にかかるセンサ付軸受の第８実施形態を示す断面図である。本実施形態のセンサ付軸受９０では、軸受９０の潤滑剤の漏れ、又は異物の侵入を防ぐための環状のシール部材であるゴムシール９１に、コイル９２が設けられている。コイル９２は、先端部がシール９１の表面近くで軸受空間に面した状態で、シール９１の芯金９３に形成された窓部９４内に配置されており、シール９１と一体にモールドされている。また、コイル９２は、交流電流が流れるように構成されている。つまり、本実施形態のセンサ付軸受９０は、コイル９１を有する摩耗検出センサを備えた構成である。
【００６７】
ここで、軸受９０の摩耗が進行すると、軸受空間内部のシール９１の表面にグリースや油等の潤滑剤中に含まれる摩耗粉が付着する。そして、コイル９２の先端部付近におけるシール９１の表面にも電導体である摩耗粉が付着すると、摩耗粉に渦電流が流れて交流磁界を生じ、これがコイル９２に作用して、コイル９２のインピーダンスが変化する。
このコイル９２のインピーダンス変化をコイルインピーダンス検出回路１００で検出することで軸受９０の摩耗状態を検出することができる。
【００６８】
また、軸受空間に面したコイル９２の前方に鉄等の電導体である芯金９３が存在していると、芯金９３に渦電流が発生してしまい、摩耗粉の検出ができなくなってしまう。さらに、コイル９２と芯金９３が接触したり、近接したりしていると、この部分からコイル９２のインピーダンスが影響を受けてしまう。このため、芯金９３には、コイル９２が軸受空間に面するように、窓部９４が形成されている。なお、窓部９４は、コイル９２の直径以上の大きさとするのが好まく、さらに、芯金９３の影響を少なくするためには、コイル９２の直径の３倍以上の大きさとすることが好ましい。
なお、本実施形態において、コイル９２はシール９１と一体にモールドされているが、コイル９２は別体としてシール９１に取付けられてもよい。
また、保持器１１の材質は鉄等の強磁性体でもよいが、非磁性である樹脂製等の保持器の方が、磁束が保持器へ漏れることがないため好ましい。
【００６９】
次に、本実施形態のコイルインピーダンス検出回路１００について、図１６−１９を参照して説明する。
検出回路１００ではコイル９２のインピーダンスの変化を電圧または周波数に変換して測定しており、以下に述べる発振法、同調法、ブリッジ法、正帰還法の４種類の方法を使用することができる。
【００７０】
図１６は、発振法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路１０１を示す。
この検出回路１０１では、検出コイル９２とコンデンサ１０２とを組み合わせてＬＣ発振器が構成されている。摩耗粉がシール９１の表面に付着していると、コイル９２のインピーダンスが変化するため、それに応じてコイル９２の発振周波数が変化する。ＬＣ発振器からの電圧は、増幅器１０３で増幅された後、周波数カウンターによって読み取られるか、あるいは、Ｆ／Ｖコンバータを用いて電圧として取り出される。これにより、摩耗粉が付着した際のコイル９２のインピーダンスの変化が検出される。
【００７１】
図１７は、同調法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路１１０を示す。
この検出回路１１０では、発振器１１１が検出コイル９２を一定の周波数で励振する。摩耗粉がシール９１の表面に付着していると、コイル９２のインピーダンスが変化するため、それに応じて、コイル両端の交流電圧に変化が生じる。この交流電圧の変化は、同調増幅器１１２によって増幅され、ＡＭ検波器１１３により電圧信号として取り出され、さらにこの電圧信号は直流増幅器１１４によって増幅される。これにより、摩耗粉が付着した際のコイル９２のインピーダンスの変化が検出される。
【００７２】
図１８は、ブリッジ法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路１２０を示す。
この検出回路１２０では、発振器１２１が検出コイル９２と基準コイル１２２を一定の周波数で励振する。ここでは、検出コイル９２、基準コイル１２２、抵抗１２３，１２４がブリッジ回路を構成している。摩耗粉がシール９１の表面に付着していると、検出コイル９２と基準コイルとの間に不均衡電圧が生じ、交流増幅器１２５によって取り出される。この交流電圧は検波器、増幅器１２６によって検波、増幅される。これにより、摩耗粉が付着した際のコイル９２のインピーダンスの変化が検出される。
【００７３】
図１９は、正帰還法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路１３０を示す。
この検出回路１３０では、発振器１３１が検出コイル９２を一定の周波数で励振する。交流増幅器１３２の出力は、基準コイル１３３と検出コイル９２で分圧され、正帰還させることによって、コイル９２の微少なインピーダンス変化を効率よく増幅できる。また、検出された交流電圧は検波器、増幅器１３４によって検波、増幅されて、コイル９２のインピーダンス変化が検出される。
なお、図１７乃至１９に示された発振器としては、ＣＲ発振器や水晶発振器等を使用することができる。また、図１８，１９に示された検波器、増幅器のいずれか一方を用いることによってもコイル９２のインピーダンスの変化は検出可能である。
その他の構成及び作用については、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
本実施形態によれば、シール部材であるシールに取付けられたコイルに交流電流を流して、摩耗粉の付着によるコイルのインピーダンス変化を、検出回路を用いて測定することによって、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検知することができる。
【００７５】
図２０は、本発明にかかるセンサ付軸受の第９実施形態を示す断面図である。本実施形態のセンサ付軸受１４０では、シール９１（図１５参照）に代えて、潤滑剤の漏れ、又は異物の侵入を防ぐための環状のシール部材であるシールド板１４１が、外輪１４の軌道面における軸方向両端部（図２０において左右の両端部）に設けられている。また、コイル９２はゴム部材１４３により一体にモールドされており、一体化されたゴム材料１４３は、図２０に示されるように、シールド板１４１の窓部１４２内に取付けられる。
【００７６】
また、軸受空間に面したコイル９２の前方に鋼板等の電導体であるシールド板１４１が存在していると、シールド板１４１に渦電流が発生してしまい、摩耗粉の検出ができなくなってしまう。さらに、コイル９２とシールド板１４１が近接したりしていると、この部分からコイル９２のインピーダンスが影響を受けてしまう。このため、芯金９３には、コイル９２が軸受空間に面するように、窓部９４が形成されている。なお、窓部９４は、コイル９２の直径以上の大きさとするのが好ましく、さらに、芯金９３の影響を少なくするためには、コイル９２の直径の３倍以上の大きさとすることが好ましい。
その他の構成及び作用については、上記第８実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態によれば、シール部材であるシールド板に取付けられたコイルに交流電流を流して、摩耗粉の付着によるコイルのインピーダンス変化を、検出回路を用いて測定することによって、軸受の摩耗状態をリアルタイムに検知することができる。
【００７８】
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、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、シールやシールド板を着磁する方法は、上記実施形態のものに限られない。
例えば、外輪を回転輪として内輪を固定輪とする構成を有するセンサ付軸受としてもよい。このとき、シール又はシールド板は内輪の軌道面における軸方向両端部に設けられる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受の摩耗状態をリアルタイムで検出することができるセンサ付軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図２】図１のセンサ付軸受の電極及び電気的絶縁膜を示す正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図５】図４のセンサ付軸受のコンデンサの構造を示す要部断面図である。
【図６】図５のコンデンサにおける一方の電極部を示す平面図である。
【図７】図５のコンデンサにおける他方の電極部を示す平面図である。
【図８】図５のコンデンサの電極部の他の例を示す平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態であるセンサ付軸受を示す図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）は、（ａ）を右から見た部分側面図である。
【図１１】図１０のセンサ付軸受の摩耗検出センサの構造を示す要部断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図１３】本発明の第７実施形態であるセンサ付軸受を示す図であり、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）は、（ａ）を右から見た部分側面図である。
【図１４】図１３のセンサ付軸受の摩耗検出センサの構造を示す要部断面図である。
【図１５】本発明の第８実施形態であるセンサ付軸受示す断面図である。
【図１６】発振法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路を示す。
【図１７】同調法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路を示す。
【図１８】ブリッジ法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路を示す。
【図１９】正帰還法によってコイルのインピーダンスを測定する検出回路を示す。
【図２０】本発明の第９実施形態であるセンサ付軸受を示す断面図である。
【図２１】従来の円筒ころ軸受のつば付き内輪の部分斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，５０，６０，８０，９０，１４０        センサ付軸受
１１  保持器
１２  球（転動体）
１３  内輪
１４  外輪
１５，６１，９１            シール
１６，６７，９３            芯金
１７  シール本体
１８  電極
１８ａ  基部
１８ｂ  帯状導電部
１８ｃ  電線
２０，５１，８１，１４１        シールド板
４１  コンデンサ
４２，４３  電極部
４４  誘電体
６４    鉄芯コア
６９    １次コイル
７０    ２次コイル
９２    コイル
【図１】
2004293776.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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