(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の回転輪および固定輪の少なくとも一方またはこれらのどちらかに固定された部材に対して予め決められた向きに固定されるセンサケースと、
前記センサケースに設けられた孔に外側から挿通されたねじで前記センサケースの内部に固定される固定治具と、
振動を検出する振動センサと、
温度を検出する温度センサと、
前記振動センサおよび前記温度センサを実装し前記固定治具に固定される回路基板と
を備え、
前記センサケースに対する前記固定治具の取付面の曲率半径は、前記センサケースの内周面の曲率半径よりわずかに大きくする
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記センサケースと前記回路基板との間に熱伝導性のよい樹脂を充填する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記センサケースの先端寄りの内面に固定され前記転がり軸受の回転速度を検出する回転速度センサをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
回転輪および固定輪を有する転がり軸受と、
前記回転輪または前記固定輪の一方に固定された部材と、
前記回転輪、前記固定輪または前記部材に取り付けられた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサと
を備えることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械や車両などの軸受装置やギヤボックスなどに取付けられるセンサ、及びこのセンサを備えるセンサ付軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械の装置の軸受や、鉄道車両及び自動車などの車両の軸受、あるいはギヤボックスには、保全のために振動や温度などを検出する検出部を備えたセンサを取付ける場合がある。このセンサは、図６に示すように振動や温度などを検出する検出部４１とこの検出部４１で検出された信号を処理する回路部品４２とを回路基板４３に実装し、この回路基板４３をケース４４に入れ、回路基板４３とケース４４の間に硬質樹脂（充填材）４５を充填し、硬化させた（モールド固定した）センサ４６がある。ケース４４の外面４４ａには、フランジ４７が設けられており、軸受や軸受装置などにボルトで固定することができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モールド固定だけで回路基板４３をケース４４の中に固定した場合、検出部４１や回路部品４２を実装した回路基板４３の向きが一定の方向に定まりづらい。そのため、同じように造られたセンサ４６で、同じ検出対象を測定しても、測定結果の値にばらつきが生じる。したがって、でき上がったセンサ４６を一つ一つ較正（補正）しなければならない。
【０００４】
そして、このようなセンサ４６が取り付けられたセンサ付軸受装置は、センサ４６そのものの較正の他、センサ４６を軸受装置に取り付けたことに対する較正が必要である。したがって、センサ４６の測定結果からこの軸受装置の運転状態を評価するときに、測定結果がセンサに起因するものか軸受装置に起因するものかの評価が難しくなる。
【０００５】
また、ケース４４と樹脂４５と回路基板４３とでそれぞれ線膨張係数が異なる場合、温度変化によって熱膨張量に差が生じる。したがって、温度変化が繰り返し生じる環境でこのセンサ４６が使用されると、ケース４４と樹脂４５、及び樹脂４５と回路基板４３の間で剥離したり、回路基板４３に実装された検出部４１や回路部品４２に応力が加わって、これらの寿命を損なう恐れがある。
【０００６】
モールド固定は、樹脂４５を硬化させるために昇温したり、完全に硬化するまでに長時間、例えば一昼夜放置したりするなどの工程が必要となる場合がある。硬化剤を入れる反応型の樹脂の場合は、樹脂の硬化時間が短縮されるが、それに反比例して発熱することで、回路基板４３に実装された検出部４１や回路部品４２を損傷する恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明は、検出する信号の出力結果にばらつきの少ないセンサ、及び、このセンサを用いたセンサ付軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサは、センサケースと固定治具と振動センサと温度センサと回路基板とを備える。センサケースは、転がり軸受の回転輪および固定輪の少なくとも一方またはこれらのどちらかに固定された部材に対して予め決められた向きに固定される。固定治具は、センサケースに設けられた孔に外側から挿通されたねじでセンサケースの内部に固定される。振動センサは振動を検出し、温度センサは温度を検出する。回路基板は、振動センサおよび温度センサを実装し固定治具に固定される。センサケースに対する固定治具の取付面の曲率半径は、センサケースの内周面の曲率半径よりわずかに大きくする。
【０００９】
温度センサへの熱の伝わりをよくするために、センサケースと回路基板との間に熱伝導性のよいシリコーン樹脂を充填する。
【００１０】
また、センサケースの先端寄りの内面に固定され転がり軸受の回転速度を検出する回転速度センサを備えてもよい。
【００１１】
センサ付軸受装置は、回転輪および固定輪を有する転がり軸受と、回転輪または固定輪の一方に固定された部材と、回転輪、固定輪または部材に取り付けられた前述のセンサとを備える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１に示す軸受装置１は、２つの転がり軸受２と、これらの軸受２の静止輪である外輪３を連結するハウジング４とを備えており、回転輪となる内輪５で回転する軸６を支持している。軸受装置１のハウジング４には、ハウジング４の外面４ａと内面４ｂを連通する貫通孔７が設けられており、センサ８が外側から挿入されてセンサ取付ねじ９で固定されている。つまり、ハウジング４は、固定輪である外輪３に固定した部材である。軸６の端部６ａには、軸６の回転速度を検出するための歯車１０が取り付けられている。センサ８の先端８ａは、ハウジング４の内面４ｂから突出しており、軸６の端部６ａに設けられた歯車１０の歯１０ａに近接している。
【００１３】
図２及び図３に示すようにセンサ８は、振動を検出する検出部である振動センサ１１と、温度を検出する検出部である温度センサ１２と、軸６の回転速度を検出する検出部である回転速度センサ１３と、これらセンサ１１，１２，１３で検出した信号を処理する回路部品１４とを備えている。振動センサ１１と温度センサ１２は、回路部品１４とともに回路基板１５に実装されている。回路基板１５は、固定治具１６に基板固定ねじ１７で固定され、センサケース１８に入れられる。なお、回路基板１５の固定治具１６へのねじ止めの位置は、回路基板１５の大きさや板厚あるいは剛性などによって検出対象の振動と共振しないように配置するものとする。
【００１４】
センサケース１８には、固定治具１６を外側からねじで固定するための孔１９が設けられている。固定治具１６には、この孔１９の位置に合せてねじ孔２０が設けられている。そして、回路基板１５が取付けられた固定治具１６は、治具固定部品、例えば孔１９の外側から挿通した治具固定ねじ２１でセンサケース１８の内部に固定される。このとき、ねじ２１の頭２１ａがセンサケース１８の外面１８ａより突出しないことが好ましい。また、固定治具１６のセンサケース１８への取付面の曲率半径Ｒ16 をセンサケース１８の内周面１８ｄの曲率半径Ｒ18dよりわずかに大きくしておくと、固定治具１６は、肩部１６ａでセンサケース１８の内周面１８ｄとそれぞれ接触し、この肩部１６ａとねじ２１との３か所でセンサケース１８の内側１８ｄに安定して固定されるので好ましい。
【００１５】
センサケース１８は、外面１８ａにフランジ２２が設けられており、ハウジング４にセンサ取付けねじ９で固定するためのボルト孔２３が設けられている。また、センサケース１８の開口部１８ｂには、蓋２４が小ねじ２５で取付けられている。回転速度センサ１３は、センサケース１８の先端寄りの内面１８ｃに取付けられている。
【００１６】
以上のように構成されたセンサ付軸受装置１は、内輪５によって支持されている軸６が回転することによって生じる振動や、軸受２の転がり摩擦によって生じた熱を計測するとともに、歯車１０が軸６とともに回転して歯１０ａがセンサ８の先端８ａの近傍を通過することによって、例えば回転速度センサ１３に生じる磁束密度の変化を計測することで、軸６の回転速度を測定している。
【００１７】
このとき、センサ８は、図１に示すようにハウジング４に対して予め決められた向きにセンサ取付ねじ９で固定されるとともに、図３に示すように振動センサ１１及び温度センサ１２が取付けられた回路基板１５が、センサケース１８に対して決められた向きに固定されている。つまり、軸受装置１に対して予め決められた向きに振動センサ１１が固定される。したがって、同じように造られたセンサ８で計測された振動の信号の値にばらつきが少ないので、センサ毎の信号の較正が少なくてよい。
【００１８】
なお、回路基板１５の固定治具１６への固定、及び固定治具１６のセンサケース１８への固定は、基板固定ねじ１７、及び治具固定ねじ２１でそれぞれ固定しているが、接着剤を併用するとねじ１７，２１の緩みを防止できるのでよい。
【００１９】
また、水分に曝される環境で使用する場合、センサケース１８に固定治具１６をねじ止めするために設けた孔１９から水分が進入しないように、治具固定ねじ１９を取付けた後、防水性の樹脂、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などでモールドするとよい。また、回路基板１５の表面を耐水性の樹脂、例えばシリコーン樹脂などで被覆して防水してもよい。
【００２０】
温度センサ１２への熱の伝わりをよくするために、センサケース１８と回路基板１５との間に熱伝導性のよい樹脂などを充填するとよい。このとき、充填する樹脂は、温度変化によって回路基板１５に実装した各センサ１１，１２，１３や回路部品１４に損傷を与えない硬さの軟質樹脂、例えばシリコーン樹脂などとする。なお、本実施形態のような密閉空間でシリコーン樹脂を使用する場合は、付加型のシリコーン樹脂を使用するとよい。
【００２１】
本実施形態の軸受装置１は、検出部（振動センサ１１、温度センサ１２、回転速度センサ１３）と回路部品１４とを実装した回路基板１５を固定治具１６でセンサケース１８に取付けたセンサ８を、２つの軸受２の静止輪である外輪３を連結するハウジング４に取付けたが、軸受２の外輪（静止輪）３にセンサ８を直接取付けたセンサ付軸受装置としてもよい。また、検出した信号をワイヤレス、例えば電波や光または超音波などで送信する信号出力手段をセンサ８に備え、このセンサ８を回転輪である内輪５、またはこの内輪に固定された部材に取付けてもよい。
【００２２】
なお、本実施形態において、図１に示した軸受装置の軸受は、玉軸受であるが、ころ軸受、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受など、他の形態の転がり軸受であってもよい。
【００２３】
また、振動センサ１１としては、圧電素子を使用したバイモルフ型の振動センサや、圧電素子と重錘を組合せた振動センサ、あるいは片持ちはり構造の振動センサ等のほか、上記振動センサに使用された圧電素子の代わりに歪ゲージを利用した振動センサなどを使用することができる。温度センサ１２としては、一般のサーミスタやシリコンをベースとしたサーミスタ、あるいは温度検出ＩＣなどを使用することができる。回転速度センサ１３としては、ホール素子やホールＩＣなどを使用したセンサ、あるいは、ＭＲ素子を使用したセンサを使用することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について図４及び図５を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図４のセンサ８は、センサケース１８に開けた孔２６に締嵌めで位置決めピン２７を取付けるとともに、固定治具１６に案内溝２８を設けている。そして、位置決めピン２７に案内溝２８を倣わせて、センサケース１８に固定治具１６を挿入する。センサケース１８と固定治具１６の間を接着剤２９で固定すると、ねじ２１を使用せずに固定することが可能である。なお、これと同様に、回路基板１５と固定治具１６とにそれぞれ位置決めピンと溝、または穴とを設け、回路基板１５と固定治具１６とを互いに接着剤で固定することで、ねじ１７を使用せずに固定することが可能である。
【００２５】
以上のように固定治具１６がセンサケース１８に固定されたセンサ８は、センサケース１８に対して固定治具１６が決まった向きに固定される。このとき、固定治具１６は、振動センサ１１を備えた回路基板１５が決まった位置に固定されている。すなわち、振動センサ１１がセンサケース１８に対して決まった向きに固定される。したがって、同じように造られたセンサ８で計測された振動の信号の値にばらつきが少ないので、センサ毎の信号の較正が少なくてよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のセンサによれば、検出対象を検出する検出部と、この検出部によって検出された信号を処理する回路部品と、検出部と回路部品とを実装した回路基板と、この回路基板を固定する固定治具と、この固定治具を内部に治具固定部品を用いて固定したケースとを備えるので、回路基板が、センサケースの決まった位置に固定される。そのため、検出部をセンサケースの向きに対して決まった向きに取付けることができるので、同種のセンサ間でそれらの検出部が検出する信号の値がばらつかない。したがって、センサ毎に検出信号の較正が少ないのでよい。
【００２７】
また、このセンサを取付けたセンサ付軸受装置によれば、センサが備える検出部の向きを軸受装置に対して決まった向きに取付けることができるとともに、センサが検出する信号の値にばらつきが少ない。したがって、同じように造られたセンサ付軸受装置の運転状況の評価をする際に、軸受装置に起因する信号の変化が明確になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のセンサ付軸受装置を示す断面図。
【図２】図１のセンサの断面図。
【図３】図２のＦ３−Ｆ３で示すセンサの断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態のセンサを示す断面図。
【図５】図４中のＦ５-Ｆ５で示すセンサの断面図。
【図６】従来のセンサを示す断面図。
【符号の説明】
１…軸受装置
２…軸受
３…外輪（固定輪）
４…ハウジング（固定輪に固定した部材）
５…内輪（回転輪）
８…センサ
１１…振動センサ（検出部）
１２…温度センサ
１３…回転速度センサ
１４…回路部品
１５…回路基板
１６…固定治具
１８…センサケース（容器）
２１…治具固定ねじ（治具固定部品）
２９…接着剤
【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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