(57)【要約】【課題】  軸受への組み込みや交換を簡単に行え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を提供する。【解決手段】  この潤滑剤劣化検出装置１では、両端にそれぞれ発光素子２および受光素子３を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバ４を設け、このリング状の光ファイバ４の円周方向の一部に、潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ７を設ける。前記リング状の光ファイバ４を、軸受におけるリング状のシール部材に同心に取付けることで、軸受への組み込みや交換を簡単に行うことができる。【選択図】      図１
2007304028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバを設け、このリング状の光ファイバの円周方向の一部に、潤滑剤を介在させる測定用ギャップを設けた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記測定用ギャップを前記リング状の光ファイバの周方向の複数箇所に設け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、前記リング状の光ファイバを、リング状のシール部材に同心に取付けた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項４】
請求項３において、前記リング状の光ファイバにおける前記測定用ギャップを構成する部分を、前記シール部材から軸方向に突出させた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記受光素子の出力により潤滑剤の劣化を判定する判定手段を設けた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５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、例えば鉄道車両用、自動車用、風車設備用、工場設備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、軸受内部の潤滑剤（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、軸受のシール部材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的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９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９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、受光素子４４で検出される透過光量から潤滑剤４５に混入する鉄粉等の異物の量が推定される。
このような光学式のセンサを軸受内に組み込んで、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化検出に用いる場合、例えば軸受内の固定輪側にセンサを固定した後に、軸受のシール部材を取り付けるという組付け作業となる。
【０００６】
しかし、この場合、軸受のシール部材取り付け部を通じてセンサからの光ファイバや配線を軸受外に取り出すことになるので、シール部材の取付け位置を基準として固定輪におけるセンサの取付け位置を設定する必要がある。また、センサ交換時には、シール部材を取り外してセンサの取り替えを行わなければならない。このため、センサの組み込みや交換に手間と時間がかかるという問題点がある。
【０００７】
この発明の目的は、軸受への組み込みや交換を簡単に行え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、両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバを設け、このリング状の光ファイバの円周方向の一部に、潤滑剤を介在させる測定用ギャップを設けたものである。この場合、前記受光素子の出力により、判定手段で潤滑剤の劣化を判定する。
潤滑剤が摩耗粉の混入等により劣化すると、光の透過性が低下する。そのため、測定用ギャップを通過する透過光量を受光素子で検出することで、潤滑剤の劣化が判定できる。この構成の場合、光ファイバをリング状としたため、軸受の両端に取付けられて軸受内を密封するリング状のシール部材の内側面に前記リング状の光ファイバを同心に取付けることができる。このため、軸受内への潤滑剤劣化検出装置の組み込みや交換を簡単に行うことができ、構成部品も減らすことができる。
【０００９】
この発明において、前記測定用ギャップを前記リング状の光ファイバの周方向の複数箇所に設けても良い。この構成の場合、軸受内に組み込んだとき、軸受内の複数箇所での潤滑剤の劣化状態を検出することができ、軸受内全体にわたる潤滑剤の劣化状態を観察することができる。すなわち、各測定用ギャップでの透過光量の低下を合計した値が受光素子の出力として検出され、軸受内全体にわたる潤滑剤の平均的な劣化状態を観察することができる。
【００１０】
この発明において、前記リング状の光ファイバを、リング状のシール部材に同心に取付けても良い。このように、リング状の光ファイバを、リング状のシール部材に同心に取付けることで、軸受構成部品と干渉することなく軸受内にコンパクトに設置できる。
【００１１】
この発明において、前記リング状の光ファイバにおける前記測定用ギャップを構成する部分を、前記シール部材から軸方向に突出させても良い。このように光ファイバの測定用ギャップを構成する部分をシール部材から軸方向に突出させた場合、リング状の光ファイバにおける測定用ギャップを転走面近くに配置することができる。そのため、潤滑に寄与する転走面の脇の潤滑剤の劣化検出が可能となる。
【００１２】
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。
この構成によると、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】
【００１３】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、両端にそれぞれ発光素子および受光素子を対向させる一つ割りのリング状の光ファイバを設け、このリング状の光ファイバの円周方向の一部に、潤滑剤を介在させる測定用ギャップを設けたため、軸受への組み込みや交換を簡単に行うことができる。
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、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行うことができる。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】
【００１４】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１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、一つ割りのリング状の光ファイバ４と、前記受光素子３の出力により潤滑剤５の劣化を判定する判定手段６とを備える。前記光ファイバ４の一端は前記発光素子２の発光面に、他端は前記受光素子３の受光面にそれぞれ対向して配置される。また、リング状の光ファイバ４の円周方向の一部には、潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ７が設けられる。具体的には、リング状の光ファイバ４の両端から周回角度１８０度の位置に前記測定用ギャップ７が設けられている。
このように一つ割りのリング状の光ファイバ４の円周方向の一部に、潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ７を設けることにより、発光素子２から出射された光が光ファイバ４を介して潤滑剤５を透過し、その透過光がさらに光ファイバ４を介して受光素子３に入射される。
【００１５】
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８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９によって受光素子３の受光量が検出される。
【００１６】
潤滑剤５が新品のときには透明に近い状態にあり、発光素子２から光ファイバ４を経由して投光され潤滑剤５を透過する透過光の強度は高い。ところが、潤滑剤５に混入する鉄粉（摩耗粉）などの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６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５に混入している異物の量を検出する。潤滑剤５に混入する異物の量の増加は潤滑剤５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５の劣化具合を推定することができる。
【００１７】
このように、この潤滑剤劣化検出装置１では、一つ割りのリング状の光ファイバ４の両端にそれぞれ発光素子２および受光素子３を対向配置し、このリング状の光ファイバ４の円周方向の一部に、潤滑剤５を介在させる測定用ギャップ７を設けているので、軸受の両端に取付けられて軸受内を密封するリング状のシール部材の内側面に前記リング状の光ファイバ４を同心に取付けることで、軸受内への潤滑剤劣化検出装置１の組み込みや交換を簡単に行うことができ、構成部品も減らすことができる。
【００１８】
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正面図である。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、リング状の光ファイバ４の円周方向の３箇所に測定用ギャップ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けている。具体的には、リング状の光ファイバ４の一端から周回角度９０度，１８０度，２７０度の各位置に前記測定用ギャップ７Ａ，７Ｂ，７Ｃがそれぞれ設けられている。
【００１９】
図１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置１では、リング状の光ファイバ４の１箇所に測定用ギャップ７が設けられているだけであるため、軸受内に組み込んだとき、軸受内の一部分の潤滑剤の劣化状態しか検出できない。これに対して、この実施形態では、１本のリング状の光ファイバ４の円周方向の３箇所の位置に測定用ギャップ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けているので、軸受内に組み込んだとき、軸受内の複数箇所での潤滑剤の劣化状態を検出することができ、軸受内全体にわたる平均的な潤滑剤の劣化状態を観察することができる。
【００２０】
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正面図である。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、１本のリング状の光ファイバ４に代えて、３本のリング状の光ファイバ４Ａ，４Ｂ，４Ｃを同心に配置し、これら光ファイバ４Ａ〜４Ｃの円周方向の一部に測定用ギャップ７Ａ，７Ｂ，７Ｃをそれぞれ設けている。具体的には、１本の光ファイバ４Ａでは発光素子２に対向する一端から周回角度９０度の位置に測定用ギャップ４Ａが、他の１本の光ファイバ４Ｂでは発光素子２に対向する一端から周回角度１８０度の位置に測定用ギャップ４Ｂが、残る１本の光ファイバ４Ｃでは発光素子２に対向する一端から周回角度２７０度の位置に測定用ギャップ４Ｃがそれぞれ設けられている。
【００２１】
この実施形態の場合も、３本のリング状の光ファイバ４Ａ〜４Ｃの円周方向における合計３箇所の位置に測定用ギャップ７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けているので、軸受内に組み込んだとき、軸受内の複数箇所での潤滑剤の劣化状態を検出することができ、軸受内全体にわたる潤滑剤の劣化状態を観察することができる。
なお、この実施形態では、それぞれ個別に測定用ギャップ７Ａ〜７Ｃが設けられた３本のリング状の光ファイバ４Ａ〜４Ｃを経由してきた光量を合計したものが受光素子３で受光されるので、各測定用ギャップ７Ａ〜７Ｃに介在する潤滑剤の劣化状態の平均値が検出されることになる。すなわち、検出結果は、軸受内全体の潤滑剤の劣化状態を平均値として検出したものとなる。
【００２２】
図４（Ａ）は、図１に示した第１の実施形態における潤滑剤劣化検出装置１を、軸受の両端を密封するリング状のシール部材に組み込んで一体化した例の断面図を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の右側から見た正面図を示す。
この場合のシール部材１０は、図４（Ａ）の一部を図５（Ａ）に拡大して示すように、軸受外輪の端部に取付けられる環状のシールケース１１と、このシールケース１１の内径面に圧入嵌合されるリング部材１２と、このリング部材１２の内周面に圧入嵌合されるシール本体１３とでなる。シールケース１１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、その一端部を固定輪となる軸受外輪の内径面に圧入嵌合させることで、軸受外輪に取付けられる。このシールケース１１の中間段部の内径面に、断面Ｌ字状の前記リング部材１２がその円筒部１２ａを圧入嵌合させて取付けられている。シール本体１３は、断面Ｌ字状の環状芯金１４と、この環状芯金１４の立板部に固定される弾性部材１５とでなり、環状芯金１４の円筒部を前記リング部材１２の円筒部１２ａの内周面に圧入嵌合させることにより、リング部材１２を介してシールケース１１に固定される。前記弾性部材１５には、軸受内輪側に摺接するラジアルリップが形成されている。図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）の一部を拡大して示したものである。
【００２３】
前記シール部材１０に対して、潤滑剤劣化検出装置１のリング状の光ファイバ４が同心に取付けられる。具体的には、シールケース１１における大径段部の内径面に弾性部材１６を介してリング状の光ファイバ４が支持固定される。このように、リング状の光ファイバ４を、リング状のシール部材１０に同心に取付けることで、軸受内の軸受構成部品と干渉することなくコンパクトに設置できる。
また、発光素子２、受光素子３、判定手段６、発光回路８、受光回路９、（図１）を実装した潤滑剤劣化検出装置１の回路基板１７は、締結部材１８を介して前記リング部材１２の立板部１２ｂに固定される。発光素子２および受光素子３は、回路基板１７を挟んで、シール部材１０の円周方向の互いに反対向きに取付けられている。これにより、リング状の光ファイバ４の両端を曲げることなく、これら両端に発光素子２および受光素子３を対向させることができる。
その結果、シール部材１０における潤滑剤劣化検出装置１の設置スペースを小さくできると共に、光ファイバ４を曲げ加工しないで済むことから信頼性の向上も可能となる。
また、このようにシール部材１０に潤滑剤劣化検出装置１を一体化することで、軸受への潤滑剤劣化検出装置１の組み込みや交換をより一層簡単に行うことができる。
【００２４】
図６は、潤滑剤劣化検出装置１を一体化した上記シール部材１０を、鉄道車両用軸受に組み込んでなる検出装置付き軸受の一例の断面図を示す。この検出装置付き軸受２１は、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とで鉄道車両用軸受ユニットを構成する。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、外周にシール部材１０Ａ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シール部材１０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シール部材１０，１０Ａ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。シール部材１０Ａは、潤滑剤劣化検出装置１を取付けていないほかは、シール部材１０と同じ構造とされている。
【００２５】
シール部材１０は、そのシールケース１１の一端の大径段部を軸受外輪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。シール部材１０におけるリング部材１２の内径側に延びる立板部１２ｂは、前記油切り２２の外径面に対して所定のラビリンス隙間を形成するように配置されている。また、シール部材１０におけるシール本体１３の弾性部材１５に形成されているラジアルリップは油切り２２の外径面に摺接させてある。さらに、シールケース１１の他端の小径段部は、油切り２２のフランジ部２２ａの内向き幅面に形成されたリング状の溝３５に遊嵌させることで、この溝３５とシールケース１１の小径段部との間に、非接触シール隙間であるラビリンス隙間を形成している。このような構成により、軸受２１の内外輪２４，２５の環状空間の一端部では、前記リング部材立板部１２ｂと油切り２２の外形面との間に形成されるラビリンス隙間と、油切り２２の外形面に摺接するシール本体１３と、油切り２２の溝３５とシールケース１１の小径段部との間に形成されるラビリンス隙間とで、密封が図られている。軸受２１の内外輪２４，２５間の環状空間の他端部に付いては説明を省略するが、シール部材１０Ａにより上記した一端部と同様のシール構造とされる。
【００２６】
この検出装置付き軸受２１では、シール部材１０に一体に組み込まれた潤滑剤劣化検出装置１により、軸受内部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できる。また、潤滑剤交換の必要性を潤滑剤劣化装置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。
とくに、この検出装置付き軸受２１では、シール部材１０に潤滑剤劣化検出装置１が一体化されているので、軸受２１内への潤滑剤劣化検出装置１の組み込み、および交換を簡単に行うことができる。
【００２７】
図７（Ａ）は、図１に示した第１の実施形態における潤滑剤劣化検出装置１を、軸受の両端を密封するリング状のシール部材に組み込んで一体化した他の例の断面図を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の右側から見た正面図を示す。この検出装置一体型のシール部材１０は、図４に示す検出装置一体型のシール部材１０において、リング状の光ファイバ４を、その測定用ギャップ７の設置部位が軸受内方へ突出する傾斜姿勢として固定したものである。リング状の光ファイバ４を傾斜姿勢に保持するために、ここでは、光ファイバ４の両端から周回角度９０度および１８０度の３箇所の部位を高さの異なる支持部材１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを介して前記リング部材立板部１２ｂに固定している。
【００２８】
図８は、図７の検出装置一体型シール部材１０を、図６の鉄道車両用軸受２１に組み込んだ例を示す断面図である。この場合、シール部材１０に組み込んだ潤滑剤劣化検出装置１のリング状の光ファイバ４を、その測定用ギャップ７の設置部位が軸受内方に突出する傾斜姿勢としているので、その測定用ギャック７を軸受２１の転走面近くに配置でき、潤滑に寄与する転走面の脇の潤滑剤の劣化検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図２】この発明の他の実施形態に係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正面図である。
【図３】この発明のさらに他の実施形態に係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正面図である。
【図４】（Ａ）は図１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置を搭載したシール部材の一例の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た正面図である。
【図５】（Ａ）は図４（Ａ）の部分拡大図、（Ｂ）は図４（Ｂ）の部分拡大図である。
【図６】図４のシール部材を用いた検出装置付き軸受の断面図である。
【図７】（Ａ）は図１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置を搭載したシール部材の他の例の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た正面図である。
【図８】図７のシール部材を用いた検出装置付き軸受の断面図である。
【図９】潤滑剤劣化検出装置の提案例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…潤滑剤劣化検出装置
２…発光素子
３…受光素子
４，４Ａ〜４Ｃ…光ファイバ
５…潤滑剤
６…判定手段
７，７Ａ〜７Ｃ…測定用ギャップ
１０…シール部材
【図１】
2007304028.tif 000003
【図２】
2007304028.tif 000004
【図３】
2007304028.tif 000005
【図４】
2007304028.tif 000006
【図５】
2007304028.tif 000007
【図６】
2007304028.tif 000008
【図７】
2007304028.tif 000009
【図８】
2007304028.tif 000010
【図９】
2007304028.tif 000011