(57)【要約】【課題】  軸受内部などへ簡単かつコンパクトな構成により設置できて、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して検出でき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は、潤滑剤２にそれぞれ一端３ａ，４ａを対向させる発光側および受光側の光ファイバー３，４を有する。前記発光側および受光側の光ファイバー３，４の他端３ｂ，４ｂにそれぞれ接続された発光部５および受光部６と、前記受光部６の検出出力により潤滑剤の劣化を検出する判定手段７とを備える。この潤滑剤劣化検出装置１における光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａで構成される検出部１０を軸受内に設置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤にそれぞれ一端を対向させる発光側および受光側の光ファイバーと、前記発光側および受光側の光ファイバーの他端にそれぞれ接続された発光部および受光部と、前記受光部の検出出力により潤滑剤の劣化を検出する判定手段とを備えた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記いずれか一方または両方の光ファイバーの端部にレンズを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、前記いずれか一方または両方の光ファイバーにおける潤滑剤との対向側の端部は、鏡を介して潤滑剤に対向させた潤滑剤劣化検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の潤滑剤劣化検出装置が搭載された潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
【請求項５】
請求項４において、前記発光部および受光部を、軸受内に配置した潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
【請求項６】
請求項４において、前記発光部および受光部を、軸受外に配置した潤滑剤劣化検出装置付き軸受。
【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、産業機械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、潤滑剤の抵抗値や静電容量等の電気的特性を検出するものであるため、
・検出結果が電気ノイズの影響を受ける。
・検出結果が、軸受内の温度変化による影響を受ける。
・センサをコンパクトにできないため、センサ取付位置に制約を受ける。
といった課題がある。
【０００５】
そこで、例えば図１１のように、対向配置した発光素子３３と受光素子３４の間に検出対象となる潤滑剤３６を介在させ、発光素子３３から出射され潤滑剤３６を透過する光を受光素子３４で検出するようにし、受光素子３４で検出された光量から潤滑剤３６の劣化状態を推定する光学式の構成を考えた。
【０００６】
しかし、このような光学式の構成の場合、検出対象となる潤滑剤３６の光路上での厚さが透過光量に影響するので、測定部に潤滑剤３６を安定して存在させるための構造上の工夫が必要となり、構成の簡略化やコンパクト化に難がある。
【０００７】
この発明の目的は、軸受内部などへ簡単かつコンパクトな構成により設置できて、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して検出でき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、潤滑剤にそれぞれ一端を対向させる発光側および受光側の光ファイバーと、前記発光側および受光側の光ファイバーの他端にそれぞれ接続された発光部および受光部と、前記受光部の検出出力により潤滑剤の劣化を検出する判定手段とを備えたものである。
この構成による潤滑剤劣化検出装置では、発光部から出射された光が発光側の光ファイバーを経由して潤滑剤を透過し、さらに受光側の光ファイバーを経由して受光部で検出される。このように潤滑剤を透過した透過光量は、潤滑剤に含まれる異物の含有量が多いほど減少するので、受光部で検出される透過光量から判定手段は潤滑剤における異物の含有量を推定することができる。例えば軸受に使用される潤滑剤の場合、劣化が進むにつれて摩耗粉などの異物の混合割合が増加するので、上記潤滑剤劣化検出装置で軸受内部の潤滑剤に混入している異物の量を検出すれば、潤滑剤の劣化状態を正確に検出することができる。
とくに、この潤滑剤劣化検出装置では、発光側および受光側の光ファイバーの一端を検出対象となる潤滑剤に対向させ、これら光ファイバーの他端に発光部および受光部を接続させているので、発光部、受光部、および判定手段を、光ファイバーの一端からなる検出部から離して配置することができ、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して検出できる。
また、検出部をコンパクトに構成できるので、例えば軸受の内部に封止される潤滑剤の劣化検出に使用する場合、軸受内部へ簡単かつコンパクトな構成により設置できる。そのため、検出部が潤滑剤の動きを妨げる要因にならないし、検出部に潤滑剤を安定供給できて、センサ素子を構成する受光部や発光部の軸受内部への配置の自由度も高まることになる。
また、発光側および受光側の光ファイバーの一端が潤滑剤の検出部となることから、潤滑剤の測定部位の断面積を小さくでき、粘度の高い潤滑剤でも検出部へ入り込み易く、それだけ検出が安定する。
【０００９】
この発明において、前記いずれか一方または両方の光ファイバーの端部にレンズを設けても良い。このように、光ファイバーの端部にレンズを設けた場合、光の拡散を防止できるので、潤滑剤における測定スポットの微細化や検出感度を上げることができる。
【００１０】
この発明において、前記いずれか一方または両方の光ファイバーにおける潤滑剤との対向側の端部は、鏡を介して潤滑剤に対向させても良い。この構成の場合、光ファイバーの配置方向に制限されることなく、光ファイバーの端部の潤滑剤に確実に対向させることができ、軸受内部などへの配置の自由度を高めることができる。
【００１１】
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものである。
この構成によると、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、定期的にあるいはリアルタイムで、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。
【００１２】
この発明において、前記発光部および受光部を、軸受内に配置しても良く、また軸受外に配置しても良い。軸受外に配置する場合、検出部だけを軸受内に配置することになるので、軸受内での構成をコンパクトにできる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の潤滑剤劣化検出装置は、潤滑剤にそれぞれ一端を対向させる発光側および受光側の光ファイバーと、前記発光側および受光側の光ファイバーの他端にそれぞれ接続された発光部および受光部と、前記受光部の検出出力により潤滑剤の劣化を検出する判定手段とを備えたため、軸受内部などへ簡単かつコンパクトな構成により設置できて、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤の劣化状態を安定して検出できる。
この発明の潤滑剤劣化検出装置付き軸受は、この発明の潤滑剤劣化検出装置を搭載したものであるため、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を、定期的に、あるいはリアルタイムで、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および図２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原理構成図を示す。この潤滑剤劣化検出装置１は、検出対象となる潤滑剤２にそれぞれ一端３ａ，４ａを対向させる発光側および受光側の光ファイバー３，４と、これら発光側および受光側の光ファイバー３，４の他端３ｂ，４ｂにそれぞれ接続された発光部５および受光部６と、この受光部６の検出出力により前記潤滑剤２の劣化を検出する判定手段７とを備える。判定手段７は電子回路等からなる。検出対象となる潤滑剤２は、例えば軸受２１の内部に封入された潤滑剤である。発光側および受光側の光ファイバー３，４の潤滑剤２に対向させる一端３ａ，４ａは、潤滑剤２を挟んで互いに対向するように配置される。
【００１５】
図２は、上記潤滑剤劣化検出装置１の概略構成図を示す。発光部５はＬＥＤなどの発光素子からなり、この発光素子の発光面に発光側の光ファイバー３の他端３ｂが対向配置される。受光部６はフォトダイオードなどの受光素子からなり、この受光素子の受光面に受光側の光ファイバー４の他端４ｂが対向配置される。発光部５、受光部６、および判定手段７となる回路は、同一の回路基板８に搭載される。判定手段７の検出信号は配線ケーブル９から装置外部に出力される。また、配線ケーブル９を経て装置外部から潤滑剤劣化検出装置１に電源が供給される。
この潤滑剤劣化検出装置１では、潤滑剤２にそれぞれ対向配置される発光側および受光側の光ファイバー３，４の各一端３ａ，４ａが検出部１０となる。この潤滑剤劣化検出装置１を軸受に装着する場合、検出部１０は軸受内に配置するが、検出部１０を除く部分、つまり両光ファイバー３，４の他端３ｂ，４ｂ、発光部５、受光部６、および判定手段７等は、軸受の外部に設置可能である。
【００１６】
前記発光部５となる発光素子としては、ＬＥＤのほか、白熱電球、半導体レーザダイオード、ＥＬ、有機ＥＬ、蛍光管などを用いることができる。また、前記受光部６となる受光素子としては、フォトダイオードのほか、フォトトランジスタ、ＣＤＳ、太陽電池、光電子増倍管などを用いることができる。
【００１７】
上記構成の潤滑剤劣化検出装置１によると、発光部５から出射された光が発光側の光ファイバー３を経由して軸受２１内の潤滑剤２を透過し、さらに受光側の光ファイバー４を経由して受光部６で検出される。このように潤滑剤２を透過した透過光量は、潤滑剤２に含まれる鉄粉（摩耗粉）などの異物の含有量が多いほど減少するので、受光部６で検出される透過光量から判定手段７は潤滑剤２における異物の含有量を推定することができる。  潤滑剤２が封入される軸受２１では、潤滑剤２の劣化の主要な要因として、軸受２１の使用に伴って発生する鉄粉等の摩耗粉が潤滑剤２に混入することが挙げられる。このため、潤滑剤２に混入する異物の含有量を前記判定手段７で推定することにより、潤滑剤２の劣化状態を検出することができる。例えば、判定手段７は、検出される透過光量が設定値以下であると、潤滑剤が汚れ状態であると判定する。
【００１８】
とくに、この潤滑剤劣化検出装置１では、発光側および受光側の光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａを検出対象となる潤滑剤２に対向させ、これら光ファイバー３，４の他端３ｂ，４ｂに発光部５および受光部６を接続させているので、発光部５、受光部６、および判定手段７を、光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａからなる検出部１０から離して配置することができる。そのため、受光部６や判定手段７となる電子回路等が、電気ノイズや温度変化による影響を受けずに潤滑剤２の劣化状態を安定して検出できる。
また、検出部１０をコンパクトに構成できるので、例えば軸受の内部に封止される潤滑剤２の劣化検出に使用する場合、検出部１０のみを軸受の内部へ配置すれば良く、簡単かつコンパクトな構成により設置できる。さらに、検出部１０が潤滑剤２の動きを妨げる要因にならないし、検出部１０に潤滑剤２を安定供給でき、軸受の内部への検出部１０の配置の自由度も高まることになる。
また、発光側および受光側の光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａが潤滑剤２の検出部１０となることから、潤滑剤２の測定部位の断面積を小さくでき、粘度の高い潤滑剤２でも検出部１０へ入り込み易く、それだけ検出が安定する。
【００１９】
図３は、この発明の他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図１および図２に示す第１の実施形態において、発光側および受光側の光ファイバー３，４の各端部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに集光用のレンズ１１Ａ〜１１Ｄを設けたものである。なお、レンズ１１Ａ〜１Ｄは、少なくとも一つを設ければ良く、例えば両光ファイバー３，４のうちいずれか一方の光ファイバーの一端だけに設けても良い。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
【００２０】
このように、光ファイバー３，４の端部３ａ〜４ｂに集光用のレンズ１１Ａ〜１１Ｄを設けた場合、光の拡散を防止できるので、潤滑剤２における測定スポットの微細化や検出感度を上げることができる。光ファイバー３，４の端部３ａ〜４ｂのうちのいずれか一部のみにレンズを設けた場合にも、上記と同様の効果をある程度上げることができる。
【００２１】
図４は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図１および図２に示す第１の実施形態において、発光側および受光側の光ファイバー３，４における潤滑剤２との対向側の端部３ａ，４ａを、鏡１２Ａ，１２Ｂを介して潤滑剤２に対向させたものである。具体的には、発光側の光ファイバー３の一端３ａには、その一端から出射される光を、直角に曲げて潤滑剤２に入射させるように鏡１２Ａが設けられる。また、受光側の光ファイバー４の一端４ａには、前記鏡１２Ａを経て潤滑剤２を透過した光を、直角に曲げて光ファイバー４の一端４ａに入射させるように鏡１２Ｂが設けられる。これらの各鏡１２Ａ，１２Ｂは、対応する各光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａと共に透明カバー１３Ａ，１３Ｂで被覆され、鏡１２Ａ，１２Ｂが汚れるのを防止している。この場合、各光ファイバー３，４の一端３ａ，４ａ、鏡１２Ａ，１２Ｂ、および透明カバー１３Ａ，１３Ｂで検出部１０が構成されることになる。
【００２２】
このように、光ファイバー３，４における潤滑剤２との対向側の端部３ａ，４ａを、鏡１２Ａ，１２Ｂを介して潤滑剤２に対向させた場合、これら光ファイバー３，４の端部３ａ，４ａを直接に潤滑剤２に対向配置しなくても良い。そのため、検出部１０を軸受の内部に取付けるときに、光ファイバー３，４の端部３ａ，４ａの向きの自由度が上がり、例えば軸受のシール部に検出部１０を取付けたり、潤滑剤２に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
【００２３】
図５は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、例えば図４に示す実施形態において、発光部５、受光部６、判定手段７を、検出部１０と共に例えばハウジング１４などに設置して一体化したものである。検出部１０は、ハウジング１４から突出するように設ける。その他の構成は図４の実施形態の場合と同様である。
【００２４】
このように、発光部５、受光部６、判定手段７を、検出部１０と共に一体化した場合、軸受の内部に封止された潤滑剤２の劣化検出において、光ファイバー３，４を軸受の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出装置１の設置を容易に行うことができる。
【００２５】
図６は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図１および図２に示す第１の実施形態において、発光側の光ファイバー３の潤滑剤２に対向する一端３ａから出た光が反射部材１５で反射して、受光側の光ファイバー４の潤滑剤剤２に対向する一端４ａに入射するように、両光ファイバー３，４の各一端３ａ，４ａ、および前記反射部材１５を配置したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
【００２６】
このように、発光側の光ファイバー３の一端３ａから出た光が反射部材１５を介して受光側の光ファイバー４の一端４ａに入射するようにした場合、両光ファイバー３，４の各一端３ａ，４ａを対向配置しなくて良いので、これら各一端３ａ，４ａの向きの自由度が上がり、例えば軸受２１のシール部に検出部１０を取付けたり、潤滑剤２に差し込んだ状態で取付けたりすることができる。
【００２７】
図７は、この発明のさらに他の実施形態の概略構成図を示す。この実施形態の潤滑剤劣化検出装置１は、図６に示す実施形態において、発光部５、受光部６、判定手段７を、検出部１０と共に例えばハウジング１４などに設置して一体化したものである。反射部材１５は、ハウジング１４とは別に適宜設置する。その他の構成は図６の実施形態の場合と同様である。
【００２８】
このように、発光部５、受光部６、判定手段７を、検出部１０と共に一体化した場合、軸受の内部に封止された潤滑剤２の劣化検出において、光ファイバー３，４を軸受の内部から外部へ配線する作業が不要となり、潤滑剤劣化検出装置１の設置を容易に行うことができる。
【００２９】
図８は、図１および図２に示す第１の実施形態の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３４の両側に各々接して設けられた付属部品である油切り３２および後ろ蓋３３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３６，３６に対して設けた分割型の内輪３４，３４と、一体型の外輪３５と、前記ころ３６，３６と、保持器３７とを備える。
後ろ蓋３３は、車軸４０に軸受２１よりも中央側で取付けられて外周のオイルシール３８を摺接させたものである。油切り３２は、車軸４０に取付けられて外周にオイルシール３９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３８，３９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。
【００３０】
潤滑剤劣化検出装置１は軸受２１の外輪３５に取付けられ、軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出する。この場合、図８のＡ部を拡大して示す図９のように、潤滑剤劣化検出装置１の検出部１０は外輪３５の内周面に配置されるが、発光部５、受光部６、および判定手段７は軸受外部に配置され、検出部１０から発光部５、受光部６にわたって配置される光ファイバー３，４を経由して、発光部５から出射する光が検出部１０に届き、検出部１０を出た光が受光部６に至る。外輪３５における光ファイバー３，４の挿入部には、防水・防油処理が施され、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。
上記潤滑剤劣化検出装置１を搭載したこの潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１では、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できる。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。
また、軸受外部に発光部５、受光部６、および判定手段７が配置され、検出部１０だけが軸受内部に配置されるので、軸受内部での潤滑剤劣化検出装置１の構成をコンパクトにできる。
【００３１】
図１０は、潤滑剤劣化検出装置付き軸受の他の例の部分拡大断面図を示す。この潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１は、図８および図９に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１において、図７に示す実施形態の潤滑剤劣化検出装置１を、外輪３５の内周面に取付けたものである。この場合、潤滑剤劣化検出装置１は、発光部５、受光部６、および判定手段７が、検出部１０と一体とされているので、軸受内部に潤滑剤劣化検出装置１の全体をコンパクトに取付けることができる。潤滑剤劣化検出装置１の配線ケーブル９だけが、軸受内部から外部へ引き出される。
【００３２】
なお、図８〜図１０に示した潤滑剤劣化検出装置付き軸受２１の各例では、図１および図２に示した第１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置１、および図７に示した実施形態の潤滑剤劣化検出装置１を組み込んだ場合を示したが、図３〜図６に示した各実施形態の潤滑剤劣化検出装置１を組み込んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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原理構成図である。
【図２】同潤滑剤劣化検出装置の概略構成図である。
【図３】この発明の他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４】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の概略構成図である。
【図５】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の概略構成図である。
【図６】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の概略構成図である。
【図７】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の概略構成図である。
【図８】第１の実施形態の潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化検出装置付き軸受の一例の断面図である。
【図９】図８におけるＡ部の拡大図である。
【図１０】図７の実施形態の潤滑剤劣化検出装置を搭載した潤滑剤劣化検出装置付き軸受の一例の部分拡大断面図である。
【図１１】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】
【００３４】
１…潤滑剤劣化検出装置
２…潤滑剤
３…発光側の光ファイバー
４…受光側の光ファイバー
５…発光部
６…受光部
７…判定手段
１１Ａ〜１１Ｄ…レンズ
１２Ａ，１２Ｂ…鏡
２１…潤滑剤劣化検出装置付き軸受
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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