(57)【要約】【課題】センサからの信号をハウジングの外部に確実に送信することができる車両用軸受装置を提供する。【解決手段】転がり軸受１３を介して回転軸１１をハウジング１２に対して回転可能に支持する車両用軸受装置１０は、転がり軸受１３のシールケース２５に取り付けられ、軸受装置１０の運転状態を検出するセンサ３３と、センサ３３からの信号を伝送する第１の信号ケーブル３８と、第１の信号ケーブル３８と導通し、第１の信号ケーブル３８より大径の第２の信号ケーブル４１と、を備え、第１の信号ケーブル３８と第２の信号ケーブル４１は、ハウジング１２に取り付けられたケーブル中継部４０で、圧着端子４２によって結線される。【選択図】図１
2007162783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受を介して回転軸をハウジングに対して回転可能に支持する車両用軸受装置であって、
前記転がり軸受のシール部材に取り付けられ、前記軸受装置の運転状態を検出するセンサと、
該センサからの信号を伝送する第１の信号ケーブルと、
該第１の信号ケーブルと導通し、第１の信号ケーブルより大径の第２の信号ケーブルと、を備え、
前記第１の信号ケーブルと前記第２の信号ケーブルは、前記ハウジングに取り付けられたケーブル中継部で、圧着端子によって結線されることを特徴とする車両用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用軸受装置に関し、特に、ばね下で使用される、鉄道車両に組み込まれる軸受装置の運転状態の検知や予防保全に用いられる車両用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の車輪を鉄道車両に固定した軸受箱に対して回転自在に支持するために、軸受装置が使用されている。このような軸受装置における異常を検出するため、センサを備えた車両用軸受装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された車両用軸受装置１００は、図４及び図５に示すように、軸受(不図示)の軌道輪(不図示)上に封止インサート１０１が圧接され、封止インサート１０１上に、加速度計デバイスを含んだセンサ本体１０２と、運動センサや回転センサを組み込んだセンサ本体１０３とが、異なる位置に搭載されている。センサ本体１０２，１０３は、小径のケーブル１０４を通じて、ハウジング１０５上に搭載された多ピン型コネクタ１０６に接続されている。
【０００４】
種々のセンサによって生成された信号は、小径のケーブル１０４を通じて多ピン型コネクタ１０６へ送信された後、ハウジング１０５の外側で多ピン型コネクタ１０６に接続された大径のケーブル１０７を介して、鉄道車両または列車上に搭載された電子処理ユニット（不図示）に送信され、電子処理ユニットにて処理される。このように、図４及び図５の車両用軸受装置では、多ピン型コネクタを利用してケーブルの直径を変更している。
【特許文献１】特表２００２−５４２９７３号公報（第６−８頁、第１，２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図４及び図５の車両用軸受装置１００が使用される環境は、鉄道車両のばね下であるため、レールの継ぎ目等によりハウジング１０５や軸受に大きな衝撃や振動加速度が作用する。そのため、ばね下である、ハウジング１０５に搭載した多ピン型コネクタ１０６にも大きな衝撃や振動加速度が作用し、多ピン型コネクタ１０６のコンタクトの雄側及び雌側の接触部が微小に摺動することで摩耗粉が発生し、接触状態に影響を及ぼす可能性があるため、接続部のより良好な接触状態を与え、信号を確実に送信することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ケーブルの破損を防止すると共に、センサからの信号をハウジングの外部に確実に送信することができる車両用軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）  転がり軸受を介して回転軸をハウジングに対して回転可能に支持する車両用軸受装置であって、
前記転がり軸受のシール部材に取り付けられ、前記軸受装置の運転状態を検出するセンサと、
該センサからの信号を伝送する第１の信号ケーブルと、
該第１の信号ケーブルと導通し、第１の信号ケーブルより大径の第２の信号ケーブルと、を備え、
前記第１の信号ケーブルと前記第２の信号ケーブルは、前記ハウジングに取り付けられたケーブル中継部で、圧着端子によって結線されることを特徴とする車両用軸受装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両用軸受装置によれば、第１の信号ケーブルと第２の信号ケーブルは、ハウジングに取り付けられたケーブル中継部で、圧着端子によって結線されるので、第１の信号ケーブルと第２の信号ケーブルはコネクタを使用せずに結線することができ、第１の信号ケーブルと第２の信号ケーブルの導通部分での摩耗を防止することができる。
その結果、コネクタを使用した際の接触不良による信号の中断がなくなり、信頼性の高い車両用軸受装置を供給することができる。
また、ハウジングの外側では、第１の信号ケーブルより大径の第２の信号ケーブルが使用されるので、風損等による外力に対する信号ケーブルの耐力が大きくなるため、風損等によるケーブルの破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る車両用軸受装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る車両用軸受装置を示す正面図であり、図２は図１のII−II線に沿った断面図であり、図３は、図１のケーブル取出部の拡大図である。
【００１１】
図１、図２に示すように、本発明の第１実施形態である車両用軸受装置１０は、鉄道車両用軸受装置であり、車軸１１が、図示しない車輪を支持固定した状態で、軸受箱１２の内径側で、本発明の転がり軸受である接触角を有する複列円すいころ軸受１３により、回転自在に支持されている。
【００１２】
複列円すいころ軸受１３には、種々部材の重量等によるラジアル荷重と任意のアキシアル荷重とが負荷される。複列円すいころ軸受１３は、軸受箱１２に内嵌され、円錐面状に傾斜した一対の外輪軌道面１４（一方の外輪軌道面のみ図示。）を内周面に有する単一の外輪１５と、車軸１１に外嵌され、円錐面状に傾斜した内輪軌道面１６（一方の内輪軌道面のみ図示。）を外周面に有する一対の内輪１７（一方の内輪のみ図示。）を有する。
【００１３】
また、複列円すいころ軸受１３は、外輪１５の外輪軌道面１４と内輪１７の内輪軌道面１６との間に複列で複数配置された転動体である円すいころ１８と、円すいころ１８を転動自在に保持する環状の保持器１９（一方の保持器のみ図示。）とを有する。複列円すいころ軸受１３の内部には、グリースや油等の潤滑剤が封入されている。
【００１４】
一対の内輪１７間には、内輪間座２０が配置されており、内輪１７の軸方向両端部にも、一対の内輪間座２１（一方の内輪間座のみ図示。）が配置されている。軸端ナット２２の外周部には、センサの一部を構成する凹凸状の歯部２２ａが形成されている。なお、歯部２２ａは、軸端ナット２２以外の部品に設けてもよく、例えば、内輪間座２１を軸方向に延長してその外周に設けてもよい。
【００１５】
外輪１５の両端部には、シール部材である一対のシールケース２５（一方のシールケースのみ図示。）が組付けられている。シールケース２５は、軟鉄をプレス加工することにより薄肉に成形されており、外輪１５側から外径が段階的に小さくなるようして円筒形状に形成されている。シールケース２５と内輪間座２１との間には、径方向内方に延びるシールケース２５のフランジ部２５ａから複列円錐ころ軸受１３側に向かってほぼ９０度に折曲された先端部２５ｂと、この先端部２５ｂを囲むように内輪間座２１に設けられた凹部２１ａとでラビリンスシール２６を構成する。これにより、複列円錐ころ軸受１３内部に封入した潤滑剤が外部に漏洩するのを防止すると共に、複列円錐ころ軸受１３内部へ異物が侵入するのを防止している。
【００１６】
また、図１に示すように、シールケース２５には、フランジ部２５ａの円周方向に離れた位置に、一対のボルト２７，２７が車軸１１の軸方向外方に向けて突出して固定されている。この一対のボルト２７，２７には、センサ筐体２８の側部に形成された一対のフランジ部２９，２９のネジ孔を挿通した後、ナット３０，３０がねじ込まれ、これによりセンサ筐体２８はシールケース２５に固定される。
【００１７】
図２に示すように、センサ筐体２８は、底部にセンサ挿入凹部２８ａが形成され、カバー３１により密閉されている。センサ筐体３２は、Ａ２０１７，Ａ２０２４，Ａ５０５６，Ａ６０６１，Ａ７０７５等のアルミニウム合金にアルマイト処理が施されたアルミニウム合金製のものからなる。アルミニウム合金製のセンサ筐体２８は、プラスチック製のものに比べて機械的強度に優れており、鉄製のものに比べて軽量であるために、センサ筐体２８が取り付けられるシールケース２５に負担をかけることがなく、外部衝撃が作用したとしても、シールケース２５が外輪１５から外れにくくなり、シールケース２５の機械的信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、センサ筐体２８は軽量であることから、シールケース２５の固有振動数の低下を低減できる。それにより、シールケース２５単体での固有振動数からの変動が少なくなって、円すいころ軸受１３の振動状態を精度良く測定することができる。さらに、アルミニウム合金製のセンサ筐体２８は、プラスチック製のものに比べて、熱伝導率が良好なので、軸受温度の測定を精度良く行うことができる。また、センサ筐体２８は、アルミニウム合金にアルマイト処理等の表面処理が施されているために、アルミニウムの防食性をさらに高めることができる。なお、表面処理はアルマイト処理以外の通常のメッキ処理等でも良いが、アルマイト処理等の陽極酸化処理を用いた表面処理の方が被膜特性において優れている。
【００１９】
センサ筐体２８とフランジ部２５ａとの間の隙間に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂３２を充填すると、鉄製のシールケース２７とアルミニウム合金製のセンサ筐体２８間の取付け面の隙間部分に水分が浸入せずに、アルミニウムと鉄の基準電位の差に基づくアルミニウム合金の溶出が生じない。その結果、センサ３３の耐久性を高めることができる。
【００２０】
センサ３３は、センサ筐体２８内に配置された基板３４上に固定される、速度検出素子３５、温度検出素子３６、加速度検出素子（振動検出素子）３７を有しており、車両用軸受装置１０の運転状況を高精度で検出する。
【００２１】
速度検出素子３５は、軸端ナット２２の外周面に形成された歯部２２ａと非接触で対向するように、センサ筐体２８のセンサ挿入凹部２８ａ内に配置されており、車軸１１に固定された軸端ナット２２の歯部２２ａによる磁束の変化を検出することで、車軸１１の回転を計測して、例えばパルス状の電気信号を発生する。発生した電気信号は、第１及び第２の入出力信号ケーブル３８，４１を通じて制御回路（不図示）に送られて監視される。なお、回転方向を測定する場合は、１個のセンサ筐体２８内に速度信号パルスが約９０度位相になる位置に速度検出素子３５を２個配置するとよい。また、速度検出素子３５を１個有したセンサ筐体を２個取り付けても同様の効果を得ることができる。この際、前記の構成と同じように、速度信号のパルスが約９０度位相になるように２個のセンサ筐体を配置するのがよい。
【００２２】
また、大部分の使用目的が回転速度の測定だけでよく、一部の軸受のみ回転方向を測定する必要がある場合は、速度検出素子３５を１個有するセンサ筐体のみを製作しておき、回転方向の測定が必要な軸受にのみセンサ筐体を２個取り付けることで回転速度と回転方向の測定が可能である。そうすれば、製作するセンサの種類を増やす必要がなく、低コスト化を実現できる。
【００２３】
温度検出素子３６は、センサ筐体２８の円すいころ軸受１３に近い、シールケース２５側に配されており、シールケース２５を介して伝達される円すいころ軸受１３内部の雰囲気温度を常時測定して制御回路に与えることで、潤滑剤切れ等による焼付きの発生を防止する。このとき、シール手段として、非接触のシールであるラビリンスシールを用いているため、発熱がなく、円すいころ軸受１３の発熱を精度良く測定することができる。また、センサ筐体２８をアルミニウム合金で構成すると共に、温度検出素子３６を他の検出素子よりシールケース側に配しているので、シールケース２５の温度をより正確に測定できる。また、センサ筐体２８と、フランジ部２５ａとの間に熱伝導性の良いシリコン樹脂等を充填すると、さらに精度良く温度を測定できる。
【００２４】
振動検出素子３７は、振動を検出するセンサであり、円すいころ１８、外輪１５、内輪１７に与えられた振動成分を電気信号に変換して制御回路に送る。振動検出素子３７は、振動を測定することで、円すいころ軸受１３の剥離や傷等の異常振動を精度良く測定できるとともに、車軸１１の偏摩耗も精度良く測定することができる。なお、軸方向の振動を測定する場合は、取付け位置（位相）を円周上の任意の場所に設定することができ、取り付けの自由度を向上させることができるのでさらに好ましい。
【００２５】
なお、ラジアル方向の振動を測定して剥離等の軸受の異常を検知する場合は、振動検出素子を異常発生部位のすぐ近傍に配置しないと剥離による振動を正確に測定することができない。そのため、ラジアル方向の振動を検出する場合には、剥離が最も発生しやすい負荷圏近傍に振動検出素子を配置する必要がある。しかしながら、鉄道車両用車軸軸受の場合は、負荷圏が軸受の上側（台車側）にあるため、台車等が妨げとなり、センサを配置するスペースが取れない場合がある。また、振動検出素子を取り付けた場所から離れた部位に剥離等の異常が発生した場合は、その異常振動を正確に測定することができなかった。
【００２６】
それに対して、接触角を有する軸受において、ラジアル方向の振動の発生に伴って接触角の分力として発生する軸方向の振動成分を測定する場合、この軸方向成分は、円周方向のどの部位でもラジアル方向の振動に比べてほぼ等しい値になるため、振動検出素子をどこに配置しても、ラジアル方向の振動を検出する場合に比べ、異常振動を正確に検出することができる。また、剥離等の異常が軸受のどこに発生したとしてもその異常振動を正確に測定することができる。
【００２７】
即ち、円すいころ軸受１３は接触角を有するので、ラジアル方向の振動が発生すると、その接触角の分力によって軸方向の振動が発生する。この軸方向の振動は、円周方向全面でほぼ同じ値となるため、センサ筐体２８を外輪１５端面のどの円周方向位置に配置しても、円すいころ軸受１３の剥離や、車軸１１のフラットを正確に測定することができる。なお、円すいころ軸受１３の代わりに、予圧を与えた組み合わせ玉軸受でも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
センサ筐体２８からは、速度検出素子３５，温度検出素子３６，振動検出素子３７から出力された測定信号を外部に伝送するために第１の入出力信号ケーブル３８が引き出されている。第１の入出力信号ケーブル３８の一端は、センサ側ケーブルグランド３９を用いてセンサ筐体２８に固定されており、その他端は、ハウジング１２に設けられたケーブル中継部４０にて、第２の入出力信号ケーブル４１の一端と圧着端子４２を用いて電気的に接続されている。
【００２９】
ケーブル中継部４０は、ハウジング１２に形成された取出孔１２ａの周囲にボルト４３によって固定された筒状の固定治具４４と、第２の入出力信号ケーブル４１の外周面に取り付けられ、固定治具４４に螺合固定されるケーブルグランド４５（例えば、ＬＡＰＰ  ＫＡＢＥＬ社製など）とを備える。
【００３０】
第２の入出力信号ケーブル４１は、ハウジング１２の外側に配線されており、その直径は、第１の入出力信号ケーブル３８より大きく形成されている。第１の入出力信号ケーブル３８と接続される、第２の入出力信号ケーブル４１の一端は、ケーブルグランド４５を介してハウジング１２に固定されており、その他端は、外部に設けられた制御部（不図示）に接続する部分と脱着可能な多ピン型コネクタ４６に連結される。
【００３１】
圧着端子４２は、環状の金属からなる圧着部４２ａと、圧着部４２ａの外側を覆う熱収縮チューブ等の絶縁体４２ｂとを備え、ケーブルグランド４５の近傍、即ち、ケーブルグランド４５の径方向内側の固定治具４４内で第１及び第２の入出力信号ケーブル３８，４１を接続する。具体的に、圧着端子４２は、第１の入出力信号ケーブル３８の芯線３８ａと第２の入出力信号ケーブル４１の芯線４１ａとを圧着部４２ａに載置した後、圧着部４２ａを加締めることで互いの芯線３８ａ，４１ａを導通する。
【００３２】
なお、図３は、互いの芯線３８ａ，４１ａが一本の例を示しているが、芯線３８ａ，４１ａはそれぞれ複数本であってもよい。この場合、圧着端子４２は、芯線３８ａ，４１ａを接続する数だけ必要となる。また、複数の圧着端子４２を用いた場合、圧着部４２ａは絶縁体４２ｂにより被覆されていることから、複数の芯線同士が電気的に導通することが防止されている。
【００３３】
従って、本実施形態の車両用軸受装置１０によれば、センサ３３から延びる第１の入出力信号ケーブル３８と、第１の入出力信号ケーブル３８より大径の第２の入出力信号ケーブル４１と、を備え、第１の入出力信号ケーブル３８と第２の入出力信号ケーブル４１は、ハウジング１２に取り付けられたケーブル中継部４０で、圧着端子４２によって結線されるので、第１の入出力信号ケーブル３８と第２の入出力信号ケーブル４１はコネクタを使用せずに結線することができ、第１の入出力信号ケーブル３８と第２の入出力信号ケーブル４１の導通部分での摩耗を防止することができる。その結果、コネクタを使用した際の接触不良による信号の中断がなくなり、信頼性の高い車両用軸受装置を供給することができる。
【００３４】
また、ハウジング１２の外側では、第１の入出力信号ケーブル３８より大径の第２の入出力信号ケーブル４１が使用されるので、風損等による外力に対する入出力信号ケーブルの耐力が大きくなるため、風損等によるケーブルの破損を防止することができる。
【００３５】
また、本発明の車両用軸受装置によれば、ケーブル中継部４０にケーブルグランド４５が備えられ、第２の入出力信号ケーブル４１がケーブルグランド４５でハウジング１２に固定されてハウジング１２の外部に導出されるようにしたので、センサ３３からの信号がハウジング１２の外部に確実に送信されるだけでなく、ハウジング１２内への水の侵入を防止することができる。従って、鉄道車両や自動車等の屋外で使用されるものには特に有効である。
【００３６】
なお、ケーブル中継部４０における第１及び第２の入出力信号ケーブル３８，４１の接続方法は、本実施例のような圧着でも良いが、溶接のような簡単に脱着できない他の手法であってもよい。
【００３７】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、軸受は、複列円すいころ軸受に限らず、その他、複列深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、等の各種転がり軸受を適用しても良い。
また、センサに内蔵される検出素子は特に限定されず、軸受装置の運転状況を高い精度で監視する上で、速度検出素子、温度検出素子、加速度検出素子の少なくとも一つを含んでいることが望ましい。
さらに、本実施形態の固定治具はハウジングの一部を構成しており、ハウジングにボルト固定された固定治具にケーブルグランドを固定する構造としたが、固定治具を設けずにハウジングにケーブルグランドを直接固定するようにしてもよい。
【００３８】
また、固定治具４４の開放側にもケーブルグランドを設けて、固定治具４４の内部空間を密閉構造としても良い。この際、ケーブルグランドで密閉される内部空間の空間容積の５０〜９０％にシリコン樹脂等の充填剤を封入することでケーブルを固定することが望ましい。こうすることにより、温度変化に伴ってシリコン樹脂が体積膨張しても固定治具内の圧力上昇を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明に係る第１実施形態の車両用軸受装置を示す、図２のI-I線から見た正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１のケーブル取出部の拡大断面図である。
【図４】従来の車両用軸受装置の断面図である。
【図５】従来の車両用軸受装置の外観図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  車両用軸受装置
１３  円すいころ軸受（軸受）
２５  シールケース
３３  センサ
３８  第１の入出力信号ケーブル
４０  ケーブル中継部
４１  第２の入出力信号ケーブル
４２  圧着端子
４５  ケーブルグランド
【図１】
2007162783.tif 000003
【図２】
2007162783.tif 000004
【図３】
2007162783.tif 000005
【図４】
2007162783.tif 000006
【図５】
2007162783.tif 000007