(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪及び前記内外輪間に介在された転動体を備え、予圧又はアキシアル荷重が負荷されて接触角が生じた状態で使用される転がり軸受と、該転がり軸受の前記内外輪のうち静止輪の軸方向端部に取り付けられるセンサユニットと、を備えるセンサ付転がり軸受であって、
前記センサユニットは、前記外輪の外径面とほぼ面一に軸方向に延びる平面部、及び該平面部先端から径方向内方に延びる垂直部とを有して断面Ｌ字状に形成された金属板と、該金属板の前記平面部の内周側で、かつ前記垂直部の軸方向内側に一体に設けられ、前記静止輪の軸方向端面に対向配置されるとともに、該対向部位にセンサ収容凹部が設けられた合成樹脂製の保持ブロックと、
該保持ブロックの前記収容凹部に保持される振動センサ及び温度センサの少なくともいずれかのセンサと、を備え、
前記収容凹部に保持された前記センサを前記静止輪の軸方向端面に密着させた状態で、前記金属板又は前記保持ブロックが前記静止輪の軸方向端部に取り付けられることを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
【請求項２】
前記保持ブロック内に基板を配置して、該基板に前記センサの出力線が接続するとともに、該出力線を前記基板から外部に導出した請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受。
【請求項３】
前記振動センサは、前記転がり軸受の軸方向の振動を検出可能である請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受。
【請求項４】
前記振動センサ、前記温度センサ及びその他のセンサが、周方向にずれて配置される請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
【請求項５】
前記内外輪のうち回転輪側に、被検出部材が設けられ、前記被検出部材の回転速度を検出する回転速度センサが前記静止輪側に設けられている請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動や温度を検出するためのセンサを備えたセンサ付き転がり軸受に関し、特に産業機械に使われる軸受の異常検知に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転速度や振動・温度を検出するセンサ付き転がり軸受として、例えば特許第２６１８７９５号公報や特表第２００１−５００９７号公報に開示されたものがある。
【０００３】
前記特許第２６１８７９５号公報には、軸受の端面外側に、速度センサと温度センサとを円周上の位相を変えて配置した軸受が開示されている。
前記特表第２００１−５００５９７号公報には、速度・振動・温度センサを一体としたセンサモジュールが取り付けられた軸受が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では振動や温度を検出するためのセンサが、固定用の樹脂等を介して軸受に固定されているため、信号検出の応答性の観点から見た場合、必ずしも優れているとは言えなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸受の振動・温度等の変化を優れた応答性で検知できるセンサ付き転がり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】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）  内輪、外輪及び前記内外輪間に介在された転動体を備え、予圧又はアキシアル荷重が負荷されて接触角が生じた状態で使用される転がり軸受と、該転がり軸受の前記内外輪のうち静止輪の軸方向端部に取り付けられるセンサユニットと、を備えるセンサ付転がり軸受であって、
前記センサユニットは、前記外輪の外径面とほぼ面一に軸方向に延びる平面部、及び該平面部先端から径方向内方に延びる垂直部とを有して断面Ｌ字状に形成された金属板と、該金属板の前記平面部の内周側で、かつ前記垂直部の軸方向内側に一体に設けられ、前記静止輪の軸方向端面に対向配置されるとともに、該対向部位にセンサ収容凹部が設けられた合成樹脂製の保持ブロックと、
該保持ブロックの前記収容凹部に保持される振動センサ及び温度センサの少なくともいずれかのセンサと、を備え、
前記収容凹部に保持された前記センサを前記静止輪の軸方向端面に密着させた状態で、前記金属板又は前記保持ブロックが前記静止輪の軸方向端部に取り付けられることを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
（２）  前記保持ブロック内に基板を配置して、該基板に前記センサの出力線が接続するとともに、該出力線を前記基板から外部に導出した（１）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（３）  前記振動センサは、前記転がり軸受の軸方向の振動を検出可能である（１）又は（２）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（４）  前記振動センサ、前記温度センサ及びその他のセンサが、周方向にずれて配置される（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
（５）  前記内外輪のうち回転輪側に、被検出部材が設けられ、前記被検出部材の回転速度を検出する回転速度センサが前記静止輪側に設けられている（１）〜（４）のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
【０００６】
上記構成のセンサ付き転がり軸受によれば、センサユニットの保持ブロックの収納凹部に保持された振動センサ及び温度センサの双方又はいずれか一方が静止輪の軸方向端面に密着した状態で金属板又は保持ブロックが静止輪の軸方向端部に取り付けられているので、それらセンサによる振動や温度の検出感度が良好になる。特に、別部材を介在させることなく保持ブロックの収納凹部に保持された振動センサを静止輪の軸方向端面に直接密着させることで、応答性が優れたものになり、異常振動を早期に検出できる。また、保持ブロックの収納凹部に保持された温度センサを静止輪の軸方向端面に直接密着させることで、軸受温度が速やかに温度センサに伝達されるようになり、早期に軸受温度上昇を検知することができる。
また、静止輪の軸方向端面に、センサユニットの保持ブロックの収納凹部に保持された振センサを密着させているので、センサの取付けを容易に行える。また、小型の軸受で内外輪間の径方向隙間（軸受空間）が狭い場合にも対応できる。振動センサ、温度センサ及びその他のセンサが、周方向にずれて静止輪の軸方向端面に密着していることが好ましく、こうすれば、より小型の軸受にも対応できるようになる。
【０００７】
軸受損傷の多くは、軌道面のはくりや潤滑剤不足による焼付きである。軌道面のはくりは、静止輪又は回転輪に単独で生じる場合と、それら両方に生じる場合とがある。回転輪にはくりが生じた場合は、はくりに伴う軸受の振動は軸心に対して対称に表れる。一方、図４に示すように、静止輪（ここでは外輪）にはくりが生じた場合は、はくりに伴う軸受の振動は、転動体の中心とはくりが生じた箇所とを結んだ方向で最大になる。図４は、軸受に予圧やアキシアル荷重が負荷されて、接触角θが生じている状態を想定している。転動体の中心とはくりが生じた箇所とを結んだ方向の振動をＶとすると、Ｖａ＝Ｖｓｉｎθの振動が軸方向に現れることになる。振動センサによってこの軸方向の振動Ｖａを検出することで、静止輪の軌道面のはくりに伴う異常振動を感度良く検知できる。
【０００８】
【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細に説明する。図１に、本発明の第１実施形態のセンサ付き転がり軸受１０を示す。図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ矢視図である。
図１（Ａ）に示すように、センサ付き転がり軸受１０は、外輪１１と内輪１２との間に複数の玉（転動体）１３が介在されている。複数の玉１３は、保持器１３ａによって周方向に間隔をあけて転動自在に保持されている。
ここでは、外輪１１が静止輪となり、内輪１２が回転輪となる。
【０００９】
玉１３の軸方向一方側（図では左側）には、シール部材１４が設けられている。シール部材１４は、基端部（外周部）が外輪１１に設けられたシール溝に固定され、先端部（内周部）は内輪１２に接しておらず、このシール部材１４は非接触式のものである。シール部材１４は、玉１３、外輪１１及び内輪１２の間に封入されるグリース等の潤滑剤の漏洩を防止する。そのため、封入する潤滑剤の量を必要以上に多くする必要がない。また、シール部材１４によって、軸受内部に塵埃等の異物が入り込むのを防止する。
図示しないが、先端部が内輪１２に接する接触式のシール部材が用いられてもよい。
【００１０】
玉１３の軸方向他方側（図では右側）には、センサユニット１５が設けられている。センサユニット１５は、外輪１１外径面とほぼ面一に軸方向に延びた平面部１６ａと平面部１６ａ先端から径方向内方に延びた垂直部１６ｂとを有して断面Ｌ字状に形成された金属板１６を備えている。垂直部１６ｂは、内輪１２外径面と同等な径方向位置まで内方に延びており、この金属板１６は、電磁波等を遮断するノイズシールドとしても機能する。金属板１６の、平面部１６ａの内周側かつ垂直部１６ｂの軸方向内側（玉１３側）に、センサを保持するための環状の保持ブロック１７が配されている。保持ブロック１７は、合成樹脂等により成形される。保持ブロック１７の一部が、外輪１１内径面の段部に嵌合しており、これによりセンサユニット１５が外輪１１に固定されている。
保持ブロック１７の、外輪の端面１１ａに対向する面には、周方向に間隔をあけて複数のセンサ収容凹部が設けられている。センサ収容凹部内に、振動センサ１８や温度センサ１９（図１（Ｂ）参照）が保持され、振動センサ１８及び温度センサ１９は外輪端面１１ａに密着固定されている。
【００１１】
振動センサ１８は、外輪に対して与えられる振動成分を電気信号に変換して検出回路に伝送することにより、軸受やその付帯機器等の異常振動等の検出を行う。振動センサ１８として、例えば圧電式加速度センサ等を用いることができる。この振動センサ１８は、軸方向の振動を検出する。図示しないが、この振動センサ１８とは別に、径方向の振動を検出する振動センサを設けることもできる。
温度センサ１９は、潤滑剤切れ等による焼付きが生じたか否かを監視するために、玉１３、外輪１１、内輪１２付近における雰囲気温度データを常時検出して検出回路に伝送する。温度センサ１９として、例えば熱伝対やサーミスタ等を用いることができる。
【００１２】
保持ブロック１７の内周面には、回転速度センサ２０が設けられている。回転速度センサ２０は、内輪１２外径面の凹んだ段部に固定された磁石保持部材２１に保持された多極磁石２２の外周側に、非接触で対向配置されている。多極磁石２２の軸方向外側（反玉１３側）には、金属板１６の垂直部１６ｂが非接触で近接配置されている。
【００１３】
多極磁石２２は円環状に形成されている。多極磁石２２の外径面には、Ｓ極、Ｎ極が周方向に交互に複数着磁されている。外周側に磁力を常時発生している多極磁石２２が内輪１２と一体に回転することにより、多極磁石２２が発生する磁力が内輪１２の回転速度に応じて回転速度センサ２０に与えられて、内輪１２の回転速度が検出される。すなわち回転速度センサ２０は、多極磁石２２が発生する磁力によりパルス状の電気信号を発生して制御回路に伝送する。これにより、内輪１２の回転速度や回転方向、位相等が検知される。回転速度センサ２０として、例えばホール素子やＭＲ素子等を用いることができる。
ホール素子は、通電状態で磁気を検出した場合、検出した磁気の極性に対応してレベル変化する検出信号を発生するものである。また、ＭＲ素子は、磁界強度に対応して抵抗値が変化するものであり、抵抗値の変化により電気的な検出信号を得ることができる。
【００１４】
図１（Ｂ）に示すように、本実施形態では、振動センサ１８と回転速度センサ２０とは同様な周方向位置に配されており、それらとは周方向にずれた位置（位相をずらした位置）に温度センサ１９が配されている。径方向に延びる一仮想線上に、径方向外側に振動センサ１８が配され、径方向内側に回転速度センサ２０が配されている。
図１（Ａ）に示すように、各センサ１８，１９，２０から延びた配線２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、金属板１６に設けられた孔を通して外部に取り出されている。
【００１５】
上記構成のセンサ付き転がり軸受１０によれば、センサユニット１５の保持ブロック１７の収納凹部に保持された振動センサ１８及び温度センサ１９が静止輪である外輪１１の端面１１ａに密着した状態で保持ブロック１７が外輪１１に嵌合固定されており、それらセンサ１８，１９によって振動や温度を、優れた応答性かつ高感度で検出できる。それらセンサ１８，１９によって、異常振動や軸受温度上昇を早期に検知することができる。
【００１６】
図２に、本発明の第２実施形態のセンサ付き転がり軸受３０を示す。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・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。
本実施形態では、玉１３の軸方向一方側（図では左側）にシール部材１４が設けられ、玉１３の軸方向他方側（図では右側）にセンサユニット３５が設けられている。外輪３１の外径面のセンサユニット３５が設けられる側に凹んだ段部３１ｂが設けられている。その段部３１ｂに、金属板３６の平面部３６ａが外嵌されている。
【００１７】
金属板３６の平面部３６ａの内周側かつ垂直部３６ｂの軸方向内側に、保持ブロック３７が配されている。保持ブロック３７の、外輪の端面３１ａに対向する面には、周方向に間隔をあけて複数のセンサ収容凹部が設けられている。センサ収容凹部内に、振動センサ１８や温度センサ（図示略）が保持され、振動センサ１８及び温度センサは外輪端面３１ａに密着固定されている。
【００１８】
本実施形態では、保持ブロック３７の、外輪３１内径面より径方向内方に突出した箇所における軸方向内側（玉１３側）の面に、回転速度センサ４０が設けられている。回転速度センサ４０として、例えば磁気感応センサ等が用いられる。
内輪３２のシール溝に、径方向外方に向かって延びる環状の磁石保持部材４１が固定されている。磁石保持部材４１は、潤滑剤の漏洩や軸受空間への異物の進入を防止するシール部材としても機能している。磁石保持部材４１の軸方向外側（反玉１３側）の面に、全周にわたって多極磁石４２が設けられている。ここでは、多極磁石４２としてゴム磁石が用いられている。磁石保持部材４１及び多極磁石４２は、内外輪の端面より軸方向内側に配されている。多極磁石４２と回転速度センサ４０とは、軸方向に微小隙間をあけて対向している。
【００１９】
ゴム磁石４２は、磁石保持部材４１に接着等により固定される。
回転速度センサ４０の、多極磁石４２に対向する面は、外輪端面３１ａと面一になっている。保持ブロック３７の軸方向寸法は小さくされており、振動センサ１８の軸方向寸法と同等になっている。
【００２０】
以上のようなセンサ付き転がり軸受３０によれば、センサユニット３５の軸方向寸法（幅寸法）を小さくでき、軸受の小型化を達成できる。
【００２１】
なお、本発明は、上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、図３に示すように、振動センサ１８、温度センサ１９、回転速度センサ２０が、すべて周方向にずれて配置されてもよい。
また、図示した実施形態では何れもセンサからの出力線を別個にセンサユニットの外に取り出しているが、保持ブロック１７，３７内に基板を設け、この基板にセンサからの出力線を接続し、基板から出力線を一括してセンサユニットの外へ取り出してもよい。
例えば、転動体として、ころや円錐ころが用いられてもよい。また、本発明は複列軸受にも適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受の振動・温度等の変化を優れた応答性で検知できるセンサ付き転がり軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の要部拡大図である。
【図２】第２実施形態の断面図である。
【図３】第３実施形態の断面図である。
【図４】静止輪にはくりが生じた状況を説明する図である。
【符号の説明】
１０，３０        センサ付き転がり軸受
１１，３１        外輪
１１ａ，３１ａ    外輪端面
１２，３２        内輪
１３              玉（転動体）
１５，３５        センサユニット
１７，３７        保持ブロック
１８              振動センサ
１９              温度センサ
２０              回転速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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