JP4013038B2

JP4013038B2 - Rolling device with sensor

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Publication number: JP4013038B2
Application number: JP2002014253A
Authority: JP
Inventors: 郁紀坂谷; 岳史滝澤; 茂遠藤; 義雄正田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003214452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ付転動装置に関し、機械装置などの予防保全、例えば振動を受け易い環境下で使用される鉄道車両、自動車、搬送車などの移動体の軸受装置やギヤボックス等の予防保全に最適なものである。また、電気情報機器用の軸受等の異常検知にも適用でき、ボールねじやリニアガイドなどの直動部品の異常検知にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械の軸受装置や、鉄道車両及び自動車等の車両の軸受装置、あるいはギヤボックスには、保全のために振動や温度等を検出するセンサを備えた検出器（センサユニット）を取り付ける場合がある。図１０に示すように、従来、軸受等の振動を検出する振動センサ９１が、センサケース９２内の先端部に樹脂９３でモールド固定されてなるセンサユニット９０が用いられていた。センサユニット９０は、センサケース９２がハウジング９４に設けられた取付孔９４ａに挿入され、ボルト等によりハウジング９４に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように振動センサ９１がセンサケース９２内の先端部に配置された構造の場合、例えばセンサケース９２が有する曲げ方向の固有振動数に近い振動が加振された際にはセンサケース９２が共振するなどして、軸受装置等の転動装置に作用する振動を振動センサ９１により正確に検出できないことがあった。
また、センサユニット９０をハウジング９４の取付孔９４ａに挿入してボルト等により固定した場合、センサケース９２と取付孔９４ａとの間に隙間９５ができ、転動装置に振動が加振された際にはこの隙間９５を介した接触面での接触の仕方が微小に変化する。その結果、接触面にフレッチングが発生したり、接触面及びそれ以外の接触部でわずかな振動が発生したりする。その振動を、振動センサ９１が検出してしまい、その値が誤差となり、転動装置に作用する振動を精度良く検出する妨げとなっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供することにある。
【０００４】
【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）外方部材と、内方部材と、前記外方部材及び内方部材間に配設された転動体とを有し、前記外方部材及び内方部材のうち、一方が静止部材、他方が可動部材とされる転動装置と、前記静止部材又は前記静止部材に固定された部材に取り付けられて、前記転動装置の状態を検出する検出器と、を備えるセンサ付転動装置であって、前記検出器は、筒状のセンサ本体収容部、および該センサ本体収容部の外周側に突出するフランジを有して、前記静止部材に固定された部材であるハウジングの取付穴に隙間を存して片持ち構造で取り付けられるセンサケースと、前記フランジの上面から前記ハウジングの内面までの範囲に位置して前記センサケース内に配設される振動センサと、を備えることを特徴とするセンサ付転動装置。
（２）前記センサケースが鉛直方向に対して角度θだけ傾いた状態で前記ハウジングに取り付けられるとともに、該センサケース内に前記振動センサが実装されたプリント基板が収容され、前記プリント基板は、前記センサケース内にその長手方向が鉛直方向に対して角度θだけ傾いて配置され、前記振動センサは、前記プリント基板の長手方向に対して角度θをもって交差するように配置される、（１）に記載のセンサ付転動装置。
（３）前記振動センサは、前記フランジの内周側に配置される、（１）又は（２）に記載のセンサ付転動装置。
（４）前記センサ本体収容部と前記取付穴との間に減衰材が配設される、（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（５）前記減衰材として、グリース、シリコンゲル、シリコン樹脂、Ｏリングの少なくとも一つが用いられた（４）に記載のセンサ付転動装置。
（６）前記転動装置が転がり軸受である（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（７）前記転動装置がボールねじである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
（８）前記転動装置がリニアガイドである（１）〜（５）のいずれかに記載のセンサ付転動装置。
【０００５】
上記構成のセンサ付転動装置によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる。すなわち、振動センサを、センサケース内のフランジの上面からハウジングの内面までの範囲に配置した場合、センサケースの固有振動数に近い振動が加振されて例えばセンサケースが共振しても、センサケースのフランジの上面からハウジングの内面までの範囲は転動装置に作用する振動と同等の振動をするので、振動センサにより転動装置の振動を正確に検出できる。
また、センサ本体収容部とハウジングの取付穴との間に減衰材を配設した場合、減衰材によりフレッチングや新たな振動の発生を顕著に防止できる。その結果、振動を精度よく測定することができる。
なお、上記（６）においていう「転がり軸受」には、複数の転がり軸受の外輪にハウジングが外嵌されてなる、いわゆる軸受装置も、含まれる。
【０００６】
【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しく説明する。図１に、本発明の第１実施形態のセンサ付転動装置（センサ付軸受装置）１０を示す。センサ付転動装置１０は、軸方向に間隔をあけて配された一対の転がり軸受（ここでは玉軸受）１１，１１と、それら転がり軸受の外輪１２，１２に外嵌されたハウジング１８と、を備えた転がり軸受装置１７に、センサユニット（検出器）２０を取り付けた構成になっている。転がり軸受の内輪１３，１３に、軸１５が内嵌されている。
ここでは、外輪１２，１２及びハウジング１８が外方部材かつ静止部材として機能し、内輪１３，１３及び軸１５が内方部材かつ可動部材として機能し、両者の間には転動体（ここでは玉）１４が配されている。
【０００７】
ハウジング１８内における軸１５の端部には、被検出部材としての速度検出用歯車１６が設けられている。速度検出用歯車１６は、鋼材等の磁性金属材料からなり、その外周縁部における磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。軸１５が回転することで、歯車１６が回転する。
速度検出用歯車１６の代わりに、Ｓ極、Ｎ極が互い違いに着磁された磁極部がその外周面に形成された速度検出用エンコーダを採用することもできる。
【０００８】
ハウジング１８は例えば円筒形状に形成されており、一方の（図中右方の）転がり軸受１１よりも軸方向に突出して延びており、その端部には、エンドカバー１９が固定されている。
ハウジング１８の、一方の転がり軸受１１よりも軸方向に突出した位置であって、前記速度検出用歯車１６と同等な軸方向位置には、ハウジング１８の内面と外面とを貫通する取付孔１８ａが設けられている。そして、取付孔１８ａを介してセンサユニット２０がハウジング１８に固定されている。
【０００９】
センサユニット２０は、センサケース２３、ケースカバー２４、ケーブルグランド２５、センサ本体２６を備えている。センサ本体２６は、プリント基板２７に、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ（加速度センサ）３０、及び信号を処理するための電子部品３１が実装されてなる。
【００１０】
図２は、センサユニット２０の拡大図である。図２に示すように、センサケース２３は、中空筒状に形成されたセンサ本体収容部２３ｂと、センサ本体収容部２３ｂの一端に（図では上端に）設けられてセンサ本体収容部２３ｂの外周側に突出したフランジ２３ｃとを有している。フランジ２３ｃの、センサ本体収容部２３ｂ側とは反対側の面には、円環形にされたケースカバー結合部２３ａが突出形成されている。
【００１１】
センサケース２３の、センサ本体収容部２３ｂ内には、センサ本体２６のプリント基板２７に実装された速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０、電子部品３１が収容されている。プリント基板２７は、長方形板状に形成され、その長手方向が鉛直方向に平行になるようにセンサ本体収容部２３ｂ内に配置されている。
プリント基板２７の先端部（長手方向の一端部；図では下端部）は、センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１に当接している。
【００１２】
プリント基板２７をセンサケース２３に固定するには、ねじ等の固定具を用いてもよいし、エポキシ樹脂等（接着剤等）を充填してもよい。
エポキシ樹脂等を充填する場合は、センサ本体収容部２３ｂにプリント基板２７の挿入をガイドするように案内部を設けておくのが良い。また、樹脂を充填してプリント基板２７を固定する場合は、少なくともプリント基板２７の外縁部が樹脂と直接接触する構造とするのが良い。このようにすると、プリント基板２７がセンサ本体収容部２３ｂ内で安定して固定される。
【００１３】
この際、プリント基板２７上の速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が実装される部分は、それらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等が直接接触しないように軟らかいウレタン樹脂やシリコン樹脂や独立気泡を有するシリコンシート等の発泡性のある樹脂（被覆樹脂）で被覆し、その外側にエポキシ樹脂を充填するのが良い。こうすれば、熱膨張差によるセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１の破損を防止することができる。すなわち、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１にエポキシ樹脂等の比較的硬い樹脂が直接接触する構造の場合、エポキシ樹脂、プリント基板２７、センサケース２３の熱膨張係数の差による寸法変化や圧力変化によってそれらセンサ２８，２９，３０及び電子部品３１が破損することがある（特にセンサケース２３が金属材料からなる場合）。そこで、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１を軟らかいシリコン樹脂や発泡性のある樹脂で保護することによりこのような破損が防止される。
【００１４】
一方、プリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂにねじ止めで固定する場合、上記のような問題は発生しない。そしてその場合には、プリント基板２７をねじで固定すると同時にプリント基板２７の位置決めができるので、組立が容易となる。
なお、プリント基板２７を防湿する目的で樹脂等を充填しても良い。この場合には、エポキシ樹脂等の硬い樹脂を上記のような保護部材（被覆樹脂）とともに用いても良いし、軟らかい樹脂をそのまま充填しても良い。また、防湿剤を塗布しても良い。
【００１５】
なお、センサケース２３内（センサ本体収容部２３ｂ内）に樹脂を充填する場合に、空間全体を樹脂で充填すると、温度変化時の体積変化の緩和場所がなくなるので、気体を残す空間部をセンサケース２３内の一部に設けておくのが良い。こうしておくと、熱膨張係数の差による体積変化が発生しても、空間部の体積が変化し、センサケース２３内の圧力はそれほど変化しないので、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１の破損が防止される。このような空間部を設けない場合、温度変化によって数十気圧以上の圧力変化が生ずることがあり、それにより速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０及び電子部品３１が破損されることがある。
なお、空間部に封入する気体としては、空気でもよいが、ハンダ等の酸化を防ぐために窒素やアルゴン等の不活性ガスが更に好ましい。
【００１６】
プリント基板２７の先端部（センサ本体収容部２３ｂの底板２３ｂ１側の端部）における幅方向中央部には、速度センサ２８が配置されている。センサユニット２０を、図１に示したハウジング１８に取り付けた際に、速度センサ２８はハウジング１８の内面より突出した位置で速度検出用歯車１６に近接配置される。このように、速度検出用歯車１６の最も近くに速度センサ２８を配置することで、速度を正確に測定できるようにしている。
速度センサ２８は、軸１５が回転する際に、速度検出用歯車１６の磁気特性の変化による変動磁束（磁束量の変化）に基づいてパルス状の速度信号を電圧又は電流信号として出力する。
【００１７】
速度センサ２８のやや上側（ハウジング１８側）かつ側方には、温度センサ２９がプリント基板２７上に実装されている。温度センサ２９は、ハウジング１８の内部に配置されて、軸受装置１７内の雰囲気温度を常時正確に計測して温度信号を出力し、その温度信号を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、温度センサ２９の出力信号を処理して、電圧又は電流信号として出力する。
温度センサ２９がハウジング１８の内部に配置される理由は、例えば、フランジ２３ｃより上方に配置されると、ハウジング１８の外側に位置することになり、そうすると熱が対流や放射などによって逃げてしまい、ハウジング１８内の正確な温度測定が難しくなるからである。本実施形態のように、温度センサ２９をフランジ２３ｃより下側のセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することにより、軸受装置１７内の温度を正確に測定することができる。なお、本実施形態のように、ハウジング１８の内部に配置すると、さらに温度を正確に測定することができる。
【００１８】
速度センサ２８及び温度センサ２９の上側（ハウジング１８側）には、振動センサ（振動検出素子）３０がプリント基板２７上に実装されている。振動センサ３０は、図１に示すように、センサケース２３内において、軸受装置１７の径方向に見て、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置されている。振動センサ３０は、軸受装置１７に作用する振動を検出して振動の信号（値）を出力し、その振動信号（値）を電子部品３１に伝送する。電子部品３１は、振動センサ３０から与えられた振動信号（値）を処理し、電圧信号又は電流信号として出力する。振動センサ３０は、フランジ２３ｃの近傍に配置されているため、図２に示すような、センサケース２３の円筒形のセンサ本体収容部２３ｂを曲げる方向の振動（水平方向の振動）Ｖ２が作用しても、センサ本体収容部２３ｂの共振等の影響を受けない。
【００１９】
本実施形態では、プリント基板２７の面方向が、鉛直方向（上下方向）に平行になっている。その理由は、図２に矢印Ｖ１で示す振動の作用方向に対してプリント基板２７が例えば直角な状態で配置されていると、プリント基板２７に曲げ方向の力が作用し、プリント基板２７が曲げ方向に振動し易くなって、軸受装置１７の振動を振動センサ３０により正確に測定できなくなるためである。一般に、曲げ方向の固有振動数は、伸び方向の固有振動数に比べて周波数が低いため、プリント基板２７を振動の作用方向に直角な状態で配置すると、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数が測定対象の周波数範囲に存在する場合が生じ、振動を正確に測定できなくなる。
それに対し、図２のように振動の作用方向に平行にプリント基板２７を配置すると、プリント基板２７に作用する力は剛性が大きいプリント基板２７の圧縮、引っ張り方向の力として作用する。そのため、プリント基板２７の曲げ方向の固有振動数の影響が緩和される。また、プリント基板２７の伸び方向の固有振動数は曲げ方向の固有振動数に比べて高いため、プリント基板２７の固有振動数の影響はローパスフィルタなどで容易に除去できる。
この際、振動センサ３０の振動検出方向も、プリント基板２７と平行であるのが好ましい。本実施形態においては、Ｖ１又はＶ２の方向の振動を検出するようにするのが良い。このように、振動センサ３０の検出方向をプリント基板２７と平行にすると、プリント基板２７の曲げ方向の振動は検出しないのでさらに好ましい。
【００２０】
なお、速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０を前もって全てプリント基板２７に実装しておき、そのうちの電源や必要な機能の配線のみをジャンパ線などで電子部品３１に電気的に接続したり、配線３５を接続することにより、単一または２個のセンサのみを使うようにすることもできる。そのため、組合わせの種類が異なるセンサユニットを製造する際にも、１種類のプリント基板２７を製作するだけで対応できるので好ましい。
【００２１】
センサケース２３のフランジ２３ｃには、ハウジング取付孔２３ｃ１、ケースカバー取付孔２３ｃ２がそれぞれ形成されている。ハウジング取付孔２３ｃ１は、その上方から挿通された取付ボルト３２がハウジング１８にねじ込まれることによってセンサケース２３をハウジング１８に固定するのに用いられる。ケースカバー取付孔２３ｃ２は、その下方から挿通された組立ボルト３３がケースカバー２４にねじ込まれることによってケースカバー２４をセンサケース２３に固定するのに用いられる。
【００２２】
ケースカバー取付孔２３ｃ２に挿通された組立ボルト３３は、フランジ２３ｃの取付相手面であるハウジング１８側からねじ込まれており、その頭部がハウジング１８にわずかな隙間を介して対向している。そのため、万一、組立ボルト３３に緩みが生じたとしても、組立ボルト３３は、ハウジング１８に当たるため、ねじの緩み方向に移動することがなく、その結果、組立ボルト３３の脱落が防止される。
【００２３】
ケースカバー２４内には、Ｌ字状の穴（空間）が形成されており、ケースカバー２４は、センサケース結合部２４ａとケーブルグランド接続部２４ｂとを有してＬ字形に形成されている。
【００２４】
センサケース結合部２４ａには、センサケース２３のフランジ２３ｃに挿通された組立ボルト３３がねじ込まれるねじ穴２４ａ１，２４ａ１が形成されている。センサケース結合部２４ａの中央部には、センサケース２３のケースカバー結合部２３ａが嵌合される嵌合穴２４ａ２が形成されている。
【００２５】
ケーブルグランド接続部２４ｂには、嵌合穴２４ａ２の上端に連通するケーブルグランド装着穴２４ｂ１が形成されている。ケーブルグランド装着穴２４ｂ１は、嵌合穴２４ａ２に対してある角度傾いた方向（本実施形態では直角）に延びている。プリント基板２７から延びた配線３５は、上方に引き出された後、ケーブルグランド装着穴２４ｂ１を通って、ストレートタイプのケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブル３７に電気的に接続されている。
ケーブルグランド接続部２４ｂの内周面には、雌ねじ部が形成されており、そこにはケーブルグランド２５に形成された雄ねじ部２５ａがねじ込まれている。
【００２６】
一般に、Ｌ字形のケーブルグランド（図示せず）は、ストレートタイプのケーブルグランド２５に比べて体積が大きくなる。本実施形態では、ケースカバー２４をＬ字形にすることによってストレートタイプのケーブルグランド２５を使用しているので、全体の大きさを小さくできるとともに、Ｌ字形のケーブルグランドを用いる場合より安価になる。
鉄道車両などの場合、ハウジング１８の上方部には、荷台や車室フロアなどが配置され、それらとの間のスペースに限りがあるため、ケースカバー２４の上方にケーブル３７が引き出されるようにすると、センサユニット２０の着脱時等の作業性が悪くなるし、上方から水が浸入しやすくなる。本実施形態のように、ケーブル３７を側方に引き出すことで、センサユニット２０の着脱作業も容易に行える。
【００２７】
図３は、本実施形態のセンサ付転動装置１０における振動センサ３０の特性図（振動測定値を周波数軸で表した図；周波数応答図）である。図３では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＡで示し、比較として、振動センサをセンサケース２３内のプリント基板２７の先端部に配置したもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＢで示す。
図３より明らかなように、従来例では、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−３５ｄＢ程度になった。これは、センサケース２３の先端部における曲げ方向の共振成分が振動センサに与えられることによる誤検出である。これに対し、本実施形態の場合、９ｋＨｚ付近の周波数において振動測定値が−５５ｄＢ程度になった。本実施形態では、センサ本体収容部２３ｂの共振の影響を受けずに、軸受装置１７の振動の検出が正確に行われた。
また、振動センサの出力信号にローパスフィルタを入れ、不必要な高周波成分を除去することはさらに好ましい。本実施形態においては、６ｋＨｚのローパスフィルタを入れることで、６ｋＨｚ以上の成分を除去できるので、振動の測定精度を向上することができる。なお、ローパスフィルタは、センサユニット２０の外側に設けてもよいが、センサユニット２０の内部に設けると振動センサの出力波形の精度を向上できるので、さらに好ましい。なお、ローパスフィルタはプリント基板２７と別に設けてもよいが、プリント基板２７に組み込むことで全体をコンパクトにできるのでさらに好ましい。
なお、振動として、図２に示したような水平方向の振動Ｖ２を与えた。
【００２８】
以上のような構成のセンサ付転動装置１０によれば、振動センサ３０が、センサケース２３内において、フランジ２３ｃの上面からハウジング１８の内面までの範囲Ｌ２内（好ましくは、フランジ２３ｃの上面から下面までの範囲（フランジ２３ｃの厚さ寸法の範囲）Ｌ１内）に位置して配置され、フランジ２３ｃが転動装置１７に固定されることにより振動センサ３０が固定されているので、振動センサ３０により転動装置１７の振動を正確に検出して外部に知らせることができる。
また、複数のセンサ（速度センサ２８、温度センサ２９、振動センサ３０）をプリント基板２７に実装した上で、そのプリント基板２７をセンサ本体収容部２３ｂ内に配置することで、複数のセンサをセンサケース２３内の正確な位置に容易に配置できるようにしている。このようなセンサユニット２０は、組立が容易であり、また、センサ出力のばらつきを顕著に抑制できる。
【００２９】
図４に、本発明の第２実施形態のセンサ付転動装置に係るセンサユニット４０を示す。図５は、センサユニット４０がハウジング１８に取り付けられた状態を示す。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、図中に同一符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
第２実施形態では、センサユニット４０が鉛直方向に対して傾いた状態でハウジング１８に取り付けられている。すなわち、センサ本体収容部２３ｂ内に配置された長方形板状のプリント基板２７は、その長手方向が鉛直方向に対して所定の角度θ（例えば４５度）で傾いている。しかし、プリント基板２７の面方向は、鉛直方向に平行になっている。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態における速度センサ２８及び温度センサ２９は、プリント基板２７上で、第１実施形態と同様に実装されている。一方、振動センサ３０は、矢印Ｖ１で示す鉛直方向の振動を正確に測定できるように、プリント基板２７の長手方向に対して傾いた状態で実装されている。
なお、本実施形態のように振動の作用方向及び振動センサ３０がセンサ本体収容部２３ｂとある角度θをもって交差している場合、振動によってセンサ本体収容部２３ｂが加振され易い。すなわち、センサ本体収容部２３ｂは円筒の片持ち構造であり、外部から衝撃やランダムな振動が作用すると、片持ち梁の固有振動数で共振振動を起こしてしまう。
そこで、本実施形態でも、振動センサ３０がフランジ２３ｃの近傍に設けられている。プリント基板２７に実装された振動センサ３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３１】
振動センサ３０のプリント基板２７への取り付けは、機械などによって正確な位置に取り付けることが可能なため、振動センサ３０の測定対象方向との角度の誤差を少なくでき、振動データを正確に測定することができる。
【００３２】
図６に、本発明の第３実施形態のセンサ付転動装置７０を示す。第３実施形態では、センサユニット８０は、センサ本体収容部８３ｂ及びフランジ８３ｃを有するセンサケース８３と、ケースカバー８４と、ケーブルグランド２５とを備えている。センサケース８３内の、センサ本体２６から延びた配線（図示せず）は、上方に引き出されてケースカバー８４を貫通し、ケーブルグランド２５を介して、外部に延びたケーブルに電気的に接続されている。
プリント基板上に実装された振動センサ（振動検出素子）３０は、フランジ２３ｃの内周側に配されている。
【００３３】
本実施形態では、軸受装置１７のハウジング１８に設けられた取付孔１８ａと、センサケース２３のセンサ本体収容部８３ｂとの間の隙間に、減衰材となるグリース８１が封入されている。グリース８１は、スクイズフィルムダンパとして機能し、外部振動によってセンサケース８３が共振するのを防止する。グリース８１は、外部振動を減衰する一方、センサ本体収容部８３ｂと取付孔１８ａとの間の接触部の潤滑性も向上するため、接触部のフレッチングを顕著に防止することができる。
なお、高温状態で長時間使用する場合であって、グリース中の基油の蒸発が懸念されるときは、グリースに代えてシリコンゲルやシリコン樹脂を使用しても良い。シリコンゲルを用いる場合、グリースに比べて潤滑性は若干低下するが、高温耐久性は向上する。また、シリコンゲルはゲル状のため保持効果が大きく、グリースが流れ出すような隙間においても使用できる。減衰材としてシリコン樹脂を用いる場合、上記隙間がさらに大きくてもよい。
このように、センサケース８３とハウジング１８の取付孔１８ａとの間の隙間を埋めるような減衰材を用いることで、ハウジング１８からセンサユニット８０への熱伝導性が良くなり、温度の測定精度も向上することができる。
【００３４】
図７は、第３実施形態のセンサユニット８０における振動センサ３０の特性図（周波数応答図）である。図７では、本実施形態の振動センサ３０の出力特性をＣで示し、比較として、減衰材を封入せずにセンサケースをハウジングに取り付けたもの（従来例；図１０に示した例）の出力特性をＤで示す。
図７より明らかなように、従来例では、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が５ｄＢ程度のピークになった。これに対し、本実施形態の場合、５ｋＨｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲において振動測定値が−２２ｄＢ程度となり、他の周波数においてもほぼ一様な振動測定値が得られた。本実施形態のように減衰材を用いることによって、軸受装置の振動を正確に測定することができる。
なお、振動として、水平方向の振動を与えた。
【００３５】
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８に示すように、減衰材として、センサ本体収容部８３ｂに外嵌されたＯリング８２を用いてもよい。Ｏリング８２は、ハウジング１８の取付孔１８ａの内周面に設けられた溝に嵌合している。Ｏリング８２は、１本に限らず、センサ本体収容部８３ｂ及び取付孔１８ａ間に複数本が装着されてもよい。その際、各オーリングの間にグリース、シリコンゲルやシリコン樹脂等を封入してもよく、こうすることによって接触部での潤滑性も得られ、温度測定精度も向上できる。
【００３６】
また、振動センサ等をプリント基板上に実装せずに、センサケース内に樹脂などでモールドして固定してもよい。
また、センサケースの固定部の形態は、図１等に示したようなフランジ２３ｃに限定されず、ブラケット等でもよいし、センサ本体収容部に設けられたボルト孔等でもよい。センサケースとは別体のものをセンサケースに取り付けて固定部として機能させてもよい。
また、上記実施形態では、ケーブル３７で信号を取り出していたが、無線などを使用してワイヤレスで信号を伝送してもよい。ワイヤレスの場合は、可動輪側に（可動部材側に）センサユニットを設けてもよい。
また、軸受装置１７における転がり軸受は玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受や、各種の複列軸受でもよい。
【００３７】
また例えば、軸受装置１７に限らず、図９に示すようにボールねじ５０に本発明を適用することもできる。ボールねじ５０では、ナット５１にセンサユニット６０を取り付けることにより、ねじ軸５２とナット５１との係合部における剥離等の異常を検知することができる。なお、センサユニット６０の取付け相手はナット５１に限らず、ねじ軸５２をサポートしている固定側のサポートユニット５３や単純支持側のサポートユニット５４に取り付けてもよい。ねじ軸５２はロックナット５５により固定側のサポートユニット５３に軸方向に固定されており、カップリング５６を介して結合された駆動モータ５７によって回転する。
また、ボールねじに限らず、リニアガイドやその他の直同部品における可動部やレールにセンサユニット６０を取り付けることによって、剥離等の異常を検知することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転動装置の振動等の状態を正確に外部に知らせることができる検出器及びセンサ付転動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の縦断面図である。
【図２】第１実施形態の要部拡大図である。
【図３】第１実施形態の特性図である。
【図４】第２実施形態の要部拡大図である。
【図５】第２実施形態におけるセンサユニットの取り付け位置の説明図である。
【図６】第３実施形態の縦断面図である。
【図７】第３実施形態の特性図である。
【図８】第４実施形態の縦断面図である。
【図９】本発明が適用されるボールねじを示す図である。
【図１０】従来のセンサユニットの断面図である。
【符号の説明】
１０，７０センサ付軸受装置（センサ付転動装置）
１１転がり軸受
１２外輪
１３内輪
１５軸
１７転がり軸受装置（転動装置）
１８ハウジング
１８ａ取付孔（装着部）
２０，４０，６０，８０センサユニット
２３，８３センサケース
２３ｃ，８３ｃフランジ（固定部）
３０振動センサ
８１グリース（減衰材）
８２Ｏリング（減衰材）
５０ボールねじ（転動装置）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolling device with a sensor, such as preventive maintenance of a mechanical device, for example, preventive maintenance of a bearing device or a gear box of a moving body such as a railway vehicle, an automobile, or a transport vehicle used in an environment susceptible to vibration. It is the best one. Further, the present invention can be applied to abnormality detection of a bearing for electrical information equipment, and can also be applied to abnormality detection of linear motion parts such as a ball screw and a linear guide.
[0002]
[Prior art]
A detector (sensor unit) having a sensor for detecting vibration, temperature, or the like may be attached to a bearing device for an industrial machine, a bearing device for a vehicle such as a railway vehicle or an automobile, or a gear box for maintenance. . As shown in FIG. 10, conventionally, a sensor unit 90 is used in which a vibration sensor 91 that detects vibration of a bearing or the like is molded and fixed with a resin 93 at a tip portion in a sensor case 92. In the sensor unit 90, a sensor case 92 is inserted into a mounting hole 94a provided in the housing 94, and is fixed to the housing 94 with bolts or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the vibration sensor 91 is arranged at the tip of the sensor case 92 as in the prior art, for example, when vibration close to the natural frequency in the bending direction of the sensor case 92 is applied, the sensor case In some cases, the vibration sensor 91 cannot accurately detect vibration acting on a rolling device such as a bearing device due to resonance of the 92.
Further, when the sensor unit 90 is inserted into the mounting hole 94a of the housing 94 and fixed with a bolt or the like, a gap 95 is formed between the sensor case 92 and the mounting hole 94a, and vibration is applied to the rolling device. The contact method on the contact surface through the gap 95 slightly changes. As a result, fretting occurs on the contact surface, or slight vibration occurs on the contact surface and other contact portions. The vibration sensor 91 detects the vibration, and the value becomes an error, which hinders accurate detection of vibration acting on the rolling device.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a detector and a sensor-equipped rolling device that can accurately notify the outside of a state of vibration or the like of the rolling device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  The object of the present invention is achieved by the following configurations.
  (1)An outer member, an inner member, and a rolling element disposed between the outer member and the inner member, and one of the outer member and the inner member is a stationary member and the other is movable. A sensor-equipped rolling device comprising: a rolling device to be a member; and a detector that is attached to the stationary member or a member fixed to the stationary member and detects a state of the rolling device, The detector has a cylindrical sensor body housing portion and a flange projecting to the outer peripheral side of the sensor body housing portion, and there is a gap in a mounting hole of a housing that is a member fixed to the stationary member. A sensor case mounted in a cantilever structure, and a vibration sensor disposed in the sensor case in a range from the upper surface of the flange to the inner surface of the housing. Moving device.
  (2)The sensor case is attached to the housing in a state inclined by an angle θ with respect to the vertical direction, and a printed circuit board on which the vibration sensor is mounted is accommodated in the sensor case, and the printed circuit board is disposed in the sensor case. The sensor according to (1), wherein the vibration sensor is arranged so as to intersect with the longitudinal direction of the printed circuit board at an angle θ with respect to the vertical direction. A rolling device.
  (3)The vibration sensor is a rolling device with a sensor according to (1) or (2), wherein the vibration sensor is disposed on an inner peripheral side of the flange.
  (4)The damping material according to any one of (1) to (3), wherein a damping material is disposed between the sensor body housing portion and the mounting hole.Rolling device with sensor.
  (5) The rolling device with a sensor according to (4), wherein at least one of grease, silicon gel, silicon resin, and an O-ring is used as the damping material.
  (6) The rolling device is a rolling bearing(1)-(5)A rolling device with a sensor according to any one of the above.
  (7) The rolling device is a ball screw(1)-(5)A rolling device with a sensor according to any one of the above.
  (8) The rolling device is a linear guide(1)-(5)A rolling device with a sensor according to any one of the above.
[0005]
  Of the above configurationRolling device with sensorAccordingly, it is possible to accurately notify the outside of the state of vibration or the like of the rolling device. That is, the vibration sensor is connected to the sensor caseArranged from the top surface of the inner flange to the inner surface of the housingIf a vibration close to the natural frequency of the sensor case is vibrated and the sensor case resonates, for example,Range from the upper surface of the flange to the inner surface of the housingVibrates in the same manner as the vibration acting on the rolling device, so that the vibration of the rolling device can be accurately detected by the vibration sensor.
  Also,Sensor body housing and housing mounting holesWhen a damping material is disposed between the two, the damping material can remarkably prevent the occurrence of fretting and new vibration. As a result, vibration can be measured with high accuracy.
  The above (6) Includes a so-called bearing device in which a housing is fitted on the outer ring of a plurality of rolling bearings.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sensor-equipped rolling device (sensor-equipped bearing device) 10 according to a first embodiment of the present invention. The sensor-equipped rolling device 10 includes a pair of rolling bearings (in this case, ball bearings) 11 and 11 that are spaced apart in the axial direction, a housing 18 that is externally fitted to the outer rings 12 and 12 of the rolling bearings, It is the structure which attached the sensor unit (detector) 20 to the rolling bearing apparatus 17 provided with. A shaft 15 is fitted into the inner rings 13 of the rolling bearing.
Here, the outer rings 12 and 12 and the housing 18 function as outer members and stationary members, and the inner rings 13 and 13 and the shaft 15 function as inner members and movable members. ) 14 is arranged.
[0007]
A speed detection gear 16 as a member to be detected is provided at the end of the shaft 15 in the housing 18. The speed detection gear 16 is made of a magnetic metal material such as a steel material, and the magnetic properties at the outer peripheral edge thereof are alternately changed at equal intervals in the circumferential direction. As the shaft 15 rotates, the gear 16 rotates.
Instead of the speed detection gear 16, a speed detection encoder in which magnetic pole portions in which S poles and N poles are alternately magnetized are formed on the outer peripheral surface thereof may be employed.
[0008]
The housing 18 is formed, for example, in a cylindrical shape, extends in an axial direction from one (rightward in the drawing) of the rolling bearing 11, and an end cover 19 is fixed to the end thereof.
A mounting hole 18 a penetrating the inner surface and the outer surface of the housing 18 is located at a position protruding in the axial direction of the housing 18 from the one rolling bearing 11 and in the axial direction equivalent to the speed detection gear 16. Is provided. The sensor unit 20 is fixed to the housing 18 via the mounting hole 18a.
[0009]
The sensor unit 20 includes a sensor case 23, a case cover 24, a cable gland 25, and a sensor body 26. The sensor body 26 is configured by mounting a speed sensor 28, a temperature sensor 29, a vibration sensor (acceleration sensor) 30, and an electronic component 31 for processing signals on a printed board 27.
[0010]
FIG. 2 is an enlarged view of the sensor unit 20. As shown in FIG. 2, the sensor case 23 has a sensor body housing portion 23b formed in a hollow cylindrical shape and an outer periphery of the sensor body housing portion 23b provided at one end of the sensor body housing portion 23b (at the upper end in the figure). And a flange 23c protruding to the side. On the surface of the flange 23c opposite to the sensor body housing portion 23b side, an annular case cover coupling portion 23a is formed to project.
[0011]
A speed sensor 28, a temperature sensor 29, a vibration sensor 30, and an electronic component 31 mounted on the printed circuit board 27 of the sensor body 26 are housed in the sensor body housing portion 23b of the sensor case 23. The printed circuit board 27 is formed in a rectangular plate shape, and is disposed in the sensor main body housing portion 23b so that the longitudinal direction thereof is parallel to the vertical direction.
The front end portion (one end portion in the longitudinal direction; the lower end portion in the figure) of the printed circuit board 27 is in contact with the bottom plate 23b1 of the sensor main body housing portion 23b.
[0012]
In order to fix the printed circuit board 27 to the sensor case 23, a fixing tool such as a screw may be used, or an epoxy resin or the like (adhesive or the like) may be filled.
When filling with an epoxy resin or the like, it is preferable to provide a guide portion so as to guide the insertion of the printed circuit board 27 into the sensor body housing portion 23b. When the printed circuit board 27 is fixed by filling the resin, it is preferable that at least the outer edge of the printed circuit board 27 is in direct contact with the resin. If it does in this way, the printed circuit board 27 will be stably fixed in the sensor main body accommodating part 23b.
[0013]
At this time, the portions where the speed sensor 28, the temperature sensor 29, the vibration sensor 30 and the electronic component 31 are mounted on the printed circuit board 27 so that the epoxy resin or the like does not directly contact the sensors 28, 29, 30 and the electronic component 31. It is preferable to coat with a foaming resin (coating resin) such as a soft urethane resin, a silicon resin, or a silicon sheet having closed cells, and to fill the outside with an epoxy resin. By so doing, it is possible to prevent the sensors 28, 29, 30 and the electronic component 31 from being damaged due to the difference in thermal expansion. That is, in the case of a structure in which a relatively hard resin such as an epoxy resin is in direct contact with the speed sensor 28, the temperature sensor 29, the vibration sensor 30, and the electronic component 31, the difference in thermal expansion coefficient between the epoxy resin, the printed board 27, and the sensor case 23. The sensors 28, 29, 30 and the electronic component 31 may be damaged by the dimensional change or pressure change due to the above (particularly when the sensor case 23 is made of a metal material). Therefore, such damage is prevented by protecting the speed sensor 28, the temperature sensor 29, the vibration sensor 30 and the electronic component 31 with a soft silicone resin or a foamable resin.
[0014]
On the other hand, when the printed circuit board 27 is fixed to the sensor main body housing portion 23b with screws, the above problems do not occur. In that case, since the printed circuit board 27 can be positioned at the same time as the printed circuit board 27 is fixed with screws, assembly is facilitated.
Note that a resin or the like may be filled for the purpose of moisture-proofing the printed circuit board 27. In this case, a hard resin such as an epoxy resin may be used together with the protective member (coating resin) as described above, or a soft resin may be filled as it is. Further, a moisture-proofing agent may be applied.
[0015]
In addition, when filling the resin in the sensor case 23 (inside the sensor body housing portion 23b), if the entire space is filled with the resin, there is no place for relaxing the volume change at the time of the temperature change. It may be provided in a part of the case 23. In this way, even if a volume change due to a difference in thermal expansion coefficient occurs, the volume of the space portion changes and the pressure in the sensor case 23 does not change so much. Therefore, the speed sensor 28, temperature sensor 29, vibration sensor 30 and Damage to the electronic component 31 is prevented. When such a space is not provided, a pressure change of several tens of atmospheres or more may occur due to a temperature change, which may damage the speed sensor 28, the temperature sensor 29, the vibration sensor 30, and the electronic component 31. .
The gas sealed in the space may be air, but an inert gas such as nitrogen or argon is more preferable in order to prevent oxidation of solder or the like.
[0016]
A speed sensor 28 is disposed at the center in the width direction of the front end of the printed circuit board 27 (the end on the bottom plate 23b1 side of the sensor main body housing 23b). When the sensor unit 20 is attached to the housing 18 shown in FIG. 1, the speed sensor 28 is disposed close to the speed detection gear 16 at a position protruding from the inner surface of the housing 18. Thus, the speed can be accurately measured by arranging the speed sensor 28 closest to the speed detecting gear 16.
When the shaft 15 rotates, the speed sensor 28 outputs a pulsed speed signal as a voltage or a current signal based on a changing magnetic flux (change in the amount of magnetic flux) due to a change in magnetic characteristics of the speed detection gear 16.
[0017]
A temperature sensor 29 is mounted on the printed circuit board 27 slightly above (on the housing 18 side) and on the side of the speed sensor 28. The temperature sensor 29 is disposed inside the housing 18, always accurately measures the ambient temperature in the bearing device 17, outputs a temperature signal, and transmits the temperature signal to the electronic component 31. The electronic component 31 processes the output signal of the temperature sensor 29 and outputs it as a voltage or current signal.
The reason why the temperature sensor 29 is arranged inside the housing 18 is, for example, if it is arranged above the flange 23c, it will be located outside the housing 18, and then heat will escape due to convection, radiation, etc. This is because accurate temperature measurement in the housing 18 becomes difficult. As in this embodiment, the temperature in the bearing device 17 can be accurately measured by disposing the temperature sensor 29 in the sensor body housing portion 23b below the flange 23c. In addition, if it arrange | positions inside the housing 18 like this embodiment, temperature can be measured more correctly.
[0018]
  A vibration sensor (vibration detecting element) 30 is mounted on the printed circuit board 27 above the speed sensor 28 and the temperature sensor 29 (housing 18 side). As shown in FIG. 1, the vibration sensor 30 is provided in the sensor case 23., Bearing device17 in the range L2 from the upper surface of the flange 23c to the inner surface of the housing 18 when viewed in the radial direction of 17(Preferably,Range from the upper surface to the lower surface of the flange 23c (range of the thickness dimension of the flange 23c) L1) Is located.The vibration sensor 30 detects vibration acting on the bearing device 17, outputs a vibration signal (value), and transmits the vibration signal (value) to the electronic component 31. The electronic component 31 processes the vibration signal (value) given from the vibration sensor 30 and outputs it as a voltage signal or a current signal. Since the vibration sensor 30 is disposed in the vicinity of the flange 23c, vibration (horizontal vibration) V2 in the direction of bending the cylindrical sensor body housing portion 23b of the sensor case 23 acts as shown in FIG. However, it is not affected by the resonance of the sensor main body housing portion 23b.
[0019]
In the present embodiment, the surface direction of the printed circuit board 27 is parallel to the vertical direction (vertical direction). The reason is that if the printed circuit board 27 is arranged at a right angle with respect to the direction of vibration indicated by the arrow V1 in FIG. 2, a force in the bending direction acts on the printed circuit board 27, and the printed circuit board 27 is bent. This is because the vibration of the bearing device 17 cannot be accurately measured by the vibration sensor 30. In general, the natural frequency in the bending direction has a lower frequency than the natural frequency in the extension direction. Therefore, when the printed circuit board 27 is arranged in a state perpendicular to the direction of the vibration, the natural frequency in the bending direction of the printed circuit board 27. Is present in the frequency range to be measured, and vibration cannot be measured accurately.
On the other hand, when the printed circuit board 27 is arranged parallel to the direction of vibration as shown in FIG. 2, the force acting on the printed circuit board 27 acts as a force in the compression and pulling direction of the printed circuit board 27 having high rigidity. Therefore, the influence of the natural frequency in the bending direction of the printed circuit board 27 is reduced. Further, since the natural frequency in the extending direction of the printed circuit board 27 is higher than the natural frequency in the bending direction, the influence of the natural frequency of the printed circuit board 27 can be easily removed with a low-pass filter or the like.
At this time, the vibration detection direction of the vibration sensor 30 is also preferably parallel to the printed circuit board 27. In the present embodiment, it is preferable to detect vibration in the direction of V1 or V2. As described above, it is more preferable that the detection direction of the vibration sensor 30 is parallel to the printed circuit board 27 because vibration in the bending direction of the printed circuit board 27 is not detected.
[0020]
The speed sensor 28, the temperature sensor 29, and the vibration sensor 30 are all mounted on the printed circuit board 27 in advance, and only the power source and the wiring for the necessary function are electrically connected to the electronic component 31 with a jumper wire or the like. By connecting the wiring 35, it is possible to use only one or two sensors. For this reason, it is preferable to manufacture sensor units having different types of combinations because only one type of printed board 27 can be manufactured.
[0021]
A housing attachment hole 23c1 and a case cover attachment hole 23c2 are formed in the flange 23c of the sensor case 23, respectively. The housing mounting hole 23 c 1 is used to fix the sensor case 23 to the housing 18 by screwing the mounting bolt 32 inserted from above into the housing 18. The case cover mounting hole 23 c 2 is used to fix the case cover 24 to the sensor case 23 by screwing the assembly bolt 33 inserted from below into the case cover 24.
[0022]
The assembly bolt 33 inserted into the case cover mounting hole 23c2 is screwed in from the housing 18 side, which is the mounting counterpart surface of the flange 23c, and the head thereof faces the housing 18 with a slight gap. Therefore, even if the assembly bolt 33 is loosened, the assembly bolt 33 hits the housing 18 and therefore does not move in the screw loosening direction. As a result, the assembly bolt 33 is prevented from falling off.
[0023]
An L-shaped hole (space) is formed in the case cover 24. The case cover 24 has a sensor case coupling portion 24a and a cable ground connection portion 24b, and is formed in an L shape.
[0024]
Screw holes 24a1 and 24a1 into which the assembly bolts 33 inserted into the flange 23c of the sensor case 23 are screwed are formed in the sensor case coupling portion 24a. A fitting hole 24a2 into which the case cover coupling portion 23a of the sensor case 23 is fitted is formed at the center of the sensor case coupling portion 24a.
[0025]
The cable gland connecting portion 24b is formed with a cable gland mounting hole 24b1 communicating with the upper end of the fitting hole 24a2. The cable gland mounting hole 24b1 extends in a direction inclined at a certain angle (right angle in the present embodiment) with respect to the fitting hole 24a2. The wiring 35 extending from the printed circuit board 27 is drawn upward and then electrically connected to the cable 37 extending to the outside through the cable gland mounting hole 24b1 and the straight type cable gland 25.
A female screw portion is formed on the inner peripheral surface of the cable gland connection portion 24b, and a male screw portion 25a formed in the cable gland 25 is screwed therein.
[0026]
In general, the L-shaped cable gland (not shown) has a larger volume than the straight type cable gland 25. In the present embodiment, since the straight type cable gland 25 is used by making the case cover 24 L-shaped, the overall size can be reduced, and the cost is lower than when the L-shaped cable gland is used.
In the case of a railway vehicle or the like, a loading platform, a passenger compartment floor, and the like are arranged in the upper part of the housing 18 and there is a limited space between them, so that the cable 37 is drawn out above the case cover 24. Moreover, workability at the time of attaching and detaching the sensor unit 20 is deteriorated, and water easily enters from above. As in this embodiment, the sensor unit 20 can be easily attached and detached by pulling the cable 37 to the side.
[0027]
FIG. 3 is a characteristic diagram of the vibration sensor 30 in the sensor-equipped rolling device 10 of the present embodiment (a diagram representing vibration measurement values on the frequency axis; a frequency response diagram). In FIG. 3, the output characteristic of the vibration sensor 30 of the present embodiment is indicated by A, and as a comparison, the vibration sensor is arranged at the tip of the printed circuit board 27 in the sensor case 23 (conventional example; example shown in FIG. 10). ) Is indicated by B.
As is apparent from FIG. 3, in the conventional example, the vibration measurement value is about −35 dB at a frequency near 9 kHz. This is a false detection due to the resonance component in the bending direction at the tip of the sensor case 23 being given to the vibration sensor. On the other hand, in the case of this embodiment, the vibration measurement value is about −55 dB at a frequency near 9 kHz. In the present embodiment, the vibration of the bearing device 17 is accurately detected without being affected by the resonance of the sensor body housing portion 23b.
It is further preferable to insert a low-pass filter in the output signal of the vibration sensor to remove unnecessary high frequency components. In the present embodiment, by inserting a 6 kHz low-pass filter, components of 6 kHz or more can be removed, so that the measurement accuracy of vibration can be improved. The low-pass filter may be provided outside the sensor unit 20, but it is more preferable to provide the low-pass filter inside the sensor unit 20 because the accuracy of the output waveform of the vibration sensor can be improved. The low-pass filter may be provided separately from the printed circuit board 27, but it is more preferable because it can be made compact as a whole by incorporating it in the printed circuit board 27.
In addition, the vibration V2 of the horizontal direction as shown in FIG. 2 was given as a vibration.
[0028]
  According to the rolling device with sensor 10 having the above-described configuration, the vibration sensor 30 isIn the sensor case 23, it is located within the range L2 from the upper surface of the flange 23c to the inner surface of the housing 18 (preferably within the range L1 from the upper surface to the lower surface of the flange 23c (thickness dimension range of the flange 23c)). Arranged,Since the vibration sensor 30 is fixed by fixing the flange 23c to the rolling device 17, the vibration sensor 30 can accurately detect the vibration of the rolling device 17 and notify the outside.
  In addition, a plurality of sensors (speed sensor 28, temperature sensor 29, vibration sensor 30) are mounted on the printed circuit board 27, and the printed circuit board 27 is arranged in the sensor main body housing portion 23b, so that the plurality of sensors are detected. It can be easily arranged at an accurate position in the case 23. Such a sensor unit 20 is easy to assemble and can significantly suppress variations in sensor output.
[0029]
FIG. 4 shows a sensor unit 40 according to the rolling device with sensor of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a state where the sensor unit 40 is attached to the housing 18. In the embodiments described below, members and the like having the same configurations and functions as those already described are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.
In 2nd Embodiment, the sensor unit 40 is attached to the housing 18 in the state inclined with respect to the perpendicular direction. That is, the rectangular plate-like printed circuit board 27 disposed in the sensor main body housing portion 23b is inclined at a predetermined angle θ (for example, 45 degrees) with respect to the vertical direction. However, the surface direction of the printed circuit board 27 is parallel to the vertical direction.
[0030]
As shown in FIG. 4, the speed sensor 28 and the temperature sensor 29 in the present embodiment are mounted on a printed board 27 in the same manner as in the first embodiment. On the other hand, the vibration sensor 30 is mounted in an inclined state with respect to the longitudinal direction of the printed circuit board 27 so that the vertical vibration indicated by the arrow V1 can be accurately measured.
In addition, when the direction of vibration and the vibration sensor 30 intersect with the sensor body housing portion 23b at a certain angle θ as in the present embodiment, the sensor body housing portion 23b is easily vibrated by vibration. That is, the sensor main body accommodating portion 23b has a cylindrical cantilever structure, and when an impact or random vibration is applied from the outside, resonance vibration occurs at the natural frequency of the cantilever.
Therefore, also in this embodiment, the vibration sensor 30 is provided in the vicinity of the flange 23c. The vibration sensor 30 mounted on the printed board 27 is disposed on the inner peripheral side of the flange 23c.
[0031]
Since the vibration sensor 30 can be attached to the printed circuit board 27 at an accurate position by a machine or the like, an error in the angle with respect to the measurement target direction of the vibration sensor 30 can be reduced, and vibration data can be measured accurately. Can do.
[0032]
FIG. 6 shows a rolling device 70 with a sensor according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the sensor unit 80 includes a sensor case 83 having a sensor main body accommodating portion 83b and a flange 83c, a case cover 84, and a cable gland 25. A wiring (not shown) extending from the sensor body 26 in the sensor case 83 is drawn upward, penetrates the case cover 84, and is electrically connected to the cable extending to the outside via the cable gland 25. ing.
A vibration sensor (vibration detecting element) 30 mounted on the printed circuit board is disposed on the inner peripheral side of the flange 23c.
[0033]
In the present embodiment, grease 81 serving as a damping material is sealed in a gap between the mounting hole 18 a provided in the housing 18 of the bearing device 17 and the sensor main body housing portion 83 b of the sensor case 23. The grease 81 functions as a squeeze film damper and prevents the sensor case 83 from resonating due to external vibration. The grease 81 attenuates external vibrations, while improving the lubricity of the contact portion between the sensor main body housing portion 83b and the mounting hole 18a, so that fretting of the contact portion can be remarkably prevented.
In the case where the base oil is used for a long time at a high temperature and there is a concern about the evaporation of the base oil in the grease, silicon gel or silicon resin may be used instead of the grease. When silicon gel is used, the lubricity is slightly lower than that of grease, but the high-temperature durability is improved. Further, since the silicon gel is in a gel form, it has a large holding effect and can be used even in a gap where grease flows out. When silicon resin is used as the damping material, the gap may be even larger.
In this way, by using an attenuation material that fills the gap between the sensor case 83 and the mounting hole 18a of the housing 18, the thermal conductivity from the housing 18 to the sensor unit 80 is improved, and the temperature measurement accuracy is also improved. Can be improved.
[0034]
FIG. 7 is a characteristic diagram (frequency response diagram) of the vibration sensor 30 in the sensor unit 80 of the third embodiment. In FIG. 7, the output characteristic of the vibration sensor 30 of the present embodiment is indicated by C, and as a comparison, the output of the sensor case attached to the housing without sealing the damping material (conventional example; example shown in FIG. 10). The characteristic is indicated by D.
As is apparent from FIG. 7, in the conventional example, the vibration measurement value reached a peak of about 5 dB in the frequency range of 5 kHz to 8 kHz. On the other hand, in the case of the present embodiment, the vibration measurement value was about −22 dB in the frequency range of 5 kHz to 8 kHz, and a substantially uniform vibration measurement value was obtained at other frequencies. By using the damping material as in the present embodiment, the vibration of the bearing device can be accurately measured.
In addition, the vibration of the horizontal direction was given as a vibration.
[0035]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.
For example, as shown in FIG. 8, an O-ring 82 fitted around the sensor main body housing portion 83b may be used as the damping material. The O-ring 82 is fitted in a groove provided on the inner peripheral surface of the mounting hole 18 a of the housing 18. The number of O-rings 82 is not limited to one, and a plurality of O-rings 82 may be mounted between the sensor main body housing portion 83b and the mounting hole 18a. At that time, grease, silicon gel, silicon resin, or the like may be enclosed between the respective O-rings, whereby the lubricity at the contact portion can be obtained and the temperature measurement accuracy can be improved.
[0036]
Further, without mounting the vibration sensor or the like on the printed board, the sensor case may be molded and fixed with resin or the like.
The form of the sensor case fixing portion is not limited to the flange 23c as shown in FIG. 1 or the like, but may be a bracket or the like, or a bolt hole or the like provided in the sensor body housing portion. A thing separate from the sensor case may be attached to the sensor case to function as a fixing portion.
Moreover, in the said embodiment, although the signal was taken out with the cable 37, you may transmit a signal wirelessly using a radio | wireless etc. FIG. In the case of wireless, a sensor unit may be provided on the movable wheel side (on the movable member side).
Further, the rolling bearing in the bearing device 17 is not limited to a ball bearing, but may be a cylindrical roller bearing, a tapered roller bearing, or various double row bearings.
[0037]
For example, the present invention can be applied not only to the bearing device 17 but also to the ball screw 50 as shown in FIG. In the ball screw 50, by attaching the sensor unit 60 to the nut 51, it is possible to detect an abnormality such as separation at the engaging portion between the screw shaft 52 and the nut 51. The mounting partner of the sensor unit 60 is not limited to the nut 51, and may be mounted to the support unit 53 on the fixed side that supports the screw shaft 52 or the support unit 54 on the simple support side. The screw shaft 52 is fixed to the support unit 53 on the fixed side by a lock nut 55 in the axial direction, and is rotated by a drive motor 57 coupled through a coupling 56.
Further, not only the ball screw but also an abnormality such as peeling can be detected by attaching the sensor unit 60 to a movable part or a rail in a linear guide or other direct parts.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a detector and a sensor-equipped rolling device that can accurately inform the outside of the state of vibration or the like of the rolling device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the first embodiment.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the first embodiment.
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a mounting position of a sensor unit in the second embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a third embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the third embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment.
FIG. 9 is a view showing a ball screw to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional sensor unit.
[Explanation of symbols]
10,70 Bearing device with sensor (rolling device with sensor)
11 Rolling bearing
12 Outer ring
13 Inner ring
15 axes
17 Rolling bearing device (rolling device)
18 Housing
18a Mounting hole (mounting part)
20, 40, 60, 80 Sensor unit
23,83 Sensor case
23c, 83c Flange (fixed part)
30 Vibration sensor
81 Grease (damping material)
82 O-ring (damping material)
50 Ball screw (rolling device)

Claims

An outer member, an inner member, and a rolling element disposed between the outer member and the inner member, and one of the outer member and the inner member is a stationary member and the other is movable. A rolling device as a member;
A stationary device attached to the stationary member or a member fixed to the stationary member, and a detector that detects a state of the rolling device;
The detector has a cylindrical sensor body housing portion and a flange projecting to the outer peripheral side of the sensor body housing portion, and there is a gap in a mounting hole of a housing that is a member fixed to the stationary member. A sensor case attached in a cantilevered structure,
And a vibration sensor disposed in the sensor case in a range from the upper surface of the flange to the inner surface of the housing.

The sensor case is attached to the housing in a state inclined by an angle θ with respect to the vertical direction, and a printed circuit board on which the vibration sensor is mounted is accommodated in the sensor case,
The printed circuit board is disposed in the sensor case with its longitudinal direction inclined at an angle θ with respect to the vertical direction,
The rolling device with a sensor according to claim 1, wherein the vibration sensor is arranged so as to intersect the longitudinal direction of the printed circuit board at an angle θ.

The rolling device with a sensor according to claim 1, wherein the vibration sensor is disposed on an inner peripheral side of the flange.

The rolling device with a sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a damping material is disposed between the sensor body housing portion and the mounting hole .

The rolling device with a sensor according to claim 4, wherein at least one of grease, silicon gel, silicon resin, and an O-ring is used as the damping material.

Sensor with rolling device according to claim 1 wherein the rolling device is a rolling bearing.

Sensor with rolling device according to claim 1 wherein the rolling device is a ball screw.

Sensor with rolling device according to claim 1 wherein the rolling device is a linear guide.