JP6592396B2 - 検出装置、軸受試験装置および車両 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車、自動二輪車等の車両で用いられる軸受の潤滑状態を検出する検出装置に関する。
軸受の異常部位を特定する方法として、特許文献１には、クランク装置の軸受のＡＥ（Acoustic Emission；アコースティック・エミッション）発生箇所標定装置が開示されている。この発明によればクランクシャフトの軸受で検出されたＡＥ信号が基準値を超えた回数をそのときの回転角ごとに集計してこの軸受の異常部位を特定する。
しかし、ＡＥセンサなどの検出デバイスは、弾性波を検出するために圧電素子を用いており高熱下で使用すると壊れやすく、検出の精度も低下しやすい。特許文献１に記載の標定装置は、摺動発熱をする部位に熱の影響を受け易いＡＥセンサを直接接触させているため、熱が加わることによりＡＥセンサ内の圧電素子の出力が低下し、検波の精度が下がる、という問題があった。
本発明は、軸受の摺動面において発生する弾性波を弾性波センサによって検出する際に、軸受の発熱による弾性波センサへの影響を低減する技術に関する。
本発明は、軸と摺動する内周面を有する軸受から、該内周面において発生した弾性波を検出する弾性波センサと、前記弾性波センサおよび前記軸受を保持するハウジングと、前記ハウジングに保持された前記弾性波センサおよび、前記軸受の間に配置される、前記ハウジングよりも熱伝導率の低い断熱材と、を有し、前記ハウジングは、外壁面と、前記軸受の外周面に接触して該軸受を支持する内壁面と、前記外壁面から前記内壁面にわたって貫通し、前記断熱材および前記弾性波センサが収容される孔と、前記孔に挿入され、前記弾性波センサを前記外壁面の側から前記内壁面に向かって押し付けて固定する固定部材と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
本発明において、前記軸受は、周方向の両端と、対をなす他の軸受の周方向の両端と、をそれぞれ組合せて該他の軸受とともに挟み込むことで前記軸を回転可能な状態で支持する半割形状であり、前記孔は、前記軸受の周方向における、前記軸の回転方向の上流側に対応する位置に設けられているとよい。
本発明において、前記軸受は、周方向の両端と、対をなす他の軸受の周方向の両端と、をそれぞれ組合せて該他の軸受とともに挟み込むことで前記軸を回転可能な状態で支持する半割形状であり、前記孔は、前記軸受の周方向における中央部に対応する位置に設けられているとよい。
本発明は、上述の検出装置を有することを特徴とする軸受試験装置を提供する。
本発明は、上述の検出装置を有することを特徴とする車両を提供する。
本発明によれば、軸受の発熱による弾性波センサへの影響を低減することができる。
１．実施形態
図１は、本発明における検出の対象である軸受βの一例を示す図である。また、図２は、本発明に係る軸受βと軸αとの配置を説明するための図である。以下、図において、軸受βが配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、図に示す座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。
図１は、本発明における検出の対象である軸受βの一例を示す図である。また、図２は、本発明に係る軸受βと軸αとの配置を説明するための図である。以下、図において、軸受βが配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、図に示す座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。
図１に示す軸受βは半割形状であり、＋ｚ方向の側のアッパー側軸受β１と、−ｚ方向の側のロア側軸受β２とを組合せて構成される。アッパー側軸受β１は、内周面β１０と外周面β１１とを有する。ロア側軸受β２は、内周面β２０と外周面β２１とを有する。なお、図１における−ｚ方向は重力の方向であってもよい。すなわち図１において、＋ｚ方向は「上」を、−ｚ方向は「下」を示していてもよい。
図２に示す軸αは、ｘ軸方向に伸びる丸棒状または円柱状の部材である。図２に示す通り、軸αは、軸受βのアッパー側軸受β１とロア側軸受β２とによりｚ軸方向に沿って挟み込まれることで回転可能な状態で支持される。軸αは側周面α１１を有する。側周面α１１は、＋ｚ方向の側でアッパー側軸受β１の内周面β１０と摺動し、−ｚ方向の側でロア側軸受β２の内周面β２０と摺動する。側周面α１１と内周面β１０との間、および側周面α１１と内周面β２０との間には、それぞれ潤滑油が供給される。
（１）第１実施例
図３は、本発明に係る検出装置９の第１実施例を示す図である。また、図４は、図３の領域ＩＶを拡大した図であって、本発明の第１実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。
図３は、本発明に係る検出装置９の第１実施例を示す図である。また、図４は、図３の領域ＩＶを拡大した図であって、本発明の第１実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。
検出装置９は、軸受βからその内周面において発生した弾性波を検出する弾性波センサ２と、この弾性波センサ２と軸受βとを保持するハウジング１と、弾性波センサ２と軸受βとの間に配置される断熱材３とを有する。この断熱材３は、例えばジルコニアなど、ハウジング１よりも熱伝導率の低い材質で構成される。なお、ハウジング１には、鉄やアルミニウムなどが用いられる。
図３に示す通りハウジング１は、ｘ軸方向に配置された軸α（図３において図示せず）を受ける軸受βを固定する部材であり、上部ハウジング１１と下部ハウジング１２とをｚ軸方向に重ねて挟み込むことで軸受βを固定するものである。
また、ハウジング１は、外壁面１１０および外壁面１２０と、内壁面１０と、孔１３とを有する。内壁面１０は、軸受βの外周面β１１および外周面β２１に接触して軸受βを回転可能な状態で支持する。孔１３は、外壁面１１０から内壁面１０にわたって貫通する。
この孔１３は、ハウジング１において、アッパー側軸受β１の周方向における中央部に対応する位置に設けられている。
図３に示す通り、上部ハウジング１１は−ｚ方向に、下部ハウジング１２は＋ｚ方向にそれぞれ軸受βを押し付ける。上部ハウジング１１に設けられたボルト穴１１１およびボルト穴１１２は、それぞれ下部ハウジング１２のボルト穴１２１およびボルト穴１２２に対向しており、ボルト穴１２１に対向するボルト穴１１１と、ボルト穴１２２に対向するボルト穴１１２とに、それぞれ図示しないボルトを通すことにより上部ハウジング１１と下部ハウジング１２とが密着し、それぞれの内壁面１０が繋がる。
図４に示す通り、孔１３の中で軸受βの外周面β１１に接触する位置には、断熱材３が配置されており、断熱材３の＋ｚ方向には弾性波センサ２が配置されている。これらの配置により、軸受βの外周面β１１から伝えられる熱は、直接、弾性波センサ２に伝わることがなく、断熱材３を介して伝わる。
なお、断熱材３が＋ｚ方向で弾性波センサ２に接する面は、算術平均粗さＲａが０．５以下になるように加工される。
また、断熱材３が−ｚ方向で接する軸受βの外周面β１１は曲面のままであってもよいが、図３、４に示すように、例えばｘｙ平面に沿った平面形状に削られていてもよい。外周面β１１のうち、平面形状に削られて断熱材３と接する部分は、算術平均粗さＲａが１．６以下になるように加工されるとよい。
また、断熱材３が−ｚ方向で接する軸受βの外周面β１１は曲面のままであってもよいが、図３、４に示すように、例えばｘｙ平面に沿った平面形状に削られていてもよい。外周面β１１のうち、平面形状に削られて断熱材３と接する部分は、算術平均粗さＲａが１．６以下になるように加工されるとよい。
また、弾性波センサ２のｙ軸方向の両側は、上部ハウジング１１から離れている。この弾性波センサ２と、上部ハウジング１１との間の空間には空気が満ちている。この空間をジャケット５と呼ぶ。つまり、上部ハウジング１１と弾性波センサ２とが互いに接触せず、ジャケット５を介在させている。このジャケット５により、弾性波センサ２はハウジング１からｙ軸方向に進む熱が伝わり難くなっている。すなわち、このジャケット５は、いわゆる「エアジャケット」として機能する。なお、ジャケット５は、弾性波センサ２のｘ軸方向の両側にも配置されていてもよい。ジャケット５は、弾性波センサ２のｚ軸方向以外を取り囲むように配置されていてもよい。
固定部材４は、孔１３に挿入され、弾性波センサ２を外壁面１１０の側から内壁面１０に向かって押し付けて固定する部材である。図４に示す固定部材４は、孔１３の外壁面１１０側に設けられた雌ネジに対応する雄ネジを有し、この雄ネジを雌ネジにねじ込むことにより、弾性波センサ２を−ｚ方向に押し付ける。これにより、弾性波センサ２は、断熱材３とともに固定部材４と軸受βとに挟まれて固定される。
なお、固定部材４の−ｚ方向の面にはシリコンゴム層６が貼られている。このシリコンゴム層６は、固定部材４が−ｚ方向に押し付ける力を受けて、これによる衝撃や振動を和らげ、弾性波センサ２が破損しないように保護する。
弾性波センサ２は、−ｚ方向に弾性波の受信面を有しており、受信面の内側には圧電素子（図示せず）が貼り付けられている。これらの受信面や圧電素子は、例えばセラミックスなどであり、閾値を超える熱が伝えられると破損したり検出精度が低下したりすることがある。
上述した通り、弾性波センサ２の受信面は断熱材３によって保護されており、ｚ軸方向に対する側面もジャケット５により保護されているため、弾性波センサ２には軸受βやハウジング１からの熱が伝わり難い。その結果、弾性波センサ２の受信面や圧電素子は、過度に加熱されることが少なく、破損の可能性や検出精度が低下する可能性が抑制される。
なお、弾性波センサ２によって軸受βから検出される弾性波は、軸受βと軸αとの馴染みや摩耗（コーティングの剥離を含む）の程度の指標に用いられたり、クラックやキャビテーションの発生、異物混入、移着、焼き付きなどの判定に用いられたりする。
また、軸受βの内周面β１０から弾性波センサ２の受信面までの距離Ｌは２０ミリメートル以内であることが望ましい。距離Ｌは弾性波が伝達される距離であり、一定の距離を超えると弾性波が検出されなくなる可能性があるためである。例えば、軸受βの径方向の肉厚が１．２ミリメートルである場合、断熱材３の厚み、すなわち、ｚ軸方向の距離は１８．８ミリメートル以下であることが望ましい。なお、断熱材３の厚みは３ミリメートル以上であることが望ましい。
（２）第２実施例
図５は、本発明の第２実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第１実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側にジャケット５が存在していたが、第２実施例においては、この位置に断熱材３が存在している。
図５は、本発明の第２実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第１実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側にジャケット５が存在していたが、第２実施例においては、この位置に断熱材３が存在している。
すなわち、断熱材３には、上（＋ｚ方向）側に凹部が設けられている。この凹部は、弾性波センサ２と同等の大きさ・形状に成形されており、弾性波センサ２が収容される。これにより、弾性波センサ２は、−ｚ方向から伝わる熱のほか、ｙ軸方向に沿って伝わる熱も伝わり難くなっている。なお、断熱材３は、弾性波センサ２のｘ軸方向の両側にも設けられていてもよい。この場合、断熱材３は、ｘ軸方向に沿って弾性波センサ２に伝わる熱も伝わり難くする。
（３）第３実施例
図６は、本発明の第３実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第１実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側に、空気が満ちているだけの空間であるジャケット５が存在していたが、第３実施例においては、この位置に下方が開口したジャケット５が存在している。
図６は、本発明の第３実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第１実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側に、空気が満ちているだけの空間であるジャケット５が存在していたが、第３実施例においては、この位置に下方が開口したジャケット５が存在している。
第３実施例に係るジャケット５は、例えば径方向の大きさが異なる２つ筒が同軸に配置された二重筒であって、上方（＋ｚ方向）が平板により閉じた蓋状であり、下方（−ｚ方向）が開口している。この下方側の開口を断熱材３の上に置くことで、２つの筒の間に空気層が形成され、ｙ軸方向に沿って熱が出入りすることを抑制する。すなわち、ジャケット５は、上部ハウジング１１に対する弾性波センサ２の位置決めをするとともに、ｙ軸方向に沿った伝熱を抑制するエアジャケットとして機能する。
（４）第４実施例
図７は、本発明の第４実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第３実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側に、下方が開口したジャケット５が存在していたが、第４実施例においては、この位置に上方および下方がいずれも閉じたジャケット５が存在している。このジャケット５は、いわゆる真空断熱材であり、減圧した空気が収容された内部空間を熱が通り抜け難い構造となっている。このジャケット５により、弾性波センサ２はハウジング１からｙ軸方向に進む熱が伝わり難くなっている。なお、ジャケット５は、弾性波センサ２のｘ軸方向の両側にも配置されていてもよい。ジャケット５は、弾性波センサ２のｚ軸方向以外を取り囲むように配置されていてもよい。この場合においてもジャケット５は、上部ハウジング１１に対するｙ軸方向（またはｘ軸方向）に沿った弾性波センサ２の位置決めをするとともに、伝熱を抑制する。
図７は、本発明の第４実施例に係る弾性波センサ２と断熱材３とを説明するための図である。第３実施例に係る弾性波センサ２はｙ軸方向の両側に、下方が開口したジャケット５が存在していたが、第４実施例においては、この位置に上方および下方がいずれも閉じたジャケット５が存在している。このジャケット５は、いわゆる真空断熱材であり、減圧した空気が収容された内部空間を熱が通り抜け難い構造となっている。このジャケット５により、弾性波センサ２はハウジング１からｙ軸方向に進む熱が伝わり難くなっている。なお、ジャケット５は、弾性波センサ２のｘ軸方向の両側にも配置されていてもよい。ジャケット５は、弾性波センサ２のｚ軸方向以外を取り囲むように配置されていてもよい。この場合においてもジャケット５は、上部ハウジング１１に対するｙ軸方向（またはｘ軸方向）に沿った弾性波センサ２の位置決めをするとともに、伝熱を抑制する。
２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組合せてもよい。
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組合せてもよい。
２−１．変形例１
上述した検出装置９は、軸受βの試験を行うための装置である軸受試験装置に用いられてもよい。
上述した検出装置９は、軸受βの試験を行うための装置である軸受試験装置に用いられてもよい。
また、上述した検出装置９は、自動車や自動二輪車等の車両に用いられていてもよい。検出装置９を車両に用いることにより、車両を運転する利用者は、その車両に用いられる軸受βの異常の有無を把握することができる。
２−２．変形例２
上述した実施形態において、弾性波センサ２はハウジング１に設けられた孔１３に収容されていたが、弾性波センサ２の設置される場所は孔１３に限られない。例えば、ハウジング１の上部ハウジング１１の外壁面１１０に断熱材３が接着され、その断熱材３のさらに外側に弾性波センサ２が接着されていてもよい。この場合であっても、弾性波センサ２の受信面は断熱材３によって保護されるため、破損や検出精度低下の可能性が抑制される。
上述した実施形態において、弾性波センサ２はハウジング１に設けられた孔１３に収容されていたが、弾性波センサ２の設置される場所は孔１３に限られない。例えば、ハウジング１の上部ハウジング１１の外壁面１１０に断熱材３が接着され、その断熱材３のさらに外側に弾性波センサ２が接着されていてもよい。この場合であっても、弾性波センサ２の受信面は断熱材３によって保護されるため、破損や検出精度低下の可能性が抑制される。
また、孔１３は内壁面１０まで貫通していなくてもよい。例えば、孔１３は、外壁面１１０から内壁面１０に向けて、内壁面１０に貫通しないように設けられた「窪み」であってもよい。この窪みである孔１３に、断熱材３が配置され、さらにその外側に弾性波センサ２が配置されていればよい。この場合、弾性波センサ２は、断熱材３に加えてハウジング１の一部を介して、軸受βから伝わる弾性波と熱とを受けるため、比較的高熱になり難く、破損や検出精度低下の可能性が抑制される。
２−３．変形例３
上述した実施形態において、孔１３はハウジング１において、軸受βの周方向における中央部に対応する位置に設けられていたが、これに限られない。孔１３は、外壁面１１０から内壁面１０に向けて設けられていればよい。なお、孔１３が軸受βの周方向における中央部に対応する位置に設けられることにより、弾性波センサ２の受信面は軸受βの両端からほぼ等しい距離にあるため、軸受βのどの位置で弾性波が発生したとしても、ほぼ偏りなくその弾性波を受信することとなる。
上述した実施形態において、孔１３はハウジング１において、軸受βの周方向における中央部に対応する位置に設けられていたが、これに限られない。孔１３は、外壁面１１０から内壁面１０に向けて設けられていればよい。なお、孔１３が軸受βの周方向における中央部に対応する位置に設けられることにより、弾性波センサ２の受信面は軸受βの両端からほぼ等しい距離にあるため、軸受βのどの位置で弾性波が発生したとしても、ほぼ偏りなくその弾性波を受信することとなる。
また、孔１３は、ハウジング１において、軸受βの周方向における、軸αの回転方向の上流側に対応する位置に設けられていてもよい。例えばクランクシャフトに適用される場合、半割形状のアッパー側軸受β１は、軸αの回転方向の上流側に圧力がかかり易い。したがって、潤滑状態に異常が生じ易いのも軸αの回転方向の上流側であることが多い。つまり、この構成によれば、弾性波が発生し易い部位の近くに弾性波センサ２の受信面を配置するので、検出精度が向上する場合がある。
なお、上述した実施形態において、軸受βは半割形状であったが、円筒形状であってもよい。
２−４．変形例４
上述した実施形態において、ハウジング１は軸受βの外周面β１１および外周面β２１を内壁面１０と接触させて軸受βを支持していたが、ハウジング１が接触するのは軸受βに限られない。例えば、軸受βをコンロッドスリーブの内周側に収容し、コンロッドスリーブの外周面をハウジング１に接触させてもよい。この場合、断熱材３はコンロッドスリーブの外周面に接触させてもよい。なお、コンロッドスリーブの径方向の肉厚が９．５ミリメートルであり、軸受βの径方向の肉厚が１．２ミリメートルである場合、上述した距離Ｌが２０ミリメートル以内であることが望ましいため、断熱材３の厚みは９．３ミリメートル以内であることが望ましい。
上述した実施形態において、ハウジング１は軸受βの外周面β１１および外周面β２１を内壁面１０と接触させて軸受βを支持していたが、ハウジング１が接触するのは軸受βに限られない。例えば、軸受βをコンロッドスリーブの内周側に収容し、コンロッドスリーブの外周面をハウジング１に接触させてもよい。この場合、断熱材３はコンロッドスリーブの外周面に接触させてもよい。なお、コンロッドスリーブの径方向の肉厚が９．５ミリメートルであり、軸受βの径方向の肉厚が１．２ミリメートルである場合、上述した距離Ｌが２０ミリメートル以内であることが望ましいため、断熱材３の厚みは９．３ミリメートル以内であることが望ましい。
１…ハウジング
１０…内壁面
１１…上部ハウジング
１１０…外壁面
１１１…ボルト穴
１１２…ボルト穴
１２…下部ハウジング
１２０…外壁面
１２１…ボルト穴
１２２…ボルト穴
１３…孔
２…弾性波センサ
３…断熱材
４…固定部材
５…ジャケット
６…シリコンゴム層
９…検出装置
α…軸
α１１…側周面
β…軸受
β１…アッパー側軸受
β１０…内周面
β１１…外周面
β２…ロア側軸受
β２０…内周面
β２１…外周面
１０…内壁面
１１…上部ハウジング
１１０…外壁面
１１１…ボルト穴
１１２…ボルト穴
１２…下部ハウジング
１２０…外壁面
１２１…ボルト穴
１２２…ボルト穴
１３…孔
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３…断熱材
４…固定部材
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α…軸
α１１…側周面
β…軸受
β１…アッパー側軸受
β１０…内周面
β１１…外周面
β２…ロア側軸受
β２０…内周面
β２１…外周面
Claims (5)
- 軸と摺動する内周面を有する軸受から、該内周面において発生した弾性波を検出する弾性波センサと、
前記弾性波センサおよび前記軸受を保持するハウジングと、
前記ハウジングに保持された前記弾性波センサおよび前記軸受の間に配置される、前記ハウジングよりも熱伝導率の低い断熱材と、
を有し、
前記ハウジングは、
外壁面と、
前記軸受の外周面に接触して該軸受を支持する内壁面と、
前記外壁面から前記内壁面にわたって貫通し、前記断熱材および前記弾性波センサが収容される孔と、
前記孔に挿入され、前記弾性波センサを前記外壁面の側から前記内壁面に向かって押し付けて固定する固定部材と、を有することを特徴とする検出装置。 - 前記軸受は、周方向の両端と、対をなす他の軸受の周方向の両端と、をそれぞれ組合せて該他の軸受とともに挟み込むことで前記軸を回転可能な状態で支持する半割形状であり、
前記孔は、前記軸受の周方向における、前記軸の回転方向の上流側に対応する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。 - 前記軸受は、周方向の両端と、対をなす他の軸受の周方向の両端と、をそれぞれ組合せて該他の軸受とともに挟み込むことで前記軸を回転可能な状態で支持する半割形状であり、
前記孔は、前記軸受の周方向における中央部に対応する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の検出装置
を有することを特徴とする軸受試験装置。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の検出装置
を有することを特徴とする車両。
Priority Applications (1)
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