(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪が固定され内輪が回転する転がり軸受であって、該転がり軸受の回転軸に固定される前記内輪のひずみセンサ部が配置される位置の中心側に、極力前記内輪の機械的強度を弱めずに前記内輪の円周方向のひずみを大きくし、前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝を、前記円周方向にわたって周回しないように形成し、切欠底に前記ひずみセンサ部が装備された光ファイバを挿入する円周方向の細溝を設け、前記内輪と該内輪の外方に配置される前記外輪との間に転動体を備え、前記ひずみセンサ部からの出力信号を前記光ファイバで導出し、前記回転軸の軸方向に配置され、前記回転軸に固定される支持体に支持される単一のロータリージョイントを介してひずみ計測器に光ファイバを接続し、前記転がり軸受を回転させて前記ひずみセンサ部の位置を前記転動体が通過する際のひずみを検出することを特徴とする内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法。
【請求項２】
外輪が固定され内輪が回転する転がり軸受であって、
（ａ）回転軸に固定される前記転がり軸受の内輪と、
（ｂ）該内輪の円周方向に形成される切欠溝を形成し、切欠底に細溝を設け、該細溝に挿入される光ファイバと、
（ｃ）該光ファイバに装備されるひずみセンサ部と、
（ｄ）前記内輪のひずみセンサ部が配置される位置の中心側に、前記円周方向にわたって周回しないように形成され、極力前記内輪の機械的強度を弱めずに前記内輪の円周方向のひずみを大きくし、前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝と、
（ｅ）前記内輪と該内輪の外方に配置される外輪との間に配置される転動体と、
（ｆ）前記回転軸の軸方向に配置され、前記回転軸に固定される支持体に支持される単一のロータリージョイントと、
（ｇ）該ロータリージョイントを介して光ファイバにより接続されるひずみ計測器とを備え、
（ｈ）前記転がり軸受を回転させて前記ひずみセンサ部の位置を前記転動体が通過する際のひずみを検出することを特徴とする内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置において、前記ひずみセンサ部としてファイバ・ブラッグ・グレーティング方式の光ファイバひずみセンサ（ＦＢＧセンサ）を用いることを特徴とする内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置。
【請求項４】
請求項２記載の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置において、前記光ファイバひずみセンサとしてファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサを用いることを特徴とする内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外輪が固定され内輪が回転して使用される転がり軸受における、内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法及びその装置に係り、特に、転がり軸受の内輪内に光ファイバに装備されるひずみセンサ部を配置し、その位置を転動体が通過する際のひずみを検出することで、軸受全体の荷重分布を求めるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の転がり軸受の荷重分布測定装置の転動体内への光ファイバ及びひずみセンサ部の取り付け部を示す図である。
【０００３】
この図において、１０１は回転軸、１０２は回転軸１０１に固定される転がり軸受の内輪、１０３は転がり軸受の転動体、１０４は転がり軸受の外輪、１０５は転がり軸受の転動体１０３内に形成される細穴、１０７はその細穴１０５に挿入される光ファイバ、１０６は光ファイバ１０７内に装備されるひずみセンサ部である。
【０００４】
このように、転がり軸受の転動体１０３の軸中心に、放電加工により細穴１０５を設ける。その細穴１０５にひずみセンサ部１０６を装備する光ファイバ１０７を挿入し接着することにより、転動体１０３に発生するひずみを検出し、軸受全体の荷重分布を求めるようにしたものが本願発明者らによって提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、本願発明者らによって、内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法及びその装置が提案されている（下記特許文献２参照）。
【０００６】
図８は従来の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置を示す図である。
【０００７】
この図において、２０１は回転軸、２０２は回転軸２０１に固定される転がり軸受の回転する内輪、２０２Ａは内輪２０２の軸方向に形成される細穴、２０３はこの内輪２０２内の細穴２０２Ａに挿入される光ファイバ、２０３′はロータリージョイント２０８とひずみ計測器２０９との間に配置される光ファイバ、２０４は光ファイバ２０３内に装備されるひずみセンサ部、２０５は自転と公転を行う転動体、２０６はハウジングに固定される外輪、２０７はロータリージョイント２０８の支持体、２１０はＬＡＮケーブル、２１１はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。
【０００８】
ひずみセンサ部２０４は内輪２０２の軸方向に形成された細穴２０２Ａ内の軸方向に配置され、光ファイバ２０３，２０３′によって、回転軸２０１に固定された支持体２０７に支持される単一のロータリージョイント２０８を介してひずみ計測器２０９に接続されている。このひずみ計測器２０９にはＬＡＮケーブル２１０などを介してＰＣ２１１が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１８３１０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した特許文献１に開示された転がり軸受の荷重分布測定方法では、自転及び公転を行う転動体１０３内にひずみセンサ部１０７を配置するようにしており、転がり軸受を回転させて動的測定を行う場合、図示しないが、測定装置が複雑になる。特に、転動体１０３の自転と公転にそれぞれ対応するための第１光ファイバロータリージョイントと第２光ファイバロータリージョイントが必要になるといった問題があった。
【００１１】
さらに、上記特許文献２によれば、転がり軸受の回転軸２０１に固定される内輪２０２の軌道面近傍に軸方向に細穴２０２Ａを設け、この細穴２０２Ａにひずみセンサ部２０４を配備する光ファイバ２０３を挿入するようにしているため、転がり軸受の荷重を十分に検出することができず、その荷重分布を精確に測定することができないといった問題があった。
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡単な構成の測定装置で転がり軸受の荷重分布を精確に求めることができる、内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法において、外輪が固定され内輪が回転する転がり軸受であって、この転がり軸受の回転軸に固定される前記内輪のひずみセンサ部が配置される位置の中心側に、極力前記内輪の機械的強度を弱めずに前記内輪の円周方向のひずみを大きくし、前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝を、前記円周方向にわたって周回しないように形成し、切欠底に前記ひずみセンサ部が装備された光ファイバを挿入する円周方向の細溝を設け、前記内輪とこの内輪の外方に配置される前記外輪との間に転動体を備え、前記ひずみセンサ部からの出力信号を前記光ファイバで導出し、前記回転軸の軸方向に配置され、前記回転軸に固定される支持体に支持される単一のロータリージョイントを介してひずみ計測器に光ファイバを接続し、前記転がり軸受を回転させて前記ひずみセンサ部の位置を前記転動体が通過する際のひずみを検出することを特徴とする。
【００１４】
〔２〕内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置において、外輪が固定され内輪が回転する転がり軸受であって、回転軸に固定される前記転がり軸受の内輪と、この内輪の円周方向に形成される切欠溝を形成し、切欠底に細溝を設け、この細溝に挿入される光ファイバと、この光ファイバに装備されるひずみセンサ部と、前記内輪のひずみセンサ部が配置される位置の中心側に、前記円周方向にわたって周回しないように形成され、極力前記内輪の機械的強度を弱めずに前記内輪の円周方向のひずみを大きくし、前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝と、前記内輪とこの内輪の外方に配置される外輪との間に配置される転動体と、前記回転軸の軸方向に配置され、前記回転軸に固定される支持体に支持される単一のロータリージョイントと、このロータリージョイントを介して光ファイバにより接続されるひずみ計測器とを備え、前記転がり軸受を回転させて前記ひずみセンサ部の位置を前記転動体が通過する際のひずみを検出することを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔２〕記載の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置において、前記ひずみセンサ部としてファイバ・ブラッグ・グレーティング方式の光ファイバひずみセンサ（ＦＢＧセンサ）を用いることを特徴とする。
【００１６】
〔４〕上記〔２〕記載の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置において、前記光ファイバひずみセンサとしてファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単な構成の測定装置で、精確な転がり軸受の荷重分布を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例を示す内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置におけるひずみセンサ部を装備した光ファイバの取り付け部を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置の全体図である。
【図３】本発明の実施例を示す内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の内輪の構成図である。
【図４】本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置のファイバ・ブラッグ・グレーディング方式のひずみセンサ部の模式図である。
【図５】本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置のファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサ部の模式図である。
【図６】本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定によるひずみ分布を示す図である。
【図７】従来の転がり軸受の荷重分布測定装置の転動体内への光ファイバ及びひずみセンサ部の取り付け部を示す図である。
【図８】従来の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法は、外輪が固定され内輪が回転する転がり軸受であって、この転がり軸受の回転軸に固定される前記内輪のひずみセンサ部が配置される位置の中心側に、極力前記内輪の機械的強度を弱めずに前記内輪の円周方向のひずみを大きくし、前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝を、前記円周方向にわたって周回しないように形成し、切欠底に前記ひずみセンサ部が装備された光ファイバを挿入する円周方向の細溝を設け、前記内輪とこの内輪の外方に配置される前記外輪との間に転動体を備え、前記ひずみセンサ部からの出力信号を前記光ファイバで導出し、前記回転軸の軸方向に配置され、前記回転軸に固定される支持体に支持される単一のロータリージョイントを介してひずみ計測器に光ファイバを接続し、前記転がり軸受を回転させて前記ひずみセンサ部の位置を前記転動体が通過する際のひずみを検出する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例を示す内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置におけるひずみセンサ部を装備した光ファイバの取り付け部を示す模式図であり、図１（ａ）は全体構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図、図２はその転がり軸受の荷重分布測定装置の全体図、図３はそのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の内輪の構成図であり、図３（ａ）はその円周方向断面図〔図３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図〕、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００２２】
これらの図において、１は回転軸、２は回転軸１に固定される転がり軸受の回転する内輪、２Ｂは内輪２の細溝２Ａの内側に形成される、極力前記内輪の機械的強度を弱めず、しかも前記ひずみセンサ部による精確な転がり軸受の荷重分布を求めるための切欠溝、２Ａは内輪２の円周方向に形成される細溝、２Ａ′はその細溝２Ａから斜めに内輪側面に至る部分に設けられる、光ファイバを外に取り出すために形成される光ファイバ取り出し用細穴、３は内輪２内の細溝２Ａに挿入される光ファイバ、３′はロータリージョイント１１とひずみ計測器１２の間に配置される光ファイバ、４はこの光ファイバ３内に装備されるひずみセンサ部、５は内輪の回転に伴い自転と公転を行う転動体、６はハウジング７に固定される外輪、８は荷重、９は転がり軸受の荷重分布、１０はロータリージョイント１１の支持体、１３はＬＡＮケーブル、１４はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を示している。
【００２３】
図２に示すように、ひずみセンサ部４は、内輪２の円周方向に形成された細溝２Ａ内に円周方向に配置され、単一のロータリージョイント１１を介して光ファイバ３，３′によってひずみ計測器１２に接続されている。このひずみ計測器１２にはＬＡＮケーブル１３などを介してＰＣ１４が接続されている。
【００２４】
このように構成することにより、内輪２に配置されたひずみセンサ部４からの出力信号を光ファイバ３を介して出力し、この計測された内輪２のひずみからひずみ計測器１２及びＰＣ１４により得られたひずみデータを適切に処理することにより転がり軸受の荷重を求め、その荷重分布９を求めることができる。
【００２５】
なお、ひずみセンサ部４は、内輪２に単列に単独に配置すれば足りるので、ここでは、次に示すようなファイバ・ブラッグ・グレーディング（ＦＢＧ）方式とする。
【００２６】
図４は本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置のファイバ・ブラッグ・グレーディング方式のひずみセンサ部の模式図である。
【００２７】
図４（ａ）において、ＦＢＧセンサ２１の取付端２１ｂが、光ファイバ２２の先端に光学的に接続されている。このＦＢＧセンサ２１のコア２１ａの中にはｎ個のブラッグ回折格子Ｇ１〜Ｇｎが長手方向に適当な間隔で並ぶように構成されている。ＦＢＧセンサ２１のコア２１ａの左端と光ファイバ２２のコア２２ａの右端とは光学的に接続されている。このようなＦＢＧセンサ２１に、図４（ｂ）に示すような広い帯域の波長の成分を有するレーザー光Ｌ１を光ファイバ２２から入射させると、この入射レーザー光Ｌ１は、ブラッグ回折格子Ｇ１〜Ｇｎ各々の配置間隔値と屈折率値に応じて定まる所定の波長λ0 〔図４（ｃ）参照〕を中心とした狭い帯域の波長λの成分を有するレーザー光として反射され、図４（ａ）に示す反射レーザー光Ｌ２として光ファイバ２２へ戻ってくる。ここで、ＦＢＧセンサ２１にひずみが発生すると、ブラッグ回折格子Ｇ１〜Ｇｎ各々の配置間隔値と屈折率値に変化が生じるので、反射レーザー光Ｌ２の波長帯域は、例えば、図４（ｃ）において破線で示すように、帯域の中心波長であるブラッグ波長がλ0 からλ1 へと変化する。この変化を求めることにより、ＦＢＧセンサ２１のひずみの値を計測することができる。
【００２８】
また、本発明のひずみセンサ部として、ファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサを用いるようにしてもよい。
【００２９】
図５は本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置のファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサを用いたひずみセンサ部の模式図である。
【００３０】
ファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサ３１は、図５に示すように、略筒状のひずみ受け部材３２を有している。このひずみ受け部材３２の一端である取付端３２ａに光ファイバ３０が挿入され、接着剤３３などによって取り付けられている。略筒状のひずみ受け部材３２は、外部のひずみに対応してひずみ変形可能な材料、例えば、合成樹脂によって形成されている。
【００３１】
また、ファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサ３１の内部には、キャビティ長Ｅを挟んで、第１のミラー３４と第２のミラー３５が対向するように配置されている。第１のミラー３４はハーフミラーであり、光ファイバ３０から入射するレーザー光Ｌの一部を反射面３４ａで反射し、一部を通過させるようになっている。また、第２のミラー３５は全反射ミラーであり、第１のミラー３４を通過して入射したレーザー光を反射面３５ａで反射する。
【００３２】
このような構成のファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサ３１において、ファブリ・ペロー干渉計の原理により、キャビティ長Ｅと、光反射による波長変調は比例する。このため、入射光と反射光の間の波長変調を検出することにより、キャビティ長Ｅを測定することができる。キャビティ長Ｅは、略筒状のひずみ受け部材３２のひずみ変化に応じて変化するので、キャビティ長Ｅの変化を求めることにより、ひずみ値を計測することができる。
【００３３】
さらに、図示しないが、軸受を複列に配置し、その内輪のそれぞれに光ファイバひずみセンサとしてＦＢＧセンサあるいはファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサを配置することにより、複数本の光ファイバで複数箇所のひずみの計測を行うように構成することもできる。
【００３４】
図６は本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定装置によって測定されるひずみ分布を示す模式図であり、図６（ａ）は内輪１回転目のひずみ分布を示す図、図６（ｂ）は内輪２回転目のひずみ分布を示す図、同様にある回転数まで順次回数を重ねて、図６（ｃ）は全ての測定値を重ね合わせたひずみ分布を示す図、図６（ｄ）はデータ処理を行って得られた転動体荷重分布を示す図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）における横軸は角度（転動体位置）、縦軸はひずみを示し、図６（ｄ）における横軸は角度（転動体位置）、縦軸は転動体荷重を示している。
【００３５】
これらの図に示すように、本発明によれば、転がり軸受の荷重分布を測定することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の内輪へのひずみセンサ内蔵型転がり軸受の荷重分布測定方法及びその装置は、簡単な構成で精確な計測ができる転がり軸受の荷重分布測定のツールとして利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１    回転軸
２    内輪
２Ａ    細溝
２Ａ′    光ファイバ取り出し用細穴
２Ｂ    切欠溝
３，３′，２２，３０    光ファイバ
４    ひずみセンサ部
５    転動体
６    外輪
７    ハウジング
８    荷重
９    転がり軸受の荷重分布
１０    ロータリージョイントの支持体
１１    ロータリージョイント
１２    ひずみ計測器
１３    ＬＡＮケーブル
１４    パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２１    ＦＢＧセンサ
２１ａ    ＦＢＧセンサのコア
２１ｂ    ＦＢＧセンサの取付端
２２ａ    光ファイバのコア
３１    ファブリ・ペロー干渉型のひずみセンサ
３２    ひずみ受け部材
３２ａ    ひずみ受け部材の取付端
３３    接着剤
３４    第１のミラー
３４ａ    第１のミラーの反射面
３５    第２のミラー
３５ａ    第２のミラーの反射面
Ｅ    キャビティ長
Ｇ１〜Ｇｎ    ｎ個のブラッグ回折格子
Ｌ    レーザー光
Ｌ１    入射レーザー光
Ｌ２    反射レーザー光
【図１】
0005638312.tif 000002
【図２】
0005638312.tif 000003
【図４】
0005638312.tif 000004
【図５】
0005638312.tif 000005
【図７】
0005638312.tif 000006
【図８】
0005638312.tif 000007
【図３】
0005638312.tif 000008
【図６】
0005638312.tif 000009