(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪回転である転がり軸受の外輪外周に、弾性リングを介して外筒が設けられるとともに、この外筒に回転型のポテンショメータが取り付けられ、
前記外筒および弾性リングの円周所定位置に径方向に貫通する孔が設けられ、この孔内に前記外輪に対して当接する状態で径方向変位可能な状態に接触子が設けられるとともに、この接触子が前記ポテンショメータの入力軸に直動／回転変換機構を介して連動連結されている、ことを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、荷重センサ付き軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、回転軸もしくはその軸受にかかるラジアル荷重を直接的に検出するために、転がり軸受に荷重センサを組み込んだものがある。この場合、荷重センサとしては、歪みゲージが使用されるのが一般的である（例えば、実開平６−４７８３３号公報、実開平６−３２７３４号公報参照）。
【０００３】
歪みゲージは、偏平なもので、大きな取付スペースを必要とせず、転がり軸受の軌道輪に貼り付けるように取り付けることができる。そのため、この歪みゲージを備えた軸受装置は、一般の転がり軸受と変わりない外形にまとめられ、使用箇所についての制限が少なく、汎用性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歪みゲージは、信号増幅等の付加回路や配線が必要で、この歪みゲージを備えた軸受装置では、センサ本体以外の構成が複雑となる。
【０００５】
これに対して、荷重センサとしてロードセルを使用したものが考えられている。このロードセルを備えた軸受装置は、面倒な配線が不要で、それだけ製作が容易である。この場合、装置の外形は、転がり軸受からロードセルが突出した形となるが、使用箇所が予め決められておれば、全体の外形に余りこだわる必要がなく、問題がない。しかしながら、ロードセルは高価であり、装置全体のコストが大幅にアップする。
【０００６】
また、単にロードセルと転がり軸受とを組み合わせた軸受装置では、転がり軸受の荷重による変形もしくは変位に対して、ロードセルを不動状に支持する必要があり、転がり軸受とロードセルとを各別に使用箇所に取り付けなければならず、使用箇所への取り付けが面倒である。
【０００７】
したがって、本発明は、荷重センサとして回転型ポテンショメータを用い、このポテンショメータの支持部材と軸受とを一体のユニットとすることにより、安価で、しかも容易に製作や使用箇所への取付ができる荷重センサ付き軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷重センサ付き軸受装置は、内輪回転である転がり軸受の外輪外周に、弾性リングを介して外筒が設けられるとともに、この外筒に回転型のポテンショメータが取り付けられ、前記外筒および弾性リングの円周所定位置に径方向に貫通する孔が設けられ、この孔内に前記外輪に対して当接する状態で径方向変位可能な状態に接触子が設けられるとともに、この接触子が前記ポテンショメータの入力軸に直動／回転変換機構を介して連動連結されている。
【０００９】
【作用】
転がり軸受にラジアル荷重が作用すると、転がり軸受は外筒内で弾性リングの弾力に抗してラジアルの一方向に変位し、これに当接する接触子を径方向外向きに変位させる。この接触子の直線的な変位は、直動／回転変換機構でもって回転に変換されてポテンショメータの入力軸に伝わる。ポテンショメータからは、転がり軸受の変位に応じた電気信号が出力される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の詳細を図１ないし図３に示す実施例に基づいて説明する。図１ないし図３は本発明の一実施例にかかり、図１は、荷重センサ付き軸受装置の縦断側面図、図２はその正面図、図３は要部の分解斜視図である。
【００１１】
これらの図において、符号１は、内輪回転型として使用される転がり軸受であり、１ａは内輪、１ｂは外輪、１ｃは玉などの転動体である。固定輪である外輪１ｂの外周には、弾性リング２が嵌着され、さらに、この弾性リング２の外周には金属製の外筒３が嵌着されている。
【００１２】
弾性リング２および外筒３には、同一角度位置例えば最下位置に径方向に貫通する孔２ｈ，３ｈ（図３に明示）が穿設され、これらの孔２ｈ，３ｈの外径側の開口部の周りで、外筒３の外周には平坦な取付座４が形成されている。
【００１３】
符号５は、荷重センサとしての回転型のポテンショメータであって、復帰ばねを内蔵している。このポテンショメータ５は、その入力軸５ｓを外筒３の孔３ｈ内に挿入する向きで、取付ブラケット６を介して外筒３の取付座４にねじ７により取り付けられている。
【００１４】
前記の取付ブラケット６には、図３に明示するように、中央部に案内筒６ｔが一体に形成されている。この案内筒６ｔは、弾性リング２の孔２ｈの形状に応じて、断面が非円形、図示例では、円の直径方向２箇所を切り欠いた形に形成されており、弾性リング２および外筒３の孔２ｈ，３ｈ内に嵌挿されている。そして、この案内筒６ｔの内部には、接触子８が不回動状で径方向にのみ摺動変位可能に挿入されている。
【００１５】
接触子８は、転がり軸受１の外輪１ｂの外周面に当接するもので、案内筒６ｔに応じた外形を有するとともに、その長さ方向の中心部分に孔８ｈを有し、この孔８ｈにポテンショメータ５の入力軸５ｓが挿入されている。接触子８の孔８ｈと入力軸５ｓとは、互いに螺合する捩れスプラインを有しており、この捩れスプラインどうしの螺合により、接触子８の径方向の変位が入力軸５ｓの回転に変換されるようになっている。つまり、接触子８と入力軸５ｓとにより、送りねじからなる直動／回転変換機構を構成している。この場合、接触子８および入力軸５ｓに形成する捩れスプラインの角度は、接触子８の摺動変位を阻害せずに、できるだけ大きな変換倍率が得られる値例えば４５°に設定するのが好ましい。
【００１６】
ところで、前述の弾性リング２は、強化繊維を含まない６６ナイロンなどの合成樹脂もしくはゴムで形成される。外筒３は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２など、取付ブラケット６は、ＪＩＳ規格ＳＰＣＣなど、接触子８は、ＪＩＳ規格ＳＣＭ４２０Ｈに浸炭焼入れを施したものなどの鋼材で形成するのが好ましい。
【００１７】
次に、動作を説明する。まず、転がり軸受１にラジアル荷重が作用すると、転がり軸受１が外筒３内で弾性リング２の弾力に抗してラジアルの一方向に変形することになり、これに当接する接触子８が径方向外向きに摺動変位させられる。接触子８が摺動変位すると、捩れスプラインにより、ポテンショメータ５の入力軸５ｓが回転されることになる。このように、入力軸５ｓが回転させられると、ポテンショメータ５は、転がり軸受１の径方向変位に応じた電気信号を出力し、この出力信号からラジアル荷重を検出できるようになる。
【００１８】
このような動作において、ラジアル荷重に対する接触子８の変位量は、弾性リング２の材質および径方向の厚さにより決まり、また、接触子８の変位量に対する入力軸５ｓの回転角度は、接触子８および入力軸５ｓに設ける捩れスプラインの諸元により決まる。
【００１９】
具体的に、例えば、弾性リング２を強化繊維を含まない６６ナイロンとし、その径方向の厚さを２．５ｍｍとした場合、接触子８の変位量は、それぞれ、ラジアル荷重２０ｋｇｆのとき０．１５ｍｍ、５０ｋｇｆのとき０．３８ｍｍ、１００ｋｇｆのとき０．７６ｍｍになる。
【００２０】
そして、接触子８と入力軸５ｓとに設ける捩れスプラインの角度を４５°、リードを９．４ｍｍ、モジュールを０．５、歯数を６、端数直角圧力角を２０°、とし、接触子８の大径および小径をそれぞれ４．０ｍｍ、３．０ｍｍ、入力軸５ｓの大径および小径をそれぞれ４．０ｍｍ、２．８ｍｍとした場合、入力軸５ｓの回転角度は、それぞれ、接触子８の変位量が０．１５ｍｍのとき５．７°、変位量０．３８ｍｍのとき１４．６°、変位量０．７６ｍｍのとき２９．１°になる。
【００２１】
このように、入力軸５ｓの回転角度は、回転型のポテンショメータ５による計測に十分な値にできる。
【００２２】
ところで、弾性リング２は、転がり軸受１と外筒３とを金型にインサートするとともに、接触子８や入力軸５ｓの取り付け部位に治具をそれらの間に弾性リング２の素材を注入するなど、射出成形により形成することができる。
【００２３】
なお、上記実施例では、接触子８とポテンショメータ５の入力軸５ｓとを捩れスプラインを介して連動連結したが、両者は適当な直動／回転変換機構を介して連動連結されておればよく、例えば、ラックとピニオンとからなる直動／回転変換機構で連動連結してもよい。このラック／ピニオン機構を用いる場合は、接触子をラックとして、この接触子に対して入力軸が直角に交差する向きでポテンショメータを取り付ける必要がある。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、ラジアル荷重による転がり軸受の径方向変位を回転型のポテンショメータの入力軸の回転に変換してラジアル荷重を検出するもので、従来の歪みゲージを用いたもののように、付加回路や面倒な配線を必要とせず、容易に製作することができ、また、ロードセルに比べるとはるかに安価なポテンショメータを使用するので、低コストで製作することができる。
【００２５】
また、ポテンショメータの支持部材である外筒が転がり軸受と一体化、ユニット化されているから、使用箇所には、装置全体を一体のものとして組み込めばよく、転がり軸受と荷重センサとを各別に取り付ける必要はなく、使用箇所への取り付けに手数がかからない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る荷重センサ付き軸受装置の縦断側面図
【図２】上記装置の正面図
【図３】上記装置の要部の分解斜視図
【符号の説明】
１      転がり軸受
１ｂ    外輪
２      弾性リング
３      外筒
５      ポテンショメータ
５ｓ    入力軸
８      接触子
【図１】
0003624965.tif 000002
【図２】
0003624965.tif 000003
【図３】
0003624965.tif 000004