(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実機に使用される転がり軸受の一対の軌道部材のうち少なくとも一方を、強度を低下させた試験用軌道部材に置換する置換工程と、
試験用軌道部材を用いた転がり軸受を実機に適用して運転を行う運転工程と、
前記試験用軌道部材に生じた塑性変形量を、運転終了後に測定する測定工程と、
前記塑性変形量に基づいて転がり軸受に付与された荷重を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする転がり軸受の荷重推定方法。
【請求項２】
前記推定工程は、前記試験用軌道部材の塑性変形量と荷重との関係を予め求めておき、この関係を用いて転がり軸受に付与された荷重を推定する、請求項１に記載の転がり軸受の荷重推定方法。
【請求項３】
前記転がり軸受は、荷重が付与されるときに一対の軌道部材が相対回転しないか或いは限られた角度で相対回転する形態で使用される、請求項１又は２に記載の転がり軸受の荷重推定方法。
【請求項４】
前記塑性変形量が、前記試験用軌道部材に形成される圧痕の深さである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受の荷重推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に対して付与される荷重を推定するための荷重推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受の寿命を知る方法として、転がり軸受に付与される荷重を測定する方法が知られている。また、転がり軸受に付与される荷重を測定するには、当該荷重によって転がり軸受に生じる歪みを歪みゲージにより測定し、その歪みの大きさから荷重を推定する方法や、ハウジングと軸受外輪との境界に向けて超音波センサから超音波を発し、その反射波の大きさから荷重を推定する方法（例えば、特許文献１参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８４２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
転がり軸受に付与される荷重を測定するため、転がり軸受やその周囲に歪みゲージや超音波センサ等のセンサ類を取り付ける場合、このセンサ類に対して外部から電気配線を接続する必要がある。しかし、転がり軸受自体が大きく移動するような場合など、転がり軸受の使用形態によってはセンサ類に電気配線を接続することが困難な場合がある。また、温度条件が厳しい環境下（高温又は低温環境下、温度変化が大きな環境下等）においても、熱影響のために上記センサ類を用いることができない場合がある。したがって、これらの場合において、転がり軸受に付与される荷重を正確に測定し、軸受設計に反映できるようにすることが望まれている。
【０００５】
また、荷重が付与されるときに内外輪がほとんど相対回転しないような形態で使用される転がり軸受、例えば、スプロケットに噛み合うローラチェーンのローラに適用される転がり軸受や、十字軸継手の軸部に適用される転がり軸受等は、内輪や外輪における非常に小さい領域に対して荷重が集中して付与され、圧痕等の塑性変形が生じる可能性が高くなる。そのため、このような塑性変形が生じないような適切な強度設計が必要となる。
【０００６】
本発明は、センサ類を使用せずに転がり軸受に付与される荷重を推定することが可能な転がり軸受の荷重推定方法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】
【０００７】
本発明に係る転がり軸受の荷重推定方法は、実機に使用される転がり軸受の一対の軌道部材のうち少なくとも一方を、強度を低下させた試験用軌道部材に置換する置換工程と、試験用軌道部材を用いた転がり軸受を実機に適用して運転を行う運転工程と、前記試験用軌道部材に生じた塑性変形量を、運転終了後に測定する測定工程と、前記塑性変形量に基づいて転がり軸受に付与された荷重を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
転がり軸受における軌道部材の強度は、通常、実機（転がり軸受が適用される実際の機械・装置）の運転時に付与されると想定される設計荷重をもとに設定されるが、実際に転がり軸受に付与される荷重（実荷重）は、必ずしも設計荷重と一致せず、これを越えるようなイレギュラーな荷重も付与され得る。そのため、本発明においては、軌道部材を試験用軌道部材に置換した転がり軸受を直接実機に適用している。そして、試験用軌道部材の強度を、設計荷重をもとに設定された軌道部材の強度よりも低くすることによって、実機における運転で試験用軌道部材に塑性変形を生じやすくし、この塑性変形の量から確実に荷重を推定できるようにしている。したがって、歪みゲージや超音波センサ等を使用することなく転がり軸受の軌道部材に付与される荷重を推定することができ、推定された荷重を転がり軸受の設計に役立てることが可能となる。
【０００９】
前記推定工程は、試験用軌道部材の塑性変形量と荷重との関係を予め求めておき、この関係を用いて転がり軸受に付与された荷重を推定することを好ましい。
この場合、例えば、試験用軌道部材の塑性変形量と荷重との関係を演算式やグラフ、マップ等の形式によって予め求めておき、測定された塑性変形量を演算式等に当てはめることによって荷重を推定することが可能となる。
【００１０】
また、前記転がり軸受は、荷重が付与されるときに一対の軌道部材が相対回転しないか或いは限られた角度で相対回転する形態で使用されるものであってもよい。
このような形態で使用される転がり軸受は、小さい領域に荷重が集中してかかることが多く、軌道部材に塑性変形が生じる可能性が大きくなるため、本発明を適用することが極めて有効である。
【００１１】
また、前記塑性変形量は、前記試験用軌道部材に形成される圧痕の深さであることが好ましい。
圧痕は、塑性変形の一態様として比較的容易に形成することができ、特に、一対の軌道部材が相対回転しないか或いは限られた角度で相対回転する形態では、小さい領域に荷重が集中してかかるために圧痕がより生じやすくなる。したがって、転がり軸受に付与される荷重をより確実に推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、センサ類を使用せずに転がり軸受に付与される荷重を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る荷重推定方法を適用可能な転がり軸受の一部を拡大して示す断面説明図である。
【図２】荷重推定方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】圧痕の深さ（塑性変形量）と荷重との関係を概略的に例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る荷重推定方法を適用可能な転がり軸受の一部を拡大して示す断面説明図である。
本実施の形態に係る荷重推定方法は、転がり軸受１０を各種の機械・装置（以下、「実機」ともいう）に適用した場合に、この転がり軸受１０に対して付与されるラジアル荷重Ｗを推定するための方法である。転がり軸受１０は、一対の軌道部材１２，１４の間に複数の転動体１５を備え、一対の軌道部材１２，１４の間で転動体１５が転動することによって一対の軌道部材１２，１４が相対回転可能に構成されている。
【００１５】
より具体的に、転がり軸受１０は、外輪軌道１１を有する円環状の外輪（第１軌道部材）１２と、この外輪１２の径方向内側に配置された、内輪軌道１３を有する円環状の内輪（第２軌道部材）１４と、外輪軌道１１及び内輪軌道１３を転動する複数の転動体１５とを備えたラジアル転がり軸受とされている。転動体１５は、玉、針状ころ、円筒ころ、円すいころ等のいずれであってもよく、外輪軌道１１及び内輪軌道１３は、転動体１５の形状に応じて適宜形成される。また、内輪１４は、環状でなくてもよく、軸の形状に形成されていてもよい。この場合、軸の外周面に内輪軌道が形成されることになる。
【００１６】
また、本実施の形態の転がり軸受１０は、ラジアル荷重Ｗが付与されるときに外輪１２と内輪１４とがほとんど相対回転しないか、限られた小さな角度で相対回転するような形態で用いられるものとなっている。例えば、本実施の形態の転がり軸受１０は、スプロケットに噛み合うローラチェーンのローラに適用される転がり軸受のように、スプロケットの歯から荷重が付与されるときにほとんど回転しない転がり軸受や、十字軸継手の軸部に適用される転がり軸受のように、限られた小さな角度（例えば、０°＜θ＜５°の範囲の角度θ）で回転する転がり軸受等とされている。このような用途で使用される転がり軸受は、大きな荷重が小さい領域に集中的に付与されることがあるため、圧痕等の塑性変形が生じる可能性がより高くなる。
【００１７】
以下、転がり軸受１０を適用した実機を運転したときに転がり軸受１０に付与される荷重を推定する方法について詳細に説明する。図２は、荷重推定方法の手順を示すフローチャートである。
本実施の形態においては、まず、実機に使用される転がり軸受１０の一対の軌道部材（実使用軌道部材）のうちのいずれかを、試験用の軌道部材に置換する（ステップＳ１）。具体的には、転がり軸受１０の内輪（実使用内輪）１４を、試験用の内輪１４Ａに置換する。試験用の内輪１４Ａは、実使用内輪１４よりも硬度（強度）の低いものが使用される。
【００１８】
実使用内輪１４の硬度は、実機の運転時に転がり軸受１０に付与されると想定される最大の設計荷重をもとに設計される。例えば、実使用内輪１４の硬度は、ＨＲＣ６０とすることができる。これに対して、試験用の内輪１４Ａは、実使用内輪１４の硬度よりも小さな硬度、例えば、ＨＲＣ５０とされる。
【００１９】
次いで、試験用の内輪１４Ａを使用した転がり軸受１０を実機に適用し、実機を通常の使用形態で運転させる（ステップＳ２）。
所定の運転が使用した後、実機から転がり軸受１０を取り外し（ステップＳ３）、転がり軸受１０を分解して試験用の内輪１４Ａに形成された圧痕Ｋの深さｈを測定する（ステップＳ４）。
【００２０】
試験用の内輪１４Ａに形成される圧痕Ｋの深さｈは、ラジアル荷重の大きさと相関関係がある。そのため、本実施の形態においては、圧痕Ｋの深さｈとラジアル荷重Ｗとの関係性を、演算式、グラフ、マップ、テーブル等の形態で予め求めておく。例えば、図３には、圧痕Ｋの深さｈ（塑性変形量）とラジアル荷重Ｗとの関係をグラフ化したものを例示している。そして、試験用内輪１４Ａについて実測した圧痕Ｋの深さｈを、予め求めた演算式やグラフ等に当てはめることによって、転がり軸受１０に付与されたラジアル荷重Ｗを推定する（ステップＳ５）。
【００２１】
このように求められたラジアル荷重は、実機において転がり軸受１０に付与される実荷重に相当するものであるため、これを転がり軸受１０の強度設計のために活用することによって、より現実に即した強度設計が可能となる。そのため、転がり軸受１０に対して設計荷重を越えるようなイレギュラーな荷重が付与されるような場合にも、これに十分に耐えうる転がり軸受１０の強度設計を行うことができる。
【００２２】
本実施の形態では、試験用の内輪１４Ａの強度を、実使用内輪１４の強度をよりも低くしているので、実機における運転で試験用の内輪１４Ａに圧痕Ｋが生じやすくなっている。すなわち、本実施の形態では、試験用の内輪１４Ａに対して積極的に圧痕Ｋを生じさせることで、実荷重をより確実に推定することができる。
また、本実施の形態では、転がり軸受１０に対して歪みゲージや超音波センサ等のセンサ類を装着する必要がないので、外部からセンサ類に対して電気配線を接続できないような環境や、温度条件が厳しくセンサ類を使用することができない環境等であってもラジアル荷重を好適に測定（推定）することができる。
【００２３】
また、本実施の形態の転がり軸受１０は、荷重が付与されるときに外輪１２と内輪１４とがほとんど相対回転しないか限られた小さな角度で相対回転する形態で使用される。このような転がり軸受１０は、小さい領域に荷重が集中してかかり、塑性変形が生じる可能性が大きくなるので、より実荷重に即した強度設計の必要性が高くなる。したがって、以上に説明した本実施の形態の荷重推定方法が極めて有効となる。
【００２４】
本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、転がり軸受１０における内輪１４を試験用の内輪１４Ａに置換する例について説明したが、転がり軸受１０における外輪１２を試験用の外輪に置換して荷重を推定してもよい。また、内輪１４及び外輪１２の双方を試験用の内輪及び外輪に置換してもよい。
【００２５】
また、本発明は、上記実施の形態のようにラジアル転がり軸受１０に付与されるラジアル荷重の推定に限定されず、例えば、スラスト転がり軸受に付与されるアキシアル荷重の推定にも適用することが可能である。
また、本発明においては、軌道部材に形成される圧痕の深さに基づいて荷重を推定しているが、その他の塑性変形量に基づいて荷重を推定することも可能である。ただし、上記実施の形態のように塑性変形量を軌道部材に形成される圧痕の深さとすることによって、比較的容易に軌道部材を塑性変形させることができる。また、一対の軌道部材がほとんど相対回転しないか限られた小さい角度で相対回転するような使用形態では小さい領域に荷重が集中してかかるため、より圧痕を生じさせやすくすることができ、転がり軸受に付与される荷重をより確実に推定することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０：転がり軸受、１２：外輪（軌道部材）、１４：内輪（軌道部材）、１４Ａ：試験用内輪、Ｋ：圧痕、Ｗ：ラジアル荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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