(57)【要約】【課題】 軸受寿命の低下や定格荷重の減少というデメリットを伴うことなく、精度よく軌道部材に作用する力を得ることができるセンサ付き転がり軸受ユニットを提供する。【解決手段】  センサ装置2は、歪みを受ける被検出部としての転がり軸受1外輪5に設けられたアモルファスワイヤ11と、アモルファスワイヤ11に交流磁束を印加する交流磁場発生手段13と、アモルファスワイヤ11のインピーダンス変化から転がり軸受の応力を求める処理手段とを有している。【選択図】    図１
2006090507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動部材を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、
センサ装置は、歪みを受ける被検出部に設けられたアモルファスワイヤと、アモルファスワイヤに交流磁束を印加する交流磁場発生手段と、アモルファスワイヤのインピーダンス変化から転がり軸受の応力を求める処理手段とを有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受ユニット。
【請求項２】
アモルファスワイヤは、矩形の波形で周方向に連続するように設けられている請求項１のセンサ付き転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受と転がり軸受の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなセンサ付き転がり軸受ユニットとして、特許文献１には、軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受の固定側軌道部材としての外輪の外側に設けられた歪みゲージとを備えているものが開示されている。
【特許文献１】特開平１−２０６１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のセンサ付き転がり軸受ユニットでは、転動体が軌道部材に及ぼす力については、測定誤差が大きく、歪みゲージの測定値から精度よく軌道部材に作用する力を得ることができないという問題があった。そのため、歪みゲージの設置に際しては、軌道部材に切り欠きを設けるなどの加工が必要であり、この加工により軸受寿命が低下したり、定格荷重が減少したりするという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、軸受寿命の低下や定格荷重の減少というデメリットを伴うことなく、精度よく軌道部材に作用する力を得ることができるセンサ付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動部材を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、センサ装置は、歪みを受ける被検出部に設けられたアモルファスワイヤと、アモルファスワイヤに交流磁束を印加する交流磁場発生手段と、アモルファスワイヤのインピーダンス変化から転がり軸受の応力を求める処理手段とを有していることを特徴とするものである。
【０００６】
アモルファスワイヤとしては、通常２０〜１３０ミクロン程度の太さを有するＣｏ系のものが使用され、例えば、負磁歪のＣｏ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５が好適である。
【０００７】
アモルファスワイヤは、例えば、固定側軌道部材としての固定輪肩部に設置される。設置に際しては、周方向の全周にわたって配置してもよく、最大の負荷を受ける箇所の近傍にだけ配置してもよい。
【０００８】
アモルファスワイヤ設置に際しては、必要に応じて、溝加工が施され、非磁性膜が設けられる。非磁性膜は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなるものとされ、非磁性であるとともに電気的に絶縁性の材料によって形成されることがより好ましい。アモルファスワイヤは、その直径を数十ミクロン程度にできるので、溝加工を行うことによって軸受性能（軸受寿命の低下、定格荷重の減少など）に影響を及ぼすことはない。
【０００９】
転がり軸受としては、深みぞ玉軸受、アンギュラ玉軸受、ころ軸受（円筒ころ軸受および円錐ころ軸受を含む）、ニードル軸受、スラスト軸受などのいずれの転がり軸受でも使用可能であり、また、単列のものだけでなく、複列のものにも適用できる。アモルファスワイヤは、軌道部材の内径に設けてもよく、また、外径に設けてもよく、また、軸方向の端面に設けてもよい。例えば、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受の場合、玉軸受に比べて、センサ設置スペースが限定されており、歪みゲージを貼り付けることは難しいものとなっているが、アモルファスワイヤは、軌道部材の肩部または端部やぬすみを利用して設置することができるので、歪みゲージでは測定できなかった軸受の応力も検知することができる。また、軌道部材に溝（シール用のＯリングを嵌め入れるための溝など）が設けられているものでは、その溝を使用することで、別途の加工をすることなく、アモルファスワイヤを設置することもできる。
【００１０】
固定側軌道部材は、ハウジングなどに取り付けられ、回転側軌道部材は、回転軸などに取り付けられる。アモルファスワイヤは、一般的には、固定側軌道部材またはこれが固定されるハウジングなどの固定側部材に取り付けられる。なお、固定側部材とは、回転側部材と相対回転する部材の意であり、必ずしも固定されている必要はなく、固定側部材には、それ自体が回転するものも含まれるものとする。
【００１１】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、回転側軌道部材に固定された主軸等の回転体が回転したり、回転体に荷重がかかると、転動部材と軌道部材の軌道面や肩部との間に作用する力が変化し、この結果、軌道部材の軌道面や肩部の歪み量が変動し、これがアモルファスワイヤのインピーダンス変化として現れる。このインピーダンス変化は、通常の歪みゲージの１００倍程度である。したがって、アモルファスワイヤのインピーダンス変化から軌道部材への作用力の変動量を精度よく求めることができ、軸受の荷重および回転数を高精度に検知することができる。
【００１２】
上記のセンサ付き転がり軸受ユニットは、固定側軌道部材が車体側、回転側軌道部材が車輪側に取り付けられるようになされて、センサ付きハブユニットとして使用されることがある。
【００１３】
このようにすると、アモルファスワイヤの出力からタイヤの接地荷重を検出することが可能となり、接地荷重を使用した車両の安定制御に寄与することができる。
【００１４】
アモルファスワイヤは、矩形の波形で周方向に連続するように（全周にわたってまたは周上の一部だけに）設けられているようにしてもよい。このようにすると、アモルファスワイヤが周方向要素および軸方向要素の両方を有することになり、周方向要素による周方向の変形の測定だけでなく、軸方向要素による軸方向の変形も測定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、軌道部材の軌道面や肩部の歪み量の変動がアモルファスワイヤのインピーダンス変化として現れ、このインピーダンス変化は、通常の歪みゲージの１００倍程度であるので、被検出部の歪みが微量であっても高感度に検知することができる。しかも、アモルファスワイヤの設置に際しては、軌道部材への加工が不要かまたは数十ミクロン程度大きさの溝加工を施すだけでよいので、軸受寿命の低下や定格荷重の減少というようなデメリットが生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１７】
図１および図２は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットの第１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。
【００１８】
図１に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、転がり軸受(1)およびそれに設けられたセンサ装置(2)を備えている。
【００１９】
転がり軸受(1)は、ハウジング(3)に固定されている外輪（固定側軌道部材）(5)、回転軸(4)に固定されている内輪（回転側軌道部材）(6)、これらの間に配置された複数の転動体である玉(7)、および玉(7)を保持する保持器(8)からなる。
【００２０】
センサ装置(2)は、外輪(5)に設けられたアモルファスワイヤ(11)と、アモルファスワイヤ両端に交流磁束を印加する交流磁場発生手段(13)と、アモルファスワイヤ(11)のインピーダンス変化を処理する処理手段(12)（図１には現れず、図２参照）とを備えている。
【００２１】
アモルファスワイヤ(11)は、太さが３０ミクロン程度のＣｏ７２．５Ｓｉ１２．５Ｂ１５とされている。
【００２２】
交流磁場発生手段(13)は、交流磁束発生用コイル（励磁コイル）およびコイルを励磁する交流電源を有しており、アモルファスワイヤ(11)は、その両端に交流磁束が印加された状態で変形した場合には、そのインピーダンスが変化し、アモルファスワイヤ(11)のインピーダンス変化を処理手段(12)において処理することで、アモルファスワイヤ(11)の変形量したがって外輪(5)に作用する力が検出される。
【００２３】
外輪(5)および内輪(6)は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製、玉(7)は、セラミック製、保持器(8)は、合成樹脂製とされており、アモルファスワイヤ(11)が設置される面には、非磁性膜(14)が形成されている。
【００２４】
この実施形態では、アモルファスワイヤ(11)は、外輪(5)の肩部にその全周にわたって設けられている。外輪(5)の肩部は、玉(7)から受ける力によってその歪みが変化し、この歪み変化により、アモルファスワイヤ(11)のインピーダンスが変化する。
【００２５】
外輪(5)の肩部に生成される歪みは、図２に示すような波形を成している。また、玉(7)の公転数Ｎｂと内輪(6)の回転数Ｎｉとの間には、接触角が小さいとして、Ｎｂ≒Ｎｉ／２の関係があるので、処理手段において、歪みの周期（Ｔ１またはＴ２）に玉(7)の数を掛けてさらに２倍し、玉(7)のすべり等による分を微調整することにより、内輪(6)の１回転に要する時間が求められる。こうして、歪み変化の繰り返し数から内輪(6)の回転数を求めることができる。なお、接触角がαであるときの玉(7)の公転数Ｎｂと内輪の回転数Ｎｉとの関係は、Ｄを玉のピッチ径、ｄを玉の直径として、Ｎｂ＝（１−ｄcosα／Ｄ）Ｎｉ／２となる。一方、処理手段(12)には、電圧の変動量として出力された歪みの振幅から内輪(6)に作用する力の変動量を求める演算式が蓄えられており、歪みの振幅Ａを使用することにより、内輪(6)が玉(7)から受ける力の最大値を求めることができ、これを使用して内輪(6)に作用する力を求めることができる。
【００２６】
こうして、このセンサ付き転がり軸受ユニットによると、アモルファスワイヤ(11)によって、転がり軸受(2)の回転（回転数、回転速度、回転角度など）が求められるとともに、転がり軸受(2)にかかる力が精度よく検出され、これらが制御手段に出力されて、回転軸(4)に適正な制御が施される。
【００２７】
上記において、アモルファスワイヤ(11)は、外輪(5)の肩部にその全周にわたって設けられているが、これに限られるものではなく最大の負荷を受ける箇所の近傍にだけ配置してもよい。
【００２８】
アモルファスワイヤ(11)は、図３（上下方向が周方向となっており、左右方向が軸方向となっている。）に示すように、矩形の波形で周方向に連続するように設けられているようにしてもよい。このようにすると、アモルファスワイヤ(11)は、周方向要素(11a)および軸方向要素(11b)の両方を有することになり、周方向要素(11a)による周方向の変形の測定だけでなく、軸方向要素(11b)による軸方向の変形も測定することができる。
【００２９】
アモルファスワイヤ(11)設置に際しては、外輪(5)が磁性体（高炭素クロム軸受鋼）であるので、Ａｌ２Ｏ３からなる非磁性膜(14)が設けられる。必要に応じて、溝加工を施してもよい。溝加工する場合には、その部分を厚肉にするようにしてもよい。アモルファスワイヤ(11)は、その直径を数十ミクロン程度にできるので、溝加工を行うことによって軸受性能（軸受寿命の低下、定格荷重の減少など）に影響を及ぼすことはない。
【００３０】
また、軸受によっては、図４に示すように、既製品として環状溝(14)が設けられているものがあり、この場合には、別途の溝を形成することなく、アモルファスワイヤ(11)を設置することができる。
【００３１】
さらにまた、円錐ころ軸受の場合には、歪みゲージを設置するスペースがないため、従来、これに作用する応力が測定しにくかったが、例えば、図４に示すように、外輪(22)、内輪(23)、両輪(22)(23)の間に配置された複数の円すいころ(24)、およびこれらの円すいころ(24)を保持する保持器(25)を有し、保持器(25)の小径側端部が径方向内方に折り曲げられて、折曲げ部(25a)が内輪(23)の小鍔部(23a)に間隙をおいて臨まされている円すいころ軸受(21)において、アモルファスワイヤ(11)を小鍔部(23a)に設置したり、符号(26)で示すぬすみに設置することにより、円錐ころ軸受(21)の応力を容易に検知することができる。
【００３２】
図示省略するが、アモルファスワイヤは、円筒ころ軸受や複列転がり軸受にも容易に設置することができ、自動車や工作機械などにおいて、種々の構成に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットのセンサ装置のブロック図である。
【図３】図３は、この発明によるアモルファスワイヤの設置の一例を示す図である。
【図４】図４は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図５は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットのさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
(1)     転がり軸受ユニット
(2)     センサ装置
(5)     外輪
(6)     内輪
(7)     玉（転動体）
(8)     保持器
(11)    アモルファスワイヤ
(13)    交流磁場発生手段
【図１】
2006090507.tif 000003
【図２】
2006090507.tif 000004
【図３】
2006090507.tif 000005
【図４】
2006090507.tif 000006
【図５】
2006090507.tif 000007