(57)【要約】【課題】  内輪内径面がテーパ穴になっている転がり軸受を軸に取り付ける際に、適正な締め付け量を容易に確保し、しかも、運転中の状態を低コストでモニターすること。【解決手段】  内輪１の内径側の略中央の切欠部に、センサー１０（歪みゲージ）が装着してある。なお、内輪１の内径側の略端縁の切欠部に、センサー１０（歪みゲージ）が装着してあってもよい。円周方向応力と軌道面の膨張は、比例関係にあり、ロックナット５を締め付ける過程で円周方向応力を測定することによって、内輪軌道面の膨張量を正確に把握することが可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部隙間を有し、負荷圏と非負荷圏を有して使用され、内輪内径面に、テーパ面を備えた軸受装置において、
内輪の周上に、円周方向応力を測定するセンサーを有することを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
外径面がテーパ状のテーパスリーブと、
軸に嵌め込んだ前記テーパスリーブと当該テーパスリーブに外嵌する内輪内径面がテーパ穴の転がり軸受とを締結して軸に固定するための固定部材と、
当該固定部材の回り止め部材と、からなる転がり軸受用アダプタを組み合わせて使用することを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
内輪円周方向応力を測定するセンサーとして、歪ゲージを使用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項４】
内輪円周方向の―箇所もしくは複数箇所に、切欠部を有し、その部分に前記センサーを配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記センサーの出力信号をスリップリングやテレメトリ装置を通じて外部に取り出し、運転中の軸受内部の隙間状態をモニターできる構造を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記センサーの信号を処理し、全周負荷、即ち、負の隙間状態になるとアラーム信号を発する構造を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪内径面がテーパ穴になっている転がり軸受を軸へ取り付けるための転がり軸受用のアダプタを備えた軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般産業用転がり軸受では、円筒穴軸受を軸に直接取り付けるのに比べて軸の寸法公差を大きくすることができ、軸受内部隙間がある程度調整可能となる上、取り付け、取外しにも便利である利点から、テーパスリーブ、即ち、アダプタスリーブまたは取外しスリーブを介して軸に取り付ける内輪内径面をテーパ穴にしたテーパ穴軸受が用いられることが多い。
【０００３】
以下の説明は、一般的なロックナットを用いたものを例にあげて説明する。
【０００４】
内輪内径面がテーパ穴の自動調心転がり軸受を軸に取り付ける場合の一例を示すと、まず、内径面は円筒状で、外径面はテーパ面で、その小端径側に雄ネジが形成され、軸方向に１箇所切割り部があるアダプタスリーブが軸に嵌められる。
【０００５】
次に、前記自動調心転がり軸受が、アダプタスリーブに取り付けられ、回り止め用の座金を介してロックナットをアダプタスリーブの小端径側の雄ネジにねじ込み、軸受のラジアル内部隙間、即ち、外輪内径面と転動体との隙間の締め付け前後の変化量、または軸受とアダプタスリーブとの相対アキシャル方向移動量が所定の値になるまでロックナットを締め付ける。
【０００６】
そして、前記座金の周縁に設けた回り止め用の爪を、ロックナットに設けた切欠部に折り曲げ、必要な場合には、この折り曲げた爪を止め金でロックして、取り付けを完了する。
【０００７】
前記ラジアル内部隙間の変化量は、前記締め付け前後において、シックネスゲ一ジ（隙間ゲージ）による外輪内径面と転動体との隙間の実測値に基づいて算出される。
【０００８】
このように、アダプタスリーブを用いて、内輪内径面がテーパ穴の自動調心転がり軸受を軸に適正に取り付けるための管理項目として、ロックナットの締め付け前後におけるラジアル内部隙間の変化量または相対アキシャル方向移動量が用いられている。
【０００９】
一方、運転時の軸受隙間は軸受の発熱等により変化する。このとき隙間が減少し、全周にわたり転動体荷重が発生する、いわゆる負の隙間状態となる場合がある。
【００１０】
負の隙間状態で運転されると、更に軸受の発熱が大きくなり短時間で焼付き損傷に至る。したがって運転時において負の隙間で運転されていないことを知ることは重要となる。
【００１１】
なお、図５（ａ）（ｂ）に従来構造を示す。図５（ａ）は、従来例に係る自動調心ころ軸受の分解斜視図であり、（ｂ）は、その組立状態を示す断面図である。
【００１２】
自動調心ころ軸受の内輪１の内径面は、テーパ穴となっている。
【００１３】
アダプタは、アダプタスリーブ４（テーパスリーブ）と、ロックナット５と、回り止め部材の座金６と、を組み合わせたものである。
【００１４】
テーパスリーブ４の外径面は、テーパ状に形成され、その一端側（即ち小径端側）には、雄ネジ４ａが形成され、また、軸方向には、一箇所切割り部４ｂが形成されている。
【００１５】
ロックナット５の外周縁には、９０°間隔で切欠部５ａが形成されている。この切欠部５ａに、座金６の外周に放射状に設けた回り止め用の爪６ａが嵌まり込むようになっている。
【００１６】
なお、座金６の内周面には、切割り部４ｂに嵌まり込む回り止め用の爪６ｂが形成されている。
【００１７】
図５（ｂ）は、自動調心ころ軸受を軸Ｓに取り付けた状態を示したものである。テーパスリーブ４は、その切割り部４ｂをくさび治具で広げて容易に軸Ｓに嵌め込まれ、このテーパスリーブ４に自動調心ころ軸受が外嵌される。
【００１８】
座金６を介して、締め付け前後のラジアル内部隙間（即ち、軸受の外輪２の内径面ところ３との隙間の変化量）が所定の範囲に収まるように、ロックナット５により、締め込まれる。
【００１９】
そして、座金６の回り止め用の爪６ａがロックナットの切欠部５ａに折り曲げられ、自動調心ころ軸受がテーパスリーブ４に締結され、軸Ｓに固定されて取り付けが完了する。
【特許文献１】特開２００２−２３５７６１号公報
【特許文献２】特開昭４７−３７９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、ラジアル内部隙間の変化量を管理して取り付ける方法では、転動体と外輪とが正常な位置に収まっていない場合、即ち、ころまたは玉と外輪の落ち着き状態がわるいと、ラジアル内部隙間を正確に測定できなく、ロックナットの締め付け不足、即ち、アダプタスリーブヘの前記軸受の押し込み不足を引き起こすおそれがある。
【００２１】
このようなロックナットの締め付け不足により、アダプタスリーブと軸受内輸とに相対すべりを生じて、それらの接触面にフレッチングを生じたり、ラジアル内部隙間が適正値よりも大きくなって、振動・音響が大きくなり、また、少ない個数の転動体で軸受荷重を負荷することになるため、軸受寿命が低下するなどの弊害を生じるおそれがある。
【００２２】
アダプタスリーブと軸受の相対アキシャル方向移動量を管理して取り付ける方法では、ロックナットの締め付け角度を、通常、目測により把握して相対アキシャル方向移動量を算出するため、目測による締め付け角度の誤差や計算間違いなどにより、相対アキシャル方向移動量を正確に把握できない場合がある。
【００２３】
このため、ロックナットの締め付け不足による前述の弊害、または締め付け過剰による弊害、即ち、アダプタスリーブヘの軸受の押し込み過剰によって、ラジアル内部隙間が適正値よりも小さくなりすぎ、発熱や焼付き、さらには軸受寿命を低下させるなどの弊害を生じるおそれがある。
【００２４】
また、特許文献１では、上記課題をロックナットの締め付け角度を管理できるようにナットの端面に２箇所の目印で角度指標を設定している。
【００２５】
しかしながら、この方法では締め付け開始とする位置をロックナットを締め付けてスペーサに遊びがなくなる時点としているため、作業者によってその位置がばらつくことが課題であった。
【００２６】
一方、運転時のラジアル内部隙間を知ることも前述したように重要である。組込み時の隙間は想定される運転条件において負の隙間にならないように算出されるのが一般的である。
【００２７】
したがって、焼付き等の損傷を未然に防ぐため、想定された運転条件下において適正な隙間を維持して運転されていることを常に確認することが重要であるが、運転時の隙間を測定することは一般的に困難であり、高価な装置が必要である。
【００２８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、内輪内径面がテーパ穴になっている転がり軸受を軸に取り付ける際に、適正な締め付け量を容易に確保することができ、しかも、運転中の状態を低コストでモニターすることができる、軸受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】
【００２９】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る軸受装置は、
内部隙間を有し、負荷圏と非負荷圏を有して使用され、内輪内径面に、テーパ面を備えた軸受装置において、
内輪の周上に、円周方向応力を測定するセンサーを有することを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項２に係る軸受装置は、外径面がテーパ状のテーパスリーブと、
軸に嵌め込んだ前記テーパスリーブと当該テーパスリーブに外嵌する内輪内径面がテーパ穴の転がり軸受とを締結して軸に固定するための固定部材と、
当該固定部材の回り止め部材と、からなる転がり軸受用アダプタを組み合わせて使用することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項３に係る軸受装置は、内輪円周方向応力を測定するセンサーとして、歪ゲージを使用したことを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項４に係る軸受装置は、内輪円周方向の―箇所もしくは複数箇所に、切欠部を有し、その部分に前記センサーを配置したことを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項５に係る軸受装置は、前記センサーの出力信号をスリップリングやテレメトリ装置を通じて外部に取り出し、運転中の軸受内部の隙間状態をモニターできる構造を有することを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項６に係る軸受装置は、前記センサーの信号を処理し、全周負荷、即ち、負の隙間状態になるとアラーム信号を発する構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、内輪内径面がテーパ穴の転がり軸受をテーパスリーブを介して固定部材（ロックナット）の締め付けにより軸に取り付ける際に、測定した円周方向応力値により信頼性の高い軸受組込み方法となり、適正締め付け量を容易に確保できることから、軸受の取り付け時の作業性が著しく向上する。
【００３６】
さらに、運転時には、上記歪ゲージから得られる信号よりラジアル内部隙間の状態を運転中において確認でき、全周負荷時にアラーム出力することで軸受損傷を未然に防ぎ、軸受異常の早期発見に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る軸受装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る自動調心ころ軸受の断面図であり、（ｂ）は、その変形例に係る自動調心ころ軸受の断面図である。
【００３９】
図２は、ハウジングに、本発明の実施の形態に係る自動調心ころ軸受を装着した状態の断面図である。
【００４０】
自動調心ころ軸受の内輪１の内径面は、テーパ穴となっている。アダプタは、アダプタスリーブ４（テーパスリーブ）と、ロックナット５と、回り止め部材の座金６と、を組み合わせたものである。
【００４１】
テーパスリーブ４の外径面は、テーパ状に形成され、その一端側（即ち小径端側）には、雄ネジ４ａが形成され、また、軸方向には、一箇所切割り部４ｂが形成されている。
【００４２】
ロックナット５の外周縁には、９０°間隔で切欠部５ａが形成されている。この切欠部５ａに、座金６の外周に放射状に設けた回り止め用の爪６ａが嵌まり込むようになっている。
【００４３】
なお、座金６の内周面には、切割り部４ｂに嵌まり込む回り止め用の爪６ｂが形成されている。
【００４４】
また、テーパスリーブ４は、その切割り部４ｂをくさび治具で広げて容易に軸Ｓに嵌め込まれ、このテーパスリーブ４に自動調心ころ軸受が外嵌される。座金６を介して、締め付け前後のラジアル内部隙間（即ち、軸受の外輪２の内径面ところ３との隙間の変化量）が所定の範囲に収まるように、ロックナット５により、締め込まれる。そして、座金６の回り止め用の爪６ａがロックナットの切欠部５ａに折り曲げられ、自動調心ころ軸受がテーパスリーブ４に締結され、軸Ｓに固定されて取り付けが完了する。
【００４５】
なお、ここではロックナット５を使用しているが、本発明では、油圧ナット等ロックナット以外の締結方法にも適用できる。
【００４６】
さて、本実施の形態では、図１（ａ）及び図２に示すように、内輪１の内径側の略中央の切欠部に、センサー１０（歪みゲージ）が装着してある。なお、図１（ｂ）に示すように、内輪１の内径側の略端縁の切欠部に、センサー１０（歪みゲージ）が装着してあってもよい。
【００４７】
また、軸受内部隙間は、内輪軌道面の半径方向膨張量によって変化するが、これは、以下の式によって求められる。
【００４８】
【数１】
2006250726.tif 000003
【００４９】
（１）式のように、円周方向応力と軌道面の膨張は、比例関係にあり、ロックナット５を締め付ける過程で円周方向応力を測定することによって、内輪軌道面の膨張量を正確に把握することが可能である。
【００５０】
円周方向応力は、内輪内径面で最大となるため、感度の良い信号が得られるように、センサー１０（歪ゲージ）は、内輪１の内径面に設置することが好ましい。
【００５１】
また、上記（１）式は、軸受内輪を厚肉円環と見なした場合の近似式であるが、より正確に、例えばＦＥＭ等で内輪軌道面半径方向変位と、円周方向応力の関係を求めておいてもよい。
【００５２】
なお、センサー１０は、一般的な歪ゲージが使用可能であり、テーパスリーブ４の切割り部４ｂの幅よりも十分小さいものを選定することによって、組込み時にテーパスリーブ４との干渉が避けられる。また、内輪１の内径部に転動体荷重の及ばない範囲において切欠部を設け、その部分にセンサー１０（歪ゲージ）を取り付ければ、テーパスリーブ４の切割り部４ｂの位相に関わらず組み込みが可能となる。
【００５３】
円周方向応力と軌道面膨張量は、前述の（１）式の関係から算出できるので、予め設定内部隙間から必要膨張量を求め、このときの必要円周方向応方位を控えておけば、組込み時に正確な隙間で軸受を組み込むことが可能である。
【００５４】
図２は、ハウジングに、本発明の実施の形態に係る自動調心ころ軸受を装着した状態の断面図である。図３は、信号処理系のブロック図である。
【００５５】
図２に示すように、ハウジング１１に、本実施の形態に係る自動調心ころ軸受が装着してあり、センサー１０（歪ゲージ）は、スリップリング１２に接続してある。
【００５６】
図３に示すように、回転するセンサー１０（歪ゲージ）からの信号を外部に取り出せるようにスリップリング１２やテレメトリ装置に接続され、適当なフィルタ２１や増幅装置２２で処理し、オシロヌコープ等の表示装置２３で観察できる構成としている。
【００５７】
さらに、演算装置１４やＦＶコンバータ２５を介して、波形信号を演算処理して、波形の最小値が予め設定された閾値を超えた場合には、アラーム信号を発生する機構を有する構成としている。
【００５８】
図４（ａ）は、運転時に隙間がある場合の波形を示す模式図であり、（ｂ）は、全周負荷時の波形を示す模式図である。
【００５９】
さらに、上記センサー１０（歪ゲージ）で運転待の隙間状態を確認するごとも可能である。外輪２が固定で内輪１が回転する軸受では、内輪１の内径面に取り付けたセンサー１０（歪ゲージ）で転動体３（ころ）の通過信号が得られる。
【００６０】
固定論である外輪２側とは異なり、回転する内輪１に取り付けたセンサー１０（歪ゲージ）は、１周すると、ラジアル荷重の負荷圏、非負荷圏にかけて転動体３（ころ）の信号が得られる。このときの波形から運転待の隙間状態を把握できる。
【００６１】
通常運転時、非負荷圏では、隙間があるため、転動体３（ころ）荷重はほぼ０となる。このとき０に近い値を閾値に設定し、この閾値を超えた波数を計測するか周期を測定することにより、負荷圏、非負荷圏の状態が把握可能である。
【００６２】
すなわち、図４（ａ）に示すように、非負荷圏では、閾値を下回るため波形は、不連続部分が観察できる。逆に、図４（ｂ）に示すように、すべての転動体３（ころ）通過信号が閾値を超えることになれば、全周負荷となり、連続した波形が観察できる。
【００６３】
したがって、不連続部分から連続となるところを、例えばＦＶコンバータ２５等の周波数変化で捕らえれば全周負荷時でアラーム信号を出力できる。
【００６４】
なお、特許文献２では、回転センサーの信号をトリガーとして一回転あたりの歪信号を取り出し負背圏の範囲から、軸受にかかる荷重を測定している。本発明の場合においてもトリガー用のセンサーを同様に設ければ、軸受にかかる荷重が測定できる。
【００６５】
但し、特許文献２は、円錐ころ軸受であり、全周にわたって負荷圏が存在する軸受軸方向に歪みゲージを装着するものであり、円周方向に応力を測定するものではない。
【００６６】
以上から、本実施の形態によれば、内輪１の内径面がテーパ穴の転がり軸受をテーパスリーブ４を介してロックナット５の締め付けにより軸Ｓに取り付ける際に、測定した円周方向応力値により信頼性の高い軸受組込み方法となり、適正締め付け量を容易に確保できることから、軸受の取り付け時の作業性が著しく向上する。
【００６７】
さらに、運転時には、センサー１０（歪ゲージ）から得られる信号よりラジアル内部隙間の状態を運転中において確認でき、全周負荷時にアラーム出力することで軸受損傷を未然に防ぎ、軸受異常の早期発見に寄与できる。
【００６８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る自動調心ころ軸受の断面図であり、（ｂ）は、その変形例に係る自動調心ころ軸受の断面図である。
【図２】ハウジングに、本発明の実施の形態に係る自動調心ころ軸受を装着した状態の断面図である。
【図３】信号処理系のブロック図である。
【図４】（ａ）は、運転時に隙間がある場合の波形を示す模式図であり、（ｂ）は、全周負荷時の波形を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、従来例に係る自動調心ころ軸受の分解斜視図であり、（ｂ）は、その組立状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  内輪
２  外輪
３  ころ（転動体）
４  アダプタスリーブ（テーパスリーブ）
４ａ  雄ネジ
４ｂ  切割り部
５  ロックナット
５ａ  切欠部
６  回り止め部材の座金
６ａ  回り止め用の爪
６ｂ  回り止め用の爪
Ｓ  軸
１０  センサー１０（歪ゲージ）
１１  ハウジング
１２  スリップリング
２１  フィルタ
２２  増幅装置
２３  表示装置
２４  演算装置
２５  ＦＶコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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