(57)【要約】【課題】  無潤滑で比較的大きな負荷や回転数のもとに使用されるなどの過酷な条件下で用いられる玉軸受であっても、公転すべりに起因する摩耗や焼き付きなどの軸受損傷を未然に防ぐことのできる軸受装置を提供する。【解決手段】  玉軸受１の回転輪１１の刻々の回転数と、保持器１４の刻々の回転数をそれぞれ検出し、回転輪１１の回転数から保持器１４の理論的な回転数を算出して、その算出結果と実際の保持器１４の回転数とから、公転すべり率を算出し、その公転すべり率とあらかじめ設定されている値とを比較してその結果を出力することにより、公転すべり率が限度を越えて大きくなることを防止して、公転すべりに起因する軸受損傷の発生を未然に防止する。【選択図】  図１
2006125475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
玉軸受を用いて回転体を支持する軸受装置であって、
上記玉軸受の内輪および外輪のうち回転輪もしくは回転体の刻々の回転数を検出する回転輪回転数検出手段と、上記玉軸受の保持器の刻々の回転数を検出する保持器回転数検出手段と、上記回転輪回転数検出手段による検出出力から保持器の理論的な回転数を算出する保持器理論回転数演算手段と、その算出結果と上記保持器回転数検出手段により検出された保持器の実際の回転数とから、公転すべり率を算出する公転すべり率演算手段と、その算出された公転すべり率とあらかじめ設定されている値とを比較してその結果を出力する判定手段を備えていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の上記公転すべり演算手段および判定手段に代えて、上記保持器理論回転数演算手段による算出結果と上記保持器回転数検出手段による検出結果とを比較し、これら両者の比があらかじめ設定されている値内に収まるよう、上記回転体の回転数を制御する回転制御手段を備えていることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
上記玉軸受が、流動性の潤滑剤の不存在下で用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項４】
上記玉軸受が、液中に浸漬された状態で用いられることを特徴とする請求項１、２または３に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受装置に関し、更に詳しくは、玉軸受を用いた軸受装置で、特に無潤滑状態等の過酷な環境下で用いるのに適した軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば液中に浸漬された状態で使用され、その液体が軸受内を通過するようなポンプをはじめとして、潤滑油やグリースなどの流動性の潤滑剤の使用が不可能ないしは困難な環境下で相当の回転数のもとに回転する玉軸受においては、一般に、内・外輪および転動体（玉）の摩耗を抑制する目的で、これらの軸受要素の表面に各種固体潤滑剤皮膜を形成したり、あるいはセラミックス製の玉を用いるなどの対策が採られる。
【０００３】
また、このような通常の対策以外に、例えば転動体を周方向に一定の間隔で保持する保持器に代えて、各転動体の間に転動体と同等の形状を有するセパレータを配置し、そのセパレータを例えばＰＴＦＥ系の樹脂とすることにより、摩擦熱の低減や摩耗の低減を図るようにした軸受が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４７４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、潤滑油やグリース等の流動性の潤滑剤の不存在下等の過酷な条件下で用いられる玉軸受においては、玉と軌道輪間の転がり摩耗のほか、公転すべり（スキッティング）に起因する摩耗や焼き付きが大きな問題となる。
【０００５】
公転すべりは、軸受の回転輪の回転時に転動体が内輪ないしは外輪の軌道面に対してすべり接触して公転する現象をいい、転動体の公転、従って保持器の回転数に占める公転すべりの率（公転すべり率と称される）が、その玉軸受の使用条件や環境に応じて定まる限度を越えて増大すると、転動体並びに軌道面が大きく摩耗するとともに、焼き付きの原因となり、回復不能の重大な損傷となってしまう。このような公転すべりに対しては、前記した特許文献１に記載の技術で無力に等しい。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、無潤滑で比較的大きな負荷や回転数のもとに使用される等、過酷な条件下で使用される玉軸受であっても、公転すべりに起因する軸受損傷を未然に防ぐことのできる軸受装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の軸受装置は、玉軸受を用いて回転体を支持する軸受装置であって、上記玉軸受の内輪および外輪のうちの回転輪もしくは回転体の刻々の回転数を検出する回転輪回転数検出手段と、上記玉軸受の保持器の刻々の回転数を検出する保持器回転数検出手段と、上記回転輪回転数検出手段による検出出力から保持器の理論的な回転数を算出する保持器理論回転数演算手段と、その算出結果と上記保持器回転数検出手段により検出された保持器の実際の回転数とから、公転すべり率を算出する公転手すべり率演算手段と、その算出された公転すべり率とあらかじめ設定されている値とを比較してその結果を出力する判定手段を備えていることによって特徴づけられる。  
【０００８】
また、同じ課題を解決するため、請求項２に係る発明の軸受装置は、上記判定手段および公転すべり率演算手段に代えて、上記保持器理論演算手段による算出結果と上記保持器回転数検出手段による検出結果を比較し、これら両者の比があらかじめ設定されている値内に収まるよう、上記回転体の回転数を制御する回転制御手段を備えていることによって特徴づけられる。
【０００９】
また、請求項１および２に係る発明は、上記玉軸受が、流動性の潤滑剤の不存在下で用いられる構成（請求項３）、あるいは液中に浸漬された状態で用いられる構成（請求項４）に適用することにより、大きな効果を奏することができる。
【００１０】
本発明は、玉軸受の公転すべりの発生の状況を監視し、あらかじめ設定されている限度を越えて公転すべりが大きくなったときにその旨を出力するか（請求項１）、あるいはあらかめ設定されている限度を越えないように回転数を自動的に制御することによって、課題を解決しようとするものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に係る発明においては、玉軸受の回転輪、あるいはその回転輪に固定されている回転体の回転数および保持器の刻々の回転数をそれぞれ検出し、回転輪ないしは回転体の回転数から、その回転数における保持器の理論的な（計算上の）回転数を算出すれば、その理論的な回転数と実際の保持器の回転数から、公転すべり率を算出することができる。そして、その公転すべり率を、当該玉軸受の使用条件等に照らしてあらかじめ設定されている値と比較し、その結果を出力することにより、例えば公転すべり率が設定値を越えた旨の出力の発生時に警報を発したり、あるいは回転を停止する等によって、公転すべりに起因する摩耗や焼き付きの発生を未然に防止することができる。
【００１２】
ここで、公転すべり率は、例えば負荷をはじめとしてその他の条件が同一であるならば回転数を低下させることによって低下することが本発明者等の実験によって明らかになっている。そこで、請求項２に係る発明では、回転輪ないしは回転体の回転数検出結果から保持器の理論的な回転数を算出した結果と、実際の保持器の回転数とを比較し、これら両者の比があらかじめ設定されている値内に収まるように、回転体の回転数を制御する。このような制御により、公転すべり率が常にある限度内に収まることになり、回転体を停止させることなく、つまりシステムを運転しながら公転すべりに起因する摩耗や焼き付きの発生を防止することができる。
【００１３】
そして、玉軸受を潤滑油やグリース等の流動性の潤滑剤が存在しない状態で用いる場合や、特に液中に浸漬した状態で用いる場合には、公転すべりの発生に起因して摩耗や焼き付きが発生しやすく、従って請求項３，４に係る発明のように、このような条件下で用いられる玉軸受を含む軸受装置に本発明を適用することによって、その寿命を長くする効果は大きなものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、玉軸受の回転輪もしくは当該回転輪とともに回転する回転体および保持器の刻々の回転数を検出して、これらの各検出結果から玉軸受の公転すべり率を算出し、その公転すべり率とあらかじめ設定されている値とを比較してその比較結果を出力するので、例えばその出力に基づいて当該玉軸受が用いられているシステムを停止し、あるいは警報を発する等によって、公転すべりに起因する摩耗や焼き付き等の回復不能の損傷を未然に防止することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明によれば、回転輪もしくは回転体の回転数検出結果から求められた保持器の理論的な回転数と、実際の保持器の回転数との比が、あらかじめ設定されている値内に収まるように回転体を制御するので、システムの運転を継続しながら、公転すべりに起因する摩耗や焼き付きの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は請求項１に係る発明の実施の形態の構成図であり、要部構造を表す模式的断面図と、電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。また、図２には、玉軸受１の保持器１４の右側面図を示す。
【００１７】
玉軸受１は、内輪１１と外輪１２の間に複数の転動体（玉）１３を転動自在に配置するとともに、各転動体１３を周方向に一定の間隔で保持する保持器１４を備えた構成を有している。この例では、外輪１２がハウジング（図示せず）に固定されるとともに、内輪１１に軸Ｓが嵌合固定され、この軸Ｓがモータ（図示せず）等によって回転する。
【００１８】
保持器１４は、この例において樹脂製であり、その側面の一部が、図２に示すように、アルミ蒸着膜１５で被覆されている。そして、このアルミ蒸着膜１５が形成されている保持器１４の側面を臨むように、玉軸受１の側方に渦電流式の回転センサ２が配置されている。また、軸Ｓもしくは当該軸Ｓに嵌合固定されている内輪１１の回転が、適当な位置において任意の方式からなる回転センサ３によって検出される。これらの各回転センサ２および３の出力は、それぞれに対応して設けられている回転数検出回路４および５に取り込まれ、これらの各回転数検出回路４および５から、それぞれ保持器１４および内輪１１のの刻々の回転数に応じた周期の検出信号が出力される。
【００１９】
回転数検出回路４および５の出力はそれぞれ演算装置６に取り込まれる。この演算装置６は、実際にはＣＰＵを主体としてＡ−Ｄ変換器やメモリなどの周辺機器によって構成され、あらかじめ書き込まれているアルゴリズムに基づく演算等の機能を実行するのであるが、この図１では、説明の便宜上、それぞれの機能を達成するブロック図で表している。  
【００２０】
回転数検出回路４および５の出力のうち、内輪１１の回転数を検出する回転数検出回路５の出力は、保持器理論回転数演算部６１に取り込まれる。この保持器理論回転数演算部６１では、回転輪である内輪１１の回転数検出値ｎi から、転動体１３の理論的な公転数、換言すれば保持器１４の理論的な回転数ｎc を、
ｎc ＝（ｎi ／２）×｛１−（ｄw ／ｄm ）・ｃｏｓα｝  ・・（１）
によって算出する。ここで、（１）式においてｄw は転動体（玉）１３の直径、ｄm は転動体１３のピッチ円直径であり、αは斜接角度であって、深溝玉軸受では９０°である。  
【００２１】
一方、保持器１４の回転数を検出する回転数検出回路４の出力は、上記した保持器理論回転数演算部６１により算出された保持器の理論上の回転数ｎc とともに公転すべり率演算部６２に取り込まれる。この公転すべり率演算部６２では、保持器１３の理論上の回転数ｎc と実際の保持器１３の回転数ｎcrとから、以下の（２）式によって公転すべり率Ｒｓを算出する。
Ｒｓ＝（ｎc −ｎcr）／ｎc   ・・（２）
【００２２】
そして、このようにして算出された公転すべり率Ｒｓは、判定部６３においてあらかじめ設定されている公転すべり率の限度値Ｌｒｓと比較され、算出された公転すべり率Ｒｓがその限度値Ｌｒｓに達した時点で警報出力を発生する。ここで、公転すべりの限度値Ｌｒｓは、この玉軸受１の使用条件や環境条件などに基づいて、あらかじめ実験等によって随意に設定することができる。この警報出力の発生により、例えば警報装置を作動させたり、あるいは軸Ｓの回転を停止することにより、玉軸受１の公転すべりが大きくなりすぎて摩耗が増大したり、あるいは焼き付きが発生するといった回復不能な損傷に至ることを未然に防止することができる。
【００２３】
次に、請求項２に係る発明の実施の形態について説明する。
図３はその構成図であり、要部構造を表す模式的断面図と、電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。この図３においては、先の実施の形態における部材と同等の部材については、図１と同じ符号を付してその詳細な説明については省略する。
【００２４】
この例の特徴は、先の例における演算装置６の公転すべり率演算部６２と判定部６３に代えて、比較部７１と回転数制御部７２を設けた点にある。
【００２５】
比較部７１は、先の例と同等の保持器理論回転数演算部６１により算出された保持器１３の理論上の回転数ｎc と、回転数検出回路４からの出力に基づく保持器１３の実際の回転数ｎcrとを比較し、その比較結果を回転数制御部７２に送る。回転数制御部７２では、比較部７１からの比較結果に基づき、理論上の保持器回転数ｎc に対する実際の保持器１３の回転数ｎcrの比ｎcr／ｎc が、あらかじめ設定されている値内に収まるように、軸Ｓの回転をフィードバック制御する。
【００２６】
このような制御により、玉軸受１の公転すべり率が（１−ｎcr／ｎc ）を越えることがなく、先の例と同様に公転すべりに起因する摩耗や焼き付きなどの発生を防止することができ、しかも、この作用効果を、軸Ｓの回転を止めたり警報を発することなく達成することができる。
【００２７】
以上の各実施の形態における玉軸受１の使用環境は、特に限定されるものではないが、潤滑油やグリースなどの流動性の潤滑剤を使用できない環境や、なかでも液中に浸漬されて玉軸受１の間を液が流動するような環境下において用いた場合には、液体の粘性抵抗によりね保持器の円滑な回転が妨げられるため、特に１０4 ｒｐｍオーダーの高速回転では、公転滑りによる摩耗や焼き付きの発生が顕著となり、従ってこのような環境に用いる玉軸受に請求項１ないしは２に係る発明を適用することによって、玉軸受の寿命の向上効果は一層大きなものとなる。
【００２８】
また、以上の各実施の形態においては、内輪１１を回転輪とした場合の例を示したが、外輪１２を回転輪とした軸受装置にも本発明を等しく適用することができ、この場合、（１）式における内輪１１の回転数ｎc を、外輪１２の回転数ｎe に変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】請求項１に係る発明の実施の形態の構成図で、要部構造を表す断面図と、電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】図１における玉軸受１に用いられている保持器１４の右側面図である。
【図３】請求項２に係る発明の実施の形態の構成図で、要部構造を表す断面図と、電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  玉軸受
１１  内輪（回転輪）
１２  外輪
１３  転動体（玉）
１４  保持器
１５  アルミ蒸着膜
２，３  回転センサ
４，５  回転数検出回路
６  演算装置
６１  保持器理論回転数演算部
６２  公転すべり率演算部
６３  判定部
７１  比較部
７２  回転数制御部
Ｓ  軸
【図１】
2006125475.tif 000003
【図２】
2006125475.tif 000004
【図３】
2006125475.tif 000005