(57)【要約】【課題】転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することができる転がり軸受装置及び保持器に作用する荷重の検出方法を提供する。【解決手段】本発明の転がり軸受装置１は、外輪２と、内輪３と、これらの間に介在した複数の玉４と、周方向に沿って複数形成されたポケット６によって複数の玉４を保持する保持器５とを備えている。またさらに、ポケット６の周囲に沿って複数設けられ、玉４の接触によって保持器５に作用する荷重を検出するピエゾセンサ１１を備えている。【選択図】図２
2011106546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定輪と、
前記固定輪に同心に配置された回転輪と、
これらの間に介在した複数の転動体と、
周方向に沿って複数形成されたポケットによって前記複数の転動体を保持する保持器と、
前記ポケットの周囲に沿って又は／及び前記ポケットの内壁に沿って複数設けられ、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記検出手段が、ピエゾセンサである請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記検出手段による検出結果を蓄積する記憶手段をさらに備えている請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記検出手段による検出結果を無線により外部に送信する送信手段をさらに備えている請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
【請求項５】
周方向に沿って複数形成されたポケットによって複数の転動体を保持する保持器を備えた軸受における、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する荷重検出方法であって、
前記軸受を動作させるステップと、
前記ポケットの周囲に沿って又は／及び前記ポケットの内壁に沿って複数設けられた、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する検出手段によって、前記軸受の動作時に検出された検出結果を取得するステップと、を備えていることを特徴とする荷重検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を精度よく把握することができる転がり軸受装置、及び保持器に作用する荷重の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受において、転動体を保持する保持器は、高速回転での使用やミスアライメントの発生によって破損するのを防止するために、比較的高い強度が要求されている。その一方で、保持器は転がり軸受の動作に伴って回転する部材であるため、できるだけ軽量であることが望ましく、製品に応じて耐久性と軽量化とのバランスを図りつつ設計しなければならない。
そこで、上記保持器の設計にあたっては、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）等によって予めその強度や転がり軸受動作時の耐久性等をシミュレーションにより検証しつつ、その製品に応じた最適な設計仕様を決定し、製品開発の効率化が図られている。
上記のようなＣＡＥ等によるシミュレーションにおいては、当該シミュレーション結果の妥当性を担保すべく、シミュレーション結果と実機の試験結果との比較検証を行うことが望まれる。
例えば、特許文献１には、軸受の保持器に歪みゲージや熱電対を装着し、当該軸受を動作させた状態で、保持器に作用する歪み量や温度を測定する装置が開示されており、このような装置を用いて軸受が動作状態であるときの保持器の歪み等を測定し、シミュレーション結果との間で比較検証を行うことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３９１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
転がり軸受の保持器に作用する応力には、軌道輪との接触に起因するものの他、保持器に形成されたポケット内で保持される転動体が保持器に接触することに起因するものが考えられ、より正確なシミュレーションを行うには、これらの要因を考慮する必要がある。
上記特許文献１では、保持器の内周面にセンサを取り付けて測定を行うことが開示されている。しかし、この方法では、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を把握することは困難である。
特に、ポケット内の転動体が保持器に対してどのように接触し当該保持器にどのような影響を及ぼすのかを予測することは非常に困難なため、ＣＡＥを用いてより最適な設計を行う上で、実機における転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することが強く望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することができる転がり軸受装置及び保持器に作用する荷重の検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の転がり軸受装置は、固定輪と、前記固定輪に同心に配置された回転輪と、これらの間に介在した複数の転動体と、周方向に沿って複数形成されたポケットによって前記複数の転動体を保持する保持器と、前記ポケットの周囲に沿って又は／及び前記ポケットの内壁に沿って複数設けられ、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する検出手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
上記のように構成された転がり軸受装置によれば、ポケットの周囲あるいはポケットの内壁に沿って、転動体の接触よって保持器に作用する荷重を検出する検出手段を複数設けたので、当該転がり軸受装置が動作しているときに、ポケット内において転動体が保持器に接触した接触位置の特定や、その位置ごとに保持器に作用する荷重を把握することができる。この結果、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することができる。
【０００８】
上記転がり軸受装置において、前記検出手段が、ピエゾセンサであることが好ましく、この場合、検出手段は、転動体の接触によって保持器に作用する荷重の大きさに応じて信号を出力するので、この出力信号を取得することで、転動体の接触により保持器に作用する影響を定量的に把握することができる。
【０００９】
上記転がり軸受装置において、前記検出手段による検出結果を蓄積する記憶手段をさらに備えていてもよく、この場合、転がり軸受装置の動作を終えた後に、動作時における検出手段の検出結果を取得することができ、検出結果の取得が容易となる。
【００１０】
また、上記転がり軸受装置において、前記検出手段による検出結果を無線により外部に送信する送信手段をさらに備えていてもよく、この場合、転がり軸受装置が動作状態であって検出手段が回転輪とともに回転していたとしても、検出手段による検出結果を外部から容易に取得することができる。
【００１１】
また、本発明は、周方向に沿って複数形成されたポケットによって複数の転動体を保持する保持器を備えた軸受における、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する荷重検出方法であって、前記軸受を動作させるステップと、前記ポケットの周囲に沿って又は／及び前記ポケットの内壁に沿って複数設けられた、前記転動体の接触によって前記保持器に作用する荷重を検出する検出手段によって、前記軸受の動作時に検出された検出結果を取得するステップと、を備えていることを特徴としている。
上記の荷重検出方法によれば、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の転がり軸受装置及び荷重検出方法によれば、転動体の接触が保持器に及ぼす影響を詳細に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、保持器を径方向外側からみたときの要部外観図であり、（ｂ）は、（ａ）中、Ｉ−Ｉ線矢視断面図である。
【図３】データ処理部の機能を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る転がり軸受装置の保持器を径方向外側からみたときの要部外観図であり、（ｂ）は、図４（ａ）中、ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図５】第二の実施形態に係る転がり軸受装置の保持器について変形例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。
図１中、転がり軸受装置１は、外輪２と、外輪２に同心に配置された内輪３と、内外輪２，３間に介在した複数の玉４と、内外輪２，３間に配置され複数の玉４を保持する保持器５とを備えたアンギュラ玉軸受を構成している。
外輪２及び内輪３は、軸受鋼や浸炭鋼等を用いて形成された環状の部材であり、軸受鋼等を用いて形成された玉４を転動自在に介在することで、互いに相対回転可能である。
保持器５は、金属あるいは樹脂を用いて形成された環状の部材であり、複数の玉４を周方向に等間隔に保持するためのポケット６が周方向に沿って複数形成されている。
【００１５】
図２（ａ）は、保持器５を径方向外側からみたときの要部外観図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中、Ｉ−Ｉ線矢視断面図である。
保持器５の外周面５ａには、シート状のセンサユニット１０が接着されて固定されている。このセンサユニット１０は、例えば、厚みが１ミリメートル以下の合成樹脂フィルム等により形成されており、ポケット６の内周径と一致する孔部１０ａが形成されている。センサユニット１０は、孔部１０ａがポケット６と一致するように設けられている。
センサユニット１０は、複数のピエゾセンサ１１と、データ処理部１２とを備えている。この検出手段としてのピエゾセンサ１１は、例えば、圧電樹脂を利用したシート状のセンサとして構成されたものであり、センサユニット１０に一体に形成されている。複数のピエゾセンサ１１は、孔部１０ａの周縁に沿って並べて配置されており、これによって、各ピエゾセンサ１１は、ポケット６周囲の端縁に沿って並べて配置されている。
【００１６】
ピエゾセンサ１１は、ポケット６内に保持される玉４がポケット６の内壁６ａに接触することで保持器５に作用する荷重に応じて生じる歪みを検出し、これを電気信号として出力する。つまり、ピエゾセンサ１１は、前記歪みを検出することで、間接的に玉４の接触による保持器５に作用する荷重を検出することができる。
なお、ピエゾセンサ１１は、玉４が保持器５に接触したときの歪みあるいは荷重の大きさに応じた信号を出力するので、この出力信号を取得することで、玉４の接触により保持器５作用する影響としての荷重を定量的に把握することができる。
【００１７】
データ処理部１２は、例えば、ＩＣチップにより構成されており、センサユニット１０に一体に形成されている。データ処理部１２は、複数のピエゾセンサ１１それぞれに対してセンサユニット１０に一体形成されたリード線（図示せず）によって接続されており、ピエゾセンサ１１が電気信号として出力する検出結果を取得、蓄積するとともに、外部に出力する機能を有している。
【００１８】
図３は、データ処理部１２の機能を示すブロック図である。
図において、データ処理部１２には、後述の各部を制御する制御部１２ａと、不揮発性のメモリで構成されるとともに制御部１２ａによる指示に従ってデータの書き込み及び読み出しを行う記憶部１２ｂと、各ピエゾセンサ１１からの出力信号を取得する信号取得部１２ｃと、外部との間で無線通信を行うための送受信部１２ｄとが設けられている。
また、データ処理部１２には、送受信部１２ｄが受信した受信波によって給電される電力を蓄積する電源部１２ｅが設けられており、電源部１２ｅは、上記各部に対して動作に必要な電力を供給する。
【００１９】
信号取得部１２ｃは、各ピエゾセンサ１１からの出力信号を取得すると、制御部１２ａに与える。
制御部１２ａは、与えられた前記出力信号を記憶部１２ｂに記憶可能なデータに変換し、検出データとして記憶部１２ｂに蓄積する。また、制御部１２ａは、送受信部１２ｄが受信する、転がり軸受装置１の近傍に配置されパソコン３０により制御される送受信装置２０からの制御信号に応じて、記憶部１２ｂに蓄積された検出データを読み出す。さらに、制御部１２ａは、読み出した検出データを、送受信部１２ｄを介して外部の送受信装置２０に無線送信する。
【００２０】
上記構成の転がり軸受装置１は、内外輪２，３を相対回転させて動作させたときに、その動作時における玉４の接触によって保持器５に作用する荷重を示す、各ピエゾセンサ１１による検出結果を得ることができる。
例えば、上記転がり軸受装置１の内輪３を固定輪とし、外輪２を回転輪として所定時間動作させた後、送受信装置２０を用いてデータ処理部１２との間で無線通信を行う。そして、所定時間転がり軸受装置１を動作させたときに蓄積された検出データを無線通信によって取得し、パソコン３０に取り込む。
パソコン３０に取り込まれた検出データは、ＣＡＥによるシミュレーション結果と比較可能なデータに加工変換した後、シミュレーション結果と実機の試験結果との比較検証に用いることができる。
【００２１】
上記のように構成された転がり軸受装置１によれば、ポケット６の周囲に沿って、玉４の接触によって保持器５に作用する荷重を検出するピエゾセンサ１１を複数設けたので、当該転がり軸受装置１が動作しているときに、ポケット６内において玉４が保持器５に接触した接触位置の特定や、その位置ごとに、玉４の接触によって保持器５に作用する荷重を把握することができる。この結果、玉４の接触が保持器５に及ぼす影響を詳細に把握することができ、ＣＡＥによるシミュレーション結果と、実機の試験結果との比較検証を好適に行うことができる。
【００２２】
また、上記実施形態では、転がり軸受装置１の動作を終えた後に、動作時において記憶部１２ｂに蓄積された、ピエゾセンサ１１が検出した検出データを取得することができるので、検出結果の取得が容易である。
【００２３】
また、上記実施形態では、検出データをデータ処理部１２の記憶部１２ｂに蓄積した後、その蓄積された検出データを外部の送受信装置２０に出力する場合を例示したが、例えば、信号取得部１２ｃがピエゾセンサ１１からの出力信号を制御部１２ａに与えると、制御部１２ａが、記憶部１２ｂに検出データを蓄積することなく、検出データを送受信部１２ｄを介して外部の送受信装置２０に対して無線送信によって出力するように構成してもよい。この場合、センサユニット１０は、検出データの出力対象である送受信装置２０に対して無線出力するので、たとえ転がり軸受装置１が動作状態にあってセンサユニット１０が内外輪２，３とともに回転していたとしても、ピエゾセンサ１１による検出データを容易に取得することができる。
【００２４】
図４（ａ）は、本発明の第二の実施形態に係る転がり軸受装置１の保持器５を径方向外側からみたときの要部外観図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中、ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
本実施形態と第一の実施形態との相違点は、センサユニット１０が、保持器５の外周面５ａに設けられた平面部１０ｂと、円筒状に形成されポケット６の内壁６ａに沿って設けられた筒状部１０ｃとを有し、この筒状部１０ｃに複数のピエゾセンサ１１が配置されている点である。他の点については、第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００２５】
本実施形態において、センサユニット１０の筒状部１０ｃは、ポケット６の内壁６ａに対して接着されて固定されている。
ピエゾセンサ１１は、筒状部１０ｃの周方向に沿って並べて複数配置されており、これによって、各ピエゾセンサ１１は、ポケット６の内壁６ａに沿って並べて配置されている。
なお、ポケット６は、その内周径がピエゾセンサ１１の厚み分だけ予め大きく形成されている。
【００２６】
本実施形態によれば、ピエゾセンサ１１をポケット６の内壁６ａに沿って設けたので、転がり軸受装置１の動作時において、ポケット６に保持される玉４は、ピエゾセンサ１１に対して直接的に接触する。従って、ピエゾセンサ１１は、内壁６ａに接触する際に保持器５に与える荷重を直接的に検出することができ、これによって、玉４が保持器５に接触した接触位置の特定、及び、その位置ごとの保持器５に作用する荷重をより正確に把握することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、玉４が直接センサユニット１０（ピエゾセンサ１１）に接触するので、センサユニット１０における、玉４と接触する可能性のある部分に圧力の検出が妨げられない程度の厚みで、低摩擦樹脂等からなる保護膜を設けても良い。
【００２８】
また本実施形態では、内壁６ａの軸方向、すなわち保持器５の厚み方向のほぼ全域に延びるように形成されたピエゾセンサ１１を、内壁６ａの周方向に沿って並べた場合を示したが、例えば、図５に示すように、内壁６ａの周方向及び保持器５の厚み方向に沿って複数のピエゾセンサ１１を並べて配置することもできる。
この場合、ポケット６内において玉４が保持器５に接触した接触位置の特定を行う上で、ポケット６の周方向に対する位置のみならず保持器５の厚み方向に対する位置も特定することができ、接触位置の特定及びその位置ごとに保持器に作用する荷重をより細分化して把握することができる。この結果、保持器５に作用する玉４の保持器５に対する接触の状態をより詳細に把握することができる。
【００２９】
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、検出手段としてピエゾセンサを用いた場合を例示したが、例えば、歪みゲージを用いることもできる。また、保持器５に直接、圧電効果を有する圧電被膜や、歪みに応じて抵抗値が変化する機能を有する被膜を成膜し（例えば、マンガンを含む合金薄膜）、これを検出手段としてもよい。なお、歪みゲージ等の抵抗値の変位によって歪み量を出力するセンサでは、電圧変化としてその歪み量を得るため電力を必要とするが、本実施形態では、データ処理部１２が有する電源部１２ｅから必要な電力を供給することができる。
【００３０】
また、上記各実施形態では、アンギュラ玉軸受に本発明を適用した場合を例示したが、深溝玉軸受に対しても適用することができるし、ころ軸受に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１：転がり軸受装置    ２：外輪    ３：内輪    ４：玉（転動体）    ５：保持器
６：ポケット    ６ａ：内壁    １１：ピエゾセンサ（検出手段）
１２：データ処理部（記憶手段、送信手段）
【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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