(57)【要約】【課題】測定の簡素化やコストの低減等を図ることのできる転動装置の予圧荷重検出方法および転動装置用予圧荷重測定装置を提供する。【解決手段】転動装置に付与された予圧荷重を検出するセンサとして、転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイル２ａと、この交流磁場形成用コイル２ａにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイル２ｂとを具備してなる電磁誘導センサ２を用い、電磁誘導センサ２の検出用コイル２ｂのインダクタンス変化から予圧荷重を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動装置に付与された予圧荷重を検出する方法であって、前記予圧荷重を検出するセンサとして、前記転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイルと、この交流磁場形成用コイルにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイルとを具備してなる電磁誘導センサを用い、この電磁誘導センサの前記検出用コイルのインダクタンス変化から前記予圧荷重を測定することを特徴とする転動装置の予圧荷重検出方法。
【請求項２】
前記転動装置の稼動時に前記予圧荷重を測定することを特徴とする請求項１記載の転動装置の予圧荷重検出方法。
【請求項３】
転動装置に付与された予圧荷重を検出する装置であって、前記転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイルと、この交流磁場形成用コイルにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイルと、この検出用コイルのインダクタンス変化を検出するインダクタンス変化検出手段とを具備してなることを特徴とする転動装置用予圧荷重検出装置。
【請求項４】
前記インダクタンス変化検出手段は前記転動装置の稼動時に前記検出用コイルのインダクタンス変化を検出することを特徴とする請求項３記載の転動装置の予圧荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、直動案内軸受装置などの転動装置に付与された予圧荷重を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
玉軸受などの転がり軸受は、多くの場合、軌道輪と転動体との間に適当な内部すきまを持たせて使用されるのが一般的であるが、目的によっては、軌道輪と転動体との間の内部すきまが軸受を組み付けたときに負のすきまとなるように、軸受に予圧荷重を付与し、予め内部応力を発生させた状態で使用される場合もある。特に、工作機械主軸支持用転がり軸受では工作機械の加工精度向上を目的として、またデフピニオン軸支持用転がり軸受に代表される自動車用転がり軸受ではギヤの噛み合い精度向上を目的として、予圧荷重が軸受に付与される。この場合、転がり軸受に付与された予圧荷重が大き過ぎると、摩擦モーメントの増大、異常発熱、焼付、疲れ寿命の低下などを招き易くなり、逆に予圧荷重が小さ過ぎると、軸周りの剛性が低下したり軌道輪と転動体との間で滑りが発生したりするなどの不具合が発生するため、転がり軸受に付与された予圧荷重を適正な範囲に調整する必要がある。
【０００３】
転がり軸受に付与された予圧荷重を調整する方法としては、たとえば、油圧ナットに接続された油圧計で予圧荷重を測定し、その測定結果を基に予圧荷重を調整する方法がある（特許文献１参照）。しかし、上述した方法では、油圧ナットや２台の油圧ポンプを必要とするなど、付帯設備が非常に複雑とならざるを得ないという難点があり、さらに、すきまばめの軸受には適用できないという問題もある。そこで、圧力計を用いずに予圧荷重を検出する方法として、転がり軸受に支持された軸の片方の端面に超音波センサを取り付け、この超音波センサから軸の端面間を往復する信号を発信し、超音波センサで受信したエコー信号から軸の固有振動数の変化を検出して予圧荷重を測定する方法が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、車輪の回転中に発生する車輪支持用転がり軸受ユニットの予圧不足を検知する方法としては、車輪支持用転がり軸受ユニットの防塵カバーに取り付けられたセンサにより内輪の回転速度を検出して予圧不足を検知する方法があり（特許文献３参照）、車輪支持用転がり軸受ユニットに負荷される荷重を推定する方法としては、静止側軌道輪に設けたセンサユニットにより静止側軌道輪に対する回転側軌道輪のラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出して回転側軌道輪と一体のハブに加わる荷重の方向と大きさを推定する方法（特許文献４参照）や、車輪支持用転がり軸受ユニットの外側軌道輪に設けた一対の公転速度検出用センサとこれに対向して保持器に設けられた公転速度検出用エンコーダとで玉の公転速度を検出してハブと外側軌道輪との間に作用する荷重を推定する方法（特許文献５参照）がある。
【特許文献１】特開平９−１００８３９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５１２２号公報
【特許文献３】特開平６−６４５０８号公報
【特許文献４】特開２００４−４５２１９号公報
【特許文献５】特開２００５−３２１２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示された方法では、予圧荷重を付与する前と後の固有振動数の変化を求めて予圧荷重を検出しているため、例えば車輪支持用転がり軸受ユニットのように、内輪押えナットを締め付けることによって予圧荷重が付与されるものでは適用が難しいという問題があった。
本発明の目的は、上述した問題点を解決して測定の簡素化やコストの低減等を図ることのできる転動装置の予圧荷重検出方法および転動装置用予圧荷重測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、転動装置に付与された予圧荷重を検出する方法であって、前記予圧荷重を検出するセンサとして、前記転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイルと、この交流磁場形成用コイルにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイルとを具備してなる電磁誘導センサを用い、この電磁誘導センサの前記検出用コイルのインダクタンス変化から前記予圧荷重を測定することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の転動装置の予圧荷重検出方法において、前記転動装置の稼動時に前記予圧荷重を測定することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、転動装置に付与された予圧荷重を検出する装置であって、前記転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイルと、この交流磁場形成用コイルにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイルと、この検出用コイルのインダクタンス変化を検出するインダクタンス変化検出手段とを具備してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の転動装置の予圧荷重検出装置において、前記インダクタンス変化検出手段は前記転動装置の稼動時に前記検出用コイルのインダクタンス変化を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、予圧荷重を付与する前と後の固有振動数の変化を超音波センサで検出しなくても予圧荷重を測定できるため、測定の簡素化やコストの低減等を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る転動装置用予圧荷重検出装置の概略構成を示す図であって、同図に示される転動装置用予圧荷重検出装置１は、予圧荷重を検出するセンサとして電磁誘導センサ２を備えている。この電磁誘導センサ２は転動装置の予圧付与箇所を含む空間に交流磁場を形成する交流磁場形成用コイル２ａ（図２参照）と、交流磁場形成用コイル２ａにより形成された交流磁場の変化を検出する検出用コイル２ｂとからなり、交流磁場形成用コイル２ａには、励磁電流としての交流電流が交流電源３（図１参照）から供給されるようになっている。
【００１１】
また、図１に示される転動装置用予圧荷重検出装置１は電磁誘導センサ２の検出用コイル２ｂのインダクタンス変化を検出するインダクタンス変化検出回路４と、このインダクタンス変化検出回路４で検出された検出用コイル２ｂのインダクタンス変化と較正値とに基づいて予圧荷重を検出する予圧荷重演算回路５とを備えており、予圧荷重演算回路５の検出結果は、ＣＲＴ等の表示器６に出力されるとともに、プリンタ等の記録装置７に出力されるようになっている。
【００１２】
なお、検出用コイル２ｂは交流磁場形成用コイル２ａに一部を接触させて交流磁場形成用コイル２ａと同軸に巻回されている。さらに、交流磁場形成用コイル２ａと検出用コイル２ｂは一つの筐体内に収容されている。
図１に示した転動装置用予圧荷重検出装置１を玉軸受の予圧荷重検出に適用した一例を図３に示す。同図において、ハウジング１０は軸方向に離間した二つの軸受面１０ａ，１０ｂを有し、それぞれ径方向、周方向の肩部１０ｃ，１０ｄが設けられている。軸１１は肩部１１ａを有し、背面組合せの形態で組み込まれた二つの接触角を有する玉軸受１２，１３により支持されている。玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａはハウジング１０の肩部１０ｃ，１０ｄに対しそれぞれ押圧されていて、これにより外輪１２ａ，１３ａが軸方向に位置決めされている。外輪１２ａ，１３ａの嵌め合いは、締まりばめ、すきまばめのどのような状態でも構わない。ハウジング１０及び軸１１への玉軸受１２，１３の組込みについては、種々の方法があり、特定の方法に限定されるものではない。本実施形態では、玉軸受１２の内輪１２ｂを予め加熱した後、内輪１２ｂを肩部１１ａに押し付けるようにハウジング１０の軸受面に組み込まれる。次に、軸１１がハウジング１０内に挿入され、所定の位置に位置決めされた後、玉軸受１３の内輪１３ｂが加熱され、軸１１の所定の位置に位置決めされる。そして、玉軸受１３の内輪１３ｂから外方に突出している軸１１のねじ部１１ｂに軸受ナット１４が取り付けられる。
【００１３】
図１及び図２に示した電磁誘導センサ２は、玉軸受１３の内輪１３ｂから外方に突出する軸１１の端面１１ｃに取り付けられている。電磁誘導センサ２には、電磁誘導センサ２から出力された信号を処理して玉軸受１２，１３に付与された予圧荷重を測定する荷重測定部８がケーブル９を介して接続されている。
このような構成において、交流電源３から電磁誘導センサ２の交流磁場形成用コイル２ａに交流電流を供給すると、交流電源３からの交流電流により交流磁場形成用コイル２ａが励磁される。そして、交流磁場形成用コイル２ａが励磁されると、図４に示すような交流磁界１５が発生し、この交流磁界１５によって玉軸受１２，１３の予圧付与箇所を含む空間部に交流磁場が形成される。
【００１４】
このようにして玉軸受１２，１３の予圧付与箇所を含む空間部に交流磁場が形成されると、検出用コイル２ｂに誘導起電力が発生する。このとき、検出用コイル２ｂに発生した誘導起電力は交流磁界１５の磁束密度に応じて変化し、交流磁界１５は玉軸受１２，１３の内部すきまに応じて変化する。したがって、検出用コイル２ｂのインダクタンス変化（誘導起電力の変化）をインダクタンス変化検出回路４で検出し、インダクタンス変化検出回路４で検出されたインダクタンス変化を予圧荷重演算回路５に供給することにより玉軸受１２，１３に付与された予圧荷重を測定することができる。
【００１５】
上述したように、予圧荷重を検出するセンサとして、交流磁場形成用コイル２ａと検出用コイル２ｂとを具備してなる電磁誘導センサ２を用いることにより、予圧荷重を付与する前と後の固有振動数の変化を超音波センサで検出しなくても予圧荷重を測定できるため、測定の簡素化やコストの低減等を図ることができる。
上述した実施の形態では玉軸受に付与された予圧荷重の測定に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではく、たとえばボールねじ、直動案内軸受装置に付与された予圧荷重を測定する場合にも本発明を適用できる。
【００１６】
次に、図１に示した転動装置用予圧荷重検出装置を車輪支持用転がり軸受ユニットの予圧不足の検出に適用した一例を図５に示す。同図において符号２０は車輪支持用転がり軸受ユニットであって、この車輪支持用転がり軸受ユニット２０は、ハブ輪２１及び外輪２２を備えている。
ハブ輪２１は外輪２２の内側に大径円筒部２１ａを有しており、この大径円筒部２１ａの図中左側端部には、車輪取付け用フランジ２３がハブ輪２１と一体に形成されている。また、ハブ輪２１は大径円筒部２１ａの図中右側端部に小径円筒部２１ｂを有している。この小径円筒部２１ｂの外周面には内輪２４の内周面が圧入されており、内輪２４の外周面に形成された転動体軌道溝２５とこれに対向して外輪２２の内周面に形成された転動体軌道溝２６との間には、複数の玉２７が転動自在に介装されている。
【００１７】
外輪２２は図中左側の内周面端部に転動体軌道溝２８を有しており、この転動体軌道溝２８とこれに対向してハブ輪２１の大径円筒部２１ａの外周面に形成された転動体軌道溝２９との間には、複数の玉３０が転動自在に介装されている。なお、車輪取付け用フランジ２３の外周縁部には複数のハブボルト挿入孔３１が車輪取付け用フランジ２３の円周方向にほぼ一定ピッチで穿設されており、これらのハブボルト挿入孔３１には、ハブボルト３２が挿入されている。
【００１８】
図１及び図２に示した電磁誘導センサ２は、ハブ輪２１に対向して取り付けられている。電磁誘導センサ２には、電磁誘導センサ２から出力された信号を処理して車輪支持用転がり軸受ユニット２０の予圧抜けを検出する検出部３３がケーブル９を介して接続されている。
このような構成において、交流電源３から電磁誘導センサ２の交流磁場形成用コイル２ａに交流電流を供給すると、交流電源３からの交流電流により交流磁場形成用コイル２ａが励磁される。そして、交流磁場形成用コイル２ａが励磁されると、図４に示すような交流磁界１５が発生し、この交流磁界１５によって玉軸受１２，１３の予圧付与箇所を含む空間部に交流磁場が形成される。
【００１９】
このようにして玉軸受１２，１３の予圧付与箇所を含む空間部に交流磁場が形成されると、検出用コイル２ｂに誘導起電力が発生する。このとき、検出用コイル２ｂに発生した誘導起電力は交流磁界１５の磁束密度に応じて変化し、交流磁界１５は車輪支持用転がり軸受ユニット２０に付与された予圧荷重に応じて変化する。
したがって、電磁誘導センサ２から出力された信号（検出用コイル２ｂの誘導起電力）を検出部３３に供給することにより、車両の走行中に予圧抜けが車輪支持用転がり軸受ユニット２０に発生したか否かを検出することができる。
【００２０】
上述した実施の形態では車両の走行中に予圧抜けが車輪支持用転がり軸受ユニットに発生したか否かを検出する場合に本発明を適用した一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではく、たとえば特開２００４−４５２１９号公報や特開２００５−３２１２３６号公報に開示されているように、車輪支持用転がり軸受ユニットに負荷される荷重を推定する場合にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転動装置用予圧荷重検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す電磁誘導センサの概略構成を示す図である。
【図３】図１に示した転動装置用予圧荷重検出装置を玉軸受の予圧荷重検出に適用した一例を示す図である。
【図４】玉軸受の予圧付与箇所を含む空間部に形成される交流磁場を示す図である。
【図５】図１に示した転動装置用予圧荷重検出装置を車輪支持用転がり軸受ユニットの予圧不足の検出に適用した一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  転動装置用予圧荷重検出装置
２  電磁誘導センサ
２ａ  交流磁場形成用コイル
２ｂ  検出用コイル
３  交流電源
４  インダクタンス変化検出コイル
５  予圧荷重演算回路
６  表示器
７  記録装置
１０  ハウジング
１１  軸
１２，１３  玉軸受
１４  軸受ット
２０  車輪支持用転がり軸受ユニット
２１  ハブ輪
２２  外輪
２３  車輪取付け用フランジ
【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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