(57)【要約】【課題】熱弾性効果を利用することにより、複雑な工程を踏むことなく、かつ軸受に特別な加工を施すことなく、複列の転がり軸受ユニットの予圧を測定し得る複列の転がり軸受ユニットの予圧測定方法を提供する。【解決手段】予圧の付与された複列の転がり軸受の一対の軌道輪６，１０を相対的に動作させることにより、軌道輪を弾性変形させる第一工程と、第一工程により弾性変形した軌道輪に現れる温度変化を、測定部ＣとモニタＭからなる赤外線応力画像システムで測定する第二工程と、その第二工程により得られた軌道輪の温度変化の情報を、予め軌道輪の温度変化と予圧との相関関係を記録した識別情報と照らし合わせて予圧値を換算する第三工程とからなることを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法とした。【選択図】図１
2008025676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予圧が付与された複列の転がり軸受の一対の軌道輪を相対的に動作させることにより、軌道輪を弾性変形させる第一工程と、
第一工程により弾性変形した軌道輪に現れる温度変化を測定する第二工程と、
第二工程により得られた軌道輪の温度変化の情報を、予め軌道輪の温度変化と予圧との相関関係を記録した識別情報と照らし合わせて予圧値を換算する第三工程とからなることを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法。
【請求項２】
一対の軌道輪が、固定輪としての外輪と、回転輪としての内輪であって、
第二工程は、外輪の外径面の温度変化を測定することを特徴とする請求項１に記載の複列の転がり軸受における予圧測定方法。
【請求項３】
第一工程は、一対の軌道輪を相対回転させ、転動体が軌道輪の軌道面を転動する際の転動体荷重による軌道輪の弾性変形による温度変化を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の複列の転がり軸受における予圧測定方法。
【請求項４】
第一工程は、一対の軌道輪を相対的に加振させ、転動体が軌道輪の軌道面を転動する際の転動体荷重による軌道輪の弾性変形による温度変化を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の複列の転がり軸受における予圧測定方法。
【請求項５】
第二工程において、温度変化を測定する装置として、軌道輪の温度変化状態を測定する赤外線温度測定装置を使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複列の転がり軸受における予圧測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の予圧測定方法で予圧が測定され、適正な予圧に設定されたことを特徴とする複列の転がり軸受。
【請求項７】
ハブユニット軸受であることを特徴とする請求項６に記載の複列の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複列の転がり軸受の予圧測定方法の改良に関する。なお、本明細書において車輪とは、自動車の車輪にかかわらず鉄道車両の車輪などの全てを総称するものとする。
【背景技術】
【０００２】
例えば各種車両の車輪などを支持する複列玉軸受ユニットは、高モーメント剛性を得ながら長寿命を同時に満足するために、予圧の入った状態で使用される。このような複列玉軸受ユニットは、車両の車軸に組み込んだときに適正な予圧となるように、あらかじめ所定の予圧値に設定されている。
複列玉軸受ユニットとして、例えば図３に示すように、軌道面１を有し、制動部材及びホイールが固定されるフランジ２をアウトボード側に備えたハブ３と、該ハブ３のインボード側外周に嵌め込まれ、前記軌道面１と隣接する軌道面４を有した別体内輪５とで構成される軌道輪としての回転部材（内輪）６と、前記回転部材６の複数列の軌道面１，４と対向する複数列の軌道面７，８を有し、車体側に固定されるフランジ９を備えた軌道輪としての固定部材（外輪）１０と、前記回転部材６の軌道面１，４と固定部材１０の軌道面７，８との間に複列で組み込まれる複数個の転動体１１とで構成されており、予め所定の予圧が付与された状態で組み立てられているホイール軸受用のハブユニット軸受が知られている。
【０００３】
このようなハブユニット軸受の予圧は、起動トルクにて管理されるのが普通であるが、特にこの種のホイール軸受用のハブユニット軸受は、シールが内蔵されている上に、予圧を狭い範囲でコントロールする必要があり、シールトルクのばらつきの影響を受ける起動トルクでの予圧保証は十分ではない。
【０００４】
そこで、起動トルクによらない予圧の管理方法として、特許文献１や特許文献２に開示の技術が開発されてきた。
例えば、特許文献１には、内輪を仮圧入し、すきまを測定し、変位を測定しながら内輪を再圧入し、予圧を管理する方法が開示されている。
また、特許文献２には、複列玉軸受ユニット内に予圧測定センサを埋め込む方法が開示されている。
【０００５】
しかし、特許文献１に開示の方法では、工程が複雑なため、精密に変位を測るために高剛性かつ精密な組立て機を使用しないと正確に予圧保証ができない。
また、特許文献２に開示の方法では、外輪に信号を取り出すためのケーブルを通す穴が必要となるため、その穴からの軸受内への浸水の虞がある。
そこで、本願の発明者は、物体が断熱的に弾性変形を受けると温度変化が生じる現象、いわゆる熱弾性効果に着目し、その熱弾性効果を利用して複列の転がり軸受の予圧を測定し得ないかと鋭意研究を重ねた。
【特許文献１】特許第２８６６２８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、熱弾性効果を利用することにより、複雑な工程を踏むことなく、かつ軸受に特別な加工を施すことなく、複列の転がり軸受の予圧を測定し得る複列の転がり軸受の予圧測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の第１の発明は、予圧の付与された複列の転がり軸受の一対の軌道輪を相対的に動作させることにより、軌道輪を弾性変形させる第一工程と、第一工程により弾性変形した軌道輪に現れる温度変化を測定する第二工程と、その第二工程により得られた軌道輪の温度変化の情報を、予め軌道輪の温度変化と予圧との相関関係を記録した識別情報と照らし合わせて予圧値を換算する第三工程とからなることを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法としたことである。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、一対の軌道輪が、固定輪としての外輪と、回転輪としての内輪であって、第二工程は、外輪の外径面の温度変化を測定することを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法としたことである。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、第一工程は、一対の軌道輪を相対回転させ、転動体が軌道輪の軌道面を転動する際の転動体荷重による軌道輪の弾性変形による温度変化を測定することを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法としたことである。
【００１０】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、第一工程は、一対の軌道輪を相対的に加振させ、転動体が軌道輪の軌道面を転動する際の転動体荷重による軌道輪の弾性変形による温度変化を測定することを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法としたことである。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明の第二工程において、温度変化を測定する装置として、軌道輪の温度変化状態を測定する赤外線温度測定装置を使用することを特徴とする複列の転がり軸受における予圧測定方法としたことである。
【００１２】
第６の発明は、第１乃至第５に記載の予圧測定方法で予圧が測定され、適正な予圧に設定されたことを特徴とする複列の転がり軸受としたことである。
【００１３】
第７の発明は、複列の転がり軸受がハブユニット軸受であることを特徴とする複列の転がり軸受としたことである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱弾性効果を利用して複列の転がり軸受の予圧を測定し得る予圧測定方法を提供することができたため、従来のように複雑な工程を踏むことなく、かつ軸受に予圧を測定するための特別な加工を施すことも不要である。すなわち、本発明によれば、上述のように従来にない効果を奏しつつ予圧の保証ができ、さらに他の欠陥をも発見しようとするものであるため軸受の品質向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、組み立てられた複列の転がり軸受の予圧値を測定するものであり、その一実施形態として、例えば以下に示す実施例１と実施例２を開示し、それぞれの実施例について添付図面を参照して説明する。
また、以下の実施例では、測定対象とされる複列の転がり軸受の一例として、自動車の車軸支持に用いられるハブユニット軸受をもって説明する。なお、ハブユニット軸受の構成については、先の従来技術の説明で詳述した通りであるため、ここでの詳細な説明は省略する。
「実施例１」
【００１６】
本実施例における予圧の測定方法について説明する。本実施例における予圧の測定方法は、次の第一工程乃至第三工程で構成されている。
【００１７】
［第一工程］
本工程は、予圧の付与されたハブユニット軸受の一対の軌道輪、すなわち回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０を相対回転させることにより、転動体１１…，１１…が軌道輪の軌道面１・４，７・８を転動する際の転動体荷重により固定部材（外輪）１０を弾性変形させる。図中矢印Ｒは回転方向を示す。
予圧は内部発生荷重であるため、予圧の入った転がり軸受の転動体１１は、荷重が負荷されている。予圧による転動体荷重は、純アキシャル荷重として負荷されるので、すべての転動体荷重は同じである。したがって、回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０を相対回転させると、軌道輪は転動体１１の通過により変形を繰り返す。特に、本実施例の測定対象とされたハブユニット軸受の場合、固定部材（外輪）１０の肉厚が薄いため、この変形は外径１０ａ部分にまで及ぶこととなる。もちろん、この変形は、転動体荷重すなわち予圧で異なる。
【００１８】
「第二工程」
本工程は、前述した第一工程により弾性変形した固定部材（外輪）１０の外径１０ａに現れる温度上昇分布を、赤外線温度測定装置を用いて測定する。
【００１９】
本実施例では、赤外線温度測定装置の一例として、例えば図１に示すように、測定対象とされるハブユニット軸受の固定部材（外輪）１０の外径１０ａに向けて設置した測定部（赤外線熱画像装置  サーモカメラ）Ｃと、該測定部Ｃで測定した温度変化の情報（温度上昇分布の熱画像）の信号を入力し、その温度変化の情報（温度上昇分布の熱画像）を画像表示する表示部（モニタ）Ｍとからなる赤外線画像応力システムを採用している。このような赤外線画像応力システムは、周知のものであって特に限定されず、またその詳しい構造の説明は省略する。
【００２０】
通常、転がり軸受の材質は、熱伝導率の低い鋼材であるため、熱弾性効果における発熱を保持し易いし、回転による軌道面からの摩擦熱の伝導にはある程度の時間が掛かる。
そこで、回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０の相対回転を開始後、摩擦熱が外径１０ａに達する以前の時点においては、一定数の転動体１１が通過した後の外径１０ａの温度上昇分布を赤外線応力画像システムで測定する。
【００２１】
［第三工程］
本工程は、第二工程により得られた固定部材（外輪）１０の温度変化の情報（温度上昇分布の熱画像）を、予め固定部材（外輪）１０の温度上昇分布（熱画像）と予圧との相関関係を記録した識別情報（データ）と照らし合わせて予圧値を換算する。
また、予め固定部材（外輪）１０の温度上昇分布（熱画像）と予圧との相関関係を記録した識別情報（データ）は、例えば、モニタＭと接続されている図示しないコンピュータの所定領域に格納されていて、第二工程で得られた固定部材（外輪）１０の温度変化の情報と照らし合わせる際にモニタＭに表示するものとする。なお、予め固定部材（外輪）１０の温度上昇分布（熱画像）と予圧との相関関係を記録した識別情報（データ）は、別途紙媒体に記録されていて、第二工程で得られた固定部材（外輪）１０の温度変化の情報と照らし合わせるものとしてもよい。
【００２２】
すなわち、予め予圧値がわかっている所定のハブユニット軸受を、所定時間・所定速度で回転動作させた時の固定部材（外輪）１０の外径１０ａにおける温度上昇分布の熱画像と、予め固定部材（外輪）１０の温度上昇分布の熱画像と予圧との相関関係を記録した識別情報（データ）とを照らし合わせて予圧値を換算する。
温度上昇は軸受の設計によって異なるので、予め予圧値がわかっている軸受を測定対象軸受とし、その軸受デザイン毎に、固定部材（外輪）１０の外径１０ａにおける温度上昇分布の熱画像と予圧値のコリレーション（correlation coefficient  相関関係）をとっておくことが必要である。
【００２３】
従って、本発明によって測定された複列の転がり軸受ユニットの予圧値が、軸受形式毎にあらかじめ定められている適正な予圧値でない場合には、適正な予圧を付与し直すことで十分な予圧保証を図らしめることが可能となる。
【００２４】
なお、回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０の端部領域Ｆに組み込まれ、回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０との間の環状の軸受内空間を密封する密封装置には、インボード側（車体側）の密封装置１２とアウトボード側（ホイール側）密封装置１３がある。なお、本実施例ではその具体的な構成については図示省略するが、軸受内に封入した潤滑剤(例えば、グリース、油)が軸受外部に漏洩したり、異物(例えば、水、塵埃)が軸受内部に侵入したりすることを防止可能な周知の密封装置、例えば接触シール、非接触シール（シールドを含む）が本発明の範囲内で適宜選択される。また、芯金やシールリップの有無なども設計変更可能である。
また、芯金部分の一部をシールリップの摺動面としたり、シールの一部を形成するようにしたりすることも可能である。
【００２５】
本実施例の一例として自動車の車輪支持に用いられるハブユニット軸受をもって説明したが、単なる一例であって鉄道車両の車輪などその他の車輪であってもよく、さらに車輪支持用のハブユニット軸受でなくても本発明の範囲内であり、複列の転がり軸受が本発明の範囲内で適用される。
また、本実施例では、玉軸受をもって説明したが、ころ軸受であっても構わない。
【００２６】
温度変化を測定する装置は、本実施例にて示した赤外線画像応力システムに何等限定解釈されるものではなく、他の赤外線温度測定装置、例えば、物体の表面から放射される赤外線のエネルギー量を温度に換算することで、物体の表面温度を非接触で測定する周知の赤外線温度計を採用することも可能である。
【００２７】
本発明で外径一周の温度上昇分布を測定することにより、次の外径異常の検出も可能となる。
外径が円筒形状で、軌道面と外径の間の肉厚が一定の軸受において、軌道面の真円度が悪い場合には、軌道面真円度の短径にあたる部分は、転動体荷重が高くなる。
従って、外径に現れる応力も高くなるので、外径一周の温度上昇分布が一定でなくなる。よって、実施例１で説明した赤外線画像応力システムなどを用いて、外径一周の温度上昇分布をとることで、真円度の保証も可能となる。
また、大きな材料欠陥が外輪にあるような場合にも、外径一周の応力が変化し、温度上昇分布に変化が現れるので、材料欠陥の検出可能である。
なお、このように外径一周の温度上昇の測定方法としては、軸受外径を複数台の赤外線応力画像システムで測定するものとしてもよい。また、被測定軸受をターンテーブル等に載せて回転させることにより一台の赤外線応力画像システムで測定してもよい。
【００２８】
本実施例では、内輪６を回転部材、外輪１０を固定部材とした実施の一例について説明したが、内輪６を固定部材、外輪１０を回転部材とする形態であってもよい。この場合、固定部材である内輪の温度変化を測定するのが好ましい。
「実施例２」
【００２９】
図２は、本発明予圧測定方法における他の実施の一例を示す概略図である。
本実施例は、上述した実施例１における第一工程が異なり、本実施例では、回転部材（内輪）６と固定部材（外輪）１０を相対的に加振させ、転動体１１が固定部材（外輪）１０の軌道面７，８を転動する際の転動体荷重により軌道輪を弾性変形させることを第一工程としているものである。本実施例では、固定部材（外輪１０のフランジ９端面）に所定の加振装置Ｋを押し当てて加振させている。
その他の工程・作用効果については、実施例１と同じである。また、加振装置Ｋにあっても周知のものが本発明の範囲内で適用可能である。
【００３０】
本実施例によれば、加振に伴い、転動体と軌道面の接触位置も変化するので、温度上昇の発生分布も予圧によって変化する。
また、本実施例にあっても、実施例１と同様に外径一周の温度上昇分布を測定することが可能である。さらに、本実施例の場合、転動体のばらつきがある場合も検出可能である。
【００３１】
なお、上述した各実施例１，２に開示の予圧測定方法は一実施例にすぎず、回転部材としての軌道輪と固定部材としての軌道輪を相対的に動作させることにより、軌道輪を弾性変形させ、その弾性変形した軌道輪の温度上昇分布を測定し、その測定したデータから、そのユニットの予圧を測定し得るものであればよく、本実施例に限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の予圧測定方法の実施例１を示す概略図である。
【図２】本発明の予圧測定方法の実施例２を示す概略図である。
【図３】ハブユニット軸受の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  軌道面
３  ハブ
４  軌道面
５  別体内輪
６  回転部材（内輪）
７，８  軌道面
１０  固定部材（外輪）
１１  転動体
Ｃ  測定部（カメラ）
Ｍ  表示部（モニタ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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