(57)【要約】【課題】内外輪がともに回転している場合であっても、その回転状態を正確且つ確実に計測可能なことに加えて、軸受に対する異常発生有無の診断精度を向上させることが可能なセンサ付き軸受を提供する。【解決手段】一対の軌道輪2,4、複数の転動体６、保持器８、軸受の回転状態を計測するセンサ１０を備えたセンサ付き軸受Ａであって、少なくとも一方の軌道輪は、他方の軌道輪に対して相対回転可能に配置され、複数の転動体のうちの１つは、磁性材を着磁して成るセンサ転動体６ｓとして、非磁性材で成る保持器に保持されて軌道輪間に組み込まれており、センサには、センサ転動体が発する磁気を集めるための集磁部１０ａと、集磁部に集められた磁気を誘導電圧として検出するための磁気検出部１０ｂとが設けられ、集磁部は、その材料として所定の透磁率を有する軟磁性材を用いて形成されている。【選択図】図１
2008026008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、当該転動体を回転自在に保持する保持器と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えたセンサ付き軸受であって、
少なくとも一方の軌道輪は、他方の軌道輪に対して相対回転可能に配置され、複数の転動体のうちの１つは、磁性材を着磁して成るセンサ転動体として、非磁性材で成る保持器に保持されて軌道輪間に組み込まれており、センサには、前記センサ転動体が発する磁気を集めるための集磁部と、当該集磁部に集められた磁気を誘導電圧として検出するための磁気検出部とが設けられ、集磁部は、その材料として所定の透磁率を有する軟磁性材を用いて形成されていることを特徴するセンサ付き軸受。
【請求項２】
センサ転動体は、磁性材を２極以上に多極着磁して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
【請求項３】
センサ転動体は、その材料として、保磁力が１５エルステッドよりも大きな硬磁性材を用いて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジンなどの主軸を支持する転がり軸受において、軸受の回転状態(例えば、転動体の自転数や公転数など)を計測するためのセンサ機能を有するセンサ付き軸受の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジンなどの主軸を支持する転がり軸受として、当該軸受の回転状態を計測するためのセンサ機能を有する各種のセンサ付き軸受を適用した構成が知られている。
このように軸受の回転状態を計測するに当たり、例えば、特許文献１には、一例として、転がり軸受の転動体の自転数や公転数を計測するための方法が開示されている。
【０００３】
図５には、かかる方法を実施するためのセンサ付き転がり軸受の構成の一例が示されている。この場合、転がり軸受には、内輪５０を主軸(図示しない)とともに回転する回転輪、外輪５２を常時非回転状態に維持される静止輪として、当該内外輪50,52が対向配置されており、内外輪50,52間へ転動可能に複数の転動体(玉)５４が保持器５６によって保持された状態で組み込まれている。
【０００４】
また、図５に示す構成において、転がり軸受には、外周面５８ａにコイル(サーチコイル)６０が巻き付けられた樹脂製リング５８が設けられており、当該樹脂製リング５８は、その内周面５８ｂを静止輪である外輪５２の外周面５２ａに当接させて、当該外輪５２に外嵌固定されている。なお、サーチコイル６０は、樹脂製リング５８を省略し、外輪５２の外周面５２ａに直接巻き付けて構成される場合もある。
【０００５】
さらに、保持器５６には、一方側の端面(図５では、下側端面)の所定位置に鉄片６２が取り付けられているとともに、その先端部６６ａを鉄片６２と対向可能に位置付けた棒状磁石６６が配設されている。この場合には、棒状磁石６６の外周面にコイル６４が直接巻き付けられている。
【０００６】
かかる転がり軸受(センサ付き軸受)において、内外輪50,52間に組み込まれた複数の転動体(玉)５４のうち、１個の転動体(玉)５４のみが、磁性を有する転動体(玉)として構成されている。そして、当該磁性を有する転動体(玉)５４が自転しながら内外輪50,52間を公転する際、棒状磁石６６との間の磁界変化に伴って生じる誘導電圧をサーチコイル６０により検出することで、転動体(玉)の回転状態(自転数や公転数など)を計測することができる。
【特許文献１】米国特許第４６６１７７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ジェットエンジンやガスタービンエンジンなどの主軸を支持するセンサ付き軸受は、内外輪50,52が同時に回転する、すなわち、内外輪50,52がいずれも回転輪として構成される場合がある。この場合、例えば、外輪５２の外周面５８ａに設けられたサーチコイル６０は、当該外輪５２が回転することにより、遠心力を継続的に受けることとなり、当該遠心力の程度によっては、損傷してしまう場合がある。
【０００８】
したがって、内外輪50,52がいずれも回転するセンサ付き軸受に対しても、サーチコイル６０の耐用性を高めながら、軸受製造コストの上昇を抑えるための方策や、その回転状態(例えば、転動体(玉)の自転数や公転数など)を計測するための計測部(センサ部)を一体的に組み込むことで、軸受の取り扱いを容易にするための方策などが必要となる。
【０００９】
また、転動体(玉)５４の回転状態(自転数や公転数など)の計測用に磁化された(磁性を持たせた)１個の転動体(玉)５４は、その材料として軸受鋼が用いられているため、十分な残留磁気が得られない場合がある。この結果、かかる軸受鋼製の転動体(玉)５４を用いて、その自転数や公転数などを計測した場合、当該軸受鋼製の転動体(玉)５４が発する回転信号が微弱であるため、ＳＮ比(信号電力対雑音電力比)が悪くなってしまう場合がある。すなわち、当該回転信号が雑音(ノイズ)に紛れてしまい、当該回転信号を確実に検出できなくなってしまう場合がある。
【００１０】
さらに、転がり軸受が定常運転(回転)している際、例えば、内外輪50,52の軌道面(レース面)の一部に微小な剥離などの損傷が発生した場合、転動体(玉)５４の自転数や公転数に極小さな変化が生じる。しかしながら、転動体(玉)５４の回転状態を計測する際、その自転数や公転数の平均値だけを測定していたのでは、かかる初期の極軽微な損傷発生による自転数や公転数の極小さな変化を正確に検知することができない場合があり、このような軸受に対して発生した損傷を見逃してしまう虞がある。
【００１１】
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、内外輪のいずれかが回転している場合のみならず、内外輪がともに回転している場合であっても、その回転状態を正確に且つ確実に計測可能なことに加えて、軸受に対して異常が発生しているか否かの診断精度を向上させることが可能なセンサ付き軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明に係るセンサ付き軸受は、対向して配置された一対の軌道輪と、当該軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、当該転動体を回転自在に保持する保持器と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えている。この場合、少なくとも一方の軌道輪は、他方の軌道輪に対して相対回転可能に配置され、複数の転動体のうちの１つは、磁性材を着磁して成るセンサ転動体として、非磁性材で成る保持器に保持されて軌道輪間に組み込まれている。また、センサには、前記センサ転動体が発する磁気を集めるための集磁部と、当該集磁部に集められた磁気を誘導電圧として検出するための磁気検出部とが設けられ、集磁部は、その材料として所定の透磁率を有する軟磁性材を用いて形成されている。
【００１３】
このような構成のセンサ付き軸受において、センサ転動体は、磁性材を２極以上に多極着磁して形成されている。また、センサ転動体は、その材料として、保磁力が１５エルステッドよりも大きな硬磁性材を用いて形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセンサ付き軸受によれば、内外輪のいずれかが回転している場合のみならず、内外輪がともに回転している場合であっても、その回転状態を正確に且つ確実に計測することができる。加えて、軸受に対して異常が発生しているか否かの診断精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るセンサ付き軸受について、添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)には、本発明の第１実施形態に係るセンサ付き軸受Ａが示されており、当該軸受Ａは、対向して配置された一対の軌道輪(内輪２及び外輪４)と、当該軌道輪2,4間に転動自在に組み込まれた複数の転動体(玉)６と、当該転動体(玉)６を回転自在に保持する保持器８と、軸受Ａの回転状態を計測するセンサ１０とを備えている。
【００１６】
この場合、少なくとも一方の軌道輪は、他方の軌道輪に対して相対回転可能に配置されている。図１(ａ)に示す構成においては、一例として、内輪２が主軸(図示しない)とともに回転する回転輪として構成され、外輪４が常時非回転状態に維持される静止輪として構成されており、内輪２が外輪４に対して相対回転可能に対向して配置されている。また、本実施形態においては、一例として、内輪２及び外輪４が透磁率の高い素材(例えば、所定の透磁率を有する軟磁性材など)を材料として形成されている。
【００１７】
なお、センサ付き軸受は、図２に示す本発明の第２実施形態に係る軸受構成(センサ付き軸受Ｂ)のように、内輪２を静止輪とし、外輪４を回転輪として構成してもよい。また、図３に示す本発明の第３実施形態に係る軸受構成(センサ付き軸受Ｃ)のように、内外輪2,4をいずれも回転輪として構成してもよい。
【００１８】
かかる軸受Ａにおいて、複数の転動体(玉)６のうちの１つは、磁性材を着磁して成るセンサ転動体(玉)６ｓとして構成されている。なお、センサ転動体(玉)６ｓは、所定の磁性を有する任意の素材を材料として形成することができるため、ここでは、具体的な素材について特に限定しない。例えば、その材料として、保磁力(残留磁気をゼロにするために加える逆向きの外部磁気の大きさ)が１５エルステッド(約１．２キロアンペア毎メートル)よりも大きな硬磁性材を用いて、センサ転動体(玉)６ｓを形成すればよい。この場合、一例として、センサ転動体(玉)６ｓは、キュリー点が７７０℃の炭素鋼(０.９Ｃ，１Ｍｎ，Ｆｅ(質量％))を材料として形成することができる。
【００１９】
また、センサ転動体(玉)６ｓを着磁させる場合、単極着磁させてもよいし、２極以上に多極着磁させてもよいが、本実施形態においては、一例として、センサ転動体(玉)６ｓが多極着磁(例えば、６極)されている場合を想定する。
【００２０】
なお、複数の転動体(玉)６のうち、センサ転動体(玉)６ｓ以外の転動体(玉)６は、任意の素材を材料として形成することができるため、ここでは、具体的な素材について特に限定しない。ただし、かかる転動体(玉)６は、センサ転動体(玉)６ｓの磁性及び当該センサ転動体(玉)６ｓが自転することに伴う磁界変化によって生じる誘導電圧に影響を与えることのない素材(例えば、後述する保持器８と同様の非磁性材など)を材料として形成する必要がある。
【００２１】
また、センサ転動体(玉)６ｓ、及びこれ以外の転動体(玉)６の大きさ及び形状は、例えば、軸受Ａの大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。ただし、センサ転動体(玉)６ｓを含めた全ての転動体(玉)６は、同一の大きさ(寸法)及び同一の形状に形成する必要がある。
【００２２】
さらにまた、図１(ａ)には、転動体6(6s)として玉を適用した構成を一例として示しているが、例えば、軸受Ａの構成や種類などに応じて、転動体として、各種のころ(円すいころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。この場合、センサ転動体及びこれ以外の転動体を全て、同種のころで構成すればよい。
【００２３】
また、かかる軸受Ａにおいて、保持器８は、非磁性材を材料として、その内径が内輪２の外径よりも大きく、その外径が外輪４の内径よりも小さな環状を成して構成されており、転動体(玉)6(6s)を１つずつ回転自在に保持するポケットが周方向に沿って等間隔を成して形成されている。なお、保持器８は、磁性を有さない任意の素材を材料として形成することができるため、ここでは、具体的な素材について特に限定しない。例えば、その材料として、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属、あるいは、プラスチックや炭素繊維複合材等の非金属などの非磁性材を用いて、保持器８を形成すればよい。また、図１(ａ)に示す構成においては、保持器８として、いわゆる打ち抜き型のタイプを一例として適用しているが、その形式はこれに限定されず、例えば、転動体の種類などに応じて、もみ抜き型、冠型、波型及び合わせ型など、各種のタイプを適用することができる。
【００２４】
このように本実施形態において、磁性材を着磁して成るセンサ転動体(玉)６ｓを含めた複数の転動体(玉)６は、非磁性材で成る保持器８のポケット内に１つずつ回転自在に保持された状態で、内外輪2,4間に組み込まれ、当該保持器８とともに当該内外輪2,4間を転動(公転)する。その際、保持器８が非磁性材で構成されているため、センサ転動体(玉)６ｓの発する磁力線(磁気)の状態を保持器８で乱すことなく(干渉することなく)、転動体(玉)6(6s)を内外輪2,4間において転動(公転)させることができる。
【００２５】
また、かかる軸受Ａにおいて、センサ１０には、センサ転動体(玉)６ｓが発する磁気を集めるための集磁部１０ａと、当該集磁部１０ａに集められた磁気を誘導電圧として検出するための磁気検出部１０ｂとが設けられており、集磁部１０ａは、その材料として所定の透磁率を有する軟磁性材を用いて形成されている。
【００２６】
図１(ａ)に示す構成において、集磁部１０ａは、一例として、無方向性電磁鋼帯などのような透磁率の高い軟磁性材を材料として、その内径が内輪２の内径よりも大きく、その外径が外輪４の外径よりも小さな円筒状を成して構成されている。この場合、集磁部１０ａには、その一方側の端面(図１(ａ)の左端面)１０ｓから他方側の端面(同図の右端面)１０ｔまでを所定の大きさで貫通する貫通孔１２ｈが周方向に沿って等間隔を成して形成され、隣り合う貫通孔１２ｈは、柱部１２ｐによって相互に連結されている。
【００２７】
なお、集磁部１０ａ、貫通孔１２ｈ及び柱部１２ｐの大きさ、形状及び配置などは、例えば、軸受Ａの大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、貫通孔１２ｈ及び柱部１２ｐは、センサ１０に設けられる磁気検出部１０ｂの数に応じて、少なくともその数と同じ数だけ集磁部１０ａに対してそれぞれ形成すればよい。一例として、図１(ｂ)に示す構成においては、センサ１０に対し、４つの磁気検出部１０ｂが設けられているとともに、集磁部１０ａに対し、４つの貫通孔１２ｈ及び柱部１２ｐがそれぞれ形成されている。
【００２８】
また、集磁部１０ａの構成は、図１(ｂ)に示す構成には限定されず、例えば、貫通孔１２ｈ及び柱部１２ｐに代えて、その軸受Ａ側の端面(図１(ａ)の左端面)１０ｓに所定の凹状部を形成した構成としてもよい。この場合、当該凹状部は、その内部に磁気検出部１０ｂを収容することが可能な所定の大きさ(径や深さなど)を成して、周方向に沿って所定間隔(例えば、等間隔)で形成すればよい。
【００２９】
また、図１(ａ)に示す構成において、センサ１０には、透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す内輪スリーブ２ｓが設けられている。この場合、内輪スリーブ２ｓは、一方側の端面(図１(ａ)の左端面)２０ｓが内輪２の一方側の端面(同図の右端面)２ａと所定間隔を空けて対向した状態となるように位置決めされている。また、内輪スリーブ２ｓは、他方側の端面(図１(ａ)の右端面)２２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
【００３０】
さらにまた、センサ１０には、内輪スリーブ２ｓと同様の透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す外輪スリーブ４ｓが設けられている。この場合、外輪スリーブ４ｓは、外輪４の一方側の端面(図１(ａ)の右端面)に周方向に沿って連続して凹状に形成された所定の取り付け溝４ｄに、一方側の端面(図１(ａ)の左端面)４０ｓ及び外周面(同図の上側の面)４４ｓを当接させた状態で、当該外輪２に固定されている。また、外輪スリーブ４ｓは、他方側の端面(図１(ａ)の右端面)４２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
なお、外輪４に取り付け溝４ｄを形成せず、その一方側の端面(図１(ａ)の右端面)に外輪スリーブ４ｓの一方側の端面(図１(ａ)の左端面)４０ｓを直接当接させて、外輪スリーブ４ｓを外輪４に固定してもよい。
【００３１】
このように、図１(ａ)に示す構成において、センサ１０は、集磁部１０ａが内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓと一体を成して、静止輪である外輪４に固定されて構成されている。これにより、センサ転動体(玉)６ｓが発した磁気が外輪４、外輪スリーブ４ｓ、集磁部１０ａ、内輪スリーブ２ｓ及び内輪２を伝導し、再びセンサ転動体(玉)６ｓに至る磁気回路(以下、磁気回路ＭＣという)を構成することができる。この場合、磁気回路ＭＣの回路方向は、例えば、軸受Ａの回転方向やセンサ転動体(玉)６ｓの転動(公転)方向及び自転方向などに応じて所定方向に決定される。
【００３２】
なお、図１(ａ)に示す構成において、センサ１０は、内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓと一体を成す集磁部１０ａが、上記磁気回路ＭＣを構成することが可能なだけの間隔を内輪２との間に空けて位置付けられるように、外輪４に対して固定されている。
【００３３】
ここで、集磁部１０ａと内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓとを相互に固定する方法は、特に限定されず、例えば、接着や締結などによりこれらを相互に固定すればよい。ただし、その固定方法は、上述したセンサ転動体(玉)６ｓを起点とする磁気回路ＭＣを断絶させることのない方法である必要がある。
【００３４】
なお、内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓは、一連の環状を成していなくともよく、例えば、複数の部材により断続的に環状を成していてもよい。また、本実施形態においては、集磁部１０ａ、内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓは、別体として形成した後、相互に固定(例えば、接着固定や締結固定など)することにより一体構成としているが、これらを全体として一体的に成形する構成としてもよい。
【００３５】
また、図１(ｂ)に示す構成において、センサ１０には、磁気検出部１０ｂとして、ピックアップコイル１４が設けられており、当該ピックアップコイル１４は、集磁部１０ａに形成された４つの柱部１２ｐにそれぞれ１つずつ合計４つ設けられ、各ピックアップコイル１４が並列に配線接続されている(図１(ｃ)参照)。
【００３６】
このような構成によれば、センサ転動体(玉)６ｓが発する磁気が常に集磁部１０ａに集められ、当該磁気は、センサ転動体(玉)６ｓの自転に伴ってその方向が変化する。これにより、磁気回路ＭＣ内を流れる磁気の方向が変化し、当該磁気回路ＭＣから生ずる磁界が変化する。すなわち、当該磁界の変化によって誘導電圧(図１(ｃ)のＵ−Ｖ間の電圧に相当)を生じさせることができ、当該誘導電圧をピックアップコイル１４によって検出し、誘導電圧信号として常に出力することができる。なお、図１(ｄ)には、ピックアップコイル１４によって検出された誘導電圧(出力された誘導電圧信号)の波形の一例が示されている。
【００３７】
なお、ピックアップコイル１４(磁気検出部１０ｂ)の数は、例えば、集磁部１０ａの大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、ピックアップコイル１４の巻数、巻方向、径及び長さなどは、例えば、センサ転動体(玉)６ｓが発する磁気の大きさ、すなわち、検出する(発生させる)誘導電圧の大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００３８】
さらに、本実施形態において、センサ１０には、磁気検出部１０ｂとして、ピックアップコイル１４を設けているが、これに代えて、あるいはこれと組み合わせて、例えば、後述する第２実施形態に係る構成(図２(ｂ))のように、ホール素子を磁気検出部１０ｂとして設けてもよい。
【００３９】
これにより、軸受Ａにおいて、内輪２が外輪４に対して回転している場合、すなわち、センサ転動体(玉)６ｓを含めた転動体(玉)６が内外輪2,4間を転動(公転)している場合、当該センサ転動体(玉)６ｓが自転することに伴う磁界変化によって生じる誘導電圧を、センサ１０の４つのピックアップコイル１４から誘導電圧信号として出力することができる。なお、出力された誘導電圧信号を伝導する手段は、特に限定されないが、例えば、スリップリングやテレメータなどを用いることができる。
【００４０】
ここで、かかる軸受Ａにおいて、センサ転動体(玉)６ｓを組み込むこと(すなわち、自転させること)により誘導電圧を生じさせ、当該誘導電圧により出力される誘導電圧信号をセンサ１０(集磁部１０ａ及び磁気検出部１０ｂ(ピックアップコイル１４))で測定した結果の一例を、図１(ｅ),(ｆ)にそれぞれ示す。
【００４１】
図１(ｅ)には、軸受Ａに対する軸受荷重が大きく、センサ転動体(玉)６ｓに対する公転滑りがない場合における誘導電圧信号の出力状態が示されている。この場合、センサ転動体(玉)６ｓにおいて自転滑りもなく、同図に示すように、誘導電圧信号の周期は、略一定値のまま安定している。これに対し、図１(ｆ)には、軸受Ａに対する軸受荷重が小さく、センサ転動体(玉)６ｓに対する公転滑りが大きい場合における誘導電圧信号の出力状態が示されている。この場合、センサ転動体(玉)６ｓにおいて自転滑りも大きくなり、同図に示すように、誘導電圧信号の周期は、安定せず、常に変動している。
【００４２】
なお、上述した本実施形態においては、センサ転動体(玉)６ｓを多極着磁させているが、この場合、例えば、図４(ａ)に示すように、３つのＮ極と３つのＳ極とを６０°ずつ位相をずらして着磁させた６極着磁構成とすることができる。ここで、転動体としてころ(一例として、直径が１０ｍｍ、幅(両端面間の距離)が１０ｍｍの円筒ころを想定)を適用し、当該ころを上述したような６極着磁してセンサ転動体として構成し、図１(ａ)に示す軸受Ａに相当する軸受の内外輪間に組み込んだ。そして、当該センサ転動体(ころ)を一回自転させた場合において、図１(ｂ)と同様に構成されたセンサで誘導電圧信号の出力を測定した。この場合における誘導電圧信号の出力状態を一例として、図４(ｂ)に示す。
【００４３】
図４(ｂ)に示すように、この場合、誘導電圧信号は、センサ転動体(ころ)に対して着磁させた磁極数に相当する回数(同図においては、６回)だけ、正弦波状の信号が反復した波形を成す。したがって、誘導電圧信号の出力波形を測定(監視)することで、かかるセンサ転動体(ころ)が一回自転する際、その自転速度が変動しているか否かを判定することができる。なお、転動体として玉を適用し、当該玉を上述したような６極着磁してセンサ転動体として構成した場合においても、誘導電圧信号は、上述したころの場合と同様に、図４(ｂ)に示すような正弦波形となる。
【００４４】
これにより、例えば、センサ転動体(玉やころ)が一回公転する間における自転数、あるいは、センサ転動体(玉やころ)が一回自転する間における自転速度の変動を高精度に測定することができ、軸受の回転状態を正確に且つ確実に計測することができる。加えて、例えば、内外輪2,4の軌道面(レース面)の一部に微小な剥離などが生じたことを、上記センサ転動体(玉やころ)の自転数や自転速度の変動として捉えることで、軸受Ａにおける損傷の発生を初期の段階で確実に検知することができる。この結果、軸受Ａに対して異常が生じているか否かの診断精度を向上させることができる。
【００４５】
また、上述した本実施形態において、センサ転動体(玉)６ｓは、キュリー点が７７０℃の炭素鋼(０.９Ｃ，１Ｍｎ，Ｆｅ(質量％))を材料として形成されている。このため、軸受使用時に想定される温度範囲(５５０℃以下)において、かかるセンサ転動体(玉)６ｓにおける残留磁気を軸受鋼製の転動体よりも大きくすることができる。したがって、かかる炭素鋼製の転動体をセンサ転動体(玉)６ｓとして軸受Ａに組み込むことで、当該センサ転動体(玉)６ｓの自転時における磁界変化によって生じる誘導電圧の振幅を大きくすることができる。
【００４６】
これにより、当該誘導電圧により出力される誘導電圧信号をセンサ１０(集磁部１０ａ及び磁気検出部１０ｂ(ピックアップコイル１４))で測定することで、当該誘導電圧信号が雑音(ノイズ)に紛れることなく、例えば、極僅かなセンサ転動体(玉)６ｓの自転滑りに伴う自転数の変動、すなわち、誘導電圧信号の波形変化などを高精度に測定することができる。加えて、例えば、内外輪2,4の軌道面(レース面)の一部に微小な剥離などが生じたことを、上記センサ転動体(玉)６ｓの自転数の変動などとして捉えることで、軸受Ａにおける損傷の発生を初期の段階で確実に検知することができる。この結果、軸受Ａに対して異常が生じているか否かの診断精度を向上させることができる。
【００４７】
なお、本発明は、上述した本実施形態に係る軸受構成には限定されず、図２(ａ),(ｂ)に示す第２実施形態や、図３に示す第３実施形態に係る軸受構成であっても、同様の効果を得ることができる。なお、第２実施形態に係るセンサ付き軸受Ｂ、及び第３実施形態に係るセンサ付き軸受Ｃにおいて、その基本的な軸受構成は、上述した第１実施形態に係るセンサ付き軸受Ａ(図１(ａ),(ｂ))と同様であるため、図面上、軸受Ａの構成部材と同一若しくは類似の構成部材に対しては、同一符号を付している。
【００４８】
図２(ａ),(ｂ)には、本発明の第２実施形態に係るセンサ付き軸受Ｂが示されており、当該軸受Ｂにおいては、内輪２が静止輪、外輪４が回転輪として構成されているとともに、センサ１０の磁気検出部１０ｂとして、ホール素子１６が設けられている。
【００４９】
図２(ａ)に示す構成において、センサ１０には、透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す内輪スリーブ２ｓが設けられている。この場合、内輪スリーブ２ｓは、内輪２の一方側の端面(図２(ａ)の右端面)に周方向に沿って連続して凹状に形成された所定の取り付け溝２ｄに、一方側の端面(図２(ａ)の左端面)２０ｓ及び内周面(同図の下側の面)２４ｓを当接させた状態で、当該内輪２に固定されている。また、内輪スリーブ２ｓは、他方側の端面(図２(ａ)の右端面)２２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
なお、内輪２に取り付け溝２ｄを形成せず、その一方側の端面(図２(ａ)の右端面)に内輪スリーブ２ｓの一方側の端面(図２(ａ)の左端面)２０ｓを直接当接させて、内輪スリーブ２ｓを内輪２に固定してもよい。
【００５０】
また、センサ１０には、内輪スリーブ２ｓと同様の透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す外輪スリーブ４ｓが設けられている。この場合、外輪スリーブ４ｓは、一方側の端面(図２(ａ)の左端面)４０ｓが外輪４の一方側の端面(同図の右端面)４ａと所定間隔を空けて対向した状態となるように位置決めされている。また、外輪スリーブ４ｓは、他方側の端面(図２(ａ)の右端面)４２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
【００５１】
このように、図２(ａ)に示す構成において、センサ１０は、集磁部１０ａが内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓと一体を成して、静止輪である内輪２に固定されて構成されている。これにより、センサ転動体(玉)６ｓが発した磁気が外輪４、外輪スリーブ４ｓ、集磁部１０ａ、内輪スリーブ２ｓ及び内輪２を伝導し、再びセンサ転動体(玉)６ｓに至る磁気回路(以下、磁気回路ＭＣという)を構成することができる。この場合、磁気回路ＭＣの回路方向は、例えば、軸受Ｂの回転方向やセンサ転動体(玉)６ｓの転動(公転)方向及び自転方向などに応じて所定方向に決定される。
【００５２】
なお、図２(ａ)に示す構成において、センサ１０は、内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓと一体を成す集磁部１０ａが、上記磁気回路ＭＣを構成することが可能なだけの間隔を外輪４との間に空けて位置付けられるように、内輪２に対して固定されている。
【００５３】
また、図２(ｂ)に示す構成において、センサ１０には、磁気検出部１０ｂとして、ホール素子１６が設けられており、当該ホール素子１６は、集磁部１０ａに形成された４つの柱部１２ｐにそれぞれ１つずつ合計４つ設けられ、各ホール素子１６が並列に配線接続されている。
【００５４】
このような構成によれば、センサ転動体(玉)６ｓが発する磁気が常に集磁部１０ａに集められ、当該磁気は、センサ転動体(玉)６ｓの自転に伴ってその方向が変化する。これにより、磁気回路ＭＣ内を流れる磁気の方向が変化し、当該磁気回路ＭＣから生ずる磁界が変化する。すなわち、当該磁界の変化によって誘導電圧(図１(ｃ)のＵ−Ｖ間の電圧に相当)を生じさせることができ、当該誘導電圧をホール素子１６によって検出し、誘導電圧信号として常に出力することができる。この場合、出力された誘導電圧信号を伝導する手段は、特に限定されないが、例えば、スリップリングやテレメータなどを用いることができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、センサ１０には、磁気検出部１０ｂとして、ホール素子１６を設けているが、これに代えて、あるいはこれと組み合わせて、例えば、上述した第１実施形態に係る構成(図１(ｂ))のように、ピックアップコイルを磁気検出部１０ｂとして設けてもよい。
【００５６】
また、図２(ａ)には、転動体6(6s)として玉を適用した構成を一例として示しているが、例えば、軸受Ｂの構成や種類などに応じて、転動体として、各種のころ(円すいころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。この場合、センサ転動体及びこれ以外の転動体を全て、同種のころで構成すればよい。
【００５７】
これにより、例えば、センサ転動体(玉やころ)が一回公転する間における自転数、あるいは、センサ転動体(玉やころ)が一回自転する間における自転速度の変動を高精度に測定することができ、軸受の回転状態を正確に且つ確実に計測することができる。加えて、例えば、内外輪2,4の軌道面(レース面)の一部に微小な剥離などが生じたことを、上記センサ転動体(玉やころ)の自転数や自転速度の変動として捉えることで、軸受Ｂにおける損傷の発生を初期の段階で確実に検知することができる。この結果、軸受Ｂに対して異常が生じているか否かの診断精度を向上させることができる。
【００５８】
また、図３には、本発明の第３実施形態に係るセンサ付き軸受Ｃが示されており、当該軸受Ｃにおいては、内輪２及び外輪４がいずれも回転輪として構成されている。
図３に示す構成において、センサ１０には、透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す内輪スリーブ２ｓが設けられている。この場合、内輪スリーブ２ｓは、一方側の端面(図３の左端面)２０ｓが内輪２の一方側の端面(同図の右端面)２ａと所定間隔を空けて対向した状態となるように位置決めされている。また、内輪スリーブ２ｓは、他方側の端面(図３の右端面)２２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
【００５９】
また、センサ１０には、内輪スリーブ２ｓと同様の透磁率の高い素材を材料として形成された環状を成す外輪スリーブ４ｓが設けられている。この場合、外輪スリーブ４ｓは、一方側の端面(図３の左端面)４０ｓが外輪４の一方側の端面(同図の右端面)４ａと所定間隔を空けて対向した状態となるように位置決めされている。また、外輪スリーブ４ｓは、他方側の端面(図３の右端面)４２ｓを集磁部１０ａの一方側の端面(同図の左端面)１０ｓと当接させた状態で集磁部１０ａに固定されている。
【００６０】
このように、図３に示す構成においては、内輪２及び外輪４がいずれもセンサ１０(集磁部１０ａ)と非接触状態に位置付けられ、当該内外輪2,4は、この状態を維持してセンサ１０(集磁部１０ａ)に対していずれも回転している。この場合、センサ１０は、内輪スリーブ２ｓ及び外輪スリーブ４ｓと一体を成す集磁部１０ａが、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様の磁気回路ＭＣを構成することが可能なだけの間隔を内外輪2,4との間に空けて位置付けられるように、装置(例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジンのハウジング(図示しない)など)に対して固定されている。
【００６１】
なお、本実施形態において、センサ１０には、磁気検出部として、上述した第１実施形態に係る構成(図１(ｂ))のように、ピックアップコイルを設けてもよいし、上述した第２実施形態に係る構成(図２(ｂ))のように、ホール素子を設けてもよい。また、磁気検出部１０ｂとして、ピックアップコイルとホール素子とを組み合わせて設けてもよい。そして、この場合、各磁気検出部(ピックアップコイルやホール素子など)が並列に配線接続されている(図１(ｂ)及び図２(ｂ)参照)。
【００６２】
このような構成によれば、センサ転動体(玉)６ｓが発する磁気が常に集磁部１０ａに集められ、当該磁気は、センサ転動体(玉)６ｓの自転に伴ってその方向が変化する。これにより、磁気回路ＭＣ内を流れる磁気の方向が変化し、当該磁気回路ＭＣから生ずる磁界が変化する。すなわち、当該磁界の変化によって誘導電圧(図１(ｃ)のＵ−Ｖ間の電圧に相当)を生じさせることができ、当該誘導電圧を磁気検出部(ピックアップコイルやホール素子など)によって検出し、誘導電圧信号として常に出力することができる。この場合、出力された誘導電圧信号を伝導する手段は、特に限定されないが、例えば、スリップリングやテレメータなどを用いることができる。
【００６３】
なお、図３には、転動体6(6s)として玉を適用した構成を一例として示しているが、例えば、軸受Ｂの構成や種類などに応じて、転動体として、各種のころ(円すいころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。
【００６４】
これにより、内外輪2,4がともに回転している場合であっても、例えば、センサ転動体(玉やころ)が一回公転する間における自転数、あるいは、センサ転動体(玉やころ)が一回自転する間における自転速度の変動を高精度に測定することができ、軸受の回転状態を正確に且つ確実に計測することができる。加えて、例えば、内外輪2,4の軌道面(レース面)の一部に微小な剥離などが生じたことを、上記センサ転動体(玉やころ)の自転数や自転速度の変動として捉えることで、軸受Ｃにおける損傷の発生を初期の段階で確実に検知することができる。この結果、軸受Ｃに対して異常が生じているか否かの診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ付き軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、断面図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ａ１方向から見たセンサの平面図、(ｃ)は、磁気検出部(ピックアップコイル)から誘導電圧信号を出力させるための配線接続を示す図、(ｄ)は、磁気検出部(ピックアップコイル)によって測定された誘導電圧の波形を示す図、(ｅ)は、軸受荷重が大きく、センサ転動体に対する公転滑りがない場合の誘導電圧信号の出力状態を示す図、(ｆ)は、軸受荷重が小さく、センサ転動体に対する公転滑りが大きい場合の誘導電圧信号の出力状態を示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るセンサ付き軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、断面図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ａ２方向から見たセンサの平面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係るセンサ付き軸受の構成例を示す断面図。
【図４】本発明に係るセンサ転動体を説明するための図であって、(ａ)は、着磁状態(６極着磁)を示す図、(ｂ)は、一自転時の誘導電圧信号の出力状態を示す図。
【図５】従来のセンサ付き軸受の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００６６】
２  内輪
４  外輪
６  転動体
６ｓ  センサ転動体
８  保持器
１０  センサ
１０ａ  集磁部
１０ｂ  磁気検出部
１４  ピックアップコイル
１６  ホール素子
Ａ  センサ付き軸受
【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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