(57)【要約】【課題】軸受装置における予圧すなわち軸方向荷重の測定を可能とし、適正な予圧設定に寄与することができる軸受装置およびセンシングシステムを提供する。【解決手段】軸受装置１０は、それぞれ外輪１４、内輪１５および転動体１６を有する１対の軸受１１が外輪間座１７および内輪間座１８を介して組み合わされて予圧を受けるように構成されている。そして、予圧を受ける方の間座１７が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されている。センシングシステムは、この軸受装置１０の周囲において、予圧を受ける方の間座１７を臨むように設けられた磁気センサ２３を備えている。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が外輪間座および内輪間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置であって、予圧を受ける方の間座が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が、外輪および内輪のいずれか一方同士が一体化されるとともに、同他方同士が間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置であって、一体化された方の軌道輪が予圧を受けるようになされるとともに、同軌道輪が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が外輪間座および内輪間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置と、軸受装置の周囲に設けられたセンサ装置とを備えたセンシングシステムであって、予圧を受ける方の間座が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されており、センサ装置は、この予圧を受ける方の間座を臨むように配置された少なくとも１つの磁気センサを有していることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項４】
それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が、外輪および内輪のいずれか一方同士が一体化されるとともに、同他方同士が間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置と、軸受装置の周囲に設けられたセンサ装置とを備えたセンシングシステムであって、一体化された方の軌道輪が予圧を受けるようになされるとともに、同軌道輪が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されており、センサ装置は、この予圧を受ける方の軌道輪を臨むように配置された少なくとも１つの磁気センサを有していることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項５】
磁気センサと接続されて磁気センサの出力から軸受装置の荷重を検出する処理部をさらに備えている請求項３または４のセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の転動体を有する軸受装置およびこの軸受装置とセンサとを備えているセンシングシステムに関し、特に、軸受の予圧を測定するのに適した軸受装置およびセンシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれ外輪、内輪および転動体を有するアンギュラ玉軸受は、外輪間座および内輪間座を介して組み合わされることにより、例えば２列の転動体を有する１つの軸受装置として使用される場合があるが、この場合には、剛性を高めるためなどの目的から、軸受装置に予圧を与えることが行われている。従来、軸受装置の予圧を適正に設定するには、軸受の回転トルクを間座の周面に貼り付けた圧力検知センサから求め、この回転トルクから予圧を推定する方法、間座や軌道輪の軸方向の変位を測定し、変位量から予圧を推定する方法などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の軸受装置の予圧設定においては、予圧すなわち軸方向荷重を測定するものではないことから、適正な予圧設定が難しいという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、軸受装置における予圧すなわち軸方向荷重の測定を可能とし、適正な予圧設定に寄与することができる軸受装置およびセンシングシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明による軸受装置は、それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が外輪間座および内輪間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置であって、予圧を受ける方の間座が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
第２の発明による軸受装置は、それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が、外輪および内輪のいずれか一方同士が一体化されるとともに、同他方同士が間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置であって、一体化された方の軌道輪が予圧を受けるようになされるとともに、同軌道輪が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
第１の発明によるセンシングシステムは、それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が外輪間座および内輪間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置と、軸受装置の周囲に設けられたセンサ装置とを備えたセンシングシステムであって、予圧を受ける方の間座が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されており、センサ装置は、この予圧を受ける方の間座を臨むように配置された少なくとも１つの磁気センサを有していることを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明によるセンシングシステムは、それぞれ外輪、内輪および転動体を有する複数の軸受が、外輪および内輪のいずれか一方同士が一体化されるとともに、同他方同士が間座を介して組み合わされて予圧を受けるように構成された軸受装置と、軸受装置の周囲に設けられたセンサ装置とを備えたセンシングシステムであって、一体化された方の軌道輪が予圧を受けるようになされるとともに、同軌道輪が、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されており、センサ装置は、この予圧を受ける方の軌道輪を臨むように配置された少なくとも１つの磁気センサを有していることを特徴とするものである。
【０００９】
第１の発明によるセンシングシステムにおける軸受装置は、例えば、背面組合せまたは正面組合せされた複数のアンギュラ玉軸受と、玉軸受間に配置された外輪間座および内輪間座とから構成される。背面組合せの場合には、外輪間座が予圧を受けることから、外輪間座が上記材料で構成される。そして、正面組合せの場合には、内輪間座が予圧を受けることから、内輪間座が上記材料で構成される。アンギュラ玉軸受に代えて円錐ころ軸受を使用することもできる。
【００１０】
第２の発明によるセンシングシステムにおける軸受装置は、例えば、上記第１の発明によるセンシングシステムにおける軸受装置において、複数の外輪と外輪間座とが一体化されたものまたは複数の内輪と内輪間座とが一体化されたものとされる。そして、背面組合せの場合には、一体化された外輪が予圧を受けることから、外輪が上記材料で構成され、正面組合せの場合には、一体化された内輪が予圧を受けることから、内輪が上記材料で構成される。
【００１１】
第１および第２の発明によるセンシングシステムにおいて、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏなどの遷移金属が例示され、これをセラミックスに分散させることにより、セラミックス／磁性金属ナノコンポジットが創製される。そして、予圧を受ける部材（間座または軌道輪）をこうして得られたナノコンポジットにすることにより、荷重を受けた間座または軌道輪は、荷重に応じて磁界の変化を生じさせ、この磁界の変化を検知することにより、予圧の検出を行うことができる。磁界の変化を検知するには、高感度な磁気センサ（ホール素子やＭＲセンサ等）もしくは電磁誘導法やフラックスゲート法により磁化の変化を測定するセンサが使用される。磁気センサは、例えば、外輪を支持している軸受ハウジングに適当な孔を設けて配置されることがあり、また、内輪を支持している軸部材に適当な孔を設けて配置されることがある。
【００１２】
第１の発明の軸受装置によると、予圧時にかかる荷重によって、予圧を受ける間座の応力が変化し、磁気特性が変化する。この磁気の変化と荷重の変化はリニアリティがあり、第１の発明によるセンシングシステムにおいて、磁気センサとともに使用されて、その磁気変化が測定されることにより、荷重つまり予圧を測定することができる。
【００１３】
また、第２の発明の軸受装置によると、予圧時にかかる荷重によって、予圧を受ける軌道輪（内輪または外輪）の応力が変化し、磁気特性が変化する。この磁気の変化と荷重の変化はリニアリティがあり、第２の発明によるセンシングシステムにおいて、磁気センサとともに使用されて、その磁気変化が測定されることにより、荷重つまり予圧を測定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、第１の発明の軸受装置およびセンシングシステムの第１実施形態を示すもので、転がり軸受についてはその上半部を示している。以下の説明において、左右とは、図の左右をいうものとする。
【００１６】
図１に示すように、センシングシステムは、軸受装置（１０）およびそれに設けられたセンサ装置（１２）を備えている。
【００１７】
軸受装置（１０）は、単列のアンギュラ玉軸受（１１）が外輪間座（１７）および内輪間座（１８）を介して複数（この実施形態では１対）背面組合せされたもので、各単列のアンギュラ玉軸受（１１）は、固定輪である外輪（１４）、回転輪である内輪（１５）、および、これらの間に配置された複数の転動体である玉（１６）を備えている。外輪（１４）はハウジング（１３）に固定されており、センサ装置（１２）はハウジング（１３）に設けられている。図示省略したが、内輪（１５）には回転軸などが固定される。
【００１８】
外輪間座（１７）は、各外輪（１４）に挟まれて予圧を受けており、内輪間座（１８）は、各内輪（１５）との間に過負荷防止用の若干の間隙をおいて、各内輪（１５）間に収められている。
【００１９】
外輪（１４）間に挟まれて予圧を受けている外輪間座（１７）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されている。そして、外輪（１４）、内輪（１５）、玉（１６）および内輪間座（１８）は、セラミックスで構成されている。
【００２０】
センサ装置（１２）は、ハウジング（１３）に設けられた凹所（１３ａ）に嵌め入れられて外輪間座（１７）の外周面に臨まされている磁気センサ（２３）を備えている。
【００２１】
図１において、（１９）は、予圧時に内輪（１５）の左方への移動を阻止するストッパであり、（２０）は、ナットまたはばねの力によって内輪（１５）に右方から所定の左向き荷重を負荷する締め付け部材である。背面組合せとされた軸受装置（１０）は、締め付け部材（２０）の荷重負荷により、外輪（１４）同士が接近する方向の力を受け、これにより、外輪間座（１７）に予圧が付与される。
【００２２】
外輪間座（１７）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されているので、予圧の変化に伴ってその磁化も変化することになる。磁化の変化と荷重の変化とは、図５に示すように、リニアリティがあり、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（２３）で検知することにより、外輪間座（１７）にかかる予圧が測定でき、適正な予圧を付与することができる。また、軸受使用中には、アキシャル方向の荷重によって、外輪間座（１７）の磁化が変化することから、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（２３）で検知することにより、軸受装置（１０）にかかるアキシャル方向荷重を測定することができる。
【００２３】
図２は、第１の発明の軸受装置およびセンシングシステムの第２実施形態を示すもので、センシングシステムは、軸受装置（３０）およびそれに設けられたセンサ装置（３２）を備えている。
【００２４】
軸受装置（３０）は、単列のアンギュラ玉軸受（３１）が外輪間座（３７）および内輪間座（３８）を介して複数（この実施形態では１対）正面組合せされたもので、各単列のアンギュラ玉軸受（３１）は、固定輪である外輪（３４）、回転輪である内輪（３５）、および、これらの間に配置された複数の転動体である玉（３６）を備えている。外輪（３４）はハウジング（３３）などに支持されており、センサ装置（３２）は、内輪（３５）に挿入された軸部材（図示略）に設けられる。
【００２５】
内輪間座（３８）は、各内輪（３５）に挟まれて予圧を受けており、外輪間座（３７）は、各外輪（３４）との間に過負荷防止用の若干の間隙をおいて、各外輪（３４）間に収められている。
【００２６】
内輪（３５）間に挟まれて予圧を受けている内輪間座（３８）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されている。そして、外輪（３４）、内輪（３５）、玉（３６）および外輪間座（３７）は、セラミックスで構成されている。
【００２７】
センサ装置（３２）は、軸部材に設けられて内輪間座（３８）の内周面に臨まされている磁気センサ（４３）を備えている。
【００２８】
図２において、（３９）は、予圧時に内輪（３５）の左方への移動を阻止するストッパであり、（４０）は、ナットまたはばねの力によって内輪（３５）に右方から所定の左向き荷重を負荷する締め付け部材であり、（４１）は、予圧時に右側の外輪（３４）にかかる右向きの力を受ける保持部材である。正面組合せとされた軸受装置（３０）は、締め付け部材（４０）の荷重負荷により、内輪（３５）同士が接近する方向の力を受け、これにより、内輪間座（３８）に予圧が付与される。
【００２９】
内輪間座（３８）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されているので、予圧の変化に伴ってその磁化も変化することになる。磁化の変化と荷重の変化とは、図５に示すように、リニアリティがあり、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（４３）で検知することにより、内輪間座（３８）にかかる予圧が測定でき、適正な予圧を付与することができる。また、軸受使用中には、アキシャル方向の荷重によって、内輪間座（３８）の磁化が変化することから、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（４３）で検知することにより、軸受装置（３０）にかかるアキシャル方向荷重を測定することができる。
【００３０】
図３は、第２の発明の軸受装置およびセンシングシステムの第１実施形態を示すもので、センシングシステムは、軸受装置（５０）およびそれに設けられたセンサ装置（５２）を備えている。
【００３１】
軸受装置（５０）は、上記第１の発明の第１実施形態の１対の外輪（１４）と外輪間座（１７）とが一体化されたもので、固定輪である外輪（５４）、回転輪である１対の内輪（５５）、内輪（５５）間に介在された内輪間座（５８）、および外輪（５４）と内輪（５５）との間に配置された２列の転動体である玉（５６）を備えている。外輪（５４）はハウジング（５３）に固定されており、センサ装置（５２）はハウジング（５３）に設けられている。図示省略したが、内輪（５５）には回転軸などが固定される。
【００３２】
この実施形態のものでは、図１と同様の背面合わせの配置であることから、外輪（５４）が予圧を受けるようになされており、内輪間座（５８）は、各内輪（５５）との間に過負荷防止用の若干の間隙をおいて、各内輪（５５）間に収められている。
【００３３】
外輪（５４）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されている。そして、内輪（５５）、玉（５６）および内輪間座（５８）は、セラミックスで構成されている。
【００３４】
センサ装置（５２）は、ハウジング（５３）に設けられた凹所（５３ａ）に嵌め入れられて外輪（５４）の中央部の外周面に臨まされている磁気センサ（６３）を備えている。
【００３５】
図３において、（５９）は、予圧時に内輪（５５）の左方への移動を阻止しているストッパであり、（６０）は、ナットまたはばねの力によって内輪（５５）に右方から所定の左向き荷重を負荷する締め付け部材である。背面組合せとされた軸受装置（５０）では、締め付け部材（６０）の荷重負荷により、外輪（５４）が圧縮方向の力を受け、これにより、外輪（５４）に予圧が付与される。
【００３６】
外輪（５４）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されているので、予圧の変化に伴ってその磁化も変化することになる。磁化の変化と荷重の変化とは、図５に示すように、リニアリティがあり、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（６３）で検知することにより、外輪（５４）にかかる予圧が測定でき、適正な予圧を付与することができる。また、軸受使用中には、アキシャル方向の荷重によって、外輪（５４）の磁化が変化することから、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（６３）で検知することにより、軸受装置（５０）にかかるアキシャル方向荷重を測定することができる。
【００３７】
図４は、第２の発明の軸受装置およびセンシングシステムの第２実施形態を示すもので、センシングシステムは、軸受装置（７０）およびそれに設けられたセンサ装置（７２）を備えている。
【００３８】
軸受装置（７０）は、上記第１の発明の第２実施形態の１対の内輪（３４）と内輪間座（３７）とが一体化されたもので、固定輪である１対の外輪（７４）、回転輪である内輪（７５）、外輪（７４）間に介在された外輪間座（７７）、および外輪（７４）と内輪（７５）との間に配置された２列の転動体である玉（７６）を備えている。外輪（７４）はハウジング（７３）に固定されており、センサ装置（７２）は、軸部材（図示略）に設けられる。
【００３９】
この実施形態のものでは、図２と同様の正面合わせの配置であることから、内輪（７５）が予圧を受けるようになされており、外輪間座（７７）は、各外輪（７４）との間に過負荷防止用の若干の間隙をおいて、各外輪（７４）間に収められている。
【００４０】
内輪（７５）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されている。そして、外輪（７４）、玉（５６）および外輪間座（７７）は、セラミックスで構成されている。
【００４１】
センサ装置（７２）は、軸部材に設けられて内輪（７５）の中央部の内周面に臨まされている磁気センサ（８３）を備えている。
【００４２】
図４において、（７９）は、予圧時に内輪（７５）の左方への移動を阻止しているストッパであり、（８０）は、ナットまたはばねの力によって内輪（７５）に右方から所定の左向き荷重を負荷する締め付け部材である。正面組合せとされた軸受装置（７０）では、締め付け部材（８０）の荷重負荷により、内輪（７５）が圧縮方向の力を受け、これにより、内輪（７５）に予圧が付与される。
【００４３】
内輪（７５）は、所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料で構成されているので、予圧の変化に伴ってその磁化も変化することになる。磁化の変化と荷重の変化とは、図５に示すように、リニアリティがあり、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（８３）で検知することにより、内輪（７５）にかかる予圧が測定でき、適正な予圧を付与することができる。また、軸受使用中には、アキシャル方向の荷重によって、内輪（７５）の磁化が変化することから、この磁化の変化に伴う磁気変化を磁気センサ（８３）で検知することにより、軸受装置（７０）にかかるアキシャル方向荷重を測定することができる。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、軸受装置（１０）（３０）（５０）（７０）は、アンギュラ玉軸受によって構成されているが、軸受装置は、円錐ころ軸受によって構成されるようにしてもよい。また、複数の軸受として１対＝２列の例を示したが、３列以上の軸受を組み合わせてももちろんよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の発明によるセンシングシステムの第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は、第１の発明によるセンシングシステムの第２実施形態を示す図である。
【図３】図３は、第２の発明によるセンシングシステムの第１実施形態を示す図である。
【図４】図４は、第２の発明によるセンシングシステムの第２実施形態を示す図である。
【図５】この発明によるセンシングシステムで使用される所定以上の磁ひずみ定数を有する金属をセラミックスに分散させた材料の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
（１０）（３０）（５０）（７０）　　軸受装置
（１２）（３２）（５２）（７２）　　センサ装置
（１４）（３４）（５４）（７４）　　外輪
（１５）（３５）（５５）（７５）　　内輪
（１６）（３６）（５６）（７６）　　玉（転動体）
（１７）（３７）（７７）　　　　外輪間座（外輪間座）
（１８）（３８）（５８）　　　　内輪間座（内輪間座）
（２３）（４３）（６３）（８３）　　磁気センサ
【図１】
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【図２】
2004084739.tif 000004
【図３】
2004084739.tif 000005
【図４】
2004084739.tif 000006
【図５】
2004084739.tif 000007