(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の軌道輪を構成するころ軸受における内輪つば部の外周面上或いは外輪つば部の内周面上、或いは玉軸受における内輪肩部の外周面上或いは外輪肩部の内周面上であって、軌道に対して軸方向に接続する部分に形成された電気的絶縁膜部と、
前記電気的絶縁膜部上に形成された金属箔からなる電極と、を有し、
前記電気的絶縁膜部は、前記電極が前記ころ軸受における内輪或いは外輪、或いは前記玉軸受における内輪或いは外輪と電気的に接触することを防止し、
前記電極が欠損することを検出することにより、前記ころ軸受における前記内輪つば部或いは前記外輪つば部、或いは前記玉軸受における前記内輪肩部或いは前記外輪肩部における摩耗を検出することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
軸受の軌道輪を構成するころ軸受における内輪つば部の外周面上或いは外輪つば部の内周面上、或いは玉軸受における内輪肩部の外周面上或いは外輪肩部の内周面上であって、軌道に対して軸方向に接続する部分に形成された電気的絶縁膜部と、
前記電気的絶縁膜部上に成膜法によって形成された電極と、を有し、
前記電気的絶縁膜部は、前記電極が前記ころ軸受における内輪或いは外輪、或いは前記玉軸受における内輪或いは外輪と電気的に接触することを防止し、
前記電極が欠損することを検出することにより、前記ころ軸受における前記内輪つば部或いは前記外輪つば部、或いは前記玉軸受における前記内輪肩部或いは前記外輪肩部における摩耗を検出することを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記電気的絶縁膜部は、前記ころ軸受における前記内輪つば部の前記外周面上或いは前記外輪つば部の前記内周面上、或いは前記玉軸受における前記内輪肩部の前記外周面上或いは前記外輪肩部の前記内周面上に設けられた切欠部に形成されていることを特徴とする請求項１或いは２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記電極上に形成された更なる電気的絶縁膜部を有することを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記電極を複数個有することを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転がり軸受に関し、特に転がり軸受の内輪、外輪が軸方向荷重及び半径方向荷重により摩耗して初期機能を損なう前に、摩耗状態を検出することを目的とする摩耗検出機能付き転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高負荷容量を受けられる転がり軸受として用いられる円筒ころ軸受は、例えば図５に示すように、つば付き内輪１と、つば付き外輪３と、円筒ころ１０等から構成されており、つば付き内輪１の内径部には回転軸１１が嵌挿され更につば付き外輪３の外径部においてハウジング１２を軸支している。
【０００３】
特に回転軸１１即ち該円筒ころ軸受が軸方向荷重を受ける場合には、内輪つば２、外輪つば４が円筒ころ１０の端面に押圧されて摩耗し易く、それにより内外輪の軸方向の相対的位置が変化し、初期の機能を損なう状態を生じうる。その結果、軸を含む機械が作業上大きな支障を生じる損傷を起こす恐れもある。
【０００４】
また、上述の問題は、図６に示す玉軸受についても基本的に同様である。
即ち、玉軸受は、内輪１０１と、外輪１０３と、保持器１０９と、玉１１０等から構成されており、軸方向荷重を受ける場合には、内輪肩１０２、外輪肩１０４が玉１１０に押圧されて摩耗し易い。
【０００５】
なお、転がり軸受が受ける荷重が半径方向の場合には、摩耗し易い部分が上述の場合と異なるが、この場合もハウジング１２と軸１１との半径方向の相対距離が変化する。この変化により転がり軸受はやはり初期機能を損なう状態を生じうる。
【０００６】
上記不具合を防止するために、従来においては、第１に転がり軸受が軸受機能を維持する一定の回転時間を経過した後に転がり軸受を交換する方法、第２に転がり軸受を潤滑している潤滑油中の摩耗粉を定期的に採取して摩耗粉量を定量分析してその値から摩耗量を間接的に推定することで転がり軸受の交換時期を定める方法等が行われていた。さらには、第３に対象とする機械に振動計を取り付けて機械の振動を測定し、振動レベルの増加から摩耗状態を検出する方法、第４に内外輪などの相対位置の変位量を測定する変位計を用いる方法等も考えられていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の方法は、転がり軸受がまだ使用可能な状態であっても無条件に交換してしてしまうために軸受が無駄となり、また交換にかかる費用、時間等、無駄となる部分が多かった。
【０００８】
第２の方法は以下に述べる問題がある。まず、同一の潤滑油で潤滑している他の機械要素、例えば、ギヤあるいはカプリングの摩耗粉も検出してしまうために、定量分析の結果出てきた摩耗粉が問題とされている軸受から発生したものであるかどうかを判別することが困難である。
【０００９】
次に、潤滑油中の摩耗粉量と転がり軸受の摩耗量との関係は該軸受を用いる機械によって異なり、過去に両者の関係が確認されている場合には転がり軸受の摩耗量の推定は可能であるが、一般的には両者の直接的な関係はつけにくい。従って、潤滑油中の摩耗粉量から転がり軸受の摩耗が、転がり軸受の軸を含む機械の使用上問題を生じる段階まで進行しているかどうかの判断を的確に行うことは困難である。
【００１０】
また、摩耗粉は磁性を帯びた部品があればその部品に吸着されたり、摩耗粉が潤滑油との密度差により潤滑油中の下部に沈殿してしまったり、又は摩耗粉同士が凝集して潤滑油中に遍在したりすること等により潤滑油中に混入する摩耗粉は常に潤滑油中に均等に混濁しているとは限らず、その結果採取した潤滑油が発生した摩耗粉の全量を正しく反映していない可能性もある。
【００１１】
更に、一定期間ごとの摩耗状態の監視であるため、ある時期の監視とその次回の監視との間の期間において、何らかの原因により転がり軸受が急激に摩耗した場合には、これに対応することは困難である。
【００１２】
また、定量分析は、通常転がり軸受を使用している場所と異なる場所で分析機器により測定する必要がある。そのため、潤滑油採取、潤滑油の搬送、分析機による測定、分析結果入手という手順が必要であり摩耗状態と得られた監視結果との間に時間的な差が生じることは避けられなかった。
【００１３】
また、第３の方法は、例えば、内、外輪等に剥離が生じた場合等のように軸受軌道が幾何学的に真円から大きくはずれたり、一部に損傷が起きて転動体がその損傷を通過するときに大きな振動を発生したりする場合のこれらの検出手段として有効である。
【００１４】
しかし、転がり軸受の摩耗の進行は、剥離の場合と異なり、内、外輪等が比較的均一に摩耗していくことが多い。そのため、特定の一部分が摩耗が進行しても摩耗量に比例して振動レベルが増加することは少なく、転がり軸受の摩耗が、転がり軸受を用いた機械にとって損傷を与える段階まで進行しているかどうかの判断を振動レベルから的確に行うことは困難である。
【００１５】
第４の方法は、摩耗の進行を検出する方法としては、上記３方法より高い測定精度が得られるが、軸を含む機械と別個に変位量を測定する装置を設置する必要があり、変位計から得られる信号の処理回路の設置を含め、装置コスト及び設置面積の点で問題があった。
【００１６】
本発明は、上述の課題に鑑み、低コストでありながら、転がり軸受の摩耗が、転がり軸受を用いた機械にとって作業上大きな支障を生じる損傷を与える段階まで進行しているかどうかを事前に検知できる転がり軸受を提供することを目的としている。
【００１７】
上述の目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受は、軸受の軌道輪を構成するころ軸受における内輪つば部の外周面上或いは外輪つば部の内周面上、或いは玉軸受における内輪肩部の外周面上或いは外輪肩部の内周面上であって、軌道に対して軸方向に接続する部分に形成された電気的絶縁膜部と、電気的絶縁膜部上に形成された金属箔からなる電極と、を有し、電極が欠損することを検出することにより、ころ軸受における内輪つば部或いは外輪つば部、或いは玉軸受における内輪肩部或いは外輪肩部における摩耗を検出することを特徴としている。
或いは、本発明に係る転がり軸受は、軸受の軌道輪を構成するころ軸受における内輪つば部の外周面上或いは外輪つば部の内周面上、或いは玉軸受における内輪肩部の外周面上或いは外輪肩部の内周面上であって、軌道に対して軸方向に接続する部分に形成された電気的絶縁膜部と、電気的絶縁膜部上に成膜法によって形成された電極と、を有し、電極が欠損することを検出することにより、ころ軸受における内輪つば部或いは外輪つば部、或いは玉軸受における内輪肩部或いは外輪肩部における摩耗を検出することを特徴としている。
なお、上述した転がり軸受において、電気的絶縁膜部は、ころ軸受における内輪つば部の外周面上或いは外輪つば部の内周面上、或いは玉軸受における内輪肩部の外周面上或いは外輪肩部の内周面上に設けられた切欠部に形成されていることが好ましい。
或いは、上述した転がり軸受は、電極上に形成された更なる電気的絶縁膜部を有することが好ましい。更には、電極を複数個有することがより好ましい。
【００１８】
【作用】
転がり軸受の内、外輪に組み込まれた摩耗検出用電極は軌道輪に臨んで所定の位置に配置され、さらにしかるべき回路、例えば該電極と発光ダイオード等の発光素子と直流電源とを直列回路として接続しておく。内、外輪の摩耗が進行することによって摩耗検出用電極は欠損し、電気的導通がなくなり、その結果発光ダイオードが消灯し摩耗量が設定量に達したことを表示させることができる。即ち、摩耗が所定量に達したか否かをリアルタイムに検知することが可能となる。
【００１９】
なお、摩耗検出用電極は転がり軸受中の摩耗の進行の早い部分に形成することが好ましく、例えば、円筒ころ軸受又は円錐ころ軸受に軸方向荷重がかかる使用状態においては、内輪又は外輪のつば部分に、転がり軸受が玉軸受の場合には内輪又は外輪の肩部に形成することにより、転がり軸受の摩耗量を的確に把握することができる。しかも、摩耗検出電極を形成しても、従来の転がり軸受と比較して、ごく僅かの設計変更で済み、また設計変更による軸受機能の低下が生じる恐れはほとんどない。
【００２０】
本発明によれば、軸受のつば部又は肩部に摩耗量を検出する電極即ちセンサを組み込むことにより、軸を含む機械の外部に変位計等のセンサを別個に設置することなく、軸受とセンサの機能を同時に有しながら占有容積は軸受単体の場合とほとんど同じ転がり軸受を用いて、また、単純なオンオフのみの接点回路を用いるだけで、摩耗の進行状況をリアルタイムで検出することが可能となる。
【００２１】
また、異なる摩耗量を示す複数の電極及びそれらに接続される複数の接点回路を設けることにより、摩耗の進行により順次電極が欠損していき、その結果摩耗の進行状況についての表示を行うことも可能である。
【００２２】
図１に、本発明第一の実施例である円筒ころ軸受のつば付き内輪１の部分斜視図を示す。なお、本実施例においては、内輪つば外径部２ｂが保持器を案内している。摩耗検出電極２２は、内輪つば外径部２ｂに設けられた一定幅且つ一定深さの切欠部２０に形成された電気的絶縁膜部２１上に形成されている。電気的絶縁膜部２１は、摩耗検出電極が軸受内輪などの金属部分と電気的に接触することを防止する。
【００２３】
摩耗検出電極２２を形成する軸方向位置を、円筒ころ平面部分と接するつば面すなわち初期つば平面２ａに対して所定の位置とし、初期つば平面２ａを下方向とする略Ｕ字形状に形成されており、該初期つば平面２ａから摩耗が進行し電極が機械的に切断され、従って電気的にも切断されて内輪つばの摩耗が所定量に達したことが検知できる。本実施例においては、軸受内輪上に切欠部を設けた上で摩耗検出電極を形成しているが、電極形成は軸受外輪の内周面上に行ってもよい。
【００２４】
なお、本実施例においては、つば外径面が保持器の案内面となっているために、保持器内径面がつば外径面と摺動することによる電極の損耗を防止するために切欠部を設けている。しかし、電極を形成するための切欠部は、電極の損耗を防止し且つ電極が形成可能な最小量を施せば良く、又は損耗の恐れがなければ切欠部無しとしてもよい。このため、切欠に起因する軸方向荷重負荷容量の低下はほとんど起こらない。
【００２５】
なお、電気的絶縁膜部は金属摩耗分などから電極を保護するために電極上に更に形成しても良い。また、摩耗検出電極は、電気的絶縁膜部上に金属箔を接着してもよいし、メッキ等の成膜法によって形成してもよい。本実施例は円筒ころ軸受について述べているが、本実施例は同一の構成要素を有する円錐ころ軸受に対しても適用可能である。
【００２６】
図２に本発明の第二の実施例である深溝玉軸受の内輪１０１の正面図を示す。摩耗検出電極２２は、内輪肩の外周面上１０２に設けられた切欠部２０に形成された電気的絶縁膜部２１上に形成されている。摩耗検出電極２２を形成する軸方向位置を、内輪軌道面１３から所定の位置とすることで、玉軸受の摩耗の進行に伴う軸受内輪肩部の幅における摩耗が、所定量に達したかどうかを知ることが可能となる。切欠部及び摩耗検出電極については、第一の実施例と同様である。
【００２７】
図３に本発明の第三の実施例である深溝玉軸受の外輪１０３の部分正面図を示す。摩耗検出電極２２は、外輪肩の内周面上１０４に設けられた切欠部２０に形成された電気的絶縁膜部２１上に形成されている。切欠部及び摩耗検出電極については第二の実施例と同様である。
【００２８】
図４に本発明の第四の実施例を示す。図中中央の円筒ころ軸受の内輪１の周囲には、内輪つば２の外周上に形成された三つの摩耗検出電極２２が配置されている。本実施例においては、三つの摩耗検出電極２２はその軸方向位置が、円筒ころ平面部分と接するつば面すなわち初期つば平面２ａからの距離がａ＜ｂ＜ｃの関係で３段階の異なる距離となるように配置、形成されている。
【００２９】
本実施例による摩耗検出機能付き転がり軸受においては、軸方向摩耗が進行していくと、最初に第１の電極（初期つば平面２ａと電極との距離＝ａ）が導通切れとなり、次に第２の電極（初期つば平面２ａと電極との距離＝ｂ）が導通切れとなり、さらに摩耗が進むと最後の第３の電極（初期つば平面２ａと電極との距離＝ｃ）が導通切れとなる。すなわち、転がり軸受の摩耗の進行状態が、３箇所の電極の導通を監視することにより検出できる構造となっている。
【００３０】
なお、転がり軸受の摩耗の進行状態を知る目的のためには、電極の数は３箇所３通りに限定されるものではなく、２箇所２通り以上であれば複数箇所あってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、転がり軸受のつば部又は肩部に摩耗検出電極を形成することにより、摩耗検出のために軸を含む機械の外部に新しくセンサを設置することなく、軸受とセンサの機能を同時に有しながら占有容積は軸受単体の場合とほとんど同じ軸受により摩耗の進行状況をリアルタイムで検査することが可能となる。また、摩耗状況の表示についても接点信号を受けられるだけの接点回路を設置するだけの簡易な回路により摩耗の進行状況の表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る円筒ころ軸受のつば付き内輪の部分斜視図である。
【図２】本発明の第二の実施例に係る深溝玉軸受の内輪の正面図である。
【図３】本発明の第三の実施例に係る深溝玉軸受の外輪の部分正面図である。
【図４】本発明の第四の実施例に係る円筒ころ軸受のつば付き内輪の側面図及び部分正面図である。
【図５】円筒ころ軸受の取り付け状態を示す部分断面図である。
【図６】玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
１      つば付き内輪
２      内輪つば部
２ａ    初期つば面
２ｂ    内輪つば外径部
３      つば付き外輪
４      外輪つば部
１０      円筒ころ
１１      軸
１２      ハウジング
１３      内輪軌道面
１４      外輪軌道面
２０      切欠部
２１      電気的絶縁膜部
２２      摩耗検出電極
１０１      内輪
１０３      外輪
１０４      外輪肩内周面
１０９      保持器
１１０      玉
【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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【図６】
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