特許 7260095 荷重変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】荷重変換器

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20230411BHJP

   G01L 5/1627 20200101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 K

G01L5/1627

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019114483

(22)【出願日】2019-06-20

(65)【公開番号】P2021001757

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2022-06-13

(73)【特許権者】

【識別番号】591156799

【氏名又は名称】ユニパルス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小林 璋好

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１０２５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９５８５２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３２９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０４５１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０９３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１２８２８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｌ ５／１６－５／１７３

Ｇ０１Ｌ ３／０２－３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と外輪と複数の転動体とを含む軸受にラジアル荷重を印加しつつ回転させた際の前記軸受に加わる前記ラジアル荷重とトルクとを検出して電気信号に変換する荷重変換器であって、
固定部と、
前記軸受の前記内輪を保持する保持部と、
一端が前記固定部と一体で接続され、他端が前記保持部に接続部を介して接続され、前記ラジアル荷重の方向に厚肉で、回転方向に薄肉で構成される複数の梁を含む起歪部と、
前記ラジアル荷重の方向に平行で前記軸受の軸中心線を通る第１仮想平面と、前記起歪部の外周面との交線上に、前記軸受の前記軸中心線の方向に最大感度を有するように添着された複数の第１の感歪抵抗体と、
前記各梁の平面部に前記トルクを検出するように添着された複数の第２の感歪抵抗体と、を有することを特徴とする荷重変換器。

【請求項2】

前記起歪部の前記各梁は、それぞれ離間して独立した形状で、かつ前記軸中心線を中心として放射状にかつ回転対称な形状で、前記軸中心線の方向の両端の近傍で肉厚が変化する傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の荷重変換器。

【請求項3】

前記起歪部の同一の前記交線上に配置された前記各第１の感歪抵抗体が、同一基材上に所定の距離を有して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重を電気信号に変換する荷重変換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、機械装置等に使用されている転がり軸受の性能や耐久性を知るために、転がり軸受が回転している際に、転がり軸受に加わるラジアル荷重とトルクを測定することが要望されている。そして転がり軸受に加わるラジアル荷重とトルクの大きさに大きな差がある場合には、ラジアル荷重とトルクは別々に測定するのが通例であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８－１３６３７０号公報

【文献】特開２０１３-２００１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば特許文献１に開示されている測定装置では、ラジアル荷重のみ測定できるが、ラジアル荷重とトルクを同時に測定できないため、同時に測定をしたいという要望がある。また測定する軸受の大きさが異なって、セットされる軸受の軸方向の位置が異なると精確な測定値が得られず、軸受のサイズによりそれぞれに適合する測定装置を複数台用意する必要があった。

【0005】

一方、同時に複数の方向の荷重を測定できるものとしては例えば特許文献２に開示されているような多分力計が公知であるが、方向荷重とトルクに大きな差がある場合には同時に所望する精度で検出することが困難であった。

【0006】

このような問題に鑑みて、本発明は、軸受に加わるラジアル荷重とトルクを精確に検出する荷重変換器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の荷重変換器は、上記の目的を達成するために、内輪と外輪と複数の転動体とを含む軸受にラジアル荷重を印加しつつ回転させた際の軸受に加わるラジアル荷重とトルクとを検出して電気信号に変換する荷重変換器であって、
固定部と、
軸受の内輪を保持する保持部と、
一端が固定部と一体で接続され、他端が保持部に接続部を介して接続され、ラジアル荷重の方向に厚肉で、回転方向に薄肉で構成される複数の梁を含む起歪部と、
ラジアル荷重の方向に平行で軸受の軸中心線を通る第１仮想平面と、起歪部の外周面との交線上に、軸受の軸中心線の方向に最大感度を有するように添着された複数の第１の感歪抵抗体と、
各梁の平面部にトルクを検出するように添着された複数の第２の感歪抵抗体と、を有して構成されている。

【0008】

請求項２に記載の荷重変換器は、上記の目的を達成するために、起歪部の各梁は、それぞれ離間して独立した形状で、かつ軸中心線を中心として放射状にかつ回転対称な形状で、軸中心線の方向の両端の近傍で肉厚が変化する傾斜面を有して構成されている。

【0009】

請求項３に記載の荷重変換器は、上記の目的を達成するために、起歪部の同一の交線上に配置された各第１の感歪抵抗体が、同一基材上に所定の距離を有して配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の荷重変換器によれば、起歪部の形状と感歪抵抗体の好ましい配置によって軸受に加わる比較的大きいラジアル荷重と比較的小さなトルクを精確に同時検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る荷重変換器を用いた軸受の試験装置の斜視構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る荷重変換器を用いた軸受の試験装置の一部の部品を省略した斜視構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る荷重変換器を用いた軸受の試験装置の一部の部品を省略した正面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る荷重変換器を用いた軸受の試験装置を第１仮想平面Ｐ１で切断した断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る荷重変換器のＡＡ断面図（ａ）、ＢＢ断面図（ｂ）である。

【図6】本発明の実施形態に係る荷重変換器を各方向（Ｄ１、Ｄ２）から見た図である。

【図7】本発明の実施形態に係る荷重変換器を各方向（Ｄ３、Ｄ４）から見た図である。

【図8】本発明の実施形態に係る荷重変換器を各方向（Ｄ５、Ｄ６）から見た図である。

【図9】本発明の実施形態の荷重変換器のホイートストンブリッジを含んでトルクを検出する回路図である。

【図10】本発明の実施形態の荷重変換器のホイートストンブリッジを含んでラジアル荷重を検出する回路図である。

【図11】本発明の実施形態に係る荷重変換器を用いて異なるサイズの軸受を装着した際の試験装置の一部の部品を省略した正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態に係る荷重変換器について、図面を参照して説明する。

【0013】

図１及び図２は本発明の実施形態に係る荷重変換器１を用いた試験装置１４の斜視構成図である。なお図２は一部の部品を省略して、荷重変換器１の内部を示すものである。また図３は本発明の実施形態に係る荷重変換器１を用いた試験装置の一部の部品を省略した正面図である。

【0014】

図１～図３は、軸受７にベルト９から加えられるラジアル荷重Ｆとトルクを検出して電気信号に変換する荷重変換器１とこれを用いた試験装置１４を示している。ベルト９は、試験対象物の軸受７と不図示の駆動プーリとに架け渡されている。したがって試験装置１４は、荷重変換器１、ベルト９の他、不図示の駆動プーリ、駆動モータ、測定結果を表示する表示器等を含んでいる。

【0015】

荷重変換器１は、固定部３ａ、起歪部１１ａ～１１ｄ、接続部３ｂ、保持部６ａ、保持軸部６ｂ、円筒カバー４、キャップ５、軸受押え８を含んでいる。

【0016】

ベース２は、荷重変換器１を固定し、駆動プーリとの距離を所定の距離に保つように構造物等に固定される。

【0017】

固定部３ａは、金属でできた略円柱のフランジ形状で、ベース２へボルトによって固定されている。固定部３ａの円柱面にはコネクタ１０が配置され、ケーブルによって外部の表示器やコンピュータ等と繋げることができる。

【0018】

起歪部１１ａ～１１ｄは、固定部３ａから軸中心線ＡＸの方向に伸びている複数の平板形状の梁である（図２、図３）。起歪部１１ａ～１１ｄには所定の位置に感歪抵抗体が添着されている。感歪抵抗体の種類及び添着される所定の位置についての詳細は後述する。

【0019】

接続部３ｂは、起歪部１１ａ～１１ｄの各梁の端部に接続して設けられ、固定部３ａと同様に略円柱のフランジ形状である。

【0020】

起歪部１１ａ～１１ｄのそれぞれの一端は金属の固定部３ａと一体で接続され、他端が接続部３ｂに接続され、それぞれの接続箇所の近傍で肉厚が変化する傾斜面１１ｅを有している。この傾斜面１１ｅの形状と梁の肉厚を適宜設定することで、検出するラジアル荷重とトルクの範囲を最適なものにできる。

【0021】

円筒カバー４、キャップ５は起歪部１１ａ～１１ｄに添着されている感歪抵抗体及び配線などを外部から保護するように設けられている。円筒カバー４は、その内径面が固定部３ａの円柱面と、接続部３ｂの円柱面に当接する。キャップ５は、その内周面の雌ねじと、接続部３ｂの円柱面の一部に設けられた雄ねじとを螺合させることで円筒カバー４を固定部３ａ側へ付勢して固定する。

【0022】

保持部６ａは、接続部３ｂに複数のボルトで取り付けられていて、略円柱のフランジ形状である。保持軸部６ｂは、保持部６ａから軸中心線ＡＸ方向に円柱形状にて伸びている。保持部６ａと保持軸部６ｂとは一体の金属でできており、保持する軸受７の種類、サイズに応じて設定され、接続部３ｂによって取替が可能である。

【0023】

図４は、図２に示す第１仮想平面Ｐ１で荷重変換器１を切断した断面図である。固定部３ａと、起歪部１１ａ～ｄと、接続部３ｂとは、一体の金属である。固定部３ａにはコネクタ１０を取り付けるための穴、配線のための穴が設けられている。固定部３ａの内部には空間が設けられて、後述の電気回路を実装した基板２０が収容され、蓋２１で封止されている。

【0024】

保持軸部６ｂの円柱面には鍔が設けられている。保持軸部６ｂの直径は軸受７の内輪７ａの内径と例えばしまりばめで嵌合する寸法であって軸受７を保持する。そして軸受７の内輪７ａは軸受押え８によりＺ方向の位置が規制されている。軸受７の内輪７ａの外周面には溝で構成された内輪軌道があって、外輪７ｂの内周面には溝で構成された外輪軌道がある。この内輪軌道と外輪軌道との間には複数の転動体７ｃが、互いに接触しないように保持器によって一定の間隔を有して配置されている。外輪７ｂの外周面の約半周にはベルト９が巻回されている。

【0025】

図５（ａ）、図５（ｂ）は、図３においてそれぞれＡＡ、ＢＢで切断した断面図である。すなわち図５（ａ）においては、固定部３ａ側寄りあるいは接続部３ｂ側寄りの起歪部１１ａ～１１ｄの断面が表示されている。また図５（ｂ）においては、起歪部１１ａ～１１ｄの軸中心線ＡＸ方向での中央部分の断面が表示されている。

【0026】

起歪部１１ａ～１１ｄそれぞれは、平行な２つの平面を有する平板梁である。起歪部１１ａ～１１ｄは軸中心線ＡＸを中心としてそれぞれ互いに９０度の角度で放射状かつ回転対称の形状である。起歪部１１ａ～１１ｄは半径方向に厚肉ｈで構成されている。そして起歪部１１ａと起歪部１１ｃの厚肉ｈの方向はラジアル荷重Ｆ方向に一致するように配置されている。

【0027】

また起歪部１１ａ～１１ｄは平板の梁形状であって、それぞれが独立したものとなって、軸中心線ＡＸ付近は繋がっていない。このために、起歪部１１ａ～１１ｄの加工は、加工工具１３を隣り合う梁の中間である４５度の角度から軸中心線ＡＸへ向かって侵入させることで行われる。

【0028】

図５（ａ）に示すように、起歪部１１ａ～１１ｄの軸中心線ＡＸの方向で中央から固定部３ａ側に寄った位置では、起歪部１１ａ～１１ｄの厚みすなわち、軸中心線ＡＸを中心とした円周方向の肉厚ｔ１は比較的大きく設けられている。そして起歪部１１ａ～１１ｄの外周面は平面となっているが、これに限るものではない。なお起歪部１１ａ～１１ｄの軸中心線ＡＸの方向で中央から接続部３ｂ側に寄った位置も同様の形状である。

【0029】

起歪部１１ａの外周面には第１の感歪抵抗体ＧＣと第１の感歪抵抗体ＧＤが添着されている。そして軸中心線ＡＸを挟んで起歪部１１ａに対向する起歪部１１ｃの外周面には第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢが添着されている。

【0030】

一方、図５（ｂ）に示すように、起歪部１１ａ～１１ｄの軸中心線ＡＸの方向の中央の位置では、起歪部１１ａ～１１ｄの厚みすなわち、軸中心線ＡＸを中心として円周方向の肉厚ｔ２は比較的小さく設けられている。起歪部１１ｂの薄肉平面部の裏表には第２の感歪抵抗体Ｇ２と第２の感歪抵抗体Ｇ４とが添着されている。そして軸中心線ＡＸを挟んで起歪部１１ｂに対向する起歪部１１ｄの薄肉平面部の裏表に第２の感歪抵抗体Ｇ１と第２の感歪抵抗体Ｇ３とが添着されている。

【0031】

図６（Ｄ１）、図６（Ｄ２）は本発明の実施形態に係る荷重変換器１を各方向から見た図である。

【0032】

図６（Ｄ１）は、図５（ａ）において方向Ｄ１にて荷重変換器１を見た図である。起歪部１１ａの外周平面の固定部３ａ側には第１の感歪抵抗体ＧＤが、接続部３ｂ側には第１の感歪抵抗体ＧＣが、それぞれ添着されている。一方、軸中心線ＡＸを間に挟んで起歪部１１ａに対向する起歪部１１ｃの外周平面の、固定部３ａ側には第１の感歪抵抗体ＧＢが、接続部３ｂ側には第１の感歪抵抗体ＧＡが、それぞれ添着されている。

【0033】

起歪部１１ｄにおける軸中心線ＡＸ方向の中央部の薄肉の平面部には、第２の感歪抵抗体Ｇ３と第２の感歪抵抗体Ｇ１が添着されている。

【0034】

図６（Ｄ２）は図５（ａ）において方向Ｄ１から軸中心線ＡＸを中心として反時計回りに４５度の角度である方向Ｄ２にて荷重変換器１を見た図である。この時、起歪部１１ｄと起歪部１１ｃの中間には貫通穴１２が平面視で現れる。

【0035】

図７（Ｄ３）は、図５（ａ）において方向Ｄ１から軸中心線ＡＸを中心として反時計回りに９０度の角度である方向Ｄ３にて荷重変換器１を見た図である。図７（Ｄ３）において、起歪部１１ｃに添着された第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとが平面で現れる。第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとは、例えば軸中心線ＡＸ方向（Ｚ方向）に最大感度を有する単軸の歪みゲージである。第１の感歪抵抗体ＧＢの軸中心線ＡＸ方向の中心は固定部３ａから距離Ｌにあって、第１の感歪抵抗体ＧＡの軸中心線ＡＸ方向の中心は、第１の感歪抵抗体ＧＢの軸中心線ＡＸ方向の中心から距離Ｌｐの位置にある。また第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとのｘ軸方向の中心は、軸中心線ＡＸと平行な第１仮想平面Ｐ１と起歪部１１ｃ外周との交線ＸＬに一致している。なお本実施形態では、第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとは、同一基材上に設けられている歪みゲージである。第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとは、別の基材上であっても良いが、同一基材上に設けられることで、距離Ｌｐの誤差が小さくなり調整が容易になり、添着の工程も一度で済むという利点がある。

【0036】

また図７（Ｄ３）において、起歪部１１ｄに添着された第２の感歪抵抗体Ｇ１と、起歪部１１ｂに添着された第２の感歪抵抗体Ｇ２とが平面で現れる。第２の感歪抵抗体Ｇ１と第２の感歪抵抗体Ｇ２とは、例えば軸中心線ＡＸ方向（Ｚ方向）に対してそれぞれプラスマイナス４５度の方向に最大感度を有する剪断型歪みゲージを組み合わせたものである。より詳細には第２の感歪抵抗体Ｇ１は、第２の感歪抵抗体Ｇ１ａと第２の感歪抵抗体Ｇ１ｂとを同一基材上に形成したものである。そして第２の感歪抵抗体Ｇ１ａと第２の感歪抵抗体Ｇ１ｂとは、最大感度の方向が９０度で交差するように配置されている。 第２の感歪抵抗体Ｇ２も第２の感歪抵抗体Ｇ１と同様であって、第１仮想平面Ｐ１を挟んで対称な位置に設けられている。

【0037】

図７（Ｄ４）は、図５（ａ）において方向Ｄ１から軸中心線ＡＸを中心として反時計回りに１３５度の角度である方向Ｄ４にて荷重変換器１を見た図である。図７（Ｄ４）では、図６（Ｄ２）と同様に起歪部１１ｃと起歪部１１ｂの中間には貫通穴１２が平面視で現れる。

【0038】

図８（Ｄ５）は、図５（ａ）において方向Ｄ１から軸中心線ＡＸを中心として反時計回りに１８０度の角度である方向Ｄ５にて荷重変換器１を見た図である。起歪部１１ｃの外周平面の固定部３ａ側には第１の感歪抵抗体ＧＢが、接続部３ｂ側には第１の感歪抵抗体ＧＡが、それぞれ添着されている。一方、軸中心線ＡＸを間に挟んで起歪部１１ｃに対向する起歪部１１ａの外周平面の、固定部３ａ側には第１の感歪抵抗体ＧＤが、接続部３ｂ側には第１の感歪抵抗体ＧＣが、それぞれ添着されている。

【0039】

起歪部１１ｂの軸中心線ＡＸ方向中央部の薄肉の平面部には、第２の感歪抵抗体Ｇ２と第２の感歪抵抗体Ｇ４が添着されている。

【0040】

図８（Ｄ６）は、図５（ａ）において方向Ｄ１から軸中心線ＡＸを中心として反時計回りに２７０度の角度である方向Ｄ６から荷重変換器１を見た図である。図８（Ｄ６）において、起歪部１１ａに添着された第１の感歪抵抗体ＧＤと第１の感歪抵抗体ＧＣとが平面で現れる。第１の感歪抵抗体ＧＤと第１の感歪抵抗体ＧＣとは、例えば軸中心線ＡＸ方向（Ｚ方向）に最大感度を有する単軸の歪みゲージである。第１の感歪抵抗体ＧＤの軸中心線ＡＸ方向の中心は固定部３ａから距離Ｌにあって、第１の感歪抵抗体ＧＣの軸中心線ＡＸ方向の中心は、第１の感歪抵抗体ＧＤの軸中心線ＡＸ方向の中心から距離Ｌｐの位置に配置されている。この位置関係は図７（Ｄ３）に示した第１の感歪抵抗体ＧＢ及び第１の感歪抵抗体ＧＡと同一である。

【0041】

また第１の感歪抵抗体ＧＤと第１の感歪抵抗体ＧＣとのｘ軸方向の中心は、軸中心線ＡＸと平行な第１仮想平面Ｐ１と起歪部１１ａの外周面との交線ＸＬに一致している。なお本実施形態では、第１の感歪抵抗体ＧＣと第１の感歪抵抗体ＧＤとは、同一基材上に設けられている歪みゲージである。第１の感歪抵抗体ＧＣと第１の感歪抵抗体ＧＤとは、別の基材上であっても良いが、同一基材上に設けられることで、距離Ｌｐの誤差が小さくなり調整が容易になり、添着の位置合わせも一度で済むという利点がある。

【0042】

また図８（Ｄ６）において、起歪部１１ｄに添着された第２の感歪抵抗体Ｇ３と、起歪部１１ｂに添着された第２の感歪抵抗体Ｇ４とが平面で現れる。第２の感歪抵抗体Ｇ３と第２の感歪抵抗体Ｇ４とは、例えば軸中心線ＡＸ方向（Ｚ方向）に対してプラスマイナス４５度の方向に最大感度を有する剪断型歪みゲージである。より詳細には第２の感歪抵抗体Ｇ３は、第２の感歪抵抗体Ｇ３ａと第２の感歪抵抗体Ｇ３ｂとを同一基材上に形成したものである。そして第２の感歪抵抗体Ｇ３ａと第２の感歪抵抗体Ｇ３ｂとは、最大感度の方向が９０度で交差するように配置されている。 第２の感歪抵抗体Ｇ４も第２の感歪抵抗体Ｇ３と同様であって、第１仮想平面Ｐ１を挟んで対称な位置に設けられている。

【0043】

図９は本発明の実施形態の荷重変換器１のトルクの検出におけるホイートストンブリッジを含む回路図である。第１仮想平面Ｐ１を挟んで対向する図７（Ｄ３）に現れる起歪部１１ｄと起歪部１１ｂにおいて、起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ１ａと、起歪部１１ｂに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ２ａとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ１ｂと、起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ２ｂとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。

【0044】

さらに第１仮想平面Ｐ１を挟んで対向する図８（Ｄ６）に現れる起歪部１１ｄと起歪部１１ｂにおいて、起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ３ａと、起歪部１１ｂに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ４ａとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ３ｂと、起歪部１１ｄに添着されている第２の感歪抵抗体Ｇ４ｂとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。

【0045】

そして端Ｔ１と端Ｔ３に電源Ｅにより電圧を印加すると、端Ｔ２と端Ｔ４より電圧としてアナログの信号＋ＳＩＧ、信号－ＳＩＧが出力される。信号＋ＳＩＧ、信号－ＳＩＧは増幅器１５ａにて増幅され、次いでＡ／Ｄ変換器１６ａでデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１７にて演算されてトルクが算出される。

【0046】

図１０は本発明の実施形態の荷重変換器１のラジアル荷重の検出におけるホイートストンブリッジを含む回路図である。第２仮想平面Ｐ２を挟んで対向する図６（Ｄ１）に現れる起歪部１１ａと起歪部１１ｃにおいて、起歪部１１ａに添着されている第１の感歪抵抗体ＧＤと、起歪部１１ｃに添着されている第１の感歪抵抗体ＧＡとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。また起歪部１１ａに添着されている第１の感歪抵抗体ＧＣと、起歪部１１ｃに添着されている第１の感歪抵抗体ＧＢとが、ホイートストンブリッジでは向かい合う辺に配置されている。

【0047】

そして端Ｔ１と端Ｔ３に電源Ｅにより電圧を印加すると、端Ｔ２と端Ｔ４より電圧としてアナログの信号＋ＳＩＧ、信号－ＳＩＧが出力される。信号＋ＳＩＧ、信号－ＳＩＧは増幅器１５ｂにて増幅され、次いでＡ／Ｄ変換器１６ｂでデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１７にて演算されてラジアル荷重が算出される。

【0048】

ＣＰＵ１７にて演算されたトルクとラジアル荷重は、メモリ２２にて所定の時間分記憶される。なお増幅器１５ａ、増幅器１５ｂ、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、Ａ／Ｄ変換器１６ｂ、ＣＰＵ１７、メモリ２２は、固定部３ａ内部の基板２０に全部若しくは一部が実装されている。なおメモリ２２は、所定の時間分記憶されるトルクとラジアル荷重の他に、この荷重変換器１の感歪抵抗体に係る固有のデータ、校正に係るデータを含んで記憶していても良い。

【0049】

図１１は、本発明の実施形態に係る荷重変換器１を用いて図３に示した軸受７とは異なるサイズの軸受１８を装着した際の試験装置の一部の部品を省略した正面図である。
軸受１８は、保持軸部６ｃに嵌合して保持され、保持軸部６ｃの鍔と軸受押え１９にて軸方向が規制されている。図３では、第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢの軸中心線ＡＸの方向の中心と軸受７の軸中心線ＡＸの方向の中心の距離がＬａ１であって、第１の感歪抵抗体ＧＢと第１の感歪抵抗体ＧＤの中心と軸受７の軸中心線ＡＸの方向の中心の距離がＬａ２である。これに対して図１１では、第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢの軸中心線ＡＸの方向の中心と軸受７の中心の距離がＬｂ１であって、第１の感歪抵抗体ＧＢと第１の感歪抵抗体ＧＤの軸中心線ＡＸの方向の中心と軸受７の軸中心線ＡＸの方向の中心の距離がＬｂ２である。

【0050】

第１の感歪抵抗体ＧＡと第１の感歪抵抗体ＧＢとの距離Ｌｐ、第１の感歪抵抗体ＧＣと第１の感歪抵抗体ＧＤとの距離Ｌｐが同一である。起歪部１１ａ、１１ｃがラジアル荷重Ｆを受けると、第１の感歪抵抗体ＧＡは圧縮方向に小さく、第１の感歪抵抗体ＧＢは圧縮方向に大きく弾性変形する。一方、起歪部１１ａ、１１ｃがラジアル荷重Ｆを受けると、第１の感歪抵抗体ＧＣは引張方向に小さく、第１の感歪抵抗体ＧＤは引張方向に大きく弾性変形する。図１０に示すホイートストンブリッジにおいて、圧縮方向に大きい第１の感歪抵抗体ＧＢと引張方向に大きい第１の感歪抵抗体ＧＤとが隣り合う辺に配置されている。また圧縮方向に小さい第１の感歪抵抗体ＧＡと引張方向に小さい第１の感歪抵抗体ＧＣとが隣り合う辺に配置されている。このように圧縮側、引張側それぞれ複数の感歪抵抗体を所定の距離で配置していることから、軸中心線ＡＸの方向の位置による荷重の分布を直線で近似でき、その直線の傾きは常に一定となる。したがって予め既知の荷重を印加しておいて荷重変換器１を校正することで、軸受の軸中心線ＡＸ方向の位置が異なっていても精確な荷重を検出することができる。

【0051】

以上本発明の実施形態によれば、軸受に加わるラジアル荷重Ｆの方向に厚肉で離間して独立した起歪部の外周面に所定の間隔で感歪抵抗体を複数配置してラジアル荷重Ｆを検出し、軸受の中心軸を中心として回転方向に薄肉となっている離間して独立した起歪部の平面部に感歪抵抗体を複数配置してトルクを検出していることから、比較的大きなラジアル荷重と比較的小さなトルクを同時に検出することができる。

【0052】

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0053】

本発明の活用例として、転がり軸受の試験装置等への適用が可能である。

【符号の説明】

【0054】

１ ：荷重変換器
２ ：ベース
３ａ ：固定部
３ｂ ：接続部
４ ：円筒カバー
５ ：キャップ
６ａ ：保持部
６ｂ ：保持軸部
６ｃ ：保持軸部
７ ：軸受(玉軸受)
７ａ ：内輪
７ｂ ：外輪
７ｃ ：転動体
８ ：軸受押え
９ ：ベルト
１０ ：コネクタ
１１ａ～１１ｄ ：起歪部
１１ｅ ：傾斜面
１２ ：貫通穴
１３ ：加工工具
１４ ：試験装置
１５ａ、１５ｂ ：増幅器
１６ａ、１６ｂ ：Ａ／Ｄ変換器
１７ ：ＣＰＵ
１８ ：軸受
１９ ：軸受押え
２０ ：基板
２１ ：蓋
ＡＸ ：軸中心線
Ｆ ：ラジアル荷重
ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤ ：第１の感歪抵抗体
Ｇ１ａ～Ｇ４ａ、Ｇ１ｂ～Ｇ４ｂ ：第２の感歪抵抗体
Ｐ１ ：第１仮想平面
Ｐ２ ：第２仮想平面
ＸＬ ：交線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】