特許 7263917 センサ付き複列軸受装置

(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】2023-04-17

(45)【発行日】2023-04-25

(54)【発明の名称】センサ付き複列軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 41/00 20060101AFI20230418BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20230418BHJP

   F16C 19/52 20060101ALI20230418BHJP

   F16C 33/58 20060101ALI20230418BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

F16C41/00

F16C19/18

F16C19/52

F16C33/58

G01L5/00 K

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019094921

(22)【出願日】2019-05-21

(65)【公開番号】P2020190267

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-04-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱ノ上 道郎

【審査官】松江川 宗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８３６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６１２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１６５８１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６，３３／３０－３３／６６，

４１／００－４１／０４

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外輪、前記外輪の径方向内側に配設される内輪、及び前記外輪と前記内輪との間の環状空間に転動自在に配設される複列の複数の転動体を有する軸受と、前記外輪の歪を検出するために当該外輪の外周面に設けられるセンサとを備えたセンサ付き複列軸受装置であって、
前記センサは、前記外輪の軸方向一方側に設けた第一凹部に配置される第一センサと、前記外輪の軸方向他方側に設けた第二凹部に配置される第二センサとを有し、
前記第一センサと前記第二センサの周方向における位相が互いに異なり、
前記第一凹部及び前記第二凹部は、それぞれ前記外輪の外周面において周方向に沿って設けた周溝であり、
前記第一センサ及び前記第二センサは歪ゲージであり、
前記外輪の外周面には、前記周溝とつながった、前記歪ゲージからのリード線を配設するために軸方向の横溝が設けられており、
前記外輪の軸方向一方側の横溝の周方向の位置は、当該軸方向一方側に形成される横溝の周方向における領域が、当該外輪の軸方向他方側に形成される横溝の周方向における領域と周方向において重ならないように設定されている、センサ付き複列軸受装置。

【請求項2】

前記外輪の軸方向一方側の横溝の数と当該外輪の軸方向他方側の横溝の数は同数であり、
前記外輪の軸方向一方側の横溝及び当該外輪の軸方向他方側の横溝は、それぞれ周方向に沿って等間隔で設けられており、
前記軸方向一方側の各横溝は、周方向において、前記軸方向他方側の互いに隣接する２つの横溝の中間に位置するように設けられている、請求項１に記載のセンサ付き複列軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセンサ付き複列軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

生産性の向上等を図るために、近年、機械設備の状態を監視するニーズが高まりつつあり、これを受けて、当該機械設備を構成する軸受にもセンシング機能を付与することが求められつつある。軸受は軸荷重を直接に受ける機械部品であるので、特に荷重に関しては、機械設備のハウジング等その他の部品に荷重センサを取り付けるよりも当該軸荷重を感度よく検知することができると考えられる。

【0003】

例えば、工作機械の主軸用軸受において、軸受予圧や切削荷重を検知することができれば、得られる荷重に関する情報を前記工作機械の制御部にフィードバックして主軸を制御することで加工条件を最適化することができ、これにより工具の摩耗低減や加工時間の短縮化を図ることができる。また、軸受の異常や、加工の異常を早期に又は未然に検知することにより、設備を計画的にメンテナンスすることができ、メンテナンスコストを削減することができる。

【0004】

前述した工作機械の主軸用軸受では、複数列の軸受（多くの場合、転動体の軌道が４列である軸受）が採用されているが、従来、軸受に作用する荷重を検知する方法として、外輪の外周面に溝を設け、当該溝の底面に歪ゲージを接着剤等により固定し、転動体荷重による外輪外径のラジアル方向（径方向）の歪を検知する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－９６４４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

外輪の外周面に形成された周溝に歪ゲージを配置する方法において、正確な荷重分布を測定するために、周方向に沿って複数の箇所（例えば、６か所）に歪ゲージを設置することが考えられる。
しかし、この方法では、さらなる精度向上を図るために周方向に沿って、例えば１０又は１２個の歪ゲージを配置しようとすると、当該外輪の剛性が低下する恐れがある。従来の方法では、歪ゲージからのリード線を配設するために、当該歪ゲージに対応して周方向に沿って歪ゲージと同数の、前記周溝につながる横溝を形成する必要があり、多数の横溝の存在によって外輪の剛性が低下する恐れがある。

【0007】

そこで、本発明は、外輪の剛性の低下を抑制することができるセンサ付き複列軸受装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のセンサ付き複列軸受装置は、
（１）外輪、前記外輪の径方向内側に配設される内輪、及び前記外輪と前記内輪との間の環状空間に転動自在に配設される複列の複数の転動体を有する軸受と、前記外輪の歪を検出するために当該外輪の外周面に設けられるセンサとを備えたセンサ付き複列軸受装置であって、
前記センサは、前記外輪の軸方向一方側に設けた第一凹部に配置される第一センサと、前記外輪の軸方向他方側に設けた第二凹部に配置される第二センサとを有し、
前記第一センサと前記第二センサの周方向における位相が互いに異なることを特徴とする。

【0009】

本発明のセンサ付き軸受装置では、外輪の外周面に複数のセンサを設けるに際し、これら複数のセンサを外輪の軸方向一方側に設けた第一凹部に配置される第一センサと、当該外輪の軸方向他方側に設けた第二凹部に配置される第二センサとに分けて設けている。しかも、周方向における位相が互いに異なるように第一センサと第二センサを配置している。このため、すべてのセンサを外輪の同じ外周上に設ける場合に比べて外輪の剛性の低下を抑制することができる。

【0010】

（２）前記（１）のセンサ付き複列軸受装置において、前記第一凹部及び前記第二凹部は、それぞれ前記外輪の外周面において周方向に沿って設けた周溝とすることができる。第一センサを外輪の外周面において周方向に沿って設けた一方の周溝に設け、第二センサを外輪の外周面において周方向に沿って設けた他方の周溝に設けることで、すべてのセンサを外輪の同じ外周上に設ける場合に比べて外輪の剛性の低下を抑制することができる。

【0011】

（３）前記（１）又は（２）のセンサ付き軸受装置において、前記第一センサ及び前記第二センサは歪ゲージであり、
前記外輪の外周面には、前記周溝とつながった、前記歪ゲージからのリード線を配設するための軸方向の横溝を設けることができる。横溝を設けることで、歪ゲージからのゲージ線を簡単に外部に引き出すことができる。

【0012】

（４）前記（３）のセンサ付き軸受装置において、前記外輪の軸方向一方側の横溝の周方向の位置は、当該軸方向一方側に形成される横溝の周方向における領域が、当該外輪の軸方向他方側に形成される横溝の周方向における領域と周方向において重ならないように設定されていることが望ましい。軸方向一方側の横溝の周方向における領域が当該外輪の軸方向他方側の横溝の周方向における領域と周方向において重ならないように設定することで、外輪の剛性の低下をより効果的に抑制することができる。

【0013】

（５）前記（４）のセンサ付き軸受装置において、前記外輪の軸方向一方側の横溝の数と当該外輪の軸方向他方側の横溝の数は同数であり、
前記外輪の軸方向一方側の横溝及び当該外輪の軸方向他方側の横溝は、それぞれ周方向に沿って等間隔で設けられており、
前記軸方向一方側の各横溝は、周方向において、前記軸方向他方側の互いに隣接する２つの横溝の中間に位置するように設けられていることが望ましい。軸方向一方側の各横溝を、周方向において、前記軸方向他方側の互いに隣接する２つの横溝の中間に位置するように設けることで、外輪の剛性の低下をより効果的に抑制することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明にセンサ付き複列軸受装置よれば、外輪の剛性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明のセンサ付き複列軸受装置の一実施形態の部分断面図である。

【図2】図１に示されるセンサ付き複列軸受装置の外輪の外周面の展開説明図である。

【図3】発明のセンサ付き複列軸受装置の他の実施形態における外輪の外周面の展開説明図である。

【図4】外輪を一体にした複列アンギュラ玉軸受の一例の部分断面図である。

【図5】内輪を一体にした複列アンギュラ玉軸受の一例の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のセンサ付き複列軸受装置を詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ付き複列軸受装置１の部分断面図であり、図２は、図１に示されるセンサ付き複列軸受装置１の外輪の外周面の展開説明図である。センサ付き複列軸受装置１は、軸受１０と、外輪の歪を検出するためのセンサである歪ゲージ２０とを備えている。

【0018】

本実施形態における軸受１０は、単列のアンギュラ玉軸受を正面組合せにした複列のアンギュラ玉軸受であり、外輪である第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂと、内輪である第一内輪１２ａ及び第二内輪１２ｂと、複列である２列の複数の玉（転動体）１３と、環状の保持器１４ａ、１４ｂとを備えている。第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂ、並びに、第一内輪１２ａ及び第二内輪１２ｂは、いずれも軸受鋼や浸炭鋼等の軸受用鋼を用いて環状に形成された部材である。内輪１２ａは、外輪１１ａの径方向内側に当該外輪１１ａと同心になるように配設されている。また、内輪１２ｂは、外輪１１ｂの径方向内側に当該外輪１１ｂと同心になるように配設されている。

【0019】

第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂの内周面には、それぞれ玉１３が転動する第一外輪軌道面１１ａ１及び第二外輪軌道面１１ｂが形成されている。第一内輪１２ａ及び第二内輪１２ｂの外周面には、それぞれ玉１３が転動する第一内輪軌道面１２ａ１及び第二内輪軌道面１２ｂ１が形成されている。複数の玉１３は、保持器１４ａ、１４ｂにより周方向に所定間隔で保持された状態で、第一外輪１１ａと第一内輪１２ａとの間の環状空間、及び、第二外輪１１ｂと第二内輪１２ｂとの間の環状空間を転動自在である。

【0020】

本実施形態では、外輪の外周面にセンサを設けるための凹部である周溝が形成されている。より詳細には、軸方向一方側（図１において左側）の第一外輪１１ａの外周面に周方向に沿って第一凹部である第一周溝１５ａが形成されており、軸方向他方側（図１において右側）の第二外輪１１ｂの外周面に周方向に沿って第二凹部である第二周溝１５ｂが形成されている。第一周溝１５ａに周方向に沿って一定の間隔で複数（例えば、６個）の歪ゲージ２０が配置されている。また、第二周溝１５ｂに周方向に沿って一定の間隔で複数（例えば、６個）の歪ゲージ２０が配置されている。第一周溝１５ａに配置された歪ゲージ２０の数と、第二周溝１５ｂに配置された歪ゲージ２０の数は同じである。なお、本明細書において、凹部（第一凹部及び第二凹部）には、外輪の外周面において周方向に沿って全周に形成された周溝だけでなく、外輪の外周面において所定間隔で設けられる、後述する凹所も含まれる。

【0021】

第一外輪１１ａの外周面には、当該外周面に形成された第一周溝１５ａにつながる第一横溝１６ａが形成されている。第一横溝１６ａは軸方向に沿って形成されており、第一周溝１５ａと直交している。この第一横溝１６ａは、第一周溝１５ａに設けられる歪ゲージ２０の位置に対応して形成されている。したがって、第一横溝１６ａの数は、第一周溝１５ａに設けられる歪ゲージ２０の数と同じである。歪ゲージ２０からのリード線２１が第一横溝１６ａに配設される。

【0022】

第二外輪１１ｂの外周面には、当該外周面に形成された第二周溝１５ｂにつながる第二横溝１６ｂが形成されている。第二横溝１６ｂは軸方向に沿って形成されており、第二周溝１５ｂと直交している。この第二横溝１６ｂは、第二周溝１５ｂに設けられる歪ゲージ２０の位置に対応して形成されている。したがって、第二横溝１６ｂの数は、第二周溝１５ｂに設けられる歪ゲージ２０の数と同じである。歪ゲージ２０からのリード線２１が第二横溝１６ａに配設される。

【0023】

本実施形態では、第一横溝１６ａ及び第二横溝１６ｂは、それぞれ第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂの大端側に形成されている。なお、第一横溝１６ａを第一外輪１１ａの大端と反対側の端部に形成することもでき、同様に、第二横溝１６ｂを第二外輪１１ｂの大端と反対側の端部に形成することもできる。

【0024】

本実施形態では、第一周溝１５ａに配置される第一センサである歪ゲージ２０と、第二周溝１５ｂに配置される第二センサである歪ゲージ２０とは、周方向における位相が互いに異なるように設定されている。具体的に、周方向において、第一周溝１５ａに配置される２個の隣接する歪ゲージ２０の中間に第二周溝１５ｂの歪ゲージ２０が位置するように各歪ゲージ２０の位置が設定されている。各周溝に６つの歪ゲージ２０を配置する場合、第一周溝１５ａの或る箇所を基準として０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°の位置に歪ゲージ２０を配置し、第二周溝１５ｂには、前記或る箇所を基準として３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の位置に歪ゲージ２０を配置する。

【0025】

第一横溝１６ａ及び第二横溝１６ｂは、歪ゲージ２０からのリード線２１を配設するために設けられている。したがって、各周溝に６つの歪ゲージ２０を配置する場合、第一横溝１６ａ及び第二横溝１６ｂの数も、それぞれ６つである。前記のように歪ゲージ２０を周方向に沿って６０°間隔で配置する場合、第一横溝１６ａ及び第二横溝１６ｂも、それぞれ周方向に沿って６０°間隔で形成される。各第一横溝１６ａは、周方向において、２つの隣接する第二横溝１６ｂの中間に位置する。また、各第二横溝１６ｂは、周方向において、２つの隣接する第一横溝１６ａの中間に位置する。

【0026】

前記のように周溝における歪ゲージ２０の周方向の位置、すなわち横溝の周方向の位置を設定して、第一周溝１５ａの歪ゲージ２０と第二周溝１５ｂの歪ゲージ２０との周方向における位相を互いに異ならせることで、外輪である第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂの剛性に低下を抑制することができる。

【0027】

図３は、本発明の他の実施形態に係るセンサ付き複列軸受装置の外輪の外周面の展開説明図である。外輪は軸方向一方側の第一外輪３１ａと軸方向他方側の第二外輪３１ｂとで構成されている。内輪、転動体である玉、及び当該玉を転動自在に保持する保持器の構成は、図１～２に示される実施形態と同じであり、簡単のため、それらの図示及び説明は省略する。

【0028】

本実施形態では、第一外輪３１ａの外周面に周方向に沿って一定の間隔で第一凹部である複数の第一凹所３５ａが設けられている。また、第二外輪３１ｂの外周面に周方向に沿って一定の間隔で第二凹部である複数の第二凹所３５ｂが設けられている。各第一凹所３５ａ及び各第二凹所３５ｂには、歪ゲージ２０がそれぞれ配設されている。

【0029】

第一外輪３１ａの軸方向一方側の側面には、前記第一凹所３５ａにつながる第一横孔３６ａが形成されている。第一横孔３６ａは軸方向に沿って形成されている。この第一横孔３６ａは、第一凹所３５ａに設けられる歪ゲージ２０の位置に対応して形成されている。したがって、第一横孔３６ａの数は、第一凹所３５ａに設けられる歪ゲージ２０の数と同じである。歪ゲージ２０からのリード線２１が第一横孔１６ａに配設される。

【0030】

第二外輪３１ｂの軸方向他方側の側面には、前記第二凹所３５ｂにつながる第二横孔３６ｂが形成されている。第二横孔３６ｂは軸方向に沿って形成されている。この第二横孔３６ｂは、第二凹所３５ｂに設けられる歪ゲージ２０の位置に対応して形成されている。したがって、第二横孔１６ｂの数は、第二凹所３５ｂに設けられる歪ゲージ２０の数と同じである。歪ゲージ２０からのリード線２１が第二横孔１６ａに配設される。

【0031】

本実施形態においても、第一凹所３５ａに配置される第一センサである歪ゲージ２０と、第二凹所３５ｂに配置される第二センサである歪ゲージ２０とは、周方向における位相が互いに異なるように設定されている。具体的に、周方向において、図１～２に示される実施形態と同様に、位相が３０°ずれるように設定されている。このように、歪ゲージ２０を設置する第一凹所３５ａと、同じく歪ゲージ２０を設置する第二凹所３５ｂとの周方向における位相を互いに異ならせることで、外輪である第一外輪１１ａ及び第二外輪１１ｂの剛性に低下を抑制することができる。

【0032】

〔その他の変形例〕
以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、前述した実施形態では、周方向において、軸方向一方側に設けられる歪ゲージを、軸方向他方側に設けられる２つの隣接する歪ゲージの中間に位置するように歪ゲージを配置しているが、本発明は、かかる配置に限定されるものではない。軸方向一方側の第一センサと軸方向他方側の第二センサとが互いに位相が異なるように配置されておればよく、例えば、図２に示される実施形態では、軸方向一方側に形成される横溝の周方向における領域ｗ１が、軸方向他方側に形成される横溝の周方向における領域ｗ２と周方向において重ならなければ、軸方向一方側の歪ゲージが軸方向他方側の２つの隣接する歪ゲージの中間に位置しなくても、外輪の剛性低下の抑制に一定の効果を奏することができる。ただ、より効果的に外輪の剛性低下を抑制するためには、前述した実施形態のように、軸方向一方側の歪ゲージ２０の位置を、軸方向他方側の２つの隣接する歪ゲージ２０の中間に設定するか、または、中間付近に設定することが望ましい。

【0033】

また、前述した実施形態では、玉が転動する軌道が２列である複列軸受装置を例示しているが、軌道が３列以上の複列軸受装置に対しても、本発明を適用することができる。
また、前述した実施形態では、互いに別体である第一外輪と第二外輪とで外輪が構成され、また、互いに別体である第一内輪と第二内輪とで内輪が構成されているが、例えば、図４に示されるような一体型の外輪４１を有する複列軸受装置にも本発明を適用することができる。同様に、例えば、図５に示されるような一体型の内輪４２を有する複列軸受装置にも本発明を適用することができる。図４に示される外輪４１では、その外周面に、例えば周溝が２列形成され、軸方向一方側の周溝に第一センサが配置され、軸方向他方側の周溝に前記第一センサと周方向の位相が異なるように第二センサが配置される。

【0034】

また、前述した実施形態では、単列アンギュラ玉軸受を正面組合せにした複列軸受装置を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せにした複列軸受装置でもよく、単列アンギュラ玉軸受を並列組合せにした複列軸受装置でもよい。また、２つの単列深溝玉軸受を隣接して配置した複列軸受装置でもよい。

【0035】

また、前述した実施形態では、転動体が玉である複列軸受装置を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、転動体はころであってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１：センサ付き複列軸受装置 １０：軸受 １１ａ：第一外輪
１１ｂ：第二外輪 １２ａ：第一内輪 １２ｂ：第二内輪
１３：玉（転動体） １４ａ、１４ｂ：保持器
１５ａ：第一周溝 １５ｂ：第二周溝 １６ａ：第一横溝
１６ｂ：第二横溝 ２０：歪ゲージ ２１：リード線
３１ａ：第一外輪 ３１ｂ：第二外輪 ３５ａ：第一凹所
３５ｂ：第二凹所 ３６ａ：第一横孔 ３６ｂ：第二横孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】