JP2006316936A - 転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】転がり軸受におけるスキッディング現象の発生度合いを事前に検知可能とすることである。
【解決手段】転動体であるころ４の公転速度ＶＴを、固定輪である外輪３に取り付けた光センサ７ａで検出される単位時間当たりのころ４の通過個数から算出し、回転軸Ａの回転センサで検出される回転軸Ａの回転速度ＶＡところ４の公転速度ＶＴの差ΔＶを時間積分することにより、スキッディング現象の発生度合いを事前に検知できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関し、特に、小さなラジアル荷重下で高速回転する回転軸を支持する転がり軸受に関する。
ジェットエンジンの主軸や各種産業機械用ガスタービンの主軸等のガスタービン軸のように、小さなラジアル荷重下で高速回転する回転軸を支持する転がり軸受では、内外輪の軌道面間に保持器で保持された転動体が、内外輪の軌道面を転がらずに滑ってしまうというスキッディング現象が生じやすい（例えば、特許文献１参照）。このようなスキッディング現象が過度に生じると、内外輪の軌道面や転動体の転動面にスミアリングと呼ばれる表面損傷が発生する。さらに、スミアリングが発展すると、軌道面や転動面に表面剥離が生じ、振動が発生したり、焼付きが発生したりして、軸受機能に大きな支障を来たす。
特開２００４−１１６７２９号公報（第２頁）
上述したスキッディング現象に起因する軌道面や転動面でのスミアリングや表面剥離は、軸受機能に大きな支障を来たすので、軸受の運転中におけるスキッディング現象の発生度合いを事前に検知することが望まれている。特に、高い安全性が要求されるジェットエンジンの主軸を支持する転がり軸受に対して、このようなスキッディング現象の事前検知に対する要望が高い。
通常、ジェットエンジンには、軸受の潤滑油を含めた潤滑油系統中に金属片を検知するセンサが装備されており、万が一、軸受に表面剥離が生じたときは、この潤滑油系統中のセンサで剥離片が検知され、パイロットに警告が発せられるが、このような表面剥離が生じる前に、スミアリングや表面剥離発生の危険性を事前に予知できることが望まれている。
そこで、本発明の課題は、転がり軸受におけるスキッディング現象の発生度合いを事前に検知可能とすることである。
上記の課題を解決するために、本発明は、内外輪の軌道面間に複数の転動体が環状の保持器で保持され、これらの転動体が前記軌道面間を公転する転がり軸受において、前記転動体の公転速度を検出する手段を設けた構成を採用した。
すなわち、スキッディング現象が生じたときは、転動体の公転速度と軸受の回転速度との間に差が生じるので、転動体の公転速度を検出する手段を設けることにより、検出される転動体の公転速度と軸受の回転速度との差から、スキッディング現象の発生度合いを事前に検知できるようにした。なお、軸受の回転速度は、公知の回転センサ等を用いて、回転輪または回転輪が取り付けられる回転軸の回転速度から検出することができ、例えば、ジェットエンジンの主軸のように、既に回転軸の回転センサが設けられている場合は、この回転センサを利用することができる。
前記転動体の公転速度を検出する手段は、前記軌道面間を公転する転動体の通過を検出する非接触式センサを、前記内外輪のうちの回転しない固定輪側に取り付け、このセンサで検出される単位時間当たりの前記転動体の通過個数から、前記転動体の公転速度を算出するものとすることができる。転動体の通過を検出する非接触式センサとしては、光センサや磁気センサ等を用いることができる。
前記転動体の公転速度を検出する手段は、前記転動体の公転に伴って回転する前記環状の保持器の回転速度を検出するものとすることもできる。
前記保持器の回転速度を検出する手段は、前記環状の保持器の円周方向の少なくとも１箇所に回転検出部を設け、この回転検出部の通過を検出する非接触式センサを、前記内外輪のうちの回転しない固定輪側に取り付け、このセンサで検出される単位時間当たりの前記回転検出部の通過個数から、前記保持器の回転速度を算出するものとすることができる。保持器の回転検出部は、環状の保持器の側面で半径方向に延びる凹溝や凸条等の幾何学的な特徴部、光反射板、鏡面部、色別部等の光学的な特徴部、および磁石、磁性部等の磁気的な特徴部とすることができ、回転検出部の通過を検出する非接触式センサとしては、これらの特徴部の形態に応じて、光センサや磁気センサ等を用いることができる。
上述した各転がり軸受は、高い安全性が要求され、高速で回転するジェットエンジンの主軸を支持するものに好適である。
本発明の転がり軸受は、転動体の公転速度を検出する手段を設けたので、検出される転動体の公転速度と軸受の回転速度との差から、スキッディング現象の発生度合いを事前に検知でき、スミアリングや表面剥離の発生の予防に役立てることができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。この転がり軸受は、図１および図２に示すように、内輪２と外輪３の軌道面２ａ、３ａ間に転動体としての複数のころ４が環状の保持器５に保持されたころ軸受１であり、内輪２が、回転軸Ａに取り付けられる回転輪、外輪３が回転しない固定輪となっている。
前記固定輪となる外輪３は、外径面の円周方向の１箇所に、軌道面３ａに貫通する覗き孔６ａが設けられた凹部６が形成され、この凹部６に、軌道面２ａ、３ａ間で公転する各ころ４の通過を検出する非接触式センサとしての光センサ７ａが取り付けられている。
図示は省略するが、前記光センサ７ａの出力は演算装置に入力され、光センサ７ａで検出される単位時間当たりのころ４の通過個数からころ４の公転速度ＶＴが算出されるようになっている。また、演算装置には、軸受の回転速度と等しい回転軸Ａの回転速度ＶＡを検出する回転センサの出力も入力され、回転軸Ａの回転速度ＶＡところ４の公転速度ＶＴの差ΔＶが時間積分されるようになっている。
図３は、上述したころ軸受１を使用したジェットエンジンを示す。このジェットエンジンはターボファンエンジンであり、空気を吸入するファン１１と、吸入される空気の一部を圧縮する圧縮機１２と、圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼させる燃焼室１３と、燃焼ガスで高速回転するタービン１４とで基本的に構成されており、ころ軸受１によって２箇所で支持された主軸１５に、圧縮機１２のロータとタービン１４が取り付けられている。
このジェットエンジンでは、主軸１５の回転速度ＶＡを検出する既設の回転センサの出力と、前記光センサ７ａの出力とがエンジンのコントローラに入力され、コントローラの演算装置でころ４の公転速度ＶＴが算出されて、主軸１５の回転速度ＶＡところ４の公転速度ＶＴの差ΔＶが時間積分されるようになっており、コントローラは速度差ΔＶの時間積分が所定の値に達すると、コックピットのパイロットに警報を発生する。
図４および図５は、第２の実施形態を示す。この転がり軸受も、第１の実施形態のものと同様に、外輪３を固定輪としたころ軸受１であり、前記ころ４の通過を検出する光センサ７ａの替りに、環状の保持器５の回転速度ＶＨを検出する非接触式センサとしての光センサ７ｂが、外輪３の一方の鍔３ｂの外側に設けられた張り出し部３ｃに円周方向の１箇所で取り付けられ、この光センサ７ｂが取り付けられた側の保持器５の側面に、回転検出部としての半径方向へ延びる凹溝５ａが、９０°の位相で４箇所に設けられている点が異なる。その他の部分は第１の実施形態のものと同じである。
この実施形態では、前記回転する保持器５の各凹溝５ａの通過が光センサ７ｂによって検出され、これらの凹溝５ａの単位時間当たりの通過個数から保持器５の回転速度ＶＨが算出され、この保持器５の回転速度ＶＨをころ４の公転速度ＶＴと見做して、第１の実施形態のものと同様に、回転軸Ａの回転速度ＶＡとの差ΔＶが時間積分される。なお、この実施形態では、凹溝５ａを保持器５の円周方向の４箇所に設けたが、この凹溝５ａは円周方向の１箇所以上に設ければよい。
上述した各実施形態では、転動体の公転速度や保持器の回転速度を検出する非接触式センサを光センサとし、第２の実施形態では保持器の回転検出部を幾何学的な凹溝としたが、非接触式センサとしては磁気センサ等の他の検出方式のものを用いることもできる。また、保持器の回転検出部は、凸条等の他の幾何学的な特徴部、光反射板、鏡面部、色別部等の光学的な特徴部、および磁石、磁性部等の磁気的な特徴部とすることもできる。
また、上述した各実施形態では、外輪を固定輪とするころ軸受としたが、本発明に係る転がり軸受は、深溝玉軸受や多点接触玉軸受等の他の転がり軸受に適用することもでき、内輪を固定輪とするものでもよい。
第１の実施形態の転がり軸受を示す縦断正面図 図１の縦断側面図 図１の転がり軸受を使用したジェットエンジンを示す概略縦断面図 第２の実施形態の転がり軸受を示す縦断正面図 図４の側面図
符号の説明
１ ころ軸受
２ 内輪
２ａ 軌道面
３ 外輪
３ａ 軌道面
３ｂ 鍔
３ｃ 張り出し部
４ ころ
５ 保持器
５ａ 凹溝
６ 凹部
６ａ 覗き孔
７ａ、７ｂ 光センサ
１１ ファン
１２ 圧縮機
１３ 燃焼室
１４ タービン
１５ 主軸

Claims (5)

  1. 内外輪の軌道面間に複数の転動体が環状の保持器で保持され、これらの転動体が前記軌道面間を公転する転がり軸受において、前記転動体の公転速度を検出する手段を設けたことを特徴とする転がり軸受。
  2. 前記転動体の公転速度を検出する手段が、前記軌道面間を公転する転動体の通過を検出する非接触式センサを、前記内外輪のうちの回転しない固定輪側に取り付け、このセンサで検出される単位時間当たりの前記転動体の通過個数から、前記転動体の公転速度を算出するものである請求項１に記載の転がり軸受。
  3. 前記転動体の公転速度を検出する手段が、前記転動体の公転に伴って回転する前記環状の保持器の回転速度を検出するものである請求項１に記載の転がり軸受。
  4. 前記保持器の回転速度を検出する手段が、前記環状の保持器の円周方向の少なくとも１箇所に回転検出部を設け、この回転検出部の通過を検出する非接触式センサを、前記内外輪のうちの回転しない固定輪側に取り付け、このセンサで検出される単位時間当たりの前記回転検出部の通過個数から、前記保持器の回転速度を算出するものである請求項３に記載の転がり軸受。
  5. 前記転がり軸受がジェットエンジンの主軸を支持するものである請求項１乃至４のいずれかに記載の転がり軸受。
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