JP2018132121A

JP2018132121A - 軸受

Info

Publication number: JP2018132121A
Application number: JP2017026034A
Authority: JP
Inventors: 健人竹内; Kento Takeuchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】異常を容易に検出することができる軸受を提供すること。
【解決手段】軸受は、回転軸を中心とした環状の内輪と、内輪の外側に配置される外輪と、複数の転動体と、保持器とを備える。保持器は、隣り合う転動体の間に位置する複数の柱部と、複数の柱部を連結するリング部と、を備える。回転軸に対する直交する断面において、隣り合う転動体の中心を通る直線に沿う方向を第１方向とし、第１方向に対して直交する方向を第２方向とする。隣り合う転動体の間にある柱部の第１方向の最大幅は、隣り合う転動体の間の第１方向の最小距離より大きい。隣り合う転動体の間にある柱部と転動体との間の第２方向における最小距離の最大値をδｍａｘ（μｍ）とし、転動体の直径をＤａ（ｍｍ）とし、転動体のピッチ円直径をｄｍ（ｍｍ）とすると、所定の関係を満たす。
【選択図】図５

Description

本発明は、軸受に関する。

軸受の潤滑不良を検出することができる技術が知られている。例えば、特許文献１には潤滑不良を検出するための監視装置の一例が記載されている。特許文献１の監視装置は、保持器の変位を検出する変位センサを備え、正常時の保持器の変位と異常時の保持器の変位とを比べることで潤滑不良を検出する。

特開２００５−３４５２７７号公報

しかしながら、特許文献１の監視装置のように変位センサを用いる場合、変位センサを取り付けるためにハウジング及び軸受の外輪等に対して特別な加工が必要となる。このため、製造工程が増え且つ組み立てが容易ではなかった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、異常を容易に検出することができる軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る軸受は、回転軸を中心とした環状の内輪と、前記内輪の外側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体と、隣り合う前記転動体の間の間隔を保つ保持器と、を備え、前記保持器は、隣り合う前記転動体の間に位置する複数の柱部と、複数の前記柱部を連結するリング部と、を備え、前記回転軸に対する直交する断面において、隣り合う前記転動体の中心を通る直線に沿う方向を第１方向とし、前記第１方向に対して直交する方向を第２方向とした場合、当該隣り合う前記転動体の間にある前記柱部の前記第１方向の最大幅は、隣り合う前記転動体の間の前記第１方向の最小距離より大きく、当該隣り合う前記転動体の間にある前記柱部と前記転動体との間の前記第２方向における最小距離の最大値をδｍａｘ（μｍ）とし、前記転動体の直径をＤａ（ｍｍ）とし、前記転動体のピッチ円直径をｄｍ（ｍｍ）とすると、式（１）を満たす。

これにより、保持器の移動できる量が式（１）の左辺よりも大きくなる。その結果、異常時に測定される加速度が、式（１）を満たさない場合に比較して顕著に大きくなる。このため、異常時に測定される加速度と、異常時でない時（例えば初期状態の時）に測定される加速度との間の差が大きくなる。したがって、本実施形態に係る軸受は異常を容易に検出することができる。

軸受の望ましい態様として、式（２）を満たすことが好ましい。

これにより、保持器の柱部が過剰に細くなることが防止される。このため、軸受は、異常を容易に検出することができ且つ保持器の強度を保つことができる。

本発明によれば、異常を容易に検出することができる軸受を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る異常検出装置の模式図である。図２は、本実施形態に係る軸受の断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、本実施形態に係る転動体の側面図である。図５は、保持器の柱部を拡大して示す断面図である。図６は、保持器の柱部を拡大して示す断面図である。図７は、保持器の柱部を拡大して示す断面図である。図８は、潤滑不良が生じた比較例に係る軸受において、内輪が回転している時に加速度センサで検出される加速度を示したグラフである。図９は、潤滑不良が生じた本実施形態に係る軸受において、内輪が回転している時に加速度センサで検出される加速度を示したグラフである。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態に係る異常検出装置の模式図である。実施形態に係る異常検出装置１００は、軸受１に生じる異常を検出するための装置である。軸受１に生じる異常は、例えば潤滑不良等である。異常検出装置１００は、軸受ユニット１０と、加速度センサ８と、制御装置９と、出力装置９９と、を備える。

図１に示すように、軸受ユニット１０は、ハウジング１１と、シャフト７と、軸受１と、を備える。ハウジング１１は、軸受１を支持する筐体である。シャフト７は、軸受１を介してハウジング１１に支持される部材である。シャフト７は、回転軸Ｚ１を中心に回転できる。

加速度センサ８は、加速度を計測する機器である。例えば加速度センサ８は、図１に示すようにハウジング１１に固定されている。加速度センサ８は、ハウジング１１に加わる加速度に応じて出力信号を変化させる。

制御装置９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、インターフェース（Ｉ／Ｆ）等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース（Ｉ／Ｆ）が連携することで、制御装置９の各機能が実現する。

制御装置９は、信号処理部９１と、比較部９２と、記憶部９３と、を備える。信号処理部９１は、加速度センサ８から出力された信号を受け取る。信号処理部９１は、信号を加速度に変換し、加速度の値を比較部９２に出力する。比較部９２は、所定時間における加速度のＲＭＳ（Root Mean Square）を演算する。比較部９２は、記憶部９３に予め記憶された基準ＲＭＳ（Ａ_０）に対する、信号処理部９１から受信した加速度のＲＭＳ（Ａ₁）と基準ＲＭＳとの間の差の比（｜Ａ_０−Ａ₁｜／Ａ_０）を演算する。基準ＲＭＳは、例えば初期状態（軸受１が使用される前の状態）における試験等で計測されたハウジング１１に生じる加速度のＲＭＳである。比較部９２は、演算した比と、記憶部９３に予め記憶されたしきい値とを比較する。比較部９２は、演算した比がしきい値よりも大きい場合に、出力装置９９を作動させる信号を出力する。

出力装置９９は、軸受１で異常が発生したことを人間に認識させるための装置である。出力装置９９は、例えばモニタ又は警報機等である。出力装置９９は、制御装置９の比較部９２から出力された信号に基づいて作動する。

図２は、本実施形態に係る軸受の断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、本実施形態に係る転動体の側面図である。軸受１は、例えば円すいころ軸受である。図２に示すように、軸受１は、内輪３と、外輪２と、複数の転動体４と、保持器５と、を備える。

内輪３は、回転軸Ｚ１を中心とした環状の部材である。内輪３はシャフト７（図１参照）に固定され、シャフト７と共に回転する。内輪３は、軌道面３９と、小鍔部３１と、大鍔部３２と、を備える。軌道面３９には転動体４が接する。図２に示す断面において、軌道面３９は回転軸Ｚ１に対して角度をなす。小鍔部３１は、軌道面３９の一端側に配置される。大鍔部３２は、軌道面３９の他端側に配置される。大鍔部３２の外径は小鍔部３１の外径より大きい。大鍔部３２は転動体４に接している。

外輪２は、回転軸Ｚ１を中心とした環状の部材である。外輪２は、内輪３の外側に配置される。外輪２は、ハウジング１１（図１参照）の外表面に固定される。外輪２は、軌道面２９を備える。軌道面２９には転動体４が接する。図２に示す断面において、軌道面２９が回転軸Ｚ１に対してなす角度は、軌道面３９が回転軸Ｚ１に対してなす角度より大きい。

転動体４は、例えばころである。転動体４の外周面は、軌道面３９及び軌道面２９に接している。図４に示すように、転動体４は、一方の端面である尾部４０１と、尾部４０１よりも大きい他方の端面である頭部４０２と、を備える。転動体４は、回転軸Ｚ１に対して角度をなす転動体回転軸Ｚ２（図２参照）を中心に回転する。複数の転動体４は、図３に示すように、回転軸Ｚ１を中心とした円の接線方向（以下、周方向という）で等間隔に配置されている。転動体４の数は例えば１０個である。複数の転動体４を互いに区別するため、周方向に向かって順に転動体４１、転動体４２、転動体４３、転動体４４、転動体４５、転動体４６、転動体４７、転動体４８、転動体４９、転動体４１０とする。

保持器５は、隣り合う転動体４の間の間隔を保つための部材である。すなわち、保持器５は、複数の転動体４を位置決めするための部材である。図２に示すように、保持器５は、複数の柱部５３と、第１リング部５１と、第２リング部５２と、を備える。

柱部５３は、例えば板状であって、隣り合う転動体４の間に配置される。柱部５３の数は、転動体４の数に等しい。すなわち、隣り合う転動体４の間に１つずつ柱部５３が配置される。複数の柱部５３を互いに区別するため、転動体４１と転動体４１０との間にある柱部５３を柱部５３１とする。柱部５３１を基準として周方向に向かって順に柱部５３２、柱部５３３、柱部５３４、柱部５３５、柱部５３６、柱部５３７、柱部５３８、柱部５３９、柱部５３１０とする。

第１リング部５１は、回転軸Ｚ１を中心とした環状であって、柱部５３に対して小鍔部３１側に配置される。第１リング部５１は、複数の柱部５３の一端を連結する。第２リング部５２は、回転軸Ｚ１を中心とした環状であって、柱部５３に対して大鍔部３２側に配置される。第２リング部５２は、複数の柱部５３の他端を連結する。第１リング５１と第２リング５２との間の距離は、転動体４の転動体回転軸Ｚ２に沿う方向の長さより大きい。このため、転動体４の尾部４０１と第１リング部５１との間、又は頭部４０２と第２リング部５２との間には隙間が生じる。その結果、保持器５は回転軸Ｚ１に沿う方向（以下、軸方向という）に動くことができる。

図３に示すように、回転軸Ｚ１に対する直交する断面において、隣り合う転動体４１及び転動体４１０の中心を通る直線Ｌ１に沿う方向を第１方向Ｄｘとし、第１方向Ｄｘに対して直交する方向を第２方向Ｄｙとする。転動体４１及び転動体４１０の間にある柱部５３１の第１方向Ｄｘの最大幅Ｗ５３は、隣り合う転動体４１及び転動体４１０の間の第１方向Ｄｘの距離Ｗ４より大きい。このため、柱部５３１は、転動体４１及び転動体４１０の少なくとも一方に対して第２方向Ｄｙで重なる。

なお、柱部５３１を除く柱部５３に対応する第１方向及び第２方向は、上述した第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙとは異なる。例えば、柱部５３２に対応する第１方向は、図３に示す断面において転動体４１及び転動体４２の中心を通る直線に沿う方向であり、柱部５３２に対応する第２方向は、当該方向に対して直交する方向である。その他の柱部５３に対応する第１方向及び第２方向も同様に説明できる。

図５から図７は、保持器の柱部を拡大して示す断面図である。図５から図７は、図２に示したＡ−Ａ断面図の一部である。図５から図７は、柱部５３１と転動体４１（転動体４１０）との間の第２方向Ｄｙにおける最小距離δが最大となった状態を示している。言い換えると、図５から図７は、柱部５３１が転動体４１及び転動体４１０の方向に最も寄った状態を示している。この状態においては、図５に示すように、柱部５３１は転動体４１及び転動体４１０の両方から離れている。図６に示すように、転動体４３と転動体４４との間にある柱部５３４は、転動体４３に接している。図７に示すように、転動体４７と転動体４８との間にある柱部５３８は、転動体４８に接している。

以下において例として柱部５３１について説明されるが、柱部５３１に関する説明は、他の柱部５３に対しても適用することができる。すなわち、柱部５３２から柱部５３１０も以下の条件を満たす。

最小距離δは、内輪３の大鍔部３２（図２参照）が鉛直方向下側になるように軸受１を測定台に置いた場合に測定される距離である。上述したように保持器５は、軸方向に動くことができる。大鍔部３２が鉛直方向下側にある時、転動体４の頭部４０２（図４参照）が大鍔部３２に接し且つ尾部４０１（図４参照）が保持器５の第１リング部５１に接する。最小距離δは、この状態で測定された距離である。

柱部５３１は、転動体４１又は転動体４１０に接することもある。図５の破線は、転動体４１及び転動体４１０に接した時の柱部５３１である。このため、最小距離δの最小値は０である。一方、最小距離δの最大値をδｍａｘ（μｍ）とし、転動体４１の直径をＤａ（ｍｍ）（図４参照）とし、転動体４のピッチ円直径をｄｍ（ｍｍ）（図３参照）とすると、下記式（１）及び式（２）が成り立つ。転動体４の直径（Ｄａ）は、図４に示すように、転動体回転軸Ｚ２に対して直交し且つ尾部４０１及び頭部４０２を結ぶ線分の中点を通る平面Ｐ２で転動体４を切った時の円の直径である。ピッチ円直径（ｄｍ）は、回転軸Ｚ１を中心とし且つ転動体回転軸Ｚ２及び平面Ｐ２の交点Ｃ２（図４参照）を通る円の直径である。

柱部５３１と転動体４１（転動体４１０）との間には隙間が生じるので、柱部５３１は第２方向Ｄｙに移動することができる。柱部５３１の第２方向Ｄｙへの移動量の最大値はδｍａｘに等しい。式（１）が満たされることで、軸受１においては、例えば潤滑不良となった場合に生じる振動が大きくなりやすい。このため、加速度センサ８で測定される加速度が大きくなる。

比較例に係る軸受と、本実施形態に係る軸受１とに対して実験が行われた。比較例に係る軸受は、軸受１に対してδｍａｘの値を除き同じである。実験に用いられた軸受において、内輪の内径は７０ｍｍであり、外輪の外径は１５０ｍｍであり、軸方向の幅は３８ｍｍであり、転動体の直径（Ｄａ）は２０ｍｍであり、ピッチ円直径（ｄｍ）は１１０ｍｍである。比較例に係る軸受において、δｍａｘは２００μｍである。すなわち、比較例に係る軸受は上記式（１）を満たさない。一方、実験に用いられた本実施形態に係る軸受１において、δｍａｘは３００μｍである。すなわち、実験に用いられた本実施形態に係る軸受１は上記式（１）を満たす。なお、δｍａｘを正確に測定することは難しい。例えば、δｍａｘは複数回測定されており、上述したδｍａｘの値は複数の測定値の中央値である。

図８は、潤滑不良が生じた比較例に係る軸受において、内輪が回転している時に加速度センサで検出される加速度を示したグラフである。図９は、潤滑不良が生じた本実施形態に係る軸受において、内輪が回転している時に加速度センサで検出される加速度を示したグラフである。図８及び図９は、内輪の回転数が４０００（１／ｒｐｍ）である場合の加速度の推移である。

図８及び図９に示すように、本実施形態の軸受１を用いた場合に測定される加速度は、比較例に係る軸受を用いた場合に測定される加速度より大きくなっている。例えば、本実施形態の軸受１を用いた場合に測定される加速度のＲＭＳは１９．６（ｍ／ｓ^２）である。比較例に係る軸受を用いた場合に測定される加速度のＲＭＳは、１１．８（ｍ／ｓ^２）である。本実施形態のＲＭＳは、比較例のＲＭＳの約１．６６倍である。一方、本実施形態のδｍａｘ（３００μｍ）は、比較例のδｍａｘ（２００μｍ）の１．５倍である。

このように、本実施形態は、δが１／２×（１００×ｄｍ／Ｄａ）以上であることにより、比較例に対するδｍａｘの比から予想される異常時のＲＭＳよりも大きいＲＭＳを得ることができる。このため、本実施形態によれば、異常が生じた時のＲＭＳと上述した基準ＲＭＳとの間の差が大きくなりやすい。したがって、本実施形態に係る軸受１は、異常を容易に検出することができる。

また、仮にδが（１００×ｄｍ／Ｄａ）より大きい場合、異常時のＲＭＳは大きくなる可能性があるものの、柱部５３の第２方向Ｄｙの幅を小さくする必要ある。このため、柱部５３の強度が不足する可能性がある。本実施形態に係る軸受１は、δが（１００×ｄｍ／Ｄａ）以下であることにより、異常を容易に検出することができ且つ保持器５の強度を保つことができる。

なお、異常検出装置１００において、加速度センサ８が取り付けられる位置はハウジング１１の外表面に限定されない。例えば、加速度センサ８はハウジング１１の内表面に取り付けられてもよいし、外輪２に取り付けられてもよい。

なお、制御装置９において、比較部９２は必ずしも上述した処理を行わなくてもよい。例えば、比較部９２は、加速度のＲＭＳを演算せず、記憶部９３に予め記憶された基準加速度（Ｂ_０）に対する、信号処理部９１から受信した加速度（Ｂ₁）と基準加速度との間の差の比（｜Ｂ_０−Ｂ₁｜／Ｂ_０）を演算してもよい。また、比較部９２は、必ずしも比を演算しなくてもよい。例えば、比較部９２は、信号処理部９１から受信した加速度のＲＭＳ（Ａ₁）と基準ＲＭＳとの間の差（｜Ａ_０−Ａ₁｜）を演算し、この差と記憶部９３に予め記憶されたしきい値とを比較してもよい。

なお、軸受１は、円すいころ軸受に限られない。軸受１は、例えば円筒ころ軸受又は深溝玉軸受等であってもよい。すなわち、転動体４は円柱状のころであってもよいし玉であってもよい。転動体４が円柱状のころである場合、直径（Ｄａ）は回転軸Ｚ１に対する直交平面でころを切った断面における円の直径であり、ピッチ円直径（ｄｍ）は、当該円の中心を通り且つ回転軸Ｚ１を中心とする円の直径である。転動体４が玉である場合、直径（Ｄａ）は玉の外径であり、ピッチ円直径（ｄｍ）は、回転軸Ｚ１を中心とし且つ玉の中心を通る円の直径である。

以上で説明したように、軸受１は、回転軸Ｚ１を中心とした環状の内輪３と、内輪３の外側に配置される外輪２と、内輪３と外輪２との間に配置される複数の転動体４と、隣り合う転動体４の間の間隔を保つ保持器５と、を備える。保持器５は、隣り合う転動体（例えば転動体４１及び転動体４１０）の間に位置する複数の柱部５３と、複数の柱部５３を連結するリング部（第１リング部５１及び第２リング部５２）と、を備える。回転軸Ｚ１に対する直交する断面において、隣り合う転動体（例えば転動体４１及び転動体４１０）の中心を通る直線Ｌ１に沿う方向を第１方向Ｄｘとし、第１方向Ｄｘに対して直交する方向を第２方向Ｄｙとする。隣り合う転動体（転動体４１及び転動体４１０）の間にある柱部５３１の第１方向Ｄｘの最大幅Ｗ５３は、隣り合う転動体（転動体４１及び転動体４１０）の間の第１方向Ｄｘの最小距離Ｗ４より大きい。隣り合う転動体（転動体４１及び転動体４１０）の間にある柱部５３１と転動体（転動体４１又は転動体４１０）との間の第２方向Ｄｙにおける最小距離δの最大値をδｍａｘ（μｍ）とし、転動体４の直径をＤａ（ｍｍ）とし、転動体４のピッチ円直径をｄｍ（ｍｍ）とすると、式（１）を満たす。

これにより、保持器５の移動できる量が式（１）の左辺よりも大きくなる。その結果、異常時に測定される加速度が、式（１）を満たさない場合に比較して顕著に大きくなる。このため、異常時に測定される加速度と、異常時でない時（例えば初期状態の時）に測定される加速度との間の差が大きくなる。したがって、本実施形態に係る軸受１は異常を容易に検出することができる。

また、本実施形態に係る軸受１においては、式（２）を満たす。

これにより、保持器５の柱部５３が過剰に細くなることが防止される。このため、本実施形態に係る軸受１は、異常を容易に検出することができ且つ保持器５の強度を保つことができる。

１軸受
１０軸受ユニット
１００異常検出装置
１１ハウジング
２外輪
３内輪
３１小鍔部
３２大鍔部
４（４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、４１０）転動体
４０１尾部
４０２頭部
５保持器
５１第１リング部
５２第２リング部
５３（５３１、５３２、５３３、５３４、５３５、５３６、５３７、５３８、５３９、５３１０）柱部
７シャフト
８加速度センサ
９制御装置
９９出力装置
Ｄｘ第１方向
Ｄｙ第２方向
Ｚ１回転軸
Ｚ２転動体回転軸

Claims

回転軸を中心とした環状の内輪と、
前記内輪の外側に配置される外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体と、
隣り合う前記転動体の間の間隔を保つ保持器と、
を備え、
前記保持器は、隣り合う前記転動体の間に位置する複数の柱部と、複数の前記柱部を連結するリング部と、を備え、
前記回転軸に対する直交する断面において、隣り合う前記転動体の中心を通る直線に沿う方向を第１方向とし、前記第１方向に対して直交する方向を第２方向とした場合、
当該隣り合う前記転動体の間にある前記柱部の前記第１方向の最大幅は、隣り合う前記転動体の間の前記第１方向の最小距離より大きく、
当該隣り合う前記転動体の間にある前記柱部と前記転動体との間の前記第２方向における最小距離の最大値をδｍａｘ（μｍ）とし、前記転動体の直径をＤａ（ｍｍ）とし、前記転動体のピッチ円直径をｄｍ（ｍｍ）とすると、式（１）を満たす軸受。
式（２）を満たす請求項１に記載の軸受。