JP2018194432A - 回転体支持装置とその診断システムおよび診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用箇所に組み付けたままの状態で、静止側軌道の破損の予兆を検知することができる構造及び方法を提供する。【解決手段】静止輪である内輪１０ａ（１０ｂ）の内周面の一部にひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）を取り付けた状態で、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）を用いて該一部の周方向のひずみ量を測定する。この測定したひずみ量または該ひずみ量の平均値を利用して、静止側軌道である内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の破損の予兆の有無を判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転体を支持するための回転体支持装置と、回転体支持装置を構成する静止側軌道の破損の予兆を検知するための診断システムおよび診断方法に関する。

たとえば、特開昭５５−１２６８４６号公報には、回転体を支持するための回転体支持装置として、玉軸受、ころ軸受などの転がり軸受が記載されている。このような転がり軸受では、軌道輪や転動体の熱処理硬化組織の疲労の進行と共に、該組織中の残留オーステナイト量が減少することが知られている。

このような現象を利用して、転がり軸受の軌道面の表層部の疲労度を診断することが考えられる。たとえば、特開２００４−１９８２４６号公報には、渦電流センサにより、軌道面の表層部の疲労に起因する、該表層部の残留オーステナイトの減少量を測定し、その測定結果に基づいて、軌道面の表層部の疲労度を診断する方法が開示されている。

また、たとえば、特開２００４−３０８８７８号公報に記載されているように、各種センサにより転がり軸受の使用中に発生する振動などを測定し、その測定結果に基づいて、転がり軸受の軌道面などに初期破損が発生したことを検知する方法も知られている。

特開昭５５−１２６８４６号公報 特開２００４−１９８２４６号公報 特開２００４−３０８８７８号公報

特開２００４−１９８２４６号公報に記載の方法を実施するためには、転がり軸受を使用箇所から取り外して分解した後、軌道面に渦電流センサを近づける必要がある。すなわち、この方法を実施するためには、転がり軸受を使用箇所から取り外したり、分解したりするなどの、多くの手間がかかる。

一方、特開２００４−３０８８７８号公報に記載の方法によれば、転がり軸受を使用箇所から取り外すことなく、転がり軸受の転動面などに初期破損が発生したことを検知することができる。しかしながら、この方法で検知できるのは、あくまでも初期破損であり、破損が生じる前にその予兆を検知することはできない。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、静止側軌道の破損の予兆の検知を容易化できる構造および方法を提供することにある。

本発明の回転体支持装置は、静止輪と、回転輪と、複数個の転動体とを備える。
前記静止輪は、径方向一方側の軌道側周面と、径方向他方側の反軌道側周面と、前記軌道側周面に存在する静止側軌道とを有する。
前記回転輪は、周面に前記静止側軌道と対向する回転側軌道を有する。
前記複数個の転動体は、前記静止側軌道と前記回転側軌道との間に転動自在に配置されている。

特に、本発明の回転体支持装置は、前記静止側軌道と径方向に重畳する前記反軌道側周面の一部に取り付けられ、該一部の周方向のひずみ量を測定するひずみセンサを、さらに備えることを特徴とする。好ましくは、前記ひずみセンサは、使用状態でのラジアル荷重の非負荷圏側に取り付けられる。

本発明の回転体支持装置の診断システムは、本発明の回転体支持装置と、診断ユニットとを備えている。
前記診断ユニットは、前記ひずみセンサを用いて測定した前記周方向のひずみ量または該ひずみ量の平均値を利用して、前記静止側軌道の破損の予兆の有無を判定する機能を有する。

さらに、本発明の回転体支持装置の診断方法は、径方向一方側の軌道側周面と、径方向他方側の反軌道側周面と、前記軌道側周面に存在する静止側軌道とを有する静止輪と、周面に前記静止側軌道と対向する回転側軌道を有する回転輪と、前記静止側軌道と前記回転側軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを備える、回転体支持装置に適用される。特に、本発明の回転体支持装置の診断方法は、前記静止側軌道と径方向に重畳する前記反軌道側周面の一部にひずみセンサを取り付けた状態で、該ひずみセンサを用いて該一部のひずみ量を測定し、この測定した周方向のひずみ量または該ひずみ量の平均値を利用して、診断ユニットにより、前記静止側軌道の破損の予兆の有無を判定する。好ましくは、使用状態でのラジアル荷重の非負荷圏側に前記ひずみセンサを取り付ける。

本発明を実施する場合には、前記診断ユニットに対して、たとえば、前記ひずみセンサを用いて測定した前記周方向のひずみ量または該ひずみ量の平均値が、閾値よりも大きい場合に、前記静止側軌道の破損の予兆ありと判定する機能を持たせることができる。

本発明によれば、回転体支持装置を使用箇所に組み付けたままの状態で、静止側軌道の破損の予兆を検知することができる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例の車輪支持装置の断面図である。 図２は、図１の車輪支持装置を構成する円すいころ軸受およびその周辺部の拡大図である。 図３は、一部を省略して示した図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、実施の形態の第１例の診断ユニットを示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態の第１例における、内輪のラジアル荷重の負荷圏側の疲労度とひずみセンサの出力との関係を示す線図である。 図６は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図である。 図７は、本発明の実施の形態の第２例における、内輪のラジアル荷重の負荷圏側の疲労度とひずみセンサの出力との関係を示す線図である。 図８は、本発明の実施の形態の第３例のハブユニット軸受の断面図である。 図９は、図８のＢ−Ｂ断面図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１〜図５を用いて説明する。
本例の回転体支持装置の診断システムは、回転体支持装置である車輪支持装置１と、診断ユニット２７とを備える。

車輪支持装置１は、トラック、バスなどの大型車両の従動輪用で、かつ、いわゆる外輪回転型である。車輪支持装置１は、図１〜図３に示すように、車軸２と、ハブ３と、１対の円すいころ軸受４ａ、４ｂと、ひずみセンサ１３ａ、１３ｂとを備える。

車軸２は、懸架装置を構成するもので、筒状に構成されている。車軸２は、外周面の軸方向に離隔した２箇所位置に、互いに同軸に配置された円筒状の嵌合面部５ａ、５ｂを有する。軸方向外側の嵌合面部５ａは、軸方向内側の嵌合面部５ｂよりも、外径寸法が小さくなっている。また、車軸２は、軸方向内側の嵌合面部５ｂの軸方向内側に隣接する位置に、軸方向外側を向いた段差面６を有している。

なお、軸方向外側は、車両への組み付け状態で車両の幅方向外側を意味し、図１の左側に相当する。一方、軸方向内側は、車両への組み付け状態で車両の幅方向内側、すなわち幅方向中央側を意味し、図１の右側に相当する。

ハブ３は、筒状に構成されたもので、軸方向中間部の径方向外側部に、使用状態で回転体である車輪および制動用回転部材を固定するためのフランジ部７を有する。ハブ３は、軸方向両側部の内周面に、互いに同軸に配置された円筒状の嵌合面部８ａ、８ｂを有する。ハブ３は、軸方向外側の嵌合面部８ａの軸方向内側に隣接する位置に軸方向外側を向いた段差面９ａを有しており、軸方向内側の嵌合面部８ｂの軸方向外側に隣接する位置に軸方向内側を向いた段差面９ｂを有している。

１対の円すいころ軸受４ａ、４ｂは、車軸２に対してハブ３を回転自在に支持するもので、車軸２の外周面とハブ３の内周面との間に、軸方向に離隔して、かつ、互いの接触角の方向が背面組合せとなるように配置されている。円すいころ軸受４ａ、４ｂは、使用状態で、下部側（地面側、鉛直方向下側）がラジアル荷重の負荷圏側となり、上部側がラジアル荷重の非負荷圏側となる。なお、以下、ラジアル荷重の負荷圏を、単に「負荷圏」と記することがあり、ラジアル荷重の非負荷圏を、単に「非負荷圏」と記することがある。

なお、図２は、図１の軸方向外側の円すいころ軸受４ａおよびその周辺部の拡大図である。なお、図１の軸方向内側の円すいころ軸受４ｂおよびその周辺部は、軸方向外側の円すいころ軸受４ａおよびその周辺部と実質的に対称に構成される。したがって、図２および以下の説明において、軸方向内側の円すいころ軸受４ｂおよびその周辺部に対応する符号も、括弧書きで同時に付する。

円すいころ軸受４ａ（４ｂ）は、使用状態で回転しない静止輪である内輪１０ａ（１０ｂ）と、使用状態で回転する回転輪である外輪１１ａ（１１ｂ）と、それぞれが転動体である複数個の円すいころ１２ａ（１２ｂ）とを備える。

内輪１０ａ（１０ｂ）は、軸受鋼製で、軌道側周面である外周面と、反軌道側周面である内周面とを有する。内輪１０ａ（１０ｂ）は、軸方向中間部外周面に、静止側軌道である部分円すい面状の内輪軌道１４ａ（１４ｂ）を有する。また、内輪１０ａ（１０ｂ）は、軸方向に関して内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の大径側に隣接する位置に大鍔部１５ａ（１５ｂ）を有し、軸方向に関して内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の小径側に隣接する位置に小鍔部１６ａ（１６ｂ）を有する。さらに、内輪１０ａ（１０ｂ）は、軸方向中間部内周面のうちで使用状態での上部側に、径方向外側に凹んだ凹部１７ａ（１７ｂ）を有する。本例では、凹部１７ａ（１７ｂ）は、ラジアル荷重が最も小さくなる、内輪１０ａ（１０ｂ）における上部側（非負荷圏側）の上端部内周面に形成されている。なお、図１では凹部１７ａ（１７ｂ）の図示は省略されている。

内輪１０ａ（１０ｂ）は、いわゆるズブ焼き入れにより熱処理されている。このため、内輪１０ａ（１０ｂ）の材料は、大半がマルテンサイト化し、かつ、一般的には１５容量％〜２５容量％程度のオーステナイトが残留した、熱処理硬化組織になっている。

外輪１１ａ（１１ｂ）は、軸受鋼製で、内周面に、回転側軌道である部分円すい面状の外輪軌道１８ａ（１８ｂ）を有する。なお、外輪１１ａ（１１ｂ）も、内輪１０ａ（１０ｂ）と同様に、ズブ焼き入れにより熱処理されている。

複数個の円すいころ１２ａ（１２ｂ）は、軸受鋼製またはセラミック製で、内輪軌道１４ａ（１４ｂ）と外輪軌道１８ａ（１８ｂ）との間に転動自在に配置されている。

ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）自体が取り付けられた箇所の周方向のひずみを測定可能な力学的センサであり、少なくとも１個のひずみゲージによって構成されている。ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、全体が内輪１０ａ（１０ｂ）の凹部１７ａ（１７ｂ）の内側に配置され、かつ、凹部１７ａ（１７ｂ）の底面に接着により取り付けられている。したがって、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）と内輪軌道１４ａ（１４ｂ）とは、径方向に重畳している。換言すれば、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の軸方向中間部の径方向内側に位置している。また、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、使用状態で、上端部、すなわち、非負荷圏の円周方向中央部に配置されている。ただし、本発明を実施する場合には、凹部１７ａ（１７ｂ）およびひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）を、使用状態で非負荷圏の他の円周方向位置に配置することもできる。また、本発明を実施する場合には、内輪の内周面に全周にわたる環状溝を設け、該環状溝の内面に少なくとも１個のひずみセンサを取り付けることもできる。

図１に示すように、軸方向外側の円すいころ軸受４ａは、内輪１０ａが車軸２の嵌合面部５ａに外嵌されており、外輪１１ａがハブ３の嵌合面部８ａに内嵌されている。この状態で、内輪１０ａの大径側側面である軸方向外側面は、車軸２の軸方向外端部に螺合されたナット１９の軸方向内側面に当接しており、外輪１１ａの大径側側面である軸方向内側面は、ハブ３の段差面９ａに当接している。一方、軸方向内側の円すいころ軸受４ｂは、内輪１０ｂが車軸２の嵌合面部５ｂに外嵌されており、外輪１１ｂがハブ３の嵌合面部８ｂに内嵌されている。この状態で、内輪１０ｂの大径側側面である軸方向内側面は、車軸２の段差面６に当接しており、外輪１１ｂの大径側側面である軸方向外側面は、ハブ３の段差面９ｂに当接している。

さらに、この状態で、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）のアキシアル方向の内部隙間は、ゼロ、または、若干量の正もしくは負の値に設定されている。ここで、若干量の負の内部隙間とは、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）に車重によるラジアル荷重が負荷された時に、非負荷圏が現れる、すなわち負荷率が１未満の状態となるレベルの負の内部隙間である。

診断ユニット２７は、車体側に設置されており、かつ、図示しないハーネスを通じて、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）に接続されている。ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の出力信号は、前記ハーネスを通じて、診断ユニット２７に送られるようになっている。

さらに、診断ユニット２７は、図４に示すような、データ入力手段３５と、データ処理手段３６と、予兆判定手段３７と、データ記憶手段３８と、結果出力手段３９とを備えている。これらの機能については、後述する。

以下、本例の車輪支持装置１を用いた例における、本発明の回転体支持装置の診断方法について具体的に説明する。
本例の車輪支持装置１の使用状態で、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側である下部側では、疲労の進行と共に、残留オーステナイトが、より低い密度を有するマルテンサイトに変化する。この結果、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の周方向長さである弧長が伸びる。すなわち、オーステナイトの密度７．８６とマルテンサイトの密度７．８３との比は、７．８６／７．８３≒１．００３８であるから、残留オーステナイトがマルテンサイトに変化すると、その体積が０．３８％程度増加する。したがって、たとえば、内輪１０ａ（１０ｂ）の熱処理硬化組織が、初期状態で残留オーステナイトを１０容量％〜２５容量％程度含んでいる場合には、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の残留オーステナイトのすべてがマルテンサイトに変化すると、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側では、体積が０．０３％〜０．１％程度増加し、弧長が０．０１％〜０．０３％程度増加する。

このように内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の弧長が伸びると、内輪１０ａ（１０ｂ）の真円度が悪化し、内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側に、内周面の曲率が減少するような変形が生じる。特開昭５５−１２６８４６号公報の第１図（ｂ）に開示されているように、残留オーステナイトの減少量は疲労の進行とほぼ比例関係にあるので、当該非負荷圏側の変形量をひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）によりモニタリングすれば、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。

すなわち、本例では、内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側の変形量が増大すると、図５に示すように、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定される、凹部１７ａ（１７ｂ）の底面の周方向のひずみ量が増大する。このため、このひずみ量に基づいて、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。なお、図５の疲労度（残留オーステナイトの減少量）とひずみ量との関係は、本来は１／３乗の関係であるため、上に凸の曲線となるが、ごく狭い範囲での変化のため、直線として扱っても差し支えなく、図５では直線として描いている。また、本例では、内輪１０ａ（１０ｂ）に対するひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の取り付け位置を、内輪軌道１４ａ（１４ｂ）と径方向に重畳する位置としている。かかる位置では、かかる位置から軸方向にずれた位置に比べて、負荷圏側の疲労度に応じた周方向のひずみ量が大きくなる。このため、本例では、この疲労度を感度良く把握できる。

診断ユニット２７は、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量が、初期値Ｓを基準として、閾値Ｔよりも大きくなった場合に、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側で内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の破損の予兆ありと判定する機能を有する。なお、初期値Ｓは、内輪１０ａ（１０ｂ）に疲労が生じる前の、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量である。また、閾値Ｔは、実験やシミュレーションの結果に基づいて、予め適宜の大きさに設定される値である。閾値Ｔは、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）ごとに決められる。このような診断ユニット２７の機能について、以下に具体的に説明する。

ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の出力信号、すなわち、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量を表す信号は、データ入力手段３５（図４参照）に入力される。データ入力手段３５は、入力された信号を、処理可能なデータに変換（たとえば、アナログデータからディジタルデータに変換）する。このように変換されたデータは、データ処理手段３６を通じて、予兆判定手段３７およびデータ記憶手段３８に送られる。

データ記憶手段３８は、前記閾値Ｔを記憶している。また、データ記憶手段３８は、データ処理手段３６を通じて送られてきた、ひずみ量を表すデータを記憶する。したがって、データ記憶手段３８には、このひずみ量を表すデータの初期値Ｓや時系列的な変化などが記憶されることになる。データ記憶手段３８に記憶されたデータは、予兆判定手段３７により、適宜、利用可能とされている。

予兆判定手段３７は、データ処理手段３６を通じて送られてきた、ひずみ量を表すデータの値と、データ記憶手段３８に記憶されている該データの初期値Ｓとの差が、データ記憶手段３８に記憶されている閾値Ｔよりも大きい場合に、負荷圏側で内輪軌道１４ａ（１４ｂ）の破損の予兆ありと判定し、そうでない場合は、該予兆なしと判定する。

結果出力手段３９は、予兆判定手段３７による前記判定の結果を、たとえば、ディスプレイ、ランプなどの表示器やスピーカーなどの音声発生器により出力する。これにより、前記判定の結果は、車両の運転者や点検者によって確認可能となる。

なお、診断ユニット２７は、たとえば、電気回路とマイクロコンピュータとを含んで構成されており、このマイクロコンピュータ内に保持記憶されたプログラムを実行することによって、上述した各機能を発揮することができる。なお、診断ユニット２７は、一体のユニットとして車体側に設置することもできるし、あるいは、複数のユニットに分散して車体側に設置することもできる。

なお、本例では、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）のアキシアル方向の内部隙間が、ゼロ、または、若干量の正もしくは負の値に設定されており、かつ、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）が内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側に取り付けられている。このため、次のような効果が得られる。

すなわち、車両の運転中、内輪１０ａ（１０ｂ）には、負荷圏側の疲労に伴うひずみだけでなく、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴って周期的に変動するひずみも生じる。ただし、本例では、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）のアキシアル方向の内部隙間が、ゼロ、または、若干量の正もしくは負の値に設定されている。このため、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴って周期的に変動するひずみの大きさは、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）が取り付けられた非負荷圏では、負荷圏側に比べて非常に小さくなる。したがって、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴う周期的な変動が生じたとしても、その変動幅は非常に小さくなる。したがって、車両の運転中、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量（データ入力手段３５により変換されたデータ）をそのまま用いて前記判定を行っても、実用上の問題を生じることは殆どない。ただし、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の出力信号の平滑化処理を行うことにより、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴うひずみ量の変動をキャンセルして、ひずみ量の平均値を求め、この平均値を用いて前記判定を行えば、より信頼性の高い判定を行うことができる。なお、前記平滑化処理は、データ処理手段３６によって行う。また、本例では、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴って生じる、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量の変動幅は非常に小さいため、前記平滑化処理が複雑化することはない。

また、車両の運転中、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度は、円すいころ１２ａ（１２ｂ）との転がり接触に伴って上昇する。ただし、本例では、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）のアキシアル方向の内部隙間が、ゼロ、または、若干量の正もしくは負の値に設定されている。このため、円すいころ１２ａ（１２ｂ）との転がり接触に伴う内輪１０ａ（１０ｂ）の温度上昇は、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）が取り付けられた非負荷圏では、負荷圏側に比べて大幅に小さくなる。したがって、車両の運転中、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度上昇に基づく誤差が生じたとしても、その誤差は十分に小さく、温度補正用のダミーセンサ（軸方向に貼るダミーゲージ）で補正可能である。したがって、当該誤差が前記判定の結果に及ぼす影響を十分に小さくできる。

一方、本例では、車両の停止中に前記判定を行えば、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴う周期的な変動が生じないため、より信頼性の高い判定を行うことができる。

さらに、本例では、車両を停止してから一定時間が経過することにより、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度が十分に下がった状態で前記判定を行えば、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度上昇に基づく誤差が生じないため、より信頼性の高い判定を行うことができる。

以上のように、本例では、車輪支持装置１を使用箇所に組み付けたままの状態で、前記破損の予兆を判定、すなわち検知することができる。つまり、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）を取り出したり、分解したりするなどの、多くの手間をかけることなく、前記破損の予兆を容易に検知することができる。このため、たとえば、数か月置きに行われる定期点検の合格車両について、次回の定期点検が行われるまでの期間内の走行量が多くなり、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の疲労度が大きく進行した場合でも、前記破損の予兆を確実に検知することができる。そして、破損の予兆が検知された内輪１０ａ（１０ｂ）、または、これらの内輪１０ａ（１０ｂ）を含む円すいころ軸受４ａ（４ｂ）を、次回の定期点検で交換することが可能となる。なお、車輪支持装置１に掛かる軸重を一定にした状態で診断（たとえば、空車で停止時に診断）したり、診断時に軸重の変化に応じて補正する（たとえば、軸重検査時に診断する）ようにすれば、より正確な破損予兆の診断が可能になる。

なお、本例では、車輪支持装置１を構成する１対の円すいころ軸受４ａ、４ｂの内輪１０ａ、１０ｂのそれぞれに、ひずみセンサを取り付ける構成を採用した。ただし、本発明を実施する場合、１対の円すいころ軸受４ａ、４ｂの内輪１０ａ、１０ｂのうち、何れか一方の内輪の寿命が他方の内輪の寿命よりも短くなることが予め分かっているような場合には、当該一方の内輪にのみ、ひずみセンサを設ける構成を採用することもできる。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図６〜図７を用いて説明する。
本例では、使用状態でのひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の配置箇所が、実施の形態の第１例の場合と異なる。

すなわち、本例では、使用状態で、内輪１０ａ（１０ｂ）の凹部１７ａ（１７ｂ）の底面に取り付けられたひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側である下部側に配置されている。特に、本例では、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）は、ラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部（負荷圏のラジアル荷重が最も大きくなる円周方向位置）である、下端部に配置されている。ただし、本発明を実施する場合には、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）を、使用状態で負荷圏の他の円周方向位置に配置することもできる。

本例では、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）によって、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の弧長の伸びを直接測定できるため、実施の形態の第１例の場合に比べて、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量を大きくできる。

なお、本例の構造では、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）が内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側に取り付けられているため、車両の運転中、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量は、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴って周期的に変動し、かつ、その変動幅が大きくなる。したがって、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量（データ入力手段３５（図４参照）により変換されたデータ）をそのまま用いて予兆判定手段３７（図４参照）による判定を行うと、判定の信頼性を十分に確保することが難しくなる。そこで、実施の形態の第１例でも説明したように、車両の運転中に前記判定を行う際には、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量の変動をキャンセルするために、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）の出力信号の平滑化処理を行うことにより、ひずみ量の平均値を求め、この平均値を用いて前記判定を行うことが好ましい。また、本例では、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）が内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側に取り付けられているため、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴って生じる、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量の変動幅は、車両の積載荷重の影響を受けて大きく変化しやすい。したがって、前記平滑化処理を適切に行うために、積載荷重を別途把握しておき、この積載荷重を考慮しつつ、前記平滑化処理を行うことが好ましい。

一方、本例でも、車両の停止中に前記判定を行えば、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、円すいころ１２ａ（１２ｂ）の通過に伴う周期的な変動が生じないため、より信頼性の高い判定を行うことができる。

本例では、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側は、運転時の温度変化が大きいため、この温度変化に基づく、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量の誤差も大きくなる。したがって、この誤差にも考慮しつつ、前記判定を行うのが好ましい。

一方、本例でも、車両を停止してから一定時間が経過することにより、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度が十分に下がった状態で前記判定を行えば、ひずみセンサ１３ａ（１３ｂ）により測定されるひずみ量に、内輪１０ａ（１０ｂ）の温度上昇に基づく誤差が生じないため、より信頼性の高い判定を行うことができる。
その他の構成および作用は、実施の形態の第１例の場合と同様である。

［実施の形態の第３例］
実施の形態の第３例について、図８および図９を用いて説明する。
本例の回転体支持装置の診断システムは、回転体支持装置である車輪支持用のハブユニット軸受２０と、診断ユニット２７とを備える。

ハブユニット軸受２０は、一般的な乗用車の従動輪用で、かつ、いわゆる内輪回転型である。ハブユニット軸受２０は、静止輪である外輪２１と、回転輪であるハブ２２と、それぞれが転動体である複数個の玉２３ａ、２３ｂと、ひずみセンサ２４ａ、２４ｂとを備える。本例では、ハブユニット軸受２０は、使用状態で、上部側がラジアル荷重の負荷圏側となり、下部側がラジアル荷重の非負荷圏側となる。

外輪２１は、中炭素鋼製で、軌道側周面である内周面に、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道２５ａ、２５ｂを有し、軸方向中間部の径方向外側部に、使用状態で懸架装置を構成するナックルに固定するための静止側フランジ２６を有する。また、外輪２１は、外輪軌道２５ａ、２５ｂの表層部に、図８および図９中に梨地で示されるような、高周波焼入れによる熱処理硬化層３４ａ、３４ｂを有している。

ハブ２２は、外周面に、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道２８ａ、２８ｂを有し、これらの内輪軌道２８ａ、２８ｂよりも軸方向外側部の径方向外側部に、車輪および制動用回転部材を固定するための回転側フランジ２９を有する。本例では、ハブ２２は、ハブ輪３０と内輪３１とを組み合わせることにより構成されている。

なお、軸方向外側は、車両への組み付け状態で車両の幅方向外側を意味し、図８の左側に相当する。一方、軸方向内側は、車両への組み付け状態で車両の幅方向内側を意味し、図８の右側に相当する。

ハブ輪３０は、中炭素鋼製である。回転側フランジ２９は、ハブ輪３０の軸方向外側部の径方向外側部に備えられており、軸方向外側列の内輪軌道２８ａは、ハブ輪３０の軸方向中間部の外周面に備えられている。ハブ輪３０は、軸方向内側部の外周面に、小径段部３２を有する。

内輪３１は、軸受鋼製で、筒状に構成されている。軸方向内側列の内輪軌道２８ｂは、内輪３１の外周面に備えられている。内輪３１は、ハブ輪３０の小径段部３２に締り嵌めにより外嵌され、かつ、内輪３１の軸方向内端部を、ハブ輪３０の軸方向内端部に設けられた抑え部３３により抑え付けられて、ハブ輪３０に固定されている。なお、抑え部３３は、ハブ輪３０の中間素材の軸方向内端部を塑性加工により径方向外方に折り曲げることにより形成されている。

玉２３ａ、２３ｂは、軸受鋼製またはセラミック製で、軸方向外側列の外輪軌道２５ａと内輪軌道２８ａとの間、および、軸方向内側列の外輪軌道２５ｂと内輪軌道２８ｂとの間に、それぞれ複数個ずつ転動自在に配置されている。軸方向外側列の玉２３ａと軸方向内側列の玉２３ｂとには、背面組合せ形の接触角と共に、予圧が付与されている。

ひずみセンサ２４ａは、外輪２１の反軌道側周面である外周面のうちで、軸方向外側の外輪軌道２５ａと径方向に重畳し、かつ、使用状態で下端部、すなわち非負荷圏の円周方向中央部に位置する箇所に、接着により取り付けられている。同様に、ひずみセンサ２４ｂは、外輪２１の外周面のうちで、軸方向内側の外輪軌道２５ｂと径方向に重畳し、かつ、使用状態で下端部に位置する箇所に、接着により取り付けられている。ただし、本発明を実施する場合には、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）を、使用状態で非負荷圏の他の円周方向位置に配置することもできる。

診断ユニット２７は、実施の形態の第１例および第２例と同様の構成を有するもので、車体側に設置されており、かつ、図示しないハーネスを通じて、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）に接続されている。ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号は、前記ハーネスを通じて、診断ユニット２７に送られるようになっている。

本例のハブユニット軸受２０の使用状態で、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）の負荷圏側では、疲労の進行と共に、残留オーステナイトが、より低い密度を有するマルテンサイトに変化する。これにより、外輪２１のうち、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）と整合する軸方向箇所の負荷圏側の弧長が伸びる。この結果、この軸方向箇所で、外輪２１の真円度が悪化し、この軸方向箇所の非負荷圏側である下部側に、外周面の曲率が減少するような変形が生じる。したがって、この非負荷圏側の変形量をひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）によりモニタリングすれば、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。

本例では、外輪２１のうち、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）と整合する軸方向箇所の非負荷圏側の変形量が増大すると、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）により測定される、当該軸方向箇所の外周面の下端部の周方向のひずみ量が増大する（例えば図５参照）。このため、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）により測定されるひずみ量に基づいて、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。

診断ユニット２７は、ひずみセンサ２４ａにより測定されるひずみ量が、初期値を基準として、閾値よりも大きくなった場合に、軸方向外側列の外輪軌道２５ａの破損の予兆ありと判定する機能を有する。また、診断ユニット２７は、ひずみセンサ２４ｂにより測定されるひずみ量が、初期値を基準として、閾値よりも大きくなった場合に、軸方向内側列の外輪軌道２５ｂの破損の予兆ありと判定する機能を有する。なお、これらの点については、実施の形態の第１例の場合と同様である。

なお、本例のハブユニット軸受２０では、軸方向外側列の玉２３ａと軸方向内側列の玉２３ｂとのそれぞれに、予圧が付与されている。このため、外輪２１のうち、外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の熱処理硬化層３４ａ（３４ｂ）と整合する軸方向箇所の変形量は、負荷圏側だけでなく、非負荷圏側でも、玉２３ａ（２３ｂ）の通過に伴って周期的に変化する。このため、非負荷圏側に配置されたひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）により測定されるひずみ量は、玉２３ａ（２３ｂ）の通過に伴って周期的に変動する。したがって、本例の場合も、車両の運転中に前記判定を行う際には、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）により測定されるひずみ量の変動をキャンセルするために、ひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）の出力信号の平滑化処理を行うことにより、ひずみ量の平均値を求め、この平均値を用いて前記判定を行うことが好ましい。なお、本例のように、予圧に起因して発生するひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）により測定されるひずみ量の変動幅は、実施の形態の第２例のように、負荷圏でのラジアル荷重に起因して発生するにより測定されるひずみ量の振動幅に比べて、十分に小さくなる。したがって、本例では、実施の形態の第２例に比べて、前記平滑化処理を容易に行うことができる。

以上のように、本例では、ハブユニット軸受２０を使用箇所に組み付けたままの状態で、１対の外輪軌道２５ａ、２５ｂの破損の予兆を判定、すなわち検知することができる。したがって、少なくとも何れか一方の外輪軌道２５ａ（２５ｂ）の破損の予兆を検知した場合には、外輪２１を含むハブユニット軸受２０を、次回の定期点検で交換することが可能となり、車両の安全走行を維持することができる。

なお、本例では、外輪２１のうち、１対の外輪軌道２５ａ、２５ｂのそれぞれの径方向外側にひずみセンサを設けた。ただし、本発明を実施する場合に、１対の外輪軌道２５ａ、２５ｂのうち、何れか一方の外輪軌道の寿命が他方の外輪軌道の寿命よりも短くなることが予め分かっているような場合には、外輪２１のうち、当該一方の外輪軌道の径方向外側にのみ、ひずみセンサを設ける構成を採用することもできる。
また、本発明を実施する場合には、外輪２１の外周面の負荷圏側にひずみセンサ２４ａ（２４ｂ）を取り付ける構造を採用することもできる。

本発明は、従動輪用の車輪支持装置やハブユニット軸受に限らず、駆動輪用の車輪支持装置やハブユニット軸受に適用することもできる。
また、本発明は、トラックや乗用車に限らず、鉄道車両、風車、圧延機、工作機械、建設機械、農業機械など、各種機械装置に組み込まれる回転体支持装置に適用することができる。
また、静止側軌道と回転側軌道と複数個の転動体とにより構成される軸受部の形式は、円すいころ軸受や玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、ニードル軸受、自動調心ころ軸受など、各種の形式を採用することができる。

１ 車輪支持装置
２ 車軸
３ ハブ
４ａ、４ｂ 円すいころ軸受
５ａ、５ｂ 嵌合面部
６ 段差面
７ フランジ部
８ａ、８ｂ 嵌合面部
９ａ、９ｂ 段差面
１０ａ、１０ｂ 内輪
１１ａ、１１ｂ 外輪
１２ａ、１２ｂ 円すいころ
１３ａ、１３ｂ ひずみセンサ
１４ａ、１４ｂ 内輪軌道
１５ａ、１５ｂ 大鍔部
１６ａ、１６ｂ 小鍔部
１７ａ、１７ｂ 凹部
１８ａ、１８ｂ 外輪軌道
１９ ナット
２０ ハブユニット軸受
２１ 外輪
２２ ハブ
２３ａ、２３ｂ 玉
２４ａ、２４ｂ ひずみセンサ
２５ａ、２５ｂ 外輪軌道
２６ 静止側フランジ
２７ 診断ユニット
２８ａ、２８ｂ 内輪軌道
２９ 回転側フランジ
３０ ハブ輪
３１ 内輪
３２ 小径段部
３３ 抑え部
３４ａ、３４ｂ 熱処理硬化層
３５ データ入力手段
３６ データ処理手段
３７ 予兆判定手段
３８ データ記憶手段
３９ 結果出力手段

Claims (5)

1. 径方向一方側の軌道側周面と、径方向他方側の反軌道側周面と、前記軌道側周面に存在する静止側軌道とを有する静止輪と、
   周面に前記静止側軌道と対向する回転側軌道を有する回転輪と、
   前記静止側軌道と前記回転側軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体と、
   前記静止側軌道と径方向に重畳する前記反軌道側周面の一部に取り付けられ、該一部の周方向のひずみ量を測定するひずみセンサと、を備えた
   回転体支持装置。
2. 前記ひずみセンサが、使用状態でのラジアル荷重の非負荷圏側に取り付けられている、
   請求項１に記載の回転体支持装置。
3. 請求項１〜２のうちの何れか１項に記載の回転体支持装置と、
   前記ひずみセンサを用いて測定した前記周方向のひずみ量または該ひずみ量の平均値を利用して、前記静止側軌道の破損の予兆の有無を判定する機能を有する診断ユニットと、を備えた、
   回転体支持装置の診断システム。
4. 径方向一方側の軌道側周面と、径方向他方側の反軌道側周面と、前記軌道側周面に存在する静止側軌道とを有する静止輪と、
   周面に前記静止側軌道と対向する回転側軌道を有する回転輪と、
   前記静止側軌道と前記回転側軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体と、
   を備えた回転体支持装置の診断方法であって、
   前記静止側軌道と径方向に重畳する前記反軌道側周面の一部にひずみセンサを取り付けた状態で、該ひずみセンサを用いて該一部の周方向のひずみ量を測定し、この測定した周方向のひずみ量または該ひずみ量の平均値を利用して、診断ユニットにより、前記静止側軌道の破損の予兆の有無を判定する
   回転体支持装置の診断方法。
5. 使用状態でのラジアル荷重の非負荷圏側に前記ひずみセンサを取り付ける、
   請求項４に記載の回転体支持装置の診断方法。

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