JP2018194433A - 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）の負荷圏側の表面から出入りする磁束を第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）により測定して、該測定の結果である第一測定値を取得する。内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側の表面から出入りする磁束を第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）により測定して、該測定の結果である第二測定値を取得する。第一測定値と第二測定値とを利用して、静止側軌道である内輪軌道１５ａ（１５ｂ）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、使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部（ラジアル荷重が最も大きくなる円周方向位置）での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定するための第一センサと、使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部（負荷圏の円周方向中央部に対して径方向反対側となる位置）での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定するための第二センサとを、さらに備えることを特徴とする。

本発明の回転体支持装置では、前記第一センサおよび前記第二センサは、前記静止輪に保持されている構成を採用することができる。
また、前記静止輪の反軌道側周面に嵌合する嵌合側周面を有する静止輪支持体をさらに備え、前記第一センサおよび前記第二センサは、前記静止輪支持体に保持されている構成を採用することができる。

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、前記第一センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第一測定値を取得し、かつ、前記第二センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第二測定値を取得した場合に、前記第一測定値と前記第二測定値との双方を利用して、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、第一センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第一測定値を取得し、かつ、第二センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第二測定値を取得した後、前記第一測定値と前記第二測定値との双方を利用して、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。

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、前記第一測定値と前記第二測定値との差を求め、該差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２例を示す、図２に相当する図である。 図６は、一部を省略して示した図５のＢ−Ｂ断面図である。 図７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８は、図７のＣ−Ｃ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４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３８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、第一センサである第一磁気センサ１３ａ、１３ｂと、第二センサである第二磁気センサ１４ａ、１４ｂとを備える。

静止輪支持体である車軸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、嵌合側周面である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は、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は、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１５ａ（１５ｂ）を有する。また、内輪１０ａ（１０ｂ）は、軸方向に関して内輪軌道１５ａ（１５ｂ）の大径側に隣接する位置に大鍔部１６ａ（１６ｂ）を有し、軸方向に関して内輪軌道１５ａ（１５ｂ）の小径側に隣接する位置に小鍔部１７ａ（１７ｂ）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と下部側とのそれぞれに、径方向外側に凹んだ凹部１８ａ（１８ｂ）を有する。本例では、凹部１８ａ（１８ｂ）は、ラジアル荷重が最も大きくなる、内輪１０ａ（１０ｂ）における下部側（負荷圏側）の下端部内周面と、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）の上端部内周面とに設けられている。なお、図１では凹部１８ａ（１８ｂ）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。また、内輪１０ａ（１０ｂ）は、脱磁処理されている。

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１９ａ（１９ｂ）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、かつ、脱磁処理されている。

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１５ａ（１５ｂ）と外輪軌道１９ａ（１９ｂ）との間に転動自在に配置されている。

第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、検出部を有し、該検出部を通過する磁束の向きまたは大きさに応じた出力を発生するもので、たとえば、ホール素子、ＭＲ素子などを用いたガウスメータ（磁力計）である。第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）の軸方向中間部内周面のうちで使用状態における下端部に位置する凹部１８ａ（１８ｂ）の内側に保持されており、第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）の軸方向中間部内周面のうちで使用状態における上端部に位置する凹部１８ａ（１８ｂ）の内側に保持されている。

したがって、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）と内輪軌道１５ａ（１５ｂ）とは、径方向に重畳している。換言すれば、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、内輪軌道１５ａ（１５ｂ）の軸方向中間部の径方向内側に位置している。また、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）のうち、使用状態における負荷圏の円周方向中央部に配置されており、第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）のうち、使用状態における非負荷圏の円周方向中央部に配置されている。なお、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、該環状溝の内側に第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）を保持することもできる。

何れにしても、本例の車輪支持装置１では、負荷圏側での内輪１０ａ（１０ｂ）の磁化に応じた所定の物理量である、負荷圏側での内輪１０ａ（１０ｂ）の表面から出入りする磁束（外部磁束）を、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）により測定し、該測定の結果である第一測定値を取得できる。また、非負荷圏側での内輪１０ａ（１０ｂ）の磁化に応じた所定の物理量である、非負荷圏側での内輪１０ａ（１０ｂ）の表面から出入りする磁束を、第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）により測定し、該測定の結果である第二測定値を取得できる。

また、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２０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３８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、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）に接続されている。第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）の出力信号は、前記ハーネスを通じて、診断ユニット３８に送られるようになっている。

さらに、診断ユニット３８は、図４に示すような、データ入力手段４０と、データ処理手段４１と、予兆判定手段４２と、データ記憶手段４３と、結果出力手段４４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では、内輪１０ａ（１０ｂ）が脱磁処理されているため、未使用状態で内輪１０ａ（１０ｂ）の表面から出入りする磁束は殆どない。ただし、内輪１０ａ（１０ｂ）が脱磁処理された状態では、内輪１０ａ（１０ｂ）の磁化、すなわち残留磁気が完全に消えているのではなく、内輪１０ａ（１０ｂ）の内部で磁化が釣り合っているに過ぎない。したがって、内輪１０ａ（１０ｂ）の内部で非磁性体である残留オーステナイトが磁性体であるマルテンサイトに変化すると、内輪１０ａ（１０ｂ）の内部で磁化の釣り合いが崩れ、内輪１０ａ（１０ｂ）の表面から磁束が出入りするようになる。本例では、このような現象を利用して、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握する。

すなわち、車輪支持装置１の使用状態で、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側では、疲労の進行と共に、非磁性体である残留オーステナイトが磁性体であるマルテンサイトに変化して、内部の磁化の釣り合いが崩れ、表面から磁束が出入りするようになる。この磁束の大きさは、たとえば図３の右下部に示すように、使用時間の経過に伴って増大する。

一方、内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側では、疲労が進行しないため、疲労に起因する、残留オーステナイトのマルテンサイトへの変化は発生しない。また、残留オーステナイトのマルテンサイトへの変化は、疲労が進行しなくても発生するが、その変化速度は非常に遅い。このため、内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側では、表面から出入りする磁束の大きさは、たとえば図３の右上部に示すように、使用時間の経過にかかわらず殆ど変化しない。

したがって、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）で測定した、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の表面から出入りする磁束の測定値である第一測定値と、第二磁気センサ１４ａ、１４で測定した、内輪１０ａ（１０ｂ）の非負荷圏側の表面から出入りする磁束の測定値である第二測定値との差をモニタリングすることによって、内輪１０ａ（１０ｂ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。

診断ユニット３８は、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）の第一測定値と第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）の第二測定値との差が、閾値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１５ａ（１５ｂ）の破損の予兆ありと判定するする機能を有する。なお、前記閾値は、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。前記閾値は、円すいころ軸受４ａ（４ｂ）ごとに決められる。このような診断ユニット２８の機能について、以下に具体的に説明する。

第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）の出力信号、すなわち、第一測定値および第二測定値を表す信号は、データ入力手段４０（図４参照）に入力される。データ入力手段４０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４１に送られる。

データ処理手段４１は、データ入力手段４０から送られてきた第一測定値および第二測定値のデータに基づいて、第一測定値と第二測定値との差を表すデータを作成する。このように作成されたデータは、予兆判定手段４２およびデータ記憶手段４３に送られる。

予兆判定手段４２は、データ処理手段４１から送られてきた、第一測定値と第二測定値との差を表すデータの値が、データ記憶手段４３に記憶されている閾値よりも大きい場合に、負荷圏側で内輪軌道１５ａ（１５ｂ）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。

データ記憶手段４３は、前記閾値を記憶している。また、データ記憶手段４３は、データ処理手段４１から送られてきた、第一測定値と第二測定値との差を表すデータを記憶する。したがって、データ記憶手段４３には、この第一測定値と第二測定値との差を表すデータの初期値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４３に記憶されたデータは、予兆判定手段４２により、適宜、利用可能とされている。

結果出力手段４４は、予兆判定手段４２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３８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３８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。

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、本例では、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、ホール素子、ＭＲ素子などの、コイルを有しない小型のセンサである。このため、該センサを保持するために内輪１０ａ（１０ｂ）の内周面に設ける凹部１８ａ（１８ｂ）や環状溝を小さくすることができる。したがって、凹部１８ａ（１８ｂ）や環状溝の存在に起因する内輪１０ａ（１０ｂ）の強度低下を抑えられる。なお、センサを保持する凹部や環状溝を車軸２の外周面とする場合でも、同様の効果が得られる。また、第一磁気センサ１３ａ（１３ｂ）および第二磁気センサ１４ａ（１４ｂ）は、内輪１０ａ（１０ｂ）の表面から出入りする磁束を検出しているので、車軸２が磁性材製であっても、当該磁束の検出が妨げられることはない。

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のそれぞれに対して、第一磁気センサおよび第二磁気センサを設置する構成を採用している。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に対して、第一磁気センサおよび第二磁気センサを設置す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５および図６を用いて説明する。
本例の車輪支持装置は、１対の円すいころ軸受４ｃ（４ｄ）を構成する内輪１０ｃ（１０ｄ）の表面から出入りする磁束を測定するための磁気センサを備えていない。このため、内輪１０ｃ（１０ｄ）の内周面は、単なる円筒面になっている。

その代わりに、本例の車輪支持装置は、負荷圏側での内輪１０ｃ（１０ｄ）の磁化に応じた所定の物理量である透磁率を測定するための、第一センサである第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）と、非負荷圏側での内輪１０ｃ（１０ｄ）の磁化に応じた所定の物理量である透磁率を測定するための、第二センサである第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）とを備えている。第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）は、２つの端子２３ａ（２３ｂ）を有しており、第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）も、２つの端子２３ｃ（２３ｄ）を有している。第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）は、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の先端部を被測定物に押し付けた状態で、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）間の被測定物の透磁率に応じた出力を発生するものである。

車軸２ａは、内輪１０ｃ（１０ｄ）の径方向内側に位置する箇所の外周面に、１対の凹部２４ａ（２４ｂ）を有している。１対の凹部２４ａ（２４ｂ）は、使用状態での下端部、すなわち負荷圏の円周方向中央部と、使用状態での上端部、すなわち非負荷圏の円周方向中央部とに位置している。

第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）は、負荷圏側の凹部２４ａ（２４ｂ）の内側に設置されており、第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）は、非負荷圏側の凹部２４ａ（２４ｂ）の内側に設置されている。第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）は、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の他に、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）を車軸２ａの径方向外側に向けて付勢するばね２５ａ（２５ｂ）を有している。２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の先端面は、ばね２５ａ（２５ｂ）の付勢によって、内輪１０ｃ（１０ｄ）の軸方向中間部内周面に押し付けられている。

なお、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の先端面は、半円筒形状などの凸曲面形状になっている。これにより、車軸２ａに内輪１０ｃ（１０ｄ）を組み付ける際に、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の先端面が内輪１０ｃ（１０ｄ）に押されて、２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）がばね２５ａ（２５ｂ）の弾力に抗して、凹部２４ａ（２４ｂ）の内側に押し込まれるようになっている。２つの端子２３ａ（２３ｂ）、２３ｃ（２３ｄ）の周囲には、被測定物である内輪１０ｃ（１０ｄ）の透磁率の測定に対する外乱を排除するための磁気シールドが設けられている。

第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）の出力信号は、図示しない信号線を通じて、車体側に設置された診断ユニット３８（図１参照）に送られるようになっている。

本例の車輪支持装置では、負荷圏側での内輪１０ｃ（１０ｄ）の透磁率を、第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）により測定し、該測定の結果である第一測定値を取得できる。また、非負荷圏側での内輪１０ｃ（１０ｄ）の透磁率を、第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）により測定し、該測定の結果である第二測定値を取得できる。さらに、第一測定値と第二測定値との差をモニタリングすることによって、内輪１０ｃ（１０ｄ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。以下、この点について説明する。

本例の車輪支持装置の使用状態で、内輪１０ｃ（１０ｄ）の負荷圏側では、疲労の進行と共に、非磁性体である残留オーステナイトが磁性体であるマルテンサイトに変化する。このため、負荷圏側での内輪１０ｃ（１０ｄ）の透磁率は、たとえば図６の右下部に示すように、使用時間の経過に伴って増大する。

一方、内輪１０ｃ（１０ｄ）の非負荷圏側では、疲労が進行しないため、疲労に起因する、残留オーステナイトのマルテンサイトへの変化は発生しない。また、残留オーステナイトのマルテンサイトへの変化は、疲労が進行しなくても発生するが、その変化速度は非常に遅い。このため、内輪１０ｃ（１０ｄ）の非負荷圏側である上部側では、表面から出入りする磁束の大きさは、たとえば図６の右上部に示すように、使用時間の経過にかかわらず殆ど変化しない。

したがって、第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）で測定した、内輪１０ｃ（１０ｄ）の負荷圏側の透磁率の測定値である第一測定値と、第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）で測定した、内輪１０ｃ（１０ｄ）の非負荷圏側の透磁率の測定値である第二測定値との差をモニタリングすることによって、内輪１０ｃ（１０ｄ）の負荷圏側の疲労度を把握することができる。

本例では、内輪１０ｃ（１０ｄ）に第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）が保持されていないため、円すいころ軸受４ｃ（４ｄ）として、一般品を使用することができる。また、第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）は、車軸２ａに組み付けられているため、円すいころ軸受４ｃ（４ｄ）を交換する際にも、第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）は、そのまま継続して使用することができる。また、内輪１０ｃ（１０ｄ）に第一透磁率計２１ａ（２１ｂ）および第二透磁率計２２ａ（２２ｂ）が保持されていないため、車軸２ａに内輪１０ｃ（１０ｄ）を組み付ける際の円周方向の位相合わせが不要になり、該組み付けの作業を容易に行うことができる。したがって、本例の車輪支持装置は、走行距離が長く、部品交換の頻度が高い車両に、好ましく適用することができる。
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７および図８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２６と、診断ユニット３８とを備える。

ハブユニット軸受２６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２６は、静止輪である外輪２７と、回転輪であるハブ２８と、それぞれが転動体である複数個の玉２９ａ、２９ｂと、第一磁気センサ１３ｃ、１３ｄおよび第二磁気センサ１４ｃ、１４ｄとを備える。本例では、ハブユニット軸受２６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２７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３０ａ、３０ｂ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３１を有する。また、外輪２７は、外輪軌道３０ａ、３０ｂの表層部に、図７および図８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３９ａ、３９ｂを有している。また、外輪２７は、脱磁処理されている。

ハブ２８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３２ａ、３２ｂを有し、これらの内輪軌道３２ａ、３２ｂ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３３を有する。本例では、ハブ２８は、ハブ輪３４と内輪３５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７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７の右側に相当する。

ハブ輪３４は、中炭素鋼製である。回転側フランジ３３は、ハブ輪３４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３２ａは、ハブ輪３４の軸方向中間部の外周面に備えられている。ハブ輪３４は、軸方向内側部の外周面に、小径段部３６を有する。

内輪３５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３２ｂは、内輪３５の外周面に備えられている。内輪３５は、ハブ輪３４の小径段部３６に締り嵌めにより外嵌され、かつ、内輪３５の軸方向内端部を、ハブ輪３４の軸方向内端部に設けられた抑え部３７により抑え付けられて、ハブ輪３４に固定されている。なお、抑え部３７は、ハブ輪３４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２９ａ、２９ｂ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３０ａと内輪軌道３２ａとの間、および、軸方向内側列の外輪軌道３０ｂと内輪軌道３２ｂ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２９ａと軸方向内側列の玉２９ｂ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。

第一磁気センサ１３ｃは、外輪２７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３０ａと径方向に重畳し、かつ、使用状態で上端部、すなわち負荷圏の円周方向中央部に位置する箇所に取り付けられている。
第二磁気センサ１４ｃは、外輪２７の外周面のうちで、軸方向外側の外輪軌道３０ａ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取り付けられている。
第一磁気センサ１３ｄは、外輪２７の外周面のうちで、軸方向内側の外輪軌道３０ｂと径方向に重畳し、かつ、使用状態で上端部、すなわち負荷圏の円周方向中央部に位置する箇所に取り付けられている。
第二磁気センサ１４ｃは、外輪２７の外周面のうちで、軸方向内側の外輪軌道３０ｂ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取り付けられている。

診断ユニット３８は、実施の形態の第１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、第一磁気センサ１３ｃ（１３ｄ）および第二磁気センサ１４ｃ（１４ｄ）に接続されている。第一磁気センサ１３ｃ（１３ｄ）および第二磁気センサ１４ｃ（１４ｄ）の出力信号は、前記ハーネスを通じて、診断ユニット３８に送られるようになっている。

本例のハブユニット軸受２６でも、実施の形態の第１例の場合と同様、負荷圏側で外輪２７の外周面から出入りする磁束を、第一磁気センサ１３ｃ（１３ｄ）により測定し、該測定の結果である第一測定値を取得できる。また、非負荷圏側で外輪２７の外周面から出入りする磁束を、第二磁気センサ１４ｃ（１４ｄ）により測定し、該測定の結果である第二測定値を取得できる。さらに、第一磁気センサ１３ｃの第一測定値と第二磁気センサ１４ｃの第二測定値との差をモニタリングすることによって、軸方向外側の外輪軌道３０ａの熱処理硬化層３９ａの負荷圏側の疲労度を把握することができる。同様に、第一磁気センサ１３ｄの第一測定値と第二磁気センサ１４ｄの第二測定値との差をモニタリングすることによって、軸方向内側の外輪軌道３０ｂの熱処理硬化層３９ｂの負荷圏側の疲労度を把握することができる。

なお、本例では、外輪２７のうち、１対の外輪軌道３０ａ、３０ｂのそれぞれの径方向外側に第一磁気センサおよび第二磁気センサを設置した。ただし、本発明を実施する場合に、１対の外輪軌道３０ａ、３０ｂ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２７のうち、当該一方の外輪軌道の径方向外側にのみ、第一磁気センサおよび第二磁気センサを設置する構成を採用することもできる。
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。

本発明を実施する場合には、実施の形態の第１例および第３例の第一磁気センサおよび第二磁気センサを透磁率計に変更した構造や、実施の形態の第２例の第一透磁率計および第二透磁率計を磁気センサ（ガウスメータ）に変更した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。
また、本発明の回転体支持装置は、反軌道側周面である外周面を有する静止輪と、反軌道側周面と嵌合する嵌合側周面である内周面を有する静止輪支持体とを備えた構成を採用することもできる。また、この場合も、第一センサおよび第二センサを、静止輪または静止輪支持体に保持する構成を採用することができる。

１ 車輪支持装置
２、２ａ 車軸
３ ハブ
４ａ〜４ｄ 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〜１０ｄ 内輪
１１ａ、１１ｂ 外輪
１２ａ、１２ｂ 円すいころ
１３ａ〜１３ｄ 第一磁気センサ
１４ａ〜１４ｄ 第二磁気センサ
１５ａ、１５ｂ 内輪軌道
１６ａ、１６ｂ 大鍔部
１７ａ、１７ｂ 小鍔部
１８ａ、１８ｂ 凹部
１９ａ、１９ｂ 外輪軌道
２０ ナット
２１ａ、２１ｂ 第一透磁率計
２２ａ、２２ｂ 第二透磁率計
２３ａ〜２３ｄ 端子
２４ａ、２４ｂ 凹部
２５ａ、２５ｂ ばね
２６ ハブユニット軸受
２７ 外輪
２８ ハブ
２９ａ、２９ｂ 玉
３０ａ、３０ｂ 外輪軌道
３１ 静止側フランジ
３２ａ、３２ｂ 内輪軌道
３３ 回転側フランジ
３４ ハブ輪
３５ 内輪
３６ 小径段部
３７ 抑え部
３８ 診断ユニット
３９ａ、３９ｂ 熱処理硬化層
４０ データ入力手段
４１ データ処理手段
４２ 予兆判定手段
４３ データ記憶手段
４４ 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、
   使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定するための第一センサと、
   使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定するための第二センサと、を備えた
   回転体支持装置。
2. 前記第一センサおよび前記第二センサは、前記静止輪に保持されている、
   請求項１に記載の回転体支持装置。
3. 前記静止輪の反軌道側周面に嵌合する嵌合側周面を有する静止輪支持体をさらに備え、
   前記第一センサおよび前記第二センサは、前記静止輪支持体に保持されている、
   請求項１に記載の回転体支持装置。
4. 請求項１〜３のうちの何れか１項に記載の回転体支持装置と、
   前記第一センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第一測定値を取得し、かつ、前記第二センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第二測定値を取得した場合に、前記第一測定値と前記第二測定値との双方を利用して、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。
5. 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、
   第一センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第一測定値を取得し、かつ、第二センサを用いて、使用状態におけるラジアル荷重の非負荷圏の円周方向中央部での前記静止輪の磁化に応じた所定の物理量を測定することにより、該測定の結果である第二測定値を取得した後、前記第一測定値と前記第二測定値との双方を利用して、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。

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