JP2007276022A - 回転軸支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸支持装置の転がり軸受の温度を正確に検出すると共に、回転速度の検出における回転軸の損失トルクを抑制する手段を提供する。
【解決手段】回転軸支持装置１が、アンギュラ玉軸受２の外輪２ａを固定するハウジング７と、内輪２ｂに嵌合するねじ軸５と、アンギュラ玉軸受２を密封する密封シール２２とを備え、ねじ軸５に、密封シール２２の外側に配置された回転検出板１８を設け、ハウジング７に、アンギュラ玉軸受２の温度を検出する温度センサ２８と、回転検出板１８によりねじ軸５の回転速度を検出する回転センサ２５とを取付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機械装置に設けられた駆動軸や従動軸、ボールねじ装置のねじ軸等の回転軸を回転可能に支持する回転軸支持装置に関する。

回転支持装置は、駆動装置や試験装置に利用される場合において、適正な運転状態を維持するためには、メンテナンス時期の把握するための転がり軸受の温度の検出や回転状態を管理するための回転軸の回転速度の検出が必要とされている。
このため、転がり軸受の温度の検出は、一般に、転がり軸受を設置したハウジングの外表面に温度センサをテープ等の貼付手段で貼付して行われ、作業員が定期的に転がり軸受の温度を確認し、潤滑剤の劣化等を把握してメンテナンス時期を決定している。

また、回転軸の回転速度の検出は、一般に、回転軸を駆動するサーボモータ等の駆動機器に設置されたロータリエンコーダを用いて行われており、回転軸と駆動機器を連結するカップリングが緩んだり、転がり軸受の内輪を回転軸に固定するロックナットが緩んだりした場合には、回転軸の実際の回転速度を検出することができず、回転軸の回転状態を把握することが困難になる。

この回転軸の実際の回転速度を検出するために、従来の回転軸支持装置は、転がり軸受の密封シールの内側の内輪に、多極に磁化された回転検出部、または歯車や穴あき板等の強磁性の回転検出部を備えた回転検出板を取付け、ホールセンサ、または動作磁石を備えた回転センサにより密封シールの外側から回転軸の回転数を検出し、そのセンサ信号を信号線を介して取出している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１６０７４４号公報（主に第３頁段落００１１−段落００１２、第１図）

しかしながら、上述した従来の特許文献１の技術においては、転がり軸受の密封シールの内側の内輪に、回転検出板を取付け、密封シールの外側に設けた回転センサにより回転軸の回転数を検出しているため、グリース等の半固体状の潤滑剤により潤滑される転がり軸受を備えた回転軸支持装置においては、回転検出板やその回転検出部が半固体状の潤滑剤を攪拌するときに回転エネルギを消費し、回転軸の損失トルクが増大するという問題がある。

潤滑油等の液体状の潤滑剤により潤滑される転がり軸受を備えた回転軸支持装置においては、回転検出板の回転検出部に付着した液体状の潤滑剤を半径方向外側へ飛散させるときに回転エネルギを消費し、回転軸の損失トルクが増大するという問題がある。
このことは、歯車型の回転検出部を備えた回転検出板の場合に特に顕著である。
また、一般的な技術による転がり軸受の温度の検出においては、温度センサをハウジングの外表面に貼付しているため、強制冷却等の周囲環境の影響により検出温度が大きく変化してしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、回転軸支持装置の転がり軸受の温度を正確に検出すると共に、回転速度の検出における回転軸の損失トルクを抑制する手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、外輪と内輪とを有する転がり軸受と、前記外輪を固定するハウジングと、前記内輪に嵌合する回転軸と、前記転がり軸受を密封する密封シールとを備えた回転軸支持装置において、前記回転軸に、凹凸を有する回転検出部が形成された回転検出板を設けると共に、該回転検出板を前記密封シールの外側に配置し、前記ハウジングに、前記転がり軸受の温度を検出する温度センサと、前記回転検出板により前記回転軸の回転速度を検出する回転センサとを取付けたことを特徴とする。

これにより、本発明は、温度センサへの周囲環境の影響を微小なものとして転がり軸受の外輪近傍の温度を正確に検出することが可能になり、潤滑不良等による転がり軸受の温度上昇を検出して的確にメンテナンス時期を判断することができると共に、回転検出板の回転に伴う回転エネルギの損失を風損のみにして回転軸の回転速度の検出における損失トルクを抑制することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による回転軸支持装置の実施例について説明する。

図１は実施例１の回転軸支持装置を示す断面図、図２は実施例１の回転軸支持装置を示す正面図である。
なお、図１は図２のＡ−Ｏ−Ａ断面線に沿った断面を示したものである。
図１において、１は回転軸支持装置である。
２は転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受である。本実施例では２つのアンギュラ玉軸受２を正面組合せで配置して構成され、グリース等の潤滑剤により潤滑される。

正面組合せに配置されたアンギュラ玉軸受２は、それぞれ外輪２ａの内周面に形成された略円弧状断面形状の外輪軌道と、内輪２ｂの外周面に形成された略円弧状断面形状の内輪軌道とに間に所定のピッチで転動自在に配設された複数のボール３とを備えている。
５は回転軸としてのボールねじ装置のねじ軸であり、その外周面には略半円弧状断面形状を有するの螺旋状の軸軌道溝５ａが形成され、その端部にはねじ軸５と同軸に段付軸状の取付部６が形成されており、その大径部にはアンギュラ玉軸受２の内輪２ｂの内周面が嵌合する。

ねじ軸５は、図示しないナットの内周面に形成された軸軌道溝５ａと対向するナット軌道溝と鋼球を介して螺合しており、ねじ軸５が回転することによってナットをねじ軸５の軸方向に移動させる。
７はハウジングであり、本体部８に蓋体９を図２に示す取付ボルト１０により締結して形成される。

ハウジング７の本体部８は、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、その内周面にはアンギュラ玉軸受２の外輪２ａの外周面に嵌合する外輪嵌合穴１１と、一方の外輪２ａを係止する係止部１２が形成され、その外周面にはフランジ部１３が一体に形成され、フランジ部１３に設けた段付ボルト穴１４により図示しない機械装置のフレーム等にボルト等で固定される。

ハウジング７の蓋体９（外輪押え板）は、合金鋼等の鋼材で製作されたドーナツ板状部材であって、押圧部１５により他方の外輪２ａを押圧して外輪２ａをハウジング７に固定すると共に、正面組合せのアンギュラ玉軸受２に予圧を付与する機能を有している。
１６は内輪間座であり、合金鋼等の鋼材で製作された円筒状部材であって、一方のアンギュラ玉軸受２の内輪２ｂとねじ軸５の軸段部５ｂとの間に配置される。

１８は回転検出板であり、合金鋼等の鋼材で製作され、内輪間座１６と同様に形成されたハブ部１９の外周面に一体に形成された円盤状部材であって、その外周部には歯車状の凹凸を有する回転検出部１８ａが形成されており、他方のアンギュラ玉軸受２の内輪２ｂの内輪間座１６の反対側に隣接して配置される。
２１はロックナットであり、ねじ軸５の取付部６の大径部の軸段部５ｂの反対側の端部に形成されたねじ部に螺合して、２つの内輪２ｂをそれぞれ内輪間座１６およびハブ部１９を介して軸段部５ｂとの間に挟みつけて固定する機能を有している。

２２は密封シールであり、ハウジング７の本体部８の内周面および蓋体９の内周面にそれぞれ圧入等により固定され、本体部８の内周面に固定された密封シール２２はそのリップ部が内輪間座１６の外周面に摺接し、蓋体９の内周面に固定された密封シール２２は回転検出板１８のアンギュラ玉軸受２側、つまり回転検出板１８の軸方向の内側に配置され、そのリップ部がハブ部１９の外周面に摺接して回転軸支持装置１の外部からの塵埃の侵入および内部からの潤滑剤の漏洩を防止する。

２３はカップリングであり、ねじ軸５の取付部６の小径部の端部に取付けられ、図示しない駆動機器のシャフトとねじ軸５とを連結する機能を有している。
２５は回転センサであり、蓋体９の回転検出板１８に対応する軸方向位置に、蓋体９を半径方向に貫通して形成された回転センサ取付穴２６に圧入等により検出面を回転検出部１８ａに対向させて取付けられ、その半径方向外側に接続された信号線２５ａと回転センサ取付穴２６内周面の間には接着剤や充填材等の封止樹脂２７が埋め込まれている。本実施例の回転センサ２５は静電容量型のセンサである。

上記の回転センサ２５および回転検出板１８により、本実施例の回転検出機構が形成される。
２８は温度センサであり、本体部８の外輪嵌合穴１１と外周面との間に、ねじ軸５の軸方向に蓋体９を貫通し、外輪嵌合穴１１に嵌合する軸段部５ｂ側のアンギュラ玉軸受２の外輪２ａに達する細孔である温度センサ取付穴２９に挿入され、温度センサ取付穴２９の蓋体９側の口元から引き出された信号線２８ａの周囲に塗布された封止樹脂２７により蓋体９に取付けられている。

このように、本実施例の温度センサ２８は、ハウジング７の本体部８の内部に挿入されているので、強制冷却等の周囲環境の影響を微小なものとすることができる他、アンギュラ玉軸受２の外輪２ａ近傍の温度を検出することが可能になり、潤滑剤の劣化等の潤滑不良や異物の混入、過負荷等によるアンギュラ玉軸受２の温度上昇を検出して的確にメンテナンス時期を判断することができ、回転軸支持装置１を装備した機械装置の稼動停止時間を短縮することができる。

また、回転検出板１８を密封シール２２の外側に設置するので、アンギュラ玉軸受２の潤滑に半固体状や液体状の潤滑剤を用いたとしても、回転検出板１８の回転に伴う回転エネルギの損失を風損のみにすることが可能になり、ねじ軸５の回転速度の検出における損失トルクを低減することができる。
更に、ロックナット２１によりねじ軸５に回転検出板１８を直接固定するので、ねじ軸５の実際の回転速度を検出することが可能になり、駆動機器の回転速度との差を監視することによりロックナット２１の緩みに伴う内輪２ｂと取付部６との滑りや、カップリング２３の緩み等による連結不良等の異常を即座に検出することができ、回転軸支持装置１を装備した機械装置の重大な故障の発生を未然に防止することができる。

更に、回転センサ２５や温度センサ２８を封止樹脂２７で封止して取付けてあるので、各センサを確実に固定することができると共に、外部からの潤滑油や加工液の侵入の防止および振動による各センサへの影響の吸収等が可能になり、外部環境の変化から各センサを保護することができる。
更に、回転センサ２５や温度センサ２８の出力を信号線２５ａ、２８ａにより引き出すようにしてあるので、回転軸支持装置１を装備した機械装置の制御盤への配線処理を容易に行うことができる。

更に、本実施例の回転軸支持装置１は、取付互換性を確保しながら回転センサ２５と温度センサ２８とを内蔵してあるので、本実施例の回転軸支持装置１を機械装置に容易に装備することができると共に、機械装置の運転状態の監視の自動監視制御への移行を容易に行うことができ、定期的な作業員による監視を不要にして作業員の負荷を軽減することができる。

以上説明したように、本実施例では、回転軸支持装置の密封シールの外側に回転検出板を設け、そのハウジングに転がり軸受の温度を検出する温度センサと、回転軸の回転速度を検出する回転センサとを取付けたことによって、温度センサへの周囲環境の影響を微小なものとしてアンギュラ玉軸受の外輪近傍の温度を正確に検出することが可能になり、潤滑不良等に伴うアンギュラ玉軸受の温度上昇を検出して的確にメンテナンス時期を判断することができると共に、回転検出板の回転に伴う回転エネルギの損失を風損のみにしてねじ軸の回転速度の検出における損失トルクを抑制することができる。

図３は実施例２の回転検出機構を示す半断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の回転軸支持装置１は実施例１と同様の構成であるが、図３に示すように回転検出機構の回転検出部１８ａに形成される歯車状の凹凸は、ねじ軸５の軸芯に向かって縮小する傾斜面３１上に形成され、円錐台形状とされた回転検出板１８がハブ部１９の外周面に一体に形成されており、実施例１と同様の回転センサ２５は、その検出面を傾斜面３１に対向させて蓋体９に取付けられている。

このように構成すれば、静電容量型の回転センサ２５の出力は、回転センサ２５の検出面と回転検出部１８ａとの間隔により変化するので、ねじ軸５の軸方向変位に伴う回転検出板１８の軸方向の移動を検出することができる。
これにより、過負荷や軸受摩耗等による軸方向剛性低下の予兆をも検出することが可能になり、回転軸支持装置１を装備した機械装置の重大な故障の発生をより的確に防止することができる。

なお、回転センサ２５による回転検出板１８の軸方向の移動の検出は、図４に示す回転検出機構を用いても行うことができる。
図４（ａ）に示す回転検出機構は、実施例１と同様の円盤状の回転検出板１８の回転検出部１８ａの一方の端部に回転センサ２５の検出面を対向配置し、回転センサ２５の検出面の一部により回転検出部１８ａの凹凸を検出するように構成し、検出面と回転検出部１８ａとのオーバラップ量により変化する出力を用いて回転検出板１８の軸方向の移動を検出するものである。

また、 図４（ｂ）に示す回転検出機構は、薄い円盤状の回転検出板１８の回転検出部１８ａの円周方向に等分に配置した回転検出部１８ａを軸方向に貫通する複数の検出穴３５を設けて軸方向に取付けた回転センサ２５の検出面を対向配置し、回転センサ２５により回転検出部１８ａの検出穴３５による凹凸を検出するように構成し、回転センサ２５による検出穴３５の検出パルスの間の平板部の出力の変化を用いて回転検出板１８の軸方向の移動を検出するものである。

このように、図４に示した回転検出機構を用いても、上記と同様に過負荷や軸受摩耗等による軸方向剛性低下の予兆を検出することができる。
以上説明したように、本実施例では、実施例１と同様の効果に加えて、回転検出板の回転検出部と回転センサとを、ねじ軸の軸方向変位に対して回転センサの出力が変化するように配置したことによって、過負荷や軸受摩耗等による軸方向剛性低下によるねじ軸の軸方向変位を検出することが可能になり、回転軸支持装置を装備した機械装置の重大な故障の発生をより的確に防止することができる。

なお、上記各実施例においては、転がり軸受はアンギュラ玉軸受であるとして説明したが、転がり軸受は前記に限らず、深溝玉軸受や円筒ころ軸受、円錐ころ軸受等であってもよい。
また、上記各実施例においては、回転センサは静電容量型であるとして説明したが、回転センサは前記に限らず、光学式のギャップ検出センサ等の検出面と回転検出部との間隔や対向面積により出力が変化するセンサであればどのようなセンサであってもよい。

実施例１の回転軸支持装置を示す断面図 実施例１の回転軸支持装置を示す正面図 実施例２の回転検出機構を示す半断面図 実施例２の回転検出機構の他の形態を示す説明図

符号の説明

１ 回転軸支持装置
２ アンギュラ玉軸受
２ａ 外輪
２ｂ 内輪
３ ボール
５ ねじ軸
５ａ 軸軌道溝
５ｂ 軸段部
６ 取付部
７ ハウジング
８ 本体部
９ 蓋体 （外輪押え板）
１０ 取付ボルト
１１ 外輪嵌合穴
１２ 係止部
１３ フランジ部
１４ 段付ボルト穴
１５ 押圧部
１６ 内輪間座
１８ 回転検出板
１８ａ 回転検出部
１９ ハブ部
２１ ロックナット
２２ 密封シール
２３ カップリング
２５ 回転センサ
２５ａ、２８ａ 信号線
２６ 回転センサ取付穴
２７ 封止樹脂
２８ 温度センサ
２９ 温度センサ取付穴
３１ 傾斜面
３５ 検出穴

Claims (4)

1. 外輪と内輪とを有する転がり軸受と、前記外輪を固定するハウジングと、前記内輪に嵌合する回転軸と、前記転がり軸受を密封する密封シールとを備えた回転軸支持装置において、
   前記回転軸に、凹凸を有する回転検出部が形成された回転検出板を設けると共に、該回転検出板を前記密封シールの外側に配置し、
   前記ハウジングに、前記転がり軸受の温度を検出する温度センサと、前記回転検出板により前記回転軸の回転速度を検出する回転センサとを取付けたことを特徴とする回転軸支持装置。
2. 請求項１において、
   前記回転検出板の回転検出部と前記回転センサとを、前記回転軸の軸方向変位に対して前記回転センサの出力が変化するように配置したことを特徴とする回転軸支持装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記回転センサが、静電容量型のセンサであることを特徴とする回転軸支持装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記回転軸を、ボールねじ装置のねじ軸としたこと特徴とする回転軸支持装置。