JP3712535B2 - Rolling bearing and rolling state measuring device for rolling element for rolling bearing - Google Patents

Rolling bearing and rolling state measuring device for rolling element for rolling bearing Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころがり軸受に関し、特に、ころがり軸受用転動体の自転数や公転速度等の回転状態を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、機械構造であるころがり軸受や遊星型トラクションドライブでは、構成部品の各部の寸法が決まると、軸の一定回転速度に対して、ころ型の転動体の自転運動及び公転運動の速度や、玉型の転動体の三次元運動は、理論的に決定される。
【０００３】
しかし、転動体やローラの実際の運動は、完全なころがり運動だけではなく、滑りを伴うような場合もあり、このような場合には、転動体の運動は、理論的に決定される運動とは異なったものとなる。
【０００４】
このように、滑りが生じる場合に、この滑りが大きければ、転動体やローラの転走面に焼付きや摩耗が生じて、これらの部材を損傷させてしまう可能性がある。従って、このような損傷を未然に防止するために、転動体の運動の計測が行われており、その計測装置として次の二つのようなものが知られている。
【０００５】
（１）ホール素子のホール電圧を用いる装置
図２７から図２９を用いてこの装置を説明する。ホール素子とは、磁束を受けて電気的出力を生じるもので、図２７に示すように、磁界の中に置かれたホール素子１は、式（１）で示されるように、磁束Ｂの垂直成分に比例したホール電圧を発生する。
ＶＨ＝（ＲＨ／ｂ）Ｉｃ・・・（１）
ここで、ＲＨはホール係数、ｂはホール素子の厚さである。式（１）より、制御電流を一定にすると、角θ即ち磁束Ｂの方向がホール電圧により決定できる。
【０００６】
この関係を利用して、図２８に示すように、磁化した玉２の中心を原点とした座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）の各々適当な位置にホール素子１ｘ、１ｙ及び１ｚを配設し、一定の制御電流を加えれば、磁束の座標軸方向成分に比例した、各々のホール電圧ＶＨＸ、ＶＨＹ及びＶＨＺが式（２）、（３）及び（４）から得られる。
ＶＨＸ＝Ｖ０・ｃｏｓαｎ・・・（２）
ＶＨＹ＝Ｖ０・ｃｏｓβｎ・・・（３）
ＶＨＺ＝Ｖ０・ｃｏｓγｎ・・・（４）
ここで、Ｖ０は最大検出出力、αｎ、βｎ、γｎは各々磁軸とｘ、ｙ、ｚ軸との角度である。これらの検出出力から三次元的に磁軸方向が決定でき、それにより、玉２の自転に伴う磁軸方向変化から、玉２の運動を三次元的に検出できる。
【０００７】
図２９に、上記検出手段を備えるころがり軸受を示し、（Ａ）はその一部横断面図、（Ｂ）はその平面拡大図である。ころがり軸受の転動体としての玉２は、内輪５と、ハウジング４に保持された外輪６と、保持器３とにより相対的位置が保持されている。ここで、これがり軸受の内輪５の中心を定め、その中心から半径方向の軸をｚ軸（図２９（Ａ）において紙面に対して上下方向あるいは図２９（Ｂ）において紙面に対して垂直方向）、このｚ軸と直交する軸でころがり軸受の回転方向（玉２の公転方向）をｙ軸、そしてｚ軸と直交する軸でころがり軸受の軸方向をｘ軸と規定する。
【０００８】
ｘ軸方向の一対のホール素子１ｘ及びｙ軸方向の一対のホール素子１Ｙは、各々保持器３に埋め込まれ、ｚ軸方向のホール素子１Ｚは、ハウジング４から突出した腕部に埋め込まれ、玉２、ハウジング４、内輪５及び外輪６で構成する磁気回路内に置かれている。このように、保持器３に埋め込まれたホール素子１からの出力は、保持器３が公転をするため、保持器３からのリード線を出力検出用治具８を介してスリップリング７より引き出すことにより、検出される。このようにして、ころがり軸受の玉２の運動を三次元的に検出できる。
【０００９】
（２）磁化ころの検出電磁誘導を用いる装置
転動体として用いられる円筒状のころを磁化させて、そのころによる電磁誘導を検出する装置で、図３０に、そのころを用いたころがり軸受の略断面図と磁化したころを示す。図３０（Ｂ）のように、一個のころ９を半径方向に着磁して、そのころ９を内輪５、外輪６及び保持器１０により相対的位置が保持されるようにしてころがり軸受に組み込み、そして内輪５もしくは内輪６の周囲にサーチコイル１０を巻回する。
【００１０】
ころがり軸受が回転すると、着磁したころ９が自転し、そのＮ極及びＳ極は、サーチコイル１０に微弱な交流電圧を誘起させる。この電圧を増幅器を経て、電磁オシログラフでとれば、図３１に示すように、ころ９の一自転は、一波長に相当する波として、オシログラフぺーパに記録される。このようにして、ころがり軸受のころ９の運動が、検出できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した二つの装置には、各々次のような欠点があった。
（１）ホール素子のホール電圧を用いる装置では、保持器３にホール素子１を埋め込まなければならず、その加工作業の制作費が嵩み、経済性が十分でないという問題点があった。また、公転する保持器３からホール素子１の出力をスリップリング８を介して取り出すので、保持器３の運動が拘束され、結果として、計測精度が劣るという問題点もあった。
【００１２】
（２）磁化ころの検出電磁誘導を用いる装置では、内輪５または外輪６の周囲にサーチコイル１０を巻回する加工作業があるので、その制作費が嵩み、経済性に十分でないという問題点があった、また、磁化したころ９は、一回の自転により計測信号を一波長しか出せないので、一自転速度の変化を捉えることができず、従って、計測精度が劣るという問題点もあった。
【００１３】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、保持器や、内輪、外輪または軸への加工作業が不要で、また、保持器の運動を拘束することがなく、さらに、一回の自転で数波長の計測信号を出すことのできる、経済性と計測精度に優れたころがり軸受と、該ころがり軸受用転動体の回転状態を計測する装置を提供することを主な目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の第一の局面としては、内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体としての円筒状のころが保持されてなるころがり軸受において、ころの軸方向に沿って一端側をＮ極に、他端側をＳ極に磁化すると共に、前記ころがり軸受の前記ころの一端側に配設された固定構造部に、前記ころの公転軌道と平行に所定の間隔毎に敷設された検出部材としての素子部材を敷設し、さらに、前記ころがり軸受の前記ころの他端側に、前記素子部材と平行に対をなす素子部材を前記ころの軸線上に配設するころがり軸受を提供する。
【００２０】
次に、本発明の別の局面によれば、内輪と外輪との間に保持器を介して玉からなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、第一素子部材は前記ｚ軸上にある前記外輪に、第二素子部材は前記ｙ軸から所定角度だけ傾斜したｙ’軸上にある前記外輪に、第三素子部材は前記ｘ軸上にある前記ころがり軸受の固定構造部に且つ前記転動体に対面するように、前記転動体の公転軌道方向に所定間隔毎に配設するころがり軸受を提供する。
【００２１】
さらに、本発明の別の局面によれば、内輪と外輪との間に保持器を介して玉からなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、第一素子部材は前記ｚ軸上に、第二素子部材は前記ｙ軸上に、そして前記第三素子部材は前記ｘ軸上に位置するように且つ前記転動体に対面するように、各々固定治具を介してころがり軸受の固定構造部に配設する軸受を提供する。
各軸方向側に設けられた非回転部材に且つ前記転動体に対面するように各々第一、第二及び第三素子部材を、前記転動体の公転軌道方向に所定間隔毎に配設するころがり軸受を提供する。
【００２２】
さらに、前記玉は、セラミックス玉であり、該セラミックス玉にＮ極とＳ極との薄膜を蒸着することにより磁化することも望ましい。
【００２３】
また、前記素子部材は、ホール素子または環状コイルから構成してもよい。
【００２４】
さらに、本発明の別の局面によれば、上述したころがり軸受を備えたころがり軸受用転動体の運動状態計測装置が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るころがり軸受及びころがり軸受用転動体の回転状態計測装置の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
【００２６】
第１の実施形態を図１及び図２を用いて説明する。図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、転動体として使用される円筒状のころ９は、その左面側を半径方向に相対してＮ極９ａとＳ極９ｂとに磁化されている。なお、ころ９には、保持器１１に固定するためのねじ穴９ｃが開けられている。磁化されたころ９は、外輪６、内輪５及び保持器１１により、相対的位置が保持されるようにころがり軸受に組み込まれる。検出部材である環状コイル１３は、ころがり軸受の固定構造部１２に、ころ９の公転軌道に平行して敷設されている。また、固定構造部１２には、潤滑油を供給するための供給用ノズル１４も開けられている。
【００２７】
このように構成されたころがり軸受において、ころ９の磁束の方向は、図１に示すように、ころ９の半径方向になる。ここで、図２（Ｂ）に示すように、磁化したころ９が自転すると、ころのＮ極及びＳ極（玉の磁束）は、環状コイル１３に微弱な交流電圧Ｖを誘起させる。この交流電圧Ｖを、図２（Ａ）に示すように増幅器６６を経て電磁オシログラフ６７でとれば、ころ９の一自転が一波長に相当する波としてオシログラフぺーパに記録される。その結果、この電圧の変化の回数を数えることにより、ころ９の自転回転数を計測することができる。
【００２８】
従って、ころがり軸受の磁化されたころ９の回転状態を計測するに当たって、検出用環状コイル１３をころがり軸受の固定構造部１２に設けたことにより、保持器１１や内輪５、外輪６または軸への部品埋め込み加工作業が不要となり、また、内輪５または外輪６の周囲にサーチコイルを巻回する面倒な加工作業も不要となるため、製作費が節約でき、経済性が向上する。さらに、公転する保持器１１から検知情報を機械的手段で取り出す必要が無くなり、保持器１１の運動が拘束されなくなるため、計測精度が向上する。
【００２９】
次に、第２の実施形態を図３及び図４を用いて説明する。ころがり軸受の基本的な構成は、第１の実施形態と同じであり、ころ９も、第１の実施形態と同様に、その左面側を半径方向に相対してＮ極９ａとＳ極９ｂとに磁化されている。しかし、ころ９の運動状態を検知するための検出部材に、上記の環状コイルに代えて、素子部材であるホール素子１を用いる点が異なる。このホール素子１は、ころがり軸受の固定構造部１２に、ころ９の公転軌道上に所定間隔（図４における角度θ参照）毎に敷設されている。
【００３０】
このように構成されたころがり軸受において、図１に示すように、ころ９の磁束の方向は、ころ９の半径方向になる。ここで、図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、ころ９が自転すると、ころ９の磁束の角度が変化するので、検知用のホール素子１に生じるホール電圧ＶＨが変化する。このホール素子１にホール電圧ＶＨが生じる原理は、従来技術で説明した通りである。従って、このホール素子１におけるホール電圧の変化により、ころ９の回転角度を検知すれば、ころ９の自転回転数を計測することができる。また、敷設されたホール素子１の間隔（角度θ）は既知であるから、ホール電圧が発生する時間間隔を計測すると、ころ９の公転速度を計測することができる。
【００３１】
従って、ころがり軸受の磁化されたころ９の回転状態を計測するに当たって、ホール素子１をころがり軸受の固定構造部１２に設けたことにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、ホール素子１と同様な位置及び向きに、後述する環状コイルを配設しても、同様の効果が得られる。
【００３２】
次に、第３の実施形態を図５及び図６を用いて説明する。ころがり軸受の基本的な構成は図１及び図２に示した第１の実施形態と同じであるが、ころ９の磁化の方向と、環状コイル１５の配置の仕方が異なる。ころ９は、その左面側をＮ極に、その右面側をＳ極に、即ちころ９の軸方向両端側に相対して磁化されている。また、ころ９の運動状態を検知する検出部材としての環状コイル１５は、ころがり軸受の固定構造部１２に、ころ９の公転軌道上に所定の間隔（図６における角度θ参照）毎に敷設されている。
【００３３】
このように構成されたころがり軸受において、ころ９の磁束の方向は、図５に示すように、ころ９の軸方向になるので、検知用の環状コイル１５には、ころ９が自転しながら公転することにより、ころ９の磁束が変化するので、誘導起電力が発生する。その結果、敷設された環状コイル１５の間隔（角度θ）と、この環状コイル１５に生じる誘導起電力の変化した時間間隔を計測すると、ころ９の公転速度を計測することができる。
【００３４】
従って、ころがり軸受の磁化されたころ９の回転状態を計測するに当たって、検出用環状コイル１５をころがり軸受の固定構造部１２に設けたことにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
次に第４の実施形態を図７及び図８を用いて説明する。ころがり軸受の基本的な構成は、第１の実施形態と同じである。円筒状のころ９は、その左面側をＮ極に、その右面側をＳ極に、即ちころ９の軸方向両端側に相対して磁化されている。また、この実施形態では、第３の実施形態と同様に、ころ９の運動状態を検出するためにホール素子１を用いるが、ころ９の軸方向の軸線ｘ−ｘの延長線上に対面すように、一対のホール素子１Ｎ及び１Ｓを配設している。なお、これらのホール素子は、図示しないころがり軸受の固定構造部に取り付けられている。
【００３６】
このように構成されたころがり軸受において、一対のホール素子１Ｎ及び１Ｓには、上述した式（１）で示したように、磁束Ｂの垂直成分に比例したホール電圧が発生する。
ＶＨ＝（ＲＨ／ｂ）Ｉｃ・・・（１）
従って、図８（Ｂ）に示したように、ころ９がその軸線ｘ−ｘから傾いてスキューと呼ばれる状態になった場合に、制御電流を一定にすると、式（１）より磁束の方向、即ち軸線ｘ−ｘからの傾き角θが決定できる。
【００３７】
従って、ころがり軸受の磁化されたころ９の回転状態を計測するに当たって、一対のホール素子１Ｎ及び１Ｓをころがり軸受の固定構造部に設けたことにより、第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、さらに、スキューが発生したままの状態で、ころ９が軸方向に移動することにより生じる損傷を、未然に防止することもできる。
【００３８】
次に、図９及び図１０を用いて、第４の実施形態におけるホール素子の代わりに環状コイルを使用した第５の実施形態を説明する。ころがり軸受の基本的な構成及びころ９の磁化は、第４の実施形態と同じである。異なる点は、上述したように、一対のホール素子に代えて、一対の環状コイル１６Ｎ及び１６Ｓを設けた点である。
【００３９】
まず、図１１を用いて、コイル１７を利用した玉２の運動状態を検出する原理を説明する。この図１１（Ａ）に示すように、磁化した玉２が自転すると、玉のＮ極及びＳ極（玉の磁束）は、コイル１７に微弱な交流電圧Ｖを誘起させる。この交流電圧Ｖを、図１１（Ｂ）に示すように増幅器を経て電磁オシログラフでとれば、玉２の一自転が一波長に相当する波としてオシログラフぺーパに記録される。
【００４０】
従って、ころがり軸受の磁化されたころ９の回転状態を計測するに当たって、一対の環状コイル１６Ｎ及び１６Ｓをころがり軸受の固定構造部に設けることにより、第４の実施形態と同様の効果が得られ、スキューが発生したままの状態で、ころ９が軸方向に移動することにより生じる損傷を、未然に防止することができる。
【００４１】
なお、第１から第５までの実施形態では、各検出部材は、直接ころがり軸受の固定構造部１２に敷設されているが、素子固定治具を介して固定構造部や他のころがり軸受の部材、例えばハウジング４等に取り付けることもできる。
【００４２】
次に第６の実施形態を、図１２〜図１４を用いて説明する。
第１から第５までの実施形態では、ころがり軸受の転動体として、円筒状のころを使用した場合における運動状態の計測装置について説明したが、この実施形態は、転動体として玉を使用した場合におけるころがり軸受とその転動体の運動状態の計測装置について説明する。
【００４３】
図１２に示すように、転動体として使用される玉２は、Ｎ極とＳ極との磁軸ができるように磁化を行う。磁化された玉２は、外輪６、内輪５及び保持器３により、相対的位置が保持されるようにころがり軸受に組み込まれる。
【００４４】
図１３において、ころがり軸受の内輪５の中心Ｏを定め、その中心Ｏから半径方向の軸をｚ軸、このｚ軸と直交する軸でころがり軸受の回転方向（玉２の公転方向）をｙ軸、そしてｚ軸と直交する軸でころがり軸受の軸方向をｘ軸と規定する。この座標系において、ｘ軸に対面するようにホール素子１ｘを固定構造部１２に配設し、ｙ軸からβ”だけ傾斜したｙ’軸に対面するようにホール素子１Ｙ’を外輪６に配設し、そしてｚ軸に対面するようにホール素子１Ｚを外輪６に配設する。なお、ホール素子１Ｚ及び１Ｙは、磁化した玉に近いほど検出能力が高くなるため、外輪６に埋め込まれているが、外輪の外側のハウジング４に埋め込んでも同様の効果が得られる。
【００４５】
このように構成した装置において、玉２の運動状態を計測するには、従来技術において説明した（１）ホール素子のホール電圧を用いる装置と同様の方法であるが、各ホール素子を回転する保持器３に取り付けないようにするため、図１４の座標系に示すように、ｙ軸方向のホール素子をｙ軸から
β”だけ傾斜したｙ’軸に取り付けたため、磁束の座標軸方向成分に比例した各々のホール電圧ＶＨＸ、Ｖ’ＨＹ及びＶＨＺは、式（２）、（３’）及び（４）のようになる。
ＶＨＸ＝Ｖ０・ｃｏｓαｎ・・・（２）
ＶＨＹ＝Ｖ０・ｃｏｓβ’ｎ・・・（３’）
ＶＨＺ＝Ｖ０・ｃｏｓγｎ・・・（４）
これらの検出出力から三次元的に玉２の磁軸方向が決定でき、それにより、玉２の自転に伴う磁軸方向変化から、玉２の運動を三次元的に検出できる。また、このホール素子１Ｘ、１Ｙ及び１Ｚの組を、図１３に示すように、ころがり軸受の固定構造部１２に、玉２の公転軌道上に所定の間隔（角度θ）毎に敷設すれば、磁軸方向の変化の方向及びその変化速度を、即ちｘ、ｙ’、ｚ軸回りの回転速度を求めることができる。
【００４６】
従って、ころがり軸受の磁化された玉２の回転状態を計測するに当たって、ホール素子１をころがり軸受の固定構造部１２や外輪６に設けたことにより、保持器３や内輪５または軸への部品埋め込み加工作業が不要となり、また、内輪５または外輪６の周囲にサーチコイルを巻回する面倒な加工作業も不要となるため、製作費が節約でき、経済性が向上する。さらに、公転する保持器３から検知情報を機械的手段で取り出す必要が無くなり、保持器３の運動が拘束されなくなるため、計測精度が向上する。
【００４７】
次に、図１５及び図１６を用いて、第６の実施形態におけるホール素子の代わりに環状コイルを使用した第７の実施形態を説明する。ころがり軸受の基本的な構成及び玉２の磁化は、第６の実施形態と同じである。異なる点は、上述したように、ホール素子に代えて、環状コイル１６Ｘ、１６Ｙ’及び１６Ｚを設けた点である。
【００４８】
ころがり軸受の磁化された玉２の回転状態を計測するに当たって、環状コイルをころがり軸受の固定構造部や外輪６に設けたことにより、第６の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
次に第８の実施形態を、図１７及び図１８を用いて説明する。ころがり軸受の基本的な構成は、第６の実施形態と同じであるが、転動体である玉として、セラミックス玉１９を使用し、このセラミックス玉１９の表面に、Ｎ極とＳ極との磁軸ができるよう磁化した薄膜の蒸着を行う、即ち蒸着膜２０Ｎ及び２０Ｓを付ける点が異なる。
【００５０】
このように構成することにより、第６の実施形態と同様の効果が得られると共に、さらに、玉の磁化が不可能なセラミックス玉の三次元運動を検出することができる。
【００５１】
次に、図１９及び図２０を用いて、第８の実施形態におけるホール素子の代わりに環状コイルを使用した第９の実施形態を説明する。ころがり軸受の基本的な構成及びセラミックス玉１９の磁化は、第８の実施形態と同じである。異なる点は、上述したように、ホール素子に代えて、環状コイル１６Ｘ、１６Ｙ’及び１６Ｚを設けた点である。
【００５２】
磁化されたセラミックス玉１９の回転状態を計測するに当たって、環状コイルをころがり軸受の固定構造部や外輪６に設けたことにより、第８の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５３】
次に第１０の実施形態を、図２１〜図２３を用いて説明する。ころがり軸受の基本的な構成は、第６の実施形態と同じであるが、各ホール素子１Ｘ、１Ｙ及び１Ｚを外輪６や固定構造部に配設せずに、素子固定治具１８を介して外輪６を保持するハウジング４に取りつける点が異なる。
【００５４】
このように構成することにより、第６の実施形態と同様の効果が得られると共に、外輪への部品の埋め込み加工作業が不要となり、制作費がさらに節約でき、経済性がより向上する。
【００５５】
次に、図２４〜図２６を用いて、第１０の実施形態におけるホール素子の代わりに環状コイルを使用した第１１の実施形態を説明する。ころがり軸受の基本的な構成及び玉２の磁化は、第１０の実施形態と同じである。異なる点は、上述したように、ホール素子に代えて、環状コイル１６Ｘ、１６Ｙ’及び１６Ｚを設けた点である。
【００５６】
磁化された玉２の回転状態を計測するに当たって、環状コイルを素子固定治具１８を介してハウジング４に取り付けたことにより、第１０の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のころがり軸受は、内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体としての円筒状のころが保持されてなるころがり軸受において、前記ころの軸方向に沿って一端側をＮ極に、他端側をＳ極に磁化すると共に、前記ころがり軸受の前記ころの一端側に配設された固定構造部に前記ころの公転軌道と平行に所定の間隔毎に敷設された検出部材としての素子部材を敷設し、さらに、前記ころがり軸受の前記ころの他端側に、前記素子部材と平行に対をなす素子部材を前記ころの軸線上に配設するので、転動体の運転状態を計測するに当たって、ホール素子の保持器や内輪、外輪または軸への部品埋め込み加工作業が不要となり、また、内輪または外輪の周囲にサーチコイルを巻回する面倒な加工作業も不要となるため、製作費が節約でき、経済性が向上する。さらに、公転する保持器から検知情報を機械的手段で取り出す必要が無くなり、保持器の運動が拘束されなくなるため、計測精度が向上する。加えて、ころがその軸線から傾いてスキューと呼ばれる状態になった場合に、軸線からの傾き角が決定でき、スキューが発生したままの状態で、ころが軸方向に移動することにより生じる損傷を、未然に防止することもできる。
【００６２】
本発明の請求項２に記載のころがり軸受は、内輪と外輪との間に保持器を介して玉らかなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、第一素子部材は前記ｚ軸上にある前記外輪に、第二素子部材は前記ｙ軸から所定角度だけ傾斜したｙ’軸上にある前記外輪に、第三素子部材は前記ｘ軸上にある前記ころがり軸受の固定構造部に且つ前記転動体に対面するように、前記転動体の公転軌道方向に所定間隔毎に配設するので、転動体の運転状態を計測するに当たって、ホール素子の保持器や内輪、または軸への部品埋め込み加工作業が不要となり、また、内輪または外輪の周囲にサーチコイルを巻回する面倒な加工作業も不要となるため、製作費が節約でき、経済性が向上する。さらに、公転する保持器から検知情報を機械的手段で取り出す必要が無くなり、保持器の運動が拘束されなくなるため、計測精度が向上する。またさらに、玉の自転に伴う磁軸方向の変化と、この変化速度とより、玉の運動を三次元的に検出できる。
【００６４】
本発明の請求項３に記載のころがり軸受は、内輪と外輪との間に保持器を介して玉からなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、第一素子部材は前記ｚ軸上に、第二素子部材は前記ｙ軸上に、そして前記第三素子部材は前記ｘ軸上に位置するように且つ前記転動体に対面するように、各々固定治具を介してころがり軸受の固定構造部に配設する軸受を提供するので、ころがり軸受の外輪への加工作業が不要となるため、さらに製作費が節約でき、経済性が向上する。
【００６５】
本発明の請求項４に記載のころがり軸受は、前記玉が、セラミックス玉であり、該セラミックス玉にＮ極とＳ極との薄膜を蒸着することにより磁化するので、玉の磁化が不可能なセラミックス玉の三次元運動を検出することができる。
【００６６】
本発明の請求項５に記載のころがり軸受は、前記素子部材が、ホール素子であり、請求項６に記載のころがり軸受は、前記素子部材が、環状コイルであるので、小型で安価な素子により確実な計測ができることのより、さらに、経済性が向上する。
【００６７】
本発明の請求項７に記載のころがり軸受用転動体の運転状態計測装置は、請求項１〜請求項６の内のいずれか１項に記載のころがり軸受を備えているので、転動体の運転状態を計測するに当たって、ホール素子の保持器や内輪、外輪または軸への部品埋め込み加工作業が不要となり、また、内輪または外輪の周囲にサーチコイルを巻回する面倒な加工作業も不要となるため、製作費が節約でき、経済性が向上する。さらに、公転する保持器から検知情報を機械的手段で取り出す必要が無くなり、保持器の運動が拘束されなくなるため、計測精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は、ころと環状コイルを用いた、本発明の第１実施形態の要部示す模式的な断面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ころの磁化を示す図である。
【図２】 （Ａ）は、図１に示した第１実施形態を示す模式的な正面構成図と処理系統図、（Ｂ）は、ころの自転とそれに伴ってコイルに誘起する交流電圧との関係を示す模式図と、ころの自転により誘起された交流電圧と時間との関係を示したグラフである。
【図３】 （Ａ）は、ころとホール素子を用いた、本発明の第３実施形態の要部を示す模式的な横断面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ころの磁化を示す図である。
【図４】 （Ａ）は、図５に示した第３実施形態を示す模式的な正面構成図、（Ｂ）〜（Ｄ）は、ころの磁軸とホール素子との関係を示す模式図である。
【図５】 ころと環状コイルを用いた、本発明の第２実施形態の要部を示す模式的な断面図である。
【図６】 図３に示した第２実施形態を示す模式的な正面構成図である。
【図７】 一対のホール素子を用いてスキューを検知する、本発明の第４実施形態の要部を示す模式的な斜視図である。
【図８】 （Ａ）及び（Ｂ）は、各々ころの磁束とホール素子との関係を示す模式図である。
【図９】 一対の環状コイルを用いてスキューを検知する、本発明の第５実施形態の要部を示す模式的な斜視図である。
【図１０】 （Ａ）及び（Ｂ）は、各々ころの磁束と環状コイルとの関係を示す模式図である。
【図１１】 （Ａ）は、玉の自転とそれに伴ってコイルに誘起する交流電圧との関係を示す模式図、（Ｂ）は、玉の自転により誘起された交流電圧と時間との関係を示したグラフである。
【図１２】 玉とホール素子を用いた、本発明の第６実施形態の要部を示す模式的な断面図である。
【図１３】 図１２に示した第６実施形態の要部を示す模式的な正面構成図でる。
【図１４】 第６実施形態の磁化した玉とホール素子との位置関係を示す座標系図である。
【図１５】 図１３に示した第６実施形態のホール素子の代わりに環状コイルを用いた第７実施形態の要部を示す模式的な正面構成図である。
【図１６】 第７実施形態の磁化した玉と環状コイルとの位置関係を示す座標系図である。
【図１７】 転動体として磁極の薄膜を蒸着したセラミックス玉を用いた第８実施形態の要部を示す模式的な正面構成図である。
【図１８】 磁極の薄膜を蒸着したセラミックス玉とホール素子との位置関係を示す座標系図である。
【図１９】 図１７に示した第８実施形態のホール素子の代わりに環状コイルを用いた第９実施形態の要部を示す模式的な正面構成図である。
【図２０】 第９実施形態のセラミックス玉と環状コイルとの位置関係を示す座標系図である。
【図２１】 玉とホール素子を用いた、本発明の第１０実施形態の要部を示す模式的な正面構成図である。
【図２２】 第１０実施形態の玉と素子固定治具を用いて取り付けたホール素子との位置関係を示す模式的な断面図である。
【図２３】 玉とホール素子との位置関係を示す座標系図である。
【図２４】 第１０実施形態のホール素子を環状コイルに代えた、本発明の第１１実施形態の要部を示す模式的な正面構成図である。
【図２５】 第１１実施形態の玉と素子固定治具を用いて取り付けた環状コイルとの位置関係を示す模式的な断面図である。
【図２６】 玉と環状コイルとの位置関係を示す座標系図である。
【図２７】 磁界の中に置かれたホール素子を示す模式的な斜視図である。
【図２８】 磁化した玉の中心を原点とした座標軸ｘ、ｙ、ｚに配設されたホール素子を示す磁軸とホール電圧との位置関係を説明するための座標系図である。
【図２９】 （Ａ）は、従来技術のころがり軸受転動体の運動状態計測装置の要部を示す模式的な断面図、（Ｂ）は、玉の保持器に埋め込まれたホール素子を示す模式的な図である。
【図３０】 （Ａ）は、磁化ころと内輪に巻回されたサーチコイルとを示す、従来技術のころがり軸受転動体の運動状態計測装置の要部を示す模式図、（Ｂ）は、ころの磁化の状態を示す図である。
【図３１】 ころの自転によりサーチコイルに誘起した交流電圧と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ホール素子、２…玉、３…保持器、４…ハウジング、５…内輪、６…外輪、７…出力検出用治具、８…スリップリング、９…ころ、１０…サーチコイル、１１…保持器、１２…固定構造部、１３…環状コイル、１４…給油用ノズル、１５…環状コイル、１６…環状コイル、１７…サーチコイル、１８…素子固定治具、１９…セラミック玉、２０…蒸着膜、６６…増幅器、６７…電磁オシログラフ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly to an apparatus for measuring a rotational state such as the number of rotations and revolution speed of a rolling element for a rolling bearing.
[0002]
[Prior art]
In general, in rolling bearings and planetary traction drives that are mechanical structures, when the dimensions of each part of the component are determined, the rotational and revolving motion speeds of the roller-type rolling elements and the ball The three-dimensional motion of the rolling elements of the mold is determined theoretically.
[0003]
However, the actual motion of the rolling elements and rollers is not limited to a complete rolling motion, but may involve slipping. In such a case, the motion of the rolling elements is a theoretically determined motion. Will be different.
[0004]
Thus, when slipping occurs, if this slipping is large, seizure or wear may occur on the rolling surfaces of the rolling elements or rollers, and these members may be damaged. Therefore, in order to prevent such damage, the movement of the rolling element is measured, and the following two measuring apparatuses are known.
[0005]
(1) Device using Hall voltage of Hall element
This apparatus will be described with reference to FIGS. The Hall element receives magnetic flux and generates an electrical output. As shown in FIG. 27, the Hall element 1 placed in the magnetic field is perpendicular to the magnetic flux B as shown in the equation (1). Generates a Hall voltage proportional to the component.
VH= (RH/ B) Ic (1)
Where RHIs the Hall coefficient, and b is the thickness of the Hall element. From equation (1), when the control current is constant, the angle θ, that is, the direction of the magnetic flux B can be determined by the Hall voltage.
[0006]
Using this relationship, as shown in FIG. 28, Hall elements 1x, 1y and 1z are arranged at appropriate positions on the coordinate axes (x, y, z) with the center of the magnetized ball 2 as the origin, If a constant control current is applied, each Hall voltage V proportional to the coordinate axis direction component of the magnetic fluxHX, VHYAnd VHZIs obtained from equations (2), (3) and (4).
VHX= V0・ Cosαn... (2)
VHY= V0・ Cosβn... (3)
VHZ= V0・ Cosγn... (4)
Where V0Is the maximum detection output, αn, Βn, γnAre the angles between the magnetic axis and the x, y, and z axes, respectively. The magnetic axis direction can be determined three-dimensionally from these detection outputs, and thereby the movement of the ball 2 can be detected three-dimensionally from the change in the magnetic axis direction accompanying the rotation of the ball 2.
[0007]
FIG. 29 shows a rolling bearing provided with the detection means, wherein (A) is a partial cross-sectional view thereof, and (B) is an enlarged plan view thereof. The ball 2 as a rolling element of the rolling bearing is held at a relative position by the inner ring 5, the outer ring 6 held by the housing 4, and the cage 3. Here, the center of the inner ring 5 of the bearing is defined, and the axis in the radial direction from the center is the z axis (the vertical direction with respect to the paper surface in FIG. 29A or the vertical direction with respect to the paper surface in FIG. 29B). ), The rotation direction of the rolling bearing (revolution direction of the ball 2) is defined as the y-axis by the axis orthogonal to the z-axis, and the axial direction of the rolling bearing is defined as the x-axis by the axis orthogonal to the z-axis.
[0008]
A pair of Hall elements 1 in the x-axis directionxAnd a pair of Hall elements 1 in the y-axis directionYAre each embedded in a cage 3 and have a Hall element 1 in the z-axis direction.ZIs embedded in an arm projecting from the housing 4 and placed in a magnetic circuit composed of the ball 2, the housing 4, the inner ring 5 and the outer ring 6. In this way, the output from the Hall element 1 embedded in the cage 3 is pulled out from the slip ring 7 through the output detection jig 8 because the cage 3 revolves. Is detected. In this way, the motion of the ball 2 of the rolling bearing can be detected three-dimensionally.
[0009]
(2) Apparatus using electromagnetic induction detected by magnetized rollers
FIG. 30 shows a schematic cross-sectional view of a rolling bearing using the roller and a magnetized roller, which is a device for magnetizing a cylindrical roller used as a rolling element and detecting electromagnetic induction by the roller. As shown in FIG. 30B, one roller 9 is magnetized in the radial direction, and the roller 9 is incorporated into the rolling bearing so that the relative position is held by the inner ring 5, the outer ring 6 and the cage 10. The search coil 10 is wound around the inner ring 5 or the inner ring 6.
[0010]
When the rolling bearing rotates, the magnetized roller 9 rotates, and its N pole and S pole induce a weak AC voltage in the search coil 10. If this voltage is taken by an electromagnetic oscillograph through an amplifier, as shown in FIG. 31, one rotation of the roller 9 is recorded on the oscillograph paper as a wave corresponding to one wavelength. In this way, the movement of the roller 9 of the rolling bearing can be detected.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the above-mentioned two devices has the following drawbacks.
(1) In the apparatus using the Hall voltage of the Hall element, the Hall element 1 has to be embedded in the cage 3, and there is a problem that the production cost of the processing work increases and the economy is not sufficient. Further, since the output of the Hall element 1 is taken out from the revolving cage 3 through the slip ring 8, the movement of the cage 3 is restricted, and as a result, there is a problem that the measurement accuracy is inferior.
[0012]
(2) In the apparatus using electromagnetic induction detected by the magnetized roller, since there is a processing operation for winding the search coil 10 around the inner ring 5 or the outer ring 6, the production cost is increased and the cost is not sufficient. In addition, since the magnetized roller 9 can output only one wavelength of a measurement signal by one rotation, it cannot capture a change in one rotation speed, and therefore has a problem that measurement accuracy is inferior. It was.
[0013]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and does not require a cage, an inner ring, an outer ring, or a shaft to be processed, and restricts the movement of the cage. Furthermore, it is possible to provide a rolling bearing that is capable of outputting a measurement signal of several wavelengths by one rotation, and that is excellent in economic efficiency and measurement accuracy, and a device that measures the rotational state of the rolling element for the rolling bearing. Is the main purpose.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above-mentioned object, as a first aspect of the present invention, a plurality of rolling elements are provided via a cage between an inner ring and an outer ring.Cylindrical roller asIn rolling bearings withOne end side is N pole and the other end side is S pole along the axial direction of the rollerWhile magnetizing, the rolling bearingRollerThe fixing structure disposed on one end side of theRollerParallel to the revolution trajectory ofLaid at predetermined intervalsAs a detection memberElement memberLayingFurther, an element member that is paired in parallel with the element member is arranged on the other end side of the roller of the rolling bearing on the axis of the roller.Provide rolling bearings.
[0020]
  Next, according to another aspect of the present invention, a cage is interposed between the inner ring and the outer ring.ballIn the rolling bearing in which a plurality of rolling elements are held, the rolling element is magnetized, and the z-axis is radial from the rotation center of the inner ring, and the y-axis is perpendicular to the z-axis and in the rotation direction of the rolling bearing. An axis, a coordinate system perpendicular to the y-axis and the z-axis and defining an x-axis in the axial direction of the rolling bearing is defined around the rolling element,The first element member is on the outer ring on the z axis, the second element member is on the outer ring on the y ′ axis inclined by a predetermined angle from the y axis, and the third element member is on the x axis. In the fixed structure of the rolling bearingAnd so as to face the rolling element,Provided is a rolling bearing disposed at predetermined intervals in the direction of the revolving track of the rolling element.
[0021]
  Furthermore, according to another aspect of the present invention, a cage is provided between the inner ring and the outer ring.ballIn the rolling bearing in which a plurality of rolling elements are held, the rolling element is magnetized, and the z-axis is radial from the rotation center of the inner ring, and the y-axis is perpendicular to the z-axis and in the rotation direction of the rolling bearing. An axis, a coordinate system perpendicular to the y-axis and the z-axis and defining an x-axis in the axial direction of the rolling bearing is defined around the rolling element,The first element member is positioned on the z axis, the second element member is positioned on the y axis, and the third element member is positioned on the x axis.And so as to face the rolling element,Arranged in the fixed structure of the rolling bearing via each fixing jigProvide bearings.
First, second and third element members are arranged at predetermined intervals in the revolving orbit direction of the rolling element so as to face the non-rotating member provided on each axial direction side and face the rolling element.Provide rolling bearings.
[0022]
Furthermore, the balls are ceramic balls, and it is also desirable to magnetize the ceramic balls by depositing a thin film of N and S poles.
[0023]
The element member may be constituted by a Hall element or an annular coil.
[0024]
Furthermore, according to another situation of this invention, the motion state measuring apparatus of the rolling element for rolling bearings provided with the rolling bearing mentioned above is provided.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of a rolling bearing and a rolling state measuring device for rolling elements for a rolling bearing according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts. Shall be shown.
[0026]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. 1B and 1C, a cylindrical roller 9 used as a rolling element is magnetized to an N pole 9a and an S pole 9b with the left surface side facing in the radial direction. . The roller 9 is provided with a screw hole 9c for fixing to the cage 11. The magnetized roller 9 is incorporated in the rolling bearing so that the relative position is maintained by the outer ring 6, the inner ring 5 and the cage 11. The annular coil 13 as a detection member is laid in parallel to the revolving track of the roller 9 on the fixed structure 12 of the rolling bearing. The fixed structure 12 is also provided with a supply nozzle 14 for supplying lubricating oil.
[0027]
In the rolling bearing thus configured, the direction of the magnetic flux of the roller 9 is the radial direction of the roller 9 as shown in FIG. Here, as shown in FIG. 2B, when the magnetized roller 9 rotates, the N pole and S pole (ball magnetic flux) of the roller induce a weak AC voltage V in the annular coil 13. If this alternating voltage V is taken by an electromagnetic oscillograph 67 through an amplifier 66 as shown in FIG. 2A, one rotation of the roller 9 is recorded on the oscillograph paper as a wave corresponding to one wavelength. As a result, the number of rotations of the roller 9 can be measured by counting the number of changes in the voltage.
[0028]
Therefore, when measuring the rotational state of the magnetized roller 9 of the rolling bearing, the detecting annular coil 13 is provided in the fixed structure portion 12 of the rolling bearing, so that the cage 11, the inner ring 5, the outer ring 6, or the shaft is connected. The part embedding process is not required, and the troublesome process of winding the search coil around the inner ring 5 or the outer ring 6 is also unnecessary, so that the manufacturing cost can be saved and the economy can be improved. Furthermore, since it is not necessary to take out the detection information from the revolving cage 11 by mechanical means, and the movement of the cage 11 is not restricted, the measurement accuracy is improved.
[0029]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing is the same as that of the first embodiment. Similarly to the first embodiment, the roller 9 also has an N pole 9a and an S pole 9b facing the left surface side in the radial direction. Is magnetized. However, the difference is that the Hall element 1 which is an element member is used instead of the annular coil as a detection member for detecting the motion state of the roller 9. The Hall element 1 is laid on a rolling raceway of the roller 9 at a predetermined interval (see an angle θ in FIG. 4) in the fixed structure portion 12 of the rolling bearing.
[0030]
In the rolling bearing thus configured, the direction of the magnetic flux of the roller 9 is the radial direction of the roller 9 as shown in FIG. Here, as shown in FIGS. 4B to 4D, when the roller 9 rotates, the angle of the magnetic flux of the roller 9 changes, and therefore the Hall voltage V generated in the Hall element 1 for detection.HChanges. The Hall element 1 has a Hall voltage VHThe principle of generating is as described in the prior art. Therefore, if the rotation angle of the roller 9 is detected by the change in the Hall voltage in the Hall element 1, the rotation speed of the roller 9 can be measured. Further, since the interval (angle θ) between the laid Hall elements 1 is known, the revolution speed of the roller 9 can be measured by measuring the time interval at which the Hall voltage is generated.
[0031]
Therefore, in measuring the rotational state of the magnetized roller 9 of the rolling bearing, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by providing the Hall element 1 in the fixed structure portion 12 of the rolling bearing.
The same effect can be obtained even if an annular coil described later is disposed at the same position and orientation as the Hall element 1.
[0032]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but the direction of magnetization of the roller 9 and the arrangement of the annular coil 15 are different. The roller 9 is magnetized so that its left surface side is an N pole and its right surface side is an S pole, that is, opposite to both axial ends of the roller 9. In addition, the annular coil 15 as a detection member for detecting the motion state of the roller 9 is laid on the revolving track of the roller 9 at predetermined intervals (see angle θ in FIG. 6) on the fixed structure portion 12 of the roller bearing. ing.
[0033]
In the roller bearing configured as described above, the direction of the magnetic flux of the roller 9 is the axial direction of the roller 9 as shown in FIG. 5, so that the roller 9 rotates around the detection annular coil 15 while rotating. As a result, the magnetic flux of the roller 9 changes, and an induced electromotive force is generated. As a result, when the interval (angle θ) between the laid annular coils 15 and the time interval when the induced electromotive force generated in the annular coil 15 is changed, the revolution speed of the roller 9 can be measured.
[0034]
Therefore, in measuring the rotational state of the magnetized roller 9 of the rolling bearing, the same effect as the first embodiment can be obtained by providing the detection annular coil 15 in the fixed structure portion 12 of the rolling bearing.
[0035]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing is the same as that of the first embodiment. The cylindrical roller 9 is magnetized so that the left surface side is an N pole and the right surface side is an S pole, that is, opposite to both axial ends of the roller 9. In this embodiment, as in the third embodiment, the Hall element 1 is used to detect the motion state of the roller 9, but it faces the extension line of the axial line xx in the axial direction of the roller 9. And a pair of Hall elements 1NAnd 1SIs arranged. These Hall elements are attached to a fixed structure portion of a rolling bearing (not shown).
[0036]
In the rolling bearing thus configured, a pair of Hall elements 1NAnd 1SIn this case, a Hall voltage proportional to the vertical component of the magnetic flux B is generated as shown in the above-described equation (1).
VH= (RH/ B) Ic (1)
Therefore, as shown in FIG. 8B, when the roller 9 is tilted from the axis xx and is in a state called skew, if the control current is made constant, the direction of the magnetic flux from Equation (1), That is, the inclination angle θ from the axis xx can be determined.
[0037]
Accordingly, in measuring the rotation state of the magnetized roller 9 of the rolling bearing, the pair of Hall elements 1 are measured.NAnd 1SIs provided in the fixed structure portion of the rolling bearing, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, damage caused by the roller 9 moving in the axial direction while the skew is still generated. Can also be prevented.
[0038]
Next, a fifth embodiment using an annular coil instead of the Hall element in the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The basic configuration of the rolling bearing and the magnetization of the roller 9 are the same as those in the fourth embodiment. The difference is that, as described above, a pair of annular coils 16 instead of a pair of Hall elements.NAnd 16SThis is the point.
[0039]
First, the principle of detecting the motion state of the ball 2 using the coil 17 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11A, when the magnetized ball 2 rotates, the N pole and S pole (ball magnetic flux) of the ball induce a weak AC voltage V in the coil 17. If this alternating voltage V is taken by an electromagnetic oscillograph through an amplifier as shown in FIG. 11B, one rotation of the ball 2 is recorded on the oscillograph paper as a wave corresponding to one wavelength.
[0040]
Therefore, in measuring the rotational state of the magnetized roller 9 of the rolling bearing, a pair of annular coils 16 is used.NAnd 16SIs provided in the fixed structure portion of the rolling bearing, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained, and damage caused by the roller 9 moving in the axial direction in a state where the skew is still generated can be obtained in advance. Can be prevented.
[0041]
In the first to fifth embodiments, each detection member is directly laid on the fixed structure 12 of the rolling bearing, but the fixed structure and other members of the rolling bearing are provided via an element fixing jig. For example, it can also be attached to the housing 4 or the like.
[0042]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first to fifth embodiments, the measurement device for the motion state in the case where cylindrical rollers are used as the rolling elements of the rolling bearing has been described. However, in this embodiment, balls are used as the rolling elements. An apparatus for measuring the motion state of the rolling bearing and its rolling elements will be described.
[0043]
As shown in FIG. 12, the ball 2 used as a rolling element is magnetized so that the magnetic axes of N and S poles are formed. The magnetized ball 2 is incorporated into the rolling bearing so that the relative position is maintained by the outer ring 6, the inner ring 5 and the cage 3.
[0044]
In FIG. 13, the center O of the inner ring 5 of the rolling bearing is defined, the axis in the radial direction from the center O is the z axis, and the rotation direction of the rolling bearing (revolution direction of the ball 2) is the axis perpendicular to the z axis. The axial direction of the rolling bearing is defined as the x-axis by an axis orthogonal to the z-axis. In this coordinate system, the hall element 1 faces the x-axis.xIs disposed in the fixed structure 12 and faces the y ′ axis inclined by β ″ from the y axis.Y 'Is arranged on the outer ring 6 and the Hall element 1 is arranged so as to face the z-axis.ZIs disposed on the outer ring 6. Hall element 1ZAnd 1YSince it is embedded in the outer ring 6 because it has a higher detection capability as it is closer to the magnetized ball, the same effect can be obtained by embedding it in the housing 4 outside the outer ring.
[0045]
In the apparatus configured as described above, the movement state of the ball 2 is measured by the same method as that of the apparatus using the Hall voltage of the Hall element described in the prior art, but holding each Hall element rotating. 14 so that the Hall element in the y-axis direction can be removed from the y-axis as shown in the coordinate system of
Each Hall voltage V proportional to the coordinate axis direction component of the magnetic flux is attached to the y ′ axis inclined by β ″.HX, V ’HYAnd VHZIs as shown in equations (2), (3 ') and (4).
VHX= V0・ Cosαn... (2)
VHY= V0・ Cos β ’n... (3 ')
VHZ= V0・ Cosγn... (4)
From these detection outputs, the magnetic axis direction of the ball 2 can be determined three-dimensionally, so that the movement of the ball 2 can be detected three-dimensionally from the change in the magnetic axis direction accompanying the rotation of the ball 2. This Hall element 1X1YAnd 1ZAs shown in FIG. 13, if the set is laid on the revolving track of the ball 2 at predetermined intervals (angle θ) on the fixed structure portion 12 of the rolling bearing, the direction of the change in the magnetic axis direction and the change thereof The speed, that is, the rotational speed around the x, y ′ and z axes can be determined.
[0046]
Accordingly, in measuring the rotation state of the magnetized ball 2 of the rolling bearing, the Hall element 1 is provided in the fixed structure portion 12 and the outer ring 6 of the rolling bearing, thereby embedding the components in the cage 3, the inner ring 5 or the shaft. No machining work is required, and the troublesome machining work of winding a search coil around the inner ring 5 or the outer ring 6 is also unnecessary, so that the manufacturing cost can be saved and the economy can be improved. Furthermore, since it is not necessary to take out the detection information from the revolving cage 3 by mechanical means, and the movement of the cage 3 is not restricted, the measurement accuracy is improved.
[0047]
Next, a seventh embodiment using an annular coil instead of the Hall element in the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The basic configuration of the rolling bearing and the magnetization of the balls 2 are the same as those in the sixth embodiment. The difference is that, as described above, the annular coil 16 is replaced with the Hall element.X, 16Y 'And 16ZThis is the point.
[0048]
In measuring the rotation state of the magnetized ball 2 of the rolling bearing, an effect similar to that of the sixth embodiment can be obtained by providing the annular coil in the fixed structure portion of the rolling bearing or the outer ring 6.
[0049]
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing is the same as that of the sixth embodiment, but a ceramic ball 19 is used as a ball as a rolling element, and a magnetic field of N and S poles is formed on the surface of the ceramic ball 19. A thin film magnetized so as to have an axis is deposited, that is, a deposited film 20NAnd 20SIs different.
[0050]
By configuring in this way, the same effects as those of the sixth embodiment can be obtained, and furthermore, it is possible to detect the three-dimensional movement of the ceramic ball in which the ball cannot be magnetized.
[0051]
Next, a ninth embodiment using an annular coil instead of the Hall element in the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 19 and 20. The basic configuration of the rolling bearing and the magnetization of the ceramic balls 19 are the same as those in the eighth embodiment. The difference is that, as described above, the annular coil 16 is replaced with the Hall element.X, 16Y 'And 16ZThis is the point.
[0052]
In measuring the rotation state of the magnetized ceramic balls 19, the same effect as that of the eighth embodiment can be obtained by providing the annular coil in the fixed structure portion of the rolling bearing or the outer ring 6.
[0053]
Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing is the same as that of the sixth embodiment.X1YAnd 1ZIs not disposed on the outer ring 6 or the fixing structure, but is attached to the housing 4 holding the outer ring 6 via the element fixing jig 18.
[0054]
By configuring in this way, the same effects as in the sixth embodiment can be obtained, and there is no need to embed parts into the outer ring, the production cost can be further saved, and the economic efficiency can be further improved.
[0055]
Next, an eleventh embodiment using an annular coil instead of the Hall element in the tenth embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the rolling bearing and the magnetization of the balls 2 are the same as those in the tenth embodiment. The difference is that, as described above, the annular coil 16 is replaced with the Hall element.X, 16Y 'And 16ZThis is the point.
[0056]
In measuring the rotation state of the magnetized ball 2, the same effect as that of the tenth embodiment can be obtained by attaching the annular coil to the housing 4 via the element fixing jig 18.
[0057]
【The invention's effect】
  The rolling bearing according to claim 1 of the present invention includes a plurality of rolling elements via a cage between an inner ring and an outer ring.Cylindrical roller asIn the rolling bearing in which is held,One end side is N pole and the other end side is S pole along the axial direction of the rollerWhile magnetizing, the rolling bearingRollerThe fixed structure disposed on one end side of theRollerParallel to the revolution trajectory ofLaid at predetermined intervalsDetection memberElement member asLayingFurthermore, an element member that is paired in parallel with the element member is disposed on the other end side of the roller of the rolling bearing on the axis of the roller.Therefore, when measuring the operating state of the rolling element, there is no need to embed the parts into the retainer of the hall element, the inner ring, the outer ring or the shaft, and the troublesome of winding the search coil around the inner ring or the outer ring. Since no processing work is required, production costs can be saved and the economy can be improved. Furthermore, it is not necessary to take out detection information from the revolving cage by mechanical means, and the movement of the cage is not restrained, so that the measurement accuracy is improved.In addition, when the roller tilts from its axis and enters a state called skew, the tilt angle from the axis can be determined, and damage caused by the roller moving in the axial direction with the skew still occurring. It can also be prevented beforehand.
[0062]
  Of the present inventionClaim 2The rolling bearing described in is provided with a cage between the inner ring and the outer ring.Be shiningIn a rolling bearing in which a plurality of rolling elements are held, the rolling element is magnetized, and the z-axis is radial from the center of rotation of the inner ring, and the y-axis is orthogonal to the z-axis and in the rotational direction of the rolling bearing. A coordinate system perpendicular to the y-axis and the z-axis and defining an x-axis in the axial direction of the rolling bearing is defined around the rolling element;The first element member is on the outer ring on the z axis, the second element member is on the outer ring on the y ′ axis inclined by a predetermined angle from the y axis, and the third element member is on the x axis. In the fixed structure of the rolling bearingIn addition, since the rolling elements are arranged at predetermined intervals in the revolving orbit direction of the rolling elements so as to face the rolling elements, in measuring the operating state of the rolling elements, a holder for the hall element, an inner ring, or a component to the shaft Since the embedding process is not required, and the troublesome process of winding the search coil around the inner ring or the outer ring is not required, the manufacturing cost can be saved and the economy can be improved. Further, it is not necessary to take out the detection information from the revolving cage by mechanical means, and the movement of the cage is not restricted, so that the measurement accuracy is improved.Furthermore, the movement of the ball can be detected three-dimensionally from the change in the magnetic axis direction accompanying the rotation of the ball and the speed of change.
[0064]
  Of the present inventionClaim 3The rolling bearing described inVia a cage between the inner ring and the outer ringballIn the rolling bearing in which a plurality of rolling elements are held, the rolling element is magnetized, and the z-axis is radial from the rotation center of the inner ring, and the y-axis is perpendicular to the z-axis and in the rotation direction of the rolling bearing. An axis, a coordinate system perpendicular to the y-axis and the z-axis and defining an x-axis in the axial direction of the rolling bearing is defined around the rolling element,The first element member is positioned on the z axis, the second element member is positioned on the y axis, and the third element member is positioned on the x axis.And so as to face the rolling element,Arranged in the fixed structure of the rolling bearing via each fixing jigProvide bearingsThis eliminates the need for processing the outer ring of the rolling bearing, thereby further reducing the manufacturing cost and improving the economic efficiency.
[0065]
  Of the present inventionClaim 4In the rolling bearing described in 1), the ball is a ceramic ball, and is magnetized by depositing a thin film of N and S poles on the ceramic ball. Can be detected.
[0066]
  Of the present inventionClaim 5In the rolling bearing according to claim 2, the element member is a Hall element,Claim 6In the rolling bearing described in 1), since the element member is an annular coil, it is possible to perform reliable measurement with a small and inexpensive element, and the economic efficiency is further improved.
[0067]
  Of the present inventionClaim 7An operating state measuring device for rolling elements for rolling bearings according to claim 1 is provided.Claim 6Since the rolling bearing according to any one of the above is provided, in order to measure the operating state of the rolling element, there is no need to embed the parts into the retainer of the hall element, the inner ring, the outer ring or the shaft. Further, the troublesome processing work of winding the search coil around the inner ring or the outer ring is not required, so that the manufacturing cost can be saved and the economy can be improved. Further, it is not necessary to take out the detection information from the revolving cage by mechanical means, and the movement of the cage is not restricted, so that the measurement accuracy is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the main part of a first embodiment of the present invention using rollers and an annular coil, and FIGS. 1B and 1C are diagrams showing the magnetization of rollers. is there.
2A is a schematic front configuration diagram and a processing system diagram showing the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram illustrating rotation of a roller and an AC voltage induced in a coil along with the rotation of the roller. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship, and a graph showing the relationship between the alternating voltage induced by the rotation of the roller and time.
3A is a schematic cross-sectional view showing the main part of a third embodiment of the present invention using a roller and a Hall element, and FIGS. 3B and 3C show the magnetization of the roller. FIG.
4A is a schematic front view showing the third embodiment shown in FIG. 5, and FIGS. 4B to 4D are schematic views showing the relationship between the magnetic axis of the roller and the Hall element. It is.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a second embodiment of the present invention using rollers and an annular coil.
FIG. 6 is a schematic front view showing the second embodiment shown in FIG. 3;
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a main part of a fourth embodiment of the present invention in which skew is detected using a pair of Hall elements.
FIGS. 8A and 8B are schematic views showing the relationship between the magnetic flux of each roller and the Hall element, respectively.
FIG. 9 is a schematic perspective view showing a main part of a fifth embodiment of the present invention in which skew is detected using a pair of annular coils.
FIGS. 10A and 10B are schematic views showing the relationship between the magnetic flux of each roller and the annular coil.
FIG. 11A is a schematic diagram showing the relationship between the rotation of the ball and the AC voltage induced in the coil along with the rotation, and FIG. 11B shows the relationship between the AC voltage induced by the rotation of the ball and time. It is the shown graph.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a sixth embodiment of the present invention using balls and Hall elements.
FIG. 13 is a schematic front view showing the main part of the sixth embodiment shown in FIG.
FIG. 14 is a coordinate system diagram showing a positional relationship between a magnetized ball and a Hall element according to a sixth embodiment.
FIG. 15 is a schematic front configuration diagram showing a main part of a seventh embodiment using an annular coil instead of the Hall element of the sixth embodiment shown in FIG. 13;
FIG. 16 is a coordinate system diagram showing a positional relationship between a magnetized ball and an annular coil according to a seventh embodiment.
FIG. 17 is a schematic front view showing the main part of an eighth embodiment using ceramic balls on which magnetic pole thin films are deposited as rolling elements.
FIG. 18 is a coordinate system diagram showing the positional relationship between a ceramic ball having a magnetic pole thin film deposited thereon and a Hall element.
FIG. 19 is a schematic front view showing a main part of a ninth embodiment using an annular coil instead of the Hall element of the eighth embodiment shown in FIG. 17;
FIG. 20 is a coordinate system diagram showing a positional relationship between a ceramic ball and an annular coil according to a ninth embodiment.
FIG. 21 is a schematic front view showing the main part of a tenth embodiment of the present invention using balls and Hall elements.
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the positional relationship between the ball of the tenth embodiment and a Hall element attached using an element fixing jig.
FIG. 23 is a coordinate system diagram showing the positional relationship between balls and Hall elements.
FIG. 24 is a schematic front configuration diagram showing a main part of an eleventh embodiment of the present invention in which the Hall element of the tenth embodiment is replaced with an annular coil.
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a positional relationship between a ball of an eleventh embodiment and an annular coil attached using an element fixing jig.
FIG. 26 is a coordinate system diagram showing a positional relationship between a ball and an annular coil.
FIG. 27 is a schematic perspective view showing a Hall element placed in a magnetic field.
FIG. 28 is a coordinate system diagram for explaining the positional relationship between a magnetic axis indicating a Hall element disposed on coordinate axes x, y, and z with a center of a magnetized ball as an origin and a Hall voltage.
29A is a schematic cross-sectional view showing a main part of a motion state measuring device for a rolling bearing rolling element according to the prior art, and FIG. 29B is a schematic view showing a Hall element embedded in a ball cage. It is a typical figure.
FIG. 30A is a schematic diagram showing a main part of a motion state measuring device for a rolling bearing rolling element according to the prior art, showing a magnetized roller and a search coil wound around an inner ring, and FIG. It is a figure which shows the state of magnetization of.
FIG. 31 is a graph showing the relationship between the AC voltage induced in the search coil by the rotation of the roller and time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hall element, 2 ... Ball, 3 ... Cage, 4 ... Housing, 5 ... Inner ring, 6 ... Outer ring, 7 ... Output detection jig, 8 ... Slip ring, 9 ... Roller, 10 ... Search coil, 11 ... Cage, 12 ... fixed structure, 13 ... annular coil, 14 ... oil supply nozzle, 15 ... annular coil, 16 ... annular coil, 17 ... search coil, 18 ... element fixing jig, 19 ... ceramic ball, 20 ... vapor deposition Membrane 66 ... Amplifier 67 ... Electromagnetic oscillograph.

Claims (7)

内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体としての円筒状のころが保持されてなるころがり軸受において、
前記ころの軸方向に沿って一端側をＮ極に、他端側をＳ極に磁化すると共に、
前記ころがり軸受の前記ころの一端側に配設された固定構造部に、前記ころの公転軌道と平行に所定の間隔毎に敷設された検出部材としての素子部材を敷設し、
さらに、前記ころがり軸受の前記ころの他端側に、前記素子部材と平行に対をなす素子部材を前記ころの軸線上に配設するころがり軸受。In a rolling bearing in which cylindrical rollers as a plurality of rolling elements are held via a cage between an inner ring and an outer ring,
Magnetizing one end side to N pole and the other end side to S pole along the axial direction of the roller ,
In the fixed structure portion disposed on one end side of the roller of the rolling bearing, an element member is laid as a detection member laid at a predetermined interval in parallel with the revolution track of the roller ,
Furthermore, the roller bearing which arrange | positions the element member which makes a pair in parallel with the said element member on the other end side of the said roller of the said roller bearing on the axial line of the said roller . 内輪と外輪との間に保持器を介して玉からなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、
前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、
第一素子部材は前記ｚ軸上にある前記外輪に、第二素子部材は前記ｙ軸から所定角度だけ傾斜したｙ’軸上にある前記外輪に、第三素子部材は前記ｘ軸上にある前記ころがり軸受の固定構造部に且つ前記転動体に対面するように、前記転動体の公転軌道方向に所定間隔毎に配設するころがり軸受。In a rolling bearing in which a plurality of rolling elements made of balls are held between an inner ring and an outer ring via a cage,
While magnetizing the rolling element, z-axis in the radial direction from the rotation center of the inner ring, orthogonal to the z-axis, and in the rotation direction of the rolling bearing to the y-axis, the y-axis and the z-axis, and the rolling A coordinate system defining an x-axis in the axial direction of the bearing is defined around the rolling element,
The first element member is on the outer ring on the z axis, the second element member is on the outer ring on the y ′ axis inclined by a predetermined angle from the y axis, and the third element member is on the x axis. Rolling bearings disposed at predetermined intervals in the revolving track direction of the rolling element so as to face the fixed structure of the rolling bearing and to face the rolling element. 内輪と外輪との間に保持器を介して玉からなる複数の転動体が保持されてなるころがり軸受において、
前記転動体を磁化すると共に、前記内輪の回転中心から半径方向にｚ軸、該ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の回転方向にｙ軸、該ｙ軸及び前記ｚ軸と直交し且つ前記ころがり軸受の軸方向にｘ軸を画成する座標系を前記転動体の回りに定め、
第一素子部材は前記ｚ軸上に、第二素子部材は前記ｙ軸上に、そして第三素子部材は前記ｘ軸上に位置するように且つ前記転動体に対面するように、各々固定治具を介してころがり軸受の固定構造部に、前記転動体の公転軌道方向に所定間隔毎に配設するころがり軸受。In a rolling bearing in which a plurality of rolling elements made of balls are held between an inner ring and an outer ring via a cage,
While magnetizing the rolling element, z-axis in the radial direction from the rotation center of the inner ring, orthogonal to the z-axis, and in the rotation direction of the rolling bearing to the y-axis, the y-axis and the z-axis, and the rolling A coordinate system defining an x-axis in the axial direction of the bearing is defined around the rolling element,
The first element member is fixed on the z-axis, the second element member is on the y-axis, and the third element member is positioned on the x-axis and facing the rolling element. Rolling bearings arranged at predetermined intervals in the direction of the revolving track of the rolling elements on a fixed structure portion of the rolling bearings via a tool . 前記玉は、セラミックス玉であり、該セラミックス玉にＮ極とＳ極との薄膜を蒸着することにより磁化する請求項２または３に記載のころがり軸受。The rolling bearing according to claim 2 or 3 , wherein the ball is a ceramic ball, and is magnetized by depositing a thin film of an N pole and an S pole on the ceramic ball. 前記素子部材は、ホール素子である請求項１〜４の内のいずれか１項に記載のころがり軸受。The rolling bearing according to any one of claims 1 to 4 , wherein the element member is a Hall element. 前記素子部材は、環状コイルである請求項１〜４の内のいずれか１項に記載のころがり軸受。The rolling element bearing according to any one of claims 1 to 4 , wherein the element member is an annular coil. 請求項１〜請求項６の内のいずれか１項に記載されたころがり軸受を備えたころがり軸受用転動体の運転状態計測装置。The operating state measuring device of the rolling element for rolling bearings provided with the rolling bearing described in any one of Claims 1-6 .
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