JP2009008593A - 円すいころ軸受のトルク測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軌道輪のつばと円すいころの大端面間のトルクを測定することができ、簡易な構成で安価な円すいころ軸受のトルク測定装置を提供する。
【解決手段】 被トルク測定物である円すいころ軸受３０の内輪３１に一体に嵌合する軸１と、前記円すいころ軸受３０の外輪３２に一体に嵌合するハウジング２とを備える。前記円すいころ軸受３０の円すいころ３３の大端側の端面に接するつば相当部分１２を有する筒状体１３を前記内輪３１と別体で設け、この筒状体１３を、転がり玉軸受１４を介して前記軸１に支持させるとともに、拘束手段１６Ａにより前記軸１に対する回転を拘束し、前記筒状体１３に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段２０Ａを設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、円すいころ軸受のころ端面とこのころ端面に接する軌道輪のつば間で発生するトルクを測定する円すいころ軸受のトルク測定装置に関する。

非特許文献１のＦｉｇ．６に、内輪回転・外輪静止型の円すいころ軸受に作用する全体トルク、および内輪つばと円すいころの大端面間のトルクをそれぞれ分離して測定できる装置の概略図が示されている。また、同文献の第３章に、この装置の説明が記載されている。
Ｆｉｇ．６を一部描き変えたものが図１１である。被トルク測定物である円すいころ軸受１００は、内輪１０１と、外輪１０２と、これら内外輪１０１，１０２の軌道面間に介在する円すいころ１０３とを有する。

外輪１０２の外周にはハウジング１０４が一体に嵌合し、そのハウジング１０４が静圧気体ジャーナル軸受１０５と静圧気体スラスト軸受１０６とにより、十分小さい摩擦力で非接触支持されている。したがって、円すいころ軸受１００は、径方向および軸方向に浮いた状態となっている。外輪１０２の周方向の回転運動は力測定ゲージ１０７で拘束されており、この力測定ゲージ１０７により、外輪軌道面から外輪１０２側へ伝達される軸受全体に作用する回転方向のトルクが測定できる。

一方、内輪１０１の内周には回転軸１０８が固定状態で嵌合し、この回転軸１０８が静圧気体ジャーナル軸受１０５と静圧気体スラスト軸受１０６とにより、十分小さい摩擦力で非接触支持されている。本来の円すいころ軸受には、円すいころ１０３の大端側の端面に接する大つばが内輪１０１に設けられているが、この装置に組み込まれた試験用の円すいころ軸受１００では上記大つばが除去されており、その代わりに、内輪１０１と別体の大つば相当部材１０９が設けられている。この大つば相当部材１０９は３本の支持アーム１１０により内輪１０１に連結されており、支持アーム１１０の歪みを歪みゲージ１１１で測定することで、内輪１０１の大つばに作用するトルクを測定することができる。

この構成によると、力測定ゲージ１０７と歪みゲージ１１１の出力から、軸受全体のトルクと大つばのトルクをそれぞれ知ることができる。また、軸受全体のトルクから大つばのトルクを差し引いたものが内外輪軌道面でのトルクとなる。
アール・エス・ジョー（R.S.Zhou），エム・アール・ホーイプリッチ(M.R.Hoeprich）共著，「トルク オブ タッパードローラーベアリング（Torque of Tapered Roller Bearings）」，トランザクション オブ ＡＳＭＥ（Transactions of the ASME），ジャーナル オブ トライボロジー（Journal of Tribology），１１３巻，１９９１年７月，ｐ．５９０−５９７

円すいころ軸受が他の形式の転がり軸受と異なる特徴は、軌道輪のつばでトルクが発生する点であり、円すいころ軸受を改良や新規で設計する上で、上記つばで発生するトルクを知ることが特に重要である。そこで、このトルクを測定する装置が必要となってきている。この種の装置としては、理想的には、つばのトルクの他に軸受全体のトルクも測定できるのが望ましいが、現実的には、つばのトルクが測定できれば十分な利用価値があることから、つばのトルクだけしか測定できない装置であっても、簡易で安価な装置であることが求められる場合がある。

非特許文献１に記載のトルク測定装置は、外輪１０２側を静止系に固定して、内輪１０１の大つばと円すいころ１０３の大端面間のトルクのみを測定する場合であっても、静圧気体ジャーナル軸受１０５と静圧気体スラスト軸受１０６とが必要となる。静圧気体軸受１０５，１０６はその摩擦トルクが極めて小さいという利点があるが、高価であり、外部からの給気装置を必要とする問題がある。

この発明は、上記背景下でなされたものであり、その目的は、軌道輪のつばと円すいころの大端面間のトルクを測定することができ、簡易な構成で安価な円すいころ軸受のトルク測定装置を提供することである。

この発明における第１の発明にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置は、被トルク測定物である円すいころ軸受の内輪に一体に嵌合する軸と、前記円すいころ軸受の外輪に一体に嵌合するハウジングとを備え、前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記内輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記軸に支持させるとともに、拘束手段により前記軸に対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けたことを特徴とする。ここで、一体に嵌合するとは、嵌合することで互いに一体に固定状態になるという意味である。

この構成の円すいころ軸受のトルク測定装置では、被トルク測定物である円すいころ軸受として、本来内輪に一体に設けられていて円すいころの大端側の端面に接するつばを除去したものが用いられる。そして、この内輪つばに相当するつば相当部分が、内輪と別体の筒状体に設けてある。軸またはハウジングが回転することにより、つば相当部分と円すいころの大端側の端面間にトルクが発生する。筒状体は拘束手段により軸に対する回転が拘束されているため、つば相当部分は常に軸受中心軸の周りに内輪と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分と円すいころの大端側の端面間に発生するトルクは、内輪につばが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における内輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクと同等である。前記トルクは、つば相当部分から筒状体に伝わり、筒状体に駆動力が作用する。この駆動力を駆動力測定手段で測定する。この駆動力測定手段の測定結果から、前記トルクを演算または推定することができる。

この構成によると、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受を用いた装置とすることができる。転がり軸受で発生するトルクは、静圧気体軸受で発生するトルクと比べれば大きいが、つば相当部分と円すいころの大端側の端面間に発生するトルクと比べれば十分小さい。通常は１／１０以下であり、測定精度上で問題となるレベルではない。また、転がり軸受はグリース潤滑されているので、潤滑のための付帯設備を必要としない。これらのことから、このトルク測定装置は、簡易な構成で安価に製作できる。

上記第１の発明において、前記ハウジングは静止系に固定され、かつ前記軸は駆動回転させられるものとすることができる。
この場合は、内輪が回転することによって生じる内輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。

また、上記第１の発明において、前記ハウジングは静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記軸は駆動回転させられ、前記ハウジングに作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けたものとしてもよい
この場合も、内輪が回転することによって生じる内輪つばと円すいころの大端側の端面間で発生するトルクを測定できる。加えて、回転力測定手段の測定結果より、円すいころ軸受全体に発生するトルクを測定できる。円すいころ軸受全体のトルクは、保持器に起因するトルクが十分小さければ、内外輪の軌道面のトルクと、内輪つばのトルクとの総和である。したがって、円すいころ軸受全体のトルクおよび内輪つばのトルクを測定することで、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。

さらに、上記第１の発明において、前記軸は静止系に固定され、かつ前記ハウジングは回転駆動させられるものとしてもよい。
この場合は、外輪が回転することによって生じる内輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。

さらに、上記第１の発明において、前記軸は静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記ハウジングは駆動回転させられ、前記軸に作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けたものとしてもよい。
この場合も、外輪が回転することによって生じる内輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。加えて、回転力測定手段の測定結果より、円すいころ軸受全体に発生するトルクを測定できる。前記同様の理由から、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。

前記拘束手段は、前記軸と筒状体とを連結する弾性を有する連結板であり、前記駆動力測定手段は、前記連結板の歪みを測定する歪みゲージとするとよい。
拘束手段が軸と筒状体とを連結する弾性を有する連結板であると、筒状体に駆動力が作用したときに連結板に歪みが現れる。この連結板に現れた歪みを駆動力測定手段である歪みゲージで測定することにより、前記トルクを精度良く検出することができる。

この発明における第２の発明にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置は、被トルク測定物である円すいころ軸受の内輪に一体に嵌合する軸と、前記円すいころ軸受の外輪に一体に嵌合するハウジングとを備え、前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記外輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記ハウジングに支持させるとともに、拘束手段により前記ハウジングに対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けたことを特徴とする。

この構成の円すいころ軸受のトルク測定装置では、被トルク測定物である円すいころ軸受として、本来外輪に一体に設けられていて円すいころの大端側の端面に接するつばを除去したものが用いられる。そして、この外輪つばに相当するつば相当部分が、外輪と別体の筒状体に設けてある。軸またはハウジングが回転することにより、つば相当部分と円すいころの大端側の端面間にトルクが発生する。筒状体は拘束手段により軸に対する回転が拘束されているため、つば相当部分は常に軸受中心軸の周りに外輪と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分と円すいころの大端側の端面間に発生するトルクは、外輪につばが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における外輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクと同等である。前記トルクは、つば相当部分から筒状体に伝わり、筒状体に駆動力が作用する。この駆動力を駆動力測定手段で測定する。この駆動力測定手段の測定結果から、前記トルクを演算または推定することができる。

この第２の発明の構成も、前記第１の発明の構成と同様に、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受を用いた装置とすることができ、また潤滑のための付帯設備を必要としないため、簡易な構成で安価に製作できる。

上記第２の発明において、前記ハウジングは静止系に固定され、かつ前記軸は駆動回転させられるものとすることができる。
この場合は、内輪が回転することによって生じる外輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。

また、上記第２の発明において、前記ハウジングは静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記軸は駆動回転させられ、前記ハウジングに作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けたものとしてもよい。
この場合も、内輪が回転することによって生じる外輪つばと円すいころの大端側の端面間で発生するトルクを測定できる。加えて、回転力測定手段の測定値より、円すいころ軸受全体に発生するトルクを測定できる。前記同様の理由から、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。

さらに、上記第２の発明において、前記軸は静止系に固定され、かつ前記ハウジングは回転駆動させられるものとしてもよい。
この場合は、外輪が回転することによって生じる外輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。

さらに、上記第２の発明において、前記軸は静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記ハウジングは駆動回転させられ、前記軸に作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けたものとしてもよい。
この場合も、外輪が回転することによって生じる外輪つばと円すいころの大端側の端面間に発生するトルクを測定できる。加えて、回転力測定手段の測定値より、円すいころ軸受全体に発生するトルクを測定できる。前記同様の理由から、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。

前記転がり軸受はアンギュラ玉軸受とすることができる。アンギュラ玉軸受は、転がり軸受の中でも比較的大きなアキシアル荷重を支持でき、トルクも小さいため、トルク測定装置の構造を簡易化するのに適している。

この発明の円すいころ軸受のトルク測定装置は、被トルク測定物である円すいころ軸受の内輪に一体に嵌合する軸と、前記円すいころ軸受の外輪に一体に嵌合するハウジングとを備えたものであって、前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記内輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記軸に支持させるとともに、拘束手段により前記軸に対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けるか、または前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記外輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記ハウジングに支持させるとともに、拘束手段により前記ハウジングに対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けたため、軌道輪のつばと円すいころの大端面間のトルクを測定することができ、簡易な構成で安価に製作できる。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１は第１の発明の実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の全体構成を示す図である。この円すいころ軸受のトルク測定装置は、被トルク測定物である円すいころ軸受３０の内輪３１に一体に嵌合する軸１と、外輪３２に一体に嵌合するハウジング２とを備える。軸１は鉛直方向を向いている。内輪３１と軸１、および外輪３２とハウジング２は、嵌合状態において互いに一体に固定されている。このトルク測定装置は、ハウジング２が静止系３に固定され、軸１が回転するようになっている。

軸１は、円すいころ軸受３０の内輪３１の内周に嵌合し下端部に内つば部１ａａが形成された外筒部１ａと、この外筒部１ａの内周に嵌合し下端が前記外筒部１ａの内つば部１ａａに支えられた内筒部１ｂと、この内筒部１ｂの上端よりも上方に延びる駆動伝達部１ｃと、内筒部１ｂと駆動伝達部１ｃとを連結する肩部１ｄと、内筒部１ｂに対して駆動伝達部１ｃを芯出しする芯出し部１ｅとを有する。駆動伝達部１ｃは、静止系３と一体の軸支持部３ａに、複数の転がり軸受４、例えばアンギュラ玉軸受により回転自在に支持され、ベルト伝動装置５により駆動回転させられるようになっている。ベルト伝動装置５は、駆動モータ６の出力軸に取付けたベルト車５ａと、駆動伝達部１ｃの上端部に取付けたベルト車５ｂとに伝動ベルト５ｃを巻き掛けたものである。

図２（Ａ）に示すように、被トルク測定物である円すいころ軸受３０は、内輪３１と、外輪３２と、これら内外輪３１，３２間に介在する複数個の円すいころ３３と、円すいころ３３を保持する保持器３４とを備えている。内輪３１は、外周に円すい面からなる軌道面３１ａが形成されたものであり、軌道面３１ａの小径側に小つば３１ｂを有する。本来の円すいころ軸受３０の内輪３１は、図２（Ｂ）のように、軌道面３１ａの大径側に大つば３１ｃを有するが、このトルク測定装置には、試験用として図２（Ｂ）における切断線Ｌに沿って大つば３１ｃを除去したものが使用されている。外輪３２は、内周に内輪３１の軌道面３１ａに対向する軌道面３２ａが形成されたものであり、つば無しとされている。円すいころ３３は、外周が転動面３３ａとして形成され、上記両軌道面３１ａ，３２ａ間で転動自在となっている。各円すいころ３３は、保持器３４のポケット内に入れられ、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。

円すいころ軸受３０の内輪３１は、上端面が軸外筒部１ａの外周に形成された凸部１ａｂに当接し、下端面が軸外筒部１ａの外周下端に一体に嵌合する内輪支え７に当接することによって、軸方向の位置決めがされている。また、外輪３２は、上下の外輪間座８，９によって軸方向の位置決めがされ、スペーサ１０および押さえ部材１１により上側から固定されている。

前記内輪３１の大つば３１ｃに相当するリング状のつば相当部分１２が、内輪３１とは別体で設けられている。このつば相当部分１２は、筒状体１３に固定状態で設けられていて、円すいころ３３の大端面３３ｂと直接接している（図２）。筒状体１３は、一対の転がり軸受１４により、前記軸１の内筒部１ｂに回転自在に支持されている。この実施形態では、一対の転がり軸受１４は共にアンギュラ玉軸受である。転がり軸受１４の内輪１４ａは、内筒部１ｂの上端に形成された拡径部１ｂａと外筒部１ａとにより軸方向の位置決めがされている。また、外輪１４ｂは、筒状体１３の下端に形成された内つば部１３ａと、筒状体１３の上端に固定された軸受押さえ１５とによって軸方向の位置決めがされている。

前記軸受押さえ１５は、周方向の１箇所で、軸受中心軸Ｏを中心とするモーメントに対して弾性を有する連結板１６Ａを介して軸１と連結されている。連結板１６Ａの形状は、例えば上下方向の幅よりも前後方向の厚みの方が薄い短冊状とされている。連結板１６Ａは、軸１の肩部１ｄから芯出し部１ｅにわたって形成された切欠き１ｆ、および軸受押さえ１５に形成された切欠き１５ａ内に配置され、結合ピン等の結合具１７により、軸１および軸受押さえ１５に結合されている。連結板１６Ａは、筒状体１３の軸１に対する回転を拘束する拘束手段である。

連結板１６Ａの表面には、この筒状体１３を軸１と同期回転させる駆動力を測定する駆動力測定手段としての歪みゲージ２０Ａが貼り付けられている。歪みゲージ２０Ａは、筒状体１３に作用する駆動力を、連結板１６Ａの歪みとして検知するものである。歪みゲージ２０Ａには配線２１が接続され、この配線２１が、軸１の駆動伝達部１ｂの軸芯部に設けた通孔２２内を通って、軸１の上端まで導かれている。軸１の上端に対向してスリップリング２３が設けられ、歪みゲージ２０Ａの検出信号が配線２１からスリップリング２３へと伝達される。スリップリング２３は、配線２４を介して信号処理回路２５に接続されている。信号処理回路２５は、歪みゲージ２０Ａで検出した歪みの大きさと駆動トルクとの関係が設定された計算式またはテーブル等の関係設定手段（図示せず）を有していて、歪みゲージ２０Ａの検出信号を前記関係設定手段と照合することで、前記トルクを算出または推定する回路である。

この構成のトルク測定装置による円すいころ軸受３０のトルク測定に際しては、駆動モータ６に出力して、軸１を駆動回転させる。このとき、静止系３に固定されたハウジング２は静止状態に維持される。軸１および内輪３１の回転により、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間にトルクが発生する。つば相当部分１２と一体の筒状体１３は、連結板１６Ａを介して軸１に連結されているため、つば相当部分１２が内輪３１と同じ回転数で軸受中心軸Ｏ周りに公転する。換言すると、つば相当部分１２は常に軸受中心軸Ｏの周りに内輪３１と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生したトルクは、内輪３１に大つば３１ｃが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における内輪大つば３１ｃと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと同等である。

前記トルクは、つば相当部分１２から筒状体１３を経由して連結板１６Ａに伝わり、連結板１６Ａに歪みが生じる。この連結板１６Ａの歪みを歪みゲージ２０Ａで測定する。この歪みゲージ２０Ａの検出信号を前記信号処理回路２５で処理することにより、前記トルクを演算または推定することができる。

このトルク測定装置は、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受１４を用いた装置とされている。転がり軸受１４で発生するトルクは、静圧気体軸受で発生するトルクと比べれば大きいが、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと比べれば十分小さい。通常は１／１０以下であり、測定精度上で問題となるレベルではない。また、転がり軸受１４はグリース潤滑されているので、潤滑のための付帯設備を必要としない。これらのことから、このトルク測定装置は、簡易な構成で安価に製作できる。

図３は第１の発明の異なる実施形態を示す。この実施形態が前記実施形態（図１）と異なる点は、ハウジング２が水平な台座４０の上に設置され、この台座４０が静圧気体スラスト軸受４１に支持されていることである。静圧気体スラスト軸受４１は、台座４０の下面と静圧気体スラスト軸受４１の上面との間にノズル４２から圧縮空気４３を噴出することで、ハウジング２を台座４０ごと非接触で下側から支持するものである。台座４０の周方向の回転運動は回転力測定手段である力測定ゲージ４４で拘束されており、この力測定ゲージ４４により、ハウジング２の回転力、すなわち円すいころ軸受３０全体に作用する回転方向のトルクが測定できるようになっている。他は、前記実施形態と同じ構成である。

この実施形態は、内輪３１のつばと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間で発生するトルク、および円すいころ軸受３０全体に発生するトルクの両方を測定できる。円すいころ軸受全体のトルクは、保持器３４に起因するトルクが十分小さければ、内外輪の軌道面のトルクと、内輪つばのトルクとの総和であるから、円すいころ軸受全体のトルクおよび内輪つばのトルクを測定することで、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。
この実施形態のトルク測定装置は、静圧気体スラスト軸受４１が設けられているため、前記実施形態のものと比べて、構成が複雑でかつコスト高である。しかし、静圧気体スラスト軸受と静圧気体ジャーナル軸受の両方を設けたものと比べれば、簡易な構成で安価に製作できる。

上記図１の実施形態および図３の実施形態が、外輪側を静止させ内輪側を回転させるのに対し、図４の実施形態および図５の実施形態は、内輪側を静止させ外輪側を回転させる。図４の実施形態は、軸１を静止系３に固定したものである。また、図５の実施形態は、軸１を水平な台座４０の上に設置し、この台座４０を静圧気体スラスト軸受４１で支持したものである。図４、図５いずれの実施形態も、ハウジング２に軸部２ａが形成されており、この軸部２ａを、複数のアンギュラ玉軸受４により回転自在に支持し、ベルト伝動装置５により駆動回転させるようになっている。他は、図１、図３の実施形態と比べ、天地が逆になっていることを除けば同じ構成である。

図４、図５の実施形態によるトルク測定に際しては、駆動モータ６に出力して、ハウジング２を駆動回転させる。このとき、軸１は静止状態に維持される。ハウジング２および外輪３２の回転に伴い、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間にトルクが発生する。つば相当部分１２が設けられた筒状体１３は連結板１６Ａを介して軸１に連結されているため、つば相当部分１２は常に軸受中心軸Ｏの周りに内輪３１と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生したトルクは、内輪３１に大つば３１ｃが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における内輪大つば３１ｃと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと同等である。このトルクを、前記同様に、連結板１６Ａの歪みとして歪みゲージ２０Ａで測定する。

図５の実施形態の場合は、前輪つばのトルクの他に、力測定ゲージ４４により、ハウジング２の回転力、すなわち円すいころ軸受３０全体に作用する回転方向のトルクが測定できる。また、円すいころ軸受全体のトルクおよび内輪つばのトルクから、内外輪の軌道面のトルクを知ることができる。

これらの実施形態も、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、図４の実施形態は、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受１４だけを用いることで、簡易な構成とできる。また、図５の実施形態は、静圧気体スラスト軸受を使用する分だけ図４の実施形態よりは複雑で高価になるが、静圧気体スラスト軸受と静圧気体ジャーナル軸受の両方を設けた従来のものと比べれば、簡易な構成で安価に製作できる。
なお、これらの実施形態は、歪みゲージ２０Ａの検出信号が静止側である軸１の内部を通って外部に取り出されるため、スリップリング２３は不要である。

図６は第２の発明の実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の全体構成を示す図である。この円すいころ軸受のトルク測定装置は、被トルク測定物である円すいころ軸受３０の内輪３１に一体に嵌合する軸１と、外輪３２に一体に嵌合するハウジング２とを備える。軸１は鉛直方向を向いている。内輪３１と軸１、および外輪３２とハウジング２は、嵌合状態において互いに一体に固定されている。このトルク測定装置は、ハウジング２が静止系３に固定され、軸１が回転するようになっている。

軸１は、円すいころ軸受３０の内輪３１の内周に嵌合する筒状部１ａ´と、この筒状部１ａ´よりも上方に延びる駆動伝達部１ｃと、筒状部１ａ´と駆動伝達部１ｃとを連結する肩部１ｄと、筒状部１ａ´に対して駆動伝達部１ｃを芯出しする芯出し部１ｅとを有する。駆動伝達部１ｃは、静止系３と一体の軸支持部３ａに、複数の転がり軸受４、例えばアンギュラ玉軸受により回転自在に支持され、ベルト伝動装置５により駆動回転させられるようになっている。ベルト伝動装置５は、駆動モータ６の出力軸に取付けたベルト車５ａと、駆動伝達部１ｃの上端部に取付けたベルト車５ｂとに伝動ベルト５ｃを巻き掛けたものである。

図７（Ａ）に示すように、被トルク測定物である円すいころ軸受３０は、内輪３１と、外輪３２と、これら内外輪３１，３２間に介在する複数個の円すいころ３３と、円すいころ３３を保持する保持器３４とを備えている。内輪３１は、外周に円すい面からなる軌道面３１ａが形成されたものであり、軌道面３１ａの小径側に小つば３１ｂを有する。外輪３２は、内周に内輪３１の軌道面３１ａに対向する軌道面３２ａが形成されたものであり、つば無しとされている。本来の円すいころ軸受３０の外輪３２は、図７（Ｂ）のように、軌道面３２ａの大径側につば３２ｂを有するが、このトルク測定装置には、試験用として図７（Ｂ）における切断線Ｌに沿って外輪つば３２ｂを除去したものが使用されている。円すいころ３３は、外周が転動面３３ａとして形成され、上記両軌道面３１ａ，３２ａ間で転動自在となっている。各円すいころ３３は、保持器３４のポケット内に入れられ、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。

円すいころ軸受３０の内輪３１は、上端面が軸筒状部１ａ´の外周に形成された凸部１ａａ´に当接し、下端面が軸筒状部１ａ´の外周下端に一体に嵌合する内輪支え７に当接することによって、軸方向の位置決めがされている。また、外輪３２は、下側の外輪間座８に接して軸方向の位置決めがされている。

前記外輪３２のつば３２ｂに相当するリング状のつば相当部分１２が、外輪３２とは別体で設けられている。このつば相当部分１２は、筒状体１３に固定して設けられていて、円すいころ３３の大端面３３ｂと直接接している（図７）。詳しくは、筒状体１３は下端に外径側に拡がるフランジ部１３ｂを有し、このフランジ部１３ｂの下面外径端につば相当部分１２が設けられている。筒状体１３は、転がり軸受１４により、ハウジング２の内周に回転自在に支持されている。この実施形態では、転がり軸受１４はアンギュラ玉軸受である。転がり軸受１４は、内輪１４ａの下端面が前記筒状体フランジ部１３ｂに当接し、外輪１４ｂの上端面がハウジング２上端の内つば部２ｂに当接することで、軸方向の位置決めがされている。

軸受押さえ１５には、拘束手段としての拘束材１６Ｂが固定状態に取付けられている。この拘束材１６Ｂは、例えば棒状の部材であり、先端側が水平外向きに突出している。ハウジング２の上面に駆動力測定手段としての力測定ゲージ２０Ｂが設置され、この力測定ゲージ２０Ｂにより拘束材１６Ｂの回転運動が拘束されている。拘束材１６Ｂから受ける駆動力を力測定ゲージ２０Ｂで測定することにより、筒状体１３に作用する駆動力が測定できる。力測定ゲージ２０Ｂは信号処理回路２５に接続されている。信号処理回路２５は、力測定ゲージ２０Ｂで検出した駆動力の大きさと、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端面３３ｂ間で発生するトルク（駆動トルク）との関係が設定された計算式またはテーブル等の関係設定手段（図示せず）を有していて、歪みゲージ２０Ｂの検出信号を前記関係設定手段と照合することで、前記トルクを算出または推定する回路である。

この構成のトルク測定装置による円すいころ軸受３０のトルク測定に際しては、駆動モータ６に出力して、軸１を駆動回転させる。このとき、静止系３に固定されたハウジング２は静止状態に維持される。軸１および内輪３１の回転により、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間にトルクが発生する。つば相当部分１２の設けられた筒状体１３は、拘束材１６Ｂ等の拘束手段により、ハウジング２に対する回転が拘束されているため、つば相当部分１２は常に軸受中心軸Ｏの周りに外輪３２と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生したトルクは、外輪３２のつば３２ｂが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における外輪つば３２ｂと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと同等である。

前記トルクは、つば相当部分１２から筒状体１３に伝わり、筒状体１３に駆動力が作用する。この筒状体１３の駆動力を力測定ゲージ２０Ｂで測定する。この力測定ゲージ２０Ｂの検出信号を前記信号処理回路２５で処理することにより、前記トルクを演算または推定することができる。

このトルク測定装置は、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受１４を用いた装置とされている。転がり軸受１４で発生するトルクは、静圧気体軸受で発生するトルクと比べれば大きいが、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと比べれば十分小さい。通常は１／１０以下であり、測定精度上で問題となるレベルではない。また、転がり軸受１４はグリース潤滑されているので、潤滑のための付帯設備を必要としない。これらのことから、このトルク測定装置は、簡易な構成で安価に製作できる。

図８は第２の発明の異なる実施形態を示す。この実施形態が前記実施形態（図６）と異なる点は、ハウジング２が水平な台座４０の上に設置され、この台座４０が静圧気体スラスト軸受４１に支持されていることである。静圧気体スラスト軸受４１は、台座４０の下面と静圧気体スラスト軸受４１の上面との間にノズル４２から圧縮空気４３を噴出することで、ハウジング２を台座４０ごと非接触で下側から支持するものである。台座４０の周方向の回転運動は回転力測定手段である力測定ゲージ４４で拘束されており、この力測定ゲージ４４により、ハウジング２の回転力、すなわち円すいころ軸受３０全体に作用する回転方向のトルクが測定できるようになっている。他は、前記実施形態と同じ構成である。

この実施形態は、外輪３２のつばと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間で発生するトルク、および円すいころ軸受３０全体に発生するトルクの両方を測定できる。円すいころ軸受全体のトルクは、保持器３４に起因するトルクが十分小さければ、内外輪の軌道面のトルクと、外輪つばのトルクとの総和であるから、円すいころ軸受全体のトルクおよび外輪つばのトルクを測定することで、内外輪の軌道面のトルクも知ることができる。
この実施形態のトルク測定装置は、静圧気体スラスト軸受４１が設けられているため、前記実施形態のものと比べて、構成が複雑でかつコスト高である。しかし、静圧気体スラスト軸受と静圧気体ジャーナル軸受の両方を設けたものと比べれば、簡易な構成で安価に製作できる。

上記図６の実施形態および図８の実施形態が、外輪側を静止させ内輪側を回転させるのに対し、図９の実施形態および図１０の実施形態は、内輪側を静止させ外輪側を回転させる。図９の実施形態は、軸１を静止系３に固定したものである。また、図１０の実施形態は、軸１を水平な台座４０の上に設置し、この台座４０を静圧気体スラスト軸受４１で支持したものである。図９、図１０いずれの実施形態も、ハウジング２に軸部２ａが形成されており、この軸部２ａを、複数のアンギュラ玉軸受４により回転自在に支持し、ベルト伝動装置５により駆動回転させるようになっている。他は、図６、図８の実施形態と比べ、天地が逆になっていることを除けば同じ構成である。

図９、図１０の実施形態によるトルク測定に際しては、駆動モータ６に出力して、ハウジング２を駆動回転させる。このとき、軸１は静止状態に維持される。ハウジング２および外輪３２の回転に伴い、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間にトルクが発生する。つば相当部分１２の設けられた筒状体１３は、拘束材１６Ｂ等の拘束手段により、ハウジング２に対する回転が拘束されているため、つば相当部分１２は常に軸受中心軸Ｏの周りに外輪３２と相対的に同位相に維持される。そのため、つば相当部分１２と円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生したトルクは、外輪３２につば３２ｂが一体に設けられた本来の円すいころ軸受における外輪つば３２ｂと円すいころ３３の大端側の端面３３ｂ間に発生するトルクと同等である。このトルクを、前記同様に、力測定ゲージ２０Ｂで測定する。

図１０の実施形態の場合は、外輪つばのトルクの他に、力測定ゲージ４４により、ハウジング２の回転力、すなわち円すいころ軸受３０全体に作用する回転方向のトルクが測定できる。また、円すいころ軸受全体のトルクおよび外輪つばのトルクから、内外輪の軌道面のトルクを知ることができる。

これらの実施形態も、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、図９の実施形態は、高価な静圧気体軸受を使用せずに、比較的安価な転がり軸受１４だけを用いることで、簡易な構成とできる。また、図１０の実施形態は、静圧気体スラスト軸受を使用する分だけ図９の実施形態よりは複雑で高価になるが、静圧気体スラスト軸受と静圧気体ジャーナル軸受の両方を設けた従来のものと比べれば、簡易な構成で安価に製作できる。

第１の発明の実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 （Ａ）は同円すいころ軸受の断面図、（Ｂ）はその加工前の状態を示す断面図である。 第１の発明の異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 第１の発明のさらに異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 第１の発明のさらに異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 第２の発明の実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 （Ａ）は同円すいころ軸受の断面図、（Ｂ）はその加工前の状態を示す断面図である。 第２の発明の異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 第２の発明のさらに異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 第２の発明のさらに異なる実施形態にかかる円すいころ軸受のトルク測定装置の断面図に動力伝達系統図および制御系のブロック図を組み合わせた図である。 従来の円すいころ軸受のトルク測定装置の概略図である。

符号の説明

１…軸
２…ハウジング
３…静止系
１２…つば相当部分
１３…筒状体
１６Ａ…連結板（拘束手段）
１６Ｂ…拘束材（拘束手段）
２０Ａ…歪みゲージ（駆動力測定手段）
２０Ｂ…力測定ゲージ（駆動力測定手段）
３０…円すいころ軸受
３１…内輪
３１ｃ…内輪大つば
３２…外輪
３２ｂ…外輪つば
３３…円すいころ
３３ａ…大端面
４１…静圧気体スラスト軸受
４４…力測定ゲージ（回転力測定手段）

Claims (12)

1. 被トルク測定物である円すいころ軸受の内輪に一体に嵌合する軸と、前記円すいころ軸受の外輪に一体に嵌合するハウジングとを備え、前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記内輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記軸に支持させるとともに、拘束手段により前記軸に対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けたことを特徴とする円すいころ軸受のトルク測定装置。
2. 請求項１において、前記ハウジングは静止系に固定され、かつ前記軸は駆動回転させられる円すいころ軸受のトルク測定装置。
3. 請求項１において、前記ハウジングは静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記軸は駆動回転させられ、前記ハウジングに作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けた円すいころ軸受のトルク測定装置。
4. 請求項１において、前記軸は静止系に固定され、かつ前記ハウジングは回転駆動させられる円すいころ軸受のトルク測定装置。
5. 請求項１において、前記軸は静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記ハウジングは駆動回転させられ、前記軸に作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けた円すいころ軸受のトルク測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記拘束手段は、前記軸と筒状体とを連結する弾性を有する連結板であり、前記駆動力測定手段は、前記連結板の歪みを測定する歪みゲージである円すいころ軸受のトルク測定装置。
7. 被トルク測定物である円すいころ軸受の内輪に一体に嵌合する軸と、前記円すいころ軸受の外輪に一体に嵌合するハウジングとを備え、前記円すいころ軸受の円すいころの大端側の端面に接するつば相当部分を有する筒状体を前記外輪と別体で設け、この筒状体を、転がり玉軸受を介して前記ハウジングに支持させるとともに、拘束手段により前記ハウジングに対する回転を拘束し、前記筒状体に作用する駆動力を測定する駆動力測定手段を設けたことを特徴とする円すいころ軸受のトルク測定装置。
8. 請求項７において、前記ハウジングは静止系に固定され、かつ前記軸は駆動回転させられる円すいころ軸受のトルク測定装置。
9. 請求項７において、前記ハウジングは静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記軸は駆動回転させられ、前記ハウジングに作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けた円すいころ軸受のトルク測定装置。
10. 請求項７において、前記軸は静止系に固定され、かつ前記ハウジングは回転駆動させられる円すいころ軸受のトルク測定装置。
11. 請求項７において、前記軸は静止系に対して静圧気体スラスト軸受で回転自在に支持され、かつ前記ハウジングは駆動回転させられ、前記軸に作用する回転力を測定する回転力測定手段を設けた円すいころ軸受のトルク測定装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受である円すいころ軸受のトルク測定装置。

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