JP3624965B2 - Bearing device with load sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、荷重センサ付き軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、回転軸もしくはその軸受にかかるラジアル荷重を直接的に検出するために、転がり軸受に荷重センサを組み込んだものがある。この場合、荷重センサとしては、歪みゲージが使用されるのが一般的である(例えば、実開平6−47833号公報、実開平6−32734号公報参照)。
【0003】
歪みゲージは、偏平なもので、大きな取付スペースを必要とせず、転がり軸受の軌道輪に貼り付けるように取り付けることができる。そのため、この歪みゲージを備えた軸受装置は、一般の転がり軸受と変わりない外形にまとめられ、使用箇所についての制限が少なく、汎用性がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歪みゲージは、信号増幅等の付加回路や配線が必要で、この歪みゲージを備えた軸受装置では、センサ本体以外の構成が複雑となる。
【0005】
これに対して、荷重センサとしてロードセルを使用したものが考えられている。このロードセルを備えた軸受装置は、面倒な配線が不要で、それだけ製作が容易である。この場合、装置の外形は、転がり軸受からロードセルが突出した形となるが、使用箇所が予め決められておれば、全体の外形に余りこだわる必要がなく、問題がない。しかしながら、ロードセルは高価であり、装置全体のコストが大幅にアップする。
【0006】
また、単にロードセルと転がり軸受とを組み合わせた軸受装置では、転がり軸受の荷重による変形もしくは変位に対して、ロードセルを不動状に支持する必要があり、転がり軸受とロードセルとを各別に使用箇所に取り付けなければならず、使用箇所への取り付けが面倒である。
【0007】
したがって、本発明は、荷重センサとして回転型ポテンショメータを用い、このポテンショメータの支持部材と軸受とを一体のユニットとすることにより、安価で、しかも容易に製作や使用箇所への取付ができる荷重センサ付き軸受装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷重センサ付き軸受装置は、内輪回転である転がり軸受の外輪外周に、弾性リングを介して外筒が設けられるとともに、この外筒に回転型のポテンショメータが取り付けられ、前記外筒および弾性リングの円周所定位置に径方向に貫通する孔が設けられ、この孔内に前記外輪に対して当接する状態で径方向変位可能な状態に接触子が設けられるとともに、この接触子が前記ポテンショメータの入力軸に直動/回転変換機構を介して連動連結されている。
【0009】
【作用】
転がり軸受にラジアル荷重が作用すると、転がり軸受は外筒内で弾性リングの弾力に抗してラジアルの一方向に変位し、これに当接する接触子を径方向外向きに変位させる。この接触子の直線的な変位は、直動/回転変換機構でもって回転に変換されてポテンショメータの入力軸に伝わる。ポテンショメータからは、転がり軸受の変位に応じた電気信号が出力される。
【0010】
【実施例】
以下、本発明の詳細を図1ないし図3に示す実施例に基づいて説明する。図1ないし図3は本発明の一実施例にかかり、図1は、荷重センサ付き軸受装置の縦断側面図、図2はその正面図、図3は要部の分解斜視図である。
【0011】
これらの図において、符号1は、内輪回転型として使用される転がり軸受であり、1aは内輪、1bは外輪、1cは玉などの転動体である。固定輪である外輪1bの外周には、弾性リング2が嵌着され、さらに、この弾性リング2の外周には金属製の外筒3が嵌着されている。
【0012】
弾性リング2および外筒3には、同一角度位置例えば最下位置に径方向に貫通する孔2h,3h(図3に明示)が穿設され、これらの孔2h,3hの外径側の開口部の周りで、外筒3の外周には平坦な取付座4が形成されている。
【0013】
符号5は、荷重センサとしての回転型のポテンショメータであって、復帰ばねを内蔵している。このポテンショメータ5は、その入力軸5sを外筒3の孔3h内に挿入する向きで、取付ブラケット6を介して外筒3の取付座4にねじ7により取り付けられている。
【0014】
前記の取付ブラケット6には、図3に明示するように、中央部に案内筒6tが一体に形成されている。この案内筒6tは、弾性リング2の孔2hの形状に応じて、断面が非円形、図示例では、円の直径方向2箇所を切り欠いた形に形成されており、弾性リング2および外筒3の孔2h,3h内に嵌挿されている。そして、この案内筒6tの内部には、接触子8が不回動状で径方向にのみ摺動変位可能に挿入されている。
【0015】
接触子8は、転がり軸受1の外輪1bの外周面に当接するもので、案内筒6tに応じた外形を有するとともに、その長さ方向の中心部分に孔8hを有し、この孔8hにポテンショメータ5の入力軸5sが挿入されている。接触子8の孔8hと入力軸5sとは、互いに螺合する捩れスプラインを有しており、この捩れスプラインどうしの螺合により、接触子8の径方向の変位が入力軸5sの回転に変換されるようになっている。つまり、接触子8と入力軸5sとにより、送りねじからなる直動/回転変換機構を構成している。この場合、接触子8および入力軸5sに形成する捩れスプラインの角度は、接触子8の摺動変位を阻害せずに、できるだけ大きな変換倍率が得られる値例えば45°に設定するのが好ましい。
【0016】
ところで、前述の弾性リング2は、強化繊維を含まない66ナイロンなどの合成樹脂もしくはゴムで形成される。外筒3は、JIS規格SUJ2など、取付ブラケット6は、JIS規格SPCCなど、接触子8は、JIS規格SCM420Hに浸炭焼入れを施したものなどの鋼材で形成するのが好ましい。
【0017】
次に、動作を説明する。まず、転がり軸受1にラジアル荷重が作用すると、転がり軸受1が外筒3内で弾性リング2の弾力に抗してラジアルの一方向に変形することになり、これに当接する接触子8が径方向外向きに摺動変位させられる。接触子8が摺動変位すると、捩れスプラインにより、ポテンショメータ5の入力軸5sが回転されることになる。このように、入力軸5sが回転させられると、ポテンショメータ5は、転がり軸受1の径方向変位に応じた電気信号を出力し、この出力信号からラジアル荷重を検出できるようになる。
【0018】
このような動作において、ラジアル荷重に対する接触子8の変位量は、弾性リング2の材質および径方向の厚さにより決まり、また、接触子8の変位量に対する入力軸5sの回転角度は、接触子8および入力軸5sに設ける捩れスプラインの諸元により決まる。
【0019】
具体的に、例えば、弾性リング2を強化繊維を含まない66ナイロンとし、その径方向の厚さを2.5mmとした場合、接触子8の変位量は、それぞれ、ラジアル荷重20kgfのとき0.15mm、50kgfのとき0.38mm、100kgfのとき0.76mmになる。
【0020】
そして、接触子8と入力軸5sとに設ける捩れスプラインの角度を45°、リードを9.4mm、モジュールを0.5、歯数を6、端数直角圧力角を20°、とし、接触子8の大径および小径をそれぞれ4.0mm、3.0mm、入力軸5sの大径および小径をそれぞれ4.0mm、2.8mmとした場合、入力軸5sの回転角度は、それぞれ、接触子8の変位量が0.15mmのとき5.7°、変位量0.38mmのとき14.6°、変位量0.76mmのとき29.1°になる。
【0021】
このように、入力軸5sの回転角度は、回転型のポテンショメータ5による計測に十分な値にできる。
【0022】
ところで、弾性リング2は、転がり軸受1と外筒3とを金型にインサートするとともに、接触子8や入力軸5sの取り付け部位に治具をそれらの間に弾性リング2の素材を注入するなど、射出成形により形成することができる。
【0023】
なお、上記実施例では、接触子8とポテンショメータ5の入力軸5sとを捩れスプラインを介して連動連結したが、両者は適当な直動/回転変換機構を介して連動連結されておればよく、例えば、ラックとピニオンとからなる直動/回転変換機構で連動連結してもよい。このラック/ピニオン機構を用いる場合は、接触子をラックとして、この接触子に対して入力軸が直角に交差する向きでポテンショメータを取り付ける必要がある。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、ラジアル荷重による転がり軸受の径方向変位を回転型のポテンショメータの入力軸の回転に変換してラジアル荷重を検出するもので、従来の歪みゲージを用いたもののように、付加回路や面倒な配線を必要とせず、容易に製作することができ、また、ロードセルに比べるとはるかに安価なポテンショメータを使用するので、低コストで製作することができる。
【0025】
また、ポテンショメータの支持部材である外筒が転がり軸受と一体化、ユニット化されているから、使用箇所には、装置全体を一体のものとして組み込めばよく、転がり軸受と荷重センサとを各別に取り付ける必要はなく、使用箇所への取り付けに手数がかからない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る荷重センサ付き軸受装置の縦断側面図
【図2】上記装置の正面図
【図3】上記装置の要部の分解斜視図
【符号の説明】
1 転がり軸受
1b 外輪
2 弾性リング
3 外筒
5 ポテンショメータ
5s 入力軸
8 接触子[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a bearing device with a load sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to directly detect a radial load applied to a rotating shaft or a bearing thereof, there is one in which a load sensor is incorporated in a rolling bearing. In this case, a strain gauge is generally used as the load sensor (see, for example, Japanese Utility Model Laid-Open Nos. 6-47833 and 6-32734).
[0003]
The strain gauge is flat, does not require a large installation space, and can be attached so as to be attached to the bearing ring of the rolling bearing. Therefore, the bearing device provided with this strain gauge is gathered into an outer shape that is the same as that of a general rolling bearing, has few restrictions on the place of use, and is versatile.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the strain gauge requires an additional circuit such as signal amplification and wiring, and in the bearing device provided with the strain gauge, the configuration other than the sensor body is complicated.
[0005]
On the other hand, what used the load cell as a load sensor is considered. The bearing device provided with this load cell does not require troublesome wiring and is easy to manufacture. In this case, the outer shape of the device is a shape in which the load cell protrudes from the rolling bearing. However, if the place of use is determined in advance, there is no need to stick to the entire outer shape and there is no problem. However, the load cell is expensive, and the cost of the entire apparatus is greatly increased.
[0006]
In addition, in a bearing device that simply combines a load cell and a rolling bearing, it is necessary to support the load cell in a stationary manner against deformation or displacement caused by the load of the rolling bearing. It must be installed, and it is troublesome to attach it to the place of use.
[0007]
Therefore, the present invention uses a rotary potentiometer as a load sensor, and by incorporating the potentiometer support member and the bearing into an integral unit, the load sensor can be easily manufactured and attached to the place of use. An object is to provide a bearing device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the bearing device with a load sensor of the present invention, an outer cylinder is provided on an outer ring outer periphery of a rolling bearing that is an inner ring rotation via an elastic ring, and a rotary potentiometer is attached to the outer cylinder. A hole penetrating in the radial direction is provided at a predetermined position on the circumference of the ring, and a contact is provided in the hole so as to be capable of radial displacement while being in contact with the outer ring, and the contact is provided with the potentiometer. Are coupled to each other through a linear / rotary conversion mechanism.
[0009]
[Action]
When a radial load is applied to the rolling bearing, the rolling bearing is displaced in one radial direction against the elastic force of the elastic ring in the outer cylinder, and the contact that contacts this is displaced radially outward. This linear displacement of the contact is converted into rotation by the linear / rotation conversion mechanism and transmitted to the input shaft of the potentiometer. An electric signal corresponding to the displacement of the rolling bearing is output from the potentiometer.
[0010]
【Example】
The details of the present invention will be described below based on the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 relate to one embodiment of the present invention, FIG. 1 is a longitudinal side view of a bearing device with a load sensor, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part.
[0011]
In these drawings,
[0012]
The
[0013]
[0014]
As shown in FIG. 3, the
[0015]
The
[0016]
By the way, the above-mentioned
[0017]
Next, the operation will be described. First, when a radial load is applied to the rolling
[0018]
In such an operation, the displacement of the
[0019]
Specifically, for example, when the
[0020]
The angle of the torsion spline provided on the
[0021]
Thus, the rotation angle of the
[0022]
By the way, the
[0023]
In the above embodiment, the
[0024]
【The invention's effect】
The present invention detects the radial load by converting the radial displacement of the rolling bearing due to the radial load into the rotation of the input shaft of the rotary potentiometer. Therefore, it is possible to manufacture easily at low cost because it uses a potentiometer that is much cheaper than a load cell.
[0025]
In addition, since the outer cylinder, which is a potentiometer support member, is integrated with the rolling bearing as a unit, the entire device can be integrated as a single unit at the point of use, and the rolling bearing and load sensor are attached separately. There is no need, and it does not take time to attach to the place of use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view of a bearing device with a load sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the device. FIG. 3 is an exploded perspective view of essential parts of the device.
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記外筒および弾性リングの円周所定位置に径方向に貫通する孔が設けられ、この孔内に前記外輪に対して当接する状態で径方向変位可能な状態に接触子が設けられるとともに、この接触子が前記ポテンショメータの入力軸に直動/回転変換機構を介して連動連結されている、ことを特徴とする荷重センサ付き軸受装置。An outer cylinder is provided on the outer ring outer periphery of the rolling bearing that is an inner ring rotation via an elastic ring, and a rotary potentiometer is attached to the outer cylinder.
Wherein the outer cylinder and holes penetrating in the radial direction in the circumferential position of the elastic ring provided with contacts is provided radially displaceable state abutting state with respect to the outer ring in the hole, the A bearing device with a load sensor, wherein the contact is linked and connected to the input shaft of the potentiometer via a linear / rotational conversion mechanism.
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JPH08312642A JPH08312642A (en) | 1996-11-26 |
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JP12380095A Expired - Fee Related JP3624965B2 (en) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | Bearing device with load sensor |
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