JP2005315878A - 流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定センサを測定対象箇所の中心に設置できないことにより発生する不正確な測定を回避できる測定装置を提供する。
【解決手段】 流体動圧軸受装置、特に、その軸受スリーブ１に設けられた軸受孔の内径寸法を、測定素子４により測定する測定装置であって、測定素子４が、測定用として設けられる測定用軸２の外周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、軸受スリーブ１と測定用軸２の間の軸受間隙３に流体を供給する供給手段６、７、８を備え、供給された流体により、測定期間中には、測定用軸２が軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法、特に、軸受孔あるいは軸の表面トポロジー、及び、上記軸受装置の軸受孔の内径寸法と軸の外径寸法の測定装置及び測定方法に関する。

軸受装置、特に、流体動圧軸受装置の軸受スリーブの内径寸法を測定するためには、軸受スリーブにエアゲージ（圧力計）を挿入して、この時に発生するエアーベアリング（空気軸受装置）の圧力低減値を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。その場合の測定用流体としては、空気が使用されている。特許文献１の場合には、測定された圧力低減値の大きさが、軸受間隙の大きさ（寸法）を示すための尺度になっている。また、特許文献１では、測定の分解能を高めるために、軸の軸方向に上下３箇所に圧縮空気をラジアル方向に吐出させるための排出孔が配置されている。更に、測定期間中に、軸と軸受スリーブを相互に相対的に回転させることも可能である。

しかし、上記した特許文献１の測定方法の場合は、測定される軸受装置の内径寸法の正確（精密）な形状に関して測定により得られる情報が少ないという欠点を有している。この測定方法では、測定箇所全体についての積分的な１つの測定結果が得られるようになっているので、例えば、局部的な寸法誤差については把握することができない。但し、この測定方法が備える利点としては、測定に要する時間が比較的短くてすむ点である。

軸受スリーブの内径寸法を測定するための方法としては、上記したような非接触による方法以外の選択肢として、機械的に構成されたキャリパーを用いて測定器具を接触させながら測定する方法がある。このようなキャリパーの先端には、例えば、細い針が設けられ、その細い針の先端には、通常、サファイアの球が取り付けられている。この球の直径は、２−３ｍｍもしくはそれ以下の直径の孔の内部に挿入する必要があるため、極めて微細に形成することが必要である。

この種の測定方法では、マイクロメータで測れる領域（ミクロンの単位）までの比較的正確な測定結果が得られるという長所があるものの、測定については第１に時間が長くかかるだけでなく、第２にキャリパーの先端部が測定箇所である軸受スリーブの内径寸法部分と接触した結果として、接触部分を傷つける原因になるという短所を有している。又、この場合は、軸受装置と測定器具を正確な（上下）位置関係に配置しなければならず（これだけでも時間がかかる）、仮に位置関係に誤差が生じた場合には、軸受スリーブの内径を軸方向にではなく、スパイラル溝に沿う方向に測定してしまうことになり測定誤差を発生させてしまうことがある。

上記以外の軸受スリーブの内径寸法の測定方法としては、光学的センサを用いて内径を三角測量の原理により測定する方法が知られている。しかしながら、光学的センサによる測定方法の大きな欠点は、測定対象面となる軸受孔の表面が測定光に対して反射性を有する表面でなければならない点であり、そうでないと、測定結果を得ることができない点である。

特開平０６−１３７９９７号公報

しかしながら、上記した測定方法の場合も、これまでに知られている全ての測定方法と同様に、センサ本体を確実に測定対象である軸受孔の中心に設置できない場合には、結果的に不正確な測定結果（誤った測定結果）が得られてしまうという問題が発生する。

本発明は、上記したように流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法、特に、軸受孔あるいは軸の表面トポロジーの測定及び軸受装置の軸受孔内径寸法と軸外径寸法の測定装置及び測定方法に関するものであり、さらに上記した従来の方法による課題を解決するために、測定センサを測定対象箇所の中心に設置できないことにより発生する不正確な測定を回避できる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

上記した課題は、本発明では、請求項１と２に述べられている装置及び請求項８に述べられている方法によって解決することができる。
すなわち、上記した課題を解決するために本発明の流体動圧軸受装置の測定装置は、流体動圧軸受装置、特に、その軸受スリーブに設けられた軸受孔の内径寸法を、測定素子により測定する測定装置であって、測定素子が、測定用として設けられる測定用軸の外周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、軸受スリーブと測定用軸の間の軸受間隙に流体を供給する供給手段を備え、供給された流体により、測定期間中には、測定用軸が軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される。

又、本発明の流体動圧軸受装置の測定装置は、流体動圧軸受装置、特に、その軸の外径寸法を、測定素子により測定する測定装置であって、測定素子が、測定用として設けられる測定用軸受スリーブの軸受孔の内周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、測定用軸受スリーブと軸の間の軸受間隙に流体を供給する供給手段を備え、供給された流体により、測定期間中には、軸が軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される。

又、本発明の流体動圧軸受装置の測定方法は、流体動圧軸受装置、特に、その軸の外径寸法、又は、軸受スリーブの軸受孔の内径寸法を測定する測定方法であって、測定は、静電容量を測定する測定素子（センサ素子）により実施され、少なくとも測定期間中は、軸受スリーブと軸との間に存在する軸受間隙に測定用流体を供給することにより、軸が軸受スリーブの中心位置に配置される。

本発明の流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法では、測定のために予め準備される測定用軸あるいは測定用軸受スリーブは、測定用流体として空気を用いることで、軸受スリーブの中の測定用軸、あるいは、測定用軸受スリーブの中の軸は、いわば、それ自体により自動的に位置合わせができるようになっているので、各軸を、高い精度で中心位置に配置できる。従って、測定センサを測定対象箇所の中心位置に設置できないことにより発生する不正確な測定を回避することができる。

以下に、図面を参照して、本発明の簡単な実施例の特徴及び形態を詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態の測定装置を測定されるべき流体動圧軸受装置の軸受スリーブに装着した場合の概略構成を示す縦断面図である。

図１に示されている軸受装置には、軸と同心の軸受孔を有する軸受スリーブ１を含んでいる。図１に示された実施形態では、測定の対象となるのは軸受孔の内径寸法である。この軸受孔には、軸受孔より僅かに小さい外径寸法を備える測定用軸２が、公知の方法により挿入されている。これにより、軸受スリーブ１と測定用軸２との間には、例えば、空気である流体が流入して満たされた軸受間隙３が形成される。

本実施形態によれば、測定用軸２は、特に、軸受スリーブ１の軸受孔の内径寸法を測定するための軸として設けられているのであり、測定するために軸受スリーブ１の軸受孔に挿入される。軸受孔の内径寸法を測定するための軸である測定用軸２の外周部には、円形の静電容量測定型センサ素子（測定素子）４が設けられている。この静電容量測定型センサ素子４は、導電性を有する材料により製造され、軸受スリーブ１の軸受孔壁（この軸受孔壁は導電性を有する）と相まって１個のコンデンサーを形成する。このコンデンサーの容量は、静電容量測定型センサ素子４に接続された測定装置５により測定される。ここで、測定装置５により測定される静電容量は、静電容量測定型センサ素子４と上記軸受孔の間隔によって変化する。この静電容量を測定することにより、軸受孔の直径を求めることができる。

その測定の際に大切なこととしては、静電容量測定型センサ素子４が、上記軸受孔の中に、しかも、その中心が確実に合わせられて配置されていることである。本実施形態では、静電容量測定型センサ素子４は、測定用軸２の中に一体化されるように設けられているため、測定用軸２が軸受孔の中心に流入する流体（圧縮空気）によって位置合わせされることにより、測定に適切である中心位置に配置される。測定用軸２は、測定期間中は、圧縮空気が軸受間隙３に送り込まれることにより、軸受スリーブ１の軸受孔の中心位置に配置され続ける。圧縮空気あるいはその圧力は、軸受間隙３の中で均等に分散（拡散）されるので、測定用軸２は非常に高い精度で軸受スリーブ１の中で中心位置に配置されることになる。

測定用軸２には、軸受間隙３に圧縮空気を送り込むために、例えば、空気導通路６が設けられている。この空気導通路６は、測定用軸２の軸方向の一方の端部から始まり、軸方向に軸受装置の全長の略半分のところで上記軸受間隙３に通じる。尚、圧縮空気は、圧縮空気供給源８から吸入口７に送られた後、上記軸受装置の軸受隙間に送られる。

本発明による方法では、直径の測定ができるだけではなく、測定された軸受装置部材の表面トポロジーを求めることも可能である。

本実施形態の最も基本的な点は、エアーベアリング（空気軸受装置）として使用でき、予め準備される測定用軸２が用いられる点である。この測定用軸２は、その中に一体に設けられる静電容量測定型センサ素子４を位置決めすることを目的としている。測定用軸２は、測定用流体として空気を用いることで、軸受スリーブ１の中で、いわば、それ自体により自動的に中心位置に配置できるようになっている。

更に、本実施形態では、例えば、静電容量測定型センサ素子４による測定点を一箇所（ポイント的）測定表面（静電容量測定領域）を設けることができ、しかも、測定期間中に、流体動圧軸受装置と測定用軸２を相対的に動かしても良い。言い換えれば、例えば、測定用軸２もしくは軸受スリーブ１を回転させたり、或いは、軸受スリーブ１の中に挿入されている測定用軸２の位置を軸方向に変位させたりして良いという意味である。

本実施形態のさらに別な構成として、測定用軸２の表面に複数の上記したような測定表面（静電容量測定領域）により構成されるアレー（列）を設けるようにしても良く、その場合、このアレーを電子的に選別し、個々の静電容量測定型センサ素子４から得られる測定値に対して、更に計算処理を加えればよい。

本実施形態では、上記した測定方法と同様の構成を用いて、軸１０（不図示）の外径寸法を測定することも可能である。その場合には、測定される軸１０（不図示）の周囲に、１つ又は複数の静電容量測定型センサ素子４が設けられて、圧縮空気が供給される測定用軸受スリーブ９（不図示）を配置する。

本実施形態の場合には、圧縮空気は、測定用軸２もしくは測定用軸受スリーブ９の中に延伸されて設けられ、圧縮空気供給源８に接続されている空気導通路６を介して軸受間隙３に供給される。

本実施形態の流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法を用いることにより、測定用軸２を、軸受スリーブ１に対して高い精度で中心位置に配置でき、あるいは、測定用軸受スリーブ９（不図示）を、軸１０（不図示）を中心とする位置に高い精度で配置できるだけでなく、静電容量測定型センサ素子４を用いることにより精度の高い測定結果が得られるため、軸１０（不図示）の外径寸法の測定、あるいは、軸受スリーブ１の内径寸法の測定のみならず、軸受孔あるいは軸１０（不図示）の表面トポロジーの走査についても容易に実施することができる。

本実施形態の流体動圧軸受装置の測定装置及び測定方法によれば、例えば、軸受孔の内径寸法を測定する場合には、測定のために予め準備された測定用軸２の表面に配置される静電容量測定型センサ素子４が用いられる。又、軸１０（不図示）の外径寸法を測定する場合には、測定のために予め準備される測定用軸受スリーブ９（不図示）の軸受孔に配置された静電容量測定型センサ素子４素子が用いられる。更に、測定用軸２と軸受スリーブ１との間、あるいは、測定用軸受スリーブ９（不図示）と軸１０（不図示）との間に設けられる軸受間隙３に、望ましくは、圧縮空気である測定用流体を供給する手段が設けられるので、軸１０（不図示）は、測定期間中は、自動的に測定用軸受スリーブ９（不図示）の軸受孔の中心位置に配置され、測定用軸２は、測定期間中は、自動的に軸受スリーブ１の軸受孔の中心位置に配置される。従って、測定センサを測定対象箇所の中心に設置できないことにより発生する不正確な測定を回避することができる。

また、本実施形態の流体動圧軸受装置の測定装置は、流体動圧軸受装置、特に、その軸１０（不図示）の外径寸法を、測定素子４により測定する測定装置であって、測定素子４が、測定用として設けられる測定用軸受スリーブ９（不図示）の軸受孔の内周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、測定用軸受スリーブ９（不図示）と軸１０（不図示）の間の軸受間隙３に流体を供給する供給手段６、７、８を備え、供給された流体により、測定期間中には、軸１０（不図示）が軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される。従って、測定センサを測定対象箇所の中心に設置できないことにより発生する不正確な測定を回避することができる。

本発明の更なる好適な実施形態及び特徴は、請求項１、２及び８に従属する各請求項に記載されている。

本実施形態の流体動圧軸受装置の測定装置では、軸受間隙３に供給される流体は、圧縮空気である。又、測定用軸２の軸方向及び／又は周方向に沿うか、或いは、測定用軸受スリーブ９（不図示）の軸方向及び／又は周方向に沿って、複数の測定素子４が分散配置され、これにより、軸受装置の複数の箇所が同時に測定可能である。又、測定用軸２とそれに対応する軸受スリーブ１、又は、測定用軸受スリーブ９（不図示）とそれに対応する軸１０（不図示）には、少なくとも測定期間中は、相互に相対的に回転させる手段が設けられる。又、測定用軸２の内部には、測定用軸２の外周部に設けられた１箇所もしくは複数箇所の供給用開口部に連通する空気導通路６が延伸されて設けられる。又、測定用軸受スリーブ９（不図示）の内部には、前記軸受孔の内周部に設けられた１箇所もしくは複数箇所の供給用開口部に連通する空気導通路６が延伸されて設けられる。

本実施形態の流体動圧軸受装置の測定方法は、流体動圧軸受装置、特に、その軸１０（不図示）の外径寸法、又は、軸受スリーブ１の軸受孔の内径寸法を測定する測定方法であって、測定は、静電容量を測定する測定素子４により実施され、少なくとも測定期間中は、軸受スリーブ１と軸１０（不図示）との間に存在する軸受間隙３に測定用流体を供給することにより、軸１０（不図示）が軸受スリーブ１の中心位置に配置される。

本実施形態の流体動圧軸受装置の測定方法では、軸受間隙３に供給される流体は、圧縮空気である。また、軸１０（不図示）及び前記軸受スリーブ１は、測定期間中は、相互に相対的に回転させられる。また、圧縮空気は、前記軸１０（不図示）又は前記軸受スリーブ１に設けられた空気導通路６により前記軸受間隙３に供給される。また、軸受孔及び／又は前記軸１０（不図示）の表面トポロジーが測定される。

本願の明細書、図面及び請求項に開示した特徴は、個別であるか任意の組み合わせであるかに係らず本発明の実現に寄与するものであり、又、本発明は、上記した各実施形態に限られるものではなく、流体動圧軸受装置の軸の外径寸法、又は、軸受スリーブの軸受孔の内径寸法を測定するための測定装置であって、静電容量を測定する測定素子を用い、測定期間中には、軸受スリーブと軸との間の軸受間隙に測定用流体を供給できるものであれば、本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態の測定装置を測定されるべき流体動圧軸受装置の軸受スリーブに装着した場合の概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 軸受スリーブ
２ 測定用軸
３ 軸受間隙
４ 静電容量測定型センサ素子（測定素子）
５ 測定装置
６ 空気導通路
７ 吸入口
８ 圧縮空気供給源
９ 測定用軸受スリーブ
１０ 軸

Claims (12)

1. 流体動圧軸受装置、特に、その軸受スリーブに設けられた軸受孔の内径寸法を、測定素子により測定する測定装置であって、
   前記測定素子が、測定用として設けられる測定用軸の外周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、
   前記軸受スリーブと前記測定用軸の間の軸受間隙に流体を供給する供給手段を備え、
   前記供給された流体により、測定期間中には、前記測定用軸が前記軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される
   ことを特徴とする流体動圧軸受装置の測定装置。
2. 流体動圧軸受装置、特に、その軸の外径寸法を、測定素子により測定する測定装置であって、
   前記測定素子が、測定用として設けられる測定用軸受スリーブの軸受孔の内周表面の一部分を構成する静電容量測定型センサ素子であり、
   前記測定用軸受スリーブと前記軸の間の軸受間隙に流体を供給する供給手段を備え、
   前記供給された流体により、測定期間中には、前記軸が前記軸受孔内部で自動的に中心位置に配置される
   ことを特徴とする流体動圧軸受装置の測定装置。
3. 前記軸受間隙に供給される流体は、圧縮空気（加圧された空気）である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置の測定装置。
4. 前記測定用軸の軸方向及び／又は周方向に沿うか、或いは、前記測定用軸受スリーブの軸方向及び／又は周方向に沿って、複数の前記測定素子（センサ素子）が分散配置され、これにより、前記軸受装置の複数の箇所が同時に測定可能である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定装置。
5. 前記測定用軸とそれに対応する軸受スリーブ、又は、前記測定用軸受スリーブとそれに対応する軸には、少なくとも測定期間中は、相互に相対的に回転させる手段が設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定装置。
6. 前記測定用軸の内部には、前記測定用軸の外周部に設けられた１箇所もしくは複数箇所の供給用開口部に連通する空気導通路が延伸されて設けられる
   ことを特徴とする請求項１、３〜５の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定装置。
7. 前記測定用軸受スリーブの内部には、前記軸受孔の内周部に設けられた１箇所もしくは複数箇所の供給用開口部に連通する空気導通路が延伸されて設けられる
   ことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定装置。
8. 流体動圧軸受装置、特に、その軸の外径寸法、又は、軸受スリーブの軸受孔の内径寸法を測定する測定方法であって、
   前記測定は、静電容量を測定する測定素子（センサ素子）により実施され、
   少なくとも測定期間中は、前記軸受スリーブと前記軸との間に存在する軸受間隙に測定用流体を供給することにより、前記軸が前記軸受スリーブの中心位置に配置される
   ことを特徴とする流体動圧軸受装置の測定方法。
9. 前記軸受間隙に供給される流体は、圧縮空気（加圧された空気）である
   ことを特徴とする請求項８に記載の流体動圧軸受装置の測定方法。
10. 前記軸及び前記軸受スリーブは、測定期間中は、相互に相対的に回転させられる
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の流体動圧軸受装置の測定方法。
11. 前記圧縮空気は、前記軸又は前記軸受スリーブに設けられた空気導通路により前記軸受間隙に供給される
    ことを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定方法。
12. 前記軸受孔及び／又は前記軸の表面トポロジーが測定される
    ことを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置の測定方法。

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