JP2009063516A - 軸受測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシアル隙間の値が正負のいずれのときにも軸受のアキシアル隙間を測定することができる軸受測定方法を提供すること。
【解決手段】外輪３２を支持する外輪受１０８と、外輪３２のアキシアル隙間に挿入されて、アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせるシム１５４と、外輪３２に荷重を印加するプレッシャリング１１８と、エアシリンダ１２６のロッド１３２に連結された内輪押し板１３８と、ロッド１３２に固定されたボビン１３４に装着されて、弾性力を内輪押し板１３８を介して内輪３０に付与するばね１３６と、内輪３０上に配置されて、内輪３０の浮き上がりに応答して、上方に移動する検出軸１４２と、検出軸１４２の移動に伴う浮き上がり量を検出する検出器１４６と、検出器１４６の検出値とシム１５４によるオフセット値から外輪３２のアキシアル隙間を算出する測定器１４８を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータに用いられる軸受のアキシアル隙間を測定するための軸受測定方法及びその装置に関する。

モータ装置に用いられる電動モータとしては、回転軸に固定されたロータと、ロータと間隙を保って配置されてハウジングに固定されたステータと、ハウジングに固定されてロータを回転自在に支持する軸受とを備えたものが知られている。この種の電動モータにおいては、軸受として、クロスローラ軸受などの転がり軸受が多く採用されている。クロスローラ軸受は、軌道輪としての内輪および外輪を備え、内輪と外輪との間に転動体としての円筒コロが介装されている。外輪は軸方向に分割された一対の分割輪で構成されている。そして、外輪をロータに連結するに際しては、ロータフランジあるいはロータ用ハウジングに予圧付与機構としての軸受押さえを連結し、この軸受押さえで外輪を軸方向に押圧し、外輪に対して予圧を付与することが行われている。外輪に付与される予圧が変動すると、クロスローラ軸受の軌道摩擦トルクが変動し、電動モータが円滑に回転できなくなる。

そして、外輪をロータに連結するに際しては、ロータフランジあるいはロータ用ハウジングに予圧付与機構としての軸受押さえを連結し、この軸受押さえで外輪を軸方向に押圧し、外輪に対して予圧を付与することが行われている。しかし、外輪に付与される予圧が変動すると、クロスローラ軸受の起動摩擦トルクが変動し、電動モータが円滑に回転できなくなる。

このため、電動モータにクロスローラ軸受などの転がり軸受を用いる場合、軸受への軸力をコントロールする予圧調整機構として、外輪押さえ具を備えるとともに、ハウジングに固定ボルトを介して外輪押さえ具を締め付け固定するときに、外輪押さえ具に軸方向に進退可能で且つ外輪押さえとハウジングとの間に突出可能にねじ込まれ、締め付け時に突出端がハウジングに当接するねじ部材を備え、軸受に一定以上の予圧をかけないようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

また、外輪に予圧を付与する軸受押さえをハウジングに固定ボルトを介して締結するとともに、ハウジングに固定ボルトの挿入部分に所定の深さの座ぐりを形成し、ハウジングに、固定ボルトの座ぐりの部分と螺合しない非接触領域を形成し、軸受押さえおよび固定ボルトを軸受の材料と同じ材料で構成し、軸受回りに熱膨張を考慮した逃げを設けたものが提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−３０３３８５号公報 特開２００３−８３３２４号公報

しかし、従来技術においては、軸受のアキシアル隙間を測定することについては十分配慮されていない。このため、軸受のアキシアル隙間を測定するにも、アキシアル隙間がプラスの場合は測定可能であっても、アキシアル隙間がマイナスのときには、測定が困難である。

本発明の目的は、アキシアル隙間の値が正負のいずれのときにも軸受のアキシアル隙間を測定することができる軸受測定方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配設された転動体を備え、前記外輪は、複数の分割輪で構成された転がり軸受を測定対象とする軸受測定方法において、前記外輪の分割輪間のアキシアル隙間に、前記アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせるシムを挿入し、前記シムが挿入された前記外輪に荷重を印加して前記外輪を固定し、前記外輪に印加された荷重とは逆方向の力を前記内輪に印加して前記内輪の移動量を検出し、前記内輪の移動量と前記シムによるオフセット値とを基に前記分割輪間のアキシアル隙間を算出する軸受測定方法を採用したものである。

係る構成によれば、外輪の分割輪間のアキシアル隙間にシムを挿入して、アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせた状態で、外輪に荷重を印加して外輪を固定し、外輪に印加された荷重とは逆方向の力を内輪に印加して内輪の移動量を検出し、内輪の移動量とシムによるオフセット値とを基に分割輪間のアキシアル隙間を算出するようにしたため、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪の分割輪間のアキシアル隙間を確実に測定することができる。

また、本発明は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配設された転動体を備え、前記外輪は、複数の分割輪で構成された転がり軸受を測定対象として、前記外輪を支持する外輪支持機構と、前記外輪支持機構に支持された外輪に荷重を印加する荷重印加機構と、前記外輪に印加された荷重とは逆方向の力を前記内輪に印加する内輪駆動機構と、前記内輪の移動量を検出する移動量検出器と、前記分割輪間のアキシアル隙間に挿入されて、前記アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせるシムと、前記シムによるオフセット値と前記移動量検出器の検出結果を基に前記分割輪間のアキシアル隙間を算出する測定器を備えてなる軸受測定装置を構成したものである。

係る構成によれば、外輪の分割輪間のアキシアル隙間にシムを挿入してアキシアル隙間をプラス側にオフセットさせた状態で、外輪支持機構で外輪を支持し、外輪支持機構に支持された外輪に荷重印加機構から荷重を印加し、この状態で、外輪に印加された荷重とは逆方向の力を内輪駆動機構から内輪に印加する。このとき、外輪が支持された状態で内輪が移動したときには、その移動量を移動量検出器で検出し、この検出結果とシムのオフセット値を基に測定器で分割輪間のアキシアル隙間を算出することで、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪の分割輪間のアキシアル隙間を確実に測定することができる。

前記軸受測定装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。好適には、前記荷重印加機構は、前記外輪の反りを矯正する一定力を荷重として前記外輪に印加してなる。

係る構成によれば、荷重印加機構により、外輪の反りを矯正する一定力を荷重として外輪に印加することで、外輪に反りがあっても、外輪の反りを矯正した状態で、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪の分割輪間のアキシアル隙間を正確に検出することができる。

本発明によれば、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪の分割輪間のアキシアル隙間を確実に測定することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、モータ装置の要部断面を示す構成図である。図１において、モータ装置１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２に固定された電動モータ１４と、電動モータ１４の回転速度（回転位置）を検出する回転検出器１６を備えて構成されている。

電動モータ１４は、モータロータ１８と、モータステータ２０と、軸受２２を備えて構成されている。モータロータ１８は、円環状に形成されて、モータステータ２０と間隙保って回転自在に配置されている。モータステータ２０は、永久磁石やコイルを備え、電力の供給を受けてモータロータ１８に対する回転磁界を形成するようになっており、六角穴付ボルト２４により、円環状のハウジングインナ２６に固定されている。モータロータ１８に隣接して、円環状のロータフランジ２８が配置されており、ロータフランジ２８は、六角穴付ボルト２９により、モータロータ１８の端部に連結されている。ロータフランジ２８の内周側には溝（外輪装着溝）２８ａが形成され、この溝２８ａに相対向して、ハウジングインナ２６外周側には溝（内輪装着溝）２６ａが形成されており、各溝２６ａ、２８ａ内には軸受２２が装着されている。

軸受２２は、例えば、クロスローラ軸受などの転がり軸受として、外周面に内輪軌道を有する内輪３０と、外周面に外輪軌道を有する外輪３２と、内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に配置された転動体としての円筒コロ３４を備えて構成されており、外輪３２は、軸方向に分割された一対の分割輪３２ａ、３２ｂで構成されている。内輪３０は、ハウジングインナ２６の溝２６ａに装着されているとともに、内輪押さえ３６に支持された状態でハウジングインナ２６に固定されている。内輪押さえ３６は、六角穴付ボルト３８でハウジングインナ２６に固定されている。一方、外輪３２は、ロータフランジ２８の溝２８ａに装着されているとともに、外輪押さえ４０により、軸方向に押圧されて予圧が付与されている。

外輪押さえ４０は、ほぼ円環状に形成され、ロータフランジ２８に隣接して配置されている。この外輪押さえ４０は、外輪押さえ４０の穴４０ａ内に挿入されたボルト４２により、ロータフランジ２８に締結固定されている。すなわち、ボルト４２をロータフランジ２８に締結固定することにより、外輪３２に対して軸方向の予圧が付与されるようになっている。この場合、外輪押さえ４０は、ロータフランジ２８及びモータロータ１８とともに、モータ出力軸となる回転軸を構成するようになっている。

一方、回転検出器１６は、例えば、レゾルバとして、インクリメンタル側のレゾルバステータ４４、インクリメンタル側のレゾルバロータ４６、アブソリュート側のレゾルバステータ４８、アブソリュート側のレゾルバロータ５０を備えて構成されている。レゾルバステータ４４、４８はそれぞれボルト５２、５４により、ハウジングインナ２６に固定されており、レゾルバステータ４４とレゾルバステータ４８との間には、両者の磁気的干渉を抑制するための遮蔽円板５６が配置されている。

レゾルバロータ４６、５０は、間座となる、外輪押さえ４０の凸部５８に、ボルト６０で固定されている。この回転検出器１６は、例えば、レゾルバステータ４４、４８がＵ、Ｖ、Ｗ相に対応して設けられており、レゾルバロータ４６、５０がモータロータ１８とともに回転したときに、レゾルバロータ４６、５０の磁極変化に応答して、レゾルバロータ４６、５０の回転位置を検出するようになっている。

電動モータ１４を用いてフロッグレッグ式の真空搬送アームなどの負荷を回転駆動するに際しては、軸受２２のアキシアル隙間、すなわち分割輪３２ａ、３２ｂ間の隙間にばらつきがあると、電動モータ１４の起動摩擦トルクが安定せず、負荷を円滑に回転できなくなる。

そこで、電動モータ１４に軸受２２を組み付けるに際しては、軸受測定装置を用いて軸受２２のアキシアル隙間を測定し、測定結果から良品となったもののみを電動モータ１４に組み付けることとしている。

次に、軸受測定装置の具体的構成を図２および図３に基づいて説明する。軸受測定装置１００は、ほぼ長方形形状に形成された鉄製ベースプレート（石定盤）１０２を備えており、ベースプレート１０２上には一対の支柱１０４、１０６が一体となって固定されている。支柱１０４、１０６は、ベーブプレート１０２の長手方向両端部に分かれて配置されており、支柱１０４と支柱１０６との間にはほぼ円筒状に形成された外輪受１０８が配置されている。外輪受１０８は、ボルト１１０によりベースプレート１０２に固定されている。外輪受１０８上部内周側には、円環状の段部１０８ａが形成されており、段部１０８ａ上には、軸受２２の外輪３２が載置されている。

一方、支柱１０４、１０６の頂部にはプレッシャプレート１１２がボルト１１４によって固定されている。プレッシャプレート１１２は、ほぼ菱形形状に形成されて、その中央部に円孔１１６が形成されている。プレッシャプレート１１２の底面側には、円孔１１６に沿ってプレッシャリング１１８が配置されており、プレッシャリング１１８は、ボルト１２０によってプレッシャプレート１１２に固定されている。プレッシャプレート１１２の底部側の一部には穴１１２ａが形成されており、この穴１１２ａに相対向して、プレッシャリング１１８の内周側には段部１１８ａが形成されている。穴１１２ａと段部１１８ａとの間にはばね（コイルスプリング）１２２が装着されている。

プレッシャプレート１１２に固定されたプレッシャリング１１８は、その底面が外輪３２の頂面に当接されており、外輪受１０８の段部１０８ａに装着された外輪３２に対して、プレッシャプリング１１８が下方に押圧するようになっている。この際、ばね１２２の弾性力が外輪３２の反りを矯正する荷重として外輪３２に印加されるようになっている。この場合、外輪受１０８は、外輪３２を支持する外輪支持機構として機能し、プレッシャプレート１１２、プレッシャリング１１８、ばね１２２は、外輪受１０８に支持された外輪３２に対して、外輪３２の反りを矯正する一定力を荷重として印加する荷重印加機構として機能するようになっている。

また、ベースプレート１０２のほぼ中央部には支持台１２４、エアシリンダ１２６が配置されている。支持台１２４は、ベースプレート１０２の底部側にボルト１２８で固定されており、支持台１２４上にはエアシリンダ１２６が配置されている。エアシリンダ１２６は、ボルト１３０で支持台１２４に固定されている。このエアシリンダ１２６には、エア配管（図示せず）を介してエア源が接続されている。

エアシリンダ１２６上部に配置されたロッド１３２の外周には、筒状のボビン１３４が固定されている。ボビン１３４の外周側にはばね（コイルスプリング）１３６が装着され、ボビン１３４の上端部には、ほぼ円盤状に形成された内輪押し板１３８が固定されている。内輪押し板１３８の中央部底部側には、円形の穴１３８ａが形成されており、穴１３８ａとボビン１３４のフランジ１４０との間に、ばね１３６が装着されている。内輪押し板１３８は、その上面外周側が軸受２２の内輪３０に当接するように配置されている。エアシリンダ１２６は、ロッド１３２を介して内輪押し板１３８に連結されており、エアの圧力に応じて内輪押し板１３８を上下方向（鉛直方向）に沿って昇降駆動するようになっている。

そして、エアシリンダ１２６の上昇駆動により、内輪押し板１３８が内輪３０底部側に当接したときには、ばね１３６の弾性力により、内輪３０に対して一定の力、すなわち、プレッシャリング１１８から外輪３２に作用する荷重とは逆方向の力（鉛直上方への力）が印加されるようになっている。この場合、エアシリンダ１２６、ロッド１３２、ボビン１３４、ばね１３６、内輪押し板１３８は内輪駆動機構として機能することになる。

また、内輪３０上には検出軸１４２が載置されており、検出軸１４２の中心部には針１４４を介して検出器１４６に接続されている。検出器１４６は、検出軸１４２の移動量（鉛直方向の移動量）を針１４４を介して取り込み、内輪３０の浮き上がり量をアキシアル隙間（分割輪３２ａ、３２ｂ間の隙間）として検出し、検出結果を測定器１４８に出力する移動量検出器として構成されている。

例えば、軸受２２の外輪３２がばね１２２の弾性力を受けて下方に押圧されているときに、ばね１３６の弾性力が内輪押し板１３８を介して内輪３０に付与され、内輪３０が基準位置よりも上方に浮き上がったときには、その浮き上がり量がアキシアル隙間として検出器１４６によって検出されるようになっている。

この場合、検出器１４６は、軸受２２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間がプラスのときには、内輪３０の浮き上がり量をアキシアル隙間として検出することができる。しかし、アキシアル隙間がマイナスのときには、そのままでは、内輪３０の浮き上がり量をアキシアル隙間として検出することができない。

そこで、本実施例においては、アキシアル隙間がマイナスのときでも、内輪３０の浮き上がり量をアキシアル隙間として検出するために、外輪３２に荷重を印加するに先立って、図４〜図６に示すように、例えば、厚さが０．１ｍｍのシム１５０の一端側を支持するシム支持部材１５２を６個用意するとともに、厚さが０．０２ｍｍのシム１５４の一端側を支持するシム支持部材１５６を６個用意し、シム支持部材１５２をそれぞれ外輪受け１０８の上部に分散して配置し、各シム支持部材１５２のシム１５０を外輪３２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入して、アキシアル隙間をプラス側にオフセットし、その後、シム支持部材１５６をそれぞれ外輪受け１０８の上部のうちシム支持部材１５２とは異なる部位に分散して配置し、各シム支持部材１５６のシム１５４を外輪３２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入して、アキシアル隙間をプラス側にオフセットする。

次に、各シム支持部材１５２を外輪受け１０８から取り除き、外輪３２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に、測定用のシムとして、厚さ０．０２ｍｍのシム１５４のみを挿入した状態とし、その後、プレッシャリング１１８で外輪３２に荷重を印加する。すなわち、分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に、厚さの厚いシム１５０を最初に挿入し、その後、シム１５０よりも厚さの薄い測定用のシム１５４を分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入することで、測定用シム１５４を分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に容易に挿入することができる。

測定用シム１５４が分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入された状態で、プレッシャリング１１８で外輪３２に荷重を印加し、その後、エアシリンダ１２６の上昇駆動に伴って、ばね１３６の弾性力が内輪押し板１３８を介して内輪３０に付与され、内輪３０が基準位置よりも上方に浮き上がったときには、その浮き上がり量がアキシアル隙間として検出器１４６によって検出される。このとき、検出器１４６の検出値が、例えば、０．０１５ｍｍであったときには、この検出値が検出結果として測定器１４８に転送される。

検出器１４６の検出結果が測定器１４８に転送されると、測定器１４８は、検出値＝０．０１５ｍｍからシム１５４の厚さ０．０２ｍｍをオフセット値として減算し、減算結果＝０．００５ｍｍをアキシアル隙間として算出する。すなわち、アキシアル隙間がマイナスであっても、測定用シム１５４を分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入して、アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせることで、分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間を確実に測定することができる。

また、測定器１４８は、分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間の測定結果を基に軸受２２に関する起動摩擦トルクの良否を判定し、判定結果を表示器（図示せず）に表示させる判定器として機能するようになっている。

測定器１４８の測定結果から良品と判定された軸受２２のみを電動モータ１４に組み付けることで、電動モータ１４におけるアキシアル隙間のばらつきを無くすことができ、電動モータ１４の起動摩擦トルクを安定化することができる。

本実施例によれば、測定用シム１５４を分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間に挿入し、アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせた状態で外輪３２のアキシアル隙間を測定するようにしたため、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪３２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間を確実に測定することができる。

また、本実施例によれば、外輪受１０８に支持された外輪３２に対して、ばね１２２の弾性力をプレッシャリング１１８を介して印加するに際して、ばね１２２の弾性力を、外輪３２の反りを矯正する荷重として外輪３２に印加するようにしたため、外輪３２に反りがあっても、外輪３２の反りを矯正した状態で、アキシアル隙間がプラスに限らずマイナスであっても、外輪３２の分割輪３２ａ、３２ｂ間のアキシアル隙間を正確に測定することができる。

本発明の一実施例を示すモータ装置の要部断面を含む構成図である。 軸受測定装置の平面図である。 軸受測定装置の断面図である。 外輪にシムが挿入された状態を示す軸受の要部断面図である。 （ａ）は、シムとシム支持部材の平面図、（ｂ）は、シムとシム支持部材の側面図である。 （ａ）は、測定用シムとシム支持部材の平面図、（ｂ）は、測定用シムとシム支持部材の側面図である。

符号の説明

１０ モータ装置、１２ ハウジング、１４ 電動モータ、１６ 回転検出器、１８ モータロータ、２０ モータステータ、２２ 軸受、２６ ハウジングインナ、２８ ロータフランジ、３０ 内輪、３２ 外輪、３２ａ、３２ｂ 分割輪、３８ 内輪押さえ、４０ 外輪押さえ、４４ レゾルバステータ、４６ レゾルバロータ、４８ レゾルバステータ、５０ レゾルバロータ、１００ 軸受測定装置、１０２ ベースプレート、１０８ 外輪受、１１２ プレッシャプレート、１１８ プレッシャリング、１２２ ばね、１２６ エアシリンダ、１３６ ばね、１３８ 内輪押し板、１４２ 検出軸、１４６ 検出器、１４８ 測定器、１５０、１５４ シム、１５２、１５４ シム支持部材

Claims (3)

1. 外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配設された転動体を備え、前記外輪は、複数の分割輪で構成された転がり軸受を測定対象とする軸受測定方法において、
   前記外輪の分割輪間のアキシアル隙間に、前記アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせるシムを挿入し、前記シムが挿入された前記外輪に荷重を印加して前記外輪を固定し、前記外輪に印加された荷重とは逆方向の力を前記内輪に印加して前記内輪の移動量を検出し、前記内輪の移動量と前記シムによるオフセット値とを基に前記分割輪間のアキシアル隙間を算出する、軸受測定方法。
2. 外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配設された転動体を備え、前記外輪は、複数の分割輪で構成された転がり軸受を測定対象として、前記外輪を支持する外輪支持機構と、前記外輪支持機構に支持された外輪に荷重を印加する荷重印加機構と、前記外輪に印加された荷重とは逆方向の力を前記内輪に印加する内輪駆動機構と、前記内輪の移動量を検出する移動量検出器と、前記分割輪間のアキシアル隙間に挿入されて、前記アキシアル隙間をプラス側にオフセットさせるシムと、前記シムによるオフセット値と前記移動量検出器の検出結果を基に前記分割輪間のアキシアル隙間を算出する測定器を備えてなる、軸受測定装置。
3. 前記荷重印加機構は、前記外輪の反りを矯正する一定力を荷重として前記外輪に印加してなる、請求項２に記載の軸受測定装置。

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