JP2009180573A - Method and apparatus for measuring groove curvature of ball bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、玉軸受の軌道面の溝曲率を測定する溝曲率測定方法、およびその測定方法に用いられる溝曲率測定装置に関する。 The present invention relates to a groove curvature measuring method for measuring the groove curvature of a raceway surface of a ball bearing and a groove curvature measuring apparatus used for the measuring method.
玉軸受には、その寿命や摩擦トルクに影響する一因子として、軸受軌道面の溝曲率比がある。溝曲率比とは溝曲率半径/ボール半径として定義され、1より大きな値である。すなわち、例えばラジアル玉軸受において、内輪あるいは外輪の軌道面の溝曲率比が大きいとボールとの接触応力が高くなり、軸受の疲労寿命が短くなる。逆に、軌道面の溝曲率比が小さいとすべり成分が増加し、軸受の摩擦トルクが大きくなる。このため、玉軸受の軸受軌道面においては、用途に応じて寿命とトルクの関係が最適となる溝曲率比が選択される。 A ball bearing has a groove curvature ratio of a bearing raceway surface as one factor affecting the life and friction torque. The groove curvature ratio is defined as groove radius of curvature / ball radius and is a value larger than 1. That is, for example, in a radial ball bearing, if the groove curvature ratio of the raceway surface of the inner ring or the outer ring is large, the contact stress with the ball becomes high and the fatigue life of the bearing is shortened. Conversely, when the groove curvature ratio of the raceway surface is small, the slip component increases and the friction torque of the bearing increases. For this reason, on the bearing raceway surface of the ball bearing, a groove curvature ratio that optimizes the relationship between the life and the torque is selected according to the application.
このように、玉軸受において、軸受軌道面の溝曲率比を決める溝曲率半径は軸受性能に対して重要な管理値であり、溝加工現場においても常時監視されるべき項目である。この場合の溝加工は研削加工であるため、切れ味を維持するのに定期的な砥石のドレッシングが必要になる。砥石のドレッシングは、ダイヤモンドを砥石に当てて砥石を削ることであるから、ダイヤモンドも徐々に摩耗する。ダイヤモンドが摩耗すると、砥石に正確な形状をつくることができなくなる。このため、前記軸受軌道面の研削加工後に、定期的に溝曲率を測定して、ダイヤモンドドレッサーの修正を行う必要がある。
上記したように、定期的に溝曲率を測定する場合において、その測定の間隔が長い場合には形状測定器のような高級な測定器を使用することができるが、測定頻度が高いと加工機の横で測定しなければならないので、形状測定器の使用は実用的ではない。
As described above, in the ball bearing, the groove curvature radius that determines the groove curvature ratio of the bearing raceway surface is an important management value for the bearing performance, and should be constantly monitored even at the groove machining site. Since the grooving in this case is grinding, regular grindstone dressing is required to maintain sharpness. Since the dressing of the grindstone is to cut the grindstone by putting the diamond on the grindstone, the diamond gradually wears. When diamond wears out, it is impossible to make an accurate shape on the grindstone. For this reason, after grinding the bearing raceway surface, it is necessary to periodically measure the groove curvature and correct the diamond dresser.
As described above, when the groove curvature is measured periodically, a high-grade measuring instrument such as a shape measuring instrument can be used if the measurement interval is long, but if the measurement frequency is high, the processing machine Use of a shape measuring instrument is not practical.
玉軸受における軌道面の溝曲率を測定する技術について、これまで公開された事例はないが、動圧軸受の球面曲率半径を測定する方法についての技術が提案されている(例えば特許文献1)。
特許文献1に開示の技術は、レーザー干渉計を用いて動圧軸受の球面曲率半径を測定するものであり、レーザー光の波長レベルの分解能が高いため高精度な測定が可能である。しかし、この測定方法を玉軸受の軌道面の溝曲率の測定に用いたとしても、環境の悪い溝加工現場ではレーザー干渉計を使うことができないので、専用の場所にレーザー干渉計を設置しなければならず実用的ではない。
The technique disclosed in
この発明の目的は、軸受軌道面の溝加工現場などでも容易に適用できて、軌道面の溝曲率を作業者の測定技術に左右されることなく低コストで高精度に測定できる玉軸受の溝曲率測定方法、およびその測定方法に用いられる溝曲率測定装置を提供することである。 An object of the present invention is a ball bearing groove that can be easily applied at a groove processing site of a bearing raceway surface and can measure the groove curvature of the raceway surface with high accuracy at a low cost without being influenced by an operator's measurement technique. It is providing the curvature measuring method and the groove curvature measuring apparatus used for the measuring method.
この発明の玉軸受の溝曲率測定方法は、表面が絶縁膜で被覆され玉軸受のボールに模した球面を有する導体からなる球面電極の前記球面を、前記玉軸受の軌道輪の軌道面に押し当てた状態で、前記球面電極と前記軌道面の間の静電容量を測定し、その静電容量値から前記軌道面の溝曲率を測定するものである。上記の玉軸受のボールに模した球面とは、測定対象となる玉軸受のボールとほぼ同じ曲率半径の球面のことであり、球の全体の表面となる球面であっても、また球の一部の表面となる部分的な球面であっても良い。
この測定方法によると、球面電極と軸受軌道面の間の静電容量を測定し、その測定された静電容量値から軌道面の溝曲率を測定するので、軸受軌道面の溝加工現場などでも容易に適用できて、低コストで溝曲率を測定することができる。また、作業者の測定技術に左右されることなく高精度に測定することができる。特に、前記球面電極には、玉軸受のボールに模した球面を有する導体を用い、その球面を軌道面に押し当てるので、玉軸受の軌道面とボールの接触状態を模して測定することになり、精度の良い測定が行える。
The method of measuring the groove curvature of a ball bearing according to the present invention is to push the spherical surface of a spherical electrode made of a conductor having a spherical surface imitating a ball of a ball bearing, the surface of which is coated with an insulating film, onto the raceway surface of the raceway of the ball bearing. In the applied state, the capacitance between the spherical electrode and the raceway surface is measured, and the groove curvature of the raceway surface is measured from the capacitance value. The spherical surface imitating the ball of the above-mentioned ball bearing is a spherical surface having substantially the same radius of curvature as the ball bearing ball to be measured. It may be a partial spherical surface that becomes the surface of the part.
According to this measurement method, the capacitance between the spherical electrode and the bearing raceway surface is measured, and the groove curvature of the raceway surface is measured from the measured capacitance value. It can be easily applied and the groove curvature can be measured at low cost. Moreover, it can measure with high precision, without being influenced by the operator's measurement technique. In particular, since the spherical electrode uses a conductor having a spherical surface imitating the ball of a ball bearing and presses the spherical surface against the raceway surface, the contact state between the raceway surface of the ball bearing and the ball is measured. Therefore, accurate measurement can be performed.
この発明において、前記球面電極は、玉軸受のボールに模した鋼球の表面を絶縁膜で被覆したものであっても良い。 In the present invention, the spherical electrode may be formed by coating the surface of a steel ball imitating a ball of a ball bearing with an insulating film.
この発明において、前記球面電極は、玉軸受の軌道面に対向する対向面となり、かつ玉軸受のボールに模した部分的な球面を有し、その球面を絶縁膜で被覆したものであっても良い。すなわち、前記球面は球の表面の一部となる面とし、球面電極の前記球面以外の部分の形状は任意の形状とする。この場合に、前記球面電極の、前記玉軸受の軌道面の軸方向に対応する幅を、前記玉軸受の軌道面における面取り部を除く幅よりも狭い面域に対向する幅としても良い。
玉軸受の軌道輪では、軌道面と外径面部とが面取り部でつながっているため、前記面取り部の寸法にばらつきがあると、軌道面の溝曲率が同じであっても前記面取り部の寸法に応じて測定される静電容量が変化し、溝曲率測定に誤差を与えることになる。そこで、球面電極の球面の幅を、玉軸受の軌道面における面取り部を除く面域よりも狭い面域に対向する幅とすると、面取り部の寸法のばらつきが、測定される静電容量に及ぼす影響を無くすことができ、測定誤差を低減して精度良く溝曲率を測定することができる。
In this invention, the spherical electrode may be a facing surface that faces the raceway surface of the ball bearing, and has a partial spherical surface imitating the ball of the ball bearing, and the spherical surface is covered with an insulating film. good. That is, the spherical surface is a surface that becomes a part of the surface of the sphere, and the shape of the spherical electrode other than the spherical surface is an arbitrary shape. In this case, the width of the spherical electrode corresponding to the axial direction of the raceway surface of the ball bearing may be a width facing a surface area narrower than the width excluding the chamfered portion on the raceway surface of the ball bearing.
In a ball bearing race, the raceway surface and the outer diameter surface portion are connected by a chamfered portion. Therefore, if there are variations in the dimensions of the chamfered portion, the dimensions of the chamfered portion are the same even if the groove curvature of the raceway surface is the same. Accordingly, the measured capacitance changes, and an error is given to the groove curvature measurement. Therefore, when the width of the spherical surface of the spherical electrode is a width facing a surface area narrower than the surface area excluding the chamfered portion on the raceway surface of the ball bearing, the dimensional variation of the chamfered portion affects the measured capacitance. The influence can be eliminated, the measurement error can be reduced, and the groove curvature can be measured with high accuracy.
この発明において、前記軌道面は、ラジアル玉軸受の内輪または外輪の軌道面であっても良く、またスラスト玉軸受の軌道面であっても良い。 In the present invention, the raceway surface may be a raceway surface of an inner ring or an outer ring of a radial ball bearing, or may be a raceway surface of a thrust ball bearing.
この発明の玉軸受の溝曲率測定装置は、この発明の上記いずれかの玉軸受の溝曲率測定方法に用いられる測定装置であって、玉軸受の軌道輪を支持する測定台と、表面が絶縁膜で被覆され玉軸受のボールに模した球面を有する導体からなる球面電極と、この球面電極の球面を前記軌道輪の軌道面に押し当てる押し当て手段と、前記球面電極の導体および前記軌道面間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、これら手段によって前記球面電極の導体および前記軌道面間の静電容量に相当する電圧発生手段と、この電圧を軌道輪の溝曲率半径に演算し出力する手段とを備えたものである。
この構成によると、この発明方法を用いて、前述のように軌道面の溝曲率を、作業者の測定技術に左右されることなく低コストで高精度に測定することができる。また、軸受軌道面の溝加工現場などにも適用することができる。
The groove curvature measuring device for a ball bearing according to the present invention is a measuring device used in any one of the above-described ball curvature measuring methods for a ball bearing according to the present invention, and the surface is insulated from the measuring table for supporting the bearing ring of the ball bearing. A spherical electrode made of a conductor having a spherical surface coated with a film and imitating a ball of a ball bearing; pressing means for pressing the spherical surface of the spherical electrode against the raceway surface of the raceway ring; the conductor of the spherical electrode and the raceway surface AC voltage applying means for applying an AC voltage between them, voltage generating means corresponding to the capacitance between the conductor of the spherical electrode and the raceway surface by these means, and calculating this voltage as the groove curvature radius of the raceway ring Output means.
According to this configuration, using the method of the present invention, the groove curvature of the raceway surface can be measured with high accuracy at low cost without being affected by the operator's measurement technique as described above. Further, the present invention can be applied to a groove processing site of a bearing raceway surface.
この発明の玉軸受の溝曲率測定方法は、表面が絶縁膜で被覆され玉軸受のボールに模した球面を有する導体からなる球面電極の前記球面を、前記玉軸受の軌道輪の軌道面に押し当てた状態で、前記球面電極と前記軌道面の間の静電容量を測定し、その静電容量値から前記軌道面の溝曲率を測定するものとしたので、軸受軌道面の溝加工現場などでも容易に適用できて、軌道面の溝曲率を作業者の測定技術に左右されることなく低コストで高精度に測定することができる。
この発明の玉軸受の溝曲率測定装置は、この発明の玉軸受の溝曲率測定方法に用いられる測定装置であって、玉軸受の軌道輪を支持する測定台と、表面が絶縁膜で被覆され玉軸受のボールに模した球面を有する導体からなる球面電極と、この球面電極の球面を前記軌道輪の軌道面に押し当てる押し当て手段と、前記球面電極の導体および前記軌道面間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、前記球面電極の導体および前記軌道面の静電容量に相当する電圧を溝曲率半径に演算して出力する手段とを設けたため、軸受軌道面の溝加工現場などでも問題なく使用できて、軌道面の溝曲率を作業者の測定技術に左右されることなく低コストで高精度に測定することができる。
The method of measuring the groove curvature of a ball bearing according to the present invention is to push the spherical surface of a spherical electrode made of a conductor having a spherical surface imitating a ball of a ball bearing, the surface of which is coated with an insulating film, onto the raceway surface of the raceway of the ball bearing. In the contact state, the capacitance between the spherical electrode and the raceway surface is measured, and the groove curvature of the raceway surface is measured from the capacitance value. However, it can be easily applied, and the groove curvature of the raceway surface can be measured with high accuracy at low cost without being affected by the operator's measurement technique.
The groove curvature measuring apparatus for a ball bearing according to the present invention is a measuring apparatus used in the groove curvature measuring method for a ball bearing according to the present invention, the measuring table for supporting the bearing ring of the ball bearing, and the surface thereof being covered with an insulating film. A spherical electrode made of a conductor having a spherical surface imitating a ball of a ball bearing, a pressing means for pressing the spherical surface of the spherical electrode against the raceway surface of the raceway ring, and an AC voltage between the conductor of the spherical electrode and the raceway surface And means for calculating and outputting a voltage corresponding to the electrostatic capacity of the conductor of the spherical electrode and the raceway surface to the groove radius of curvature, and so on. However, it can be used without any problem, and the groove curvature of the raceway surface can be measured with high accuracy at low cost without being affected by the operator's measurement technique.
この発明の一実施形態を図1ないし図4と共に説明する。図1は、この実施形態の玉軸受の溝曲率測定方法の原理図を示す。同図において、球面電極3は、測定対象となる玉軸受のボールに模した球形の導体(ここでは鋼球)4の表面を絶縁膜5で被覆したものである。球面電極3の導体4の曲率半径Rbは、玉軸受の軌道輪(ここでは内輪)1における軌道面2の溝曲率半径Raよりも小さくされている。この球面電極3を、前記軌道輪1の軌道面2に押し当てると、球面電極3と軌道輪1の間にコンデンサが形成される。軌道面2の溝曲率が大きく(つまり曲率半径Raが短く)、球面電極3と軌道輪1の間の隙間が小さいと、前記コンデンサの静電容量は大きくなる。逆に、軌道面2の溝曲率が小さく(つまり曲率半径Raが長く)、球面電極3と軌道輪1の間の隙間が大きいと、前記コンデンサの静電容量は小さくなる。この玉軸受の溝曲率測定方法は、上記した原理を利用して、静電容量から軌道面2の溝曲率を測定するものである。なお、図1において、Obは前記球体4の曲率中心を、Orは軌道面2の曲率中心を、δは前記絶縁膜5の膜厚をそれぞれ示す。当然ではあるが、Ra>Rb+δの関係にあり、この関係を満足する範囲内において最大の鋼球を使用すると検出感度も高くなる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a principle diagram of a method for measuring the groove curvature of a ball bearing according to this embodiment. In the figure, a
前記球面電極3の絶縁膜5の材料として、例えば耐摩耗性を有するセラミックを用いることができるが、この場合は被覆後の形状が乱れるという欠点がある。そこで、前記絶縁膜5の材料としては、耐摩耗性,耐薬品性に優れる樹脂の一例であるPAI(ポリアミド・イミド)樹脂や、このPAI樹脂に耐摩耗粉としてアルミナ等のセラミックを添加した材料を用いるのが望ましい。また、絶縁膜5の膜厚δが厚すぎると、溝曲率の大きな(曲率半径Raが短い)軌道面2には適用できなくなるため、ここではその膜厚δを25μmとしている。
As the material of the
図1には、前記コンデンサの静電容量を検出する回路の一構成例を示している。この静電容量検出回路6は、この玉軸受の溝曲率測定方法に用いられる後述する溝曲率測定装置11の一部を構成する交流電圧印加手段14と、参照コンデンサ15と、静電容量出力手段16とを備える。
FIG. 1 shows a configuration example of a circuit for detecting the capacitance of the capacitor. The
交流電圧印加手段14は、前記球面電極3の導体4に電気的に接続されて、導体4と軌道輪1の間に交流電圧を印加する手段である。印加する交流電圧の波形は、矩形であっても正弦波形であっても良いことが実験により確認されている。また、交流電圧の周波数は、安定した測定を可能とするうえで高い方が望ましいことが実験により確認されている。具体的には、その周波数を、100kHzよりも1MHzとした方が安定した測定が可能である。
The AC voltage application means 14 is a means that is electrically connected to the
参照コンデンサ15は、一端が軌道輪1に電気的に接続され他端が接地されることで、前記球面電極3・軌道輪1間に形成されるコンデンサと直列に接続される。参照コンデンサ15としては、測定される前記静電容量と同程度、言い換えると同じオーダーの容量のものを用いるのが望ましい。
The
静電容量出力手段16は、軌道輪1に電気的に接続されて、前記球面電極3と軌道輪1間の静電容量を前記参照コンデンサ15との分圧として出力する信号処理回路である。この静電容量出力手段16は、前記分圧を整流することで前記静電容量を電圧として信号処理する整流回路部17のほか、図示しない線形回路、ゼロ点移動回路、増幅器18、表示器19など、一般的な測定器に付加されている各種回路部によって構成されている。前記整流回路部17は、ダイオード17a,17b、コンデンサ17cなどからなる。軌道面2の溝曲率と前記静電容量とは非線形な関係にあるので、前記線形回路はその関係を線形な関係に補正する。静電容量出力手段16を構成する他の回路部として、測定されたデータを記録するための出力部を設けても良い。
The capacitance output means 16 is a signal processing circuit that is electrically connected to the
図2は、上記した玉軸受の溝曲率測定方法に用いられる溝曲率測定装置11の一例を示す。この溝曲率測定装置11は、玉軸受の軌道輪1を支持する測定台12と、図1で示した球面電極3と、この球面電極3の球面を前記軌道輪1の軌道面2に押し当てる押し当て手段13と、前記球面電極3の導体4間に交流電圧を印加する交流電圧印加手段14と、玉軸受の軌道輪1に接続された参照コンデンサ15と、前記球面電極3・軌道面2間の静電容量を前記参照コンデンサ15との分圧として出力する静電容量出力手段16とを備える。交流電圧印加手段14、参照コンデンサ15、および静電容量出力手段16は、図1に示した原理図の場合と同様に、静電容量検出回路6として1つの回路装置筐体17にまとめられている。
FIG. 2 shows an example of a groove
図2では、測定対象である玉軸受の軌道輪1を、ラジアル玉軸受の内輪とした場合を示している。前記測定台12は、概形コ字状の部材からなり、その下辺部12aには上方に向け突出する2つの下部電極7,8が設けられている。この2つの下部電極7,8は軌道輪1の調心機能も担うものであって、これら両下部電極7,8の上に軌道輪1が置かれて所定姿勢に支持される。これら2つの下部電極7,8のうち一方の下部電極7に、前記参照コンデンサ15および静電容量出力手段16が同軸線等の配線18で接続される。
FIG. 2 shows a case where the
測定台12の上辺部12bには、筒状の押し当て手段13が昇降可能に垂下して設けられており、その下端に前記球面電極3が固定されている。測定台12の上辺部12bに対して、前記押し当て手段13を矢印Aのように昇降して調整することにより、測定台12に支持された前記軌道輪1の軌道面2の溝底に球面電極3が押し当てられる。球面電極3の導体4に、前記交流電圧印加手段14が前記押し当て手段13内を経由する同軸線等の配線19で接続される。前記各配線18,19の外部導体18a,19aは、前記回路装置筐体17と共に接地されている。このように接地することにより、この測定装置の信号系を飛来ノイズから防御でき、安定した測定が可能となる。
A cylindrical pressing means 13 is provided on the
この玉軸受の溝曲率測定方法によると、玉軸受のボールに模した球面を有する導体4の表面を絶縁膜5で被覆してなる球面電極3の球面を、玉軸受の軌道輪1の軌道面2に押し当てた状態で、球面電極3と軌道面2の間の静電容量を測定し、その測定された静電容量値から前記軌道面2の溝曲率を測定するので、軸受軌道面の溝加工現場などでも容易に適用できて、低コストで溝曲率を測定することができる。また、作業者の測定技術に左右されることなく高精度に測定することができる。特に、前記球面電極3には、玉軸受のボールに模した球面を有する導体を用い、その球面を軌道面2に押し当てるので、玉軸受の軌道面2とボールの接触状態を模して測定することになり、精度の良い測定が行える。
According to the groove curvature measuring method of this ball bearing, the spherical surface of the
また、この測定方法の実施において、図2の構成とした溝曲率測定装置11を用いた場合には、測定対象である玉軸受の軌道輪1を安定良く支持できて、その軌道面2の溝底に球面電極3を確実に押し当てることができるので、軌道面2の溝曲率を作業者の測定技術に左右されることなく低コストで高精度に測定できる。
In the implementation of this measuring method, when the groove
ところで、上記測定方法を適用する玉軸受の軌道輪1では、図3に示すように軌道面2と外径面部1aとが面取り部1bでつながっている。このため、前記面取り部1bの寸法にばらつきがあると、軌道面2における球面電極3との対向面積が変化することになる。コンデンサの両電極に相当する球面電極3と軌道面2との間の静電容量は、ギャップと対向面積と電極間の誘電率で決まるため、軌道面2の溝曲率が同じであっても前記面取り部1bの寸法に応じて前記静電容量が変化し、溝曲率測定に誤差を与えることになる。
このような測定誤差の発生を避ける対策の一例として、溝曲率測定に先立ち、軌道面2の溝深さ(図3に符号dで示す)を予め測定しておき、その溝深さに応じて測定された静電容量値を補正すれば良い。これにより、溝曲率測定への面取り部1bの影響を無くすことができる。
By the way, in the
As an example of a measure for avoiding such a measurement error, prior to the groove curvature measurement, the groove depth (indicated by d in FIG. 3) of the
図4は、上記した測定誤差の発生を避ける対策の他の例を示す。この対策例は、玉軸受のボールに模した部分的な球面4aを前記軌道面2の対向面として導体4に形成し、その球面4aに絶縁膜5を被覆して非球形の球面電極3を構成したものである。この場合の絶縁膜5で被覆される球面4aの幅Aは、前記軌道面2における面取り部1bを除く面域の幅Bよりも狭い面域に対向する幅とする。これにより、面取り部1bの寸法のばらつきが、測定される静電容量に及ぼす影響を無くすことができる。尚、AとBの差は小さいほど検出感度が高いため、A/Bは0.8以上が好ましい。
FIG. 4 shows another example of measures for avoiding the above-described measurement error. In this countermeasure example, a partial
球面電極3の導体4として、図1および図2に示すよう鋼球を用いる場合は、玉軸受のボールをそのまま利用できるので入手が容易で、球面電極3の製作コストも低減できるが、図4のように球形以外の特殊な形状の球面電極3を用いることにより、測定誤差を低減して精度良く溝曲率を測定することができる。
When a steel ball is used as the
なお、上記実施形態では、玉軸受の軌道面2に参照コンデンサ15を接続し、球面電極3の導体4に交流電圧を印加して、球面電極3・軌道面2間の静電容量を測定する場合について説明したが、これとは逆に、球面電極3の導体4に参照コンデンサ15を接続し、玉軸受の軌道面2に交流電圧を印加するようにしても、同様にして軌道面2の溝曲率を精度良く測定することができる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、ラジアル玉軸受の内輪の軌道面を測定対象とした場合を例示して説明したが、この発明は、ラジアル玉軸受の外輪の軌道面やスラスト玉軸受の軌道面を測定対象としても、同様にその溝曲率を精度良く測定することができる。 Further, in the above embodiment, the case where the raceway surface of the inner ring of the radial ball bearing is set as the measurement object has been described as an example. Similarly, the groove curvature can be accurately measured.
1…玉軸受の軌道輪
1b…面取り部
2…軌道面
3…球面電極
4…導体
5…絶縁膜
6…静電容量検出回路
11…溝曲率測定装置
12…測定台
13…押し当て手段
14…交流電圧印加手段
15…参照コンデンサ
16…静電容量出力手段
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