JP2019039730A - 転動部材の周面測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転動部材のサイズが大きい場合にも、信頼性の高い測定結果を得る周面測定装置を提供する。【解決手段】転動部材の周面測定装置１は、本体１０と、本体に対し回転可能に設けられた回転テーブル１２と、回転テーブル上に載置された転動部材３の周面と接触可能な触針１６を備えた検出器１４と、触針を転動部材の径方向に位置決めする径方向位置決め部材１８と、転動部材の温度を検出する第１のセンサ２２と、径方向位置決め部材の温度を検出する第２のセンサ２６と、転動部材の同一ポイントにおいて、先の測定値と転動部材が１回転したのちの後の測定値が同一であるか否かを判定する判定装置３０と、判定装置が同一でないと判定したときに、第１、第２のセンサの値に基づいて、検出器の測定値を補正する補正装置３２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受用部品の軌道輪や転動体等（以下「転動部材」という。）を、円周方向に測定する為の装置に関し、転動部材の転動面を直接測定するのに好適であり、特に真円度を測定するのに好適な転動部材の周面測定装置および測定方法に関する。

転動部材は、転がり軸受の回転時の振動抑制や回転精度等を確保するために、周面の径寸法や真円度やウェービネス等を精度よく検査して管理する必要がある。従来行なわれている、転動部材の真円度を測定する方法としては、被測定物である転動部材を回転可能なテーブル上に載置し、転動部材に触針を押し当てた状態でテーブルを回転させて転動部材を軸線まわりに回転させ、触針の変位量を測定している。

図４は、特許文献１に記載されている真円度測定結果の一例を示したものである。図中の波状の曲線が測定結果である。ここに、真円度とは測定結果の最大値に外接する外接円と測定結果の最小値に内接する内接円との半径方向の距離（＝（Ｄ１−Ｄ２）／２）のことである。かかる測定においては、例えば転動部材の測定開始の位置を図中の「０°」の位置とすれば、テーブルが１回転することで転動部材が１回転し測定開始の位置に再び戻ってきたときには、測定値はスタート時の値と同じ値をとる。即ち、「０°」の位置を跨いで、測定値は連続した値となっている。

しかしながら、上述したのは比較的測定対象となる転動部材のサイズが小さい場合（例えば測定対象となる径寸法（外輪内径側に形成された軌道面の直径又は内輪外径側に形成された軌道面の直径）がφ５０ｍｍのような水中ポンプ用軸受や自動車のトランスミッション用軸受）でのことであり、測定対象となる径寸法がその１０倍くらいになってくると事情が異なってくる。

即ち、例えば風車用の増速機用軸受や鉄道車両の車軸用軸受のように、測定対象となる径寸法がφ４００ｍｍ以上になる場合がある。このような大径の軸受軌道輪の真円度を測定する場合は、触針自身の慣性による応答性不足による測定エラーを防止するために、触針に対する転動部材の移動速度を一定に維持する必要がある。もし回転速度（単位：ｒｐｍ）を一定にして、大径の軸受軌道輪の真円度を測定するとなると、軌道輪の移動速度は転動部材の半径に比例して大きくなるので、触針の応答性が不足し、転動部材の表面に忠実に追随できなくなり、正確な真円度を把握するのが困難になる。

従い、大径の軌道輪を測定する場合は、回転テーブルの回転速度を下げる必要がある。そうすると、１円周を測定するのに、比較的長い計測時間が必要になる。例えば、測定対象となる径寸法がφ４０ｍｍの場合には、計測に要する時間は約３０秒であるのに対し、測定対象となる径寸法がφ４００ｍｍの場合には、１０倍の５分を要することになる。測定に要する時間が長くなると、測定環境の温度変化によって転動部材が膨張又は収縮し、転動部材が１回転している間にこの膨張・収縮により、測定開始位置における値が不連続となり（ドリフトする）、「段差」が発生する。

図５は、このような現象を説明するための模式的な図である。図５のＳが測定開始位置の測定値であり、Ｅは転動部材が１回転してきたときの同一ポイントの測定値である。小さなサイズの転動部材では、図４に示すように測定開始位置と転動部材が１回転して再び同じ位置に戻ってきたときの測定値は同じであったのが、計測時間が長くなると、図５に示すように測定値が異なりこの位置で段差が生ずる。例えば軸受鋼（ＳＵＪ２）の線膨張係数は１２．５×１０−６であるが、測定対象となる径寸法がφ４００ｍｍの場合に、計測中に転動部材の温度が０．１°変化するだけでも、０．５μｍ変化する。温度変化が大きい場合は更にこの寸法変化は大きくなり、甚だしい場合は、上述した「段差」が許容される真円度の規格をオーバーしてしまうという事態となり、測定対象となる転動部材の適正な評価ができなくなる虞がある。

このような測定中の転動部材温度の変化による転動部材の膨張・収縮という事態を回避するために、転動部材を恒温室のような例えば室温が２０℃で一定に保たれたような部屋に保管し、転動部材温度が室温と同じ温度になってから、真円度を測定する方法が考えられる。しかしながら、転動部材の温度が例えば４０℃である場合には、室温と同じ温度まで転動部材温度を降下させるのにそれなりの時間（例えば１日）が必要となる。また製造された比較的重量がある転動部材を一々恒温室まで運搬するのもかなり手間がかかる。さらに恒温室にて測定した結果、測定値が規格内に入っていなければ、再度製造現場まで運搬した上で再加工（旋削）し、この加工品を再び計測する必要が生じる。このため、評価が完了するまでに多大の手間と時間が必要となり、納期の定められている製品の管理としては、このような対応は必ずしも現実的ではない。

また、測定時間を短くすることにより上述したドリフト現象を回避することも考えられる。即ち、検出器の応答性を考慮しなければならないので測定時間が長くなってしまうのであれば、上述したように転動部材に検出器を直接接触させるのではなく、検出器と転動部材とを非接触とし、真円度を測定する方法も考えられる（例えば特許文献２参照）。特許文献２では、検出器として光センサを使用している。このように、検出器と転動部材とを非接触とすれば、検出器の応答性に左右されることはないので、測定時間を短縮できることが可能となると考えられる。しかしながら、非接触にて測定する場合、転動部材表面にゴミや油がが付着していた場合には、これらをそのまま認識してしまうので、必ずしも測定値をそのまま受け入れるのが難しい場合もある。

特開２０１２−１８９２０７号公報 特開２００３−５７０２０号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、転動部材のサイズが大きい場合にも、信頼性の高い測定結果を得ることを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 本体と、
該本体に対し回転可能に設けられた回転テーブルと、
該回転テーブル上に載置された転動部材の周面と接触可能な触針を備えた検出器と、
前記触針を前記転動部材の径方向に位置決めする径方向位置決め部材と、
前記転動部材の温度を検出する第１のセンサと、
前記径方向位置決め部材の温度を検出する第２のセンサと、
前記転動部材の同一ポイントにおいて、先の測定値と該転動部材が１回転したのちの後の測定値が同一であるか否かを判定する判定装置と、
該判定装置が同一でないと判定したときに、前記第１、第２のセンサの値に基づいて、前記検出器の測定値を補正する補正装置と、
を備えた転動部材の周面測定装置。
（２） 上記（１）に記載された転動部材の周面測定装置において、
前記周回開始時点と１回転した時点の測定値が同一であるか否かを判定するステップと、
前記測定値が同一でなかった場合に、前記補正装置によって前記検出器による測定値を補正するステップと、
を有する転動部材の周面測定方法。

本発明によれば、転動部材の同一ポイントにおいて、先の測定値と転動部材が１回転したのちの後の測定値が同一でない場合に、温度を検出する第１、第２のセンサの値に基づいて、検出器の測定値を補正する補正装置を備えることにより、測定値のドリフト現象の影響を抑えて、転動部材のサイズが大きい場合にも、信頼性の高い測定結果を得ることができる。

本発明の周面測定装置の正面図である。 本発明の周面測定装置による真円度の測定方法を示すフローチャートである。 本発明の周面測定装置による真円度の測定結果を模式的に示す説明図である。 従来の一般的な真円度の測定結果の一例を示す図である。 ドラフト現象が生じた場合の真円度の測定結果を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る転動部材の周面測定装置の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、測定装置１は、本体１０と、本体１０上に回転可能に設けられた回転テーブル１２と、回転テーブル１２上に載置された転動部材３の周面形状を測定するための検出器１４と、検出器１４を支持するアーム１８と、アーム１８を上下方向に移動可能に支持するコラム２０と、転動部材３の温度を検出するワークセンサ２２と、本体１０の温度を検出するベースセンサ２４と、アーム１８の温度を検出するアームセンサ２６と、レコーダ２８と、判定装置３０と、補正装置３２と、を備える。

回転テーブル１２は、本体１０上に設置され、本体１０内に設けられたモータ（不図示）と接続されることで、本体に対し回転自在とされている。この回転テーブル１２上には、被測定物である転動部材３が、転動部材３の径方向が水平方向（図１中の左右方向）に、転動部材３の軸線方向が垂直方向（図１中の上下方向）となるように載置されている。なお、図示の例では転動部材３は円筒ころ軸受の内輪である。

検出器１４は、転動部材３の側方に位置し、転動部材３の転動面である軌道面３ａと直接接触して真円度を測定する為の触針１６を備えている。この触針１６は、軌道面３ａと非接触状態とならないように、軌道面３ａ方向に付勢力でもって押し付けられている。検出器１４は、触針１６の図中左右方向の変位を検出し、触針１６の変位に応じた電気信号を後述するレコーダ２８に送信するようになっている。

アーム１８の一端には、上述の検出器１４が取付けられ、中間部はコラム２０内を貫通している。従い、このアーム１８は、図中左右方向に移動することで一端に取付けられた検出器１４（触針１６）の位置を調整することが可能となっており、触針１６を転動部材３の径方向に位置決めする径方向位置決め部材として機能する。

コラム２０は、本体１０の一方の側において本体１０から垂直方向上方に立ち上がるように設けられ、アーム１８を図中左右方向に移動可能に支持している。このコラム２０も、本体１０上において上記アーム１８を所定位置に保持していることにより、アーム１８一端に取付けられた検出器１４（触針１６）を、転動部材３の径方向に位置決めする部材として機能する。

ポール３４が、回転テーブル１２を間に介して本体１０の他方の側には垂直方向上方に立ち上がるように設けられている。

第１のセンサとしてのワークセンサ２２が、転動部材３の温度を非接触で検出するためにポール３４に取付けられている。さらに、本体１０、アーム１８のそれぞれには、本体１０の温度、アーム１８の温度をそれぞれ測定するためのベースセンサ２４、アームセンサ２６が取付けられている。ベースセンサ２４及びアームセンサ２６が第２のセンサを構成する。なお、図示は省略しているが、各センサ２２、２４、２６からの温度検出結果は、後述する補正装置３２に送られ保管される。

レコーダ２８は、検出器１４から受信した検出信号（測定値）を記録する。

判定装置３０は、転動部材３の同一ポイントにおいて、先の測定値とこの転動部材が１回転したのちの後の測定値が同一であるか否かを判定する。なお真円度の計測においては、測定に先立って転動部材３の芯出し等を行なうため転動部材３を周回させるが、上述した先の測定値とは、このような事前準備段階や慣らし運転時の測定値を除外し、実質的に真円度の測定をスタートさせた後の、何れのポイント何れの時点でも構わないが時間的に先に測定した測定値のことである。また後の測定値とは、同一ポイントにおける転動部材３が１回転したのちの測定値のことである。

補正装置３２は、判定装置３０における判定で、測定値が同一でないと判定したときに、このドラフト現象の発生が、計測中の温度変化による転動部材３の膨張・収縮や、検出器１４を位置決めしている部材の膨張・収縮に起因するものと考え、寸法変化値を付加・減算して測定値を補正する。

補正方法としては、転動部材３の回転中心の位置を座標軸上の原点位置として、この原点位置からの距離を基に、先ず寸法変化値を算出し測定値を補正する。例えば、転動部材３の線膨張係数をα、転動部材３の周回開始時点と転動部材３が1回転した時点の温度差（温度低下）をΔＴ、周回開始時点における転動部材３の半径をＲとした場合に、1回転した時点の半径Ｒ´は、Ｒ´＝Ｒ（１−αΔＴ）となる。これにより、寸法変化値（Ｒ´とＲの差）が得られる。１回転した時点だけでなく、周回途中のそれぞれの時点でも同様に寸法変化値を得ることができる。なおΔＴは、各センサから得られる温度情報から得られる。

また、検出器１４を位置決めしている部材についても同様に寸法変化値を算出する。本実施形態においては、本体１０、アーム１８が触針１６を転動部材３の径方向に位置決めする径方向位置決め部材に相当する。本体１０については原点位置（転動部材３の回転中心の位置）からコラム２０が設置されている位置までの距離、アーム１８についてはコラム２０に取付けられた位置から検出器１４が取付けられた位置までの距離について、それぞれ、本体１０、アーム１８の線膨張係数に基づき寸法変化値を算出する。コラム２０も、触針１６を転動部材３の径方向に位置決めする機能は担っているが、コラム２０の膨張・収縮は、転動部材の径方向の測定値には関係しないため、本実施形態では補正の対象とはしていない。

そしてこれらの各寸法変化値を合算し、触針１６の基準位置からの寸法変化値を算出する。この寸法変化値を測定値に付加・減算することで補正された測定値を得ることができる。なお、触針１６の基準位置とは実線で記した触針１６の位置であり、転動部材３の真円度測定を開始して前述した先の測定値を測定したときの触針１６の位置である。また、温度測定箇所（センサ設置場所）によっては温度変化がない場合は、補正量は０（ゼロ）となるが、この場合も本明細書においては補正量が０の補正と称する。

次に転動部材３の外周面である軌道面３ａの真円度の測定方法について、図２のフローチャートに基づいて説明する。

図１のセット位置において、触針１６を軌道面３ａに当接させる。その後、回転テーブル１２を例えば矢印方向に回転させ、転動部材３の真円度の測定をスタートする。上述したように、実線で記した触針１６の位置が基準位置であり、先の測定値を測定したときの触針１６の位置である。

ステップ１０１にて、転動部材３の外周形状を触針１６が検知し、触針１６の点線で示す位置への変位に応じた電気信号をレコーダ２８に送信する。なお、この触針１６の変位は、外周形状だけでなく、転動部材３や触針１６を位置決めしている部材の膨張・収縮によっても生じる。従って、レコーダ２８に送信される測定値はこれら全てに起因した変位が含まれた値となっている。

次いで、ステップ１０２にて、転動部材３の同一ポイントにおける先の測定値と1回転したのちの後の測定値とを対比し、これら測定値が同一であるか否かを判定する。測定値が同一である場合は、真円度の測定を終了する。この場合は、得られた測定値をもとに、引き続き真円度の規格をクリアしているかどうかを判定し、真円度の計測は終了する。

一方、測定値が同一でない場合はステップ１０３へと進む。ステップ１０３では、ドラフト現象の発生が、計測中の温度変化による転動部材３の膨張・収縮や、検出器１４を位置決めしている部材の膨張・収縮に起因するものと考え、センサ２２、２４、２６からの情報に基づき、寸法変化値を付加・減算して、前述した基準位置を修正し、得られた測定値をこの修正基準位置を基準に補正する。そして、これら補正された値を測定値とし、真円度の測定を終了する。この場合は、補正して得られた測定値をもとに、引き続き真円度の規格をクリアしているかどうかを判定し、真円度の計測は終了する。

図３は、転動部材３等の温度変化分を補正した後の、真円度の測定結果を模式的に示す説明図である。図から明らかなように、先の測定値と1回転したのちの後の測定値との段差が解消されている。

以上のように、計測中の転動部材３や検出器１４を位置決めしている部材（本体１０、アーム１８）の温度変化に起因する寸法変化を考慮して測定値を補正することで、転動部材３のサイズが大きく、測定に比較的長時間を要する場合であっても、信頼性の高い測定結果を得ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、周面測定としては、真円度に限定されることなく、ウェービネスや振動の測定に用いることができる。例えば、内輪に限定されることなく、外輪にも用いることができる。すなわち転動部材の外周面である軌道面に限定されることなく、転動部材の内周面である軌道面に用いることができる。

１ 転動部材の周面測定装置
３ 転動部材
１０ 本体
１２ 回転テーブル
１６ 触針
１４ 検出器
１８ アーム
２０ コラム
２２ 第１のセンサ
２４、２６ 第２のセンサ
３０ 判定装置
３２ 補正装置

Claims (2)

1. 本体と、
   該本体に対し回転可能に設けられた回転テーブルと、
   該回転テーブル上に載置された転動部材の周面と接触可能な触針を備えた検出器と、
   前記触針を前記転動部材の径方向に位置決めする径方向位置決め部材と、
   前記転動部材の温度を検出する第１のセンサと、
   前記径方向位置決め部材の温度を検出する第２のセンサと、
   前記転動部材の同一ポイントにおいて、先の測定値と該転動部材が１回転したのちの後の測定値が同一であるか否かを判定する判定装置と、
   該判定装置が同一でないと判定したときに、前記第１、第２のセンサの値に基づいて、前記検出器の測定値を補正する補正装置と、
   を備えた転動部材の周面測定装置。
2. 請求項１に記載された転動部材の周面測定装置において、
   前記周回開始時点と１回転した時点の測定値が同一であるか否かを判定するステップと、
   前記測定値が同一でなかった場合に、前記補正装置によって前記検出器による測定値を補正するステップと、
   を有する転動部材の周面測定方法。
   
   

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