JP3422162B2 - 球の動的不釣り合いの測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る球の動的不釣り合
いの測定方法及び装置は、例えば玉軸受を構成する玉の
様に、球の動的不釣り合いを測定する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】例えば高速回転するスピンドルを支承す
る為の玉軸受を、玉に不均一な摩耗を生じない様に使用
する為には、動的不釣り合いの小さい（最も好ましくは
動的不釣り合いがない）玉を使用しなければならない。
従って、この様な玉軸受を造る為には、動的不釣り合い
の小さな玉を得るべく、玉等の球の動的不釣り合いを測
定する必要がある。

【０００３】この様な目的で使用する球の動的不釣り合
いの測定装置として従来から、特開昭６２−２９７７４
０号公報に記載された測定装置が知られている。図２
は、この公報に記載されて従来から知られた球の動的不
釣り合いを測定する装置を示している。この測定装置
は、気体軸受３を備える。この気体軸受３は、上方が開
口した球状凹面１を有し、この球状凹面１の内側に球２
を回転自在に支承する。又、この気体軸受３の上方に
は、圧縮空気を噴出自在なノズル４を設けている。測定
作業時には、このノズル４から上記気体軸受３に支承さ
れた球２に圧縮空気を吹き付けて、この球２を自転させ
る。又、それぞれが上記球２の中心点を通過して互いに
直交する３本の直線上位置（ｘ，ｙ，ｚ軸上位置）に
は、それぞれ磁気的ピックアップコイル５ａ、５ｂ、５
ｃを配置し、これら各磁気的ピックアップコイル５ａ、
５ｂ、５ｃの検出部を、上記球２の外面に近接させてい
る。

【０００４】上記球２の動的不釣り合いを測定する際に
は、この球２に磁気的スポットを付着させてから上記球
状凹面１に載置し、給気孔６から圧縮空気を供給して上
記球２を浮上させつつ、上記ノズル４から圧縮空気を噴
出する。この結果上記球２は、所定の自転軸を中心とし
て自転するが、球２に動的不釣り合いが存在すると、こ
の球２に歳差運動が生じる。この歳差運動の軌跡及び変
位速度は、上記各磁気的ピックアップコイル５ａ、５
ｂ、５ｃにより、磁束密度の変化として捉えられる。そ
こで、これら各磁気的ピックアップコイル５ａ、５ｂ、
５ｃの測定値より求めた歳差運動の軌跡及び変位速度を
求めれば、次の（１）式から、球２の動的不釣り合い量
（慣性モーメントの差）△Ｉを求める事ができる。

【０００５】 △Ｉ＝Ω・Ｉ／ω・ cosβ −−− （１） 尚、上記（１）式中、Ωはある瞬間の自転軸の旋回角速
度で、上記各磁気的ピックアップコイル５ａ、５ｂ、５
ｃの測定値より求める。又、Ｉは球２の慣性モーメント
で、実際の球２の測定値（重量及び直径）より求める。
又、ωは球２の自転角速度で、上記各磁気的ピックアッ
プコイル５ａ、５ｂ、５ｃの測定値より求める。又、β
は慣性主軸と自転軸とがなす角度で、上記各磁気的ピッ
クアップコイル５ａ、５ｂ、５ｃの測定値より求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され作用する従来の球の動的不釣り合いの測定装置
の場合には、次の〜の様な解決すべき点があった。
３個の磁気的ピックアップコイル５ａ、５ｂ、５ｃ
により歳差運動を検出するには、球２の表面全体に亙っ
て磁束を分布させる必要があるが、球２全体に均一に磁
束を分布させる事が難しい。この為、磁束密度の変化の
測定誤差が生じ易い。従って、この磁束密度変化の測定
の結果に基づく動的不釣り合いの測定結果に誤差が生じ
易い。 磁束密度の変化から歳差運動を測定する際、
磁束密度の微少な変化を３つの磁気的ピックアップコイ
ル５ａ、５ｂ、５ｃにより精度良く測定するのは難しい
ので、測定精度が悪い。 セラミック球等、非磁性材
製の球の動的不釣り合いを測定する事は難しい。本発明
の球の動的不釣り合いの測定方法及び装置は、これら
〜の様な問題を解消すべく発明したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の球の動的不釣り
合いの測定方法及び装置のうち、請求項１に記載した球
の動的不釣り合いの測定方法は、表面の１点と、この１
点から離れた位置に存在してこの１点との挟み角が１８
０度とならない別の点とに、互いに別の表示を付された
球を、気体軸受に設けた上方が開口した球状凹面の内側
に回転自在に支承し、この球にノズルから圧縮気体を吹
き付けてこの球を自転させつつ、この球の動きを上記気
体軸受の上方に設けられたカメラにより連続的に写し取
り、画像処理装置により、このカメラが写し取った球の
表面の表示の動きに基づいて上記球の動的不釣り合いを
算定する為に必要な測定値を得る。又、請求項２に記載
した動的不釣り合いの測定装置は、上方が開口した球状
凹面を有し、この球状凹面の内側に表面の一部で挟み角
が１８０度とならない２点に互いに別の表示を付された
球を回転自在に支承する気体軸受と、この気体軸受の上
方に設けられて上記球の動きを連続的に写し取るカメラ
と、上記気体軸受に支承された球の一部に圧縮気体を吹
き付けてこの球を自転させるノズルと、上記カメラが写
し取った球の表面の表示の動きに基づいて上記球の動的
不釣り合いを算定する為に必要な測定値を得る為の画像
処理装置とを備える。

【０００８】

【作用】上述の様に構成される本発明の球の動的不釣り
合いの測定方法及び装置の場合には、表示を付した１点
又は別の点を観察する事により球の歳差運動の軌跡及び
変位速度を求める為、磁束密度分布や球の材質に影響さ
れる事なく、正確な測定作業を行なえる。言い換えれ
ば、表示点の通過状況を観察する事により歳差運動の軌
跡及び変位速度を求める為、連続的に変化する磁束密度
を測定する場合に比べて、検出精度が向上する。又、視
覚的な観察データにより動的不釣り合いを測定する為、
球の材質に影響されずに測定を行なえる。更に、球の自
転角速度を、この球の自転軸の位置に拘らず、求める事
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の球の動的不釣り
合いの測定装置の実施の形態の１例を示している。基台
７の上面に固定された間座８の上面には、有底円筒状の
ケース９を固定している。そして、このケース９と、こ
のケース９内に嵌装した多孔質材１０とにより、気体軸
受１１を構成している。上記多孔質材１０の上面には、
上方が開口した球状凹面１２を設けている。この球状凹
面１２の内径は、動的不釣り合いを測定すべき球２の外
径よりも僅かに大きくしている。又、上記ケース９の底
板１３及び上記間座８の内側には給気孔１４を設け、こ
の給気孔１４の上流端を、コンプレッサ等の給気源１５
に通じさせている。この給気源１５から上記給気孔１４
を通じて上記ケース９内に送り込まれた圧縮空気は、上
記球状凹面１２の内面から吹き出して上記球２を浮上さ
せ、この球２を回転自在に支持する。

【００１０】又、上記気体軸受１１の片端部上方（図１
の右端部上方）には、圧縮気体である圧縮空気を噴出す
る為のノズル１６を設けている。このノズル１６の開口
は、上記気体軸受１１の上方に位置する球２の頂部に向
いている。このノズル１６に圧縮空気を供給する為の給
気管１７の途中には弁１８を設け、この弁１８の開放に
伴って上記ノズル１６から上記球２の頂部に、圧縮空気
を吹き付ける様にしている。この様にして上記気体軸受
１１の球状凹面１２に支承された球２に圧縮空気を吹き
付けると、この球２は、上記ノズル１６からの圧縮空気
の噴出方向と直交して水平方向に延びる直線と平行な自
転軸１９を中心に自転を開始する。尚、球２の回転速度
は、圧縮空気の噴出量（噴出速度）を変える事により、
制御できる。

【００１１】更に、上記気体軸受１１の上方にはＣＣＤ
カメラ２０を設けて、この気体軸受１１により回転自在
に支持された球２の動きを、この球２の真上位置から連
続して観察自在としている。このＣＣＤカメラ２０は、
上記球２の上半部を総て写し込めるだけの視野を有す
る。そして、このＣＣＤカメラ２０が取り込んだ画像信
号を、画像処理装置２１に入力している。

【００１２】上述の様に構成される測定装置により、磁
性材製の球２の動的不釣り合いを測定するには、先ず上
記球２の表面上の１点２２に（例えば丸印等の）表示を
付する。表示範囲は、上記ＣＣＤカメラ２０及び画像処
理装置２１により識別可能な限り、できるだけ狭い事が
好ましい。又、表示の為の塗料はできるだけ薄くして、
表示を付する事による重量変化をできるだけ小さく抑え
る。又、上記１点２２から離れた位置に存在し、この１
点２２との挟み角（球２の中心とを結ぶ直線同士の交差
角度）が１８０度とならない別の点（図示省略）に、上
記１点２２とは別の（例えば三角印等の）表示を付す
る。そして、上記球２の下半部を上記球状凹面１２に進
入させ、上記１点２２を上記自転軸１９上に位置させ
る。又、前記給気孔１４から前記ケース９内に圧縮空気
を送り込む事により、上記球２を浮上させる。この状態
で上記弁１８を開放し、上記ノズル１６から圧縮空気を
噴出させて、上記球２の自転を開始させる。

【００１３】球２に動的不釣り合いが全く存在しない場
合には、この球２は上記自転軸１９を中心に自転するの
みで、他の動きは発生しない。これに対して、上記球２
に動的不釣り合いが存在すると、この動的不釣り合いの
程度に応じた歳差運動が発生する。即ち、ノズル１６か
ら噴出する圧縮空気により惹起される自転運動の軸（自
転軸１９）が動く事はないが、球２の歳差運動が惹起さ
れる。この歳差運動の結果、上記１点２２が自転軸１９
から離れ、慣性主軸を中心とする旋回運動をして、再び
上記自転軸１９上に戻る。

【００１４】この様な歳差運動に基づく上記１点２２の
軌跡及び変位速度は、前記ＣＣＤカメラ２０により写さ
れて前記画像処理装置２１に送られた画像データに基づ
いて（この画像データを解析する事により）求められ
る。即ち、歳差運動により上記１点２２が慣性主軸を中
心に旋回すると、この１点２２が、例えば画像処理の為
の座標上で動く。そこで、画像処理の為の座標上で上記
軌跡を時間との関係で求めれば、上記歳差運動に基づく
変位速度を求める事ができる。

【００１５】この様にして上記軌跡と変位速度とを求め
たならば、前述の従来装置の場合と同様に、次の（１）
式で、球２の動的不釣り合い量△Ｉを求める。 △Ｉ＝Ω・Ｉ／ω・ cosβ −−− （１） この（１）式中、自転軸１９の旋回角速度Ω及び球２の
自転角速度ωは、上記画像処理の為の座標上で上記軌跡
と時間との関係で求める事ができる。又、球２の慣性モ
ーメントＩは、実際の球２の質量、半径の測定値から求
める事ができる。尚、上記球２の自転角速度ωは、回転
する上記１点２２が自転軸１９上に存在している場合に
は、この１点のみを観察しているだけでは求める事がで
きない。従って、やはり上記画像処理のデータに基づい
て、上記別の点の軌跡及び変位速度から求める。更に、
慣性主軸と自転軸１９とがなす角度βは、上記画像処理
の為の座標上の軌跡により求める。

【００１６】

【発明の効果】本発明の球の動的不釣り合いの測定方法
及び装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、
球の材質等に影響を受ける事なく、球の動的不釣り合い
を精度良く、上記球の自転軸の位置に関係なく測定でき
る。この結果、高速回転時にも正常回転する玉軸受を実
現できる等、高性能の高速回転装置の実現に寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す縦断側面図。

【図２】従来装置を示す断面図。

【符号の説明】

１ 球状凹面 ２ 球 ３ 気体軸受 ４ ノズル ５ａ、５ｂ、５ｃ 磁気的ピックアップコイル ６ 給気孔 ７ 基台 ８ 間座 ９ ケース １０ 多孔質材 １１ 気体軸受 １２ 球状凹面 １３ 底板 １４ 給気孔 １５ 給気源 １６ ノズル １７ 給気管 １８ 弁 １９ 自転軸 ２０ ＣＣＤカメラ ２１ 画像処理装置 ２２ １点

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の１点と、この１点から離れた位置
   に存在してこの１点との挟み角が１８０度とならない別
   の点とに、互いに別の表示を付された球を、気体軸受に
   設けた上方が開口した球状凹面の内側に回転自在に支承
   し、この球にノズルから圧縮気体を吹き付けてこの球を
   自転させつつ、この球の動きを上記気体軸受の上方に設
   けられたカメラにより連続的に写し取り、画像処理装置
   により、このカメラが写し取った球の表面の表示の動き
   に基づいて上記球の動的不釣り合いを算定する為に必要
   な測定値を得る、球の動的不釣り合いの測定方法。
2. 【請求項２】 上方が開口した球状凹面を有し、この球
   状凹面の内側に表面の一部で挟み角が１８０度とならな
   い２点に互いに別の表示を付された球を回転自在に支承
   する気体軸受と、この気体軸受の上方に設けられて上記
   球の動きを連続的に写し取るカメラと、上記気体軸受に
   支承された球の一部に圧縮気体を吹き付けてこの球を自
   転させるノズルと、上記カメラが写し取った球の表面の
   表示の動きに基づいて上記球の動的不釣り合いを算定す
   る為に必要な測定値を得る為の画像処理装置とを備えた
   球の動的不釣り合いの測定装置。