JP5179852B2

JP5179852B2 - 軸受の回転精度の測定装置

Info

Publication number: JP5179852B2
Application number: JP2007327003A
Authority: JP
Inventors: 晴久原田; 博紀吉野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP2009150687A

Description

本発明は、工作機の主軸をはじめ、回転精度が要求される支持部に使用される軸受の回転精度の測定装置、特に、転がり軸受、静圧軸受、動圧軸受等の軸受の組立後のラジアル振れおよびアキシアル振れを高精度に測定する軸受の回転精度の測定装置に関するものである。

従来、転がり軸受の回転精度の測定方法としては、ＪＩＳ（ＪＩＳＢ１５１５）に規定されている。この方法は、例えば、基準平面に転がり軸受の外輪を固定し、内輪は重錘により負荷を受けながら回転させた状態で、内輪の内径の振れ、すなわち、内輪のラジアル振れを電気マイクロメータあるいはダイヤルゲージ等の測定器により測定される。

このような従来の転がり軸受の回転精度の測定方法にあっては、例えば、内輪のラジアル振れは、転がり軸受のボールの真球度や相互差、あるいは、内輪および外輪の転走面の精度によって決まる。然しながら、この種の測定方法では、小型軸受やミニアチュア軸受等の小さな軸受のラジアル振れを高精度に測定することは困難であった。すなわち、軸受が小さいため、測定荷重用の重錘によるアキシアル荷重の負荷が不安定になり易く、また、内輪が回転する際の僅かの作用により軸受が傾斜し易いため、本来のラジアル振れを高精度に測定することが困難であった。

このような小型軸受やミニアチュア軸受等の小さな軸受であっても、そのラジアル振れを高精度で測定することができるラジアル振れ測定方法が種々提案されている。図５に示す玉軸受のラジアル振れ測定方法は、その方法の一つで、外側転走面５１ａを有する外輪５１と、内側転走面５２ａを有する内輪５２と、両転走面５１ａ、５２ａとの間に転動自在に配設された複数のボール５３とを備えた玉軸受５０のラジアル振れを測定する方法であって、外輪５１の軸受中心軸Ａを鉛直にして固定し、内輪５２をアキシアル荷重を負荷した状態で回転させ、軸受内径面５４のラジアル方向の変位を測定することにより、内輪５２のラジアル振れを測定するに際して、ボール５３と外側転走面５１ａとの接触点Ｐ１およびボール５３と内側転走面５２ａとの接触点Ｐ２を結んだ線Ｌを、軸受中心軸Ａと交差するまで延長し、その交点Ｐ３を含むラジアル平面Ｒと軸受内径面５４とが交差する位置Ｐ４近傍において、電気マイクロメータ等の変位測定器５５によって内輪５２のラジアル振れを測定したものである。

こうした測定方法を採用することにより、内輪５２が測定時に僅かに傾斜したとしても、その影響を殆ど受けることなく、本来の内輪５２のラジアル振れを高精度で測定することができる。すなわち、位置Ｐ４近傍は、測定治具の精度や取付誤差等の作用による内輪５２の傾斜の影響を殆ど受けない位置であるので、この位置においてラジアル振れの測定を行えば高精度の測定が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。

一方、図６に示す転がり軸受の回転精度の測定方法は、転がり軸受６０の内輪６１をアダプタ６２に固定し、外輪６３の上面に荷重軸６４を接触させて一体に回転可能とする。この荷重軸６４の下部にマスターボール６５を固着し、そして、マスターボール６５のラジアル振れ（半径方向の変位）を電気マイクロメータ等の測定器６６により測定すると共に、外輪６３のラジアル振れを測定器６７により測定するものである。

これにより、マスターボール６５のラジアル振れの測定値から、マスターボール６５の偏心と、転がり軸受６０の本来的な外輪６３のラジアル振れが求まり、その振れの値と外輪６３のラジアル振れの測定結果から、外径の真円度と偏心を分離して求めることができる（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−２１３９３７号公報特許第２７６２６３６号公報

前者の測定方法の場合、例えば、扁平タイプで接触角が大きい軸受では、ボール５３と外側転走面５１ａとの接触点Ｐ１およびボール５３と内側転走面５２ａとの接触点Ｐ２を結んだ線Ｌと軸受中心軸Ａとの交点Ｐ３が軸受幅の外側になることがあり、現実的には測定できない恐れがある。

一方、後者の測定方法の場合、外輪６３をはじめ内輪、ボールの位置関係は常に変化しており、真円度、偏心等を分離して測定できたとしても常に変化することになる。ＪＩＳで定義されている軸受の振れ測定は、内外輪どちらかを固定し、軌道輪基準にて片方を１回転させた時の振れの最大、最小を計測して、その差から求められたものを振れ値としているが、軸受の使い方としては、軌道輪の加工上で生じる幾何精度も含めた状態で使用するのが一般的であるため、ＪＩＳで定義された軸受の振れの測定方法によるものが好ましい。

また、この種の電気マイクロメータ等の測定器５５、６６、６７を用いた従来の測定方法では、てこ式のレバーを介して変位を読み取る方式のため、触針の取付角度の違いにより原理上の誤差（角度誤差）を含んでおり、サブミクロンの高精度な測定は実質的には不可能である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軸受の組立後のラジアル振れおよびアキシアル振れを高精度に測定する軸受の回転精度の測定装置を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、前記軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、この外輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、前記外輪受け部材の上側に配設され、当該外輪受け部材を介して前記外輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向またはアキシアル方向に摺動自在に配設された摺動部と、この摺動部の先端部に装着され、前記外輪の外径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、前記摺動部に適宜な測定圧を付与する押圧手段とからなる摺動機構と、前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、かつ前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されている。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、前記軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、この内輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、前記内輪受け部材の上側に配設され、当該内輪受け部材を介して前記内輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向またはアキシアル方向に摺動自在に配設された摺動部と、この摺動部の先端部に装着され、前記内輪の内径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、前記摺動部に適宜な測定圧を付与する押圧手段とからなる摺動機構と、前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、かつ前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されている。

このように、レーザ変位計により、測定子を介して摺動部の微小な変位、すなわち、測定子の直線的な位置変化量をダイレクトに読み取ることができるので、測定誤差が極めて少なく、サブミクロンオーダーで軸受の回転精度の測定が可能となり、軸受の組立後のラジアル振れおよびアキシアル振れを高精度に測定する軸受の回転精度の測定装置を提供することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記摺動部が前記軸受のラジアル方向およびアキシアル方向に摺動自在にそれぞれ配設されていても良い。

好ましくは、請求項４に記載の発明のように、前記回転ユニットと外輪受け部材または内輪受け部材とを連結する部分にカップリングが介装されていれば、回転軸に対する芯ずれおよび重力方向の荷重が軸受に生じない。

また、請求項５に記載の発明のように、前記押圧手段がコイルばねであれば、摺動部に適宜な測定圧を付与することができる。

本発明に係る軸受の回転精度の測定装置は、軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、前記軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、この外輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、前記外輪受け部材の上側に配設され、当該外輪受け部材を介して前記外輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向またはアキシアル方向に摺動自在に配設された摺動部と、この摺動部の先端部に装着され、前記外輪の外径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、前記摺動部に適宜な測定圧を付与する押圧手段とからなる摺動機構と、前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、かつ前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されているので、レーザ変位計により、測定子を介して摺動部の微小な変位、すなわち、測定子の直線的な位置変化量をダイレクトに読み取ることができるので、測定誤差が極めて少なく、サブミクロンオーダーで軸受の回転精度の測定が可能となり、軸受の組立後のラジアル振れおよびアキシアル振れを高精度に測定する軸受の回転精度の測定装置を提供することができる。

また、高分解能を有するレーザ変位計自体が軸受に直接接触することがないので、軸受と測定子が異常接触した場合でも、レーザ変位計への影響がなく、高精度な回転精度の測定ができる。

さらに、外輪受け部材に載置される重錘の重心位置を極力低くすることにより、重錘の偏荷重を抑えることができ、従来の測定方法のように、軌道輪の接触点と軸受の中心軸との交点近傍でなくても、偏荷重の影響を受けることなく高精度な回転精度測定が可能となる。

軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、前記軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、この外輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、前記外輪受け部材の上側に配設され、当該外輪受け部材を介して前記外輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向およびアキシアル方向に摺動自在にそれぞれ配設された摺動部と、これら摺動部の先端部に装着され、前記外輪の外径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、前記摺動部に適宜な測定圧を付与するコイルばねとからなる摺動機構と、前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る軸受の回転精度の測定装置の第１の実施形態を示す模式図である。図２は、図１の測定部を示す要部拡大図である。

この軸受の回転精度の測定装置１は、図１に示すように、測定対象となる転がり軸受２を支持する支持部３と測定部４、５とを主要な構成としている。転がり軸受２は、外周に内側転走面６ａが形成された内輪６と、内周に内側転走面６ａに対向する外側転走面７ａが形成された外輪７と、両転走面６ａ、７ａ間に保持器８を介して転動自在に収容された転動体（ボール）９とを備えた玉軸受からなる。

支持部３は、内輪６の端面に当接するように取り付けられ、内輪６を支持固定するための内輪受け部材１０と、外輪７の端面に当接するように取り付けられ、外輪７を支持固定するための外輪受け部材１１と、転動体９の挙動が安定するように外輪受け部材１１上に載置され、適宜な重量からなる重錘１２と、外輪受け部材１１の上側に配設され、外輪受け部材１１を介して外輪７を回転させるための回転ユニット（図示せず）とを備えている。なお、この回転ユニットと外輪受け部材１１とを連結する部分には、回転軸に対する芯ずれおよび重力方向の荷重が転がり軸受２に生じないようにカップリングを介装するのが好ましい。

図示する測定部４、５は、内輪６を固定した状態で、それぞれ外輪７のラジアル振れとアキシアル振れを測定するもので、摺動機構１３とレーザ変位計１４とを備え、テーブル１５に載置されている。

摺動機構１３は、図２に示すように、案内部１３ａと、この案内部１３ａに対して転がり軸受からなる直動軸受を介して所定の方向、ここでは、被測定物となる転がり軸受２のラジアル方向（およびアキシアル方向）に摺動自在に配設された摺動部１３ｂと、この摺動部１３ｂの先端部に装着され、外輪７の外径（および端面）に当接する球状の測定球１６ａを有する測定子１６と、摺動部１３ｂに適宜な測定圧を付与するコイルばねからなる押圧手段１７とを備えている。なお、ここでは、案内部１３ａに転がり軸受からなる直動軸受を用いたが、これに限らず、例えば、静圧軸受や動圧軸受であっても良い。

レーザ変位計１４は、測定子１６を介して摺動部１３ｂの微小な変位、すなわち、測定子１６の直線的な位置変化量をダイレクトに読み取ることができ、測定誤差が極めて少なく、サブミクロンオーダー（例えば、分解能０．０１μｍ程度）の測定が可能となる。したがって、高精度な転がり軸受２をはじめ、静圧軸受や動圧軸受のラジアル振れおよびアキシアル振れ、あるいは回転体のＮＲＲＯ（ＮｏｎＲｕｎｏｕｔ：非繰り返し性振れ）をサブミクロンオーダーで測定することができる。

また、高分解能を有するレーザ変位計１４自体が転がり軸受２に直接接触することがないので、転がり軸受２と測定子１６が異常接触した場合でも、レーザ変位計１４への影響がなく、高精度な回転精度の測定ができる。

さらに、外輪受け部材１１に載置される重錘１２の重心位置を極力低くすることにより、重錘１２の偏荷重を抑えることができ、従来の測定方法のように、軌道輪の接触点と軸受の中心軸との交点近傍でなくても、偏荷重の影響を受けることなく高精度な回転精度測定が可能となる。

図３は、本実施形態に係る測定系を示すブロック図であるが、外輪７の外径の微小な変位を、測定子１６を介して摺動部１３ｂの変位としてレーザ変位計１４で検出し、変位計コントローラ１８を経由してアナログ信号として取り込み、フィルタ１９を介して取り込み、Ａ／Ｄ変換ユニット２０とＰＬＣ（Programmable logic controller）を用いてデジタル信号処理することで、測定誤差が極めて少なく、サブミクロンオーダーの高精度な測定が可能となる。

次に、図１を用いて、外輪７のラジアル振れの測定方法を説明する。
１．内輪６を支持固定するための内輪受け部材１０を配置し、この内輪受け部材１０に内輪６の端面が当接するように転がり軸受２を取り付ける。
２．外輪７を支持固定するための外輪受け部材１１を外輪７の端面に当接するように取り付け、この外輪受け部材１１上に重錘１２を載置する。なお、外輪受け部材１１と重錘１２を一体の同一部材としても良い。
３．測定子１６の測定球１６ａを外輪７の外径に接触させ、押圧手段１７によって外輪７に所定の測定圧を付与する。
４．回転ユニットにより外輪７を所定の回転数で回転させ、外輪７が１周する間のレーザ変位計１４の値を読み取り、振れの最大値、最小値の差をラジアル振れとする。ここでは、内外輪６、７の真円度および偏心も含めたものとなる。なお、ここで、内輪６と外輪７および転動体９の回転方向の位相を合わせた状態で測定を行えば、サブミクロンオーダーで振れ測定だけでなく、振れの最大位置の特定も可能となる。

図４は、本発明に係る軸受の回転精度の測定装置の第２の実施形態を示す模式図である。なお、この実施形態は、前述した外輪の回転精度の測定装置を示す第１の実施形態（図１）に対して、内輪の回転精度の測定装置を示し、同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品、部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

この軸受の回転精度の測定装置２１は、測定対象となる転がり軸受２を支持する支持部３と測定部４、２２とを主要な構成としている。支持部２３は、外輪７の端面に当接するように取り付けられ、外輪７を支持固定するための外輪受け部材２４と、内輪６の端面に当接するように取り付けられ、内輪６を支持固定するための内輪受け部材２５と、転動体９の挙動が安定するように内輪受け部材２５上に載置され、適宜な重量からなる重錘１２と、内輪受け部材２５の上側に配設され、内輪受け部材２５を介して内輪６を回転させるための回転ユニット（図示せず）とを備えている。なお、ここで、内輪受け部材２５と重錘１２を一体の同じ部材としても良い。

図示する測定部４、２２は、外輪７を固定した状態で、それぞれ内輪６のラジアル振れとアキシアル振れを測定するもので、摺動機構１３とレーザ変位計１４とを備え、テーブル１５に載置されている。

摺動機構１３は、案内部１３ａと、この案内部１３ａに対して転がり軸受からなる直動軸受を介して、被測定物となる転がり軸受２のラジアル方向（およびアキシアル方向）に摺動自在に配設された摺動部１３ｂと、この摺動部１３ｂの先端部に装着され、内輪６の内径（および端面）に当接する球状の測定球１６ａを有する測定子１６（２６）と、摺動部１３ｂに適宜な測定圧を付与するコイルばねからなる押圧手段１７とを備えている。

本実施形態においても、前述した外輪７の回転精度の測定と同様、レーザ変位計１４により、測定子１６（２６）を介して摺動部１３ｂの微小な変位、すなわち、測定子１６（２６）の直線的な位置変化量をダイレクトに読み取ることができ、測定誤差が極めて少なく、サブミクロンオーダーの測定が可能となる。

また、高分解能を有するレーザ変位計１４自体が転がり軸受２に直接接触することがないので、転がり軸受２と測定子１６（２６）が異常接触した場合でも、レーザ変位計１４への影響がなく、高精度な回転精度の測定ができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る軸受の回転精度の測定装置は、転がり軸受をはじめ、静圧軸受や動圧軸受のラジアル振れおよびアキシアル振れを測定する装置として適用できる。

本発明に係る軸受の回転精度の測定装置の第１の実施形態を示す模式図である。図１の測定部を示す要部拡大図である。本発明に係る測定系を示すブロック図である。本発明に係る軸受の回転精度の測定装置の第２の実施形態を示す模式図である。従来の玉軸受のラジアル振れ測定装置を示す要部拡大図である。他の従来の転がり軸受の回転精度の測定装置を示す要部拡大図である。

符号の説明

１、２１・・・・・軸受の回転精度の測定装置
２・・・・・・・・転がり軸受
３、２３・・・・・支持部
４、５、２２・・・測定部
６・・・・・・・・内輪
６ａ・・・・・・・内側転走面
７・・・・・・・・外輪
７ａ・・・・・・・外側転走面
８・・・・・・・・保持器
９・・・・・・・・転動体
１０、２５・・・・内輪受け部材
１１、２４・・・・外輪受け部材
１２・・・・・・・重錘
１３・・・・・・・摺動機構
１３ａ・・・・・・案内部
１３ｂ・・・・・・摺動部
１４・・・・・・・レーザ変位計
１５・・・・・・・テーブル
１６、２６・・・・測定子
１６ａ・・・・・・測定球
１７・・・・・・・押圧手段
１８・・・・・・・変位計コントローラ
１９・・・・・・・フィルタ
２０・・・・・・・Ａ／Ｄ変換ユニット
５０・・・・・・・玉軸受
５１・・・・・・・外輪
５１ａ・・・・・・外側転走面
５２・・・・・・・内輪
５２ａ・・・・・・内側転走面
５３・・・・・・・ボール
５４・・・・・・・軸受内径面
５５・・・・・・・変位測定器
６０・・・・・・・転がり軸受
６１・・・・・・・内輪
６２・・・・・・・アダプタ
６３・・・・・・・外輪
６４・・・・・・・荷重軸
６５・・・・・・・マスターボール
６６、６７・・・・測定器
Ａ・・・・・・・・軸受中心軸
Ｌ・・・・・・・・Ｐ１とＰ２とを結んだ線
Ｐ１・・・・・・・ボールと外輪の外側転走面との接触点
Ｐ２・・・・・・・ボールと内輪の内側転走面との接触点
Ｐ３・・・・・・・ＬとＡとの交点
Ｐ４・・・・・・・軸受内径面とＲとが交差する位置
Ｒ・・・・・・・・Ｐ３を含むラジアル平面

Claims

軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、
前記軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、
この外輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、
前記外輪受け部材の上側に配設され、当該外輪受け部材を介して前記外輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、
案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向またはアキシアル方向に摺動自在に配設された摺動部と、
この摺動部の先端部に装着され、前記外輪の外径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、
前記摺動部に適宜な測定圧を付与する押圧手段とからなる摺動機構と、
前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、かつ前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されていることを特徴とする軸受の回転精度の測定装置。
軸受の外輪の端面に当接するように取り付けられ、当該外輪を支持固定するための外輪受け部材と、
前記軸受の内輪の端面に当接するように取り付けられ、当該内輪を支持固定するための内輪受け部材と、
この内輪受け部材上に載置され、適宜な重量からなる重錘と、
前記内輪受け部材の上側に配設され、当該内輪受け部材を介して前記内輪を回転させるための回転ユニットとからなる支持部と、
案内部と、この案内部に対して、前記軸受のラジアル方向またはアキシアル方向に摺動自在に配設された摺動部と、
この摺動部の先端部に装着され、前記内輪の内径または端面に当接する球状の測定球を有する測定子と、
前記摺動部に適宜な測定圧を付与する押圧手段とからなる摺動機構と、
前記測定子を介して前記摺動部の変位を読み取るレーザ変位計とを備え、このレーザ変位計が前記摺動部の摺動方向に配されると共に、前記摺動機構とレーザ変位計が前記測定子の測定方向の延長線上から外れた位置に配され、かつ前記摺動部が前記測定子の測定方向に対して平行になるように設定されていることを特徴とする軸受の回転精度の測定装置。
前記摺動部が前記軸受のラジアル方向およびアキシアル方向に摺動自在にそれぞれ配設されている請求項１または２に記載の軸受の回転精度の測定装置。
前記回転ユニットと外輪受け部材または内輪受け部材とを連結する部分にカップリングが介装されている請求項１乃至３いずれかに記載の軸受の回転精度の測定装置。
前記押圧手段がコイルばねである請求項１乃至４いずれかに記載の軸受の回転精度の測定装置。