JP5301303B2

JP5301303B2 - 検査方法及び検査装置

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Publication number: JP5301303B2
Application number: JP2009021638A
Authority: JP
Inventors: 雄一服部
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010175511A

Description

本発明は、複列軸受の欠陥を検出するための検査方法及び検査装置に関する。

転がり軸受の欠陥を検出するものとして、回転中に生じる振動・音響を測定するものがある（特許文献１）。この特許文献１に記載の装置は、転がり軸受の内輪回転時に生じる振動・音響の測定を行うものであって、転がり軸受にラジアル荷重を加えるものである。

すなわち、前記特許文献１に記載の装置は、てこと、このてこの腕の一端に取り付けられたおもりと、このてこの腕の他端に取り付けられる突起（指）とを備えたものである。そして、突起を低剛性の弾性物質にて構成し、前記おもりの荷重によって、外輪に対して突起が径方向の押圧力でもって押圧するものである。

特開平６−２１３７７１号公報

前記特許文献１に記載のものは、検査対象としては単列軸受であり、複列軸受を想定していない。すなわち、複列軸受では、外輪及び内輪はそれぞれ軸方向に沿って配設される複数の転走面を有する。このため、軸方向一端部と軸方向他端部とで振動が相違する場合があり、前記特許文献１では、両端部におけるそれぞれの振動を検出できない。

また、前記特許文献１では、トルク測定を行うものではないので、トルク異常を検出できない。すなわち、振動検出を行っても、このような振動レベルではトルク異常が現れない。このため、前記特許文献１に記載の装置では、良品か不良品かの判断は信頼性に劣ることになる。

本発明は、上記課題に鑑みて、複列軸受の欠陥を高精度に検出でき、また、トルク異常の検出も可能な検査方法及び検査装置を提供する。

本発明の検査方法は、複列の外側転走面を有する外輪と、この外輪の外側転走面に対向する内側転走面を有する内輪と、外側転走面と内側転走面との間に介在される転動体とを備えた複列軸受の欠陥を検査する検査方法であって、外輪の軸方向一端部が上側となるように前記複列軸受を配設して外輪の軸方向他端部を固定し、内輪に対して上方からアキシャル方向に加圧した状態で、この内輪を回転させて、この回転中に、外輪の軸方向一端部の外径側から接触する振動測定手段にて、外輪の軸方向一端部側の転走面における振動を測定する第１測定工程と、外輪の軸方向他端部が上側となるように前記複列軸受を配設して外輪の軸方向一端部を固定し、内輪に対して上方からアキシャル方向に加圧した状態で、この内輪を回転させて、この回転中に、外輪の軸方向他端部の外径側から接触する振動測定手段にて、外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定する第２測定工程とを備え、第１測定工程及び第２測定工程において、振動測定に加えてその振動測定時にトルク測定を行い、内輪へのアキシャル方向の加圧力を測定中において所定一定値に維持するものである。

本発明の検査方法によれば、第１測定工程にて、外輪の軸方向一端部側の転走面における振動を測定することができ、第２測定工程にて、外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定することができる。すなわち、外輪の軸方向両端部側の転走面における振動を測定することができ、測定精度の向上を図ることができる。

第１測定工程では外輪の軸方向一端部が上側となるように複列軸受の回転軸心を鉛直方向軸心として振動の測定を行い、第２測定工程では複列軸受を反転させて、外輪の軸方向他端部が上側となるように複列軸受の回転軸心を鉛直方向軸心として振動の測定を行うのが好ましい。このように、固定側が下側となって、振動測定側が上側となるようにすれば、自重等によるワーク（軸受）の測定条件を、反転させても同じになる。

振動測定を加速度センサーにより行うようにしても、速度センサーにより行うようにしても、レーザー変位センサーにより行うようにしても、渦電流式変位センサーにより行うようにしても、接触式変位センサーにより行うようにしてもよい。すなわち、振動を定量的に捕らえるために、変位（単位：ｍ）、速度（単位：ｍ／ｓ）、及び加速度（単位：ｍ／ｓ²）の３つの物理量が使用される。各物理量は、微分及び積分することによってそれぞれ相互に変換することが可能である。このため、加速度センサーを用いても、速度センサーを用いても、レーザー変位センサー等の変位センサーを用いても振動を検出することができる。なお、振動の検出の感度は、振動周波数が低い範囲において変位が高く、周波数が上がるにつれて速度へ、また加速度へ移っていく。

また、内輪への加圧付与にシリンダ機構を用いたり、ばね機構を用いたりすることができる。シリンダ機構としては、電動シリンダであっても、エアシリンダであってもよい。電動シリンダとは、ボールネジ、リニアガイド、ＡＣサーボモータで構成された電気駆動のシリンダである。エアシリンダと同様に使え、ポンプが不要で電源に接続するだけの簡単な配線で使えるほか、オイルミストの飛散がない、ランニングコストが安いなどの利点がある。

検査対象である複列軸受として、複列玉軸受であっても、複列ころ軸受であっても、複列テーパ軸受であってもよく、用途としては、例えば鉄道車両用軸受である。

本発明の検出装置は、複列の外側転走面を有する外輪と、この外輪の外側転走面に対向する内側転走面を有する内輪と、外側転走面と内側転走面との間に介在される転動体とを備えた複列軸受の欠陥を検査する検査装置であって、鉛直方向に沿って配設されて下方側とされる外輪の軸方向端部側を着脱可能に固定する固定手段と、内輪に対して上方からアキシャル方向に所定一定値での加圧が可能な加圧手段と、この加圧手段にて加圧した状態で前記内輪をその軸心廻りに回転させる回転駆動手段と、内輪の回転中に、上方側に配置される外輪の軸方向端部の外径側から接触して、外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定する振動測定手段と、振動測定時にトルク測定を行うトルク検出手段とを備えたものである。

本発明の検査装置では、固定手段によって外輪の軸方向端部側を固定できるので、軸方向一端部を固定することができ、この固定状態では、加圧手段で内輪に対してアキシャル方向の加圧力を付与することができる。そして、この加圧状態において、回転駆動手段によって、内輪を回転させることができ、この回転中に振動測定手段にて、固定手段にて固定されていない外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定することができる。また、逆に、軸方向他端部を固定することができ、この固定状態では、加圧手段で内輪に対してアキシャル方向の加圧力を付与することができる。そして、この加圧状態において、回転駆動手段によって、内輪を回転させることができ、この回転中に振動測定手段にて、固定手段にて固定されていない外輪の軸方向一端部側の転走面における振動を測定することができる。

このため、本発明の検査装置を用いれば、外輪の軸方向両端部側の転走面における振動を測定することができ、測定精度の向上を図ることができる。

本発明では、外輪の軸方向両端部側の転走面における振動を測定することができ、測定精度の向上を図ることができ、良品か否かの判断が安定する。しかも、欠陥箇所の特定も安定する。

特に、固定側が下側となって、振動測定側が上側となるようにすれば、自重等によるワーク（軸受）の測定条件を、反転させても同じになる。このため、振動測定が安定して高精度に製品の欠陥を検出することができる。

トルク測定を行うようにすれば、トルク異常を検出することができ、製品の欠陥の検出の信頼性が向上する。測定中の加圧力を所定一定値に維持するようにすれば、測定が安定する。

加速度センサー、速度センサー、レーザー変位センサー、渦電流式変位センサー、接触式変位センサー等の種々のセンサーを用いて振動測定を測定することができる。このため、この検出方法に用いる振動測定装置（機構）の構成の簡略化を図ることができて、低コスト化を図ることができる。

シリンダ機構やばね機構等を用いて内輪への加圧付与を行うことができ、加圧付与が安定する。複列玉軸受、複列ころ軸受、複列テーパ軸受等の種々の複列軸受の欠陥を検出することができ、汎用性に優れる。

本発明の実施形態を示す検査装置を示し、第１測定工程中の簡略断面図である。前記検査装置を用いた第２測定工程中の簡略断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１と図２に基づいて説明する。図１と図２に本発明にかかる検査方法に用いる検査装置を示している。この検査装置は複列軸受１０の欠陥を検査するものである。複列軸受１０は、複列の外側転走面１、２を有する外輪３と、この外輪３の外側転走面１、２に対向する内側転走面４、５を有する内輪６，７と、外側転走面１、２と内側転走面４、５との間に介在される転動体８とを備える。なお、この複列軸受１０は、鉄道車両用テーパころ軸受である。

この検査装置は、複列軸受１０の外輪３の軸方向端部３ｂ（３ａ）側を着脱可能に固定する固定手段１１と、複列軸受１０の内輪６，７に対してアキシャル方向の加圧力を付与する加圧手段１２と、この加圧手段１２にて加圧した状態で内輪６，７をその軸心廻りに回転させる回転駆動手段１３と、内輪６，７の回転中に、固定手段１１にて固定されていない外輪３の軸方向端部３ａ（３ｂ）側の転走面１（２）における振動を測定する振動測定手段１５とを備える。さらには、トルクを検出するためのトルク検出手段１６を備える。

この場合、立設される基板壁２０の下部に前記固定手段１１が設けられている。この固定手段１１は、軸受１０の外輪３の軸方向端部３ｂ（３ａ）が嵌合される嵌合部２１を有するステージ２２を備える。また、嵌合部２１に外輪３の軸方向端部３ｂ（３ａ）が嵌合された状態では、外輪３が回転しないように固定する必要があり、このため、図示省略の支持機構（例えばチャック機構）等にて、嵌合部２１に嵌合している外輪３の端部３ｂ（３ａ）をチャックするようにするのが好ましい。そして、このチャック機構によるチャック状態を解除すれば、外輪３を固定手段１１から取外すことができる。すなわち、外輪３はこの固定手段１１に着脱自在に固定されることになる。

加圧手段１２は、下端に内輪６（７）に嵌合する嵌合部２５を有するロッド２６を備えた電動シリンダ２４にて構成できる。電動シリンダ２４はボールネジ、リニアガイド、ＡＣサーボモータで構成された電気駆動のシリンダである。嵌合部２５は、鍔部２７と、この鍔部２７から下方へ突出する凸部２８とからなり、凸部２８が内輪６（７）の孔部６ａ（７ａ）の開口部に嵌合されるとともに、鍔部２７が内輪６（７）の端面６ｂ（７ｂ）に当接する。このため、ロッド２６の上下方向の伸縮量によって、内輪６（７）への下方への加圧力を調節することができる。

また、この電動シリンダ２４のロッド２６は、トルク検出手段１６を介して、回転駆動手段１３を構成する駆動用モータ３０の出力軸３０ａに連結されている。このため、駆動用モータ３０が駆動して出力軸３０ａが回転すれば、電動シリンダ２４のロッド２６が回転し、このロッド２６の嵌合部２５に嵌合している内輪６（７）がその軸心廻りに回転する。なお、この駆動用モータ３０は、前記基板壁２０の上部に支持部材３１を介して支持されている。また、駆動用モータ３０としては、汎用モータ、サーボモータ、ステッピングモータ等の種々のものを用いることができる。

トルク検出手段１６はトルクセンサを使用することができる。トルクセンサは、例えば、励磁コイルと検出コイルとを備える。この場合、励磁コイルには交流電流を通電し、交流磁界を発生させ、トルク伝達軸表面を円周方向に交流磁化させる。そして、検出コイルは、励磁コイルと直交する方向、つまりトルク伝達軸表面の軸方向の交流磁化成分を検出する。トルク伝達軸にトルクが印加されると軸方向に対して４５°方向に引張り応力＋σ、及び圧縮応力−σが発生する。励磁コイルにより発生させられた円周方向の磁化ベクトルが、磁歪効果により応力発生方向である４５°方向に回転させられ、磁化ベクトルの軸方向成分が生じる。この磁化ベクトルの軸方向成分は印加トルクの増加にともなって大きくなる。したがって、磁化ベクトルの軸方向成分を検出する検出コイルからの誘起電圧が、軸に加わるトルクに対応することになる。

振動測定手段１５としては、加速度を検出する加速度センサー、速度を検出する速度センサー、変位を検出する変位センサー等の種々のセンサーにて構成することができる。このため、この実施形態では加速度ピックアップ３５を有する加速度センサーにて、振動測定手段１５を構成した。この場合、加速度ピックアップ３５を、外輪３の軸方向端部３ｂ（３ａ）の外周面に接触するように配置する。

ここで、加速度センサーとは、加速度、すなわち単位時間当たりの速度の変化を検出するためのものであり、機械式のセンサーや半導体を用いたセンサーがある。半導体式のメリットは小型で、かつ精密な検出が可能である利点がある。半導体を用いた加速度センサーには、静電容量検出方式のほか、ピエゾ抵抗効果を利用したもの、シリコン結晶異方性エッチングを利用したものなどがある。

速度センサーには、例えばレーザードップラ振動計を用いることができる。レーザー光を移動するターゲットに照射すると、ターゲットからの反射光の持つ周波数はドップラ効果によって照射光が本来持つ周波数からドップラシフトする。この時のドップラシフト量についてみると、シフトした周波数をｆD、ターゲットの持つ速度をV、照射光の波長をλ、照射光を当てる方向とターゲットの移動方向とのなす角度をθとすると、次の式が成立する。ここで、レーザーの照射光の周波数をf0とすると、反射光の持つ周波数はf0+fDとなる。レーザドップラ振動計で使用されるレーザー光の波長λはきわめて安定しているため、ドップラ周波数fDとターゲットの移動速度Vは比例関係にある。また、レーザドップラ振動計ではレーザーを照射する方向とターゲットの移動方向とのなす角度θは通常0度と設定するため（入射光に対する反射光の平行成分のみを検出：面外振動）、ドップラ周波数fDを測定することでターゲットの持つ照射方向の移動速度を求めることができる。ただし、レーザー光そのものの周波数は極めて高く、直接測定することが困難なため、通常ドップラ周波数fDの検出は、照射光(f0)と反射光(f0+fD)とを干渉させて検出することになる。

レーザー変位センサーとは、三角測量を応用した方式で、発光素子と光位置検出素子（PSD）の組み合わせで構成される。発光素子には、半導体レーザーが用いられる。半導体レーザーの光は投光レンズを通し集光され、測定対象物に照射される。そして、対象物から拡散反射された光線の一部は受光レンズを通して光位置検出素子上にスポットを結ぶ。その対象物が移動するごとにスポットも移動するので、そのスポットの位置を検出することで対象物までの変位量を検出することができる。

渦電流式変位センサーは、高周波磁界を利用したものであり、センサヘッド内部のコイルに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させる。この磁界内に測定対象物（金属）があると、電磁誘導作用によって、対象物表面に磁束の通過と垂直方向の渦電流が流れて、センサコイルのインピーダンスが変化する。渦電流式変位センサは、この現象による発振状態の変化により、距離を測定する。

接触式変位センサーは、一般的には差動トランスを用いている。差動トランスは3つのコイルと可動鉄心で構成され、１次コイルを交流（一定周波数電圧）で励磁すると被測定物体に連動して動く可動鉄心により２次コイルに誘起電圧が発生する。これを差動結合し、電圧差として取り出し、変位出力としている。可動鉄心が左右対称の位置すなわち中央に位置している時は、左右に誘起される交流電圧は等しくなり、電圧差が０となり出力は０となる。可動鉄心の位置が中央からずれると、左右コイルの誘起電圧に差が生じ、その差に比例した交流電圧が現れる。この交流電圧を１次コイルに流した交流電圧とくらべると可動鉄心が右にある場合と左にある場合とでは波形（位相）が逆になる。この現象を利用して可動鉄心の左右の変位の大きさを正負の直流電圧の大きさに変換し、可動鉄心の変位を測定する。

次に前記した検査装置を用いた複列軸受の欠陥検査方法を説明する。この検査方法としては、外輪３の軸方向一端部３ａ側の転走面１における振動を測定する第１測定工程と、外輪３の軸方向他端部３ｂ側の転走面２における振動を測定する第２測定工程とを備える。

第１測定工程は、まず、図１に示すように、軸受１０の外輪３を、その一端部３ａが上側となるように、その他端部３ｂを固定手段１１の嵌合部２１に嵌合して固定する。すなわち、この軸受１０の軸心が鉛直軸に一致する。この状態で、電動シリンダ２４のロッド２６を延ばして、凸部２８を内輪６の孔部６ａの開口部に嵌合させるとともに、鍔部２７を内輪６の端面６ｂに当接させる。この際、ロッド２６の上下方向の伸縮量を調節することによって、内輪６への下方への加圧力を所定一定値とする。

また、加速度ピックアップ３５を、外輪３の軸方向一端部の外径面に接触するように配置する。そして、駆動用モータ３０を駆動することによって、電動シリンダ２４のロッド２６を回転して内輪６を回転する。この回転中に、振動測定手段１５にて、外輪３の軸方向一端部３ａ側の転走面１における振動を測定する。また、この振動測定中においては、トルク検出手段１６にて回転トルクを検出する。

第２測定工程では、前記第１測定工程での軸受１０の固定状態を解除し、この軸受１０を反転させる。すなわち、軸受１０の外輪３を、その他端部３ｂが上側となるように、その一端部３ａを固定手段１１の嵌合部２１に嵌合して固定する。この軸受１０の軸心が鉛直軸に一致する。この状態で、電動シリンダ２４のロッド２６を延ばして、凸部２８を内輪７の孔部７ａの開口部に嵌合させるとともに、鍔部２７を内輪７の端面７ｂに当接させる。この際、ロッド２６の上下方向の伸縮量を調節することによって、内輪７への下方への加圧力を所定一定値とする。

また、加速度ピックアップ３５を、外輪３の軸方向一端部の外径面に接触するように配置する。そして、駆動用モータ３０を駆動することによって、電動シリンダ２４のロッド２６を回転して内輪７を回転する。この回転中に、振動測定手段１５にて、外輪３の軸方向他端部３ｂ側の転走面２における振動を測定する。また、この振動測定中においては、トルク検出手段１６にて回転トルクを検出する。

ところで、内輪６（７）への下方への加圧力の所定一定値としては、がたつくことなく内輪６（７）が回転できればよいので、種々変更できる。

このように、外輪３の軸方向両端部３ａ，３ｂ側の転走面１，２における振動を測定することができ、測定精度の向上を図ることができ、この振動値に基づいて、この軸受１０が良品か否かの判断が安定する。しかも、欠陥箇所の特定も安定する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、加圧手段として、電動シリンダを用いたが、エアシリンダであってもよい。しかしながら、電動シリンダでは、エアシリンダと同様に使え、ポンプが不要で電源に接続するだけの簡単な配線で使えるほか、オイルミストの飛散がない、ランニングコストが安いなどの利点がある。また、このようなシリンダに代えて、コイルスプリング等を備えたばね機構を用いたものであってもよい。このように、本発明の検査装置では、シリンダ機構やばね機構等を用いて内輪への加圧付与を行うことができ、加圧付与が安定する。

検査対象としては、前記実施形態では、鉄道車両用軸受の複列テーパころ軸受であったが、複列玉軸受、複列ころ軸受等の他の複列軸受であってもよい。また、軸受の用途としては、鉄道車両用に限るものではなく、種々の装置や機構のものであってもよい。このように、複列玉軸受、複列ころ軸受、複列テーパ軸受等の種々の複列軸受の欠陥を検出することができ、汎用性に優れる。なお、軸受として前記実施形態では、内輪が一対備えるものであったが、内輪が１つにて構成されるものであってもよい。

１外側転走面
２外側転走面
３外輪
３ａ軸方向一端部
３ｂ軸方向他端部
４，５内側転走面
６，７内輪
８転動体
１０軸受
１１固定手段
１２加圧手段
１３回転駆動手段
１５振動測定手段
１６トルク検出手段
２４電動シリンダ

Claims

複列の外側転走面を有する外輪と、この外輪の外側転走面に対向する内側転走面を有する内輪と、外側転走面と内側転走面との間に介在される転動体とを備えた複列軸受の欠陥を検査する検査方法であって、
外輪の軸方向一端部が上側となるように前記複列軸受を配設して外輪の軸方向他端部を固定し、内輪に対して上方からアキシャル方向に加圧した状態で、この内輪を回転させて、この回転中に、外輪の軸方向一端部の外径側から接触する振動測定手段にて、外輪の軸方向一端部側の転走面における振動を測定する第１測定工程と、
外輪の軸方向他端部が上側となるように前記複列軸受を配設して外輪の軸方向一端部を固定し、内輪に対して上方からアキシャル方向に加圧した状態で、この内輪を回転させて、この回転中に、外輪の軸方向他端部の外径側から接触する振動測定手段にて、外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定する第２測定工程とを備え、
第１測定工程及び第２測定工程において、振動測定に加えてその振動測定時にトルク測定を行い、内輪へのアキシャル方向の加圧力を測定中において所定一定値に維持することを特徴とする検査方法。
第１測定工程では外輪の軸方向一端部が上側となるように複列軸受の回転軸心を鉛直方向軸心として振動の測定を行い、第２測定工程では複列軸受を反転させて、外輪の軸方向他端部が上側となるように複列軸受の回転軸心を鉛直方向軸心として振動の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
振動測定を加速度センサーにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
振動測定を速度センサーにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
振動測定をレーザー変位センサーにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
振動測定を渦電流式変位センサーにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
振動測定を接触式変位センサーにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
内輪への加圧付与にシリンダ機構を用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の検査方法。
内輪への加圧付与にばね機構を用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の検査方法。
検査対象である複列軸受が複列玉軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の検査方法。
検査対象である複列軸受が複列ころ軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の検査方法。
検査対象である複列軸受が複列テーパ軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の検査方法。
検査対象である複列軸受が鉄道車両用軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の検査方法。
複列の外側転走面を有する外輪と、この外輪の外側転走面に対向する内側転走面を有する内輪と、外側転走面と内側転走面との間に介在される転動体とを備えた複列軸受の欠陥を検査する検査装置であって、
鉛直方向に沿って配設されて下方側とされる外輪の軸方向端部側を着脱可能に固定する固定手段と、内輪に対して上方からアキシャル方向に所定一定値での加圧が可能な加圧手段と、この加圧手段にて加圧した状態で前記内輪をその軸心廻りに回転させる回転駆動手段と、内輪の回転中に、上方側に配置される外輪の軸方向端部の外径側から接触して、外輪の軸方向他端部側の転走面における振動を測定する振動測定手段と、振動測定時にトルク測定を行うトルク検出手段とを備えたことを特徴とする検査装置。