JP6398488B2 - 転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置及び方法に関する。

各種回転軸を支持する転がり軸受として、内輪及び外輪と、これらの間に転動可能に設けられた複数の転動体とを備えたものがある。内輪及び外輪には、転動体が転動する軌道が形成されている。この軌道は、研削加工されたのちに超仕上げ等の研磨工程を経ることによって所定の表面粗さに仕上げられ、転動体の円滑な転動を実現している（例えば、特許文献１参照）。

また、軌道の研磨状態を把握するため、軌道の表面粗さを測定することも行われている。なお、下記特許文献２〜４には、一般的な表面粗さの測定装置が開示されている。

特開２００４−１３０４５７号公報 実開平７−１６１０７号公報 特開２０１１−８５４０２号公報 特開２００４−３３３１５０号公報

従来、軌道の表面粗さを測定する方法として、軌道に接触させたスタイラス（探針）を軸方向に移動させて走査する方法がある。例えば、外輪の軌道の表面粗さを測定する場合、図５に示すように、支持台１２３上の外輪１１の軌道１２にスタイラス１３１を接触させ、支持台１２３を周方向に所定の送りピッチ（例えば、０．１°）で間欠的に回転させながら、スタイラス１３１を外輪１１の軸方向（上下方向）に移動させる動作を繰り返し行う。これにより、図６に矢印Ｓで示すように、周方向の複数個所において軌道１２が走査され、全体的な表面粗さが測定される。

しかし、軌道１２には、研磨加工によって周方向及び軸方向に筋状の目（研磨目）１３，１４が形成されており、従来の測定方法では、図７に示すように、周方向に沿った研磨目１３はスタイラス１３１によって走査することができるものの、軸方向に沿った研磨目１４を走査するのが困難である。特に、１つの走査部分Ｓとこれに隣接する次の走査部分Ｓとの間には、送りピッチＰに相当する間隔が生じ、この間隔に位置する研磨目１４を走査することができない。したがって、軌道１２全体の表面粗さを精度よく測定するのが困難である。

本発明は、以上の実情に鑑み、軌道の表面粗さの測定精度を高めることができる転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する装置であって、前記軌道輪の軸心を鉛直方向又は水平方向に向けた状態で当該軌道輪を支持する支持台と、前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部と、前記検出部を、所定の走査方向に移動させる第１駆動部と、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる第２駆動部とを備え、前記検出部が、その走査方向を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させるように配置されていることを特徴とする。
また、本発明は、転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する装置であって、前記軌道輪の軸心を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させた状態で当該軌道輪を支持する支持台と、前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部と、前記検出部を、所定の走査方向に移動させる第１駆動部と、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる第２駆動部とを備え、前記検出部が、その走査方向を鉛直方向又は水平方向とするように配置されていることを特徴としている。

以上の各構成によれば、検出部による軌道の走査方向が軌道の研磨方向に対して傾斜することになるので、検出部によって軌道輪の周方向及び軸方向に沿って形成された研磨目を横切るように走査することが可能となり、走査されない研磨目を可及的に少なくし、表面粗さの測定精度を高めることができる。

前記検出部は、前記軌道に接触し、当該軌道の凹凸に応じて変位する探針を備えていることが好ましい。
例えば、玉軸受の軌道のように曲面形状に形成された軌道の表面粗さを測定する場合、検出部が非接触式のもの、例えば軌道の表面をカメラで撮影する形式のものは、検出部に対向する軌道の面の角度が走査位置によって変化し、表面粗さを均一に測定することが困難となる。本発明のように検出部が接触式の探針を備えている場合、軌道の凹凸を直接的に検出することができるので、より精度よく表面粗さを測定することが可能となる。

前記軌道輪が、その軸心を鉛直方向又は水平方向に向けた状態で支持されている場合、前記検出部は、その走査方向を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させるように配置されていることが好ましい。
また、前記検出部が、その走査方向を鉛直方向又は水平方向とするように配置されている場合、前記軌道輪は、その軸心を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させた状態で支持されていることが好ましい。
以上のような構成によって、検出部による走査方向を軌道の研磨方向に対して傾斜させることができる。

本発明は、転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する方法であって、前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部によって、軸心を鉛直方向又は水平方向に向けた状態で支持された前記軌道輪の前記軌道を、鉛直方向又は水平方向に対して傾斜した方向に走査する走査工程と、前記走査工程と、その次の走査工程との間に、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる送り工程と、を含む。
また、本発明は、転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する方法であって、前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部によって、軸心を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させた状態で支持された前記軌道輪の前記軌道を、鉛直方向又は水平方向に走査する走査工程と、前記走査工程と、その次の走査工程との間に、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる送り工程と、を含む。

本発明によれば、軌道の表面粗さの測定精度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る表面粗さの測定装置を示す概略構成図である。 軌道の走査を説明する図である。 走査方向と研磨方向との関係を拡大して示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る表面粗さ測定装置を示す概略構成図である。 従来技術に係る表面粗さの測定装置を示す概略構成図である。 従来技術に係る軌道の走査方向を示す説明図である。 従来技術に係る走査方向と研磨方向との関係を拡大して示す説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の表面粗さの測定装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る表面粗さの測定装置を示す概略構成図である。
測定装置１０は、転がり軸受の軌道輪１１に形成された軌道１２を測定対象とするものである。特に、本実施形態では、深溝玉軸受の外輪１１の内周面に形成された軌道１２を測定対象とする。この軌道１２は、略円弧状の曲面形状に形成されている。

軌道１２の表面は、粗仕上げ、中間仕上げ、精密仕上げ等の研磨加工を経て表面仕上げが施されている。この表面仕上げによって、軌道１２の表面には筋状の目（研磨目）１３，１４が形成されている。本実施形態では、外輪１１の周方向と軸方向とに沿ってそれぞれ研磨目１３，１４が形成されている。ただし、周方向及び軸方向の一方のみに研磨目が形成されていてもよい。

測定装置１０は、検出部２１、走査駆動部（第１駆動部）２２、支持台２３、及び回転駆動部（第２駆動部）２４を備えている。
検出部２１は、軌道１２を走査することによって軌道１２の表面粗さに応じた検出信号を出力するものである。
一方、走査駆動部２２は、検出部２１を所定の走査方向に移動させるものである。

より具体的には、検出部２１は、スタイラス３１（探針）と、アーム部３２とを備えている。
スタイラス３１は、軌道１２の表面に接触することによって軌道１２の凹凸に応じて、具体的には凹凸に追従して変位する。このスタイラス３１の変位は、電気的な信号に変換され、この電気信号によって軌道１２の表面粗さを測定することができる。

アーム部３２は、棒状に形成され、その先端部にスタイラス３１が設けられている。アーム部３２の基端部は、走査駆動部２２に接続されている。
走査駆動部２２は、アーム部３２をその長手方向に往復移動させる。そして、このアーム部３２の移動によって、スタイラス３１が軌道１２を走査するようになっている。

支持台２３は、測定対象となる軌道１２が形成された外輪１１を下方から支持するものである。
具体的に、支持台２３は、その上部に形成された載置面２３ａが水平に配置され、この載置面２３ａに外輪１１を載置することができる。また、支持台２３は、上下方向に沿った回転軸心Ｙを中心として回転自在に構成されている。外輪１１は、その軸心を前記回転軸心Ｙに一致させた状態で載置面２３ａ上に支持される。

回転駆動部２４は、例えば支持台２３の下側に配置され、支持台２３を回転軸心Ｙ回りに回転駆動する。この支持台２３の回転によって外輪１１をその軸心回りに回転させることができる。
検出部２１は、外輪１１の軸心に対して傾斜した姿勢で設けられている。そのため、検出部２１のスタイラス３１は、外輪１１の軸心に対して傾斜した方向に軌道１２を走査する。軌道１２の研磨目１３，１４は、外輪１１の軸方向及び周方向に沿って形成されているので、スタイラス３１の走査方向は、研磨目１３，１４に対して傾斜することになる。

図２は、軌道１２の走査を説明する図である。図２においては、スタイラス３１による軌道１２の走査方向（走査部分）が矢印Ｓで示されている。図２に示すように、軌道１２は、周方向複数個所において走査される。具体的に、スタイラス３１は、走査駆動部２２によって軌道１２の軸方向幅にわたって移動することで軌道１２を走査し、１箇所の走査が終了すると、回転駆動部２４によって支持台２３が所定の送りピッチＰだけ回転する。その後、スタイラス３１は、走査駆動部２２によって再び軌道１２の軸方向幅にわたって移動することで軌道１２を走査する。

図３は、走査方向と研磨方向との関係を拡大して示す説明図である。
本実施形態では、スタイラス３１の走査方向Ｓが、軌道１２の研磨方向（研磨目１３，１４の方向）に対して傾斜している。そのため、スタイラス３１による走査方向Ｓは、軸方向及び周方向の双方の研磨目１３，１４を横切っている。また、スタイラス３１がすべての研磨目１３，１４を横切って走査するように、走査方向Ｓの傾斜角度θと送りピッチＰとの関係が設定されている。これにより、すべての研磨目１３，１４がスタイラス３１によって走査され、軌道１２全体の研磨目１３，１４を考慮して表面粗さを測定することができ、測定精度を高めることができる。

また、スタイラス３１は、軌道１２に直接的に接触して凹凸を検出するので、深溝玉軸受の軌道のように曲面形状に形成された軌道１２を精度よく検出することができる。つまり、検出部が、軌道１２の表面をカメラで撮影するような非接触式である場合、検出部に対向する軌道の面の角度が走査位置によって変化し、撮影領域も大きく変化するので、表面粗さを正確に測定することが困難となるが、本実施形態では接触式の検出部２１を採用することでそのような不都合が生じ難くなっている。

図４は、本発明の第２実施形態に係る表面粗さ測定装置を示す概略構成図である。
前述の第１の実施形態では、支持台２３が水平に配置され、支持台２３上の外輪１１の軸心に対して検出部２１が傾斜して配置されていた。本実施形態では、検出部２１は上下方向に沿って配置され、これに対して支持台２３が傾斜して配置されている。したがって、検出部２１におけるスタイラス３１の走査方向が、支持台２３上の外輪１１の軌道１２の研磨方向に対して傾斜する関係となり、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の測定装置は、転がり軸受の外輪に形成された軌道を測定対象とする例を説明したが、内輪に形成された軌道を測定対象とするものであってもよい。
また、上記実施形態では、深溝玉軸受の軌道を測定対象としていたが、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受等の他の転がり軸受の軌道を測定対象としてもよい。また、スタイラスには傾斜角度を可変とする機構が設けられていてもよい。これにより研磨目に応じて傾斜角度を自在に調整することができる。

また、上記実施形態の検出部は、接触式のスタイラスを備えたものであったが、本発明の検出部は、非接触式であってもよい。
軌道輪は、その軸心を水平にした状態で支持されていてもよい。この場合、検出部による走査方向は、水平方向に対して傾斜した方向に設定すればよい。
また、上記実施形態では、所定の送りピッチで軌道輪を回転させることによって、スタイラスによる走査位置を移動させていたが、スタイラス自身を回転させることによって走査位置を移動させてもよい。

１０：測定装置、１１：外輪（軌道輪）、１２：軌道、１３：研磨目、１４：研磨目、２１：検出部、２２：走査駆動部（第１駆動部）、２３：支持台、２３ａ：載置面、２４：回転駆動部（第２駆動部）、３１：スタイラス（探針）、Ｓ：走査方向（走査部分）、Ｙ：回転軸心、θ：傾斜角度

Claims (5)

1. 転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する装置であって、
   前記軌道輪の軸心を鉛直方向又は水平方向に向けた状態で当該軌道輪を支持する支持台と、
   前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部と、
   前記検出部を、所定の走査方向に移動させる第１駆動部と、
   前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる第２駆動部とを備え、
   前記検出部が、その走査方向を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させるように配置されている、転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置。
2. 転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する装置であって、
   前記軌道輪の軸心を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させた状態で当該軌道輪を支持する支持台と、
   前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部と、
   前記検出部を、所定の走査方向に移動させる第１駆動部と、
   前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる第２駆動部とを備え、
   前記検出部が、その走査方向を鉛直方向又は水平方向とするように配置されている、転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置。
3. 前記検出部は、前記軌道に接触し、当該軌道の凹凸に応じて変位する探針を備えている、請求項１又は２に記載の転がり軸受における軌道の表面粗さ測定装置。
4. 転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する方法であって、
   前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部によって、軸心を鉛直方向又は水平方向に向けた状態で支持された前記軌道輪の前記軌道を、鉛直方向又は水平方向に対して傾斜した方向に走査する走査工程と、
   前記走査工程と、その次の走査工程との間に、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる送り工程と、を含む、転がり軸受における軌道の表面粗さ測定方法。
5. 転がり軸受の軌道輪に形成されかつ周方向及び軸方向の少なくとも一方に沿った研磨目を有する軌道の表面粗さを測定する方法であって、
   前記軌道の表面粗さに応じた検出信号を出力する検出部によって、軸心を鉛直方向又は水平方向に対して傾斜させた状態で支持された前記軌道輪の前記軌道を、鉛直方向又は水平方向に走査する走査工程と、
   前記走査工程と、その次の走査工程との間に、前記検出部を、所定の送りピッチで前記軌道輪に対して周方向に間欠的に相対回転させる送り工程と、を含む、転がり軸受における軌道の表面粗さ測定方法。

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