JP6881032B2 - ころ軸受の挙動測定装置及び挙動測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転中のころ軸受の挙動、特にスキューなどのころの挙動を測定する挙動測定装置及び挙動測定方法に関する。

ころ軸受が回転するときには、ころが転動して、内輪または外輪が回転自在に支持されている。このとき、負荷される荷重の向きなどによって、ころの軸がころ軸受の回転軸に対して傾く場合がある。このように、ころ軸受の回転軸に対してころの軸が傾く現象をスキューという。スキューが生じると、ころと軌道輪とがすべり接触をするため、軸受の昇温や振動が大きくなる。
このため、ころ軸受が回転しているときの各ころのスキューの状態を測定することは、ころ軸受を開発するうえで重要な手段となる。特許文献１では、スキュー角を測定する方法として、レーザ光を照射して、ころの端面で反射されたレーザ光の向きを測定することによって、スキューの大きさを測定する方法が提案されている。

特許文献１の挙動測定装置は、円すいころの端面にレーザ光を照射し、反射したレーザ光を第１のミラーによって、円すいころ軸受の近傍に配置した投影部に投影している。このときの、投影されたレーザ光の位置と円すいころの位置とのずれ量によってスキュー角を測定している。

特開２０１６−７０９０７号公報

特許文献１の測定方法では、スキュー角を正確に測定するためには、レーザ光の光軸と、転がり軸受の回転軸、及び第１ミラーの軸が完全に一致した状態で組み付けられる必要がある。ころ軸受の回転軸とレーザ光の光軸とが完全に一致させることにより、スキューがない場合には、ころ端面で反射したレーザ光は、ころ軸受の中心ところ端面を結ぶ直線上に再び投影されるので、スキュー角を算出する基準位置を明確にできるからである。
しかしながら、実際の測定装置においては、ころ軸受の回転軸とレーザ光の光軸の向きを完全に一致させるために精密な作業が必要であり、測定の準備に多大な工数を要していた。

そこで、本発明は、ころ軸受の挙動をレーザ光を用いて測定する場合に、レーザ光の向きの精密な調整をしなくても、その挙動を正確に測定することを目的としている。

本発明の一形態は、ころ軸受のころの一端面にレーザ光を出射する出射部と、前記ころと前記出射部との間に着脱自在に配置され、前記ころ軸受の回転軸に対する回転面からなる反射面を備えた基準ミラーと、前記ころの一端面で反射されたレーザ光が投影されて投影点Ｓが形成されるとともに、前記基準ミラーで反射されたレーザ光が投影されて基準投影点が形成される投影部と、前記基準ミラーと前記基準投影点とを撮影して、前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報を表す第１信号を出力するとともに、前記ころ軸受と前記投影点Ｓとを撮影して、前記ころと前記投影点Ｓの位置情報を表す第２信号を出力する撮影部と、前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記ころ軸受の挙動情報を算出する挙動算出部とを備えることを特徴とする、ころ軸受の挙動測定装置である。

本発明の他の一形態は、上記一形態のころ軸受の挙動測定装置を使用して、ころ軸受の挙動を測定する挙動測定方法であって、前記基準ミラーを取り付けた状態で前記基準ミラーに向けてレーザ光を照射し、前記基準ミラーと前記基準投影点とを撮影して、前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報を取得する基準情報取得ステップと、前記基準ミラーを外した状態で前記ころ軸受に向けてレーザ光を照射し、前記ころ軸受と前記投影点Ｓとを撮影して、前記ころ軸受と前記投影点Ｓの位置情報を取得するころ位置情報取得ステップと、前記基準情報取得ステップで取得した前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報と、前記ころ位置情報取得ステップで取得した前記ころと前記投影点Ｓの位置情報とに基づいて、前記ころ軸受の挙動情報を算出する挙動演算ステップと、を備えたことを特徴としている。

本発明によると、ころ軸受の挙動をレーザ光を用いて測定する場合に、レーザ光の向きの精密な調整をしなくても、その挙動を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態であるころ軸受の挙動測定装置の構成図である。 図１の挙動測定装置を矢印Ｖの向きに見た模式図である。 基準ミラーを装着したときの挙動測定装置の要部拡大図である。 図４（ａ）は、基準ミラーを装着したときの、Ｙ軸方向から見たレーザ光の経路を示す模式図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）を回転軸ｍの方向から見た模式図である。 図５（ａ）は、円すいころのスキュー測定時に、Ｙ軸方向から見たレーザ光の経路を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）を回転軸ｍの方向から見た模式図である。 挙動演算部における挙動情報を算出する手順を説明する説明図である。

（ころ軸受の挙動測定装置）
本発明の一実施形態（本実施形態）を図を用いて詳細に説明する。 図１は、本実施形態にかかるころ軸受の挙動測定装置１０の概略構成を示す概念図である。

ころ軸受の挙動測定装置１０（以下、単に「挙動測定装置」という）は、回転中のころ軸受について、その挙動を測定する測定装置である。ころ軸受の挙動とは、例えば、ころのスキューやチルトなどの姿勢に関する情報をいう。スキューとは、ころ軸受の回転中に、ころの軸がころ軸受の回転軸ｍに対して周方向に傾く現象をいい、チルトとは、ころの軸が回転軸ｍに対して径方向に傾く現象をいう。
本実施形態では、ころ軸受の一つである円すいころ軸受１１について、その挙動を測定している。以下の説明では、円すいころ軸受１１の回転軸ｍの方向を軸方向といい、回転軸ｍと直交する方向を径方向、回転軸ｍの回りを周回する方向を周方向という。

円すいころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、複数の円すいころ１４と、これらの円すいころ１４を周方向に一定の間隔で保持する保持器１５とを備えている。

内輪１２は、外周に円錐面状の内側軌道面１６と鍔１７とを有している。外輪１３は、内周に円錐面状の外側軌道面１８を有している。

円すいころ１４は、円錐面状の外周面からなる転動面１９と、この転動面１９の小径側に位置する小端面２０と、この転動面１９の大径側に位置する一端面としての大端面２１とを有している。円すいころ１４は、外側軌道面１８と内側軌道面１６との間に転動自在に配置されている。円すいころ軸受１１が回転すると、円すいころ１４は、回転軸ｍの回りを公転する。

大端面２１の中央には、円すいころ１４の軸と直交する向きで、円形状の反射面Ｗが形成されている（図２参照）。反射面Ｗは、鏡面加工を施したり鏡面体を貼り付ける等により、照射されたレーザ光Ｌを反射することができる。反射面Ｗは、円すいころ１４が転動するときに、軸方向から見て内輪１２の鍔１７と重ならない位置に形成されている。

挙動測定装置１０は、円すいころ軸受１１を回転させるシャフト２４と、出射部としてのレーザ装置２５と、第１ミラー２６及び第２ミラー２７と、投影部２８と、撮影部としてのカメラ２９と、挙動算出部としての演算装置３０と、着脱自在の基準ミラー３５とを備えている。

シャフト２４は、図示しない転がり軸受で支持されており、図示しないモータ等によって回転するようになっている。シャフト２４の軸端部には、挙動を測定する対象としての円すいころ軸受１１が、取り付けられている。円すいころ軸受１１は、円すいころ１４の大端面２１をレーザ装置２５と対向する側に向けて、シャフト２４の外周に締まりばめの状態で嵌め合わされている。

レーザ装置２５は、円すいころ軸受１１に向けてレーザ光Ｌを照射している。レーザ光Ｌの光軸は、回転軸ｍとほぼ同軸である。後述するように、レーザ光Ｌの光軸と回転軸ｍとを完全に一致させることは困難であり、互いにわずかに傾いて組み付けられる場合がある。
レーザ光Ｌは、その光軸に直交する断面が環状であり、その直径寸法は、円すいころ１４のピッチ円直径（円すいころ１４の大端面２１の中心をつなぐ仮想円の直径）とほぼ同等である。こうして、レーザ光Ｌは、円すいころ軸受１１に組込まれた全ての円すいころ１４の大端面２１に向けて照射されており、円すいころ１４が回転軸ｍの回りを公転するときには、その軌跡の全範囲を照射することができる。レーザ光Ｌは、円すいころ１４の大端面２１で反射し、第１ミラー２６に向けて進行する。
なお、本実施形態では、レーザ光Ｌの光軸に直交する断面が環状であるが、これに限らず、円すいころ１４の公転時の軌跡を照射できる複数のレーザ光であってもよい。

第１ミラー２６は、環状で、円すいころ軸受１１とレーザ装置２５との間に同軸に配置されている。第１ミラー２６は、円筒形状の内周面３９と、内周面３９とつながって略径方向に形成された第１反射面４０とを備えている。
第１反射面４０は、内周面３９から径方向外方に進むにしたがって円すいころ軸受１１の側に向けて傾斜した円錐面であり、円すいころ軸受１１と対向する向きに設置されている。第１反射面４０には、全周にわたって鏡面加工が施されている。
なお、内周面３９の直径寸法は、円すいころ軸受１１の外径より大径である。これにより、レーザ装置２５から第１ミラー２６の内周側を通して、円すいころ１４の大端面２１にレーザ光Ｌを直接照射できる。
円すいころ１４の大端面２１で反射したレーザ光Ｌは、更に、第１ミラー２６で反射し、投影部２８に向けて進行する。

図２は、図１における円すいころ軸受１１を矢印Ｖの向きに見たときの模式図である。
図２では、円すいころ軸受１１と、Ａの位置にある円すいころ１４の大端面２１で反射したレーザ光Ｌが、投影部２８に投影されている状態を示している。
投影部２８は、回転軸ｍの方向からみた形状が略正方形の板部材であって、中央に、円すいころ軸受１１の外径寸法よりわずかに大きい孔４１が設けられている。投影部２８の第１ミラー２６側の面は、第１ミラー２６から入射したレーザ光Ｌが投影される投影面４２である（図１参照）。
投影部２８は、回転軸ｍに対して直交する向きで、孔４１の中心位置と円すいころ軸受１１の中心位置とを合わせて配置されている。投影面４２は、円すいころ１４の大端面２１と、軸方向のほぼ同じ位置に設置されている。こうして、円すいころ軸受１１の外周に沿って、投影面４２が配置されており、投影面４２には、第１ミラー２６から入射したレーザ光Ｌによって投影点Ｓが形成されている。

再び図１によって説明する。第２ミラー２７は、第１ミラー２６とレーザ装置２５との間で、円すいころ軸受１１の回転軸ｍ上に配置されている。第２ミラー２７は、円すいころ軸受１１の回転軸ｍに対して４５°の角度で傾いた第２反射面４３を備えている。

カメラ２９は、第２ミラー２７の径方向外方に設置されている。カメラ２９は、第２ミラー２７の第２反射面４３に向けて設置されており、その中心軸は、円すいころ軸受１１の回転軸ｍに対して略直交している。カメラ２９は、第２ミラー２７を介して回転軸ｍの方向から円すいころ軸受１１及び投影部２８に投影された投影点Ｓを撮影することができる。こうして、カメラ２９は、図２に示すような、円すいころ１４と投影点Ｓとが一画面に表示された画像を撮影している。
カメラ２９は、ＣＣＤなどの撮像素子を搭載しており、撮影した画像を、円すいころ１４と投影点Ｓの位置情報を表す画像信号として、演算装置３０に出力するようになっている。

演算装置３０は、挙動演算部４６及びメモリ４７を備えている。これらの演算部４６とメモリ４７は、マイクロコンピュータの一部である。演算装置３０には、表示器４８とレコーダ４９とが接続されている。

メモリ４７は、円すいころ１４の挙動を測定するためのプログラムを予め記憶するとともに、スキュー角を算出するときの基準となる円すいころ１４の位置情報などを記憶している。
挙動演算部４６では、メモリ４７に記憶されたプログラムに従って、カメラ２９から送信された画像信号に基づいて、円すいころ軸受１１の挙動としてのころのスキュー角やチルト量を測定している。測定されたスキュー角等は、表示器４８に表示され、また、レコーダ４９に記録されるようになっている。

図３によって、基準ミラー３５について説明する。図３（ａ）は、基準ミラー３５を装着したときの挙動測定装置１０の要部拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）を回転軸ｍの方向から見た基準ミラー３５の形態を示している。

基準ミラー３５は、環状で、円すいころ軸受１１の前方（円すいころ軸受１１のレーザ装置２５と対向する側である）で、シャフト２４に嵌め合わされている。これにより、基準ミラー３５は、円すいころ１４とレーザ装置２５との間に配置されている。基準ミラー３５の内周は円筒形状であり、その内径は、円すいころ軸受１１の内径寸法とほぼ同等である。また、外周の直径寸法は、円すいころ軸受１１の外径寸法とほぼ同等である。
基準ミラー３５では、軸方向の一方でレーザ装置２５と対向する側に対向面３６が形成されている。対向面３６は径方向外方に向かうにしたがって円すいころ軸受１１に近づく向きに傾斜する円錐面である。いい換えれば、対向面３６は、軸方向断面における直線Ｊを、回転軸ｍの回りに回転させたときの回転面であり、対向面３６の法線は、回転軸ｍを含む平面上に存在する。
本実施形態では、対向面３６が、直線Ｊによる回転面で形成されているが、円弧などの曲線による回転面であってもよい。
また、基準ミラー３５は、シャフト２４に着脱自在であり、円すいころ軸受１１の挙動を測定するときには取り外される。

図３（ｂ）に示すように、対向面３６には、円すいころ１４の大端面２１と軸方向に対向する位置に、円形の反射面Ｚが形成されている。対向面３６は、その全面に鏡面加工が施されており、反射面Ｚは、当該反射面Ｚの部分を除くその他の部分を、レーザ光Ｌを反射しない塗料等でマスキングすることによって形成されている。図３（ｂ）では、マスキングされている部分にハッチングが施されている。
こうして、基準ミラー３５には、レーザ装置２５及び第１ミラー２６と対向するように配置された反射面Ｚが形成されており、反射面Ｚは、レーザ装置２５側から見たときに円すいころ１４の大端面２１と重なる位置に形成されている。反射面Ｚの大きさは、円すい
ころ１４の大端面２１に形成された反射面Ｗの大きさとほぼ同等である。

図３（ａ）では、反射面Ｚで反射して投影面４２に到達するレーザ光Ｌの経路をＬ１で示し、反射面Ｗで反射して投影面４２に到達するレーザ光Ｌの経路をＬ２で示している。Ｌ２は、図３（ａ）の状態から基準ミラー３５が取り外されて、スキューがないと仮定した場合の円すいころ１４に直接レーザ光Ｌが照射されたときの、レーザ光Ｌの経路を示している。本実施形態では、対向面３６の母線である直線Ｊの向きが、円すいころ１４に形成された反射面Ｗの向きとわずかに異なっており、Ｌ１及びＬ２の経路で進行するレーザ光Ｌは、投影面４２上では、互いに同一の位置に到達するようになっている。直線Ｊの向きは、円すいころ１４と基準ミラー３５との軸方向の寸法や、第１ミラー２６の位置等に基づいて、設定することができる。

（円すいころ軸受の挙動の測定方法）
次に、挙動測定装置１０によって、図を用いて、円すいころ軸受１１の挙動を測定する挙動測定方法（以下、本測定方法）を説明する。
図２において、Ａの位置にある円すいころ１４（円すいころＡ）について、その挙動を測定する場合を例にして説明する。円すいころ軸受１１の中心を原点Ｏとし、円すいころＡの位置でピッチ円の接線方向をＸ軸に設定し、原点Ｏと円すいころＡの中心を結ぶ方向をＹ軸に設定している。原点Ｏは、回転軸ｍ上の点である。また、円すいころＡの大端面２１の中心を通って、Ｙ軸に垂直な平面を平面ｑとし、Ｘ軸に垂直な平面を平面ｐとする。

本測定方法は、基準ミラー３５を用いて位置情報を取得する基準情報取得ステップと、円すいころ軸受１１の位置情報を取得するころ位置情報取得ステップと、を備えており、その後、基準情報取得ステップ及びころ位置情報取得ステップで取得した位置情報に基づいて、円すいころ軸受１１の挙動情報を算出している。ここで、円すいころ軸受１１の挙動情報とは、円すいころのスキュー角や、チルト量などをいう。

（基準情報取得ステップ）
基準情報取得ステップでは、上記構成の挙動測定装置１０を使用して、図３に示すように、円すいころ軸受１１の前方に、基準ミラー３５を取り付けている。この状態で、シャフト２４を回転させながら、基準ミラー３５に向けて、レーザ光Ｌを照射している。
本測定方法は、レーザ装置２５の取付誤差等によってレーザ光Ｌの光軸と円すいころ軸受１１の回転軸ｍとが互いにわずかに傾いている場合において、これらの向きの精密な調整をしなくても、スキュー角を正確に測定することが出来る点に特徴がある。このため、基準情報取得ステップの説明では、円すいころ軸受１１の回転軸ｍとレーザ光Ｌの光軸とがわずかに傾いている場合について説明する。

図４（ａ）は、基準ミラー３５の反射面Ｚが円すいころＡと対応する位置（図２におけるＡの位置）にあるときに、Ｙ軸方向から見たときのレーザ光Ｌの経路を示す模式図である。図４（ｂ）は、反射面Ｚによって形成された投影点（以下、円すいころ１４の大端面２１で反射して形成される投影点Ｓと区別して「基準投影点Ｓｂ」という）を、回転軸ｍの方向から見た模式図である。

基準ミラー３５の反射面Ｚは、対向面３６の一部で形成されている。対向面３６は、回転軸ｍと同軸に形成された円錐面である。このため、反射面Ｚの法線は、回転軸ｍを含む平面上に存在する。したがって、反射面Ｚの法線と、スキューを生じていないときの円すいころ１４の大端面２１の法線とは、いずれも平面ｐ上に位置している。
このため、図４（ａ）に示すように、反射面Ｚで反射したレーザ光Ｌは、スキューを生じていない円すいころの端面で反射するときと同様に、平面ｐから離れる向きに進行する。その後、第１ミラー２６で反射して、投影面４２上に投影される。図４（ｂ）に示すように、基準投影点Ｓｂは、Ｙ軸に対して位相角φｂだけ傾いた位置に形成される。
こうして基準投影点Ｓｂは、スキューが生じていないときに形成される投影点と同一の位相角φｂの位置に形成される。なお、位相角とは、原点Ｏの回りで、Ｙ軸とのなす角度をいう。

基準ミラー３５が回転しているときには、基準投影点Ｓｂは、反射面Ｚとともに回転軸ｍの周りを周回している。周方向の各位置では、原点Ｏから、反射面Ｚの中心に向かう方向をＹ軸として、基準投影点Ｓｂの位相角φｂを測定している。

カメラ２９は、第２ミラー２７を介して、基準ミラー３５及び基準投影点Ｓｂを回転軸ｍの方向から撮影している。こうして、図４（ｂ）に示すように、基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂを一画面の画像Ｇ１として撮影することにより、基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報を取得することが出来る。
また、カメラ２９では、基準ミラー３５の回転中に所定の時間間隔で繰り返し撮影することにより、画像Ｇ１を逐次取得しており、周方向の各位置において、基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報を逐次取得することができる。ここで、基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報とは、例えば、基準ミラー３５の中心の位置、反射面Ｚの位置、基準投影点Ｓｂの位相角などである。

カメラ２９で撮影された画像Ｇ１は、基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報を表す第１信号として挙動演算部４６に出力されるとともに、メモリ４７に記憶されている。

（ころ位置情報取得ステップ）
ころ位置情報取得ステップでは、駆動装置とレーザ装置２５との位置をそのまま維持した状態で、基準ミラー３５を取り外している。この状態で、シャフト２４を回転させながら、円すいころ軸受１１に向けて、レーザ光Ｌを照射している。
図５（ａ）は、レーザ装置２５から照射されたレーザ光Ｌが、円すいころＡの大端面２１で反射して、投影面４２に到達するまでの経路を、Ｙ軸方向から見たときの模式図で示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）を回転軸ｍの方向から見た模式図である。なお、円すいころＡは、平面ｑ内で図５（ａ）に示した向きに角度ξ分スキューしている。

円すいころの大端面２１には、鏡面加工が施された反射面Ｗが形成されている。
円すいころがスキューしているとともに、レーザ光Ｌの光軸が回転軸ｍに対して傾いているために、反射面Ｗに入射したレーザ光Ｌは、図５（ａ）に実線で示したように、大端面２１で反射した後、基準情報取得ステップで測定した場合に比べて、平面ｐから更に離れる向きに進行する。このため、レーザ光Ｌは、投影面４２に到達するときには、Ｙ軸に対して更に大きく離れており、投影点Ｓは、図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸に対して位相角φａ（φａ＞φｂである）だけ傾いた位置に形成される。

カメラ２９は、第２ミラー２７を介して、円すいころ軸受１１及び投影点Ｓを回転軸ｍの方向から撮影している。こうして、円すいころ軸受１１と投影点Ｓを一画面の画像Ｇ２として撮影することにより、図５（ｂ）に示すような円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報を取得することが出来る。ここで、円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報とは、例えば、円すいころ軸受１１の中心の位置、円すいころの位置、投影点Ｓの位置などである。
なお、円すいころ軸受１１が回転しているときには、投影点Ｓは、円すいころ１４とともに回転軸ｍの周りを周回している。カメラ２９では、基準情報取得ステップと同様に、円すいころ軸受１１の回転中に所定の時間間隔で撮影することにより、画像Ｇ２を逐次取得しており、周方向の各位置において、円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報を逐次取得することができる。

カメラ２９で撮影された画像Ｇ２は、円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報を表す第２信号として挙動演算部４６に出力されている。

（挙動演算ステップ）
次に、挙動演算ステップについて説明する。
挙動演算ステップでは、カメラ２９から送信された円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報と、メモリ４７から読み出した基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報とに基づいて、円すいころ軸受１１の挙動情報を算出している。ここで、円すいころ軸受１１の挙動情報とは、円すいころのスキューの状態や、チルトの状態をいい、具体的には、円周方向の各位置における円すいころのスキュー角やチルト量などを測定している。
以下、図６を用いて、円すいころＡを例にして、挙動演算部４６における円すいころ軸受の挙動情報を算出する手順を具体的に説明する。図６は、基準情報取得ステップで撮影された画像Ｇ１と、ころ位置情報取得ステップで撮影された画像Ｇ２を、原点Ｏの位置を合わせて重ねた図である。

一般的に、スキュー角は、スキューがない場合の投影点の位置と、スキューが生じたときの投影点の位置との周方向の位置ずれ量Ｒに基づいて算出される。位置ずれ量Ｒは、スキュー角の増大に伴ってほぼ比例して増大する。このため、あらかじめ、スキュー角と位置ずれ量Ｒとの関係を求めておくことにより、位置ずれ量Ｒを測定することによってスキュー角を求めることができる。
スキュー角と位置ずれ量Ｒとの関係は、種々のスキュー角の値について、そのスキュー角に対応する位置ずれ量Ｒの値を組み合わせたデータとして、あらかじめメモリ４７に記憶されている。当該組合せデータは、静止した円すいころ１４にレーザ光Ｌを照射し、円すいころ１４の向きを順次変化させながら投影点Ｓの位置の変化を測定することによって、容易に取得することができる。

本測定方法では、ころ位置情報取得ステップで説明したように、挙動演算部４６で、円すいころ軸受１１と投影点Ｓの位置情報を表す第２信号を受信している。第２信号では、円すいころＡに対応する投影点Ｓの位相角φａ及びＸ，Ｙ方向の位置座標が含まれている（図６参照）。

次に、挙動演算部４６では、メモリ４７に記憶されている基準ミラー３５と基準投影点Ｓｂの位置情報から、円すいころＡの大端面２１と同一の位置にある反射面Ｚに関する位置情報を取り出している。この位置情報には、反射面Ｚに対応する基準投影点Ｓｂの位相角φｂが含まれている（図６参照）。これにより、挙動演算部４６では、円すいころ軸受の挙動情報として、基準投影点Ｓｂに対する投影点Ｓの位置ずれ量Ｒ（＝φａ−φｂ）を算出している。
なお、位置ずれ量は、位相角に限らず、基準投影点Ｓｂに対する投影点ＳのＸ方向やＹ方向の位置ずれ量であってもよい。

以上，Ａの位置における円すいころＡについて説明したが、同様にして円周方向の任意の位置における円すいころ１４のスキュー角を測定することが出来る。この場合には、原点Ｏから、測定しようとする円すいころの大端面２１の中心に向かう方向をＹ軸とする。なお、カメラ２９が位置情報を撮影する時間間隔などにより、挙動を測定しようとする円すいころ１４と同一の位置での基準ミラー３５の位置情報がない場合、例えば、時刻ｔにおける円すいころ１４の挙動を測定する場合に、メモリ４７には、時刻ｔ１と時刻ｔ２の位置情報が記憶されている場合（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）には、線形補間などの処理により同一の位置における位置情報を算出することができる。
また、回転中の円すいころ軸受１１について、特定の円すいころ１４に対応する投影点Ｓの動きを連続して撮影することによって、スキュー角の変化を連続的に測定することができる。

以上説明したように、本測定方法では、レーザ光Ｌの光軸が円すいころ軸受１１の回転軸ｍとずれている場合であっても、基準ミラー３５による基準投影点Ｓｂの位置情報を使用することにより、スキューが生じたときの投影点Ｓの位置ずれ量Ｒを正確に求めることができる。したがって、測定装置を精密に設定する必要がなく、簡単に精度良くスキュー角を測定することができる。

仮に、基準ミラー３５を使用せずに、スキュー角を測定すると仮定した場合には、正確に測定できない。
これは、レーザ光Ｌの光軸が回転軸ｍに対して傾いている場合には、スキューを生じていない時であっても、円すいころの端面で反射したレーザ光Ｌの進路が、回転軸ｍに対して傾いてしまうからである。レーザ光Ｌの光軸と回転軸ｍとの傾き量は、レーザ装置２５の取付誤差等に起因する。取付誤差等の大きさは不確定であり、基準ミラー３５を使用しない場合には、基準投影点Ｓｂの位置（すなわち位相角φｂ）を特定できない。このため、投影点Ｓの位相角φａを測定するだけでは位置ずれ量Ｒを測定できないので、スキュー角を正確に測定することができない。

なお、本測定方法では、基準ミラー３５を用いて測定をした後、基準ミラー３５を取り外してスキュー角を測定しているが、スキュー角を測定した後、基準ミラー３５を装着して基準となる基準投影点Ｓｂの位置を測定してもよい。

また、円すいころ軸受１１の挙動情報として、スキュー角を測定する場合を例にして説明したが、同様にして、チルト量を測定することが出来る。円すいころ１４がチルトを生じている場合には、図６において白丸で示したように、投影点Ｓが径方向に位置ずれする（チルトを生じている場合の投影点Ｓを「投影点Ｓｏ」と表示する）。そこで、投影点Ｓｏの、基準投影点Ｓｂに対する位置ずれ量を測定することによって、チルト量を算出することが出来る。
なお、基準投影点Ｓｂに対する位置ずれ量は、投影点Ｓｏの位相角φａに対応する投影点Ｓとの径方向の位置ずれ量Ｒｏや、図示を省略するが、基準投影点Ｓｂに対するＸ方向やＹ方向の位置ずれ量等に基づいて算出できる。

本実施形態では、円すいころ軸受１１の挙動を測定する方法について説明したが、円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受など、その他のころ軸受についても、同様にして測定することが出来る。また、ころ軸受の大きさについては、カメラ２９で撮影可能な大きさであれば適用できる。
また、円筒ころ軸受の場合には、プリズムを介してレーザ光Ｌをころの軸線に対して斜めに照射することによって、回転軸ｍに対して径方向に傾いた向きに照射できる。これによって、本実施形態と同様にして測定することができる。

こうして、本実施形態の測定方法では、ころ軸受の挙動をレーザ光を用いて測定する場合に、軸受の回転軸とレーザ光の光軸とがずれている場合であっても、測定誤差を低減して、正確な測定ができる。このため、ころ軸受の挙動の測定に当たって、レーザ光の向きなどの精密な調整を必要とせず、測定に要する工数を大幅に削減できる。また、軸受回転中の挙動の測定できるため、軸受の低トルク化、低昇温化、低騒音化などに貢献できる。

１０：挙動測定装置、１１：円すいころ軸受、１２：内輪、１３：外輪、１４：円すいころ、１５：保持器、２１：大端面、２４：シャフト、２５：レーザ装置、２６：第１ミラー、２７：第２ミラー、２８：投影部、２９：カメラ、３０：演算装置、３５：基準ミラー、３６：対向面、４０：第１反射面、４１：孔、４２：投影面、４３：第２反射面、４５：位置計測部、４６：挙動演算部、４７：メモリ

Claims (2)

1. ころ軸受のころの一端面にレーザ光を出射する出射部と、
   前記ころと前記出射部との間に着脱自在に配置され、前記ころ軸受の回転軸に対する回転面からなる反射面を備えた基準ミラーと、
   前記ころの一端面で反射されたレーザ光が投影されて投影点Ｓが形成されるとともに、前記基準ミラーで反射されたレーザ光が投影されて基準投影点が形成される投影部と、
   前記基準ミラーと前記基準投影点とを撮影して、前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報を表す第１信号を出力するとともに、前記ころ軸受と前記投影点Ｓとを撮影して、前記ころと前記投影点Ｓの位置情報を表す第２信号を出力する撮影部と、
   前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記ころ軸受の挙動情報を算出する挙動算出部とを備えることを特徴とする、ころ軸受の挙動測定装置。
2. 請求項１に記載するころ軸受の挙動測定装置を使用して、ころ軸受の挙動を測定する挙動測定方法であって、
   前記基準ミラーを取り付けた状態で前記基準ミラーに向けてレーザ光を照射し、前記基準ミラーと前記基準投影点とを撮影して、前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報を取得する基準情報取得ステップと、
   前記基準ミラーを外した状態で前記ころ軸受に向けてレーザ光を照射し、前記ころ軸受と前記投影点Ｓとを撮影して、前記ころ軸受と前記投影点Ｓの位置情報を取得するころ位置情報取得ステップと、
   前記基準情報取得ステップで取得した前記基準ミラーと前記基準投影点の位置情報と、前記ころ位置情報取得ステップで取得した前記ころと前記投影点Ｓの位置情報とに基づいて、前記ころ軸受の挙動情報を算出する挙動演算ステップと、を備えたことを特徴とするころ軸受の挙動測定方法。

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