JPH04274705A - 回転体の表面性状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転体の表面性状検査装
置に関し、詳しくは軸受に使用されるボール等の回転体
における真球度などの表面性状を検査する装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】例えば、軸受に使用されるボールの真球
度は、図４に示すような検査装置を用いて測定している
。この検査装置は、ボール（１）を保持した状態で回転
させる回転駆動系（２）と、回転駆動系（２）により回
転するボール（１）の表面に所定の押圧力でもって接触
する触針（３）を有し、その触針（３）からの測定信号
によりボール（１）の真球度を測定する測定系（４）と
で構成されている。

【０００３】具体的に、上記回転駆動系（２）は、ベー
ス基板（５）の下面に防振ゴム等からなるダンパ（６）
を介して取り付けられた駆動用モータ（７）と、ベース
基板（５）の上面に取り付けられ、後方軸端がモータ（
７）の出力軸とプーリ（８）（９）を介してベルト（１
０）で連結された中間スピンドル（１１）と、ベース基
板（５）の上面で中間スピンドル（１１）の前方に取り
付けられ、後方軸端が中間スピンドル（１１）の前方軸
端とカップリング（１２）を介して連結された測定スピ
ンドル（１３）とで構成されている。その測定スピンド
ル（１３）の前方軸端であるスピンドル軸（１３ａ）に
は、ボール（１）を保持するためのアダプタ（１４）が
同軸的に固着されている。また、ベース基板（５）のア
ダプタ前方位置に取り付け部材（１５）を立設し、その
取り付け部材（１５）にバネ（１６）を介して押さえ金
具（１７）を取り付けてアダプタ（１４）と対向させた
位置に配置する。尚、上記アダプタ（１４）は、ボール
（１）が同軸的に保持できるようにそのボール（１）の
接触部位は摺り鉢状の凹面を有する。

【０００４】一方、測定系（４）は、ボール（１）の表
面に所定の押圧力でもって接触する触針（３）と、その
触針（３）に接続され、触針（３）からの測定信号を増
幅するアンプ（１８）と、そのアンプ（１８）に接続さ
れ、アンプ（１８）から出力される測定信号のノイズを
除去するフィルタ（１９）と、そのフィルタ（１９）に
接続され、フィルタ（１９）から出力される測定信号に
基づいて測定値を表示するメータ（２０）とで構成され
ている。

【０００５】上記構成からなる検査装置では、まず、真
球度を測定すべきボール（１）を測定スピンドル（１３
）のアダプタ（１４）と押さえ金具（１７）との間で保
持する。この時、上記ボール（１）はアダプタ（１４）
に対して押さえ金具（１７）によりバネ（１６）の弾性
力でもって押圧され、この状態で回転駆動系（２）によ
りボール（１）を回転させる。即ち、モータ（７）の作
動によりベルト（１０）を介してその回転力を中間スピ
ンドル（１１）に伝達し、更にその中間スピンドル（１
１）からカップリング（１２）を介して測定スピンドル
（１３）へ回転力を伝達させてその測定スピンドル（１
３）先端のアダプタ（１４）を介してボール（１）を回
転させる。一方、測定系（４）では、回転駆動系（２）
により回転するボール（１）に対して触針（３）がその
表面に所定の押圧力でもって常時接触しており、そのボ
ール（１）の表面性状によって微小振動する触針（３）
からの微小な測定信号をアンプ（１８）で増幅し、フィ
ルタ（１９）でノイズ分を除去した上でメータ（２０）
にボール（１）の真球度の測定値を表示している。上記
メータ（２０）では、ボール回転時の加速度の平均的な
値が指示され、ボール（１）の真球度の大小に応じてそ
の指示値が大小となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
軸受に使用されるボール（１）の真球度を検査する装置
では、通常サブミクロンオーダーの高精度が要求されて
いるため、回転駆動系（２）で発生する電磁音などの振
動による外乱ノイズを極力抑える必要がある。そこで、
従来の検査装置の回転駆動系（２）では、モータ（７）
の出力軸とボール（１）を保持するアダプタ（１４）と
の間にベルト（１０）、中間スピンドル（１１）及びカ
ップリング（１２）を介在させて測定スピンドル（１３
）のスピンドル軸（１３ａ）を回転させることにより振
動を吸収し、また、上記モータ（７）を防振ゴム等のダ
ンパ（６）を介してベース基板（５）に取り付けること
により振動を吸収して外乱ノイズを抑制している。更に
、この検査装置の測定系（４）では、触針（３）からの
測定信号をアンプ（１８）で増幅した上でフィルタ（１
９）を通すことによっても外乱ノイズを極力抑えるよう
な構成をとっている。

【０００７】しかしながら、従来の検査装置では、ベル
ト（１０）及びカップリング（１２）の連結部分などか
らの微小な振動による外乱ノイズの影響が依然として存
在する。前述したようにこの種の検査装置ではボール（
１）の真球度にサブミクロンオーダーの高精度が要求さ
れているため、上記連結部分などから発生する微小な振
動による外乱ノイズが存在すると、測定系（４）では、
メータ（２０）に表示される測定値の振れがボール（１
）の表面性状での微妙な凹凸によるものなのか、或いは
上記連結部分などから発生する微小な振動による外乱ノ
イズによるものなのか判別することが困難となり、ボー
ル（１）の真球度を高精度に検査することができないと
いう問題があった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、簡便な手段に
より回転駆動系で発生する振動による外乱ノイズを可及
的に抑制し得る回転体の表面性状検査装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における上記目的
を達成するための技術的手段は、被検査対象物である回
転体をスピンドルと同軸的に保持した状態で回転させる
回転駆動系と、回転駆動系により回転する回転体の表面
に所定の押圧力でもって接触する触針を有し、その触針
からの測定信号により回転体の表面性状を測定する測定
系とを具備したものにおいて、上記回転駆動系を所定の
回転数領域内で断続的に駆動運転させた状態で、その回
転駆動系の非運転時の慣性回転領域内で測定系により触
針からの測定信号に基づいて回転体の表面性状を測定す
るようにしたことである。

【００１０】

【作用】本発明に係る回転体の表面性状検査装置では、
回転駆動系を所定の回転数領域内で断続的に駆動運転さ
せた状態で、その回転駆動系の非運転時の慣性回転領域
内で測定するようにしたから、回転駆動系が慣性回転す
る非運転時の方が回転駆動系の運転時よりもその回転駆
動系で発生する電磁音などの振動が大幅に低減する。従
って、回転駆動系の断続的な非運転時の慣性回転領域内
ごとに回転体の表面性状を測定すれば、上記振動による
外乱ノイズが少ない状態でもって測定可能となって構造
上外乱ノイズを除去する手段を必ずしも必要としない。 更に、ベルト或いはカップリング等の手段を有しないの
でこれらによる外乱ノイズの発生がない。

【００１１】

【実施例】本発明に係る回転体の表面性状検査装置の一
実施例を図１乃至図３を参照しながら説明する。尚、以
下の実施例では本発明を軸受に使用されるボールの真球
度を検査する装置に適用した場合について詳述する。

【００１２】図１に示す実施例の検査装置は、従来と同
様、ボール（２１）を保持した状態で回転させる回転駆
動系（２２）と、回転駆動系（２２）により回転するボ
ール（２１）の表面に所定の押圧力でもって接触する触
針（２３）を有し、その触針（２３）からの測定信号に
よりボール（２１）の真球度を測定する測定系（２４）
と、回転駆動系（２２）を所定の回転数領域内で断続的
に駆動運転させた状態で、その回転駆動系（２２）の非
運転時の慣性回転領域内で測定系（２４）により触針（
２３）からの測定信号に基づいてボール（２１）の真球
度を測定するように回転駆動系（２２）及び測定系（２
４）を制御する本発明の特徴である制御系（２５）とで
構成される。

【００１３】上記回転駆動系（２２）において、（２６
）はベース基板（２７）の上面に直接的に固着されたモ
ータで、ロータ・ステータを内蔵したビルトインモータ
等が使用される。（２８）はモータ（２６）の出力軸（
２６ａ）に同軸的に取り付けられたアダプタで、ボール
（２１）が同軸的に保持できるようにそのボール（２１
）の接触部位は摺り鉢状の凹面を有する。（２９）はベ
ース基板（２７）のアダプタ前方位置に立設した取り付
け部材で、バネ（３０）を介して押さえ金具（３１）を
取り付けてアダプタ（２８）と対向させた位置に配置す
る。（３２）は上記モータ（２６）の後部に同軸的に取
り付けられたフライホイールである。

【００１４】また、上記測定系（２４）は、ボール（２
１）の表面に所定の押圧力でもって接触する触針（２３
）と、その触針（２３）に接続され、触針（２３）から
の測定信号を増幅するアンプ（３３）と、そのアンプ（
３３）に接続され、アンプ（３３）から出力される測定
信号のノイズを除去するフィルタ回路（３４）と、その
フィルタ回路（３４）に接続され、フィルタ回路（３４
）から出力される測定信号に基づいて測定値を表示する
メータ（３５）とで構成される。

【００１５】本発明の特徴である制御系（２５）におい
て、（３６）はベース基板（２７）のフライホイール（
３２）近傍位置に配設され、モータ（２６）の回転数を
検出する回転検出センサで、例えば、反射型光電スイッ
チ等が使用される。（３７）は回転検出センサ（３６）
に接続され、その回転検出センサ（３６）からの検出信
号に基づいて後述する所定の出力信号を送出する検出回
路、（３８）は検出回路（３７）に接続され、その検出
回路（３７）からの出力信号によりモータ（２６）の電
源をＯＮ・ＯＦＦ制御する電源スイッチング回路、（３
９）は検出回路（３７）に接続された回転数設定器で、
モータ（２６）を所定の回転数領域内で断続的に駆動運
転させるため、その回転数領域を決定する上限回転数Ｎ
Ｕ及び下限回転数ＮＬを設定する。 （４０）（４１）は検出回路（３７）に接続された第１
及び第２のタイマー回路で、検出回路（３７）からの出
力信号によりそれぞれの所定時間経過後に、第１のタイ
マー回路（４０）は出力信号を後述の測定スイッチング
回路に送出し、第２のタイマー回路（４１）は出力信号
を電源スイッチング回路（３８）に送出する。（４２）
は検出回路（３７）及び第１のタイマー回路（４０）に
接続された測定スイッチング回路で、上記触針（２３）
からの測定信号のアンプ（３３）への送出をＯＮ・ＯＦ
Ｆする。

【００１６】次に、ボール（２１）の真球度の測定に基
づく上記検査装置の動作を図１及び図２に基づいて説明
する。尚、図２は検査装置の各構成回路での出力波形の
タイミングチャートを示す。

【００１７】まず、真球度を測定すべきボール（２１）
をモータ（２６）の出力軸（２６ａ）にあるアダプタ（
２８）と押さえ金具（３１）との間で保持する。この時
、上記ボール（２１）はアダプタ（２８）に対して押さ
え金具（３１）によりバネ（３０）の弾性力でもって押
圧され、この状態で回転駆動系（２２）により回転され
る。一方、測定系（２４）では、回転駆動系（２２）に
より回転するボール（２１）に対して触針（３）がその
表面に所定の押圧力でもって常時接触しており、そのボ
ール（１）の表面性状によって微小振動する触針（３）
からの微小な測定信号が得られる。

【００１８】本発明では、回転駆動系（２２）のモータ
（２６）の回転数を回転検出センサ（３６）により検出
し、その検出信号を検出回路（３７）に送出する。その
検出回路（３７）では、回転検出センサ（３６）の検出
信号に基づくモータ（２６）の回転数と、設定器（３９
）により予め決定されている上限回転数ＮＵとを比較し
てそのモータ（２６）の回転数が上限回転数ＮＵに達し
た時点で、出力信号を電源スイッチング回路（３８）と
第１のタイマー回路（４０）に送出する。電源スイッチ
ング回路（３８）では、検出回路（３７）からの出力信
号に基づいて出力信号をモータ（２６）に送出してその
モータ（２６）の電源をＯＦＦする。一方、第１のタイ
マー回路（４０）では、上記検出回路（３７）からの出
力信号に基づいて所定時間Ｔ１経過後、出力信号を測定
スイッチング回路（４２）に送出する。この測定スイッ
チング回路（４２）では、電源スイッチング回路（３８
）によりモータ（２６）の電源をＯＦＦした時点から第
１のタイマー回路（４０）により所定時間Ｔ１経過した
後に測定系（２４）の触針（２３）からの測定信号をＯ
Ｎさせる。これにより測定系（２４）では触針（２３）
によるボール（２１）の真球度の測定が開始され、触針
（２３）からの測定信号がアンプ（３３）で増幅され、
フィルタ（３４）で床の振動などによるノイズ分が除去
された上でメータ（３５）によりその測定値が表示され
る。この時、回転駆動系（２２）では、モータ（２６）
の電源がＯＦＦしているため、そのモータ（２６）は慣
性回転しているのでモータ（２６）の電源がＯＮしてい
る時よりも回転駆動系（２２）で発生する電磁音などの
振動が大幅に低減する。従って、触針（２３）からの測
定信号に重畳される電磁音などの振動による外乱ノイズ
が可及的に減少しており、メータ（３５）では外乱ノイ
ズが少なくボール（２１）の表面性状に応じた高精度の
測定値が得られる。

【００１９】上述したように回転駆動系（２２）ではモ
ータ（２６）の電源をＯＦＦした時点からそのモータ（
２６）が慣性回転しているため、そのモータ（２６）の
回転数が低下する。その慣性回転状態においても常時回
転検出センサ（３６）でもってモータ（２６）の回転数
を監視しているので、その回転検出センサ（３６）によ
る検出信号に基づいて、モータ（２６）の回転数が設定
器（３９）で予め決定されている下限回転数ＮＬに達し
た時点を検出回路（３７）で検出し、その検出回路（３
７）の出力信号を測定スイッチング回路（４２）及び第
２のタイマー回路（４１）に送出する。測定スイッチン
グ回路（４２）では、検出回路（３７）からの出力信号
に基づいて測定系（２４）の触針（２３）からの測定信
号をＯＦＦさせる。一方、第２のタイマー回路（４１）
では、上記検出回路（３７）からの出力信号に基づいて
所定時間Ｔ２経過後、出力信号を電源スイッチング回路
（３８）に送出する。この電源スイッチング回路（３８
）では、測定スイッチング回路（４２）により測定系（
２４）の触針（２３）からの測定信号がＯＦＦした時点
から第２のタイマー回路（４１）により所定時間Ｔ２経
過した後にモータ（２６）の電源をＯＮさせる。これに
より回転駆動系（２２）では、モータ（２６）が駆動回
転を開始するが、この時には測定系（２４）の触針（２
３）によるボール（２１）の真球度の測定がすでに一旦
中断して、行なわれていないので、回転駆動系（２２）
で発生する電磁音などの振動が大きくても何ら問題はな
い。その後、上記モータ（２６）の回転数が上昇して上
限回転数ＮＵに達すると、上述した動作を繰り返して測
定系（２４）の触針（２３）によるボール（２１）の真
球度の測定を再度開始し、以降この断続的な測定を繰り
返す。

【００２０】このように、回転駆動系（２２）のモータ
（２６）の回転数を回転検出センサ（３６）及び検出回
路（３７）で検出しながら、その検出信号に基づいて電
源スイッチング回路（３８）、第１及び第２のタイマー
回路（４０）（４１）、測定スイッチング回路（４２）
をそれぞれ制御することにより、モータ（２６）の電源
をＯＮ・ＯＦＦさせると共に触針（２３）からの測定信
号を、モータ（２６）の電源ＯＦＦ時にＯＮさせて逆に
モータ（２６）の電源ＯＮ時にＯＦＦさせる。このモー
タ（２６）の電源ＯＦＦ時における慣性回転中での触針
（２３）による断続的な測定により、回転駆動系（２２
）での電磁音などの振動による外乱ノイズが非常に少な
い状態でもってボール（２１）の真球度の良否を高精度
で判別する。尚、上記実施例では、回転駆動系（２２）
の機械的構成をベルトやカップリング等を使用すること
なく単純化することができ、これらによる外乱ノイズの
発生もない。

【００２１】尚、上記実施例において、設定器（３９）
によるモータ（２６）の下限回転数ＮＬの設定はモータ
（２６）の電源をＯＦＦした時点からモータ（２６）が
慣性回転してモータ（２６）の電源がＯＮする時点まで
の領域でその回転数の低下が小さい範囲とすることが望
ましい。上記モータ（２６）の電源ＯＦＦ時点から電源
ＯＮ時点までの慣性回転領域を長くすると、触針（２３
）による測定時間を長くすることができて全体の測定効
率が向上するが、逆にモータ（２６）の回転数の低下が
大きくなり過ぎるので測定誤差が生じ易くなる。そのた
め、このような場合には、図３に示すように測定系（２
４）に補正回路（４３）を付設し、回転検出センサ（３
６）からの検出信号及び触針（２３）からの測定信号に
基づいてその補正回路（４３）で測定値を回転数の低下
に応じて補正し、その補正した測定信号を出力してメー
タ（３５）で誤差のない測定値を表示するようにしても
よい。

【００２２】また、上記実施例では軸受に使用するボー
ル（２１）の真球度の測定について説明したが、本発明
はこれに限定されることなく、例えば、シャフト等のボ
ール以外の回転体についてその表面性状を測定する場合
に適用可能であるのは勿論である。更に、実施例で説明
した回路構成はあくまでも一例であり、他の回路構成で
もって本発明を実施することも可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る回転体の表面性状検査装置
によれば、回転駆動系を所定の回転数領域内で断続的に
駆動運転させた状態で、その回転駆動系の非運転時の慣
性回転領域内で測定するようにしたから、回転駆動系の
運転時よりもその回転駆動系で発生する電磁音などの振
動が大幅に低減する回転駆動系が慣性回転する非運転時
で回転体の表面性状を断続的に測定することになり、ま
た、ベルトやカップリングの振動もないので外乱ノイズ
が少ない状態でもって測定可能となる。従って、簡便な
構造により外乱ノイズを可及的に抑制し得るので回転体
の表面性状を高精度に測定することができて製品の歩留
まり及び品質の向上が図れ、作業性も大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転体の表面性状検査装置の一実
施例を示す構成図

【図２】図１の表面性状検査装置の各構成回路での出力
信号波形を示すタイミングチャート

【図３】図１の表面性状検査装置の測定系に付設する補
正回路を示すブロック図

【図４】回転体の表面性状検査装置の従来例を示す構成
図

【符号の説明】

２１　　　　回転体（ボール） ２２　　　　回転駆動系 ２３　　　　触針 ２４　　　　測定系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検査対象物である回転体を保持した
   状態で回転させる回転駆動系と、回転駆動系により回転
   する回転体の表面に所定の押圧力でもって接触する触針
   を有し、その触針からの測定信号により回転体の表面性
   状を測定する測定系とを具備したものにおいて、上記回
   転駆動系を所定の回転数領域内で断続的に駆動運転させ
   た状態で、その回転駆動系の非運転時の慣性回転領域内
   で測定系により触針からの測定信号に基づいて回転体の
   表面性状を測定するようにしたことを特徴とする回転体
   の表面性状検査装置。