JPH10176977A

JPH10176977A - 軸受用試験機

Info

Publication number: JPH10176977A
Application number: JP35447196A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tokushima; 秀和徳島; Motohiro Miyasaka; 元博宮坂
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-06-30
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: JP3383537B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受性能の試験において、回転トルクを減衰
させずに回転速度を広範囲に変化させることができ、か
つ軸にスラスト荷重およびラジアル荷重を与えることが
でき、さらにラジアル方向の偏荷重や旋回状の荷重を与
えて試験を行うこともできる軸受用試験機を提供する。【解決手段】空気軸受によって浮遊状態に維持した支
持軸２、支持軸上に固定したハウジング台３およびハウ
ジング３１、ならびに回転トルクセンサ８からなる固定
部、および磁性部材５１を有し、モータＭにより回転す
る外ロータ５、および外ロータ５の内側空間部にあり、
磁性部材４１により外ロータ５に従動する内ロータ４か
らなることを特徴とする軸受用試験機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、縦軸型の軸受用
性能試験機に関するものである。この発明の試験機は滑
り軸受などの性能を評価する場合に、ラジアル荷重の状
態を種々変更したり、スラスト荷重を与える試験を行う
ことが可能であり、軸受の材料や形状を改良するための
評価に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】焼結含油軸受などの滑り軸受は、各種の
産業機械、モータ、事務機、音響機器などに使用されて
いるが、その性能向上を図り改良するために、実機の試
験と共に試験機による性能テストが行われる。軸受試験
機としては、従来の軸受との性能の比較対比を行う目的
に適合した構造の簡単なものが好ましい。軸受試験機に
は縦軸型と横軸型があるが、ＣＤ−ＲＯＭ回転用の軸受
要素、音響映像装置の軸受要素、ポリゴンミラーの軸受
要素などの縦軸型の軸受要素の試験においては、実際の
使用態様に合わせて縦軸型の試験機を使用する。

【０００３】従来の縦軸型の軸受試験機としては図８に
示すような構造のものがある。試験機のスタンド１０の
軸受１６により支承した軸６をモータＭで回転させ、軸
受試料７はハウジング３１に装着する。ハウジング３１
の外周にはボールベアリング（図示省略）を設けて、糸
９２を介して重り９によりラジアル荷重を与える。軸６
の回転に伴い、軸受試料７を経てボールベアリングの内
輪と一体化したハウジング３１に回転力が生じ、その回
転力を回転トルクセンサ８で計測し、摩擦係数などの軸
受性能を測定する。図８に示す試験機によって軸受の端
面でスラスト荷重を受ける場合の試験では、軸受試料７
の下方にスラスト受板６１を設け、スラスト荷重はハウ
ジング３１の重さを変えて調整する。また、ラジアル荷
重のみの試験では、運転中にハウジング３１が軸方向に
揺動するので、横移動を防止するストッパ１７を設け
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の縦軸型軸受試験
機において、スラスト受けを有する軸受の評価試験で
は、構造上、軸受の下端面にスラスト受板を設ける必要
があるため、軸受の内径から漏れてくる潤滑油が軸受試
料の下端部へ供給され易い構造であり、実用上、縦軸型
軸受の上端面側でスラストを受ける用途の軸受評価とし
ては、実際の使用状態を再現する試験を行うことはでき
なかった。ラジアル荷重下の試験では、軸受試料の縦ず
れを防ぐストッパ１７が必要であり、ストッパとハウジ
ング３１との接触抵抗が生じ、また、ハウジングの外径
部にボールベアリングを用いると、ボールベアリングに
も摩擦があるため、摩擦トルク測定値の信頼性は低いも
のであった。下方にある駆動用モータＭおよびスタンド
１０の軸受１６が発生する熱やモータＭの振動などが、
軸６を経由して測定部に伝わることも測定条件を複雑に
する原因であった。

【０００５】また、軸受要素の実際の使用状態は用途に
よって多様であり、例えば、ラジアル荷重の状態が軸心
に直角方向に均一な荷重であったり、軸と軸受内径の軸
心とが傾いた状態であったり、あるいは傾斜した軸心が
旋回する状態や、更にスラスト荷重がかかる形式のもの
などがあるが、図８に示す構造の軸受試験機ではこれら
の全てに対応することができなかった。

【０００６】この発明は、上記のような従来の軸受試験
機の課題に対して、固定部側の回転トルクを妨害するも
のを有していないこと、回転部側に軸および軸受のいず
れでも取付けることが可能なこと、駆動モータの振動や
熱が軸に直接伝わらないこと、回転速度を広範囲に変更
できること、軸にスラスト荷重およびラジアル荷重を付
与し得ることなどを特徴とし、また、ラジアル方向に偏
荷重や旋回状の荷重を与えることもできる比較的軽荷重
の試験に適する軸受用の試験機を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の軸受試験機
は、縦軸型の構造であって、試験機の下方に固定部側を
配置し、この固定部側は、ラジアルおよびスラスト空気
軸受によって浮遊状態に維持され、上端にフランジを設
けた縦型の支持軸、前記支持軸のフランジ上に固定され
たハウジング台および軸受試料または軸を固定するハウ
ジング、ならびに軸受試料からの回転要素を検出する回
転トルクセンサからなる。一方、回転部側は、前記ハウ
ジングの上方に設けられ、モータで回転し、かつ、磁性
部材および縦型の軸心を有するコップを伏せた形状の外
ロータ、および外ロータの内側空間部にあって外ロータ
と接触せず、かつ前記外ロータの磁性部材と吸引し合う
磁性部材を外周に備えた内ロータからなることを特徴と
するものである。この場合、内ロータと外ロータの取付
位置が、上下（内と外）に逆転した構造にすることも可
能である。

【０００８】固定部側となるハウジング台を載置するフ
ランジ付きの支持軸は、ラジアル方向およびスラスト方
向の空気軸受によって、浮遊状態で一定の位置に維持さ
れるので、試験される軸と軸受の摺動摩擦による回転
を、空気抵抗以外の外的要因なしにセンサで計測するこ
とができ、微弱な摩擦トルクを計測することも可能であ
る。

【０００９】回転部側において、試験される軸または軸
受試料をセットした内ロータは、モータで回転する外ロ
ータと無接触状態で磁力に随伴して回転するので、モー
タの熱や振動が試料側に伝わることがなく、内ロータ側
に異常なトルクが発生した場合にもモータを損傷するこ
とがない。内ロータおよび外ロータの磁性部材は、両方
が永久磁石、または永久磁石と鉄のような軟磁性材料で
構成する。試験に供する軸受試料および軸は、それぞれ
固定部側のハウジングおよび回転部側の内ロータのいず
れにも取付けることが可能であり、従って利用範囲を拡
大することができる。

【００１０】内ロータに固定した回転軸に嵌合する軸受
を、軸受試料を固定したハウジングの片側または両側に
設け、この軸受を軸心に対して直角方向に牽引するバネ
体または重りを設置して、軸受試料にラジアル荷重を与
えて試験を行うことができる。軸受試料の両側に設けた
軸受の横方向の牽引力の大きさを変えると、回転軸が傾
いた状態についての試験を行うことができる。

【００１１】モータおよび外ロータからなる回転部側、
または支持軸上にハウジング台およびハウジングを設け
てなる固定部側を、軸方向に上下させる手段および回転
部側軸心と固定部側軸心とを偏心させる手段を設けるこ
とにより、スラスト方向の荷重を与えたり、外ロータと
内ロータの軸心を変えて軸方向にずれを生じさせラジア
ル方向の荷重に変化を与えることができる。スラスト荷
重は上向きおよび下向きのいずれも可能である。軸方向
への移動および軸と直角方向への偏心の手段としては、
モータの支持台または支持軸のフランジ上のハウジング
台を上下方向および水平方向にスライドさせて固定する
構造とすることができるが、モータ側を上下動のみと
し、偏心動については、ハウジング台とハウジングをね
じ噛み合いにして、ハウジングの試料取付孔を偏心させ
る形式とする機能分割型の構造が望ましい。

【００１２】外ロータと内ロータの磁性部材を共にリン
グ状とし、外ロータと内ロータを偏心させると、試験さ
れる軸受試料と軸の軸心が傾いた状態が形成され、外ロ
ータと内ロータを軸方向にずらすとスラスト方向へ荷重
を与えることができる。また、外ロータと内ロータの磁
性部材を共に周方向の一部分に形成し、外ロータと内ロ
ータを偏心させると、試験される軸受試料と軸の軸心が
傾いてしかも旋回する状態の試験を行うことができる。
なお、軸受試料と軸の軸心が傾いてしかも旋回する状態
は、外ロータと内ロータの磁性部材を共にリング状とし
て、内ロータの端面の一箇所に重りを固定しても形成す
ることができ、重りの偏心位置および重さを変更すれば
偏心荷重を調整することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、実施例によ
り本発明の軸受試験機を説明する。図１は、この発明の
軸受試験機の縦断面図である。装置の下部は空気軸受ユ
ニット１からなる。空気軸受ユニット１の外側の容器に
は給気口１２があり、中心に向かって外側ノズル１３、
上方に向かって上方ノズル１４、下部に排気口１５がそ
れぞれ設けられている。中心部にはフランジ２２を有す
る支持軸２があり、給気口１２から圧縮空気を送入する
と、支持軸２は浮遊した状態に保持される。前記フラン
ジ２２には、筒状のハウジング台３が固定されており、
その上部に試験用の軸受試料７を装着したハウジング３
１がネジで固定されている。軸受試料７の代わりに軸を
装着することもできる。ハウジング３１の軸心は、図で
はハウジング台３の軸心と一致した状態に示してある
が、雄ネジのある外周に対して偏心した試料装着孔が設
けてあり、ハウジング３１を９０度回転させると、軸心
がずれるようになっている。支持軸のフランジ２２に
は、回転トルクを測定するレバーが設けられている。

【００１４】試験機の上方にはモータＭを設ける。モー
タＭは空気軸受ユニット１の外枠に固定されたテーブル
を台にしたスタンド１０に沿って垂直に上下させ、所定
の位置で固定することができる。モータＭの回転軸に
は、下方が解放されたコップ状の外ロータ５を取り付
け、その内側にリング状の磁性部材５１を設ける。ま
た、外ロータ５の内側中心部に内ロータ４を配置し、そ
の外周には磁性部材４１を設ける。両磁性部材には永久
磁石が用いられる。内ロータ４の中心孔には試験用の軸
６を取り付ける。軸６は下方の軸受試料７に嵌合し、軸
の球面状の下端は支持軸２の上面に取り付けた受板６２
でスラストを受ける。また、ハウジング台３に軸６の位
置変化を計測する位置センサ８２が付設されている。

【００１５】空気軸受ユニット１に圧縮空気を送ると、
支持軸２は一定の高さに持ち上げられ、中立状態で浮遊
する。軸６の回転に対する抵抗としては、軸受試料７と
の接触抵抗以外は空気抵抗だけである。一方、モータＭ
を回転させると、外ロータ５の磁性部材５１と内ロータ
４の磁性部材４１の吸引により、内ロータ４が外ロータ
５に追従して回転する。この際、軸６と軸受試料７との
間に摺動摩擦が発生すると、支持軸２が回転しようとす
るので、その力を回転トルクセンサ８で計測する。

【００１６】図２は、ラジアル荷重およびスラスト荷重
の状態を説明する模式図である。図２（ａ）は、理想的
に均一なラジアル荷重の状態であり、基本的な軸受試験
の態様である。図２（ｂ）は、軸６が軸受試料７の軸心
に対して一定の傾きを生じた状態で回転する態様であ
り、このような軸受要素としては、例えば、音響機器の
キャプスタン軸受が挙げられる。図２（ｃ）は、軸６が
回転しながら円を描くように旋回する状態であり、この
ような軸受要素としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ回転用
軸受要素が挙げられる。図２（ｄ）は、スラスト荷重の
基本的な状態を示す。なお、ラジアル荷重とスラスト荷
重の両方を受ける軸受要素もある。

【００１７】本発明の軸受試験機は、上記のような種々
の状態の荷重を加えて試験を行うことができる。まず、
図３から図６は、軸受試料を固定部側に設置して軸を回
転させる場合の試験例を模式的に示す。図３は、図１に
示した試験機と同じ構成の軸受試験機の部分縦断面図で
ある。但し、異なる点は、ハウジング３１の両側に軸６
に嵌合する軸受９３を装着し、軸受９３を重り９を吊る
した糸９２でラジアル方向に牽引していることである。
糸９２は孔１６を通り、スタンド１０に取り付けられた
滑車９１に誘導される。二つの重り９、９を均等にすれ
ば、図２（ａ）に示したラジアル荷重の状態となり、不
均衡にすれば図２（ｂ）に示したラジアル荷重の状態に
なる。滑車９１および重り９の代わりにバネやゴム等で
牽引することもできる。

【００１８】図４は、ハウジングを回転させて偏心ハウ
ジング３２として用い、軸受試料７の軸心を偏心させた
場合を示す。このときは、軸６および内ロータ４の軸心
が外ロータ５の軸心からずれているので、内ロータ４と
外ロータ５の磁性部材が一箇所では接近して吸引力が強
くなり、軸６を傾けるようなラジアル荷重を形成しなが
ら軸６が回転する。すなわち、図２（ｂ）に示すラジア
ル荷重の状態である。

【００１９】図５は、内ロータ４および外ロータ５の磁
性部材４２、５２を周上の一箇所に設けた場合の構造を
示す。磁性部材４２、５２が互いに引き合う状態で内ロ
ータ４および外ロータ５が回転するので、軸６が傾いて
旋回する図２（ｃ）に示すラジアル荷重の状態で試験す
ることができる。

【００２０】図６は、モータＭを下方に移動した状態を
示す。内ロータ４は下方へ吸引されながら回転するの
で、軸受試料７の上面にスラスト受板６１を設ければ、
図２（ｄ）に示すスラスト荷重の状態で試験を行うこと
ができる。ハウジング３１の上下をを反転させて取り付
け、モータＭを上方へ移動して運転すれば、軸受試料７
の下面でスラストを受ける試験を行うことができる。

【００２１】次に、図７（ａ）から（ｄ）は、軸６と軸
受試料７の取付位置を上記と反対にした場合の実施例を
示したものである。図７（ａ）は、内ロータ４および外
ロータ５の磁性部材４２、５２を周上の一箇所に設けた
構造による試験例の場合を示し、図２（ａ）に示す状態
に相当するラジアル荷重になる。図７（ｂ）は、図４の
場合と同様に、軸心を偏心させた偏心ハウジング３２を
用いた場合を示し、外ロータ５の内側を内ロータ４が転
がるように回転する状態である。図２（ａ）に示すラジ
アル荷重の状態であるが、図７（ａ）に示した構造の場
合と異なる点は、図７（ａ）では軸受試料７の内径面の
一箇所が軸６と摺接するのに対し、図７（ｂ）では軸受
試料７の内径面の全周が軸６と摺接することである。図
７（ｃ）は、図７（ａ）に示した構造と同様であるが、
異なる点は内ロータ４に取り付けた磁性部材４２を外ロ
ータ５の磁性部材５２に対して傾斜させたことである。
両磁性部材間の距離が小さい部分の吸引力が大きいの
で、内ロータ４は軸６に対して傾いた状態になる。図２
（ｂ）に相当するラジアル荷重の状態である。図７
（ｄ）は、前述の図７（ｂ）と同様の構造を示すがが、
偏心ハウジング３２に取り付けた軸６を傾斜させて取り
付けた試験例である。図２（ｃ）に該当するラジアル荷
重の状態が得られる。図７（ｅ）は、スラスト荷重を与
える試験の場合を示す。軸受試料７の上端面に摺接する
スラスト受板６１を設け、外ロータ５を上方へずらした
状態を形成している。図２（ｄ）に示すスラスト荷重の
状態が得られる。

【００２２】上記の加重手段は、目的に応じて組み合わ
せることができる。また、回転部側の部材が軸方向に移
動するような場合は、移動止め具を取り付けることが望
ましい。移動止め具を取り付けても、回転トルクの測定
は固定部側で行うので何ら支障を生じることがない。な
お、計測の場所および手段は適宜に選択することがで
き、支持軸またはハウジング台の回転トルクセンサ、回
転する軸の傾きや振れを測定する位置変位センサおよび
回転計、浮遊状態の指示軸およびハウジング台の位置検
出センサ、回転軸のスラスト受け板に付設する荷重セン
サ等が用いられる。また、これらの計測値によって、位
置や回転速度を制御するシーケンス回路を設けることが
できる。更に、従来と同様に、必要に応じて軸受試料付
近を加熱または冷却する手段を設けることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の軸受用試験装置は、固定部側を
空気軸受により浮遊状態に維持する構造として、これに
回転トルクセンサを設け、磁気を応用した無接触の継手
により回転部側をモータの回転に追従して回転させる構
造にしたので、回転トルクを妨害するものは空気抵抗以
外になく、回転速度を広範囲に変更することができ、モ
ータの振動や熱伝導がなく、軸に種々の状態のスラスト
荷重およびラジアル荷重を与えることができ、軸または
軸受を回転する試験も可能であるなど、広範囲の軸受用
途に対応した状態で試験を行うことが可能である。特
に、音響機器、パーソナルコンピュータ、小型プリンタ
等の小型軽荷重の軸受要素の評価試験において、従来の
装置では得られない性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受用試験機の実施例の縦断面図であ
る。

【図２】図２（ａ）から（ｄ）は、ラジアル荷重および
スラスト荷重の状態を説明するための模式図である。

【図３】ラジアル荷重下の試験を行うための軸受試験機
の実施例の部分縦断面図である。

【図４】ラジアル荷重下の試験を行うための軸受試験機
の他の実施例の部分縦断面図である。

【図５】ラジアル荷重下の試験を行うための軸受試験機
の更に他の実施例の部分縦断面図である。

【図６】スラスト荷重下の試験を行うための軸受試験機
の実施例の部分縦断面図である。

【図７】図７（ａ）から（ｅ）は、図３から図６に示す
装置において軸６と軸受試料７の取付位置を変更した場
合の実施例を示す部分縦断面図である。

【図８】従来の縦軸型軸受試験機の例の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１空気軸受ユニット２支持軸３ハウジング台４内ロータ５外ロータ６軸７軸受試料８回転トルクセンサ９重り１０スタンド１２給気口１３外側ノズル１４上方ノズル１５排気口１６孔２２フランジ３１ハウジング３２偏心ハウジング４１、４２、５１、５２磁性部材６１スラスト受板６２受板８２位置センサ９１滑車９２糸９３軸受Ｍモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定部と回転部とからなり；前記固定部
は、上部にフランジを有し、かつ空気軸受によって浮遊
状態に維持された縦型の支持軸、前記支持軸のフランジ
上に固定したハウジング台および軸受試料または軸を固
定するハウジング、ならびに前記軸受試料からの回転要
素を検出する回転トルクセンサからなり；前記回転部
は、前記ハウジングの上方に配設され、かつ磁性部材お
よび縦型の軸心を有し、モータにより回転する外ロー
タ、および該外ロータの内側の空間部に無接触状態に配
設され、かつ前記外ロータの磁性部材と吸引し合う磁性
部材を外周に有する内ロータからなることを特徴とする
軸受用試験機。
【請求項２】前記回転部のモータおよび外ロータ、ま
たは固定部の支持軸上のハウジング台およびハウジング
を、軸方向上下に移動させる手段および／または回転部
の軸心と固定部の軸心とを偏心させる手段を設けたこと
を特徴とする請求項１に記載の軸受用試験機。
【請求項３】前記外ロータの磁性部材および内ロータ
の磁性部材の双方が、周縁部に沿って設けたリング状の
磁性部材および周縁部の一部分に設けた磁性部材の何れ
かからなることを特徴とする請求項１または２に記載の
軸受用試験機。
【請求項４】軸受試料を固定したハウジングの片側ま
たは両側において、前記内ロータに固定した回転軸に軸
受を嵌合し、さらに該軸受を軸心に対して直角方向に牽
引するバネ体または重りを設けたことを特徴とする請求
項１から３のいずれかに記載の軸受用試験機。
【請求項５】前記内ロータおよび外ロータの取付位置
が、上下（内と外）に逆転した構造の請求項１から４の
いずれかに記載の軸受用試験機。