(57)【要約】【課題】試料軸受の剛性を正確に評価することができる軸荷重付与装置を提供する。【解決手段】軸荷重付与装置１０は、回転軸２に与えるための軸方向荷重Ｆａを発生する軸力発生装置１１と、内輪が回転軸２に固定された軸力伝達用転がり軸受１２と、軸力発生装置１１からの軸力を、軸力伝達用転がり軸受１２を半径方向に拘束することなく回転軸２に伝達する軸力伝達機構１４と、を備える。【選択図】図１
2010185680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受によって回転可能に支持された回転軸に対して軸方向荷重を付与する軸荷重付与装置であって、
回転軸に与えるための軸方向荷重を発生する軸力発生装置と、
内輪が回転軸に固定された軸力伝達用転がり軸受と、
前記軸力発生装置からの軸力を前記回転軸に伝達する軸力伝達機構と、を備え、
前記軸力伝達機構は、
間隔をおいて平行に向き合う第１部材及び第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材の間に配置された少なくとも３つの球体と、
前記第１部材と前記第２部材とを、互いに平行を保持したまま所定可動範囲内で相対移動可能に連結する連結手段と、を有することを特徴とする軸荷重付与装置。
【請求項２】
前記軸力伝達機構は、前記第１部材と前記第２部材の相対移動に伴う各球体の転動を許容しかつ各球体を前記第１部材と前記第２部材の間に保持するための柔軟材料からなる保持部材を有する、請求項１記載の軸荷重付与装置。
【請求項３】
前記連結手段は、
前記複数の球体を囲むように前記第１部材と前記第２部材の間に配置された環状部品と、
前記第１部材と前記環状部品とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する第１ボルトと、
前記第２部材と前記環状部品とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する第２ボルトと、を有する請求項１又は２記載の軸荷重付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受によって回転可能に支持された回転軸に対して軸方向荷重を付与する軸荷重付与装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受や玉軸受のような転がり軸受において、回転部の摩擦エネルギーを低減すること、すなわち摩擦トルクを低減することは省エネルギー化・高効率化に寄与し、高剛性を得ることはコンパクト化に寄与する。このため、摩擦トルク低減と高剛性化の両立が可能な転がり軸受の開発が進められている。
【０００３】
このような転がり軸受の開発において、摩擦トルクや剛性を測定するために、軸受試験装置が用いられる。図４に、従来の軸受試験装置３０の一例を示す。この軸受試験装置３０は、回転軸３２と、回転軸３２を回転駆動するモータ３３と、支持軸受３６を介して回転軸３２に半径方向荷重Ｆｒを与える径方向荷重付与装置３５と、回転軸３２に軸方向荷重Ｆａを与える軸荷重付与装置４０とを備える。試験対象となる試料軸受３７は、回転軸を支持するものとして設置される。
【０００４】
軸荷重付与装置４０は、軸方向荷重Ｆａを発生する軸力発生装置（ばね装置やシリンダ装置など）４１と、内輪が回転軸３２の一端に固定された軸力伝達用転がり軸受４２と、軸力発生装置４１と軸力伝達用転がり軸受４２の外輪との間に配置された軸力伝達部品４３とを有する。このような軸荷重付与装置４０の構成により、静止（非回転）側である軸力発生装置４１からの軸方向荷重Ｆａを、回転側である回転軸３２に伝達するようになっている。
【０００５】
上記の軸受試験装置３０において、モータ３３と回転軸３２との間にはカップリング（たわみ軸継手）３８、３９を介してトルク検出器３４が配置されており、このトルク検出器３４からの測定値をもとに、支持軸受３６と軸力伝達用転がり軸受４２の摩擦トルク分を考慮することで、試料軸受３７の摩擦トルクが得られる。また、図示しない変位計により回転軸３２の撓みを測定することで試料軸受３７の剛性が得られる。
【０００６】
なお、図４に示したような従来の軸受試験装置は、例えば、下記非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】松山博樹、他４名、「高効率デフ用超低トルク円すいころ軸受の開発」、トライボロジー会議予稿集（名古屋２００８年９月）、社団法人トライボロジー学会、ｐ．２１−２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の軸受試験装置３０において、軸荷重付与装置４０により回転軸３２に軸方向荷重Ｆａを与えるとき、軸荷重付与装置４０によって回転軸３２を径方向に拘束するため、結果的に径方向荷重付与装置３５からの径方向荷重Ｆｒの一部を軸荷重付与装置４０で支持することになる。このため、試験対象である試料軸受３７の剛性を正確に評価することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、試料軸受の剛性を正確に評価することができる軸荷重付与装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明の軸荷重付与装置は、以下の技術的手段を採用する。
（１）本発明は、軸受によって回転可能に支持された回転軸に対して軸方向荷重を付与する軸荷重付与装置であって、回転軸に与えるための軸方向荷重を発生する軸力発生装置と、内輪が回転軸に固定された軸力伝達用転がり軸受と、前記軸力発生装置からの軸力を前記軸力伝達用転がり軸受を介して前記回転軸に伝達する軸力伝達機構と、を備え、前記軸力伝達機構は、間隔をおいて平行に向き合う第１部材及び第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間に配置された少なくとも３つの球体と、前記第１部材と前記第２部材とを、互いに平行を保持したまま所定可動範囲内で相対移動可能に連結する連結手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、軸力伝達機構により、軸力発生装置からの軸力を、軸力伝達用転がり軸受を半径方向に拘束することなく回転軸に伝達できるので、回転軸に作用する径方向荷重の一部を軸荷重付与装置で支持することはない。したがって、軸荷重付与装置は回転軸に対して軸方向荷重のみを与えることができるので、試料軸受の剛性を正確に評価することが可能となる。また第１部材と第２部材の間に挟まれた球体の転動によって、第１部材と第２部材が互いに平行を保持したまま相対移動できるので、回転軸に対して径方向のあらゆる方向を非拘束とすることができる。また、少なくとも３つの球体が配置されることにより、第１部材と第２部材を安定して平行に保持できる。
【００１２】
（２）また上記の軸荷重付与装置において、前記軸力伝達機構は、前記第１部材と前記第２部材の相対移動に伴う各球体の転動を許容しかつ各球体を前記第１部材と前記第２部材の間に保持するための柔軟材料からなる保持部材を有する。
【００１３】
上記の構成によれば、保持部材により、複数の球体を第１部材と第２部材との間で適切な位置に保持でき、かつ、第１部材と第２部材の相対変位に必要な球体の動きを拘束することがない。
【００１４】
（３）また上記の軸荷重付与装置において、前記連結手段は、前記複数の球体を囲むように前記第１部材と前記第２部材の間に配置された環状部品と、前記第１部材と前記環状部品とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する第１ボルトと、前記第２部材と前記環状部品とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する第２ボルトと、を有する。
【００１５】
上記の構成により、第１部材と第２部材を互いに平行を保持したまま所定可動範囲内で相対移動可能に連結する手段を、簡単な構成で実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回転軸に対して径方向を拘束することなく軸方向荷重のみを与えることができるので、試料軸受の剛性を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る軸荷重付与装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る軸荷重付与装置における軸力伝達機構の構成例を示す図である。
【図３】図２（Ｂ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】従来の軸受試験装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る軸荷重付与装置１０の構成を示す図である。軸荷重付与装置１０は、軸受試験装置１の一部を構成している。軸受試験装置１は、回転軸２と、回転軸２を回転駆動するモータ３と、支持軸受６を介して回転軸２に半径方向荷重Ｆｒを与える径方向荷重付与装置５と、回転軸２に軸方向荷重Ｆａを与える軸荷重付与装置１０とを備える。
【００２０】
回転軸２は、試験対象である一対の試料軸受７によって回転可能に支持されている。各試料軸受７は、転がり軸受である。試料軸受７となる転がり軸受は、ころ軸受と玉軸受のいずれでもよい。
【００２１】
径方向荷重付与装置５は、回転軸２に半径方向荷重Ｆａを与えることが可能であれば特定のものに限定されない。径方向荷重付与装置５として、例えば、ばね装置や油圧シリンダ装置を用いることが可能である。支持軸受６は、図示例では軸方向に間隔をおいて２つ設けられているが、１つでもよい。また各支持軸受６は、転がり軸受である。支持軸受６としての転がり軸受の種類は特に限定されず、ころ軸受、玉軸受のいずれを用いてもよい。
【００２２】
軸荷重付与装置１０は、軸力発生装置１１と、軸力伝達用転がり軸受１２と、軸力伝達機構１４と、軸力伝達部品１３とを備える。
【００２３】
軸力発生装置１１は、軸方向荷重Ｆａを発生するための装置である。軸力発生装置１１として、例えば、ばね装置や油圧シリンダ装置を用いることが可能である。
軸力伝達用転がり軸受１２は、内輪と外輪とその間に配置された転動体を有する転がり軸受であり、内輪が回転軸２の一端に固定されている。軸力伝達用転がり軸受１２としては、ころ軸受、玉軸受のいずれを用いてもよい。
【００２４】
軸力伝達機構１４は、軸力伝達用転がり軸受１２の外輪と軸力発生装置１１との間の軸力伝達経路上に配置され、軸力発生装置１１からの軸力Ｆａを回転軸２に伝達する機能を有する。
【００２５】
軸力伝達部品１３は、軸力伝達機構１４と軸力伝達用転がり軸受１２の間に配置された部品であり、一端面（図示例で左端面）で軸力伝達機構１４から軸力を受け、他端面（図示例で右端面）で軸力伝達用転がり軸受１２の外輪に当接して軸力を伝達するようになっている。軸力伝達部品１３の他端側は回転軸２の端部（図示例で左端部）及び軸力伝達用転がり軸受１２の内輪に接触しないように軸方向に凹んだ形状となっている。
【００２６】
上述した軸荷重付与装置１０の構成により、静止（非回転）側である軸力発生装置１１からの軸方向荷重Ｆａを、回転側である回転軸２に伝達するようになっている。
【００２７】
上記の軸受試験装置１において、モータ３と回転軸２との間にはカップリング（たわみ軸継手）８、９を介してトルク検出器４が配置されており、このトルク検出器４からの測定値をもとに、支持軸受６と軸力伝達用転がり軸受１２の摩擦トルク分を考慮することで、試料軸受７の摩擦トルクが得られる。また、図示しない変位計により回転軸２の撓みを測定することで試料軸受７の剛性が得られる。なお、カップリング８、９により、モータ３側で回転軸２を半径方向に拘束することを避けられる。
【００２８】
図２は、軸力伝達機構１４の構成例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図２に示すように、軸力伝達機構１４は、間隔をおいて平行に向き合う第１部材１５及び第２部材１６と、第１部材１５と第２部材１６の間に配置された３つの球体１７と、第１部材１５と第２部材１６とを互いに平行を保持したまま所定可動範囲内で相対移動可能に連結する連結手段１８とを有する。この構成により、軸力発生装置１１からの軸力を、軸力伝達用転がり軸受１２を半径方向に拘束することなく、回転軸に伝達することができる。
【００２９】
図２に示した構成例において、第１部材１５と第２部材１６はともに円板型であるが、球体１７を挟む互いに平行に対向する平面を有する限り、形状は限定されない。
【００３０】
図２に示した構成例において、球体１７は３つ配置されている。各球体１７の直径はすべて同じである。球体１７の数が１個または２個の場合でも、軸力発生装置１１と軸力伝達部品１３により第１部材１５と第２部材１６の姿勢を拘束することで、第１部材１５と第２部材１６を互いに平行に保持することが可能であるが、軸力伝達機構１４自体で第１部材１５と第２部材１６を安定して平行に保持するため、球体１７の数は３以上であるのがよい。
【００３１】
第１部材１５、第２部材１６および球体１７の材質は、軸方向荷重Ｆａを伝達するのに支障がない限り、金属、合成樹脂、セラミックスなど適度な硬さを有するものを採用してよい。
【００３２】
図２に示した構成例において、連結手段１８は、環状部品１９と、第１ボルト２０と、第２ボルト２１とを有する。
環状部品１９は、すべての球体１７を囲むように第１部材１５と第２部材１６の間に配置された部品である。図２の構成例において、環状部品１９は、第１部材１５と第２部材１６の形状に合わせて円環状に形成されているが、多角形の環状に形成されてもよい。
【００３３】
第１ボルト２０は、第１部材１５と環状部品１９とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する。第１ボルト２０は、第１部材１５を貫通し、環状部品１９と螺合している。第１部材１５における、第１ボルト２０を通す穴は、第１ボルト２０の挿入部分の外径よりも大きい。そのため、第１ボルト２０は第１部材１５に遊びを持った状態で貫通している。
【００３４】
第２ボルト２１は、第２部材１６と環状部品１９とを、軸方向に対して垂直方向に所定可動範囲内で互いに相対移動可能な状態で連結する。第２ボルト２１は、第２部材１６を貫通し、環状部品１９と螺合している。第２部材１６における、第２ボルト２１を通す穴は、第２ボルト２１の挿入部分の外径よりも大きい。そのため、第２ボルト２１は第２部材１６に遊びを持った状態で貫通している。
【００３５】
上記のように連結手段１８が構成されているので、第１部材１５と第２部材１６は、互いに平行を維持したまま相対変位が可能となっている。
なお、図２の構成例では、第１ボルト２０と第２ボルト２１は、第１部材１５側と第２部材１６側にそれぞれ３つずつ設けられているが、この数に限定されるものではない。
【００３６】
図３は、図２（Ｂ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３に示すように、軸力伝達機構１４は、さらに、第１部材１５と第２部材１６の相対移動に伴う各球体１７の転動を許容しかつ各球体１７を第１部材１５と第２部材１６の間に保持するための柔軟材料からなる保持部材２２を有している。
【００３７】
図３の構成例では、保持部材２２は、３つの球体１７を保持するため、３つの穴を有している。各穴の直径は、球体１７の直径と同じか、わずかに大きく設定するのがよい。柔軟材料としては、スポンジ材がよい。
【００３８】
軸受試験において想定される第１部材１５と第２部材１６の相対変位は、ごくわずか（数ｍｍ程度）であるであるので、球体１７の転動による移動量も微小である。したがって、保持部材２２における球体１７を保持する穴が、球体１７の直径と同じ大きさ又はわずかに大きい程度の大きさでも、球体１７に押されたとき容易に変形するので、第１部材１５と第２部材１６の相対変位に伴う球体１７の移動を実質的に拘束することなく、球体１７を保持することが可能である。
【００３９】
上述した本発明の実施形態によれば、軸力伝達機構１４により、軸力発生装置１１からの軸力を、軸力伝達用転がり軸受１２を半径方向に拘束することなく、回転軸２に伝達するので、回転軸２に作用する径方向荷重の一部を軸荷重付与装置１０で支持することはない。したがって、軸荷重付与装置１０は回転軸２に対して軸方向荷重Ｆａのみを与えることができるので、試料軸受７の剛性を正確に評価することが可能となる。
【００４０】
第１部材１５と第２部材１６の間に挟まれた球体１７の転動によって、第１部材１５と第２部材１６が互いに平行を保持したまま相対移動できるので、回転軸２に対して径方向のあらゆる方向を非拘束とすることができる。また、少なくとも３つの球体１７が配置されることにより、第１部材１５と第２部材１６を安定して平行に保持できる。
【００４１】
また上述した実施形態によれば、保持部材２２により、複数の球体１７を第１部材１５と第２部材１６との間で適切な位置に保持でき、かつ、第１部材１５と第２部材１６の相対変位に必要な球体１７の動きを拘束することがない。
また、連結手段１８が環状部品１９、第１ボルト２０及び第２ボルト２１からなるので、第１部材１５と第２部材１６を互いに平行を保持したまま所定可動範囲内で相対移動可能に連結する機能を有する手段を、簡単な構成で実現できる。
【００４２】
なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４３】
１  軸受試験装置
２  回転軸
３  モータ
４  トルク検出器
５  径方向荷重付与装置
６  支持軸受
７  試料軸受
８、９  カップリング
１０  軸荷重付与装置
１１  軸力発生装置
１２  軸力伝達用転がり軸受
１３  軸力伝達部品
１４  軸力伝達機構
１５  第１部材
１６  第２部材
１７  球体
１８  連結手段
１９  環状部品
２０  第１ボルト
２１  第２ボルト
２２  保持部材
【図１】
2010185680.tif 000003
【図２】
2010185680.tif 000004
【図３】
2010185680.tif 000005
【図４】
2010185680.tif 000006