(57)【要約】【課題】ころの自転と、ころの公転と、ころが保持器に及ぼす荷重とを同時に計測することのできる測定装置を実現すること。【解決手段】ころ軸受運動特性測定装置２は、自転計測対象のころ１０３の自転軸と同軸で回転する多極磁石盤１１０の回転を、ターゲット軸受１００の保持器１０４に固定したホール素子１１２で計測することでころの自転角変位（θｒ）を計測できる。また、保持器１０４には、周方向にパルス溝部１３０が設けられており、静止系に固定されたギャップセンサ１３２で、保持器１０４の回転、すなわちころ１０３の公転角変位（θｈ）を計測できる。また、荷重検出対象のころ１０３を収容するポケット面内側には、当該ころが押す荷重を検出する第１小型ロードセル１１６と第２小型ロードセル１１７とが装着されており、ころが保持器に及ぼす荷重（Ｗｈ１，Ｗｈ２）を計測できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころ軸受に負荷をかけつつ回転させ、当該ころ軸受の運動特性を測定するころ軸受運動特性測定装置であって、
ころ軸受を構成する一のころと一体に構成され、当該一のころの自転軸と同軸で回転する自転部と、
前記自転部の自転による角変位を非接触に検出する自転検出部と、
前記保持器に設けられ、前記一のころと同一又は異なる荷重検出対象のころのポケット面を当該ころが押す荷重を検出する荷重検出部と、
前記保持器の回転による角変位を非接触に検出する公転検出部と、
前記公転検出部の検出信号に基づいて前記保持器の回転に同期して回転する同期回転部と、
前記同期回転部から前記自転検出部及び前記荷重検出部それぞれの検出信号を静止場へ出力する信号伝送部と、
を備えたころ軸受運動特性測定装置。
【請求項２】
前記自転部は、盤面方向が前記一のころの自転軸に直交する多極磁石盤を有し、
前記自転検出部は、前記多極磁石盤の盤面に対向する位置に設置されたホール素子を有する、
請求項１に記載のころ軸受運動特性測定装置。
【請求項３】
前記ホール素子は、前記保持器に設けられている、
請求項２に記載のころ軸受運動特性測定装置。
【請求項４】
前記保持器は、周方向に等間隔に設けられた複数の溝部を有し、
前記公転検出部は、前記溝部の有無を非接触に検出するセンサを有する、
請求項１〜３の何れか一項に記載のころ軸受運動特性測定装置。
【請求項５】
前記荷重検出部は、前記ポケット面の内側であって、前記荷重検出対象のころの公転方向に沿った両側に設けられたロードセルを有する、
請求項１〜４の何れか一項に記載のころ軸受運動特性測定装置。
【請求項６】
前記保持器は、前記ロードセルを挿入する挿入口を有する、
請求項５に記載のころ軸受運動特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受に負荷をかけつつ回転させ、当該ころ軸受の運動特性を測定するころ軸受運動特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受のころ（転動体）の自転や、軸受の回転中心周りの公転運動などは、ころ軸受の摩耗現象などを理解する上で重要な要素とされ、ころの自転と公転を同時計測することのできる測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
保持器のポケット面の摩耗を理解するには、ころの自転及び公転運動だけでなく、ころが保持器に及ぼす荷重の変化をも同時に計測することが望まれる。しかし、従来はこの３つの要素を同時に計測できる測定装置は無かった。
【０００５】
本発明は、ころの自転と、ころの公転と、ころが保持器に及ぼす荷重とを同時に計測することのできる測定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するための第１の発明は、ころ軸受に負荷をかけつつ回転させ、当該ころ軸受の運動特性を測定するころ軸受運動特性測定装置であって、
ころ軸受を構成する一のころと一体に構成され、当該一のころの自転軸と同軸で回転する自転部（例えば、図２の多極磁石盤１１０）と、
前記自転部の自転による角変位を非接触に検出する自転検出部（例えば、図３のホール素子１１２）と、
前記保持器に設けられ、前記一のころと同一又は異なる荷重検出対象のころのポケット面を当該ころが押す荷重を検出する荷重検出部（例えば、図４の第１小型ロードセル１１６，第２小型ロードセル１１７）と、
前記保持器の回転による角変位を非接触に検出する公転検出部（例えば、図５のパルス溝部１３０、図３のギャップセンサ１３２）と、
前記公転検出部の検出信号に基づいて前記保持器の回転に同期して回転する同期回転部（例えば、図１の同期回転部５０）と、
前記同期回転部から前記自転検出部及び前記荷重検出部それぞれの検出信号を静止場へ出力する信号伝送部（例えば、図１のスリップリング５８）と、を備えたころ軸受運動特性測定装置である。
【０００７】
第１の発明によれば、ころの自転と、ころの公転と、ころが保持器に及ぼす荷重とを同時に計測することができる。
【０００８】
自転の計測に関してより好適には、第２の発明として、前記自転部が、盤面方向が前記一のころの自転軸に直交する多極磁石盤を有し、前記自転検出部が、前記多極磁石盤の盤面に対向する位置に設置されたホール素子を有する、第１の発明のころ軸受運動特性測定装置を構成することができる。
【０００９】
より具体的には、第３の発明として、前記ホール素子が、前記保持器に設けられている、第２の発明のころ軸受運動特性測定装置を構成することができる。
【００１０】
また、公転の計測に関してより好適には、第４の発明として、前記保持器が、周方向に等間隔に設けられた複数の溝部（例えば、図５のパルス溝部１３０）を有し、前記公転検出部は、前記溝部の有無を非接触に検出するセンサ（例えば、図１のギャップセンサ１３２）を有する、第１〜第３の何れかの発明のころ軸受運動特性測定装置を構成することができる。
【００１１】
更に、荷重検出に関してより好適には、第５の発明として、前記荷重検出部が、前記ポケット面の内側であって、前記荷重検出対象のころの公転方向に沿った両側に設けられたロードセルを有する、第１〜第４の何れの発明のころ軸受運動特性測定装置を構成できる。
【００１２】
また、第６の発明として、前記保持器は、前記ロードセルを挿入する挿入口を有する（例えば、図４参照）、第５の発明のころ軸受運動特性測定装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ころ軸受運動特性測定装置の構成例を示す図。
【図２】ターゲット軸受をスリップリング側から見た正面図。
【図３】ターゲット軸受の縦断面図。
【図４】ターゲット軸受のころと保持部の部分断面図。
【図５】ターゲット軸受の背面図。
【図６】ターゲット軸受の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用したころ軸受運動特性測定装置の実施形態について説明するが、本発明の適用可能な形態が以下の実施形態に限られるわけではない。
【００１５】
図１は、本実施形態のころ軸受運動特性測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態のころ軸受運動特性測定装置２は、電動モータ４にカップリング５で接続された主軸６を、軸受箱８に内蔵された主軸受１０及びターゲット軸受１００とで枢支する。主軸受１０及びターゲット軸受１００は、円筒ころ、円錐ころ又は球面ころを用いた「ころ軸受」である。
【００１６】
主軸６には、当該軸の回転数を計測する手段として、光電センサ１２が備えられている。光電センサ１２は、主軸６の外周に設けられた明暗部（例えば、ベースを黒色として白色テープを貼るなどで形成）に照射した光の反射光を受光し、受光量に応じた信号を出力する。すなわち、光電センサ１２からは、主軸回転数（Ｎａｘ）に応じたパルス状の電気信号が出力され、Ｉ／Ｏコントローラ９０を介して計測制御コンピュータ２００へ入力される。尚、光電センサ１２は、軸回転数を計測する公知の技術手段に置き換えできる。例えば、中空軸型ロータリエンコーダや、パルスギアとギャップセンサとの組み合わせなどである。
【００１７】
Ｉ／Ｏコントローラ９０と計測制御コンピュータ２００は、各種センサで得られた電気信号を適宜増幅・演算処理して計測データを記憶する測定管理システムである。
【００１８】
Ｉ／Ｏコントローラ９０は、ＣＰＵ（中央演算装置）やＩＣメモリ、信号端子、センサの種類に応じたキャリブレーション回路、センサの補償回路、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換回路などを搭載する電子装置である。Ｉ／Ｏコントローラ９０は、各種センサで得られた電気信号を適宜増幅・演算処理して適当なサイクルでデジタル信号に変換して計測制御コンピュータ２００へ出力することができる。また、計測制御コンピュータ２００からの制御信号を増幅したりＤ／Ａ変換して外部出力することができる。図１では、Ｉ／Ｏコントローラ９０を一つとして図示しているが、センサ毎に複数設けるとしても良い。
【００１９】
計測制御コンピュータ２００は、測定装置全体を統合的に制御するコンピュータであり、計測結果のデジタルデータを記憶するデータロガーとなるコンピュータである。計測制御コンピュータ２００は、内蔵するＩＣメモリやハードディスク等の情報記憶媒体に各種プログラムを記憶し、ＣＰＵ等でそれらを実行することで、計測に必要なさまざまな機能を実現する。また、計測制御コンピュータ２００は、Ｉ／Ｏコントローラ９０から入力される信号（値）を時刻情報（例えばクロックカウンタ値）と対応付けて蓄積的に記録する。これにより、後から、各種センサの計測結果を互いに紐付けて分析することが可能である。なお、計測制御コンピュータ２００が、Ｉ／Ｏコントローラ９０を備える構成としてもよい。
【００２０】
ころ軸受運動特性測定装置２は、ターゲット軸受１００に荷重を負荷するために、主軸６の中間部に荷重作用部２０を備える。
本実施形態の荷重作用部２０は、例えば、複数の軸受２１で主軸６に枢支されたフレーム２２に対して、ロードセル２３を介してスプリング２４の付勢力を作用させる構成である。ロードセル２３は、計測された荷重に応じた荷重信号（Ｗａｃ）を出力し、荷重信号（Ｗａｃ）はＩ／Ｏコントローラ９０を介して計測制御コンピュータ２００へ入力される。スプリング２４は、上端がロードセル２３に連結され、下端が引き下げられた状態で試験装置の架台２５にボルト・ナット等の締結具で締め付けて固定されている。
【００２１】
尚、荷重作用部２０は、アクチュエータを用いた荷重制御装置に置き換えることもできる。この場合、アクチュエータは、計測制御コンピュータ２００から出力される制御信号により発生荷重がコントロールされる。計測制御コンピュータ２００は、荷重制御プログラム２０４を実行することにより荷重制御部２２４とてして機能する。そして、ロードセル２３で計測された荷重に応じた荷重信号（Ｗａｃ）に基づくフィードバック制御により主軸６へ試験目的に適した荷重を作用させるようにアクチュエータへ制御信号を出力することができるものとする。
【００２２】
図２は、ターゲット軸受１００をモータ４の反対側（図１の右側）から見た正面図であり、図３は、ターゲット軸受１００の縦断面図、図４は、ターゲット軸受１００のころと保持部の部分断面図、図５は、ターゲット軸受１００の背面図である。
【００２３】
図２〜図３に示すように、本実施形態のターゲット軸受１００は、外輪１０１、内輪１０２、ころ１０３、保持器１０４を有する。ころ１０３は円筒ころとして図示・説明するが、円すいころ又は球面ころであってもよい。図２〜図３から明らかなように、本実施形態のターゲット軸受１００は、それぞれ保持器１０４のポケット内にころ１０３が収容された、いわゆる「ころ軸受」である。
【００２４】
自転計測対象とするころ１０３については、その回転軸と同軸一体に回転するころ軸棒１０５が嵌合されている。ころ軸棒１０５は、例えば軽圧入やねじ込みなどによりころ１０３に固定される。
【００２５】
保持器１０４には、ころ軸棒１０５が遊嵌する挿通孔１０７が設けられている。挿通孔１０７の直径は、ころ１０３がころ軸棒１０５が無い状態と同じく保持器１０４のポケット内で移動できるように、ころ軸棒１０５の直径よりも大きい値に設定されている。
【００２６】
ころ軸棒１０５の先端部は保持器１０４の外側に有って、軸と一体に回転する多極磁石盤１１０が固定されている。多極磁石盤１１０は、図２の吹き出し表示部に示すように、盤面が扇形状に分割されてＳ極／Ｎ極が円周方向に交互に着磁された円盤状の磁石であって、ころ１０３の自転軸と同軸で回転する自転部となる。
【００２７】
また、保持器１０４には、多極磁石盤１１０と対向する位置にホール素子１１２が固定されている。ホール素子１１２は、多極磁石盤１１０の回転すなわち計測対象のころ１０３の自転角変位（θr）を計測することができる。すなわち、多極磁石盤１１０の自転による角変位を非接触に検出する自転検出部として機能する。
【００２８】
また、図４に示すように、荷重計測の対象とするころ１０３（自転計測対象のころと同一でも良いし異なっても良い）が収容されるポケット面１１５の周方向の対向面には、第１小型ロードセル１１６又は第２小型ロードセル１１７を嵌め込むための凹部１１８が形成されている。本実施形態では、凹部１１８は、ポケット面１１５の内側と、内輪１０２側に挿入口が開口し、第１小型ロードセル１１６又は第２小型ロードセル１１７は、ポケットにころ１０３を収容した後に内輪１０２側から挿入・固定される。例えば、凹部１１８へ凹凸溝による溝嵌合や接着などにより固定される。
【００２９】
第１小型ロードセル１１６及び第２小型ロードセル１１７はポケット面１１５の内側であって、荷重検出対象のころの公転方向に沿った当該ころの両側に位置し、転動するころがポケット面１１５に及ぼす荷重を計測できる。凹部１１８が設けられるポケット面１１５は、ころ軸受を実際に使用すると摩耗現象が発生する箇所の一つであり、ころ１０３が及ぼす荷重条件を解明することは軸受の損傷解析において重要な要素となる。尚、図４では、ころ１０３とポケット面１１５との間隙をわかり易くするために意図的に大きく示している。
【００３０】
また、図５に示すように、ターゲット軸受１００の保持器１０４の側面、すなわち外輪１０１と内輪１０２の間から見える部分には、所定間隔で所定幅の溝が周方向に全周に渡って形成されたパルス溝部１３０を有する。これに対応して、ころ軸受運動特性測定装置２は、ギャップセンサ１３２を有する。ギャップセンサ１３２は、ターゲット軸受１００が軸受箱８に収容されて固定されたときに、計測面がパルス溝部１３０に対向する位置に固定される（図１，図３参照）。従って、ギャップセンサ１３２は、保持器１０４の回転による角変位を非接触に検出する公転検出部として機能し、計測対象のころ１０３がターゲット軸受１００の回転軸周りに回転する角変位、すなわちころ１０３の公転角変位（θｈ）を計測できる。ギャップセンサ１３２から出力される信号は、Ｉ／Ｏコントローラ９０を介して計測制御コンピュータ２００へ入力される。
【００３１】
そして、図１に示すように、ころ軸受運動特性測定装置２は、ターゲット軸受１００と隣接して同期回転部５０を備える。同期回転部５０は、ターゲット軸受１００の側面と対向する回転盤５２と、当該回転盤５２を主軸６と同軸に枢支する軸５４と、当該軸５４をサーボモータ４０の駆動軸に連結するタイミングベルト５６とを備える。そして、軸５４の端部には、スリップリング５８が取り付けられている。
【００３２】
ターゲット軸受１００から回転盤５２へは、ホール素子１１２の信号線と、第１小型ロードセル１１６の信号線と、第２小型ロードセル１１７の信号線とが架け渡される。これらの信号線は軸５４を通ってスリップリング５８に接続される。
【００３３】
ホール素子１１２の信号線は、スリップリング５８を経てＩ／Ｏコントローラ９０に接続される。よって、ホール素子１１２がころ１０３の自転角変位（θｒ）に応じて出力する信号は、Ｉ／Ｏコントローラ９０を介して計測制御コンピュータ２００へ入力される。
【００３４】
第１小型ロードセル１１６及び第２小型ロードセル１１７の信号線は、スリップリング５８を経て荷重表示器７０へ接続される。そして荷重表示器７０からは、各ロードセルで計測された荷重（Ｗｈ１，Ｗｈ２）に応じた信号が出力され、Ｉ／Ｏコントローラ９０を介して計測制御コンピュータ２００へ入力される。すなわち、第１小型ロードセル１１６及び／又は第２小型ロードセル１１７は、ころ１０３が保持器１０４のポケット面を押す荷重を検出する荷重検出部として機能する。
【００３５】
サーボモータ４０は、計測制御コンピュータ２００によって回転制御される。具体的には、計測制御コンピュータ２００は、回転同期制御プログラム２０６を実行することにより回転同期制御部２２６とてして機能し、ギャップセンサ１３２で計測された公転角変位（θｈ）と同期回転部５０の回転盤５２の角変位とが同期するようにサーボモータ４０へ駆動制御信号（Ｐｓ）を出力する。この結果、同期回転部５０は、公転検出部の検出信号に基づいて保持器１０４の回転に同期して回転され、回転盤５２は保持器１０４と同じ方向へ同じ角速度で回転する。従って、ころ１０３が公転運動したとしてもホール素子１１２の信号線と、第１小型ロードセル１１６の信号線と、第２小型ロードセル１１７の信号線とは断線することなく、計測を続けることが可能になる。換言すれば、スリップリング５８は、公転検出部の検出信号に基づいて保持器１０４の回転に同期して回転し、自転検出部及び荷重検出部それぞれの検出信号を静止場へ出力する信号伝送部として機能する。
【００３６】
以上、本実施形態のころ軸受運動特性測定装置２によれば、ターゲット軸受１００が枢支する主軸６を、負荷をかけつつ回転させた状態で、持続的に、ころ軸受の運動特性（特にころ１０３の自転と公転）と、ころが保持器１０４に及ぼす荷重とを同時に計測することができる。
【００３７】
尚、本発明の適用形態は、上述の実施形態に限らず、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。例えば、自転計測対象とするころ１０３は一つに限らず、例えば図６に示すように複数個としても良い。
【符号の説明】
【００３８】
２…ころ軸受運動特性測定装置
４…電動モータ
５…カップリング
６…主軸
８…軸受箱
１０…主軸受
１２…光電センサ
２０…荷重作用部
２１…軸受
２２…フレーム
２３…ロードセル
２４…スプリング
２５…架台
４０…サーボモータ
５０…同期回転部
５２…回転盤
５４…軸
５６…タイミングベルト
５８…スリップリング
７０…荷重表示器
９０…Ｉ／Ｏコントローラ
１００…ターゲット軸受
１０１…外輪
１０２…内輪
１０４…保持器
１０５…ころ軸棒
１０７…挿通孔
１１０…多極磁石盤
１１２…ホール素子
１１５…ポケット面
１１６…第１小型ロードセル
１１７…第２小型ロードセル
１１８…凹部
１３０…パルス溝部
１３２…ギャップセンサ
２００…計測制御コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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