(57)【要約】【課題】測定対象物の円周面の形状測定について、その作業性を向上することが可能な形状測定装置を提供する。【解決手段】球面ころ３は外周面３ａの中心軸Ｇの周りで回転可能とされている。検出手段２０は、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状を検出する表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂを有する。これら表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂは、周波数帯域が互いに異なる表面粗さ及びウェービネスを測定する。【選択図】図１
2014137339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周面を有する測定対象物を支持する支持手段と、
前記測定対象物の円周面の形状を検出する検出手段と、
を備える形状検出装置であって、
前記測定対象物及び前記検出手段は、前記円周面の中心軸の周りで互いに相対回転可能とされており、
前記検出手段は、前記測定対象物の円周面のうち、前記中心軸に沿う方向における同一位置の形状を検出する複数の検出器を有し、
前記複数の検出器は、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を測定する
ことを特徴とする形状検出装置。
【請求項２】
前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、前記測定対象物及び前記検出手段の相対回転速度を変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の形状検出装置。
【請求項３】
前記検出器は、その先端部の凸部が前記測定対象物の円周面に接触して表面情報を検出する触針を有し、
前記触針の先端部は、ダイヤモンド又はルビーからなり、
前記触針の先端部の凸部は、その曲率半径が、前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、１ｍｍ以上５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、又は０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の形状検出装置。
【請求項４】
前記複数の検出器によって測定された、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を統合し、広周波数帯域及び高分解能の形状測定データを構築する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状検出装置。
【請求項５】
前記測定対象物は、転がり軸受の転動体である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の形状検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の形状検出装置を備えた形状検出方法であって、
前記測定対象物及び前記検出手段を、前記円周面の中心軸の周りで互いに相対回転させる工程と、
前記複数の検出器が、前記測定対象物の円周面の同一位置の形状について、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を測定する工程と、
を含む
ことを特徴とする形状検出方法。
【請求項７】
前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、前記測定対象物及び前記検出手段の相対回転速度を変化させる工程を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状検出装置及び形状検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸受の転動体であるころ（円筒ころ、円すいころ、球面ころ等）は、軸受回転時の振動抑制や回転精度等を確保するために、外周面の形状が検査・管理されている。ころの外周面の形状測定としては、回転しているころの外周面上に触針を当てる接触式測定がよく知られている（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２０１２−２２５８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ころの外周面の形状測定は、通常、真円度、ウェービネス（うねり）、表面粗さを測定項目としており、それぞれの測定項目においては、ころの外周面形状波形の周波数帯域が異なる。そして、測定対象とする周波数帯域が異なれば、測定に用いる触針の材質、先端形状、及び測定時のころ回転速度等も異なる。
【０００５】
したがって、特許文献１に記載の周面測定装置を適用した場合、ころの外周面の真円度、ウェービネス、表面粗さを測定するためには、それぞれの測定項目毎に触針を変更したり、或いは複数の周面測定装置で測定したり、複数回の測定を行う必要があるため、ころの周面精度を管理する上で測定時の作業性に問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象物の円周面の形状測定について、その作業性を向上することが可能な形状測定装置及び形状検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  円周面を有する測定対象物を支持する支持手段と、
前記測定対象物の円周面の形状を検出する検出手段と、
を備える形状検出装置であって、
前記測定対象物及び前記検出手段は、前記円周面の中心軸の周りで互いに相対回転可能とされており、
前記検出手段は、前記測定対象物の円周面のうち、前記中心軸に沿う方向における同一位置の形状を検出する複数の検出器を有し、
前記複数の検出器は、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を測定する
ことを特徴とする形状検出装置。
（２）  前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、前記測定対象物及び前記検出手段の相対回転速度を変化させる
ことを特徴とする（１）に記載の形状検出装置。
（３）  前記検出器は、その先端部の凸部が前記測定対象物の円周面に接触して表面情報を検出する触針を有し、
前記触針の先端部は、ダイヤモンド又はルビーからなり、
前記触針の先端部の凸部は、その曲率半径が、前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、１ｍｍ以上５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、又は０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下とされる
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の形状検出装置。
（４）  前記複数の検出器によって測定された、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を統合し、広周波数帯域及び高分解能の形状測定データを構築する
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１つに記載の形状検出装置。
（５）  前記測定対象物は、転がり軸受の転動体である
ことを特徴とする（１）〜（４）の何れか１つに記載の形状検出装置。
（６）  （１）〜（５）の何れか１つに記載の形状検出装置を備えた形状検出方法であって、
前記測定対象物及び前記検出手段を、前記円周面の中心軸の周りで互いに相対回転させる工程と、
前記複数の検出器が、前記測定対象物の円周面の同一位置の形状について、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を測定する工程と、
を含む
ことを特徴とする形状検出方法。
（７）  前記検出器が測定する前記測定項目に合わせて、前記測定対象物及び前記検出手段の相対回転速度を変化させる工程を含む
ことを特徴とする（６）に記載の形状検出方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の形状検出装置によれば、測定対象物及び検出手段は、円周面の中心軸の周りで互いに相対回転可能とされており、検出手段は、測定対象物の円周面のうち、中心軸に沿う方向における同一位置の形状を検出する複数の検出器を有し、複数の検出器は、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目を測定する。したがって、測定対象物の円周面のうち、中心軸に沿う方向（軸方向）における同一位置形状について、周波数帯域が互いに異なる測定項目（例えば、真円度、ウェービネス、表面粗さ等）を単一の形状検出装置で検出することができ、作業性を向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る形状検出装置を示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】第２実施形態に係る形状検出装置を示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る形状検出装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の形状検出装置１は、測定対象物である軸受の球面ころ３を支持する支持手段としての治具１０と、治具１０を回転駆動する回転装置１６と、球面ころ３の外周面３ａ（円周面）の形状を検出する検出手段２０と、を備える。
【００１２】
治具１０は、球面ころ３の下面と略同一の面積を有する底面１２と、底面１２の外周縁から上方に向かって延びる凸部１４と、を備える有底筒状とされており、その内部には、上方から球面ころ３が挿入されて固定されている。凸部１４は、球面ころ３の形状に対応して、上方に向かうにしたがって径方向外側に延在するように形成されており、その高さが球面ころ３の高さの半分よりも小さくなるように設定されている。
【００１３】
また、治具１０は、底面１２の下部が回転装置１６に固定されており、この回転装置１６を駆動することにより、球面ころ３の外周面３ａの中心軸Ｇの回りで、回転装置１６、治具１０、及び球面ころ３が一体回転可能とされている。
【００１４】
検出手段２０は、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向（軸方向）における同一位置、すなわち、同一円周３ｂ上の形状を検出する複数（本実施形態では２つ）の検出器２２Ａ、２２Ｂを有する。ここで、検出器２２Ａは、外周面３ａの表面粗さを測定するための表面粗さ検出器であり、検出器２２Ｂは、外周面３ａのウェービネスを測定するためのウェービネス検出器である。
【００１５】
表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂは、その先端部が外周面３ａの同一円周３ｂ上に接触する接触式であり、表面情報を検出する表面粗さ検出用触針２３Ａ及びウェービネス検出用触針２３Ｂと、表面粗さ検出用触針２３Ａ及びウェービネス検出用触針２３Ｂを外周面３ａに向かって（径方向に向かって）進退可能に駆動する駆動機構２５Ａ、２５Ｂと、を有する。
【００１６】
表面粗さ検出用触針２３Ａ及びウェービネス検出用触針２３Ｂのうち、球面ころ３の外周面３ａと接触する先端部は、摩耗を抑制するためにダイヤモンドから構成されており、当該先端部には、曲面状の凸部２４Ａ、２４Ｂが形成されている。表面粗さ検出用触針２３Ａの凸部２４Ａの形状寸法は、５ｋ〜１０ｋＨｚ帯域の外周面３ａの形状測定に好適であるように設定されており、ウェービネス検出用触針２３Ｂの凸部２４Ｂの形状寸法は、５〜５ｋＨｚ帯域の外周面３ａの形状測定に好適であるように設定されている。より具体的には、凸部２４Ａは、その曲率半径が０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下に設定されており、凸部２４Ｂの曲率半径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。このように、表面粗さ検出用触針２３Ａ及びウェービネス検出用触針２３Ｂは、周波数帯域が互いに異なる測定項目（表面粗さ及びウェービネス）を測定するように構成される。
【００１７】
以上のように構成された形状検出装置１において、球面ころ３の外周面３ａの表面粗さ及びウェービネスを測定する方法について以下説明する。
【００１８】
先ず、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上の表面粗さを測定するため、駆動機構２５Ａによって、表面粗さ検出用触針２３Ａを外周面３ａの円周３ｂに接触させる。その後、回転装置１６を駆動することによって、治具１０と共に球面ころ３を中心軸Ｇ周りに回転させる。このとき、球面ころ３の回転数は、表面粗さ検出器２２Ａが測定する測定項目である表面粗さに合わせて設定されており、より具体的には２ｍｉｎ−１に設定される。そして、表面粗さ検出器２２Ａが必要な測定距離の表面形状データを取得した後、当該表面形状データに基づいて表面粗さパラメータを算出する。そして、球面ころ３の回転を停止すると共に、表面粗さ検出用触針２３Ａを球面ころ３の外周面３ａから退避させる。
【００１９】
次に、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上のウェービネスを測定するため、駆動機構２５Ｂによって、ウェービネス検出用触針２３Ｂを外周面３ａの円周３ｂに接触させる。その後、回転装置１６を駆動することによって、治具１０と共に球面ころ３を中心軸Ｇ周りに回転させる。このとき、球面ころ３の回転数は、ウェービネス検出器２２Ｂが測定する測定項目であるウェービネスに合わせて変更され、より具体的には３００ｍｉｎ−１に設定される。そして、ウェービネス検出器２２Ｂが必要な測定距離の表面形状データを取得した後、当該表面形状データに基づいてウェービネスを算出する。
【００２０】
このような工程により、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上の表面粗さ及びウェービネスを測定することが可能である。
【００２１】
以上説明したように本実施形態の形状検出装置１によれば、球面ころ３は外周面３ａの中心軸Ｇの周りで回転可能とされており、検出手段２０は、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状を検出する表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂを有し、これら表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂは、周波数帯域が互いに異なる表面粗さ及びウェービネスを測定する。したがって、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状について、周波数帯域が互いに異なるウェービネス及び表面粗さを単一の形状検出装置１で検出することができ、作業性を向上することが可能である。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る形状検出装置について説明する。なお、本実施形態の形状検出装置は、第１実施形態の形状検出装置と基本的構成を同一とし、真円度検出器をさらに備える点で異なる。したがって、第１実施形態と同一部分には同一符号を付すことにより、その説明を省略又は簡略化する。
【００２３】
本実施形態の形状検出装置１の検出手段２０は、表面粗さ検出器２２Ａ及びウェービネス検出器２２Ｂに加えて、球面ころ３の外周面３ａの真円度を測定する真円度検出器２２Ｃをさらに備える。これら表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、及び真円度検出器２２Ｃは、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状を検出する。
【００２４】
真円度検出器２２Ｃは、その先端部が外周面３ａの円周３ｂ上に接触する接触式であり、表面情報を検出する真円度検出用触針２３Ｃと、真円度検出用触針２３Ｃを外周面３ａに向かって（径方向に向かって）進退可能に駆動する駆動機構２５Ｃと、を有する。
【００２５】
真円度検出用触針２３Ｃのうち、球面ころ３の外周面３ａと接触する先端部は、摩耗を抑制するためにダイヤモンドから構成されており、当該先端部には、曲面状の凸部２４Ｃが形成されている。凸部２４Ｃの形状寸法は、２〜５ｋＨｚ帯域の外周面３ａの形状測定に好適であるように設定されている。より具体的には、凸部２４Ｃは、その曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
【００２６】
以上のように構成された形状検出装置１において、球面ころ３の外周面３ａの表面粗さ、ウェービネス、及び真円度を測定する方法について以下説明する。
【００２７】
先ず、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上のウェービネスを測定するため、駆動機構２５Ｂによって、ウェービネス検出用触針２３Ｂを外周面３ａの円周３ｂに接触させる。その後、回転装置１６を駆動することによって、治具１０と共に球面ころ３を中心軸Ｇ周りに回転させる。このとき、球面ころ３の回転数は、ウェービネス検出器２２Ｂが測定する測定項目であるウェービネスに合わせて変更され、より具体的には３００ｍｉｎ−１に設定される。そして、ウェービネス検出器２２Ｂが必要な測定距離の表面形状データを取得した後、当該表面形状データに基づいてウェービネスを算出する。
【００２８】
先ず、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上の表面粗さ及び真円度を測定するため、駆動機構２５Ａ、２５Ｃによって、表面粗さ検出用触針２３Ａ及び真円度検出用触針２３Ｃを外周面３ａの円周３ｂに接触させる。その後、回転装置１６を駆動することによって、治具１０と共に球面ころ３を中心軸Ｇ周りに回転させる。このとき、球面ころ３の回転数は、表面粗さ検出器２２Ａ及び真円度検出器２２Ｃが測定する測定項目である表面粗さ及び真円度に合わせて設定されており、より具体的には１ｍｉｎ−１に設定される。そして、表面粗さ検出器２２Ａ及び真円度検出器２２Ｃが必要な測定距離の表面形状データを取得した後、当該表面形状データに基づいて表面粗さ及び真円度を算出する。そして、球面ころ３の回転を停止すると共に、表面粗さ検出用触針２３Ａ及び真円度検出用触針２３Ｃを球面ころ３の外周面３ａから退避させる。
【００２９】
このような工程により、球面ころ３の外周面３ａの円周３ｂ上の表面粗さ、ウェービネス、及び真円度を測定することが可能である。
【００３０】
以上説明したように本実施形態の形状検出装置１によれば、検出手段２０は、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状を検出する表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、及び真円度検出器２２Ｃを有し、これら表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、及び真円度検出器２２Ｃは、周波数帯域が互いに異なる表面粗さ、ウェービネス、及び真円度を測定する。したがって、球面ころ３の外周面３ａのうち、中心軸Ｇに沿う方向における同一位置（円周３ｂ）の形状について、周波数帯域が互いに異なるウェービネス、表面粗さ、及び真円度を単一の形状検出装置１で検出することができ、作業性を向上することが可能である。
【００３１】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【００３２】
例えば、上述の実施形態では回転装置１６を駆動することにより、球面ころ３の外周面３ａの中心軸Ｇの回りで球面ころ３を回転可能としたが、球面ころ３と検出手段２０（表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、及び真円度検出器２２Ｃ）とが、中心軸Ｇの周りで互いに相対回転可能である限り、その構成は限定されない。すなわち、球面ころ３を固定し、検出手段２０を中心軸Ｇ周りに回転可能であるように構成してもよい。
【００３３】
また、測定対象物は、円周面を有する限り、軸受の転動体に限定されない。また、形状が検出される測定対象物の円周面は、上述の実施形態では球面ころ３の外周面３ａであったが、測定対象物が筒状である場合等は内周面であってもよい。
【００３４】
また、表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、真円度検出器２２Ｃは、その先端部が外周面３ａの同一円周３ｂ上に接触する接触式に限られず、レーザ等を用いた非接触式であってもよい。例えば、レーザを用いた非接触式測定の場合は、測定項目である表面粗さ、ウェービネス、真円度等に合わせて、レーザ周波数やスポット径が適宜設定される。
【００３５】
また、表面粗さ検出用触針２３Ａ、ウェービネス検出用触針２３Ｂ、及び真円度検出用触針２３Ｃの先端部は、ルビーから構成されても構わない。
【００３６】
また、表面粗さ検出用触針２３Ａ、ウェービネス検出用触針２３Ｂ、及び真円度検出用触針２３Ｃの先端部の材質や、凸部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの形状寸法、球面ころ３の回転数を適宜設定することにより、表面粗さ検出用触針２３Ａ、ウェービネス検出用触針２３Ｂ、及び真円度検出用触針２３Ｃを同時に球面ころ３の外周面３ａに接触させ、真円度、ウェービネス、表面粗さを算出するための表面形状データを一度に測定しても構わない。
【００３７】
また、表面粗さ検出器２２Ａ、ウェービネス検出器２２Ｂ、真円度検出器２２Ｃによって測定された、周波数帯域が互いに異なる複数の測定項目である表面粗さ、ウェービネス、真円度の表面形状データを統合し、広周波数帯域に渡って高い分解能を有した形状測定データを構築することも可能である。
【００３８】
また、上述の実施形態では、駆動機構２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、表面粗さ検出用触針２３Ａ、ウェービネス検出用触針２３Ｂ、及び真円度検出用触針２３Ｃを球面ころ３の外周面３ａに向かって（径方向に向かって）進退可能に駆動していたが、さらに中心軸Ｇ方向に向かって駆動することにより、軸方向に亘って外周面３ａの表面形状データを得られるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１      形状検出装置
３      球面ころ（測定対象物）
３ａ    外周面（円周面）
３ｂ    円周
１０    治具（支持手段）
１２    底面
１４    凸部
１６    回転装置
２０    検出手段
２２Ａ  表面粗さ検出器（検出器）
２２Ｂ  ウェービネス検出器（検出器）
２２Ｃ  真円度検出器（検出器）
２３Ａ  表面粗さ検出用触針（触針）
２３Ｂ  ウェービネス検出用触針（触針）
２３Ｃ  真円度検出用触針（触針）
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  凸部
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ  駆動機構
Ｇ      中心軸
【図１】
2014137339.tif 000003
【図２】
2014137339.tif 000004