(57)【要約】【課題】高精度に且つ効率的に転動体の径を測定できる転動体の寸法測定装置及び方法を提供する。【解決手段】軸２０とガイド部材２１との間に沿って転動する転動体ＲＲは、位置Ｂ１で最初のセンサ１０のレーザ光を反射し、その後位置Ｂ２で２番目のセンサ１０のレーザ光を照射する。双方のセンサ１０からの信号を、同じ時間軸上にグラフ化すると、同じ転動体ＲＲが位置Ｂ１から位置Ｂ２に至るまでの通過時間Ｔ１に応じて、ピークに差が生じる。従って、この通過に要した時間Ｔ１に基づいて、転動体ＲＲの径を精度良く求めることができるのである。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射する第１の光源と、
前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光する第１の光検出器と、
前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射する第２の光源と、
前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光する第２の光検出器と、
前記第１及び前記第２の光検出器が前記反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めることを特徴とする転動体の寸法測定装置。
【請求項２】
前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１に記載の転動体の寸法測定装置。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の光検出器は、受光した光束の強度を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の転動体の寸法測定装置。
【請求項４】
前記転動体は予圧を付与された状態で転動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転動体の寸法測定装置。
【請求項５】
転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射するステップと、
前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光するステップと、
前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射するステップと、
前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光するステップと、
前記第１及び前記第２の位置における前記転動体からの反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるステップとを有することを特徴とする転動体の寸法測定方法。
【請求項６】
前記転動体は予圧を付与された状態で転動することを特徴とする請求項５に記載の転動体の寸法測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受の転動体などに用いる転動体の寸法を測定する測定装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受においては、外輪と内輪の間に玉又はころを転動体として挿入し、内輪と外輪との相対回転に応じて、その軌道面上を転動させることで低摩擦回転を実現している。ところで、転がり軸受では、一般的に軸受内部に所定のすきまが設けられている。このすきまが大きすぎると寿命が短くなったり、振動や騒音が大きくなったりする恐れがある。また、小さすぎると焼き付きなどを将来する恐れがある。すなわち、例えば転がり軸受のラジアル内部すきまは、ＪＩＳ  Ｂ−１５２０にも定められているように、適切に規制されるべき重要な寸法の一つであるといえる。
【０００３】
転がり軸受のラジアル内部すきまは、外輪軌道径から内輪軌道径と転動体の直径の二倍を減じた寸法である。すなわち、内部すきまの大きさは、転動体の直径に依存して決まるので、軸受に組み込まれる転動体の直径の大きさは、適切な軸受の動作を確保する上で重要であるといえる。又、転動体の直径が異なったものを軸受に組み込むと、軸受は滑らかな回転ができなくなる場合もあることから、転動体の直径の平均値をそろえるのみでは足りず、個々の転動体の直径をそろえることも、適切な軸受の動作を確保する上で重要である。このため、玉又はころなどの転動体の直径は、その寸法差が細かく管理されている。
【０００４】
通常、転動体の直径は、ＪＩＳ  Ｂ−１５０１に定めてあるように、図６に示すようにして電気マイクロメータなどの寸法測定機で測定される。しかしながら、かかる従来技術の方法によれば、マイクロメータＭＭの測定子を転動体Ｒの頂点に正確に当てることが難しいため、必ずしも転動体の直径Ｄｏを測定しているとは言い難く、測定値のバラツキが大きくなるという問題がある。
【０００５】
これに対し、以下の特許文献１には、微動可能なＸＹテーブル上に球体を載置した上で、所定範囲内でマイクロメータＭＭの測定子を接触させ、その最大値をもって、転動体の直径とする技術が開示されている。
【０００６】
しかるに、特許文献１の技術を用いれば、手作業による不確実さを回避して、１個の転動体の測定をある程度迅速に行えるが、転動体を個々にＸＹテーブル上にセットしなくてはならず、多数の転動体を効率的に測定するには不向きであるといえる。
【０００７】
尚、以下の特許文献２においては、転動体の径を高精度に且つ自動的に測定する技術が開示されている。
【特許文献１】
特公平６−５４２０２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２３５０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の技術は、マスターボールとの比較で被測定ボールの径を求めるものであるため、高精度な測定は可能であるものの、多量のボールの径を効率的に測定することは困難であるといえる。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、高精度に且つ効率的に転動体の径を測定できる転動体の寸法測定装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明の転動体の寸法測定装置は、
転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射する第１の光源と、
前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光する第１の光検出器と、
前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射する第２の光源と、
前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光する第２の光検出器と、
前記第１及び前記第２の光検出器が前記反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めることを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明の転動体の寸法測定方法は、
転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射するステップと、
前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光するステップと、
前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射するステップと、
前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光するステップと、
前記第１及び前記第２の位置における前記転動体からの反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
第１の本発明の転動体の寸法測定装置は、転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射する第１の光源と、前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光する第１の光検出器と、前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射する第２の光源と、前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光する第２の光検出器と、前記第１及び前記第２の光検出器が前記反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるので、連続的にボールを転動させつつ測定を行えることから、高精度でありながら迅速な測定を行え、例えば軸受製造ラインに組み込むこともできる。
【００１３】
更に、前記光源は、コヒーレントな特性を有するレーザ光源であると好ましい。
【００１４】
更に、前記第１及び前記第２の光検出器は、受光した光束の強度を求めると、転動体の位置及び寸法を高精度に測定できるので好ましい。
【００１５】
第２の本発明の転動体の寸法測定方法は、転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射するステップと、前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光するステップと、前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射するステップと、前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光するステップと、前記第１及び前記第２の位置における前記転動体からの反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるステップとを有するので、連続的にボールを転動させつつ測定を行えることから、高精度でありながら迅速な測定を行え、例えば軸受製造ライン上で適用することもできる。
【００１６】
尚、前記転動体は予圧を付与された状態で転動すると好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の転動体の寸法測定装置に用いるセンサの一例の断面図である。図１において、センサ１０は、図で右端面に開口１ａを有する円筒状のハウジング１と、ハウジング１内の左端部奥に配置された光源である半導体レーザ２と、光検出器３とを有している。半導体レーザ２は、配線４により外部の電源（不図示）に接続され、光検出器３は、配線５により外部のパソコン（不図示）に接続されている。
【００１８】
センサ１０の基本動作について説明する。転動体ＲＲがセンサ１０を横切るように転動するものとする。又、センサ１０の半導体レーザ２には配線４を介して外部から電力が供給され、レーザ光が開口１ａを介して外部に向かって照射されているものとする。ここで、転動体ＲＲが図１に示す位置Ｐ（０）に来ると、半導体レーザ２から照射されたレーザ光が、転動体２３の表面から反射して、開口１ａから入射し、光検出器３の受光面で受光される。その受光量に応じたハイレベルの信号は、配線５を介して外部のパソコン等に出力される。
【００１９】
一方、転動体ＲＲが図１に示す位置Ｐ（０）以外の位置（例えばＰ（０）を過ぎたＰ（＋１）又はその手前のＰ（−１））にあれば、半導体レーザ２から照射されたレーザ光が、転動体ＲＲの表面から開口１ａに入射しない方向（図１に示す矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向）に反射するので、光検出器３は受光しない。かかる場合、光検出器３は、ローレベルの信号を配線５を介して外部のパソコン等に出力する。
【００２０】
図２は、本発明者らの行った試験において、センサ１０から実際に得られた結果を示すグラフである。図２のグラフにおいて、周期的に急峻なピークが生じているが、これが、半導体レーザ２から照射されたレーザ光が光検出器３に適切に受光されたときであり、すなわち転動体ＲＲが所定位置にきたことを精度良く測定できることを示している。このようにして、転動体ＲＲが通過するタイミングを急峻なピークで精度良く求めることができれば、ピーク間時間を精度良く求めることができ、もって転動体ＲＲの公転速度を正確に求めることができる。
【００２１】
ところで、転動体の径が異なれば、内輪外径及び外輪内径が同じでも転動体の通過時間が変化する。図３は、本発明者らが行った試験結果を示す図であり、転動体としての玉の径と通過時間との相関関係を示している。図３から明らかなように、玉径が増大するにつれ、通過時間が長くなる傾向があり、両者はほぼリニアな関係にあるといえる。試験条件を以下に示す。
（試験条件）
軸受呼び番号：６９５
内径：５ｍｍ
外径：１３ｍｍ
幅：４ｍｍ
玉径：２ｍｍ
ＰＣＤ：９ｍｍ
ラジアル内部すきま：５〜１０μｍ
アキシアル荷重（予圧）：６０Ｎ
回転速度：３６００ｍｉｎ−１
【００２２】
図４は、本実施の形態にかかる転動体の寸法測定装置の概略構成図である。図４において、一定速度で回転する内輪を模した軸２０と、軸２０に対向するように外輪の一部を模した凹部（転動路２１ａ）を有するガイド部材２１との間に転動体ＲＲを転動させるようにしている。軸２０とガイド部材２１との間に、図で右方より転動体ＲＲを落とし込むと、転動体ＲＲは、回転する軸２０より転動力を与えられ、軸２０とガイド部材２１との間に沿って図で左方へと抜け出すようになっている。
【００２３】
ガイド部材２１の転動路２１ａには、間隔をあけて開口２１ｂ、２１ｃが形成され、かかる開口２１ｂ、２１ｃを介してレーザ光を照射できるように、それぞれセンサ１０が配置されている。センサ１０の出力信号は、パソコンＰＣに出力される。
【００２４】
本実施の形態の動作を説明すると、軸２０とガイド部材２１との間に沿って転動する転動体ＲＲは、位置Ｂ１で最初のセンサ１０のレーザ光を測定可能に反射し、その後位置Ｂ２で２番目のセンサ１０のレーザ光を測定可能に反射する。双方のセンサ１０からの信号を、同じ時間軸上にグラフ化すると、同じ転動体ＲＲが位置Ｂ１から位置Ｂ２に至るまで（すなわち転動軌跡に沿った所定距離）の通過時間Ｔ１に応じて、ピークに差が生じる。従って、この通過に要した時間Ｔ１と、かかる所定距離とに基づいて、例えば図３に示す関係より、転動体ＲＲの径を精度良く求めることができるのである。尚、少なくとも位置Ｂ１から位置Ｂ２までの間は、適当な荷重（予圧Ｆ）が転動体ＲＲに負荷されるようにしておくと良い。ガイド部材２１の転動路は、例えば、転動体ＲＲが鋼球の場合は、玉軸受の軌道面のように断面が円弧となる溝を設けておいても良いし、Ｖ溝または平面でも構わない。
【００２５】
通過に要した時間Ｔ１から転動体ＲＲの直径を求めるには、装置の幾何学形状などからあらかじめ、転動体ＲＲの直径と通過に要する時間との関係を計算により求めておけばよい。同様にして、位置Ｂ１から位置Ｂ２までの所定距離を加味した通過速度から換算することも出来る。また、基準となる転動体による転動速度または通過に要する時間を予め測定しておき、比較測定により求めることも出来る。
【００２６】
本実施の形態の更なる特徴は、転動体の径を連続して測定できることである。すなわち、転動体ＲＲを連続して投入した場合、２つのセンサ１０から連続して、間欠的なピークが現れるので、どの転動体がどのピークに相当するかを判別でき、通過に要する時間Ｔ１，Ｔ２、・・・というように連続して測定できるのである。この寸法測定装置によれば、装置を最初にセットしておけば、あとは自動的に連続的に測定することができ、例えば製造ライン上にも適用できる。具体的には、転動体の製造過程において、転動体の径を所定の許容範囲内に管理するのに、製造中の転動体をいちいち取り出して測定するのではなく、製造工程中にこの装置を組み込むことで、所定の径になった転動体から加工を終了するようにも出来る。
【００２７】
図５は、本実施の形態にかかる転動体の寸法測定装置を、予圧Ｆを付与されつつ相対平行移動する一対のガイド部材５１，５２に挟持され直線的に転動する転動体の測定に適用した例を示す図である。転動体の寸法測定装置自体は、図５に示すものと同様であるので、詳細は説明する。本例では、リニアガイド等に用いる転動体を測定できる。
【００２８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、転動体の寸法測定装置を用いて、転がり軸受の円周方向２カ所にセンサを設置することにより、軸受に組み込まれた転動体の径を測定することもできる。この場合、軸受の保持器は、レーザ光を遮蔽しない冠型保持器が好ましいが、冠型保持器以外の保持器の場合であっても、その一部に孔をあけ、かかる孔を介してレーザ光を照射すればよい。レーザ光は光束を絞ることができるので、孔は小さくて良い。
【００２９】
更に、軸受は玉軸受に限らず、ころ軸受、或いはボールねじ等でも良い。円筒ころ軸受の場合は、円筒ころの円筒面を反射面として利用すると、反射光束の方向が定まりやすく、光検出器の位置設定が容易である。又、ころの端面が曲面となっている場合、ここにレーザ光を照射しても良い。ころの端面が平面となっている場合、角の面取り部を反射面として利用しても良い、また、軸受の使用条件によっては、外輪の外周面に小孔を貫通させ、かかる小孔を介してレーザ光を転動体に向かって照射しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
第１の本発明の転動体の寸法測定装置は、転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射する第１の光源と、前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光する第１の光検出器と、前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射する第２の光源と、前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光する第２の光検出器と、前記第１及び前記第２の光検出器が前記反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるので、連続的にボールを転動させつつ測定を行えることから、高精度でありながら迅速な測定を行え、例えば軸受製造ラインに組み込むこともできる。
【００３１】
第２の本発明の転動体の寸法測定方法は、転動しつつ第１の位置に到達した転動体に向かって、第１の光束を照射するステップと、前記転動体の表面からの前記第１の光束の反射光束を受光するステップと、前記第１の位置から転動軌跡に沿って所定距離だけ隔置した第２の位置で、前記転動する転動体に向かって第２の光束を照射するステップと、前記転動体の表面からの前記第２の光束の反射光束を受光するステップと、前記第１及び前記第２の位置における前記転動体からの反射光束を受光した時間差と、前記所定距離とに基づいて前記転動体の径を求めるステップとを有するので、連続的にボールを転動させつつ測定を行えることから、高精度でありながら迅速な測定を行え、例えば軸受製造ライン上で適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の転動体の寸法測定装置に用いるセンサの一例の断面図である。
【図２】本発明者らの行った試験において、センサ１０から実際に得られた結果を示すグラフである。
【図３】本発明者らが行った試験結果を示す図であり、転動体としての玉の径と通過時間との相関関係を示す図である。
【図４】本実施の形態にかかる転動体の寸法測定装置の概略構成図である。
【図５】本実施の形態にかかる転動体の寸法測定装置を、相対平行移動する一対のガイド部材５１，５２に挟持され直線的に転動する転動体の測定に適用した例を示す図である。
【図６】従来技術による転動体の寸法測定器を示す図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  レーザ光源
３  光検出器
１０  測定装置
２０  軸
２１  ガイド部材
ＲＲ  転動体
ＰＣ  パソコン
【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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