(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の予圧を測定する予圧量測定装置であって、測定しようとする転がり軸受の内輪に嵌挿された軸を、その両端部で狭持することで前記転がり軸受を支持する軸受支持手段と、前記転がり軸受に対して軸方向に所定の荷重を負荷する加圧手段と、該加圧手段の加圧により前記転がり軸受に負荷された軸方向の荷重を検出する荷重センサと、圧電素子の駆動により前記転がり軸受に振動を付与する加振手段と、該加振手段の振動付与により前記転がり軸受に生じる振動を検出する振動センサと、前記荷重センサによって、前記加圧手段の加圧により前記転がり軸受に負荷された軸方向の荷重が前記所定の荷重に達したことが検出されたとき、前記加圧手段により前記転がり軸受を前記所定の荷重で加圧した状態のまま前記加振手段を作動させ、前記転がり軸受に生じる振動を検出した前記振動センサからの出力信号により得られる共振周波数から前記所定の荷重分の周波数成分を差し引いた共振周波数を求め、該求められた共振周波数に基づいて前記所定の荷重を負荷する前の前記転がり軸受の予圧量を演算する制御部と、を備えて構成したことを特徴とする転がり軸受の予圧量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオテープレコーダー（ＶＴＲ），ハードディスクドライブ（ＨＤＤ），レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）等のスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ等の各種精密回転部分に組込まれる転がり軸受の予圧量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＴＲ，ＨＤＤ，ＬＢＰ等に用いられるスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ等の精密回転部分に組込まれる転がり軸受は、振れ回り運動及び軸方向の振れを防止する為、極めて高精度に製造されたものでなければならない。このため、上記スピンドルを支承する転がり軸受は、アキシャル方向の予圧を付与した状態で使用される。この予圧を与えることにより、軸受の剛性を高く保たれ、軸の振れ精度が向上し、高速回転時におけるボールの滑りが防止される。
【０００３】
このようなＶＴＲ、ＨＤＤ、ＬＢＰ等のスピンドルを支承する転がり軸受としては、例えば、図１１(a)に示すように、回転軸に互いに独立した一対の転がり軸受を圧入又は接着により組込んだもの、図１１(b)に示すように、外輪に２列の軌道溝を有し、分割した内輪を軸方向に移動可能に圧入または接着することで予圧を付与した転がり軸受を用いたもの、或いは、図１１(c)に示すように、内輪、外輪共に二列の軌道溝を有し、その軌道溝のピッチ寸法を変えることで組立時に予圧が加わるようにしたものがある。
【０００４】
しかし、上記いずれの方式であっても、転がり軸受の組立後は、その予圧量が各部材の位置寸法によって異なるため、予圧量を測定することが困難となる。
そこで、例えば特公平２−６１１００号公報に記載されているように、転がり軸受の共振周波数と予圧量との間に一定の関係があることを利用して、転がり軸受に対して微小な振動を付与することにより、軸受装置自体の共振振動数を求め、この共振振動数を予圧量に換算するといった予圧量測定方式がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような予圧量測定方式においては、依然として次に述べるような解決すべき点がある。即ち、転がり軸受に微小な振動を付与する際に機械系の外乱によるノイズ振動が発生する。このノイズ振動により予圧量が精度良く測定できないといった問題があった。
また、転がり軸受が小型になり、外輪の質量が小さくなると、転がり軸受の共振周波数が高い周波数側に現れるようになる。これは、図７に示すように、振動ピークがノイズの比較的強くなる例えば２０ｋＨｚ付近に現れることになり、共振周波数がノイズに埋もれてしまい検出困難となる。このため、測定精度が低下し、算定された軸受の剛性や予圧量が不正確なものになるといった問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、転がり軸受に作用する予圧量を、外乱の振動による影響を防止して高精度に予圧量を測定できる転がり軸受の予圧量測定装置を提供することを目的としている。
また、軸受の小型化に伴う剛性及び質量の低下によって共振周波数の検出精度が低下することを防止して、高精度に予圧量を測定できる転がり軸受の予圧量測定装置を提供することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明による転がり軸受の予圧量測定装置は、転がり軸受の予圧を測定する予圧量測定装置であって、測定しようとする転がり軸受の内輪に嵌挿された軸を、その両端部で狭持することで前記転がり軸受を支持する軸受支持手段と、前記転がり軸受に対して軸方向に所定の荷重を負荷する加圧手段と、該加圧手段の加圧により前記転がり軸受に負荷された軸方向の荷重を検出する荷重センサと、圧電素子の駆動により前記転がり軸受に振動を付与する加振手段と、該加振手段の振動付与により前記転がり軸受に生じる振動を検出する振動センサと、前記荷重センサによって、前記加圧手段の加圧により前記転がり軸受に負荷された軸方向の荷重が前記所定の荷重に達したことが検出されたとき、前記加圧手段により前記転がり軸受を前記所定の荷重で加圧した状態のまま前記加振手段を作動させ、前記転がり軸受に生じる振動を検出した前記振動センサからの出力信号により得られる共振周波数から前記所定の荷重分の周波数成分を差し引いた共振周波数を求め、該求められた共振周波数に基づいて前記所定の荷重を負荷する前の前記転がり軸受の予圧量を演算する制御部と、を備えて構成したことを特徴としている。
【０００８】
この転がり軸受の予圧量測定装置では、加圧手段により所定の荷重を軸受に負荷するため、ノイズ成分を除去しつつ振動を検出することができ、転がり軸受の共振周波数を精度良く求めることができ、その結果、転がり軸受の真の予圧量を換算処理により精度良く求めることができる。また、予圧量の測定を連続的な自動制御により迅速に行うことができ、生産性の高い測定を行うことができる。
【０００９】
前記予圧量の演算は、前記所定の荷重Ｆ２値と、該荷重Ｆ２が負荷されたときの共振周波数ｆMと、補正係数Ｋとから真の共振周波数ｆaを求め、該真の共振周波数ｆaと、軸受の接触角αとから前記予圧量Ｆaを求めることが好ましい。
【００１０】
また、前記転がり軸受の外輪に錘を固設し、該錘の一部分に前記振動センサの測定子を当接させて振動を検出する構成としても良い。
【００１１】
これにより、転がり軸受が小型になり、軸受の質量が小さくなった場合においても、ノイズに埋もれることなく共振周波数の振動ピークを検出することができる。以て、転がり軸受の予圧量を精度良く求めることができる。
【００１２】
また、転がり軸受の予圧測定装置を用いた転がり軸受の製造方法として、第１の周面を有する第１の部材と、この第１の部材と同心に配置され、上記第１の周面と対向する第２の周面を有する第２の部材と、上記第１の周面に形成された第１の軌道と、上記第２の周面の一部で第１の軌道と対向する部分に形成された第２の軌道、並びにこの第２の軌道から軸方向にずれた部分で上記第２の周面に形成された第３の軌道と、十分な嵌合強度を持って上記第１の部材に、上記第１、第２の部材と同心に支持され、上記第２の周面と対向する第３の周面を有する第３の部材と、この第３の周面の一部で、上記第３の軌道に対向する部分に形成された第４の軌道と、上記第１の軌道と第２の軌道との間、並びに上記第３の軌道と第４の軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた玉とを備え、上記第１の部材に対する上記第３の部材の嵌合深さを調節することにより上記複数個ずつの玉に適正な予圧を付与した、予圧を付与された転がり軸受装置を製造する場合に、上記嵌合深さを適正予圧付与に必要な長さからずらせ、上記玉に予圧付与を行えない状態で、上記第１の軌道と第２の軌道との間、並びに上記第３の軌道と第４の軌道との間に、それぞれ複数個ずつの玉を挿入した後、第１の部材に対し上記第３の部材を軸方向に押し動かすことにより、上記嵌合深さを適正予圧に必要な長さにする予圧を付与された転がり軸受装置の製造方法であって、上記第３の部材及びこの第３の部材を軸方向に押し動かす部材に対し直列に、上記軸方向の力に対して十分な剛性を有する圧電素子を配置し、この圧電素子への通電に基づいて上記転がり軸受装置の構成各部品を振動させると共に、この転がり軸受装置の共振周波数を測定しつつ、第３の部材を第１の部材に圧入嵌合し、上記共振周波数が予め設定した周波数にほぼ一致した状態で、上記第３の部材に圧入作業を終了する予圧を付与された転がり軸受装置の製造方法において、第２の部材に錘を付けて質量を増したことを特徴とする転がり軸受装置の製造方法としても良い。
【００１３】
この予圧を付与された転がり軸受装置の製造方法によれば、少ない振動エネルギで、第３の部材とこの第３の部材が圧入される第１の部材とを振動させることができ、また、転がり軸受装置の共振周波数の振動レベルを上げることができる。この結果、少ないエネルギ消費で、上記第３の部材の第１の部材に対する嵌合深さを厳密に規制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る転がり軸受の予圧量測定装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る転がり軸受の予圧量測定装置の第１実施形態における全体的構成を示しており、図２は同装置の制御部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１５】
まず、図１に示すように本実施形態の予圧量測定装置１００は、主に、測定対象となる転がり軸受１０の内輪１０ａ側に軸１２が挿入された状態で、該軸１２の一端を、受け側治具１４ａの凹部に嵌挿して固定すると共に、他端を押圧側治具１４ｂに当接可能にセットする測定装置本体２０と、該測定装置本体２０に接続され測定装置本体２０への入出力データを一括制御する制御部３０とから構成されている。前記受け側治具１４ａ及び押圧側治具１４ｂは、軸支持手段に相当する。
ここで、測定対象となる転がり軸受１０は、図１１(b)に示すタイプのもので、軸線上で２分割され、外周側に軌道溝を有する内輪１０ａ，１０ａと、該内輪の外周側に設けられ、内周面に内輪の軌道溝に対峙した二列の軌道溝を有する外輪１０ｂとを備えたものとしているが、他のいずれの形態であっても適用できる。
【００１６】
測定装置本体２０は、その下部から順に、基板上に固設されたロードセル２１と、ロードセル２１上に固定された下部圧電素子２２と、下部圧電素子２２上に固定され軸１２の下端を支承する受け側治具１４ａと、軸１２の上端を押圧する押圧側治具１４ｂと、押圧側治具１４ｂ上に固定された上部圧電素子２３と、一方を上部圧電素子２３に接続し、ガイドホルダ２４により図中の矢印方向（垂直方向）に移動可能に支持された送り軸２５と、該送り軸２５の他方に接続され、送り・加圧用のパルスモータ２６の回転によりボールネジ２７ａ及びナット２７ｂを介して駆動されるカップリング部２８と、を備えて構成される。また、転がり軸受１０の例えば外輪１０ｂの端面に測定子２９ａを当接して固設された振動センサ２９を備えている。
そして、前記ロードセル２１，下部圧電素子２２，上部圧電素子２３，パルスモータ２６，及び振動センサ２９は制御部３０に接続されて各種データの入出力がなされる。
尚、前記パルスモータ２６が加圧手段に相当し、前記圧電素子２２，２３が加振手段に相当する。
【００１７】
前記ロードセル２１は、転がり軸受１０の軸方向に負荷される荷重をリアルタイムで検出するもので、図２に示すように、ロードセル２１からの出力信号は、ロードセルアンプ３１により増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２を介して中央演算装置（ＣＰＵ）３３に順次転送される。
下部及び上部圧電素子２２，２３は、受け側治具１４ａと押圧側治具１４ｂとの間に挟持された転がり軸受１０を軸１２を介して加振するもので、ＣＰＵ３３からの指令によるスィープトサイン発振器３４の発振信号をパワーアンプ３５により増幅させた後、該増幅した信号を圧電素子２２，２３に入力して軸１２を加振駆動する。尚、入力される発信信号としては、例えば０〜１０ｋＨｚ程度となるように掃引されたスイープトサイン波が好適に用いられる。
【００１８】
これらの圧電素子２２，２３は、転がり軸受１０の軸方向に十分な剛性を有している。そして、上記一対の圧電素子２２，２３は、逆位相、且つ同一振幅で駆動する。即ち、一方の圧電素子が伸長している場合には、他方の圧電素子が、同じ量だけ収縮するようにしている。これは、両圧電素子により転がり軸受１０の軸１２が圧縮されることを防止して、転がり軸受１０を確実に軸方向に振動させるためである。
【００１９】
送り・加圧用のパルスモータ２６は、回転駆動することで、ボールねじ２７ａとナット２７ｂにより該回転が直進動に変換され、送り軸２５を移動させる。押圧側治具１４ｂに軸１２が当接する位置まで移動した後は、さらに軸１２を押圧することになる。軸１２を押圧することにより、軸１２が圧縮され、その結果、転がり軸受１０の内外輪に予圧が負荷される。このパルスモータ２６はＣＰＵ３３からの指令により動作するパルスモータコントロールドライバ３６を介して回転駆動される。
【００２０】
振動センサ２９は、転がり軸受１０の共振周波数を検出するためのもので、例えばムービングマグネット型の振動検知センサであり、振動を検知する測定子２９ａと、インピーダンスを高くすることで電圧が昇圧されて増幅効果を生じるマッチングトランス２９ｂとからなる。マッチングトランス２９ｂからの検出信号は、アンチエリアシングフィルタ３７に入力されて高周波成分（例えば１５ｋＨｚ以上）が除去される。このアンチエリアシングフィルタ３７は、高域の折り返し周波数を除去して低域の離散周波数を選択する効果があり、一種のローパスフィルタとして機能する。さらにこの信号を、アンプ３８及びＡ／Ｄ変換器３９を介してＣＰＵ３３に転送する。
【００２１】
ＣＰＵ３３は、図示しない補助記憶装置等から後述する計算手法によるプログラムを取込んで前記各機器を制御すると共に、各機器から得られたデータを取込んで転がり軸受１０の予圧量を演算するものである。具体的には、付属するキーボード４０による入力操作により、各種設定がなされ、インターフェースを介してパルスモータ２６、圧電素子２２，２３を駆動しつつ、これによる荷重変化データ、振動データを順次取入れて各種処理及び演算を実行し、その結果を、同じく付属するディスプレイ４１に表示する。
【００２２】
次に、上記予圧測定装置により転がり軸受の予圧を測定する手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図１に示すように、軸受装置１０を受け側治具１４ａと押圧側治具１４ｂとの間にセットした後、制御部３０及び前記各機器に電源を投入して立ち上げ、キーボード４０の操作等により、プログラムをスタートする。すると、ＣＰＵ３３は、パルスモータ２８を起動し、待機位置にある送り軸２５を予め設定されたスピードで下降させる（ステップ１、以降、Ｓ１と略記する）。このとき、転がり軸受１０に負荷される荷重をロードセル２１により逐次検出する。
【００２３】
ロードセル２１からの出力が所定の第１設定荷重Ｆ１（例えば、５〜１０ｋｇ）に達したとき、即ち、送り軸２５が下降して押圧側治具１４ｂが軸１２に当接したとき、パルスモータ２６の回転速度を早送りモードから低速送りモードに切り換える。この状態で、パルスモータ２６を回転させると、軸１２が押圧されて転がり軸受１０に荷重が負荷される。この荷重は転がり軸受１０に予圧として作用する（Ｓ２）。
そして、第２設定荷重Ｆ２、即ち、予圧量を測定する荷重に達したときにパルスモータ２６を停止させる（Ｓ３）。
このように、パルスモータ２６の送り速度は、図４に示すように２段階に設定され、最初の第１設定荷重Ｆ１までは早送りモードで送り、この荷重Ｆ１が検出されると荷重Ｆ２まで低速送りモードに切り換えて送られる。
【００２４】
第２設定荷重Ｆ２に達してパルスモータ２６を停止させた後、この停止信号をトリガ信号として圧電素子２２，２３にスィープトサイン波を印可し、圧電素子２２，２３に振動を発生させる。この振動は、軸１２に伝達されて転がり軸受１０が振動する（Ｓ４）。これにより、パルスモータ２６停止後直ちに振動を負荷させることができ、簡便にして円滑な自動処理を実現することができる。
【００２５】
次に、転がり軸受１０の予圧量を求める手順を具体的に説明するが、その算出原理を併せて説明することにする。
一般的に、振動を受けた状態における転がり軸受に作用する共振周波数ｆは、
【００２６】
【数１】
0004009801.tif 000002
【００２７】
で示される。ここで、ｍは軸受の質量で、Ｋは軸受の剛性である。
【００２８】
軸受に第２設定荷重Ｆ２が負荷されたときに測定した共振周波数をｆMとすると、荷重が負荷されていない真の（初期状態における）共振周波数ｆaは、共振周波数ｆMから荷重Ｆ２分の周波数成分を差し引く必要がある。そのため、共振周波数ｆaは、
ｆa＝ｆM−Ｆ２×ｋｃ      （２）
で表すことができる。ここで、ｋｃは予め求めた補正係数［Hz/kgf］である。そして、上記（２）式で求めた共振周波数ｆaを（１）式に代入して軸受の剛性Ｋを求め、得られたＫを用いて真の予圧量Ｆaを（３）式から求める。
Ｆa＝α・ｆ（Ｋ）        （３）
【００２９】
ここで、αは軸受の接触角であり既知の値ある。共振周波数と予圧量との関係は図５に示すように接触角αの大小に応じて変化する。即ち、接触角αが大となるラジアル隙間が大きい場合は、接触角αが小となるラジアル隙間が小さい場合より、同一予圧量であっても共振周波数が高くなる。
上記真の予圧量Ｆaを制御部３０によって求めるには、まず、圧電素子２２，２３により振動を付加したときの共振周波数ｆMを求める（Ｓ５）。
具体的には、振動センサ２９からの信号をアンチエリアシングフィルタ３７により高周波成分を除去した後、アンプ３８により増幅して、さらにＡ／Ｄ変換器３９によりサンプリングすることで、例えば1024個のデジタルデータを生成する。このデジタルデータに対しＦＦＴ処理を行いパワースペクトルを求める。そして、このパワースペクトルの最大周波数成分を共振周波数ｆMとする。
次に、得られた共振周波数ｆMと、ロードセル２１から検出される荷重Ｆ２から、（２）式により真の共振周波数ｆaを求める（Ｓ６）。
そして、真の共振周波数ｆａ、軸受の剛性Ｋ、軸受の接触角αとから（３）式により真の予圧量Ｆaを求める（Ｓ７）。
【００３０】
このような演算処理は、制御部３０にプログラムを予め組込んでおき、ＣＰＵ３３の指令によって、各機器から取込んだ測定データに基づいて演算することで自動的になされる。その際の途中経過を含む演算結果は逐次ディスプレイ４１に表示され、予圧量測定装置１００の使用者に明瞭且つ迅速に良否判定や製造工程における各種条件設定等に資する情報を提供することができる。
その後は、データの保存、圧電素子２２，２３の駆動停止、パルスモータ２６の逆転による荷重除去等の一連の復帰動作（Ｓ９）により測定の一サイクルを終了し、次の測定の待機状態となる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態においては、軸受に荷重を印加した状態で共振周波数を求め、得られた共振周波数から予圧量を換算することにより、バックラッシ等の外乱によってノイズ振動が発生することを防止でき、高精度な予圧量測定が可能となる。
また、共振周波数を測定する第２設定荷重Ｆ２をトリガー信号として用いることにより、荷重Ｆ２に達した後直ちに測定を行うことができるため、測定を連続的に行えると共に自動化が容易となり、生産性の高い測定を実施することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態を図６〜図９を用いて説明する。尚、各図において前記第１実施形態と共通する部分には共通する符号を用いてその説明を省略し、異なる箇所にのみ異なる符号を用いて説明する。
本実施形態は、小型の転がり軸受に対して高精度な予圧量測定を可能とする予圧量測定装置である。軸受の質量が小さなものはノイズレベルの高い高域側に共振周波数が現れるようになり、検出しようとする共振周波数のＳ／Ｎ比が悪化することになる。そこで、本実施形態では外輪の外径部にはまり込むテーパ状の内径を有する錘を付加することで共振点を低周波側にシフトさせ、共振周波数の検出精度低下を防止している。振動センサは、転がり軸受の外輪ではなく、この錘に接触子を当接させて測定を行っているが、その他の構成は第１実施形態とほぼ同様である。
【００３３】
まず、予圧量測定に際し、転がり軸受に錘を付加する理由を説明する。
共振時の振幅比は、図６に示すように、入力側の振幅をｘ、出力側の振幅をＸとすると、
【００３４】
【数２】
0004009801.tif 000003
【００３５】
となる。ここで、ζは、
【００３６】
【数３】
0004009801.tif 000004
【００３７】
であり、ζが小さいときは、
【００３８】
【数４】
0004009801.tif 000005
【００３９】
となる。従って、バネ定数ｋ、減衰係数Ｃが一定ならば、
【００４０】
【数５】
0004009801.tif 000006
【００４１】
なる関係が成り立つ。即ち、質量がａ倍になると振幅比は√ａ倍となる。また、共振周波数ｆと質量ｍとの間には、
【００４２】
【数６】
0004009801.tif 000007
【００４３】
なる関係がある。即ち、質量がａ倍になると共振周波数は１／√ａ倍となる。
【００４４】
この関係から明らかなように、質量の小さい転がり軸受の共振周波数は、高い周波数の方に現れる。即ち、図７における周波数と振幅との関係に示すように、例えばノイズレベルが大きい２０ｋＨｚ付近に共振周波数が生ずると、ノイズと軸受振動の周波数成分との分離が不十分となり、共振周波数を精度良く求めることができなくなる。
【００４５】
一方、質量を増加させることで共振周波数をノイズレベルが比較的小さい例えば４ｋＨｚ付近の低周波数側にシフトさせると、ノイズによる影響が低減して、Ｓ／Ｎ比が大きい状態で共振周波数を求めることができ、測定精度が向上する。そこで、転がり軸受の質量を増加させるには、図８の力学的モデルで示すように、測定錘を例えば外輪に付加することで軸受全体としての質量ｍを増大させることができる。これにより、共振周波数ｆは低域側にシフトされる。
【００４６】
この力学的モデルの具体的な構成としては、図９に本実施形態の予圧量測定装置２００の要部構成を示したように、圧電素子２２，２３との間に押圧側治具５１、軸受固定用治具５２、及び受け側治具５３を介して転がり軸受６０を狭持させる。つまり、軸受固定用治具５２を転がり軸受６０の内輪に挿通し、軸受６０の一端側を軸受固定用治具５２のつば部に当接させると共に、軸受６０の他端側を受け側治具５３の上端部に当接させることで転がり軸受６０を送り軸２５の軸線上で狭持する。
【００４７】
さらに、転がり軸受６０の外輪には、内周面に外輪外径部が丁度はまり込むテーパ（例えば５゜）が形成された環状の錘５５を取り付ける。そして、振動の検出にはこの錘５５の例えば上面に振動センサ２９の測定子２９ａを当接させる。尚、テーパの方向は、図示したように上方に拡径するものであっても、逆に下方に拡径するものであっても良い。いずれの方向であっても振動センサ２９のピックアップに支障が生じなければ良い。
振動センサ２９は、実際には図示したものより大型のものを使用することも考えられるが、押圧側治具５１の軸を小径化することで設置の自由度を高めており、振動測定位置の自由度も向上させている。
そして、他の構成は第１実施形態の予圧量測定装置１００と同様であり、予圧量測定の手順も前記同様である。尚、軸方向の荷重は錘により軸受に負荷されるため、送り軸２５による押圧を省略した構成としても良い。
【００４８】
本実施形態の予圧量測定装置では、転がり軸受が小型になり、軸受の質量が小さくなって転がり軸受の共振周波数が上昇した場合においても、外輪に錘を設けることにより、軸受全体の質量が増大し、共振周波数が下降するため、ノイズによる測定精度の低下を防止しつつ安定且つ高精度に共振周波数の振動ピークを検出することができる。
【００４９】
次に、本発明の第３実施形態を図１０を用いて説明する。本実施形態では予圧量測定装置を転がり軸受の製造装置に適用した例を示している。尚、本実施形態においても前記第１実施形態と共通する部分には共通する符号を用いてその説明を省略する。
図１０は、本実施形態の予圧量測定装置３００を備えた転がり軸受の製造装置の要部構成を示している。
第１の部材である軸８０は、小径部８０ａと大径部８０ｂとを段部８０ｃで連続させており、第１の周面である大径部８０ｂの外周面に、第１の軌道である深溝型の第１の内輪軌道８０ｃを形成している。また、第３の部材である内輪７０ａは、自由状態において上記小径部８０ａの外径よりも少し小さな内径を有する。この内輪７０ａは第３の周面である外周面に、第４の軌道である深溝型の第２の内輪軌道７０ｂを形成している。
また、第２の部材である外輪７０ｃの第２の周面である内周面には、第２，第３の軌道である深溝型の外輪軌道７０ｄ、７０ｄを形成しており、外輪７０ｃの外周面には錘５５がテーパの形成された内周面と嵌合され固定されている。
【００５０】
上述のような軸８０と内輪７０ａと外輪７０ｃとは、軸８０に内輪７０ａを外嵌した状態で、上記第１、第２の内輪軌道８０ｃ、７０ｂと両外輪軌道７０ｄ、７０ｄとの間に玉８２，８２を装着し、各玉８２，８２を保持器８３で保持する状態に組み立てる。この組み立て時には、まだ上記各玉８２，８２への予圧付与は行わない。
【００５１】
上述のように、構成各部材を組み立てたならば、上記軸８０を受け側治具８４に嵌合保持すると共に、上記内輪７０ａの端面に押圧側治具８５の先端縁を突き当てる。そして、押し込み装置８６により、これら受け側治具８４と押圧側治具８５との間隔を狭めることにより、上記内輪７０ａを上記軸８０の小径部８０ａに押し込み、上記各玉８２，８２に予圧を付与する。
【００５２】
上記受け側治具８４と基板８７との間、並びに上記押圧側治具８５と押し込み腕８８との間には、それぞれ圧電素子２２，２３を狭持している。これらの圧電素子２２，２３は、上記内輪７０ａの押し込み方向（図１０の上下方向）に亘って十分な剛性を有する。これら各圧電素子２２，２３は、図２に示す制御部３０のスィープトサイン発信器３４からの発信信号をパワーアンプ３５より増幅した信号に応じて駆動される。
【００５３】
図示の実施形態では、上記制御部３０は、転がり軸受の共振周波数検出用の信号の他、上記小径部８０ａに内輪７０ａを押し込む為に要する力、即ち、ステックスリップを低減させる為の信号を出力する。また、上記一対の圧電素子２２，２３は、逆位相、且つ同一振幅で駆動する。これは、両圧電素子２２，２３による転がり軸受の振動に伴って、上記内輪７０ａが小径部８０ａに押し込まれる（両圧電素子２２，２３が同時に伸長することで押し込み作業が行われる）ことを防止し、軸８０と内輪７０ａとを十分に軸方向に振動させるためである。
【００５４】
一方、前記錘５５の端面には振動センサ２９の測定子２９ａ（触針）を突き当て、この振動センサ２９からの出力を制御部３０に入力している。この制御部３０が押し込み装置８６による前記押し込み腕８８の変位量を規制する。
【００５５】
転がり軸受の製造時、上記小径部８０ａに内輪７０ａを押し込んで、上記各玉８２，８２に適正な予圧を付与する場合には、特開平６−３４４２３３号公報に記載のように、上記振動センサ２９により転がり軸受の共振周波数を前述の第１実施形態と同様にして測定しつつ、上記押し込み装置８６に圧油を送り込み、押し込み腕８８により内輪７０ａを押圧することで、この内輪７０ａを上記軸８０の小径部８０ａに圧入嵌合する。そして、上記共振周波数が予め設定した周波数にほぼ一致した状態で、上記押し込み装置８６への圧油の送り込みを停止し、圧入作業を終了する。この状態で、適正な予圧を付与された転がり軸受が完成する。
尚、以上の各実施形態では、内輪側に荷重を負荷し、外輪側の共振周波数を測定することで、予圧量を測定していたが、その逆に外輪側に荷重を負荷し、内輪側の共振周波数を測定する構成とすることも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による転がり軸受の予圧量測定装置では、所定の荷重を軸受に負荷した状態で振動を与えることで、バックラッシ等の外乱によってノイズ振動が発生することを防止しつつ転がり軸受に生じる振動を検出することができ、転がり軸受の共振周波数を精度良く求めることができる。その結果、転がり軸受の真の予圧量を換算処理により精度良く求めることができる。また、予圧量の測定を連続的な自動制御により迅速に行うことができ、生産性の高い測定を行うことができる。さらに、転がり軸受に錘を固設することで軸受の小型化に伴う共振周波数の検出精度が低下することが防止され、予圧量の測定を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による予圧量測定装置の全体的構成を示す説明図である。
【図２】同測定装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本予圧量測定装置による予圧量の測定手順を示すフローチャートである。
【図４】軸方向荷重と送り軸の移動量との関係を示すグラフである。
【図５】軸受の接触角の違いによる予圧量と共振周波数との関係を示すグラフである。
【図６】圧電素子による振動による転がり軸受の従振動との関係を説明する基本的な力学的モデルの図である。
【図７】本発明の第２実施形態における軸受振動のパワースペクトルを示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態における外輪に錘を付加した場合の力学的モデルを示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態の具体的な構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における転がり軸受の製造方法を説明する図である。
【図１１】従来の種々の予圧負荷方式を説明する転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
１０、６０，７０    転がり軸受
１０ａ  内輪
１０ｂ  外輪
１２    軸
１４ａ、８４  受け側治具
１４ｂ、８５  押圧側治具
２０    測定装置本体
３０    制御部
２２    下部圧電素子
２３    上部圧電素子
２６    パルスモータ
２９    振動センサ
５５    錘
１００、２００、３００  予圧量測定装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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