(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度が７．２０以下であり、且つ窒化けい素を主体とするセラミックス製転動体に対してレーザ光を照射して、当該転動体から反射した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を検査する方法であって、
複数個の前記転動体を直線に並べてそれぞれを自転させて、波長６１０〜７５０ｎｍのレーザ光を、前記複数個の転動体が並ぶ方向に広がるようにして、かつ照射範囲に複数個の転動体を含む線形に変えて、複数個の転動体に同時に照射することを特徴とするセラミックス製転動体の検査方法。
【請求項２】
転動体から反射した反射光を、連続的に受光することを特徴とする請求項１記載のセラミックス製転動体の検査方法。
【請求項３】
日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度が７．２０以下であり、且つ窒化けい素を主体とするセラミックス製転動体に対してレーザ光を照射して、当該転動体から反射した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を検査する検査装置であって、
複数個の転動体を直線に並べて転動させるための送り装置と、セラミックス製転動体に対してレーザ光を照射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記複数個の転動体が並ぶ方向に広がるようにして、かつ照射範囲に複数個の転動体を含む線形に変える光整形器と、前記転動体から反射した反射光を受光する受光部と、受光素子で受光した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を認識する処理部とを含み、
前記送り装置で複数個の転動体を直線に並べてそれぞれ自転させて、前記レーザ光源から発生させた波長６１０〜７５０ｎｍのレーザ光を、前記光整形器により前記線形に変えて複数個のセラミックス製転動体に照射することを特徴とするセラミックス製転動体の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス製転動体の外観を検査する検査方法ならびに検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、例えば特開平８−３０４３０４号公報に示すように、玉軸受などに用いる鋼球の傷などの外観を検査する場合、鋼球に対して光を照射して、反射した光の強弱などに基づいて合否判定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、検査対象が鋼球であるために、照射光としてハロゲン光を用いることで十分であったが、特に窒化けい素を主体とするセラミックス製の転動体の場合、鋼球に比べて明度が低いために、前述したハロゲン光を用いると、セラミックス製転動体からの反射光の強度が弱くなるために、検査精度が低下する。
【０００４】
これに対して、特開２００１−１５８６６９号公報の従来技術の欄には、セラミックス製転動体の外観を検査する装置において、照射光としてレーザ光を用いることの記載があるが、この公報には、使用するレーザ光の最適な波長を言及する記載はない。
【０００５】
このような事情に鑑み、本発明は、セラミックス製転動体の検査方法において、明度の比較的低いセラミックス製転動体に関する検査精度を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックス製転動体の検査方法は、請求項１に示すように、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度が７．２０以下であり、且つ窒化けい素を主体とするセラミックス製転動体に対してレーザ光を照射して、当該転動体から反射した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を検査する方法であって、複数個の前記転動体を直線に並べてそれぞれを自転させて、波長６１０〜７５０ｎｍのレーザ光を、前記複数個の転動体が並ぶ方向に広がるようにして、かつ照射範囲に複数個の転動体を含む線形に変えて、複数個の転動体に同時に照射することを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックス製転動体の検査方法は、請求項２に示すように、請求項１に記載の方法において、転動体から反射した反射光を、連続的に受光することを特徴とする。
本発明のセラミックス製転動体の検査装置は、請求項３に示すように、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度が７．２０以下であり、且つ窒化けい素を主体とするセラミックス製転動体に対してレーザ光を照射して、当該転動体から反射した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を検査する検査装置であって、複数個の転動体を直線に並べて転動させるための送り装置と、セラミックス製転動体に対してレーザ光を照射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記複数個の転動体が並ぶ方向に広がるようにして、かつ照射範囲に複数個の転動体を含む線形に変える光整形器と、前記転動体から反射した反射光を受光する受光部と、受光素子で受光した反射光に基づいてセラミックス製転動体の外観を認識する処理部とを含み、前記送り装置で複数個の転動体を直線に並べてそれぞれ自転させて、前記レーザ光源から発生させた波長６１０〜７５０ｎｍのレーザ光を、前記光整形器により前記線形に変えて複数個のセラミックス製転動体に照射することを特徴とする。
【０００９】
要するに、本発明では、検査対象となるセラミックス製転動体について、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度を、７．２０以下に設定したうえで、使用するレーザ光の波長を６１０〜７５０ｎｍに設定している。
【００１０】
つまり、上記明度に設定されたセラミックス製転動体は、比較的黒っぽい色であり、光の反射率が低くなる。一方、上記波長のレーザ光は、可視光で、発散しにくく直進性が高いので、検査対象となるセラミックス製転動体の照射位置に対する位置決め精度を高めることができるとともに、前記反射率の低いセラミックス製転動体からの反射光を受光部に対して有効的に入射させやすくなる。これにより、セラミックス製転動体からの反射光の受光強度が高められることになるので、表面の傷などの有無を認識しやすくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
図１から図４に本発明の一実施形態を示している。図１は、セラミックス製の転動体の検査装置を示す側面図、図２は、図１の検査装置の斜視図、図３は、図１の検査装置の平面図、図４は、セラミックス製転動体におけるレーザ光の照射軌跡を示す説明図である。
【００１３】
図例の検査装置は、投光部１と、受光部２と、処理装置３と、送り装置４とを含む。
【００１４】
投光部１は、検査対象であるセラミックス製転動体５に対してレーザ光を照射するもので、レーザ光源１１と、光整形器１２とを含む。レーザ光源１１は、レーザ光を放出する半導体レーザなどからなる。光整形器１２は、レーザ光源１１から放出される円形のレーザ光を所定長さの線形に変えるレンズからなる。
【００１５】
受光部２は、セラミックス製転動体５から反射される反射光を受光するもので、受光素子２１と、導波器２２とを含む。受光素子２１は、レーザ光を受光するとともに受光したレーザ光の強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードなどからなる。導波器２２は、セラミックス製転動体５から反射される反射光を受光素子２１に導入させる光ファイバーなどからなる。
【００１６】
処理装置３は、受光部２の受光素子２１から出力される信号を処理してセラミックス製の転動体５の傷などの有無を認識するとともに、所定の基準に基づいて合否判定するもので、マイクロコンピュータなどからなる。
【００１７】
送り装置４は、投光部１から放出されるレーザ光をセラミックス製転動体５の位置を変えて照射させるために、レーザ光を走査せずに転動体５を転動させるものである。この送り装置４は、例えば特開平６−３３１３３８号公報に示されているものと同様に、２つ一対のローラシャフト４１，４２と、これらローラシャフト４１，４２を回転駆動する駆動系（図示省略）とから構成されている。一方のローラシャフト４１の外周面には、案内溝４３が形成されている。この案内溝４３は、円周１８０度の領域に設けられるリード角０度の定位置送り部４３ａと、残り１８０度の領域に設けられる所定のリード角を有する螺旋状移送部４３ｂとを有している。つまり、一対のローラシャフト４１，４２の上に複数の転動体５を一直線に並べておいて、ローラシャフト４１，４２を回転させることにより、図２、図３の矢印方向から順次供給するとともに矢印方向へ排出させることにより、転動体５を一方向へ規則正しく転動させるようにしている。そして、案内溝４３の定位置送り部４３ａにより転動体５が導波器２２の前面で自転しながらとどまるので、転動体５の赤道上の約１周に対してレーザ光を連続的に照射できるようになり、これにより、転動体５の表面から反射されるレーザ光を受光部２の受光素子２１で連続的に受光できるようになる。
【００１８】
そして、検査対象となるセラミックス製転動体５については、球形、円筒形、円柱形、円錐形などいろいろな形状が考えられる。この実施形態では、セラミックス製転動体５を球形とする場合を例に挙げる。この球形の転動体５は、例えば図５に示す玉軸受６の玉６３として用いられる。図５において、６１は内輪、６２は外輪、６４は保持器である。なお、内・外輪６１，６２は、必要に応じて、軸受鋼、ステンレス鋼などの金属材や、セラミックスで形成される。
【００１９】
また、上記セラミックス製転動体５は、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体として適宜の焼結助剤を添加したものからなる。前記焼結助剤としては、イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の他、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）などが挙げられる。
【００２０】
ここで、上記のようなセラミックス製転動体５の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、窒化けい素粉末や、それらに適した焼結助剤を例えば平均粒径１．０μｍ以下に粉砕して混合し、それらに溶剤を加えて混練することにより平均粒径６０〜１３０μｍに造粒する。この造粒粉を用いて金型プレスにより外形を整える。
【００２２】
この成形体を脱脂してから、常圧焼結して、さらに等方加圧焼結処理（ＨＩＰ）を行う。この等方加圧焼結処理では、窒化けい素の場合、窒素ガス雰囲気で約１７００℃とし、１０００〜２０００気圧未満の圧力で行う。この後、焼結体を機械加工で任意形状に仕上げる。機械加工では、通常、４〜６工程で順次研磨研石の粒度が細かいものを用い、最終的には、０．１〜０．２μmの粒度を有するダイヤモンドパウダーを用いて仕上げられる。その結果、焼結体の精度はサブミクロン単位になり、鏡面に仕上がる。
【００２３】
なお、上記セラミックス製転動体５の品質は、使用対象によって高品質なものから低品質なものまでいろいろタイプに設定される。例えば、上記等方加圧焼結処理（ＨＩＰ）を施さずに、常圧焼結処理のみを施して製作してもよい。但し、等方加圧焼結処理（ＨＩＰ）を施すと、常圧焼結処理のみを施す場合に比べて耐荷重性を高めることができるとともに、表面の凹凸差を小さくできる点で好ましい。
【００２４】
上述したようにセラミックス製転動体５では、製造過程あるいは各工程間での移送過程において表面に微小な傷が発生することがあるので、最終的に外観検査を行う必要がある。
【００２５】
この外観を検査するために、上述した検査装置を用いる。つまり、セラミックス製転動体５に対して投光部１によりレーザ光を照射し、この転動体５から反射した反射光を受光部２で受光し、この受光部２からの出力信号を処理装置３で処理することにより、所定大きさ以上の傷の有無に基づいて合否判定する。
【００２６】
この検査過程では、送り装置４でもって、複数の転動体５を１列に並べて定位置で自転させつつ、一方向へ所定ピッチずつ移送させることにより、転動体５の表面に対するレーザ光の照射位置を連続的に変えるようにしている。
【００２７】
ところで、窒化けい素系のセラミックス材は、焼結によって窒化けい素特有の色むらが表面に発生するので、見栄えが悪いだけでなく、検査精度が低下する。そこで、この実施形態では、検査対象とするセラミックス製転動体５の明度については、日本工業規格（ＪＩＳ）で定められる三属性の色の表示方法（ＪＩＳ・Ｚ８７２１）における明度で７．２０以下、好ましくは７．１５以下に設定することにより、転動体５表面を全体に黒っぽい色にすることで、前記色むらを無くすようにしている。なお、セラミックス材の色合いは、上述した焼結助剤のひとつである酸化チタンまたは上述の焼結助剤以外のタングステン酸化物などの含有量により調節することができる。
【００２８】
このような明度に設定すると、光の反射率が低くなるので、前記反射率の低いセラミックス製転動体５からの反射光を受光部２に対して入射させやすくするために、レーザ光源１１から放出するレーザ光の波長を６１０〜７５０ｎｍ、好ましくは６５０〜６９０ｎｍ、より好ましくは６８５ｎｍに設定する。これにより、受光素子２１の分光感度特性のピーク付近で受光できるため、光電流に変換する効率が高くなり、検査精度の向上が見込める。
【００２９】
ちなみに、波長６１０〜７５０ｎｍのレーザ光を得るには、レーザ光源１１として半導体レーザを用い、それの出力を５〜５０ｍＷに設定すればよく、また、波長６８５ｎｍのレーザ光を得るには、出力を２０ｍＷに設定すればよい。
【００３０】
このような波長のレーザ光を用いれば、上記明度に設定したセラミックス製転動体５からの反射光の受光強度が高められることになる他、転動体５に対する照射位置を目視確認しやすくなるので、照射位置の位置決め精度が向上することになる。また、上記明度に設定したセラミックス製転動体５は、全体に黒っぽい色となり、色調が安定して色むらが実質的にないので、表面からの反射光の強度が色むらによって強弱変化せずに済む。また、レーザ光源１１として上述した半導体レーザを用いることにより、傷ありの場合と傷なしの場合とで反射光の強度の差を広げることができる。これらの相乗作用により、転動体５の傷の有無判定を行うための信号処理が簡単に行えるなど、合否判定の検査精度が向上する結果となる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１，２に係る検査方法、および請求項３に係る検査装置では、検査対象とするセラミックス製転動体の明度を特定したうえで、検査に用いるレーザ光の波長を特定できるから、傷などの外観性状を正確に認識することができ、傷の有無に基づく合否判定の確率を高めることができる。したがって、検査による合否の誤判定による不良品発生率を低下させるうえで有利となり、製品歩留まりの向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミックス製転動体の検査装置を示す側面図
【図２】図１の検査装置の斜視図
【図３】図１の検査装置の平面図
【図４】セラミックス製転動体の使用例としての玉軸受の上半分を示す縦断面図
【符号の説明】
１    投光部
１１    レーザ光源
１２    光整形器
２    受光部
２２    受光素子
３    処理装置
４    送り装置
５    セラミックス製転動体
６    玉軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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