(57)【要約】【課題】  回転試験装置などにスラスト軸受を高い精度で組み付けるにあたって、組み付け面を透明にすることなく、鋼材のままで組み付けを可能にする【解決手段】  超音波発信と超音波受信とをすることができる探触子６２が、支持部材３３を挟んでスラスト軸受１０の転動体１９と軸方向に対向する位置に配置されていて、前記探触子６２を周方向に旋回させたときのエコー強度と、前記探触子６２の回転角を全周にわたって計測し、その計測結果に基づいて、前記支持部材３３の傾きを検出する。【選択図】  図２
2016061685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に所定の間隔で配置された転動体を有するスラスト軸受と、前記スラスト軸受を軸方向に支持する支持部材と、を組み合わせたスラスト軸受組付体の、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出するスラスト軸受の組付面姿勢検出装置であって、
前記支持部材を挟んで、前記スラスト軸受と前記軸方向に対向する位置に配置されて、前記スラスト軸受と同軸に回転する回転部材と、
前記回転部材の回転角を検出する回転角検出装置と、
超音波を発信するとともにエコーを受信することができる探触子を備えた超音波装置と、
信号処理装置と、を備え、
前記探触子は、前記支持部材を挟んで前記転動体に向けて超音波を照射する位置に、前記回転部材に取り付けられていて、
前記信号処理装置は、前記回転角検出装置からの回転角信号と、前記回転部材を回転させながら前記スラスト軸受に向けて前記超音波を照射したときの前記超音波装置からのエコー信号と、を元に、前記回転角信号と前記エコー信号との関係を出力する、
スラスト軸受の組付面姿勢検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載するスラスト軸受の組付面姿勢検出装置を使用して、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出するスラスト軸受の組付面姿勢検出方法であって、
前記回転部材を、前記支持部材を挟んで前記スラスト軸受と前記軸方向に対向する位置に配置する、第１ステップと、
前記探触子を、前記転動体に向けて超音波を発信しつつ前記スラスト軸受と同軸に前記回転部材とともに旋回させて、前記エコー信号と前記回転角とを同時に計測する、第２ステップと
前記エコー信号と前記回転角信号とを元にして、回転角に対する前記エコー信号の変化から、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出する、第３ステップと、
からなるスラスト軸受の組付面姿勢検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト軸受を精度よく組み付けるときに使用する、組付面姿勢検出装置および組付面姿勢検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラスト軸受は、保持器によって所定の間隔に環状に配置された複数の転動体を含み、一対の軌道輪が、転動体を挟んで軸方向に対向して配置されている。一対の軌道輪は、それぞれ所定の硬さをもった鋼材で製作されていて、スラスト軸受の軸の周りに互いに回転自在である。
スラスト軸受の性能向上のために、種々の回転試験が行われる。例えば、回転中の転動体の挙動を観察したり、転動体に荷重をかけた条件下で回転させて、温度やトルクなどの特性を計測する試験が行われる。回転試験では、スラスト軸受を軸方向に支持する支持部材は、スラスト軸受に対して平行に組み込まれる。特に、転動体がころであるスラストころ軸受では、支持部材の向きがスラスト軸受に対して傾いている場合には、ころと軌道輪との接触状態が全周にわたって不均一となる。このときには、ころがスキューする等の異常な挙動をするので、正確な回転試験を行うことが出来ない。このため、スラスト軸受と支持部材とは互いに高い精度で平行に組み込む必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１のころ挙動計測装置では、一対の軌道輪のうちの一方の軌道輪を支持部材と一体にするとともに、透明な材料で製作している。透明にすることによって、ころと軌道輪との接触状態を、直接に観察できる。その観察結果に基づいて、ころと軌道輪とが全周にわたって均一に接触するように調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５６２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法では、透明の軌道輪を、合成樹脂などの材料で製作する必要がある。合成樹脂製の軌道輪は、本来の材質である鋼材で製作された軌道輪に比べて、表面硬さや弾性係数などの物性値が異なっている。このため、透明の軌道輪を使用して荷重をかけた条件下で回転試験を行うと、鋼材で製作された軌道輪を使用した場合と比べて、ころと軌道輪との接触状態が変わってしまう。このため、軌道輪の剛性などを考慮した精密な回転試験を行うことが出来ない。
これに対して、軌道輪を本来の鋼材で製作したときには、スラスト軸受と支持部材とが互いに平行に組み込まれているかどうかを確認出来ない。したがって、ころと軌道輪との接触状態が全周にわたって不均一なままで回転試験が行われる恐れがある。
このような状況から、スラスト軸受について、本来の鋼材で製作された軌道輪を使用して回転試験を行う場合であっても、支持部材とスラスト軸受との姿勢を検出することによって、スラスト軸受と支持部材とが互いに高い精度で平行に配置されるように組み込む必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転試験装置などにスラスト軸受を組み付けるにあたって、軌道輪の材質を変更することなく、本来の鋼材のままで、支持部材とスラスト軸受との姿勢を検出可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるスラスト軸受の組付面姿勢検出装置の一形態は、周方向に所定の間隔で配置された転動体を有するスラスト軸受と、前記スラスト軸受を軸方向に支持する支持部材と、を組み合わせたスラスト軸受組付体の、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出するスラスト軸受の組付面姿勢検出装置であって、前記支持部材を挟んで、前記スラスト軸受と前記軸方向に対向する位置に配置されて、前記スラスト軸受と同軸に回転する回転部材と、前記回転部材の回転角を検出する回転角検出装置と、超音波を発信するとともにエコーを受信することができる探触子を備えた超音波装置と、信号処理装置と、を備え、前記探触子は、前記支持部材を挟んで前記転動体に向けて超音波を照射する位置に、前記回転部材に取り付けられていて、前記信号処理装置は、前記回転角検出装置からの回転角信号と、前記回転部材を回転させながら前記スラスト軸受に向けて前記超音波を照射したときの前記超音波装置からのエコー信号と、を元に、前記回転角信号と前記エコー信号との関係を出力する。
【０００８】
本発明によるスラスト軸受の組付面姿勢調整方法の一形態は、スラスト軸受の組付面姿勢検出装置の前記一形態を使用して、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出するスラスト軸受の組付面姿勢検出方法であって、前記回転部材を、前記支持部材を挟んで前記スラスト軸受と前記軸方向に対向する位置に配置する、第１ステップと、前記探触子を、前記転動体に向けて超音波を発信しつつ前記スラスト軸受と同軸に前記回転部材とともに旋回させて、前記エコー信号と前記回転角とを同時に計測する、第２ステップと、前記エコー信号と前記回転角信号とを元にして、回転角に対する前記エコー信号の変化から、前記支持部材と前記スラスト軸受との姿勢を検出する、第３ステップと、からなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、回転試験装置などにスラスト軸受を組み付けるにあたって、軌道輪の材質を変更することなく、本来の鋼材のままで、支持部材とスラスト軸受との姿勢を検出可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スラストころ軸受の軸方向断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるスラストころ軸受の組付面姿勢検出装置の構造を説明するとともに、その使用方法を説明する構造図である。
【図３】第１の接触状態におけるスラストころ軸受の組込状態を示す断面図である。
【図４】本発明の姿勢調整手順の第２ステップでの計測結果を示すグラフである。
【図５】第２の接触状態におけるスラストころ軸受の組込状態を示す断面図である。
【図６】第３の接触状態におけるスラストころ軸受の組込状態を示す断面図である。
【図７】第３の接触状態において、ころと内輪レース部との弾性接触領域を説明するための局部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるスラストころ軸受の組付面姿勢検出装置７０について説明する。図１は、スラストころ軸受１０の軸方向断面図である。図２は、スラストころ軸受の組付面姿勢検出装置７０の構造を説明するとともに、この組付面姿勢検出装置７０を使用して、回転試験装置３０に組み込まれたスラストころ軸受１０の軌道輪の姿勢を検出する方法を説明する構造図である。
【００１２】
まず、スラストころ軸受１０と、回転試験装置３０について説明する。図１のスラストころ軸受１０は、放射方向に配列される複数のころ１９（転動体）と、保持器１１と、外輪１７と、内輪１４とを備えている。
【００１３】
ころ１９は、軸受鋼で製作されている。外周面は、円筒形状で、研削加工によって仕上げられている。
【００１４】
保持器１１は、円環状で、ＳＰＣＣ材などの薄肉鋼板をプレス成形することによって製作されている。円環部の軸方向断面は、略Ｍ字形状である。円環部には、軸方向に貫通する複数のポケット部１２が、周方向に所定の間隔で形成されている。ポケット部１２を軸方向から見たときの形状は、長方形である。ポケット部１２には、それぞれころ１９が１個ずつ挿入されている。ポケット部１２の内周ところ１９の外周との間には、それぞれわずかなすきまが設けられていて、各ころ１９はポケット部１２によって転動自在に保持されている。
【００１５】
外輪１７及び内輪１４は、それぞれ十分な硬度を有するみがき特殊帯鋼などの金属板により円環状に形成されている。外輪１７は、円環状の外輪レース部１８と、外輪レース部１８の外周縁に全周にわたって形成される円筒形状の外側フランジ２０と、を備えている。内輪１４は、円環状の内輪レース部１３と、内輪レース部１３の内周縁に全周にわたって形成される内側フランジ１５と、を備えている。
【００１６】
スラストころ軸受１０では、外輪レース部１８の外側フランジ２０が形成されている側の面と、内輪レース部１３の内側フランジ１５が形成されている側の面とが、ころ１９を挟んで互いに向き合うように同軸に組み合わされている。このとき、保持器１１の外周と外側フランジ２０の内周との間、および、保持器１１の内周と内側フランジ１５の外周との間には、それぞれわずかなすきまが設けられている。こうして、保持器１１は、外側フランジ２０と内側フランジ１５によって径方向に案内されていて、外輪１７と内輪１４とが同軸に相対回転するときには、保持器１１ところ１９が一体となって公転する。
【００１７】
なお、外輪１７と内輪１４とが分離することを防止するために、外輪１７と内輪１４とがスラストころ軸受１０に組み付けられた状態で、外側フランジ２０と内側フランジ１５の端部がカシメられて、径方向に突出した外側係止部２１と内側係止部１６が形成されている。
【００１８】
次に、図２によって、図１を参照しつつ、回転試験装置（スラスト軸受組付体）３０の構造を説明する。回転試験装置３０は、図示しないベースに固定される本体３６と、スラストころ軸受１０を支持する固定ベース３３（支持部材）と、回転部５０と、で構成されている。以下の説明では、図の左右方向を「軸方向」といい、軸方向と直交する方向を「径方向」、軸の周りを旋回する方向を「周方向」という。
【００１９】
固定ベース３３は、平板状であって、厚さ方向の一方の側には、スラストころ軸受１０の内輪レース部１３が当接する内輪支持面３２が形成されている。内輪支持面３２には、面と垂直方向に延在する凸部３４が形成されている。凸部３４は円筒形状で、その外周には内輪案内面３４ａが形成されている。内輪案内面３４ａの外径寸法は、内輪１４の内側フランジ１５の内径寸法よりわずかに小さい。
固定ベース３３の厚さ方向の他方の側には、内輪支持面３２と平行に形成された、検出面３５が設けられている。検出面３５は、研削加工によって粗さの小さい平坦な面に仕上げられている。
固定ベース３３は、その厚さ方向がほぼ軸方向となる向きに、複数の調整機構２４を介して本体３６に固定されている。
【００２０】
調整機構２４は、凸部３４の中心から径方向に離れて周方向に等しい間隔で３か所設置されている。調整機構２４の詳細構造については詳細な説明を省略するが、例えば、以下のように構成される。本体３６から軸方向に伸びる雄ねじ２４ａと、固定ベース３３から軸方向に伸びる雄ねじ２４ｂとが互いに軸方向に向き合って設けられている。雄ねじ２４ａと雄ねじ２４ｂのねじのねじり方向は、互いに逆方向である。スリーブ２４ｃには、軸方向の両端に、それぞれ雄ねじ２４ａと雄ねじ２４ｂとに螺合する雌ねじが設けられている。スリーブ２４ｃを、ねじ軸の周りに回転させることによって、本体３６と固定ベース３３の間の寸法を調整できる。それぞれの調整機構２４を個別に伸縮することによって、固定ベース３３の姿勢を任意の傾きに調整することが出来る。
【００２１】
回転部５０は、図示しない転がり軸受によって回転支持された主軸５６と、主軸５６の軸端に同軸に取り付けられた回転フランジ５８とで形成されている。回転部５０は、軸方向に移動することが出来る。回転フランジ５８をスラストころ軸受１０に押し付けることによって、スラストころ軸受１０に軸方向の荷重を負荷することが出来る。
【００２２】
回転フランジ５８は、外周が円筒形状で、固定ベース３３と対向する側（図の右側である）に外輪支持面５１が形成されている。外輪支持面５１は、主軸５６の軸と直交する平面である。外輪支持面５１には、その外周縁から全周にわたって軸方向に突出する外輪案内部５２が形成されている。外輪案内部５２の内周には、外輪案内面５２ａが形成されている。外輪案内面５２ａは、主軸５６と同軸の円筒面で、その直径寸法は外輪１７の外側フランジ２０の外径寸法よりわずかに大きい。
【００２３】
スラストころ軸受１０を、回転試験装置３０に組み込む手順を説明する。まず、スラストころ軸受１０の内側フランジ１５を、固定ベース３３の内輪案内面３４ａに嵌め合わせる。次に、回転部５０を軸方向に移動させる。スラストころ軸受１０の外側フランジ２０を、回転フランジ５８の外輪案内面５２ａに嵌め合わせる。こうして、固定ベース３３と回転フランジ５８との間にスラストころ軸受１０が組み込まれる。外輪支持面５１はスラストころ軸受１０の外輪レース部１８と接触しているので、回転フランジ５８が回転することによって外輪１７が回転する。
【００２４】
次に、同じく図２によって、スラストころ軸受の組付面姿勢検出装置７０（以下、単に「姿勢検出装置」という）について説明する。適宜、図１を参照する。姿勢検出装置７０は、回転付与部７５と一体として回転する接触プレート７１（回転部材）と、回転角検出装置６５と、超音波装置６０と、信号処理装置６７と、で構成される。
【００２５】
接触プレート７１は、円筒形状で、軸方向の一方の側面には、軸と直交する平面の探触子設置面７１ａが形成されている。その探触子設置面７１ａの外周縁には、全周にわたって軸方向に突出する遮蔽部７３が形成されている。遮蔽部７３の内周面と外周面は、いずれも接触プレート７１と同軸の円筒形状である。外周面の軸方向端部と内周面の軸方向端部とは、軸と直交する平面の遮蔽端面７３ａでつながっている。遮蔽端面７３ａは、研削加工によって、表面粗さが小さい平坦な面に仕上げられている。
遮蔽部７３の内周面より径方向内側には、円筒形状の探触子挿入穴７１ｂが、探触子設置面７１ａに垂直方向に設けられている。探触子挿入穴７１ｂは、接触プレート７１の中心から、ころ１９のピッチ円（ころ１９の軸方向長さの中央の点をつなぐ円である）の半径と等しい位置に形成されている。
探触子挿入穴７１ｂの底面には、接触プレート７１の厚さ方向に貫通する小径の穴がさらに設けられている。
接触プレート７１の軸方向の他方の側面には、自在継手取付面７１ｃが形成されている。自在継手取付面７１ｃは、探触子設置面７１ａと平行な面で、後述する自在継手８５の一方のフランジが取り付けられる。  
【００２６】
回転付与部７５は、回転軸７７と、モータ７６と、押圧部７９と、で構成される。
【００２７】
回転軸７７は段付きの円筒形状で、主円筒部７７ａが、転がり軸受７８によって軸方向の２か所で回転支持されている。回転軸７７には、回転試験装置３０に向かう側の端部外周に、軸方向に伸びるスプライン歯７７ｃが形成されている。また、主円筒部７７ａよりスプライン側の外周には、主円筒部７７ａより小径の、段部７７ｂが形成されている。段部７７ｂの外周には、雄ねじが加工されている。回転軸７７には、軸方向に貫通する連通穴７７ｄが同軸に形成されている。
回転軸７７は、モータ７６の回転軸と伝動ベルトやギアによって連結されていて、モータ７６の回転に応じて回転する。
【００２８】
押圧部７９は、可動プレート７２と、固定プレート７４と、ばね８６と、自在継手８５とで構成されている。
【００２９】
可動プレート７２は、円板形状で、軸方向の一方の側には、自在継手８５の他方のフランジを取り付ける自在継手取付面７２ｂが形成されている。可動プレート７２の軸方向の他方の側には、ばね８６を軸方向に支持するばね受け面７２ｃが形成されている。自在継手取付面７２ｂとばね受け面７２ｃとはいずれも軸と直交する平面で互いに平行である。可動プレート７２には、軸方向に貫通する穴が同軸に設けられている。穴の内周には、軸方向に伸びるスプライン歯７２ａが形成されている。このスプライン歯７２ａを、回転軸７７に形成したスプライン歯７７ｃと噛み合わせることによって、可動プレート７２は、回転軸７７に対して回転方向に固定されるとともに、軸方向に移動することが出来る。
【００３０】
固定プレート７４は、円板形状で、軸方向の一方の側には、ばね８６を軸方向に支持するばね受け面７４ａが形成されている。ばね受け面７４ａは、軸と直交する平面である。固定プレート７４には、軸方向に貫通する穴が同軸に設けられている。穴の内周には、雌ねじが形成されている。この雌ねじを、回転軸７７の段部７７ｂに形成した雄ねじと螺合することによって、固定プレート７４は、回転軸７７に対して軸方向に固定されている。
【００３１】
可動プレート７２と固定プレート７４とで軸方向に挟まれた部分には、ばね８６が組み込まれている。ばね８６は、圧縮コイルばねで、回転軸７７と同軸に組み込まれている。
【００３２】
接触プレート７１と可動プレート７２とは、自在継手８５で連結されている。このため、自在継手８５の揺動中心を支点にして、接触プレート７１を任意の方向に傾斜させることが出来る。こうして、回転付与部７５が回転することによって、接触プレート７１が周方向に回転する。
【００３３】
回転角検出装置６５は、センサ部６５ａと、パルス信号処理部６５ｂとで構成される。センサ部６５ａは、回転軸７７に固定したロータリーエンコーダや、回転軸７７に設置した歯車に対向して取り付けた渦電流式変位センサなどで形成される。センサ部６５ａから発信したパルス信号をもとにして、パルス信号処理部６５ｂでは、回転軸７７の回転角に応じた回転角信号Ｖ２を出力している。回転角信号Ｖ２は信号処理装置６７に送信される。
【００３４】
超音波装置６０は、受発信装置６１と探触子６２とで構成される。
受発信装置６１は、探触子６２に電気パルスを発信するパルサー６１ａと、探触子６２から発信された電気信号を受信してこれを増幅するレシーバ６１ｂと、を有している。
探触子６２は、超音波発信部と、発信された超音波が対象物から反射してきたときに、その反射した超音波（以下「エコー」という）を受信する超音波受信部とが一体として構成されている。探触子６２の超音波発信部では、超音波装置６０のパルサー６１ａから発信される電気パルス信号によって圧電素子を振動させて超音波を発信する。探触子６２がエコーを受信したときは、その受信したエコーの強さに応じた出力信号が、受発信装置６１のレシーバ６１ｂに送信される。レシーバ６１ｂにはアンプが内蔵されていて、エコーの強さに応じたエコー信号Ｖ１を出力している。エコー信号Ｖ１は信号処理装置６７に送信される。
【００３５】
探触子６２は、探触子挿入穴７１ｂに装着されていて、探触子設置面７１ａと垂直方向に超音波を発信できる向きに装着されている。探触子６２の超音波発信部と超音波受信部とは、探触子設置面７１ａと軸方向のほぼ同じ位置に装着されている。探触子６２と探触子挿入穴７１ｂの内周面との間のすきまには、エポキシ樹脂などの樹脂が充てんされている。探触子６２につながる信号線は、小径の穴を通って自在継手取付面７１ｃの側に引き出されている。信号線は回転軸７７の連通穴７７ｄを通って、受発信装置６１に接続されている。
【００３６】
信号処理装置６７では、エコーの強さに応じたエコー信号Ｖ１と、回転軸７７の回転角に応じた回転角信号Ｖ２をもとにして、エコー信号Ｖ１と回転角信号Ｖ２の関係を出力している。
【００３７】
姿勢検出装置７０の構成のうち、転がり軸受７８で支持される回転軸７７の一部と、モータ７６と、回転角検出装置６５と、超音波装置６０の受発信装置６１と、信号処理装置６７は、一つの筐体９０に組み込まれている。筐体９０の底部にはキャスターが取り付けられていて、上記の各構成は一体として移動可能である。
【００３８】
次に、姿勢検出装置７０を使用して、スラストころ軸受１０と固定ベース３３との姿勢を調整する方法を説明する。このとき、回転フランジ５８の外輪支持面５１に対して、固定ベース３３の内輪支持面３２が傾いているため、スラストころ軸受１０と固定ベース３３との姿勢が傾いている。スラストころ軸受１０と固定ベース３３との接触状態を、３つの場合にわけて説明する。それぞれの場合の接触状態を、第１の接触状態、第２の接触状態、第３の接触状態とする。
【００３９】
図３は、第１の接触状態における、回転試験装置３０に組み込まれているスラストころ軸受１０の組込状態を示す断面図である。あわせて、超音波が伝播する状態を、模式的に表している。以下の説明では、第２の接触状態と第３の接触状態の場合を含めて、外輪支持面５１と内輪支持面３２とが軸方向に最も接近する側における、スラストころ軸受１０の周方向位置をＴ１（図３では図の上側）とし、外輪支持面５１と内輪支持面３２とが軸方向に最も離れる側における周方向位置をＴ２（図３では図の下側で、位置Ｔ１とは周方向に１８０°離れている。）とする。なお、図３では、説明を理解しやすくするために、内輪支持面３２の傾きを誇張して示している。
【００４０】
第１の接触状態では、外輪レース部１８は、全面にわたって回転フランジ５８の外輪支持面５１と接触していて、内輪レース部１３に対して固定ベース３３の内輪支持面３２が傾いている。内輪レース部１３と外輪レース部１８とは互いに平行で、軸方向にころ１９を挟持している。内輪支持面３２は、位置Ｔ１で内輪レース部１３と接触していて、位置Ｔ２で内輪レース部１３から軸方向に最も離れている。
第１の接触状態において「スラストころ軸受の固定ベースに対する姿勢」とは、スラストころ軸受１０の内輪レース部１３と、固定ベース３３の内輪支持面３２とのなす角度θをいう。仮に、角度θが０°でない場合を仮定すると、各ころ１９に均等に荷重が負荷されないので、ころ１９がスキューする等の現象が生じてしまう。この場合には、スラストころ軸受１０の回転試験を正確に行うことが出来ないので、角度θが０°となるように固定ベース３３の姿勢を調整する必要がある。
【００４１】
固定ベース３３の姿勢の調整は、次の手順で行われる。
第１ステップ：姿勢検出装置７０を移動して、接触プレート７１を固定ベース３３に押し当てる。このとき、接触プレート７１と固定ベース３３との間に接触媒質８８を充填する。
第２ステップ：探触子６２から超音波を発信しつつ、探触子６２をスラストころ軸受１０と同軸に旋回させる。エコー強度を全周にわたって計測する。同時に回転軸７７の回転角を計測する。
第３ステップ：エコー強度と回転角の測定結果から、スラストころ軸受１０の軌道輪に対する固定ベース３３の姿勢を検出する。
第４ステップ：検出結果に基づいて、スラストころ軸受１０の軌道輪に対する固定ベース３３の傾きが０°となるように、各調整機構２４を調整する。
【００４２】
図２と図３によって、各手順について具体的に説明する。
第１ステップでは、姿勢検出装置７０の回転軸７７を、回転試験装置３０の主軸５６と同軸となるように配置する。姿勢検出装置７０を移動して、接触プレート７１を固定ベース３３に押し当てる。接触プレート７１は、自在継手８５によって支持されているので、固定ベース３３の検出面３５の向きに応じてその向きを変えることが出来る。遮蔽端面７３ａと検出面３５とが全周にわたって密着する。
さらに、筐体９０を固定ベース３３の方に移動させると、スプライン歯７７ｃが摺動して、回転軸７７が固定プレート７４とともに固定ベース３３側に移動する。このとき、ばね８６が可動プレート７２と固定プレート７４との間で圧縮されるので、接触プレート７１が固定ベース３３の検出面３５に向けて付勢される。
【００４３】
固定ベース３３と接触プレート７１との間の遮蔽部７３より径方向内側の空間には、液状の接触媒質８８が封入されている。接触媒質８８としてはグリセリンが好適に用いられる。接触媒質８８を満たすことによって、探触子６２と固定ベース３３の検出面３５との間が接触媒質８８でつながる。
接触プレート７１は、自在継手８５によって支持されている。このため、検出面３５に対して回転軸７７が直角に交わっていない場合であっても、遮蔽端面７３ａと検出面３５とは常に全周が接触する。遮蔽端面７３ａと検出面３５とは、いずれも粗さの小さい平坦な面であるので、全周にわたって互いに密着していて、接触媒質８８の漏れを確実に防止することが出来る。したがって、回転軸７７の回転中に、接触媒質８８が漏れ出すことがない。
【００４４】
第２ステップでは、探触子６２を周方向に旋回させる。回転軸７７は、モータ７６によって回転する。回転速度は毎分１回転程度である。
探触子６２の旋回中心からの径方向の距離は、ころ１９のピッチ円の半径に等しい。したがって、探触子６２は、固定ベース３３を挟んで、ころ１９と軸方向に対峙しており、ころ１９のピッチ円に沿って旋回する。
【００４５】
探触子６２から、超音波が発信されている。超音波は、空気中を伝播しにくいのに対して、液状物質中を伝播するときにはその強度が低下しにくい。探触子６２は接触媒質８８と接触しているので、探触子６２から接触媒質８８中に発信された超音波は、その強度を低下させることなく固定ベース３３に到達する。また、接触媒質８８と固定ベース３３との界面においても、超音波の反射が少ないので、探触子６２から発信した超音波は確実に固定ベース３３を透過する。
同様に、固定ベース３３の側から探触子６２に向けて発信されるエコーは、接触媒質８８中に発信されるとともにその強度を低下させることなく探触子６２に到達する。探触子６２は、受信したエコー強度に応じて受発信装置６１からエコー信号が出力される。
【００４６】
エコー強度を計測すると同時に、回転軸７７の回転角を計測する。回転軸７７が回転すると、センサ部６５ａから、所定の間隔でパルスが発信される。１回転当たりのパルス数があらかじめ設定されているので、センサ部６５ａからのパルス数をカウントすることによって、探触子６２の回転角を計測することが出来る。
【００４７】
第３ステップでは、第２ステップで計測した結果によって、軌道輪に対する固定ベース３３の姿勢を検出する。図４は、第２ステップで計測した結果を示すグラフである。図４では、横軸に探触子６２の周方向位置を示しており、縦軸に各位置におけるエコー強度を示している。周方向位置は、探触子６２が図３におけるＴ２の位置にあるときを０°として、矢印Ａの方向から見て時計回りの回転角で表している。
【００４８】
図４の計測結果について、図３を参照しつつ説明する。
位置Ｔ１（探触子の周方向位置は１８０°）では、固定ベース３３と回転フランジ５８とが、スラストころ軸受１０を介して互いに接触している。このため、位置Ｔ１では、探触子６２から発信された超音波Ｗ１は、回転フランジ５８に向けて透過する（超音波Ｗ２）。このため、位置Ｔ１におけるエコー１の強度が小さくなる。図４では、Ｐ４のエコー強度である。
探触子６２が時計回りの方向に旋回して、隣接するころ１９に向けて変位したときには、超音波Ｗ１の進行方向にころ１９が存在しないので、超音波Ｗ１は、内輪レース部１３と外輪レース部１８との間のすきまを透過しにくい。超音波Ｗ１は、内輪レース部１３の転走面側の表面で反射するので、エコー１の強度が大きくなる。図４では、Ｑ４のエコー強度である。
探触子６２がさらに時計回りの方向に旋回して、隣接するころ１９と対峙したときには、超音波Ｗ１は、回転フランジ５８に向けて透過するので、再び、超音波Ｗ２の強度が増加し、エコー１の強度が小さくなる。図４では、Ｐ５のエコー強度である。
【００４９】
こうして、図４では、探触子６２を旋回させたときのエコー強度は、探触子６２がころ１９と軸方向に対峙する位置で極小値となる。図４では、エコー強度が極小となっている点を、点Ｐ０から点Ｐ８で示した。ただし、位置Ｔ１に隣接するころ１９の位置では、Ｔ１の位置と比べて、固定ベース３３と内輪レース部１３との軸方向のすきまが大きい。このため、このすきまを透過する超音波Ｗ２の強度が減少し、内輪支持面３２で反射するエコー１の強度が増加する。この結果、位置Ｔ１でのエコー強度（Ｐ４）と比べて、隣接するころ１９の位置でのエコー強度（Ｐ５）のほうが大きい。
探触子６２がさらに旋回して、位置Ｔ２（探触子の周方向位置は３６０°）でころ１９と対峙したときには、固定ベース３３と内輪レース部１３との軸方向のすきまが最大になる。このため、このすきまを透過する超音波Ｗ２の強度が最小になり、超音波Ｗ１の大部分が内輪支持面３２で反射する。このため、エコー１の強度が高くなる。図４では、Ｐ８のエコー強度である。
【００５０】
極小点Ｐ０から極小点Ｐ８を順次つなぐ曲線（図４において破線で示した曲線である）は、周方向位置の１８０°（図３における位置Ｔ１）で最小となる。これによって、位置Ｔ１で、内輪支持面３２と内輪レース部１３とが最も接近することを知ることが出来る。そして、Ｐ４の位置から周方向位置が増加し、または減少するに従って極小値が大きくなっているので、内輪支持面３２と内輪レース部１３とが互いに離反していることを知ることが出来る。この測定結果より、固定ベース３３が、図３におけるＴ１の位置でスラストころ軸受１０に接近する向きに傾斜していることを、知ることが出来る。
【００５１】
第４ステップでは、上記の検出結果に基づいて、スラストころ軸受１０の軌道輪に対する固定ベース３３の傾きが０°となるように、各調整機構２４を調整する。具体的には、位置Ｔ１に近い調整機構２４が伸びるとともに、位置Ｔ２に近い調整機構２４が縮む向きに、スリーブ２４ｃをねじ軸の周りに回転させる。こうして、スラストころ軸受１０の軌道輪に対する固定ベース３３の傾きが０°となるように、調整することが出来る。
【００５２】
次に、図５によって、第２の接触状態において、固定ベース３３の姿勢を調整する方法を説明する。図５は、第２の接触状態における、スラストころ軸受１０の位置Ｔ２での組込状態を示す断面図である。あわせて、超音波が伝播する状態を模式的に示している。
第２の接触状態では、内輪レース部１３が全周にわたって固定ベース３３の内輪支持面３２と接触している点が、第１の接触状態と異なる。外輪レース部１８は、全面にわたって回転フランジ５８の外輪支持面５１と接触している。内輪レース部１３と外輪レース部１８が互いに傾いている。内輪レース部１３と外輪レース部１８によって、ころ１９が軸方向に挟持されている。
第２の接触状態において「スラストころ軸受の固定ベースに対する姿勢」とは、スラストころ軸受１０の内輪レース部１３と外輪レース部１８とのなす角度θをいう。
【００５３】
第２の接触状態における固定ベース３３の姿勢を調整する方法は、第１の接触状態の場合と比べて、第３ステップのみが異なる。以下、第３ステップについて説明する。探触子６２の周方向位置と、各位置におけるエコー強度を計測した結果は、第１の接触状態の計測結果と同様になるので、図４によって説明する。
【００５４】
第２の接触状態では、位置Ｔ１では、固定ベース３３と回転フランジ５８とが、外輪レース部１８と、内輪レース部１３と、ころ１９を介して互いに接触している。このため、探触子６２が位置Ｔ１の位置にあるときの超音波の挙動については、第１の接触状態の場合と同様であるので説明を省略する。
【００５５】
位置Ｔ２では、ころ１９と内輪レース部１３との間に軸方向のすきまδ１を有しており、ころ１９と外輪レース部１８との間に軸方向のすきまδ２を有している。
内輪レース部１３に入射した超音波Ｗ３は、その一部がすきまδ１を透過して超音波Ｗ４（Ｗ４＜Ｗ３）としてころ１９に伝播するとともに、内輪レース部１３のころ１９側の表面で反射して「エコー２」を返す。
超音波Ｗ４は、ころ１９の内部を伝播して、ころ１９の外輪レース側の表面に到達する。超音波Ｗ４は、その一部がすきまδ２を透過して超音波Ｗ５（Ｗ５＜Ｗ４）として外輪レース１８に伝播するとともに、ころ１９の外輪レース側の表面で反射して「エコー３」を返す。
【００５６】
内輪レース部１３と外輪レース部１８との間におけるころ１９の軸方向位置によって、δ１とδ２の大きさが変わる。δ１＞δ２のときは、すきまδ１を透過する超音波が小さいので、エコー２＞エコー３  となり、δ１＜δ２のときは、エコー２＜エコー３となる。探触子６２は、エコー２とエコー３を同時に計測しているので、計測されるエコー強度は、エコー２の強度とエコー３の強度の和である。したがって、ころ１９の位置に関わらずほぼ同等のエコー強度を計測することが出来る。
すきまの和（δ１＋δ２）が大きいときは、当然にエコー強度が大きくなる。したがって、内輪レース部１３と外輪レース部１８とが軸方向に離れている距離が大きいほど、極小値の値は大きくなる。
【００５７】
したがって、極小点Ｐ０から極小点Ｐ８を順次つなぐ曲線は、周方向位置の１８０°（位置Ｔ１）で最小となる。これによって、位置Ｔ１で、外輪レース部１８と内輪レース部１３とが最も接近することを知ることが出来る。そして、位置Ｔ２で、極小値Ｐ８（またはＰ０）が大きくなるので、外輪レース部１８と内輪レース部１３とが互いに最も離反していることを知ることが出来る。この測定結果より、固定ベース３３が、図３におけるＴ１の位置でスラストころ軸受１０に接近する向きに傾斜していることを、知ることが出来る。
【００５８】
次に、図６と図７によって、第３の接触状態において、固定ベース３３の姿勢を調整する方法を説明する。図６は、第３の接触状態における、スラストころ軸受１０の組込状態を説明するための位置Ｔ１での軸方向断面図である。図７は、ころ１９と内輪レース部１３との接触面の位置において、Ｘ方向に見た側面図である。図６では、超音波が伝播する状態を模式的に示している。図７では、ころ１９と内輪レース部１３との接触部における弾性接触領域の形状の例を示している。
【００５９】
第３の接触状態では、外輪レース部１８と内輪レース部１３とは、ぞれぞれころ１９と全周にわたって接触しているが、回転フランジ５８と固定ベース３３が互いに傾いているために、各ころ１９に作用する荷重分布が異なっている。スラストころ軸受１０が荷重を受けたときには、ころ１９と各レース部１３，１８との接触点が弾性変形して、一定の広がりを持った弾性接触領域が形成される（図７において、斜線を付した領域である）。弾性接触領域の大きさは、荷重が大きくなるに従って大きくなる。
第３の接触状態において「スラストころ軸受の固定ベースに対する姿勢」とは、スラストころ軸受１０の内輪レース部１３と外輪レース部１８とのなす角度θをいう。
【００６０】
第３の接触状態における固定ベース３３の姿勢を調整する方法は、第１、第２の接触状態の場合と比べて、第３ステップのみが異なる。以下、第３ステップについて説明する。
【００６１】
内輪レース部１３に入射した超音波Ｗ６は、内輪レース部１３を伝播してころ１９に入射（超音波Ｗ７とする）するときに、超音波Ｗ６の一部が反射してエコー４となる。さらに、超音波Ｗ７がころ１９内を伝播して外輪レース部１８に入射（超音波Ｗ８とする）するときにおいても、超音波Ｗ７の一部が反射してエコー５となる。ただし、各レース部ところ１９とが接触しているので、エコー４やエコー５の強度は極めて小さい。
【００６２】
ころ１９と各レース部１３，１８との弾性接触領域が大きいときは、超音波Ｗ６，Ｗ７が透過しやすいので、この弾性接触領域で生じるエコー強度は小さくなる。弾性接触領域が小さいときはエコー強度が大きくなる。したがって、位置Ｔ１における固定ベース３３と回転フランジ５８との軸方向の間隔と、位置Ｔ２における固定ベース３３と回転フランジ５８との軸方向の間隔とを比較して、位置Ｔ１のほうが近い場合には、位置Ｔ１に近づくにしたがって接触荷重が大きくなる。この結果、位置Ｔ１に近づくにしたがって弾性接触領域が拡大するので、エコー強度が小さくなる。なお、第１、第２の接触状態と同様に、超音波の進行方向にころ１９が存在しない場合には、エコー強度が大きくなる。
【００６３】
こうして、探触子６２を周方向に旋回させてエコー強度を測定したときには、ころ１９と対峙する位置で、エコー強度は極小値をとる。その極小値は、位置Ｔ１（周方向位置は１８０°）で最も小さく、位置Ｔ２（周方向位置は０°または３６０°）で最も大きくなる。この測定結果より、位置Ｔ１で、固定ベース３３が、スラストころ軸受１０に接近する向きに傾斜していることを、知ることが出来る。
【００６４】
第３の接触状態の説明から理解できるように、ころ１９と各レース部との弾性接触領域の大きさによってエコー強度が変化する。したがって、探触子６２の超音波発信部の大きさは、ころ１９を軸方向に投影した時の形状と同等の大きさとするのが適当である。この大きさとすることによって、弾性接触領域に広狭が生じた場合であっても、弾性接触領域全域に超音波を発信できるとともに、弾性接触領域からのエコーを確実にとらえることが出来る。一方、超音波発信部の大きさが大き過ぎる場合には、弾性接触領域以外の領域に対して超音波を発信することになる。このときは、超音波が透過しない領域を多く含むので、エコー強度が全体的に上昇し、エコー強度の変化を検出しにくくなる。
【００６５】
以上説明したように、本発明の一実施形態であるスラストころ軸受の組付面姿勢調整装置７０を使用した回転試験装置３０では、金属製の固定ベース３３を介して、固定ベース３３とスラストころ軸受１０の姿勢を、互いに平行に設定することが出来る。
こうして、回転試験装置などにスラスト軸受を組み付けるにあたって、軌道輪の材質を変更することなく、本来の鋼材のままで、支持部材とスラスト軸受との姿勢を検出可能にすることができる。
【００６６】
本実施形態の説明では、スラストころ軸受１０については、内外輪ところとが組み合わされたシェル一体型のスラストころ軸受を例にして説明した。しかし、本発明のスラスト軸受の組付面姿勢調整装置の測定対象は、これに限定されない。たとえば、保持器ところが組み合わされただけの、いわゆるケージアンドローラタイプのスラストころ軸受に対しても適用できる。また、本実施形態では、転動体がころの場合を例にして説明した。しかし、転動体が、玉や円すいころ、針状ころなどであっても同様に測定することが出来る。
【符号の説明】
【００６７】
１０：スラストころ軸受、１１：保持器、１２：ポケット部、１３：内輪レース部、１４：内輪、１５：内側フランジ、１７：外輪、１８：外輪レース部、１９：ころ（転動体）、２０：外側フランジ、２４：調整機構、３０：回転試験装置、３２：内輪支持面、３３：固定ベース（支持部材）、３４：凸部、３４ａ：内輪案内面、３５：検出面、５０：回転部、５１：外輪支持面、５２：外輪案内部、５２ａ：外輪案内面、５６：主軸、５８：回転フランジ、６０：超音波装置、６１：受発信装置、６２：探触子、６５：回転角検出装置、６７：信号処理装置、７０：組付面姿勢検出装置、７１：接触プレート（回転部材）、７１ａ：探触子設置面、７２：可動プレート、７３：遮蔽部、７３ａ：遮蔽端面、７４：固定プレート、７５：回転付与部、７６：モータ、７７：回転軸、７８：転がり軸受、７９：押圧部、８５：自在継手、８６：ばね、８８：接触媒質、９０：筐体
【図１】
2016061685.tif 000003
【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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