JPH076857B2 - 軸受の選別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軸受の回転トルクを測定して軸受を選別する
装置に関する。

［従来の技術］ 軸受とりわけ転がり軸受は、製造する際の部品の精度の
ばらつきなどにより回転トルクにばらつきが生じる。そ
こで、製造された軸受の中から、回転トルクが予め設定
された基準回転トルクに関する許容範囲内にあるものを
得るために、各軸受の回転トルクの測定（選別作業）が
行われている。

このような軸受回転トルクの測定においては、測定され
る軸受の外輪を回転しないように固定し、かつスピンド
ルを介してスラスト荷重を加えた状態の内輪をモータに
より回転させることが行われている。この測定の際、各
被測定軸受の測定前に予測される回転トルクと、前記ス
ピンドルを支持する軸受の回転トルクおよびモータの回
転トルクなどの基準負荷に対して、モータを一定速度で
駆動するに必要な基準電流値は予め計算される。被測定
軸受が一定速度回転されるために、被測定軸受の回転ト
ルクに対応する駆動電流がモータに流される。ここで、
この駆動電流値と基準電流値とを比較することにより、
測定対象の軸受の回転トルクおよび基準回転トルクとの
偏差量とが測定される。

また他の軸受の回転トルクの測定技術として、被測定軸
受の内輪に当接するスピンドルとモータとの間にトーシ
ョンバーを介在し、モータの駆動に伴うトーションバー
の歪み量を測定するようにした構成のものも挙げられ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例では、スピンドルを支持する転がり軸受の
回転トルクの大きさおよびそのバラツキは、測定対象の
軸受がたとえば船舶用のものといった比較的大型の場合
には被測定軸受のそれらに比べて極めて小さい。したが
って、スピンドルに関する回転トルクやそのバラツキに
よる影響は無視することができ、比較的良好な精度で軸
受の回転トルクを測定できる。一方、たとえばビデオデ
ッキのキャプスタンや回転ヘッドなどに用いられる小型
の軸受では、その回転トルクも極めて小さい。このよう
な小型軸受の回転トルクを前記従来例の測定装置により
測定しようとすると、スピンドルを支持する転がり軸受
の回転トルクの大きさやそのバラツキが被測定軸受のそ
れらに比べて有意な値となるために、正確な測定が困難
になるという問題がある。特に、スピンドルの支持には
二つの転がり軸受が多用されており、スピンドルに関わ
るトルクのバラツキが被測定軸受のそれより大きくなる
場合が多く、問題は深刻であった。

また軸受には内輪と外輪の間の軸方向端部にシール材を
設ける場合もあり、さらには内部にグリースを封入する
場合もある。このような各種類の軸受を製造において、
シール材が設けられるべき軸受にシール材が設けられて
いるか否かの検査は、作業者が目視で検査したり、また
は軸受の軸方向端部に光を当ててその反射光の状態でシ
ール材の有無を判別することで行っていた。このような
従来例の方法では作業性が悪く、また工程が煩雑になる
という問題がある。また、グリースを封入すべきタイプ
の軸受において、しかもシール材を有する軸受の場合に
は、完成後にグリースの有無を調べる検査は不可能であ
り、したがって本来グリースが封入されるべきタイプの
軸受でありながらグリースが注入されていない欠陥品が
出荷されるおそれがある。

本発明の目的は上述の技術的課題を解消し、軸受の回転
トルクを測定して軸受を選別するにあたり、極めて微少
な回転トルクを高精度に検出でき、かつ軸受を選別する
工程の作業性を格段に向上できる軸受の選別装置を提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、被選別転がり軸受の外輪を固定する固定手段
と、 内輪に軸方向から遊端部が当接するスピンドルと、 そのスピンドルを支持する静圧空気軸受と、 スピンドルを回転駆動する手段と、 スピンドルの回転トルクを測定する測定手段と、 測定手段の出力に応答し、測定された回転トルクを予め
定める基準トルクと比較して選別する手段とを含むこと
を特徴とする軸受の選別装置である。

［作 用］ 本発明の軸受の選別装置では、スピンドルを支持する静
圧空気軸受は、その回転トルクが被測定転がり軸受の回
転トルクに対して極めて小さく、たとえば、１桁〜２桁
も小さく、しかもその静圧空気軸受の回転トルクのバラ
ツキも極めて小さく、スピンドルを支持する静圧空気軸
受の回転トルクが測定（選別）影響を与えることはほと
んどない。したがって選別される軸受が比較的小型であ
ってその回転トルクが微少であっても、高精度にこれを
検出できる。また軸受の大きさや、軸受の軸方向両端部
にシール材を設けるか否か、また内部にグリースを封入
するか否かで回転トルクは異なり、各場合に対応する基
準となる回転トルクを測定しておき、実際の測定値をこ
れと比較するだけで軸受の選別作業を高い作業性で行う
ことができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の軸受の選別装置１の構成を
示す一部断面を含む正面図である。軸受の選別装置１
は、選別の対象となる転がり軸受２を保持する固定手段
である保持装置３と、保持装置３を挿通するスピンドル
４を回転駆動するモータを内蔵し、スピンドル４を支持
する静圧空気軸受（以下、軸受装置と記す）５と、スピ
ンドル４の回転数を検出するロータリエンコーダ６とを
備える。保持装置３、軸受装置５およびロータリエンコ
ーダ６は一体的に構成され、移動部材７に固定される。
軸受装置５は、定格回転状態ではそれ自身の回転に伴う
摩擦による回転トルクは0.3〜0.8g・mm程度であり、ま
たそのバラツキは全くといってよいほどない。一方、ビ
デオデッキのキャプスタンに用いられるような小型の軸
受２は、グリース封入タイプのもので回転トルクが9.0
〜14g・mm程度であり、グリース無封入タイプのもので
回転トルクが３〜5g・mm程度である。したがって、軸受
２の回転トルクの検出においては、軸受装置５の回転ト
ルクからの影響をほとんど全くと言ってよいほどに受け
ない構成になっている。移動部材７はレール８に沿って
第１図の上下方向に移動自在に設けられ、その上端部は
エアシリンダ９のロッド10に固定されている。エアシリ
ンダ９およびレール８は基台11に一体的に固定されてい
る。

保持装置３は、転がり軸受２の外輪12と嵌合する段差部
13が遊端部の内周面に形成された先細状の固定部材14
と、固定部材14が着脱自在にかつ同軸に連結される筒状
のハウジング15とを備えている。ハウジング15内には、
スピンドル４と固定状態にある回転部材19が回転自在に
設けられている。回転部材19には、筒状であってスピン
ドル４が挿通する挿通孔16と、コイルばね17がスピンド
ル４との間に収納される円筒状の収納凹所18とが形成さ
れている。

前記スピンドル４の下端部には、平坦面を下方に向けた
サラビス20が螺着されている。固定部材14の内側には、
軸線と平行な断面が略Ｕ字状である回転部材21がスピン
ドル４と同軸に収納されている。回転部材21は、底部に
回転軸22の基端部が嵌着される嵌着孔23が形成され、内
側上部に回転筒体24がスピンドル４と回転自在であっ
て、固定されて収納されている。回転軸22の先端は、転
がり軸受２の内輪28内に嵌入する構成になっている。外
輪12と内輪28との間には、転動体27が介装されている。
なお、軸受２には、その軸方向両側にシール材（図示せ
ず）が装着される場合もある。回転筒体24に形成されて
いるフランジ25は、回転部材21の上端部を覆い、回転部
材19の下端部と隙間26を開けて対向している。また、回
転部材19と回転筒体24のフランジとの間にスプライン
（図示省略）が形成され、回転部材19と回転筒体24は同
回転する構成になっている。

第２図は、軸受装置５に関連する構成を示す断面図であ
る。軸受装置５は略円筒状のハウジング29を備え、内部
に回転軸30が収納されている。回転軸30の端部は、電力
ライン76を介して電力付勢される。回転軸30は、モータ
31の回転子32に同軸に固着され、モータ31を貫通し、ロ
ータリエンコーダ６内に挿通されている。ロータリエン
コーダ６は、回転軸30の回転速度に対応して周波数が変
化するパルス信号を出力するものであって、周知の構成
を有しているものであり、詳細な説明は省略する。前記
パルス信号は、リード線33を介して取り出される。

回転軸30は、ハウジング29内の部分でフランジ35が形成
されている。また、ハウジング29には、回転軸30の軸状
部36を収納する円筒状の収納部37と、収納部37より大径
であってフランジ35を収納する凹所38が相互に連通して
形成されている。

収納部37の下端部近傍には、軸受金29と回転軸30との間
に軸受スリーブ39が配置され、ハウジング29に固定され
ている。軸受スリーブ39よりフランジ35側には、フラン
ジ40を有する軸受スリーブ41が装着されている。軸受ス
リーブ41は、収納部37と軸部36との間に介在されてい
る。フランジ40は、回転軸30のフランジ35をスラスト方
向に下方側から支持している。また、回転軸30のフラン
ジ35を収納する凹所38内には、その上部に円環状のスラ
スト板42が配置されている。

ハウジング29には内部に加圧空気を導入するための管継
手43が螺着され、ハウジング29の内部に管継手と連通す
る空気の流路44が、収納孔37および凹所38を外囲する経
路に沿って形成される。ハウジング29の収納部37の内周
面は全周に亘り、流路44と連通する凹状溝45,46が形成
される。一方、軸受スリーブ39,41には、凹状溝45,46に
個別的に臨むノズル49,50が形成される。

ハウジング29には、管継手43と半径方向で対向する位置
に、収納部37と連通する排気孔53が形成され、排気孔53
には排気コネクタ54が螺着されている。収納部37の内部
と凹所38とを連通する連通孔55が、軸受スリーブ41に形
成されている。軸受スリーブ41のフランジ40およびスラ
スト板42にも、流路44と連通し、回転軸30のフランジ35
に臨むノズル56,57が形成される。

ハウジング29は、本体60とカバー体61とからなり、これ
らの間にはスペーサ58が介在され、スペーサ58には流路
44の一部となる貫通孔59が形成されている。スペーサ58
は、本体60およびカバー体61と相互に気密に封止されて
いる。

第３図は、軸受の選別装置１の電気的構成を説明するブ
ロック図である。軸受の選別装置１は、モータ31の回転
数を予め定める回転数に制御するためのフェーズロック
ドループ（以下、PLLと略す）回路62と、PLL回路62から
の信号に基づき、第１図に示す転がり軸受２の回転トル
クをモータ31の回転トルクとして検出するトルク検出回
路63とを備えて構成されている。PLL回路62は、モータ3
1の回転速度を検出し、対応する周波数fmのパルス信号P
mを出力するロータリエンコーダ６と、モータ31に設定
される基準回転数に対応する基準周波数f0の基準パルス
信号Psを発生する基準発振回路64とを備えて構成されて
いる。なお、基準発振回路64は、たとえば水晶発振器な
どによって実現されるものが挙げられる。これらからの
出力は位相比較回路65で位相が比較され、位相差δに対
応する信号がローパスフィルタ66に出力され、位相差δ
に対応するレベルの直流電圧としてレベル信号SLがロー
タリエンコーダ66から出力される。

ロータリエンコーダ６の出力は方向判別回路67にも入力
され、モータ31の回転方向が判別される。方向判別回路
67からの信号はロータ位置検出回路68に入力され、回転
軸30の周方向に関する基準位置が検出される。ロータ位
置検出回路68の出力に基づいて、正弦波発生回路69は、
回転軸30がロータ位置検出回路68で検出される周方向に
沿う基準位置を通過するタイミングに同期して、正弦波
を発生する。

発生された正弦波は、レベル調整回路70に入力される。
レベル調整回路70は、ローパスフィルタ66から入力され
る直流のレベル信号SLに対応して、正弦波発生回路69で
発生される正弦波の振幅レベルを調整する。レベル調整
回路70からの正弦波が駆動回路71に入力されると、モー
タ31を駆動するに必要なレベルの３相交流電力が発生さ
れ、電力ライン76を介してモータ31に供給される。電力
ライン76に設けられている電流検出回路72は、電力ライ
ン76の電流値を検出して、駆動回路71に出力する。これ
によって、駆動回路71は、電力ライン76に所定レベルの
範囲内の電流を出力する。

トルク検出回路63にはオフセット調整回路73が設けられ
ており、ローパスフィルタ66からの出力が入力される。
オフセット調整回路73は、ローパスフィルタ66からのレ
ベル信号SLとして検出されるモータ31の回転トルクか
ら、無負荷状態での軸受装置５や保持装置３における回
転トルク成分を除去するための回路である。この回転ト
ルク成分は、予め計算される。ロータリエンコーダ６と
基準発振回路64とからの出力はロック状態検出回路74に
入力され、パルス信号Pmの周波数fmと、基準パルス信号
Psの基準周波数f0とが予め定められる許容範囲Δｆに関
して、 |fm−f0|≦Δｆ …（１） の範囲にあるか否かを検出する。すなわち本実施例のPL
L回路62が、モータ31を適正に制御しているか否かを判
断する。モータ31の回転速度がPLL回路62の制御範囲の
外であれば、モータ31の回転速度を予め定めた一定速度
に制御することは困難となり、このような場合には転が
り軸受２の回転トルクの適正な計測動作は不可能とな
る。

出力回路75は、モータ31の回転速度の制御が前述したロ
ック状態であるとき、オフセット調整回路73からの信号
に基づいて、転がり軸受２に回転トルクに対応する電圧
レベルとしての出力信号Vtrqを出力し、または当該回転
トルクに基づく各種データなどを表示出力する。

第４図は、基準パルス信号Psとパルス信号Pmとの位相の
関係を示すタイムチャートである。基準発振回路64から
は第４図（１）に示される周波数f0の基準パルス信号Ps
が出力され、ロータリエンコーダ６からはパルス信号Pm
が出力される。ロータリエンコーダ６は、モータ31に保
持装置３を介して装着されている転がり軸受２の回転ト
ルクの程度に従って、基準パルス信号Psに対し第４図
（２）または第４図（３）に例示するような位相差δ１
または位相差δ２（一般には信号δで示す）を有する駆
動周波数fmのパルス信号Pmを出力する。そうして、位相
比較回路65で、上記該位相差δ1,δ２が検出される。

第５図および第６図は、前記位相差δと、モータ31の負
荷となる回転トルクおよびモータ31への駆動電流Ｉとの
関係をそれぞれ示すグラフである。基準パルス信号Psに
対して、モータ31自身のオフセット回転トルクf1が前記
位相差δ１を生じさせる場合、転がり軸受２を装着した
際の回転トルクf2（f1≦f2）により第５図に図示の位相
差δ２（δ１≦δ２）が発生される。PLL回路62はこの
ような位相差δ1,δ２を０にする制御を行うものであ
り、第６図に示すように位相差δ1,δ２のレベルに対応
するレベルの駆動電流I1,I2でモータ31を駆動する。

第７図は、モータ31の回転数ｎ（rpm）と出力回路75か
らの出力電圧Vtrqとの関係を示すグラフである。ライン
sp1は、転がり軸受２がシール材およびグリースをいず
れも有していない場合を示し、ラインg1,g2はともにグ
リースのみを有する転がり軸受２の回転トルクの許容範
囲を示し、ラインgs1,gs2はともにシール材とグリース
の２つを備えた回転軸受２の回転トルクの許容範囲を示
す。

したがって、軸受の選別装置１に転がり軸受２を装着
し、回転数をn1,n2,n3,n4（例として500rpm,1000rpm,15
00rpm,1900rpm）としてその際の回転トルクを計測す
る。このとき転がり軸受２がたとえばシール材とグリー
スとを備えた種類である場合に、測定された回転トルク
が第７図のラインgs2より下方に位置すると、グリース
またはシール材のいずれか少なくとも一方が欠落してい
ることを知ることができる。また、測定結果がラインgs
1より上方に位置すると、収容した転動体27の欠損など
が推測される。出力回路75は、測定される転がり軸受２
の予め設定された仕様すなわち予め定める基準トルク
と、計測結果である測定された回転トルクとを比較し、
前記各種異常状態または適合状態を表示出力し、これに
よって転がり軸受の選別を行うことができる。

なお、軸受の選別位置１を空運転した際、つまり軸受２
をセットせずに運転した場合、軸受の選別装置１そのも
ののトルクは5g・mm程度であって、トルクにバラツキは
ほとんど認められなかった。

以上のように本実施例に例えば、転がり軸受２の回転ト
ルクをその回転トルクが比較的微少であっても高精度で
計測することができ、しかも測定された回転トルクに基
づいて転がり軸受２の良品または不良品などを選別する
ことができる。これにより転がり軸受２の選別工程の作
業性が向上される。

［発明の効果］ 以上のように発明に従えば、スピンドルは静圧空気軸受
で支持され、スピンドルを回転した際の回転トルクは測
定手段で測定される。これにより測定されたスピンドル
の回転トルクに関して、選別される転がり軸受の回転ト
ルク以外に、スピンドルを支持する軸受の回転トルクの
影響を可及的に抑制できる。したがって選別される転が
り軸受が比較的小型であってその回転トルクが微少であ
っても、高精度にこれを検出できる。また転がり軸受の
大きさや、転がり軸受の軸方向両端部にシール材を設け
るか否か、また内部にグリースを封入するか否かで回転
トルクは異なることになり、各場合に対応する基準とな
る回転トルクを測定しておき、実際の測定値をこれと比
較するだけで転がり軸受の選別作業を高い作業性で行う
ことができる。

なお、従来の軸受の選別装置では、内輪を固定し、かつ
外輪を回転する構成になっていた。軸受の選別装置で
は、外輪を固定側とし、かつ内輪を回転側とする構成、
つまり内輪に回転駆動力を与える構成にしたことによ
り、内輪と外輪を相対的に回転させるための手段を小型
化することができる。したがって、軸受の選別装置は装
置全体がコンパクトに構成されるという効果も得られて
いる。

特に本発明では、内輪に当接するスピンドルは、静圧空
気軸受によって支持するようにしたので、その静圧空気
軸受の回転トルクを被餞別転がり軸受の回転トルクに対
してたとえば１桁〜２桁も小さくすることができ、これ
によってスピンドルの回転トルクに悪影響されることな
く、転がり軸受の回転トルクを高精度で測定することが
可能になるとともにさらにその転がり軸受の各種類、た
とえばシール材とグリースとを備えた種類、グリースの
みを備えた種類、さらにシール材とグリースとをいずれ
も備えない種類などの選別もまた、可能になるという優
れた効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面を含む正面
図、第２図はこの実施例の要部断面拡大図、第３図はこ
の実施例の電気的構成を示すブロック図、第４図はこの
実施例に関わる基準パルス信号Psとパズル信号Pmとの位
相を説明するタイムチャート、第５図および第６図はこ
の実施例に関わる位相差δ1,δ２と負荷回転トルクf1,f
2および駆動電流値I1,I2との関係を示すグラフ、第７図
はこの実施例の選別作用に関わる回転数ｎと出力電圧Vt
rgとの関係を説明するグラフである。 １……軸受の選別装置、２……転がり軸受、３……保持
装置、４……スピンドル、５……軸受装置、６……ロー
タリエンコーダ、62……PLL回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被選別転がり軸受の外輪を固定する固定手
   段と、 内輪に軸方向から遊端部が当接するスピンドルと、 そのスピンドルを支持する静圧空気軸受と、 スピンドルを回転駆動する手段と、 スピンドルの回転トルクを測定する測定手段と、 測定手段の出力に応答し、測定された回転トルクを予め
   定める基準トルクと比較して選別する手段とを含むこと
   を特徴とする軸受の選別装置。