JP2005069884A

JP2005069884A - 転がり軸受用動トルク測定装置

Info

Publication number: JP2005069884A
Application number: JP2003300236A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Konishi; 和昭小西
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して転がり軸受の動トルクを測定することのできる転がり軸受用動トルク測定装置を提供する。
【解決手段】玉軸受１６の内輪１６１と一体に鉛直な軸回りに回転するスピンドル軸１４と、このスピンドル軸１４と軸芯を一致させてスピンドル軸１４の外周に設けられた中空回転軸２８と、この中空回転軸２８を支持する静圧気体軸受２９と、中空回転軸２８の上端にアダプタリング３２を介して設置されたリング状の動トルク測定部材３３とを備えてなる転がり軸受用動トルク測定装置であって、動トルク測定部材３３が玉軸受１６の外輪１６２と嵌合する内周面３３１を有するとともに、外輪１６２に対して傾きを付与する傾き付与機構部４１を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受の動トルク特性を把握する場合などに用いられる転がり軸受用動トルク測定装置に関する。

玉軸受等の転がり軸受には、転動体の寸法誤差や軌道溝の形状誤差などに起因して、回転非同期振れ（NRPO；Non Repeatable Run-out）と呼ばれるラジアル方向の微小変位が発生することがある。このような微小変位は転がり軸受の回転性能に大きな影響を及ぼすため、玉軸受等の転がり軸受を例えば空調機のファンモータ軸を支持する軸受として使用する場合には、転がり軸受の動トルクを測定し、その回転精度を予め把握しておくことが重要である。

従来、転がり軸受の動トルクを測定する装置としては、転がり軸受の内輪をスピンドル軸で回転駆動すると共に転がり軸受の外輪をホルダで保持し、このホルダにワイヤを介して連結されたトルクセンサで転がり軸受の動トルクを測定するものが知られている（特許文献１及び２参照）。
特開２０００−１５５０７３号公報特開２００１−１９４２７０号公報

上記文献に開示された動トルク測定装置では、転がり軸受が正常な状態で取り付けられている場合の動トルクを測定することは可能である。しかし、例えば転がり軸受の外輪が取付け誤差等によりファンモータ軸等の回転軸に対して傾いた状態で取り付けられている場合の動トルクを測定することが困難なため、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して転がり軸受の動トルクを測定することが可能な装置の出現が望まれていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して転がり軸受の動トルクを測定することのできる転がり軸受用動トルク測定装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、被測定転がり軸受の内輪と一体に回転する鉛直なスピンドル軸と、このスピンドル軸と軸芯を一致させて前記スピンドル軸の外周に設けられた中空回転軸と、この中空回転軸を支持する軸受と、前記中空回転軸の上端にアダプタリングを介して設置されたリング状の動トルク測定部材とを備え、前記動トルク測定部材が前記転がり軸受の外輪と嵌合する内周面を有するとともに、前記外輪に対して傾きを付与する傾き付与機構部を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記傾き付与機構部が前記動トルク測定部材の下面から突出して前記アダプタリングの上面に当接する傾き付与ボルトと、この傾き付与ボルトの突出量を調整後、その突出量を保持固定するナットとからなることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記スピンドル軸が前記内輪と嵌合する小径軸部を有するとともに、前記内輪に対して予圧荷重を付与する予圧荷重付与機構部を有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記予圧荷重付与機構部が前記小径軸部の上端から鉛直に延出する鉛直軸部に保持された円筒状の予圧荷重付与部材と、この予圧荷重付与部材の上端に設けられたばね部材と、このばね部材の上端に設けられた円筒状のばね受け部材と、このばね受け部材を前記鉛直軸部に固定する固定用ねじとからなることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記中空回転軸を支持する前記軸受が静圧気体軸受であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記スピンドル軸の軸芯に対して前記動トルク測定部材の中心位置を調整する調芯機構部を、前記動トルク測定部材の外周に設けたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記調芯機構部が前記動トルク測定部材の外周に設けられたリング状の調芯部材と、この調芯部材の内周面から突出して前記動トルク測定部材の外周面に当接する複数本の調芯ボルトと、これら調芯ボルトの突出量を調整後、その突出量を保持固定する複数のナットとからなることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記動トルク測定部材の外周面が前記転がり軸受の内輪中心を曲率中心として球面状に形成されていることを特徴とする。

請求項１及び２の発明に係る転がり軸受用動トルク測定装置では、被測定転がり軸受の外輪に対して傾きを付与した状態で動トルクを測定することが可能となるので、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して転がり軸受の動トルクを測定することができる。
請求項３及び４の発明に係る転がり軸受用動トルク測定装置では、スピンドル軸の小径軸部に外嵌された内輪に予圧荷重を付与できるので、上述した効果に加え、内輪に予圧荷重を付与した状態で転がり軸受の動トルクを測定することができる。
請求項５の発明に係る転がり軸受用動トルク測定装置では、中空回転軸と軸受との間に摩擦抵抗が発生しないので、上述した効果に加え、摩擦抵抗の影響を受けることなく動トルクを測定することができる。
請求項６乃至８の発明に係る転がり軸受用動トルク測定装置では、スピンドル軸の軸芯に対して動トルク測定部材の中心位置を任意に調整できるので、上述した効果に加え、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して転がり軸受の動トルクを正確に測定することができる。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１において、符号１１は本発明の一実施形態に係る転がり軸受用動トルク測定装置のベースであり、このベース１１の上面に設置されたブラケット１２には、スピンドル軸１４が軸受ユニット１３を介して鉛直に支持されているとともに、スピンドル軸１４の回転速度を検出する非接触式の回転速度検出器１５が取り付けられている。

スピンドル軸１４は、図２に示すように、上端部側に小径軸部１４１を有している。この小径軸部１４１には被測定転がり軸受の１つである玉軸受１６の内輪１６１が嵌合するようになっており、小径軸部１４１に外嵌された内輪１６１はスピンドル軸１４と一体に回転するようになっている。また、スピンドル軸１４は下端部にプーリ１７（図１参照）を有しており、このプーリ１７に駆動モータ１８の回転トルクがプーリ１９およびベルト２０を介して伝わると、小径軸部１４１に外嵌された内輪１６１がスピンドル軸１４と一体に回転するようになっている。なお、駆動モータ１８はベース１１の上面に設置されたモータブラケット２１に固定されている。

スピンドル軸１４の上端部には、図２に示すように、玉軸受１６の内輪１６１に対して予圧荷重を付与する予圧荷重付与機構部２２が設けられている。この予圧荷重付与機構部２２は、小径軸部１４１の上端から鉛直に延出する鉛直軸部１４２に保持された円筒状の予圧荷重付与部材２３と、この予圧荷重付与部材２３の上端に設けられたばね部材（例えばベアリング用波ワッシャ、皿ばね等）２４と、このばね部材２４の上端に設けられた円筒状のばね受け部材２５と、このばね受け部材２５を鉛直軸部１４２に固定する固定用ねじ２６とからなり、スピンドル軸１４の小径軸部１４１に外嵌された内輪１６１には、ばね部材２４のばね力が伝達されるようになっている。従って、このばね力が玉軸受１６に予圧荷重として付与される。

軸受ユニット１３の上部には、玉軸受１６の動トルクを測定する動トルク測定部２７（図１参照）が設けられている。この動トルク測定部２７は、スピンドル軸１４と軸芯を一致させてスピンドル軸１４の外周に設けられた中空回転軸２８と、この中空回転軸２８を支持する静圧気体軸受２９とを備えており、中空回転軸２８の上端部と下端部にはフランジ３０，３１が設けられている。これらのフランジ３０，３１は静圧気体軸受２９の端面と対向しており、静圧気体軸受２９の端面や内周面からは空気等の気体が噴出されるようになっている。

また、動トルク測定部２７は、中空回転軸２８の上端にアダプタリング３２を介して設置された動トルク測定部材３３を備えている。この動トルク測定部材３３はリング状に形成されており、動トルク測定部材３３には、玉軸受１６の外輪１６２と嵌合する内周面３３１（図２及び３参照）が形成されている。さらに、動トルク測定部材３３は同部材３３の周方向に一定ピッチで配設された複数本のボルト３４（図３参照）によりアダプタリング３２の上面に固定されており、動トルク測定部材３３の下面には、アダプタリング３２の内周面と嵌合する環状凸部３５（図２参照）が形成されている。なお、アダプタリング３２は同リング３２の周方向に一定ピッチで配設された複数本のボルト３６（図２参照）によりフランジ３０の上面に固定されており、アダプタリング３２の下面には、中空回転軸２８の内周面と嵌合する環状凸部３７（図２参照）が形成されている。

中空回転軸２８はフランジ３０の上面に動トルク検出用アーム３８（図２参照）を有しており、静圧気体軸受２９を固定支持するハウジング３９には、動トルク検出用アーム３８を介して玉軸受１６の動トルクを検出するトルクセンサ４０が取り付けられている。
動トルク測定部材３３には、玉軸受１６の外輪１６２に対して傾きを付与する傾き付与機構部４１（図２参照）が設けられている。この傾き付与機構部４１は、動トルク測定部材３３の下面から突出してアダプタリング３２の上面に当接する傾き付与ボルト４２と、この傾き付与ボルト４２の突出量を調整後、その突出量を保持固定するナット４３とからなり、動トルク測定部材３３には、傾き付与ボルト４２と螺合するボルト孔が所定位置（ボルト３４のＰＣＤ上）に穿設されている。

動トルク測定部材３３の外周には、スピンドル軸１４の軸芯に対して動トルク測定部材３３の中心位置を調整する調芯機構部４５（図３参照）が設けられている。この調芯機構部４５は、動トルク測定部材３３の外周に設けられたリング状の調芯部材４６と、この調芯部材４６の内周面から突出して動トルク測定部材３３の外周面に当接する複数本の調芯ボルト４７と、これら調芯ボルト４７の突出量を調整後、その突出量を保持固定する複数のナット４８とからなり、動トルク測定部材３３の外周面は、図２に示すように、玉軸受１６の内輪中心Ｏを曲率中心として球面状に形成されている。なお、調芯部材４６は複数本のボルト４９によりアダプタリング３２の上面に固定されている。また、スピンドル軸１４の上方には、図３に示す位置Ｐ１，Ｐ２にレーザ光線を照射して外輪１６２の傾きを検出するレーザ式微小変位計５０，５１（図２参照）が設けられている。

このように構成される本発明の一実施形態に係る転がり軸受用動トルク測定装置では、動トルク測定部材３３の下面から突出してアダプタリング３２の上面に当接する傾き付与ボルト４２と、この傾き付与ボルト４２の突出量を調整後、その突出量を保持固定するナット４３とからなる傾き付与機構部４１を動トルク測定部材３３に設けたことで、外輪１６２に傾きを付与した状態で玉軸受１６の動トルクを測定することが可能となるので、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して玉軸受１６の動トルクを測定することができる。

また、上述した実施形態においては、小径軸部１４１の上端から鉛直に延出する鉛直軸部１４２に保持された円筒状の予圧荷重付与部材２３と、この予圧荷重付与部材２３の上端に設けられたばね部材２４と、このばね部材２４の上端に設けられた円筒状のばね受け部材２５と、このばね受け部材２５を鉛直軸部１４２に固定する固定用ねじ２６とからなる予圧荷重付与機構部２２をスピンドル軸１４に設けたことで、スピンドル軸１４の小径軸部１４１に外嵌された内輪１６１にばね部材２４のばね力を伝達できるので、玉軸受１６に予圧荷重を付与した状態で動トルクを測定することができる。

さらに、上述した実施形態においては、中空回転軸２８を支持する軸受を静圧気体軸受２９としたことで、中空回転軸２８と軸受２９との間に摩擦抵抗が発生しないので、摩擦抵抗の影響を受けることなく動トルクを測定することができる。
また、上述した実施形態においては、リング状の調芯部材４６と、この調芯部材４６の内周面から突出して動トルク測定部材３３の外周面に当接する複数本の調芯ボルト４７と、これら調芯ボルト４７の突出量を調整後、その突出量を保持固定する複数のナット４８とからなる調芯機構部４５を動トルク測定部材３３の外周に設けたことで、スピンドル軸１４の軸芯に対して動トルク測定部材３３の中心位置を任意に調整できるので、実際の使用時に発生し得る取付け誤差等を想定して玉軸受１６の動トルクをより正確に測定することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、玉軸受１６の近傍に音響測定用のマイクロフォンを設け、このマイクロフォンで軸受音の発生状況や騒音のレベル等を測定し、外輪の取付け誤差が軸受の音響特性に与える影響度を把握してもよい。また、ばね部材２４としては、サイズに問題なければ、通常の波ワッシャを使用してもよい。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受用動トルク測定装置の概略構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る転がり軸受用動トルク測定装置の要部を示す縦断面図である。図２に示す転がり軸受用動トルク測定装置の平面図である。

符号の説明

１１ベース
１２ブラケット
１３軸受ユニット
１４スピンドル軸
１４１小径軸部
１４２鉛直軸部
１５回転速度検出器
１６玉軸受
１６１内輪
１６２外輪
１７プーリ
１８駆動モータ
１９プーリ
２０ベルト
２１モータブラケット
２２予圧荷重付与機構部
２３予圧荷重付与部材
２４ばね部材
２５ばね受け部材
２６固定用ねじ
２７動トルク測定部
２８中空回転軸
２９静圧気体軸受
３０，３１フランジ
３２アダプタリング
３３動トルク測定部材
３３１動トルク測定部材の内周面
３４，３６ボルト
３５，３７環状凸部
３８動トルク検出用アーム
３９ハウジング
４０トルクセンサ
４１傾き付与機構部
４２傾き付与ボルト
４３ナット
４５調芯機構部
４６調芯部材
４７調芯ボルト
４８ナット
４９ボルト
５０，５１レーザ式微小変位計

Claims

被測定転がり軸受の内輪と一体に回転する鉛直なスピンドル軸と、このスピンドル軸と軸芯を一致させて前記スピンドル軸の外周に設けられた中空回転軸と、この中空回転軸を支持する軸受と、前記中空回転軸の上端にアダプタリングを介して設置されたリング状の動トルク測定部材とを備え、前記動トルク測定部材が前記転がり軸受の外輪と嵌合する内周面を有するとともに、前記外輪に対して傾きを付与する傾き付与機構部を有することを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項１記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記傾き付与機構部が前記動トルク測定部材の下面から突出して前記アダプタリングの上面に当接する傾き付与ボルトと、この傾き付与ボルトの突出量を調整後、その突出量を保持固定するナットとからなることを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項１又は２記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記スピンドル軸が前記内輪と嵌合する小径軸部を有するとともに、前記内輪に対して予圧荷重を付与する予圧荷重付与機構部を有することを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項３記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記予圧荷重付与機構部が前記小径軸部の上端から鉛直に延出する鉛直軸部に保持された円筒状の予圧荷重付与部材と、この予圧荷重付与部材の上端に設けられたばね部材と、このばね部材の上端に設けられた円筒状のばね受け部材と、このばね受け部材を前記鉛直軸部に固定する固定用ねじとからなることを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項１乃至４のいずれか１項記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記中空回転軸を支持する前記軸受が静圧気体軸受であることを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項１乃至５のいずれか１項記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記スピンドル軸の軸芯に対して前記動トルク測定部材の中心位置を調整する調芯機構部を、前記動トルク測定部材の外周に設けたことを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項６記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記調芯機構部が前記動トルク測定部材の外周に設けられたリング状の調芯部材と、この調芯部材の内周面から突出して前記動トルク測定部材の外周面に当接する複数本の調芯ボルトと、これら調芯ボルトの突出量を調整後、その突出量を保持固定する複数のナットとからなることを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。
請求項７記載の転がり軸受用動トルク測定装置において、前記動トルク測定部材の外周面が前記転がり軸受の内輪中心を曲率中心として球面状に形成されていることを特徴とする転がり軸受用動トルク測定装置。