軸受用回転精度測定装置及び測定方法
【課題】軸受のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルに必要な、軸受の面振れ精度を効果的に測定することができる軸受用回転精度測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】回転テーブルを支持する軸受１の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置１０は、軸受１によって支持される回転体１５の中心軸上に配置された基準球２１と、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計４１，４２と、を備える。変位計４１，４２は、軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、ラジアル方向の振れを測定する。
【解決手段】回転テーブルを支持する軸受１の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置１０は、軸受１によって支持される回転体１５の中心軸上に配置された基準球２１と、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計４１，４２と、を備える。変位計４１，４２は、軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、ラジアル方向の振れを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受用回転精度測定装置及び測定方法に関し、より詳細には、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、玉軸受、ころ軸受、テーパころ軸受等の転がり軸受には、玉、ころ、テーパころ等の転動体の形状誤差や寸法差、内外輪各軌道面の形状誤差等に起因して、回転非同期振れ（Non Repeatable Run-out＝ＮＲＲＯ）と呼ばれる、１回転毎に繰り返されないラジアル方向及びアキシアル方向の微小変位が発生する事が知られている。工作機械の割り出し軸や割り出し台等に組み込まれる軸受の場合には、この様な微小変位が性能に大きな影響を及ぼす。従って、転がり軸受の回転精度を測定し、上記回転非同期振れが存在した場合に、これをなくすべく対応する事が、各種機器の性能向上を図る上で重要である。
【０００３】
このような目的で、軸受の回転精度を測定する装置が種々考案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の測定装置１００は、図１１に示すように、表面に球面座１０３が形成された治具本体１０１と、表面に基準球１１５を背面に球面座１０３に合致する球面部１１４をそれぞれ備えた真球取付台１０２とからなる。真球取付台１０２は、球面部１１４が球面座１０３に案内されて変位可能に、且つ固定可能に治具本体１０１に装着される。真球の中心点Ｃ２は、球面部・球面座の中心点Ｃ１に対して僅かに位置ずれしており、治具本体１０１は真球取付台１０２を球面座１０３に沿って調整変位可能としている。これにより、測定対象が回転した状態で、非接触式の変位センサで基準球１１５のラジアル方向変位を測定することにより、回転精度を測定する。
【特許文献１】実公平６−５０７５号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受は、使用される工作機械の構造上、長さ方向に制限があり、複数の軸受を組み合わせて使用する場合にも短いスパンで回転テーブルを支持する必要がある。
【０００５】
一方、回転テーブルにセットされる加工物は、軸受の近傍ではなく、むしろ軸受から離れた位置で加工されることが多い。主軸旋回ユニット等の旋回軸においても、旋回軸用軸受から工具先端位置までの距離が遠くなるのが一般的である。このため、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受では、ラジアル方向の振れだけでなく、テーブル上面の面振れとなって現れるような動きの振れ（以下、「面振れ」という）が加工精度上重要である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の測定装置１００は、ラジアル方向の振れのみを測定するため、工作機械の主軸装置や該主軸装置の軸受を測定する場合には効果的であるが、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受を測定する場合には、上記した面振れを捉えることができないという課題がある。このため、軸受近傍で、ラジアル方向の振れを測定して、振れ量が小さかったとしても、回転テーブルに組み込んだ場合、テーブル上面から離れた位置での振れが小さいとは限らない。同様に、主軸旋回ユニットに組み込んだ場合、工具先端位置の振れが小さいとは限らない。
【０００７】
また、ＪＩＳ Ｂ６３３６−３には、テーブル上面の面振れを測定する検査方法が規定されており、図１２に示すように、回転するテーブルＴの中心から所定距離Ｒ離れた、少なくとも９０°ごとの４箇所で、ブロックゲージとダイヤルゲージＧを使用して、テーブルの振れを検査している。
【０００８】
この検査方法を用いて面振れを測定するには、平面度がゼロに近い基準板を製作し、対象とする軸受で基準板を回転させて、基準板の上面の振れを測定すれば、軸受だけに含まれる面振れ成分が抽出できるが、平面度がゼロに近い基準板を製作するのは困難であり、事実上不可能である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸受のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に必要な、軸受の面振れ精度を効果的に測定することができる軸受用回転精度測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に配置された測定基準体と、
該測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段と、
を備え、
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、前記ラジアル方向の振れを測定することを特徴とする軸受用回転精度測定装置。
（２） 前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする（１）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（３） 前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（４） 前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（５） 軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定方法であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に測定基準体を配置する工程と、
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、変位計測手段によって前記測定基準体のラジアル方向の振れを測定する工程と、
を備えることを特徴とする軸受用回転精度測定方法。
（６） 前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする（５）に記載の軸受用回転精度方法。
（７） 前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする（５）又は（６）に記載の軸受用回転精度測定方法。
（８） 前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする（５）又は（６）に記載の軸受用回転精度測定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の軸受用回転精度測定装置及び測定方法によれば、測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段が、軸受と測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、ラジアル方向の振れを測定するので、軸受のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に必要な、軸受の面振れ精度を効果的に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る軸受用回転精度測定装置及び測定方法について図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態の軸受用回転精度測定装置１０は、該装置１０に組み込まれた測定軸受１のラジアル方向の振れに加えて、この測定軸受１によって支持される回転体１５の面振れ精度を測定する。なお、この実施形態では、測定軸受１として、工作機械の回転テーブルを支持するために適用可能な組合せアンギュラ玉軸受が使用されており、内輪２、外輪３、玉４、保持器５、及び、シール部材６を備えた各玉軸受が背面組合せで配置されている。
【００１４】
図１に示すように、軸受用回転精度測定装置１０は、測定台１１に締結固定され、測定軸受１の内輪２を挟持した状態で外嵌する固定部１２と、外周面に駆動手段としての平ベルト１３が巻回され、測定軸受１の外輪３を挟持した状態で内嵌する筒状の回転部１４と、回転部１４上に配置され、測定基準体である基準球２１を回転部１４を含む回転体１５の中心軸上に配置するための振れ調整機構２０と、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段４０とを備える。
【００１５】
また、回転部１４は、軸方向端面をそれぞれ有する回転部品１４ａ，１４ｂを締結することで、２つの外輪３を軸方向に固定している。また、固定部１２は、軸方向端面をそれぞれ有する２つの固定部品１２ａ，１２ｂを締結することで、２つの内輪２を軸方向に締め付け、軸受１の予圧を付与すると共に、２つの内輪２を軸方向に固定している。
【００１６】
振れ調整機構２０は、筒状の回転部１４の上部側面に締結固定される略円板上の基準板２２と、基準球２１が固着される振れ調整部品２３と、基準板２２の上面中央部に形成された円錐穴２２ａ、及び振れ調整部品２３の下面中央部に形成された円錐穴２３ａとの間に配置され、これら円錐穴２２ａ，２３ａと共に球関節を構成する振れ調整用ボール２４と、を備える。また、振れ調整機構２０は、この振れ調整部品２３の周縁部に、基準板２２の上面に当接する突っ張り用ボルト２５と基準板２２のねじ孔２２ｂに螺合する引張り用ボルト２６が円周方向に等間隔で交互に設けられている。なお、本実施形態の回転体１５は、回転部１４と基準板２２によって構成されている。また、振れ調整機構２０は、突っ張り用ボルト２５無しで、引張り用ボルト２６だけで構成されてもよい。
【００１７】
また、振れ調整機構２０としては、図１に示す略平坦円板状の基準板２２を備えるものの代わりに、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、略平坦円板部２７ａ，２８ａから振れ調整部品２３の下面と対向する上面を上方に突出させたそれぞれ高さの異なる円柱部２７ｂ，２８ｂを有する２つの基準板２７，２８を備える、他の２つの振れ調整機構３０，３１が設けられている。なお、他の２つの振れ調整機構３０，３１は、図４に示すように、振れ調整機構２０の基準板２２とスペーサｓとを締結することで、円柱部２７ｂ，２８ｂと略平坦円板部２７ａ，２８ａとを形成するようにしてもよい。
【００１８】
このように構成された振れ調整機構２０，３０，３１では、適宜円周位置の突っ張り用ボルト２５と引張り用ボルト２６とを調節回転して、振れ調整部品２３を球関節を支点に揺動変位させ、基準球２１の中心点Ｏを回転体１５の中心軸線Ｌから極僅か（数μｍ程度）位置ずれさせた位置に調節している。なお、振れ調整機構２０，３０，３１は、基準球２１の中心点を回転体１５の中心軸線Ｌ上近傍に位置させるものであれば他の構成であってもよく、図９に示した従来の構成であってもよい。
【００１９】
図２に示すように、変位計測手段４０は、測定軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上（本実施形態では、３箇所）の各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、基準球２１の周囲に、回転体１５の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計４１，４２を備える。なお、変位計４１，４２は、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３毎にそれぞれ配置されてもよく、或いは、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３へ移動調整可能に配置されてもよいが、変位計が高価な場合は、移動調整式の方が低コストで済む。
【００２０】
変位計４１，４２としては、被測定物である基準球２１に接触することなく、この外周面の微小変位を測定自在な、レーザードップラー振動計や静電容量形変位センサ等、非接触式のものが使用される。但し、測定圧が微小で、回転非同期振れに影響を及ぼさないものであれば、電気マイクロメータ等の、接触式のものを使用することもできる。また、本実施形態のように、各高さ位置に位相を９０度ずらした２つの変位計４１，４２を設けることにより、リサージュ波形を得ることができ、基準球２１のラジアル方向の振れ（変位）が求められ、回転非同期振れの最大値等が確実に検出自在となる。
【００２１】
上記のように構成される回転精度測定装置１０では、まず、測定軸受１を固定部１２と回転部１４との間に固定配置し、さらに、基準球２１から測定軸受１の中間位置までの距離がＬ１となる振れ調整機構２０を回転部１４に固定して、該機構２０を調節することで、回転体１５の中心軸線Ｌ上近傍に基準球２１を配置する。そして、平ベルト１３によって回転部１４を回転駆動させ、一体に回転する基準球２１のラジアル方向の振れを、２つの変位計４１，４２によって検出する。
【００２２】
さらに、基準球２１から測定軸受１の中間位置までの距離がそれぞれ、Ｌ２、Ｌ３となる振れ調整機構３０，３１を回転部１４に付け替えながら、上記と同様の方法で、基準球２１のラジアル方向の振れを検出する。これにより、測定軸受１の面振れ精度を測定することができる。
【００２３】
例えば、図５（ａ）に示すように、軸受１ａがラジアル方向にだけ振れている場合には、この軸受１ａを工作機械の回転テーブルに組み込んだ際、面振れは小さくなることが期待できる。一方、図６（ａ）に示すように、斜めに回転するような振れを持っている軸受１ｂの場合には、工作機械に組み込んだ後に面振れが大きくなってしまう。
【００２４】
しかしながら、これを軸受単体で事前に評価するためには、従来のように、軸受の近傍１箇所で基準球２１の振れを測定しただけでは両者に大きな違いがでず、評価しづらい。一方、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、少なくとも２箇所以上の位置で基準球２１の振れを測定することにより、軸受単体での面振れ精度を測定することができる。
【００２５】
以上、説明したように、本実施形態の軸受用回転精度測定装置１０及び測定方法によれば、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段４０が、軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、ラジアル方向の振れを測定するので、軸受１のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルに必要な、軸受１の面振れ精度を効果的に測定することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、測定軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置に、変位測定手段４０として、２つの変位計４１，４２が使用されているが、図７に示すように、基準球２１の周囲に変位計４１を１つ配置するとともに、基準球２１の回転角度を検出する、歯車５１及び検出ヘッド５２を備えた角度情報計５０をさらに設け、変位計４１と角度情報計５０とを用いてラジアル方向の振れを検出するようにしてもよい。この場合、測定結果は、ラジアル方向の振れ成分が含まれた正弦波からの誤差として与えられる。角度情報計５０は、図６のような歯車式の他、磁気式エンコーダでもよい。また、測定回転速度が一定であれば、一回転信号だけを取り出して角度情報としてもよい。
【００２７】
また、本実施形態では、測定基準体として、真球度が得られやすい基準球２１が使用されているが、面振れ成分（ラジアル方向の振れ成分）を正確に抽出可能なものであれば、任意の構成であってもよい。
【００２８】
さらに、本実施形態では、測定軸受として、組合せアンギュラ玉軸受が使用されているが、クロスローラ軸受、複列アンギュラ玉軸受、複合ローラ軸受等、工作機械の回転テーブルを支持する軸受として適用可能なものであれば、いずれの軸受であってもよい。
【００２９】
また、本実施形態の測定装置は、測定軸受の内輪を外嵌する部材を固定部、外輪を内嵌する部材を回転部としているが、内輪を外嵌する部材を、ベルトによって回転駆動することで回転部、外輪を内嵌する部材を固定部として、この回転部に振れ調整機構を取り付けるようにしてもよい。
【００３０】
加えて、本発明の軸受用回転精度測定装置及び測定方法の測定対象は、上記実施形態のような回転テーブルを支持する軸受に限定されるものでなく、図８に示すような旋回軸用の軸受１ｃを対象としてもよい。
【００３１】
即ち、この軸受１ｃは、ダイレクトドライブモータ６０によって駆動される旋回軸６１を一対の支持アーム６２に対して旋回可能に支持するものであり、組合せアンギュラ玉軸受が使用されている。そして、旋回軸６１が旋回駆動することで、工具Ｔが取り付けられた主軸部６３も矢印Ａに示すように旋回駆動される。なお、この一対の支持アーム６２を有する主軸ヘッド６４は、矢印Ｂに示すように、回転割出し駆動可能に設けられている。
【００３２】
このような旋回軸用の軸受１ｃや矢印Ｂの動きを支持する軸受においても、軸受１ｃの回転振れ精度が工具Ｔによる加工精度に影響するため、上記測定装置及び測定方法を適用することが有効である。
【実施例】
【００３３】
ここで、二つの測定軸受ａ，ｂを使用して、図１に示す上記実施形態の回転精度測定装置による振れ測定を行った。図９，１０は、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、非接触式の変位計４１，４２から得られる値をＸ軸、Ｙ軸としてプロットしたリサージュ波形である。
【００３４】
図９，１０の測定結果から、測定軸受ｂは、測定軸受ａよりも軸受から遠ざかるにつれて回転精度がより大きく劣化しているのがわかる。この結果、測定軸受ａの方がより回転テーブル用軸受として高精度な軸受であることが分かるとともに、本発明の測定方法を行うことで、軸受の精度を効果的に測定できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受用回転精度測定装置の断面図である。
【図２】図１に示す軸受用回転精度測定装置の上面図である。
【図３】（ａ）は、第２の位置に使用される振れ調整機構の断面図であり、（ｂ）は、第３の位置に使用される振れ調整機構の断面図である。
【図４】（ａ）は、第２の位置に使用される振れ調整機構の変形例の断面図であり、（ｂ）は、第３の位置に使用される振れ調整機構の変形例の断面図である。
【図５】（ａ）は、面振れが小さい場合のテーブルと軸受を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の面振れが小さい場合の測定方法を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、面振れが大きい場合のテーブルと軸受を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の面振れが大きい場合の測定方法を示す模式図である。
【図７】軸受用回転精度測定装置の変形例を示す上面図である。
【図８】（ａ）は、測定対象として旋回軸用の軸受が適用される主軸ヘッドを示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図９】試験軸受ａを使用した場合の各軸方向位置での２つの変位計の測定結果を示す図である。
【図１０】試験軸受ｂを使用した場合の各軸方向位置での２つの変位計の測定結果を示す図である。
【図１１】従来の回転精度測定装置を示す断面図である。
【図１２】ＪＩＳ Ｂ６３３６−３の測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ 測定軸受
１０ 軸受用回転精度測定装置
１５ 回転体
２０ 振れ調整機構
２１ 基準球（測定基準体）
２２ 基準板
２３ 振れ調整部品
２４ 振れ調整用ボール
４０ 変位計測手段
４１，４２ 変位計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受用回転精度測定装置及び測定方法に関し、より詳細には、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、玉軸受、ころ軸受、テーパころ軸受等の転がり軸受には、玉、ころ、テーパころ等の転動体の形状誤差や寸法差、内外輪各軌道面の形状誤差等に起因して、回転非同期振れ（Non Repeatable Run-out＝ＮＲＲＯ）と呼ばれる、１回転毎に繰り返されないラジアル方向及びアキシアル方向の微小変位が発生する事が知られている。工作機械の割り出し軸や割り出し台等に組み込まれる軸受の場合には、この様な微小変位が性能に大きな影響を及ぼす。従って、転がり軸受の回転精度を測定し、上記回転非同期振れが存在した場合に、これをなくすべく対応する事が、各種機器の性能向上を図る上で重要である。
【０００３】
このような目的で、軸受の回転精度を測定する装置が種々考案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の測定装置１００は、図１１に示すように、表面に球面座１０３が形成された治具本体１０１と、表面に基準球１１５を背面に球面座１０３に合致する球面部１１４をそれぞれ備えた真球取付台１０２とからなる。真球取付台１０２は、球面部１１４が球面座１０３に案内されて変位可能に、且つ固定可能に治具本体１０１に装着される。真球の中心点Ｃ２は、球面部・球面座の中心点Ｃ１に対して僅かに位置ずれしており、治具本体１０１は真球取付台１０２を球面座１０３に沿って調整変位可能としている。これにより、測定対象が回転した状態で、非接触式の変位センサで基準球１１５のラジアル方向変位を測定することにより、回転精度を測定する。
【特許文献１】実公平６−５０７５号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受は、使用される工作機械の構造上、長さ方向に制限があり、複数の軸受を組み合わせて使用する場合にも短いスパンで回転テーブルを支持する必要がある。
【０００５】
一方、回転テーブルにセットされる加工物は、軸受の近傍ではなく、むしろ軸受から離れた位置で加工されることが多い。主軸旋回ユニット等の旋回軸においても、旋回軸用軸受から工具先端位置までの距離が遠くなるのが一般的である。このため、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受では、ラジアル方向の振れだけでなく、テーブル上面の面振れとなって現れるような動きの振れ（以下、「面振れ」という）が加工精度上重要である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の測定装置１００は、ラジアル方向の振れのみを測定するため、工作機械の主軸装置や該主軸装置の軸受を測定する場合には効果的であるが、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に使用される軸受を測定する場合には、上記した面振れを捉えることができないという課題がある。このため、軸受近傍で、ラジアル方向の振れを測定して、振れ量が小さかったとしても、回転テーブルに組み込んだ場合、テーブル上面から離れた位置での振れが小さいとは限らない。同様に、主軸旋回ユニットに組み込んだ場合、工具先端位置の振れが小さいとは限らない。
【０００７】
また、ＪＩＳ Ｂ６３３６−３には、テーブル上面の面振れを測定する検査方法が規定されており、図１２に示すように、回転するテーブルＴの中心から所定距離Ｒ離れた、少なくとも９０°ごとの４箇所で、ブロックゲージとダイヤルゲージＧを使用して、テーブルの振れを検査している。
【０００８】
この検査方法を用いて面振れを測定するには、平面度がゼロに近い基準板を製作し、対象とする軸受で基準板を回転させて、基準板の上面の振れを測定すれば、軸受だけに含まれる面振れ成分が抽出できるが、平面度がゼロに近い基準板を製作するのは困難であり、事実上不可能である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸受のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に必要な、軸受の面振れ精度を効果的に測定することができる軸受用回転精度測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に配置された測定基準体と、
該測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段と、
を備え、
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、前記ラジアル方向の振れを測定することを特徴とする軸受用回転精度測定装置。
（２） 前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする（１）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（３） 前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（４） 前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受用回転精度測定装置。
（５） 軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定方法であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に測定基準体を配置する工程と、
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、変位計測手段によって前記測定基準体のラジアル方向の振れを測定する工程と、
を備えることを特徴とする軸受用回転精度測定方法。
（６） 前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする（５）に記載の軸受用回転精度方法。
（７） 前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする（５）又は（６）に記載の軸受用回転精度測定方法。
（８） 前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする（５）又は（６）に記載の軸受用回転精度測定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の軸受用回転精度測定装置及び測定方法によれば、測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段が、軸受と測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、ラジアル方向の振れを測定するので、軸受のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルや主軸旋回ユニット等の旋回軸に必要な、軸受の面振れ精度を効果的に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る軸受用回転精度測定装置及び測定方法について図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態の軸受用回転精度測定装置１０は、該装置１０に組み込まれた測定軸受１のラジアル方向の振れに加えて、この測定軸受１によって支持される回転体１５の面振れ精度を測定する。なお、この実施形態では、測定軸受１として、工作機械の回転テーブルを支持するために適用可能な組合せアンギュラ玉軸受が使用されており、内輪２、外輪３、玉４、保持器５、及び、シール部材６を備えた各玉軸受が背面組合せで配置されている。
【００１４】
図１に示すように、軸受用回転精度測定装置１０は、測定台１１に締結固定され、測定軸受１の内輪２を挟持した状態で外嵌する固定部１２と、外周面に駆動手段としての平ベルト１３が巻回され、測定軸受１の外輪３を挟持した状態で内嵌する筒状の回転部１４と、回転部１４上に配置され、測定基準体である基準球２１を回転部１４を含む回転体１５の中心軸上に配置するための振れ調整機構２０と、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段４０とを備える。
【００１５】
また、回転部１４は、軸方向端面をそれぞれ有する回転部品１４ａ，１４ｂを締結することで、２つの外輪３を軸方向に固定している。また、固定部１２は、軸方向端面をそれぞれ有する２つの固定部品１２ａ，１２ｂを締結することで、２つの内輪２を軸方向に締め付け、軸受１の予圧を付与すると共に、２つの内輪２を軸方向に固定している。
【００１６】
振れ調整機構２０は、筒状の回転部１４の上部側面に締結固定される略円板上の基準板２２と、基準球２１が固着される振れ調整部品２３と、基準板２２の上面中央部に形成された円錐穴２２ａ、及び振れ調整部品２３の下面中央部に形成された円錐穴２３ａとの間に配置され、これら円錐穴２２ａ，２３ａと共に球関節を構成する振れ調整用ボール２４と、を備える。また、振れ調整機構２０は、この振れ調整部品２３の周縁部に、基準板２２の上面に当接する突っ張り用ボルト２５と基準板２２のねじ孔２２ｂに螺合する引張り用ボルト２６が円周方向に等間隔で交互に設けられている。なお、本実施形態の回転体１５は、回転部１４と基準板２２によって構成されている。また、振れ調整機構２０は、突っ張り用ボルト２５無しで、引張り用ボルト２６だけで構成されてもよい。
【００１７】
また、振れ調整機構２０としては、図１に示す略平坦円板状の基準板２２を備えるものの代わりに、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、略平坦円板部２７ａ，２８ａから振れ調整部品２３の下面と対向する上面を上方に突出させたそれぞれ高さの異なる円柱部２７ｂ，２８ｂを有する２つの基準板２７，２８を備える、他の２つの振れ調整機構３０，３１が設けられている。なお、他の２つの振れ調整機構３０，３１は、図４に示すように、振れ調整機構２０の基準板２２とスペーサｓとを締結することで、円柱部２７ｂ，２８ｂと略平坦円板部２７ａ，２８ａとを形成するようにしてもよい。
【００１８】
このように構成された振れ調整機構２０，３０，３１では、適宜円周位置の突っ張り用ボルト２５と引張り用ボルト２６とを調節回転して、振れ調整部品２３を球関節を支点に揺動変位させ、基準球２１の中心点Ｏを回転体１５の中心軸線Ｌから極僅か（数μｍ程度）位置ずれさせた位置に調節している。なお、振れ調整機構２０，３０，３１は、基準球２１の中心点を回転体１５の中心軸線Ｌ上近傍に位置させるものであれば他の構成であってもよく、図９に示した従来の構成であってもよい。
【００１９】
図２に示すように、変位計測手段４０は、測定軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上（本実施形態では、３箇所）の各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、基準球２１の周囲に、回転体１５の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計４１，４２を備える。なお、変位計４１，４２は、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３毎にそれぞれ配置されてもよく、或いは、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３へ移動調整可能に配置されてもよいが、変位計が高価な場合は、移動調整式の方が低コストで済む。
【００２０】
変位計４１，４２としては、被測定物である基準球２１に接触することなく、この外周面の微小変位を測定自在な、レーザードップラー振動計や静電容量形変位センサ等、非接触式のものが使用される。但し、測定圧が微小で、回転非同期振れに影響を及ぼさないものであれば、電気マイクロメータ等の、接触式のものを使用することもできる。また、本実施形態のように、各高さ位置に位相を９０度ずらした２つの変位計４１，４２を設けることにより、リサージュ波形を得ることができ、基準球２１のラジアル方向の振れ（変位）が求められ、回転非同期振れの最大値等が確実に検出自在となる。
【００２１】
上記のように構成される回転精度測定装置１０では、まず、測定軸受１を固定部１２と回転部１４との間に固定配置し、さらに、基準球２１から測定軸受１の中間位置までの距離がＬ１となる振れ調整機構２０を回転部１４に固定して、該機構２０を調節することで、回転体１５の中心軸線Ｌ上近傍に基準球２１を配置する。そして、平ベルト１３によって回転部１４を回転駆動させ、一体に回転する基準球２１のラジアル方向の振れを、２つの変位計４１，４２によって検出する。
【００２２】
さらに、基準球２１から測定軸受１の中間位置までの距離がそれぞれ、Ｌ２、Ｌ３となる振れ調整機構３０，３１を回転部１４に付け替えながら、上記と同様の方法で、基準球２１のラジアル方向の振れを検出する。これにより、測定軸受１の面振れ精度を測定することができる。
【００２３】
例えば、図５（ａ）に示すように、軸受１ａがラジアル方向にだけ振れている場合には、この軸受１ａを工作機械の回転テーブルに組み込んだ際、面振れは小さくなることが期待できる。一方、図６（ａ）に示すように、斜めに回転するような振れを持っている軸受１ｂの場合には、工作機械に組み込んだ後に面振れが大きくなってしまう。
【００２４】
しかしながら、これを軸受単体で事前に評価するためには、従来のように、軸受の近傍１箇所で基準球２１の振れを測定しただけでは両者に大きな違いがでず、評価しづらい。一方、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、少なくとも２箇所以上の位置で基準球２１の振れを測定することにより、軸受単体での面振れ精度を測定することができる。
【００２５】
以上、説明したように、本実施形態の軸受用回転精度測定装置１０及び測定方法によれば、基準球２１のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段４０が、軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、ラジアル方向の振れを測定するので、軸受１のラジアル方向の振れに加えて、工作機械の回転テーブルに必要な、軸受１の面振れ精度を効果的に測定することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、測定軸受１と基準球２１との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置に、変位測定手段４０として、２つの変位計４１，４２が使用されているが、図７に示すように、基準球２１の周囲に変位計４１を１つ配置するとともに、基準球２１の回転角度を検出する、歯車５１及び検出ヘッド５２を備えた角度情報計５０をさらに設け、変位計４１と角度情報計５０とを用いてラジアル方向の振れを検出するようにしてもよい。この場合、測定結果は、ラジアル方向の振れ成分が含まれた正弦波からの誤差として与えられる。角度情報計５０は、図６のような歯車式の他、磁気式エンコーダでもよい。また、測定回転速度が一定であれば、一回転信号だけを取り出して角度情報としてもよい。
【００２７】
また、本実施形態では、測定基準体として、真球度が得られやすい基準球２１が使用されているが、面振れ成分（ラジアル方向の振れ成分）を正確に抽出可能なものであれば、任意の構成であってもよい。
【００２８】
さらに、本実施形態では、測定軸受として、組合せアンギュラ玉軸受が使用されているが、クロスローラ軸受、複列アンギュラ玉軸受、複合ローラ軸受等、工作機械の回転テーブルを支持する軸受として適用可能なものであれば、いずれの軸受であってもよい。
【００２９】
また、本実施形態の測定装置は、測定軸受の内輪を外嵌する部材を固定部、外輪を内嵌する部材を回転部としているが、内輪を外嵌する部材を、ベルトによって回転駆動することで回転部、外輪を内嵌する部材を固定部として、この回転部に振れ調整機構を取り付けるようにしてもよい。
【００３０】
加えて、本発明の軸受用回転精度測定装置及び測定方法の測定対象は、上記実施形態のような回転テーブルを支持する軸受に限定されるものでなく、図８に示すような旋回軸用の軸受１ｃを対象としてもよい。
【００３１】
即ち、この軸受１ｃは、ダイレクトドライブモータ６０によって駆動される旋回軸６１を一対の支持アーム６２に対して旋回可能に支持するものであり、組合せアンギュラ玉軸受が使用されている。そして、旋回軸６１が旋回駆動することで、工具Ｔが取り付けられた主軸部６３も矢印Ａに示すように旋回駆動される。なお、この一対の支持アーム６２を有する主軸ヘッド６４は、矢印Ｂに示すように、回転割出し駆動可能に設けられている。
【００３２】
このような旋回軸用の軸受１ｃや矢印Ｂの動きを支持する軸受においても、軸受１ｃの回転振れ精度が工具Ｔによる加工精度に影響するため、上記測定装置及び測定方法を適用することが有効である。
【実施例】
【００３３】
ここで、二つの測定軸受ａ，ｂを使用して、図１に示す上記実施形態の回転精度測定装置による振れ測定を行った。図９，１０は、各高さ位置Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で、非接触式の変位計４１，４２から得られる値をＸ軸、Ｙ軸としてプロットしたリサージュ波形である。
【００３４】
図９，１０の測定結果から、測定軸受ｂは、測定軸受ａよりも軸受から遠ざかるにつれて回転精度がより大きく劣化しているのがわかる。この結果、測定軸受ａの方がより回転テーブル用軸受として高精度な軸受であることが分かるとともに、本発明の測定方法を行うことで、軸受の精度を効果的に測定できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受用回転精度測定装置の断面図である。
【図２】図１に示す軸受用回転精度測定装置の上面図である。
【図３】（ａ）は、第２の位置に使用される振れ調整機構の断面図であり、（ｂ）は、第３の位置に使用される振れ調整機構の断面図である。
【図４】（ａ）は、第２の位置に使用される振れ調整機構の変形例の断面図であり、（ｂ）は、第３の位置に使用される振れ調整機構の変形例の断面図である。
【図５】（ａ）は、面振れが小さい場合のテーブルと軸受を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の面振れが小さい場合の測定方法を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、面振れが大きい場合のテーブルと軸受を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の面振れが大きい場合の測定方法を示す模式図である。
【図７】軸受用回転精度測定装置の変形例を示す上面図である。
【図８】（ａ）は、測定対象として旋回軸用の軸受が適用される主軸ヘッドを示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図９】試験軸受ａを使用した場合の各軸方向位置での２つの変位計の測定結果を示す図である。
【図１０】試験軸受ｂを使用した場合の各軸方向位置での２つの変位計の測定結果を示す図である。
【図１１】従来の回転精度測定装置を示す断面図である。
【図１２】ＪＩＳ Ｂ６３３６−３の測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ 測定軸受
１０ 軸受用回転精度測定装置
１５ 回転体
２０ 振れ調整機構
２１ 基準球（測定基準体）
２２ 基準板
２３ 振れ調整部品
２４ 振れ調整用ボール
４０ 変位計測手段
４１，４２ 変位計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に配置された測定基準体と、
該測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段と、
を備え、
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、前記ラジアル方向の振れを測定することを特徴とする軸受用回転精度測定装置。
【請求項２】
前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする請求項１に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項３】
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項４】
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項５】
軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定方法であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に測定基準体を配置する工程と、
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、変位計測手段によって前記測定基準体のラジアル方向の振れを測定する工程と、
を備えることを特徴とする軸受用回転精度測定方法。
【請求項６】
前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする請求項５に記載の軸受用回転精度方法。
【請求項７】
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受用回転精度測定方法。
【請求項８】
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受用回転精度測定方法。
【請求項１】
軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定装置であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に配置された測定基準体と、
該測定基準体のラジアル方向の振れを測定する変位計測手段と、
を備え、
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、前記ラジアル方向の振れを測定することを特徴とする軸受用回転精度測定装置。
【請求項２】
前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする請求項１に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項３】
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項４】
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用回転精度測定装置。
【請求項５】
軸受の回転精度を測定する軸受用回転精度測定方法であって、
前記軸受によって支持される回転体の中心軸上に測定基準体を配置する工程と、
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の位置で、変位計測手段によって前記測定基準体のラジアル方向の振れを測定する工程と、
を備えることを特徴とする軸受用回転精度測定方法。
【請求項６】
前記測定基準体は、基準球であることを特徴とする請求項５に記載の軸受用回転精度方法。
【請求項７】
前記変位計測手段は、前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置で、前記測定基準体の周囲に、前記回転体の円周方向に９０度位相をずらした状態で配置される２つの変位計を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受用回転精度測定方法。
【請求項８】
前記軸受と前記測定基準体との軸方向距離が異なる少なくとも２箇所以上の各位置には、前記変位計測手段が前記測定基準体の周囲に配置されると共に、前記測定基準体の回転角度を検出する角度情報計がさらに設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受用回転精度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２３６５７１（Ｐ２００９−２３６５７１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８０７７３（Ｐ２００８−８０７７３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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