(57)【要約】【課題】スリップリング等を用いた複雑な構造を採用しなくても、回転部材１ａの温度を測定する事ができる装置を実現する。【解決手段】前記回転部材１ａの外周面に１対のエンコーダ９ａ、９ｂを、軸方向に離隔した状態で設置し、これら両エンコーダ９ａ、９ｂの外周面に形成された被検出面１０ａ、１０ｂに、センサ１１ａ、１１ｂの検出部を対向させる。前記両エンコーダ９ａ、９ｂのうちの一方のエンコーダ９ａは、前記回転部材１ａに支持固定する。同じく他方のエンコーダ９ｂは、この回転部材１ａに、転がり軸受１２を介して、この回転部材１ａに対する回転を可能に支持する。前記両エンコーダ９ａ、９ｂを、温度変化に伴い周方向に長さ寸法を変化させる、熱変形部材１５によって接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材及び回転部材と、１対のエンコーダと、１対のセンサと、これら両センサの出力信号を処理する演算器とを備えた回転機械の温度測定装置であって、前記両エンコーダは、前記回転部材と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させており、前記両エンコーダのうちの一方のエンコーダは、前記回転部材の一部に支持固定されており、同じく他方のエンコーダは、この回転部材の一部に、この回転部材に対する変位を可能に支持され、温度変化に伴い形状又は寸法が変化する熱変形部材により、前記一方のエンコーダに対して、この一方のエンコーダと同期した回転を可能に接続しており、前記両センサは、前記静止部材の一部に支持固定されていて、これら両センサのうちの一方のセンサは、その検出部を前記一方のエンコーダの被検出面に、同じく他方のセンサは、その検出部を前記他方のエンコーダの被検出面に、それぞれ対向させていて、これら両被検出面の特性変化に対応してそれぞれの出力信号を変化させるものであり、前記演算器は、前記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、前記回転部材の温度を算出する事を特徴とする回転機械の温度測定装置。
【請求項２】
前記熱変形部材は、温度変化に伴い周方向に関する長さ寸法を変化させるものであり、前記他方のエンコーダが前記回転部材に、この回転部材に対する回転を可能に支持されており、前記両エンコーダの被検出面である、それぞれの外周面に存在する、特性変化の境界が前記回転部材の回転中心に対し平行であり、前記熱変形部材の両端部が、前記両エンコーダに接続されている、請求項１に記載した回転機械の温度測定装置。
【請求項３】
前記熱変形部材は、温度変化に伴い、前記回転部材の軸方向に関する寸法を変化させるものであり、前記他方のエンコーダが前記回転部材に、この回転部材の軸方向の変位のみを可能に支持されており、前記両エンコーダの被検出面である、特性変化の境界が、前記一方のエンコーダに関しては、前記回転部材の回転中心に対し平行であり、前記他方のエンコーダに関しては、この回転中心に対し傾斜しており、前記熱変形部材の両端部が、前記両エンコーダに接続されている、請求項１に記載した回転機械の温度測定装置。
【請求項４】
前記熱変形部材がバイメタルである、請求項３に記載した回転機械の温度測定装置。
【請求項５】
前記一方のエンコーダに被検出面を対向させたセンサの出力信号に基づいて、前記回転部材の回転速度を算出する、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した回転機械の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ等の各種工作機械の主軸や、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する回転側軌道輪部材等の回転部材を有する回転機械の、この回転部材の温度を測定する回転機械の温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、熱膨張による各構成部材の寸法変化が加工精度に影響する。又、工作機械等の回転機械の回転部材は、この回転機械のケーシング等静止部材に対し回転自在に支持する為に、転がり軸受を使用する。この回転機械に異常が発生して前記回転部材の温度上昇が著しくなると、この転がり軸受が焼き付く可能性がある。この様な加工精度の低下や焼き付きを防止する為には、前記回転部材の温度を測定する必要がある。
【０００３】
図４は、回転部材を支持する転がり軸受に温度センサを組み込んでこの回転部材の温度を測定する、回転機械の温度測定装置の従来構造の１例を示している。使用時に回転する回転部材１は、使用時にも回転しない静止部材２の内径側に、転がり軸受である複列円すいころ軸受３により、回転自在に支持されている。この複列円すいころ軸受３は、互いに同心に配置した、静止側軌道輪である外輪４及び回転側軌道輪である１対の内輪５、５と、それぞれが転動体である複数個の円すいころ６、６とを備える。
【０００４】
又、前記静止部材２の前記外輪４の周囲に位置する部分には、センサ取付孔７を形成している。そして、この外輪４の外周面でこのセンサ取付孔７の内側に位置する部分に、温度センサ８を装着している。前記従来構造の場合、この温度センサ８として、接触式の温度計である熱電対を使用し、この温度センサ８の検出部を前記外輪４の外周面に突き当てている。
【０００５】
上述の様な従来構造に於いて、前記温度センサ８により検出するのは、前記複列円すいころ軸受３のうちで外輪４の温度となる為、必ずしもこの複列円すいころ軸受３のうちで最も重要な部分の温度を知る事ができない可能性がある。即ち、焼き付き防止の為にこの複列円すいころ軸受３の温度を測定する場合には、この複列円すいころ軸受３のうちで最も温度が高くなる部分の温度を測定する事が好ましい。一方、この複列円すいころ軸受３を構成する外輪４の温度と内輪５、５の温度とを比較した場合、表面積が大きく、しかも外気による冷却作用を受け易い静止部材２に内嵌した外輪４の温度は、表面積が小さく、しかも外気による冷却作用を受けにくい回転部材１の端部に外嵌した内輪５、５の温度よりも低くなる。又、熱膨張による工作機械の加工精度の低下防止の為にも、前記回転機械のうちで最も温度が高くなる部分の温度を測定する事が好ましい。従って、前記従来構造は、転がり軸受の焼き付き防止及び熱膨張による工作機械の加工精度の低下防止の為の温度測定の面からは、必ずしも好ましい構造とは言えない。
【０００６】
上述の様な課題を解決する為、特許文献１には、回転部材の内部に設けた温度センサの出力信号をスリップリングを介して、取り出す構造が記載されている。この様なスリップリングを用いる構造の場合、装置の構造が複雑になってコストが嵩んだり、このスリップリングと出力信号を取り出す為のブラシとが長期間に亙る使用によって摩耗し、この出力信号が正しく取り出せなくなる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、スリップリング等を用いた複雑な構造を採用する事無く、回転部材の温度を測定する事ができる、回転機械の温度測定装置を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転機械の温度測定装置は、静止部材及び回転部材と、１対のエンコーダと、１対のセンサと、演算器とを備える。
このうちの前記静止部材は、使用時にも回転する事がない。
又、前記回転部材は、この静止部材に転がり軸受等を介して回転可能に支持している。
又、前記両エンコーダは、前記回転部材と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させている。又、前記両エンコーダのうちの一方のエンコーダは、前記回転部材の一部に支持固定する。同じく他方のエンコーダは、前記回転部材の一部に、この回転部材に対する変位を可能に支持する。更に、この他方のエンコーダは、温度変化に伴い形状又は寸法が変化する熱変形部材により、前記一方のエンコーダに接続し、この一方のエンコーダと同期した回転を可能にしている。
又、前記両センサは、前記静止部材の一部に支持固定する。これら両センサのうちの一方のセンサは、その検出部を前記一方のエンコーダの被検出面に、同じく他方のセンサは、その検出部を前記他方のエンコーダの被検出面に、それぞれ対向させている。前記両センサは、これら両エンコーダの回転に伴いこれら両被検出面の特性が変化するのに対応して、それぞれの出力信号を変化させる。
又、前記演算器は、前記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、前記回転部材の温度を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の様に構成する本発明の回転機械の温度測定装置の場合には、スリップリング等を用いた複雑な構造を採用しなくても、この回転機械の回転部材の温度を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分切断斜視図。
【図２】回転部材の温度変化に伴って１対のセンサの出力信号の位相が変化する状態を示す線図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。
【図４】従来から知られている回転機械の温度測定装置を示す、断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜２、５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含めて、本発明の回転機械の温度測定装置の特徴は、スリップリング等を用いた複雑な構造を採用しなくても、この回転機械の回転部材の温度を測定する事ができる構造を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４に示した構造を含め、従来から知られている回転機械の温度測定装置と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１３】
本例の場合、使用時にも回転する事のない、図示しない静止部材に転がり軸受により支持された、回転部材１ａの外周面に１対のエンコーダ９ａ、９ｂを、軸方向に離隔した状態で設置し、これら両エンコーダ９ａ、９ｂの外周面に形成された被検出面１０ａ、１０ｂに、前記静止部材に固定されたセンサ１１ａ、１１ｂの検出部を対向させている。前記両エンコーダ９ａ、９ｂのうちの一方のエンコーダ９ａは、前記回転部材１ａに支持固定されている。同じく他方のエンコーダ９ｂは、この回転部材１ａに、転がり軸受１２を介して、この回転部材１ａに対する回転を可能に支持している。前記両エンコーダ９ａ、９ｂの被検出面１０ａ、１０ｂは、それぞれ凹部１３、１３と凸部１４、１４とを円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置している。そして、前記両被検出面１０ａ、１０ｂの前記各凹部１３、１３、と前記各凸部１４、１４との境界は、前記回転部材１ａの回転中心に対して平行にしている。
【００１４】
前記両エンコーダ９ａ、９ｂは、温度変化に伴い周方向に長さ寸法を変化させる、銅系合金等の線膨張係数の大きい金属製の熱変形部材１５によって接続されている。即ち、前記両エンコーダ９ａ、９ｂのうちの互いに対向する軸方向側面の一部に、それぞれ連結部１６ａ、１６ｂを設けている。そして、螺旋状に形成する事により全長を十分に確保し、且つ、周方向に配置した前記熱変形部材１５の一端を、前記一方のエンコーダ９ａの連結部１６ａに、同じく他端を、前記他方のエンコーダ９ｂの連結部１６ｂに、それぞれ連結固定している。この様な構造によって、この他方のエンコーダ９ｂは、前記一方のエンコーダ９ａと同期した回転を可能としている。
【００１５】
上述の様に構成する、本例の回転機械の温度測定装置の場合には、前記回転部材１ａの温度変化に伴い前記熱変形部材１５の全長（周方向寸法）が変化すると、前記両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号同士の間に存在する位相差が変化する。即ち、前記回転部材１ａの温度が上昇する以前の初期状態では、図２の（Ａ）に示す様に、前記両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号同士の間に位相差は存在しない。一方、前記回転機械の使用時に前記回転部材１ａが回転する事によって、この回転部材１ａの温度が上昇し、前記熱変形部材１５の周方向寸法が大きくなると、図２の（Ｂ）に示す様に、前記両センサ１１ａ、１１ｂのうちの一方のセンサ１１ａの出力信号に対して、同じく他方のセンサ１１ｂの出力信号の位相が遅れる（これら両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号の間に、位相差δが発生する）。この位相遅れ（位相差δ）は、前記回転部材１ａの温度上昇の程度が大きくなる程、大きくなる。但し、前記回転機械の通常の使用によって変化する温度の範囲では、前記位相差δが、前記両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号の周期Ｌよりも大きくならない様にしている。即ち、前記回転機械の使用による前記回転部材１ａの温度上昇によっては、前記位相差δが、前記両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号の周期Ｌを超えない様に、前記熱変形部材１５として、寸法や材質が、適切なものを選択する。
【００１６】
そして、図示しない演算器が前記位相差δと前記周期Ｌと（これら両変位量の比である、位相差比δ／Ｌ）に基づいて、この回転部材１ａの温度を算出する。尚、これら位相差δ及び周期Ｌ（位相差比δ／Ｌ）と、この回転部材１ａの温度との関係は、予め実験や計算により求めておき、前記演算器の記憶装置（メモリ）等に記憶しておく。位相差比δ／Ｌを採用する理由は、前記回転部材１ａの回転速度変化の、前記温度の算出値に対する影響を排除する為である。
又、本例の場合には、前記回転部材１ａの回転速度を、前記一方のセンサ１１ａの出力信号に基づき算出する。
【００１７】
［実施の形態の第２例］
図３は、請求項１、３〜５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、他方のエンコーダ９ｃは、摩擦係数の小さい、合成樹脂等の高分子材料製のスリーブ１６を介して、回転部材１ａに対する軸方向変位を可能に支持している。又、前記他方のエンコーダ９ｃの外周面には、凹部１３ａ、１３ａと凸部１４ａ、１４ａとを円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置して、被検出面１０ｃとしている。そして、前記各凹部１３ａ、１３ａと凸部１４ａ、１４ａとの境界は、前記回転部材１ａの回転中心に対し傾斜させている。
【００１８】
一方のエンコーダ９ａと前記他方のエンコーダ９ｃとは、温度変化に伴い軸方向に関する寸法を変化させる、それぞれがバイメタル製である複数個（例えば３個）の熱変形部材１５ａ、１５ａによって接続されている。即ち、前記両エンコーダ９ａ、９ｃのうちの互いに対向する軸方向側面に、これら各熱変形部材１５ａ、１５ａの両端を、それぞれねじ等によって連結固定している。
上述の様に構成する本例の回転機械の温度測定装置の場合には、前記回転部材１ａの温度変化に伴い前記各熱変形部材１５ａ、１５ａの軸方向寸法が変化すると、両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号同士の間に存在する位相差が変化する。即ち、前記回転部材１ａの温度上昇によって前記各熱変形部材１５ａ、１５ａの軸方向寸法が大きくなると、前記両センサ１１ａ、１１ｂのうちの他方のセンサ１１ｂの検出部が対向している、前記被検出面１０ｃの幅方向位置が変化する。この結果、前記両センサ１１ａ、１１ｂのうちの一方のセンサ１１ａの出力信号に対する、同じく他方のセンサ１１ｂの出力信号の位相遅れ（位相差）が大きくなる。尚、前記回転機械の使用による前記回転部材１ａの温度上昇によっては、この位相差が前記両センサ１１ａ、１１ｂの出力信号の周期を超えない様に、且つ、このセンサ１１ｂの検出部から、前記エンコーダ９ｃの被検出面１０ｃが外れる事がない様に、前記各熱変形部材１５ａ、１５ａの寸法や材質、及びこのエンコーダ９ｃの各部の寸法を、適切に規制する。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。
【符号の説明】
【００１９】
１    回転部材
２    静止部材
３    複列円すいころ軸受
４    外輪
５    内輪
６    円すいころ
７    センサ取付孔
８    温度センサ
９ａ〜９ｃ  エンコーダ
１０ａ〜１０ｃ  被検出面
１１ａ、１１ｂ  センサ
１２    転がり軸受
１３、１３ａ  凹部
１４、１４ａ  凸部
１５、１５ａ  熱変形部材
１６    スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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