(57)【要約】【課題】ブラシ等の端子部材の通電摺動面における温度変化をリアルタイム的に計測できるようにすることである。【解決手段】通電摺動面温度計測装置１０は、赤外線透過性を有する導体部材２０の上に接触して配置される端子部材であるブラシ２，４に通電した状態で、ブラシ２，４に対し導体部材２０を相対的に摺動させる摺動駆動部３０と、導体部材２０とブラシ２，４の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を計測する赤外線温度計測器５２とを備える。導体部材２０としては、導体部材側の温度検出に適したサファイアガラス基板の上に銅薄膜を設けた第１導体部材または、ブラシ２，４側の温度検出に適したＧｅ基板である第２導体部材を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線透過性を有し少なくとも接触面は導体である導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる摺動駆動部と、
導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を計測する赤外線温度計測器と、
を備えることを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通電摺動面温度計測装置において、
赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に発熱によって赤外線を発生する導電性薄膜を設けた第１導体部材を用いて導電性薄膜側の温度計測を行うことを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の通電摺動面温度計測装置において、
発熱によって赤外線を発生しないが赤外線を透過する第２導体部材を用いて端子部材側の摺動面の温度計測を行うことを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の通電摺動面温度計測装置において、
端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と、摺動状態の計測値との比較によって、摺動によらない赤外線ノイズを除去するノイズ除去処理部を備えることを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項５】
請求項２に記載の通電摺動面温度計測装置において、
第１導体部材は、
サファイアガラス基板または弗化マグネシウム基板である赤外線透過性絶縁性基板と、
赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に所定の厚さで設けられる導電性薄膜と、
を含むことを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１に記載の通電摺動面温度計測装置において、
摺動駆動部は、端子部材に対し導体部材を回転駆動することを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の通電摺動面温度計測装置において、
端子部材は、通電用の２端子部材を有し、
いずれか一方の端子部材を導体部材の回転中心に接触させ、摺動移動がゼロの計測基準端子部材として用いることを特徴とする通電摺動面温度計測装置。
【請求項８】
赤外線透過性を有する導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させ、
導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を赤外線温度計測器で計測することを特徴とする通電摺動面温度計測方法。
【請求項９】
請求項８に記載の通電摺動面温度計測方法において、
端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と、摺動状態の計測値との比較によって、摺動によらない赤外線ノイズを除去することを特徴とする通電摺動面温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電摺動面温度計測装置及び通電摺動面温度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のうち、ブラシモータは、回転子が備えるコイルに電力を供給するための電極対であるブラシとスリップリングとを備える。ブラシとスリップリングとは、ブラシからスリップリングに電力を確実に供給するために、スプリング等の弾性部材により相互に加圧接触され、これにより、ブラシからスリップリングを介してコイルへの電力の供給が確実に行われる。ブラシとスリップリングとの間では、摺動と共に通電が行われるので、その接触面において発熱と摩耗が生じる。
【０００３】
特許文献１において、ブラシの近傍、或いは、ブラシモータのブラシの内部に温度センサとして、例えば、サーミスタ、熱電対等の一般的に入手容易な測温素子を埋設することが述べられている。
【０００４】
なお、本発明に関する関連技術として、非特許文献１には、インバータ駆動モータの軸受電食について、グリースを介してガラスディスクに軸受のボールを摺動させたときのグリース油膜の絶縁破壊による発光を、ガラスディスクを介して高速度カメラで観察することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０１５６７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】砂原賢治，軸受電食の防止技術，技報安川電機第７７巻２号，２０１３年８月３０日，ｐｐ５８−６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スリップリングに通電しながら摺動するブラシの温度計測は、熱電対等を用いて行われる。熱電対等が設けられる位置は実際の通電摺動面から離れているので正確な計測ができない。また、スリップリングとブラシの通電摺動の状態は時々刻々で変化するが、熱電対等ではそのリアルタイム的な変化が検出できない。
【０００８】
本発明は、端子の通電摺動面における温度変化をリアルタイム的に計測できる通電摺動面温度計測装置及び通電摺動面温度計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置は、赤外線透過性を有し少なくとも接触面は導体である導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる摺動駆動部と、導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を計測する赤外線温度計測器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に発熱によって赤外線を発生する導電性薄膜を設けた第１導体部材を用いて導電性薄膜側の温度計測を行うことが好ましい。
【００１１】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、発熱によって赤外線を発生しないが赤外線を透過する第２導体部材を用いて端子部材側の摺動面の温度計測を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と、摺動状態の計測値との比較によって、通電摺動によらない赤外線ノイズを除去するノイズ除去処理部を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、第１導体部材は、サファイアガラス基板または弗化マグネシウム基板である赤外線透過性絶縁性基板と、赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に所定の厚さで設けられる導電性薄膜と、を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、摺動駆動部は、端子部材に対し導体部材を回転駆動することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、端子部材は、通電用の２端子部材を有し、いずれか一方の端子部材を導体部材の回転中心に接触させ、摺動移動がゼロの計測基準端子部材として用いることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る通電摺動面温度計測方法は、赤外線透過性を有する導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させ、導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を赤外線温度計測器で計測することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る通電摺動面温度計測方法において、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と、摺動状態の計測値との比較によって、摺動によらない赤外線ノイズを除去することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る通電摺動面温度計測装置は、赤外線透過性を有し少なくとも接触面は導体である導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる。そして、導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を赤外線温度計測器で計測する。赤外線温度計測器は、発熱箇所の温度をそのままリアルタイム的に検出できる。これにより、通電摺動面における温度変化をリアルタイム的に計測できる。
【００１９】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、導体部材として、赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に発熱によって赤外線を発生する導電性薄膜を設けた第１導体部材を用いる。例えば、導電性薄膜の厚さを熱拡散があまり生じない程度とすることで、導電性薄膜と赤外線透過性絶縁基板との界面近傍である通電摺動面側における温度を検出することができる。
【００２０】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、導体部材として、発熱によって赤外線を発生しないが赤外線を透過する第２導体部材を用いる。通電摺動の発熱による赤外線は、端子部材側の摺動面から発生し、第２導体部材からは発生しない。これによって端子部材側の摺動面における温度を計測できる。
【００２１】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と摺動状態の計測値とを比較するので、摺動によらない赤外線ノイズを除去することができる。
【００２２】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、第１導体部材は、サファイアガラス基板等の赤外線透過性絶縁性基板の通電摺動面側に所定の厚さの導電性薄膜を設けたものであるので、一般のガラスでは通さない赤外線に対してサファイアガラス基板等を通して検出でき、これに基づいて通電摺動面の温度を計測することができる。
【００２３】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、端子部材に対し導体部材を回転駆動する。これにより、スリップリングとブラシの間の通電摺動をモデル化し、その通電摺動面の温度を計測できる。
【００２４】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測装置において、通電用の２端子部材を有し、いずれか一方の端子部材を導体部材の回転中心に接触させる。回転中心に接触した方の端子部材は、摺動移動がゼロであるので、摺動移動するもう一方側の温度計測の計測基準として用いることができ、通電摺動による温度上昇を容易に検出できる。
【００２５】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測方法は、赤外線透過性を有する導体部材の上に接触して配置される端子部材に通電した状態で端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる。そして、導体部材と端子部材の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を赤外線温度計測器で計測する。これにより通電摺動面における温度変化をリアルタイム的に計測できる。
【００２６】
また、本発明に係る通電摺動面温度計測方法において、端子部材に対し導体部材を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と摺動状態の計測値との比較を行うので、摺動によらない赤外線ノイズを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施の形態の通電摺動面温度計測装置の構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の通電摺動面温度計測に用いられる導体部材の２つの例を示す図である。図２（ａ）は第１導体部材を示す図で、（ｂ）は第２導体部材の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の通電摺動面温度計測方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態の通電摺動面温度計測において、第１導体部材を用いて通電摺動面温度の計測を行うときを示す図である。図４（ａ）は、端子部材と第１導体部材との間の接触を示す図であり、（ｂ）は接触面の拡大図であり、（ｃ）は赤外線温度計測器による温度分布を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の通電摺動面温度計測において、第２導体部材を用いて通電摺動面温度の計測を行うときを示す図である。図５（ａ）は、端子部材と第２導体部材との間の接触を示す図であり、（ｂ）は接触面の拡大図であり、（ｃ）は赤外線温度計測器による温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、端子部材としてブラシ式モータのブラシを述べるが、これは説明のための例示であって、これ以外の形態であっても通電摺動する端子であればよい。例えば、鉄道車両等における電力線や接地線との間で電力をやり取りするパンタグラフ、摺動接地端子等であってもよい。
【００２９】
以下で述べる寸法、形状、材質、電流値、押付圧の値等は説明のための例示であって、端子の仕様、通電摺動面温度計測装置の仕様等に応じ適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
図１は、通電摺動面温度計測装置１０の構成図である。以下では、通電摺動面温度計測装置１０を、特に断らない限り、計測装置１０と呼ぶ。図１には、計測装置１０の構成要素ではないが、摺動面温度計測対象のブラシ２，４を示した。
【００３１】
ブラシ２，４は、ブラシ式モータに用いられる電極対で、回転するスリップリングに摺動接触し、通電することでスリップリングに接続されるブラシ式モータのコイルに電力を供給する端子部材である。１対のブラシ２，４はそれぞれ通電のための電極６，８を有する。ここでは、電極６をプラス電極としてブラシ２をプラスブラシ端子とし、電極８をマイナス電極としてブラシ４をマイナスブラシ端子とする。なお、交流電源を設ける場合には、１対のブラシ２，４の通電極性はプラス側とマイナス側とが交互に入れ替わる。
【００３２】
かかるブラシ２，４としては、導電率が高く適当な強度を有する材料を所定の形状に加工したものを用いる。ブラシ２，４は、通電摺動により赤外線を発生するが、赤外線を透過しない。かかる材料としては、カーボン、銅、銅合金が用いられる。ブラシ２，４における通電摺動面の寸法は、計測の目的に応じて設定されるが、１例を挙げると、約１０ｍｍ角である。１０ｍｍ角は１ｃｍ2の面積であるので、押付圧や電流密度を計算するときに便利である。
【００３３】
計測装置１０は、導体部材２０と、ブラシ２，４に対し導体部材２０を相対的に摺動させる摺動駆動部３０と、ブラシ２，４に所定の通電を行う電源５０と、通電摺動面の温度を計測する赤外線温度計測器５２と、これらの各要素を全体として制御して通電摺動面の温度分布等を出力する計測制御部６０を含む。
【００３４】
導体部材２０は、赤外線透過性を有する材料で構成され、少なくとも接触部である通電摺動部は導体である薄板部材である。導体部材２０の通電摺動面側には、ブラシ２，４が図示されない押付バネ等の付勢手段によって所定の押付力で接触する。押付力の一例を挙げると、１つのブラシあたり約６００ｇｆである。これを押付圧にすると、１つのブラシあたり約６Ｎ／ｃｍ2である。導体部材２０は、温度計測を行う対象界面によって、適切な材質等を選択することが好ましい。図２に導体部材２０の２つの例を示す。
【００３５】
図２（ａ）に示す第１導体部材２２は、赤外線透過性絶縁性基板であるサファイアガラス基板２４の通電摺動面側に、発熱によって赤外線を発生する導電性薄膜である銅薄膜２６を設けた構成である。
【００３６】
サファイアガラス基板２４に代えて弗化マグネシウム基板を用いることもできる。サファイアガラス基板２４の寸法の一例を挙げると、ブラシ２，４の通電摺動面の大きさをそれぞれ約１０ｍｍ角として、直径が約５０ｍｍの円板で、厚さが約１ｍｍである。
【００３７】
銅薄膜２６は、ブラシ式モータにおけるスリップリングの材質に合わせたものであるが、導電率が高い金属薄膜であれば、他の材質の薄膜を用いることができる。銅薄膜２６は、例えばスパッタリングや電解メッキ等で形成することができる。サファイアガラス基板２４に対する銅薄膜２６の剥離強度を向上させるために、中間層２５を設けることが好ましい。中間層２５としては、スパッタリングによるＴｉ薄膜層等を用いることができる。
【００３８】
銅薄膜２６の厚さは、薄いほど小さくできる摺動摩擦熱の熱拡散性と、厚いほど小さくできる摺動摩耗量の影響とに基づいて設定される。一例を挙げると、銅薄膜２６の厚さは約１０μｍである。中間層２５の厚さはこれに比較するとかなり薄いので、中間層２５の導電体としての作用は無視してもよい。
【００３９】
第１導体部材２２は、導電性薄膜である銅薄膜２６とブラシ２，４との界面で発生する赤外線よりも、サファイアガラス基板２４側の銅薄膜２６の界面からの赤外線、中間層２５を用いるときは中間層２５とサファイアガラス基板２４との界面からの赤外線を検出するのに適する。つまり、ブラシ２，４側の通電摺動面の温度よりも、導電性薄膜である銅薄膜２６の温度を検出するのに適する。スリップリングとブラシの通電摺動に置き替えると、スリップリング側の温度計測に適する。
【００４０】
図２（ｂ）に示す第２導体部材２８は、発熱によって赤外線を発生しないが赤外線を透過する材料で構成される導電性薄板である。かかる第２導体部材２８として高ドープしたＧｅ基板が用いられる。Ｇｅ基板に代えて高度ドープしたＳｉ基板を用いてもよい。第２導体部材２８の寸法は、第１導体部材２２の寸法と同じに設定される。すなわち、ブラシ２，４の通電摺動面の大きさをそれぞれ約１０ｍｍ角として、直径が約５０ｍｍの円板で、厚さが約１ｍｍである。
【００４１】
第２導体部材２８は、通電摺動面である一方側の面とブラシ２，４との界面で発生する赤外線を検出するのに適する。つまり、ブラシ２，４側の通電摺動面の温度を検出するのに適する。スリップリングとブラシの通電摺動に置き替えると、ブラシ側の温度計測に適する。
【００４２】
図１に戻って、摺動駆動部３０は、導体部材２０を保持する導体部材保持部３２と、駆動モータ３４と、駆動モータ３４の出力軸３５に取り付けられた駆動プーリ３６と、導体部材保持部３２と駆動プーリ３６との間に掛け渡される駆動ベルト３８を含み、ブラシ２，４に対し導体部材２０を相対的に回転させる。
【００４３】
導体部材保持部３２は、導体部材２０を保持する円環状の外形を有し、円環状の外周面に駆動ベルト３８が掛け渡され、円環状の内側環状空間に導体部材２０が露出して配置される部材である。内側環状空間には、導体部材２０の通電摺動面側にブラシ２，４が配置され、導体部材２０の通電摺動面側とは反対側の裏面側に赤外線温度計測器５２が配置される。図１において、駆動ベルト３８が掛け渡された状態の導体部材保持部３２の一部を断面図で示した。
【００４４】
導体部材保持部３２は、計測装置１０の基台１２に図示しない固定部によって固定され、円環状の中心軸を回転中心軸４６として、回転自在に支持される。回転自在支持部は図示しないが、円環状の内側環状空間に配置されるブラシ２，４と赤外線温度計測器５２の動作等に支障がないように、ブラシ２，４と赤外線温度計測器５２の配置位置を避けて設けられる。例えば、円環状の外周側を軸方向に延ばしてその外周面を回転自在に支持する。
【００４５】
導体部材保持部３２は、下支えリング４０と上押えリング４２と複数の締付ボルト４４を含む。
【００４６】
下支えリング４０は、導体部材２０の外径よりも小さい内径と、導体部材２０の外径よりも大きい外形を有する円筒部材である。上押えリング４２は、下支えリング４０と同じ内径と外径とを有する円筒部材であるが、上押えリング４２に向かい合う側に段差による環状の段差壁が設けられる。段差壁の軸方向の寸法は導体部材２０の厚さよりもやや大きく、環状段差壁の内径は、導体部材２０の外径よりもやや大きい。この環状段差壁を用いて、下支えリング４０と上押えリング４２の間に導体部材２０の外径側縁部を嵌め込むことができる。嵌め込むことで生じる軸方向の隙間には図示しないが適当な厚さを有する環状の弾性リング部材が配置される。これにより、導体部材２０の外径側縁部は、弾性リング部材を介して下支えリング４０と上押えリング４２によって挟み込まれる。
【００４７】
下支えリング４０には、周方向に沿って締付ボルト４４のオネジに対応する複数のメネジ穴が設けられ、上押えリング４２には、下支えリング４０の複数のメネジ穴に対応する複数のボルト通し穴が設けられる。導体部材２０を挟み込んだ状態の下で、複数のボルト通し穴と複数のメネジ穴について位置合わせを行い、複数の締付ボルト４４のそれぞれをボルト通し穴に通し、メネジ穴にねじ込み、下支えリング４０に対して上押えリング４２を固定する。これによって導体部材２０が導体部材保持部３２にしっかりと固定されて保持され、導体部材２０の回転中心は導体部材保持部３２の回転中心軸４６とほぼ同じ位置となる。
【００４８】
２種類の導体部材２０である第１導電部材２２と第２導電部材２８の外形を同じとすることで、導体部材保持部３２は、ブラシ２，４側の通電摺動面の温度計測に適した第１導体部材２２と、第１導体部材２２を用いるよりも導体部材側の温度計測に適した第２導体部材２８とを交換可能に保持することができる。
【００４９】
駆動モータ３４は、駆動ベルト３８を介して円筒状外形の導体部材保持部３２を回転駆動し、導体部材２０に対しブラシ２，４を通電しながら摺動させる駆動源である。駆動モータ３４の出力軸３５には適当な外径を有する駆動プーリ３６が設けられる。駆動モータ３４の動作は、計測制御部６０の制御の下で行われる。かかる駆動モータ３４としては、適当なＤＣモータを用いることができる。
【００５０】
駆動ベルト３８は、導体部材保持部３２の円筒状外形の外周と駆動プーリ３６の外周との間に掛け渡される無端状帯材で、駆動モータ３４の回転駆動力を導体部材保持部３２に伝達する動力伝達部材である。
【００５１】
電源５０は、ブラシ２，４のそれぞれの電極６，８に接続され、プラスブラシ端子であるブラシ２から導体部材２０を介してマイナスブラシ端子であるブラシ４に所定の電力を流す。所定の電力の例を挙げると、電流密度で約１５Ａ／ｃｍ2から２０Ａ／ｃｍ2の電力である。かかる電源５０は、適当な直流電源が用いられる。電源５０の動作は、計測制御部６０によって制御される。
【００５２】
赤外線温度計測器５２は、温度計測のための赤外線を検出する赤外線カメラを含む。赤外線の波長としては、約３μｍ〜約８μｍの中赤外線の波長を用いることができる。温度計測用の赤外線カメラは、仕様に合う適当な市販品を用いることができる。一例を挙げると、画素数は数万素子から数１０万素子、撮像のフレームレートは、数Ｈｚから数１００Ｈｚ、温度分解能は、数１０ｍＫから数１００ｍＫの範囲のものを用いることができる。
【００５３】
赤外線温度計測器５２は、導体部材２０の通電摺動面とは反対側の裏面を通して通電摺動面の温度を計測する測定器である。「通電摺動面とは反対側の裏面を通して」とは、図１に示すように、導体部材２０の裏面側に導体部材２０に向かい合って赤外線温度計測器５２が配置されることを示す。これ以外に、導体部材２０の裏面側に導体部材２０に向かい合って反射鏡を置き、赤外線温度計測器５２は導体部材保持部３２の外側に配置することも含む。また、反射鏡を用いずに、導体部材２０の裏面を斜めから撮像するように赤外線温度計測器５２を配置してもよい。赤外線温度計測器５２で検出されたデータは、適当な信号線を用いて計測制御部６０に伝送される。
【００５４】
計測制御部６０は、駆動モータ３４、電源５０の動作を制御し、赤外線温度計測器５２からの検出データを取得し、ブラシ２，４と導体部材２０に関する通電摺動面の温度を評価する。通電摺動面の温度評価としては、赤外線温度計測器５２が検出する各フレーム毎の２次元的温度分布６２を表示することを含む。計測制御部６０は、赤外線温度計測器５２の検出データからノイズを除去する処理として、ブラシ２，４に対し導体部材２０を相対的に摺動させる前の初期状態の計測値と、摺動状態の計測値との比較を行う。これによって、摺動によらない赤外線ノイズを除去することができる。摺動によらない赤外線ノイズの例としては、赤外線温度計測器５２に向かい合う導体部材２０の裏面側から反射してくる光の赤外線成分等である。赤外線ノイズの除去によって、精度の高い温度分布評価を行える。このようにして取得した複数の２次元的温度分布等を処理し、ブラシ２，４の摩耗等に関する情報を出力することもできる。
【００５５】
上記構成の計測装置１０の作用について、図３から図５を用いて詳細に説明する。図３は、計測装置１０を用いた通電摺動面温度計測の手順を示すフローチャートである。手順の最初として、通電摺動面温度の評価目的に適した導体部材２０として、第１導体部材２２または第２導体部材２８のいずれかを選択する（Ｓ１０）。選択の基準は、ブラシ２，４側の温度を計測するか、ブラシ式モータにおけるスリップリングをモデル化した導体部材２０側の温度を計測するかである。以下では、第１導体部材２２が選択された場合について述べる。
【００５６】
次に、選択された第１導体部材２２について、導体部材保持部３２に取付ける設定を行う（Ｓ１２）。設定は次の手順で行う。まず、導体部材保持部３２の全ての締付ボルト４４を緩めて外し、下支えリング４０と上押えリング４２を分離する。次に、第１導体部材２２の外周縁部を下支えリング４０の上に載せる。載せるのは、下支えリング４０の環状の内周に沿って第１導体部材２２の外周縁部がほぼ均等に重なるようにする。そして、円環状の弾性リング部材を第１導体部材２２外周縁部に載せる。あるいは、弾性リング部材を下支えリング４０の上に置き、その上に第１導体部材２２を載せる。この場合には、内径が下支えリング４０の内径と同じで外径が導体部材２０の外径と同じ弾性リング部材を予め準備し、弾性リング部材の内径を下支えリング４０の内径に合わせ、弾性リング部材の外径に第１導体部材２２の外径を合わせることがよい。次に、第１導体部材２２の外周に環状の段差壁を合わせて上押えリング４２を配置する。そして、第１導体部材２２と上押えリング４２を下支えリング４０の上でスライドさせ、下支えリング４０のメネジ穴と上押えリング４２のボルト通し穴を合わせる。その後、締付ボルト４４で下支えリング４０と上押えリング４２を一体化し、第１導体部材２２を挟み込み固定する。
【００５７】
次に、導体部材２０の通電摺動面側の所定の位置に端子部材を配置する設定が行われる（Ｓ１４）。端子部材であるブラシ２，４を導体部材２０に対して所定の位置関係で配置するのは、図１で図示しない端子部材取付部が用いられる。端子部材取付部は、ブラシ２，４を互いに絶縁し、押付バネをブラシ２，４に宛がう部材であり、基台１２に取付けられる。所定の位置関係は、評価目的に応じて設定可能であるが、例えば、ブラシ２，４のいずれか一方を導体部材保持部３２の回転中心軸４６に合わせることがよい。図１の例では、ブラシ４が回転中心軸４６に合わせて配置される。この配置を用いると、回転中心軸４６に合わせて配置されるブラシ４は、導体部材２０が回転してもほとんど摺動せず発熱しないので、ブラシ４を、もう一方の摺動するブラシ２の温度に対する計測基準部材として用いることができる。
【００５８】
Ｓ１４の手順が完了すると、図１の構成の形態において通電も摺動も行われていない状態となる。この状態で、赤外線温度計測器５２による初期状態データの取得が行われる（Ｓ１６）。初期状態データは、摺動によらない赤外線ノイズのデータとなるので、これを通電摺動のときのデータと比較することで、通電摺動のときのデータから赤外線ノイズを除去することができる。
【００５９】
そして、駆動モータ３４を駆動（Ｓ１８）させて第１導体部材２２を回転させ、電源５０を作動させてブラシ２と第１導体部材２２とブラシ４の間に通電（Ｓ２０）する。これによって第１導体部材２２とブラシ２，４の間で通電摺動が行われる。Ｓ１８，Ｓ２０の手順はどちらを先にしてもよい。なお、Ｓ１６の初期状態取得は、摺動を行わず通電をした状態におけるデータの取得としてもよい。
【００６０】
通電摺動が開始すると、適当な評価間隔で、通電摺動面温度が赤外線温度計測器５２によって検出され、そのデータを計測制御部６０が取得する（Ｓ２２）。赤外線温度計測器５２からのデータは、カメラの撮像面のデータで２次元データである。計測制御部６０は、これをブラシ２，４の位置に対応付けた温度分布データに変換して表示等の出力と、これに基づく評価解析を行う（Ｓ２４）。図１には、２次元的温度分布６２の表示が示される。これら一連の手順によって、第１導体部材２２とブラシ２，４の間の通電摺動面温度計測が行われる。
【００６１】
図４は、第１導体部材２２の通電摺動面温度計測の結果を示す図である。図４（ａ）は、ブラシ２，４と第１導体部材２２との間の接触を示す図であり、（ｂ）は接触面の拡大図であり、（ｃ）は赤外線温度計測器５２による温度分布を示す図である。
【００６２】
図４（ｂ）において、サファイアガラス基板２４は赤外線を通すが赤外線を発生することはない。したがって、赤外線温度計測器５２に最も近い赤外線発生個所は、サファイアガラス基板２４と中間層２５との界面である。赤外線温度計測器５２は、この界面からの赤外線７０を検出する。
【００６３】
図４（ｃ）は、赤外線温度計測器５２による２次元的温度分布６２を示す図である。赤外線温度計測器５２は、定められたフレーム周波数で２次元温度データを動画的に検出するが、図４（ｃ）は１つのフレームにおけるデータであり、動画の１コマに相当する静止画データである。紙面において、第１導体部材２２は、回転中心軸４６を中心にして時計回りに回転する（図１参照）。一点鎖線の枠で、ブラシ２の領域とブラシ４の領域を示した。２次元的温度分布は温度等高線で示した。この例では、ブラシ４における最高温度領域８０は、回転中心軸４６の位置の近くにあり、ブラシ２における最高温度領域８２は、ブラシ２の通電摺動面の中心位置から摺動の上流側の方にある。
【００６４】
図５は、導体部材２０として第２導体部材２８であるＧｅ基板を選択したときの通電摺動面温度計測の結果を示す図である。図５（ａ）は、ブラシ２，４と第２導体部材２８との間の接触を示す図であり、（ｂ）は接触面の拡大図であり、（ｃ）は赤外線温度計測器５２による温度分布を示す図である。
【００６５】
図５（ｂ）において、第２導体部材２８であるＧｅ基板は赤外線を通すが赤外線を発生することはない。したがって、赤外線温度計測器５２に最も近い赤外線発生個所は、第２導体部材２８であるＧｅ基板とブラシ２との界面である。赤外線温度計測器５２は、この界面からの赤外線７２を検出する。
【００６６】
図５（ｃ）は、赤外線温度計測器５２による２次元的温度分布６３を示す図である。図４（ｃ）と同様に、一点鎖線の枠で、ブラシ２の領域とブラシ４の領域を示した。２次元的温度分布は温度等高線で示した。第２導体部材２８であるＧｅ基板の厚さは約１ｍｍである。なお、参考として、ブラシ４の最高温度領域８１とブラシ２の最高温度領域８３を示した。
【００６７】
このように、導体部材２０側の温度検出に適したサファイアガラス基板２４の上に銅薄膜２６を設けた第１導体部材２２または、ブラシ２，４側の温度検出に適したＧｅ基板である第２導体部材２８を使い分けて、ブラシ２，４と導体部材２０に関する通電摺動面温度計測を行うことができる。
【符号の説明】
【００６８】
２，４  ブラシ（端子部材）、６，８  電極、１０  （通電摺動面温度）計測装置、１２  基台、２０  導体部材、２２  第１導体部材、２４  サファイアガラス基板、２５  中間層、２６  銅薄膜、２８  第２導体部材（Ｇｅ基板）、３０  摺動駆動部、３２  導体部材保持部、３４  駆動モータ、３５  出力軸、３６  駆動プーリ、３８  駆動ベルト、４０  下支えリング、４２  上押えリング、４４  締付ボルト、４６  回転中心軸、５０  電源、５２  赤外線温度計測器、６０  計測制御部、６２，６３  ２次元的温度分布、７０，７２  赤外線、８０，８１，８２，８３  最高温度領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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