JP2004191181A

JP2004191181A - 温度センサ装置および温度センサ装置付き転動装置

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Publication number: JP2004191181A
Application number: JP2002359491A
Authority: JP
Inventors: Koichi Morita; 耕一森田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】温度検出素子に供給する測定用電圧が変動した場合においても、得られた温度出力電圧に基づいて精度の高い測定温度データを得ること。
【解決手段】温度検出素子（１０１）から得られる温度出力電圧と、温度検出素子（１０１）に加える測定用電圧または該測定用電圧に比例した参照電圧とを入力として、前記温度出力電圧と前記測定用電圧との比率、または前記温度出力電圧と前記測定用電圧に比例した参照電圧との比率に応じた測定温度データをレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器（１０５）に出力させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置、直動装置、等の転動装置の運転状態を検知できる温度センサ装置および該温度センサ装置付き転動装置に関し、より詳細には、転動装置における転動体を有する軸受部の温度を検出して当該検出された温度を基に軸受部の焼き付きや剥離等の異常を判定し、これにより、例えば、航空機、鉄道車両、自動車、搬送車、等の移動体における車軸用転動装置や、重要機械設備における転動装置、等といった高い信頼性が要求される転動装置の保全をも実現できる温度センサ装置および該温度センサ装置付き転動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、転がり軸受装置の軸受部は、回転軸とハウジングとの間、即ち、一方の構成要素が他方の構成要素に対して回転するような当該構成要素間の摩擦を減少させるために軌道輪上の軌道に沿って転動する転動体を有する。また、転動体および軌道を埃、水、等から保護するため、一般的に、シールが軸受部の端部に嵌合されている。それ故、転がり軸受装置の重要な箇所の表面は露出されておらず、軸受部を据え付け先から外して分解しないと直接検査することができない。
【０００３】
ハウジング内または回転軸上で転動体が軌道輪をスリップするとき、通常、軸受部の中の温度はスリップが生じた箇所での高い摩擦によって上昇する。例えば転動体がその回転を軌道輪の間でくさび等により止められたときのスリップは極端な焼き付きや剥離等を生じさせる。よって、軸受部からの熱の検出は当該軸受部の異常を検知する上で有用な異常診断手段（即ち、異常診断方法）である。そのような軸受部の異常を検出できる温度センサ装置付き転動装置は既に知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００１−５００５９７号公報（第７〜１２頁、図３）
【特許文献２】
特開２０００−４３７２３号公報（第３〜４頁、図３）
【０００５】
図６は、特許文献１で開示されている温度センサ装置付き転動装置３００を示す断面図であり、温度センサ等のセンサ群を内蔵したセンサモジュール３０１が直接転動装置３００内部の温度、振動、等を検出できるように軸受部近傍に取付けられていることが示されている。図７は、特許文献２で開示されている温度センサ装置付き転動装置４００を示す断面図であり、温度センサ４１７等を内蔵したセンサハウジング４１６が、直接転動装置４００内部の状態を検知できるようにシールケース４１０を介して転動体４３６の近傍に配置されていることが示されている。
【０００６】
前述のような従来の温度センサ装置付き転動装置においては、一般的に、温度センサとして例えば、サーミスタ等の温度に応じて電気抵抗値の変化する温度検出素子が用いられ、そして当該温度センサが組み込まれた例えば図８に示されるような異常診断回路を有する温度センサ装置を用いて軸受部の温度が検出される。
【０００７】
図８に示される転動装置Ｘは、転がり軸受装置であり、軸５を回転自在に支持する軸受部１と、該軸受部１が固定されるハウジング６と、を備える。軸受部１は、軸５に外嵌する内輪２と、ハウジング６に内嵌し、径方向に内輪２と対向するように配置される外輪３と、保持器（不図示）により内輪２と外輪３との間に転動可能に配置された転動体（玉またはころ）４と、を有している。温度センサ装置１０５は、前述のような温度検出素子１０１を内蔵したセンサユニット１００と、制御ユニット１０３と、を備える。センサユニット１００は、その温度検出素子１０１が転動装置Ｘの軸受部１上または近傍に配置されるように、転動装置Ｘのハウジング６に取付けられている。
【０００８】
温度センサ装置１０５では、センサユニット１００がケーブル１０２により制御ユニット１０３に電気的に接続されており、制御ユニット１０３から入力側ケーブル１０２ａを介してセンサユニット１００の温度検出素子１０１に測定用電圧としての供給電圧Ｖｓが印加され、そして出力側ケーブル１０２ｂとグランド（アース）Ｇとの間に電気的に接続された抵抗器１０４（抵抗値＝Ｒ１）の両端に生じる温度出力電圧Ｖｔが制御ユニット１０３により測定されるようになっている。この温度出力電圧Ｖｔの測定によって、制御ユニット１０３は、温度検出素子１０１による検出温度が所定の閾値を越えると、軸受部１の焼き付きや剥離等の異常が生じたものと判定できるように構成されている。
【０００９】
ところで、前述のＶｔ、Ｒｔ、Ｒ１およびＶｓには、Ｖｔ＝（Ｒ１／（Ｒｔ＋Ｒ１））×Ｖｓといった関係式が成り立つ。それ故、出力電圧Ｖｔに対する制御ユニット１０３の感度を高める（換言すれば、１℃当たりの出力電圧Ｖｔの変化を大きくする）には、例えば、測定用電圧である供給電圧Ｖｓを大きくして、温度検出素子１０１に流れる電流を大きくすればよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の温度センサ装置にあっては、供給電圧Ｖｓが変動すると、温度検出素子１０１を介して得られる温度出力電圧Ｖｔも変動するため、精度の高い温度検出を行なうには、供給電圧Ｖｓが一定であることが必要となる。ところが、鉄道車両のように多数の軸受の温度を多数の温度検出素子を用いて数年に亘って判定する場合等においては、個々の温度検出素子に温度検出特性のバラツキがあることに加えて、経年変化によって供給電圧Ｖｓを一定に保つことが現実的に困難であるといった問題がある。一方、これに対し、多数の軸受温度を測定する場合に、それぞれの供給電圧を調整する方法も提案されているものの、その調整作業に労力と時間が掛かってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度検出素子に供給する測定用電圧が変動した場合においても、得られた温度出力電圧に基づいて精度の高い温度データを得ることができる温度センサ装置および温度センサ装置付き転動装置を得ることにある。更に、本発明は、精度の高い温度データを得るために高価な、高精度で且つ信頼性の高い定電圧電源を用意したり、定期的に必要となる供給電圧の調整作業を省いたりすることも目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の温度センサ装置は、請求項１に記載したように、
温度に応じて電気抵抗値が変化する温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路に測定用電圧を供給し、温度変化に応じて前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路から出力される温度出力電圧を検出することによって温度測定を行なう温度センサ装置であって、
前記温度出力電圧が前記測定用電圧に比例した出力となるように構成された回路を備え、当該回路がレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器を有し、前記測定用電圧または当該測定用電圧に比例した電圧が参照電圧として前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力され、当該レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器が前記温度出力電圧と前記参照電圧との比率に応じた測定温度データを出力することによって、前記測定用電圧が変動しても前記測定温度データが変動しないことを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の発明においては、測定用電圧に比例した温度出力電圧と、測定用電圧または前記測定用電圧に比例した電圧との比率を変換結果として出力するため、測定用電圧が変動しても前記Ａ／Ｄ変換器の出力データは変らず、従って、正確な温度測定を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の温度センサ装置は、請求項２に記載したように、請求項１に記載の温度センサ装置において、
前記参照電圧が、前記測定用電圧を固定抵抗器で分圧して得られる電圧値であることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、定電圧電源の測定用電圧を固定抵抗器で分圧することにより、その測定用電圧に比例した電圧を得ることができ、前記測定用電圧の変化にも拘らずこの電圧と温度出力電圧との比率に応じた温度測定値を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の温度センサ装置は、請求項３に記載したように、請求項１または請求項２に記載の温度センサ装置において、
前記温度検出素子が温度変化に応じて出力する前記温度出力電圧を、高周波ノイズをカットするローパスフィルタを介して前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力することを特徴としている。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、温度検出センサから得られる温度出力電圧が時間変化の遅い信号であり、この信号に重畳された高周波ノイズをローパスフィルタで除去することにより、高周波ノイズによる温度出力電圧への影響を回避でき、結果的に正確な温度測定値を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の温度センサ装置は、請求項４に記載したように、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の温度センサ装置において、
前記測定用電圧を供給する定電圧電源と前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器とを有する一組の制御ユニットを、複数の温度検出素子に対し切換え接続可能にしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、一つのレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器を用い、軸受装置、直動装置、等の転動装置においてマルチプレクサ等により切換えられる複数箇所の軸受部等の温度を、連続的にかつ速やかに測定することができる。
【００２０】
また、前述した目的を達成するために、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項５に記載したように、請求項１の温度センサ装置と、軸受部と、を備えた温度センサ装置付き転動装置であって、
前記軸受部の温度に応じて電気抵抗値が変化する前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路に前記測定用電圧を供給し、温度変化に応じて前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路から出力される前記温度出力電圧を検出することによって前記温度測定を行なうことを特徴としている。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、温度出力電圧と、測定用電圧または前記測定用電圧に比例した電圧との比率を変換結果として出力するため、測定用電圧が変動しても前記Ａ／Ｄ変換器の出力データが変らず、従って軸受部の正確な温度測定を実現できる。
【００２２】
また、前述した目的を達成するために、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項６に記載したように、
軸受部および当該軸受部の温度を測定するための温度センサ装置を有する温度センサ装置付き転動装置であって、
前記温度センサ装置が、前記軸受部の回転速度を検出するための回転速度検出素子および前記軸受部の振動の大きさを検出するための振動検出素子の少なくとも一方を備えており、
前記回転検出素子の回転速度によって得られた電気信号および／または前記振動検出素子の振動検出によって得られた電気信号を基に、前記軸受部の動作状況を判定し、該判定した軸受部の動作状況に応じて前記温度検出素子による温度測定タイミングおよび温度測定周期を動的に変化させることを特徴としている。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、軸受部の回転速度の変化が小さいときや軸受部の振動の変化が小さいときは、異常診断において重要度が低いため、温度センサ装置によって温度測定動作が適当に長い周期で行なわれるようにし、そして軸受部の回転速度の変化が大きいときや軸受部の振動の変化が大きいときは、異常診断において重要度が高いため、温度センサ装置によって温度測定動作が適当に短い周期で行なわれるようにすることができる。このように、回転検出素子を用いた軸受部動作状況判定動作および／または振動検出素子を用いた軸受部動作状況判定動作と、温度検出素子を用いた温度測定動作と、を連動させることで、温度センサ装置による軸受部のための高精度な異常監視動作を実現できる。
【００２４】
また、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項７に記載したように、請求項５または請求項６に記載した温度センサ装置付き転動装置において、
前記温度センサ装置付き転動装置は、軸が回転自在に支持される前記軸受部を備えた転がり軸受装置であることを特徴としている。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、転動装置が転がり軸受装置であるので、当該転がり軸受装置の軸受部のための高精度な異常監視を実現できる。
【００２６】
また、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項８に記載したように、請求項５または請求項６に記載した温度センサ装置付き転動装置において、
前記温度センサ装置付き転動装置は、直動運動する軸が支持される前記軸受部を備えた直動装置または前記軸に沿って移動する前記軸受部を備えた直動装置であることを特徴としている。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、転動装置が直動装置であるので、当該直動装置の軸受部のための高精度な異常監視を実現できる。
【００２８】
また、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項９に記載したように、請求項５から請求項８のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置において、
前記参照電圧が、前記測定用電圧を固定抵抗器で分圧して得られる電圧値であることを特徴としている。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、定電圧電源の測定用電圧を固定抵抗器で分圧することにより、その測定用電圧に比例した電圧を得ることができ、前記測定用電圧の変化にも拘らずこの電圧と温度出力電圧との比率に応じた軸受部の温度測定値を得ることができる。
【００３０】
また、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項１０に記載したように、請求項５から請求項９のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置において、
前記温度検出素子が温度変化に応じて出力する前記温度出力電圧を、高周波ノイズをカットするローパスフィルタを介して前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力することを特徴としている。
【００３１】
請求項１０に記載の発明によれば、温度検出センサから得られる温度出力電圧が時間変化の遅い信号であり、この信号に重畳された高周波ノイズをローパスフィルタ除去することにより、高周波ノイズによる温度出力電圧への影響を回避でき、結果的に軸受部における正確な温度測定値を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の温度センサ装置付き転動装置は、請求項１１に記載したように、請求項５から請求項１０のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置において、
前記測定用電圧を供給する定電圧電源と前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器とを有する一組の制御ユニットを、複数の温度検出素子に対し切換え接続可能にしたことを特徴としている。
【００３３】
請求項１１に記載の発明によれば、一つのレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器を用い、軸受装置、直動装置、等の転動装置においてマルチプレクサ等により切換えられる複数箇所の軸受部等の温度を、連続的にかつ速やかに測定することができる。
【００３４】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明の実施の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複数の好適な実施形態を図面に基づき詳細に説明する。尚、本発明の各実施形態において、既に図８を参照して説明された構成要素と同様なものについては同一符号を付して説明を簡略化または省略する。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の第１実施形態のシステムブロック図である。図１に示されるように、温度センサ装置１３０は、温度検出素子１０１を内蔵したセンサユニット１００と、制御ユニット１２０と、を備える。センサユニット１００は、その温度検出素子１０１が転動装置Ｘの軸受部１上または近傍に配置されるように、転動装置Ｘのハウジング６に取付けられている。温度センサ装置１３０では、センサユニット１００がケーブル１０２により制御ユニット１２０と電気的に接続されている。
【００３７】
制御ユニット１２０は、測定用電圧としての供給電圧Ｖｓを温度検出素子１０１に印加する定電圧電源１２１と、温度検出素子１０１を介し、温度出力電圧Ｖｔを得る抵抗器１０４と、前記供給電圧Ｖｓと前記温度出力電圧Ｖｔとの比率に応じた測定温度データを出力するレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５と、前記測定温度データを温度情報に変換し、その温度が所定の閾値を超えると、軸受部１の焼き付きや剥離等の異常が生じたものと判定する機能を有するマイクロコンピュータと、を備えている。従って、温度センサ装置１３０は、軸受部１の動作状況を表示器（不図示）で表示したり、警報器（不図示）で警報したりすることができる構成となっている。
【００３８】
前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５は、参照電圧入力用の端子（即ち、図１に示される『ＶＲＥＦＩＮ端子』）を有し、測定用電圧としての前記供給電圧Ｖｓを参照電圧としてこの端子に受け、この参照電圧が変動すると、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５においては、Ａ／Ｄ変換の１ビット当たりの電圧値もこの参照電圧に比例して変わる。従って、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５の入力信号電圧が参照電圧に比例して変動する場合には、参照電圧が変動してもレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５の変換結果である出力データ（即ち、ディジタルデータ）は変わらない。（即ち、換言すれば、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５が入力信号電圧と参照電圧の比率を出力するということである。）ここで、第１実施形態の温度出力電圧Ｖｔは、後述するように、供給電圧Ｖｓ（参照電圧）に比例しているので、供給電圧Ｖｓ（参照電圧）が変動しても精度良く温度測定をすることができる。
【００３９】
前記定電圧電源１２１は特別精度が高いものを用意する必要はなく、従って、通常使用可能な安価なものを使用できる。また、測定が長期間に亘り供給電圧が変動した場合でも、定期的にその供給電圧Ｖｓを調整する等のメンテナンスも不要である。前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５で求めた前記比率によって正確な温度出力電圧値が得られるからである。
【００４０】
尚、前記温度検出素子としては温度によって抵抗値が変化するサーミスタ、シリコンサーミスタ、測温抵抗体、金属箔抵抗器、等が使用され、これが測定用電圧である前記供給電圧Ｖｓを受けて温度出力電圧Ｖｔを出力する。
【００４１】
この温度センサ装置では、温度検出素子１０１は定電圧電源１２１からの供給電圧Ｖｓを受けて、軸受部１の温度を検出しており、検出した温度に応じた温度出力電圧Ｖｔが抵抗１０４端に得られる。このとき、温度検出素子の抵抗値をＲｔ、温度出力電圧Ｖｔを検出する固定抵抗器の抵抗値をＲ１とすると、Ｖｔ＝（Ｒ１／（Ｒｔ＋Ｒ１））×Ｖｓとなり、このＶｔから前記軸受部１の温度の演算が可能になる。また、前記供給電圧Ｖｓはレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５の参照電圧の端子（ＶＲＥＦＩＮ端子）に入力され、温度出力電圧Ｖｔはレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５の信号入力端子ＩＮ１に入力され、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５はこれら両電圧の比率Ｖｔ／Ｖｓを変換結果として出力する。
【００４２】
温度出力電圧Ｖｔは供給電圧Ｖｓと比例しているので、温度検出素子１０１による検出温度情報が供給電圧の変化に影響されない値を示すことになる。また、このようにして得られた前記比率に応じた検出温度情報はマイクロコンピュータ１０６に入力される。マイクロコンピュータ１０６ではその検出温度情報のリニアライズ処理を行なった上でこれを温度値に変換し、その温度が予め設定された閾値を超えるか否かを調べ、その閾値を超えた場合には、例えば軸受部１の焼き付きや剥離が発生したと判定して、図示しない警報器や表示器を用いて、警報を発生したり、軸受部１の状況を表示したりする。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態は温度出力電圧Ｖｔを得るための別の回路例である。図２はこの回路例を示し、センサユニット１００Ａに設けた固定抵抗器１０７（抵抗値Ｒ２）を温度検出素子１０１に対し直列接続し、これらの固定抵抗器１０７と温度検出素子１０１との接続点から温度出力電圧Ｖｔを取り出すようにしている。ここで、温度出力電圧Ｖｔ＝（Ｒｔ／（Ｒｔ＋Ｒ２））×Ｖｓであり、測定用電圧である供給電圧Ｖｓ（参照電圧）に比例している。温度出力電圧Ｖｔはレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５Ａによって、温度出力電圧Ｖｔと供給電圧Ｖｓ（参照電圧）の比率（即ち、Ｖｔ／Ｖｓ）に応じた温度出力データに変換されて出力されるため、第１実施形態と同様に、供給電圧Ｖｓの変動によって変動しない。この温度出力データはマイクロコンピュータ１０６に出力される。マイクロコンピュータ１０６ではその検出温度情報のリニアライズ処理を行なった上でこれを温度値に変換し、その温度が予め設定された閾値を超えるか否かを調べ、その閾値を超えた場合には、例えば軸受部１の焼き付きや剥離が発生したと判定して、警報器や表示器（いずれも不図示）を用いて、警報を発生したり、軸受部１の状況を表示したりする。尚、センサユニット１００Ａおよび制御ユニット１２０Ａは本実施形態の温度センサ装置１３０Ａを構成している。ケーブル１０２Ａはケーブル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃからなる。
【００４４】
（第３実施形態）
図３は温度センサ装置の第３実施形態を示す。この温度センサ装置１３０Ｂはセンサユニット１００Ｂと、制御ユニット１２０Ｂと、を備え、温度検出素子１０１に対し固定抵抗１０８（抵抗値Ｒ３）を並列接続し、更にこれらの温度検出素子１０１および固定抵抗１０４とレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５との間にローパスフィルタ１０９を接続したものである。この第３実施形態では、測定用電圧である供給電圧Ｖｓを受けて温度検出する温度検出素子１０１が固定抵抗器１０４端に発生する温度出力電圧Ｖｔを、前記ローパスフィルタ１０９を介してレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５に供給している。ここで、温度検出素子１０１（Ｒｔ）と固定抵抗１０８（Ｒ３）の合成抵抗値をＲｔｔとすると、温度出力電圧Ｖｔ＝（Ｒ１／（Ｒｔｔ＋Ｒ１））×Ｖｓであり、測定用電圧である供給電圧Ｖｓ（参照電圧）に比例している。また、温度出力電圧Ｖｔはローパスフィルタでノイズ等の高周波成分のみが除去され、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５に入力される。レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５に入力される温度出力電圧Ｖｔは、供給電圧Ｖｓ（参照電圧）に比例しているため、第１実施形態ならびに第２実施形態と同様に、供給電圧Ｖｓの変動によって変動しない温度出力データが得られる。
【００４５】
温度出力電圧Ｖｔは前記温度検出素子１０１による検出温度変化に対応して得られる電圧であり、従って基本的に時間変化が遅い信号である。そこで、この時間変化の遅い信号に混入または重畳した高周波領域のノイズ成分を除去するための前記ローパスフィルタ１０９を設けて、その時間変化の遅い信号を高い精度で取り出している。これにより、前記供給電圧Ｖｓと温度出力電圧Ｖｔとの更に高精度なレシオメトリック処理を実現できる。
【００４６】
また、前記センサユニット１００Ｂに回転検出素子や振動検出素子を内蔵させれば、軸受の温度と合わせ、軸の回転速度や軸受の振動値を知ることができ、これにより軸受の異常をより正確に判断することができる。更に、温度検出素子１０１は転がり軸受装置だけでなく、直動装置等の転動装置の運転状態を検知するためにも使用される。
【００４７】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態である温度センサ装置付き転動装置２００の構成図である。この温度センサ装置付き転動装置２００は前述した直動装置である。このように、本発明は、ボールねじ、リニアガイド、等のように直動運動する軸を支持する軸受部を備えた直動装置にも適用できる。図４は、ＣＮＣ工作機械等の軸受部であるボールねじのナット部２０１に前述のセンサユニット１００を取付けた構造を例示している。
【００４８】
この場合もボールねじのナット部２０１に、例えば図１に示すようなセンサユニット１００を取付けて、当該センサユニット１００を前述した制御ユニット１２０とケーブル１０２を介して接続する構成を採れば、ボールねじのナット部２０１の剥離等の異常を検知することが可能となる。尚、センサユニット１００の取付部位はボールねじのナット部２０１に限らず、雄ねじを単純支持側でサポートしているサポートユニット部２１０や固定側でサポートしているサポートユニット部２２０の軸受部等に取付けても有効である。
【００４９】
また、図示はしていないが、リニアガイドの場合も、リニアガイドの可動部やレールにセンサユニット１００を取付けて、当該センサユニット１００を前述した制御ユニット１０３とケーブル１０２を介して接続する構成を採れば、同様に剥離等の異常を検知することが可能となる。尚、図４において、符号２３０はロックナット、符号２４０はカップリング、符号２５０は駆動モータ、そして符号２６０はモータ取付け金具である。
【００５０】
また、センサユニット１００に前述のように回転検出素子および／または振動検出素子を内蔵させて使用してもよい。例えばセンサユニット１００に回転検出素子を設けた場合、回転速度に応じて軸受部の異常判定のための温度の閾値を変更したりする等の方法を用いれば、更に高い精度で軸受部の異常判定を行なうことができる。また、例えばセンサユニット１００に振動検出素子を設けた場合、振動の大きさと温度変化状況の両方を判断材料として軸受部の異常を判断する等の方法を用いれば、更に高い精度で軸受部の異常判定を行なうことができる。
【００５１】
また、例えば回転検出素子と振動検出素子の両方をセンサユニット１００に設けた場合には、回転速度と振動の大きさの両方を判断材料として軸受部の異常を判断することができるので、更に望ましい。更に、以下の変形例で述べるような方法を用いれば、回転検出素子を用いた軸受部動作状況判定動作および／または振動検出素子を用いた軸受部動作状況判定動作と、温度検出素子を用いた温度測定動作と、を連動させることで、温度センサ装置による軸受部のための高精度な異常監視動作を実現できる。
【００５２】
（変形例）
図５は、本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の変形例を示す図である。この変形例は、第１実施形態〜第４実施形態各々の変形例であり、より詳細には各実施形態におけるセンサユニット１００、１００Ａ、１００Ｂに回転検出素子１８０および／または振動検出素子１９０を更に設けたものである。
【００５３】
即ち、この変形例では、温度センサ装置が、軸受部の回転速度を検出するための回転検出素子１８０および軸受部の振動の大きさを検出するための振動検出素子１９０の少なくとも一方を更に備えている。例えば、制御ユニット１２０は、回転検出素子１８０の回転速度検出によって得られた電気信号および／または振動検出素子１９０の振動検出によって得られた電気信号を基に軸受部の動作状況を判定し、当該判定した軸受部の動作状況に応じて温度検出素子１０１による温度測定タイミングおよび温度測定周期を動的に変化させる。よって、軸受部の回転速度の変化が小さいときや軸受部の振動の変化が小さいときは、異常診断において重要度が低いため、温度センサ装置によって温度測定動作が適当に長い周期（例えば、１０分間隔）で行なわれるようにし、そして軸受部の回転速度の変化が大きいときや軸受部の振動の変化が大きいときは、異常診断において重要度が高いため、温度センサ装置によって温度測定動作が適当に短い周期（例えば、１０秒間隔）で行なわれるようにすることができる。このように、回転検出素子１８０を用いた軸受部動作状況判定動作および／または振動検出素子１９０を用いた軸受部動作状況判定動作と、温度検出素子１０１を用いた温度測定動作と、を連動させることで、温度センサ装置による軸受部のための高精度な異常監視動作を実現できる。
【００５４】
例えば、鉄道車両の車軸用軸受装置、工作機械のスピンドル用軸受装置、直動装置、等の転動装置では、その軸受部の回転速度や作動速度を測定して、それらの測定値を軸受部からの検出温度と関連付けることによって、当該検出温度を基に軸受部が異常か正常かの判断をすることも可能である。また、回転速度を基に稼働装置の起動時および停止時は軸受部の温度を短い周期で測定し、定常運転に入った段階で長い周期の温度測定を行なうように設定してもよい。これは、例えば、鉄道車両の車軸用軸受装置に例をとると、発進時（起動時）および停止時に占める時間の割合が定常運転時に比較すれば僅かであるからである。定常運転時のトラブルは経時変化的なものが支配的なのに対して、起動時や停止時のように回転状態が大きく変化する場合には経時変化以外の要因でトラブルになる可能性が大きい。このことは、航空機が離着陸時に最もトラブルを起こし易いことからも裏付けられる。また、定常運転時の軸受部温度の変化が比較的小さいのに対して、起動時と停止時は回転速度の変化に伴って軸受部の温度が大きく変化する。それ故、定格運転時は長い周期で温度を測定してもかなりの確率で異常検知が可能であるのに対して、起動時や停止時には瞬間的な変動が発生しやすいため、短い周期で温度測定を実施した方が安全である。長い周期で温度測定すべきか若しくは短い周期で温度測定すべきかについては軸受部の回転速度から判断することができる。尚、回転速度と振動とは略比例するので、振動検出素子を用いて測定した振動値を回転速度値の代わりに用いることもできる。また、回転角速度は振動に略比例するので、振動検出素子を用いて測定した振動の変化（振動値そのものでは無い）が小さい時は長い周期の温度測定を行ない、振動の変化が大きい時は短い周期の温度測定を行なうように動的な設定をするとよい。
【００５５】
尚、本発明は、前述した各実施形態および変形例に限定されるものではなく適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した各実施形態および変形例における各構成要素の材質、形状、寸法、形態、数、配置個所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００５６】
例えば、前述した第１実施形態から第３実施形態に係る軸受部１では、内輪２を回転軌道輪とし、外輪３を固定軌道輪としているが、外輪３を回転軌道輪とし、内輪２を固定軌道輪としてもよい。また、前述した第１実施形態から第３実施形態に係る軸受部１は複数の転動体４が内輪２と外輪３との間で周方向に転動自在に配設されたものであり、転動体４として玉ではなくころが用いられる場合は、保持器（不図示）を省略してもよい。
【００５７】
また、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５を持つ前記制御ユニット１２０、１２０Ａ、１２０Ｂの一つを複数の温度検出素子１０１に対して、マルチプレクサ等を用いて選択的に切換え接続することで、軸受装置、直動装置等の転動装置において、複数箇所の軸受部等の温度を個別に連続的かつ迅速に測定することができる。また、前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器１０５、１０５Ａは制御ユニット１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ内に設置した場合を示したが、前記センサユニット１００、１００Ａ、１００Ｂ内に設置したり、或いはマイクロコンピュータ１０６内に一体に組み込んでもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、温度出力電圧が、測定用電圧に比例した出力となるように温度検出素子を用いて回路を構成し、測定用電圧または当該測定用電圧に比例した電圧を、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器の参照電圧として入力し、レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器が温度出力電圧と参照電圧との比率に応じた温度測定データを出力するため、前記測定用電圧が変動しても温度測定データが変動しない。従って、正確な温度測定を高価な、高精度で信頼性の高い定電圧電源を使用したり、定期的な測定用電圧の調整をしたりせずに、行なうことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の第１実施形態を示すシステムブロック図である。
【図２】本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の第２実施形態を示すシステムブロック図である。
【図３】本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の第３実施形態を示すシステムブロック図である。
【図４】本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の第４実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明に係る温度センサ装置付き転動装置の変形例を示す概念図である。
【図６】従来の温度センサ装置付き転動装置を示す断面図である。
【図７】従来の他の温度センサ装置付き転動装置を示す断面図である。
【図８】従来の温度センサ装置付き転動装置のシステムブロックの一例を示す図である。
【符号の説明】
１軸受部
１０１温度検出素子
１０５レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器
１０７固定抵抗器
１０８固定抵抗器
１０９ローパスフィルタ
１２１定電圧電源

Claims

温度に応じて電気抵抗値が変化する温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路に測定用電圧を供給し、温度変化に応じて前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路から出力される温度出力電圧を検出することによって温度測定を行なう温度センサ装置であって、
前記温度出力電圧が前記測定用電圧に比例した出力となるように構成された回路を備え、当該回路がレシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器を有し、前記測定用電圧または当該測定用電圧に比例した電圧が参照電圧として前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力され、当該レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器が前記温度出力電圧と前記参照電圧との比率に応じた測定温度データを出力することによって、前記測定用電圧が変動しても前記測定温度データが変動しないことを特徴とする温度センサ装置。
前記参照電圧が、前記測定用電圧を固定抵抗器で分圧して得られる電圧値であることを特徴とする請求項１に記載した温度センサ装置。
前記温度検出素子が温度変化に応じて出力する前記温度出力電圧を、高周波ノイズをカットするローパスフィルタを介して前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載した温度センサ装置。
前記測定用電圧を供給する定電圧電源と前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器とを有する一組の制御ユニットを、複数の温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路に対し切換え接続可能にしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載した温度センサ装置。
請求項１の温度センサ装置と、軸受部と、を備えた温度センサ装置付き転動装置であって、
前記軸受部の温度に応じて電気抵抗値が変化する前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路に前記測定用電圧を供給し、温度変化に応じて前記温度検出素子または当該温度検出素子を含む回路から出力される前記温度出力電圧を検出することによって前記温度測定を行なうことを特徴とする温度センサ装置付き転動装置。
軸受部および当該軸受部の温度を測定するための温度センサ装置を有する温度センサ装置付き転動装置であって、
前記温度センサ装置が、前記軸受部の回転速度を検出するための回転速度検出素子および前記軸受部の振動の大きさを検出するための振動検出素子の少なくとも一方を備えており、
前記回転検出素子の回転速度によって得られた電気信号および／または前記振動検出素子の振動検出によって得られた電気信号を基に、前記軸受部の動作状況を判定し、該判定した軸受部の動作状況に応じて前記温度検出素子による温度測定タイミングおよび温度測定周期を動的に変化させることを特徴とする温度センサ装置付き転動装置。
前記温度センサ装置付き転動装置は、軸が回転自在に支持される前記軸受部を備えた転がり軸受装置であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載した温度センサ装置付き転動装置。
前記温度センサ装置付き転動装置は、直動運動する軸が支持される前記軸受部を備えた直動装置または前記軸に沿って移動する前記軸受部を備えた直動装置であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載した温度センサ装置付き転動装置。
前記参照電圧が、前記測定用電圧を固定抵抗器で分圧して得られる電圧値であることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置。
前記温度検出素子が温度変化に応じて出力する前記温度出力電圧を、高周波ノイズをカットするローパスフィルタを介して前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器に入力することを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置。
前記測定用電圧を供給する定電圧電源と前記レシオメトリック動作可能なＡ／Ｄ変換器とを有する一組の制御ユニットを、複数の温度検出素子に対し切換え接続可能にしたことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか一つに記載した温度センサ装置付き転動装置。