JP4033334B2

JP4033334B2 - 油膜厚さ測定装置付き軸受

Info

Publication number: JP4033334B2
Application number: JP2002051465A
Authority: JP
Inventors: 圭中山; 武司片桐; 裕岡本; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US20030160973A1; US7126677B2; JP2003247812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すべり面に形成される油膜の厚さを測定する油膜厚さ測定装置を備えた油膜厚さ測定装置付き軸受に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、例えば軸受のすべり面に形成される油膜の厚さを測定する方法としては、静電容量式や渦電流式等がある。しかしながら、これらの方法では、変位の測定精度は高いが、０点（原点）がドリフトしてしまうという欠点があり、油膜厚さの絶対値を測定するものではなかった。
【０００３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、油膜厚さの絶対値を測定することが可能な油膜厚さ測定装置付き軸受を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、所定波長の蛍光を発する蛍光剤を混入させた潤滑油の油膜を介して軸を受けるとともにセンサ取付部が設けられた軸受本体と、この軸受本体のすべり面に形成される前記油膜の厚さを測定するための油膜厚さ測定装置とを備えたものであって、前記油膜厚さ測定装置は、前記蛍光の波長とは異なる波長のレーザ光を発するレーザ光発生手段と、一端部が前記センサ取付部に接続され、往路用と復路用を共用化した共用光ファイバと、一端部が前記共用光ファイバに光ファイバカプラを介して接続され、前記レーザ光発生手段から発せられたレーザ光を、前記光ファイバカプラ及び前記共用光ファイバを介して前記軸受本体の前記すべり面における油膜に対して照射する往路用光ファイバと、一端部が前記共用光ファイバに前記光ファイバカプラを介して接続され、前記レーザ光の照射に基づき前記油膜中の蛍光剤にて発せられた蛍光を、前記共用光ファイバ及び前記光ファイバカプラを介して受け入れて外部へ導く復路用光ファイバと、前記復路用光ファイバを通った蛍光の強度を検知する蛍光強度検知手段と、この蛍光強度検知手段の入り口側に設けられ、前記蛍光に対応する波長以外の光の通過を遮断する光学フィルタとを具備し、前記蛍光強度検知手段の検知結果に基づき前記すべり面における油膜の厚さを測定する構成であることを特徴とする。
【０００５】
上記した構成において、すべり面に形成される油膜の厚さを測定する場合、油膜厚さ測定装置のレーザ光発生手段からレーザ光が発せられる。すると、そのレーザ光は、往路用光ファイバ、光ファイバカプラ及び共用光ファイバを通して軸受本体のすべり面における油膜に対して照射され、その照射に基づき、油膜中の蛍光剤にて蛍光が発せられるようになる。蛍光剤にて発せられた蛍光は、共用光ファイバ、光ファイバカプラ及び復路用光ファイバを通して蛍光強度検知手段に導かれ、この蛍光強度検知手段により、復路用光ファイバを通った蛍光の強度が検知される。
【０００６】
このとき、油膜の厚さと油膜中の蛍光剤の量とが比例し、蛍光剤から発せられる蛍光強度もそれに比例することになる。従って、その蛍光強度を検知する蛍光強度検知手段の検知結果に基づいて油膜の厚さの絶対値を測定することが可能となる。このような構成の軸受によれば、この結果を、軸受の保守・点検等に利用することができる。
【０００７】
また、上記したものによれば、センサ部分に光ファイバを用いているので、センサ取付部の取付スペースが小さくてすみ、また、取り付け位置の自由度が高い。さらには、光による伝達であるため、電気ノイズに影響されない利点もある。また、蛍光強度検知手段の入り口側に光学フィルタを設けていて、この光学フィルタにより、蛍光に対応する波長以外の光の通過がカットされるので、蛍光強度検知手段には蛍光剤にて発せられた蛍光のみが入射するようになり、蛍光強度を良好に検知することができ、ひいては油膜厚さを極力正確に測定することが可能となる。
【０００８】
往路用光ファイバと復路用光ファイバを、センサ取付部付近で１本の共用光ファイバにより共用化していて、センサ取付部には１本の共用光ファイバを接続すればよいため、そのセンサ取付部を一層小さくすることが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、軸受本体はセンサ取付部を複数箇所に有していて、油膜厚さ測定装置は、前記センサ取付部に接続される共用光ファイバ、並びにこれに接続される往路用光ファイバ及び復路用光ファイバを複数組有していることを特徴とする。
これによれば、軸受本体の複数箇所の油膜厚さを測定することが可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、上記請求項２の発明において、センサ取付部は、軸受本体の軸方向の複数箇所に設けられていることを特徴とする。
これによれば、軸受本体と軸との傾き状態を検出することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
まず、油膜厚さ測定装置の測定原理について、図５を参照して説明する。図５（ａ）において、油膜厚さ測定装置１は、レーザ光発生手段を構成するレーザ光発生器２と、往路用光ファイバ３と、復路用光ファイバ４と、往路用光ファイバと復路用光ファイバとを共用化した共用光ファイバ５と、これら往路用光ファイバ３と復路用光ファイバ４と共用光ファイバ５とをＹ字状に接続した光ファイバカプラ６と、蛍光強度検知手段を構成する光電子増倍管７と、この光電子増倍管７の入り口側に設けられた光学フィルタ８とから構成されている。
【００１３】
上記レーザ光発生器２は、この場合Ｈｅ−Ｃｄレーザ発生器であり、波長が４４２ｎｍのレーザ光を発する。光学フィルタ８は、後述する蛍光の波長である５００ｎｍに対して±１０ｎｍの光のみを通過させ、それ以外の光の通過を遮断する５００ｎｍのバンドパスフィルタである。光電子増倍管７は、この光学フィルタ８を通過した光の強度を検知する。上記各光ファイバ３，４，５は、コアの直径が５０μｍのものである。これらのうち共用光ファイバ５の先端部をセンサ部５ａとしている。
【００１４】
一方、測定対象となる潤滑油には、予め蛍光剤を混入させておく。蛍光剤としては、例えばクマリン５４０（商品名）を用いる。この蛍光剤は、最大蛍光波長５００ｎｍの蛍光を発する。潤滑油中の蛍光剤の濃度は、５×１０^−４ｍｏｌ／ｌとする。この蛍光剤入りの潤滑油を２枚の金属板９，９間に挟み、これら金属板９，９間に油膜１０を形成する。２枚の金属板９のうち図中上側の金属板９には、厚さ方向に貫通する貫通孔からなるセンサ取付部１１(図５(ｂ)参照)が形成されていて、このセンサ取付部１１に、上記共用光ファイバ５のセンサ部５ａを挿入接続している。
【００１５】
上記構成において、油膜１０の厚さを測定する場合には、レーザ光発生器２から波長が４４２ｎｍのレーザ光Ａを発する。すると、そのレーザ光Ａは、矢印で示すように、往路用光ファイバ３、光ファイバカプラ６、及び共用光ファイバ５を通り、センサ部５ａから油膜１０に対して照射される(図５(ｂ)参照)。そのレーザ光Ａの照射に基づき、油膜１０中の蛍光剤にて蛍光Ｂが発せられるようになる。その蛍光Ｂは、矢印で示すように、共用光ファイバ５、光ファイバカプラ６、復路用光ファイバ４、及び光学フィルタ８を通して光電子増倍管７に導かれる。
【００１６】
このとき、レーザ光Ａのうち、図５（ａ）の経路▲１▼に示すように、測定面（油膜１０の表面）で反射したものと、経路▲２▼で示すように、光ファイバカプラ６で反射したものも、不必要な光として光電子増倍管７側へ向かうようになる。しかしながら、光電子増倍管７の入り口側には、５００ｎｍのバンドパスフィルタからなる光学フィルタ８が設けられているため、蛍光Ｂの波長５００ｎｍに対して±１０ｎｍの光のみが光学フィルタ８を通過して光電子増倍管７に導かれ、その波長から外れた光であるレーザ光Ａは当該光学フィルタ８を通過することが遮断される。この結果、光電子増倍管７により、光学フィルタ８を通過した蛍光Ｂのみの強度が検知される。
【００１７】
ここで、上記油膜１０の厚さと油膜１０中の蛍光剤の量とが比例し、蛍光剤から発せられる蛍光Ｂの強度もそれに比例することになる。従って、光電子増倍管７により、油膜１０厚さに応じた蛍光Ｂ強度のみを計測することで、油膜１０の厚さの絶対値を測定することが可能となる。
【００１８】
次に、検定方法について、図６及び図７を参照して説明する。図６に示すように、２枚の金属板９，９間に０μｍ〜１００μｍの各油膜厚さを作り出し、そのとき光電子増倍管７から出力される電圧値を検定値として用いた。各油膜厚さは、シックネスシート１２やめっきを用いて作成した。図７に検定結果を示す。従って、この図７のデータを用いることで、光電子増倍管７の出力から油膜厚さの絶対値を測定することが可能となる。
【００１９】
さて、図１には、本発明の油膜厚さ測定装置１５を備えた軸受１６が示されており、以下これについて説明する。なお、油膜厚さ測定装置１５において、上記油膜厚さ測定装置１と同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００２０】
油膜厚さ測定装置１５において、レーザ光発生器２に接続された１本の往路用光ファイバ３を、３個の光ファイバカプラ６を用いて４本の往路用光ファイバ３に分岐させ、これら４本の往路用光ファイバ３に、それぞれ光ファイバカプラ６を介して共用光ファイバ５を接続している。共用光ファイバ５が接続された４個の各光ファイバカプラ６には、復路用光ファイバ４が接続されていて、これら各復路用光ファイバ４に、光学フィルタ８を介して光電子増倍管７が接続されている。
【００２１】
一方、軸受１６は、半円筒状をなす半割軸受にて構成されている。この軸受１６の軸受本体１７には、軸方向(軸受本体１７の幅方向)の４箇所にセンサ取付部１８ａ〜１８ｄが形成されていて、これら各センサ取付部１８ａ〜１８ｄに、上記共用光ファイバ５のセンサ部が挿入接続されている。この場合、４箇所のセンサ取付部１８ａ〜１８ｄのうち、１８ａと１８ｄは軸方向の左端部及び右端部に配置され、１８ｃは軸方向中央部に配置され、残りの１８ｂは左端部と中央部との間に配置されている。
【００２２】
上記構成において、１箇所のレーザ光発生器２から発せられたレーザ光Ａは、４本の往路用光ファイバ３に分岐された後、４本の共用光ファイバ５の各センサ部５ａから油膜に照射されるようになる。また、油膜中の蛍光剤にて発せられた蛍光Ｂは、各共用光ファイバ５及び復路用光ファイバ４を通り、各光電子増倍管７に導かれ、これら各光電子増倍管７により、各測定点（各センサ取付部１８ａ〜１８ｄ）
における油膜の厚さを測定することが可能である。
【００２３】
図２（ａ）には、上記軸受１６を、試験装置２０に適用した例が示されている。軸受１６は、半割軸受を２個突き合わせて円筒状に構成され、コンロッド２１の内周部に配置されている。この軸受１６に軸２２が挿通されていて、軸２２は、軸方向両側において玉軸受２３により回転自在に支持されている。コンロッド２１の下方には荷重位置調整用のピストン２４が配置されていて、油圧による荷重Ｆが、ピストン２４及びコンロッド２１を介して軸受１６に与えられる構成となっている。そして、軸受１６における軸受本体１７のすべり面となる内周面と軸２２との間には上記蛍光剤入りの潤滑油が供給され、軸２２は、その潤滑油の油膜を介して軸受本体１７に受けられる。軸受本体１７におけるセンサ取付部１８ａ〜１８ｄは、図中最下部に配置されていて、軸方向両端部のセンサ取付部１８ａ，１８ｄと、軸方向中央部のセンサ取付部１８ｃとの３箇所で油膜厚さを測定する構成としている。
【００２４】
図２，３，４に試験結果を示している。この試験において、軸受本体１７に加える荷重Ｆは２５０Ｎと５００Ｎとした。図２は、軸２２に対して軸受本体１７がほぼ平行の場合であり、この場合には、（ｂ）に示すように、油膜の厚さは、左右両端部と中央部とでほぼ同じとなっていることがわかる。図３は、軸２２に対して軸受本体１７が右下がりに傾斜した場合であり、この場合には、（ｂ）に示すように、油膜の厚さは、右側の端部から左側の端部へ向かうに従って薄くなっていることがわかる。図４は、軸２２に対して軸受本体１７が左下がりに傾斜した場合であり、この場合には、（ｂ）に示すように、油膜の厚さは、左側の端部から右側の端部へ向かうに従って薄くなっていることがわかる。
【００２５】
上記した実施例によれば、次のような効果を得ることができる。
軸受１６が備えた油膜厚さ測定装置１５は、軸受本体１７のすべり面に形成される油膜の厚さの絶対値を測定することができ、この結果を軸受１６の保守・点検等に利用することができるようになる。
【００２６】
油膜厚さ測定装置１５は、センサ部分に光ファイバを用いているので、軸受本体１７におけるセンサ取付部１８ａ〜１８ｄの取付スペースが小さくてすみ、また、取り付け位置の自由度が高い。さらには、光による伝達であるため、電気ノイズに影響されない利点もある。
【００２７】
往路用光ファイバ３と復路用光ファイバ４は、各センサ取付部１８ａ〜１８ｄ付近において、それぞれ１本の共用光ファイバ５により共用化しているので、各センサ取付部１８ａ〜１８ｄにはそれぞれ１本の共用光ファイバ５を接続すればよく、各センサ取付部１８ａ〜１８ｄとしては、２本の光ファイバを接続する場合に比べて小さくすることができる。
【００２８】
各光電子増倍管７の入り口側には蛍光Ｂに対応する波長以外の光の通過を遮断する光学フィルタ８を設けているので、光電子増倍管７には油膜中の蛍光剤にて発せられた蛍光Ｂのみが入射するようになり、蛍光強度を良好に検知することができ、ひいては油膜厚さを極力正確に測定することが可能となる。
【００２９】
軸受本体１７の軸方向の複数箇所にセンサ取付部１８ａ〜１８ｄを設け、これら各センサ取付部１８ａ〜１８ｄにおいて油膜厚さの測定が可能な構成であるから、軸受本体１７と軸２２との傾き状態を検出することが可能となり、その結果を軸受１６の保守・点検に利用することが可能となる。
【００３０】
１台のレーザ光発生器２から発せられるレーザ光を複数本に分岐させ、複数箇所の油膜厚さを同時に測定することができる構成としているので、複数箇所の測定が可能なものでありながら、構成をコンパクト化できる。
【００３１】
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
センサ取付部１８ａ〜１８ｄは、軸受本体１７の軸方向に設けることに代えて、軸受本体１７の円周方向に設ける構成としてもよい。
センサ取付部は、軸受本体１７に１箇所のみでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す全体の構成図
【図２】軸に対して軸受本体がほぼ平行な状態での使用例を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は油膜厚さの測定結果を示す図
【図３】軸に対して軸受本体が右下がりに傾斜した状態での使用例を示す図２相当図
【図４】軸に対して軸受本体が左下がりに傾斜した状態での使用例を示す図２相当図
【図５】油膜厚さ測定装置の測定原理を示すもので、（ａ）は全体の構成図、（ｂ）は（ａ）におけるＳ部分の拡大断面図
【図６】検定方法を説明するための断面図
【図７】検定結果を示すもので、油膜厚さと光電子増倍管の電圧出力との関係を示す図
【符号の説明】
図面中、１は油膜厚さ測定装置、２はレーザ光発生器（レーザ光発生手段）、３は往路用光ファイバ、４は復路用光ファイバ、５は共用光ファイバ（往路用光ファイバ、復路用光ファイバ）、６は光ファイバカプラ、７は光電子増倍管(蛍光強度検知手段)、８は光学フィルタ、１０は油膜、１１はセンサ取付部、１２はシックネスシート、１５は油膜厚さ測定装置、１６は軸受、１７は軸受本体、１８ａ〜１８ｄはセンサ取付部、２０は試験装置、２２は軸を示す。

Claims

所定波長の蛍光を発する蛍光剤を混入させた潤滑油の油膜を介して軸を受けるとともにセンサ取付部が設けられた軸受本体と、この軸受本体のすべり面に形成される前記油膜の厚さを測定するための油膜厚さ測定装置とを備えたものであって、
前記油膜厚さ測定装置は、
前記蛍光の波長とは異なる波長のレーザ光を発するレーザ光発生手段と、
一端部が前記センサ取付部に接続され、往路用と復路用を共用化した共用光ファイバと、
一端部が前記共用光ファイバに光ファイバカプラを介して接続され、前記レーザ光発生手段から発せられたレーザ光を、前記光ファイバカプラ及び前記共用光ファイバを介して前記軸受本体の前記すべり面における油膜に対して照射する往路用光ファイバと、
一端部が前記共用光ファイバに前記光ファイバカプラを介して接続され、前記レーザ光の照射に基づき前記油膜中の蛍光剤にて発せられた蛍光を、前記共用光ファイバ及び前記光ファイバカプラを介して受け入れて外部へ導く復路用光ファイバと、
前記復路用光ファイバを通った蛍光の強度を検知する蛍光強度検知手段と、
この蛍光強度検知手段の入り口側に設けられ、前記蛍光に対応する波長以外の光の通過を遮断する光学フィルタとを具備し、
前記蛍光強度検知手段の検知結果に基づき前記すべり面における油膜の厚さを測定する構成であることを特徴とする油膜厚さ測定装置付き軸受。
軸受本体はセンサ取付部を複数箇所に有していて、油膜厚さ測定装置は、前記センサ取付部に接続される共用光ファイバ、並びにこれに接続される往路用光ファイバ及び復路用光ファイバを複数組有していることを特徴とする請求項１記載の油膜厚さ測定装置付き軸受。
センサ取付部は、軸受本体の軸方向の複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項２記載の油膜厚さ測定装置付き軸受。