JP5446386B2 - 回転物品の状態量測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受用の保持器、案内輪、セパレータ、又は滑り軸受、更には歯車の如き、使用状態で回転する各種物品の状態を、使用状態と同じ、回転状態のまま測定できる状態量測定装置の改良に関する。具体的には、比較的簡単に、低コストで構成でき、しかも、高速回転下での高精度の測定を可能にできる、回転物品の状態量測定装置の実現を図るものである。

例えば転がり軸受用の保持器の開発を進める場合に、この保持器を回転させつつ、その状態量を測定する事が好ましい。即ち、転がり軸受の運転時に保持器は、各ポケット内に保持した転動体から円周方向や径方向の力を受ける他、自身の回転に基づく遠心力の影響、更には熱膨張の影響も受ける。これら各要件に基づく、上記保持器の変形等の状態を、高い信頼性で測定する為には、この保持器を実際に転がり軸受に組み込み、実際の運転状態と同じ条件で測定する必要がある。この為には、上記保持器の変形等の状態量を、この保持器を回転させつつ測定する必要がある。

この様な目的で、保持器を回転させつつその状態量を測定する為の測定装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された従来装置に就いて、図５〜６により、簡単に説明する。測定作業時には、被測定物である保持器１を組み込んだ転がり軸受２の内輪３を外嵌固定した回転軸４を、第一の電動モータ５により回転駆動する。上記保持器１の軸方向端縁部には、図６に示す様な、位相検出用凹部６を設け、この位相検出用凹部６に、位相検出用センサ７の検出部を対向させている。この位相検出用センサ７は、上記回転軸４と同心に配置された測定用回転軸８の先端部に支持された状態で、検出部を上記位相検出用凹部６に対向させており、この位相検出用凹部６との位相差に対応して出力を変化させる。上記測定用回転軸８を回転駆動する為の第二の電動モータ９は、上記位相検出用センサ７の検出信号に基づいて回転速度を制御し、上記回転軸４と上記測定用回転軸８とを、同位相で回転させる。

上記位相検出用センサ７の検出信号を取り出す為の導線１１ａ、及び、上記保持器１に装着した、温度センサや歪みゲージ等の、この保持器１の状態を測定する為の状態量測定用センサ１０の測定信号を取り出す為の導線１１ｂは、上記測定用回転軸８の中心孔１２内に配設している。又、この測定用回転軸８の基端部に、スリップリングを内蔵したカップリング１３を設置している。そして、このカップリング１３を通じて、上記両センサ７、１０の信号を取り出し可能としている。

上述の様に構成する、前記特許文献１に記載された状態量測定装置により、上記保持器１の状態量を測定する場合には、荷重負荷装置１４により上記転がり軸受２に所定の負荷を付与しつつ、上記回転軸４により前記内輪３を回転させ、これに伴って上記保持器１を回転させる。同時に、上記測定用回転軸８を、上記回転軸４と同位相（同一回転速度）で回転させる。即ち、上記位相検出用センサ７と前記位相検出用凹部６との位置関係が、図６の実線で示す状態になる様に、上記測定用回転軸８を駆動する為の、前記第二の電動モータ９の回転速度を制御する。具体的には、上記位相検出用センサ７と前記位相検出用凹部６との位置関係が、図６の鎖線で示す状態になった場合に、上記第二の電動モータ９の回転速度を速くしたり、或いは遅くする事で、上記図６の実線で示した状態を保つ。そして、上記導線１１ｂが捩れるのを防止しつつ、上記状態量測定用センサ１０の測定信号を、この導線１１ｂ及び上記カップリング１３を通じて取り出す。そして、この測定信号から、上記保持器１の状態量を、実際の運転状態に則した状態で求める。尚、上記特許文献１には、保持器の端縁に複数の凹溝を形成し、この複数の凹溝に検出部を対向させた回転検出センサの検出信号に基づいて上記保持器の回転速度を検出し、この回転速度で上記測定用回転軸８を回転させる構造に就いても記載されている。

上述の様な、特許文献１に記載された従来の状態量測定装置は、次の(A) 〜(D) の様な点で、改良の余地がある。
(A) 上記保持器１と上記測定用回転軸８との位相を一致させるべく、この保持器１に上記位相検出用凹部６を形成するが、この位相検出用凹部６の形成作業が面倒になるだけでなく、この位相検出用凹部６を形成した分、上記保持器１の剛性、熱容量等が変化し、この保持器１の状態量を正確に測定できなくなる可能性がある。
(B) 上記位相検出用凹部６や凹溝と対向するセンサの信号に基づいて上記測定用回転軸８を適切な回転速度で回転させる為の制御に、特別な位相処理回路を必要とし、装置が複雑且つ高価になる。
(C) 上記状態量測定用センサ１０の測定信号を、上記導線１１ｂ及び上記カップリング１３を通じて取り出す為、上記測定用回転軸８の回転速度の上限値が、このカップリング１３の許容回転速度（一般的には数千min^-1 程度）で制限される。この為、上記保持器１の状態量測定に関しても、上記カップリング１３の許容回転速度を越える回転速度で行う事はできない。又、このカップリング１３を設置する事に基づく摩擦トルクの存在は、上記保持器１と上記測定用回転軸８との回転速度を同期させる精度確保の面からも問題を生じる。特に、上記保持器１の回転速度が急に変化（急加減速）する場合の追従性悪化に繋がる。
(D) 上記状態量測定用センサ１０の測定信号を取り出す為の上記導線１１ｂが、上記保持器１と測定用回転軸８の中心孔１２との間で自由に変位できる状態である。この為上記導線１１ｂが、これら保持器１及び測定用回転軸８の回転に伴う遠心力により径方向外方に振り回される。この結果、上記導線１１ｂから上記保持器１に、実際の使用状態では加わらない様な余計な外力が加わったり、著しい場合には上記導線１１ｂが断線する可能性がある。

特開平１０−２３９１８６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、上述した(A) 〜(D) の様な問題のうちの少なくとも(A)(B)の２点を、より好ましくは、これら(A)(B)の２点に加えて(C) 点又は(D) 点の一方又は双方の問題点を解消できる、回転物品の状態量測定装置を実現すべく発明したものである。

本発明の回転物品の状態量測定装置は、前述した特許文献１に記載された、従来から知られている回転物品の状態量測定装置と同様に、転がり軸受用保持器等の被測定物の状態を、この被測定物を回転させた状態のまま測定する為のもので、状態量測定用センサと、測定用回転軸と、導線と、電動モータと、制御装置とを備える。
このうちの状態量測定用センサは、上記被測定物の一部に設置されたもので、例えば、温度センサ、歪みセンサ等が採用可能である。又、複数種類の状態量測定用センサを設置して、同時に複数種類の状態量を測定する事も可能である。
又、上記測定用回転軸は、上記被測定物と同心の回転中心を有する。
又、上記導線は、上記状態量測定用センサの検出信号を取り出す為のもので、この状態量測定用センサと上記測定用回転軸との間に掛け渡されている。
又、上記電動モータは、この測定用回転軸を回転駆動する為のものである。
更に、上記制御装置は、上記電動モータの回転速度を上記被測定物の回転速度に一致させる為のものである。

特に、本発明のうち請求項１に記載した回転物品の状態量測定装置に於いては、上記測定用回転軸の軸方向中間部に、上記導線を通じて上記状態量測定用センサから送られて来る、上記被測定物の状態を表す測定信号を無線送信する為の送信器を、回転しない部分にこの測定信号を受信する為の受信器を、それぞれ設けている。
又、上記制御装置は、エンコーダ部と回転検出用センサとを備えたものである。
このうちのエンコーダ部は、上記被測定物の一部に、この被測定物自体の容積を変化させる事なく、この被測定物の回転中心と同心に設置されたもので、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。この様なエンコーダ部としては、上記被測定物の一部表面でこの被測定物の回転中心と同心の部分（軸方向端面或いは周面）に直接付した濃淡模様（白黒模様）が考えられる。或いは、この部分に直接付する他、表面の特性を等間隔に変化させたテープ（シート）をこの部分に貼付する事もできる。このテープの表面の特性変化の態様としては、濃淡模様、磁気特性、凹凸等が採用可能である。
又、上記回転検出用センサは、上記エンコーダ部の被検出面に検出部を対向させた状態で回転しない部分に設置され、この被検出面の特性変化に対応して出力を変化させる。
そして、この回転検出用センサの出力信号を、上記電動モータの回転速度を調節する為の制御信号として、直接利用している。この為に好ましくは、上記エンコーダ部の被検出面の特性が変化する回数を、上記被測定物が１回転する間に上記回転検出用センサの出力を１２０パルス以上変化させる数とする。
又、上記エンコーダ部を、上記被測定物の軸方向両端面のうちで上記測定用回転軸と反対側の端面に設置すると共に、この測定用回転軸のうちで上記被測定物側の端部に上記導線の中間部を保持する為の保持ブラケットを設けている。又、上記保持ブラケットは、円筒部を有しており、この円筒部には、上記導線の中間部を挿通する為の、この円筒部を軸方向に貫通した保持孔が形成されている。
そして、上記導線は、一端が上記状態量測定用センサに接続され、他端が上記送信器に接続されると共に、中間部が前記保持孔に保持されている。

上述の様に構成する本発明の回転物品の状態量測定装置を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記測定用回転軸及び上記電動モータを設置した移動台を、この測定用回転軸と平行に配設した直動軸受により、この測定用回転軸の軸方向の変位を可能に支持する。又、上記保持ブラケットに設置した巻き取り機により上記導線に、巻き取り方向の弾力を付与する。

又、本発明のうち請求項３に記載した回転物品の状態量測定装置に於いては、上記制御装置は、エンコーダ部と回転検出用センサとを備えたものである。
このうちのエンコーダ部は、上記被測定物の一部に、この被測定物自体の容積を変化させる事なく、この被測定物の回転中心と同心に設置されたもので、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。
又、上記回転検出用センサは、上記エンコーダ部の被検出面に検出部を対向させた状態で回転しない部分に設置され、この被検出面の特性変化に対応して出力を変化させる。
又、この回転検出用センサの出力信号を、上記電動モータの回転速度を調節する為の制御信号として、直接利用している。
又、上記エンコーダ部を、上記被測定物の軸方向両端面のうちで上記測定用回転軸と反対側の端面に設置すると共に、この測定用回転軸のうちで上記被測定物側の端部に保持ブラケットを、この測定用回転軸の端面よりもこの被測定物の側に突出する状態で設け、この保持ブラケットの一部に上記導線の中間部を保持している。
更に、上記測定用回転軸及び上記電動モータを設置した移動台を、この測定用回転軸と平行に配設した直動軸受により、この測定用回転軸の軸方向の変位を可能に支持すると共に、上記保持ブラケットに設置した巻き取り機により上記導線に、巻き取り方向の弾力を付与している。

上述した構成を有する本発明のうち、請求項１或は請求項３に記載した回転物品の状態量測定装置の発明によれば、前述した従来装置の場合に生じる(A) 〜(D) の様な問題のうち、(A)(B)の２点の問題｛請求項１及び請求項２に記載した発明は(A) 〜(D) のすべての問題｝を解消できる。
即ち、上記請求項１或は請求項３に記載した発明の構造によれば、エンコーダ部は、上記被測定物の一部に、この被測定物自体の容積を変化させる事なく設置しているので、上記エンコーダ部の設置を容易に行える。又、このエンコーダ部を設置する事で、上記被測定物の剛性や熱容量等が変化する事も殆どないので、この被測定物の状態量を正確に測定できる。
又、回転速度センサの出力信号を、測定用回転軸の回転を上記被測定物の回転に同期させる為の電動モータの回転速度を調節する為の制御信号として直接利用するので、制御の為に特別な位相処理回路を必要としない。この為、回転物品の状態量測定装置を、簡単且つ低コストで構成できる。尚、上記エンコーダ部の特性変化の回数を多くして、上記被測定物が１回転する間に上記回転検出センサの出力信号を１２０パルス以上変化させれば、上記測定用回転軸の回転と上記被測定物の回転とを精度良く同期させられる。

又、請求項１に記載した発明によれば送信器と受信器との間で、状態量測定用センサの測定信号を無線送信している為、スリップリングを備えたカップリングを設置した場合の様に、上記測定用回転軸の回転速度を低く抑えられる事が無い。この為、高速回転下での被測定物の測定作業が可能になる。
又、保持ブラケットの一部に（請求項１に記載した発明の場合、円筒部に形成した保持孔に）導線の中間部を保持している為、上記測定用回転軸の高速回転に基づいてこの導線に加わる遠心力に拘らず、この導線から被測定物に加わる外力を抑えると共に、この導線に断線等の損傷が発生する事を防止できる。
更に、請求項２に記載した発明の様に、上記測定用回転軸及び上記電動モータを設置した移動台を上記測定用回転軸の軸方向の変位を可能に支持すると共に、導線に、巻き取り方向の弾力を付与すれば、状態量測定装置への被測定物の組み付け作業の容易化と、測定作業時に於ける上記導線の損傷防止とを高次元で両立させられる。

本発明の実施の形態の第１例を示す略断面図。 保持器の回転速度を検出する部分を示す略斜視図。 保持器の回転速度を検出し、更に測定用回転軸の回転速度を制御する装置を示すブロック図。 本発明の実施の形態の第２例を示す略断面図。 従来構造の１例を示す部分切断側面図。 保持器に形成した位相検出用凹部と位相検出用センサとの対向部分を示す為、図５のＡ部を上方から見た図。

［実施の形態の第１例］
図１〜３は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例は、転がり軸受２ａを構成する内輪３ａを回転させつつ、この転がり軸受２ａに組み込まれた保持器１ａに加わる応力を測定すべく構成している。上記内輪３ａを回転駆動する為の回転軸４ａは、その中間部基半寄り部分（図１の左寄り部分）を、複数の転がり軸受１５、１５を組み込んだ回転支持装置１６により、フレーム等の固定の部分に回転自在に支持している。又、上記回転軸４ａの先端部に、上記内輪３ａを外嵌固定している。更に、この回転軸４ａの基端部で上記回転支持装置１６から突出した部分に固定した従動プーリと第一の電動モータ５ａの出力軸に固定した駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡し、上記回転軸４ａを回転駆動自在としている。上記第一の電動モータ５ａとしては、例えばインダクションモータを使用する。

上記保持器１ａの軸方向両端面のうち、上記回転軸４ａの基端側端面（図１の左端面）には、図２に示す様に、白黒模様の如き、光の反射率が大きく異なる２種類の部分から成る濃淡模様を設けて（描いて）いる。この濃淡模様は、円周方向に関して等間隔（等ピッチ）で描いて、上記基端側端面をエンコーダ部１８としている。又、このエンコーダ部１８の濃淡模様を構成する、上記反射率が異なる２種類の部分の数は、それぞれ１２０個所以上（例えば、白と黒と合計で２４０個所以上）として、上記保持器１ａが１回転する毎に、次述する回転検出センサ１７が、１２０パルス以上、出力する様にしている。尚、上記保持器１ａの端面に上記エンコーダ部１８を設置する為には、この保持器１ａの端面に上記濃淡模様を直接描いても良いが、濃淡模様を描いた環状のシール（紙）をこの端面に貼付すれば、上記保持器１ａの端面への上記エンコーダ部１８の設置を容易に行える。又、このエンコーダ部１８を設置する事による、上記保持器１ａの特性変化の程度も、無視できる程度に止まる。尚、上記シールの強度及び剛性は、被測定物である上記保持器１ａの強度及び剛性よりも遥かに低くして、上記シールにより、この保持器１ａの歪みや振動が抑えられる事が無い様にする。又、このシールの重量は、この保持器１ａの重量の０．１％（１／１０００）以下に抑える。これらにより、上記シールがこの保持器１ａの特性変化に及ぼす影響を僅少（実質的にゼロ）に抑える。

何れにしても、上記エンコーダ部１８に、上記回転検出センサ１７の検出部を対向させている。この回転検出センサ１７は、発光素子と受光素子とを備えた光電式のもので、このうちの発光素子から上記エンコーダ部１８に投射されてこのエンコーダ部１８で反射し、上記受光素子が受けた光の強さに応じて、出力を変化させる（パルスを発生させる）。この様な回転検出センサ１７の出力信号は、導線１１ａを通じて、次述する測定用回転軸８ａを回転駆動する、第二の電動モータ９ａの回転速度を制御する為の制御器１９に入力している。尚、この第二の電動モータ９ａが、特許請求の範囲に記載した電動モータに対応する。

又、上記保持器１ａの軸方向両端面のうち、上記回転軸４ａの先端側端面（図１の右端面）には、この保持器１ａの状態量を測定する為の状態量測定用センサ１０ａを装着している。この状態量測定用センサ１０ａとしては、例えば上記保持器１ａの歪みに基づいてこの保持器１ａに生じている応力を測定する為の歪みセンサ（ストレンゲージ）、この保持器１ａの温度を測定する為の温度センサ等が採用可能である。何れにしても、上記状態量測定用センサ１０ａの測定信号を取り出す為に、この状態量測定用センサ１０ａに導線１１ｂの一端を接続している。尚、この状態量測定センサ１０ａが、被測定物である上記保持器１ａの状態量変化に及ぼす影響を極力小さく（実質的にゼロに）抑える為に、上記状態量測定用センサ１０ａの重量に関しても、上記保持器１ａの重量の０．１％（１／１０００）以下に抑える事が好ましい。複数種類の状態量を測定する為、或は同種の状態量を複数箇所で測定する為、複数個のセンサを設置する場合も、これら複数個のセンサの重量の和を、上記保持器１ａの重量の０．１％（１／１０００）以下に抑える事が好ましい。尚、複数個のセンサを設置する場合に、これら各センサの重量の差を極力小さく抑え、これら各センサを上記保持器１ａの円周方向に関して等間隔に配置すれば、この保持器１ａの回転バランスを（複数個のセンサを集中して設置した場合は勿論、センサを１個のみ設置した場合よりも）良好にできる。又、上記導線１１ｂに関しても、上記状態量測定用センサ１０ａを装着した上記保持器１ａの状態量変化に及ぼす影響を極力小さく抑える為、断線等の損傷を防止できる限りできるだけ細くして（好ましくは０．１mm以下に抑えて）、上記保持器１ａが自由に動ける様にする事が好ましい。

一方、上記回転軸４ａの先端面（図１の右端面）に対向して、上記測定用回転軸８ａを、この回転軸４ａと同心に配置している。この測定用回転軸８ａの中間部基端寄り（図１の右寄り）部分も、複数の転がり軸受１５ａ、１５ａを組み込んだ回転支持装置１６ａにより、フレーム等の固定の部分に回転自在に支持している。そして、上記測定用回転軸８ａの基端部（図１の右端部）で上記回転支持装置１６ａから突出した部分に、上記第二の電動モータ９ａの出力軸２０を、継手２１を介して接続し、この第二の電動モータ９ａにより上記測定用回転軸８ａを回転駆動自在としている。

この測定用回転軸８ａの先端面（図１の左端面）には、有底円筒状の保持ブラケット２２を、この測定用回転軸８ａの端面よりも上記保持器１ａの側に突出する状態で、この測定用回転軸８ａと同心に設けている。上記保持ブラケット２２を構成する円筒部２３の先端面は上記保持器１ａの端面に設置した上記状態量測定用センサ１０ａに、できる限り（これら円筒部２３と状態量測定用センサ１０ａとの干渉を確実に防止でき、且つ、これら円筒部２３と状態量測定用センサ１０ａとの位相が僅かにずれた程度では、上記導線１１ｂの張力が過度に上昇する事を抑えられる程度の隙間を確保した状態で）近接させている。本例の場合には、上記状態量測定用センサ１０ａと前記回転検出センサ１７とを、上記保持器１ａの軸方向反対側に設置しているので、この回転検出センサ１７が、上記円筒部２３の先端面と上記保持器１ａの端面とを（図示の状態よりも）近接させる事に対する妨げとはならない。

上述の様な保持ブラケット２２を構成する上記円筒部２３の円周方向等間隔複数個所には保持孔２４、２４を、それぞれこの円筒部２３を軸方向に貫通する状態で形成している。そして、これら各保持孔２４、２４のうちの何れかの保持孔２４に、上記導線１１ｂを挿通している。尚、上記各保持孔２４、２４を上記円筒部２３の円周方向等間隔複数個所に形成する理由は、上記保持ブラケット２２の回転バランスを確保する為である。機能上は、上記保持孔２４は、１個所のみ設ければ足りる。従って、他の方法で回転バランスを確保できれば、保持孔２４は１個所にのみ形成すれば足りる。

又、上記導線１１ｂの他端は、上記測定用回転軸８ａの中間部で上記保持ブラケット２２と前記回転支持装置１６ａとの間部分に外嵌固定した送信器２５に接続している。又、この送信器２５の周囲に、受信コイル２６を配置している。特許請求の範囲に記載した受信器である、この受信コイル２６は、図示しないフレーム等の固定の部分に支持している。そして、この受信コイル２６と上記送信器２５とにより、上記状態量測定用センサ１０ａの検出信号を、上記測定用回転軸８ａから固定の部分に無線送信する為の、テレメータシステムを構成している。このテレメータシステムの方式に就いては特に問わない。電磁波式でも、レーザ光等を使用した光式でも良い。上記送信器２５の電力は、上記測定用回転軸８ａ側に設けた電池により、或は、固定の側から電磁誘導式、レーザ光式等のコードレスシステムにより供給する。何れにしても、本例の場合には、前述した従来構造の様なカップリング１３（図５参照）は設けていない。

更に本例の場合には、図３に示した制御回路により、上記測定用回転軸８ａの回転速度を前記保持器１ａの回転速度に一致させる様にしている。この為に、この測定用回転軸８ａを回転駆動する為の、前記第二の電動モータ９ａは、回転速度調節自在なサーボモータ（ＡＣ、ＤＣは問わない）として、サーボアンプ２７により、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を調節自在としている。このサーボアンプ２７には、この第二の電動モータ９ａに付属のエンコーダ（図示省略）の回転に共って発生するパルス信号と、前記回転検出センサ１７の出力信号（保持器１ａが１回転毎に１２０サイクル以上のパルス信号）とを入力している。そして、上記サーボアンプ２７は、これら２種類のパルス信号が同期する、言い換えれば両信号のパルス数が同じ（１回転当たりのパルス数が同じである場合。異なる場合にはその比率に応じた値。）になる様に、内蔵したパルスカウンタのカウント数に応じて、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を制御する。尚、図示の例では、上記サーボアンプ２７に接続されたセンサ用電源２８により、上記回転検出センサ１７に電力を供給する様に構成している。

上記サーボアンプ２７は、上記保持器１ａの回転速度に比べて上記測定用回転軸８ａの回転速度が遅くなる傾向になって、上記第二の電動モータ９ａに付属のエンコーダに関する信号のパルス数が、上記回転検出センサ１７の出力信号のパルス数よりも少なくなる傾向の場合には、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を速くする傾向とする。逆に、上記保持器１ａの回転速度に比べて上記測定用回転軸８ａの回転速度が速くなる傾向になって、上記第二の電動モータ９ａに付属のエンコーダに関する信号のパルス数が、上記回転検出センサ１７の出力信号のパルス数よりも多くなる傾向の場合には、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を遅くする傾向とする。この様にして上記サーボアンプ２７は、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を、上記保持器１ａの回転速度に一致させる。

尚、以上の説明から明らかな通り、この保持器１ａを回転駆動する為の、前記第一の電動モータ５ａの回転速度は、特に制御する必要はない。但し、上記保持器１ａに関する測定条件を各種変更できる様に、速度調節できる事が好ましいし、上記サーボアンプ２７による上記保持器１ａと上記測定用回転軸８ａとの回転同期を行い易くする為、設定した回転速度を安定して得られる（回転速度がぶれない）事が好ましい。

上述の様な本例の回転物品の状態量測定装置は、次の様にして、前記転がり軸受２ａの運転状態での、上記保持器１ａの物理量を測定する。即ち、荷重負荷装置１４（図５参照、図１には省略）により上記転がり軸受２ａを構成する外輪２９の外周面を径方向内方に押圧する事で、この転がり軸受２ａに所定の負荷を付与すると共に、上記外輪２９の回転を阻止する。そして、この状態で、前記第一の電動モータ５ａにより、前記回転軸４ａと共に上記転がり軸受２ａを構成する前記内輪３ａを回転させ、これに伴って上記保持器１ａを回転させる。同時に、上記測定用回転軸８ａをこの保持器１ａと同位相（同一回転速度）で回転させる。即ち、上述した様に、上記サーボアンプ２７が上記測定用回転軸８ａを、上記保持器１ａと同速で回転させる。

これら測定用回転軸８ａと保持器１ａとが同速で（回転方向の位相を同じとしたまま）回転するので、これら測定用回転軸８ａと保持器１ａとの間に掛け渡された、前記状態量測定用センサ１０ａの出力信号を取り出す為の導線１１ｂが捩れる事はない。この様にしてこの導線１１ｂにより取り出された、上記状態量測定用センサ１０ａの出力信号は、前記送信器２５から前記受信コイル２６に無線送信される。そして、回転しない部分に設けられた演算処理器等により、上記出力信号に基づいて、上記保持器１ａの状態量を求める。上記導線１１ｂの中間部は、前記保持ブラケット２２に保持されているので、上記測定用回転軸８ａ及び上記保持器１ａが高速で回転した場合にも、上記導線１１ｂが径方向外方に変位する事を抑えて、この導線１１ｂが上記状態量測定用センサ１０ａを強く引っ張る事を防止できる。この為、上記保持器１ａを回転させつつ、この保持器１ａの状態量を、精度良く求められる。又、上記導線１１ｂとして、特に引っ張り強度が大きいものを使用しなくても、この導線１１ｂに、裂断等の損傷が発生する事を防止できる。

前述の様に構成し、上述の様に作用する本例の回転物品の状態量測定装置によれば、以下に述べる様に、前述の図５〜６に示した従来装置の場合に生じる問題を解消できる。
先ず第一に、上記保持器１ａの回転速度を知る為にこの保持器１ａに設置する、前記エンコーダ部１８は、この保持器１ａの軸方向端面に濃淡模様を、直接描いたり、或は、濃淡模様を描いた環状のシールを貼付する事で設置している。上記保持器１ａの一部を削り取ったりする必要はない。この為、上記エンコーダ部１８の設置を容易に行える。又、このエンコーダ部１８を設置する事で、上記保持器１ａの剛性や熱容量等が変化する事もないので、この保持器１ａの状態量を正確に測定できる。

又、本例の場合には、上記エンコーダ部１８の特性変化の回数を多くして、上記回転検出センサ１７の出力信号を、上記保持器１ａが１回転する間に１２０パルス以上変化させると共に、この回転速度センサ１７の出力信号を直接使用して、上記測定用回転軸８ａを回転駆動する為の、上記第二の電動モータ９ａの回転速度を制御している。この為、構造が簡単で低コストで構成できる制御装置により、上記測定用回転軸８ａの回転速度を上記保持器１ａの回転速度に、精度良く一致させられる。

又、この保持器１ａに設置した上記状態量測定用センサ１０ａから上記測定用回転軸８ａの側に取り出した出力信号を、前記送信器２５と前記受信コイル２６との間で無線送信するので、スリップリングを備えたカップリング１３（図５参照）を設置した場合の様に、上記測定用回転軸８ａの回転速度を低く抑えられる事が無い。この為、高速回転下での被測定物の測定作業が可能になる。又、上記測定用回転軸８ａが回転する事に対する抵抗を低く抑えられるので、上記保持器１ａの回転速度が急変動した場合に、この保持器１ａの回転速度に上記測定用回転軸８ａの回転速度を、迅速且つ確実に合わせられる。

［実施の形態の第２例］
図４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、測定用回転軸８ａ及び第二の電動モータ９ａをその上面に設置した移動台３０を、この測定用回転軸８ａの軸方向の変位を可能に支持している。この為にこの移動台３０を、この移動台３０の下方に固定した基板３１の上面に、直動軸受（リニアガイド）３２により支持している。この状態で上記移動台３０を、送りねじ装置等の直動式のアクチュエータ（図示省略）により、上記測定用回転軸８ａの軸方向に変位駆動可能としている。又、上記測定用回転軸８ａの先端部に固定した保持ブラケット２２の保持孔２４に挿通した導線１１ｂの中間部を巻き取り機３３に巻回して、この導線１１ｂに巻き取り方向の弾力を付与している。尚、巻き取り機３３に関しても、各保持孔２４、２４毎に設けて、上記保持ブラケット２２の回転バランスの確保を図っている。従って、他の方法で回転バランスを確保できれば、巻き取り機３３に関しても、１個のみ設ければ足りる。

この様な本例の構造によれば、状態量測定装置への、被測定物である保持器１ａを組み込んだ転がり軸受２ａの組み付け作業の容易化と、測定作業時に於ける上記導線１１ｂの損傷防止とを、高次元で両立させられる。この理由は、次の通りである。
先ず、測定作業時には、上記移動台３０を図４に示した状態よりも上記転がり軸受２ａに近づけて（図４の左方に移動させて）、上記保持ブラケット２２の先端面（図４の左端面）を状態量測定センサ１０ａに近づける（衝突の恐れがない程度に近接対向させる）。この状態では、上記導線１１ｂのうちで、これら保持ブラケット２２の先端面と状態量測定センサ１０ａとの間に掛け渡された状態で宙に浮いた状態となる部分の長さが僅少になる。従って、測定作業に伴う遠心力に基づいて上記導線１１ｂに加わる引っ張り方向の力を、十分に小さく抑えられる。この結果、前述した様な理由で、この導線１１ｂを極く細くしても（０．１mm以下に抑えても）、この導線１１ｂに切断等の損傷が発生しにくくなる。尚、上記巻き取り機３３によりこの導線１１ｂに付与する引っ張り力は、極く小さく抑えるか、更に好ましくは、上記測定作業時には巻き取り機能を停止（ロック）して、上記引っ張り力をゼロにする。或いは、回転速度が速くなる程上記引っ張り力を小さくして、この引っ張り力と遠心力との和を常に一定とする。これらの機能を追加する理由は、この引っ張り力が上記保持器１ａの挙動に影響を及ぼさない様にしたり、及ぼす影響を最小限に止める為である。

これに対して、上記転がり軸受２ａを構成する内輪３ａを回転軸４ａに対し着脱したり、或は、この転がり軸受２ａに組み込んだ上記保持器１ａに装着した状態量測定用センサ１０ａの信号取り出し用の上記導線１１ｂを配設する際には、上記移動台３０を図４に示した様に、上記転がり軸受２ａから退避させる（図４の右方に移動させる）。この状態では、上記回転軸４ａの先端面と上記保持ブラケット２２の先端面との間に十分な空間を確保できて、上記各作業を容易に行える。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、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明を実施する場合に、保持器１ａの回転速度を求める為の回転検出センサ１７は、光電式のセンサに限らず、例えば、レーザ光式或は静電容量型の距離センサ、磁気センサ等の、各種回転速度検出装置に使用されている、非接触式のセンサを使用する事ができる。又、光電式のセンサを使用する場合でも、保持器１ａに設置（印刷或は貼付）する濃淡模様は、非接触式のセンサにより読み取れるものであれば良く、白黒模様に限らない。又、別途濃淡模様を印刷したシートを上記保持器１ａに貼付する場合に於いて、このシートの材質は、紙に限らず、高分子フィルム、金属箔等であっても良い。
又、測定対象となる回転物品に就いても、転がり軸受の保持器に限らず、各種軸受に組み込まれる案内輪、セパレータ、又は滑り軸受、更には歯車等の各種物品が対象となる。そして、これら各種物品に運転状態で加わる、応力、或は温度上昇の程度等の各種物理量の測定に利用できる。
更に、測定対象となる回転物品の回転速度に関しても、一定である場合に限らず、用途に応じた状態で変動する場合や、本来一定であるべきものが、摩擦状態、潤滑状態、温度条件、荷重条件等の要因で変動する場合等であっても、制御器及び電動モータにより追従可能な範囲であれば、測定可能である。

１、１ａ 保持器
２、２ａ 転がり軸受
３、３ａ 内輪
４、４ａ 回転軸
５、５ａ 第一の電動モータ
６ 位相検出用凹部
７ 位相検出用センサ
８、８ａ 測定用回転軸
９、９ａ 第二の電動モータ
１０、１０ａ 状態量測定用センサ
１１ａ、１１ｂ 導線
１２ 中心孔
１３ カップリング
１４ 荷重負荷装置
１５、１５ａ 転がり軸受
１６、１６ａ 回転支持装置
１７ 回転検出センサ
１８ エンコーダ部
１９ 制御器
２０ 出力軸
２１ 継手
２２ 保持ブラケット
２３ 円筒部
２４ 保持孔
２５ 送信器
２６ 受信コイル
２７ サーボアンプ
２８ センサ用電源
２９ 外輪
３０ 移動台
３１ 基板
３２ 直動軸受
３３ 巻き取り機

Claims (3)

1. 被測定物の状態を、この被測定物を回転させた状態のまま測定する為、この被測定物の一部に設置された状態量測定用センサと、この被測定物と同心の回転中心を有する測定用回転軸と、これら状態量測定用センサと測定用回転軸との間に掛け渡されて、この状態量測定用センサの検出信号を取り出す為の導線と、この測定用回転軸を回転駆動する為の電動モータと、この電動モータの回転速度を上記被測定物の回転速度に一致させる為の制御装置とを備えた回転物品の状態量測定装置に於いて、
   上記測定用回転軸の軸方向中間部に、上記導線を通じて上記状態量測定用センサから送られて来る、上記被測定物の状態を表す測定信号を無線送信する為の送信器を、回転しない部分にこの測定信号を受信する為の受信器を、それぞれ設けており、
   上記制御装置は、上記被測定物の一部に、この被測定物自体の容積を変化させる事なく、この被測定物の回転中心と同心に設置されて、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させたエンコーダ部と、このエンコーダ部の被検出面に検出部を対向させた状態で回転しない部分に設置され、この被検出面の特性変化に対応して出力を変化させる回転検出用センサとを備えたものであり、この回転検出用センサの出力信号を、上記電動モータの回転速度を調節する為の制御信号として、直接利用しており、
   上記エンコーダ部を、上記被測定物の軸方向両端面のうちで上記測定用回転軸と反対側の端面に設置すると共に、この測定用回転軸のうちで上記被測定物側の端部に上記導線の中間部を保持する為の保持ブラケットを設けており、上記保持ブラケットは、円筒部を有しており、この円筒部には、上記導線の中間部を挿通する為の、この円筒部を軸方向に貫通した保持孔が形成されており、
   上記導線は、一端が上記状態量測定用センサに接続され、他端が上記送信器に接続されると共に、中間部が前記保持孔に保持されている事を特徴とする回転物品の状態量測定装置。
2. 測定用回転軸及び電動モータを設置した移動台を、この測定用回転軸と平行に配設した直動軸受により、この測定用回転軸の軸方向の変位を可能に支持すると共に、保持ブラケットに設置した巻き取り機により導線に、巻き取り方向の弾力を付与している、請求項１に記載した回転物品の状態量測定装置。
3. 被測定物の状態を、この被測定物を回転させた状態のまま測定する為、この被測定物の一部に設置された状態量測定用センサと、この被測定物と同心の回転中心を有する測定用回転軸と、これら状態量測定用センサと測定用回転軸との間に掛け渡されて、この状態量測定用センサの検出信号を取り出す為の導線と、この測定用回転軸を回転駆動する為の電動モータと、この電動モータの回転速度を上記被測定物の回転速度に一致させる為の制御装置とを備えた回転物品の状態量測定装置に於いて、
   この制御装置は、上記被測定物の一部に、この被測定物自体の容積を変化させる事なく、この被測定物の回転中心と同心に設置されて、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させたエンコーダ部と、このエンコーダ部の被検出面に検出部を対向させた状態で回転しない部分に設置され、この被検出面の特性変化に対応して出力を変化させる回転検出用センサとを備えたものであり、この回転検出用センサの出力信号を、上記電動モータの回転速度を調節する為の制御信号として、直接利用しており、
   上記エンコーダ部を、上記被測定物の軸方向両端面のうちで上記測定用回転軸と反対側の端面に設置すると共に、この測定用回転軸のうちで上記被測定物側の端部に保持ブラケットを、この測定用回転軸の端面よりもこの被測定物の側に突出する状態で設け、この保持ブラケットの一部に上記導線の中間部を保持しており、
   上記測定用回転軸及び上記電動モータを設置した移動台を、この測定用回転軸と平行に配設した直動軸受により、この測定用回転軸の軸方向の変位を可能に支持すると共に、上記保持ブラケットに設置した巻き取り機により上記導線に、巻き取り方向の弾力を付与している事を特徴とする回転物品の状態量測定装置。

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