温度センサ付き軸受装置
【課題】熱電対や白金測温抵抗体等のように、測定部位に比較的大きな空間を必要とする接触式の温度センサではなく、また、放射温度計のように測定対象物に応じて放射効率を補正することの必要がない、高精度で所定部位の温度の測定が可能な温度センサ付き軸受装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光式温度センサと、を備える軸受装置。
【解決手段】内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光式温度センサと、を備える軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ付き軸受装置に関し、特に軸受装置の温度を測定して、軸受内のグリース切れ、異物混入、焼き付き等の異常を検出する温度センサ付き軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸受装置の温度測定手段として、2種類の異なる金属で閉回路を形成し、2箇所の接合点で温度差により生じる起電力(電圧)に基づき温度を測定する熱電対（例えば、特許文献１参照。）や、温度の変化を抵抗値若しくは定電流信号として取り出し、信号変換器により温度に換算する白金測温抵抗体や、被測定物が放射する赤外線を検出する放射温度計（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１４７
【特許文献２】特開２００３−０４９８３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される接点接触式の温度センサを用いて、測定子を測定点に接触させて温度を測定する場合に、狭い空間内に測定子を配置する必要から温度センサのサイズを小さくする必要があった。特に、転がり軸受装置の軌道輪等の転がり軸受の転動体、すなわちボールが通過する箇所（軌道輪または軌道輪近傍）での温度測定は、温度センサ自体の小型化及び軽量化する必要があり、センサを搭載することが困難になってきている。
【０００５】
また、特許文献２に開示される温度センサは、測定対象物の材質や表面状態により赤外線の放射量に差異が生じる放射温度計を用いた場合には、測定対象物の放射率を考慮して（すなわち放射量を補正して）、測定対象物の温度を算出する必要があり、その放射率を得るには手間がかかる。さらに、測定対象物以外から放射される赤外線を区別することなく測定対象物の放射量として測定してしまい、正確な温度測定が困難である。また、赤外線の波長によっては分解能が制限され、所定部位の正確な温度測定が困難となる恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、熱電対や白金測温抵抗体等のように、測定部位に比較的大きな空間を必要とする接触式の温度センサではなく、また、放射温度計のように測定対象物に応じて放射量を補正することの必要がない、高精度で所定部位の温度の測定が可能な温度センサ付き軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者等が鋭意検討した結果、蛍光体式温度センサが好ましいという知見を得た。蛍光体式温度センサは、蛍光体を温度測定対象物である軸受装置の所定位置に装着し、パルス状の励起光を照射することによりその蛍光体を発光させ、蛍光体の発光強度の時間に関する減衰曲線が温度に応じて変化するという物理的原理を応用した測温部材である。例えば、寸法が比較的小さい軸受装置であって温度センサを配する領域が制限される場合においても、蛍光体のみを配置する構成なので蛍光体式温度センサを使用することが好ましい。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の温度センサ付き軸受装置の第１の態様は、内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光体式温度センサと、を備える。
【０００９】
また、本発明の温度センサ付き軸受装置の第２の態様によれば、前記蛍光体式温度センサは、前記蛍光体に励起光を照射する光源と、前記励起光による前記蛍光体の発光強度の減衰特性から前記外輪もしく内輪の温度を測定する温度測定部と、前記蛍光体へ前記光源からの励起光を導く第１光伝達部材と、前記蛍光体からの蛍光を前記温度測定部に導く第２光伝達部材と、を有する。
【００１０】
本発明の温度センサ付き軸受装置の第３の態様によれば、前記蛍光体は、前記外輪の内周面若しくは前記内輪の外周面に設けられている。
さらに、本発明のセンサ付き軸受装置の第４の態様によれば、前記蛍光体が、複数配置されている。
【００１１】
本発明の温度センサ付き軸受装置の第５の態様によれば、前記第１光伝達部材と第２光伝達部材は同一部材である。
さらに、本発明の温度センサ付き軸受装置の第６の態様によれば、前記内輪と前記外輪により画成される環状空間内に配置される転動体と、を備える。
本発明の温度センサ付き軸受装置の第７の態様によれば、前記内輪と前記外輪により画成前記転動体は、玉もしくは円筒ころである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非接触式の軸受装置の温度センサとして蛍光式温度測定手段を用いているので、計測したい箇所に蛍光体を装着し、パルス上の励起光を照射することによる蛍光物質の光強度の減衰曲線を測定することにより、軸受装置の所定箇所の温度を測定するので、放射温度計と異なり放射効率を補正する必要もない。結果として、軸受装置内の温度を高精度で測定できる温度センサ付き転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の温度センサ付き軸受装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面中、同一要素は同一符号で示してある。
【００１４】
（実施形態１）
実施形態１は、本発明を転がり軸受である玉軸受装置に適用したセンサ付き玉軸受装置である。以下、その構成について図１〜３を参照しつつ説明する。図１は、温度センサ付き転がり軸受装置の縦方向断面図であり、図２（ａ）は、図１の部分拡大図であり、図２（ｂ）は、温度センサ付き転がり軸受装置の変形例の図２（ａ）に対応する部分拡大図であり、図３は、実施形態１の蛍光体式温度センサを示す図である。なお、図２（ａ）と図２（ｂ）に示す温度センサ付き軸受装置は、蛍光体１５、光ファイバの配置のみが異なるだけであるので、図２（ａ）を参照して構成の説明を行う。本実施形態の温度センサ付き玉軸受１は、環状の内輪３と、内輪３の半径方向外方に同心に配置された環状の外輪５と、内輪３と外輪５により画成される環状空間７内に配置される転動体である玉部材９と、玉部材９を環状空間７内で転動可能に保持する保持器１１と、蛍光体式温度センサ１３と、を備える。なお、本実施形態では、外輪５は固定し、内輪３が転動する構成とした。
【００１５】
温度センサ１３は、外輪５の肩部内周面５ｂ側に装着された蛍光体１５と、蛍光体１５に対して励起光を照射する光源１７と、励起光を受けた蛍光体１５からの蛍光を受け、蛍光体１５の発光強度の減衰特性から外輪５の温度を測定する温度測定部１９と、蛍光体１５へ光源１７からの励起光を導く光伝達部材である第１光ファイバ１８と、励起光による蛍光体１５の蛍光を温度検出部２３に導くための光伝達部材である第２光ファイバ２０と、を有する。蛍光体１５は、マグネシウム等からなる薄板状部材である。
【００１６】
また、温度測定部１９は、蛍光信号を光電変換し光量を測定する光検出部２１と、予め得られている蛍光緩和時間と温度との関係を参照し、所定部位の温度を演算する温度検出部２３と、を有する。
【００１７】
なお、光源１７には、不図示の制御部が連結されており、制御部からの駆動信号を光源１７が受けるとパルス状の励起光を照射し、温度検出部２３において測定部位の温度が検出される。
【００１８】
次に図３を参照して、光伝達部材について述べる。光源１７から励起光を蛍光体１５に伝達する光伝達部材は第１光ファイバ１８であり、蛍光体１５側の一端部１８ａには撮像光学系であるレンズ２７が装着され、他端部１８ｂにはフィルタ２９が装着されている。蛍光体１５からの蛍光を温度検出部１３に導くための第２の光ファイバ２０の一端部２０ａには、受像用光学系であるレンズ３１が装着され、他端部２０ｂにはフィルタ３３が装着され所定の波長の蛍光を透過する。フィルタ３３を透過した蛍光は、光検出部２１において、光量が測定され、温度検出部において予め得られている蛍光緩和時間と蛍光体の温度の関係から測定部位の温度が得られる。
【００１９】
蛍光体１５は、外輪５の肩部内周面５ｂであって、軌道面５ａの近傍（図２（ａ）参照）に、又は軌道面５ａ（図２（ｂ）参照）に装着される。図２（ａ）の蛍光体１５は外輪５の肩部内周面５ｂの曲率半径とほぼ同一の曲率半径を有し、図２（ｂ）の蛍光体１５は外輪５の軌道面５ａの曲率半径とほぼ同一の曲率半径を有する。また、貼付された蛍光体１５に対して外輪５の径方向に貫通するファイバ収容路３５を設け、第１光ファイバ１８及び第2光ファイバ２０の一端部１８ａ、２０ａがファイバ収容路３５内で蛍光体１５の近くに配置されている。
【００２０】
上記構成の温度センサ付きの軸受装置は、以下のように作動する。駆動信号を光源１７が受けると、パルス状の励起光が発せられ、第１光ファイバ１８を通り、蛍光体１５を照射する。照射された蛍光体は、その温度に応じた所定の蛍光を発し、第２光ファイバ２０を介して光検出部２１に伝達される。光検出部２１において光量が測定され、温度検出部２３においてその温度が検出される。
【００２１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、内輪に蛍光体及び光伝達部材を装着した温度センサ付き玉軸受装置である。図４（ａ）、（ｂ）を参照しつつ第２実施形態の温度センサ付き玉軸受装置について説明する。なお、玉部材、保持器、温度センサ等の他の要素は図１と同様の形状、寸法を有する構成であるので詳細な説明は割愛する。図４（ａ）は、温度センサ付き玉軸受装置の部分拡大図であり、図４（ｂ）は、温度センサ付き玉軸受装置の変形例の図４（ａ）に対応する部分拡大図である。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す温度センサ付き玉軸受装置は、蛍光体１１５、光ファイバの配置のみが異なるだけであるので、図４（ａ）を参照して構成の説明を行う。
【００２２】
環状の外輪１０５の径方向内方であって、外輪１０５と同心に内輪１０３が配置されている。本実施形態では、内輪１０３を固定し、外輪１０５が回転する構成である。内輪１０３の内周面は、球状部材が転動する凹状の軌道面１０３ａと、軌道面１０３ａを軸方向に挟んで両端側に配置される肩部内周面１０３ｂとから構成される。一方の肩部内周面１０３ｂ上であって軌道面１０３ａの近傍（図４（ａ）参照）、又は軌道面１０３ａ（図４（ｂ）参照）には、蛍光体１１５が貼付されている。また、蛍光体１１５が貼付されている肩部には、径方向に貫通するファイバ収容路１３５が穿孔されている。ファイバ収容路１３５には、図２、図３と同様の第１光ファイバ１１８及び第２光ファイバ１２０が、その先端に設けられた光学系のレンズと蛍光体１１５との間に所定距離を有するように配置される。
【００２３】
上記構成において、第１実施形態と同様に光源からの励起光が第１光ファイバ１１８を介して蛍光体１１５に導かれ、励起光による蛍光体１１５からの蛍光が第２光ファイバ１２０を介して温度測定部に導かれ、蛍光体１１５が装着された測定部分の温度が検出される。なお、温度センサの測温工程は、前述した実施形態１と同様である。
【００２４】
（温度センサの変形例）
図５は、温度センサの変形例の模式図である。上記した第１及び第２実施形態は、第１光ファイバと第２光ファイバを備え、光源からの励起光を蛍光体まで伝達するための光ファイバと、蛍光体からの蛍光を温度測定部に伝達するための光ファイバをそれぞれ別々の部材としたが、本変形例は、励起光の光路及び蛍光の光路を単一の光ファイバから構成されたものである。また、光伝達部材の変形例は、実施形態１、２の何れの構成にも適用できることは言うまでもない。
【００２５】
温度センサ２１３は、温度を測定する部位に貼付される蛍光体（不図示）と、温度測定部２１９と、先端に撮像光学系を構成するレンズ２２７が装着された光伝達部材である光ファイバ２２８と、を備える。温度測定部２１９は、光源２１７、光検出部２２１、温度検出部２２３、ビームスプリッタ２３７、フィルタ２３９を備える。ビームスプリッタ２３７は、光源２１７からの励起光２５１を９０度反射させて光ファイバ２２８の一端部２２８ｂに導波し、また、光ファイバ２２８の他端２２８ａを出射した蛍光体（図１の符号１５に相当）からの光線２５３を透過させる部材である。また、フィルタ２３９は、蛍光体（図１の符号１５に相当）からの光線２５３のうち、所定波長の光を透過させる部材である。
【００２６】
また、光検出部２２１は、フィルタ２３７を透過した光の光量を測定するための光電変換部材であり、温度検出部２２３は、光検出部２２１で得られた電荷に基づいて算定された蛍光体の発光強度の減衰特性に基づき、予め格納されている温度と減衰特性との関係から、温度を測定する部材である。
【００２７】
上記構成の温度センサ２１３において、光源２１７から照射される励起光２５１は、図５中の上下方向上方に進行する。さらに、ビームスプリッタ２３７により励起光２５１を９０度反射させ光ファイバ２２８内の端部２２８ｂへ導入する。光ファイバ２２８内を進行する励起光２５１は、蛍光体（図１、２の符号１５に相当）に到達し蛍光体が発光する。蛍光体から放出される蛍光２５３は、直接光ファイバ２２８の他端部２２８ａ側から入射し、光ファイバ２２８の一端部２２８ｂから出射し、ビームスピリッタ２３７、フィルタ２３９を透過し光検出部２２１内に入射する。上述のように温度検出部２２３において蛍光体の発光強度の減衰に基づき軸受装置の所定の部位の温度が計測される。この変形例によれば光伝達部材の構成を簡易にできる。
【００２８】
（第３実施形態）
第１実施形態では、単一の蛍光体を設け単一の測定点の温度を検出する構成であったが、第３実施形態は、複数の蛍光体を外輪３０５に装着し、軸受装置内に複数の測定点を設ける構成である。図６は、第３実施形態の温度センサ付き玉軸受の横断面図である。本実施形態では、外輪３０５の肩部内周面（図２の５ｂに相当）または軌道面（図２の５ａに相当）に図１、図２に示した蛍光体が複数配置されている。本実施形態では、外輪３０５の３分の１の円弧状部分に等間隔に５つの蛍光体３１５ａ〜３１５ｅを配置した。従って、外輪３０５の５つの測定点において温度を検出することができる。
【００２９】
また、５つの蛍光体３１５ａ〜３１５ｅ各々には、図１、２で示した第１及び第２光ファイバと同様の第１光ファイバ３１８ａ〜３１８ｅ及び第２光ファイバ３２０ａ〜３２０ｅが装着されている。
【００３０】
本実施形態の励起光は、単一の光源３１７から照射された励起光を分岐し各蛍光体３１５ａ〜３１５ｅに伝達する構成でもよいし、蛍光体３１５ａ〜３１５ｅ毎に独立した光源を設ける構成としてもよい。
【００３１】
また、各測定点に配置された蛍光体３１５ａ〜３１５ｅからの蛍光は、第２光ファイバ３２０ａ〜３２０ｅを介して光検出部３２１、そして温度検出部３２３へと伝達される。このような構成により、軸受装置の外輪３０５の温度分布を測定することができる。なお、本実施形態は、外輪３０５の所定の領域にのみ測定点を設ける構成としたが、外輪３０５の周方向全体に亘り測定点を設けることも可能である。また、実施形態２と同様に内輪３０３に複数の測定点を設ける構成としてもよい。
【００３２】
上記第１及び第２光ファイバの測定点の近傍に近い側の端部からの一定長さは、長手方向に一体として結合し、途中で分岐する構成となっており、光伝達部材を測定点側でコンパクトに構成している。
【００３３】
（第４実施形態）
第４実施形態は、温度センサ付きの円筒ころ軸受装置である。第１実施形態では、玉軸受装置であったが、本実施形態は、円筒ころ軸受装置に温度センサを設けた例である。
図７（ａ）は、温度センサ付き円筒ころ軸受装置の縦方向断面図であり、図７（ｂ）は、円筒ころ軸受装置の変形例である。なお、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す温度センサ付き円筒ころ軸受装置は、蛍光体４１５、光ファイバの配置、誘電体膜の有無のみが異なるだけであるので、図７（ａ）を参照して構成の説明を行う。
【００３４】
環状の内輪４０３と、内輪４０３の半径方向外方に配置される外輪４０５と、内輪４０３と外輪４０５により画成される環状空間４０７内に配置される転動体である円筒ころ４０９と、円筒ころ４０９を環状空間４０７内で転動可能に保持する保持器４１１と、を備え、さらに外輪４０５の軌道面４０５ａ側に装着された蛍光体４１５を有する蛍光体式温度センサ４１３を備える。温度センサ４１３の温度測定部の第１及び第２光ファイバ等は、図２と同じ構成であるので説明を割愛する。
【００３５】
軌道面４０５ａ上に蛍光体４１５を装着すると、円筒ころ４０９が蛍光体４１５に直接接触し、蛍光体が磨耗する恐れがある。そこで、酸化シリコン等の酸化膜、窒化シリコン等の窒化膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜等の誘電体膜等を、蛍光体４１５の円筒ころ４０９側の表面に積層する。この構成により、誘電体膜４３９を介して軌道面４０５ａの温度を測定することができる。なお、図７（ｂ）の蛍光体４１５は、肩部内周面４０５ｂに配置されているので、円筒ころ４０９に接触することはない。よって蛍光体には誘電体膜を成膜していない。
【００３６】
なお、本実施形態では、円筒ころ軸受装置の軌道面上の温度測定を行う構成としたが、第１実施形態の転がり軸受装置の軌道面や、軌道面上の複数の測定点を設け、複数の蛍光体を配置できるとは言うまでもない。
さらに、誘電膜は、前述した実施形態の図２（ｂ）の蛍光体１５、図４（ｂ）の蛍光体１１５の転動体側の表面に誘電体を積層してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】温度センサ付き転がり軸受装置の縦方向断面図である。
【図２（ａ）】図１の部分拡大図である。
【図２（ｂ）】（ａ）の温度センサ付き転がり軸受装置の変形例の部分拡大図である。
【図３】実施形態１の蛍光体温度測定手段を示す図である。
【図４】（ａ）は内輪に光導電部材を装着した温度センサ付き軸受装置の縦方向断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の温度センサ付き軸受装置の変形例の部分拡大図である。
【図５】温度センサの変形例の模式図である。
【図６】第３実施形態の温度センサ付き転がり軸受装置の横断面図である。
【図７】（ａ）は、温度センサ付き円筒ころ軸受装置の縦方向断面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）の円筒ころ軸受装置の変形例の縦方向断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 温度センサ付き転がり軸受装置
３ 内輪
５ 外輪
７ 環状空間
９ 転動体
１１ 保持器
１３ 温度センサ
１５ 蛍光体
１７ 光源
１８、２０ 光ファイバ
１９ 温度測定部
２１ 光検出部
２３ 温度検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ付き軸受装置に関し、特に軸受装置の温度を測定して、軸受内のグリース切れ、異物混入、焼き付き等の異常を検出する温度センサ付き軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸受装置の温度測定手段として、2種類の異なる金属で閉回路を形成し、2箇所の接合点で温度差により生じる起電力(電圧)に基づき温度を測定する熱電対（例えば、特許文献１参照。）や、温度の変化を抵抗値若しくは定電流信号として取り出し、信号変換器により温度に換算する白金測温抵抗体や、被測定物が放射する赤外線を検出する放射温度計（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１４７
【特許文献２】特開２００３−０４９８３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される接点接触式の温度センサを用いて、測定子を測定点に接触させて温度を測定する場合に、狭い空間内に測定子を配置する必要から温度センサのサイズを小さくする必要があった。特に、転がり軸受装置の軌道輪等の転がり軸受の転動体、すなわちボールが通過する箇所（軌道輪または軌道輪近傍）での温度測定は、温度センサ自体の小型化及び軽量化する必要があり、センサを搭載することが困難になってきている。
【０００５】
また、特許文献２に開示される温度センサは、測定対象物の材質や表面状態により赤外線の放射量に差異が生じる放射温度計を用いた場合には、測定対象物の放射率を考慮して（すなわち放射量を補正して）、測定対象物の温度を算出する必要があり、その放射率を得るには手間がかかる。さらに、測定対象物以外から放射される赤外線を区別することなく測定対象物の放射量として測定してしまい、正確な温度測定が困難である。また、赤外線の波長によっては分解能が制限され、所定部位の正確な温度測定が困難となる恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、熱電対や白金測温抵抗体等のように、測定部位に比較的大きな空間を必要とする接触式の温度センサではなく、また、放射温度計のように測定対象物に応じて放射量を補正することの必要がない、高精度で所定部位の温度の測定が可能な温度センサ付き軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者等が鋭意検討した結果、蛍光体式温度センサが好ましいという知見を得た。蛍光体式温度センサは、蛍光体を温度測定対象物である軸受装置の所定位置に装着し、パルス状の励起光を照射することによりその蛍光体を発光させ、蛍光体の発光強度の時間に関する減衰曲線が温度に応じて変化するという物理的原理を応用した測温部材である。例えば、寸法が比較的小さい軸受装置であって温度センサを配する領域が制限される場合においても、蛍光体のみを配置する構成なので蛍光体式温度センサを使用することが好ましい。
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の温度センサ付き軸受装置の第１の態様は、内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光体式温度センサと、を備える。
【０００９】
また、本発明の温度センサ付き軸受装置の第２の態様によれば、前記蛍光体式温度センサは、前記蛍光体に励起光を照射する光源と、前記励起光による前記蛍光体の発光強度の減衰特性から前記外輪もしく内輪の温度を測定する温度測定部と、前記蛍光体へ前記光源からの励起光を導く第１光伝達部材と、前記蛍光体からの蛍光を前記温度測定部に導く第２光伝達部材と、を有する。
【００１０】
本発明の温度センサ付き軸受装置の第３の態様によれば、前記蛍光体は、前記外輪の内周面若しくは前記内輪の外周面に設けられている。
さらに、本発明のセンサ付き軸受装置の第４の態様によれば、前記蛍光体が、複数配置されている。
【００１１】
本発明の温度センサ付き軸受装置の第５の態様によれば、前記第１光伝達部材と第２光伝達部材は同一部材である。
さらに、本発明の温度センサ付き軸受装置の第６の態様によれば、前記内輪と前記外輪により画成される環状空間内に配置される転動体と、を備える。
本発明の温度センサ付き軸受装置の第７の態様によれば、前記内輪と前記外輪により画成前記転動体は、玉もしくは円筒ころである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非接触式の軸受装置の温度センサとして蛍光式温度測定手段を用いているので、計測したい箇所に蛍光体を装着し、パルス上の励起光を照射することによる蛍光物質の光強度の減衰曲線を測定することにより、軸受装置の所定箇所の温度を測定するので、放射温度計と異なり放射効率を補正する必要もない。結果として、軸受装置内の温度を高精度で測定できる温度センサ付き転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の温度センサ付き軸受装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面中、同一要素は同一符号で示してある。
【００１４】
（実施形態１）
実施形態１は、本発明を転がり軸受である玉軸受装置に適用したセンサ付き玉軸受装置である。以下、その構成について図１〜３を参照しつつ説明する。図１は、温度センサ付き転がり軸受装置の縦方向断面図であり、図２（ａ）は、図１の部分拡大図であり、図２（ｂ）は、温度センサ付き転がり軸受装置の変形例の図２（ａ）に対応する部分拡大図であり、図３は、実施形態１の蛍光体式温度センサを示す図である。なお、図２（ａ）と図２（ｂ）に示す温度センサ付き軸受装置は、蛍光体１５、光ファイバの配置のみが異なるだけであるので、図２（ａ）を参照して構成の説明を行う。本実施形態の温度センサ付き玉軸受１は、環状の内輪３と、内輪３の半径方向外方に同心に配置された環状の外輪５と、内輪３と外輪５により画成される環状空間７内に配置される転動体である玉部材９と、玉部材９を環状空間７内で転動可能に保持する保持器１１と、蛍光体式温度センサ１３と、を備える。なお、本実施形態では、外輪５は固定し、内輪３が転動する構成とした。
【００１５】
温度センサ１３は、外輪５の肩部内周面５ｂ側に装着された蛍光体１５と、蛍光体１５に対して励起光を照射する光源１７と、励起光を受けた蛍光体１５からの蛍光を受け、蛍光体１５の発光強度の減衰特性から外輪５の温度を測定する温度測定部１９と、蛍光体１５へ光源１７からの励起光を導く光伝達部材である第１光ファイバ１８と、励起光による蛍光体１５の蛍光を温度検出部２３に導くための光伝達部材である第２光ファイバ２０と、を有する。蛍光体１５は、マグネシウム等からなる薄板状部材である。
【００１６】
また、温度測定部１９は、蛍光信号を光電変換し光量を測定する光検出部２１と、予め得られている蛍光緩和時間と温度との関係を参照し、所定部位の温度を演算する温度検出部２３と、を有する。
【００１７】
なお、光源１７には、不図示の制御部が連結されており、制御部からの駆動信号を光源１７が受けるとパルス状の励起光を照射し、温度検出部２３において測定部位の温度が検出される。
【００１８】
次に図３を参照して、光伝達部材について述べる。光源１７から励起光を蛍光体１５に伝達する光伝達部材は第１光ファイバ１８であり、蛍光体１５側の一端部１８ａには撮像光学系であるレンズ２７が装着され、他端部１８ｂにはフィルタ２９が装着されている。蛍光体１５からの蛍光を温度検出部１３に導くための第２の光ファイバ２０の一端部２０ａには、受像用光学系であるレンズ３１が装着され、他端部２０ｂにはフィルタ３３が装着され所定の波長の蛍光を透過する。フィルタ３３を透過した蛍光は、光検出部２１において、光量が測定され、温度検出部において予め得られている蛍光緩和時間と蛍光体の温度の関係から測定部位の温度が得られる。
【００１９】
蛍光体１５は、外輪５の肩部内周面５ｂであって、軌道面５ａの近傍（図２（ａ）参照）に、又は軌道面５ａ（図２（ｂ）参照）に装着される。図２（ａ）の蛍光体１５は外輪５の肩部内周面５ｂの曲率半径とほぼ同一の曲率半径を有し、図２（ｂ）の蛍光体１５は外輪５の軌道面５ａの曲率半径とほぼ同一の曲率半径を有する。また、貼付された蛍光体１５に対して外輪５の径方向に貫通するファイバ収容路３５を設け、第１光ファイバ１８及び第2光ファイバ２０の一端部１８ａ、２０ａがファイバ収容路３５内で蛍光体１５の近くに配置されている。
【００２０】
上記構成の温度センサ付きの軸受装置は、以下のように作動する。駆動信号を光源１７が受けると、パルス状の励起光が発せられ、第１光ファイバ１８を通り、蛍光体１５を照射する。照射された蛍光体は、その温度に応じた所定の蛍光を発し、第２光ファイバ２０を介して光検出部２１に伝達される。光検出部２１において光量が測定され、温度検出部２３においてその温度が検出される。
【００２１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、内輪に蛍光体及び光伝達部材を装着した温度センサ付き玉軸受装置である。図４（ａ）、（ｂ）を参照しつつ第２実施形態の温度センサ付き玉軸受装置について説明する。なお、玉部材、保持器、温度センサ等の他の要素は図１と同様の形状、寸法を有する構成であるので詳細な説明は割愛する。図４（ａ）は、温度センサ付き玉軸受装置の部分拡大図であり、図４（ｂ）は、温度センサ付き玉軸受装置の変形例の図４（ａ）に対応する部分拡大図である。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す温度センサ付き玉軸受装置は、蛍光体１１５、光ファイバの配置のみが異なるだけであるので、図４（ａ）を参照して構成の説明を行う。
【００２２】
環状の外輪１０５の径方向内方であって、外輪１０５と同心に内輪１０３が配置されている。本実施形態では、内輪１０３を固定し、外輪１０５が回転する構成である。内輪１０３の内周面は、球状部材が転動する凹状の軌道面１０３ａと、軌道面１０３ａを軸方向に挟んで両端側に配置される肩部内周面１０３ｂとから構成される。一方の肩部内周面１０３ｂ上であって軌道面１０３ａの近傍（図４（ａ）参照）、又は軌道面１０３ａ（図４（ｂ）参照）には、蛍光体１１５が貼付されている。また、蛍光体１１５が貼付されている肩部には、径方向に貫通するファイバ収容路１３５が穿孔されている。ファイバ収容路１３５には、図２、図３と同様の第１光ファイバ１１８及び第２光ファイバ１２０が、その先端に設けられた光学系のレンズと蛍光体１１５との間に所定距離を有するように配置される。
【００２３】
上記構成において、第１実施形態と同様に光源からの励起光が第１光ファイバ１１８を介して蛍光体１１５に導かれ、励起光による蛍光体１１５からの蛍光が第２光ファイバ１２０を介して温度測定部に導かれ、蛍光体１１５が装着された測定部分の温度が検出される。なお、温度センサの測温工程は、前述した実施形態１と同様である。
【００２４】
（温度センサの変形例）
図５は、温度センサの変形例の模式図である。上記した第１及び第２実施形態は、第１光ファイバと第２光ファイバを備え、光源からの励起光を蛍光体まで伝達するための光ファイバと、蛍光体からの蛍光を温度測定部に伝達するための光ファイバをそれぞれ別々の部材としたが、本変形例は、励起光の光路及び蛍光の光路を単一の光ファイバから構成されたものである。また、光伝達部材の変形例は、実施形態１、２の何れの構成にも適用できることは言うまでもない。
【００２５】
温度センサ２１３は、温度を測定する部位に貼付される蛍光体（不図示）と、温度測定部２１９と、先端に撮像光学系を構成するレンズ２２７が装着された光伝達部材である光ファイバ２２８と、を備える。温度測定部２１９は、光源２１７、光検出部２２１、温度検出部２２３、ビームスプリッタ２３７、フィルタ２３９を備える。ビームスプリッタ２３７は、光源２１７からの励起光２５１を９０度反射させて光ファイバ２２８の一端部２２８ｂに導波し、また、光ファイバ２２８の他端２２８ａを出射した蛍光体（図１の符号１５に相当）からの光線２５３を透過させる部材である。また、フィルタ２３９は、蛍光体（図１の符号１５に相当）からの光線２５３のうち、所定波長の光を透過させる部材である。
【００２６】
また、光検出部２２１は、フィルタ２３７を透過した光の光量を測定するための光電変換部材であり、温度検出部２２３は、光検出部２２１で得られた電荷に基づいて算定された蛍光体の発光強度の減衰特性に基づき、予め格納されている温度と減衰特性との関係から、温度を測定する部材である。
【００２７】
上記構成の温度センサ２１３において、光源２１７から照射される励起光２５１は、図５中の上下方向上方に進行する。さらに、ビームスプリッタ２３７により励起光２５１を９０度反射させ光ファイバ２２８内の端部２２８ｂへ導入する。光ファイバ２２８内を進行する励起光２５１は、蛍光体（図１、２の符号１５に相当）に到達し蛍光体が発光する。蛍光体から放出される蛍光２５３は、直接光ファイバ２２８の他端部２２８ａ側から入射し、光ファイバ２２８の一端部２２８ｂから出射し、ビームスピリッタ２３７、フィルタ２３９を透過し光検出部２２１内に入射する。上述のように温度検出部２２３において蛍光体の発光強度の減衰に基づき軸受装置の所定の部位の温度が計測される。この変形例によれば光伝達部材の構成を簡易にできる。
【００２８】
（第３実施形態）
第１実施形態では、単一の蛍光体を設け単一の測定点の温度を検出する構成であったが、第３実施形態は、複数の蛍光体を外輪３０５に装着し、軸受装置内に複数の測定点を設ける構成である。図６は、第３実施形態の温度センサ付き玉軸受の横断面図である。本実施形態では、外輪３０５の肩部内周面（図２の５ｂに相当）または軌道面（図２の５ａに相当）に図１、図２に示した蛍光体が複数配置されている。本実施形態では、外輪３０５の３分の１の円弧状部分に等間隔に５つの蛍光体３１５ａ〜３１５ｅを配置した。従って、外輪３０５の５つの測定点において温度を検出することができる。
【００２９】
また、５つの蛍光体３１５ａ〜３１５ｅ各々には、図１、２で示した第１及び第２光ファイバと同様の第１光ファイバ３１８ａ〜３１８ｅ及び第２光ファイバ３２０ａ〜３２０ｅが装着されている。
【００３０】
本実施形態の励起光は、単一の光源３１７から照射された励起光を分岐し各蛍光体３１５ａ〜３１５ｅに伝達する構成でもよいし、蛍光体３１５ａ〜３１５ｅ毎に独立した光源を設ける構成としてもよい。
【００３１】
また、各測定点に配置された蛍光体３１５ａ〜３１５ｅからの蛍光は、第２光ファイバ３２０ａ〜３２０ｅを介して光検出部３２１、そして温度検出部３２３へと伝達される。このような構成により、軸受装置の外輪３０５の温度分布を測定することができる。なお、本実施形態は、外輪３０５の所定の領域にのみ測定点を設ける構成としたが、外輪３０５の周方向全体に亘り測定点を設けることも可能である。また、実施形態２と同様に内輪３０３に複数の測定点を設ける構成としてもよい。
【００３２】
上記第１及び第２光ファイバの測定点の近傍に近い側の端部からの一定長さは、長手方向に一体として結合し、途中で分岐する構成となっており、光伝達部材を測定点側でコンパクトに構成している。
【００３３】
（第４実施形態）
第４実施形態は、温度センサ付きの円筒ころ軸受装置である。第１実施形態では、玉軸受装置であったが、本実施形態は、円筒ころ軸受装置に温度センサを設けた例である。
図７（ａ）は、温度センサ付き円筒ころ軸受装置の縦方向断面図であり、図７（ｂ）は、円筒ころ軸受装置の変形例である。なお、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す温度センサ付き円筒ころ軸受装置は、蛍光体４１５、光ファイバの配置、誘電体膜の有無のみが異なるだけであるので、図７（ａ）を参照して構成の説明を行う。
【００３４】
環状の内輪４０３と、内輪４０３の半径方向外方に配置される外輪４０５と、内輪４０３と外輪４０５により画成される環状空間４０７内に配置される転動体である円筒ころ４０９と、円筒ころ４０９を環状空間４０７内で転動可能に保持する保持器４１１と、を備え、さらに外輪４０５の軌道面４０５ａ側に装着された蛍光体４１５を有する蛍光体式温度センサ４１３を備える。温度センサ４１３の温度測定部の第１及び第２光ファイバ等は、図２と同じ構成であるので説明を割愛する。
【００３５】
軌道面４０５ａ上に蛍光体４１５を装着すると、円筒ころ４０９が蛍光体４１５に直接接触し、蛍光体が磨耗する恐れがある。そこで、酸化シリコン等の酸化膜、窒化シリコン等の窒化膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜等の誘電体膜等を、蛍光体４１５の円筒ころ４０９側の表面に積層する。この構成により、誘電体膜４３９を介して軌道面４０５ａの温度を測定することができる。なお、図７（ｂ）の蛍光体４１５は、肩部内周面４０５ｂに配置されているので、円筒ころ４０９に接触することはない。よって蛍光体には誘電体膜を成膜していない。
【００３６】
なお、本実施形態では、円筒ころ軸受装置の軌道面上の温度測定を行う構成としたが、第１実施形態の転がり軸受装置の軌道面や、軌道面上の複数の測定点を設け、複数の蛍光体を配置できるとは言うまでもない。
さらに、誘電膜は、前述した実施形態の図２（ｂ）の蛍光体１５、図４（ｂ）の蛍光体１１５の転動体側の表面に誘電体を積層してもよいことは言うまでもない。
【００３７】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】温度センサ付き転がり軸受装置の縦方向断面図である。
【図２（ａ）】図１の部分拡大図である。
【図２（ｂ）】（ａ）の温度センサ付き転がり軸受装置の変形例の部分拡大図である。
【図３】実施形態１の蛍光体温度測定手段を示す図である。
【図４】（ａ）は内輪に光導電部材を装着した温度センサ付き軸受装置の縦方向断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）の温度センサ付き軸受装置の変形例の部分拡大図である。
【図５】温度センサの変形例の模式図である。
【図６】第３実施形態の温度センサ付き転がり軸受装置の横断面図である。
【図７】（ａ）は、温度センサ付き円筒ころ軸受装置の縦方向断面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）の円筒ころ軸受装置の変形例の縦方向断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 温度センサ付き転がり軸受装置
３ 内輪
５ 外輪
７ 環状空間
９ 転動体
１１ 保持器
１３ 温度センサ
１５ 蛍光体
１７ 光源
１８、２０ 光ファイバ
１９ 温度測定部
２１ 光検出部
２３ 温度検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光体式温度センサと、を備える温度センサ付き軸受装置。
【請求項２】
前記蛍光体式温度センサは、前記蛍光体に励起光を照射する光源と、前記励起光による前記蛍光体の発光強度の減衰特性から前記外輪もしく内輪の温度を測定する温度測定部と、前記蛍光体へ前記光源からの励起光を導く第１光伝達部材と、前記蛍光体からの蛍光を前記温度測定部に導く第２光伝達部材と、を有する請求項１に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項３】
前記蛍光体は、前記外輪の内周面若しくは前記内輪の外周面に設けられている請求項１又は２に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項４】
前記蛍光体が、複数配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項５】
前記第１光伝達部材と第２光伝達部材は同一部材である請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項６】
前記内輪と前記外輪により画成される環状空間内に配置される転動体と、前記転動体を前記環状空間内で転動可能に保持する保持器と、を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項７】
前記転動体は、玉もしくは円筒ころである請求項６に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項１】
内輪と、前記内輪の半径方向外方に配置され、前記内輪に対して相対回転可能な外輪と、前記外輪若しくは前記内輪に装着された蛍光体を有する蛍光体式温度センサと、を備える温度センサ付き軸受装置。
【請求項２】
前記蛍光体式温度センサは、前記蛍光体に励起光を照射する光源と、前記励起光による前記蛍光体の発光強度の減衰特性から前記外輪もしく内輪の温度を測定する温度測定部と、前記蛍光体へ前記光源からの励起光を導く第１光伝達部材と、前記蛍光体からの蛍光を前記温度測定部に導く第２光伝達部材と、を有する請求項１に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項３】
前記蛍光体は、前記外輪の内周面若しくは前記内輪の外周面に設けられている請求項１又は２に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項４】
前記蛍光体が、複数配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項５】
前記第１光伝達部材と第２光伝達部材は同一部材である請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項６】
前記内輪と前記外輪により画成される環状空間内に配置される転動体と、前記転動体を前記環状空間内で転動可能に保持する保持器と、を備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の温度センサ付き軸受装置。
【請求項７】
前記転動体は、玉もしくは円筒ころである請求項６に記載の温度センサ付き軸受装置。
【図１】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１９７０５２（Ｐ２００８−１９７０５２Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４９５４（Ｐ２００７−３４９５４）
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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