JP2001174207A - 変位計及び変位量測定方法 - Google Patents
変位計及び変位量測定方法Info
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Abstract
ることがないとともにリング本来の運動を損なうことな
く、リング上下動、リング回転、リングの油膜厚さ、転
がり軸受けの転動体通過等を検知でき、計測準備期間の
短縮、コスト低減及び信頼性の向上を図ることを課題と
する。 【解決手段】強磁性材料からなる被測定物の変位量を測
定する変位計において、前記被測定物と対向して配置さ
れたホール素子22と、このホール素子22の背面に配
置された磁石23とを具備することを特徴とする変位
計。
Description
ストンの熱変形によるピストリングの挟み込みや、潤滑
状態等の現象を把握するために、ピストリングの上下
動、回転、油膜厚さ、転動体の通過等を検知する変位計
及び変位量測定方法に関する。
メカニズムを解明するためや、ピストンの熱変形による
ピストンリングの挟み込み等の現象が生じていないかの
確認をするために、ピストンリングの上下方向の動きを
測定することがある。
ときには、図1(A),(B)に示すような構成を採用
している。ここで、図1(A)はリング挙動計測装置の
全体図、図1(B)は図1(A)のセンサの詳細図を示
す。
で囲まれたピストンを示す。前記ピストン1は、左右に
動く連接棒3やクランク軸4、リンク装置5が接続され
ている。前記シリンダライナ2寄りの前記ピストン1の
外周壁には、複数のリング状の溝1a、および加工穴1
bが形成され、一方の溝1aにはピストンリング6が装
着されている。さらに加工穴1bには渦電流式変位セン
サ7が埋め込まれている。このセンサ7は、図1(B)
に示すように、絶縁物8aにコイル8bが巻かれてい
る。前記センサ7にはリード線9が接続されており、こ
のリード線9は可動部であるピストン1、連接棒3、リ
ンク装置5を経由してアンプ10や記録計11に電気的
に接続されている。
うに、テレメータ方式のリング挙動計測装置が知られて
いる。なお、図2(B)は図2(A)の装置の要部の拡
大図を示す。このテレメータ方式は、可動部から受信側
である静止側へ信号を伝送するものである。なお、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。市販テレメ
ータシステムのトランスミッタ部は、歪みゲージ13で
物理量を検出する方式が一般的である。このため、ピス
トンリング6の上下動の検出は、感知レバー12の根元
に歪みゲージ13を貼り、ピストンリング6の変位量を
抵抗変化として検出し、トランスミッタ14を介して送
信アンテナ15から受信アンテナ16を有した信号復調
器(レシーバ)17へ信号が伝送されるシステムとなっ
ている。
式の装置の場合、リード線9が可動部であるピストン
1、連接棒3、リンク装置5を経由するため、リード線
9の耐久性に欠け、断線する確率が高い欠点がある。ま
た、リンク装置5の設計に多くの労力を要する欠点があ
る。
レバー12が接触式のため、ピストンリング6に対して
感知レバー12にバネ力を加えねばならず、リング本来
の運動を損なう欠点がある。
ので、ホール素子と磁石を組み合わせて変位センサとし
て用いる構成とすることにより、従来のようにリード線
の断線や多大な労力を生じることがないとともにリング
本来の運動を損なうことなく、リング上下動やリング回
転やリングの油膜厚さや転がり軸受けの転動体通過検出
等を検知でき、もって計測準備期間の短縮、コスト低減
及び信頼性の高い変位計及び変位量測定方法を提供する
ことを目的とする。
性材料からなる被測定物の変位量を測定する変位計にお
いて、前記被測定物と対向して配置されたホール素子
と、このホール素子の背面に配置された磁石とを具備す
ることを特徴とする。
測定物の変位量を測定する変位量測定方法において、前
記被測定物と対向して配置されたホール素子と、このホ
ール素子の背面に配置された磁石とを用い、前記被測定
物を前記ホール素子に対して近づけたり、遠ざけたりす
ることにより、ホール素子上の磁場を変化させ、変位量
を電圧として検出することを特徴とする。
する。テレメータ方式による信号検出は、図3に示すよ
うにホイーストンブリッジ部に一定の電圧(又は電流)
を加え、アクティブゲージ21の抵抗変化を電圧として
検出するブリッジ回路を構成している。
器からの印加電圧をホール素子22に加えるとともに、
ホール素子22の背面に磁石23を設置しておく。リン
グ24等の強磁性体をホール素子22に対して近づけた
り、遠ざけたりすると、ホール素子上の磁場も変化する
ので、変位量を電圧として検出することができる。さら
に、その信号を増幅器側に結線することにより、変位信
号を発信器を介してテレメータで電送することができ
る。なお、図4中の付番20は、可変抵抗器(回路の初
期平衡に使う)を示す。
に、素子に一定電流を加えておくと、素子に対して垂直
に作用する磁場の大きさに応じた電圧を出力する特性を
有している。また、一定の電圧を加えた場合にも磁場の
大きさに応じた出力電圧が得られる事が知られている。
なお、定電流方式の場合は、VH=Rh/d×Ic×B
となり、定電圧方式の場合は、VH=μh×W/L×Vi
n×Bとなる。但し、VH:ホール出力電圧、Ic:制御
電流、Rh:ホール係数、μh:半導体の電子移動度、
Vin:入力電圧、W:受感部の幅、L:受感部の長さを
示す。
うな回路とし、ホール素子を図20に示すような配置し
た場合、例えば26℃における距離hと出力電圧との関
係は図21に示す通りとなる。また、距離1mmの時に
おけるドリフト量を調べたところ、雰囲気温度と出力電
圧との関係は図22に示す通りとなる。なお、強磁性体
としてはS45Cを用いた。
は、100℃を超えることが予想され、温度に対する出
力電圧のドリフト制御対策を講じておく必要がある。ま
た、磁石は温度が上がると保持力が減磁するとともに、
ホール素子も温度変化に対しても抵抗変化し出力電圧が
ドリフトする。従って、図7及び図8に示すように、2
つのホール素子、つまりホール素子(アクティブ)2
5、ホール素子(ダミー)26を用い、温度変化分をキ
ャンセルする必要がある。なお、図8において、付番2
7は強磁性体からなるセンサーケースを示す。このセン
サーケース27内には、底から順に非磁性体からなるセ
ラミックス板28a、ホール素子26、非磁性体からな
るセラミックス板28b、磁石23、磁性体からなるセ
ラミックス板28c及びホール素子25が順次積層され
ている。こうした積層体は、センサーケース27内で非
磁性体からなる高温用樹脂29により封止されている。
a)、ダミー側のホール素子(Hd)を図23に示すよ
うな回路とし、ホール素子を図24に示すような配置し
た場合、例えば28℃,100℃における距離hと出力
電圧との関係は図25に示す通りとなる。また、距離1
mmの時におけるドリフト量を調べたところ、雰囲気温
度と出力電圧との関係は図26に示す通りとなる。な
お、強磁性体としては1つのホール素子(Ha)の場合
と同様、強磁性体S45Cを用いた。
計が含まれる。 (1)ピストンにセットされたピストンリングの上下方
向の運動を測定するための変位計であり、前記ピストン
リングの近くのピストンに凹部が形成され、この凹部に
配置されたアクティブ側の第1ホール素子と、前記凹部
に前記第1ホール素子と対向して配置されたダミー側の
第2ホール素子と、前記第1・第2ホール素子間に絶縁
物を介して配置された磁石と、前記第1・第2ホール素
子に接続されたリード線とを具備することを特徴とする
変位計。
リングの回転を測定するための変位計であり、前記ピス
トンリングの近くの前記シリンダライナに凹部が形成さ
れ、この凹部に配置されたアクティブ側の第1ホール素
子と、前記凹部に前記第1ホール素子と対向して配置さ
れたダミー側の第2ホール素子と、前記第1・第2ホー
ル素子間に絶縁物を介して配置された磁石と、前記第1
・第2ホール素子に接続されたリード線とを具備するこ
とを特徴とする変位計。
イナに囲まれたピストンにセットされたピストンリング
との間に介在する油膜の厚さを測定する変位計であり、
ピストンリングの近くのピストンに凹部が形成され、こ
の凹部に配置されたアクティブ側の第1ホール素子と、
前記凹部に前記第1ホール素子と対向して配置されたダ
ミー側の第2ホール素子と、前記第1・第2ホール素子
間に絶縁物を介して配置された磁石と、前記第1・第2
ホール素子に接続されたリード線とを具備することを特
徴とする変位計。
れた大端部軸受と、この大端部軸受と係合する軸心との
間に介在する油膜の厚さを測定する変位計であり、前記
大端部軸受に凹部が形成され、この凹部に配置されたア
クティブ側の第1ホール素子と、前記凹部に前記第1ホ
ール素子と対向して配置されたダミー側の第2ホール素
子と、前記第1・第2ホール素子間に絶縁物を介して配
置された磁石と、前記第1・第2ホール素子に接続され
たリード線とを具備することを特徴とする変位計。
側に転動体を介して配置された回転軸と、前記ケーシン
グを押える軸受け押えとを有する転がり軸受けに使用さ
れる、転動体の通過を検出する変位計であり、前記転動
体の近くの軸受け押えに凹部が形成され、この凹部に配
置されたアクティブ側の第1ホール素子と、前記凹部に
前記第1ホール素子と対向して配置されたダミー側の第
2ホール素子と、前記第1・第2ホール素子間に絶縁物
を介して配置された磁石と、前記第1・第2ホール素子
に接続されたリード線とを具備することを特徴とする変
位計。
明する。 (実施例1)図9及び図10を参照する。ここで、図9
は実施例1に係る変位計の説明図、図10はこの変位計
に使用されるホール素子を用いた回路図を示す。但し、
図9ではピストン部分は一部のみを図示している。
を示す。このピストン31の外周壁には、リング状の溝
32が形成されている。この溝32には、ピストンリン
グ33が装着されている。また、前記溝32の下部に対
応するピストン31には、変位計としてのセンサー34
の主要部が収納される凹部35が形成されている。
33側の凹部35内に配置された第1のホール素子(ア
クティブ側)36と、前記凹部35内に前記第1のホー
ル素子36と対向して配置された第2のホール素子(ダ
ミー側)37と、前記第1のホール素子36及び第2の
ホール素子37間に非磁性体からなる絶縁物38a,3
8bを夫々介して配置された磁石39と、前記第2のホ
ール素子37の下部側に配置された非磁性体からなる絶
縁物38cと、前記第1のホール素子36及び第2のホ
ール素子37接続されたリード線40とから構成されて
いる。前記センサー34の主要部である凹部35内のホ
ール素子36、37、磁石39及び絶縁物38a〜38
cは、非磁性体からなる樹脂41により気密に封止され
ている。
の下部に対応するピストン31に凹部35を形成し、こ
の凹部35にピストンリング33に非接触の状態でセン
サー34を設けているとともに、市販のテレメータシス
テムが使用できるため、計測準備期間の短縮、計測コス
トの低減を実現できる。また、ピストンリング33の拘
束の有無が確認できる。
ここで、図11は実施例2に係る変位計の説明図、図1
2はこの変位計に使用されるホール素子を用いたセンサ
ーの回路図、図13は第1・第2のセンサーの出力と時
間との関係を示す特性図、図14は出力電圧と時間との
関係を示す特性図を示す。本実施例2は、ピストンリン
グの回転を検知する例を示す。
囲むシリンダライナを示す。また、前記ピストンリング
33の合い口隙間33aに対応するシリンダライナ42
には、第1のセンサー341を収容するための開口部
(凹部)43が設けられている。また、前記凹部43の
近くのシリンダライナ42にも凹部44が設けられ、こ
の凹部44に第2のセンサー342が設けられている。
前記第1のセンサー34 1及び第2のセンサー342の
出力は、図12に示すように、オペアンプ35a,35
bを経た後、オペアンプ35cから取り出されるように
なっている。なお、第1のセンサー341及び第2のセ
ンサー342は実施例1のセンサーと同様な構成となっ
ている。但し、第1のセンサー341の出力と時間との
関係は図13(A)のように、第2のセンサー342の
出力と時間との関係は図13(B)のようになってい
る。
囲むシリンダライナ42に凹部43、44を設け、これ
ら凹部43、44に夫々第1のセンサー341及び第2
のセンサー342を配置した構成となっているため、ピ
ストントンリング33の拘束の有無を確認できる。ま
た、ピストンリング33の合い口隙間33aの大きさに
よって出力電圧が変わるため、ピストンリングの磨耗量
の計測も可能である。従って、リング交換時期等が予測
でき、機関の信頼性向上に寄与できる。
3は、シリンダライナとピストンリング間に介在する油
膜厚さを検知する例を示す。通常、シリンダライナ42
とピストンリング33間には、ピストン31の上下動を
スムーズにするために油45が使用されている。ピスト
ンリング33が収納されている凹部32と内側寄りに隣
接したピストン31には、センサー34の主要部を収納
する凹部46が形成されている。センサー34の構成は
前述した通りである。
内側に隣接した位置にセンサー34を配置した構成とな
っているため、ピストンリング42の横方向(矢印A方
向)の動きを検知し、これにより前記油45の厚さTを
測定できる。従って、機関の信頼性を向上できる。
る。ここで、図16は変位計を組み込んだ転がり軸受け
の全体図、図17は前記変位計の説明図を示す。本実施
例4は、転がり軸受けに使用される転動体の通過を検出
する変位計の例を示す。
す。このケーシング51の内側には、回転軸52が該ケ
ーシング51と同軸に配置されている。前記ケーシング
51と回転軸52間には、外輪53と内輪54と磁性体
からなる保持器55で囲まれた強磁性体からなる複数の
鋼球(転動体)56が配置されている。前記ケーシング
51、外輪53は、中央部が開口した軸受け押え57に
より支持されている。軸受け押え57の開口部には、オ
イルシール58を介して前記回転軸52一端部が位置す
る。また、回転軸52の一端部は前記内輪54と係止す
るように鍔部52aを有している。
は凹部57aが形成され、この凹部57aにセンサー
(変位計)34が配置されている。このセンサー34
は、図17に示すように、アクティブ側の第1のホール
素子36と、この第1のホール素子36と対向して配置
されたダミー側の第2ホール素子37と、前記第1・第
2ホール素子36、37間等に非磁性体からなる絶縁物
38a,38b,38cを介して配置された磁石39
と、前記第1・第2ホール素子に接続されたリード線4
0と、リード線40の一部を封止する樹脂41とを有し
ている。なお、図中の付番59はセンサーケースを示
す。
受け押え57に凹部57aを形成し、この凹部57aに
センサー34を配置した構成になっているため、鋼球5
6の通過を検出できるので、鋼球56の公転数を把握で
き、転がり軸受けの信頼性に寄与できる。
図示しないピストンと連動する連接棒を示すもので、内
部に変位計としてのセンサを有している。本実施例5
は、大端部軸受けの油膜厚さを検知する例を示す。
棒61には、軸心62と連結する大端部軸受63が取り
付けられている。通常、軸心62と大端部軸受63間に
は、図示しない油が介在している。前記大端部軸受63
の周方向に沿う位置には、複数(例えば6個)の凹部が
略同じ間隔で形成され、これら凹部にセンサ34が夫々
取り付けられている。これらのセンサ34は、実施例で
も述べたように、図17のような構成となっている。前
記センサ34には、リード線40を介してトランスミッ
タ64、送信アンテナ65が接続されている。一方、前
記連接棒61と離間した位置には、受信アンテナ66を
備えた復調器67が配置されている。
する大端部軸受63に複数の凹部を設け、これらの凹部
に夫々センサ34を配置した構成となっているため、軸
心61の半径方向の動きを検知し、これにより軸心62
と大端部軸受63間の油の厚さを測定できる。また、セ
ンサ34からの情報をトランスミッタ64、送信アンテ
ナ66を介して復調器67の受信アンテナ66に送るこ
とにより、軸心52の挙動を計測することができる。
ール素子と磁石を組み合わせて変位センサとして用いる
構成とすることにより、従来のようにリード線の断線や
多大な労力を生じることがないとともにリング本来の運
動を損なうことなく、リング上下動やリング回転やリン
グの油膜厚さや転がり軸受けの転動体通過検出等を検知
でき、もって計測準備期間の短縮、コスト低減及び信頼
性の高い変位計及び変位量測定方法を提供できる。
図。
の説明図。
原理図。
路図。
図。
いたセンサーの回路図。
サーの出力と時間の関係を示す特性図。
サーの出力電圧と時間の関係を示す特性図。
概略回路図。
離と出力電圧との関係を示す特性図。
囲気温度と出力電圧との関係を示す特性図。
概略回路図。
離と出力電圧との関係を示す特性図。
囲気温度と出力電圧との関係を示す特性図。
Claims (7)
- 【請求項1】 強磁性材料からなる被測定物の変位量を
測定する変位計において、前記被測定物と対向して配置
されたホール素子と、このホール素子の背面に配置され
た磁石とを具備することを特徴とする変位計。 - 【請求項2】 ピストンにセットされたピストンリング
の上下方向の運動を測定するための変位計であり、 前記ピストンリングの近くのピストンに凹部が形成さ
れ、この凹部に配置されたアクティブ側の第1ホール素
子と、前記凹部に前記第1ホール素子と対向して配置さ
れたダミー側の第2ホール素子と、前記第1・第2ホー
ル素子間に絶縁物を介して配置された磁石と、前記第1
・第2ホール素子に接続されたリード線とを具備するこ
とを特徴とする請求項1記載の変位計。 - 【請求項3】 シリンダライナで囲まれたピストンリン
グの回転を測定するための変位計であり、 前記ピストンリングの近くの前記シリンダライナに凹部
が形成され、この凹部に配置されたアクティブ側の第1
ホール素子と、前記凹部に前記第1ホール素子と対向し
て配置されたダミー側の第2ホール素子と、前記第1・
第2ホール素子間に絶縁物を介して配置された磁石と、
前記第1・第2ホール素子に接続されたリード線とを具
備することを特徴とする請求項1記載の変位計。 - 【請求項4】 シリンダライナと、このシリンダライナ
に囲まれたピストンにセットされたピストンリングとの
間に介在する油膜の厚さを測定する変位計であり、 ピストンリングの近くのピストンに凹部が形成され、こ
の凹部に配置されたアクティブ側の第1ホール素子と、
前記凹部に前記第1ホール素子と対向して配置されたダ
ミー側の第2ホール素子と、前記第1・第2ホール素子
間に絶縁物を介して配置された磁石と、前記第1・第2
ホール素子に接続されたリード線とを具備することを特
徴とする請求項1記載の変位計。 - 【請求項5】 ピストンに連結する連接棒に設けられた
大端部軸受と、この大端部軸受と係合する軸心との間に
介在する油膜の厚さを測定する変位計であり、前記大端
部軸受に凹部が形成され、この凹部に配置されたアクテ
ィブ側の第1ホール素子と、前記凹部に前記第1ホール
素子と対向して配置されたダミー側の第2ホール素子
と、前記第1・第2ホール素子間に絶縁物を介して配置
された磁石と、前記第1・第2ホール素子に接続された
リード線とを具備することを特徴とする請求項1記載の
変位計。 - 【請求項6】 ケーシングと、このケーシングの内側に
転動体を介して配置された回転軸と、前記ケーシングを
押える軸受け押えとを有する転がり軸受けに使用され
る、転動体の通過を検出する変位計であり、 前記転動体の近くの軸受け押えに凹部が形成され、この
凹部に配置されたアクティブ側の第1ホール素子と、前
記凹部に前記第1ホール素子と対向して配置されたダミ
ー側の第2ホール素子と、前記第1・第2ホール素子間
に絶縁物を介して配置された磁石と、前記第1・第2ホ
ール素子に接続されたリード線とを具備することを特徴
とする請求項1記載の変位計。 - 【請求項7】 強磁性材料からなる被測定物の変位量を
測定する変位量測定方法において、前記被測定物と対向
して配置されたホール素子と、このホール素子の背面に
配置された磁石とを用い、 前記被測定物を前記ホール素子に対して近づけたり、遠
ざけたりすることにより、ホール素子上の磁場を変化さ
せ、変位量を電圧として検出することを特徴とする変位
量測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35597199A JP2001174207A (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 変位計及び変位量測定方法 |
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JP35597199A JP2001174207A (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 変位計及び変位量測定方法 |
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