JP2004301521A

JP2004301521A - 振動検出装置

Info

Publication number: JP2004301521A
Application number: JP2003091459A
Authority: JP
Inventors: Hisakimi Kato; 寿仁加藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】安価で小型であり、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能な振動検出装置を提供する。
【解決手段】回転軸１の外周面１１が軸受体２の内周面２１に摺接した状態で回転軸１が軸受体２に回転可能に軸受されている。回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間の摺接面には、潤滑油８が充填されている。軸受体２の内周面２１には、凹部２２が形成されており、凹部２２には、振動検出装置３が配設されている。振動検出装置３は、凹部２２に配設されたセンサチップ３１と、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ３１の上流側からセンサチップ３１を経由してセンサチップ３１の下流側へ流す流量検出用流路が形成された軟質材料３２と、センサチップ３１が検出した潤滑油８の流量を入力して、その流量から回転軸１の振動を演算する演算部１０とを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、回転軸を軸受する回転軸の軸受装置、又は回転体を軸支する回転体の支持装置において、回転軸又は回転体の振動を検出する振動検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等の駆動回転機構を備えた装置においては、装置に何らかの異常が発生すると駆動回転機構の回転部分に異常な振動が生じる場合が多い。そこで、駆動回転機構の回転部分の振動を検出することによって、駆動回転機構に故障等の何らかの異常が発生したか否かを検出することができるとともに、その異常の要因の特定を容易にすることができる。そのような目的で駆動回転機構の回転部分に生じる振動を検出する技術が公知であり、例えば、渦電流型変位計等の計測装置で回転軸の振動を検出するものが挙げられる（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３５８９０号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１０７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特許文献１又は特許文献２に開示されている渦電流型変位計を用いた回転軸の振動を検出する検出装置は、大型でかつ高価であるという課題があった。また、振動を検出する回転部分に対して計測装置を精度良く配置する必要があり、位置がずれると検出精度が大きく低下してしまう虞があった。
【０００５】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、安価で小型であり、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能な振動検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸を軸受する軸受体を備えた前記回転軸の軸受装置において、前記回転軸の振動を検出する振動検出装置であって、前記回転軸の外周面と前記軸受体との摺接面に充填された粘性流体の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段にて検出した前記回転軸の回転方向への前記粘性流体の流量から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する演算手段とを有し、前記流量検出手段は、前記軸受体に内設された流量センサと、前記軸受体の前記摺接面と前記流量センサとの間に形成され、前記回転軸の回転方向上流側から前記流量センサを経由して前記回転軸の回転方向下流側へ前記粘性流体が流れる流量検出用流路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置である。
【０００７】
回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で回転軸を軸受する軸受体を備えた回転軸の軸受装置は、回転軸の外周面と軸受体との摺接面に摩擦抵抗を低減させる潤滑油等の粘性流体が充填されている。回転軸が回転すると回転軸の回転に応じて回転軸の外周面と軸受体との摺接面に充填されている粘性流体が回転軸の回転方向に流れる。そして、軸受体に対して回転軸が振動すると、その振動に応じて回転軸の回転方向に流れている粘性流体の流量に変化が生じる。したがって、この回転軸の回転方向に流れる粘性流体の流量を検出することによって、検出した粘性流体の流量から軸受体に対する回転軸の振動を演算することができるが、回転軸の外周面と軸受体との摺接面の粘性流体の流量を直接検出することは困難である。
【０００８】
そこで、回転軸を軸受する軸受体に流量センサを内設するとともに、回転軸の回転方向上流側から内設した流量センサを経由して回転軸の回転方向下流側へ粘性流体が流れる流量検出用流路を軸受体に形成する。つまり、回転軸の回転方向へ流れる粘性流体の流路から分岐した流路を軸受体の中に形成して、その流路の流量を軸受体に内設した流量センサで検出する。回転軸の回転方向に流れる粘性流体は、軸受体に内設されている流量センサを経由する流量検出用流路にも回転軸の回転方向に流れることになるので、回転軸の回転方向に流れる粘性流体の流量を間接的に検出することができる。この流量検出用流路は、回転軸の外周面と軸受体との摺接面に極めて近い位置に形成することが可能であり、回転軸の振動によって回転軸外周面の粘性流体の流量が変化すれば、軸受体の内部に分岐して設けた流量検出用流路の流量もそれに応じて変化する。したがって、極めて高い精度で回転軸の外周面と軸受体との摺接面に充填されている粘性流体の流量を検出することができ、それによって、軸受体に対する回転軸の振動を高い精度で演算して求めることが可能になる。また、回転軸の外周面が摺接する軸受体の摺接面に小型の流量センサを内設し、その摺接面から流量センサまでの流量検出用流路を構成するだけなので、回転軸の振動を検出する振動検出装置を低コストで極めてコンパクトに構成することができる。
【０００９】
これにより本願請求項１に記載の発明に係る振動検出装置によれば、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転軸の振動によって生じる回転軸外周面の粘性流体の流量変化を高い精度で検出することができるので、回転駆動機構の回転部分の振動を検出する振動検出装置を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能になるという作用効果が得られる。
【００１０】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記演算手段は、前記回転軸の回転速度に対する前記流量検出用流路の前記粘性流体の流量変動から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００１１】
前述したように、軸受体に対する回転軸の振動が生じると回転軸の外周面と軸受体との摺接面に充填されている粘性流体の流量が変化する。そのため、軸受体に対する回転軸の振動が生じると回転軸の外周面と軸受体との摺接面に充填されている粘性流体の流量変動が生じ、それに応じて流量検出用流路の粘性流体の流量変動が生じる。したがって、流量検出用流路の粘性流体の流量変動を検出することによって、流量検出用流路の粘性流体の流量変動から回転軸の振動を演算することができる。
【００１２】
本願請求項３に記載の発明は、回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸を軸受する軸受体を備えた回転軸の軸受装置において、前記回転軸の振動を検出する振動検出装置であって、前記回転軸の外周面と前記軸受体との間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出した圧力から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する演算手段とを有し、前記圧力検出手段は、前記軸受体に内設された圧力センサと、前記軸受体の前記摺接面と前記圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００１３】
回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で回転軸を軸受する軸受体を備えた回転軸の軸受装置は、回転軸の外周面と軸受体との摺接面に摩擦抵抗を低減させる潤滑油等の潤滑材が充填されている。そして、軸受体に対して回転軸が振動すると、その振動に応じて回転軸の外周面から潤滑材を介して軸受体に作用する圧力に変化が生じる。したがって、この回転軸の外周面と軸受体との間の圧力の変化を検出することによって、検出した圧力の変化から軸受体に対する回転軸の振動を演算することができるが、回転軸の外周面と軸受体との間の圧力を直接検出することは困難である。
【００１４】
そこで、回転軸を軸受する軸受体に圧力センサを内設するとともに、軸受体の摺接面と圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路を軸受体に形成する。つまり、回転軸の外周面と軸受体との間の潤滑材を軸受体に内設した圧力センサまで連通させ、潤滑材を介して回転軸から軸受体に作用する圧力の変化を軸受体に内設した圧力センサで検出する。この圧力検出用連通路は、回転軸の外周面と軸受体との摺接面に極めて近い位置に形成することが可能であり、回転軸の振動によって回転軸外周面の潤滑材の圧力が変化すれば、軸受体に形成した圧力検出用連通路内の潤滑材の圧力もそれに応じて変化する。したがって、極めて高い精度で回転軸の外周面と軸受体との摺接面に充填されている潤滑材の圧力を検出することができ、それによって、軸受体に対する回転軸の振動を高い精度で演算して求めることが可能になる。また、回転軸の外周面が摺接する軸受体の摺接面に小型の圧力センサを内設し、その摺接面から圧力センサまでの圧力検出用連通路を構成するだけなので、回転軸の振動を検出する振動検出装置を低コストで極めてコンパクトに構成することができる。
【００１５】
これにより本願請求項３に記載の発明に係る振動検出装置によれば、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転軸の振動によって生じる回転軸外周面の潤滑材の圧力変化を高い精度で検出することができるので、回転駆動機構の回転部分の振動を検出する振動検出装置を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能になるという作用効果が得られる。
【００１６】
本願請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記演算手段は、前記回転軸の回転速度に対する前記回転軸の外周面と前記軸受体との間の圧力変動から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００１７】
前述したように、軸受体に対する回転軸の振動が生じると回転軸の外周面から潤滑材を介して軸受体に作用する圧力が変化する。そのため、軸受体に対する回転軸の振動が生じると回転軸の外周面と軸受体との間に充填されている潤滑材に圧力変動が生じ、それに応じて圧力検出用連通路内の粘性流体の圧力変動が生じる。したがって、圧力検出用連通路内の潤滑材の圧力変動を検出することによって、圧力検出用連通路の潤滑材の圧力変動から回転軸の振動を演算することができる。
【００１８】
本願請求項５に記載の発明は、回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で前記回転体を軸支する支持軸を備えた前記回転体の支持装置において、前記回転体の振動を検出する振動検出装置であって、前記回転体の内周面と前記支持軸との摺接面に充填された粘性流体の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段にて検出した前記回転体の回転方向への前記粘性流体の流量から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する演算手段とを有し、前記流量検出手段は、前記支持軸に内設された流量センサと、前記支持軸の前記摺接面と前記流量センサとの間に形成され、前記回転体の回転方向上流側から前記流量センサを経由して前記回転体の回転方向下流側へ前記粘性流体が流れる流量検出用流路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００１９】
回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で回転体を軸支する支持軸を備えた回転体の支持装置は、回転体の内周面と支持軸との摺接面に摩擦抵抗を低減させる潤滑油等の粘性流体が充填されている。回転体が回転すると回転体の回転に応じて回転体の内周面と支持軸との摺接面に充填されている粘性流体が回転体の回転方向に流れる。そして、支持軸に対して回転体が振動すると、その振動に応じて回転体の回転方向に流れている粘性流体の流量に変化が生じる。したがって、この回転体の回転方向に流れる粘性流体の流量を検出することによって、検出した粘性流体の流量から支持軸に対する回転体の振動を演算することができるが、回転体の内周面と支持軸との摺接面の粘性流体の流量を直接検出することは困難である。
【００２０】
そこで、回転体を軸支する支持軸に流量センサを内設するとともに、回転体の回転方向上流側から内設した流量センサを経由して回転体の回転方向下流側へ粘性流体が流れる流量検出用流路を支持軸に形成する。つまり、回転体の回転方向へ流れる粘性流体の流路から分岐した流路を支持軸の中に形成して、その流路の流量を支持軸に内設した流量センサで検出する。回転体の回転方向に流れる粘性流体は、支持軸に内設されている流量センサを経由する流量検出用流路にも回転体の回転方向に流れることになるので、回転体の回転方向に流れる粘性流体の流量を間接的に検出することができる。この流量検出用流路は、回転体の内周面と支持軸との摺接面に極めて近い位置に形成することが可能であり、回転体の振動によって回転体内周面の粘性流体の流量が変化すれば、支持軸の内部に分岐して設けた流量検出用流路の流量もそれに応じて変化する。したがって、極めて高い精度で回転体の内周面と支持軸との摺接面に充填されている粘性流体の流量を検出することができ、それによって、支持軸に対する回転体の振動を高い精度で演算して求めることが可能になる。また、回転体の内周面が摺接する支持軸の摺接面に小型の流量センサを内設し、その摺接面から流量センサまでの流量検出用流路を構成するだけなので、回転体の振動を検出する振動検出装置を低コストで極めてコンパクトに構成することができる。
【００２１】
これにより本願請求項５に記載の発明に係る振動検出装置によれば、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転体の振動によって生じる回転体内周面の粘性流体の流量変化を高い精度で検出することができるので、回転駆動機構の回転部分の振動を検出する振動検出装置を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能になるという作用効果が得られる。
【００２２】
本願請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記演算手段は、前記回転体の回転速度に対する前記流量検出用流路の前記粘性流体の流量変動から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００２３】
前述したように、支持軸に対する回転体の振動が生じると回転体の内周面と支持軸との摺接面に充填されている粘性流体の流量が変化する。そのため、支持軸に対する回転体の振動が生じると回転体の内周面と支持軸との摺接面に充填されている粘性流体の流量変動が生じ、それに応じて流量検出用流路の粘性流体の流量変動が生じる。したがって、流量検出用流路の粘性流体の流量変動を検出することによって、流量検出用流路の粘性流体の流量変動から回転体の振動を演算することができる。
【００２４】
本願請求項７に記載の発明は、回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で前記回転体を軸支する支持軸を備えた前記回転体の支持装置において、前記回転体の振動を検出する振動検出装置であって、前記回転体の内周面と前記支持軸との間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出した圧力から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する演算手段とを有し、前記圧力検出手段は、前記支持軸に内設された圧力センサと、前記支持軸の前記摺接面と前記圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００２５】
回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で回転体を軸支する支持軸を備えた回転体の支持装置は、回転体の内周面と支持軸との摺接面に摩擦抵抗を低減させる潤滑油等の潤滑材が充填されている。そして、支持軸に対して回転体が振動すると、その振動に応じて回転体の内周面から潤滑材を介して支持軸に作用する圧力に変化が生じる。したがって、この回転体の内周面と支持軸との間の圧力の変化を検出することによって、検出した圧力の変化から支持軸に対する回転体の振動を演算することができるが、回転体の内周面と支持軸との間の圧力を直接検出することは困難である。
【００２６】
そこで、回転体を軸支する支持軸に圧力センサを内設するとともに、支持軸の摺接面と圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路を支持軸に形成する。つまり、回転体の内周面と支持軸との間の潤滑材を支持軸に内設した圧力センサまで連通させ、潤滑材を介して回転体から支持軸に作用する圧力の変化を支持軸に内設した圧力センサで検出する。この圧力検出用連通路は、回転体の内周面と支持軸との摺接面に極めて近い位置に形成することが可能であり、回転体の振動によって回転体内周面の潤滑材の圧力が変化すれば、支持軸に形成した圧力検出用連通路内の潤滑材の圧力もそれに応じて変化する。したがって、極めて高い精度で回転体の内周面と支持軸との摺接面に充填されている潤滑材の圧力を検出することができ、それによって、支持軸に対する回転体の振動を高い精度で演算して求めることが可能になる。また、回転体の内周面が摺接する支持軸の摺接面に小型の圧力センサを内設し、その摺接面から圧力センサまでの圧力検出用連通路を構成するだけなので、回転体の振動を検出する振動検出装置を低コストで極めてコンパクトに構成することができる。
【００２７】
これにより本願請求項７に記載の発明に係る振動検出装置によれば、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転体の振動によって生じる回転体内周面の潤滑材の圧力変化を高い精度で検出することができるので、回転駆動機構の回転部分の振動を検出する振動検出装置を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能になるという作用効果が得られる。
【００２８】
本願請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記演算手段は、前記回転体の回転速度に対する前記回転体の内周面と前記支持軸との間の圧力変動から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置である。
【００２９】
前述したように、支持軸に対する回転体の振動が生じると回転体の内周面から潤滑材を介して支持軸に作用する圧力が変化する。そのため、支持軸に対する回転体の振動が生じると回転体の内周面と支持軸との間に充填されている潤滑材に圧力変動が生じ、それに応じて圧力検出用連通路内の粘性流体の圧力変動が生じる。したがって、圧力検出用連通路内の潤滑材の圧力変動を検出することによって、圧力検出用連通路の潤滑材の圧力変動から回転体の振動を演算することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明の第１実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の断面図である。図２は、その回転軸の軸受装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【００３１】
回転軸の軸受装置１００は、回転軸１の外周面１１が軸受体２の内周面２１に摺接した状態で回転軸１が軸受体２に回転可能に軸受されている。回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間の摺接面には、潤滑油８が充填されている。軸受体２の内周面２１には、凹部２２が形成されており、凹部２２には、本願発明に係る振動検出装置３が配設されている。当該実施例における振動検出装置３は、凹部２２に配設されたセンサチップ３１と、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ３１の上流側からセンサチップ３１を経由してセンサチップ３１の下流側へ流す「流量検出用流路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ３１が検出した潤滑油８の流量を入力して、その流量から回転軸１の振動を演算する演算部１０とを備えている。
【００３２】
センサチップ３１は、流量を検出する潤滑油８が流れる流路３１１と、流路３１１に流れる潤滑油８の流量を検出する流量センサ３１２とを有しており、外部電源９から電源を供給されて動作する。センサチップ３１は、流量の計測にともなう圧力損失がほとんど無いものが好ましく、当該実施例においてセンサチップ３１は、公知のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ・Ｅｌｅｃｔｒｏ・Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ・Ｓｙｓｔｅｍ）技術で半導体化した数ｍｍ角程度の大きさの熱式ＭＥＭＳフローセンサである。熱式ＭＥＭＳフローセンサは、可動部が無く信頼性が高いうえに、非常に小型であるため熱容量が小さく高感度で消費電力が少ないというメリットがあり、半導体プロセスで製造するため量産性にも優れている。
【００３３】
軟質材料３２には、センサチップ３１の上流側とセンサチップ３１の流路３１１とを連通させて、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間を回転方向Ａへ流れる潤滑油８をセンサチップ３１の流路３１１へ流入させる流入流路３２ａ、及びセンサチップ３１の流路３１１とセンサチップ３１の下流側とを連通させて、流路３１１に流入した潤滑油８を回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間のセンサチップ３１の下流側へ流出させる流出流路３２ｂが形成されている。振動検出装置３は、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間を回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部が、図示の如く流入流路３２ａから流量センサ３１２を経由して流出流路３２ｂへ流れるようになっている。軟質材料３２は、軸受体２より硬度の低い又は同じ硬度の材料であり、回転軸１の外周面１１と摺接することによって摩耗していくが、軸荷重の大部分を受け持つ軸受体２の内周面２１が摩耗する速度に応じて軟質材料３２が摩耗していくので、軟質材料３２が軸受体２の内周面２１から突出して回転軸１に当接して回転軸１を傷めてしまうことがない。
【００３４】
回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間のわずかな隙間の間隔は、回転軸１が振動することによって回転軸１が移動すると、移動方向側で狭くなり、移動方向と反対方向側で広くなる。それによって、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の流量は、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間隔が狭くなった場合と広くなった場合とで変化が生じることになる。したがって、回転軸１の振動によって生じる潤滑油８の流量の変化を流量センサ３１２で検出し、その潤滑油８の流量の変化から回転軸１の振動を演算部１０で演算して求めることができる。
【００３５】
このように、凹部２２に配設されたセンサチップ３１と、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ３１の上流側からセンサチップ３１を経由してセンサチップ３１の下流側へ流す「流量検出用流路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ３１が検出した潤滑油８の流量を入力して、その流量から回転軸１の振動を演算する演算部１０とで構成された振動検出装置３は、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転軸１の振動によって生じる潤滑油８の流量変化を高い精度で検出することができるので、軸受体２に対する回転軸１の振動を検出する振動検出装置３を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で軸受体２に対する回転軸１の振動を検出することが可能になる。
【００３６】
図３は、本願発明の第２実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置１００の断面図である。
【００３７】
当該実施例は、前述した第１実施例に加えて、回転軸１の外周面１１に沿って振動検出装置３を軸受体２の内周面２１に等間隔に６個配設したものである。このように、複数の振動検出装置３を軸受体２の内周面２１に等間隔に配設し、各振動検出装置３にて検出した潤滑油８の流量の変化から回転軸１の振動を演算することによって、より高い精度で回転軸１の振動を検出することが可能になり、より好ましい態様であると言える。
【００３８】
図４は、本願発明の第３実施例を示したものであり、回転軸の軸受装置１００の振動検出装置３近傍を拡大して示した断面図である。
【００３９】
当該実施例は、前述した第１実施例又は第２実施例において、振動検出装置３を潤滑油８の圧力の変化を検出して回転軸１の振動を演算するものとしたものである。当該実施例において、振動検出装置３は、前述した公知のＭＥＭＳ技術で半導体化したセンサチップ３３を備えており、センサチップ３３は、潤滑油８の圧力を検出する圧力センサ３３２を有している。また、軟質材料３２には、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間に充填されている潤滑油８を圧力センサ３３２が配置されている凹部３３１へ連通させる「圧力検出用連通路」としての連通路３２ｃが形成されている。演算部１０は、圧力センサ３３２が検出した潤滑油８の圧力の変化から回転軸１の振動を演算して求める。尚、その他の構成は、前述した第１実施例又は第２実施例における振動検出装置３と同様なので説明は省略する。
【００４０】
回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間のわずかな隙間の間隔は、回転軸１が振動することによって回転軸１が移動すると、移動方向側で狭くなり、移動方向と反対方向側で広くなる。それによって、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間の潤滑油８に作用する圧力は、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間隔が狭くなった場合と広くなった場合とで変化が生じることになる。したがって、回転軸１の振動によって生じる潤滑油８の圧力の変化を圧力センサ３３２で検出し、その潤滑油８の圧力の変化から回転軸１の振動を演算部１０で演算して求めることができる。
【００４１】
図５は、本願発明の第４実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の断面図である。図６は、その回転体の支持装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【００４２】
回転体の支持装置２００は、回転体４の内周面４１が支持軸５の外周面５１に摺接した状態で回転体４が支持軸５に回転可能に軸支されている。回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間の摺接面には、潤滑油８が充填されている。支持軸５の外周面５１には、凹部５２が形成されており、凹部５２には、本願発明に係る振動検出装置３が配設されている。当該実施例における振動検出装置３は、前述した第１実施例又は第２実施例に示した振動検出装置３と同じ構成を成しており、凹部５２に配設されたセンサチップ３１と、回転体４の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ３１の上流側からセンサチップ３１を経由してセンサチップ３１の下流側へ流す「流量検出用流路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ３１が検出した潤滑油８の流量を入力して、その流量から回転体４の振動を演算する演算部１０とを備えている。センサチップ３１は、同様にＭＥＭＳ技術で半導体化した熱式ＭＥＭＳフローセンサである。
【００４３】
軟質材料３２には、センサチップ３１の上流側とセンサチップ３１の流路３１１とを連通させて、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間を回転方向Ａへ流れる潤滑油８をセンサチップ３１の流路３１１へ流入させる流入流路３２ａ、及びセンサチップ３１の流路３１１とセンサチップ３１の下流側とを連通させて、流路３１１に流入した潤滑油８を回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間のセンサチップ３１の下流側へ流出させる流出流路３２ｂが形成されている。振動検出装置３は、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間を回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部が、図示の如く流入流路３２ａから流量センサ３１２を経由して流出流路３２ｂへ流れるようになっている。軟質材料３２は、支持軸５より硬度の低い又は同じ硬度の材料であり、回転体４の内周面４１と摺接することによって摩耗していくが、荷重の大部分を受け持つ支持軸５の外周面５１が摩耗する速度に応じて軟質材料３２が摩耗していくので、軟質材料３２が支持軸５の外周面５１から突出して回転体４の内周面４１に当接して回転体４を傷めてしまうことがない。
【００４４】
回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間のわずかな隙間の間隔は、回転体４が振動することによって回転体４が移動すると、移動方向側で狭くなり、移動方向と反対方向側で広くなる。それによって、回転体４の回転方向Ａに流れる潤滑油８の流量は、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間隔が狭くなった場合と広くなった場合とで変化が生じることになる。したがって、回転体４の振動によって生じる潤滑油８の流量の変化を流量センサ３１２で検出し、その潤滑油８の流量の変化から回転体４の振動を演算部１０で演算して求めることができる。
【００４５】
このように、凹部５２に配設されたセンサチップ３１と、回転体４の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ３１の上流側からセンサチップ３１を経由してセンサチップ３１の下流側へ流す「流量検出用流路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ３１が検出した潤滑油８の流量を入力して、その流量から回転体４の振動を演算する演算部１０とで構成された振動検出装置３は、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転体４の振動によって生じる潤滑油８の流量変化を高い精度で検出することができるので、支持軸５に対する回転体４の振動を検出する振動検出装置３を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で支持軸５に対する回転体４の振動を検出することが可能になる。
【００４６】
図７は、本願発明の第５実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置２００の断面図である。
【００４７】
当該実施例は、前述した第４実施例に加えて、回転体４の内周面４１に沿って振動検出装置３を支持軸５の外周面５１に等間隔に６個配設したものである。このように、複数の振動検出装置３を支持軸５の外周面５１に等間隔に配設し、各振動検出装置３にて検出した潤滑油８の流量の変化から回転体４の振動を演算することによって、より高い精度で回転体４の振動を検出することが可能になり、より好ましい態様であると言える。
【００４８】
図８は、本願発明の第６実施例を示したものであり、回転体の支持装置２００の振動検出装置３近傍を拡大して示した断面図である。
【００４９】
当該実施例は、前述した第４実施例又は第５実施例において、振動検出装置３を潤滑油８の圧力の変化を検出して回転体４の振動を演算するものとしたものである。当該実施例において、振動検出装置３は、前述した第３実施例に示した振動検出装置３と同じ構成を成しており、説明は省略する。回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間のわずかな隙間の間隔は、回転体４が振動することによって回転体４が移動すると、移動方向側で狭くなり、移動方向と反対方向側で広くなる。それによって、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間の潤滑油８に作用する圧力は、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間隔が狭くなった場合と広くなった場合とで変化が生じることになる。したがって、回転体４の振動によって生じる潤滑油８の圧力の変化を圧力センサ３３２で検出し、その潤滑油８の圧力の変化から回転体４の振動を演算部１０で演算して求めることができる。
【００５０】
図９は、本願発明の第７実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置１００の断面図である。図１０は、その回転軸の軸受装置１００の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【００５１】
回転軸の軸受装置１００は、回転軸１の外周面１１が軸受体２の内周面２１に摺接した状態で回転軸１が軸受体２に回転可能に軸受されている。回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間の摺接面には、潤滑油８が充填されている。軸受体２の内周面２１には、凹部２２が形成されており、凹部２２には、本願発明に係る温度検出装置６が配設されている。当該実施例における温度検出装置６は、凹部２２に配設された前述した公知のＭＥＭＳ技術で半導体化したセンサチップ６１と、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ６１の上流側からセンサチップ６１を経由してセンサチップ６１の下流側へ流す「温度検出用連通路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ６１が検出した潤滑油８の温度を入力して、その温度から回転軸１又は軸受体２に異常が発生しているか否かを判定する演算部１０とを備えている。センサチップ６１は、温度を検出する潤滑油８が流れる流路６１１と、流路６１１に流れる潤滑油８の温度を検出する温度センサ６１２とを有しており、外部電源９から電源を供給されて動作する。
【００５２】
軟質材料３２には、前述した第１実施例と同様に、センサチップ６１の上流側とセンサチップ６１の流路６１１とを連通させて、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間を回転方向Ａへ流れる潤滑油８をセンサチップ６１の流路６１１へ流入させる流入流路３２ａ、及びセンサチップ６１の流路６１１とセンサチップ６１の下流側とを連通させて、流路６１１に流入した潤滑油８を回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間のセンサチップ６１の下流側へ流出させる流出流路３２ｂが形成されている。温度検出装置６は、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間を回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部が、図示の如く流入流路３２ａから温度センサ６１２を経由して流出流路３２ｂへ流れるようになっている。潤滑油８の一部が回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間から温度センサ６１２流れる構成であることによって、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間の潤滑材８の温度変化が温度センサ６１２へより伝達しやすくなり、温度センサ６１２による温度検出精度をさらに向上させることができる。
【００５３】
軟質材料３２は、前述した第１実施例と同様に、軸受体２より硬度の低い又は同じ硬度の材料であり、回転軸１の外周面１１と摺接することによって摩耗していくが、軸荷重の大部分を受け持つ軸受体２の内周面２１が摩耗する速度に応じて軟質材料３２が摩耗していくので、軟質材料３２が軸受体２の内周面２１から突出して回転軸１に当接して回転軸１を傷めてしまうことがない。回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間を回転方向Ａへ流れる潤滑油８の温度を「温度検出用連通路」としての流入流路３２ａ及び流出流路３２ｂを介して温度センサ６１２で検出し、演算部１０は、潤滑油８の温度が一定の温度を超えた場合に回転軸１又は軸受体２に何らかの異常が発生したと判定する。
【００５４】
このように、凹部２２に配設されたセンサチップ６１と、回転軸１の回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部をセンサチップ６１の上流側からセンサチップ６１を経由してセンサチップ６１の下流側へ流す「温度検出用連通路」が形成された軟質材料３２と、センサチップ６１が検出した潤滑油８の温度を入力して、その温度が一定の温度を超えた場合に異常が発生したと判定する演算部１０とで構成された温度検出装置６は、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転軸１又は軸受体２に何らかの異常が発生した場合に生じる潤滑油８の温度上昇を高い精度で検出することができる。したがって、温度検出装置６を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転軸１又は軸受体２に異常が発生したことを検出することが可能になる。尚、さらには、温度検出装置６を回転軸１の軸方向に複数並べて軸受体２の内周面２１に配設すれば、回転軸１の外周面の略全域にわたって温度上昇を検出することができ、より好ましいと言える。
【００５５】
図１１は、本願発明の第８実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置２００の断面図である。
【００５６】
回転体の支持装置２００は、回転体４の内周面４１が支持軸５の外周面５１に摺接した状態で回転体４が支持軸５に回転可能に軸支されている。回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間の摺接面には、潤滑油８が充填されている。支持軸５の外周面５１には、凹部５２が形成されており、凹部５２には、本願発明に係る温度検出装置６が配設されている。当該実施例における温度検出装置６は、前述した第７実施例に示した回転軸の軸受装置１００の軸受体２に配設されている温度検出装置３と同じものであり、説明は省略する。
【００５７】
このように、回転体の支持装置２００においては、支持軸５の外周面に温度検出装置６を配設することによって、前述した第７実施例に示した回転軸の軸受装置１００と同様に、低コストで極めてコンパクトな構成で、回転体４又は支持軸５に何らかの異常が発生した場合に生じる潤滑油８の温度上昇を高い精度で検出することができる。したがって、温度検出装置６を安価で小型に構成することができ、かつ高い精度で回転体の支持装置２００に異常が発生したことを検出することが可能になる。尚、さらには、温度検出装置６を回転体４の回転軸方向に複数並べて支持軸５の外周面５１に配設すれば、回転軸１の外周面の略全域にわたって温度上昇を検出することができ、より好ましいと言える。
【００５８】
図１２は、本願発明の第９実施例を示したものであり、回転体の支持装置２００の温度検出装置６近傍を拡大して示した断面図である。
【００５９】
当該実施例における温度検出装置６は、前述した第７実施例に示した回転軸の軸受装置１００、又は第８実施例に示した回転体の支持装置２００おける温度検出装置６とは、軟質材料６２に形成された「温度検出用連通路」が異なっている以外は同じ構成であり、「温度検出用連通路」は、図示の如く潤滑油８が温度センサ６１２に流れる流路を構成していない態様となっている。当該実施例において軟質材料６２には、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間から温度センサ６１２へ潤滑油８を連通させるだけの連通路６２ｃが形成されている。回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間の潤滑油８の温度が上昇すると、連通路６２ｃの潤滑油８の温度も上昇し、センサチップ６１の凹部６１１に充填された潤滑油８の温度も上昇して温度センサ６１２で潤滑油８の温度上昇を検出することができる。このように、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間から温度センサ６１２へ潤滑油８を連通させるだけでも潤滑油８の温度検出は可能であり、前述した第７実施例又は第８実施例と略同じ効果を得ることができる。
【００６０】
図１３は、本願発明の第１０実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置１００の断面図である。図１４は、その回転軸の軸受装置１００の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【００６１】
当該実施例は、回転軸１の外周面１１に沿って、振動検出装置３を４個と温度検出装置７を２個とを軸受体２の内周面２１に等間隔に配設した回転軸の軸受装置１００である。振動検出装置３は、前述した第１実施例〜第３実施例に示した振動検出装置３と同じなので説明は省略する。温度検出装置７は、前述した公知のＭＥＭＳ技術で半導体化したセンサチップ７１を備えており、センサチップ７１は、潤滑油８の温度を検出する温度センサ６１２と潤滑油８の圧力を検出する圧力センサ３３２とを有している。また、軟質材料７２には、回転軸１の外周面１１と軸受体２の内周面２１との間に充填されている潤滑油８を温度センサ６１２及び圧力センサ３３２が配置されている凹部７１１へ連通させる「圧力検出用連通路」としての連通路７２ｃが形成されている。演算部１０は、温度センサ６１２が検出した潤滑油８の温度が一定の温度を超えた場合に回転軸１又は軸受体２に何らかの異常が発生したと判定するとともに、圧力センサ３３２が検出した潤滑油８の圧力の変化から回転軸１の振動を演算して求める。このように、振動検出装置３と温度検出装置７とを軸受体２の内周面２１に配設することによって、回転軸の軸受装置１００において、軸受体２に対する回転軸１の振動の検出と、潤滑油８の温度検出とを両方行うことができる。
【００６２】
図１５は、本願発明の第１１実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置２００の断面図である。
【００６３】
当該実施例は、回転体４の内周面４１に沿って、振動検出装置３を４個と温度検出装置７を２個とを支持軸５の外周面５１に等間隔に配設した回転体の支持装置２００である。振動検出装置３は、前述した第１実施例〜第３実施例に示した振動検出装置３と同じであり、温度検出装置７は、前述した第１０実施例に示した温度検出装置７と同じでなので説明は省略する。
【００６４】
このように、振動検出装置３と温度検出装置７とを支持軸５の外周面５１に配設することによって、回転体の支持装置２００において、支持軸５に対する回転体４の振動の検出と、潤滑油８の温度検出とを両方行うことができる。
【００６５】
図１６は、本願発明の第１２実施例を示したものであり、回転体の支持装置２００の温度検出装置６近傍を拡大して示した断面図である。
【００６６】
当該実施例における温度検出装置６は、凹部５２に配設された前述した公知のＭＥＭＳ技術で半導体化したセンサチップ６１を備えており、センサチップ６１は、潤滑油８の温度を検出する温度センサ６１２、潤滑油８の圧力を検出する圧力センサ３３２、及び潤滑油８の流量を検出する流量センサ３１２を有している。また、軟質材料６２には、センサチップ６１の上流側とセンサチップ６１の流路６１１とを連通させて、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間を回転方向Ａへ流れる潤滑油８をセンサチップ６１の流路６１１へ流入させる流入流路６２ａ、及びセンサチップ６１の流路６１１とセンサチップ６１の下流側とを連通させて、流路６１１に流入した潤滑油８を回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間のセンサチップ６１の下流側へ流出させる流出流路６２ｂが形成されている。温度検出装置６は、回転体４の内周面４１と支持軸５の外周面５１との間を回転方向Ａに流れる潤滑油８の一部が、図示の如く流入流路６２ａから温度センサ６１２、圧力センサ３３２、及び流量センサ３１２を経由して流出流路６２ｂへ流れるようになっている。演算部１０は、温度センサ６１２が検出した潤滑油８の温度が一定の温度を超えた場合に回転軸１又は軸受体２に何らかの異常が発生したと判定するとともに、圧力センサ３３２が検出した潤滑油８の圧力の変化から回転軸１の振動を演算して求める。
【００６７】
このように、センサチップ６１に温度センサ６１２、圧力センサ３３２、及び流量センサ３１２を設けることによって、１つのセンサチップ６１で潤滑油８の温度、圧力、及び流量を全て検出することが可能になり、支持軸５に対する回転体４の振動の検出と、潤滑油８の温度検出とを両方行うことをより低コストに行うことができる。
【００６８】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
本願発明によれば、安価で小型であり、かつ高い精度で回転駆動機構の回転部分の振動を検出することが可能な振動検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の断面図である。
【図２】本願発明の第１実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図３】本願発明の第２実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の断面図である。
【図４】本願発明の第３実施例を示したものであり、回転軸の軸受装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図５】本願発明の第４実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の断面図である。
【図６】本願発明の第４実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図７】本願発明の第５実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の断面図である。
【図８】本願発明の第６実施例を示したものであり、回転体の支持装置の振動検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図９】本願発明の第７実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の断面図である。
【図１０】本願発明の第７実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図１１】本願発明の第８実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の断面図である。
【図１２】本願発明の第９実施例を示したものであり、回転体の支持装置の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図１３】本願発明の第１０実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の断面図である。
【図１４】本願発明の第１０実施例を示したものであり、本願発明に係る回転軸の軸受装置の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【図１５】本願発明の第１１実施例を示したものであり、本願発明に係る回転体の支持装置の断面図である。
【図１６】本願発明の第１２実施例を示したものであり、回転体の支持装置の温度検出装置近傍を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
１回転軸
２軸受体
３振動検出装置
４回転体
５支持軸
６、７温度検出装置
８潤滑油
１０演算部
３１、３３、６１、７１センサチップ
３２、６２、７２軟質材料
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ流路
１００回転体の軸受装置
２００回転軸の支持装置
３１２流量センサ
３３２圧力センサ
６１２温度センサ

Claims

回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸を軸受する軸受体を備えた前記回転軸の軸受装置において、前記回転軸の振動を検出する振動検出装置であって、
前記回転軸の外周面と前記軸受体との摺接面に充填された粘性流体の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段にて検出した前記回転軸の回転方向への前記粘性流体の流量から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する演算手段とを有し、
前記流量検出手段は、前記軸受体に内設された流量センサと、前記軸受体の前記摺接面と前記流量センサとの間に形成され、前記回転軸の回転方向上流側から前記流量センサを経由して前記回転軸の回転方向下流側へ前記粘性流体が流れる流量検出用流路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置。
請求項１において、前記演算手段は、前記回転軸の回転速度に対する前記流量検出用流路の前記粘性流体の流量変動から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置。
回転駆動力が伝達されて回転する回転軸の外周面に摺接した状態で前記回転軸を軸受する軸受体を備えた回転軸の軸受装置において、前記回転軸の振動を検出する振動検出装置であって、
前記回転軸の外周面と前記軸受体との間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出した圧力から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する演算手段とを有し、
前記圧力検出手段は、前記軸受体に内設された圧力センサと、前記軸受体の前記摺接面と前記圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置。
請求項３において、前記演算手段は、前記回転軸の回転速度に対する前記回転軸の外周面と前記軸受体との間の圧力変動から前記軸受体に対する前記回転軸の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置。
回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で前記回転体を軸支する支持軸を備えた前記回転体の支持装置において、前記回転体の振動を検出する振動検出装置であって、
前記回転体の内周面と前記支持軸との摺接面に充填された粘性流体の流量を検出する流量検出手段と、該流量検出手段にて検出した前記回転体の回転方向への前記粘性流体の流量から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する演算手段とを有し、
前記流量検出手段は、前記支持軸に内設された流量センサと、前記支持軸の前記摺接面と前記流量センサとの間に形成され、前記回転体の回転方向上流側から前記流量センサを経由して前記回転体の回転方向下流側へ前記粘性流体が流れる流量検出用流路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置。
請求項５において、前記演算手段は、前記回転体の回転速度に対する前記流量検出用流路の前記粘性流体の流量変動から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置。
回転駆動力が伝達されて回転する回転体の内周面に摺接した状態で前記回転体を軸支する支持軸を備えた前記回転体の支持装置において、前記回転体の振動を検出する振動検出装置であって、
前記回転体の内周面と前記支持軸との間に生じる圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段にて検出した圧力から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する演算手段とを有し、
前記圧力検出手段は、前記支持軸に内設された圧力センサと、前記支持軸の前記摺接面と前記圧力センサとの間を連通させる圧力検出用連通路とを有している、ことを特徴とした振動検出装置。
請求項７において、前記演算手段は、前記回転体の回転速度に対する前記回転体の内周面と前記支持軸との間の圧力変動から前記支持軸に対する前記回転体の振動を演算する、ことを特徴とした振動検出装置。