JP5446957B2 - 回転軸用温度測定装置 - Google Patents
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Description
この様な回転軸の温度を求める為に、この回転軸のうちで軸方向に離隔した2箇所位置にそれぞれ、外周面に特性変化部を備えたエンコーダを外嵌固定する。これら両エンコーダは、それぞれの外周面に、円周方向に関して隣り合う部分に対し特性が異なる特性変化部を、前記回転軸の軸方向に対し傾斜した方向に、少なくとも1箇所設けている。
又、それぞれの検出部が前記両エンコーダの特性変化部に対向した瞬間に出力信号を変化させる、少なくとも1対のセンサ組立体を、前記ハウジングに支持している。
そして、これら各センサ組立体の出力信号を入力した演算器が、これら各センサ組立体の出力信号同士の間に存在する位相差に関する情報に基づいて、前記回転軸の温度を求める。
これに合わせて前記各センサ組立体を、前記回転軸の径方向に着磁された永久磁石と、この径方向に関してこの永久磁石の内端面に配置された磁気検出素子と、この磁気検出素子が検出する磁束密度の変化を表す信号を出力するICとを備えたものとする。
この場合には、請求項3に記載した発明の様に、前記一方の軸受側で前記回転軸に外嵌固定された一方のエンコーダの外周面に、この回転軸の軸方向に対する傾斜方向が互いに異なる、少なくとも1対の特性変化部(距離変化部)を設ける。そして、前記演算器に、前記一方のエンコーダに検出部を対向させた一方のセンサ組立体の出力信号中に含まれる位相に関する情報に基づいて、前記回転軸に作用するアキシアル荷重を求める機能を持たせる。
更に、請求項5に記載した発明の様に、前記回転軸のうちで前記両エンコーダを外嵌固定した部分の軸方向の変位量をそれぞれ求める構造を採用すれば、回転軸の温度と、この回転軸に加わるアキシアル荷重との双方を求められる構造で、1対のエンコーダ、及び、各センサ組立体の共通化を図る事も可能になる。
図1〜5は、請求項1〜2に対応する、本発明の実施の形態の第1例を示している。本例の構造では、工作機械の主軸頭等のハウジング1内に回転自在に支持された、回転軸である主軸2の温度を、この主軸2の熱膨張量を利用して測定可能としている。この主軸2は前記ハウジング1の保持孔3内に、軸方向2箇所位置で、回転自在に支持されている。このうち、前記主軸2の先端部(図1の左端部)は前記保持孔3の先端開口寄り部分に、複列玉軸受ユニット4により、軸方向の変位を阻止した状態で支持している。この複列玉軸受ユニット4は、それぞれがアンギュラ型である1対の玉軸受5a、5bを、接触角の方向を逆向きにして(図示の例では背面組み合わせ型で)、且つ、予圧を付与した状態で設けたものである。前記両玉軸受5a、5bを構成する1対ずつの軌道輪のうち、内輪は前記主軸2の外周面に、外輪は前記保持孔3の内周面に、それぞれ径方向の変位は勿論、軸方向の変位も阻止した状態で設けている。従って、前記主軸2の先端部は前記ハウジング1の内側に、軸方向の変位を阻止された状態で、回転のみ自在に支持されている。これに対して、前記主軸2の基端寄り部分は前記ハウジング1に対し、円筒ころ軸受6(図6参照)等の、ラジアル荷重を支承できるがアキシアル荷重を支承できない転がり軸受により、軸方向の変位を許容する状態で、回転自在に支持している。
図6〜8は、請求項1〜4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、主軸2aの温度に加えて、この主軸2aに加わるアキシアル荷重を測定可能としている。この主軸2aをハウジング1aに設けた保持孔3aの内側に回転自在に支持する構造に関しては、基本的には、上述した実施の形態の第1例の場合と同様である。本例の場合には、前記主軸2aの先端寄り部分を、複数の玉軸受5a〜5dから成る多列玉軸受ユニット17により支持する事で、大きなアキシアル荷重を支承可能としている。又、1対のエンコーダ7c、7b同士の間に電動モータ18を設けて、前記主軸2aを回転駆動可能としている。この主軸2aの温度を求める為の構造に関しても、基本的には、前記実施の形態の第1例の場合と同様である。特に、本例の場合には、前記主軸2aの先端寄り部分に外嵌固定したエンコーダ7cの外周面の性状、並びに、このエンコーダ7cの外周面を走査するセンサ組立体9aの出力信号を処理する演算器の処理回路(機能)を工夫する事により、前記アキシアル荷重を測定可能としている。
図9〜12は、請求項1〜3に対応する、本発明の実施の形態の第3例を示している。本例の場合も、上述した実施の形態の第2例の場合と同様に、主軸2aの温度に加えて、この主軸2aの軸方向に一致する、アキシアル方向の荷重を求められる様にしている。この為に本例の場合には、前記主軸2aの中間部先端寄り部分で、多列玉軸受ユニット17を構成する玉軸受5a、5b同士の間に(この部分の構成に就いては前述の図6参照)、図9の左側に示す様なエンコーダ7dを外嵌固定すると共に、ハウジング1a(図6参照)に、センサユニット13cを支持固定している。このうちのエンコーダ7dは、鋼等の磁性金属により全体を円筒状としたもので、このエンコーダ7dの外周面に、前記センサユニット13cの検出部を、径方向に近接対向させている。そして、このセンサユニット13cの出力信号中に含まれる、位相に関する情報に基づいて、前記主軸2aに作用するアキシアル荷重を求める様に構成している。
前記主軸2aにアキシアル荷重が作用し、この主軸2aが軸方向に相対変位すると、前記センサユニット13cを構成する前記両センサ組立体9c、9dの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記主軸2aにアキシアル荷重が作用していない、中立状態では、上記両センサ組立体9c、9dの検出部は、上記各凹溝8d、8dの中央部に存在する折れ曲がり部から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ組立体9c、9dの出力信号の位相は互いに一致する(若しくは初期値分だけずれた状態となる)。
図13は、請求項1、2、5に対応する、本発明の実施の形態の第4〜5例を示している。先ず、(A)に示した第4例の場合には、主軸2aの軸方向に離隔した2箇所位置に外嵌固定する1対のエンコーダ7c、7c´として、前述の図6〜8に示した実施の形態の第2例の場合に、主軸2aの先端側(図7の左側)に外嵌固定したものと同様の構造を有するものを使用している。又、(B)に示した第5例の場合には、主軸2aの軸方向に離隔した2箇所位置に外嵌固定する1対のエンコーダ7d、7d´として、前述の図9に示した実施の形態の第3例の場合に、主軸2aの先端側(図9の左側)に外嵌固定したものと同様の構造を有するものを使用している。(A)に示した第4例の場合には、凹溝8a、8c(8a´、8c´)の組み合わせが1対の特性変化部であり、(B)に示した第5例の場合には、凹溝8d(8d´)の幅方向片半部と他半部とが、1対の特性変化部である。
2、2a 主軸
3、3a 保持孔
4 複列玉軸受ユニット
5a、5b、5c、5d 玉軸受
6 円筒ころ軸受
7a、7b、7c、7d エンコーダ
8a、8b、8c、8d、8a´、8b´、8c´、8d´ 凹溝
9a、9b、9c、9d、9a´、9c´、9d´ センサ組立体
10、10a 永久磁石
11a、11b ホール素子
12 IC
13a、13b、13c、13a´、13c´ センサユニット
14、14a ホルダ
15a、15b 保持孔
16a、16b ハーネス
17 多列玉軸受ユニット
18 電動モータ
19 被検出用特性変化組み合わせ部
Claims (5)
- 軸方向に離隔した2箇所位置をそれぞれ別の軸受によりハウジングの内側に回転自在に支持された、回転軸の温度を測定する為の回転軸用温度測定装置であって、前記各軸受のうちの一方の軸受は前記回転軸を前記ハウジングの内側に、軸方向の変位を阻止した状態で支持するものであり、同じく他方の軸受は前記回転軸を前記ハウジングの内側に、軸方向の変位を許容する状態で支持するものであり、前記回転軸のうちで軸方向に離隔した2箇所位置にそれぞれ、外周面に特性変化部を備えたエンコーダが外嵌固定されており、これら両エンコーダの外周面に、円周方向に関して隣り合う部分に対し特性が異なる特性変化部が、前記回転軸の軸方向に対し傾斜した方向に、少なくとも1箇所設けられており、それぞれの検出部が前記両エンコーダの特性変化部に対向した瞬間に出力信号を変化させる、少なくとも1対のセンサ組立体が、前記ハウジングに支持されており、これら各センサ組立体の出力信号を入力した演算器が、これら各センサ組立体の出力信号同士の間に存在する位相差に関する情報に基づいて、前記回転軸の温度を求める回転軸用温度測定装置。
- 両エンコーダが磁性材製であり、特性変化部が、これら両エンコーダの外周面に形成された、各センサ組立体の検出部との距離が残部と異なる除肉部若しくは突条部である距離変化部であり、
前記各センサ組立体は、回転軸の径方向に着磁された永久磁石と、この径方向に関してこの永久磁石の内端面に配置された磁気検出素子と、この磁気検出素子が検出する磁束密度の変化を表す信号を出力するICとを備えたものである、請求項1に記載した回転軸用温度測定装置。 - 一方の軸受側で回転軸に外嵌固定された一方のエンコーダの外周面に、この回転軸の軸方向に対する傾斜方向が互いに異なる、少なくとも1対の特性変化部が設けられており、演算器は、軸方向に離隔して設けられた1対のセンサ組立体の出力信号同士の間に存在する位相差に関する情報に基づいて前記回転軸の温度を求める機能に加えて、前記一方のエンコーダに検出部を対向させた一方のセンサ組立体の出力信号中に含まれる位相に関する情報に基づいて、前記回転軸に作用するアキシアル荷重を求める機能を有する、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した回転軸用温度測定装置。
- 一方のエンコーダの外周面に設けた1対の特性変化部が、この一方のエンコーダの回転方向に離隔した状態で設けられており、一方のセンサ組立体は、この一方のエンコーダの回転に伴う前記1対の特性変化部の通過に伴って出力信号を変化させるものであって、回転軸に加わる荷重に伴う前記一方のセンサ組立体と前記一方のエンコーダとの相対変位に伴って、1周期の間で前記出力信号が変化するタイミングがずれるものであり、アキシアル荷重を求める為に使用する位相に関する情報が、前記出力信号の1周期に対する上記タイミングの比である、請求項3に記載した回転軸用温度測定装置。
- 両エンコーダの外周面にそれぞれ、回転軸の軸方向に対する傾斜方向が互いに異なる、少なくとも1対の特性変化部が設けられており、演算器は、前記両エンコーダにそれぞれの検出部を対向させた各センサ組立体の出力信号中に含まれる位相に関する情報に基づいて、前記回転軸のうちで前記両エンコーダを外嵌固定した部分の軸方向の変位量をそれぞれ求め、更に、これら両部分の変位量の差に基づいて前記回転軸の温度を求める、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した回転軸用温度測定装置。
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