(57)【要約】【課題】外部から動力または電力を受ける冷却装置を用いることなく、軸受を冷却することができる冷却ユニットを提供する。【解決手段】冷却ユニットは、軸受の内輪と外輪の温度差によって発電する発電部９５と、発電部９５で発電した電力を用いて軸受を冷却する冷却部９４Ａ，９４Ｂと、発電部９５および冷却部９４Ａ，９４Ｂを収容する間座とを備える。間座は、内輪に当接する内輪間座３４と、外輪に当接する外輪間座３３とを含む。発電部９５は、温度差からゼーベック効果を利用して発電を行なう発電素子２５と、発電素子２５の第１面に当接する第１ヒートシンク９６とを含む。発電素子２５の第２面は、外輪間座３３に当接し、外輪の熱が外輪間座３３によって伝導される。冷却部９４Ａ，９４Ｂは、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子９０Ａ，９０Ｂを含む。【選択図】図８
2018128028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受を冷却する冷却ユニットであって、
前記軸受の内輪と外輪の温度差によって発電する発電部と、
前記発電部で発電した電力を用いて前記軸受を冷却する冷却部とを備える、冷却ユニット。
【請求項２】
前記発電部および前記冷却部を収容する間座をさらに備え、
前記間座は、
前記内輪に当接する内輪間座と、
前記外輪に当接する外輪間座とを含み、
前記発電部は、
第１面と第２面を有し、前記第１面と前記第２面の温度差からゼーベック効果を利用して発電を行なう発電素子と、
前記発電素子の前記第１面に当接する第１ヒートシンクとを含み、
前記発電素子の前記第２面は、前記外輪間座に当接し、前記外輪の熱が前記外輪間座によって伝導される、請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
前記冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含む、請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却素子の前記第３面に当接する第２ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、前記第４面が前記外輪間座に当接するように配置される、請求項３に記載の冷却ユニット。
【請求項５】
前記外輪に当接する第２ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有し、
前記冷却素子は、前記第４面が前記第２ヒートシンクに当接し、前記第３面が前記第１ヒートシンクに当接するように配置される、請求項３に記載の冷却ユニット。
【請求項６】
前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却素子の前記第４面に当接する第２ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、前記第３面が前記外輪間座に当接するように配置される、請求項３に記載の冷却ユニット。
【請求項７】
前記発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、
前記電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電電圧に閾値を設けて蓄電電圧が閾値に達した時点で放電を行ない、放電後の電圧を軸受の温度に応じて設定する放電制御部とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
【請求項８】
前記軸受の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された温度の情報を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記情報を赤外線通信によって送信するための発光部とをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
【請求項９】
前記冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含み、
前記冷却ユニットは、
前記軸受の温度を検出する温度センサと、
前記発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、
前記電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置とをさらに備え、
前記蓄電装置の蓄電電圧が閾値電圧に達した時点、及び前記温度センサの温度が閾値温度に達した時点で前記冷却素子に電流を流す、請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項１０】
請求項８に記載の冷却ユニットと、
前記軸受が用いられる装置の外部に配置される温度監視ユニットと備え、
前記温度監視ユニットは、
前記発光部からの赤外光を受光する受光部と、
前記情報を表示する表示部と、
前記受光部および前記表示部を制御する監視制御部とを含む、冷却システム。
【請求項１１】
前記軸受の温度履歴は、前記発光部から前記温度監視ユニットに赤外線通信によって送信され、
前記監視制御部は、前記温度履歴を前記表示部に表示させる、請求項１０に記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記温度監視ユニット内の前記受光部は常時運転状態に保持され、前記発光部からの赤外線を受光した事により、前記温度監視ユニット内の前記監視制御部を起動させ、
前記監視制御部は、前記メモリに前記温度履歴を記録し、その後再度スリープ状態となる、請求項１１に記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記温度監視ユニットは、スイッチを含み、
前記スイッチの操作に応じて前記監視制御部がスリープ状態から起動し、前記メモリに記録した転がり軸受の温度履歴を液晶モニタに表示し、一定時間後に再度スリープ状態となる、請求項１１または１２に記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記受光部と前記発光部とは、前記冷却ユニット、外輪間座およびスピンドルハウジングに設けられた貫通孔を赤外光の光軸として赤外線通信を行なう、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受を冷却する冷却ユニットに関し、より特定的には軸受に発生する温度差を利用して発電を行ない、発電した電力を有効利用して軸受を冷却する冷却ユニットおよびそれを備える冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機スピンドルなどに使用される軸受は、高速回転するため発熱量が大きい。それ故に、スピンドル外部に冷却装置を設けて、外部から強制的に冷却（水冷，油冷）している。
【０００３】
特開２０１４−６２６１６号公報（特許文献１）には、圧縮空気を使用して、内輪を冷却する軸受装置の冷却構造が開示されている。この先行技術の冷却構造は、軸受ハウジング外部に設置するコンプレッサ等から、配管を接続してハウジング内部に圧縮空気を吐出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６２６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０１４−６２６１６号公報の冷却構造では、コンプレッサ等の設置費用やスペースが必要であり、また、配管工事等の費用等が必要になる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部から動力または電力を受ける冷却装置を用いることなく、軸受を冷却することができる冷却ユニットおよびそれを備える冷却システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の軸受を冷却する冷却ユニットは、軸受の内輪と外輪の温度差によって発電する発電部と、発電部で発電した電力を用いて軸受を冷却する冷却部とを備える。
【０００８】
好ましくは、冷却ユニットは、発電部および冷却部を収容する間座をさらに備える。間座は、内輪に当接する内輪間座と、外輪に当接する外輪間座とを含む。発電部は、第１面と第２面を有し、第１面と第２面の温度差からゼーベック効果を利用して発電を行なう発電素子と、発電素子の第１面に当接する第１ヒートシンクとを含む。発電素子の第２面は、外輪間座に当接し、外輪の熱が外輪間座によって伝導される。
【０００９】
より好ましくは、冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含む。
さらに好ましくは、冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有する。冷却ユニットは、冷却素子の第３面に当接する第２ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、第４面が外輪間座に当接するように配置される。
【００１０】
さらに好ましくは、冷却ユニットは、外輪に当接する第２ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有する。冷却素子は、第４面が第２ヒートシンクに当接し、第３面が第１ヒートシンクに当接するように配置される。
【００１１】
さらに好ましくは、冷却素子は、電流を流すと高温側となる第３面と、低温側となる第４面とを有する。冷却ユニットは、冷却素子の第４面に当接する第２ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、第３面が外輪間座に当接するように配置される。
【００１２】
好ましくは、冷却ユニットは、発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置と、蓄電装置の蓄電電圧に閾値を設けて蓄電電圧が閾値に達した時点で放電を行ない、放電後の電圧を軸受の温度に応じて設定する放電制御部とをさらに備える。
【００１３】
好ましくは、冷却ユニットは、軸受の温度を検出する温度センサと、温度センサによって検出された温度の情報を記憶するメモリと、メモリに記憶された情報を赤外線通信によって送信するための発光部とをさらに備える。
【００１４】
この開示の冷却システムは、上記いずれかの冷却ユニットと、軸受が用いられる装置の外部に配置される温度監視ユニットとを備える。温度監視ユニットは、発光部からの赤外光を受光する受光部と、情報を表示する表示部と、受光部および表示部を制御する監視制御部とを含む。
【００１５】
好ましくは、軸受の温度履歴は、発光部から温度監視ユニットに赤外線通信によって送信される。監視制御部は、温度履歴を表示部に表示させる。
【００１６】
より好ましくは、温度監視ユニット内の受光部は常時運転状態に保持される。発光部からの赤外線を受光した事により、温度監視ユニット内の監視制御部が起動する。監視制御部は、メモリに温度履歴を記録し、その後再度スリープ状態となる。
【００１７】
より好ましくは、温度監視ユニットは、スイッチを含む。スイッチの操作に応じて監視制御部がスリープ状態から起動し、メモリに記録した転がり軸受の温度履歴を液晶モニタに表示し、一定時間後に再度スリープ状態となる。
【００１８】
好ましくは、受光部と発光部とは、冷却ユニット、外輪間座およびスピンドルハウジングに設けられた貫通孔を赤外光の光軸として赤外線通信を行なう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、軸受内外輪の温度差により発電する電力を有効利用して、軸受を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る機械装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した機械装置の断面模式図である。
【図３】図１に示した機械装置に取り付けられた温度監視ユニット７０の平面図および断面図である。
【図４】冷却システムにおける冷却ユニットの制御基板と外部ユニットの制御基板の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図５】温度監視ユニットの監視制御部８０の起動とスリープ状態への移行の第１例について説明するためのフローチャートである。
【図６】温度監視ユニットの監視制御部８０の起動とスリープ状態への移行の第２例について説明するためのフローチャートである。
【図７】冷却ユニットの発電から冷却までの一連の流れを示す図である。
【図８】実施の形態１の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。
【図９】図８のＩＸ−Ｏ−ＩＸにおける断面図である。
【図１０】実施の形態２の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。
【図１１】図１０のＸＩ−Ｏ−ＸＩにおける断面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩにおける冷却部の部分断面図である。
【図１３】軸受外輪側温度と蓄電電圧の経時変化を示す図である。
【図１４】制御回路２７のマイクロコンピュータが実行する冷却（放電）開始の判定処理を示したフローチャートである。
【図１５】制御回路２７のマイクロコンピュータが実行する冷却（放電）停止の判定処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２２】
[実施の形態１]
＜機械装置の構成＞
図１〜図３を参照して、本実施形態に係る軸受の冷却装置を適用した機械装置の一例である工作機用スピンドルの構成を説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る機械装置の一例を示す断面模式図である。図２は、図１に示した機械装置の断面模式図である。
【００２４】
図１、図２を参照して、本実施形態に係る工作機用スピンドル５０は、回転軸５１と、回転軸５１の周囲を囲むように配置されたスピンドルハウジング５２と、スピンドルハウジング５２の外周に配置された外周ハウジング５３と、回転軸５１をスピンドルハウジング５２に対して回転可能に保持する軸受装置とを含む。
【００２５】
回転軸５１の外周には２つの軸受装置が配置されている。軸受装置における軸受の内輪１４および内輪間座３４が、回転軸５１の側面に嵌合固定されている。また、軸受の外輪１３および外輪間座３３が、スピンドルハウジング５２の内周面に嵌合固定されている。なお、内輪１４、外輪１３および当該内輪１４と外輪１３との間に配置された玉である転動体１５を含む軸受は、アンギュラ玉軸受である。
【００２６】
軸受に隣接するように配置された内輪間座３４および外輪間座３３の間には、冷却ユニット２０が配置されている。また、２つの軸受の間（冷却ユニット２０が配置された側と反対側）には、回転軸５１およびスピンドルハウジング５２に他の間座が嵌合固定されるとともに、内輪１４と外輪１３とに突き当てられている。
【００２７】
冷却ユニット２０は、図２に示すように、円環状のハウジング内に配置された制御回路２７を含む。冷却ユニット２０は、さらに、発電部と、蓄電部を含む電源回路と、冷却部とを含む。なお、冷却ユニット２０を含む軸受装置の詳細な構成については後述する。
【００２８】
冷却ユニット２０の制御回路２７と対向する領域には、冷却ユニットのハウジング９７（図８参照）、外輪間座３３、スピンドルハウジング５２および外周ハウジング５３を貫通する貫通穴が形成されている。この貫通穴の外周側端部には、外周ハウジング５３の表面に温度監視ユニット７０を固定する平面部が設けられ、この平面部上に台座５７が配置されている。台座５７上に基板５６が配置されている。
【００２９】
冷却ユニット２０の制御回路２７は、発光素子５４と接続されている。基板５６は、受光素子５５と接続されている。たとえば、発光素子５４は、制御回路２７が形成された制御基板上に実装されており、受光素子５５は、基板５６上に実装されている。
【００３０】
発光素子５４と受光素子５５とは、発光素子５４から照射された光が貫通穴を通って受光素子５５に受光されるように、貫通孔を挟んで対向して配置されている。つまり、発光素子５４から発せられた光の光軸が貫通孔内を貫通するように、発光素子５４および受光素子５５は配置されている。発光素子５４と受光素子５５との間で送受信される光は、任意の波長を有していればよいが、たとえば赤外光（赤外線）である。つまり、発光素子５４は、たとえば赤外光を搬送波として、これに後述する軸受の温度に関する情報を含む信号波が重畳された光を受光素子５５に向かって発光可能に設けられている。発光素子５４としては、たとえば赤外発光ダイオードが用いられる。受光素子５５としては、たとえばフォトダイオードが用いられる。温度情報の送受信は、赤外線通信に代えて、赤外光に限らず他の光を使用する通信であってもよく、電波を使用する通信であっても良い。
【００３１】
図３は、図１に示した機械装置に取り付けられた温度監視ユニット７０の平面図および断面図である。図２、図３を参照して、カバー部材５８は、台座５７上に配置された基板５６を覆うように、台座５７に固定されている。基板５６上には、基板５６の回路を駆動するための電源である電池６２と、監視制御部８０と、液晶モニタ６４とが配置されている。電池６２としては、たとえばコイン型電池やボタン型電池を用いることができる。電池６２としてリチウムイオン電池を用いることが望ましいが、ニッケル水素電池等の他の電池であってもよい。基板５６の表面にはこのような電池６２を固定するための電池ホルダが配置されている。
【００３２】
カバー部材５８は、台座５７との接続部材である固定ボルトを緩めるだけで台座５７から取り外せるように、Ｕ字形状の長穴部（固定ボルトを配置する穴）が形成されている。電池６２の交換などは、カバー部材５８を台座５７から取り外した状態で行うことができる。
【００３３】
台座５７とカバー部材５８とにより密閉された空間に収容される基板５６が外部ユニットの主要部を構成する。台座５７とカバー部材５８とは、加工機スピンドルを用いた加工時に使用されるクーラントなどの侵入を防ぐため、任意の防水構造を付加することができる。防水構造としては、たとえばパッキング、Ｏリング、コーキング、樹脂モールドなどを用いることができる。
【００３４】
なお、カバー部材５８は、液晶モニタ６４の表示内容が視認できるように確認用の窓を設けるか、または透明材料を用いることが好ましい。なお、液晶モニタ６４を設ける代わりに、無線通信によって温度監視ユニット７０の外部にデータを転送するように構成しても良い。この場合、無線ＬＡＮ（Wi-Fi（登録商標））、Bluetooth（登録商標）、ZigBee（登録商標）等を用いた通信を行なう送信部を用意して、パーソナルコンピュータなどに温度監視結果を示すデータを取り込んでも良い。
【００３５】
図４は、冷却システムにおける冷却ユニットの制御基板と外部ユニットの制御基板の概略構成を説明するためのブロック図である。
【００３６】
図４を参照して、冷却ユニットの制御回路２７の基板には、マイクロコンピュータ５９と発光素子５４とが搭載される。マイクロコンピュータ５９は、温度センサ９と接続され、温度センサ９が検出した温度を取得することができる。
【００３７】
外部ユニットの基板５６には、電池６２と監視制御部８０と、受光素子５５と、液晶モニタ６４と、スイッチ６６とが搭載される。
【００３８】
監視制御部８０は、受光素子５５を常時監視する受光監視部８２と、受光監視部８２によってスリープ状態から起動されるＣＰＵ８６と、受光素子５５によって受信された軸受の温度情報を記憶するメモリ８４とを含む。
【００３９】
温度監視ユニット７０内の基板５６に実装された受光素子５５は、発光素子５４から送信された信号を受信し、監視制御部８０のメモリ８４に情報を記録する。
【００４０】
但し、温度監視ユニット７０内のＣＰＵ８６は、通常スリープ状態を保持し、受光素子５５および受光監視部８２が信号を受信したタイミングで起動するように設定される。受光素子５５および受光監視部８２は、常時受信状態で待機する。
【００４１】
図５は、温度監視ユニットの監視制御部８０の起動とスリープ状態への移行の第１例について説明するためのフローチャートである。図５を参照して、監視制御部８０は、ステップＳ１において赤外光の受光の有無を判断する。ステップＳ１において受光監視部８２が受光を確認した場合、ステップＳ２において、ＣＰＵ８６が起動する。そしてＣＰＵ８６は、ステップＳ３において発光素子５４から温度情報を受信し、ステップＳ４において受信した温度情報をメモリ８４に記憶させる。メモリ８４への情報の記録が完了すると、ステップＳ５においてＣＰＵ８６は再びスリープ状態に移行する。
【００４２】
さらに、装置を扱う作業者が、軸受外輪側温度を確認したい時に、確認用のスイッチ６６を操作することによって、ＣＰＵ８６が起動するとともに液晶モニタ６４が動作し、その情報を表示する。
【００４３】
図６は、温度監視ユニットの監視制御部８０の起動とスリープ状態への移行の第２例について説明するためのフローチャートである。図６を参照して、ＣＰＵ８６は、ステップＳ１１においてスイッチ６６が操作された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）Ｓ１２において起動し、ステップＳ１３においてメモリ８４から温度情報を読み出す。そして、ステップＳ１４において温度履歴を液晶モニタ６４に表示させる。そしてステップＳ１５において一定時間が経過するまでは（Ｓ１５でＮＯ）、液晶モニタ６４への表示が継続される。
【００４４】
ステップＳ１５において一定時間が経過した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、ＣＰＵ８６は液晶モニタ６４をオフし、ステップＳ１７において再びスリープ状態に移行する。
【００４５】
このように待機状態にＣＰＵ８６および液晶モニタ６４をスリープ状態とすることによって、電力消費を少なくする事ができる。
【００４６】
実施の形態１では、ユニットを組み込んだ装置（スピンドル）の外部から、軸受外輪側温度をモニタできるようにするために以下の構成を採用している。
【００４７】
まず、第１に、冷却ユニット内部の制御基板に赤外線発光素子を実装し、ユニットからスピンドルハウジング外周面まで貫通穴を設け、外周面に温度監視ユニットを設ける。温度監視ユニット内部の基板には、赤外線受光素子を実装する。第２に、赤外線発光素子から温度情報を送信し、赤外線受光素子にて受信する。第３に、温度情報は、温度監視ユニットの制御基板に実装した液晶モニタに表示する。第４に、温度情報は、これまでの履歴がわかるようにする。
【００４８】
このように構成すれば、軸受外輪側の温度をユニット外部でモニタできるため、軸受装置の信頼性が向上するとともに、メンテナンスの時期を把握できる。
【００４９】
＜軸受装置および冷却システムの構成の詳細＞
図７〜図９を参照して、上記図１に示した機械装置に用いられている軸受装置および冷却ユニット２０の細部について説明する。
【００５０】
図７は、冷却ユニットの発電から冷却までの一連の流れを示す図である。図７を参照して、冷却ユニット２０は、熱電素子（発電用）、５と、電源回路２６と、制御回路２７と、熱電素子（冷却用）９０、と蓄電装置９２と、温度センサ９とを含む。
【００５１】
軸受内外輪は、回転により相対的に温度差が発生し、外輪１３に対して内輪１４の温度が高くなる。熱電素子２５は、この温度差によって発電を行なう。
【００５２】
熱電素子２５で発電された電力は、電源回路２６に入力され一定の電圧に昇圧される。一定の電圧に昇圧された電力は、制御回路２７のマイクロコンピュータ等に入力されると同時に、蓄電装置９２の二次電池や電気二重層コンデンサなどに充電または蓄電される。さらに、蓄電後の電力は制御回路２７に入力される。蓄電装置９２に蓄電された電力は、マイコン制御などにより、冷却部の熱電素子９０（冷却用）に供給される。（冷却に関する時間的条件は、予め任意に設定可能である。）
一方、外輪側温度を検出する温度センサ９の出力信号は、制御回路２７のマイクロコンピュータなどに入力される。
【００５３】
蓄電後の電圧と温度センサの出力信号にそれぞれ閾値Ｖｔｈ，Ｔｔｈを設け、両者が閾値を超えた時点で制御回路２７から冷却用の熱電素子９０に電力を供給することによって、熱電素子９０の両面に温度差を発生させ、軸受の外輪側を冷却する。さらに、軸受の外輪側が冷却されることにより、軸受の内輪と外輪との間に温度差が発生し、熱電素子２５での発電に寄与する。
【００５４】
図８は、実施の形態１の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。図９は、図８のＩＸ−Ｏ−ＩＸにおける断面図である。
【００５５】
図８、図９に示すように、転がり軸受の外輪１３の端面に当接された外輪間座３３の内周面に、冷却ユニット２０の外周面が固定される。
【００５６】
冷却ユニット２０は、ＰＰＳ（Poly  Phenylene  Sulfide）樹脂などの熱可塑性樹脂からなる円環状のハウジング９７で、軸方向一端が開放され、同種の材料からなる蓋９９により密封される。なお、蓋９９はねじによりハウジング９７に固定される。また、冷却ユニット２０は、軸受静止輪（外輪１３）に固定されても良い。
【００５７】
冷却ユニット２０のハウジング９７内部には、円周方向に沿って発電部９５、冷却部９４Ａ，９４Ｂ，電源回路２６，制御回路２７，蓄電装置９２，温度センサ９などが収容される。
【００５８】
発電部９５には、温度差によって発電（ゼーベック効果）する熱電素子２５を配置し、熱電素子２５の高温側には熱伝導体（ヒートシンク）９６が密着固定される。また、熱電素子２５の低温側には外輪間座３３の内周面が密着固定される。
【００５９】
一方、冷却部９４Ａ，９４Ｂには、電力供給により温度差が発生（ペルチェ効果）する熱電素子９０Ａ，９０Ｂがそれぞれ配置され、熱電素子９０Ａ，９０Ｂの高温側に熱伝導体（ヒートシンク）９１Ａ，９１Ｂがそれぞれ密着固定される。また、熱電素子９０Ａ，９０Ｂの低温側は外輪間座３３の内周面に密着固定される。
【００６０】
圧縮コイルばね９８は、ハウジング９７の内周壁と熱伝導体９６，９１Ａ，９１Ｂとの間に配置されている。熱伝導体９６，９１Ａ，９１Ｂは、圧縮コイルばね９８の反発力により外径方向に押圧され、熱電素子２５，９０Ａ，９０Ｂが外輪間座３３の内周面に一層密着固定される。また、温度センサ９は、外輪間座３３の内周面に密着固定される。
【００６１】
なお、発電部の熱伝導体９６の内径は、内輪間座３４とは接していない。可能であれば、熱伝導体９６の表面積を大きくする事が望ましい。
【００６２】
また、外輪間座３３の内周面と熱電素子２５との間、熱電素子２５と熱伝導体９６との間、熱電素子９０Ａ，９０Ｂと熱伝導体９１Ａ，９１Ｂとの間、熱電素子９０Ａ，９０Ｂと外輪間座３３の内周面との間には、熱伝導率（及び密着性）を高めるため、放熱グリースなどを塗布すると良い。放熱グリースは、一般的にシリコーンが主成分である。
【００６３】
以上説明した実施の形態１では、外輪間座内周面に冷却ユニットを装着し、以下の（１）〜（６）の特徴を有する。
（１）高温側熱伝導体及び発電用熱電素子をセットで配置し、軸受内輪側の温度と外輪側の温度との差によって発電する。
（２）高温側熱伝導体及び冷却用熱電素子をセットで配置し、前記発電により得られた電力を、冷却用熱電素子に供給することによって、軸受外輪側を冷却する。
（３）軸受外輪側に温度センサを配置し、軸受外輪側の温度を検出する。
（４）熱電素子で発電した電圧を昇圧するための、電源回路を設ける。
（５）熱電素子で発電した電力を蓄電するための、蓄電回路（コンデンサ等含む）を設ける。
（６）蓄電した電力を冷却用熱電素子に供給するための、制御回路（マイコン等含む）を設ける。
【００６４】
上記の特徴を有する本実施の形態の冷却ユニットは、ユニット内の発電用熱電素子で発電した電力を、冷却用熱電素子に供給するため、外部電力や外部装置等が不要となり、装置がコンパクトで、且つ省エネルギに貢献する。
【００６５】
また、軸受外輪側の冷却開始時期や、冷却時間やインターバル等を任意に設定する事により、使用環境に応じた最適な冷却を行なうことができる。これによって、軸受の異常発熱を効果的に抑制することができ、軸受の寿命を伸ばすことができる。
【００６６】
［実施の形態２］
実施の形態２は、冷却部の配置が実施の形態１とは少し異なる。図１０は、実施の形態２の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。図１１は、図１０のＸＩ−Ｏ−ＸＩにおける断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩにおける冷却部の部分断面図である。
【００６７】
図１０〜図１２に示すように、転がり軸受の外輪１３の端面に当接された外輪間座３３の内周面に、冷却ユニット２０Ａの外周面が固定される。
【００６８】
冷却ユニット２０Ａは、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂からなる円環状のハウジング９７で、軸方向一端が開放され、同種の材料からなる蓋９９により密封される。なお、蓋９９はねじによりハウジング９７に固定される。また、冷却ユニット２０Ａは、軸受静止輪（外輪１３）に固定されても良い。
【００６９】
冷却ユニット２０Ａのハウジング９７内部には、発電部１９５や冷却部，電源回路２６，制御回路２７，蓄電装置９２，温度センサ１０９などが収容される。
【００７０】
発電部１９５には、温度差により発電する熱電素子２５を配置し、熱電素子２５の高温側に熱伝導体１９６（ヒートシンク）を密着固定する。一方、熱電素子２５の低温側は外輪間座３３の内周面に密着固定される。
【００７１】
熱伝導体１９６は、圧縮コイルばね９８の反発力により外径方向に押圧されることにより、熱電素子２５が外輪間座３３の内周面に一層密着固定される。冷却部の熱電素子１９０は、熱伝導体１９６と熱伝導体１９１の間に挟み込まれる。熱伝導体１９６は、発電部１９５の高温側の熱伝導体と一体形状であり、低温側の熱伝導体１９１は、外輪１３の端面に密着固定され、さらに熱電素子１９０の低温側が、熱伝導体１９１に密着固定される。実施の形態２では、熱伝導体１９６は、圧縮コイルばね９８の押圧と同時に、外輪１３の端面方向にも圧縮コイルばね１９８によっても押圧されることにより、冷却部の密着性が向上する。
【００７２】
また、温度センサ１０９は、熱伝導体１９１に密着固定される。
なお、発電部の熱伝導体１９６の内径は、内輪間座３４とは接していない。可能であれば、熱伝導体１９６の表面積を大きくする事が望ましい。
【００７３】
また、外輪間座３３の内周面と熱電素子２５との間、熱電素子２５と熱伝導体１９６との間、熱電素子１９０と熱伝導体１９６との間、熱電素子１９０と熱伝導体１９１との間、外輪１３の端面と熱伝導体１９１との間には、熱伝導率（及び密着性）を高めるため、放熱グリースなどを塗布すると良い。
【００７４】
図１３は、軸受外輪側温度と蓄電電圧の経時変化を示す図である。軸受の回転に伴い、時刻ｔ１から内輪の温度Ｔｉｎと外輪の温度Ｔｏｕｔは上昇し、放熱性が良好でない内輪側温度Ｔｉｎは、放熱性の良好な外輪側温度Ｔｏｕｔに比べて高くなる。両者の温度は、ある一定の温度まで達すると、軸受潤滑状態が正常な場合、それぞれＴｉｎ１、Ｔｏｕｔ１に飽和する事が一般的に知られている。
【００７５】
実施の形態１，２に示した冷却ユニットを搭載した例では、軸受内外輪の相対的な温度差によって発電が開始され、温度差が大きいほど、発電電力は大きくなる。この電力の蓄電装置への蓄電を継続すると、一定の電圧で蓄電装置は満充電となる。ここで、軸受外輪側温度と蓄電電圧の両方に閾値を設ける（軸受外輪側温度閾値ＴＡ及び、蓄電電圧閾値ＶＢ）。図１３では、蓄電電圧Ｖが閾値ＶＢに到達するよりも、軸受外輪側温度Ｔｏｕｔが閾値ＴＡに早く到達する例を示す。
【００７６】
図１４は、制御回路２７のマイクロコンピュータが実行する冷却（放電）開始の判定処理を示したフローチャートである。図１４に示すように、マイクロコンピュータ５９は、ステップＳ２１において蓄電電圧Ｖが閾値ＶＢよりも高いか否かを判断し、ステップＳ２２において軸受外輪温度Ｔｏｕｔが閾値ＴＡよりも高いか否かを判断する。Ｖ＞ＶＢかつＴｏｕｔ＞ＴＡが成立すると（Ｓ２１およびＳ２２においてＹＥＳ）ステップＳ２３において、マイクロコンピュータ５９は冷却（放電）を開始させる。なお、ステップＳ２２の処理は、必ずしも行なわなくても良い。
【００７７】
図１５は、制御回路２７のマイクロコンピュータが実行する冷却（放電）停止の判定処理を示したフローチャートである。図１５に示すように、マイクロコンピュータ５９は、ステップＳ３１において現在冷却（放電）中であるか否かを判断する。ステップＳ３２では、蓄電電圧Ｖが閾値ＶＣよりも低いか否かを判断する。冷却（放電）中かつＶ＜ＶＣという条件が成立すると（Ｓ３１およびＳ３２においてＹＥＳ）ステップＳ３３において、マイクロコンピュータ５９は冷却（放電）を停止させる。
【００７８】
再び図１３に戻って、制御回路２７内のマイクロコンピュータ５９は、両者が閾値に達した事をトリガとして、時刻ｔ３において蓄電装置９２から熱電素子９０に電力を供給開始する。冷却を開始すると、蓄電電圧Ｖは低下するとともに、軸受内輪側温度Ｔｉｎ及び外輪側の温度Ｔｏｕｔも低下する。マイコン内部のタイマなどの設定により、一定時間放電が時刻ｔ４において完了すると、以降時刻ｔ４〜ｔ５において引き続き充電と蓄電が行なわれる。また、冷却が完了すると、時刻ｔ４〜ｔ５では軸受内輪側及び外輪側温度は再び上昇する。
【００７９】
一方、温度に関わらず、蓄電装置９２が満充電に達した時点で、放電（冷却）を開始するサイクルでも良い。この場合は、温度センサは不要である。
【００８０】
また、放電の完了は、温度センサの値に基づいて、マイクロコンピュータが自動的に判断して決定するプログラムで行なっても良い。これにより、軸受温度をコントロールする事が可能である。
【００８１】
［実施の形態３］
実施の形態１では、熱電素子９０Ａ、９０Ｂの低温側を外輪間座３３に密着させ、高温側を熱伝導体（ヒートシンク）９１Ａ，９１Ｂに密着させることとした。実施の形態３では、図６の熱電素子９０Ａ、９０Ｂの高温側を外輪間座３３に密着させ、低温側を熱伝導体（ヒートシンク）９１Ａ，９１Ｂに密着させる。
【００８２】
これによって、内輪と外輪の温度差が縮まり、冷却しにくかった内輪の温度を下げることができる。外輪の温度が上昇するが、外輪は冷却しやすいので、全体として軸受の温度が下がることが期待できる。
【００８３】
実施の形態３では、内輪の温度を従来よりも下げることが可能となる。
以上の実施の形態１〜３で冷却ユニットを適用した軸受は、予め所望量のグリースを封入した、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受などであっても良い。発電部及び冷却部は、複数個設けても良い。
【００８４】
冷却ユニットは、軸受内外輪温度差によって発電した電力を使用するため、外部から電力を供給する必要がない。従い、スピンドル本体から、工作機本体などへの電線の取り回しがない。
【００８５】
また、各熱伝導体（ヒートシンク）は、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、熱伝導体には、金，銀，銅などが挙げられるがコスト面から、銅を使用する事が一般的である。なお、銅を主成分とする銅合金でも良い。また、加工方法としては、焼結，鍛造，鋳造などがコスト面で有利である。
【００８６】
なお、工作機用スピンドルの場合、軸受ハウジングの外周側は、冷却水や冷却油によって常時冷却されている事が多く、それらの設備と併用する事も可能であり、その場合には一層の効果が期待できる。
【００８７】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
９，１０９  温度センサ、１３  外輪、１４  内輪、１５  転動体、２０，２０Ａ  冷却ユニット、２５，９０，９０Ａ，９０Ｂ，１９０  熱電素子、２６  電源回路、２７  制御回路、３３  外輪間座、３４  内輪間座、５０  工作機用スピンドル、５１  回転軸、５２  スピンドルハウジング、５３  外周ハウジング、５４  発光素子、５５  受光素子、５６  基板、５７  台座、５８  カバー部材、５９  マイクロコンピュータ、６２  電池、６４  液晶モニタ、６６  スイッチ、７０  温度監視ユニット、８０  監視制御部、８２  受光監視部、８４  メモリ、９１Ａ，９１Ｂ，９６，１９１，１９６  熱伝導体、９２  蓄電装置、９４Ａ，９４Ｂ  冷却部、９５，１９５  発電部、９７  ハウジング、９８，１９８  圧縮コイルばね、９９  蓋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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