(57)【要約】【課題】ポンプの動作を監視可能とする。【解決手段】ポンプ２９は、インナーロータ１０４と、インナーロータ１０４の外側に配置されるアウターロータ１０５と、アウターロータ１０５の回転に伴い位置が変化する発磁体１１１〜１１５と、アウターロータ１０５を内部に収容するポンプケース１０６と、ポンプケース１０６に設置され発磁体１１１〜１１５からの磁界を検出する磁極検出センサ９とを備える。好ましくは、発磁体１１１〜１１５は、アウターロータ１０５の外周面に埋設され、アウターロータ１０５およびポンプケース１０６は、樹脂製である。【選択図】図１４
2019074040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーロータと、
前記インナーロータの外側に配置されるアウターロータと、
前記アウターロータの回転に伴い位置が変化する発磁体と、
前記アウターロータを内部に収容するケースと、
前記ケースに設置され前記発磁体からの磁界を検出する磁極検出センサとを備える、トロコイドポンプ。
【請求項２】
前記発磁体は、前記アウターロータの外周面に埋設される、請求項１に記載のトロコイドポンプ。
【請求項３】
前記アウターロータおよび前記ケースは、樹脂製である、請求項１または２に記載のトロコイドポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のトロコイドポンプと、
前記トロコイドポンプによって吸引される潤滑油を収容する容器と、
前記磁極検出センサの出力を受けて前記トロコイドポンプの動作状態を監視する制御装置とを備える、潤滑油供給ユニット。
【請求項５】
前記トロコイドポンプは、前記インナーロータを駆動するモータをさらに備え、
前記制御装置は、前記モータに駆動信号を出力しても前記磁極検出センサの出力が前記アウターロータが回転していないことを示す場合には、前記トロコイドポンプの異常を報知する、請求項４に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項６】
前記トロコイドポンプは、前記インナーロータを駆動するモータをさらに備え、
前記制御装置は、前記磁極検出センサの出力に基づいて前記モータを駆動することによって、前記トロコイドポンプからの前記潤滑油の吐出量を制御する、請求項４に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の潤滑油供給ユニットを備える、軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トロコイドポンプ、潤滑油供給ユニットおよび軸受装置に関し、より特定的には軸受内部に潤滑油を供給するトロコイドポンプおよび潤滑油供給ユニット、並びにそれらを備える軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機用スピンドルの軸受の潤滑方式はエアオイル潤滑方式が一般的であるが、外部にオイルタンク、エア供給用の付帯設備が必要となる。一方、グリース潤滑式の軸受では、外部に付帯設備を必要としないが潤滑に寿命がある。グリース潤滑式の軸受の潤滑寿命を延長するための潤滑油供給ユニットの一例が特開２０１６−１５３６６９号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の潤滑油供給ユニットは、グリースの基油と同じ潤滑油をマイクロポンプで軸受内部に補充し、軸受の潤滑寿命の延長を狙っているが、潤滑油供給ユニットが故障した場合潤滑油の補充が途絶え、軸受が破損してしまう。このため、特開２０１６−１５３６６９号公報では、潤滑油供給直後の軸受内温度を測定することで、潤滑油が吐出されたか否かを判別している。
【０００５】
しかし、潤滑油供給直後の軸受内温度変化で吐出確認を行なうには、潤滑油を多量に供給することが必要で、１回あたりの供給量が微少であることや、残存グリースが抵抗となり温度上昇が緩やかとなることから、軸受内の温度変化によってマイクロポンプの故障を確実にとらえることは困難である。
【０００６】
また、上記の潤滑油供給ユニットでは、マイクロポンプの駆動をマイコン内の時間でのみ制御しており、潤滑油の種類、周囲温度による粘度変化に対し、安定した定量の供給ができないという問題もある。
【０００７】
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って、その目的は、ユニット故障の主要原因であるマイクロポンプの動作を監視し、潤滑油供給ユニットの健全性を判断するとともに、種々の変動要因に対しても安定した供給を行なうことが可能となる、トロコイドポンプ、潤滑油供給ユニットおよび軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、トロコイドポンプであって、インナーロータと、インナーロータの外側に配置されるアウターロータと、アウターロータの回転に伴い位置が変化する発磁体と、アウターロータを内部に収容するケースと、ケースに設置され発磁体からの磁界を検出する磁極検出センサとを備える。
【０００９】
好ましくは、発磁体は、アウターロータの外周面に埋設される。
好ましくは、アウターロータおよびケースは、樹脂製である。
【００１０】
この発明は他の局面では、上記いずれかのトロコイドポンプと、トロコイドポンプによって吸引される潤滑油を収容する容器と、磁極検出センサの出力を受けてトロコイドポンプの動作状態を監視する制御装置とを備える、潤滑油供給ユニットである。
【００１１】
好ましくは、トロコイドポンプは、インナーロータを駆動するモータをさらに備える。制御装置は、モータに駆動信号を出力しても磁極検出センサの出力がアウターロータが回転していないことを示す場合には、トロコイドポンプの異常を報知する。
【００１２】
好ましくは、トロコイドポンプは、インナーロータを駆動するモータをさらに備える。制御装置は、磁極検出センサの出力に基づいてモータを駆動することによって、トロコイドポンプからの潤滑油の吐出量を制御する。
【００１３】
この発明は他の局面では、上記いずれかの潤滑油供給ユニットを備える、軸受装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マイクロポンプの動作状態を容易に監視でき、故障の早期検出および潤滑油吐出量の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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外部ユニット７０の平面模式図である。
【図４】潤滑油供給ユニットの主要部の電気回路の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】潤滑油供給ユニットにおける外部ユニットの構成を説明するためのブロック図である。
【図６】軸受装置に隣接して設けられた潤滑油供給ユニット２０の全体を示す模式図である。
【図７】図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。
【図８】図６の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面模式図である。
【図９】図６の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。
【図１０】発電部を変形した潤滑油供給ユニット２０Ａの構成を示す図である。
【図１１】ポンプ２９の構造例を示す図である。
【図１２】トロコイドポンプ部２９Ａの構造を示す図である。
【図１３】トロコイドポンプの動作を示した図である。
【図１４】本実施の形態で用いられるトロコイドポンプ部の構成を示す図である。
【図１５】トロコイドポンプ部の磁極検出センサ付近を拡大して示した図である。
【図１６】アウターロータ１０５の斜視図である。
【図１７】ポンプケース１０６の斜視図である。
【図１８】アウターロータが回転した場合に磁極検出センサから出力される信号波形を示す図である。
【図１９】潤滑油の吐出制御を説明するためのフローチャートである。
【図２０】潤滑油の供給タイミングについて説明するための基本波形図である。
【図２１】ステップＳ５で実行される初回吐出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２２】ステップＳ６で実行される通常吐出処理の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づい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。
【００１７】
［概要］
本実施の形態では、軸受に装着される潤滑油供給ユニット２０において、マイクロポンプの作動状態を監視可能に構成している点が特徴の１つである。以下に、軸受を組み込んだ機械装置の構成、軸受に装着される潤滑油供給ユニットの構成、潤滑油供給ユニット内のマイクロポンプの構成および制御について順に説明する。
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、嵌合固定に代えて接着固定しても良いが、接着固定の場合は、エポキシ樹脂などが適宜使用可能である。
【００２２】
なお、軸受は、アンギュラ玉軸受であり、内輪１４と、外輪１３と、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とを含む。
【００２３】
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、潤滑油供給ユニット２０が配置されている。また、２つの軸受の間（潤滑油供給ユニットが配置された側と反対側）には他の間座が回転軸５１およびスピンドルハウジング５２に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。
【００２４】
潤滑油供給ユニット２０は、図２に示すように、円環状のハウジング内に円周方向に沿って配置された発電部２５と、蓄電部を含む電源回路２６と、制御回路２７と、ポンプ駆動回路２８と、ポンプ２９と、潤滑油を保持する潤滑油タンク３０とを含む。なお、潤滑油供給ユニット２０を含む軸受装置の詳細な構成については後述する。
【００２５】
潤滑油供給ユニットの制御回路２７と対向する領域には、ハウジング本体２１（図７参照）、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の表面に平面部が設けられ、この平面部上に台座５７および外部ユニット７０が配置されている。台座５７上に出力基板５６が配置されている。
【００２６】
潤滑油供給ユニット２０の制御回路２７は、発光素子５４と接続されている。出力基板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、出力基板５６上に実装されている。
【００２７】
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、貫通穴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穴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、これに後述する潤滑油の供給状況に関するデータ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。
【００２８】
なお、発光素子５４は、制御回路２７から外部ユニット７０に信号を送信する送信部として機能するので、後の図４、図５のブロック図では、送信部５４と記載している。また、受光素子５５は、送信部からの信号を受信する受信部として機能するので、後の図４、図５のブロック図では、受信部５５と記載している。送信部５４、受信部５５は、赤外光に限らず他の光を使用するものであってもよく、電波を使用するものであっても良い。
【００２９】
図３は、図１に示した機械装置に取り付けられた外部ユニット７０の平面模式図である。図２、図３を参照して、カバー部材５８は、台座５７上に配置された出力基板５６を覆うように、台座５７に固定されている。出力基板５６上には、出力基板５６の回路を駆動するための電源である電池６０と、記憶部５９とが配置されている。電池６０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６０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。出力基板５６の表面にはこのような電池６０を固定するためのホルダが配置されている。また、記憶部５９としては、たとえばカード型の外部記憶媒体を接続固定するための保持部（スロット）と保持部に着脱可能に固定された外部記憶媒体とを用いることができる。外部記憶媒体としてはメモリカードなど従来周知の任意の記憶媒体を利用できる。
【００３０】
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６０や外部記憶媒体の交換などは、カバー部材５８を台座５７から取り外した状態で行なうことができる。
【００３１】
台座５７とカバー部材５８とにより密閉された上記出力基板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。
【００３２】
なお、カバー部材５８は、後述の表示部７１の表示内容が視認できるように透明材料を用いることが好ましい。
【００３３】
［潤滑油供給ユニットの構成］
図４〜図１０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潤滑油供給ユニットの細部について説明する。
【００３４】
まず、工作機用スピンドル５０に設置された、潤滑油供給ユニットの電気回路の構成を主に図４、図５を用いて以下に説明する。
【００３５】
図４は、潤滑油供給ユニットの主要部の電気回路の構成を説明するためのブロック図である。図５は、潤滑油供給ユニットにおける外部ユニットの構成を説明するためのブロック図である。
【００３６】
図４、図５を参照して、潤滑油供給ユニットは、発電部２５と、電源回路２６と、制御回路２７と、磁極検出センサ９と、駆動部９０と、ポンプ駆動回路２８と、抵抗９４とを含む。
【００３７】
発電部２５は、軸受の内輪と外輪との間に生じる温度差によって発電を行なう。電源回路２６は、発電部２５の電圧を昇圧する昇圧コンバータ８２と、発電部２５で発電され昇圧コンバータ８２を経由した電気エネルギーを蓄電する蓄電部８６と、蓄電部８６の電圧を昇圧して負荷に供給する昇圧コンバータ８５とを含む。
【００３８】
蓄電部８６に蓄電された電力は、マイコン制御などによりポンプ駆動回路２８に供給される。ポンプ２９がポンプ駆動回路によって駆動させると、ポンプ２９のノズルから潤滑油が軸受内部に吐出される。
【００３９】
制御回路２７は、ポンプ駆動回路２８を介してポンプ２９の動作を制御するための制御部であって、制御プログラムが保持されるプログラム記憶部およびこのプログラム記憶部と接続され制御プログラムを実行する演算部（マイコン）とを含む。制御回路２７は、軸受１１（図７）への潤滑油の供給開始時期、供給タイミング（インターバル）を予め設定することができる。また制御回路２７は、磁極検出センサ９の出力に基づいて潤滑油の供給のためのポンプ２９の駆動時間、潤滑油の供給量などを決定する。そして、このように潤滑油の供給状態を適切に保つことにより、軸受装置の潤滑寿命を延ばすことができる。
【００４０】
より具体的には、制御回路２７は、データ処理装置２７ａと、コンパレータ２７ｂとを含む。データ処理装置２７ａは、電圧ＶＣの値をデータとして取り込むためのＡ／Ｄコンバータ２７ｄと、後に説明する状態フラグ、放電回数および吐出回数を不揮発的に記憶するメモリ２７ｃとを含む。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７ｄ、メモリ２７ｃは、データ処理装置２７ａに内蔵されていても良く、データ処理装置２７ａの外部に設けられていても良い。
【００４１】
コンパレータ２７ｂは、電圧ＶＣが所定電圧に到達したことを検出すると、割り込み信号を出力する。データ処理装置２７ａは、コンパレータ２７ｂから割り込み信号を受けると、スリープ状態から起動してポンプ駆動回路２８または抵抗９４を用いて蓄電部８６の電気エネルギーを放電する。このときに、データ処理装置２７ａは、抵抗９４を用いた放電を所定回数行なった後にポンプ駆動回路２８を駆動させて潤滑油を軸受内部に供給するように制御を行なう。このようにすることによって、適切な時間間隔を空けた潤滑油の供給が行なわれる。以上の制御の詳細については、後にフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
駆動部９０は、ポンプ駆動回路２８と抵抗９４のいずれか一方に通電できるようにスイッチ９１，９２を含む。なお、駆動部９０とポンプ駆動回路２８とを一つにまとめても良い。
【００４３】
図５を参照して、外部ユニット７０は、制御回路２７上の送信部５４から潤滑油の供給状態に関する信号Ｓｏｕｔを受信部５５を介して受ける演算部５６ａと、演算部５６ａとの間でデータの授受を行なう記憶部５９と、外部から視認可能な表示部７１と、演算部５６ａ、記憶部５９および表示部７１に電源電圧を供給する電池６０とを含む。
【００４４】
記憶部５９には制御回路２７から伝送された潤滑油の供給状況に関するデータが記憶される。データとしては、潤滑油の供給タイミングや潤滑油の供給間隔、吐出回数、吐出残回数、またポンプ２９などを動作させたときの電源回路（具体的には蓄電部８６）における電圧(電圧ＶＣ）、内輪または外輪周辺の温度などが挙げられる。
【００４５】
このデータが制御回路２７から外部ユニット７０へ伝送されるタイミングとしては、任意のタイミングを採用できるが、たとえば制御回路２７の記憶部（データ処理装置２７ａに含まれるメモリ２７ｃまたはメモリ２７ｃとは独立して制御回路２７に設けられている記憶素子など）がデータで一杯になった時点で、制御回路２７から外部ユニット７０へデータを転送してもよい。また図２０の潤滑油の供給タイミング基本波形図の放電時の廃棄している電力の一部をデータ転送用に充当し、放電タイミングと同期させてもよい。
【００４６】
演算部５６ａは、信号Ｓｏｕｔが示す潤滑油の供給に関する情報を表示部７１に表示させる。たとえば、後述するようにポンプ駆動信号を送っても、磁極検出センサ９がポンプの作動を示さない場合には、演算部５６ａは、潤滑油供給に異常が生じていることを示す表示を表示部７１に表示させる。
【００４７】
また、記憶部５９に蓄積されたデータを無線送信部７２を用いて中継基地または管理室のコンピュータなどに送信しても良い。このようにすれば、外部のコンピュータ上で、潤滑油供給ユニットの状況（発電状態やポンプ２９の動作状態など）を確認することができる。
【００４８】
図６は、軸受装置に隣接して設けられた潤滑油供給ユニット２０の全体を示す模式図である。図７は、図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面模式図である。図８は、図６の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面模式図である。図９は、図６の線分ＩＸ−ＩＸにおける断面模式図である。
【００４９】
図７、図８を参照して、軸受装置１０は、軸受１１と潤滑油供給ユニット２０とを含む。なお、軸受装置として、軸受１１と潤滑油供給ユニット２０とを一体化させても良い。
【００５０】
潤滑油供給ユニット２０は、軸受１１の軸方向の一端部に突き当てられた外輪間座３３と内輪間座３４との間に組み込まれている。軸受装置１０は、機械装置のたとえば回転軸とハウジングとの間に組み込まれて使用される。
【００５１】
軸受１１は、たとえば回転側の軌道輪である内輪１４と、たとえば固定側の外輪１３と、これらの内輪１４と外輪１３との間に介在された複数の転動体１５と、複数の転動体１５を一定間隔に保持する保持器１６と、当該保持器１６の外周側に配置されたシール部材とを含む。本実施の形態で図示したのは、アンギュラ玉軸受であるが、軸受１１としては、たとえば、深溝玉軸受、あるいは円筒ころ軸受などを用いることもできる。
【００５２】
軸受１１には、予めグリースが封入される。上記シール部材は、外輪間座３３などが配置された側と反対側の端部に配置される。
【００５３】
内輪間座３４と外輪間座３３とから間座が構成されており、内輪間座３４は内輪１４の一方の端面に突き当てられる。外輪間座３３は外輪１３の一方の端面に突き当てられる。
【００５４】
潤滑油供給ユニット２０は、図６に示すように、円環状のハウジング内に配置された、発電部２５、電源回路２６、制御回路２７、ポンプ駆動回路２８、ポンプ２９、潤滑油タンク３０を含む。潤滑油タンク３０は、軸受１１に封入されているグリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留する。発電部２５、電源回路２６、制御回路２７、ポンプ駆動回路２８、ポンプ２９、潤滑油タンク３０は、ハウジング本体２１内部において、円周方向に並ぶように配置されている。
【００５５】
発電部２５は電源回路２６に接続され、電源回路２６は制御回路２７に接続され、制御回路２７はポンプ駆動回路２８に接続される。ポンプ駆動回路２８はマイクロポンプなどのポンプ２９を動作させるための回路である。ポンプ２９には、潤滑油タンク３０の袋体に接続された吸込みチューブ３１と、ポンプ２９から軸受１１の内部に潤滑油を供給するための吐出チューブ３２とが接続されている。吐出チューブ３２の先端部（ポンプ２９と接続された根元部と反対側の端部）には、図７に示すようにノズル３７が接続されている。ノズル３７の先端部は軸受１１の内部（転動体１５に隣接する位置、たとえば軸受１１の固定側の軌道輪と回転側の軌道輪との間）にまで延びている。なお、ノズル３７のノズル穴の内径寸法は、基油の粘度に起因する表面張力と吐出量との関係により、適宜設定される。
【００５６】
潤滑油供給ユニット２０の発電部２５としては、例えば、ゼーベック効果によって発電を行なう熱電素子（ペルチェ素子）を使用することができる。具体的には、図６に示すように、発電部２５は、外輪間座３３に接続されたヒートシンク２３ａと、内輪間座３４に対向して配置されたヒートシンク２３ｂと、ヒートシンク２３ａとヒートシンク２３ｂとの間を接続するように配置され、ヒートシンク２３ａ、２３ｂと密着固定された熱電素子２４とを有する。
【００５７】
ここで、図６に示すように軸受装置１０として転がり軸受装置を使用する場合、転動体１５（図７参照）との摩擦熱により内輪１４と外輪１３の温度が上昇する。通常、外輪１３は機器のハウジングに組み込まれるため熱伝導により放熱される。そのため、内輪１４と外輪１３との間で温度差が生じる（外輪１３の温度に対して内輪１４の温度の方が高い）。その温度が各ヒートシンク２３ａ、２３ｂに伝導される。
【００５８】
ヒートシンク２３ａ、２３ｂは、それぞれハウジング本体２１の内周面と外周面とを貫通するように配置されている。そのため、外輪間座３３を介して外輪１３と接続されたヒートシンク２３ａと、内輪間座３４側（内輪１４側）に位置するヒートシンク２３ｂとの間に配置された熱電素子２４の両端面には温度差が生じる。このため、熱電素子２４はゼーベック効果により発電を行なうことができる。なお、熱電素子２４の低温側は直接外輪間座３３の内周面に接触させても良い。
【００５９】
なお、外輪側のヒートシンク２３ａの密着面は、外輪間座３３の内径の曲率と同一として密着させる事で、伝熱（放熱）効果を高くする。一方、内輪側のヒートシンク２３ｂは、内輪間座３４とは接していない。可能であれば、内輪側のヒートシンク２３ｂの内周面の表面積を大きくする事が望ましい。また、外輪間座３３の内周面とヒートシンク２３ａの外周面の間、ヒートシンク２３ａと熱電素子２４の間、熱電素子２４と内輪側のヒートシンク２３ｂ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、一般的にシリコンが主成分である。また、ヒートシンク２３ａ，２３ｂは、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、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。
【００６０】
このような発電部２５を用いることにより、外部から潤滑油供給ユニットに電力を供給する必要がないため、工作機用スピンドル５０へ外部から電力を供給するための電線を取り付ける必要がない。
【００６１】
発電部２５によって発生した（発電された）電荷は、電源回路２６に蓄電される。具体的には、電荷は図４に示した電源回路２６に含まれる蓄電池やコンデンサなどの蓄電部８６に蓄電される。コンデンサとしては、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用することが好ましい。
【００６２】
ポンプ２９はポンプ駆動回路２８を介して制御回路２７により制御される。ポンプ２９は、潤滑油タンク３０内の潤滑油を吸込みチューブ３１から吸引し、吸引した潤滑油を吐出チューブ３２およびノズル３７を介して軸受１１の内部へ供給する。
【００６３】
潤滑油供給ユニット２０の円環状のハウジングは、図７に示すように、軸受１１と反対側の面が開放された断面コの字形のハウジング本体２１と、このハウジング本体２１の開口部を閉塞し、ハウジング本体２１に対して着脱自在の蓋２２とによって構成される。ハウジング本体２１および蓋２２は、好ましくは、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂で形成される。
【００６４】
ハウジングの蓋２２は、ハウジング本体２１に対し、ネジ３９（図９参照）により固定されてもよい。蓋２２をハウジング本体２１に固定することにより、ハウジング本体２１と蓋２２とにより囲まれたハウジング内部を密閉することができる。なお、ネジ３９が固定されているタップ穴３５から当該ネジ３９を外して、蓋２２を取り除くことができる。このようにすれば、潤滑油供給ユニット２０全体を軸受装置１０から取外すことなく、ハウジング本体２１内に収納されている潤滑油タンク３０に、潤滑油を補充することができる。
【００６５】
ハウジング本体２１の外周面は、外輪間座３３の内周面に固定されている。なお、ハウジング本体２１（つまり潤滑油供給ユニット２０）は軸受１１の静止輪に固定されていてもよい。なお、ハウジング本体２１と内輪間座３４との間には隙間３６が形成されている。
【００６６】
図１０は、発電部を変形した潤滑油供給ユニット２０Ａの構成を示す図である。図１０に示す潤滑油供給ユニット２０Ａは、発電部１９５の構成を、熱電素子１２５の低温側を外輪間座３３の内周面に直接接触させても良い。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１２５が外輪間座３３の内周面に一層密着固定される。
【００６７】
潤滑油供給ユニット２０Ａのハウジング９７内部には、図示しないが図６と同様に発電部１９５の他の部分には、電源回路２６，制御回路２７、ポンプ駆動回路２８、ポンプ２９、潤滑油タンク３０が収容される。
【００６８】
［マイクロポンプの構成および制御］
マイクロポンプには潤滑油供給ユニットのサイズからトロコイドポンプを使用する事が考えられる。図１１は、ポンプ２９の構造例を示す図である。
【００６９】
ポンプ２９は、トロコイドポンプ部２９Ａと、モータ２９Ｂとを含む。トロコイドポンプ部２９Ａは、ポンプケース１０６と、アウターロータ１０５とインナーロータ１０４とポンプ蓋１０１および１０７とを含む。モータ２９Ｂの回転軸は、インナーロータ１０４と連結される。ポンプ蓋１０１には、吸い込みチューブ３１に接続される吸入ポートと、吐出チューブ３２に接続される吐出ポートとが形成されている。
【００７０】
図１２は、トロコイドポンプ部２９Ａの構造を示す図である。図１３は、トロコイドポンプの動作を示した図である。
【００７１】
トロコイドポンプ部２９Ａの材質は樹脂である。蓄電部８６に蓄えられた電力で作動するポンプ駆動回路２８から供給された電流によりモータ２９Ｂが回転し、インナーロータ１０４が回転する。インナーロータ１０４とアウターロータ１０５とは複数箇所で接触し、噛み合わされている。トロコイドポンプ部２９Ａの内部には、インナーロータ１０４とアウターロータ１０５との各接触部により区分された複数の空間（例えば５つの空間）が形成されている。
【００７２】
インナーロータ１０４がθ０〜θ６のように１回転すると、インナーロータ１０４との噛合いによってアウターロータ１０５が同方向に約半回転する。インナーロータ１０４とアウターロータ１０５とが回転することにより、上記複数の空間の体積はそれぞれ変化する。
【００７３】
インナーロータ１０４の外歯車と、アウターロータ１０５の内歯車の歯数差により形成される空間の容積が変化し、潤滑油の吸入、排出が可能となる。
【００７４】
弁機構を持たないトロコイドポンプはシール性が悪く、潤滑油タンク、マイクロポンプ、ノズルの位置関係によっては潤滑油の微量な漏洩、空気の逆流があり、長期の安定した潤滑油供給を阻害する要因となり得る。このため、マイクロポンプの排出口の接続される吐出チューブ３２にチェックバルブ（逆止弁）を設けることが好ましい。チェックバルブはマイクロポンプによる一定の吐出圧が発生しないと弁が開かないため、潤滑油の微量な漏洩を防ぐことができると同時に空気の逆流も防止することができる。
【００７５】
このような構成のトロコイドポンプは、図１３のθ０付近に示すように、１つの空間の体積が最も小さくなるとき、当該空間におけるインナーロータ１０４とアウターロータ１０５との間隔は、例えば異物（潤滑油に混入され得る潤滑油以外の物など）の外径よりも小さくなり得る。ポンプ２９は、ポンプ駆動回路２８を介して制御回路２７により制御される。
【００７６】
間隔が小さくなったインナーロータ１０４とアウターロータ１０５との間に潤滑油中の異物が挟まると、トロコイドポンプ部２９Ａにおいて、インナーロータ１０４とアウターロータ１０５が回転できなくなる場合がある。このような場合は、制御回路２７が異常を検出して外部に報知できることが好ましい。
【００７７】
また、潤滑油は、温度によって粘度が変化し、ポンプ２９を駆動するために必要なトルクも変動する。したがって、例えば一定時間のポンプ２９の駆動を行なったとしても、一回のポンプ２９からの潤滑油の吐出量がばらつく場合がある。
【００７８】
トロコイドポンプ部２９Ａはインナーロータ１０４の回転に追従してアウターロータ１０５が回転することでポンプとしての機能を果たすことから、アウターロータ１０５の回転数および回転角度を監視することができれば、ポンプ２９の状態および吐出量を把握することができる。
【００７９】
図１４は、本実施の形態で用いられるトロコイドポンプ部の構成を示す図である。図１５は、トロコイドポンプ部の磁極検出センサ付近を拡大して示した図である。図１６は、アウターロータ１０５の斜視図である。図１７は、ポンプケース１０６の斜視図である。
【００８０】
図１４〜図１７を参照して、アウターロータ１０５の外周側面にアウターロータ１０５の歯数と同数の発磁体１１１〜１１５が埋設されている。ポンプケース１０６の外側に磁極検出センサ９が設置されている。発磁体１１１〜１１５として永久磁石を用いることができる。また磁極検出センサ９としては、ホールＩＣ、ホール素子等を用いることができる。なお、発磁体の数は、アウターロータ１０５の歯数と同数でなくてもよく、１つであっても良い。
【００８１】
図１８は、アウターロータが回転した場合に磁極検出センサから出力される信号波形を示す図である。一定速度でアウターロータが回転すると、磁極検出センサ９は、定期的にオン／オフを繰り返す。したがって、磁極検出センサの出力パルスの数を数えれば、アウターロータの回転速度や回転角を制御回路２７で把握することができる。
【００８２】
［潤滑油供給ユニットの供給動作と異常検出］
図１９は、潤滑油の吐出制御を説明するためのフローチャートである。図２０は、潤滑油の供給タイミングについて説明するための基本波形図である。図２０において、縦軸は蓄電部の電圧を示し、横軸は時間を示し、蓄電部の電圧ＶＣの時間変化（充電および放電状況）が波形として示される。
【００８３】
図１９において、スリープモードとなっている制御回路２７は、ステップＳ１において、蓄電部８６の電圧ＶＣを監視し、電圧ＶＣが所定電圧（例えば２．５Ｖ）以上となったか否かを判断する。電圧ＶＣが２．５Ｖより低い場合には、そのまま電圧ＶＣが２．５Ｖにいたるまで、ステップＳ１の処理が繰り返される。電圧ＶＣは、発電部２５で発電された電力によって次第に上昇する。
【００８４】
ステップＳ１において、電圧ＶＣが２．５Ｖ以上となった場合、ステップＳ２において制御回路２７はスリープモードから復帰する。そしてステップＳ３において、不揮発性メモリに保存されていた４つの情報を読み出す。読み出される４つの情報は、状態フラグ、初回放電回数、通常放電回数、吐出回数である。状態フラグは、これから行なう吐出が初回吐出か、通常吐出かを示すフラグである。初回吐出は、軸受装置に最初に充填されているグリースが基油切れとなったころを見計らって行なう潤滑油の吐出である。これは、新品グリースの基油枯渇を待って行なわれるので、使用開始から約１００００時間後に実行される。一方、通常吐出は、初回吐出が実行済みの場合の２回目以降の吐出であり、約２０時間ごとに行なわれる。図２０に示すように、制御回路２７は、蓄電部８６の充放電の回数を計数することによって、これらのインターバルを決めている。
【００８５】
続いて、ステップＳ４において、制御回路２７は、読み出した状態フラグが初回吐出を示すか、通常吐出を示すかを判断する。ステップＳ４において状態フラグが初回吐出を示す場合にはステップＳ５において初回吐出処理が実行される。一方、ステップＳ４において状態フラグが通常吐出を示す場合にはステップＳ６において通常吐出処理が実行される。
【００８６】
ステップＳ５またはステップＳ６において吐出処理が実行されると、制御回路２７は、ステップＳ７においてスリープモードに移行し、再び、ステップＳ１において電圧ＶＣが所定電圧以上となるまでスリープモードを維持する。
【００８７】
図２１は、ステップＳ５で実行される初回吐出処理の詳細を示すフローチャートである。初回吐出処理が開始されると、まずステップＳ１１において、制御回路２７は、メモリから読み出した初回放電回数が設定値以上か否かを判断する。設定値は、図２０の波形図に示したように、１００００時間に相当する回数に設定されている。なお、１００００時間は一例であり、回転速度やグリース種類などにより、設定値は適宜調整される。
【００８８】
ステップＳ１１において、初回放電回数が設定値未満であれば（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１２において制御回路２７は、蓄電部８６に蓄えられた電気エネルギーを放電するように、図４のスイッチ９２を導通させる。そして、ステップＳ１３において制御回路２７は、初回放電回数に１を加算し、初回放電回数を不揮発性メモリに保存する。その後ステップＳ２３で図２０のフローに戻って制御回路２７はスリープモードに移行する。
【００８９】
一方、ステップＳ１１において、初回放電回数が設定値以上であれば（Ｓ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１４において、制御回路２７はポンプ２９を作動させるように、図４のスイッチ９１を導通させる。そして、制御回路２７は、ステップＳ１５において磁極検出センサ９の出力パルス数をカウントし、ステップＳ１６においてカウント数が設定値以上となるまでポンプ２９の駆動を継続する。ただし、ステップＳ１６においてモータに駆動信号を出力しても磁極検出センサ９の出力がアウターロータが回転していないことを示す場合には、制御回路２７は、送信部を使用してトロコイドポンプの異常を外部ユニットに報知し、処理を終了する。ステップＳ１６においてカウント数が設定値以上となった場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７において、制御回路２７はポンプ２９を停止させるようにスイッチ９１をオフする。
【００９０】
そしてステップＳ１８において、制御回路２７は、吐出回数に１を加算してメモリ２７ｃに保存する。さらに、ステップＳ１９において、制御回路２７は、状態フラグを初回から通常に状態変更し、ステップＳ２０において吐出回数、吐出残回数を赤外線にて外部ユニット７０に送信する。その後、制御回路２７は、余剰の電気エネルギーを蓄電部８６から放電するようにスイッチ９２を導通させ、ステップＳ２３において図２０のフローチャートに処理を戻して、スリープモードに移行する。
【００９１】
図２２は、ステップＳ６で実行される通常吐出処理の詳細を示すフローチャートである。図２２に示す通常吐出処理は、図２１に示す初回吐出処理と比べて、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１９の処理がそれぞれステップＳ１１Ａ，Ｓ１３Ａ，Ｓ１９Ａの処理に置換されている点が異なる。他の処理については、同じであるので、異なる点のみ説明する。
【００９２】
通常吐出処理が開始されると、まずステップＳ１１Ａにおいて、制御回路２７は、メモリ２７ｃから読み出した通常放電回数が設定値以上か否かを判断する。設定値は、図２０の波形図に示したように、２０時間に相当する回数に設定されている。なお、２０時間は一例であり、回転速度やグリース種類などにより、設定値は適宜調整される。
【００９３】
ステップＳ１１Ａにおいて、通常放電回数が設定値未満であれば（Ｓ１１ＡでＮＯ）、ステップＳ１２において制御回路２７は、蓄電部８６に蓄えられた電気エネルギーを放電し、ステップＳ１３Ａにおいて通常放電回数に１を加算した後、ステップＳ２３で図２０のフローに戻って制御回路２７はスリープモードに移行する。
【００９４】
一方、ステップＳ１１Ａにおいて、通常放電回数が設定値以上であれば（Ｓ１１ＡでＹＥＳ）、ステップＳ１４〜Ｓ１８において、制御回路２７はポンプ２９の作動および停止を初回時と同様に実行する。さらに、制御回路２７は、ステップＳ１９Ａにおいて通常放電回数をゼロにリセットし、ステップＳ２０において吐出回数、吐出残回数を赤外線にて外部ユニットに送信する。その後、制御回路２７は、余剰の電気エネルギーを蓄電部８６から放電するようにスイッチ９２を導通させ、ステップＳ２３において図２０のフローチャートに処理を戻して、スリープモードに移行する。
【００９５】
以上説明した本実施の形態の構成を要約する。図１、図２を参照し、外輪間座３３の内周面に、潤滑油供給ユニット２０が装着されている。潤滑油供給ユニット２０内部には、軸受封入グリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留した潤滑油タンク３０が設けられる。潤滑油タンク３０内の潤滑油は、ポンプ２９によって軸受内部に供給される。ポンプ２９の駆動および制御のための電力は、熱電素子２４によって発生される。熱電素子２４で発電した電力は、図４の蓄電部８６に蓄えられる。
【００９６】
図１４〜図１７に示すように、ポンプ２９を構成するトロコイドポンプ部２９Ａ内のアウターロータ１０５外周部には、発磁体１１１〜１１５が埋設されている。トロコイドポンプ部２９Ａのポンプケース１０６外側には、アウターロータ１０５外周部に埋設した発磁体１１１〜１１５の磁極を検出する磁極検出センサ９が設けられ、磁極検出センサ９からの出力信号が制御回路２７に入力される。制御回路２７には、スピンドル外部へ情報を伝達するための、送信部５４が設けられており、スピンドル外部の外部ユニット７０において、制御回路２７からの赤外線信号を受信し、潤滑油供給ユニットの情報を表示可能である。
【００９７】
上記の構成で制御回路２７に、グリース潤滑軸受内部へグリースの基油と同種の潤滑油を供給（補充）する開始時期，開始以降に供給するタイミング，供給量などを予め設定する事により、グリース潤滑式軸受の潤滑寿命を伸ばすことができる。この時、制御回路２７に磁極検出センサ９の信号を取込み、信号波形のＯＮ／ＯＦＦ回数をカウントすることでトロコイドポンプ部２９Ａのアウターロータ１０５の回転数、あるいは回転角度を監視することで定量供給が可能となる。すなわち、回転数、回転角度とアウターロータ１０５とインナーロータ１０４の歯数差により形成される空間の容積から吐出量の換算が可能となり、従来のモータ駆動時間のみによる一律な制御方式では不可能であった基油、温度の違いから生じる粘度変化による吐出量の不安定さを解消することが可能となる。
【００９８】
また、回転の検出が不能であった場合、ポンプ２９の不具合が疑われることから赤外線通信にて、外部ユニット７０へ不具合情報を伝達し、更には表示部７１への表示、あるいは無線送信部７２による通信でユーザへ不具合情報を伝達することができる。
【００９９】
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】
【０１００】
９  磁極検出センサ、１０  軸受装置、１１  軸受、１３  外輪、１４  内輪、１５  転動体、１６  保持器、２０，２０Ａ  潤滑油供給ユニット、２１  ハウジング本体、２２  蓋、２３ａ，２３ｂ  ヒートシンク、２４，１２５  熱電素子、２５，１９５  発電部、２６  電源回路、２７  制御回路、２７ａ  データ処理装置、２７ｂ  コンパレータ、２７ｃ  メモリ、２７ｄ  コンバータ、２８  ポンプ駆動回路、２９  ポンプ、２９Ａ  トロコイドポンプ部、２９Ｂ  モータ、３０  潤滑油タンク、３１  吸込みチューブ、３２  吐出チューブ、３３  外輪間座、３４  内輪間座、３５  タップ穴、３６  隙間、３７  ノズル、３９  ネジ、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  送信部（発光素子）、５５  受信部（受光素子）、５６  出力基板、５６ａ  演算部、５７  台座、５８  カバー部材、５９  記憶部、６０  電池、７０  外部ユニット、７１  表示部、７２  無線送信部、８２，８５  昇圧コンバータ、８６  蓄電部、９０  駆動部、９１，９２  スイッチ、９４  抵抗、９８  圧縮コイルばね、１０１  ポンプ蓋、１０４  インナーロータ、１０５  アウターロータ、１０６  ポンプケース、１１１〜１１５  発磁体、１９６  熱伝導体。
【図１】
2019074040.tif 000003
【図２】
2019074040.tif 000004
【図３】
2019074040.tif 000005
【図４】
2019074040.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2019074040.tif 000009
【図８】
2019074040.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019074040.tif 000012
【図１１】
2019074040.tif 000013
【図１２】
2019074040.tif 000014
【図１３】
2019074040.tif 000015
【図１４】
2019074040.tif 000016
【図１５】
2019074040.tif 000017
【図１６】
2019074040.tif 000018
【図１７】
2019074040.tif 000019
【図１８】
2019074040.tif 000020
【図１９】
2019074040.tif 000021
【図２０】
2019074040.tif 000022
【図２１】
2019074040.tif 000023
【図２２】
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