(57)【要約】【課題】転がり軸受の異常を迅速かつ正確に検出することができ、軸受破損等を未然に防止することができるセンサ付軸受装置を提供する。【解決手段】本発明にかかるセンサ付軸受装置１０は、回転軸Ｓを回転自在に支持する転がり軸受１１、１２を備え、転がり軸受１２の固定側の軌道輪１４に少なくとも一部が当接するようにセンサユニット２０を設ける。【選択図】  図１
2004190766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転自在に支持する転がり軸受を備え、該転がり軸受の固定側の軌道輪に少なくとも一部が当接するようにセンサユニットを設けたことを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項２】
前記センサユニットには少なくとも温度センサ又は振動センサが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルの軸受の異常検知をするのに使用するセンサ付軸受装置に関し、また、工作機械、産業機械等の運転状態の検知や機械装置の予防保全に使用できるセンサ付軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図３に示す工作機械の主軸装置１００が知られている（例えば特開２０００−３１７７５５号公報）。工作機械の主軸装置１００は、ハウジング１０１に熱電対等の温度センサ１０２を埋め込み、ハウジング１０１の温度を計測するとともに、計測されたハウジング１０１の温度に基づいて、主軸１０４を回転可能に支持する転がり軸受１０３の異常を検出する構成である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１７７５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の工作機械の主軸装置１００は、転がり軸受１０３の異常が発生して発熱が大きくなっても、ハウジング１０１に埋設された温度センサ１０２までの熱伝導に時間がかかる。このため、転がり軸受１０３の異常を迅速かつ正確に検出することが困難であった。
【０００５】
本発明は、転がり軸受の異常を迅速かつ正確に検出することができ、軸受破損等を未然に防止することができるセンサ付軸受装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、回転軸を回転自在に支持する転がり軸受を備え、転がり軸受の固定側の軌道輪に少なくとも一部が当接するようにセンサユニットを設けたことを特徴とするセンサ付軸受装置によって達成される。
【０００７】
上記のセンサ付軸受装置によれば、転がり軸受の固定側軌道輪にセンサユニットを当接させることで、例えば、センサユニットに温度センサが備えられている場合、固定側軌道輪の異常な加熱を迅速に検知することができる。また、例えば、センサユニットに振動センサを備えた場合、固定側軌道輪における剥離などに起因する振動を迅速に検知することができる。センサ付軸受装置は、センサユニットが固定側軌道輪に直接接触しているため、従来のように転がり軸受の外側に位置するハウジングにセンサユニットを設けた構造に比して、軸受の異常な温度上昇や振動を正確に検知することができる。
【０００８】
上記のセンサ付軸受装置において、センサユニットに備えられるセンサは、検出するパラメータに応じて任意の種類のセンサを用いることができるが、少なくとも温度センサ又は振動センサが備えられていることが好ましい。このとき、温度センサと振動センサがともにセンサユニットに備えられていることが好ましい。こうすれば、転がり軸受の異常を検知する精度が向上し、転がり軸受の焼き付き等の事故を未然に防止することができる。また、このように同一のセンサユニットに複数のセンサを設けてマルチセンサ化することで、センサユニットから軸受装置の外部へ１本のケーブルで配線できるので配線が容易となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図１は、本発明に係わるセンサ付軸受装置の一実施形態を示す要部断面図であり、図２は、図１のセンサ付軸受装置のセンサ部を示す要部拡大断面図である。
図１に示すように、本実施形態のセンサ付軸受装置１０は、内方ハウジング１８と外方ハウジング１９とからなるハウジング１７と、スピンドル軸Ｓを回転可能に支持する一対の転がり軸受１１、１２とを備えている。
【００１０】
図１に示すように、一対の転がり軸受１１、１２は、それぞれ外周面を軌道面とする内輪１３と内周面を軌道面とする外輪１４と、内輪１３と外輪１４との間に転動自在に配された転動体Ｒとを備えている。それぞれの内輪１３は、内周面にスピンドル軸Ｓが嵌合され、スピンドル軸Ｓの回転と共に回転する回転側の軌道輪として機能する。一方、それぞれの外輪１４は、外周面が内方ハウジング１８の内周面に嵌合固定されており、固定側の軌道輪として機能する。
【００１１】
内輪１３同士の間には内輪間座１５が介在され、また、外輪１４同士の間には、外輪間座１６が介在されている。内輪間座１５及び外輪間座１６は、アキシアル方向の相対的位置がスピンドル軸Ｓの回転時に変化しないように、転がり軸受１１、１２に予圧（定位置予圧）を付与可能に寸法調整されている。
【００１２】
内方ハウジング１８と外方ハウジング１９との間には、ハウジング１７を冷却するための冷却媒体を供給可能な溝部１７ａが軸方向に沿って形成されている。
【００１３】
内方ハウジング１８及び外方ハウジング１９には、それぞれ、スピンドル軸Ｓの径方向に向かって開口する開口部１８ａ、１９ａが形成されている。これら開口部１８ａ、１９ａには、センサ付軸受装置１０の外側からセンサユニット２０が挿通されている。
【００１４】
図２に示すように、センサユニット２０は、センサケース２１と、ケースカバー２５と、ケーブルグランド２４とを備えている。センサケース２１は、中空筒状に形成されたセンサ本体収容部２１ａと、センサ本体収容部２１ａの一端に（図では上端に）設けられ、センサ本体収容部２１ａの外周側に突出したフランジ部２１ｂが設けられている。センサ本体収容部２１ａが開口部１８ａ及び１９ａに嵌合され、また、フランジ部２１ｂに挿通される図示しないボルトによってセンサケース２１がスペーサ２２を介してハウジング１７に固定される。
【００１５】
センサケース２１の材質は、どんな材質を用いても構わないが、強度等を考慮してステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属筐体がより好ましい。ただし、センサケース２１の腐食を防ぐためにステンレス鋼であればＳＵＳ３０３などのオーステナイト系ステンレス鋼を用いることが好ましく、アルミニウム合金であれば表面をアルマイト処理する等の対策を行うことが好ましい。
【００１６】
センサ本体収容部２１ａの外周面とハウジング１７の開口部１８ａ及び１９ａとのそれぞれの間にはＯリング２３が介挿されている。Ｏリング２３によって冷却媒体の漏洩を防ぐとともにセンサ本体収容部２１ａが開口部１８ａ、１９ａ内でがたつくのを防止している。また、冷却媒体を供給する溝部１７ａに干渉しない位置に形成された開口部１８ａ及び１９ａにセンサ本体収容部２１ａを挿入する構成としてもよい。
【００１７】
図２に示すように、センサ本体収容部２１ａの内部には、センサ本体３０が備えられている。センサ本体３０は、長方形板状に形成されたプリント基板３１に温度センサ３２、振動センサ３３及び信号を処理するための電子部品が実装されている。プリント基板には、その他の形式のセンサが実装されていてもよい。
プリント基板３１は、その長手方向及び面方向が鉛直方向に平行になるようにセンサ本体収容部２１ａ内に配置されている。
プリント基板３１をセンサケース２１内に固定するには、ねじ等の固定具を用いてもよいし、エポキシ樹脂等（接着剤等）を充填してもよい。
【００１８】
プリント基板３１から延びた配線（図示せず）は、上方に引き出されてケースカバー２５を貫通し、ケーブルグランド２４を介して、外部に延びたケーブル２８に電気的に接続されている。
【００１９】
温度センサ３２としては、サーミスタ、ＩＣ温度センサ、白金測温抵抗体、感温抵抗器等を用いることができる。しかし、上記以外の形式の温度センサを用いてもよい。
【００２０】
振動センサ３３としては、シリコン加速度センサを用いることができる。これは、シリコン・マイクロマシン部品（機械素子）を電子回路と同一のシリコン基板上に集積することにより、小型化、高性能化及び低コスト化を図ったものである。シリコン加速度センサは、フォトリソグラフィなどＩＣの製造技術を利用して製造される。しかし、シリコン加速度センサに限定はされず、振動センサとして、圧電素子を使用したバイモルフ型の振動センサや、圧電素子と重錘を組合せた振動センサ、あるいは片持梁構造の振動センサ等のほか、圧電素子の代わりにひずみゲージを利用した振動センサなどを用いてもよい。
振動センサ３３による振動の検出方向は、一方向に限らず、多軸の振動センサ等を用いて多方向の振動検出を行ってもよいし、一方向検出センサを複数設けて他方向の振動検出を行ってもよい。
【００２１】
本実施形態では、センサケース２１のセンサ本体収容部２１ａの先端面が軸受１２における外輪１４の外周面に当接するように構成されている。
図２に示すように、センサ本体収容部２１ａに備えられた温度センサ３２及び振動センサ３３は、センサ基板３１の下方端部（図２において下側端部）近傍に設けられている。特に温度センサ３２に関しては、センサ基板３１の下方端部に設けることで、より外輪に近い温度を測定でき、好ましい。
【００２２】
センサユニット２０のフランジ部２１ｂとハウジング１７との間に設けられたスペーサ２２は、センサ本体収容部２１ａの先端面と外輪１４の外周面との隙間を調整する機能を有している。スペーサ２２は、どのような種類のものでも構わないが、弾性体及び塑性体であることが好ましい。例えば、Ｏリング、金属Ｏリング、金属多孔質体などを用いることができる。
【００２３】
上記のように、本実施形態のセンサ付軸受装置によれば、外輪に、センサユニットの少なくとも一部が当接するように構成されている。センサユニットには、温度センサ、振動センサが備えられ、潤滑剤不足等の急激な温度上昇等の軸受異常を迅速に検出することができる。
また、温度センサと振動センサとを組み合わせることで転がり軸受の異常検出の精度がより一層向上し、転がり軸受の焼き付き等の事故を未然に防止することができる。このため、軸受破損等に起因して軸受以外の他の部分へ悪影響が及ぶことを確実に防止することができる。したがって、軸受異常を迅速に検出することによって転がり軸受の交換のみで装置を復旧することができるので、メンテナンスコスト及び部品コスト等を低減することができる。
本実施形態のセンサ付軸受装置は、センサユニットに温度センサを備えているため、外輪の温度を直接計測することができ、軸受異常を迅速かつ正確に検出することができる。
【００２４】
本実施形態においては一方の転がり軸受のみにセンサケースを当接させた構成としている。しかし、予め破損しやすい転がり軸受が分かっている場合には、異常検出の対象とする転がり軸受（例えば負荷の大きい側の転がり軸受）に近い側とすることもできる。
例えば、図１中左側の転がり軸受１１が右側の転がり軸受１２に比して大きい負荷かがかかることが予め明らかな場合などは、センサケース２１の先端面を転がり軸受１１の外輪外周面に当接するように構成することが好ましい。また、転がり軸受１１、１２のそれぞれの外輪外周面に当接するように一対のセンサユニットを備えた構成としてもよい。
【００２５】
本発明に係わるセンサ付軸受装置おいて、センサケースの少なくとも一部が測定の対象となる転がり軸受における固定側の軌道輪に当接されていれば上記効果を奏することができる。このとき、センサケース内に備えられる温度センサ及び振動センサは当接する軌道輪に近い位置に配されていることが好ましい。
【００２６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態において、センサ部の振動センサ、温度センサは、上述したものに限定されず、種々のセンサを使用することができる。
上記実施形態では、単列アンギュラタイプの転がり軸受を例示したが、複列アンギュラタイプの転がり軸受や、他の形式の軸受として構成することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転がり軸受の異常を迅速かつ正確に検出することができ、軸受破損等を未然に防止することができるセンサ付軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるセンサ付軸受装置の一実施形態が適用された工作機械用スピンドルを示す要部断面図である。
【図２】図１のセンサ付軸受装置のセンサ部を示す要部断面図である。
【図３】従来における工作機械の主軸装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０        センサ付軸受装置
１１、１２  転がり軸受
１３        内輪
１４        外輪
１５        内輪間座
１６        外輪間座
１７        ハウジング
１８        内方ハウジング
１９        外方ハウジング
２０        センサユニット
２１        センサケース
２２        スペーサ
２３        Ｏリング
２４        ケーブルグランド
２５        ケースカバー
２８        ケーブル
３０        センサ本体
３１        プリント基板
３２        温度センサ
３３        振動センサ
【図１】
2004190766.tif 000003
【図２】
2004190766.tif 000004
【図３】
2004190766.tif 000005