(57)【要約】【課題】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】転がり軸受１１，１２の外輪１４間に介在される外輪間座１６に、センサ部２０が設けられており、センサ部２０には、振動センサ２１及び温度センサ２２が備えらえている。【選択図】  図１
2004169756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、前記一対の軸受の内輪同士の間に設けられた内輪間座と、前記一対の軸受の外輪同士の間に設けられた外輪間座とを備え、
前記内輪間座及び前記外輪間座のうち少なくとも一方に前記回転軸の状態を検出可能なセンサが備えられていることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【請求項２】
前記センサは、振動センサ、温度センサ、回転速度センサのうち少なくとも１つを有す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。
【請求項３】
前記内輪間座及び前記外輪間座によって前記一対の軸受に予圧を付与していることを特徴とするセンサ付軸受装置。
【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５に示す工作機械の主軸装置４０が知られている（特開２０００−３１７７５５号公報）。工作機械の主軸装置４０は、ハウジング４１に熱電対等の温度センサ４２を埋め込み、ハウジング４１の温度を計測するとともに、計測されたハウジング温度に基づいて、主軸４２を回転可能に支持する転がり軸受４３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４０は、転がり軸受４３の異常が発生して発熱が大きくなっても、ハウジング４１に埋設された温度センサ４２までの熱伝導に時間がかかる。このため、転がり軸受４３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、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、回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、前記一対の軸受の内輪同士の間に設けられた内輪間座と、前記一対の軸受の外輪同士の間に設けられた外輪間座とを備え、前記内輪間座及び前記外輪間座のうち少なくとも一方に前記回転軸の状態を検出可能なセンサが備えられてい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、センサを一対の軸受の軌道輪である内輪と外輪との間に配された内輪間座及び外輪間座のうち少なくとも一方に設けている。このように、センサを軌道輪間に配された間座に設けることで、ハウジング等にセンサを設ける構成に比して、外輪や内輪の温度上昇等の異常を早急に検知することができる。したがって、本発明に係るセンサ付軸受装置は、回転軸の状態検知に基づいて、剥離等を早急に検出することができ、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。
【０００８】
上記のセンサ付軸受装置において、前記センサは、振動センサ、温度センサ、回転速度センサのうち少なくとも１つを有することが好ましい。
このようなセンサ付軸受装置によれば、センサとして、例えば振動センサを組み合わせると、軸受の剥離等が迅速に検出される。また、例えば温度センサを組み合わせると、内輪間座及び外輪間座のうちの少なくとも一方の温度が計測され、例えば外輪温度を計測する場合と同様に、軸受異常が迅速かつ正確に検出される。さらに、回転速度センサを組み合わせる場合、従来においてスピンドル軸の端部に設けられていた回転速度センサの取り付けスペースが不要となり、この取り付けスペース分だけスピンドル軸を短縮可能となる。これにより、スピンドル軸の曲げの固有振動数が高められ、高速回転性能が向上される。
上記のセンサ付軸受装置において、振動センサ、温度センサ、回転速度センサを１つのセンサとして組み合わせるといったマルチセンサ化による構成とすれば、各センサについて１本づつケーブルで配線する必要がなくなる。このため、配線の作業を容易に行うことができる。
上記のセンサ付軸受装置において、内輪間座及び外輪間座によって一対の軸受に予圧（定位置予圧）を付与している構成とすれば、定位置予圧のため軸受の剛性が高まるため、剛性が低いときに比べ、振動センサによる異常検出の精度を向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかるセンサ付軸受装置の第１の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り、図２は、図１の工作機械用スピンドル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。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態のセンサ付軸受装置１０は、工作機械用スピンドル１においてスピンドル軸２を回転可能に支持する一対の転がり軸受１１，１２を備えている。各転がり軸受１１，１２の内輪１３同士及び外輪１４同士の間には、ＳＵＳ等の鉄系の材料からなる内輪間座１５及び外輪間座１６がそれぞれ介在されている。
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２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。
【００１１】
外輪間座１６には、所定の位置に開口部が形成され、この開口部にセンサ部２０が設けられる。センサ部２０の位置としては、外輪間座１６の軸方向中央が好ましいが、予め破損しやすい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軸受）に近い側とすることもできる。例えば、一方の転がり軸受１２が他方の転がり軸受１１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、センサ部２０を転がり軸受１２側に近い位置、つまり、外輪間座１６において軸方向右寄りの位置に設けることが好ましい。
【００１２】
図２に示すように、センサ部２０は、開口部の内周面に固定されたプリント基板２０ａと、このプリント基板２０ａに実装された振動センサ２１及び温度センサ２２とを備えている。各センサ２１，２２は、１本のケーブル２３で配線されている。
【００１３】
振動センサ２１としては、圧電形や半導体歪み形等を使用することができ、振動センサ２１による振動検出に基づいて軸受の剥離等が検出される。振動センサ２１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。
温度センサ２２としては、サーミスタ、ＩＣ温度センサ、白金測温抵抗体、感温抵抗器等を使用することができ、温度センサ２２によって外輪間座１６の温度が計測される。
【００１４】
本実施形態のセンサ付軸受装置１０は、センサ部２０の振動センサ２１により、軸受の剥離等が迅速に検出されるとともに、センサ部２０の温度センサ２２により、外輪間座１６の温度が計測されることができる。このとき、外輪１４の温度を直接計測する場合と同様に、軸受異常が迅速かつ正確に検出することができる。
また、振動センサ２１及び温度センサ２２が１本のケーブル２３で配線可能な構成であるため、配線を容易に行うことができる。
【００１５】
上記のように、本実施形態のセンサ付軸受装置１０によれば、各転がり軸受１１，１２の外輪１４間に介在される外輪間座１６に、センサ部２０が設けられている。センサ部２０には、振動センサ２１、温度センサ２２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かつ正確に検出することができる。したがって、軸受破損等を未然に防止することができ、軸受が異常状態になった後も回転しつづけることで工作機械用スピンドル１の他の部分への悪影響を確実に防止することができる。さらに、軸受異常を迅速に検出することによって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。
【００１６】
つまり、センサ付軸受装置１０は、センサ部２０に振動センサ２１を備えることにより、軸受の剥離等を発生初期段階で迅速かつ確実に検出することができ、軸受の焼き付き等を未然に防止することができる。
また、センサ部２０に温度センサ２２を備えることにより、外輪間座１６の温度を計測することができ、外輪１４の温度を直接計測する場合と同様に、軸受異常を迅速かつ正確に検出することができる。
さらに、振動センサ２１を温度センサ２２に組み合わせることにより、各センサ２１，２２のうち１つだけ備えた構成に比較して、軸受異常検出の精度を向上させることができ、軸受の焼き付き等を未然に防止することができる。
【００１７】
図３は、本発明にかかるセンサ付軸受装置の第２の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り、図４は、図３の工作機械用スピンドルのセンサ部を示す要部断面図である。
【００１８】
図３及び図４に示すように、第２の実施形態のセンサ付軸受装置３０において、センサ部３１には、振動センサ２１及び温度センサ２２に加えて、回転速度センサ３２が備えられている。プリント基板３１ａに実装された各センサ２１，２２，３２は、１本のケーブル３５で配線されている。回転速度センサ３２は、ホール素子、ホールＩＣ、又はＭＲ素子等からなる磁気センサ３３と、磁気センサ３３に近接して内輪間座１５に設けられたトーンリング３４から構成されている。本実施形態のセンサ付軸受装置は、回転速度センサ３２によって工作機械用スピンドル１のスピンドル軸２の回転速度を検出することができる。
【００１９】
回転速度の検出に必要なトーンリング３４は、歯車形状又は等間隔の穴あき形状を外周面に形成された環状部材（リング）であり、内輪間座１５の外周面における所定の位置に圧入や接着により固定されている。
なお、トーンリング３４に代えて、内輪間座１５の外周面に、歯車形状又は等間隔の穴あき形状を直接形成してもよい。または、Ｎ極・Ｓ極を交互に着磁されたエンコーダ状のリングを、内輪間座１５に圧入等により固定してもよい。
その他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。
【００２０】
本実施形態のセンサ付軸受装置３０は、上述した第１の実施形態の振動センサ２１及び温度センサ２２による機能に加え、センサ部３１の回転速度センサ３２により、スピンドル軸２の回転数を検出することができる。また、回転速度センサ３２を外輪間座１６のセンサ部３１に備えたことにより、従来はスピンドル軸２の端部に設けられていた回転速度センサの取り付けスペースが不要となり、この取り付けスペースの分だけスピンドル軸２を短縮できる。さらに、スピンドル軸２を短縮する構成としたことで、スピンドル軸２の曲げの固有振動数が高められ、高速回転性能が向上する。
【００２１】
センサ付軸受装置３０は、振動センサ２１、温度センサ２２及び回転速度センサ３２を、１つのセンサとして組み合わせるといったマルチセンサ化による構成とされている。このため、各センサ２１，２２，３２が１本のケーブル３５で配線されているので、配線の作業を容易に行うことができる。
【００２２】
上記のように本実施形態のセンサ付軸受装置３０は、各転がり軸受１１，１２の外輪１４間に介在される外輪間座１６に、センサ部３１が設けられており、センサ部３１は、振動センサ２１、温度センサ２２及び回転速度センサ３２を備えている。このため、上記実施形態と同様に、軸受異常を迅速かつ正確に検出することができる。したがって、軸受破損等を未然に防止することができ、軸受破損等に起因する工作機械用スピンドル１の他の部分への悪影響を確実に防止することができる。これにより、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。
【００２３】
また第２の実施形態によれば、センサ部３１に回転速度センサ３２を備えることにより、従来においてスピンドル軸２の端部に設けられていた回転速度センサの取り付けスペースを不要とすることができ、この取り付けスペース分だけスピンドル軸２を短縮することができる。これにより、スピンドル軸２の曲げの固有振動数を高めることができ、高速回転性能を向上させることができる。
【００２４】
上記実施形態のセンサ付軸受装置において、センサ部が外輪間座に設けられる構成としたが、内輪間座に設けた構成としても同様の効果を奏することができる。この際は、センサ部による検出の信号は、無線や光などで送信することが好ましい。
【００２５】
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、温度センサ及び回転速度センサの各センサは、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。
また、センサ部に備えるセンサとしては、検出するパラメータに応じた各種センサを用いることができるが、振動センサ、温度センサ及び回転速度センサのうち少なくとも１つを用いることが好ましい。
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。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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第１の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】本発明にかかるセンサ付軸受装置の第２の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４】図３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５】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】
１  工作機械用スピンドル
２  スピンドル軸
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
２０  センサ部
２０ａ  プリント基板
２１  振動センサ
２２  温度センサ
２３  ケーブル
【図１】
2004169756.tif 000003
【図２】
2004169756.tif 000004
【図３】
2004169756.tif 000005
【図４】
2004169756.tif 000006
【図５】
2004169756.tif 000007