(57)【要約】【課題】潤滑油の供給異常を検出することが可能な潤滑油供給ユニットを提供する。【解決手段】潤滑油供給ユニットは、潤滑油を保持する潤滑油タンク３０と、潤滑油タンク３０から軸受の内部に潤滑油を供給するポンプ２９と、ポンプ２９を作動させるための電力を発生させる発電部２５と、発電部２５で発生させた電力により充電され、ポンプ２９に電力を供給する蓄電部８６と、蓄電部８６の電圧を検出する電圧検出部（Ａ／Ｄコンバータ２７ｄ）と、電圧検出部の検出値の変化が予め設定した充電特性を示さない場合には、蓄電部８６が異常であることを判定するデータ処理装置２７ａとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を保持する保持部と、
前記保持部から軸受の内部に前記潤滑油を供給する供給部と、
前記供給部を作動させるための電力を発生させる発電部と、
前記発電部で発生させた電力により充電され、前記供給部に電力を供給する蓄電部と、
前記蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出値の変化が予め設定した充電特性を示さない場合には、前記蓄電部が異常であることを判定する判定部とを備える、潤滑油供給ユニット。
【請求項２】
前記電圧検出部で検出した電圧を記憶する記憶部をさらに備え、
前記判定部は、間欠的に起動し、前記記憶部に記憶された電圧を読み出して前記電圧検出部で検出した検出値と比較することによって、前記検出値の変化を監視する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項３】
前記判定部は、前記検出値が判定しきい値より低い状態が所定時間以上継続する場合には、前記充電特性を示さないと判断する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項４】
前記判定部から前記蓄電部が異常であることを示す信号を外部ユニットに送信する送信部をさらに備え、
前記外部ユニットは、前記軸受とは離れた位置であって、前記軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項５】
前記送信部は、前記外部ユニットに赤外線または電波を用いて前記信号を送信する、請求項４に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項６】
前記判定部から前記蓄電部が異常であることを示す信号を送信する送信部と、
前記軸受とは離れた位置であって、前記軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニットとをさらに備え、
前記外部ユニットは、
前記送信部から前記信号を受信する受信部と、
前記受信部の受信した前記信号に基づく情報の表示を行なう表示部とを含む、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項７】
前記判定部から前記蓄電部が異常であることを示す信号を送信する送信部と、
前記軸受とは離れた位置であって、前記軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニットとをさらに備え、
前記外部ユニットは、前記送信部から前記信号を受信し、受信した前記信号に基づく情報を中継基地および管理室の少なくとも一方に無線電波を用いて送信する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７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、潤滑油供給ユニットに関し、より特定的には軸受内部に潤滑油を供給する潤滑油供給ユニットおよびそれを備える軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己発電型潤滑油供給ユニットは、軸受内外輪温度差によってユニット内部で自己発電した電力を蓄電デバイスに充電及び蓄電し、その電力を利用して潤滑油タンクから適時、軸受内に潤滑油を供給（吐出）する。このような自己発電型潤滑油供給ユニットは、外部から電力や潤滑油を供給する必要がないので、長期間メンテナンスフリーで軸受を良好に使用することができる。
【０００３】
給油ユニットを転がり軸受の内部に組み込んだ転がり軸受装置が従来から知られている。特開２０１４−３７８７９号公報（特許文献１）に開示された軸受装置は、軸受に隣接する間座内に配置された潤滑油タンクからポンプを間欠的に動作させることにより、軸受に潤滑油を長期間安定して供給できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した上記特開２０１４−３７８７９号公報に開示された装置では、潤滑油ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する蓄電部とにより構成する。そして、蓄電部の電圧がポンプの駆動電圧に達した時点で、ポンプを駆動している。蓄電部としては、二次電池やキャパシタなどを使用することができる。
【０００６】
ところが、蓄電部が劣化して蓄電容量が低下、あるいは消滅すると潤滑油ポンプを駆動することができず、潤滑油を軸受内部に供給することができなくなる。このような蓄電部の劣化に起因する潤滑油供給装置の動作不良は、軸受装置の外部から確認することができない。そのため、蓄電部の劣化といった要因により潤滑油の供給不良などが発生しても、軸受の動作に異常が発生するまで、そのような潤滑油の供給不良といった問題を把握することは難しい。このため、軸受装置を長期に安定して動作させるため、軸受装置の異常を早期に検出してメンテナンスするといった対応を取ることが難しかった。
【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り、この発明の目的は、潤滑油の供給異常を検出することが可能な潤滑油供給ユニット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、潤滑油供給ユニットであって、潤滑油を保持する保持部と、保持部から軸受の内部に潤滑油を供給する供給部と、供給部を作動させるための電力を発生させる発電部と、発電部で発生させた電力により充電され、供給部に電力を供給する蓄電部と、蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部の検出値の変化が予め設定した充電特性を示さない場合には、蓄電部が異常であることを判定する判定部とを備える。
【０００９】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、電圧検出部で検出した電圧を記憶する記憶部をさらに備える。判定部は、間欠的に起動し、記憶部に記憶された電圧を読み出して電圧検出部で検出した検出値と比較することによって、検出値の変化を監視する。
【００１０】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、判定部から蓄電部が異常であることを示す信号を外部ユニットに送信する送信部をさらに備える。外部ユニットは、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる。
【００１１】
より好ましくは、送信部は、外部ユニットに赤外線または電波を用いて信号を送信する。
【００１２】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、判定部から蓄電部が異常であることを示す信号を送信する送信部と、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニットとをさらに備える。外部ユニットは、送信部から信号を受信する受信部と、受信部の受信した信号に基づく情報の表示を行なう表示部とを含む。
【００１３】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、判定部から蓄電部が異常であることを示す信号を送信する送信部と、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニットとをさらに備える。外部ユニットは、送信部から信号を受信し、受信した信号に基づく情報を中継基地および管理室の少なくとも一方に無線電波を用いて送信する。
【００１４】
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】
【００１５】
本発明によれば、自己発電型潤滑油供給ユニットの電源系に異常が発生していることを早期に検出することが可能となり、軸受装置の異常を早期に検出してメンテナンスすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】図６の領域Ｘの拡大模式図である。
【図１１】ポンプ正転時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。
【図１２】ポンプ逆転時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。
【図１３】抵抗による放電時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。
【図１４】電圧ＶＣの変化と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１５】回転軸の回転速度が低速時の電圧ＶＣの変化について説明するための波形図である。
【図１６】回転軸の回転が停止した後の電圧ＶＣの変化について説明するための波形図である。
【図１７】蓄電部に異常が発生している場合の電圧ＶＣの挙動の一例を説明するための波形図である。
【図１８】蓄電部の充放電およびポンプ駆動についての基本制御を説明するためのフローチャートである。
【図１９】蓄電部の充放電異常の検出についての制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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うことができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
上述した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。
【００３３】
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。
【００３４】
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とポンプ駆動回路２８と抵抗９４とポンプ２９とを含む。
【００３５】
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熱伝変換素子（ペルチェ素子）を含む。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で発電された電気エネルギを昇圧コンバータ８２を経由して蓄電する蓄電部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。
【００３６】
昇圧コンバータ８２は、発電部２５の電圧をデータ処理装置の電源電圧Ｖｄｄ（たとえば２．２Ｖ）に昇圧するとともに、これとは別に蓄電部８６に充電電圧を出力する。充電電圧は、たとえば、最大で２．５Ｖである。また昇圧コンバータ８５は、データ処理装置２７ａからのＯＮ／ＯＦＦ信号によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。昇圧コンバータ８５は、ＯＮ時には、電圧ＶＣを昇圧して駆動回路２８の駆動電圧Ｖｄｒｖを出力する。駆動電圧Ｖｄｒｖは、たとえば３．０Ｖである。
【００３７】
制御回路２７は、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により、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）、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予め設定することができる。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。
【００３８】
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、蓄電部８６の電圧ＶＣをディジタル値として取り込むためのＡ／Ｄコンバータ２７ｄと、電圧ＶＣ等の各種ディジタルデータや制御プログラムなど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。
【００３９】
コンパレータ２７ｂは、電圧ＶＣが所定電圧（たとえば２．５Ｖ）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。
【００４０】
ポンプ駆動回路２８は、データ処理装置２７ａからの正負正転ＯＮ／ＯＦＦ信号および正負逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、正転駆動端子Ｄ＋，Ｄ−および逆転駆動端子Ｒ＋，Ｒ−を制御する。これらの端子の制御の詳細については、後に図１１〜図１３を用いて説明する。
【００４１】
なお、ポンプ駆動回路２８は、例えば、任意のセンサ（軸受温度センサ、軸受回転センサ、潤滑油残量センサ、潤滑油温度センサ等）を備えていてもよい。これらのセンサからの信号が駆動回路２８の演算部（マイコン）に入力され、軸受１１の温度及びその回転状況に応じてポンプ２９を自動制御し、潤滑油の供給量を調整してもよい。
【００４２】
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から蓄電部８６の電圧や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。
【００４３】
記憶部５９には制御回路２７から伝送された蓄電部８６の電圧や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、蓄電部８６における電圧(蓄電電圧）のデータ、内輪または外輪周辺の温度などが挙げられる。
【００４４】
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。
【００４５】
演算部５６ａは、信号Ｓｏｕｔが示す蓄電部８６の電圧異常や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、後述するように蓄電部８６の電圧が通常の挙動を示さない場合には、演算部５６ａは、発電部２５または電源回路２６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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜軸受装置および潤滑油供給ユニットの構成の詳細＞
図６〜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。
【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、予め所望の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、円周方向に発電部２５、電源回路２６、制御回路２７、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、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。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は駆動回路２８に接続される。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。
【００５５】
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うもの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に接続された熱伝導体２３ａと、内輪間座３４に対向して配置された熱伝導体２３ｂと、熱伝導体２３ａと熱伝導体２３ｂとの間を接続するように配置され、熱伝導体２３ａ、２３ｂと密着固定された熱電素子２４（ペルチェ素子のゼーベック効果を利用した素子）とを有する。
【００５６】
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）。その温度が各熱伝導体２３ａ、２３ｂに伝導される。
【００５７】
熱伝導体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と接続された熱伝導体２３ａ（ヒートシンク）と、内輪間座３４側（内輪１４側）に位置する熱伝導体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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
ポンプ２９は駆動回路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。
【００６１】
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体２２とによって構成される。
【００６２】
ハウジングの蓋体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。蓋体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と蓋体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、蓋体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。
【００６３】
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。
【００６４】
図１０は、図６の領域Ｘの拡大模式図である。潤滑油タンク３０の袋体には、ポンプ２９と接続する吸込みチューブ３１を設ける。吸込みチューブ３１は、潤滑油タンク３０の袋体を熱溶着により形成する際に、当該袋体を形成するために重ね合わせた樹脂シートの間に挟み込んで熱溶着する。このようにして、吸込みチューブ３１を袋体と一体化することができる。
【００６５】
潤滑油タンク３０の袋体に設ける吸込みチューブ３１は、ポンプ２９に対して取り外し可能に接続されていてもよい。吸込みチューブ３１をポンプ２９に対して取り外し可能にすることで、潤滑油タンク３０内の潤滑油の残量がなくなった場合に、吸込みチューブ３１をポンプ２９から外し、吸込みチューブ３１から袋体内に潤滑油を補充することができる。
【００６６】
また、ポンプ２９に対して潤滑油タンク３０の袋体を取り外し可能にしておくことで、潤滑油を充填した予備の袋体を準備しておき、当該袋体を交換することができる。たとえば、使用中の潤滑油タンク３０内の潤滑油がなくなったときに、使用済みの潤滑油タンク３０の袋体を取り外し、予備の袋体（潤滑油が内部に充填された袋体）に交換することにより、潤滑油供給ユニット２０における潤滑油の補充を短時間で行うことができる。
【００６７】
なお、上記の軸受装置は内輪回転である。また、回転中心を横軸としたが、縦軸としてもよい。
【００６８】
＜ポンプ駆動回路の動作＞
図１１は、ポンプ正転時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。図１１を参照して、データ処理装置２７ａが＋正転ＯＮ／ＯＦＦ信号および−正転ＯＮ／ＯＦＦ信号を活性化し、＋逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号および−逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号を非活性化すると、駆動端子Ｄ＋，Ｄ−には電流が流れる状態となり、駆動端子Ｒ＋，Ｒ−には電流が流れない状態となる。このため図１１において矢印に示す電流Ｉ（Ｄ）が流れる。
【００６９】
図１２は、ポンプ逆転時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。図１２を参照して、データ処理装置２７ａが＋正転ＯＮ／ＯＦＦ信号および−正転ＯＮ／ＯＦＦ信号を非活性化し、＋逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号および−逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号を活性化すると、駆動端子Ｄ＋，Ｄ−には電流が流れない状態となり、駆動端子Ｒ＋，Ｒ−には電流が流れる状態となる。このため図１２において矢印に示す電流Ｉ（Ｒ）が流れる。
【００７０】
図１３は、抵抗による放電時にポンプ駆動回路からポンプに流れる電流を示した図である。抵抗９４による放電を実行する場合には、データ処理装置２７ａは、＋正転ＯＮ／ＯＦＦ信号のみを活性化し、−正転ＯＮ／ＯＦＦ信号、＋逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号および−逆転ＯＮ／ＯＦＦ信号を非活性化する。すると、駆動端子Ｄ＋は電流が流れる状態となるが、駆動端子Ｄ−，Ｒ＋，Ｒ−には電流が流れない状態となる。すると図１３の放電電流Ｉｃが抵抗９４に流れる。
【００７１】
以上図１１〜図１３に示したように、ポンプ２９の正転、逆転と、抵抗９４による放電とが実行される。
【００７２】
＜潤滑油供給ユニットの供給動作と異常検出＞
以上説明した潤滑油供給ユニットは、軸受１１（図７参照）に対して定期的に潤滑油を供給することにより、当該工作機用スピンドル５０の信頼性および耐久性を高めている。
【００７３】
ポンプ２９の駆動のタイミングは、発電部２５で発生した電力が電源回路２６における蓄電部８６（たとえばコンデンサ）に蓄電され、当該蓄電部の電圧が一定の電圧に達した時点で行なうことが可能である。さらに、グリースを封入した軸受１１の潤滑寿命を長くし、メンテナンスまでの時間を長くするために、次のようなインターバルにすることが望ましい。
【００７４】
図１４は、電圧ＶＣの変化と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１４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。
【００７５】
回転軸の回転が開始されると、軸受１１の内輪１４と外輪１３との間の温度差によって、図４の発電部２５が発電を開始し、昇圧コンバータ８２がデータ処理装置２７ａに電源電圧Ｖｄｄを出力するとともに、蓄電部８６にも充電を開始する。蓄電部８６の電圧ＶＣは充電が進むにつれて上昇する。
【００７６】
ポンプ２９を駆動するために必要な電圧Ｖｃｍｐ（たとえば２．５Ｖ）に蓄電部の電圧ＶＣが達すると、時刻ｔ１において蓄電部に蓄積された電力によりポンプ２９が駆動される。
【００７７】
また、一度ポンプ２９を駆動して一部の放電が行なわれた後にさらに抵抗による放電が行なわれ蓄電部８６の電圧が所定値まで低下した後、再び充電動作が行なわれる。この結果、蓄電部８６の電圧ＶＣが再び電圧Ｖｃｍｐに到達する。ただし、電圧が電圧Ｖｃｍｐに達するごとにポンプ２９を駆動して潤滑油を軸受内部に供給すると、供給量が多すぎる場合もある。そこで、一度ポンプ２９を駆動した後には、図４の抵抗９４によって蓄電部８６の電荷を所定回数放電する。
【００７８】
具体的には、図１４に示すように、１回ポンプ２９を駆動した（時刻ｔ１）後、充放電を６回繰り返し、７回目に電圧Ｖｃｍｐに到達した時刻ｔ２においてポンプ２９を駆動する、というサイクルを繰り返すようにポンプ２９の駆動インターバルを管理してもよい。このように制御するために、放電回数Ｎを制御回路２７において記憶し１回放電するたびにＮを増加させＮ＝７となったときにポンプ２９を駆動するように制御を行なえばよい。なお、Ｎ＝７は一例であり、ポンプを駆動する時間間隔は、回数を適宜変更すれば変更することができる。
【００７９】
潤滑油の吐出時間（量）と間隔（インターバル）は、予め潤滑油供給ユニット内部のデータ処理装置２７ａにプログラムして決定することができる。
【００８０】
図１５は、回転軸の回転速度が低速時の電圧ＶＣの変化について説明するための波形図である。回転速度が低速である場合には、軸受に発生する摩擦熱は少ない。このため軸受の内輪と外輪との間に発生する温度差も小さくなり、発電部２５における発電量も少ない。このため、図１５に示した電圧ＶＣは、図１４と比べるとゆっくり上昇する。
【００８１】
図１６は、回転軸の回転が停止した後の電圧ＶＣの変化について説明するための波形図である。回転軸の回転が停止すると、軸受の内輪と外輪との温度差も次第に小さくなる。このため、図４の発電部２５は発電を停止し、昇圧コンバータ８２も動作停止する。このため、電圧ＶＣは次第に低下し、電源電圧Ｖｄｄも途中で２．２Ｖから０Ｖに低下する。
【００８２】
図１７は、蓄電部に異常が発生している場合の電圧ＶＣの挙動の一例を説明するための波形図である。図４、図１７を参照して、蓄電部８６に蓄電された電圧ＶＣは、潤滑油供給ポンプ２９の駆動や抵抗９４への放電により、一時的に低下するが、発電部２５が発電した電力により再び充電及び蓄電された結果上昇する。蓄電部８６は、回転軸が回転中は常に充電と放電を繰り返すが、時間の経過とともに蓄電部８６が劣化や損傷した場合、電圧ＶＣが上昇しなくなる。図１７には、電圧ＶＣがＶｃｍｐ未満の電圧で飽和してしまった例が示されている。このような場合には、蓄電部８６の蓄電電圧監視用のコンパレータ２７ｂの出力信号が出力されなくなり、潤滑油供給ポンプ２９が動作しない。このような状態を検知せずに放置すると、潤滑油が軸受内部に供給されない状態で機械の運転が継続され軸受の破損につながる。
【００８３】
そこで、本実施の形態では、コンパレータ２７ｂから出力される割り込み信号とは別に、タイマ割り込みによって一定時間間隔でデータ処理装置２７ａが起動して電圧ＶＣを計測する。そして、電圧ＶＣがＶｃｍｐ未満で飽和し一定となっている時間ＴＰ１を計測し、この時間が規定時間以上になれば発電部２５または電源回路２６の異常と判断し、外部に異常を表示したり管理室に異常を報知する。
【００８４】
図１８は、蓄電部の充放電およびポンプ駆動についての基本制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。図４、図１８を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１において、電圧ＶＣが２．５Ｖ以上となると発生するコンパレータ２７ｂからの割込み信号の有無が判断される。ステップＳ１において割込み信号がなければ、データ処理装置２７ａはスリープ状態を維持し制御はステップＳ２０においてメインルーチンに戻される。
【００８５】
一方、ステップＳ１において割込み信号が入力された場合には、ステップＳ２に処理が進められ、データ処理装置２７ａがウェークアップする。
【００８６】
そして、ステップＳ３においてデータ処理装置２７ａは、不揮発メモリ２７ｃに記憶されていた、蓄電部８６の放電回数Ｎを読み出す。続いて、データ処理装置２７ａは、ステップＳ４において、放電回数Ｎが規定値未満か否かを判断する。
【００８７】
ステップＳ４において放電回数Ｎが規定値未満であった場合には（Ｓ４でＹＥＳ）ステップＳ５に処理が進められる。ステップＳ５では、不揮発メモリ２７ｃから吐出回数が読み出される。そしてステップＳ６において、データ処理装置２７ａは、吐出回数と残り吐出回数とを外部ユニット７０に送信する。そしてステップＳ７において、データ処理装置２７ａは、蓄電部８６の電荷を抵抗９４によって放電する。
【００８８】
続いて、ステップＳ８において、データ処理装置２７ａは放電回数Ｎに１を加算し、ステップＳ１４において放電回数Ｎを不揮発メモリ２７ｃに書込む。
【００８９】
一方、ステップＳ４において放電回数Ｎが規定値以上であった場合には（Ｓ４でＮＯ）、ステップＳ９に処理が進められる。
【００９０】
ステップＳ９では、データ処理装置２７ａはポンプ駆動回路２８を駆動してポンプ２９に潤滑油を吐出させる。続いて、ステップＳ１０では潤滑油の吐出回数が１回加算され、ステップＳ１１において吐出回数が不揮発メモリ２７ｃに書き込まれる。続いて、ステップＳ１２において抵抗９４によって所定電圧まで放電が完了された後に、ステップＳ１３において放電回数がリセットされ、リセットされた放電回数がステップＳ１４において不揮発メモリ２７ｃに書き込まれる。
【００９１】
ステップＳ１４における書き込みが完了した後にはステップＳ１５に処理が進められる。ステップＳ１５ではデータ処理装置２７ａがスリープ状態に移行し、ステップＳ１６において制御はメインルーチンに戻される。
【００９２】
図１９は、蓄電部の充放電異常の検出についての制御を説明するためのフローチャートであるこのフローチャートの処理は、コンパレータ２７ｂからの割込み信号とは別に、データ処理装置２７ａが内蔵しているタイマによって一定時間間隔で発生するタイマ割り込みによって起動される。好ましくは、このタイマ割り込みの間隔は、電圧ＶＣの変化が詳細に監視できるように、蓄電部８６の充放電間隔よりも短く設定される。なお、このタイマ回路はデータ処理装置２７ａがスリープ状態でも動作している。
【００９３】
図４、図１９を参照して、ステップＳ５１においてタイマ割込みによって処理が開始されると、ステップＳ５２においてデータ処理装置２７ａがウェークアップする。続いてステップＳ５３において蓄電部８６の電圧ＶＣの値がデータ処理装置２７ａにＡ／Ｄコンバータ２７ｄを経由して読込まれる。
【００９４】
そしてステップＳ５４では、データ処理装置２７ａは、不揮発メモリ２７ｃから過去に記録した電圧ＶＣの値を読出すとともに、今回計測した電圧ＶＣの値を書込む。ステップＳ５５において、データ処理装置２７ａは、電圧ＶＣが電圧Ｖｃｍｐ（たとえば２．５Ｖ）未満の飽和状態が所定時間継続したか否かを判断する。
【００９５】
ステップＳ５５において、前回の測定値と今回の測定値とを比較して電圧ＶＣが飽和しているか否かが判断され、電圧ＶＣの飽和状態が所定時間継続していた場合には（Ｓ５５でＹＥＳ）ステップＳ５６に処理が進められる一方、飽和状態が所定時間継続していない場合には（Ｓ５５でＮＯ）ステップＳ５６が実行されずにステップＳ５７に処理が進められる。
【００９６】
ステップＳ５６では、データ処理装置２７ａは、潤滑油供給ユニットの異常を示す信号Ｓｏｕｔを出力する。ステップＳ５７では、データ処理装置２７ａは再びスリープ状態に戻る。
【００９７】
ステップＳ５６で送信された信号Ｓｏｕｔは、ユニット内からスピンドル外部に赤外線通信や、電波通信などを利用して伝送することができる。スピンドル外周面には、上記情報を受信する外部ユニット７０を設け、表示部７１の液晶画面にて表示したり、記憶部５９の外部記録メディアに記録したりして外部のコンピュータなどで異常判定結果を確認することができる。
【００９８】
また、スピンドル外部の外部ユニット７０から、無線送信部７２によって中継基地又は管理室に無線電波により情報を伝送しても良い。なお、無線電波の種類は特定しない。
【００９９】
なお、本発明は、工作機用スピンドル以外の、各種回転機械にも適用可能である。
本実施の形態に示した潤滑油供給ユニットは、蓄電部８６の蓄電電圧ＶＣを監視し、劣化や損傷をユニット外部に発信できるため、潤滑油供給ユニットの信頼性が向上する。
【０１００】
最後に、再び図４等を参照して、本実施の形態について総括的に説明する。
本実施の形態に係る潤滑油供給ユニットは、潤滑油を保持する潤滑油タンク３０と、潤滑油タンク３０から軸受の内部に潤滑油を供給するポンプ２９と、ポンプ２９を作動させるための電力を発生させる発電部２５と、発電部２５で発生させた電力により充電され、ポンプ２９に電力を供給する蓄電部８６と、蓄電部８６の電圧を検出する電圧検出部（Ａ／Ｄコンバータ２７ｄ）と、電圧検出部の検出値の変化が予め設定した充電特性を示さない場合には、蓄電部８６が異常であることを判定するデータ処理装置２７ａとを備える。
【０１０１】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、電圧検出部で検出した電圧を記憶する不揮発メモリ２７ｃをさらに備える。データ処理装置２７ａは、間欠的に起動し、不揮発メモリ２７ｃに記憶された電圧を読み出して電圧検出部で検出した検出値と比較することによって、検出値の変化を監視する。
【０１０２】
好ましくは、データ処理装置２７ａは、電圧検出部で検出した検出値が判定しきい値より低い状態が所定時間以上継続する場合には、予め設定した充電特性を示さないと判断する。
【０１０３】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、データ処理装置２７ａから蓄電部８６が異常であることを示す信号を外部ユニット７０に送信する送信部５４をさらに備える。外部ユニット７０は、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる。
【０１０４】
より好ましくは、送信部５４は、外部ユニット７０に赤外線または電波を用いて信号を送信する。
【０１０５】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、データ処理装置２７ａから蓄電部８６が異常であることを示す信号を送信する送信部５４と、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニット７０とをさらに備える。外部ユニット７０は、送信部５４から信号を受信する受信部５５と、受信部５５の受信した信号に基づく情報の表示を行なう表示部７１とを含む。
【０１０６】
好ましくは、潤滑油供給ユニットは、データ処理装置２７ａから蓄電部８６が異常であることを示す信号を送信する送信部５４と、軸受とは離れた位置であって、軸受が内蔵される装置の外部から視認可能な位置に設けられる外部ユニット７０とをさらに備える。外部ユニット７０は、送信部５４から信号を受信し、受信した信号に基づく情報を中継基地および管理室の少なくとも一方に電波を用いて送信する。
【０１０７】
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】
【０１０８】
１１  軸受、１３  外輪、１４  内輪、１５  転動体、１６  保持器、２０  潤滑油供給ユニット、２１  ハウジング本体、２２  蓋体、２３ａ，２３ｂ  熱伝導体、２４  熱電素子、２５  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  不揮発メモリ、２７ｄ  コンバータ、２８  ポンプ駆動回路、２９  潤滑油供給ポンプ、３０  潤滑油タンク、３１  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、９４  抵抗。
【図１】
2016153670.tif 000003
【図２】
2016153670.tif 000004
【図３】
2016153670.tif 000005
【図４】
2016153670.tif 000006
【図５】
2016153670.tif 000007
【図６】
2016153670.tif 000008
【図７】
2016153670.tif 000009
【図８】
2016153670.tif 000010
【図９】
2016153670.tif 000011
【図１０】
2016153670.tif 000012
【図１１】
2016153670.tif 000013
【図１２】
2016153670.tif 000014
【図１３】
2016153670.tif 000015
【図１４】
2016153670.tif 000016
【図１５】
2016153670.tif 000017
【図１６】
2016153670.tif 000018
【図１７】
2016153670.tif 000019
【図１８】
2016153670.tif 000020
【図１９】
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