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KR20210125012A - 베어링 장치 및 스핀들 장치 - Google Patents

베어링 장치 및 스핀들 장치 Download PDF

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KR20210125012A
KR20210125012A KR1020217026651A KR20217026651A KR20210125012A KR 20210125012 A KR20210125012 A KR 20210125012A KR 1020217026651 A KR1020217026651 A KR 1020217026651A KR 20217026651 A KR20217026651 A KR 20217026651A KR 20210125012 A KR20210125012 A KR 20210125012A
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KR
South Korea
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bearing
heat flux
flux sensor
sensor
rotating body
Prior art date
Application number
KR1020217026651A
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English (en)
Inventor
타카시 코이케
야스유키 후쿠시마
유스케 시부야
Original Assignee
에누티에누 가부시기가이샤
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Filing date
Publication date
Application filed by 에누티에누 가부시기가이샤 filed Critical 에누티에누 가부시기가이샤
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Abstract

베어링의 온도 변화를 정밀도 좋게 신속하게 검출하는 것이 가능한 베어링 장치 및 당해 베어링 장치를 구비하는 스핀들 장치를 제공한다. 베어링 장치(1)는 베어링(2)과, 예압부(3)와, 하우징(4)과, 열 유속 센서(11)를 구비한다. 베어링(2)은 회전체(5)를 지지하기 위한 것이다. 예압부(3)는 베어링(2)에 예압을 인가하는 탄성체(9)를 포함한다. 하우징(4)은 베어링(2)을 고정한다. 열 유속 센서(11)는 하우징(4) 및 예압부(3)의 어느 일방에 고정되고 열 유속을 검출한다.

Description

베어링 장치 및 스핀들 장치
본 발명은 베어링 장치 및 스핀들 장치에 관한 것이다.
일본 특개 2017-26078호 공보(특허 문헌 1)에 기재된 베어링 장치에서는 베어링의 소착 등의 이상을 막기 위해, 베어링부에 급유하기 위한 펌프와 윤활부의 온도를 계측하는 비접촉 온도 센서(적외선 센서)를 가진 부속부를 베어링 단면에 마련하고 있다. 상기 비접촉 온도 센서로부터 입수하는 온도의 시간 변화가 임계치를 초과했을 때, 펌프에 의해 베어링부에 급유를 행함으로써 온도 상승을 막고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개2017-26078호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개2016-166832호 공보
일본 특개 2017-26078호 공보에 기재된 베어링 장치에서는 베어링에 발생하는 이상의 징조를 온도로부터 판단하고 있다. 여기서, 베어링의 옆에 배치한 부속부 내에 마련된 비접촉 온도 센서(적외선 센서)는 적외선의 방사율이 낮은 금속 표면의 온도 측정이 곤란하다. 그 때문에 상기 비접촉 온도 센서는 수지제의 유지기를 측정 대상물로 하고 있다. 그러나, 유지기가 수지제가 아닌 경우 일본 특개 2017-26078호 공보에 나타내는 구조에서 온도를 측정하는 것은 곤란하다.
또한, 비접촉 온도 센서는 접촉식의 온도 센서와 비교하면 측정 정밀도가 낮다. 그 때문에 비접촉 온도 센서에서는 이상이 발생하고 있지 않음에도 불구하고, 온도의 변화를 오검출할 가능성, 또는 이상이 발생하고 있어도 온도 변화를 검출할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 비접촉 온도 센서를 기름 윤활 환경에서 사용한 경우에는 당해 센서는 윤활유의 영향을 받는 것이 상정된다. 예를 들면 윤활유가 미스트화하고, 측정 대상과 비접촉 온도 센서 사이에 들어가는 경우 정확한 온도 측정이 어렵다.
이 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 베어링의 온도 변화를 정밀도 좋게 신속하게 검출하는 것이 가능한 베어링 장치 및 당해 베어링 장치를 구비하는 스핀들 장치를 제공하는 것이다.
본 개시에 관한 베어링 장치는 베어링과, 예압부와, 하우징과, 열 유속 센서를 구비한다. 베어링은 회전체를 지지하기 위한 것이다. 예압부는 베어링에 예압을 인가하는 탄성체를 포함한다. 하우징은 베어링을 고정한다. 열 유속 센서는 하우징 및 예압부의 어느 일방에 고정되어 열 유속을 검출한다.
본 개시에 관한 스핀들 장치는 상기 베어링 장치와, 회전체를 회전시키는 모터를 구비한다.
상기에 의하면 베어링의 온도 변화를 정밀도 좋게 신속하게 검출하는 것이 가능한 베어링 장치 및 당해 베어링 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 베어링 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 6은 이상 진단 장치가 실행하는 이상 판단 처리의 제1 예를 설명하기 위한 플로우차트.
도 7은 이상 진단 장치가 실행하는 이상 판단 처리의 제2 예를 설명하기 위한 플로우차트.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 11은 센서의 출력을 무선으로 송수신하는 구성을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 스핀들 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 13은 도 12에 도시되는 스핀들 장치의 제어 장치의 한 예를 도시하는 도면.
도 14는 도 12에 도시되는 스핀들 장치의 제어 장치의 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 15는 도 12에 도시되는 스핀들 장치의 제어 장치의 또 다른 한 예를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 베어링 장치의 변형례의 구성을 도시하는 모식도.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(실시의 형태 1)
<베어링 장치의 구성>
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 베어링 장치(1)는 정압 예압 방식의 베어링 장치로서, 주축인 회전체(5)를 지지하는 복수의 베어링(2)과, 예압부(3)와, 하우징(4)과, 열 유속 센서(11)를 구비한다. 베어링(2)은 회전체(5)를 회전 가능하게 지지한다. 하우징(4)에는 관통 구멍이 형성되어 있다. 관통 구멍의 내부에 회전체(5)와 베어링(2)과 예압부(3)가 수용된다. 하우징(4)의 관통 구멍의 양단부에 2개의 베어링(2)이 고정되어 있다.
베어링(2)은 내륜(2i)과, 외륜(2g)과, 전동체(2t)와, 유지기(2r)를 포함한다. 베어링(2)은 구름 베어링이고 예를 들어 앵귤러 볼 베어링이다. 즉, 전동체(2t)는 예를 들어 볼(ball)이다.
주축으로서의 회전체(5)는 베어링(2)의 내륜(2i)에 삽입되어 고정되어 있다. 회전체(5)에는 회전체(5)의 연재 방향에서 베어링(2)의 내륜(2i)의 외측에 컬러(6)가 배치된다. 회전체(5)의 연재 방향에서 컬러(6)의 외측에는 너트(7)가 배치되어 있다. 너트(7)로 단단히 죔으로써 컬러(6)를 통하여 베어링(2)의 내륜(2i)에 응력이 추가됨에 의해, 내륜(2i)이 회전체(5)에 고정된다. 도 1에 도시한 구성에서는 외륜(2g)이 비회전륜이고 내륜(2i)이 회전륜이다.
예압부(3)는 베어링(2)에 정압(定壓) 예압을 인가한다. 예압부(3)는 스프링 홀더(8)와, 베어링(2)에 예압을 인가하는 탄성체인 스프링(9)과, 링형상의 부재인 중간 부재(10)를 가진다. 스프링 홀더(8)의 일단면(8a)은 하우징(4)의 단차부(4a)에 당접한다. 예압부(3)는 스프링(9)의 탄성력에 의해, 중간 부재(10)를 통하여 베어링(2)의 고정륜인 외륜(2g)의 단면을 가압한다. 스프링(9)으로서는 예를 들면 코일 스프링을 이용할 수 있다. 예압부(3)는 외륜(2g)에 따른 둘레 방향으로 복수 개소 배치해도 좋다. 또한, 스프링(9)으로서는 접시 스프링 등 다른 종류의 스프링을 이용해도 좋으며 스프링의 종류나 구조는 한정되지 않는다.
또한, 타방의 베어링(2)의 고정륜인 외륜(2g)의 단면은 하우징(4)의 단차부(4b)에 당접한다. 이 결과, 베어링(2)에 정압 예압이 주어진다. 도 1의 베어링 장치(1)에서는 베어링(2)은 배면 조합(DB 조합)으로 설치되어 있다. 베어링(2)은 축방향의 힘으로 예압을 부여하는 것이 가능한 베어링이다. 베어링(2)으로서는 앵귤러 볼 베어링, 깊은 홈 볼 베어링, 테이퍼 롤러 베어링 등을 이용할 수 있다.
열 유속 센서(11)는 열 유속을 검출하는 센서로서, 복수의 베어링(2)의 각각의 근방에 배치되어 있다. 열 유속 센서(11)의 일방의 면은 베어링(2)의 근방에 있는 비회전 부재에 접착 등으로 고정된다. 열 유속 센서(11)의 타방의 면은 회전체(5)에 간극을 가지고 대향 배치된다. 도 1의 베어링 장치(1)에서는 좌측의 열 유속 센서(11)는 하우징(4)의 내주면(4c)에 고정된다. 우측의 열 유속 센서(11)는 스프링 홀더(8)의 내경면인 표면 부분(8b)에 고정된다.
본 실시의 형태에서는 베어링 장치(1)의 운전중에서의 베어링 장치(1) 내부의 온도 변화를 측정하기 위해, 열 유속 센서(11)를 사용한다. 열 유속 센서(11)는 예를 들면 일본 특개 2016-166832호 공보(특허 문헌 2)에 기재된 열 유속 센서를 사용할 수 있다. 센서 표리의 근소한 온도차로부터 열 유속 센서(11)의 출력 전압이 발생하고 있다. 열 유속 센서(11)는 제벡 효과를 이용하여 열 흐름을 전기 신호로 변환한다.
<열 유속 센서의 작용 및 베어링의 이상 판정 수법>
이하, 본 명세서에서 개시되는 각 실시의 형태에 공통되는 열 유속 센서(11)의 작용 및 베어링의 이상 판정 수법을, 도 1에 도시한 베어링 장치(1)를 이용하여 설명한다. 도 1에 도시한 베어링 장치(1)에서는 하우징(4)과 회전체(5)에 온도차가 생긴 경우 열 유속 센서(11)를 통과하는 열 유속이 생기고, 열 유속 센서(11)의 출력이 변화한다. 이와 같은 열 유속 센서(11)의 출력 변화, 또는 단위 시간당의 출력 변화량(변화율)을 감시한다. 감시 대상의 데이터에 관해, 정상 상태로부터 일탈하는 변화(이상한 변화)가 보인 경우에 베어링 장치(1)의 베어링(2)에 이상이 발생했다고 판단한다.
예를 들면 베어링(2)의 예압이 상승하고, 전동체(2t)와 내륜(2i) 또는 외륜(2g)의 궤도면의 접촉면압이 증가한 경우를 생각한다. 이 경우 접촉면압의 증가에 따른 베어링(2)의 온도 상승이 발생한다. 여기서, 베어링(2)을 수납하는 하우징(4)이나 내륜(2i)에 고정되는 회전체(5)의 열용량은 상대적으로 크기 때문에 베어링(2)의 온도가 상승한 타이밍으로부터, 하우징(4) 및 회전체(5)의 온도가 상승하는 타이밍은 늦어진다. 그 때문에 온도 센서 등을 사용하여 검출한 하우징(4) 또는 회전체(5)의 온도 변화에 의거하여 베어링(2)의 이상을 판단한 경우에는 베어링(2)에서의 이상 발생을 검출하는 타이밍이 실제의 이상 발생의 타이밍으로부터 늦어져, 베어링(2)에서 이미 소착이 발생해 버리고 있는 것도 상정된다. 한편, 열 유속 센서(11)를 이용하면 열 유속은 하우징(4) 및 회전체(5)의 온도 변화에 선행하여 변화하기 때문에 베어링(2)의 이상을 보다 빨리 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 통상, 공작 기계의 스핀들 장치에 탑재되는 베어링 장치(1)에는 냉각 매체 유로가 형성되고 하우징(4)에 냉각 매체를 흐르게 함에 의해 하우징(4)과 하우징(4)에 접촉하는 외륜(2g)이 냉각된다. 그 때문에 외륜(2g)의 온도보다도 내륜(2i)의 온도 쪽이 높아진다. 이상 시에는 외륜(2g)과 내륜(2i) 사이의 온도차가 더욱 커진다.
또한, 열 유속 센서(11)의 최적인 배치에 관해, 가장 냉각되지 않는 부위(발열 부위)에 대향하도록 열 유속 센서(11)의 표면을 배치하는 것(가급적 냉각되지 않는 부위에 가까운 위치에 열 유속 센서(11)의 표면을 배치하는 것)이 바람직하다. 또한, 가장 냉각되는 부위에 열 유속 센서(11)를 고정하는 것(가장 냉각되는 부위에 열 유속 센서(11)의 배면을 접촉시키는 것)이 바람직하다.
여기서, 상기 열 유속 센서(11)를 예를 들어 스핀들 장치를 구성하는 베어링 장치(1)에 적응한 경우를 생각한다. 스핀들 장치에서는 하우징(4)에 냉각 매체 유로가 형성될 수 있다. 이 경우 열 유속 센서(11)를 고정하는 부재를 베어링(2)의 외륜(2g)으로 해도 좋다. 또한, 열 유속 센서(11)를 고정하는 부재를 하우징(4)에 고정된 부재로 하는 것이 바람직하고, 하우징(4) 자체로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 열 유속 센서(11)의 표면을 대향시키는 부위를 회전체(5)로 해도 좋다. 또한, 열 유속 센서(11)의 표면을 대향시키는 부위를 베어링(2)의 내륜(2i)으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 2개의 열 유속 센서(11)의 출력의 차를 취하는 또는 2개의 열 유속 센서(11)의 단위 시간당의 출력 변화량의 차를 산출하고, 당해 산출한 값과 미리 설정한 임계치를 비교함으로써 베어링(2)에서의 이상 발생의 유무를 판정해도 좋다. 또한, 열 유속 센서(11)를 1개의 베어링(2)의 외륜(2g)을 따라 간격을 두고 복수개 배치해도 좋다.
<베어링 장치의 작용 효과>
본 개시에 관한 베어링 장치(1)는 베어링(2)과, 예압부(3)와, 하우징(4)과, 열 유속 센서(11)를 구비한다. 베어링(2)은 회전체(5)를 지지하기 위한 것이다. 예압부(3)는 베어링(2)에 예압을 인가한다. 보다 구체적으로는 예압부(3)는 베어링(2)에 예압을 인가하는 탄성체를 포함한다. 하우징(4)은 베어링(2)을 고정한다. 열 유속 센서(11)는 하우징(4) 및 예압부(3)의 어느 일방에 고정되고 열 유속을 검출한다.
이렇게 하면 베어링(2)에서의 이상 발생에 기인하는 베어링(2)의 온도 변화에 의해, 하우징(4)과 회전체(5)의 온도차, 또는 예압부(3)와 회전체(5)의 온도차가 변화한 경우에 열 유속 센서(11)를 통과하는 열 유속이 변화하고, 열 유속 센서(11)의 출력이 변화한다. 이 열 유속 센서(11)의 출력의 변화는 상술한 바와 같이 회전체(5)나 하우징(4)의 온도의 변화보다 먼저 발생한다. 이 때문에 상기 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)를 이용하여 베어링 장치(1) 내부에서의 열 유속의 변화를 검출함으로써 비접촉 온도 센서를 이용하여 베어링 장치(1)의 내부의 온도를 측정하는 경우보다 이른 단계에서 베어링(2)의 과부하라는 이상을 검지할 수 있다.
또한, 열 유속 센서(11)는 당해 열 유속 센서(11)에서의 열 유속을 직접 전압 등으로 변환하여 검출하기 때문에 비접촉 온도 센서와 같이 온도 변화를 오검출할 가능성은 낮다. 따라서, 정확하게 베어링(2)의 이상을 검지할 수 있다.
또한, 열 유속 센서(11)는 베어링(2)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 베어링(2)의 근방에 배치된다는 것은 열 유속 센서(11)가 베어링(2)과 인접하는 영역에 배치되는 것으로서, 예를 들어 베어링(2)과 열 유속 센서(11) 사이의 거리가 50㎜ 이하인 경우를 의미한다. 베어링(2)과 열 유속 센서(11) 사이의 거리는 30㎜ 이하라도 좋고, 20㎜ 이하라도 좋고, 10㎜ 이하라도 좋고, 5㎜ 이하라도 좋다.
상기 베어링 장치(1)에서 열 유속 센서(11)는 회전체(5)에 대향하도록 배치되어 있다. 이 경우 회전체(5)와 하우징(4) 또는 예압부(3)와의 온도차에 기인하는 열 유속의 변화를 당해 열 유속 센서(11)에 의해 확실하게 검출할 수 있다.
상기 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)는 하우징(4)에서 회전체(5)에 면하는 내주면(4c)에 고정되어 있다. 이 경우 회전체(5)와 하우징(4)의 온도차에 기인하는 열 유속의 변화를 당해 열 유속 센서(11)에 의해 확실하게 검출할 수 있다.
상기 베어링 장치(1)에서 예압부(3)는 회전체(5) 및 베어링(2)의 어느 일방에 면하는 표면 부분(도 1에서는 회전체(5)에 면하는 스프링 홀더(8)의 표면 부분(8b))을 포함한다. 열 유속 센서(11)는 당해 표면 부분(8b)에 고정되어 있다. 이 경우 회전체(5)와 예압부(3)의 온도차에 기인하는 열 유속의 변화를 당해 열 유속 센서(11)에 의해 확실하게 검출할 수 있다.
상기 베어링 장치(1)에서 예압부(3)는 스프링(9)과 스프링 홀더(8)를 포함한다. 스프링(9)은 예압을 발생시키기 위해 이용된다. 스프링 홀더(8)는 스프링(9)를 수용한다. 상기 표면 부분(8b)은 스프링 홀더(8)의 표면의 일부이다. 이 경우 스프링 홀더(8)는 스프링(9)를 내부에 수용하기 때문에 어느 정도의 체적을 가지고 있기 때문에 상기 열 유속 센서(11)를 배치하는 스프링 홀더(8)의 표면의 일부, 즉 표면 부분(8b)은 하우징(4)의 내주면(4c)보다 회전체(5)에 가까운 영역에 위치하게 된다. 따라서, 열 유속 센서(11)를 상대적으로 회전체(5)의 근처에 배치할 수 있다.
(실시의 형태 2)
<베어링 장치의 구성>
도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 2에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 도 2의 좌측에 위치하는 열 유속 센서(11)가 고정된 부분의 구성이 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 2에 도시한 베어링 장치(1)에서는 하우징(4)의 내주면(4c)에서 베어링(2)에 인접하는 위치에 대좌(12)가 배치되어 있다. 대좌(12)는 열 유속 센서(11)를 하우징(4)에 설치하기 위한 전용 부재라도 좋다. 대좌(12)는 하우징(4)과 별체의 부재이지만, 당해 대좌(12)를 하우징(4)과 일체로 형성해도 좋다. 예를 들면 하우징(4)을 형성할 때에 대좌(12)를 갖도록 하우징(4)의 내주면(4c)을 가공해도 좋다. 당해 대좌(12)에서 회전체(5)와 대향하는 표면상에 열 유속 센서(11)가 고정되어 있다. 대좌(12)는 회전체(5) 및 베어링(2)의 어느 일방에 면하는 표면 부분을 포함한다. 도 2에서는 열 유속 센서(11)가 대좌(12)의 회전체(5)에 면하는 표면 부분에 고정되어 있다. 대좌(12)의 형상은 베어링(2)의 외륜(2g)에 따른 링형상의 형상이라도 좋지만, 외륜(2g)의 일부분만에 대향하는 기둥형상의 형상이라도 좋다. 또한, 대좌(12)를 외륜(2g)을 따라 복수개 배치하고, 각각의 대좌(12)에 열 유속 센서(11)를 고정해도 좋다. 즉, 외륜(2g)을 따라 복수의 열 유속 센서(11)를 배치해도 좋다. 대좌(12)에서 열 유속 센서(11)를 고정하는 표면에서 회전체(5)의 표면까지의 거리는 하우징(4)의 내주면(4c)으로부터 회전체(5)의 표면까지의 거리보다 작다. 또한, 하우징(4)의 내주면(4c)에서 오목부를 형성하고, 당해 오목부의 내부에 대좌(12)의 적어도 일부가 배치되도록, 대좌(12)를 하우징(4)에 고정해도 좋다. 이 경우 대좌(12)에서 열 유속 센서(11)를 고정한 표면으로부터 회전체(5)의 표면까지의 거리와, 하우징(4)의 내주면(4c)에서 당해 오목부가 형성된 영역 이외의 영역으로부터 회전체(5)의 표면까지의 거리가 실질적으로 동일해도 좋다.
<베어링 장치의 작용 효과>
도 2에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 2에 도시한 베어링 장치(1)에서 하우징(4)은 회전체(5)에 면하는 내주면(4c)으로부터 회전체(5)를 향하여 마련한 대좌(12)를 포함한다. 즉, 하우징(4)은 내주면(4c)에 마련된 대좌(12)를 포함한다. 열 유속 센서(11)는 대좌(12)에 고정되어 있다. 이와 같이, 대좌(12)에 열 유속 센서(11)를 배치함으로써 열 유속 센서(11)와 회전체(5) 사이의 거리를 도 1에 도시한 베어링 장치(1)에서의 당해 거리보다 작게 할 수 있다. 이 때문에 베어링(2)에서의 이상에 기인하는 회전체(5)의 온도 변화를 보다 신속하면서 정확하게 검출할 수 있다.
(실시의 형태 3)
<베어링 장치의 구성>
도 3은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 3에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 2에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 도 3의 우측에 위치하는 열 유속 센서(11)가 고정된 부분의 구성이 도 2에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 3에 도시한 베어링 장치(1)에서는 예압부(3)가, 스프링 홀더(8)와 스프링(9)과 중간 부재(10)를 포함한다. 중간 부재(10)는 베어링(2)의 외륜(2g)을 따라 늘어나는 링형상의 부재이다. 스프링 홀더(8)의 내부에 스프링(9)이 수용되어 있다. 중간 부재(10)는 스프링(9)과 베어링(2) 사이에 배치된다. 중간 부재(10)는 외륜(2g)과 접촉하고 있다. 스프링(9)으로부터의 응력은 중간 부재(10)를 통하여 베어링(2)에 전해진다. 중간 부재(10)의 표면의 일부인 표면 부분(10a)은 회전체(5)에 면하고 있다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(10a)에 고정되어 있다.
<베어링 장치의 작용 효과>
도 3에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 2에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 베어링 장치(1)에서 예압부(3)는 스프링(9)과 중간 부재(10)를 포함한다. 중간 부재(10)는 예를 들어 링형상의 부재이다. 탄성체로서의 스프링(9)은 예압을 발생시키기 위해 이용된다. 중간 부재(10)는 스프링(9)과 베어링(2) 사이에 배치된다. 상기 열 유속 센서(11)가 고정되는 표면 부분(10a)은 중간 부재(10)의 표면의 일부이다. 이 경우 중간 부재(10)는 베어링(2)의 근방에 배치되어 있다. 이 때문에 도 2에 도시한 베어링 장치(1)에서의 열 유속 센서(11)와 베어링(2) 사이의 거리보다, 도 3에 도시하는 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)와 베어링(2) 사이의 거리를 작게 할 수 있다. 또한, 하우징(4)의 내주면(4c)으로부터 중간 부재(10)의 표면 부분(10a)까지의 거리를 조정함으로써 열 유속 센서(11)를 회전체(5)에 대해 극력 접근할 수 있다. 이 때문에 베어링(2)의 이상에 기인하는 회전체(5) 및 베어링(2)의 온도 변화를 열 유속 센서(11)에서 신속하면서 확실하게 검출할 수 있다.
(실시의 형태 4)
<베어링 장치의 구성>
도 4는 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 3에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 도 4의 열 유속 센서(11)가 고정된 부분의 구성이 도 3에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 4에 도시한 베어링 장치(1)에서는 좌측의 베어링(2)의 외륜(2g)에 접촉하도록 링형상의 간좌(spacer;20)가 배치되어 있다. 간좌(20)의 일방단은 외륜(2g)의 내측에 접촉한다. 간좌(20)에서 상기 일방단과 반대측의 타방단은 하우징(4)의 내주면(4c)에 형성된 단차부에 접촉하고 있다. 열 유속 센서(11)는 간좌(20)에서 회전체(5)와 대향하는 표면 부분(20a)상에 고정되어 있다. 간좌(20) 및 중간 부재(10)에는 베어링(2)의 윤활·냉각을 위해 베어링(2)에 윤활유 등의 윤활용 유체를 공급하기 위한 노즐인 공급구(21)가 형성된다. 간좌(20) 및 중간 부재(10)에 형성된 공급구(21)는 각각 하우징(4)에 형성된 윤활용 유체의 유로와 접속되어 있다. 당해 유로는 도시하지 않는 윤활용 유체의 공급부와 펌프 및 개폐 밸브 등을 통하여 접속되어 있다. 또한, 공급구(21)로부터 베어링(2)에 대해 오일 미스트 또는 에어가 공급되어도 좋다.
<베어링 장치의 작용 효과>
도 4에 도시한 베어링 장치(1)는 베어링(2)에 인접하여 배치되는 간좌(20)를 구비한다. 간좌(20)에는 베어링(2)에 윤활용 유체를 공급하기 위한 노즐인 공급구(21)가 형성된다. 간좌(20)는 회전체(5) 및 베어링(2)의 어느 일방에 면하는 표면 부분(도 4에서는 회전체(5)에 면하는 표면 부분(20a))을 포함한다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(20a)에 고정되어 있다. 이 경우 열 유속 센서(11)를 베어링(2)에 인접하는 영역에 배치할 수 있기 때문에 베어링(2)의 이상에 기인하는 회전체(5) 및 베어링(2)의 온도 변화를 열 유속 센서(11)에서 확실하게 검출할 수 있다.
또한, 상기 베어링 장치(1)에서 예압부(3)을 구성하는 중간 부재(10)에 베어링(2)에 윤활용 유체를 공급하기 위한 노즐인 공급구(21)가 형성됨과 함께 열 유속 센서(11)가 고정되어 있다. 이 때문에 도 3에 도시한 베어링 장치(1)와 마찬가지로 열 유속 센서(11)를 베어링(2)의 근처에 배치할 수 있다. 또한, 중간 부재(10)와는 별도로 윤활용 유체를 공급하는 공급구(21)가 형성된 부재를 예압부(3) 근방에 배치할 필요가 없기 때문에 베어링 장치(1)의 장치 구성을 간략화할 수 있다.
상술한 바와 같이 베어링 장치(1)에서 윤활용 유체를 공급하기 위한 공급구(21)가 형성되어 있는 경우 열 유속 센서(11)를 당해 공급구(21)로부터 공급되는 윤활용 유체 등의 영향을 받기 어려운 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들면 베어링(2)의 둘레 방향에서 공급구(21)가 배치된 위치로부터 간격을 둔 영역에 열 유속 센서(11)를 배치하는 것이 바람직하다. 베어링(2)의 둘레 방향에서 공급구(21)가 복수 배치되어 있는 경우 열 유속 센서(11)를 상기 둘레 방향에서 당해 복수의 공급구(21)로부터 실질적으로 등거리가 되는 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 공급구(21)에서의 윤활용 유체의 돌출 방향이 베어링(2)의 회전축 방향에 대해 경사하고 있는 경우로서, 베어링(2)의 둘레 방향을 따라 윤활용 유체가 뿜어지는 경우를 생각한다. 이 경우 베어링(2)에 뿜어진 윤활용 유체는 공급구(21) 근방의 베어링(2)의 전송면에 뿜어져, 베어링(2)의 회전에 따라 베어링(2)의 전둘레에 퍼져, 베어링(2)을 효율적으로 윤활·냉각할 수 있다. 이와 같은 구성에서는 베어링(2)의 둘레 방향에 더하여 베어링(2)의 회전축 방향에서도, 윤활용 유체의 영향을 저감하기 위해, 공급구(21)의 위치와 열 유속 센서(11)의 위치를 어긋나게 하는 것이 바람직하다.
(실시의 형태 5)
<베어링 장치의 구성>
도 5는 본 발명의 실시의 형태 5에 관한 베어링 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시의 형태에 관한 베어링 장치는 기본적으로는 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 베어링(2)(도 1 참조)의 이상을 진단하는 이상 진단부(100)를 구비하는 점 및 다른 센서(22)를 구비하는 점이 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 다른 센서(22)는 예를 들어 베어링(2)의 외륜(2g), 또는 베어링(2)의 근방 등 임의의 위치에 설치할 수 있다. 이상 진단부(100)는 열 유속 센서(11)의 출력 정보에 의거하여 베어링의 이상을 진단한다. 또한, 이상 진단부(100)에는 다른 센서(22)로부터의 출력 정보도 입력된다. 또한, 이상 진단부(100)에는 회전체(5)의 회전 속도의 정보인 축 회전 속도 신호(101)도 입력된다. 이상 진단부(100)는 열 유속 센서(11)의 출력 정보, 다른 센서(22)의 출력 정보 및 축 회전 속도 신호(101)에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단한다. 이상 진단부(100)는 베어링(2)에서 이상이 발생했다고 판단한 경우 베어링의 파손 등을 방지하기 위해, 이상 회피 동작을 행하기 위한 지시 신호(102)를 출력한다. 또한, 다른 센서(22)로서, 온도 센서, 가속도 센서, 가중 센서, 회전 센서 등 임의의 센서를 추가해도 좋다.
<이상 진단 처리>
이하, 구체적인 이상 판단 처리의 예를 설명한다. 도 6은 이상 진단 장치가 실행하는 이상 판단 처리의 제1 예를 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 5 및 도 6을 참조하면 이상 진단부(100)는 스텝 S1에서 센서의 출력을 감시한다. 센서의 예로서는 열 유속 센서(11), 온도 센서, 회전체(5)의 회전 속도를 검출하는 도시하지 않는 회전 속도 검출 센서, 가속도 센서, 가중 센서 등을 들 수 있다. 이어서, 스텝 S2에서 이상 진단부(100)는 각 센서의 출력에 대응하여 마련된 임계치와 센서에서 검출된 값(출력 정보)을 비교하고, 임계치를 초과했는지의 여부의 임계치 판정을 행한다. 임계치 판정은 각 센서의 출력 정보마다 개별적으로 실행되어도 좋고, 각 센서의 출력 정보의 조합에 대해 행해져도 좋다. 조합의 예로서는 회전 속도 검출 센서로부터의 출력 정보인 회전체(5)의 회전 속도에 응하여 다른 센서(22)의 한 예로서의 온도 센서로부터의 출력 정보인 베어링 장치(1) 내부의 온도의 임계치 및 열 유속 센서(11)의 출력 정보의 임계치를 설정하고, 온도 센서로부터의 출력 정보(베어링 장치(1) 내부의 측정 온도)가 상기 임계치(소정 온도)를 초과하고, 또한 열 유속 센서(11)의 출력 정보가 상기 임계치를 초과한 경우에 베어링(2)에서 이상이 발생했다고 판정하다는 판정 방법이 생각된다.
스텝 S2에서 임계치보다도 출력 정보(검출치)가 작은 경우(즉 이상의 발생이 검출되지 않는 경우), 다시 한번 스텝 S1의 센서 감시 처리가 반복해서 실행된다. 한편, 스텝 S2에서 임계치보다도 출력 정보가 큰 경우(즉 이상의 발생이 검출된 경우), 스텝 S3의 이상 회피 동작이 실행되도록, 이상 진단부(100)는 이상 회피 동작을 실행하기 위한 지시 신호(102)를 출력한다.
이 지시 신호(102)에 의해, 베어링 장치(1)가 조립된 기계 장치의 한 예인 공작 기계에서 실행되는 이상 회피 동작 제어의 예는 이하와 같다. 예를 들면 이상 회피 동작 제어는 회전체(5)의 회전 속도를 현재보다도 낮게 하는 제어라도 좋다. 이상 회피 동작 제어는 예를 들어 공작 기계에서 절삭 가공이 실시되고 있는 경우 가공 대상물에 대한 칼날의 절입량(切入量)을 현재보다도 작게 하는 제어라도 좋다. 이상 회피 동작 제어는 베어링 장치(1)의 베어링(2)(도 1 참조)에 대해 윤활유를 공급하는 또는 윤활유의 공급량을 늘리는 제어라도 좋다. 이상 회피 동작 제어는 공작 기계에서의 가공을 정지하는 제어(예를 들어 절삭을 중지하고 회전체(5)의 회전 속도(스핀들 회전 속도)를 낮추는 또는 회전체(5)의 회전을 정지시키는 제어)라도 좋다. 또한, 스텝 S2에서의 1회의 임계치 판정에서 이상의 유무를 판정하는 경우 노이즈 등으로 오판정 하는 것도 상정된다. 그래서, 오판정을 회피하기 위해, 스텝 S2에서 연속해서 복수회 이상을 검출한 경우에 이상이라고 판정하고, 이상 회피 동작을 실행하기 위한 지시 신호를 출력하는 스텝 S3으로 이행하도록 해 두어도 좋다.
도 7은 이상 진단 장치가 실행하는 이상 판단 처리의 제2 예를 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 5 및 도 7을 참조하면 이상 진단부(100)는 스텝 S11에서 센서의 출력을 감시한다. 센서의 예로서는 도 6에서 설명한 이상 판단 처리와 마찬가지로 열 유속 센서(11), 온도 센서, 회전체(5)의 회전 속도를 검출하는 도시하지 않는 회전 속도 검출 센서, 가속도 센서, 가중 센서 등을 들 수 있다. 이어서, 스텝 S12에서 이상 진단부(100)는 각 센서의 출력의 단위 시간당의 변화율을 산출한다. 그 후, 이상 진단부(100)는 스텝 S13에서 산출한 변화율이 임계치(판정치)를 초과하는지의 여부를 판정한다(변화율 판정).
변화율 판정은 각 센서의 출력 정보에 관해 개별적으로 실행되어도 좋고, 각 센서의 출력 정보의 조합에 대해 행해져도 좋다. 조합의 예로서는 회전 속도 검출 센서로부터의 출력 정보인 회전체(5)의 회전 속도의 단위 시간당의 변화율이 임계치를 초과하고, 또 다른 센서(22)의 한 예로서의 온도 센서로부터의 출력 정보인 베어링 장치(1) 내부의 온도의 단위 시간당의 변화율이 임계치를 초과하고, 또한 열 유속 센서(11)의 출력 정보의 단위 시간당의 변화율이 소정 임계치를 초과한 경우에 베어링(2)에서 이상이 발생했다고 판정한다는 판정 방법이 생각된다.
스텝 S13에서 임계치(판정치)보다도 검출된 변화율이 작은 경우 다시 스텝 S11의 센서 감시 처리가 반복해서 실행된다. 한편, 스텝 S13에서 임계치보다도 검출된 변화율이 큰 경우 스텝 S14의 이상 회피 동작이 실행되도록, 이상 진단부(100)는 이상 회피 동작을 실행하기 위한 지시 신호(102)를 출력한다. 이 경우도, 노이즈 등으로 오판정하는 것을 억제하기 위해, 스텝 S13에서 연속해서 복수회 이상의 발생을 검출한 경우에 이상이라고 판정해도 좋다. 또한, 지시 신호(102)에 의해 공작 기계에서 실행되는 이상 회피 동작 제어의 예는 도 6에 도시한 이상 판단 처리의 경우와 같기 때문에 설명은 반복하지 않는다.
<베어링 장치의 작용 효과>
본 실시의 형태에 관한 베어링 장치는 열 유속 센서(11)의 출력 정보에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단하는 이상 진단부(100)를 구비한다. 이 경우 베어링 장치 자체가 이상 진단부(100)를 구비하기 때문에 베어링 장치에서 베어링(2)에서의 이상 발생의 유무를 진단할 수 있다.
상기 베어링 장치는 열 유속 센서(11)와는 별도로 배치한 다른 센서(22)를 구비한다. 열 유속 센서(11)의 출력 정보 및 다른 센서(22)의 출력 정보는 이상 진단부(100)에 송신된다. 이상 진단부(100)는 열 유속 센서(11)의 출력 정보, 다른 센서(22)의 출력 정보 및 회전체의 회전 속도의 정보인 축 회전 속도 신호(101)에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단한다. 이 경우 열 유속 센서(11)로부터의 정보 이외의 정보도 이용하여 베어링(2)의 이상을 보다 정확하게 진단할 수 있다.
(실시의 형태 6)
<베어링 장치의 구성>
도 8은 본 발명의 실시의 형태 6에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 8에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 도 8의 열 유속 센서(11)가 고정된 부분의 구성이 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 8에 도시한 베어링 장치(1)에서는 회전체(5)의 연재 방향에서 하우징(4)이 베어링(2)보다 외측에 위치하는 부분을 가지고 있다. 하우징(4)에서 베어링(2)보다 외측에 위치하는 부분은 회전체(5)에 면하는 내주면(4Ad)을 가진다. 열 유속 센서(11)는 내주면(4Ad)에 고정되어 있다. 즉, 회전체(5)의 연재 방향에서 열 유속 센서(11)는 베어링(2)보다 외측으로서 베어링(2)에 인접하는 영역(14)에 배치되어 있다.
<베어링 장치의 작용 효과>
상기 베어링 장치(1)에서는 기본적으로는 도 1에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 8에 도시한 베어링 장치(1)에서 열 유속 센서(11)는 하우징(4)에서 베어링(2)보다 외주측에 위치함과 함께 회전체에 면하는 내주면(4Ad)에 고정되어 있다. 이 경우 하우징(4)에서 베어링(2)보다 외측의 영역에 열 유속 센서(11)를 배치하기 때문에 열 유속 센서(11)의 보수가 용이해짐과 함께, 열 유속 센서(11)로부터의 신호를 외부에 출력하기 위한 배선의 처리가 용이해진다.
(실시의 형태 7)
<베어링 장치의 구성>
도 9는 본 발명의 실시의 형태 7에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 9에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 8에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 도 9의 열 유속 센서(11)가 고정된 부분의 구성이 도 8에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 9에 도시한 베어링 장치(1)에서는 하우징(4)의 내주면(4Ad)으로부터 회전체(5)를 향하여 마련한 대좌(13)가 베어링(2)의 외측이고 베어링(2)에 인접하는 위치에 배치되어 있다. 즉, 하우징(4)은 내주면(4Ad)에 마련된 대좌(13)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시한 대좌(12)와 마찬가지로 대좌(13)는 하우징(4)과 별체라도 좋다. 대좌(13)는 회전체(5)(컬러(6)) 및 베어링(2)의 어느 하나에 면하는 표면 부분을 포함한다. 도 9에서는 열 유속 센서(11)가 대좌(13)의 회전체(5)에 면하는 표면 부분에 고정되어 있다. 즉, 당해 대좌(13)에서 회전체(5)(컬러(6))와 대향하는 표면상에 열 유속 센서(11)가 고정되어 있다. 대좌(13)는 베어링(2)의 외륜(2g)에 따른 링형상의 부재라도 좋지만, 외륜(2g)의 일부분만에 대향하는 기둥형상의 부재라도 좋다. 또한, 대좌(13)를 외륜(2g)에 따라 복수개 배치하고, 각각의 대좌(13)에 열 유속 센서(11)를 고정해도 좋다.
<베어링 장치의 작용 효과>
도 9에 도시한 베어링 장치(1)에서는 기본적으로 도 8에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 베어링 장치(1)에서 하우징(4)은 베어링(2)의 외측에서 회전체(5)에 면하는 내주면(4Ad)으로부터 회전체(5)를 향하여 마련한 대좌(13)를 포함한다. 열 유속 센서(11)는 대좌(13)에 고정되어 있다. 이 경우 대좌(13)에 열 유속 센서(11)를 배치함으로써 열 유속 센서(11)와 회전체(5) 사이의 거리를 작게 할 수 있다. 이 때문에 베어링(2)에서의 이상에 기인하는 회전체(5)( 및 컬러(6))의 온도 변화를 보다 신속하면서 정확하게 검출할 수 있다.
(실시의 형태 8)
<베어링 장치의 구성>
도 10은 본 발명의 실시의 형태 8에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 11은 센서의 출력을 무선으로 송수신하는 구성을 도시하는 도면이다. 도 10에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 8에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 무선 송신 장치인 송신부(200)와 수신 장치(300)를 구비하는 점이 도 8에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 도 10에 도시한 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)에 송신부(200)가 접속되어 있다. 또한, 도 10에서 도시하고 있지 않는 또 하나의 열 유속 센서(11)에도 무선 송신 장치가 접속되어 있다. 또한, 1개의 무선 송신 장치에 의해 2개의 열 유속 센서(11)의 출력을 송신해도 좋다. 수신 장치(300)는 송신부(200)로부터 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 수신하고, 베어링(2)의 이상 판단을 행한다.
도 10에 도시하는 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)에서 발생한 출력 정보를 송신부(200)에 의해 외부에 송신할 수 있다. 이 경우 외부의 이상 진단 장치에서 베어링(2)의 이상의 진단이 가능하다. 또한, 바람직하게는 베어링 장치(1)는 송신부(200)에 전력을 공급하는 급전 장치를 또한 구비해도 좋다. 급전 장치로서는 전지, 온도차나 진동 등으로 발전하는 발전 장치, 전자 유도식의 발전기 등을 이용할 수 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 송신부(200)는 신호 처리부(201)와, 데이터 송신부(202)를 포함한다. 신호 처리부(201)는 열 유속 센서(11)의 출력 정보인 신호를 받고, 신호의 증폭, 또는 당해 신호로부터 노이즈 성분의 제거를 행한다. 또한, 신호 처리부(201)는 당해 신호에 대한 아날로그-디지털 변환 처리 및 변조 처리 등을 행한다. 신호 처리부(201)는 상술한 처리를 실시한 신호를 데이터 송신부(202)에 송신용의 데이터로서 출력한다. 데이터 송신부(202)는 무선에 의해 수신 장치(300)에 당해 데이터를 송신한다.
수신 장치(300)는 예를 들어 베어링 장치(1)를 조립한 기계 장치의 외부에 마련되어 있다. 수신 장치(300)는 무선으로 데이터를 수신하는 데이터 수신부(301)와, 수신 신호로부터 데이터를 복조하는 신호 처리부(302)와, 신호 처리부(302)로부터의 데이터를 받아 베어링 이상을 판단하는 이상 판정부(303)를 포함한다. 이상 판정부(303)를 신호 처리부(201)의 후단에 삽입하면 송신 데이터량을 줄이고 전력 소비를 저감할 수도 있다. 또한, 이상 판정부(303)의 처리는 도 6 및 도 7에서 설명한 처리와 같기 때문에 설명은 반복하지 않는다.
<베어링 장치의 작용 효과>
상기 베어링 장치는 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 무선 송신하는 송신부(200)를 구비한다. 송신부(200)는 베어링(2)의 이상 진단을 행하는 수신 장치(300)에 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 송신하도록 구성된다. 이 경우 열 유속 센서(11)로부터 수신 장치(300)에까지 늘어나도록 배선을 배치하는 일 없이, 당해 수신 장치(300)에 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 송신할 수 있다. 이 때문에 베어링 장치의 구성을 복잡화시키는 일 없이, 당해 수신 장치(300)에서 베어링(2)의 이상 진단을 행할 수 있다.
상기 베어링 장치(1)는 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 무선 송신하는 송신부(200)와, 송신부(200)로부터 열 유속 센서(11)의 출력 정보를 수신하고, 베어링(2)의 이상 판단을 행하는 수신 장치(300)를 구비한다. 이에 의해, 열 유속 센서(11)를 베어링 장치(1) 내부에서 회전하는 부재에 접속하는 경우에도, 외부에 열 유속 센서(11)의 검출 결과를 출력할 수 있다. 이 때문에 신속하게 베어링(2)의 이상을 검출할 수 있다.
(실시의 형태 9)
<베어링 장치의 구성>
도 12는 본 발명의 실시의 형태 9에 관한 스핀들 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 스핀들 장치(30)는 예를 들어 상기 실시의 형태 2에 관한 베어링 장치(1), 주축인 회전체(5), 외통(32), 모터(31), 베어링(33)을 주로 구비한다. 스핀들 장치(30)는 예를 들면 공작 기계의 빌트인 모터 방식의 스핀들 장치로서 사용된다. 스핀들 장치(30)는 제어 장치(600)에 접속되어 있다. 스핀들 장치(30)에서는 외통(32)의 내부에 베어링 장치(1), 회전체(5), 모터(31) 및 베어링(33)이 배치되어 있다. 회전체(5)는 외통(32)에 베어링 장치(1)와 베어링(33)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 모터(31)는 베어링 장치(1)와 베어링(33) 사이에 배치되어 있다.
도 12에 도시하는 스핀들 장치(30)는 예를 들어 공작 기계 주축용의 스핀들 장치이다. 스핀들 장치(30)에서는 회전체(5)의 일단측에는 모터(31)가 조립되고 타단측에는 도시하지 않는 엔드 밀 등의 절삭 공구가 접속된다. 베어링 장치(1)는 도 2에 도시한 베어링 장치(1)의 개량형이다. 베어링 장치(1)는 하우징(4)의 외주면에 냉각 매체 유로(G)가 형성된 것 이외는 도 2에 도시한 베어링 장치(1)와 개략 같은 구조이기 때문에 그 설명은 반복하지 않는다. 베어링 장치(1)는 외통(32)의 내주면에 고정된다. 베어링 장치(1)의 하우징(4)에서 외통(32)의 내주면에 면하는 표면에 상술한 냉각 매체 유로(G)가 형성되어 있다.
단렬의 베어링(33)은 내륜(33a)과, 외륜(33b)과, 전동체를 주로 구비한다. 내륜(33a)은 회전체(5)의 외주에 감합한 통형상 부재(34)와 내륜 누르개(35)에 의해, 회전체(5)에 대해 축방향으로 위치 결정되어 있다. 내륜 누르개(35)는 회전체(5)에 나착(螺着)한 너트(36)에 의해 회전체(5)에 고정되어 있다. 베어링(33)의 외륜(33b)은 통형상 부재(34)에 고정된 위치 결정 부재(37)와, 내륜 누르개(35)에 고정된 위치 결정 부재(38)에 끼여져 있다. 외륜(33b)은 스핀들 장치(30)의 운전 시에서의 베어링(33)의 발열에 따른 회전체(5)의 신축에 응하여 내륜(33a)과 일체적으로 단부재(39)에 대해 활주 가능하게 되어 있다.
회전체(5)와 외통(32) 사이에 형성되는 공간부(40)에서 베어링 장치(1)의 복렬의 베어링(2)과 단렬의 베어링(33)으로 끼여진 축방향의 중간 위치에는 회전체(5)를 구동하는 모터(31)가 배치되어 있다. 모터(31)의 로터(41)는 회전체(5)의 외주에 감합한 통형상 부재(34)에 고정되어 있다. 모터(31)의 스테이터(42)는 외통(32)의 내주면에 고정되어 있다. 또한, 스핀들 장치(30)는 도시하지 않는 냉각 매체 유로를 구비한다. 당해 냉각 매체 유로는 모터(31)를 냉각한다. 또한, 도 12에서는 베어링 장치(1)의 옆에 모터(31)를 배치했지만, 베어링 장치(1)에 포함되는 2개의 베어링(2) 사이의 공간에 모터(31)를 배치해도 좋다. 또한, 도 12에 도시한 스핀들 장치(30)에서 상술한 실시의 형태 1, 3∼8에 관한 베어링 장치(1)를 적용해도 좋다.
열 유속을 측정하는 열 유속 센서(11)가, 센서부로서 스핀들 장치(30)에 실장된다. 구체적으로는 스핀들 장치(30)를 구성하는 베어링 장치(1)의 내부에 2개의 열 유속 센서(11)가 배치되어 있다.
여기서, 베어링(2)의 전동체(2t)(도 2 참조)와, 내륜(2i)(도 2 참조) 및 외륜(2g)(도 2 참조)의 궤도면의 접촉면압의 증가에 따라, 내륜(2i) 및 외륜(2g)의 온도가 상승한다. 이때, 처음에 전동체(2t)와 내륜(2i) 및 외륜(2g)의 궤도면 사이에서 발생한 열이 회전체(5) 및 하우징(4)에 전달한다. 열용량이 큰 하우징(4)의 온도는 상승하는데까지 지연이 생긴다. 또한, 하우징(4)은 냉각 매체 유로(G)를 흐르는 냉각 매체에 의해 냉각되어 있기 때문에 더욱 온도의 상승에 지연이 발생한다.
그 때문에 베어링(2)의 소착이라는 이상의 징조를 하우징(4) 또는 회전체(5)의 온도를 측정함으로써 검출하려고 하면 당해 온도 상승에 지연이 있기 때문에 이상의 징조를 조기에 검출할 수 없는 것도 상정된다. 이와 같은 경우에 열 유속 센서(11)를 이용하면 열 유속의 변화는 온도 변화보다 조기에 발생하기 때문에 베어링(2)의 급격한 발열이라는 이상을 신속하게 검출하는 것이 가능하다.
제어 장치(600)는 모터(31)를 제어한다. 또한, 제어 장치(600)는 열 유속 센서(11)의 출력 신호로부터 베어링(2)의 이상의 발생을 판정한다.
도 13은 도 12에 도시하는 스핀들 장치의 제어 장치의 한 예를 도시하는 도면이다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 상기 스핀들 장치(30)에서는 스핀들 장치(30)의 동작을 제어하는 제어 장치(600)가, 열 유속 센서(11)의 출력에 의거하여 베어링(2)(도 12 참조)의 이상을 진단해도 좋다. 제어 장치(600)는 판정부(601)를 포함한다. 판정부(601)는 열 유속 센서(11)의 출력, 스핀들 장치(30)의 모터(31)의 회전수, 윤활 조건 및 냉각 조건 등의 기계 정보(D1) 및 베어링(2)의 이상의 유무를 판정하기 위해 미리 정해진 판정 기준(D2)에 의거하여 베어링(2)의 이상의 유무를 판정하다. 또한, 베어링(2)의 이상이란, 예를 들어 베어링(2)의 소착의 발생 또는 그 우려이다. 열 유속 센서(11)의 출력 정보는 임의의 방법에 의해 제어 장치(600)의 판정부(601)에 송신된다. 예를 들면 도 10에 도시한 송신부(200)가 베어링 장치(1)에 마련되어 있어도 좋다. 제어 장치(600)는 도 11에 도시한 수신 장치(300)를 포함하고 있어도 좋다. 제어 장치(600)는 판정부(601)에 의한 판정 결과에 의거하여 모터(31)의 회전수, 윤활 조건 및 냉각 조건의 적어도 어느 하나를 변경하도록 마련되어 있다. 또한, 판정부(601)는 적어도 열 유속 센서(11)의 출력과, 베어링(2)의 이상의 유무를 판정하기 위해 미리 정해진 판정 기준(D2)에 의거하여 베어링(2)의 이상의 유무를 판정해도 좋다.
또한, 상기 판정부(601)는 도 5에 도시한 이상 진단부(100)와 마찬가지로 열 유속 센서(11) 및 그 이외의 센서의 각 출력에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단할 수도 있다. 도 14는 도 12에 도시되는 스핀들 장치의 제어 장치의 다른 한 예를 도시하는 도면이다.
도 14에 도시되는 바와 같이, 상기 판정부(601)는 예를 들면 열 유속 센서(11)에 더하여 온도 센서(602), 가속도 센서(603) 및 하중 센서(604)의 각 출력에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단한다. 온도 센서(602)는 예를 들어 베어링(2)의 윤활 불량에 따르는 하우징(4)의 온도 상승을 검출하도록 마련되어 있다. 온도 센서(602)는 예를 들어 하우징(4)에서 베어링(2)에 인접하는 위치에 배치되어 있어도 좋다. 가속도 센서(603)는 예를 들어 베어링(2)의 각 궤도면의 박리에 따른 회전체(5)의 연재 방향인 축방향 및 당해 축방향과 교차하는 지름 방향의 적어도 어느 하나의 회전체(5)의 진동을 검출하도록 마련되어 있다. 가속도 센서(603)는 예를 들어 상기 축방향에서의 하우징(4)의 단면에 배치되어 있어도 좋다. 하중 센서(604)는 예를 들어 베어링(2)에 외부로부터 부여되는 부하 하중, 또는 충격 하중의 변화를 검출하도록 마련되어 있다. 하중 센서(604)는 예를 들어 상기 축방향에서 베어링(2)의 외륜(2g)과 중간 부재(10)(도 2 참조) 사이를 접속하도록 배치되어 있다. 하중 센서(604)는 예를 들어 박막 센서이고 압력에 의해 전기 저항이 변화한다.
도 15는 도 12에 도시되는 스핀들 장치의 제어 장치의 또 다른 한 예를 도시하는 도면이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 상기 판정부(601)는 열 유속 센서(11), 온도 센서(602), 가속도 센서(603) 및 하중 센서(604)의 각 출력에 더하여 또한 회전 센서(605)의 출력 정보인 모터(31)의 회전 속도에 의거하여 베어링(2)의 이상을 진단하도록 마련되어 있어도 좋다.
상기 스핀들 장치(30)에서 도 5에 도시하는 이상 진단부를 스핀들 장치(30)의 내부에 설치해도 좋다. 예를 들면 베어링 장치(1)의 하우징(4)에 배치된 기판에 상술한 이상 진단부를 실장해도 좋다. 이 경우 상기 이상 진단부와 열 유속 센서(11) 사이의 거리는 상기 이상 진단부가 베어링 장치(1)의 외부, 특히 스핀들 장치(30)의 외부에 배치된 경우에서의 이상 진단부와 열 유속 센서(11) 사이의 거리에 비해 짧다. 그 때문에 스핀들 장치(30)의 내부에 마련된 상기 이상 진단부는 베어링 장치(1)의 외부에 배치된 상기 이상 진단부가 취득하는 열 유속 센서(11)의 출력 신호와 비교하여 노이즈의 영향이 저감된 출력 신호에 의거하여 상기 이상의 유무를 판정할 수 있다.
<베어링 장치의 작용 효과>
본 개시에 관한 스핀들 장치(30)는 상기 베어링 장치(1)와, 회전체(5)를 회전시키는 모터(31)를 구비한다. 이렇게 하면 베어링(2)의 이상을 신속하면서 정확하게 검지할 수 있는 스핀들 장치(30)를 실현할 수 있다.
상술한 각 실시의 형태에서는 베어링(2)을 배면 조합(DB 조합)으로 설치한 정압 예압 구조를 이용하여 설명했는데, 베어링(2)을 정면 조합(DF 조합)으로 한 정압 예압 구조에도 본 개시에 관한 구성은 적용 가능하다.
(실시의 형태 10)
<베어링 장치의 구성>
도 16은 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 16에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 3에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 대좌(12) 및 중간 부재(10)의 형상과, 열 유속 센서(11)의 배치가 도 3에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 16에 도시한 베어링 장치(1)에서는 대좌(12)가, 회전체(5)에 면하는 표면 부분(12a)과, 베어링(2)의 전동체(2t)에 면하고 베어링(2)의 래디얼 방향으로 늘어나는 표면 부분(12c)과, 표면 부분(12a)과 표면 부분(12c)을 접속하는 표면 부분(12b)을 포함한다. 표면 부분(12b)은 베어링(2)의 내륜(2i)에 면한 테이퍼면이다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(12b)에 고정되어 있다. 열 유속 센서(11)는 대좌(12)에 인접하는 베어링(2)의 내륜(2i)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 열 유속 센서(11)를 대좌(12)에서 베어링(2)에 면하는 표면 부분(12c)에 고정해도 좋다.
또한, 도 16에 도시한 베어링 장치(1)에서는 예압부의 중간 부재(10)가, 회전체(5)에 면하는 표면 부분(10a)과, 베어링(2)의 전동체(2t)에 면하고 베어링(2)의 래디얼 방향으로 늘어나는 표면 부분(10c)과, 표면 부분(10a)과 표면 부분(10c)을 접속하는 표면 부분(10b)을 포함한다. 표면 부분(10b)은 베어링(2)의 내륜(2i)에 면한 테이퍼면이다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(10b)에 고정되어 있다. 열 유속 센서(11)는 중간 부재(10)에 인접하는 베어링(2)의 내륜(2i)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 열 유속 센서(11)를 중간 부재(10)에서 베어링(2)에 면하는 표면 부분(12c)에 고정해도 좋다.
도 17은 본 발명의 실시의 형태 10에 관한 베어링 장치의 변형례의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 17에 도시한 베어링 장치(1)는 기본적으로는 도 4에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 구성을 구비하지만, 간좌(20) 및 중간 부재(10)의 형상과, 열 유속 센서(11)의 배치가 도 4에 도시한 베어링 장치(1)와 다르다. 즉, 도 17에 도시한 베어링 장치(1)에서는 간좌(20)가, 회전체(5)에 면하는 표면 부분(20a)과, 베어링(2)의 전동체(2t)에 면하고 베어링(2)의 래디얼 방향으로 늘어나는 표면 부분(20c)과, 표면 부분(20a)과 표면 부분(20c)을 접속하는 표면 부분(20b)을 포함한다. 표면 부분(20b)은 베어링(2)의 내륜(2i)에 면한 테이퍼면이다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(12b)에 고정되어 있다. 열 유속 센서(11)는 대좌(12)에 인접하는 베어링(2)의 내륜(2i)에 대향하도록 배치되어 있다. 도 17에 도시하는 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)가 회전체(5)에서 보아 간좌(20)에서의 공급구(21)와 반대측의 영역에 배치되어 있다. 또한, 열 유속 센서(11)를 간좌(20)에서 공급구(21)에 인접하는 표면 부분(20b)에 고정해도 좋다. 열 유속 센서(11)를 간좌(20)에서 베어링(2)에 면하는 표면 부분(20c)에 고정해도 좋다.
또한, 도 17에 도시한 베어링 장치(1)에서는 예압부의 중간 부재(10)가, 도 16에 도시한 베어링 장치(1)와 마찬가지로 회전체(5)에 면하는 표면 부분(10a)과, 베어링(2)의 전동체(2t)에 면하는 표면 부분(10c)과, 표면 부분(10a)과 표면 부분(10c)을 접속하는 표면 부분(10b)을 포함한다. 열 유속 센서(11)는 표면 부분(10b)에 고정되어 있다. 열 유속 센서(11)는 중간 부재(10)에 인접하는 베어링(2)의 내륜(2i)에 대향하도록 배치되어 있다. 도 17에 도시하는 베어링 장치(1)에서는 열 유속 센서(11)가 회전체(5)에서 보아 중간 부재(10)에서의 공급구(21)와 반대측의 영역에 배치되어 있다. 또한, 열 유속 센서(11)를 중간 부재(10)에서 공급구(21)에 인접하는 표면 부분(10b)에 고정해도 좋다. 열 유속 센서(11)를 중간 부재(10)에서 베어링(2)에 면하는 표면 부분(12c)에 고정해도 좋다.
<작용 효과>
도 16 및 도 17에 도시한 베어링 장치(1)에서 열 유속 센서(11)는 베어링(2)에 대향하도록 배치되어 있다. 구체적으로는 열 유속 센서(11)는 중간 부재(10), 대좌(12) 및 간좌(20)에서 베어링(2)에 면하는 표면 부분(10b, 12b, 20b)에 고정되어 있다. 이 때문에 도 3 또는 도 4에 도시한 베어링 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있음과 함께 베어링(2)의 이상 등에 기인하는 전동체(2t)와 내륜(2i) 사이에서의 발열에 의한 온도 변화를 열 유속 센서(11)에 의해 신속하면서 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 열 유속 센서(11)가 베어링(2)에 대향하는 경우 내륜(2i)에 근접하는 편이 바람직하다.
또한, 열 유속 센서(11)를 중간 부재(10), 대좌(12) 및 간좌(20)에서 베어링(2)의 전동체(2t)에 면하는 표면 부분(10c, 12c, 20c)에 고정해도 좋다. 이 경우 베어링(2)의 이상에 기인하는 전동체(2t)의 발열에 의한 온도 변화를 열 유속 센서(11)에 의해 신속하면서 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 열 유속 센서(11)를 베어링(2)의 내륜(2i)과 같이 회전체(5)에 당접된 부재에 면하도록 배치해도 좋다. 이와 같이, 열 유속 센서(11)를 가능한 한 발열 부위에 근접하여 대향 배치함으로써 발열 부위에서의 온도 변화를 신속하게 검출할 수 있다.
열 유속 센서(11)를 가능한 한 발열 부위에 근접하여 대향 배치하기 위해, 발열 부위에 근접하는 회전체(5)에 마련한 오목부 또는 볼록부, 회전체(5)의 단면에 대향하는 위치에 열 유속 센서(11)를 배치하는 구조라도 좋고, 표면 부분(10c, 12c, 20c)에 도시하지 않는 오목부(홈)를 마련하고, 오목부에 열 유속 센서(11)를 고정해도 좋다. 또한, 열 유속 센서(11)를 링형상으로 형성해도 좋으며 열 유속 센서(11)의 형상은 묻지 않는다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되는 것이 당연하다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 베어링 장치 2, 33: 베어링
2g, 33b: 외륜 2i, 33a: 내륜
2r: 유지기 2t: 전동체
3: 예압부 4: 하우징
4Ad, 4c: 내주면 4a, 4b: 단차부
5: 회전체 6 : 컬러
7, 36: 너트 8: 스프링 홀더
8a: 일단면
8b, 10a, 10b, 10c, 12a, 12b, 12c, 20a, 20b, 20c: 표면 부분
9: 스프링 10: 중간 부재
11: 열 유속 센서 12, 13: 대좌
14: 영역 20: 간좌
21: 공급구 22, 602: 온도 센서
30: 스핀들 장치 31: 모터
32: 외통 34: 통형상 부재
35: 내륜 누르개 37, 38: 위치 결정 부재
39: 단부재 40: 공간부
41: 로터 42: 스테이터
100: 이상 진단부 101: 축 회전 속도 신호
102: 이상 회피 동작 지시 신호 200: 송신부
201, 302: 신호 처리부 202: 데이터 송신부
300: 수신 장치 301: 데이터 수신부
303: 이상 판정부 600: 제어 장치
601: 판정부 603: 가속도 센서
604: 하중 센서 605: 회전 센서
D1: 기계 정보 D2: 판정 기준
G: 냉각 매체 유로

Claims (13)

  1. 회전체를 지지하기 위한 베어링과,
    상기 베어링에 예압을 인가하는 탄성체를 포함하는 예압부와,
    상기 베어링을 고정하는 하우징과,
    상기 하우징 및 상기 예압부의 어느 일방에 고정되고 열 유속을 검출하는 열 유속 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 유속 센서는 상기 회전체에 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열 유속 센서는 상기 베어링에 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 유속 센서는 상기 하우징에서 상기 회전체에 면하는 내주면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 회전체에 면하는 내주면으로부터 상기 회전체를 향하여 마련한 대좌를 포함하고,
    상기 열 유속 센서는 상기 대좌에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예압부는 상기 회전체 및 상기 베어링의 어느 일방에 면하는 표면 부분을 포함하고,
    상기 열 유속 센서는 상기 표면 부분에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 예압부는
    상기 탄성체로서의 스프링과,
    상기 스프링을 수용하는 스프링 홀더를 포함하고,
    상기 표면 부분은 상기 스프링 홀더의 표면의 일부인 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 예압부는
    상기 탄성체로서의 스프링과,
    상기 스프링과 상기 베어링 사이에 배치되는 중간 부재를 포함하고,
    상기 표면 부분은 상기 중간 부재의 표면의 일부인 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링에 인접하여 배치되는 간좌를 구비하고,
    상기 간좌에는 상기 베어링에 윤활용 유체를 공급하기 위한 공급구가 형성되고
    상기 간좌는 상기 회전체 및 상기 베어링의 어느 일방에 면하는 표면 부분을 포함하고,
    상기 열 유속 센서는 상기 표면 부분에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 유속 센서의 출력 정보를 무선 송신하는 송신부를 구비하고,
    상기 송신부는 상기 베어링의 이상 진단을 행하는 수신 장치에 상기 열 유속 센서의 출력 정보를 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 유속 센서의 출력 정보에 의거하여 상기 베어링의 이상을 진단하는 이상 진단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 유속 센서와는 별도로 배치한 다른 센서를 구비하고,
    상기 열 유속 센서의 출력 정보 및 상기 다른 센서의 출력 정보는 상기 이상 진단부에 송신되고
    상기 이상 진단부는 상기 열 유속 센서의 출력 정보, 상기 다른 센서의 출력 정보 및 상기 회전체의 회전 속도의 정보에 의거하여 상기 베어링의 이상을 진단하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 베어링 장치와,
    상기 회전체를 회전시키는 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 장치.
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