JP2004169756A - センサ付軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
【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
Claims (3)
- 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。 - 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。
- 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。
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