JP2018128028A - Cooling unit and cooling system including the same - Google Patents

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伊藤 浩義
Hiroyoshi Ito
浩義 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling unit which can cool a bearing without using a cooling device which receives power or electric power from the outside.SOLUTION: A cooling unit includes: a power generation part 95 which generates power by a temperature difference between an inner ring and an outer ring of a bearing; cooling parts 94A, 94B which use the electric power generated by the power generation part 95 to cool the bearing; and a spacer which houses the power generation part 95 and the cooling parts 94A, 94B. The spacer includes: an inner ring spacer 34 which contacts with the inner ring; and an outer ring spacer 33 which contacts with the outer ring. The power generation part 95 includes: a power generation element 25 which utilizes seebeck effect caused by a temperature difference to generate power; and a first heat sink 96 which contacts with a first surface of the power generation element 25. A second surface of the power generation element 25 contacts with the outer ring spacer 33, and heat of the outer ring is conducted by the outer ring spacer 33. The cooling parts 94A, 94B include cooling elements 90A, 90B which utilize peltier effect to perform cooling.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

この発明は、軸受を冷却する冷却ユニットに関し、より特定的には軸受に発生する温度差を利用して発電を行ない、発電した電力を有効利用して軸受を冷却する冷却ユニットおよびそれを備える冷却システムに関する。   The present invention relates to a cooling unit that cools a bearing, and more specifically, a cooling unit that generates power by using a temperature difference generated in the bearing and cools the bearing by effectively using the generated power, and a cooling including the cooling unit. About the system.

工作機スピンドルなどに使用される軸受は、高速回転するため発熱量が大きい。それ故に、スピンドル外部に冷却装置を設けて、外部から強制的に冷却(水冷,油冷)している。   Bearings used for machine tool spindles and the like generate a large amount of heat because they rotate at high speed. Therefore, a cooling device is provided outside the spindle to forcibly cool (water cooling, oil cooling) from the outside.

特開2014−62616号公報(特許文献1)には、圧縮空気を使用して、内輪を冷却する軸受装置の冷却構造が開示されている。この先行技術の冷却構造は、軸受ハウジング外部に設置するコンプレッサ等から、配管を接続してハウジング内部に圧縮空気を吐出する。   Japanese Patent Laying-Open No. 2014-62616 (Patent Document 1) discloses a cooling structure for a bearing device that cools an inner ring using compressed air. This prior art cooling structure discharges compressed air into the housing by connecting piping from a compressor or the like installed outside the bearing housing.

特開2014−62616号公報JP 2014-62616 A

特開2014−62616号公報の冷却構造では、コンプレッサ等の設置費用やスペースが必要であり、また、配管工事等の費用等が必要になる。   In the cooling structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-62616, installation cost and space for a compressor and the like are required, and costs for piping work and the like are required.

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、その目的は、外部から動力または電力を受ける冷却装置を用いることなく、軸受を冷却することができる冷却ユニットおよびそれを備える冷却システムを提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling unit that can cool a bearing without using a cooling device that receives power or electric power from the outside, and the cooling unit. A cooling system is provided.

本開示の軸受を冷却する冷却ユニットは、軸受の内輪と外輪の温度差によって発電する発電部と、発電部で発電した電力を用いて軸受を冷却する冷却部とを備える。   A cooling unit that cools a bearing according to the present disclosure includes a power generation unit that generates power based on a temperature difference between an inner ring and an outer ring of the bearing, and a cooling unit that cools the bearing using electric power generated by the power generation unit.

好ましくは、冷却ユニットは、発電部および冷却部を収容する間座をさらに備える。間座は、内輪に当接する内輪間座と、外輪に当接する外輪間座とを含む。発電部は、第1面と第2面を有し、第1面と第2面の温度差からゼーベック効果を利用して発電を行なう発電素子と、発電素子の第1面に当接する第1ヒートシンクとを含む。発電素子の第2面は、外輪間座に当接し、外輪の熱が外輪間座によって伝導される。   Preferably, the cooling unit further includes a spacer that houses the power generation unit and the cooling unit. The spacer includes an inner ring spacer that contacts the inner ring and an outer ring spacer that contacts the outer ring. The power generation unit has a first surface and a second surface, a power generation element that generates power using the Seebeck effect from a temperature difference between the first surface and the second surface, and a first surface that contacts the first surface of the power generation element Including heat sink. The second surface of the power generation element abuts on the outer ring spacer, and heat of the outer ring is conducted by the outer ring spacer.

より好ましくは、冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含む。
さらに好ましくは、冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有する。冷却ユニットは、冷却素子の第3面に当接する第2ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、第4面が外輪間座に当接するように配置される。
More preferably, the cooling unit includes a cooling element that performs cooling using the Peltier effect.
More preferably, the cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed. The cooling unit further includes a second heat sink that contacts the third surface of the cooling element. The cooling element is disposed such that the fourth surface is in contact with the outer ring spacer.

さらに好ましくは、冷却ユニットは、外輪に当接する第2ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有する。冷却素子は、第4面が第2ヒートシンクに当接し、第3面が第1ヒートシンクに当接するように配置される。   More preferably, the cooling unit further includes a second heat sink that contacts the outer ring. The cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed. The cooling element is arranged such that the fourth surface contacts the second heat sink and the third surface contacts the first heat sink.

さらに好ましくは、冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有する。冷却ユニットは、冷却素子の第4面に当接する第2ヒートシンクをさらに備える。冷却素子は、第3面が外輪間座に当接するように配置される。   More preferably, the cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed. The cooling unit further includes a second heat sink that contacts the fourth surface of the cooling element. The cooling element is disposed such that the third surface is in contact with the outer ring spacer.

好ましくは、冷却ユニットは、発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置と、蓄電装置の蓄電電圧に閾値を設けて蓄電電圧が閾値に達した時点で放電を行ない、放電後の電圧を軸受の温度に応じて設定する放電制御部とをさらに備える。   Preferably, the cooling unit includes a power supply circuit that boosts the power generated by the power generation unit, a power storage device that is charged with a voltage boosted by the power supply circuit, and a threshold value that is set for the power storage voltage of the power storage device. A discharge controller is further provided for discharging at the time of reaching and setting the voltage after discharge according to the temperature of the bearing.

好ましくは、冷却ユニットは、軸受の温度を検出する温度センサと、温度センサによって検出された温度の情報を記憶するメモリと、メモリに記憶された情報を赤外線通信によって送信するための発光部とをさらに備える。   Preferably, the cooling unit includes a temperature sensor that detects the temperature of the bearing, a memory that stores information on the temperature detected by the temperature sensor, and a light emitting unit that transmits the information stored in the memory by infrared communication. Further prepare.

この開示の冷却システムは、上記いずれかの冷却ユニットと、軸受が用いられる装置の外部に配置される温度監視ユニットとを備える。温度監視ユニットは、発光部からの赤外光を受光する受光部と、情報を表示する表示部と、受光部および表示部を制御する監視制御部とを含む。   The cooling system according to the present disclosure includes any one of the cooling units described above and a temperature monitoring unit disposed outside the apparatus in which the bearing is used. The temperature monitoring unit includes a light receiving unit that receives infrared light from the light emitting unit, a display unit that displays information, and a monitoring control unit that controls the light receiving unit and the display unit.

好ましくは、軸受の温度履歴は、発光部から温度監視ユニットに赤外線通信によって送信される。監視制御部は、温度履歴を表示部に表示させる。   Preferably, the temperature history of the bearing is transmitted from the light emitting unit to the temperature monitoring unit by infrared communication. The monitoring control unit displays the temperature history on the display unit.

より好ましくは、温度監視ユニット内の受光部は常時運転状態に保持される。発光部からの赤外線を受光した事により、温度監視ユニット内の監視制御部が起動する。監視制御部は、メモリに温度履歴を記録し、その後再度スリープ状態となる。   More preferably, the light receiving unit in the temperature monitoring unit is kept in a constantly operating state. When the infrared ray from the light emitting unit is received, the monitoring control unit in the temperature monitoring unit is activated. The monitoring control unit records the temperature history in the memory, and then enters the sleep state again.

より好ましくは、温度監視ユニットは、スイッチを含む。スイッチの操作に応じて監視制御部がスリープ状態から起動し、メモリに記録した転がり軸受の温度履歴を液晶モニタに表示し、一定時間後に再度スリープ状態となる。   More preferably, the temperature monitoring unit includes a switch. In response to the operation of the switch, the monitoring controller starts from the sleep state, displays the temperature history of the rolling bearing recorded in the memory on the liquid crystal monitor, and again enters the sleep state after a predetermined time.

好ましくは、受光部と発光部とは、冷却ユニット、外輪間座およびスピンドルハウジングに設けられた貫通孔を赤外光の光軸として赤外線通信を行なう。   Preferably, the light receiving unit and the light emitting unit perform infrared communication using a through hole provided in the cooling unit, the outer ring spacer and the spindle housing as an optical axis of infrared light.

本発明では、軸受内外輪の温度差により発電する電力を有効利用して、軸受を冷却することができる。   In the present invention, the bearing can be cooled by effectively using the power generated by the temperature difference between the bearing inner and outer rings.

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。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the mechanical apparatus which concerns on this embodiment. 図1に示した機械装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the mechanical apparatus shown in FIG. 図1に示した機械装置に取り付けられた温度監視ユニット70の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the temperature monitoring unit 70 attached to the machine apparatus shown in FIG. 冷却システムにおける冷却ユニットの制御基板と外部ユニットの制御基板の概略構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating schematic structure of the control board of the cooling unit in a cooling system, and the control board of an external unit. 温度監視ユニットの監視制御部80の起動とスリープ状態への移行の第1例について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the 1st example of starting of the monitoring control part 80 of a temperature monitoring unit, and the transfer to a sleep state. 温度監視ユニットの監視制御部80の起動とスリープ状態への移行の第2例について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the 2nd example of starting of the monitoring control part 80 of a temperature monitoring unit, and the transfer to a sleep state. 冷却ユニットの発電から冷却までの一連の流れを示す図である。It is a figure which shows a series of flows from the electric power generation of a cooling unit to cooling. 実施の形態1の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of components of the cooling unit according to the first embodiment. 図8のIX−O−IXにおける断面図である。It is sectional drawing in IX-O-IX of FIG. 実施の形態2の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the component of the cooling unit of Embodiment 2. FIG. 図10のXI−O−XIにおける断面図である。It is sectional drawing in XI-O-XI of FIG. 図11のXII−XIIにおける冷却部の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cooling part in XII-XII of FIG. 軸受外輪側温度と蓄電電圧の経時変化を示す図である。It is a figure which shows a time-dependent change of a bearing outer ring side temperature and an electrical storage voltage. 制御回路27のマイクロコンピュータが実行する冷却(放電)開始の判定処理を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing a cooling (discharge) start determination process executed by a microcomputer of a control circuit 27. 制御回路27のマイクロコンピュータが実行する冷却(放電)停止の判定処理を示したフローチャートである。5 is a flowchart showing a cooling (discharge) stop determination process executed by a microcomputer of a control circuit 27;

以下、図面を参照し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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
<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の冷却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。
[Embodiment 1]
<Configuration of mechanical device>
With reference to FIGS. 1-3, the structure of the spindle for machine tools which is an example of the machine apparatus to which the cooling device of the bearing which concerns on this embodiment is applied is demonstrated.

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。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a mechanical device according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the mechanical device shown in FIG.

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。   With reference to FIGS. 1 and 2, a machine tool spindle 50 according to this embodiment includes a rotation shaft 51, a spindle housing 52 arranged to surround the rotation shaft 51, and an outer periphery of the spindle housing 52. It includes an outer peripheral housing 53 that is arranged, and a bearing device that rotatably holds the rotating shaft 51 with respect to the spindle housing 52.

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。   Two bearing devices are arranged on the outer periphery of the rotating shaft 51. The inner ring 14 and the inner ring spacer 34 of the bearing in the bearing device are fitted and fixed to the side surface of the rotating shaft 51. Further, the outer ring 13 of the bearing and the outer ring spacer 33 are fitted and fixed to the inner peripheral surface of the spindle housing 52. The bearing including the inner ring 14, the outer ring 13, and the rolling elements 15 that are balls disposed between the inner ring 14 and the outer ring 13 is an angular ball bearing.

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、冷却ユニット20が配置されている。また、2つの軸受の間(冷却ユニット20が配置された側と反対側)には、回転軸51およびスピンドルハウジング52に他の間座が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。   The cooling unit 20 is arranged between the inner ring spacer 34 and the outer ring spacer 33 arranged so as to be adjacent to the bearing. Further, between the two bearings (on the side opposite to the side where the cooling unit 20 is disposed), other spacers are fitted and fixed to the rotating shaft 51 and the spindle housing 52, and the inner ring 14 and the outer ring 13 are connected. It has been hit.

冷却ユニット20は、図2に示すように、円環状のハウジング内に配置された制御回路27を含む。冷却ユニット20は、さらに、発電部と、蓄電部を含む電源回路と、冷却部とを含む。なお、冷却ユニット20を含む軸受装置の詳細な構成については後述する。   As shown in FIG. 2, the cooling unit 20 includes a control circuit 27 disposed in an annular housing. Cooling unit 20 further includes a power generation unit, a power supply circuit including a power storage unit, and a cooling unit. The detailed configuration of the bearing device including the cooling unit 20 will be described later.

冷却ユニット20の制御回路27と対向する領域には、冷却ユニットのハウジング97(図8参照)、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の表面に温度監視ユニット70を固定する平面部が設けられ、この平面部上に台座57が配置されている。台座57上に基板56が配置されている。   In a region facing the control circuit 27 of the cooling unit 20, a through hole penetrating the housing 97 (see FIG. 8), the outer ring spacer 33, the spindle housing 52 and the outer peripheral housing 53 of the cooling unit is formed. A flat portion for fixing the temperature monitoring unit 70 on the surface of the outer peripheral housing 53 is provided at the outer peripheral side end portion of the through hole, and a pedestal 57 is disposed on the flat portion. A substrate 56 is disposed on the pedestal 57.

冷却ユニット20の制御回路27は、発光素子54と接続されている。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、基板56上に実装されている。   The control circuit 27 of the cooling unit 20 is connected to the light emitting element 54. The substrate 56 is connected to the light receiving element 55. For example, the light emitting element 54 is mounted on the control board on which the control circuit 27 is formed, and the light receiving element 55 is mounted on the board 56.

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、貫通孔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孔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、これに後述する軸受の温度に関する情報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。温度情報の送受信は、赤外線通信に代えて、赤外光に限らず他の光を使用する通信であってもよく、電波を使用する通信であっても良い。   The light emitting element 54 and the light receiving element 55 are arranged to face each other with the through hole interposed therebetween so that the light emitted from the light emitting element 54 is received by the light receiving element 55 through the through hole. That is, the light emitting element 54 and the light receiving element 55 are arranged so that the optical axis of the light emitted from the light emitting element 54 passes through the through hole. The light transmitted and received between the light emitting element 54 and the light receiving element 55 may have an arbitrary wavelength, but is, for example, infrared light (infrared light). In other words, the light-emitting element 54 is provided so that, for example, infrared light is used as a carrier wave and light on which a signal wave including information related to the temperature of a bearing, which will be described later, is superimposed can be emitted toward the light-receiving element 55. As the light emitting element 54, for example, an infrared light emitting diode is used. As the light receiving element 55, for example, a photodiode is used. The transmission / reception of temperature information may be communication using other light instead of infrared light instead of infrared communication, or communication using radio waves.

図3は、図1に示した機械装置に取り付けられた温度監視ユニット70の平面図および断面図である。図2、図3を参照して、カバー部材58は、台座57上に配置された基板56を覆うように、台座57に固定されている。基板56上には、基板56の回路を駆動するための電源である電池62と、監視制御部80と、液晶モニタ64とが配置されている。電池62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62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。基板56の表面にはこのような電池62を固定するための電池ホルダが配置されている。   FIG. 3 is a plan view and a sectional view of the temperature monitoring unit 70 attached to the machine apparatus shown in FIG. Referring to FIGS. 2 and 3, cover member 58 is fixed to pedestal 57 so as to cover substrate 56 disposed on pedestal 57. On the substrate 56, a battery 62, which is a power source for driving the circuit of the substrate 56, a monitoring control unit 80, and a liquid crystal monitor 64 are arranged. As the battery 62, for example, a coin-type battery or a button-type battery can be used. Although it is desirable to use a lithium ion battery as the battery 62, other batteries such as a nickel metal hydride battery may be used. A battery holder for fixing such a battery 62 is disposed on the surface of the substrate 56.

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62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。   The cover member 58 is formed with a U-shaped elongated hole (a hole in which the fixing bolt is disposed) so that the cover member 58 can be removed from the pedestal 57 simply by loosening the fixing bolt as a connecting member with the pedestal 57. The replacement of the battery 62 can be performed with the cover member 58 removed from the pedestal 57.

台座57とカバー部材58とにより密閉された空間に収容される基板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。   A substrate 56 accommodated in a space sealed by the pedestal 57 and the cover member 58 constitutes a main part of the external unit. The pedestal 57 and the cover member 58 can be added with an arbitrary waterproof structure in order to prevent intrusion of coolant or the like used during processing using the processing machine spindle. As the waterproof structure, for example, packing, O-ring, caulking, resin mold or the like can be used.

なお、カバー部材58は、液晶モニタ64の表示内容が視認できるように確認用の窓を設けるか、または透明材料を用いることが好ましい。なお、液晶モニタ64を設ける代わりに、無線通信によって温度監視ユニット70の外部にデータを転送するように構成しても良い。この場合、無線LAN(Wi-Fi(登録商標))、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)等を用いた通信を行なう送信部を用意して、パーソナルコンピュータなどに温度監視結果を示すデータを取り込んでも良い。   The cover member 58 is preferably provided with a confirmation window so that the display content of the liquid crystal monitor 64 can be visually recognized, or a transparent material is used. Instead of providing the liquid crystal monitor 64, data may be transferred to the outside of the temperature monitoring unit 70 by wireless communication. In this case, a transmitter that performs communication using a wireless LAN (Wi-Fi (registered trademark)), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), etc. is prepared, and data indicating the temperature monitoring result on a personal computer or the like May be taken in.

図4は、冷却システムにおける冷却ユニットの制御基板と外部ユニットの制御基板の概略構成を説明するためのブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram for explaining a schematic configuration of the control board of the cooling unit and the control board of the external unit in the cooling system.

図4を参照して、冷却ユニットの制御回路27の基板には、マイクロコンピュータ59と発光素子54とが搭載される。マイクロコンピュータ59は、温度センサ9と接続され、温度センサ9が検出した温度を取得することができる。   Referring to FIG. 4, microcomputer 59 and light emitting element 54 are mounted on the substrate of control circuit 27 of the cooling unit. The microcomputer 59 is connected to the temperature sensor 9 and can acquire the temperature detected by the temperature sensor 9.

外部ユニットの基板56には、電池62と監視制御部80と、受光素子55と、液晶モニタ64と、スイッチ66とが搭載される。   A battery 62, a monitoring controller 80, a light receiving element 55, a liquid crystal monitor 64, and a switch 66 are mounted on the substrate 56 of the external unit.

監視制御部80は、受光素子55を常時監視する受光監視部82と、受光監視部82によってスリープ状態から起動されるCPU86と、受光素子55によって受信された軸受の温度情報を記憶するメモリ84とを含む。   The monitoring control unit 80 includes a light receiving monitoring unit 82 that constantly monitors the light receiving element 55, a CPU 86 that is activated from the sleep state by the light receiving monitoring unit 82, and a memory 84 that stores temperature information of the bearing received by the light receiving element 55. including.

温度監視ユニット70内の基板56に実装された受光素子55は、発光素子54から送信された信号を受信し、監視制御部80のメモリ84に情報を記録する。   The light receiving element 55 mounted on the substrate 56 in the temperature monitoring unit 70 receives the signal transmitted from the light emitting element 54 and records information in the memory 84 of the monitoring control unit 80.

但し、温度監視ユニット70内のCPU86は、通常スリープ状態を保持し、受光素子55および受光監視部82が信号を受信したタイミングで起動するように設定される。受光素子55および受光監視部82は、常時受信状態で待機する。   However, the CPU 86 in the temperature monitoring unit 70 is set so as to maintain the normal sleep state and to be activated at the timing when the light receiving element 55 and the light receiving monitoring unit 82 receive the signal. The light receiving element 55 and the light reception monitoring unit 82 always stand by in a reception state.

図5は、温度監視ユニットの監視制御部80の起動とスリープ状態への移行の第1例について説明するためのフローチャートである。図5を参照して、監視制御部80は、ステップS1において赤外光の受光の有無を判断する。ステップS1において受光監視部82が受光を確認した場合、ステップS2において、CPU86が起動する。そしてCPU86は、ステップS3において発光素子54から温度情報を受信し、ステップS4において受信した温度情報をメモリ84に記憶させる。メモリ84への情報の記録が完了すると、ステップS5においてCPU86は再びスリープ状態に移行する。   FIG. 5 is a flowchart for explaining a first example of activation of the monitoring control unit 80 of the temperature monitoring unit and transition to the sleep state. Referring to FIG. 5, monitoring control unit 80 determines whether or not infrared light is received in step S1. If the light reception monitoring unit 82 confirms light reception in step S1, the CPU 86 is activated in step S2. The CPU 86 receives the temperature information from the light emitting element 54 in step S3, and stores the received temperature information in the memory 84 in step S4. When the recording of information in the memory 84 is completed, the CPU 86 shifts to the sleep state again in step S5.

さらに、装置を扱う作業者が、軸受外輪側温度を確認したい時に、確認用のスイッチ66を操作することによって、CPU86が起動するとともに液晶モニタ64が動作し、その情報を表示する。   Further, when the operator who handles the apparatus wants to check the bearing outer ring side temperature, by operating the confirmation switch 66, the CPU 86 is activated and the liquid crystal monitor 64 is operated to display the information.

図6は、温度監視ユニットの監視制御部80の起動とスリープ状態への移行の第2例について説明するためのフローチャートである。図6を参照して、CPU86は、ステップS11においてスイッチ66が操作された場合(S11でYES)S12において起動し、ステップS13においてメモリ84から温度情報を読み出す。そして、ステップS14において温度履歴を液晶モニタ64に表示させる。そしてステップS15において一定時間が経過するまでは(S15でNO)、液晶モニタ64への表示が継続される。   FIG. 6 is a flowchart for explaining a second example of activation of the monitoring control unit 80 of the temperature monitoring unit and transition to the sleep state. Referring to FIG. 6, when switch 66 is operated in step S11 (YES in S11), CPU 86 starts in S12, and reads temperature information from memory 84 in step S13. In step S14, the temperature history is displayed on the liquid crystal monitor 64. The display on the liquid crystal monitor 64 is continued until a predetermined time has elapsed in step S15 (NO in S15).

ステップS15において一定時間が経過した場合(S15でYES)、CPU86は液晶モニタ64をオフし、ステップS17において再びスリープ状態に移行する。   If the predetermined time has elapsed in step S15 (YES in S15), the CPU 86 turns off the liquid crystal monitor 64 and shifts to the sleep state again in step S17.

このように待機状態にCPU86および液晶モニタ64をスリープ状態とすることによって、電力消費を少なくする事ができる。   Thus, by putting the CPU 86 and the liquid crystal monitor 64 in the sleep state in the standby state, power consumption can be reduced.

実施の形態1では、ユニットを組み込んだ装置(スピンドル)の外部から、軸受外輪側温度をモニタできるようにするために以下の構成を採用している。   In the first embodiment, the following configuration is adopted so that the bearing outer ring side temperature can be monitored from the outside of the apparatus (spindle) incorporating the unit.

まず、第1に、冷却ユニット内部の制御基板に赤外線発光素子を実装し、ユニットからスピンドルハウジング外周面まで貫通穴を設け、外周面に温度監視ユニットを設ける。温度監視ユニット内部の基板には、赤外線受光素子を実装する。第2に、赤外線発光素子から温度情報を送信し、赤外線受光素子にて受信する。第3に、温度情報は、温度監視ユニットの制御基板に実装した液晶モニタに表示する。第4に、温度情報は、これまでの履歴がわかるようにする。   First, an infrared light emitting element is mounted on a control board inside the cooling unit, a through hole is provided from the unit to the outer peripheral surface of the spindle housing, and a temperature monitoring unit is provided on the outer peripheral surface. An infrared light receiving element is mounted on the substrate inside the temperature monitoring unit. Second, temperature information is transmitted from the infrared light emitting element and received by the infrared light receiving element. Third, the temperature information is displayed on a liquid crystal monitor mounted on the control board of the temperature monitoring unit. Fourthly, the temperature information makes it possible to know the history so far.

このように構成すれば、軸受外輪側の温度をユニット外部でモニタできるため、軸受装置の信頼性が向上するとともに、メンテナンスの時期を把握できる。   With this configuration, the temperature on the bearing outer ring side can be monitored outside the unit, so that the reliability of the bearing device is improved and the time for maintenance can be grasped.

<軸受装置および冷却システムの構成の詳細>
図7〜図9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冷却ユニット20の細部について説明する。
<Details of configuration of bearing device and cooling system>
With reference to FIGS. 7-9, the detail of the bearing apparatus and the cooling unit 20 which are used for the mechanical apparatus shown in the said FIG. 1 is demonstrated.

図7は、冷却ユニットの発電から冷却までの一連の流れを示す図である。図7を参照して、冷却ユニット20は、熱電素子(発電用)、5と、電源回路26と、制御回路27と、熱電素子(冷却用)90、と蓄電装置92と、温度センサ9とを含む。   FIG. 7 is a diagram showing a series of flow from power generation to cooling of the cooling unit. Referring to FIG. 7, cooling unit 20 includes thermoelectric elements (for power generation) 5, power supply circuit 26, control circuit 27, thermoelectric elements (for cooling) 90, power storage device 92, and temperature sensor 9. including.

軸受内外輪は、回転により相対的に温度差が発生し、外輪13に対して内輪14の温度が高くなる。熱電素子25は、この温度差によって発電を行なう。   The inner and outer rings of the bearing cause a temperature difference relative to the rotation, and the temperature of the inner ring 14 is higher than that of the outer ring 13. The thermoelectric element 25 generates power based on this temperature difference.

熱電素子25で発電された電力は、電源回路26に入力され一定の電圧に昇圧される。一定の電圧に昇圧された電力は、制御回路27のマイクロコンピュータ等に入力されると同時に、蓄電装置92の二次電池や電気二重層コンデンサなどに充電または蓄電される。さらに、蓄電後の電力は制御回路27に入力される。蓄電装置92に蓄電された電力は、マイコン制御などにより、冷却部の熱電素子90(冷却用)に供給される。(冷却に関する時間的条件は、予め任意に設定可能である。)
一方、外輪側温度を検出する温度センサ9の出力信号は、制御回路27のマイクロコンピュータなどに入力される。
The electric power generated by the thermoelectric element 25 is input to the power supply circuit 26 and boosted to a constant voltage. The electric power boosted to a constant voltage is input to the microcomputer or the like of the control circuit 27, and at the same time, charged or stored in a secondary battery or an electric double layer capacitor of the power storage device 92. Further, the stored electric power is input to the control circuit 27. The electric power stored in the power storage device 92 is supplied to the thermoelectric element 90 (for cooling) of the cooling unit by microcomputer control or the like. (Time conditions regarding cooling can be arbitrarily set in advance.)
On the other hand, the output signal of the temperature sensor 9 for detecting the outer ring side temperature is input to the microcomputer of the control circuit 27 and the like.

蓄電後の電圧と温度センサの出力信号にそれぞれ閾値Vth,Tthを設け、両者が閾値を超えた時点で制御回路27から冷却用の熱電素子90に電力を供給することによって、熱電素子90の両面に温度差を発生させ、軸受の外輪側を冷却する。さらに、軸受の外輪側が冷却されることにより、軸受の内輪と外輪との間に温度差が発生し、熱電素子25での発電に寄与する。   Threshold values Vth and Tth are provided for the voltage after storage and the output signal of the temperature sensor, respectively, and when both exceed the threshold value, power is supplied from the control circuit 27 to the thermoelectric element 90 for cooling. A temperature difference is generated in the bearing to cool the outer ring side of the bearing. Further, the outer ring side of the bearing is cooled, thereby generating a temperature difference between the inner ring and the outer ring of the bearing, which contributes to power generation by the thermoelectric element 25.

図8は、実施の形態1の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。図9は、図8のIX−O−IXにおける断面図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement of components of the cooling unit according to the first embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-O-IX in FIG.

図8、図9に示すように、転がり軸受の外輪13の端面に当接された外輪間座33の内周面に、冷却ユニット20の外周面が固定される。   As shown in FIGS. 8 and 9, the outer peripheral surface of the cooling unit 20 is fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33 that is in contact with the end surface of the outer ring 13 of the rolling bearing.

冷却ユニット20は、PPS(Poly Phenylene Sulfide)樹脂などの熱可塑性樹脂からなる円環状のハウジング97で、軸方向一端が開放され、同種の材料からなる蓋99により密封される。なお、蓋99はねじによりハウジング97に固定される。また、冷却ユニット20は、軸受静止輪(外輪13)に固定されても良い。   The cooling unit 20 is an annular housing 97 made of a thermoplastic resin such as PPS (Poly Phenylene Sulfide) resin, and one end in the axial direction is opened and sealed by a lid 99 made of the same kind of material. The lid 99 is fixed to the housing 97 with screws. Further, the cooling unit 20 may be fixed to the bearing stationary ring (outer ring 13).

冷却ユニット20のハウジング97内部には、円周方向に沿って発電部95、冷却部94A,94B,電源回路26,制御回路27,蓄電装置92,温度センサ9などが収容される。   Inside the housing 97 of the cooling unit 20, a power generation unit 95, cooling units 94A and 94B, a power supply circuit 26, a control circuit 27, a power storage device 92, a temperature sensor 9, and the like are accommodated along the circumferential direction.

発電部95には、温度差によって発電(ゼーベック効果)する熱電素子25を配置し、熱電素子25の高温側には熱伝導体(ヒートシンク)96が密着固定される。また、熱電素子25の低温側には外輪間座33の内周面が密着固定される。   A thermoelectric element 25 that generates electric power (Seebeck effect) due to a temperature difference is disposed in the power generation unit 95, and a heat conductor (heat sink) 96 is tightly fixed to the high temperature side of the thermoelectric element 25. In addition, the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33 is tightly fixed to the low temperature side of the thermoelectric element 25.

一方、冷却部94A,94Bには、電力供給により温度差が発生(ペルチェ効果)する熱電素子90A,90Bがそれぞれ配置され、熱電素子90A,90Bの高温側に熱伝導体(ヒートシンク)91A,91Bがそれぞれ密着固定される。また、熱電素子90A,90Bの低温側は外輪間座33の内周面に密着固定される。   On the other hand, thermoelectric elements 90A and 90B that generate a temperature difference (Peltier effect) by power supply are arranged in the cooling units 94A and 94B, respectively, and heat conductors (heat sinks) 91A and 91B are disposed on the high temperature side of the thermoelectric elements 90A and 90B. Are firmly fixed to each other. Further, the low temperature side of the thermoelectric elements 90 </ b> A and 90 </ b> B is closely fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33.

圧縮コイルばね98は、ハウジング97の内周壁と熱伝導体96,91A,91Bとの間に配置されている。熱伝導体96,91A,91Bは、圧縮コイルばね98の反発力により外径方向に押圧され、熱電素子25,90A,90Bが外輪間座33の内周面に一層密着固定される。また、温度センサ9は、外輪間座33の内周面に密着固定される。   The compression coil spring 98 is disposed between the inner peripheral wall of the housing 97 and the heat conductors 96, 91A, 91B. The heat conductors 96, 91 </ b> A, 91 </ b> B are pressed in the outer diameter direction by the repulsive force of the compression coil spring 98, and the thermoelectric elements 25, 90 </ b> A, 90 </ b> B are more closely fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33. Further, the temperature sensor 9 is tightly fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33.

なお、発電部の熱伝導体96の内径は、内輪間座34とは接していない。可能であれば、熱伝導体96の表面積を大きくする事が望ましい。   Note that the inner diameter of the heat conductor 96 of the power generation unit is not in contact with the inner ring spacer 34. If possible, it is desirable to increase the surface area of the heat conductor 96.

また、外輪間座33の内周面と熱電素子25との間、熱電素子25と熱伝導体96との間、熱電素子90A,90Bと熱伝導体91A,91Bとの間、熱電素子90A,90Bと外輪間座33の内周面との間には、熱伝導率(及び密着性)を高めるため、放熱グリースなどを塗布すると良い。放熱グリースは、一般的にシリコーンが主成分である。   Further, between the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33 and the thermoelectric element 25, between the thermoelectric element 25 and the heat conductor 96, between the thermoelectric elements 90A, 90B and the heat conductors 91A, 91B, the thermoelectric elements 90A, In order to improve thermal conductivity (and adhesion) between 90B and the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33, heat radiation grease or the like may be applied. Generally, the heat dissipating grease is mainly composed of silicone.

以上説明した実施の形態1では、外輪間座内周面に冷却ユニットを装着し、以下の(1)〜(6)の特徴を有する。
(1)高温側熱伝導体及び発電用熱電素子をセットで配置し、軸受内輪側の温度と外輪側の温度との差によって発電する。
(2)高温側熱伝導体及び冷却用熱電素子をセットで配置し、前記発電により得られた電力を、冷却用熱電素子に供給することによって、軸受外輪側を冷却する。
(3)軸受外輪側に温度センサを配置し、軸受外輪側の温度を検出する。
(4)熱電素子で発電した電圧を昇圧するための、電源回路を設ける。
(5)熱電素子で発電した電力を蓄電するための、蓄電回路(コンデンサ等含む)を設ける。
(6)蓄電した電力を冷却用熱電素子に供給するための、制御回路(マイコン等含む)を設ける。
In the first embodiment described above, the cooling unit is mounted on the inner peripheral surface of the outer ring spacer, and the following features (1) to (6) are provided.
(1) A high-temperature side heat conductor and a thermoelectric element for power generation are arranged as a set, and power is generated by the difference between the temperature on the bearing inner ring side and the temperature on the outer ring side.
(2) The high temperature side heat conductor and the cooling thermoelectric element are arranged as a set, and the power obtained by the power generation is supplied to the cooling thermoelectric element, thereby cooling the bearing outer ring side.
(3) A temperature sensor is arranged on the bearing outer ring side to detect the temperature on the bearing outer ring side.
(4) A power supply circuit is provided for boosting the voltage generated by the thermoelectric element.
(5) A storage circuit (including a capacitor or the like) for storing the power generated by the thermoelectric element is provided.
(6) A control circuit (including a microcomputer) for supplying the stored electric power to the cooling thermoelectric element is provided.

上記の特徴を有する本実施の形態の冷却ユニットは、ユニット内の発電用熱電素子で発電した電力を、冷却用熱電素子に供給するため、外部電力や外部装置等が不要となり、装置がコンパクトで、且つ省エネルギに貢献する。   The cooling unit of the present embodiment having the above characteristics supplies power generated by the thermoelectric element for power generation in the unit to the thermoelectric element for cooling, so that no external power or external device is required, and the apparatus is compact. And contribute to energy saving.

また、軸受外輪側の冷却開始時期や、冷却時間やインターバル等を任意に設定する事により、使用環境に応じた最適な冷却を行なうことができる。これによって、軸受の異常発熱を効果的に抑制することができ、軸受の寿命を伸ばすことができる。   In addition, by appropriately setting the cooling start time on the bearing outer ring side, the cooling time, the interval, and the like, it is possible to perform optimal cooling according to the use environment. Thereby, the abnormal heat generation of the bearing can be effectively suppressed, and the life of the bearing can be extended.

[実施の形態2]
実施の形態2は、冷却部の配置が実施の形態1とは少し異なる。図10は、実施の形態2の冷却ユニットの構成要素の配置を示す図である。図11は、図10のXI−O−XIにおける断面図である。図12は、図11のXII−XIIにおける冷却部の部分断面図である。
[Embodiment 2]
The second embodiment is slightly different from the first embodiment in the arrangement of the cooling unit. FIG. 10 is a diagram illustrating an arrangement of components of the cooling unit according to the second embodiment. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-O-XI in FIG. FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the cooling unit in XII-XII of FIG.

図10〜図12に示すように、転がり軸受の外輪13の端面に当接された外輪間座33の内周面に、冷却ユニット20Aの外周面が固定される。   As shown in FIGS. 10 to 12, the outer peripheral surface of the cooling unit 20 </ b> A is fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33 that is in contact with the end surface of the outer ring 13 of the rolling bearing.

冷却ユニット20Aは、PPSなどの熱可塑性樹脂からなる円環状のハウジング97で、軸方向一端が開放され、同種の材料からなる蓋99により密封される。なお、蓋99はねじによりハウジング97に固定される。また、冷却ユニット20Aは、軸受静止輪(外輪13)に固定されても良い。   The cooling unit 20A is an annular housing 97 made of a thermoplastic resin such as PPS, and one end in the axial direction is opened, and the cooling unit 20A is sealed by a lid 99 made of the same kind of material. The lid 99 is fixed to the housing 97 with screws. Further, the cooling unit 20A may be fixed to the bearing stationary ring (outer ring 13).

冷却ユニット20Aのハウジング97内部には、発電部195や冷却部,電源回路26,制御回路27,蓄電装置92,温度センサ109などが収容される。   Inside the housing 97 of the cooling unit 20A, a power generation unit 195, a cooling unit, a power supply circuit 26, a control circuit 27, a power storage device 92, a temperature sensor 109, and the like are housed.

発電部195には、温度差により発電する熱電素子25を配置し、熱電素子25の高温側に熱伝導体196(ヒートシンク)を密着固定する。一方、熱電素子25の低温側は外輪間座33の内周面に密着固定される。   A thermoelectric element 25 that generates power due to a temperature difference is disposed in the power generation unit 195, and a thermal conductor 196 (heat sink) is closely fixed to the high temperature side of the thermoelectric element 25. On the other hand, the low temperature side of the thermoelectric element 25 is tightly fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33.

熱伝導体196は、圧縮コイルばね98の反発力により外径方向に押圧されることにより、熱電素子25が外輪間座33の内周面に一層密着固定される。冷却部の熱電素子190は、熱伝導体196と熱伝導体191の間に挟み込まれる。熱伝導体196は、発電部195の高温側の熱伝導体と一体形状であり、低温側の熱伝導体191は、外輪13の端面に密着固定され、さらに熱電素子190の低温側が、熱伝導体191に密着固定される。実施の形態2では、熱伝導体196は、圧縮コイルばね98の押圧と同時に、外輪13の端面方向にも圧縮コイルばね198によっても押圧されることにより、冷却部の密着性が向上する。   When the heat conductor 196 is pressed in the outer diameter direction by the repulsive force of the compression coil spring 98, the thermoelectric element 25 is more closely fixed to the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33. The thermoelectric element 190 of the cooling unit is sandwiched between the heat conductor 196 and the heat conductor 191. The heat conductor 196 is integrally formed with the heat conductor on the high temperature side of the power generation unit 195, the heat conductor 191 on the low temperature side is tightly fixed to the end face of the outer ring 13, and the low temperature side of the thermoelectric element 190 is thermally conductive. The body 191 is tightly fixed. In the second embodiment, the heat conductor 196 is pressed by the compression coil spring 198 in the end face direction of the outer ring 13 simultaneously with the pressing of the compression coil spring 98, thereby improving the adhesion of the cooling unit.

また、温度センサ109は、熱伝導体191に密着固定される。
なお、発電部の熱伝導体196の内径は、内輪間座34とは接していない。可能であれば、熱伝導体196の表面積を大きくする事が望ましい。
Further, the temperature sensor 109 is fixed to the heat conductor 191 in close contact.
Note that the inner diameter of the heat conductor 196 of the power generation unit is not in contact with the inner ring spacer 34. If possible, it is desirable to increase the surface area of the heat conductor 196.

また、外輪間座33の内周面と熱電素子25との間、熱電素子25と熱伝導体196との間、熱電素子190と熱伝導体196との間、熱電素子190と熱伝導体191との間、外輪13の端面と熱伝導体191との間には、熱伝導率(及び密着性)を高めるため、放熱グリースなどを塗布すると良い。   Further, between the inner peripheral surface of the outer ring spacer 33 and the thermoelectric element 25, between the thermoelectric element 25 and the heat conductor 196, between the thermoelectric element 190 and the heat conductor 196, and between the thermoelectric element 190 and the heat conductor 191. In order to increase thermal conductivity (and adhesion) between the end face of the outer ring 13 and the heat conductor 191, heat radiation grease or the like may be applied.

図13は、軸受外輪側温度と蓄電電圧の経時変化を示す図である。軸受の回転に伴い、時刻t1から内輪の温度Tinと外輪の温度Toutは上昇し、放熱性が良好でない内輪側温度Tinは、放熱性の良好な外輪側温度Toutに比べて高くなる。両者の温度は、ある一定の温度まで達すると、軸受潤滑状態が正常な場合、それぞれTin1、Tout1に飽和する事が一般的に知られている。   FIG. 13 is a graph showing changes over time in the bearing outer ring side temperature and the stored voltage. As the bearing rotates, the inner ring temperature Tin and the outer ring temperature Tout rise from time t1, and the inner ring side temperature Tin with poor heat dissipation becomes higher than the outer ring side temperature Tout with good heat dissipation. It is generally known that when both temperatures reach a certain temperature, they are saturated at Tin1 and Tout1, respectively, when the bearing lubrication state is normal.

実施の形態1,2に示した冷却ユニットを搭載した例では、軸受内外輪の相対的な温度差によって発電が開始され、温度差が大きいほど、発電電力は大きくなる。この電力の蓄電装置への蓄電を継続すると、一定の電圧で蓄電装置は満充電となる。ここで、軸受外輪側温度と蓄電電圧の両方に閾値を設ける(軸受外輪側温度閾値TA及び、蓄電電圧閾値VB)。図13では、蓄電電圧Vが閾値VBに到達するよりも、軸受外輪側温度Toutが閾値TAに早く到達する例を示す。   In the example in which the cooling unit shown in the first and second embodiments is mounted, power generation is started by the relative temperature difference between the bearing inner and outer rings, and the generated power increases as the temperature difference increases. When the electric power is continuously stored in the power storage device, the power storage device is fully charged at a constant voltage. Here, threshold values are provided for both the bearing outer ring side temperature and the stored voltage (bearing outer ring side temperature threshold TA and stored voltage threshold VB). FIG. 13 shows an example in which the bearing outer ring side temperature Tout reaches the threshold TA earlier than the stored voltage V reaches the threshold VB.

図14は、制御回路27のマイクロコンピュータが実行する冷却(放電)開始の判定処理を示したフローチャートである。図14に示すように、マイクロコンピュータ59は、ステップS21において蓄電電圧Vが閾値VBよりも高いか否かを判断し、ステップS22において軸受外輪温度Toutが閾値TAよりも高いか否かを判断する。V>VBかつTout>TAが成立すると(S21およびS22においてYES)ステップS23において、マイクロコンピュータ59は冷却(放電)を開始させる。なお、ステップS22の処理は、必ずしも行なわなくても良い。   FIG. 14 is a flowchart showing a cooling (discharge) start determination process executed by the microcomputer of the control circuit 27. As shown in FIG. 14, the microcomputer 59 determines whether or not the stored voltage V is higher than the threshold value VB in step S21, and determines whether or not the bearing outer ring temperature Tout is higher than the threshold value TA in step S22. . When V> VB and Tout> TA are satisfied (YES in S21 and S22), in step S23, the microcomputer 59 starts cooling (discharging). Note that the process of step S22 is not necessarily performed.

図15は、制御回路27のマイクロコンピュータが実行する冷却(放電)停止の判定処理を示したフローチャートである。図15に示すように、マイクロコンピュータ59は、ステップS31において現在冷却(放電)中であるか否かを判断する。ステップS32では、蓄電電圧Vが閾値VCよりも低いか否かを判断する。冷却(放電)中かつV<VCという条件が成立すると(S31およびS32においてYES)ステップS33において、マイクロコンピュータ59は冷却(放電)を停止させる。   FIG. 15 is a flowchart showing a cooling (discharge) stop determination process executed by the microcomputer of the control circuit 27. As shown in FIG. 15, the microcomputer 59 determines whether or not cooling (discharge) is currently being performed in step S <b> 31. In step S32, it is determined whether or not the storage voltage V is lower than the threshold value VC. If the condition of V <VC is satisfied during cooling (discharge) (YES in S31 and S32), microcomputer 59 stops cooling (discharge) in step S33.

再び図13に戻って、制御回路27内のマイクロコンピュータ59は、両者が閾値に達した事をトリガとして、時刻t3において蓄電装置92から熱電素子90に電力を供給開始する。冷却を開始すると、蓄電電圧Vは低下するとともに、軸受内輪側温度Tin及び外輪側の温度Toutも低下する。マイコン内部のタイマなどの設定により、一定時間放電が時刻t4において完了すると、以降時刻t4〜t5において引き続き充電と蓄電が行なわれる。また、冷却が完了すると、時刻t4〜t5では軸受内輪側及び外輪側温度は再び上昇する。   Referring back to FIG. 13 again, the microcomputer 59 in the control circuit 27 starts supplying power from the power storage device 92 to the thermoelectric element 90 at time t3, triggered by both reaching the threshold value. When the cooling is started, the storage voltage V decreases, and the bearing inner ring side temperature Tin and the outer ring side temperature Tout also decrease. When discharging for a certain period of time is completed at time t4 by setting a timer or the like inside the microcomputer, charging and storage are subsequently performed from time t4 to t5. When the cooling is completed, the bearing inner ring side and outer ring side temperatures rise again at times t4 to t5.

一方、温度に関わらず、蓄電装置92が満充電に達した時点で、放電(冷却)を開始するサイクルでも良い。この場合は、温度センサは不要である。   On the other hand, a cycle in which discharge (cooling) is started when the power storage device 92 reaches full charge regardless of the temperature may be used. In this case, a temperature sensor is unnecessary.

また、放電の完了は、温度センサの値に基づいて、マイクロコンピュータが自動的に判断して決定するプログラムで行なっても良い。これにより、軸受温度をコントロールする事が可能である。   The completion of the discharge may be performed by a program that is automatically determined and determined by the microcomputer based on the value of the temperature sensor. Thereby, the bearing temperature can be controlled.

[実施の形態3]
実施の形態1では、熱電素子90A、90Bの低温側を外輪間座33に密着させ、高温側を熱伝導体(ヒートシンク)91A,91Bに密着させることとした。実施の形態3では、図6の熱電素子90A、90Bの高温側を外輪間座33に密着させ、低温側を熱伝導体(ヒートシンク)91A,91Bに密着させる。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, the low temperature side of the thermoelectric elements 90A and 90B is brought into close contact with the outer ring spacer 33, and the high temperature side is brought into close contact with the heat conductors (heat sinks) 91A and 91B. In the third embodiment, the high temperature side of the thermoelectric elements 90A and 90B in FIG. 6 is in close contact with the outer ring spacer 33, and the low temperature side is in close contact with the heat conductors (heat sinks) 91A and 91B.

これによって、内輪と外輪の温度差が縮まり、冷却しにくかった内輪の温度を下げることができる。外輪の温度が上昇するが、外輪は冷却しやすいので、全体として軸受の温度が下がることが期待できる。   As a result, the temperature difference between the inner ring and the outer ring is reduced, and the temperature of the inner ring that is difficult to cool can be lowered. Although the temperature of the outer ring rises, the outer ring is easy to cool, so it can be expected that the temperature of the bearing as a whole decreases.

実施の形態3では、内輪の温度を従来よりも下げることが可能となる。
以上の実施の形態1〜3で冷却ユニットを適用した軸受は、予め所望量のグリースを封入した、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受などであっても良い。発電部及び冷却部は、複数個設けても良い。
In the third embodiment, the temperature of the inner ring can be lowered as compared with the prior art.
The bearing to which the cooling unit is applied in the first to third embodiments described above may be a deep groove ball bearing, an angular ball bearing, a cylindrical roller bearing, or the like in which a desired amount of grease is sealed in advance. A plurality of power generation units and cooling units may be provided.

冷却ユニットは、軸受内外輪温度差によって発電した電力を使用するため、外部から電力を供給する必要がない。従い、スピンドル本体から、工作機本体などへの電線の取り回しがない。   Since the cooling unit uses electric power generated by the temperature difference between the inner and outer rings of the bearing, it is not necessary to supply electric power from the outside. Therefore, there is no routing of wires from the spindle body to the machine tool body.

また、各熱伝導体(ヒートシンク)は、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、熱伝導体には、金,銀,銅などが挙げられるがコスト面から、銅を使用する事が一般的である。なお、銅を主成分とする銅合金でも良い。また、加工方法としては、焼結,鍛造,鋳造などがコスト面で有利である。   Moreover, each heat conductor (heat sink) uses a metal with high heat conductivity. For example, examples of the heat conductor include gold, silver, and copper, but copper is generally used from the viewpoint of cost. A copper alloy mainly composed of copper may be used. As processing methods, sintering, forging, casting, etc. are advantageous in terms of cost.

なお、工作機用スピンドルの場合、軸受ハウジングの外周側は、冷却水や冷却油によって常時冷却されている事が多く、それらの設備と併用する事も可能であり、その場合には一層の効果が期待できる。   In the case of a spindle for machine tools, the outer peripheral side of the bearing housing is often constantly cooled with cooling water or cooling oil, and can be used in combination with such equipment. Can be expected.

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。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment can be variously modified. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

9,109 温度センサ、13 外輪、14 内輪、15 転動体、20,20A 冷却ユニット、25,90,90A,90B,190 熱電素子、26 電源回路、27 制御回路、33 外輪間座、34 内輪間座、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 発光素子、55 受光素子、56 基板、57 台座、58 カバー部材、59 マイクロコンピュータ、62 電池、64 液晶モニタ、66 スイッチ、70 温度監視ユニット、80 監視制御部、82 受光監視部、84 メモリ、91A,91B,96,191,196 熱伝導体、92 蓄電装置、94A,94B 冷却部、95,195 発電部、97 ハウジング、98,198 圧縮コイルばね、99 蓋。   9,109 Temperature sensor, 13 Outer ring, 14 Inner ring, 15 Rolling element, 20, 20A Cooling unit, 25, 90, 90A, 90B, 190 Thermoelectric element, 26 Power supply circuit, 27 Control circuit, 33 Outer ring spacer, 34 Between inner ring Seat, 50 spindle for machine tool, 51 rotating shaft, 52 spindle housing, 53 outer peripheral housing, 54 light emitting element, 55 light receiving element, 56 substrate, 57 base, 58 cover member, 59 microcomputer, 62 battery, 64 liquid crystal monitor, 66 Switch, 70 Temperature monitoring unit, 80 Monitoring control unit, 82 Light reception monitoring unit, 84 Memory, 91A, 91B, 96, 191, 196 Thermal conductor, 92 Power storage device, 94A, 94B Cooling unit, 95, 195 Power generation unit, 97 Housing, 98,198 compression coil spring, 99 lid.

Claims (14)

軸受を冷却する冷却ユニットであって、
前記軸受の内輪と外輪の温度差によって発電する発電部と、
前記発電部で発電した電力を用いて前記軸受を冷却する冷却部とを備える、冷却ユニット。
A cooling unit for cooling the bearing,
A power generation unit that generates power by a temperature difference between the inner ring and the outer ring of the bearing;
A cooling unit comprising: a cooling unit that cools the bearing using electric power generated by the power generation unit.
前記発電部および前記冷却部を収容する間座をさらに備え、
前記間座は、
前記内輪に当接する内輪間座と、
前記外輪に当接する外輪間座とを含み、
前記発電部は、
第1面と第2面を有し、前記第1面と前記第2面の温度差からゼーベック効果を利用して発電を行なう発電素子と、
前記発電素子の前記第1面に当接する第1ヒートシンクとを含み、
前記発電素子の前記第2面は、前記外輪間座に当接し、前記外輪の熱が前記外輪間座によって伝導される、請求項1に記載の冷却ユニット。
A spacer for accommodating the power generation unit and the cooling unit;
The spacer is
An inner ring spacer that contacts the inner ring;
An outer ring spacer that contacts the outer ring,
The power generation unit
A power generating element having a first surface and a second surface, and generating power using a Seebeck effect from a temperature difference between the first surface and the second surface;
A first heat sink contacting the first surface of the power generating element,
The cooling unit according to claim 1, wherein the second surface of the power generation element abuts on the outer ring spacer, and heat of the outer ring is conducted by the outer ring spacer.
前記冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含む、請求項2に記載の冷却ユニット。   The cooling unit according to claim 2, wherein the cooling unit includes a cooling element that performs cooling using a Peltier effect. 前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却素子の前記第3面に当接する第2ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、前記第4面が前記外輪間座に当接するように配置される、請求項3に記載の冷却ユニット。
The cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed therethrough,
The cooling unit further includes a second heat sink contacting the third surface of the cooling element,
The cooling unit according to claim 3, wherein the cooling element is disposed such that the fourth surface is in contact with the outer ring spacer.
前記外輪に当接する第2ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有し、
前記冷却素子は、前記第4面が前記第2ヒートシンクに当接し、前記第3面が前記第1ヒートシンクに当接するように配置される、請求項3に記載の冷却ユニット。
A second heat sink that contacts the outer ring;
The cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed therethrough,
The cooling unit according to claim 3, wherein the cooling element is disposed such that the fourth surface abuts on the second heat sink and the third surface abuts on the first heat sink.
前記冷却素子は、電流を流すと高温側となる第3面と、低温側となる第4面とを有し、
前記冷却ユニットは、前記冷却素子の前記第4面に当接する第2ヒートシンクをさらに備え、
前記冷却素子は、前記第3面が前記外輪間座に当接するように配置される、請求項3に記載の冷却ユニット。
The cooling element has a third surface that becomes a high temperature side and a fourth surface that becomes a low temperature side when a current is passed therethrough,
The cooling unit further includes a second heat sink contacting the fourth surface of the cooling element,
The cooling unit according to claim 3, wherein the cooling element is disposed such that the third surface is in contact with the outer ring spacer.
前記発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、
前記電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電電圧に閾値を設けて蓄電電圧が閾値に達した時点で放電を行ない、放電後の電圧を軸受の温度に応じて設定する放電制御部とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷却ユニット。
A power supply circuit for boosting the power generated by the power generation unit;
A power storage device charged with a voltage boosted by the power supply circuit;
A discharge control unit that sets a threshold value for the storage voltage of the power storage device, discharges when the storage voltage reaches the threshold value, and sets the voltage after the discharge according to the temperature of the bearing. The cooling unit according to any one of the above.
前記軸受の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された温度の情報を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された前記情報を赤外線通信によって送信するための発光部とをさらに備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷却ユニット。
A temperature sensor for detecting the temperature of the bearing;
A memory for storing information on the temperature detected by the temperature sensor;
The cooling unit according to any one of claims 1 to 7, further comprising a light emitting unit for transmitting the information stored in the memory by infrared communication.
前記冷却部は、ペルチェ効果を利用して冷却を行なう冷却素子を含み、
前記冷却ユニットは、
前記軸受の温度を検出する温度センサと、
前記発電部が発電した電力を昇圧する電源回路と、
前記電源回路により昇圧された電圧で充電される蓄電装置とをさらに備え、
前記蓄電装置の蓄電電圧が閾値電圧に達した時点、及び前記温度センサの温度が閾値温度に達した時点で前記冷却素子に電流を流す、請求項1に記載の冷却ユニット。
The cooling unit includes a cooling element that performs cooling using the Peltier effect,
The cooling unit is
A temperature sensor for detecting the temperature of the bearing;
A power supply circuit for boosting the power generated by the power generation unit;
A power storage device charged with a voltage boosted by the power supply circuit,
2. The cooling unit according to claim 1, wherein a current flows through the cooling element when a storage voltage of the power storage device reaches a threshold voltage and when a temperature of the temperature sensor reaches a threshold temperature.
請求項8に記載の冷却ユニットと、
前記軸受が用いられる装置の外部に配置される温度監視ユニットと備え、
前記温度監視ユニットは、
前記発光部からの赤外光を受光する受光部と、
前記情報を表示する表示部と、
前記受光部および前記表示部を制御する監視制御部とを含む、冷却システム。
A cooling unit according to claim 8;
A temperature monitoring unit disposed outside the device in which the bearing is used;
The temperature monitoring unit is
A light receiving portion for receiving infrared light from the light emitting portion;
A display unit for displaying the information;
A cooling system including a light receiving unit and a monitoring control unit that controls the display unit.
前記軸受の温度履歴は、前記発光部から前記温度監視ユニットに赤外線通信によって送信され、
前記監視制御部は、前記温度履歴を前記表示部に表示させる、請求項10に記載の冷却システム。
The temperature history of the bearing is transmitted from the light emitting unit to the temperature monitoring unit by infrared communication,
The cooling system according to claim 10, wherein the monitoring control unit displays the temperature history on the display unit.
前記温度監視ユニット内の前記受光部は常時運転状態に保持され、前記発光部からの赤外線を受光した事により、前記温度監視ユニット内の前記監視制御部を起動させ、
前記監視制御部は、前記メモリに前記温度履歴を記録し、その後再度スリープ状態となる、請求項11に記載の冷却システム。
The light receiving unit in the temperature monitoring unit is always kept in an operating state, and by receiving infrared rays from the light emitting unit, the monitoring control unit in the temperature monitoring unit is activated,
The cooling system according to claim 11, wherein the monitoring control unit records the temperature history in the memory, and then enters a sleep state again.
前記温度監視ユニットは、スイッチを含み、
前記スイッチの操作に応じて前記監視制御部がスリープ状態から起動し、前記メモリに記録した転がり軸受の温度履歴を液晶モニタに表示し、一定時間後に再度スリープ状態となる、請求項11または12に記載の冷却システム。
The temperature monitoring unit includes a switch,
The monitoring control unit starts from a sleep state according to the operation of the switch, displays the temperature history of the rolling bearing recorded in the memory on a liquid crystal monitor, and enters the sleep state again after a certain time. The cooling system described.
前記受光部と前記発光部とは、前記冷却ユニット、外輪間座およびスピンドルハウジングに設けられた貫通孔を赤外光の光軸として赤外線通信を行なう、請求項10〜13のいずれか1項に記載の冷却システム。   14. The infrared light communication according to claim 10, wherein the light receiving unit and the light emitting unit perform infrared communication using a through-hole provided in the cooling unit, the outer ring spacer and the spindle housing as an optical axis of infrared light. The cooling system described.
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