JP2018136863A - 異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】主軸の回転振れを検知する異常検知システムを提供する。【解決手段】複数の振動発電装置５Ａは、軸受装置の外周面に主軸１０１の周方向に沿って配置される。振動発電装置５Ａは、主軸１０１の回転時に生じる振動で発電するように構成された振動発電素子を含んでおり、該振動発電素子の発電量を示す発電量情報を処理装置７に送信する。処理装置７は、複数の振動発電装置５Ａの発電量の違いに基づいて、主軸１０１の回転振れを検知する。【選択図】図１

Description

この発明は、異常検知システムに関し、特に、主軸の回転振れを検知する異常検知システムに関する。

従来、工作機械などに使用される軸受装置において、その異常を検知するシステムが知られている。たとえば、特開２００４−１２６８５２号公報（特許文献１）には、軸受装置に振動センサおよび温度センサを配置し、これらのセンサにより軸受装置の振動及び温度を検出し、該検出値に基づいて、該軸受装置における異常を診断するワイヤレスセンサ付き転動装置が開示されている。

特開２００４−１２６８５２号公報

特許文献１に開示されたワイヤレスセンサ付き転動装置では、振動または温度の検出値が所定の閾値より大きい場合、軸受装置に何らかの異常（たとえば、軸受の外輪異常、内輪異常、玉異常、歯車劣化等）が発生しているとみなし、警告音を発するように構成されている。しかしながら、特許文献１の構成では、その異常の具体的な態様までは検知できないという問題がある。そのため、異常が発生した後、異常原因の特定に時間を要し、保守交換作業が長期化する可能性がある。

一方、工作機械の加工精度を維持するためには、負荷運転状態での高速回転中における主軸の回転精度（以下、動的回転精度とも称する。）の維持が必要である。動的回転精度を維持するためには、高速回転中の主軸の回転振れを検知することが必要となっている。

一般的に、主軸の回転精度は、テストインジケータなどの接触式変位計を用いて測定することができる。しかしながら、この測定では、無負荷運転状態で主軸を静止または低速で回転させたときの主軸の回転精度（以下、静的回転精度とも称する。）を把握することができるが、実際の微細加工において重要となる、主軸の動的回転精度をリアルタイムで把握することが難しいという問題がある。

なお、渦電流式変位センサを用いて主軸の動的回転精度を測定する手法もあるが、変位センサの配線、および変位センサの出力を受ける測定器の取付けなどを考慮する必要が生じるため、工作機械が設置される環境によっては変位センサの設置が難しいという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、簡易な構成で、主軸の動的な回転振れを検知することができる異常検知システムを提供することである。

この発明のある局面に従えば、異常検知システムは、複数の振動発電装置と、複数の振動発電装置と通信可能な処理装置とを備える。複数の振動発電装置は、主軸を回転自在に支持する軸受装置の外周面上に、主軸の周方向に沿って配置される。複数の振動発電装置の各々は、主軸の回転時に生じる振動で発電するように構成された振動発電素子を含み、かつ、振動発電素子の発電量を示す発電量情報を処理装置に送信するように構成される。処理装置は、複数の振動発電装置の発電量の違いに基づいて、主軸の回転振れを検知するように構成される。

この発明によれば、簡易な構成で、主軸の動的な回転振れを検知することができる異常検知システムを提供することができる。

実施の形態１に従う軸受装置および異常検知システムの構成を示す断面図である。 実施の形態１に従うアンギュラ軸受の構成を示す断面図である。 実施の形態１に従う円筒ころ軸受の構成を示す断面図である。 主軸の偏心を説明する図である。 軸受装置の負荷域を説明する図である。 実施の形態１に従う振動発電装置の取付け位置を示す図である。 実施の形態１に従う振動発電装置の構成を示す図である。 実施の形態１に従う異常検知システムの別の構成を示す断面図である。 実施の形態１に従う振動発電装置の発電量情報の処理を示すフローチャートである。 実施の形態１に従う振動発電装置および振動発電素子の取付け位置の一例を示す図である。 実施の形態２に従う軸受装置および異常検知システムの構成を示す断面図である。 実施の形態２に従う振動発電装置の取付け位置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う軸受装置および異常検知システムの構成を示す断面図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１に従う軸受装置１００は、主軸１０１を回転自在に支持する転がり軸受である。軸受装置１００は、ハウジング１０２と、アンギュラ玉軸受１０（フロント軸受）と、円筒ころ軸受２０（リア軸受）とを備える。

主軸１０１は円筒状の形状を有する。本明細書では、主軸１０１のアンギュラ玉軸受１０に支持される部分をフロント部１０１ｆ、円筒ころ軸受２０に支持される部分をリア部１０１ｒ、その間のモータ１０３に支持される部分をモータ支持部１０１ｍとも称する。

ハウジング１０２は主軸１０１の外周面を取り囲むように構成される。図１では、ハウジング１０２の、主軸１０１のフロント部１０１ｆを覆う部分を１０２ｆ、同リア部１０１ｒを覆う部分を１０２ｒ、同モータ部を覆う部分を１０２ｍと表示する。

アンギュラ玉軸受１０（フロント軸受）および円筒ころ軸受２０（リア軸受）は、外輪１１の外周面がハウジング１０２の内壁１０２ｉに接触するとともに、内輪１２の内周面が主軸１０１の外周面１０１ｏに接触するように、主軸１０１とハウジング１０２との間に嵌め込まれて配置される。これにより、主軸１０１は、ハウジング１０２に対して軸周りに回転自在に支持されている。

また、主軸１０１の外周面１０１ｏの一部（図１では、モータ支持部１０１ｍの外周面）を取り囲むようにモータロータ１０３Ｂが設置されている。一方、ハウジング１０２の内壁１０２ｉの一部（図１では、モータ支持部を覆うハウジング１０２ｍの内壁）には、モータロータ１０３Ｂに対向する位置にモータステータ１０３Ａが設置されている。このモータステータ１０３Ａおよびモータロータ１０３Ｂは、モータ１０３（ビルトインモータ）を構成している。これにより、主軸１０１は、モータ１０３の動力によって、ハウジング１０２に対して相対的に回転可能となっている。なお、図１ではモータ１０３を主軸１０１のフロント部１０１ｆとリア部１０１ｒとの間の部分に形成されているが、モータ１０３は主軸１０１を回転させられる位置に形成されていればよく、この位置に限定されるものではない。

すなわち、本発明の実施の形態１に従う軸受装置１００は、主軸１０１が回転することにより被加工物を加工する工作機械の主軸１０１を、主軸１０１の外周面１０１ｏを囲むハウジング１０２に対して回転自在に支持する工作機械主軸用転がり軸受である。

図１を参照して、軸受装置１００には、主軸１０１の回転振れを検知するための異常検知システムが設けられている。本発明の実施の形態１に従う異常検知システムは、複数の振動発電装置５Ａと、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）７とを備える。

複数の振動発電装置５Ａは、軸受装置１００のハウジング１０２において、アンギュラ玉軸受１０の近傍（図１では、ハウジング１０２の側面前方部１０２Ａ）に設置される。図１の例では、２個の振動発電装置５Ａは、アンギュラ玉軸受１０の外周面上に主軸１０１の周方向に沿って配置されている。

複数の振動発電装置５Ａの各々は、主軸１０１の回転時に生じる振動で発電するように構成された振動発電素子を備えている。振動発電素子には、たとえば、振動を圧電効果により電圧に変換する特性を持つ圧電素子を用いることができる。

ＰＣ７は、複数の振動発電装置５Ａの各々から圧電素子の発電量を示す発電量情報を受けると、複数の振動発電装置５Ａ間の発電量の違いに基づいて、主軸１０１の回転振れを検知する。ＰＣ７は、この発明における「処理装置」の一実施例に対応する。ＰＣ７による主軸１０１の回転振れの検知については後述する。

各振動発電装置５ＡとＰＣ７との通信は、図１に示すよう有線で行なってもよいし、無線通信を行なってもよい。

次に、図２を用いて、アンギュラ玉軸受１０について、より詳細に説明する。図２を参照して、アンギュラ玉軸受１０は、外輪１１と、内輪１２と、複数の玉１３と、保持器１４とを備える。

外輪１１は、工作機械主軸用転がり軸受の軸受部材である第１軌道部材であり、円環状の第１転走面としての外輪転走面１１Ａが形成されている。

内輪１２は、第２軌道部材であり、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。

複数の玉１３は複数の転動体であり、転動体転走面としての玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転走面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪１１と内輪１２とは互いに相対的に回転可能となっている。

次に、図３を用いて、円筒ころ軸受２０について説明する。図３を参照して、円筒ころ軸受２０は、軌道部材および転動体の構成が、アンギュラ玉軸受１０とは異なっている。すなわち、円筒ころ軸受２０は、外輪１１と、内輪１２と、円筒ころ２３と、保持器１４とを備えている。

外輪１１は、工作機械主軸用転がり軸受の軸受部材である第１軌道部材であり、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。

内輪１２は、第２軌道部材であり、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。

円筒ころ２３は、複数の転動体であり、転動体転走面としてのころ転走面２３Ａ（円筒ころ２３の外周面）が形成されている。そして、当該円筒ころ２３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々にころ転走面２３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪１１と内輪１２とは互いに相対的に回転可能となっている。

次に、再び図１を参照して、軸受装置１００の動作について説明する。モータ１０３のモータステータ１０３Ａに図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ１０３Ｂを軸周りに回転させる駆動力が発生する。これにより、ハウジング１０２に対してアンギュラ玉軸受１０および円筒ころ軸受２０により回転自在に支持されている主軸１０１は、モータロータ１０３Ｂとともにハウジング１０２に対して相対的に回転する。このように、主軸１０１が回転することにより、主軸１０１の先端部１０１ｔに取り付けられた図示しない工具が被加工物を切削、研削等して、被加工物を加工することができる。

このような軸受装置１００において、工作機械の加工精度を左右する１つの要因に、主軸１０１の回転振れがある。主軸１０１の回転振れは、ハウジング１０２の内壁１０２ｉの中心（すなわち、理想的な主軸１０１の中心）に対する実際の主軸１０１の中心の偏心量で表すことができる。図４は、主軸１０１の偏心を説明する図である。図４（Ａ）は主軸１０１の長軸方向と垂直な方向の断面図であり、図４（Ｂ）は主軸１０１の長軸方向と平行な方向の断面図である。なお図４では、主軸１０１の先端部１０１ｔおよびハウジング１０２の記載は省略している。また、以降では、重力がかかる方向を下、重力がかかる方向と逆の方向を上と定義する。すなわち、軸受装置１００は、重力方向と垂直に（すなわち、地面と水平に）設置される主軸１０１を支持する、いわゆる横型の工作機械の軸受装置である。理想的には、主軸１０１の中心の位置は、ハウジング１０２の内壁１０２ｉ（図１参照）の中心の位置と一致するが、実際には、主軸１０１のラジアル荷重（自重）等により、多少下方向にずれる場合がある。図４では、ハウジング１０２の内壁１０２ｉ（図１参照）の中心の位置（理想の位置）の主軸１０１を主軸１０１ｃ、下方向にずれるとき（実際の位置）の主軸１０１を主軸１０１ｄとする（図４（Ｂ）参照）。また、主軸１０１ｃの中心を３０ｃ、主軸１０１ｄの中心を３０ｄとする。そして、この中心３０ｃと中心３０ｄとの距離を偏心量３４と呼ぶ。

すなわち、偏心とは、ハウジングの内壁の中心に対する主軸のずれであり、このずれの量を偏心量と呼ぶ。偏心量が大きくなると高速回転中の主軸１０１の回転振れも大きくなるため、工作機械の加工精度を低下させてしまう。

このように偏心している状態で主軸１０１が高速回転しているときの軸受装置１００の振動に与える影響を、図５を用いて説明する。図５は、軸受装置１００の負荷域を説明する図であり、主軸１０１の長軸方向と垂直な方向の断面図である。なお、図５では、保持器１４（図１参照）は記載していない。図５を参照して、軸受装置１００は、その周方向の一部領域で、主軸１０１のラジアル荷重（負荷）を受ける。この主軸１０１の負荷を受ける領域を「負荷域」と呼び、図５では、破線４の下部に相当する。また、主軸１０１の負荷を受けない領域を「非負荷域」と呼び、図５では破線４の上部に相当する。

軸受装置１００において、主軸１０１の偏心が起こると、負荷域と非負荷域との間でアンギュラ玉軸受１０の各部分の間隔に差が生じる。具体的には、上記偏心により、負荷域では、非負荷域に比べ、内輪転走面１２Ａと玉転走面１３Ａとの間隔、および、玉転走面１３Ａと外輪転走面１１Ａとの間隔（図２参照）が小さくなる。この結果、高速回転中の軸受装置１００の玉１３が非負荷域から負荷域に急激に進入するときに、内輪転走面１２Ａと玉転走面１３Ａとの間隔、および、玉転走面１３Ａと外輪転走面１１Ａとの間隔（図２参照）がラジアル方向に急激に狭くなる。この急激な該間隔の狭まりの反力により、主軸１０１の姿勢が不安定となることからも、異常振動が生じる。また、玉１３が非負荷域から負荷域に進入するときの回転速度の変化により、玉１３が保持器または軌道輪に衝突し、その衝撃による異常振動を引き起こすこともある。

なお、設計不備、材料不良、製造不備などの原因により、主軸１０１（および内輪１２からなる回転体）の質量中心が、その回転中心軸と一致しない場合において、主軸１０１が高速回転するときには、回転中心軸に対して非対称な遠心力が生じる。この遠心力の不均衡に相当する力も軸受装置１００を異常振動させる。

すなわち、主軸１０１の偏心が生じると、非負荷域と負荷域の部品の間隔の差により生じる力および速度変化等の原因により、主軸１０１の異常振動が生じ、回転振れが大きくなる。

また、主軸１０１の偏心が生じると、特にラジアル荷重（自重）のかかる負荷域においては、アンギュラ玉軸受１０の各部品において、摩耗、圧痕、剥離、潤滑剤劣化等の異常が生じやすくなる。また、上記の主軸１０１の偏心による衝撃振動によっても、これらの部品の異常が生じやすくなる。たとえば、負荷域の外輪転走面１１Ａに剥離が生じる可能性が考えられる。

このように、負荷域において剥離、圧痕等の部品の異常が生じると、軸受装置１００の玉１３のが異常部位を通過するときに衝撃による異常振動が発生する。すなわち、負荷域において部品の異常が生じると、負荷域での異常振動がさらに大きくなり、負荷域と非負荷域での振動の差もさらに大きくなる。

このように、主軸１０１の回転振れは、軸受装置１００などの工作機械の部品不良に関連し、工作機械の加工精度にもかかわる重要な要因である。言い換えれば、主軸１０１の回転振れを検知することで、工作機械の部品不良を検出することができ、結果的に工作機械の加工精度の低下を抑制することが可能となる。本実施の形態１に従う異常検知システムは、上述した軸受装置１００における振動の差に起因して生じる複数の振動発電装置５Ａ間の発電量の差に基づいて、主軸１０１の回転振れを検知する。

次に、図１および図６を参照して、実施の形態１に従う振動発電装置５Ａの取付け位置をより詳細に説明する。図６は、軸受装置１００の断面図である。図６（Ａ）を参照して、２個の振動発電装置５Ａは、ハウジング１０２の側面前方部１０２Ａの負荷域と、非負荷域とにそれぞれ設置される。ここで、負荷域に設置される振動発電装置を５Ａｒ，非負荷域に設置される振動発電装置を５Ａｎと呼ぶ。上述の通り、主軸１０１の偏心が起こると、負荷域の振動は、非負荷域の振動に比べ大きくなる。負荷域においてアンギュラ玉軸受１０に摩耗等の損傷が生じていると、振動の差がさらに大きくなる。

ここで、ハウジング１０２に、該アンギュラ玉軸受１０からの振動が伝わると、ハウジング１０２も振動する。ハウジング１０２は、実際には、たとえば鉄などを含んだ合金で作られており、完全剛体ではないため、ハウジング１０２の一部に伝わった振動は、減衰してハウジング１０２の他の部分に伝わる。すなわち、ハウジング１０２の各部における振動は均一ではなく、外部から大きい振動が伝わった部位では大きく、外部から小さな振動が伝わった部位では小さい。すなわち、ハウジング１０２は、より振動が大きいアンギュラ玉軸受１０の近傍では大きく振動し、より振動が小さいアンギュラ玉軸受１０の近傍では小さく振動する。すなわち、負荷域では、非負荷域に比べ、ハウジング１０２は大きく振動するため、ハウジング１０２の負荷域に設置された振動発電装置５Ａｒは、同非負荷域に設置された振動発電装置５Ａｎに比べ、より大きく振動し、発電量も大きくなる。アンギュラ玉軸受１０に部品の損傷が生じていると、振動発電装置５Ａｒはさらに大きく振動し、発電量もさらに大きくなる。したがって、この振動発電装置５Ａｒの発電量と、振動発電装置５Ａｎの発電量を比べることで、主軸１０１の回転振れを検知することができる。なお、負荷域・非負荷域の振動量の差が分析しやすいように、負荷域に設置した振動発電装置５Ａｒに対し、主軸１０１の中心に対して点対称になるような配置で、非負荷域の振動発電装置５Ａｎを配置することが好ましい。

図７は、実施の形態１に従う振動発電装置の構成を示す図である。図７を参照して、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎは、各々、振動発電素子５２、蓄電モジュール５４、マイコン５８、および通信モジュール５６を含む。

振動発電素子５２は、上述の通り、主軸１０１の回転時の振動で発電する素子であり、たとえば圧電素子である。振動発電素子５２は、振動が大きくなるほど発電量が大きくなるように構成されている。

蓄電モジュール５４は、たとえば充電可能な二次電池であり、振動発電素子５２で発電した電力を蓄えることができる。

マイコン５８は、蓄電モジュール５４に蓄えられた電力を受けて動作し、蓄電モジュール５４から振動発電素子５２の発電量を示す発電量情報を受け、該発電量情報を通信モジュール５６に出力する。

通信モジュール５６は、マイコン５８からの発電量情報を、外部のＰＣ７に送信する。上述のように、ＰＣ７は、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎの各々から発電量情報を受けると、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎ間の発電量の差に基づいて、主軸１０１の回転振れを検知する。

なお、図７では、蓄電モジュール５４、マイコン５８、および通信モジュール５６が、振動発電素子５２とともに、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎの各々に含まれるように図示したが、これらを振動発電素子５２とは独立に設けるように構成してもよい。例えば、振動発電素子５２をハウジング１０２ｆに設置し、蓄電モジュール５４、マイコン５８および通信モジュール５６をハウジング１０２ｍまたは１０２ｒに設けてもよい。

また、図１および図７では処理装置をＰＣとしたが、通信モジュール５６からの発電量情報を基に主軸１０１の回転振れを検知できる機器であれば、これに限定されない。処理装置は、たとえば図８に示すように、サーバであってもよい。

また、主軸１０１の回転振れの検知結果を、処理装置とは別の機器を用いてユーザに報知してもよい。たとえば図８の例では、サーバ８は、主軸１０１の回転振れの検知結果を管理用デバイス９に送信するように構成されている。管理用デバイス９は、たとえば、スマートフォン、携帯電話、タブレット、ノートパソコンのいずれかである。管理用デバイス９は音声（ブザーを含む）、表示画像またはランプなどの報知手段を用いて、該検知結果をユーザに報知することができる。なお、通信モジュール５６とサーバ８との通信、およびサーバ８と管理用デバイス９との通信は有線であってもよいし、図８に示したように無線であってもよい。たとえば該通信に無線通信を用いれば、サーバ８を軸受装置１００の設置場所および管理用デバイス９から遠隔地に設置することがより容易になる。

図９は、実施の形態１に従う異常検知システムにより実行される、主軸１０１の回転振れを検知するための処理を示すフローチャートである。図９に示される制御処理は、ＰＣ７により繰り返し実行される。

図９を参照して、ＰＣ７は、ステップＳ０１において、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎの各々から振動発電素子５２の発電量情報を受ける。続いて、ステップＳ０２において、ＰＣ７は、該発電量情報から、２個の振動発電素子５２の発電量の差を演算する。

次に、ステップＳ０３において、ＰＣ７は、該発電量の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ステップＳ０３において、発電量の差が該閾値以上である場合（ステップＳ０３にてＹＥＳ）、ステップＳ０４において、ＰＣ７は、主軸１０１の回転振れを検知したと判定する。好ましくは、ＰＣ７もしくは、ＰＣ７から該検知結果を受信した機器は、該検知結果を視覚的または聴覚的な態様でユーザに報知するように構成される。一方、ステップＳ０３において、発電量の差が該閾値未満である場合（ステップＳ０３にてＮＯ）、ＰＣ７はステップＳ０４をスキップして処理をメインルーチンに戻す。

なお、本実施の形態１では、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎ間の発電量の差が所定の閾値以上であるか否か（図９のステップＳ０３）で、主軸１０１の回転振れを検知したか否かを判定しているが、該発電量の差から主軸１０１の回転振れの検知を行う方法はこれに限定されない。たとえば、該発電量の差と回転振れの尺度である偏心量３４（図４（Ｃ）参照）の相関を表す関係式、グラフ、テーブル等を予め作成しておき、該関係式、グラフ、テーブル等を基に、発電量の差から偏心量を演算するように構成してもよい。

図１０は、実施の形態１に従う振動発電装置５Ａおよび振動発電素子５２（図７参照）の取付け位置の例を示す図である。振動発電装置５Ａの数は図６（Ａ）に示したように２個に限定されず、３以上であってもよい。ただし負荷域・非負荷域の振動量の差が分析しやすいように、負荷域に設置した振動発電装置５Ａｒに対し、主軸の中心に対して点対称になるような配置で、非負荷域の振動発電装置５Ａｎを配置することが好ましい。図１０（Ａ）には負荷域・非負荷域の各々に振動発電装置５Ａを３個ずつ設けた例が示されている。

図１０（Ａ）の例では、ＰＣ７（図示せず）は、合計６個の振動発電装置５Ａから発電量情報を受ける。ＰＣ７は、たとえば、負荷域に設置された３個の振動発電装置５Ａｒの発電量を数値処理した値と、非負荷域に設置された３個の振動発電装置５Ａｎの発電量を数値処理した値とを比較することにより、主軸１０１の回転振れを検知することができる。上記数値処理には、平均値または合計値を算出する処理、および最大値を求める処理などが含まれる。

また、図７には、振動発電素子５２、蓄電モジュール５４、マイコン５８、通信モジュール５６を各１個ずつ表記したが、複数個の振動発電素子５２に対して、蓄電モジュール５４、マイコン５８、通信モジュール５６の少なくとも１つを１個備える構成にしてもよい。このようにすると、各振動発電素子５２の発電量が、１つの振動発電素子５２の発電量ではマイコン５８と通信モジュール５６を各１個ずつ駆動することができないほど小さい場合であっても、振動発電素子５２の発電量を複数個分合わせることにより、マイコン５８および通信モジュール５６の駆動に必要な電力を蓄電モジュール５４に蓄えることができる。この場合にも、振動発電素子５２の数および配置は、負荷域・非負荷域の振動量の差が分析しやすいように、負荷域に設置した振動発電素子５２に対し、主軸１０１の中心に対して点対称になるような配置で、非負荷域の振動発電素子５２を配置することが好ましい。図１０（Ｂ）には負荷域・非負荷域の各々に振動発電素子５２を３個ずつ設けた例が示されている。

図１０（Ｂ）の例では、振動発電装置５Ａｒ，５Ａｎの各々において、マイコン５８は３個の振動発電素子５２から発電量情報を受ける。マイコン５８は、３個の振動発電素子５２の発電量を数値処理した値をＰＣ７に送信することができる。上記数値処理には、平均値または合計値を算出する処理、および最大値を求める処理などが含まれる。

このように、本実施の形態１に従う異常検知システムによれば、軸受装置の外周面に主軸の周方向に配置された複数の振動発電装置の発電量の違いに基づいて、主軸の回転振れを検知することができる。これによれば、簡易な構成で、高速回転中の主軸の動的な回転振れを検知することができる。よって、主軸の動的回転精度をリアルタイムで把握することができるため、動的回転精度の低下による工作機械の加工精度の低下を抑制することができる。

［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２に従う軸受装置および異常検知システムの構成を示す図である。図１１は、主軸の長軸方向と平行な方向の断面図である。

図１および図１１を比較して、実施の形態２に従う軸受装置２００は、振動発電装置５Ａの設置位置が、実施の形態１に従う軸受装置１００とは異なっている。

具体的には、図１に示すように、実施の形態１では、振動発電装置５Ａは、ハウジング１０２の側面前方部１０２Ａに設置されている。これに対して、実施の形態２では、振動発電装置５Ａは、ハウジング１０２の先端部（軸方向端面）１０２Ｂに設置されている。このように、振動発電装置５Ａの設置位置は、実施の形態１に示したハウジング１０２の側面前方部１０２Ａに限定されず、軸受近傍で負荷領域と非負荷領域の振動を受けて発電できる部位であれば、実施の形態２に示したハウジング１０２の先端部１０２Ｂでもよく、上記条件を満たす別の部位でもよい。

図１２は、実施の形態２に従う振動発電装置の取付け位置を示す図である。図１２は、軸受装置２００を主軸の先端側から見た図である。実施の形態２においても振動発電装置５Ａの数は２個（図１２（Ａ））に限定されず、３以上の複数個であってもよい。ただし、振動発電装置５Ａの数および配置は、負荷域・非負荷域の振動の差が分析しやすいように、負荷域に設置した振動発電装置５Ａｒに対し、主軸の中心に対して点対称になるような配置で、非負荷域の振動発電装置５Ａｎを配置することが好ましい。図１２（Ｂ）には負荷域・非負荷域の各々に振動発電装置５Ａをそれぞれ３個ずつ設けた例が示されている。

以上のように、実施の形態２に従う軸受装置２００では、実施の形態１と同様の作用効果を有する。他の構成については、実施の形態１と同様であるので説明をくり返さない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。

５Ａ，５Ａｎ，５Ａｒ 振動発電装置、７ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、８ サーバ、９ 管理用デバイス、１０ アンギュラ玉軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１３Ａ 玉転送面、１４ 保持器、２０ 円筒ころ軸受、２３ 円筒ころ、２３Ａ ころ転送面、３０，３０ｃ，３０ｄ 主軸の中心、３４ 偏心量、５２ 振動発電素子、５４ 蓄電モジュール、５６ 通信モジュール、５８ マイコン、１００，２００ 軸受装置、１０１，１０１ｃ，１０１ｄ 主軸、１０１ｏ 外周面、１０１ｔ 先端部、１０２，１０２ｆ，１０２ｒ，１０２ｍ ハウジング、１０２Ａ 側面前方部、１０２Ｂ 先端部、１０２ｉ 内壁、１０３ モータ、１０３Ａ モータステータ、１０３Ｂ モータロータ。

Claims (5)

1. 主軸を回転自在に支持する軸受装置の外周面上に、前記主軸の周方向に沿って配置された複数の振動発電装置と、
   前記複数の振動発電装置と通信可能な処理装置とを備え、
   前記複数の振動発電装置の各々は、前記主軸の回転時に生じる振動で発電するように構成された振動発電素子を含み、かつ、前記振動発電素子の発電量を示す発電量情報を前記処理装置に送信するように構成され、
   前記処理装置は、前記複数の振動発電装置の前記発電量の違いに基づいて、前記主軸の回転振れを検知するように構成される、異常検知システム。
2. 前記軸受装置は、重力の方向と垂直に前記主軸を支持する、横型の軸受装置であって、
   前記軸受装置は、前記周方向において、前記主軸の自重によるラジアル荷重を受ける負荷域と、前記ラジアル荷重を受けない非負荷域とを有し、
   前記複数の振動発電装置は、前記負荷域に配置される第１の振動発電装置と、前記非負荷域に配置される第２の振動発電装置とを含む、請求項１に記載の異常検知システム。
3. 前記第１の振動発電装置と前記第２の振動発電装置とは、前記軸受装置を前記主軸の軸方向から見た場合に、前記主軸の中心に対して点対称となるように配置される、請求項２に記載の異常検知システム。
4. 前記複数の振動発電装置の各々は、
   前記振動発電素子で発電した電力を蓄える蓄電モジュールと、
   前記蓄電モジュールに蓄えられた電力を受けて動作し、前記振動発電素子の前記発電量情報を前記蓄電モジュールから受けるマイコンと、
   前記マイコンからの前記発電量情報を前記処理装置に送信する通信モジュールとをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検知システム。
5. 前記処理装置は、前記主軸の回転振れの検知結果を、前記処理装置と通信可能に構成された管理用デバイスに発信する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検知システム。

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