JP2019168081A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転輪の温度を非接触で精度よく測定可能な軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置１は、外輪間座８と、熱伝導体１８と、熱電素子２０と、基板３０とを備える。熱伝導体１８は、外輪間座８の内周面に密接して設けられる。熱電素子２０は、熱伝導体１８の内輪側に対向する面に配置され、内輪４と外輪２との温度差を検出するとともにその温度差により発電する。基板３０は、熱電素子２０により発電される電力を受けて作動し、熱電素子２０により検出される温度差と、温度センサ１４により検出される外輪２の温度とから、内輪４の温度を推定する。【選択図】図１

Description

この発明は、軸受装置に関し、特に、軸受装置の温度推定技術に関する。

特開２００８−２５９１号公報（特許文献１）は、転がり軸受の内部の温度を直接かつ精度よく測定可能な軸受装置を開示する。この軸受装置においては、外輪の内周面に温度センサが取付けられる。温度センサは、基板と、基板上に形成された抵抗パターンとによって構成される。抵抗パターンは、線幅が狭い白金製の一本の線から成り、温度によって基板が膨張又は収縮するのに応じて全長が変化するように構成される。抵抗パターンの全長が変化すると抵抗パターンの抵抗値が変化するので、抵抗パターンに電流を流すことで温度を検出することができる。温度センサからの配線は、外輪の内周面から端面を介して外部に引き出されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２５９１号公報

特許文献１に記載の軸受装置では、固定輪である外輪の内周面に取付けられた温度センサにより外輪の温度を検出しているが、回転輪である内輪の温度は測定していない。

近年、工作機械の主軸装置等においては、加工効率を向上させるために主軸の回転が高速化しており、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化に伴なって増大してきている。軸受の温度上昇は、軸受の予圧の増加をもたらし、予圧の増加は、軸受の寿命低下や回転トルクの増大等の各種問題を招く。このため、以下のような理由から、回転輪（内輪）の温度も精度よく測定或いは推定することが望まれている。

軸受回転中の軸受内部の予圧は、内輪と外輪との径方向の膨張量差の影響を受ける。内輪及び外輪がそれぞれ回転輪及び固定輪の場合、回転輪は、外部から強制冷却可能な固定輪に比べて放熱されにくいため、回転輪の温度は、固定輪の温度よりも高くなる。その結果、回転輪の径方向の膨張量は、この温度差によるものに遠心力によるものがさらに加わって、固定輪の径方向の膨張量よりも大きくなる。これにより、軸受の回転中は、静止中に比べて軸受内部の予圧が増大し、このような予圧の増大は、軸受の寿命低下を招くとともに寿命予測精度の低下を招く。

したがって、回転輪の温度も精度よく測定し、軸受内部の状態を精度よく監視することが望まれている。回転輪の温度を精度よく測定することによって、予圧を推定して適切な値に調整したり、寿命の予測精度を高めたりすることが可能となる。

なお、回転輪に温度センサを取付けて回転輪の温度を直接検出することも考えられるが、センサの耐久性の確保や、回転輪とともに回転するセンサから検出値を非接触で取り出す手段を設ける必要があり、コスト増となる。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転輪の温度を非接触で精度よく測定可能な軸受装置を提供することである。

この発明によれば、軸受装置は、熱電素子と、演算部とを備える。熱電素子は、固定輪に対して固定され、固定輪と回転輪との温度差を検出するとともにその温度差により発電する。演算部は、熱電素子により発電される電力を受けて作動し、熱電素子により検出される温度差と固定輪の温度とから回転輪の温度を推定する。

好ましくは、固定輪及び回転輪は、それぞれ軸受の外輪及び内輪である。そして、熱電素子は、内輪側から吸熱して外輪側へ放熱するように配置される。

好ましくは、軸受装置は、外輪に隣接して設けられる外輪間座と、外輪間座の内周面に密接して設けられる熱伝導体とをさらに備える。熱電素子は、熱伝導体において内輪側と対向する面に配置される。

また、好ましくは、軸受装置は、外輪に隣接して設けられる外輪間座と、外輪間座の内周側に設けられる熱伝導体とをさらに備える。熱電素子は、熱伝導体と外輪間座との間に配置される。

好ましくは、熱伝導体は、演算部から外輪間座の周方向にずらした位置に配置される。
好ましくは、軸受装置は、熱電素子により発電される電力を受けて作動し、外輪の温度を検出する温度センサをさらに備える。温度センサは、外輪間座に配置される。

好ましくは、熱電素子は、ゼーベック効果により温度差に応じた電圧を発生する素子である。

好ましくは、軸受装置は、電源部をさらに備える。電源部は、熱電素子が発電した電力を受け、演算部の作動電圧に昇圧して演算部へ給電する。

好ましくは、軸受装置は、送信部をさらに備える。送信部は、演算部により推定された回転輪の温度を含む温度情報を、赤外線を用いて外部へ無線送信するように構成される。

好ましくは、軸受装置は、受信部をさらに備える。受信部は、赤外線を用いて送信部から送信された温度情報を受信するように構成される。受信部は、受信された温度情報を表示する表示部を含む。

この発明によれば、回転輪の温度を非接触で精度よく測定可能な軸受装置を提供することができる。

実施の形態１に従う軸受装置の回転軸に沿う断面図である。 図１に示される温度センサの配置箇所周辺の拡大図である。 図１中のIII−III線に沿った軸受装置の断面図である。 図１に示す熱電素子の開放電圧と温度差との関係を示した図である。 温度定常状態における熱電素子の開放電圧の推移を示した図である。 熱電素子が発電した電力によって充電される基板内の蓄電部の電圧変化を示した図である。 図１に示す基板の構成を示すブロック図である。 内輪の温度推定に関するマイコンの機能ブロック図である。 図１に示す受信部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に従う軸受装置の回転軸に直交する断面図である。 図１０中のXI−XI線に沿った軸受装置の断面図である。 図１０中のXII−XII線に沿った軸受装置の断面図である。 実施の形態３に従う軸受装置の回転軸に直交する断面図である。 図１３中のXIV−XIV線に沿った軸受装置の断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
＜軸受装置の構成＞
図１から図３を用いて、本発明の実施の形態１に従う軸受装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１に従う軸受装置１の回転軸に沿う断面図であり、図２は、図１に示される温度センサ１４の配置箇所周辺の拡大図である。図３は、図１中のIII−III線に沿った軸受装置の断面図である。

図１を参照して、軸受装置１は、一対のアンギュラ玉軸受を備える（以下、各アンギュラ玉軸受を単に「軸受」とも称する。）。各軸受は、外輪２と、内輪４と、転動体６とを含んで構成される。外輪２及び内輪４は、それぞれ固定輪及び回転輪であり、転動体６は、外輪２と内輪４との間に複数設けられる。

軸受装置１は、外輪間座８と、内輪間座１０と、軸受ハウジング１２と、温度センサ１４とをさらに備える。外輪間座８は、良伝熱性の金属製であり、２つの軸受の間において外輪２の端面に当接して配置される。内輪間座１０も、良伝熱性の金属製であり、２つの軸受の間において内輪４の端面に当接して配置される。外輪２及び外輪間座８は、軸受ハウジング１２の内周面に嵌合固定されている。内輪４及び内輪間座１０は、軸受装置１が支持する回転体３８の外周面に嵌合固定されている。軸受装置１の内部には、所定量の潤滑剤が封入されている。なお、潤滑剤には、グリースや潤滑油等が用いられるが、これらに限定されるものではない。

温度センサ１４は、外輪間座８に設けられる。具体的には、温度センサ１４は、外輪間座８の端面において外輪間座８に埋設されており、センサ検出面が外輪２に当接するように配置される。温度センサ１４によって外輪２の温度を測定することができ、温度センサ１４は、外輪２の温度に応じた電圧を発生して、外輪間座８及び熱伝導体１８に形成される貫通孔に配設された電線１６を通じて基板３０へ出力する。

図２を参照して、外輪間座８の端面に段付きの孔４０が形成されており、孔４０の奥側から順に配置される圧縮コイルばね４４、基板４２、及び温度センサ１４を封止するように、基板ストッパ４６がねじで固定される。圧縮コイルばね４４がその圧縮反発力によって基板４２を押すことにより、温度センサ１４の検出面が外輪２に当接する。これにより、温度センサ１４によって外輪２の温度を精度よく検出することができる。温度センサ１４には、たとえば、半導体温度センサが用いられる。

再び図１を参照して、軸受装置１は、熱伝導体１８と、熱電素子２０と、電線２６と、ユニットハウジング２８と、基板３０とをさらに備える。熱伝導体１８は、金属製であり、外輪間座８の内周面に密接して設けられる。熱伝導体１８は、熱伝導率の高い材料から成り、たとえば、銅の鍛造品や、銅を主体とする焼結合金（銅合金）等によって構成される。

熱電素子２０は、ゼーベック効果により素子両面の温度差に応じて電圧を発生（発電）する素子である。熱電素子２０は、代表的には、ペルチェ素子であるが、スピンゼーベック素子を採用してもよい。熱電素子２０は、熱伝導体１８の内輪側（内輪４及び／又は内輪間座１０）に対向する面に配置され、高温側（吸熱側）の面２２が内輪側に対向し、低温側（放熱側）の面２４が熱伝導体１８に当接するように固定される。熱電素子２０と熱伝導体１８との間には、熱伝導率の高いシリコングリース等を塗布してもよい。

熱電素子２０によって内輪４と外輪２との温度差を測定することができ、熱電素子２０は、高温側の面２２と低温側の面２４との温度差に応じた電圧を発生して、電線２６を通じて基板３０へ出力する。熱伝導体１８は、熱電素子２０によって内輪４と外輪２との温度差を精度よく検出するために設けられる。すなわち、熱伝導体１８が設けられることによって、熱電素子２０の低温側の面２４を外輪２の温度に近づけつつ、高温側の面２２を内輪４に近接させることができる。なお、温度差の検出精度をさらに高めるために、熱電素子２０と対向する内輪側の面を黒色としてもよい。これにより、内輪側からの熱放射率を高めることができ、熱電素子２０の面２２の温度を内輪４の温度に近づけることができる。

ユニットハウジング２８は、熱伝導体１８の内周側に設けられる。具体的には、図１とともに図３を参照して、熱伝導体１８の内周面の一部に凹部が設けられ（熱電素子２０に近い位置が好ましい。）、その凹部にユニットハウジング２８が固定される。ユニットハウジング２８は、たとえば樹脂製であり、その内部に基板３０が配置される。

基板３０は、電源部、蓄電部、制御部、信号送信部等を含む（いずれも図示せず）。再び図１を参照して、基板３０には、温度センサ１４からの電線１６が接続されるとともに、熱電素子２０からの電線２６が接続される。基板３０は、熱電素子２０が発電した電力を受けるとともに、温度センサ１４へ電力を供給する。

基板３０は、熱電素子２０の出力電圧に基づいて、内輪４と外輪２との温度差を推定する。また、基板３０は、温度センサ１４の出力電圧に基づいて、外輪２の温度を検出する。そして、基板３０は、内輪４と外輪２との温度差の推定値と、外輪２の温度の検出値とから、内輪４の温度を推定する。基板３０の構成については、後ほど詳しく説明する。

軸受装置１は、発光部３２と、受光部３４と、受信部３６とをさらに備える。発光部３２は、赤外線発光素子によって構成され、基板３０によって発光状態が制御される。基板３０は、内輪４の温度の推定値、内輪４と外輪２との温度差の推定値、外輪２の温度の検出値等を含む温度情報を、発光部３２を用いた赤外線通信により受信部３６へ送信する。

受光部３４は、ユニットハウジング２８、外輪間座８、及び軸受ハウジング１２に形成される貫通孔３５を通じて発光部３２から受光可能であり、受光した赤外線信号を電気信号に変換して受信部３６へ出力する。受信部３６は、発光部３２及び受光部３４を通じて、基板３０から送信された温度情報を受信する。そして、受信部３６は、所定の各種演算を実行する。たとえば、受信部３６は、軸受装置１の温度情報に基づいて軸受内部の予圧を推定したり、予圧の推定結果に基づいて軸受装置１の寿命を予測したりすることも可能である。

＜回転輪（内輪４）の温度推定＞
図４は、図１に示した熱電素子２０の開放電圧Ｖ１と温度差ΔＴとの関係を示した図である。温度差ΔＴは、熱電素子２０の高温側の面２２と低温側の面２４との温度差である。図４を参照して、温度差ΔＴが大きいほど、開放電圧Ｖ１は高くなる。このような開放電圧Ｖ１と温度差ΔＴとの関係を予め取得しておくことにより、熱電素子２０の出力電圧に基づいて温度差ΔＴを検出することができる。

そして、この実施の形態１では、熱伝導体１８を設けることによって、熱電素子２０の低温側の面２４を外輪２の温度に近づけつつ、高温側の面２２を内輪４に近接させているので、温度差ΔＴは、内輪４と外輪２との温度差に相当する。なお、実際には、熱電素子２０の高温側の面２２と内輪４とにはギャップがあり、低温側の面２４と外輪２との間には熱伝導体１８及び外輪間座８が介在しているので、熱電素子２０により検出される温度差に補正係数を乗じて内輪４と外輪２との温度差としてもよい。

図５は、温度定常状態における熱電素子２０の開放電圧Ｖ１の推移を示した図である。図５を参照して、線ｋ１は、温度差ΔＴがΔＴ１であるときの開放電圧Ｖ１の推移を示す。線ｋ２は、温度差ΔＴがΔＴ２（ΔＴ２＞ΔＴ１）であるときの開放電圧Ｖ１の推移を示す。線ｋ３は、温度差ΔＴがΔＴ３（ΔＴ３＞ΔＴ２）であるときの開放電圧Ｖ１の推移を示す。

図４で示したように、温度差ΔＴの大きさによって開放電圧Ｖ１の大きさは異なるけれども、いずれの温度差においても、開放電圧Ｖ１は、温度差ΔＴの大きさに応じた一定レベルとなる。

図６は、熱電素子２０が発電した電力によって充電される基板３０内の蓄電部の電圧変化を示した図である。この図６では、温度定常状態において蓄電部を一旦放電させ、熱電素子２０の発電電力により充電が開始されてからの蓄電部の電圧が示されている。図６において、横軸の時刻「０」は、上記の充電が開始される時刻である。

図６を参照して、線ｋ４は、温度差ΔＴがΔＴ１であるときの蓄電電圧の推移を示す。線ｋ５は、温度差ΔＴがΔＴ２（ΔＴ２＞ΔＴ１）であるときの蓄電電圧の推移を示す。線ｋ６は、温度差ΔＴがΔＴ３（ΔＴ３＞ΔＴ２）であるときの蓄電電圧の推移を示す。

図示されるように、温度差ΔＴが大きいほど、蓄電部の電圧が所定の電圧Ｖｔｈに達するまでの時間が短い。このような温度差ΔＴと蓄電部の充電時間との関係を予め取得しておくことにより、蓄電部の充電時間に基づいて温度差ΔＴを推定することも可能である。或いは、上記の関係を用いて、充電が開始されてから所定時間経過後の蓄電部の電圧に基づいて温度差ΔＴを推定することも可能である。

図７は、図１に示した基板３０の構成を示すブロック図である。図７を参照して、基板３０は、コンバータ６０と、マイコン６２と、コンデンサ６４と、送信回路６６とを含む。

コンバータ６０は、基板３０の電源部を構成する。コンバータ６０は、熱電素子２０が発電した電力を受け、マイコン６２等の作動電圧に昇圧して、マイコン６２、コンデンサ６４、及び温度センサ１４へ給電する。なお、コンバータ６０は、熱電素子２０が発電した電力によって作動可能であるとともに、コンデンサ６４の蓄電後はコンデンサ６４から電力を受けて作動する。

マイコン６２は、基板３０の制御部を構成する。マイコン６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。マイコン６２は、コンバータ６０及びコンデンサ６４の少なくとも一方から電力を受けて作動する。

マイコン６２は、熱電素子２０の出力電圧Ｖ１を受け、温度センサ１４の出力電圧Ｖ２を受ける。そして、マイコン６２は、メモリに記憶されたプログラム及びマップ等を用いて、熱電素子２０の出力電圧Ｖ１及び温度センサ１４の出力電圧Ｖ２から内輪４の温度Ｔ３を推定する。

図８は、内輪４の温度推定に関するマイコン６２の機能ブロック図である。図８を参照して、マイコン６２は、電圧−温度（Ｖ−Ｔ）変換部７０と、電圧−温度差（Ｖ−ΔＴ）変換部７２と、内輪温度推定部７４とを含む。Ｖ−Ｔ変換部７０は、温度センサ１４の出力電圧Ｖ２と外輪２の温度Ｔ２との関係を示すマップ或いは関係式を用いて、温度センサ１４の出力電圧Ｖ２から外輪２の温度Ｔ２を算出する。温度センサ１４の出力電圧Ｖ２と外輪２の温度Ｔ２との関係を示すマップ或いは関係式は、実験等により予め準備されてマイコン６２のメモリに記憶されている。

Ｖ−ΔＴ変換部７２は、熱電素子２０の出力電圧Ｖ１と、内輪４及び外輪２間の温度差ΔＴ１との関係を示すマップ或いは関係式を用いて、熱電素子２０の出力電圧Ｖ１から内輪４と外輪２との温度差ΔＴ１を算出する。熱電素子２０の出力電圧Ｖ１と上記温度差ΔＴ１との関係を示すマップ或いは関係式は、実験等により予め準備されてマイコン６２のメモリに記憶されている。

内輪温度推定部７４は、Ｖ−Ｔ変換部７０から外輪２の温度Ｔ２の算出値を受け、Ｖ−ΔＴ変換部７２から内輪４と外輪２との温度差ΔＴ１の算出値を受ける。そして、内輪温度推定部７４は、外輪２の温度Ｔ２に、内輪４と外輪２との温度差ΔＴ１を加算することによって、内輪４の温度Ｔ３を算出する。このように、この実施の形態１に従う軸受装置１では、固定輪である外輪２の温度を検出する温度センサ１４と、内輪４と外輪２との温度差を検出する熱電素子２０とを用いて、回転輪である内輪４の温度が推定される。

再び図７を参照して、コンデンサ６４は、基板３０の蓄電部を構成する。コンデンサ６４は、コンバータ６０によって所定電圧に昇圧された電力を蓄える。そして、コンデンサ６４は、その蓄えられた電力を、コンバータ６０、マイコン６２、及び送信回路６６へ供給する。なお、図示していないが、コンデンサ６４に蓄えられた電力を温度センサ１４へ供給してもよい。コンデンサ６４は、たとえば、電気二重層コンデンサによって構成される。

送信回路６６は、基板３０の送信部を構成する。送信回路６６は、コンバータ６０及びコンデンサ６４の少なくとも一方から電力を受けて作動する。そして、送信回路６６は、マイコン６２から温度情報（推定された内輪４の温度Ｔ３のほか、外輪２の温度Ｔ２や、内輪４と外輪２との温度差ΔＴ１等）を受け、その受けた温度情報を赤外線を用いて受信部３６（図１）へ無線送信するように、発光部３２の発光状態を制御する。なお、赤外線を用いた通信方法には、たとえば所定周期の搬送波を用いた公知の各種手法を用いることができる。

図９は、図１に示した受信部３６の構成を示すブロック図である。図９を参照して、受信部３６は、制御部８０と、表示部８２と、記憶部８４とを含む。制御部８０は、ＣＰＵと、メモリと、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。

制御部８０は、基板３０から送信された温度情報を、受光部３４を通じて受信し、記憶部８４へ出力する。制御部８０は、受光部３４が信号を受光していない場合には、スリープ状態（消費電力抑制モード）となっており、受光部３４が信号を受光すると、スリープ状態から起動して、受信した温度情報を記憶部８４へ出力する。そして、受信した温度情報の記憶部８４への出力が終了した後、受光部３４が所定時間信号を受光しない状態が継続すると、制御部８０は、再度スリープ状態となる。なお、受光部３４は、常時受信可能状態で待機している。

制御部８０は、受信した温度情報を用いて各種処理を実行することができる。たとえば、ユーザ（軸受装置１を扱う作業者）が内輪４や外輪２の温度履歴を確認したい場合に、制御部８０は、ユーザからの要求に応じて起動するとともに表示部８２を起動し、記憶部８４から温度情報を読み出して上記温度履歴を表示部８２に表示させることができる。

或いは、制御部８０は、内輪４及び外輪２の温度に基づいて予圧を推定し、予圧調整機構が設けられる場合には予圧を適切な値に調整したり、軸受装置１の寿命予測を行なっている場合には予圧の増大量に応じて寿命予測値を修正したりすることができる。

なお、ユーザからの要求は、たとえば、図示されない確認用ボタンを設け、ユーザが当該ボタンを操作することによって行なうことができる。

表示部８２は、たとえば液晶モニタによって構成され、制御部８０によって表示状態が制御される。表示部８２は、ユーザの要求に従って、記憶部８４から読み出された温度情報の履歴を表示したり、制御部８０において算出される各種演算値（たとえば、予圧推定値や軸受装置１の寿命予測値等）を表示することも可能である。なお、表示部８２も、所定時間表示を行なった後、スリープ状態となるようにしてもよい。

なお、表示部８２を設けることなく、無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標））やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の無線通信により遠隔のＰＣ等へデータを転送し、ＰＣ等の表示部において温度情報を表示するようにしてもよい。或いは、受信部３６にＲＦＩＤタグを内蔵し、軸受装置１の外部から温度情報を読み取り可能としてもよい。

なお、受信部３６への給電方法については、電線を通じて給電するようにしてもよいし、電線の配線が困難である場合には、コイン型電池（或いはボタン型電池）ホルダを設けて、電池から給電するようにしてもよい。コイン型電池（或いはボタン型電池）にはリチウム電池が好ましいが、コイン型電池に代えて再充電可能なニッケル水素乾電池を用いてもよい。

なお、受信部３６は、軸受装置１が用いられる装置（たとえば工作機械の主軸装置等）による機械加工時に使用されるクーラント等の侵入を防止するために、適宜防水構造とすることができる。防水構造には、パッキンや、Ｏリング、コーキング、樹脂モールド等を採用することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、熱電素子２０の検出値を用いて内輪４と外輪２との温度差が推定され、温度センサ１４によって外輪２の温度が検出される。そして、上記温度差と外輪２の温度とから内輪４の温度が推定される。したがって、この実施の形態１によれば、回転輪である内輪４の温度を非接触で精度よく測定することができる。

また、この実施の形態１では、基板３０及び温度センサ１４は、熱電素子２０が発電した電力を用いて作動する。したがって、この実施の形態１によれば、軸受装置１の外部から電力を供給することなく内輪４の温度測定を行なうことができる。

また、この実施の形態１では、熱伝導体１８が設けられることによって、熱電素子２０の低温側の面２４を外輪２の温度に近づけつつ、高温側の面２２を内輪４に近接させることができる。したがって、この実施の形態１によれば、熱電素子２０によって、内輪４と外輪２との温度差を精度よく測定することができる。

また、この実施の形態１によれば、温度センサ１４は、外輪２に隣接する外輪間座８に設けられるので、外輪２の構成に変更を加えることなく、温度センサ１４により外輪２の温度を精度よく検出することができる。

また、この実施の形態１によれば、赤外線を用いて、軸受装置１の内部において取得された温度情報を外部の受信部３６へワイヤレスで取り出すことができる。そして、受信部３６において、取り出された温度情報を適宜表示することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２に従う軸受装置１Ａは、実施の形態１の軸受装置１と熱伝導体及びユニットハウジングの構造が異なる。

図１０から図１２を用いて、実施の形態２に従う軸受装置１Ａの構成について説明する。図１０は、実施の形態２に従う軸受装置１Ａの回転軸に直交する断面図である。図１１は、図１０中のXI−XI線に沿った軸受装置１Ａの断面図であり、図１２は、図１０中のXII−XII線に沿った軸受装置１Ａの断面図である。

図１０から図１２を参照して、軸受装置１Ａは、図１から図３に示した軸受装置１に対して、ユニットハウジング２８及び熱伝導体１８に代えてそれぞれユニットハウジング５０及び熱伝導体５２を備え、圧縮コイルばね５４をさらに備える。

ユニットハウジング５０は、たとえば樹脂製であり、外輪間座８の内周面に固定される。熱伝導体５２は、ユニットハウジング５０の一部に設けられ、外輪間座８の内周面に当接するように配置される。具体的には、基板３０がユニットハウジング５０の内部に設けられ、熱伝導体５２は、基板３０から外輪間座８の周方向にずらした位置に配置される（図１０）。熱伝導体５２は、基板３０に対して回転軸方向に沿う方向に配置することも可能であるけれども、その場合は、熱伝導体５２の配置スペースを確保するために、外輪間座８（及び内輪間座１０）を回転軸方向に拡張する必要がある。この実施の形態２では、熱伝導体５２と基板３０とは、外輪間座８の周方向に沿って配置されるので、外輪間座８（及び内輪間座１０）を回転軸方向に拡張する必要はない。

圧縮コイルばね５４は、その圧縮反発力によって熱伝導体５２を外輪間座８へ押し付ける。これにより、熱伝導体５２は、外輪間座８の内周面に当接する。そして、熱伝導体５２の外輪間座８との接触面と反対側の面に、熱電素子２０が配置される（図１０，図１２）。

なお、上記において説明されていない部位については、実施の形態１の軸受装置１と基本的に同じである。

この実施の形態２によっても、回転輪である内輪４の温度を非接触で精度よく測定することができる。そして、この実施の形態２の構成によっても、熱伝導体５２によって、熱電素子２０の低温側の面２４を外輪２の温度に近づけつつ、高温側の面２２を内輪４に近接させることができる。したがって、この実施の形態２によっても、熱電素子２０によって、内輪４と外輪２との温度差を精度よく測定することができる。

そして、この実施の形態２によれば、熱伝導体５２は、基板３０から外輪間座８の周方向にずらした位置に配置されるので、熱伝導体５２の配置スペースを確保するために外輪間座８（及び内輪間座１０）を回転軸方向に拡張する必要はない。

［実施の形態３］
この実施の形態３に従う軸受装置１Ｂは、実施の形態２の軸受装置１Ａと熱電素子２０の配置が異なる。

図１３及び図１４を用いて、実施の形態３に従う軸受装置１Ｂの構成について説明する。図１３は、実施の形態３に従う軸受装置１Ｂの回転軸に直交する断面図である。図１４は、図１３中のXIV−XIV線に沿った軸受装置１Ｂの断面図である。なお、図１３中のXI−XI線に沿った軸受装置１Ｂの断面図は、図１１に示した断面図と同じであるので、説明を繰り返さない。

図１３及び図１４を参照して、この軸受装置１Ｂでは、熱伝導体５２と外輪間座８との間に熱電素子２０が配置される。圧縮コイルばね５４がその圧縮反発力によって熱伝導体５２を外輪間座８へ押し付けることにより、熱電素子２０の高温側（吸熱側）の面２２が熱伝導体５２に当接し、低温側（放熱側）の面２４が外輪間座８に当接する。熱伝導体５２は、内輪４の熱を十分に吸熱できるように、内輪４に近接する位置まで延びるように形成されている（図１４）。

この実施の形態３では、熱伝導体５２を通じて、内輪側の熱が熱電素子２０の高温側の面２２へ伝わる。熱電素子２０の低温側の面２４は、外輪間座８の内周面に当接している。これにより、熱電素子２０は、内輪４と外輪２との温度差に応じた電圧を発生する。なお、この実施の形態３においても、温度差の検出精度をさらに高めるために、熱伝導体５２と対向する内輪側の面を黒色としてもよい。

なお、この実施の形態３においても、熱伝導体５２は、基板３０から外輪間座８の周方向にずらした位置に配置されるので（図１３）、外輪間座８（及び内輪間座１０）を回転軸方向に拡張する必要はない。

以上のように、この実施の形態３によっても、実施の形態２と同様の効果が得られる。
なお、上記の各実施の形態では、外輪２の温度を検出する温度センサ１４が設けられるものとしたが、温度センサ１４を設けることなく外輪２の温度を推定してもよい。たとえば、軸受装置１，１Ａ，１Ｂが設置される環境の温度から外輪２の温度を推定するようにしてもよいし、軸受装置１，１Ａ，１Ｂが使用される環境が予め決まっている場合には、外輪２の温度を予め測定した所定温度としてもよい。

また、上記の各実施の形態では、軸受装置１，１Ａ，１Ｂは、一対のアンギュラ玉軸受を備えるものとしたが、アンギュラ玉軸受に代えて、深溝玉軸受や円筒ころ軸受等によって軸受装置を構成してもよい。また、工作機用スピンドル等に用いられ得る、圧縮空気と潤滑油とを混合させて転がり面の潤滑を行なうアンギュラ玉軸受等によって軸受装置を構成してもよい。

また、上記の各実施の形態では、熱電素子２０は、軸受装置に１つ設けられるものとしたが、このような熱電素子を複数設けてもよい。同様に、温度センサ１４も、複数設けてもよい。

また、上記では、特に説明されていないが、軸受ハウジング１２を冷却油等によって強制冷却してもよい。これにより、軸受ハウジング１２を通じて外輪２が冷却されるので、内輪４と外輪２との温度差を大きくすることができる。その結果、熱電素子２０の発電量を大きくすることができ、基板３０をより安定的に作動させることができる。

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、上記した実施の形態の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及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。

１，１Ａ，１Ｂ 軸受装置、２ 外輪、４ 内輪、６ 転動体、８ 外輪間座、１０ 内輪間座、１２ 軸受ハウジング、１４ 温度センサ、１６，２６ 電線、１８，５２ 熱伝導体、２０ 熱電素子、２８，５０ ユニットハウジング、３０，４２ 基板、３２ 発光部、３４ 受光部、３５ 貫通孔、３６ 受信部、３８ 回転体、４４，５４ 圧縮コイルばね、４６ 基板ストッパ、６０ コンバータ、６２ マイコン、６４ コンデンサ、６６ 送信回路、７０ Ｖ−Ｔ変換部、７２ Ｖ−ΔＴ変換部、７４ 内輪温度推定部、８０ 制御部、８２ 表示部、８４ 記憶部。

Claims (10)

1. 固定輪に対して固定され、前記固定輪と回転輪との温度差を検出するとともに前記温度差により発電する熱電素子と、
   前記熱電素子により発電される電力を受けて作動し、前記熱電素子により検出される前記温度差と前記固定輪の温度とから前記回転輪の温度を推定する演算部とを備える軸受装置。
2. 前記固定輪及び前記回転輪は、それぞれ軸受の外輪及び内輪であり、
   前記熱電素子は、内輪側から吸熱して外輪側へ放熱するように配置される、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記外輪に隣接して設けられる外輪間座と、
   前記外輪間座の内周面に密接して設けられる熱伝導体とをさらに備え、
   前記熱電素子は、前記熱伝導体において前記内輪側と対向する面に配置される、請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記外輪に隣接して設けられる外輪間座と、
   前記外輪間座の内周側に設けられる熱伝導体とをさらに備え、
   前記熱電素子は、前記熱伝導体と前記外輪間座との間に配置される、請求項２に記載の軸受装置。
5. 前記熱伝導体は、前記演算部から前記外輪間座の周方向にずらした位置に配置される、請求項３又は請求項４に記載の軸受装置。
6. 前記熱電素子により発電される電力を受けて作動し、前記外輪の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記温度センサは、前記外輪間座に配置される、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の軸受装置。
7. 前記熱電素子は、ゼーベック効果により前記温度差に応じた電圧を発生する素子である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の軸受装置。
8. 前記熱電素子が発電した電力を受け、前記演算部の作動電圧に昇圧して前記演算部へ給電する電源部をさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の軸受装置。
9. 前記演算部により推定された前記回転輪の温度を含む温度情報を、赤外線を用いて外部へ無線送信するように構成された送信部をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の軸受装置。
10. 赤外線を用いて前記送信部から送信された前記温度情報を受信するように構成された受信部をさらに備え、
    前記受信部は、受信された前記温度情報を表示する表示部を含む、請求項９に記載の軸受装置。

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