JP2020159547A - 潤滑油供給ユニットおよび軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適量の潤滑油が軸受に供給される潤滑油供給ユニットおよび軸受装置を提供する。【解決手段】潤滑油供給ユニット４０および軸受装置３０は、潤滑油を保持するオイルタンク４２と、オイルタンク４２に保持された潤滑油を軸受５に供給するポンプ４３と、軸受５または軸受に隣接する部材である間座６に設置された熱流センサ１１ａ，１１ｂと、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に応じてポンプ４３の動作を制御する制御装置とを備える。熱流センサ１１ａ，１１ｂによって、転がり軸受５の瞬間かつ急激な発熱を正確に検出し、その検出結果を基に異常の予兆を判断し、適切なタイミングで軸受５に注油することができる。【選択図】図２

Description

この発明は、工作機械の主軸等を回転自在に支持する軸受に潤滑油を供給する潤滑油供給ユニットおよびそれを備える軸受装置に関する。

工作機械主軸用軸受は、高速かつ低荷重で使用されることが多く、その軸受にはアンギュラ玉軸受が広く使用される。工作機械主軸用軸受は、エアオイル（オイルミスト）潤滑またはグリース潤滑によって潤滑される。エアオイル潤滑は、潤滑油を外部から供給するので、長期に渡り安定した潤滑状態を保つことができるという特徴がある。一方、グリース潤滑は、付帯設備および配管を必要としないことから経済性に優れ、ミストの発生が極めて少ないことで、環境に優しいという特徴がある。

工作機械の中でもマシニングセンタの主軸など、より高速な領域、例えば、内輪内径に回転数を乗じたｄｎ値で１００万以上の領域で使用される軸受は、より安定した運転が必要である。しかし、以下に記載の様々な原因で、軸受軌道面の面荒れまたはピーリング、保持器の異常を経て、軸受が過度に昇温することがある。
・エアオイル潤滑における潤滑油の給排油の不適（油量過小、過多、排気不良）
・軸受内部に封入された潤滑グリースの劣化
・軸受転がり部へのクーラントまたは水の浸入、あるいは異物の侵入
・過大な予圧、つまり転がり部の接触面圧の増大による油膜切れ
上記による軸受の過度の昇温を防止すべく、軸受に隣接した間座に潤滑給油ポンプと非接触式の温度センサを内蔵し、温度センサによる軸受潤滑部の温度測定値に応じて、潤滑給油ポンプにて軸受内部に潤滑油を給油する技術が特開２０１７−２６０７８号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１７−２６０７８号公報

一般に、エアオイル潤滑では、常時供給される圧縮エアに対して、エア送給路にオイルバルブからオイルを間欠的に添加し、オイルミストを発生させる。

オイルの添加量が不足すると軸受において摩擦力が大きくなり焼き付きが発生してしまう。一方、オイルの添加量が過多であると、軸受部におけるオイルの撹拌抵抗が増加し、温度が上昇することによって焼き付きが発生してしまう。高速回転軸を支持する軸受についてはオイルの適量の範囲が比較的狭いため、エアオイル潤滑の場合オイルの適量を添加することが難しいという問題がある。

メーカーは、オイル添加量の推奨条件を示しているものの、工作機械等の運転条件によっては、オイルの適量も変動する。例えば、回転速度の変動、連続運転時間の変動、工作物の加工時の負荷の変動、加工時の軸の姿勢の変化など、運転条件が変化する場合には、一律な添加量では対応できない。

軸受の状態を監視しながらオイルバルブ（ミキシングバルブ）における添加量を調整することも考えられるが、オイルバルブはオイルを滴下してから細粒状にして軸受に供給するために軸受から比較的離れたエア通路の場所に配置されることが多く、オイルバルブで滴下してからオイルが軸受にいきわたるまでにはタイムラグが発生する。したがって、軸受に状態変化が発生してからオイルを添加するのでは、潤滑が間に合わないという問題もある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、適時のタイミングで潤滑油が軸受に供給される潤滑油供給ユニットおよびそれを備える軸受装置を提供することである。

本開示は、潤滑油供給ユニットに関する。潤滑油供給ユニットは、潤滑油を保持する保持部と、保持部に保持された潤滑油を軸受に供給する供給部と、軸受または軸受に隣接する部材に設置された熱流センサと、熱流センサの出力に応じて供給部の動作を制御する制御装置とを備える。

好ましくは、制御装置は、熱流センサが検出した熱流束の変化率が判定しきい値を超えた場合に、供給部を駆動して軸受に潤滑油を供給する。

好ましくは、制御装置は、熱流センサが検出した熱流束が判定しきい値を超えた場合に、供給部を駆動して軸受に潤滑油を供給する。

軸受に隣接する部材が間座以外（ハウジングの肩、蓋、ばねホルダなど）であっても良いが、好ましくは、軸受に隣接する部材は、間座であり、保持部、供給部、および制御装置は、間座に配置される。

より好ましくは、間座には、保持部内の潤滑油による潤滑とは別にエアオイル潤滑を行なうための潤滑油通路が設けられる。制御装置は、エアオイル潤滑によって軸受に供給される潤滑油が不足したことを熱流センサの出力に応じて検出した場合に、供給部を駆動して潤滑油を追加させる。

好ましくは、軸受は、グリースで潤滑され、制御装置は、グリースの基油が不足したことを熱流センサの出力に応じて検出した場合に、供給部に潤滑油を追加させる。

好ましくは、潤滑油供給ユニットは、軸受の予圧や外部からの荷重を検出する荷重センサをさらに備える。制御装置は、荷重センサの出力に応じて供給部の動作を制御する。

本開示は、他の局面では、上記のいずれかに記載の潤滑油供給ユニットと、軸受とを備える、軸受装置に関する。

この構成によると、軸受の運転時における軸受内部の温度変化を測定するため、熱流センサを使用するので、軸受の異常の予兆をいち早くとらえることが可能となり、適時のタイミングで潤滑油を軸受に供給することができる。

実施の形態１のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。 スピンドル装置に組み込まれる実施の形態１に係る軸受装置３０の構成を示す模式断面図である。 図２の間座のＩＩＩ断面を模式的に示した図である。 図２の間座のＩＶ断面を模式的に示した図である。 潤滑油供給ユニット４０の拡大断面図である。 実施の形態１における潤滑油供給ユニット４０の構成を示すブロック図である。 試験機の構造を示す図である。 性能評価試験の試験条件を記載した図である。 性能評価試験における軸受装置の各種センサ出力を示す図である。 加減速試験による熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。 図１０のｔ１〜ｔ２に示す部分の横軸を拡大した図である。 軸受に供給する油量と温度および摩擦損失との関係を示す図である。 エアオイル潤滑のオイルポンプユニットと間座の潤滑油供給ユニットとの関係を示す図である。 潤滑油切れによる軸受異常の再現試験の条件を記載した図である。 潤滑油切れによる軸受異常の再現試験における熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。 実施の形態１の軸受装置の動作を説明するための波形図である。 実際の軸受焼損を再現した評価試験の状況を説明するための波形図である。 制御装置が実行する潤滑油の供給制御を説明するためのフローチャートである。 スパイク状のノイズが発生していない場合の熱流センサの出力信号の波形図である。 スパイク状のノイズが発生している場合の熱流センサの出力信号の波形図である。 図２０のスパイクノイズ付近を拡大して示した図である。 上限値を適用した制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の軸受装置の構成を示す模式断面図である。 図２３の間座のＸＸＩＶ断面を模式的に示した図である。 図２３の間座のＸＸＶ断面を模式的に示した図である。 実施の形態２における潤滑油供給ユニット１４０の構成を示すブロック図である。 熱流センサの第１の配置例を示す図である。 熱流センサの第２の配置例を示す図である。 熱流センサの第３の配置例を示す図である。 熱流センサの第４の配置例を示す図である。 熱流センサの第５の配置例を示す図である。 熱流センサの第６の配置例を示す図である。 図３２のＸＸＸＩＩＩ断面における断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。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。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。図２は、スピンドル装置に組み込まれる実施の形態１に係る軸受装置３０の構成を示す模式断面図である。

図１に示すスピンドル装置１は、例えば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、工作機械主軸用のスピンドル装置１で支持されている主軸４の一端側にはモータ５０が組み込まれ、他端側には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。

スピンドル装置１は、軸受５ａ，５ｂと、軸受５ａ，５ｂに隣接して配置される間座６と、熱流センサ１１ａ、１１ｂと、モータ５０と、モータ後方に配置される軸受１６とを備える。主軸４は、外筒２の内径部に埋設されたハウジング３に設けた複数の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持される。軸受５ａは、内輪５ｉａと、外輪５ｇａと、転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａとを含む。軸受５ｂは、内輪５ｉｂと、外輪５ｇｂと、転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを含む。間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。

熱流束を測定する熱流センサ１１ａ、１１ｂは、外輪間座６ｇの内径面６ｇＡに固定され、内輪間座６ｉの外径面６ｉＡに対向する。なお、熱流束は、単位時間あたりに単位面積を通過する熱量である。

主軸４には、軸方向に離隔した軸受５ａの内輪５ｉａおよび軸受５ｂの内輪５ｉｂが締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。内輪５ｉａ−５ｉｂ間には内輪間座６ｉが配置され、外輪５ｇａ−５ｇｂ間には外輪間座６ｇが配置される。

軸受５ａは、内輪５ｉａと外輪５ｇａの間に複数の転動体Ｔａを配置した転がり軸受である。これら転動体Ｔａは、保持器Ｒｔａによって間隔が保持されている。軸受５ｂは、内輪５ｉｂと外輪５ｇｂの間に複数の転動体Ｔｂを配置した転がり軸受である。これら転動体Ｔｂは、保持器Ｒｔｂによって間隔が保持されている。

軸受５ａ，５ｂは、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図２に示す軸受装置３０にはアンギュラ玉軸受が用いられ、２個の軸受５ａ，５ｂが背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。

ここでは、２つの軸受５ａ，５ｂで主軸４を支持する構造を例示して説明するが、後に図２７に４つの例を示すように、２つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。

単列の転がり軸受１６は、円筒ころ軸受である。アンギュラ玉軸受である軸受５ａ，５ｂにより、スピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重およびアキシアル方向の荷重が支持される。円筒ころ軸受である単列の軸受１６により、工作機械主軸用のスピンドル装置１に作用するラジアル方向の荷重が支持される。

ハウジング３には冷却媒体流路が形成される。ハウジング３と外筒２との間に冷却媒体を流すことにより、軸受５ａ，５ｂを冷却することができる。

また、軸受５ａ，５ｂの冷却と潤滑のために後に説明する潤滑油供給路６７ａ，６７ｂが設けられる。潤滑油は、吐出孔（ノズル）から潤滑油を搬送するエアとともに、エアオイルまたはオイルミストの状態で噴射される。なお、複雑になるため図１では潤滑油供給路は図示しない。なお、後に図２３に示すように軸受５ａ，５ｂとしてグリース潤滑の軸受を用いた場合には、潤滑油供給路は不要である。

主軸４と外筒２との間に形成される空間部２２における複列の軸受５ａ，５ｂと単列の軸受１６とで挟まれた軸方向の中間位置には、主軸４を駆動するモータ５０が配置されている。モータ５０のロータ１４は主軸４の外周に嵌合した筒状部材１５に固定され、モータ５０のステータ１３は外筒２の内周部に固定されている。

なお、図１では、モータ５０を冷却するための冷却媒体流路は図示しない。
熱流束を測定する熱流センサ１１ａ、１１ｂがスピンドル装置１に実装される。図１、図２に示す例では、熱流センサ１１ａ、１１ｂはともにその一方の面が外輪間座６ｇの内径面６ｇＡに固定され、他方の面が内輪間座６ｉの外径面６ｉＡに対向する。ここでは、軸受５ａの近傍に熱流センサ１１ａが配置され、軸受５ｂの近傍に熱流センサ１１ｂが配置される。

熱流センサは、ゼーベック効果を利用して熱流を電気信号に変換するセンサであり、センサ表裏のわずかな温度差から出力電圧が発生する。この熱流センサは、非接触式温度センサまたは熱電対などの温度センサに比べ、感度が良く、回転速度の変動に伴う軸受内部の熱の変化にタイムリーに追従する。なお、回転速度は、単位時間当たりの回転数と同義である。

軸受５ａ，５ｂの焼き付きの予兆を検出するのに、内輪５ｉａ，５ｉｂ、外輪５ｇａ，５ｇｂ、間座６等の温度を測定して検出しようとすると、急激な発熱が生じたとしても温度が上昇するまでには遅れがあるため、予兆を早期に検出できないことも想定される。このような場合に熱流センサ１１ａ，１１ｂを利用すれば、温度と比べて熱流は早期に変化し始めるため、急激な発熱を迅速に検出することが可能である。

図２の軸受装置３０について、より詳細に説明する。図３は、図２の間座のＩＩＩ断面を模式的に示した図である。図４は、図２の間座のＩＶ断面を模式的に示した図である。図５は、潤滑油供給ユニット４０の拡大断面図である。

図２〜図５を参照して、軸受５ａと軸受５ｂとの間に間座６が配置される。間座６は、内輪間座６ｉと外輪間座６ｇとを含む。内輪間座６ｉは一般的な間座と同様の構成である。外輪間座６ｇには、上部にエアオイル潤滑のための潤滑油供給路６７ａ，６７ｂが設けられ、下部にエア排出口６８が設けられる。さらに外輪間座６ｇには、潤滑油供給ユニット４０が組み込まれている。

潤滑油供給ユニット４０は、外輪間座６ｇに設けられた収容空間に配置されるケース４７と、電気回路部４１と、オイルタンク４２と、ポンプ４３と、ノズル４４ａ，４４ｂと、収容空間を覆う蓋４６とを含む。

オイルタンク４２は、エアオイル潤滑に使用されている潤滑油と同じ種類の潤滑油を貯留する。

図２、図３、図５に示すように、ケース４７内には、電気回路部４１が配置される。また、図２、図４、図５に示すように、ケース４７内には、オイルタンク４２が配置される。電気回路部４１およびオイルタンク４２は、ケース４７において、外輪間座６ｇの内周側に設けられた収容空間に配置される。

ポンプ４３には、オイルタンク４２に接続された吸込みチューブと、ポンプ４３から軸受５ｂの内部に潤滑油を供給するためのノズル４４ｂが接続されている。エアオイル潤滑におけるノズル４４ｂの先端は、エアオイルの噴射口の脇に配置される。エアオイルの噴射によって、ノズル４４ｂの先端から吐出された潤滑油は、軸受の内部に供給される。なお、ノズル４４ｂのノズル穴の内径寸法は、潤滑油の粘度に起因する表面張力と吐出量との関係により、適宜設定される。

図示しないが、軸受５ａの内部に潤滑油を供給するノズル４４ａにも別途ポンプ４３と同様なポンプが設けられる。ポンプ４３からノズル４４ａ，４４ｂの両方に潤滑油を供給するようにしても良い。

なお、図２におけるノズル４４ａ，４４ｂの位置は、回転軸中心からの距離および回転軸に沿う方向の位置関係を模式的に示している。図３、図４に示すように、エアオイルの噴射口の脇にノズル４４ａ，４４ｂの出口が配置されている。

熱流センサ１１ａは、図３に示すように外輪間座６ｇの内周面に設置されている。図示しないが、熱流センサ１１ａの検出信号を電気回路部４１に送る配線が設けられている。熱流センサ１１ｂは、図４に示すように外輪間座６ｇの内周面に設置されている。図示しないが、熱流センサ１１ｂの検出信号を電気回路部４１に送る配線が設けられている。なお、図２における熱流センサ１１ａ，１１ｂの位置は、回転軸中心からの距離および回転軸に沿う方向の位置関係を模式的に示している。エア排出口６８の周辺に熱流センサ１１ａ，１１ｂが配置されている。発明者の実験によれば、エア排出口６８の周辺に熱流センサ１１ａ，１１ｂを配置すると、他の配置よりも熱流センサ１１ａ，１１ｂが感度良く反応することが確認されているので、このような配置が好ましい。

図６は、実施の形態１における潤滑油供給ユニット４０の構成を示すブロック図である。図６を参照して、潤滑油供給ユニット４０は、電気回路部４１と、オイルタンク４２と、ポンプ４３と、ノズル４４ａ、４４ｂとを含む。電気回路部４１は、電源装置５１と、制御装置５３と、ポンプを駆動する駆動装置５２とを含む。

潤滑油供給ユニット４０は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に応じて潤滑油を軸受５に供給する。潤滑油供給ユニット４０は、さらに、温度センサ５６と、振動センサ５７と、回転センサ５８と、荷重センサ５９の出力を受ける。荷重センサ５９は、軸受５の予圧や外部からの荷重を検知するように、例えば軸受と間座との間の隙間に設置される。制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に加えて、または熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に代えて、これらのセンサの出力の少なくとも１つを考慮したタイミングで潤滑油を軸受５に供給するように構成されても良い。例えば工作機器機械の場合には、加工対象によって外部から受ける力の変動や高速運転による発熱、遠心力によって、軸受５に加わる予圧も変動する。予圧が増加すると油膜切れによる摩擦力によって発熱量が増加する。したがって、予圧の増加を荷重センサ５９によって検出した場合に潤滑油を軸受に供給することも有効である。また、外部からの荷重を直接検知した場合に潤滑油を軸受に供給することも有効である。

電源装置５１は制御装置５３（マイコン）に接続される。駆動装置５２は、電源装置５１から電力供給を受け、制御装置５３の制御の下ポンプ４３を駆動する。駆動装置５２はマイクロポンプなどのポンプ４３を動作させるための回路である。

電源装置５１への電力供給は、図示しない配線によってハウジングの外部から行なわれても良いし、後に図２４〜図２６に示すような発電装置１５４によって行なわれても良い。

ポンプ４３は駆動装置５２を介して制御装置５３により制御される。ポンプ４３は、オイルタンク４２内の潤滑油を吸引し、吸引した潤滑油をノズル４４ａ，４４ｂを介して軸受５の内部へ供給する。

＜性能評価試験について＞
実施形態に係る軸受装置を、工作機械主軸スピンドルを模した試験機に組込み、軸受装置の状態検出性能を評価した。

図７は、試験機の構造を示す図である。図７に示すように、試験機は、ハウジング５０６に、前述の軸受装置を介して、主軸５０１が回転自在に支持されている。主軸５０１の軸方向一端部に駆動モータ５１２が連結され、駆動モータ５１２により主軸５０１はその軸心回りに回転駆動される。内輪５０７，外輪５０８は、内輪押さえ５１３および外輪押さえ５１４により主軸５０１およびハウジング５０６にそれぞれ固定されている。

ハウジング５０６は、内周ハウジング５０６ａと外周ハウジング５０６ｂの二重構造とされ、内外のハウジング５０６ａ，５０６ｂ間に冷却媒体流路５１５が形成されている。内周ハウジング５０６ａには、エアオイル供給路５１６が設けられる。エアオイル供給路５１６は外輪間座５０４のエアオイル供給口５１７に連通する。エアオイル供給口５１７に供給されたエアオイルは、ノズルを兼ねる突出部５０４ｂの吐出孔から吐出されて内輪５０７の斜面部５０７ｂに噴射され、転がり軸受５０２の潤滑に供される。内周ハウジング５０６ａには、各転がり軸受５０２の設置部近傍にエアオイル排気溝５１８が形成されるとともに、このエアオイル排気溝５１８から大気に開放されるエアオイル排気路５１９が形成されている。

図８は、性能評価試験の試験条件を記載した図である。図８を参照して、試験軸受は、セラミックボール入り超高速アンギュラ玉軸受（ＮＴＮ株式会社製ＨＳＥタイプ）を用いた。軸受のサイズは、φ７０×φ１１０×２０（５Ｓ−２ＬＡ−ＨＳＥ０１４相当品）である。予圧方式は、定位置予圧（組み込み後予圧７５０Ｎ）である。回転速度は、０〜毎分１６０００回転の間で変化させた。潤滑方式はエアオイル潤滑であり、給油量は、０．０３ｍＬ／１０ｍｉｎであり、潤滑油はＩＳＯ ＶＧ３２であり、潤滑エア流量は３０ＮＬ／ｍｉｎである。外筒冷却は、有りで室温同調、軸姿勢は横軸である。

＜試験結果＞
図９は、性能評価試験における軸受装置の各種センサ出力を示す図である。低速域から超高速域（ｄｎ値１１２万）まで、いずれのセンサも正常に動作することを確認した。

図６の制御装置５３が転がり軸受の注油時期を判断する際、各センサが正常に動作することを確認しておくことが望ましい。本件出願人は、各センサが正常に動作しているとき、軸受装置を低速域から超高速域まで段階的に回転速度を上昇させると、温度、回転速度および熱流束が所定の関係で段階的に推移していくことを試験により確認した。この性能評価試験から、例えば運転開始前の初期診断時等において、各センサが正常に動作していることを制御装置５３が自動的に判断することで、転がり軸受に対する注油時期の判断結果をより客観的に用いることができる。

図１０は、加減速試験による熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。図１１は、図１０のｔ１〜ｔ２に示す部分の横軸を拡大した図である。

図１０に示すように、熱流センサのセンサ出力は、温度センサのセンサ出力よりも回転速度の加減速に対する応答性が良く、転がり軸受の異常の予兆検知の精度を高め得る。熱流センサのセンサ出力の増減開始のタイミングは、回転速度の増減開始のタイミングに略同期している。

＜軸受に対する注油量と注油時期の検討＞
図１２は、軸受に供給する油量と温度および摩擦損失との関係を示す図である。図１２の縦軸は温度および摩擦損失を示し、横軸は潤滑油の量を示す。領域Ａでは潤滑油量の増加に従い転動体と軌道輪の摩擦損失Ｌが減るため温度Ｔが低下する。逆に、領域Ｃでは、潤滑油量が増加すると潤滑油の撹拌抵抗が増加し、摩擦損失Ｌが増加するとともに温度Ｔが上昇する。さらに潤滑油量が多い領域Ｅでは、潤滑油量が多く、潤滑油自身が工作機の発熱を奪い冷却した後に外部に排出されるので、潤滑油量が増加するほど温度Ｔが下がる。しかし、潤滑油が多すぎると、撹拌抵抗が増えて摩擦損失Ｌが大きくなる。

工作機械のように、毎分１００００回転を超える高速回転の場合には、摩擦損失が大きい領域Ｃ〜Ｅでは、巨大な動力源が必要となるため現実的には使用できない。したがって、工作機械の回転軸などに使用される高速回転の軸受には、領域Ａと領域Ｃの境界の温度が極小となる領域Ｂの潤滑油量が最適である。

この極小を示す潤滑油量は、通常、一定量の供給で運用されるが、工作機械特有の高速回転、高剛性化（軸受にかかる負荷：大）、環境対応（油量：小）などの状況下では、一定量の供給では対応できない場合がある。その場合、軸受中の潤滑油の量は時々刻々と変化しており、軸受の温度を監視して注油するのでは、温度が上昇したころには油切れになり、軸受の内輪、外輪の軌道面に損傷が生じてしまう。そこで、本実施の形態の軸受装置では、軌道面の潤滑油量の減少に伴う摩擦抵抗の増加による発熱を早期に熱流センサで検知し、軌道面に損傷が生じる手遅れになる前に潤滑油を添加することによって、潤滑油量が最適になるように調整する。

潤滑油不足で熱流が増加し始めたタイミングで潤滑油を添加する。これを繰返すことによって、軸受中の潤滑油の量が不足することなく、軸受の寿命を確実に伸ばすことができる。

図１３は、エアオイル潤滑のオイルポンプユニットと間座の潤滑油供給ユニットとの関係を示す図である。図１３を参照して、エアオイル潤滑システムは、電磁弁１０１を経由して供給される高圧エアと、オイルポンプユニット１０３から供給される潤滑油とがミキシングバルブ１０２で混合され、通路１０７を経て間座の通路６７に送られる。オイルポンプユニット１０３は、タイマー１０４に設定されたタイミングで一定の間隔でミキシングバルブ１０２に潤滑油を送出する。

エア通路１０５を通過する間に、潤滑油は細粒状となり軸受に供給される。しかし、潤滑油の必要量は、加工種類および加工姿勢などによって増減する。

エアオイル潤滑の場合、高速回転軸を支持する軸受については、オイルの適量の範囲が比較的狭く、オイルの適量を添加することが難しい。例えば、軸受の状態を監視しながらミキシングバルブ１０２における添加量を調整することも考えられる。しかし、ミキシングバルブ１０２は、軸受から比較的離れたエア通路１０５の場所に配置されることが多く、オイルバルブで滴下してからオイルが軸受にいきわたるまでにはタイムラグが発生する。したがって、軸受に状態変化が発生してからオイルを添加するのでは、潤滑が間に合わない。

そこで、実施の形態１では、エアオイル潤滑だけでは潤滑油が不足した結果、熱流センサで検出する熱流束が増加開始すると、潤滑油供給ユニット４０から追加的に潤滑油が軸受に供給される。これにより、適量の潤滑油が常時軸受に存在するので、軸受の寿命を維持しつつ摩擦損失が少ない状態で工作機械等を運転することが可能である。

転がり軸受に異常が生じる際の予兆検知を試みるため、軸受異常時の再現試験を実施した。

図１４は、潤滑油切れによる軸受異常の再現試験の条件を記載した図である。図１４を参照して、試験軸受は、セラミックボール入り超高速アンギュラ玉軸受（ＮＴＮ株式会社製ＨＳＥタイプ）を用いた。軸受のサイズは、φ７０×φ１１０×２０（５Ｓ−２ＬＡ−ＨＳＥ０１４相当品）である。予圧方式は、定位置予圧（組み込み後予圧７５０Ｎ）である。回転速度は、毎分１８０００回転の一定回転速度である。外筒冷却は、有りで、室温同調、軸姿勢は横軸である。

この再現試験においても前記性能評価試験、加減速試験と同様、図７の試験機を使用した。本再現試験では、主軸組立時にのみごく少量の潤滑油を転がり軸受に注入することで、試験軸受に潤滑油切れによる異常が発生しやすい状況を作り出した。また、試験軸受の異常に伴って駆動モータ５１２（図７）が過負荷になると、リミッターが作動し、試験機が自動停止するよう設定した。

＜再現試験結果＞
図１５は、潤滑油切れによる軸受異常の再現試験における熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。横軸は運転時間（秒）である。上欄には、熱流束Ｑ、内輪温度Ｔ（ｉ）、外輪温度Ｔ（ｇ）、ハウジング温度Ｔ（ｈ）が示され、下欄には回転速度Ｎ（毎分の回転数）が示される。

熱容量と放熱の関係から、内輪温度Ｔ（ｉ）＞外輪温度Ｔ（ｇ）＞ハウジング温度Ｔ（ｈ）が成立している。

駆動モータ５１２（図７）の過負荷検出によって、時刻５２５（秒）過ぎから、回転速度Ｎが低下を開始している。時刻５２５（秒）より前では、各温度はほとんど変化しておらず、温度で異常の予兆を検出するのは困難であることがわかる。試験結果より、熱流束Ｑは、内輪温度Ｔ（ｉ）等よりも早い段階から出力値の上昇が認められており、転がり軸受に異常が生じる際の予兆を早期に検出する際に有効と考えられる。

図１６は、実施の形態１の軸受装置の動作を説明するための波形図である。図１６では、図１５に示した再現実験の波形に、本実施の形態の潤滑油供給ユニット４０によって潤滑油が供給された場合の波形を重ねて示している。

図１６の横軸は運転時間（秒）である。上欄には、熱流束Ｑ、および熱流束の変化率Ｄが示され、潤滑油が供給された場合の熱流束Ｑｘおよび変化率Ｄｘが重ねて示されている。下欄には回転速度Ｎ（毎分の回転数）が示される。

潤滑油の供給を再開しない場合、時刻５２５（秒）を過ぎると、軸受の損傷によってモータが過負荷を検知して回転速度Ｎが低下していく。

軸受の損傷を避けるためには、時刻５２５（秒）より以前に潤滑油を添加する必要がある。温度の上昇は図１５に示したように、時刻５２５（秒）よりも後であるので、温度の上昇に基づいて潤滑油を添加したのでは手遅れである。これに対して熱流センサの検出する熱流束Ｑは、時刻５２３（秒）くらいから上昇する。したがって、熱流センサの出力の上昇を検知して潤滑油を添加することが好ましい。上昇を判定するしきい値Ｑｔｈは、定常状態におけるノイズを考慮してマージンを設けて設定する必要がある。しかし、わずかな上昇に対してしきい値Ｑｔｈを決めるのは、軸受をセットする機械の個体差、ユーザの運転条件などが様々では非常に難しい。

これに対して、熱流束Ｑの変化率Ｄ（単位時間当たりの変化量）を計算するとより早期に軸受損傷の予兆を見つけられることが発明者らの実験によりわかった。出力の変化率Ｄについては、軸受をセットする機械の個体差、ユーザの運転条件などが違っていても、比較的一律にしきい値を決めても実用に供することができることもわかった。したがって、より好ましくは、潤滑油は、熱流センサの出力の変化率Ｄがしきい値Ｄｔｈを超えた場合に添加するのが良い。

変化率Ｄは、熱流センサで検出した熱流束Ｑを時間微分によって算出したパラメータである。熱流束Ｑを時間微分したパラメータを用いることで、瞬間かつ急激な発熱を精度良く検出することが可能となる。

熱流束Ｑがしきい値Ｑｔｈを超えた時点（５２５秒ごろ）、または、熱流束の変化率Ｄがしきい値Ｄｔｈを超えた時点（５２４秒ごろ）において、潤滑油供給ユニット４０によって潤滑油を滴下すれば、軸受は損傷を受けない。その結果、図１６の波形では、モータに制限がかかることなく時刻５２５（秒）を経過した後にも回転速度Ｎｘに示すように定常運転を継続することができる。

なお、変化率Ｄに対する判定しきい値Ｄｔｈは、工作機械の主軸ごと、または熱流センサの出力ごとで異なるため、Ｄｔｈ＝０．１、Ｄｔｈ＝１０など、様々なケースがある。また、上記の判定しきい値Ｄｔｈは、実際の軸受焼損を再現した評価試験などによって決定してもよい。

図１７は、実際の軸受焼損を再現した評価試験の状況を説明するための波形図である。図１７に示した評価試験の結果では、運転時間が時刻２０秒から３０秒の間に熱流束が増加し、モータ保護のため回転速度が低下を開始している。このような結果が得られた場合には、判定しきい値Ｄｔｈを以下の式のように決定しても良い。
Ｄｔｈ＝（Ｑ_２’−Ｑ_１’）／（ｔ_２’−ｔ_１’）
図１８は、制御装置が実行する潤滑油の供給制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間（例えば、２〜３ｍｓごと）にメインルーチンから呼び出されて実行される。図６、図１８を参照して、制御装置５３は、ステップＳ１において、熱流センサ１１ａ，１１ｂから判定値を得る。判定値は、熱流束Ｑでもよいが、熱流束の変化率Ｄのほうが好ましい。熱流束Ｑの場合は、例えば、熱流センサ１１ａ，１１ｂの検出値を制御装置内部のメモリに記憶された予め定められたマップなどに照合して得ることができる。熱流束の変化率Ｄの場合には、例えば、前回の熱流束Ｑと今回の熱流束Ｑの差を時間差で除算して得ることができる。

続いて、ステップＳ２において、制御装置５３は、判定値が判定しきい値より大きいか否かを判断する。判定値が熱流束Ｑの場合には、判定しきい値は、図１６に示したしきい値Ｑｔｈである。判定値が熱流束の変化率Ｄの場合には、判定しきい値は、図１６に示したしきい値Ｄｔｈである。

判定しきい値は、例えば、図７〜図１１において説明した試験で決定することができる。例えば、図９において、熱流束Ｑは回転速度Ｎの増加に伴い増加するので、判定しきい値Ｑｔｈは、スピンドル装置の運転条件における最大の回転速度Ｎに対応する熱流束Ｑに安全係数を掛けた値としても良い。

また、回転速度Ｎと熱流束Ｑとの関係は、例えば、図９に示したような試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等から互いに関係付けられる。この関係から、回転速度Ｎごとに判定しきい値Ｑｔｈを予め定めておくことができる。したがって、回転速度Ｎごとに判定しきい値Ｑｔｈを予め定めておき、回転速度Ｎを回転センサ５８から読み込んで、読み込んだ回転速度Ｎに対応する判定しきい値Ｑｔｈを適用しても良い。

また例えば、図１１において、時刻ｔ_１〜ｔ_２の間に変化した熱流束Ｑ_１〜Ｑ_２を基準として、判定しきい値Ｄｔｈを以下の式に従って決定しても良い。
Ｄｔｈ＝Ｍ×（Ｑ_２−Ｑ_１）／（ｔ_２−ｔ_１）
ここで、Ｍは、安全係数である。上式の安全係数Ｍは、工作機械の主軸ごとで異なるため、Ｍ＝１、Ｍ＝１００など、様々なケースがある。

熱流束の変化率Ｄについては、軸受異常発生時の値のほうが、回転速度Ｎの増加時の値よりもはるかに大きい値となることがわかっているので、回転速度Ｎの変化にかかわらず一律のしきい値Ｄｔｈを使用することができる。

判定値＞判定しきい値の場合には（Ｓ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３において制御装置５３は、ポンプ４３を一定時間駆動して、潤滑油を軸受５に供給し、ステップＳ４において制御をメインルーチンに戻す。一方、判定値＞判定しきい値が成立しない場合には（Ｓ２においてＮＯ）、ステップＳ３の処理を実行せずにステップＳ４において制御をメインルーチンに戻す。

また、変化率はあまり変化しないが軌道面の面荒れの進行などにより、緩やかに温度または振動が増加する場合もある。このような場合には、潤滑油の油量を増加させることにより使用を継続できる場合がある。したがって、熱流センサの出力の変化率Ｄがしきい値を超えた場合だけでなく、温度または振動がしきい値を超えた場合にもステップＳ３の処理を実行するようにステップＳ２の処理を変更しても良い。

また、測定環境によっては、例えば、設備の内部や周辺で駆動しているモータの電機ノイズ、設備の振動ノイズなどの影響で、熱流センサの出力にスパイク状のノイズが発生する可能性がある。スパイク状のノイズが混じっている場合、軸受の異常（焼損や発熱大）を熱流束の変化率Ｄに基づいて正確に判断することが難しい場合がある。このようなノイズに対しては、上述の判定に加えて、熱流センサの信号に上限値を定めることが有効である。

図１９は、スパイク状のノイズが発生していない場合の熱流センサの出力信号の波形図である。図２０は、スパイク状のノイズが発生している場合の熱流センサの出力信号の波形図である。図２１は、図２０のスパイクノイズ付近を拡大して示した図である。

スパイク状のノイズが観測される場合には、実際に発生したスパイク状のノイズを測定し、ノイズの観測値に基づいて上限値Ｄｔｈ’を設定し、次式の範囲内にて、軸受異常（焼損や発熱大）を判断してもよい。
Ｄｔｈ’＝（Ｑ_２''−Ｑ_１''）／（ｔ_２''−ｔ_１''）
図２２は、上限値を適用した制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間（例えば、２〜３ｍｓごと）にメインルーチンから呼び出されて実行される。図６、図２２を参照して、制御装置５３は、ステップＳ１１において、熱流センサ１１ａ，１１ｂから判定値を得る。この場合の判定値は、熱流束の変化率Ｄである。熱流束の変化率Ｄは、例えば、前回の熱流束Ｑと今回の熱流束Ｑの差を時間差で除算して得ることができる。

続いて、ステップＳ１２において、制御装置５３は、判定値が図１６に示した判定しきい値Ｄｔｈより大きく、かつ図２１に示すように決定された上限値Ｄｔｈ’より小さいか否かを判断する。

なお、例えば、図１１において、時刻ｔ_１〜ｔ_２の間に変化した熱流束Ｑ_１〜Ｑ_２を基準として、判定しきい値Ｄｔｈを以下の式に従って決定しても良い。
Ｄｔｈ＝Ｍ×（Ｑ_２−Ｑ_１）／（ｔ_２−ｔ_１）
ここで、Ｍは、安全係数である。上式の安全係数Ｍは、工作機械の主軸ごとで異なるため、Ｍ＝１、Ｍ＝１００など、様々なケースがある。

上限値＞判定値＞判定しきい値の場合には（Ｓ１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１３において制御装置５３は、ポンプ４３を一定時間駆動して、潤滑油を軸受５に供給し、ステップＳ１４において制御をメインルーチンに戻す。一方、上限値＞判定値＞判定しきい値が成立しない場合には（Ｓ１２においてＮＯ）、制御装置５３はステップＳ１３の処理を実行せずにステップＳ１４において制御をメインルーチンに戻す。

以上説明したように、実施の形態１の潤滑油供給ユニット４０および軸受装置３０は、潤滑油を保持する「保持部」であるオイルタンク４２と、オイルタンク４２に保持された潤滑油を軸受５に供給する「供給部」であるポンプ４３と、軸受５または軸受に隣接する部材である間座６に設置された熱流センサ１１ａ，１１ｂと、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に応じてポンプ４３の動作を制御する制御装置５３とを備える。熱流センサ１１ａ，１１ｂによって、転がり軸受５の瞬間かつ急激な発熱を正確に検出し、その検出結果を基に、転がり軸受の異常の予兆を判断し、適切なタイミングで軸受に注油することができる。

好ましくは、制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂが検出した熱流束の変化率Ｄが判定しきい値Ｄｔｈを超えており、かつ上限値Ｄｔｈ’を超えていない場合に、供給部であるポンプ４３を駆動して転がり軸受５に潤滑油を供給する。制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂが検出した熱流束の変化率Ｄが判定しきい値Ｄｔｈを超えていないか、または上限値Ｄｔｈ’を超えた場合には、供給部であるポンプ４３を駆動しない。

好ましくは、変化率Ｄに代えて熱流束Ｑで判定しても良い。この場合は、上限値Ｑｔｈ’を定めれば良い。制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂが検出した熱流束Ｑが判定しきい値Ｑｔｈを超えており、かつ上限値Ｑｔｈ’を超えていない場合に、ポンプ４３を駆動して軸受５に潤滑油を供給する。制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂが検出した熱流束Ｑが判定しきい値Ｑｔｈを超えていないか、または上限値Ｑｔｈ’を超えた場合には、ポンプ４３を駆動しない。

このように、上限値Ｄｔｈ’または上限値Ｑｔｈ’を設けることによって、ポンプ４３の誤作動を減らすことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、エアオイルに加えて潤滑油供給ユニットからの潤滑油を軸受に追加する例を説明した。実施の形態２では、グリース潤滑されている軸受に対して潤滑油供給ユニットからの潤滑油を軸受に追加する例を説明する。なお、図１の軸受装置が組み込まれたスピンドル装置の構成については、実施の形態２でも共通するので、ここでは説明は繰返さない。

図２３は、実施の形態２の軸受装置の構成を示す模式断面図である。図２４は、図２３の間座のＸＸＩＶ断面を模式的に示した図である。図２５は、図２３の間座のＸＸＶ断面を模式的に示した図である。

図２３〜図２５を参照して、実施の形態２では、軸受５ａと軸受５ｂとの間に間座１０６が配置される。軸受５ａと軸受５ｂの構造は、実施の形態１と同様である。

間座１０６は、内輪間座１０６ｉと外輪間座１０６ｇとを含む。内輪間座１０６ｉは一般的な間座と同様の構成である。外輪間座１０６ｇには、潤滑油供給ユニット１４０が組み込まれている。

潤滑油供給ユニット１４０は、外輪間座１０６ｇに設けられた収容空間に配置されるケース４７と、電気回路部１４１と、発電装置１５４と、オイルタンク４２と、ポンプ４３と、ノズル４４ａ，４４ｂと、収容空間を覆う蓋４６とを含む。

オイルタンク４２は、軸受５に封入されているグリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留する。

図２４に示すように、ケース４７内には、電気回路部１４１が配置される。また、図２５に示すように、ケース４７内には、オイルタンク４２が配置される。電気回路部１４１およびオイルタンク４２は、ケース４７において、外輪間座１０６ｇの内周側に設けられた収容空間に配置される。

ポンプ４３には、オイルタンク４２に接続された吸込みチューブと、ポンプ４３から軸受５ｂの内部に潤滑油を供給するためのノズル４４ｂが接続されている。ノズル４４ｂの先端部は軸受５ｂの内部（転動体Ｔｂに隣接する位置、例えば軸受５ｂの固定側の軌道輪と回転側の軌道輪との間）にまで延びている。なお、ノズル４４ｂのノズル穴の内径寸法は、基油の粘度に起因する表面張力と吐出量との関係により、適宜設定される。

図示しないが、軸受５ａの内部に潤滑油を供給するノズル４４ａにも別途ポンプ４３と同様なポンプが設けられる。ポンプ４３からノズル４４ａ，４４ｂの両方に潤滑油を供給するようにしても良い。

図２６は、実施の形態２における潤滑油供給ユニット１４０の構成を示すブロック図である。図２６を参照して、潤滑油供給ユニット１４０は、電気回路部１４１と、オイルタンク４２と、ポンプ４３と、ノズル４４ａ、４４ｂとを含む。電気回路部１４１は、電源装置１５１と、制御装置５３と、ポンプを駆動する駆動装置５２と、蓄電装置１５５とを含む。

潤滑油供給ユニット１４０は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に応じて潤滑油を軸受５に供給する。潤滑油供給ユニット１４０は、さらに、温度センサ５６と、振動センサ５７と、回転センサ５８の出力を受け、これらの出力も考慮したタイミングで潤滑油を軸受５に供給するように構成されても良い。

図６と比較すると、図２６に示す構成では、発電装置１５４と蓄電装置１５５とが追加されている。発電装置１５４と蓄電装置１５５は、外輪間座の収容部に配置された電気回路部１４１に含まれる。発電装置１５４は、電源装置１５１に接続され、電源装置１５１は制御装置５３（マイコン）および蓄電装置１５５に接続される。駆動装置５２は、蓄電装置１５５から電力供給を受け、制御装置５３の制御の下ポンプ４３を駆動する。駆動装置５２はマイクロポンプなどのポンプ４３を動作させるための回路である。

潤滑油供給ユニット１４０の発電装置１５４としては、例えば、ゼーベック効果によって発電を行なう熱電素子（ペルチェ素子）を使用することができる。具体的には、図２４、図２５に示すように、発電装置１５４は、外輪間座１０６ｇに接続されたヒートシンク１５４ｇと、内輪間座６ｉに対向して配置されたヒートシンク１５４ｉと、２つのヒートシンクの間に配置された熱電素子１５４ｄとを有する。

ここで、図２３〜図２５に示すように軸受５として転がり軸受を使用する場合、転動体Ｔａ，Ｔｂとの摩擦熱により内輪５ｉａ，５ｉｂと外輪５ｇａ，５ｇｂの温度が上昇する。通常、外輪５ｇａ，５ｇｂは機器のハウジングに組み込まれるため熱伝導により放熱される。そのため、内輪５ｉａ，５ｉｂと外輪５ｇａ，５ｇｂとの間で温度差が生じる（外輪５ｇａ，５ｇｂの温度に対して内輪５ｉａ，５ｉｂの温度のほうが高い）。その温度が各ヒートシンク１５４ｇ，１５４ｉに伝導される。これにより、ヒートシンク１５４ｇ，１５４ｉの間に配置された熱電素子１５４ｄの両端面には温度差が生じる。このため、熱電素子１５４ｄはゼーベック効果により発電を行なうことができる。

なお、外輪側のヒートシンク１５４ｇの密着面は、外輪間座１０６ｇに設けられた収容部の内径の曲率と同一として密着させることによって伝熱（放熱）効果を高くする。一方、内輪側のヒートシンク１５４ｉは、内輪間座６ｉとは接していない。可能であれば、内輪側のヒートシンク１５４ｉの内周面の表面積を大きくすることが望ましい。また、外輪間座１０６ｇの内周面とヒートシンク１５４ｇの外周面の間、ヒートシンク１５４ｇと熱電素子１５４ｄの間、熱電素子１５４ｄと内輪側のヒートシンク１５４ｉ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、一般的にシリコンが主成分である。また、ヒートシンク１５４ｇ，１５４ｉは、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、金，銀，銅などが挙げられるがコスト面から、銅を使用することが一般的である。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。

このような発電装置１５４を用いることにより、外部から潤滑油供給ユニット１４０に電力を供給する必要がないため、外部から電力を供給するための電線を工作機用スピンドルへ取り付ける必要がない。

発電装置１５４によって発生した（発電された）電荷は、蓄電装置１５５に蓄電される。蓄電装置１５５は、蓄電池やコンデンサなどを含む。コンデンサとしては、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用することが好ましい。

ポンプ４３は駆動装置５２を介して制御装置５３により制御される。ポンプ４３は、オイルタンク４２内の潤滑油を吸引し、吸引した潤滑油をノズル４４ａ，４４ｂを介して軸受５の内部へ供給する。

なお、実施の形態２においても、図１６および図１８で説明したように、制御装置５３は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力に応じてポンプ４３を制御する。

実施の形態２に示した潤滑油供給ユニット１４０および軸受装置１３０は、実施の形態１の潤滑油供給ユニット４０および軸受装置３０と同様に、熱流センサ１１ａ，１１ｂによって、転がり軸受５の瞬間かつ急激な発熱を正確に検出し、その検出結果を基に、転がり軸受の異常の予兆を判断し、適切なタイミングで軸受に注油することができる。

潤滑油供給ユニット１４０および軸受装置１３０は、さらに、発電装置１５４を備えるので、外部からの給電が不要であり配線などを減らすことができる。

［熱流センサの配置の変形例］
実施の形態１、２では、軸受装置３０として２つの軸受５ａ，５ｂで主軸４を支持する構造について説明してきた。しかし、このような構成には限定されず、２つ以上の軸受で主軸４を支持する軸受装置についても、実施の形態１または２に示した潤滑油供給ユニットを適用することができる。

図２７は、熱流センサの第１の配置例を示す図である。図２７では、４つの軸受で主軸を支持する軸受装置３０Ａの構造を示す。軸受装置３０Ａでは、図１の軸受装置３０の軸受５ａ，５ｂの両外側にそれぞれ間座３１ｃ，３１ｄと軸受５ｃ，５ｄとを追加した。追加した間座３１ｃの外輪間座３１ｇｃの内径面３１ｇＡｃに熱流センサ１１ｃが配置され、追加した間座３１ｄの外輪間座３１ｇｄの内径面３１ｇＡｄに熱流センサ１１ｄが配置される。その他の構造は図１と同じであるため、説明を省略する。なお、図２７では、すべての軸受に対して熱流センサが配置されているが、設計的または経験的に複数の軸受のうちから異常が発生しやすい軸受を選んで、熱流センサを配置しても良い。

図２８は、熱流センサの第２の配置例を示す図である。図２８に示すように、固定側である外輪間座６ｇに、軸方向側面から内外輪間に突出する突出部７ａ，７ｂ付加し、この突出部７ａ，７ｂに熱流センサ１１ａ，１１ｂがそれぞれ設置されてもよい。発熱源は、転がり軸受の固定側軌道輪の転動体接触部分であるが、固定側軌道輪に熱流センサを設置する場合、固定側軌道輪の加工コスト等が高くなる問題が懸念される。固定側間座の突出部７ａ，７ｂに熱流センサを設置する場合、この問題が解消でき容易に熱流センサを設置できる。また内外輪間に突出する突出部７ａ，７ｂに熱流センサ１１ａ，１１ｂを設置するため、運転時における軸受内部の温度変化を直接的に検出することができる。

なお、突出部７ａ，７ｂは、転がり軸受５ａ，５ｂにエアオイル潤滑の潤滑油を吐出するノズルを兼ねるものであってもよい。この場合、潤滑油を吐出する既存のノズルを利用して熱流センサを設置できるため、例えば、熱流センサを設置する専用部品を設けるよりもコスト低減を図れる。

図２９は、熱流センサの第３の配置例を示す図である。図１〜図４では、熱流センサ１１ａ、１１ｂが固定側の外輪間座６ｇにおける軸受５の近傍に設置された例を示したが、図２９に示すように、熱流センサ１１を、外輪間座６ｇの内周面の軸方向中央付近に設置してもよい。

図１〜図４に示すように固定側の外輪間座６ｇにおける軸受５の近傍に熱流センサが設置される場合、軸受５の内外輪間に流れる熱の熱流束を感度良く別々に検出し得る。一方、図２９に示すように、固定側の外輪間座６ｇの例えば軸方向中央付近に熱流センサが設置される場合、軸受５の内外輪間に流れる熱の熱流束を１つの熱流センサで検出し得る。

図３０は、熱流センサの第４の配置例を示す図である。図３０に示すように、熱流センサ１１ａを、外輪５ｇａの内周面に設置してもよい。この場合、図示しないが、同様に熱流センサ１１ｂを外輪５ｇｂの内周面に設置するとよい。

図３１は、熱流センサの第５の配置例を示す図である。図３１に示すように、熱流センサ１１ａを、外輪５ｇａの内周面に設置し、その横に熱流センサ１１ａの出力信号を処理する処理回路１６２を配置してもよい。熱流センサ１１ａと処理回路１６２は、配線１６１によって接続され、処理回路１６２で処理された信号は、配線１６３によって他の制御回路などに送信される。処理回路１６２は、例えば、信号の増幅処理、またはＡ／Ｄ変換処理などを行なう。

この場合、軸受のサイズが小さいと熱流センサ１１ａおよび処理回路１６２の配置スペースが問題となる。必要に応じて図３１に示すように軸受の外輪５ｇａにおいて、熱流センサ１１ａおよび処理回路１６２が配置される内周面を軸方向に延長し、それに対向する内輪５ｉａも同様に軸方向に延長しても良い。この場合、好ましくは、転動体Ｔａは、外輪５ｇａの軸方向の中央位置から熱流センサ１０ａを配置していない側に偏って配置される。

また、図３０または図３１の構成を図２７の構成に適用しても良い。図２７の説明では非回転の外輪間座６ｇ，３１ｇｃ，３１ｇｄの内径面６ｇＡ、３１ｇＡｃ，３１ｇＡｄに熱流センサを配置した。しかし、図３０または図３１に示す構成を、軸受５ｂ〜５ｄの非回転側の軌動輪（外輪）にも熱流センサを配置し、熱流センサを回転輪（内輪）に対向させる構造であっても構わない。

図３２は、熱流センサの第６の配置例を示す図である。図３３は、図３２のＸＸＸＩＩＩ断面における断面図である。図３２および図３３に示す配置例は、軸受の側面から軸方向に熱流センサの信号配線を引き出すことができない場合に用いることができる。

図３２に示す例では、２つのアンギュラ玉軸受が背面組み合わせで配置されている。熱流センサ１１ａは、外輪５ｇａの内周面に設置され、熱流センサ１１ｂは、外輪５ｇｂの内周面に設置される。好ましくは、外輪５ｇａおよび内輪５ｉａは、熱流センサ１１ａを設置する内周面が軸方向に延長され、外輪５ｇｂおよび内輪５ｉｂは、熱流センサ１１ｂを設置する内周面が軸方向に延長される。

熱流センサが配置されている場所は、隣接する軸受と接触配置されている側の内周面であるため、配線を側方から外部に引き出すことはできない。したがって、図３３に示すように、外輪５ｇｂには、内周面から外周面に貫通する孔１６５が形成されており、熱流センサ１１ｂから信号を取り出す配線１６４が孔１６５を通って、軸受の外部に引き出されている。なお、図示しないが外輪５ｇａに対しても同様な配線を引き出すための貫通孔が設けられる。

以上説明したように、図３１〜図３３に示される軸受装置は、外輪５ｇａと、内輪５ｉａと、転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａと、熱流センサ１０ａとを備える。外輪５ｇａの内周面１７０は、転動体Ｔａが接触する軌道面１７２と、軌道面１７２を両側から挟むように位置する第１面１７１および第２面１７３とを含む。熱流センサ１０ａは、外輪５ｇａの内周面１７０のうちの第２面１７３に配置される。

軸受の軸方向の幅Ｗ０は、第１面１７１の幅Ｗ１と、軌道面１７２の幅Ｗ２と、第２面１７３の幅Ｗ３の合計である。熱流センサ１０ａを配置するスペースを確保するために、第１面１７１の幅Ｗ１よりも第２面１７３の幅Ｗ３の方が広くなるように外輪５ｇａが形成されている。

また、以下のようにも表現することが可能である。すなわち、軸受の軸方向の幅Ｗ０は、転動体Ｔａの軸方向の幅Ｗ５と、それ以外の第１部分の幅Ｗ４と第２部分の幅Ｗ６の合計である。熱流センサ１０ａを配置するスペースを確保するために、転動体Ｔａ以外の第１部分の幅Ｗ４よりも第２部分の幅Ｗ６の方が広くなるように外輪５ｇａが形成されている。

好ましくは、熱流センサ１０ａとともに、熱流センサ１０ａの信号を処理する処理回路１６２が外輪５ｇａの内周面１７０のうちの第２面１７３に配置される。

好ましくは、外輪５ｇｂには、熱流センサ１０ｂの信号を取り出す配線を通過させるために、内周面から外周面に貫通する孔１６５が形成されている。好ましくは、外輪５ｇａには、熱流センサ１０ａの信号を取り出す配線を通過させるために、内周面から外周面に貫通する図示しない同様な孔が形成されている。

また、以上の説明では、軸受の外輪が固定側、内輪が回転側となる構成を例として説明したが、外輪回転、内輪固定の場合にも、固定側に熱流センサを取り付けることにより、本発明を適用することができる。

また、以上の説明では主軸４が横型である場合を例示したが、本実施の形態の軸受装置は、主軸４が立形の工作機械にも適用可能である。

以上の説明では、熱流センサを潤滑油の注油制御に使用したが、軸受装置の異常検出に使用しても良い。例えば、潤滑油供給ユニットによって注油をした場合でもさらに熱流が増加する場合には、軸受が損傷していることが考えられる。この場合、図６の制御装置５３を「異常判断部」として使用することができる。この異常判断部は、熱流束Ｑまたは熱流束の変化率Ｄがそれぞれ図１６に示したＱｔｈまたはＤｔｈよりも大きなしきい値を超えたとき、軸受に異常が生じたと判断する。また、異常判断部は、回転速度Ｎと、この回転速度に追従する熱流束Ｑとの関係に基づいて、転がり軸受の異常を判断しても良い。異常判断部は、回転速度と熱流束との関係を常時にまたは定められた時間監視し、両者の関係に齟齬が生じた場合、転がり軸受の異常と判断しても良い。異常判断部は、例えば、一定の回転速度にもかかわらず、熱流束が急峻に変化する場合、転がり軸受の異常と判断する。異常判断部は、例えば、検出される回転速度が変動しているときに、熱流束が回転速度に追従しない場合、転がり軸受の異常と判断する。このように転がり軸受の瞬間かつ急激な発熱を正確に検出し、その検出結果を基に、転がり軸受の異常を判断することができる。転がり軸受の異常と判断された場合、軸受装置の回転を停止させる等の制御を実行することができる。この場合、制御装置５３は、図１８のフローチャートのステップＳ３において、潤滑油を追加する代わりに警報ランプ等で異常を報知したり、モータの回転を停止させる停止信号を出力したりすればよい。また、この場合、異常判断部は、軸受の間座に配置せずに別の場所に配置していても良い。

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。

１ スピンドル装置、２ 外筒、３，５０６ ハウジング、４，５０１ 主軸、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，１６，５０２ 軸受、５ｇａ，５ｇｂ，５０８ 外輪、５ｉａ，５ｉｂ，５０７ 内輪、６，３１ｃ，３１ｄ，１０６ 間座、６ｇ，３１ｇｃ，３１ｇｄ，１０６ｇ，５０４ 外輪間座、６ｇＡ，３１ｇＡｃ，３１ｇＡｄ 内径面、６ｉ，１０６ｉ 内輪間座、６ｉＡ 外径面、７ａ，７ｂ，５０４ｂ 突出部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 熱流センサ、１３ ステータ、１４ ロータ、１５ 筒状部材、２２ 空間部、３０，３０Ａ，１３０ 軸受装置、４０，１４０ 潤滑油供給ユニット、４１，１４１ 電気回路部、４２ オイルタンク、４３ ポンプ、４４ａ，４４ｂ ノズル、４６ 蓋、４７ ケース、５０ モータ、５１，１５１ 電源装置、５２ 駆動装置、５３ 制御装置、５６ 温度センサ、５７ 振動センサ、５８ 回転センサ、６７，１０７ 通路、６７ａ，６７ｂ オイル通路、６８ エア排出口、１０１ 電磁弁、１０２ ミキシングバルブ、１０３ オイルポンプユニット、１０４ タイマー、１０５ エア通路、１５４ 発電装置、１５４ｄ 熱電素子、１５４ｇ，１５４ｉ ヒートシンク、１５５ 蓄電装置、１６１，１６３，１６４ 配線、１６２ 処理回路、１６５ 孔、１７０ 内周面、１７１ 第１面、１７２ 軌道面、１７３ 第２面、５０６ａ 内周ハウジング、５０６ｂ 外周ハウジング、５０７ｂ 斜面部、５１２ 駆動モータ、５１３ 内輪押さえ、５１４ 外輪押さえ、５１５ 流路、５１６ エアオイル供給路、５１７ エアオイル供給口、５１８ エアオイル排気溝、５１９ エアオイル排気路、Ｒｔａ，Ｒｔｂ 保持器、Ｔａ，Ｔｂ 転動体。

Claims (8)

1. 潤滑油を保持する保持部と、
   前記保持部に保持された潤滑油を軸受に供給する供給部と、
   前記軸受または前記軸受に隣接する部材に設置された熱流センサと、
   前記熱流センサの出力に応じて前記供給部の動作を制御する制御装置とを備える、潤滑油供給ユニット。
2. 前記制御装置は、前記熱流センサが検出した熱流束の変化率が判定しきい値を超えた場合に、前記供給部を駆動して前記軸受に潤滑油を供給する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
3. 前記制御装置は、前記熱流センサが検出した熱流束が判定しきい値を超えた場合に、前記供給部を駆動して前記軸受に潤滑油を供給する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
4. 前記軸受に隣接する部材は、間座であり、
   前記保持部、前記供給部、および前記制御装置は、前記間座に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の潤滑油供給ユニット。
5. 前記間座には、前記保持部内の潤滑油による潤滑とは別にエアオイル潤滑を行なうための潤滑油通路が設けられ、
   前記制御装置は、前記エアオイル潤滑によって前記軸受に供給される潤滑油が不足したことを前記熱流センサの出力に応じて検出した場合に、前記供給部を駆動して潤滑油を追加させる、請求項４に記載の潤滑油供給ユニット。
6. 前記軸受は、グリースで潤滑され、
   前記制御装置は、前記グリースの基油が不足したことを前記熱流センサの出力に応じて検出した場合に、前記供給部に潤滑油を追加させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の潤滑油供給ユニット。
7. 前記軸受の予圧や外部からの荷重を検出する荷重センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記荷重センサの出力に応じて前記供給部の動作を制御する、請求項１に記載の潤滑油供給ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の潤滑油供給ユニットと、
   前記軸受とを備える、軸受装置。