WO2021009973A1 - データ収集装置 - Google Patents

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bearing
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heat flow
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翔平 橋爪
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a data collecting device that collects data of a mechanical device such as a bearing device.
  • Bearings for machine tool spindles are often used at high speeds and low loads, and angular contact ball bearings are widely used for the bearings.
  • Bearings for machine tool spindles are lubricated by air oil (oil mist) lubrication or grease lubrication. Since air oil lubrication supplies lubricating oil from the outside, it has a feature that a stable lubrication state can be maintained for a long period of time.
  • grease lubrication is economical because it does not require ancillary equipment and piping, and it is environmentally friendly because it generates extremely little mist.
  • bearings used in higher speed regions such as the spindle of a machining center, for example, in the region where the dn value obtained by multiplying the inner diameter of the inner ring by the number of revolutions is 1 million or more, require more stable operation.
  • the bearing raceway surface is roughened, peeled, or the cage is abnormal due to various causes described below, there is a concern that the temperature of the bearing may rise excessively and the bearing may burn out.
  • Bearing burnout often involves a momentary and rapid temperature rise compared to normal operation. Therefore, in order to prevent bearing abnormalities including bearing burnout (minimize bearing damage), the output of sensors that detect the state of the bearing (for example, heat flow sensor, rotational speed sensor, etc.) is collected at a high frequency. It is desirable to memorize and monitor the state change of the bearing in detail in a short cycle. However, if the process of constantly collecting and storing the output of the sensor at a high frequency is performed, the amount of data collected becomes enormous, and it is necessary to introduce ancillary equipment such as a large-capacity recorder. In addition, unnecessary data becomes enormous, and it takes time to confirm and organize the data.
  • ancillary equipment such as a large-capacity recorder.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and the purpose of the present disclosure is to accurately detect abnormalities or signs of abnormalities in mechanical devices such as bearings while suppressing the amount of data collected as much as possible. To make it possible.
  • the data collection device collects data of mechanical devices.
  • This data collection device is configured to collect and store the detection result of the sensor that detects the state of the mechanical device at the input unit and the detection result of the sensor input to the input unit at a predetermined sampling cycle. It is equipped with a control device. The control device changes the sampling cycle according to the detection result of the sensor input to the input unit.
  • the mechanical device includes a bearing device having bearings including an inner ring and an outer ring.
  • the sensor includes a heat flow sensor that detects the heat flux in or near the bearing.
  • the control device changes the sampling cycle according to the detection result of the heat flow sensor.
  • control device sets the sampling cycle to the first when at least one of the magnitude and the rate of change of the detection result of the heat flow sensor collected in the first cycle is larger than the corresponding switching threshold value.
  • the detection result of the heat flow sensor is collected in the second cycle by changing to the second cycle shorter than the cycle.
  • control device causes damage to the bearing device when at least one of the magnitude and the rate of change of the detection result of the heat flow sensor collected in the second cycle is larger than the corresponding judgment threshold value. Take measures to prevent it.
  • the treatment for preventing damage to the bearing device is at least one of a treatment for stopping the rotation of the inner ring or the outer ring, a treatment for reducing the rotation speed of the inner ring or the outer ring, and a treatment for cooling the bearing device.
  • control device sets the sampling cycle to the second sampling cycle when at least one of the magnitude and the rate of change of the detection result of the heat flow sensor collected in the second cycle is smaller than the corresponding switching threshold value. Return from the cycle to the first cycle.
  • the senor includes at least one of a load sensor that detects the preload of the bearing and the load from the outside, and a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the inner ring or the outer ring, in addition to the heat flow sensor.
  • the control device changes the sampling cycle to the second cycle, which is shorter than the first cycle, when the detection result of at least one of the load sensor and the rotation speed sensor collected in the first cycle exceeds the corresponding switching threshold value. The detection result of the heat flow sensor is collected in the second cycle.
  • control device causes damage to the bearing device when at least one of the magnitude and the rate of change of the detection result of the heat flow sensor collected in the second cycle is larger than the corresponding judgment threshold value. Take measures to prevent it.
  • the treatment for preventing damage to the bearing device is at least one of a treatment for stopping the rotation of the inner ring or the outer ring, a treatment for reducing the rotation speed of the inner ring or the outer ring, and a treatment for cooling the bearing device.
  • control device collects the detection results of at least one of the load sensor and the rotation speed sensor in the second cycle, and the detection result of at least one of the load sensor and the rotation speed sensor collected in the second cycle. Returns the sampling period from the second period to the first period when is less than the corresponding switching threshold.
  • the bearing device rotatably supports the spindle of the machine tool.
  • the sampling cycle for collecting the sensor detection results is changed according to the sensor detection results input to the input unit. Therefore, for example, when the sensor detection result is a value at the normal time, the sampling cycle is set to a relatively low first cycle, and when the sensor detection result is a value at which a sign of abnormality is likely to occur, the sampling cycle is set. Can be switched to the second cycle, which is shorter than the first cycle. As a result, it is possible to accurately detect an abnormality or a sign of an abnormality in a mechanical device such as a bearing while suppressing the amount of data collected as much as possible.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the relationship of a sampling frequency (sampling period), a load L, and a rate of change D of a heat flux. It is a figure which shows the modification of the arrangement of a heat flow sensor. It is a figure (the 1) which shows the other modification of the arrangement of a heat flow sensor. It is a figure (the 2) which shows the other modification of the arrangement of a heat flow sensor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a spindle device 1 to be measured by the data collection device 50 (see FIG. 2) according to the present embodiment.
  • the spindle device 1 shown in FIG. 1 is used, for example, as a built-in motor type spindle device for a machine tool.
  • a motor (not shown) is incorporated in one end side of the spindle 4 supported by the spindle device 1 for the machine tool spindle, and a cutting tool such as an end mill (not shown) is connected to the other end side.
  • the spindle device 1 includes a bearing device 30.
  • the bearing device 30 includes a bearing 5 including two bearings 5a and 5b, a spacer 6 arranged adjacent to the bearings 5a and 5b, and heat flow sensors 11a and 11b.
  • the spindle 4 is rotatably supported by a plurality of bearings 5a and 5b provided in the housing 3 embedded in the inner diameter portion of the outer cylinder 2.
  • the bearing 5a includes an inner ring 5ia, an outer ring 5ga, a rolling element Ta, and a cage Rta.
  • the bearing 5b includes an inner ring 5ib, an outer ring 5gb, a rolling element Tb, and a cage Rtb.
  • the spacer 6 includes an inner ring spacer 6i and an outer ring spacer 6g.
  • the inner ring 5ia of the bearing 5a and the inner ring 5ib of the bearing 5b separated in the axial direction are fitted to the spindle 4 in a tightly fitted state (press-fitting state).
  • An inner ring spacer 6i is arranged between the inner rings 5ia and 5ib, and an outer ring spacer 6g is arranged between the outer rings 5ga and 5gb.
  • the bearing 5a is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements Ta are arranged between the inner ring 5ia and the outer ring 5ga. These rolling elements Ta are spaced by a cage Rta.
  • the bearing 5b is a rolling bearing in which a plurality of rolling elements Tb are arranged between the inner ring 5ib and the outer ring 5gb. These rolling elements Tb are spaced by a cage Rtb.
  • bearings 5a and 5b angular contact ball bearings, deep groove ball bearings, tapered roller bearings and the like can be used.
  • An angular contact ball bearing is used in the bearing device 30 shown in FIG. 1, and two bearings 5a and 5b are installed in a back combination (DB combination).
  • the arrangement of bearings is not limited to the back combination, and may be, for example, a front combination.
  • a cooling medium flow path is formed in the housing 3.
  • the bearings 5a and 5b can be cooled by flowing a cooling medium between the housing 3 and the outer cylinder 2.
  • a lubricating oil supply path for injecting lubricating oil onto the bearings 5a and 5b may be provided in, for example, the outer ring spacer 6g. Further, a nozzle for discharging the cooling air toward the outer diameter surface of the inner ring spacer 6i may be provided in the outer ring spacer 6g.
  • the bearing device 30 is provided with heat flow sensors 11a and 11b for measuring heat flux.
  • the heat flow sensors 11a and 11b are fixed to the inner diameter surface 6gA of the outer ring spacer 6g and face the outer diameter surface 6iA of the inner ring spacer 6i.
  • the heat flux is the amount of heat that passes through a unit area per unit time.
  • Each of the heat flow sensors 11a and 11b is a sensor that converts heat flow into an electric signal by utilizing the Seebeck effect, and an output voltage is generated from a slight temperature difference between the front and back of the sensor.
  • the heat flow sensors 11a and 11b are more sensitive to changes in heat inside the bearing than temperature sensors such as non-contact temperature sensors or thermocouples, and follow the changes in heat inside the bearing in a timely manner.
  • the heat flow sensor 11a is arranged at the end of the outer ring spacer 6g on the inner diameter surface 6gA on the bearing 5a side in the axial direction (direction along the rotation axis of the main shaft 4).
  • the heat flow sensor 11b is arranged at the end of the outer ring spacer 6g on the inner diameter surface 6gA on the bearing 5b side in the axial direction. In this way, since the heat flow sensors 11a and 11b are installed in the vicinity of the bearings 5a and 5b in the outer ring spacer 6g, the heat flow sensors 11a and 11b directly transfer the heat flux of heat flowing between the inner and outer rings of the bearings 5a and 5b. Can be detected.
  • the output of the heat flow sensors 11a and 11b is used to detect a sign of abnormality in the bearings 5a and 5b. If the outputs of the heat flow sensors 11a and 11b are used, the heat flow starts to change earlier than the temperature, so that sudden heat generation can be detected quickly.
  • a temperature sensor 56a and a vibration sensor 57a are arranged on the end face of the outer ring spacer 6g on the bearing 5a side in the axial direction.
  • a temperature sensor 56b and a vibration sensor 57b are arranged on the end surface of the outer ring spacer 6g on the bearing 5b side in the axial direction.
  • Each sensor such as the heat flow sensors 11a and 11b, the temperature sensors 56a and 56b, and the vibration sensors 57a and 57b is connected to a data collecting device 50 (see FIG. 2) described later, and sends the detection result to the data collecting device 50.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the data collection device 50 according to the present embodiment.
  • the data collecting device 50 collects data indicating the detection results of each sensor provided in the bearing device 30.
  • the data collecting device 50 is applied to the bearing device 30 is shown, but the data collecting device according to the present disclosure can also be applied to a mechanical device other than the bearing device.
  • the data collection device 50 includes an input unit 51, a control device 52, and an output unit 55.
  • the input unit 51 is connected to the heat flow sensors 11a and 11b, the temperature sensors 56a and 56b, the vibration sensors 57a and 57b, the rotation sensor 58, and the load sensor 59. The detection result of each sensor is input to the input unit 51.
  • the rotation sensor 58 detects the rotation speed N of the spindle 4.
  • the rotation sensor 58 may be provided inside the bearing device 30 or may be provided outside the bearing device 30.
  • the load sensor 59 is installed, for example, in the gap between the bearing and the spacer so as to detect the preload of the bearing 5 and the load from the outside.
  • the preload applied to the bearing 5 also fluctuates due to fluctuations in the force received from the outside depending on the processing target, heat generation due to high-speed operation, and centrifugal force.
  • the calorific value may increase due to the frictional force caused by the oil film running out. Therefore, it is also effective to determine that there is a sign of abnormality in the bearings 5a and 5b when the increase in the preload is detected by the load sensor 59.
  • the control device 52 includes a CPU (Central Processing Unit) 53 and a memory (storage device) 54, and controls to collect and store data of bearings 5a and 5b, controls to detect signs of abnormality of bearings 5a and 5b, and bearings 5a. , 5b is executed by various controls such as cooling control. Note that various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).
  • the control device 52 is configured to collect the output (detection result) of each sensor input to the input unit 51 at a predetermined sampling cycle and store it in the memory 54.
  • the control device 52 determines whether or not there is a sign of abnormality such as seizure of the bearings 5a and 5b by using the detection result of each sensor stored in the memory 54.
  • the control device 52 executes a process for preventing damage due to seizure of the bearings 5a and 5b (hereinafter, also simply referred to as "damage prevention process").
  • the damage prevention process includes at least one of a process of stopping the rotation of the spindle 4, a process of reducing the rotation speed of the spindle 4, and a process of cooling the bearing device 30. Further, the damage prevention process may include a process of notifying an abnormality by turning on an alarm lamp or the like.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the heat flux, the temperature, and the rotation speed obtained by the acceleration / deceleration test.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the horizontal axis of the portion shown in t1 to t2 of FIG.
  • the numerical values shown in FIGS. 3, 4 and other figures are merely examples and are not limited to these numerical values. The same applies to the numerical values shown in the figures described below.
  • the output of the heat flow sensor (heat flow) has a better response to acceleration / deceleration of the rotational speed than the output of the temperature sensor (bearing temperature), and the accuracy of detecting signs of bearing abnormality can be improved.
  • the timing of starting the increase / decrease of the output of the heat flow sensor is substantially synchronized with the timing of starting the increase / decrease of the rotation speed.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between heat flux, temperature, and rotation speed in a reproduction test of bearing abnormality due to running out of lubricating oil.
  • the horizontal axis is the operating time (seconds).
  • the upper column shows the heat flux Q, the inner ring temperature T (i), the outer ring temperature T (g), and the housing temperature T (h), and the lower column shows the rotation speed N (rotation speed per minute). ..
  • the rotation speed N started to decrease after 525 (seconds) when the overload of the drive motor was detected. Before the time 525 (seconds), each temperature hardly changed, and it was found that it was difficult to detect a sign of abnormality by the temperature. From the test results, the heat flux Q has been found to increase in output value from an earlier stage than the inner ring temperature T (i), etc., and is considered to be effective for early detection of signs of an abnormality in rolling bearings. Be done.
  • FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the bearing device 30 according to the present embodiment.
  • the waveform of the reproduction experiment shown in FIG. 5 is superimposed on the waveform when the above-mentioned damage prevention treatment is performed.
  • FIG. 6 shows an example in which a process of cooling the bearing device 30 is performed as a damage prevention process.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the operating time (seconds).
  • the heat flux Q and the rate of change D of the heat flux are shown, and the heat flux QX and the rate of change DX when the damage prevention treatment (cooling of the bearing device 30) is performed are shown in an overlapping manner. ..
  • the rotation speed N (rotation speed per minute) is shown in the lower column.
  • the motor detects an overload due to the damage of the bearing and the rotation speed N decreases.
  • the temperature rise is after the time 525 (seconds), so it is too late to perform the damage prevention treatment based on the temperature rise.
  • the heat flux Q detected by the heat flow sensor rises from about time 523 (seconds). Therefore, it is preferable to detect an increase in the output of the heat flow sensor and start the damage prevention treatment.
  • the threshold value Qth for determining the increase in the output of the heat flow sensor needs to be set with a margin in consideration of noise in the steady state. However, it is very difficult to determine the threshold value Qth for a slight increase due to various individual differences in the machine that sets the bearing and the operating conditions of the user.
  • the damage prevention treatment is started when the rate of change D of the heat flux Q (output of the heat flow sensor) exceeds the threshold value Dth.
  • the rate of change D is a parameter calculated by time derivative of the heat flux Q detected by the heat flow sensor.
  • the control device 52 has a determination threshold value (threshold value) corresponding to the magnitude of the heat flux Q detected by the heat flow sensors 11a and 11b or the rate of change D of the heat flux Q.
  • a determination threshold value corresponding to the magnitude of the heat flux Q detected by the heat flow sensors 11a and 11b or the rate of change D of the heat flux Q.
  • control device 52 changes the sampling cycle for collecting the outputs (heat flux Q) of the heat flow sensors 11a and 11b according to the detection results of the heat flow sensors 11a and 11b, thereby collecting data. Detects signs of abnormalities (burnout, etc.) of bearings 5a and 5b with high accuracy while suppressing as much as possible.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of a control processing procedure executed by the control device 52.
  • it is determined whether or not the sampling cycle is switched using the magnitude (absolute value) of the heat flux Q as a parameter, and the presence or absence of a sign of abnormality is determined using the rate of change D of the heat flux Q as a parameter. Is shown.
  • the heat flux Q used for each of the above determinations is, for example, the output of the heat flow sensor 11a and the output of the heat flow sensor 11b. It can be the larger one.
  • the control device 52 sets the sampling cycle to the first cycle T1 (for example, 1 second) (step S10).
  • the first period T1 is a normal sampling period in which the bearings 5a and 5b are abnormal and no signs of abnormality occur.
  • control device 52 collects the outputs (heat flux Q) of the heat flow sensors 11a and 11b in the first cycle T1 set in step S10 (step S12).
  • the heat flux Q collected in the first cycle T1 is stored in the memory 54.
  • the control device 52 determines whether or not the magnitude (absolute value) of the heat flux Q collected in step S12 is larger than the switching threshold value THs (step S14).
  • This determination is a process for deciding whether or not to switch the sampling cycle to the second cycle T2 (for example, 1 millisecond) shorter than the first cycle T1 in order to accurately detect the sign of abnormality of the bearings 5a and 5b. Is.
  • this determination is a process of separating whether the magnitude (absolute value) of the heat flux Q is a normal value or a value at which a sign of abnormality is likely to occur using the switching threshold THs. is there. Therefore, the switching threshold value THs can be set to a value at which a sign of abnormality of the bearings 5a and 5b is likely to occur, for example, a value slightly smaller than the threshold value Qth shown in FIG.
  • step S14 When the magnitude of the heat flux Q is smaller than the switching threshold THs (NO in step S14), the control device 52 returns the process to step S10 and maintains the sampling cycle in the first cycle T1.
  • the control device 52 sets the sampling period to the second period T2 (for example, 1 millisecond) shorter than the first period T1. Is set to (step S16).
  • the sampling cycle is switched from the first cycle T1 to the second cycle T2 which is shorter than the first cycle T1.
  • control device 52 collects the outputs (heat flux Q) of the heat flow sensors 11a and 11b in the second cycle T2 set in step S16 and stores them in the memory 54 (step S18).
  • control device 52 collects the outputs (heat flux Q) of the heat flow sensors 11a and 11b in the second cycle T2 (step S18).
  • the heat flux Q collected in the second cycle T2 is stored in the memory 54.
  • the control device 52 determines whether or not the rate of change D of the heat flux Q collected in the second cycle T2 exceeds the determination threshold value THd (step S20).
  • This determination is a process for determining the presence or absence of a sign of abnormality in the bearings 5a and 5b (detecting a sign of abnormality).
  • the rate of change D of the heat flux Q can be obtained, for example, by dividing the difference between the previous heat flux Q and the current heat flux Q stored in the memory 54 by the time difference.
  • the determination threshold value THd may be set to, for example, the threshold value Dth shown in FIG. it can.
  • the determination threshold value THd may be determined according to the following equation (1) with reference to the heat flux Q1 to Q2 changed between the times t1 and t2 in FIG.
  • the control device 52 determines that there is a sign of abnormality (step S22), and performs damage prevention processing (step S24).
  • the damage prevention process includes, for example, at least one of a process of stopping the rotation of the spindle 4, a process of reducing the rotation speed of the spindle 4, and a process of cooling the bearing device 30.
  • step S26 determines that there is no sign of abnormality
  • the control device 52 determines whether or not the magnitude of the heat flux Q collected in the second cycle T2 is less than the switching threshold value THs (step S28). This determination is a process for determining whether or not to return the sampling cycle from the second cycle T2 (for example, 1 millisecond) to the first cycle T1 (for example, 1 second). When the magnitude of the heat flux Q is larger than the switching threshold THs (NO in step S28), the control device 52 returns the process to step S16, maintains the sampling cycle in the second cycle T1, and after step S16. Repeat the process.
  • step S28 when the magnitude of the heat flux Q is less than the switching threshold THs (YES in step S28), the control device 52 returns the process to step S10 and changes the sampling cycle from the second cycle T1 to the first cycle T1. The process is returned and the processing after step S10 is repeated.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the sampling frequency (sampling period), the magnitude of the heat flux Q (absolute value), and the rate of change D of the heat flux in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the operating time (seconds).
  • the upper column shows the sampling frequency (sampling period)
  • the middle column shows the heat flux Q (absolute value)
  • the lower column shows the rate of change D of the heat flux.
  • FIG. 8 shows an example in which the first cycle T1 is 1 second (1 s) and the second cycle T2 is 1 millisecond (1 ms).
  • the sampling frequency corresponding to the first period T1 (1s) is 1 Hz
  • the sampling frequency corresponding to the second period T2 (1 ms) is 1 kHz.
  • the heat flux Q (absolute value) is less than the switching threshold THs.
  • the sampling cycle is set to 1 second (first cycle T1) on the low speed side.
  • the amount of data collected is reduced as compared with the case where the sampling cycle is always set to 1 millisecond (second cycle t2) on the high speed side. Therefore, data can be stored in a versatile recorder without newly introducing ancillary equipment such as a large-capacity recorder.
  • the sampling cycle is switched from 1 second (1st cycle T1) to 1 millisecond (2nd cycle T2) at a time of 100 (seconds) when the magnitude (absolute value) of the heat flux Q reaches the switching threshold THs. Be done. Therefore, after time 100 (seconds), the heat flux Q is collected and stored every 1 millisecond. As a result, changes in the state of the bearings 5a and 5b can be monitored in detail in a short cycle, so that a sign of abnormality (burnout or the like) of the bearings 5a and 5b can be accurately detected.
  • the rate of change D of the heat flux Q collected every 1 millisecond is calculated, and when the rate of change D exceeds the determination threshold value THd, it is determined that there is a sign of abnormality, and damage prevention processing is performed. As a result, it is possible to prevent abnormalities (burnout, etc.) of the bearings 5a and 5b from occurring.
  • the control device 52 has a relatively low sampling period when the magnitude of the heat flux Q is smaller than the switching threshold value THs (when it is a normal value).
  • One cycle T1 is set.
  • the control device 52 switches the sampling cycle to the second cycle T2, which is shorter than the first cycle T1.
  • the presence or absence of a sign of abnormality in the bearings 5a and 5b is determined using the rate of change D of the heat flux Q collected in the second cycle T2.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a control processing procedure executed by the control device 52 according to the first modification.
  • the flowchart of FIG. 9 is obtained by changing step S20 of the flowchart of FIG. 7 described above to step S20A. Since the other steps (steps having the same numbers as the steps shown in FIG. 7 above) have already been described, detailed description will not be repeated here.
  • the control device 52 sets the sampling period to the second period T2, which is shorter than the first period T1 (step S16).
  • the outputs (heat flux Q) of the heat flow sensors 11a and 11b are collected in the second cycle T2 (step S18).
  • the control device 52 determines whether or not the magnitude of the heat flux Q collected in the second cycle T2 exceeds the determination threshold value THd (step S20A).
  • This determination is a process for determining the presence or absence of a sign of abnormality in the bearings 5a and 5b (detecting a sign of abnormality). Therefore, in this process, the determination threshold value THd can be set to, for example, the threshold value Qth shown in FIG. Further, considering that this determination is performed using the heat flux Q collected in the second cycle T2, the determination threshold value THd is larger than the switching threshold value THs used for switching the sampling cycle by a predetermined value. Set to a value.
  • step S26 When the magnitude of the heat flux Q does not exceed the determination threshold value THd (NO in step S20A), the control device 52 determines that there is no sign of abnormality (step S26). On the other hand, when the magnitude of the heat flux Q exceeds the determination threshold value THd (YES in step S20A), the control device 52 determines that there is a sign of abnormality (step S22), and performs damage prevention processing (step S22). S24).
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the relationship between the sampling frequency (sampling period) and the heat flux Q (absolute value) in the present modification 1.
  • the horizontal axis is the operating time (seconds).
  • the upper column shows the sampling frequency (sampling period), and the lower column shows the heat flux Q (absolute value).
  • the heat flux Q (absolute value) is less than the switching threshold THs, so the sampling cycle is set to 1 second (first cycle T1).
  • the sampling cycle is switched from 1 second (1st cycle T1) to 1 millisecond (2nd cycle T2) at the time 100 (seconds) when the heat flux Q (absolute value) reaches the switching threshold THs. Therefore, after the time of 100 (seconds), the heat flux Q is collected every 1 millisecond.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a control processing procedure executed by the control device 52 according to the second modification.
  • the flowchart of FIG. 11 is obtained by changing steps S12, S14, S18, and S28 of the flowchart of FIG. 7 described above to steps S12B, S14B, S18B, and S28B, respectively. Since the other steps (steps having the same numbers as the steps shown in FIG. 7 above) have already been described, detailed description will not be repeated here.
  • the control device 52 collects and stores the output (rotation speed N) of the rotation sensor 58 in the first cycle T1 (step S12B).
  • the control device 52 determines whether or not the rotation speed N collected in the first cycle T1 is larger than the switching threshold value THs (step S14B).
  • the switching threshold value THs can be set to a rotation speed at which a sign of abnormality of the bearings 5a and 5b is likely to occur.
  • the control device 52 returns the process to step S10.
  • the control device 52 sets the sampling cycle to the second cycle T2, which is shorter than the first cycle T1 (step S16).
  • control device 52 collects the output of the rotation sensor 58 (rotation speed N) and the output of the heat flow sensors 11a and 11b (heat flux Q) in the second cycle T2 (step S18B).
  • the collected rotation speed N and heat flux Q are stored in the memory 54.
  • control device 52 determines whether or not the rate of change D of the heat flux Q collected in the second cycle T2 exceeds the determination threshold value THd (step S20).
  • step S26 determines that there is no sign of abnormality
  • step S28B determines whether or not it is less than the switching threshold THs
  • step S28B When the rotation speed N is not less than the switching threshold THs (NO in step S28B), the control device 52 returns the process to step S16, maintains the sampling cycle in the second cycle T1, and repeats the processes after step S16.
  • the control device 52 returns the process to step S10, returns the sampling cycle from the second cycle T1 to the first cycle T1, and after step S10. Repeat the process of.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the relationship between the sampling frequency (sampling period), the rotation speed N, and the rate of change D of the heat flux in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the operating time (seconds).
  • the sampling frequency (sampling period) is shown in the upper column, the rotation speed N is shown in the middle column, and the rate of change D of the heat flux is shown in the lower column.
  • the rotation speed N is less than the switching threshold THs, so the sampling cycle is set to 1 second (first cycle T1).
  • the sampling cycle is switched from 1 second (1st cycle T1) to 1 millisecond (2nd cycle T2) at the time 100 (seconds) when the rotation speed N reaches the switching threshold THs. After time 100 (seconds), the rotation speed N and the heat flux Q are collected every 1 millisecond.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a control processing procedure executed by the control device 52 according to the third modification.
  • the flowchart of FIG. 13 is obtained by changing steps S12B, S14B, S18B, and S28B of the flowchart of FIG. 11 described above to steps S12C, S14C, S18C, and S28C, respectively. Since the other steps (steps having the same numbers as the steps shown in FIG. 11 above) have already been described, detailed description will not be repeated here.
  • the control device 52 collects the output (load L) of the load sensor 59 in the first cycle T1 (step S12C).
  • the collected load L is stored in the memory 54.
  • the control device 52 determines whether or not the load L collected in the first cycle T1 is larger than the switching threshold value THs (step S14C).
  • the switching threshold value THs can be set to a load at which a sign of abnormality of the bearings 5a and 5b is likely to occur.
  • the control device 52 sets the sampling cycle to the second cycle T2, which is shorter than the first cycle T1 (step S16).
  • control device 52 collects the output of the load sensor 59 (load L) and the output of the heat flow sensors 11a and 11b (heat flux Q) in the second cycle T2 (step S18C).
  • load L load sensor
  • heat flux Q heat flux
  • control device 52 determines whether or not the load L collected in the second cycle T2 is less than the switching threshold value THs (step S28C). When the load L is not less than the switching threshold THs (NO in step S28C), the control device 52 returns the process to step S16, maintains the sampling cycle in the second cycle T1, and repeats the processes after step S16. When the load L is less than the switching threshold THs (YES in step S28C), the control device 52 returns the process to step S10, returns the sampling cycle from the second cycle T1 to the first cycle T1, and after step S10. Repeat the process.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between the sampling frequency (sampling period), the load L, and the rate of change D of the heat flux in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the operating time (seconds).
  • the sampling frequency (sampling period) is shown in the upper column, the load L is shown in the middle column, and the rate of change D of the heat flux is shown in the lower column.
  • the sampling cycle is switched from 1 second (1st cycle T1) to 1 millisecond (2nd cycle T2) at the time 100 (seconds) when the load L reaches the switching threshold THs. After time 100 (seconds), the load L and the heat flux Q are collected every 1 millisecond.
  • the load L drops below the switching threshold THs at time 150 (seconds) without the rate of change D of the heat flow flux Q exceeding the determination threshold THd after time 100 (seconds). Therefore, the sampling cycle is returned from 1 millisecond (second cycle T2) to 1 second (first cycle T1). As a result, the collection of unnecessary data is suppressed.
  • FIG. 15 is a diagram showing a modified example of the arrangement of the heat flow sensor.
  • protrusions 7a and 7b protruding from the axial side surface between the inner and outer rings are added to the outer ring spacer 6g on the fixed side, and the heat flow sensor 11a is added to one of the protrusions 7a. Is installed.
  • the heat flow sensor 11b may be similarly arranged on the other protruding portion 7b.
  • the heat source is the rolling element contact portion of the fixed side raceway ring of the rolling bearing, but when the heat flow sensor is installed on the fixed side raceway ring, there is a concern that the processing cost of the fixed side raceway ring will increase.
  • the heat flow sensor is installed on the protruding portions 7a and 7b of the fixed side spacer, this problem can be solved and the heat flow sensor can be easily installed. Further, since the heat flow sensors 11a and 11b are installed on the projecting portions 7a and 7b protruding between the inner and outer rings, it is possible to directly detect the temperature change inside the bearing during operation.
  • the protrusions 7a and 7b may also serve as nozzles for discharging the lubricating oil for air oil lubrication to the bearings 5a and 5b.
  • the heat flow sensor since the heat flow sensor can be installed by using the existing nozzle that discharges the lubricating oil, the cost can be reduced as compared with providing a dedicated component for installing the heat flow sensor, for example.
  • FIG. 16 is a diagram showing another modification of the arrangement of the heat flow sensor.
  • FIG. 1 shows an example in which the heat flow sensors 11a and 11b are installed at the axial end (near the bearing 5) on the inner diameter surface of the outer ring spacer 6g.
  • the heat flow sensor 11 may be installed at the central portion in the axial direction on the inner diameter surface of the outer ring spacer 6 g.
  • FIG. 17 is a diagram showing another modification of the arrangement of the heat flow sensor.
  • the heat flow sensor 11a may be installed on the inner diameter surface of the outer ring 5ga.
  • the heat flow sensor 11b may be similarly installed on the inner diameter surface of the outer ring 5gb.
  • the correlation between heat flux Q and other detected values (rotation speed N, vibration, temperature, motor current value, preload and external load, etc.) (followability, etc.), time integral value of heat flux Q, etc.
  • a parameter may be used to detect a sign of bearing abnormality. For example, the presence or absence of a sign of bearing abnormality may be determined based on the relationship between the rotation speed N and the heat flux Q following the rotation speed. Further, the relationship between the rotation speed N and the heat flux Q may be monitored, and if there is a discrepancy between the two, it may be determined that there is a sign of bearing abnormality.
  • an abnormality diagnosis for detecting the bearing abnormality itself may be performed. For example, when the heat flux Q or the rate of change D of the heat flux exceeds a threshold value even larger than Qth or Dth shown in FIG. 6, it may be determined that an abnormality has occurred in the bearing. Further, for example, if the heat flux Q further increases even after the damage prevention treatment is performed due to the detection of a sign of bearing abnormality, it is assumed that the bearing is damaged, so that the bearing is abnormal. It may be determined that there is.
  • 1 Spindle device 2 Outer cylinder, 3 Housing, 4 Main shaft, 5, 5a, 5b bearing, 5ga, 5gb outer ring, 5ia, 5ib inner ring, 6 spacer, 6g outer ring spacer, 6gA inner diameter surface, 6i inner ring spacer, 6iA Outer diameter surface, 7a, 7b protruding part, 11, 11a, 11b heat flow sensor, 30 bearing device, 50 data collecting device, 51 input unit, 52 control device, 54 memory, 55 output unit, 56a, 56b temperature sensor, 57a, 57b vibration sensor, 58 rotation sensor, 59 load sensor.

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Abstract

データ収集装置は、軸受に設けられる熱流センサの検出結果（熱流束）が入力される入力部と、入力部に入力されるセンサの検出結果を所定のサンプリング周期で収集して記憶するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、熱流束の大きさが切替しきい値よりも小さい場合にはサンプリング周期を第１周期とし、熱流束の大きさが切替しきい値よりも大きい場合、サンプリング周期を第１周期よりも短い第２周期に切り替えて、第２周期で収集された熱流束の変化率を用いて軸受の異常の予兆の有無を判定する。

Description

データ収集装置
　この発明は、軸受装置などの機械装置のデータを収集するデータ収集装置に関する。
　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、たとえば、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、ピーリング、保持器の異常などが生じると、軸受が過度に昇温して軸受の焼損に至ることが懸念される。
・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
　上記による軸受の焼損を防止すべく、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
　軸受焼損時は、通常の運転時に比べ、瞬間的かつ急激な温度上昇を伴うことが多い。したがって、軸受焼損を含む軸受の異常を防止する（軸受のダメージを最小限に抑える）ためには、軸受の状態を検出するセンサ（たとえば熱流センサ、回転速度センサなど）の出力を高い周波数で収集および記憶して、軸受の状態変化を短周期で細かく監視しておくことが望ましい。しかしながら、センサの出力を高い周波数で収集および記憶する処理を常時行なうと、データの収集量が膨大となり大容量の記録計など付帯設備の導入が必要である。また、不要なデータも膨大となり、データの確認や整理に時間を要する。
　本開示は、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、データの収集量を極力抑えつつ、軸受などの機械装置の異常あるいは異常の予兆を精度よく検出することを可能にすることである。
　（１）　本開示によるデータ収集装置は、機械装置のデータを収集する。このデータ収集装置は、機械装置の状態を検出するセンサの検出結果が入力される入力部と、入力部に入力されるセンサの検出結果を所定のサンプリング周期で収集して記憶するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、入力部に入力されるセンサの検出結果に応じてサンプリング周期を変更する。
　（２）　ある形態においては、機械装置は、内輪および外輪を含む軸受を有する軸受装置を含む。センサは、軸受または軸受の近傍の熱流束を検出する熱流センサを含む。制御装置は、熱流センサの検出結果に応じてサンプリング周期を変更する。
　（３）　ある形態においては、制御装置は、第１周期で収集した熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する切替しきい値よりも大きい場合に、サンプリング周期を第１周期よりも短い第２周期に変更して第２周期で熱流センサの検出結果を収集する。
　（４）　ある形態においては、制御装置は、第２周期で収集した熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する判定しきい値よりも大きい場合に、軸受装置の損傷を防止するための処理を行なう。
　（５）　ある形態においては、軸受装置の損傷を防止するための処理は、内輪または外輪の回転を停止させる処理、内輪または外輪の回転速度を減少させる処理、軸受装置を冷却する処理の少なくともいずれかを含む。
　（６）　ある形態においては、制御装置は、第２周期で収集した熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する切替しきい値よりも小さい場合に、サンプリング周期を第２周期から第１周期に戻す。
　（７）　ある形態においては、センサは、熱流センサに加えて、軸受の予圧および外部からの荷重を検出する荷重センサ、および内輪または外輪の回転速度を検出する回転速度センサの少なくとも一方を含む。制御装置は、第１周期で収集した荷重センサおよび回転速度センサの少なくとも一方の検出結果が対応する切替しきい値を超えた場合に、サンプリング周期を第１周期よりも短い第２周期に変更して第２周期で熱流センサの検出結果を収集する。
　（８）　ある形態においては、制御装置は、第２周期で収集した熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する判定しきい値よりも大きい場合に、軸受装置の損傷を防止するための処理を行なう。
　（９）　ある形態においては、軸受装置の損傷を防止するための処理は、内輪または外輪の回転を停止させる処理、内輪または外輪の回転速度を減少させる処理、軸受装置を冷却する処理の少なくともいずれかを含む。
　（１０）　ある形態においては、制御装置は、第２周期で荷重センサおよび回転速度センサの少なくとも一方の検出結果を収集し、第２周期で収集した荷重センサおよび回転速度センサの少なくとも一方の検出結果が対応する切替しきい値よりも小さい場合に、サンプリング周期を第２周期から第１周期に戻す。
　（１１）　ある形態においては、軸受装置は、工作機械の主軸を回転自在に支持する。
　この構成によると、入力部に入力されるセンサの検出結果に応じて、センサの検出結果を収集するサンプリング周期が変更される。そのため、たとえばセンサの検出結果が通常時の値である場合にはサンプリング周期を相対的に低い第１周期としておき、センサの検出結果が異常の予兆が発生しそうな値である場合にはサンプリング周期を第１周期よりも短い第２周期に切り替えることができる。その結果、データの収集量を極力抑えつつ、軸受などの機械装置の異常あるいは異常の予兆を精度よく検出することを可能にすることができる。
スピンドル装置の概略構成を示す断面図である。 データ収集装置の構成の一例を示すブロック図である。 加減速試験によって得られた熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。 図３のｔ１～ｔ２に示す部分の横軸を拡大した図である。 軸受異常の再現試験における熱流束、温度、回転速度の関係の一例を示す図である。 軸受装置の動作を説明するための波形図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。 サンプリング周波数（サンプリング周期）、熱流束Ｑの大きさ、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。 サンプリング周波数（サンプリング周期）、熱流束Ｑの関係の一例を示す図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 サンプリング周波数（サンプリング周期）、回転速度Ｎ、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 サンプリング周波数（サンプリング周期）、荷重Ｌ、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。 熱流センサの配置の変形例を示す図である。 熱流センサの配置の他の変形例を示す図（その１）である。 熱流センサの配置の他の変形例を示す図（その２）である。
　以下、本開示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。
　図１は、本実施の形態によるデータ収集装置５０（図２参照）の測定対象となるスピンドル装置１の概略構成を示す断面図である。
　図１に示すスピンドル装置１は、たとえば、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の一端側には図示しないモータが組み込まれ、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、軸受装置３０を備える。軸受装置３０は、２つの軸受５ａ，５ｂを含む軸受５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。
　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１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。なお、軸受の配列は背面組み合わせに限定されるものではなく、たとえば正面組合せであってもよい。
　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、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。
　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。
　なお、軸受５ａ，５ｂの冷却および潤滑のために、潤滑油を軸受５ａ，５ｂに噴射するための潤滑油供給路が、たとえば外輪間座６ｇに設けられてもよい。また、冷却用エアを内輪間座６ｉの外径面に向けて吐出するためのノズルが、外輪間座６ｇに設けられてもよい。
　軸受装置３０には、熱流束を測定する熱流センサ１１ａ，１１ｂが設けられる。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。
　熱流センサ１１ａ，１１ｂの各々は、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。熱流センサ１１ａ，１１ｂ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、軸受内部の熱の変化に対する感度が良く、軸受内部の熱の変化にタイムリーに追従する。
　熱流センサ１１ａは、外輪間座６ｇの内径面６ｇＡにおける軸方向（主軸４の回転軸に沿う方向）の軸受５ａ側の端部に配置される。熱流センサ１１ｂは、外輪間座６ｇの内径面６ｇＡにおける軸方向の軸受５ｂ側の端部に配置される。このように、外輪間座６ｇにおける軸受５ａ，５ｂ近傍に熱流センサ１１ａ，１１ｂがそれぞれ設置されるため、熱流センサ１１ａ，１１ｂは軸受５ａ，５ｂの内外輪間に流れる熱の熱流束を直接的に検出し得る。
　なお、熱流センサ１１ａ，１１ｂを、外輪間座６ｇの内径面６ｇＡにおける軸方向の中央部分付近に設置することも可能である。このような配置においても、軸受５ａ，５ｂの内外輪間に流れる熱の熱流束を間接的に検出することができる。
　軸受５ａ，５ｂの焼き付き（焼損）等の異常の予兆を検出するのに、仮に内輪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、異常の予兆を早期に検出できないことも想定される。
　これに対し、本実施の形態においては、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力を用いて、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を検出する。熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力を利用すれば、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。
　さらに、外輪間座６ｇの軸方向の軸受５ａ側の端面には、温度センサ５６ａおよび振動センサ５７ａが配置される。外輪間座６ｇの軸方向の軸受５ｂ側の端面には、温度センサ５６ｂおよび振動センサ５７ｂが配置される。
　熱流センサ１１ａ，１１ｂ、温度センサ５６ａ，５６ｂ、および振動センサ５７ａ，５７ｂなどの各センサには、後述するデータ収集装置５０（図２参照）に接続され、検出結果をデータ収集装置５０に送る。
　図２は、本実施の形態によるデータ収集装置５０の構成の一例を示すブロック図である。データ収集装置５０は、軸受装置３０に設けられる各センサの検出結果を示すデータを収集する。なお、本実施の形態ではデータ収集装置５０を軸受装置３０に適用する例を示すが、本開示によるデータ収集装置は軸受装置以外の機械装置にも適用可能である。
　データ収集装置５０は、入力部５１と、制御装置５２と、出力部５５とを含む。入力部５１は、熱流センサ１１ａ，１１ｂ、温度センサ５６ａ，５６ｂ、振動センサ５７ａ，５７ｂ、回転センサ５８、荷重センサ５９に接続される。入力部５１には、各センサの検出結果が入力される。
　回転センサ５８は、主軸４の回転速度Ｎを検出する。なお、回転センサ５８は、軸受装置３０の内部に設けられてもよいし、軸受装置３０の外部に設けられてもよい。
　荷重センサ５９は、軸受５の予圧および外部からの荷重を検出するように、たとえば軸受と間座との間の隙間に設置される。たと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し得る。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軸受５ａ，５ｂの異常の予兆があると判定することも有効である。
　制御装置５２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）５３およびメモリ（記憶装置）５４を含み、軸受５ａ，５ｂのデータを収集および記憶する制御、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を検出する制御、軸受５ａ，５ｂを冷却する制御等の各種制御を実行する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
　制御装置５２は、入力部５１に入力される各センサの出力（検出結果）を所定のサンプリング周期で収集してメモリ５４に記憶するように構成される。制御装置５２は、メモリ５４に記憶される各センサの検出結果を用いて、軸受５ａ，５ｂの焼き付き等の異常の予兆の有無を判定する。異常の予兆があると判定された場合、制御装置５２は、軸受５ａ，５ｂの焼き付き等による損傷を防止するための処理（以下、単に「損傷防止処理」ともいう）を実行する。なお、損傷防止処理には、主軸４の回転を停止させる処理、主軸４の回転速度を減少させる処理、軸受装置３０を冷却する処理の少なくともいずれかが含まれる。また、損傷防止処理に、警報ランプを点灯させる等で異常を報知する処理が含まれてもよい。
　＜加減速試験について＞
　本出願人は、工作機械主軸スピンドルを模した試験機に実施形態に係る軸受装置を組込み、主軸４の回転速度を加速および減速したときの熱流束、温度、回転速度の関係を評価する加減速試験を行なった。
　図３は、加減速試験によって得られた熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。図４は、図３のｔ１～ｔ２に示す部分の横軸を拡大した図である。なお、図３、図４およびその他の図に示される数値は、あくまで一例であってこの数値に限定されるものではない。以降に説明する図に示される数値についても同様である。
　図３に示すように、熱流センサの出力（熱流）は、温度センサの出力（軸受温度）よりも回転速度の加減速に対する応答性が良く、軸受の異常の予兆検出の精度を高め得る。熱流センサの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。
　＜軸受異常時の再現試験＞
　本出願人は、転がり軸受に異常が生じる際の予兆検出を試みるため、軸受異常時の再現試験を実施した。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用のモータが過負荷になると、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。
　図５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、回転速度の関係の一例を示す図である。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。
　駆動用のモータの過負荷が検出された時刻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６は、本実施の形態による軸受装置３０の動作を説明するための波形図である。図６では、図５に示した再現実験の波形に、上述の損傷防止処理が行なわれた場合の波形を重ねて示している。なお、図６においては、損傷防止処理として、軸受装置３０を冷却する処理が行なわれた例が示されている。
　図６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、損傷防止処理（軸受装置３０の冷却）が行なわれた場合の熱流束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。
　損傷防止処理が行なわれない場合、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出して回転速度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、異常の予兆を検出して損傷防止処理を行なうことが望ましい。温度の上昇は図５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損傷防止処理を行なっ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出して損傷防止処理を開始することが好ましい。熱流センサの出力の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。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、熱流束Ｑ（熱流センサの出力）の変化率Ｄがしきい値Ｄｔｈを超えた場合に損傷防止処理を開始するのがよい。
　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、異常の予兆を検出して損傷防止処理を開始すれば、軸受は損傷を受けない。その結果、図６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。
　以上の結果に鑑み、本実施の形態による制御装置５２は、熱流センサ１１ａ，１１ｂによって検出された熱流束Ｑの大きさあるいは熱流束Ｑの変化率Ｄが対応する判定しきい値（しきい値Ｑｔｈあるいはしきい値Ｄｔｈ）を超えた場合に、軸受５ａ，５ｂの異常（焼き付き等）の予兆があると判定して、損傷防止処理を行なう。これにより、軸受５ａ，５ｂの損傷防止および寿命延長が実現される。
　＜センサ出力のサンプリング周期の切替＞
　上述したように、軸受の焼損時は、通常の運転時に比べ、瞬間的かつ急激な温度上昇を伴う。したがって、軸受５ａ，５ｂの焼損を防止する（軸受５ａ，５ｂのダメージを最小限に抑える）ためには、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力を高い周波数で収集および記憶して、軸受５ａ，５ｂの状態変化を短い周期で細かく監視しておくことが望ましい。しかしながら、熱流センサ１１ａ，１１ｂセンサの出力を高い周波数で収集および記憶する処理を常時行なうと、データの収集量が膨大となり大容量の記録計など付帯設備の導入が必要である。また、不要なデータも膨大となり、データの確認や整理に時間を要する。
　そこで、本実施の形態による制御装置５２は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの検出結果に応じて熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を収集するサンプリング周期を変更することによって、データの収集量を極力抑えつつ軸受５ａ，５ｂの異常（焼損等）の予兆を精度よく検出する。
　図７は、制御装置５２が実行する制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図７においては、熱流束Ｑの大きさ（絶対値）をパラメータとしてサンプリング周期を切り替えるか否かを判定し、熱流束Ｑの変化率Ｄをパラメータとして異常の予兆の有無を判定する例が示される。なお、本実施の形態においては、２つの熱流センサ１１ａ，１１ｂが設けられるため、上記の各判定に用いられる熱流束Ｑは、たとえば、熱流センサ１１ａの出力と熱流センサ１１ｂの出力とのうちの大きい方とすることができる。
　まず、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１（たとえば１秒）に設定する（ステップＳ１０）。この第１周期Ｔ１は、軸受５ａ，５ｂの異常および異常の予兆が生じてない通常時のサンプリング周期である。
　次いで、制御装置５２は、ステップＳ１０で設定された第１周期Ｔ１で熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を収集する（ステップＳ１２）。なお、第１周期Ｔ１で収集された熱流束Ｑはメモリ５４に記憶される。
　次いで、制御装置５２は、ステップＳ１２で収集された熱流束Ｑの大きさ（絶対値）が切替しきい値ＴＨｓよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定は、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を精度よく検出するために、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２（たとえば１ミリ秒）に切り替えるか否かを決めるための処理である。言い換えれば、この判定は、熱流束Ｑの大きさ（絶対値）が通常時の値であるのか異常の予兆が発生しそうな値であるか否かを切替しきい値ＴＨｓを用いて切り分ける処理である。したがって、切替しきい値ＴＨｓは、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆が発生しそうな値、たとえば図６に示したしきい値Ｑｔｈよりも僅かに小さい値に設定することができる。
　熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも小さい場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１０に戻し、サンプリング周期を第１周期Ｔ１に維持する。
　一方、熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２（たとえば１ミリ秒）に設定する（ステップＳ１６）。これにより、現在のサンプリング周期が第１周期Ｔ１である場合には、サンプリング周期が第１周期Ｔ１から第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２に切り替えられる。
　次いで、制御装置５２は、ステップＳ１６で設定された第２周期Ｔ２で熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を収集してメモリ５４に記憶する（ステップＳ１８）。
　次いで、制御装置５２は、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を第２周期Ｔ２で収集する（ステップＳ１８）。なお、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑはメモリ５４に記憶される。
　次いで、制御装置５２は、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えたか否かを判定する（ステップＳ２０）。この判定は、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆の有無を判定する（異常の予兆を検出する）ための処理である。熱流束Ｑの変化率Ｄは、たとえば、メモリ５４に記憶された前回の熱流束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。
　本実施の形態のように、熱流束Ｑの変化率Ｄをパラメータとして異常の予兆の有無を判定する場合、判定しきい値ＴＨｄは、たとえば図６に示したしきい値Ｄｔｈに設定することができる。
　また、たとえば、図４において時刻ｔ１～ｔ２の間に変化した熱流束Ｑ１～Ｑ２を基準として、判定しきい値ＴＨｄを以下の式（１）に従って決定してもよい。
　　ＴＨｄ＝Ｍ×（Ｑ２－Ｑ１）／（ｔ２－ｔ１）　…（１）
　式（１）において、「Ｍ」は、安全係数である。上式の安全係数Ｍは、工作機械の主軸毎で異なるため、Ｍ＝１、Ｍ＝１００など、様々なケースがある。
　熱流束Ｑ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。
　熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えた場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御装置５２は、異常の予兆があると判定し（ステップＳ２２）、損傷防止処理を行なう（ステップＳ２４）。上述したように、損傷防止処理には、たとえば、主軸４の回転を停止させる処理、主軸４の回転速度を減少させる処理、軸受装置３０を冷却する処理の少なくともいずれかが含まれる。
　一方、熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えていない場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置５２は、異常の予兆なしと判定する（ステップＳ２６）。
　その後、制御装置５２は、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。この判定は、サンプリング周期を第２周期Ｔ２（たとえば１ミリ秒）から第１周期Ｔ１（たとえば１秒）に戻すか否かを決めるための処理である。熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１６に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１に維持してステップＳ１６以降の処理を繰り返す。一方、熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓ未満である場合（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１０に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１から第１周期Ｔ１に戻してステップＳ１０以降の処理を繰り返す。
　図８は、本実施の形態におけるサンプリング周波数（サンプリング周期）、熱流束Ｑの大きさ（絶対値）、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。横軸は運転時間（秒）である。上欄にはサンプリング周波数（サンプリング周期）が示され、中欄には熱流束Ｑ（絶対値）が示され、下欄には熱流束の変化率Ｄが示される。なお、図８には、第１周期Ｔ１が１秒（１ｓ）であり、第２周期Ｔ２が１ミリ秒（１ｍｓ）である例が示される。第１周期Ｔ１（１ｓ）に対応するサンプリング周波数は１Ｈｚであり、第２周期Ｔ２（１ｍｓ）に対応するサンプリング周波数は１ｋＨｚである。
　時刻１００（秒）以前は、熱流束Ｑ（絶対値）が切替しきい値ＴＨｓ未満である。この場合には、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆が発生しそうな状況ではないと想定されるため、サンプリング周期が低速側の１秒（第１周期Ｔ１）に設定される。これにより、サンプリング周期を高速側の１ミリ秒（第２周期ｔ２）に常時設定する場合に比べて、データの収集量が低減される。そのため、大容量の記録計などの付帯設備を新たに導入することなく、汎用性のある記録計でデータを記憶しておくことができる。
　熱流束Ｑの大きさ（絶対値）が切替しきい値ＴＨｓに達した時刻１００（秒）にて、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）から１ミリ秒（第２周期Ｔ２）に切り替えられる。したがって、時刻１００（秒）以降においては、１ミリ秒毎に熱流束Ｑが収集および記憶される。これにより、軸受５ａ，５ｂの状態変化を短い周期で細かく監視することができるので、軸受５ａ，５ｂの異常（焼損等）の予兆を精度よく検出することができる。
　そして、１ミリ秒毎に収集された熱流束Ｑの変化率Ｄが算出され、その変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えると、異常の予兆ありと判定され、損傷防止処理が行なわれる。これにより、軸受５ａ，５ｂの異常（焼損等）が発生することを未然に防止することができる。
　以上のように、本実施の形態による制御装置５２は、熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも小さい場合（通常時の値である場合）にはサンプリング周期を相対的に低い第１周期Ｔ１としておく。一方、熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（異常の予兆が発生しそうな場合）、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２に切り替えて、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑの変化率Ｄを用いて軸受５ａ，５ｂの異常の予兆の有無を判定する。これにより、データの収集量を極力抑えつつ、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を精度よく検出することができる。
　［変形例１］
　上述の実施の形態では、熱流束Ｑの変化率Ｄをパラメータとして異常の予兆の有無を判定する例が示される。しかしながら、熱流束Ｑの大きさをパラメータとして異常の予兆の有無を判定するようにしてもよい。
　図９は、本変形例１による制御装置５２が実行する制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図９のフローチャートは、上述した図７のフローチャートのステップＳ２０を、ステップＳ２０Ａに変更したものである。その他のステップ（上述の図７に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
　熱流束Ｑの大きさが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２に設定し（ステップＳ１６）、熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を第２周期Ｔ２で収集する（ステップＳ１８）。
　次いで、制御装置５２は、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑの大きさが判定しきい値ＴＨｄを超えたか否かを判定する（ステップＳ２０Ａ）。この判定は、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆の有無を判定する（異常の予兆を検出する）ための処理である。したがって、この処理においては、判定しきい値ＴＨｄは、たとえば図８に示したしきい値Ｑｔｈに設定することができる。また、この判定は第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑを用いて行なわれることに鑑み、判定しきい値ＴＨｄは、サンプリング周期の切り替えに用いられる切替しきい値ＴＨｓよりも所定値だけ大きい値に設定される。
　熱流束Ｑの大きさが判定しきい値ＴＨｄを超えていない場合（ステップＳ２０ＡにおいてＮＯ）、制御装置５２は、異常の予兆なしと判定する（ステップＳ２６）。一方、熱流束Ｑの大きさが判定しきい値ＴＨｄを超えた場合（ステップＳ２０ＡにおいてＹＥＳ）、制御装置５２は、異常の予兆があると判定し（ステップＳ２２）、損傷防止処理を行なう（ステップＳ２４）。
　図１０は、本変形例１におけるサンプリング周波数（サンプリング周期）、熱流束Ｑ（絶対値）の関係の一例を示す図である。横軸は運転時間（秒）である。上欄にはサンプリング周波数（サンプリング周期）が示され、下欄には熱流束Ｑ（絶対値）が示される。
　時刻１００（秒）以前は、熱流束Ｑ（絶対値）が切替しきい値ＴＨｓ未満であるため、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）に設定される。
　熱流束Ｑ（絶対値）が切替しきい値ＴＨｓに達した時刻１００（秒）にて、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）から１ミリ秒（第２周期Ｔ２）に切り替えられる。したがって、時刻１００（秒）以降においては、１ミリ秒毎に熱流束Ｑが収集される。
　そして、１ミリ秒毎に収集された熱流束Ｑの大きさが判定しきい値ＴＨｄを超えると、異常の予兆ありと判定され、損傷防止処理が行なわれる。
　このように変形しても、上述の実施の形態と同様に、データの収集量を極力抑えつつ、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を精度よく検出することができる。
　［変形例２］
　上述の実施の形態では、熱流束Ｑの大きさをパラメータとしてサンプリング周期の切替を行なう例が示される。しかしながら、回転速度Ｎをパラメータとしてサンプリング周期の切替を行なうようにしてもよい。
　図１１は、本変形例２による制御装置５２が実行する制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、上述した図７のフローチャートのステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１８，Ｓ２８を、それぞれステップＳ１２Ｂ，Ｓ１４Ｂ，Ｓ１８Ｂ，Ｓ２８Ｂに変更したものである。その他のステップ（上述の図７に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
　制御装置５２は、回転センサ５８の出力（回転速度Ｎ）を第１周期Ｔ１で収集して記憶する（ステップＳ１２Ｂ）。
　次いで、制御装置５２は、第１周期Ｔ１で収集された回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４Ｂ）。切替しきい値ＴＨｓは、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆が発生しそうな回転速度に設定することができる。回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓよりも大きくない場合（ステップＳ１４ＢにおいてＮＯ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１０に戻す。
　回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（ステップＳ１４ＢにおいてＹＥＳ）、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２に設定する（ステップＳ１６）。
　次いで、制御装置５２は、回転センサ５８の出力（回転速度Ｎ）および熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を第２周期Ｔ２で収集する（ステップＳ１８Ｂ）。なお、収集された回転速度Ｎおよび熱流束Ｑはメモリ５４に記憶される。
　次いで、制御装置５２は、第２周期Ｔ２で収集された熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えたか否かを判定する（ステップＳ２０）。
　変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えていない場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置５２は、異常の予兆なしと判定し（ステップＳ２６）、第２周期Ｔ２で収集された回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２８Ｂ）。
　回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓ未満でない場合（ステップＳ２８ＢにおいてＮＯ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１６に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１に維持してステップＳ１６以降の処理を繰り返す。回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓ未満である場合（ステップＳ２８ＢにおいてＹＥＳ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１０に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１から第１周期Ｔ１に戻してステップＳ１０以降の処理を繰り返す。
　図１２は、本実施の形態におけるサンプリング周波数（サンプリング周期）、回転速度Ｎ、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。横軸は運転時間（秒）である。上欄にはサンプリング周波数（サンプリング周期）が示され、中欄には回転速度Ｎが示され、下欄には熱流束の変化率Ｄが示される。
　時刻１００（秒）以前は、回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓ未満であるため、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）に設定される。
　回転速度Ｎが切替しきい値ＴＨｓに達した時刻１００（秒）にて、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）から１ミリ秒（第２周期Ｔ２）に切り替えられる。時刻１００（秒）以降においては、１ミリ秒毎に回転速度Ｎおよび熱流束Ｑが収集される。
　そして、１ミリ秒毎に収集された熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えると、異常の予兆ありと判定され、損傷防止処理が行なわれる。
　このように変形しても、上述の実施の形態と同様に、データの収集量を極力抑えつつ、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を精度よく検出することができる。
　［変形例３］
　上述の実施の形態では、熱流束Ｑの大きさをパラメータとしてサンプリング周期の切替を行なう例が示される。しかしながら、荷重センサ５９の検出結果（以下「荷重Ｌ」ともいう）をパラメータとしてサンプリング周期の切替を行なうようにしてもよい。
　図１３は、本変形例３による制御装置５２が実行する制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１３のフローチャートは、上述した図１１のフローチャートのステップＳ１２Ｂ，Ｓ１４Ｂ，Ｓ１８Ｂ，Ｓ２８Ｂを、それぞれステップＳ１２Ｃ，Ｓ１４Ｃ，Ｓ１８Ｃ，Ｓ２８Ｃに変更したものである。その他のステップ（上述の図１１に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
　制御装置５２は、荷重センサ５９の出力（荷重Ｌ）を第１周期Ｔ１で収集する（ステップＳ１２Ｃ）。なお、収集された荷重Ｌはメモリ５４に記憶される。
　次いで、制御装置５２は、第１周期Ｔ１で収集された荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４Ｃ）。切替しきい値ＴＨｓは、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆が発生しそうな荷重に設定することができる。
　荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓよりも大きい場合（ステップＳ１４ＣにおいてＹＥＳ）、制御装置５２は、サンプリング周期を第１周期Ｔ１よりも短い第２周期Ｔ２に設定する（ステップＳ１６）。
　次いで、制御装置５２は、荷重センサ５９の出力（荷重Ｌ）および熱流センサ１１ａ，１１ｂの出力（熱流束Ｑ）を第２周期Ｔ２で収集する（ステップＳ１８Ｃ）。なお、収集された荷重Ｌおよび熱流束Ｑはメモリ５４に記憶される。
　また、制御装置５２は、第２周期Ｔ２で収集された荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２８Ｃ）。荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓ未満でない場合（ステップＳ２８ＣにおいてＮＯ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１６に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１に維持してステップＳ１６以降の処理を繰り返す。荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓ未満である場合（ステップＳ２８ＣにおいてＹＥＳ）、制御装置５２は、処理をステップＳ１０に戻し、サンプリング周期を第２周期Ｔ１から第１周期Ｔ１に戻してステップＳ１０以降の処理を繰り返す。
　図１４は、本実施の形態におけるサンプリング周波数（サンプリング周期）、荷重Ｌ、熱流束の変化率Ｄの関係の一例を示す図である。横軸は運転時間（秒）である。上欄にはサンプリング周波数（サンプリング周期）が示され、中欄には荷重Ｌが示され、下欄には熱流束の変化率Ｄが示される。
　荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓに達した時刻１００（秒）にて、サンプリング周期が１秒（第１周期Ｔ１）から１ミリ秒（第２周期Ｔ２）に切り替えられる。時刻１００（秒）以降においては、１ミリ秒毎に荷重Ｌおよび熱流束Ｑが収集される。
　図１４に示す例では、時刻１００（秒）以降において熱流束Ｑの変化率Ｄが判定しきい値ＴＨｄを超えることなく、時刻１５０（秒）にて荷重Ｌが切替しきい値ＴＨｓ未満に低下しているため、サンプリング周期が１ミリ秒（第２周期Ｔ２）から１秒（第１周期Ｔ１）に戻される。これにより、不要なデータの収集が抑制される。
　このように変形しても、上述の実施の形態と同様に、データの収集量を極力抑えつつ、軸受５ａ，５ｂの異常の予兆を精度よく検出することができる。
　［熱流センサの配置の変形例］
　図１５は、熱流センサの配置の変形例を示す図である。本変形例では、図１５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が付加され、一方の突出部７ａに熱流センサ１１ａが設置される。この場合、図示しないが、もう一方の突出部７ｂにも、同様に熱流センサ１１ｂを配置するとよい。
　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、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、たとえば、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１６は、熱流センサの配置の他の変形例を示す図である。図１では、熱流センサ１１ａ，１１ｂが外輪間座６ｇの内径面における軸方向の端部（軸受５近傍）に設置された例を示した。しかしながら、図１６に示すように、熱流センサ１１を、外輪間座６ｇの内径面における軸方向の中央部に設置してもよい。
　図１７は、熱流センサの配置の他の変形例を示す図である。図１７に示すように、熱流センサ１１ａを、外輪５ｇａの内径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の内径面に設置するとよい。
　［軸受異常の予兆検出の変形例］
　上述の実施の形態においては、熱流センサ１１ａ，１１ｂによって検出された熱流束Ｑの大きさあるいは熱流束Ｑの変化率Ｄ（時間微分値）から軸受異常の予兆を検出する例について説明した。しかしながら、熱流センサ１１ａ，１１ｂによって検出された熱流束Ｑとその他の検出値との組み合わせにより、軸受異常の予兆を検出するようにしてもよい。
　たとえば、熱流束Ｑとその他の検出値（回転速度Ｎ、振動、温度、モータ電流値、予圧および外部からの荷重など）との相関関係（追従性など）、熱流束Ｑの時間積分値などのパラメータを用いて軸受異常の予兆を検出するようにしてもよい。たとえば、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、軸受異常の予兆の有無を判定してもよい。また、回転速度Ｎと熱流束Ｑとの関係を監視し、両者の関係に齟齬が生じた場合、軸受異常の予兆があると判定してもよい。また、たとえば、回転速度Ｎが一定で変化していないにもかかわらず、熱流束Ｑが急峻に変化する場合に、軸受異常の予兆あると判定してもよい。また、たとえば、回転速度Ｎが変動しているときに、熱流束Ｑが回転速度Ｎに追従しない場合に、軸受異常の予兆あると判定するようにしてもよい。
　さらに、上記のパラメータを用いて、軸受異常の予兆を検出することに加えて、軸受異常そのものを検出する異常診断を行なうようにしてもよい。たとえば、熱流束Ｑまたは熱流束の変化率Ｄがそれぞれ図６に示したＱｔｈまたはＤｔｈよりもさらに大きなしきい値を超えた場合に、軸受に異常が生じたと判定するようにしてもよい。また、たとえば、軸受異常の予兆が検出されたことによって損傷防止処理を行なった後もさらに熱流束Ｑが増加する場合には、軸受が損傷していることが想定されるため、軸受が異常であると判定するようにしてもよい。
　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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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　ハウジング、４　主軸、５，５ａ，５ｂ　軸受、５ｇａ，５ｇｂ　外輪、５ｉａ，５ｉｂ　内輪、６　間座、６ｇ　外輪間座、６ｇＡ　内径面、６ｉ　内輪間座、６ｉＡ　外径面、７ａ，７ｂ　突出部、１１，１１ａ，１１ｂ　熱流センサ、３０　軸受装置、５０　データ収集装置、５１　入力部、５２　制御装置、５４　メモリ、５５　出力部、５６ａ，５６ｂ　温度センサ、５７ａ，５７ｂ　振動センサ、５８　回転センサ、５９　荷重センサ。

Claims (11)

  1. 　機械装置のデータを収集するデータ収集装置であって、
    　前記機械装置の状態を検出するセンサの検出結果が入力される入力部と、
    　前記入力部に入力される前記センサの検出結果を所定のサンプリング周期で収集して記憶するように構成された制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記入力部に入力される前記センサの検出結果に応じて前記サンプリング周期を変更する、データ収集装置。
  2. 　前記機械装置は、内輪および外輪を含む軸受を有する軸受装置を含み、
    　前記センサは、前記軸受または前記軸受の近傍の熱流束を検出する熱流センサを含み、
    　前記制御装置は、前記熱流センサの検出結果に応じて前記サンプリング周期を変更する、請求項１に記載のデータ収集装置。
  3. 　前記制御装置は、第１周期で収集した前記熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する切替しきい値よりも大きい場合に、前記サンプリング周期を前記第１周期よりも短い第２周期に変更して前記第２周期で前記熱流センサの検出結果を収集する、請求項２に記載のデータ収集装置。
  4. 　前記制御装置は、前記第２周期で収集した前記熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する判定しきい値よりも大きい場合に、前記軸受装置の損傷を防止するための処理を行なう、請求項３に記載のデータ収集装置。
  5. 　前記軸受装置の損傷を防止するための処理は、前記内輪または前記外輪の回転を停止させる処理、前記内輪または前記外輪の回転速度を減少させる処理、前記軸受装置を冷却する処理の少なくともいずれかを含む、請求項４に記載のデータ収集装置。
  6. 　前記制御装置は、前記第２周期で収集した前記熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が前記対応する切替しきい値よりも小さい場合に、前記サンプリング周期を前記第２周期から前記第１周期に戻す、請求項３～５のいずれかに記載のデータ収集装置。
  7. 　前記センサは、前記熱流センサに加えて、前記軸受の予圧および外部からの荷重を検出する荷重センサ、および前記内輪または前記外輪の回転速度を検出する回転速度センサの少なくとも一方を含み、
    　前記制御装置は、第１周期で収集した前記荷重センサおよび前記回転速度センサの少なくとも一方の検出結果が対応する切替しきい値を超えた場合に、前記サンプリング周期を前記第１周期よりも短い第２周期に変更して前記第２周期で前記熱流センサの検出結果を収集する、請求項２に記載のデータ収集装置。
  8. 　前記制御装置は、前記第２周期で収集した前記熱流センサの検出結果の大きさおよび変化率の少なくとも一方が対応する判定しきい値よりも大きい場合に、前記軸受装置の損傷を防止するための処理を行なう、請求項７に記載のデータ収集装置。
  9. 　前記軸受装置の損傷を防止するための処理は、前記内輪または前記外輪の回転を停止させる処理、前記内輪または前記外輪の回転速度を減少させる処理、前記軸受装置を冷却する処理の少なくともいずれかを含む、請求項８に記載のデータ収集装置。
  10. 　前記制御装置は、
    　前記第２周期で前記荷重センサおよび前記回転速度センサの少なくとも一方の検出結果を収集し、
    　前記第２周期で収集した前記荷重センサおよび前記回転速度センサの少なくとも一方の検出結果が前記対応する切替しきい値よりも小さい場合に、前記サンプリング周期を前記第２周期から前記第１周期に戻す、請求項７～９のいずれかに記載のデータ収集装置。
  11. 　前記軸受装置は、工作機械の主軸を回転自在に支持する、請求項２～１０のいずれかに記載のデータ収集装置。
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