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JP6967495B2 - 軸受装置 - Google Patents

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JP6967495B2 JP2018164469A JP2018164469A JP6967495B2 JP 6967495 B2 JP6967495 B2 JP 6967495B2 JP 2018164469 A JP2018164469 A JP 2018164469A JP 2018164469 A JP2018164469 A JP 2018164469A JP 6967495 B2 JP6967495 B2 JP 6967495B2
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Description

この発明は、例えば、工作機械の主軸等を回転自在に支持す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。前記軸受の潤滑には、エアオイル(オイルミスト)潤滑またはグリース潤滑がある。前記エアオイル潤滑は、常に新しい油を外部から供給し、長期に渡り安定した潤滑状態を保つことができる。前記グリース潤滑は、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。
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、軸受の過度の昇温に至ることがある。
・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、以下の(1)〜(3)の技術が公開されている。
(1)軸受近傍の温度をハウジング側で計測する状態監視、および計測した温度より異常検知を試みる技術。
(2)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(特許文献1)。
(3)温度変化ではなく、センサ表裏の温度差によって発生する熱流を検知する技術を用いた熱流センサ(特許文献2)。熱流センサは、軸受の内外輪温度を測定する際に使用される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、センサ出力の反応速度が速い。
(4)また、本件出願人は、上記の熱流センサを軸受に実装し、運転時における軸受内部の温度変化を早期に検出し、軸受の不具合を防止する技術を提案している(特願2018−22950)。
特開2017−26078号公報 特開2016−166832号公報
軸受の過度の昇温に対し、前記記載の従来の技術では、以下の課題がある。
[従来技術(1)の課題]
軸受の過度の昇温時は、通常の高速運転時に比べ、瞬間かつ急激な温度上昇を伴い発生することが多い。そのため、例えば、ハウジング側にて軸受近傍の温度を測定しても、軸受の瞬間かつ急激な温度上昇を検知することが難しい。
[従来技術(2)の課題]
軸受に隣接した間座に内蔵した温度センサでも同様に上記の課題がある。さらに、間座に内蔵した温度センサが非接触式の場合、軸受内部の潤滑油の影響を大きく受け、かつ、赤外線の放射率が低い金属表面の温度測定が困難なため、正確な温度測定が難しい。
[従来技術(3)、(4)の課題]
温度変化ではなく、センサ表裏の温度差によって発生する熱流を検知する技術を用いた熱流センサを用いて、運転時における軸受内部の温度変化を早期に検知する場合、工作機械主軸は運転中の回転速度が大きく変動し、それに伴う軸受内の空気の流れも大きいため、熱流センサの出力だけでは、軸受に過度の昇温が生じているか否かの判断が難しい。
この発明の目的は、転がり軸受の瞬間かつ急激な温度上昇を正確に検出し、その検出結果を基に、転がり軸受の異常を判断する軸受装置を提供することである。
この発明の軸受装置は、転がり軸受と、この転がり軸受の内外輪にそれぞれ軸方向に隣接する内外の間座とを備えた軸受装置であって、
前記内外輪における固定側の軌道輪である固定側軌道輪または前記内外の間座における固定側間座に設置され、内外輪間の熱流束を検出する熱流センサと、前記転がり軸受の回転速度を検出する回転センサとを備え、
前記回転速度と、この回転速度に追従する前記熱流束との関係に基づいて、前記転がり軸受の異常を判断する異常判断部を備える。
前記熱流束は、単位時間あたりに単位面積を通過する熱量である。
この明細書において、前記回転速度は、単位時間当たりの回転数と同義である。
前記回転速度と前記熱流束との関係は、例えば、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。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、センサ表裏の僅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。固定側軌道輪または固定側間座における軸受近傍に熱流センサが設置される場合、軸受の内外輪間に流れる熱の熱流束を直接的に検出し得る。固定側間座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、軸受の内外輪間に流れる熱の熱流束を間接的に検出し得る。
異常判断部は、回転速度と、この回転速度に追従する熱流束との関係に基づいて、転がり軸受の異常を判断する。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する。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温度上昇を正確に検出し、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。
前記異常判断部は、前記熱流センサで検出した熱流束を時間微分によって算出したパラメータにて前記転がり軸受の異常を判断してもよい。このように熱流束を時間微分したパラメータを用いることで、瞬間かつ急激な温度上昇を精度良く検出することが可能となる。
前記固定側間座は、軸方向側面から前記内外輪間に突出する突出部を有し、この突出部に前記熱流センサが設置されてもよい。転がり軸受の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。固定側間座に熱流センサを設置する場合、前記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に熱流センサを設置するため、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。
前記突出部は、前記転がり軸受に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。
前記固定側間座または前記固定側軌道輪の温度を検出する温度センサを備え、前記異常判断部は、前記温度センサで検出した温度と、前記回転速度と、前記熱流束との関係から、前記温度センサ、前記熱流センサおよび前記回転センサが正常に動作しているか否かを判断してもよい。
回転速度と熱流束を検出する際、各センサが正常に動作していることを担保することが肝要である。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推移していくことを試験により確認した。この試験結果から、異常判断部が初期診断時等において、各センサが正常に動作していると自動的に判断することで、転がり軸受が異常か否かの結果をより客観的に用いることができる。
この発明の軸受装置は、転がり軸受と、この転がり軸受の内外輪にそれぞれ軸方向に隣接する内外の間座とを備えた軸受装置であって、前記内外輪における固定側の軌道輪である固定側軌道輪または前記内外の間座における固定側間座に設置され、内外輪間の熱流束を検出する熱流センサと、前記転がり軸受の回転速度を検出する回転センサとを備え、前記回転速度と、この回転速度に追従する前記熱流束との関係に基づいて、前記転がり軸受の異常を判断する異常判断部を備える。このため、転がり軸受の瞬間かつ急激な温度上昇を正確に検出し、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。
この発明の一実施形態に係る軸受装置における、熱流センサと転がり軸受の位置関係を示す断面図である。 同熱流センサおよび転がり軸受を部分的に拡大した拡大断面図である。 同軸受装置を評価する試験機の構造を概略示す断面図である。 同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。 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。 軸受異常時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。 この発明の他の実施形態に係る軸受装置における、熱流センサと転がり軸受の位置関係を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る軸受装置における、熱流センサと転がり軸受の位置関係を示す断面図である。
[第1の実施形態]
この発明の実施形態に係る軸受装置を図1ないし図7と共に説明する。
図1に示すように、軸受装置は、例えば、工作機械の主軸1を回転自在に支持する。主軸1の端部に図示外の工具またはワークのチャック等が取付けられる。この軸受装置は、転がり軸受2、内外の間座3,4、センサ類および後述する異常判断部5を備える。ハウジング6に、転がり軸受2および内外の間座3,4を介して、回転体である主軸1が回転自在に支持されている。転がり軸受2は二列のアンギュラ玉軸受が背面配列で組み合わされ、これらアンギュラ玉軸受の軸方向間に、内外の間座3,4がそれぞれ設けられている。前記内外の間座3,4をそれぞれ内輪間座3、外輪間座4と称す。
<転がり軸受2>
図2に示すように、各転がり軸受2は、内輪7と、固定側軌道輪である外輪8と、内外輪7,8の軌道面7a,8a間に介在する複数の転動体9と、これら転動体9を保持する保持器10とを備える。転動体9は、例えば、ボールから成り、保持器10のポケット10a内に保持される。ハウジング6の嵌合孔に、外輪8の外周面が嵌合され、主軸1の外周面に内輪7の内周面が嵌合される。内輪7の反負荷側つまり軸受背面側の外径面に、軌道面7aに続く斜面部7bが設けられている。斜面部7bは、軌道面7a側から内輪間座3側に向かうに従って次第に小径となるテーパ形状である。各転がり軸受2および後述する内輪間座3、外輪間座4がハウジング6および主軸1に組み込まれた状態で、転がり軸受2に所定圧の定位置予圧または定圧予圧が与えられる。
<内輪間座3、外輪間座4>
図1に示すように、内輪間座3は、二列の転がり軸受2,2の内輪端面間に隣接して設置される。主軸1の外周面に、内輪間座3の内周面が嵌合されている。
固定側間座である外輪間座4は、外輪間座本体4aと、突出部4bとを有する。外輪間座本体4aは、二列の転がり軸受2,2の外輪端面間に隣接し、かつ外輪間座本体4aの外周面がハウジング6の嵌合孔に嵌合されて設けられている。外輪間座本体4aの両側面には、突出部4bを保持する環状の凹み11がそれぞれ形成されている。
図2に示すように、突出部4bは、熱流センサSaを設置するリング状部材であるが、転がり軸受2にエアオイルである潤滑油を吐出するノズル(図3)も兼ねる。突出部4bは、各凹み11に嵌め込まれる突出基端部分4baと、この突出基端部分4baから内外輪7,8間の斜面部7bに向けて突出する突出先端部分4bbとを有する。但し、突出先端部分4bbは、保持器10および斜面部7bに干渉しないように、保持器10、斜面部7bに対しそれぞれ所定の隙間が確保されている。なお、この例では、外輪間座本体4aと突出部4bとを別部材として組み立てることで外輪間座4としているが、外輪間座本体4aおよび突出部4bを同一材料から一体に形成してもよい。
<センサ類について>
図1に示すように、センサ類は、熱流センサSa、回転センサSb、温度センサScおよび振動センサSdを有する。
<熱流センサSa>
主軸1を支持する転がり軸受2は、主軸1の回転に伴い、内輪7と外輪8の間に温度差(以下、「内外輪温度差」と言う)を生じる。これは、内輪7と外輪8の放熱性の違いが主な要因であり、放熱しにくい内輪7が外輪8より高い温度を示す。内外輪温度差は、転がり軸受2が高速回転する程大きくなり、それに伴い、軸受内部の予圧荷重および転がり面の接触面圧が増加する。また、内外輪温度差は、潤滑不良または潤滑不良による軸受内部の異常が生じる際にも増加する。本件出願において採用した熱流センサSaは、通常の温度センサより微小な変化を捉えることを目的としており、相対的に温度の高い内輪7から外輪8に向かう熱流束を測定し、内外輪温度差に起因する異常検知に用いている。
外輪間座4におけるいずれか一方または両方の突出部4bの内周面に、熱流センサSaが設けられている。熱流センサSaは、斜面部7b(図2)、内輪間座3の外周面に干渉しないように設置されている。熱流センサSa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、センサ表裏の僅かな温度差から出力電圧が発生する。この実施形態の熱流センサSaは、外輪間座4の温度と、内輪7、転動体9および保持器10等の回転によって発生する内輪7の回転雰囲気の温度との温度差から出力電圧を発生させる。
<回転センサSb>
回転センサSbは、転がり軸受2の回転速度を検出する。なお、回転センサSbは、回転側軌道輪である内輪7または回転側間座である内輪間座3の回転速度を直接検出するセンサであってもよく、回転駆動源である後述する駆動モータに内蔵された図示外のレゾルバまたは磁気エンコーダ等で検出されるモータ角度を時間微分することで回転速度を演算する回転速度演算手段であってもよい。
<温度センサSc>
温度センサScは、主軸1の回転または切削負荷に起因して生じる転がり軸受2の発熱を検出する。温度センサScは、例えば、間座本体4aの凹み11のうち、外輪端面に近い位置に設置される。
ところで運転中の軸受温度を測定する場合、センサの取付けやすさから、ハウジング外周面の温度を測定するのが一般的だが、転がり軸受とハウジング外周面の間には、冷却流路が存在するため、軸受温度を直接測定した場合と比べ温度が低くなる。また、熱容量が大きいハウジングの温度を測定するため、転がり軸受に急激な発熱が発生しても、温度上昇を検出するまで時間を要する。そのため、ハウジング外周面の温度を測定する温度センサでは、転がり軸受の急激な発熱を即時に把握することが困難であった。
そこで、本件出願の温度センサScは、固定側間座である外輪間座4または固定側軌道輪である外輪8の温度を検出する。温度センサScとして、非接触式温度センサまたは熱電対、サーミスタなどが適用される。外輪間座4における間座本体4aに設けられた温度センサScから外輪間座4の温度を検出してもよく、ハウジング6の嵌合孔に、外輪外周面に臨むセンサ設置空間を形成し、このセンサ設置空間に温度センサScを設置して外輪8の温度を検出してもよい。
<振動センサSd>
振動センサSdは、運転中、軸受軌道面の面荒れまたはピーリング、圧痕等に起因する転がり軸受2の振動を測定する。振動センサSdは、例えば、間座本体4aの凹み11に設置される。
一般的に運転中の軸受振動を測定する場合、前述の温度センサと同様、設置のしやすさから、ハウジング外周面に振動計を取付けて測定することが多い。しかし、運転中の軸受振動をハウジング越しに測定するため、転がり軸受に起因する振動は減衰している。そのため、転がり軸受の異常が進行して、振動レベルが大きい状態でなければ検出は難しい。
これに対して、本軸受装置は、転がり軸受2に隣接する外輪間座4に振動センサSdを内蔵しているため、異常の初期段階、振動レベルの小さな状態でも、感度良く測定することが可能である。
<異常判断部5について>
熱流センサSa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。異常判断部5は、前記回転速度と、この回転速度に追従する前記熱流束との関係に基づいて、転がり軸受2の異常を判断する。異常判断部5は、回転速度と熱流束との関係を軸受運転時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2の異常と判断する。具体的には、異常判断部5は、熱流センサSaで検出した熱流束を時間微分によって算出した後述するパラメータ(ΔQ/Δt)にて転がり軸受2の異常を判断する。
<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。この性能評価試験の試験条件を表1に示す。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。
Figure 0006967495

<試験機の構造>
図3に示すように、試験機は、ハウジング6に、前述の軸受装置を介して、主軸1が回転自在に支持されている。主軸1の軸方向一端部に駆動モータ12が連結され、この駆動モータ12により主軸1はその軸心回りに回転駆動される。内外輪7,8は、内輪押さえ13および外輪押さえ14により主軸1およびハウジング6にそれぞれ固定されている。
ハウジング6は、内周ハウジング6aと外周ハウジング6bの二重構造とされ、内外のハウジング6a,6b間に冷却媒体流路15が形成されている。内周ハウジング6aには、エアオイル供給路16が設けられ、このエアオイル供給路16は外輪間座4のエアオイル供給口17に連通する。エアオイル供給口17に供給されたエアオイルは、ノズルを兼ねる突出部4bの吐出孔から吐出されて内輪7の斜面部7bに噴射され、転がり軸受2の潤滑に供される。内周ハウジング6aには、各転がり軸受2の設置部近傍にエアオイル排気溝18が形成されると共に、このエアオイル排気溝18から大気に開放されるエアオイル排気路19が形成されている。
<試験結果>
図4は、前記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(dmn値144万)まで、いずれのセンサも正常に動作することを確認した。
前述のように、異常判断部5(図1)が転がり軸受の異常を判断する際、各センサが正常に動作していることを担保することが肝要である。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、異常判断部5(図1)が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と自動的に判断することで、転がり軸受が異常か否かの結果をより客観的に用いることができる。
図5、図6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6は、図5の横軸を拡大した図である。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、転がり軸受の異常検知の精度を高め得る。熱流センサのセンサ出力は、回転速度の変動に略同期している。
<軸受異常時の再現試験>
転がり軸受に異常が生じる際の兆候検知を試みるため、軸受異常時の再現試験を実施した。試験条件を表2に示す。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3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12(図3)が過負荷になると、リミッターが作動し、試験機を自動停止するよう設定した。
Figure 0006967495

<前記再現試験における試験結果>
図7は、軸受異常時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。
駆動モータ12(図3)の過負荷検出時刻を破線t´で示す。試験結果より、熱流速束は、温度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兆候を早期に検出する際に有効と考えられる。
図5ないし図7に示す、回転速度と、この回転速度に追従する熱流束との関係に基づいて、異常判断部5(図1)は転がり軸受の異常を次式に従って判断する。
Figure 0006967495

上式を充足する際、異常判断部5(図1)は、転がり軸受の異常(発熱大)と判断する。なお、上式の係数Nは、工作機械の主軸毎で異なるため、N=1、N=100など、様々なケースがある。
<作用効果>
以上説明した軸受装置によれば、異常判断部5は、回転速度と、この回転速度に追従する熱流束との関係に基づいて、転がり軸受2の異常を判断する。異常判断部5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2の異常と判断する。異常判断部5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2の異常と判断する。このように転がり軸受2の瞬間かつ急激な温度上昇を正確に検出し、その検出結果を基に、転がり軸受2の異常を判断することができる。転がり軸受2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。
外輪間座4は、間座本体4aの軸方向側面から内外輪7,8間に突出する突出部4bを有し、この突出部4bに熱流センサSaが設置されているため、外輪等に熱流センサを設置するよりもコスト低減を図り容易に熱流センサSaを設置できる。また内外輪7,8間に突出する突出部4bに熱流センサSa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。突出部4bは、転がり軸受2に潤滑油を吐出するノズルを兼ねることから、潤滑油を吐出する既存のノズルを利用して熱流センサSaを設置できる。このため、例えば、熱流センサSa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。
<他の実施形態について>
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図8に示すように、熱流センサSaを、外輪間座4の間座本体4aの内周面に設置してもよい。
図9に示すように、熱流センサSaを、外輪内周面に設置してもよい。
各センサが正常に動作しているかを異常判断部5で判断しない場合、前記センサ類における温度センサScを省略してもよい。さらに振動センサSdを省略することも可能である。これらの構成によれば、センサ個数を低減できるため、軸受装置の構造を簡素化しコスト低減を図れる。
固定側軌道輪が内輪7であってもよい。固定側間座が内輪間座3であってもよい。
いずれかの実施形態に係る軸受装置は、主軸1が立形の工作機械にも適用可能である。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2…転がり軸受、3…内輪間座、4…外輪間座(固定側間座)、4b…突出部、5…異常判断部、7…内輪、8…外輪(固定側軌道輪)、Sa…熱流センサ、Sb…回転センサ、Sc…温度センサ

Claims (5)

  1. 転がり軸受と、この転がり軸受の内外輪にそれぞれ軸方向に隣接する内外の間座とを備えた軸受装置であって、
    前記内外輪における固定側の軌道輪である固定側軌道輪または前記内外の間座における固定側間座に設置され、内外輪間の熱流束を検出する熱流センサと、前記転がり軸受の回転速度を検出する回転センサとを備え、
    前記回転速度と、この回転速度に追従する前記熱流束との関係に基づいて、前記転がり軸受の異常を判断する異常判断部を備えた軸受装置。
  2. 請求項1に記載の軸受装置において、前記異常判断部は、前記熱流センサで検出した熱流束を時間微分によって算出したパラメータにて前記転がり軸受の異常を判断する軸受装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の軸受装置において、前記固定側間座は、軸方向側面から前記内外輪間に突出する突出部を有し、この突出部に前記熱流センサが設置されている軸受装置。
  4. 請求項3に記載の軸受装置において、前記突出部は、前記転がり軸受に潤滑油を吐出するノズルを兼ねる軸受装置。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の軸受装置において、前記固定側間座または前記固定側軌道輪の温度を検出する温度センサを備え、前記異常判断部は、前記温度センサで検出した温度と、前記回転速度と、前記熱流束との関係から、前記温度センサ、前記熱流センサおよび前記回転センサが正常に動作しているか否かを判断する軸受装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023208326A1 (de) 2022-09-07 2024-03-07 Okuma Corporation Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren, Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren und Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung für eine Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022049111A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 Ntn株式会社 軸受装置
JP2024056382A (ja) * 2022-10-11 2024-04-23 Ntn株式会社 軸受装置及びその軸受装置を備えたスピンドル装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100436847C (zh) * 2001-11-22 2008-11-26 日本精工株式会社 带传感器的滚动轴承
US7018106B2 (en) * 2001-12-14 2006-03-28 Ntn Corporation Vehicle mounted bearing assembly
JP3874110B2 (ja) * 2002-08-30 2007-01-31 日本精工株式会社 異常診断システム
DE102004054201A1 (de) * 2004-11-10 2006-05-11 Fag Kugelfischer Ag & Co. Ohg Wälzlager mit in der Lagerringstirnseite integrierten Sensoren
JP2007071652A (ja) * 2005-09-06 2007-03-22 Ntn Corp センサ付車輪用軸受
JP4993492B2 (ja) * 2007-09-11 2012-08-08 Ntn株式会社 軸受装置
JP5064978B2 (ja) * 2007-11-20 2012-10-31 オークマ株式会社 軸受潤滑装置の動作確認方法
JP5359262B2 (ja) * 2008-12-25 2013-12-04 日本精工株式会社 工作機械の主軸装置及び工作機械
CN101818755B (zh) * 2010-03-25 2011-08-31 重庆大学 一体耦合式智能监测轴承
US8979384B2 (en) * 2010-10-19 2015-03-17 Ntn Corporation Rolling bearing device
JP6149871B2 (ja) * 2015-01-15 2017-06-21 日本精工株式会社 ワイヤレスセンサ付き軸受
CN204388770U (zh) * 2015-02-12 2015-06-10 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 用于转轴的电涡流传感器和转轴装置
JP6421655B2 (ja) 2015-03-10 2018-11-14 株式会社Soken 熱流束センサ
JPWO2016175322A1 (ja) * 2015-04-30 2018-02-22 日本精工株式会社 異常診断システム
JP6601034B2 (ja) 2015-07-24 2019-11-06 株式会社ジェイテクト 軸受装置
JP6358233B2 (ja) * 2015-11-12 2018-07-18 株式会社デンソー 組付状態の診断装置
JP6500825B2 (ja) * 2016-04-08 2019-04-17 株式会社デンソー 監視装置
JP6881910B2 (ja) 2016-08-01 2021-06-02 キヤノン株式会社 画像読取装置および画像読取方法
JP7362239B2 (ja) * 2018-02-13 2023-10-17 Ntn株式会社 軸受装置およびスピンドル装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023208326A1 (de) 2022-09-07 2024-03-07 Okuma Corporation Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren, Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren und Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung für eine Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine

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