スピンドルユニット
【課題】稼働停止や煩雑な分解作業を必要とすることなく、接触式シールの的確な保守管理を実現して、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供する。
【解決手段】スピンドルハウジング７にベアリング６を介して回転自在に支持されたスピンドル１およびベアリング６を保護するオイルシール２を備えたスピンドル組立体１４と、スピンドル１を回転駆動するモータ１１と、モータ１１を制御する駆動制御装置１２を備えたスピンドルユニットＳ１において、モータ１１の負荷を示す電流値ｉを表示する表示器１３を駆動制御装置１２に設け、本来一定であるはずの通常回転時の電流値ｉの変化によってオイルシール２の磨耗を認識可能にした。
【解決手段】スピンドルハウジング７にベアリング６を介して回転自在に支持されたスピンドル１およびベアリング６を保護するオイルシール２を備えたスピンドル組立体１４と、スピンドル１を回転駆動するモータ１１と、モータ１１を制御する駆動制御装置１２を備えたスピンドルユニットＳ１において、モータ１１の負荷を示す電流値ｉを表示する表示器１３を駆動制御装置１２に設け、本来一定であるはずの通常回転時の電流値ｉの変化によってオイルシール２の磨耗を認識可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベアリング等の軸受構造を備えたスピンドルやハブにおいては、当該軸受構造を、外部から侵入する異物等から保護するためにシール装置を設けることが知られている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、ハブユニットを構成する固定側の内輪と、回転するハブフランジを備えた外輪との間に設けられた転がり軸受の配置空間の両端部に、外周部が外輪内周に固定され、内周部が内輪外周に接するシールリップからなるシール装置を配置して転がり軸受を封止する技術が開示されている。
【０００４】
そして、内輪の、シールリップと摺動する部位に所定の動粘度のグリスを封入することで摺動部の気密性を高めるとともに、長寿命と低トルクを実現しようとしている。
【０００５】
そして、研磨液を用いる研磨装置における研磨工具の支持軸等に、上述の特許文献１の技術を適用した場合、シール装置は、研磨液が転がり軸受に侵入することを防止して保護する働きをする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、使用時間の経過に伴ってシール装置のグリスが溶けて減少し、最終的には消失し、内輪と摺動するシールリップの磨耗が始まる。
また、磨耗したシールリップのグリスアップや交換が遅れると研磨液が転がり軸受の中に侵入して破損させ、回転不能となる懸念がある。
【０００８】
このため、上述の特許文献１の構造のハブユニットの保守作業においては、装置の稼働を停止し、内部のシールリップが目視可能な状態になるようにハブユニットを分解して確認する必要があるが、通常、ハブユニットには、様々な治具や工具が組つけられているため、この分解作業は非常に手間や時間がかかる煩雑な作業となる。
【０００９】
さらに、シールリップの磨耗状況を目視確認で判断するため、シールリップのグリスアップの要否等や交換時期の判断にばらつきを生じ、的確な保守が困難であった。
【００１０】
本発明の目的は、稼働停止や煩雑な分解作業を必要とすることなく、接触式シールの的確な保守管理を実現して、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、接触式シールにて保護される軸受構造を備えたスピンドルと、
前記スピンドルを回転させるモータと、
前記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された前記負荷の状態を外部に出力する出力手段と、
を具備したスピンドルユニットを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、稼働停止や煩雑な分解作業を必要とすることなく、接触式シールの的確な保守管理を実現して、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの構成の一例を、一部を破断して例示した側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおける破断部分の拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットにおける電気回路系の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【図４】本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける駆動制御装置の部分を示す説明図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態の第１態様では、スピンドルを駆動するモータの負荷の検出を行うことにより、たとえば、接触式シールの状態の変化を反映した通常回転時の当該負荷の変化を監視することで、オイルシール等の接触式シールの交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドルユニットの分解によって内部を目視すること無く、正確に判断することができる。
【００１５】
また、第２態様では、モータの負荷として電流値を用いる。すなちわ、モータの負荷が変化するとモータに流れる電流が変化するが、その電流値を検出して表示することによって、モータの負荷の検出を行う。
【００１６】
また、第３態様では、モータの負荷として回転数を用いる。モータの負荷が変化するとモータの回転数が変化するが、その回転数を検出して表示することによって、モータの負荷の検出を行う。
【００１７】
また、第４態様では、モータの負荷の変化の大きさに基づいて、たとえば、オイルシールの交換時期およびグリスアップの時期等を、判定装置によって自動的に判定してアラーム表示として出力することで、スピンドルユニットを分解しての内部を目視すること無く、正確に保守作業のタイミングを判断することを可能にする。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの構成の一例を、一部を破断して例示した側面図である。
図１Ｂは、図１Ａにおける破断部分の拡大断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットにおける電気回路系の構成例を示すブロック図である。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図示の通りとし、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向として説明する。また、一例として、Ｚ方向は鉛直方向、Ｘ−Ｙ平面は水平面とする。
【００２１】
図１Ａおよび図１Ｂに例示されるように、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１は、水平に設けられた共通のモータベース１６に、水平方向（Ｘ方向）に所定の間隔で、鉛直方向（Ｚ方向）に平行に支持されたスピンドル組立体１４（スピンドル）およびモータ１１と、モータ１１を制御する駆動制御装置１２を備えている。
【００２２】
スピンドル組立体１４は、筒状のスピンドルハウジング７の内部に同軸に支持されたスピンドル１を備え、スピンドル１の上端部にはスピンドルフランジ１ａが設けられ、モータベース１６を貫通して突出する下端部にはスピンドルプーリ８が固定されている。
【００２３】
スピンドル１のスピンドルフランジ１ａには、たとえば、図示しない研磨工具や、ワーク保持治具等が固定される。
また、スピンドル１の上部には、スピンドルフランジ１ａに支持されて回転する研磨工具やワーク保持治具等に研磨剤３１を供給するノズル３０が配置されている。
【００２４】
図１Ｂに例示されるように、スピンドル組立体１４では、スピンドル１を回転自在に保持するためのベアリング６（軸受構造）がベアリングオサエ４にてスピンドルハウジング７に固定されている。
【００２５】
ベアリングオサエ４の上部におけるスピンドル１の外周には、下端部に薄肉のリップ１５を有するリング状のオイルシール２（接触式シール）が取り付けられている。
【００２６】
このオイルシール２は、たとえば、下端部のリップ１５が略円錐台形に変形するようにベアリングオサエ４に押圧されることにより、当該ベアリングオサエ４の上面に軽く接触するように装着されている。
オイルシール２のリップ１５の内側の略円錐台形の空間には、ベアリングオサエ４との摺動抵抗を減らすためにグリス５が塗布されている。
【００２７】
スピンドル１の上端側には、ベアリングオサエ４およびオイルシール２を隠蔽するように、下向きのカップ形状のスピンドルカバー３が同軸に装着されており、研磨剤３１がオイルシール２とベアリングオサエ４の摺動部に付着することを防止する構造となっている。
【００２８】
モータ１１は、回転軸１１ａが、モータベース１６から下向きに突出する姿勢で当該モータベース１６に固定され、回転軸１１ａにはモータプーリ１０が固定されている。
【００２９】
モータベース１６の下側に位置するスピンドル１のスピンドルプーリ８と、モータ１１のモータプーリ１０との間には、Ｖベルト９が架け渡され、モータ１１の回転力がスピンドル１に伝達される構成となっている。
【００３０】
モータ１１には、電線１７を介して駆動制御装置１２が接続されている。本実施の形態の場合、この駆動制御装置１２には、モータ１１を動作させるために供給される電流の検出機能を備えた電流検出器１８（負荷検出手段）が備えられている。
【００３１】
さらに、駆動制御装置１２には、電流検出器１８によって検出された電流値ｉを目視可能に表示する表示器１３（出力手段）が一体に配置されている。
【００３２】
すなわち、図２に例示されるように、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１では、モータ１１を制御する駆動制御装置１２に電流検出器１８が接続され、さらに、電流検出器１８に表示器１３が接続されている。
【００３３】
そして、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１の電気回路においては、駆動制御装置１２によりモータ１１が回転するとモータ１１に流れる電流値ｉを電流検出器１８が検出して表示器１３に電流値ｉを表示する。
【００３４】
なお、本実施形態では、駆動制御装置１２と表示器１３が一体となった構成が例示されているが、これに限らず、駆動制御装置１２と表示器１３が別体な構成としてもかまわない。
【００３５】
以下、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１の作用について説明する。
上述の構成のスピンドルユニットＳ１において、モータ１１に通電して回転させるとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
【００３６】
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってオイルシール２のグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加するとモータ１１に流れる電流値ｉが増加する。
【００３７】
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると電流値ｉは最大となり、さらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少し電流値ｉも減少する。
この電流値ｉの変化をサンプリングしてグラフにすると図３のようなグラフとなる。
【００３８】
なお、以下の本実施の形態の説明で通常回転時とは、たとえば、スピンドル１に一定の加工負荷等の外部負荷が継続的に作用する状態、あるいはモータ１１によって回転駆動されるスピンドル１に外部負荷が作用しない状態で、オイルシール２およびベアリング６等の回転支持機構部等の摩擦抵抗の負荷のみを受けて空転している状態、のいずれかである。
【００３９】
図３のグラフにおいて通常回転時のモータの電流値ｉを通常回転時電流値Ｃ（Ａ：アンペア）とすると、スピンドル１の回転時間の経過に伴って摩擦抵抗が変化し、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）からシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）に変化するが、表示器１３に表示される電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）になった時（すなわち、シール交換時期Ｂ）にオイルシール２を交換すれば、シール破断時期Ｂｆの前に（すなわち、オイルシール２の破断によってシール効果が失われる前に）シール機能を再生することが可能である。
【００４０】
また、表示器１３に表示される電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）よりも上昇し始めた時（すなわち、磨耗開始時期Ａ）に、オイルシール２のリップ１５にグリス５を補充するグリスアップを実行すれば、グリス５の消失によるリップ１５の損耗を防止して、オイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
【００４１】
本実施の形態のスピンドルユニットＳ１によれば、表示器１３によってスピンドル１を駆動するモータ１１の電流値ｉの変化を監視することにより、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部のオイルシール２を目視観察する等の煩雑な作業を行うこと無く、しかも客観的な基準で的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ１を提供することが可能となる。
【００４２】
なお、特に図示しないが、変形例として、表示器１３における電流値ｉの表示値が、任意の通常回転時電流値Ｃにおいて零となるようなプリセットボタンを表示器１３に設けることもできる。
【００４３】
そして、任意の通常回転時電流値Ｃの表示状態においてプリセットボタンを押して零表示とすることで、通常回転時電流値Ｃを零基準とする電流値ｉの表示値を表示器１３に表示させる。
【００４４】
これにより、たとえば、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃから僅かに増加する磨耗開始時期Ａのタイミングを、表示器１３における読み取り値では零からの変化として判断でき、判断しやすくなる利点がある。
【００４５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図５は、本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【００４６】
この実施の形態２のスピンドルユニットＳ２の機械的な構成は、上述の実施の形態１と同様であるが、表示器１３には、電流検出器１８の代わりに回転検出器１９（負荷検出手段）が設けられている点が異なっている。
【００４７】
すなわち、本実施の形態２では、モータ１１の電流値ｉの検出の代わりに回転検出器１９により、モータ１１の回転数Ｒを検出し、表示器１３に回転数Ｒを表示する例を示す。
【００４８】
この実施の形態２のスピンドルユニットＳ２の構成において、モータ１１を回転するとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
【００４９】
モータ１１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加すると回転数Ｒが減少する。
【００５０】
さらにオイルシール２の磨耗が進行するとモータ１１の回転数Ｒは最小となり、さらにオイルシール２の磨耗が進行するとオイルシール２のリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は逆に減少し回転数Ｒは増加する。
このモータ１１の回転数Ｒの変化をサンプリングしてグラフにすると図５のようなグラフとなる。
【００５１】
図５のグラフにおいて通常回転時のモータ１１の回転数Ｒを通常回転時回転数Ｈ（rpm）とすると、回転時間の経過に伴って、オイルシール２の摩擦抵抗が変化し、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）からシール交換時期回転数Ｇ（rpm）に変化するが、回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ（rpm）にまで低下した時（シール交換時期Ｆ）にオイルシール２を交換すれば、シール機能が完全に失われるシール破断時期Ｆｆの前にオイルシール２のシール機能を再生することが可能である。
【００５２】
また、モータ１１の回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）より下降し始めた時（磨耗開始時期Ｅ）に、オイルシール２のリップ１５にグリスアップをすればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
【００５３】
スピンドル１を駆動するモータ１１の、表示器１３に表示される回転数Ｒの変化を監視することにより、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視すること無く判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することが可能となる。
【００５４】
（実施の形態３）
図６は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図７は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける駆動制御装置の部分を示す説明図である。
【００５５】
図８は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３の機械的な構成は上述の実施の形態１のスピンドルユニットＳ１と同様であるが、駆動制御装置１２に判定装置２０（判断手段）を備えた点が異なっている。
【００５６】
すなわち、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３では、電流検出器１８より出力された電流値ｉを駆動制御装置１２に設けられた判定装置２０が判断して、判断結果を表示器１３Ａ（出力手段）に出力する構成となっている。
【００５７】
なお、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３において、表示器１３Ａから出力されるアラーム表示５１は、文字や図形等のメッセージに限らず、音声等による出力も含むものとする。
【００５８】
この実施の形態３の構成のスピンドルユニットＳ３において、モータ１１を回転させるとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
【００５９】
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加するとモータ１１に流れる電流値ｉが増加する。
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると電流値ｉは最大となりさらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少し電流値ｉも減少する。
【００６０】
このモータ１１の電流値ｉの変化をサンプリングしてグラフにすると上述の図３のようなグラフとなる。
【００６１】
図３のグラフにおいて通常回転時のモータ１１の電流値ｉを通常回転時電流値Ｃ（Ａ）とすると、スピンドル１の回転時間の経過に伴ってオイルシール２の摩擦抵抗が変化し、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）からシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）に変化するが、電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）になった時（シール交換時期Ｂ）を判定装置２０が判別し、表示器１３Ａにオイルシール２の交換を促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者等が電流値ｉの監視を意識すること無く、オイルシール２の交換時期を的確に外部に警告することが可能である。
【００６２】
このアラーム表示５１に呼応して、作業者がオイルシール２を交換すればシール破断時期Ｂｆの前にシール機能を再生することが可能である。
【００６３】
また、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）より上昇し始めた時（磨耗開始時期Ａ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにグリスアップを促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者等が電流値ｉの監視を意識すること無く、グリスアップの時期を認知することが可能である。
【００６４】
このアラーム表示５１に呼応して、作業者がオイルシール２のグリスアップを実行すればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
なお、判定装置２０による上述のアラーム表示５１の出力に関しては、以下の３つのタイミングが考えられる。
【００６５】
条件（１）一定の電流値より、電流値ｉが高くなった場合に、つまり磨耗開始時期Ａのときにアラーム表示５１を出力する。
条件（２）電流値ｉの変化を示すグラフの任意時刻での接線の傾きが所定値以上に達したとき、つまりシール交換時期Ｂでアラーム表示５１を出力する。
【００６６】
条件（３）実験で予め取得しておいたグラフデータのグラフ頂点Ｐ１に対して所定値Δａ以下の電流値（すなわちシール交換時期電流値Ｄ）に達したとき、つまりシール交換時期Ｂでアラーム表示５１を出力する。
【００６７】
そして、オイルシール２のグリスアップのみのメンテナンスを行いたい場合は条件（１）のタイミングでアラーム表示５１を出力させ、オイルシール２の交換を伴うメンテナンスを行う場合は、条件（２）または条件（３）のタイミングでアラーム表示５１を出力させる。
【００６８】
上述のような、本実施の形態３の判定装置２０の動作の一例を図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
まず、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ３が通常回転時か否かを判別する（ステップ８１）。この判別は、たとえば、本実施の形態のスピンドルユニットＳ３が装着された研磨装置等の加工装置における加工制御信号に基づいて判別するか、あるいは、電流値ｉや、駆動制御装置１２から得られるスピンドル１における負荷状況を示す信号を判別する等の方法が考えられる。
【００７０】
そして、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ３が通常回転時であると判別したら、電流検出器１８を介してモータ１１の電流値ｉを検出する（ステップ８２）。
【００７１】
そして、判定装置２０は、まず、検出された電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄを超過したか否か（ｉ＞Ｄ）を判別し（ステップ８３）、（ｉ＞Ｄ）の場合には、シール交換のアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ８５）、ステップ８１に戻る。
【００７２】
また、判定装置２０は、ステップ８３で電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ以下（ｉ≦Ｄ）と判別したら、さらに、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃを超過したか否か（ｉ＞Ｃ）を判別し（ステップ８４）、（ｉ＞Ｃ）の場合には、オイルシール２のグリスアップのアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ８６）、ステップ８１に戻る。
【００７３】
また、判定装置２０は、ステップ８４で電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ以下（ｉ≦Ｃ）と判別したら、ステップ８１に戻る。
【００７４】
このように、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３では、駆動制御装置１２に備えられた判定装置２０によって、通常回転時の電流値ｉの変化を判別して、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期をアラーム表示５１にて表示器１３Ａに自動的に表示して作業者等に認知させることが可能である。
【００７５】
この結果、スピンドル組立体１４を分解して内部のオイルシール２を目視する等の煩雑な作業を行うこと無く、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ３を提供することが可能となる。
【００７６】
（実施の形態４）
図９は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【００７７】
本実施の形態４のスピンドルユニットＳ４では、上述のスピンドルユニットＳ１およびスピンドルユニットＳ３と同様であるが、電流値ｉの代わりに、回転検出器１９から出力されるスピンドル１の回転数Ｒの変化を、判定装置２０が判断して、アラーム表示５１を表示器１３に出力する点が異なっている。
【００７８】
この実施の形態４のスピンドルユニットＳ４の構成においては、モータ１１を回転するとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
【００７９】
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加すると回転数Ｒが減少する。
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると回転数Ｒは最小となりさらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少しモータ１１の回転数Ｒは増加する。
【００８０】
このモータ１１の回転数Ｒの変化をサンプリングしてグラフにすると上述の図５のようなグラフとなる。
【００８１】
図５のグラフにおいて通常回転時の回転数Ｒを通常回転時回転数Ｈ（rpm）とすると、回転時間の経過に伴ってオイルシール２の摩擦抵抗が変化し、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）からシール交換時期回転数Ｇ（rpm）に変化するが、回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ（rpm）になった時（シール交換時期Ｆ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにシール交換を促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者が目視で回転数Ｒの監視をすること無く、正確にシール交換時期Ｆを認知することが可能である。
【００８２】
そして、作業者は、このシール交換を促すアラーム表示５１に従ってオイルシール２を交換すれば、シール機能が失われるシール破断時期Ｆｆの前にシール機能を再生することが可能である。
【００８３】
また、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）より下降し始めた時（磨耗開始時期Ｅ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにグリスアップを促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者が回転数Ｒの監視をすること無く、オイルシール２のグリスアップの時期を的確に認知することが可能である。
【００８４】
そして、作業者は、このグリスアップを促すアラーム表示５１に従ってグリスアップを実行すればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
なお、このアラーム表示５１に関しては、以下の３つのタイミングが考えられる。
【００８５】
条件（４）一定の回転数より、回転数Ｒが高くなった場合に、つまり磨耗開始時期Ｅのときにアラーム表示５１を出力する。
条件（５）回転数Ｒの変化を示すグラフの任意時刻での接線の傾きが所定値以上に達したとき、つまりシール交換時期Ｆでアラーム表示５１を出力する。
【００８６】
条件（６）回転数Ｒが、実験で予め取得しておいたグラフデータのグラフ頂点Ｐ２に対して所定値Δｒ以下の回転数に達したとき、つまりシール交換時期Ｆでアラーム表示する。
【００８７】
そして、オイルシール２のグリスアップのみのメンテナンスを行いたい場合は条件（４）のタイミングでアラーム表示５１を出力させ、オイルシール２の交換を伴うメンテナンスを行う場合は条件（５）または条件（６）のタイミングでアラーム表示５１を出力させる。
【００８８】
上述のような、本実施の形態４における判定装置２０の動作の一例を図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８９】
まず、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ４が通常回転時か否かを判別する（ステップ９１）。この判別は、たとえば、本実施の形態のスピンドルユニットＳ４が装着された研磨装置等の加工装置における加工制御信号に基づいて判別するか、あるいは、回転数Ｒや、駆動制御装置１２から得られるスピンドル１における負荷状況を示す信号を判別する等の方法が考えられる。
【００９０】
そして、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ４が通常回転時であると判別したら、回転検出器１９を介してモータ１１の回転数Ｒを検出する（ステップ９２）。
【００９１】
そして、判定装置２０は、まず、検出された回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ未満か否か（Ｒ＜Ｇ）を判別し（ステップ９３）、（Ｒ＜Ｇ）の場合には、シール交換のアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ９５）、ステップ９１に戻る。
【００９２】
また、判定装置２０は、ステップ９３で回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ以上（Ｒ≧Ｇ）と判別したら、さらに、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ未満か否か（Ｒ＜Ｈ）を判別し（ステップ９４）、（Ｒ＜Ｈ）の場合には、オイルシール２のグリスアップのアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ９６）、ステップ９１に戻る。
【００９３】
また、判定装置２０は、ステップ９４で回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ以上（Ｒ≧Ｈ）と判別したら、ステップ９１に戻る。
【００９４】
この実施の形態４のスピンドルユニットＳ４によれば、判定装置２０がオイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を自動的に判断してアラーム表示５１にて告知することが可能であり、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視する等の煩雑な作業を必要とすること無く保守作業の要否やタイミングを的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ４を提供することが可能となる。
【００９５】
以上説明したように、本発明の上述の各実施の形態によれば、モータ１１の負荷を検出することにより、当該負荷の変化に基づいてオイルシール２の交換時期およびグリスアップ等の保守作業の時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視する等の煩雑な作業を行うこと無く客観的な基準で的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ１〜Ｓ４を提供することが可能となる。
【００９６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９７】
たとえば、スピンドルユニットに限らず、回転機構の外輪であるハブ側を回転させるハブユニット、さらには接触式シールを具備した一般の回転支持構造にも適用可能である。また、接触式シールに限らず、軸受構造全般の保守管理に適用してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１ スピンドル
１ａ スピンドルフランジ
２ オイルシール
３ スピンドルカバー
４ ベアリングオサエ
５ グリス
６ ベアリング
７ スピンドルハウジング
８ スピンドルプーリ
９ Ｖベルト
１０ モータプーリ
１１ モータ
１１ａ 回転軸
１２ 駆動制御装置
１３ 表示器
１３Ａ 表示器
１４ スピンドル組立体
１５ リップ
１６ モータベース
１７ 電線
１８ 電流検出器
１９ 回転検出器
２０ 判定装置
３０ ノズル
３１ 研磨剤
５１ アラーム表示
Ａ 磨耗開始時期
Ｂ シール交換時期
Ｂｆ シール破断時期
Ｃ 通常回転時電流値
Ｄ シール交換時期電流値
Ｅ 磨耗開始時期
Ｆ シール交換時期
Ｆｆ シール破断時期
Ｇ シール交換時期回転数
Ｈ 通常回転時回転数
Ｐ１ グラフ頂点
Ｐ２ グラフ頂点
Ｒ 回転数
ｉ 電流値
Δａ 所定値
Δｒ 所定値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベアリング等の軸受構造を備えたスピンドルやハブにおいては、当該軸受構造を、外部から侵入する異物等から保護するためにシール装置を設けることが知られている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、ハブユニットを構成する固定側の内輪と、回転するハブフランジを備えた外輪との間に設けられた転がり軸受の配置空間の両端部に、外周部が外輪内周に固定され、内周部が内輪外周に接するシールリップからなるシール装置を配置して転がり軸受を封止する技術が開示されている。
【０００４】
そして、内輪の、シールリップと摺動する部位に所定の動粘度のグリスを封入することで摺動部の気密性を高めるとともに、長寿命と低トルクを実現しようとしている。
【０００５】
そして、研磨液を用いる研磨装置における研磨工具の支持軸等に、上述の特許文献１の技術を適用した場合、シール装置は、研磨液が転がり軸受に侵入することを防止して保護する働きをする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、使用時間の経過に伴ってシール装置のグリスが溶けて減少し、最終的には消失し、内輪と摺動するシールリップの磨耗が始まる。
また、磨耗したシールリップのグリスアップや交換が遅れると研磨液が転がり軸受の中に侵入して破損させ、回転不能となる懸念がある。
【０００８】
このため、上述の特許文献１の構造のハブユニットの保守作業においては、装置の稼働を停止し、内部のシールリップが目視可能な状態になるようにハブユニットを分解して確認する必要があるが、通常、ハブユニットには、様々な治具や工具が組つけられているため、この分解作業は非常に手間や時間がかかる煩雑な作業となる。
【０００９】
さらに、シールリップの磨耗状況を目視確認で判断するため、シールリップのグリスアップの要否等や交換時期の判断にばらつきを生じ、的確な保守が困難であった。
【００１０】
本発明の目的は、稼働停止や煩雑な分解作業を必要とすることなく、接触式シールの的確な保守管理を実現して、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、接触式シールにて保護される軸受構造を備えたスピンドルと、
前記スピンドルを回転させるモータと、
前記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された前記負荷の状態を外部に出力する出力手段と、
を具備したスピンドルユニットを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、稼働停止や煩雑な分解作業を必要とすることなく、接触式シールの的確な保守管理を実現して、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの構成の一例を、一部を破断して例示した側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおける破断部分の拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットにおける電気回路系の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【図４】本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける駆動制御装置の部分を示す説明図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態の第１態様では、スピンドルを駆動するモータの負荷の検出を行うことにより、たとえば、接触式シールの状態の変化を反映した通常回転時の当該負荷の変化を監視することで、オイルシール等の接触式シールの交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドルユニットの分解によって内部を目視すること無く、正確に判断することができる。
【００１５】
また、第２態様では、モータの負荷として電流値を用いる。すなちわ、モータの負荷が変化するとモータに流れる電流が変化するが、その電流値を検出して表示することによって、モータの負荷の検出を行う。
【００１６】
また、第３態様では、モータの負荷として回転数を用いる。モータの負荷が変化するとモータの回転数が変化するが、その回転数を検出して表示することによって、モータの負荷の検出を行う。
【００１７】
また、第４態様では、モータの負荷の変化の大きさに基づいて、たとえば、オイルシールの交換時期およびグリスアップの時期等を、判定装置によって自動的に判定してアラーム表示として出力することで、スピンドルユニットを分解しての内部を目視すること無く、正確に保守作業のタイミングを判断することを可能にする。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの構成の一例を、一部を破断して例示した側面図である。
図１Ｂは、図１Ａにおける破断部分の拡大断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットにおける電気回路系の構成例を示すブロック図である。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
なお、図１Ａおよび図１Ｂにおいて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図示の通りとし、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向として説明する。また、一例として、Ｚ方向は鉛直方向、Ｘ−Ｙ平面は水平面とする。
【００２１】
図１Ａおよび図１Ｂに例示されるように、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１は、水平に設けられた共通のモータベース１６に、水平方向（Ｘ方向）に所定の間隔で、鉛直方向（Ｚ方向）に平行に支持されたスピンドル組立体１４（スピンドル）およびモータ１１と、モータ１１を制御する駆動制御装置１２を備えている。
【００２２】
スピンドル組立体１４は、筒状のスピンドルハウジング７の内部に同軸に支持されたスピンドル１を備え、スピンドル１の上端部にはスピンドルフランジ１ａが設けられ、モータベース１６を貫通して突出する下端部にはスピンドルプーリ８が固定されている。
【００２３】
スピンドル１のスピンドルフランジ１ａには、たとえば、図示しない研磨工具や、ワーク保持治具等が固定される。
また、スピンドル１の上部には、スピンドルフランジ１ａに支持されて回転する研磨工具やワーク保持治具等に研磨剤３１を供給するノズル３０が配置されている。
【００２４】
図１Ｂに例示されるように、スピンドル組立体１４では、スピンドル１を回転自在に保持するためのベアリング６（軸受構造）がベアリングオサエ４にてスピンドルハウジング７に固定されている。
【００２５】
ベアリングオサエ４の上部におけるスピンドル１の外周には、下端部に薄肉のリップ１５を有するリング状のオイルシール２（接触式シール）が取り付けられている。
【００２６】
このオイルシール２は、たとえば、下端部のリップ１５が略円錐台形に変形するようにベアリングオサエ４に押圧されることにより、当該ベアリングオサエ４の上面に軽く接触するように装着されている。
オイルシール２のリップ１５の内側の略円錐台形の空間には、ベアリングオサエ４との摺動抵抗を減らすためにグリス５が塗布されている。
【００２７】
スピンドル１の上端側には、ベアリングオサエ４およびオイルシール２を隠蔽するように、下向きのカップ形状のスピンドルカバー３が同軸に装着されており、研磨剤３１がオイルシール２とベアリングオサエ４の摺動部に付着することを防止する構造となっている。
【００２８】
モータ１１は、回転軸１１ａが、モータベース１６から下向きに突出する姿勢で当該モータベース１６に固定され、回転軸１１ａにはモータプーリ１０が固定されている。
【００２９】
モータベース１６の下側に位置するスピンドル１のスピンドルプーリ８と、モータ１１のモータプーリ１０との間には、Ｖベルト９が架け渡され、モータ１１の回転力がスピンドル１に伝達される構成となっている。
【００３０】
モータ１１には、電線１７を介して駆動制御装置１２が接続されている。本実施の形態の場合、この駆動制御装置１２には、モータ１１を動作させるために供給される電流の検出機能を備えた電流検出器１８（負荷検出手段）が備えられている。
【００３１】
さらに、駆動制御装置１２には、電流検出器１８によって検出された電流値ｉを目視可能に表示する表示器１３（出力手段）が一体に配置されている。
【００３２】
すなわち、図２に例示されるように、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１では、モータ１１を制御する駆動制御装置１２に電流検出器１８が接続され、さらに、電流検出器１８に表示器１３が接続されている。
【００３３】
そして、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１の電気回路においては、駆動制御装置１２によりモータ１１が回転するとモータ１１に流れる電流値ｉを電流検出器１８が検出して表示器１３に電流値ｉを表示する。
【００３４】
なお、本実施形態では、駆動制御装置１２と表示器１３が一体となった構成が例示されているが、これに限らず、駆動制御装置１２と表示器１３が別体な構成としてもかまわない。
【００３５】
以下、本実施の形態のスピンドルユニットＳ１の作用について説明する。
上述の構成のスピンドルユニットＳ１において、モータ１１に通電して回転させるとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
【００３６】
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってオイルシール２のグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加するとモータ１１に流れる電流値ｉが増加する。
【００３７】
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると電流値ｉは最大となり、さらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少し電流値ｉも減少する。
この電流値ｉの変化をサンプリングしてグラフにすると図３のようなグラフとなる。
【００３８】
なお、以下の本実施の形態の説明で通常回転時とは、たとえば、スピンドル１に一定の加工負荷等の外部負荷が継続的に作用する状態、あるいはモータ１１によって回転駆動されるスピンドル１に外部負荷が作用しない状態で、オイルシール２およびベアリング６等の回転支持機構部等の摩擦抵抗の負荷のみを受けて空転している状態、のいずれかである。
【００３９】
図３のグラフにおいて通常回転時のモータの電流値ｉを通常回転時電流値Ｃ（Ａ：アンペア）とすると、スピンドル１の回転時間の経過に伴って摩擦抵抗が変化し、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）からシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）に変化するが、表示器１３に表示される電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）になった時（すなわち、シール交換時期Ｂ）にオイルシール２を交換すれば、シール破断時期Ｂｆの前に（すなわち、オイルシール２の破断によってシール効果が失われる前に）シール機能を再生することが可能である。
【００４０】
また、表示器１３に表示される電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）よりも上昇し始めた時（すなわち、磨耗開始時期Ａ）に、オイルシール２のリップ１５にグリス５を補充するグリスアップを実行すれば、グリス５の消失によるリップ１５の損耗を防止して、オイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
【００４１】
本実施の形態のスピンドルユニットＳ１によれば、表示器１３によってスピンドル１を駆動するモータ１１の電流値ｉの変化を監視することにより、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部のオイルシール２を目視観察する等の煩雑な作業を行うこと無く、しかも客観的な基準で的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ１を提供することが可能となる。
【００４２】
なお、特に図示しないが、変形例として、表示器１３における電流値ｉの表示値が、任意の通常回転時電流値Ｃにおいて零となるようなプリセットボタンを表示器１３に設けることもできる。
【００４３】
そして、任意の通常回転時電流値Ｃの表示状態においてプリセットボタンを押して零表示とすることで、通常回転時電流値Ｃを零基準とする電流値ｉの表示値を表示器１３に表示させる。
【００４４】
これにより、たとえば、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃから僅かに増加する磨耗開始時期Ａのタイミングを、表示器１３における読み取り値では零からの変化として判断でき、判断しやすくなる利点がある。
【００４５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図５は、本発明の他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明する線図である。
【００４６】
この実施の形態２のスピンドルユニットＳ２の機械的な構成は、上述の実施の形態１と同様であるが、表示器１３には、電流検出器１８の代わりに回転検出器１９（負荷検出手段）が設けられている点が異なっている。
【００４７】
すなわち、本実施の形態２では、モータ１１の電流値ｉの検出の代わりに回転検出器１９により、モータ１１の回転数Ｒを検出し、表示器１３に回転数Ｒを表示する例を示す。
【００４８】
この実施の形態２のスピンドルユニットＳ２の構成において、モータ１１を回転するとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
【００４９】
モータ１１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加すると回転数Ｒが減少する。
【００５０】
さらにオイルシール２の磨耗が進行するとモータ１１の回転数Ｒは最小となり、さらにオイルシール２の磨耗が進行するとオイルシール２のリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は逆に減少し回転数Ｒは増加する。
このモータ１１の回転数Ｒの変化をサンプリングしてグラフにすると図５のようなグラフとなる。
【００５１】
図５のグラフにおいて通常回転時のモータ１１の回転数Ｒを通常回転時回転数Ｈ（rpm）とすると、回転時間の経過に伴って、オイルシール２の摩擦抵抗が変化し、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）からシール交換時期回転数Ｇ（rpm）に変化するが、回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ（rpm）にまで低下した時（シール交換時期Ｆ）にオイルシール２を交換すれば、シール機能が完全に失われるシール破断時期Ｆｆの前にオイルシール２のシール機能を再生することが可能である。
【００５２】
また、モータ１１の回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）より下降し始めた時（磨耗開始時期Ｅ）に、オイルシール２のリップ１５にグリスアップをすればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
【００５３】
スピンドル１を駆動するモータ１１の、表示器１３に表示される回転数Ｒの変化を監視することにより、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視すること無く判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットを提供することが可能となる。
【００５４】
（実施の形態３）
図６は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図７は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける駆動制御装置の部分を示す説明図である。
【００５５】
図８は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３の機械的な構成は上述の実施の形態１のスピンドルユニットＳ１と同様であるが、駆動制御装置１２に判定装置２０（判断手段）を備えた点が異なっている。
【００５６】
すなわち、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３では、電流検出器１８より出力された電流値ｉを駆動制御装置１２に設けられた判定装置２０が判断して、判断結果を表示器１３Ａ（出力手段）に出力する構成となっている。
【００５７】
なお、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３において、表示器１３Ａから出力されるアラーム表示５１は、文字や図形等のメッセージに限らず、音声等による出力も含むものとする。
【００５８】
この実施の形態３の構成のスピンドルユニットＳ３において、モータ１１を回転させるとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
【００５９】
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加するとモータ１１に流れる電流値ｉが増加する。
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると電流値ｉは最大となりさらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少し電流値ｉも減少する。
【００６０】
このモータ１１の電流値ｉの変化をサンプリングしてグラフにすると上述の図３のようなグラフとなる。
【００６１】
図３のグラフにおいて通常回転時のモータ１１の電流値ｉを通常回転時電流値Ｃ（Ａ）とすると、スピンドル１の回転時間の経過に伴ってオイルシール２の摩擦抵抗が変化し、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）からシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）に変化するが、電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ（Ａ）になった時（シール交換時期Ｂ）を判定装置２０が判別し、表示器１３Ａにオイルシール２の交換を促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者等が電流値ｉの監視を意識すること無く、オイルシール２の交換時期を的確に外部に警告することが可能である。
【００６２】
このアラーム表示５１に呼応して、作業者がオイルシール２を交換すればシール破断時期Ｂｆの前にシール機能を再生することが可能である。
【００６３】
また、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ（Ａ）より上昇し始めた時（磨耗開始時期Ａ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにグリスアップを促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者等が電流値ｉの監視を意識すること無く、グリスアップの時期を認知することが可能である。
【００６４】
このアラーム表示５１に呼応して、作業者がオイルシール２のグリスアップを実行すればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
なお、判定装置２０による上述のアラーム表示５１の出力に関しては、以下の３つのタイミングが考えられる。
【００６５】
条件（１）一定の電流値より、電流値ｉが高くなった場合に、つまり磨耗開始時期Ａのときにアラーム表示５１を出力する。
条件（２）電流値ｉの変化を示すグラフの任意時刻での接線の傾きが所定値以上に達したとき、つまりシール交換時期Ｂでアラーム表示５１を出力する。
【００６６】
条件（３）実験で予め取得しておいたグラフデータのグラフ頂点Ｐ１に対して所定値Δａ以下の電流値（すなわちシール交換時期電流値Ｄ）に達したとき、つまりシール交換時期Ｂでアラーム表示５１を出力する。
【００６７】
そして、オイルシール２のグリスアップのみのメンテナンスを行いたい場合は条件（１）のタイミングでアラーム表示５１を出力させ、オイルシール２の交換を伴うメンテナンスを行う場合は、条件（２）または条件（３）のタイミングでアラーム表示５１を出力させる。
【００６８】
上述のような、本実施の形態３の判定装置２０の動作の一例を図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
まず、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ３が通常回転時か否かを判別する（ステップ８１）。この判別は、たとえば、本実施の形態のスピンドルユニットＳ３が装着された研磨装置等の加工装置における加工制御信号に基づいて判別するか、あるいは、電流値ｉや、駆動制御装置１２から得られるスピンドル１における負荷状況を示す信号を判別する等の方法が考えられる。
【００７０】
そして、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ３が通常回転時であると判別したら、電流検出器１８を介してモータ１１の電流値ｉを検出する（ステップ８２）。
【００７１】
そして、判定装置２０は、まず、検出された電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄを超過したか否か（ｉ＞Ｄ）を判別し（ステップ８３）、（ｉ＞Ｄ）の場合には、シール交換のアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ８５）、ステップ８１に戻る。
【００７２】
また、判定装置２０は、ステップ８３で電流値ｉがシール交換時期電流値Ｄ以下（ｉ≦Ｄ）と判別したら、さらに、電流値ｉが通常回転時電流値Ｃを超過したか否か（ｉ＞Ｃ）を判別し（ステップ８４）、（ｉ＞Ｃ）の場合には、オイルシール２のグリスアップのアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ８６）、ステップ８１に戻る。
【００７３】
また、判定装置２０は、ステップ８４で電流値ｉが通常回転時電流値Ｃ以下（ｉ≦Ｃ）と判別したら、ステップ８１に戻る。
【００７４】
このように、本実施の形態３のスピンドルユニットＳ３では、駆動制御装置１２に備えられた判定装置２０によって、通常回転時の電流値ｉの変化を判別して、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期をアラーム表示５１にて表示器１３Ａに自動的に表示して作業者等に認知させることが可能である。
【００７５】
この結果、スピンドル組立体１４を分解して内部のオイルシール２を目視する等の煩雑な作業を行うこと無く、オイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ３を提供することが可能となる。
【００７６】
（実施の形態４）
図９は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットにおける回路系の構成例を示すブロック図である。
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態であるスピンドルユニットの作用を説明するフローチャートである。
【００７７】
本実施の形態４のスピンドルユニットＳ４では、上述のスピンドルユニットＳ１およびスピンドルユニットＳ３と同様であるが、電流値ｉの代わりに、回転検出器１９から出力されるスピンドル１の回転数Ｒの変化を、判定装置２０が判断して、アラーム表示５１を表示器１３に出力する点が異なっている。
【００７８】
この実施の形態４のスピンドルユニットＳ４の構成においては、モータ１１を回転するとＶベルト９により駆動力がスピンドル１に伝達されてスピンドル１が回転する。
スピンドル１の回転が続き回転積算時間が長くなるに伴ってグリス５が溶けて減少して最終的には無くなり、オイルシール２の磨耗が始まる。
【００７９】
オイルシール２とベアリングオサエ４との間で発生する摩擦抵抗によりモータ１１の負荷が増加すると回転数Ｒが減少する。
さらにオイルシール２の磨耗が進行すると回転数Ｒは最小となりさらに磨耗が進行するとリップ１５が磨り減って摩擦抵抗は減少しモータ１１の回転数Ｒは増加する。
【００８０】
このモータ１１の回転数Ｒの変化をサンプリングしてグラフにすると上述の図５のようなグラフとなる。
【００８１】
図５のグラフにおいて通常回転時の回転数Ｒを通常回転時回転数Ｈ（rpm）とすると、回転時間の経過に伴ってオイルシール２の摩擦抵抗が変化し、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）からシール交換時期回転数Ｇ（rpm）に変化するが、回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ（rpm）になった時（シール交換時期Ｆ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにシール交換を促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者が目視で回転数Ｒの監視をすること無く、正確にシール交換時期Ｆを認知することが可能である。
【００８２】
そして、作業者は、このシール交換を促すアラーム表示５１に従ってオイルシール２を交換すれば、シール機能が失われるシール破断時期Ｆｆの前にシール機能を再生することが可能である。
【００８３】
また、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ（rpm）より下降し始めた時（磨耗開始時期Ｅ）を判定装置２０が判別して表示器１３Ａにグリスアップを促すアラーム表示５１を出力すれば、作業者が回転数Ｒの監視をすること無く、オイルシール２のグリスアップの時期を的確に認知することが可能である。
【００８４】
そして、作業者は、このグリスアップを促すアラーム表示５１に従ってグリスアップを実行すればオイルシール２の寿命を延ばすことが可能である。
なお、このアラーム表示５１に関しては、以下の３つのタイミングが考えられる。
【００８５】
条件（４）一定の回転数より、回転数Ｒが高くなった場合に、つまり磨耗開始時期Ｅのときにアラーム表示５１を出力する。
条件（５）回転数Ｒの変化を示すグラフの任意時刻での接線の傾きが所定値以上に達したとき、つまりシール交換時期Ｆでアラーム表示５１を出力する。
【００８６】
条件（６）回転数Ｒが、実験で予め取得しておいたグラフデータのグラフ頂点Ｐ２に対して所定値Δｒ以下の回転数に達したとき、つまりシール交換時期Ｆでアラーム表示する。
【００８７】
そして、オイルシール２のグリスアップのみのメンテナンスを行いたい場合は条件（４）のタイミングでアラーム表示５１を出力させ、オイルシール２の交換を伴うメンテナンスを行う場合は条件（５）または条件（６）のタイミングでアラーム表示５１を出力させる。
【００８８】
上述のような、本実施の形態４における判定装置２０の動作の一例を図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８９】
まず、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ４が通常回転時か否かを判別する（ステップ９１）。この判別は、たとえば、本実施の形態のスピンドルユニットＳ４が装着された研磨装置等の加工装置における加工制御信号に基づいて判別するか、あるいは、回転数Ｒや、駆動制御装置１２から得られるスピンドル１における負荷状況を示す信号を判別する等の方法が考えられる。
【００９０】
そして、判定装置２０は、スピンドルユニットＳ４が通常回転時であると判別したら、回転検出器１９を介してモータ１１の回転数Ｒを検出する（ステップ９２）。
【００９１】
そして、判定装置２０は、まず、検出された回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ未満か否か（Ｒ＜Ｇ）を判別し（ステップ９３）、（Ｒ＜Ｇ）の場合には、シール交換のアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ９５）、ステップ９１に戻る。
【００９２】
また、判定装置２０は、ステップ９３で回転数Ｒがシール交換時期回転数Ｇ以上（Ｒ≧Ｇ）と判別したら、さらに、回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ未満か否か（Ｒ＜Ｈ）を判別し（ステップ９４）、（Ｒ＜Ｈ）の場合には、オイルシール２のグリスアップのアラーム表示５１を表示器１３Ａに出力し（ステップ９６）、ステップ９１に戻る。
【００９３】
また、判定装置２０は、ステップ９４で回転数Ｒが通常回転時回転数Ｈ以上（Ｒ≧Ｈ）と判別したら、ステップ９１に戻る。
【００９４】
この実施の形態４のスピンドルユニットＳ４によれば、判定装置２０がオイルシール２の交換時期およびグリスアップの時期を自動的に判断してアラーム表示５１にて告知することが可能であり、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視する等の煩雑な作業を必要とすること無く保守作業の要否やタイミングを的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ４を提供することが可能となる。
【００９５】
以上説明したように、本発明の上述の各実施の形態によれば、モータ１１の負荷を検出することにより、当該負荷の変化に基づいてオイルシール２の交換時期およびグリスアップ等の保守作業の時期を、スピンドル組立体１４を分解して内部を目視する等の煩雑な作業を行うこと無く客観的な基準で的確に判断でき、長時間故障無しで使用可能なスピンドルユニットＳ１〜Ｓ４を提供することが可能となる。
【００９６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００９７】
たとえば、スピンドルユニットに限らず、回転機構の外輪であるハブ側を回転させるハブユニット、さらには接触式シールを具備した一般の回転支持構造にも適用可能である。また、接触式シールに限らず、軸受構造全般の保守管理に適用してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１ スピンドル
１ａ スピンドルフランジ
２ オイルシール
３ スピンドルカバー
４ ベアリングオサエ
５ グリス
６ ベアリング
７ スピンドルハウジング
８ スピンドルプーリ
９ Ｖベルト
１０ モータプーリ
１１ モータ
１１ａ 回転軸
１２ 駆動制御装置
１３ 表示器
１３Ａ 表示器
１４ スピンドル組立体
１５ リップ
１６ モータベース
１７ 電線
１８ 電流検出器
１９ 回転検出器
２０ 判定装置
３０ ノズル
３１ 研磨剤
５１ アラーム表示
Ａ 磨耗開始時期
Ｂ シール交換時期
Ｂｆ シール破断時期
Ｃ 通常回転時電流値
Ｄ シール交換時期電流値
Ｅ 磨耗開始時期
Ｆ シール交換時期
Ｆｆ シール破断時期
Ｇ シール交換時期回転数
Ｈ 通常回転時回転数
Ｐ１ グラフ頂点
Ｐ２ グラフ頂点
Ｒ 回転数
ｉ 電流値
Δａ 所定値
Δｒ 所定値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触式シールにて保護される軸受構造を備えたスピンドルと、
前記スピンドルを回転させるモータと、
前記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された前記負荷の状態を外部に出力する出力手段と、
を具備したことを特徴とするスピンドルユニット。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、前記モータに供給される電流値により前記負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、前記モータの回転数により前記負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項４】
前記モータの前記負荷が所定値に達したか否かを判断する判断手段を備え、
前記出力手段は、前記判断手段により、前記モータの前記負荷が前記所定値に達したと判断された場合に前記負荷の状態を外部に出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスピンドルユニット。
【請求項５】
前記所定値は、前記接触式シールの磨耗開始時期を判別するための第１閾値、および前記接触式シールの交換時期を判別するための第２閾値からなり、
前記判断手段は、
前記負荷が前記第１閾値を超過した場合に前記接触式シールの保守開始を促すアラーム表示を前記出力手段に出力し、
前記負荷が前記第２閾値を超過した場合に前記接触式シールの交換を促すアラーム表示を前記出力手段に出力する、ことを特徴とする請求項４に記載のスピンドルユニット。
【請求項１】
接触式シールにて保護される軸受構造を備えたスピンドルと、
前記スピンドルを回転させるモータと、
前記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段により検出された前記負荷の状態を外部に出力する出力手段と、
を具備したことを特徴とするスピンドルユニット。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、前記モータに供給される電流値により前記負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、前記モータの回転数により前記負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項４】
前記モータの前記負荷が所定値に達したか否かを判断する判断手段を備え、
前記出力手段は、前記判断手段により、前記モータの前記負荷が前記所定値に達したと判断された場合に前記負荷の状態を外部に出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスピンドルユニット。
【請求項５】
前記所定値は、前記接触式シールの磨耗開始時期を判別するための第１閾値、および前記接触式シールの交換時期を判別するための第２閾値からなり、
前記判断手段は、
前記負荷が前記第１閾値を超過した場合に前記接触式シールの保守開始を促すアラーム表示を前記出力手段に出力し、
前記負荷が前記第２閾値を超過した場合に前記接触式シールの交換を促すアラーム表示を前記出力手段に出力する、ことを特徴とする請求項４に記載のスピンドルユニット。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−７８２６５（Ｐ２０１１−７８２６５Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２９５４９（Ｐ２００９−２２９５４９）
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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