DE60107364T2 - Spindelgerät - Google Patents

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DE60107364T2
DE60107364T2 DE2001607364 DE60107364T DE60107364T2 DE 60107364 T2 DE60107364 T2 DE 60107364T2 DE 2001607364 DE2001607364 DE 2001607364 DE 60107364 T DE60107364 T DE 60107364T DE 60107364 T2 DE60107364 T2 DE 60107364T2
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DE
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oil
sliding contact
lubricating
pump
nozzle
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Sumio Fujisawa-shi Sugita
Taikou Fujisawa-shi Nawamoto
Kenichi Fujisawa-shi Sugiyama
Satoshi Fujisawa-shi Dairokuno
Yukiyoshi Fujisawa-shi Okazaki
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    • F16N7/385—Central lubrication systems

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung, die Schmieröl an eine Spindelvorrichtung, insbesondere an das Lager der Spindel, abgibt, die in verschiedenen schnelllaufenden drehenden elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel in Werkzeugmaschinen, bereitgestellt wird (siehe zum Beispiel EP-A-854314).
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Konventionell werden bei der Schmierung des Lagers einer schnelllaufenden Drehspindel Schmiervorrichtungen verschiedener Ausführungen verwendet, wie zum Beispiel Ölnebelschmiervorrichtungen, Öl-Luft-Schmiervorrichtungen und Einspritzschmiervorrichtungen.
  • Die Schmiervorrichtung für Ölnebelschmierung umfasst einen Ölbehälter, eine Pumpe, einen Tauchkolben, einen Druckteiler, Druckluft, ein elektromagnetisches Ventil und eine Düse, und in dieser Vorrichtung wird Schmieröl in eine feine, nebelförmige Form gebracht und unter Verwendung von Druckluft durch ein Rohr gefördert und an den Innenabschnitt des Lagers ausgegeben.
  • Die Schmiervorrichtung der Öl-Luft-Schmierung umfasst einen Ölbehälter, eine Pumpe, einen Verteiler, eine Druckluftquelle, einen Tauchkolben und eine Düse, und in dieser Vorrichtung werden Schmieröltropfen (0,01 bis 0,03 ml), die von dem mechanischen Mechanismus des Tauchkolbens auf eine gegebene Menge eingestellt werden, in ein Luftrohr ausgegeben, von der Druckluft zu der Düse transportiert und an den Innenabschnitt des Lagers ausgegeben.
  • Die Schmiervorrichtung der Einspritzschmierung ist eine Vorrichtung, die die Druckluftquelle nicht nutzt, sondern die Schmieröl unter Verwendung einer Hochdruckpumpe in Hochdrucköl umwandelt und das Hochdruck-Schmieröl mit großer Geschwindigkeit von der Düse, deren Ausgabedurchmesser verengt ist, auf den Innenabschnitt des Lagers ausgibt.
  • Wohingegen eine Tendenz besteht, eine höhere Drehgeschwindigkeit der Spindelvorrichtung zu fordern, bestehen bei den Schmiervorrichtungen der verschiedenen Ausführungen, die für die Schmierung der Spindelvorrichtung verwendet werden, die folgenden Probleme:
  • Erstens entsteht bei der Ölnebel-Schmiervorrichtung aufgrund der Verwendung von Druckluft nicht nur ein Problem der Lärmentwicklung, sondern der Ölnebel verstreut sich auch in der Luft und verschlechtert somit die Betriebsumgebung. Wegen der Verstreuung des nebelartigen Schmieröls in der Luft muss weiterhin eine große Menge an Schmieröl zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt werden. Insbesondere bei schneller Drehung des Lagers, wenn dm·gleich oder größer 2.000.000 ist (wobei dm für den Lochkreisdurchmesser des Lagers (in mm) steht und wobei N für die Drehgeschwindigkeit (in min–1) des Lagers steht), kann das Schmieröl aufgrund der Wirkung eines Luftschleiers nur in geringem Umfang zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt werden, wobei die Gefahr auftritt, dass sich das Lager festfrisst.
  • Bei der Schmiervorrichtung der Öl-Luft-Schmierung entsteht ähnlich wie bei der oben genannten Ölnebel-Schmiervorrichtung aufgrund der Verwendung von Druckluft nicht nur ein Problem mit Lärmentwicklung, sondern das nebelartige Schmieröl verstreut sich ebenfalls in der Luft und verschlechtert die Betriebsumgebung. Bei schneller Drehung des Lagers wird weiterhin aufgrund der Drehung der Spindel ein Luftschleier gebildet. Daher kann das Schmieröl ähnlich nur in geringem Maße zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt werden, wobei die Gefahr besteht, dass sich das Lager festfrisst. Da es bei der Schmiervorrichtung für Öl-Luft-Schmierung weiterhin schwierig ist, eine richtige Menge Schmieröl kontinuierlich und stabil zuzuführen, muss das Schmieröl intermittierend zugeführt werden, und somit wird das Schmieröl mit einer vorgegebenen Menge (normalerweise in dem Bereich von 0,01 bis 0,03 ml) in vorgegebenen Intervallen (normalerweise in dem Bereich 8 bis 16 Minuten) in das Luftrohr zugeführt. Da die Menge des zu dem Innenabschnitt des Lagers zuzuführenden Schmieröls jeweils schwankt, schwankt der Schmierzustand des Innenabschnittes des Lagers jedes Mal, und insbesondere kurz nachdem das Schmieröl zugeführt wird tritt eine große Menge Schmieröl in den Innenabschnitt des Lagers ein, wobei eine Erscheinung verursacht wird, dass das Drehmoment des Lagers und die Temperatur schwanken können. Es besteht die Gefahr, dass diese Erscheinung negative Auswirkungen auf die Arbeitsgenauigkeit einer Werkzeugmaschine haben kann.
  • Andererseits besteht die Wirkung des oben beschriebenen Luftschleiers in einer Schmiervorrichtung für Druckschmierung im Vergleich zu den oben genannten Schmiervorrichtungen der Ölnebel- und Öl-Luft-Schmierung nur in geringem Maße, nicht nur weil eine Wartungsvorrichtung erforderlich ist, wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe, sondern auch weil die zu dem Lager zuzuführende Menge Schmieröl zunimmt, wodurch der Schleppwiderstand zunimmt, so dass ein großer Motor zum Antreiben der Spindel benötigt wird, was zu steigenden Kosten führt.
  • Als eine Vorrichtung, die das Problem der oben genannten Feineinstellung der Menge eines Schmiermittels gelöst hat, sind Vorrichtungen bekannt, die in den folgenden Patentanmeldungen offengelegt werden.
  • Das heißt, in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-15003 von Heisei wird eine Vorrichtung zum Zuführen einer fein eingestellten Menge von Flüssigkeit vorgestellt. Bei dieser Zuführvorrichtung wird ein Piezo-Element verwendet, um Mengen-Feineinstellung der Flüssigkeit und eines Schmiermittels zu ermöglichen, die durch Druckluft einer Düse zugeführt werden.
  • In einer in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-65695 offengelegten Membran wird eine Membran an einem Ende eines magnetostriktiven Elementes bereitgestellt und eine Öffnung wird durch die Dehnung und Verengung des magnetostriktiven Elementes eingestellt, wobei die Strömungsmenge und der Strömungsdruck von Fluid eingestellt werden.
  • In einer in der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung Nr. 3-222877 von Heisei offengelegten Riesenmagnetowiderstands-Materialpumpe (GMR-Pumpe) wird der Förder strom von GMR-Material durch einen Hebel vergrößert, und eine Membran wird durch den Hebel angetrieben, um den Druck des Innenabschnittes der Pumpe in einen Unterdruck oder einen Überdruck umzuwandeln, wodurch ein Fluid angesaugt bzw. abgegeben wird.
  • In einer Präzisionsmagnetpumpe (magnetostriktive Pumpe), die in den US-Patenten Nr. 4,795,318 und 4,804,314 offengelegt wird, ist in einem Innenabschnitt eines Zylinders ein Kolben angeordnet, der aus einem magnetostriktiven Material ausgebildet wird, und eine Spannung wird an eine Spule angelegt, die so angeordnet ist, dass sie den Kolben umschließt, wobei sich der Kolben ausdehnt und zusammenzieht, so dass ein Fluid in den Innenabschnitt des Zylinders ausgegeben wird.
  • In einer Riesenmagnetowiderstands-Einspritzpumpe, die in der Japanischen Ungeprüften Veröffentlichung Nr. 4-81565 von Heisei offengelegt wird, wird ein Nadelventil durch ein GMR-Material geöffnet und geschlossen, wobei eine feststehende Menge von Hochdruckflüssigkeit eingespritzt wird.
  • Bei der oben genannten Pumpe mit Verwendung eines GMR-Durchflussmengenreglers stößt man jedoch auf die folgenden Probleme.
  • Die in der Japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-15003 von Heisei offengelegte Zuführeinrichtung für feineingestellte Flüssigkeitsmenge hat einen Nachteil noch nicht überwunden, der durch die Zuführung des Schmiermittels zu der Düse mit Hochdruckluft entsteht.
  • Bei dem in der Japanischen Geprüften Patentveröffentlichung Nr. 7-65695 offengelegten Durchflussmengenregler ist die Membranfläche, auf die der Druck der Flüssigkeit wirkt, größer als die Querschnittsfläche des GMR-Materials, und der Flüssigkeitsdruck ist kleiner als der Druck des GMR-Materials.
  • Bei der in der Japanischen Ungeprüften Veröffentlichung Nr. 3-222877 von Heisei offengelegten Riesenmagnetowiderstands-Materialpumpe (GMR-Pumpe) ist der Flüssigkeitsdruck kleiner als der Druck des GMR-Materials, da der Förderstrom durch einen Hebel vergrößert wird. Die Förderung des GMR-Materials erhöht sich mit der Zunahme des Magnetfeldes durch eine Spule. Wenn das Spulenmagnetfeld jedoch zunimmt, er höht sich das erforderliche Volumen der Spule dementsprechend. Im Ergebnis dessen erhöht sich die Größe einer eine solche Spule verwendenden Vorrichtung.
  • Bei der in den US-Patenten Nr. 4,795,318 und 4,804,314 offengelegten Magnetpräzisionspumpe kann der Druck des Schmiermittels nicht größer sein als der Druck des GMR-Materials, da der Kolben selbst aus einem Antriebselement besteht.
  • Die in der Japanischen Ungeprüften Veröffentlichung Nr. 4-81565 von Heisei offengelegte GMR-Material-Einspritzpumpe verfügt über keine Funktion zur Umwandlung des Druckes der Flüssigkeit in Hochdruck.
  • Bei dem Öl-Luft-Schmierverfahren wird ein Festmengenventil verwendet, das Schmieröl in Mengen von 0,01 bis 0,03 ml pro Einspritzung in vorgegebenen Zeitabständen mit Luftmischen kann. Als Beispiel des Festmengenventils ist zum Beispiel ein Ventil bekannt, das in JP-B-8-2578U beschrieben wird. Diese Art von Festmengenventil ist herkömmlicherweise so aufgebaut, dass eine Festmenge von Schmieröl darin gespeichert werden kann und daraus ausgegeben werden kann, wozu die Hin- und Herbewegung eines Kolbens genutzt wird. Insbesondere wird das Schmieröl in einem Zylinder gespeichert, der an einer Seite des Kolbens angeordnet ist, und das Schmieröl wird an dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens ausgegeben. Um die Ölausgabemenge zu reduzieren, können der Durchmesser und der Hub des Kolbens verringert werden. Bei der herkömmlichen Öl-Luft-Schmierung gibt es jedoch Maßgrenzen, wie zum Beispiel die Größe der dichtenden Teile, wie zum Beispiel eines O-Ringes, und die Größe einer Rückstellfeder, wodurch es schwierig ist, den Durchmesser und den Hub des Kolbens zu reduzieren. Aus diesem Grund galt es bislang als schwierig, eine Menge von weniger als 0,01 ml Schmieröl auszugeben.
  • Da die herkömmliche Schmiervorrichtung, die das oben genannte Öl-Luft-Schmierverfahren anwendet, weiterhin so aufgebaut ist, dass eine vorgegebene Menge von Schmieröl darin gespeichert wird und daraus ausgegeben wird, indem die Hin- und Herbewegung eines einzelnen Kolbens ausgenutzt wird, ist die Ölzuführmenge pro Einspritzung normalerweise groß, das heißt in der Größenordnung von 0,03 ml, und das Schmieröl wird in Zeitintervallen von etwa 15 Minuten ausgegeben, wobei das Problem entsteht, dass die Temperatur des sich konstant drehenden Lagers zu den Ölfüllinterval len schwanken kann. In einigen Fällen werden weiterhin Schleudergeräusche zwischen den Wälzkörpern und dem Öl-Luft-Gemisch erzeugt. Die Schleudergeräusche zwischen den Wälzkörpern und dem Öl-Luft-Gemisch sind in den meisten Fällen, wenn ihre Frequenz in dem Bereich 2 bis 3 kHz oder darunter liegt, harte Geräusche. Dies verursacht ein Problem, und zwar selbst dann, wenn sich eine Spindel nicht sehr schnell dreht, das heißt wenn das Produkt aus (dm·N) des Wellendurchmessers [mm] und der Wellendrehzahl [U/min] 1.500.000 oder kleiner ist.
  • Andererseits zeigt 84 hinsichtlich einer Rohrkonstruktion für die Zuführung feiner Mengen von Schmieröl eine Schmiervorrichtung für Öl-Luft-Schmierung, die einen Luftstrom als Medium verwendet. Bei dem in 85A gezeigten Zustand der Verbindung der Stirnseiten zweier Gehäuse wird ein Rohrdurchlass 902, der als in einem Gehäuse ausgebildeter Ölströmungsdurchlass dient, durch O-Ringe 904 abgedichtet, die an den Gehäusestirnflächen angeordnet sind. Bei dem in 85B gezeigten Zustand der Verbindung zwischen dem Düsenrahmen 906 und dem Rohrdurchlass 902 wird weiterhin ein Öl-Luft-Gemisch durch den Rohrdurchlass 902 zu dem Düsenrahmen 106 zugeführt. Bei der Zuführung von feinen Mengen von Schmieröl schwankt jedoch das Volumen des Innenabschnittes des Rohrdurchlasses aufgrund der elastischen Verformung der O-Ringe 904 in einer Rohrkonstruktion unter Verwendung der O-Ringe 104, wenn das Schmieröl ausgestoßen wird, wodurch es unmöglich ist, eine vorgegebene Menge von Schmieröl zuzuführen.
  • Weiterhin ist als ein Schmierverfahren für feine Schmierölmengen zum Schmieren einer Spindel in einer Werkzeugmaschine ein Schmierverfahren zum Sprühen einer feinen Menge von Schmieröl direkt in den Innenabschnitt eines Lagers hinein bekannt (hierin nachfolgend „Direktstrahl-Schmierverfahren" genannt).
  • Als ein Beispiel für ein solches Direktstrahl-Schmierverfahren sind Verfahren bekannt, die in JP-A-2000-74076 und in JP-A-2000-110711 offengelegt werden. In einer in JP-A-2000-74076 offengelegten Schmierkonstruktion wird eine Pumpe verwendet, die Schmieröl durch die Wirkung eines unter Druck stehenden Betriebsöls und eines Elektromagneten ausgibt. In einer in JP-A-2000-110711 offengelegten Schmiervorrichtung wird eine Feinmengen-Schmierpumpe verwendet, die ein supermagnetostriktives Material verwendet.
  • Die in JP-A-2000-110711 offengelegte Schmiervorrichtung führt das Schmieröl jedoch nur zu einer einzelnen Schmieröl-Zuführposition zu. Somit besteht dahingehend ein Problem, wie die superpräzise Menge Schmieröl zu jedem einer Vielzahl von Lagern zugeführt werden kann.
  • Bei der oben genannten Schmiervorrichtung der Direktstrahlschmierung muss weiterhin eine präzise Menge Schmieröl in der Größenordnung von 0,001 ml mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden. Bei den Konstruktionen beider in JP-A-2000-110711 und in JP-A-2000-74076 offengelegten Schmiervorrichtungen wird die schnelle Ausgabe einer präzisen Menge Schmieröl jedoch durch eine Feinmengen-Schmierpumpe unter Verwendung eines Elektromagneten oder eines GMR-Materials realisiert, wodurch das Problem steigender Kosten der Schmiervorrichtung auftritt.
  • Bei der Direktstrahl-Schmiervorrichtung zum Ausstoßen einer präzisen Menge von Schmieröl mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse direkt in das Lager ohne Verwendung eines Luftstromes als Medium ist es erforderlich, dass eine präzise Menge von der Schmiervorrichtung auszugebenden Schmieröles mit hoher Geschwindigkeit von einem Düsenrahmen durch ein Rohr ausgestoßen wird. Das von der Schmiervorrichtung nach oben zu dem Düsenrahmen anzuordnende Rohr muss die erforderliche Bedingung erfüllen, dass es frei von Verformung gegen Druck ist, da eine feine Menge von Schmieröl mit großem Druck und großer Geschwindigkeit durch das Rohr zugeführt wird. Daher entsteht bei Verwendung eines leicht verformbaren Teiles, wie zum Beispiel eines O-Ringes, in dem gemeinsamen Abschnitt dahingehend ein Problem, dass die richtige Ausgabegeschwindigkeit aufgrund von Druckverlust nicht aufrecht erhalten werden kann. Insbesondere weist die Schmiervorrichtung des Direktstrahl-Schmierverfahrens dahingehend einen wesentlichen Nachteil auf, dass es nicht ohne Weiteres als Spindelschmiervorrichtung in einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann, die Entwurfsfreiheit erfordert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die unter den oben genannten Umständen vorliegenden Nachteile zu beseitigen. Dementsprechend besteht eine erste Aufgabe der Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung mit einer Schmiervorrichtung bereitzustellen, die eine hochpräzis eingestellte feine Menge von Schmiermittel mit hoher Geschwindigkeit auf die Schmierfläche eines drehenden Körpers aufspritzt, um dadurch eine Erhöhung des Drehmomentes und der Lagertemperatur zu minimieren, so dass eine hohe Drehmomentstabilität bereitgestellt und die Lärmentwicklung sowie gleichzeitig die Größe und die Kosten derselben reduziert werden, sowie eine Spindelvorrichtung, die eine solche Schmiervorrichtung verwendet, bereitzustellen.
  • Um die oben genannte erste Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß der Erfindung eine Spindelvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Welle, wenigstens zwei Lager, die in der axialen Richtung der Welle von der Welle beabstandet sind, wobei jedes der Lager einen an der Welle montierten Innenring hat, sowie ein mit den Außenringen der Lager montiertes Gehäuse, wobei die Innenringe und die Außenringe der Lager mit Wälzkörpern zwischen ihnen im Verhältnis zueinander drehbar sind, wobei die Spindelvorrichtung weiterhin umfasst: eine Schmiervorrichtung zum Zuführen von Schmieröl zu den Lagern mit einer Ausgabegeschwindigkeit in dem Bereich von 10 m/s bis 100 m/s und mit einer präzisen Ölausgabemenge in dem Bereich von 0,0005 ml/Einspritzung bis 0,01 ml/Einspritzung.
  • Entsprechend der oben genannten Konstruktion kann das Schmieröl, da die Ausgabegeschwindigkeit des aus der Düse auszugebenden Schmieröles hoch ist, das heißt 10 m/s bis 100 m/s, zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt werden, ohne dass eine Beeinflussung durch einen Luftschleier erfolgt, der bei der schnellen Drehung entstehen kann. Da weiterhin die Ausgabemenge des Schmieröles gering ist, das heißt in dem Bereich von 0,0005 ml/Einspritzung bis 0,01 ml/Einspritzung, kann eine Erhöhung der Temperaturen der Lager bis auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden. Da weiterhin keine Wartungsvorrichtungen, einschließlich einer Hochdruckpumpe, wie zum Beispiel eine Strahlpumpe, verwendet werden, wird eine Erhöhung des Schleppwiderstandes, der durch eine Erhöhung der Menge des zu den Lagern zugeführten Öles verursacht werden kann, vermieden, so dass ein kostengünstiger und kompakter Motor zum Antreiben der Spindel verwendet werden kann.
  • Zusätzlich zu der oben genannten Konstruktion kann weiterhin eine Wellendrehzahl-Messzelle (ein Drehzahlmesser) zum Erfassen der Wellendrehzahl bereitgestellt wer den. In diesem Fall wird durch Steuerung des Zuführintervalls und der Zuführmenge des aus der Schmiervorrichtung auf der Grundlage der erfassten Ergebnisse der Wellendrehzahl-Messzelle (des Drehzahlmessers) ausgegebenen Schmieröles eine richtige Ölmenge in Bezug auf die Spindeldrehung unabhängig von der Spindeldrehgeschwindigkeit ermöglicht, so dass in dem Innenabschnitt des Lagers stets eine ideale Schmierbedingung erreicht wird. Weiterhin kann die Zunahme der Lagertemperatur hinunter bis auf ein noch tieferes Niveau kontrolliert werden. Da weiterhin Schmieröl zuverlässig zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt wird, können die Wirksamkeit der Schmierölzuführung verbessert und der Schmierölverbrauch gesenkt werden. Da weiterhin im Gegensatz zu der Schmiervorrichtung eines Ölnebel-Schmiersystems oder eines Öl-Luft-Schmiersystems keine von einem Kompressor zugeführte Druckluft verwendet wird, ist der Lärmpegel niedrig, und es entsteht nur wenig Ölnebel.
  • Zusätzlich zu der oben genannten Konstruktion können ein Schmierölfilter, ein Entlüftungssensor und ein Zusetzungsmelde-Drucksensor bereitgestellt werden. In diesem Fall können Probleme, wie zum Beispiel eine Zusetzungsbedingung, vermieden werden. Weiterhin besteht eine zweite Aufgabe der Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine superfeine Menge Schmieröl von einer einzelnen Schmiervorrichtung zu einer Vielzahl von Lagern stabil, gleichmäßig und sicher zuzuführen.
  • Um die zweite Aufgabe erfindungsgemäß zu lösen, wird eine Spindelvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein Wälzlager zum Tragen der Spindel; eine Düse, die Schmieröl an das Wälzlager ausgibt; und eine Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung (Mehrfachverteilungsvorrichtung) zwischen der Schmierpumpe für superfeine Schmierölmenge und der Düse zur verteilenden Zuführung von Schmieröl von der Schmierpumpe für superfeine Schmierölmenge zu der Vielzahl von Lagern, so dass das Schmieröl von der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung zu einem jeden Lager zugeführt wird.
  • Bei dieser Konstruktion wird das von der Schmierpumpe für superfeine Ölmenge zugeführte Schmieröl verteilend zu einem jeden Lager stabil zugeführt, ohne dass die Ausgabegeschwindigkeit und die Ausgabemenge reduziert werden und ohne dass Schwingungen der Ausgabegeschwindigkeit und der Ausgabemenge verursacht werden. Wei terhin stellt diese Konstruktion eine Zuführung des Schmieröles für die Spindelvorrichtung mit einer Vielzahl von Lagern mit nur einer Schmiervorrichtung bereit.
  • Das heißt, gemäß der vorliegenden Spindelschmiervorrichtung kann aufgrund des Mehrfachverteilungsmechanismus nicht nur eine feine Menge Schmieröl verteilend zu der Vielzahl von Lagern mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 10 m/s bis 100 m/s und mit einer Ausgabemenge von 0,0005 ml/Einspritzung bis 0,01 ml/Einspritzung genau und stabil zugeführt werden, sondern die Konstruktion der Spindelschmiervorrichtung kann auch einfach und kompakt gehalten werden. Daher kann stets in jedem der Lager ein idealer Schmierzustand erreicht werden, die Stabilität des Lagerdrehmomentes kann verbessert werden und eine Erhöhung der Lagertemperatur kann auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden.
  • Weiterhin umfasst der Mehrfachverteilungsmechanismus ein Verteilungsgehäuse mit einer Anzahl von Schmieröl-Zuführlöchern, die der Anzahl der Verteilungen des Schmieröles entspricht; ein Rotorventil, das drehbar mit dem Verteilungsgehäuse in Kontakt gebracht werden kann, um einen Strömungsdurchlass nacheinander in Verbindung mit den Schmieröl-Zuführlöchern zu bringen; und einen Motor zum Drehen des Rotorventils.
  • Insbesondere werden in dem Verteilungsgehäuse die Schmieröl-Zuführlöcher in einem Kreisring angeordnet, und ein zentraler Strömungsdurchlass wird in der Mitte dieses Kreisringes ausgebildet. Das Rotorventil hat eine Nut, die derart als Strömungsdurchlass dient, dass sie sich von dem Rotationszentrum desselben zu einer Durchmesserposition erstreckt, die an den Positionen der Schmieröl-Zuführlöcher größer ist als der Lochkreisdurchmesser.
  • Entsprechend dieser Konstruktion können in dem Fall, wenn das Rotorventil gedreht wird, der zentrale Strömungsdurchlass und die Schmieröl-Zuführlöcher des Verteilungsgehäuses über die Nut des Rotorventils nacheinander miteinander in Verbindung stehen, so dass Schmieröl zu den jeweiligen Schmieröl-Zuführlöchern zugeführt werden kann.
  • Ebenso kann das Verteilungsgehäuse so aufgebaut sein, dass eine Anzahl von Langlöchern entsprechend der Anzahl der Lager (Anzahl von Verteilungen) in der radialen Richtung desselben ausgebildet werden, so dass sie sich von der Schubrichtung desselben erstrecken sowie phasengleich mit den Langlöchern sind und durch die Langlöcher hindurchgehen.
  • Entsprechend dieser Konstruktion kann Schmieröl zu den Langlöchern in radialer Richtung zugeführt werden, wenn der zentrale Strömungsdurchlass und die Schmieröl-Zuführlöcher des Verteilungsgehäuses miteinander in Verbindung gebracht werden. Weiterhin kann das Verteilungsgehäuse auch wie folgt aufgebaut sein: Eine Anzahl von Schmieröl-Zuführlöchern entsprechend der Anzahl von Lagern (Anzahl von Verteilungen) werden so ausgebildet, dass sie mit der in dem Rotorventil aus einer schrägen Richtung in Bezug auf die axiale Richtung des Verteilungsgehäuses ausgebildeten Nut in Verbindung gebracht werden können.
  • Entsprechend dieser Konstruktion wird der vorstehende Betrag des Verteilungsgehäuses in der radialen Richtung reduziert, da die Schmieröl-Zuführlöcher in Bezug auf die axiale Richtung des Verteilungsgehäuses in schräger Richtung ausgebildet werden, wobei eine Konstruktion bereitgestellt werden kann, die eine ausgezeichnete Raumleistung aufweist.
  • Weiterhin kann der Mahrfachverteilungsmechanismus auch aus einem Verteilungsgehäuse mit einer Anzahl von Schmieröl-Zuführlöchern entsprechend der Anzahl von Verteilungen, aus einem Rotorventil, das drehbar in Kontakt mit dem Verteilungsgehäuse gebracht werden kann, um den Strömungsdurchlass nacheinander mit den Schmieröl-Zuführlöchern in Verbindung zu bringen, aus einer Welle für drehenden Antrieb des Rotorventils, aus einem Federelement zum Spannen der Welle zu der Rotorventilseite hin und aus einem Drucklager zum frei drehbaren Tragen der Welle bestehen.
  • Entsprechend dieser Konstruktion kann die elastische Druckkraft des Federelementes das Schmieröl daran hindern, von den Kontaktabschnitten zwischen dem Rotorventil und dem Verteilungsgehäuse auszutreten, während gleichzeitig der Drehwiderstand durch das Drucklager reduziert wird, so dass das Schmieröl sicher von der Nut des Rotorventils zu den Schmieröl-Zuführlöchern des Verteilungsgehäuses zugeführt werden kann.
  • Im Übrigen kann die Ölzuführmenge zu dem Innenabschnitt des Lagers in dem Fall, wenn dm·N gleich oder größer 1.000.000 ist, vorzugsweise in dem Bereich von 0,0005 cc/min. bis 0,12 cc/min. und insbesondere vorzugsweise in dem Bereich von 0,003 cc/min. bis 0,12 cc/min. liegen.
  • Weiterhin kann der Innendurchmesser der Düsenöffnung vorzugsweise in dem Bereich von 0,08 mm und 0,6 mm und insbesondere vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm liegen.
  • Weiterhin kann ein Verhältnis der Länge L (mm) des Rohres bis zu der Düse zu dem Rohrdurchmesser d (mm) vorzugsweise 5 ≤ L/d4 ≤ 12.000 mm–3 und insbesondere vorzugsweise 5 ≤ L/d4 ≤ 10.000 mm–3 betragen. Um die obenstehenden Sachverhalte zusammenzufassen: Durch die Anwendung des Schmiersystems für superfeine Ölmenge, eines Schmieröl-Zwangsumlaufsystems und anderer Wartungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Druckluft, die bei herkömmlichen Schmiersystemen zum Einsatz kommen, können ein Öl-Luft-Schmiersystem bzw. ein Strahlschmiersystem vereinfacht werden, kann der Lärmpegel auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden, was der Umwelt zugute kommt. Weiterhin kann der Verbrauch an Schmieröl reduziert werden, kann die Stabilität des Lagerdrehmomentes verbessert werden und kann die Erhöhung der Lagertemperatur auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden, wobei es möglich ist, die Drehgenauigkeit der Spindel zu verbessern. Daher kann entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Spindelvorrichtung bereitgestellt werden, die vorteilhafter ist als die herkömmliche Spindelvorrichtung, die die zugehörigen Schmierverfahren anwendet.
  • Weiterhin besteht eine dritte Aufgabe der Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung mit einer Schmiervorrichtung bereitzustellen, die im Vergleich zu der Schmiervorrichtung, die mit einem Elektromagneten oder einem GMR-Material arbeitet, kostengünstig und einfach im Aufbau ist, die die oben genannten Schleudergeräusche nicht erzeugt, die eine feine Menge Schmieröl mit hoher Geschwindigkeit ausgeben kann und die Auslegungsfreiheit unterstützt.
  • Beim Erreichen der genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Schmiervorrichtung zum Aufgeben einer feinen Menge Schmieröl aus der Düsenöffnung direkt in den Innenabschnitt eines Lagers zu vorgegebenen Zeitintervallen mit hoher Geschwindigkeit bereitgestellt, die umfasst: eine Pumpe mit einer größeren Ausgabemenge als die aus der Düse; und ein Umschaltventil, das zwischen Ölpumpen zwischengeschaltet ist zum Verbinden der Pumpen und der Düse und das so aufgebaut ist, dass es alle Ölrohre abschaltet, wenn der Ausgabeöldruck von der Pumpe kleiner ist als ein vorgegebener Druck, wobei die Ausgabe von Schmieröl aus der Düse unterbrochen wird, bzw. das die Ölrohre öffnet, wenn der Ausgabeöldruck von der Düse gleich oder größer als ein vorgegebener Druck ist, so dass Schmieröl von der Pumpe zugeführt werden kann, um von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben zu werden, und das in der Lage ist, die Ausführung dieser Reihe von Vorgängen zu wiederholen.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung schaltet das Umschaltventil die Ölrohre ab, wenn der Ausgabeöldruck von der Pumpe kleiner ist als ein vorgegebener Druck, um die Ausgabe des Schmieröles aus der Düse zu unterbrechen, und andererseits öffnet der Schalter die Ölrohre, wenn der Ausgabeöldruck von der Pumpe gleich oder größer einem vorgegebenen Druck ist, so dass das Schmieröl von der Pumpe zugeführt werden kann, um von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben zu werden. Daher kann ohne die Nutzung einer kostspieligen Feinmengen-Schmierpumpe, die einen Elektromagneten oder ein supermagnetostriktives Material verwendet, eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit unter Verwendung einer kostengünstigen Pumpe erreicht werden, und somit können in einer mit hoher Geschwindigkeit drehenden Spindel stabile Schmiereigenschaften, das heißt verbesserter Widerstand gegen Festfressen, und reduzierte Drehmomentschwankung realisiert werden. Es ist weiterhin möglich, die Erzeugung von Schleudergeräuschen der Wälzkörper, die bei den herkömmlichen Öl-Luft- und Ölnebelschmierungen ein Problem darstellt, zu eliminieren. Weiterhin kann in dem Abschnitt des Rohres, der sich bis zu dem Umschaltventil erstreckt, ein aus Kunstharz bestehendes druckfestes Rohr verwendet werden, das die Auslegungsfreiheit der Rohranordnung verbessern kann.
  • Weiterhin kann bei der Schmiervorrichtung die Ausgabemenge von pro Einspritzung aus der Düse auszugebenden Schmieröles vorzugsweise in dem Bereich von 0,0001 ml bis 0,01 ml liegen.
  • Da bei der Schmiervorrichtung die Ausgabemenge von pro Einspritzung aus der Düse auszugebendem Schmieröl auf größer als 0,0001 ml eingestellt ist, ist es möglich, die verringerte Strömungsgeschwindigkeit des Schmieröles, die unter dem starken Einfluss der Verdichtungseigenschaft des Schmieröles, der Verformung der Rohre und der Ansprechcharakteristik des Umschaltventils verursacht werden kann, verhindert werden, das heißt eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit kann erzielt werden. Da weiterhin die Ausgabemenge von aus der Düse pro Einspritzung auszugebendem Schmieröl auf kleiner als 0,01 ml eingestellt ist, können in dem Lager auftretende Drehmomentschwankungen verhindert werden.
  • Weiterhin kann die Ausgabegeschwindigkeit des aus der Düse auszugebenden Schmieröles vorzugsweise auf gleich oder größer 10% der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Lagers eingestellt werden.
  • Entsprechend der so entstehenden Konstruktion kann eine notwendige Ausgabegeschwindigkeit gesichert werden, damit das Schmieröl den Innenabschnitt des Lagers erreicht, da die Ausgabegeschwindigkeit des aus der Düse auszugebenden Schmieröles auf gleich oder größer 10% der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Lagers eingestellt ist. Als praktischer Vorteil kann die Schmiervorrichtung eine kostengünstige Öldruckpumpe verwenden, die einen Pumpendruck in der Größenordnung von 2,5 MPa hat.
  • Weiterhin kann die Öffnungszeit des Umschaltventils vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 ms bis 50 ms eingestellt werden.
  • Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann eine geforderte Ausgabemenge von 0,0001 ml bis 0,01 ml erfüllt werden. Das heißt, wenn der Pumpendruck, das Schmieröl und die Rohre entsprechend der folgenden Ausdrücke eingestellt werden, kann die Beziehung zwischen der Öffnungszeit t des Umschaltventils und der Ausgabemenge ermittelt werden, und somit kann die Öffnungszeit t des Umschaltventils, die die geforderte Ausgabemenge von 0,0001 bis 0,01 ml erfüllen muss, in dem Bereich von 0,1 ms bis 50 ms eingestellt werden. ν = Cd·(2(p – Δ)/ρ)0,5 q = ν·πd2·t/4 Δp = 32·μ·L·d2·v/D4
  • Wobei Cd = ein Strömungskoeffizient; p = ein Pumpendruck (Pa); Λp = ein Druckverlust (Pa), ρ = eine Schmieröldichte (kg/m3); d = ein Düsendurchmesser (m); t = die Öffnungszeit (s) des Umschaltventils; μ = ein Schmieröl-Viskositätskoeffizient (Pa·s); L = eine Rohrlänge (m) und D = ein Rohrinnendurchmesser (m).
  • Weiterhin muss die Schmiervorrichtung so aufgebaut sein, dass das Umschaltventil ein stationäres Element mit einer stationären Gleitkontaktfläche und ein drehendes Element mit einer beweglichen Gleitkontaktfläche umfasst, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche gebracht werden kann und die die bewegliche Gleitkontaktfläche in gleitendem Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche um eine axiale Linie herum, die senkrecht zu der stationären Gleitkontaktfläche ist, dreht. In der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes und insbesondere an dem Umfang der stationären Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als Mittelpunkt derselben werden ein Ausgabeloch, das mit der Pumpe zu verbinden ist, und ein Ölzuführloch, das mit der Düse zu verbinden ist, geöffnet. Und in der beweglichen Gleitkontaktfläche des drehenden Elementes, insbesondere an dem Umfang der beweglichen Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als Mittelpunkt derselben, wird ein bogenförmiger Schlitz mit einem Zentriwinkel, der wenigstens größer ist als der zwischen dem Ausgabeloch und dem Ölzuführloch ausgebildete Zentriwinkel, ausgebildet.
  • Entsprechend der wie beschrieben aufgebauten Schmiervorrichtung können das Ausgabeloch und das Ölzuführungsloch miteinander durch den bogenförmigen Schlitz in Verbindung stehen, wenn das Drehelement des Umschaltventils in Bezug auf das stationäre Element desselben gedreht wird und der in der beweglichen Gleitkontaktfläche des drehenden Teiles ausgebildete bogenförmige Schlitz mit dem Ausgabeloch und dem in der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes ausgebildeten Ölzuführloch abgeglichen wird. Daher wird das Umschaltventil geöffnet (die Rohre werden geöffnet), wenn das Ausgabeloch und das Ölzuführloch gleichzeitig mit dem bogenförmigen Schlitz abgeglichen sind, so dass das Schmieröl von der Pumpe von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden kann.
  • Die Schmiervorrichtung kann ebenfalls umfassen: einen Motor zum Drehen des Drehelementes; einen Druckschalter zum Erfassen des Ausgabe-Öldrucks der Pumpe; und eine Steuerung, die ein Antriebssignal zu der Pumpe sendet, wenn sie ein Erfassungssignal von dem Druckschalter empfängt, das ausgegeben wird, wenn der Ausgabe-Öldruck gleich oder größer als ein vorgegebener Druck ist, ein Antriebssignal für eine Umdrehung an den Motor sendet und danach ein Antriebs-Unterbrechungssignal an die Pumpe sendet und in der Lage ist, die Ausführung dieser Reihe von Vorgängen in vorgegebenen Zeitintervallen zu wiederholen.
  • Entsprechend der wie beschrieben aufgebauten Schmiervorrichtung wird der Öldruck angehoben, wenn die Pumpe von der Steuerung zugeschaltet wird, und dreht die Steuerung den Motor ein Mal, wenn die Steuerung durch den Druckschalter erkennt, dass der Öldruck gleich oder größer als ein vorgegebener Druck ist, und danach schaltet die Steuerung die Pumpe ab. Diese Reihe von Vorgängen wird durch die Steuerung in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt, wobei das Schmieröl von der Pumpe von der Düse in vorgegebenen Zeitintervallen ausgegeben werden kann.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung wie folgt aufgebaut sein. Das Umschaltventil umfasst ein stationäres Element mit einer stationären Gleitkontaktfläche und ein Drehelement mit einer beweglichen Gleitkontaktfläche in gleitendem Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche um eine axiale Linie herum, die senkrecht zu der stationären Gleitkontaktfläche ist. In der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes und insbesondere an dem Umfang der stationären Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als dem Mittelpunkt derselben werden eine Vielzahl von Ölzuführlöchern, die mit der Düse zu verbinden sind, geöffnet, und an der Position der axialen Linie wird ein mit der Pumpe verbundenes Ausgabeloch geöffnet. Weiterhin wird in der beweglichen Gleitkontaktfläche des Drehelementes ein Schlitz so ausgebildet, dass er sich von der Position der axialen Linie in der radialen Richtung des Drehelementes bis zu der Position des Ölzuführloches erstreckt.
  • Entsprechend der wie beschrieben aufgebauten Schmiervorrichtung wird das Umschaltventil geöffnet (werden die Ölrohre geöffnet), wenn das Drehelement des Umschaltventils in Bezug auf das stationäre Element desselben gedreht wird und wenn der in der beweglichen Gleitkontaktfläche des Drehelementes ausgebildete Schlitz mit dem in der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes ausgebildeten Ölzuführloch in Übereinstimmung gebracht wird, wodurch das Schmieröl von der Pumpe von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben wird. Da in diesem Fall die Vielzahl der Ölzuführlöcher an dem Umfang der stationären Gleitkontaktfläche ausgebildet wird, wird jedes Mal, wenn das Drehelement gedreht wird, das Schmieröl aus dem Ausgabeloch zu den jeweiligen Ölzuführlöchern zugeführt, das heißt eine Umdrehung des Drehelementes kann das Schmieröl zu einer Vielzahl von Abschnitten zuführen.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung wie folgt aufgebaut sein. Das Umschaltventil umfasst ein stationäres Element mit einer stationären Gleitkontaktfläche und ein Gleitelement mit einer beweglichen Gleitkontaktfläche, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche gebracht werden kann und die bewegliche Gleitkontaktfläche in der linearen Richtung in gleitendem Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche in Bezug auf die stationäre Gleitkontaktfläche hin und her bewegt. In der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes wird eine Vielzahl von Ausgabelöchern geöffnet, die so mit der Pumpe zu verbinden sind, dass sie in linearer Richtung voneinander beabstandet sind, und in der beweglichen Gleitkontaktfläche des Gleitelementes wird eine Vielzahl von Ölzuführlöchern geöffnet, die so mit der Düse zu verbinden sind, dass sie in linearer Richtung mit den gleichen Zeitintervallen beabstandet sind wie die Ausgabelöcher.
  • Entsprechend der wie beschrieben aufgebauten Schmiervorrichtung kann das Schmieröl von der Pumpe von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden, wenn das stationäre Element und das Gleitelement in linearer Richtung in gleitendem Kontakt miteinander hin und her bewegt werden und wenn die Vielzahl von in der stationären Gleitkontaktfläche des stationären Elementes ausgebildeten Ausgabelöchern und die Vielzahl von in der beweglichen Gleitkontaktfläche des Gleitelementes ausgebildeten Ölzuführlöchern miteinander gleichzeitig in Verbindung stehen bzw. gleichzeitig voneinander abgesperrt sind. Das heißt, dass gemäß dieser Schmiervorrichtung und da das Gleitelement in linearer Richtung in gleitendem Kontakt hin und her bewegt wird, ein bewegliches Element eines als Antriebsquelle dienenden Schaltmagneten und eine lineare Antriebsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Zylinder, in ihrem Ist-Zustand verwendet werden können.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung wie folgt aufgebaut sein. Das Umschaltventil umfasst: einen zylindrisch geformten Stator, der eine stationäre Gleitkontaktfläche an der Innenumfangsfläche derselben hat; und einen Rotor, der eine sich drehende Gleitkontaktfläche hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche zu bringen ist, und der sich dreht, wenn die sich drehende Gleitkontaktfläche in Gleitkontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche ist. In der stationären Gleitkontaktfläche des Stators wird eine Vielzahl von Ölzuführlöchern geöffnet, die so mit der Düse zu verbinden sind, dass sie in Richtung des inneren Umfangskreises voneinander beabstandet sind; und in der sich drehenden Gleitkontaktfläche des Rotors wird eine Vielzahl von Ausgabelöchern ausgebildet, die so mit der Pumpe zu verbinden sind, dass sie in der Richtung des äußeren Umfangskreises mit den gleichen Intervallen beabstandet sind wie die Ölzuführlöcher.
  • Entsprechend der wie beschrieben aufgebauten Schmiervorrichtung kann das Schmieröl von der Pumpe von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden, wenn der Rotor in dem Stator gedreht wird und wenn die Vielzahl der in der stationären Gleitkontaktfläche des Stators ausgebildeten Ölzuführlöcher in Übereinstimmung mit der Vielzahl der sich drehenden Gleitkontaktfläche des Rotors ausgebildeten Ausgabelöcher gebracht wird. Der Stator und der Rotor können in beweglicher Passung ausgeführt werden, so dass Schnellumschaltung problemlos bei Verwendung niedrigen Drehmomentes realisiert werden kann. Zum Beispiel können ein Drehmagnet mit Verwendung eines Dauermagneten und ein Elektromagnet verwendet werden, eine Schnellansprechcharakteristik kann erzielt werden, eine Antriebsschaltung kann im Vergleich zu einem normalen Motor vereinfacht werden, und eine Kostensenkung für ein Betätigungselement kann realisiert werden.
  • Darüber hinaus kann die Spindelvorrichtung mit der Schmiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung umfassen: eine Pumpe zum An- und Abschalten des Druckes von Öl, das an ein hydraulisches Hauptrohr abzugeben ist; einen Ausgabezylinder, in dem ein Ausgabekolben montiert ist, wobei eine Ölzuführkammer an einer Abschlussseite des Ausgabekolbens in der Bewegungsrichtung desselben ausgebildet ist und wobei eine mit dem hydraulischen Hauptrohr zu verbindende Hydraulikkammer an der anderen Abschlussseite des Ausgabekolbens ausgebildet ist, während der Ausgabekolben so angeordnet ist, dass er durch eine Federvorrichtung zu der Hydraulikkammerseite hin gespannt wird; ein Dreiwegeventil, das mit dem hydraulischen Hauptrohr verbunden ist, einen Ölzuführdurchlass, der mit der Ölzuführkammer zu verbinden ist, und einen Ölspeicherdurchlass, der es ermöglicht, dass das hydraulische Hauptrohr und der Ölspeicherdurchlass miteinander in Verbindung stehen, wenn der Öldruck angeschaltet wird, und es andererseits ermöglicht, dass, wenn der Öldruck abgeschaltet ist und der Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass auf das Dreiwegeventil wirkt, der Ölspeicherdurchlass und der Ölzuführdurchlass miteinander in Verbindung stehen; und einen Ölspeicherzylinder, in dem ein Ölspeicherkolben montiert ist, und auf einer Abschlussseite des Ölspeicherkolbens in der Bewegungsrichtung desselben wird eine Ölspeicherkammer ausgebildet, die mit dem Ölspeicherdurchlass zu verbinden ist, wohingegen der Ölspeicherkolben so angeordnet ist, dass er durch eine Federvorrichtung gegen die Ölspeicherkammer gespannt wird.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung können die Maßgrenzen des Dichtungselementes und der Rückstellfeder reduziert werden, da der Ausgabezylinder und der Ölspeicherzylinder separat angeordnet sind, im Vergleich zu der herkömmlichen Schmiervorrichtung, bei der Öl in einem auf einer Abschlussseite eines einzelnen Kolbens gespeichert wird und das Öl auf der gegenüberliegenden Seite ausgegeben wird, was die Reduzierung der Durchmesser des Ausgabezylinders und des Ölspeicherzylinders ermöglicht. Weiterhin kann aufgrund der Bereitstellung zweier Kolben die Ölwirkungsfläche des Ausgabekolbens größer eingestellt werden als die Öldruckbeaufschlagungsfläche, so dass der Ausgabekolben mit größerer Kraft geschoben werden kann und somit ein schnellerer Hub realisiert werden kann. Im Ergebnis dessen kann im Vergleich zu einer Schmiervorrichtung mit Verwendung eines Elektromagneten oder von supermagnetostriktivem Material eine feine Menge in der Größenordnung von 0,001 ml Öl mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung einer kostengünstigen und einfachen Konstruktion ausgegeben werden.
  • Die Schmiervorrichtung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass der Öldruck der Ölzuführkammer größer ist als der Öldruck der Hydraulikkammer, wenn die Ausgabeöffnung geschlossen ist und der Öldruck des hydraulischen Hauptrohres anliegt. Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung wird der Öldruck der Ölzuführkammer größer als der Öldruck der Hydraulikkammer, wenn die Ausgabeöffnung geschlossen ist und der Öldruck des hydraulischen Hauptrohres anliegt, wobei Öl mit großer Ge schwindigkeit ausgegeben werden kann. Das heißt bei der herkömmlichen Schmiervorrichtung ist der Ölausgabedruck aufgrund des Einflusses der Rückstellfeder zum Spannen des Kolbens wegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder stets niedriger als der Ölzuführdruck. Bei der vorliegenden Schmiervorrichtung kann der Öldruck der Ölzuführkammer (das heißt der Ölausgabedruck) vergrößert werden, so dass die Ausgabe von Öl mit großer Geschwindigkeit realisiert werden kann.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung auch so aufgebaut sein, dass auf der Hydraulikkammerseite des Ausgabezylinders ein Antriebskolben angebracht ist, der durch das Öl der Hydraulikkammer bewegt wird, um den Ausgabekolben zu schieben und anzutreiben, und dass die Ölwirkungsfläche des Antriebskolbens größer ist als die Öldruckbeaufschlagungsfläche des Ausgabekolbens.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung kann der Ausgabekolben mit großer Kraft angetrieben werden, wenn der Öldruck von dem hydraulischen Hauptrohr an dem Antriebskolben anliegt, da die Ölwirkungsfläche des Antriebskolbens größer ist als die Öldruckbeaufschlagungsfläche des Ausgabekolbens. Aufgrund dessen kann der Schnellhub des Ausgabekolbens realisiert werden, und somit kann Öl mit großer Geschwindigkeit von dem Ausgabezylinder ausgegeben werden.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung auch so aufgebaut sein, dass zwischen dem Ausgabekolben und dem Antriebskolben ein Leerlaufabschnitt ausgebildet wird, wo der Antriebskolben in einer Richtung bewegt werden kann, um sich an den Ausgabekolben anzunähern.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung kann der Antriebskolben den Leerlaufabschnitt selbst und ohne Kontakt mit dem Ausgabekolben bewegen, wenn der Öldruck von dem hydraulischen Hauptrohr an den Antriebskolben angelegt wird. Das heißt, ohne eine Startlast, die ansonsten in der Startzeit des Antriebskolbens wegen seinem Kontakt mit dem Ausgabekolben erzeugt wird, kann der Antriebskolben unter einem kleinen beweglichen Widerstand starten. Aufgrund dessen wird der Druck der Öldruckpumpe auf ein ausreichendes Niveau angehoben, während sich der Kolben im Leerlauf bewegt, und in dem Antriebskolben wird eine Trägheit erzeugt, so dass der Ausgabekolben mit einer großen und schnellen Kraft angetrieben werden kann.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung so aufgebaut sein, dass ein Schirmventil in dem Dreiwegeventil eingebaut ist, und das Schirmventil ist so aufgebaut, dass wenn der Öldruck zugeschaltet wird der Hauptkörper des Schirmventils den Ölzuführdurchlass schließt und dass ein auf dem Außenumfang des Hauptkörpers des Schirmventils bereitgestelltes flexibles Schirmstück im Durchmesser reduziert wird, wobei ermöglicht wird, dass das hydraulische Hauptrohr und der Ölspeicherdurchlass miteinander in Verbindung stehen, und dass wenn andererseits der Öldruck abgeschaltet wird und das Schirmventil den Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass erhält der Hauptkörper des Schirmventils in einer Richtung bewegt wird, um den Ölzuführdurchlass zu öffnen, und das flexible Schirmstück im Durchmesser vergrößert wird, um dadurch zu ermöglichen, dass nur der Ölspeicherdurchlass und der Ölzuführdurchlass miteinander in Verbindung stehen.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung schließt der Hauptkörper des Schirmventils den Ölzuführdurchlass und wird das auf dem Außenumfang des Hauptkörpers des Schirmventils bereitgestellte flexible Schirmstück im Durchmesser reduziert, wenn der Öldruck des mit dem Dreiwegeventil verbundenen hydraulischen Hauptrohres zugeschaltet wird, wodurch ermöglicht wird, dass das hydraulische Hauptrohr und der Ölspeicherdurchlass miteinander in Verbindung stehen. Daher erreicht Öl von dem hydraulischen Hauptrohr den Ölspeicherzylinder durch den Ölspeicherdurchlass, bewegt den Ölspeicherkolben gegen die Spannkraft der Federvorrichtung zum Spannen des Ölspeicherkolbens, und strömt danach in die Ölspeicherkammer des Ölspeicherzylinders. Das heißt Speicherung des Öls in dem Ölspeicherzylinder wird fertiggestellt. Wenn andererseits der Öldruck des hydraulischen Hauptrohres abgeschaltet wird, wird der reduzierte Zustand des Durchmessers des flexiblen Schirmstückes aufgrund des Öldruckes entfernt, und somit nimmt der Durchmesser des flexiblen Schirmstückes zu, wobei das hydraulische Hauptrohr und der Ölspeicherdurchlass gegeneinander abgesperrt werden. Aufgrund der Rückstell-Spannkraft der Federvorrichtung zum Spannen des Ölspeicherkolbens erhält der Hauptkörper des Schirmventils gleichzeitig den Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass und wird dadurch in eine Richtung bewegt, um den Ölzuführdurchlass zu öffnen. Im Ergebnis dessen stehen nur der Ölspeicherdurchlass und der Ölzuführdurchlass miteinander in Verbindung, und das in der Ölspeicherkammer gespeicherte Öl wird durch den Ölspeicherdurchlass und den Ölzuführdurchlass zugeführt und wird in die Ölspeicherkammer des Ausgabezylinders gespeichert, wodurch die Vorbereitung für den nächstfolgenden Ausgabevorgang abgeschlossen wird.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung auch so aufgebaut sein, dass mit dem Dreiwegeventil Gewindeeingriff in einen Entlüftungsstopfen besteht, um das Schirmventil in eine Richtung zu bewegen, um den Ölzuführdurchlass oder einen Verschlussstopfen zu öffnen, so dass er von dem Dreiwegeventil entfernt werden kann.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung wird an dem Dreiwegeventil der Entlüftungsstopfen angeordnet, der das Schirmventil in eine Richtung bewegen kann, um den Ölzuführdurchlass zu öffnen. Dieser Entlüftungsstopfen wird verwendet, um Luft in dem Abschnitt des Rohres vor dem Ölzuführdurchlass zu entlüften. Um eine feine Menge Öl ausgeben zu können, muss die Luft in dem Rohr vollständig entlüftet werden können. Das heißt, wenn die Ölausgabemenge sehr klein ist, ist es schwierig, die Luft in dem Rohr nur durch Wiederholen normaler Ölstrahlen zu entlüften. Daher ist eine Entlüftung problemlos durchführbar, wenn der Entlüftungsstopfen mit einem Feinstift an der Vorderseite desselben in Gewindeeingriff mit dem Dreiwegeventil und dem Öl ist, wenn der Ölpumpendruck aufgrund der Bewegung des Schirmventils zugeschaltet wird und in den Ölzuführdurchlass strömt. Nach Abschluss der Entlüftung wird der Entlüftungsstopfen durch den Verschlussstopfen ersetzt und normaler Betrieb wird durchgeführt.
  • Weiterhin kann die Schmiervorrichtung so aufgebaut sein, dass Schmieröl von 0,0005 ml bis 0,01 ml pro Einspritzung mit der Ausgabegeschwindigkeit von 10% oder mehr der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Wälzlagers zu einem Wälzlager ausgestoßen wird.
  • Entsprechend der vorliegenden Schmiervorrichtung wird eine Menge von 0,0005 ml bis 0,01 ml Schmieröl pro Einspritzung mit einer Geschwindigkeit von 10% oder mehr der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Wälzlagers direkt auf das Wälzlager ausgestoßen. Bei der Schmierung des Wälzlagers beträgt die Ausgabegeschwindigkeit, die notwendig ist, damit das Schmieröl den Innenabschnitt des Wälzlagers erreicht, etwa 10% der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes und daher ist die von der vorliegenden Schmiervorrichtung bereitgestellte Ausgabegeschwindigkeit ausreichend, um den Innenabschnitt des Lagers zu schmieren.
  • Zusätzlich besteht eine zweite Aufgabe der Erfindung darin, eine Spindelvorrichtung mit einer Rohranordnungskonstruktion bereitzustellen, die in der Lage ist, eine feine Menge von Schmieröl genau und stabil zuzuführen, und zwar auch dann, wenn die vorliegende Spindelvorrichtung als Spindelvorrichtung für eine Werkzeugmaschine verwendet wird, die über einen engen und begrenzten Raum für die Rohranordnung verfügt.
  • Um die zweite Aufgabe zu erfüllen, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Spindelvorrichtung bereitgestellt, die so aufgebaut ist, dass ein Rohr zum Zuführen von Schmieröl so eingestellt ist, dass ein Rohrparameter (L·d 2 / n/d4), der die Beziehung zwischen der Länge L des Rohres, einem Düsendurchmesser dn und einem Rohrinnendurchmesser ausdrückt, kleiner ist als 5 × 104 [m–1], und weiterhin so, dass die Summe der Menge von Rohrausdehnung aufgrund des Druckes des Schmieröles in dem Innenabschnitt des Rohres und des Kompressionsvolumens des Schmieröles gleich oder kleiner als die Ausgabemenge des Schmieröles ist.
  • Entsprechend der erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung wird das Rohr für das Schmieröl so eingestellt, dass die vorgegebenen Bedingungen erfüllt werden, wenn eine feine Menge von Schmieröl zu der Spindelvorrichtung zugeführt wird. Deshalb können die Düse und das Rohr in einer kompakten Konstruktion angeordnet werden, und zwar auch dann, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Spindelvorrichtung angewendet wird, bei der der Raum für den Einbau der Düse und die Anordnung des Rohres eng und begrenzt ist, so dass eine feine Menge Schmieröl genau und stabil zugeführt werden kann und dass gleichzeitig die Lärmentwicklung aufgrund der Schleudergeräusche und schlechte Schmierung aufgrund des Luftschleiers, die bei der herkömmlichen Öl-Luft-Schmiervorrichtung bislang zu lösende Probleme waren, verhindert werden können. Im Einzelnen ist die vorliegende Spindelvorrichtung so aufgebaut, dass der Düsenrahmen zum Ausstoßen des Schmieröles an die vorgegebenen Positionen des Innenabschnittes der Spindelvorrichtung und die Schmiervorrichtung durch das Rohr miteinander verbunden werden, wodurch die folgenden Bedingungen erfüllt werden:
    Rohraußendurchmesser D: 1,0 × 10–3–3,2 × 10–3 [m]
    Rohrinnendurchmesser d: 0,8 × 10–3–2,0 × 10–3 [m]
    Elastizitätsmodul des Rohrmaterials: 3 [GPa] oder größer
    Rohrlänge L: L > 0,5 [m] L·dn 2/d4 < 5 × 104 [m–1] L·p·{π·d2/(4K) + π·d2·{(D2 + d2)/(D2 – d2) + v}/(2E)} < q [m3]wobei:
    dn = Düsendurchmesser (0,08 × 10–3–0,3 × 10–3 [m])
    K = Kompressionsmodul [Pa] von Schmieröl
    V = Querdehnungszahl des Rohrmaterials
    p = durchschnittlicher Druck [Pa] in dem Rohr
    q = Ausgabemenge [m3].
  • Weiterhin ist die vorliegende Spindelvorrichtung eine Spindelvorrichtung mit einer Kühlfunktion unter Verwendung eines Mantelkühlsystems. In dem Mantelkühlsystem wird als ein Maß der Wärmeverschiebung Kühlöl in das Außengehäuse (den Außenzylinder) eines Lagers gefüllt (Außenzylinderkühlsystem).
  • Entsprechend der vorliegenden Spindelvorrichtung kann eine feine Menge von Schmieröl auch dann zugeführt werden, wenn der Raum für die Anordnung und den Einbau eines Rohres für Schmieröl und einer Düse eng und begrenzt ist.
  • Die vorliegende Spindelvorrichtung kann so aufgebaut sein, dass sie eine Spindelwelle, eine Vielzahl von Wälzlagern zum frei drehbaren Tragen der Spindelwelle, ein Innengehäuse zum Abdecken der Außenseite der Wälzlager und ein Außengehäuse zum Abdecken der Außenseite der Spindelvorrichtung umfasst; und dass ein Rohr so angeordnet ist, dass es sich von der Schmiervorrichtung bis zu einem Düsenrahmen, der in dem Innengehäuse angeordnet ist, durch ein Verbindungsloch zum Zuführen von Schmieröl, das in dem Außengehäuse entlang der axialen Richtung desselben ausgebildet ist, und weiterhin durch eine Öffnung, die in dem Innengehäuse ausgebildet ist, erstreckt.
  • Weiterhin ist die vorliegende Spindelvorrichtung so aufgebaut, dass das Rohr in der axialen Richtung des Gehäuses mit dem Düsenrahmen verbunden ist.
  • Entsprechend der vorliegenden Spindelvorrichtung kann das Rohr eingebaut werden, indem das Rohr in der axialen Richtung des Gehäuses angeordnet wird, wenn eine Konstruktion keinen Raum zum Anordnen des Rohres in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Gehäuses bietet.
  • Weiterhin kann das Rohr auch von der Schmiervorrichtung zu dem Düsenrahmen durch eine Öffnung, die in der Innendurchmesserfläche des Außengehäuses ausgebildet ist, verbunden werden.
  • In diesem Fall kann das Rohr eingebaut werden, indem es in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Gehäuses angeordnet wird, und zwar auch in einer Konstruktion, die keinen Raum zum Anordnen eines Rohres in der axialen Richtung der Spindelwelle bietet.
  • Weiterhin kann in der vorliegenden Spindelvorrichtung das Innengehäuse ein erstes Innengehäuse, an dem die Außenringe der Wälzlager zu befestigen sind, und ein zweites Innengehäuse mit einem Einführabschnitt zum Unterbringen des ersten Innengehäuses darin in einer axialen Richtung desselben umfassen, wobei der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche des Einführabschnittes des zweiten Innengehäuses größer eingestellt ist als der Außendurchmesser der Außenumfangsfläche des ersten Innengehäuses.
  • Entsprechend dieser Konstruktion kann das erste Innengehäuse problemlos eingeführt werden, wenn das erste Innengehäuse in der axialen Richtung desselben in das zweite Innengehäuse eingeführt wird, da sich das Rohr nicht an oder zwischen diesen verfangen kann. Aufgrund dessen kann das Rohr auch in tiefen Abschnitten der Spindelvorrichtung mit begrenztem Raum angeordnet werden, wobei die Spindelvorrichtung für problemlose Montage ausgelegt ist.
  • Weiterhin kann das Rohr in der ausgeschnittenen Nut untergebracht werden, wenn eine ausgeschnittene Nut zum Anordnen des Rohres in dem Einführabschnitt des zweiten Gehäuses ausgebildet wird, so dass das Rohr reibungslos eingeführt werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittdarstellung der Innenkonstruktion einer Spindelvorrichtung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist eine Strukturansicht einer in einer Spindelvorrichtung eingesetzten Schmiervorrichtung.
  • 3 ist eine Schnittdarstellung und zeigt eine Ölschmierpumpe für superfeine Menge.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht und zeigt den Winkel und die Position einer Düse.
  • 5 ist eine Ansicht eines Laufzeitdiagramms und zeigt die Beziehung zwischen an eine Spule anzulegenden Strömen und der Abgabe von Schmieröl.
  • 6 ist ein Blockschaltbild und zeigt ein Verfahren für eine Ausgabemengenkorrektur, die von einer Steuervorrichtung vorzunehmen ist, um eine feststehende Ausgabemenge zu erhalten.
  • 7 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Stromsteuerungsfunktion durch Ausgabemenge.
  • 8 ist ein Schaltplan einer in einer Schmiervorrichtung eingesetzten Stromsteuerungsfunktion.
  • 9 ist eine erläuternde Ansicht und zeigt Spulenstrom-Wellenformen in Verbindung mit dem Betrieb eines Transistors.
  • 10 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels von Schwankungen in dem Spulenstrom in Bezug auf Zeit.
  • 11 ist eine erläuternde Ansicht der Anstiegscharakteristik des Spulenstromes unter anormalen und unter normalen Bedingungen.
  • 12 ist eine Ansicht einer Konstruktion zum Erfassen des Spulenstromes.
  • 13 ist ein Blockschaltbild einer schematischen Konstruktion einer Entscheidungsvorrichtung.
  • 14 ist ein Laufzeitdiagramm des Betriebes der Entscheidungsvorrichtung.
  • 15 ist eine erläuternde Ansicht der Anstiegscharakteristik des Spulenstromes in einer Luftmischungsbedingung und nach einer Bedingung abgeschlossener Entlüftung.
  • 16 ist eine Ansicht einer Spulenstrom-Erfassungsbedingung von der Luftmischungsbedingung zu der Bedingung Entlüftung abgeschlossen.
  • 17 ist ein Blockschaltbild einer schematischen Konstruktion einer Entscheidungsvorrichtung Entlüftung abgeschlossen.
  • 18 ist ein Laufzeitdiagramm des Betriebes der Entscheidungsvorrichtung Entlüftung abgeschlossen.
  • 19 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles bei Erprobung der Leistungsfähigkeit einer Ölschmierpumpe für superfeine Mengen.
  • 20 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles einer Visualisierungsvorrichtung, die bei der Erprobung der Leistungsfähigkeit einer Ölschmierpumpe für superfeine Mengen verwendet wird.
  • 21 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausgabe-Innendurchmesser einer Düsenöffnung und der Ausgabegeschwindigkeit aus einer Düse.
  • 22 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Parameter L/d4 des Rohrwiderstandes und der Geschwindigkeit ausgegebenen Öls.
  • 23 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Parameter L/d4 des Rohrwiderstandes und der Mengeausgegebenen Öls.
  • 24 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der Spindel und dem Drehmoment des Lagers.
  • 25 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der Spindel und dem Temperaturanstieg in dem Außenring des Lagers.
  • 26 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse, die man bei der Überprüfung der Übergänge des Lagerdrehmomentes erhält.
  • 27 ist eine graphische Darstellung eines Vergleiches von Lärmpegeln zwischen einer Ölschmierpumpe für superfeine Menge entsprechend der Erfindung und einer herkömmlichen Vorrichtung.
  • 28 ist eine schematische Ansicht der Llschmierpumpe für superfeine Menge und zeigt einen Zustand, bei dem die Leistungsprüfung der Mehrfach-Rohrabzweigungsvorrichtung durchgeführt wird.
  • 29 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Vergleichsergebnisse für Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeit zwischen einem Fall, bei dem eine Mehrfach-Rohrabzweigungsvorrichtung verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht verwendet wird.
  • 30 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Vergleichsergebnisse für Schmieröl-Ausgabemengen zwischen einem Fall, bei dem die Mehrfach-Rohrabzeigungsvorrichtung verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht verwendet wird.
  • 31 ist eine Schnittdarstellung einer in einer Spindelvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzten Ölschmierpumpe für superfeine Menge.
  • 32 ist eine schematische Ansicht und zeigt eine Konstruktion einer Spindelschmiervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 33 ist eine Ansicht einer besonderen Konstruktion einer in 32 gezeigten Spindelvorrichtung.
  • 34 ist eine Schnittdarstellung und zeigt die Konstruktion einer Schmierölvorrichtung für superfeine Menge mit einem in 32 gezeigten Mehrfachverteilungsmechanismus.
  • 35 ist eine vergrößerte Ansicht der Konstruktion eines in 34 gezeigten Mehrfachverteilungsmechanismus.
  • 36 ist eine Schnittdarstellung entlang der in 35 gezeigten Pfeillinien A-A.
  • 37 ist eine Schnittdarstellung entlang der in 35 gezeigten Pfeillinien B-B.
  • 38 ist eine typische Ansicht eines Rotorventils und zeigt seinen Betriebszustand.
  • 39A und 39B sind perspektivische Ansichten eines Rohrbefestigungsgelenkes.
  • 40 ist eine Schnittdarstellung und zeigt die Konstruktion einer Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit einem Mehrfachverteilungsmechanismus gemäß einer Abänderung des dritten Ausführungsbeispieles.
  • 41 ist eine vergrößerte Ansicht der Konstruktion eines in 40 gezeigten Mehrfachverteilungsmechanismus.
  • 42A ist eine Vorderansicht eines in 41 gezeigten Rotorventils.
  • 42B ist eine Schnittdarstellung des Rotorventils entlang der in 42A gezeigten Pfeillinien.
  • 43 ist eine Schnittdarstellung des Mehrfachverteilungsmechanismus entlang der in 41 gezeigten Pfeillinien D-D.
  • 44 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines zu der Leistungsfähigkeit der Schmierpumpe für superfeine Menge gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durchgeführten Versuches.
  • 45 ist eine graphische Darstellung von Schwankungen der Ölausgabemenge in Bezug auf die Rohrlänge gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 46 ist ein Blockschaltbild der Wirkungsprinzipien einer Schmiervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 47 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles.
  • 48A und 48B sind Draufsichten der Hauptabschnitte der in 47 gezeigten Schmiervorrichtung.
  • 49 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Ausgabegeschwindigkeit in Bezug auf die Rohrlänge mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 50 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Ausgabemenge in Bezug auf die Rohrlänge mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 51 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Viskosität und der Ausgabegeschwindigkeit mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 52 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Viskosität und der Ausgabemenge mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 53 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Pumpendruck und der Ausgabegeschwindigkeit mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 54 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Pumpendruck und der Ausgabemenge mit dem Düsendurchmesser als Parameter.
  • 55 ist eine graphische Darstellung der Beziehung dem Strömungskoeffizienten und dem Düsendurchmesser aus den in 49 bis 54 gezeigten Messergebnissen.
  • 56 ist eine Draufsicht der Hauptabschnitte einer Schmiervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles.
  • 57 ist eine Draufsicht der Hauptabschnitte einer Schmiervorrichtung gemäß einer Abänderung des zweiten Beispieles des vierten Ausführungsbeispieles.
  • 58 ist eine Draufsicht der Schmiervorrichtung gemäß einem dritten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles und zeigt einen Zustand, bei dem diese auf eine tatsächlich genutzte Spindel angewendet wird.
  • 59A ist eine Draufsicht der Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß einem vierten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles.
  • 59B ist eine Draufsicht der Hauptabschnitte eines in dem vierten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles verwendeten Umschaltventils.
  • 60A und 60B sind Ansichten und zeigen einen Stator und einen Rotor einer Schmiervorrichtung gemäß einer Abänderung des vierten Beispieles des vierten Ausführungsbeispieles.
  • 61 ist eine Draufsicht der Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß einem fünften Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles der Erfindung.
  • 62A und 62B sind Draufsichten eines stationären Elementes bzw. eines drehenden Elementes, die ein Umschaltventil ausbilden.
  • 63 ist eine graphische Darstellung eines Geschwindigkeitsbefehls, der von einer Steuerung an einen Motor auszugeben ist.
  • 64A und 64B sind graphische Darstellungen der Ergebnisse eines Versuches (Temperaturaufzeichnungsdiagramm), der an der Drehung des fünften Beispieles des vierten Ausführungsbeispieles durchgeführt wird.
  • 65 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Lärmmessungen an einer Spindelvorrichtung gemäß einem herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren und an einer Spindelvorrichtung gemäß dem in dem fünften Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles verwendeten Schmierverfahren.
  • 66 ist eine schematische Ansicht der Wirkungsprinzipien einer Schmiervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 67 ist eine erläuternde Ansicht des Betriebes der in 66 gezeigten Schmiervorrichtung und zeigt einen Zustand derselben bei angeschaltetem Öldruck.
  • 68 ist eine erläuternde Ansicht des Betriebes der in 66 gezeigten Schmiervorrichtung und zeigt einen Zustand derselben bei abgeschaltetem Öldruck.
  • 69 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 70A ist eine erläuternde Ansicht eines Verschlussstopfens als Fitting.
  • 70B ist eine erläuternde Ansicht eines Entlüftungsstopfens als Fitting.
  • 71 ist eine graphische Darstellung der Ausgabekolben-Verschiebemenge pro Zeiteinheit in einer Schmiervorrichtung mit einem Antriebskolben mit einem Leerlaufabschnitt.
  • 72 ist eine graphische Darstellung der Ausgabekolben-Verschiebemenge pro Zeiteinheit in einer Schmiervorrichtung mit einem Antriebskolben ohne Leerlaufabschnitt.
  • 73 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion einer Spindelvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 74 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion einer Schmiervorrichtung für feine Menge gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel.
  • 75 ist eine Schnittdarstellung eines Düsenrahmens gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel.
  • 76A ist eine perspektivische Ansicht eines aus Harzmaterial, wie zum Beispiel PEEK, ausgebildeten Gelenkes.
  • 76B ist eine perspektivische Ansicht eines aus Edelstahl ausgebildeten Gelenkes.
  • 77 ist eine perspektivische Ansicht eines Werkzeuges zum Befestigen des Gelenkes.
  • 78 ist eine graphische Darstellung der Schwankungen des Schmieröl-Kompressionsvolumens in Bezug auf die Länge von Rohren, wobei die Beziehung zwischen diesen in Bezug auf verschiedene Innendurchmesser der Rohre aufgezeichnet wird.
  • 79 ist eine graphische Darstellung der gemessenen Schwankungen der Ausgabegeschwindigkeit von Schmieröl in Bezug auf die Rohrlängen mit dem Rohrinnendurchmesser als Parameter.
  • 80 ist eine graphische Darstellung der in 79 gezeigten Ergebnisse mit dem Rohrparameter L·dn 2/d4 in der Abszisse derselben gezeigt.
  • 81 ist eine graphische Darstellung der Messergebnisse der Schwankungen der Ausgabegeschwindigkeit v, die auftreten, wenn der Elastizitätsmodul des Rohres geändert wird.
  • 82 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Spindelvorrichtung gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 83 ist eine Schnittdarstellung eines Gehäuses gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel und zeigt den Montagezustand desselben.
  • 84 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Schmiervorrichtung für Öl-Luft-Schmierung unter Verwendung eines Luftstromes als Medium, und
  • 85A ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie die Abschlussflächen der beiden Gehäuse miteinander verbunden sind, und
  • 85B ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie der Düsenrahmen und die Rohrdurchlässe der Gehäuse miteinander verbunden sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • Nunmehr folgt eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 und 2 zeigen die Konstruktion einer Spindelvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Spindelvorrichtung 1 umfasst Lager für die in 1 gezeigte Spindel 16a, 16b, 16c, 16d bzw. 17 sowie einen Schmierölbehälter 2, einen Schmierölfilter 3, eine Entlüftungsvorrichtung 4, eine Ölschmierpumpe für superfeine Menge 5, eine Steuereinrichtung 6 zum Steuern der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge, einen Verstopfungssensor (Drucksensor) 8, eine Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 und ein Rohr 10, die jeweils in 2 gezeigt werden, und einen Drehzahlmesser 7 (siehe 1).
  • 1 ist eine Längsschnittdarstellung der Innenkonstruktion der Spindelvorrichtung 1. Wie in 1 gezeigt wird, umfasst die Spindelvorrichtung 1 eine Vielzahl von Schrägkugellagern 16a, 16b, 16c und 16d zum horizontal frei drehbaren Tragen des Vorderabschnittes 15a einer Spindel 15, ein Zylinderrollenlager 17 zum Tragen des hinteren Abschnittes 15b der Spindel 15 und ein Gehäuse 18 zum Abdecken der jeweiligen Außenabschnitte der genannten Lager 16a, 16b, 16c, 16d und 17. Auf einer Frontabdeckung 12 ist im Übrigen eine Abdeckung 13 angebracht.
  • Von der Vielzahl der Schrägkugellager ist der Außenring des hintersten Lagers 16d an dem Innendurchmesser-Stufenabschnitt 18a des Gehäuses 18 befestigt, wohingegen der Außenring des vordersten Lagers 16a durch einen Außenringhalter 14 an der Frontabdeckung 12 befestigt ist. Weiterhin sind zwischen den jeweiligen Außenringen der Schrägkugellager 16a, 16b, 16c und 16d zylindrisch geformte Außenring-Abstandshalter 21 zwischengeschaltet. Auf diese Weise werden die jeweiligen Außenringe der Schrägkugellager 16a, 16b, 16c und 16d an der Innenumfläche des Gehäuses 18 befestigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Innenringe der Schrägkugellager 16a, 16b, 16e und 16d wird das vordere Ende des Innenringes des vordersten Lagers 16a an dem Außendurchmesser-Stufenabschnitt 15c der Spindel 15 befestigt. Zwischen den Innenringen der Schrägkugellager 16a, 16b, 16c und 16d sind zylindrisch geformte Innenring-Abstandshalter 22 zwischengeschaltet, wohingegen das hintere Ende des Innenringes des hintersten Lagers 16d an einem Haltering 23 befestigt ist, der an der Spindel 15 be festigt ist und in der axialen Richtung derselben nach vorn gedrückt wird (in 1 nach links). Die jeweiligen Innenringe der Schrägkugellager 16a, 16b, 16c und 16d sind an der Außendurchmesserfläche der Spindel 15 so befestigt, dass sie gemeinsam mit derselben gedreht werden können. Obwohl im Übrigen die Spindel 15 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel horizontal gelagert ist, wenn sie zum Beispiel in einem Bearbeitungszentrum verwendet wird, kann sie auch so verwendet werden, dass sie vertikal oder schräg gelagert ist.
  • Das vordere Ende des Außenringes des Zylinderrollenlagers 17 ist an dem Innendurchmesser-Stufenabschnitt 18b des Gehäuses 18 durch den Außenring-Abstandshalter 24a befestigt, wohingegen das hintere Ende des Außenringes an der hinteren Abdeckung 26 an der Innenumfläche des Gehäuses 18 befestigt ist. Weiterhin ist das vordere Ende des Innenringes an dem Außenstufenabschnitt 15d der Spindel 15 durch den Innenring-Abstandshalter 24b befestigt, wohingegen das hintere Ende desselben an einem Haltering 27 befestigt ist, der an der Spindel 15 befestigt ist und in der axialen Richtung derselben nach vorn gedrückt wird. Der Innenring des Zylinderrollenlagers 17 ist an der Außendurchmesserfläche der Spindel 15 so befestigt, dass er zusammen mit derselben gedreht werden kann.
  • Zu den Schrägkugellagern 16a, 16b, 16c und 16d sowie zu dem Zylinderrollenlager 17 wird Schmieröl von der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge durch Düsen 20 zugeführt, die jeweils in dem Gehäuse 18 angeordnet sind. Die jeweiligen Düsen 20 sind in dem Innenabschnitt des Gehäuses 18 angeordnet und so befestigt, dass sie durch Aufnahmelöcher eingeführt werden, die sich durch die jeweiligen Außenring-Abstandshalter 21 erstrecken und in den Spielraum vorstehen, der zwischen den Innenring-Abstandshaltern 22 und den Außenringsitzen 21 ausgebildet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden drei Düsen 20 für jedes Lager bereitgestellt. Die Anzahl der Düsen 20 ist jedoch nicht begrenzt.
  • Als nächstes wird nachstehend der Betrieb der Spindelvorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
  • Schmieröl 25, das in den Schmierölbehälter 2 gefüllt wird, strömt durch den Schmierölfilter 3 und die Entlüftungsvorrichtung 4 in die Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge.
  • Die Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge wird durch die Steuervorrichtung 6 für eine intermittierende Zeiteinstellung, eine Schmieröl-Mengeneinstellung und einen Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsmechanismus für Zuführung des Schmieröls gesteuert, so dass die Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 ermöglicht, das Schmieröl 25 zu den jeweiligen Rohren 10 zuzuführen. Weiterhin ist die Anzahl der Rohre 10 nicht auf die Anzahl der Lager beschränkt. Wenn die Anzahl von Rohren gleich der Anzahl der Lager ist, wird die Steuereinrichtung 6 verwendet, um die Strömungsmenge des in die einzelnen Rohre 10 strömenden Schmieröls und die Ölausgabeintervalle zu steuern, wobei die Menge von zu den Lagern zuzuführendem Schmieröl eingestellt wird. Im Übrigen wird das Schmieröl in einer Menge von 0,002 ml zu jedem der fünf Lager in Intervallen von zehn Sekunden zugeführt, wenn das Schmieröl zu fünf Rohren 10 in einer Menge von 0,002 ml/Einspritzung in Intervallen von zwei Sekunden von der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge zugeführt wird, um fünf Lager zu schmieren.
  • Weiterhin können auch die Menge von zu den Lagern zuzuführenden Schmieröles und die Ölzuführintervalle für jedes Lager geändert werden, und das Schmieröl kann von allen oder von einigen Rohren zugeführt werden. Wenn weiterhin die Anzahl der Rohre größer ist als die Anzahl der Lager, wird die Menge des zu den Lagern zuzuführenden Schmieröles gleich der Summe der Rohre, die mit den Lagern verbunden sind, eingestellt. Wenn die Anzahl der Rohre kleiner ist als die Anzahl der Lager, werden die Rohre von ihren Zwischenpositionen verzweigt und danach wird das Schmieröl durch die Verzweigungsabschnitte der Rohre zugeführt.
  • Das Schmieröl 25, das zu den jeweiligen Rohren 10 zugeführt wird, wird von den Düsen 20 zuverlässig in die Innenabschnitte der Spindellager 16a, 16b, 16c, 16d und 17 zugeführt. In diesem Fall werden die jeweiligen Düsen 20 auf den optimalen Winkel und die optimale Stellung eingestellt, so dass eine richtige Menge von Schmieröl 25 zu den Innenabschnitten der Lager für die Spindeln 16a, 16b, 16c, 16d und 17 zugeführt werden kann. Weiterhin werden die Einstellung der Intervallzeit und der Schmierölmenge entsprechend dem Ausgang des Drehzahlmessers 7 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Spindel durchgeführt. Im Übrigen kann die Schmierölmenge auch unter Verwendung eines Durchflusssensors für superfeine Menge eingestellt werden.
  • Bei der Zuführung des Schmieröles entfernt der Schmierölfilter 3 Staub, der zu Zusetzung führen kann. Wenn sich Staub jedoch aus einem beliebigen Grund mit dem Schmieröl vermischt und dadurch Zusetzung verursacht, das heißt wenn das Schmieröl aus einem beliebigen Grund nicht normal zugeführt wird und dadurch anormale Ausgabe verursacht, wird der Verstopfungssensor (Drucksensor) 8 betätigt, um das Auftreten von Problemen zu vermeiden. Wenn sich die Luft vermischt, entfernt die Entlüftungsvorrichtung 4, die aus porösem Material ausgebildet wird, die Mischluft.
  • Als nächstes folgt eine Beschreibung der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge. 3 ist eine Schnittdarstellung der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge. Wie in 3 gezeigt wird, wird ein Stabkörper 30, der aus GMR-Material mit positiver Charakteristik ausgebildet wird, bereitgestellt, und ein Abschlussabschnitt 30a des Stabkörpers 30 wird in axialer Richtung desselben an einem Kasten 32 durch einen Vorspannungs-Einstellmechanismus 31 befestigt. Als das GMR-Material des Stabkörpers 30 kann zum Beispiel ein geeignetes Material mit dem Handelsnamen Terfenol-D verwendet werden, das von der Edge Technologies Co. (eine Abteilung von ETREMA) hergestellt wird, oder ein magnetostriktives Material von der TDK Co. Wenn ein Magnetfeld von einer Spule (die an späterer Stelle besprochen werden wird) in koaxialer Anordnung an den Stabkörper 30 angelegt wird, dehnt sich der Stabkörper 30 aufgrund eines magnetostriktiven Phänomens (Joule-Effekt) in der axialen Richtung desselben aus.
  • Der Vorspannungs-Einstellmechanismus 31 kann zum Beispiel ein Schraubgetriebe bereitstellen, das, wenn es gedreht wird, in der axialen Richtung des Stabkörpers 30 vorspringen kann, um gegen einen Abschlussabschnitt 30a des Stabkörpers 30 zu drücken. In dem anderen Abschlussabschnitt 30b des Stabkörpers in der axialen Richtung desselben wird ein Druckübertragungselement 34 bereitgestellt, das den Stabkörper 30 auf die Seite des Vorspannungs-Einstellmechanismus 31 hin mit der Tellerfeder 33 spannen kann, um Druck zu übertragen, ohne einen Spielraum in Bezug auf die axiale Richtung des Stabkörpers 30 zu erzeugen, während der Stabkörper 30 durch das Druckübertragungselement 34 mit einem Kolben 35 verbunden ist. Der Kolben 35 ist verschiebbar in dem Innenabschnitt eines Zylinders 36 angeordnet. Der Zylinder 36 wird so ausgebildet, dass die Querfläche S seines Kolbengleitraumes in einer Richtung, die sich im rechten Winkel zu der axialen Richtung desselben erstreckt, kleiner eingestellt ist als die Querfläche A des Stabkörpers 30 in einer Richtung, die sich im rechten Winkel zu der axialen Richtung desselben erstreckt, und in dem Innenabschnitt des Zylinders 36 wird ein Pumpenarbeitsraum 37 ausgebildet. Der Zylinder 36 ist durch ein Rohr 38 mit dem Verstopfungssensor 8 (siehe 2) verbunden. Wenngleich hier kein Rückschlagventil zwischen dem Pumpenarbeitsraum 37 und dem Verstopfungssensor 8 zwischengeschaltet ist, kann auch ein Rückschlagventil bereitgestellt werden.
  • In dem Zylinder 36 wird weiterhin ein Ansaugstutzen 39 ausgebildet, der verwendet wird, um das Schmieröl 25 in den Pumpenarbeitsraum anzusaugen. In dem Ansaugstutzen 39 ist ein Saugventil 40 angeordnet, und das Saugventil 40 stellt ein Rückschlagventil bereit, das das Schmieröl 25 daran hindert, außerhalb des Pumpenarbeitsraumes 37 zu strömen. Weiterhin wird die Strömungsdurchlass-Querschnittsfläche Y des Saugventils 40 größer eingestellt als die Querschnittsfläche der Ausgabeöffnung 20a der Düse 20, die in 4 vergrößert gezeigt wird, während der Ansaugstutzen 39 über ein Schmieröl-Druckrohr 41 mit dem Schmierölbehälter 2 verbunden ist. Daher kann das Schmieröl 25 von dem Schmierölbehälter 2 durch das Schmieröl-Druckrohr 41 zu dem Pumpenarbeitsraum 37 zugeführt werden, während das Schmieröl 25 daran gehindert wird, von dem Pumpenarbeitsraum 37 zurück zu dem Schmierölbehälter 2 zu strömen. An dem Außenumfang des Stabkörpers 30 ist koaxial eine Spule 43 angeordnet, und weiterhin ist auf dem Außenumfang der Spule 43 ein Joch 44 angeordnet, das aus magnetischem Material ausgebildet ist und in Verbindung mit dem Stabkörper 30 einen Magnetkreis bildet. Das Joch 44, das Basisende des Zylinders 36 auf der Seite des Stabkörpers 30 desselben und ein Teil des Schmieröl-Druckrohres 41 werden in dem Innenabschnitt des Kastens 32 untergebracht.
  • Eine Steuereinrichtung 6 ist elektrisch mit der Spule 43 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 gibt einen Strom, der zur Erzeugung des Magnetfeldes genutzt wird, an die Spule 43 aus. Aufgrund des Anlegens dieses Stromes an die Spule 43 empfängt der Stabkörper 30 das von der Spule 43 erzeugte Magnetfeld und dehnt sich dadurch aus, so dass das Schmieröl 25 in dem Pumpenarbeitsraum 37 durch das Rohr 38 geleitet und von der Düse 20 ausgegeben wird.
  • Unter Bezugnahme auf die Form der Düse 20, wie in 4 gezeigt, wird der Ausgabeöffnungs-Abschnitt 20a der Düse 20 auf der Führungsseite des Strömungsdurchlasses geneigt ausgebildet, so dass das Rohr auch in einem engen Raum angeordnet werden kann. Wenn in dem Rohreinbauraum Raum vorhanden ist, kann die Düse gerade ausgebildet werden, und das Rohr kann schräg oder horizontal in einer Ölzuführ-Zielposition eingebaut werden. Unter Bezugnahme auf die Schmierung in dem Innenabschnitt des Lagers gilt: Da die Ölzuführmenge sehr fein ist, ist die Ölzuführposition wichtig. Als die Ölzuführ-Zielposition wird, wie in 4 gezeigt, der Kontaktabschnitt zwischen dem Innenring und der Kugel bevorzugt. Aufgrund dessen können ein Käfig und eine Außenringfläche durch das Schmieröl 25 geschmiert werden, das aufgrund einer in Bezug auf die Innenringfläche erzeugte Zentrifugalkraft außen strömen kann. Zum Beispiel kann der Durchmesser H der Ölzuführ-Zielposition so eingestellt werden, dass H = (dc1 + Di1)/2. Hier steht dc1 für den Innendurchmesser des Käfigs und Di1 steht für den Außendurchmesser des Innenringes. Auf diese Weise und indem der Winkel und die Position der Düse 20 optimal ausgelegt werden, kann das Schmieröl punktgenau an einer gewünschten Position in dem Innenabschnitt der Lagers zugeführt werden.
  • Als nächstes wird der Betrieb der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge beschrieben. 5 zeigt ein Laufzeitdiagramm zur Darstellung der Zeitbeziehung zwischen an die Spule 43 anzulegenden Strömen und der Ausgabe des Schmieröles, und 6 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung des Verfahrens für die Schmierölausgabe-Korrektur, die von der Steuereinrichtung 6 durchzuführen ist, um eine feststehende Menge von Ölausgabe zu erhalten.
  • In dem Fall, in dem ein Strom von der Steuereinrichtung 6 an die Spule 43 entsprechend einem in (a) von 5 gezeigten Muster (61) ausgegeben wird, erzeugt die Spule 43 ein Magnetfeld und dehnt somit den Stabkörper 30 aus, der aus GMR-Material ausgebildet ist. Da ein Abschlussabschnitt 30a des Stabkörpers 30 stationär ist, dehnt sich der Stabkörper 30 in der axialen Richtung desselben an dem anderen Endabschnitt 30b aus, und der Kolben 35 folgt diesem Ausdehnungsvorgang und bewegt sich somit in einem Muster (62) ähnlich einem in (b) von 5 gezeigten Strom.
  • Wenn sich der Kolben 35 bewegt, wird das Schmieröl 25 in dem Pumpenarbeitsraum 37 komprimiert, und wie gezeigt erhöht sich der Druck in dem Zylinder 36 nach einem in (c) von 5 gezeigten Druckerhöhungsmuster. Aufgrund der Druckerhöhung wird das Saugventil 40 in dem Ansaugstutzen 39 geschlossen, so dass die in dem Führungsabschnitt der Düse 20 bei der vorhergehenden Ausgabe angesammelte Luft von der Düse 20 nachdem in (d) von 5 gezeigten Muster ausgegeben wird. Danach wird das Schmieröl 25 von der Düse 20 mit hoher Geschwindigkeit nach einem in (e) von 5 gezeigten Muster ausgegeben. Und wenn der Strom zu der Spule 43 stabil wird, wird die Ausdehnung des Stabkörpers 30 unterbrochen, und der Druck des Pumpenarbeitsraumes 37 wird aufgrund der Ausgabe des Schmieröles 25 etwas abgesenkt.
  • Danach und wenn der Ausgang des Stromes von der Steuereinrichtung 6 zu der Spule 43 unterbrochen wird, zieht sich der gedehnte Stabkörper 30 zusammen, so dass er in seine Ausgangsstellung zurückgeht, so dass sich das Innenvolumen des Pumpenarbeitsraumes 37 erhöht. Dabei wird wie in einem in (c) von 5 gezeigten Muster der Druck des Pumpenarbeitsraumes 37 zu einem Unterdruck, und infolgedessen wird das Schmieröl 25 wie in dem in (e) von 5 gezeigten Ausgabemuster durch das Saugventil 40 zu dem Pumpenarbeitsraum 37 zugeführt. Gleichzeitig und wie in einem in (d) von 5 gezeigten Muster strömt auch eine geringe Menge Luft von dem Führungsabschnitt der Düse ein.
  • Die Einströmmenge dieser Luft ist hinreichend gering im Vergleich zu der Zuführmenge des Schmieröles 25. Unter Bezugnahme auf die Einströmmenge des Schmieröles 25 und da die Querschnittsfläche des Düsen-Strömungsdurchlasses in einer Richtung im rechten Winkel zu der axialen Richtung hinreichend kleiner ist als die Querschnittsfläche des Ansaugventil-Strömungsdurchlasses in einer Richtung im rechten Winkel zu der axialen Richtung des Saugventils 40 und auch weil das Saugventil 40 näher an dem Kolben 35 liegt als die Düse 20, wird die Unterdruck-Übertragungszeit verkürzt, so dass die Menge von Schmieröl von dem Saugventil 40 größer wird als die Einströmmenge von Luft. Daher wird auch in der nächsten Ausgabevorgangszeit die Schmierölausgabe analog möglich.
  • Vorzugsweise kann das Volumen der Düsenbohrung der Düse 20 gleich oder größer sein als das Volumen der in dem oben genannten Schritt von der Düsenbohrung strömenden Luft. Der Grund hierfür ist folgender: Da der Widerstand der Luft, wenn die Luft durch die Düsenbohrung hindurch geht, kleiner ist als der Widerstand des Schmieröles 25, wenn es durch die Düsenbohrung hindurchgeht, ist der Fluidwiderstand der Düsenbohrung kleiner als der des saugseitigen Rückschlagventils, wenn die Düsenbohrung vollständig mit Luftgefüllt ist, wodurch die Gefahr entsteht, dass das Schmieröl 25 von dem saugseitigen Rückschlagventil nur schwer angesaugt werden kann.
  • Ein Rückschlagventil kann auch zwischen dem Pumpenarbeitsraum 37 und dem ausgabeseitigen Rohr zwischengeschaltet sein. Im Übrigen strömt auch in diesem Fall aufgrund der Reaktionsverzögerung des ausgabeseitigen Rückschlagventils eine geringe Menge Luft durch die Düsenbohrung ein, das heißt, die Gefahr, dass das Schmieröl 25 von dem Führungsabschnitt der Düse heruntertropfen kann, kann vermieden werden, jedoch wird die verhindernde Wirkung reduziert.
  • Da ein Einströmen von Luft von der Düse 20 vorliegt, wenn sich der Stabkörper 30 zusammenzieht, ergeben sich eine Abnahme des Volumens des Schmieröls 25, verursacht durch die Kompression des Schmieröls 25 in dem Innenvolumen zwischen dem Saugventil 40 und dem Düsenausgang, sowie eine Zunahme des Innenvolumens, verursacht durch die Druckverformung von Teilen, die das Innenvolumen definieren, wie zum Beispiel eines Zylinders und eines Rohres, wenngleich diese sehr gering in der Menge sind. Um das Schmieröl 25 in einer gewünschten Menge präzise von der Düse 20 ausgeben zu können, muss die Ausgabemenge unter Berücksichtigung dieser veränderlichen Elemente eingestellt werden.
  • Angesichts dessen ist die Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom von der Steuereinrichtung 6 an die Spule 43 angelegt wird, wobei die genannten veränderlichen Elemente berücksichtigt werden. Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 6 gezeigt, werden "die Volumenabnahme von Schmieröl bei Kompression", die „Erhöhung des Innenvolumens" und die „Luftansaugmenge, wenn der Stabkörper zusammengezogen ist" als die wichtigsten veränderlichen Elemente angesehen, und der Strom wird unter Berücksichtigung dieser veränderlichen Elemente eingestellt. Die veränderlichen Elemente können weiterhin andere Elemente umfassen, wie zum Beispiel die Temperatur des Schmieröls 25 und den Viskositätswiderstand des Schmieröls 25. Eine Abnahme des Volumens des Pumpenarbeitsraumes 37, die wie in Gleichung (1) gezeigt verursacht wird, wenn der Stabkörper ausgedehnt ist, ist gleich der Summe der Menge von von der Düse 20 einströmender Luft, wenn der Stabkörper 30 komprimiert ist, der Volumenabnahmemenge des Schmieröls 25 in dem Innenvolumen zwischen dem Saugventil 40 und dem Düsenausgang, wenn das Schmieröl 25 komprimiert ist, einer Zunahme des Innenvolumens aufgrund der Druckverformung der Teile, die das Innenvolumen definieren, und einer erforderlichen Ausgabemenge des Schmieröls 25, die aus der Düse 20 auszugeben ist. Abnahme des Volumens des Pumpenarbeitsraumes 37 (Kolben-Querschnittsfläche × Kolbenweglänge) = (Volumen der von der Düse einströmenden Luft, wenn der Stabkörper zusammengezogen ist) + (Volumenabnahmemenge von Schmieröl aufgrund hohen Druckes) + (erforderliche Ausgabemenge Qrf) (1)
  • Durch Steuerung des an die Spule 43 anzulegenden Stromes in einer Weise, dass die Gleichung (1) erfüllt wird, kann eine sehr kleine Menge, das heißt in der Größenordnung von 0,0005 ml bis 0,01 ml Schmieröl 25 intermittierend mit hoher Geschwindigkeit von etwa 10 m/s bis 100 m/s ausgegeben werden.
  • Im Übrigen können die Messwerte oder die Einstellwerte als die Werte für die jeweiligen Positionen in der Gleichung (1) verwendet werden, je nachdem, welche Spindelvorrichtung verwendet wird.
  • Die Ausgabemenge des Schmieröls 25 kann nach Gleichung (2) ermittelt werden. Qr = Δf (2)
  • Hier steht Qr [ml/s] für eine erforderliche Ausgabemenge (eine eingestellte Ausgabemenge), Δ [ml/Einspritzung] steht für eine Ausgabemenge pro Vorgang, wenn ein Nennstrom zugeführt wird, und f [Einspritzung/s] steht für eine Vorgangshäufigkeit (eine Zuführhäufigkeit), die an die Spule 43 anzulegen ist.
  • Die Einstell-Ausgabemenge Qr wird nach drei in 7 gezeigten Bedingungen entsprechend dem Wert an sich klassifiziert und kann danach wie folgt geregelt werden. Zuerst werden in dem Fall, in dem die Soll-Ausgabemenge Qr gleich der oder kleiner ist als die Ausgabemenge, wenn die Mindesteinspritzung mit der größten Vorgangsfrequenz ausgeführt wird, das heißt in dem Fall von (51), in dem Qr ≤ Δmin·fmax, eine Ausgabemenge Δ pro Vorgang und eine Vorgangshäufigkeit f jeweils wie Ausgabemenge Δ pro Vorgang und eine Vorgangshäufigkeit f jeweils wie folgt eingestellt: Δ = Δmin, f = Qr/Δmin.
  • Hier steht Δ min [ml/Einspritzung] für die Mindestausgabemenge pro Vorgang bei dem Mindeststrom, der kontrolliert werden kann, wobei die Einstellung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf 0,001 [ml/Einspritzung] eingestellt ist. Weiterhin steht fmax [Einspritzung/s] für die größte Vorgangshäufigkeit, die in der vorliegenden Vorrichtung ausgegeben werden kann.
  • Daher wird in diesem Fall eine endgültige Soll-Ausgabemenge (eine erforderliche Ausgabemenge) Qrf entsprechend einer Gleichung (3) eingestellt. Qrf = Δmin × (Qr/Δmin) (3)
  • In dem Fall von (52), in dem eine Soll-Ausgabemenge Qr gleich Δmin·fmax < Qr ≤ Δmax·ist (hierbei ist Δmax [ml/Einspritzung] die größte Ausgabemenge pro Vorgang bei dem kontrollierbaren größten Strom) werden eine Ausgabemenge Δ pro Vorgang und eine Vorgangshäufigkeit f in einer Position wie folgt eingestellt: Δ = Qr/fmax, f = fmax.
  • Daher wird eine endgültige Soll-Ausgabemenge (eine erforderliche Ausgabemenge) Qrf in diesem Fall entsprechend einer Gleichung (4) eingestellt. Qrf = (Qr/fmax) × fmax (4)
  • Und in dem Fall von (53), bei dem eine Soll-Ausgabemenge Qr so eingestellt ist, dass Δmax·fmax < Qr, wird von der Steuereinrichtung 6 ein Ausgabe-Ablehnungssignal ausgegeben (siehe 6), da diese Menge die Ausgabefähigkeit der vorliegenden Vorrichtung übersteigt.
  • Infolgedessen können die folgenden Wirkungen entsprechend der oben genannten Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge bereitgestellt werden.
  • In dem zusammengezognen Zustand des Stabkörpers 30 kann verhindert werden, dass das Schmieröl heruntertropft, wenn die vorliegende Pumpe außer Betrieb ist, da Luft von der Düse 20 einströmt und das Führungsende der Flüssigkeitsoberfläche des Schmieröles dabei zu dem Innenabschnitt der Düse hin bewegt wird.
  • Weiterhin wird in dem ausgedehnten Zustand des Stabkörpers 30 und während die Luft in dem Führungsende der Düse ausgestoßen wird der Druck des Schmieröles 25 in dem Zylinder 36 erhöht. Aus diesem Grund wird eine geringfügige Verzögerung in der Zeit erzeugt, die notwendig ist, um das Schmieröl 25 aus der Düsenöffnung auszugeben.
  • Diese Verzögerungszeit wird jedoch durch die Zeit ausgeglichen, die notwendig ist, um das Schmieröl 25 auf einen vorgegebenen Druck anzuheben. Infolgedessen kann zu der Ausgabezeit des Schmieröles 25 eine hohe Ausgabegeschwindigkeit erreicht werden, die nahe an die vorgegebene Geschwindigkeit herankommt, wodurch die Möglichkeit verringert werden kann, dass das Schmieröl 25 mit einer Geschwindigkeit von weniger als der vorgegebenen Geschwindigkeit ausgegeben wird.
  • Da weiterhin die Querschnittsfläche S des Zylinders 36 in einer Richtung im rechten Winkel zu der axialen Richtung desselben kleiner eingestellt ist als die Querschnittsfläche A des Stabkörpers 30, kann der Druck des Schmieröles 25 in dem Zylinder höher eingestellt werden als der in dem Stabkörper 30 selbst erzeugte Druck, so dass es möglich wird, das Schmieröl 25 mit einem höheren Druck auszugeben.
  • Wenn weiterhin der Druck des Schmieröles 25 in dem Zylinder auf einen hohen Druck erhöht wird, können weiterhin die Kompression des Schmieröles 25 und die Ausdehnung des Zylinders 36 nicht vernachlässigt werden. Da der an die Spule 43 anzulegende Strom jedoch durch diese veränderlichen Größen korrigiert wird, kann eine gewünschte Ausgabemenge mit hoher Genauigkeit erzielt werden.
  • Da weiterhin der Spulenstrom so geregelt wird, dass die Schmierflächen-Kontaktmenge des Schmieröles 25 problemlos eingestellt werden kann, besteht keine Notwendigkeit der Bereitstellung eines Festmengenventils. Damit wird es möglich, eine Schmiervorrichtung zu realisieren, die einfach im Aufbau und kompakt in der Größe ist.
  • Weiterhin kann die Steuereinrichtung 6 auch eine Vorrichtung sein, die die Drehgeschwindigkeit eines zu schmierenden rotierenden Körpers erfasst und die einen Strom mit einem Stromwert entsprechend dem Erfassungssignal und/oder einen eine Stromzuführungshäufigkeit entsprechend dem Erfassungssignal an die Spule 43 anlegt, wobei eine Schmieröl-Ausgabemenge eingestellt wird. In diesem Fall kann das Schmieröl 25 in einer optimalen Menge zugeführt werden, die in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers schwanken kann. Dies kann nicht nur die übermäßige Zuführung von Schmieröl 25 verhindern, sondern auch eine optimale Schmierwirkung bereitstellen.
  • Zum Beispiel wird die Drehgeschwindigkeit einer Welle (eines rotierenden Körpers) eines Lagers, zu dem das Schmieröl zugeführt werden soll, von einem Kodierer erfasst, und die auf diese Weise ermittelte Drehgeschwindigkeit wird in die Steuereinrichtung 6 eingegeben. Die Steuereinrichtung 6 gibt einen Spulenstrom aus und stellt gleichzeitig den Stromwert und die Vorgangshäufigkeit eines Antriebsstromes, der an die Spule 43 anzulegen ist, so ein, dass bei hoher Drehgeschwindigkeit das Schmieröl 25 in einer großen Menge zugeführt werden kann und dass es bei niedriger Drehgeschwindigkeit in einer kleinen Menge zugeführt werden kann.
  • Nunmehr zeigt 8 die Schaltungskonfiguration der in der Schmiervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Spulensteuereinrichtung. Die Steuereinrichtung 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit der Spule 43 verbunden, die verwendet wird, um den aus dem in 3 gezeigten GMR-Material bestehenden Stabkörper 30 auszudehnen, und steuert das Anlegen eines Stromes an die Spule 43.
  • Wie in 8 gezeigt wird, umfasst die Steuereinrichtung 6 eine Hochspannungsquelle 16 zum sprunghaften Erhöhen eines angelegten Stromes, eine Niederspannungsquelle 162 zum Erhalten einer erforderlichen Schmiermittel-Ausgabemenge nach dem Ansteigen des angelegten Stromes und zwei Transistoren (Feldeffekttransistor, FET) Tr1 und Tr2, die jeweils verwendet werden, um die Spannungsquellen 161 bzw. 162 entsprechend dem Ausgang der beiden Komparatoren 163 und 164 zu schalten.
  • Unter Bezugnahme auf den Betrieb der Steuereinrichtung 6 wird in dem Fall, in dem sowohl Tr1 als auch Tr2 zuerst angeschaltet werden, ein Strom von der Hochspannungsquelle 161 und der Niederspannungsquelle 162 zu der Spule zugeführt. Wie durch eine Stromwellenform in 9 gezeigt wird, steigt der Spulenstrom dabei plötzlich auf ein Anfangsdruck-Sollniveau (einen ersten Stromwert) an. Die Anstiegscharakteristik des Spulenstroms wird durch die Gleichung (5) veranschaulicht. I(t) = E/r[1 – exp{–rt/L}] (5)
  • Wobei I = Strom; E = Spannung, r = Widerstand und L = Induktivität.
  • Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass der Spulenwiderstand r gleich 1,7 [Ω] ist, dass die Induktivität L gleich 5 [mH] ist und dass die Spannung gleich 200 [V] ist, erreicht der Strom I(t) entsprechend der vorstehenden Gleichung bei einer Durchflusszeit von 128 [μs] 5 [A].
  • Wie in 9 gezeigt wird, erkennt die Steuereinrichtung 6 in dem Fall, in dem 5 [A] als das Ausgangsdruck-Sollniveau eingestellt werden, dass der Strom 5 [A] erreicht, und somit schaltet die Steuereinrichtung 6 den Tr1 ab. Als Reaktion darauf wird der Strom nur von der Niederspannungsquellenseite desselben an die Spule angelegt. Die Spannung E der Niederspannungsquelle kann wie folgt ermittelt werden.
  • Wenn die Querschnittsfläche der Düse als Sn [mm2] ausgedrückt wird und wenn die Querschnittsfläche des Zylinder-Innenvolumens als Sc [mm2] ausgedrückt wird und die Ausdehnung des GMR-Elementes als ΔL [mm/A] ausgedrückt wird, kann die Ausdehnungsgeschwindigkeit vm [mm/s] des GMR-Elementes, die notwendig ist, um eine erforderliche Ausgabegeschwindigkeit v [mm/s] zu erhalten, durch eine Gleichung (6) ausgedrückt werden. vm = v·Sn/Sc (6)
  • Weiterhin kann die notwendige Anstiegsgeschwindigkeit I' [A/s] des Stromes durch die Gleichung (7) ausgedrückt werden. I' = vm/ΔL (7)
  • Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass die Querschnittsfläche Sn der Düse 0,008 mm2] beträgt, dass eine erforderliche Ausgabegeschwindigkeit v gleich 50.000 [mm/s] ist und dass die Querschnittsfläche Sc des Zylinder-Innenvolumens gleich 30 [mm2] ist, so ist die erforderliche Ausdehnungsgeschwindigkeit vm des GMR-Elementes gleich 13,3 [mm/s].
  • Wenn dabei angenommen wird, dass die Ausdehnung ΔL des GMR-Elementes gleich 0,01 [mm/A] ist, so ist die erforderliche Anstiegsgeschwindigkeit ΔI des Stromes gleich 1330 [A/s].
  • Wenn weiterhin angenommen wird, dass die Ausgabemenge gleich 1 [mm3] ist, kann der erforderliche Stromanstieg ΔI wie folgt ermittelt werden: ΔI = 1/(Sc·ΔL) = 3,3 [A].
  • Eine erforderliche Zeit T, die notwendig ist, um diesen Stromwert zu erreichen, kann weiterhin auf folgende Weise ermittelt werden: T = 3,3/1330 = 2,48 × 10–3 [s].
  • Wenn die jeweiligen obenstehenden Parameter in der Gleichung (5) ersetzt werden, dann ist die Spannung E gleich 18,3 [V]. Daher kann diese Spannung unter den oben genannten Bedingungen als der Spannungswert der Niederspannungsquelle 162 eingestellt werden.
  • Auf diese Weise, indem die Spannung der Niederspannungsquelle als ein entsprechend der Ausgabegeschwindigkeit zu ermittelnder Wert eingestellt wird, kann in einer gege benen Pumpe eine gewünschte Ausgabegeschwindigkeit erreicht werden. Und wenn die Zeit T abläuft, nachdem der Stromwert ein Anfangsbeanspruchungs-Sollniveau erreicht, d. h. wenn eine gewünschte Ausgabemenge erreicht ist, wird Tr2 ebenfalls abgeschaltet, so dass der Spulenstrom abgeschaltet wird. Wenn die Erzeugung des Spulenstromes aufgrund der An- und Abschaltvorgänge von Tr1 und Tr2 bei einer vorgegebenen Vorgangshäufigkeit erfolgt, kann das Schmiermittel intermittierend von der Schmiervorrichtung ausgegeben werden.
  • Entsprechend dem vorliegenden System und im Vergleich mit einem abfallenden System, bei dem Strom durch Rückführung geregelt wird, oder mit einem Impulsbreiten-Regelungssystem kann die Schaltung der Steuereinrichtung so konfiguriert werden, dass Strom gespart und damit Stromkosten gesenkt werden können.
  • Im Übrigen ist die Schaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schaltung, bei der der Spannungswert entsprechend dem Stromwert der Spule automatisch an- und abgeschaltet werden kann. Der Spannungswert kann jedoch auch durch einen Zeitgeber an- und abgeschaltet werden.
  • Weiterhin wird in 9 der Strom abgeschaltet, nachdem der Stromwert ein erforderliches Ausgabemengenniveau erreicht. In diesem Fall kann der Stromwert vorzugsweise allmählich abgesenkt werden, um in dem Pumpenarbeitsraum ein Auftreten von Kavitation zu vermeiden.
  • 10 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels von Schwankungen des Spulenstromes in Bezug auf die abgelaufene Zeit. Im Übrigen betragen auch in diesem Fall die Induktivität L der Spule 5 [mH] und der Widerstand r 1,7 [Ω].
  • Wie in 9 gezeigt, wird ein plötzlicher Stromanstieg herbeigeführt, indem sowohl Tr1 als auch Tr2 von der Steuereinrichtung 6 angeschaltet werden, um dadurch eine hohe Spannung anzulegen.
  • Als nächstes wird Tr2 abgeschaltet, um damit das Schmiermittel mit einer nur von der Niederspannungsquelle vorgegebenen Ausgabegeschwindigkeit auszugeben. In 10 werden die Spannungswerte der Niederspannungsquelle auf drei Arten gezeigt, d. h. 24 [V], 18 [V] und 12 [V], und die Spannung E in dem oben genannten Berechnungsbeispiel, die 18,3 [V] beträgt, ist fast gleich dem vorliegenden Berechnungsbeispiel, das 18 [V] beträgt.
  • Weiterhin ist die Schmiervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass sie Probleme, wie zum Beispiel Schmiermittelleckagen oder Zusetzungen erkennen kann, um so die Betriebsbedingungen der Pumpe zu überwachen.
  • Zuerst werden nachstehend die Eigenschaften des magnetostriktiven Elementes beschrieben. Die beiden folgenden Eigenschaften können als typische Eigenschaften des magnetostriktiven Materials genannt werden.
  • Eine dieser Eigenschaften, die auch als der Joule-Effekt bezeichnet wird, bewirkt, dass das magnetostriktive Element durch ein auf das magnetostriktive Element wirkendes Magnetfeld verzogen werden kann. Wie oben beschrieben, ist die magnetostriktive Pumpe so aufgebaut, dass sie ein Magnetfeld unter Verwendung der genannten Eigenschaft an das magnetostriktive Element anlegt, um somit das magnetostriktive Element auszudehnen, um dadurch einen Kolben anzutreiben.
  • Die andere Eigenschaft wird auch als der Villari-Effekt bezeichnet. Der Villari-Effekt ist ein Effekt, bei dem die Permeabilität eines magnetostriktiven Elementes durch an das magnetostriktive Element angelegte Beanspruchungen verändert wird. Wenn eine Spule für Antrieb in einem magnetostriktiven Element angeordnet wird, kann die Induktivität der Spule durch den Villari-Effekt verändert werden. Wenn in einem GMR-Material die Beanspruchung auf etwa 1 [MPa] ansteigt, steigt die Induktivität normalerweise um etwa 30% in Bezug auf die Induktivität bei einer Beanspruchung von Null an.
  • Fehlererkennung ist unter Verwendung des Villari-Effektes wie folgt möglich. Bei Annahme eines normalen Betriebes einer Schmiervorrichtung ist der Druck in einem Zylinder zum Beispiel gleich etwa 4 [MPa] und die Querschnittsfläche eines Kolbens ist gleich ¼ der Querschnittsfläche des GMR-Elementes, und die Beanspruchung des GMR-Elementes beträgt etwa 1 [MPa]. In diesem Fall ist die Abnahmerate der Induktivität der Spule, die das GMR-Element umfasst, gleich einer Abnahmerate entsprechend der vorliegenden Beanspruchung, das heißt etwa 30%.
  • Wenn in der Schmiervorrichtung Probleme auftreten und die Düse dabei verstopft, steigt der Druck in dem Zylinder bis auf einen Bereich von etwa 30 bis 40 [MPa] an, und die Beanspruchung des GMR-Elementes steigt ebenfalls entsprechend diesem Zylinderdruck an, wodurch die Abnahmerate der Induktivität der Spule etwa 40% beträgt. Wenn andererseits Schmiermittelleckagen in der GMR-Material-Pumpe auftreten, sind der Druck in dem Zylinder und die Beanspruchung des GMR-Elementes fast gleich Null, und die Abnahmerate der Induktivität der Spule ist ebenfalls fast gleich Null.
  • Auf diese Weise und wenn Probleme in den Betriebsbedingungen der GMR-Material-Pumpe der Schmiervorrichtung auftreten, schwankt die Abnahmerate der Induktivität der Spule stark von 0% bis 40%.
  • Im Übrigen kann die Anstiegscharakteristik des in einer Spule fließenden Stroms durch die Gleichung (5) ausgedrückt werden.
  • Nach der Gleichung (5) und wie in 11 gezeigt gilt: Wenn die Abnahme der Induktivität der Spule gering ist, steigt ein in der Spule fließender Strom I später als ein Auslegungswert an, und wenn die Abnahme der Induktivität der Spule andererseits groß ist, steigt der Strom I früher an als der Auslegungswert.
  • Auf diese Weise kann die Abnahmerate der Induktivität der Spule, das heißt der Beanspruchung des GMR-Elementes, erfasst werden, indem die Anstiegszeit des in der Spule fließenden Stromes erfasst wird.
  • Aufgrund der Anstiegscharakteristik des Stromes durch Überwachung eines in der Spule fließenden Stromes wie in 12 gezeigt durch Verwendung eines Erfassungswiderstandes 167 und einer Strom-Entscheidungseinrichtung 168 ist es möglich, zu bewerten, ob die Betriebsbedingungen der GMR-Material-Pumpe gut sind oder nicht. Der Erfassungswiderstand 167 und die Strom-Entscheidungseinrichtung 168 entsprechen jeweils einer Strommesseinrichtung und einer Problem-Entscheidungseinrichtung.
  • Das heißt, wenn die Anstiegszeit des in der Spule 43 fließenden Stromes fast gleich dem Auslegungswert ist, kann festgestellt werden, dass die GMR-Material-Pumpe ein wandfrei arbeitet. Wenn die Anstiegszeit des Stromes kürzer ist als der Auslegungswert, kann festgestellt werden, dass der Druck in dem Zylinder 36 ansteigt, zum Beispiel wegen einer Zusetzung der Düse 20, und eine große Beanspruchung wurde in dem GMR-Element erzeugt. Wenn die Anstiegszeit des Stromes länger ist, kann festgestellt werden, dass ein Problem aufgetreten ist, wie zum Beispiel Austritt von Schmiermittel aus dem Schmiermittel-Strömungsdurchlass, und in dem GMR-Element wurde lediglich eine geringe Beanspruchung erzeugt.
  • 13 ist ein Blockschaltbild der schematischen Konstruktion der Entscheidungseinrichtung 168 und 14 ist ein Laufzeitdiagramm und zeigt Impulssignale, die jeweils entsprechend den Ausgabeintervallen sowie den Sensorausgängen im stabilen und normalen Betrieb der Schmiervorrichtung erzeugt werden. In diesem Fall weichen Signale aus der Zeit, in der sich die Schmiervorrichtung in dem Ausgabezustand befindet, und Erfassungssignale unter normalen und anormalen Betriebsbedingungen voneinander ab, das heißt Signale an der Zeit entsprechend der Impulsausgabezeit ta in 14 werden erfasst.
  • Wenn in stabilem Betrieb der Schmiervorrichtung das Auftreten anormaler Betriebsbedingungen erkannt wird, wird von der Entscheidungseinrichtung zuerst bewertet, ob die vorliegende Betriebsbedingung eine Entlüftungsbedingung in dem Anfangsstadium ist oder nicht, indem die Zykluszahl und der Hub des Kolbens 35 mit ihren jeweiligen Sollwerten verglichen werden. Wenn festgestellt wird, dass sich die vorliegende Betriebsbedingung nicht in dem Anfangsstadium befindet, wird der Ausgang des Spulenstromes mit einem Sollwert 1 verglichen, der ein Sollwert für normalen Betrieb ist. Wenn der Ausgang des Spulenstromes in den Bereich zwischen dem unteren und dem oberen Grenzwert des Sollwertes 1 fällt, wird die aktuelle Betriebsbedingung unverändert beibehalten; wenn der Ausgang andererseits außerhalb des Bereiches des Sollwertes 1 liegt, gibt die Entscheidungseinrichtung 168 ein Unterbrechungssignal zum Unterbrechen des Betriebes der Schmiervorrichtung aus. Aufgrund dessen sind die Erfassung des Auftretens anormaler Betriebsbedingungen im stabilen Betrieb und das Abschalten der Schmiervorrichtung möglich.
  • Ein in 13 gezeigter Impulsgeber 140 verknüpft ein Signal zum Steuern des intermittierenden Betriebes der Schmiervorrichtung mit der Entscheidungseinrichtung 168 bzw. verknüpft ein solches Signal mit einem in der Entscheidungseinrichtung 168 eingebauten Zeitgeber oder einem separat beigestellten Zeitgeber, um auf diese Weise das Ausgangssignal von einem Sensor entsprechend der in 14 gezeigten Impulsausgabezeit überwachen zu können. Als die Entscheidungseinrichtung 168 kann nicht nur die Schmiervorrichtung verwendet werden, sondern ebenso ein Rechner, der den Betrieb einer Maschine steuert, in der die Schmiervorrichtung zum Einsatz kommt.
  • Wie weiter oben beschrieben und da eine enge Beziehung zwischen dem Druck des Innenabschnittes des Zylinders 36 und der Ausgabe von Schmiermittel aus der Düse 20 besteht, wenn der Anstieg des Stromes der Spule 43 von dem Auslegungssollwert weg verschoben wird, wird angenommen, dass die Ausgabe des Schmiermittels von der Düse 20 ebenfalls nicht in Ordnung ist.
  • Unter Bezugnahme auf ein Beispiel, bei dem die erfindungsgemäße Schmiervorrichtung als eine Vorrichtung zum Zuführen des Schmiermittels zu dem Wälzlager einer Hochgeschwindigkeitsspindel verwendet wird und wenn erkannt wird, dass die Anstiegscharakteristik des Spulenstromes von dem Sollwert weg verschoben wird, kann die Entscheidungseinheit 168 ein Anormal-Signal ausgeben, wodurch eine Rückführungsregelung umgesetzt wird, zum Beispiel um die Drehung der Hochgeschwindigkeitsspindel dringend zu unterbrechen.
  • Weiterhin ist das vorliegende Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass der Abschluss der Entlüftung von der Düse erfasst werden kann.
  • Wie weiter oben beschrieben und aufgrund des Villari-Effektes, der eine der wichtigsten Eigenschaften des magnetostriktiven Elementes ist, verringert sich die Induktivität bei einer Beanspruchung von 1 [MPa] um etwa 30%, wenn eine auf das magnetostriktive Element wirkende Beanspruchung gleich Null ist.
  • Aufgrund der oben genannten Beziehung ist die Schnelligkeit des Anstieges eines in einer in 15 gezeigten Spule fließenden Stromes mit einer Beanspruchung verbunden, die auf ein GMR-Element wirkt, das heißt mit dem Druck in dem Innenabschnitt eines Zylinders. Daher kann der Abschluss der Entlüftung einer GMR-Material-Pumpe durch Erfassen eines in einer wie in 16 gezeigten Spule fließenden Stromes durch den Erfassungswiderstand 167 und eine Strom-Entscheidungseinheit 168 (die jeweils einer Strommesseinrichtung bzw. einer Luftgemisch-Entscheidungseinrichtung entsprechen) entschieden werden.
  • Mit anderen Worten, wenn der Abschluss der Entlüftung in der Startzeit des Betriebes der Schmiervorrichtung erkannt wird, wenn die Anstiegscharakteristik des Stromes mit der Charakteristik des Stromes in dem normalen Betriebszustand derselben verglichen wird, wenn der Stromwert nach der Zeit t klein ist, wird entschieden, dass die Luft in dem Zylinder 36 und in dem Schmiermittel-Strömungsdurchlass verbleibt. Wenn die Luft verbleibt, wird die GMR-Material-Pumpe durch die Steuereinrichtung 6 wie in 3 gezeigt so betrieben, dass der Kolben 36 mit einem schnelleren Zyklus angetrieben wird als der stabile Zustand desselben und ebenso mit einem größeren Hub, um die Luft in kurzer Zeit auszutreiben. Danach, wenn die Entlüftung abgeschlossen ist, das heißt wenn der Stromwert der Dauerwert wird, wird die GMR-Material-Pumpe wieder in ihren stabilen Betriebszustand zurückgeführt.
  • Aufgrund dessen kann die Entlüftung in kurzer Zeit automatisch erfolgen, zum Beispiel wenn die Schmiervorrichtung zum ersten Mal in Betrieb genommen wird oder wenn die Schmiervorrichtung morgens in Betrieb genommen wird.
  • 17 ist ein Blockschaltbild der schematischen Konstruktion der Entscheidungseinrichtung 168, die zur Entscheidung des Abschlusses der Entlüftung verwendet wird, und 18 ist ein Laufzeitdiagramm und zeigt Impulssignale, die entsprechend den Ausgabeintervallen zu erzeugen sind, sowie Sensorausgänge in der Luftmischzeit und der Entlüftungsabschlusszeit, wenn die Schmiervorrichtung gestartet wird. In diesem Fall erfasst die Entscheidungseinrichtung 168 ein Signal, das der Zeit entspricht, zu der sich die Schmiervorrichtung in dem Ausgabezustand befindet und zu der ein Unterschied in dem Erfassungssignal zwischen dem normalen Zustand und dem Luftmischzustand besteht, das heißt ein Signal, das der in 18 gezeigten Impulsausgabezeit ta entspricht. Analog zu dem oben Gesagten wird bei Erfassung von Entlüftung entschieden, ob der aktuelle Betriebszustand der Entlüftungszustand in der Startzeit der Schmiervorrichtung ist oder nicht, indem die Anzahl von Zyklen und Hüben des Kolbens 35 mit ihren jeweiligen Werten verglichen werden. Wenn der Betriebszustand die Startzeit ist, wird der Ausgang des Drucksensors mit dem Sollwert 2 verglichen, der ein Sollwert für normalen Betriebszustand ist. Wenn der Ausgang des Drucksensors kleiner ist als der Sollwert 2 und außerhalb des Sollwertbereiches liegt, kann der aktuelle Betrieb fortgesetzt werden. Wenn er andererseits gleich oder größer als der Sollwert 2 ist, wird ein Signal erzeugt, das anzeigt, dass der Betrieb stabil ist.
  • Auf diese Weise kann erfasst werden, ob die Entlüftung abgeschlossen ist oder nicht, und die Zykluszahl und der Hub des Kolbens 5 können in den stabilen Betriebszustand geschaltet werden.
  • Ein in 17 gezeigter Impulsgeber 140 verknüpft ein Signal zum Steuern des intermittierenden Betriebes der Schmiervorrichtung mit der Entscheidungseinheit 168 bzw. er verknüpft ein solches Signal mit einem in der Entscheidungseinrichtung 168 eingebauten Zeitgeber, um dadurch die Überwachung eines Ausgangssignals von einem Sensor entsprechend der in 18 gezeigten Impulsausgabezeit ta zu ermöglichen. Als die Entscheidungseinrichtung 168 kann weiterhin nicht nur die vorliegende Schmiervorrichtung verwendet werden, sondern auch ein Rechner, der den Betrieb einer Maschine steuert, in der die Schmiervorrichtung verwendet wird.
  • Als nächstes wird eine an der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge durchgeführte Leistungsprüfung beschrieben.
  • 19 und 20 sind schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels, in dem die Leistungsprüfung der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge durchgeführt wurde. An dieser Stelle werden die Ergebnisse beschrieben, die erhalten wurden, indem der Einfluss eines Luftschleiers auf die Düse 20 bei schneller Drehung der Spindel geprüft wurde, wobei der Ausgabezustand des Schmieröls 25 durch eine CCD-Kamera 56 visualisiert und auf einem Videoband aufgezeichnet wurde, weiterhin die Beziehung des Rohrinnendurchmessers und der Rohrlänge zu der Ausgabegeschwindigkeit und die Beziehung zwischen dem Rohrinnendurchmesser und der Ausgabe-Ölmenge. Im Übrigen werden als das Rohrmaterial solche Materialien verwendet, wie zum Beispiel austenitischer Edelstahl SUS 316, oder Kunststoffe, wie zum Beispiel PEEK. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel einfache Eisen-/Stahl-Materialien, nichtmetallisches Aluminium-/Kupfer-Material, Kunststoffwerkstoffe und keramisches Material.
  • Die vorliegende Leistungsprüfung wurde unter einer härteren Bedingung durchgeführt (das heißt unter einer Bedingung, die durch den Luftschleier leicht zu beeinflussen ist), indem der Abstand zwischen der Düsen-Führungsspitze und dem Lager auf etwa 50 mm eingestellt wird, was weitaus größer ist als der normale Abstand (etwa 10 mm).
  • Die Zuführung des Schmieröles zu dem Innenabschnitt des Lagers wurde so eingestellt, dass das Schmieröl den Kontaktabschnitt zwischen dem Innenring und den Wälzkörpern schmieren kann, während der Schmieröl-Zuführzustand visualisiert und auf Videoband aufgezeichnet wurde. Eine Visualisierungsvorrichtung besteht aus einem Stroboskop 55, einer CCD-Kamera 56, einer Steuereinrichtung 57 zum Steuern des Stroboskaps 55 und der CCD-Kamera 56, einem Videobandaufzeichnungsgerät 58 zum Aufzeichnen von Videosignalen von der CCD-Kamera 56, und einem Monitor 59 zum Anzeigen der Bilder, die von dem Videobandaufzeichnungsgerät 58 aufgezeichnet worden sind.
  • Die Visualisierungseinrichtung wurde verwendet, um den beobachteten Schmierzustand aufzutasten, in dem das Schmieröl 25 von der Düse 20 ausgegeben wurde. Als Schmieröl wurde ein Mineralöl VG22 (kinematische Viskosität 22 mm2/s bei einer Temperatur von 40°C) verwendet.
  • Auf diese Weise wurde der Ausgabezustand des Schmieröles 25 visualisiert und unter verschiedenen Bedingungen erprobt. Im Ergebnis dessen konnte bestätigt werden, dass das Schmieröl 25 von der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge in einer feinen Menge zugeführt werden kann, ohne durch einen Luftschleier beeinflusst zu werden, der in dem Innenabschnitt des Lagers auftritt. Weiterhin konnte die optimale Ausgabebedingung ermittelt werden. Hierbei wurde die Ausgabegeschwindigkeit, die frei von Beeinflussung durch den in dem Innenabschnitt des Lagers auftretenden Luftschleier ist, basierend auf früheren Ergebnissen auf gleich oder größer 10% der Geschwindigkeit der Innenringschulter eingestellt. In einem Lager mit einem Außenring-Außendurchmesser von 160 mm, einem Innenring-Innendurchmesser von 100 mm und einem Wälzkörper-Lochkreisdurchmesser von dm = 132,5 mm zum Beispiel stellt eine Umfangsgeschwindigkeit an einer Position des Wälzkörper-Lochkreisdurchmessers dm 131,8 m/s im Falle einer Drehgeschwindigkeit N = 19.000 min–1 bereit. Das heißt, die Ausgabegeschwindigkeit von 13 m/s, die etwa 10% der Umfangsgeschwindigkeit entspricht, stellt einen Stan dard bereit, und da dieser Wert größer ist und da die Ausgabemenge größer ist, kann die Ausgabebedingung breiter eingestellt werden.
  • 21 bis 23 zeigen jeweils die Versuchsergebnisse des Ausgabezustandes des Schmieröles.
  • 21 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausgabe-Innendurchmesser der Düse 20 und der Ausgabegeschwindigkeit und zeigt die Ergebnisse, die man erhält, indem der Versuch mit dem Ausgabe-Innendurchmesser der Düse als Parameter durchgeführt wird. Wie in 21 gezeigt wird, ist die Ausgabemenge umso geringer und ist die Ausgabegeschwindigkeit umso größer, je kleiner der Ausgabe-Innendurchmesser ist. Im Ergebnis des Versuches wurde weiterhin festgestellt: Wenn der Ausgabedurchmesser der Düse kleiner als 0,08 mm ist, nehmen die Schwankungen der Ausgabe-Ölmenge zu, und wenn der Düsen-Ausgabedurchmesser größer als 0,6 mm ist, weist die Ausgabegeschwindigkeit einen unzureichenden Wert auf, der gleich oder kleiner als 13 m/s ist. Daher soll der effektive Wertebereich des Ausgabedurchmessers der Düse vorzugsweise zwischen 0,08 und 0,6 mm liegen. In diesem Bereich wird das Schmieröl mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 13 bis 70 m/s und in einer Ausgabe-Ölmenge von 0,0008 bis 0,004 ml pro Einsritzung ausgegeben. Wenn weiterhin ein Gleichgewicht zwischen einer Ausgabegeschwindigkeit und einer Ausgabe-Ölmenge bei hoher Geschwindigkeit berücksichtigt wird, soll der Düsen-Ausgabedurchmesser insbesondere vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 bis 0,5 mm eingestellt werden. In diesem Fall wird das Schmieröl mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 25 bis 68 m/s und in einer Ausgabe-Ölmenge von 0,001 ml bis 0,003 ml ausgegeben.
  • Weiterhin werden die Ausgabegeschwindigkeit und die Ausgabe-Ölmenge durch die kinematische Viskositätscharakteristik von Schmieröl beeinflusst. Zum Beispiel liegt bei Schmieröl mit einer kinematischen Viskosität von 5 mm2/s bis 50 mm2/s bei einer Temperatur von 40°C die Ausgabegeschwindigkeit in dem Bereich von 10 m/s bis 100 m/s, während die Ausgabe-Ölmenge in dem Bereich von 0,0005 ml pro Einspritzung bis 0,01 ml pro Einspritzung liegt.
  • 22 zeigt die Ergebnisse der Visualisierung des Ausgabezustandes des Schmieröles 25 von der Düse 20 und der Prüfung der Ausgabegeschwindigkeit. Hier werden die jeweiligen Ausgabegeschwindigkeiten, die man erhält, wenn der Rohrinnendurchmesser d auf den Bereich von 0,5 bis 1,5 mm eingestellt ist und wenn die Rohrlänge L auf den Bereich von 100 mm bis 3000 mm eingestellt ist, graphisch dargestellt, wobei der Parameter L/d4 des Rohrwiderstandes die Abszisse darstellt. Wie aus dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist, ist in dem Fall L/d4 ≤ 12.000 (mm–3) die Ausgabegeschwindigkeit gleich oder größer als 13 m/s, was die geforderte Ausgabegeschwindigkeit erfüllt. 23 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Parameter L/d4 des Rohrwiderstandes und der Ausgabe-Ölmenge. Wie aus dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist, kann in dem Bereich von L/d4 ≤ 12.000 (mm–3) eine feine Ölmenge von 0,0008 ml/Einspritzung oder mehr zugeführt werden, und in dem Bereich von L/d4 ≤ 10.000 (mm–3) kann eine feine Ölmenge von 0,001 ml/Einspritzung zugeführt werden. Durch Kombinieren von L mit d in dem Bereich von L/d4 ≤ 12.000 (mm–3) kann daher die Ausgabegeschwindigkeit auf gleich oder größer als 13 m/s eingestellt werden, und die Ausgabe-Ölmenge auf gleich oder größer als 0,0008 ml/Einspritzung. Weiterhin können in dem Bereich von L/d4 ≤ 10.000 (mm–3) die Ausgabegeschwindigkeit auf gleich oder größer als 13 m/s und die Ausgabe-Ölmenge auf gleich oder größer als 0,001 ml/Einspritzung eingestellt werden. Weiterhin wird L/d4 durch den Umstand begrenzt, dass die Rohrlänge aufgrund des Zustandes der Vorrichtung nicht verkürzt werden kann und somit L/d4 ≥ 5 (mm–3) in dem praktischen Bereich liegt. Wenn der Rohrdurchmesser zwischendurch als d geändert wird, wird ein Durchschnitts-Durchmesser für die gesamte Rohrlänge verwendet.
  • Als nächstes wurde ein Drehversuch unter Verwendung einer Spindelvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt, und die Leistung des Schrägkugellagers 16a bei Verwendung der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge wurde mit der Leistung desselben bei Verwendung eines herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystems verglichen.
  • Als das Versuchslager wurde ein Lager mit den folgenden Daten verwendet: Außenring-Außendurchmesser = 160 mm; Innenring-Innendurchmesser = 100 mm; Wälzkörper-Lochkreisdurchmesser dm = 132,5 mm; Krümmungsradius der Innen-/Außenringnut = 52–56% des Kugeldurchmessers; Kontaktwinkel = 20 Grad; Material des Innen- /Außenrings = SUH2, und Material des Wälzkörpers = Si3N4. Die Bedingungen von Schmieröl: Mineralöl VG22 (kinematische Viskosität = 22 mm2/s bei einer Temperatur von 40°C); Axialbelastung = 980 N; Düsenzahl pro Lager = bei herkömmlicher Öl-Luft-Schmierung drei Düsen und bei der Ölschmierpumpe für superfeine Menge eine Düse und 0 bis 15.000 min–1 (teilweise 19.000 min–1, dm·N = 2.500.000). Versuche wurden jeweils zu der Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und dem Lagerdrehmoment, zu der Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und dem Temperaturanstieg des Außenringes, zu einem Vergleich der Schwankungen des Lagerdrehmomentes, zu einem Vergleich der Lärmpegel und zur Beobachtung der Visualisierung (auf Videoband aufgezeichnete Bilder) des Zustandes der Ölschmierpumpe für superfeine Menge durchgeführt.
  • 24 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und dem Lagerdrehmoment. In 24 entspricht das Öl-Luft-Schmiersystem den Daten, die erhalten werden, wenn drei Düsen jeweils Schmieröl von 0,03 ml pro Einspritzung in einem Intervall von acht Minuten ausgeben; das Ölschmiersystem für superfeine Menge entspricht den Daten, die erhalten werden, wenn eine Düse Schmieröl von 0,002 ml pro Einspritzung mit Intervallen von 10 s, 40 s und 1 s ausgibt, und die ausgegebenen Ölmengen sind 0,01125 ml/min., 0,012 ml/min., 0,003 ml/min. bzw. 0,12 ml/min.
  • Bei dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystem und bei einer Drehzahl von 15.000 min–1 (dm·N = 2.000.000) beträgt das Lagerdrehmoment 0,18 Nm, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Ölschmiersystem für superfeine Menge das Lagerdrehmoment 0,14 Nm beträgt, was niedriger ist als bei dem herkömmlichen System. Bei einer Drehzahl von 19.000 min–1 (dm·N = 2.500.000) beträgt das Lagerdrehmoment gemäß der Erfindung ebenfalls 0,16 N·m. Das heißt, die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ein niedrigeres Lagerdrehmoment als die herkömmliche Vorrichtung.
  • Aus den in 24 gezeigten Drehmomentcharakteristiken geht hervor, dass wenn die Ölzuführmenge in dem Bereich von 0,003 ml/min. bis 0,12 ml/min. liegt, das Drehmoment bei der Ölschmierung für superfeine Menge bei einer Drehzahl gleich oder größer als die Umdrehungsgeschwindigkeit von 12.000 bis 15.000 min–1 mit kürzer werdendem Intervall abnimmt, das heißt die Zuführ-Ölmenge pro Zeiteinheit ist größer. Dies ist dar auf zurückzuführen, dass eine bestimmte Schmierölmenge erforderlich ist, um den Rückgang der Ölfilm-Ausbildungsleistung aufgrund eines Temperaturanstiegs bei hoher Geschwindigkeit zu verhindern. Das heißt, für die verschiedenen verwendeten Drehgeschwindigkeiten liegen eine optimale Schmierölmenge, das optimale Schmieröl-Zuführintervall und die optimale Ausgabe-Ölmenge vor. Die optimale Schmierölmenge, das optimale Schmieröl-Zuführintervall und die optimale Ausgabe-Ölmenge bei der höchsten Drehzahl können ebenfalls nach der höchsten Drehzahl eingestellt werden. Bei einer großen Schmierölmenge und bei niedriger Drehzahl kann das Lagerdrehmoment jedoch zu groß sein. In diesem Fall muss die Steuereinrichtung das Schmieröl vorzugsweise so zuführen, dass sie die optimale Schmierölmenge, das optimale Schmieröl-Zuführintervall und die optimale Ausgabe-Ölmenge auswählt.
  • Im Übrigen kann in dem Fall eines Zylinderrollenlagers 17 nicht nur weil es hier keinen Spin gibt wie bei dem Schrägrollenlager, sondern auch weil der Kontaktflächendruck kleiner ist als bei dem Schrägrollenlager, und zwar auch bei einer geringen Zuführ-Ölmenge, das Lager 17 seine Ölfilm-Ausbildungsleistung aufrecht erhalten, während ein Bereich von 0,0005 ml/min. bis 0,12 ml/min. die optimale Bedingung der Zuführ-Ölmenge ist.
  • 25 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Spindeldrehzahl und dem Temperaturanstieg des Außenringes.
  • Wie aus dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist und in Bezug auf den Temperaturanstieg des Außenringes weist das Ölschmiersystem für superfeine Menge im Vergleich zu dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystem eine niedrige Temperatur auf. In der vorliegenden 25 und in der vorhergehenden 24 werden in dem Fall des Öl-Luft-Schmiersystems die Daten nur bis zu einer Drehzahl von 15.000 min–1 gezeigt. Dies ist dadurch begründet, dass bei einem Temperaturanstieg in dem Bereich von 15.000 min–1 bis 17.000 min–1 der Gradient des Temperaturanstieges steil verlief und die Temperatur auf über 60°C anstieg, so dass der Versuch abgebrochen wurde. Das heißt, im Vergleich zu dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystem erzeugt das Schmiersystem für superfeine Menge ein geringeres Drehmoment, kann es den Temperaturanstieg begrenzen und kann es die Spindel mit hoher Drehzahl drehen. Wenn im Übrigen bei niedriger Drehzahl die Zunahme der Lagertemperatur und des Drehmomentes aufgrund von übermäßiger Zuführung von Schmieröl ein Problem darstellt, kann als Gegenmaßnahme hierzu im Falle der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge die Schmieröl-Zuführmenge kontrolliert werden.
  • 26 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Überprüfung der Änderung des Lagerdrehmomentes und der Lagertemperatur bei Zuführung von Schmieröl. Für das Öl-Luft-Schmiersystem aus 26A werden hier Daten gezeigt, die man erhält, wenn drei Düsen jeweils Schmieröl in einer Menge von 0,03 ml/Einspritzung in Intervallen von acht Minuten ausgeben, insgesamt also 0,01125 ml/min. Für das Ölschmiersystem für superfeine Menge aus 26B werden Daten gezeigt, die man erhält, wenn eine einzelne Düse Schmieröl in einer Menge von 0,002 ml pro Einspritzung in Intervallen von zehn Sekunden ausgibt, insgesamt also 0,012 ml/min.
  • Bei dem herkömmlichen Luft-Öl-Schmiersystem führen die drei Düsen jeweils Schmieröl in Mengen von 0,03 ml pro Einspritzung in Intervallen von acht Minuten zu. Wie in 26A gezeigt wird, schwankt jedoch nach erfolgter Zuführung von Schmieröl das Lagerdrehmoment außerordentlich, und als Reaktion darauf steigt die Lagertemperatur an.
  • Bei dem Ölschmiersystem für superfeine Menge hingegen, und obwohl die Schmierölmenge pro Zeiteinheit im Vergleich zu dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystem fast gleich ist, ist die Zuführ-Ölmenge pro Einspritzung äußerst gering und ist das Zuführintervall kurz, so dass das Lagerdrehmoment und die Lagertemperatur in so geringem Maße schwanken, dass die Ölzuführzeit nicht unterschieden werden kann.
  • 27 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse, die man erhält, wenn die Lärmpegel der Ölschmierpumpe für superfeine Menge gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit denen für die herkömmliche Vorrichtung verglichen werden. Die Schmierbedingungen in diesem Vergleich sind ebenfalls die gleichen wie in 26. Wie aus dieser graphischen Darstellung ersichtlich ist, ist der Lärmpegel der Spindelvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmiersystem niedrig, da hier keine Druckluft verwendet wird.
  • Als nächstes werden unten die Ergebnisse von Versuchen zur Leistung der Spindelvorrichtung, einer Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung für einen Fall beschrie ben, bei dem eine Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung Schmieröl von der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge verteilend zu der Vielzahl von Lagern zuführt. 28 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge und zeigt einen Zustand, in dem die Leistungsprüfung der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung durchgeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Konstruktion verwendet, bei der Schmieröl von der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge zu der Vielzahl von Lagern unter Verwendung einer Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9, die zwischen der Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge und einer Düse 20 angeordnet ist, verteilt und zugeführt wird. Bei dieser Leistungsprüfung wurden die Ausgabezustände des Schmieröles visualisiert und auf Video aufgezeichnet, und die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 wurde auf ihre Leistung geprüft, insbesondere die Beziehung zwischen der Rohrlänge und der Ausgabegeschwindigkeit der Düse 20 sowie die Beziehung zwischen der Rohrlänge und der Ausgabemenge der Düse 20, wenn die Spindel mit hoher Drehzahl dreht. In dem vorliegenden Versuch wurde als die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 ein Sechswegeventil aus der Baureihe „AUTOMATIC VALVE UNIT 401 SERIES", hergestellt von der LABO SYSTEM Mfg. Co. verwendet und als Rohr 10 wurde ein Rohr verwendet, das aus Edelstahl ausgebildet ist und einen Außendurchmesser von 1,59 mm (1/16 Zoll) und einen Innendurchmesser von 1 mm hat. Die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 ist so aufgebaut, dass sechs Einheiten des Rohres 10 damit verbunden werden können. Wenn eine Düse für ein Lager verwendet wird, kann eine Einheit der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 bis zu sechs Lager bedienen. Im Übrigen erfolgt die Auswahl der für die Zuführung von Schmieröl zu verwendenden Rohre 10 durch die Steuerung 11, die mit der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verbunden ist.
  • Eine Visualisierungsvorrichtung 120 umfasst ein elektronisches Blitzgerät 55, die CCD-Kamera 56, eine Steuereinheit 57 zum Steuern des elektronischen Blitzgerätes 55 und der CCD-Kamera 56, ein Videobandaufzeichnungsgerät 58 zum Aufzeichnen von von der CCD-Kamera 56 übertragenen Bildsignalen und den Monitor 59 zum Anzeigen der Bildsignale, die nicht von dem Videobandaufzeichnungsgerät 58 aufgezeichnet werden. Zur Bewertung der Leistung der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 wurde der Schmieröl-Ausgabezustand von der Düse 20 visualisiert, und die Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeit und die Ausgabemenge von der Düse 20 wurden zwischen ei nem Fall, bei dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht verwendet wird, verglichen. Bei diesem Vergleich wurden als Vergleichsbedingungen ein Düsenausgabedurchmesser auf 0,2 mm und eine Rohrlänge in dem Bereich von 0,5 bis 4,0 m eingestellt.
  • Bei diesem Vergleichsversuch wurden insgesamt sechs Rohre mit dem ersten bis sechsten Anschluss (nicht gezeigt) der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verbunden; die Länge der Rohre schwankte zwischen 0,5 und 4,0 mm, und die Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeit und die Schmierölmengen von der mit den Rohren verbundenen Düse 20 wurden jeweils gemessen. Unter Bezugnahme auf die Schmieröl-Zuführpositionen in die Innenabschnitte der Lager wurden bei diesem Versuch die Kontaktabschnitte zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen der Innenringe der Lager als Zielpositionen eingestellt.
  • 29 zeigt die Vergleichsergebnisse der Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeiten zwischen einem Fall, bei dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht verwendet wird (eine Pumpe und eine Düse werden unter Verwendung eines Rohres direkt miteinander verbunden). Hierbei drückt der Ausdruck „Rohrlänge", der auf der Abszissenachse von 29 verwendet wird, eine Länge von dem Ausgang der Pumpe zu dem Eingang der Düse aus. Entsprechend 29 kann festgestellt werden, dass es einen geringen Unterschied in der Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeit zwischen einem Fall, bei dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht-verwendet wird, gibt.
  • 30 zeigt die Vergleichsergebnisse der Schmieröl-Ausgabemengen zwischen einem Fall, bei dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verwendet wird, und einem Fall, bei dem diese nicht verwendet wird. Bei diesem Vergleich wurden die Bewertungsbedingungen analog zu denen in 29 eingestellt. Entsprechend 30 kann festgestellt werden, dass ein geringer Unterschied zwischen dem Fall, in dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verwendet wird, und dem Fall, in dem diese nicht verwendet wird, besteht. Daher erzeugt die Verwendung der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 bei der Zuführung von Schmieröl in den Rohren wenig Verlust.
  • Die oben genannten Versuchsergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung der Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 eine einzelne Schmiervorrichtung in der Lage ist, Schmieröl in ausreichender Weise zu einer Spindelvorrichtung zuzuführen, einschließlich einer Vielzahl von Lagern, und dass selbst bei einem Vergleich mit dem Fall, in dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 nicht verwendet wird, kein Unterschied in der Schmieröl-Ausgabegeschwindigkeit von der Düse und in der Schmieröl-Ausgabemenge von der Düse besteht. Das heißt, der Einsatz einer Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung macht es möglich, stabile verteilende Schmierölzuführung durchzuführen und eine gleichwertige Leistung im Verglich zu dem Fall, in dem die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung nicht verwendet wird, bereitzustellen.
  • Im Übrigen wird bei der oben genannten Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 der Spindelvorrichtung ein Sechswegeventil aus der Baureihe „AUTOMATIC VALVE UNIT 401 SERIES", hergestellt von der LABO SYSTEM Mfg. Co., verwendet. Dies ist jedoch nicht beschränkend, und als andere handelsübliche selbsttätige Ventile können zum Beispiel ein Zwölfwegeventil aus der Baureihe „AUTOMATIC VALVE UNIT 401 SERIES", hergestellt von der LABO SYSTEM Mfg. Co., oder ein Ventil mit der Bezeichnung „LabPRO 6" und ein Ventil mit der Bezeichnung „LabPRO 10", beide hergestellt von der SHIMAZU Mfg. Co., verwendet werden. Ebenso ist als eine Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung die oben genannte Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 nicht beschränkend, sondern beliebige andere Vorrichtungen können verwendet werden, insofern sie über einen ähnlichen Mechanismus und über eine ähnliche Leistung wie die Mehrfachverzweigungs-Rohrleitungsvorrichtung 9 verfügen.
  • Wie weiter oben ausführlich beschrieben worden ist, und da entsprechend der Spindelvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ölschmierpumpe 5 für superfeine Menge bereitgestellt wird und da der Winkel und die Position der Düse 20 optimal ausgelegt werden, kann das Schmieröl 25 punktgenau in einer superfeinen Menge (0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung) direkt zu der gewünschten Position in dem Lager in Intervallen von Dutzenden Sekunden zugeführt werden.
  • Da weiterhin das Schmieröl-Zuführintervall und die Schmierölmenge durch die Steuereinrichtung entsprechend der Drehgeschwindigkeit verändert werden können, kann das Schmieröl stets in einer richtigen Menge für die Drehung der Spindel unabhängig von der Spindeldrehzahl zugeführt werden.
  • Dies kann eine ideale Schmierbedingung in dem Innenabschnitt des Lagers bereitstellen, wodurch es wiederum möglich wird, eine Konstruktion bereitzustellen, die eine sehr hervorragende Drehmomentstabilität aufweist. Weiterhin kann ein Temperaturanstieg des Lagers auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden. Da weiterhin das Schmieröl 25 zuverlässig zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt wird, kann eine gute Schmieröl-Zuführwirksamkeit erzielt werden, und die Verbrauchsmenge an Schmieröl kann reduziert werden. Daher ermöglicht das Schmierölsystem für superfeine Menge Drehung bis zu einem höheren Drehzahlbereich als das herkömmliche Öl-Luft-Schmiersystem.
  • Da weiterhin keine Druckluft verwendet wird, ist der Lärmpegel niedrig und es tritt nur wenig Ölnebel auf. Und da der Schmieröl-Ausgabesensor und der Düsen-Verstopfungssensor in den Hauptkörper der Vorrichtung eingebaut werden, kann Auftreten von Problemen vermieden werden.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden: Durch die Verwendung eines Ölschmiersystems für superfeine Menge, einer Schmieröl-Druckschmierungsvorrichtung, eines Wärmeaustauschers, einer Schmieröl-Auffangvorrichtung und sonstiger Wartungsvorrichtungen wie zum Beispiel von Druckluft, die in herkömmlichen Schmiersystemen, einschließlich in Ölnebelschmiersystemen, zum Einsatz kommen, können ein Öl-Luft-Schmiersystem und ein Strahlschmierverfahren vereinfacht werden; kann der Lärmpegel auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden; kann der Verbrauch an Schmieröl reduziert werden, wodurch ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet wird; kann das Lagerdrehmoment auf ein niedriges Drehmomentniveau reduziert werden und in seiner Stabilität verbessert werden; und kann der Temperaturanstieg des Lagers auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden, wodurch die Drehgenauigkeit der Spindel verbessert werden kann. Daher kann entsprechend dem vorliegenden Ölschmiersystem für superfeine Menge eine Spindelvorrichtung bereitgestellt werden, die vorteilhafter und kompakter ist als eine Spindelvorrichtung, die herkömmliche Schmierverfahren nutzt.
  • Im Übrigen wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Schmierölpumpe 5 für superfeine Menge ein GMR-Element verwendet. Das GMR-Element ist jedoch nicht beschränkend, auch nicht in anderen Schmiersystemen für superfeine Menge, die ein Piezo-Element oder eine Kombination aus einem Elektromagneten und einer Tellerfeder verwenden, insofern das Schmieröl in einer sehr feinen Menge von 0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung und mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 10 bis 100 m/s ausgegeben wird und die Spindelvorrichtung eine Drehleistung erreichen kann, die gleich der der Spindel, die das magnetostriktive Element verwendet, ist.
  • Weiterhin kann neben dem GMR-Material mit einer positiven Charakteristik auch magnetostriktives Material mit einer positiven und einer negativen Charakteristik verwendet werden, um eine Pumpe auszubilden, die die Ausdehnung und Zusammenziehung des Stabkörpers nutzt.
  • Weiterhin ist der Einsatz der oben genannten Spindelvorrichtung nicht auf die in 1 gezeigte Spindelvorrichtung beschränkt, sondern sie kann in einer Spindelvorrichtung hoher Drehgeschwindigkeit verwendet werden, die durch geringe Drehmomentschwankungen und einen geringen Temperaturanstieg gekennzeichnet sein muss.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Spindelvorrichtung, das die Schmierölpumpe für superfeine Menge umfasst, bestehend aus einem Elektromagneten und einer Tellerfeder gemäß der Erfindung, beschrieben werden. Im Übrigen ist die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Konstruktion ähnlich der der Spindelvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme der Schmiervorrichtung, wobei eine erneute Beschreibung derselben ausgelassen wird.
  • In dem Fall der Schmierölpumpe für superfeine Menge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird als Antriebsquelle zum Antreiben eines Kolbens, der verwendet wird, um den Druck in einer Druckerzeugungskammer (Pumpenarbeitsraum) zu erhöhen, wie in 3 gezeigt ein stabförmiges GMR-Material verwendet. Als Material für diesen stabförmigen Körper kann in Abhängigkeit von den Schmierbedingungen auch ein Piezo-Element verwendet werden. Ein Magnetfeld oder eine Spannung wird an das GMR- Material bzw. an das Piezo-Element angelegt, das mit dem Kolben 35 verbunden ist, um dadurch das GMR-Material bzw. das Piezo-Element zu dehnen; das GMR-Material bzw. Piezo-Element wird aufgrund der Ausdehnung gegen den Kolben 35 gedrückt und erhöht somit den Druck in der Druckerzeugungskammer (dem Pumpenarbeitsraum) 37, wodurch eine superfeine Menge von Schmieröl intermittierend von der Düse ausgegeben wird. Um die gewünschte Ausgabegeschwindigkeit und Ausgabe-Ölmenge zu erhalten, ist eine vorgegebene Dehnungsmenge des Stabkörpers erforderlich. Wenn zum Beispiel die gewünschte Ausgabegeschwindigkeit und die Ausgabe-Ölmenge von von einer Düse, die mit einer Pumpe verbunden ist und einen Innendurchmesser von 0,1 mm hat, ausgegebenem Schmieröl auf etwa den Bereich von 10 bis 100 mm/s und den Bereich von 0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung eingestellt werden, wird ein GMR-Material benötigt, das in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und einen Außendurchmesser von 12 mm sowie eine Länge von etwa 100 mm hat (der Stabkörper erzeugt eine Dehnung von etwa 100 μm, wohingegen die Dehnung des GMR-Materials etwa 1000 ppm beträgt).
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden anstelle des aus dem magnetostriktiven Material oder dem Piezo-Element ausgeformten Element ein Elektromagnet und eine Feder zum Antreiben des Kolbens verwendet, so dass eine Konstruktion bereitgestellt werden kann, deren Größe und Kosten reduziert werden können.
  • 31 ist eine Schnittdarstellung einer Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge, die in einer Spindel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt wird. Wie in 31 gezeigt wird, umfasst die Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge einen Elektromagneten 261, ein erstes Gehäuse 262 zum Aufnehmen des Elektromagneten 261 in demselben, einen beweglichen Körper (Kolben) 263 mit einer Schulter in dem zylindrisch geformten Zwischenabschnitt desselben und ein zweites Gehäuse 265 zur Aufnahme des beweglichen Körpers und einer gegen den beweglichen Körper drückenden Tellerfeder 264 in demselben; und die Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge umfasst weiterhin eine Druckerzeugungskammer 266, die zwischen dem beweglichen Körper 263 und dem zweiten Gehäuse 265 angeordnet ist, einen saugseitigen Strömungsdurchlass 267 und einen druckseitigen Strömungsdurchlass 268, die jeweils mit der Druckerzeugungskammer 266 verbunden sind, sowie die Rückschlagventile 269 und 270, die an dem saugseitigen Strömungsdurchlass 267 bzw. an dem druckseitigen Strömungsdurchlass 268 angeordnet sind.
  • In der wie oben beschrieben aufgebauten Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge ist die Tellerfeder 264, die verwendet wird, um den beweglichen Körper 263 zu der Seite der Druckerzeugungskammer 266 hin zu drücken, zwischen der Schulter-Endfläche 263a des beweglichen Körpers 263 und der Endfläche 265a des zweiten Gehäuses angeordnet. Der bewegliche Körper 263 kann, wenn ein Strom zu der Spule des Elektromagneten 261 von der Spulen-Treiberschaltung 275 zugeführt wird, zu der Seite des Elektromagneten 261 angezogen werden und kann dabei mit einem Elektromagnet-Abschnitt 271, der in dem ersten Gehäuse 262 ausgebildet ist, in Kontakt gebracht werden. In diesem Zustand wird eine Stauchkraft erzeugt, da die Tellerfeder 264 zusammengezogen ist.
  • Danach, wenn die Stromversorgung von der Steuereinrichtung 275 abgeschaltet wird, verschwindet die Anzugskraft des Elektromagneten 261, und der bewegliche Körper 263 wird aufgrund der abstoßenden Kraft der Tellerfeder 264 zu der Seite der Druckerzeugungskammer 266 hin gedrückt. Infolgedessen wird die Druckerzeugungskammer 266, in der das Schmieröl 25 gespeichert ist, mit Druck beaufschlagt, so dass das in der Druckerzeugungskammer 266 gespeicherte Schmieröl 25 von der Düse 20 durch das Rückschlagventil 270 an dem ausgabeseitigen Öldurchlass 268 ausgegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Tellerfeder 264 in dem Zwischenraum so eingestellt, dass sie in dem Bereich von 10 bis 60% der Gesamtdurchbiegung verwendet werden kann. Beim Ansaugen andererseits, indem ein Strom von der Steuereinrichtung 275 zu der Spule des Elektromagneten 261 zugeführt wird, wird in dem Elektromagneten 261 ein Magnetfeld erzeugt, so dass der bewegliche Körper 263 von dem Magnetfeld angezogen wird. Infolgedessen wird die Druckerzeugungskammer 266 gedehnt und somit wird Schmieröl 25 von dem Schmierölbehälter 2 durch das Rückschlagventil 269 an dem saugseitigen Strömungsdurchlass 267 angesaugt. Wenn der bewegliche Körper 263 angezogen wird, wird die Tellerfeder 264 zusammengezogen und sie erzeugt dabei eine Stauchkraft, die einen auf die Druckerzeugungskammer wirkenden Druck erzeugt, so dass eine gewünschte Ausgabegeschwindigkeit erzielt werden kann.
  • Durch Wiederholen der oben beschriebenen Ansaug- und Ausgabe-Vorgänge wird Schmieröl 25 intermittierend von der Düse 20 ausgegeben. Weiterhin wird der Elektromagnet 261 aus einem ferromagnetischen Körper ausgebildet und natürlich wird die Anzugskraft des Elektromagneten 261 größer eingestellt als die Stauchkraft, die durch das Zusammenziehen der Tellerfeder 264 erzeugt wird.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und unter der Annahme dass der Düsendurchmesser auf 0,1 mm eingestellt wird, dass die Ausgabegeschwindigkeit in der Größenordnung von 60 m/s eingestellt wird, dass die Ausgabe-Ölmenge auf 0,006 ml pro Einspritzung eingestellt wird, dass der Druck der Druckerzeugungskammer 266 auf die Größenordnung von 4 MPa eingestellt wird, dass der Außendurchmesser des beweglichen Körpers 263 in dem Druckerzeugungskammer-Abschnitt auf 10 mm eingestellt wird und dass die Hublänge des beweglichen Körpers auf 80 μm eingestellt wird, kann als die Tellerfeder 64 eine Tellerfeder für große Last verwendet werden, die eine Nenngröße von 12 oder größer hat, die unter die Klassifikation JIS B 2706 fällt.
  • Bei der Auslegung des für diese Anordnung geeigneten Elektromagneten 261 werden die Abmessungen des Elektromagnet-Abschnittes desselben so eingestellt, dass der Außendurchmesser = 50 mm und die Länge = etwa 40 mm beträgt, und die Größe des beweglichen Abschnittes des Antriebsmechanismus-Abschnittes beträgt etwa 40% dessen, was man erhält, wenn das GMR-Element entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, so dass der Elektromagnet 261 kompakt ausgeführt werden kann. Um den Elektromagneten 261 anzutreiben, kann eine kleine Leistung eines Gleichstromes von 6 V und etwa 0,1 A zugeführt werden. Wenn daher der Elektromagnet wie beschrieben ausgelegt wird, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die gleiche Funktion wie das erste Ausführungsbeispiel haben und es kann ebenfalls die Größe und die Kosten der Spindelvorrichtung reduzieren. In dem Fall, in dem ein mechanisch betriebener Verschlussmechanismus in der Spindelvorrichtung bereitgestellt wird, kann die Stromversorgung zu dem Elektromagneten 261 nur ausgeführt werden, wenn der bewegliche Körper 263 zusammengezogen wird, was auch Stromverbrauch einsparen kann.
  • Im Übrigen gilt für das vorliegende Ausführungsbeispiel: Wenngleich kein Rohr mit der Spindelvorrichtung verbunden ist, kann ein zu verbindendes Rohr hinreichend diese Leistung als etwa 50% der oben genannten Ausgabegeschwindigkeit erfüllen, insofern es einen Innendurchmesser von etwa 1 mm und eine Länge von 2 m oder weniger hat. Auf diese Weise treibt die Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge, die in einer Spindelvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingesetzt wird, unter Verwendung der durch Zusammendrücken der Tellerfeder 264 zu erzeugenden Stauchkraft den beweglichen Körper 263 an, der in dem Zylinder angeordnet ist, um das Volumen der Druckerzeugungskammer 266 zu komprimieren, um dabei Schmieröl 25 auszugeben, und andererseits wird die Anzugskraft des Elektromagneten 261 verwendet, um den beweglichen Körper 263 zurückzuführen. Da die Schmierölpumpe 260 für superfeine Menge keine kostspieligen Elemente, wie zum Beispiel magnetostriktives Material oder ein Piezo-Element, enthält, sondern eine Tellerfeder und einen Elektromagneten nutzt, kann die Spindelvorrichtung kostengünstig und einfach hergestellt werden, so dass die Größe und Kosten derselben reduziert werden können.
  • Im Übrigen können die Schmierölpumpen 5 und 260 für superfeine Menge, die jeweils in der Spindelvorrichtung entsprechend dem obengenannten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden, in geeigneter Weise zum Beispiel auch in einem Bearbeitungszentrum eingesetzt werden, bei dem hohe Präzision und hohe Drehgeschwindigkeiten gefordert sind.
  • Weiterhin können bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch Erfassen des Spulenstromes ein anormaler Betriebszustand und der Abschluss der Entlüftung entschieden werden. Jedoch können ein anormaler Betriebszustand und der Abschluss der Entlüftung auch mit den folgenden Verfahren detektiert werden:
    • (1) Ein Spannungswert proportional zu einem Stromwert wird durch Messen des Spannungsabfalls eines Erfassungswiderstandes unter Verwendung eines Spannungsmessers detektiert, und der Stromwert wird ausgehend von dem wie beschrieben ermittelten Spannungswert detektiert.
    • (2) Die Stärke des Magnetfeldes proportional zu einem Spannungswert wird unter Verwendung eines Hallgebers gemessen, und der Stromwert wird auf der Grundlage des wie beschrieben ermittelten Magnetfeldwertes detektiert. In diesem Fall kann der Hallgeber vorzugsweise in der Nähe des Stabkörpers angeordnet werden, wodurch es mög lich wird, den Ausdehnungs- und Zusammenziehungs-Vorgang des Stabkörpers direkter zu detektieren, wodurch man in die Lage versetzt wird, die Messgenauigkeit zu verbessern.
    • (3) Ein Drucksensor ist in einem Zylinder installiert, und der Druck des Innenabschnittes des Zylinders wird durch den Drucksensor detektiert.
    • (4) Unter Verwendung einer Wegmessvorrichtung zum Messen des Weges eines Kolbens wird die Wegmenge detektiert.
    • (5) Unter Verwendung eines Schwingungssensors werden Schwingungen gemäß der Rückwirkungskraft eines Kolbens detektiert.
  • Weiterhin steht als die andere Anwendung der Spindelvorrichtung gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel zum Beispiel die Zuführung von Schneidöl bei halbtrockenen Verfahren zur Verfügung.
  • Gemäß der Spindelvorrichtung der Erfindung und da diese eine Ölschmierpumpe für superfeine Menge umfasst, können eine Druckschmierungsvorrichtung, ein Wärmeaustauscher, eine Schmieröl-Auffangvorrichtung und andere Wartungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Druckluft, die in herkömmlichen Schmiersystemen, wie zum Beispiel Ölnebelschmierung, Öl-Luft-Schmierung und Strahlschmierung, verwendet werden, vereinfacht werden, und der Lärmpegel kann auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden, der Ölverbrauch kann reduziert werden, wodurch ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet wird, die Drehmomentstabilität kann verbessert werden, und der Temperaturanstieg des Lagers ist gering, wodurch die Drehgenauigkeit der Spindel verbessert werden kann.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Nunmehr wird unten ein drittes Ausführungsbeispiel der Spindel-Schmiervorrichtung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden. 32 ist eine schematische Darstellung einer Spindel-Schmiervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 33 ist eine konkrete Ausführung einer in 32 gezeigten Spindelvorrichtung.
  • Eine Spindel-Schmiervorrichtung 300 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine Spindelvorrichtung 314, eine Schmiervorrichtung für superfeine Menge mit einem Mehrfachverteilungsmechanismus 322 und eine Steuerung 324. Die Spindelvorrichtung 314 umfasst eine Vielzahl von Lagern 310a, 310b, 310c, 310d für drehendes Tragen einer Welle 305 und eine Vielzahl von Düsen 312a, 312b, 312c, 312d zum Ausgeben von Schmieröl zu den zugehörigen Lagern 310a, 310b, 310c, 310d. Die Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit einem Mehrfachverteilungsmechanismus 322 umfasst einen Mehrfachverteilungsmechanismus 320 zum Verteilen von Schmieröl, das von einer Ölschmierpumpe für superfeine Menge (Schmieröl-Zuführvorrichtung) 316 zu den Rohren 318 zugeführt wird, die mit der Vielzahl von Lagern 310a, 310b, 310c, 310d verbunden sind. Die Steuerung 324 steuert die Anzahl von Malen von Zuführeinspritzungen (intermittierend) von Schmieröl zu den jeweiligen Lagern 310a, 310b, 310c, 310d und wählt die Rohre 318 aus, die das Schmieröl zuführen sollen.
  • Das aus der Schmiervorrichtung mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 ausgegebene Schmieröl strömt durch die Rohre 318, die mit dem Mehrfachverteilungsmechanismus 320 verbunden sind, und wird danach von den Düsen 312a, 312b, 312c, 312d zu den jeweiligen Lagern 310a, 310b, 310c, 310d in der Spindelvorrichtung 314 in einer superfeinen Menge (0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung) zugeführt.
  • Wie weiter oben beschrieben, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da das Schmieröl zu den jeweiligen 310a, 310b, 310c, 310d zugeführt wird, eine Schmiervorrichtung benötigt, die einen Mehrfachverteilungsmechanismus umfasst.
  • Als konkretes Beispiel der Spindelvorrichtung 314 zeigt 33 eine Spindelvorrichtung, die in einer gewöhnlichen Werkzeugmaschine eingesetzt wird. Die Spindelvorrichtung 314 umfasst eine Welle 305, eine Vielzahl von Lagern 310a, 310b, 310c, 310d (in dem veranschaulichten Beispiel vier Schrägkugellager) zum frei drehbaren Tragen der Welle 305 und ein Gehäuse 328 zum Abdecken der Außenflächen der jeweiligen Lager. Die Lager 310a, 310b, 310c, 310d sind in vorgegebenen Abständen in der axialen Richtung der Welle 305 angeordnet, so dass sie zwei Gruppen von Lagern bilden, die jeweils die Vorder- und die Rückseite der Welle 305 stützen. Die Außenringe der jeweiligen Lager sind an der Innen-Umfangsfläche des Gehäuses 328 befestigt, der Außenring des Lagers 310a, der in dem vordersten Abschnitt angeordnet ist, steht in Kontakt mit und ist durch einen Außenringhalter 330 befestigt an der Frontabdeckung 332, und der Außenring des Lagers 310d, der in dem hintersten Abschnitt angeordnet ist, ist an dem Gehäuse 328 durch einen Außenringhalter 334 befestigt, während er durch eine Feder 336 elastisch in der axialen Richtung der Welle 305 gespannt wird. Zwischen den jeweiligen Lagern sind weiterhin zylindrisch geformte Außenring-Abstandshalter 338 zwischengeschaltet, die jeweils verwendet werden, um ihre zugehörigen Lager in axialer Richtung zu befestigen.
  • Andererseits sind die Innenringe der jeweiligen Lager mit der Außenumfangsfläche der Welle 305 eingepasst, und zwischen den jeweiligen Lagern sind zylindrisch geformte Innenring-Abstandshalter 340 zwischengeschaltet, die jeweils verwendet werden, um ihre zugehörigen Lager in der axialen Richtung zu fixieren.
  • Das Schmieröl wird zu der Spindelvorrichtung 314 zugeführt, die wie folgt wie oben beschrieben aufgebaut ist. Die vier Rohre 318, die mit der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 durch ein saugseitiges Rohrbefestigungsgelenk 326 befestigt sind, sind jeweils durch Rohrführungsnute 342a, 342b, die in dem Gehäuse 328 der Spindelvorrichtung 314 ausgebildet werden, durchdrungen und danach durch ihre zugehörigen druckseitigen Rohrbefestigungsgelenke 344 mit den Düsen 312a, 312b, 312c, 312d verbunden, die in der Nähe ihrer zugehörigen Lager 310a, 310b, 310c, 310d angeordnet sind.
  • Die genannten Düsen 312a, 312b, 312c, 312d sind jeweils durch Aufnahmelöcher eingeführt und befestigt, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie ihre jeweiligen Außenring-Abstandshalter 338 von der Außenumfangsflächenseite des Gehäuses 328 durchdringen, während die Führungsenden der jeweiligen Düsen durch die Außenring-Abstandshalter 338 durchstehen und in Lückenräume zwischen den Außenring-Abstandshaltern 338 und den Innenring-Abstandshaltern 340 hinein vorstehen. In diesem Fall sind die vier Düsen für die vier Lager nacheinander angeordnet und somit wird die Zuführung des Schmieröles durch die Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 auf vier Abschnitte verteilt. Im Übrigen kann die Anzahl der Verteilungen (die Anzahl der Rohre) gleich oder größer der Anzahl der in der Spindelvorrichtung 314 verwendeten Lager sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Welle 305 in der horizontalen Richtung gelagert, wenn die Welle 305 jedoch zum Beispiel in einem Bearbeitungszentrum eingesetzt wird, kann die Welle 305 so verwendet werden, dass sie vertikal oder schräg gelagert ist.
  • Als nächstes wird nachstehend die konkrete Konstruktion der Schmierölvorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 beschrieben werden. Hier ist 34 eine Schnittdarstellung der Konstruktion der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 34 gezeigt wird, umfasst die Ölschmierpumpe 316 der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 einen Stabkörper 346, der aus GMR-Material mit positiver Charakteristik ausgebildet ist, während ein Abschlussabschnitt 346a des Stabkörpers 346 in der axialen Richtung desselben durch einen Vorspannungs-Einstellungsmechanismus 348 mit einem Kasten 350 verbunden ist. Wenn ein Magnetfeld an den Stabkörper 346 angelegt wird, dehnt sich der Stabkörper 346 in der axialen Richtung aufgrund der Erscheinung der magnetischen Dehnung (Joule-Effekt) aus.
  • Als der Vorspannungs-Einstellmechanismus 348 kann ein Schraubgetriebe verwendet werden, das so aufgebaut ist, dass zum Beispiel wenn es gedreht wird, es in axialer Richtung des Stabkörpers 346 hervorsteht, um dabei gegen einen Endabschnitt 346a des Stabelementes 346 zu drücken. An dem anderen Endabschnitt 346b des Stabkörpers 346 ist in der axialen Richtung desselben ein Druckübertragungselement 352 angeordnet, dass ein Stabkörper 346 zu dem Vorspannungs-Einstellmechanismus 348 drückt, um dadurch Druck zu übertragen, ohne eine Lücke (ein Spiel) in der axialen Richtung des Stabkörpers 346 zu erzeugen, und der Stabkörper 346 ist durch das Druckübertragungselement 352 mit einem Kolben 354 verbunden. Der Kolben 354 ist verschiebbar in dem Innenabschnitt eines Zylinders 356 angeordnet, wohingegen der Zylinder 356 und der Kolben 354 zusammenwirken, um den Pumpenarbeitsraum zu definieren.
  • In dem Zylinder 356 wird ein Saug-Strömungsdurchlass 358 ausgebildet, der verwendet wird, um das Schmieröl zu dem Pumpenarbeitsraum zuzuführen, und in dem Zwischen abschnitt des Ansaug-Strömungsdurchlasses 358 zu einer Ansaugöffnung 359 hin ist ansaugseitiges Rückschlagventil 360 angeordnet, das verhindert, dass Schmieröl aus dem Pumpenarbeitsraum ausläuft.
  • Weiterhin wird in dem Zylinder 356 ein Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 zum Ausgeben des Schmieröles, das aus dem Pumpenarbeitsraum ausgegeben wird, bereitgestellt, und in dem Zwischenabschnitt des Ausgabe-Strömungsdurchlasses 362 zu dem Mehrfachverteilungsmechanismus 320 wird ein Ausgabe-Rückschlagventil 364 bereitgestellt, das aus einem Rückschlagventil besteht, das verhindert, dass Schmieröl in den Pumpenarbeitsraum einströmt.
  • An dem Außenumfang des Stabkörpers 346 wird eine Spule 366 koaxial mit dem Stabkörper 346 bereitgestellt, und an der Außenseite der Spule 366 wird ein Zylinderkörper 367 bereitgestellt, der aus magnetischem Material ausgebildet ist und mit dem Stabkörper 346 zusammenwirkt, um einen Magnetkreis zu komplettieren. Der Zylinderkörper 367 ist durch eine Frontabdeckung 368 und eine hintere Abdeckung 369 gesichert. Weiterhin ist eine Treiberschaltung 377 elektrisch mit der Spule 366 verbunden, während die Treiberschaltung 377 einen Strom ausgibt, der zur Erzeugung des Magnetfeldes genutzt wird. Wenn dieser Strom an die Spule 366 angelegt wird, erhält der Stabkörper 346 das von der Spule 366 erzeugte Magnetfeld, wobei sich die Spule 366 ausdehnt, so dass das in dem Pumpenarbeitsraum durch den Ansaug-Strömungsdurchlass 358 zugeführte Schmieröl durch den Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 in den Mehrfachverteilungsmechanismus 320 geführt werden kann. In diesem Fall ist die Ausgabemenge von Schmieröl pro Einspritzung eine feine Menge, das heißt eine Menge in dem Bereich von 0,0005 [ml] bis 0,01 [ml], und der Ausgabedruck des Schmieröles ist gleich oder größer als 1 [MPa], und das Schmieröl wird intermittierend ausgegeben. Und das von der Ölschmierpumpe 316 für superfeine Menge ausgegebene Schmieröl wird durch den Mehrfachverteilungsmechanismus 320 zu den jeweiligen Düsen 312a, 312b, 312c, 312d verteilt, und das Schmieröl wird von den Führungsenden der genannten Düsen mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 10 [m/s] bis 100 [/s] zu den jeweiligen Lagern ausgegeben. An dieser Stelle wird eine ausführliche Beschreibung des Mehrfachverteilungsmechanismus 320 gegeben. 35 ist eine vergrößerte Ansicht der Konstruktion des in 34 gezeigten Mehrfachverteilungsmechanismus 320. Der Mehrfachverteilungsmechanismus 320 ist ein Mechanismus, der verwendet wird, um unter Verwendung eines Re volverventils ausgegebenes Schmieröl zu verteilen. Insbesondere umfasst der Mehrfachverteilungsmechanismus 320 ein Verteilungsgehäuse 370, in dem der Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 ausgebildet ist, ein Rotorventil 372, einen Rotorventil-Befestigungsring 374, eine Welle 376, ein Wellengehäuse 378, eine Tellerfeder 380 und ein Drucklager 382. Der Rotorventil-Befestigungsring 374 hat einen Innenumfang, mit dem das Rotorventil 372 verbunden werden kann. Die Welle 376 hat einen Flanschabschnitt 376 in dem vorderen Abschlussabschnitt derselben und kann das Rotorventil 372 drehend antreiben. Das Wellengehäuse 378 trägt die Welle 376. Die Tellerfeder 380 drückt gegen den Flanschabschnitt 376 der Welle 376 auf das Verteilungsgehäuse 370 zu. Das Drucklager 382 trägt die Welle 376 in der axialen Richtung derselben durch die Tellerfeder 380 in dem Wellengehäuse in einer Weise, dass die Welle 376 gedreht werden kann.
  • Weiterhin ist die Welle 376 des Mehrfachverteilungsmechanismus 320 durch eine Kupplung 384 mit einem Motor 386 verbunden. Als der Motor 386 kann ein Motor beliebiger Ausführung verwendet werden, insofern dieser in der Lage ist, eine Drehphase (einen Drehwinkel) zu steuern, wie zum Beispiel ein Schrittmotor, ein Gleichstrommotor, ein Asynchronmotor oder ein Induktionsmotor. Der Motor 386 wird durch die Steuerung 324 (siehe 32) gesteuert und kann weiterschaltend mit einem gleichmäßigen Verteilungswinkel (360 Grad/Anzahl der Verteilungen) entsprechend der Anzahl von Verteilungen gedreht werden.
  • Wie in 36, die eine Schnittdarstellung des Verteilungsgehäuses entlang der in 35 gezeigten Pfeilmarkierungen A-A ist, gezeigt wird, wird eine richtige Anzahl von Aufnahmelöchern 390 (eine Anzahl gleich der Anzahl von Verteilungen), die zum Anbau eines Rohrbefestigungsgelenkes 388 verwendet werden, in der radialen Richtung des Verteilungsgehäuses 370 entsprechend der Anzahl von Verteilungen von Schmieröl ausgebildet. In der in 36 gezeigten Konstruktion werden sechs Aufnahmelöcher 390 ausgebildet, da das Schmieröl an sechs Lager verteilt wird. In jedem Aufnahmeloch 390 werden Schraubabschnitte 390a zum Anziehen, ein Kegelabschnitt 390b und ein Langloch 390c in dieser Reihenfolge von dem Außenumfang des Verteilungsgehäuses 370 zu der Achse desselben ausgebildet. Weiterhin können die Langlöcher 390c der jeweiligen Aufnahmelöcher 390 in Verbindung mit Querlöchern 379 (siehe 35) stehen, und jedes der Querlöcher 379 wird an einer Position eines Radius r1 von der Mitte des Verteilungsgehäuses 370 in einer Weise ausgebildet, dass es sich entlang der Druckrichtung von der Fläche des Verteilungsgehäuses 370, die in Kontakt mit dem Rotorventil 372 phasengleich mit dem Langloch 390c steht, erstreckt. Andererseits wird in der Mitte des Verteilungsgehäuses 370 ein Mittel-Strömungsdurchlass 363 ausgebildet, der mit dem Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 von dem Pumpenarbeitsraum verbunden wird und sich linear entlang der Druckrichtung erstreckt.
  • Wie in 37, die eine Schnittdarstellung des Verteilungsgehäuses 370 entlang der in 35 gezeigten Pfeilmarkierungen B-B ist, gezeigt wird, ist das Rotorventil 372 ein zylindrisch geformtes Ventil, und auf der Seite des Rotorventils 372, das in Kontakt mit dem Verteilungsgehäuse 370 gebracht werden kann, wird eine Nut 372a ausgebildet, die sich von dem Mittelabschnitt des Rotorventils 372 erstreckt.
  • Hier wird der Halbwert r1 des Lochkreisdurchmessers (2r1) an den Positionen der Querlöcher 379, die in einem Kreis in dem Verteilungsgehäuse 370 ausgebildet werden, so eingestellt, dass er im Wesentlichen gleich der Länge r0 der Nut 372a in der radial nach außen verlaufenden Richtung des Rotorventils ist (r0 ≅ r1). Aufgrund dessen werden in dem Verteilungsgehäuse 370 die Querlöcher 379, die die Schmieröl-Zuführlöcher bereitstellen, in einem Kreis ausgebildet, und in der Mitte des Kreises wird ein Mittel-Strömungsdurchlass 363 ausgebildet, und in dem Rotorventil 372, von dem Rotationszentrum desselben bis zu der Durchmesserposition, die gleich dem Lochkreisdurchmesser an der Position des Schmieröl-Zuführungsloches (Querloch 379) ist, wird die Nut 372a ausgebildet, die als Strömungsdurchlass dient.
  • Weiterhin wird die Kontaktfläche des Verteilungsgehäuses 370 mit dem Rotorventil 372 fertigpoliert, und da die Oberflächenrauheit derselben kleiner ist, ist die Kontaktfläche vorteilhafter in einem mediumberührten Zustand. Wenn die durchschnittliche Mittellinienrauheit derselben jedoch in dem Größenbereich von 0,4 μm oder darunter liegt, können Probleme entstehen.
  • Das Rotorventil 372 ist so aufgebaut, dass da der Betriebszustand desselben typischerweise in 38 gezeigt wird, das Schmieröl von dem Mittel-Strömungsdurchlass 363 zu dem Mittelabschnitt der Nut 372 geführt wird, und somit kann das geführte Schmieröl durch das Querloch 379 von dem End-Abschlussabschnitt der Nut 372a, die außen in der radialen Richtung der Nut 372a vorliegt, ausgegeben werden. Und da das Rotorventil 372 schaltbar in der Richtung einer in 38 gezeigten Pfeilmarkierung gedreht wird, werden die in dem Verteilungsgehäuse 370 ausgebildeten und mit dem Endabschnitt der Nut 372a in Verbindung stehenden Querlöcher nacheinander übereinandergeschaltet werden, so dass das Schmieröl an die jeweiligen Querlöcherverteilt werden kann.
  • Während weiterhin die Welle 376, die Tellerfeder 380 und das Drucklager 378 jeweils in das Wellengehäuse 378 eingeführt werden, werden das Wellengehäuse 378 und das Verteilungsgehäuse 370 jeweils an einem Zylindergehäuse (nicht gezeigt) befestigt. Daher und wegen der Kompression der Tellerfeder 380, können das Rotorventil 372 und das Verteilungsgehäuse 370 miteinander mit einer gewünschten Andruckkraft in Kontakt gebracht werden. Dies kann verhindern, dass Schmieröl aus den Kontaktabschnitten zwischen dem Rotorventil 372 und dem Verteilungsgehäuse 370 austritt. Weiterhin kann der Pressdruck nicht nur durch die Steifigkeit der Tellerfeder 380 eingestellt werden, sondern er kann auch durch einen Spalt zur Einstellung des Zwischenabstandshalters eingestellt und durch Messen des Rotationsdrehmomentes der Welle 376 kontrolliert werden. Weiterhin reduziert die Bereitstellung des Drucklagers 382 den Drehwiderstand der Welle 376.
  • In dem Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist das Rotorventil 372 in einer zylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von 15 mm und einer Dicke von 3 mm auf der Oberfläche des Rotorventils 372 ausgebildet, die mit dem Verteilungsgehäuse 370 in Kontakt gebracht werden kann, wobei die Nut (mit einer Keilnutform) 372a mit einer Tiefe von 1 mm und einer Breite von 1 mm ausgebildet wird. Der Schmieröl-Ausgangsabschnitt der Nut 372a ist so eingestellt, dass er in der Position mit dem Lochkreisdurchmesser des in dem Verteilungsgehäuse 370 ausgebildeten Querloches 379 übereinstimmt. Im Übrigen sind die Abmessungen des Rotorventils 372 und der Nut 372a nicht auf die oben genannten Maße begrenzt, sondern können in Abhängigkeit von der Größe des Rotorventils 372 und der Anzahl von Verteilungen des Schmieröls entsprechend festgelegt werden.
  • Weiterhin wird das Rotorventil 372 aus PEEK (Polyetheretherketon) ausgebildet. Als das Material des Rotorventils 372 kann jedoch auch anderes Material verwendet werden, in sofern es einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hervorragende Formänderungsfestigkeit aufweist. Zum Beispiel kann polymeres Material, wie zum Beispiel Polyamidimid, verwendet werden.
  • Im Übrigen kann als das Rohrbefestigungsgelenk 388 wie in 39A gezeigt ein Gelenk verwendet werden, das aus Kunstharzmaterial, wie zu Beispiel aus PEEK-Harz ausgebildet wird, oder wie in 39B gezeigt kann ein Gelenk verwendet werden, das aus Edelstahlmaterial ausgebildet ist. In dem Falle eines PEEK-Harz-Gelenkes 388 wie in 39A gezeigt gilt: wenn der Schraubenmutterabschnitt 388a desselben in Gewindeeingriff mit dem Schraubenabschnitt 390a eines Aufnahmeloches 390 ist, wird ein in dem Führungs-Abschlussabschnitt des Gelenkes 388 ausgebildeter Zwingenabschnitt 388b angezogen, so dass das Gelenk 388 abgedichtet werden kann. Andererseits, im Falle des in 39B gezeigten Edelstahlgelenkes 388, wird ein aus einem elastischen Körper, ausgebildet aus Edelstahl oder PEEK-Harz, bestehender Zwingenabschnitt 388b als separater Körper hergestellt und danach auf dem Führungs-Abschlussabschnitt des Schraubenmutter-Abschnittes 388a des Gelenkes 388 befestigt, und indem der Zwingenabschnitt 388b mit dem Schraubenmutter-Abschnitt 388a angezogen wird, kann das Gelenk 388 abgedichtet werden. Aufgrund dessen besteht bis zu einem Druck von 20 MPa (200 kgf/cm2) keine Gefahr, dass Schmieröl in den Verbindungsabschnitten zwischen dem Gelenk 388 und dem Aufnahmeloch 390 austritt. Als nächstes wird untenstehend das Verfahren für Zuführen des Schmieröls zu den Lagern 310a, 310b, 310c, 310d unter Verwendung der Spindelvorrichtung 300 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Zuerst wird das Rohr, zu dem das Schmieröl zugeführt werden soll, von der Steuerung 324 ausgewählt. Das heißt, das Rotorventil 372 wird durch den Motor 386 angetrieben oder gedreht, so dass der Ausgangsabschnitt der Nut 372a des Rotorventils in der Position mit dem Querloch 379 des Verteilungsgehäuses 370 übereinstimmen kann, das mit dem ausgewählten Rohr in Verbindung steht. Und mit der Vorwärtsbewegung des in dem Zylinder 356 angeordneten Kolbens 354 steigt der Druck des Schmieröles in dem Zylinder 356, so dass das Schmieröl durch das ausgabeseitige Rückschlagventil 364, den Mittel-Strömungsdurchlass 363 des Verteilungsgehäuses 370, die Nut 372a des Rotorventils 372, das ausgewählte Rohr des Verteilungsgehäuses 370 (das Querloch 379 zum Zuführen von Schmieröl, das Aufnahmeloch 390) und das Rohrbefestigungsgelenk 388 in dieser Reihenfolge bis zu den Düsen geführt wird; und das Schmieröl wird von den jeweiligen Düsen 312a, 312b, 312c, 312d zu den Zielpositionen der Innenabschnitte der Lager 310a, 310b, 310c, 310d punktgenau zugeführt.
  • Im Übrigen wird diese Reihe von Vorgängen durch die Steuerung 324 gesteuert. Weiterhin kann das Schmieröl-Ausgabeintervall auf einem gewünschten Intervall gemäß der Drehzahl der Spindelvorrichtung 314 geregelt werden. Daher kann das Schmieröl-Zuführintervall in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 305 verändert werden, so dass stets eine ideale Zuführung des Schmieröles zu den Innenabschnitten der Lager realisiert werden kann.
  • Wie weiter oben beschrieben wird, ist gemäß der Spindel-Schmiervorrichtung 300 des vorliegenden Ausführungsbeispieles die Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 einfach und kompakt in der Ausführung und sie ist sicher mit den Rohren verbunden, um frei von Austreten von Schmieröl zu sein, sodass die Schmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 in der Lage ist, ihre Stabilität vollumfänglich auszunutzen. Weiterhin kann der Ort, zu dem Schmieröl zugeführt werden soll, durch die mit der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge verbundene Steuerung 324 frei gewählt werden, und das Schmieröl kann zu der gewünschten intermittierenden Zeit (in den gewünschten Zuführintervallen) zu den jeweiligen Lagern 310a, 310b, 390c, 310d zugeführt werden. Weiterhin können die Schmieröl-Zuführintervalle entsprechend der Drehzahl der Welle 305 verändert werden, und somit können die Innenabschnitte der Lager stets in einem ideal geschmierten Zustand gehalten werden. Daher weist die vorliegende Spindel-Schmiervorrichtung 300 eine hervorragende Stabilität des Lagerdrehmomentes auf, kann sie einen Anstieg der Lagertemperatur auf niedrigem Niveau kontrollieren und den Lärmpegel senken. Und bei der tatsächlich verwendeten Spindelvorrichtung 314 ist bei Berücksichtigung der Anzahl der Lager eine einzelne Einheit der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 322 in der Lage, die Schmierölzuführung, die einer einzelnen Einheit der Spindelvorrichtung 314 entspricht, ausreichend abzudecken.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Abänderung der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Hier ist 40 eine Schnittdarstellung der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Änderung, und 41 ist eine vergrößerte Ansicht der in 40 gezeigten Konstruktion eines Mehrfachverteilungsmechanismus. Im Übrigen erhalten in der vorliegenden Änderung Teile, die die gleiche Funktion wie die in 32 bis 39 beschriebenen haben, gleiche Bezeichnungen, und eine Beschreibung derselben wird dementsprechend weggelassen.
  • Der Mehrfachverteilungsmechanismus 321 der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus 323 gemäß der vorliegenden Änderung ist ebenfalls ein Mechanismus, der zur Verteilung des Schmieröles verwendet wird, das von einem Revolverventil verteilt wird, das heißt bei Verwendung in einem Rotorventil 373, das in der vorliegenden Änderung verwendet wird, werden eine Nut 373a und ein Querloch 373b, das mit der Nut 373a zu verbinden ist, ausgebildet, und von der Vorderflächenseite des Rotorventils 373 geführtes Schmieröl wird von der gegenüberliegenden Seite ausgegeben, das heißt von der Rückseitenfläche des Rotorventils 373.
  • Insbesondere umfasst der Mehrfachverteilungsmechanismus 321: ein Ausgabegehäuse 392, das Rotorventil 373, einen Rotorventil-Führungsring 375, ein Verteilungsgehäuse 371, einen Verteilungsgehäuse-Befestigungsring 394 und eine Vielzahl von Positionierstiften 396. Das Ausgabegehäuse 392 ist mit einem Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 verbunden, der auf der gegenüberliegenden Seite eines Kolbens 354 in einem Pumpenarbeitsraum ausgebildet ist, der in einem Zylinder 356 ausgebildet ist, und beinhaltet weiterhin einen Mittel-Strömungsdurchlass 363, der an der Mittelposition des Ausgabegehäuses 392 ausgebildet ist, so dass er sich in der axialen Richtung des Ausgabegehäuses 392 erstreckt. Der Rotorventil-Führungsring 375 hat einen Innenumfang, mit dem das Rotorventil 373 verbunden werden kann. Das Verteilungsgehäuse 371 fixiert ein Rohrbefestigungsgelenk 388 schräg im Verhältnis zu der axialen Richtung desselben und trägt eine Welle 376 in dem Innenabschnitt desselben. Der Verteilungsgehäuse-Befestigungsring 394 hält den Rotorventil-Führungsring 375 zwischen dem Zylinder 356 und dem Verteilungsgehäuse 371. Die Vielzahl von Positionierstiften 396 werden zur Positionierung der Strömungsdurchlässe verwendet, die jeweils in dem ausgabeseitigen Gehäuse 392 und in dem Verteilungsgehäuse 371 ausgebildet werden und die auch in Löcher eingeführt werden können, die in dem ausgabeseitigen Gehäuse 392 und dem Verteilungsgehäuse 371 vorhanden sind, sowie in Löcher, die in dem Rotorventil-Befestigungsring 375 vorhanden sind. In der veranschaulichten Ausführung sind die Positionierstifte 396 an zwei Abschnitten angeordnet; jedoch ist es ebenso möglich, eine Konstruktion zu verwenden, bei der die Positionierstifte 396 an drei oder mehr Abschnitten angeordnet sind.
  • 42A ist eine Vorderansicht des Rotorventils 373 entsprechend der vorliegenden Änderung, und 42B ist eine Schnittdarstellung desselben entlang der in 42A gezeigten Pfeilmarkierungen C-C. Wie in 42A und 42B gezeigt wird, wird das Rotorventil 373 in einer zylindrischen Form ausgebildet: insbesondere wird auf der Seite des Rotorventils 373, das in Kontakt mit dem Ausgabegehäuse 392 gebracht werden kann, eine Nut 373a ausgebildet, die sich von dem Mittelabschnitt desselben in der radialen Richtung desselben nach außen erstreckt, und in dem Abschlussabschnitt der Nut 373a außerhalb der radialen Richtung derselben wird ein Querloch 373b ausgebildet, das vollständig durch das zylindrisch geformte Rotorventil 373 in der axialen Richtung desselben hindurch geht.
  • 43 ist eine Schnittdarstellung des Verteilungsgehäuses 371 entlang der in 41 gezeigten Pfeilmarkierungen D-D. Wie in 43 gezeigt wird, werden in dem Verteilungsgehäuse 371 eine Vielzahl (in diesem Fall sechs) von Langlöchern 391c ausgebildet, die mit den Aufnahmelöchern 391 des Rohrbefestigungsgelenkes 388 verbunden werden können. Aufgrund der Positionierstifte 391c des Verteilungsgehäuses 371 können die Positionen der Langlöcher 391c des Verteilungsgehäuses 371 mit den Positionen der Querlöcher 373b des Rotorventils 373 in Übereinstimmung gebracht werden. In diesem Fall wird der Halbwert r1 des Lochkreisdurchmessers (2r1) an der Position eines jeden Langloches 391c des Verteilungsgehäuses so eingestellt, dass er im Wesentlichen mit der Länge r0 eines jeden Querloches 373b des Rotorventils 373 koinzidiert. Entsprechend dem vorliegenden Mehrfachverteilungsmechanismus 321 und da das aus dem Ausgabe-Strömungsdurchlass 362 ausgegebene Schmieröl in den Mittelabschnitt der Nut 373a eingeführt wird, kann das wie beschrieben eingeführte Schmieröl durch das Querloch 373b von dem Abschlussabschnitt der Nut 373a, die sich außerhalb der radialen Richtung desselben befindet, ausgegeben werden. Und da das Rotorventil 373 durch einen Motor 386 schaltend gedreht wird, werden die Langlöcher 391c des Verteilungsgehäuses 371 in Verbindung mit dem Querloch 373b nacheinander übereinander geschaltet, so dass das Schmieröl an die jeweiligen Langlöcher 391c verteilt werden kann.
  • In dem Fall der vorliegenden Änderung wird das Rotorventil 373 in einer zylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von 15 mm und einer Dicke von 5 mm auf der Oberfläche des Rotorventils 373 ausgebildet, die mit dem Ausgabegehäuse 392 in Kontakt gebracht werden kann; wird eine Nut (mit einer Keilnutform) 373a mit einer Tiefe von 1 mm und einer Breite von 1 mm ausgebildet; und in dem Schmieröl-Ausgangsabschnitt der Nut 373a werden Querlöcher 373b jeweils mit einem Innendurchmesser von 1 mm so ausgebildet, dass sich die Querlöcher 373b in der axialen Richtung des Rotorventils 373 erstrecken. Im Übrigen sind die Abmessungen des Rotorventils 373, der Nut 373a und des Querloches 373b nicht auf die oben genannten Maße beschränkt, sondern können in Abhängigkeit von der Größe des Verteilungsgehäuses 371 und der Anzahl der Verteilungen von Schmieröl entsprechend festgelegt werden.
  • Weiterhin wird das Rotorventil 373 aus PEEK (Polyetheretherketon) ausgebildet. Als das Material des Rotorventils 373 können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, insofern dieses einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hervorragende Formänderungsbeständigkeit, einen hervorragenden Reibungswiderstand und eine hervorragende Ölbeständigkeit aufweisen. Zum Beispiel kann polymeres Material, wie zum Beispiel Polyamidimid, verwendet werden.
  • In der vorliegenden Änderung können nicht nur ähnliche Wirkungen erreicht werden, wie sie bei dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht werden, sondern da das Rohrbefestigungsgelenk 88 in Bezug auf die axiale Richtung schräg verbunden ist, kann eine Konstruktion bereitgestellt werden, die eine hervorragende Raumausnutzung aufweist, so dass die Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus kompakter ausgeführt werden kann.
  • Nunmehr wird untenstehend das Ergebnis eines Versuches zur Drehleistung eines Lagers in dem Fall der oben beschriebenen Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Bei dem Lager-Drehleistungsversuch wurde zuerst ein Drehversuch unter Verwendung der Spindelvorrichtung 314 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt, während ein in der Ölschmierpumpe 316 für superfeine Menge der Spindelvorrichtung 314 verwendetes Schmierverfahren mit dem herkömmlich bekannten Öl-Luft-Schmierverfahren verglichen wurde.
  • Als ein zu untersuchendes Lager wurde wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein Lager mit den folgenden technischen Daten verwendet: Durchmesser des Außenringes = 160 mm; Innenringbohrung = 100 mm; Lochkreisdurchmesser dm des Wälzkörpers = 132,5 mm; Krümmung der Innen-/Außenringnut = 52 bis 56%; Kontaktwinkel = 20 Grad; SUJ2 als Material des Innen-/Außenringes; Material des Wälzkörpers = Si3N4. Und als Schmieröl wurde Mineralöl VG22 (kinematische Viskosität = 22 mm2/s bei einer Temperatur von 40°C) verwendet und die Axialbelastung wurde auf 980 N eingestellt. Unter Bezugnahme auf die Anzahl der verwendeten Düsen wurden bei dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren drei Düsen verwendet, und in dem Fall der Ölschmierpumpe für superfeine Menge wurde eine Düse verwendet. Unter diesen Bedingungen und bei Drehung der Welle mit 0 bis 15.000 U/min (teilweise 19.000 U/min, dm·N = 2.500.000) wurden Versuche an den folgenden Positionen durchgeführt: Beziehung zwischen Wellendrehzahl und Lagerdrehmoment; Beziehung zwischen Wellendrehzahl und Temperaturanstieg des Außenringes; Vergleich der Schwankungen des Lagerdrehmomentes; Vergleich von Lärmpegeln; und visualisierte Beobachtung (Beobachtung von auf Videoband aufgezeichneten Bildern) des Schmieröl-Ausgabezustandes für superfeine Menge. In den durchgeführten Versuchen zur Drehleistung eines Lagers unter Verwendung der Ölschmiervorrichtung für superfeine Menge mit Mehrfachverteilungsmechanismus gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unter den gleichen Bedingungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel waren graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Drehzahl und Lagerdrehmoment; Beziehung zwischen Wellendrehzahl und Temperaturanstieg des Außenringes; Vergleich der Schwankungen des Lagerdrehmomentes; Vergleich der Lärmpegel; und visualisierte Beobachtung des Schmieröl-Ausgabezustandes für superfeine Menge im Wesentlichen die gleichen wie die in 24 bis 27 gezeigten Ergebnisse.
  • Somit kann gemäß der Spindelvorrichtung 314 des vorliegenden Ausführungsbeispieles, da hier die Ölschmierpumpe 316 für superfeine Menge verwendet wird und der Winkel und die Position der Düse optimal ausgelegt sind, eine superfeine Menge (0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung) von Schmieröl punktgenau und direkt auf den gewünschten Punkt des Innenabschnittes des Lagers in Intervallen von Dutzenden von Sekunden zugeführt werden.
  • Da weiterhin die Ausgabegeschwindigkeit aus der Düse (10 bis 100 m/s) hoch ist, kann das Schmieröl zuverlässig zu dem Innenabschnitt des Lagers frei von Beeinflussung durch den Luftschleier zugeführt werden, der sich bei schneller Drehung bilden kann. Und da die Schmieröl-Zuführintervalle und die Schmieröl-Zuführmenge entsprechend der Drehgeschwindigkeit durch die Steuerung verändert werden kann, kann stets eine richtige Menge von Schmieröl für die Spindeldrehung unabhängig von der Spindel-Drehgeschwindigkeit zugeführt werden.
  • Aufgrund dessen kann stets ein idealer Schmierzustand in dem Innenabschnitt des Lagers erzielt werden, und daher kann die Spindelvorrichtung 314 so ausgeführt werden, dass die Stabilität des Lagerdrehmomentes sehr ausgezeichnet ist. Weiterhin kann ein Temperaturanstieg in dem Lager auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden. Da weiterhin das Schmieröl zuverlässig zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt wird, kann die Schmieröl-Zuführwirksamkeit verbessert werden, und der Schmierölverbrauch kann gesenkt werden. Daher kann die Welle gemäß dem Ölschmierverfahren für superfeine Menge mit einer höheren Drehzahl gedreht werden als bei dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren.
  • Im Übrigen wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für die Ölschmierpumpe 316 für superfeine Menge ein GMR-Material verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das GMR-Material oder das erste Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel können auch ein elektrostriktives Material, eine Kombination aus einem Elektromagneten und einer Tellerfeder und mechanische elastische Elemente verwendet werden. Das heißt, auch bei einem Ölschmierverfahren für superfeine Menge, das eines der genannten Materialien verwendet, kann die gleiche Leistung erzielt werden, wenn eine feine Menge (0,0005 bis 0,01 ml/Einspritzung) von Schmieröl mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 m/s ausgegeben wird.
  • Weiterhin kann eine Pumpe analog bereitgestellt werden, wenn die Zusammenziehung und die Ausdehnung des Materials ausgenutzt wird, und zwar nicht nur, wenn das GMR-Material eine Vorwärtscharakteristik aufweist, sondern auch wenn das GMR-Material eine bidirektionale Charakteristik aufweist.
  • Weiterhin kann die oben erwähnte Schmiervorrichtung nicht nur auf die in 32 gezeigte Spindelvorrichtung angewandt werden, sondern auch auf eine schnelllaufende Spindelvorrichtung, bei der verschiedene Arten von Drehmomentschwankungen auftreten können und ein Temperaturanstieg gering sein muss.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Beschreibung des zu der Leistung der Schmierpumpe 316 für superfeine Menge durchgeführten Versuches gegeben.
  • 44 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles des Versuches zur Leistung der Schmierpumpe 316 für superfeine Menge. Bei dem Versuch wird der Ausgabezustand des Schmieröles aus der Düse 312 in der schnellen Spindeldrehung unter Verwendung einer CCD-Kamera visualisiert und danach auf Videoband aufgezeichnet. Hier werden die Versuchsergebnisse des Einflusses des Luftschleiers, der Beziehung des Rohrinnendurchmessers und der Rohrlänge zu der Ausgabegeschwindigkeit und der Beziehung des Rohrinnendurchmessers und der Ausgabe-Ölmenge beschrieben. Im Übrigen wurde als das Rohrmaterial Metall, wie zum Beispiel austenitischer Edelstahl SUS 316, und Harzmaterial, wie zum Beispiel PEEK (Polyetheretherketon) verwendet. Dies ist jedoch nicht einschränkend, sondern zum Beispiel können auch herkömmliches Eisen-/Stahlmaterial, Aluminium-/Kupfer-Nichteisenmetall-Material Kunststoffmaterial und keramisches Material verwendet werden.
  • Bei dem Versuch wurde der Abstand zwischen dem Düsen-Führungsende und dem Lager auf etwa 50 mm eingestellt, was größer ist als der üblicherweise verwendete Abstand (etwa 10 mm). Das bedeutet, dass der Versuch unter strengeren Bedingungen durchgeführt wurde, das heißt unter der Bedingung, dass die Leistung der Pumpe 16 ohne weiteres durch den Luftschleier beeinflusst werden kann.
  • Das Schmieröl wurde zu dem Innenabschnitt des Lagers zugeführt, so dass die Kontaktabschnitte der Laufbahnfläche des Innenringes des Lagers mit den Wälzkörpern in Kontakt gebracht werden können, und der Zustand von Zuführung von Schmieröl wurde visualisiert und danach auf Videoband aufgezeichnet. Die Visualisierungsvorrichtung 120 ist so angeordnet, dass sie den gleichen Aufbau wie die aus 28 hat.
  • Unter Verwendung der Visualisierungsvorrichtung 120 wurde der Schmierzustand bei Ausgabe des Schmieröls aus der Düse 312 mit einem Elektronenblitzgerät beobachtet. Als das Schmieröl wurde Mineralöl VG22 (kinematische Viskosität = 22 mm2/s bei einer Temperatur von 40°C) verwendet.
  • Die Ergebnisse der unter den oben genannten Bedingungen durchgeführten Leistungsprüfung werden in 45 gezeigt. 45 ist eine graphische Darstellung und zeigt Schwankungen der Ausgabe-Ölmenge in Bezug auf die Rohrlärnge. Insbesondere zeigt 45 nicht nur die Schwankungen der Ausgabe-Ölmenge in Bezug auf die Längen von sechs Rohren bei Verwendung eines Mehrfachverteilungsmechanismus, sondern auch die Schwankungen der Ausgabe-Ölmenge in Bezug auf die Rohrlänge ohne Verwendung eines Mehrfachverteilungsmechanismus.
  • Wie in 45 gezeigt wird, wird ein geringfügiger Unterschied zwischen dem Fall der Verwendung des Mehrfachverteilungsmechanismus und dem Fall ohne Verwendung des Mehrfachverteilungsmechanismus festgestellt, und analog dazu wird ein geringfügiger Unterschied zwischen den sechs Rohren in dem Fall der Verwendung des Mehrfachverteilungsmechanismus festgestellt. Das heißt, auch in dem Fall, in dem zusätzlich ein Mehrfachverteilungsmechanismus verwendet wird, kann die Schmierpumpe 316 für superfeine Menge eine gleichwertige Leistung aufrecht erhalten und das Schmieröl im Wesentlichen gleichmäßig zu den jeweiligen Rohren zuführen.
  • Die Spindel-Schmiervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst einen Mehrfachverteilungsmechanismus, der zwischen einer Schmieröl-Zuführeinheit und einer Düse zwischengeschaltet ist und der eine feine Menge von Schmieröl verteilend zu einer Vielzahl von Lagern zuführt, das heißt in Zuführmengen von 0,0005 ml/Einspritzung bis 0,01 ml/Einspritzung und mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 10 m/s bis 100 m/s. Aufgrund dessen kann nicht nur eine feine Menge von Schmieröl verteilend zu der Vielzahl von Lagern präzise und stabil zugeführt werden, sondern der teilend zu der Vielzahl von Lagern präzise und stabil zugeführt werden, sondern der Aufbau der Schmiervorrichtung kann auch einfach und kompakt gestaltet werden. Daher kann stets ein idealer Schmierzustand in den Innenabschnitten der Lager aufrechterhalten werden, die Stabilität des Lagerdrehmomentes kann verbessert und ein Anstieg der Lagertemperatur kann auf niedrigem Niveau kontrolliert werden.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Nunmehr wird untenstehend eine ausführliche Beschreibung der Schmiervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen gegeben.
  • 46 ist ein Blockschaltbild der Wirkungsprinzipien einer Schmiervorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Die Schmiervorrichtung 401 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel umfasst eine Pumpe 403 zum Ausgeben von Schmieröl, ein Umschaltventil 407, das durch ein Ölrohr (ein pumpenseitiges Rohr) 405 mit dem Schmieröl-Ausgabeanschluss der Pumpe 403 verbunden ist, und eine Düse 413, die durch ein Ölrohr (ein düsenseitiges Rohr) 409 mit dem Schmieröl-Ausgabeanschluss des Umschaltventils 407 verbunden ist, um Schmieröl an ein Lager 411 auszugeben.
  • Die Pumpe 403 kann auch so angeordnet werden, dass sie mit dem Schmieröltank 439 verbunden ist. Diese Pumpe 403 hat eine Ausgabemenge, die größer ist als die Ausgabemenge der Düse 413. Als die Pumpe 403 kann eine Kolbenpumpe verwendet werden, die mit Luftdruck oder Öldruck angetrieben wird, oder eine herkömmliche Öldruckpumpe, wie zum Beispiel eine Zahnradpumpe.
  • Das Umschaltventil 407 ist zwischen den Ölrohren (pumpenseitiges Rohr 405 und düsenseitiges Rohr 409) angeordnet, die die Pumpe 403 und die Düse 413 miteinander verbinden. Das Umschaltventil 407 wirkt, um die Ölrohre entsprechend dem Ausgabedruck des Schmieröles von der Pumpe 403 zu öffnen bzw. zu schließen. Das heißt, wenn der Ausgabedruck des Schmieröles von der Pumpe 403 kleiner ist als ein vorgegebener Druck, schließt das Umschaltventil 407 die Ölrohre, um dadurch die Ausgabe von Schmieröl aus der Düse 413 zu unterbrechen. Wenn andererseits der Ausgabedruck des Schmieröles von der Pumpe 403 gleich oder größer als der vorgegebene Druck ist, öffnet das Umschaltventil 407 die Ölrohre, um dadurch Schmieröl, das von der Pumpe 403 zugeführt wird, über einen vorgegebenen Zeitraum aus der Düse 413 auszugeben. Als das Umschaltventil 407 wird zum Beispiel ein sogenanntes Drehventil verwendet, das die Ölrohre unter Verwendung von Drehung eines Drehelementes schließt und öffnet, und daher ist das Umschaltventil 407 in der Lage, eine Reihe von Vorgängen zum Schließen und Öffnen der oben genannten Ölrohre wiederholt auszuführen.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Beschreibung des Betriebes der Schmiervorrichtung 401 gegeben.
  • Um das Schmieröl unter Verwendung der Schmiervorrichtung 401 an das Lager 411 auszugeben, wird zuerst die Pumpe 403 angetrieben. Der Druck der Pumpe 403 wird durch das pumpenseitige Rohr 405 an das Umschaltventil 407 übergeben. Danach werden die Ölrohre durch das Umschaltventil 407 geschlossen (ZU), und der Druck in dem pumpenseitigen Rohr 405 wird durch die Pumpe 403 erhöht.
  • Das Umschaltventil 407 erhält den Abschaltzustand aufrecht, bis der Druck in dem pumpenseitigen Rohr 405 auf ein ausreichend hohes Niveau ansteigt. Das heißt, das Umschaltventil 407 erhält den Abschaltzustand aufrecht, bis Teile, wie zum Beispiel ein O-Ring in dem pumpenseitigen Rohr 405 und die Pumpe 403, die wesentlich verformt werden können, ausreichend verformt worden sind. Dieser Aufrechterhaltungs-Vorgang wird durchgeführt, indem ein Anstieg des Druckes unter Verwendung eines Druckschalters bestätigt wird bzw. indem mehrere Sekunden lang nach dem Start des Antreibens der Pumpe 403 gewartet wird.
  • Nach dem Ansteigen des Öldruckes wird der Pumpendruck durch Öffnen (Anschalten) des Umschaltventils 407 für eine kurze Zeit an die Düse 413 angelegt, so dass das Schmieröl mit einer Strömungsgeschwindigkeit v und in einer Ausgabemenge q in das Lager 411 ausgegeben werden kann. Das heißt, das Umschaltventil 407 hat nicht nur die Aufgabe, den Öldruck zu der Seite der Düse 413 abzusperren, sondern auch die, den Öldruck zu der Düse 413 zu übertragen.
  • In einigen Fällen ist eine Vielzahl von Ölrohren und Düsen mit der Vorderseite des Umschaltventils 407 verbunden. In einem solchen Fall kann Öldruck zu einer Zeit an die Vielzahl von Düsen angelegt werden, jedoch können vorzugsweise in dem Fall, in dem der Öldruck schaltend nacheinander an die Düsen angelegt wird, die Ölzuführmengen der jeweiligen Düsen stabilisiert werden. Als die Teile der nachgeschalteten Seite (das Umschaltventil 407 selbst, das düsenseitige Rohr 409, die Düse 413 und Verbindungsteile, wie zum Beispiel ein Gelenk zum gegenseitigen Verbinden) des Umschaltventils 407 werden Teile verwendet, die schwer gegen Druck verformbar sind, da eine feine Menge von Schmieröl in kurzer Zeit durch diese Teile strömt.
  • Als nächstes wird untenstehend die Beziehung zwischen der Ausgabemenge von der Düse 413 und der Öffnungszeit t des Umschaltventils 407 beschrieben werden. Die Strömungsgeschwindigkeit v (m/s) und die Ausgabemenge q (m3/s Einspritzung) des von der Düse 13 auszugebenden Schmieröles werden mit den folgenden Ausdrücken ausgedrückt: v = Cd·(2(p – Δp)/p)0,5 (8) q = v·πd2·t/4 (9)wobei Cd für den Strömungskoeffizienten steht, p ein Pumpendruck (Pa) ist, Δp ein Druckverlust Pa) ist, p eine Schmieröldichte (kg/m3) ist, d ein Düsendurchmesser (m) ist und t die Öffnungszeit (s) des Umschaltventils ist.
  • Hier ist Cd ein Strömungskoeffizient, das heißt eine Konstante, die durch die Form der Düse und die Viskosität des Schmieröles bestimmt wird. In dem Fall einer Düse, die zum Schmieren einer Spindel verwendet wird, ist Cd eine Konstante, die im Wesentlichen anhand des Durchmessers der Düse bestimmt werden kann und einen Wert von 0,9 bis 0,5 annimmt. Und Δp ist ein Druckverlust, der größtenteils aus dem Druckverlust des Ölrohres besteht, wohingegen der Druckverlust des Umschaltventils 407 normalerweise gering ist. Entsprechend den Versuchsergebnissen weist der Druckverlust des Ölrohres eine gute Übereinstimmung mit einem Ausdruck (10) in Bezug auf die Rohrreibung eines viskosen Fluids mit Laminarströmung auf. Δp = 32·μ·L·d2·v/D4 (10) wobei μ für den Schmieröl-Viskositätskoeffizienten (Pa·s) steht sowie L für die Rohrlänge (m), und D für den Rohrinnendurchmesser (m) stehen.
  • In dem Fall, in dem der Pumpendruck, das Schmieröl (die Schmieröldichte, der Schmieröl-Viskositätskoeffizient) und das Rohr (Länge, Innendurchmesser) gemäß den obenstehenden Ausdrücken (8) bis (10) eingestellt sind, wird die Beziehung zwischen der Öffnungszeit t des Umschaltventils 407 und der Ausgabemenge von der Düse 413 ermittelt.
  • Normalerweise wird die Öffnungszeit t des Umschaltventils 407 als konstant angenommen. Dafür gibt es folgenden Grund: In der Betriebsbedingung einer Spindel, die in einer Werkzeugmaschine verwendet wird, schwankt die Umgebungstemperatur geringfügig, und der Einfluss von Schwankungen in der Viskosität des Schmieröles kann fast vernachlässigt werden, und daher schwanken die Strömungsgeschwindigkeit und die Zuführmenge nicht sehr und somit ist stabile Schmierung möglich.
  • Weiterhin kann der Düsendurchmesser vorzugsweise in dem Bereich von 0,08 mm bis 0,3 mm liegen. Das heißt, in dem Fall eines Düsendurchmessers von weniger als 0,08 mm besteht die Möglichkeit, dass die Düse 413 mit Fremdstoffen zugesetzt werden kann, und wenn der Düsendurchmesser gleich oder größer als 0,3 mm ist, ist es schwierig, die Strömungsmenge des Umschaltventils 407 sicherzustellen, und auch die Ausgabemenge schwankt aufgrund des Einflusses des Ölrohres und der Schmieröl-Viskosität stark, wodurch es schwierig wird, stabile Schmierung zu gewährleisten.
  • Und damit das ausgegebene Schmieröl den Innenabschnitt des Lagers erreichen kann, muss die Strömungsgeschwindigkeit v etwa 10–20% oder mehr der Innenring-Umfangsgeschwindigkeit des Lagers 411 betragen. In diesem Fall ist die Schmierbedingung umso besser, je größer die Strömungsgeschwindigkeit ist. Der Pumpendruck ist von der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Praktisch kann die Verwendung einer kostengünstigen Öldruckpumpe mit einem Pumpendruck von etwa 2,5 MPa eine hinreichende Ausgabegeschwindigkeit bereitstellen.
  • Während die für das Lager 411 benötigte Ölzuführmenge in Abhängigkeit von den Bedingungen stark schwankt, liegt die notwendige Ölzuführmenge Q etwa in dem Bereich von 0,01 bis 10 ml/Stunde (Q = 0,01–10 ml/Stunde). Hier kann die Ölzuführmenge pro Einspritzung vorzugsweise in dem Bereich von 0,0001 bis 0,01 ml liegen. Dafür gibt es folgenden Grund: Wenn die Ölzuführmenge gleich oder kleiner als 0,01 ml ist, stellen die Drehmomentschwankungen des Lagers 411 in einer Ölzuführeinspritzung kein Problem dar, und wenn die Ölzuführmenge weniger als 0,0001 ml beträgt, besteht die Möglichkeit, dass einausreichende Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Volumenelastizität des Schmieröles, der Druckverformung des Ölrohres und der Ansprechcharakteristik des Umschaltventils 407 nicht erzielt werden kann.
  • Weiterhin beträgt die Öffnungszeit t des Umschaltventils 407, die von der notwendigen Ausgabemenge angefordert wird, 0,1–50 ms. Für ein Ventil, durch das eine feine Menge Schmieröl strömen kann, ist diese Öffnungszeit t eine Öffnungszeit, die hinreichend realisiert werden kann.
  • In dem Fall, in dem die oben genannten Vorgänge, das heißt die Betätigung der Pumpe 403, der Anstieg des Druckes in dem pumpenseitigen Rohr 405 aufgrund des Schließens des Umschaltventils 407, das Öffnen des Umschaltventils 407 und die Abschaltung der Pumpe 403 in den Zeitintervallen wiederholt werden, die die notwendige Ölzuführmenge Q (0,01 bis 10 ml/Stunde) entsprechend der Öffnungszeit t des Umschaltventils 407 (0,1 bis 50 ms) und die Ausgabemenge q (0,01 bis 0,0001 ml) pro Einspritzung erfüllen, kann eine stabile Schmierung erzielt werden.
  • Wie weiter oben beschrieben, wird das Ölrohr von dem Umschaltventil 407 geschlossen, wenn gemäß der Schmiervorrichtung 401 der Ausgabe-Öldruck von der Pumpe 403 kleiner ist als ein vorgegebener Druck. Wenn andererseits der Ausgabe-Öldruck von der Pumpe 403 gleich oder größer als der vorgegebene Druck ist, wird das Ölrohr durch das Umschaltventil 407 geöffnet, so dass das Schmieröl von der Pumpe 403 von der Düse 413 über einen gegebenen Zeitraum ausgegeben werden kann. Aus diesem Grund wird keine kostspielige Schmierpumpe für feine Menge, die einen Elektromagneten oder GMR-Material verwendet, genutzt, sondern die kostengünstige Pumpe 403 wird verwendet, um eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit zu erzielen. Aufgrund dessen können in einer schnell drehenden Spindel stabile Schmiercharakteristiken realisiert werden, das heißt eine verbesserte Beständigkeit gegen Festfressen und eine Verringerung der Drehmomentschwankungen. Weiterhin kann die Erzeugung von Schleudergeräuschen der Wälzkörper, die in der Öl-Luft-Schmiervorrichtung und in der Ölnebel-Schmiervorrichtung Probleme verursachen, verhindert werden. Für den Abschnitt des pumpenseitigen Rohres 405 bis zu dem Umschaltventil 407 kann weiterhin ein druckfestes Rohr aus Harz verwendet werden, das die Auslegungsfreiheit der Rohranordnung verbessern kann.
  • Als nächstes wird untenstehend ein erstes Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles beschrieben werden, wobei unter Verwendung einer Schmiervorrichtung, die mit einem ähnlichen Aufbau wie der Grundaufbau der Schmiervorrichtung 401 hergestellt wird, die Ausgabe des Schmieröles bestätigt.
  • Hier ist 47 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Schmiervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles, und 48A und 48B sind Draufsichten der Hauptabschnitte der in 47 gezeigten Schmiervorrichtung. Im Übrigen sind in dem vorliegenden Beispiel Teile desselben gleich den in 46 gezeigten, und diese werden mit den gleichen Bezeichnungen benannt, und eine erneute Beschreibung derselben wird an dieser Stelle weggelassen.
  • In dem vorliegenden Beispiel umfasst ein Umschaltventil 407 ein stationäres Element 423 mit einer stationären Gleitkontaktfläche 421 und ein drehendes Element 429 mit einer beweglichen Gleitkontaktfläche 425, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche 421 gebracht werden kann und das die bewegliche Gleitkontaktfläche 425 um eine axiale Linie 427 rechtwinklig zu der stationären Gleitkontaktfläche 421 dreht. In der stationären Gleitkontaktfläche 421 des stationären Elementes 423 und insbesondere an dem Umfang der stationären Gleitkontaktfläche 421 mit der axialen Linie 427 als Mitte derselben werden ein Ausgabeloch 431, das mit einer Pumpe 403 zu verbinden ist, und ein Ölzuführloch 433, das mit einer Düse 413 zu verbinden ist, geöffnet. In der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 des drehenden Elementes 429 und insbesondere an dem Umfang der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 mit der axialen Linie 427 als Mitte derselben wird ein bogenförmiger Schlitz 435 mit einem Zentriwinkel (in dem vorliegenden Beispiel von 70°) ausgebildet, der größer ist als wenigstens ein Zentriwinkel (in dem vorliegenden Beispiel von 50°), der zwischen dem Ausgabeloch 431 und dem Ölzuführloch 433 ausgebildet wird.
  • Das Drehelement 429 kann durch einen Motor 437, der einen Antriebsstrang mit Getriebe umfasst, gedreht werden. Die Pumpe 403 ist mit einem Schmierölbehälter 439 verbunden. An der Pumpe 403 ist ein Druckschalter 441 angebaut, der einen Ausgabe-Öldruck von der Pumpe 403 erfasst. Weiterhin ist eine Steuerung 443 mit dem Motor 437, der Pumpe 403 und dem Druckschalter 441 verbunden. Die Steuerung 443 sendet ein Antriebssignal zu der Pumpe 403, und wenn sie ein Erfassungssignal von dem Druckschalter 441 empfängt, wenn der Ausgabe-Öldruck gleich oder größer als ein vorgegebener Druck ist, sendet die Steuerung 443 ein Antriebssignal für eine Umdrehung zu dem Motor 437, und danach sendet sie ein Antriebs-Unterbrechungssignal zu der Pumpe 403. Weiterhin kann die Steuerung 443 diese Reihe von Vorgängen zu gegebenen Zeitintervallen wiederholen. Als die Steuerung 443 kann ein programmierbarer Sequenzer oder ein Personalcomputer verwendet werden.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird eine Kolbenpumpe, die durch Luftdruck angetrieben werden kann, als die Pumpe 403 verwendet. Jedoch kann auch eine gewöhnliche Öldruckpumpe als die Pumpe 403 verwendet werden.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird ein Edelstahlrohr als das pumpenseitige Rohr 405 verwendet. Dies ist jedoch nicht einschränkend, sondern zum Beispiel kann auch ein aus Kunstharz ausgebildetes druckfestes Rohr verwendet werden.
  • Im Übrigen bezeichnet in 47 die Verweisziffer 445 eine Feder zum Andrücken des Drehelementes 429 gegen das stationäre Element 423; 447 bezeichnet ein Drucklager zum Tragen der Drehwelle des Drehelementes 429; und 449, 451, 453 bezeichnen jeweils Rohrgelenke.
  • Das Umschaltventil 407 ist so aufgebaut, dass, wenn die engen Kontaktflächen der stationären Gleitkontaktfläche 421 und der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 durch die Kraft der Feder 445 aufeinander abgeglichen werden, der Öldruck abgeschaltet werden kann, und wenn das Ausgabeloch 431 und das Ölzuführloch 433 des stationären Elementes 423 auf dem Schlitz 435 des Drehelementes 429 überlagert sind, der Öldruck zu der Düsenseite übertragen werden kann. Da die engen Kontaktflächen der stationären Gleitkontaktfläche 421 und die bewegliche Gleitkontaktfläche 425 den Öldruck durch den Abgleich ihrer Flächen abschalten sollen, wird ihre Ebenheit auf 0,5 μm oder kleiner eingestellt, und ihre Oberflächenrauheit wird auf 0,4 μm Ra oder weniger eingestellt. Damit der Vorgang mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, werden das Ausgabeloch 431 und das Ölzuführloch 433 klein ausgebildet, das heißt als Öffnung mit einem Lochdurchmesser von 0,5 mm etwas größer als der Durchmesser der Düse. Im Übrigen kann als die Leistung zum Öffnen und Schließen des Umschaltventils 407 anstelle des Motors auch ein Betätigungsorgan mit Öldruck oder Luftdruck verwendet werden.
  • Das Umschaltventil 407 ist so aufgebaut, dass die Öffnungszeit t desselben geregelt werden kann, indem die Drehgeschwindigkeit N (m–1) des Drehelementes 429 geregelt wird. Öffnungszeit t = θ/360/(N/60) (s)
  • Wobei θ für einen Winkel steht, bei dem das Umschaltventil 407 arbeitet. In dem vorliegenden Beispiel ist θ = 70 – 50 = 20°.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist N auf 600 m–1 eingestellt, und die Öffnungszeit t ist auf 5,6 ms eingestellt.
  • Als das düsenseitige Rohr 409 wird ein Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von 1 mm und mit einem Außendurchmesser von 1,6 mm verwendet. Ein solches Edelstahlrohr kann sich relativ frei biegen und es kann in einer tatsächlichen Spindel wirksam angeordnet werden. Da sich dieses Edelstahlrohr nur wenig dehnt, wenn ein Druck daran angelegt wird, ist es als ein Rohr zum Einbau in der vorliegenden Schmiervorrichtung geeignet.
  • Unter Verwendung der wie oben beschrieben hergestellten Schmiervorrichtung wurden die Ausgabebedingungen des Schmieröles bestätigt. In diesem Fall wurde das Schmieröl 300 Einspritzungen ausgegeben, das Gesamtgewicht des von der Düse ausgegebenen Schmieröles wurde gemessen und die durchschnittliche Ausgabemenge sowie die Ausgabegeschwindigkeit pro Einspritzung wurden entsprechend der relativen Dichte des Schmieröles ermittelt.
  • Die Ausgabegeschwindigkeit als die durchschnittliche Geschwindigkeit während der Öffnungszeit des Umschaltventils 407 wurde aus (Ausgabemenge)/(Düsen-Querschnittsfläche)/(Öffnungszeit) ermittelt. Die Messung wurde unter Verwendung des Düsendurchmessers, der Rohrlänge und der Schmierölviskosität als Parameter durchgeführt.
  • Die Ergebnisse der Messungen werden in 49 bis 54 gezeigt. Konkret ist 49 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgabegeschwindigkeit in Bezug auf die Rohrlänge mit dem Düsendurchmesser als Parameter. 50 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Ausgabemenge in Bezug auf die Rohrlänge mit dem Düsendurchmesser als Parameter. 51 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Viskosität und der Ausgabegeschwindigkeit mit dem Düsendurchmesser als Parameter. 52 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Viskosität und der Ausgabemenge mit dem Düsendurchmesser als Parameter. 53 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Pumpendruck und der Ausgabegeschwindigkeit mit dem Düsendurchmesser als Parameter. Und 54 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Pumpendruck und der Ausgabemenge mit dem Düsendurchmesser als Parameter. Im Übrigen wurden als das Schmieröl drei Sorten von Schmieröl – VG10, VG22 und VG32 – verwendet, und die bei der Messung gemessene kinematische Viskosität des Schmieröles bei der Raumtemperatur von 25°C wurde als horizontale Achse angenommen.
  • Von den in 49 bis 54 gezeigten Messergebnissen kann abgeleitet werden, dass durch geeignete Auswahl des Druckes, der Viskosität, der Rohrlänge und des Düsendurchmessers eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit erzielt werden kann. Zum Beispiel beträgt die Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes in dm·N = 3.000.000 etwa 130 m/s, und in diesem Fall beträgt die minimale notwendige Geschwindigkeit zehn Prozent der Innenring-Umfangsgeschwindigkeit und somit gleich oder mehr als 13 m/s. Weiterhin kann aus den in 49 bis 54 gezeigten Messergebnissen abgeleitet werden, dass bei abnehmendem Düsendurchmesser die Schwankungen der Ausgabemenge in Bezug auf die Rohrlänge, die Schmierölviskosität und den Pumpendruck ge ring sind. Das heißt bei der Schmiervorrichtung 401 gemäß dem ersten Beispiel des vierten Ausführungsbeispiels kann stabile Ölausgabe durch Reduzierung des Düsendurchmessers ausgeführt werden. Das bedeutet, dass in dem oben genannten Ausdruck (10) Schwankungen des Druckverlustes Δp gering sind, und praktisch können stabile Ausgabegeschwindigkeit und stabile Ausgabemenge in dem Fall erzielt werden, in dem der Parameter L·d2/D4 in Bezug auf das Rohr in dem Ausdruck (10) auf 5 × 10–4 (m–1) oder weniger eingestellt wird.
  • 55 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Strömungskoeffizienten, der aus den in 49 bis 54 gezeigten Messergebnissen abgeleitet wird, und aus den Düsendurchmessern. Der Strömungskoeffizient ermöglicht die Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit. Wenn die von dem Strömungskoeffizienten und dem Ausdruck (8) abgeleitete Ausgabegeschwindigkeit größer ist als 10 bis 20% der Innenring-Umfangsgeschwindigkeit, kann stabile Schmierung realisiert werden.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Schmiervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles beschrieben werden.
  • 56 ist eine Draufsicht der Hauptabschnitte der Schmiervorrichtung des zweiten Beispieles, und 57 ist eine Draufsicht der Hauptabschnitte einer Schmiervorrichtung gemäß einer Abänderung des zweiten Beispieles.
  • In dem zweiten Beispiel ist das Anordnungsmuster des Ausgabeloches 431, des Ölzuführloches 433 und des Schlitzes 435 des Umschaltventils 407 im Vergleich zu dem bereits beschriebenen ersten Beispiel verändert.
  • Das heißt, in der stationären Gleitkontaktfläche 421 des stationären Elementes 423 und insbesondere auf dem Umfang der stationären Gleitkontaktfläche 421 mit der axialen Linie 427 als Mitte derselben wird eine Vielzahl von Ölzuführlöchern 433, die mit einer Düse 413 zu verbinden sind, geöffnet, und an der Position der axialen Linie 427 wird ein Ausgabeloch 431 ausgebildet, das mit einer Pumpe 403 zu verbinden ist. In der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 des Drehelementes 429 wird insbesondere ein Schlitz 435 ausgebildet, der sich in der radialen Richtung von der Position der axialen Linie 427 bis zu der Position des Ölzuführloches 433 erstreckt. Das heißt, in dem vorliegenden Bei spiel wird eine Anordnung verwendet, die einen Eingang und vier Ausgänge umfasst, und wenn das Drehelement 429 ein Mal gedreht wird, geben die vier Düsen 413 nacheinander das Schmieröl aus.
  • Weiterhin wird in dem zweiten Beispiel, um die übermäßige Reaktion des Umschaltventils 407 zu verbessern, ein Schlitz 436 auf dem Umfang eines jeden Ölzuführloches 433 des stationären Elementes 423 ausgebildet, und somit kann, wenn das Drehelement 429 gedreht wird, das Inkrement der Öffnungsfläche des Umschaltventils 407 in Bezug auf das Inkrement des Drehwinkels der Ausgangsstufe des Öffnens des Umschaltventils 407 erhöht werden. Entsprechend diesem Aufbau und insbesondere in dem Fall, wenn die Öffnungszeit des Umschaltventils 407 reduziert wird, kann eine Verbesserungswirkung bereitgestellt werden.
  • Wenn in dem vorliegenden Beispiel daher das Drehelement 429 in Bezug auf das stationäre Element 423 gedreht wird und wenn der in der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 des Drehelementes 429 ausgebildete Schlitz 435 mit dem in der stationären Gleitkontaktfläche 421 des stationären Elementes 423 ausgebildeten Ölzuführloch abgeglichen wird, wird das Umschaltventil 407 geöffnet (das Ölrohr wird freigegeben), wobei das Schmieröl von der Pumpe von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben wird. Bei diesem Vorgang und da zwei oder mehr Einheiten des Ölzuführloches 433 auf dem Umfang ausgebildet werden, kann jedes Mal, wenn das Drehelement 429 gedreht wird, das Schmieröl aus dem Ausgabeloch 431 zu den jeweiligen Ölzuführlöchern 433 zugeführt werden, das heißt bei jeder Drehung des Drehelementes 429 kann das Schmieröl zu zwei oder mehr Lagern zugeführt werden.
  • Weiterhin kann in dem vorliegenden Beispiel auch eine solche Ausführung verwendet werden, die wie in 57 gezeigt lineare Bewegung nutzt. Bei dieser Ausführung besteht ein Umschaltventil 407 aus einem stationären Element 423 mit einer stationären Gleitkontaktfläche 421 und aus einem Schiebeelement 455, das eine bewegliche Gleitkontaktfläche 425 hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche 421 gebracht werden kann und die es der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 ermöglicht, sich in linearer Richtung in Bezug auf die stationäre Gleitkontaktfläche in gleitendem Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche 421 hin und her zu bewegen. Und in der stationären Gleitkontaktfläche 421 des stationären Elementes 423 wird eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführung: drei) von Ausgabelöchern 431 ausgebildet, die voneinander in der linearen Richtung des stationären Elementes 423 beabstandet sind. Das Ausgabeloch 431 wird in einem längsförmigen Schlitz 436, der sich im rechten Winkel zu der oben genannten linearen Richtung erstreckt, ausgebildet. Weiterhin wird in der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 des Schiebeelementes 455 eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführung: drei) von Ölzuführlöchern 433 ausgebildet, die mit der Düse 413 so zu verbinden sind, dass sie in der linearen Richtung mit den gleichen Intervallen wie die Ausgabelöcher ausgebildet werden. Das Ölzuführloch 433 wird in einem längsförmigen Schlitz 435 ausgebildet, der sich im rechten Winkel zu der oben genannten linearen Richtung erstreckt.
  • Daher hat das Umschaltventil 407 drei Eingänge und drei Ausgänge. In dem Umschaltventil 407 gemäß der vorliegenden Änderung werden das stationäre Element 423 und das Schiebeelement 455 hin- und hergehend in der linearen Richtung bewegt, während sie sich in gleitendem Kontakt miteinander befinden, und die Vielzahl von Ausgabelöchern 431, die in der stationären Gleitkontaktfläche 421 des stationären Elementes 423 ausgebildet werden, und die Vielzahl der Ölzuführlöcher 433, die in der beweglichen Gleitkontaktfläche 425 des Schiebeelementes 455 ausgebildet werden, werden miteinander in Verbindung gebracht oder gleichzeitig abgeschaltet. In diesem Fall kann das Schmieröl von der Pumpe 403 von der Düse 413 über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden. Entsprechend der vorliegenden Änderung und da das Schiebeelement 455 in der linearen Richtung als Antriebsquelle in gleitendem Kontakt hin- und herbewegt wird, kann ein bewegliches Element eines Schaltmagneten oder einer linearen Antriebsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Zylinder, unverändert in seinem Ist-Zustand verwendet werden.
  • In dem Fall der in 56 bzw. 57 gezeigten Umschaltventile und wenn die Dicke ihrer jeweiligen Schlitze verändert wird, können die Ölzuführmengen der jeweiligen Düsen 413 verändert werden. In einem Zylinderrollenlager kann in einigen Fällen die notwendige Ölzuführmenge derselben etwa 1/3 der für ein Schrägrollenlager betragen, und solch eine Änderung der Ölzuführmenge entsprechend dem zweiten Beispiel ist in solchen Fällen wirksam.
  • Als nächstes wird untenstehend ein drittes Beispiel der Erfindung beschrieben werden, wobei die in dem obenstehenden ersten Beispiel diskutierte Schmiervorrichtung unter Bezugnahme auf 58 auf eine tatsächlich eingesetzte Spindel angewandt wird.
  • Eine Spindelvorrichtung 461 ist eine Spindelvorrichtung zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine, die zur Kühlung eines Außenzylinders verwendet wird, und in dem Innenabschnitt der Spindelvorrichtung 461 ist ein aus Edelstahl gefertigtes druckfestes Rohr 463 flexibel in Bezug auf einen Biegevorgang und hat einen Durchmesser in dem Bereich von 1 bis 3,2 mm (hier zum Beispiel einen Außendurchmesser von 1,6 mm und einen Innendurchmesser von 1,0 mm). Das druckfeste Rohr 463 ist mit einem Düsenrahmen 465 verbunden. Das druckfeste Rohr 463 aus Edelstahl kann problemlos von Hand gebogen werden, dehnt sich wenig aus, wenn Druck daran angelegt wird, und ist geeignet für die Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl.
  • Die Spindelvorrichtung 461 umfasst eine Spindelwelle 469, eine Vielzahl (in dem veranschaulichten Beispiel: vier) von Wälzlagern 471 zum frei drehbaren Tragen der Spindelwelle 469, ein Innengehäuse 473 zum Abdecken der Außenseite der Wälzlager 471 und ein Außengehäuse 475 zum Abdecken der Außenseite der Spindelvorrichtung 461. Ein Umschaltventil 407, das eine Schmieröl-Zuführquelle ist, ist durch das druckfeste Rohr 467 mit dem in dem Innengehäuse 473 angeordneten Düsenrahmen 465 durch ein Verbindungsloch 481, das in dem Außengehäuse 475 entlang der axialen Richtung desselben ausgebildet ist, und eine Öffnung 479, die in dem Innengehäuse 473 ausgebildet ist, verbunden.
  • Das Außengehäuse 475 umfasst einen Außenzylinder 477 zum Einschließen der Außenumfänge des Innengehäuses 473 sowie eine hintere Abdeckung 485, die an der Endfläche des Außenzylinders 477 befestigt ist.
  • Die Wälzlager 471 sind in vorgegebenen Intervallen in der axialen Richtung der Spindelvorrichtung 461 so angeordnet, dass die beiden Gruppen von Wälzlagern 471 jeweils gemeinsam die Vorder- und die Rückseite der Spindelwelle 469 nutzen und tragen; die Außenringe der Wälzlager 471 sind jeweils an den Innenumfangsflächen des Innengehäuses befestigt; der Außenring des vordersten Wälzlagers 471 steht in Kontakt mit und ist befestigt an der vorderen Abdeckung 487; und der Außenring des hintersten Wälzla gers 471 ist an dem Innengehäuse 473 durch die Außenringabdeckung 474 befestigt, während er durch eine Feder 489 elastisch in der axialen Richtung der Spindelvorrichtung 461 gespannt wird.
  • Weiterhin sind die Innenringe der Wälzlager 471 jeweils mit den Außenumfangsflächen der Spindelwelle 469 verbunden, und in der vorderen und der hinteren Gruppe der Wälzlager 471 sind zwischen den Wälzlagern 471 Abstandshalter zur Befestigung der Lager 471 in der axialen Richtung der Spindelvorrichtung 461 zwischengeschaltet.
  • Wie in 58 gezeigt wird, wird in der Außendurchmesserfläche des Innengehäuses 473 eine Kühlrille ausgebildet und somit wird Kühlöl von einer Kühleinheit (nicht gezeigt) durch die Kühlrille umgewälzt, so dass die Spindelvorrichtung 461 dadurch gekühlt wird. Das heißt, die vorliegende Spindelvorrichtung 461 ist so aufgebaut, dass sie eine Kühlfunktion unter Verwendung eines Mantelkühlsystems aufweist. Im Übrigen wird die Spindelwelle 469 in dem vorliegenden Beispiel horizontal gelagert. Dies ist jedoch nicht einschränkend, sondern zum Beispiel in einem Fall, in dem die Spindelvorrichtung in einem Bearbeitungszentrum eingesetzt wird, kann die Spindelwelle 469 auch so verwendet werden, dass sie vertikal oder schräg gelagert wird.
  • Wie weiter oben beschrieben und da die Schmiervorrichtung, die das Umschaltventil 407, die Pumpe 403 und den Düsenrahmen 465 umfasst, auf die Spindelvorrichtung 461 angewendet wird, die tatsächlich verwendet wird, ist es nicht notwendig, eine kostspielige Schmierpumpe für feine Menge unter Verwendung eines Elektromagneten oder von GMR-Material zu verwenden, sondern eine hinreichende Ausgabegeschwindigkeit kann unter Verwendung der kostengünstigen Pumpe 403 erzielt werden. Aus diesem Grund können in einer Spindelvorrichtung, die mit hoher Drehzahl läuft, stabile Schmiercharakteristiken, wie zum Beispiel verbesserte Beständigkeit gegen Festfressen und reduzierte Drehmomentschwankungen, realisiert werden. Und bis hin zu dem Zwischenabschnitt der Rohranordnung kann ein Kunstharzrohr 464 verwendet werden und daher kann die Auslegungsfreiheit der Rohranordnung verbessert werden, wodurch es möglich wird, die Spindelvorrichtung 461 auf verschiedene Spindelsysteme anzuwenden.
  • Als nächstes wird eine Schmiervorrichtung gemäß einem vierten Beispiel des vierten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf 59A und 59B beschrieben werden.
  • In dem vorliegenden Beispiel umfasst, wie in 59A gezeigt, ein Umschaltventil 407 einen zylindrisch geformten Stator 503 mit einer stationären Gleitkontaktfläche 501 an einer Innenumfangsfläche desselben, und einen Rotor 507, der eine drehende Gleitkontaktfläche 505, ausgebildet auf der Außenumfangsfläche desselben, hat, so dass diese in engem Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche 501 steht und weiterhin gedreht werden kann, während sich die drehende Gleitkontaktfläche 505 ebenfalls in gleitendem Kontakt mit dem stationären Gleitkontakt 501 befindet. Wie weiterhin in 59B gezeigt, wird in der stationären Gleitkontaktfläche 501 des Stators 503 und insbesondere in der radialen Richtung der stationären Gleitkontaktfläche 501 ein Ölzuführloch 433 geöffnet, das mit der Düse 413 zu verbinden ist, während eine Vielzahl von Ölzuführlöchern 433 in Intervallen in der Umfangsrichtung des Stators 503 ausgebildet werden.
  • Andererseits werden in der drehenden Gleitkontaktfläche 505 des Rotors 507 und insbesondere in der radialen Richtung der drehenden Gleitkontaktfläche 505 eine Vielzahl von Ausgabelöchern 431 geöffnet, die mit der Pumpe 403 zu verbinden sind, während die Ausgabelöcher 431 in den gleichen Intervallen ausgebildet werden wie diejenigen der Ölzuführlöcher 433 in der Umfangsrichtung des Rotors 507.
  • In der vorliegenden Schmiervorrichtung 41 wird der Rotor 507 in dem Innenabschnitt des Stators 503 angetrieben und gedreht, und wenn die Vielzahl von in der stationären Gleitkontaktfläche 501 des Stators 503 ausgebildeten Ölzuführlöchern 433 mit den in der drehenden Gleitkontaktfläche 505 des Rotors 507 ausgebildeten Ausgabelöchern 431 abgeglichen sind, kann das Schmieröl von der Pumpe 403 von der Düse 413 über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden. Der Stator 503 und der Rotor 507 können mit Bewegungspassung ausgeführt werden, wobei schnelles Schalten mit niedrigem Drehmoment problemlos ausgeführt werden kann. Zum Beispiel ist es möglich, einen Drehmagneten 508 unter Verwendung eines Dauermagneten und eines Elektromagneten zu verwenden. In diesem Fall kann eine schnelle Ansprechcharakteristik erzielt werden, und im Vergleich zu einem gewöhnlichen Motor kann eine Treiberschal tung vereinfacht werden, wodurch die Kosten eines Betätigungsorgans gesenkt werden können.
  • In dem vorliegenden Beispiel und um zahlreiche Ausgänge in dem Bereich des Betriebswinkels des Rotors 507 bis 90° bereitzustellen, ist der Rotor 507 in der Form eines Drehventils ausgeführt, das einen Eingang und vier Ausgänge hat. Der Rotor 507 kann von einer Position θ1 in eine Position θ2 angetrieben und gedreht werden oder aber von einer Position θ2 in eine Position θ1. Wenn sich der Drehwinkel von der Ausgangsstellung des Rotors 507 etwa in der Position von 40–50° befindet, können das Ausgabeloch 431 und das Ölzuführloch 433 miteinander in Verbindung treten, und somit kann Schmieröl von der Düse 413 ausgegeben werden. An der Position θ1 bzw. an der Position θ2 können das Ausgabeloch 431 und eine Entlastungsöffnung 509 miteinander in Verbindung treten, so dass das Schmieröl durch ein Entlastungsventil 510 in einen Schmierölbehälter 439 zurückgeführt werden kann. Da das Drehventil so aufgebaut ist, dass es das Schmieröl mit einem Passspalt abdichtet, wird die Entlastungsöffnung 509 so ausgeführt, dass verhindert werden kann, dass eine kleine Menge Schmieröl zu dem Ölzuführloch 433 austreten kann. Im Übrigen ist der Austritt von Schmieröl zu dem Ölzuführloch 433 sehr gering, wenn die Zeit zum Anschalten der Pumpe 403 verkürzt wird, und daher ist es in diesem Fall nicht notwendig, die Entlastungsöffnung 509 auszubilden.
  • Weiterhin wird als eine Abänderung des vierten Beispieles eine Schmiervorrichtung mit einem in 60A bzw. 60B gezeigten Rotor bzw. Stator vorgeschlagen, die sich von dem in 59A und 59B gezeigten unterscheiden, so dass wir eine ausführliche Beschreibung der Ausführung und des Betriebes derselben weglassen. Insbesondere wird das mit der Pumpe 403 verbundene Ausgabeloch 504 in dem Stator 53 ausgebildet, und das von dem Ausgabeloch 504 ausgegebene Schmieröl wird durch einen in dem Rotor 507 ausgebildeten Öldurchlass 506 zu den vier Ölzuführlöchern 433 zugeführt.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Beschreibung einer Schmiervorrichtung gemäß einem fünften Beispiel des vierten Ausführungsbeispiels gegeben.
  • 61 ist eine schematische Darstellung einer Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß dem fünften Beispiel. 62A und 62B sind schematische Ansichten eines in einem Umschaltventil verwendeten stationären Elementes und eines Drehelementes, und 63 ist eine graphische Darstellung des Drehzahlbefehls, der von einer Steuerung an einen Motor auszugeben ist.
  • In dem fünften Beispiel wird unter Verwendung eines Umschaltventils 407 Schmieröl zu einer Spindelvorrichtung 462 zugeführt, die zwei Schrägkugellager mit Keramikkugeln 411 verwendet, die jeweils einen Innendurchmesser von 65 mm haben.
  • Die beiden Lager 411 sind jeweils an den beiden Endseiten (Reihe A, Reihe B) der Spindelvorrichtung 462 so angeordnet, dass sie voneinander in der axialen Richtung der Spindelvorrichtung beabstandet sind, während die Düsen 413 an jedem der Lager 411 so angeordnet sind, dass die Ausgabeöffnung der Düse 413 auf den Innenabschnitt des Lagers 411 zu gerichtet ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Konstruktion des Umschaltventils 407 nutzt das Umschaltventil 407 die beiden Ausgänge eines Drehventils, das einen Eingang und fünf Ausgänge hat, als das stationäre Element 423 desselben wie in 62A gezeigt, und das Drehelement 429 desselben wird in 62B gezeigt. Das heißt, in dem Mittelabschnitt des stationären Elementes 423 wird ein Ausgabeloch 431 ausgebildet, und an vorgegebenen Radiuspositionen desselben werden insgesamt fünf Öl-Zuführlöcher 433 in dem Intervall von 60° ausgebildet. Andererseits wird in dem Drehelement 429 von der Mitte desselben bis zu der oben genannten Radiusposition ein Schlitz mit einer Breite von 0,5 mm in der radialen Richtung des Drehelementes 429 ausgebildet. Und wenn das Drehelement 429 angetrieben und gedreht wird, wird das von dem Ausgabeloch 431 des stationären Elementes 423 zugeführte Schmieröl in den Schlitz 435 des Drehelementes 429 eingeführt, und wenn das Ölzuführloch 433 auf der Außenseite des Schlitzes 435 in der radialen Richtung desselben überlagert ist, wird das Schmieröl von dem Ölzuführloch 433 zugeführt.
  • Eine Steuerung 443 erhöht den Druck einer Ölpumpe 403 intermittierend (in dem vorliegenden Beispiel ein Mal pro Minute), und nach Bestätigung des Druckanstiegs gibt sie einen Drehzahlbefehl für einen Motor 437 entsprechend dem Drehwinkel des Motors 437 aus, um dadurch den Motor 437 ein Mal zu drehen. Das heißt, wie in 63 gezeigt, wird die Drehzahl des Motors 437 auf 300 min–1 eingestellt, wenn der Drehwinkel des Motors 437 gleich 0° (360°) ist. Für den Drehwinkel von 60° wird die Drehzahl auf 900 min–1 erhöht, und wenn sich der Drehwinkel in dem Bereich von 60° bis 300° befindet, wird die Drehzahl von 900 min–1 beibehalten.
  • Und wenn sich das Drehelement 429 dreht und der Schlitz 435 des Drehelementes 429 auf das Ölzuführloch 433 überlagert ist, wird Druck an den Führungs-Endabschnitt der mit dem Ölzuführloch 433 verbundenen Düse angelegt, so dass das Schmieröl ausgegeben werden kann. Entsprechend unserem Versuch wurde festgestellt, dass bei einer Ausgabemenge pro Einspritzung von 0,0014 ml die Ausgabegeschwindigkeit 50 m/s beträgt.
  • Weiterhin ist in dem vorliegenden Beispiel vor dem Umschaltventil 407 ein Schmierölfilter 470 angeordnet. Als der Schmierölfilter 470 kann ein Glaswollefilter oder ein Quarzwollefilter mit geringem Druckverlust oder ein Filter aus Sinterwerkstoff mit einer Körnung von 0,5 μm und einer großen Strömungsleistung verwendet werden. Die Verwendung eines solchen Filters 470 kann verhindern, dass die stationäre Gleitkontaktfläche 421 und die bewegliche Gleitkontaktfläche 425 durch Fremdstoffe aufgraut werden, wodurch die Lebensdauer des Ventils verlängert werden kann. Um die Dichtleistung zu gewährleisten, können die jeweiligen Gleitkontaktflächen 421, 425 eine Planheitsabweichung von 0,5 bis unter 1,0 μm haben, und die Oberflächenrauheit kann weniger als 0,02 Ra betragen.
  • Unter Bezugnahme auf das Material der jeweiligen Gleitkontaktflächen 421, 425 und da das stationäre Element 423 aus gehärtetem Stahl besteht, wie zum Beispiel aus Werkzeugstahl (SK) oder aus Edelstahl (SUS), kann die große Härte des stationären Elementes 423 die Gleitkontaktflächen 421, 425 gegen Verschleiß schützen. Wenn weiterhin die Dichtfläche des stationären Elementes 423 mit einer Nitrierbehandlung, einer WC/C-Beschichtung oder einer DLC-Beschichtung (Hartkarbonbeschichtung) behandelt oder beschichtet wird, kann die Verschleißfestigkeit des stationären Elementes 423 weiter verbessert werden. Da eine Fläche mit WC/C-Beschichtung oder mite iner DLC-Beschichtung (Hartkarbonbeschichtung) einen geringen Reibungskoeffizienten hat, kann das Antriebsdrehmoment des Motors reduziert werden. Weiterhin kann als das Material des Drehelementes 429 ein ähnliches Material verwendet werden bzw., um seine Passfläche nicht zu beschädigen, kann auch ein Kunstharz, wie zum Beispiel PEEK (Polyetheretherketon) verwendet werden, dessen Härte geringer ist als die des stationären Elementes 423.
  • 64A und 64B sind graphische Darstellungen der Ergebnisse (Temperaturkurve) eines an dem fünften Beispiel durchgeführten Drehversuches. Insbesondere wurde bei dem Drehversuch das vorliegende Beispiel mit dem herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren verglichen. Bei dem in 64A gezeigten herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren wird eine Menge von 0,03 ml Schmieröl nach jeweils 16 Minuten ausgegeben, wodurch die Temperatur nach jeweils 16 Minuten schwankt. Andererseits werden bei dem Schmierverfahren gemäß dem in 64B gezeigten vorliegenden Beispiel und da die Ausgabemenge pro Einspritzung gleich 0,0014 ml, also sehr klein, ist, Schwankungen der Menge des Schmieröls in dem Lager reduziert, wodurch wiederum Schwankungen des Rollwiderstandes desselben reduziert werden. Infolgedessen kann die Temperatur gegen Schwankung geschützt werden, und somit kann stabile Drehung realisiert werden.
  • 65 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Lärm, der jeweils von einer Spindelvorrichtung unter Verwendung des herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahrens und durch eine Spindelvorrichtung unter Verwendung eines Schmierverfahrens gemäß dem vorliegenden Beispiel erzeugt wird, während Lärm jeweils an einer Stelle in einem Abstand von 1 m vor der Spindel gemessen und verglichen wurde. Bei dem Schmierverfahren gemäß dem vorliegenden Beispiel und da keine Luft auf das Lager gesprüht wird, konnte die Erzeugung von Schleudergeräuschen eliminiert werden, so dass der Lärmpegel gesenkt werden konnte.
  • Im Übrigen kann in dem vorliegenden Beispiel anstelle eines Spezial-Elektromagnetventils ein gewöhnliches Elektromagnetventil mit einer hohen Ansprechcharakteristik, wie zum Beispiel ein schnelles Elektromagnetventil unter Verwendung eines handelsüblichen Tellerventils verwendet werden.
  • Wie bereits ausführlich beschrieben worden ist, schließt gemäß einer Schmiervorrichtung des vierten Ausführungsbeispieles der Erfindung ein Umschaltventil, das zwischen Ölrohren zum Verbinden einer Pumpe und einer Düse zwischengeschaltet ist, die Ölrohre, wenn der Ausgabe-Öldruck von der Pumpe kleiner ist als ein vorgegebener Druck, und wenn der Ausgabe-Öldruck von der Pumpe gleich oder größer als der vorgegebene Druck ist, öffnet das Umschaltventil die Ölrohre, so dass das von der Pumpe zugeführte Öl von der Düse über einen vorgegebenen Zeitraum ausgegeben werden kann. Aufgrund dessen und ohne Verwendung einer kostspieligen Schmierpumpe für feine Menge unter Verwendung eines Elektromagneten oder eines GMR-Materials kann eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit unter Verwendung einer kostengünstigen Pumpe in einer schnelllaufenden Spindel erzielt werden, und stabile Schmierungscharakteristika, das heißt verbesserte Beständigkeit gegen Festfressen und reduzierte Drehmomentschwankungen, können realisiert werden. Und es ist ebenso möglich, die Erzeugung von Schleudergeräuschen der Wälzkörper zu eliminieren, die bei den herkömmlichen Öl-Luft- und Ölnebel-Schmierverfahren ein Problem darstellen. Weiterhin kann in dem Abschnitt des Rohres, der sich bis zu dem Umschaltventil erstreckt, ein O-Ring oder ein aus Kunstharz gefertigtes druckfestes Rohr verwendet werden, wodurch die Auslegungsfreiheit der Rohranordnung verbessert werden kann.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Nunmehr wird untenstehend eine Schmiervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
  • 66 ist eine schematische Ansicht der Wirkungsprinzipien einer Schmiervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. 67 ist eine erläuternde Ansicht des Betriebes der in 66 gezeigten Schmiervorrichtung und zeigt einen Betriebszustand derselben, in dem eine Öldruckpumpe angeschaltet ist, und 68 ist eine erläuternde Ansicht des Betriebes der in 66 gezeigten Schmiervorrichtung und zeigt einen Betriebszustand derselben, in dem die Öldruckpumpe abgeschaltet ist. Eine Schmiervorrichtung 601 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, dass eine Öldruckpumpe 605 mit einem Festmengenventil 603 verbunden ist. Die Öldruckpumpe 605 ist durch ein Hydraulikhauptrohr 607 mit dem Festmengenventil 603 verbunden und kann in Betrieb das in das Hydraulikhauptrohr 607 auszugebende Öl mit Druck beaufschlagen (EIN) oder von Druck entlasten (AUS).
  • Das Festmengenventil 603 besteht vorwiegend aus einem Ausgabezylinder 609, einem Dreiwegeventil 611 und einem Ölspeicherzylinder 613. In dem Innenabschnitt des Ausgabezylinders 609 ist ein Ausgabekolben 615 eingebaut. Auf einer Abschlussseite des Ausgabekolbens 615 in der Bewegungsrichtung desselben ist eine Ölzuführkammer 617 ausgebildet, und auf der anderen Abschlussseite desselben ist eine Hydraulikkammer 619 ausgebildet. Ein Ausgabeöffnung 621 ist mit der Ölzuführkammer 617 verbunden, wohingegen das Hydraulikhauptrohr 607 mit der Hydraulikkammer 619 verbunden ist. Weiterhin wird der Ausgabekolben 615 normalerweise durch eine Federvorrichtung 623 auf die in dem Ausgabezylinder 609 ausgebildete Hydraulikkammer 619 hin gespannt. Die Spannkraft der Federvorrichtung 623 wird kleiner eingestellt als die Bewegungskraft des Ausgabekolbens 615, wenn der Öldruck von der Öldruckpumpe 605 an die Hydraulikkammer 619 angelegt wird. Das heißt, wenn die Öldruckpumpe 605 angeschaltet ist, kann der Ausgabekolben 615 zu der Seite der Ölzuführkammer 617 hin bewegt werden. Aufgrund der Bewegung des Ausgabekolbens 615 zu der Seite der Ölzuführkammer 617 hin kann in die Ölzuführkammer 617 eingefülltes Öl aus der Ausgabeöffnung 621 auf das Lager (nicht gezeigt) ausgegeben werden.
  • Mit dem Dreiwegeventil 611 sind das Hydraulikhauptrohr 607, ein Ölzuführdurchlass 623, der mit der Ölzuführkammer 617 zu verbinden ist, und ein Ölspeicherdurchlass 627, der mit dem Ölspeicherzylinder 613 zu verbinden ist, verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Dreiwegeventil so aufgebaut, dass ein Schirmventil 629 in dem Innenabschnitt desselben eingebaut ist. Das Schirmventil 629 wird normalerweise durch die Federvorrichtung 631 in einer Richtung gespannt, um den Ölzuführdurchlass 625 und den Ölspeicherdurchlass 627 zu schließen. Das Schirmventil 629 umfasst einen Schirmventil-Hauptkörper 633, und an dem Außenumfang des Schirmventil-Hauptkörpers 633 ist ein flexibles Schirmteil 635 angeordnet. Der Betrieb des flexiblen Schirmteiles 635 ist wie folgt: In einem Zustand, in dem der Schirmventil-Hauptkörper 633 durch die Federvorrichtung 631 gespannt wird, wird der Durchmesser des flexiblen Schirmteiles 635 reduziert, wenn der Öldruck von dem Hydraulikhauptrohr 607 an das flexible Schirmteil 635 angelegt wird, wodurch das Hydraulikhauptrohr 607 und der Ölspeicherdurchlass 627 miteinander in Verbindung treten können.
  • Wenn andererseits der Öldruck von dem Hydraulikhauptrohr 607 von dem Schirmventil 629 abgezogen wird und somit das Schirmventil 629 den Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass 627 empfängt, wird der Schirmventil-Hauptkörper 633 gegen die Spannkraft der Federvorrichtung 631 in einer Richtung weg von dem Ölzuführdurchlass 625 (in einer Richtung zum Öffnen des Ölzuführdurchlasses 625) hin bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird das flexible Schirmteil 635 im Durchmesser vergrößert, so dass dadurch das Hydraulikhauptrohr 607 geschlossen wird. Das heißt, der Schirmventil-Hauptkörper 633, der das Hydraulikhauptrohr 607 geschlossen hat, wird in der Richtung zum Öffnen des Ölzuführdurchlasses 625 bewegt, wobei der Ölspeicherdurchlass 627 und der Ölzuführdurchlass 625 miteinander in Verbindung treten können.
  • Ein Ölspeicherkolben 637 ist in dem Innenabschnitt des Ölspeicherzylinders 613 eingebaut. Auf einer Abschlussseite des Ölspeicherzylinders 613 in der Bewegungsrichtung des Ölspeicherkolbens 637 wird eine Ölspeicherkammer 639 ausgebildet. Der Ölspeicherkolben 637 ist normalerweise durch eine Federvorrichtung 641 zu der Ölspeicherkammer 639 hin gespannt.
  • Das heißt, die Ölspeicherkammer 639 des Ölspeicherzylinders 613 kann aufgrund des Umschaltvorganges des Strömungsdurchlasses durch das Dreiwegeventil 611 in Verbindung mit der Ölzuführkammer 617 des Ausgabezylinders 609 gebracht werden. Weiterhin werden die Ölspeicherkammer 639 und die Ölzuführkammer 617 so ausgebildet, dass sie das gleiche Innenvolumen aufweisen.
  • Als nächstes wird untenstehend eine Beschreibung des Betriebes der wie beschrieben ausgeführten Schmiervorrichtung 601 gegeben.
  • Wenn zuerst der Öldruck von der Öldruckpumpe 605 wie in 67 gezeigt zugeschaltet ist, wird das Schirmventil 629 gegen eine Fläche β gedrückt, um dadurch das Hydraulikhauptrohr 607 und den Ölzuführdurchlass 625 voneinander abzusperren. Weiterhin wird der Ausgabekolben 615 aufgrund des Öldruckes von dem Hydraulikhauptrohr zu der Seite der Ölzuführkammer 617 (obere Seite in 67) hin bewegt, so dass das in der Ölzuführkammer 617 gespeicherte Öl aus der Ausgabeöffnung 621 ausgegeben werden kann.
  • Zur gleichen Zeit wird der Durchmesser des flexiblen Schirmteiles 635 des Schirmventils 629 reduziert (verengt), um dadurch einen Abschnitt α zu öffnen, das Öl strömt durch den Ölspeicherdurchlass 627 in den Ölspeicherzylinder 613, um gegen den Ölspeicherkolben 637 nach unten in 67 zu drücken, und das Öl wird in der in dem Ölspeicherzylinder 613 ausgebildeten Ölspeicherkammer 639 gespeichert.
  • In diesem Fall ist die Menge in der Ölspeicherkammer 639 gespeicherten Öles gleich der Menge von aus der Ölzuführkammer 617 ausgegebenem Öl. Wenn der Öldruck wie in 68 gezeigt durch die Öldruckpumpe 605 abgeschaltet wird, kehrt der Ölspeicherkolben 637 aufgrund der Federvorrichtung 641 in seine Ausgangsstellung (eine Position auf der Oberseite in 68) zurück. Wenn der Öldruck abgeschaltet wird, wird weiterhin der Durchmesser des flexiblen Schirmteiles 635 des Schirmventils 629 vergrößert, um dadurch den Abschnitt α zu schließen, und daher drückt das Öl, wenn der Ölspeicherkolben 637 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, gegen den Schirmhauptkörper 633 in 68 leicht nach unten, um somit die Fläche β zu öffnen, so dass sich das Öl durch den Ölzuführdurchlass 625 in den Ausgabezylinder 609 bewegt.
  • Der Ausgabezylinder 609 kehrt aufgrund des Öles von dem Ölspeicherzylinder 613 als auch wegen der Spannkraft der Federvorrichtung 623 in seine Ausgangsstellung (eine Position auf der Unterseite in 68) zurück. Auf diese Weise wird das auszugebende Öl als nächstes in die Ölzuführkammer 617 gefüllt, und somit ist die Vorbereitung für die nächste Ausgabe von Öl abgeschlossen. Von nun an werden gleiche Vorgänge wiederholt ausgeführt, so dass eine vorgegebene Menge von Öl aus der Ausgabeöffnung 621 ausgegeben wird.
  • Gemäß der vorliegenden Schmiervorrichtung 601 sind in dem Festmengenventil 603 unter Verwendung des Schirmventils 629 der Ausgabezylinder 609 und der Ölspeicherzylinder 613 getrennt angeordnet, und zwei Kolben werden verwendet. Daher kann der Durchmesser des jeweiligen Zylinders problemlos reduziert werden, so dass eine feine Menge Öl in der Größenordnung von 0,001 ml stabil ausgegeben werden kann.
  • Bei der Direktstrahlschmierung muss nicht nur eine feine Menge Öl ausgegeben werden, sondern das Öl muss auch mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden. Damit zum Beispiel eine Menge von 0,003 ml Öl mit einer Ausgabegeschwindigkeit von 30 m/s von der Düse ausgegeben werden kann, muss der Betrieb des Kolbens für die untenstehende Zeit ausgeführt werden:
    (Ausgabemenge)/(Düsenfläche)/(Ausgabegeschwindigkeit) 13 ms
  • Da bei der herkömmlichen Schmiervorrichtung nur ein Kolben verwendet wird, ist der Ölausgabedruck aufgrund der Feder des Kolbens stets niedriger als der Ölzuführdruck, wodurch das Ausgeben von Öl mit hoher Geschwindigkeit erschwert wird. Bei der Schmiervorrichtung 601 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel andererseits kann der Ölausgabedruck aufgrund der Verwendung von zwei Kolben angehoben werden, so dass Ausgabe des Öles mit hoher Geschwindigkeit möglich ist. Wenn zum Beispiel die Fläche C des Antriebsteiles des in 66 gezeigten Ausgabezylinders 609 größer eingestellt wird als die Fläche des Ausgabeteiles (Öldruckbeaufschlagungsfläche), kann der Ausgabekolben 615 mit großer Kraft gedrückt werden, und somit kann der Ausgabekolben 615 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden. Dies kann die schnelle Ausgabe von Öl realisieren, die in der herkömmlichen Schmiervorrichtung schwierig war.
  • Daher gilt gemäß der Schmiervorrichtung 601: Da der Ausgabezylinder 609 und der Ölspeicherzylinder 613 im Vergleich zu der herkömmlichen Schmiervorrichtung, bei der Öl in einem Zylinder auf einer Seite eines Kolbens gespeichert wird und bei der das Öl auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens ausgegeben wird, getrennt angeordnet sind, werden Grenzen der Abmessungen eines Dichtelementes und einer Rückstellfeder eliminiert, wodurch es möglich ist, den Durchmesser des Ausgabezylinders 609 und des Ölspeicherzylinders 613 zu reduzieren. Weiterhin ermöglicht die Verwendung von zwei Kolben die Einstellung der Ölbetriebsfläche des Ausgabekolbens 615 größer als die Öldruckbeaufschlagungsfläche desselben, und daher kann der Ausgabekolben 615 mit einer großen Kraft gedrückt werden und somit kann ein schneller Hub realisiert werden.
  • Aufgrund dessen kann die Ausgabe einer feinen Menge Öl (in der Größenordnung von 0,001 ml) mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung einer kostengünstigen und einfachen Konstruktion im Vergleich zu der Schmiervorrichtung, die einen Elektromagneten oder GMR-Material verwendet, realisiert werden.
  • Als nächstes werden untenstehend die Ergebnisse einer zu einer Schmiervorrichtung, die als Grundkonstruktion eine Konstruktion auf der Grundlage der oben genannten Wirkungsprinzipien anwendet, durchgeführten Leistungsprüfung beschrieben.
  • 69 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion einer Schmiervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 70A ist eine erläuternde Ansicht und zeigt einen Verschlussstopfen als Fitting und, 70B ist eine erläuternde Ansicht und zeigt einen Entlüftungsstopfen hinter dem Fitting. 71 ist eine graphische Darstellung der Verdrängungsbeträge eines Ausgabekolbens pro Zeiteinheit in einer Schmiervorrichtung, die einen Antriebskolben ohne Leerlaufabschnitt umfasst.
  • Die Konstruktion der Schmiervorrichtung 700, die nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hergestellt wurde, ist grundlegend gleich mit der Konstruktion der weiter oben bereits beschriebenen Schmiervorrichtung 601. Daher werden mit Teilen der Schmiervorrichtung 601 baugleiche Teile gleich benannt, und eine erneute Beschreibung dieser Teile wird an dieser Stelle weggelassen.
  • Eine Öldruckpumpe 605 wird an den Schmierölbehälter 701 angebaut. Das Hydraulik-Hauptrohr 607 der Öldruckpumpe 605 wird mit dem Gehäuse 705 eines Festmengenventils 703 verbunden. Ein Ausgaberohr 709 ist durch ein Fitting 707 mit der Ausgabeöffnung 621 eines Ausgabezylinders 609 verbunden. Das Ausgaberohr 709 besteht aus einem Edelstahlrohr mit einem Außendurchmesser von 1,6 mm und einem Innendurchmesser von 1 mm. An dem Führungsenden-Abschnitt des Ausgaberohres 609 ist ein Düsenrahmen 711 angeordnet, wobei der Düsenrahmen 711 so angebaut ist, dass eine Düse 715 gegenüber einem Lager 713 angeordnet ist.
  • Auf der Seite der Hydraulikkammer 619 des Ausgabezylinders 609 ist ein Antriebskolben 717 angebaut, der durch das Öl der Hydraulikkammer 619 bewegt werden kann, um dadurch den Ausgabekolben 615 zu drücken und anzutreiben. Die Ölbetriebsfläche des Antriebskolbens 717 wird größer eingestellt als die Öldruckbeaufschlagungsfläche des Ausgabekolbens 615. Der Antriebskolben 717 wird durch eine Antriebskolben-Rückstellfeder 719 in eine Richtung gespannt, um sich weg von dem Ausgabekolben 615 zu bewegen. Zwischen dem Ausgabekolben 615 und dem Antriebskolben 717 wird ein Leerlaufabschnitt 721 ausgebildet. Dieser Leerlaufabschnitt 721 wird durch einen Luftbogen 723 außerhalb des Gehäuses 705 geöffnet.
  • Öl von dem Hydraulik-Hauptrohr 607, das mit dem Gehäuse 705 verbunden ist, beaufschlagt die Seite der Hydraulikkammer 619 des Antriebskolbens 717 mit Druck, und somit wird der Antriebskolben 717 zu der Seite des Ausgabekolbens 615 bewegt, und nachdem sich der Antriebskolben 717 durch den Leerlaufabschnitt 721 bewegt, stößt er an den Ausgabekolben 615 an und steht in Kontakt mit diesem. In 69 bezeichnet die Verweisziffer 725 einen Saugverschluss, 727 bezeichnet einen Ausgabeverschluss und 729 bezeichnet einen O-Ring.
  • Andererseits ist ein Ölspeicherzylinder 613 in dem Gehäuse 705 angeordnet. Nachdem ein Ölspeicherkolben 637 in dem Ölspeicherzylinder 613 eingebaut wurde, wird der Ölspeicherzylinder 613 durch eine Einstellschraube 731 abgedichtet. In 69 bezeichnet die Verweisziffer 733 einen Anschlagstift, 735 bezeichnet eine Kolbenmanschette und 737 bezeichnet einen O-Ring.
  • An dem Gehäuse 705 ist ein Entlüftungsstutzen 739 angeordnet, der in Verbindung mit dem Dreiwegeventil 611 steht. Ein Verschlussstopfen 741 oder ein Entlüftungsstopfen 743, die in 70A bzw. 70B gezeigt werden, können abnehmbar und selektiv in Gewindeeingriff mit dem Entlüftungsstutzen 739 gebracht werden. Wenn der Entlüftungsstopfen 743 in Gewindeeingriff mit dem Entlüftungsstutzen 739 gebracht wird, drückt der Stiftabschnitt 743a des Entlüftungsstopfens 743 gegen das Schirmventil 629 in 69 nach unten, wobei das Hydraulik-Hauptrohr 607 und der Ölzuführdurchlass 625 miteinander in Verbindung treten können.
  • Die grundlegende Wirkungsweise der Schmiervorrichtung 700 ist die gleiche wie die der bereits beschriebenen Schmiervorrichtung 601. Der Ausgabezylinder 609 und der Ölspeicherzylinder 613 haben jeweils einen Durchmesser von 2 mm und einen Hub von 1 mm, während eine theoretische Ausgabemenge 0,0031 ml/Einspritzung beträgt. Dies ist ein kleiner Zylinderdurchmesser, der bei dem herkömmlichen Festmengenventil nicht realisiert werden kann, wohingegen ein solcher kleiner Durchmesser die Ausgabe einer feinen Menge Öl ermöglicht.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Antriebskolben 717 verwendet, um eine Ausgabe von Öl mit hoher Geschwindigkeit zu realisieren. Die Ölbetriebsfläche des Antriebskolbens 717 ist etwa zehn Mal so groß wie die Öldruckbeaufschlagungsfläche des Ausgabekolbens 615 und daher kann der Ausgabekolben 615 mit großer Kraft angetrieben werden. Weiterhin beträgt der Hub des Antriebskolbens 717 gleich 3 mm. Der vordere Abschnitt des Hubes, 2 mm, ist der Leerlaufabschnitt 721, während der hintere Abschnitt, 1 mm, ein Abschnitt ist, in dem der Antriebskolben 717 den Ausgabekolben 615 drückt. Daher, und aufgrund des Umstandes, dass der Druck der Öldruckpumpe 605 in dem Leerlaufabschnitt 721 hinreichend aufgebaut werden kann, um dadurch Trägheit in dem Antriebskolben 717 zu erzeugen, kann der Ausgabekolben 615 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden.
  • In dem Ölströmungsdurchlass von dem Ölzuführdurchlass 625 zu dem Düsenrahmen 711 wird der Einsatz von Teilen, wie zum Beispiel einem O-Ring, die aufgrund von Druck wesentlich verformt werden können, nach Möglichkeit vermieden, um die Ausgabe einer feinen Menge Öl mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen. Der Ausgabezylinder 609 und der Entlüftungsstutzen 739 werden in das Gehäuse 705 ohne Verwendung eines O-Ringes druckgefügt. Zwischen der Ausgabeöffnung 621 und dem Düsenrahmen 711 wird ein SUS-Rohr eingesetzt, das durch Druck nur wenig verformt wird. In dem Ausgabekolben 615 wird ein O-Ring verwendet. Ein Passspalt zwischen dem Ausgabezylinder 69 und dem Ausgabekolben 715 wird jedoch klein eingestellt, das heißt in der Größenordnung von 5 μm, und der Passabschnitt wird lang ausgebildet, das heißt etwa 10 mm, wobei die Verformung des O-Ringes bei dem Ölausgabevorgang reduziert wird.
  • Der Entlüftungsstutzen 739 wird zum Entlüften in dem Abschnitt des Rohres vor dem Ölzuführdurchlass 625 verwendet. Um eine feine Menge Öl mit hoher Geschwindigkeit ausgeben zu können, ist es wichtig, die Lüft in dem Rohr vollständig zu entlüften. In der vorliegenden Schmiervorrichtung 700 ist es schwierig, die Luft in dem Rohr ausschließlich durch Wiederholen normaler Ablassvorgänge vollständig zu entlüften, da die Öl-Ausgabemenge sehr klein ist. Hier kann die Bereitstellung des Entlüftungsstutzens 739 das Entlüften von Luft unterstützen. Das heißt, ein Entlüftungsstopfen 743 wie in 70B gezeigt, der einen Feinstift-Abschnitt 743a in dem Führungsende desselben umfasst, steht in Gewindeeingriff mit dem Entlüftungsstutzen 739, und danach, wenn das Schirmventil 629 in 69 nach unten gedrückt wird, wenn die Öldruckpumpe 605 angeschaltet ist, kann Öl in den Ölzuführdurchlass 625 strömen, so dass die Entlüftung auf einfache Weise durchgeführt werden kann. Nachdem die Entlüftung abgeschlossen ist, wird der Entlüftungsstopfen 743 durch den stiftlosen Verschlussstopfen 741 ersetzt, und normaler Betrieb wird durchgeführt. Im Übrigen kann Luft auch durch Zuführen von Öl unter Verwendung einer handbetriebenen Pumpe, wie zum Beispiel einer Spritze, aus dem Entlüftungsstutzen 739 entlüftet werden.
  • Um ungenügende Entlüftung zu verhindern, wird weiterhin keine Feder in dem Ölströmungsdurchlass des Dreiwegeventils 611 und in den folgenden Ölströmungsdurchlässen verwendet. Da bei dem herkömmlichen Festmengenventil nur ein Kolben bereitgestellt wird, muss eine Feder in dem Öl angeordnet werden. Aus diesem Grund bleibt Luft oft an dem Spulenabschnitt der Feder hängen, wodurch es schwierig wird, die Luft vollständig zu entlüften. Andererseits ist es bei der vorliegenden Schmiervorrichtung 700 nicht notwendig, in dem Ölausgabedurchlass überhaupt eine Schraubenfeder zu verwenden, wodurch eine Konstruktion verwendet werden kann, die Öl aus dem Festmengenventil vollständig entlüften kann; das heißt die Entlüftung kann einfach und sicher erfolgen.
  • Die bestätigten Ergebnisse der Ausgaben in der vorliegenden Schmiervorrichtung 700 lauten wie folgt:
  • Bedingungen
    • Öldruckpumpe: luftdruckbetriebene Pumpe (Ausgabedruck = 2 MPa)
    • Schmieröl: VG22
    • Düsendurchmesser: 0,1 mm
    • Rohr: Innendurchmesser 1 mm, Länge 1 m
    • Messergebnis Ausgabemenge: 0,0022 ml/Einspritzung (Durchschnittswert aus 50 Einspritzungen)
    • Kolbenhubgeschwindigkeit: (max.) 90 mm/s
    • Ausgabegeschwindigkeit: ca. 27 m/s
  • Die oben genannte Ausgabemenge wurde in der Weise ermittelt, dass die Gewichte von 50 Einspritzungen gemessen und der Durchschnitt der gemessenen Gewichte als die Ausgabemenge betrachtet wurde. Die Hubgeschwindigkeit des Kolbens wurde durch Messen der Position A des Ausgabekolbens 615 wie in 69 gezeigt unter Verwendung eines Wegaufnehmers ermittelt. Die Ausgabegeschwindigkeit von dem Düsenrahmen 711 kann mit Hilfe eines Ausdruckes ermittelt werden: (Kolbenhubgeschwindigkeit) × (Kolbenfläche)/(Düsenfläche) × (Ausgabeleistung). Hierbei wurde die Ausgabeleistung aus (gemessene Ausgabemenge)/(theoretische Ausgabemenge) ermittelt.
  • Unter Bezugnahme auf den Weg des Ausgabekolbens 615 wurde bestätigt, dass die Bewegung des Ausgabekolbens 615, wenn der Leerlaufhub des Antriebskolbens 717 wie in 71 gezeigt auf 2 mm eingestellt ist, schneller ist als wenn der Leerlaufhub wie in 72 gezeigt auf 0 mm eingestellt ist.
  • Bei der Schmierung eines Wälzlagers beträgt die Ausgabegeschwindigkeit, die notwendig ist, damit das Öl den Innenabschnitt des Lagers erreicht, etwa 10% der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Lagers. Daher ist für dm·N gleich 3.000.000 (wobei dm für den Lochkreisdurchmesser des Lagers steht (die Maßeinheit ist mm) und wobei N für die Drehzahl des Lagers steht (die Maßeinheit ist min–1), die Innenring-Umfangsgeschwindigkeit bei schneller Drehung gleich 150 m/s. Dies zeigt, dass das Lager bei der Ausgabegeschwindigkeit der vorliegenden Schmiervorrichtung 700 (15 m/s < ca. 27 m/s) ausreichend geschmiert werden kann.
  • Weiterhin kann bei der vorliegenden Schmiervorrichtung 700, wenn vor der Ausgabeöffnung 621 ein Abschnitt ausgebildet wird, in dem Luft und Öl gemischt werden können, diese auch als Mischventil in dem Öl-Luft-Schmierverfahren verwendet werden. In diesem Fall kann Öl in einer Menge von etwa 1/10 der herkömmlichen Einspritzmenge in dem Bereich von 0,01 bis 0,03 ml ausgegeben werden, wobei die Schwankung der Lagertemperatur, die durch jedes Einspritzintervall bei dem herkömmlichen Schmierverfahren verursacht wurde, verhindert werden kann. Wenn die vorliegende Schmiervorrichtung 700 als Festmengenventil bei dem Öl-Luft-Schmierverfahren eingesetzt wird, kann der Antriebskolben 717 entfallen, wobei die vorliegende Konstruktion zu einer Konstruktion vereinfacht werden kann, bei der der Ausgabekolben 615 direkt mit dem Öldruck geschoben werden kann.
  • Bei Öl-Luft-Schmierung kann vorzugsweise und zusätzlich zu der vorliegenden Konstruktion vor der Ausgabeöffnung 621 ein Rückschlagventil angeordnet werden, um ein Zurückströmen von Luft zu verhindern. Wenn die vorliegende Schmiervorrichtung 700 in dem Öl-Luft-Schmierverfahren verwendet wird, kann sie in der Konstruktion weiter vereinfacht werden. Zum Beispiel kann der in 69 gezeigte Ausgabekolben 615 weggelassen werden und der Ölzuführdurchlass 625 kann im Ist-Zustand als die Ausgabeöffnung 621 verwendet werden (in dem Fall, wenn der Öldruck abgeschaltet ist, wird der Ölspeicherkolben 637 aufgrund der Feder zurückgeführt, wodurch Öl ausgegeben wird). Wie bereits ausführlich beschrieben worden ist, können gemäß der Schmiervorrichtung des fünften Ausführungsbeispieles, da der Ausgabezylinder und der Ölspeicherzylinder getrennt angeordnet werden, im Vergleich zu der herkömmlichen Schmiervorrichtung, bei der Öl in dem Zylinder an einem Seitenende eines einzelnen Kolbens gespeichert wird und das Öl auf der gegenüberliegenden Seite ausgegeben wird, die Grenzen der Abmessungen des Dichtelementes und der Rückstellfeder reduziert werden, was die Reduzierung der Durchmesser des Ausgabezylinders und des Ölspeicherzylinders ermöglichen kann. Aufgrund der Bereitstellung von zwei Kolben kann die Ölbetriebsfläche des Ausgabekolbens weiterhin größer eingestellt werden als die Öldruckbeaufschlagungsfläche, so dass der Ausgabekolben mit großer Kraft geschoben werden kann und somit eine große Hubgeschwindigkeit realisiert werden kann. Im Ergebnis dessen kann bei Verwendung einer kostengünstigen und einfachen Konstruktion im Vergleich mit einer Schmiervorrichtung unter Verwendung eines Elektromagneten oder eines GMR-Materials eine feine Menge in der Größenordnung von 0,001 ml Öl mit hoher Geschwindigkeit ausgegeben werden.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Nunmehr wird untenstehend eine Spindelvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
  • 73 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung. Eine Spindelvorrichtung 800 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist eine Spindelvorrichtung für eine Werkzeug maschine mit Mantelkühlung, bei der ein druckfestes Rohr 810, das aus Edelstahl besteht und 1 bis 3,2 mm hat (hier als Beispiel einen Außendurchmesser von 1,6 mm und einen Innendurchmesser von 1 mm), um flexibel gegen Biegen zu sein, in der Spindelvorrichtung 800 angeordnet und mit einem Düsenrahmen 812 verbunden ist. Dieses druckfeste Rohr aus Edelstahl, insbesondere das blankgekühlte Edelstahlrohr 810, kann von Hand problemlos gebogen werden und dehnt sich unter Druck nur wenig aus, das heißt es ist geeignet für die Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl.
  • Die Spindelvorrichtung 800 umfasst eine Spindelwelle 814, eine Vielzahl (in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel: vier) Wälzlagern 816 zum drehbaren Lagern der Spindelwelle 814, ein Innengehäuse 818 zum Abdecken der Außenseite der Wälzlager 816 und ein Außengehäuse 820 zum Abdecken der Außenseite der Spindelvorrichtung 800, und in der Spindelvorrichtung 800 ist eine Schmiervorrichtung 822 für feine Menge, die als Zuführquelle von Schmieröl dient, durch das druckfeste Rohr 810 mit dem Düsenrahmen 812 verbunden, der in dem Innengehäuse 818 durch ein Verbindungsloch 824 bereitgestellt wird, das in dem Außengehäuse 820 entlang der axialen Richtung desselben ausgebildet ist, um das Schmieröl zuzuführen, und durch eine Öffnung 886, die in dem Innengehäuse 818 ausgebildet ist.
  • Das Außengehäuse 820 umfasst einen Außenzylinder 825 zum Umschließen der Außenumfänge des Innengehäuses 818 und eine hintere Abdeckung 832, die an der Endabschlussseite des Außenzylinders 825 befestigt ist.
  • Die Wälzlager 816 sind in vorgegebenen Intervallen in der axialen Richtung der Spindelwelle 814 angeordnet, um somit in einer vorderen und einer hinteren Zweiergruppe angeordnet zu werden, so dass die vordere und die hintere Gruppe die Vorder- und Hinterseite der Spindelwelle 814 teilen und diese lagern. Die Außenringe der jeweiligen Wälzlager 816 sind jeweils an der Innenumfangsfläche des Innengehäuses 818 befestigt. Der Außenring des vordersten Wälzlagers 816 steht in Kontakt mit und ist befestigt an der Frontabdeckung 834, wohingegen der Außenring des hintersten Wälzlagers 816 an der Außenringabdeckung 836 befestigt ist, während er durch eine Feder 838 elastisch in der axialen Richtung des Außenzylinders 828 gespannt wird.
  • Weiterhin sind die Innenringe der Wälzlager 816 jeweils mit der Außenumfangsfläche der Spindelwelle 814 verbunden, und an der Vorderseite und der Rückseite derselben, zwischen den Wälzlagern 816, sind Abstandshalter zum Befestigen der Lager 816 in der axialen Richtung der Spindelwelle 814 zwischengeschaltet.
  • Wie in 73 gezeigt wird, wird eine Kühlrille 842 in der Außendurchmesserfläche des Innengehäuses 818 ausgebildet, und indem das Kühlöl von einer Kühleinheit (nicht gezeigt) durch die Kühlrille umgewälzt wird, kann der Außengehäuse 820 gekühlt werden. Das heißt, die vorliegende Spindelvorrichtung 800 hat eine Kühlfunktion unter Verwendung eines Mantelkühlsystems. Im Übrigen wird die Spindelwelle 814 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel horizontal gelagert. Jedoch ist dies nicht beschränkend; zum Beispiel in dem Fall einer Spindelvorrichtung zum Einsatz in einem Bearbeitungszentrum kann die Spindelwelle 814 so verwendet werden, dass sie vertikal der schräg gelagert wird.
  • Als nächstes wird die Schmiervorrichtung 822 für feine Menge beschrieben werden. 74 ist eine schematische Ansicht der Konstruktion der Schmiervorrichtung 822 für feine Menge. Wie in 74 gezeigt wird, umfasst die Schmiervorrichtung 822 für feine Menge einen Stabkörper 846, der aus einem GMR-Material mit positiver Charakteristik besteht, während ein Endabschnitt 846a des Stabkörpers 846 in der axialen Richtung desselben durch einen Vorspannungs-Einstellmechanismus 848 an einem Gehäuse 850 befestigt wird. Dieser Stabkörper 846 kann in der axialen Richtung desselben aufgrund des magnetostriktiven Phänomens (Joule-Effekt) gedehnt werden, wenn ein Magnetfeld daran angelegt wird.
  • Als der Vorspannungs-Einstellmechanismus 848 kann zum Beispiel ein Schraubgetriebe verwendet werden, das, wenn es gedreht wird, in der axialen Richtung des Stabkörpers 846 vorsteht, um dadurch gegen den einen Endabschnitt 846a des Stabkörpers 846 zu drücken. An dem anderen Endabschnitt 846b des Stabkörpers 846 in der axialen Richtung desselben ist ein Druckübertragungselement 852 angeordnet, das den Stabkörper 846 zu der Seite des Vorspannungs-Einstellmechanismus 848 spannt, um dadurch Druck zu übertragen, ohne einen Zwischenraum (ein Spiel) in dem Stabkörper 846 in der axialen Richtung desselben zu erzeugen, und der Stabkörper 846 ist durch dieses Druckübertragungselement 852 mit einem Kolben 854 verbunden. Der Kolben 854 ist verschiebbar in dem Innenabschnitt eines Zylinders 856 angeordnet, während der Zylinder 856 und der Kolben 854 bei der Ausbildung eines Pumpenarbeitsraumes zusammenwirken.
  • In dem Zylinder 856 wird ein Saugströmungsdurchlass 838 zum Zuführen von Schmieröl zu dem Pumpenarbeitsraum ausgebildet, und in dem Zwischenabschnitt des Saugströmungsdurchlasses 838 zu einem Saugstutzen 859 ist ein saugseitiges Rückschlagventil 860 angeordnet, das aus einem Rückschlagventil besteht, das verhindert, dass Schmieröl aus dem Pumpenarbeitsraum ausströmt.
  • Weiterhin wird in dem Zylinder 856 ein Ausgabeströmungsdurchlass 862 zum Ausgeben des aus dem Pumpenarbeitsraum ausgestoßenen Schmieröles ausgebildet, und in dem Zwischenabschnitt des Ausgabeströmungsdurchlasses 862 zu dem Ausgabestutzen 863 ist ein ausgabeseitiges Rückschlagventil 864 angeordnet, das aus einem Rückschlagventil besteht, das das Eindringen des Schmieröles in den Pumpenarbeitsraum verhindert.
  • An dem Außenumfang des Stabkörpers 846 ist eine Spule 866 koaxial mit dem Stabkörper 846 angeordnet, und weiterhin ist außen an der Spule 866 ein Joch 868 angeordnet, das aus magnetischem Material ausgebildet ist und mit dem Stabkörper 846 bei der Ausbildung eines Magnetkreises zusammenwirkt. Weiterhin ist eine elektrisch angeschlossene Treiberschaltung 870 mit der Spule 866 verbunden, die einen Strom zum Erzeugen eines Magnetfeldes ausgibt. Wenn dieser Strom an die Spule 866 angelegt wird, empfängt der Stabkörper 846 ein Magnetfeld, das von der Spule 866 erzeugt wird, und er dehnt sich dabei aus, so dass infolgedessen das Schmieröl in dem Pumpenarbeitsraum, das durch den Saugströmungsdurchlass 838 in den Pumpenarbeitsraum zugeführt und dort gespeichert wurde, aus dem Ausgabestutzen 863 durch den Ausgabeströmungsdurchlass 862 ausgegeben wird. Das wie beschrieben ausgegebene Schmieröl wird von dem Düsenrahmen 812 durch das druckfeste Rohr 810 ausgegeben. In diesem Fall ist die Ausgabemenge des Schmieröles pro Einspritzung eine feine Menge in dem Bereich von 0,5 bis 10 [mm3] und der Ausgabedruck beträgt 1 [MPa] oder mehr.
  • Als nächstes wird untenstehend der Düsenrahmen 812 beschrieben werden.
  • 75 ist eine Schnittdarstellung des Düsenrahmens 812. Der Düsenrahmen 812 umfasst ein Aufnahmeloch 876 zum Verbinden eines Gelenkes 874, das mit einem druckfesten Rohr, einem Ausgabeabschnitt 878 zum Ausstoßen von zu diesem zugeführtem Schmieröl und einem Strömungsdurchlass 880 zum Verbinden des Aufnahmeloches 876 und des Ausgabeabschnittes verbunden ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Gelenk 874 mit der Seitenfläche des Düsenrahmens 812 so verbunden, dass es im Wesentlichen im rechten Winkel zu dem Strömungsdurchlass 880 verbunden ist. Weiterhin ist auf der Seite des Strömungsdurchlasses 880, auf der das Gelenk 874 verbunden ist, ein Stopfen 882 angeordnet.
  • Als das Gelenk 874 kann ein Gelenk verwendet werden, das wie in 76A gezeigt aus Kunstharz, wie zum Beispiel PEEK (Polyetheretherketon), ausgebildet ist, oder ein Gelenk, das wie in 76B gezeigt aus Edelstahl ausgebildet ist. Das in 76A gezeigte Gelenk aus PEEK-Harz kann abgedichtet werden, indem es angezogen wird, wenn der Kegelabschnitt 874a des Gelenkes, der in dem Führungsabschnitt desselben ausgebildet ist, in dem Düsenrahmen 812 eingebaut wird. Weiterhin ist an dem in 76B gezeigten Führungsendabschnitt des Gelenkes aus Edelstahl ein Kegelteil 874b angebaut, dessen Führungsendabschnitt aus elastischem Material, wie zum Beispiel Edelstahl oder PEEK-Harz ausgebildet ist, und dieses Gelenk kann abgedichtet werden, indem das Kegelteil 874b angezogen wird.
  • Weiterhin wird ein Düsenchip 879 mit einem Düsendurchmesser dn von 0,1 [mm] in einen Ausgabeabschnitt 878 druckeingefügt.
  • Bei dem Anbau des Gelenkes 874 an den Düsenrahmen 812 und selbst wenn der Düsenrahmen 812 an der Tiefstelle der Spindelvorrichtung 800 angeordnet wird, kann das Gelenk 874 problemlos in Gewindeeingriff mit dem Schraubabschnitt der Fixierbohrung 876 gebracht werden, indem ein Montagewerkzeug 884 wie in 77 gezeigt verwendet wird. Das heißt, in dem Innengehäuse 818 der Spindelvorrichtung 800 wird eine axiale Bohrung 886 mit einem Durchmesser von 9 [mm] so ausgebildet, dass sie von der Endfläche der Fixierbohrung 876 des Düsenrahmens 812 durch das Innengehäuse 818 hindurchgeht, und somit kann das Gelenk 874 angezogen oder aus der Fixierbohrung 876 ausgebaut werden, wenn das Werkzeug 884 in die axiale Bohrung 886 eingeführt und das Gelenk 874 danach gedreht wird.
  • Da der Düsenrahmen 812 in der oben beschriebenen Weise ausgeführt ist, kann er verhindern, dass Schmieröl aus dem abgedichteten Abschnitt des Gelenkes ausläuft, und er ist frei von Verformung durch Druck, so dass ein Rohrgelenk bereitgestellt werden kann, das für die Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl geeignet ist. Da der Düsenrahmen 812 weiterhin so ausgeführt ist, dass er die Verbindung des Rohres im abschließenden Stadium der Spindelmontage ermöglicht, weist der vorliegende Düsenrahmen eine hervorragende Montageeffizienz auf.
  • Als nächstes wird untenstehend ein Rohr der Spindelvorrichtung 800 beschrieben werden.
  • Wenn Schmierung mit feiner Menge unter Verwendung eines Rohres durchgeführt wird, verursacht die durch Druckverlust reduzierte Ausgabegeschwindigkeit des Schmieröles ein Problem. Im Falle von Druckverlust in einem Rohr koinzidiert der Ausdruck der Rohrdurchlassreibung einer Laminarströmung gut mit den Versuchsergebnissen, und wenn eine Schmieröl-Strömungsgeschwindigkeit in dem Führungsendabschnitt einer Düse als v [m/s] ausgedrückt wird, kann der Rohrdruckverlust Δp [Pa] aufgrund der Rohrdurchlassreibung wie folgt ausgedrückt werden (1): Δp = 32μ·L·dn2·v/d4 (11)wobei μ für einen Schmieröl-Viskositätskoeffizienten [Pa·s] steht, L für eine Rohrlänge (m], d für einen Rohrinnendurchmesser [m], v für die Ausgabegeschwindigkeit [m/s] einer Düse und dn für einen Düsendurchmesser [m] stehen.
  • In dem Ausdruck (11) wird der Einfluss des Rohres auf den Druckverlust Δp als ein Parameter L·dn 2/d4 ausgedrückt, und dieser Parameter wird als der Rohrparameter bezeichnet. Indem der Rohrparameter reduziert wird, kann der Druckverlust Δp des Rohres auf einem niedrigen Niveau kontrolliert werden. Entsprechend der experimentellen Bestätigung des Ausgabezustandes des Schmieröles, der auftritt, wenn der Rohrparameter schwankt, wird festgestellt, dass wenn die in dem folgenden Ausdruck (12) ausgedrückte Bedingung erfüllt ist, eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit erreicht werden kann, um eine feine Menge von Schmieröl ausgeben zu können. L·dn 2/d4 < 5 × 104 [m–1] (12)
  • Wobei die Rohrlänge L die Bedingung L > 0,5 [m] erfüllen muss, da ein Rohr in einer Spindel der Spindelvorrichtung 800 angeordnet werden muss.
  • Als nächstes werden untenstehend die Volumenelastizität von Schmieröl in dem Innenabschnitt eines Rohres und die Ausdehnung des Rohres beschrieben.
  • Mit zunehmendem Volumen von Schmieröl in einem Rohr aufgrund der Volumenelastizität des Schmieröles kann der Ausgabedruck der Schmiervorrichtung für feine Menge das Führungsende der Düse nicht erreichen, wodurch es unmöglich ist, eine feine Menge von Schmieröl stabil zuzuführen. Bei großer Ausdehnung des Rohres aufgrund von Druck entsteht weiterhin ein ähnliches Problem.
  • Der Kompressionsbetrag des Schmieröles und der Ausdehnungsbetrag des Rohres sind abhängig von dem durchschnittlichen Druck in dem Rohr, und das aufgrund des durchschnittlichen Druckes p zu verdichtende Volumen Δvo [m3] kann nach dem folgenden Ausdruck (13) ermittelt werden Δvo = π·L·d2·p/(4K) (13)
  • Weiterhin kann ein aufgrund des durchschnittlichen Druckes p auszudehnendes Volumen Δvp des Rohres nach dem folgenden Ausdruck (14) ermittelt werden, wobei ein Ausdruck zu einem Zylinder normaler Dicke verwendet wird: Δvp = π·L·d2·p·{(D2 + d2)/(D2 – d2) + v}/(2E) (14).
  • Wenn die Summe von Δvo und Δvp gleich oder kleiner als die Ausgabemenge q ist, ist der Einfluss der Volumenelastizität des Schmieröles und der Rohrausdehnung gering. Normalerweise liegt bei einer Schmierölzuführung feiner Menge der durchschnittliche Druck in dem Rohr in der Größenordnung von 0,8 bis 2,0 [MPa]. Insbesondere für einen Rohrdruck von 2,0 [MPa], wenn die Summe aus Δvo und Δvp auf gleich oder kleiner als die Ausgabemenge eingestellt wird, kann stabile Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl realisiert werden. Das heißt die Summe aus Δvo und Δvp kann vorzugsweise so eingestellt werden, dass der folgende Ausdruck (15) erfüllt wird: L·p·{π·d2/(4K) + π·d2·{(D2 + d2)/(D2 – d2) + v}/(2E)} < q [m3] (15).
  • Der Grund dafür, dass der durchschnittliche Druck in dem Rohr in der Größenordnung von 0,8 bis 2,0 (MPa] liegt, ist folgender: Normalerweise beträgt die für die Schmierung eines Wälzlagers notwendige Ausgabegeschwindigkeit von Schmieröl etwa 10 bis 20% der Umfangsgeschwindigkeit des Innenringes des Lagers. In Bezug auf die Anzahl der Umdrehungen des Lagers liegt das Produkt (dm·n) des Durchmessers [mm] und der Drehzahl [min–1] in dem Bereich von 1.000.000 bis 3.500.000, und um eine solch hohe Drehzahl zu erreichen, muss die Ausgabegeschwindigkeit in denn Bereich von 5 bis 33 [m/s] liegen. Andererseits wird die Ausgabegeschwindigkeit v des Schmieröles mit dem folgenden Ausdruck (16) in Abhängigkeit von dem Schmieröldruck Pn unmittelbar vor der Düse ausgedrückt:
    Figure 01210001
    wobei Cd für den Düsenströmungskoeffizienten und p für eine Schmieröldichte [kg/m3] steht. Hinsichtlich des Düsenströmungskoeffizienten Cd in einer Düse mit einem Düsen durchmesser von 0,3 bis 0,08 [mm] gilt Cd = 0,70 bis 0,95. Hinsichtlich der notwendigen Ausgabegeschwindigkeit ausgehend von dem Druck unmittelbar vor der Düse, der durch den Ausdruck (16) gefordert wird, und ausgehend von dem Rohrdruckverlust Δp, der von dem Ausdruck (11) gefordert wird, beträgt der durchschnittliche Druck in dem Rohr 0,8 bis 2,0 [MPa]. Davon abgeleitet muss der Ausgabedruck der Schmiervorrichtung wenigstens 1 [MPa] betragen.
  • In dem Ausdruck (14) und wenn der Elastizitätsmodul E des Rohres klein ist, ist das Rohr leicht auszudehnen und das Volumen Δvp ist groß. Wenn Kunstharz mit einem Elastizitätsmodul E von weniger als 3 [GPa] als Rohrmaterial verwendet wird, ist die Ausdehnung des Rohres groß, wodurch es schwierig wird, eine große Rohrlänge L, die für die Anordnung des Rohres in der Spindel notwendig ist, zu verwenden. Dies wird durch eine graphische Darstellung in 78 gezeigt. Insbesondere ist 78 eine graphi sche Darstellung zur Veranschaulichung der Schwankung des Schmieröl-Kompressionsvolumens Δvp in Bezug auf die Rohrlänge L in Bezug auf den Innendurchmesser d des Rohres. Entsprechend der 78 und bei einem Innendurchmesser d von mehr als 2,0 [mm] nimmt das Schmierölvolumen in dem Rohr zu, und das Volumen Δvp des zu verdichtenden Schmieröles nimmt zu. Daher ist es notwendig, den Rohrinnendurchmesser d auf gleich oder kleiner als 2,0 [mm] einzustellen. Das für die Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl zu verwendende Schmieröl ist Schmieröl aus der Klasse VG10 bis VG32, und der Elastizitätsmodul K eines solchen Schmieröles beträgt etwa 1,4 [GPa].
  • 79 ist eine graphische Darstellung der Messergebnisse der Schwankung der Ausgabegeschwindigkeit v des Schmieröles in Bezug auf die Rohrlänge L bei einem Rohrinnendurchmesser von 0,5 bis 1,0 als Parameter. In dieser graphischen Darstellung nimmt die Ausgabegeschwindigkeit v mit zunehmender Rohrlänge L ab. Für einen Rohrinnendurchmesser d von 0,5 [mm] und eine Rohrlänge L von 0,5 [m] zum Beispiel beträgt die Ausgabegeschwindigkeit v mehrere m/s, das heißt eine ausreichende Ausgabegeschwindigkeit kann nicht erreicht werden, und somit muss der Rohrinnendurchmesser auf wenigstens 0,8 [mm] eingestellt werden. Daher ist es eine notwendige Bedingung, dass der Rohrinnendurchmesser d auf den Bereich von 0,8 [mm] bis 2,0 [mm] eingestellt wird. Dementsprechend muss weiterhin der Außendurchmesser D des Rohres angesichts seiner Festigkeit auf den Bereich von 1,0 [mm] bis 3,2 [mm] eingestellt werden.
  • 80 ist eine graphische Darstellung der in 79 gezeigten Ergebnisse, während der Rohrparameter L·dn 2/d4 auf der Abszisse derselben gezeigt wird. Diese graphische Darstellung zeigt, dass die Ausgabegeschwindigkeit v im Verhältnis zu dem Rohrparameter schwankt, was bedeutet, dass die Ausgabegeschwindigkeit im Wesentlichen durch den Rohrparameter bestimmt wird. Indem der Rohrparameter von 5 × 104 oder weniger verwendet wird, kann eine Ausgabegeschwindigkeit erzielt werden, die für die Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl mit einer Ausgabegeschwindigkeit v von 5 bis 15 [m/s] oder mehr benötigt wird.
  • 81 ist eine graphische Darstellung der Messergebnisse der Schwankung der Ausgabegeschwindigkeit v, die auftritt, wenn der Elastizitätsmodul des Rohres geändert wird. Diese Graphik zeigt die Berechnungsergebnisse von Δvp + Δvo und die Messergebnisse der Ausgabegeschwindigkeit v bei Verwendung von drei Arten von Rohren, nämlich eines Rohres aus Edelstahl (Elastizitätsmodul E ≅ 190 [GPa]), eines Rohres aus PEEK-Harz (E ≅ 4 [GPa] und eines Rohres aus Polyurethanharz (E ≅ 0,1 [GPa]), wobei der Außendurchmesser D der genannten Rohre jeweils 1,6 [m], der Rohrinnendurchmesser d jeweils 1,0 [m], die Rohrlänge L 1 [m] betragen und wobei der durchschnittliche Druck p in den obenstehenden Ausdrücken (13) und (14) auf 2 [MPa] eingestellt wird. Im Übrigen ist die Ausgabemenge q in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf etwa 3 [mm3] eingestellt, und es wird Schmieröl VG22 verwendet.
  • Entsprechend dieser graphischen Darstellung und bei geringem Elastizitätsmodul E des Rohres nimmt das Ausdehnungsvolumen Δvp zu und somit nimmt auch Δvp + Δvo zu, und bei Δvp + Δvo gleich oder größer als 3 [mm3] fällt die Ausgabegeschwindigkeit v plötzlich ab. Insbesondere bei Verwendung von Polyurethanharz ist die Ausgabegeschwindigkeit v im Wesentlichen Null, was zeigt, dass Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul und insbesondere mit einem Elastizitätsmodul E von weniger als 3 [GPa] nicht geeignet für ein Rohr zum Zuführen einer feinen Menge Schmieröl ist. Andererseits beträgt bei einem Edelstahlrohr mit einem Elastizitätsmodul E in der Größenordnung von 190 [GPa] das Ausdehnungsvolumen Δvp des Rohres 0,01 [mm3] oder weniger nach Berechnung und daher kann der Einfluss der Ausdehnung des Rohres vernachlässigt werden.
  • Entsprechend der Spindelvorrichtung 800 des vorliegenden Ausführungsbeispieles und selbst bei ihrer Anwendung als Spindelvorrichtung mit Kühlfunktion unter Verwendung eines Mantelkühlsystems und bei begrenztem Raum für Düsenmontage und Rohranordnung und wenn eine Düse und ein Rohr in einer solch kompakten Ausführung eingebaut werden, dass der Außendurchmesser des Rohres in dem Bereich von 1,0 [mm] bis 3,2 [mm] eingestellt wird, dass der Rohrinnendurchmesser auf den Bereich von 0,8 [mm] bis 2,0 [mm] eingestellt wird, dass der Elastizitätsmodul des Rohrmaterials auf 3 [GPa] oder größer eingestellt wird und dass die Rohrlänge L so eingestellt wird, dass die Ausdrücke (12) und (15) und L > 0,5 [m] erfüllt werden, kann nicht nur Zuführung einer feinen Menge von Schmieröl realisiert werden, sondern können auch die Erzeugung von Lärm aufgrund von Schleudergeräuschen und schlechte Schmierung aufgrund des Luft schleiers verhindert werden, was bei herkömmlichen Öl-Luft-Schmiervorrichtungen Probleme verursacht hat.
  • Siebentes Ausführungsbeispiel
  • Als nächstes wird untenstehend ein siebentes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung beschrieben werden.
  • 82 ist eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung einer Spindelvorrichtung 900 gemäß der Erfindung. In 82 werden mit in 73 gezeigten Teilen funktionsgleiche Teile gleich bezeichnet, und eine erneute Beschreibung der betreffenden Teile wird an dieser Stelle weggelassen.
  • Die Spindelvorrichtung 900 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel einer Spindelvorrichtung mit einer vierreihigen Kombination von Lagern. Wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es in einer Spindelvorrichtung mit einer mehrreihigen Kombination von Lagern in manchen Fällen schwierig, ein Rohr bis zu den jeweiligen Düsenrahmen 812 durch eine Öffnung 886, die als axiale Bohrung in einem Gehäuse ausgebildet ist, anzuordnen. In dem Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist es aus Platzgründen schwierig, dass die Öffnung 886 von dem linken Ende eines Innengehäuses 818 geöffnet wird und ein Rohr durch die Öffnung 886 bis zu den Wälzlagern 816c, 816d, die in der dritten und der vierten Reihe in 82 von der linken Seite ausgesehen angeordnet sind, angeordnet wird.
  • Angesichts dessen und da der Montagezustand des Gehäuses in 83 gezeigt wird, umfasst das Innengehäuse 818 ein erstes Innengehäuse 890 und ein zweites Innengehäuse 892. In dem ersten Innengehäuse 890 sind die Außenringe der Wälzlager 816 zu befestigen. In dem zweiten Innengehäuse 892 wird der Innendurchmesser da einer Innenumfangsfläche eines Einführabschnittes, der das erste Innengehäuse 890 in der axialen Richtung desselben aufnehmen kann, um wenigstens eine Größe gleich dem Durchmesser eines druckfesten Rohres 810 größer eingestellt als der Außendurchmesser db der Außenumfangsfläche des ersten Innengehäuses 890.
  • Bei dem Einbau des Innengehäuses 818 wird zuerst ein Gelenk 874 mit dem oberen Abschnitt eines Düsenrahmens 812 verbunden, der sich auf der Seite des Wälzlagers 816 des ersten Innengehäuses 890 befindet, und das druckfeste Rohr 810 wird von einer Öffnung 894, die in dem zweiten Innengehäuse 892 ausgebildet ist, herausgezogen. Das herausgezogene druckfeste Rohr 810 wird danach aus der Spindelvorrichtung 900 durch eine Öffnung 888 (siehe 82), die in einem Außengehäuse 820 ausgebildet ist, herausgezogen. Auf diese Weise und indem das Gelenk 8741 durch den oberen Abschnitt des Düsenrahmens 812 verbunden wird, kann ein Rohr auch dann angeordnet werden, wenn der Raum des Gehäuses in der axialen Richtung eng und begrenzt ist. Und das erste Innengehäuse 890 wird in den Einführabschnitt des zweiten Innengehäuses 892 eingeführt, während das erste Innengehäuse 890 in der axialen Richtung desselben gleitend bewegt wird. Da der Innendurchmesser da des zweiten Innengehäuses 892 größer eingestellt ist als der Außendurchmesser db des ersten Innengehäuses 890, wird die Möglichkeit eliminiert, dass das druckfeste Rohr 810 zwischen das erste und das zweite Innengehäuse 890, 892 gelangt, so dass das erste Innengehäuse 890 reibungslos eingeführt werden kann. Daher kann das Rohr, das heißt das druckfeste Rohr 810, auch in dem tiefen und engen Raum der Spindelvorrichtung angeordnet werden, während die Spindelvorrichtung für problemlose Montage ausgelegt wird.
  • Weiterhin kann eine andere Ausführung verwendet werden, bei der eine Ausschnittrille zum Anordnen des druckfesten Rohres 810 in dem Einführabschnitt des zweiten Innengehäuses 892 ausgebildet wird. In diesem Fall kann reibungsloses Einführen des ersten Innengehäuses 890 realisiert werden, wenn das erste Innengehäüuse 890 in der axialen Richtung desselben gleitend bewegt wird, da das druckfeste Rohr 810 in der Ausschnittrille untergebracht wird.
  • Entsprechend der Spindelvorrichtung des sechsten und des siebenten Ausführungsbeispieles wird ein Rohr zum Zuführen von Schmieröl so eingestellt, dass die vorgegebenen Bedingungen erfüllt werden, um eine feine Menge von Schmieröl zuführen zu können. Daher können, auch wenn die vorliegende Erfindung auf eine Spindelvorrichtung angewendet wird, bei der der Raum für den Einbau der Düse und die Anordnung des Rohres eng und begrenzt ist, eine Düse und ein Rohr in einer kompakten Ausführung eingebaut werden, so dass eine feine Menge von Schmieröl genau und stabil zugeführt werden kann und dass gleichzeitig die Erzeugung von Lärm aufgrund von Schleuderge räuschen und schlechter Schmierung aufgrund des Luftschleiers, die bei der herkömmlichen Öl-Luft-Schmierung Probleme verursachen, verhindert werden kann.

Claims (24)

  1. Spindelvorrichtung, die umfasst: eine Spindel; ein Wälzlager zum Tragen der Spindel; eine Schmiervorrichtung, die intermittierend ein Schmiermittel über eine Düse an das Wälzlager ausgibt, wobei die Schmiervorrichtung das Schmiermittel, das von einer Schmierpumpe über ein Rohr zugeführt wird, mit einer hohen Geschwindigkeit ausgibt, die nicht von einem Luftschleier beeinflusst wird, der bei der Drehung des Wälzlagers auftreten kann, so dass das Schmiermittel an einer Oberfläche des zu schmierenden Lagers haftet; und dadurch gekennzeichnet, dass: die Schmierpumpe eine größere Ausgabemenge hat als die Düse; und die Schmiervorrichtung ein Umschaltventil umfasst, das in dem Rohr angeordnet ist, um Verbindung zwischen der Pumpe und der Düse herzustellen, wobei das Umschaltventil das Rohr schließt, um die Ausgabe des Schmiermittels über die Düse zu unterbrechen, wenn ein Ausgabe-Öldruck von der Pumpe geringer ist als ein vorgegebener Druck, und das Umschaltventil das Rohr öffnet, um das von der Pumpe zugeführte Schmiermittel über die Düse während eines bestimmten Zeitraums ausgeben zu können, in dem der Ausgabe-Öldruck von der Pumpe dem vorgegebenen Druck entspricht oder größer ist als dieser, und das Umschaltventil die Reihe von Vorgängen wiederholt ausführt.
  2. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Öffnungszeit des Umschaltventils im Bereich von 0,1 bis 50 ms festgelegt ist.
  3. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schmiervorrichtung enthält: ein Stellglied zum Antreiben des Umschaltventils; einen Druckschalter zum Erfassen des Ausgabe-Öldrucks der Pumpe; und eine Steuerung, die ein Antriebssignal zu der Pumpe sendet und beim Empfangen eines Erfassungssignals von dem Druckschalter, das ausgegeben wird, wenn der Ausgabe-Öldruck dem vorgegebenen Druck entspricht oder größer ist als dieser, ein Antriebssignal an das Stellglied sendet und danach ein Antriebs-Unterbrechungssignal an die Pumpe sendet, wobei die Steuerung die Reihe von Vorgängen in bestimmten Zeitintervallen wiederholt ausführt.
  4. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil enthält: ein stationäres Element, das eine stationäre Gleitkontaktfläche hat; und ein Drehelement, das eine bewegliche Gleitkontaktfläche hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche gebracht werden kann, und das die bewegliche Gleitkontaktfläche um eine axiale Linie herum, die senkrecht zu der stationären Gleitkontaktfläche ist, in Gleitkontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche dreht und wobei am Umfang der stationären Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als dem Mittelpunkt derselben die stationäre Gleitkontaktfläche des stationären Elementes ein Ausgabeloch, das mit der Pumpe zu verbinden ist, und ein Ölspeiseloch, das mit der Düse zu verbinden ist, aufweist, und wobei am Umfang der beweglichen Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als dem Mittelpunkt derselben die bewegliche Gleitkontaktfläche des Drehelementes einen bogenförmigen Schlitz aufweist, der einen Zentriwinkel hat, der größer ist als we nigstens ein Zentriwinkel, der zwischen dem Ausgabeloch und dem Ölspeiseloch gebildet wird.
  5. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil aufweist: ein stationäres Element, das eine stationäre Gleitkontaktfläche hat; und ein Drehelement, das eine bewegliche Gleitkontaktfläche hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche gebracht werden kann, und das die bewegliche Gleitkontaktfläche um eine axiale Linie herum, die senkrecht zu der stationären Gleitkontaktfläche ist, in Gleitkontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche dreht, wobei die stationäre Gleitkontaktfläche des stationären Elementes eine Vielzahl von Ölspeiselöchern, die mit der Düse zu verbinden sind, am Umfang der stationären Gleitkontaktfläche mit der axialen Linie als dem Mittelpunkt derselben sowie ein Ausgabeloch, das mit der Pumpe zu verbinden ist, an der Position der axialen Linie aufweist, und wobei die bewegliche Gleitkontaktfläche des Drehelementes einen Schlitz aufweist, der sich in der radialen Richtung des Drehelementes von der Position der axialen Linie bis zu der Position des Ölzuführlochs erstreckt.
  6. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil enthält: ein stationäres Element, das eine stationäre Gleitkontaktfläche hat; und ein Gleitelement, das eine bewegliche Gleitkontaktfläche hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche gebracht werden kann, und das die bewegliche Gleitkontaktfläche in Bezug auf die stationäre Gleitkontaktfläche in linearer Richtung in Gleitkontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche hin und her bewegt, wobei die stationäre Gleitkontaktfläche des stationären Elementes eine Vielzahl von Ausgabelöchern, die mit der Pumpe zu verbinden sind, so aufweist, dass sie voneinander in der linearen Richtung zu beabstanden sind, und wobei die bewegliche Gleitkontaktfläche des Gleitelementes eine Vielzahl von Ölspeiselöchern, die mit der Düse zu verbinden sind, so aufweist, dass sie in der linearen Richtung in den gleichen Abständen wie die Ausgabelöcher anzuordnen sind.
  7. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil enthält: einen zylindrisch geformten Stator, der eine stationäre Gleitkontaktfläche an einer Innenfläche desselben hat; und einen Rotor, der eine sich drehende Gleitkontaktfläche an einer Außenfläche desselben hat, die in engen Kontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche zu bringen ist, und der sich dreht, wenn die sich drehende Gleitkontaktfläche in Gleitkontakt mit der stationären Gleitkontaktfläche ist, wobei die stationäre Gleitkontaktfläche des Stators eine Vielzahl von Ölspeiselöchern, die mit der Düse zu verbinden sind, so aufweist, dass sie voneinander um die Innenfläche des Stators herum zu beabstanden sind, und wobei die sich drehende Gleitkontaktfläche des Rotors ein Ausgabeloch, das mit der Pumpe zu verbinden ist, so aufweist, dass es um den Außenumfang des Rotors an der gleichen axialen Position wie die Ölspeiselöcher anzuordnen ist.
  8. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schmiervorrichtung eine bestimmte Menge Schmiermittel entsprechend dem An- und Abschalten von darauf ausgeübtem Öldruck ausgibt und die Schmiervorrichtung umfasst: eine Pumpe zum An- und Abschalten des Drucks von Öl, das an ein hydraulisches Hauptrohr abzugeben ist; einen Ausgabezylinder mit einem Ausgabekolben darin, wobei der Ausgabezylinder eine Ölzuführkammer, die an einer Abschlussseite des Ausgabekolbens in der Bewegungsrichtung desselben ausgebildet ist, sowie eine hydraulische Kammer aufweist, die an der anderen Abschlussseite des Ausgabekolbens ausgebildet ist, wobei die Ölzuführkammer mit einem Ausgabeanschluss für das Rohr verbunden ist und die hydraulische Kammer mit dem hydraulischen Hauptrohr verbunden ist, und der Ausgabekolben so angeordnet ist, dass er durch eine Feder auf die Seite der hydraulischen Kammer zu gespannt wird; ein Dreiwegeventil, das mit dem hydraulischen Hauptrohr verbunden ist, einen Ölzuführdurchlass, der mit der Ölzuführkammer zu verbinden ist, sowie einen Ölspeicherdurchlass, der es ermöglicht, dass das hydraulische Hauptrohr und der Ölzuführdurchlass miteinander in Verbindung stehen, wenn der Öldruck angeschaltet ist, und es andererseits ermöglicht, dass, wenn der Öldruck abgeschaltet ist und der Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass auf das Dreiwegeventil wirkt, der Ölspeicherdurchlass und der Ölzuführdurchlass miteinander in Verbindung stehen; und einen Ölspeicherzylinder mit einem Ölspeicherkolben darin, wobei der Ölspeicherzylinder eine Ölspeicherkammer aufweist, die an einer Abschlussseite des Ölspeicherkolbens in der Bewegungsrichtung desselben ausgebildet ist, um Verbindung mit dem Ölspeicherdurchlass herzustellen, wobei der Ölspeicherkolben so angeordnet ist, dass er durch eine Feder auf die Seite der Ölspeicherkammer zu gespannt wird.
  9. Spindelvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Schmiervorrichtung des Weiteren umfasst: einen Antriebskolben, der an der hydraulischen Kammer an der Seite des Ausgabezylinders angeordnet ist, wobei der Antriebskolben durch das Öl der hydraulischen Kammer so bewegt werden kann, dass der Ausgabekolben geschoben und angetrieben wird, wobei die Ölwirkungsfläche des Antriebskolbens größer ist als die Öldruckfläche des Ausgabekolbens.
  10. Spindelvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Dreiwegeventil ein Schirmventil enthält, das einen Schirmventil-Hauptkörper und ein flexibles Schirmteil hat, das am Außenumfang des Schirmventil-Hauptkörpers angeordnet ist, und wobei das Schirmventil so aufgebaut ist, dass, wenn der Öldruck angeschaltet wird, der Schirmventil-Hauptkörper den Ölzuführdurchlass schließt und der Durchmesser des flexiblen Schirmteils so verringert wird, dass das hydraulische Hauptrohr und der Ölspeicherdurchlass miteinander in Verbindung treten können, und andererseits, wenn der Öldruck abgeschaltet wird und das Schirmventil den Öldruck von dem Ölspeicherdurchlass empfängt, der Schirmventil-Hauptkörper in eine Richtung bewegt wird, in der der Ölzuführdurchlass geöffnet wird und der Durchmesser des flexiblen Schirmteils vergrößert wird, so dass nur der Ölspeicherdurchlass und der Ölzufuhrdurchlass miteinander in Verbindung treten können.
  11. Spindelvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Dreiwegeventil einen Luftablassstopfen oder einen Verschlussstopfen enthält, der mit dem Dreiwegeventil so in Gewindeeingriff ist, dass er daraus entfernt werden kann, um das Schirmventil in einer Richtung zu bewegen, in der der Ölzuführdurchlass geöffnet wird.
  12. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wälzlager wenigstens zwei Wälzlager umfasst, und wobei die Schmiervorrichtung des Weiteren einen Mehrfachverteilungsmechanismus umfasst, der zwischen der Schmierpumpe und der Düse angeordnet ist, um das Schmiermittel von der Schmierpumpe jeweils verteilend den Wälzlagern zuzuführen.
  13. Spindelvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Mehrfachverteilungsmechanismus enthält: ein Verteilungsgehäuse, das Schmiermittel-Zuführlöcher, die ringförmig angeordnet sind, wobei ihre Anzahl der Verteilungsanzahl entspricht, sowie einen mittleren Strömungskanal aufweist, der in der Mitte der ringförmig angeordneten Schmiermittel-Zuführlöcher ausgebildet ist; ein Rotorventil, das drehbar mit dem Verteilungsgehäuse in Kontakt gebracht werden kann, um einen Strömungsdurchlass nacheinander mit den Schmiermittel-Zuführlöchern in Verbindung zu bringen, wobei das Rotorventil eine Nut aufweist, die als der Strömungsdurchlass dient und sich vom Drehmittelpunkt desselben bis zu einer Durchmesserposition erstreckt, die über einen Lochkreisdurchmesser an den Positionen der Schmiermittel-Zuführlöcher hinaus reicht; und einen Motor zum Drehen des Rotorventils.
  14. Spindelvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Verteilungsgehäuse Längslöcher in der radialen Richtung desselben enthält, deren Anzahl der Anzahl von Verteilungen entspricht, und die Schmiermittel-Zuführlöcher sich jeweils so in der Schubrichtung desselben erstrecken, dass sie mit den Längslöchern phasengleich sind und diese durchdringen.
  15. Spindelvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Schmiermittel-Zuführlöcher des Verteilungsgehäuses so ausgebildet sind, dass sie mit der Nut, die in dem Rotorventil ausgebildet ist, aus einer schrägen Richtung in Bezug auf die axiale Richtung des Verteilungsgehäuses in Verbindung stehen.
  16. Spindelvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Mehrfachverteilungsmechanismus umfasst: ein Verteilungsgehäuse, das Schmiermittel-Zuführlöcher aufweist, deren Anzahl der Verteilungsanzahl entspricht; ein Rotorventil, das drehbar mit dem Verteilungsgehäuse in Kontakt gebracht werden kann, um einen Strömungsdurchlass nacheinander mit den Schmiermittel-Zuführlöchern in Verbindung zu bringen; eine Welle, die das Rotorventil drehend antreibt; ein Federelement, das die Welle auf die Seite des Rotorventils zu spannt; und ein Schublager, das die Welle auf frei drehbare Weise trägt.
  17. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Düse 0,08 mm–0,6 mm beträgt.
  18. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rohr so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis der Länge L des Rohrs zum Innendurchmesser d desselben 5 mm–3 ≤ L/d4 ≤ 12000 mm–3 beträgt.
  19. Spindelvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Rohr so ausgebildet ist, dass ein Rohr-Parameter (L·dn 2/d4), der die Beziehung zwischen der Länge L des Rohrs, einem Düsendurchmesser dn und dem Rohr-Innendurchmesser d ausdrückt, kleiner ist als 5 × 104 m–1.
  20. Spindelvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Summe der Größe der Rohrausdehnung aufgrund des Drucks von Schmiermittel im Innenabschnitt des Rohrs und des Kompressionsvolumens des Schmiermittels der Ausgabemenge des Schmiermittels entspricht oder geringer ist als diese.
  21. Spindelvorrichtung nach Anspruch 20, wobei ein Düsenrahmen zum Versprühen des Schmiermittels auf die vorgegebenen Positionen des Innenabschnitts der Spindelvorrichtung und die Schmiervorrichtung miteinander durch das Rohr verbunden sind, das die folgenden Bedingungen erfüllt: (a) der Rohr-Außendurchmesser D beträgt 1,0 × 10–3 m–3,2 × 10–3 m, (b) der Rohr-Innendurchmesser d beträgt 0,8 × 10–3 m–2,0 × 10–3 m, (c) der Elastizitätsmodul eines Rohrmaterials beträgt 3 GPa oder mehr, (d) die Rohrlänge L ist auf L > 0,5 m festgelegt, (e) der Düsendurchmesser dn beträgt 0,08 × 10–3–0,3 × 103 m, und (f) L·p·(π·d2/(4K) + π·d2·{(D2 + d2)/(D2 – d2) + ν}/(2E)} < q m3,wobei K: Kompressionsmodul [Pa] des Schmiermittels ν: Querdehnungszahl des Rohmaterials, p: durchschnittlicher Druck [Pa] in dem Rohr q: Ausgabemenge [m3] E: Elastizitätsmodul des Rohrmaterials.
  22. Spindelvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren umfasst: die Vielzahl von Wälzlagern, die die Spindel drehbar tragen; ein inneres Gehäuse, das die Außenseite der Wälzlager abdeckt, wobei das innere Gehäuse einen darin angeordneten Düsenrahmen aufweist; und ein äußeres Gehäuse, das die Außenseite der Spindelvorrichtung abdeckt, wobei das Rohr so eingerichtet ist, dass es sich von der Schmiervorrichtung zu dem Düsenrahmen durch ein Verbindungsloch zur Zufuhr von Schmiermittel, das in dem äußeren Gehäuse entlang der axialen Richtung ausgebildet ist, sowie durch eine Öffnung erstreckt, die in dem inneren Gehäuse ausgebildet ist.
  23. Spindelvorrichtung nach Anspruch 22, wobei das innere Gehäuse umfasst: ein erstes inneres Gehäuse, an dem die äußeren Ringe der Wälzlager anzubringen sind; und ein zweites inneres Gehäuse, das einen Einführabschnitt zur Aufbewahrung des ersten inneren Gehäuses in der axialen Richtung desselben einschließt, wobei der Innendurchmesser des Einführabschnitts des zweiten inneren Gehäuses größer festgelegt ist als der Außendurchmesser des ersten inneren Gehäuses.
  24. Spindelvorrichtung nach Anspruch 23, wobei eine ausgeschnittene Nut zur Anordnung des Rohrs in dem Einführabschnitt des zweiten inneren Gehäuses ausgebildet ist, so dass, wenn das erste Gehäuse in der axialen Richtung verschoben wird, das Rohr in der ausgeschnittenen Nut aufbewahrt wird.
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