JP2004314228A

JP2004314228A - 主軸装置

Info

Publication number: JP2004314228A
Application number: JP2003110789A
Authority: JP
Inventors: Mitsuho Aoki; 満穂青木; Yasushi Morita; 康司森田; Yoshifumi Inagaki; 好史稲垣; Sumio Sugita; 澄雄杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】軸受内部に切削液が浸入する以前に主軸装置内部への切削液浸入を検出し、機械運転を長時間止めることなく、主軸軸受の潤滑性能を安定して長時間維持可能な主軸装置を提供する。
【解決手段】本発明の主軸装置は、軸受１の外輪１ａがハウジング主体２の先端に取付けられた前蓋３によって外輪間座４を介して内方に押圧され、軸受１の内輪１ｂが主軸５に螺合させたナット６によって内輪間座７を介して内方に押圧されている。さらに、前蓋３の前面には、該前蓋の前面およびナット６の前部を覆うように、カバー８が取付けられている。そして、外輪間座４と前蓋３とナット６と内輪間座７の間には、環状空間９が画成されている。また、カバー８の内周面には、ラビリンス１３が配設され、該オイルシールによってカバー８の内周面と主軸５の外周面との間がシールされている。そして、外輪間座４における環状空間１２側の面に切削液検出センサ１４が取付けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸装置に関するもので、詳しくは、切削液の浸入を検出する切削液検出センサを備えた主軸装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸装置では、外部から主軸装置内の軸受内部に切削液が浸入すると、主軸軸受の潤滑性能が劣化して焼き付きが発生するため、主軸とハウジング前端との間隙から軸受までの切削液浸入域に、切削液浸入防止手段として、図１１に示したラビリンスシールやエアシールが配設されている（例えば、特許文献１，２参照）。
しかしながら、それらの切削液浸入防止手段では、切削液の浸入を完全に防止することはできない。
【０００３】
そこで、図１０に示したように、軸受に切削液検出センサを配設して、軸受に浸入する切削液を検出する軸受が提供されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開平４−９０７７０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３９８６７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０６５２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、主軸装置内部へ切削液が浸入してしまうという問題があった。また、上記特許文献２の主軸回転により異物をドレン孔から排出する方法では、回転速度が低いときには、排出能力が落ちるという問題があった。さらに、上記特許文献３の軸受内部に設けられたセンサで切削液の浸入を検出する方法では、切削液が軸受内部にすでに浸入した後であり、軸受の焼き付きが発生するか、軸受交換や分解・洗浄等のメンテナンスが必要となる問題があった。特に、グリース潤滑においては一度封入されたグリースは切削液が浸入すると切削液でグリースが洗い流されてしまい軸受が損傷する事例が多く見られた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸受内部に切削液が浸入する以前に主軸装置内部への切削液浸入を検出し、機械運転を長時間止めることなく、主軸軸受の潤滑性能を安定して長時間維持可能な主軸装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の主軸装置は、主軸とハウジング前端との間隙から軸受までの切削液浸入域に、切削液検出センサを配設したことを特徴とする。
前記構成の主軸装置によれば、シール部に浸入した切削液を軸受内部へ切削液が浸入する前に検出できる。また、最近使用されているスルークーラントで回転継手が破損し、切削液が主軸装置内部に浸入する問題も発生しており、漏れ検出用のセンサを付ける場合があるが、センサが切削液の浸入を検知しても対処することは難しかった。本件では、切削液の浸入を検出した後、潤滑剤を軸受に供給することにより、従来潤滑剤が洗い流されてしまったことによる軸受の損傷を防止し、故障した部品は修理が必要であるが、主軸装置が使用できない状態は回避することが可能になる。特に、主軸装置がグリース潤滑である場合は有効である。
【０００８】
また、本発明の主軸装置は、前記切削液検出センサを、ラビリンスシールから軸受けまでの間に配設したことを特徴とする請求項１に記載の主軸装置である。
【０００９】
また、本発明の主軸装置は、前記切削液浸入域にドレン通路を開口し、該ドレン通路に切削液検出センサを配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の主軸装置である。
【００１０】
また、本発明の主軸装置は、前記ドレン通路に排出バルブを配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の主軸装置である。
【００１１】
また、本発明の主軸装置は、前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、前記排出バルブを作動して、前記切削液浸入域から切削液を排出することを特徴とする請求項４に記載の主軸装置である。
【００１２】
また、本発明の主軸装置は、前記軸受に潤滑剤供給孔を形成するとともに、該潤滑剤供給孔を潤滑供給装置に接続し、前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、前記潤滑供給装置を作動して、前記軸受に潤滑剤を供給させるようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の主軸装置である。
【００１３】
また、本発明の主軸装置は、前記切削液検出センサの信号により軸受が損傷しない運転条件に制限する機能を備えた工作機械に使用することを特徴とする請求項１に記載の主軸装置である。
【００１４】
更に、本発明の主軸装置は、前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、警告表示をする警告手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の主軸装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る主軸装置の第１実施形態の要部を示した断面図，図２は第１の実施形態で採用した切削液検出センサを示した概念図，図３は本発明に係る主軸装置の第２実施形態の要部を示した断面図，図４は本発明に係る主軸装置の第３実施形態の要部を示した断面図，図５は本発明に係る主軸装置の第４施形態の要部を示した断面図，図６は発明に係る主軸装置の第５施形態の要部を示した断面図，図７本発明に係る主軸装置の第６施形態の要部を示した断面図，図８は本発明の主軸装置を備えた工作機械の制御システムを示した図，図９は切削液検出センサの出力信号を時系列で測定したグラフである。
【００１７】
図示したいずれの実施形態の主軸装置も、軸受１の外輪１ａがハウジング主体２の先端に取付けられた前蓋３によって外輪間座４を介して内方に押圧され、軸受１の内輪１ｂが主軸５に螺合させたナット６によって内輪間座７を介して内方に押圧されている。さらに、前蓋３の前面には、該前蓋の前面およびナット６の前部を覆うように、カバー８が取付けられている。そして、外輪間座４と前蓋３とナット６と内輪間座７の間には、環状空間９が画成されている。
前蓋３の前面内周縁には、前端方向に開口する環状溝１０が形成され、一方、ナット６の後端面外周縁には、後方へ向けて環状突起１１が形成されている。そして、前蓋３の環状溝１０にナット６の環状突起１１が挿嵌され、それらの間にラビリンスシール１２が構成されている。
また、カバー８の内周面には、ラビリンス１３が配設され、該ラビリンスによってカバー８の内周面と主軸５の外周面との間がシールされている。
【００１８】
図１に示した実施の形態では、外輪間座４における環状空間９側の面に切削液検出センサ１４が取付けられている。
この切削液検出センサ１４は、図２に示したように、環状の基板１４ａに櫛歯状の接触子（電極）１４ｂ，１４ｃが相対向して配置され、それらの接触子が配線１４ｄによって検出部１４ｅに接続されている。この実施形態では、接触子１４ａ，１４ｂが０．０５〜１ｍｍ程度間隔をもって配置されている。
また、外輪間座４とハウジング主体２とに、それぞれ孔４ａ，２ａが形成され、それらの孔に配線１４ｄが収容されている。そして、検出部１４ｅは、ハウジング主体２の外部に設置されている。
【００１９】
この第１の実施形態の主軸装置では、ラビリンス１３およびラビリンスシール１２を経て内部に浸入した切削液は、切削液検出センサ１４の接触子１４ｂ，１４ｃ間に接触して接触子間を短絡し、それによる電圧の変化で、切削液の浸入が検出部１４ｅで検知される。
【００２０】
図３に示した第２の実施形態は、垂直設置型の主軸装置であって、切削液検出センサを３つ備えている。
この主軸装置では、前蓋３およびカバー８にドレン孔１５が連通形成されている。このドレン孔１５は、一端が前記環状空間９の底部に開口している。このドレン孔１５の他端部は、上方ドレン孔１５ａと下方ドレン孔１５ｂとカバー８の内側へ開口するドレン孔１５ｃとに分岐されている。
そして、外輪間座４における環状空間９側の面には、第１の実施形態に示したものと同様な第１の切削液検出センサ１６が取付けられている。また、上方ドレン孔１５ａにおける上記ラビリンスシール１２に対応する高さには、第２の切削液検出センサ１７が設置され、下方ドレン孔１５ｂにおける上記オイルシール１３に対応する高さには、第３の切削液検出センサ１８が設置されている。
なお、第２および第３の切削液検出センサ１７，１８は、２本の電極１７ａ，１７ｂ、１８ａ，１８ｂをそれぞれ有し、それらの電極が切削液によって導通されることによる検出部１７ｃ，１８ｃでの電圧変化で、液の検出が行なわれる。
【００２１】
この第２の実施形態の主軸装置では、ラビリンス１３を経てカバー８の内側に浸入した切削液が、ドレン孔１５ｃを経て切削液検出センサ１８に流れ込むと、該センサによって切削液の浸入が検知される。
さらに、その切削液の量がラビリンス１２の高さまで達すると、切削液がドレン孔１５に流れ込んで、切削液検出センサ１７によって検知される。
さらに、切削液の量が環状空間９まで達すると、切削液検出センサ１６によって検知される。
【００２２】
したがって、この第２の実施形態によれば、切削液の浸入度合いを検知することができ、それによって主軸装置を適宜に制御することが可能になる。
例えば、センサ１８が切削液を検知した場合には、切削液使用条件や切削液噴射ノズルの調整といった措置を警告によってオペレータに促して、それ以上の浸入を防止し、センサ１７が切削液を感知した場合には、軸受１に新しい潤滑剤を供給することによって、潤滑性能の劣化を防ぐ。また、センサ１６が切削液を検知した場合には、主軸装置の運転条件を制限するか、または強制的に停止させるなどして、焼き付きを未然に防ぐことができる。
【００２３】
図４に示した第３の実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、前蓋３およびカバー８にドレン孔１９が連通形成されている。このドレン孔１９の上端は環状空間９に開口し、他端には上記第２の実施形態における第２の切削液検出センサと同様なセンサ２０が配設されている。
【００２４】
この第３の実施形態の主軸装置では、ラビリンス１３およびラビリンスシール１２を経て環状空間９に浸入した切削液は、ドレン孔１９を経て、切削液検出センサ２０に達し、該センサによって切削液の浸入が検知される。
この実施形態によれば、軸受１の周辺にセンサを配置することができない場合に有効である。
【００２５】
図５に示した第４の実施形態では、外輪間座４における環状空間９側の面に、上記第１の実施形態と同様な切削液検出センサ２１が貼り付けられ、外輪間座４とハウジング主体２とにそれぞれ孔４ａ，２ａが形成され、それらの孔に配線２１ａが収容されている。
この実施形態では、前蓋３およびカバー８にドレン孔２２が連通形成されており、該ドレン孔の一端が前記環状空間９の底部に開口している。そして、ドレン孔２２の他端には、排出バルブ２３が配設されている。この排出バルブ２３には、チェックバルブが採用されている。この排出バルブ２３は、ボール２３ａを押し込むことによって開放されるもので、ボール２３ａを押し込むための押し込み具２４を備えている。この押し込み具２４は、先端に棒状突起２４ａを備えている。また、この押し込み具２４は内部に吸引通路２４ｂを備えたものであってもよい。
【００２６】
この第４の実施形態の主軸装置では、ラビリンス１３およびラビリンスシール１２を経て環状空間９に浸入した切削液は、ドレン孔２２を経て、排出バルブ２３まで流れ込む。この実施形態の場合には、ドレン孔２２に切削液が溜められ、その切削液が環状空間９に達すると、切削液検出センサ２１によって検知される。それまでは、ドレン孔２２は排出バルブ２３のチェック弁機構により閉じられているため、ドレン孔２２から切削液が浸入することはない。切削液検出センサ２１によって切削液が検知された場合には、排出バルブ２３のボール２３ａを押し込み具２４の突起２４ａで押し込んでバルブ２３を開き、それによってドレン孔２２内の切削液を外部に排出させることができる。
なお、吸引通路２４ｂを備えた押し込み具２４を使用し、ドレン孔２２内の切削液を吸引すれば、粘度の高まった切削液でも確実に排出させることができる。
また、押し込み具２４を主軸頭の可動範囲に固定しておけば、送り軸の移動機構が使用できるので、安価に自動化が図れる。また、可動範囲内に押し込み具２４が存在すると都合が悪い場合には、押し込み具２４をアクチュエータで可動させるようにしてもよい。
【００２７】
図６に示した第５の実施形態では、外輪間座４と内輪間座間７に軸受シール２５を配装し、その軸受シール２５の環状空間９側に上記第１の実施形態と同様な切削液検出センサ２６が取付けられている。そして、この実施形態では、前蓋３およびハウジング主体２に孔３ａ，２ａが形成され、それらの孔に配管２６ａが挿通されている。
【００２８】
この第５の実施形態の主軸装置では、第１の実施形態と同様に、ラビリンス１３およびラビリンスシール１２を経て内部に浸入した切削液は、切削液検出センサ２６によって検知される。
この第５の実施形態の主軸装置の場合には、軸受シール２５によって軸受１への異物浸入を防止することができ、かつ軸受から潤滑剤の漏出を防止することができるばかりでなく、センサ付き軸受シールとしてコンパクトかつ組付け性のよいセンサの設置が可能になる。
【００２９】
図７に示した第６の実施形態では、切削液検出センサの信号により、軸受１に潤滑剤を供給する機能を備えた主軸装置を示している。
この実施形態では、第１の実施形態と同様に、外輪間座４における環状空間１２側の面に切削液検出センサ２７が取付けられており、外輪間座４とハウジング主体２とに、それぞれ孔４ａ，２ａが形成され、それらの孔に配線２７ａが収容されている。
また、この実施形態では、軸受１の外輪１ａにグリース供給孔１ｃが形成され、該グリース供給孔は、ハウジング主体２に形成した孔２ｂを介して潤滑剤供給装置２８に接続されている。
そして、この潤滑剤供給装置２８は、切削液検出センサ２７の信号に基づいて、制御装置２９によって制御される。
【００３０】
この第６の実施形態の主軸装置では、第１の実施形態と同様に、ラビリンス１３およびラビリンスシール１２を経て内部に浸入した切削液は、切削液検出センサ２７によって検知される。そして、センサ２７によって切削液が検出されると、制御装置２９によって、潤滑剤供給装置２８に潤滑剤供給指令が送られ、該潤滑剤供給装置から潤滑剤が軸受１に圧送される。
特に、グリース封入式の主軸装置の場合には、一度、軸受内部に切削液が浸入してしまうと、潤滑機能が著しく劣化し、焼き付きを発生し易い。しかも切削液検出機能がないと、焼き付く前に補修することもできない。
この実施形態の主軸装置の場合には、潤滑剤供給装置２８が備えられているので、切削液検出センサ２７と併用することにより、信頼性の高いグリース潤滑式の主軸装置が得られる。
【００３１】
図８は、本発明の主軸装置Ａを備えた工作機械の制御システムを示している。
この工作機械では、主軸装置Ａにおいて切削液検出センサで切削液の存在を検知すると、その信号が制御装置Ｂに入力され、制御装置Ｂに付設されたモニターＣに警告メッセージが表示されるか、又は同時に警告灯Ｄを点灯させる。この警告表示を知ったオペレータは、制御装置Ｂの操作盤を操作することによって、切削液の流量や圧力を調整したり、切削液噴射ノズルＥの向きを変えるなどして、切削液のそれ以上の浸入を防止することができる。
また、主軸装置Ａに設けた排出バルブ（図５におけるバルブ２３）Ｆから切削液を外部に排出することも可能であり、さらには、潤滑剤供給孔（図７における潤滑剤供給用の孔２ｂ）Ｇから新たらしい潤滑剤を供給することもできる。
図９は切削液検出センサを備えた主軸装置に切削液を実際にかけて、センサの信号を時系列で測定した結果である。浸入した時点で電圧がおよそ０ボルトから２ボルトに上がり検出できたことから、センサの効果を確認できた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る主軸装置によれば、軸受内部に切削液が浸入する以前に主軸装置内部への切削液浸入を検出し、機械運転を長時間止めることなく、主軸軸受の潤滑性能を安定して長時間維持可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主軸装置の第１実施形態の要部を示した断面図である。
【図２】第１の実施形態で採用した切削液検出センサを示した概念図である。
【図３】本発明に係る主軸装置の第２実施形態の要部を示した断面図である。
【図４】本発明に係る主軸装置の第３実施形態の要部を示した断面図である。
【図５】本発明に係る主軸装置の第４施形態の要部を示した断面図である。
【図６】本発明に係る主軸装置の第５施形態の要部を示した断面図である。
【図７】本発明に係る主軸装置の第６施形態の要部を示した断面図である。
【図８】本発明の主軸装置を備えた工作機械の制御システムを示した図である。
【図９】切削液検出センサの出力信号を時系列で測定したグラフである。
【図１０】従来の主軸装置の要部を示した断面図である。
【図１１】従来の別の主軸装置の要部を示した断面図である。
【符号の説明】
１軸受
１ａ外輪
１ｂ内輪
１ｃグリース供給孔
２ハウジング主体
２ａ孔
２ｂ孔
３前蓋
４外輪間座
５主軸
６ナット
７内輪間座
８カバー
９環状空間
１０環状溝
１１環状突起
１２ラビリンスシール
１３オイルシール
１４切削液検出センサ
１５ドレン孔
１６第１の切削液検出センサ
１７第２の切削液検出センサ
１８第３の切削液検出センサ
１９ドレン孔
２０，２１切削液検出センサ
２２ドレン孔
２３排出バルブ
２４押し込み具
２５軸受シール
２６，２７切削液検出センサ
２８潤滑剤供給装置
Ａ主軸装置
Ｂ制御装置
Ｃモニター
Ｄ警告灯
Ｅ切削液噴射ノズル
Ｆ排出バルブ
Ｇ潤滑剤供給孔

Claims

主軸とハウジング前端との間隙から軸受までの切削液浸入域に、切削液検出センサを配設したことを特徴とする主軸装置。
前記切削液検出センサを、ラビリンスシールから軸受までの間に配設したことを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
前記切削液浸入域にドレン通路を開口し、該ドレン通路に切削液検出センサを配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の主軸装置。
前記ドレン通路に排出バルブを配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の主軸装置。
前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、前記排出バルブを作動して、前記切削液浸入域から切削液を排出することを特徴とする請求項４に記載の主軸装置。
前記軸受に潤滑剤供給孔を形成するとともに、該潤滑剤供給孔を潤滑供給装置に接続し、前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、前記潤滑供給装置を作動して、前記軸受に潤滑剤を供給させるようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の主軸装置。
前記切削液検出センサの信号により軸受が損傷しない運転条件に制限する機能を備えた工作機械に使用することを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
前記切削液検出センサでの検出信号に基づいて、警告表示をする警告手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の主軸装置。