JP2005036890A - グリース供給装置及び軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドル内の軸受が潤滑不良によって焼付等の損傷の発生を防止し、軸受の長寿命化を実現可能とするグリース供給装置及び軸受装置を提供すること。
【解決手段】 本発明のグリース供給装置１０は、逆止弁と定量吐出ピストンとを備え、グリースを吐出するための機械式定量型ピストンポンプ１９と、グリースを貯蔵するグリース貯蔵用タンク１４とを有し、該グリース貯蔵用タンク内には、グリースの残存状況を監視するセンサー１８ａが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高速回転する工作機械もしくはモーター等に用いられる転がり軸受およびそれを用いた工作機械用主軸装置に関する。

近年、グリース潤滑で高速化が進み、ｄｍＮ（＝（軸受内径＋軸受外径÷２×回転速度（ｒｐｍ）１００万回転以上という環境で使用されることが珍しくなくなってきているが、オイルエアやオイルミスト潤滑と比較すると、グリース潤滑の軸受は、高速回転における寿命が短い傾向がある。
一般産業用としてグリース補給は、日常的に採用されている。しかし、従来の工作機械もしくはモーター用高速主軸スピンドルは、グリースの補給を行ってはいない。

工作機械主軸に用いられているグリース潤滑の転がり軸受は、発熱しないように、初期に封入したグリースのみで潤滑されるのが普通である。グリースを封入した初期段階でグリースの慣らし運転を行わずに高速回転させると、グリースの噛み込みや撹拌抵抗により異常昇温を起こすため、数時間かけて慣らし運転を行ってグリースを最適な状況にしている。
グリース潤滑の場合、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、グリース劣化により軸受が焼き付いてしまう。回転速度が著しく高い場合、短時間でグリースが劣化または油膜形成不足により、早期に焼付が発生する。

出願人は、この問題を解決するために特許文献１において、グリース潤滑されている転がり軸受であって、外輪に補給孔が設けられ、該補給孔を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースが補給される転がり軸受を提案している。この転がり軸受によれば、回転している軸受の異常昇温が抑制され、焼付の発生を防ぐことが可能である。したがって、異常昇温を回避し、慣らし運転を実施しなくともよい。また、補給した際の温度の脈動を解決するために、特願２００３−７０３３８にて補給量０．００４ｃｃ〜０．１ｃｃを提案している。

潤滑装置における潤滑油の吐出状態を監視する内容が記載されている特許文献は以下のものがある。
１．潤滑装置において潤滑油をタンク（ポンプ）に貯めて、バルブ（定量型ピストンポンプ）に吐出される潤滑油の圧力を検知し、バルブに接続される潤滑系の使用圧力範囲にあるかを監視するもの（特許文献２参照）。
２．機械式定量型ピストンポンプのピストンの動きを検知し、潤滑油が吐出されているかを監視するもの（特許文献２参照）。
３．機械式定量型ピストンポンプから配管内へ吐出された潤滑油の一部を加熱し、加熱した潤滑油の運きを検知し、潤滑油の吐出状況を監視するもの（特許文献３参照）。
４．グリースが軸受装置に供脂されたとき発熱する温度を検知し、グリースの吐出状況を監視するもの（特許文献４参照）。

図１２に示したような、グリース補給装置４０は、バルブ（ソレノイドバルブ）４１がＯＮすることにより、機械式定量型ピストンポンプ４２にエアが供給され、定量ピストン４２ａが作動して軸受４３にグリースを供給するための配管４４内へグリースＧが吐出される。そして、スピンドル内部の軸受装置にグリースが補給される。また、バルブ（ソレノイドバルブ）４１が開くことにより、グリースタンク４５内へ、エアが供給されタンク内ピストン４６を加圧する。

バルブ（ソレノイドバルブ）４１がＯＦＦすることにより、機械式定量型ピストンポンプ４２にエアが供給されなくなり、定量ピストン４２ａが元に戻る。このとき、グリースタンク内のピストンを加圧しているエアは、グリースタンクに取り付けた抵抗体４９により脱圧することなく、グリースタンク４５内のグリースＧは機械式定量型ピストンポンプ４２へグリースを供給する。
以上の動作を繰り返すことによって、軸受装置内部へグリースを間欠的に微量かつ定量補給する。

特開２００３−１１３８４６号公報 特開平５−８７２９３号公報 実公平６−２９７４２号公報 特開平１１−２７０７８９号公報

しかしながら、機械式定量型ピストンポンプへ供給するグリースを貯蔵するグリースタンクのグリースがなくなると、機械式定量型ピストンポンプからグリースが供給されなくなり、軸受に潤滑不良が発生し、軸受が焼付を起こす。
また、機械式定量型ピストンポンプへ送るにあたって、ソレノイドバルブをＯＦＦし、機械式定量型ピストンポンプが元に戻るときにグリースタンク内のグリースに圧力がかからない場合、グリースタンクから機械式定量型ピストンポンプへグリースが供給されず、機械式定量型ピストンポンプよりグリースが吐出されないために、軸受に潤滑不良が発生し、軸受が焼付を起こすという問題があった。

本発明の目的は、スピンドル内の軸受が潤滑不良によって焼付等の損傷の発生を防止し、軸受の長寿命化を実現可能とするグリース供給装置及び軸受装置を提供することである。

本発明に係る上記目的は下記構成によって達成することができる。
１）逆止弁及び定量吐出ピストンを備え、グリースを吐出するための機械式定量型ピストンポンプと、前記グリースを貯蔵するグリース貯蔵用タンクと、前記グリース貯蔵用タンク内ピストンとを有し、前記グリース貯蔵用タンクには前記グリースの残存量を監視するセンサーが設けられていることを特徴とするグリース供給装置である。

２）前記センサーが、前記グリース貯蔵用タンク内ピストンに取り付けられた磁石を有していることを特徴とする１）に記載のグリース供給装置である。
３）前記グリース貯蔵用タンク内の前記グリースの圧力、若しくは前記機械式定量型ピストンポンプと前記グリース貯蔵用タンクを接続するグリース配管内のグリースの圧力を監視するセンサーが設けられていることを特徴とする１）又は２）に記載のグリース供給装置である。
４）前記機械式定量型ピストンポンプがストロークしてグリースを吐出後、前記定量吐出ピストンが元に戻った状態で、前記グリース貯蔵用タンク内の前記グリースを加圧するために前記グリース貯蔵用タンク内ピストンに圧力を一定時間保持する機構が設けられていることを特徴とする１）〜３）のいずれか１項に記載のグリース供給装置である。

５）上記１）〜４）のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した軸受装置である。
６）上記１）〜４）のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した工作機械用主軸スピンドルである。
７）上記１）〜４）のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した高速モーター用高速主軸スピンドルである。
８）前記センサーが、異常を検知した際に回転速度の上限を制御することを特徴とする６）又は７）に記載の主軸スピンドルである。

上記構成のグリース供給装置によれば、グリース供給装置のグリースを貯蔵するグリースタンクにレベルセンサーを取付け、グリースタンク内のグリースを加圧するピストンに磁石を埋め込む。グリースタンク部にレベルセンサーを取付け、ピストンの位置を監視することにより、グリースの残存量が少なくなったらアラームを発生し、グリースの残存量が少ないことを周囲に知らせる。これによって、軸受に潤滑不良が発生することがなく、軸受に焼付を起こすことがない。

また、上記構成のグリース供給装置によれば、グリースタンクと機械式定量型ピストンポンプを接続するグリース配管に圧力センサーを設置し、グリースの加圧状況を監視する。この監視は、グリースが機械式定量型ピストンポンプに搬送されているかについて監視している。グリース配管内のグリースが加圧されない場合、圧力センサーがこの状態を検知して、アラームを発生する。これにより、配管内のグリースに圧力が発生せず、機械式定量型ピストンポンプにグリースが補充されていないことを周囲に知らせる。これによって、軸受に潤滑不良が発生することがなく、軸受に焼付を起こすことがない。

本発明のグリース供給装置及び軸受装置によれば、グリース供給装置のグリースを貯蔵するグリースタンクにセンサーを取付けることによって、軸受に潤滑不良が発生することがなく、軸受に焼付を起こすことがない。したがって、軸受の長寿命化を実現することが可能になる。

以下、本発明のグリース供給装置及び軸受装置の実施形態を図１〜７に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のグリース供給装置１０は、吸気口からのエア配管１１の途中にソレノイドバルブ１２が設けられている。また、エア配管１１ａの一方の端部は抵抗機構１２ａを介して軸受１３に供給するグリースを収容するグリースタンク１４に接続されている。また、グリースタンク１４内にグリースタンク１４内のグリースに圧力を加えるタンク内ピストン１５が配置されている。

一方ソレノイドバルブ１２からのエア配管１１ｂと、グリースタンク１４からグリースを軸受１３に供給するグリース配管２５との間に機械式定量型ピストンポンプ１９が配置されている。そして、グリースタンク１４と機械式定量型ピストンポンプ１９をグリース配管１７ａで接続している。

グリースタンク１４のタンク内ピストン１５の周縁の溝部分１６にグリースタンク１４の内面に対向するように、磁石１７及びピストンリング又はＯリング１６ａが取り付けられている。また、レベルセンサー１８ａがグリースタンク１４の外側に取り付けられている。グリースタンク１４と機械式定量型ピストンポンプ１９を接続するグリース配管１７ａに圧力センサー１８ｂが設置されている。

図２に示すように、前記構成のグリースタンク１４は、グリース供給装置１０の使用時間（作動回数）が経過するにつれて、機械式定量型ピストンポンプよりグリースが吐出されることによりグリースタンク１４内のグリースＧを消費する。つまり、タンク１４内のピストンが底面方向に進む。

そして、タンク内ピストン１５がレベルセンサー１８ａの設定値の高さに到達したらグリースタンク１４内のタンク内ピストン１５の磁石１７によりレベルセンサー１８ａが反応する。レベルセンサーの１８ａの反応を電気的に感知し、スピンドル運転装置に出力することにより、周囲にグリースＧの残存量が少ないことを知らせる。

一方、グリースの加圧状況を監視するために設置された圧力センサー１８ｂは、次のように作用する。

図３に示すように、グリースタンク１４内にエアを供給し、タンク内ピストン１５に圧力をかけてグリースに圧力をかける。グリースにある一定の圧力が加圧されるとグリースの圧力を監視している圧力センサー１８ｂが反応する。圧力センサー１８ｂの圧力を電気的に検知し、スピンドル運転装置に出力することにより、周囲にグリースタンク１４よりグリースが機械式定量型ピストンポンプ１９へ送られていることを知らせる（図１参照）。

なお、グリースタンク１４よりグリースが機械式定量型ピストンポンプ１９へ搬送される途中で異常がある場合、圧力センサー１８ｂが検知し、その信号をスピンドル運転装置に出力することにより、周囲に機械式定量型ピストンポンプ１９からスピンドル内へグリースが吐出されていないことを知らせる。

また、抵抗機構１２ａは、グラファイトや焼結材などであり、ソレノイドバルブ１２がＯＦＦになった後のある一定の時間グリースタンク１４内ピストン１５に圧力を加えるように構成されたものである。抵抗機構１２ａにグラファイトを使用した場合のタンク内圧力を示したグラフを図１１に示す。グリースの残存量によりグリースタンク内のエアの堆積が変化するために圧力が上昇する時間に変化がある。しかし、ソレノイドバルブ１３をＯＦＦした後、グリースタンク１４内部は圧力を保持し、ソレノイドバルブ１３のＯＦＦ時にグリースタンク１４内のグリースＧを機械定量式ピストンポンプ１９に一定量のグリースを供給する。なお、抵抗機構１２ａの代わりにチェック弁やスピードコントローラなどを使用してもよい。

図４及び図５は本発明のグリース供給装置の回路図である。図４に示すように、エア源２０からエアフィルタ２１及びレギュレータ２２を通ってエア配管１１がソレノイドバルブ１２に接続されている。また、エア配管１１がソレノイドバルブ１２を介してエア用圧力センサー２３に延びている。エア用圧力センサー２３からエア配管１１ａを介してグリース供給装置１０に接続されている。グリース供給装置１０は、グリース用圧力センサー１８ｂ及びレベルセンサー１８ａを有し、グリース配管２５によって、回転計２４ａを備えたスピンドル２４に接続されている。ソレノイドバルブ１２と各センサーの動作をシーケンスコントローラ３０が監視している。

図５に示すように、ソレノイドバルブ１２の動作に対する各センサーの検知動作を示す図である。グリース供給装置１０の作動について説明する。

先ず、ソレノイドバルブ１２をＯＮする。グリース供給装置１０にエアが供給され、機械式定量型ピストンポンプ１９のピストン１９ａが作動してグリースがスピンドル２４に接続している配管２５に吐出される。

次に、ソレノイドバルブ１２をＯＦＦする。ＯＦＦすると同時に機械式定量型ピストンポンプ内のピストンが元に戻り、この時グリースタンク内のグリースは加圧されているのでグリースタンクから機械式定量型ピストンポンプにグリースが充填される。前記動作を繰り返すことによって、グリースの残存量が少なくなる。ソレノイドバルブ１２がＯＦＦになる前後一定時間の間、グリース圧力センサー１８ｂの動作を監視する。これは、グリースタンク１４内のグリースが機械式定量型ピストンポンプ１９内へグリースが搬送されているかを確認するためである。

グリース圧力センサー１８ｂが反応しない場合には、シーケンスコントローラ３０がグリース圧力センサー１８ｂが反応しないことを検知してスピンドル２４の最高回転速度を制御する。グリース潤滑であるためすぐに停止する必要はなく、グリースを補給しなくても寿命がもつ回転速度以下に制御すれば使用可能である。グリース残存量がレベルセンサー１８ａとグリースタンク内ピストン１５内に取り付けられた磁石１７と同じ水準の位置になると、レベルセンサー１８ａが反応する。これをシーケンスコントローラ３０が検知してスピンドル２４の最高回転速度を制御する。

また、グリース供給装置１０を作動させるエアについては、エアが供給されていない場合は、エア用圧力センサー２３が反応し、これをシーケンスコントローラ３０が検知してスピンドル２４の回転速度を制御する。エア用圧力センサー２３の監視時間（図５のＴ２、Ｔ３）は、ソレノイドバルブがＯＮ（図５のＴ１）の時間内であればいつでもよい。

グリースタンク１４にグリース残存状態を検知するレベルセンサー１８ａの設置を行わなかった場合、グリースの残存量が０ｃｃにもかかわらず、スピンドル２４の運転を高速回転することにより、スピンドル内軸受１３に損傷が生じる。しかし、グリースタンク１４にレベルセンサー１８ａを設置することにより、グリースの残存量が少ない場合は、レベルセンサー１８ａが検知することによりグリースタンク１４内へグリースを補充、若しくはグリースを補給しなくてもスピンドル内軸受１３が損傷しない回転速度の回転を行うことができるために、軸受１３の損傷を防止することができる。

また、グリースが機械式定量型ピストンポンプ１９へ補充されない場合、機械式定量型ピストンポンプ１９からグリースが吐出されず高速回転している軸受１３の損傷が生じる。しかし、グリースの搬送状況をグリース圧力センサー１８ｂで監視することにより、高速回転を行っている軸受１３に損傷が発生する前にグリース供給装置１０の不具合を発見することにより軸受１３の損傷を防止することができる。

次に、図６に基づいて他の実施形態を説明する。上記実施形態と同じ部品には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。上記実施形態と異なる点は、グリースタンク１４と機械式定量型ピストンポンプ１９へ供給するエアを別系統としたことである。すなわち、グリースタンク１４へエアを供給するバルブはソレノイドバルブ１２であるが、この他にさらに機械式定量型ピストンポンプ１９へエアを供給するソレノイドバルブ２９の２個のソレノイドバルブを設けた。

この場合の動作は、機械式定量型ピストンポンプのソレノイドバルブ２９がＯＦＦ（閉）になってから数秒〜数分後にグリースタンクのソレノイドバルブ１２がＯＦＦ（閉）になるように設定する。このように構成されたグリース供給装置でも同様の効果が得られる。その場合、図１で示した抵抗機構１２ａは不要である。

図７は図６に示したグリース供給装置の回路図である。図６〜図７に示すように、エア源からエアフィルタ２１及びレギュレータ２２を通ったエア配管は、ソレノイドバルブ１２，２９に接続される。第２ソレノイドバルブ２９からのエア配管は、第２ソレノイドバルブ２９を介して圧力センサー（エア監視）２３に延び、グリース供給装置１０の機械式定量型ピストンポンプ１９に接続される。一方、第１ソレノイドバルブ１２からのエア配管は、第１ソレノイドバルブ１２を介してグリース供給装置１０のグリースタンク１４に接続される。

図８は図７に示したグリース供給装置の制御方法を示す図である。図６〜図８に示すように、第２ソレノイドバルブ２９がＯＮし、機械式定量型ピストンポンプ１９のピストン１９ａが作動し、グリースが吐出される。そして、第１ソレノイドバルブ１２がＯＮし、グリースタンク１４内のピストン１５が加圧される。

次に、第２ソレノイドバルブ２９をＯＦＦする。ＯＦＦすると同時に、機械式定量型ピストンポンプ１９のピストン１９ａが元に戻り、グリースタンク１４から機械式定量型ピストンポンプ１９へグリースが充填される。グリースが機械式定量型ピストンポンプ１９に充填された後に第１ソレノイドバルブ１２をＯＦＦする。

また、エアの第２の圧力センサー（エア監視用）２６をソレノイドバルブ１２，２９を介した配管に接続したグリース供給装置の回路図と制御方法を図９及び図１０に示す。このように構成されたグリース供給装置でも同様の効果が得られる。

なお、上記構成例は単なる例示であり、種々の変形変更が可能である。例えば、グリースタンク１４内のピストン１５に上記実施形態例では、磁石を使用したが、センサー反応するものであれば電気的信号などを発信することにより、レベルセンサー１８ａを反応させても良い。また、レベルセンサー１８ａは、ピストン１５の動きに対して機械的に反応するもの、若しくは電気的に反応するものでも良い。

また、グリースタンク内のピストン１５の動きを検知するレベルセンサー１８ａは、タンク外に設置する例について説明したが、タンク内に設置することも可能である。上記実施形態例では、グリースタンク内のピストン１５に磁石１６を取り付け、グリースタンク１４にレベルセンサー１８ａを取り付ける形態について説明したが、ピストン１５にレベルセンサー１８ａを取り付け、グリースタンク１４に磁石１７、またはレベルセンサー１８ａが反応する物質を取り付けることも可能である。

また、グリースの加圧状態を監視するグリース圧力センサー１８ｂの設置場所は、グリースタンク１４内のグリースが貯蓄されており、グリースタンク用ピストン１５が摺動しない場所であればどの場所についても同じ測定効果が得られる。また、グリースの圧力変化に対して機械的に反応するものでも電気的に反応するものでも効果が得られる。また、グリースタンク１４内のピストン１５に圧力をかけるにあたってエアを使用したが、モーターや機械式装置などを使用してグリースタンク１４内のピストン１５を加圧することもできる。

本発明のグリース供給装置の構成図である。 本発明のグリース供給装置のグリースタンクの断面図である。 本発明のグリース供給装置のセンサー反応時のグリースタンクの断面図である。 図１における本発明のグリース供給装置の回路図である。 図４における本発明のグリース供給装置の制御方法を示す図である。 本発明のグリース供給装置の他の実施形態を示す構成図である。 図６における本発明のグリース供給装置の回路図である。 図７における本発明のグリース供給装置の制御方法を示す図である。 本発明のグリース供給装置の更に他の実施形態を示す回路図である。 図９における本発明のグリース供給装置の制御方法を示す図である。 タンク内グリースと時間の関係を表すグラフである。 従来のグリース供給装置の構成図である。

符号の説明

１０ グリース供給装置
１１ エア配管
１２ ソレノイドバルブ
１３ 軸受
１４ グリースタンク
１５ グリースタンク用ピストン
１６ 溝部分
１７ 磁石
１８ａ レベルセンサー
１８ｂ 圧力センサー
１９ 機械式定量型ピストンポンプ
２０ エア源

Claims (8)

1. 逆止弁及び定量吐出ピストンを備え、グリースを吐出するための機械式定量型ピストンポンプと、前記グリースを貯蔵するグリース貯蔵用タンクと、前記グリース貯蔵用タンク内ピストンとを有し、前記グリース貯蔵用タンクには前記グリースの残存量を監視するセンサーが設けられていることを特徴とするグリース供給装置。
2. 前記センサーが、前記グリース貯蔵用タンク内ピストンに取り付けられた磁石を有していることを特徴とする請求項１に記載のグリース供給装置。
3. 前記グリース貯蔵用タンク内の前記グリースの圧力、若しくは前記機械式定量型ピストンポンプと前記グリース貯蔵用タンクを接続するグリース配管内のグリースの圧力を監視するセンサーが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のグリース供給装置。
4. 前記機械式定量型ピストンポンプがストロークしてグリースを吐出後、前記定量吐出ピストンが元に戻った状態で、前記グリース貯蔵用タンク内の前記グリースを加圧するために前記グリース貯蔵用タンク内ピストンに圧力を一定時間保持する機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のグリース供給装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した軸受装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した工作機械用主軸スピンドル。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のグリース供給装置を使用した高速モーター用高速主軸スピンドル。
8. 前記センサーが、異常を検知した際に回転速度の上限を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の主軸スピンドル。

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