JP2005344784A - 潤滑装置及び主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補給時にグリースが確実に給脂されているか否かを、製造コストを増大させずに確認できる潤滑装置及び主軸装置を得、グリース潤滑による高速回転時の長寿命化を安価に達成する。
【解決手段】 駆動モータ２１によって回転駆動される主軸１３を回転自在に支持する軸受１５、１７、１９に対し、グリース供給装置２９からグリースが補給されているか否かを検出可能とする潤滑装置２００であって、主軸１３の回転トルクを検出する回転負荷検出手段３５と、グリース吐出信号と回転負荷検出手段３５からのトルク検出信号とが入力されグリース吐出前後の回転トルクを比較してトルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断する制御装置３１とを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械に用いて好適な潤滑装置及び主軸装置に関し、特に、グリースの給脂が確実に行われているか否かを確認する改良技術に関する。

グリース潤滑の場合、回転速度が著しく高いと、短時間でグリースが劣化し、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、早期に焼付が発生する。下記特許文献１に開示される転がり軸受及び工作機械用主軸装置では、この点に鑑み、外輪に補給孔を設け、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を補給することで、グリース潤滑でありながら高速回転性に優れる長寿命の転がり軸受を得、高い信頼性を実現している。

また、このようなグリースの補給は、下記特許文献２に開示されるグリース補給装置によって達成することができる。このグリース補給装置は、グリースを貯留する第１貯留室と、この第１貯留室に貯留されたグリースの一部が供給される第２貯留室と、この第２貯留室に貯留されたグリースを適宜なタイミングで転がり軸受の内部へ押し出す押圧手段とを備える。これにより、転がり軸受にグリースを随時補給し、高速回転下における軸受の寿命の延長を可能にしている。

ところで、このようなグリース補給装置を備えた主軸装置では、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かを確認できることがより好ましい。上記装置の場合は、このような確認手段を特段設けていなかった。

そこで、補給時にグリースが確実に補給されているか否かを確認する手段に関する技術の提案がなされている。すなわち、下記特許文献３に開示されるグリース給脂検出方法では、軸受の近傍外側または内部に温度センサを設けておき、給脂する前に軸受の温度を計測して記憶する。そして、給脂ポンプからグリースを軸受に給脂するときの温度と記憶されている温度とを比較し、温度差が生じたときは給脂され、差が生じないときは給脂されていないと判断することにより、給脂の有無を確認し、軸受部の発熱、摩耗等を未然に防いでいる。

また、下記特許文献４に開示されるグリース補給確認装置では、補給されるグリースが流れる配管内に備えられた可動体と、この可動体の変位に基づいてグリースが流れているかどうかを検出する検出手段とを有している。そして、軸受のグリース補給が確実に行われていることをほぼ常時監視し、グリース補給の異常を素早く検知して、軸受の焼き付きを防止し、グリース潤滑による高速回転時の長寿命化を達成している。

さらに、下記特許文献５に開示されるグリース補給確認装置では、内部空間に所定量のグリースを補給された軸受から排出されるグリース量を測定する測定手段を有している。そして、グリース量に基づいてグリースが補給されているか否かを検出することで、軸受のグリース補給が確実に行われていることをほぼ常時監視し、グリース補給の異常を素早く検知して、スピンドル主軸軸受の焼き付き、さらにはスピンドルの故障を防止し、グリース潤滑による高速回転時の長寿命化を達成している。

特開２００３−１１３８４６号公報 特開２００３−８３４９８号公報 特開平１１−２７０７８９号公報 特開２００３−６５４９４号公報 特開２００３−８３３５１号公報

しかしながら、特許文献３に開示されるグリース給脂検出方法は、軸受の近傍外側又は内部に温度センサを設けることで、給脂時の温度と記憶されている温度とを比較して、給脂の有無を確認していたため、温度センサを新たに設ける必要があり、製造コストが増大した。これに加え、主軸装置の場合、軸受の近傍外側又は内部に温度センサを設けることが難しい問題もあった。また、特許文献４に開示されるグリース補給確認装置や特許文献５に開示されるグリース補給確認装置の場合、新たな可動体及び検出手段や、新たな測定手段を設ける必要があり、この場合においても製造コストが増大した。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かを、製造コストを増大させずに確認できる潤滑装置及び主軸装置を提供し、グリース潤滑による高速回転時の長寿命化を安価に達成することを目的とする。

１）本発明に係る潤滑装置は、駆動モータによって回転駆動される主軸を回転自在に支持する軸受に対し、グリース供給装置からグリースが補給されているか否かを検出可能とする潤滑装置であって、前記主軸の回転トルクを検出する回転負荷検出手段と、グリース吐出信号と該回転負荷検出手段からのトルク検出信号とが入力されグリース吐出前後の回転トルクを比較してトルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断する制御装置とを具備したことを特徴とする。

前記構成の潤滑装置によれば、グリース吐出の有無を判断する手段に主軸の回転トルクが用いられ、通常、駆動モータに接続されている既設の回転負荷検出手段が利用可能となる。したがって、回転負荷検出手段によって得られたグリース吐出前後の回転トルクが比較されることで、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かが分るようになる。

２）本発明に係る潤滑装置は、前記１）記載の潤滑装置であって、前記回転負荷検出手段が、切削負荷検出のため前記駆動モータに接続された既設の回転負荷検出手段であることを特徴とする。

前記構成の潤滑装置によれば、回転負荷検出手段に、既設の回転負荷検出手段が利用される。工作機械の場合、切削負荷を検出する必要があるため、主軸の駆動モータには負荷を検出する回転負荷検出手段が予め備えられている。この負荷は、例えばモータ電流値として、駆動モータに接続された回転負荷検出手段（検出したモータ電流値を処理する装置）から出力される。したがって、グリースが軸受内部に供給されると、グリースの攪拌抵抗によりモータの負荷が増大し、モータ電流値が増大する。この増大電流値がグリース吐出の判断手段として用いられることで、別段の検出器を新たに設ける必要がなく、安価な装置構成が可能となる。

３）本発明に係る潤滑装置は、駆動モータによって回転駆動される主軸を回転自在に支持する軸受に対し、グリース供給装置からグリースが補給されているか否かを確認可能とする潤滑装置であって、前記グリース供給装置と前記軸受とを接続してグリースを供給する透明なグリース供給管を具備したことを特徴とする。

前記構成の潤滑装置によれば、グリースを供給するためのグリース供給管が透明であるので、グリース供給装置が駆動され、グリース供給管にグリースが供給されると、外部から視認可能となる。これにより、グリースの吐出確認が、複雑な機構を設けることなく、安価な装置構成で可能となる。

４）本発明に係る潤滑装置は、前記３）記載の潤滑装置であって、前記グリース供給装置が、グリースの搬送に伴って該グリース供給管内を移動する目視体を備えていることを特徴とする。

前記構成の潤滑装置によれば、透明管内にグリースの搬送に伴って移動する目視体が挿入されているので、搬送されるグリースに伴って目視体が移動して、この目視体の移動が外部から視認可能となる。

５）本発明に係る主軸装置は、前記１）〜前記４）のいずれかに記載の潤滑装置と、主軸と、該主軸を回転自在に支持する軸受と、前記主軸を回転駆動する駆動モータと、を具備したことを特徴とする。

前記構成の主軸装置によれば、グリースの吐出確認が複雑な機構を設けることなく行え、グリースが劣化して軸受が破損する前に新たなグリースを補給することが可能となる。

本発明に係る潤滑装置によれば、主軸の回転トルクを検出する回転負荷検出手段と、グリース吐出信号と回転負荷検出手段からのトルク検出信号とが入力されグリース吐出前後の回転トルクを比較してトルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断する制御装置とを備えたので、通常駆動モータに接続されている既設の回転負荷検出手段によって、主軸の回転トルクが検出可能となる。したがって、グリース吐出前後の回転トルクを比較することで、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かを知ることができる。この結果、温度センサ等を新たに設けることなく、製造コストを増大させずに安価にグリースの吐出が確認できるようになる。

また、本発明に係る主軸装置によれば、前記潤滑装置と、主軸と、主軸を回転自在に支持する軸受と、主軸を回転駆動する駆動モータとを備えており、グリースが劣化して軸受が破損する前に新たなグリースを補給することが可能となり、高速回転時の長寿命化を安価に達成することができる。

以下、本発明に係る潤滑装置及び主軸装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第１の実施の形態の概略を表す構成図である。
本実施の形態による主軸装置１００は、例えば工作機械に好適に用いられる。主軸装置１００のハウジング１１に、主軸１３の一端１３ａが第１の軸受１５によって、また、主軸１３の他端１３ｂが第２、第３の軸受１７、１９によって回転自在に支持されている。ハウジング１１には第１の軸受１５と第２の軸受１７との間に駆動モータ２１が内設され、駆動モータ２１はハウジング１１に固定されたステータ２３に対して主軸１３に固定されたロータ２５が回転することで主軸１３を回転駆動させる。

軸受１５、１７、１９は、外輪と、内輪と、外輪と内輪の間に介挿された転動体と、転動体を転がり軸受の周方向等間隔に転動自在に保持する保持器とによって概略構成される。軸受１５、１７、１９は、ハウジング１１の内面に外輪の外径面が嵌合するように配置されている。外輪にはグリース補給孔が形成され、グリース補給孔はグリース供給管２７を介してグリース供給装置２９へ接続されている。

グリース供給装置２９は、例えば吐出開口の形成された貯留室に付勢手段としてのピストンが備えられ、このピストンがエア圧又はガス圧によって駆動されることで、吐出開口から吐出されたグリースをグリース供給管２７へ押し出す。グリース供給管２７から押し出されたグリースは、グリース供給管２７を介して外輪のグリース補給孔から吐出され、軸受１５、１７、１９の内部へ供給される。

グリース供給装置２９には制御装置３１が接続され、制御装置３１は予め設定されたスケジュールで供給開始信号、供給終了信号をグリース供給装置２９へ送出する。ところで、工作機械の場合、切削負荷を検出する必要があるため、駆動モータ２１には主軸１３の回転トルク（負荷）を検出する回転負荷検出手段３５が予め備えられている。この負荷は、例えばモータ電流値又はモータ負荷として、駆動モータ２１に接続されたモータ駆動装置３３から出力される。

本実施の形態において、モータ駆動装置３３には制御装置３１が接続され、制御装置３１は回転負荷検出手段３５から入力されたモータ電流値に基づきグリースが補給されているか否かの判定処理を行うようになっている。すなわち、制御装置３１は、グリース供給装置２９からのグリース吐出信号と、回転負荷検出手段３５からのトルク検出信号とが入力されると、グリース吐出前後の回転トルクを比較し、トルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断するように作動する。

このように、グリース吐出の有無を判断する手段に主軸１３の回転トルクを用いたことにより、通常、駆動モータ２１に接続されている既設のモータ駆動装置３３に備えられている回転負荷検出手段３５が利用可能となる。これにより、回転負荷検出手段３５によって得られたグリース吐出前後の回転トルクが比較されることで、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かが分るようになる。

そして、回転負荷検出手段３５に、既設の回転負荷検出手段３５が利用されることで、グリースが軸受内部に供給されると、グリースの攪拌抵抗により駆動モータ２１の負荷が増大し、モータ電流値が増大する。この増大電流値がグリース吐出の判断手段として用いられることで、別段の検出器を新たに設ける必要がなく、安価な装置構成が可能となっている。

グリース供給管２７、グリース供給装置２９、モータ駆動装置３３、制御装置３１によって潤滑装置２００が構成されている。また、ハウジング１１、主軸１３、軸受１５、１７、１９、駆動モータ２１、潤滑装置２００によって主軸装置１００が構成されている。

図２は図１に示した主軸装置１００のグリース吐出確認動作の手順を表す流れ図である。制御装置３１がグリース供給装置２９へグリース吐出指令を送出すると、グリース供給装置２９からグリースが吐出される（ステップ１：以下、ステップ１をｓｔ１と略記する）。グリースがハウジング１１と接続されたグリース供給管２７を通り、軸受１５、１７、１９へ供給される。グリースが供給された軸受１５、１７、１９は、内部のグリース攪拌抵抗が増し、主軸１３を回転させるために必要なトルクが増大する。これにより、主軸１３を回転させるための負荷が増す。

この駆動モータ２１の負荷を回転負荷検出手段３５が取り込み、制御装置３１へモータ電流値又はモータ負荷として信号を出力する。制御装置３１は、グリース吐出前後のモータ電流値又はモータ負荷を比較し、モータ電流値又はモータ負荷が上がっていればグリースが吐出され、上がらなければ吐出されないと判断する（ｓｔ３）。

制御装置３１が、グリースの吐出を確認できれば、次のグリース吐出タイミングまで待機する（ｓｔ５）。一方、制御装置３１が、グリースの吐出を確認できなければ、再びグリース吐出指令をグリース供給装置２９へ送出する。数回（例えば３回）にわたり吐出後の吐出確認がとれない場合は、グリース吐出異常と判断し（ｓｔ７）、制御装置３１はアラームを発する（ｓｔ９）。

図３はグリース吐出前後における実際のモータ負荷の測定結果を表す説明図である。図中、左目盛りはモータ負荷［％］を表し、横目盛りは経過時間［分：秒］を表し、右目盛りは軸受温度［℃］を表す。
モータ負荷は、はじめ５％の状態から、グリース吐出２分後から約２分間にわたり９％程度まで上昇している。モータ負荷が上昇しているタイミングは軸受の温度上昇タイミングと一致しており、温度センサを用いなくてもグリースの吐出確認が可能であることが知見できる。

したがって、上記の潤滑装置２００によれば、主軸１３の回転トルクを検出する回転負荷検出手段３５と、グリース吐出信号と回転負荷検出手段３５からのトルク検出信号とが入力されグリース吐出前後の回転トルクを比較してトルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断する制御装置３１とを備えたので、通常、駆動モータに接続されている既設の回転負荷検出手段３５によって、主軸１３の回転トルクが検出可能となる。したがって、グリース吐出前後の回転トルクを比較することで、補給時にグリースが確実に給脂されているか否かを知ることができる。この結果、温度センサ等を新たに設けることなく、製造コストを増大させずに安価にグリースの吐出が確認できるようになる。

また、上記の主軸装置１００によれば、主軸１３と、主軸１３を回転自在に支持する軸受１５、１７、１９と、軸受１５、１７、１９を回転駆動する駆動モータ２１と、軸受１５、１７、１９に対しグリースを供給するグリース供給装置２９と、潤滑装置２００とを備えたので、グリースが劣化して軸受１５、１７、１９が破損する前に新たなグリースを補給することが可能となり、高速回転時の長寿命化を安価に達成することができる。

なお、切削加工中で、９％より高い負荷が駆動モータ２１にかかる場合は、運転開始の暖機運転などの時間に確認を行えばよい。ワークローディング機能を備えた２４時間稼動の主軸装置の場合でも、図３ではグリース吐出後２分でモータ負荷の上昇が見られているので、１日１回５分程度の確認サイクルを実施すればよい。

また、１回の吐出量が少なく負荷の検出が難しいときは、確認サイクル時のみ、数回の連続吐出をすると、検出の確実性が高まる。

次に、本発明に係る潤滑装置及び主軸装置の第２の実施の形態を説明する。
図４は本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第２の実施の形態の概略を表す構成図、図５は図４のＡ部拡大視を（ａ）さらにそのＢ部の拡大を（ｂ）に表した動作説明図である。なお、以下の各実施の形態において、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この実施の形態による主軸装置３００は、グリース供給装置２９と軸受１５、１７、１９とを接続してグリースを供給するグリース供給管４１が、透明な管となっている。

また、グリース供給管４１には、目視体であるエアだまり４３が混入されている。エアだまり４３は、グリース供給管４１の内部に混入されることで、グリースＧの搬送に伴って同方向へ移動される。エアだまり４３の視認部分は、短くても問題ないが、グリース供給管４１をＵ字形状に曲げ、視認最適領域４５を長く確保することが好ましい。また、この視認最適領域４５には、エアだまり４３の移動を数値的に確認可能とするための目盛りを付すことがより好ましい。

グリース供給装置２９、グリース供給管４１、エアだまり４３によって潤滑装置４００が構成されている。また、ハウジング１１、主軸１３、軸受１５、１７、１９、駆動モータ２１、潤滑装置４００によって主軸装置３００が構成されている。

この主軸装置３００によれば、グリースＧを供給するためのグリース供給管４１が透明管で構成され、かつこの透明管内には、グリースＧの搬送に伴って移動されるエアだまり４３が混入されるので、グリース供給装置２９が駆動され、グリース供給管４１にグリースＧが供給されると、搬送されるグリースＧに伴ってエアだまり４３が移動され、このエアだまり４３の移動が外部から視認可能となる。これにより、グリースＧの吐出確認が、複雑な機構を設けることなく、安価な装置構成で可能となる。

次に、本発明に係る潤滑装置及び主軸装置の第３の実施の形態を説明する。
図６は本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第３の実施の形態の概略を表す構成図、図７は図６のＣ部拡大視を（ａ）、図６のＤ部拡大視を（ｂ）、さらにそのＥ部の拡大を（ｃ）に表した動作説明図である。
本実施の形態による主軸装置５００は、上記第２の実施の形態と同様に、グリース供給管４１が、透明な管となっている。一方、グリース供給管４１に挿入される目視体である目視確認用部材５１が、軸線方向両端の開口した円筒形状で形成されている。他の構成は上記第２の実施の形態と同様である。

グリース供給装置２９、グリース供給管４１、目視確認用部材５１によって潤滑装置６００が構成されている。また、ハウジング１１、主軸１３、軸受１５、１７、１９、駆動モータ２１、潤滑装置６００によって主軸装置５００が構成されている。

この主軸装置５００によれば、透明のグリース供給管４１に目視確認用部材５１を挿入しておくことで、吐出によるグリースＧの動きを目視確認用部材５１の動きで目視確認することができる。目視確認用部材５１は、円筒部の直径ｄを管内径Ｄより小さく、かつ軸受１５、１７、１９のグリース供給穴５３の直径ｄ１より大きくすることにより、目視確認用部材５１がグリース供給管４１の中で詰まったり、軸受内部へ侵入したりすることを防いでいる。

また、グリースＧの吐出が繰り返され、目視確認用部材５１が軸受１５、１７、１９まで達したときには、中央に設けられた穴５５を通り、グリースＧが軸受１５、１７、１９へ供給されるようになっているので、グリースＧの目詰まりを防ぐことができる。

なお、本発明に係る潤滑装置及び主軸装置は、第１の実施の形態で説明した潤滑装置２００を、第２の実施の形態の潤滑装置４００、又は第３の実施の形態の潤滑装置６００と重複して備えた構成であってもよく、このような構成によれば、双方の構成による作用・効果を同時に得ることができる。

本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第１の実施の形態の概略を表す構成図である。 図１に示した主軸装置のグリース吐出確認動作の手順を表す流れ図である。 グリース吐出前後における実際のモータ負荷の測定結果を表す説明図である。 本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第２の実施の形態の概略を表す構成図である。 図４のＡ部拡大視を（ａ）さらにそのＢ部の拡大を（ｂ）に表した動作説明図である。 本発明に係る潤滑装置を備えた主軸装置の第３の実施の形態の概略を表す構成図である。 図６のＣ部拡大視を（ａ）、図６のＤ部拡大視を（ｂ）、さらにそのＥ部の拡大を（ｃ）に表した動作説明図である。

符号の説明

１３…主軸
１５、１７、１９…軸受
２１…駆動モータ
２７、４１…グリース供給管
２９…グリース供給装置
３１…制御装置
３３…モータ駆動装置
３５…回転負荷検出手段
４３…エアだまり（目視体）
５１…目視確認用部材（目視体）
１００、３００、５００…主軸装置
２００、４００、６００…潤滑装置
Ｇ…グリース

Claims (5)

1. 駆動モータによって回転駆動される主軸を回転自在に支持する軸受に対し、グリース供給装置からグリースが補給されているか否かを検出可能とする潤滑装置であって、
   前記主軸の回転トルクを検出する回転負荷検出手段と、
   グリース吐出信号と該回転負荷検出手段からのトルク検出信号とが入力されグリース吐出前後の回転トルクを比較してトルクが増大していればグリースが吐出されたと判断する一方、トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断する制御装置と、を具備したことを特徴とする潤滑装置。
2. 前記回転負荷検出手段が、切削負荷検出のため前記駆動モータに接続された既設の回転負荷検出手段であることを特徴とする請求項１記載の潤滑装置。
3. 駆動モータによって回転駆動される主軸を回転自在に支持する軸受に対し、グリース供給装置からグリースが補給されているか否かを確認可能とする潤滑装置であって、
   前記グリース供給装置と前記軸受とを接続してグリースを供給する透明なグリース供給管を具備したことを特徴とする潤滑装置。
4. 前記グリース供給管が、グリースの搬送に伴って該グリース供給管内を移動する目視体を備えていることを特徴とする請求項３記載の潤滑装置。
5. 前記請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の潤滑装置と、
   主軸と、該主軸を回転自在に支持する軸受と、前記主軸を回転駆動する駆動モータと、
   を具備したことを特徴とする主軸装置。

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