JP2008045681A - 軸受潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受へ効果的にオイルエアを供給することができる軸受潤滑装置を提供する。
【解決手段】軸受の振動を検出する振動センサ３を設けるとともに、振動センサ３からの検出信号にもとづいて、軸受へのオイルエアの供給の要否を判断し、流路切換弁５の切換動作を制御することによりオイルエア流路Ｂの開閉を制御する供給制御部４を設けた。該構成を採用することにより、軸受内における潤滑油の過不足をより正確に判断することができ、効果的な潤滑油の供給を行うことができる。したがって、常に軸受内の潤滑状態を最適に保つことができ、潤滑油の供給過多を起因とした回転軸の熱変位や非同期振れが生じるおそれもなく、回転軸が主軸であるような工作機械にあっては加工精度を高いレベルで維持することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば工作機械の主軸等の回転軸を回転可能に支持する軸受に潤滑油を含んだオイルエアを供給するための軸受潤滑装置に関するものである。

従来より、たとえば工作機械の主軸を回転可能に支持する軸受に潤滑油を供給する軸受潤滑装置の１つとして、オイルエアを用いた軸受潤滑装置が知られている。オイルエアは、エアに供給された油滴がエアの流れによって軸受に到達するまでの管路中で分割され、少量に均一化されて軸受に運ばれるものである。このような軸受潤滑装置としては、ミキシングバルブにて、一定量のエアと、タイマ等を用いた断続的なピストン式ポンプの作動により送られてくる潤滑油とを一定間隔で混合してオイルエアを生成し、該オイルエアを軸受内の転動体や軌道輪の軌道面に吹き付けるようにして供給するものが知られている。
また、特許文献１に開示されているように、主軸の回転数（回転速度）に応じてオイルエアにおける潤滑油量、オイルエアの供給周期、及びオイルエアのエア圧等を変更制御可能としたものもある。

特開平３−１９６９４２号公報

しかしながら、上記従来より周知の軸受潤滑装置では、動作時に主軸位置が変動し加工面に悪影響を及ぼすことがある。これはこの周知の軸受潤滑装置が、オイルエアの供給が要求されるタイミングでエアに潤滑油を吐出させるものであるから、実際に軸受に到達する油の量が常時一定にはならず変動してしまい、油滴が大きくなるので、軸受に入った際に転走面の油膜厚が変動してしまうためと考えられる。ここで変動を抑えるべく油滴の吐出間隔を狭めれば、軸受内における潤滑油量が供給過多の状態となり、軸受内における潤滑油量が過剰になると、軸受に発熱が生じて、主軸の熱変位や非同期振れの原因となって、やはり加工面に悪影響を及ぼすことになる。そこで、ピストン式ポンプにおける一度の潤滑油の吐出量を少なくすることが考えられるが、ピストン式ポンプの吐出量の減少には限度がある上、実現しようとすればコスト高を引き起こすという問題が生じる。
一方、特許文献１に開示されている軸受潤滑装置では、主軸の回転数に応じてオイルエアの供給状態を制御しようとしているが、一般的に主軸の回転数とはＮＣ装置等からの指令値であるため、実際の軸受の状態を反映するパラメータであるとは言えない。つまり、実加工中における軸受内の潤滑油量の状態（潤滑油の過不足）を主軸の回転数から判断することは困難であり、効果的な供給制御を行うことはできなかった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、軸受へ効果的にオイルエアを供給することができる軸受潤滑装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、回転装置において回転軸を回転可能に支持する軸受に、第一流路を介して潤滑油を含んだオイルエアを供給する軸受潤滑装置であって、前記軸受内における潤滑油の過不足を判断する前記軸受での因子を検出する因子検出手段を設けるとともに、前記因子検出手段により検出された検出結果にもとづいて、前記軸受へのオイルエアの供給の要否を判断し、前記第一流路の開閉を制御する供給制御手段を設ける一方、前記回転軸の外周面に対してオイルエアを吐出する第二流路を備え、前記第一流路の開閉に拘わらず、前記第二流路を介して前記回転軸の外周面へのオイルエアの吐出を可能とし、前記回転装置の前記回転軸と前記ハウジングとの間にオイルエアによるエアシールを形成可能としたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、第一流路の開閉に応じてエア圧を調整する圧力制御手段を備えており、供給制御手段は、前記第一流路が閉じている状態の方が、前記第一流路が開いている状態に比べてエア圧が低くなるように前記圧力制御手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、軸受内における潤滑油の過不足を判断する軸受での因子を検出する因子検出手段を設けるとともに、因子検出手段により検出された検出結果にもとづいて、軸受へのオイルエアの供給の要否を判断し、第一流路の開閉を制御する供給制御手段を設けている。そのため、一定の周期での供給しか行わなかったり、回転軸の回転数に応じた供給を行うといった従来のものと比較すると、軸受内における潤滑油の過不足をより正確に判断することができ、効果的な潤滑油の供給を行うことができる。したがって、常に軸受内の潤滑状態を最適に保つことができ、潤滑油の供給過多を起因とした回転軸の熱変位や非同期振れが生じるおそれもなく、回転軸が主軸であるような工作機械にあっては加工精度を高いレベルで維持することができる。さらに、潤滑油の一度の吐出量が少なかったり、吐出量を変更自在とするような特殊なポンプを用いるわけではないため、安価に構成することができ、コスト面において有利となる。
また、回転軸の外周面に対してオイルエアを吐出する第二流路を備えており、第二流路を介してのオイルエアの吐出は第一流路の開閉に拘わらないようにしているため、オイルエアに含まれる潤滑油は常に少量且つ一定となっている。また、第二流路は、回転軸とハウジングとの間にオイルエアによるエアシールを常に形成した状態とすることができる。したがって、該エアシールにより、回転軸の外周面とハウジングとの隙間から切屑や切削液等の異物が軸受内部へ侵入してしまうといった事態を確実に防止することができる。
加えて、請求項２に記載の発明によれば、供給制御手段及び圧力制御手段により、オイルエアのエア圧を、第一流路を介して軸受へのオイルエアの供給を行わない場合の方が、軸受へのオイルエアの供給を行う場合と比較して低圧となるようにしているため、絶えずオイルエアを回転装置に供給するものではあるものの、エア及び電力の消費が抑制された省エネルギーな軸受潤滑装置とすることができる。

以下、本発明の一実施形態となる軸受潤滑装置について、図面を基に説明する。
図１は、主軸装置２０について示した断面説明図であり、図２は、本実施形態に係る軸受潤滑装置１の回路図である。尚、本実施形態にあっては、回転装置を主軸装置２０、回転軸を主軸２１として説明するが、何らそれに限定されることはなく、たとえばテーブル装置等といった他の回転装置及び回転軸であってもよい。

主軸装置２０は、主軸２１を、軸受２を介してハウジング２２にＸ軸周りで回転可能に支持してなるものである。ハウジング２２には、後述の如くして生成される低圧オイルエアの流路となるオイルエア流路（第二流路）Ａが設けられており、ハウジング２２の先端内面には、該オイルエア流路Ａに供給された低圧オイルエアを主軸２１先端外周面へと吐出するための吐出口２３が設けられている。尚、オイルエア流路Ａは、主軸装置２０外部にて潤滑油とエアとを混合するミキシングバルブ６に接続されている。
一方、主軸２１の先端外周面で、オイルエア流路Ａの吐出口２３と対向する位置には、凹溝状のエアポケット２４が設けられている。そして、後述の如くして吐出口２３からエアポケット２４へ低圧オイルエアを吐出することにより、該エアポケット２４部にエアシールを形成可能としている。

また、軸受２は、軌道輪２６、２６内に転動体２７が設置されてなる周知の転がり軸受であって、隣接設置された間座２５により取付位置にて固定されている。間座２５には、軸受２内（すなわち、軌道輪２６、２６の軌道面や転動体２７）へ後述の如くして生成される高圧オイルエアを噴出供給するための噴出口が開設されているとともに、該噴出口へ高圧オイルエアを導くためのオイルエア流路が設けられている。間座２５内のオイルエア流路（第一流路）は、ハウジング２２内に設けられたオイルエア流路（第一流路）Ｂと連通しており、該オイルエア流路Ｂは、主軸装置２０内に設置された流路切換弁５内にて上記オイルエア流路Ａから分岐した状態となっている。

さらに、軸受２には、軸受２の振動を検出する振動センサ（因子検出手段）３が取り付けられている。該振動センサ３は、主軸装置２１を有する工作機械等のＮＣ装置１１に組み込まれた供給制御部（供給制御手段）４と電気的に接続されており、該振動センサ３にて検出される信号をもとに、供給制御部４にて軸受２内における潤滑油の状態が判断され（たとえば、軸受２の振動が大きくなると、軸受２内へ潤滑油を供給する必要ありと判断する等）、後述のような軸受２内への高圧オイルエアの供給制御が行われる。

ここで、上述したようなオイルエア流路Ａ及びオイルエア流路Ｂを介して、軸受２又は主軸２１の外周面に高圧オイルエア又は低圧オイルエアを供給する軸受潤滑装置１について説明する。
軸受潤滑装置１は、上記振動センサ３、供給制御部４、潤滑油とエアとを混合して各種オイルエアを生成するためのミキシングバルブ６、オイルエアを供給する流路を切り換えるための流路切換弁（流路切換手段）５、ミキシングバルブ６へ供給するエア圧を選択するための選択弁（圧力制御手段）８等を備えてなる。供給制御部４は、上述の如くＮＣ装置１１に組み込まれており、振動センサ３にて検出される信号にもとづき、流路切換弁５及び選択弁８の切換動作等を制御する。また、ミキシングバルブ６は、主軸装置２０外部に設置されており、潤滑油ポンプ７から送られてくる潤滑油とエア源１０から送られてくるエアとを混合し、オイルエアを生成する。さらに、流路切換弁５は、主軸装置２０内部に設置されており、供給制御部４による制御のもと、オイルエアをオイルエア流路Ａに供給するか又は両オイルエア流路Ａ、Ｂに供給するかの切り換えを行う。加えて、選択弁８は、供給制御部４の制御のもと、ミキシングバルブ６と接続する圧力制御弁（圧力制御手段）９ａ、９ｂの切り換えを行う。尚、９ａは、低圧の圧力制御弁であり、９ｂは、高圧の圧力制御弁である。

以上のような構成を有する軸受潤滑装置１では、エア源１０から供給されるエアは、低圧の圧力制御弁９ａ又は高圧の圧力制御弁９ｂを介して選択弁８へと送られる。
ここで、通常（すなわち、供給制御部４が、振動センサ３からの検出信号にもとづいて軸受２へのオイルエアの供給の必要なしと判断している場合）、供給制御部４は、低圧の圧力制御弁９ａを介するエアがミキシングバルブ６へ送られるように選択弁８を動作させるとともに、オイルエアがオイルエア流路Ａを介して主軸２１外周面に吐出されるように流路切換弁５を動作させる。したがって、ハウジング２２の吐出口２３から主軸２１の外周面に設けられたエアポケット２４へ低圧オイルエアが吐出され、該エアポケット２４部にエアシールが形成される。

一方、供給制御部４は、振動センサ３からの検出信号にもとづき軸受２へオイルエアを供給する必要ありと判断すると、選択弁８を切り換えて、高圧の圧力制御弁９ｂを介するエアがミキシングバルブ６へ送られるようにする。また、流路切換弁５を切り換えて、オイルエアが両オイルエア流路Ａ、Ｂに供給されるようにする。したがって、ミキシングバルブ６にて生成された高圧オイルエアが、オイルエア流路Ｂを介して軸受２内へ噴出される。また、高圧オイルエアが、オイルエア流路Ａを介してエアポケット２４部へも吐出されるため、エアポケット２４部におけるエアシールは途切れることなく形成され続ける。
尚、振動センサ３からの検出信号が通常に復帰するに伴って、供給制御部４は、流路切換弁５及び選択弁８を切り換え、上記通常状態（すなわち、低圧オイルエアによるエアシールのみ）とする。

上述したような軸受潤滑装置１によれば、軸受２内における潤滑油の過不足を判断する因子として、軸受２の振動状態を採用し、該振動状態を検出するため軸受２に振動センサ３を取り付けている。そして、振動センサ３にて検出される軸受２の振動状態に応じて軸受２への潤滑油の供給の要否を判断し、潤滑油を供給する必要があると判断した場合には軸受２内へのオイルエアの噴出供給を行う。そのため、一定の周期での供給しか行わなかったり、主軸の回転数に応じて供給を行うといった従来のものと比較すると、軸受２内における潤滑油の過不足をより正確に判断することができ、効果的な潤滑油の供給を行うことができる。したがって、常に軸受２内の潤滑状態を最適に保つことができ、潤滑油の供給過多を起因とした主軸２１の熱変位や非同期振れが生じるおそれもなく、工作機械の加工精度を高いレベルで維持することができる。

また、通常状態においては、オイルエア流路Ａを介してエアポケット２４部へ低圧オイルエアを吐出させて、エアポケット２４部にエアシールを形成する。したがって、該エアシールにより、主軸２１の外周面とハウジング２２との隙間から軸受２内へ切屑や切削液が進入してしまうといった事態を確実に防止することができる。
さらに、軸受２内へ高圧オイルエアを噴出する場合にも、オイルエア流路Ａを介してエアポケット２４部へ高圧オイルエアが吐出されるようにしているため、エアシールを常に形成した状態とすることができる。

さらにまた、ミキシングバルブ６へ一度に送る潤滑油の量が少ない特殊な潤滑油ポンプ等を必要としないため、安価に構成することができる。
加えて、通常は、ミキシングバルブ６へ送るエアを低圧としているため、絶えずオイルエアを主軸装置２０に供給するものではあるものの、エア及び電力の消費を抑制することができ、省エネルギー化を図った軸受潤滑装置１とすることができる。

なお、本発明の軸受潤滑装置に係る構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、供給制御手段、流路切換手段、圧力制御手段、及びオイルエア流路に係る構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、軸受に因子検出手段としての振動センサを取り付け、検出される軸受の振動状態を因子として軸受への潤滑油の供給の要否を判断し、流路を切り換えるように構成しているが、振動センサに代えて温度センサや音圧センサを用いてもよい。すなわち、軸受の温度に応じて潤滑油の供給の要否を判断するようにしてもよいし、軸受から生じる音圧により潤滑油の供給の要否を判断するようにしても何ら問題はない。

さらに、低圧・高圧の二段階切り換えではなく、三段階以上にエア圧を切り換え可能に構成し、たとえば主軸の回転数に応じて軸受内へ供給するエア圧を調整可能に構成してもよいし、圧力制御手段を低圧・高圧で複数設けるのではなく、エア圧を調整自在な圧力制御弁等を採用することで、回路の簡素化を図るようにしてもよい。
加えて、供給制御手段を、供給制御部として工作機械等のＮＣ装置に組み込むのではなく、別途装置として設けるような構成とすることも可能である。

主軸装置について示した断面説明図である。 軸受潤滑装置の回路図である。

符号の説明

１・・軸受潤滑装置、２・・軸受、３・・振動センサ、４・・供給制御部、５・・流路切換弁、６・・ミキシングバルブ、７・・潤滑油ポンプ、８・・選択弁、９ａ・・低圧の圧力制御弁、９ｂ・・高圧の圧力制御弁、１０・・エア源、Ａ、Ｂ・・オイルエア流路。

Claims (2)

1. 回転装置において回転軸を回転可能に支持する軸受に、第一流路を介して潤滑油を含んだオイルエアを供給する軸受潤滑装置であって、
   前記軸受内における潤滑油の過不足を判断する前記軸受での因子を検出する因子検出手段を設けるとともに、前記因子検出手段により検出された検出結果にもとづいて、前記軸受へのオイルエアの供給の要否を判断し、前記第一流路の開閉を制御する供給制御手段を設ける一方、
   前記回転軸の外周面に対してオイルエアを吐出する第二流路を備え、前記第一流路の開閉に拘わらず、前記第二流路を介して前記回転軸の外周面へのオイルエアの吐出を可能とし、前記回転装置の前記回転軸と前記ハウジングとの間にオイルエアによるエアシールを形成可能としたことを特徴とする軸受潤滑装置。
2. 第一流路の開閉に応じてエア圧を調整する圧力制御手段を備えており、
   供給制御手段は、前記第一流路が閉じている状態の方が、前記第一流路が開いている状態に比べてエア圧が低くなるように前記圧力制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の軸受潤滑装置。

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