JP2008303988A - 軸受潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受に供給された潤滑油の廃油を安価な構成で確実に排出可能、且つ軸受内の潤滑油量を適切に調整可能とする。
【解決手段】転がり軸受１の外輪５に、保持器４の案内面５ａ内に開口して半径方向に貫通する吸引孔６を複数形成し、その吸引孔６に、ハウジング９の貫通孔９ａを介してビニールチューブ１４及び吸引ポンプ１２を接続して、吸引孔６から案内面と保持器４との間の潤滑油の吸引を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の主軸等を軸支する軸受に潤滑油を適正に供給する軸受潤滑装置に関する。

工作機械の主軸を軸支する軸受に潤滑油を供給する軸受潤滑装置としては、特許文献１に開示のものが知られている。これは、ハウジングの上方に、導入口から軸受に導く潤滑油の通路を形成する一方、ハウジングの下方に、軸受を通過した潤滑油を排出する排出口を設けて、軸受に供給された潤滑油を排出口から吸引装置により吸引して強制的に排出させる構造となっている。なお、ハウジングから完全に排出されずに流下した潤滑廃油は、ハウジング最下位置のオイルポケットに溜められ、同じく吸引装置により強制的に排出される。
また、特許文献２にも同様に、ハウジングの上方から供給穴を介して主軸の軸受に供給された潤滑油とエアとを、排出穴を介してハウジング下方から吸引ポンプによって強制的に排出する構造が記載されている。特にここでは、潤滑油とエアとを排出するに際し、吸引ポンプの故障や排出用パイプの目詰まりが生じた際には、排出用パイプに設けた安全弁によって潤滑油とエアとを外部に放出させるようにしている。
さらに、特許文献３には、軸受の内輪の内周面から外周面へ半径方向に貫通させて通孔を形成し、潤滑油を回転軸の軸心から通孔を介して内輪の外周面と保持器の内周面との間隙に供給する主軸装置が開示されている。

実開昭６４−４２８４１号公報 実開平１−１７５１４７号公報 特開平１１−１６６５４８号公報

上記特許文献１，２の技術では、潤滑油の排出経路が長くなって複雑化し、且つ吸引能力の高いポンプを用いる必要があるため装置が高価となっている。また、吸引能力の高いポンプを用いても廃油が排出経路中に滞留しやすいという問題を有していた。さらに、廃油吸引部と軸受とが離れているため、吸引によって潤滑油量を調整することが困難であった。
一方、特許文献３では、軸受内部へ潤滑油を直接供給することが可能であるが、供給のみを行うため、やはり軸受内への潤滑油量の調整は困難となっている。

そこで、本発明は、従来の技術の有するこのような問題に鑑み、軸受に供給された潤滑油の廃油を安価な構成で確実に排出可能で、且つ軸受内の潤滑油量を適切に調整可能な軸受潤滑装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、転がり軸受の内輪又は外輪に、保持器の案内面内に開口して半径方向に貫通する吸引孔を１又は複数形成し、吸引孔に潤滑油吸引手段を接続して、吸引孔を介して案内面と保持器との間の潤滑油の吸引を行うようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、回転数に応じた効率的な吸引を行うために、転がり軸受の軸支対象の回転数に応じて潤滑油吸引手段による潤滑油の吸引量を変化させることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、潤滑油をより効率良く回収するために、保持器の案内面を、転がり軸受の軸方向で転動体の軌道面の前後両側に設けて、各案内面に吸引孔を夫々形成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、潤滑油の調整をより適切に行うために、転がり軸受の潤滑状態を判定する潤滑状態判定手段を備え、潤滑状態判定手段によって判定された潤滑状態に応じて、潤滑油供給手段から供給する潤滑油量及び／又は潤滑油吸引手段で吸引する潤滑油量を変更することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの目的に加えて、潤滑状態を最適な状態に保つために、潤滑油供給手段から供給する潤滑油量及び／又は潤滑油吸引手段で吸引する潤滑油量を検出する潤滑油量検出手段を備え、潤滑油量検出手段によって検出された潤滑油量に応じて、供給する潤滑油量及び／又は吸引する潤滑油量を変更することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、潤滑油が最も保持されている内輪及び／又は外輪の案内面と保持器との間で潤滑油を直接吸引することが可能となる。よって、廃油の回収処理を確実に行うことができると共に、軸受内の潤滑油量も適切に調整可能となり、軸受潤滑状態が常に最適な状態に保たれる。また、貯留した潤滑油を直接吸引することで、高い吸引能力を必要としないので、安価な構成となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、軸支対象の回転数に応じて吸引量を変化させることで、ランニングコストを抑えながら効率的に排出を行うことができる。また、撹拌抵抗が少なくなって回転トルクの低下にも繋がる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、案内面及び吸引孔を転動体の両側に設けたことで、潤滑に寄与しない潤滑油を効率良く回収でき、撹拌抵抗の減少や回転トルクの軽減により効果的となる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、潤滑状態判定手段の採用により、潤滑状態の判定に基づいて潤滑油の調整がより適切に行える。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかの効果に加えて、潤滑状態検出手段の採用によって潤滑状態を最適な状態に保つことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１は、立形マシニングセンタ等の工作機械の主軸装置のハウジングにおいて、本発明の軸受潤滑装置を設けた転がり軸受の軸方向への縦断面図、図２は横断面図である。転がり軸受（以下単に「軸受」という。）１は、同心に配設されてハウジング９内で主軸８を軸支する内輪２及び外輪５と、内外輪２，５間に挟持された複数の転動体としてのボール３、３・・と、ボール３，３・・を周方向に保持しボール３相互の相対位置決めをするリング状の保持器４とを具備している。

保持器４は、外輪５の内周面とボール３の両側部との２面で案内され、外輪５には、半径方向に貫通形成され、内周面側では保持器４の案内面５ａに開口する吸引孔６，６・・が、周方向に９０°間隔で４箇所配設されている。この各吸引孔６は、ハウジング９に同様に半径方向へ貫通形成された貫通孔９ａと夫々連通して、ビニールチューブ１４，１４・・に夫々接続されている。各ビニールチューブ１４は、フィルタ１１を介して吸引ポンプ１２に接続されており、吸引ポンプ１２の作動により、保持器４と外輪５との間に貯留した潤滑油を吸引して排出タンク１５に回収可能となっている。すなわち、貫通孔９ａ、ビニールチューブ１４、吸引ポンプ１２が本発明の潤滑油吸引手段となる。

一方、軸受１間に設けたカラー１０には、内輪２と外輪５との間に開口する供給孔７が貫通形成されて、この供給孔７も、ハウジング９に半径方向へ貫通形成された貫通孔９ｂを介して、ビニールチューブ１８に接続されている。このビニールチューブ１８は、供給ポンプ１３に接続されて、供給タンク１６内の潤滑油を、供給孔７を介して内輪２と外輪５との間に供給可能としたもので、これらの供給孔７、貫通孔９ｂ、ビニールチューブ１８、供給ポンプ１３、供給タンク１６が本発明の潤滑油供給手段となる。
なお、吸引ポンプ１２及び供給ポンプ１３は、夫々吸引ポンプ制御部１９及び供給ポンプ制御部２０を介してＮＣ装置２１によって作動制御される。このＮＣ装置２１には、モータ制御部２２を介して、主軸８を回転させるモータ２３が接続され、モータ制御部２２には、回転検出部２４を介して、主軸８の回転数を検出する回転検出器１７が接続されている。

図３は、上記軸受潤滑装置において、主軸８の回転数と潤滑油の排出量（実測値）との関係を示したグラフである。これによれば、１０００ｍｉｎ^−１の回転数で最も排出量が多いことが分かる。また、図４は、排出量が多い１０００ｍｉｎ^−１付近において、保持器４からの吸引が有る場合と無い場合との回転トルクの変化を示したグラフで、これによると、潤滑に寄与しない潤滑油を排出することによって撹拌抵抗が少なくなり回転トルクが低下していることが分かる。

以上の如く構成された軸受潤滑装置における潤滑油の供給／吸引制御を図５のフローチャートに基づいて説明する。
まずここでは、図３で示したように排出量は回転数によって大きく異なることから、実験で予め回転数と排出量との関係を調査し、潤滑油の吸引を行いたい回転数を決定しておく。
そして、主軸８が回転し、制御が開始されると、Ｓ１において、吸引を行う回転数Ｎ_ＩＮをセットする。続いてＳ２において、供給ポンプ１３を作動させて、ビニールチューブ１８及びカラー１０の供給孔７を介して潤滑油を規定の間隔で間欠的に軸受１内へ供給する。供給された潤滑油は、外輪５と保持器４との間に最も多く貯留することになる。

次にＳ３では、運転中の主軸８の回転数Ｎの情報を回転検出器１７を介して取得し、Ｓ４で、主軸８が運転中か否かを判別する。ここで主軸８の運転が停止している場合は、Ｓ６において、吸引ポンプ１２及び供給ポンプ１３を夫々停止して制御を終了する。一方、Ｓ４の判別で主軸８が運転中の場合は、Ｓ５において吸引を行う回転数Ｎ_ＩＮか否かを判断する。ここで吸引を行う回転数Ｎ_ＩＮであれば、次のＳ８で吸引ポンプ１２を作動させる。よって、貯留した潤滑油は、吸引孔６からビニールチューブ１４を介して吸引ポンプ１２によって吸引され、排出タンク１５に回収される。そしてＳ９では、吸引ポンプ１２を作動させたトータル回数をカウントするためのカウンタが加算される。カウンタは、吸引ポンプ１２の作動時間を監視して、定められた時間を越えた場合に、吸引ポンプ１２の交換を促すために用いられる。
なお、Ｓ５で、主軸８の回転数が吸引を行う回転数でないと判断された場合は、Ｓ７で吸引ポンプ１２を停止してＳ３に移行する。

このように、上記形態１の軸受潤滑装置によれば、軸受１の外輪５に、保持器４の案内面５ａ内に開口して半径方向に貫通する吸引孔６を複数形成し、吸引孔６に潤滑油排出手段を接続して、吸引孔６を介して案内面と保持器４との間の潤滑油の吸引を行うようにしたことで、潤滑油が最も保持されている外輪５の案内面５ａと保持器４との間で潤滑油を直接吸引することが可能となる。よって、廃油の回収処理を確実に行うことができると共に、軸受１内の潤滑油量も適切に調整可能となり、軸受潤滑状態が常に最適な状態に保たれる。また、貯留した潤滑油を直接吸引することで、高い吸引能力を必要としないので、安価な構成となる。例えば、エア式の吸引装置を用いると、吸引装置と２ｋＷ以上の能力を持つエアコンプレッサが必要であるが、形態１では４Ｗの小型ポンプで十分である。
さらに、ここでは主軸８の回転数に応じて潤滑油吸引手段による潤滑油の吸引量を変化させているため、ランニングコストを抑えながら効率的に排出を行うことができる。また、撹拌抵抗が少なくなって回転トルクの低下にも繋がる。

なお、形態１では、吸引が必要な回転数において吸引ポンプを作動させているが、予め吸引ポンプを間欠的に作動させておき、その動作時間を長くしたり短くするといった方法で吸引量を変化させてもよい。それ以外にも、吸引ポンプとして可変容量式のポンプを用いる、吸引能力の高いポンプと低いポンプを切り替える、という方法で吸引量を変化させてもよい。

［形態２］
次に、本発明の他の形態を説明する。なお、形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この形態２では、軸受１の外輪５に、保持器４を案内する２つの案内面５ａ，５ｂが、軸受１の軸方向でボール３の軌道面の前後両側に形成され、各案内面５ａ，５ｂに、ボール３を挟む格好で２つの吸引孔６ａ，６ｂが貫通形成されている。このうち一方の貫通孔６ａは、外輪５の端面から設けられた穴を介してカラー１０の穴と連通し、図示しない主軸頭端面まで設けられた穴を通ってビニールチューブ１４と連結され、他方の貫通孔６ｂは、形態１と同様にハウジング９の貫通孔９ａを介してビニールチューブ１４に接続されている。つまり、両案内面５ａ，５ｂの二箇所で潤滑油を吸引可能としたものである。なお、貫通孔６ａを主軸頭端面まで導くようにしたのは、ハウジングには冷却経路が設けられている場合が多いため、冷却経路との干渉を避けるためにビニールチューブ１４の接続口を軸方向から出すことが必要な場合もあるからである。

このように、上記形態２の軸受潤滑装置においても、潤滑油が最も保持されている外輪５と案内面と保持器４との間で潤滑油を直接吸引することが可能となる。よって、廃油の回収処理を確実に行うことができると共に、軸受１内の潤滑油量も適切に調整可能となり、軸受潤滑状態が常に最適な状態に保たれる。また貯留した潤滑油量も適切に調整可能となり、軸受潤滑状態が常に最適な状態に保たれる。また、貯留した潤滑油を直接吸引することで、高い吸引能力を必要としないので、安価な構成となる。
特に、この形態２においては、保持器４の案内面５ａ，５ｂを、軸受１の軸方向でボール３の軌道面の前後両側に設けて、各案内面５ａ，５ｂに吸引孔６ａ，６ｂを夫々形成しているので、ボール３の両側から飛散する潤滑油を吸引して排出することが可能となる。図７は、保持器の案内面の数による回転トルクの相違を示すグラフで、上が案内面が１つ、下が案内面が２つの場合となっている。このように案内面を増やすことで、潤滑に寄与しない潤滑油を効率良く回収でき、撹拌抵抗の減少や回転トルクの軽減により効果的となる。

なお、上記形態１，２では、吸引孔は外輪に設けられているが、内輪に設けてもよいし両方に設けてもよい。よって、吸引孔や供給孔、ビニールチューブ等の数も適宜変更可能である。勿論ビニールチューブに限らず、ハウジング内に形成される流路を吸引孔に接続してもよいが、ビニールチューブであれば、軸受内に潤滑油を確実に供給できると共に、排出経路内に廃油を停留させずに確実に回収できる利点がある。
一方、軸受の転動体としてボールを用いているが、ローラ等であっても本発明は適用可能である。

そして、潤滑油の供給／吸引の制御は、主軸等の回転数によるものに限らない。例えば、外輪の外周面に軸受の振動状態を検出する加速度センサを設けて、加速度センサで検出された加速度を予め設定された加速度閾値と比較して潤滑状態を判定し（潤滑状態判定手段）、その判定に基づいて供給する潤滑油量又は吸引する潤滑油量を変更するようにしてもよい。この場合も潤滑状態の判定に基づいて潤滑油の調整がより適切に行える。
また、吸引側のビニールチューブ等に潤滑油の流量を検出する流量センサを設けて、流量センサで検出される潤滑油の流量に応じて、供給する潤滑油量又は吸引する潤滑油量を変更することも可能である。このような潤滑油量検出手段の採用によって潤滑状態を最適な状態に保つことができる。

形態１の軸受の縦断面図である。 形態１の軸受の横断面図である。 主軸の回転数と潤滑油の排出量との関係を示すグラフである。 主軸の回転数と回転トルクとの関係を示すグラフである。 潤滑油の供給／吸引制御のフローチャートである。 形態２の軸受の縦断面図である。 保持器の案内面の数に伴う回転トルクの相違を示すグラフである。

符号の説明

１・・・転がり軸受、２・・・内輪、３・・・ボール、４・・・保持器、５・・・外輪、５ａ，５ｂ・・・案内面、６，６ａ，６ｂ・・・吸引孔，７・・・供給孔、８・・・主軸、９・・・ハウジング、１０・・・カラー、１１・・・フィルタ、１２・・・吸引ポンプ、１３・・・供給ポンプ、１４・・・ビニールチューブ、１５・・・排出タンク、１６・・・供給タンク、１７・・・回転検出器、１８・・・ビニールチューブ。

Claims (5)

1. リング状の保持器で周方向の間隔を一定に保持された複数の転動体を内輪と外輪との間に挟持させた転がり軸受に設けられ、前記転がり軸受内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、前記転がり軸受内から潤滑油を吸引する潤滑油吸引手段とを備えた軸受潤滑装置であって、
   前記転がり軸受の内輪又は外輪に、前記保持器の案内面内に開口して半径方向に貫通する吸引孔を１又は複数形成し、前記吸引孔に前記潤滑油吸引手段を接続して、前記吸引孔を介して前記案内面と保持器との間の潤滑油の吸引を行うようにしたことを特徴とする軸受潤滑装置。
2. 転がり軸受の軸支対象の回転数に応じて潤滑油吸引手段による潤滑油の吸引量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の軸受潤滑装置。
3. 保持器の案内面を、転がり軸受の軸方向で転動体の軌道面の前後両側に設けて、各案内面に吸引孔を夫々形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受潤滑装置。
4. 転がり軸受の潤滑状態を判定する潤滑状態判定手段を備え、前記潤滑状態判定手段によって判定された潤滑状態に応じて、潤滑油供給手段から供給する潤滑油量及び／又は潤滑油吸引手段で吸引する潤滑油量を変更することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の軸受潤滑装置。
5. 潤滑油供給手段から供給する潤滑油量及び／又は潤滑油吸引手段で吸引する潤滑油量を検出する潤滑油量検出手段を備え、前記潤滑油量検出手段によって検出された潤滑油量に応じて、供給する潤滑油量及び／又は吸引する潤滑油量を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の軸受潤滑装置。

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