JP2009101449A - 潤滑油供給手段を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部に供給された潤滑油の消耗量を推定するあらかじめ定められた関数を用いて潤滑油の消耗量を推定し、消耗量に応じた潤滑油を供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械を提供すること。
【解決手段】工作機械の稼動時間情報を含む運転に関する情報を取得する運転情報取得手段１ａと、運転情報取得手段１ａで取得された運転情報から所定時間毎に潤滑油の消耗量を推定する潤滑油消耗量推定手段１ｂと、前記消耗量を加算する経過時間算出手段１ｃと、該加算量があらかじめ設定された値を超えた時、可動部に潤滑油を供給する潤滑油供給制御手段１ｆとを有する機械の可動部に間歇的に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械。
【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械などの送り軸や案内ガイドなどへの潤滑油を供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械に関する。

工作機械では送り軸や案内ガイドの磨耗を防止するためにグリスや油などの潤滑油を前記送り軸や案内ガイドに供給している。潤滑油を供給する手段として以下の特許文献１〜８に開示される技術がある。

特許文献１には工作機械の送り速度に対応する周期で自動的に潤滑を行う技術が開示されている。特許文献２にはテーブルの往復動の回数に応じてテーブル摺動面の給油を行う技術が開示されている。特許文献３には駆動モータの運転初期状態・連続運転状態・停止状態を識別し、運転状態に対応した給油時間と給油回数に基づいて給油を行う技術が開示されている。

特許文献４には摺動物体の移動量・移動回数があらかじめ定めた移動量・移動回数に到達する毎に摺動面に潤滑油を供給する技術が開示されている。特許文献５には加工機械の摺動部の摩擦抵抗が所定値を超えたら給油を行う技術が開示されている。特許文献６には駆動モータの負荷を検出し潤滑限界時の負荷設定値と比較してその比較結果に基づいて潤滑油を供給する技術が開示されている。特許文献７には移動体の立ち上がり信号や移動体の動作時間を計測して所定時間毎に潤滑油を供給する技術が開示されている。

特許文献８には、定められた時間間隔ｔ毎に支持体の案内面に潤滑油を定められた時間ごとに供給する間歇方式で、支持体の案内面のある一定の位置をテーブルが先の時間ｔ内に通過した回数ｎを算出し、この回数ｎとあらかじめ基準値として決められたテーブルの移動回数ｍとの値を比較し、前記基準値ｍ回のときに支持体の案内面に供給する潤滑油の供給基準値Ｖ₀から式ｎＶ₀／ｍで算出される量Ｖｉの潤滑油を支持体の案内面に供給する技術が開示されている。

特開昭４９−１０９７７３号公報 実開昭６２−３９９５６号公報 特開昭６２−５４６４８号公報 実開昭６３−７９１４１号公報 特開平６−７９５７８号公報 特開２０００−５２１８９号公報 特開平５−９２３４４号公報 特開２００１−３３４４４１号公報

背景技術で説明した、工作機械の送り速度に対応する周期で自動的に潤滑する方法（特許文献１，７，８）、テーブルの往復動の回数に応じて潤滑を行う方法（特許文献２）、決められたある一点を通過した回数を算出し決められた回数に到達したら潤滑を行う方法（特許文献３，４）では、工作機械を停止した時に潤滑油の供給過多が起こり得た。供給過多になると機構部の摺動抵抗が増し発熱し変位が発生する、環境の汚染、ランニングコストが増大するという問題があった。

また、潤滑油の供給が不足すると、磨耗が進行する、構造部の摺動抵抗が増し発熱し変位が発生するという問題があった。あるいは、切削液などの使用環境が考慮されていないため、切削液により潤滑油が洗い流されることによって潤滑油の不足が起こる問題がある。

また、駆動モータの負荷や摺動部の摩擦を計測する方法（特許文献５，６）では、潤滑油が不足してから負荷や摩擦の増大が計測される可能性があるため、潤滑油を供給するまでに磨耗が進行する問題がある。

そこで、本発明の目的は、あらかじめ定められた関数を用いて機械の可動部に供給された潤滑油の消耗量を推定し、推定した消耗量に応じた潤滑油を適切な時期に適切な量だけ供給することが可能な潤滑油供給手段を備えた工作機械を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、機械の可動部に間歇的に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械において、少なくとも工作機械の稼動時間情報を含む運転に関する情報を取得する運転情報取得手段と、
該運転情報取得手段で取得した運転情報から所定時間毎に潤滑油の消耗量を推定する関係式をあらかじめ登録した関係式から選定する潤滑油消耗量推定手段と、
該潤滑油消耗量推定手段により設定された関係式から潤滑油の消耗量があらかじめ設定された値を超えたと推定される経過時間を算出する経過時間算出手段と、
該経過時間算出手段により算出された経過時間間隔で機械の可動部に間歇的に潤滑油を供給する潤滑油供給制御手段と、
を備えたことを特徴とする工作機械。

請求項２に係る発明は、前記潤滑油消耗量推定手段は、重力によって滴下消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項３に係る発明は、前記潤滑油消耗量推定手段は、可動部の運動によって飛散消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１または２のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項４に係る発明は、前記潤滑油消耗量推定手段は、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項５に係る発明は、前記潤滑油消耗量推定手段は、可動部の温度により消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項６に係る発明は、前記可動部の運動は、ネジ軸の回転や移動、または、案内ガイドの移動である請求項３に記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。

請求項７に係る発明は、前記運転情報取得手段は、切削液の使用の有無に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項８に係る発明は、前記運転情報取得手段は、切削液の種類に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項９に係る発明は、前記運転情報取得手段は、可動部の移動速度に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。
請求項１０に係る発明は、前記運転情報取得手段は、送りネジや案内ガイドや駆動モータなどの可動部の温度に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械である。

請求項１１に係る発明は、前記運転情報取得手段は、工作機械が運転中であるか否かに関する情報を取得する手段を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えた工作機械である。

本発明は、あらかじめ定められた関数を用いて機械の可動部に供給された潤滑油の消耗量を推定することができるので、推定した消耗量に応じた潤滑油を適切な時期に適切な量だけ供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械を提供することが可能となった。

以下、本発明の潤滑油供給手段を備えた工作機械の第１の実施形態について図面と共に説明する。第１の実施形態はネジ軸への潤滑油供給手段を備えた工作機械である。本発明の潤滑油供給手段の工作機械は潤滑油の消耗量を推定する必要がある。
そこで、ネジ軸へ供給される潤滑油の消耗量の推定方法について説明する。ネジ軸に供給された潤滑油は、１：重力によって滴下消耗する潤滑油の量、２：移動や回転により消耗する潤滑油の量、３：切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量、４：ネジ軸の温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量、によって消耗すると、モデル化できる。以下、潤滑油の消耗量に関してモデル化した前記１〜４の項目について説明する。なお、ネジ軸の回転や移動は、ネジ軸の回転やネジ軸受（ナット）のネジ軸の回転による移動を意味する。

＜１：ネジ軸について、重力の影響によって消耗する潤滑油の量＞
ネジ軸について、重力によって滴下消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。消耗する潤滑油の量は後述するように、ネジ軸表面の潤滑油の膜厚を計測することで可能である。図１（ａ）は計算式を求めるために必要な潤滑油の膜厚（潤滑油膜厚）を測定する方法を示している。膜厚測定には光学式寸法測定器を使用する。この光学式寸法測定器は、片側に設置された発光器の光をもう片側の受光器で受け、受光器で受け取った光の位置や強さによって発光器と受光器の間に置かれた被測定物の寸法を計測するものである。

はじめに、ネジ軸表面に潤滑油膜が無い状態でネジ軸外形を、光学式寸法測定器を用いて測定する。次にネジ軸表面へ適切な量の潤滑油を塗布し、ネジ軸外形の時間による変化を測定する。変化したネジ軸外形からはじめに測定したネジ軸外形を引いたものが潤滑油膜厚の変化分を表す。測定開始から測定終了までの潤滑油膜の測定値を「数１」で表されるように時系列のデータとして取得する。図２は図１（ａ）に示された光学式寸法測定器を用いて測定された時間−滑油膜厚の関係を表している。重力の影響で潤滑油が滴下消耗することから、図２に示されるように潤滑油膜厚は時間経過とともに単調減少する。
図２に示されるような時間−潤滑油膜厚の関数である潤滑油膜厚δ1(t)を「数２」で示される２次関数で近似し、「数１」の時系列のデータを用いて最小２乗法により係数Ａ１、Ｂ１、及びＣ１を求め数式「数２」を確定する。そして、重力の影響により消耗する潤滑油の量Δ1(t)は「数３」で算出できる。
ここで、前記「ネジ軸表面へ適切な量の潤滑油を塗布」とは、潤滑油を供給して工作機械のネジ軸などの潤滑に最適な膜厚の潤滑油膜を形成するのに必要な量の潤滑油を塗布することである。

＜２：ネジ軸について、移動や回転により消耗する潤滑油の量＞
ネジ軸の回転や移動により消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。ここで移動とはネジ軸に嵌合しているナットの移動を意味している（図７参照）。ネジ軸が回転すればナットは移動する。ネジ軸が回転や移動することにより、ネジ軸表面の潤滑油は飛散し消耗する。
はじめに、ネジ軸表面に潤滑油膜が無い状態で、かつ、ネジ軸を回転させた状態でネジ軸外形を測定する。次にネジ軸表面へ適切な量の潤滑油を塗布し、ネジ軸を回転や移動させた状態で時間により変化するネジ軸の外形を測定する。該変化したネジ軸外形からはじめに測定したネジ軸外形を引いたものが潤滑油膜厚となる。なお、ネジ軸外形の測定は図１に示した光学式寸法測定器を使用して行う。
その後の計算は、前記＜１：重力の影響によって消耗する潤滑油の量＞と同様に、潤滑油膜厚δ2(t)は「数４」で近似できるとして、時間と潤滑油膜厚の測定値である時系列のデータを用いて最小２乗法により数式「数４」を確定する。そして、ネジ軸の回転や移動により消耗する潤滑油の量Δ2(t)を表す式は「数５」に示される。

＜３：ネジ軸について、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量＞
ネジ軸について、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。
はじめに、潤滑油膜が無い状態であって、かつ、ネジ軸静止状態において、ネジ軸外形を測定する。次にネジ軸表面へ適切な潤滑油を塗布し、その後、切削液をネジ軸表面へ滴下させながら時間により変化するネジ軸の外形を測定する。ネジ軸外形の測定は図１に示される光学式寸法測定器を用いて行う。変化したネジ軸外径からはじめに測定したネジ軸外形を引いたものが潤滑油膜厚となる。

その後の計算は、前記＜１：重力の影響によって消耗する潤滑油の量＞と同様に、油膜厚δ3(t)は以下の「数６」で示される２次関数で近似できるとして、時間と油膜厚の測定値である時系列データを用いて最小２乗法により「数６」を確定する。切削液により消耗する潤滑油の量Δ3(t)を表す式は「数７」である。
ここで、重力による影響成分を相殺するためΔ3(t)/Δ1(t) の比を求めκ_c(t)で表す。κ_c(t)は「数８」で表わす。
そうすると、ネジ軸が回転や移動するときにも重力の影響があると考えられることから、ネジ軸が回転や移動する時に切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を求める計算式Δ4(t)とすると、該Δ4(t)は「数９」と推定することができる。

＜４：ネジ軸について、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量＞
ネジ軸について、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。
はじめに、工作機械を使用する上で想定されるネジ軸の最高温度Tmax・最低温度Tminにおいて、ネジ軸について重力によって滴下消耗する潤滑油の量を測定し計算式を求める。 最高温度での消耗量を表す式をδmax(t)、最低温度での消耗量を表す式をδmin(t)とする。δmax(t)およびδmin(t)の式の求め方は、＜１：重力の影響によって消耗する潤滑油の量＞と同様であるので記載を省略する。なお、ネジ軸の温度は温度センサを用いて直接測定、もしくは駆動モータの温度による推定でモニタリング可能である。
次に最高温度Tmaxでの潤滑油の粘度νmax、最低温度Tminでの潤滑油の粘度νminを求めると、最高、最低温度間での潤滑油の温度の影響を考慮した潤滑油膜厚の時間ｔによる関数は、粘度νの線形補間により「数１０」で表される（図３参照）。
そして、潤滑油の温度の影響を考慮した潤滑油の消耗量を計算する計算式をΔ5(t,T)とすると、該Δ5(t,T)は「数１１」と推定することができる。

ここで、一般的に工作機械の潤滑油はISO VG68等、温度と粘度の関係が求まっている。また、潤滑油のカタログ等により温度と粘度の関係情報は当業者が容易に入手可能である。
そして、前記の様に入手した温度と粘度の関係情報を一般的に知られた温度と粘度との関係式のＡＳＴＭである「数１２」へ代入し、定数m, bを確定することで、粘度と温度の関係式ν(T)を得ることができる。
ここで、重力による影響成分を相殺するためΔ5(t,T)/Δ1(t)の比を求めκ_T(t,T)で表す。κ_T(t,T)は「数１３」で表される。ネジ軸回転や移動時に温度による粘度変化で消耗する潤滑油の量を求める計算式Δ6(t)は、「数１４」で表すことができる。

＜５：ネジ軸について、潤滑油の有効供給量＞
次にネジ軸について、可動部に供給された潤滑油のうち有効に働く供給量である有効供給量Θを求める。＜２：ネジ軸の移動や回転により消耗する潤滑油の量＞と同様にネジ軸へ適切な量の潤滑油を塗布し、可動部を移動させた状態で時間により変化するネジ軸の外形を測定する。そして潤滑油を供給した場合に、１度の供給での潤滑油膜厚の増加量Vを測定データから求める(図４参照)。すると、有効供給量Θ(t) は「数１５」で表すことができる。

＜６：ネジ軸について、潤滑油の消耗量の推定式＞
上記「数１」〜「数１５」により、ネジ軸について重力による滴下消耗、ネジ軸の回転や移動による潤滑油の消耗、潤滑油の切削液による洗浄、温度による粘度変化を考慮した潤滑油の消耗量の推定式は「数１６」となる。「数１６」から、＜４：ネジ軸について、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量＞は、換言すればネジ軸の温度によって潤滑油の温度が変動し潤滑油の粘度が変化し前記１〜３の消耗量を調整することであるといえる。

図５（ａ）はネジ軸が静止している状態での潤滑油の消耗量を推定する関係を示すグラフである。図５（ｂ）はネジ軸が回転や移動している状態での潤滑油の消耗量を推定する関係を示すグラフである。図５（ａ）は潤滑油の消耗量が有効供給量Θに達するまでにｔｂの時間がかかることを示している。また、図５（ｂ）は潤滑油の消耗量が有効供給量Θに達するまでにｔａかかることを示している。
実際の工作機械において「数１６」式を適用する際には、所定の時間間隔で測定した、ネジ軸の回転や移動の状況、切削液使用の有無や切削液による洗浄状況、潤滑油の温度などに関した値を用いて「数１６」を設定する。そして、設定した「数１６」式に基づいて前記所定の時間間隔で潤滑油の消耗量を求める。潤滑油の洗浄による消耗量が切削液の種類により異なる場合は、前もって測定された複数のκ_c(t)を用意し、使用される切削液の種類に応じて、κ_c(t)を使いわけることもできる。

図６（ａ）は潤滑油を間歇的に供給する潤滑油の時間と消耗量との関係を示している。潤滑油供給のタイミングは、推定した潤滑油消耗量が、潤滑油の有効供給量Θに達した時に行うこととする。そうすることで、過不足なく潤滑油を供給することができる。この例は、当初、ネジ軸は回転や移動している。時刻ｔ１で１度潤滑油を供給した後、２度目の供給前である時刻ｔ２でネジ軸は静止して、潤滑油の消耗量はネジ軸が回転や移動する時に比べて減少していることを示している。
当初、ネジ軸は回転や移動している状態にあり、ｔ１であらかじめ設定された潤滑油の消耗量に達したと推定できるので、ｔ１に潤滑油を有効供給量Θ供給する。そのため潤滑油の消耗量はゼロにリセットされたとみなせる。図６に示されるｔ１〜ｔ２での消耗量の曲線ａはネジ軸が回転や移動している時のものである。
そして、ｔ２でネジ軸の回転や移動が停止すると回転や移動を要因とする潤滑油の消耗量は無くなることから、次の回での潤滑油の供給時点ｔ４はネジ軸の回転や移動が継続した場合に比べて遅くなる。図６ではｔ２〜ｔ３までの二点破線で示される消耗量の線は、ネジ軸が回転や移動を継続した場合の潤滑油の消耗量を示すものである。これに対し、ｔ２〜ｔ４の破線ｂで示される消耗量の線は、ｔ２でネジ軸が回転や移動を停止し静止した状態での潤滑油の消耗量を示すものである。

図６（ａ）において、ｔ２以降での消耗量を算出する関係式が換わることを示している。０〜ｔ１では消耗量ａの関係式で消耗量を算出する。このｔ２以降の関係式である消耗量ｂの膜厚の初期値はｔ２で推定した消耗量に基づいて算出する。この膜厚を初期値としてｔ２〜ｔ４までの潤滑油の消耗量を算出する。そして、ｔ２での潤滑油の消耗量をｔ２以降の消耗量の演算に加算し加算量を消耗量ｃとする。図６から、停止状態での潤滑油の消耗量は回転や移動状態での潤滑油の消耗量に比べて少なくなると推定される。このため、２回目の潤滑油供給時刻はｔ４となり、ネジ軸が回転や移動を継続する場合のｔ３に比べて遅くなる。
図６（ｂ）は、図６（ａ）について説明した工作機械の稼動時間を含む運転に関する情報である運転情報に応じて消耗量を推定する関係式を換えるときの、換える時点での消耗量を初期値として換えた後の消耗量の関係式で消耗量を算出することを示している。そして、各関係式での消耗量に対応する経過時間を求め、潤滑油の消耗量限界に達するまでの経過時間を加算し総経過時間を算出し、該総経過時間間隔で潤滑油を工作機械に間歇的に供給すればよい。図６（ｂ）の例では、０〜Ｔ１までの時間とＴ２〜Ｔ３までの時間を加算した時間の間隔で潤滑油を供給するようにすればよい。図７に図６で説明した潤滑油の間歇供給を実施する形態について説明する。

図７は上述した潤滑油の消耗量を推定する方法を適用した本発明の第１の実施形態である工作機械の機能概略図である。
数値制御装置１は、工作機械の稼動時間情報を測定する稼動時間測定手段１ｄとネジ軸の温度情報を測定する温度測定手段１ｅを含む工作機械の運転に関する情報を取得する運転情報取得手段１ａと、運転情報取得手段１ａにより取得された運転情報から所定時間毎に潤滑油の消耗量を推定する関係式を選定する潤滑油消耗量推定手段１ｂと、潤滑油消耗量推定手段１ｂにより選定された関係式から消耗量限界である有効供給量に対応する経過時間を算出する経過時間算出手段１ｃと、経過時間算出手段１ｃにより算出された経過時間の間隔で可動部に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプ１０を制御する潤滑油供給制御手段１ｆの機能を有する。潤滑油供給ポンプ１０により供給される潤滑油は、ネジ軸受（ナット）７に設けられている潤滑油供給部８からネジ軸の表面に供給される。また、ネジ軸受（ナット）７には可動部であるネジ軸受（ナット）７の温度を測定するために、温度センサ９を配置する。ネジ軸受（ナット）７の温度を測定することにより、間接的に潤滑油の温度を測定することができる。

潤滑油消耗量推定手段１ｂは前述した方法により求めた計算式・推定式に関するデータをあらかじめ数値制御装置１を構成する記憶手段に格納しておく。
数値制御装置１からの指令により駆動されるサーボモータ３には、位置・速度検出器４が内蔵されている。位置・速度検出器４からの位置・速度のフィードバック信号が数値制御装置１にフィードバックされる。運転情報取得手段１ａの稼動時間測定手段１ｄは、前記フィードバック信号を利用して、工作機械の稼動時間、可動部の速度である運転情報を求めることが可能である。
なお、潤滑油消耗量推定手段１ｂで消耗量を推定する関係式の選定は所定時間毎に替えて、運転情報取得手段１ａにより取得された運転情報に基づき変更、換言すれば、運転情報に変更が生じたとき、それに応じて潤滑油消耗量推定手段１ｂにおいて関係式の選定変更を行うようにしてもよい。

次に、本発明の潤滑油供給手段を備えた工作機械の第２の実施形態について図面と共に説明する。第２の実施形態は案内ガイドへの潤滑油供給手段を備えた工作機械である。本発明の工作機械は潤滑油の消耗量を推定する必要がある。そこで、案内ガイドへ供給される潤滑油の消耗量の推定方法について説明する。案内ガイドに供給された潤滑油は、７：重力によって消耗する量、８：移動により消耗する潤滑油の量、９：切削液による洗浄によって消耗する量、１０：温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する量によって、消耗する。以下それぞれの消耗量について説明する。
なお、案内ガイドにおける、潤滑油膜厚と時間との関係、および、潤滑油の消耗量と時間との関係は、前記ネジ軸の場合と定性的に同じであるため、以下、図２〜図６を用いて説明する。また、案内ガイドの移動はガイド軸受の移動を意味する。

＜７：案内ガイドについて、重力によって滴下消耗する潤滑油の量＞
案内ガイドについて、重力によって滴下消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。図１（ｂ）は計算式を求めるために必要な潤滑油の膜厚を測定する方法を示している。膜厚測定には光学式寸法測定器を使用する。この光学式寸法測定器は、片側に設置された発光器の光をもう片側の受光器で受け、受光器で受け取った光の位置や強さによって、間に置かれた被測定物の寸法を計測するものである。

はじめに、案内ガイド表面に潤滑油膜がない状態で案内ガイドの外形を測定する。次に案内ガイド表面へ適切な量の潤滑油を塗布し、時間による案内ガイドの外形の変化を測定する。時間によって変化したネジ軸外形からはじめに測定した案内ガイド外形を引いたものが潤滑油膜厚となる。案内ガイド表面の測定された時間−潤滑油膜厚の関係は、ネジ軸表面の時間−潤滑油膜厚の関係と同様に、図２に示されるように重力の影響で単調減少している。測定開始から測定終了までの潤滑油膜の測定値を「数１７」で表されるように、時系列のデータとして取得する。油膜厚δ7(t)を以下の「数１８」で示される２次関数で近似し、最小２乗法により「数１７」の時系列のデータを用いて係数Ａ７、Ｂ７、及びＣ７を求め「数１８」を確定する。重力の影響により消耗する案内ガイドの潤滑油の量Δ7(t)を表す「数１９」は以下となる。

＜８：案内ガイドについて、移動により消耗する潤滑油の量＞
次に、案内ガイドについて、移動により消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。ここで、案内ガイドの移動とは、図８に示されるガイド軸受１１の案内ガイドにそって摺動することを意味する。
はじめに、案内ガイドに潤滑油膜がない状態で外形を測定する。次に案内ガイドへ適切な量の潤滑油を塗布し、可動部を移動させた状態で時間による案内ガイドの外形の変化を測定する。時間により変化した案内ガイド外径からはじめに測定した案内ガイド外形を引いたものが油膜厚となる。その後の計算は、＜７：案内ガイドについて、重力によって滴下消耗する潤滑油の量＞と同様であるので記載を省略する。案内ガイドの移動により消耗する潤滑油の量Δ8(t)を表す式は「数２１」に示される。

＜９：案内ガイドについて、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量＞
案内ガイドについて、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。はじめに、案内ガイドが静止状態において、潤滑油膜が無い状態で案内ガイド外形を測定する。次に案内ガイドへ適切な潤滑油を塗布し、その後、切削液を滴下させながら時間による案内ガイドの外形の変化を測定する。案内ガイド外形の変化からはじめに測定した案内ガイド外形を引いたものが潤滑油膜厚となる。その後の計算は、＜７：案内ガイドについて重力によって滴下消耗する潤滑油の量＞と同様であるので記載を省略する。切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の膜厚の時間ｔによる関数は「数２２」と表すことができる。切削液により消耗する潤滑油の量Δ9(t)を表す式は「数２３」である。ここで、重力による影響成分を相殺するためにΔ9(t)/Δ7(t)の比を求めκ_c(t) で表す。κ_c(t)は「数２４」と表される。
そうすると、案内ガイドが移動する時に切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を求める計算式Δ10(t)は、「数２５」と推定することができる。

＜１０：案内ガイドについて、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量＞
案内ガイドについて、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量を求める計算式を求める方法について説明する。
はじめに、工作機械を使用する上で想定される案内ガイドの最高温度Tmax・最低温度Tminにおいて、案内ガイドについて重力によって滴下消耗する潤滑油の量を測定し計算式を求める。
最高温度での消耗量を表す式をδmax(t), 最低温度での消耗量を表す式をδmin(t)とする。δmax(t) およびδmin(t)式の求め方は、＜７：案内ガイドについて、重力によって滴下消耗する潤滑油の量＞と同様であるので記載を省略する。また、案内ガイドの温度は温度センサを用いて直接測定、もしくは駆動モータの温度による推定でモニタリング可能である。
次に最高温度Tmaxでの潤滑油の粘度νmax、最低温度Tminでの潤滑油の粘度νminを求めると、最高、最低温度間での潤滑油の温度の影響を考慮した潤滑油膜厚の時間ｔによる関数は、粘度νの線形補間により「数２６」で表される（図３参照）。
そして、潤滑油の温度の影響を考慮した潤滑油の消耗量を計算する計算式をΔ11(t,T)とすると、該Δ11(t,T)は「数２７」と推定式することができる。

ここで、一般的に工作機械の潤滑油はISO VG68等、温度と粘度の関係が求まっている。また、潤滑油のカタログ等により温度と粘度の関係情報は当業者が容易に入手可能である。そして、前記の様に入手した温度と粘度の関係情報を一般的に知られた温度と粘度との関係式のＡＳＴＭである「数２８」へ代入し、定数m, bを確定することで、粘度と温度の関係式ν(T)を得ることができる。
つぎに、重力による影響成分を相殺するためにΔ11(t,T)/Δ7(t)の比を求めκ_T(t,T)で表す。κ_T(t,T)は「数２９」で表される。案内ガイド移動時に温度による粘度変化で消耗する潤滑油の量を求める計算式Δ12(t)は、「数３０」で表すことができる。

＜１１：案内ガイドについて、潤滑油の有効供給量＞
次に案内ガイドについて、案内ガイドの可動部に供給された潤滑油のうち有効に働く供給量を求める。＜８：案内ガイドについて、移動により消耗する潤滑油の量の時間ｔによる関数＞と同様に案内ガイドへ適切な量の潤滑油を塗布し、可動部を移動させた状態で時間による案内ガイドの外形の変化を測定する。そして潤滑油を供給した場合に、1度の給油での潤滑油膜厚の増加量Vを測定データから求める(図４参照)。すると、有効供給量Θ(t) を表す式は「数３１」となる。

＜１２：案内ガイドについて、潤滑油の消耗量の推定式＞
上記「数１７」〜「数３１」により、切削液による洗浄、温度による粘度変化、案内ガイドについて重力による滴下消耗、案内ガイドの移動による潤滑油の消耗を考慮した推定式は「数３２」になる。「数３２」から、＜１０：案内ガイドについて、温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の量＞は、換言すればネジ軸の温度によって潤滑油の温度が変動し潤滑油の粘度が変化し前記７〜９の消耗量を調整することであるといえる。

図５（ａ）は案内ガイドが静止している状態での潤滑油の消耗量を推定する関係を示すグラフである。図５（ｂ）は案内ガイドが回転や移動している状態での潤滑油の消耗量を推定する関係を示すグラフである。図５（ａ）は潤滑油の消耗量が有効供給量Θに達するまでにｔｂの時間がかかることを示している。また、図５（ｂ）は潤滑油の消耗量が有効供給量Θに達するまでにｔａかかることを示している。

実際の工作機械における「数３２」式を適用する際には、所定の時間間隔で測定した、案内ガイド（ガイド軸受）の移動の状況、切削液使用の有無や切削液の種類による洗浄状況、潤滑油の温度などに関した値を用いて「数３２」を設定する。そして、設定した「数３２」式に基づいて前記所定の時間間隔で潤滑油の消耗量を求める。潤滑油の洗浄による消耗量が切削液の種類により異なる場合は、前もって測定された複数のκ_c(t)を用意し、指定された切削液の種類に応じて、κ_c(t)を使いわけることもできる。

図６は潤滑油を間歇的に供給する潤滑油の時間と消耗量との関係を示している。潤滑油供給のタイミングは、推定した潤滑油消耗量が、潤滑油の有効供給量Θに達した時に行うこととする。そうすることで、過不足なく潤滑油を供給することができる。この例は、当初、案内ガイド（ガイド軸受）が移動している。時刻ｔ１で１度潤滑油を供給した後、２度目の供給前である時刻ｔ２で案内ガイドは静止して、潤滑油の消耗量は案内ガイド（ガイド軸受）が移動する時に比べて減少していることを示している。
当初、案内ガイド（ガイド軸受）が移動している状態にあり、ｔ１であらかじめ設定された潤滑油の消耗量に達したと推定できるので、ｔ１に潤滑油を有効供給量Θ供給する。そのため潤滑油の消耗量はゼロにリセットされたとみなせる。図６に示されるｔ１〜ｔ２での消耗量の曲線ａは案内ガイド（ガイド軸受）が移動している時のものである。
そして、ｔ２で案内ガイド（ガイド軸受）が停止すると移動を要因とする潤滑油の消耗量は無くなることから、次の回での潤滑油の供給時点ｔ４は案内ガイド（ガイド軸受）が移動を継続した場合に比べて遅くなる。図６ではｔ２〜ｔ３までの二点破線で示される消耗量の線は、案内ガイド（ガイド軸受）が移動を継続した場合の潤滑油の消耗量を示すものである。これに対し、ｔ２〜ｔ４の破線ｂで示される消耗量の線は、ｔ２で案内ガイド（ガイド軸受）が移動を停止し静止した状態での潤滑油の消耗量を示すものである。
図６において、ｔ２以降、消耗量を算出する関係式が換わる。切り換わった関係式の膜厚の初期値は、切り換わる前の関係式を用いてｔ２で推定した消耗量に基づいて算出する。この膜厚を初期値としてｔ２〜ｔ４までの潤滑油の消耗量を算出する。そして、ｔ２での潤滑油の消耗量をｔ２以降の消耗量に加算し加算量を潤滑油の消耗量とする。図６から、停止状態での潤滑油の消耗量は回転や移動状態での潤滑油の消耗量に比べて少なくなると推定される。このため、２回目の潤滑油供給時刻はｔ４となり、案内ガイドが移動を継続する場合のｔ３に比べて遅くなる。
なお、第１の実施形態であるネジ軸を有する工作機械と第２の実施形態である案内ガイドを有する工作機械において、潤滑油の膜厚と時間との関係、および、潤滑油の時間と消耗量との関係が定性的に同じであることから図２〜６を兼用して説明した。

図８は上述した潤滑油の消耗量を推定する方法を適用した本発明の第２の実施形態である工作機械の機能概略図である。この実施形態では、図６に示される実施形態に替えて案内ガイド１２に潤滑油を供給するようにしている。ガイド軸受１１に温度センサ９と潤滑油供給部８を配置している。その他の機能については図６に示した実施形態の説明と同様であるので、記載を省略する。

（ａ）は光学式寸法測定器を用いたネジ軸の油膜厚（潤滑油）の測定方法である。（ｂ）は光学式寸法測定器を用いた案内ガイドの潤滑油膜厚の計測方法である。 重力の影響によって消耗する潤滑油の時間と油膜厚（潤滑油）の関係を示すグラフである。 温度によって潤滑油の粘度が変化し消耗する潤滑油の時間と油膜厚（潤滑油）の関係を示すグラフである。 時間と油膜厚（潤滑油）の関係を示す図である。 潤滑油の時間と消耗量との関係を示す図である。 潤滑油を間歇的に供給する潤滑油の時間と消耗量との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態であるネジ軸での潤滑油の消耗量を推定し潤滑油の供給を実施する工作機械の例である。 本発明の第２の実施形態である案内ガイドでの潤滑油の消耗量を推定し潤滑油の供給を実施する工作機械の例である。

符号の説明

１ 数値制御装置
１ａ 運転情報取得手段
１ｂ 潤滑油消耗量推定手段
１ｃ 経過時間算出手段
１ｄ 稼動時間測定手段
１ｅ 温度測定手段
１ｆ 潤滑油供給制御手段
２ ネジ軸（ボールネジ）
３ サーボモータ
４ 位置・速度検出器
５ テーブル
６ ワーク
７ ネジ軸受（ナット）
８ 潤滑油供給部
９ 温度センサ
１０ 潤滑油供給ポンプ
１１ ガイド軸受
１２ 案内ガイド

Claims (11)

1. 機械の可動部に間歇的に潤滑油を供給する潤滑油供給手段を備えた工作機械において、少なくとも工作機械の稼動時間情報を含む運転に関する情報を取得する運転情報取得手段と、
   該運転情報取得手段で取得した運転情報から所定時間毎に潤滑油の消耗量を推定する関係式をあらかじめ登録した関係式から選定する潤滑油消耗量推定手段と、
   該潤滑油消耗量推定手段により設定された関係式から潤滑油の消耗量があらかじめ設定された値を超えたと推定される経過時間を算出する経過時間算出手段と、
   該経過時間算出手段により算出された経過時間間隔で機械の可動部に間歇的に潤滑油を供給する潤滑油供給制御手段と、
   を備えたことを特徴とする工作機械。
2. 前記潤滑油消耗量推定手段は、重力によって滴下消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
3. 前記潤滑油消耗量推定手段は、可動部の運動によって飛散消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１または２のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
4. 前記潤滑油消耗量推定手段は、切削液による洗浄によって消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
5. 前記潤滑油消耗量推定手段は、可動部の温度により消耗する潤滑油の量を推定する手段を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
6. 前記可動部の運動は、ネジ軸の回転や移動、または、案内ガイドの移動である請求項３に記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
7. 前記運転情報取得手段は、切削液の使用の有無に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
8. 前記運転情報取得手段は、切削液の種類に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
9. 前記運転情報取得手段は、可動部の移動速度に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
10. 前記運転情報取得手段は、送りネジや案内ガイドや駆動モータなどの可動部の温度に関する情報を取得する手段を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えたことを特徴とする工作機械。
11. 前記運転情報取得手段は、工作機械が運転中であるか否かに関する情報を取得する手段を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の潤滑油供給手段を備えた工作機械。

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