JP2019215057A

JP2019215057A - 予圧判定装置および予圧判定方法

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Publication number: JP2019215057A
Application number: JP2018113572A
Authority: JP
Inventors: 大原　卓; Taku Ohara; 卓大原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: DE102019004048A1; US20190383325A1; CN110611393A; JP6816063B2

Abstract

【課題】ベアリングに作用する予圧が設定された範囲にない場合に報知を行うことができる予圧判定装置を提供する。【解決手段】予圧判定装置４４は、モータ１０の駆動軸１２を軸支するベアリング３６に作用する予圧を取得する予圧取得部４０と、取得された予圧が設定された範囲でない場合に、予圧が適正でない旨を報知する報知部４８と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータの駆動軸を軸支するベアリングに作用する予圧の適否を判定する予圧判定装置および予圧判定方法に関する。

下記特許文献１には、ロータが取り付けられた後部主軸を有する主軸駆動用モータが開示されている。

特開平５−６９２０２号公報

上記特許文献１の技術の主軸駆動用モータでは、後部主軸がベアリングにより軸支されている。ベアリングに軸方向に作用する予圧が設定された範囲よりも低い場合には、ベアリングが破損するおそれがあった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ベアリングに作用する予圧が設定された範囲にない場合に報知を行うことができる予圧判定装置および予圧判定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の予圧判定装置は、モータの駆動軸を軸支するベアリングに作用する予圧を取得する予圧取得部と、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知する報知部と、を有する。

本発明の第２の態様の予圧判定方法は、モータの駆動軸を軸支するベアリングに作用する予圧を取得する予圧取得ステップと、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知するように報知部を制御する報知ステップと、を有する。

本発明によれば、ベアリングに作用する予圧が設定された範囲にない場合に報知を行うことができる。

モータの駆動軸と主軸との連結部分を示す部分断面図である。モータの構成を示す断面図である。予圧判定装置の構成を示すブロック図である。制御部において行われる予圧判定処理の流れを示すフローチャートである。

〔第１の実施の形態〕
［モータの駆動軸と主軸の連結構造］
本実施の形態のモータ１０は工作機械に用いられ、モータ１０の駆動軸１２にカップリング１４を介して主軸１６が連結される。図１はモータ１０の駆動軸１２と主軸１６との連結部分を示す部分断面図である。モータ１０は、カップリングボックス１８に固定される。駆動軸１２と主軸１６とは、カップリングボックス１８内で連結されている。

カップリング１４は、第１ハブ２０と第２ハブ２２とから構成されている。駆動軸１２は、第１ハブ２０に形成された挿入孔２０ａに挿入されて、第１ハブ２０と一体に回転する。主軸１６は、第２ハブ２２に形成された挿入孔２２ａに挿入されて、第２ハブ２２と一体に回転する。第１ハブ２０と第２ハブ２２は、ボルト２４により締結されて、駆動軸１２と主軸１６とが連結される。

［モータの構成］
図２はモータ１０の構成を示す断面図である。モータ１０は、駆動軸１２、ロータ２６、ステータ２８、フロントハウジング３０、リアハウジング３２、リアカバー３４、フロントベアリング３６およびリアベアリング３８から構成されている。

ロータ２６は、駆動軸１２に固定され、駆動軸１２と一体に回転する。ステータ２８は、ロータ２６の外周に設けられ、ステータ２８の軸方向の両端が、フロントハウジング３０およびリアハウジング３２により支持されている。リアハウジング３２は軸方向に貫通しており、リアハウジング３２がモータ１０の外部に開口する側からリアカバー３４が挿入されて、リアカバー３４によってリアハウジング３２の開口部が閉塞されている。

駆動軸１２は、フロントハウジング３０を軸方向に貫通して、フロントハウジング３０の外部に露出している。駆動軸１２のフロントハウジング３０から露出している側の先端がカップリング１４を介して、主軸１６に連結されている。駆動軸１２は、リアカバー３４を軸方向に貫通して、リアカバー３４の外部に露出している。

フロントハウジング３０のベアリング収容部３０ａにフロントベアリング３６が設けられており、フロントベアリング３６により駆動軸１２が軸支される。リアカバー３４のベアリング収容部３４ａにリアベアリング３８が設けられており、リアベアリング３８により駆動軸１２が軸支される。フロントベアリング３６およびリアベアリング３８は、転がり玉軸受であって、径方向の荷重と軸方向の荷重を受けることができる。

フロントベアリング３６のアウタレース３６ａの軸方向側面と、フロントハウジング３０のベアリング収容部３０ａとの間には、荷重センサ４０が設けられている。荷重センサ４０は、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式またはシリコンレゾナント式等であって、特に限定しない。荷重センサ４０は、フロントベアリング３６のアウタレース３６ａに軸方向に作用する荷重を取得する。この荷重は、フロントベアリング３６に加えられる予圧である。荷重センサ４０は、予圧取得部を構成する。

リアベアリング３８のアウタレース３８ａの軸方向側面と、リアカバー３４のベアリング収容部３４ａとの間には、皿ばね４２が設けられている。皿ばね４２は、リアベアリング３８のアウタレース３８ａをフロントベアリング３６側に押圧することで、駆動軸１２全体をフロントベアリング３６側に押圧する。

駆動軸１２は、ロータ２６が取り付けられる部分に対して、フロントベアリング３６に軸支される側の先端部分がカップリング１４を介して、主軸１６に連結されている。

［予圧判定装置の構成］
図３は予圧判定装置４４の構成を示すブロック図である。予圧判定装置４４は、荷重センサ４０、制御部４６および報知部４８を有している。

制御部４６は、荷重センサ４０により取得されたフロントベアリング３６の予圧を入力する。制御部４６は、入力された予圧が設定された範囲でない場合には、報知部４８によりフロントベアリング３６の予圧が設定された範囲でない旨を報知する。制御部４６は、入力された予圧が設定された範囲よりも過大であるときには、カップリング１４によるモータ１０の駆動軸１２と主軸１６との連結が正しく行われていない旨を報知する。

報知部４８は、音声により報知を行うスピーカ、文字や画像により報知を行うディスプレイ等である。報知部４８は、制御部４６により制御されて、オペレータに対して音声、文字または画像等により報知を行う。

［予圧判定処理］
図４は制御部４６において行われる予圧判定処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１において、制御部４６は、フロントベアリング３６の予圧を取得する。ステップＳ２において、制御部４６は、予圧が設定された値Ｐ１よりも小さいか否かを判定する。予圧が設定された値Ｐ１よりも小さい場合にはステップＳ３に移行し、予圧が設定された値Ｐ１以上の場合にはステップＳ５に移行する。

ステップＳ３において、制御部４６は、フロントベアリング３６の予圧が過小であることを報知するように報知部４８を制御する。なお、ステップＳ３において、制御部４６は、リアベアリング３８の予圧が過大であることを合わせて報知するように報知部４８を制御するようにしてもよい。ステップＳ４において、制御部４６は、モータ１０の駆動軸１２と主軸１６との連結が正しく行われていないことを報知するように報知部４８を制御する。

ステップＳ５において、制御部４６は、予圧が設定された値Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）よりも大きいか否かを判定する。予圧が設定された値Ｐ２よりも大きい場合にはステップＳ６に移行し、予圧が設定された値Ｐ２以下の場合には処理を終了する。ステップＳ６において、制御部４６は、フロントベアリング３６の予圧が過大であることを報知するように報知部４８を制御する。なお、ステップＳ６において、制御部４６は、リアベアリング３８の予圧が過小であることを合わせて報知するように報知部４８を制御するようにしてもよい。

［作用効果］
本実施の形態のフロントベアリング３６およびリアベアリング３８に用いられる転がり玉軸受は、内部隙間があると、玉の遊びが大きく、軸受の剛性が低いため、軸の回転振動が大きくなる。そのため、あらかじめ軸受に軸方向に荷重を作用させて内部隙間をゼロにする必要がある。軸受に対して軸方向に加える荷重を予圧といい、予圧を加えることにより、軸受の振動低減、剛性向上を図ることができる。しかし、予圧が大きすぎると、軸受の騒音増大や寿命短縮の原因となる。

本実施の形態では、リアベアリング３８とリアカバー３４との間に設けられた皿ばね４２によって、リアベアリング３８をフロントベアリング３６側に押圧することで、駆動軸１２全体をフロントベアリング３６側に押圧している。これにより、フロントベアリング３６およびリアベアリング３８に作用する予圧が適正となるようにしている。

しかし、以下に示す状況においては、フロントベアリング３６とリアベアリング３８の予圧が過大または過小となることがある。本実施の形態では、駆動軸１２が主軸１６とカップリング１４により連結されている。第１ハブ２０の挿入孔２０ａと駆動軸１２との間の摺動抵抗、および、第２ハブ２２の挿入孔２２ａと駆動軸１２との間の摺動抵抗が比較的大きい。そのため、主軸１６をモータ１０側に押し込みすぎると、カップリング１４を介して、駆動軸１２を押圧することとなり、フロントベアリング３６の予圧が過小となり、リアベアリング３８の予圧が過大となるおそれがある。

また、フロントベアリング３６が重力方向上側、リアベアリング３８が重力方向下側となるような姿勢でモータ１０が使用される場合には、ロータ２６および駆動軸１２の自重により、フロントベアリング３６の予圧が過小となり、リアベアリング３８の予圧が過大となるおそれがある。一方、フロントベアリング３６が重力方向下側、リアベアリング３８が重力方向上側となるような姿勢でモータ１０が使用される場合には、ロータ２６および駆動軸１２の自重により、フロントベアリング３６の予圧が過大となり、リアベアリング３８の予圧が過小となるおそれがある。

オペレータは、駆動軸１２のリアカバー３４から外部に露出している部分の長さを計測することにより、フロントベアリング３６およびリアベアリング３８に作用する予圧が適正であるか否かの判定を行うことができる。しかし、計測を行うことは、オペレータにとって煩雑な作業であり、工数も要していた。

そこで本実施の形態では、フロントベアリング３６の回転軸方向の側面と、モータ１０のフロントハウジング３０との間に荷重センサ４０を設け、荷重センサ４０が取得したフロントベアリング３６の予圧が設定された範囲にない場合には、その旨を報知部４８によりオペレータに報知する。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、フロントベアリング３６およびリアベアリング３８に作用する予圧が適正であるか否かについて判定することができる。

また、荷重センサ４０が取得したフロントベアリング３６の予圧が設定された範囲にない場合には、駆動軸１２と主軸１６との連結が正しく行われていない旨を報知部４８によりオペレータに報知する。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、駆動軸１２と主軸１６との連結が正しく行われているか否かについて判定することができる。

また、本実施の形態では、荷重センサ４０をフロントベアリング３６のアウタレース３６ａの軸方向側面と、モータ１０のフロントハウジング３０のベアリング収容部３０ａとの間に設けるようにした。アウタレース３６ａはフロントハウジング３０に対してある程度ガタをもって装着されているため、荷重センサ４０はフロントベアリング３６の予圧を高精度に取得することができる。

〔変形例〕
第１の実施の形態では、フロントベアリング３６の予圧を取得する予圧取得部として、荷重センサ４０を用いたが、別のセンサによりフロントベアリング３６の予圧を取得するようにしてもよい。例えば、基準位置に対する駆動軸１２のリアカバー３４側の端部の位置を検出する変位センサを用いてもよい。

第１の実施の形態では、モータ１０の駆動軸１２は主軸１６と連結されているが、駆動軸１２は別の回転体と連結されるものであってもよい。

第１の実施の形態では、荷重センサ４０をフロントベアリング３６の軸方向側面とフロントハウジング３０との間に設けられるようにしたが、荷重センサ４０はリアベアリング３８の軸方向側面とリアカバー３４との間に設けられるようにしてもよい。その場合、皿ばね４２はフロントベアリング３６の軸方向側面とフロントハウジング３０との間に設けられる。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

予圧判定装置（４４）は、モータ（１０）の駆動軸（１２）を軸支するベアリング（３６）に作用する予圧を取得する予圧取得部（４０）と、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知する報知部（４８）と、を有する。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、ベアリングに作用する予圧が適正であるか否かについて判定することができる。

上記の予圧判定装置であって、前記予圧取得部は、前記ベアリングの回転軸方向の側面と、前記モータのハウジング（３０）との間に設けられた荷重センサ（４０）であってもよい。荷重センサは、ベアリングに作用する予圧を直接計測できるため、高精度な予圧を取得することができる。

上記の予圧判定装置であって、前記荷重センサは、前記ベアリングのアウタレース（３６ａ）と、前記ハウジングとの間に設けられてもよい。アウタレースはモータのハウジングに対してある程度ガタをもって装着されているため、荷重センサはベアリングの予圧を高精度に取得することができる。

上記の予圧判定装置であって、前記駆動軸は、カップリング（１４）を介して、工作機械の主軸（１６）が連結されてもよい。これにより、予圧取得部は、駆動軸が主軸からカップリングを介して押圧された場合の、ベアリングの予圧の変化を取得することができる。

上記の予圧判定装置であって、前記報知部は、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記駆動軸と前記主軸との連結が正しく行われていない旨を報知してもよい。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、駆動軸と主軸との連結が正しく行われているか否かについて判定することができる。

予圧判定方法は、モータ（１０）の駆動軸（１２）を軸支するベアリング（３６）に作用する予圧を取得する予圧取得ステップと、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知するように報知部を制御する報知ステップと、を有する。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、ベアリングに作用する予圧が適正であるか否かについて判定することができる。

上記の予圧判定方法であって、前記駆動軸は、カップリング（１４）を介して、工作機械の主軸（１６）が直結され、前記報知ステップは、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記駆動軸と前記主軸との連結が正しく行われていない旨を報知するように報知部を制御してもよい。これにより、オペレータは、計測の作業を行うことなく、駆動軸と主軸との連結が正しく行われているか否かについて判定することができる。

１０…モータ１２…駆動軸
１４…カップリング１６…主軸
３６…フロントベアリング（ベアリング）４０…荷重センサ（予圧取得部）
４４…予圧判定装置４８…報知部

Claims

モータの駆動軸を軸支するベアリングに作用する予圧を取得する予圧取得部と、
取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知する報知部と、
を有する、予圧判定装置。
請求項１に記載の予圧判定装置であって、
前記予圧取得部は、前記ベアリングの回転軸方向の側面と、前記モータのハウジングとの間に設けられた荷重センサである、予圧判定装置。
請求項２に記載の予圧判定装置であって、
前記荷重センサは、前記ベアリングのアウタレースと、前記ハウジングとの間に設けられる、予圧判定装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の予圧判定装置であって、
前記駆動軸は、カップリングを介して、工作機械の主軸が連結される、予圧判定装置。
請求項４に記載の予圧判定装置であって、
前記報知部は、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記駆動軸と前記主軸との連結が正しく行われていない旨を報知する、予圧判定装置。
モータの駆動軸を軸支するベアリングに作用する予圧を取得する予圧取得ステップと、
取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記予圧が適正でない旨を報知するように報知部を制御する報知ステップと、
を有する、予圧判定方法。
請求項６に記載の予圧判定方法であって、
前記駆動軸は、カップリングを介して、工作機械の主軸が直結され、
前記報知ステップは、取得された前記予圧が設定された範囲でない場合に、前記駆動軸と前記主軸との連結が正しく行われていない旨を報知するように報知部を制御する、予圧判定方法。