JP5064978B2

JP5064978B2 - 軸受潤滑装置の動作確認方法

Info

Publication number: JP5064978B2
Application number: JP2007300896A
Authority: JP
Inventors: 知治安藤
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: JP2009127676A

Description

本発明は、工作機械の主軸等に用いられる軸受の潤滑装置が正常に動作しているか否かを確認するための確認方法に関するものである。

工作機械の主軸に用いられる軸受の潤滑方法としてオイルエア潤滑が知られている。当該オイルエア潤滑は、増圧した潤滑油を潤滑ポンプから定量吐出装置に供給することによって、潤滑油を定量的に吐出し、その定量的に吐出された潤滑油と圧縮エアとを混合したオイルエアを軸受に供給するものである。そのようなオイルエア潤滑を行う潤滑装置においては、オイルエア潤滑機構が正常に動作しているか否かを監視することが望ましい。

オイルエア潤滑機構の動作を確認する方法としては、従来、潤滑部を潤滑した後の潤滑油を回収し、回収状況を把握することにより潤滑油が潤滑部に供給されているか否かを監視する方法（特許文献１）や、配管内を流れる潤滑油の粒子の流れを監視する方法（特許文献２，３）が知られている。

また、出願人は、先に、軸受に直接的に潤滑油を供給するとともに不要な潤滑油を排出するという技術について出願し（特願２００７−１５２０２８）、その中で、潤滑油排出用チューブにおいて流量センサで潤滑油量をセンシングすることによって潤滑油の供給・排出動作を確認する方法を提案している。

特開平１１−５１２９０号公報特開平２−２７１１９７号公報特開２００６−２５８２６３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、潤滑油の中には飛散して回収ができないものもあり、供給されたすべての潤滑油量を把握することができないため、潤滑油の供給動作が正常であるか否かを正確に確認することができない。また、特許文献２，３の方法では、潤滑油が最終的に軸受まで行き渡っているか否かを正確に把握することができない。一方、特願２００７−１５２０２８の方法では、流量センサで潤滑油の流れが少ないとセンシングされた場合に、潤滑油の供給側・排出側のどちらが故障しているのか判断がつきにくい、という不具合がある。

本発明の目的は、上記従来の潤滑装置の動作確認方法が有する問題点を解消し、潤滑油供給装置、潤滑油排出装置の動作状態を正確に確認することが可能な動作確認方法を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、回転軸を支持する軸受に潤滑油を供給する供給手段と、軸受内の不要な潤滑油を軸受外へ排出する排出手段と、前記軸受の回転数を検出する回転数検出手段と、前記軸受の温度を検出する温度検出手段と、前記回転軸の回転動作を制御する制御手段とを備えた軸受潤滑装置の動作確認方法であって、前記回転軸の回転及び停止を所定回数にわたって繰り返すとともに、前記回転軸を回転させる度に潤滑油の供給を行い、前記回転軸の所定回数にわたる回転及び停止に伴い、前記軸受の温度がオーバーシュートしているか否かによって前記供給手段が正常に動作しているか否かを確認する一方、前記軸受の温度がオーバーシュートを生じた後に、前記回転軸の回転及び停止を所定回数にわたって繰り返すとともに、前記回転軸を回転させる度に潤滑油の排出を行い、前記回転軸の所定回数にわたる回転及び停止に伴い、前記軸受の温度が依然としてオーバーシュートしているか否かによって前記排出手段が正常に動作しているか否かを確認することを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、軸受におけるオーバーシュートの有無を検出する検出回路が、回転数検出手段によって軸受の回転数を検出し、予め得られている軸受の各回転数に対する定常軸受温度のデータを参照することにより、検出された前記軸受の回転数に対応した定常軸受温度を算出するとともに、その算出された定常軸受温度と温度検出手段によって検出された前記軸受の温度とを比較してオーバーシュートの有無を判断するものであることを特徴とするものである。

本発明の軸受潤滑装置の動作確認方法によれば、軸受の潤滑状態と密接に関連する軸受の温度を潤滑装置の動作確認の指標として用いるため、潤滑油供給装置により潤滑油が軸受に行き渡っているか否か、および、潤滑油排出装置により潤滑油が軸受から排出できたか否かを、正確にセンシングすることができる。

以下、本発明に係る軸受潤滑装置および軸受潤滑装置の動作確認方法の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の軸受潤滑装置を備えた工作機械の主軸装置を示したものである。主軸装置３１のハウジングには、主軸７を回転自在に支持するために転がり軸受１が設けられている。転がり軸受１は、同心に配設された内輪２および外輪５、内輪２と外輪５との間に狭持された転動体としての複数のボール３，３・・、ボール３，３・・を周方向に保持することによりボール３，３・・の相互の相対的な位置決めをする保持器４を主要構成として具備している。

また、転がり軸受１には、主軸７の回転に伴う発熱を低減するために、潤滑油供給ポンプ１０、供給ポンプ制御部１６、潤滑油排出ポンプ１１、排出ポンプ制御部１８、回転センサ１５、回転検出部２３、温度センサ１４、温度検出部１９、オーバーシュート検出部２０等からなる軸受潤滑装置４１が設置されている。かかる軸受潤滑装置４１について以下に説明する。

ボール３，３・・を相対的に位置決めする保持器４は、転がり軸受１の外輪５とボール３の両側部の２面で案内されており、その保持器４の外輪案内面には、内周面から外周面に開口した通孔である潤滑油供給用孔６ａおよび潤滑油排出用孔６ｂが穿設されている。潤滑油供給用孔６ａは、チューブ９を介して潤滑油供給ポンプ１０と接続されており、潤滑油排出用孔６ｂは、チューブ２５を介して潤滑油排出ポンプ１１と接続されている。また、潤滑油供給ポンプ１０は、供給ポンプ制御部１６を介してＮＣ装置１７に接続されており、潤滑油排出ポンプ１１は、排出ポンプ制御部１８を介してＮＣ装置１７に接続されている。

一方、外輪５の外周部には、外輪５の温度を検出するための温度センサ１４が設置されており、当該温度センサ１４は、温度検出部１９、および検出回路として機能するオーバーシュート検出部２０を介してＮＣ装置１７に接続されている。そして、温度センサ１４によって検出された外輪５の温度から、転がり軸受１の内部の潤滑油量がセンシングされるようになっている。

また、主軸７を駆動させるモータ２１は、モータ制御部２２を介してＮＣ装置１７に接続されている。さらに、モータ２１には、回転数を検出するための回転センサ１５が設けられており、当該回転センサ１５は、回転検出部２３およびモータ制御部２２を介してＮＣ装置１７に接続されている。加えて、ＮＣ装置１７には、オペレータが操作する際に用いる入力手段２４が設けられている。

上記の如く構成された転がり軸受１においては、潤滑油が、潤滑油供給ポンプ１０によって、外輪５に設けた通孔６ａから軸受１内へ間欠的に供給される。供給された潤滑油は、保持器４と外輪５との間に最も貯留し、貯留した潤滑油は、外輪５に設けた潤滑油排出用孔６ｂから潤滑油排出ポンプ１１によって間欠的に吸引され、外部へと排出される。

主軸装置３１の如き軸受（転がり軸受等）を有する主軸装置においては、軸受の内部の潤滑油が過多となると、攪拌抵抗の増大により温度が上昇するとともに、回転数が上昇した際に軸受の温度（以下、軸受温度という）がオーバーシュートを起こす。図２は、軸受温度にオーバーシュートがある場合および軸受温度にオーバーシュートがない場合の温度グラフを示したものであり、定常温度を超えた温度がオーバーシュート分と呼ばれる温度である。

主軸装置３１においては、かかるオーバーシュート現象を利用し、潤滑油供給装置である潤滑油供給ポンプ１０を動作させて潤滑油過多の状態を故意に作り出し、軸受温度のオーバーシュートの有無を確認することによって、潤滑油供給ポンプ１０の動作確認を実行する。また、軸受温度がオーバーシュートを生じている状態で、潤滑油排出装置である潤滑油排出ポンプ１１を動作させて内部の潤滑油を排出して潤滑油が適量な状態を作り出し、軸受温度のオーバーシュートの有無を確認することによって、潤滑油排出ポンプ１１の動作確認を実行する。

図３は、軸受潤滑装置４１の動作確認を行うためのフローチャートを示したものであり、このフローチャートに基づいて、潤滑油供給装置である潤滑油供給ポンプ１０の動作確認方法、潤滑油排出装置である潤滑油排出ポンプ１１の動作確認方法について具体的に説明する。

軸受潤滑装置４１の動作確認は、オペレータが入力手段２４を利用して指令（動作確認指令）をＮＣ装置１７に入力することによって実行される。当該動作確認指令中には、図４に示すように主軸７の回転と停止（以下、主軸７の発停という）が繰り返される。

軸受潤滑装置４１の動作確認においては、初めに、オーバーシュートの検出条件である主軸７の発停の繰り返し回数（以下、発停回数という）、オーバーシュートの有無を判断するまでの時間（以下、判断時間という）をセットする（Ｓ１）。上記の如く、発停回数および判断時間がセットされると、潤滑油供給ポンプ１０が作動することにより、潤滑油が供給され（Ｓ２）、主軸７の回転を開始する（Ｓ３）。しかる後、転がり軸受１の温度がオーバーシュートしているか否か判断され（Ｓ４）、オーバーシュートしていないと判断された場合には、発停回数が確認され（Ｓ１０）、発停回数が設定値となるまで主軸７の発停が繰り返される（Ｓ１２）。なお、転がり軸受１の温度がオーバーシュートしているか否かの判断動作については後述する。

そして、設定回数の発停が行われてもオーバーシュートしていないと判断された場合には、潤滑油供給ポンプ１０に異常が発生したと判断される（Ｓ１１）。一方、転がり軸受１の温度がオーバーシュートしたと判断された場合には、潤滑油供給ポンプ１０は正常と判断され、潤滑油排出装置（潤滑油排出ポンプ１１）の動作確認（Ｓ５〜）に移る。

潤滑油排出ポンプ１１の動作確認では、初めに、発停回数がリセットされる（Ｓ５）。そして、潤滑油排出ポンプ１１を作動させて（Ｓ６）、主軸７の回転を開始する（Ｓ７）。しかる後、転がり軸受１の温度がオーバーシュートしているか否か判断し（Ｓ８）、オーバーシュートしていると判断した場合には、発停回数が確認され（Ｓ１３）、発停回数が設定値（Ｎ_ＯＳ）となるまで主軸７の発停が繰り返される（Ｓ１５）。そして、設定回数まで発停が行われてもオーバーシュートを生じていると判断された場合には、潤滑油排出ポンプ１１に異常が発生したと判断される（Ｓ１４）。一方、転がり軸受１の温度のオーバーシュートがなくなったと判断された場合には、潤滑油排出ポンプ１１は正常と判断され（Ｓ９）、軸受潤滑装置４１の動作確認を終了する。

図５は、主軸装置３１の如き軸受を有する主軸装置において、主軸の各回転数における定常的な軸受温度の実測値をプロットしたものである。図５に示されているように、軸受を有する主軸装置においては、主軸の回転数と軸受温度との関係を、二次的な曲線で近似することができる（以下、近似曲線という）。

主軸装置３１における軸受温度のオーバーシュート有無の判断は、上記のように実測して求められた近似曲線を用いて行う。つまり、転がり軸受１の回転数（＝主軸の回転数）から近似曲線を用いて定常的な軸受温度（以下、定常温度という）を求め、当該定常温度を軸受温度（実測したもの）が超えた場合にオーバーシュートしたと判断する。

図６は、転がり軸受１の温度のオーバーシュートの有無を判断する具体的な方法を示すフローチャートである。オーバーシュートの有無を判断する際には、まず、予め得られている近似曲線から、現在の回転数における転がり軸受１の定常温度を算出する（Ｓ２１）。なお、近似曲線は、上述の如く、主軸を種々の回転数で作動させた際の定常的な軸受温度を測定することによって求めることができる。次に、実際の軸受温度（以下、測定温度という）を温度センサ１４から取得し（Ｓ２２）、その測定温度が定常温度（近似曲線から求めたもの）よりも高いか否か判断する（Ｓ２３）。そして、測定温度が定常温度（近似曲線から求めたもの）よりも高い場合には、オーバーシュートありと判断する（Ｓ２４）。一方、測定温度が定常温度以下であると判断した場合には、予め設定された検出時間の間、当該測定温度と定常温度との比較を繰り返し実行し（Ｓ２５）、測定温度が定常温度よりも高くなった場合には、オーバーシュートありと判断し、検出時間が経過した後でも測定温度が定常温度以下である場合には、オーバーシュートなしと判断される（Ｓ２６）。

軸受潤滑装置４１は、上記の如く、軸受の回転数を検出する回転センサ１５（回転数検出手段）と、軸受の温度を検出する温度センサ１４（温度検出手段）と、回転センサ１５および温度センサ１４の検出結果を利用して、回転上昇時の軸受温度のオーバーシュートの有無を検出するオーバーシュート検出部２０（検出回路）と、軸受温度のオーバーシュートが検出されるまで潤滑油の供給を続けるように潤滑油供給ポンプ１０（供給手段）を制御する供給ポンプ制御部１６（供給手段制御部）と、軸受温度のオーバーシュートが検出されなくなるまで潤滑油の排出を続けるように潤滑油排出ポンプ１１（排出手段）を制御する排出ポンプ制御部１８（排出手段制御部）とを有している。したがって、軸受潤滑装置４１によれば、潤滑油供給ポンプ１０により潤滑油が軸受に行き渡っているか否か、および、潤滑油排出ポンプ１１により潤滑油が軸受から排出できたか否かを、正確にセンシングすることができる。また、軸受潤滑装置４１は、潤滑油供給ポンプ１０の動作状態、潤滑油排出ポンプ１１の動作状態を、それぞれ別個独立に確認することができるため、非常に実用的である。加えて、軸受潤滑装置４１は、従来の潤滑油の供給・排出制御システムに温度センサを組み込むだけで構築することができるので、安価に製造することができる。

なお、本発明の軸受潤滑装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、軸受（転がり軸受）、主軸、潤滑油供給ポンプ、潤滑油排出ポンプ、温度センサ、回転センサ、供給ポンプ制御部、ＮＣ装置、排出ポンプ制御部、温度検出部、オーバーシュート検出部、モータ、モータ制御部、回転検出部、入力手段等の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態においては、転がり軸受を備えた工作機械の主軸装置について説明したが、本発明の軸受潤滑装置を設ける軸受は、電動機用の軸受等であっても良い。また、本発明の軸受潤滑装置は、上記実施形態の如く、１個の転がり軸受に設けられた潤滑油供給装置、潤滑油排出装置の動作状態を確認するものに限定されず、複数の転がり軸受に設けられた潤滑油供給装置、潤滑油排出装置の動作状態を同時に確認できるもの等に変更することも可能である。

さらに、上記実施形態においては、温度センサを外輪に設置した軸受潤滑装置について説明したが、本発明の軸受潤滑装置は、温度センサを内輪に設置したものでも良く、軸受の潤滑状態をセンシングすることができる構造であれば、温度センサをハウジングに設置することも可能である。また、潤滑油供給装置の動作状態の確認方法は、上記実施形態の如く、軸受温度がオーバーシュートするまで主軸を発停させる方法（図３参照）に限定されず、主軸を回転させたまま軸受温度がオーバーシュートを生じるまで主軸の回転数を上昇させる方法等に変更することも可能である。

軸受潤滑装置を装着した工作機械の主軸の断面図である。主軸の運転時間と軸受温度との関係を示す説明図である。軸受潤滑装置における動作確認時の作動内容を示すフローチャートである。軸受潤滑装置の動作確認のための運転パターンを示す説明図である。主軸の回転数と軸受温度との関係を示す説明図である。軸受潤滑装置におけるオーバーシュートの有無の判断時の作動内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・転がり軸受
７・・主軸
１０・・潤滑油供給ポンプ
１１・・潤滑油排出ポンプ
１４・・温度センサ
１５・・回転センサ
１６・・供給ポンプ制御部
１７・・ＮＣ装置
１８・・排出ポンプ制御部
１９・・温度検出部
２０・・オーバーシュート検出部
２１・・モータ
２２・・モータ制御部
２３・・回転検出部

Claims

回転軸を支持する軸受に潤滑油を供給する供給手段と、軸受内の不要な潤滑油を軸受外へ排出する排出手段と、前記軸受の回転数を検出する回転数検出手段と、前記軸受の温度を検出する温度検出手段と、前記回転軸の回転動作を制御する制御手段とを備えた軸受潤滑装置の動作確認方法であって、
前記回転軸の回転及び停止を所定回数にわたって繰り返すとともに、前記回転軸を回転させる度に潤滑油の供給を行い、
前記回転軸の所定回数にわたる回転及び停止に伴い、前記軸受の温度がオーバーシュートしているか否かによって前記供給手段が正常に動作しているか否かを確認する一方、
前記軸受の温度がオーバーシュートを生じた後に、前記回転軸の回転及び停止を所定回数にわたって繰り返すとともに、前記回転軸を回転させる度に潤滑油の排出を行い、
前記回転軸の所定回数にわたる回転及び停止に伴い、前記軸受の温度が依然としてオーバーシュートしているか否かによって前記排出手段が正常に動作しているか否かを確認することを特徴とする軸受潤滑装置の動作確認方法。
軸受におけるオーバーシュートの有無を検出する検出回路が、
回転数検出手段によって軸受の回転数を検出し、予め得られている軸受の各回転数に対する定常軸受温度のデータを参照することにより、検出された前記軸受の回転数に対応した定常軸受温度を算出するとともに、
その算出された定常軸受温度と温度検出手段によって検出された前記軸受の温度とを比較してオーバーシュートの有無を判断するものであることを特徴とする請求項１に記載の軸受潤滑装置の動作確認方法。