JP5597972B2 - 主軸装置および主軸装置の潤滑剤供給確認方法 - Google Patents

Description

本発明は、主軸装置および主軸装置の潤滑剤供給確認方法に関し、より詳細には、主軸装置の軸受部にグリースの給脂が確実に行われているか否かを確認することができる主軸装置および主軸装置の潤滑剤供給確認方法に関する。

従来、図２に示すように、主軸１０２を回転自在に支持する複数の軸受１０３を備える主軸装置１００において、軸受１０３近傍に温度センサ１０４を配置し、潤滑装置１０５から軸受１０３にグリース等の潤滑剤が供給されたとき、潤滑剤の撹拌抵抗による軸受１０３の温度上昇を温度センサ１０４で検出して、潤滑剤の供給を確認するようにした主軸装置１００がある。また、主軸の回転トルクを検出可能な回転負荷検出手段を備え、グリース吐出前後における回転トルクを比較し、回転トルクが増大していればグリースが吐出されたと判断し、回転トルクが増大していなければグリースが吐出されないと判断するようにした潤滑装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３４４７８４号公報

しかしながら、図２に示す主軸装置１００によると、軸受１０３近傍に温度センサ１０４を配置する必要があるので、主軸装置１００の構造が複雑となり、構造上の問題から温度センサ１０４を設置できない場合も想定される。また、高速回転する主軸装置などのように、冷却装置を備えて軸受部を冷却するタイプの主軸装置では、潤滑剤供給に伴う軸受の温度変化が小さく、温度上昇によって潤滑剤供給を確認しにくくなることが懸念される。更に、潤滑剤供給から軸受の温度が上昇するまでにはある程度の時間がかかり、確認に時間を要するという懸念があった。また、特許文献１に開示されている潤滑装置によると、モータ出力が大きい場合や、供給される潤滑剤が微量である場合などは、回転トルクの変化が微少になるために潤滑剤供給の確認が難しくなることが想定され、潤滑剤供給を精度よく、且つ供給後ただちに確認するためには、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑剤供給の有無を、潤滑剤の供給量やモータ出力の大きさに影響されることなく、精度よく確認することができる主軸装置および主軸装置の潤滑剤供給確認方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 軸受により回転可能に支持される主軸と、前記主軸を回転駆動するモータと、前記モータに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電力を制御する制御部と、前記軸受にグリースを供給するグリース補給装置と、前記軸受への前記グリース供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置と、を備える主軸装置であって、
前記潤滑剤供給確認装置は、
前記電力供給部から供給される入力電力値を測定し、時系列データとして保持可能な電力測定部と、
前記主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定し、前記電力測定部により測定された前記主軸が無負荷で、且つ、前記一定の回転数で回転している時の前記入力電力値と前記所定の閾値とを比較して、前記入力電力値が前記所定の閾値以上となる場合、前記軸受へ前記グリースが供給されたとして、前記軸受へのグリース供給の有無を判断する検出部と、
を備えることを特徴とする主軸装置。
（２） 上記（１）に記載の主軸装置を備えることを特徴とする工作機械。
（３） 軸受により回転可能に支持される主軸と、前記主軸を回転駆動するモータと、前記モータに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電力を制御する制御部と、前記軸受にグリースを供給するグリース補給装置と、前記軸受への前記グリース供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置と、を備える主軸装置の潤滑剤供給確認方法であって、
前記主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定する工程と、
前記電力供給部から前記モータへ供給される入力電力値を電力測定部により測定する工
程と、
前記電力測定部により測定された前記主軸が無負荷で、且つ、前記一定の回転数で回転している時の前記入力電力値と前記所定の閾値とを比較して、前記入力電力値が前記所定の閾値以上となる場合、前記軸受へ前記グリースが供給されたとして、前記軸受へのグリース供給の有無を判断する工程と、
を備えることを特徴とする主軸装置の潤滑剤供給確認方法。

本発明の主軸装置によれば、軸受へのグリース供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置が、電力供給部から供給される入力電力値を測定して時系列データとして保持する電力測定部と、主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定し、電力測定部により測定された主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値と所定の閾値とを比較して、入力電力値が所定の閾値以上となる場合、軸受へグリースが供給されたとして、軸受へのグリース供給の有無を判断する検出部と、を備えるので、主軸が負荷一定となる一定回転数で回転しているときにグリースを供給するようにすれば、グリース供給時の微小な撹拌抵抗の増加を入力電力で監視することができ、グリース供給の有無を、グリースの供給量やモータ出力の大きさに影響されることなく、精度よく確認することができる。

また、本発明の主軸装置の潤滑剤供給確認方法によれば、主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定する工程と、電力供給部からモータへ供給される入力電力値を電力測定部により測定する工程と、電力測定部により測定された主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値と所定の閾値とを比較して、入力電力値が所定の閾値以上となる場合、軸受へグリースが供給されたとして、軸受へのグリース供給の有無を判断する工程と、を備えるので、主軸が負荷一定となる一定回転数で回転しているときにグリースを供給するようにすれば、グリース供給による微小な撹拌抵抗の変化を精度よく監視することができ、グリース供給量やモータ出力の大きさに影響されることなく、グリース供給の有無を確認することができる。

本発明に係る主軸装置の構成図である。 従来の主軸装置の構成図である。

以下、本発明に係る主軸装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態の主軸装置１は、主軸装置本体１０と、電力供給部２０と、制御部２１と、潤滑装置としてのグリース補給装置３０と、潤滑剤供給確認装置４０と、を備える。

主軸装置本体１０は、ハウジング１１内に配置された複数の前側軸受１２ａ、および複数の後側軸受１２ｂによって回転自在に支持された主軸１３と、主軸１３の軸方向中間部において、ハウジング１１と主軸１３との間に配置されたモータ１４と、を備える。

主軸１３は、中心に設けられた軸方向孔１３ａに、ドローバー１５が軸方向に相対移動可能に装着されている。主軸１３とドローバー１５の間には、圧縮ばね１６が配置されており、圧縮ばね１６によって、コレット部１７がクランプする工具ホルダ（図示せず）を引き込み、不図示の工具を主軸１３に固定する。主軸１３の反工具側の端部には、油圧によりドローバー１５にアンクランプ力を付与する不図示のアンクランプ機構が配設されており、アンクランプ機構によってドローバー１５の後端部を押すことで工具を取り外すことが可能となる。

モータ１４は、主軸１３の軸方向中間部に外嵌・固定されるロータ１４ａと、ロータ１４ａに所定の隙間を介して対向配置され、ハウジング１１に内嵌・固定されるステータ１４ｂと、を備えており、主軸１３を回転駆動する。

複数の前側軸受１２ａは、モータ１４のロータ１４ａに対して工具側（図中左端側）に配置された、４つのアンギュラ玉軸受によって構成される。また、複数の後側軸受１２ｂは、ロータ１４ａに対して反工具側（図中右端側）に配置された、２つのアンギュラ玉軸受によって構成されている。なお、前側軸受１２ａおよび後側軸受１２ｂは、種々の軸受を任意に、任意の数で組み合わせて使用することができる。

これら軸受１２ａ，１２ｂには、主軸装置本体１０の外部に設けられたグリース補給装置３０によって、軸受１２ａ，１２ｂ毎にハウジング１１に形成された潤滑剤供給路１９ａ、１９ｂを介してグリースが供給される。

また、主軸装置１は、主軸装置本体１０の外部に、モータ１４のステータ１４ｂに電力を供給する電力供給部２０と、この電力供給部２０の電力を制御する制御部２１と、を有している。電力供給部２０は、三相交流電源２２と、ドライバとしての主軸アンプ２３とから構成されており、主軸アンプ２３は、制御部２１から送信される指令信号に基づいて、三相交流電源２２からの電力をコントロールして、モータ１４の各相に電源線２４を介して供給する。

潤滑剤供給確認装置４０は、前側軸受１２ａおよび後側軸受１２ｂへの潤滑剤供給の有無を検出するための装置であり、電力供給部２０からモータ１４に供給される入力電力値を測定する電力測定部としての電流測定器４１及び電圧測定器４２と、この測定された入力電力値を時系列データとして保持し、入力電力値に基づいて前側軸受１２ａおよび後側軸受１２ｂへの潤滑剤供給の有無を判断する検出部４３とを備える。

電源線２４に直列、または並列に設けられた電流測定器４１及び電圧測定器４２は、モータ１４に供給される電流および電圧（即ち、電力）をそれぞれ測定し、検出部４３に送信する。検出部４３は、測定された入力電力値を時系列データとして保持し、パワーメータ４４に表示すると共に、演算部４５が入力電力値に基づいて潤滑剤供給の有無を判断する。

このように構成された主軸装置１は、所定の回転数で回転するように制御部２１から送出される回転指令に基づいて、三相交流電源２２から電源線２４を介してモータ１４の各相に電力を供給してモータ１４を回転させ、主軸１３を駆動する。このとき、制御部２１は、モータ１４の回転数が指令された所定の回転数を維持するのに必要な電力となるように、入力電力をコントロールしてモータ１４に供給する。

一定回転数の無負荷で回転しているときの入力電力は、軸受１２ａ，１２ｂによる摩擦損失、モータ１４の損失、及び回転部材の風損の和によって決まり、モータ１４の損失や風損は大きく変化するものではないので、切削負荷の増加や回転の加速などがない限り略一定である。即ち、電流測定器４１及び電圧測定器４２によって測定される電流値および電圧値（入力電力値）は略一定で安定している。

ここで、潤滑装置３０から潤滑油供給路１９ａ、１９ｂを介してグリースを前側軸受１２ａおよび後側軸受１２ｂに供給すると、グリースが前側軸受１２ａおよび後側軸受１２ｂの軌道面に入った直後、潤滑剤の撹拌抵抗によって負荷トルクが増加し、回転数が低下しようとする。制御部２１は、指令された所定の回転数を維持するため、モータ１４に供給する入力電力を増加させる。

この増加した入力電力は、電流測定器４１及び電圧測定器４２によって測定されて検出部４３に送信される。検出部４３は、測定された入力電力値を時系列データとして保持し、パワーメータ４４に表示する。また、演算部４５は、無負荷、一定回転数の入力電力値に対して所定の閾値を予め設定し、測定された入力電力値と所定の閾値とを比較し、入力電力値が所定の閾値以上になると、軸受１２ａ，１２ｂにグリースが供給されたと判断する。これにより、軸受１２ａ，１２ｂへのグリースの供給が確認される。一方、測定された入力電力値が所定の閾値より小さい場合は、複数の軸受の内いずれかの軸受にグリースが供給されていない、あるいは、供給量が予定供給量より少なくなっていることが考えられる。

なお、複数の軸受１２ａ，１２ｂのうち、グリースが供給された軸受を特定する際には、グリース補給装置３０からグリースが吐出された時点から、グリースが軸受１２ａ，１２ｂの軌道面に入った直後、即ちパワーメータ４４に出力される時点までの供給時間を軸受毎に予め算出しておくことで、いずれの軸受１２ａ，１２ｂにグリースが供給されているかを確認できる。

ここで、ロータリーバルブ（本実施形態では、１入力６出力）などによって潤滑油供給路を順次切り替えて軸受１２ａ，１２ｂにグリースを供給するグリース補給装置３０では、上記供給時間が異なるように設定されることで、パワーメータ４４に出力される波形の山によって、いずれの軸受１２ａ，１２ｂにグリースが供給されているかを特定できる。また、各出力への補給タイミングを軸受毎に変えることでもいずれの軸受１２ａ，１２ｂにグリースが供給されているかを特定できる。

以上説明したように、本実施形態の主軸装置１によれば、軸受１２ａ，１２ｂへの潤滑剤供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置４０が、電力供給部２０から供給される入力電力値を測定して時系列データとして保持する電力測定部としての電流測定器４１及び電圧測定器４２と、電力測定部により測定された入力電力値に基づいて軸受１２ａ，１２ｂへの潤滑剤供給の有無を判断する検出部４３と、を備えるので、主軸１３が負荷一定となる一定回転数で回転しているときにグリースを供給するようにすれば、グリース供給時の微小な撹拌抵抗の増加を入力電力で監視することができ、グリース供給の有無を、グリースの供給量やモータ出力の大きさに影響されることなく、精度よく確認することができる。

また、検出部４３は、電力測定部によって測定される入力電力値と所定の閾値とを比較して、入力電力値が前記所定の閾値以上となる場合、軸受１２ａ，１２ｂへグリースが供給されたと判断するので、グリース供給の有無を簡単に判定することができる。

また、このような潤滑剤供給確認装置を有する主軸装置が工作機械に組み込まれることで、給油不足に起因する工作機械の損傷を防止すると共に、常に安定した状態での運転が可能となる。

さらに、このような潤滑剤供給確認装置４０を備える主軸装置１は、主軸装置の開発段階において適切な潤滑剤の供給条件設定や、製作された主軸装置の試験段階において潤滑剤供給ポートの異常検査などに有効に使用することができる。また、このような主軸装置１を有する工作機械が設置された現場においても、定期メンテナンスで潤滑剤供給を確認するようにすれば、潤滑剤供給不良による軸受の事故を確実に防止することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、モータが主軸装置本体に内蔵されるビルトインモータタイプを例示したが、主軸装置本体の外側に設けられたモータによるベルト駆動タイプやカップリング駆動タイプの主軸装置においても同様に適用することができる。また、本実施形態では、電力測定部により測定された入力電力値に基づいて検出部が軸受への潤滑剤供給の有無を判断するようにしたが、作業者が入力電力値の変化を目視確認して判断するようにしてもよい。

さらに、潤滑方式は、グリース潤滑の他、任意のものが使用可能であり、オイルエア潤滑、オイルミスト潤滑、直噴潤滑等のオイル潤滑等が適用できる。

１ 主軸装置
１０ 主軸装置本体
１２ａ 前側軸受
１２ｂ 後側軸受
１３ 主軸
１４ モータ
２０ 電力供給部
２１ 制御部
３０ グリース補給装置（潤滑装置）
４０ 潤滑剤供給確認装置
４１ 電流測定器（電力測定部）
４２ 電圧測定器（電力測定部）
４３ 検出部

Claims (3)

1. 軸受により回転可能に支持される主軸と、前記主軸を回転駆動するモータと、前記モータに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電力を制御する制御部と、前記軸受にグリースを供給するグリース補給装置と、前記軸受への前記グリース供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置と、を備える主軸装置であって、
   前記潤滑剤供給確認装置は、
   前記電力供給部から供給される入力電力値を測定し、時系列データとして保持可能な電力測定部と、
   前記主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定し、前記電力測定部により測定された前記主軸が無負荷で、且つ、前記一定の回転数で回転している時の前記入力電力値と前記所定の閾値とを比較して、前記入力電力値が前記所定の閾値以上となる場合、前記軸受へ前記グリースが供給されたとして、前記軸受へのグリース供給の有無を判断する検出部と、
   を備えることを特徴とする主軸装置。
2. 請求項１に記載の主軸装置を備えることを特徴とする工作機械。
3. 軸受により回転可能に支持される主軸と、前記主軸を回転駆動するモータと、前記モータに電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部の電力を制御する制御部と、前記軸受にグリースを供給するグリース補給装置と、前記軸受への前記グリース供給の有無を検出する潤滑剤供給確認装置と、を備える主軸装置の潤滑剤供給確認方法であって、
   前記主軸が無負荷で、且つ、一定の回転数で回転している時の入力電力値に対する所定の閾値を予め設定する工程と、
   前記電力供給部から前記モータへ供給される入力電力値を電力測定部により測定する工
   程と、
   前記電力測定部により測定された前記主軸が無負荷で、且つ、前記一定の回転数で回転している時の前記入力電力値と前記所定の閾値とを比較して、前記入力電力値が前記所定の閾値以上となる場合、前記軸受へ前記グリースが供給されたとして、前記軸受へのグリース供給の有無を判断する工程と、
   を備えることを特徴とする主軸装置の潤滑剤供給確認方法。

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