JP7411347B2 - 潤滑油供給ユニットおよび軸受装置 - Google Patents
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Description
・エアオイル潤滑における潤滑油の給排油の不適(油量過小、過多、排気不良)
・軸受内部に封入された潤滑グリースの劣化
・軸受転がり部へのクーラントまたは水の浸入、あるいは異物の侵入
・過大な予圧、つまり転がり部の接触面圧の増大による油膜切れ
上記による軸受の過度の昇温を防止すべく、軸受に隣接した間座に潤滑給油ポンプと非接触式の温度センサを内蔵し、温度センサによる軸受潤滑部の温度測定値に応じて、潤滑給油ポンプにて軸受内部に潤滑油を給油する技術が特開2017-26078号公報(特許文献1)に開示されている。
図1は、実施の形態1のスピンドル装置の概略構成を示す断面図である。図2は、スピンドル装置に組み込まれる実施の形態1に係る軸受装置30の構成を示す模式断面図である。
熱流束を測定する熱流センサ11a、11bがスピンドル装置1に実装される。図1、図2に示す例では、熱流センサ11a、11bはともにその一方の面が外輪間座6gの内径面6gAに固定され、他方の面が内輪間座6iの外径面6iAに対向する。ここでは、軸受5aの近傍に熱流センサ11aが配置され、軸受5bの近傍に熱流センサ11bが配置される。
実施形態に係る軸受装置を、工作機械主軸スピンドルを模した試験機に組込み、軸受装置の状態検出性能を評価した。
図9は、性能評価試験における軸受装置の各種センサ出力を示す図である。低速域から超高速域(dn値112万)まで、いずれのセンサも正常に動作することを確認した。
図12は、軸受に供給する油量と温度および摩擦損失との関係を示す図である。図12の縦軸は温度および摩擦損失を示し、横軸は潤滑油の量を示す。領域Aでは潤滑油量の増加に従い転動体と軌道輪の摩擦損失Lが減るため温度Tが低下する。逆に、領域Cでは、潤滑油量が増加すると潤滑油の撹拌抵抗が増加し、摩擦損失Lが増加するとともに温度Tが上昇する。さらに潤滑油量が多い領域Eでは、潤滑油量が多く、潤滑油自身が工作機の発熱を奪い冷却した後に外部に排出されるので、潤滑油量が増加するほど温度Tが下がる。しかし、潤滑油が多すぎると、撹拌抵抗が増えて摩擦損失Lが大きくなる。
図15は、潤滑油切れによる軸受異常の再現試験における熱流束、温度、回転速度の関係を示す図である。横軸は運転時間(秒)である。上欄には、熱流束Q、内輪温度T(i)、外輪温度T(g)、ハウジング温度T(h)が示され、下欄には回転速度N(毎分の回転数)が示される。
Dth=(Q2’-Q1’)/(t2’-t1’)
図18は、制御装置が実行する潤滑油の供給制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間(例えば、2~3msごと)にメインルーチンから呼び出されて実行される。図6、図18を参照して、制御装置53は、ステップS1において、熱流センサ11a,11bから判定値を得る。判定値は、熱流束Qでもよいが、熱流束の変化率Dのほうが好ましい。熱流束Qの場合は、例えば、熱流センサ11a,11bの検出値を制御装置内部のメモリに記憶された予め定められたマップなどに照合して得ることができる。熱流束の変化率Dの場合には、例えば、前回の熱流束Qと今回の熱流束Qの差を時間差で除算して得ることができる。
Dth=M×(Q2-Q1)/(t2-t1)
ここで、Mは、安全係数である。上式の安全係数Mは、工作機械の主軸ごとで異なるため、M=1、M=100など、様々なケースがある。
Dth’=(Q2''-Q1'')/(t2''-t1'')
図22は、上限値を適用した制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間(例えば、2~3msごと)にメインルーチンから呼び出されて実行される。図6、図22を参照して、制御装置53は、ステップS11において、熱流センサ11a,11bから判定値を得る。この場合の判定値は、熱流束の変化率Dである。熱流束の変化率Dは、例えば、前回の熱流束Qと今回の熱流束Qの差を時間差で除算して得ることができる。
Dth=M×(Q2-Q1)/(t2-t1)
ここで、Mは、安全係数である。上式の安全係数Mは、工作機械の主軸ごとで異なるため、M=1、M=100など、様々なケースがある。
実施の形態1では、エアオイルに加えて潤滑油供給ユニットからの潤滑油を軸受に追加する例を説明した。実施の形態2では、グリース潤滑されている軸受に対して潤滑油供給ユニットからの潤滑油を軸受に追加する例を説明する。なお、図1の軸受装置が組み込まれたスピンドル装置の構成については、実施の形態2でも共通するので、ここでは説明は繰返さない。
実施の形態1、2では、軸受装置30として2つの軸受5a,5bで主軸4を支持する構造について説明してきた。しかし、このような構成には限定されず、2つ以上の軸受で主軸4を支持する軸受装置についても、実施の形態1または2に示した潤滑油供給ユニットを適用することができる。
Claims (6)
- 潤滑油を保持する保持部と、
前記保持部に保持された潤滑油を軸受に供給する供給部と、
前記軸受または前記軸受に隣接する部材に設置された熱流センサと、
前記熱流センサの出力に応じて前記供給部の動作を制御する制御装置とを備え、
前記軸受に隣接する部材は、間座であり、
前記保持部、前記供給部、および前記制御装置は、前記間座に配置され、
前記間座には、前記保持部内の潤滑油による潤滑とは別にエアオイル潤滑を行なうための潤滑油通路が設けられ、
前記制御装置は、前記エアオイル潤滑によって前記軸受に供給される潤滑油が不足したことを前記熱流センサの出力に応じて検出した場合に、前記供給部を駆動して潤滑油を追加させる、潤滑油供給ユニット。 - 前記制御装置は、前記熱流センサが検出した熱流束の変化率が判定しきい値を超えた場合に、前記供給部を駆動して前記軸受に潤滑油を供給する、請求項1に記載の潤滑油供給ユニット。
- 前記制御装置は、前記熱流センサが検出した熱流束が判定しきい値を超えた場合に、前記供給部を駆動して前記軸受に潤滑油を供給する、請求項1に記載の潤滑油供給ユニット。
- 前記軸受は、グリースで潤滑され、
前記制御装置は、前記グリースの基油が不足したことを前記熱流センサの出力に応じて検出した場合に、前記供給部に潤滑油を追加させる、請求項1~3のいずれか1項に記載の潤滑油供給ユニット。 - 前記軸受の予圧や外部からの荷重を検出する荷重センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記荷重センサの出力に応じて前記供給部の動作を制御する、請求項1に記載の潤滑油供給ユニット。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の潤滑油供給ユニットと、
前記軸受とを備える、軸受装置。
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