KR20210136064A - 윤활유 공급 유닛 및 베어링 장치 - Google Patents

윤활유 공급 유닛 및 베어링 장치 Download PDF

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에누티에누 가부시기가이샤
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Abstract

윤활유 공급 유닛(40) 및 베어링 장치(30)는 윤활유를 유지하는 오일 탱크(42)와, 오일 탱크(42)에 유지된 윤활유를 베어링(5)에 공급하는 펌프(43)와, 베어링(5) 또는 베어링에 인접하는 부재인 간좌(6)에 설치된 열류 센서(11a, 11b)와, 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 응하여 펌프(43)의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비한다. 열류 센서(11a, 11b)에 의해, 구름 베어링(5)의 순간이면서 급격한 발열을 정확하게 검출하고, 그 검출 결과를 기초로 이상의 징조를 판단하고, 적절한 타이밍에서 베어링(5)에 주유할 수 있다.

Description

윤활유 공급 유닛 및 베어링 장치
이 발명은 공작 기계의 주축 등을 회전 자유롭게 지지하는 베어링에 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 유닛 및 그것을 구비하는 베어링 장치에 관한 것이다.
공작 기계 주축용 베어링은 고속 및 저하중으로 사용되는 일이 많고, 그 베어링에는 앵귤러 볼 베어링이 폭넓게 사용된다. 공작 기계 주축용 베어링은 에어 오일(오일 미스트) 윤활 또는 그리스 윤활에 의해 윤활된다. 에어 오일 윤활은 윤활유를 외부로부터 공급하기 때문에, 장기에 걸쳐 안정된 윤활 상태를 유지할 수 있다는 특징이 있다. 한편, 그리스 윤활은 부대 설비 및 배관을 필요로 하지 않기 때문에 경제성에 우수하고, 미스트의 발생이 극히 적음으로써, 환경 친화적이라는 특징이 있다.
공작 기계 중에서도 머시닝 센터의 주축 등 보다 고속의 영역, 예를 들면, 내륜(內輪) 내경(內徑)에 회전수를 곱한 dn 값으로 100만 이상의 영역에서 사용되는 베어링은, 보다 안정된 운전이 필요한다. 그러나, 이하에 기재된 다양한 원인으로, 베어링 궤도면의 면이 거칠어지는 것 또는 필링, 유지기의 이상을 거쳐, 베어링이 과도하게 승온하는 일이 있다.
·에어 오일 윤활에서의 윤활유의 급배유의 부적절(유량 과소, 과다, 배기 불량)
·베어링 내부에 봉입(封入)된 윤활 그리스의 열화
·베어링 구름부에의 쿨런트 또는 물의 침입, 또는 이물의 침입
·과대한 예압, 즉 구름부의 접촉면압의 증대에 의한 유막의 끊어짐
상기에 의한 베어링의 과도의 승온을 방지하기 위해, 베어링에 인접한 간좌(間座)에 윤활 급유 펌프와 비접촉식의 온도 센서를 내장하고, 온도 센서에 의한 베어링 윤활부의 온도 측정치에 응하여, 윤활 급유 펌프로 베어링 내부에 윤활유를 급유하는 기술이 일본 특개2017-26078호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다.
일본 특개2017-26078호 공보
일반적으로, 에어 오일 윤활에서는, 항상 공급되는 압축 에어에 대해, 에어 송급로에 오일 밸브로부터 오일을 간헐적으로 첨가하여, 오일 미스트를 발생시킨다.
오일의 첨가량이 부족하면 베어링에서 마찰력이 커져서 소착(燒付)이 발생해 버린다. 한편, 오일의 첨가량이 과다하면, 베어링부에서의 오일의 교반 저항이 증가하고, 온도가 상승함에 의해 소착이 발생해 버린다. 고속 회전축을 지지하는 베어링에 관해서는 오일의 적량의 범위가 비교적 좁기 때문에, 에어 오일 윤활의 경우 오일의 적량을 첨가하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
메이커는, 오일 첨가량의 추천 조건을 나타내고 있지만, 공작 기계 등의 운전 조건에 따라서는, 오일의 적량도 변동한다. 예를 들면, 회전 속도의 변동, 연속 운전 시간의 변동, 공작물의 가공 시의 부하의 변동, 가공 시의 축의 자세의 변화 등 운전 조건이 변화하는 경우에는, 일률적인 첨가량으로는 대응할 수 없다.
베어링의 상태를 감시하면서 오일 밸브(믹싱 밸브)에서의 첨가량을 조정하는 것도 생각할 수 있지만, 오일 밸브는 오일을 적하하고 나서 세립형상으로 하여 베어링에 공급하기 때문에 베어링으로부터 비교적 떨어진 에어 통로의 장소에 배치되는 일이 많고, 오일 밸브로 적하하고 나서 오일이 베어링에 골고루 미치기까지는 시간차가 발생한다. 따라서, 베어링에 상태 변화가 발생하고 나서 오일을 첨가하는 것으로는, 윤활이 늦어진다는 문제도 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 적시의 타이밍에서 윤활유가 베어링에 공급되는 윤활유 공급 유닛 및 그것을 구비하는 베어링 장치를 제공하는 것이다.
본 개시는 윤활유 공급 유닛에 관한 것이다. 윤활유 공급 유닛은 윤활유를 유지하는 유지부와, 유지부에 유지된 윤활유를 베어링에 공급하는 공급부와, 베어링 또는 베어링에 인접하는 부재에 설치된 열류(熱流) 센서와, 열류 센서의 출력에 응하여 공급부의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비한다.
바람직하게는, 제어 장치는, 열류 센서가 검출한 열류속(熱流束)의 변화율이 판정 임계치를 초과한 경우에, 공급부를 구동하여 베어링에 윤활유를 공급한다.
바람직하게는, 제어 장치는, 열류 센서가 검출한 열류속이 판정 임계치를 초과한 경우에, 공급부를 구동하여 베어링에 윤활유를 공급한다.
베어링에 인접하는 부재가 간좌(間座) 이외(하우징의 어깨, 덮개, 스프링 홀더 등)라도 좋지만, 바람직하게는, 베어링에 인접하는 부재는 간좌이고, 유지부, 공급부 및 제어 장치는 간좌에 배치된다.
보다 바람직하게는, 간좌에는, 유지부 내의 윤활유에 의한 윤활과는 별도로 에어 오일 윤활을 행하기 위한 윤활유 통로가 마련된다. 제어 장치는, 에어 오일 윤활에 의해 베어링에 공급되는 윤활유가 부족한 것을 열류 센서의 출력에 응하여 검출한 경우에, 공급부를 구동하여 윤활유를 추가시킨다.
바람직하게는, 베어링은 그리스로 윤활되고, 제어 장치는, 그리스의 기유(基油)가 부족한 것을 열류 센서의 출력에 응하여 검출한 경우에, 공급부에 윤활유를 추가시킨다.
바람직하게는, 윤활유 공급 유닛은 베어링의 예압이나 외부로부터의 하중을 검출하는 하중 센서를 또한 구비한다. 제어 장치는 하중 센서의 출력에 응하여 공급부의 동작을 제어한다.
본 개시는, 다른 국면에서는, 상기 어느 하나에 기재된 윤활유 공급 유닛과, 베어링을 구비하는 베어링 장치에 관한 것이다.
이 구성에 의하면, 베어링의 운전 시에서의 베어링 내부의 온도 변화를 측정하기 위해, 열류 센서를 사용하기 때문에, 베어링의 이상의 징조를 재빨리 파악하는 것이 가능해지고, 적시의 타이밍에서 윤활유를 베어링에 공급할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1의 스핀들 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 스핀들 장치에 조립되는 실시의 형태 1에 관한 베어링 장치(30)의 구성을 도시하는 모식 단면도.
도 3은 도 2의 간좌의 Ⅲ 단면을 모식적으로 도시한 도면.
도 4는 도 2의 간좌의 Ⅳ 단면을 모식적으로 도시한 도면.
도 5는 윤활유 공급 유닛(40)의 확대 단면도.
도 6은 실시의 형태 1에서의 윤활유 공급 유닛(40)의 구성을 도시하는 블록도.
도 7은 시험기의 구조를 도시하는 도면.
도 8은 성능 평가 시험의 시험 조건을 기재한 도면.
도 9는 성능 평가 시험에서의 베어링 장치의 각종 센서 출력을 도시하는 도면.
도 10은 가감속 시험에 의한 열류속, 온도, 회전 속도의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 도 10의 t1∼t2에 도시하는 부분의 횡축을 확대한 도면.
도 12는 베어링에 공급하는 유량과 온도 및 마찰 손실의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 에어 오일 윤활의 오일 펌프 유닛과 간좌의 윤활유 공급 유닛의 관계를 도시하는 도면.
도 14는 윤활유의 끊어짐에 의한 베어링 이상의 재현 시험의 조건을 기재한 도면.
도 15는 윤활유 끊어짐에 의한 베어링 이상의 재현 시험에서의 열류속, 온도, 회전 속도의 관계를 도시하는 도면.
도 16은 실시의 형태 1의 베어링 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 17은 실제의 베어링 소손(燒損)을 재현한 평가 시험의 상황을 설명하기 위한 파형도.
도 18은 제어 장치가 실행하는 윤활유의 공급 제어를 설명하기 위한 플로우차트.
도 19는 스파이크형상의 노이즈가 발생하지 않는 경우의 열류 센서의 출력 신호의 파형도.
도 20은 스파이크형상의 노이즈가 발생하고 있는 경우의 열류 센서의 출력 신호의 파형도.
도 21은 도 20의 스파이크 노이즈 부근을 확대하여 도시한 도면.
도 22는 상한치를 적용한 제어를 설명하기 위한 플로우차트.
도 23은 실시의 형태 2의 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식 단면도.
도 24는 도 23의 간좌의 XXⅣ 단면을 모식적으로 도시한 도면.
도 25는 도 23의 간좌의 XXV 단면을 모식적으로 도시한 도면.
도 26은 실시의 형태 2에서의 윤활유 공급 유닛(140)의 구성을 도시하는 블록도.
도 27은 열류 센서의 제1 배치례를 도시하는 도면.
도 28은 열류 센서의 제2 배치례를 도시하는 도면.
도 29는 열류 센서의 제3 배치례를 도시하는 도면.
도 30은 열류 센서의 제4 배치례를 도시하는 도면.
도 31은 열류 센서의 제5 배치례를 도시하는 도면.
도 32는 열류 센서의 제6 배치례를 도시하는 도면.
도 33은 도 32의 XXXⅢ 단면에서의 단면도.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
[실시의 형태 1]
도 1은 실시의 형태 1의 스핀들 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는 스핀들 장치에 조립되는 실시의 형태 1에 관한 베어링 장치(30)의 구성을 도시하는 모식 단면도이다.
도 1에 도시하는 스핀들 장치(1)는, 예를 들면, 공작 기계의 빌트인 모터 방식의 스핀들 장치로서 사용된다. 이 경우, 공작 기계 주축용의 스핀들 장치(1)에서 지지되어 있는 주축(4)의 일단측에는 모터(50)가 조립되고, 타단측에는 도시하지 않는 엔드밀 등의 절삭 공구가 접속된다.
스핀들 장치(1)는 베어링(5a, 5b)과, 베어링(5a, 5b)에 인접하여 배치되는 간좌(間座)(6)와, 열류 센서(11a, 11b)와, 모터(50)와, 모터 후방에 배치되는 베어링(16)을 구비한다. 주축(4)은 외통(2)의 내경부에 매설된 하우징(3)에 마련한 복수의 베어링(5a, 5b)에 의해 회전 자유롭게 지지된다. 베어링(5a)은 내륜(內輪)(5ia)과, 외륜(外輪)(5ga)과, 전동체(Ta)와, 유지기(Rta)를 포함한다. 베어링(5b)은 내륜(5ib)과, 외륜(5gb)과, 전동체(Tb)와, 유지기(Rtb)를 포함한다. 간좌(6)는 내륜 간좌(6i)와, 외륜 간좌(6g)를 포함한다.
열류속(熱流束)을 측정하는 열류 센서(11a, 11b)는 외륜 간좌(6g)의 내경면(內徑面)(6gA)에 고정되고, 내륜 간좌(6i)의 외경면(外徑面)(6iA)에 대향한다. 또한, 열류속은 단위 시간당에 단위 면적을 통과하는 열량이다.
주축(4)에는, 축방향으로 격리한 베어링(5a)의 내륜(5ia) 및 베어링(5b)의 내륜(5ib)이 수축 끼워맞춤 상태(압입 상태)로 감합되어 있다. 내륜(5ia-5ib) 사이에는 내륜 간좌(6i)가 배치되고, 외륜(5ga-5gb) 사이에는 외륜 간좌(6g)가 배치된다.
베어링(5a)은 내륜(5ia)과 외륜(5ga) 사이에 복수의 전동체(Ta)를 배치한 구름 베어링이다. 이들 전동체(Ta)는 유지기(Rta)에 의해 간격이 유지되어 있다. 베어링(5b)은 내륜(5ib)과 외륜(5gb) 사이에 복수의 전동체(Tb)를 배치한 구름 베어링이다. 이들 전동체(Tb)는 유지기(Rtb)에 의해 간격이 유지되어 있다.
베어링(5a, 5b)은 앵귤러 볼 베어링, 깊은 홈 볼 베어링, 또는 테이퍼 롤러 베어링 등을 이용할 수 있다. 도 2에 도시하는 베어링 장치(30)에는 앵귤러 볼 베어링이 이용되고, 2개의 베어링(5a, 5b)이 배면 조합(DB 조합)으로 설치되어 있다.
여기서는, 2개의 베어링(5a, 5b)으로 주축(4)을 지지하는 구조를 예시하여 설명하지만, 후에 도 27에 4개의 예를 도시하는 바와 같이, 2개 이상의 베어링으로 주축(4)을 지지하는 구조라도 좋다.
단열(單列)의 구름 베어링(16)은 원통 롤러 베어링이다. 앵귤러 볼 베어링인 베어링(5a, 5b)에 의해, 스핀들 장치(1)에 작용하는 레이디얼 방향의 하중 및 액시얼 방향의 하중이 지지된다. 원통 롤러 베어링인 단열의 베어링(16)에 의해, 공작 기계 주축용의 스핀들 장치(1)에 작용하는 레이디얼 방향의 하중이 지지된다.
하우징(3)에는 냉각 매체 유로가 형성된다. 하우징(3)과 외통(2) 사이에 냉각 매체를 흘림에 의해, 베어링(5a, 5b)을 냉각할 수 있다.
또한, 베어링(5a, 5b)의 냉각과 윤활을 위해 후에 설명하는 윤활유 공급로(67a, 67b)가 마련된다. 윤활유는, 송출 구멍(노즐)으로부터 윤활유를 반송하는 에어와 함께, 에어 오일 또는 오일 미스트의 상태로 분사된다. 또한, 복잡해지기 때문에 도 1에서는 윤활유 공급로는 도시하지 않는다. 또한, 후에 도 23에 도시하는 바와 같이 베어링(5a, 5b)으로서 그리스 윤활의 베어링을 이용한 경우에는, 윤활유 공급로는 불필요하다.
주축(4)과 외통(2) 사이에 형성되는 공간부(22)에서의 복렬(複列)의 베어링(5a, 5b)과 단열의 베어링(16)으로 끼인 축방향의 중간 위치에는, 주축(4)을 구동하는 모터(50)가 배치되어 있다. 모터(50)의 로터(14)는 주축(4)의 외주에 감합한 통형상 부재(15)에 고정되고, 모터(50)의 스테이터(13)는 외통(2)의 내주부에 고정되어 있다.
또한, 도 1에서는, 모터(50)를 냉각하기 위한 냉각 매체 유로는 도시하지 않는다.
열류속을 측정하는 열류 센서(11a, 11b)가 스핀들 장치(1)에 실장된다. 도 1, 도 2에 도시하는 예에서는, 열류 센서(11a, 11b)는 모두 그 일방의 면이 외륜 간좌(6g)의 내경면(6gA)에 고정되고, 타방의 면이 내륜 간좌(6i)의 외경면(6iA)에 대향한다. 여기서는, 베어링(5a)의 근방에 열류 센서(11a)가 배치되고, 베어링(5b)의 근방에 열류 센서(11b)가 배치된다.
열류 센서는 제벡 효과를 이용하여 열류를 전기 신호로 변환하는 센서이고, 센서 표리(表裏)의 근소한 온도차로부터 출력 전압이 발생한다. 이 열류 센서는, 비접촉식 온도 센서 또는 열전대 등의 온도 센서에 비해, 감도가 좋고, 회전 속도의 변동에 수반하는 베어링 내부의 열의 변화에 타임리하게(timely) 추종하다. 또한, 회전 속도는 단위 시간당의 회전수와 동의(同義)이다.
베어링(5a, 5b)의 소착(燒付)의 징조를 검출하기 위해, 내륜(5ia, 5ib), 외륜(5ga, 5gb), 간좌(6) 등의 온도를 측정하여 검출하려고 하면, 급격한 발열이 생겼다 하더라도 온도가 상승하기까지는 지연이 있기 때문에, 징조를 조기에 검출할 수 없는 것도 상정된다. 이와 같은 경우에 열류 센서(11a, 11b)를 이용하면, 온도에 비하여 열류는 조기에 변화하기 시작하기 때문에, 급격한 발열을 신속하게 검출하는 것이 가능하다.
도 2의 베어링 장치(30)에 관해, 보다 상세히 설명한다. 도 3은 도 2의 간좌의 Ⅲ 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 4는 도 2의 간좌의 Ⅳ 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 5는 윤활유 공급 유닛(40)의 확대 단면도이다.
도 2∼도 5를 참조하면, 베어링(5a)과 베어링(5b) 사이에 간좌(6)가 배치된다. 간좌(6)는 내륜 간좌(6i)와 외륜 간좌(6g)를 포함한다. 내륜 간좌(6i)는 일반적인 간좌와 같은 구성이다. 외륜 간좌(6g)에는, 상부에 에어 오일 윤활을 위한 윤활유 공급로(67a, 67b)가 마련되고, 하부에 에어 배출구(68)가 마련된다. 또한 외륜 간좌(6g)에는, 윤활유 공급 유닛(40)이 조립되어 있다.
윤활유 공급 유닛(40)은 외륜 간좌(6g)에 마련된 수용 공간에 배치되는 케이스(47)와, 전기 회로부(41)와, 오일 탱크(42)와, 펌프(43)와, 노즐(44a, 44b)과, 수용 공간을 덮는 덮개(46)을 포함한다.
오일 탱크(42)는 에어 오일 윤활에 사용되고 있는 윤활유와 같은 종류의 윤활유를 저류한다.
도 2, 도 3, 도 5에 도시하는 바와 같이, 케이스(47) 내에는, 전기 회로부(41)가 배치된다. 또한, 도 2, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 케이스(47) 내에는, 오일 탱크(42)가 배치된다. 전기 회로부(41) 및 오일 탱크(42)는, 케이스(47)에서, 외륜 간좌(6g)의 내주측에 마련된 수용 공간에 배치된다.
펌프(43)에는, 오일 탱크(42)에 접속된 흡입 튜브와, 펌프(43)로부터 베어링(5b)의 내부에 윤활유를 공급하기 위한 노즐(44b)이 접속되어 있다. 에어 오일 윤활에서의 노즐(44b)의 선단은 에어 오일의 분사구의 옆에 배치된다. 에어 오일의 분사에 의해, 노즐(44b)의 선단으로부터 토출된 윤활유는 베어링의 내부에 공급된다. 또한, 노즐(44b)의 노즐 구멍의 내경 치수는, 윤활유의 점도에 기인하는 표면 장력과 토출량의 관계에 의해, 적절히 설정된다.
도시하지 않지만, 베어링(5a)의 내부에 윤활유를 공급하는 노즐(44a)에도 별도 펌프(43)와 같은 펌프가 마련된다. 펌프(43)로부터 노즐(44a, 44b)의 양방에 윤활유를 공급하도록 해도 좋다.
또한, 도 2에서의 노즐(44a, 44b)의 위치는 회전축 중심으로부터의 거리 및 회전축에 따른 방향의 위치 관계를 모식적으로 도시하고 있다. 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 에어 오일의 분사구의 옆에 노즐(44a, 44b)의 출구가 배치되어 있다.
열류 센서(11a)는 도 3에 도시하는 바와 같이 외륜 간좌(6g)의 내주면에 마련되어 있다. 도시하지 않지만, 열류 센서(11a)의 검출 신호를 전기 회로부(41)에 보내는 배선이 마련되어 있다. 열류 센서(11b)는 도 4에 도시하는 바와 같이 외륜 간좌(6g)의 내주면에 마련되어 있다. 도시하지 않지만, 열류 센서(11b)의 검출 신호를 전기 회로부(41)에 보내는 배선이 마련되어 있다. 또한, 도 2에서의 열류 센서(11a, 11b)의 위치는 회전축 중심으로부터의 거리 및 회전축에 따른 방향의 위치 관계를 모식적으로 도시하고 있다. 에어 배출구(68)의 주변에 열류 센서(11a, 11b)가 배치되어 있다. 발명자의 실험에 의하면, 에어 배출구(68)의 주변에 열류 센서(11a, 11b)를 배치하면, 다른 배치보다도 열류 센서(11a, 11b)가 감도 좋게 반응하는 것이 확인되어 있기 때문에, 이와 같은 배치가 바람직하다.
도 6은 실시의 형태 1에서의 윤활유 공급 유닛(40)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 윤활유 공급 유닛(40)은 전기 회로부(41)와, 오일 탱크(42)와, 펌프(43)와, 노즐(44a, 44b)을 포함한다. 전기 회로부(41)는 전원 장치(51)와, 제어 장치(53)와, 펌프를 구동하는 구동 장치(52)를 포함한다.
윤활유 공급 유닛(40)은 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 응하여 윤활유를 베어링(5)에 공급한다. 윤활유 공급 유닛(40)은, 또한, 온도 센서(56)와, 진동 센서(57)와, 회전 센서(58)와, 하중 센서(59)의 출력을 받는다. 하중 센서(59)는, 베어링(5)의 예압이나 외부로부터의 하중을 검지하도록, 예를 들어 베어링과 간좌 사이의 간극에 설치된다. 제어 장치(53)는, 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 더하여, 또는 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 대신하여, 이들 센서의 출력의 적어도 1개를 고려한 타이밍에서 윤활유를 베어링(5)에 공급하도록 구성되어도 좋다. 예를 들어 공작 기기 기계인 경우에는, 가공 대상에 따라 외부로부터 받는 힘의 변동이나 고속 운전에 의한 발열, 원심력에 의해, 베어링(5)에 가해지는 예압도 변동한다. 예압이 증가하면 유막의 끊어짐에 의한 마찰력에 의해 발열량이 증가한다. 따라서, 예압의 증가를 하중 센서(59)에 의해 검출한 경우에 윤활유를 베어링에 공급하는 것도 유효하다. 또한, 외부로부터의 하중을 직접 검지한 경우에 윤활유를 베어링에 공급하는 것도 유효하다.
전원 장치(51)는 제어 장치(53)(마이크로컴퓨터)에 접속된다. 구동 장치(52)는 전원 장치(51)로부터 전력 공급을 받고, 제어 장치(53)의 제어 아래 펌프(43)를 구동한다. 구동 장치(52)는 마이크로 펌프 등의 펌프(43)를 동작시키기 위한 회로이다.
전원 장치(51)에의 전력 공급은 도시하지 않는 배선에 의해 하우징의 외부로부터 행해져도 좋고, 후에 도 24∼도 26에 도시하는 발전 장치(154)에 의해 행해져도 좋다.
펌프(43)는 구동 장치(52)를 통하여 제어 장치(53)에 의해 제어된다. 펌프(43)는 오일 탱크(42) 내의 윤활유를 흡인하고, 흡인한 윤활유를 노즐(44a, 44b)을 통하여 베어링(5)의 내부에 공급한다.
<성능 평가 시험에 관해>
실시 형태에 관한 베어링 장치를 공작 기계 주축 스핀들을 모방한 시험기에 조립하고, 베어링 장치의 상태 검출 성능을 평가하였다.
도 7은 시험기의 구조를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 시험기는, 하우징(506)에, 전술한 베어링 장치를 통하여, 주축(501)이 회전 자유롭게 지지되어 있다. 주축(501)의 축방향 일단부에 구동 모터(512)가 연결되고, 구동 모터(512)에 의해 주축(501)은 그 축심 주위로 회전 구동된다. 내륜(507), 외륜(508)은, 내륜 누르개(513) 및 외륜 누르개(514)에 의해 주축(501) 및 하우징(506)에 각각 고정되어 있다.
하우징(506)은 내주 하우징(506a)과 외주 하우징(506b)의 이중 구조로 되고, 내외의 하우징(506a, 506b) 사이에 냉각 매체 유로(515)가 형성되어 있다. 내주 하우징(506a)에는, 에어 오일 공급로(516)가 마련된다. 에어 오일 공급로(516)는 외륜 간좌(504)의 에어 오일 공급구(517)에 연통한다. 에어 오일 공급구(517)에 공급된 에어 오일은 노즐을 겸하는 돌출부(504b)의 토출 구멍으로부터 토출되어 내륜(507)의 사면부(507b)에 분사되고, 구름 베어링(502)의 윤활에 제공된다. 내주 하우징(506a)에는, 각 구름 베어링(502)의 설치부 근방에 에어 오일 배기 홈(518)이 형성됨과 함께, 이 에어 오일 배기 홈(518)으로부터 대기에 개방되는 에어 오일 배기로(519)가 형성되어 있다.
도 8은 성능 평가 시험의 시험 조건을 기재한 도면이다. 도 8을 참조하면, 시험 베어링은, 세라믹 볼이 들어 있는 초고속 앵귤러 볼 베어링(NTN 주식회사제 HSE 타입)을 이용하였다. 베어링 사이즈는 φ70×φ110×20(5S-2LA-HSE014 상당품)이다. 예압 방식은 정위치 예압(조립 후 예압 750N)이다. 회전 속도는 0∼매분 16000회전 사이에서 변화시켰다. 윤활 방식은 에어 오일 윤활이고, 급유량은 0.03㎖/10min이고, 윤활유는 ISO VG32이고, 윤활 에어 유량은 30NL/min이다. 외통 냉각은 있고, 실온 동조(同調), 축 자세는 횡축이다.
<시험 결과>
도 9는 성능 평가 시험에서의 베어링 장치의 각종 센서 출력을 도시하는 도면이다. 저속역으로부터 초고속역(dn 값 112만)까지, 어느 센서도 정상적으로 동작하는 것을 확인하였다.
도 6의 제어 장치(53)가 구름 베어링의 주유 시기를 판단할 때, 각 센서가 정상적으로 동작하는 것을 확인해 두는 것이 바람직하다. 본건 출원인은, 각 센서가 정상적으로 동작하고 있을 때, 베어링 장치를 저속역부터 초고속역까지 단계적으로 회전 속도를 상승시키면, 온도, 회전 속도 및 열류속이 소정의 관계로 단계적으로 추이(推移)해 가는 것을 시험에 의해 확인하였다. 이 성능 평가 시험으로부터, 예를 들어 운전 시작 전의 초기 진단 시 등에서, 각 센서가 정상적으로 동작하고 있는 것을 제어 장치(53)가 자동적으로 판단함으로써, 구름 베어링에 대한 주유 시기의 판단 결과를 보다 객관적으로 이용할 수 있다.
도 10은 가감속 시험에 의한 열류속, 온도, 회전 속도의 관계를 도시하는 도면이다. 도 11은 도 10의 t1∼t2에 도시하는 부분의 횡축을 확대한 도면이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 열류 센서의 센서 출력은 온도 센서의 센서 출력보다도 회전 속도의 가감속에 대한 응답성이 좋고, 구름 베어링의 이상(異常)의 징조 검지의 정밀도를 높일 수 있다. 열류 센서의 센서 출력의 증감 시작의 타이밍은 회전 속도의 증감 시작의 타이밍에 개략 동기하고 있다.
<베어링에 대한 주유량과 주유 시기의 검토>
도 12는 베어링에 공급하는 유량과 온도 및 마찰 손실의 관계를 도시하는 도면이다. 도 12의 종축은 온도 및 마찰 손실을 나타내고, 횡축은 윤활유의 양을 나타낸다. 영역 A에서는 윤활유량의 증가에 따라 전동체와 궤도륜의 마찰 손실(L)이 감소하기 때문에 온도(T)가 저하된다. 역으로, 영역 C에서는, 윤활유량이 증가하면 윤활유의 교반 저항이 증가하고, 마찰 손실(L)이 증가함과 함께 온도(T)가 상승한다. 또한 윤활유량이 많은 영역 E에서는, 윤활유량이 많고, 윤활유 자신이 공작기의 발열을 빼앗아 냉각한 후에 외부에 배출되기 때문에, 윤활유량이 증가할수록 온도(T)가 내려간다. 그러나, 윤활유가 너무 많으면, 교반 저항이 늘어나 마찰 손실(L)이 커진다.
공작 기계와 같이, 매분 10000회전을 초과하는 고속 회전인 경우에는, 마찰 손실이 큰 영역 C∼E에서는, 거대한 동력원이 필요해지기 때문에 현실적으로는 사용할 수 없다. 따라서, 공작 기계의 회전축 등에 사용되는 고속 회전의 베어링에는, 영역 A와 영역 C의 경계의 온도가 극소가 되는 영역 B의 윤활유량이 최적이다.
이 극소를 나타내는 윤활유량은 통상 일정량의 공급으로 운용되지만, 공작 기계 특유의 고속 회전, 고강성화(베어링에 걸리는 부하: 대), 환경 대응(유량: 소) 등의 상황하에서는, 일정량의 공급으로는 대응할 수 없는 경우가 있다. 그 경우, 베어링 중의 윤활유의 양은 시시각각 변화하고 있고, 베어링의 온도를 감시하여 주유하는 것으로는, 온도가 상승한 곳에는 기름 끊어짐이 되어, 베어링의 내륜, 외륜의 궤도면에 손상이 생겨 버린다. 그래서, 본 실시의 형태의 베어링 장치에서는, 궤도면의 윤활유량의 감소에 수반하는 마찰 저항의 증가에 의한 발열을 조기에 열류 센서로 검지하고, 궤도면에 손상이 생기기 전에 윤활유를 첨가함에 의해, 윤활유량이 최적이 되도록 조정한다.
윤활유 부족으로 열류가 증가하기 시작한 타이밍에서 윤활유를 첨가한다. 이것을 반복함에 의해, 베어링 중의 윤활유의 양이 부족하는 일없이, 베어링의 수명을 확실하게 늘릴 수 있다.
도 13은 에어 오일 윤활의 오일 펌프 유닛과 간좌의 윤활유 공급 유닛의 관계를 도시하는 도면이다. 도 13을 참조하면, 에어 오일 윤활 시스템은 전자 밸브(101)를 경유하여 공급되는 고압 에어와, 오일 펌프 유닛(103)으로부터 공급되는 윤활유가 믹싱 밸브(102)에서 혼합되어, 통로(107)를 거쳐 간좌의 통로(67)에 보내진다. 오일 펌프 유닛(103)은 타이머(104)에 설정된 타이밍에서 일정한 간격으로 믹싱 밸브(102)에 윤활유를 송출한다.
에어 통로(105)를 통과하는 사이에, 윤활유는 세립형상이 되어 베어링에 공급된다. 그러나, 윤활유의 필요량은 가공 종류 및 가공 자세 등에 의해 증감한다.
에어 오일 윤활인 경우, 고속 회전축을 지지하는 베어링에 관해서는, 오일의 적량의 범위가 비교적 좁고, 오일의 적량을 첨가하는 것이 어렵다. 예를 들면, 베어링의 상태를 감시하면서 믹싱 밸브(102)에서의 첨가량을 조정하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 믹싱 밸브(102)는 베어링으로부터 비교적 떨어진 에어 통로(105)의 장소에 배치되는 일이 많고, 오일 밸브로 적하하고 나서 오일이 베어링에 골고루 미치기까지는 시간차가 발생한다. 따라서, 베어링에 상태 변화가 발생하고 나서 오일을 첨가하는 것으로는 윤활이 늦다.
그래서, 실시의 형태 1에서는, 에어 오일 윤활만으로는 윤활유가 부족한 결과, 열류 센서로 검출하는 열류속이 증가를 시작하면, 윤활유 공급 유닛(40)으로부터 추가적으로 윤활유가 베어링에 공급된다. 이에 의해, 적량의 윤활유가 항상 베어링에 존재하기 때문에, 베어링의 수명을 유지하면서 마찰 손실이 적은 상태에서 공작 기계 등을 운전하는 것이 가능하다.
구름 베어링에 이상이 생길 때의 징조 검지를 시도해 보기 위해, 베어링 이상 시의 재현 시험을 실시하였다.
도 14는 윤활유 부족에 의한 베어링 이상의 재현 시험의 조건을 기재한 도면이다. 도 14를 참조하면, 시험 베어링은 세라믹 볼이 들어 있는 초고속 앵귤러 볼 베어링(NTN 주식회사제 HSE 타입)을 이용하였다. 베어링 사이즈는 φ70×φ110×20(5S-2LA-HSE014 상당품)이다. 예압 방식은 정위치 예압(조립 후 예압 750N)이다. 회전 속도는 매분 18000회전의 일정 회전 속도이다. 외통 냉각은 있고, 실온 동조, 축 자세는 횡축이다.
이 재현 시험에서도 상기 성능 평가 시험, 가감속 시험과 마찬가지로, 도 7의 시험기를 사용하였다. 본 재현 시험에서는, 주축 조립 시에만 극히 소량의 윤활유를 구름 베어링에 주입함으로써, 시험 베어링에 윤활유 끊어짐에 의한 이상이 발생하기 쉬운 상황을 만들어 냈다. 또한, 시험 베어링의 이상에 따라 구동 모터(512)(도 7)가 과부하가 되면, 리미터가 작동하여, 시험기가 자동 정지하도록 설정하였다.
<재현 시험 결과>
도 15는 윤활유 끊어짐에 의한 베어링 이상의 재현 시험에서의 열류속, 온도, 회전 속도의 관계를 도시하는 도면이다. 횡축은 운전 시간(초)이다. 상란(上欄)에는, 열류속(Q), 내륜 온도(T(i)), 외륜 온도(T(g)), 하우징 온도(T(h))가 도시되고, 하란(下欄)에는 회전 속도(N)(매분의 회전수)가 도시된다.
열용량과 방열의 관계로부터, 내륜 온도(T(i))>외륜 온도(T(g))>하우징 온도(T(h))가 성립되고 있다.
구동 모터(512)(도 7)의 과부하 검출에 의해, 시각 525(초)를 지난 시점부터, 회전 속도(N)가 저하를 시작하고 있다. 시각 525(초)보다 전에는, 각 온도는 거의 변화하고 있지 않아, 온도로 이상의 징조를 검출하는 것은 곤란함을 알 수 있다. 시험 결과로부터, 열류속(Q)은 내륜 온도(T(i)) 등보다도 이른 단계로부터 출력치의 상승이 인정되어 있어, 구름 베어링에 이상이 생길 때의 징조를 조기에 검출할 때에 유효하다고 생각할 수 있다.
도 16은 실시의 형태 1의 베어링 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 16에서는, 도 15에 도시한 재현 실험의 파형에, 본 실시의 형태의 윤활유 공급 유닛(40)에 의해 윤활유가 공급된 경우의 파형을 겹쳐서 도시하고 있다.
도 16의 횡축은 운전 시간(초)이다. 상란에는, 열류속(Q) 및 열류속의 변화율(D)이 도시되고, 윤활유가 공급된 경우의 열류속(Qx) 및 변화율(Dx)이 겹쳐서 도시되어 있다. 하란에는 회전 속도(N)(매분의 회전수)가 도시된다.
윤활유의 공급을 재개하지 않는 경우, 시각 525(초)를 지나면, 베어링의 손상에 의해 모터가 과부하를 검지하여 회전 속도(N)가 저하된다.
베어링의 손상을 피하기 위해서는, 시각 525(초)보다 이전에 윤활유를 첨가할 필요가 있다. 온도의 상승은 도 15에 도시한 바와 같이, 시각 525(초)보다도 후이기 때문에, 온도의 상승에 의거하여 윤활유를 첨가한 것으로는 늦다. 이에 대해 열류 센서가 검출하는 열류속(Q)은 시각 523(초) 정도부터 상승한다. 따라서, 열류 센서의 출력의 상승을 검지하여 윤활유를 첨가하는 것이 바람직하다. 상승을 판정하는 임계치(Qth)는 정상 상태에서의 노이즈를 고려하여 마진을 마련하여 설정할 필요가 있다. 그러나, 근소한 상승에 대해 임계치(Qth)를 정하는 것은 베어링을 세트하는 기계의 개체차, 유저의 운전 조건 등이 다양하면 매우 어렵다.
이에 대해, 열류속(Q)의 변화율(D)(단위 시간당의 변화량)을 계산하면 보다 조기에 베어링 손상의 징조를 찾을 수 있는 것이 발명자들의 실험에 의해 알 수 있었다. 출력의 변화율(D)에 관해서는, 베어링을 세트하는 기계의 개체차, 유저의 운전 조건 등이 달라도, 비교적 일률적으로 임계치를 정해도 실용화할 수 있는 것도 알 수 있었다. 따라서, 보다 바람직하게는, 윤활유는 열류 센서의 출력의 변화율(D)이 임계치(Dth)를 초과한 경우에 첨가하는 것이 좋다.
변화율(D)은 열류 센서로 검출한 열류속(Q)을 시간 미분에 의해 산출한 파라미터이다. 열류속(Q)을 시간 미분한 파라미터를 이용함으로써, 순간이면서 급격한 발열을 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.
열류속(Q)이 임계치(Qth)를 초과한 시점(525초 경), 또는, 열류속의 변화율(D)이 임계치(Dth)를 초과한 시점(524초 경)에서, 윤활유 공급 유닛(40)에 의해 윤활유를 적하하면, 베어링은 손상을 받지 않는다. 그 결과, 도 16의 파형에서는, 모터에 제한이 걸리는 일 없이 시각 525(초)를 경과한 후에도 회전 속도(Nx)에 도시하는 바와 같이 정상 운전을 계속할 수 있다.
또한, 변화율(D)에 대한 판정 임계치(Dth)는 공작 기계의 주축마다, 또는 열류 센서의 출력마다 다르기 때문에, Dth=0.1, Dth=10 등 다양한 케이스가 있다. 또한, 상기 판정 임계치(Dth)는 실제의 베어링 소손을 재현한 평가 시험 등에 의해 결정해도 좋다.
도 17은 실제의 베어링 소손을 재현한 평가 시험의 상황을 설명하기 위한 파형도이다. 도 17에 도시한 평가 시험의 결과에서는, 운전 시간이 시각 20초부터 30초 사이에 열류속이 증가하고, 모터 보호를 위해 회전 속도가 저하를 시작하고 있다. 이와 같은 결과가 얻어진 경우에는, 판정 임계치(Dth)를 이하의 식과 같이 결정해도 좋다.
Dth=(Q2'-Q1')/(t2'-t1')
도 18은 제어 장치가 실행하는 윤활유의 공급 제어를 설명하기 위한 플로우차트이다. 이 플로우차트의 처리는, 일정 시간(예를 들면, 2∼3㎳마다)에 메인 루틴으로부터 호출되어 실행된다. 도 6, 도 18을 참조하면, 제어 장치(53)는, 스텝 S1에서, 열류 센서(11a, 11b)로부터 판정치를 얻는다. 판정치는, 열류속(Q)이라도 좋지만, 열류속의 변화율(D) 쪽이 바람직하다. 열류속(Q)인 경우는, 예를 들면, 열류 센서(11a, 11b)의 검출치를 제어 장치 내부의 메모리에 기억된 미리 정해진 맵 등에 대조하여 얻을 수 있다. 열류속의 변화율(D)인 경우에는, 예를 들면, 전회의 열류속(Q)과 금회의 열류속(Q)의 차를 시간차로 제산(除算)하여 얻을 수 있다.
이어서, 스텝 S2에서, 제어 장치(53)는, 판정치가 판정 임계치보다 큰지의 여부를 판단한다. 판정치가 열류속(Q)인 경우에는, 판정 임계치는 도 16에 도시한 임계치(Qth)이다. 판정치가 열류속의 변화율(D)인 경우에는, 판정 임계치는 도 16에 도시한 임계치(Dth)이다.
판정 임계치는, 예를 들면, 도 7∼도 11에서 설명한 시험으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 도 9에서, 열류속(Q)은 회전 속도(N)의 증가에 따라 증가하기 때문에, 판정 임계치(Qth)는 스핀들 장치의 운전 조건에서의 최대의 회전 속도(N)에 대응하는 열류속(Q)에 안전 계수를 곱한 값으로 해도 좋다.
또한, 회전 속도(N)와 열류속(Q)의 관계는, 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같은 시험 및 시뮬레이션의 어느 일방 또는 양방 등으로부터 서로 관계가 있다. 이 관계로부터, 회전 속도(N)마다 판정 임계치(Qth)를 미리 설정해 둘 수 있다. 따라서, 회전 속도(N)마다 판정 임계치(Qth)를 미리 설정해 두고, 회전 속도(N)를 회전 센서(58)로부터 판독하고, 판독한 회전 속도(N)에 대응하는 판정 임계치(Qth)를 적용해도 좋다.
또한 예를 들면, 도 11에서, 시각 t1∼t2 사이에 변화한 열류속(Q1∼Q2)을 기준으로 하여, 판정 임계치(Dth)를 이하의 식에 따라 결정해도 좋다.
Dth=M×(Q2-Q1)/(t2-t1)
여기서, M은 안전 계수이다. 위 식의 안전 계수(M)는, 공작 기계의 주축마다 다르기 때문에, M=1, M=100 등 다양한 케이스가 있다.
열류속의 변화율(D)에 관해서는, 베어링 이상 발생 시의 값 쪽이 회전 속도(N)의 증가 시의 값보다도 훨씬 큰 값이 되는 것을 알고 있기 때문에, 회전 속도(N)의 변화에 관계없이 일률적인 임계치(Dth)를 사용할 수 있다.
판정치>판정 임계치인 경우에는(S2에서 YES), 스텝 S3에서 제어 장치(53)는 펌프(43)를 일정 시간 구동하여, 윤활유를 베어링(5)에 공급하고, 스텝 S4에서 제어를 메인 루틴에 되돌린다. 한편, 판정치>판정 임계치가 성립하지 않는 경우에는(S2에서 NO), 스텝 S3의 처리를 실행하지 않고 스텝 S4에서 제어를 메인 루틴에 되돌린다.
또한, 변화율은 별로 변화하지 않지만 궤도면의 면이 거칠어짐의 진행 등에 의해, 완만히 온도 또는 진동이 증가하는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 윤활유의 유량을 증가시킴에 의해 사용을 계속할 수 있는 경우가 있다. 따라서, 열류 센서의 출력의 변화율(D)이 임계치를 초과한 경우뿐만 아니라, 온도 또는 진동이 임계치를 초과한 경우에도 스텝 S3의 처리를 실행하도록 스텝 S2의 처리를 변경해도 좋다.
또한, 측정 환경에 따라서는, 예를 들면, 설비의 내부나 주변에서 구동하고 있는 모터의 전기기계 노이즈, 설비의 진동 노이즈 등의 영향으로, 열류 센서의 출력에 스파이크형상의 노이즈가 발생할 가능성이 있다. 스파이크형상의 노이즈가 섞여 있는 경우, 베어링의 이상(소손이나 발열 대(大))을 열류속의 변화율(D)에 의거하여 정확하게 판단하는 것이 어려운 경우가 있다. 이와 같은 노이즈에 대해서는, 상술한 판정에 더하여, 열류 센서의 신호에 상한치를 정하는 것이 유효하다.
도 19는 스파이크형상의 노이즈가 발생하지 않는 경우의 열류 센서의 출력 신호의 파형도이다. 도 20은 스파이크형상의 노이즈가 발생하고 있는 경우의 열류 센서의 출력 신호의 파형도이다. 도 21은 도 20의 스파이크 노이즈 부근을 확대하여 도시한 도면이다.
스파이크형상의 노이즈가 관측되는 경우에는, 실제로 발생한 스파이크형상의 노이즈를 측정하고, 노이즈의 관측치에 의거하여 상한치(Dth')를 설정하고, 다음 식의 범위 내에서, 베어링 이상(소실이나 발열 대)을 판단해도 좋다.
Dth'=(Q2"-Q1")/(t2"-t1")
도 22는 상한치를 적용한 제어를 설명하기 위한 플로우차트이다. 이 플로우차트의 처리는 일정 시간(예를 들면, 2∼3㎳마다)에 메인 루틴으로부터 호출되어 실행된다. 도 6, 도 22를 참조하면, 제어 장치(53)는, 스텝 S11에서, 열류 센서(11a, 11b)로부터 판정치를 얻는다. 이 경우의 판정치는 열류속의 변화율(D)이다. 열류속의 변화율(D)은, 예를 들면, 전회의 열류속(Q)과 금회의 열류속(Q)의 차를 시간차로 제산하여 얻을 수 있다.
이어서, 스텝 S12에서, 제어 장치(53)는 판정치가 도 16에 도시한 판정 임계치(Dth)보다 크고, 또한 도 21에 도시하는 바와 같이 결정된 상한치(Dth')보다 작은지의 여부를 판단한다.
또한, 예를 들면, 도 11에서, 시각 t1∼t2 사이에 변화한 열류속(Q1∼Q2)을 기준으로 하여, 판정 임계치(Dth)를 이하의 식에 따라 결정해도 좋다.
Dth=M×(Q2-Q1)/(t2-t1)
여기서, M은 안전 계수이다. 위 식의 안전 계수(M)는 공작 기계의 주축마다 다르기 때문에, M=1, M=100 등 다양한 케이스가 있다.
상한치>판정치>판정 임계치인 경우에는(S12에서 YES), 스텝 S13에서 제어 장치(53)는 펌프(43)를 일정 시간 구동하여, 윤활유를 베어링(5)에 공급하고, 스텝 S14에서 제어를 메인 루틴에 되돌린다. 한편, 상한치>판정치>판정 임계치가 성립하지 않는 경우에는(S12에서 NO), 제어 장치(53)는 스텝 S13의 처리를 실행하지 않고 스텝 S14에서 제어를 메인 루틴에 되돌린다.
이상 설명한 바와 같이, 실시의 형태 1의 윤활유 공급 유닛(40) 및 베어링 장치(30)는 윤활유를 유지하는 「유지부」인 오일 탱크(42)와, 오일 탱크(42)에 유지된 윤활유를 베어링(5)에 공급하는 「공급부」인 펌프(43)와, 베어링(5) 또는 베어링에 인접하는 부재인 간좌(6)에 설치된 열류 센서(11a, 11b)와, 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 응하여 펌프(43)의 동작을 제어하는 제어 장치(53)를 구비한다. 열류 센서(11a, 11b)에 의해, 구름 베어링(5)의 순간이면서 급격한 발열을 정확하게 검출하고, 그 검출 결과를 기초로, 구름 베어링의 이상의 징조를 판단하고, 적절한 타이밍에서 베어링에 주유할 수 있다.
바람직하게는, 제어 장치(53)는 열류 센서(11a, 11b)가 검출한 열류속의 변화율(D)이 판정 임계치(Dth)를 초과하고 있고, 또한 상한치(Dth')를 초과하지 않는 경우에, 공급부인 펌프(43)를 구동하여 구름 베어링(5)에 윤활유를 공급한다. 제어 장치(53)는 열류 센서(11a, 11b)가 검출한 열류속의 변화율(D)이 판정 임계치(Dth)를 초과하지 않지만, 또는 상한치(Dth')를 초과한 경우에는, 공급부인 펌프(43)를 구동하지 않는다.
바람직하게는, 변화율(D)에 대신하여 열류속(Q)으로 판정해도 좋다. 이 경우는 상한치(Qth')를 정하면 좋다. 제어 장치(53)는 열류 센서(11a, 11b)가 검출한 열류속(Q)이 판정 임계치(Qth)를 초과하고 있고, 또한 상한치(Qth')를 초과하지 않는 경우에, 펌프(43)를 구동하여 베어링(5)에 윤활유를 공급한다. 제어 장치(53)는 열류 센서(11a, 11b)가 검출한 열류속(Q)이 판정 임계치(Qth)를 초과하지 않지만, 또는 상한치(Qth')를 초과한 경우에는, 펌프(43)를 구동하지 않는다.
이와 같이, 상한치(Dth') 또는 상한치(Qth')를 마련함에 의해, 펌프(43)의 오작동을 줄일 수 있다.
[실시의 형태 2]
실시의 형태 1에서는, 에어 오일에 더하여 윤활유 공급 유닛으로부터의 윤활유를 베어링에 추가하는 예를 설명하였다. 실시의 형태 2에서는, 그리스 윤활되어 있는 베어링에 대해 윤활유 공급 유닛으로부터의 윤활유를 베어링에 추가하는 예를 설명한다. 또한, 도 1의 베어링 장치가 조립된 스핀들 장치의 구성에 관해서는, 실시의 형태 2에서도 공통되기 때문에, 여기서는 설명은 반복하지 않는다.
도 23은 실시의 형태 2의 베어링 장치의 구성을 도시하는 모식 단면도이다. 도 24는 도 23의 간좌의 XXⅣ 단면을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 25는 도 23의 간좌의 XXV 단면을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 23∼도 25를 참조하면, 실시의 형태 2에서는, 베어링(5a)과 베어링(5b) 사이에 간좌(106)가 배치된다. 베어링(5a)과 베어링(5b)의 구조는 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
간좌(106)는 내륜 간좌(106i)와 외륜 간좌(106g)를 포함한다. 내륜 간좌(106i)는 일반적인 간좌와 같은 구성이다. 외륜 간좌(106g)에는, 윤활유 공급 유닛(140)이 조립되어 있다.
윤활유 공급 유닛(140)은 외륜 간좌(106g)에 마련된 수용 공간에 배치되는 케이스(47)와, 전기 회로부(141)와, 발전 장치(154)와, 오일 탱크(42)와, 펌프(43)와, 노즐(44a, 44b)과, 수용 공간을 덮는 덮개(46)를 포함한다.
오일 탱크(42)는 베어링(5)에 봉입되어 있는 그리스의 기유와 같은 종류의 윤활유를 저류한다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 케이스(47) 내에는, 전기 회로부(141)가 배치된다. 또한, 도 25에 도시하는 바와 같이, 케이스(47) 내에는, 오일 탱크(42)가 배치된다. 전기 회로부(141) 및 오일 탱크(42)는, 케이스(47)에서, 외륜 간좌(106g)의 내주측에 마련된 수용 공간에 배치된다.
펌프(43)에는, 오일 탱크(42)에 접속된 흡입 튜브와, 펌프(43)로부터 베어링(5b)의 내부에 윤활유를 공급하기 위한 노즐(44b)이 접속되어 있다. 노즐(44b)의 선단부는 베어링(5b)의 내부(전동체(Tb)에 인접하는 위치, 예를 들어 베어링(5b)의 고정측의 궤도륜과 회전측의 궤도륜 사이)에까지 늘어나고 있다. 또한, 노즐(44b)의 노즐 구멍의 내경 치수는 기유의 점도에 기인하는 표면 장력과 토출량의 관계에 의해 적절히 설정된다.
도시하지 않지만, 베어링(5a)의 내부에 윤활유를 공급하는 노즐(44a)에도 별도 펌프(43)와 같은 펌프가 마련된다. 펌프(43)로부터 노즐(44a, 44b)의 양방에 윤활유를 공급하도록 해도 좋다.
도 26은 실시의 형태 2에서의 윤활유 공급 유닛(140)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 26을 참조하면, 윤활유 공급 유닛(140)은 전기 회로부(141)와, 오일 탱크(42)와, 펌프(43)와, 노즐(44a, 44b)을 포함한다. 전기 회로부(141)는 전원 장치(151)와, 제어 장치(53)와, 펌프를 구동하는 구동 장치(52)와, 축전 장치(155)를 포함한다.
윤활유 공급 유닛(140)은 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 응하여 윤활유를 베어링(5)에 공급한다. 윤활유 공급 유닛(140)은, 또한, 온도 센서(56)와, 진동 센서(57)와, 회전 센서(58)의 출력을 받고, 이들 출력도 고려한 타이밍에서 윤활유를 베어링(5)에 공급하도록 구성되어도 좋다.
도 6과 비교하면, 도 26에 도시하는 구성에서는, 발전 장치(154)와 축전 장치(155)가 추가되어 있다. 발전 장치(154)와 축전 장치(155)는 외륜 간좌의 수용부에 배치된 전기 회로부(141)에 포함된다. 발전 장치(154)는 전원 장치(151)에 접속되고, 전원 장치(151)는 제어 장치(53)(마이크로컴퓨터) 및 축전 장치(155)에 접속된다. 구동 장치(52)는 축전 장치(155)로부터 전력 공급을 받고, 제어 장치(53)의 제어하에 펌프(43)를 구동한다. 구동 장치(52)는 마이크로 펌프 등의 펌프(43)를 동작시키기 위한 회로이다.
윤활유 공급 유닛(140)의 발전 장치(154)로서는, 예를 들면, 제벡 효과에 의해 발전을 행하는 열전 소자(펠티에 소자)를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 도 24, 도 25에 도시하는 바와 같이, 발전 장치(154)는 외륜 간좌(106g)에 접속된 히트 싱크(154g)와, 내륜 간좌(6i)에 대향하여 배치된 히트 싱크(154i)와, 2개의 히트 싱크 사이에 배치된 열전 소자(154d)를 가진다.
여기서, 도 23∼도 25에 도시하는 바와 같이 베어링(5)으로서 구름 베어링을 사용하는 경우, 전동체(Ta, Tb)와의 마찰열에 의해 내륜(5ia, 5ib)과 외륜(5ga, 5gb)의 온도가 상승한다. 통상, 외륜(5ga, 5gb)은 기기의 하우징에 조립되기 때문에 열전도에 의해 방열된다. 그 때문에, 내륜(5ia, 5ib)과 외륜(5ga, 5gb) 사이에서 온도차가 생긴다(외륜(5ga, 5gb)의 온도에 대해 내륜(5ia, 5ib)의 온도 쪽이 높다). 그 온도가 각 히트 싱크(154g, 154i)에 전도된다. 이에 의해, 히트 싱크(154g, 154i) 사이에 배치된 열전 소자(154d)의 양단면에는 온도차가 생긴다. 이 때문에, 열전 소자(154d)는 제벡 효과에 의해 발전을 행할 수 있다.
또한, 외륜측의 히트 싱크(154g)의 밀착면은 외륜 간좌(106g)에 마련된 수용부의 내경의 곡률과 동일하게 밀착시킴에 의해 전열(방열) 효과를 높인다. 한편, 내륜측의 히트 싱크(154i)는 내륜 간좌(6i)와는 접해 있지 않다. 가능하면, 내륜측의 히트 싱크(154i)의 내주면의 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 외륜 간좌(106g)의 내주면과 히트 싱크(154g)의 외주면 사이, 히트 싱크(154g)와 열전 소자(154d) 사이, 열전 소자(154d)와 내륜측의 히트 싱크(154i) 사이에는, 열전도율(및 밀착성)을 높이기 위해, 방열 그리스 등을 도포하면 좋다. 방열 그리스는 일반적으로 실리콘이 주성분이다. 또한, 히트 싱크(154g, 154i)는 열전도율이 높은 금속을 사용한다. 예를 들면, 금, 은, 구리 등을 들 수 있는데 비용면에서, 구리를 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 구리를 주성분으로 하는 구리 합금이라도 좋다. 또한, 가공 방법으로서는, 소결, 단조, 주조 등이 비용면에서 유리하다.
이와 같은 발전 장치(154)를 이용함에 의해, 외부로부터 윤활유 공급 유닛(140)에 전력을 공급할 필요가 없기 때문에, 외부로부터 전력을 공급하기 위한 전선을 공작기용 스핀들에 부착할 필요가 없다.
발전 장치(154)에 의해 발생한(발전된) 전하는 축전 장치(155)에 축전된다. 축전 장치(155)는, 축전지나 콘덴서 등을 포함한다. 콘덴서로서는, 전기 이중층 콘덴서(커패시터)를 사용하는 것이 바람직하다.
펌프(43)는 구동 장치(52)를 통하여 제어 장치(53)에 의해 제어된다. 펌프(43)는 오일 탱크(42) 내의 윤활유를 흡인하고, 흡인한 윤활유를 노즐(44a, 44b)을 통하여 베어링(5)의 내부에 공급한다.
또한, 실시의 형태 2에서도, 도 16 및 도 18에서 설명한 바와 같이, 제어 장치(53)는 열류 센서(11a, 11b)의 출력에 응하여 펌프(43)를 제어한다.
실시의 형태 2에 나타낸 윤활유 공급 유닛(140) 및 베어링 장치(130)는, 실시의 형태 1의 윤활유 공급 유닛(40) 및 베어링 장치(30)와 마찬가지로, 열류 센서(11a, 11b)에 의해, 구름 베어링(5)의 순간이면서 급격한 발열을 정확하게 검출하고, 그 검출 결과를 기초로, 구름 베어링의 이상의 징조를 판단하고, 적절한 타이밍에서 베어링에 주유할 수 있다.
윤활유 공급 유닛(140) 및 베어링 장치(130)는, 또한, 발전 장치(154)를 구비하기 때문에, 외부로부터의 급전이 불필요하고 배선 등을 줄일 수 있다.
[열류 센서의 배치의 변형례]
실시의 형태 1, 2에서는, 베어링 장치(30)로서 2개의 베어링(5a, 5b)으로 주축(4)을 지지하는 구조에 관해 설명해 왔다. 그러나, 이와 같은 구성으로는 한정되지 않고, 2개 이상의 베어링으로 주축(4)을 지지하는 베어링 장치에 관해서도, 실시의 형태 1 또는 2에 나타낸 윤활유 공급 유닛을 적용할 수 있다.
도 27은 열류 센서의 제1 배치례를 도시하는 도면이다. 도 27에서는, 4개의 베어링으로 주축을 지지하는 베어링 장치(30A)의 구조를 도시한다. 베어링 장치(30A)에서는, 도 1의 베어링 장치(30)의 베어링(5a, 5b)의 양외측에 각각 간좌(31c, 31d)와 베어링(5c, 5d)을 추가하였다. 추가한 간좌(31c)의 외륜 간좌(31gc)의 내경면(31gAc)에 열류 센서(11c)가 배치되고, 추가한 간좌(31d)의 외륜 간좌(31gd)의 내경면(31gAd)에 열류 센서(11d)가 배치된다. 그 외의 구조는 도 1과 같기 때문에, 설명을 생략한다. 또한, 도 27에서는, 모든 베어링에 대해 열류 센서가 배치되어 있는데, 설계적 또는 경험적으로 복수의 베어링 중에서 이상이 발생하기 쉬운 베어링을 선택하여, 열류 센서를 배치해도 좋다.
도 28은 열류 센서의 제2 배치례를 도시하는 도면이다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 고정측인 외륜 간좌(6g)에, 축방향 측면으로부터 내외륜간에 돌출하는 돌출부(7a, 7b)를 부가하고, 이 돌출부(7a, 7b)에 열류 센서(11a, 11b)가 각각 설치되어도 좋다. 발열원은 구름 베어링의 고정측 궤도륜의 전동체 접촉 부분인데, 고정측 궤도륜에 열류 센서를 설치하는 경우, 고정측 궤도륜의 가공 비용 등이 높아지는 문제가 우려된다. 고정측 간좌의 돌출부(7a, 7b)에 열류 센서를 설치하는 경우, 이 문제를 해소할 수 있고 용이하게 열류 센서를 설치할 수 있다. 또한 내외륜간에 돌출하는 돌출부(7a, 7b)에 열류 센서(11a, 11b)를 설치하기 때문에, 운전 시에서의 베어링 내부의 온도 변화를 직접적으로 검출할 수 있다.
또한, 돌출부(7a, 7b)는 구름 베어링(5a, 5b)에 에어 오일 윤활의 윤활유를 토출하는 노즐을 겸하는 것이라도 좋다. 이 경우, 윤활유를 토출하는 기존의 노즐을 이용하여 열류 센서를 설치할 수 있기 때문에, 예를 들면, 열류 센서를 설치하는 전용 부품을 마련하는 것보다도 비용 저감을 도모할 수 있다.
도 29는 열류 센서의 제3 배치례를 도시하는 도면이다. 도 1∼도 4에서는, 열류 센서(11a, 11b)가 고정측의 외륜 간좌(6g)에서의 베어링(5)의 근방에 설치된 예를 도시했지만, 도 29에 도시하는 바와 같이, 열류 센서(11)를 외륜 간좌(6g)의 내주면의 축방향 중앙 부근에 설치해도 좋다.
도 1∼도 4에 도시하는 바와 같이 고정측의 외륜 간좌(6g)에서의 베어링(5)의 근방에 열류 센서가 설치되는 경우, 베어링(5)의 내외륜 사이에 흐르는 열의 열류속을 감도 좋게 제각기 검출할 수 있다. 한편, 도 29에 도시하는 바와 같이, 고정측의 외륜 간좌(6g)의 예를 들어 축방향 중앙 부근에 열류 센서가 설치되는 경우, 베어링(5)의 내외륜 사이에 흐르는 열의 열류속을 1개의 열류 센서에서 검출할 수 있다.
도 30은 열류 센서의 제4 배치례를 도시하는 도면이다. 도 30에 도시하는 바와 같이, 열류 센서(11a)를 외륜(5ga)의 내주면에 설치해도 좋다. 이 경우, 도시하지 않지만, 마찬가지로 열류 센서(11b)를 외륜(5gb)의 내주면에 설치하면 좋다.
도 31은 열류 센서의 제5 배치례를 도시하는 도면이다. 도 31에 도시하는 바와 같이, 열류 센서(11a)를 외륜(5ga)의 내주면에 설치하고, 그 옆에 열류 센서(11a)의 출력 신호를 처리하는 처리 회로(162)를 배치해도 좋다. 열류 센서(11a)와 처리 회로(162)는 배선(161)에 의해 접속되고, 처리 회로(162)에서 처리된 신호는 배선(163)에 의해 다른 제어 회로 등에 송신된다. 처리 회로(162)는, 예를 들면, 신호의 증폭 처리, 또는 A/D 변환 처리 등을 행한다.
이 경우, 베어링 사이즈가 작으면 열류 센서(11a) 및 처리 회로(162)의 배치 스페이스가 문제가 된다. 필요에 응하여 도 31에 도시하는 바와 같이 베어링의 외륜(5ga)에서, 열류 센서(11a) 및 처리 회로(162)가 배치되는 내주면을 축방향으로 연장하고, 그것에 대향하는 내륜(5ia)도 마찬가지로 축방향으로 연장해도 좋다. 이 경우, 바람직하게는, 전동체(Ta)는 외륜(5ga)의 축방향의 중앙 위치로부터 열류 센서(10a)를 배치하지 않는 측에 치우쳐서 배치된다.
또한, 도 30 또는 도 31의 구성을 도 27의 구성에 적용해도 좋다. 도 27의 설명에서는 비회전의 외륜 간좌(6g, 31gc, 31gd)의 내경면(6gA, 31gAc, 31gAd)에 열류 센서를 배치하였다. 그러나, 도 30 또는 도 31에 도시하는 구성을 베어링(5b∼5d)의 비회전측의 궤도륜(외륜)에도 열류 센서를 배치하고, 열류 센서를 회전륜(내륜)에 대향시키는 구조라도 상관 없다.
도 32는 열류 센서의 제6 배치례를 도시하는 도면이다. 도 33은 도 32의 XXXⅢ 단면에서의 단면도이다. 도 32 및 도 33에 도시하는 배치례는 베어링의 측면으로부터 축방향으로 열류 센서의 신호 배선을 인출할 수 없는 경우에 이용할 수 있다.
도 32에 도시하는 예에서는, 2개의 앵귤러 볼 베어링이 배면 조합으로 배치되어 있다. 열류 센서(11a)는 외륜(5ga)의 내주면에 설치되고, 열류 센서(11b)는 외륜(5gb)의 내주면에 설치된다. 바람직하게는, 외륜(5ga) 및 내륜(5ia)은 열류 센서(11a)를 설치하는 내주면이 축방향으로 연장되고, 외륜(5gb) 및 내륜(5ib)은 열류 센서(11b)를 설치하는 내주면이 축방향으로 연장된다.
열류 센서가 배치되어 있는 장소는, 인접하는 베어링과 접촉 배치되어 있는 측의 내주면이기 때문에, 배선을 측방으로부터 외부에 인출할 수는 없다. 따라서, 도 33에 도시하는 바와 같이, 외륜(5gb)에는, 내주면으로부터 외주면에 관통하는 구멍(165)이 형성되어 있고, 열류 센서(11b)로부터 신호를 취출하는 배선(164)이 구멍(165)을 통과하여, 베어링의 외부에 인출되어 있다. 또한, 도시하지 않지만 외륜(5ga)에 대해서도 같은 배선을 인출하기 위한 관통 구멍이 마련된다.
이상 설명한 바와 같이, 도 31∼도 33에 도시되는 베어링 장치는 외륜(5ga)과, 내륜(5ia)과, 전동체(Ta)와, 유지기(Rta)와, 열류 센서(10a)를 구비한다. 외륜(5ga)의 내주면(170)은 전동체(Ta)가 접촉하는 궤도면(172)과, 궤도면(172)을 양측으로부터 끼우도록 위치하는 제1면(171) 및 제2면(173)을 포함한다. 열류 센서(10a)는 외륜(5ga)의 내주면(170) 중의 제2면(173)에 배치된다.
베어링의 축방향의 폭(W0)은 제1면(171)의 폭(W1)과, 궤도면(172)의 폭(W2)과, 제2면(173)의 폭(W3)의 합계이다. 열류 센서(10a)를 배치하는 스페이스를 확보하기 위해, 제1면(171)의 폭(W1)보다도 제2면(173)의 폭(W3) 쪽이 넓어지도록 외륜(5ga)이 형성되어 있다.
또한, 이하와 같이 표현하는 것도 가능하다. 즉, 베어링의 축방향의 폭(W0)은 전동체(Ta)의 축방향의 폭(W5)과, 그 이외의 제1 부분의 폭(W4)과 제2 부분의 폭(W6)의 합계이다. 열류 센서(10a)를 배치하는 스페이스를 확보하기 위해, 전동체(Ta) 이외의 제1 부분의 폭(W4)보다도 제2 부분의 폭(W6) 쪽이 넓어지도록 외륜(5ga)이 형성되어 있다.
바람직하게는, 열류 센서(10a)와 함께, 열류 센서(10a)의 신호를 처리하는 처리 회로(162)가 외륜(5ga)의 내주면(170) 중의 제2면(173)에 배치된다.
바람직하게는, 외륜(5gb)에는, 열류 센서(10b)의 신호를 취출하는 배선을 통과시키기 위해, 내주면으로부터 외주면에 관통하는 구멍(165)이 형성되어 있다. 바람직하게는, 외륜(5ga)에는, 열류 센서(10a)의 신호를 취출하는 배선을 통과시키기 위해, 내주면으로부터 외주면에 관통하는 도시하지 않는 같은 구멍이 형성되어 있다.
또한, 이상의 설명에서는, 베어링의 외륜이 고정측, 내륜이 회전측이 되는 구성을 예로서 설명했는데, 외륜 회전, 내륜 고정인 경우에도, 고정측에 열류 센서를 부착함에 의해, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는 주축(4)이 횡형인 경우를 예시했는데, 본 실시의 형태의 베어링 장치는 주축(4)이 입형(立形)의 공작 기계에도 적용 가능하다.
이상의 설명에서는, 열류 센서를 윤활유의 주유 제어에 사용했는데, 베어링 장치의 이상 검출에 사용해도 좋다. 예를 들면, 윤활유 공급 유닛에 의해 주유를 한 경우에도 더욱 열류가 증가하는 경우에는, 베어링이 손상을 입고 있는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 도 6의 제어 장치(53)를 「이상 판단부」로서 사용할 수 있다. 이 이상 판단부는, 열류속(Q) 또는 열류속의 변화율(D)이 각각 도 16에 도시한 Qth 또는 Dth보다도 큰 임계치를 초과했을 때, 베어링에 이상이 생겼다고 판단한다. 또한, 이상 판단부는, 회전 속도(N)와, 이 회전 속도에 추종하는 열류속(Q)의 관계에 의거하여, 구름 베어링의 이상을 판단해도 좋다. 이상 판단부는 회전 속도와 열류속의 관계를 항상 또는 정해진 시간 감시하고, 양자의 관계에 어긋남이 생긴 경우, 구름 베어링의 이상이라고 판단해도 좋다. 이상 판단부는, 예를 들면, 일정한 회전 속도임에도 불구하고, 열류속이 가파르게 변화하는 경우, 구름 베어링의 이상이라고 판단한다. 이상 판단부는, 예를 들면, 검출되는 회전 속도가 변동하고 있을 때에, 열류속이 회전 속도에 추종하지 않는 경우, 구름 베어링의 이상이라고 판단한다. 이와 같이 구름 베어링의 순간이면서 급격한 발열을 정확하게 검출하고, 그 검출 결과를 기초로, 구름 베어링의 이상을 판단할 수 있다. 구름 베어링의 이상이라고 판단된 경우, 베어링 장치의 회전을 정지시키는 등의 제어를 실행할 수 있다. 이 경우, 제어 장치(53)는, 도 18의 플로우차트의 스텝 S3에서, 윤활유를 추가하는 대신에 경보 램프 등으로 이상을 알리거나, 모터의 회전을 정지시키는 정지 신호를 출력하거나 하면 좋다. 또한, 이 경우, 이상 판단부는 베어링의 간좌에 배치하지 않고 다른 장소에 배치하고 있어도 좋다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시의 형태의 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 스핀들 장치
2: 외통
3, 506: 하우징
4, 501: 주축
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 16, 502: 베어링
5ga, 5gb, 508: 외륜
5ia, 5ib, 507: 내륜
6, 31c, 31d, 106: 간좌
6g, 31gc, 31gd, 106g, 504: 외륜 간좌
6gA, 31gAc, 31gAd: 내경면
6i, 106i: 내륜 간좌
6iA: 외경면
7a, 7b, 504b: 돌출부
11, 11a, 11b, 11c, 11d: 열류 센서
13: 스테이터
14: 로터
15: 통형상 부재
22: 공간부
30, 30A, 130: 베어링 장치
40, 140: 윤활유 공급 유닛
41, 141: 전기 회로부
42: 오일 탱크
43: 펌프
44a, 44b: 노즐
46: 덮개
47: 케이스
50: 모터
51, 151: 전원 장치
52: 구동 장치
53: 제어 장치
56: 온도 센서
57: 진동 센서
58: 회전 센서
67, 107: 통로
67a, 67b: 오일 통로
68: 에어 배출구
101: 전자 밸브
102: 믹싱 밸브
103: 오일 펌프 유닛
104: 타이머
105: 에어 통로
154: 발전 장치
154d: 열전 소자
154g, 154i: 히트 싱크
155: 축전 장치
161, 163, 164: 배선
162: 처리 회로
165: 구멍
170: 내주면
171: 제1면
172: 궤도면
173: 제2면
506a: 내주 하우징
506b: 외주 하우징
507b: 사면부
512: 구동 모터
513: 내륜 누르개
514: 외륜 누르개
515: 유로
516: 에어 오일 공급로
517: 에어 오일 공급구
518: 에어 오일 배기 홈
519: 에어 오일 배기로
Rta, Rtb: 유지기
Ta, Tb: 전동체

Claims (8)

  1. 윤활유를 유지하는 유지부와,
    상기 유지부에 유지된 윤활유를 베어링에 공급하는 공급부와,
    상기 베어링 또는 상기 베어링에 인접하는 부재에 설치된 열류 센서와,
    상기 열류 센서의 출력에 응하여 상기 공급부의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 열류 센서가 검출한 열류속의 변화율이 판정 임계치를 초과한 경우에, 상기 공급부를 구동하여 상기 베어링에 윤활유를 공급하는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 열류 센서가 검출한 열류속이 판정 임계치를 초과한 경우에, 상기 공급부를 구동하여 상기 베어링에 윤활유를 공급하는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링에 인접하는 부재는 간좌이고,
    상기 유지부, 상기 공급부 및 상기 제어 장치는 상기 간좌에 배치되는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 간좌에는, 상기 유지부 내의 윤활유에 의한 윤활과는 별도로 에어 오일 윤활을 행하기 위한 윤활유 통로가 마련되고,
    상기 제어 장치는, 상기 에어 오일 윤활에 의해 상기 베어링에 공급되는 윤활유가 부족한 것을 상기 열류 센서의 출력에 응하여 검출한 경우에, 상기 공급부를 구동하여 윤활유를 추가시키는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링은 그리스로 윤활되고,
    상기 제어 장치는, 상기 그리스의 기유가 부족한 것을 상기 열류 센서의 출력에 응하여 검출한 경우에, 상기 공급부에 윤활유를 추가시키는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어링의 예압이나 외부로부터의 하중을 검출하는 하중 센서를 또한 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 하중 센서의 출력에 응하여 상기 공급부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 윤활유 공급 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 윤활유 공급 유닛과,
    상기 베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023063734A1 (ko) 2021-10-13 2023-04-20 주식회사 엘지에너지솔루션 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114838058A (zh) * 2022-05-25 2022-08-02 江苏欧斯特精密机械有限公司 一种电机轴承状态监控预警装置及轴承用散热润滑装置
JP2024067549A (ja) * 2022-11-04 2024-05-17 Ntn株式会社 転がり軸受装置
CN117006163B (zh) * 2023-09-12 2024-02-23 江苏六道重工有限公司 一种轴承座及滑动轴套机构

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017026078A (ja) 2015-07-24 2017-02-02 株式会社ジェイテクト 軸受装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3821902B2 (ja) * 1997-02-19 2006-09-13 株式会社ジェイテクト 軸受装置
JP2001208085A (ja) * 2000-01-26 2001-08-03 Nsk Ltd 転がり軸受装置用潤滑装置
JP4089363B2 (ja) * 2002-09-13 2008-05-28 株式会社ジェイテクト 転がり軸受装置
JP2008082502A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Ntn Corp 転がり軸受の潤滑装置
JP5989454B2 (ja) * 2012-08-20 2016-09-07 Ntn株式会社 転がり軸受装置
JP5987811B2 (ja) 2013-06-04 2016-09-07 株式会社デンソー 車両用の異常判定装置
JP6446887B2 (ja) * 2014-07-23 2019-01-09 株式会社ジェイテクト 転がり軸受装置及び給油ユニット
JP6500825B2 (ja) * 2016-04-08 2019-04-17 株式会社デンソー 監視装置
JP6594250B2 (ja) 2016-04-14 2019-10-23 株式会社デンソー 温度計測装置及び温度計測方法
JP6906294B2 (ja) 2016-11-10 2021-07-21 Ntn株式会社 軸受装置
JP6828478B2 (ja) 2017-02-06 2021-02-10 株式会社ジェイテクト 軸受装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017026078A (ja) 2015-07-24 2017-02-02 株式会社ジェイテクト 軸受装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023063734A1 (ko) 2021-10-13 2023-04-20 주식회사 엘지에너지솔루션 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법

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