JP6828478B2 - 軸受装置 - Google Patents
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Description
この軸受装置によれば、軸受部に潤滑油を絞って供給することができ、これにより軸受部における潤滑油の撹拌抵抗を小さくすることが可能となり、また、給油量を絞りつつ必要な潤滑油を軸受部に与えることで軸受部における焼付き等の不具合を防止し回転性能を維持することが可能となる。
(1)ポンプの一回の吐出動作による潤滑油の吐出量を変化(増減)させる。
(2)ポンプからの潤滑油の吐出頻度を変化(増減)させる(ポンプの一回の吐出動作による潤滑油の吐出量は変化しない)。
(3)ポンプの一回の吐出動作による潤滑油の吐出量を変化(増減)させ、かつ、吐出頻度についても変化(増減)させる。
また、前記軸受装置は、前記軸受部の負荷が大きくなる場合、前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を増加させるのが好ましく、これにより、軸受部の負荷が大きくなって潤滑油が更に必要となる状況に対応できる。
〔軸受装置の全体構成について〕
図1は、本発明の軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。図1に示す軸受装置10は、工作機械が有する主軸装置の主軸(軸7)を回転可能に支持するものであり、主軸装置の軸受ハウジング8内に収容されている。図1では、軸7及び軸受ハウジング8を2点鎖線で示している。なお、軸受装置10は工作機械以外においても適用可能である。以下の説明において、軸受装置10の中心線Cに平行な方向を軸方向と呼び、この軸方向に直交する方向を径方向と呼ぶ。
ポンプ43は、ポンプ内部に圧電素子55を有しており、この圧電素子55が動作することでポンプ43内の油室(内部空間)54の容積を変化させ、この油室54の潤滑油をポンプ43の吐出口51から環状空間11(図1参照)に噴出させることができる。吐出口51は、ポンプ43が有するポンプ本体56に形成されており、油室54も吐出口51と繋がるようにしてポンプ本体56に形成されている。なお、ポンプ43の一回の動作(吐出動作)で、数ピコリットル〜数ナノリットルの潤滑油が噴出される。また、ポンプ43は時間間隔をあけて所定量の潤滑油を吐出するように制御されており、軸受部20に潤滑油を絞って供給することができ、潤滑油の無駄な消費が抑えられる。
電源部45は、ポンプ43、センサ50及び制御部44へ動作用の電力を供給する。
また、前記動作信号を出力するタイミングについても制御部44によって調整されており、ポンプ43は時間間隔を有して潤滑油を吐出する。つまり、制御部44は、ポンプ43からの潤滑油の吐出頻度(吐出の周期)を変化させることができる。
前記構成を備えている軸受装置10は、給油ユニット40が有するポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を変化させる。この具体的な態様について、以下説明する。
(1)ポンプ43の一回の吐出動作による潤滑油の吐出量を変化(増減)させる。
(2)ポンプ43からの潤滑油の吐出頻度を変化(増減)させる(ポンプ43の一回の吐出動作による潤滑油の吐出量は変化しない)。
(3)ポンプ43の一回の吐出動作による潤滑油の吐出量を変化(増減)させ、かつ、吐出頻度についても変化(増減)させる。
図3(A)は、軸受部20(図1参照)に作用する負荷の時間変化を示すグラフであり、図3(B)は、この負荷の時間変化に応じて行われる給油量の変化を示すグラフである。軸受部20に作用する負荷は、例えば、次のような場合に変化する。
(事象1)内輪21及び外輪22における玉23の転がり疲れにより軸受部20に潤滑不良(潤滑不足)や摩耗が生じた場合に、軸受部20の負荷は大きくなる。
(事象2)潤滑不良(潤滑不足)や摩耗により各部の摩擦抵抗が増大した場合に、軸受部20の負荷は大きくなる。
(事象3)各部における潤滑不良(潤滑不足)や摩耗が発生した場合に、軸受部20の負荷は大きくなる。
(事象4)軸受部20に偏荷重が作用した場合に軸受部20の負荷は大きくなり、偏荷重が解消されると軸受部20の負荷は小さくなる。
(事象5)軸受部20の回転数が変化した場合、特に軸受部20の回転が加速や減速し滑りが生じる場合に、軸受部20の負荷は変化する。
このように、軸受部20の負荷には、軸受部20の回転抵抗の他に、軸受部20における滑りが含まれる。以下において、軸受部20の負荷を「軸受負荷」とも呼ぶ場合もある。
例えば、保持器24(環状部28a)と外輪22の肩部30との間が貧潤滑状態となって、保持器24の振動が大きくなると、前記振動センサによって閾値を超える信号が検出される。この場合、制御部44の制御によって、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を増加させる。これにより、前記振動を抑制することが可能となる。
また、保持器24(環状部28a)と外輪22の肩部30との間が貧潤滑状態となると、これらの間に比較的大きな音(衝突音)が発生する。この音が大きくなると、前記音センサによって閾値を超える信号が検出される。この場合、制御部44の制御によって、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を増加させる。これにより、前記音を抑制することが可能となる。
また、保持器24(環状部28a)と外輪22の肩部30との間で滑り接触が生じるが、例えば、保持器24(環状部28a)が摩耗すると、保持器24の変位が大きくなる。すると、前記カメラによってその変位値が取得され、変位置が閾値を超える場合、制御部44の制御によって、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を増加させる。これにより、前記摩耗の進行を抑制することが可能となる。
前記のとおり様々な事象により軸受負荷は時間的に変化する。この時間的変化に応じた給油量の制御について説明する。図3(A)に示すように、時刻t1から時刻t2までは軸受負荷が徐々に大きくなっている。軸受負荷が大きくなると、それまでよりも多くの潤滑油が必要となる。そこで、この場合、図3(B)に示すように、時刻t1から時刻t2までの間、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を増加させている。このように、軸受部20の負荷が大きくなる場合、ポンプ43による給油量を増加させる制御が行われることで、軸受負荷が大きくなって潤滑油が必要となる状況に対応することができる。
軸受部20の回転数の変化による給油の制御について説明する。図5(A)は、軸受部20の回転数の時間変化を示すグラフであり、図5(B)は、この回転数の時間変化に応じて行われる給油量の変化を示すグラフである。本実施形態の場合、軸受部20の回転数は内輪21の回転数である。図5(A)に示すように、時刻t1から時刻t2までは回転数が徐々に高くなっている。回転数が高くなると(加速すると)軸受部20において滑りが生じやすく、この滑りによる焼付きが生じやすくなり、それまでよりも多くの潤滑油が必要となる。そこで、図5(B)に示すように、時刻t1から時刻t2までの間、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を(基準値Q0よりも)増加させている。このように、軸受部20が加速する場合、ポンプ43による給油量を増加させる制御が行われる。これにより、軸受部20が加速して軸受負荷が大きくなり潤滑油が必要となる状況に対応することができる。
〔軸受部20の負荷に応じた給油量の変化(小括)〕
前記のとおり各種センサ50(図7参照)について説明したが、本実施形態の軸受装置10では、少なくとも一つのセンサ50の検知結果が用いられればよい。
そして、軸受部20の負荷に応じた給油量の変化の各例で説明したように、本実施形態の軸受装置10の給油ユニット40は(図7参照)、ポンプ43による潤滑油の吐出動作を制御する制御部44と、軸受部20の状態を検知する検知部としての各種センサ50とを備えている。制御部44は、センサ50による検知結果に応じてポンプ43の吐出動作を制御することで、軸受部20への給油量を変化させる構成となっている。これにより、各種センサ50によって軸受部20における状態の変化(例えば異常の兆候)を捉えて事前に軸受部20への給油量を変化させることが可能となる。
図8は、給油ユニット40、及び軸受部20が組み込まれる装置の概略ブロック図である。軸受部20が組み込まれる装置は、本実施形態の場合、工作機械5であり、工作機械5は、軸受部20によって回転可能として支持される回転部として軸(主軸)7を有している他に、この軸(回転部)7を回転させるモータ(減速機付モータ)6を備えている。軸7は、加工の対象となるワークを回転させるための軸であってもよく、又は、ワークに対して切削等の加工を行う工具を回転させるための軸であってもよい。工作機械5の加工対象となるワークの材質や加工速度(送り速度)が異なると、モータ6の負荷(トルク)が変わる。
図9は、給油ユニット40、及び軸受部20が組み込まれる装置の概略ブロック図である。軸受部20が組み込まれる装置は工作機械5であり、特に本実施形態の工作機械5は、数値制御によりワークWを工具4によって加工(例えば切削加工)する装置(NC工作機械)である。つまり、図9により説明する軸受部20及び給油ユニット40を備えている軸受装置10は、工作機械5の軸(回転軸)7を支持する軸受装置である。本実施形態では、軸受部20が支持する軸7を、工具4を回転させるための軸としているが、(図示しないが)加工の対象となるワークWを回転させるための軸であってもよい。
そこで、給油ユニット40の制御部44は、工作機械5(コントロール部5c)から前記数値制御情報(NC情報)i2を取得し、前記加工荷重が作用して負荷状態が変化する前に、つまり、軸受部20の負荷が大きくなる前に、制御部44は、軸受部20への給油量を増加させる制御を行う。具体的に説明すると、前記のとおり、アクチュエータ5bが動作して工具4をワークWの近傍まで高速で送り、その後、低速で工具4を送りながらワークWを加工することから、工具4の送り速度が前記のとおり高速から低速へと変化するタイミングで、制御部44は軸受部20への給油量を増加させる制御を行う。そして、ワークWの加工が終わり、工具4の送り速度が低速から高速に変化し、高速で一定速度になると、制御部44は、軸受部20への給油量を増加させる制御を行う。
図10は、給油ユニット40、及び時間管理する機能を備えるタイマー部9を含む装置(工作機械5)の概略ブロック図である。本実施形態のタイマー部9は、経過時間をカウントする機能を有し、工作機械5のコントロール部5cが備えている。工作機械5が長時間停止している場合、この工作機械5が有する軸7を支持する軸受部20は貧潤滑状態となっている可能性がある。そこで、給油ユニット40の制御部44は、タイマー部9から経過時間の情報i3を取得することができ、この経過時間を閾値と比較し、長い時間について工作機械5が停止しており、軸受部20も回転を停止していたが、回転を再開する場合(つまり、前記経過時間が閾値を超えている場合)、制御部44はポンプ43による軸受部20への給油量を増加させる。そして、タイマー部9が運転開始からの時間経過をカウントし、運転(回転)が所定時間について継続すると、制御部44は、所定のタイミングで軸受部20への給油量を減少させる。このように、制御部44は、時間管理する機能を備えるタイマー部9からの信号(前記経過時間の情報i3)によって、ポンプ43の吐出動作を制御することで軸受部20への給油量を変化させる機能を有している。これにより、工作機械5の運転開始時における軸受部20の焼付き等の不具合の発生を防ぐことが可能となる。なお、タイマー部9は給油ユニット40の制御部44が有していてもよい。
図1に示す給油ユニット40が軸受部20に対して行う給油の方式の例を、図11のグラフに示している。図11では、ポンプ43からの給油量を変化させるために用いられるパラメータとして「軸受部20の回転数(軸受回転数)」が用いられている。軸受部20の回転数は工作機械5の軸7の回転数と同じであることから、給油ユニット40の制御部44は、この回転数の情報を工作機械5から取得することができる。または、この回転数の情報を、給油ユニット40が備えているセンサ50に基づいて取得してもよい。
以上の各構成を備えている本実施形態の軸受装置10(図1参照)は、給油ユニット40を有し、この給油ユニット40は、軸受部20に微量の潤滑油を吐出するポンプ43を有しており、様々な条件によりこのポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を変化させている。この軸受装置10によれば、軸受部20に潤滑油を絞って供給することができ、これにより軸受部20における潤滑油の撹拌抵抗を小さくすることが可能となり、また、給油量を絞りつつ必要な潤滑油を軸受部20に与えることで焼付き等の不具合を防止し回転性能を維持することが可能となる。
特に、前記軸受装置10では、ポンプ43からの潤滑油の吐出による軸受部20への給油量を、軸受部20が回転している途中において変化させており、これにより、軸受部20の回転状況に応じて給油量を変化させ、適切な潤滑油量を維持することが可能となる。
例えば、図1に示す軸受部20はアンギュラ玉軸受であるが、軸受の形式はこれに限らず、深溝玉軸受であってもよく、また、軸受部20は、転動体としてころを有している円すいころ軸受や円筒ころ軸受等であってよい。
また、前記実施形態では、外輪22を固定輪としており、外輪22が保持器24の径方向についての位置決めを行う構成として説明したが、反対であってもよい。つまり、内輪21を固定輪とし、内輪21が保持器24の径方向についての位置決めを行うように構成してもよい。すなわち、軸受部20では、内輪21と外輪22とのうちの一方が回転輪であって他方が固定輪となっていればよい。
前記実施形態では、電源部45が給油ユニット40に含まれる場合について説明したが、給油ユニット40の外部、つまり、軸受装置10の外部に設置されていてもよい。この場合、給油ユニット40と外部とが電力線を通じて接続される。
9:タイマー部 10:軸受装置 11:環状空間
20:軸受部 21:内輪 22:外輪
23:玉(転動体) 24:保持器 40:給油ユニット
43:ポンプ 44:制御部 50:センサ(検知部)
51:吐出口 56:ポンプ本体
Claims (10)
- 内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を有している軸受部と、
前記軸受部の軸方向隣りに設けられている給油ユニットと、を備え、
前記給油ユニットは、前記軸受部に微量の潤滑油を吐出するポンプを有し、前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を変化させ、
前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を減少させる前に、当該給油量を一旦増加させる、軸受装置。 - 前記軸受部の負荷が小さくなる場合、前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を減少させる、請求項1に記載の軸受装置。
- 前記軸受部の負荷が大きくなる場合、前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を増加させる、請求項1又は2に記載の軸受装置。
- 前記ポンプによる潤滑油の吐出動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記軸受部の状態又は前記軸受部が組み込まれる装置の状態を検知する検知部の結果に応じて前記ポンプの吐出動作を制御することで、前記軸受部への給油量を変化させる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記ポンプによる潤滑油の吐出動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記軸受部が組み込まれる装置が有しかつ当該軸受部によって支持される回転部を回転させるモータの動作情報を取得し、当該動作情報に応じて前記ポンプの吐出動作を制御することで前記軸受部への給油量を変化させる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 工作機械の軸を支持する軸受装置であって、
前記ポンプによる潤滑油の吐出動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記工作機械がワークを数値制御によって加工するために用いられる情報に基づいて前記ポンプの吐出動作を制御することで前記軸受部への給油量を変化させる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記ポンプによる潤滑油の吐出動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、時間管理する機能を備えるタイマー部からの信号によって、前記ポンプの吐出動作を制御することで前記軸受部への給油量を変化させる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 取得するパラメータに応じて前記ポンプの動作信号を生成する制御部を更に備え、
前記ポンプは前記動作信号に基づいて潤滑油を吐出する動作を行う構成であり、
前記制御部は、前記パラメータの変化の割合と異なる変化の割合で前記軸受部への給油量を変化させる前記動作信号を生成する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の軸受装置。 - 前記ポンプからの潤滑油の吐出による前記軸受部への給油量を、前記軸受部が回転している途中において、変化させる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の軸受装置。
- 前記ポンプは、潤滑油の吐出口が設けられているポンプ本体を有し、
前記給油ユニットは、前記吐出口から前記内輪と前記外輪との間の環状空間に向けて初速を有して飛ばす潤滑油の供給量を変化させる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の軸受装置。
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