(57)【要約】【課題】作業者の経験や能力に依存することなく、定量的に潤滑状態の良否を明確に判定する。【解決手段】主軸を惰性回転させる惰性回転ステップ（Ｓ５）と、惰性回転中に少なくとも主軸の回転速度と軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得ステップ（Ｓ７）と、機械情報に基づいて主軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出ステップ（Ｓ８）と、算出した抵抗トルクに基づいて軸受の潤滑状態の良否を判定する判定ステップ（Ｓ）とを実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置において、前記軸受の潤滑状態を確認する方法であって、
前記回転軸を惰性回転させる惰性回転ステップと、
惰性回転中に少なくとも前記回転軸の回転速度と前記軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得ステップと、
前記機械情報に基づいて前記回転軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出ステップと、
算出した前記抵抗トルクに基づいて前記軸受の潤滑状態の良否を判定する判定ステップと
を実行することを特徴とする回転軸装置における軸受の潤滑状態の確認方法。
【請求項２】
前記抵抗トルク算出ステップでは、前記機械情報取得ステップで取得した前記回転速度及び前記軸受の温度のデータを微分して前記抵抗トルクを算出し、前記抵抗トルクを２種類の波形成分に分割するものであって、
前記判定ステップでは、前記波形成分の何れか一方を予め設定された参照値と比較して潤滑状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の回転軸装置における軸受の潤滑状態の確認方法。
【請求項３】
前記抵抗トルク算出ステップでは、前記抵抗トルクを、それぞれ前記回転速度のべき乗を変数とする以下の関数で表して前記２種類の波形成分に分割することを特徴とする請求項２に記載の回転軸装置における軸受の潤滑状態の確認方法。
Ｔ＝ｆ（Ｖｎ，Ｖｍ）
Ｔ：抵抗トルク
Ｖ：回転速度
【請求項４】
前記抵抗トルクを、前記回転速度のべき乗の線総和で表す以下の式で近似し、前記２種類の波形成分として、αＶ２を転がり成分、βＶ２／３を流体成分とすることを特徴とする請求項３に記載の回転軸装置における軸受の潤滑状態の確認方法。
Ｔ＝αＶ２＋βＶ２／３＋γ
α、β、γ：実数
【請求項５】
回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置であって、
前記回転軸を惰性回転状態とする惰性回転手段と、
惰性回転中に少なくとも前記回転軸の回転速度と前記軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得手段と、
前記機械情報に基づいて前記回転軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出手段と、
算出した前記抵抗トルクに基づいて前記軸受の潤滑状態の良否を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする回転軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸装置に用いられる軸受の潤滑状態を確認する方法及び回転軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば転がり軸受は、内輪・外輪・転動体・保持器により構成される回転体の支持要素である。工作機械における転がり軸受を使用した主軸装置等の回転軸装置において、潤滑油を供給して軸受を潤滑する機構が必要となる（例えば特許文献１，２参照）。
こうした潤滑油の供給方法の一つとして、オイルエアー潤滑方式がある。この方法は、定期的に潤滑油タンクより吐出された潤滑油が供給経路上にあるミキシングバルブによって、エアーと混じり、潤滑油と空気の混合気体を軸受に供給する方法である。この方法によれば、内外輪と転動体の境界面に潤滑油を供給することに加えて、軸受を冷却する効果がある。そのため、発熱が大きくなる高速回転の主軸には、よく用いられる潤滑方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２６９１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−９８４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工作機械は、主軸装置等の複数のユニットで構成されている。各ユニットが取り付けられた完成状態において、構造上の制約により、主軸装置の軸受に潤滑油が正しく供給されているか確認する方法は、２つに限定される。経験的に、軸受近傍に取り付けた温度センサの温度上昇具合が平均的なものかを確認する方法と、オイルエアーを供給する配管チューブに見られるオイルスネークを確認する方法である。
前者の方法では、通常よりも軸受温度が高くなる場合に何かしら異常があると考えられている。しかし、温度上昇の理由として、潤滑油不足の他、軸受の組込予圧が高めに設定されており、発熱量が高い場合や、環境温度が低く、潤滑油の粘度が高くなり発熱量が上がる場合や、軸受内に潤滑油が滞り、潤滑油の攪拌抵抗の増加によって発熱量が上がる場合も考えられる。これらの場合、主軸の組み直しが必要な場合もあれば、しばらく運転をして改善する場合もあるため、温度以外に音などを調べて複合的に異常を判断する必要があり、判断を行う作業者の経験が必要となる。
一方、後者のオイルスネークを定性的に確認する場合、潤滑油の供給がされていなくても、配管内に残存した油によって、オイルスネークがあるように誤認する場合がある。
このように作業者の経験・能力に依存するような判断基準において、不要な工程の後戻りや異常の見逃しなどが発生する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、作業者の経験や能力に依存することなく、定量的に潤滑状態の良否を明確に判定するための回転軸装置における軸受の潤滑状態の確認方法及び回転軸装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置において、前記軸受の潤滑状態を確認する方法であって、
前記回転軸を惰性回転させる惰性回転ステップと、惰性回転中に少なくとも前記回転軸の回転速度と前記軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得ステップと、前記機械情報に基づいて前記回転軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出ステップと、算出した前記抵抗トルクに基づいて前記軸受の潤滑状態の良否を判定する判定ステップとを実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記抵抗トルク算出ステップでは、前記機械情報取得ステップで取得した前記回転速度及び前記軸受の温度のデータを微分して前記抵抗トルクを算出し、前記抵抗トルクを２種類の波形成分に分割するものであって、前記判定ステップでは、前記波形成分の何れか一方を予め設定された参照値と比較して潤滑状態の良否を判定することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記抵抗トルク算出ステップでは、前記抵抗トルクを、それぞれ前記回転速度のべき乗を変数とする以下の関数で表して前記２種類の波形成分に分割することを特徴とする。
Ｔ＝ｆ（Ｖｎ，Ｖｍ）
Ｔ：抵抗トルク
Ｖ：回転速度
請求項４に記載の発明は、請求項３の構成において、前記抵抗トルクを、前記回転速度のべき乗の線総和で表す以下の式で近似し、前記２種類の波形成分として、αＶ２を転がり成分、βＶ２／３を流体成分とすることを特徴とする。
Ｔ＝αＶ２＋βＶ２／３＋γ
α、β、γ：実数
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置であって、
前記回転軸を惰性回転状態とする惰性回転手段と、惰性回転中に少なくとも前記回転軸の回転速度と前記軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得手段と、前記機械情報に基づいて前記回転軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出手段と、算出した前記抵抗トルクに基づいて前記軸受の潤滑状態の良否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受の潤滑状態が正常であるか否かの判定をすることができ、作業者の経験に依存しない定量的な判断を行うことが可能となる。これにより、不要な生産工程の後戻りと異常見逃しを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】工作機械の概略図である。
【図２】軸受の潤滑状態の確認方法の説明図である。
【図３】取得データの分析結果と各成分とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、回転軸装置を備えた工作機械の一例を示す概略図で、工作機械Ｍは、主軸装置１と制御装置１０とを含んでなる。
まず、回転軸装置としての主軸装置１は、ハウジング２に転がり軸受である軸受４，４によって支持される回転軸としての主軸３を備える。ハウジング２には、軸受４，４に潤滑油を供給するノズル５と、主軸３の回転速度を検出する回転検出器６と、軸受４の温度を計測する温度センサ７とが設けられている。この主軸装置１は、制御装置１０に設けられたＮＣ装置１１からの指令により、回転動力部が駆動して回転する。この回転動力部は、例えば、ビルトインモータのように主軸とロータが一体化したものや、回転部とギアにより連結され駆動するもの、モータと主軸がカップリングにより連結されているものがある。
【００１０】
但し、主軸装置１に設けられるセンサ類は温度センサ７のみではなく、図示しないが、主軸３の振動を検出するための加速度計や変位計、軸受４に潤滑供給を行う際のエアー圧力検出器、潤滑油の粘度計測器、主軸３の音を計測するためのマイクロフォンなども含まれる。
【００１１】
制御装置１０は、主軸３の回転を制御するＮＣ装置１１、ノズル５からの潤滑油の供給を制御する潤滑油装置１２、エアー供給装置１４から供給されるエアーと潤滑油装置１２から供給される潤滑油とを混合してノズル５へ送るミキシングバルブ１３、ハウジング２へ冷却液を供給する冷却装置１５、回転検出器６及び温度センサ７からの測定データを記録する記録装置１６、測定データを分析し、分析結果をグラフ表示する表示画面を備えた分析装置１７により構成されている。
【００１２】
ＮＣ装置１１は、オペレータにより図示しない入力装置によって入力された回転速度の指令情報もしくはプログラム情報により、回転動力部に指令された回転数で駆動するための指令を行う。また、惰性回転の指令を受けた場合、主軸装置１の動力を遮断して、惰性回転の状態にすることができる。但し、ＮＣ装置１１による惰性回転の指令方法は、上記の指令方法以外に、ＮＣ装置１１に取り付けられたボタンでの動作実行や、通信ネットワーク等を介した遠隔操作により実行する手段であってもよい。
【００１３】
潤滑油装置１２は、一定量の潤滑油を定期的に吐出するタイマーを備え、ＮＣ装置１１からの指令を受けて、このタイマーをリセットし、任意のタイミングで潤滑油の吐出を行うことができる。この任意のタイミングは、記録装置１６にパラメータとして記録されている。
但し、潤滑油装置１２とミキシングバルブ１３とは、主軸３の潤滑方法の違いによって必要でない場合がある。例えば、グリス軸受を使用した主軸装置の場合は、これらは必要ではない。
【００１４】
表示画面を備えた分析装置１７は、記録装置１６に記録した回転数を後述に示す手法により、転がり成分と流体成分を示す近似式及び、抵抗トルクを算出する。算出した情報と記録装置１６に記録された各種センサ情報を表示画面にて、表示することができる。
また、表示画面を備えた分析装置１７は、記録装置１６に記録された各種センサ情報や、惰性回転時の情報を分析した結果をグラフとして表示することができる。このグラフ表示は、散布図のみならず、棒グラフや直線近似したグラフなど各情報に適した表示形式とすることができる。
【００１５】
以上の如く構成された工作機械Ｍにおける軸受４の潤滑状態の確認方法を、図２に基づいて説明する。
潤滑状態を確認するために、主軸３の潤滑状態と予圧状態を安定させた状態で判定指標の計測を行う必要がある。そのため、一定時間暖機運転後、既定動作を実行するプロセスが必要である。通常、潤滑油装置１２にはタイマーが設定してあり、一定時間ごとに潤滑油を吐出する仕組みになっている。
そこで、最初に制御装置１０で、潤滑油装置１２のタイマーをリセットする（Ｓ１）。
次に、主軸装置１では、指定した回転速度において暖機運転を開始し（Ｓ２）、一定時間運転を行う（Ｓ３）。
次に、制御装置１０では、回転中の主軸３の動力供給を遮断する（Ｓ４）。動力供給を遮断するタイミングは、記録装置１６により記録されているパラメータを参照して、潤滑油が吐出されてからパラメータの時間後に行うようにする。
【００１６】
これにより、主軸装置１では、主軸３を惰性回転状態にさせ（Ｓ５：惰性回転ステップ）、機械損失のみで主軸３を停止させる（Ｓ６）。但し、惰性回転状態にする手段としては、この限りでは無く、例えば、動力供給を遮断する以外に、惰性回転時の回転数変化に相当する回転指令を送ることで、惰性回転状態を模擬することができる。
この惰性回転中に制御装置１０では、記録装置１６に惰性回転中の回転速度及び軸受温度の機械情報を記録する（Ｓ７：機械情報取得ステップ）。但し、記録装置１６は、周辺機器として、既に機械が保有している、もしくは、外部機器として増設することも可能である。
【００１７】
次に、制御装置１０の分析装置１７が、記録装置１６に取得したデータを以下の通り演算処理する（Ｓ８：抵抗トルク算出ステップ）。
まず、記録した回転速度及び軸受温度のデータを下記の計算式により微分し、抵抗トルクに換算する。
【００１８】
【数１】
2018028513.tif 000003
【００１９】
次に、算出した抵抗トルクＴを、それぞれ主軸回転速度Ｖのべき乗（ｎ、ｍ）を変数とする下記（１）の関数で表して２種類の波形成分に分割する。具体的には下記（２）の式のように主軸回転速度Ｖのべき乗の線総和で表して近似する。
Ｔ＝ｆ（Ｖｎ，Ｖｍ）  ・・（１）
Ｔ＝αＶｎ＋βＶｍ＋γ  ・・（２）
（α、β、γは実数）
【００２０】
ここで、ｎを２、ｍを２／３とすると、式（２）は以下の式（３）となる。
Ｔ＝αＶ２＋βＶ２／３＋γ    ・・（３）
近似する方法は、例えば最小二乗法を用いてαβγを算出するが、最適化手法はこの限りではない。例えば、αβγの算出方法においては、上記に限らず、ニュートン法やシンプレックス法、最急降下法等を用いても算出可能である。
【００２１】
そして、分析装置１７は、上記式のαＶ２を転がり成分、βＶ２／３を流体成分として、潤滑状態の良否を流体成分に着目して判定し、判定結果を表示画面に表示する（Ｓ９：判定ステップ）。なお、表示に限らず、音声やランプ等の他の手段で良否を報知するようにしてもよいし、表示と併用してもよい。
図３は、取得データの分析結果と各成分とを示すグラフで、実線Ｔの波形が抵抗トルク、点線Ａが転がり成分、一点鎖線Ｂが流体成分をそれぞれ示す。ここでは流体成分Ｂの値と参照値Ｒとを比較して、流体成分Ｂが参照値Ｒを超えた場合、潤滑異常と判定する。
この参照値（閾値）は、過去の出荷基準を満たした機械のデータを参考とする、もしくは、設計計算値として決定すればよいが、参照値の決め方は、この限りではなく、例えば、初期値に対してある割合をかけたもの等も参照値として用いる場合がある。
一方、転がり成分に着目した場合、軸受の予圧や転走面異常の判定も行うことができ、上記と同様の方法で良否の判定をすることができる。
【００２２】
このように、上記形態の工作機械Ｍ及び工作機械Ｍにおける軸受４の潤滑状態の確認方法によれば、主軸を惰性回転させる惰性回転ステップ（Ｓ５）と、惰性回転中に少なくとも主軸の回転速度と軸受の温度とを含む機械情報を取得する機械情報取得ステップ（Ｓ７）と、機械情報に基づいて主軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルク算出ステップ（Ｓ８）と、算出した抵抗トルクに基づいて軸受の潤滑状態の良否を判定する判定ステップ（Ｓ）とを実行することで、軸受４の潤滑状態が正常であるか否かの判定をすることができ、作業者の経験に依存しない定量的な判断を行うことが可能となる。これにより、不要な生産工程の後戻りと異常見逃しを防止することができる。
【００２３】
なお、軸受は転がり軸受に限らず、滑り軸受等であっても同様に潤滑状態の確認は可能である。
また、機械情報の取得は、上記形態のように工作機械に設けた内部機器による場合に限らず、外部機器で計測して取得することもできる。
さらに、抵抗トルクに基づいた潤滑状態の良否判定も、転がり成分又は流体成分を閾値と比較して行う場合に限らず、基準波形と比較して行うことも可能である。
その他、回転軸装置としては工作機械の主軸装置に限らず、軸受によって回転軸を軸支する構造であれば本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
Ｍ・・工作機械、１・・主軸装置、２・・ハウジング、３・・主軸、４・・軸受、５・・ノズル、６・・回転検出器（機械情報取得手段）、７・・温度センサ（機械情報取得手段）、１０・・制御装置、１１・・ＮＣ装置（惰性回転手段）、１２・・潤滑油装置、１３・・ミキシングバルブ、１４・・エアー供給装置、１６・・記録装置、１７・・分析装置（抵抗トルク算出手段、判定手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018028513.tif 000006