(57)【要約】【課題】モータ容量を過大化することなく、短時間に安定した状態で行い得る転がり軸受装置の慣らし運転方法を提供する。【解決手段】転がり軸受装置の回転速度を使用回転速度Ｎｎまで段階的に上げながら運転を行う漸次立ち上げ工程の途中に、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度で運転する急速立ち上げ工程を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を転がり軸受で回転自在に支持する転がり軸受装置の慣らし運転方法であって、
転がり軸受装置の回転速度を使用回転速度Ｎｎまで段階的に上げながら運転を行う漸次立ち上げ工程の途中に、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度で運転する急速立ち上げ工程を設けたことを特徴とする転がり軸受装置の慣らし運転方法。
【請求項２】
急速立ち上げ工程を３回以上設けた請求項１記載の転がり軸受装置の慣らし運転方法。
【請求項３】
急速立ち上げ工程の回転速度を、Ｎ１（Ｎｎ×５０％）、Ｎ２（Ｎｎ×７５％）、Ｎ３（Ｎｎ）の順序で段階的に上げる請求項１又は２の何れかに記載の転がり軸受装置の慣らし運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸軸受装置等に用いられ、高速回転下で運転される転がり軸受装置の慣らし運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、マシニングセンタ、ＣＮＣ旋盤、フライス盤等の工作機械の主軸軸受装置は、ワークの加工効率を高めるために高速回転で運転される場合が多く、特に最近は主軸回転速度の高速化の傾向が顕著である。
【０００３】
工作機械の主軸軸受装置において、主軸はハウジングに対して転がり軸受で回転自在に支持されるのが通例であり、転がり軸受は、使用条件等に応じて、オイルミスト潤滑、エアオイル潤滑、ジェット潤滑、グリース潤滑などの潤滑方式によって潤滑される。このうち、グリース潤滑方式を採用した主軸軸受装置では、使用回転速度まで立ち上げる際、グリースの攪拌抵抗や、再巻き込み現象（軸受内部の転がり接触部から排出されたグリースが再び転がり接触部に戻る現象）によって急速な温度上昇が生じる場合がある。この急速な温度上昇は回転速度が高くなるほど大きくなり、かかる温度上昇は軸受寿命を低下させる一因となる。そこで、かかる弊害を防止するため、主軸軸受装置の運転開始時には、軸受の回転速度を使用回転速度まで段階的に上げて運転する、いわゆる慣らし運転を行うのが通例である。
【０００４】
例えば使用回転速度が６０００ｒｐｍの場合、１０００ｒｐｍから５００ｒｐｍ刻みで６０００ｒｐｍまで回転速度を段階的に上げ、各段階で各回転速度を保持しながら一定時間運転を行う慣らし運転方法が一般的である。この慣らし運転方法は、一定間隔で回転速度を上げていくためプログラムが容易であり、また粘度の低いグリースを用いる軸受装置ではグリースの粘性抵抗を徐々に低減できるため好適である。しかしながら、各段階における運転時間を比較的多く取る必要があるため、慣らし運転が完了するまでに長い時間を要し、生産性を悪化させる一因となっていた。
【０００５】
かかる問題点を解消すべく、本願出願人は、特開２００３−２２７５２５号公報（特許文献１）にて、段階的に回転速度を上げる漸次立ち上げ工程の途中に、転がり軸受装置の使用回転速度よりも大きな回転速度で運転する急速立ち上げ工程を設けた慣らし運転方法を提案している。
【特許文献１】特開２００３−２２７５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された慣らし運転方法であれば、一定ピッチで段階的に回転速度を上げる慣らし運転方法に比べ、慣らし運転時間を大幅に短縮でき、生産性の向上に寄与することができる。その理由としては、軸受内部の余分なグリースが急速立ち上げ工程で強制的に軸受外部へ排出され、これにより、短時間でグリースの攪拌抵抗が低減し、また、グリースのいわゆる再巻き込み現象が回避されることにあると考えられる。
【０００７】
しかしながら、使用回転速度Ｎｎよりも大きな回転速度Ｎｍ（使用回転速度Ｎｎの１１０％程度の回転速度）での運転を必要とするためにモータへの負担が大きく、かかる負担の増大はモータの低寿命化を招く恐れがある。そのため、必要以上に容量の大きなモータを用いていたが、装置の大型化や高コスト化の問題が生じていた。
【０００８】
本発明の課題は、モータ容量を過大化することなく、短時間に安定した状態で行うことができる慣らし運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、回転軸を転がり軸受で回転自在に支持する転がり軸受装置の慣らし運転方法であって、転がり軸受装置の回転速度を使用回転速度Ｎｎまで段階的に上げながら運転を行う漸次立ち上げ工程の途中に、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度で運転する急速立ち上げ工程を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように、本発明における急速立ち上げ工程は、転がり軸受装置の使用回転速度以下で行われるため、過大容量のモータを必要としない。従って、装置の大型化や高コスト化の問題を回避しつつも、短時間に安定した状態で慣らし運転を行うことができる。
【００１１】
上記構成において、急激な温度上昇を効果的に抑制するため、急速立ち上げ工程は３回以上行うことが望ましい。
【００１２】
特に、急速立ち上げ工程の回転速度を、Ｎ１（Ｎｎ×５０％）、Ｎ２（Ｎｎ×７５％）、Ｎ３（Ｎｎ）の順序で段階的に上げるようにすれば、温度変化の幅を抑制しつつ、慣らし運転を短時間でかつ安定した状態で行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モータ容量を過大化することなく、短時間に安定した状態で行うことができる慣らし運転方法を提供することできる。これにより、装置の低コスト化を図りつつ、生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、マシニングセンタ、ＣＮＣ旋盤、フライス盤等の工作機械における主軸軸受装置の一構成例を示している。同図に示す軸受装置において、主軸１０は軸線回りに高速回転し、ハウジング１１に対して複列円筒ころ軸受１２、組合せアンギュラ玉軸受（一対のアンギュラ玉軸受）１３、および単列円筒ころ軸受１４で回転自在に支持される。各軸受は、それぞれ、内部に給脂されたグリースによって潤滑される。
【００１６】
この主軸軸受装置は、立ち上げ時に慣らし運転が行われる。慣らし運転は、主軸軸受装置の回転速度を使用回転速度まで段階的に上げながら運転を行う漸次立ち上げ工程の途中に、使用回転速度以下の回転速度で運転する急速立ち上げ工程を設けたものである。
【００１７】
まず、漸次立ち上げ工程は、例えば主軸軸受装置の使用回転速度がＮｎ［ｒｐｍ］の場合、回転速度をＮ１（＞０）、Ｎ２（＞Ｎ１）、Ｎ３（＞Ｎ２）、・・・、Ｎｎ（＞Ｎｎ−１）のように段階的に上げ、各段階でその回転速度を保持しながら所定時間運転を行うものである。
【００１８】
一方、急速立ち上げ工程は、漸次立ち上げ工程の各段階間に設けられ、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度Ｎｍで所定時間運転を行うものである。急速立ち上げ工程は３回以上行うのが望ましいことが後述する試験結果から確認されている。また、急速立ち上げ工程の各回における回転速度Ｎｍは、上記の条件を満たすものであれば別段の制約はないが、後述する試験結果から、使用回転速度Ｎｎの５０％（Ｎｎ×５０％）、使用回転速度Ｎｎの７５％（Ｎｎ×７５％）、使用回転速度Ｎｎの順序で段階的に上げるのが望ましいことが確認されている。急速立ち上げ工程では、一時的に急速な温度上昇が生じるため、その運転時間は各々１〜２分程度とするのが望ましい。
【００１９】
なお、漸次立ち上げ工程は、急速立ち上げ工程を間に入れて、前後で同じ回転速度の段階を繰り返してもよい（例えば、Ｎ１→Ｎｍ→Ｎ１→Ｎｍ→Ｎ２→・・・）。
【実施例】
【００２０】
下記仕様の試験軸受を試験機に組み込み、図２（ａ）、図３（ａ）に示す運転パターン（従来例）、図４（ａ）、図５（ａ）、および図６（ａ）に示す運転パターン（実施例）で運転して、試験軸受の外輪温度を測定した。従来例および実施例は、何れも使用回転速度２００００ｒｐｍの主軸軸受装置を想定したものである。
【００２１】
［試験軸受］
アンギュラ玉軸受：ＢＮＳ０１０ＬＬＢ（内径５０ｍｍ）
軸受予圧量      ：９８Ｎ
グリース封入量  ：空間容積の２５％
封入グリース    ：「ＭＰ−１」
【００２２】
（１）従来例１
従来例１は、急速立ち上げ工程を設けず、漸次立ち上げ工程のみで慣らし運転を行ったものである。図２（ａ）（ｂ）を参照して詳述すると、運転の第１段階（２０００ｒｐｍ）〜第４段階（８０００ｒｐｍ）にかけて外輪の温度が段階的に上昇し、第５段階（１００００ｒｐｍ）に移行したところでピーク値が６０℃を越えたため軸受を一旦停止させた。その後、軸受が冷えた状態から８０００ｒｐｍで再運転したところ、第７段階（１２０００ｒｐｍ）および第９段階（１６０００ｒｐｍ）で急激な温度上昇を示したが、ピーク値が６０℃を越えることはなかった。慣らし運転に要した時間は計１１時間であった。
【００２３】
（２）従来例２
従来例２は、本願にかかる方法と特許文献１にかかる方法との対比を行うため、急速立ち上げ工程の回転速度を、使用回転速度２００００ｒｐｍの１１０％、すなわち２２０００ｒｐｍに設定したものである。急速立ち上げ工程は、図３（ａ）に示すように、漸次立ち上げ工程の第１段階（２０００ｒｐｍ）と第２段階（２０００ｒｐｍ）との間、第２段階（２０００ｒｐｍ）と第３段階（４０００ｒｐｍ）との間、第３段階（４０００ｒｐｍ）と第４段階（６０００ｒｐｍ）との間にそれぞれ設けている。各回の急速立ち上げ工程の運転時間はそれぞれ１分である。なお、漸次立ち上げ工程の第１段階と第２段階の回転速度は同じにしてある。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、各回の急速立ち上げ工程（２２０００ｒｐｍ）において、外輪の温度は一時的に上昇したが、そのピーク値は５０℃程度と比較的低かった。３回目の急速立ち上げ工程の後、外輪の温度は３５〜４５℃程度に安定し、最終段階（使用回転速度２００００ｒｐｍ）に移行した後も急激な温度上昇は見られなかった。従来例２では、計１３０分で慣らし運転を完了することができ、従来例１の約１／５まで慣らし運転時間を短縮することができた。
【００２５】
（３）実施例１
実施例１は、急速立ち上げ工程を使用回転速度と同一の回転速度（２００００ｒｐｍ）で２回行ったものである。図４（ａ）に示すように、急速立ち上げ工程は、漸次立ち上げ工程の第１段階（２０００ｒｐｍ）と第２段階（２０００ｒｐｍ）との間、第２段階（２０００ｒｐｍ）と第３段階（４０００ｒｐｍ）との間にそれぞれ設けている。各回の急速立ち上げ工程の運転時間はそれぞれ１分である。なお、漸次立ち上げ工程の第１段階と第２段階の回転速度は同じにしてある。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、各回の急速立ち上げ工程（２００００ｒｐｍ）において、外輪の温度は一時的に上昇したが、そのピーク値は４５℃程度と比較的低かった。漸次立ち上げ工程の第６段階（１００００ｒｐｍ）に移行したところでピーク値が６０℃を超えたため軸受を一旦停止させた。その後、軸受が冷えた状態から１００００ｒｐｍで再運転したところ急激な温度上昇はなく、外輪温度は３０〜３５℃程度に安定し、最終段階（使用回転速度２００００ｒｐｍ）に移行した後も温度上昇は見られなかった。この実施例１では、計１４０分で慣らし運転を完了することができ、従来例１の約１／４まで慣らし運転時間を短縮することができたものの、従来例２に比べ慣らし運転時間が長大化した。
【００２７】
（４）実施例２
実施例２は、急速立ち上げ工程を同一の回転速度（２００００ｒｐｍ）で３回行ったものである。図５（ａ）に示すように、急速立ち上げ工程は、漸次立ち上げ工程の第１段階（２０００ｒｐｍ）と第２段階（２０００ｒｐｍ）との間、第２段階（２０００ｒｐｍ）と第３段階（４０００ｒｐｍ）との間、第３段階（４０００ｒｐｍ）と第４段階（６０００ｒｐｍ）との間にそれぞれ設けている。各回の急速立ち上げ工程の運転時間はそれぞれ１分である。なお、実施例１と同様に、漸次立ち上げ工程の第１段階と第２段階の回転速度は同じにしてある。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、各回の急速立ち上げ工程（２００００ｒｐｍ）において、外輪の温度は一時的に上昇したが、そのピーク値は４０〜４５℃程度と比較的低かった。３回目の急速立ち上げ工程の後、外輪の温度は３０〜３５℃程度に安定し、最終段階（使用回転速度２００００ｒｐｍ）に移行した後も温度上昇は見られなかった。この実施例２では、計１３０分で慣らし運転を完了することができた。すなわち、従来例１の約１／５まで慣らし運転時間を短縮することができ、また、従来例２と同時間で慣らし運転を完了することができた。
【００２９】
（５）実施例３
実施例３は、急速立ち上げ工程を、回転速度を段階的に上げながら３回行ったものである。図６（ａ）に示すように、急速立ち上げ工程の第１段階（１００００ｒｐｍ）は漸次立ち上げ工程の第１段階（２０００ｒｐｍ）と第２段階（２０００ｒｐｍ）との間、急速立ち上げ工程の第２段階（１５０００ｒｐｍ）は漸次立ち上げ工程の第２段階（２０００ｒｐｍ）と第３段階（４０００ｒｐｍ）との間、急速立ち上げ工程の第３段階（２００００ｒｐｍ）は漸次立ち上げ工程の第３段階（４０００ｒｐｍ）と第４段階（６０００ｒｐｍ）との間にそれぞれ設けている。各回の急速立ち上げ工程の運転時間はそれぞれ１分である。なお、実施例１、２と同様、漸次立ち上げ工程の第１段階と第２段階の回転速度は同じにしてある。
【００３０】
図６（ｂ）に示すように、各回の急速立ち上げ工程（１００００ｒｐｍ、１５０００ｒｐｍ、２００００ｒｐｍ）において、外輪の温度は一時的に上昇したが、そのピーク値は３３〜４２℃程度であり、上述した何れの実施例１、２と比べても低かった。３回目の急速立ち上げ工程の後、外輪の温度は２７〜３３℃程度に安定し、最終段階（使用回転速度２００００ｒｐｍ）に移行した後も温度上昇は見られなかった。この実施例３では、計１３０分で慣らし運転を完了することができた。すなわち、実施例２と同様に、従来例１の約１／５まで慣らし運転時間を短縮することができ、また、従来例２と同時間で慣らし運転を完了することができた。
【００３１】
以上の試験結果から明らかなように、漸次立ち上げ工程の途中に、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度Ｎｍで運転する急速立ち上げ工程を設けることにより、好ましくは当該急速立ち上げ工程を３回以上設けることにより、モータ容量を過大化することなく、慣らし運転を短時間でかつ安定した状態で行うことが可能となる。特に急速立ち上げ工程の回転速度Ｎｍを、Ｎ１（Ｎｎ×５０％）、Ｎ２（Ｎｎ×７５％）、Ｎ３（Ｎｎ）の順序で段階的に引き上げることで、更に温度上昇を抑制し、安定した状態で慣らし運転を行うことができる。
【００３２】
なお、上述した実施例では、使用回転速度Ｎｎ以下の回転速度で運転する急速立ち上げ工程を２又は３回設ける場合について説明を行い、特に急速立ち上げ工程を３回設ける場合が望ましいことを実証したが、急速立ち上げ工程は４回あるいは５回設けてもよい。その場合、各回の急速立ち上げ工程の回転速度Ｎｍは、同一の回転速度に設定する他、段階的に引き上げてもよい。
【００３３】
また、以上では、アンギュラ玉軸受に本発明にかかる慣らし運転方法を適用した形態について説明を行ったが、本発明にかかる慣らし運転方法は、アンギュラ玉軸受に限らずその他の玉軸受、さらには円筒ころ軸受や円錐ころ軸受を用いた転がり軸受装置にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】工作機械の主軸軸受装置の一構成例を示す断面図である。
【図２】（ａ）図は、従来例１の試験工程を示す図、（ｂ）図は従来例１の試験結果を示す図である。
【図３】（ａ）図は、従来例２の試験工程を示す図、（ｂ）図は従来例２の試験結果を示す図である。
【図４】（ａ）図は、実施例１の試験工程を示す図、（ｂ）図は実施例１の試験結果を示す図である。
【図５】（ａ）図は、実施例２の試験工程を示す図、（ｂ）図は実施例２の試験結果を示す図である。
【図６】（ａ）図は、実施例３の試験工程を示す図、（ｂ）図は実施例３の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    主軸
１１    ハウジング
１２    複列円筒ころ軸受
１３    アンギュラ玉軸受
１４    単列円筒ころ軸受
Ｎｎ    使用回転速度
Ｎｍ    急速立ち上げ工程の回転速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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