(57)【要約】  【課題】  不規則な運転条件で動作する装置に用いる転がり軸受に対しても最適な補給を行える潤滑剤補給装置を提供する。  【解決手段】  弾性流体潤滑下で潤滑されながら回転する転がり軸受において、軌道面や転動面の性状の変化および潤滑剤の劣化をパッシブ型センサを用いてモニタリングしながら最適に潤滑剤を補給できる。従って、自然条件に大きく依存するような油やグリース等の潤滑剤の交換時期の予測が困難な運転条件で使用される機械装置において効率的に潤滑剤を供給し、メンテナンス性や運転信頼性を向上させることができる。さらに、アクセスが容易でない場所に設置された機械装置においては保守作業者の負担を軽減させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軌道部と、第２の軌道部と、第１の軌道部と第２の軌道部の間に転動自在に配置された複数の転動体を備えた転がり軸受に潤滑剤を補給する潤滑剤補給装置において、
潤滑剤を貯溜するタンクと、
潤滑剤を圧送するポンプと、
前記転がり軸受と前記タンクと前記ポンプを接続する配管と、
前記転がり軸受の稼動状況をモニタリングするパッシブ型のセンサと、
前記センサからの出力信号に基いて、前記ポンプを駆動することにより、前記タンク内の潤滑剤を前記配管を介して前記転がり軸受に補給する制御部とを有することを特徴とする潤滑剤補給装置。
【請求項２】
前記転がり軸受の固定側の軌道部に、潤滑剤を補給する配管が接続されており、前記固定側の軌道部又はその近傍に潤滑剤補給穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤補給装置。
【請求項３】
前記センサは潤滑剤の劣化状態を検知するセンサであって、潤滑剤の変色を検知する光学式センサ、または潤滑剤の体積抵抗率、誘電率および誘電正接のいずれかを測定するセンサのいずれかもしくは両方であることを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑剤補給装置。
【請求項４】
さらに回転速度を検出する回転センサを有し、前記制御部は、更に前記回転センサからの出力信号に基づいて、前記潤滑剤の補給を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の潤滑剤補給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑剤を定期的に補給する潤滑剤補給装置に関し、例えば、グリースや油等の潤滑剤の定期的な交換が必要でありながら交換作業が困難な場所で使用され、運転状態が不規則なグリース潤滑あるいは油潤滑下で転がり軸受を使用する回転装置、例えば風車主軸用転がり軸受および発電機用転がり軸受等に適している潤滑剤補給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は油やグリース等の潤滑剤で潤滑され、弾性流体潤滑下で長時間にわたって信頼性を確保することができるように設計されている。ところが近年は、より厳しい荷重、温度、潤滑条件下でありながら、更に長時間にわたり信頼性が確保されることが要求されている。従って、従来通りの設計で作られた転がり軸受においては、長期間の使用による油やグリース等の潤滑剤の劣化により、回転抵抗の上昇、摩耗の増加、温度上昇等が生じて、異常発生を招く恐れがある。この対策としては、稼動中の転がり軸受から定期的にグリースを採取して、化学分析等を行うことにより、潤滑剤の劣化状態を検査するか、経験上から推定される交換時期に劣化した油やグリース等の潤滑剤を交換することが考えられる。
【０００３】
しかしながら、上記の検査や油やグリース等の潤滑剤を交換するには、転がり軸受を用いた装置全体を停止せねばならないため稼働率の低下を招く。また、逆に、メンテナンスサイクルの間に何らかの理由により潤滑剤の質の劣化度合いが限界を超えた場合でも、原則として次の時期までメンテナンスが行われないことから、装置の破損を招く重大なトラブルが生じる恐れもある。
【０００４】
これに対し上記課題を解決するために、定期的にグリース循環ポンプを作動させ、潤滑対象である軸受装置に常に新しいグリースを供給する機構が、特許文献１に開示されている。一方、特許文献２には、軸受装置内の複数の部分にそれぞれ適量のグリースを装置の運転サイクルに応じて供給する給脂装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−９３９５７号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７７９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１７６８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に記載された技術は、いずれも軸受装置の運転状態を把握可能な場合に有効であり、その経験に基きグリースの交換時期を正しく予測できれば給脂装置の運転間隔を適切に決定できる。しかしながら、交換時期の予測は常に正しいとは限らず、誤った予測による誤った交換時期の設定もあり得る。この対策として、予測された交換時期よりもグリースの供給間隔を短くすることも考えられ、それにより劣化したグリースが軸受内に滞在する確率を小さくし、軸受装置の異常発生を回避できるといえるが、グリース消費量が多くなり経済的ではない。
【０００６】
なお、特許文献３には、電気抵抗を測定して潤滑剤を供給するグリース補給装置が提案されており、これも有効な方法ではあるが、この手法は油膜厚さを電気抵抗値で測定するものであり、具体的には電圧を与えてその抵抗値度測定するものであって、そのためアクティブ型のセンサを用いている。この手法は、油膜厚さを直接測定する方法では無く、他の情報量に換算して測定しているといえる。
【０００７】
しかしながら、例えば風車のような運転状態が自然環境に大きく依存している装置では運転状態が不規則であり、そのためグリースの劣化時期が不規則な運転状態により変動する場合には、必ずしもアクティブ型のセンサは有効であるとはいえない。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、不規則な運転条件で動作する装置に用いる転がり軸受に対しても最適な補給を行える潤滑剤補給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の潤滑剤補給装置は、第１の軌道部と、第２の軌道部と、第１の軌道部と第２の軌道部の間に転動自在に配置された複数の転動体を備えた転がり軸受に潤滑剤を補給する潤滑剤補給装置において、
潤滑剤を貯溜するタンクと、
潤滑剤を圧送するポンプと、
前記転がり軸受と前記タンクと前記ポンプを接続する配管と、
前記転がり軸受の稼動状況をモニタリングするパッシブ型のセンサと、
前記センサからの出力信号に基いて、前記ポンプを駆動することにより、前記タンク内の潤滑剤を前記配管を介して前記転がり軸受に補給する制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の潤滑剤補給装置は、前記転がり軸受の稼動状況をパッシブ型のセンサを用いてモニタリングし、前記制御部が、前記センサからの出力信号に基いて、前記ポンプを駆動することにより、前記タンク内の潤滑剤を前記配管を介して前記転がり軸受に補給するので、油やグリース等の潤滑剤の劣化時期の予測が困難な装置においても最適な潤滑剤の補給を行える。
【００１１】
転がり軸受の振動値、軸受部品の回転速度、油やグリース等の潤滑剤の劣化に伴う色調変化、体積抵抗率変化、ガスの発生、水分を多く含むことによる湿度の上昇等を受動的に測定する際に、アクティブ型センサより、パッシブ型センサを用いた方がより適切に測定できる場合がある。ここでアクティブ型センサとは、前述の油膜厚さを電気抵抗を用いて測定するものや、振動をレーザドップラ速度計を用いて測定するものなどのように、測定しようとする特性とは異なるエネルギーを入力して、そのエネルギーの変化量を出力として取り出して、特性値に換算するセンサをいう。これに対し、圧電式加速度計で加速度振動、回転計で回転速度、赤外線センサで色調変化、抵抗計で体積抵抗率変化、ガスセンサでガスの発生、超音波センサで金属の摩滅音を測定するというように、変化する特性値そのものを測定するものは、パッシブ型センサといえる。
【００１２】
例えば、風車のような運転状態が自然環境に大きく依存している装置では運転状態が不規則であり、そのためグリースの劣化時期がそれらの状況により変動する場合等は、パッシブ型センサを用いた方がより適切なモニタリングが可能である。また、グリース潤滑だけでなく潤滑剤に油を用いる場合、例えば特開２００２−１３０５９３では切換弁を定期的に作動させて間歌的に給油しているが、この場合にも前記パッシブ型センサを用いてモニタリングして、その信号を基に潤滑油を給油することにより、より効率的な潤滑が可能となる。以下に、パッシブ型センサを用いた検出の例を挙げる。
【００１３】
（１）転がり軸受の軌道面や転動面に面荒れがおきると、転がり軸受の転動体の動きが不規則になるので、転動体の通過振動を振動計、変位計あるいは回転計等のパッシブ型センサを用いて測定してを異常検知を行うことができる。その振動の変化が閾値を超えた時に、ポンプを作動させて潤滑剤を供給する。
【００１４】
（２）転がり軸受の軌道面や転動面に面荒れがおきると、軌道部の軌道面と転動体の転動面との間に部分的な油膜切れが発生し、金属接触により広い周波数帯域の摩擦音が発生する。これらの周波数では、低周波数域の周波数は、転がり軸受の摩擦音以外の機械装置の周波数も含まれるので、周波数５〜１００ｋＨｚの高周波領域の信号を超音波センサ等のパッシブ型センサを用いて測定することにより、転がり軸受の径時変化に伴う劣化を検知できる。その振動の変化が閾値を超えた時に、ポンプを作動させて潤滑剤を供給する。
【００１５】
（３）グリース等の潤滑剤は劣化（酸化）すると体積抵抗率が低下する一方、誘導率および誘導正接は逆に大きくなる（特開２００３−１７２４９４参照）。これらのいずれかを抵抗を測定する電極等のパッシブ型センサを用いて測定することによって正確に酸化劣化を検知できる。なお、温度補正しながら測定することによってより正確に酸化劣化を検知できる。この値が閾値を超えた時に、ポンプを作動させて潤滑剤を供給する。
【００１６】
（４）グリース等の潤滑剤は劣化すると炭化水素を発生し、転走面でのトライボケミカル反応により硫化水素やアンモニアガスを発生するので、これらの発生するガスをガスセンサ等のパッシブ型センサにより潤滑剤の劣化を検知する（特開２００３−１６６６９６参照）。この値が闘値を超えた時に、ポンプを作動させて潤滑剤を供給する。
【００１７】
（５）グリースでは、劣化すると濃色に変色するので色調を検知するセンサ（例えば光学式センサ）によって初期状態（新グリース）からの色調変化を検知できる。またはセンサと近接するＬＥＤなどの光源の間にグリースが入る空間を設け光源から発する光の透過率を測定することによってグリースの変色を検知する。センサは軸受軌道面の近傍に配置し、潤滑に使用されるグリースの劣化を検知する。さらにエステル系以外のグリースを使用する場合は酸化劣化すると赤外線スぺクトル分析で１７１０ｃｍ−１付近の吸収が大きくなることが知られており、赤外線センサ等のパッシブ型センサによって酸化劣化が検知可能である。この値が閾値を超えた時に、ポンプを作動させて潤滑剤を供給する。
【００１８】
（６）検知精度向上のため、複数の検知方法は組み合わせることも可能である。
これらの方法によって油やグリース等の潤滑剤の劣化を検知し、その信号により潤滑剤供給ポンプを駆動し潤滑剤貯蔵タンク内にある潤滑剤を配管を通じて転がり軸受に供給する。なお、このとき供給される新しい潤滑剤が軸受全体に供給されるが、転がり軸受が回転中のみ潤滑剤ポンプが駆動するよう回転センサからの出力信号によって供給ポンプが駆動するようにすると潤滑剤の消費を抑えられ効率的である。
【００１９】
前記転がり軸受の固定側の軌道部に、潤滑剤を補給する配管が接続されており、前記固定側の軌道部又はその近傍に潤滑剤補給穴を設けていると好ましい。
【００２０】
前記センサは潤滑剤の劣化状態を検知するセンサであって、潤滑剤の変色を検知する光学式センサ、または潤滑剤の体積抵抗率、誘電率および誘電正接のいずれかを測定するセンサのいずれかもしくは両方であると好ましい。
【００２１】
さらに回転速度を検出する回転センサを有し、前記制御部は、更に前記回転センサからの出力信号に基づいて、前記潤滑剤の補給を行うと好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を示す概略構成図である。図２は、潤滑剤補給装置の動作を示すフローチャートである。図３は、軸受部１の断面図である。転がり軸受である軸受部１は、図３に示すように、外輪（軌道部）９と、内輪（軌道部）１２と、両輪１０，１２間に転動自在に配置された転動部材である複数のころ１１と、ころ１１を保持する保持器１０とからなる。
【００２３】
グリース補給穴７は外輪９の外径面から外輪９の軌道面内にある研削逃げ部に貫通し、外径側は供給管３を介してポンプＰ（図１）に接続されている。ポンプＰから押し出されるグリースは、供給管３、グリース補給穴７を通じて軸受部１内部に挿入され、軸受部１の外輪９、内輪１２の軌道面ところ１１の接触面および外輪９と保持器１０の接触面に付着して適宜潤滑を行うようになっている。グリースセンサ８は、外輪９の外径面から半径方向に挿入され外輪９の内径面に貫通している。外輪９の内径面の軌道面近傍に貫通したセンサ検出部８ａにおいて軸受内部のグリースの劣化状態を検知する。
【００２４】
軸受部１に潤滑剤（ここではグリース）を補給する潤滑剤補給装置は、グリースが貯留されるグリースタンク２と、グリースタンク２から供給管（配管）３を介してグリースを軸受部１へ送り出すポンプＰと、ポンプＰを駆動するモータＭと、軸受部１のグリースの劣化を測定するグリースセンサＳ（抵抗センサ、ガスセンサ、赤外線センサの少なくとも一つのパッシブ型センサ）と、グリースセンサＳから出力されるセンサ信号を配線４を介して入力してグリースの劣化を判断し、且つ回転センサＲＳから出力される軸受部１の回転速度を示す信号入力し、それが使用される装置の使用状態を判断する判定回路を含む制御部６とを有する。
【００２５】
予めグリースタンク２には、適切な量のグリースが貯留されている。グリースタンク２内に貯留されたグリースは、ポンプＰの駆動によって供給管３に導かれるようになっている。供給管３は、一方がグリースタンク２に接続され、他方がポンプＰを介して軸受部１に接続されている。本実施の形態においては、ポンプＰは、モータＭの回転によって駆動するように構成されている。また、軸受部１には、グリースをその内部空間から排出するための排出管（図示せず）があっても良い。
【００２６】
軸受部１は、その内部空間に供給管３からグリースが補給されるように構成されている。ここでは、外輪９に設けられたグリース補給穴７を介して、供給管３から供給されたグリースが軸受部１の内部空間に補給されるように構成されている。
【００２７】
本実施の形態にかかる潤滑剤補給装置の動作について、更に図２を参照して説明する。ステップＳ１０１で運転開始した後、ステップＳ１０２で、グリースセンサＳから出力された信号に基づいて、制御部６はグリースの初期状態を把握する。又、ステップＳ１０３で、回転センサＲＳから出力された信号に基づいて、制御部６は運転状態を把握する。更に、ステップＳ１０４で、グリースセンサＳから出力された信号に基づいて、制御部６はグリースの劣化が閾値を超えたか否かを判定し、超えていれば、ステップＳ１０５で、軸受部１が動作中か否か判定する。動作中でなければ、ステップＳ１０１に戻り運転を再開し、動作中であれば、ステップＳ１０６でモータＭを駆動制御し、ポンプＰを動作させてグリースを供給管３から供給する（ステップＳ１０７）。ここでは、制御部６には、回転センサＲＳからの回転速度信号も同時に入力されるため、軸受部１が回転中にモータＭが駆動するようにしておくと、供給されたグリースが軸受部１全体へと分散され、効率的に潤滑可能である。
【００２８】
供給されるグリースの量は予め適量を設定し、１回のポンプＰの駆動でグリースセンサＳが検出するグリースが供給されたグリースに入替わるようにする。またはグリースセンサＳが検出するグリースが、供給されたグリースに入替わるまでポンプＰを駆動するように設定することも可能である。その場合、グリースセンサＳの位置がグリース供給位置の近傍に設置すると、グリースセンサＳの検出するグリースがすぐに入替わってしまい、供給するグリースが軸受全体に分散しなくなるので、グリース供給位置とグリースセンサＳの位置は軸受部１の回転方向に相対的な角度を持って離れていることが望ましい。
【００２９】
図４は、潤滑剤の体積抵抗率と酸化度の関係を示すグラフである。潤滑剤は酸化劣化すると体積抵抗率が小さくなる特性を有するので、予め装置に組み込まれる転がり軸受に供給される潤滑剤の劣化度と軸受性能の関係を求めておき、抵抗センサを用いるグリースセンサＳの出力信号を設定することができる。
【００３０】
図５は、第２の実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を示す図１と同様な図である。本実施の形態の潤滑剤補給装置は、潤滑剤の間欠補給が可能である。尚、図５の構成においては、図１の構成に対しグリースセンサを加速度センサ（振動センサともいい、パッシブ型センサである）ＶＳに置換した以外は同様であるので、共通する構成の説明は省略する。但し、回転速度センサＲＳに加えて、温度、湿度センサを設けても良い。
【００３１】
本実施の形態においては、制御部６は、転がり軸受である軸受部１の振動を、加速度センサＶＳを用いて測定し、その振動における５〜１００ｋＨｚの高周波成分のみをフィルターを介して抽出し、その信号に基いてポンプＰを駆動させることにより潤滑剤を、所定の運転間隔で供給する。
【００３２】
図６は、第３の実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を工作機械の主軸装置に適用した例を示す図である。図６において、工作機械の主軸装置６１は、ハウジング８５に対して主軸６９を、４つの転がり軸受７１によって支持している。グリースタンク２内に貯留されたグリースは、ポンプＰの駆動によって供給管３を介して切替弁７０に導かれ、そこから配管６３を介して主軸装置６１内に取り込まれ、ノズル６５を介して各転がり軸受７１に供給されるようになている。
【００３３】
本実施の形態も、潤滑油またはグリースの間欠補給を行う例であり、転がり軸受７１の振動を振動センサＶＳを用いて測定し、上述と同様に保持器の振動数の成分に基づいて、制御部６がポンプＰを駆動させることにより潤滑剤を供給させるものである。たとえば保持器の振動数ｆｃは、以下の数式で表される。
ｆｃ＝（ｆｒ／２）（１−（Ｄａ／ｄｍ）ｃｏｓα）  ［Ｈｚ］
ｆｒ：内輪回転速度［Ｈｚ］
Ｄａ：転動体直径  ［ｍｍ］
ｄｍ：ピッチ円直径［ｍｍ］
α  ：転がり軸受の接触角［度］
振動センサの変わりに５〜１００ｋＨＺの超音波を測定する超音波センサを用いても良い。
【００３４】
保持器の振動数の代わりに、転動体通過振動数を測定することも可能である。この振動も、振幅の絶対値、振幅の変動値、周波数の変動値、回転むらの値等を判定値とすることができる。
【００３５】
以上述べた本実施の形態によれば、弾性流体潤滑下で潤滑されながら回転する転がり軸受において、軌道面や転動面の性状の変化および潤滑剤の劣化をパッシブ型センサを用いてモニタリングしながら最適に潤滑剤を補給できる。従って、自然条件に大きく依存するような油やグリース等の潤滑剤の交換時期の予測が困難な運転条件で使用される機械装置において効率的に潤滑剤を供給し、メンテナンス性や運転信頼性を向上させることができる。さらに、アクセスが容易でない場所に設置された機械装置においては保守作業者の負担を軽減させることができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では玉軸受を例に挙げているが、これに限定されることことなくボールねじ、リニアガイド、リニアボールべアリング等の第１の軌道部と第２の軌道部とこれらの軌道部間で転動自在に介在する複数の転動体を有し、油やグリース等の潤滑剤で潤滑されて弾性流体潤滑下で稼動する転がり軸受の潤滑剤補強装置に適用できる。
【００３７】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を示す概略構成図である。
【図２】潤滑剤補給装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】軸受部１の断面図である。
【図４】潤滑剤の体積抵抗率と酸化度の関係を示すグラフである。。
【図５】第２の実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を示す図１と同様な図である。
【図６】第３の実施の形態にかかる潤滑剤補給装置を工作機械の主軸装置に適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 軸受部
２ グリースタンク
３ 供給管
４ 配線
６ 制御部
７ グリース補給穴
８ グリースセンサ
８ａ センサ検出部
９ 外輪
１０ 保持器
１１ ころ
１２ 内輪
６１ 主軸装置
６３ 配管
６５ ノズル
６９ 主軸
７０ 切替弁
７１ 軸受
８５ ハウジング
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
ＲＳ 回転センサ
ＲＳ 回転速度センサ
Ｓ グリースセンサ
ＶＳ 加速度センサ
【図１】
2005351363.tif 000003
【図２】
2005351363.tif 000004
【図３】
2005351363.tif 000005
【図４】
2005351363.tif 000006
【図５】
2005351363.tif 000007
【図６】
2005351363.tif 000008