JP2007298527A - Main spindle support device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係る転がり軸受の運転状態監視装置は、工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受等、微量潤滑の下で運転される転がり軸受の潤滑状態の良否を判定する為に利用する。 The rolling bearing operating state monitoring device according to the present invention is used to determine the quality of the lubricating state of a rolling bearing operated under a minute amount of lubrication, such as a rolling bearing for supporting the spindle of a machine tool.
工作機械の主軸は、玉軸受、ころ軸受等の転がり軸受により支持された状態で高速回転する。この様な転がり軸受の潤滑は、回転抵抗を低く、且つ、その変動を僅少に抑える為、オイルエア、オイルミスト等による微量潤滑で行なっている。グリース潤滑による場合も、グリースの封入量を少なく抑えている。言い換えれば、上記転がり軸受内には、必要最小限の潤滑油しか供給しない。従って、オイルエア供給装置等の給油手段が故障したり、グリースが枯渇したりして、潤滑不良が発生すると、短時間の間に焼き付き等の重大な損傷に結び付き易い。 The spindle of a machine tool rotates at a high speed while being supported by a rolling bearing such as a ball bearing or a roller bearing. Such rolling bearings are lubricated by a small amount of lubrication using oil-air, oil mist, or the like in order to reduce rotational resistance and minimize fluctuations. Even when grease lubrication is used, the amount of grease is kept small. In other words, only the minimum necessary amount of lubricating oil is supplied into the rolling bearing. Therefore, when a lubrication means such as an oil / air supply device breaks down or grease is depleted and a lubrication failure occurs, it is likely to cause serious damage such as seizure in a short time.
この為に従来から、上記転がり軸受を設置した部分で発生する振動や音を検知したり、この部分の温度を検知したり、或は上記転がり軸受を組み込んだ工作機械等の運転時間を測定する等により、この転がり軸受のメンテナンスをする為の情報を得る様にしていた。 For this reason, conventionally, vibration or sound generated in the part where the rolling bearing is installed is detected, the temperature of this part is detected, or the operating time of a machine tool or the like incorporating the rolling bearing is measured. Thus, information for maintaining the rolling bearing is obtained.
振動や音、或は温度情報は、潤滑不良に基づいて或る程度損傷が発生してからその値が変化するものである為、必ずしも転がり軸受の損傷防止を十分に図れるとは言えない。又、運転時間を測定するのでは、給油装置の故障による潤滑不良には対応できない。
これらの事を考慮した場合、実際に潤滑不良の状態が発生した事を、この潤滑不良に基づく損傷が発生する以前に検知できる監視装置の実現が望まれる。
Since the value of vibration, sound, or temperature information changes after a certain degree of damage has occurred based on poor lubrication, it cannot always be said that sufficient prevention of damage to the rolling bearing is achieved. Also, measuring the operating time cannot cope with poor lubrication due to a failure of the fueling device.
In consideration of these matters, it is desired to realize a monitoring device that can detect the fact that a poorly lubricated state has actually occurred before damage based on the poor lubrication occurs.
一方、マシニングセンタ等の各種工作機械に組み込まれる、高速回転する主軸を支持する為の転がり軸受を構成する転動体には、窒化珪素等のセラミック製の転動体を使用する場合がある。この様なセラミック製の転動体を使用する理由は、セラミック製の転動体は、軽量で、熱膨張量が少なく(線膨張率が低く)、しかも、優れた耐摩耗性及び耐焼き付き性を有する為である。但し、セラミック製の転動体は、通常の軸受鋼製の転動体とは特性が異なるので、異常監視の方法に関しても、それに応じた考慮が必要である。 On the other hand, a rolling element made of a ceramic such as silicon nitride may be used as a rolling element that constitutes a rolling bearing that is incorporated in various machine tools such as a machining center and supports a spindle that rotates at high speed. The reason for using such a ceramic rolling element is that the ceramic rolling element is lightweight, has a small amount of thermal expansion (low linear expansion coefficient), and has excellent wear resistance and seizure resistance. Because of that. However, ceramic rolling elements have different characteristics from ordinary rolling elements made of bearing steel, and accordingly, an abnormality monitoring method needs to be considered accordingly.
本発明は、この様な事情に鑑みて、セラミック製の転動体を組み込んだ転がり軸受の異常の有無を、迅速に且つ正確に判断できる転がり軸受の運転状態監視装置を実現すべく考えたものである。 In view of such circumstances, the present invention has been devised in order to realize a rolling bearing operating state monitoring device that can quickly and accurately determine whether or not a rolling bearing incorporating a ceramic rolling element is abnormal. is there.
本発明の転がり軸受の運転状態監視装置は、それぞれが金属製で互いに対向する状態で設けられた1対の軌道輪と、これら両軌道輪の互いに対向する面に形成された軌道面同士の間に設けられた、それぞれがセラミック製である複数個の転動体とを備え、これら各軌道面とこれら各転動体の転動面との当接部に潤滑油を介在させた状態で運転される転がり軸受の運転状態を監視する為のものである。
この為に、上記各セラミック製転動体のうちの少なくとも1個の転動体を導電性セラミック製とすると共に、一方の軌道輪若しくはこの一方の軌道輪と電気的に導通している部材と、他方の軌道輪若しくはこの他方の軌道輪と電気的に導通している部材との間の抵抗値若しくはこの抵抗値に基づいて変化する電位差を監視し、この抵抗値若しくはこの抵抗値に基づいて変化する電位差が所定範囲から外れた場合に潤滑状態が不良であるとする。
The rolling bearing operating state monitoring device according to the present invention includes a pair of race rings made of metal and facing each other, and raceway surfaces formed on surfaces facing each other of the raceways. Provided with a plurality of rolling elements each made of ceramic, and is operated in a state in which lubricating oil is interposed between contact portions of the raceway surfaces and the rolling surfaces of the rolling elements. This is for monitoring the operating condition of the rolling bearing.
For this purpose, at least one of the ceramic rolling elements is made of conductive ceramic, and one of the race rings or a member electrically connected to the one of the race rings, and the other The resistance value between the bearing ring of this or the member that is electrically connected to the other race ring or a potential difference that changes based on this resistance value is monitored, and the resistance value changes based on this resistance value or this resistance value. It is assumed that the lubrication state is poor when the potential difference is out of the predetermined range.
上述の様に構成する本発明の転がり軸受の運転状態監視装置によれば、転がり軸受の潤滑状態が不良である事を、潤滑不良に基づく損傷が発生する以前に検知できる。 According to the rolling bearing operating state monitoring device of the present invention configured as described above, it is possible to detect that the rolling bearing is in a poorly lubricated state before damage based on the poor lubrication occurs.
図1は、本発明の転がり軸受の運転状態監視装置を、工作機械に組み込んだ場合に就いて示している。鋼等の金属製のハウジング1の内側に、やはり鋼等の金属製の主軸2を、1対の転がり軸受3、3により回転自在に支持している。これら各転がり軸受3、3は、その内周面に外輪軌道を有する金属製の外輪4と、その外周面に内輪軌道を有する金属製の内輪5と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた、それぞれがセラミック製である複数の転動体6、6と、これら各転動体6、6を転動自在に保持する為の、合成樹脂製の保持器7とから成る。
FIG. 1 shows the rolling bearing operating state monitoring device of the present invention incorporated in a machine tool. A main shaft 2 made of metal such as steel is also rotatably supported by a pair of
上記各転動体6、6のうち、少なくとも1個(好ましくは円周方向に離隔した位置にある複数個、更に好ましくは全部)の転動体6を、導電性セラミック製としている。この転動体6を構成する為の導電性セラミックとしては、例えば、特許文献1〜9等に記載されて従来から知られている各種のものを使用できる。更には、特願2001−203783号に開示されている様に、遷移金属の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物のうちから選択される1種又は2種以上を10〜60重量%含む導電性セラミック製の転動体も、使用可能である。
Of the
上述の様に、導電性セラミック自体は、従来から各種のものが知られており、又、本願発明の実施に使用できる導電性セラミックの種類は特に問わないので、この導電性セラミックの組成に関する説明は省略する。尚、前記各転がり軸受3、3にそれぞれ複数個ずつ組み込む転動体6、6は、同種のものを使用する。導電性セラミック製の転動体と非導電性セラミック製の転動体とを混在させる場合には、両種の転動体の主成分を同じとする等により、比重、熱膨張係数等ができるだけ近いものを使用する。
As described above, various types of conductive ceramics have been known in the past, and the type of conductive ceramic that can be used in the practice of the present invention is not particularly limited. Is omitted. In addition, the same kind of
本発明の転がり軸受の運転状態監視装置では、上述の様な導電性セラミック製の転動体6、6を組み込んだ各転がり軸受3、3の潤滑状態を知る為に、前記外輪4を内嵌固定したハウジング1と、前記内輪5を外嵌固定した主軸2との間の電位差を測定自在としている。
In the rolling bearing operating state monitoring device of the present invention, the
この為に図示の例では、上記ハウジング1と、上記主軸2と、上記各転がり軸受3、3と、直流電源8と、抵抗9とを互いに直列に接続した、閉回路を構成している。尚、この閉回路を構成する導線10の一端は、上記ハウジング1に対し直接接続している。これに対して、この導線10の他端は上記主軸2に、ブラシ11を介して導通させている。即ち、上記ハウジング1の端部に支持した、合成樹脂等の絶縁材製のホルダ12に支持したブラシ11を、ばね13により上記主軸2又はこの主軸2に固定した導体の外周面に押し付けると共に、上記ブラシ11に上記導線10の他端を接続する事により、この導線10の他端と上記主軸2とを導通させている。
Therefore, in the illustrated example, a closed circuit is formed in which the
又、上記導線10の途中には電圧計14を、上記直流電源8及び抵抗9と並列に設けている。従って、この電圧計14は、上記ハウジング1と上記主軸2との間の電位差(上記各転がり軸受3、3を構成する外輪4と内輪5との間の電位差に等しい)を検出する。尚、上記直流電源8の電圧値は、0.1〜10V程度の範囲内で、設計的考慮により決定する。又、上記抵抗9の抵抗値も、1kΩ〜1MΩ程度の範囲内で、設計的考慮により決定する。
A voltmeter 14 is provided in the middle of the conducting wire 10 in parallel with the DC power supply 8 and the resistor 9. Therefore, the voltmeter 14 detects a potential difference between the
上述の様な電圧計14の測定値は、比較器及び判定器を内蔵した制御器15に入力している。この制御器15は、この電圧計14の測定値と予め設定した基準値とを比較し、この測定値が基準値を境として、潤滑不良の側に外れた場合に、警報を発すると共に、上記主軸2を停止させる。又、図示の例では、上記ハウジング1の振動を検知する為の振動計16の検出信号も、上記制御器15に入力している。そしてこの制御器15は、この検出信号により表される、上記ハウジング1の振動の値が所定値を越えた場合に、警報を発すると共に、上記主軸2を停止させる。
The measured value of the voltmeter 14 as described above is input to the
上述の様に構成する本発明の転がり軸受の運転状態監視装置によれば、次の様にして、上記各転がり軸受3、3の潤滑状態が不良である事を、これら各転がり軸受3、3に潤滑不良に基づく損傷が発生する以前に知る事ができる。
先ず、上記各転がり軸受3、3の潤滑状態が良好である場合には、上記ハウジング1と上記主軸2との間の電気抵抗が高く、反対に上記潤滑状態が不良である場合にはこの電気抵抗が低くなる。即ち、潤滑状態が良好である場合には、前記外輪軌道及び内輪軌道と上記各転動体6、6の転動面との間に十分な油膜が介在する。そして、絶縁材である油の膜が介在する分、上記ハウジング1と上記主軸2との間の電気抵抗が高くなり、これらハウジング1と主軸2との間の電位差が高く(直流電源8の電圧に近く)なる。
According to the operating condition monitoring apparatus of the rolling bearing of the present invention configured as described above, the fact that the
First, when the lubrication state of the
これに対して、潤滑状態が不良である場合には、前記外輪軌道及び内輪軌道と上記各転動体6、6の転動面との間に油膜が存在しないか、仮に存在しても不十分となる。この様な状態では、上記外輪軌道及び内輪軌道と上記各転動体6、6の転動面との接触状態が、直接接触に近い接触状態となって、上記ハウジング1と上記主軸2との間の電気抵抗が低くなり、これらハウジング1と主軸2との間の電位差が低くなる。そこで、前記電圧計14の測定値V14が、上記直流電源8の電圧V8 よりも所定以上低く(例えば「V14<0.8V8 」に)なった場合に、上記外輪軌道及び内輪軌道と上記各転動体6、6の転動面との間に十分な油膜が形成されていない、即ち潤滑不良の状態にあると判定する。そこで、前記制御器15が、前記各転がり軸受3、3の潤滑状態が不良であると判定したならば、前記主軸2を停止させると共に、図示しない警報器(ブザー或は警告灯)により警報を発する。
On the other hand, when the lubrication state is poor, there is no oil film between the outer ring raceway and the inner ring raceway and the rolling surfaces of the
尚、工作機械等の運転時には、局部的に潤滑不良の状態が出現して、極く短時間の後に復旧する場合もある。この為、上記制御器15が潤滑不良と判定した瞬間に上記主軸2を停止させたり警報を発したりすると、上記工作機械の緊急停止等が必要以上に行なわれる可能性がある。そこで、上記制御器15に、潤滑不良の状態が所定時間(数秒)以上継続した場合にのみ、上記主軸2を停止させたり警報を発したりさせる事もできる。又、工作機械の運転時(切削加工時)には、前記ハウジング1に支持した刃物と、上記主軸2側に支持した被加工物とが接触して、これらハウジング1と主軸2とが電気的に短絡される場合がある。この様な場合には、前記電圧計14の測定値はほぼ零Vとなる。この様な場合に上記制御器15が、潤滑不良であると判定すると、やはり無用な緊急停止を行なう事になる。そこで、上記電圧計14の測定値が所定値(例えば0.01V8 )以上である事を条件に、潤滑状態の良否判定を行なわせる事もできる。
When a machine tool or the like is operated, a state of poor lubrication appears locally and may recover after a very short time. For this reason, if the spindle 2 is stopped or an alarm is issued at the moment when the
更に、図示の例では、上記ハウジング1の振動を振動計16により検出し、この振動の大きさによっても、工作機械の運転状態を判定自在としているので、この工作機械に重大な損傷が発生する事を、より確実に防止できる。即ち、何らかの原因で上記電圧計14の検出値から潤滑不良の状態を判定できなかったり、或はこれら各転がり軸受3、3に寿命により表面剥離等の損傷が発生した場合、焼き付き等、これら各転がり軸受3、3以外の部分にまで損傷が及ぶ様な事態になる以前に、上記主軸2を停止させる事ができる。
Further, in the illustrated example, the vibration of the
本発明の転がり軸受の運転状態監視装置は、以上に述べた通り構成され作用するが、実際に潤滑不良の状態が発生した事を、この潤滑不良に基づく損傷が発生する以前に検知できる為、工作機械等、各種回転装置が潤滑不良に基づいて故障する事を有効に防止できる。尚、本発明は、ラジアル転がり軸受に限らず、スラスト転がり軸受の運転状態監視にも利用できる。 The rolling bearing operating state monitoring device of the present invention is configured and operates as described above, but because it can detect that a poorly lubricated state has actually occurred before damage based on this poor lubrication occurs, It is possible to effectively prevent various rotating devices such as machine tools from failing due to poor lubrication. In addition, this invention can be utilized not only for a radial rolling bearing but for monitoring the operating state of a thrust rolling bearing.
1 ハウジング
2 主軸
3 転がり軸受
4 外輪
5 内輪
6 転動体
7 保持器
8 直流電源
9 抵抗
10 導線
11 ブラシ
12 ホルダ
13 ばね
14 電圧計
15 制御器
16 振動計
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007178164A JP2007298527A (en) | 2007-07-06 | 2007-07-06 | Main spindle support device |
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Related Parent Applications (1)
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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JP2007178164A Withdrawn JP2007298527A (en) | 2007-07-06 | 2007-07-06 | Main spindle support device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007298527A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020528146A (en) * | 2017-07-24 | 2020-09-17 | ファオデーエーハー−ベトリープスフォルシュングスインスティトゥート ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングVDEh−Betriebsforschungsinstitut Gesellschaft mit beschraenkter Haftung | Equipment for identifying the condition of mechanical parts, use of measuring equipment for identifying the condition of mechanical parts, systems, methods |
EP3739412A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-18 | HOMAG GmbH | Method for monitoring a spindle bearing |
-
2007
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090427 |