滚动轴承装置、供油单元、润滑油的供给方法及程序与流程

技术领域

本发明涉及通过供油单元来进行润滑油的供给的技术，所述供油单元具有借助压电元件的驱动而进行动作的泵。

背景技术：

近年来，在各种机床中，为了加工效率及生产效率的提高而要求主轴的高速化。当主轴以高速旋转时，在对其进行支承的轴承部，尤其是润滑性成为问题。因此，提出了在轴承部的轴向相邻设置供油单元的滚动轴承装置(参照日本特开2016-23759号公报)。该供油单元具有积存润滑油的罐及将该罐内的润滑油向轴承部喷出的泵等。

所述那样的供油单元例如与轴承部一起设置在主轴和其外侧的壳体之间的狭窄的环状空间中。因此，在该供油单元中，为了提高保养、管理性，优选尽可能地减少润滑油向罐的补充频度。因此，需要抑制由泵产生的润滑油的无益的喷出(消耗)，而且，优选使从泵喷出的润滑油的量为微量。

为了使喷出的润滑油的量为微量，提出了通过压电元件的驱动而喷出润滑油的泵(压电泵)。然而，在该泵的情况下，由于润滑油的粘度而喷出的润滑油(油滴)的速度或量变化。润滑油的粘度受到其温度的较大影响。即，在润滑油的粘度高(温度低)的情况下，喷出的速度低，而且，有时也无法喷出。相对于此，在润滑油的粘度低(温度高)的情况下，处于喷出的速度高，喷出量也增多的倾向，存在无益地消耗的情况。这样，在压电泵的情况下，存在根据粘度(温度)而润滑油的喷出形态发生变动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于抑制润滑油从泵的喷出形态根据润滑油的粘度(温度)而变动的情况。

本发明的一方式的滚动轴承装置的结构上的特征在于，包括：轴承部，具有内圈、外圈、设置于所述内圈与所述外圈之间的多个滚动体、及保持所述多个滚动体的保持架；及供油单元，设置成在轴向相邻于所述轴承部且用于向所述轴承部供给润滑油，所述供油单元具有：泵，通过压电元件的驱动而喷出润滑油；升压部，使向所述压电元件施加的电压升压；及控制部，改变从所述升压部的升压开始至所述压电元件的驱动开始为止的期间所包含的升压时间而使所述泵动作。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示滚动轴承装置的一实施方式的剖视图。

图2是供油单元的从轴向观察的剖视图。

图3是供油单元的框图。

图4是说明供油单元的功能的说明图。

图5是说明供油单元的功能的说明图。

图6是表示润滑油的温度与从泵的喷嘴喷出的油滴的喷出速度的关系的坐标图。

图7是表示润滑油的温度与从泵的喷嘴喷出的油滴的喷出速度的关系的坐标图。

具体实施方式

图1是表示滚动轴承装置的一实施方式的剖视图。图1所示的滚动轴承装置10(以下，也称为轴承装置10)是将机床具有的主轴装置的主轴(轴7)支承为能够旋转的结构，收容在主轴装置的轴承壳体8内。在图1中，通过双点划线表示轴7及轴承壳体8。该轴承装置10在机床以外也能够适用。在以下的说明中，将与轴承装置10的中心线C平行的方向称为轴向，将与该轴向正交的方向称为径向。

轴承装置10具备轴承部20和供油单元40。轴承部20具有内圈21、外圈22、多个滚珠(滚动体)23及保持这多个滚珠23的保持架24，构成球轴承(滚动轴承)。此外，该轴承装置10具备圆筒状的内圈衬圈17及外圈衬圈18。

供油单元40整体为圆环状，安装于外圈衬圈18的径向内侧，在轴承部20的轴向上相邻设置。供油单元40具有向轴承部20供给润滑油的功能。关于供油单元40的详细的结构及功能，在后文进行说明。在本实施方式中，供油单元40(主体部41)与外圈衬圈18为分体，但它们也可以为一体。这种情况下，供油单元40具有进行供油的功能，并且也具有作为外圈衬圈的功能。

在本实施方式中，外圈22、外圈衬圈18及供油单元40以不能旋转的方式安装于轴承壳体8，内圈21及内圈衬圈17与轴7一起旋转。因此，外圈22成为不旋转的固定圈，内圈21成为与轴7一起旋转的旋转圈。

内圈21是外嵌于轴7的圆筒状的构件，在其外周形成有滚道(以下，称为内圈滚道25)。在本实施方式中，内圈21与内圈衬圈17为分体，虽然未图示，但是它们也可以为一体(一体不可分)。外圈22是在轴承壳体8的内周面固定的圆筒状的构件，在其内周形成有滚道(以下，称为外圈滚道26)。在本实施方式中，外圈22与外圈衬圈18为分体，虽然未图示，但是它们也可以为一体(一体不可分)。

滚珠23介于内圈21与外圈22之间，在内圈滚道25及外圈滚道26上滚动。保持架24为环状，沿周向形成有多个兜孔27。滚珠23及保持架24设于在内圈21与外圈22之间形成的环状空间11内。

保持架24整体为环状，具有滚珠23的轴向一侧的环状部28a、滚珠23的轴向另一侧的环状部28b、将上述环状部28a、28b连结的多个柱部29。位于环状部28a、28b之间的在周向上相邻的柱部29、29之间成为兜孔27，在各兜孔27收容一个滚珠23。通过该结构，保持架24能够将多个滚珠23沿周向空出间隔地保持。

保持架24为树脂制(例如，酚醛树脂制)，内圈21及外圈22为轴承钢等的钢制。滚珠23可以为轴承钢等的钢制，也可以为陶瓷。

图2是供油单元40的从轴向观察的剖视图。供油单元40整体具有圆环形状。供油单元40具备罐42及泵43。罐42及泵43设于供油单元40具有的环状的主体部41。供油单元40具备控制单元44及电源部45，还具备温度传感器55。

主体部41安装于外圈衬圈18的内周侧，具有对泵43等进行保持的作为框架的功能。主体部41为圆环状的构件但是形成有中空空间。在该中空空间设有泵43、控制单元44、电源部45及温度传感器55。所述中空空间的一个成为罐42。由此，包含主体部41、罐42、泵43、控制单元44、电源部45及温度传感器55等的供油单元40构成为一体。

在图2中，罐42是用于积存润滑油(油)的结构，为了使润滑油流向泵43，通过配管46而与泵43相连。

在图1中，泵43具有向轴承部20供给润滑油的功能。为了发挥该功能，泵43具有设置了喷出润滑油的喷嘴(喷出口)50的泵主体48。泵主体48具有：与喷嘴50相连且积存润滑油的空间即油室(内部空间)43b；压电元件43a。本实施方式的喷嘴50由形成在泵主体48具有的壁部49上的微小的贯通孔构成。喷嘴50在壁部49的侧面处开口。在泵主体48内设有构成油室43b的壁的一部分的能够弹性变形的振动板47。在该振动板47安装有压电元件43a。向压电元件43a施加电压，压电元件43a使振动板47变形。由此，油室43b的容积变化。

如上所述，由于压电元件43a进行动作而油室43b的容积变化。由此，能够将油室43b的润滑油从喷嘴50向轴承部20的环状空间11喷出。尤其是通过压电元件43a进行动作，润滑油成为油滴P具有初速地从喷嘴50喷出。即，油滴P从喷嘴50飞翔。喷嘴50朝向内圈滚道25开口。从喷嘴50喷出的油滴P接触滚珠23，或者即使通过了相邻的滚珠23、23之间也能够接触内圈滚道25。泵43的动作用的电力从电源部45(参照图2)供给。使泵43动作的定时等由控制单元44控制。关于泵43的动作控制，在后文说明。

如以上所述，泵43是通过压电元件43a的驱动而喷出润滑油的压电泵。泵43成为在油室43b处接受罐42的润滑油，并将该油室43b的润滑油从喷嘴50作为油滴P朝向轴承部20的目标喷出(飞翔)的结构。从润滑油的高效利用的观点出发，在泵43中通过一次的喷出动作而喷出规定的量的油滴P，并使该油滴P到达轴承部20的目标。通过泵43的一次的动作，从喷嘴50喷出几皮升～几纳升的润滑油作为油滴P。本实施方式的所述目标是滚珠23及内圈滚道25。图1所示的供油单元40具有将从喷嘴50喷出的油滴P的通过区域覆盖的防风部51。防风部51防止由于轴承部20旋转而在环状空间11中产生的空气的流动对油滴P的影响。

图3是供油单元40的框图。供油单元40具有罐42、泵43、控制单元44、电源部45及温度传感器55。电源部45包含蓄电池，输出规定电压的电力。温度传感器55计测供油单元40的温度，并将计测结果作为温度信息向控制单元44(运算处理部56)输出。温度传感器55优选测定罐42内的润滑油的温度。控制单元44具有运算处理部(控制部)56、升压部57、泵驱动部58及电压信号输入部59。

运算处理部56由微机(微型计算机)构成，具有进行各种运算处理的功能。在微机的内部存储器中存储程序，通过该程序而使所述微机(运算处理部56)作为对供油单元40进行控制的控制部发挥功能。即，通过在运算处理部56执行所述程序，而进行升压部57及泵驱动部58的各种控制。运算处理部56基于通过温度传感器55得到的温度信息来改变升压部57的升压时间而使泵43动作，在后文进行说明。

升压部57由基于开关元件或晶体管等的升压电路构成。升压部57进行开关元件等的接通/断开控制，对电源部45的电压进行升压。即，升压部57具有使向泵43的压电元件43a施加的电压升压的功能。泵驱动部58由开关元件或晶体管构成。泵驱动部58通过切换开关元件，将由升压部57升压后的规定电压的信号以规定的定时向压电元件43a输出。所述定时由运算处理部56控制。电压信号输入部59取得实际的泵驱动电压，使用于泵43是否以规定的电压进行动作的监控(基于运算处理部56的监控)。

在此，通过图6来说明润滑油的温度与从泵43的喷嘴50喷出的油滴P的喷出速度的关系(现有例)。如上所述，通过泵43的一次的动作而从喷嘴50喷出的润滑油(油滴P)为微量(几皮升～几纳升)。因此，油滴P的喷出速度受到润滑油的温度的较大影响。即，如果温度升高，则润滑油的粘性下降。由此，如图6所示喷出速度升高，油滴P的喷出速度有时会变得过剩。相对于此，如果温度降低，则润滑油的粘性升高。由此，如图6所示，喷出速度降低。在温度低的情况下，油滴P的喷出速度不足，油滴P可能未到达轴承部20的规定的目标。在图6中，利用单点划线表示目标速度，优选以该目标速度或比该目标速度稍高的速度喷出油滴P。

因此，在本实施方式中，根据通过温度传感器55得到的温度信息，控制单元44进行用于改变向泵43的压电元件43a施加的电压(泵驱动电压)的大小的控制。以下，对该控制进行具体说明。

图4及图5是说明供油单元40的功能的说明图，在图4及图5中，(A)示出在升压部57进行的升压接通/断开控制。(B)示出通过升压部57升压的电压的情况(电压的时间变化)。(C)示出从泵驱动部58输出并向压电元件43a施加的电压(泵驱动电压)。图4是温度高的情况的说明图，图5是温度低的情况的说明图。

进行升压接通/断开控制的升压部57如果在时刻T1(图4)成为接通状态，则在处于该接通状态的时间带(时刻T1～T3)，使电源部45的电源电压(V1)升压，在时刻T3，升压部57成为断开状态，由此升压停止。在时刻T1之后，当经过规定时间t时，在规定的定时(时刻T2)，通过泵驱动部58，将从电源电压升压后的电压向压电元件43a施加。当压电元件43a被施加升压电压时，开始与该升压电压对应的驱动(变形)，使泵43内的油室43b的容积变化，将润滑油作为油滴P从喷嘴50喷出。所述定时(时刻T2)在本实施方式的情况下是刚经过规定时间t之后的定时，但也可以是在经过规定时间t之后又经过了(微小)时间之后的定时。

从所述时刻T1开始的所述规定时间t相当于从升压部57的升压开始至压电元件43a的驱动开始为止的期间的升压时间。以下，将该规定时间t称为“升压时间t”进行说明。当升压时间t变长时，泵驱动电压升高，与之相反，当升压时间t变短时，泵驱动电压降低。在本实施方式的控制单元44中，该升压时间t设为能够变更的参数。

如图4所示，在温度高的情况下，升压时间t短，如图5所示，在温度低的情况下，升压时间t长。这样，运算处理部56进行改变升压时间t的控制。尤其是在本实施方式中，进行基于温度传感器55取得的温度信息来改变升压时间t的控制。即，运算处理部56根据温度信息，将作为能够变更的参数的升压时间t延长或缩短来设定其长度。这样，运算处理部56能够改变升压部57的升压时间t。由此，能够改变向压电元件43a施加的电压(泵驱动电压)。

关于设定升压时间t的长度的控制，具体地进行说明。在温度低的情况下(参照图5)，与温度高的情况(参照图4)相比，运算处理部56将从升压部57的升压开始(时刻T1)至压电元件43a的驱动开始(时刻T2)为止的期间所包含的升压时间t设定得较长。通过该控制，在温度低的情况下(第一温度的情况下，参照图5)，设为更长的升压时间t，由此提高向压电元件43a施加的电压(泵驱动电压)，通过泵43进行所希望的喷出。即，虽然润滑油的粘性高，但是通过提高泵驱动电压而增大泵43的动作量(压电元件43a的动作量)，能够防止喷出速度不足，而能够以所希望的喷出速度使油滴P飞散。由此，能够向轴承部20的所希望的目标供给润滑油(油滴P)。

相对于此，在温度高的情况下(比第一温度高的第二温度的情况下，参照图4)，设为较短的升压时间t，由此使向压电元件43a施加的电压(泵驱动电压)比第一温度的情况下低，通过泵43进行所希望的喷出。即，与第一温度的情况下相比，润滑油的粘性低，因此降低泵驱动电压而减小泵43的动作量(压电元件43a的动作量)。由此，防止成为速度过剩而油滴P飞散，能够以所希望的喷出速度使油滴P飞散。这样，根据本实施方式的供油单元40，能够根据润滑油的粘度(温度)而实现泵驱动电压的最优化，使油滴P的喷出速度成为优选的值。

在运算处理部56的内部存储器存储的程序中，所述升压时间t为可变参数。运算处理部56对该作为可变参数的升压时间t进行设定，执行用于使泵43动作的所述程序。该升压时间t能够多级或无级地变更。因此，即使在温度时时刻刻变化的情况下，也能够根据该温度的变化而时时刻刻地变更升压时间t。由此，如图7所示，在从低温状态至高温状态的整个范围内，能够以目标速度附近的喷出速度喷出油滴P。

升压部57处于接通状态的持续时间成为升压部57的升压动作的时间L(参照图4、图5)。因此，运算处理部56将温度高的情况下(图4)的升压部57的升压动作的时间L设定得比温度低的情况下(图5)的升压部57的升压动作的时间L短。根据该控制，能够抑制电源部45的电力消耗。即，在温度高的情况下(比第一温度高的第二温度的情况下)，润滑油的粘度降低，因此向压电元件43a施加的电压也可以降低。因此，通过所述设定，能够缩短升压时间t而抑制电源部45的消耗电力。尤其是在本实施方式中(参照图2)，电源部45具有的蓄电池内置于供油单元40。因此，通过所述控制而抑制消耗电力，由此能够延长直至蓄电池断电为止的时间。其结果是，能够有助于供油单元40的维护频度的下降。根据该控制，能够同时实现油滴P的喷出速度的最优化和消耗电力抑制。

在具备以上的结构的本实施方式的滚动轴承装置10中，供油单元40具有的运算处理部56(控制部)具有改变从升压部57的升压开始至压电元件43a的驱动开始为止的期间所包含的升压时间t而使泵43动作的功能。根据通过该功能而进行的润滑油的供给方法，能够抑制润滑油从泵43的喷出形态根据润滑油的粘度(温度)而变动的情况，能够以适当的喷出速度喷出油滴P。

在本实施方式中，供油单元40具有温度传感器55，运算处理部56根据通过温度传感器55而得到的温度信息(润滑油的温度)，改变升压时间t而使泵43动作。具体而言，运算处理部56是根据所述温度信息而对能够变更的参数即升压时间t进行设定的结构。因此，能够进行与温度对应的控制，不受温度的影响而能够以适当的喷出速度喷出油滴P(参照图7)。

在所述实施方式中，升压时间t是能够变更的参数。运算处理部56通过设定(调整)该升压时间t，改变该升压时间t而使泵43动作。相对于此，作为其他的方式，预先设定升压时间t不同的多个模式(程序)。也可以(根据温度)从多个模式中选择规定的一个模式，在与该选择的模式对应的升压时间t使电压升压，将该升压后的电压向压电元件43a施加而使泵驱动。即，低温用的第一(副)程序和高温用的第二(副)程序设定为使泵43动作的控制程序。在第一(副)程序与第二(副)程序中，关于所述升压时间t而设定不同的值。并且，在使供油单元40发挥功能时，可以根据此时的温度(或者时间带)而选择任一方的(副)程序来执行。即使在这种情况下，运算处理部56(控制部)也成为改变从升压部57的升压开始至压电元件43a的驱动开始为止的期间所包含的升压时间t而使泵43动作的结构。

如以上所述公开的实施方式在全部的方面为例示而不受限制。即，本发明的滚动轴承装置并不局限于图示的方式，在本发明的范围内可以设为其他的方式的结构。在所述实施方式中，说明了温度传感器55取得润滑油的温度而得到温度信息的情况。然而，也可以是其他的温度，还可以是滚动轴承装置10的周围的温度。虽然说明了使用温度传感器55的情况，但也可以是能够测定润滑油的粘度的传感器。

在所述实施方式中，说明了轴承部20为角接触球轴承的情况。然而轴承的形式并不局限于此，可以是深沟球轴承，而且，也可以是圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承。而且，可以将该滚动轴承装置10使用于机床的主轴用以外的用途。

此外，所述供油单元40也可以是轴承部20的润滑用途以外的用途，例如，可以使用于减速器等齿轮机构(旋转装置)的润滑。即，供油单元40是设于旋转装置而用于向该旋转装置中的需要供油的供油区域供给润滑油的装置。(参考图3进行说明的话)该供油单元40具有泵(压电泵)43、升压部57、运算处理部(控制部)56。泵43通过压电元件43a的驱动而喷出润滑油。升压部57使向该压电元件43a施加的电压升压。运算处理部56改变从该升压部57的升压开始至压电元件43a的驱动开始为止的期间所包含的升压时间而使泵43动作。对于该供油单元40，能够适用所述实施方式中说明的供油单元40具备的各结构。

根据本发明，能够抑制润滑油从泵的喷出形态根据润滑油的粘度(温度)而变动的情况。