JP2009144782A - 給油監視装置及び方法、並びに転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視することができる給油監視装置を提供する。
【解決手段】本発明の給油監視装置１０は、吐出ノズル１３の吐出口１６を挟んで対向し、吐出口１６から吐出された油を一時的に保持する一対の電極１９ａ，１９ｂを備える。そして、この一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持された油量の変化に伴う一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量の変化を静電容量検出部２２によって検出し、静電容量検出部２２の検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別部２３によって判別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給油監視装置及び方法、並びに転がり軸受装置に関する。

回転軸等を支持する転がり軸受は、焼き付きを防止するために適宜方法で潤滑される。例えば、転がり軸受の内外輪の間にグリースや固体潤滑剤を封入して潤滑する封入方式や、転がり軸受を潤滑油内に浸して使用する油浴方式等が知られている。しかし、これらの方法では多量の潤滑剤が必要となり、無駄が多くなる。
これに対して、ポンプによって潤滑油を給油箇所に噴射したり、オイルエアー方式によりオイルを少量ずつ供給したり方法も知られている。これらの方法は、必要に応じてオイルを供給することができるという利点があり、潤滑油の無駄も少ない。また、更に近年では、転がり軸受に対して、数ｎｌ／ｍｉｎ〜数百ｎｌ／ｍｉｎで潤滑油の油滴を供給する、所謂「ナノ潤滑」も行われている。

下記特許文献１には、転がり軸受の内輪と外輪との間に、マイクロポンプによって潤滑油を供給する転がり軸受が開示されており、このマイクロポンプは、圧電素子によって脈動するダイアフラムによりタンク内の潤滑油を吸引しつつ、吐出ノズルから潤滑油を極微量の油滴として所定時間毎に吐出する。
特開２００７−９２８８６号公報

所謂「ナノ潤滑」では、供給する潤滑油の量が絶対的に少ないため、所定時間毎の給油が継続的に行われなければ潤滑不足を生じやすくなる。したがって、油滴の給油状態を監視し、適切に給油されているか否かを正確に判断することが非常に重要である。
本発明は、所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視し、適切に給油されているか否かを正確に判別することが可能な給油監視装置及び方法、並びにこのような給油装置及び給油監視装置を具備した転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の給油監視装置は、吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視する給油監視装置であって、
前記吐出ノズルの吐出口を間に挟んで対向し、当該吐出口から吐出された油を一時的に保持する一対の電極と、
この一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
この静電容量検出部の検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別する判別部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の給油監視方法は、吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視する給油監視方法であって、
前記吐出ノズルの吐出口から吐出された油を一時的に保持する一対の電極を、当該吐出口を間に挟んで対向するように配置し、
前記一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出し、
この検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別することを特徴とする。

本発明の転がり軸受装置は、第１軌道輪と、第２軌道輪と、前記第１，第２軌道輪の間に配置される転動体とを有する転がり軸受と、
前記第１，第２軌道輪の間に、吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置と、
前記吐出ノズルの吐出口を間に挟んで対向し、当該吐出口から吐出された油を一時的に保持する一対の電極と、
この一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
この静電容量検出部の検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別する判別部と、を備えていることを特徴とする。

上記給油装置においては、吐出ノズルの吐出口から吐出された油が表面張力によって一対の電極間に一時的に保持され、さらに時間の経過と共に一対の電極間から吐出方向へ張り出すように油量が増大し、そして、表面張力が限界に達したときに油滴となって落下する、といったサイクルが所定時間毎に繰り返し行われる。そして、一対の電極間で油量が変化すると、それに伴って一対の電極間の静電容量にも変化が生じる。本発明では、このような一対の電極間の静電容量の変化を検出し、その変化から所定時間毎に吐出ノズルから油滴が適切に給油されたか否かを判別することができる。

本発明によれば、一対の電極間の静電容量の変化を検出することによって、油滴が所定時間毎に適切に給油されているか否かを正確に判別することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る給油監視装置１０の概略図である。この給油監視装置１０は、吐出ノズル１３から油滴Ｄを吐出する給油装置１１の給油状態を監視するものである。まずこの給油装置１１について説明する。給油装置１１は、潤滑油等の油を貯留するタンク１２と、このタンク１２内の油を吸引して吐出ノズル１３から吐出するマイクロポンプ１４と、タンク１２とマイクロポンプ１４とを接続する導管１５とを備えている。

マイクロポンプ１４としては、例えば、従来公知のダイアフラム式ポンプが用いられており、このダイアフラム式ポンプは、圧電素子を利用してダイアフラムを脈動させることによりタンク１２から油を吸引するとともに吐出ノズル１３から吐出するようになっている。また、マイクロポンプ１４は、例えば数ｎｌ／ｍｉｎ〜数百ｎｌ／ｍｉｎ（ナノリットル毎分）の油を被給油箇所に供給する所謂「ナノ潤滑」を実現するために、圧電素子を数秒間隔で駆動することによってタンク１２から極微量ずつ油を吸引し、吐出ノズル１３から数秒〜数十分間隔で油滴Ｄを被給油箇所に供給するように構成されている。
マイクロポンプ１４の吐出ノズル１３は、例えば外径が約０．８ｍｍ、内径が約０．５ｍｍに設定されている。図示例では、吐出ノズル１３はＬ字状に屈曲しており、吐出ノズル１３の先端側は上下方向に指向し、吐出口１６が下向きに開口している。

次に、給油監視装置１０について説明する。図１に示すように、給油監視装置１０は、一対の電極１９ａ，１９ｂと、測定部２０とを有する静電容量式センサ１８を備えている。一対の電極１９ａ，１９ｂは、吐出ノズル１３の吐出口１６から下方（油の吐出方向）に突出するように設けられている。
具体的に、一対の電極１９ａ，１９ｂは、図２に示すように、吐出ノズル１３の先端部の周壁外周面に互いに対向するように取り付けられ、吐出口１６を間に挟むようにして配置されている。また、吐出ノズル１３が金属等の導体により形成されている場合は、吐出ノズル１３と一対の電極１９ａ，１９ｂの間には絶縁体２５が設けられる。そして、静電容量式センサ１８は、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量を測定部２０により検出するものとされている。

図１に示すように、測定部２０は、電圧印加部２１、静電容量検出部２２、制御部２３等を備えている。一対の電極１９ａ，１９ｂには、電圧印加部２１によって交流電圧が印加され、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量が静電容量検出部２２により検出される。そして、静電容量検出部２２の検出結果は制御部２３に入力され、制御部２３は、その検出結果に基づいて報知部２４等を制御する。報知部２４は、静電容量検出部２２により異常が検出された場合に、音響や光等によってオペレータに異常を報知する。

静電容量検出部２２は、電圧印加部２１の出力電圧や、一対の電極１９ａ，１９ｂへ流れる電流を測定することによって間接的に静電容量を検出するものとなっている。一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量が減少すると、両者間のインピーダンスが大きくなり、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に流れる電流が減少する。したがって、例えば一対の電極１９ａ，１９ｂ間へ流れる電流が一定となるように電圧印加部２１の出力電圧が制御部２３によって制御されている場合には、この出力電圧を測定することによって一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量を間接的に検出することができる。また、電圧印加部２１において一定の電圧を印加している場合には、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に流れる電流を測定することによって静電容量を間接的に検出することができる。

図３は、マイクロポンプ１４を作動させたときの、吐出ノズル１３からの油の吐出状態の変化を説明する図であり、図３（ａ）〜（ｄ）の過程を経て吐出ノズル１３から油滴Ｄが供給されるようになっている。図３（ａ）に示すように、吐出ノズル１３から吐出された油Ｄ１は、表面張力によって一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持される。そして、図３（ｂ）に示すように、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持された油Ｄ１は次第に増量され、電極１９ａ，１９ｂの先端から下方に張り出す。そして、図３（ｃ）に示すように、油Ｄ１の表面張力が限界に達すると、油Ｄ１の下端部が球形となって一対の電極１９ａ，１９ｂから切り離されようとし、図３（ｄ）に示すように、球形の油滴Ｄになった状態で吐出ノズル１３から落下する。油滴Ｄが落下すると、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持された油Ｄ１の量が減少する。
このような図３の（ａ）〜（ｄ）の過程を所定の周期で繰り返すことによって、給油装置１１は所定時間毎に一滴ずつ被供給箇所に油を供給するようになっている。

給油装置１１が給油を行う過程で、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の油Ｄ１が次第に増量すると、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の誘電率に変化が生じる。そのため、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量にも変化が生じる。
図４は、時間の経過に伴う静電容量検出部２２の出力値（センサ出力）の変化を示すグラフである。なお、このグラフでは、静電容量検出部２２の出力値が一対の電極１９ａ，１９ｂへ流れる電流値とされており、このセンサ出力が大きくなるほど一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量は大きくなり、センサ出力が小さくなるほど当該静電容量は小さくなる。つまり、センサ出力と静電容量とは概ね比例した関係となる。

図４には、図３に示した油の吐出状態の変化に対応するように、（ａ）〜（ｄ）の符号を付してある。図３（ｄ）に示すように、吐出ノズル１３から油滴Ｄが吐出された直後は、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持される油Ｄ１が少なくなるため、図４に符号（ｄ）で示すようにセンサ出力は最も小さくなる。つまり、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の静電容量が最も小さくなる。

そして、図３（ａ）（ｂ）に示すように、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の油Ｄ１が次第に増量されると、図４に符号（ａ）（ｂ）で示すように、センサ出力は徐々に大きくなる。そして、図３（ｃ）に示すように油滴が落下する寸前で、図４に符号（ｃ）で示すようにセンサ出力が最も大きくなる。その後、図３（ｄ）に示すように、油滴Ｄが自重により下方に落下すると、一対の電極１９ａ，１９ｂ間の油Ｄ１は再度少なくなるため、図４に符号（ｄ）で示すように、センサ出力は急激に低くなり（静電容量が急激に小さくなり）、最小値に戻る。

したがって、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持された油Ｄ１が次第に増量され、油滴Ｄが落下するまでの間に、センサ出力は周期的に変動する（図４の周期Ｔ参照）。そして、油Ｄ１が最大にまで増量されてから落下するまでの間（図４の符号（ｃ）〜（ｄ）間）で、センサ出力は急激に変化するため、この変化を捉えることによって、吐出ノズル１３から油滴Ｄが吐出されたことを検出することが可能となる。

測定部２０の制御部２３は、図４に示すような周期Ｔでセンサ出力が変動している場合には、給油装置１１が正常に作動していると判別する。そして、マイクロポンプ１４が駆動されているにもかかわらず、センサ出力が所定の周期で変動していない場合、例えば、図４の符号（ｃ）〜（ｄ）間のような急激な変化が現れない場合や、この変化が所定よりも遅く又は早く現れた場合には、油滴Ｄが適切に供給されていないと判別する。すなわち、制御部２３は、給油が適切に行われているか否かを静電容量の変化に基づいて判別する判別部としての機能を有する。

そして、給油が適切に行われていないと判別した場合には、制御部２３は、例えば、報知部２４を制御することによって所定の報知信号を発し、オペレータに給油異常を報知する。したがって、オペレータは、給油異常が発生したかを迅速に把握することができ、被給油箇所の駆動を停止する等の処置を行うことによって、給油不足に起因する不具合を未然に防止することができる。また、制御部２３は、給油が適切に行われていないと判別した場合に、被給油箇所の作動を直接的に停止する制御や適切な給油量となるようにマイクロポンプ１４を駆動する制御を行うことも可能である。

本実施の形態では、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持された油に関する静電容量の変化を検出しているため、給油後の油滴Ｄの挙動や形状の影響を受けることはない。そのため、給油後の油滴Ｄの状態を検出する場合に比べて、より正確に給油状態を監視することができる。

上述の給油装置１１や給油監視装置１０は、転がり軸受の潤滑のために用いることができる。図５は、給油装置１１及び給油監視装置１０を具備した転がり軸受装置を示す概略図であり、給油装置１１の吐出ノズル１３は、転がり軸受３０の外輪（第１軌道輪）３１と内輪（第２軌道輪）３２との間に形成される空間に配置されている。さらに詳しくは、吐出ノズル１３の先端部は、転がり軸受３０の内輪３２の径方向外方で且つ保持器３５の径方向内方であって、内輪３２と保持器３５とが径方向に重なる空間に配置されている。また、吐出ノズル１３は、内輪３２及び保持器３５に対して非接触の状態で配置されている。そして、吐出ノズル１３の先端部には、間隔をおいて配置された一対の電極１９ａ，１９ｂが設けられている。したがって、吐出ノズル１３から供給される油滴Ｄによって内輪３２及び外輪３１の軌道面や、その間に配置される玉（転動体）３３の転動面を潤滑することができ、その潤滑状態を給油監視装置１０によって監視することができる。なお、吐出ノズル１３の先端部の向きは、図１に示したように上下方向としてもよいが、転がり軸受３０の配置に応じて、図５に示すような水平方向や他の方向とすることができる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る静電式センサ１８の電極１９ａ，１９ｂを示す断面図である。本実施形態では、一対の電極１９ａ，１９ｂの間隔が先端側ほど広くなるように形成されている。したがって、一対の電極１９ａ，１９ｂ間に保持できる油Ｄ１の量をより多くすることができ、静電容量の変化を検出し易くすることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、本発明の転がり軸受装置は、図５に示すような玉軸受に限らず、ころ軸受にも適用することができる。また、給油監視装置１０は、転がり軸受装置に限らず、給油を必要とするあらゆる装置、特に、「ナノ潤滑」を行う装置に対して好適に利用することができる。
また、上記実施の形態で数値として例示したノズルの内外径寸法等は、給油条件や被給油箇所の状態などによって適宜変更できるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る給油監視装置の概略図である。 吐出ノズルを先端側から見た図である。 吐出ノズルからの油の吐出状態の変化を示す説明図である。 時間の経過に伴う静電容量検出部の出力値（センサ出力）の変化を示すグラフである。 （ａ）は給油装置及び給油監視装置を具備した転がり軸受装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第２の実施形態に係る電極を示す断面図である。

符号の説明

１０ 給油監視装置
１１ 給油装置
１３ 吐出ノズル
１６ 吐出口
１８ 静電容量式センサ
１９ａ，１９ｂ 電極
３０ 転がり軸受
３１ 外輪（第１軌道輪）
３２ 内輪（第２軌道輪）
３３ 転動体

Claims (3)

1. 吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視する給油監視装置であって、
   前記吐出ノズルの吐出口を間に挟んで対向し、当該吐出口から供給された油を一時的に保持する一対の電極と、
   この一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
   この静電容量検出部の検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別する判別部と、を備えていることを特徴とする給油監視装置。
2. 吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置の給油状態を監視する給油監視方法であって、
   前記吐出ノズルの吐出口から吐出された油を一時的に保持する一対の電極を、当該吐出口を間に挟んで対向するように配置し、
   前記一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出し、
   この検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別することを特徴とする給油監視方法。
3. 第１軌道輪と、第２軌道輪と、前記第１，第２軌道輪の間に配置される転動体とを有する転がり軸受と、
   前記第１，第２軌道輪の間に、吐出ノズルから所定時間毎に油滴を供給する給油装置と、
   前記吐出ノズルの吐出口を間に挟んで対向し、当該吐出口から吐出された油を一時的に保持する一対の電極と、
   この一対の電極間に保持された油量の変化に伴う前記一対の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
   この静電容量検出部の検出結果に基づいて所定時間毎に油滴が供給されているか否かを判別する判別部と、を備えていることを特徴とする転がり軸受装置。

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