JP2013060999A - Rolling bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、工作機械や産業機械等に用いられる給油ユニットを備えた転がり軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing device provided with an oil supply unit used for machine tools, industrial machines, and the like.
工作機械の主軸などを支持する転がり軸受の潤滑方法として、転がり軸受の固定輪や回転輪に対して潤滑剤を必要に応じて供給する給油ユニットを転がり軸受に付設したものがある(特許文献1、特許文献2)。 As a lubrication method for a rolling bearing that supports a spindle of a machine tool or the like, there is one in which an oil supply unit that supplies lubricant to a fixed ring or a rotating ring of a rolling bearing as needed is attached to the rolling bearing (Patent Document 1). Patent Document 2).
これらの特許文献に開示された転がり軸受装置は、潤滑剤を貯留する潤滑剤タンクと、潤滑剤タンクの潤滑剤を吸引して吐出するポンプと、このポンプを駆動する駆動部とを備え、ユニット化されて転がり軸受の固定輪と回転輪の間の空間に設置されている。 A rolling bearing device disclosed in these patent documents includes a lubricant tank that stores a lubricant, a pump that sucks and discharges the lubricant in the lubricant tank, and a drive unit that drives the pump. It is installed in the space between the fixed ring and the rotating ring of the rolling bearing.
ところが、上記従来の給油ユニットを備える転がり軸受装置は、潤滑剤タンクから潤滑剤をポンプによって吸引して吐出するため、ポンプを起動させて吐出可能な圧力に達するまでに時間が掛かる。 However, in the rolling bearing device including the conventional oil supply unit, since the lubricant is sucked and discharged from the lubricant tank by the pump, it takes time to reach the dischargeable pressure after starting the pump.
また、電気エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換させてポンプを駆動するので、エネルギー効率が良くないという問題がある。 In addition, since the pump is driven by converting electrical energy into mechanical rotational energy, there is a problem that energy efficiency is not good.
そこで、この発明は、ポンプを使用することなく、潤滑剤タンクから潤滑剤をタイムラグなしに転がり軸受に供給することができ、しかもエネルギー効率も良好な給油ユニットを備える転がり軸受装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is intended to provide a rolling bearing device including an oil supply unit that can supply lubricant from a lubricant tank to a rolling bearing without a time lag without using a pump, and also has good energy efficiency. Is.
前記の課題を解決するために、この発明に係る転がり軸受装置は、加圧された潤滑剤を貯留し、潤滑剤の吐出口を有する潤滑剤タンクと、潤滑剤タンクの吐出口を開閉する開閉弁と、この開閉弁を駆動する駆動部と、この駆動部を駆動させる電気エネルギーを発電する発電部とからなる給油ユニットを、転がり軸受の固定輪側に設置したものである。 In order to solve the above-described problems, a rolling bearing device according to the present invention stores a pressurized lubricant and has a lubricant tank having a lubricant discharge port, and an open / close that opens and closes the discharge port of the lubricant tank. An oil supply unit including a valve, a drive unit that drives the on-off valve, and a power generation unit that generates electric energy that drives the drive unit is installed on the fixed ring side of the rolling bearing.
前記給油ユニットは、転がり軸受の固定輪と回転輪の間の空間、又は転がり軸受に隣接して設けられた間座の内輪と外輪の間の空間に設置される。 The oil supply unit is installed in a space between a fixed ring and a rotating ring of a rolling bearing, or a space between an inner ring and an outer ring of a spacer provided adjacent to the rolling bearing.
前記給油ユニットは、転がり軸受又は間座に対して脱着可能に設置されるハウジングに収容することができる。 The said oil supply unit can be accommodated in the housing installed so that attachment or detachment with respect to a rolling bearing or a spacer is possible.
前記潤滑剤タンクの潤滑剤を加圧する加圧装置は、潤滑剤タンク内に充填された潤滑剤を押圧する加圧ばねによって構成することができる。 The pressurizing device that pressurizes the lubricant in the lubricant tank can be constituted by a pressurizing spring that presses the lubricant filled in the lubricant tank.
前記吐出口は、潤滑剤を霧状に噴霧するノズル形状に形成することができる。 The discharge port may be formed in a nozzle shape that sprays the lubricant in a mist form.
前記駆動部を駆動させる電気エネルギーを発電する発電部としては、ゼーベック効果による起電力を利用するもの、電磁誘導による起電力を利用するもの、静電誘導による起電力を利用するもの、誘電分極による起電力を利用するもの等、転がり軸受の環境により使い分けることできる。 As a power generation unit that generates electric energy for driving the drive unit, one using electromotive force due to Seebeck effect, one utilizing electromotive force due to electromagnetic induction, one utilizing electromotive force due to electrostatic induction, or due to dielectric polarization It can be used properly depending on the environment of the rolling bearing, such as one using an electromotive force.
前記発電部により発電した電気エネルギーは、コンデンサに蓄えることが望ましい。 The electrical energy generated by the power generation unit is preferably stored in a capacitor.
前記給油ユニットは、温度センサや回転センサを内蔵することにより、転がり軸受の温度や回転状況を監視し、給油ユニットからの潤滑剤の吐出量を自動制御することができる。 The oil supply unit incorporates a temperature sensor and a rotation sensor, so that the temperature and rotation state of the rolling bearing can be monitored and the amount of lubricant discharged from the oil supply unit can be automatically controlled.
この発明によれば、加圧された潤滑剤を貯留する潤滑剤タンクの吐出口を、開閉弁によって開閉することにより、潤滑剤タンクからの潤滑剤の供給が行えるので、ポンプを使用して潤滑剤を供給するもののように、潤滑剤の供給までにタイムラグがない。 According to the present invention, the lubricant can be supplied from the lubricant tank by opening and closing the discharge port of the lubricant tank storing the pressurized lubricant by the on-off valve. There is no time lag until the lubricant is supplied as in the case of supplying the agent.
また、開閉弁の開閉により、潤滑剤の供給が行えるので、ポンプ駆動式のものよりもエネルギー効率がよい。 Further, since the lubricant can be supplied by opening and closing the on-off valve, it is more energy efficient than the pump-driven type.
発電部によって発電した電気エネルギーをコンデンサに蓄えることにより、蓄電装置の劣化がないので、保守作業が不要になる。 By storing the electric energy generated by the power generation unit in the capacitor, there is no deterioration of the power storage device, so that maintenance work is unnecessary.
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の給油ユニットを備える転がり軸受装置が組込まれた工作機械を示している。 FIG. 1 shows a machine tool in which a rolling bearing device having an oil supply unit of the present invention is incorporated.
工作機械の主軸1は、ハウジング2に対して左右一対の転がり軸受3によって回転可能に支持されている。
A
転がり軸受3としては、アンギュラ玉軸受が使用されている。転がり軸受3は、固定輪側である外輪4と、回転輪側である内輪5と、保持器6に保持された玉7とからなる。
An angular ball bearing is used as the rolling bearing 3. The rolling
左右の転がり軸受の間には、中央間座8が配置され、ハウジング2の両端と転がり軸受3の間にも間座9が嵌められ、中央間座8と左右の間座9によって転がり軸受4に所定の予圧が与えられている。
A
図1の実施形態では、左右の間座9の外輪11と内輪12間の周方向の空間部に、左右の転がり軸受3に、潤滑剤14を供給する給油ユニット10を設置している。
In the embodiment of FIG. 1, an
給油ユニット10を備える間座9は、左右対称であり、図2は、図1の右側の間座9を軸方向から見た図であり、間座Bの外輪11と内輪12間を封止する蓋板13を一部取り除いた状態で示している。
The
間座9の固定側の外輪11の内周面に沿って、潤滑剤14を充填する潤滑剤タンク15が設置されている。
A
潤滑剤タンク15には、開閉弁16を介して吐出ノズル17が設けられている。潤滑タンク15には、潤滑剤14を加圧する加圧装置18が設置され、開閉弁16を開くと、加圧装置18の加圧力により、潤滑剤タンク15内の潤滑剤14が吐出ノズル17から吐出され、開閉弁16を閉じることにより、潤滑剤14の吐出が停止するようになっている。
The
加圧装置18は、例えば、図3に示すように、潤滑剤タンク15内に充填された潤滑剤14を、加圧シール板19を介して加圧ばね20によって押圧する形式のものを使用することができる。
For example, as shown in FIG. 3, the
潤滑剤タンク15から吐出される潤滑剤14の吐出圧は、吐出ノズル17の口径が一定とすれば、加圧装置18によって潤滑剤タンク15に加えられる圧力によって決定される。したがって、加圧装置18の圧力を潤滑剤14の種類に応じて調整することにより、潤滑剤タンク15から潤滑剤14を一定圧力により圧送することができる。
The discharge pressure of the
潤滑剤14としては、潤滑油もしくはグリースのいずれでも使用することができる。
As the
吐出ノズル17は、転がり軸受3の固定輪側の外輪4の内周面に挿入され、吐出ノズル17から吐出される潤滑剤14を、玉7の表面、あるいは軌道面に供給している。
The
吐出ノズル17を、潤滑剤14を霧状に噴霧するノズル形状にすると、潤滑剤14による撹拌抵抗を低減することができるので、転がり軸受3の発熱を抑制することができる。
When the
また、吐出ノズル17からの潤滑剤14の吐出量は、開閉弁16の開度を変えることによっても調整可能である。
Further, the discharge amount of the
開閉弁16を開閉する駆動部21、駆動部21を駆動させる発電部22も、潤滑剤タンク15と同様に、間座9の外輪11と内輪12の間に設置されている。
Similarly to the
この実施形態の給油ユニット10は、上記のように、潤滑剤タンク15、開閉弁16、吐出ノズル17、加圧装置18、駆動部21、発電部22によって構成され、これらの全ての部材をハウジング23内に収容してユニット化し、間座9に対して脱着可能に設けるようにしてもよい。
As described above, the
ハウジング23には、吐出ノズル17が一体に形成され、このハウジング23によって転がり軸受3との位置決めを図っている。ハウジング23は、樹脂や金属によって形成され、全面に蓋板13が取り付けられている。
A
駆動部21を駆動させる発電部22は、駆動部21に電気エネルギーを供給する装置であり、使用環境に応じて、例えば、ゼーベック効果による起電力、電磁誘導による起電力、静電誘導による起電力、誘電分極による起電力を利用するものを使用することができる。発電部22を利用する環境により使い分けることにより効率的な発電が可能になる。また、他種類の発電部22を併用することでバックアップ機能も果たすことが可能となる。
The
例えば、転がり軸受3は、使用により、玉7、外輪4、内輪5との間で摩擦熱が発生し、外輪4、内輪5の温度が上昇する。一般的に、外輪4側は、機器等に組み込まれるため、熱伝導にて放熱され、外輪4、内輪5との間で温度差が生じる。この温度差を利用し、ゼーベック効果によって起電力を発生させる発電部22は、図6に示すように、熱伝導体24a、24bを通じてゼーベック素子25に温度差を与えて構成している。
For example, when the rolling
また、転がり軸受装置内に交番磁界が存在する場合、例えば、工作機械等のビルトインスピンドル内部や大電力を扱う高周波機器の近傍では、漏れ磁束や高周波の照射により交番磁界が発生する。この交番磁界を利用し電磁誘導によって発電部22を構成することができる。この電磁誘導による発電部22は、図7に示すように、片側を開口した鉄心26にコイル27を組み合わせることで効率よく交番磁界を捉え、電磁誘導による発電を行うものである。また、交番磁界の周波数が既知である場合、鉄心26を除いて交番磁界の周波数に共振するコイルを用いるようにしてもよい。
When an alternating magnetic field is present in the rolling bearing device, for example, in the vicinity of a built-in spindle such as a machine tool or a high-frequency device that handles high power, an alternating magnetic field is generated due to leakage magnetic flux or high-frequency irradiation. The
また、転がり軸受装置内に振動が発生環境では、図8に示すような、静電誘導による発電部22、あるいは、図9に示すような、誘電分極による発電部22を利用することができる。
Further, in an environment in which vibration is generated in the rolling bearing device, a
図8に示すような、静電誘導による発電部22は、可動側及び固定側の絶縁基板28a、28b上に電極29、及び固定側のみにエレクトレット30を積層したものを、空隙を設けてそれぞれ対向するように配置して構成する。可動部側の絶縁基板28bは、摺動装置31により、図8の矢印の方向のみに可動可能となる。その発電原理は、振動発生時には、摺動装置31により、図8の矢印の方向に可動部側絶縁基板28bが振動する。この時、固定側及び可動側の絶縁基板28a、28bの相対運動とエレクトレット30により電極29に電荷が生じる。この発生した電荷を外部に取り出すことにより発電部22が構成される。
As shown in FIG. 8, the
また、図9に示すような、誘電分極による発電部22は、固定側絶縁基板32と重り33の間に弾性のあるシート状の圧電体(ピエゾ素子)34を配置して構成される。その発電原理は、振動発生時には重り33と圧電体34により、図9の矢印の方向に重り33が振動する。この時、圧電体34にひずみが生じ、誘電分極による起電力が発生する。この起電力を外部に取り出すことにより発電部22が構成される。
Further, the
次に、給油ユニット10に、温度センサや回転センサを内蔵することにより、転がり軸受4の温度や回転状況を監視し、給油ユニット10からの潤滑剤14の吐出量を自動的に制御するようにしてもよい。
Next, by incorporating a temperature sensor and a rotation sensor in the
また、駆動エネルギーを一時的に蓄える蓄電装置として蓄電池の代わりにコンデンサを利用することができる。これにより、蓄電池を充電させる回路が不要となり省スペース化が図れる。 In addition, a capacitor can be used instead of a storage battery as a power storage device that temporarily stores drive energy. As a result, a circuit for charging the storage battery is not required and space can be saved.
また、発電部22は、長期間に渡って頻繁に充放電を繰り返すことになるため、劣化・寿命特性からも蓄電池よりもコンデンサが優れている。このため電池交換の保守作業が不要となる。
Further, since the
1 主軸
2 ハウジング
3 転がり軸受
4 外輪
5 内輪
6 保持器
7 玉
8 中央間座
9 間座
10 給油ユニット
11 外輪
12 内輪
13 蓋板
14 潤滑剤
15 潤滑剤タンク
16 開閉弁
17 吐出ノズル
18 加圧装置
19 加圧シール板
20 加圧ばね
21 駆動部
22 発電部
23 ハウジング
24a、24b 熱伝導体
25 ゼーベック素子
26 鉄心
27 コイル
28a、28b 絶縁基板
29 電極
30 エレクトレット
31 摺動装置
32 固定側絶縁基板
33 重り
34 圧電体
DESCRIPTION OF
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