JP2020148342A - 発電機能付軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部に発電機能が組み込まれた発電機能付軸受装置を提供する。【解決手段】発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、回転輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備えている。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機能付軸受装置に関する。

特許文献１（特開２００３−２６２６４６号公報）には、クローポール型発電機が記載されている。特許文献１に記載のクローポール型発電機は、回転軸と、永久磁石と、ステータとを有している。永久磁石は、Ｎ極及びＳ極が周方向に沿って交互配置されるように回転軸に取り付けられている。ステータは、コイルとヨークとを有している。ヨークは、爪部を有する磁性材料（爪状部材）からなり、コイルを内包している。回転軸の回転に伴い爪状部材に対向する永久磁石の磁極が交互に入れ替わることによりヨーク内の磁束が反転することで、コイルに起電力が発生する。

特開２００３−２６２６４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のクローポール型発電機は、コイル、永久磁石及びヨーク等を配置するためのスペースが必要になるため、軸受内部に収納することが困難である。すなわち、特許文献１に記載のクローポール型発電機は、既存の設備に導入しようとした場合には、当該設備の軸受周りの設計を見直す必要がある。また、特許文献１に記載のクローポール型発電機を新規設備に導入しようとする場合には、当該設備のサイズが大きくなる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軸受内部に発電機能が組み込まれた発電機能付軸受装置を提供するものである。

本発明の第１態様に係る発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、回転輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備えている。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。

上記の発電機能付軸受装置において、絶縁膜の厚さは１００μｍ以下であってもよい。

上記の発電機能付軸受装置は、導電性材料で形成されているとともに、第２対向面に取り付けられた第１環状部材をさらに備えていてもよい。第１環状部材は、第１対向面に対向する第１面と、第２対向面に対向する第２面とを有していてもよい。第１面には、第２面とは反対方向に向かって突出する凸部が形成されていてもよい。凸部は、第３電極を構成していてもよい。

上記の発電機能付軸受装置は、第２対向面に取り付けられた第２環状部材をさらに備えていてもよい。第２環状部材は、第１対向面に対向する第１面と、第２対向面に対向する第２面とを有していてもよい。第１面には、第２面に向かって窪むとともに、第３電極が配置される凹部が形成されていてもよい。

上記の発電機能付軸受装置は、第１対向面に取り付けられた環状形状の基材をさらに備えていてもよい。基材は、第２対向面に対向する第３面と、第１対向面に対向する第４面とを有していてもよい。第３面には、第１電極及び第２電極が形成されていてもよい。

上記の発電機能付軸受装置は、静止輪と回転輪との間にある軸受空間を少なくとも部分的に閉塞するシール部材をさらに備えていてもよい。第１電極及び第２電極は、シール部材の軸受空間側の面上に配置されていてもよい。

上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は回転輪に形成されていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、第１電極及び第２電極は、静止輪に形成されていてもよい。

上記の発電機能付軸受装置において、第１電極及び第２電極は、周方向に沿って等間隔で交互に配置されていてもよい。第３電極は、周方向に沿って等間隔で配置されていてもよい。第３電極の数は、第１電極の数及び第２電極の数に等しくてもよい。

上記の発電機能付軸受装置において、第３電極の周方向における幅は、第１電極の周方向における幅及び第２電極の周方向における幅と等しくてもよい。

上記の発電機能付軸受装置は、絶縁膜上及び第３電極上の少なくとも一方に形成されたコーティング膜をさらに備えていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、コーティング膜は、ＤＬＣにより形成されていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、コーティング膜は、ニッケルを含む合金により形成されていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、絶縁膜は、ＤＬＣにより形成されていてもよい。

本発明の第２態様に係る発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備える。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。転動体は、玉である。保持器は、転動体を保持している部分において中心軸方向に沿って突出しており、第３電極を構成している凸部を有している。凸部の先端は、第１電極の表面及び第２電極の表面に平行な面を含む。

本発明の第１態様及び第２態様に係る発電機能付軸受装置によると、軸受内部に発電機能を組み込むことが可能となる。

発電機能付軸受装置１０の上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 発電機能付軸受装置１０における基材５１の斜視図である。 発電機能付軸受装置１０における基材５１の断面図である。 発電機能付軸受装置１０における環状部材９ａの斜視図である。 発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第１説明図である。 発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第２説明図である。 発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第３説明図である。 発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第４説明図である。 発電機能付軸受装置１０の第１変形例における基材５１の拡大断面図である。 発電機能付軸受装置１０の第２変形例における環状部材９ｂの斜視図である。 発電機能付軸受装置１０の第３変型例の断面図である。 発電機能付軸受装置２０の上面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩにおける断面図である。 図１１の領域ＸＩＩにおける拡大図である。 発電機能付軸受装置２０における基材５１の斜視図である。 発電機能付軸受装置２０における環状部材９ａの斜視図である。 発電機能付軸受装置２０の変形例における環状部材９ｂの斜視図である。 発電機能付軸受装置３０の上面図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。 図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。 発電機能付軸受装置３０の第１変形例の上面図である。 発電機能付軸受装置３０の第２変形例の上面図である。 図２０のＸＸＩ−ＸＸＩにおける断面図である。 図２０のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩにおける断面図である。 発電機能付軸受装置３０の第３変形例の模式的な断面図である。 発電機能付軸受装置３０の第４変形例の模式的な断面図である。 発電機能付軸受装置４０の上面図である。 図２４のＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面図である。 図２４のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩにおける断面図である。

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下、「発電機能付軸受装置１０」とする）の構成を説明する。

図１は、発電機能付軸受装置１０の上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、発電機能付軸受装置１０は、転がり軸受を有している。この転がり軸受は、深溝玉軸受である。但し、発電機能付軸受装置１０に含まれる転がり軸受は、これに限られるものではない。

上記の転がり軸受は、外輪１（静止輪）と、内輪２（回転輪）と、転動体３と、保持器４とを有している。発電機能付軸受装置１０は、さらに、第１電極５及び第２電極６と、絶縁膜７と、第３電極８とを有している。

外輪１は、内周面１１（第１対向面）と、外周面１２とを有している。内周面１１は、外輪１の軌道面を有している。外輪１は、ハウジング（図示せず）に取り付けられる。内輪２は、内周面２１と、外周面２２（第２対向面）とを有している。外周面２２は、内輪２の軌道面を有している。内輪２は、外周面２２が内周面１１と対向するように、外輪１の内側に配置されている。

転動体３は、玉である。転動体３の数は、複数である。転動体３は、内周面１１と外周面２２との間に配置されている。転動体３の表面は、内周面１１及び外周面２２に接している。保持器４は、転動体３を保持している。保持器４により、周方向において隣り合う２つの転動体の間隔が一定範囲に保たれている。周方向とは、中心軸方向から見て、転がり軸受の回転輪の回転の軸を中心とする円周に沿う方向である。保持器４は、内周面１１と外周面２２との間に配置されている。

図３は、発電機能付軸受装置１０における基材５１の斜視図である。図３中において、絶縁膜７の図示は省略されている。図４は、発電機能付軸受装置１０における基材５１の断面図である。図３及び図４に示されるように、第１電極５の数及び第２電極６の数は、複数である。第１電極５及び第２電極６は、周方向に沿って交互に等間隔で配置されている。複数の第１電極５は、互いに電気的に接続されていてもよく、複数の第２電極６は、互いに電気的に接続されていてもよい。但し、第１電極５及び第２電極６は、互いに電気的に分離されている。

第１電極５及び第２電極６は、基材５１に形成されている。基材５１は、環状の形状を有している。基材５１は、内周面５１ａ（第３面）と、外周面５１ｂ（第４面）とを有している。第１電極５及び第２電極６は、内周面５１ａ上に形成されている。より具体的には、内周面５１ａ上には、基板５２が形成されており、基板５２上には、第１電極５及び第２電極６が形成されている。基板５２は、例えばポリイミド等の樹脂材料により形成されており、第１電極５及び第２電極６は、銅（Ｃｕ）箔等により形成されている。第１電極５及び第２電極６は、基板５２上に銅箔を貼り付けるとともに、当該銅箔をパターンニングすることにより形成される。すなわち、第１電極５及び第２電極６は、フレキシブル回路基板と同様の手法により形成することができる。第１電極５及び第２電極６は、基板５２を介さずに、めっき等により直接内周面５１ａ上に形成してもよい。なお、基板５２を介さずに第１電極５及び第２電極６を形成する場合、基材５１は、絶縁材料により形成される。

基材５１は、外周面５１ｂにおいて、内周面１１に取り付けられている。これにより、第１電極５及び第２電極６は、転がり軸受の内部において外輪１に取り付けられ、外輪１に対する位置が固定されている。

第１電極５及び第２電極６には、それぞれ、引き出し線５３及び引き出し線５４が電気的に接続されている。引き出し線５３及び引き出し線５４は、電気二重層キャパシタ、二次電池等の蓄電部に接続されている。

図４に示されるように、絶縁膜７は、第１電極５及び第２電極６の表面に形成されている。絶縁膜７は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜である。絶縁膜７は、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜であってもよい。絶縁膜７は、厚さＴを有している。厚さＴは、好ましくは、１００μｍ以下である。絶縁膜７は、液状材料に浸漬する又は液状材料を塗布するとともに、当該液状材料を硬化させることにより形成される。絶縁膜７は、シート状の絶縁膜７を第１電極５及び第２電極６上に貼付してもよい。

発電機能付軸受装置１０は、環状部材９ａ（第１環状部材）を有している。環状部材９ａは、環状形状を有している。環状部材９ａは、導電性材料により形成されている。図５は、発電機能付軸受装置１０における環状部材９ａの斜視図である。図５に示されるように、環状部材９ａは、内周面９ａａ（第１面）と、外周面９ａｂ（第２面）とを有している。環状部材９ａは、内周面９ａａが第１電極５及び第２電極６と絶縁膜７を介して対向するように、外周面２２に取り付けられている。

外周面９ａｂには、凸部９ａｃが形成されている。凸部９ａｃは、内周面９ａａとは反対側に向かって突出している。凸部９ａｃは、第３電極８を構成している。凸部９ａｃの数は、複数である。凸部９ａｃの数は、第１電極５の数及び第２電極６の数に等しいことが好ましい。凸部９ａｃは、周方向に沿って等間隔で配置されている。上記のとおり、凸部９ａｃ（第３電極８）を有する環状部材９ａは内輪２に取り付けられているため、凸部９ａｃ（第３電極８）の内輪２に対する位置は固定されており、第３電極８は転がり軸受の内部に配置されている。

第３電極８と第１電極５との間の距離を、第１距離とする。第３電極８と第２電極６との間の距離を、第２距離とする。内輪２の回転に伴って、第１電極５（第２電極６）は、凸部９ａｃ（第３電極８）に対向している状態と凸部９ａｃに対向していない状態と繰り返す。そのため、第１距離及び第２距離は、内輪２の回転に伴って時間変化する。第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相とは、互いにずれている。より具体的には、発電機能付軸受装置１０においては、第１電極５の数及び第２電極６の数が第３電極８（凸部９ａｃ）の数に等しく、第１電極５及び第２電極６が周方向に沿って交互に等間隔で配置されており、かつ、第３電極８（凸部９ａｃ）が周方向に沿って等間隔で配置されているため、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相は、反対位相になっている。

以下に、発電機能付軸受装置１０の動作を説明する。

図６Ａは、発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第１説明図である。図６Ｂは、発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第２説明図である。図６Ｃは、発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第３説明図である。図６Ｄは、発電機能付軸受装置１０の動作を説明するための第４説明図である。

発電機能付軸受装置１０の動作時には、発電機能付軸受装置１０の内部に潤滑油、グリース等の潤滑剤Ｌが供給されている。そのため、図６Ａに示されるように、内輪２の回転に伴って、第１電極５上にある絶縁膜７と第３電極８（凸部９ａｃ）とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極５に正の電荷が誘導されるとともに、第２電極６に負の電荷が誘導される。

図６Ａに示される状態から内輪２の相対的な回転が進むと、図６Ｂに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第１電極５から第２電極６へと電流が流れる。

図６Ｂに示される状態から内輪２の回転が進むと、図６Ｃに示されるように、第２電極６上にある絶縁膜７と第３電極８（凸部９ａｃ）とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極５に負の電荷が誘導されるとともに、第２電極６に正の電荷が誘導される。なお、潤滑剤Ｌは、誘電率が高い材料（例えば、グリセリン）であることが好ましい。

図６Ｃに示される状態から内輪２の回転が進むと、図６Ｄに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第２電極６から第１電極５へと電流が流れる。図６Ｄに示される状態から内輪２の回転が進むと、図６Ａに示される状態に戻る。このように、発電機能付軸受装置１０においては、内輪２の回転に伴って、第１電極５及び第２電極６からパルス状の電流（電圧）が出力される。第１電極５及び第２電極６において発生した電力は、電気二重層キャパシタ、二次電池等に蓄電される。

以下に、発電機能付軸受装置１０の効果を説明する。

上記のとおり、発電機能付軸受装置１０においては、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相がずれているため、第１電極５及び第２電極６において、電力が発生する。この電力を発生させるための構成である第１電極５、第２電極６、絶縁膜７及び第３電極８は、全て軸受内部に配置されているため、発電機能付軸受装置１０は、軸受内部に発電機能が組み込まれていることになる。

＜第１変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置１０の第１変形例を説明する。

図７は、発電機能付軸受装置１０の第１変形例における基材５１の拡大断面図である。図７に示されるように、絶縁膜７上にコーティング膜７１が形成されている。コーティング膜７１は、例えば、ニッケル合金膜により形成されている。ニッケル合金膜は、ニッケルを含む合金により形成された膜である。コーティング膜７１は、ＤＬＣにより形成されていてもよい。なお、コーティング膜７１が絶縁膜７上に形成される場合を例として説明したが、コーティング膜７１は、第３電極８（凸部９ａｃ）上に形成されてもよく、絶縁膜７上及び第３電極８上の双方に形成されてもよい。第１変形例によると、耐摩耗性を向上させることができる。

＜第２変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置１０の第２変形例を説明する。

第２変形例においては、環状部材９ａに代えて、環状部材９ｂ（第２環状部材）が用いられている。環状部材９ｂは、環状形状を有している。環状部材９ｂは、絶縁材料により形成されている。図８は、発電機能付軸受装置１０の第２変形例における環状部材９ｂの斜視図である。図８に示されるように、環状部材９ｂは、内周面９ｂａ（第１面）と、外周面９ｂｂ（第２面）とを有している。環状部材９ｂは、内周面９ｂａが第１電極５及び第２電極６と絶縁膜７を介して対向するように、外周面２２に取り付けられている。

外周面９ｂｂには、凹部９ｂｃが形成されている。凹部９ｂｃは、内周面９ｂａに向かって窪んでいる。凹部９ｂｃの数は、複数である。凹部９ｂｃの数は、第１電極５の数及び第２電極６の数に等しいことが好ましい。凹部９ｂｃは、周方向に沿って等間隔で配置されている。凹部９ｂｃ内には、第３電極８として、導電性材料が形成されている。上記のとおり、環状部材９ｂは内輪２に取り付けられているため、凹部９ｂｃ（第３電極８）の内輪２に対する位置が固定されているとともに、第３電極８は転がり軸受の内部に配置されている。

＜第３変型例＞
以下に、発電機能付軸受装置１０の第３変形例を説明する。

図９は、発電機能付軸受装置１０の第３変型例の断面図である。第３変形例では、図９に示されるように、基材５１に代えて、第１電極５及び第２電極６が外輪１（より具体的には、内周面１１）に形成されている。また、第３変形例では、環状部材９ａに代えて、第３電極８が内輪２（より具体的には、外周面２２）に形成されている。なお、第１電極５及び第２電極６は絶縁膜５５により外輪１から電気的に分離されており、第３電極８は絶縁膜５５により内輪２から電気的に分離されている。第３変形例においても、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相が互いにずれているため、第３変形例は、発電機能付軸受装置１０と同様に動作する。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下、「発電機能付軸受装置２０」とする）の構成を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図１０は、発電機能付軸受装置２０の上面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩにおける断面図である。図１２は、図１１の領域ＸＩＩにおける拡大図である。図１０〜図１２に示されるように、発電機能付軸受装置２０は、転がり軸受を有している。この転がり軸受は、深溝玉軸受であり、外輪１と、内輪２と、転動体３と、保持器４とを有している。発電機能付軸受装置２０は、さらに、第１電極５と、第２電極６と、絶縁膜７と、第３電極８と、基材５１と、引き出し線５３と、引き出し線５４と、環状部材９ａとを有している。

発電機能付軸受装置２０は、シール部材１３をさらに有している点に関して、発電機能付軸受装置１０と異なっている。シール部材１３は、外輪１と内輪２との間にある軸受空間の少なくとも一部を閉塞している。シール部材１３は、外輪１に取り付けられている。シール部材１３は、第１面１３ａと、第２面１３ｂとを有している。第１面１３ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面１３ｂは、第１面１３ａの反対面である。

発電機能付軸受装置２０においては、第１電極５、第２電極６及び基材５１の詳細構成が、発電機能付軸受装置１０と異なっている。図１３は、発電機能付軸受装置２０における基材５１の斜視図である。図１３に示されるように、基材５１は、第３面５１ｃと、第４面５１ｄとを有している。第４面５１ｄは第３面５１ｃの反対面である。基材５１は、第４面５１ｄが第１面１３ａに対向するように、シール部材１３上に配置されている。

第１電極５及び第２電極６は、第３面５１ｃ上に配置されている。なお、第１電極５及び第２電極６が周方向に沿って交互に等間隔で配置されている点に関しては、発電機能付軸受装置２０と発電機能付軸受装置１０とで共通している。

発電機能付軸受装置２０においては、第３電極８及び環状部材９ａの詳細構成が、発電機能付軸受装置１０と異なっている。図１４は、発電機能付軸受装置２０における環状部材９ａの斜視図である。図１４に示されるように、環状部材９ａは、第１面９ａｄと、第２面９ａｅを有している。第２面９ａｅは、第１面９ａｄの反対面である。

第１面９ａｄには、凸部９ａｆが形成されている。凸部９ａｆは、第２面９ａｅとは反対側に向かって（第１面９ａｄと同じ方向に向かって）突出している。凸部９ａｆは、第３電極８を構成している。環状部材９ａは、第１面９ａｄが絶縁膜７を介して第１電極５及び第２電極６と対向するように、内輪２に取り付けられている。

なお、凸部９ａｆが周方向に沿って等間隔で配置されている点、凸部９ａｆの数が第１電極５の数及び第２電極６の数に等しい点、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って変化する点並びに第１距離の時間変化の位相と第２距離の時間変化の位相とがずれている点に関しては、発電機能付軸受装置２０と発電機能付軸受装置１０とで共通している。

以下に、発電機能付軸受装置２０の効果を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

発電機能付軸受装置２０においても、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相がずれているため、第１電極５及び第２電極６において、電力が発生する。発電機能付軸受装置２０においても、この電力を発生させるための構成である第１電極５、第２電極６、絶縁膜７及び第３電極８は、全て軸受内部に配置されているため、軸受内部に発電機能が組み込まれていることになる。

＜変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置２０の変形例を説明する。

変形例においては、環状部材９ａに代えて、環状部材９ｂが用いられている。環状部材９ｂは、環状形状を有している。環状部材９ｂは、絶縁材料により形成されている。図１５は、発電機能付軸受装置２０の変形例における環状部材９ｂの斜視図である。図１５に示されるように、環状部材９ｂは、第１面９ｂｄと、第２面９ｂｅとを有している。環状部材９ｂは、第１面９ｂｄが第１電極５及び第２電極６と絶縁膜７を介して対向するように、内輪２に取り付けられている。第３電極８は、第１面９ｂｄ上に形成されている。第３電極８は、周方向に沿って等間隔で配置されている。そのため、変形例においても、発電機能付軸受装置２０と同様に動作する。

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下、「発電機能付軸受装置３０」とする）の構成を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図１６は、発電機能付軸受装置３０の上面図である。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。また、図１８は、図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。図１６〜図１８に示されるように、発電機能付軸受装置３０は、転がり軸受を有している。この転がり軸受は、円筒ころ軸受である。

この転がり軸受は、外輪１と、内輪２と、転動体３と、保持器４とを有している。発電機能付軸受装置は、第１電極５と、第２電極６と、絶縁膜７と、第３電極８と、基材５１と、引き出し線５３（図示せず）と、引き出し線５４（図示せず）とを有している。

発電機能付軸受装置３０は、環状部材９ａを有していない点に関して、発電機能付軸受装置１０と異なっている。

保持器４は、もみ抜き保持器である。保持器４は、導電性材料により形成されている。保持器４は、内周面４１と、外周面４２とを有している。内周面４１は、外周面２２と対向している。外周面４２は、内周面１１と対向している。外周面４２には、凸部４３が形成されている。凸部４３は、内周面４１とは反対側に向かって突出している。

凸部４３は、第３電極８を構成している。凸部４３は、周方向に沿って等間隔で配置されている。凸部４３の数は、第１電極５の数及び第２電極６の数に等しい。保持器４は内輪２の回転に伴って公転し（保持器４は内輪２の回転に伴って保持器４の中心軸周りに回転し）、この公転に伴って第１電極５（第２電極６）は凸部４３に対向している状態と凸部４３に対向していない状態とを繰り返す。そのため、発電機能付軸受装置３０においても、内輪２の回転に伴って第１距離及び第２距離が時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相が互いにずれている。

凸部４３の周方向における幅（図中における幅Ｗ１）は、第１電極５の周方向における幅（図中における幅Ｗ２）及び第２電極６の周方向における幅（図中における幅Ｗ３）に等しいことが好ましい。凸部４３（第１電極５、第２電極６）の周方向における幅は、凸部４３（第１電極５、第２電極６）の周方向における一方端と内輪２の中心軸とを結んだ直線が凸部４３（第１電極５、第２電極６）の周方向における他方端と内輪２の中心軸とを結んだ直線となしている角度である。これにより、第１電極５（第２電極６）と第３電極８（凸部４３）とが対向する面積を大きくすることができるため、発電量を増加させることが可能になる。なお、設計上の制約がある場合又は第１電極５の周方向における幅が第２電極６の周方向における幅と等しくない場合は、第１電極５（第２電極６）と対向する面積が可能な限り大きくなるように、凸部４３の周方向における幅が設定される。

以下に、発電機能付軸受装置３０の効果を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

発電機能付軸受装置３０においても、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相がずれているため、第１電極５及び第２電極６において、電力が発生する。発電機能付軸受装置３０においても、この電力を発生させるための構成である第１電極５、第２電極６、絶縁膜７及び第３電極８は、全て軸受内部に配置されているため、軸受内部に発電機能が組み込まれていることになる。

＜第１変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置３０の第１変形例を説明する。

図１９は、発電機能付軸受装置３０の第１変形例の上面図である。図１９に示されるように、第１変形例においては、保持器４が絶縁材料（例えば、樹脂材料）により形成されている。また、第１変形例においては、凸部４３に代えて、第３電極８が外周面４２上に形成されている。そのため、第１変形例においても、発電機能付軸受装置３０と同様に動作する。

＜第２変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置３０の第２変形例を説明する。

図２０は、発電機能付軸受装置３０の第２変形例の上面図である。図２０中において、シール部材１３の図示は省略されている。図２１は、図２０のＸＸＩ−ＸＸＩにおける断面図である。図２２は、図２０のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩにおける断面図である。図２０〜図２２に示されるように、第２変形例においては、転動体３が玉であり、保持器４が鋼板を打ち抜くことにより転動体３を保持する部分を形成した打ち抜き保持器である。保持器４は、保持部４４と、連結部４５とを有している。保持器４は、保持部４４において転動体３を保持している。そのため、保持部４４の数は、転動体３の数に等しい。保持部４４の数（転動体３の数）は、第１電極５の数及び第２電極６の数に等しい。

保持器４は、転動体３を保持している部分において、中心軸方向に沿って突出している凸部４４ａを有している。なお、中心軸方向とは、転がり軸受の回転輪の回転の軸に沿う方向である。図２０〜図２２の例においては、保持部４４は、転動体３の表面に沿う曲面になっており、当該曲面部分自体が凸部４４ａになっている。転動体３を保持している曲面部分の頂点付近に、さらに中心軸方向に沿って突出する部分をプレス加工等により形成し、当該突出する部分を凸部４４ａとしてもよい。なお、上記のプレス加工は、保持部４４を形成するための打ち抜き加工と同時に行われてもよい。すなわち、「保持器４が転動体３を保持している部分において中心軸方向に沿って突出する凸部４４ａを有している」には、保持部４４自体が凸部４４ａになっている場合及び保持部４４に凸部４４ａが形成されている場合の双方が含まれている。

保持部４４は、周方向に沿って等間隔に配置されている。連結部４５は、隣り合う２つの保持部４４を有している。すなわち、保持部４４及び連結部４５は、周方向に沿って交互に配置されている。

外輪１は、シール部材１３を有している。第１電極５及び第２電極６が形成された基材５１は、シール部材１３の第１面１３ａ上に配置されている。第１電極５の表面及び第２電極６の表面には、絶縁膜７が形成されている。内輪２の回転に伴って（すなわち、保持器４の公転に伴って）、保持部４４と第１電極５との間の距離及び保持部４４と第２電極６との間の距離が変化する。すなわち、第２変形例においては、保持部４４が第３電極８になっている。

第２変形例においては、内輪２の回転に伴って第１電極５（第２電極６）が保持部４４に対向している状態と第１電極５（第２電極６）が保持部４４に対向していない状態とが繰り返される。保持部４４は、連結部４５よりもシール部材１３に近い位置にある。そのため、第２変形例においても、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相が互いにずれているため、第２変形例は、発電機能付軸受装置３０と同様に動作する。

＜第３変形例及び第４変形例＞
以下に、発電機能付軸受装置３０の第３変形例及び第４変形例を説明する。第３変形例及び第４変形例においては、転動体３が玉であり、保持器４が保持部４４と連結部４５とを有している。図２３Ａは、発電機能付軸受装置３０の第３変形例の模式的な断面図である。図２３Ａ中において、保持器４は、第１電極５及び第２電極６側の半分のみが示されている。図２３Ａに示されるように、保持部４４（凸部４４ａ）は、その先端（第１電極５及び第２電極６側の端）において、端面４４ｂを有している。端面４４ｂは、第１電極５の表面及び第２電極６の表面に平行になっている。

端面４４ｂの周方向における幅は、第１電極５の周方向における幅及び第２電極６の周方向における幅に等しいことが好ましい。端面４４ｂの径方向における幅は、第１電極５の径方向における幅及び第２電極６の径方向における幅に等しいことが好ましい。

発電機能付軸受装置３０の第３変形例においては、第１電極５（第２電極６）と第３電極８とが対向する面積が増加するため、発電量を増加させることができる。また、発電機能付軸受装置３０の第３変形例においては、第１電極５（第２電極６）と第３電極８とが対向する面積が増加する結果、第１電極５（第２電極６）と第３電極８との間の単位面積あたりの接触力が低下するため、各電極及び絶縁膜７の摩耗を抑制することができる。

保持器４は、第１部材４６と第２部材４７とにより構成されている。第１部材４６は、第２部材４７よりも転動体３の近くに配置されている。第１部材４６は、第２部材４７と一体化されている。保持部４４に位置している第１部材４６の転動体３側の面は、転動体３を保持可能なように転動体３に沿った形状（円弧形状）を有している。端面４４ｂは、保持部４４に位置している第２部材４７の部分に形成されている。このように、発電機能付軸受装置３０の第３変形例においては、保持部４４に位置している第１部材４６の転動体３側の面が転動体３に沿った形状を有しているため、保持部４４（凸部４４ａ）が第１電極５及び第２電極６に平行な端面４４ｂを有していても、転動体３を保持することができる。

図２３Ｂは、発電機能付軸受装置３０の第４変形例の模式的な断面図である。図２３Ｂに示されるように、発電機能付軸受装置３０の第４変形例において、保持器４は、第１部材４６を有しておらず、第２部材４７のみによって構成されている。その他の点に関し、発電機能付軸受装置３０の第４変形例の構成は、発電機能付軸受装置３０の第３変形例の構成と同様である。

（第４実施形態）
以下に、第４実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下、「発電機能付軸受装置４０」とする）の構成を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図２４は、発電機能付軸受装置４０の上面図である。図２５は、図２４のＸＸＶ−ＸＸＶにおける断面図である。また、図２６は、図２４のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩにおける断面図である。図２４〜図２６に示されるように、発電機能付軸受装置４０は、転がり軸受を有している。この転がり軸受は、円筒ころ軸受である。

この転がり軸受は、外輪１と、内輪２と、転動体３と、保持器４とを有している。発電機能付軸受装置は、第１電極５と、第２電極６と、絶縁膜７と、第３電極８と、引き出し線５３（図示せず）と、引き出し線５４（図示せず）とを有している。

発電機能付軸受装置３０は、環状部材９ａを有していない。発電機能付軸受装置３０において、第１電極５及び第２電極６は、外輪１（より具体的には、内周面１１）に形成されている。第１電極５及び第２電極６は周方向に沿って等間隔で交互に配置されており、第１電極５の数及び第２電極６の数は転動体３の数に等しい。第１電極５の数及び第２電極６の数は、転動体３の数より多くてもよい。具体的には、第１電極５の数及び第２電極６の数は、転動体３の数の整数倍であってもよい。

転動体３は内輪２の回転に伴って公転するため、内輪２の回転に伴って第１電極５（第２電極６）が転動体３に対向している状態と第１電極５（第２電極６）が転動体３に対向していない状態とが繰り返される。すなわち、発電機能付軸受装置３０においては、転動体３が第３電極８を構成しており、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化し、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相が互いにずれている。

以下に、発電機能付軸受装置４０の効果を説明する。ここでは、発電機能付軸受装置１０の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

発電機能付軸受装置４０においても、第１距離及び第２距離が内輪２の回転に伴って時間変化するとともに、第１距離の時間変化の位相及び第２距離の時間変化の位相がずれているため、第１電極５及び第２電極６において、電力が発生する。発電機能付軸受装置４０においても、この電力を発生させるための構成である第１電極５、第２電極６、絶縁膜７及び第３電極８は、全て軸受内部に配置されているため、軸受内部に発電機能が組み込まれていることになる。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、発電機能を有する転がり軸受に特に有利に適用される。

１ 外輪、１０ 発電機能付軸受装置、１１ 内周面、１２ 外周面、１３ シール部材、１３ａ 第１面、１３ｂ 第２面、２ 内輪、２０ 発電機能付軸受装置、２１ 内周面、２２ 外周面、３ 転動体、３０ 発電機能付軸受装置、４ 保持器、４０ 発電機能付軸受装置、４１ 内周面、４２ 外周面、４３ 凸部、４４ 保持部、４４ａ 凸部、４４ｂ 端面、４５ 連結部、４６ 第１部材、４７ 第２部材、５ 第１電極、５１ 基材、５１ａ 内周面、５１ｂ 外周面、５１ｃ 第３面、５１ｄ 第４面、５２ 基板、５３，５４ 引き出し線、５５ 絶縁膜、６ 第２電極、７ 絶縁膜、７１ コーティング膜、８ 第３電極、９ａ 環状部材、９ａａ 内周面、９ａｂ 外周面、９ａｄ 第１面、９ａｅ 第２面、９ａｆ 凸部、９ｂ 環状部材、９ｂａ 内周面、９ｂｂ 外周面、９ｂｃ 凹部、９ｂｄ 第１面、９ｂｅ 第２面、Ｌ 潤滑剤、Ｔ 厚さ。

Claims (15)

1. 第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
   前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
   前記回転輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
   前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備え、
   前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
   前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれている、発電機能付軸受装置。
2. 前記絶縁膜の厚さは１００μｍ以下である、請求項１に記載の発電機能付軸受装置。
3. 導電性材料で形成されているとともに、前記第２対向面に取り付けられた第１環状部材をさらに備え、
   前記第１環状部材は、前記第１対向面に対向する第１面と、前記第２対向面に対向する第２面とを有し、
   前記第１面には、前記第２面とは反対方向に向かって突出する凸部が形成されており、
   前記凸部は、前記第３電極を構成している、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
4. 前記第２対向面に取り付けられた第２環状部材をさらに備え、
   前記第２環状部材は、前記第１対向面に対向する第１面と、前記第２対向面に対向する第２面とを有し、
   前記第１面には、前記第２面に向かって窪むとともに、前記第３電極が配置される凹部が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
5. 前記第１対向面に取り付けられた環状形状の基材をさらに備え、
   前記基材は、前記第２対向面に対向する第３面と、前記第１対向面に対向する第４面とを有し、
   前記第３面には、前記第１電極及び前記第２電極が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
6. 前記静止輪と前記回転輪との間にある軸受空間を少なくとも部分的に閉塞するシール部材をさらに備え、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記シール部材の前記軸受空間側の面上に配置されている、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
7. 前記第１電極及び前記第２電極は、前記静止輪に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
8. 前記第３電極は、前記回転輪に形成されている、請求項１又は請求項２に記載の発電機能付軸受装置。
9. 前記第１電極及び前記第２電極は、周方向に沿って等間隔で交互に配置されており、
   前記第３電極は、周方向に沿って等間隔で配置されており、
   前記第３電極の数は、前記第１電極の数及び前記第２電極の数に等しい、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
10. 前記第３電極の周方向における幅は、前記第１電極の周方向における幅及び前記第２電極の周方向における幅と等しい、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
11. 前記絶縁膜上及び前記第３電極上の少なくとも一方に形成されたコーティング膜をさらに備える、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
12. 前記コーティング膜は、ＤＬＣにより形成されている、請求項１１に記載の発電機能付軸受装置。
13. 前記コーティング膜は、ニッケルを含む合金により形成されている、請求項１１に記載の発電機能付軸受装置。
14. 前記絶縁膜は、ＤＬＣにより形成されている、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。
15. 第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
    前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
    第３電極と、
    前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備え、
    前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
    前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれており、
    前記転動体は、玉であり、
    前記保持器は、前記転動体を保持している部分において中心軸方向に沿って突出しており、前記第３電極を構成している凸部を有しており、
    前記凸部の先端は、前記第１電極の表面及び前記第２電極の表面に平行な面を含む、発電機能付軸受装置。

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