JP2021188733A - スラストベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】無接点給電や通信に利用でき、組み立てを容易に行うことが可能なスラストベアリングを提供する。【解決手段】転動体５１を挟んで互いに対向して設けられる第１軌道盤１１と第２軌道盤１２とを備えたスラストベアリング１は、第１軌道盤１１における第２軌道盤１２に対向する第１面６１の外周領域に設けられる第１基板２１と、第２軌道盤１２における第１面６１に対向する第２面６２の外周領域に設けられる第２基板２２と、第１基板２１に設けられる第１コイル３１と、第１コイル３１と離間し、第１コイル３１と対向した状態で第２基板２２に設けられる第２コイル３２と、第１軌道盤１１における第１面６１とは反対側の第３面６３に設けられ、第１コイル３１に流れる電流に応じた処理を行う制御部７１が搭載される制御基板４１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、転動体を挟んで互いに対向して設けられる第１軌道盤と第２軌道盤とを備えたスラストベアリングに関する。

従来、多くの機械において、回転軸を支持し、より滑らかに回転させることを目的としてベアリングが利用されてきた。このようなベアリングを電力の受け渡しや通信に利用することが検討されてきた。係る技術として、例えば下記に出典を示す特許文献１−３に記載のものがある。

特許文献１には、回転輪と固定輪との間で、非接触で信号や電力の受け渡しを行う双方向通信機能を備えた双方向通信機能付車輪用軸受が開示されている。この双方向通信機能付車輪用軸受は、複列の転走面が形成された固定輪と、固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備えて構成され、固定輪と回転輪の間で、非接触で双方向に通信する双方向通信手段を設け、固定輪及び回転輪方に双方向通信手段に接続されたコネクタを備えている。

特許文献２には、回転輪と固定輪との間で、非接触で電力の受け渡しを行う電力伝送装置を内蔵する電力伝送装置付車輪用軸受が開示されている。この電力伝送装置付車輪用軸受は、複列の転走面が形成された固定輪と、固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備えて構成され、固定輪と回転輪の間で、非接触で電力を伝達する電力伝送装置が設けられる。固定輪及び回転輪には、電力伝送装置に接続されたコネクタが備えられる。

特許文献３には、非接触で電力が伝送される撮像装置が開示されている。この撮像装置は、内輪と外輪とを有する軸受と、軸受の一方の側に設けられ、内輪に固定されるカメラ側フランジと、カメラ側フランジの側に設けられる撮像部と、軸受の他方の側に設けられ、外輪に固定される装置本体側フランジと、カメラ側フランジに収納される受電コイルと、受電コイルに対向し、装置本体側フランジに収納される送電コイルと、を備えている。

特開２００８−２４９００５号公報 特開２００８−２４９０４６号公報 特開２０１６−１３９８６４号公報

特許文献１の双方向通信手段及び特許文献２に記載の電力伝送装置は、固定輪のコネクタには１次コイルに接続された配線が設けられ、回転輪のコネクタには２次コイルに接続された配線が設けられる。また、特許文献３の受電コイルは受電側端子がカメラ側プリント基板に接続され、送電コイルは送電側端子が装置本体側プリント基板に接続される。このように特許文献１−３に記載の技術は夫々のコイルに配線が設けられる。ここで、コイルを通信に利用したり、無接点給電に利用したりする場合には、互いのコイルの位置合わせが重要である。しかしながら、特許文献１−３に記載の技術は、互いのコイルの位置合わせまで想定されておらず、組み立てを容易に行う上で改良の余地がある。

そこで、無接点給電や通信に利用でき、組み立てを容易に行うことが可能なスラストベアリングが求められる。

本発明に係るスラストベアリングの特徴構成は、転動体を挟んで互いに対向して設けられる第１軌道盤と第２軌道盤とを備えたスラストベアリングであって、前記第１軌道盤における前記第２軌道盤に対向する第１面の外周領域に設けられる第１基板と、前記第２軌道盤における前記第１面に対向する第２面の外周領域に設けられる第２基板と、前記第１基板に設けられる第１コイルと、前記第１コイルと離間し、前記第１コイルと対向した状態で前記第２基板に設けられる第２コイルと、前記第１軌道盤における前記第１面とは反対側の第３面に設けられ、前記第１コイルに流れる電流に応じた処理を行う制御部が搭載される制御基板と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、第１軌道盤及び第２軌道盤の少なくともいずれか一方が回転した場合でも、第１コイルと第２コイルとの間で無接点での給電や通信をすることができる。また、第１コイルと第２コイルとが互いに対向し合うように、夫々、第１軌道盤及び第２軌道盤に設けるので、スラストベアリングの内部に第１基板及び第２基板を固定することができる。したがって、第１コイル及び第２コイルに対する外乱の影響を低減できると共に、第１コイル及び第２コイルの間隔を所期の値に維持することができ、特性を所期の状態に維持することが可能となる。また、第１軌道盤における第３面に、第１コイルを流れる電流の処理や制御を行うために必要となるＩＣ等の部品を実装可能な制御基板を配置することができ、無接点での給電や通信に制御を容易に行うことができる。更には、例えば第１軌道盤及び第２軌道盤の夫々の外縁部に第１基板及び第２基板を接着することで、処理機能の追加等のカスタマイズやメンテナンスをし易くできる（スラストベアリングの各部に対して軽微な可能で処理機能の追加等ができる）。

また、前記第１コイル及び前記第２コイルの夫々は、前記第１軌道盤及び前記第２軌道盤の少なくともいずれか一方が回転した場合であっても、継続して互いに対向するように前記第１基板及び前記第２基板の夫々に設けられていると好適である。

このような構成とすれば、第１コイル及び第２コイルが継続して互いに対向し続けるので、効率良く無接点での給電や通信を行うことが可能となる。

また、前記第１基板、前記第２基板、前記第１軌道盤、及び前記第２軌道盤の外形が円形であって、前記第１基板の外径及び前記第２基板の外径は、夫々、前記第１軌道盤の外径及び前記第２軌道盤の外径と同じであると好適である。

このような構成とすれば、第１基板、第２基板、第１軌道盤、及び第２軌道盤の夫々の軸心を組み立て時に容易に合わせることができ、スラストベアリングの中心の位置ずれによる特性不良の影響を低減できる。また、第１コイル及び第２コイルにおける電力や信号の送受信の中心を一致させ、信号の伝達特性が改善され、コイルも容易に固定することが可能となる。

また、前記第１軌道盤、前記第２軌道盤、及び前記転動体が非金属材料で構成されていると好適である。

このような構成とすれば、第１軌道盤、第２軌道盤、及び転動体に漏れる磁束を低減することが可能となる。したがって、給電や通信の効率の悪化を抑制できる。

また、前記第１基板及び前記第２基板は、夫々、前記第１軌道盤及び前記第２軌道盤の夫々に対して磁性シートを介して設けられていると好適である。

このような構成とすれば、第１基板と第１軌道盤との間、及び、第２基板と第２軌道盤との間の磁性シートにより、第１コイルと第２コイルとの結合度が向上し、給電特性や信号の伝達特性を向上することができる。

また、前記制御基板及び前記第１基板には、夫々、同軸コネクタが設けられ、前記夫々の前記同軸コネクタ同士は、前記第１軌道盤の径方向外側に設けられる同軸ケーブルを介して接続されると好適である。

このような構成とすれば、第１コイルとの共振点を設定するための部品（例えばコンデンサ）によるマッチングを第１軌道盤の第３面に設けた制御基板上で、容易に行うことができる。また、第１基板と制御基板との接続を行うために第１軌道盤に穴をあける必要がないので、容易に接続することが可能となる。

スラストベアリングの側方断面図である。 図１のII−II線の矢視図である。

本発明に係るスラストベアリングは、無接点給電や通信に利用可能なコイルを備え、これらのコイルの位置決めを容易に行うことができるように構成される。以下、本実施形態のスラストベアリング１について説明する。

図１はスラストベアリング１の側方断面図であり、図２は図１のII−II線の矢視図である。図１に示されるように、本実施形態のスラストベアリング１は、第１軌道盤１１、第２軌道盤１２、第１基板２１、第２基板２２、第１コイル３１、第２コイル３２、制御基板４１、転動体５１を備えて構成される。

第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２は互いに対向して設けられる。本実施形態では第１軌道盤１１は軸１３と連結される。このため、第１軌道盤１１はいわゆる軸軌道盤に相当する。一方、第２軌道盤１２はハウジング１４に組み込まれて固定される。このため、第２軌道盤１２はいわゆるハウジング軌道盤に相当する。第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２（図２参照）は平面視における外形が円形で構成され、互いに軸心が一致した状態で、且つ、互いに離間した状態で配置される。第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の軸心は、軸１３の軸心Ｘとも一致している。以下では、理解を容易にするために、第１軌道盤１１の軸心及び第２軌道盤１２の軸心も、軸心Ｘとして説明する。

第１基板２１は、第１軌道盤１１における第２軌道盤１２に対向する第１面６１の外周領域に設けられる。上述したように第１軌道盤１１と第２軌道盤１２とは互いに離間した状態で配置される。第１面６１は、第１軌道盤１１が有する面のうち、第２軌道盤１２と離間した状態で対向する面が相当する。第１基板２１は、特に限定されるものではないが、第１軌道盤１１の平面視における外縁部に設けると好適である。本実施形態では、第１基板２１は平面視における外形が円形であって、径方向中央部が円形に切り抜かれた円環状態で構成される。第１基板２１は、その中心が第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２と同軸心上になるように配置される。したがって、第１基板２１は平面視の形状がドーナツ状（円環状）であって、第１軌道盤１１に配置された第１基板２１を見た場合に、径方向中央部において第１軌道盤１１（第１面６１）が露出した状態で第１軌道盤１１に設けられる。

第２基板２２は、第２軌道盤１２における第１軌道盤１１に対向する第２面６２の外周領域に設けられる。第２面６２は、第２軌道盤１２が有する面のうち、第１軌道盤１１の第１面６１と離間した状態で対向する面が相当する。第２基板２２にあっても、特に限定されるものではないが、第２軌道盤１２の平面視における外縁部に設けると好適である。本実施形態では、第２基板２２は平面視における外形が円形であって、径方向中央部が円形に切り抜かれた円環状態で構成される。第２基板２２は、その中心が第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２と同軸心上になるように配置される。したがって、第２基板２２は平面視の形状がドーナツ状（円環状）であって、第２軌道盤１２に配置された第２基板２２を見た場合に、径方向中央部において第２軌道盤１２（第２面６２）が露出した状態で第２軌道盤１２に設けられる。

第１コイル３１は第１基板２１に設けられる。第１コイル３１は、例えば無接点給電装置の二次コイルや、通信装置のアンテナとして利用可能である。このような第１コイル３１は、第１基板２１上に例えばアルミニウムや銅を用いたパターニングやスパッタリングにより構成することが可能である。第１コイル３１は、二次コイルやアンテナとしての用途に応じて、厚さや長さが設定され、例えば第１基板２１に全周に亘って設けると好適である。本実施形態において、第１コイル３１は、その中心が第１基板２１の中心と同心（第１軌道盤１１の軸心Ｘと同軸心）になるように円環状に形成されている。

第２コイル３２は第１コイル３１と離間し、第１コイル３１と対向した状態で第２基板２２に設けられる。第２コイル３２は、例えば無接点給電装置の一次コイルや、通信装置のアンテナとして利用可能である。いずれの用途であっても、第２コイル３２は第１コイル３１と対をなし、対向した状態で構成される。このような第２コイル３２は、第２基板２２上に例えばアルミニウムや銅を用いたパターニングやスパッタリングにより構成することが可能である。第２コイル３２は、一次コイルやアンテナとしての用途に応じて、厚さや長さが設定され、例えば第２基板２２に全周に亘って設けると好適である。本実施形態において、第２コイル３２は第２基板２２の中心と同心（第２軌道盤１２の軸心Ｘと同軸心）になるように円環状に形成されている。また、第２コイル３２は、平面視で第１コイル３１と一致して重なるように配置されている。すなわち、第１コイル３１と第２コイル３２の外径と内径はいずれも一致している。ただし、第１コイル３１と第２コイル３２の外径と内径の一方もしくは両方が一致していなくても良い。

本実施形態では上述した第１基板２１は第１軌道盤１１の外径と同じ外径で構成され、第２基板２２は第２軌道盤１２の外径と同じ外径で構成される（図１及び図２参照）。したがって、第１軌道盤１１に対する第１基板２１の位置決めを適切に行うことができると共に、第２軌道盤１２に対する第２基板２２の位置決めを適切に行うことができる。また、第１基板２１、第１軌道盤１１、第２基板２２、及び第２軌道盤１２を、互いに同じ外径で構成することで、位置決めを適切に行うことが可能となる。

制御基板４１は第１軌道盤１１における第１面６１とは反対側の第３面６３に設けられ、第１コイル３１に流れる電流に応じた処理を行う制御部７１や制御部７１とは異なる部品７２が搭載される。第１軌道盤１１における第１面６１とは反対側の第３面６３とは、第１軌道盤１１が有する面のうち、第１面６１の裏面であって、図１における軸１３が連結される面である。第１コイル３１に流れる電流とは、第１コイル３１を無接点給電の二次コイルとして利用する場合には第２コイル３２からの磁界に応じて流れる電流であって、第１コイル３１をアンテナとして利用する場合には第２コイル３２との通信により流れる電流である。したがって、制御部７１は第１コイル３１を無接点給電の二次コイルとして利用する場合には第２コイル３２からの磁界に応じて流れる電流を、例えば直流に電流に変換するような制御をしたり、第１コイル３１をアンテナとして利用する場合には第２コイル３２との通信により流れる電流から、伝達された情報を抽出したりする。また、部品７２とは、第１コイル３１のインピーダンス整合を行うために設けられるコンデンサや抵抗器である。

転動体５１は第１軌道盤１１と第２軌道盤１２との間に挟まれる。転動体５１とは、ハウジング等に固定される第１軌道盤１１に対して第２軌道盤１２を、軸１３を回転中心として回転可能とするものである。転動体５１は、例えば球状体で構成する場合にはボールベアリングにあたる。また、転動体５１は、例えば円筒状、棒状、円錐状、樽状のいずれかで構成する場合にはローラーベアリングにあたる。なお、転動体５１は図２に示されるように複数設けられるが、夫々の転動体５１の間には保持器（図示せず）を設けると良い。

ここで、第１軌道盤１１、第２軌道盤１２、及び転動体５１は非金属材料で構成されると好適である。非金属材料とは、特に非磁性体が相当するが、具体的には樹脂やセラミックを用いて構成すると良い。これにより、電磁界の漏れを低減し、第１コイル３１と第２コイル３２との間における電力伝達、あるいは通信の効率を向上することが可能となる。

また、第１基板２１及び第２基板２２は、夫々、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の夫々に対して磁性シート９０を介して設けられていると好適である。これにより、第１基板２１に設けられる第１コイル３１と第２基板２２に設けられる第２コイル３２との結合度が向上し、電力や信号の伝達効率を向上することが可能となる。

制御基板４１及び第１基板２１には、夫々、同軸コネクタ８１が設けられる。同軸コネクタ８１とは、同軸ケーブル８２と接続可能なコネクタである。特に本実施形態では、夫々の同軸コネクタ８１同士は、第１軌道盤１１の径方向外側に設けられる同軸ケーブル８２を介して接続される。第１軌道盤１１の径方向外側に設けられるとは、第１軌道盤１１を軸方向に貫通して設けられるのではなく、第１軌道盤１１の外周面よりも径方向外側に設けられることを意味する。なお、第２基板２２にもケーブル８３により外部と接続可能とされる。このように第１基板２１と制御基板４１とを同軸コネクタ８１で接続するにあたり、第１基板２１及び制御基板４１を第１軌道盤１１の外縁部に配置すると好適である。これにより、上述したように第１軌道盤１１の径方向外側を介して第１基板２１と制御基板４１とを容易に接続することができ、第１軌道盤１１に対する加工を低減することができる。

上記のように構成されるスラストベアリング１では、第１軌道盤１１が第２軌道盤１２に対して回転する。第１コイル３１及び第２コイル３２の夫々は、第１軌道盤１１が第２軌道盤１２に対して回転した場合であっても、継続して互いに対向するように第１基板２１及び第２基板２２の夫々に設けられる。これにより、第１コイル３１及び第２コイル３２の間で適切に、且つ、効率良く給電や通信を行うことが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、無接点給電に使用する場合には第１コイル３１が二次コイルであって、第２コイル３２が一次コイルであるとして説明したが、第１コイル３１を一次コイルとして使用し、第２コイル３２を二次コイルとして使用することも可能である。

上記実施形態では、第１軌道盤１１がハウジング１４に組み込まれる第２軌道盤１２に対して回転するとして説明したが、第１軌道盤１１をハウジング１４に組み込み、第１軌道盤１１に対して第２軌道盤１２が回転するように構成しても良いし、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の双方が回転するように構成することも可能である。係る場合、第１軌道盤１１の第１基板２１にあっても、第２基板２２と同様に配線すると好適である。

上記実施形態では、第１コイル３１及び第２コイル３２の夫々は、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の少なくともいずれか一方が回転した場合であっても、継続して互いに対向するように第１基板２１及び第２基板２２の夫々に設けられているとして説明したが、第１コイル３１及び第２コイル３２の夫々は、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の少なくともいずれか一方が回転した場合に、断続的に互いに対向するように第１基板２１及び第２基板２２の夫々に設けられていても良い。

上記実施形態では、第１基板２１、第２基板２２、第１軌道盤１１、及び第２軌道盤１２の外形が円形であるとして説明したが、第１基板２１、第２基板２２、第１軌道盤１１、及び第２軌道盤１２のうちの少なくともいずれか一つは外形が例えば多角形等、円形でなくても良い。

上記実施形態では、第１基板２１の外径及び第２基板２２の外径は、夫々、第１軌道盤１１の外径及び第２軌道盤１２の外径と同じであるとして説明したが、第１基板２１の外径は第１軌道盤１１の外径と異なっていても良いし、第２基板２２の外径は第２軌道盤１２の外径と異なっていても良い。

上記実施形態では、第１軌道盤１１、第２軌道盤１２、及び転動体５１が非金属材料で構成されているとして説明したが、第１軌道盤１１、第２軌道盤１２、及び転動体５１のうち、少なくとも一つが金属材料で構成されていても良い。

上記実施形態では、第１基板２１及び第２基板２２は、夫々、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の夫々に対して磁性シート９０を介して設けられているとして説明したが、第１基板２１及び第２基板２２は、夫々、第１軌道盤１１及び第２軌道盤１２の夫々に対して磁性シート９０を介することなく設けても良い。

上記実施形態では、制御基板４１及び第１基板２１には、夫々、同軸コネクタ８１が設けられ、夫々の同軸コネクタ８１同士は、第１軌道盤１１の径方向外側に設けられる同軸ケーブル８２を介して接続されるとして説明したが、制御基板４１及び第１基板２１には、夫々、同軸コネクタ８１を設けなくても良いし、同軸ケーブル８２を介して接続されなくても良い。

本発明は、転動体を挟んで互いに対向して設けられる第１軌道盤と第２軌道盤とを備えたスラストベアリングに用いることが可能である。

１：スラストベアリング
１１：第１軌道盤
１２：第２軌道盤
２１：第１基板
２２：第２基板
３１：第１コイル
３２：第２コイル
４１：制御基板
５１：転動体
６１：第１面
６２：第２面
６３：第３面
７１：制御部
８１：同軸コネクタ
８２：同軸ケーブル
９０：磁性シート

Claims (6)

1. 転動体を挟んで互いに対向して設けられる第１軌道盤と第２軌道盤とを備えたスラストベアリングであって、
   前記第１軌道盤における前記第２軌道盤に対向する第１面の外周領域に設けられる第１基板と、
   前記第２軌道盤における前記第１面に対向する第２面の外周領域に設けられる第２基板と、
   前記第１基板に設けられる第１コイルと、
   前記第１コイルと離間し、前記第１コイルと対向した状態で前記第２基板に設けられる第２コイルと、
   前記第１軌道盤における前記第１面とは反対側の第３面に設けられ、前記第１コイルに流れる電流に応じた処理を行う制御部が搭載される制御基板と、
   を備えるスラストベアリング。
2. 前記第１コイル及び前記第２コイルの夫々は、前記第１軌道盤及び前記第２軌道盤の少なくともいずれか一方が回転した場合であっても、継続して互いに対向するように前記第１基板及び前記第２基板の夫々に設けられている請求項１に記載のスラストベアリング。
3. 前記第１基板、前記第２基板、前記第１軌道盤、及び前記第２軌道盤の外形が円形であって、
   前記第１基板の外径及び前記第２基板の外径は、夫々、前記第１軌道盤の外径及び前記第２軌道盤の外径と同じである請求項１又は２に記載のスラストベアリング。
4. 前記第１軌道盤、前記第２軌道盤、及び前記転動体が非金属材料で構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のスラストベアリング。
5. 前記第１基板及び前記第２基板は、夫々、前記第１軌道盤及び前記第２軌道盤の夫々に対して磁性シートを介して設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載のスラストベアリング。
6. 前記制御基板及び前記第１基板には、夫々、同軸コネクタが設けられ、
   前記夫々の前記同軸コネクタ同士は、前記第１軌道盤の径方向外側に設けられる同軸ケーブルを介して接続される請求項１から５のいずれか一項に記載のスラストベアリング。

Images