JP4296392B2

JP4296392B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JP4296392B2
Application number: JP2003108707A
Authority: JP
Inventors: 弘上野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004316707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置、特に外輪や内輪等の輪状部材間に小型の電池と潤滑剤貯留用のタンクとこの潤滑剤貯留用のタンクから軌道輪や転動体に潤滑剤を供給するポンプ等の機能体をユニット化して配設した軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受に潤滑剤を自動的に供給する軸受装置としては、工作機械の主軸に用いられる軸受装置が知られている。このような軸受装置は例えば、図７に示すように、転がり軸受２０に潤滑油タンク２１からポンプ２２により供給された潤滑油を一時的に蓄える潤滑油貯蔵室２３と、該潤滑油貯蔵室２３に設けたダイヤフラム２４と、該ダイヤフラム２４を除いた部分に形成されるノズル２５と、ダイヤフラム２４に振動を与え潤滑油貯蔵室２３の圧力を変動させる圧電素子２６と、で構成される。この構成により潤滑油をノズル２５を通して転がり軸受２０の転動体２７や内輪や外輪の軌道面２０ａ、２０ｂに供給する（特許文献１）。
【０００３】
或いは、同じく工作機械用の軸受装置として、軸受温度上昇時に潤滑剤が多く供給されるように構成したものが提案されている。この軸受装置は、図８（Ａ）に示すように、回転軸３１に嵌め込まれた軸受内輪３２に隣接して該回転軸３１に嵌め込まれた間座３４を備えてなると共に、外輪３３と内輪３２との空間Ｑ内に潤滑剤Ｇを供給する潤滑剤供給機構３０を備えるもので、間座３４内に設けた潤滑剤室３６と、該潤滑剤室３６から前記空間Ｑへ潤滑剤Ｇを供給する潤滑剤流路３５、潤滑剤吐出穴３７および潤滑剤供給溝３８を有し、前記潤滑剤室３６には大気側と連通・非連通可能な潤滑剤室内圧調整機構３９を備えた構成としてある。この潤滑剤室内内圧調整機構３９は、大気導入溝４０を介して潤滑剤室３６と連絡され該潤滑剤室３６を大気圧にするための大気導入穴４２と、通常は大気穴導入穴４２を塞いで潤滑剤室３６を密閉し、温度上昇時には変形して大気穴導入穴４２を大気側と連通する形状記憶合金製の栓４１とで構成されるものである（特許文献２）。尚、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＭーＭ矢視拡大図である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１３６８７
【特許文献２】
特開２００２−２５０３５２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
潤滑剤を供給する従来の軸受装置は、外部に潤滑剤供給装置を配設したり、内輪側には、内輪の他に間座を配置するので全体的にスペースが大きくなり、コンパクト化には限界がある。このような問題を解決すべく、本特許出願人は、転がり軸受の固定輪側に、転動体或いは固定輪や回転輪の軌道面に対して潤滑剤を供給する転がり軸受装置を提案している（特願２００２−２６７８３８）。この転がり軸受装置では、転がり軸受の固定輪側に、転動体あるいは固定輪や回転輪の軌道面に対して潤滑油を必要に応じて供給する給油ユニットを付設したもので、該給油ユニットは、潤滑油を貯留するタンクと、タンク内の潤滑油を吸引して吐出するマイクロポンプと、マイクロポンプを駆動する駆動部（発電機）とを備えた構成となっている。。しかしながら、この場合、発電機用の磁石やコイルを搭載する上で、スペース的制約が大きく、現状のままではより一層の小型の軸受への適用には難しい点があった。また、更に小型の軸受にも適用可能とするためには、ユニットの一層の小型化を図り且つ潤滑油供給量を調整して長期間の自動給油可能な軸受装置を提供する必要があった。
【０００６】
この発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、軸受に取り付ける給油ユニットをコンパクト且つスリムなものとして、より小型の軸受に搭載可能であり且つ長期間自動給油可能な軸受装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は、上記する課題を解決するために、相対運動する複数の軌道部材を備えた軸受装置において、
電池と、該電池のエネルギで駆動され複数の軌道部材の対向面間に潤滑剤を供給するポンプとをユニット体として、前記軌道部材間又はその近傍に配設されてなることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
また、前記軌道部材が輪状の軸受装置であって前記電池とポンプを含むユニット体は輪状体であり、且つ前記軌道部材またはその近傍に同軸に配設されてなることを特徴とするものである（請求項２）。
【０００９】
上記手段において、ユニット体を軌道部材と同軸配置の輪状にしたため、これを取付けた軸受全体を輪状の軌道部材と同様の形状とすることができる。よって、通常の軸受装置と同様のスペースに組込むことができ、機器設計自由度が高まる。
【００１０】
また、前記電池は、燃料電池であり、ユニット体には該燃料電池用の水素を取り出すことのできるタンクを配設してあることを特徴とするものである（請求項３）。
【００１１】
上記手段において、燃料電池は、同寸法の一次電池や二次電池と比較して長時間機能体（ポンプ）を駆動できるため長時間の自動運転が可能である。
【００１２】
また、前記潤滑剤を貯留するタンクをユニット体に配設してなることを特徴とするものである（請求項４）。
【００１３】
上記手段においては、電池とポンプとタンクをユニット化しているため軌道部材への取付，取外しが容易で扱い易い。
【００１４】
更に、軸受装置は、軌道部材の対向面間の潤滑状態を検出するセンサを備え、このセンサの検出出力に基づいてポンプを機能制御することを特徴とするものである（請求項５）。
【００１５】
ポンプを機能制御することにより、常に最適な潤滑剤の供給が可能である。
【００１６】
更にまた、軌道部材は、軌道面を有する外輪と内輪とこれらの間に配設される転動体及びシールリングを備えた軸受であって、少なくとも電池とポンプと潤滑剤貯留用のタンクがユニット化され、このユニット体が外輪内周面又は内輪外周面の肩部近傍またはシールリング内側側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とするものである（請求項６）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の軸受装置の第１の実施の形態の構成を示す図であって、軸方向に対して直角方向から見た断面図（前後するが、図２のＸーＸ矢視方向から見た図）である。図２は、図１のＡーＡ矢視断面図、図３は、図１のＢーＢ矢視断面図、図４は、図１のＣーＣ矢視断面図である。
【００１８】
この軸受装置は、輪状部材（軌道部材）としての外輪１及び内輪２と、これら外・内輪の対向面間の環状空間Ｐの周方向一定間隔に配設された転動体（玉）３と、これらの転動体３を保持する保持器４と、環状空間Ｐを密封するシールリング５，５と、シールリング５，５のいずれか一方の側に配置されるユニット体１０と、で構成される。
【００１９】
前記ユニット体１０は、電池６と、潤滑剤貯留用のタンク８と、前記電池で駆動されて機能する機能体、例えばポンプ９と、で構成され、これら全て円弧状であり、これらが結合して輪状のユニット体となっている。この場合、ポンプ９は円弧状であり、前記潤滑剤貯留用の前記円弧と略同径の円弧形状のタンク８から潤滑剤を吸引し、環状空間Ｐ内の転動体（玉）３や外輪１の軌道面１ａや内輪２の軌道面２ａ方向に潤滑剤を吐出する。さらに電池６も前記円弧と略同径の円弧形状となっている。そして、これら円弧形状の電池６やポンプ９等を備えたユニット体は結合して輪状に配置され着脱可能として、例えば一方のシールリング５の内側側面に着脱可能に取り付けられる。また、シールリング５以外にも輪状の板材（図示省略）にこれらを固定して、該板材を回転部材としての外輪１内周面或いは内輪２外周面或いはシールリング５側面に着脱自在としても良い。このように、ユニット体１０は、着脱可能とすることにより、該ユニット体１０を構成する電池６やポンプ９等が故障した場合は、交換したり、電池６を充電したり、潤滑剤貯留用のタンク８が空になった場合は補給したりすることができる。また、このユニット体１０は輪状の転がり軸受と略同径の輪状体としてあるため、これが装着された軸受装置全体の形状も転がり軸受と同様の輪状であるから、工作機械の主軸等に組込まれる場合でも従来の軸受と同様の方法とスペースで組込可能となる。前記電池６としては、交換可能であれば一次電池でも良い。尚、後述するように燃料電池でも良い。
【００２０】
図５は、上記構成とした本発明の軸受装置において、前記電池６を駆動源として、前記ポンプ９（マイクロポンプ９）を用いて潤滑剤貯留用のタンク８から軌道部材の対向面間の転動体（玉）３や外輪１の軌道面１ａや内輪２の軌道面２ａ方向に潤滑剤を供給する具体例を示すものである。マイクロポンプ９はダイヤフラム式ポンプが構造が簡単で良い。即ち、ポンプ室９ａ内にはダイヤフラム１１と、潤滑剤吐出用のノズル９ｂと、潤滑剤吸引用のノズル９ｃとが配設され、該ダイヤフラム１１には、例えば圧電素子１２が取り付けてある。また、ポンプ室９ａと潤滑剤貯留用のタンク８とは、前記潤滑剤吸引用のノズル９ｃで内部が通じるように連結してあり、該オイル吸引用ノズル９ｃの周囲はゴムチューブ１３でシールしてある。尚、該オイル吸引用ノズル９ｃには、ダイヤフラム１１の駆動時潤滑剤が逆流しないよう逆止弁１４が配設してある。
【００２１】
上記構成とした軸受装置において、潤滑剤を外輪１と内輪２との間の環状空間Ｐに配設された転動体３或いは軌道面１ａ、２ａ等に潤滑剤を供給するには、電池６によってマイクロポンプ９を駆動する。即ち、圧電素子１２を利用してダイヤフラム１１を脈動させ、ノズル９ｂより潤滑剤を吐出させる。この場合、センサで内部温度や軸受回転速度等の軸受の状態を検出し、電池６とマイクロポンプ９との間に制御回路を付設してその状態に応じて潤滑剤供給量を調整することができる。尚、前記ポンプ９は、外輪１と内輪２との間の環状空間Ｐに潤滑剤を供給するポンプであり、簡単な構成のダイヤフラム式のもので説明したが、それ以外にも噴射式ポンプ、ベーンポンプ、スクリューポンプ、ピエゾポンプ等種々のポンプが考えられる。この場合もポンプ、タンク、電池は略同径の円弧形状であり、結合されて一つの輪状ユニット体を形成している。
【００２２】
尚、前記ポンプ９の代わりには、電池６で駆動可能な種々のものを組み込んでもよい。例えば、上記した潤滑剤供給用の（マイクロ）ポンプ９の他に、軸受内部冷却用の超小型の冷却用ファン、異常温度を知らせる警報機、軸受内部の潤滑剤の過不足状態の監視装置等が考えられる。
【００２３】
次に、本発明の軸受装置は、外輪１と内輪２との軌道面間の環状空間Ｐの潤滑状態を検出するセンサを備えることができる。センサとしては軌道面の温度等環状空間Ｐ内の温度を検出する熱電対を軌道部周辺に取り付け、温度の高低により潤滑剤の過不足を判断することができる。そしてこの熱電対の検出出力を制御回路にフィードバックしてポンプの潤滑剤吐出量を増大させたり、減少させたりして制御することができる。制御回路は、内輪外周面或いは外輪内周面或いはシールリング５の適当な位置に設置することが可能である。尚、この場合のセンサとしては温度を監視する熱電対の他に圧力センサ、ミスト等浮遊粒子を検出する光学式センサ等が考えられ、これらの測定値と潤滑状態関係を求めておき、必要に応じてポンプを制御すればよい。
【００２４】
上記するように、本発明の軸受装置は、輪状部材である外輪１と内輪２および転動体３と、保持器４、シールリング５とを備えた軸受に、少なくとも電池６とポンプ９と潤滑剤貯留用のタンク８等のユニット体１０が、外輪１の内周面又は内輪２の外周面の肩部近傍やシールリング５の側面に着脱可能に取り付けてあるものである。即ち、このユニット体１０は、内輪２が回転する場合は、外輪１の内周面の端部側に着脱可能に取り付け、外輪１が回転する場合は、内輪２外周面の端部側に着脱可能に取り付け、或いはシールリング５内周側面又は外周側面に着脱可能に取り付け可能である。場合によっては、電池６や潤滑剤貯留用のタンク８をシールリング５の外側側面に取り付け、ポンプ９をシールリング５の内側側面に取り付けるようにしても良い。このように、電池６や潤滑剤貯留用のタンク８をシールリング５の外側側面に取り付ければ、潤滑剤の補給に際してシールリング５を取り外す必要がないため、二次電池の充電や一次電池の交換作業或いは潤滑剤の補給作業が極めて容易となる。
【００２５】
図６は、本発明の軸受装置の第２の実施の形態を示すものであって、前記電池６の一種として燃料電池を用いた場合の軸受装置の構成を示す図である。この場合、ユニット体１０には該燃料電池６に水素を供給するための例えばメタノールタンク７を配設する。
【００２６】
上記実施の形態においては、本発明の軸受装置では、外輪１と内輪２と保持器４に保持させた転動体（玉）３からなる軸受は、いわゆる深溝タイプの軸受としたが、これに限らずアンギュラタイプや円筒ころ軸受或いは円すい転がり軸受等と、あらゆるタイプの軸受に適用することができる。また、ユニット体１０の燃料電池６の燃料源としてメタノールタンク７を用いたが、メタノール以外にも、天然ガス、ガソリンの改質から水素を取り出すことも勿論可能である。その場合は、当該燃料タンクを用いることになる。更に、直接水素燃料タンクを搭載することができるのは言うまでもない。
【００２７】
なお、上記例では、転がり軸受について記載したが、軌道部材が直線状の直動軸受、ボールねじ等他の軸受装置にも適用可能である。この場合のユニット体の状態は軸受装置の軌道部材の形状に応じて適宜決定すればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の軸受装置によれば、極めてコンパクトで長時間稼働できる燃料電池搭載オールインワン軸受を提供することができる。また、本発明によれば、電池と、該電池によって駆動される機能体（ポンプ）と、潤滑材貯留用のタンク等をユニット体として一体に着脱可能に軸受に取り付けることが出来る。特に、燃料電池は、軸受潤滑剤供給用のマイクロポンプの駆動源とする場合、必要電力との関係上、同寸法の上記一次電池や二次電池と比較して交換や充電なしで使用できるため、駆動時間が長く、長時間の自動給油が可能であるから「保守作業なし」に適している。従って、微量の潤滑剤を保守作業回数を少なくして長時間供給供給することが望まれる工作機械のスピンドル用軸受にも適している。また、このユニット体は、それ自体をコンパクト且つスリムなものとして、より小型の軸受に搭載可能であり且つ長期間自動給油可能な軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸受装置の構成を示す図であって、軸方向に対して直角方向から見た断面図である。
【図２】本発明の軸受装置の構成の一部を示す図であって、図１のＡーＡ矢視断面図である。
【図３】本発明の軸受装置の構成の一部を示す図であって、図１のＢーＢ矢視断面図である。
【図４】本発明の軸受装置の構成の一部を示す図であって、図１のＣーＣ矢視断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、本発明の軸受装置のユニット体を構成する電池とポンプと潤滑材貯留用のタンク部分の一部平面図であり、図５（Ｂ）は、その正面図である。
【図６】本発明の軸受装置の第２の実施の形態の構成を示す図であって、軸方向に対して直角方向から見た断面図である。
【図７】従来の潤滑剤貯留用タンクを備え潤滑剤を供給装置を備えた軸受装置の構成を示す図である。
【図８】図８（Ａ）は、従来の潤滑剤室を備え、ここから潤滑剤を供給する機構を備えた軸受装置の構成を示す図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＭーＭ矢視拡大図である。
【符号の説明】
１外輪
１ａ軌道面
２内輪
２ａ軌道面
５シールリング
６電池
７メタノールタンク
８潤滑剤貯留用タンク
９機能体（ポンプ）
９ａポンプ室
９ｂ潤滑剤吐出用ノズル
９ｃ潤滑剤吸引用ノズル
１０ユニット体
１１ダイヤフラム
１２圧電素子

Claims

相対運動する複数の軌道部材を備えた軸受装置において、
電池と、該電池のエネルギで駆動され複数の軌道部材の対向面間に潤滑剤を供給するポンプとをユニット体として、前記軌道部材間又はその近傍に配設されてなることを特徴とする軸受装置。
前記軌道部材が輪状の軸受装置であって前記電池とポンプを含むユニット体は輪状体であり、且つ前記軌道部材またはその近傍に同軸に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記電池は、燃料電池であり、ユニット体には該燃料電池用の水素を取り出すことのできるタンクを配設してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受装置。
前記潤滑剤を貯留するタンクをユニット体に配設してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の軸受装置。
軸受装置は、軌道部材の対向面間の潤滑状態を検出するセンサを備え、このセンサの検出出力に基づいてポンプを機能制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の軸受装置。
軌道部材は、軌道面を有する外輪と内輪とこれらの間に配設される転動体及びシールリングを備えた軸受であって、少なくとも電池とポンプと潤滑剤貯留用のタンクがユニット化され、このユニット体が外輪内周面又は内輪外周面の肩部近傍またはシールリング内側側面に着脱可能に取り付けてあることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の軸受装置。