JP5233265B2

JP5233265B2 - 給油監視装置及び方法、並びに転がり軸受装置

Info

Publication number: JP5233265B2
Application number: JP2007321141A
Authority: JP
Inventors: 昌服部
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-12-12
Also published as: JP2009144780A

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、転がり軸受における第１軌道輪と第２軌道輪との間に対して吐出ノズルの吐出口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、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて配置された一つの電極と、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
前記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。

また、本発明の給油監視方法は、転がり軸受における第１軌道輪と第２軌道輪との間に対して吐出ノズルの吐出口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、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて一つの電極を配置し、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との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。

さらに、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、吐出ノズルの吐出口から所定時間毎に油滴を供給する給油装置と、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて配置された一つの電極と、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
前記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。

吐出ノズルの吐出口から所定時間毎に油滴を給油するタイプの給油装置では、油の表面張力によって吐出口の周りで次第に油滴が成長し、当該油滴が所定の大きさになったときに自重等により落下する、というサイクルが所定時間毎に繰り返し行われる。そして、吐出ノズルと、この吐出ノズルに対して所定間隔をあけて配置された電極との間の静電容量は、吐出口周りの油滴の成長に伴って変化が生じる。本発明では、このような吐出ノズルと電極との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、吐出ノズルと電極との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〜数分間隔で油滴Ｄを吐出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、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について説明する。図２は、吐出ノズル１３からの油の吐出状態の変化を示す説明図であり、図２（ａ）〜（ｄ）の過程を経て吐出ノズル１３から油滴Ｄが吐出されるようになっている。図２（ａ）は、吐出ノズル１３から油滴Ｄが吐出された直後の状態を示しており、吐出ノズル１３の吐出口１６からは次に吐出される油が僅かに突出した状態となっている。次いで図２（ｂ）に示すように、油滴Ｄは、表面張力によって吐出口１６を取り囲むような球形となり、次第に大きくなっていく。図２（ｃ）は、油滴Ｄが最大にまで成長した状態を示す。図２（ｄ）は、最大にまで成長した油滴Ｄが自重により吐出ノズル１３に沿って下方へ滑った状態を示している。この状態の直後に油滴Ｄが吐出ノズル１３から落下する。給油装置１１は、図２の（ａ）〜（ｄ）の過程を所定の周期で繰り返し、所定時間毎に一滴ずつ被供給箇所に油を給油するようになっている。なお、本実施形態のように内径０．５ｍｍの吐出ノズル１３を用いた場合、周囲の風圧や振動等の条件にもよるが約２ｍｍの直径にまで油滴Ｄは成長する。

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、静電容量式センサ１８を備えている。静電容量式センサ１８は、センサヘッド１９と、測定部２０とを備え、センサヘッド１９の先端には電極１９ａが設けられている。そして静電容量式センサ１８は、センサヘッド１９の電極１９ａと被測定物との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。本実施形態では、給油装置１１の吐出ノズル１３を被測定物とし、この吐出ノズル１３とセンサヘッド１９との間の静電容量を検出する。

センサヘッド１９の電極１９ａは、吐出ノズル１３から一定の間隔ｄをあけて配置されている。本実施の形態では、電極１９ａが吐出ノズル１３の吐出口１６の側方に約１．５ｍｍの間隔ｄをあけて配置されている。この間隔ｄは、油滴Ｄが最大にまで成長したときに、当該油滴Ｄがセンサヘッド１９に触れないような間隔であり、尚かつ、静電容量式センサ１８の検出感度を十分に維持できる間隔として設定される。また、吐出ノズル１３は導体（ＳＵＳ等の金属）とされ、静電容量式センサ１８のＧＮＤラインと共通電位（接地電位）に接続されている。

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。センサヘッド１９には、電圧印加部２１によって交流電圧が印加され、センサヘッド１９と吐出ノズル１３との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、センサヘッド１９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。センサヘッド１９と吐出ノズル１３との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、センサヘッド１９に流れる電流が減少する。したがって、例えばセンサヘッド１９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センサヘッド１９と吐出ノズル１３との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において定電圧を印加している場合には、センサヘッド１９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。

センサヘッド１９と吐出ノズル１３との間隔ｄは一定であるので、吐出ノズル１３から油滴Ｄが吐出されなければ両者間の静電容量には変化はない。しかしながら、図２に示したように、給油装置１１が給油を行う過程で、油滴Ｄは吐出ノズル１３に付着した状態で次第に成長していくため、その間はセンサヘッド１９と吐出ノズル１３との間には油が介在することになり、センサヘッド１９と吐出ノズル１３との間の誘電率に変化が生じる。そのため、吐出ノズル１３における油滴Ｄの成長に伴ってセンサヘッド１９と吐出ノズル１３との間の静電容量が変化する。

図３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の出力値が電圧印加部２１の出力電圧（Ｖ）とされており、この出力電圧は概ね静電容量に反比例することから、センサ出力が大きくなるほどセンサヘッド１９と吐出ノズル１３との間の静電容量は小さくなり、センサ出力が小さくなるほど当該静電容量は大きくなる。

図３には、図２に示した油滴Ｄの成長度合いに対応するように、（ａ）〜（ｄ）の符号を付してある。図２（ａ）に示すように、吐出ノズル１３から油滴が吐出された直後であって、次の油滴Ｄがほとんど成長していない状態では、図３に符号（ａ）を付して示すようにセンサ出力が最も高くなる。すなわち、センサヘッド１９と吐出ノズル１３との間にはほとんど油が介在せず、両者間の静電容量が最も小さくなる。

図２（ｂ）に示すように、吐出ノズル１３の吐出口周りで油滴Ｄが次第に成長していくと、図３に符号（ｂ）を付して示すように、センサ出力は徐々に小さくなる。すなわちセンサヘッド１９と吐出ノズル１３との間の静電容量が徐々に大きくなる。そして、図２（ｃ）に示すように、油滴Ｄが最大にまで成長すると、図３に符号（ｃ）を付して示すように、センサ出力が最も小さく（静電容量が最も大きく）なる。その後、図２（ｄ）に示すように、油滴Ｄが自重により下方に滑ると、センサヘッド１９と吐出ノズル１３との間に介在する油滴Ｄの量が少なくなるため、図３に符号（ｄ）を付して示すように、センサ出力は急激に高くなり（静電容量が急激に小さくなり）、その直後に油滴Ｄが落下すると、センサ出力は最大値に戻る。

したがって、吐出ノズル１３において油滴Ｄが次第に成長し、吐出されるまでの間に、センサ出力は周期的に変動する（図３の周期Ｔ参照）。そして、油滴Ｄが最大にまで成長してから落下するまでの間（図３の符号（ｃ）〜（ａ）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３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３の符号（ｃ）〜（ａ）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が適切に吐出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している。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の発生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できる。

本実施の形態では、吐出ノズル１３から吐出されようとする油滴Ｄ（吐出ノズル１３から滴下する前の油滴Ｄ）に関する静電容量の変化を検出しているため、吐出後の油滴Ｄの挙動や形状の影響を受けることはない。そのため、吐出後の油滴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４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の近傍には所定の間隔をおいて給油監視装置１０のセンサヘッド１９が配置されている。センサヘッド１９は、吐出ノズル１３に対して相対移動しない位置に固定されている。具体的に、センサヘッド１９は、絶縁体からなる支持部材３９によって吐出ノズル１３に固定されている。センサヘッド１９の電極１９ａは吐出ノズル１３に対して絶縁されている。センサヘッド１９及び支持部材３９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。

以上の構成により、吐出ノズル１３から吐出される油滴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４に示すような水平方向や他の方向とすることができる。

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４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。センサヘッド１９は、吐出ノズル１３に対して相対移動せず、絶縁された状態であれば、固定箇所は問われない。したがって、例えば、マイクロポンプ１４やタンク１２、これらが固定される軌道部材や間座にセンサヘッド１９を固定してもよい。

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や、ノズルとセンサヘッド１９との間隔ｄ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。例えば、高速回転する転がり軸受では、回転輪の回転に伴って風圧が生じるため、油滴Ｄは成長段階の途中で風圧によって吐出口１６から吹き飛ばされる。したがって、この場合は、油滴Ｄがセンサヘッド１９に付着しないことを条件として吐出ノズル１３に対するセンサヘッド１９の間隔ｄをより小さくし、油滴Ｄの成長に伴う吐出ノズル１３とセンサヘッド１９との間の静電容量の変化を確実に検出できるようにする。

本発明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。

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
１９センサヘッド
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

転がり軸受における第１軌道輪と第２軌道輪との間に対して吐出ノズルの吐出口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、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて配置された一つの電極と、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
前記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。
転がり軸受における第１軌道輪と第２軌道輪との間に対して吐出ノズルの吐出口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、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて一つの電極を配置し、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との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。
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、吐出ノズルの吐出口から所定時間毎に油滴を供給する給油装置と、
導体からなる前記吐出ノズルの吐出口の一側方に所定の間隔をおいて配置された一つの電極と、
表面張力によって前記吐出口周りに付着した油滴の成長に伴う前記吐出ノズルと前記電極との間の静電容量の変化を検出する静電容量検出部と、
前記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。