JP5431821B2 - 液体供給ポンプ、転動装置用潤滑油供給ポンプ、及びこれを用いた転動装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械装置に対して潤滑油等の液体を供給するための液体供給ポンプ、及び、直動ガイドや、ボールねじ、転がり軸受といった転動体を利用した転動装置に用いられる転動装置用潤滑油供給ポンプ、並びにこれを用いた転動装置に関する。

直動ガイドや、ボールねじ、転がり軸受といった転動装置には、微量の潤滑油を継続して供給するための転動装置用潤滑油供給ポンプを有するものがある。
この転動装置用潤滑油供給ポンプ（以下、潤滑油供給ポンプともいう）は、圧電素子等によってポンプ室の容積を変化させることで潤滑油を吸引吐出するといった簡易な構成によってコンパクト化が図られている。この潤滑油供給ポンプを、例えば、転がり軸受に用いた場合には、その内外輪間に内蔵されたり、隣接する転がり軸受同士の間に配置される間座内に配置されたりといったように、限られた狭いスペースに配置されて用いられる（例えば特許文献１及び２参照）。
また、上記潤滑油供給ポンプは、潤滑油を貯留するための貯留タンクから潤滑油を吸引するが、この貯留タンクも、当該ポンプが配置された限られた狭いスペースに配置されることとなるので、その容量を大きく確保することはできず、比較的少ない容量に限定される。このため、上記潤滑油供給ポンプは、微量の潤滑油を予め定められた間隔で間欠的に吐出することで必要最低限量の潤滑油を転動装置に供給し、比較的少ないタンク容量であっても、長時間に渡って供給できるように構成されている。

特開２００４−１０８３８８号公報 特開２００６−１２５５４０号公報

上記従来の潤滑油供給ポンプは、上述のように転動装置に内蔵あるいは転動装置の近傍に配置されるので、転動装置の運転による発熱によって当該潤滑油供給ポンプの周囲温度が上昇する。このため、前記ポンプ室内の潤滑油が熱膨張することでポンプ室内の内圧が高まり、ポンプとして吐出動作を行っていないにも関わらず、前記吐出口から潤滑油が流出する場合があった。
このように、ポンプが吐出動作を行っていないときに潤滑油が流出すると、必要以上に転動装置に潤滑油を供給してしまうこととなり、限られた容量であるタンク内の潤滑油を無用に消費することで長時間に渡って継続的に供給することが困難になるという問題を有していた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、潤滑油等の液体の熱膨張によりポンプ室内の内圧が高まったとしても、必要以上に液体（潤滑油）が供給されるのを防止することで、長時間に渡って継続的に潤滑油等の液体を供給することができる液体供給ポンプ、転動装置用潤滑油供給ポンプ、及びこれを用いた転動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明である液体供給ポンプは、外部から液体を吸引するための吸引路と、前記吸引路を通じて前記液体が導入されるポンプ室と、前記吸引路を通じて前記液体を前記ポンプ室内に吸引するとともにこの液体を吐出するポンプ機構を構成しているダイヤフラムと、前記吸引路と前記ポンプ室との間を連通するとともに、前記ポンプ機構の駆動に伴う前記液体の脈動に対して流動抵抗を生じさせて当該液体の通過を阻止し、前記ポンプ室内の前記液体の熱膨張に伴う静的な流動に対しては当該液体の通過を許容する連通孔と、を有し、前記ダイヤフラムは、その周縁部が、前記ポンプ室を画定している側壁部から当該ポンプ室の内部側に突設されている突設部に固定されており、前記連通孔の前記ポンプ室側の開口は、前記突設部に対向して形成されていることを特徴としている。

上記のように構成された液体供給ポンプによれば、吸引路とポンプ室との間を連通するとともに、ポンプ室内の液体の熱膨張に伴う静的な流動に対しては当該液体の通過を許容する連通孔を設けたので、ポンプ室内の液体が熱膨張し序々にポンプ室内の内圧が高まったとしても、この連通孔を通じてポンプ室内の液体を吸引路側に戻すことができ、ポンプ室内の高まった内圧を解放することができる。従って、ポンプ機構を駆動していないにも関わらず、ポンプ室内の内圧が高まることで液体が流出してしまうのを防止することができる。
一方、連通孔は、ポンプ機構の駆動に伴う液体の脈動に対しては流動抵抗を生じさせて当該液体の通過を阻止するので、当該ポンプが液体の吐出動作を行う際には、液体が連通孔を通過するのを阻止することができる。このため、連通孔はポンプ機構によるポンプ作用を妨げることがない。
以上によって、本発明の液体供給ポンプによれば、液体の膨張によりポンプ室内の内圧が高まったとしても、必要以上に液体が供給されるのを防止することができる。
なお、ここで液体の静的な流動とは、ポンプ室内の内圧が液体の熱膨張によって序々に上昇するときに当該液体がポンプ室外へ流出しようとする液体の流動であって、ポンプ機構の駆動に伴う液体の脈動と比較して極めて低速度の流動をいう。

上記液体供給ポンプにおいて、前記連通孔は、内径寸法の最小値が１ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。この場合、連通孔は、ポンプ機構の駆動に伴って脈動する液体に対して、連通孔の通過を阻止できる程度の流動抵抗を確実に生じさせることができる。

また、上記液体供給ポンプにおいて、前記吸引路の一部が前記ポンプ室を画定するハウジングに形成され、前記連通孔は、前記吸引路の一部と前記ポンプ室とを連通するように前記ハウジングに形成されているものであってもよい。
この場合、連通孔をハウジングの外部に付加的に設ける必要がないので、当該液体供給ポンプをよりコンパクトにすることができる。

また、本発明は、軌道面を有する軌道部材及び前記軌道面を転動する転動体を備えた転動装置の近傍に配置され、この転動装置に潤滑油を供給する転動装置用潤滑油供給ポンプであって、外部から前記潤滑油を吸引するための吸引路と、前記吸引路を通じて潤滑油が導入されるポンプ室と、前記吸引路を通じて前記潤滑油を前記ポンプ室内に吸引するとともにこの潤滑油を前記転動装置に対して吐出するポンプ機構と、前記吸引路と前記ポンプ室との間を連通するとともに、前記ポンプ機構の駆動に伴う前記潤滑油の脈動に対して流動抵抗を生じさせて当該潤滑油の通過を阻止し、前記ポンプ室内の前記潤滑油の熱膨張に伴う静的な流動に対しては当該潤滑油の通過を許容する連通孔と、を有することを特徴としている。

上記のように構成された転動装置用潤滑油供給ポンプによれば、上述のように、液体としての潤滑油の膨張によりポンプ室内の内圧が高まったとしても、必要以上に潤滑油が供給されるのを防止することができる。

上記転動装置用潤滑油供給ポンプにおいて、前記連通孔は、内径寸法の最小値が１ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。この場合、連通孔は、ポンプ機構の駆動に伴って脈動する潤滑油に対して、連通孔の通過を阻止できる程度の流動抵抗を確実に生じさせることができる。

また、上記転動装置用潤滑油供給ポンプにおいて、前記吸引路の一部が前記ポンプ室を画定するハウジングに形成され、前記連通孔は、前記吸引路の一部と前記ポンプ室とを連通するように前記ハウジングに形成されているものであってもよい。
この場合、連通孔をハウジングの外部に付加的に設ける必要がないので、当該転動装置用潤滑油供給ポンプをよりコンパクトにすることができる。

また、本発明は、軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面を転動する転動体と、前記軌道面及び前記転動体に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプと、を備えた転動装置において、前記潤滑油供給ポンプが、上述の転動装置用潤滑油供給ポンプであることを特徴としている。
上記のように構成された転動装置によれば、上述のように、潤滑油の膨張によりポンプ室内の内圧が高まったとしても、必要以上に潤滑油が供給されるのを防止することができる。

本発明の液体供給ポンプ、転動装置用潤滑油供給ポンプ、及びこれを用いた転動装置によれば、潤滑油等の液体の熱膨張によりポンプ室内の内圧が高まったとしても、必要以上に液体（潤滑油）が供給されるのを防止することができるので、長時間に渡って継続的に潤滑油等の液体を供給することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。 他の実施形態に係るポンプ部２０の一部を示す断面図である。

次に、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明を、回転軸を支持する転動装置としての転がり軸受に適用した場合を例示して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置を示す断面図である。図１において、転がり軸受装置１は、軸受部１０と、液体供給ポンプとしてのポンプ部２０と有している。
軸受部１０は、内周面側に回転軸Ｓが挿入固定されるとともに外周面に軌道面１１ａが形成された内輪１１と、内周面に軌道面１２ａが形成された外輪１２と、内外輪１１，１２間に介在して両軌道面１１ａ，１２ａを転動する転動体としての複数の玉１３と、複数の玉１３をそれぞれ周方向に所定の間隔で保持する保持器１４とを有しており、いわゆるアンギュラ玉軸受を構成している。

ポンプ部２０は、軸受部１０の軸方向に並べて配置される他の軸受部（図示せず）との間に介在する外輪間座Ｋ１の内周面に固定されており、外輪間座Ｋ１及びこの外輪間座Ｋ１の内周側に配置される内輪間座Ｋ２との間の環状空間に配置されている。ポンプ部２０は、このように両間座Ｋ１，Ｋ２の間の環状空間に配置されることで、軸受部１０の近傍に配置されている。また、この環状空間には、両軌道面１１ａ，１２ａ及び複数の玉１３を潤滑するための潤滑油を貯留している貯留タンク２１も配置されている。なお、図１では、貯留タンク２１は模式的に示している。

ポンプ部２０は、例えば、アルミ合金等の金属によって、側壁部２２ａや、上壁部２２ｂ、底壁部２２ｃ等が一体的に形成されたハウジング２２を有しており、このハウジング２２の内部を仕切ることで、後述のポンプ室２３や、副室２４等が画定されている。
ポンプ部２０は、潤滑油を貯留している貯留タンク２１から液体としての潤滑油を吸引するための吸引路２５と、逆止弁２６を介して吸引路２５が接続されたポンプ室２３とを有している。
吸引路２５は、ハウジング２２に形成された第一の吸引路２５ａと、この第一の吸引路２５ａから貯留タンク２１までを繋ぐ第二の吸引路２５ｂとにより構成されており、貯留タンク２１とポンプ室２３とを連通することで、ポンプ室２３に潤滑油を導く。また、逆止弁２６は、この吸引路２５を通じてポンプ室２３に吸引された潤滑油が再度吸引路２５側へ逆流するのを阻止している。

ポンプ室２３は、側壁部２２ａの内面に加えて、上壁部２２ａと底壁部２２ｃとの間を仕切るように形成された仕切り部２２ｄ、及び、この仕切り部２２ｄの底壁部２２ｃ側に配置されたダイヤフラム２７によってその空間が画定されている。
ダイヤフラム２７は、底壁部２２ｃに対して僅かに空間を空けた位置に固定されており、その底壁部２２ｃ側には、圧電素子２７ａが貼り付けられている。圧電素子２７ａは、当該圧電素子２７ａを駆動するための駆動制御回路（図示せず）に接続されており、この駆動制御回路が出力する電気信号によって、ダイヤフラム２７を紙面上下方向に連続的に湾曲変形させる。ダイヤフラム２７及び圧電素子２７ａは、ダイヤフラム２７の湾曲変形によってポンプ室２３の容積を変化させることで潤滑油を脈動させ、ポンプ作用を生じさせる。
このように、ダイヤフラム２７、圧電素子２７ａ、及びポンプ室２３に吸引された潤滑油が再度吸引路２５側へ逆流するのを阻止する逆止弁２６は、吸引路２５を通じて潤滑油をポンプ室２３内に吸引するとともに、吸引した潤滑油を後述する副室２４及びノズル２９を通じて軸受部１０に対して吐出するポンプ機構を構成している。

ポンプ部２０は、仕切り部２２ｄと、上壁部２２ａとによって画定された副室２４をさらに有している。この副室２４とポンプ室２３との間に位置する仕切り部２２ｄには、両室２３，２４を連通する孔部２２ｅが形成されている。この孔部２２ｅには、副室２４内の潤滑油がポンプ室２３側へ逆流するのを阻止する逆止弁２８が設けられており、ポンプ室２３から吐出された潤滑油が再度ポンプ室２３側へ逆流するのを防止している。
また、この副室２４には、軸受部１０に向けて開口する吐出口２４ａが形成されている。ポンプ部２０において、圧電素子２７ａがダイヤフラム２７を湾曲変形させてポンプ作用を生じさせると、副室２４内には、ポンプ室２３の潤滑油が孔部２２ｅを通じて吐出される。さらに、副室２４内に吐出された潤滑油は、副室２４を通過して吐出口２４ａから吐出される。
また、吐出口２４ａには、突出した筒状のノズル２９が取り付けられている。このノズル２９は、軸受部１０の保持器１４内周側まで突出しており、ポンプ部２０が吐出する潤滑油をノズル２９から吐出させることで、軸受部１０の両軌道面１１ａ，１２ａ及び複数の玉１３に潤滑油を確実に供給することができる。

上記構成のポンプ部２０は、以下のように動作する。すなわち、上記駆動制御回路は、例えば、８秒に１回の間隔で、圧電素子２７ａに対して電気信号を所定時間出力し、圧電素子２７ａ及びダイヤフラム２７を駆動するように構成されている。ポンプ部２０は、圧電素子２７ａに対して電気信号が出力される前記所定時間の間、ダイヤフラム２７の連続的な湾曲変形によって、貯留タンク２１内に貯留されている潤滑油を吸引するとともに、潤滑油の吐出動作を行い、軸受部１０に対して潤滑油を供給する。なお前記所定時間は、ポンプ部２０の潤滑油の吐出能力や、軸受部１０を潤滑するために必要な潤滑油の量等に基づいて、微量の潤滑油が吐出できる程度に定められる。
このようにして、ポンプ部２０は、微量の潤滑油を一定の間隔で間欠的に吐出することで必要最低限量の潤滑油を軸受部１０に供給し、前記環状空間に配置されることで比較的少ないタンク容量に設定された貯留タンク２１であっても、長時間に渡って供給できるように構成されている。

ここで、本実施形態では、ポンプ部２０のハウジング２２における第一の吸引路２５ａ近傍には、第一の吸引路２５ａとポンプ室２３とを連通する連通孔３０が形成されている。この連通孔３０は、圧電素子２７ａ及びダイヤフラム２７の駆動に伴う潤滑油の脈動に対して流動抵抗を生じさせて当該潤滑油の通過を阻止し、ポンプ室２３内の潤滑油の熱膨張に伴う静的な流動に対しては潤滑油の通過を許容する形状に設定されており、具体的には、連通孔３０は、第一の吸引路２５ａとポンプ室２３とを連通する円筒状の孔として形成されており、その内径寸法は、１ｍｍ以下に設定されている。
このように、連通孔３０の内径寸法を１ｍｍ以下とすることで、圧電素子２７ａ及びダイヤフラム２７の駆動に伴って脈動する潤滑油に対して、連通孔３０の通過を阻止できる程度の流動抵抗を確実に生じさせることができる。

上記のように構成されたポンプ部２０によれば、吸引路２５とポンプ室２３との間を連通するとともに、ポンプ室２３内の潤滑油の熱膨張に伴う静的な流動に対しては潤滑油の通過を許容する連通孔３０を設けたので、例えば、軸受部１０の運転に伴う発熱によりポンプ部２０の周囲温度が上昇し、ポンプ室２３内の潤滑油が熱膨張して序々にポンプ室２３の内圧が高まったとしても、この連通孔３０を通じてポンプ室２３内の潤滑油を吸引路２５側に戻すことができ、ポンプ室２３内の高まった内圧を吸引路２５側に解放することができる。従って、当該ポンプ部２０が吐出動作を行っていないにも関わらず、ポンプ室２３内の内圧が高まることで潤滑油が流出してしまうのを防止することができる。
一方、連通孔３０は、ダイヤフラム２７及び圧電素子２７ａの駆動に伴う潤滑油の脈動に対しては流動抵抗を生じさせて当該潤滑油の通過を阻止するので、ポンプ部２０が潤滑油の吐出動作を行う際には、潤滑油が連通孔３０を通過するのを阻止することができる。このため、連通孔３０はポンプ作用を妨げることがない。
以上によって、本実施形態のポンプ部２０及び転がり軸受装置１０によれば、潤滑油の膨張によりポンプ室２３内の内圧が高まったとしても、必要以上に潤滑油が供給されるのを防止することができる。
このため、ポンプ部２０は、限られた容量である貯留タンク２１内の潤滑油を無用に消費することなく、長時間に渡って継続的に潤滑油を供給することができる。

また、上記実施形態において、連通孔３０は、ハウジング２２に形成された吸引路２５の一部である第一の吸引路２５ａと、ポンプ室２３とを連通するようにハウジング２２に形成されているので、連通孔３０をハウジング２２の外部に付加的に設ける必要がなく、ポンプ部２０をよりコンパクトにすることができる。
なお、上記実施形態において、連通孔３０の内径寸法を１ｍｍ以下に設定したが、この点について、本発明者らは、転がり軸受の潤滑に一般的に用いられる潤滑油を用いて、上記構成のポンプ部２０を実際に動作させて検証を行った。その結果、連通孔３０の内径寸法を１ｍｍ以下とすれば、前記ポンプ作用によって脈動する潤滑油に対しては連通孔３０の通過を阻止できるとともに、潤滑油が熱膨張し序々にポンプ室２３の内圧が高まった場合には、その高まった内圧を吸引路２５側に解放するように、ポンプ室２３から吸引路２５側への潤滑油の通過を許容することができることを確認した。

図２は、他の実施形態に係るポンプ部２０の一部を示す断面図である。上述の実施形態と、本実施形態との相違点は、連通孔３０が、大径孔部３１と、この大径孔部３１に圧入固定されたオリフィス３２とによって構成されている点である。
オリフィス３２は、軸方向に貫通している小径孔部３２ａが形成された筒状の部材であり、小径孔部３２ａは、その内径が１ｍｍ以下に設定されている。本実施形態の連通孔３０は、この小径孔部３２ａによって、内径寸法の最小値が１ｍｍ以下とされており、上述の実施形態と同様、前記ポンプ作用によって脈動する潤滑油に対して、連通孔３０の通過を阻止できる程度の流動抵抗を確実に生じさせる。

本実施形態の場合、連通孔３０が、大径孔部３１と、この大径孔部３１に圧入固定されたオリフィス３２とによって構成されているので、小径孔部３２ａの内径寸法を所定の値に調整した後のオリフィス３２を、大径孔部３１に圧入固定することができる。従って、連通孔３０をハウジング２２の加工のみによって形成する場合と比較して、連通孔３０の内径寸法の最小値の設定を容易に変更できるとともに精度良く設定することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、本発明をアンギュラ玉軸受に適用した場合を例示したが、本発明は、例えば、軌道面を有する軌道部材、及び軌道面を転動する転動体を有する転動装置である、直動ガイドや、ボールねじ等にも適用することができるし、微量の潤滑油等の液体の供給を要する他の機械装置等にも適用することができる。

１：転がり軸受装置（転動装置） １１：内輪 １１ａ：軌道面 １２：外輪
１２ａ：軌道面 ２０：ポンプ部（液体供給ポンプ、転動装置用潤滑油供給ポンプ）
２３：ポンプ室 ２５：吸引路 ２５ａ：第一の吸引路
２６：逆止弁（ポンプ機構） ２７：ダイヤフラム（ポンプ機構）
２８：圧電素子（ポンプ機構） ３０：連通孔 ３１：大径孔部
３２：オリフィス ３２ａ：小径孔部

Claims (7)

1. 外部から液体を吸引するための吸引路と、
   前記吸引路を通じて前記液体が導入されるポンプ室と、
   前記吸引路を通じて前記液体を前記ポンプ室内に吸引するとともにこの液体を吐出するポンプ機構を構成しているダイヤフラムと、
   前記吸引路と前記ポンプ室との間を連通するとともに、前記ポンプ機構の駆動に伴う前記液体の脈動に対して流動抵抗を生じさせて当該液体の通過を阻止し、前記ポンプ室内の前記液体の熱膨張に伴う静的な流動に対しては当該液体の通過を許容する連通孔と、を有し、
   前記ダイヤフラムは、その周縁部が、当該ダイヤフラムとともに前記ポンプ室を画定している側壁部から当該ポンプ室の内部側に向けて突設されている突設部に固定されており、
   前記連通孔の前記ポンプ室側の開口は、前記突設部に対向して形成されていることを特徴とする液体供給ポンプ。
2. 前記連通孔は、内径寸法の最小値が１ｍｍ以下に設定されている請求項１に記載の液体供給ポンプ。
3. 前記吸引路の一部が前記ポンプ室を画定するハウジングに形成され、
   前記連通孔は、前記吸引路の一部と前記ポンプ室とを連通するように前記ハウジングに形成されている請求項１又は２に記載の液体供給ポンプ。
4. 軌道面を有する軌道部材及び前記軌道面を転動する転動体を備えた転動装置の近傍に配置され、この転動装置に潤滑油を供給する転動装置用潤滑油供給ポンプであって、
   外部から前記潤滑油を吸引するための吸引路と、
   前記吸引路を通じて潤滑油が導入されるポンプ室と、
   前記吸引路を通じて前記潤滑油を前記ポンプ室内に吸引するとともにこの潤滑油を前記転動装置に対して吐出するポンプ機構と、
   前記吸引路と前記ポンプ室との間を連通するとともに、前記ポンプ機構の駆動に伴う前記潤滑油の脈動に対して流動抵抗を生じさせて当該潤滑油の通過を阻止し、前記ポンプ室内の前記潤滑油の熱膨張に伴う静的な流動に対しては当該潤滑油の通過を許容する連通孔と、を有することを特徴とする転動装置用潤滑油供給ポンプ。
5. 前記連通孔は、内径寸法の最小値が１ｍｍ以下に設定されている請求項４に記載の転動装置用潤滑油供給ポンプ。
6. 前記吸引路の一部が前記ポンプ室を画定するハウジングに形成され、
   前記連通孔は、前記吸引路の一部と前記ポンプ室とを連通するように前記ハウジングに形成されている請求項４又は５に記載の転動装置用潤滑油供給ポンプ。
7. 軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面を転動する転動体と、前記軌道面及び前記転動体に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプと、を備えた転動装置において、
   前記潤滑油供給ポンプが、請求項４〜６のいずれか一項に記載の転動装置用潤滑油供給ポンプであることを特徴とする転動装置。

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