JP5989454B2

JP5989454B2 - 転がり軸受装置

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Publication number: JP5989454B2
Application number: JP2012181557A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　浩義; 浩義伊藤; 郁大本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: EP2886893A4; EP2886893A1; CN104583622A; WO2014030559A1; EP2886893B1; KR20150042802A; US9377053B2; US20150240872A1; CN104583622B; JP2014037879A; KR102047399B1

Description

この発明は、工作機械や産業機械等に用いられる転がり軸受装置に関し、特に転がり軸受と給油ユニットの組み合わせからなる転がり軸受装置に関するものである。

給油ユニットを転がり軸受の内部に組み込んだ転がり軸受装置が従来から知られている（特許文献１参照）。この転がり軸受装置は、転がり軸受の相互に対向した軌道輪のうち、固定側の軌道輪の内径面に給油ユニットを装着している。給油ユニットは、潤滑油を溜めた潤滑油タンク、前記潤滑油タンクの潤滑油を軸受内部に吐出させるポンプ及び前記ポンプを駆動する発電機により構成される。軸受側の条件に応じてポンプを制御することにより吐出量を調整する手段を有する。

また、特許文献２に開示された転がり軸受装置は、転がり軸受の内部にグリースが封入されており、このグリースの基油と同じ種類の潤滑油を、転がり軸受に隣接する間座内に収容し、この間座内の潤滑油を毛細管現象により、転がり軸受の内部に補充供給している。

特開２００４−１０８３８８号公報特開２００５−１８０６２９号公報

ところが、上記特許文献２に示すように、転がり軸受に隣接する間座内の潤滑油を毛細管現象により、転がり軸受の内部に補充供給すると、潤滑油の供給が過剰になり易い。

また、間座内に収容した潤滑油の消費も早く、長期に亘って安定した潤滑油の補充供給が行えないという問題があった。

そこで、この発明は、転がり軸受への潤滑油の補充供給が長期に亘って安定して行える転がり軸受装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明に係る転がり軸受装置は、潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、潤滑油タンクから潤滑油を吸引して潤滑油を吐出するポンプ、このポンプを駆動するための電源部を備える給油ユニットを、転がり軸受の内部又は転がり軸受に隣接した間座に設けた転がり軸受装置において、前記ポンプの駆動を間欠的に行うようにしたものである。

前記ポンプの駆動を間欠的に行うことにより、潤滑油の補充供給が過剰にならず、潤滑油の補充供給が長期に亘って安定して行える。

前記ポンプの駆動を間欠的に行うには、例えば、前記ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する充電部とにより構成し、充電部の電圧がポンプの駆動電圧に達した時点で、前記ポンプを駆動させればよい。

また、前記充電部の電圧がポンプの駆動電圧に達した時点から、充電部の電圧を一定時間保持した後に、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行うようにしてもよい。

また、前記充電部の充放電を所定回数繰り返し、その後に、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行うようにしてもよい。

また、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行った後、転がり軸受の稼働時間に応じて、充電部の電圧を一定時間保持するタイマにより、ポンプの駆動間隔を制御してもよい。

また、前記転がり軸受の稼働時間に応じて、充電部の充放電の繰り返し回数を変更し、ポンプの駆動間隔を制御するようにしてもよい。

この発明によれば、転がり軸受に潤滑油を供給するポンプの駆動を間欠的に行うことにより、潤滑油の補充供給が過剰にならず、潤滑油の補充供給が長期に亘って安定して行える。

図３のＡ−Ａ線の方向から見た断面図である。図３のＢ−Ｂ線の方向から見た部分断面図である。給油ユニットの図１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。給油ユニットのハウジングの別な実施形態を示す断面図である。図３の二点鎖線の○印で囲んだ袋体の拡大図である。図３の二点鎖線の○印で囲んだ袋体の他の例を示す一部を切欠いた拡大図である。給油ユニットの潤滑油タンクに外部から潤滑油を補充できる実施形態を示す断面図である。給油ユニットの電源部の一例を示す拡大断面図である。駆動部の詳細ブロック図である。充電部の充電と潤滑油の供給インターバルとの関係を示す図である。充電部の充電と潤滑油の供給インターバルとの関係を示す図である。充電部の充電と潤滑油の供給インターバルとの関係を示す図である。充電部の充電と潤滑油の供給インターバルとの関係を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１から図３に示す実施形態の転がり軸受装置１０は、転がり軸受１１、その軸方向の一端部に突き当てられた間座１２及び間座１２に組み込まれた給油ユニット１３により構成され、回転軸１４とハウジング１５の間に組み込んで使用に供される。転がり軸受１１の他端部にも他の間座１６が突き当てられ、両方の間座１２、１６により転がり軸受１１の軸方向の位置決めが行われる。この実施形態の回転軸１４は水平に設置されている。

転がり軸受１１は、回転側の軌道輪である内輪１７、固定側の外輪１８及びこれらの軌道輪の間に介在された所要数の転動体１９、その転動体１９を一定間隔に保持する保持器２１により構成される、アンギュラ玉軸受、あるいは深溝玉軸受のいずれでもよい。転がり軸受１１には、予め所望のグリースが封入され、間座１６側の端部に、シール板２２が装着されている。

間座１２は、内輪側間座１２ａと外輪側間座１２ｂとからなり、内輪側間座１２ａは回転軸１４側に嵌合固定され、内輪１７の一方の端面に突き当てられる。外輪側間座１２ｂはハウジング１５の内径面に嵌合固定され、外輪１８の一方の端面に突き当てられる。他方の間座１６も同様に回転軸１４側及びハウジング１５側に嵌合固定され、内輪１７及び外輪１８の他方の端面に突き当てられる。

前記給油ユニット１３は、図３に示すように、円環状のハウジング２４内に、円周方向に発電部４１、充電部４２、制御部４３、駆動部４４、ポンプ４５、潤滑油タンク４６等の諸部材を収納して構成される。

給油ユニット１３の円環状のハウジング２４は、図２に示すように、転がり軸受１１と反対側の面が開放された断面コの字形のハウジング本体２４ａと、このハウジング本体２４ａの開口部を閉塞し、ハウジング本体２４ａに対して着脱自在の蓋体２４ｂとによって構成される。このハウジング本体２４ａと蓋体２４ｂとは、ＰＰＳ等の同種の熱可塑性樹脂材料からなる。

ハウジング２４の蓋体２４ｂは、ハウジング本体２４ａに対し、ネジ２４ｃにより固定され、ネジ２４ｃを外して、蓋体２４ｂを取り除くことにより、給油ユニット１３全体を取外すことなく、ハウジング本体２４ａ内に収納されている潤滑油タンク４５に、潤滑油を補充することができる。

ハウジング本体２４ａの外周面は、外輪側間座１２ｂの内径面に、接着剤によって接着固定されている。ハウジング本体２４ａを接着固定する接着剤は、エポキシ樹脂等を使用できる。

図４の実施形態は、外輪側間座１２ｂの内径面にハウジング２４を、接着剤を使用することなく固定する例を示している。

この図４の例は、外輪側間座１２ｂの内径面の軸方向の両側に、外径方向に凹む一対の凹所１２ｃ、１２ｄを形成し、ハウジング本体２４ａの転がり軸受１１側の外径面に、凹所１２ｃに嵌まる凸条２４ｄを形成し、この凸条２４ｄを凹所１２ｃに嵌め、他方の凹所１２ｄに、ハウジング本体２４ａにネジ２４ｃによって固定される蓋体２４ｂの外径部を嵌め、ネジ２４ｃによって蓋体２４ｂをハウジング本体２４ａに締め付け固定することにより、ハウジング本体２４ａの凸条２４ｄと蓋体２４ｂの外径部によって外輪側間座１２ｂの内径面を挟み、外輪側間座１２ｂの内径面にハウジング２４を、接着剤を使用することなく固定している。

次に、ハウジング本体２４ａ内に収納する潤滑油タンク４６は、柔軟性を有する樹脂製の袋体４６ａからなり、円環状のハウジング２４に沿って円弧状に配置されている。

樹脂製の袋体４６ａは、例えば、図５に拡大して示すように、樹脂シートを重ね、外周部を熱溶着して形成したものを採用することができる。図５の符号４６ｂは、熱溶着部分を示している。

袋体４６ａには、ポンプ４５と接続する吸込みチューブ４５ａを設けるが、この吸込みチューブ４５ａは、袋体４６ａを熱溶着により形成する際に、袋体４６ａを形成する重ね合わせた樹脂シートの間に挟み込んで熱溶着することにより、袋体４６ａと一体化することができる。

また、図６に示す袋体４６ａは、ブロー成形により形成したものである。袋体４６ａをブロー成形により形成する場合には、吸込みチューブ４５ａを袋体４６ａと一体にブロー成形することができる。

潤滑油タンク４６の袋体４６ａをブロー成形すると、袋状の部分が膨らんだ形状になるため、成形後、袋状の部分を平たく成形することが望ましい。袋状の部分を平たく成形することにより、潤滑油の量が少なくなっても、潤滑油を最後まで吐出することができ、袋体４６ａ内の潤滑油を最後まで使い切ることができる。

潤滑油タンク４６を形成する袋体４６ａの素材は、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレンなどを用いることができるが、袋体４６ａ内に収容される潤滑油に侵されない素材であれば特に限定されない。

潤滑油タンク４６の袋体４６ａに設ける吸込みチューブ４５ａは、ポンプ４５に対して取り外し可能にしておくことが望ましい。吸込みチューブ４５ａをポンプ４５に対して取り外し可能にしておくと、潤滑油タンク４５内の潤滑油の残量がなくなった場合に、吸込みチューブ４５ａをポンプ４５から外し、吸込みチューブ４５ａから袋体４６ａ内に潤滑油を補充することができる。

また、ポンプ４５に対して袋体４６ａが取り外し可能にすることにより、潤滑油を充填した予備の袋体４６ａを用意しておくことができ、袋体４６ａ内の潤滑油がなくなると、使用済みの袋体４６ａを取り外し、予備の袋体４６ａを交換することにより、潤滑油の補充を短時間で行うことができる。予備の袋体４６ａには、潤滑油製造メーカで管理された状態で潤滑油の充填が可能となるので、袋体４６ａ内への異物の侵入といった充填時における危険性を少なくすることができる。なお、予備の袋体４６ａの吸込みチューブ４５ａには、蓋を装着し、保管中の異物の混入を防止することが望ましい。

潤滑油タンク４６の袋体４６ａに充填する潤滑油の粘度は、あまり高いとポンプの負荷や電源への負担が大きくなるため、ＶＧ２２程度が望ましい。

次に、図７に示す実施形態は、潤滑油タンク４６の袋体４６ａ内に潤滑油を充填する際に、ハウジング２４内から袋体４６ａを取り出したり、蓋体２４ｂと取り外したりする必要がなく、ハウジング２４内に袋体４６ａを収納した状態で、外部から袋体４６ａ内に潤滑油を補充することができる。

図７に示すように、転がり軸受装置１０を設置するハウジング１５の外周面から半径方向に、給油ユニット１２のハウジング２４の内部まで貫通する貫通孔２５を設け、潤滑油の補充時に、貫通孔２５に潤滑油注入用針２６を、ハウジング２４内の袋体４６ａに挿し込んで、潤滑油を袋体４６ａ内に補充する。潤滑油注入用針２６が突き刺さる袋体４６ａの部分には、潤滑油注入用針２６の針先２７の抜き差しによって潤滑油が漏れ出さないように、弾力性の高いゴムからなる潤滑油注入部２８を設けている。

転がり軸受装置１０を設置するハウジング１５、間座１２、給油ユニット１３のハウジング２４に設けた半径方向の貫通孔２５と、袋体４６ａの潤滑油注入部２８とが、それぞれの組み込み時に円周方向で位置が合うようにする。

上記の各実施形態では、円環状のハウジング２４内に、潤滑油タンク４６以外に、円周方向に発電部４１、充電部４２、制御部４３、駆動部４４、ポンプ４５等を収納している。

発電部４１としては、例えば、図８に示すように、ゼーベック効果によって発電を行うものを使用することができる。即ち、転がり軸受装置１０を使用した場合、転動体１９（図１参照）との摩擦熱により内輪１７と外輪１８の温度が上昇する。通常、外輪１８は機器のハウジング１５に組み込まれるため熱伝導により放熱され、内外輪１７、１８の間で温度差が生じる。その温度が各熱伝導体５２、５３に伝導され、ゼーベック素子５４の両端面に温度差を生じさせることにより、ゼーベック効果による発電を行う。

ハウジング本体２４ａの内周面と外周面を貫通する熱伝導体５２、５３を設け、これら熱伝導体５２、５３の間にゼーベック素子５４を介在したものを使用する場合、ハウジング本体２４ａの外周面を貫通する熱伝導体５２が外輪側間座１２ｂの内径面に接する面には、熱導電性を考慮した接着剤を使用することが望ましい。なお、外輪側の熱伝導体５２の外径は、外輪間座１２ｂの内径寸法と同一にして、放熱効果が高くなるように密着させている。一方、内輪側の熱伝導体５３の内径は、内輪間座１２ａとは接していない。可能であれば、外輪側と内輪側の熱伝導体５２、５３の体積を等しくすることが望ましい。

なお、外輪間座１２ｂの内径面と熱伝導体５２の間、熱伝導体５２とゼーベック素子５４の間、ゼーベック素子５４と内輪側の熱伝導体５３の間には、熱伝導率及び密着性を高めるため、放熱グリースなどを塗布することが好ましい。放熱グリースは、一般的にシリコーンが主成分である。また、熱伝導体５２、５３は、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、銀、銅、金などが挙げられるがコスト面から、銅を使用する事が一般的である。なお、銅を主成分とする銅合金でもよい。また、銅を主成分とする焼結合金でもよい。

発電部４１によって発電した電荷は、蓄電池やコンデンサなどの充電部４２に蓄電される。コンデンサは、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用することが望ましい。

駆動部４３は、図９に示すように、例えば、軸受温度センサー４７ａ、軸受回転センサー４７ｂ、潤滑油残量センサー４７ｃ、潤滑油温度センサー４７ｄ等のセンサーを備える。これらのセンサーから信号がＣＰＵ５１に入力され、転がり軸受１１の温度及びその回転状況に応じてポンプ４５を自動制御し、潤滑油の供給量を調整する。

ポンプ４５には、潤滑油タンク４６内の潤滑油を吸引する吸い込みチューブ４５ａと、吸引した潤滑油を吐出する吐出チューブ４５ｂを備え、吐出チューブ４５ｂの先端の吐出ノズル４５ｃから転がり軸受１１の固定側の軌道輪と回転側の軌道輪の間に潤滑油が供給される。

ポンプ４５の駆動のタイミングは、電力が充電部４２のコンデンサに蓄電され、一定の電圧に達した時点で行なうことが可能であるが、グリースを封入した転がり軸受１１の潤滑寿命を長くし、メンテナンスまでの時間を長くするために、次のようなインターバルにすることが望ましい。

例えば、ポンプ４５を駆動させるために必要な電圧に達する充電部４２の充電時間が、必要とする潤滑油の供給タイミングよりも早い場合には、図１０に示すように、満充電に達した後も、所定時間の蓄電時間（遅延時間）を加えて、潤滑油の供給インターバルを長くするように管理する。

また、潤滑油の供給インターバルを長くするには、図１１に示すように、充電部４２の電圧が一定の電圧に達すると、放電し、その後に、再充電して一定の電圧になると再放電し、この充電と放電を繰り返すことにより、潤滑油の供給インターバルを長くするように管理してもよい。

発電部４１は、転がり軸受１１の温度差による発電を利用しているため、転がり軸受１１の内輪１７の温度が高い場合には、温度差が大きくなり、発電量が多くなり、充電部４２への充電時間が短くなる。反対に、転がり軸受１１の内輪１７の温度が低い場合には、温度差が小さくなり、発電量が少なく、充電部４２への充電時間が長くなる。図１１は、図１２よりも転がり軸受１１の内輪１７の温度差が大きくて充電時間が短い場合を示し、図１２は、転がり軸受１１の内輪１７の温度差が小さくて充電時間が長い場合を示している。

このように、転がり軸受１１の内輪１７の温度差によって、潤滑油の供給インターバルが変化する。

一般的には、転がり軸受１１の内部の潤滑条件が良好な場合には、転がり軸受１１の内部の温度上昇が少なく、潤滑油の供給間隔が長くても差し支えなく、反対に、転がり軸受１１の内部の潤滑条件があまり良好でない場合には、転がり軸受１１の内部の温度上昇が大きくなるため、潤滑油の供給間隔を短くすることが望ましい。

したがって、転がり軸受１１の温度差による発電を利用した場合、転がり軸受１１の負荷に応じて潤滑油の供給インターバルが自動的に変化し、転がり軸受１１の内部の潤滑条件を常に良好に保つことができる。

上記のように、転がり軸受１１の温度差による発電を利用した場合、発電効率との関係で蓄電時間が短い場合においては、蓄電電圧が一定の値に達した時点で抵抗器などに放電させ、ポンプ４５の駆動のタイミングに、インターバルを設けてもよい。この場合、ポンプ４５の駆動までの間に、充放電が繰り返されることになり、この充放電の回数でポンプ４５の駆動のインターバルを管理してもよい。また、蓄電電圧が一定の値に達した時点で、タイマ機能によりポンプ４５の駆動のタイミングに、インターバルを設けてもよい。この場合は、前記の様な充放電を繰り返さない。

また、グリース封入型の転がり軸受１１の場合、稼働当初は転がり軸受１１に封入されたグリースにより十分な潤滑が確保できるため、図１３に示すように、転がり軸受１１に封入されたグリースによる潤滑寿命（例えば、２万時間）が経過した後に、初回の潤滑油の供給を開始するようにしてもよい。このように、初回の潤滑油の供給を遅延させることにより、転がり軸受１１の寿命が長くなり、メンテナンスまでの時間を長くすることができる。

ポンプ４５の吸込み側に接続された吸込みチューブ４５ａは、潤滑油タンク４６内に挿入され、潤滑油タンク４６内の潤滑油が吸引される。

一方、吐出側に接続された吐出チューブ４５ｂの先端には、転がり軸受の内部に潤滑油を吐出するための吐出ノズル４５ｃを接続している。吐出ノズル４５ｃの先端は、軸受内外輪の間で、内輪外周面に近い部分に配置することが望ましい。なお、吐出ノズル４５ｃのノズル穴の内径寸法は、基油の粘度に起因する表面張力と、吐出量との関係により、適宜設定される。

なお、上記の実施形態は、内輪回転である。また、回転中心を横軸としたが、縦軸としてもよい。さらに、工作機のスピンドルに組み込まれてもよい。

１０軸受装置
１１転がり軸受
１２間座
１２ａ内輪側間座
１２ｂ外輪側間座
１２ｃ、１２ｄ凹所
１３給油ユニット
１４回転軸
１５ハウジング
１６間座
１７内輪
１８外輪
１９転動体
２１保持器
２２シール板
２４ハウジング
２４ａハウジング本体
２４ｂ蓋体
２４ｃネジ
２４ｄ凸条
２５貫通孔
２６潤滑油注入用針
２７針先
２８潤滑油注入部
４１発電部
４２充電部
４３制御部
４４駆動部
４５ポンプ
４５ａ吸込みチューブ
４５ｂ吐出チューブ
４５ｃ吐出ノズル
４６潤滑油タンク
４６ａ袋体
４６ｂ熱溶着部分
４７ａ〜４７ｄセンサー
５１ＣＰＵ
５２、５３熱伝導体
５４ゼーベック素子

Claims

潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、潤滑油タンクから潤滑油を吸引して潤滑油を吐出するポンプ、このポンプを駆動するための電源部を備える給油ユニットを、転がり軸受の内部又は転がり軸受に隣接した間座に設けた転がり軸受装置において、前記ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する充電部とにより構成し、充電部の電圧がポンプの駆動電圧に達した時点から、充電部の電圧を一定時間保持した後に、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行うことを特徴とする転がり軸受装置。
潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、潤滑油タンクから潤滑油を吸引して潤滑油を吐出するポンプ、このポンプを駆動するための電源部を備える給油ユニットを、転がり軸受の内部又は転がり軸受に隣接した間座に設けた転がり軸受装置において、前記ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する充電部とにより構成し、前記充電部の充放電を所定回数繰り返し、その後に、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行うことを特徴とする転がり軸受装置。
潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、潤滑油タンクから潤滑油を吸引して潤滑油を吐出するポンプ、このポンプを駆動するための電源部を備える給油ユニットを、転がり軸受の内部又は転がり軸受に隣接した間座に設けた転がり軸受装置において、前記ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する充電部とにより構成し、前記ポンプを駆動させて、初回の潤滑油の供給を行った後、転がり軸受の稼働時間に応じて、充電部の電圧を一定時間保持するタイマにより、ポンプの駆動間隔を制御することを特徴とする転がり軸受装置。
潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、潤滑油タンクから潤滑油を吸引して潤滑油を吐出するポンプ、このポンプを駆動するための電源部を備える給油ユニットを、転がり軸受の内部又は転がり軸受に隣接した間座に設けた転がり軸受装置において、前記ポンプを駆動するための電源部を、転がり軸受の内外輪の温度差により発電する発電部と、この発電部の電力を蓄電する充電部とにより構成し、前記転がり軸受の稼働時間に応じて、充電部の充放電の繰り返し回数を変更し、ポンプの駆動間隔を制御することを特徴とする転がり軸受装置。