JP5998857B2

JP5998857B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP5998857B2
Application number: JP2012243579A
Authority: JP
Inventors: 洋佑永野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: JP2014092225A

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

従来、回転機械等に用いられる転がり軸受として、内輪と、外輪と、内外輪間に配置された複数の転動体と、転動体を周方向に所定間隔で保持する保持器と、軸受内部を密封するための一対のシールド板とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような転がり軸受の潤滑は、軸受内部に封入されたグリースにより行われる。

特開２００４−３３２８５９号公報

近年の回転機械は、高性能化に伴って回転速度が高速化している傾向にある。これに付随して、前記転がり軸受は、軸受内部に熱がこもり、焼き付きなどによって寿命が低下することが懸念されている。そこで、転がり軸受の高温化に対応する方策として、高粘度のグリースを使用することが考えられる。しかし、この場合には、転動体が転動する際のグリースによる転がり粘性抵抗が増大するため、転がり軸受が高トルク化するという問題が生じる。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、低粘度の潤滑剤を用いても軸受内部に熱がこもるのを抑制することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受器は、同心状に配置された固定輪及び回転輪と、前記固定輪と回転輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器と、前記固定輪の軸方向両端部に取り付けられ、前記固定輪と回転輪との間の環状空間を密封する一対のシールド板とを備え、前記環状空間に潤滑剤が封入されている転がり軸受であって、前記一対のシールド板のうちの少なくとも一方は、金属製の放熱板とされており、外側面が前記放熱板の内側面に対向して配置され、前記放熱板と異なる種類の金属からなる吸熱板と、前記放熱板の内側面と前記吸熱板の外側面とに接触し、所定の方向に電流が流れることで前記吸熱板で吸熱作用を起こすとともに前記放熱板で放熱作用を起こす熱電変換素子と、少なくとも一部が前記吸熱板の内側面に沿って配設された環状のコイルと、前記コイルに対向する前記保持器の外側面に取り付けられ、円周方向に沿って所定間隔毎に配置された複数の永久磁石とを有し、前記保持器と共に前記永久磁石が回転することにより、前記コイルに前記所定の方向の誘導電流を発生させる発電部と、を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、転がり軸受の回転輪が回転すると、保持器と共に永久磁石が回転することにより、発電部のコイルに誘導電流が発生し、吸熱板を介して熱電変換素子に電流が流れる。これにより、軸受内部で発生した熱は、吸熱板から熱電変換素子を介して放熱板であるシールド板に移動して軸受外部に放熱される。このように、本発明の転がり軸受は、軸受内部で発生した熱を、熱電変換素子を用いて軸受外部に効率的に放熱することができるため、低粘度の潤滑剤を用いても軸受内部に熱がこもるのを抑制することができる。
また、シールド板を放熱板として兼用しているため、軸受全体の構成を簡略化することができる。さらに、シールド板と保持器との間に、吸熱板、熱電変換素子及び発電部が収容されているため、軸受全体をコンパクトにすることができる。

本発明の転がり軸受によれば、低粘度の潤滑剤を用いても軸受内部に熱がこもるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。図１のＡ部拡大断面図である。上記転がり軸受の発電部を示すシールド板の側面図である。本発明の他の実施形態に係る転がり軸受を示す拡大断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る転がり軸受用を示す断面図である。図１において、転がり軸受１は、深溝玉軸受からなり、外輪（固定輪）２と、内輪（回転輪）３と、複数の玉（転動体）４と、玉４を保持する環状の保持器５と、外輪２と内輪３との間の環状空間を密封する一対のシールド板６とを備えている。前記環状空間には、グリース（潤滑剤）が封入されている。

外輪２の内周には外軌道面２ａが形成されており、外輪２の軸方向両端部には外軌道面２ａよりも軸方向外方に位置する肩部２ｂがそれぞれ形成されている。各肩部２ｂの内周には、径方向外側に窪む周溝２ｃが形成されている。
内輪３は外輪２と同心状に配置されており、内輪３の外周には前記外軌道面２ａに対向する内軌道面３ａが形成されている。内輪３の軸方向両端部には内軌道面３ａよりも軸方向外方に位置する肩部３ｂがそれぞれ形成されている。各肩部３ｂの内周には、径方向外側に窪む周溝３ｃが前記外輪２の周溝２ｃに対向して形成されている。外輪２及び内輪３は、軸受鋼や浸炭鋼等の軸受用鋼によって形成されている。

外輪２の外軌道面２ａと内輪３の内軌道面３ａとの間には、複数の玉４が転動自在に配置されており、これらの玉４は、前記保持器５により円周方向に沿って所定間隔毎に保持されている。
前記各シールド板６は、例えば鉄により円環状に形成されており、軸受外部に放熱可能な金属製の放熱板とされている。シールド板６の径方向外端は、例えばゴム等の絶縁体７を介して外輪２の周溝２ｃに固定されており、外輪２とシールド板６とは絶縁されている。また、シールド板６の径方向内端は、内輪３の周溝３ｃとの間にラビリンス隙間を設けて近接配置されている。

転がり軸受１は、軸受内部で発生した熱をシールド板６から軸受外部に放熱するために、第１吸熱板８と、第２吸熱板９と、熱電変換素子１０と、発電部１１とをさらに備えている。本実施形態の第１及び第２吸熱板８，９、熱電変換素子１０及び発電部１１は、これらを１セットとして、保持器５の軸方向両端部と各シールド板６と間の環状空間に２セット配置されている。これら２セットは同様の構成であるため、本実施形態では軸方向一方側（図１の右側）の１セットについてのみ説明する。

図２は、前記第１及び第２吸熱板８，９、熱電変換素子１０及び発電部１１を示す図１のＡ部拡大断面図である。図２において、シールド板６の軸方向内方には、第１吸熱板８と第２吸熱板９とが配置されている。第１吸熱板８は、シールド板６と異なる種類の金属（例えば銅）により円環状に形成されており（図３参照）、第１吸熱板８の外側面は、シールド板６の内側面の径方向内端部と対向して配置されている。
第２吸熱板９は、シールド板６と異なる種類の金属である、例えば銅により円環状に形成されており（図３参照）、第２吸熱板９の外側面は、シールド板６の内側面の径方向外端部と非接触状態で対向して配置されている。第２吸熱板９の径方向外端は、外輪２の周溝２ｃに接触しており、第２吸熱板９と外輪２とは電気的に接続されている。

前記熱電変換素子１０は、シールド板６の内側面と第１吸熱板８の外側面とに接着されたｐ型熱電変換素子１０ａと、シールド板６の内側面と第２吸熱板９の外側面の径方向内端部とに接着されたｎ型熱電変換素子１０ｂとによって構成されている。熱電変換素子１０は、２つの異種金属間に配置された状態で電流が流れると、ペルチェ効果により一方の金属で吸熱作用を起こし、他方の金属で放熱作用を起こすものである。
本実施形態では、図２の矢印ａ及びｂで示す所定の方向、すなわち、第１吸熱板８、ｐ型熱電変換素子１０ａ、シールド板６、ｎ型熱電変換素子１０ｂ、第２吸熱板９及び外輪２の順に電流を流すことにより、第１及び第２吸熱板８，９で吸熱作用を起こし、シールド板６で放熱作用を起こすことができる。これにより、第１及び第２吸熱板８，９が軸受内部で発生した熱を吸熱し、ｐ型及びｎ型熱電変換素子１０ａ，１０ｂを介してシールド板６から軸受外部に放熱することができる。

図３は、前記発電部１１を示すシールド板６の側面図である。図２及び図３において、前記発電部１１は、内輪３が回転することによって発電するものであり、複数（２個）のコイル１２と、複数（５個）の永久磁石１３と、絶縁板１４とを備えている。
コイル１２は、図３の側面視において、シールド板６を円周方向に２等分するように略半円弧環状に巻回形成されている。各コイル１２の一部である径方向内側部１２ａは、図２に示すように、第１吸熱板８の内側面に沿って固定されている。また、各コイル１２の他部である径方向外側部１２ｂは絶縁板１４の内側面に沿って固定されている。絶縁板１４は、例えばゴム等により円環状に形成されており、ｎ型熱電変換素子１０ｂの内側面に沿って固定されている。これにより、コイル１２は、第１吸熱板８を介してｐ型熱電変換素子１０ａと電気的に接続されており、絶縁板１４によってｎ型熱電変換素子１０ｂと絶縁されている。

図２及び図３において、前記永久磁石１３は、コイル１２に対向する保持器５の外側面に、円周方向に沿って所定間隔毎に固定されている。これらの永久磁石１３は、図３に示すように、保持器５の全周に対して一部分（半周部分）に偏って配置されている。これにより、内輪３が回転して保持器５と共に永久磁石１３が回転すると、図３の側面視において各コイル１２内を通過する永久磁石１３の個数が増減することにより磁束密度が変化するため、各コイル１２に誘導電流が発生する。その際、前記磁束密度が増加する場合と減少する場合とで、コイル１２に発生する誘導電流の向きが逆になる。しかし、上述のようにコイル１２とｎ型熱電変換素子１０ｂとは絶縁板１４により絶縁されているため、コイル１２で発生した誘導電流はｐ型熱電変換素子１０ａにのみ流れる。これにより、前記誘導電流を前記所定の方向にのみ流すことができる。

上記のように構成された本実施形態の転がり軸受１によれば、内輪３が回転すると、保持器５と共に永久磁石１３が回転することにより、発電部１１のコイル１２に誘導電流が発生し、この誘導電流は第１吸熱板８を介して熱電変換素子１０に流れる。これにより、軸受内部で発生した熱は、第１及び第２吸熱板８，９から熱電変換素子１０を介して放熱板であるシールド板６に移動して軸受外部に放熱される。このように、本発明の転がり軸受１は、軸受内部で発生した熱を、熱電変換素子１０を用いて軸受外部に効率的に放熱することができるため、低粘度のグリースを用いても軸受内部に熱がこもるのを抑制することができる。
また、シールド板６を放熱板として兼用しているため、軸受全体の構成を簡略化することができる。さらに、シールド板６と保持器５との間に、第１及び第２吸熱板８，９、熱電変換素子１０及び発電部１１が収容されているため、軸受全体をコンパクトにすることができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る転がり軸受を示す拡大断面図である。図４において、この実施形態の転がり軸受１は、外輪２を回転輪とし、内輪３を固定輪としており、各構成部材の取付位置が図２の実施形態と相違している。以下、その相違する点について説明する。
シールド板６は、その径方向内端が絶縁体７を介して内輪３の周溝３ｃに固定されており、内輪３とシールド板６とは絶縁されている。また、シールド板６の径方向外端は、外輪２の周溝２ｃとの間にラビリンス隙間を設けて近接配置されている。

第１吸熱板８の外側面は、シールド板６の内側面の径方向外端部と対向して配置されており、第２吸熱板９の外側面は、シールド板６の内側面の径方向内端部と非接触状態で対向して配置されている。第２吸熱板９の径方向内端は、内輪３の周溝３ｃに接触しており、第２吸熱板９と内輪３とは電気的に接続されている。

熱電変換素子１０は、シールド板６の内側面と第１吸熱板８の外側面とに接着されたｐ型熱電変換素子１０ａと、シールド板６の内側面と第２吸熱板９の外側面の径方向外端部とに接着されたｎ型熱電変換素子１０ｂとによって構成されている。
本実施形態では、図４の矢印ａ及びｂで示す所定の方向、すなわち、第１吸熱板８、ｐ型熱電変換素子１０ａ、シールド板６、ｎ型熱電変換素子１０ｂ、第２吸熱板９及び内輪３の順に電流を流すことにより、第１及び第２吸熱板８，９で吸熱作用を起こし、シールド板６で放熱作用を起こすことができる。これにより、第１及び第２吸熱板８，９が軸受内部で発生した熱を吸熱し、ｐ型及びｎ型熱電変換素子１０ａ，１０ｂを介してシールド板６から軸受外部に放熱することができる。

発電部１１は、外輪２が回転することによって発電するものである。この発電部１１のコイル１２の径方向外側部１２ｂは、第１吸熱板８の内側面に沿って固定されている。また、コイル１２の径方向内側部１２ａは絶縁板１４の内側面に沿って固定されている。絶縁板１４は、ｎ型熱電変換素子１０ｂの内側面に沿って固定されている。これにより、コイル１２は、第１吸熱板８を介してｐ型熱電変換素子１０ａと電気的に接続されており、絶縁板１４によってｎ型熱電変換素子１０ｂと絶縁されている。

以上の構成により、外輪２が回転して保持器５と共に永久磁石１３が回転すると、各コイル１２に誘導電流が発生する。その際、前記磁束密度が増加する場合と減少する場合とで、コイル１２に発生する誘導電流の向きが逆になるが、コイル１２とｎ型熱電変換素子１０ｂとは絶縁板１４により絶縁されているため、コイル１２で発生した誘導電流はｐ型熱電変換素子１０ａにのみ流れる。これにより、前記誘導電流を前記所定の方向にのみ流すことができる。なお、本実施形態のその他の構成については、図２の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
上記のように構成された本実施形態の転がり軸受１においても、軸受内部で発生した熱を、熱電変換素子１０を用いて軸受外部に効率的に放熱することができるため、低粘度のグリースを用いても軸受内部に熱がこもるのを抑制することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく適宜変更して実施可能である。例えば、上記実施形態において第１及び第２吸熱板８，９、熱電変換素子１０及び発電部１１は、軸方向両側にそれぞれ配置されているが、軸方向一方側にのみ配置されていてもよい。但し、放熱効率という観点では軸方向両側に配置されているほうがよい。また、熱電変換素子１０は、シールド板６の内側面と吸熱板８，９の外側面とに接着されているが、少なくとも前記内側面と外側面とに接触していればよい。さらに、上記実施形態では、転がり軸受１として玉軸受を使用しているが、ころ軸受にも適用することも可能である。

１：転がり軸受、２：外輪、３：内輪、４：玉（転動体）、５：保持器、６：シールド板（放熱板）、８：第１吸熱板、９：第２吸熱板、１０：熱電変換素子、１１：発電部、１２：コイル、１３：永久磁石

Claims

同心状に配置された固定輪及び回転輪と、前記固定輪と回転輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器と、前記固定輪の軸方向両端部に取り付けられ、前記固定輪と回転輪との間の環状空間を密封する一対のシールド板とを備え、前記環状空間に潤滑剤が封入されている転がり軸受であって、
前記一対のシールド板のうちの少なくとも一方は、金属製の放熱板とされており、
外側面が前記放熱板の内側面に対向して配置され、前記放熱板と異なる種類の金属からなる吸熱板と、
前記放熱板の内側面と前記吸熱板の外側面とに接触し、所定の方向に電流が流れることで前記吸熱板で吸熱作用を起こすとともに前記放熱板で放熱作用を起こす熱電変換素子と、
少なくとも一部が前記吸熱板の内側面に沿って配設された環状のコイルと、前記コイルに対向する前記保持器の外側面に取り付けられ、円周方向に沿って所定間隔毎に配置された複数の永久磁石とを有し、前記保持器と共に前記永久磁石が回転することにより、前記コイルに前記所定の方向の誘導電流を発生させる発電部と、
を備えていることを特徴とする転がり軸受。