JP6054095B2

JP6054095B2 - 転がり軸受装置

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Publication number: JP6054095B2
Application number: JP2012181556A
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: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP2014037878A

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も同様の給油ユニットを備えている。

また、特許文献３に開示された転がり軸受装置は、固定側の軌道輪と回転側の軌道輪の間に、給油ユニットの潤滑油タンクを着脱可能に設けており、給油ユニットのハウジングが潤滑油タンクを兼ねている。

特開２００４−１０８３８８号公報特開２００４−３１６７０７号公報特開２００８−１０６９００号公報

しかしながら、従来の給油ユニットを備える転がり軸受装置は、固定側の軌道輪と回転側の軌道輪の間に給油ユニットを配置する構造であるため、次のような問題がある。

まず、転がり軸受の固定側の軌道輪と回転側の軌道輪の間に、給油ユニットを組み込むために、固定側の軌道輪と回転側の軌道輪は、幅と形状が特殊なものを使用しなければならず、標準の軌道輪を使用できない。このため、転がり軸受の製造に係る管理が複雑でコスト高になる。

また、給油ユニットの潤滑油タンクに潤滑油を補充する場合には、転がり軸受全体を、工作機械用のスピンドルハウジングなどから取り外して行う必要がある。さらに、給油ユニットのハウジングが潤滑油タンクを兼ねるため、転がり軸受を取り外した後に、転がり軸受から給油ユニットを取り出して潤滑油を補充する必要があり、補充に時間と手間が掛かる。

また、給油ユニットのハウジングが潤滑油タンクを兼ねるため、予備の潤滑油タンクも予め用意することもできなかった。

そこで、この発明は、固定側の軌道輪と回転側の軌道輪として、幅と形状が特殊なものを使用する必要がなく、しかも潤滑油タンクに潤滑油を補充する際に転がり軸受を取り外すことなく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、転がり軸受に隣接した間座に、潤滑油タンクと、潤滑油タンクの潤滑油を転がり軸受の内部に吐出させるポンプおよび前記ポンプを駆動する電源部を備える給油ユニットに取り付けた転がり軸受装置において、前記潤滑油タンクを、潤滑油の充填が可能な柔軟性を有する袋体によって構成し、前記間座に、間座の外部から潤滑油注入用針を差し込む貫通孔を設け、この貫通孔が臨む潤滑油タンク部分に、弾力性のゴムからなる潤滑油注入部を設けたことを特徴とする。

（１）給油ユニットを、転がり軸受に隣接した間座に取り付けることにより、転がり軸受の固定側の軌道輪と回転側の軌道輪を、幅と形状が特殊なものを使用することなく、標準のものを使用することができる。したがって、転がり軸受の製造に係る管理が簡素になり、コスト高を防止することができる。
（２）潤滑油タンクを、柔軟性を有する袋体にして、給油ユニットを構成するハウジング内に収納することにより、給油ユニットのハウジング自体を、潤滑油タンクにする場合に比べて、ハウジング内部の電気部品との隔壁が不要になるため、給油ユニット全体の構造がシンプルになる。
（３）潤滑油タンクに潤滑油を補充したり、潤滑油タンクを交換したりする際には、転がり軸受を取付けたままの状態で、間座だけを取外せばよいので、作業性がよい。
（４）給油ユニットのハウジングを、一端面が開口するハウジング本体と、このハウジング本体の開口部を閉塞する着脱自在の蓋体とによって構成することにより、間座から給油ユニットを取外す必要もなく、ハウジング本体の蓋体を取外すだけで、潤滑油タンクへの潤滑油の補充や、潤滑油タンクの交換が可能となり、さらに作業性がよくなる。
（５）給油ユニットの潤滑油タンクを、前記ポンプに対して着脱可能に収納することにより、予備の潤滑油タンクを用意することができるので、潤滑油タンク内の潤滑油がなくなると、古い潤滑油タンクを取り外して新しい潤滑油タンクと交換することが可能となる。また、予備の潤滑油タンクへの潤滑油の充填を、潤滑油製造メーカで行うことにより、潤滑油の充填管理が容易となり、潤滑油タンクへの異物浸入の危険性を低減することができる。
（６）間座に、間座の外部から潤滑油注入用針を差し込む貫通孔を設け、この貫通孔が臨む潤滑油タンク部分に、弾力性のゴムからなる潤滑油注入部を設けることにより、貫通孔から潤滑油注入用針を、潤滑油タンクに挿し込み可能にして、間座の外部から潤滑油タンク内に潤滑油を充填できるようにすると、潤滑油タンクの取り外しも不要となるため、潤滑油の補充に手間が掛からない。

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。給油ユニットの電源部の一例を示す拡大断面図である。給油ユニットの電源部の一例を示す拡大断面図である。給油ユニットの電源部の一例を示す拡大断面図である。

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内に収納された、潤滑油タンク４６と、潤滑油タンク４６の潤滑油を転がり軸受１１の内部に吐出させるポンプ４５と、ポンプ４５を駆動する電源部４１と、ポンプ４５の制御部４３とからなる。

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、ポリアミド（例えば、ポリアミド１１、ポリアミド１２）、フッ素ゴム（FKM)、ポリアミド系エラストマー、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４６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。

電源部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。

電源部４１は、前記のゼーベック効果によって発電を行うもののほか、図９、図１０、図１１に示すものを使用することができる。

図９に示すものは、転がり軸受装置１０内に交番磁界が存在する場合に適用される。工作機等のビルトインスピンドル内部や大電力を扱う高周波機器の近傍では、漏れ磁束又は高周波の照射が発生する。この漏れ磁束を利用し電磁誘導により発電を行うものである。即ち、片側を開放したＥ形の鉄心５５にコイル５６を組み合わせることで効率よく交番磁界を捉え、電磁誘導による発電を行う。鉄心５５の開放面に絶縁性基台５７が取り付けられる。漏れ磁束の周波数が既知である場合は、鉄心５５を除き漏れ磁束の周波数に共振するコイル５６を用いるようにしてもよい。

図１０に示すものは、転がり軸受装置１０内に振動が発生する場合に適用されるものである。即ち、固定側絶縁基板５８、その上に配置された可動側絶縁基板５９の対向面にそれぞれ多数の電極６０を設け、固定側絶縁基板５８の電極６０にのみエレクトレット６１を積層し、可動側絶縁基板５９の電極６０に対し空隙を設けて対向させる。可動側絶縁基板５９は摺動装置６２によって図中の矢印ａの方向にのみ移動可能となる。

転がり軸受装置１０に振動が発生すると、摺動装置６２によって矢印ａの方向に可動側絶縁基板５９が振動する。このとき、固定側及び可動側絶縁基板５８、５９の相対運動とエレクトレット６１により、電極６０間に静電誘導による電荷が発生する。この発生した電荷を外部に取り出すことにより発電を行う。

図１１に示すものも転がり軸受装置１０内に振動が発生する場合に適用されるものである。即ち、固定側絶縁基板５８と重り６３の間に弾性のあるシート状の圧電体６４を配置する。軸受装置１０に振動が発生すると、重り６３と圧電体６４により矢印ａの方向に重り６３が振動する。このとき、圧電体６４にひずみが生じ誘電分極による起電力が発生する。その起電力を外部に取り出すことにより発電を行う。

電源部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。

制御部４３は、例えば、軸受温度センサー、軸受回転センサー、潤滑油残量センサー、潤滑油温度センサーのセンサーを備え、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４５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。

例えば、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。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。あるいは、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。

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。

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電源部
４３制御部
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
５２、５３熱伝導体
５４ゼーベック素子
５５鉄心
５６コイル
５７絶縁性基台
５８固定側絶縁基板
５９可動側絶縁基板
６０電極
６１エレクトレット
６２摺動装置
６３重り
６４圧電体

Claims

転がり軸受に隣接した間座に、潤滑油タンクと、潤滑油タンクの潤滑油を転がり軸受の内部に吐出させるポンプおよび前記ポンプを駆動する電源部を備える給油ユニットに取り付けた転がり軸受装置において、前記潤滑油タンクを、潤滑油の充填が可能な柔軟性を有する袋体によって構成し、前記間座に、間座の外部から潤滑油注入用針を差し込む貫通孔を設け、この貫通孔が臨む潤滑油タンク部分に、弾力性のゴムからなる潤滑油注入部を設けたことを特徴とする転がり軸受装置。