JP6523728B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は軸受装置に関し、より特定的には、軸受に隣接して当該軸受内部に潤滑油を供給する潤滑油供給ユニットが設置された軸受装置に関する。

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）。特許文献１に開示された軸受装置は、軸受に隣接する間座内に配置された潤滑油タンクからポンプを間欠的に動作させることにより、軸受に潤滑油を長期間安定して供給できるとしている。

特開２０１４−３７８７９号公報

上記特許文献１に開示された装置では、潤滑油の供給を長期間実施できると思われるものの、軸受装置の内部へ潤滑油を供給する位置や、軸受装置の内部に供給された潤滑油を転動体と内輪および外輪との接触部へ効率的に導入し、軸受潤滑に寄与させるための構造などについては特に言及されていない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、供給された潤滑油を軸受潤滑に確実に寄与させることにより、長期に安定して動作させることが可能な軸受装置を提供することである。

この発明の一実施形態に係る軸受装置は、軸受と、軸受に接続された潤滑油供給ユニットとを備え、軸受は、内周面に外輪転走面を有する外輪と、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪の内側に配置される内輪と、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、転動体を保持する保持器とを含む。潤滑油供給ユニットは、軸受の内部に供給される潤滑油を保持する保持部と、保持部から軸受の内部に潤滑油を供給する供給部と、電力を発生させる発電部とを含む。供給部は発電部において発生させた電力により作動する。供給部は、軸受の内部に潤滑油を供給するたのノズルを含む。軸受の軸方向において、ノズルの先端部の位置は保持器の端面より保持器の中心側に位置する。保持器の幅に対する、保持器の端面からノズルの先端部までの距離の比率は０％超え２０％以下である。

上記によれば、転動体と内輪および外輪の接触部へ潤滑油供給ユニットから潤滑油を確実に供給できるので、長期に安定して動作させることが可能な軸受装置を実現できる。

実施の形態１に係る軸受装置の側面模式図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。 図１に示した軸受装置を適用した機械装置の断面模式図である。 図３に示した機械装置の断面模式図である。 実施の形態２に係る軸受装置の断面模式図である。 実施の形態３に係る軸受装置の断面模式図である。 実施の形態４に係る軸受装置の断面模式図である。 実施の形態５に係る軸受装置の断面模式図である。 実施の形態６に係る軸受装置の断面模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、転がり軸受装置であって、転がり軸受である軸受１１（図２参照）と、潤滑油供給ユニット２０（図２参照）とを備える。潤滑油供給ユニット２０は、軸受１１の軸方向の一端部（背面側の端部）に突き当てられた外輪間座３３と内輪間座３４との間に組み込まれている。軸受１１と潤滑油供給ユニット２０とを備える軸受装置１０は、機械装置のたとえば回転軸とハウジングとの間に組み込まれて使用される。機械装置に上記軸受装置１０が組込まれる場合、たとえば軸受１１の他端部にも他の間座を突き当ててもよい。この場合、上記外輪間座３３と内輪間座３４および他の間座によって軸受１１の軸方向の位置決めを行うことができる。

軸受１１は、たとえば回転側の軌道輪である内輪１４と、たとえば固定側の外輪１３と、これらの内輪１４と外輪１３との間に介在された複数の転動体１５と、複数の転動体１５を一定間隔に保持する保持器１６と、当該保持器１６の外周側に配置されたシール部材とを主に備える。軸受１１としては、たとえば、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、あるいは円筒ころ軸受などを用いることができる。軸受１１には、予め所望のグリースが封入される。上記シール部材は、外輪間座３３などが配置された側と反対側の端部に配置される。

軸受１１の内輪１４では、外周面に転動体１５が接触する内輪転走面が形成されている。また、外周面は当該内輪転走面に連なる傾斜部１４ａを含む。傾斜部１４ａは、内輪１４の軸方向における端部（背面側の端部）から内輪転走面に向かうにつれて外輪１３に近づくように、軸方向に対して傾斜している。

軸受１１の保持器１６の内径面１６ｂは、軸受１１の軸方向における端部から中心側へ向かって大径となる断面形状を有している。図２に示した軸受１１の軸方向に沿った断面において、内径面１６ｂの形状は直線状であってもよいが、軸受１１の外周側に向けて凹んでいる曲線状であってもよい。

内輪間座３４と外輪間座３３とから間座が構成されている。内輪間座３４は内輪１４の一方の端面（軸受１１の背面側に位置する端面）に突き当てられる。外輪間座３３は外輪１３の一方の端面（軸受１１の背面側に位置する端面）に突き当てられる。

潤滑油供給ユニット２０は、円環状のハウジング内において円周方向に配置された、発電部２５、電源回路２６、制御回路２７、駆動回路２８、ポンプ２９、潤滑油タンク３０を主に備える。電源回路２６は充電部を含んでいてもよい。潤滑油タンク３０は、軸受１１に封入されているグリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留する。発電部２５、電源回路２６、制御回路２７、駆動回路２８、ポンプ２９、潤滑油タンク３０は、ハウジング本体２１内部において、円周方向に並ぶように配置されている。発電部２５は電源回路２６に接続されている。電源回路２６は制御回路２７に接続されている。制御回路２７は駆動回路２８に接続されている。駆動回路２８はマイクロポンプなどのポンプ２９を動作させるための回路である。駆動回路２８に接続されたポンプ２９には、潤滑油タンク３０の袋体に接続された吸込みチューブ３１と、当該ポンプ２９から軸受１１の内部に潤滑油を供給するための吐出チューブ３２とが接続されている。

吐出チューブ３２の先端部（ポンプ２９と接続された根元部と反対側の端部）には、図２に示すようにノズル３２ａが接続されている。

ノズル３２ａは、潤滑油供給ユニット２０の円環状のハウジングの内部から当該ハウジングの外部にまで延びるように配置されている。ノズル３２ａの先端部は、軸受１１の内部にまで延びている。

潤滑油供給ユニット２０の円環状のハウジングは、図２に示すように、軸受１１と反対側の面が開放された開口部を有するハウジング本体２１と、このハウジング本体２１の開口部を閉塞し、ハウジング本体２１に対して着脱自在の蓋体２２とによって構成される。ノズル３２ａは、ハウジング本体２１における軸受１１に対向する面を貫通するように配置されている。

ノズル３２ａの先端部は、軸受１１の内輪１４における傾斜部１４ａに対向する位置に配置されている。また、ノズル３２ａの先端部の位置は、保持器１６の軸方向での端面１６ａ（図２参照）より内輪転走面寄りの位置であってもよい。 なお、ノズル３２ａのノズル孔の内径は、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、適宜設定できる。

軸受１１の軸方向において、保持器１６の幅Ｗに対する、保持器１６の端面１６ａからノズル３２ａの先端部までの距離Ａの比率（Ａ／Ｗ）×１００（単位：％）は０％超え２０％以下である。また、上記比率（Ａ／Ｗ）×１００（単位：％）は、たとえば２％以上であってもよく、５％以上であってもよい。また、上記比率は、１８％以下であってもよく、１５％以下であってもよい。

また、ノズル３２ａの先端部のピッチ円直径ＮＤ（軸受１１の回転中心からノズル３２ａの先端部における中心線３２ｃまでの距離を２倍した値）と、転動体１５のピッチ円直径ＰＣＤ（軸受１１の回転中心から転動体１５の中心までの距離を２倍した値）と、軸受１１の径方向における転動体１５の幅Ｄ（玉である転動体１５の直径）との間で、
ＰＣＤ−Ｄ＜ＮＤ＜ＰＣＤ−０．３Ｄ
という関係式が満足されるように、軸受１１およびノズル３２ａの寸法や配置は決定されている。

潤滑油供給ユニット２０の図１に示す制御回路２７は、たとえば潤滑油供給ユニット２０における潤滑油の供給状況に関するデータを取得するとともに、当該データを制御回路２７の外部へ（たとえば受信部としての出力基板５６（図４参照）へ）出力可能になっている。

潤滑油供給ユニット２０の発電部２５としては、例えば、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。具体的には、発電部２５は、外輪間座３３に接続された熱伝導体２３ａと、内輪間座３４に配置された熱伝導体２３ｂと、熱伝導体２３ａと熱伝導体２３ｂとの間を接続するように配置され、熱伝導体２３ａ、２３ｂと密着固定された熱電素子２４（ペルチェ素子のゼーベック効果を利用した素子）とを有する。

ここで、図２に示すように軸受装置１０として転がり軸受装置（たとえば軸受１１としてアンギュラ玉軸受を用いた転がり軸受装置）を使用する場合、転動体１５（図２参照）との摩擦熱により内輪１４と外輪１３の温度が上昇する。通常、外輪１３は機器のハウジングに組み込まれるため熱伝導により放熱される。そのため、内輪１４と外輪１３との間で温度差が生じる（外輪１３の温度に対して内輪１４の温度の方が高い）。その温度が各熱伝導体２３ａ、２３ｂに伝導される。熱伝導体２３ａ、２３ｂは、それぞれハウジング本体２１の内周面と外周面とを貫通するように配置されている。そのため、外輪間座３３を介して外輪１３と接続された熱伝導体２３ａ（ヒートシンク）と、内輪間座３４側（内輪１４側）に位置する熱伝導体２３ｂとの間に配置された熱電素子２４の両端面には温度差が生じる。このため、熱電素子２４ではゼーベック効果により発電を行うことができる。このような発電部２５を用いることにより、外部から潤滑油供給ユニットに電力を供給する必要がないため、工作機用スピンドル５０へ外部から電力を供給するための電線を取り付ける必要がない。

ハウジング本体２１の外周面を貫通する熱伝導体２３ａにおいて外輪間座３３の内周面に接する面には、熱導電性を考慮した接着剤を使用することが好ましい。なお、外輪１３側の熱伝導体２３ａの外周面の曲率半径は、外輪間座３３の内周面の曲率半径と実質的に同一にすることが好ましい。このようにすれば、外輪間座３３の内周面と熱伝導体２３ａの外周面とを密着させることができるので、熱伝導体２３ａと外輪間座３３および外輪１３との間で熱を効率的に伝えることができる。一方、内輪側の熱伝導体２３ｂの内周面（内輪間座３４と対向する面）は、内輪間座３４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２３ａ、２３ｂの体積を等しくすることが望ましい。また、内輪側の熱伝導体２３ｂの表面積を大きくすることが望ましい。

なお、外輪間座３３の内周面と熱伝導体２３ａとの間、熱伝導体２３ａと熱電素子２４との間、熱電素子２４と内輪側の熱伝導体２３ｂとの間には、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２３ａ、２３ｂの材料としては、熱伝導率の高い金属を使用することが好ましい。例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などを用いることができるが、コスト面から銅を使用することが好ましい。なお、熱伝導体２３ａ、２３ｂの材料として銅を主成分とする銅合金を用いてもよく、銅を主成分とする焼結合金を用いてもよい。また、熱電素子２４に接続される熱伝導体は高温側のみに配置され、低温側については間座（外輪間座３３）に熱電素子２４を密着固定してもよい。

発電部２５によって発生した（発電された）電荷は、電源回路２６に蓄電される。具体的には、当該電荷は電源回路２６（蓄電回路とも呼ぶ）に含まれる蓄電池やコンデンサなどの蓄電部に蓄電される。コンデンサとしては、電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用することが好ましい。

制御回路２７は、駆動回路２８を介してポンプ２９の動作を制御するための制御部であって、制御プログラムが保持されるプログラム記憶部および当該プログラム記憶部と接続され当該制御プログラムを実行する演算部（マイコン）とを含む。制御回路２７により、軸受１１への潤滑油の供給開始時期、供給タイミング（インターバル）、潤滑油の供給のためのポンプ２９の駆動時間、潤滑油の供給量などを予め設定することができる。そして、このように潤滑油の供給状態を適切に保つことにより、軸受装置の潤滑寿命を延ばすことができる。

駆動部としての駆動回路２８は、例えば、任意のセンサ（軸受温度センサ、軸受回転センサ、潤滑油残量センサ、潤滑油温度センサ等）を備えていてもよい。これらのセンサからの信号が駆動回路２８の演算部（マイコン）に入力され、軸受１１の温度及びその回転状況に応じてポンプ２９を自動制御し、潤滑油の供給量を調整してもよい。

ポンプ２９は駆動回路２８を介して制御回路２７により制御される。ポンプ２９は、潤滑油タンク３０内の潤滑油を吸込みチューブ３１から吸引し、吸引した潤滑油を吐出チューブ３２およびノズル３２ａを介して軸受１１の内部へ供給する。

潤滑油供給ユニット２０の円環状のハウジングを構成するハウジング本体２１と蓋体２２とは、任意の材料により構成してもよいが、たとえば樹脂材料、より好ましくは熱可塑性樹脂により構成してもよい。上記ハウジングを構成する材料としては、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用いることができる。また、ハウジング本体２１と蓋体２２とは同種の材料により構成されてもよいが、異なる材料により構成してもよい。

ハウジングの蓋体２２は、ハウジング本体２１に対し、固定部材の一例としてのネジにより固定されてもよい。蓋体２２をハウジング本体２１に固定することにより、ハウジング本体２１と蓋体２２とにより囲まれたハウジング内部を密閉することができる。なお、固定部材としてのネジが固定されているタップ穴３５から当該ネジを外して、蓋体２２を取り除くことができる。このようにすれば、潤滑油供給ユニット２０全体を軸受装置１０から取外すことなく、ハウジング本体２１内に収納されている潤滑油タンク３０に、潤滑油を補充することができる。

ハウジング本体２１は、外輪間座３３の内周面に固定されていてもよい。当該ハウジング本体２１と外輪間座３３との間はたとえば接着剤によって接着固定されていてもよい。ハウジング本体２１を接着固定する接着剤は、たとえばエポキシ樹脂等を使用してもよい。なお、ハウジング本体２１（つまり潤滑油供給ユニット２０）は軸受１１の静止輪に固定されていてもよい。なお、ハウジング本体２１と内輪間座３４との間には隙間３６が形成されていてもよい。

次に、ハウジング本体２１内に収納する潤滑油タンク３０は、柔軟性を有する樹脂製の袋体により構成してもよい。潤滑油タンク３０は、円環状のハウジング本体２１に沿って円弧状に配置されていてもよい。

潤滑油タンク３０を構成する樹脂製の袋体は、例えば、樹脂シートを重ね、外周部を熱溶着して形成して構成してもよい。潤滑油タンク３０の外周部が熱溶着された部分となっていてもよい。

潤滑油タンク３０の袋体には、ポンプ２９と接続する吸込みチューブ３１を設ける。吸込みチューブ３１は、潤滑油タンク３０の袋体を熱溶着により形成する際に、当該袋体を形成するために重ね合わせた樹脂シートの間に挟み込んで熱溶着する。このようにして、吸込みチューブ３１を袋体と一体化することができる。

なお、潤滑油タンク３０を構成する袋体の構成としては、他の任意の構成を採用することができる。たとえば、袋体をブロー成形により形成してもよい。この場合、吸込みチューブ３１を袋体と一体にブロー成形してもよい。また、潤滑油タンク３０の袋体を上記のようにブロー成形すると、袋体が膨らんだ形状（袋状）になるため、当該袋体を成形後、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、潤滑油タンク３０から潤滑油を最後まで吐出することができる。すなわち、潤滑油タンク３０内の潤滑油をほとんど使い切ることができる。

潤滑油タンク３０を形成する袋体の素材は、任意の材料を用いることができるが、たとえば樹脂材料を用いることが好ましい。潤滑油タンク３０の材料としては、たとえばナイロン、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、袋体内に収容される潤滑油に対する耐久性を有する材料であれば特に限定されない。

潤滑油タンク３０の袋体に設ける吸込みチューブ３１は、ポンプ２９に対して取り外し可能に接続されていてもよい。吸込みチューブ３１をポンプ２９に対して取り外し可能にすることで、潤滑油タンク３０内の潤滑油の残量がなくなった場合に、吸込みチューブ３１をポンプ２９から外し、吸込みチューブ３１から袋体内に潤滑油を補充することができる。

また、ポンプ２９に対して潤滑油タンク３０の袋体を取り外し可能にしておくことで、潤滑油を充填した予備の袋体を準備しておき、当該袋体を交換することができる。たとえば、使用中の潤滑油タンク３０内の潤滑油がなくなったときに、使用済みの潤滑油タンク３０の袋体を取り外し、予備の袋体（潤滑油が内部に充填された袋体）に交換することにより、潤滑油供給ユニット２０における潤滑油の補充を短時間で行うことができる。

また、上述した予備の袋体への潤滑油の充填は、潤滑油製造メーカなどにおいて管理された状態で実施できる。このようにすれば、袋体内への異物の侵入といった充填時における不具合の発生確率を低減できる。なお、予備の袋体を保管しているときには、予備の袋体の吸込みチューブ３１に蓋を装着しておくことが好ましい。このようにすれば、保管中の袋体の内部に異物が混入することを防止できる。

なお、上記の軸受装置は内輪回転である。また、回転中心を横軸としたが、縦軸としてもよい。

＜軸受装置の動作＞
軸受１１および潤滑油供給ユニット２０を含む軸受装置１０では、制御回路２７によりポンプ２９の動作を制御することにより、潤滑油タンク３０から軸受１１に潤滑油を供給することができる。

そして、保持器１６の端面１６ａより転動体１５寄りに配置されたノズル３２ａの先端部を介して軸受１１の内部に供給された潤滑油は、まず傾斜部１４ａに付着する。その後、内輪１４の回転による遠心力により、内輪１４の傾斜部１４ａの表面を当該潤滑油が転動体１５に向かって流動する。このようにして、軸受１１の内部に供給された潤滑油は転動体１５と内輪１４および外輪１３との接触部へ供給される。この結果、軸受１１の潤滑性能を長期間維持することができる。

また、保持器１６の幅Ｗに対する、保持器１６の端面１６ａからノズル３２ａの先端部までの距離Ａの比率（Ａ／Ｗ）×１００（単位：％）が０％超え２０％以下となるようにノズル３２ａが配置されているので、軸受１１内部において転動体１５に隣接した位置に確実に潤滑油を供給することができる。

さらに、ノズル３２ａの先端部のピッチ円直径ＮＤと、転動体１５のピッチ円直径ＰＣＤと、軸受１１の径方向における転動体１５の幅Ｄとの間で、
ＰＣＤ−Ｄ＜ＮＤ＜ＰＣＤ−０．３Ｄ
という関係式が満足されるように、軸受１１およびノズル３２ａの寸法や配置が決定されているため、軸受１１の内輪１４の外周面と保持器１６の内径面１６ｂとの間にノズル３２ａの先端部が配置されている。このため、当該保持器１６と内輪１４との間にノズル３２ａから潤滑油を確実に供給できる。

また、保持器１６の内径面１６ｂが中心側へ向かって大径となる形状であるため、内輪１４の回転による遠心力で移動し当該内径面１６ｂに付着した軸受１１内部の潤滑油も、保持器１６の内径面１６ｂを伝って転動体１５側に容易に誘導される。この点からも、潤滑油を転動体１５と内輪１４および外輪１３との接触部へ確実に供給することができる。

なお、ポンプ２９の駆動のタイミングは、発電部２５で発生した電力が電源回路２６における蓄電部（たとえばコンデンサ）に蓄電され、当該蓄電部の電圧が一定の電圧に達した時点で行なうことが可能である。さらに、グリースを封入した軸受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、ポンプ２９を所定のインターバル時間が経過した時点毎に駆動することが望ましい。

例えば、ポンプ２９を駆動するために必要な電圧に蓄電部の電圧が達する（あるいは満充電になる）までの充電時間が、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、蓄電部の電圧が所定の電圧に達した（つまり満充電状態に達した）時点ｔ１の後も、所定時間の蓄電時間（遅延時間）を加えて（つまり時点ｔ１から時点ｔ２までの遅延時間を加えて）、時点ｔ２において蓄電部に蓄積された電力によりポンプ２９を駆動する。このようにして、蓄電部の電圧が所定の電圧（たとえば満充電）に達する時間より、潤滑油の供給インターバルを長くするように管理できる。

＜機械装置の構成＞
図３および図４を参照して、本実施形態に係る軸受装置を適用した機械装置の一例である工作機用スピンドルの構成を説明する。

図３および図４に示すように、本実施形態に係る工作機用スピンドル５０は、回転軸５１と、当該回転軸５１の周囲を囲むように配置されたスピンドルハウジング５２と、当該スピンドルハウジング５２の外周に配置された外周ハウジング５３と、回転軸５１をスピンドルハウジング５２に対して回転可能に保持する軸受装置とを主に備える。回転軸５１の外周には２つの軸受装置が配置されている。軸受装置における軸受の内輪１４および内輪間座３４が回転軸５１の側面に嵌合固定されている。また、軸受の外輪１３および外輪間座３３がスピンドルハウジング５２の内周面に嵌合固定されている。なお、上記内輪１４、外輪１３および当該内輪１４と外輪１３との間に配置された玉である転動体１５を含む軸受はアンギュラ玉軸受である。当該軸受に隣接するように配置された内輪間座３４および外輪間座３３の間には、潤滑油供給ユニット２０が配置されている。また、２つの軸受の間（潤滑油供給ユニットが配置された側と反対側）には他の間座が回転軸５１およびスピンドルハウジング５２に嵌合固定されるとともに、内輪１４と外輪１３とに突き当てられている。

潤滑油供給ユニットの制御回路２７と対向する領域には、ハウジング本体２１（図２参照）、外輪間座３３、スピンドルハウジング５２および外周ハウジング５３を貫通する貫通穴が形成されている。この貫通穴の外周側端部には、外周ハウジング５３の表面に平面部が設けられ、当該平面部上に台座５７が配置されている。当該台座５７上に出力基板５６が配置されている。出力基板５６と潤滑油供給ユニット２０の制御回路２７とは、たとえばコンタクトプローブ５４により電気的に接続されている。コンタクトプローブ５４は上記貫通穴の内部に配置されている。コンタクトプローブ５４の一方端は制御回路２７の電極パッド（図示せず）に接触するとともに、コンタクトプローブ５４の他方端は導電線５５により出力基板５６と接続されている。コンタクトプローブ５４は出力基板５６側に接続固定されていてもよい。また、出力基板５６と制御回路２７とは、上記のように有線接続されていてもよいが、他の接続手段（たとえば発光素子と受光素子とを用いた光通信手段など）を用いて接続されていてもよい。

台座５７上に配置された出力基板５６を覆うように、カバー部材５８が台座５７に固定されている。出力基板５６上には、出力基板５６の回路を駆動するための電源である電池と、記憶部とが配置されている。電池としては、たとえばコイン型電池やボタン型電池を用いることができる。電池としてリチウム電池を用いることが望ましい。出力基板５６の表面にはこのような電池を固定するためのホルダが配置されている。また、記憶部としては、たとえばカード型の外部記憶媒体を接続固定するための保持部（スロット）と当該保持部に着脱可能に固定された外部記憶媒体とを用いることができる。外部記憶媒体としてはメモリカードなど従来周知の任意の記憶媒体を利用できる。

カバー部材５８は、台座５７との接続部材である固定ボルトを緩めるだけで台座５７から取り外せるように、Ｕ字形状の長穴部（固定ボルトを配置する穴）が形成されている。上記電池や外部記憶媒体の交換などは、カバー部材５８を台座５７から取り外した状態で行うことができる。

台座５７とカバー部材５８とにより密閉された上記出力基板５６が電圧監視ユニットの主要部を構成する。台座５７とカバー部材５８とは、加工機スピンドルを用いた加工時に使用されるクーラントなどの侵入を防ぐため、任意の防水構造を付加することができる。防水構造としては、たとえばパッキング、Ｏリング、コーキング、樹脂モールドなどを用いることができる。

また、上述した工作機用スピンドル５０は、上述のように内輪１４、外輪１３、転動体１５を含む軸受１１（図２参照）に接続され、制御回路２７（図１参照）を有する制御部を含むユニット本体部と、当該制御部と接続線（コンタクトプローブ５４）により接続された電圧監視ユニットである外部出力部７０とを含む潤滑油供給ユニットを備えている。ユニット本体部は、制御回路２７を含む制御部と、発電部２５（図１参照）および電源回路２６（図１参照）を含む電源部と、電源回路２６、駆動回路２８およびポンプ２９を含む潤滑油供給部と、潤滑油保持部（潤滑油タンク３０）とを含む。制御部は電源部および潤滑油供給部と接続され、潤滑油供給部における潤滑油の供給状態を制御するとともに潤滑油の供給状態に関するデータを取得する。当該データとしては、潤滑油の供給タイミングや潤滑油の供給間隔、またポンプ２９などを動作させたときの電源回路（具体的には蓄電部）における電圧(蓄電電圧）のデータなどが挙げられる。

制御部の制御回路２７と外部出力部７０の出力基板５６との接続部の構成としては、任意の構成を採用できるが、たとえば制御回路２７に設置された演算部（マイクロコンピュータ）と出力基板５６の演算部とが接続線により接続されていてもよい。制御回路２７の演算部は配線などにより電源や接地部と接続されている。また、出力基板５６では、演算部は電池および記憶部と接続されている。演算部から記憶部へ電圧などのデータを示す信号（制御回路２７から伝送された信号）が送信可能になっている。

上記のような構成により、出力基板５６の記憶部には制御回路２７から伝送された潤滑油の供給状況に関するデータが記憶される。当該データが制御回路２７から出力基板５６へ伝送されるタイミングとしては、任意のタイミングを採用できるが、たとえば制御回路２７の記憶部（演算部に含まれる記憶素子または演算部とは独立して制御回路２７に設けられている記憶素子など）が当該データで一杯になった時点で、制御回路２７から出力基板５６へデータを転送してもよい。当該データが電源部の蓄電電圧の時間変化データを含む場合、当該データを出力基板５６の記憶部を介して外部記憶媒体に保存し、外部記憶媒体を用いて当該データを外部のコンピュータなどに取り込むことができる。このようにすれば、外部のコンピュータ上で、潤滑油供給ユニットの状況（発電状態やポンプ２９の動作状態など）を確認する事ができる。

＜機械装置の動作＞
図３および図４に示した機械装置の一例である工作機用スピンドル５０は、回転軸５１が所定の駆動軸に接続されてスピンドルハウジング５２に対して回転可能になっている。そして、当該回転軸５１を支持する軸受装置では、潤滑油供給ユニットにより軸受１１（図２参照）に対して定期的に潤滑油が供給される。このため、当該工作機用スピンドル５０の信頼性および耐久性が向上する。

（実施の形態２）
図５を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、基本的には図１および図２に示した軸受装置１０と同様の構成を備えるが、ノズル３２ａの形状が図１および図２に示した軸受装置１０と異なっている。具体的には、ノズル３２ａの先端部は、保持器１６側（軸受１１の外輪１３側）に向けて傾いた（屈曲した）端部を含んでいる。そして、ノズル３２ａの先端部（屈曲した端部）の中心軸と保持器１６の表面との交点が、軸受１１の軸方向における保持器１６の端面１６ａより転動体１５側に位置するように、ノズル３２ａの形状及び位置が決定されている。より具体的には、ノズル３２ａの先端部の中心軸と保持器１６の表面との交点が、保持器１６の端面１６ａにおける内周側の角部１６ｃより転動体１５側に位置するように、ノズル３２ａが配置されている。

このようにすれば、図１および図２に示した軸受装置１０と同様の効果を得られるとともに、ノズル３２ａから吐出される潤滑油を、保持器１６の端面１６ａより転動体１５に近い領域に、保持器１６や転動体１５に向けて確実に供給することができる。

（実施の形態３）
図６を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、基本的には図１および図２に示した軸受装置１０と同様の構成を備えるが、ノズル３２ａの形状が図１および図２に示した軸受装置１０と異なっている。具体的には、ノズル３２ａの先端部は、全体が保持器１６側（軸受１１の外輪１３側）に向けて傾いている。そして、ノズル３２ａの先端部の中心軸と保持器１６の表面との交点は、軸受１１の軸方向における保持器１６の端面１６ａより転動体１５側に位置するように、ノズル３２ａの位置が決定されている。

このようにすれば、図１および図２に示した軸受装置１０と同様の効果を得られるとともに、図５に示した軸受装置１０と同様に、ノズル３２ａから吐出される潤滑油を、保持器１６の端面１６ａより転動体１５に近い領域に、保持器１６や転動体１５に向けて確実に供給することができる。

（実施の形態４）
図７を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、基本的には図１および図２に示した軸受装置１０と同様の構成を備えるが、軸受１１に対する潤滑油供給ユニット２０の配置が異なっている。すなわち、図７に示した軸受装置１０では、軸受１１の正面側に潤滑油供給ユニット２０が配置されている。

潤滑油供給ユニット２０のノズル３２ａの先端部は、軸受１１の内輪１４における外周面の段差部１４ｂに対向するように配置されている。段差部１４ｂは、軸受１１の径方向から見て保持器１６と重なる位置に配置されている。また、ノズル３２ａの先端部は、保持器１６と内輪１４との間であって、軸受１１の径方向から見て保持器１６と重なる位置にまで延びている。また、軸受１１の軸方向において、保持器１６の幅Ｗに対する、保持器１６の端面１６ａからノズル３２ａの先端部までの距離Ｂの比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）は０％超え１０％以下である。

このようにすれば、図１および図２に示した軸受装置１０と同様の効果を得られるとともに、ノズル３２ａから吐出される潤滑油を、内輪１４の段差部１４ｂや保持器１６の内径面１６ｂを介して、転動体１５へ確実に供給することができる。

（実施の形態５）
図８を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、基本的には図７に示した軸受装置１０と同様の構成を備えるが、ノズル３２ａの形状が図７に示した軸受装置１０と異なっている。具体的には、ノズル３２ａの先端部は、図５に示した軸受装置１０と同様に、保持器１６側（軸受１１の外輪１３側）に向けて傾いた（屈曲した）端部３２ｂを含んでいる。そして、ノズル３２ａの先端部（屈曲した端部３２ｂ）の中心線３２ｃと保持器１６の表面との交点が、軸受１１の軸方向における保持器１６の端面１６ａより転動体１５側に位置するように、ノズル３２ａの形状及び位置が決定されている。

このようにすれば、図７に示した軸受装置１０と同様の効果を得られるとともに、ノズル３２ａから吐出される潤滑油を、保持器１６の端面１６ａより転動体１５に近い領域に、保持器１６や転動体１５に向けて確実に供給することができる。

（実施の形態６）
図９を参照して、本実施形態に係る軸受装置を説明する。本実施形態に係る軸受装置１０は、基本的には図７に示した軸受装置１０と同様の構成を備えるが、ノズル３２ａの形状が図７に示した軸受装置１０と異なっている。具体的には、ノズル３２ａの先端部は、図６に示した軸受装置１０と同様に、全体が保持器１６側（軸受１１の外輪１３側）に向けて傾いている。そして、ノズル３２ａの先端部の中心軸と保持器１６の表面との交点は、軸受１１の軸方向における保持器１６の端面１６ａより転動体１５側に位置するように、ノズル３２ａの位置が決定されている。

このようにすれば、図７に示した軸受装置１０と同様の効果を得られるとともに、図８に示した軸受装置１０と同様に、ノズル３２ａから吐出される潤滑油を、保持器１６の端面１６ａより転動体１５に近い領域に、保持器１６や転動体１５に向けて確実に供給することができる。

上述した説明と一部重複する部分もあるが、本発明の実施形態の特徴的な構成を列挙する。

この発明の一実施形態に係る軸受装置１０は、軸受１１と、軸受１１に接続された潤滑油供給ユニット２０とを備え、軸受１１は、内周面に外輪転走面を有する外輪１３と、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪１３の内側に配置される内輪１４と、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体１５と、転動体１５を保持する保持器１６とを含む。潤滑油供給ユニット２０は、軸受１１の内部に供給される潤滑油を保持する保持部（潤滑油タンク３０）と、保持部から軸受１１の内部に潤滑油を供給する供給部（駆動回路２８、ポンプ２９、吸込みチューブ３１、吐出チューブ３２、ノズル３２ａ）と、電力を発生させる発電部２５とを含む。供給部は発電部２５において発生させた電力により作動する。供給部は、軸受１１の内部に潤滑油を供給するたのノズル３２ａを含む。軸受１１の軸方向において、ノズル３２ａの先端部の位置は保持器１６の端面１６ａより保持器１６の中心側に位置する。保持器１６の幅Ｗに対する、保持器１６の端面１６ａからノズル３２ａの先端部までの距離Ａ，Ｂの比率（（Ａ／Ｗ）×１００または（Ｂ／Ｗ）×１００ （単位：％））は０％超え２０％以下である。

このようにすれば、転動体１５と内輪１４および外輪１３の接触部へ潤滑油供給ユニット２０から潤滑油を確実に供給できる。この結果、長期に安定して動作させることが可能な軸受装置１０を得ることができる。

なお、上記比率が０％以下である場合（つまり、軸受１１の軸方向においてノズル３２ａの先端部の位置が保持器１６の端面１６ａと重なる、または端面１６ａから保持器１６の外側に位置する場合）、軸受１１の使用時における保持器１６の変位などを考慮すると、軸受１１の径方向から見て保持器１６と重ならない位置にノズル３２ａの先端部が位置し、保持器１６の内側（転動体１５により近い領域）へ潤滑油を十分供給できない可能性がある。また、ノズル３２ａの先端部が上記径方向から見て保持器１６と重ならない位置（保持器１６の端面１６ａより外側）に位置すると、ノズル３２ａの先端部から吐出された潤滑油が、軸受１１の高速回転により発生する風圧（エアカーテンとも呼ぶ）によって転動体１５へ十分到達しない可能性もある。また、上記比率が２０％を超える場合、ノズル３２ａの先端部と転動体１５とが接触する可能性がある。

上記比率の下限は、たとえば２％であってもよく、５％であってもよく、７％であってもよい。また、上記比率の上限は、１５％であってもよく、１３％であってもよい。

上記軸受装置１０において、軸受１１はアンギュラ玉軸受であってもよく、図２、図５、図６に示すように潤滑油供給ユニット２０は軸受１１の背面側に配置されていてもよい。この場合、軸受１１としてのアンギュラ玉軸受に対して、背面側（軸受１１の軸方向において、内輪１４と転動体１５（玉）との接触点からの距離よりも、外輪１３と転動体１５（玉）との接触点からの距離が小さくなっている端面側）に潤滑油供給ユニット２０が配置された軸受装置１０において、転動体１５と内輪１４、外輪１３との接触部へ潤滑油を供給することができる。なお、上記軸受１１の内輪１４における内輪転走面から背面側の端面までの外周面の部分は、内輪転走面側から端面側に向けて傾斜している傾斜部１４ａ（軸受１１の回転中心の軸に徐々に近づくように傾斜している傾斜部）を含んでいてもよい。ノズル３２ａの先端部は、転動体１５の中心から見て内輪１４側に配置されていてもよい。また、異なる観点から言えば、ノズル３２ａの先端部は、保持器１６と内輪１４との間に配置されていてもよい。

上記軸受装置１０において、軸受１１はアンギュラ玉軸受であってもよく、図７〜図９に示すように、潤滑油供給ユニット２０は軸受１１の正面側に配置されていてもよい。上記比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）は０％超え１０％以下であってもよい。

この場合、軸受１１としてのアンギュラ玉軸受に対して、正面側（軸受１１の軸方向において、内輪１４と転動体１５（玉）との接触点からの距離よりも、外輪１３と転動体１５（玉）との接触点からの距離が大きくなっている端面側）に潤滑油供給ユニット２０が配置された軸受装置１０において、転動体１５と内輪１４、外輪１３との接触部へ潤滑油を供給することができる。なお、上記軸受１１の内輪１４における内輪転走面から正面側の外周面の部分は、内輪転走面側から正面側に向かって外周面が凹んだ形状となる段差部１４ｂを含んでもよい。当該段差部１４ｂは、軸受１１の径方向から見て保持器１６と重なる位置に形成されていてもよい。ノズル３２ａの先端部は、段差部１４ｂに面するように配置されていてもよい。なお、上記比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）が１０％を超える場合、ノズル３２ａの先端部と転動体１５とが接触する可能性がある。上記比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）の上限は、８％でもよく、６％でもよい。また、当該比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）の下限は２％であってもよく、３％であってもよく、４％であってもよい。上述のように潤滑油供給ユニット２０を軸受１１の正面側に配置する場合、上記比率（Ｂ／Ｗ）×１００（単位：％）を５％としてもよい。

上記軸受装置１０は、軸受１１におけるノズル３２ａの先端部のピッチ円直径をＮＤとし、複数の転動体のピッチ円直径をＰＣＤとし、軸受の径方向における転動体の幅をＤとしたときに、
ＰＣＤ−Ｄ＜ＮＤ＜ＰＣＤ−０．３Ｄ
という関係式を満足してもよい。

この場合、ノズル３２ａの先端部を、軸受１１の径方向において内輪１４と転動体１５との接触部より外側であって、保持器１６の内径面１６ｂより内側の位置に配置することができる。なお、ノズル３２ａの先端部のピッチ円直径ＮＤの下限は（ＰＣＤ−０．９Ｄ）であってもよく、（ＰＣＤ−０．８Ｄ）であってもよい。また、上記ピッチ円直径ＮＤの上限は（ＰＣＤ−０．４Ｄ）であってもよく、（ＰＣＤ−０．５Ｄ）であってもよい。

なお、上記ピッチ円直径ＮＤの下限を（ＰＣＤ−Ｄ）より小さくすると、ノズル３２ａの先端部が内輪１４と転動体１５との接触部より軸受１１の回転中心寄りの位置に配置されることになり、内輪１４とノズル３２ａの先端部とが接触する可能性がある。また、上記ピッチ円直径ＮＤの上限を（ＰＣＤ−０．３Ｄ）超えとすると、ノズル３２ａの先端部が保持器１６と接触する可能性がある。

上記軸受装置１０において、ノズル３２ａの先端部の中心軸が軸受１１の軸方向より保持器１６側に傾いていてもよく、ノズル３２ａの先端部の中心軸と保持器１６の表面との交点は、軸受１１の軸方向における保持器１６の端面１６ａより転動体１５側に位置してもよい。

この場合、ノズル３２ａの先端部から供給される潤滑油を、保持器１６の端面より転動体１５側（つまり転動体１５に近い領域）へ確実に供給することができる。

上記軸受装置１０において、保持器１６の内径面１６ｂは、図２、図５〜図９に示すように、軸受１１の軸方向における端部から中心側へ向かって大径となる断面形状を有していてもよい。

この場合、保持器１６において転動体１５は軸方向における中心部に保持されるときには、ノズル３２ａの先端部から軸受１１の内部（たとえば保持器１６と内輪１４との間の空間）に供給された潤滑油を、軸受１１の回転に伴う遠心力を利用して保持器１６の内径面１６ｂに沿って転動体１５へ確実に供給することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

この発明は、発電部を有する潤滑油供給ユニットを含む軸受装置および当該軸受装置を備える機械装置に特に有利に適用される。

１０ 軸受装置、１１ 軸受、１３ 外輪、１４ 内輪、１４ａ 傾斜部、１４ｂ 段差部、１５ 転動体、１６ 保持器、１６ａ 端面、１６ｂ 内径面、１６ｃ 角部、２０ 潤滑油供給ユニット、２１ ハウジング本体、２２ 蓋体、２３ａ，２３ｂ 熱伝導体、２４ 熱電素子、２５ 発電部、２６ 電源回路、２７ 制御回路、２８ 駆動回路、２９ ポンプ、３０ 潤滑油タンク、３１ チューブ、３２ 吐出チューブ、３２ａ ノズル、３２ｂ 端部、３２ｃ 中心線、３３ 外輪間座、３４ 内輪間座、３５ タップ穴、３６ 隙間、５０ 工作機用スピンドル、５１ 回転軸、５２ スピンドルハウジング、５３ 外周ハウジング、５４ コンタクトプローブ、５５ 導電線、５６ 出力基板、５７ 台座、５８ カバー部材、７０ 外部出力部。

Claims (6)

1. 軸受と、
   前記軸受に接続された潤滑油供給ユニットとを備え、
   前記軸受は、
   内周面に外輪転走面を有する外輪と、
   外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置される内輪と、
   前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、
   前記転動体を保持する保持器とを含み、
   前記潤滑油供給ユニットは、
   前記軸受の内部に供給される潤滑油を保持する保持部と、
   前記保持部から前記軸受の内部に前記潤滑油を供給する供給部と、
   電力を発生させる発電部とを含み、
   前記供給部は前記発電部において発生させた電力により作動し、
   前記供給部は、前記軸受の内部に前記潤滑油を供給するたのノズルを含み、
   前記軸受の軸方向において、前記ノズルの先端部の位置は前記保持器の端面より前記保持器の中心側に位置し、
   前記保持器の幅に対する、前記保持器の端面から前記ノズルの先端部までの距離の比率は０％超え２０％以下であり、
   前記軸受における前記ノズルの先端部のピッチ円直径をＮＤとし、複数の前記転動体のピッチ円直径をＰＣＤとし、前記軸受の径方向における前記転動体の幅をＤとしたときに、
   ＰＣＤ−Ｄ＜ＮＤ＜ＰＣＤ−０．３Ｄ
   という関係式を満足する、軸受装置。
2. 軸受と、
   前記軸受に接続された潤滑油供給ユニットとを備え、
   前記軸受は、
   内周面に外輪転走面を有する外輪と、
   外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置される内輪と、
   前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体と、
   前記転動体を保持する保持器とを含み、
   前記潤滑油供給ユニットは、
   前記軸受の内部に供給される潤滑油を保持する保持部と、
   前記保持部から前記軸受の内部に前記潤滑油を供給する供給部と、
   電力を発生させる発電部とを含み、
   前記供給部は前記発電部において発生させた電力により作動し、
   前記供給部は、前記軸受の内部に前記潤滑油を供給するたのノズルを含み、
   前記軸受の軸方向において、前記ノズルの先端部の位置は前記保持器の端面より前記保持器の中心側に位置し、
   前記保持器の幅に対する、前記保持器の端面から前記ノズルの先端部までの距離の比率は０％超え２０％以下であり、
   前記ノズルの先端部の中心軸が前記軸受の軸方向より前記保持器側に傾いており、
   前記ノズルの先端部の前記中心軸と前記保持器の表面との交点は、前記軸受の軸方向における前記保持器の端面より前記転動体側に位置する、軸受装置。
3. 前記軸受における前記ノズルの先端部のピッチ円直径をＮＤとし、複数の前記転動体のピッチ円直径をＰＣＤとし、前記軸受の径方向における前記転動体の幅をＤとしたときに、
   ＰＣＤ−Ｄ＜ＮＤ＜ＰＣＤ−０．３Ｄ
   という関係式を満足する、請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記軸受はアンギュラ玉軸受であり、
   前記潤滑油供給ユニットは前記軸受の背面側に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
5. 前記軸受はアンギュラ玉軸受であり、
   前記潤滑油供給ユニットは前記軸受の正面側に配置され、
   前記比率は０％超え１０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受装置。
6. 前記保持器の内径面は、前記軸受の軸方向における端部から中心側へ向かって大径となる断面形状を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受装置。