WO2015111511A1

WO2015111511A1 - 転がり軸受装置

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Publication number: WO2015111511A1
Application number: PCT/JP2015/051040
Authority: WO
Inventors: 水谷　守
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2015-07-30
Also published as: EP3098467A1; US20160333937A1; JP2015137668A; CN105917130A; KR20160108364A; EP3098467A4; TW201540976A

Abstract

潤滑油タンク４６を形成する袋体４６ａの形状を工夫することにより、軸受サイズ毎の円弧状の金型が不要となり、間座の幅が長くなっても、円環状のハウジングに形成される潤滑油タンクの収容スペースの有効活用を図ることができるようにすることを課題とする。　転がり軸受１１と、潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク４６を少なくとも備える給油ユニット１３の組み合わせからなり、前記給油ユニット１３が前記転がり軸受１１に隣接して設けられた間座１６の内輪１７と外輪１８の間の空間に設置されている転がり軸受装置１０において、前記潤滑油タンクの収容スペースが、間座の軸方向幅とほぼ同等で、周方向長さが間座１６の軸方向視における中心角θの範囲にあり、この収容スペース内に収容される潤滑油タンク４６が、幅が収容スペースの軸方向幅とほぼ同等で、長さが間座の中心径Ａ×π×（θ／３６０）とほぼ同等である矩形の袋体４６ａによって形成する。

Description

転がり軸受装置

　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。

　この種の転がり軸受装置１１０として、図１３に示すように、転がり軸受１１１、その軸方向の一端部に突き当てられた間座１１２及び間座１１２に組み込まれた給油ユニット１１３により構成されるものがある（特許文献１）。

　この転がり軸受装置１１０は、回転軸１１４とハウジング１１５の間に組み込んで使用に供され、転がり軸受１１１の他端部にも他の間座１１６が突き当てられ、両方の間座１１２、１１６により転がり軸受１１１の軸方向の位置決めが行われている。

　転がり軸受１１１は、回転側の軌道輪である内輪１１７、固定側の外輪１１８及びこれらの軌道輪の間に介在された所要数の転動体１１９、その転動体１１９を一定間隔に保持する保持器１２１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であり、転がり軸受１１１には、予め所望のグリースが封入され、間座１１６側の端部に、シール板１２２が装着されている。

　間座１１２は、内輪側間座１１２ａと外輪側間座１１２ｂとからなり、内輪側間座１１２ａは回転軸１１４側に嵌合固定され、内輪１１７の一方の端面に突き当てられている。外輪側間座１１２ｂはハウジング１１５の内径面に嵌合固定され、外輪１１８の一方の端面に突き当てられている。他方の間座１１６も同様に回転軸１１４側及びハウジング１１５側に嵌合固定され、内輪１１７及び外輪１１８の他方の端面に突き当てられている。

　前記給油ユニット１１３は、図１４に示すように、円環状のハウジング１２４内に、円周方向に発電部１４１、充電部１４２、制御部１４３、駆動部１４４、ポンプ１４５、潤滑油タンク１４６等の諸部材を収納して構成されている。

特開２０１３－６０９９９号公報

　ところで、ハウジング本体１２４ａ内に収納する潤滑油タンク１４６は、袋体からなり、円環状のハウジング１２４に沿って円弧状に配置されている。

　この円弧状の袋体１４６ａは、図１５に示すように、円弧状に切り出した２枚のシート１４６ｂ、１４６ｂを上下に重ねあわせた後、図１６に示すように、重ねあわせた２枚のシート１４６ｂ、１４６ｂの外周部を熱溶着して形成されているものもある。熱溶着部分１４６ｃは、図１６にクロスハッチングで示している。

　このように、円弧状に切り出した２枚のシート１４６ｂ、１４６ｂからなる袋体１４６ａを、円環状のハウジング１２４に配置した場合、図１３に示すように、間座１１２の幅が長い場合には、袋体１４６ａからなる潤滑油タンク１４６の軸方向の側方に大きなデッドスペースＳが生じ、円環状のハウジング１２４の潤滑油タンク１４６の収容スペースの有効活用が図れないという問題が生じる。

　また、潤滑油タンク１４６を構成する円弧状の樹脂製の袋体１４６ａを形成するには、円弧状のシートの切り出しと、熱溶着時に、軸受サイズ毎に、円弧状に沿った形状の円弧状金型が必要になる。

　そこで、この発明は、潤滑油タンクを形成する袋体の形状を工夫することにより、軸受サイズ毎の円弧状の金型が不要となり、間座の幅が長くなっても、円環状のハウジングに形成される潤滑油タンクの収容スペースの有効活用を図ることができるようにすることを課題とするものである。

　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、転がり軸受と、潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、ポンプ、駆動部、電源部、制御部を少なくとも備える給油ユニットの組み合わせからなり、前記給油ユニットが前記転がり軸受に隣接して設けられた間座の内輪と外輪の間の空間に設置されている転がり軸受装置において、前記給油ユニットの潤滑油タンクの収容スペースが、間座の軸方向幅とほぼ同等で、周方向長さが間座の軸方向視における中心角θの範囲にあり、この収容スペース内に収容される潤滑油タンクが、幅が収容スペースの軸方向幅とほぼ同等で、長さが間座の中心径Ａ×π×（θ／３６０）とほぼ同等である袋体からなることを特徴とする。

　前記潤滑油タンクを構成する矩形の柔軟性を有する袋体は、幅が収容スペースの軸方向幅とほぼ同等で、長さが間座の中心径Ａ×π×（θ／３６０）とほぼ同等であるため、収容スペースに無駄な空きスペースが生じず、収容スペースの有効活用を図ることができる。

　また、矩形の袋体は、短冊形状のシートを重ねて、４辺を直線状に溶着したり、間座幅の２倍の幅を有する短冊形状のシートを二つ折りにして３辺を直線状に溶着したりすることにより、製造することができるので、特別な形状の金型不要である。
　なお、潤滑油タンクを構成する袋体は、麻などの織布、樹脂、織布に樹脂やゴムなどをコーティングしたものが使用できるが、取り扱い易さ、製造性やコストを考えると、樹脂製が好ましい。

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。（ａ）はこの発明で使用する樹脂製の袋体を形成する短冊状の樹脂シートを２枚重ねした状態を示す平面図、（ｂ）は２枚重ねした短冊状の樹脂シートの外周の４辺を熱溶着して形成したこの発明で使用する樹脂製の袋体の平面図である。（ａ）はこの発明で使用する樹脂製の袋体を形成する短冊状の樹脂シートを二つ折りした状態を示す平面図、（ｂ）は二つ折りした外周の３辺を熱溶着して形成したこの発明で使用する樹脂製の袋体の平面図である。図３の二点鎖線の○印で囲んだ袋体の拡大図である。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。駆動部の詳細ブロック図である。図１４のＡ－Ａ線の方向から見た従来の転がり軸受装置の断面図である。従来の給油ユニットの図１のＸ１－Ｘ１線の断面図である。従来例で使用する樹脂製の袋体を形成する円弧状の樹脂シートを２枚重ねした状態を示す平面図である。２枚重ねした円弧状の樹脂シートの外周を熱溶着して形成した従来例の樹脂製の袋体の平面図である。

　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、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４６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（ａ）に示すように、ハウジング本体２４ａの幅Ｌとほぼ同等の幅で、長さがハウジング本体２４ａの袋体４６ａの収容空間の周方向の長さ、即ち、袋体４６ａの収容空間が、間座１２の中心角θ°の範囲の場合、間座１２の中心径Ａ×π×（θ／３６０）の長さを有する２枚の矩形の短冊状の樹脂シート４６ｂ、４６ｂを上下に重ねて、外周の４辺を、図５（ｂ）に示すように、直線状に熱溶着することによって形成することができる。符号４６ｃは、熱溶着部分を示している。
　また、図６（ａ）に示すように、ハウジング本体２４ａの幅Ｌの２倍の幅の短冊状の樹脂シート４６ｂを二つ折りにして、図６（ｂ）に示すように、外周の３辺を直線状に熱溶着することによって形成してもよい。

　袋体４６ａには、図７に拡大して示すように、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。

　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。

　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、内輪１７、外輪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、外輪側間座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、内輪側間座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、外輪側間座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、固定側絶縁基板５８及び可動側絶縁基板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。転がり軸受装置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。

　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４０は、図１２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。

１０　　　：転がり軸受装置
１１　　　：転がり軸受
１２　　　：間座
１２ａ　　：内輪側間座
１２ｂ　　：外輪側間座
１２ｃ　　：凹所
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
４０　　　：駆動部
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　　：樹脂シート
４６ｃ　　：熱溶着部分
４７ａ　　：軸受温度センサー
４７ｂ　　：軸受回転センサー
４７ｃ　　：潤滑油残量センサー
４７ｄ　　：潤滑油温度センサー
５１　　　：ＣＰＵ
５２　　　：熱伝導体
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
６４　　　：圧電体

Claims

　転がり軸受と、潤滑油の吐出口を有する潤滑油タンク、ポンプ、駆動部、電源部、制御部を少なくとも備える給油ユニットの組み合わせからなり、前記給油ユニットが前記転がり軸受に隣接して設けられた間座の内輪と外輪の間の空間に設置されている転がり軸受装置において、前記給油ユニットの潤滑油タンクの収容スペースが、間座の軸方向幅とほぼ同等で、周方向長さが間座の軸方向視における中心角θの範囲にあり、この収容スペース内に収容される潤滑油タンクが、幅が収容スペースの軸方向幅とほぼ同等で、長さが間座の中心径Ａ×π×（θ／３６０）とほぼ同等である袋体からなることを特徴とする転がり軸受装置。
　前記潤滑油タンクを形成する袋体が、矩形の柔軟性を有する袋体からなることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受装置。
　前記潤滑油タンクを形成する袋体が、二枚の矩形の樹脂シートを重ね、外周部を熱溶着して形成したものである請求項２記載の転がり軸受装置。
　前記潤滑油タンクを形成する袋体が、矩形の樹脂シートを二つ折りして重ね、外周の三辺を熱溶着して形成したものである請求項２記載の転がり軸受装置。
　前記潤滑油タンクとポンプとを接続する吸い込みチューブを、袋体を形成する重ね合わせたシートの間に挟み込んで接合している請求項１～４のいずれかの項に記載の転がり軸受装置。