WO2022059572A1 - 軸受装置 - Google Patents

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翔平 橋爪
敬一 植田
康之 浜北
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a bearing device having a wireless communication function.
  • a detection device such as a sensor may be attached to a machine including a rolling mechanism or a swinging mechanism, which is used for the spindle of a machine tool, in order to control or monitor the state of the machine.
  • a detection device such as a sensor may be attached to a machine including a rolling mechanism or a swinging mechanism, which is used for the spindle of a machine tool, in order to control or monitor the state of the machine.
  • it is effective to detect the characteristics in the vicinity of the bearing inside the machine, so it is desirable to arrange various sensors such as rotation sensors and temperature sensors in the vicinity of the bearing inside the machine. ..
  • Patent Document 1 a wireless sensor with an antenna is attached to the outer ring of the bearing, and the data detected by this wireless sensor is wirelessly transmitted by radio waves.
  • the bearing device to be transmitted to the outside is disclosed in.
  • the housing located around the part where the wireless sensor is attached A space (hole or groove) is formed inside to facilitate the propagation of radio waves transmitted from the wireless sensor to the outside.
  • a space (hole or groove) for facilitating the propagation of radio waves is formed inside the housing arranged around the bearing. There is.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, the purpose of which is to wirelessly transmit data without forming a space inside the housing around the bearing to facilitate the propagation of radio waves. It is to provide a bearing device which can transmit to the outside.
  • the bearing device has a tubular housing for accommodating a rotating body inside, an inner ring fixed to the outer diameter surface of the rotating body, and an outer ring fixed to the inner diameter surface of the housing, and rotates.
  • the first bearing is sandwiched between a first bearing that rotatably supports the body with respect to the housing, a lid that is fitted to the inner diameter surface of the housing in contact with the axial end face of the housing and the axial end face of the outer ring. It is provided with a communication device which is arranged in an area facing the lid and performs wireless communication using electromagnetic waves.
  • a non-metal layer made of a non-metal material is formed.
  • the communication device is arranged in a region between the first bearing and the second bearing arranged at a position facing the lid portion across the first bearing.
  • the bearing device is located in the area between the first bearing and the second bearing and further comprises a self-powering device that supplies power to the communication device.
  • the non-metallic material is ceramics.
  • the first bearing is an angular contact ball bearing.
  • the rotating body is the spindle of the machine tool.
  • a bearing device capable of transmitting data wirelessly to the outside without forming a space for facilitating the propagation of radio waves inside the housing around the bearing.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view (No. 3) showing a schematic configuration of a bearing device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a bearing device 1 according to the first embodiment.
  • the bearing device 1 shown in FIG. 1 is used, for example, as a built-in motor type spindle device for a machine tool.
  • a motor (not shown) is incorporated in one end side (right side in FIG. 1) of the spindle 4 supported by the bearing device 1, and an end mill or the like (not shown) is cut in the other end side (left side in FIG. 1).
  • the tool is connected.
  • the shaft diameter of the spindle 4 is set to 70 mm, and the maximum rotation speed of the spindle 4 is set to 20000 rpm.
  • the bearing device 1 includes a metal tubular housing 3, a bearing 5 including two bearings 5a and 5b, a spacer 6 arranged between the bearing 5a and the bearing 5b, and a metal presser lid 10. , 20 and a communication module 140.
  • the spindle 4 is provided inside the housing 3 and is rotatably supported by the bearings 5a and 5b with respect to the housing 3.
  • the bearing 5a is a rolling bearing including a metal inner ring 5ia, a metal outer ring 5ga, a plurality of rolling elements Ta arranged between the inner ring 5ia and the outer ring 5ga, and a cage Rta. The distance between the plurality of rolling elements Ta is maintained by the cage Rta.
  • the bearing 5b is a rolling bearing including a metal inner ring 5ib, a metal outer ring 5gb, a plurality of rolling elements Tb arranged between the inner ring 5ib and the outer ring 5gb, and a cage Rtb. The spacing between the plurality of rolling elements Tb is maintained by the cage Rtb.
  • the inner ring 5ia of the bearing 5a and the inner ring 5ib of the bearing 5b separated in the axial direction are fitted to the spindle 4 in a tightly fitted state (press-fitting state).
  • the spacer 6 includes an inner ring spacer 6i and an outer ring spacer 6g.
  • the inner ring spacer 6i is arranged between the inner rings 5ia and 5ib, and the outer ring spacer 6g is arranged between the outer rings 5ga and 5gb.
  • bearings 5a and 5b angular contact ball bearings, deep groove ball bearings, tapered roller bearings and the like can be used.
  • An angular contact ball bearing is used for the bearing device 1 shown in FIG. 1, and two bearings 5a and 5b are installed in a back combination (DB combination).
  • the arrangement of the bearings is not limited to the back combination, and may be, for example, a front combination.
  • a refrigerant flow path (not shown) is formed inside the housing 3.
  • the bearings 5a and 5b can be cooled by flowing the refrigerant through the refrigerant flow path of the housing 3.
  • Each of the presser lids 10 and 20 is an annular member for suppressing the axial displacement of the housing 3 with respect to the bearings 5a and 5b.
  • the presser lid 10 is fitted to the inner diameter surface of the housing 3 in a state of being in contact with one side in the axial direction of the housing 3 (the left side in which the cutting tool is provided in FIG. 1) and the end surface on one side in the axial direction of the outer ring 5ga. Will be done.
  • the presser lid 20 is fitted to the inner diameter surface of the housing 3 in a state of being in contact with the other end surface of the housing 3 in the axial direction (the right side where the motor is provided in FIG. 1) and the one end surface of the outer ring 5 gb in the axial direction.
  • a communication module 140 with a built-in sensor is arranged between the bearing 5a and the bearing 5b. More specifically, the communication module 140 is attached to the inside of the outer ring spacer 6 g arranged between the outer rings 5 ga and 5 gb. When viewed with reference to the bearing 5a, the communication module 140 is arranged in a region facing the holding lid 10 with the bearing 5a interposed therebetween. Further, when viewed with reference to the bearing 5b, the communication module 140 is arranged in a region facing the holding lid 20 with the bearing 5b interposed therebetween.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the communication module 140 according to the present embodiment.
  • the communication module 140 includes a plurality of sensors (heat flow sensor 11 for measuring heat flow flux, temperature sensor 56 for measuring temperature, vibration sensor 57 for measuring vibration, and a plurality of sensors for controlling the spindle 4 and monitoring the state of the bearing device 1. And a load sensor 59 for measuring the preload, etc.), a communication device 141, and a power generation device 142 are built-in.
  • the communication device 141 is connected to each sensor by an electric wire, and collects data indicating the detection result of each sensor.
  • the communication device 141 may be wirelessly connected to each sensor and wirelessly collect data indicating the detection result of each sensor.
  • the communication device 141 transmits the data collected from each sensor to the external device 200 provided outside the bearing device 1 by wireless communication using electromagnetic waves.
  • the communication device 141 conforms to, for example, a communication standard of Bluetooth (registered trademark), and can wirelessly transmit data indicating the detection result of each sensor to the external device 200 using radio waves in the frequency band of 2.4 GHz. ..
  • the power generation device 142 is connected to the communication device 141 and self-generates electric power for driving the communication device 141.
  • a thermoelectric element (Pelche element) that generates power by the Zeebeck effect can be used. If electric power is required to drive each sensor, the sensor may be supplied with electric power from the power generation device 142.
  • each sensor, the communication device 141, and the power generation device 142 are modularized into one as a communication module 140 and arranged in the outer ring spacer 6g.
  • each sensor and the communication device will be described.
  • the 141 and the power generation device 142 may be arranged individually without being modularized.
  • the communication module 140 is arranged between the bearing 5a and the bearing 5b, and is configured to wirelessly transmit data indicating the detection results of each sensor to the outside. Will be done.
  • the bearing 5a, the housing 3 around the bearing 5a, and the holding lids 10 and 20 are all made of metal, it is difficult for radio waves to pass from the communication module 140 to the outside of the bearing 5a and the outside of the bearing 5b.
  • the contact portion of the presser cover 10 with the housing 3 (the axial side end surface of the presser cover 10 on one side of the housing 3 and the end surface on one side of the presser cover 10).
  • a non-metal layer 10a made of ceramics, which is a non-metal material, is provided on the portion that fits with the inner diameter surface).
  • the contact portion of the presser lid 20 with the housing 3 (the portion of the presser cover 20 that fits with the axial end surface and the inner diameter surface of the other side of the housing 3) is a non-metal made of ceramics, which is a non-metal material.
  • the layer 20a is provided. Examples of the ceramics used for the non-metal layers 10a and 20a include silicon nitride, alumina, and zirconia.
  • the data from the communication module 140 is passed through the non-metal layers 10a and 20a provided at the contact portions with the housing 3 in the presser lids 10 and 20 to pass through the bearing device 1. It becomes possible to transmit wirelessly to the outside of 1. As a result, data can be transmitted wirelessly to the outside without forming a space inside the housing 3 for facilitating the propagation of radio waves.
  • the power generation device 142 that self-generates the electric power for driving the communication device 141 is arranged between the bearing 5a and the bearing 5b, which is the same as the communication device 141. Therefore, the communication device 141 can be driven without providing an electric wire for supplying the drive power to the communication device 141 outside the bearing device 1.
  • FIG. 1 shows an example in which the non-metal layers 10a and 20a are provided on a part of the pressing lids 10 and 20 in the circumferential direction, but the pressing lids 10 and 20 are not fitted to the inner diameter surface of the housing 3.
  • the non-metal layers 10a and 20a may be provided over the entire circumferential direction of the presser lids 10 and 20.
  • the material of the non-metal layers 10a and 20a may be any non-metal material capable of passing electromagnetic waves, and is not limited to the above-mentioned ceramics.
  • the material of the non-metal layers 10a and 20a may be a resin material such as PEEK (polyetheretherketone) or PPS (polyphenylene sulfide), a material reinforced with carbon fiber or glass fiber, or glass or rubber. good.
  • non-metal layer is not necessarily limited to being provided at both ends in the axial direction of the housing 3. That is, it may be provided with only one of the non-metal layers 10a and 20a.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the bearing device 1A according to the second embodiment.
  • the above-mentioned non-metal layer is arranged in the housing 3 instead of the holding lids 10 and 20.
  • the housing 3 and the holding lids 10 and 20 of the bearing device 1 shown in FIG. 1 are changed to the housing 3A and the holding lids 10A and 20A, respectively.
  • Other configurations of the bearing device 1A are the same as those of the bearing device 1 described above.
  • the presser lids 10A and 20A are obtained by removing the non-metal layers 10a and 20a from the presser foot lids 10 and 20 described above, respectively.
  • non-metal layers 3a and 3b made of a non-metal material are provided at the contact portions of the housing 3A with the presser lids 10A and 20A, respectively.
  • a non-metal layer 3a is provided on one side axial end portion and a part of the inner diameter surface of the housing 3A, and a non-metal layer is provided on the other side axial end portion and a part of the inner diameter surface of the housing 3A.
  • 3b is provided.
  • the data from the communication module 140 is wirelessly transmitted to the outside of the bearing device 1A via the non-metal layers 3a and 3b provided at both ends of the housing 3. It becomes possible to do. As a result, data can be transmitted wirelessly to the outside without forming a space inside the housing 3A for facilitating the propagation of radio waves.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the bearing device 1B according to the third embodiment.
  • the housing 3A and the presser cover 10A of the bearing device 1A shown in FIG. 3 are changed to the housing 3 and the presser cover 10B, respectively, and an inner ring spacer 32 is added.
  • Other configurations of the bearing device 1B are the same as those of the bearing device 1A described above.
  • the housing 3 of the bearing device 1B is the same as the housing 3 of the bearing device 1 described above.
  • a labyrinth portion 30 is provided.
  • the labyrinth portion 30 is formed by an inner diameter portion 31 of the presser lid 10B and an inner ring spacer 32 arranged between the inner diameter surface of the presser lid 10B and the outer diameter surface of the main shaft 4 and fitted to the main shaft 4.
  • a resin material is used as the material for the inner diameter portion 31 and the inner ring spacer 32 of the holding lid 10B forming the labyrinth portion 30. That is, the labyrinth portion 30 forms a non-metal layer.
  • the data from the communication module 140 can be wirelessly transmitted to the outside of the bearing device 1B via the labyrinth section 30 (non-metal layer). Become.
  • data can be transmitted wirelessly to the outside without forming a space inside the housing 3A for facilitating the propagation of radio waves.
  • FIG. 4 shows an example in which a non-metal layer is formed on both the inner diameter portion 31 and the inner ring spacer 32 of the presser lid 10B forming the labyrinth portion 30, the inner diameter portion 31 and the inner ring spacer 32 of the presser lid 10B are shown.
  • the non-metal layer may be formed on only one of the 32.
  • 1,1A, 1B bearing device 3,3A housing, 3a, 3b, 10a, 20a non-metal layer, 4 spindle, 5,5a, 5b bearing, 5ga, 5gb outer ring, 5ia, 5ib inner ring, 6 spacer, 6g outer ring Bearing, 6i, 32 Inner ring bearing, 10,10A, 10B, 20,20A Presser lid, 11 heat flow sensor, 30 labyrinth part, 31 inner diameter part, 56 temperature sensor, 57 vibration sensor, 59 load sensor, 140 communication module, 141 communication device, 142 power generation device, 200 external device, Rta, Rtb cage, Ta, Tb rolling element.

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Abstract

軸受装置（１）は、主軸（４）を内部に収容するハウジング（３）と、内輪（５ｉａ）と外輪（５ｇａ）とを有し、主軸（４）をハウジング（３）に対して回転自在に支持する軸受（５ａ）と、ハウジング（３）の軸方向端面および外輪（５ｇａ）の軸方向端面に接触した状態でハウジング（３）の内径面に嵌合される押え蓋（１０）と、軸受（５ａ）を挟んで押え蓋（１０）と対向する領域に配置され、電磁波を用いた無線通信を行なう通信モジュール（１４０）とを備える。押え蓋（１０）におけるハウジング（３）との接触部分に、非金属材料であるセラミックスを素材とする非金属層（１０ａ）が設けられている。

Description

軸受装置
　この発明は、無線通信機能を備えた軸受装置に関する。
　工作機械の主軸などに用いられる、転がり機構あるいは揺動機構を含む機械には、機械の制御あるいは状態監視を行うために、センサなどの検出装置が取り付けられることがある。特に、転がり軸受を用いた機械においては、機械内部の軸受近傍で特性を検出することが有効であることから、回転センサ、温度センサなどの各種センサを機械内部の軸受近傍に配置することが望ましい。
　また、従来、センサが検出したデータの送信には電線が多用されるが、機械内部に電線を配置することは、機械内部の他の機構との干渉や、その機構の機能低下（例えば寸法精度の低下や形状精度の低下）を招く可能性がある。また、機械の組立性も悪化し、生産性を低下させる要因ともなり得る。
　上記のような問題に対して、たとえば特開２００３－２８１５１号公報（特許文献１）には、アンテナ付きのワイヤレスセンサが軸受の外輪に取り付けられ、このワイヤレスセンサによって検出されたデータを電波によって無線で外部に送信する軸受装置が開示されている。この軸受装置においては、軸受およびその周辺部品（ハウジングおよび蓋など）が電波を伝播し難い金属製（磁性材料製）であることに鑑み、ワイヤレスセンサが取り付けられた部分の周辺に位置するハウジングの内部に、ワイヤレスセンサから送信される電波を外部に伝播し易くするための空間（穴あるいは溝）が形成されている。
特開２００３－２８１５１号公報
　上述のように、特開２００３－２８１５１号公報に開示された軸受装置においては、軸受周辺に配置されるハウジングの内部に、電波を伝播し易くするための空間（穴あるいは溝）が形成されている。
　しかしながら、通常、軸受周辺のハウジングの内部には、軸受を冷却するための他の機構などが設けられており、他の機構と干渉する場合にはハウジングの内部に十分な空間を形成することができない場合が生じ得る。また、他の機構との干渉を回避するためにハウジングの内部に複雑な形状の空間を形成すると、ハウジングの形状精度の劣化やコストの上昇を招くことが懸念される。
　本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸受周辺のハウジングの内部に電波を伝播し易くするための空間を形成しなくても、データを無線で外部に送信可能な軸受装置を提供することである。
　（１）　本開示による軸受装置は、回転体を内部に収容する筒状のハウジングと、回転体の外径面に固定される内輪とハウジングの内径面に固定される外輪とを有し、回転体をハウジングに対して回転自在に支持する第１軸受と、ハウジングの軸方向端面および外輪の軸方向端面に接触した状態でハウジングの内径面に嵌合される蓋部と、第１軸受を挟んで蓋部と対向する領域に配置され、電磁波を用いた無線通信を行なう通信装置とを備える。蓋部におけるハウジングとの接触部分、ハウジングにおける蓋部との接触部分、蓋部の内径部分、蓋部の内径面と回転体の外径面との間に配置される部材の少なくともいずれかに、非金属材料を素材とする非金属層が形成される。
　（２）　ある態様においては、通信装置は、第１軸受と、第１軸受を挟んで蓋部と対向する位置に配置された第２軸受との間の領域に配置される。軸受装置は、第１軸受と第２軸受との間の領域に配置され、通信装置に電力を供給する自己発電装置をさらに備える。
　（３）　ある態様においては、非金属材料は、セラミックスである。
　（４）　ある態様においては、第１軸受は、アンギュラ玉軸受である。
　（５）　ある態様においては、回転体は、工作機械の主軸である。
　本開示によれば、軸受周辺のハウジングの内部に電波を伝播し易くするための空間を形成しなくても、データを無線で外部に送信可能な軸受装置を提供することができる。
軸受装置の概略構成を示す断面図（その１）である。 通信モジュールの構成の一例を示すブロック図である。 軸受装置の概略構成を示す断面図（その２）である。 軸受装置の概略構成を示す断面図（その３）である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。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は、本実施の形態１による軸受装置１の概略構成を示す断面図である。
　図１に示す軸受装置１は、たとえば、工作機械のビルトインモータ方式のスピンドル装置として使用される。この場合、軸受装置１で支持されている主軸４の一端側（図１においては右側）には図示しないモータが組み込まれ、他端側（図１においては左側）には図示しないエンドミル等の切削工具が接続される。本実施の形態において、主軸４の軸径は７０ｍｍに設定され、主軸４の最高回転速度は２００００回転／分に設定されている。
　軸受装置１は、金属製の筒状のハウジング３と、２つの軸受５ａ，５ｂを含む軸受５と、軸受５ａと軸受５ｂとの間に配置される間座６と、金属製の押え蓋１０，２０と、通信モジュール１４０とを備える。
　主軸４は、ハウジング３の内部に設けられ、軸受５ａ，５ｂによってハウジング３に対して回転自在に支持される。
　軸受５ａは、金属製の内輪５ｉａと、金属製の外輪５ｇａと、内輪５ｉａと外輪５ｇａとの間に配置される複数の転動体Ｔａと、保持器Ｒｔａとを含む、転がり軸受である。複数の転動体Ｔａの間隔は、保持器Ｒｔａによって保持されている。
　軸受５ｂは、金属製の内輪５ｉｂと、金属製の外輪５ｇｂと、内輪５ｉｂと外輪５ｇｂとの間に配置される複数の転動体Ｔｂと、保持器Ｒｔｂとを含む、転がり軸受である。複数の転動体Ｔｂの間隔は、保持器Ｒｔｂによって保持されている。
　主軸４には、軸方向に離隔した軸受５ａの内輪５ｉａおよび軸受５ｂの内輪５ｉｂが締まり嵌め状態（圧入状態）で嵌合されている。
　間座６は、内輪間座６ｉと、外輪間座６ｇとを含む。内輪間座６ｉは内輪５ｉａ－５ｉｂ間に配置され、外輪間座６ｇは、外輪５ｇａ－５ｇｂ間に配置される。
　軸受５ａ，５ｂは、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、またはテーパころ軸受等を用いることができる。図１に示す軸受装置１にはアンギュラ玉軸受が用いられ、２個の軸受５ａ，５ｂが背面組み合わせ（ＤＢ組み合わせ）で設置されている。なお、軸受の配列は背面組み合わせに限定されるものではなく、たとえば正面組合せであってもよい。
　ここでは、２つの軸受５ａ，５ｂで主軸４を支持する構造を例示して説明するが、２つ以上の軸受で主軸４を支持する構造であってもよい。
　ハウジング３の内部には、図示しない冷媒流路が形成される。ハウジング３の冷媒流路に冷媒を流すことにより、軸受５ａ，５ｂを冷却することができる。
　押え蓋１０，２０の各々は、軸受５ａ，５ｂに対するハウジング３の軸方向の変位を抑制するための環状の部材である。押え蓋１０は、ハウジング３の軸方向の一方側（図１においては切削工具が設けられる左側）端面および外輪５ｇａの軸方向の一方側端面に接触した状態で、ハウジング３の内径面に嵌合される。押え蓋２０は、ハウジング３の軸方向の他方側（図１においてはモータが設けられる右側）端面および外輪５ｇｂの軸方向の一方側端面に接触した状態で、ハウジング３の内径面に嵌合される。
　軸受５ａと軸受５ｂとの間には、センサを内蔵した通信モジュール１４０が配置される。より具体的には、通信モジュール１４０は、外輪５ｇａ－５ｇｂ間に配置される外輪間座６ｇの内部に取り付けられている。なお、軸受５ａを基準として見た場合、通信モジュール１４０は、軸受５ａを挟んで押え蓋１０と対向する領域に配置される。また、軸受５ｂを基準として見た場合、通信モジュール１４０は、軸受５ｂを挟んで押え蓋２０と対向する領域に配置される。
　図２は、本実施の形態による通信モジュール１４０の構成の一例を示すブロック図である。通信モジュール１４０には、主軸４の制御や軸受装置１の状態監視を行うための複数のセンサ（熱流束を測定する熱流センサ１１、温度を測定する温度センサ５６、振動を測定する振動センサ５７、および予圧荷重を測定する荷重センサ５９など）と、通信装置１４１と、発電装置１４２とが内蔵されている。
　通信装置１４１は、各センサに電線で接続され、各センサの検出結果を示すデータを収集する。なお、通信装置１４１が、各センサと無線で接続され、各センサの検出結果を示すデータをワイヤレスで収集するようにしてもよい。
　通信装置１４１は、各センサから収集したデータを、電磁波を用いた無線通信によって軸受装置１の外部に設けられた外部装置２００に送信する。通信装置１４１は、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の通信規格に準拠しており、２．４ＧＨｚの周波数帯の電波を用いて各センサの検出結果を示すデータを外部装置２００に無線送信することができる。
　発電装置１４２は、通信装置１４１に接続され、通信装置１４１を駆動させるための電力を自己発電する。発電装置１４２としては、たとえば、ゼーベック効果によって発電を行なう熱電素子（ペルチェ素子）を使用することができる。各センサを駆動させるために電力が必要な場合には、そのセンサに発電装置１４２からの電力を供給するようにしてもよい。
　なお、本実施の形態においては各センサと通信装置１４１と発電装置１４２とが通信モジュール１４０として１つにモジュール化されて外輪間座６ｇに配置される例について説明するが、各センサと通信装置１４１と発電装置１４２とがモジュール化されずに個々に配置されるようにしてもよい。
　＜データの無線送信について＞
　上述のように、本実施の形態による軸受装置１においては、通信モジュール１４０が軸受５ａと軸受５ｂとの間に配置され、各センサの検出結果を示すデータを無線で外部に送信するように構成される。
　しかしながら、軸受５ａ、および軸受５ａ周辺のハウジング３ならびに押え蓋１０，２０は、いずれも金属製であるため、通信モジュール１４０から軸受５ａの外部および軸受５ｂの外部に電波を通過させることは難しい。
　また、仮にハウジング３の内部に電波を伝播し易くするための空間を径方向に形成すると、ハウジング３の冷媒流路との干渉、さらには、ハウジング３の形状精度の劣化およびコストの上昇を招くといった問題が生じ得る。
　この点に鑑み、本実施の形態による軸受装置１においては、図１に示されるように、押え蓋１０におけるハウジング３との接触部分（押え蓋１０におけるハウジング３の一方側の軸方向側端面および内径面と嵌合する部分）に、非金属材料であるセラミックスを素材とする非金属層１０ａが設けられている。同様に、押え蓋２０におけるハウジング３との接触部分（押え蓋２０におけるハウジング３の他方側の軸方向端面および内径面と嵌合する部分）に、非金属材料であるセラミックスを素材とする非金属層２０ａが設けられている。非金属層１０ａ，２０ａに用いられるセラミックスとしては、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
　これにより、本実施の形態による軸受装置１においては、通信モジュール１４０からのデータを、押え蓋１０，２０におけるハウジング３との接触部分に設けられる非金属層１０ａ，２０ａを経由させて、軸受装置１の外部に無線で送信することが可能となる。これにより、ハウジング３の内部に電波を伝播し易くするための空間を形成しなくても、データを無線で外部に送信することができる。
　さらに、本実施の形態による軸受装置１においては、通信装置１４１を駆動させるための電力を自己発電する発電装置１４２が、通信装置１４１と同じ、軸受５ａと軸受５ｂとの間に配置される。そのため、通信装置１４１に駆動電力を供給するための電線を軸受装置１の外部に設けることなく、通信装置１４１を駆動することができる。
　なお、通信モジュール１４０からのデータを外部に適切に無線送信させるためには、非金属層１０ａ，２０ａと通信モジュール１４０とが極力近い位置に配置されることが望ましい。図１には非金属層１０ａ，２０ａが押え蓋１０，２０の円周方向の一部に設けられる例が示されるが、押え蓋１０，２０をハウジング３の内径面に嵌合する際に非金属層１０ａ，２０ａと通信モジュール１４０との位置合わせが難しい場合には、押え蓋１０，２０の円周方向の全体に渡って非金属層１０ａ，２０ａを設けるようにしてもよい。
　また、非金属層１０ａ，２０ａの素材は、電磁波を通すことができる非金属材料であればよく、上述のセラミックスに限定されるものではない。たとえば、非金属層１０ａ，２０ａの素材は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂材料でもよいし、炭素繊維やガラス繊維で強化した材料でもよいし、ガラスやゴムでもよい。
　また、非金属層は必ずしもハウジング３の軸方向の両端に設けられることに限定されるものではない。すなわち、非金属層１０ａ，２０ａのどちらか一方のみを備えるものであってもよい。
　［実施の形態２］
　図３は、本実施の形態２による軸受装置１Ａの概略構成を示す断面図である。軸受装置１Ａにおいては、上述の非金属層が押え蓋１０，２０ではなくハウジング３に配置される。具体的には、軸受装置１Ａは、上述の図１に示す軸受装置１のハウジング３および押え蓋１０，２０を、それぞれハウジング３Ａおよび押え蓋１０Ａ，２０Ａに変更したものである。軸受装置１Ａのその他の構成は、上述の軸受装置１と同じである。
　押え蓋１０Ａ，２０Ａは、上述の押え蓋１０，２０から、それぞれ非金属層１０ａ，２０ａを取り除いたものである。
　一方、ハウジング３Ａにおける押え蓋１０Ａ，２０Ａとの接触部分には、非金属材料を素材とする非金属層３ａ，３ｂがそれぞれ設けられている。具体的には、ハウジング３Ａにおける一方側の軸方向端部および内径面の一部に非金属層３ａが設けられ、ハウジング３Ａにおける他方側の軸方向端部および内径面の一部に非金属層３ｂが設けられている。
　これにより、本実施の形態２による軸受装置１Ａにおいては、通信モジュール１４０からのデータを、ハウジング３の両端に設けられる非金属層３ａ，３ｂを経由させて、軸受装置１Ａの外部に無線で送信することが可能となる。これにより、ハウジング３Ａの内部に電波を伝播し易くするための空間を形成しなくても、データを無線で外部に送信することができる。
　［実施の形態３］
　図４は、本実施の形態３による軸受装置１Ｂの概略構成を示す断面図である。軸受装置１Ｂは、上述の図３に示す軸受装置１Ａのハウジング３Ａおよび押え蓋１０Ａをそれぞれハウジング３および押え蓋１０Ｂに変更し、さらに内輪間座３２を追加したものである。軸受装置１Ｂのその他の構成は、上述の軸受装置１Ａと同じである。なお、軸受装置１Ｂのハウジング３は、上述の軸受装置１のハウジング３と同じである。
　本実施の形態３による軸受装置１Ｂにおいては、主軸４の先端部分に、主軸４の外部からの異物（例えば加工のためのクーラント液、加工時に発生する切粉など）の侵入を防止するためのラビリンス部３０が設けられている。
　このラビリンス部３０は、押え蓋１０Ｂの内径部分３１と、押え蓋１０Ｂの内径面と主軸４の外径面との間に配置されて主軸４に嵌合される内輪間座３２とによって形成される。そして、ラビリンス部３０を形成する押え蓋１０Ｂの内径部分３１および内輪間座３２の素材として、樹脂材料が用いられている。すなわち、ラビリンス部３０が非金属層を形成する。
　これにより、本実施の形態３による軸受装置１Ｂにおいては、通信モジュール１４０からのデータを、ラビリンス部３０（非金属層）を経由させて、軸受装置１Ｂの外部に無線で送信することが可能となる。これにより、ハウジング３Ａの内部に電波を伝播し易くするための空間を形成しなくても、データを無線で外部に送信することができる。
　なお、図４にはラビリンス部３０を形成する押え蓋１０Ｂの内径部分３１および内輪間座３２の双方に非金属層を形成する例を示したが、押え蓋１０Ｂの内径部分３１および内輪間座３２のどちらか一方にのみ非金属層を形成するようにしてもよい。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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が含まれることが意図される。
　１，１Ａ，１Ｂ　軸受装置、３，３Ａ　ハウジング、３ａ，３ｂ，１０ａ，２０ａ　非金属層、４　主軸、５，５ａ，５ｂ　軸受、５ｇａ，５ｇｂ　外輪、５ｉａ，５ｉｂ　内輪、６　間座、６ｇ　外輪間座、６ｉ，３２　内輪間座、１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，２０Ａ　押え蓋、１１　熱流センサ、３０　ラビリンス部、３１　内径部分、５６　温度センサ、５７　振動センサ、５９　荷重センサ、１４０　通信モジュール、１４１　通信装置、１４２　発電装置、２００　外部装置、Ｒｔａ，Ｒｔｂ　保持器、Ｔａ，Ｔｂ　転動体。

Claims (5)

  1. 　回転体を内部に収容する筒状のハウジングと、
    　前記回転体の外径面に固定される内輪と前記ハウジングの内径面に固定される外輪とを有し、前記回転体を前記ハウジングに対して回転自在に支持する第１軸受と、
    　前記ハウジングの軸方向端面および前記外輪の軸方向端面に接触した状態で前記ハウジングの内径面に嵌合される蓋部と、
    　前記第１軸受を挟んで前記蓋部と対向する領域に配置され、電磁波を用いた無線通信を行なう通信装置とを備え、
    　前記蓋部における前記ハウジングとの接触部分、前記ハウジングにおける前記蓋部との接触部分、前記蓋部の内径部分、前記蓋部の内径面と前記回転体の外径面との間に配置される部材の少なくともいずれかに、非金属材料を素材とする非金属層が形成される、軸受装置。
  2. 　前記通信装置は、前記第１軸受と、前記第１軸受を挟んで前記蓋部と対向する位置に配置された第２軸受との間の領域に配置され、
    　前記第１軸受と前記第２軸受との間の領域に配置され、前記通信装置に電力を供給する自己発電装置をさらに備える、請求項１に記載の軸受装置。
  3. 　前記非金属材料は、セラミックスである、請求項１または２に記載の軸受装置。
  4. 　前記第１軸受は、アンギュラ玉軸受である、請求項１～３のいずれかに記載の軸受装置。
  5. 　前記回転体は、工作機械の主軸である、請求項１～４のいずれかに記載の軸受装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022023304A (ja) * 2020-07-27 2022-02-08 Ntn株式会社 軸受装置
JP2024067320A (ja) * 2022-11-04 2024-05-17 Ntn株式会社 軸受装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55151923U (ja) * 1979-04-18 1980-11-01
JPS6192320A (ja) * 1984-10-09 1986-05-10 Koyo Seiko Co Ltd 高温，腐食等特殊環境で使用する軸受
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JP2020060227A (ja) * 2018-10-09 2020-04-16 Ntn株式会社 軸受装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55151923U (ja) * 1979-04-18 1980-11-01
JPS6192320A (ja) * 1984-10-09 1986-05-10 Koyo Seiko Co Ltd 高温，腐食等特殊環境で使用する軸受
JP2003028151A (ja) 2001-07-11 2003-01-29 Nsk Ltd ワイヤレスセンサ付軸受装置
JP2013017177A (ja) * 2011-07-04 2013-01-24 Ntn-Snr Roulements 接触を介する案内部材の状態に特徴的な少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするための、ｐｉｆａアンテナを備えたモジュール
JP2020060227A (ja) * 2018-10-09 2020-04-16 Ntn株式会社 軸受装置

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