軸受装置

【課題】転がり軸受の軌道溝の側方に給油ユニットを組み込み、その給油ユニットの構成部材として、電源、ポンプ、タンク及び開閉弁を含み、電源によってポンプを駆動しタンク内の潤滑剤を開閉弁を通じて軸受側に吐出するようにした軸受装置は公知であるが、ポンプが必須の構成部材となる問題がある。そこで、ポンプを用いることなくタンク内の潤滑油を開閉弁を通じて吐出させることを課題とする。
【解決手段】転がり軸受１１と給油ユニット１３の組み合わせからなり、給油ユニット１３は転がり軸受１１の固定側軌道輪に隣接した外輪側間座１２ｂに取り付けられ、タンク３９、開閉弁３７、その開閉弁３７の駆動装置４０及び電源４１備え、開閉弁３７のノズル３８から潤滑剤を吐出させる圧力をタンク３９の内部に充填された潤滑剤Ｌの自重により発生させるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械や産業機械等に用いられる軸受装置に関し、特に軸受と給油ユニットの組み合わせからなる軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給油ユニットを転がり軸受の内部に組み込んだ軸受装置が従来から知られている（特許文献１参照）。この軸受装置は、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、潤滑剤を溜めたタンク、前記タンクの潤滑剤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に開示された軸受装置も同様の給油ユニットを備えている。
【０００３】
前記従来例は、いずれも給油ユニットの一部を構成するポンプによって潤滑剤を軸受に供給する点において共通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０８３８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ポンプを用いる場合は、次のような問題がある。即ち、ポンプを起動させて吐出可能な圧力に達するまで時間がかかる。また、個々のポンプの能力により潤滑剤の供給量が変わるため、個別に調整が必要となる。さらに、電気エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換させてポンプを駆動するためエネルギー効率が良くない。
【０００６】
そこで、この発明はポンプを用いることなく、タンク内の潤滑剤を軸受に供給できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、この発明に係る軸受装置は、転がり軸受と給油装置の組み合わせからなり、前記給油装置は前記転がり軸受又はこれに隣接した間座に取り付けられ、潤滑剤のタンク、開閉弁及び吐出量調整装置を備え、前記開閉弁のノズルの吐出口を軌道溝に向けた軸受装置において、前記ノズルから潤滑剤を吐出させる圧力を前記タンク内部に充填した潤滑剤の自重により発生させるようにしたものである。
【０００８】
具体的には、前記ノズルは前記タンクの下端より低位置に設けられ、前記タンクの大気への開放口に空気を通し潤滑剤を遮断するフィルターを装着した構成を採る。
【０００９】
給油ユニットは、ケーシングとその内部に収納された諸部材により給油ユニットとしてユニット化され、そのケーシングが前記固定側軌道輪又は固定側間座の内径面に固定される。
【００１０】
吐出量調整装置は、前記ノズルを有する開閉弁、その開閉弁の駆動部、その駆動部へ電源を供給する電源部により構成される。
【００１１】
前記転がり軸受が水平軸に装着して使用される縦置き型であり、前記開閉弁が最下位に配置され、前記タンクが前記開閉弁の両側にそれぞれ固定側軌道輪又は固定側間座の内径面に沿って設けられ、前記タンクの上端部相互間に前記駆動部及び電源部が配置された構成を採ることができる。
【００１２】
前記転がり軸受が水平軸に装着して使用される縦置き型であり、前記ケーシングが固定側間座に取り付けられる場合において、前記ケーシングの外径側周壁に固定側軌道輪に向けて突き出した案内部を設け、前記案内部によって固定側軌道輪の軌道溝の一部を形成せしめ、前記ノズルを前記案内部の内径面に沿わせて開放した構成を採ることができる。
【００１３】
前記転がり軸受が垂直軸に装着して使用される横置き型であり、前記給油ユニットが当該軸受より上位に配置された固定側間座に取り付けられる場合において、前記ノズルを前記軸受の軌道溝に向けて設けた構成を採ることができる。
【００１４】
前記電源部は、電池、蓄電池、自己発電型電源が用いられる。自己発電型電源を用いる場合は、電気二重層キャパシタに一時的に蓄電させ、蓄電池と同様の使い方をする。
【発明の効果】
【００１５】
（１）給油装置を転がり軸受又はこれに隣接した間座に取り付けることにより、給油装置をユニット化し軸受に取り付けることが可能となり、長期的に安定した循環環境を提供することができる。
【００１６】
（２）潤滑剤をそれ自体の自重のみで開閉弁へ導き、供給量調整装置により開閉弁からの吐出量を調整するようにしたので、ポンプが不要となり構造が簡素になる。潤滑剤の送り出し圧力は、潤滑剤自体の自重により発生する圧力であるため、個々の送り出し圧力の調整が不要になる。潤滑剤は自重により開閉弁まで送られるため、開閉弁の開閉制御のみで潤滑剤の供給量を調整可能となる。機械的な動作は開閉弁だけになるため、ポンプを用いた場合よりもエネルギー効率がよい。
【００１７】
（３）電源部の一時的な蓄電装置に電気二重層キャパシタを使用することにより、省スペース化が可能になる。また、充放電による蓄電能力の劣化が蓄電池よりも軽減されることにより電源部の保守作業を不要にする。
【００１８】
（４）電源部として自己発電型を用いる場合は、環境により各種の自己発電装置を使い分けることにより、効率的な発電が可能となる。複数併用することで電源機能のバックアップも果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態１の軸受装置の断面図である。
【図２】図２は、同上の一部拡大断面図である。
【図３】図３は、図１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。
【図４】図４は、実施形態１の閉塞栓の拡大断面図である。
【図５】図５は、同上供給量調整装置のブロック図である。
【図６】図６は、同上の電源部の一例を示す拡大断面図である。
【図７】図７は、同上の電源部の一例を示す拡大断面図である。
【図８】図８は、同上の電源部の一例を示す拡大断面図である。
【図９】図９は、同上の電源部の一例を示す拡大断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態２のスピンドルの一部省略断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３の軸受装置の断面図である。
【図１２】図１２は、同上の変形例の断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態４のスピンドルの一部省略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
[実施形態１]
【００２１】
図１から図４に示した実施形態１に係る軸受装置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。回転軸１４は水平に設置される。回転軸１４が水平である場合の軸受装置１０は縦置き型と称される。
【００２２】
転がり軸受１１は、軌道輪である内輪１７、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。例えば、深溝玉軸受が用いられる。図示の場合、外輪１８が固定側軌道輪となる。
【００２３】
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。
【００２４】
前記の給油ユニット１３は、外輪側間座１２ｂの内径面に取り付けられた環状樹脂製のケーシング２４とその内部に収納された諸部材とにより構成される。給油ユニット１３は、幅の広い外輪１８の用いた場合は、その外輪１８の内径面に取り付けられる。その場合間座１２は本来の間座としてのみの機能を果たす。この実施形態１においては、図示のように、間座１２に給油ユニット１３を取り付ける構成を採用している。
【００２５】
ケーシング２４は、図２に示したように、転がり軸受１１と反対側の面が開放された断面コの字形をなし、その開放面に環状の蓋２５が着脱自在に取り付けられる。その開放側と反対側のケーシング２４の内端面２６と外周面２７のコーナー部に外方に突き出した案内部２８が全周に渡り設けられる。案内部２８は転がり軸受１１の外輪１８の内径面の肩部に設けられた段差部２９に組み込まれ、外輪１８の一部を構成する。外輪１８には前記段差部２９によって切り欠かれた部分軌道溝３１が設けられる。
【００２６】
案内部２８の先端面３２と内径面３３のコーナー部に、前記部分軌道溝３１を補完する補完軌道溝３４が形成され、両者が組み合わされて完全な軌道溝３５が形成される。
【００２７】
前記案内部２８の内径面３３と前記内端面２６の境界部に吐出口穴３６が設けられる。この吐出口穴３６が使用時において最も下位となるようにケーシング２４の位置決めを行い、そのケーシング２４を外輪側間座１２ｂの内径面に組み込む。ケーシング２４の素材としては、樹脂や金属を用いることができる。
【００２８】
ケーシング２４に組み込まれる給油ユニット１３の諸部材としては、図３に示したように、電磁弁からなる常閉形の開閉弁３７、左右一対のタンク３９及び駆動部４０の電源部４１が含まれる。
【００２９】
前記開閉弁３７は使用時において最も下位となる位置、即ち、前記吐出口穴３６を含む部分に収納される。開閉弁３７にはその低位置部分にノズル３８が設けられ、ノズル３８はその先端の吐出口３８ａが下向きとなるように傾斜状に吐出口穴３６に貫通される（図２参照）。吐出口３８ａは案内部２８の内径面の軌道溝３５に接近した部分に達する。
【００３０】
前記一対のタンク３９は、開閉弁３７の両側においてノズル３８より高い位置に着脱自在に収納される。各タンク３９の下端と開閉弁３７の間に接続配管４２が設けられる。開閉弁３７とタンク３９とを一体化する構成を採ると接続配管４２は不要となる。
【００３１】
各タンク３９の上端の開放口には閉塞栓４３が嵌められる。閉塞栓４３は、タンク３９の内部に潤滑剤を充填する際に外され、使用時には潤滑剤の漏れを防止するため閉塞される。しかし、完全に密閉するとタンク３９の内部が負圧となって潤滑剤の吐出を妨げるので、空気穴４４（図４参照）が設けられ、その空気穴４４に、空気を通すが潤滑剤を遮断するフィルター４５が装着される。このフィルター４５は、例えば、連続多孔質体構造を持つ樹脂により製作される。
【００３２】
前記の駆動部４０及び電源部４１は、各タンク３９の上端間に配置される。駆動部４０と電源部４１との間、駆動部４０と開閉弁３７との間の通電はケーシング２４の内部に施されたケーブル（図示省略）によって行われる。
【００３３】
駆動部４０は、図５に示したように、軸受温度センサー４６、軸受回転センサー４７、潤滑剤残量センサー４８、潤滑剤温度センサー４９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開閉弁３７の開放度合、開放時間等を自動制御し、潤滑剤の供給量を調整する。
【００３４】
前記開閉弁３７、駆動部４０及び電源部４１によって、開閉弁３７から吐出される潤滑剤の吐出量調整装置６５が構成される（図５参照）。
【００３５】
電源部４１は、電池、蓄電池のほか、自己発電型の電源を使用することができる。また、自己発電型の電源として以下のものを使用することができる。即ち、図６に示した電源部４１は、前記ケーシング２４の外周面２７と内周面３０にそれぞれこれらの壁面を貫通して熱伝導体５２、５３を設け、これらの熱伝導体５２、５３の間にゼーベック素子５４を介在したものである。
【００３６】
一般に、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。
【００３７】
図７に示したものは、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。
【００３８】
図８に示したものは、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電極６０を多数対向状に設け、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。
【００３９】
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。
【００４０】
図９に示したものも軸受装置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。
【００４１】
実施形態１の軸受装置１０は以上のように構成され、予め給油ユニット１３の各タンク３９に潤滑剤Ｌ（図３参照）を充填したのち閉塞栓４３を施し、その後蓋２５を閉めて使用に供される。
【００４２】
回転軸１４が回転すると、軸受温度センサー４６、軸受回転センサー４７、潤滑剤残量センサー４８、潤滑剤温度センサー４９等のセンサーによって検知された信号がＣＰＵ５１に入力される。これらの信号に基づきＣＰＵ５１によって開閉弁３７の開口度合、開放時間が自動制御され、最適な給油が行われる。潤滑剤Ｌとしては、潤滑油又は低粘度のグリースが用いられる。
【００４３】
タンク３９の内部気圧は、空気を通すフィルター４５の作用により大気圧に保たれる。これにより潤滑剤Ｌはその自重によってノズル３８を経てその先端の吐出口３８ａから吐出される。吐出された潤滑剤は案内部２８の内径面に３３に沿って移動し軌道溝３５に供給される（図２参照）。潤滑油Ｌを吐出させる圧力は、タンク３９内部の潤滑油Ｌの自重のみによって発生される。
[実施形態２]
【００４４】
図１０に示した実施形態２は、前記の実施形態１の軸受装置１０を用いた工作機械等のスピンドル７０に関するものである。このスピンドル７０は回転軸７１が水平に設置されるものであるから、軸受装置１０としては前記の実施形態１の縦置き型のものが使用される。
【００４５】
前記回転軸７１の中間部に設けられた大径部７２の外径面において、軸方向の一端部にツバ部７３が設けられ、他端部にねじ部７４が設けられる。前記ツバ部７３とねじ部７４の間に、中間間座７５を挟んで２つの軸受装置１０が取り付けられる。
【００４６】
一方の軸受装置１０は、前記ツバ部７３と、これに径方向に対向したスピンドルハウジング７６の一端部のツバ部７７の内側において位置決めされる。また他方の軸受装置１０は、ねじ部７４に螺合されたナット７８と、これに対向したスピンドルハウジング７６の他端部のツバ部７９の内側において位置決めされる。
【００４７】
ツバ部７３側の軸受装置１０及びねじ部７４側の軸受装置１０は、中間間座７５側（内側）に転がり軸受１１が配置され、外側に間座１２が配置された対称形の配置となっている。転がり軸受１１及び間座１２の具体的構成は前記実施形態１と同一である。
【００４８】
前記回転軸７１の回転に伴いノズル３８の吐出口３８ａから転がり軸受１１の軌道溝３５に対し潤滑油が自重により供給される作用も同様である。
[実施形態３]
【００４９】
図１１に示した実施形態３の軸受装置１０は、垂直に配置された回転軸１４に取り付けられる横置き型のものである。前記実施形態１の場合と、９０°向きを変えたものであり基本的な構成は共通している。
【００５０】
この場合、タンク３９は水平姿勢となるので、開閉弁３７のノズル３８をタンク３９の底面位置又はそれより下位となるように開閉弁３７の底面に設けることにより、タンク３９内部の潤滑剤を自重により吐出できるようにしている。また、吐出された潤滑剤を転がり軸受１１の所定位置に滴下させるべく、給油ユニット１３を含む間座１２が上位、転がり軸受１１が下位に配置される。タンク３９の閉塞栓４３はタンク３９の上端壁面に設けられる。
【００５１】
ノズル３８の吐出口３８ａから吐出される潤滑剤は重力によってその下方の転がり軸受１１の内部に確実に供給されるため、実施形態１の場合のような案内部２８（図４参照）を設ける必要はない。吐出口３８ａは、転がり軸受１１の内輪１７と外輪１８の間のすき間上部に臨ませるだけでよい。
【００５２】
図１１の場合は、転がり軸受１１の外輪１８の軌道溝３５に潤滑剤を供給すべく、ノズル３８は外向きに傾斜させている。内輪１７の軌道溝５０に潤滑剤を供給する場合は、図１２に示したように、内向きに傾斜させている。
[実施形態４]
【００５３】
図１３に示した実施形態４は、スピンドル７０は回転軸７１が垂直に設置される場合であり、軸受装置１０としては実施形態３の横置き形の軸受装置１０（図１２参照）が使用される。軸受装置１０は上部と下部の２個所に設けられる。上部の軸受装置１０においては、間座１２が上位、転がり軸受１１が下位の関係に配置される。また下部の軸受装置１０においては中間間座７５に給油ユニット１３を組み付け、転がり軸受１１がその下位に取り付けられる。最下端の間座１２の内部は空所となっている。
【符号の説明】
【００５４】
１０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
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
２４ケーシング
２５蓋
２６内端面
２７外周面
２８案内部
２９段差部
３０内周面
３１部分軌道溝
３２先端面
３３内径面
３４補完軌道溝
３５軌道溝
３６吐出口穴
３７開閉弁
３８ノズル
３８ａ吐出口
３９タンク
４０駆動部
４１電源部
４２接続配管
４３閉塞栓
４４空気穴
４５フィルター
４６軸受温度センサー
４７軸受回転センサー
４８潤滑剤残量センサー
４９潤滑剤温度センサー
５０軌道溝
５１ＣＰＵ
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
６５吐出量調整装置
７０スピンドル
７１回転軸
７２大径部
７３ツバ部
７４ねじ部
７５中間間座
７６スピンドルハウジング
７７ツバ部
７８ナット
７９ツバ部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受と給油装置の組み合わせからなり、前記給油装置は前記転がり軸受又はこれに隣接した間座に取り付けられ、潤滑剤のタンク、開閉弁及び吐出量調整装置を備え、前記開閉弁のノズルの吐出口を軌道溝に向けた軸受装置において、前記ノズルから潤滑剤を吐出させる圧力を前記タンク内部に充填された潤滑剤の自重により発生させることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記ノズルは前記タンクの下端より低位置に設けられ、前記タンクの大気への開放口に空気を通し潤滑剤を遮断するフィルターが装着されたことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記給油装置は、ケーシングとその内部に収納された諸部材により給油ユニットとしてユニット化され、そのケーシングが前記固定側軌道輪又は固定側間座の内径面に固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記吐出量調整装置は、前記ノズルを有する開閉弁、その開閉弁の駆動部、その駆動部へ電源を供給する電源部により構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項５】
前記タンクが前記ケーシングに対し着脱自在に収納されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項６】
前記転がり軸受が水平軸に装着して使用される縦置き型であり、前記開閉弁が最下位に配置され、前記タンクが前記開閉弁の両側にそれぞれ固定側軌道輪又は固定側間座の内径面に沿って設けられ、前記タンクの上端部相互間に前記駆動部及び電源部が配置されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項７】
前記転がり軸受が水平軸に装着して使用される縦置き型であり、前記ケーシングが固定側間座に取り付けられる場合において、前記ケーシングの外径側周壁に固定側軌道輪に向けて突き出した案内部を設け、前記案内部によって固定側軌道輪の軌道溝の一部を形成せしめ、前記ノズルを前記案内部の内径面に沿わせて開放したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項８】
前記転がり軸受が垂直軸に装着して使用される横置き型であり、前記給油ユニットが当該軸受より上位に配置された固定側間座に取り付けられる場合において、前記ノズルを前記軸受の軌道溝に向けて設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項９】
前記吐出量調整装置は、前記軸受の状況を検知する各種のセンサーを備え、その検知結果に基づいて前記開閉弁を制御することにより潤滑剤の吐出量を調整することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項１０】
前記電源部は、電池、蓄電池又は電気二重層キャパシタのいずれかであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項１１】
前記電源部は、自己発電型であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項１２】
前記自己発電型の電源部は、前記ケーシングの外径側壁面と内径側壁面にそれぞれその壁面を貫通して熱伝導体を設け、その熱伝導体の間にゼーベック素子を介在した構成であることを特徴とする請求項１１に記載の軸受装置。
【請求項１３】
前記自己発電型の電源部が、当該装置の近傍に漏れ交番磁束源がある場合において、その漏れ交番磁束と鎖交する電磁コイルを前記ケーシングの内部に設けたことを特徴とする請求項１１に記載の軸受装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の軸受装置を用いたことを特徴とするスピンドル。

【図１】