(57)【要約】【課題】潤滑油を吐出するポンプのノズルを潤滑油が塞いでも、ポンプから給油を可能とする。【解決手段】転がり軸受装置１０は、内輪２１、外輪２２、これらの間に介在している複数の玉２３、及び、複数の玉２３を保持する保持器２４を有している軸受部２０と、この軸受部２０の軸方向隣りに設けられている給油ユニット４０とを備えている。給油ユニット４０は、軸受部２０に潤滑油を供給するためのポンプ４３を有している。ポンプ４３は、潤滑油を吐出するノズル５０が設けられているポンプ本体４８と、ポンプ本体４８を振動させる振動体５１とを有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を有している軸受部と、
前記軸受部の軸方向隣りに設けられ、前記軸受部に潤滑油を供給するためのポンプを有する給油ユニットと、を備え、
前記ポンプは、潤滑油を吐出するノズルが設けられているポンプ本体と、当該ポンプ本体を振動させる振動体と、を有している、転がり軸受装置。
【請求項２】
前記ノズルは、前記ポンプ本体が有している壁部に形成された貫通孔によって構成されており、当該壁部の側面において当該ノズルは開口している、請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記振動体は、前記壁部の前記側面に直交する方向の振動を発生させる、請求項２に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記振動体は、前記壁部の前記側面に平行な方向の振動を発生させる、請求項２又は３に記載の転がり軸受装置。
【請求項５】
前記壁部の前記側面は、前記軸受部の前記内輪と前記外輪との間に形成されている環状空間の一部に臨む面である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
【請求項６】
前記ポンプ本体は、前記ノズルと繋がり潤滑油を溜める油室と、当該油室の容積を変化させることで前記ノズルから潤滑油を吐出させるための圧電素子と、を有し、
前記圧電素子は、前記振動体を兼ねている請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
【請求項７】
回転装置に設けられ当該回転装置において給油が必要となる給油領域に潤滑油を供給するための給油ユニットであって、
潤滑油を供給するためのポンプを有し、
前記ポンプは、潤滑油を吐出するノズルが設けられているポンプ本体と、当該ポンプ本体を振動させる振動体と、を有している、給油ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油を吐出するポンプを備えている給油ユニット、及び、この給油ユニットを軸受部の隣りに備えている転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種の工作機械では、加工効率及び生産効率の向上のために主軸の高速化が要求されている。主軸が高速で回転すると、これを支持する軸受部において特に潤滑性が問題となる。そこで、軸受部の軸方向隣りに給油ユニットが設けられている転がり軸受装置が提案されている（特許文献１参照）。この給油ユニットは、潤滑油を溜めるタンク、及び、このタンク内の潤滑油を軸受部に供給するためにポンプ等を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９２８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載の給油ユニットが有しているポンプは、ポンプ本体から延びる筒状のノズルの先端より潤滑油を滲み出させる構成であるが、他の形態のポンプとして、図４に示すように、潤滑油を油滴Ｐとして吐出させるポンプ９０がある。このポンプ９０では、ポンプ本体９１の壁部９２に形成した微小の貫通孔をノズル９３としており、ノズル９３は壁部９２の側面９４において開口している。
【０００５】
このポンプ９０は、駆動することで潤滑油を油滴Ｐとして軸受部９９に吐出する構成であるが、吐出した潤滑油の一部が前記側面９４に付着し、付着した潤滑油が集まってノズル９３の開口を覆ってしまう（塞いでしまう）ことがある。この場合、その後にポンプ９０が行う潤滑油の吐出に影響を与えてしまう。つまり、ノズル９３の開口を側面９４に付着した潤滑油が覆ってしまうと、この覆っている潤滑油を、後に吐出させる潤滑油（油滴）が突破できず、軸受部９９に対する適切な給油が不可能になるおそれがある。軸受部９９において給油が不完全であると焼付き等の不具合が発生し、軸受寿命を低下させてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、ノズルを潤滑油が塞いでも給油を可能とするための給油ユニット、及びこの給油ユニットを備えている転がり軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、前記複数の転動体を保持する保持器を有している軸受部と、前記軸受部の軸方向隣りに設けられ、前記軸受部に潤滑油を供給するためのポンプを有する給油ユニットと、を備え、前記ポンプは、潤滑油を吐出するノズルが設けられているポンプ本体と、当該ポンプ本体を振動させる振動体と、を有している。
【０００８】
この転がり軸受装置によれば、ノズルの開口やその付近に潤滑油が付着しノズルの開口を塞いだとしても、振動体がポンプ本体を振動させ、その潤滑油を剥離させたり移動させたりすることでノズルからの潤滑油の吐出が可能となる。
【０００９】
また、前記ノズルは、前記ポンプ本体が有している壁部に形成された貫通孔によって構成されており、当該壁部の側面において当該ノズルは開口している構成とすることができる。この場合、ポンプ本体の壁部の側面に潤滑油が付着すると、その潤滑油がノズルの開口を塞ぎやすくなるが、前記のとおり振動体により、その潤滑油を剥離させたり移動させたりすることが可能となる。
【００１０】
また、前記振動体は、前記壁部の前記側面に直交する方向の振動を発生させる構成が好ましく、この場合、前記側面に付着した潤滑油の剥離を促すことができる。
また、前記振動体は、前記壁部の前記側面に平行な方向の振動を発生させる構成が好ましく、この場合、前記側面に付着した潤滑油の移動を促すことができる。
【００１１】
また、軸受部が回転すると、軸受部の内輪と外輪との間に形成されている環状空間において、回転するエアの流れが発生する。そこで、前記壁部の前記側面は、前記軸受部の前記内輪と前記外輪との間に形成されている環状空間の一部に臨む面であるのが好ましい。この場合、潤滑油が前記側面に付着してノズルの開口を塞いだとしても、この側面は前記環状空間に臨む構成となっているため、前記振動体によって剥離又は移動を促した潤滑油を、前記エアの流れを利用して前記側面から除去することが容易となる。
【００１２】
また、前記ポンプ本体は、前記ノズルと繋がり潤滑油を溜める油室と、当該油室の容積を変化させることで前記ノズルから潤滑油を吐出させるための圧電素子と、を有し、前記圧電素子は、前記振動体を兼ねているのが好ましく、この場合、構成を簡素化することができる。
【００１３】
また、本発明は、回転装置に設けられ当該回転装置において給油が必要となる給油領域に潤滑油を供給するための給油ユニットであって、潤滑油を供給するためのポンプを有し、前記ポンプは、潤滑油を吐出するノズルが設けられているポンプ本体と、当該ポンプ本体を振動させる振動体と、を有している。
この給油ユニットによれば、ノズルの開口やその付近に潤滑油が付着しノズルの開口を塞いだとしても、振動体がポンプ本体を振動させ、その潤滑油を剥離させたり移動させたりすることでノズルからの潤滑油の吐出が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ノズルの開口やその付近に潤滑油が付着しノズルの開口を塞いだとしても、振動体がポンプ本体を振動させ、その潤滑油を剥離させたり移動させたりすることでノズルからの潤滑油の吐出が可能となる。この結果、給油を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】転がり軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】給油ユニットを軸方向から見た断面図である。
【図３】ポンプを説明する模式図である。
【図４】従来の転がり軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、転がり軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。図１に示す転がり軸受装置１０（以下、軸受装置１０ともいう。）は、工作機械が有する主軸装置の主軸（軸７）を回転可能に支持するものであり、主軸装置の軸受ハウジング８内に収容されている。図１では、軸７及び軸受ハウジング８を２点鎖線で示している。なお、この軸受装置１０は工作機械以外においても適用可能である。また、以下の説明において、軸受装置１０の中心線Ｃに平行な方向を軸方向と呼び、この軸方向に直交する方向を径方向と呼ぶ。
【００１７】
軸受装置１０は、軸受部２０と給油ユニット４０とを備えている。軸受部２０は、内輪２１、外輪２２、複数の玉（転動体）２３、及び、これら複数の玉２３を保持する保持器２４を有しており、玉軸受（転がり軸受）を構成している。更に、この軸受装置１０は、円筒状である内輪間座１７及び外輪間座１８を備えている。
【００１８】
給油ユニット４０は、全体として円環状であり、外輪間座１８の径方向内側に取り付けられており、軸受部２０の軸方向について隣りに位置している。給油ユニット４０は、軸受部２０へ給油を行う機能を有している。給油ユニット４０の詳細な構成及び機能については後に説明する。本実施形態では、給油ユニット４０（本体部４１）と外輪間座１８とは別体であるが、これらは一体であってもよい。この場合、給油ユニット４０は、給油を行う機能と共に、外輪間座としての機能も有する。
【００１９】
本実施形態では、外輪２２、外輪間座１８及び給油ユニット４０が軸受ハウジング８に回転不能として取り付けられており、内輪２１及び内輪間座１７が軸７と共に回転する。したがって、外輪２２が、回転しない固定輪となり、内輪２１が、軸７と共に回転する回転輪となる。
【００２０】
内輪２１は、軸７に外嵌する円筒状の部材であり、その外周に軌道（以下、内輪軌道２５という。）が形成されている。本実施形態では、内輪２１と内輪間座１７とは別体であるが、図示しないが、これらは一体（一体不可分）であってもよい。
外輪２２は、軸受ハウジング８の内周面に固定される円筒状の部材であり、その内周に軌道（以下、外輪軌道２６という。）が形成されている。本実施形態では、外輪２２と外輪間座１８とは別体であるが、図示しないが、これらは一体（一体不可分）であってもよい。
【００２１】
玉２３は、内輪２１と外輪２２との間に介在しており、内輪軌道２５及び外輪軌道２６を転動する。保持器２４は、環状であり、周方向に沿ってポケット２７が複数形成されている。玉２３及び保持器２４は、内輪２１と外輪２２との間に形成されている環状空間１１に設けられている。
【００２２】
保持器２４は、全体として環状であり、玉２３の軸方向一方側の環状部２８ａと、玉２３の軸方向他方側の環状部２８ｂと、これら環状部２８ａ，２８ｂを連結している複数の柱部２９とを有している。環状部２８ａ，２８ｂの間であって周方向で隣り合う柱部２９，２９の間がポケット２７となり、各ポケット２７に一つの玉２３が収容されている。この構成により、保持器２４は、複数の玉２３を周方向に間隔をあけて保持することができる。
【００２３】
この保持器２４では、軸方向一方側（給油ユニット４０側）の環状部２８ａが外輪２２の肩部３０と摺接可能となっている。これにより、保持器２４は外輪２２によって径方向についての位置決めがされる。つまり、この軸受部２０では、保持器２４が外輪案内（軌道輪案内）される軸受となっている。
【００２４】
保持器２４は、樹脂製（例えば、フェノール樹脂製）であり、内輪２１及び外輪２２は、軸受鋼等の鋼製である。玉２３は、軸受鋼等の鋼製であってもよく、セラミックスであってもよい。
【００２５】
図２は、給油ユニット４０を軸方向から見た断面図である。給油ユニット４０は、全体として円環形状を有している。給油ユニット４０は、タンク４２及びポンプ４３を備えている。タンク４２及びポンプ４３は、給油ユニット４０が有している環状の本体部４１に設けられている。給油ユニット４０は、制御部４４及び電源部４５を備えており、更に、図示していないが、各種センサも備えている。
【００２６】
本体部４１は、外輪間座１８の内周側に取り付けられており、ポンプ４３等を保持するフレームとしての機能を有している。本体部４１は円環状の部材であるが中空空間が形成されており、この中空空間にポンプ４３、制御部４４、及び、電源部４５が設けられている。また、前記中空空間の一つがタンク４２となっている。これにより、本体部４１、タンク４２、ポンプ４３、制御部４４及び電源部４５等を含む給油ユニット４０は、一体として構成される。
【００２７】
図２において、タンク４２は、潤滑油（オイル）を溜めるためのものであり、潤滑油をポンプ４３へ流すために配管４６を通じてポンプ４３と繋がっている。タンク４２内には、図示しないが、潤滑油を保持する保持材（多孔質部材）が設けられていてもよい。
【００２８】
図１において、ポンプ４３は、軸受部２０に潤滑油を供給する機能を有している。この機能を発揮するために、ポンプ４３は、潤滑油を吐出するノズル（噴出口）５０が設けられているポンプ本体４８を有しており、ポンプ本体４８は、ノズル５０と繋がりかつ潤滑油を溜める空間である油室（内部空間）４３ｂと、圧電素子４３ａとを有している。ポンプ本体４８内には、油室４３ｂの壁の一部を構成する弾性変形可能な振動板４７が設けられており、この振動板４７に圧電素子４３ａが取り付けられている。圧電素子４３ａに電圧が付与され、圧電素子４３ａが振動板４７を変形させることで、油室４３ｂの容積が変化する。
【００２９】
本実施形態のノズル５０は、ポンプ本体４８が有する壁部４９に形成された微小の貫通孔により構成されており、ノズル５０は、壁部４９の側面４９ａにおいて開口している。ノズル５０が開口しているこの側面４９ａは、前記環状空間１１の一部に臨む面となっている。
【００３０】
前記のとおり、圧電素子４３ａが動作することで油室４３ｂの容積が変化し、これにより、油室４３ｂの潤滑油をノズル５０から軸受部２０の環状空間１１に吐出させることができる。特に、圧電素子４３ａが動作することにより、ノズル５０から潤滑油が油滴Ｐとなって初速を有して吐出される。つまり、ノズル５０から油滴Ｐは飛翔する。ノズル５０は、軸受部２０の内輪軌道２５に向かって開口しており、ノズル５０から吐出させた油滴Ｐは、玉２３に当たる、又は、隣り合う玉２３，２３の間を通過したとしても内輪軌道２５に当たることができる。
【００３１】
電源部４５（図２参照）は、ポンプ４３の動作用の電力を供給する。制御部４４は、ポンプ４３を動作させるタイミングを制御する機能を有している。
【００３２】
以上より、ポンプ４３は、タンク４２の潤滑油を油室４３ｂにおいて受けると共に、この油室４３ｂの潤滑油をノズル５０から油滴Ｐとして軸受部２０のターゲットに向けて噴出させる（飛翔させる）構成となっている。潤滑油の効率的利用の観点から、ポンプ４３において１回の吐出動作で定められた量の油滴Ｐを噴出させ、この油滴Ｐを軸受部２０のターゲットに到達させる。ポンプ４３の１回の動作で、ノズル５０から数ピコリットル〜数ナノリットルの潤滑油が油滴Ｐとして噴出される。本実施形態における前記ターゲットは、玉２３及び内輪軌道２５である。
【００３３】
図３は、ポンプ４３を説明する模式図である。ポンプ４３は、前記のとおり、潤滑油を吐出する（油滴Ｐとして噴出する）ノズル５０が設けられているポンプ本体４８の他に、このポンプ本体４８を振動させる振動体５１を備えている。振動体５１は、電気信号を受けて動作する振動アクチュエータにより構成されており、前記電源部４５から電力を受けて動作することができ、また、動作のタイミング等について前記制御部４４によって制御される。
【００３４】
ポンプ本体４８は、樹脂製又は金属製の筐体４８ａを有して構成されており、この筐体４８ａの内部に油室４３ｂが構成されている。振動体５１は筐体４８ａに固定されている。振動体５１は、例えば圧電素子を有しており、この圧電素子が振動することでポンプ本体４８（筐体４８ａ）を加振する。振動体５１は高周波で振動（超音波振動）する。振動体５１は、ポンプ本体４８のうち、ノズル５０が形成されている壁部４９、又はこの壁部４９の近傍に取り付けられている。図３に示す形態では、振動体５１は、筐体４８ａの外に設けられているが、筐体４８ａの一部に組み入れられた構成であってもよい。また、振動体５１の加振源は圧電素子以外であってもよい。
【００３５】
振動体５１の加振方向を、ノズル５０が開口している壁部４９の側面４９ａに直交する方向とすることができる。この方向を図３では矢印Ｘ１と矢印Ｘ２とにより示している。
また、振動体５１の加振方向を、前記側面４９ａに平行な方向としてもよい。この方向を図３では矢印Ｙ１と矢印Ｙ２とにより示している。
または、振動体５１の加振方向は、側面４９ａに直交する方向の成分と側面４９ａに平行な方向の成分との双方を合成した方向であってもよい。
【００３６】
以上のように構成された転がり軸受装置１０では、前記のとおり（図１参照）、給油ユニット４０が有するポンプ４３のノズル５０は、ポンプ本体４８の壁部４９に形成された貫通孔によって構成されており、この壁部４９の側面４９ａにおいてノズル５０は開口している。このため、この側面４９ａに潤滑油が付着すると、その潤滑油（付着油）がノズル５０の開口を塞ぐおそれがある。
【００３７】
特に、本実施形態では、ポンプ４３は潤滑油を油滴Ｐとして噴出させる構成であることから、ポンプ４３が動作してノズル５０の開口から潤滑油が初速を有して吐出されると、先頭の微小な油滴Ｐの後に、図示しないが潤滑油が糸状となった部分（以下、サテライトという）が生じる。先頭の油滴Ｐは、軸受部２０の一部（内輪軌道２５）に向かって飛翔するが、前記サテライトは、先頭の油滴Ｐから分離された後、その粘性によりポンプ４３側へ戻るが、ポンプ４３の内部（油室５４）に回収されることはなく、ノズル５０が開口している側面４９ａに油滴として付着する場合がある。
【００３８】
このように、側面４９ａに潤滑油が付着すると、その潤滑油がノズル５０の開口を塞ぐおそれがあるが、このような場合であっても、その潤滑油をノズル５０の開口から除去するために振動体５１（図３参照）がポンプ本体４８を振動させる。この振動に起因する慣性力によって側面４９ａの潤滑油を、側面４９ａから剥離させたり、ノズル５０の開口から移動させたりすることで、取り除くことができる。
【００３９】
振動体５１が、側面４９ａに直交する方向の振動（振動成分）を発生させることで、側面４９ａに付着した潤滑油の、側面４９ａからの剥離を促すことができる。また、振動体５１が、側面４９ａに平行な方向の振動（振動成分）を発生させることで、側面４９ａに付着した潤滑油の、側面４９ａに沿った移動を促すことができる。振動体５１は、ノズル５０の近傍に設けられていることから、壁部４９の内のノズル５０の開口近傍部を効率よく振動させることができ、潤滑油を取り払うことができる。
【００４０】
振動体５１がポンプ本体４８に振動を付与するタイミングは、制御部４４によって制御されており、例えば、図外のセンサ等によって側面４９ａにおける潤滑油の付着を検知すると、制御部４４は振動体５１を作動させ、ポンプ本体４８を加振させるように構成することができる。または、制御部４４が有するタイマ機能によって、振動体５１を定期的に（所定時間毎に）動作させてもよい。
【００４１】
図１において、ノズル５０が開口している側面４９ａは、環状空間１１の一部に臨む面となっていることから、潤滑油はこの側面４９ａに付着しやすく、さらに、この潤滑油がノズル５０の開口を塞ぐ可能性がある。しかし、軸受部２０では、内輪２１が回転すると、内輪２１と外輪２２との間の環状空間１１において、回転するエアの流れが発生することから、このエアの流れを利用して、振動体５１によって剥離又は移動を促した潤滑油を側面４９ａから除去することが容易となる。
【００４２】
振動体５１がポンプ本体４８を振動させると、この振動に伴う慣性力によって側面４９ａにおける潤滑油の付着力を低下させることができ、ノズル５０の開口を塞ぐ潤滑油を除去することができる。更に、前記エアの流れを追加的に用いることで、潤滑油の除去をより一層確実とすることができる。この結果、その後、ポンプ４３において、ノズル５０からの潤滑油の吐出が不能となるのを防止することができ、軸受部２０に対して安定した給油を行うことが可能となる。また、本実施形態の給油ユニット４０によれば、ノズル５０に潤滑油が付着した場合、これを取り除くために工作機械の運転を停止してメンテナンスを行う必要がなく、長期にわたって運転を継続することが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、振動体５１が発生させる振動数は高く、例えば１ＫＨｚ以上、３ＭＨｚ以下とすることができる。振動体５１の振動数を高くすることで、油室４３ｂ内に溜められている潤滑油は反応しにくく、つまりその振動に追従しにくく潤滑油がノズル５０から吐出されないで、側面４９ａに付着する余分な潤滑油の剥離や移動を促進させることができる。
【００４４】
前記実施形態では（図３参照）、振動体５１を振動アクチュエータにより構成し、この振動体５１をポンプ本体４８に取り付ける場合について説明したが、潤滑油をノズル５０から吐出させるための前記圧電素子４３ａが、ポンプ本体４８を加振させるための振動体を兼ねていてもよい。この場合、圧電素子４３ａは、潤滑油をノズル５０から吐出させるための機能と、側面４９ａに付着した潤滑油を除去するための機能とを備えている。このように圧電素子４３ａを兼用させる場合、制御部４４は、それぞれの機能に応じた制御信号を出力する。つまり、制御部４４は、潤滑油を油滴Ｐとしてノズル５０から吐出（噴出）させるためには、圧電素子４３ａに印加する電圧を単発的な三角波のようにするのに対して、振動体５１として機能させるためには、圧電素子４３ａに印加する電圧を高周波としかつ印加する時間を継続させる。これにより、前記実施形態と同様、ポンプ本体４８を振動させることができ、ノズル５０の開口を塞ぐ潤滑油を除去することが可能となる。
【００４５】
以上のとおり開示した実施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。つまり、本発明の転がり軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記実施形態では、軸受部２０がアンギュラ玉軸受である場合について説明したが、軸受の形式はこれに限らず、深溝玉軸受であってもよく、また、円すい転がり軸受や、円筒ころ軸受であってよい。また、この転がり軸受装置１０を、工作機械の主軸用以外の用途に用いることができる。
【００４６】
更に、前記給油ユニット４０は、軸受部２０の潤滑用途以外であってもよく、例えば、減速機等のギヤ機構（回転装置）の潤滑に用いることができる。つまり、給油ユニットは、回転装置に設けられこの回転装置において給油が必要となる給油領域に潤滑油を供給するための装置であって、（図３を参考に説明すると）潤滑油を供給するためのポンプ４３を有しており、このポンプ４３は、潤滑油を吐出する（特に、油滴として噴出する）ノズル５０が設けられているポンプ本体４８と、このポンプ本体４８を振動させる振動体５１とを有している。この給油ユニットに対して、前記実施形態で説明した給油ユニット４０が備えている各構成を適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０：転がり軸受装置          １１：環状空間          ２０：軸受部
２１：内輪                    ２２：外輪              ２３：玉（転動体）
２４：保持器                  ４０：給油ユニット      ４３：ポンプ
４３ａ：圧電素子              ４３ｂ：油室            ４８：ポンプ本体
４９：壁部                    ４９ａ：側面            ５０：ノズル
５１：振動体
【図１】
2018087595.tif 000003
【図２】
2018087595.tif 000004
【図３】
2018087595.tif 000005
【図４】
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