(57)【要約】【課題】軸受装置における使用時の発熱による不具合、例えば潤滑剤の性能劣化や軸受に対する予圧の変動などを、簡易な冷却構造を用いて抑制することで軸受装置を好適な状態に維持できるようにする。【解決手段】固定部材１に対して回転部材２が転がり軸受３を介して回転自在に支持された軸受装置の冷却機構において、ペルチェ効果を利用した冷却部材１２が、前記転がり軸受３の固定輪５に冷却面を当接させた状態で設けられている。【選択図】  図１
2004278570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に対して回転部材が転がり軸受を介して回転自在に支持された軸受装置の冷却機構において、ペルチェ効果を利用した冷却部材を備え、前記冷却部材は、そのペルチェ効果により外部から熱を吸熱して冷却する冷却面を有し、かつ、その冷却面を前記転がり軸受の固定輪に接触させた状態で設けられていることを特徴とする軸受装置の冷却機構。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受装置の冷却機構において、
前記冷却部材は、さらにそのペルチェ効果により外部から熱を吸熱した熱を放熱する放熱面を備え、前記放熱面は前記固定部材に当接されていることを特徴とする軸受装置の冷却機構。
【請求項３】
請求項１に記載の軸受装置の冷却機構において、
前記冷却部材はその放熱面を空気中に臨ませられていることを特徴とする軸受装置の冷却機構。
【請求項４】
固定部材と、これに対して径方向内側で同心に配置された回転部材と、前記固定部材に対し前記回転部材を回転自在に支持するもので互いに対して軸方向に離間した一対の転がり軸受とを含む軸受装置に対しその冷却を行う冷却構造において、前記両転がり軸受に対して定位置予圧を付与する間座を当該両転がり軸受間に介装し、ペルチェ効果を利用して外部から熱を吸熱するとともに吸熱した熱を放熱する冷却部材を備え、この冷却部材を前記間座に設けていることを特徴とする軸受装置の冷却機構。
【請求項５】
請求項１または４に記載の軸受装置の冷却機構において、
熱伝導率が前記固定部材より大きな熱伝導部材を前記冷却部材の放熱面に当接されていることを特徴とする軸受装置の冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置の冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械などのシャフトの軸受装置において、回転部分が過熱状態とならないように、ペルチェ効果を利用した冷却装置を回転部材であるシャフトに設けたものが知られている。（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２３７９３０号公報（全頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、ペルチェ効果を利用した素子がシャフトなどの回転部材に装備され回転部材とともに回転する構成となっているため、ペルチェ素子への電力供給にスリップリングを用いたり、あるいは電源装置が回転部材側に備えられる構成にしていた。このような場合、回転部材にペルチェ素子に対する電気配線を設ける必要があり、電源を回転部材に備えるものでは外部へ放熱するための構造や電源を設置する構造が必要となるなど、複雑な構成になり、コスト高を招くなどの問題があった。
【０００５】
さらに、工作機械のシャフトのように高速回転に伴い発熱が大きくなり、軸受の予圧も急激に増加する軸受装置においては、温度と面圧の増大により潤滑剤の性能を劣化させる。このため、適度にその熱を取り去り、潤滑性能の劣化を防ぐことが、軸受の焼付き限界回転数を向上させるため望ましい。
【０００６】
また、工作機械などのシャフトの軸受装置では、シャフトの振れを抑え、回転精度を向上させるため、シャフトの軸方向に離間した少なくとも２箇所でそれぞれシャフトを支持する転がり軸受の転動体に対して、寸法調整された間座を軸受の内輪・外輪のそれぞれの間に介装して位置決めすることで軸受が負すきまとなるようアキシャル荷重を予圧として与えるものが周知である。
【０００７】
このような予圧を軸受に与えるようにした軸受装置の場合、使用に伴う発熱によ軸受の予圧は変化する。一般的に軸受は、回転側の内輪は外輪より昇温し、この内外輪の温度差により軸受のラジアルすきまが減少することにより予圧増加の方向となる。
【０００８】
他方、発熱のため間座も軸方向に膨張するが、一般的に、より温度の高い回転側（内輪側）の間座の伸びが固定側（外輪側）より大きく、図１のような背面組合わせで配列された軸受装置では、軸受予圧が減少する方向になる。
【０００９】
すなわち、軸受の予圧変化は、前記すきまの減少に伴う予圧増加と、間座の伸びによる予圧減少とがキャンセルし、軸受の予圧変化（増加）を小さくすることができ、軸受の焼付き限界回転数の向上を図ることができる。
【００１０】
これは間座の幅寸法の大きい（軸受間の距離寸法が大きい）軸受装置ではより一層顕著な効果をもたらすが、間座の幅寸法に関係なく、使用に伴い軸受などが発熱しても、軸受予圧が増大しないようにして、軸受の焼付き限界回転数の性能向上を図ることが要望としてあった。
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は、上記実状に鑑みて、軸受装置における使用時の発熱による不具合、例えば潤滑剤の性能劣化や軸受に対する予圧の変動などを、簡易な冷却構造を用いて抑制することで軸受装置を好適な状態に維持できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸受装置の冷却機構は、固定部材に対して回転部材が転がり軸受を介して回転自在に支持された軸受装置の冷却機構において、ペルチェ効果を利用した冷却部材を備え、前記冷却部材は、そのペルチェ効果により外部から熱を吸熱して冷却する冷却面を有し、かつ、その冷却面を前記転がり軸受の固定輪に接触させた状態で設けられていることを特徴とする。
【００１３】
上記軸受装置の冷却機構では、１つの実施態様として、前記冷却部材は、さらにそのペルチェ効果により外部から熱を吸熱した熱を放熱する放熱面を備え、前記放熱面は前記固定部材に当接されている。また、１つの実施態様として、前記冷却部材はその放熱面を空気中に臨ませられる。冷却部材は、ペルチェ素子のみで構成されるものであっても良いし、ペルチェ素子の冷却側や放熱側に熱伝導部材を別途付設した構成のものであっても良い。
【００１４】
上記軸受装置の冷却機構によれば、回転作動されることに伴って回転部材やその固定部材への支持を行う軸受装置が発熱しても、軸受装置の固定輪を冷却するように設けられたペルチェ効果を利用した冷却部材によって、軸受装置の固定輪の冷却が図られる。それによって、軸受装置におけるグリースなどの潤滑剤の温度も低く抑えることができることで、潤滑剤の粘性の変動を抑制することができる。また、軸受装置の固定輪側に冷却部材を設けるだけの簡易な構成となっているから、回転輪側に冷却部材を設ける場合と比較して、電気配線するための構造などを複雑なものとしなくても良く、製作コストを抑制できる。
【００１５】
冷却部材の放熱面を固定部材に当接させていると、冷却部材の放熱面から熱が固定部材に逃がされていくので、軸受の固定輪に対する冷却は促進され、回転部材の回転に伴い軸受などにおいて発熱しても、軸受の温度上昇を効果的に抑制できる。また、冷却部材の放熱面を空気中に臨ませていると、冷却部材の放熱面から熱が空気中に逃がされていくので、軸受の固定輪に対する冷却は促進され、回転部材の回転に伴い軸受などにおいて発熱しても、軸受の温度上昇を効果的に抑制できる。
【００１６】
また、固定部材とは別に、熱伝導率が軸受や間座や固定部材よりも大きな（たとえば銅、アルミニウム、ベリリウムなどの材質からなる）熱伝導部材を前記冷却部材の放熱面に当接させた構成とすることにより、より一層効果的に軸受の温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
本発明に係る軸受装置の冷却機構は、固定部材と、これに対して径方向内側で同心に配置された回転部材と、前記固定部材に対し前記回転部材を回転自在に支持するもので互いに対して軸方向に離間した一対の転がり軸受とを含む軸受装置に対しその冷却を行う冷却構造において、前記両転がり軸受に対して定位置予圧を付与する間座を当該両転がり軸受間に介装し、ペルチェ効果を利用して外部から熱を吸熱するとともに吸熱した熱を放熱する冷却部材を備え、この冷却部材を前記間座に設けていることを特徴とする。
【００１８】
この軸受装置の冷却機構によれば、冷却部材が間座に設けられることで定位置予圧を付与する間座に対して冷却が図られるから、特に温度上昇に伴い間座が軸方向に延びて予圧を低下させるなどの不具合を抑制でき、常に一定の予圧状態に維持されるようにできる。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１に本発明の実施形態を示している。図１は、シャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図である。
【００２０】
図１を参照して、例えば工作機械のシャフトを軸支している構造について説明する。１は、固定部材としてのハウジング、２は、回転部材としてのシャフト（例えば主軸など）、３は、シャフト２を軸方向２箇所でそれぞれハウジング１に対して回転自在に支持するための転がり軸受である。
【００２１】
転がり軸受３は、シャフト２に外嵌された回転輪としての内輪４、ハウジング１に内嵌された固定輪としての外輪５、内輪４と外輪５との間の環状空間に周方向複数個配設された転動体としての玉６、および、これらの玉６を保持するための保持器７とにより構成されている。一方の転がり軸受３は、ハウジング１およびシャフト２の段部で軸方向の位置決めがなされているとともに、他方の転がり軸受３は、シャフト２に螺着締結されるナット１０により軸方向外側での位置規制がなされている。また、両転がり軸受３，３の軸方向での間に間座８，９が介装されている。間座８と間座９とは、それぞれの転がり軸受３，３の内輪４，４、外輪５，５間に当接する状態で設けられている。各転がり軸受３，３はアンギュラ玉軸受であって、軸方向で所定の寸法設定された間座８，９により所定の負すきま状態が各転がり軸受３，３において得られるようにしている。
【００２２】
さらに、ハウジング１の内周面１ａにおいて、各転がり軸受３，３の外輪５，５を嵌合している箇所には、周方向に沿った環状溝１１，１１が形成されている。この環状溝１１には、周方向数箇所にまたは全周にわたってペルチェ効果素子を備える冷却部材１２が嵌合されて設けられている。この冷却部材１２のペルチェ素子は、冷却面を転がり軸受３の径方向内径側に臨ませ、転がり軸受３がハウジング１に装着された状態ではその冷却面が外輪５の外周面に当接するようになっている。冷却部材１２において冷却面とは反対側の面に設定される放熱面はハウジング１の環状溝１１の底面側と当接させるようにしている。ペルチェ素子の放熱面側には、ペルチェ素子に直流電流を与えるための少なくとも一対の電極を設けており、その対を成す電極は、ハウジング１の外部にある直流電源１３に接続されている。冷却部材１２の冷却面は、転がり軸受３がシャフト２およびハウジング１に組み付けられた状態において、転がり軸受３の外輪５の外周面に当接している。ペルチェ素子の原理は周知であるからその詳しい構造の図示や説明は省略するが、ｐ形とｎ形との熱電半導体を電極で接合し、ｎ形の方から直流電流を流すことにより一方の接合面から他方の接合面へ熱を運び、これによって一方の接合面が吸熱面あるいは冷却面となり、他方の接合面が放熱面となる。前記直流電流の流す方向を逆にすると、前記一方の接合面が放熱面となり、前記他方の接合面が冷却面となる。
【００２３】
上記構成において、この工作機械を作動させているときには、直流電源１３からの電力供給により、冷却部材１２の冷却面と放熱面との間に温度差が生じて冷却面が冷却されるので、冷却面と接する外輪５に対してその外部から熱を吸熱することで外輪５の冷却が図られることになる。一方、放熱面はペルチェ効果により温度上昇し熱をハウジング１に逃がすことになる。これによって、転がり軸受３のグリースなどの潤滑剤の冷却が図れ、したがって使用中の発熱による潤滑剤の熱影響による性能劣化が抑制されるので、軸受は焼付き防止や限界回転数を向上させることができる。したがって、転がり軸受３の温度上昇が抑制されるので、回転精度高くシャフト２を支持できるものとなっている。また、冷却部材１２は、ハウジング１に固定されて設けられているから、冷却部材１２の電気配線はスリップリングなどを用いなくてよく、簡易な構造となっている。
【００２４】
また、図２を参照して、ハウジング１の部材とは別のハウジング１よりも熱伝導性の高い材質からなる熱伝導部材１８を冷却部材１２の放熱面に当接させた状態で設けてもよい。このように熱伝導性の高い熱伝導部材１８を冷却部材１２の放熱面に当接させておくことにより、放熱面からの放熱性能が高まるため、転がり軸受３に対する冷却効果が一層高められる。
【００２５】
なお、転がり軸受３の冷却を外輪５に対して冷却部材１２を設けることによって行う本発明に係るものとしては、図３を参照して、外輪５に周方向に沿った環状溝１４を設け、この環状溝１４内に冷却部材１２を装着した構成としてもよい。この場合、冷却部材１２は、接着剤により外輪５に固着されていてもよいし、単に冷却部材１２が環状溝１４内に接着すること無く装着してもよい。また、接着剤で接着しない場合、グリースなどの潤滑剤によってある程度冷却部材１２が外輪５に接着された状態となっていてもよい。
【００２６】
また、図４を参照して、転がり軸受３の外輪５の軸方向の側面箇所に冷却部材１２を貼り付けた構成にしてもよい。この図４に示される冷却部材１２の場合、冷却面が外輪５の側面個所に接着剤で固着されている。そして、この冷却部材１２の放熱面は転がり軸受３の外輪５の軸方向横外方で空気にさらされる状態となっている。したがって、この場合、冷却部材１２が作動して外輪５に対する冷却が図れると、冷却部材１２において発熱する放熱面から空気に対して放熱が行われる。
【００２７】
次に、請求項４に係る本発明の実施の形態について図に基づいて以下に説明する。なお、工作機械のシャフト１を支持する軸受装置について説明するのであって、上記実施の形態と同様の構造については、説明を省略するとともに、同じ符号を付す。
【００２８】
図５を参照して、２つの転がり軸受３，３が軸方向で所定間隔隔ててシャフト１をハウジング２に回転自在に支持するように設けている。
【００２９】
両転がり軸受３，３間には径方向で同心に配置された円筒状の間座８，９が設けられている。
【００３０】
また、外側の間座９に対して冷却が図られるように、その間座９の外周面に周方向に沿った環状溝１５を形成するとともに、その環状溝１５内にペルチェ効果を利用した冷却部材１６を嵌合装着している。冷却部材１６はその冷却面が環状溝１６の底面に当接する状態で接着されている。冷却部材１６の放熱面は、ハウジング１の内周面に当接している。
【００３１】
この構成により、直流電源１３から電力供給されることによって冷却部材１５の冷却面の温度が低下し、放熱面では温度が上がるように温度差が冷却面と放熱面との間に生じ、ハウジング１に対して放熱がなされることによって、内側の間座８は冷却されるので、シャフト２の回転に伴う発熱で間座８が温度上昇するのを抑制できることになる。
【００３２】
また、図６を参照して、ペルチェ効果を利用した冷却部材１７によって外側の間座９に対して冷却が図られるように、ハウジング１側に固定された冷却部材１７の冷却面が間座９の外周面に当接するように冷却部材１７を設けてもよい。なお、上記図５、図６のどちらの場合においても、一つの間座９に対して軸方向で複数箇所にそれぞれ冷却部材１６を設けてもよい。
【００３３】
また、本発明の適用される軸受装置としては、ペルチェ効果を利用した冷却部材が予圧付与のための間座と、転がり軸受の固定輪との両者に設けられた軸受装置であってもよい。
【００３４】
転がり軸受としては玉軸受に限定されるものでなく、ころ軸受など各種転がり軸受に対して、本発明は適用できる。また、軸受に予圧を付与する形態としては、円錐ころ軸受などにも適用できる。また、ラジアル型のみならずアキシャル型の転がり軸受にも本発明は適用できる。
【００３５】
上記各実施の形態に関して、軸受に対してペルチェ効果を利用した冷却部材により冷却を図るとともに、間座に対してもペルチェ効果を利用した冷却部材により冷却を図る構成としてもよい。
【００３６】
上記実施の形態では工作機械のシャフトを支持する軸受装置について示したが、例えば、半導体製造設備の基板回転部の軸受、鉄道車両用軸受、自動車用軸受とりわけスーパーチャージャ用軸受、電動モータなどの軸受などにも本発明は適用できるのであって、その適用対象は限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る軸受装置の冷却機構によれば、回転部材やその固定部材への支持を行う軸受装置が発熱しても、軸受装置の固定輪を冷却するように設けられたペルチェ効果を利用した冷却部材によって、軸受装置の固定輪の冷却が図られる。それによって、軸受装置におけるグリースなどの潤滑剤の温度も低く抑えることができることで、潤滑剤の粘性の変動を抑制することができる。また、軸受装置の固定輪側に冷却部材を設けるだけの簡易な構成となっているから、回転輪側に冷却部材を設ける場合と比較して、電気配線するための構造などを複雑なものとしなくても良く、製作コストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図
【図２】別の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの要部を示す拡大図
【図３】別の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図
【図４】別の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図
【図５】別の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図
【図６】別の実施の形態に係るシャフトを支持する転がり軸受などの片半分を示す断面図
【符号の説明】
１      ハウジング（固定部材）
２      シャフト（回転部材）
３      転がり軸受
４      内輪（回転輪）
５      外輪（固定輪）
８，９  間座
【図１】
2004278570.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004278570.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004278570.tif 000007
【図６】
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