(57)【要約】【課題】 転がり軸受の潤滑油による潤滑を可能とし、これにより、高速性を向上させた発電装置用軸受装置および発電装置を提供する。【解決手段】  転動体13近傍または軌道輪11,12の軌道面近傍に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル23、ノズル23に潤滑油を供給するポンプ22、ポンプ22に連通する潤滑油タンク21、およびポンプ22を駆動する駆動部27を備えている給油ユニット2を備えている。給油ユニット2の駆動部27がハウジング3の外部に設けられている。【選択図】    図１
2007132486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられたロータがハウジングに設けられたステータに対して回転させられることにより発電を行う発電装置で使用される軸受装置であって、回転軸と一体に回転する内輪、ハウジングに取り付けられる外輪、および両軌道輪を相対回転可能にする複数の転動体を備えている転がり軸受と、転動体近傍または軌道輪の軌道面近傍に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル、ノズルに潤滑油を供給するポンプ、ポンプに連通する潤滑油タンク、およびポンプを駆動する駆動部を備えている給油ユニットとからなり、給油ユニットの駆動部がハウジングの外部に設けられていることを特徴とする発電装置用軸受装置。
【請求項２】
転がり軸受は、複数の転動体を保持する保持器をさらに備えており、ノズルの開口は、保持器の軸方向外側端部よりも軸方向内方に位置させられている請求項１の発電装置用軸受装置。
【請求項３】
ノズルの開口方向が、回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられていることを特徴とする請求項１または２の発電装置用軸受装置。
【請求項４】
発電装置で生成される電力によりポンプが駆動されている請求項１〜３のいずれかの発電装置用軸受装置。
【請求項５】
ハウジングに設けられたステータと、回転軸に設けられたロータと、回転軸を支持する軸受装置とを備えており、軸受装置が請求項１〜４のいずれかである発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や鉄道車両などの車両用交流発電機、風力発電機などの発電装置用として好適な軸受装置およびこのような軸受装置を備えた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の発電装置であるオルタネータに使用されている転がり軸受では、通常、グリースによる潤滑が行われており、特許文献１および２などには、グリース潤滑を前提として、種々の潤滑剤が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２２７４０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
オルタネータでは、高速回転が求められているが、従来のものでは、グリース潤滑の軸受装置を使用しているため、グリースの粘性抵抗により、軸受トルクが大きくなり、高速性に限界があった。
【０００４】
この発明の目的は、転がり軸受の潤滑油による潤滑を可能とし、これにより、高速性を向上させた発電装置用軸受装置および発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による発電装置用軸受装置は、回転軸に設けられたロータがハウジングに設けられたステータに対して回転させられることにより発電を行う発電装置で使用される軸受装置であって、回転軸と一体に回転する内輪、ハウジングに取り付けられる外輪、および両軌道輪を相対回転可能にする複数の転動体を備えている転がり軸受と、転動体近傍または軌道輪の軌道面近傍に開口が臨まされている潤滑油吐出ノズル、ノズルに潤滑油を供給するポンプ、ポンプに連通する潤滑油タンク、およびポンプを駆動する駆動部を備えている給油ユニットとからなり、給油ユニットの駆動部がハウジングの外部に設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
転がり軸受は、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受などとされるが、その他の形式であってもよい。転がり軸受には、シール部材が片側または両側に設けられることがある。内輪、外輪および転動体は、いずれも、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２など）製とされるが、限定されるものではなく、転動体をセラミックス製にするなど種々の変更が可能である。
【０００７】
ポンプとしては、例えば、ダイヤフラム、潤滑油吐出ノズルおよび潤滑油吸引ノズルがポンプ室内に設けられ、ダイヤフラムに圧電素子が取り付けられたダイヤフラム式マイクロポンプが適している。このダイヤフラム式マイクロポンプは、圧電素子を利用してダイヤフラムを脈動させ、潤滑油吐出ノズルより潤滑油を吐出させる。ダイヤフラム式以外に、噴射式ポンプ、ベーンポンプ、スクリューポンプ、ピエゾポンプ等種々のポンプが使用できる。
【０００８】
給油ユニットの駆動部分は、ポンプに所要の信号を供給するものであり、磁気のあるハウジング内に設けることは適当でないので、ハウジングの外部に設けられる。これ以外の給油ユニットの構成は、転がり軸受に内蔵させてもよく、一部（例えば、ノズルが取り付けられているポンプだけ）を転がり軸受の外輪（固定輪）に取り付けてもよい。
【０００９】
ノズルの開口は、少なくとも、転がり軸受の端面よりも軸方向内方に位置させられている必要があり、保持器の軸方向外側端部よりも軸方向内方に位置させられていることが好ましい。
【００１０】
ノズルの開口方向は、回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられていることが好ましい。給油ユニットは、通常、固定輪である外輪またはハウジングに取り付けられ、この場合には、「回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられている」は、「回転中心軸方向に対して回転方向側に傾けられている」と同じ意味となる。
【００１１】
潤滑油吐出ノズルは、例えば、転がり軸受の最下部に位置させられ、水平方向にのびる本体と、本体に対し略直角に折り曲げられた吐出部とからなるものとされ、吐出部が空気の流れ方向（回転方向）に向けられる。ここで、吐出部の向きは、水平方向（空気の流れ方向に平行）に限定されるものではなく、本体に対して下向きに傾斜していてもよい。この場合の吐出部が水平となす角αは、０°以上（空気の流れ方向に平行でも可）でかつ９０°未満（空気の流れ方向に垂直は不可）の範囲で適宜決定される。なお、潤滑油吐出ノズルの設置位置したがってポンプの設置位置は、タンクの下方とされることが好ましいが、転がり軸受の最下部に限定されるものではない。
【００１２】
ノズルの開口方向が転がり軸受の回転方向を考慮した適正方向に向けられることにより、潤滑油の洩れや油滴の反対方向への移動が防止され、これにより、高速回転で使用される場合でも、適切な箇所に潤滑油を確実に供給することができる。ノズルは、その先端側部分が回転方向側に折り曲げられていることが好ましく、また、ノズルの開口方向は、回転中心軸方向に対して垂直であることが好ましい。
【００１３】
ノズル長さが長すぎると、ノズル内に滞留している潤滑油によって、ポンプにより発生した潤滑油の脈動が減衰し、潤滑油が吐出されにくくなるため、ポンプを軸受外部に設ける場合、ポンプは、転がり軸受の近傍に配置される。この近傍とは、ノズル長さが潤滑油の脈動により潤滑油が吐出可能な範囲に抑えられかつノズルの開口を転動体あるいは軌道輪の軌道面近傍に臨ませることが可能な位置とされる。
【００１４】
ポンプの吐出能力によって変わるが、ノズルの折り曲げ部分（吐出部）を含んだ全長は、脈動をなくさないために、７０ｍｍ以下が好ましい。そして、ノズルの吐出部の長さは、全長の５〜６０％程度とされる。ノズルの径については、細すぎると、潤滑油が吐出しにくく、太すぎると、潤滑油の少量の吐出制御が困難になるため、ノズルの内径寸法（直径）は、０．１ｍｍ〜１ｍｍが好ましい。
【００１５】
ポンプによる潤滑油吐出量は、駆動部によって制御され、例えば、回転輪の回転数が低い領域では、ごく微量の潤滑油が、また、回転数が高い領域ではそれに応じた量の潤滑油が転動体や軌道輪の軌道溝付近に対して吐出される。こうして、転がり軸受の転動体転動領域に対して潤滑油を過不足なく長期にわたって継続的に供給できるようになり、転がり特性の長期安定化および寿命向上に貢献できる。
【００１６】
発電装置で生成される電力によりポンプが駆動されていることが好ましい。駆動部の電源としては、電池などを設けてもよいが、発電装置自体の電力を用いることが容易であることから、これを利用することにより、給油ユニットをコンパクトなものにすることができる。
【００１７】
この発明による発電装置は、ハウジングに設けられたステータと、回転軸に設けられたロータと、回転軸を支持する軸受装置とを備えており、軸受装置が上記いずれかのものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の発電装置用軸受装置および発電装置によると、転がり軸受の潤滑油による潤滑が可能となり、これにより、潤滑剤の粘性抵抗がグリースに比べて小さくなり、発電装置の高速性を向上させることができる。しかも、グリース潤滑の場合、低温時の潤滑性が低く、異常音が発生しやすいという問題があるのに対し、このような低温時の問題も解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、この発明の軸受装置を備えた発電装置（自動車用オルタネータ）を示している。この自動車用オルタネータは、ハウジング(3)に設けられたステータ(4)と、回転軸(5)に設けられたロータ(6)と、電圧調整および整流を行う制御部(7)と、回転軸(5)をハウジング(3)に支持する転がり軸受(1)と、転がり軸受(1)に付設された給油ユニット(2)と、ハウジング(3)の外部に設けられている給油ユニット駆動部(27)とを備えている。
【００２１】
制御部(7)の電圧調整部は、スリップリング(8)およびブラシ(9)を介してロータ(6)の界磁コイル(6a)と接続されている。エンジンの回転動力がＶベルト等の伝動手段を介してプーリ(10)に伝達されると、回転軸(5)が回転することによりロータ(6)が回転する。このとき、回転軸(5)と一体的にポールコア(6b)、界磁コイル(6a)および２個のスリップリング(8)が回転する。そして、制御部(7)から界磁コイル(6a)に励磁電流が供給されることによりポールコア(6b)の磁極部が励磁され、ロータ(6)と相対回転するステータ(4)のコアに巻かれた三相のステータコイル(4a)に順次交流電流が誘起する。この三相のステータコイル(4a)で発生した交流電流は、制御部(7)の整流部で整流され直流電流に変換され、この電流はバッテリの充電や車両の電気機器の作動用に使用される。
【００２２】
図２から図４までは、この発明の発電装置用軸受装置の第１実施形態を示している。以下の説明において、上下は、図２および図３の上下をいうものとする。
【００２３】
転がり軸受(1)は、内輪回転の玉軸受で、外輪（固定輪）(11)、内輪（回転輪）(12)、両輪(11)(12)を相対回転可能にする複数の玉（転動体）(13)、および複数の玉(13)を保持する保持器(14)を備えている。
【００２４】
給油ユニット(2)は、潤滑油を貯留するタンク(21)、タンク(21)内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ(22)、ポンプ(22)の吐出口に設けられている潤滑油吐出ノズル(23)、およびポンプ(22)を駆動する駆動部(27)を備えている。
【００２５】
この実施形態では、タンク(21)およびポンプ(22)は、転がり軸受(1)に内蔵されている。外輪(11)および内輪(12)には、玉(13)を保持するための部分に加えて、給油ユニット設置用延長部(11a)(12a)が形成されており、ポンプ(22)は、外輪(11)の給油ユニット設置用延長部(11a)の内周面下部に着脱可能に取り付けられている。また、タンク(21)は、軸方向から見て円弧状とされて、ポンプ(22)と周方向に隣り合うように外輪(11)の給油ユニット設置用延長部(11a)の内周面に着脱可能に取り付けられており、導管(24)によってポンプ(22)と接続されている。
【００２６】
ポンプ(22)は、圧電素子によって被駆動部であるダイアフラムを往復変位させることにより、ポンプ室内にタンク(21)内の潤滑油を吸引してノズル(23)から吐出させるダイアフラムポンプとされている。
【００２７】
ノズル(23)は、水平方向にのびる本体(25)および本体(25)に対し略直角に折り曲げられた吐出部(26)からなるＬ字状のものとされている。ノズル(23)の開口すなわち吐出部(26)の先端は、転がり軸受(1)の端面よりも軸方向内方に位置させられ、玉(13)の径方向外方に少なくともノズル(23)の一部があるように、保持器(14)のある部分に臨まされている。図４において、矢印は、内輪(12)の回転方向を示しており、ノズル(23)の吐出部(26)の開口は、回転方向に向けられている。
【００２８】
駆動部(27)は、ポンプ(22)の圧電素子に対して矩形の電圧信号を供給している。駆動部(27)の電源は、制御部(7)からの出力電圧によってまかなわれており、ポンプ(22)は、オルタネータで生成される電力により駆動されている。駆動部(27)からの電圧信号によって、ポンプ(22)が駆動され、ポンプ(22)がタンク(21)から潤滑油を吸引することによって、ノズル(23)から、玉(13)、外輪(11)の軌道面、内輪(12)の軌道面方向に潤滑油が吐出される。ハウジング(3)内には、磁気を発する部分（界磁コイル(6a)、ポールコア(6b)、ステータコイル(4a)など）があるが、駆動部(27)がハウジング(3)の外部に設けられていることにより、磁気の影響を受けることなくポンプ(22)を制御することができる。
【００２９】
潤滑油吐出量は、例えば、回転軸(5)の回転数が低い領域では、ごく微量の潤滑油が、回転数が高い領域ではそれに応じた量の潤滑油とされる。潤滑油吐出量は、例えば、ステータコイル(4a)で生成される発電電圧または電流の大きさに応じて調整するようにしてもよい。
【００３０】
転がり軸受(1)が回転すると、回転によって風の流れが生じ、これが潤滑油の適正な供給を阻害する。例えば、転がり軸受(1)の回転によって生じる風の流れは、エアカーテンと類似の作用を及ぼし、この結果、ノズルを転がり軸受の端面に臨ませた場合には、滴下された潤滑油の軸方向内方への移動がこのエアカーテンによって妨げられる。この問題は、ノズル(23)の開口がエアカーテンを貫通して保持器(14)のある部分に臨ませられていることによって解消されている。
【００３１】
また、ノズル(23)が回転方向折り曲げられていることにより、ノズル(23)先端の負圧が高速回転時でも小さく抑えられ、潤滑油の洩れが防止される。しかも、ノズル(23)から吐出された油滴がノズル(23)を伝ってその根元側に移行するという現象も防止され、この結果、確実に潤滑が行われる。
【００３２】
こうして、この発電装置用軸受装置(1)によると、転がり軸受(2)の玉(13)の転動領域に対して潤滑油を過不足なく長期にわたって継続的に供給できるようになり、転がり特性の長期安定化および寿命向上が果たされる。
【００３３】
上記第１実施形態のものでは、タンク(21)およびポンプ(22)が転がり軸受(1)にコンパクトに内蔵されているので、オルタネータに容易に組み込むことができる。給油ユニット(2)のタンク(21)およびポンプ(22)が転がり軸受(1)に内蔵されている第１実施形態に対し、図５に示すように、給油ユニット(2)を転がり軸受(1)外部に設けるようにすることもできる。
【００３４】
図５において、発電装置用軸受装置は、転がり軸受(31)および給油ユニット(32)からなる。転がり軸受(31)は、内輪回転の玉軸受で、外輪（固定輪）(41)、内輪（回転輪）(42)、両輪(41)(42)を相対回転可能にする複数の玉（転動体）(43)、および複数の玉(43)を保持する保持器(44)を備えている。給油ユニット(32)は、潤滑油を貯留するタンク(51)、タンク(51)内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ(52)、ポンプ(52)の吐出口に設けられている潤滑油吐出ノズル(53)、タンク(51)とポンプ(52)とを接続する導管(54)、およびポンプ(52)を駆動する駆動部(27)を備えている。
【００３５】
図示省略しているが、給油ユニット(32)は、タンク(51)およびポンプ(52)を含めて、ハウジングの適宜な位置に取り付けられる。
【００３６】
ノズル(53)は、第１実施形態のものと同様に、水平方向にのびる本体(55)および本体(55)に対し略直角に折り曲げられた吐出部(56)からなるＬ字状のものとされている。ノズル(53)の開口すなわち吐出部(56)の先端は、転がり軸受(31)の端面よりも軸方向内方に位置させられ、玉(43)の径方向外方に少なくともノズル(53)の一部があるように、保持器(44)のある部分に臨まされている。したがって、ポンプ(52)がタンク(51)から潤滑油を吸引すると、ノズル(53)から、玉(43)、外輪(41)の軌道面、内輪(42)の軌道面方向に潤滑油が吐出される。
【００３７】
ノズル(53)が第１実施形態のものと同様の形状とされていることにより、この第２実施形態のものでも、高速回転時の潤滑が確実に行われる。そして、この第２実施形態のものでは、転がり軸受(1)に給油ユニット設置用延長部(11a)(12a)を設けなくてよいので、転がり軸受(31)自体は従来使用されているものをそのまま使用することができ、転がり軸受の加工や給油ユニットの転がり軸受への取付けなどが不要となり、転がり軸受の製造コストを下げることができる。
【００３８】
なお、第１および第２実施形態のノズル(23)(53)については、水平なノズル本体(25)(55)に対し、吐出部(26)(56)も水平として描いているが、吐出部(26)(56)は、回転方向を向いた状態で、水平よりも傾斜させられてもよい。また、ノズル本体(25)(55)に対する吐出部(26)(56)の角度は、直角に限定されるものではなく、鋭角または鈍角であってもよい。さらにまた、ノズル(23)(53)は、Ｌ字状とされる必要はなく、ストレート状で、その軸が回転中心軸方向に対して回転方向側に傾斜させられていてもよく（この場合、軸は水平方向を向いていてもよく、水平方向に対して下向きに傾斜させれていてもよい。）、要するに、ノズルの開口方向が、回転によって生じる空気の流れ方向に傾けられていれば、ノズルの形状は種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、この発明による発電装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による発電装置用軸受装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図３は、同側面図である。
【図４】図４は、この発明の要部を径方向内方から見た図である。
【図５】図５は、この発明による発電装置用軸受装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
(1)(31)           転がり軸受
(2)(32)           給油ユニット
(11)(41)          外輪
(12)(42)          内輪
(13)(43)          玉（転動体）
(14)(44)          保持器
(21)(51)          タンク
(22)(52)          ポンプ
(23)(53)          ノズル
(27)              駆動部
【図１】
2007132486.tif 000003
【図２】
2007132486.tif 000004
【図３】
2007132486.tif 000005
【図４】
2007132486.tif 000006
【図５】
2007132486.tif 000007