(57)【要約】【課題】積極的に吸熱することによって、冷却効率を格段に向上し、高速回転に伴う発熱量を抑制して、焼付きを防止し、寿命を従来よりも長くすること。【解決手段】転がり軸受Ｂに、直接的にペルチェ素子Ｐを取り付けることで、回転時に生じる熱を取り除く。このとき、ペルチェ素子Ｐとの接触面は、ギザギザの形状などにし、接触面積を増やすことで、熱交換の効率を格段に上げることができる。即ち、冷却面をギザギザ構造や凹凸構造とし、それにフィットするように、ペルチェ素子Ｐを貼付する。接合面は、転がり軸受Ｂ及びペルチェ素子Ｐの両接合部を、ギザギザの構造に加工を施して、接触面積を増やす。これにより、接触面積が増え、従来のものよりも格段に冷却効率を向上することができる。【選択図】図６
2007138966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と内輪との間に、転動体を転動自在に介装した転がり軸受に於いて、
当該転がり軸受の所定部位には、吸熱のために、ペルチェ素子が取り付けてあることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転がり軸受の所定部位と、前記ペルチェ素子とは、それぞれ、その互いの接触面積を増大するように、加工が施してあることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記転がり軸受の所定部位は、外輪、内輪、又は、シール部材等であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
転がり軸受を組み込んだ軸受組込装置に於いて、
当該軸受組込装置の所定部位には、吸熱のために、ペルチェ素子が取り付けてあることを特徴とする軸受組込装置。
【請求項５】
前記軸受組込装置の所定部位と、前記ペルチェ素子とは、それぞれ、その互いの接触面積を増大するように、加工が施してあることを特徴とする請求項４に記載の軸受組込装置。
【請求項６】
前記軸受組込装置の所定部位は、ハウジング、又は、プーリ等であることを特徴とする請求項４又は５に記載の軸受組込装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積極的に吸熱することによって、冷却効率を格段に向上した転がり軸受及び軸受組込装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電装用途に用いられる軸受や工作機械に使用される軸受は、性能向上のために、ますます高速で回転することが求められており、その結果、軸受温度が通常よりも高くなることが問題となっている。
【０００３】
軸受温度が高温になると、軸受の異常な膨張やそれによる隙間の変化が起き、軸受材料にとって過酷であるだけでなく、内部の潤滑剤にも、余分な熱がかかるため、潤滑寿命が短くなる原因となる。
【０００４】
特に、油潤滑では、回転により発生した熱を油が効果的に放出することが可能であるが、グリース潤滑の場合それができず、回転により発生した熱がこもるという欠点がある。
【特許文献１】特開２００４−２７８５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような背景から、上述した熱を放出するために、熱伝導グリースを封入して、内部で発生した熱を外に逃がしたりする方法もあるが、それほど大きな効果が得られないというのが現状である。
【０００６】
本発明は、このような現状に鑑み、積極的に吸熱することによって、軸受温度上昇を抑える手段を提案する。
【０００７】
すなわち、回転数が数千から早いものでは、２万回転となるような軸受は、回転時の転がりだけでなく、内部グリースの撹拌や、転動体のすべりの増大などによって、発熱が非常に大きくなってしまう。
【０００８】
この熱を抑えることは、軸受の長寿命のために重要な課題であり、本発明では、ペルチェ素子を軸受の外輪部（シール部）に貼り付けることにより、発熱を抑えることを発見した。  
【０００９】
なお、このペルチェ素子に関しては、特許文献１に於いて、冷却させる面に接して冷却するものがあるが、本発明では、これに比べて、冷却効率を格段に向上した構造を提案する。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、積極的に吸熱することによって、冷却効率を格段に向上し、これにより、高速回転に伴う発熱量を抑制して、焼付きを防止し、寿命を従来よりも長くすることができる、転がり軸受及び軸受組込装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受は、外輪と内輪との間に、転動体を転動自在に介装した転がり軸受に於いて、
当該転がり軸受の所定部位には、吸熱のために、ペルチェ素子が取り付けてあることを特徴とする。
【００１２】
好適には、前記転がり軸受の所定部位と、前記ペルチェ素子とは、それぞれ、その互いの接触面積を増大するように、加工が施してある。
【００１３】
また、好適には、前記転がり軸受の所定部位は、外輪、内輪、又は、シール部材等である。
【００１４】
また、本発明に係る軸受組込装置は、転がり軸受を組み込んだ軸受組込装置に於いて、
当該軸受組込装置の所定部位には、吸熱のために、ペルチェ素子が取り付けてあることを特徴とする。
【００１５】
好適には、前記軸受組込の所定部位と、前記ペルチェ素子とは、それぞれ、その互いの接触面積を増大するように、加工が施してある。
【００１６】
また、好適には、前記軸受組込装置の所定部位は、ハウジング、又は、プーリ等である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積極的に吸熱することによって、冷却効率を格段に向上し、これにより、高速回転に伴う発熱量を抑制して、焼付きを防止し、寿命を従来よりも長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る転がり軸受及び軸受組込装置を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、ペルチェ素子の基本原理を説明するための模式図である。
【００２０】
図２は、ペルチェ素子の応用原理を説明するための模式図である。
【００２１】
本実施の形態は、電流を通じると、ペルチェ効果で素子の表裏に温度差を生じ、冷却効果を発揮するペルチェ素子を利用したものに関する。
【００２２】
「ペルチェ効果」とは、１８３４年フランス人科学者ペルチェにより発見された現象で、２つの異なった金属に直流を流すと、吸熱と発熱が起こり、電流を逆転させるとその関係が反転するという現象をいう。
【００２３】
すなわち、図１に示す通り、素子の片面で発熱し、その反対側で吸熱するのである。
【００２４】
原理としては、ｐ形とｎ形の熱電半導体を銅電極で接合し、ｎ形の方から直流電流を流すと、図２に示す通り、上側の接合面から下の接合面へ熱を運び、また直流電流の流す方向を逆にすることにより、熱の移動方向も逆になるので、加熱、吸熱を完全に逆転することが可能であるというものである。そのため、ペルチェ素子は、加熱にも冷却にも利用することができ、高精度の温度制御に適しているのである。
【００２５】
このように、ペルチェ素子は、２つの異なった金属に直流を流すと、吸熱と発熱が起こり、電流を逆転させるとその関係が反転するという「ペルチェ効果」を利用したものであり、これにより軸受で発生した熱を取り出し、効率的に熱を放出することが可能となる。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。図４は、本発明の実施の形態の変形例に係る転がり軸受の断面図である。
【００２７】
玉軸受Ｂ（転がり軸受）は、内輪１と外輪２と玉３を備えている。内輪１は円環状に形成され内周囲に回転軸４を固定する。外輪２は内輪１の外径よりも大きな内径を有する円環状である。玉３は内輪１の外周面と外輪２の内周面に接し且つ転動自在に設けられている。
【００２８】
図４の例では、内輪１の外周面には、周方向に沿って断面円弧状の溝５が形成され、また外輪２の内周面には、周方向に沿って断面円弧状の溝６が形成されている。内部にはグリースが封入され、側面をシールすることにより、漏れを防ぐことができる。
【００２９】
このような図３又は図４の転がり軸受Ｂに、直接または間接的にペルチェ素子Ｐを取り付けることで、回転時に生じる熱を取り除く。このとき、後述するように、ペルチェ素子Ｐとの接触面は、ギザギザの形状などにし、接触面積を増やすことで熱交換の効率を格段に上げたことを最大の特徴とする。これにより、摩擦や撹拌により軸受Ｂ内に発生する熱エネルギーを吸収し、内部のグリースの劣化も抑えることで、軸受Ｂの寿命を長くすることが可能である。
【００３０】
具体的には、熱の発生する軸受Ｂの外輪２やシール部、または、軸受Ｂを組み込みハウジング等（軸受組込装置）に、ペルチェ素子Ｐを貼り付ける（図３及び図４に於いては、軸受側が吸熱側で、その反対側が発熱側）。
【００３１】
ただし、軸受Ｂは、内輪１もしくは外輪２が回る転動装置であるため、貼り付ける部分は、回ることが無く、配線等が絡まることのないように、注意する必要がある。
【００３２】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、ペルチェ素子の形状を示す模式図である。貼り付けるペルチェ素子Ｐの形は、特に制限は無いが、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、いろいろな形のペルチェ素子Ｐを、外輪２側やハウジング等に貼り付けることができる。例えば小さなペルチェ素子Ｐを数点貼り付けても良いし、円周全面に貼り付けるようなものでも良い。また貼り付ける部分は効率を考えると、平面であることが望ましい。
【００３３】
さらに、本実施の形態の大きな特徴として、冷却面をギザギザ構造や凹凸構造とし、それにフィットするように、ペルチェ素子Ｐを貼付することで、接触面積が増え、従来のものよりも格段に冷却効率が向上した。
【００３４】
具体的には、図６は、本発明の実施の形態に係る転がり軸受の部分断面図である。
【００３５】
接合面は、図６に示すように、転がり軸受Ｂ及びペルチェ素子Ｐの両接合部を、ギザギザの構造に加工を施して、接触面積を増やす。これは、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のどの構造においても適用する。
【００３６】
ペルチェ素子Ｐは、吸熱のために、電流を流す必要があるため、直流電源が流れるように電源を確保し、モータ等が回転する際に同時に電流が流れるような構造にしておくことで、吸熱と放熱が効率良く行うことができる。このとき、ペルチェ素子Ｐの発熱側は、高温になるため、できるだけヒートシンク等を取り付けて、効率的な熱交換が行えるようにすることが望ましい。
【００３７】
発熱を抑えることができれば、軸受Ｂの膨張を抑えることができ、隙間の減少等による転動体荷重の増大を防ぐことができる。それにより軸受Ｂの内部の摩耗が減り長寿命になると考えられる。
【００３８】
また、高温になると、潤滑のために封入したグリースが軟化して漏洩したり、酸化が起きやすく基油の劣化が著しく進行してしまうなどの問題が生じる。さらに、高温により表面がより活性化することで、酸化以外のトライボケミカル反応も同時に促進されてしまうため、軸受Ｂの表面が反応し潤滑不良につながることも考えられる。これらの問題も、発熱を抑制できれば解決できるものも多く、軸受Ｂの長寿命には、発熱抑制が非常に効果的であるといえる。
【００３９】
さらに、ペルチェ素子Ｐは、日本テクモ社製のペルチェ素子などを好適に用いることができる。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明は、これらに何ら限定されるものではない。
【００４２】
実施例では、ペルチェ素子の形状を変えてその効果を確認し、比較例では、ペルチェ素子をつけないものや、熱伝導グリースを使用したものを使用し、比較実験を行った。
【００４３】
このとき、ペルチェ素子の発熱と吸熱は、外部に電源を用意し、試験開始と同時にペルチェ素子にも電源を流し、吸熱を行った。
【００４４】
実施例と比較例の結果は、それぞれ、表１と表２に示した。
【表１】
2007138966.tif 000003
【表２】
2007138966.tif 000004
１．１軸受温度測定    １．２焼付き寿命試験
【００４５】
接触型密封シール付き玉軸受６３０５ＶＶ（日本精工製）を用い、これに下記に示す基油がポリαオレフィン、増ちょう剤がウレア化合物で構成されるグリースを空間容積の４０％封入して試験軸受とした。
【００４６】
グリースには、基油と増ちょう剤以外に酸化防止剤を１％添加し、ちょう度は２６０になるように調整した。
【００４７】
試験では、雰囲気温度を１００℃とし、ラジアル荷重１００Ｎ、アキシアル荷重１０００Ｎ、内輪回転速度ｌ００００ｍｉｎ−１で回転させ、運転開始１時間後の外輪温度と、そのまま回し続けて軸受の焼付き寿命時間を調べた。
【００４８】
表では焼付き寿命時間を、実施例１の寿命時間を１とし、それに対する比で表した。
【００４９】
２．グリース劣化度測定（１００ｈ後、５００ｈ後）  
上記１．と同様の試験を行い、試験後１００時間と試験後５００時間で軸受試験を中止し、内部の残存グリースの全酸価を測定した。この値は、グリースの酸化が進んでいるほど大きな値を示し、劣化がすすんでいるということができる。
【００５０】
３．グリース鉄摩耗量測定（５００ｈ後）
上記２．で５００ｈ後に採取したグリースについて、その中に含まれる鉄粉量を測定した。
【００５１】
これにより、軸受内部の摩耗量を測定することができ、潤滑環境の良し悪しを判断できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ペルチェ素子の基本原理を説明するための模式図である。
【図２】ペルチェ素子の応用原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係る転がり軸受の断面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、ペルチェ素子の形状を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る転がり軸受の部分断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  内輪
２  外輪
３  玉
４  回転軸
５  溝
６  溝
Ｐ  ペルチェ素子
Ｂ  転がり軸受
【図１】
2007138966.tif 000005
【図２】
2007138966.tif 000006
【図３】
2007138966.tif 000007
【図４】
2007138966.tif 000008
【図５】
2007138966.tif 000009
【図６】
2007138966.tif 000010