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技術 トロコイドポンプ、潤滑油供給ユニットおよび軸受装置

出願人 NTN株式会社
発明者 冨永雅也
出願日 2017年10月17日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2017-201142
公開日 2019年5月16日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-074040
状態 未査定
技術分野 回転型液体ポンプの応用細部 工作機械の補助装置 回転型液体ポンプ(1) 潤滑 ころがり軸受 旋削加工
主要キーワード 込みチューブ 外周ハウジング 磁極検出センサ OFF回数 吐出チューブ 供給間隔 潤滑油吐出量 通常吐出
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年5月16日)のものです。
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図面 (20)

課題

ポンプの動作を監視可能とする。

解決手段

ポンプ29は、インナーロータ104と、インナーロータ104の外側に配置されるアウターロータ105と、アウターロータ105の回転に伴い位置が変化する発磁体111〜115と、アウターロータ105を内部に収容するポンプケース106と、ポンプケース106に設置され発磁体111〜115からの磁界を検出する磁極検出センサ9とを備える。好ましくは、発磁体111〜115は、アウターロータ105の外周面埋設され、アウターロータ105およびポンプケース106は、樹脂製である。

概要

背景

工作機スピンドル軸受潤滑方式エアオイル潤滑方式が一般的であるが、外部にオイルタンクエア供給用の付帯設備が必要となる。一方、グリース潤滑式の軸受では、外部に付帯設備を必要としないが潤滑寿命がある。グリース潤滑式の軸受の潤滑寿命延長するための潤滑油供給ユニットの一例が特開2016−153669号公報(特許文献1)に開示されている。

概要

ポンプの動作を監視可能とする。ポンプ29は、インナーロータ104と、インナーロータ104の外側に配置されるアウターロータ105と、アウターロータ105の回転に伴い位置が変化する発磁体111〜115と、アウターロータ105を内部に収容するポンプケース106と、ポンプケース106に設置され発磁体111〜115からの磁界を検出する磁極検出センサ9とを備える。好ましくは、発磁体111〜115は、アウターロータ105の外周面埋設され、アウターロータ105およびポンプケース106は、樹脂製である。

目的

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ユニット故障の主要原因であるマイクロポンプの動作を監視し、潤滑油供給ユニットの健全性を判断するとともに、種々の変動要因に対しても安定した供給を行なうことが可能となる、トロコイドポンプ、潤滑油供給ユニットおよび軸受装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

インナーロータと、前記インナーロータの外側に配置されるアウターロータと、前記アウターロータの回転に伴い位置が変化する発磁体と、前記アウターロータを内部に収容するケースと、前記ケースに設置され前記発磁体からの磁界を検出する磁極検出センサとを備える、トロコイドポンプ

請求項2

前記発磁体は、前記アウターロータの外周面埋設される、請求項1に記載のトロコイドポンプ。

請求項3

前記アウターロータおよび前記ケースは、樹脂製である、請求項1または2に記載のトロコイドポンプ。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載のトロコイドポンプと、前記トロコイドポンプによって吸引される潤滑油を収容する容器と、前記磁極検出センサの出力を受けて前記トロコイドポンプの動作状態監視する制御装置とを備える、潤滑油供給ユニット

請求項5

前記トロコイドポンプは、前記インナーロータを駆動するモータをさらに備え、前記制御装置は、前記モータに駆動信号を出力しても前記磁極検出センサの出力が前記アウターロータが回転していないことを示す場合には、前記トロコイドポンプの異常を報知する、請求項4に記載の潤滑油供給ユニット。

請求項6

前記トロコイドポンプは、前記インナーロータを駆動するモータをさらに備え、前記制御装置は、前記磁極検出センサの出力に基づいて前記モータを駆動することによって、前記トロコイドポンプからの前記潤滑油の吐出量を制御する、請求項4に記載の潤滑油供給ユニット。

請求項7

請求項4〜6のいずれか1項に記載の潤滑油供給ユニットを備える、軸受装置

技術分野

0001

この発明は、トロコイドポンプ潤滑油供給ユニットおよび軸受装置に関し、より特定的には軸受内部に潤滑油を供給するトロコイドポンプおよび潤滑油供給ユニット、並びにそれらを備える軸受装置に関する。

背景技術

0002

工作機スピンドルの軸受の潤滑方式エアオイル潤滑方式が一般的であるが、外部にオイルタンクエア供給用の付帯設備が必要となる。一方、グリース潤滑式の軸受では、外部に付帯設備を必要としないが潤滑寿命がある。グリース潤滑式の軸受の潤滑寿命延長するための潤滑油供給ユニットの一例が特開2016−153669号公報(特許文献1)に開示されている。

先行技術

0003

特開2016−153669号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記の潤滑油供給ユニットは、グリース基油と同じ潤滑油をマイクロポンプで軸受内部に補充し、軸受の潤滑寿命の延長を狙っているが、潤滑油供給ユニットが故障した場合潤滑油の補充が途絶え、軸受が破損してしまう。このため、特開2016−153669号公報では、潤滑油供給直後の軸受内温度を測定することで、潤滑油が吐出されたか否かを判別している。

0005

しかし、潤滑油供給直後の軸受内温度変化吐出確認を行なうには、潤滑油を多量に供給することが必要で、1回あたりの供給量微少であることや、残存グリースが抵抗となり温度上昇が緩やかとなることから、軸受内の温度変化によってマイクロポンプの故障を確実にとらえることは困難である。

0006

また、上記の潤滑油供給ユニットでは、マイクロポンプの駆動をマイコン内の時間でのみ制御しており、潤滑油の種類、周囲温度による粘度変化に対し、安定した定量の供給ができないという問題もある。

0007

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ユニット故障の主要原因であるマイクロポンプの動作を監視し、潤滑油供給ユニットの健全性を判断するとともに、種々の変動要因に対しても安定した供給を行なうことが可能となる、トロコイドポンプ、潤滑油供給ユニットおよび軸受装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

この発明は、要約すると、トロコイドポンプであって、インナーロータと、インナーロータの外側に配置されるアウターロータと、アウターロータの回転に伴い位置が変化する発磁体と、アウターロータを内部に収容するケースと、ケースに設置され発磁体からの磁界を検出する磁極検出センサとを備える。

0009

好ましくは、発磁体は、アウターロータの外周面埋設される。
好ましくは、アウターロータおよびケースは、樹脂製である。

0010

この発明は他の局面では、上記いずれかのトロコイドポンプと、トロコイドポンプによって吸引される潤滑油を収容する容器と、磁極検出センサの出力を受けてトロコイドポンプの動作状態を監視する制御装置とを備える、潤滑油供給ユニットである。

0011

好ましくは、トロコイドポンプは、インナーロータを駆動するモータをさらに備える。制御装置は、モータに駆動信号を出力しても磁極検出センサの出力がアウターロータが回転していないことを示す場合には、トロコイドポンプの異常を報知する。

0012

好ましくは、トロコイドポンプは、インナーロータを駆動するモータをさらに備える。制御装置は、磁極検出センサの出力に基づいてモータを駆動することによって、トロコイドポンプからの潤滑油の吐出量を制御する。

0013

この発明は他の局面では、上記いずれかの潤滑油供給ユニットを備える、軸受装置である。

発明の効果

0014

本発明によれば、マイクロポンプの動作状態を容易に監視でき、故障の早期検出および潤滑油吐出量の制御が可能となる。

図面の簡単な説明

0015

本実施形態に係る機械装置の一例を示す断面模式図である。
図1に示した機械装置の断面模式図である。
図1に示した機械装置に取り付けられた外部ユニット70の平面模式図である。
潤滑油供給ユニットの主要部の電気回路の構成を説明するためのブロック図である。
潤滑油供給ユニットにおける外部ユニットの構成を説明するためのブロック図である。
軸受装置に隣接して設けられた潤滑油供給ユニット20の全体を示す模式図である。
図6線分VII−VIIにおける断面模式図である。
図6の線分VIII−VIIIにおける断面模式図である。
図6の線分IX−IXにおける断面模式図である。
発電部を変形した潤滑油供給ユニット20Aの構成を示す図である。
ポンプ29の構造例を示す図である。
トロコイドポンプ部29Aの構造を示す図である。
トロコイドポンプの動作を示した図である。
本実施の形態で用いられるトロコイドポンプ部の構成を示す図である。
トロコイドポンプ部の磁極検出センサ付近を拡大して示した図である。
アウターロータ105の斜視図である。
ポンプケース106の斜視図である。
アウターロータが回転した場合に磁極検出センサから出力される信号波形を示す図である。
潤滑油の吐出制御を説明するためのフローチャートである。
潤滑油の供給タイミングについて説明するための基本波形図である。
テップS5で実行される初回吐出処理の詳細を示すフローチャートである。
ステップS6で実行される通常吐出処理の詳細を示すフローチャートである。

実施例

0016

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

0017

概要
本実施の形態では、軸受に装着される潤滑油供給ユニット20において、マイクロポンプの作動状態を監視可能に構成している点が特徴の1つである。以下に、軸受を組み込んだ機械装置の構成、軸受に装着される潤滑油供給ユニットの構成、潤滑油供給ユニット内のマイクロポンプの構成および制御について順に説明する。

0018

[機械装置の構成]
図1図3を参照して、本実施形態に係る軸受装置を適用した機械装置の一例である工作機用スピンドルの構成を説明する。

0019

図1は、本実施形態に係る機械装置の一例を示す断面模式図である。図2は、図1に示した機械装置の断面模式図である。

0020

図1図2を参照して、本実施形態に係る工作機用スピンドル50は、回転軸51と、回転軸51の周囲を囲むように配置されたスピンドルハウジング52と、スピンドルハウジング52の外周に配置された外周ハウジング53と、回転軸51をスピンドルハウジング52に対して回転可能に保持する軸受装置とを含む。

0021

回転軸51の外周には2つの軸受装置が配置されている。軸受装置における軸受の内輪14および内輪間座34が、回転軸51の側面に嵌合固定されている。また、軸受の外輪13および外輪間座33が、スピンドルハウジング52の内周面に嵌合固定されている。なお、嵌合固定に代えて接着固定しても良いが、接着固定の場合は、エポキシ樹脂などが適宜使用可能である。

0022

なお、軸受は、アンギュラ玉軸受であり、内輪14と、外輪13と、当該内輪14と外輪13との間に配置された玉である転動体15とを含む。

0023

軸受に隣接するように配置された内輪間座34および外輪間座33の間には、潤滑油供給ユニット20が配置されている。また、2つの軸受の間(潤滑油供給ユニットが配置された側と反対側)には他の間座が回転軸51およびスピンドルハウジング52に嵌合固定されるとともに、内輪14と外輪13とに突き当てられている。

0024

潤滑油供給ユニット20は、図2に示すように、円環状のハウジング内に円周方向に沿って配置された発電部25と、蓄電部を含む電源回路26と、制御回路27と、ポンプ駆動回路28と、ポンプ29と、潤滑油を保持する潤滑油タンク30とを含む。なお、潤滑油供給ユニット20を含む軸受装置の詳細な構成については後述する。

0025

潤滑油供給ユニットの制御回路27と対向する領域には、ハウジング本体21(図7参照)、外輪間座33、スピンドルハウジング52および外周ハウジング53を貫通する貫通穴が形成されている。この貫通穴の外周側端部には、外周ハウジング53の表面に平面部が設けられ、この平面部上に台座57および外部ユニット70が配置されている。台座57上に出力基板56が配置されている。

0026

潤滑油供給ユニット20の制御回路27は、発光素子54と接続されている。出力基板56は、受光素子55と接続されている。たとえば、発光素子54は、制御回路27が形成された制御基板上に実装されており、受光素子55は、出力基板56上に実装されている。

0027

発光素子54と受光素子55とは、発光素子54から照射された光が貫通穴を通って受光素子55に受光されるように、貫通穴を挟んで対向して配置されている。つまり、発光素子54から発せられた光の光軸が貫通穴内を貫通するように、発光素子54および受光素子55は配置されている。発光素子54と受光素子55との間で送受信される光は、任意の波長を有していればよいが、たとえば赤外光赤外線)である。つまり、発光素子54は、たとえば赤外光を搬送波として、これに後述する潤滑油の供給状況に関するデータを含む信号波重畳された光を受光素子55に向かって発光可能に設けられている。発光素子54としては、たとえば赤外発光ダイオードが用いられる。受光素子55としては、たとえばフォトダイオードが用いられる。

0028

なお、発光素子54は、制御回路27から外部ユニット70に信号を送信する送信部として機能するので、後の図4図5のブロック図では、送信部54と記載している。また、受光素子55は、送信部からの信号を受信する受信部として機能するので、後の図4図5のブロック図では、受信部55と記載している。送信部54、受信部55は、赤外光に限らず他の光を使用するものであってもよく、電波を使用するものであっても良い。

0029

図3は、図1に示した機械装置に取り付けられた外部ユニット70の平面模式図である。図2図3を参照して、カバー部材58は、台座57上に配置された出力基板56を覆うように、台座57に固定されている。出力基板56上には、出力基板56の回路を駆動するための電源である電池60と、記憶部59とが配置されている。電池60としては、たとえばコイン型電池ボタン型電池を用いることができる。電池60としてリチウムイオン電池を用いることが望ましいが、ニッケル水素電池等の他の電池であってもよい。出力基板56の表面にはこのような電池60を固定するためのホルダが配置されている。また、記憶部59としては、たとえばカード型外部記憶媒体接続固定するための保持部(スロット)と保持部に着脱可能に固定された外部記憶媒体とを用いることができる。外部記憶媒体としてはメモリカードなど従来周知の任意の記憶媒体を利用できる。

0030

カバー部材58は、台座57との接続部材である固定ボルトを緩めるだけで台座57から取り外せるように、U字形状長穴部(固定ボルトを配置する穴)が形成されている。電池60や外部記憶媒体の交換などは、カバー部材58を台座57から取り外した状態で行なうことができる。

0031

台座57とカバー部材58とにより密閉された上記出力基板56が外部ユニットの主要部を構成する。台座57とカバー部材58とは、加工機スピンドルを用いた加工時に使用されるクーラントなどの侵入を防ぐため、任意の防水構造を付加することができる。防水構造としては、たとえばパッキング、Oリングコーキング樹脂モールドなどを用いることができる。

0032

なお、カバー部材58は、後述の表示部71の表示内容視認できるように透明材料を用いることが好ましい。

0033

[潤滑油供給ユニットの構成]
図4図10を参照して、上記図1に示した機械装置に用いられている軸受装置および潤滑油供給ユニットの細部について説明する。

0034

まず、工作機用スピンドル50に設置された、潤滑油供給ユニットの電気回路の構成を主に図4図5を用いて以下に説明する。

0035

図4は、潤滑油供給ユニットの主要部の電気回路の構成を説明するためのブロック図である。図5は、潤滑油供給ユニットにおける外部ユニットの構成を説明するためのブロック図である。

0036

図4図5を参照して、潤滑油供給ユニットは、発電部25と、電源回路26と、制御回路27と、磁極検出センサ9と、駆動部90と、ポンプ駆動回路28と、抵抗94とを含む。

0037

発電部25は、軸受の内輪と外輪との間に生じる温度差によって発電を行なう。電源回路26は、発電部25の電圧を昇圧する昇圧コンバータ82と、発電部25で発電され昇圧コンバータ82を経由した電気エネルギーを蓄電する蓄電部86と、蓄電部86の電圧を昇圧して負荷に供給する昇圧コンバータ85とを含む。

0038

蓄電部86に蓄電された電力は、マイコン制御などによりポンプ駆動回路28に供給される。ポンプ29がポンプ駆動回路によって駆動させると、ポンプ29のノズルから潤滑油が軸受内部に吐出される。

0039

制御回路27は、ポンプ駆動回路28を介してポンプ29の動作を制御するための制御部であって、制御プログラムが保持されるプログラム記憶部およびこのプログラム記憶部と接続され制御プログラムを実行する演算部(マイコン)とを含む。制御回路27は、軸受11(図7)への潤滑油の供給開始時期、供給タイミング(インターバル)を予め設定することができる。また制御回路27は、磁極検出センサ9の出力に基づいて潤滑油の供給のためのポンプ29の駆動時間、潤滑油の供給量などを決定する。そして、このように潤滑油の供給状態を適切に保つことにより、軸受装置の潤滑寿命を延ばすことができる。

0040

より具体的には、制御回路27は、データ処理装置27aと、コンパレータ27bとを含む。データ処理装置27aは、電圧VCの値をデータとして取り込むためのA/Dコンバータ27dと、後に説明する状態フラグ、放電回数および吐出回数を不揮発的に記憶するメモリ27cとを含む。なお、A/Dコンバータ27d、メモリ27cは、データ処理装置27aに内蔵されていても良く、データ処理装置27aの外部に設けられていても良い。

0041

コンパレータ27bは、電圧VCが所定電圧に到達したことを検出すると、割り込み信号を出力する。データ処理装置27aは、コンパレータ27bから割り込み信号を受けると、スリープ状態から起動してポンプ駆動回路28または抵抗94を用いて蓄電部86の電気エネルギーを放電する。このときに、データ処理装置27aは、抵抗94を用いた放電を所定回数行なった後にポンプ駆動回路28を駆動させて潤滑油を軸受内部に供給するように制御を行なう。このようにすることによって、適切な時間間隔を空けた潤滑油の供給が行なわれる。以上の制御の詳細については、後にフローチャートを用いて説明する。

0042

駆動部90は、ポンプ駆動回路28と抵抗94のいずれか一方に通電できるようにスイッチ91,92を含む。なお、駆動部90とポンプ駆動回路28とを一つにまとめても良い。

0043

図5を参照して、外部ユニット70は、制御回路27上の送信部54から潤滑油の供給状態に関する信号Soutを受信部55を介して受ける演算部56aと、演算部56aとの間でデータの授受を行なう記憶部59と、外部から視認可能な表示部71と、演算部56a、記憶部59および表示部71に電源電圧を供給する電池60とを含む。

0044

記憶部59には制御回路27から伝送された潤滑油の供給状況に関するデータが記憶される。データとしては、潤滑油の供給タイミングや潤滑油の供給間隔、吐出回数、吐出残回数、またポンプ29などを動作させたときの電源回路(具体的には蓄電部86)における電圧(電圧VC)、内輪または外輪周辺の温度などが挙げられる。

0045

このデータが制御回路27から外部ユニット70へ伝送されるタイミングとしては、任意のタイミングを採用できるが、たとえば制御回路27の記憶部(データ処理装置27aに含まれるメモリ27cまたはメモリ27cとは独立して制御回路27に設けられている記憶素子など)がデータで一杯になった時点で、制御回路27から外部ユニット70へデータを転送してもよい。また図20の潤滑油の供給タイミング基本波形図の放電時の廃棄している電力の一部をデータ転送用充当し、放電タイミングと同期させてもよい。

0046

演算部56aは、信号Soutが示す潤滑油の供給に関する情報を表示部71に表示させる。たとえば、後述するようにポンプ駆動信号を送っても、磁極検出センサ9がポンプの作動を示さない場合には、演算部56aは、潤滑油供給に異常が生じていることを示す表示を表示部71に表示させる。

0047

また、記憶部59に蓄積されたデータを無線送信部72を用いて中継基地または管理室コンピュータなどに送信しても良い。このようにすれば、外部のコンピュータ上で、潤滑油供給ユニットの状況(発電状態やポンプ29の動作状態など)を確認することができる。

0048

図6は、軸受装置に隣接して設けられた潤滑油供給ユニット20の全体を示す模式図である。図7は、図6の線分VII−VIIにおける断面模式図である。図8は、図6の線分VIII−VIIIにおける断面模式図である。図9は、図6の線分IX−IXにおける断面模式図である。

0049

図7図8を参照して、軸受装置10は、軸受11と潤滑油供給ユニット20とを含む。なお、軸受装置として、軸受11と潤滑油供給ユニット20とを一体化させても良い。

0050

潤滑油供給ユニット20は、軸受11の軸方向の一端部に突き当てられた外輪間座33と内輪間座34との間に組み込まれている。軸受装置10は、機械装置のたとえば回転軸とハウジングとの間に組み込まれて使用される。

0051

軸受11は、たとえば回転側の軌道輪である内輪14と、たとえば固定側の外輪13と、これらの内輪14と外輪13との間に介在された複数の転動体15と、複数の転動体15を一定間隔に保持する保持器16と、当該保持器16の外周側に配置されたシール部材とを含む。本実施の形態で図示したのは、アンギュラ玉軸受であるが、軸受11としては、たとえば、深溝玉軸受、あるいは円筒ころ軸受などを用いることもできる。

0052

軸受11には、予めグリースが封入される。上記シール部材は、外輪間座33などが配置された側と反対側の端部に配置される。

0053

内輪間座34と外輪間座33とから間座が構成されており、内輪間座34は内輪14の一方の端面に突き当てられる。外輪間座33は外輪13の一方の端面に突き当てられる。

0054

潤滑油供給ユニット20は、図6に示すように、円環状のハウジング内に配置された、発電部25、電源回路26、制御回路27、ポンプ駆動回路28、ポンプ29、潤滑油タンク30を含む。潤滑油タンク30は、軸受11に封入されているグリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留する。発電部25、電源回路26、制御回路27、ポンプ駆動回路28、ポンプ29、潤滑油タンク30は、ハウジング本体21内部において、円周方向に並ぶように配置されている。

0055

発電部25は電源回路26に接続され、電源回路26は制御回路27に接続され、制御回路27はポンプ駆動回路28に接続される。ポンプ駆動回路28はマイクロポンプなどのポンプ29を動作させるための回路である。ポンプ29には、潤滑油タンク30の袋体に接続された吸込チューブ31と、ポンプ29から軸受11の内部に潤滑油を供給するための吐出チューブ32とが接続されている。吐出チューブ32の先端部(ポンプ29と接続された根元部と反対側の端部)には、図7に示すようにノズル37が接続されている。ノズル37の先端部は軸受11の内部(転動体15に隣接する位置、たとえば軸受11の固定側の軌道輪と回転側の軌道輪との間)にまで延びている。なお、ノズル37のノズル穴内径寸法は、基油の粘度に起因する表面張力と吐出量との関係により、適宜設定される。

0056

潤滑油供給ユニット20の発電部25としては、例えば、ゼーベック効果によって発電を行なう熱電素子ペルチェ素子)を使用することができる。具体的には、図6に示すように、発電部25は、外輪間座33に接続されたヒートシンク23aと、内輪間座34に対向して配置されたヒートシンク23bと、ヒートシンク23aとヒートシンク23bとの間を接続するように配置され、ヒートシンク23a、23bと密着固定された熱電素子24とを有する。

0057

ここで、図6に示すように軸受装置10として転がり軸受装置を使用する場合、転動体15(図7参照)との摩擦熱により内輪14と外輪13の温度が上昇する。通常、外輪13は機器のハウジングに組み込まれるため熱伝導により放熱される。そのため、内輪14と外輪13との間で温度差が生じる(外輪13の温度に対して内輪14の温度の方が高い)。その温度が各ヒートシンク23a、23bに伝導される。

0058

ヒートシンク23a、23bは、それぞれハウジング本体21の内周面と外周面とを貫通するように配置されている。そのため、外輪間座33を介して外輪13と接続されたヒートシンク23aと、内輪間座34側(内輪14側)に位置するヒートシンク23bとの間に配置された熱電素子24の両端面には温度差が生じる。このため、熱電素子24はゼーベック効果により発電を行なうことができる。なお、熱電素子24の低温側は直接外輪間座33の内周面に接触させても良い。

0059

なお、外輪側のヒートシンク23aの密着面は、外輪間座33の内径の曲率と同一として密着させる事で、伝熱(放熱)効果を高くする。一方、内輪側のヒートシンク23bは、内輪間座34とは接していない。可能であれば、内輪側のヒートシンク23bの内周面の表面積を大きくする事が望ましい。また、外輪間座33の内周面とヒートシンク23aの外周面の間、ヒートシンク23aと熱電素子24の間、熱電素子24と内輪側のヒートシンク23bの間には、熱伝導率(及び密着性)を高めるため、放熱グリースなどを塗布すると良い。放熱グリースは、一般的にシリコンが主成分である。また、ヒートシンク23a,23bは、熱伝導率の高い金属を使用する。例えば、金,銀,銅などが挙げられるがコスト面から、銅を使用する事が一般的である。なお、銅を主成分とする銅合金でも良い。また、加工方法としては、焼結鍛造鋳造などがコスト面で有利である。

0060

このような発電部25を用いることにより、外部から潤滑油供給ユニットに電力を供給する必要がないため、工作機用スピンドル50へ外部から電力を供給するための電線を取り付ける必要がない。

0061

発電部25によって発生した(発電された)電荷は、電源回路26に蓄電される。具体的には、電荷は図4に示した電源回路26に含まれる蓄電池コンデンサなどの蓄電部86に蓄電される。コンデンサとしては、電気二重層コンデンサキャパシタ)を使用することが好ましい。

0062

ポンプ29はポンプ駆動回路28を介して制御回路27により制御される。ポンプ29は、潤滑油タンク30内の潤滑油を吸込みチューブ31から吸引し、吸引した潤滑油を吐出チューブ32およびノズル37を介して軸受11の内部へ供給する。

0063

潤滑油供給ユニット20の円環状のハウジングは、図7に示すように、軸受11と反対側の面が開放された断面コの字形のハウジング本体21と、このハウジング本体21の開口部を閉塞し、ハウジング本体21に対して着脱自在の蓋22とによって構成される。ハウジング本体21および蓋22は、好ましくは、PPSなどの熱可塑性樹脂で形成される。

0064

ハウジングの蓋22は、ハウジング本体21に対し、ネジ39(図9参照)により固定されてもよい。蓋22をハウジング本体21に固定することにより、ハウジング本体21と蓋22とにより囲まれたハウジング内部を密閉することができる。なお、ネジ39が固定されているタップ穴35から当該ネジ39を外して、蓋22を取り除くことができる。このようにすれば、潤滑油供給ユニット20全体を軸受装置10から取外すことなく、ハウジング本体21内に収納されている潤滑油タンク30に、潤滑油を補充することができる。

0065

ハウジング本体21の外周面は、外輪間座33の内周面に固定されている。なお、ハウジング本体21(つまり潤滑油供給ユニット20)は軸受11の静止輪に固定されていてもよい。なお、ハウジング本体21と内輪間座34との間には隙間36が形成されている。

0066

図10は、発電部を変形した潤滑油供給ユニット20Aの構成を示す図である。図10に示す潤滑油供給ユニット20Aは、発電部195の構成を、熱電素子125の低温側を外輪間座33の内周面に直接接触させても良い。熱伝導体196は、圧縮コイルばね98の反発力により外径方向に押圧されることにより、熱電素子125が外輪間座33の内周面に一層密着固定される。

0067

潤滑油供給ユニット20Aのハウジング97内部には、図示しないが図6と同様に発電部195の他の部分には、電源回路26,制御回路27、ポンプ駆動回路28、ポンプ29、潤滑油タンク30が収容される。

0068

[マイクロポンプの構成および制御]
マイクロポンプには潤滑油供給ユニットのサイズからトロコイドポンプを使用する事が考えられる。図11は、ポンプ29の構造例を示す図である。

0069

ポンプ29は、トロコイドポンプ部29Aと、モータ29Bとを含む。トロコイドポンプ部29Aは、ポンプケース106と、アウターロータ105とインナーロータ104とポンプ蓋101および107とを含む。モータ29Bの回転軸は、インナーロータ104と連結される。ポンプ蓋101には、吸い込みチューブ31に接続される吸入ポートと、吐出チューブ32に接続される吐出ポートとが形成されている。

0070

図12は、トロコイドポンプ部29Aの構造を示す図である。図13は、トロコイドポンプの動作を示した図である。

0071

トロコイドポンプ部29Aの材質は樹脂である。蓄電部86に蓄えられた電力で作動するポンプ駆動回路28から供給された電流によりモータ29Bが回転し、インナーロータ104が回転する。インナーロータ104とアウターロータ105とは複数箇所で接触し、噛み合わされている。トロコイドポンプ部29Aの内部には、インナーロータ104とアウターロータ105との各接触部により区分された複数の空間(例えば5つの空間)が形成されている。

0072

インナーロータ104がθ0〜θ6のように1回転すると、インナーロータ104との噛合いによってアウターロータ105が同方向に約半回転する。インナーロータ104とアウターロータ105とが回転することにより、上記複数の空間の体積はそれぞれ変化する。

0073

インナーロータ104の外歯車と、アウターロータ105の内歯車歯数差により形成される空間の容積が変化し、潤滑油の吸入、排出が可能となる。

0074

弁機構を持たないトロコイドポンプはシール性が悪く、潤滑油タンク、マイクロポンプ、ノズルの位置関係によっては潤滑油の微量な漏洩、空気の逆流があり、長期の安定した潤滑油供給を阻害する要因となり得る。このため、マイクロポンプの排出口の接続される吐出チューブ32にチェックバルブ逆止弁)を設けることが好ましい。チェックバルブはマイクロポンプによる一定の吐出圧が発生しないと弁が開かないため、潤滑油の微量な漏洩を防ぐことができると同時に空気の逆流も防止することができる。

0075

このような構成のトロコイドポンプは、図13のθ0付近に示すように、1つの空間の体積が最も小さくなるとき、当該空間におけるインナーロータ104とアウターロータ105との間隔は、例えば異物(潤滑油に混入され得る潤滑油以外の物など)の外径よりも小さくなり得る。ポンプ29は、ポンプ駆動回路28を介して制御回路27により制御される。

0076

間隔が小さくなったインナーロータ104とアウターロータ105との間に潤滑油中の異物が挟まると、トロコイドポンプ部29Aにおいて、インナーロータ104とアウターロータ105が回転できなくなる場合がある。このような場合は、制御回路27が異常を検出して外部に報知できることが好ましい。

0077

また、潤滑油は、温度によって粘度が変化し、ポンプ29を駆動するために必要なトルクも変動する。したがって、例えば一定時間のポンプ29の駆動を行なったとしても、一回のポンプ29からの潤滑油の吐出量がばらつく場合がある。

0078

トロコイドポンプ部29Aはインナーロータ104の回転に追従してアウターロータ105が回転することでポンプとしての機能を果たすことから、アウターロータ105の回転数および回転角度を監視することができれば、ポンプ29の状態および吐出量を把握することができる。

0079

図14は、本実施の形態で用いられるトロコイドポンプ部の構成を示す図である。図15は、トロコイドポンプ部の磁極検出センサ付近を拡大して示した図である。図16は、アウターロータ105の斜視図である。図17は、ポンプケース106の斜視図である。

0080

図14図17を参照して、アウターロータ105の外周側面にアウターロータ105の歯数と同数の発磁体111〜115が埋設されている。ポンプケース106の外側に磁極検出センサ9が設置されている。発磁体111〜115として永久磁石を用いることができる。また磁極検出センサ9としては、ホールICホール素子等を用いることができる。なお、発磁体の数は、アウターロータ105の歯数と同数でなくてもよく、1つであっても良い。

0081

図18は、アウターロータが回転した場合に磁極検出センサから出力される信号波形を示す図である。一定速度でアウターロータが回転すると、磁極検出センサ9は、定期的にオンオフを繰り返す。したがって、磁極検出センサの出力パルスの数を数えれば、アウターロータの回転速度や回転角を制御回路27で把握することができる。

0082

[潤滑油供給ユニットの供給動作異常検出
図19は、潤滑油の吐出制御を説明するためのフローチャートである。図20は、潤滑油の供給タイミングについて説明するための基本波形図である。図20において、縦軸は蓄電部の電圧を示し、横軸は時間を示し、蓄電部の電圧VCの時間変化充電および放電状況)が波形として示される。

0083

図19において、スリープモードとなっている制御回路27は、ステップS1において、蓄電部86の電圧VCを監視し、電圧VCが所定電圧(例えば2.5V)以上となったか否かを判断する。電圧VCが2.5Vより低い場合には、そのまま電圧VCが2.5Vにいたるまで、ステップS1の処理が繰り返される。電圧VCは、発電部25で発電された電力によって次第に上昇する。

0084

ステップS1において、電圧VCが2.5V以上となった場合、ステップS2において制御回路27はスリープモードから復帰する。そしてステップS3において、不揮発性メモリに保存されていた4つの情報を読み出す。読み出される4つの情報は、状態フラグ、初回放電回数、通常放電回数、吐出回数である。状態フラグは、これから行なう吐出が初回吐出か、通常吐出かを示すフラグである。初回吐出は、軸受装置に最初に充填されているグリースが基油切れとなったころを見計らって行なう潤滑油の吐出である。これは、新品グリースの基油枯渇を待って行なわれるので、使用開始から約10000時間後に実行される。一方、通常吐出は、初回吐出が実行済みの場合の2回目以降の吐出であり、約20時間ごとに行なわれる。図20に示すように、制御回路27は、蓄電部86の充放電回数計数することによって、これらのインターバルを決めている。

0085

続いて、ステップS4において、制御回路27は、読み出した状態フラグが初回吐出を示すか、通常吐出を示すかを判断する。ステップS4において状態フラグが初回吐出を示す場合にはステップS5において初回吐出処理が実行される。一方、ステップS4において状態フラグが通常吐出を示す場合にはステップS6において通常吐出処理が実行される。

0086

ステップS5またはステップS6において吐出処理が実行されると、制御回路27は、ステップS7においてスリープモードに移行し、再び、ステップS1において電圧VCが所定電圧以上となるまでスリープモードを維持する。

0087

図21は、ステップS5で実行される初回吐出処理の詳細を示すフローチャートである。初回吐出処理が開始されると、まずステップS11において、制御回路27は、メモリから読み出した初回放電回数が設定値以上か否かを判断する。設定値は、図20の波形図に示したように、10000時間に相当する回数に設定されている。なお、10000時間は一例であり、回転速度やグリース種類などにより、設定値は適宜調整される。

0088

ステップS11において、初回放電回数が設定値未満であれば(S11でNO)、ステップS12において制御回路27は、蓄電部86に蓄えられた電気エネルギーを放電するように、図4のスイッチ92を導通させる。そして、ステップS13において制御回路27は、初回放電回数に1を加算し、初回放電回数を不揮発性メモリに保存する。その後ステップS23で図20のフローに戻って制御回路27はスリープモードに移行する。

0089

一方、ステップS11において、初回放電回数が設定値以上であれば(S11でYES)、ステップS14において、制御回路27はポンプ29を作動させるように、図4のスイッチ91を導通させる。そして、制御回路27は、ステップS15において磁極検出センサ9の出力パルス数カウントし、ステップS16においてカウント数が設定値以上となるまでポンプ29の駆動を継続する。ただし、ステップS16においてモータに駆動信号を出力しても磁極検出センサ9の出力がアウターロータが回転していないことを示す場合には、制御回路27は、送信部を使用してトロコイドポンプの異常を外部ユニットに報知し、処理を終了する。ステップS16においてカウント数が設定値以上となった場合(S16でYES)、ステップS17において、制御回路27はポンプ29を停止させるようにスイッチ91をオフする。

0090

そしてステップS18において、制御回路27は、吐出回数に1を加算してメモリ27cに保存する。さらに、ステップS19において、制御回路27は、状態フラグを初回から通常に状態変更し、ステップS20において吐出回数、吐出残回数を赤外線にて外部ユニット70に送信する。その後、制御回路27は、余剰の電気エネルギーを蓄電部86から放電するようにスイッチ92を導通させ、ステップS23において図20のフローチャートに処理を戻して、スリープモードに移行する。

0091

図22は、ステップS6で実行される通常吐出処理の詳細を示すフローチャートである。図22に示す通常吐出処理は、図21に示す初回吐出処理と比べて、ステップS11,S13,S19の処理がそれぞれステップS11A,S13A,S19Aの処理に置換されている点が異なる。他の処理については、同じであるので、異なる点のみ説明する。

0092

通常吐出処理が開始されると、まずステップS11Aにおいて、制御回路27は、メモリ27cから読み出した通常放電回数が設定値以上か否かを判断する。設定値は、図20の波形図に示したように、20時間に相当する回数に設定されている。なお、20時間は一例であり、回転速度やグリース種類などにより、設定値は適宜調整される。

0093

ステップS11Aにおいて、通常放電回数が設定値未満であれば(S11AでNO)、ステップS12において制御回路27は、蓄電部86に蓄えられた電気エネルギーを放電し、ステップS13Aにおいて通常放電回数に1を加算した後、ステップS23で図20のフローに戻って制御回路27はスリープモードに移行する。

0094

一方、ステップS11Aにおいて、通常放電回数が設定値以上であれば(S11AでYES)、ステップS14〜S18において、制御回路27はポンプ29の作動および停止を初回時と同様に実行する。さらに、制御回路27は、ステップS19Aにおいて通常放電回数をゼロにリセットし、ステップS20において吐出回数、吐出残回数を赤外線にて外部ユニットに送信する。その後、制御回路27は、余剰の電気エネルギーを蓄電部86から放電するようにスイッチ92を導通させ、ステップS23において図20のフローチャートに処理を戻して、スリープモードに移行する。

0095

以上説明した本実施の形態の構成を要約する。図1図2を参照し、外輪間座33の内周面に、潤滑油供給ユニット20が装着されている。潤滑油供給ユニット20内部には、軸受封入グリースの基油と同じ種類の潤滑油を貯留した潤滑油タンク30が設けられる。潤滑油タンク30内の潤滑油は、ポンプ29によって軸受内部に供給される。ポンプ29の駆動および制御のための電力は、熱電素子24によって発生される。熱電素子24で発電した電力は、図4の蓄電部86に蓄えられる。

0096

図14図17に示すように、ポンプ29を構成するトロコイドポンプ部29A内のアウターロータ105外周部には、発磁体111〜115が埋設されている。トロコイドポンプ部29Aのポンプケース106外側には、アウターロータ105外周部に埋設した発磁体111〜115の磁極を検出する磁極検出センサ9が設けられ、磁極検出センサ9からの出力信号が制御回路27に入力される。制御回路27には、スピンドル外部へ情報を伝達するための、送信部54が設けられており、スピンドル外部の外部ユニット70において、制御回路27からの赤外線信号を受信し、潤滑油供給ユニットの情報を表示可能である。

0097

上記の構成で制御回路27に、グリース潤滑軸受内部へグリースの基油と同種の潤滑油を供給(補充)する開始時期,開始以降に供給するタイミング,供給量などを予め設定する事により、グリース潤滑式軸受の潤滑寿命を伸ばすことができる。この時、制御回路27に磁極検出センサ9の信号を取込み、信号波形のON/OFF回数をカウントすることでトロコイドポンプ部29Aのアウターロータ105の回転数、あるいは回転角度を監視することで定量供給が可能となる。すなわち、回転数、回転角度とアウターロータ105とインナーロータ104の歯数差により形成される空間の容積から吐出量の換算が可能となり、従来のモータ駆動時間のみによる一律な制御方式では不可能であった基油、温度の違いから生じる粘度変化による吐出量の不安定さを解消することが可能となる。

0098

また、回転の検出が不能であった場合、ポンプ29の不具合が疑われることから赤外線通信にて、外部ユニット70へ不具合情報を伝達し、更には表示部71への表示、あるいは無線送信部72による通信でユーザへ不具合情報を伝達することができる。

0099

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

0100

9磁極検出センサ、10軸受装置、11軸受、13外輪、14内輪、15転動体、16保持器、20,20A潤滑油供給ユニット、21ハウジング本体、22 蓋、23a,23bヒートシンク、24,125熱電素子、25,195発電部、26電源回路、27制御回路、27aデータ処理装置、27bコンパレータ、27cメモリ、27dコンバータ、28ポンプ駆動回路、29ポンプ、29Aトロコイドポンプ部、29Bモータ、30潤滑油タンク、31吸込みチューブ、32吐出チューブ、33外輪間座、34内輪間座、35タップ穴、36 隙間、37ノズル、39ネジ、50工作機用スピンドル、51回転軸、52スピンドルハウジング、53外周ハウジング、54 送信部(発光素子)、55 受信部(受光素子)、56出力基板、56a演算部、57台座、58カバー部材、59 記憶部、60電池、70外部ユニット、71 表示部、72無線送信部、82,85昇圧コンバータ、86蓄電部、90 駆動部、91,92 スイッチ、94抵抗、98圧縮コイルばね、101 ポンプ蓋、104インナーロータ、105アウターロータ、106ポンプケース、111〜115発磁体、196熱伝導体。

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