滚动轴承装置的制作方法

本发明涉及滚动轴承装置。

背景技术：

滚动轴承广泛地使用于具有旋转机构部的各种设备。在这样的设备中，进行了通过传感器等检测滚动轴承的旋转状况的尝试。为了进行该检测而需要电力。可考虑该电力从在旋转机构部的外部设置的电源供给的结构。

相对于此，在日本特开2007-164811号公报中，如图6所示，与轴承部(滚动轴承)90一起设置发电部91。公开了基于轴承部90的旋转力在发电部91进行发电并将得到的电力有效利用于传感器的控制等的技术。日本特开2007-164811号公报公开的滚动轴承装置还具备充电电路及二次电池。发电的电力向二次电池充电，蓄积于二次电池的电力根据需要而使用于传感器的控制或传感器的检测信号的发送。

如图6所示，在与轴承部90的内圈99一体的旋转部98设有齿轮部97。在与轴承部90的外圈96一体的固定部95设有卷绕线圈94的极片93、及磁铁92。当旋转轴100旋转时，齿轮部97与内圈99及旋转部98一起旋转。由此，该齿轮部97的凸部97a在极片93的端部93a的附近通过。因此，由磁铁92产生的磁场变化而在线圈94产生感应电流，进行发电。

图7是图6所示的以往的发电部91的从与轴向平行的方向观察的概略结构图。在齿轮部97沿周向排列设置有多个凸部97a。以与这些凸部97a对应的周向间隔将一对极片93、93安装于固定部95。在上述极片93、93之间设置磁铁92，在各极片93卷绕线圈94。

图7示出凸部97a、97a与极片93、93的端部93a、93a接近的状态(将其称为“第一状态”。)。图8示出凸部97a与端部93a、93a分离的状态(将其称为“第二状态”。)。当旋转部98(齿轮部97)旋转时，第一状态与第二状态交替反复。在第一状态下，如图7所示，由磁铁92产生的磁力的流动(箭头ma)沿着通过极片93、93、齿轮部97的凸部97a、97a及线圈94、94的中心的环形路径。

相对于此，在第二状态下，如图8所示，凸部97a与端部93a、93a分离。因此，它们之间的磁阻变大，由磁铁92产生的磁力的流动沿着通过齿轮部97的凸部97a的前述那样的环形路径(图7的箭头ma)难以产生，如图6所示，沿着通过固定部95而包含轴承部90的外圈96侧的路径容易产生(箭头mb)。即，在第二状态下，磁铁92的磁力向轴承部90侧泄漏。因此，在第二状态下，外圈96及在该外圈96的轨道上进行滚动接触的滚珠89被磁化，周围的磨损粉等金属制的异物可能会附着于外圈96或滚珠89。当这样的金属制的异物附着于外圈96的轨道或滚珠89时，可能会使其表面损伤，成为轴承寿命下降的原因。

技术实现要素：

本发明的目的之一是在具备通过轴承部的旋转而产生感应电流进行发电的发电部的滚动轴承装置中，抑制在轴承部附着有磨损粉等金属制的异物的情况。

本发明的一形态的滚动轴承装置的结构上的特征在于，具备：轴承部，具有固定圈、该固定圈的径向内侧或外侧的旋转圈及在该固定圈与该旋转圈之间设置有多个的滚动体；固定部，与所述固定圈一起成为固定状态；旋转部，设置在该固定部的径向内侧或外侧并与所述旋转圈一起旋转；及发电部，具有设置在所述固定部和所述旋转部中的一者上并沿着该旋转部的旋转方向排列的多个凸部、在所述固定部和所述旋转部中的另一者上以与所述凸部对应的间隔设置的一对芯构件、设置在该芯构件之间的磁铁及卷绕于该芯构件的线圈，该发电部利用所述旋转部的旋转而使所述凸部在所述芯构件的一侧端部的附近相对地通过，从而使所述线圈产生感应电流，在所述凸部与所述芯构件的所述一侧端部接近的第一状态下，由所述磁铁产生的磁力的流动沿着通过该一侧端部、该凸部及所述线圈的中心的第一环形路径，在所述凸部与所述芯构件的所述一侧端部分离的第二状态下，由所述磁铁产生的磁力的流动沿着通过一对所述芯构件的另一侧端部及所述线圈的中心的第二环形路径。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示滚动轴承装置的一例的剖视图。

图2是供油单元的从轴向观察的剖视图。

图3是发电部的概略结构图。

图4是表示内圈衬垫的一部分的立体图。

图5是发电部的概略结构图。

图6是以往的滚动轴承装置的剖视图。

图7是图6所示的以往的发电部的从与轴向平行的方向观察的概略结构图。

图8是图6所示的以往的发电部的从与轴向平行的方向观察的概略结构图。

具体实施方式

图1是表示滚动轴承装置的一例的剖视图。图1所示的滚动轴承装置10(以下，也称为“轴承装置10”。)将工作机械具有的主轴装置的轴(主轴)7支承为能够旋转，收容于主轴装置的轴承壳体8内。在图1中，轴7及轴承壳体8由双点划线表示。需要说明的是，本发明的滚动轴承装置在工作机械以外也能够适用。在以下的说明中，将与轴承装置10的中心轴c平行的方向称为“轴向”，将与该轴向正交的方向称为“径向”。

图1所示的轴承装置10具备轴承部20和供油单元40。轴承部20具有内圈21、外圈22、多个滚珠(滚动体)23及保持这多个滚珠23的保持器24，从而构成滚珠轴承(滚动轴承)。此外，该轴承装置10具备圆筒状的内圈衬垫17及圆筒状的外圈衬垫18。

供油单元40整体为圆环状，设置在轴承部20的轴向附近。本实施方式的供油单元40设置在外圈衬垫18的径向内侧，位于在内圈21与外圈22之间形成的环状空间11的轴向附近。具有能够向该环状空间11供给润滑油的功能。关于供油单元40的结构及功能在后文进行说明。需要说明的是，虽然未图示，但是也可以使供油单元40(后述的主体部41)与外圈衬垫18为一体，并使供油单元40具有作为外圈衬垫的功能。

在本实施方式中，外圈22及外圈衬垫18在轴承壳体8安装成不能旋转，内圈21及内圈衬垫17与轴7一起旋转。因此，外圈22成为不旋转的固定圈，内圈21成为与轴7一起旋转的旋转圈。而且，外圈衬垫18成为固定部，内圈衬垫17成为旋转部。

内圈21是外嵌于轴7的圆筒状的构件，在其外周形成有轨道(以下，称为“内圈轨道25”。)。在本实施方式中，内圈21与内圈衬垫17为分体，不过虽未图示，但是它们也可以为一体(一体不可分)。外圈22是固定在轴承壳体8的内周面的圆筒状的构件，在其内周形成有轨道(以下，称为“外圈轨道26”。)。在本实施方式中，外圈22与外圈衬垫18为分体，不过虽未图示，但是它们也可以为一体(一体不可分)。

滚珠23介于内圈21与外圈22之间，在内圈轨道25及外圈轨道26上滚动。保持器24为环状，沿周向形成有多个收容滚珠23的兜孔27。滚珠23及保持器24设置于所述环状空间11。

图2是内圈衬垫17、供油单元40及外圈衬垫18的从轴向观察的剖视图。本实施方式的供油单元40具备罐42、泵43、控制部44、电源部45、传感器39及发电部30。它们设置于供油单元40所具有的环状的主体部41。主体部41安装于外圈衬垫18的内周侧，具有对泵43等进行保持的作为框架的功能。主体部41为圆环状的构件，但形成有中空空间。在该中空空间设有罐42、泵43、控制部44、电源部45、传感器39及发电部30。

在图2中，罐42是用于积存润滑油(机油)的结构，为了使润滑油向泵43流动而通过配管46与泵43连结。在图1中，泵43具有向轴承部20的环状空间11供给润滑油的功能。为了发挥该功能，泵43具有设置了喷出润滑油的喷出口(喷嘴)50的泵主体48。泵主体48具有：与喷出口50连结并作为积存润滑油的空间的油室(内部空间)43b；及压电元件43a。在泵主体48内设有构成油室43b的壁的一部分的能够弹性变形的振动板47，在该振动板47安装压电元件43a。向压电元件43a施加电压，压电元件43a使振动板47变形，由此油室43b的容积变化。

本实施方式的喷出口50由在泵主体48所具有的壁部49形成的微小的贯通孔构成，喷出口50在壁部49的侧面49a开口。喷出口50开口的该侧面49a成为与所述环状空间11的一部分相对的面。

如上所述，通过压电元件43a进行动作而使油室43b的容积变化，由此，能够将油室43b的润滑油从喷出口50向轴承部20的环状空间11喷出。特别是通过压电元件43a进行动作，使润滑油成为油滴p而从喷出口50具有初速地喷出。即，油滴p从喷出口50飞出。喷出口50朝向轴承部20的内圈轨道25开口。从喷出口50喷出的油滴p能够与滚珠23接触，或者即使在相邻的滚珠23、23之间通过也能够与内圈轨道25接触。

在图2中，控制部44具有控制使泵43动作的时机的功能。电源部45供给泵43、控制部44及传感器39的动作用的电力。电源部45具有能够充电的二次电池45a。发电部30(在后文也进行说明)通过轴承部20的旋转能够发电，发电产生的电力向二次电池45a充电。蓄积于二次电池45a的电力被用作泵43、控制部44及传感器39的动作用的电力。

通过以上所述，泵43成为使罐42(油室43b)的润滑油从喷出口50作为油滴p而朝向轴承部20的目标喷出(飞出)的结构。从有效利用润滑油的观点出发，在泵43处通过1次的喷出动作喷出预定量的油滴p，并使该油滴p到达轴承部20的目标。在泵43的1次的动作中，从喷出口50喷出几皮升～几纳升的润滑油作为油滴p。本实施方式中的所述目标是滚珠23及内圈轨道25。

图3是发电部30的概略结构图，示出发电部30的从轴向观察的情况。发电部30具有凸部31、芯构件32、磁铁33及线圈34。在本实施方式中，在内圈衬垫17侧设置凸部31，在外圈衬垫18侧设置芯构件32、磁铁33及线圈34。凸部31及内圈衬垫17以及芯构件32由磁性体构成，例如由碳钢或轴承钢(铁系金属材料)构成。

在本实施方式中，内圈衬垫17与多个凸部31由同一构件形成。凸部31沿着内圈衬垫17的周向排列设置有多个。需要说明的是，该周向的从一侧朝向另一侧的方向与内圈衬垫17的旋转方向(图3的“箭头r”方向)一致。多个凸部31在整周等间隔地设置，内圈衬垫17成为齿轮状。需要说明的是，在本实施方式中，如图4所示，在圆筒状的内圈衬垫17的外周，等间隔地设有多个凹部35，在周向上相邻的凹部35、35之间成为所述凸部31。

在图3中，一对芯构件32、32设置在外圈衬垫18侧。芯构件32、32为棒状，一对为一组。一对芯构件32、32沿周向排列设置。各芯构件32具有沿径向延伸的轴部36和从该轴部36的径向外侧的端部沿周向延伸的弯折部37。周向的一侧的芯构件32与周向的另一侧的芯构件32的形态相同，但是安装朝向彼此相反。在轴部36及弯折部37中，截面积不变而恒定。各芯构件32(轴部36)的径向的一侧端部55与内圈衬垫17接近地配置。该一侧端部55的端面56能够具有间隙a地与凸部31相对。将一侧端部55的端面56与凸部31的径向外侧面38接近且间隙a为最小的状态(图3所示的状态)称为“第一状态”。这样，在第一状态下，一对芯构件32、32的一侧端部55、55与在周向上相邻的一对凸部31、31沿径向相对。即，一对芯构件32、32以与在周向上相邻的凸部31、31对应的间隔(周向间隔)设置。

由于内圈衬垫17旋转，因此从图3所示的状态成为内圈衬垫17旋转了凸部31、31的周向间距的一半的尺寸的状态时，如图5所示，成为芯构件32的一侧端部55与凸部31分离的状态，一侧端部55与凸部31在径向上不相对。图5所示的状态是凸部31位于一对一侧端部55、55之间的周向中央的状态，将该状态称为“第二状态”。在图3所示的第一状态下，芯构件32的一侧端部55与凸部31之间的所述间隙a为最小，周向一侧的间隙a与周向另一侧的间隙a变得相等。在图5所示的第二状态下，与第一状态相比所述间隙a大，且周向一侧的间隙a与周向另一侧的间隙a相等。以下，将第一状态(图3)的所述间隙a设为“第一间隙a1”，将第二状态的所述间隙a设为“第二间隙a2”。

在图3及图5中，在一侧的芯构件32的弯折部37的端面58与另一侧的芯构件32的弯折部37的端面58之间形成周向的间隙b。所述间隙a根据芯构件32与凸部31的周向(旋转方向)的相对位置而进行变化(周期性地变化)，相对于此，芯构件32、32被固定于外圈衬垫18，因此间隙b恒定。由此，将该间隙b称为“恒定间隙b”。这样，在一对芯构件32、32的径向的另一侧端部57、57之间设置恒定间隙b。

对所述间隙a(第一间隙a1、第二间隙a2)及所述间隙b进行说明。如上所述，在一对芯构件32、32的另一侧端部57、57之间设置的间隙b为“恒定间隙b”，不变。相对于此，所述间隙a周期性地变化(第一间隙a1、第二间隙a2)。

在图3所示的第一状态下，恒定间隙b设定为大于在凸部31与芯构件32的一侧端部55之间形成的所述第一间隙a1的2倍(b>2×(a1))。在图5所示的第二状态下，恒定间隙b设定为小于在凸部31与芯构件32的一侧端部55之间形成的所述第二间隙a2的2倍(b<2×(a2))。

在本实施方式中，芯构件32直接安装、固定于外圈衬垫18的内周面18a。外圈衬垫18由非磁性体构成，例如由奥氏体系的不锈钢构成。需要说明的是，可以是外圈衬垫18中的仅仅是安装芯构件32的区域由非磁性体构成。外圈衬垫18只要至少芯构件32的安装部18b为非磁性体即可。这样，芯构件32安装于非磁性体部(18b)，因此能够抑制由磁铁33产生的磁力的流动通过外圈衬垫18流经轴承部20的情况，在后文对此进行说明。

磁铁33设置在一对芯构件32、32之间。磁铁33为永久磁铁，在本实施方式中使用铁氧体磁铁。磁铁33为棒磁铁，其长度方向(在本实施例中对应于“周向”)的一侧的端部(一个磁极、s极)与一侧的芯构件32(轴部36)的长度方向(在本实施例中对应于“径向”)的中间部59a接触地设置。该棒磁铁(磁铁33)的长度方向的另一侧的端部(另一个磁极、n极)与另一侧的芯构件32(轴部36)的长度方向的中间部59b接触设置。

线圈34卷绕于各芯构件32。如图3所示，在位于周向一侧(在图3中为右侧)的芯构件(第一芯构件)32中，两个线圈34以磁铁33为中央而分别设置在长度方向的一侧(径向内侧)和另一侧(径向外侧)。将径向内侧的线圈34作为第一线圈34-1，将径向外侧的线圈34作为第二线圈34-2。同样，在位于周向另一侧(在图3中为左侧)的芯构件(第二芯构件)32中，两个线圈34以磁铁33为中央而分别设置在长度方向的一侧(径向内侧)和另一侧(径向外侧)。将径向内侧的线圈34作为第三线圈34-3，将径向外侧的线圈34作为第四线圈34-4。线圈34-1～34-4通过未图示的升压电路部而与二次电池45a(参照图2)电连接。

根据具备以上结构的发电部30，当内圈衬垫17(旋转部)旋转时，图3所示的第一状态与图5所示的第二状态交替反复。由此，凸部31在芯构件32、32的一侧端部55、55的附近通过，从而由磁铁33产生的磁力(磁场)变化。即，通过内圈衬垫17(旋转部)的旋转而使凸部31在芯构件32、32的一侧端部55、55的附近(相对地)通过，从而能够在线圈34产生感应电流。其结果是，根据本实施方式的发电部30，利用在线圈34产生的感应电动势进行发电，能够对二次电池45a进行充电。

说明具备所述结构的发电部30的功能。如图3及图5分别所示，在本实施方式中，伴随着内圈衬垫17的旋转，作为由磁铁33产生的磁力的流动而产生如下的两个方式<1><2>，这两个方式交替反复。

<1>如图3所示，由磁铁33产生的磁力的流动沿着通过左侧的线圈34-3的中心、左侧的芯构件32的一侧端部55、左侧的第一间隙a1、左侧的凸部31、内圈衬垫17的一部分17a、右侧的凸部31、右侧的第一间隙a1、右侧的芯构件32的一侧端部55及右侧的线圈34-1的中心的第一环形路径m1的方式。

<2>如图5所示，由磁铁33产生的磁力的流动沿着通过左侧的线圈34-4的中心、左侧的芯构件32的另一侧端部57(弯折部37)、恒定间隙b、右侧的芯构件32的另一侧端部57(弯折部37)及右侧的线圈34-2的中心的第二环形路径m2的方式。

即，在沿着第一环形路径m1的方式中(参照图3)，由磁铁33产生的磁力的流动通过一对芯构件32、32的一侧端部55、55、凸部31、31及线圈34-1、34-3的中心。相对于此，在沿着第二环形路径m2的方式中(参照图5)，由磁铁33产生的磁力的流动通过一对芯构件32的另一侧端部57、57及线圈34-4、34-2的中心。

在第一环形路径m1中(参照图3)包含两处的第一间隙a1，在第二环形路径m2中(图5)包含一处的恒定间隙b。需要说明的是，在本实施方式中，在一对芯构件32、32中，各自的径向的一侧端部55的端面56的面积与径向的另一侧端部57(弯折部37)的端面58的面积相同。

在此，由磁铁33产生的磁力沿着磁阻减小的路径流动，而且，路径包含的间隙越小，磁阻越小。在图3所示的第一状态下，如上所述，恒定间隙b大于第一间隙a1的2倍(b>2×(a1))。因此，在第一状态下，第一环形路径m1的磁阻小于通过恒定间隙b的第二环形路径m2的磁阻。由此，在第一状态下，磁铁33的磁力不是沿着包含恒定间隙b的第二环形路径m2而是沿着包含两处第一间隙a1的第一环形路径m1流动。相对于此，在图5所示的第二状态下，如上所述，恒定间隙b小于第二间隙a2的2倍(b<2×(a2))。因此，在第二状态下，第二环形路径m2的磁阻小于包含两处第二间隙a2的环形路径的磁阻。由此，在第二状态下，磁铁33的磁力不是沿着包含两处第二间隙a2的环形路径而是沿着包含恒定间隙b的第二环形路径m2流动。

如以上所述，根据本实施方式的轴承装置10，在凸部31与芯构件32的一侧端部55接近的第一状态(参照图3)下，由磁铁33产生的磁力的流动沿着通过该一侧端部55、凸部31及线圈34的中心的第一环形路径m1。相对于此，在凸部31与芯构件32的一侧端部55分离的第二状态(参照图5)下，由磁铁33产生的磁力的流动沿着通过一对芯构件32、32的另一侧端部57、57及线圈34的中心的第二环形路径m2。并且，在内圈衬垫17旋转的期间，所述第一状态与所述第二状态交替反复，由磁铁33产生的磁力的流动在第一环形路径m1与第二环形路径m2之间交替地切换。因此，无论是第一状态还是第二状态，由磁铁33产生的磁力的流动都在发电部30形成(即，磁力的流动始终在发电部30形成)，能够抑制由磁铁33产生的磁力的流动流经轴承部20的情况。

在此，对现有技术进行说明，如图8所示，在凸部97a与作为芯构件的极片93的端部93a、93a分离的状态(相当于图5所示的第二状态)下，由磁铁92产生的磁力的流动沿着通过凸部97a的环形路径难以产生。如图6所示，由磁铁92产生的磁力的流动通过固定部95沿着包含轴承部90的外圈96侧的路径(箭头mb)容易产生。相对于此，在本实施方式中，如图5所示，在凸部31与芯构件32、32的一侧端部55、55分离的第二状态下，如上所述，由磁铁33产生的磁力的流动沿着通过芯构件32、32的另一侧端部57、57、恒定间隙b及线圈34的中心的第二环形路径m2。因此，在本实施方式中，能够抑制磁力通过外圈衬垫18而流经轴承部20的情况。其结果是，能够抑制在轴承部20附着有例如磨损粉等金属制异物的情况。

在本实施方式中，磁铁33设置在一对芯构件32、32各自的长度方向(径向)的中间部59a、59b之间。并且，线圈34分别在芯构件32、32中以磁铁33为中央而分别设置在一侧(径向内侧)和另一侧(径向外侧)。因此，由磁铁33产生的磁力的流动无论是沿着第一环形路径m1的状态，还是沿着第二环形路径m2的状态，在四个线圈34-1～34-4的任一线圈中都能够产生感应电流，发电效率提高。需要说明的是，在表示现有例的图8所示的状态下，(几乎)不产生感应电流。

另外，在本实施方式中，在与轴7一起旋转的作为旋转部的内圈衬垫17设有多个凸部31。在作为固定部的外圈衬垫18设有芯构件32、32、磁铁33及多个线圈34。因此，即使轴7、内圈21及内圈衬垫17的旋转速度升高而使作用于各部的离心力增大，磁铁33及线圈34也仍设置在作为固定部的外圈衬垫18侧。其结果是，离心力不会作用于磁铁33及线圈34，能得到结构稳定的轴承装置10。

如通过图4说明的那样，设有凸部31的内圈衬垫17由环状的构件构成。沿着该环状的构件的外周面形成有多个凹部35，在周向上相邻的凹部35、35之间成为所述凸部31。因此，在内圈衬垫17的范围内能够设置多个凸部31，即使内圈衬垫17与外圈衬垫18之间的空间狭窄，也容易构成发电部30。而且，根据该结构，即使在内圈衬垫17以高速旋转的情况下，也不必担心因离心力而使凸部31脱落。

在图2中，将一对芯构件32、32作为一组，但是在供油单元40中，以一对为一组的芯构件32、32优选设置多组。但是，这种情况下，芯构件32、32的组优选沿周向等间隔地配置。例如，在图2中，芯构件32、32的组以中心轴c为基准而分离180°地设置两组。这样，由多个芯构件32、32构成的组沿周向均等地配置，由此，通过磁铁33的磁力能够防止偏载荷作用于内圈衬垫17的情况。需要说明的是，在由于设置空间的关系而难以在供油单元40设置多组芯构件32、32的组的情况下，可以仅将具有与芯构件32、32之间的磁铁33相同的磁力的磁铁与芯构件32、32之间的磁铁33一起沿周向均等地配置在1处以上的部位。由此，能够防止偏载荷作用于内圈衬垫17的情况。

在所述实施方式的轴承装置10中，内圈21为旋转圈，外圈22为固定圈，内圈衬垫17是与内圈21一起旋转的旋转部，外圈衬垫18为固定部。固定侧与旋转侧可以相反，可以是内圈21及内圈衬垫17为固定侧而外圈22和外圈衬垫18为旋转侧。而且，滚动体可以为滚珠23以外的其他滚动体。即，轴承装置10的轴承部20只要具有固定圈、该固定圈的径向内侧或外侧的旋转圈、在上述固定圈与旋转圈之间设置有多个的滚动体即可。并且，该轴承装置10只要具备与所述固定圈一起成为固定状态的衬垫等固定部、设置在该固定部的径向内侧或外侧并与旋转圈一起旋转的衬垫等旋转部即可。只要在上述固定部和旋转部中的一者上设置多个凸部31，在另一者上设置芯构件32、磁铁33及线圈34即可。也可以使图3及图5所示的发电部30的结构在径向上内外相反。

如以上所公开的实施方式在所有方面均为例示而非限定。即，本发明的滚动轴承装置并不局限于图示的方式，在本发明的范围内也可以是其他方式的结构。如图3所示，在所述实施方式中，在右侧的第一芯构件32和左侧的第二芯构件32双方都设置线圈34，但是例如根据设置空间的情况，线圈34也可以仅设置于其中一方。这种情况下，特别是第一芯构件32与第二芯构件32可以形态不同。

根据本发明的滚动轴承装置，能够利用轴承部的旋转而在发电部产生感应电流来进行发电。并且，能够抑制在轴承部附着有例如磨损粉等金属制异物的情况。