專利名稱：軸承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于使用在機床的心軸中的軸承裝置，該軸承裝置結(jié)合 到高速滑動和旋轉(zhuǎn)的機床的心軸支撐部或類似部分中，典型的機床例如是車 床、鉆床、鏜床、銑床、磨床、珩磨床、超精加工機床、研磨機等。
背景技術(shù)：
通常，用于支撐心軸的滾動軸承結(jié)合到上面示例性的機床的心軸中，并 且一般要使用角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、或其組合。這里，機床的加工 精度和生產(chǎn)能力很大程度取決于心軸的旋轉(zhuǎn)速度，為了提高生產(chǎn)能力必須使 心軸的旋轉(zhuǎn)提速。然而，如果滾動軸承用在高速旋轉(zhuǎn)的場合，軸承的產(chǎn)熱顯 著增加，滾動元件與內(nèi)/外圏之間的接觸壓力因離心力而增加。因此，心軸的 使用條件顯著變差，從而增加了軸承損壞的可能性，例如磨損、卡住等。此 外，因高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的產(chǎn)熱增加，從而可能發(fā)生機床的熱變形，這也會影響 加工精度。
為了防止這些出現(xiàn)在軸承中的嚴重的不便，并避免加工精度因整個機床 的熱變形而降低，必須通過選擇在高速旋轉(zhuǎn)條件下合適的潤滑系統(tǒng)，最大可 能地抑制用于支撐心軸的滾動軸承中的熱量產(chǎn)生。相反，用于支撐高速旋轉(zhuǎn) 的機床的心軸的滾動軸承的潤滑獲得伴隨著潤滑油供應(yīng)的冷卻效果，因此需 要采用油氣潤滑方法、噴嘴潤滑方法和座圏下潤滑方法(參照日本專利公開
No.2003畫278773)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如日本專利公開No.2003-278773中舉例說明的，雖然存在關(guān)注 于潤滑油的量的傳統(tǒng)技術(shù)，但是還沒有以關(guān)注軸承的實際溫度的同時適當(dāng)?shù)?供應(yīng)足量的潤滑油為目標的技術(shù)。上述的傳統(tǒng)技術(shù)難于以直接測量軸承在工 作中的溫度的方式適當(dāng)?shù)毓?yīng)足量的潤滑油。
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所固有的問題而提供一種通過供
3應(yīng)必要量的潤滑油來提高可靠性的軸承裝置。
根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置包括滾動軸承，具有外圏、內(nèi)圏和設(shè)置在內(nèi)圏
與外圈之間的滾動元件；溫度傳感器，用于測量滾動軸承的內(nèi)部溫度；和潤 滑單元，其中，潤滑單元向滾動軸承供應(yīng)對應(yīng)于由溫度傳感器檢測到的溫度 的量的潤滑油。
根據(jù)本發(fā)明，潤滑單元向滾動軸承供應(yīng)對應(yīng)于由溫度傳感器檢測到的溫 度的量的潤滑油，因此通過以高精度直接測量滾動軸承的內(nèi)部溫度而向滾動 軸承適當(dāng)?shù)毓?yīng)足量的潤滑油，由此可以提供能夠確保在高速旋轉(zhuǎn)的條件下 具有足夠長壽命的軸承裝置。
優(yōu)選地，溫度傳感器這樣來構(gòu)造出，即，利用對應(yīng)于精細圖案的掩膜使 涂覆在基板表面上的抗蝕劑曝光并使該精細圖案在該基板表面上顯影，通過 濺射將金屬膜沉積在該精細圖案上，隨后去除殘留的抗蝕劑。該類型的溫度 傳感器可以被制造成極薄的傳感器，因此不需要較大的安裝空間。因此，該 溫度傳感器可以安裝在軸承裝置內(nèi)部的隨意位置，并可以高精度地測量所想 要測量的部分的溫度。
優(yōu)選地，軸承裝置用在機床的心軸中。


圖1是示出沿著根據(jù)一實施例的滾動裝置的軸線的方向剖開的截面的截 面圖2是放大地示出溫度傳感器TS的透視圖3是用于機床的心軸裝置的截面圖，其中圖1所示的滾動軸承結(jié)合到 該心軸裝置中；
圖4是示出潤滑單元22的構(gòu)造的3見圖；和
圖5是示出滾動軸承在用于機床的心軸裝置工作時的溫度升高的模擬結(jié) 果的曲線圖。
具體實施例方式
接下來，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。圖l是沿著用在本實施例中 的滾動軸承的軸線的方向剖開的截面圖。滾動軸承(角接觸球軸承)16包括外 圏16a、內(nèi)圈16b、設(shè)置在兩個圈16a、 16b之間的用作滾動元件的球16c以及以相等的間隔沿周向保持球16c的保持架16d。外圏16a沿著其內(nèi)周具有 滾道面16e。內(nèi)圈16b沿著其外周具有滾道面16f。 J求16c可以由諸如氮化硅、 碳化硅等的陶瓷制成。
溫度傳感器TS通過粘結(jié)劑結(jié)合到外圈16a的除了滾道面16e以外的內(nèi) 周表面。從溫度傳感器TS延伸的電線通過端表面從外圈16a的內(nèi)周表面拉 到外部。應(yīng)當(dāng)指出，圖l放大地示出了溫度傳感器TS的厚度。
圖2是溫度傳感器TS的放大透視圖。參照圖2,溫度傳感器TS包括基 板TSa和形成在基板TSa上的精細的電阻圖案TSb。電阻圖案TSb由一條 線寬窄的單一鉑線構(gòu)成，并且，隨著其總長度因基板TSa的膨脹或收縮而變 化，其電阻值根據(jù)溫度而改變，由此通過向電阻圖案TSb施加電流來測量溫 度。
將描述溫度傳感器TS的制造方法。通過旋涂將厚度約為2pm的光致抗 蝕劑(由東京Ohka Kogyo有限公司生產(chǎn)的OFRP800LB)涂覆在附著有用作絕 緣膜的氧化膜的硅基板(厚度200lam)的表面上，并進行90。C、 8分鐘的預(yù) 烘焙處理。隨后，利用對應(yīng)于電阻圖案TSb的掩膜(利用由Union Optical有 限公司生產(chǎn)的掩模對準器EMA-400)使電阻圖案TSb暴光，并通過使用顯影 溶液(由東京Ohka Kogyo有限公司生產(chǎn)的MND 3)進行顯影。最后將該基板 在超純水中漂洗60秒。
隨后，通過濺射方法將厚度約250nm的柏膜沉積在光致抗蝕劑上，并通 過采用丙酮的剝離(lift-off)方法去除殘留在基板上的光致抗蝕劑。在該處理 之后，用切割裝置將基板切成預(yù)定的芯片尺寸。對芯片上的鉑電阻圖案TSb 進行布線。溫度傳感器TS的制造方法雖然不限于上述方法，但通過使用半 導(dǎo)體微粉化技術(shù)，伴隨著尺寸小型化，在傳感器的大規(guī)模生產(chǎn)能力、尺寸小 型化和反應(yīng)方面表現(xiàn)優(yōu)秀。
圖3是用于機床的心軸裝置的截面圖，其中圖1所示的滾動軸承結(jié)合到 該心軸裝置中。心軸裝置100是采用使冷卻油流到外殼體的外套結(jié)構(gòu)的用于 機床的裝置。心軸裝置100具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中由不銹鋼制成的耐壓管10 在心軸裝置100內(nèi)環(huán)繞延伸，并連接到噴嘴頭12,該耐壓管10的直徑為(j)lmm 至(j)3.2mm(這里，作為一個示例，(J)1.6mm為外徑，())l.Omm為內(nèi)徑)，以顯示 針對撓曲的柔韌性。由不銹鋼制成的耐壓管10是經(jīng)受光澤退火處理(luster annealingtreatment)的管，因此是柔韌的，用手容易彎曲。此外，在壓力下的管膨脹較小，從而該管適于提供極少量的潤滑油。
心軸裝置100包括心軸14、可旋轉(zhuǎn)地支撐該心軸的多個滾動軸承16(在示意性示例中設(shè)置四個軸承16)、覆蓋滾動軸承16的外部的內(nèi)殼體18、以及覆蓋心軸裝置100的外部的外殼體20。定義為潤滑油供給源的潤滑單元22通過沿著軸向形成在外殼體20內(nèi)的潤滑油供給連通孔24并通過形成在內(nèi)殼體18中的孔隙部86經(jīng)由耐壓管IO連接到設(shè)置在內(nèi)殼體18內(nèi)的噴嘴頭12。即，噴嘴頭12是用于直接將微量的潤滑油間歇地噴射到滾動軸承16的噴嘴元件。然后，耐壓管10是用于將潤滑單元22所噴射的潤滑油引導(dǎo)到噴嘴頭12的管。
外殼體20由圍繞內(nèi)殼體18的外周的外圓筒28、 29和固定到外圓筒29的端表面的后蓋32構(gòu)成。滾動軸浮義16有兩對，并且在軸向上以預(yù)定間隔i殳置，從而支撐心軸14的前側(cè)和后側(cè)，使得每對滾動軸承部分地負責(zé)支撐區(qū)域。各滾動軸承16的外圏的外徑面密封地固定地安裝到內(nèi)殼體18的內(nèi)周表面。滾動軸承16的外圈在最前面的部分以不能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)抵靠外圈壓制元件34并從而與該外圏壓制元件34接合。滾動軸承16的外圈在最后面的部分經(jīng)由外圏壓制元件36以不能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)與在軸向上由彈簧3 8彈性偏置的外圓筒28接合。此外，各滾動軸承16的內(nèi)圈的內(nèi)徑面固定地安裝到心軸14的外周表面，用于在軸向上固定滾動軸承16的間隔件40分別在前側(cè)和后側(cè)設(shè)置在各個滾動軸承16之間。
此外，如圖所示，冷卻凹槽42形成在內(nèi)殼體18的外徑部分中，從冷卻單元(未示出)供應(yīng)的冷卻油沿著冷卻凹槽42循環(huán)，從而對外殼體20進行冷卻。即，基于外圓筒冷卻系統(tǒng)，心軸裝置IOO構(gòu)造成具有冷卻功能。要指出，在本實施例中，心軸14被水平支撐，然而，如果用于例如加工中心，則心軸14要被設(shè)置成垂直或傾斜。
接下來，解釋潤滑單元22。圖4是示出潤滑單元22的構(gòu)造的視圖。如圖4所示，潤滑單元22包括由具有有利性質(zhì)的超石茲致伸縮體制成的桿元件46,其中桿元件46在軸向上的一個端部46a通過預(yù)裝載的調(diào)節(jié)機構(gòu)48固定到殼體50。在施加^f茲場時，桿元件46憑借^f茲致伸縮現(xiàn)象(焦耳效應(yīng))在軸線方向上伸展。
預(yù)裝載的調(diào)節(jié)機構(gòu)48可以通過使用例如螺旋機構(gòu)而引入，該螺旋機構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)在桿元件46的軸線方向上伸出，并能使桿元件46的一個端部46a受到擠壓。通過朝預(yù)裝載的調(diào)節(jié)機構(gòu)48偏置桿元件46而無間隙(游隙)地沿桿元件46的軸向傳遞壓力的壓力傳遞元件52設(shè)置在桿元件46的在軸線方向上的另一端部46b。桿元件46通過壓力傳遞元件52連接到活塞54。活塞54可滑動地設(shè)置在氣缸56的內(nèi)部，泵室由氣缸56和活塞54構(gòu)造出。
氣缸56具有用于向泵室供應(yīng)潤滑油的吸入流動路徑58。由用于防止?jié)櫥蛷谋檬一亓鞯闹够亻y構(gòu)造出的吸入側(cè)止回閥60沿著通向吸入流動路徑58的吸入口 59的流動路徑設(shè)置在中途。此外，氣缸56具有用于排出從泵室排出的潤滑油的排出流動路徑62。由用于防止?jié)櫥捅灰氲奖檬抑械闹够亻煒?gòu)造出的排出側(cè)止回閥64沿著通向排出流動路徑62的排出口 63的流動路徑設(shè)置在中途。
線圈66圍繞桿元件46的外周共軸地設(shè)置，并且與桿元件46構(gòu)成磁路的由磁性材料構(gòu)成的磁輒68設(shè)置在線圈66的外部。此外，驅(qū)動電路70電連接到線圈66。驅(qū)動電路70接收對應(yīng)于由溫度傳感器TS測量到的溫度的信號，并輸出用于產(chǎn)生與此相應(yīng)的磁場的電流。該電流被施加到線圈66，由此桿元件46接收線圈66產(chǎn)生的^f茲場，并伸展，結(jié)果通過吸入流動5^徑58供應(yīng)并停留在泵室中的潤滑油通過排出流動路徑62而從排出口 63排出。排出的潤滑油通過耐壓管IO從噴嘴頭12排出。此時，每次射出的排出量小到0.5至10mm3，并且潤滑油在lMPa或更大的排出壓力下被間歇地排出。
16a的滾道面16e的滾動軸承16組裝到如圖3所示的心軸裝置時、并且以基于溫度傳感器TS的溫度測量結(jié)果來調(diào)節(jié)潤滑單元22的潤滑油的量的方式供應(yīng)潤滑油的情況下(啟用反饋控制)，以及在潤滑單元22的潤滑油與溫度無關(guān)地間歇供應(yīng)的情況下(不啟用反饋控制)，對滾動軸承16的溫度變化進行了模擬。圖5示出了在環(huán)境溫度為25°C、 20,000rpm旋轉(zhuǎn)一'J、時的條件下對溫度變化進行模擬的結(jié)果。在潤滑單元22的潤滑油間歇供應(yīng)的情況下，以固定的時間間隔供應(yīng)固定量的潤滑油，從而產(chǎn)生這樣的問題，即，軸承溫度難于穩(wěn)定。相反，在溫度傳感器TS實時測量溫度信息并以基于測量到的溫度信息控制潤滑油的供應(yīng)時機和供應(yīng)量的方式從潤滑單元22供應(yīng)潤滑油的情況下，可以理解的是，軸承溫度高度穩(wěn)定。
到目前為止，已經(jīng)通過實施例討論了本發(fā)明，但本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制于上面描述的實施例，而是當(dāng)然地可以適當(dāng)?shù)刈冃秃透倪M。例如，如虛線所指示的，溫度傳感器TS可以設(shè)置在外圏16a的滾道面16e(部分A)、保持架16d(部分B)和內(nèi)圏16b(部分C)上。溫度傳感器的安裝部分不限于上面給出的那些，而是溫度傳感器可以安裝到滾動軸承16的任何部分。來自溫度傳感器TS的信息被無線(IC標簽，等)接收并傳送到驅(qū)動電路70，而無需限制為有限裝置，并且該信息被分析，從而可以從潤滑單元22供應(yīng)足量的潤滑油。此外，溫度傳感器TS還可以由包括異種金屬薄膜的熱電偶類型的傳感器構(gòu)造出。工業(yè)應(yīng)用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的軸承裝置由于即使在高速旋轉(zhuǎn)下也能適當(dāng)?shù)毓?yīng)足量的潤滑油到滾動軸承并能夠確保足夠長的壽命，因此是有用的，且適于用于機床的心軸。
8
權(quán)利要求
1. 一種軸承裝置，包括滾動軸承，具有外圈、內(nèi)圈和設(shè)置在所述內(nèi)圈與所述外圈之間的滾動元件；溫度傳感器，用于測量所述滾動軸承的內(nèi)部溫度；和潤滑單元，其中，所述潤滑單元向所述滾動軸承供應(yīng)對應(yīng)于由所述溫度傳感器檢測到的溫度的量的潤滑油。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的軸承裝置，其中，所述溫度傳感器這樣來構(gòu)造出，即，利用對應(yīng)于精細圖案的掩膜使涂覆在基板表面上的抗蝕劑曝光并使該精細圖案在該基板表面上顯影，通過濺射將金屬膜沉積在該精細圖案上，隨后去除殘留的抗蝕劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的軸承裝置，其中，所述溫度傳感器設(shè)置在滾道面、鄰近滾道面的部分、或者用于保持所述滾動元件的保持架上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的軸承裝置，其中，所述潤滑單元基于由所述溫度傳感器檢測到的溫度基本上實時地控制潤滑油的供應(yīng)時機和供應(yīng)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的軸承裝置，其中，所述軸承裝置用在機床的心軸中。
全文摘要
軸承裝置包括滾動軸承(16)，具有外圈(16a)、內(nèi)圈(16b)和設(shè)置在這兩個圈之間的滾動元件(16c)；溫度傳感器(TS)，用于測量滾動軸承中的溫度；和潤滑單元(22)。潤滑單元根據(jù)溫度傳感器檢測到的溫度以一定的速度向滾動軸承供應(yīng)潤滑油。因此，可以提供即使在高速旋轉(zhuǎn)的條件下也能具有足夠長壽命的軸承裝置。該軸承裝置可以適于用于機床的主心軸。
文檔編號F16C19/52GK101501355SQ20078002954
公開日2009年8月5日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者森田公一, 橫山景介 申請人:日本精工株式會社