特開 2021-162078 発電機能付軸受装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-162078(P2021-162078A)

(43)【公開日】2021年10月11日

(54)【発明の名称】発電機能付軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 41/00 20060101AFI20210913BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20210913BHJP

   H02N 1/08 20060101ALI20210913BHJP

【ＦＩ】

   F16C41/00

   F16C19/06

   H02N1/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-63447(P2020-63447)

(22)【出願日】2020年3月31日

(71)【出願人】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷 弘詞

(72)【発明者】

【氏名】袴田 博之

(72)【発明者】

【氏名】山口 創太

【テーマコード（参考）】

3J217

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J217JA37

3J217JB70

3J217JC10

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA77

3J701EA72

3J701EA73

3J701FA60

3J701GA24

(57)【要約】

【課題】軸受内部に発電機能が組み込まれた発電機能付軸受装置を提供する。
【解決手段】発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、回転輪の静止輪に対する回転に伴って回転するとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備える。第３電極の表面及び絶縁膜の表面の少なくとも一方には、第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる複数の動圧溝が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１対向面を有する静止輪と、前記第１対向面に対向する第２対向面を有し、前記静止輪に対して回転する回転輪と、前記第１対向面と前記第２対向面との間に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、
前記静止輪に対する位置が固定されているとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、
前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って回転するとともに、前記転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備え、
前記第３電極の表面及び前記絶縁膜の表面の少なくとも一方には、前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる複数の動圧溝が形成されており、
前記第３電極は、前記第１電極との間の距離である第１距離及び前記第２電極との間の距離である第２距離が前記回転輪の前記静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されており、
前記第１距離の時間変化の位相は、前記第２距離の時間変化の位相とずれている、発電機能付軸受装置。

【請求項2】

前記第３電極は、前記回転輪に対する位置が固定されている、請求項１に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項3】

前記第３電極は、前記保持器に対する位置が固定されている、請求項１に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項4】

前記複数の動圧溝には、前記回転輪が前記静止輪に対して第１方向に沿って回転する際に前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる第１動圧溝と、前記回転輪が前記静止輪に対して前記第１方向とは逆方向の第２方向に沿って回転する際に前記第３電極と前記絶縁膜との間に動圧を発生させる第２動圧溝とが含まれている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項5】

前記転がり軸受の内部に配置されている基材をさらに備え、
前記基材の表面上には、前記第３電極が配置されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項6】

前記第３電極の表面と前記基材の表面とは、傾斜面を介して連なっている、請求項５に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項7】

前記第３電極と前記基材との間に介在されている弾性部材をさらに備え、
前記弾性部材は、前記第３電極に対して、前記絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させる、請求項５又は請求項６に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項8】

前記第３電極を前記基材に取り付ける弾性ヒンジをさらに備え、
前記弾性ヒンジは、前記第３電極に対して、前記絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させる、請求項５又は請求項６に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項9】

前記絶縁膜は、樹脂材料により形成されており、
前記複数の動圧溝は、前記絶縁膜の表面に形成されている、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。

【請求項10】

前記第３電極は、前記回転輪が前記静止輪に対して回転している際に、前記第１電極及び前記第２電極と前記転がり軸受の中心軸に沿う方向において対向可能な位置に配置されている、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発電機能付軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電機能付軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２００３−２６２６４６号公報）には、クローポール型発電機が記載されている。特許文献１に記載のクローポール型発電機は、回転軸と、永久磁石と、ステータとを有している。永久磁石は、Ｎ極及びＳ極が周方向に沿って交互配置されるように回転軸に取り付けられている。ステータは、コイルとヨークとを有している。ヨークは、爪部を有する磁性材料（爪状部材）からなり、コイルを内包している。回転軸の回転に伴い爪状部材に対向する永久磁石の磁極が交互に入れ替わることによりヨーク内の磁束が反転することで、コイルに起電力が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２６２６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のクローポール型発電機は、コイル、永久磁石及びヨーク等を配置するためのスペースが必要になるため、軸受内部に収納することが困難である。すなわち、特許文献１に記載のクローポール型発電機は、既存の設備に導入しようとした場合には、当該設備の軸受周りの設計を見直す必要がある。また、特許文献１に記載のクローポール型発電機を新規設備に導入しようとする場合には、当該設備のサイズが大きくなる。

【0005】

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軸受内部に発電機能が組み込まれた発電機能付軸受装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の発電機能付軸受装置は、第１対向面を有する静止輪と、第１対向面に対向する第２対向面を有し、静止輪に対して回転する回転輪と、第１対向面と第２対向面との間に配置された転動体と、転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受と、静止輪に対する位置が固定されているとともに、転がり軸受の内部に配置されている第１電極及び第２電極と、回転輪の静止輪に対する回転に伴って回転するとともに、転がり軸受の内部に配置されている第３電極と、第１電極及び第２電極の表面に形成された絶縁膜とを備える。第３電極の表面及び絶縁膜の表面の少なくとも一方には、第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる複数の動圧溝が形成されている。第３電極は、第１電極との間の距離である第１距離及び第２電極との間の距離である第２距離が回転輪の静止輪に対する回転に伴って変化するように配置されている。第１距離の時間変化の位相は、第２距離の時間変化の位相とずれている。

【0007】

上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、回転輪に対する位置が固定されていてもよい。上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、保持器に対する位置が固定されていてもよい。

【0008】

上記の発電機能付軸受装置において、複数の動圧溝には、回転輪が静止輪に対して第１方向に沿って回転する際に第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる第１動圧溝と、回転輪が静止輪に対して第１方向とは逆方向の第２方向に沿って回転する際に第３電極と絶縁膜との間に動圧を発生させる第２動圧溝とが含まれていてもよい。

【0009】

上記の発電機能付軸受装置は、転がり軸受の内部に配置されている基材をさらに備えていてもよい。基材の表面上には、第３電極が配置されていてもよい。

【0010】

上記の発電機能付軸受装置において、第３電極の表面と基材の表面とは、傾斜面を介して連なっていてもよい。

【0011】

上記の発電機能付軸受装置は、第３電極と基材との間に介在されている弾性部材をさらに備えていてもよい。弾性部材は、第３電極に対して、絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させてもよい。

【0012】

上記の発電機能付軸受装置は、第３電極を前記基材に取り付ける弾性ヒンジをさらに備えていてもよい。弾性ヒンジは、第３電極に対して、絶縁膜に向かう方向の付勢力を発生させてもよい。

【0013】

上記の発電機能付軸受装置において、絶縁膜は樹脂材料により形成されていてもよい。複数の動圧溝は、絶縁膜の表面に形成されていてもよい。

【0014】

上記の発電機能付軸受装置において、第３電極は、回転輪が静止輪に対して回転している際に、第１電極及び第２電極と転がり軸受の中心軸に沿う方向において対向可能な位置に配置されていてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の発電機能付軸受装置によると、軸受内部に発電機能が組み込むことができる。また、本発明の発電機能付軸受装置によると、第３電極と絶縁膜とが直接接触することに伴う摩擦等を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】軸受装置１００の平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

【図3】図２の領域ＩＩＩにおける拡大図である。

【図4】ステータ３０の平面図である。

【図5】図４のＶ−Ｖにおける断面図である。

【図6】図４のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。

【図7】絶縁膜４０の平面図である。

【図8】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。

【図9】ロータ５０の平面図である。

【図10】図９のＸ−Ｘにおける断面図である。

【図11A】第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。

【図11B】第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。

【図11C】第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。

【図11D】第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。

【図12】変形例に係る軸受装置１００の拡大断面図である。

【図13】軸受装置２００におけるステータ３０の平面図である。

【図14】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶにおける断面図である。

【図15】図１３のＸＶ−ＸＶにおける断面図である。

【図16】軸受装置３００におけるロータ５０の平面図である。

【図17】軸受装置４００におけるロータ５０の平面図である。

【図18】図１７の方向ＸＶＩＩＩから見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0018】

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置１００」とする）の構成を説明する。

【0019】

図１は、軸受装置１００の平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図３は、図２の領域ＩＩＩにおける拡大図である。図１〜図３に示されるように、軸受装置１００は、転がり軸受１０と、シール２０と、ステータ３０と、絶縁膜４０と、ロータ５０とを有している。

【0020】

転がり軸受１０は、例えば、深溝玉軸受である。但し、転がり軸受１０は、これに限られるものではない。転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、複数の転動体１３と、保持器１４とを有している。転がり軸受１０は、中心軸Ａを有している。以下において、中心軸Ａに沿う方向を、軸方向とする。内輪１１は、外輪１２に対して回転可能である。すなわち、転がり軸受１０においては、内輪１１が回転輪であり、外輪１２が静止輪である。

【0021】

内輪１１は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１１は、内周面１１ａと、外周面１１ｂと、幅面１１ｃと、幅面１１ｄとを有している。

【0022】

内輪１１は、内周面１１ａにおいて、軸（図示せず）に取り付けられる。内周面１１ａは、中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向（以下「周方向」とする）に沿って延在している。内周面１１ａは、中心軸Ａ側を向いている。

【0023】

外周面１１ｂは、周方向に沿って延在している。外周面１１ｂは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１１ｂは、中心軸Ａに直交する方向（以下「径方向」とする）における内周面１１ａの反対面である。外周面１１ｂは、軌道面１１ｂａを有している。軌道面１１ｂａは、転動体１３に接触する外周面１１ｂの部分である。

【0024】

幅面１１ｃ及び幅面１１ｄは、軸方向における端面を構成している。幅面１１ｄは、軸方向における幅面１１ｃの反対面である。径方向における幅面１１ｃの両端は、それぞれ内周面１１ａ及び外周面１１ｂに連なっている。径方向における幅面１１ｄの両端は、それぞれ内周面１１ａ及び外周面１１ｂに連なっている。

【0025】

外輪１２は、リング状の形状を有している。外輪１２は、内周面１２ａと、外周面１２ｂと、幅面１２ｃと、幅面１２ｄとを有している。

【0026】

内周面１２ａは、周方向に沿って延在している。内周面１２ａは、中心軸Ａ側を向いている。外輪１２は、内周面１２ａが外周面１１ｂに対向するように配置されている。内周面１２ａは、軌道面１２ａａを有している。軌道面１２ａａは、転動体１３に接触する内周面１２ａの部分である。軌道面１２ａａは、軌道面１１ｂａに対向している。

【0027】

外輪１２は、外周面１２ｂにおいて、ハウジング（図示せず）に取り付けられる。外周面１２ｂは、周方向に沿って延在している。外周面１２ｂは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１２ｂは、径方向における内周面１２ａの反対面である。

【0028】

幅面１２ｃ及び幅面１２ｄは、軸方向における端面を構成している。幅面１２ｄは、軸方向における幅面１２ｃの反対面である。径方向における幅面１２ｃの両端は、それぞれ内周面１２ａ及び外周面１２ｂに連なっている。径方向における幅面１２ｄの両端は、それぞれ内周面１２ａ及び外周面１２ｂに連なっている。

【0029】

転動体１３は、玉であり、球状の形状を有している。転動体１３は、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間に配置されている。より具体的には、転動体１３は、軌道面１１ｂａと軌道面１２ａａとの間に配置されている。

【0030】

保持器１４は、内輪１１と外輪１２との間（より具体的には、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間）に配置されている。保持器１４は、周方向において隣り合う２つの転動体１３の間の距離が一定範囲内となるように、転動体１３を保持している。

【0031】

以下において、外周面１１ｂと内周面１２ａとの間の空間を、軸受空間とする。シール２０は、軸方向における一方側から軸受空間を閉塞している。シール２０は、外輪１２に取り付けられている。より具体的には、シール２０は、軌道面１２ａａよりも幅面１２ｃ側に位置している内周面１２ａに取り付けられている。シール２０は、第１面２０ａと、第２面２０ｂとを有している。第１面２０ａは、軸受空間側を向いている面である。第２面２０ｂは、軸方向における第１面２０ａの反対面である。第１面２０ａ及び第２面２０ｂは、シール２０の主面を構成している。

【0032】

ステータ３０は、第１基材３１と、複数の第１電極３２と、複数の第２電極３３とを有している。ステータ３０は、シール２０に取り付けられている。より具体的には、ステータ３０は、第１面２０ａ上に配置されている。そのため、第１電極３２及び第２電極３３は、軸受空間内（転がり軸受１０の内部）に配置されているとともに、外輪１２に対する位置が固定されていることになる。

【0033】

図４は、ステータ３０の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖにおける断面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩにおける断面図である。図４〜図６に示されるように、第１基材３１は、リング状の形状を有している。第１基材３１は、第１面３１ａと、第２面３１ｂとを有している。第２面３１ｂは、第１面３１ａの反対面であり、シール２０側を向いている。第１面３１ａ及び第２面３１ｂは、第１基材３１の主面を構成している。第１基材３１は、第２面３１ｂにおいて、シール２０に取り付けられている。第１基材３１は、絶縁材料により形成されている。

【0034】

第１電極３２及び第２電極３３は、第１面３１ａ上に配置されている。第１電極３２及び第２電極３３は、周方向に沿って、等間隔で交互に配置されている。第１電極３２の数は、第２電極３３の数に等しい。第１電極３２及び第２電極３３は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。複数の第１電極３２の各々は、互いに電気的に接続されている。複数の第２電極３３の各々は、互いに電気的に接続されている。但し、第１電極３２と第２電極３３とは、電気的に分離されている。

【0035】

絶縁膜４０は、絶縁材料により形成されている。絶縁膜４０は、樹脂材料により形成されていることが好ましい。絶縁膜４０を構成する材料の具体例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオロエチレン）が挙げられる。図７は、絶縁膜４０の平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。図７及び図８に示されるように、絶縁膜４０は、リング状の形状を有している。

【0036】

絶縁膜４０は、第１面４０ａと、第２面４０ｂを有している。第２面４０ｂは、第１面４０ａの反対面であり、ステータ３０側（第１電極３２側及び第２電極３３側）を向いている。第１面４０ａ及び第２面４０ｂは、絶縁膜４０の主面を構成している。絶縁膜４０は、第２面４０ｂにおいて、ステータ３０に取り付けられている。すなわち、絶縁膜４０は、第１電極３２及び第２電極３３上に配置されている。

【0037】

第１面４０ａには、複数の動圧溝４１が形成されている。第１面４０ａは、動圧溝４１において、第２面４０ｂ側に窪んでいる。動圧溝４１は、例えば、周方向に沿って等間隔で形成されている。動圧溝４１は、平面視において（第１面４０ａに直交する方向から見て）、Ｖ字形状を有している。すなわち、動圧溝４１は、平面視において、第１部分４１ａと、第２部分４１ｂとを有している。図示されていないが、動圧溝４１に対応した形状の溝が、第１電極３２及び第２電極３３の表面（絶縁膜４０側の面）に形成されていてもよい。絶縁膜４０が柔軟性のある薄膜で形成されている場合、絶縁膜４０が当該溝に倣うことにより、第１面４０ａに動圧溝４１が形成されることになる。

【0038】

第１部分４１ａは、直線状に延在している。第１部分４１ａは、一方端及び他方端を有している。第１部分４１ａの一方端は、絶縁膜４０の径方向における中央部に位置している。第１部分４１ａの他方端は、第１部分４１ａの一方端よりも絶縁膜４０の内周縁の近くに位置している。

【0039】

第２部分４１ｂは、直線状に延在している。第２部分４１ｂは、一方端及び他方端を有している。第２部分４１ｂの一方端は、絶縁膜４０の径方向における中央部に位置しており、第１部分４１ａの一方端に接続されている。なお、第１部分４１ａの一方端と第２部分４１ｂの一方端とが互いに接続されている部分が、Ｖ字形状の先端となる。第２部分４１ｂの他方端は、第２部分４１ｂの一方端よりも絶縁膜４０の外周縁の近くに位置している。第２部分４１ｂの他方端は、径方向において、第１部分４１ａの他方端と対向する位置にある。

【0040】

ロータ５０は、第２基材５１と、第３電極５２とを有している。図９は、ロータ５０の平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘにおける断面図である。図９及び図１０に示されるように、第２基材５１は、リング状の形状を有している。第２基材５１は、内周側において内輪１１（より具体的には、軌道面１１ｂａよりも幅面１１ｃ側に位置している外周面１１ｂの部分）に取り付けられている。第２基材５１は、ステータ３０及び絶縁膜４０よりも保持器１４に近い位置にある。

【0041】

第２基材５１は、第１面５１ａと、第２面５１ｂとを有している。第１面５１ａは、ステータ３０及び絶縁膜４０側を向いている面である。第２面５１ｂは、第１面５１ａの反対面であり、保持器１４側を向いている面である。第１面５１ａ及び第２面５１ｂは、第２基材５１の主面を構成している。

【0042】

第３電極５２は、第１面５１ａ上に配置されている。上記のとおり、第２基材５１が内輪１１に取り付けられているため、第３電極５２は、内輪１１に対する位置が固定されているとともに、軸受空間内（転がり軸受１０の内部）に配置されていることになる。第３電極５２は、内輪１１が回転する際に、軸方向において第１電極３２及び第２電極３３と対向可能に配置されている。第３電極５２は、導電性材料（例えば金属材料）により形成されている。第３電極５２の数は、第１電極３２（第２電極３３）の数に等しい。第３電極５２は、周方向に沿って等間隔に配置されている。図示されていないが、第３電極５２の表面（ステータ３０と対向している面）に動圧溝を設ける場合、第３電極５２の製造工程においてエッチングを行うことにより、当該動圧溝を形成することができる。

【0043】

第３電極５２と第１電極３２との間の距離を、第１距離とする。第３電極５２と第２電極３３との間の距離を、第２距離とする。内輪１１の外輪１２に対する回転に伴い、第３電極５２が第１電極３２と対向しているが第２電極３３と対向していない状態と第３電極５２が第１電極３２と対向していないが第２電極３３と対向している状態とが繰り返されることになる。すなわち、第１距離及び第２距離は、内輪１１の外輪１２に対する回転に伴って変化することになり、第１距離の時間変化の位相と第２距離の時間変化の位相とは互いにずれている。

【0044】

以下に、軸受装置１００における発電動作を説明する。
図１１Ａは、第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第１説明図である。図１１Ｂは、第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第２説明図である。図１１Ｃは、第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第３説明図である。図１１Ｄは、第１電極３２及び第２電極３３から電流が出力される原理を説明するための第４説明図である。

【0045】

転がり軸受１０の動作時には、軸受空間に潤滑剤Ｌが供給されている。そのため、図１１Ａに示されるように、内輪１１の回転に伴って、第１電極３２上にある絶縁膜４０と第３電極５２とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極３２に正の電荷が誘導されるとともに、第２電極３３に負の電荷が誘導される。

【0046】

図１１Ａに示される状態から内輪１１の回転が進むと、図１１Ｂに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第１電極３２から第２電極３３へと電流が流れる。

【0047】

図１１Ｂに示される状態から内輪１１の回転がさらに進むと、図１１Ｃに示されるように、第２電極３３上にある絶縁膜４０と第３電極５２とが潤滑剤Ｌを介して互いに摺動する。その結果、第１電極３２に負の電荷が誘導されるとともに、第２電極３３に正の電荷が誘導される。

【0048】

図１１Ｃに示される状態から内輪１１の回転がさらに進むと、図１１Ｄに示されるように、各電極に誘導された電荷に起因した起電力に基づいて、第２電極３３から第１電極３２へと電流が流れる。図１１Ｄに示される状態から内輪１１の回転がさらに進むと、図１１Ａに示される状態に戻る。

【0049】

このように、軸受装置１００においては、外輪１２に対する内輪１１の回転に伴って、第１電極３２及び第２電極３３からパルス状の電流（電圧）が出力される。

【0050】

＜変形例＞
図１２は、変形例に係る軸受装置１００の拡大断面図である。ロータ５０は、図１２に示されるように、保持器１４に取り付けられていてもよい。より具体的には、第２基材５１が保持器１４の軸方向における端面に取り付けられるとともに、第３電極５２が第２基材５１上に配置されていてもよい。保持器１４は、内輪１１の外輪１２に対する回転に伴って回転するため、第２基材５１を介して保持器１４に取り付けられた第３電極５２も、内輪１１の外輪１２に対する回転に伴って回転することになる。

【0051】

以下に、軸受装置１００の効果を説明する。
軸受装置１００においては、第１電極３２、第２電極３３、絶縁膜４０及び第３電極５２が軸受空間内（転がり軸受１０の内部）に配置されているため、転がり軸受１０の内部に発電機能を組み込むことが可能となる。その結果、軸受装置１００の寸法は、発電機能を有しているにもかかわらず、既存の転がり軸受の寸法と大きな違いがなく、既存の転がり軸受と置き換えることが可能となる。

【0052】

軸受装置１００においては、内輪１１の回転（図７中の矢印参照、この回転の方向を以下においては「第１方向」とする）に伴って潤滑剤Ｌが動圧溝４１に引き込まれることにより、絶縁膜４０と第３電極５２との間に、絶縁膜４０と第３電極５２とを離間させるような動圧が発生する。この動圧により、絶縁膜４０と第３電極５２との直接接触が抑制される。その結果、軸受装置１００においては、絶縁膜４０と第３電極５２との直接接触に起因する摩耗・摩擦や騒音の発生が抑制される。

【0053】

また、軸受装置１００においては、上記の動圧により絶縁膜４０と第３電極５２との直接接触を抑制することができるため、絶縁膜４０（第１電極３２及び第２電極３３）と第３電極５２との間の距離を小さくして第１電極３２及び第２電極３３と第３電極５２とにより構成されるコンデンサの静電容量を高めることができる。当該コンデンサの静電容量が高くなるほど発電量が大きくなるため、軸受装置１００は、発電量を改善できる。

【0054】

軸受装置１００においては、上記の動圧により絶縁膜４０と第３電極５２との間の間隔が保たれるため、加工バラつきに起因した各電極の間の距離のバラつきの発電量への影響を緩和することができる。なお、絶縁膜４０が樹脂材料により形成されている場合、動圧溝４１を例えばホットプレス等により容易に形成することができる。

【0055】

変形例に係る軸受装置１００においては、第３電極５２が第１電極３２及び第２電極３３に対向している保持器１４の端面に配置されているため、第１電極３２及び第２電極３３が配置されている外輪１２と保持器１４との間の相対的な位置関係が安定化する。その結果、変形例に係る軸受装置においては、転動体１３と保持器１４との間の衝突音の発生を抑制することができる。

【0056】

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置２００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0057】

軸受装置２００は、転がり軸受１０と、シール２０と、ステータ３０と、ロータ５０とを有している。この点に関し、軸受装置２００の構成は、軸受装置１００の構成と共通している。

【0058】

図１３は、軸受装置２００におけるステータ３０の平面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶにおける断面図である。図１５は、図１３のＸＶ−ＸＶにおける断面図である。軸受装置２００は、絶縁膜４０に代えて、複数の絶縁膜４２及び絶縁膜４３を有している。絶縁膜４２は、第１電極３２上に配置されている。絶縁膜４３は、第２電極３３上に配置されている。絶縁膜４２及び絶縁膜４３は、好ましくは、ＰＴＦＥ等の樹脂材料により形成されている。

【0059】

絶縁膜４２の表面（第１電極３２との対向面とは反対側の主面）上及び絶縁膜４３の表面（第２電極３３との対向面とは反対側の主面）上には、それぞれ、複数の動圧溝４１及び動圧溝４４が形成されている。動圧溝４４は、動圧溝４１と同様の形状を有している。但し、動圧溝４４のＶ字形状の先端は、周方向において、動圧溝４１のＶ字形状の先端とは逆側を向いている。

【0060】

以下に、軸受装置２００の効果を説明する。ここでは、軸受装置１００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0061】

軸受装置１００において、動圧溝４１は、そのＶ字形状の先端が、全て周方向において同一の側を向いている。そのため、内輪１１が外輪１２に対して第１方向に回転する際に絶縁膜４０と第３電極５２との間に動圧が発生する。しかしながら、内輪１１が外輪１２に対して第１方向とは逆方向（以下「第２方向」とする）に回転する際には、当該動圧が発生しがたい。

【0062】

軸受装置２００は、絶縁膜４２（絶縁膜４３）の表面に、動圧溝４１に加えて動圧溝４４が形成されている。動圧溝４４は、周方向において動圧溝４１とは反対側を向いているため、内輪１１が外輪１２に対して第２方向に回転する際にも、絶縁膜４０と第３電極５２との間に動圧を発生させることができる。このように、軸受装置２００によると、内輪１１の外輪１２に対する回転の方向にかかわらず、絶縁膜４０と第３電極５２との間に動圧を発生させることができるため、絶縁膜４０と第３電極５２との直接接触がさらに抑制される。

【0063】

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置３００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0064】

軸受装置３００は、転がり軸受１０と、シール２０と、ステータ３０と、ロータ５０とを有している。この点に関して、軸受装置３００の構成は、軸受装置１００の構成と共通している。

【0065】

図１６は、軸受装置３００におけるロータ５０の平面図である。図１６に示されるように、第３電極５２の表面（第２基材５１との対向面とは反対側の主面）には、複数の動圧溝５３及び動圧溝５４が形成されている。動圧溝５３及び動圧溝５４は、動圧溝４１と同様のＶ字形状を有している。動圧溝５３のＶ字形状の先端及び動圧溝５４のＶ字形状の先端は、周方向において、互いに逆方向を向いている。なお、図示されていないが、軸受装置３００において、動圧溝４１は形成されていなくてもよい。

【0066】

第３電極５２の表面は、周方向における両端において、傾斜面５５を介して第１面５１ａに連なっている。傾斜面５５は、第３電極５２の表面側から第１面５１ａ側へと向かうにしたがって第１面５１ａとの間の距離が小さくなるように傾斜している。

【0067】

以下に、軸受装置３００の効果を説明する。ここでは、軸受装置１００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0068】

軸受装置３００においては、第３電極５２の表面が傾斜面５５を介して第１面５１ａに連なっているため、内輪１１が外輪１２に対して回転する際に、潤滑剤Ｌが動圧溝５３及び動圧溝５４に集められやすい。その結果、内輪１１の外輪１２に対する回転速度が低速である場合であっても、絶縁膜４０と第３電極５２との間に動圧が発生しやすい。このように、軸受装置３００によると、絶縁膜４０と第３電極５２との直接接触がさらに抑制される。

【0069】

（第４実施形態）
以下に、第４実施形態に係る発電機能付軸受装置（以下「軸受装置４００」とする）の構成を説明する。ここでは、軸受装置３００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0070】

軸受装置４００は、転がり軸受１０と、シール２０と、ステータ３０と、ロータ５０とを有している。第３電極５２の表面には、複数の動圧溝５３及び動圧溝５４が形成されている。第１面４０ａには、動圧溝４１が形成されていなくてもよい。これらの点に関し、軸受装置４００の構成は、軸受装置３００の構成と共通している。

【0071】

図１７は、軸受装置４００におけるロータ５０の平面図である。図１８は、図１７の方向ＸＶＩＩＩから見た側面図である。図１７及び図１８に示されるように、第２基材５１上には、第３電極５２が間隔を空けて配置されている。第２基材５１と第３電極５２との間には、弾性部材５６が介在されている。弾性部材５６は、ウレタン、ゴム、スポンジ等の弾性材料により形成されている。弾性部材５６は、第３電極５２に対して、絶縁膜４０側に向かう方向の付勢力を発生させている。

【0072】

第３電極５２は、周方向における両端において、弾性ヒンジ５７により、第２基材５１に取り付けられている。弾性ヒンジ５７は、第３電極５２に対して、絶縁膜４０側に向かう方向の付勢力を発生させている。軸受装置４００は、弾性部材５６及び弾性ヒンジ５７の一方を有していなくてもよい。

【0073】

以下に、軸受装置４００の効果を説明する。ここでは、軸受装置３００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0074】

絶縁膜４０と第３電極５２との間に発生する動圧により絶縁膜４０と第３電極５２との間の距離が過度に大きくなると、第１電極３２及び第２電極３３と第３電極５２とにより構成されるコンデンサの静電容量が小さくなるため、発電量が低下する。軸受装置４００においては、弾性部材５６（弾性ヒンジ５７）が絶縁膜４０と第３電極５２との間の距離を縮めるように付勢力を発生させるため、上記のコンデンサの静電容量を維持することができる。すなわち、軸受装置４００によると、発電量を維持することができる。

【0075】

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0076】

上記の実施形態は、転がり軸受の内部に発電機能が組み込まれた軸受装置に特に有利に適用される。

【符号の説明】

【0077】

１００，２００，３００，４００ 軸受装置、１０ 転がり軸受、１１ 内輪、１１ａ 内周面、１１ｂ 外周面、１１ｂａ 軌道面、１１ｃ，１１ｄ 幅面、１２ 外輪、１２ａ 内周面、１２ａａ 軌道面、１２ｂ 外周面、１２ｃ，１２ｄ 幅面、１３ 転動体、１４ 保持器、２０ シール、２０ａ 第１面、２０ｂ 第２面、３０ ステータ、３１ 第１基材、３１ａ 第１面、３１ｂ 第２面、３２ 第１電極、３３ 第２電極、４０ 絶縁膜、４０ａ 第１面、４０ｂ 第２面、４１ 動圧溝、４１ａ 第１部分、４１ｂ 第２部分、４２ 絶縁膜、４３ 絶縁膜、４４ 動圧溝、５０ ロータ、５１ 第２基材、５１ａ 第１面、５１ｂ 第２面、５２ 第３電極、５３，５４ 動圧溝、５５ 傾斜面、５６ 弾性部材、５７ 弾性ヒンジ、Ａ 中心軸、Ｌ 潤滑剤。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】