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(jī)床的心軸中的軸承裝置，該軸承裝置結(jié)合到高速滑 動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的機(jī)床的心軸支撐部或類似部分中，典型的機(jī)床例如是車床、鉆床、鏜床、銑床、磨 床、珩磨床、超精加工機(jī)床、研磨機(jī)等。
背景技術(shù)：
通常，用于支撐心軸的滾動(dòng)軸承結(jié)合到上面示例性的機(jī)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(jī)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(dòng)軸承用 在高速旋轉(zhuǎn)的場合，軸承的產(chǎn)熱顯著增加，滾動(dòng)元件與內(nèi)/外圈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(jī)床的熱變形，這也會(huì)影響加工精度。為了防止這些出現(xiàn)在軸承中的嚴(yán)重的不便，并避免加工精度因整個(gè)機(jī)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(dòng)軸承中的熱量產(chǎn)生。相反，用于支撐高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)床的心軸的滾動(dòng)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、噴嘴潤滑方法和座圈下潤滑 方法(參照日本專利公開No. 2003-278773)。

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(shí)際溫度的同時(shí)適當(dāng)?shù)毓?yīng)足量的潤滑油為目標(biāo) 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(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所固有的問題而提供一種通過供應(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(dòng)軸承，具有外圈、內(nèi)圈和設(shè)置在內(nèi)圈與外圈之間 的滾動(dòng)元件；溫度傳感器，用于測量滾動(dòng)軸承的內(nèi)部溫度；和潤滑單元，其中，潤滑單元向 滾動(dòng)軸承供應(yīng)對(duì)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(dòng)軸承供應(yīng)對(duì)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(dòng)軸承的內(nèi)部溫度而向滾動(dòng)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(duì)應(yīng)于精細(xì)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(xì)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(xì)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(jī)床的心軸中。


圖1是示出沿著根據(jù)一實(shí)施例的滾動(dòng)裝置的軸線的方向剖開的截面的截面圖；圖2是放大地示出溫度傳感器TS的透視圖；圖3是用于機(jī)床的心軸裝置的截面圖，其中圖1所示的滾動(dòng)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)造的視圖；和圖5是示出滾動(dòng)軸承在用于機(jī)床的心軸裝置工作時(shí)的溫度升高的模擬結(jié)果的曲 線圖。
具體實(shí)施例方式接下來，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是沿著用在本實(shí)施例中的滾動(dòng)軸 承的軸線的方向剖開的截面圖。滾動(dòng)軸承(角接觸球軸承)16包括外圈16a、內(nèi)圈16b、設(shè) 置在兩個(gè)圈16a、16b之間的用作滾動(dòng)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。外圈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。 球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1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?qǐng)D2，溫度傳感器TS包括基板TM和形 成在基板TM上的精細(xì)的電阻圖案TSb。電阻圖案TSb由一條線寬窄的單一鉬線構(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2 μ m的光致抗蝕劑(由 東京Ohka Kogyo有限公司生產(chǎn)的0FRP800LB)涂覆在附著有用作絕緣膜的氧化膜的硅基板 (厚度200μπι)的表面上，并進(jìn)行90°C、8分鐘的預(yù)烘焙處理。隨后，利用對(duì)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(duì)準(zhǔn)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(jìn)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的鉬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(duì)芯片上的鉬電阻圖案TSb進(jìn)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(jī)床的心軸裝置的截面圖，其中圖1所示的滾動(dòng)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(jī)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Φ Imm至Φ 3. 2mm(這里，作為一個(gè)示例，Φ 1. 6mm為外徑， Φ 1. Omm為內(nèi)徑)，以顯示針對(duì)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(lusterannealing treatment)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(gè)滾動(dòng)軸承16 (在示意性示 例中設(shè)置四個(gè)軸承16)、覆蓋滾動(dòng)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M并通過形成在內(nèi)殼體18中的孔隙部86經(jīng)由耐壓管10連接到設(shè)置在內(nèi) 殼體18內(nèi)的噴嘴頭12。S卩，噴嘴頭12是用于直接將微量的潤滑油間歇地噴射到滾動(dòng)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28J9和固定到外圓筒四的端表面 的后蓋32構(gòu)成。滾動(dòng)軸承16有兩對(duì)，并且在軸向上以預(yù)定間隔設(shè)置，從而支撐心軸14的 前側(cè)和后側(cè)，使得每對(duì)滾動(dòng)軸承部分地負(fù)責(zé)支撐區(qū)域。各滾動(dòng)軸承16的外圈的外徑面密封 地固定地安裝到內(nèi)殼體18的內(nèi)周表面。滾動(dòng)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并從而與該外圈壓制元件34接合。滾動(dòng)軸承16的外圈在最后 面的部分經(jīng)由外圈壓制元件36以不能旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)與在軸向上由彈簧38彈性偏置的外圓筒 觀接合。此外，各滾動(dòng)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(dòng)軸承16的間隔件40分別在前側(cè)和后側(cè)設(shè)置在各個(gè)滾動(dòng)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(duì)外殼體20進(jìn)行冷卻。即，基于外圓筒冷卻 系統(tǒng)，心軸裝置100構(gòu)造成具有冷卻功能。要指出，在本實(shí)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)的超磁致伸縮體制成的桿元件46，其中桿元件46在軸向 上的一個(gè)端部46a通過預(yù)裝載的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)48固定到殼體50。在施加磁場時(shí)，桿元件46憑 借磁致伸縮現(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(jī)構(gòu)48可以通過使用例如螺旋機(jī)構(gòu)而引入，該螺旋機(jī)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(gè)端部46a受到擠壓。通過朝預(yù)裝 載的調(diào)節(jié)機(jī)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M?；钊鸐可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸56的內(nèi)部，泵室由氣缸56和活塞M 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(dòng)路徑58。由用于防止?jié)櫥蛷谋?室回流的止回閥構(gòu)造出的吸入側(cè)止回閥60沿著通向吸入流動(dòng)路徑58的吸入口 59的流動(dòng) 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(dòng)路徑62。由 用于防止?jié)櫥捅灰氲奖檬抑械闹够亻y構(gòu)造出的排出側(cè)止回閥64沿著通向排出流動(dòng)路
5徑62的排出口 63的流動(dòng)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)成的磁軛68設(shè)置在線圈66的外部。此外，驅(qū)動(dòng)電路70電連接到線圈66。驅(qū)動(dòng)電 路70接收對(duì)應(yīng)于由溫度傳感器TS測量到的溫度的信號(hào)，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)生的磁場，并伸展，結(jié)果通 過吸入流動(dòng)路徑58供應(yīng)并停留在泵室中的潤滑油通過排出流動(dòng)路徑62而從排出口 63排 出。排出的潤滑油通過耐壓管10從噴嘴頭12排出。此時(shí)，每次射出的排出量小到0.5至 IOmm3,并且潤滑油在IMPa或更大的排出壓力下被間歇地排出。本發(fā)明的發(fā)明人在將由上述方法制造出的溫度傳感器TS安裝到外圈16a的滾道 面16e的滾動(dòng)軸承16組裝到如圖3所示的心軸裝置時(shí)、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(duì)滾動(dòng) 軸承16的溫度變化進(jìn)行了模擬。圖5示出了在環(huán)境溫度為25°C、20，OOOrpm旋轉(zhuǎn)一小時(shí)的 條件下對(duì)溫度變化進(jìn)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)機(jī)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(shí)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(shí)施例，而是當(dāng)然地可以適當(dāng)?shù)刈冃秃透倪M(jìn)。例如，如虛線所指示的，溫度傳感器 TS可以設(shè)置在外圈16a的滾道面16e (部分A)、保持架16d(部分B)和內(nèi)圈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(dòng)軸承 16的任何部分。來自溫度傳感器TS的信息被無線(IC標(biāo)簽，等)接收并傳送到驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)床的心軸。
權(quán)利要求
1.一種軸承裝置，包括角接觸球軸承，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(dòng)元件；溫度傳感器，用于測量所述角接觸球軸承的內(nèi)部溫度；和潤滑單元，其中，所述溫度傳感器包括具有絕緣膜的基板，以及在該基板上的鉬電阻圖案，以及所述潤滑單元向所述角接觸球軸承供應(yīng)對(duì)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(duì)應(yīng)于 超精細(xì)圖案的掩膜使涂覆在基板表面上的抗蝕劑曝光并使該超精細(xì)圖案在該基板表面上 顯影，通過濺射將金屬膜沉積在該超精細(xì)圖案上，隨后去除殘留的抗蝕劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的軸承裝置，其中，所述基板被切成預(yù)定的芯片尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3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(dòng)元件的保持架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的軸承裝置，其中，所述溫度傳感器設(shè)置在外圈的滾道面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)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(shí)時(shí)地控制潤滑油的供應(yīng)時(shí)機(jī)和供應(yīng)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)的軸承裝置，其中，所述軸承裝置用在機(jī)床的心軸中。
8.一種用于制造軸承裝置的方法，該軸承裝置包括角接觸球軸承，該角接觸球軸承 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(dòng)元件；以及溫度傳感器，用于測量 所述角接觸球軸承的內(nèi)部溫度，其中，所述溫度傳感器這樣來構(gòu)造出，即，利用對(duì)應(yīng)于超精細(xì)圖案的掩膜使涂覆在基板 表面上的抗蝕劑曝光并使該超精細(xì)圖案在該基板表面上顯影，通過濺射將金屬膜沉積在該 超精細(xì)圖案上，隨后去除殘留的抗蝕劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸承裝置。該軸承裝置包括角接觸球軸承，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(dòng)元件；溫度傳感器，用于測量所述角接觸球軸承的內(nèi)部溫度；和潤滑單元。溫度傳感器包括具有絕緣膜的基板，以及在該基板上的鉑電阻圖案，潤滑單元向所述角接觸球軸承供應(yīng)對(duì)應(yīng)于由所述溫度傳感器檢測到的溫度的量的潤滑油。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(jī)床的主心軸。
文檔編號(hào)F16C33/66GK102128210SQ201110007798
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)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(qǐng)人:日本精工株式會(huì)社