JP2006052742A

JP2006052742A - 自己発電機能付ｒｆｉｄ用タグを内蔵した軸受

Info

Publication number: JP2006052742A
Application number: JP2004232645A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Ito; 浩義伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】自己発電機能を持たせることで、半永久的にＲＦＩＤ用タグに情報の書込みを可能にした自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受を提供する
【解決手段】転がり軸受１は、外輪３と、内輪４と、内輪４および外輪３の間に配置された転動体５とによって構成され、外輪３にはその外周部に平面部９が形成されており、そこには圧電フィルム７と、ＲＦＩＤ用タグ８とを含むセンサユニット１０が配置されている。圧電フィルム７は転動体５の通過に伴う繰返し歪により自己発電して、発電した電力をＲＦＩＤ用タグ８に供給する。ＲＦＩＤ用タグ８は転がり軸受１の回転に伴う信号を記録する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受に関し、特に、非接触でデータの読み書きを行うＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用タグを取付けた軸受に関する。

近年では、品質管理に関してトレーサビリティの要求が高くなってきており、軸受などの機械要素商品の品質管理では、材料情報，製作情報，検査情報，出荷情報，客先組み込み情報，点検情報などが直ちに分るようにすることが望まれている。

このような品質管理などのために、特開２００３−８５５１５号公報（特許文献１）には、任意の部材に薄板状アンテナを有するＲＦＩＤ用タグを貼り付けて、材料情報，製作情報，検査情報，出荷情報，客先組み込み情報，点検情報などを記録することで完成品、部品のトレーサビリティの確保や、運転時間などの把握を行うことが記載されている。
特開２００３−８５５１５号公報

特許文献１に記載されたＲＦＩＤ用タグを軸受に取付けることにより、軸受の製造情報などを書込んで記憶させたり、読取ったりすることが可能になる。ＲＦＩＤ用タグに情報の書込みおよび読出しをするためには、リーダ／ライタを使用する必要がある。リーダ／ライタは、電磁波などをＲＦＩＤ用タグに無線給電することで内部のメモリなどを能動化して情報の書込み及び読出しを行う。

このため、従来のＲＦＩＤ用タグでは、時間とともに変化する軸受の運転状況などを常時連続的に記憶させることができない。ボタン電池などを内蔵させたＲＦＩＤ用タグも知られているが、電池の寿命が問題となる。

そこで、この発明は、自己発電機能を持たせることで、半永久的にＲＦＩＤ用タグに情報の書込みを可能にした自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受を提供することである。

この発明は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置される転動体とを含む転がり軸受と、外輪または内輪のいずれかに取付けられ、転動体の通過に伴う繰返し歪により発電する発電素子と、外輪または内輪のいずれかに取付けられ、発電素子から発電された電力が供給され、転がり軸受の回転に伴う信号を記録するＲＦＩＤ用タグとを備える。

好ましくは、発電素子は、転動体の通過に伴う繰返し歪により交流電圧を発生し、発電素子で発電された交流電圧を直流電圧に波形整形してＲＦＩＤ用タグに供給する直流電圧供給手段を含む。

好ましくは、発電素子から出力される交流電圧波形に含まれる異常波形を検出して、ＲＦＩＤ用タグに与える波形検出手段を含む。

好ましくは、波形検出手段は、交流電圧波形を検出して、その周期に基づいて回転数を検出し、累積回転数をＲＦＩＤ用タグに与える。

好ましくは、発電素子は、自己発電型圧電フィルムである。

この発明は、発電素子により自己発電して、ＲＦＩＤ用タグに電力を供給するようにしたので、例えば軸受の累積回転数や寿命などの回転に関する情報をＲＦＩＤ用タグに蓄積できる。したがって、ボタン電池などを内蔵することなく、また電池の寿命などを気にすることなく、半永久的に軸受の品質を絶えず把握することが可能になる。そして、ＲＦＩＤ用タグに蓄積した情報は、緊急時において装置類から軸受を取外すことなく、携帯用読取り器などを用いて容易に読み出すことが可能になる。

図１はこの発明の一実施形態における自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受を示す図であり、図２は図１の矢印Ａ方向から見た外輪の要部平面図である。

図１において、転がり軸受１は、外輪３と、内輪４と、内輪４および外輪３の間に配置された転動体５とによって構成されている。内輪４は回転軸６に固定されていて、外輪３はハウジング２に固定されている。回転軸６の回転に伴って内輪４も回転し、転動体５が内輪４と同一方向に公転する。なお、外輪３を回転させ、内輪４を固定させてもよい。

外輪３にはその外周部に平面部９が形成されており、そこには圧電フィルム７と、ＲＦＩＤ用タグ８とを含むセンサユニット１０が配置されている。圧電フィルム７は転動体５の通過に伴う繰返し歪により自己発電する発電素子であって、発電した電力をＲＦＩＤ用タグ８に供給する。ＲＦＩＤ用タグ８は転がり軸受１の回転に伴う信号を記録する。

図３は図２に示したセンサユニットの回路構成を示す図である。センサユニット１０は圧電フィルム７と、ＲＦＩＤ用タグ８と、Ａ／Ｄコンバータ１１と、波形整形部１２とを含む。ＲＦＩＤ用タグ８は、アンテナ８１と、送受信回路８２と、ＣＰＵ８３と、記憶部８４と、蓄電部８５とを含む。

圧電フィルム７は転動体５の通過に伴って交流電圧を発生して波形整形部１２に出力する。波形整形部１２は交流電圧を直流電圧に波形整形して蓄電部８５に与える。蓄電部８５は与えられた直流電圧を蓄電して安定した直流電圧をＣＰＵ８３に与える。Ａ／Ｄコンバータ１１は圧電フィルム７から出力される出力波形をデジタル信号に変換してＣＰＵ８３に与える。

ＲＦＩＤ用タグ８に含まれるアンテナ８１は図示しないリーダ／ライタを接近させることで、電磁波による情報の送受信を行うものである。アンテナ８１は送受信回路８２に接続されており、ＣＰＵ８３には記憶部８４が接続されている。

図４は圧電フィルムから出力される交流電圧の波形図である。

次に、この発明の一実施形態の動作について説明する。図１に示した回転軸６が回転すると内輪４も回転し、転動体５が公転する。転動体５が公転することにより、転動体５が外輪３の内径部を通過するごとに繰返し歪が発生する。この繰返し歪により、圧電フィルム７は、図４（ａ）に示すようなｓｉｎ状に波形が変化する交流電圧が発生する。この交流電圧は、波形整形部１２で直流電圧に波形整形されて蓄電部８５に供給される。蓄電部８５は波形整形部１２から供給された直流電圧を蓄電し、安定した直流電圧をＣＰＵ８３に供給する。これによりＲＦＩＤ用タグ８が能動化される。

圧電フィルム７から出力される波形信号はＡ／Ｄコンバータ１１にも与えられており、デジタル信号に変換されてＣＰＵ８３に与えられている。ＣＰＵ８３は入力された波形のデジタル信号により、その周期を判別することで転がり軸受１の累積回転数を知ることができるので、その累積回転数に関する情報を記憶部８４に記憶させる。

記憶部８４には予め、正常な波形データが記憶されており、ＣＰＵ８３は記憶部８４に記憶されている波形データと、Ａ／Ｄコンバータ１１から与えられるデジタル信号に基づく波形データとを比較している。転がり軸受１の転送面に損傷を生じると、圧電フィルム７から図４図（ｂ）に示すようにｓｉｎ波形に不規則な信号が重畳される。この不規則な信号は転送面の傷に応じてレベルが変化する。ＣＰＵ８３は、Ａ／Ｄコンバータ１１から与えられるデジタル信号に基づく波形データと、記憶部８４に記憶されている正常な波形データとの比較に基づいて、不規則な信号成分を判別する。

そして、ＣＰＵ８３は不規則な信号成分のレベルに応じて、転がり軸受１の寿命を予測し、不規則な信号成分のレベルが予め定めるしきい値以上になれば、転がり軸受１が不良になったものと判別する。ＣＰＵ８３は、このようにして転がり軸受１の転送面に損傷を生じていることを判別すると、転がり軸受１の寿命を予測してその情報を記憶部８４に記憶させる。

したがって、この実施形態によれば、圧電フィルム７により自己発電して、ＲＦＩＤ用タグ８に電力を供給するようにしたので、転がり軸受１の累積回転数や寿命などの回転に関する情報を常時記憶部８４に蓄積できる。これにより、ボタン電池などを内蔵することなく、半永久的に転がり軸受１の品質を絶えず把握することが可能になる。そして、記憶部８４に蓄積した情報は、緊急時において装置類から転がり軸受１を取外すことなく、携帯用読取り器などのリーダ／ライタを用いて容易に読み出すことが可能になる。

なお、上述の説明では、この発明を転がり軸受１に適用した例について説明したが、これに限ることなく、深溝玉軸受などのその他の軸受に適用してもよい。

また、この発明は、ケーブルなどを用いて信号を送信できない機器などに適用すれば、さらに有効である。

さらに、上述の説明では転がり軸受１の回転に関する情報を検出するようにしたが、温度や回転速度を検出するセンサを内蔵して、必要な電力を供給してもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、電池などを内蔵させることなく、転がり軸受の回転に関する情報を常時蓄積できるので、常時回転を監視する必要がある用途などに適用できる。

この発明の一実施形態における自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受を示す図である。図１の矢印Ａ方向から見た外輪の要部平面図である。図２に示したセンサユニットの回路構成を示す図である。圧電フィルムから出力される交流電圧の波形図である。

符号の説明

１転がり軸受、２ハウジング、３外輪、４内輪、５転動体、６回転軸、７圧電フィルム、８ＲＦＩＤ用タグ、９平面部、１０センサユニット、１１Ａ／Ｄコンバータ、１２波形整形部、８１アンテナ、８２送受信回路、８３ＣＰＵ，８４記憶部、８５蓄電部。

Claims

外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間に配置される転動体とを含む転がり軸受と、
前記外輪または前記内輪のいずれかに取付けられ、前記転動体の通過に伴う繰返し歪により発電する発電素子と、
前記外輪または前記内輪のいずれかに取付けられ、前記発電素子から発電された電力が供給され、前記転がり軸受の回転に伴う信号を記録するＲＦＩＤ用タグとを備える、自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受。
前記発電素子は、前記転動体の通過に伴う繰返し歪により交流電圧を発生し、
さらに、前記発電素子で発電された交流電圧を直流電圧に波形整形して前記ＲＦＩＤ用タグに供給する直流電圧供給手段を含む、請求項１に記載の自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受。
さらに、前記発電素子から出力される交流電圧波形に含まれる異常波形を検出して、前記ＲＦＩＤ用タグに与える波形検出手段を含む、請求項１または２に記載の自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受。
前記波形検出手段は、前記交流電圧波形を検出して、その周期に基づいて回転数を検出し、累積回転数を前記ＲＦＩＤ用タグに与える、請求項３に記載の自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受。
前記発電素子は、自己発電型圧電フィルムである、請求項１から４のいずれかに記載の自己発電機能付ＲＦＩＤ用タグを内蔵した軸受。