JP2007506985A - ころがり軸受用のデータ検出兼処理システム及びこのようなシステムを持つころがり軸受 - Google Patents

Abstract

本発明は、ころがり軸受用のデータ検出兼データ処理システム（１）であって、少なくとも１つのセンサ素子（１９）、導体条片（４）及び電子部品（５，６）が、可撓担保材料（２）に隣接して設けられているものに関する。このようなデータ検出兼処理システム（１）を非常に安価にかつその利用において可変に製造できるようにするため、センサ素子（１９）、導体条片（４）及び電子部品（５，６）が、可撓担体材料（２）に直接結合されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のころがり軸受用のデータ検出兼処理システム及びこのようなシステムを持つころがり軸受に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１３６４３８号明細書から、ころがり軸受内で支持される部材の運動中の物理量を求めるのに適したころがり軸受のセンサ装置が公知である。このセンサ装置では、受け金の機械的応力又はその他の物理的反応を、ころがり軸受の受け金に作用する力及びモーメントに基いて、受け金に設けられるセンサ素子により検出することによって、これらの力及びモーメントが検出される。センサ素子は、なるべく固定受け金の周囲にある溝に取付けられているひずみ計として構成され、受け金はころがり軸受の内側又は外側の受け金として形成されることができる。

この刊行物によれば、ひずみ計は、絶縁層を介して例えば板片のような金属の中間担体上に設けることができる。回路担体として構成される別の担体材料は、ひずみ計を持つ前記中間担体を包囲し、電子モジュール及び導体条片を収容するのに役立つ。中間担体及び回路担体を受け金に取付けるため、これらは受け金の溝に圧入されるか又は溶接されている。

更にこのドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１３６４３８号明細書から、軸線方向及び接線方向に測定を行う全又は半ブリッジ回路の形のひずみ計を金属の中間担体に設けることが公知である。更にこの刊行物は、電子モジュールにより、信号評価及び別の測定個所又は他の評価回路又は接続プラグへの信号伝達が行われることを開示している。この公知の測定軸受における信号伝達は、例えば自動車に設けられているディジタル又はアナログシステムを介して逐次行うことができる。

この公知の測定軸受は、レースの溝にセンサ素子及び電子モジュールを設けるため、比較的高い有利な集積度を持っているが、この構成のため比較的幅広い溝を必要とする。しかしこのようなレースにある溝は、部材が弱くなるのを回避するため、できるだけ小さくせねばならないので、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１３６４３８号明細書から公知の装置を市場に出せる製品に改造することはありそうもない。上述した問題は、特に軸線方向に非常に幅の狭いころがり軸受において起こる。

更に出願人の公開されてないドイツ連邦共和国特許出願第１０３０４５９２号明細書に示す測定軸受では、ひずみ計、電気導体及び／又は電子モジュールがレースの切欠きの表面又は二酸化珪素層上に直接スパッタされている。

最後にあげた未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１０３０４５９２号明細書による測定軸受の構造は、最初にあげた従来技術に対して、ころがり軸受に形成される測定データ検出兼処理システムの小形構成に関して著しい利点をもたらすが、なお一層安価に製造可能な変種への要求がある。例えばレースにシステムを取付けるため表面の準備は費用がかかりかつ高価である。なぜならば、これは精確にかつ清潔に行わねばならないからである。

この背景の前に本発明の特徴は、こじんまりした構造を持ちかつ安価に製造可能な、ころがり軸受用のデータ検出兼処理システム及びこれに関する測定ころがり軸受を紹介することである。特にセンサ装置の準備及び軸受へのその取付けを簡単化することである。

この課題の解決策は、請求項１の特徴及び従属請求項の特徴からわかる。

従って本発明は、少なくとも１つのセンサ素子、導体条片及び電子部品が可撓担体材料に隣接して設けられている、ころがり軸受用の測定データ検出兼処理システムに関する。

センサ素子は、例えばニッケル−クロムから成る導体を持つ公知のひずみ計及び公知の抵抗素子又は銅から成る導体条片であり、本発明の構成によれば、抵抗ブリッジとなるように互いに接続されている。このような抵抗ブリッジは、帯状の可撓担体対象物上にまた可撓担体材料に直接塗布することができる。

本発明の別の構成は、センサ素子として１つ又は複数のコンデンサを考慮している。これらのセンサの基本構造は、板コンデンサと同じである。担体材料上へ大きい面積で設けられる導体面又は金属箔は、コンデンサ板として、誘電体としての可撓担体材料により互いに隔離されている。その代わりに複数の面／箔又はコンデンサが直列に接続されている。

担体材料の一方の側にある導体面は、少なくとも部分的に、ころがり軸受からの検出すべき影響により、互いに対向する面／箔の間の間隔従ってコンデンサの容量が変化するように、対向する面／箔の方へ弾性的に変形可能である。ころがり軸受からの影響は、例えばころがり体とレースとのころがり接触によるレースの弾性変形である。レースの弾性変形はコンデンサの弾性面へ伝達されるので、容量の変化はレースの弾性変形の評価基準である。

その代わりに軸受部材の弾性変形する表面は、コンデンサの一方の板を形成し、この板は、担体材料の一方の側で、例えば接着材から成る非常に薄い弾性層を介して、担体材料に結合されている。適当に薄く弾性的に構成される担体材料の他方の側には、導体面又は箔の形のコンデンサの１つ又は複数の板が設けられている。センサ素子としてコンデンサを使用する場合、担体材料を貫通する接触は必要でない。

センサ素子、導体条片及び電子部品が、可撓担体材料に、ころがり軸受部材から遠い方の側、即ち上ただし好ましくは下で直接結合されている。これはドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３０４５９２号明細書から公知ではない。なぜならば、この刊行物では、ころがり軸受部材上に直接設けられている絶縁基板上にひずみ計が設けられているからである。

この従来技術に対し、本発明は一連の利点を与える。即ちすべてのセンサ素子を含めて測定データ検出兼処理システムが、上述した構成により、保護される環境において完全に製造され、続いてそれぞれのころがり軸受に結合される。それにより測定データ検出兼処理システムの機能性をころがり軸受との結合前に検査し、その変更を行うか又はいわゆる廃物としてそれ以上使用しないことができる。更にセンサ素子はころがり軸受部材上に直接設けられていないので、この表面の費用のかかる準備は必要でない。

別の利点は、ころがり軸受部材と測定データ検出兼処理システムとの分離可能な結合では、欠陥のある場合このシステムを容易に取除いて、機能を果たす能力のあるものと交換することができ、そのために費用をかけてころがり軸受を処理する必要がない。これは、特に大きいころがり軸受において経済的に重要である。この交換物品は、例えば別の測定を行うことができるようなものであってもよい。

別の利点としてあげられるのは、基礎上にある平らな担体材料上にセンサ素子、導体条片及び電子部品を設けるのは、湾曲した表面上におけるこのような製造段階より著しく安価なので、従来技術より改善された機能性で、製造費が節約されることである。

本発明の好ましい実施形態によれば、センサ素子が可撓担体材料の下側に、また導体条片及び電子部品が上側に、取付けられている。その代わりに導体条片及び電子部品が可撓担体材料の下側に、またセンサ素子が上側に、取付けられている。

センサ素子により検出される変形による抵抗変化を伝送するため、これらの抵抗変化が、接触素子を介して、貫通接触素子により可撓担体材料の反対側に設けられる導体条片と接続されるか、又は導体面／条片により隣接する電子モジュールに接続されている。貫通接触素子は、可撓担体材料の縦及び横の範囲に対してなるべく直角に形成されかつ向けられている。

データ検出兼データ処理システムが設けられているころがり軸受部材の表面の方へ向いている可撓担体材料の側に、センサ素子が取付けられているのがよい。

本発明の別の局面は、なるべく１つ又は複数の重なる箔から成る可撓担体材料の構成に関する。箔は、プラスチック又は薄くかつ曲がり易い金属箔から成っている。プラスチックが使用される場合、ポリイミドが好ましい。

可撓担体材料上へのセンサ素子、導体条片及び電子部品の取付けが、スクリン印刷法、絶縁材料、導体材料及び／又は半導体材料の蒸着又は析出により行われるのがよい。別々に製造されたセンサ素子を可撓担体材料上に接着する別の形式は既に述べた。

更にセンサ素子、導体条片及び／又は電子部品が、共通な可撓担体材料となるように互いに結合されている別々の可撓担体材料上にそれぞれ形成されているようにすることも可能である。

電子部品の定義に関して、これらを抵抗、コンデンサ等のような分離している部品として形成できることはいうまでもない。更にこれらの電子部品はマイクロプロセッサ又は完全なマイクロコンピュータとしても構成することができる。しかし重要なことは、少なくとも１つの増幅器から成る入力段がセンサ素子に接続されていることである。

可撓担体材料が充分薄くかつ可撓的に形成されている場合、本発明の別の展開によれば、可撓担体材料が、増幅器、マイクロプロセッサ及びマイクロコンビュータの範囲で隣接する範囲におけるより大きい機械的強度を持っている。これは、例えばこの個所の厚い担体材料又は材料塗布による担体材料の補強によって実現することができる。

センサ素子が可撓担体材料上に接着されている場合、本発明の別の構成によれば、可撓担体材料上にセンサ素子を取付ける接着材が塗布され、センサ素子を取付ける前に保護箔で覆われている。この方策は、例えば使用事例に応じて異なるように形成されるセンサ素子を測定技術的に使用するように、測定データ検出兼処理システムを可変に構成する時に有意義である。

更にセンサ素子及び導体条片の表面を電気絶縁層で覆うことが有意義である。この絶縁層はろう停止ラックから成るか、システムをころがり軸受部材に取付ける接着剤によって形成されている。

本発明の別の構成によれば、電気及び電子部品、絶縁層、可撓担体材料及びセンサ素子が、少なくとも部分的に電気絶縁、半導体及び／又は導体ポリマから成るか又は構成されている。

本発明による測定データ検出兼処理システムはころがり軸受において有利に使用され、データ検出兼データ処理システムが、間にころがり体を含む２つのころがり軸受部材の１つにある切欠きあるいは周囲溝又は溝なしあるいは切欠きなし面に取付けられている。このようなころがり軸受部材は、公知のようにころがり軸受の内レース及び外レースである。本発明による測定データ検出兼処理システムは直線支持体にも有利に使用される。

測定データ検出兼処理システムがころがり軸受部材の切欠き又は溝に取付けられている場合、このような測定ころがり軸受の永続的な変らない使用が有意義で望ましい時、このシステムを注型材料で覆うことが推奨される。

最後に測定データ検出兼処理システムが、ころがり体がころがる内壁を持つハウジングフランジの外側に有利に取付けられていることを述べておく。

本発明が実施例により詳細に説明される。

図１は、本発明により形成されるデータ検出兼処理システム１の概略断面を示し、このシステムの中心部材は、箔として形成される担体材料２である。担体材料２の下側には、センサ素子１９として設けられるひずみ計３があって、この場合図の面へ入り込むように、又は任意の方向にも向けられ、具体的な実施例では写真石版又はスクリン印刷により塗布されている。取付け側でデータ検出兼処理システム１が設けられているころがり軸受部材の方へ向く側が、可撓担体材料２の下側と定義されている。データ検出兼処理システムは、例えば１つ又は複数の内レース又は外レース等の内周又は外周又は端面に設けられている。

更に図１から明らかにわかるように、ひずみ計３の自由表面は、この例ではろう停止ラック又は接着材から成る絶縁材料８で覆われている。

担体材料２の対向する上側には、導体条片４、個別電子部品５及びマイクロコンピュータ６が設けられ、個々の電子部品５は例えば電気抵抗、コンデンサ等であってもよい。これらの導体条片４、電子部品５及びマイクロコンピュータ６は、１つ又は種々の製造技術で担体材料２上に設けられ、導体、半導体及び／又は絶縁材料の蒸着及び／又は塗布が好んで写真石版により又はスクリン印刷により行われる。

これに関して明らかに電気及び電子部品、絶縁層及び可撓担体材料がポリマから成るか、構成されていることも除外されない。

更に図１に示すように、特に可撓担体材料２の上側にある導体条片４も同様に絶縁材料８で覆われている。更に可撓担体材料２上の種々の個所に電気接触個所７が形成されて、電子部品５又はマイクロコンピュータ６の接続個所と導体条片４との電気接続を行う接続点又はろう支持点として役立つ。

ひずみ計３と可撓担体材料２の反対側にある導体条片４の少なくとも若干との電気接続のため、この材料２の適当な個所に、いわゆる貫通接触素子１３が設けられて、可撓担体材料２の縦及び横の範囲に対してほぼ直角に延びている。このような貫通接触素子は、例えば接続部を貫通接触させる銅製電気導体である。

このように構成される測定データ検出兼処理システム１は、ころがり軸受に比較的簡単に取付けられる。そのため図２では、本発明の実施例において、このような測定データ検出兼処理システム１はころがり軸受の外レースの周溝１２へ挿入され、溝底に塗布される接着材層１０上に取付けられている。しかしこの接着材１０は、組立て開始の前に同様によく、可撓担体材料２の下側にひずみ計を覆って塗布されることもできる。

図１による表示の代わりに、ひずみ計３の代わりに銅製の導体を持つ抵抗ブリッジ１４から、センサ素子１９が形成されている。可撓担体材料２上のデータ検出兼処理システム１は、軸受の外レース９の外周に、ころがり軸受のここには図示してないころがり体の方へ抵抗ブリッジ１４が向くように、設けられている。

最後に図２は、この実施例において、機械的及び電気的影響から保護する注型樹脂１１で測定データ検出兼処理システム１が覆われていることを示している。

図３は、板コンデンサ１６により形成されるセンサ素子１９を持つデータ検出兼処理システム１５を示している。そのため担体材料２の上側には、比較的剛性的に形成される導体面１７の形の２つの直列接続されるコンデンサ板が設けられている。図示しない軸受の方へ向く担体材料２の下側に、板状に形成される別の導体面１８が固定されている。導体面１８は、ポリイミドから成る担体材料２のように箔状にかつ弾性的に形成されているので、変形はレースから導体面１８を通って担体材料へ伝達され、それにより変化する導体面１７と導体面１８との間隔を介して、板コンデンサ１６の容量が測定値として影響を受ける。板コンデンサ１６には増幅器２０が接続されている。

本発明により構成されるひずみ計付き測定データ検出兼処理システムの概略断面図を示す。 銅から成る抵抗ブリッジを持ちかつ周溝に組込まれた測定データ検出兼処理システムを有するころがり軸受の外レースの概略断面図を示す。 本発明により構成されるコンデンサ付き測定データ検出兼処理システムの概略断面図を示す。

符号の説明

１ データ検出兼処理システム
２ 担体材料
３ ひずみ計
４ 導体条片
５ 電子部品
６ マイクロコンピュータ
７ 導体条片との接触個所
８ 絶縁層
９ 外レース
１０ 接着材
１１ 注型材料
１２ 外レースにある溝
１３ 接触素子
１４ 抵抗ブリッジ
１５ データ検出兼処理システム
１６ 板コンデンサ
１７ 導体面
１８ 導体面
１９ センサ素子
２０ 増幅器

Claims (27)

1. ころがり軸受用のデータ検出兼データ処理システム（１）であって、少なくとも１つのセンサ素子（１９）、導体条片（４）及び電子部品（５，６）が、可撓担体材料（２）に隣接して設けられているものにおいて、センサ素子（１９）、導体条片（４）及び電子部品（５，６）が、可撓担体材料（２）に直接結合されていることを特徴とする、データ検出兼データ処理システム。
2. センサ素子（１９）が可撓担体材料（２）の下側に、また電子部品（５）が上側に、取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
3. 導体条片（４）及び電子部品（５）が可撓担体材料（２）の下側に、またセンサ素子（１９）が上側に、取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
4. センサ素子（１９）が少なくとも１つのひずみ計（３）であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
5. センサ素子（１９）が、互いに対向しかつ可撓担体材料（２）により互いに分離されて板状に形成される少なくとも２つの導体面（１７，１８）を持つコンデンサ（１６）であり、担体材料（２）が導体面（１７，１８）の間の誘導体であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
6. 担体材料（２）の１つの側にある導体面（１８）の少なくとも１つが、担体材料（２）の他方の側にある対向導体面（１７）の１つの方向に、少なくとも部分的に弾性的に変形可能であることを特徴とする、請求項５に記載のデータ検出兼データ処理システム。
7. センサ素子（１９）が、銅から成る少なくとも１つの導体を持ちかつ少なくとも部分的に弾性的に伸ばせる抵抗ブリッジであることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
8. センサ素子（１９）が、接触素子（１３）を介して導体条片（４）に信号技術的に接続され、接触素子（１３）が、可撓担体材料（２）の縦及び横の範囲に対して実質的に直角に、この担体材料に形成されかつ向けられ、又は面状に設けられていることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
9. データ検出兼データ処理システム（１）が設けられているころがり軸受部材（１９）の表面の方へ組立て状態において向いている可撓担体材料（２）の側に、センサ素子（１９）が取付けられていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
10. データ検出兼データ処理システム（１）が接着材（１０）により固定されているころがり軸受部材（１９）の表面の方へ組立て状態において向いている可撓担体材料（２）の側に、センサ素子（１９）が取付けられていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
11. 可撓担体材料（２）が１つの箔又は複数の重なる箔から成っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
12. 可撓担体材料（２）がプラスチック又は薄くかつ曲がり易い金属箔から成っていることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
13. プラスチックがポリイミドであることを特徴とする、請求項１２に記載のデータ検出兼データ処理システム。
14. 可撓担体材料（２）がセラミックから成っていることを特徴とする、請求項１に記載のデータ検出兼データ処理システム。
15. センサ素子（１９）、導体条片（４）及び電子部品（５，６）が、スクリン印刷法、絶縁材料、導体材料及び／又は半導体材料の蒸着又は析出により、可撓担体材料（２）上に形成されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
16. センサ素子（１９）、導体条片（４）及び／又は電子部品（５）が、共通な可撓担体材料（２）となるように互いに結合されている別々の可撓担体材料上にそれぞれ形成されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
17. 電子部品（５）の少なくとも１つが増幅器（２０）であることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
18. 可撓担体材料（２）が、少なくとも増幅器（２０）の範囲で一層大きい機械的強度を持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
19. センサ素子（１９）が可撓担体材料（２）上に接着されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
20. 可撓担体材料（２）上にセンサ素子（１９）を取付ける接着材（１０）が塗布され、センサ素子（１９）を取付ける前に取り去り可能な保護箔で覆われていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
21. センサ素子（１９）及び導体条片（４）の表面が電気絶縁層（８）で覆われていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
22. センサ素子（１９）及び導体条片（４）の表面が電気絶縁層（８）で覆われ、絶縁層（８）がろう停止ラックであることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
23. センサ素子（１９）及び導体条片（４）の表面が電気絶縁層（８）で覆われ、絶縁層（８）がろう停止ラックであり、データ検出兼データ処理システム（１）が接着材（１０）により固定されているころがり軸受部材（１９）の表面の方へ組立て状態において向いている可撓担体材料（２）の側に、接着材（１０）が塗布されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
24. 電気及び電子部品、絶縁層、可撓担体材料（２）及びセンサ素子（１９）が、少なくとも部分的に電気絶縁、半導体及び／又は導体ポリマから成るか又は構成されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システム。
25. データ検出兼データ処理システム（１）が、少なくとも１つのころがり軸受部材（９）の少なくとも１つの切欠きあるいは周囲溝（１２）又は溝なしあるいは切欠きなし面に取付けられ、ころがり軸受部材（２）及び少なくとも１つの別のころがり軸受部材がそれらの間にころがり体を含んでいることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システムを持つころがり軸受。
26. データ検出兼データ処理システム（１）が、外レース（９）の少なくとも外側にある少なくとも１つの切欠きあるいは周囲溝（１２）又は溝なしあるいは切欠きなし面に取付けられていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システムを持つころがり軸受。
27. データ検出業データ処理システム（１）が絶縁注型材料（１１）で覆われていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のデータ検出兼データ処理システムを持つころがり軸受。

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