JP2008008443A - センサ付き軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサケースの組み立て手順を複雑にすることなく、センサケースにモールドされる回路基板のモールド樹脂の熱応力による変形や位置ずれを防止することである。
【解決手段】センサケース６の内部空間を、柱方向に平行な中心面Ｐに対して面対称な柱状空間７とし、この柱状空間７の中心面Ｐ上に回路基板５を配設して、柱状空間７で回路基板５の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂Ａの量を等しくすることにより、回路基板５の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂Ａに発生する熱応力の大きさをバランスさせ、センサケース６の組み立て手順を複雑にすることなく、モールド樹脂Ａの熱応力による回路基板５の変形や位置ずれを防止できるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサ付き軸受装置に関する。

産業機械や車両等の回転軸を支持する転がり軸受を備えた軸受装置には、その保全のために振動や温度等を検出するセンサを組み込んだセンサケースを装着したセンサ付き軸受装置がある。このようなセンサ付き軸受装置には、センサケースにセンサで検出される検出出力を処理する回路基板も一緒に組み込み、センサケースの内部空間に充填される樹脂で、回路基板をモールドするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたものでは、センサを回路基板の表面に装着し、回路基板と一緒にモールドしている。

通常、前記センサケースはアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属で形成されており、その内部空間に回路基板を樹脂でモールドしたものは、温度変化が激しい環境で使用されると、樹脂の線膨張係数はセンサケースを形成する金属の線膨張係数よりもかなり大きいので、センサケースに充填されたモールド樹脂に大きな圧縮の熱応力が発生し、この熱応力で厚みの薄い回路基板が変形して破損したり、回路基板の位置がずれたりする恐れがある。

特許文献１に記載されたものでは、センサを装着した回路基板を軟質樹脂で覆うか、容器に収容するかして、その外側を硬質樹脂でモールドすることにより、これらの破損を防止するようにしている。
特開２００３−８３７７４号公報

特許文献１に記載されたセンサ付き軸受装置は、センサや回路基板の破損を防止するために、センサや回路基板を予め軟質樹脂で覆うか、容器に収容するかしたのち、センサケースの内部空間に硬質樹脂でモールドする必要があるので、センサケースの組み立て手順が複雑になり、製造コストが高くなる問題がある。また、モールド樹脂に発生する熱応力による回路基板の位置ずれは防止することができない。

そこで、本発明の課題は、センサケースの組み立て手順を複雑にすることなく、センサケースにモールドされる回路基板のモールド樹脂の熱応力による変形や位置ずれを防止することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、転がり軸受を備えた軸受装置に、検出対象を検出するセンサと、このセンサで検出される検出出力を処理する回路基板とを組み込んだセンサケースを装着し、このセンサケースに組み込まれた回路基板を、センサケースの内部空間に充填される樹脂でモールドしたセンサ付き軸受装置において、前記センサケースの内部空間を、柱方向に平行な中心面に対して面対称な柱状空間とし、この柱状空間の中心面上に前記回路基板を配設して、柱状空間で前記回路基板の表面側と裏面側とに充填される樹脂の量を等しくした構成を採用した。

すなわち、センサケースの内部空間を、柱方向に平行な中心面に対して面対称な柱状空間とし、この柱状空間の中心面上に回路基板を配設して、柱状空間で回路基板の表面側と裏面側とに充填される樹脂の量を等しくすることにより、回路基板の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂に発生する熱応力の大きさをバランスさせ、センサケースの組み立て手順を複雑にすることなく、モールド樹脂の熱応力による回路基板の変形や位置ずれを防止できるようにした。

前記柱状空間の中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向と直交する幅方向で両側の側壁と当接するように差し渡すことにより、柱状空間の柱方向と直交する幅方向での回路基板の位置決めを容易にすることができる。

前記面対称な柱状空間を偶数の角を有する角柱状のものとし、前記回路基板を配設する中心面を対角線上のものとして、前記回路基板を前記両側の側壁と角部で当接するように差し渡すことにより、柱状空間の両側の側壁に差し渡した回路基板を回り止めすることができる。偶数の角を有する角柱状の面対称な柱状空間としては、正方形断面、菱形断面、正六角形断面等を有するものを採用することができる。

前記柱状空間の中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向で両側の底壁と当接するように差し渡すことにより、柱状空間の柱方向での回路基板の位置決めを容易にすることができる。

本発明のセンサ付き軸受装置は、センサケースの内部空間を、柱方向に平行な中心面に対して面対称な柱状空間とし、この柱状空間の中心面上に回路基板を配設して、柱状空間で回路基板の表面側と裏面側とに充填される樹脂の量を等しくしたので、回路基板の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂に発生する熱応力の大きさをバランスさせ、センサケースの組み立て手順を複雑にすることなく、モールド樹脂の熱応力による回路基板の変形や位置ずれを防止することができる。

前記柱状空間の中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向と直交する幅方向で両側の側壁と当接するように差し渡すことにより、柱状空間の柱方向と直交する幅方向での回路基板の位置決めを容易にすることができる。

前記面対称な柱状空間を偶数の角を有する角柱状のものとし、回路基板を配設する中心面を対角線上のものとして、回路基板を両側の側壁と角部で当接するように差し渡すことにより、柱状空間の両側の側壁に差し渡した回路基板を回り止めすることができる。

前記中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向で両側の底壁と当接するように差し渡すことにより、柱状空間の柱方向での回路基板の位置決めを容易にすることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。このセンサ付き軸受装置は、図１に示すように、軸受箱１に組み込まれた、外輪２ａと内輪２ｂの間に複数のボール２ｃを配列した１対のアンギュラ玉軸受２で回転軸３を支持するものであり、軸受箱１の外側の軸方向中央部に、後述するセンサ４と、その検出出力を処理する回路基板５を組み込んだ金属製のセンサケース６が装着されている。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、前記センサケース６は、上端が開口した円形断面で、柱方向に平行な中心面Ｐに対して面対称な柱状空間７が内部空間として形成され、軸受箱１に装着されるフランジ８を有する縦向きのケース本体６ａと、ケース本体６ａの上端開口を閉塞する蓋６ｂとからなり、矩形状の回路基板５が、柱状空間７の両側の側壁７ａに当接されるように左右に差し渡されるとともに、ケース本体６ａの内底面と蓋６ｂの裏面で形成される柱状空間７の両側の底壁７ｂに当接されるように上下に差し渡されて、柱状空間７の中心面Ｐ上に配設されている。

前記回路基板５は、表面に振動を検出するセンサ４が装着され、裏面に電子部品５ａが装着されるとともに、電源ケーブル９ａと出力ケーブル９ｂが接続されている。これらのケーブル９ａ、９ｂは、ケース本体６ａの裏面側に取り付けられたケーブルグランド１０を介して外部に取り出されている。

前記センサケース６の柱状空間７には、回路基板５をモールドするモールド樹脂Ａが上端開口から充填され、蓋６ｂで閉塞された上部に、モールド樹脂Ａの熱膨張を許容する隙間空間１１が空けられている。このモールド樹脂Ａには、熱膨張したときに上部の隙間空間１１へ逃げやすくするために、ガラス転移温度がセンサケース６の使用環境温度よりも低いウレタン樹脂が用いられている。

上述したように、前記回路基板５は、面対称な柱状空間７の中心面Ｐ上に配設されているので、回路基板５の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂Ａの量が等しくなる。したがって、金属製のセンサケース６と樹脂Ａの線膨張係数の差によってモールド樹脂Ａに発生する熱応力の大きさが、回路基板５の表面側と裏面側とでバランスし、熱応力による回路基板５の変形や位置ずれが防止される。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第２の実施形態を示す。このセンサ付き軸受装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記センサケース６の柱状空間７が、柱方向に平行な中心面Ｐに対して面対称で、左右に長い菱形断面とされ、長い方の対角線上にある中心面Ｐ上に配設された回路基板５が、柱状空間７の両側の側壁７ａに、菱形の角部で当接されるように左右に差し渡されている点が異なる。この実施形態では、菱形の角部に当接されて左右に差し渡される回路基板５が回り止めされる。

また、この実施形態でも、前記回路基板５の表面側と裏面側とに充填されるモールド樹脂Ａの量は等しくなり、金属製のセンサケース６と樹脂Ａの線膨張係数の差によってモールド樹脂Ａに発生する熱応力の大きさが、回路基板５の表面側と裏面側とでバランスして、熱応力による回路基板５の変形や位置ずれが防止される。

上述した各実施形態では、振動を検出するセンサを回路基板の表面に装着して、回路基板と一緒にセンサケースの内部空間に樹脂でモールドしたが、センサは振動を検出するものに限定されることはなく、センサケースに設けた孔や凹部等に別に固定してもよい。また、センサケースの装着部位も軸受箱に限定されることはない。

第１の実施形態のセンサ付き軸受装置を示す縦断面図 ａは図１のセンサケースを示す正面図、ｂはａのIIb−IIb線に沿った断面図、ｃはａのIIc−IIc線に沿った断面図 ａは第２の実施形態のセンサ付き軸受装置のセンサケースを示す正面図、ｂはａのIIIb−IIIb線に沿った断面図、ｃはａのIIIc−IIIc線に沿った断面図

符号の説明

Ａ 樹脂
Ｐ 中心面
１ 軸受箱
２ 玉軸受
２ａ 外輪
２ｂ 内輪
２ｃ ボール
３ 回転軸
４ センサ
５ 回路基板
５ａ 電子部品
６ センサケース
６ａ ケース本体
６ｂ 蓋
７ 柱状空間
７ａ 側壁
７ｂ 底壁
８ フランジ
９ａ、９ｂ ケーブル
１０ ケーブルグランド
１１ 隙間空間

Claims (4)

1. 転がり軸受を備えた軸受装置に、検出対象を検出するセンサと、このセンサで検出される検出出力を処理する回路基板とを組み込んだセンサケースを装着し、このセンサケースに組み込まれた回路基板を、センサケースの内部空間に充填される樹脂でモールドしたセンサ付き軸受装置において、前記センサケースの内部空間を、柱方向に平行な中心面に対して面対称な柱状空間とし、この柱状空間の中心面上に前記回路基板を配設して、柱状空間で前記回路基板の表面側と裏面側とに充填される樹脂の量を等しくしたことを特徴とするセンサ付き軸受装置。
2. 前記柱状空間の中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向と直交する幅方向で両側の側壁と当接するように差し渡した請求項１に記載のセンサ付き軸受装置。
3. 前記面対称な柱状空間を偶数の角を有する角柱状のものとし、前記回路基板を配設する中心面を対角線上のものとして、前記回路基板を前記両側の側壁と角部で当接するように差し渡した請求項２に記載のセンサ付き軸受装置。
4. 前記柱状空間の中心面上に配設した回路基板を、この柱状空間の柱方向で両側の底壁と当接するように差し渡した請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ付き軸受装置。

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