JP2008064183A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く且つレスポンス良く軸受の温度を測定できる温度センサを有する軸受装置を提供する。
【解決手段】温度センサＴＳは、軸受１０の構成部品である外輪１１の表面に形成された絶縁性薄膜Ｍ上に、インクジェット方式によりパターニングされた導電性薄膜Ｐを有するので、かかる導電性薄膜Ｐにより精度良く且つレスポンス良く軸受の温度を測定できる。従って、レスポンスの良い温度測定を通じて、異常な温度上昇が予兆として現れる軸受装置に生じる不具合を精度良く予測することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度センサ装置を備える軸受装置に関し、特に、自動車の電装部品、エンジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、水ポンプ、ハブユニット、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、コンプレッサ、リニアガイド装置、ボールねじ等に用いられると好適な軸受装置に関する。

従来、回転部品を支持する軸受装置は、一度組み込まれると定期的な検査が行われないケースが多く、かかる場合、温度異常に起因する不具合が発生したときに初めて内部を検査することが多かった。また鉄道車両や風車等の軸受の場合は、一定期間使用した後に、軸受装置やその他の部分について分解し検査が行われる。したがって、温度異常に起因する不具合を事前に予測することが難しかった。これに対し、温度センサを軸受装置に取り付けて温度変化を測定することで、致命的な不具合が発生する前に軸受の異常を発見しようとする試みがある（特許文献１参照）。
特開２００２−１３０２６３号公報

しかしながら、特許文献１の技術によれば、温度センサとして積層サーミスタを用いているので、積層サーミスタを軸受に接合することが必要となる。例えば接着剤で接合した場合、軸受の熱は、接着剤層と、積層サーミスタのパッケージングとを介して測定部に伝わるので、精度良く軸受の温度を測定することが難しい。特に、何らかの異常に伴って軸受の温度が急速に上昇した場合には、緊急に軸受の動作を止めなくてはならないこともあるが、積層サーミスタが温度上昇を検出できるのは伝熱に必要な時間が経過した後であり、その間、軸受の動作が続行することで致命的な損傷を招く恐れがある。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、精度良く且つレスポンス良く軸受の温度を測定できる温度センサを有する軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の軸受装置は、
外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
前記温度センサは、前記軸受装置の構成部品の表面に形成された絶縁性薄膜上に、インクジェット方式により絶縁性薄膜上に導電性薄膜を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、前記温度センサが、前記軸受装置の構成部品の表面に形成された絶縁性薄膜上に、インクジェット方式により導電性薄膜を形成したので、かかる導電性薄膜により精度良く且つレスポンス良く軸受の温度を測定できる。このような温度センサであると、極めて薄く製作できるため大きな取り付けスペースを必要としないので、前記軸受装置の内部において、任意の場所に取り付けることができ、本来測定したい部位の温度を精度良く測定することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に用いる転がり軸受の軸線方向断面図である。軸受装置（転がり軸受ともいう）１０は、外輪１１と、内輪１２と、両輪１１，１２間に配置された転動体としての玉１３と、玉１３を周方向に等間隔に保持する保持器１４と、両輪１１，１２間を密封する円盤状のシール１５，１５とを有する。玉１３は、窒化珪素や炭化珪素等のセラミック製とすることもできる。

外輪１１は、その内周において、軌道面１１ａと、両端近傍に形成された取り付け溝１１ｂ、１１ｂを有する。内輪１２は、その外周において、軌道面１２ａと、両端近傍に形成されたシール溝１２ｂ、１２ｂを有する。

シール１５は、略ドーナツ板状の金属板材（ＳＰＣＣやＳＥＣＣ等）からなり鈎部以外の主部と鈎部とを備えた芯金１５ａと、芯金１５ａの内径側に一体的に加硫成形された合成ゴム（ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等）製のリップ部１５ｂと、芯金１５ａの外径側に一体的に加硫成形された合成ゴム製の取り付け部１５ｃと、を有する。シール１５は、取り付け部１５ｃを弾性変形させながら、外方から取り付け溝１１ｂに係合させることで、外輪１１に取り付けられる。かかる状態で、リップ部１５ｂの先端はシール溝１２ｂに接触している。なお、軸受装置１０のシールは、接触ゴムシールに限らず、非接触ゴムシール、非接触鋼板など限定されない。外輪１１の軌道面１１ａの中央には、温度センサＴＳが玉１３に非接触の状態で形成されている。図１において、温度センサＴＳの厚さは誇張して示されている。

温度センサＴＳの製造方法について説明する。まず、温度センサを配置したい部材の表面（ここでは外輪１１の軌道面１１ａに形成された浅い周溝又はくぼみ１１ｃ）に、１μｍ厚のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの耐高温絶縁性薄膜Ｍを形成する。その上に、インクジェット方式により銀被膜で微細なセンサパターンＰを形成する。その後、センサパターンＰを焼成することで温度センサＴＳを、接着剤等を用いることなく外輪１１上に配置することができる。実装場所によっては、温度センサの配線をも同様にパターニングしてもよい。

センサパターンＰは、例えば銀の超微粒子が独立状態で分散している分散液を、微細ノズルよりインクとして耐高温絶縁性薄膜Ｍ上に吐出することによって形成される。吐出されたインクは、焼成または低真空ガス中に放置することで蒸発することから、強い銀被膜を得ることができる。銀に限らず、金や銅、アルミなどの微粒子を用いることで、導電性薄膜を形成できる。尚、インクジェット方式による薄膜の形成については、例えば特開２００３−２０９３４１号公報に詳細に記載されているので、以下説明しない。

図２は、温度センサＴＳのセンサパターンＰを示す拡大図である。外部に接続される配線は、曲がりくねったパターン線ＴＳａの両端にある端子部ＴＳｂ、ＴＳｂに接続される。パターンＰは、全体の幅が２００μｍで、線幅が３０μｍ程度の微細な形状である。センサパターンＰを形成した部位が熱膨張により変形した場合、パターン線ＴＳａの長さが変化し、その抵抗値が変化するため、外部から流した電流の変化を検出することで、温度を精度良く測定できる。

図１において、温度センサＴＳを外輪１１の軌道面１１ａ内の位置Ａに配置する場合、外輪１１を半径方向に貫通する孔１１ｄを形成し、温度センサＴＳに接続した配線Ｒを孔１１ｄを通して半径方向外部へと導き出すようにできる。尚、例えば外輪１１が不図示の円筒部内に配置されるような場合、配線Ｒを軸受１０の半径方向に引き出せないことがある。かかる場合、外輪１１の外周に軸線方向の溝１１ｅを形成し、温度センサＴＳに接続した配線Ｑを孔１１ｄと溝１１ｅとを介して軸線方向外部に引き出すこともできる。或いは、外輪１１の側面から穿孔することにより、内部で孔１１ｄに交差する軸線方向の溝１１ｆを形成し、温度センサＴＳに接続した配線Ｐを孔１１ｄと溝１１ｆとを介して軸線方向外部に引き出すこともできる。

本実施の形態の変形例として、温度センサＴＳを、外輪１１の軌道面１１ａ以外の内周面における位置Ｂに配置することもできる。かかる場合、取り付け溝１１ｂの底に、更に軸線方向に向かう溝１１ｇを形成し、温度センサＴＳに接続した配線Ｓを溝１１ｇを介して軸線方向外部に引き出すこともできる。又、本実施の形態の別な変形例として、温度センサＴＳを、シール１５の芯金１５ａの内側面における位置Ｃに配置することもできる。かかる場合、シール１５を軸線方向に貫通する孔１５ｄを形成し、温度センサＴＳに接続した配線Ｔを孔１５ｄを介して軸線方向外部に引き出すこともできる。更に、本実施の形態の別な変形例として、温度センサＴＳを、シール１５のリップ部１５ｂの外側面における位置Ｄに配置することもできる。かかる場合、温度センサＴＳに接続した配線Ｕを直接外部に引き出すことができる。

本発明者らは、上記方法により作製された温度センサＴＳを、実施例として外輪１１の軌道面１１ａ（位置Ａ）に取り付けると共に、比較例として外輪１１の外周面（位置Ａ’）に取り付けて、軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした。その結果を図３に示す。なお、シミュレーションに用いた仕様は、以下の通りである。
軸受：日本精工（株）製の６２０３（呼び番号）単列深溝玉軸受
回転数：１０，０００ｍｉｎ^-1
回転時間：１時間

図３から明らかなように、比較例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の外部に配置した場合と比較して、実施例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の内部に配置すると、軸受装置の温度変化をレスポンス良く測定できることがわかる。本実施の形態の温度センサＴＳは、軸受１０の構成部品である外輪１１の表面に形成された絶縁性薄膜Ｍ上に、インクジェット方式によりパターニングされた導電性薄膜Ｐを有するので、かかる導電性薄膜Ｐにより精度良く且つレスポンス良く軸受の温度を測定できる。従って、レスポンスの良い温度測定を通じて、異常な温度上昇が予兆として現れる軸受装置に生じる不具合を精度良く予測することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本実施の形態にかかる軸受装置の軸線方向断面図である。 温度センサＴＳのセンサパターンＰを示す拡大図である。 軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした結果を示す図である。

符号の説明

１０ 軸受
１１ 外輪
１１ａ 軌道面
１１ｂ 取り付け溝
１２ 内輪
１２ａ 軌道面
１２ｂ シール溝
１３ 玉
１４ 保持器
１５ シール
１５ａ 芯金
１５ｂ リップ部
ＴＳ 温度センサ
ＴＳａ パターン線
ＴＳｂ 端子部

Claims (1)

1. 外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
   前記温度センサは、前記軸受装置の構成部品の表面に形成された絶縁性薄膜上に、インクジェット方式により導電性薄膜を形成したことを特徴とする軸受装置。

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