JP2008082797A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら、内部の任意の位置に温度センサを組み込むことができる軸受装置を提供する。
【解決手段】軸受装置の構成部品に接着等されるハード基板ＴＳａに切欠ＴＳｅを形成することで、ここを介して配線ＴＳｃを設けた後にも、温度センサＴＳの寸法Δを所定寸法におさめることができ、運搬や組み立ての際に、誤って配線ＴＳｃにキズをつけ断線したりする恐れを回避できる。又、切欠ＴＳｅを形成してもハード基板ＴＳａの強度は低下しないので、割れなどの不具合もないので好ましい。
【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一定の厚みが生じることから取付空間に制限があり、軸受の本来測定したい部分の温度を測定することが難しかった。また、製造工程が多いためコストがかかり一般用の軸受まで応用することが難しかった。更に、積層サーミスタから外部に引き出すための配線が嵩張り、それが温度センサの軸受内への組み込みをより困難にしていた。

これに対し、軸受内部に配置したハード基板上に微細パターンを形成し、これを用いて温度を測定しようとする試みがある。しかるに、微細パターンに対する配線をどのように行うかという問題がある。特に、従来技術によるハード基板の配線方法によれば、矩形状のハード基板を加工することなく、その表面から裏面にかけてスパッタリング法や導電性ペースト剤などで裏面へ配線を行うとすると、配線により寸法増大を招いたり、取り扱いの際に側面に形成した配線にキズがつき断線したりする恐れがあった。

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、コンパクトでありながら、内部の任意の位置に温度センサを組み込むことができ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、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行われていることを特徴とする。

本発明によれば、前記温度センサは、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行われているので、配線により前記温度センサのサイズを拡大することが抑制されるため、軸受装置内への設置が容易でありながら、かかる配線を用いて軸受装置の外部へと温度に応じた信号を伝達することができる。又、切り欠きもしくは孔を介して配線を行うことで、取り扱い時などにおいて配線を不用意に傷つけることが抑制される。

前記温度センサは、前記ハード基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていると好ましい。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が埋設されている。温度センサＴＳの配線は、後述するように基板の背面に形成されており、ここから外輪１１の内周面及び端面を介して外部に引き出されるようになっている。なお図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。

図２（ａ）は、温度センサＴＳの表面を示す図であり、図２（ｂ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｂ方向から見た側面を示す図であり、図２（ｃ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｃ方向から見た裏面を示す図である。

図２において、温度センサＴＳは、側面に２つの円弧状の切欠ＴＳｅを形成したハード基板ＴＳａと、ハード基板ＴＳａの表面上に形成された微細な抵抗パターンＴＳｂと、ハード基板ＴＳａの側面及び裏面に形成された配線ＴＳｃ、ＴＳｃとを有する。抵抗パターンＴＳｂは、線幅が狭い白金製の一本の線からなっている。配線ＴＳｃ、ＴＳｃは、抵抗パターンＴＳｂの両端に接続され電流を供給するために用いる。温度センサＴＳは、温度に応じて抵抗値が変化することを利用し、配線ＴＳｃ、ＴＳｃから電流を流したときの抵抗値を測定することで温度を求めることができる。

温度センサＴＳの製造方法について説明する。ここでは、ハード基板ＴＳａとしてガラス基板（厚さ：１００μｍ）を用いるが、ハード基板は、絶縁層をともなったシリコーンウェーハなど、センサ形成面が絶縁であるハード基板であれば特に限定されない。ハード基板ＴＳａの表面上に、厚さ約２μｍのフォトレジスト（東京応化（株）製ＯＦＰＲ８００ＬＢ）をスピンコートにより塗布し、９０℃で８分間プレべーク処理を行った。その後、抵抗パターンＴＳｂに対応するマスクを用いて露光（ユニオン光学（株）製 ＥＭＡ−４００）し、現像液（東京応化（株）製 ＭＮＤ３）を用いて現像した。これを、最後に超純水で６０秒間リンスした。

その後、フォトレジスト上に、スパッタリング法にて厚さ約２００ｎｍの白金の被膜を付着させ、アセトンによりリフトオフ法を用いて、基板上の残留フォトレジストを除去することで抵抗パターンＴＳｂを形成した。更に、ダイシング装置にて所定のチップサイズに切断した。このとき、ダイシング時には白金蒸着された配線上を切断するのが好ましい。それにより抵抗パターンＴＳｂが形成された表面には、配線作業が不要となる。

ダイシング後、グラインダーなどでハード基板ＴＳａの側面をカットすることにより切欠ＴＳｅを形成し（表面及び裏面との交差縁に面取り加工を施すと好ましい）、更にチップ上の白金抵抗パターンＴＳｂに接続する配線ＴＳｃ、ＴＳｃを形成した。より具体的には、切欠ＴＳｅを通るようにして、ハード基板の表面、側面、裏面に、マスク等を用いてスパッタリング法にて細長く金属薄膜を付着させ配線ＴＳｃ、ＴＳｃを形成した。配線ＴＳｃ、ＴＳｃの形成方法は、リード線の配線、真空蒸着法による配線、導電性ぺースト剤による配線なども考えられるが、取付け空間の制限などを考慮すると、金属薄膜を形成できるスパッタリング法や真空蒸着法などによることが好ましい。温度センサＴＳの作成は、以上の方法に限定されないが、半導体微細加工技術を用いることで、量産性、小型化、及び小型化に伴うセンサの反応性に優れる。

本実施の形態によれば、軸受装置の構成部品に接着等されるハード基板ＴＳａに切欠ＴＳｅを形成することで、ここを介して配線ＴＳｃ、ＴＳｃを設けた後にも、温度センサＴＳの寸法Δ（図２（ａ））を所定寸法（設計寸法）におさめることができ、運搬や組み立ての際に、誤って配線ＴＳｃ、ＴＳｃにキズを付け断線を招く恐れを回避できる。又、切欠ＴＳｅを形成してもハード基板ＴＳａの強度は低下しないので、割れなどの不具合もないので好ましい。更に、配線の半田付けなどが不要であるため、本実施の形態の温度センサＴＳは量産性にも優れている。配線ＴＳｃ、ＴＳｃへの結線は、相手部材（不図示）の各端子への圧着などにより行うことができる。

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に取り付けると共に、比較例として外輪１１の外周面に取り付けて、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、半導体微細加工技術を利用して抵抗パターンＴＳｂを形成しているので、極めて薄くできることから、軸受装置１０の内部において、精度良く温度を測定したい部位もしくはその近傍に配置できる。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。例えば、温度センサＴＳは、点線で示すように外輪１１の軌道面１１ａ以外の内周面（箇所Ａ）や、シール１５の芯金１５ａ（箇所Ｂ）や、リップ部１５ｂ（箇所Ｃ）に配置しても良い。組み込む場所はこれらに限定することはなく、転がり軸受１０のいかなる場所にでも組み込むことができる。

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を示す図である。 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 基板
ＴＳｂ 抵抗パターン
ＴＳｃ 配線
ＴＳｅ 切欠

Claims (2)

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、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行われていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記温度センサは、前記ハード基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。

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