JP2012233586A5 - - Google Patents
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本発明は、請求項1の前提部に記載されている軸受、特に転がり軸受のためのシール部材に関し、ならびに請求項9に記載の軸受に関する。
軸受、特に転がり軸受について、たとえば型式番号のような軸受に関わるデータを記憶させたIC識別子を軸受に取り付けることが知られている。さらに、IC識別子のためのアンテナが設けられており、これによってIC識別子に存在している情報が読み取られ、ないしは情報をIC識別子へ伝送することができる。さらに、IC識別子ないしそのアンテナにマイクロ波領域の電磁放射によって呼びかけることが知られており、したがって、これは軸受、特に転がり軸受に利用されるRFID(radio frequency identification)テクノロジーと呼ぶことができる。
特許文献1は、RFID素子が転がり軸受の内輪に埋め込まれている、IC識別子を備えた転がり軸受を記載している。アンテナは、転がり軸受の外部に配置されている。欠点となるのは、実質的に金属でできている内輪がアンテナの電磁場を乱すために、RFID素子の領域で磁界の強さが低くなってしまうことである。したがって、特に転がり軸受の作動時には、RFID素子の確実な読み取りはほとんど不可能である。
特許文献2は転がり軸受のためのシール部材を記載しており、このシール部材は、弾性材料からなる封止手段と、剛性の高い材料からなる支持部材とを有している。シール部材には、アンテナを備えるIC識別子が配置されており、IC識別子を配置できるようにするために封止手段に収容部を構成する、さまざまな選択肢が示されている。欠点となるのは、封止手段にある収容部が広いスペースを必要とすることであり、さらには、IC識別子が転がり軸受から突出しているために、転がり軸受の組付けに手間がかかることである。
特許文献3は、転がり軸受のためのシール部材を記載しており、このシール部材は、弾性材料からなる封止手段と、剛性の高い金属材料からなる支持部材とを有している。シール部材には、IC識別子のためのアンテナを備えるIC識別子が配置されており、第1の実施例では、金属の環状の支持部材がアンテナとして構成されており、第2の実施例ではアンテナは、電気絶縁部分によって金属の環状の支持部材から空間的に分離された状態で、支持部材に取り付けられている。これらの実施例で欠点となるのは、金属の支持部材がアンテナを妨害し、ないしは、互いに間隔をおく2つの端部を有するダイポールが形成されていないので、環状の構成ではIC識別子のためのアンテナとしてほとんど適していないことである。部分的に破断されて構成された金属の支持部材であれば、アンテナのダイポールとしては適しているはずであるが、そうすると、シール部材全体に所要の機械的安定性が与えられないことになる。さらには、IC識別子にアンテナないし適当な絶縁部を収容するために、追加の設計スペースが必要なことが欠点である。さらに、金属の支持部材に対するアンテナの絶縁部は高いコストがかかり、軟質のエラストマーで形成される封止部材によって製作されているので、特に機械的な負荷が生じたときに信頼度が低いことが不都合であると考えられる。
本発明の課題は、シール部材が機械的に十分に安定した状態に保たれ、アンテナがその機能に関してさほど妨げられないように、冒頭に述べたシール部材ないし軸受を改良することにある。
この課題は、本発明により、上述したシール部材については請求項1の特徴部に記載の特徴によって解決され、ならびに、請求項9に記載の軸受、特に転がり軸受によって解決される。
少なくとも1つの支持部材が非金属材料で構成されていれば、電磁放射の損失を回避することができ、アンテナの機能がさほど妨げられることがない。ほぼ非導電的で誘電性の環境にアンテナが配置されており、伝導損が明らかに減るからである。それによってアンテナを小型化したうえで設計し、かつ、IC識別子部材の特別な必要性に合わせて適合化したうえで設計することができ、それにより、シール部材を構成するときの広い自由度が得られる。非金属材料からなる支持部材は、場合によりたとえば金属の別の支持部材とともに、シール材の機械的安定性を担っている。たとえば木材、セラミック、プラスチック、またはガラスのような非金属材料からなる支持部材に加えて、金属の支持部材が設けられている場合、金属の支持部材は、もはやアンテナとして設けられるのではなく、したがって完全に周回するように、すなわち閉じた状態で構成されていてよいリングとして構成されていてよく、それによってシール材の安定性が改善される。このとき当然ながら、金属の支持部材は完全に省略されていてもよく、少なくとも1つの支持部材はセラミックまたはプラスチックだけで構成される。
ちょうど1つの支持部材が設けられており、ちょうど1つの支持部材はプラスチックで製作されていることが意図されるのが好ましい。ただ1つの支持部材はシール部材の構造と製造を簡素化し、この製造は、第1のステップで支持部材が第1のプラスチックから製作され、たとえば注型され、第2のステップで、弾性的なプラスチックからなる封止手段が支持部材の周囲に形成されることを意図することができる。このような種類の製造方法は容易に実施することができるので、シール部材を迅速に大量の個数で製造することができる。このとき当然ながら、支持部材と封止手段はたとえばプラスチックのような同じ材料で製作されていてよく、この場合、たとえば電磁放射による適当な後処理の結果として、支持部材の領域のプラスチックが、封止手段の領域のプラスチックとは異なる材料特性を得るようにされる。
アンテナと軸受内部との間に誘電率の高い材料が配置されることが意図されるのが好ましく、誘電率の高い材料は、たとえば金属の軸受保持器等によるアンテナの機能の妨げを少なくする。金属の軸受保持器は近傍で、すなわちシール部材に配置されたアンテナが存在している領域で、電界強度の低下を引き起こす。アンテナと金属の軸受保持器との間にある材料によって、誘電率の高い材料の中で波長が短くなり、そのようにして、アンテナの領域で電界強度の高い値を実現することができる。誘電率の高い材料に関して、および、たとえば層厚を調整可能な層としての当該材料の配置に関して、アンテナの個所におけるできる限り高い電界強度という観点から活用することのできる自由度がある。
誘電率の高い材料はセラミックであり、このセラミックはフィルムとしてアンテナに配置されていることが意図されるのが特別に好ましい。このときセラミックは、良好に調整可能であり複数のオーダーに及ぶ誘電率を有している。フィルムとしてのセラミックの構成は、シール部材の大量生産という観点から容易に実施、管理することのできる定義された層厚を保証する。
アンテナは少なくとも1つの支持材料の完全に内部に配置されていることが意図されるのが好ましく、それによってアンテナは構造的に支持部材へ組み込まれ、すなわち非導電性の定義された環境に組み込まれ、ならびに、シール部材ないし軸受の外側寸法は変わらずに保たれる。
IC識別子は少なくとも1つの支持部材の完全に内部に配置されており、それによって外部から防護された状態で収容されているのが好ましい。
アンテナおよび/またはIC識別子が支持部材の中に配置される構造の別案として、IC識別子および/またはアンテナが支持部材の上に取り付けられることが意図されていてよく、この場合、既存のシール部材へ簡単に後付けすることができ、ないしはIC識別子を容易に取り替えることができる。このとき当然ながら、IC識別子は支持部材の上で外部から取外し可能なように取り付けられていてよく、アンテナは支持部材の中に配置されており、それにより、たとえばテストや実験の目的のために、IC識別子を迅速に取り替えることができる。
本発明のその他の利点や特徴は、実施例の説明ならびに従属請求項から明らかである。
次に、添付の図面を参照しながら本発明について詳しく記述、説明する。
図1は、詳しくは図示しない転がり軸受のための環状のシール部材1を示している。シール部材1はIC識別子2とアンテナ3とを含んでおり、アンテナは、部分的に破断されて間隙4を有する環状の部材として構成されている。アンテナ3とシール部材1の本体5とは、それぞれ同心的に設計されている。アンテナ3は、シール部材1の本体5の内部に配置されており、したがって図1では破線でのみ図示している。IC識別子2は、データを記録して保存することができる、以下において詳しくは図示しないチップを含んでいる。
図2は、IC識別子2を有するシール部材1の本体5を示している。IC識別子2は支持部材6の内部に配置されており、支持部材6は剛性の高い材料でできており、本例では、ポリアミドをベースとする熱可塑性樹脂でできている。支持材料6の外面は、区域7を除き、軟質のエラストマー(ゴム)でできた封止手段8により取り囲まれている。封止手段8はシールリップ9とシール区域10を形成しており、シール部材1が組付け位置にあるとき、シールリップ9は付属の収容部に下方から係合し、シール区域10は、実質的に相補的な断面構成のシール溝に当て付けられる。シールリップ9ないしシール区域10の領域で広くなっている軟質のエラストマーの構成に基づき、エラストマーがそこで押し込まれ、それによってシール部材1が挟み付けられた状態に保たれる。
図3は、支持部材6と封止手段8とを備えるシール部材1の本体5を示している。ここでは支持部材6ないし封止手段8の断面は、線A−A(図2)の領域と線B−B(図3)の領域で同等の形態を有している。支持部材6の内部には、実質的に長方形の断面円周を有するアンテナ3が配置されている。しかしながら、たとえば円形のようなこれ以外の形状が、アンテナの断面の円周について意図されていてもよいことは当然である。
図4は、シール部材101の第2の実施例を示しており、これを平面図で見た図面は、図1に示す第1の実施例に対応している。図4に示す切断線も、図1に示す線A−Aと同じようにIC識別子102を貫いており、図5の切断線B−Bも、図1に示す切断線B−Bに準じてアンテナ103を貫通している。区域107を備える支持部材106は、図2ないし図3に示す支持部材6と同等の断面形状を有している。同様に、シールリップ109とシール区域110とを備える封止手段108は、図2と図3に示す断面形状をすでに有している。
アンテナ103には、フィルムとして構成された誘電性コーティング111が追加的に配置されている。誘電性コーティング111は、プラスチックの誘電率よりも明らかに高い、高い誘電率をもつセラミックでできている。誘電性コーティング111は、転がり軸受の両方の軸受リングの間のシール部材101で閉じられた空間のほうを向く内方に向いた側と、IC識別子102の断面で見て両方の短い辺とに配置されており、IC識別子102の両方の短い辺よりも若干突出しており、その結果、誘電性コーティング111のフィルムは、熱可塑性樹脂で製作された支持部材106の容積部へ若干突入しており、それにより、IC識別子102は誘電性コーティング111によって支持部材102へ追加的に固定されている。
図5はアンテナ103の領域でシール部材101を示しており、シール部材101で取り囲まれる空間の内部空間のほうを向く内方を向いたアンテナの側には、ならびにアンテナの短い辺には、同じくセラミックの誘電性フィルムとして構成された誘電性コーティング111が延びている。誘電性コーティング111のフィルムは、フィルムで覆われていないアンテナ103の第4の側と同一平面上で終わっている。
上に説明した両方の実施例では、シール部材1,101はそれぞれ2成分射出成形法で製作されていた。その場合、まずIC識別子2,102とアンテナ3,103とで形成されるユニットが適当な金型へ入れられ、その金型へ熱可塑性樹脂が導入されて、硬化させられた。第2の実施例では、熱可塑性樹脂の導入前に、さらに誘電性コーティング111のフィルムがIC識別子102ないしアンテナ103へ、両方とも3つの側で取り囲むように取り付けられた。熱可塑性樹脂で射出被覆されることで、IC識別子2,102ならびにアンテナ3,103はそれぞれ支持部材6,106の内部に配置される。熱可塑性樹脂が硬化した後、それぞれの封止手段8,108が第2の方法ステップで熱可塑性樹脂の上へ射出成形されており、このとき区域7,107は対象外とされる。
結果的に、IC識別子2,102ならびにアンテナ3,103は支持部材6,106の内部に配置され、したがって追加の設計スペースを必要とすることがない。それと同時に、IC識別子2,102ならびにアンテナ3,103は、これらを完全に取り囲む熱可塑性樹脂によって機械的に防護されるとともに、電気的に絶縁された状態で配置されており、特にアンテナ3,103は誘電性の環境に配置されており、支持部材6,106の領域には金属ではなく非導体が配置されている。
空間的にもっとも近くにある金属の物体は、軸受の内部にある図示しない軸受保持器であり、軸受保持器の金属によって、金属のすぐ近傍における電磁場の電界強度は非常に小さくなるので、アンテナ3,103の個所ではわずかな電界強度しか生じない。第2の実施例では、アンテナ103と、軸受保持器がある軸受の内部との間に誘電性コーティング111が設けられており、この誘電性コーティングに基づき、金属の軸受保持器の近傍における電磁放射の波長は誘電性コーティング111の領域で短くなり、その結果、誘電性コーティング111に後続してアンテナ103の個所で高い電界強度が生じさせることができる。その場合、誘電性コーティング111の厚み、その幾何学形態、ならびに誘電体の誘電率を適当に適合化することができる。
以上に説明した各実施例では、IC識別子2,102ないしアンテナ3,103はそれぞれ支持部材6,106の完全に内部に配置される。当然ながら、IC識別子および/またはアンテナはシール部材1,101の外側表面に、ないしは支持部材6,106の外側表面に、ただし依然として封止手段8,108で覆われた状態で、配置されていてもよい。
1,101 シール部材
2,102 IC識別子
3,103 アンテナ
4 3の隙間
5 1の本体
6,106 支持部材
7,107 6の区域
8,108 封止手段
9,109 シールリップ
10,110 シール区域
111 誘電性コーティング
2,102 IC識別子
3,103 アンテナ
4 3の隙間
5 1の本体
6,106 支持部材
7,107 6の区域
8,108 封止手段
9,109 シールリップ
10,110 シール区域
111 誘電性コーティング
Claims (8)
- 転がり軸受のためのシール部材であって、
弾性材料からなる封止手段(8;108)と、
剛性の高い材料からなる少なくとも1つの支持部材(6;106)と、
IC識別子(2;102)と、
前記IC識別子(2;102)のためのアンテナ(3;103)とを含むシール部材において、
前記少なくとも1つの支持部材(6;106)は非金属材料で構成され、
前記IC識別子(2;102)は前記少なくとも1つの支持部材(6;106)の完全に内部に配置されるシール部材。 - ただ1つの支持部材(6;106)が設けられ、前記ただ1つの支持部材(6;106)はプラスチックで製作される、請求項1に記載のシール部材。
- 前記アンテナ(3;103)は隙間(4)のある破断された円環として構成される、請求項1または2に記載のシール部材。
- 前記アンテナ(3;103)と前記軸受の内部との間には誘電率の高い材料が配置される、請求項1から3までのいずれか一項に記載のシール部材。
- 前記材料はセラミックであり、前記セラミックは誘電性コーティング(111)として、前記アンテナ(3;103)に配置される、請求項4に記載のシール部材。
- 前記アンテナ(3;103)は前記少なくとも1つの支持部材(6;106)の完全に内部に配置されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか一項に記載のシール部材。
- 請求項1から6までのいずれか一項に記載のシール部材(1;101)を含む転がり軸受。
- 前記誘電性コーティング(111)はフィルムである、請求項5に記載のシール部材。
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