JP2016035295A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

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弘 上野
竜一 橋本
Ryuichi Hashimoto
竜一 橋本
祐次 渡辺
Yuji Watanabe
祐次 渡辺
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Abstract

【課題】省スペースでセンサを配置することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】センサ付き転がり軸受装置1は、内周面に外輪軌道11aが形成されている外輪11、外輪軌道11aに対向する内輪軌道12aが外周面に形成され外輪11と同心に配置されている内輪12、及び外輪軌道11aと内輪軌道12aとの間に転動自在に介在している複数の玉13を有する転がり軸受10と、転がり軸受10の状態を検出するセンサ21,22とを備えている。外輪軌道11a及び内輪軌道12aの各軸方向の中心線Y1は、それぞれ対応する外輪11及び内輪12の軸方向の中心線C1に対して軸方向一端側に偏移している。外輪11の内周面及び内輪12の外周面の各軸方向他端側には、外輪11と内輪12との間にセンサ21,22を収容する収容空間15を形成するための切欠段差部11b,12bが形成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、センサ付き転がり軸受装置に関する。
近年、転がり軸受が組み込まれた工作機械等の機器では、その機器の状態を監視するために、転がり軸受の温度変化や回転速度等の種々の情報が必要とされている。このような情報を得るために、転がり軸受に温度センサや回転センサなどのセンサを取り付けたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載されたセンサ付き軸受では、転がり軸受の軸方向一方側に、温度センサ及び回転センサを内蔵したセンサユニットが隣接して配置されている。
特開2008−96385号公報
上記センサ付き軸受を機器に組み込む際に、機器には転がり軸受を配置するスペース以外に、センサユニットを配置するスペースが必要になるため、機器によってはこれらのスペースを確保することができないために、センサ付き軸受を組み込むことができないという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、省スペースでセンサを配置することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。
本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、周面に固定側軌道が形成されている固定輪、前記固定側軌道に対向する回転側軌道が周面に形成され前記固定輪と同心に配置されている回転輪、及び前記固定側軌道と回転側軌道との間に転動自在に介在している複数の転動体を有する転がり軸受と、前記転がり軸受の状態を検出するセンサと、を備えたセンサ付き転がり軸受装置であって、前記固定側軌道及び回転側軌道の各軸方向の中心線は、それぞれ対応する前記固定輪及び回転輪の軸方向の中心線に対して軸方向一端側に偏移しており、前記固定輪及び回転輪の少なくとも一方の前記周面の軸方向他端側には、当該固定輪と回転輪との間に前記センサを収容する収容空間を形成するための切欠段差部が形成されていることを特徴としている。
上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置によれば、転がり軸受の固定輪と回転輪との少なくとも一方の周面の軸方向端部に形成された切欠段差部によって、固定輪と回転輪との間にセンサを収容する収容空間が形成されるため、センサ付き転がり軸受装置が組み込まれる機器には、転がり軸受を配置するスペースだけを確保すれば良い。これにより、前記機器には、従来のように転がり軸受を配置するスペース以外にセンサユニットを配置するスペースを確保する必要がないので、省スペースでセンサを配置することができる。
上記センサ付き転がり軸受装置は、前記転がり軸受の外形寸法が、ISO規格で規定された寸法であるのが好ましい。この場合、センサ付き転がり軸受装置の転がり軸受を、外形寸法がISO規格に規定された寸法である標準品の転がり軸受と同じサイズにすることができる。したがって、標準品の転がり軸受のみが組み込まれている機器において、その標準品の転がり軸受からセンサ付き転がり軸受装置に容易に置き換えることができる。
上記センサ付き転がり軸受装置は、前記収容空間に収容される前記センサが、複数種類であるのが好ましい。この場合、省スペースで複数種類のセンサを配置することができる。
前記複数種類のセンサは、単一の基板に実装されているのが好ましい。この場合、複数種類のセンサが実装された単一の基板を収容空間に配置することで、複数種類のセンサを収容空間に簡単に収容することができる。
前記複数種類のセンサは、前記転がり軸受の温度を検出する温度センサを含むのが好ましい。この場合、省スペースで温度センサを配置することができる。
前記複数種類のセンサは、前記固定輪側に取り付けられる3軸加速度センサを含んでいても良い。この場合、省スペースで3軸加速度センサを配置することができる。
前記複数種類のセンサは、前記転がり軸受の周辺の音を集音する集音センサを含んでいても良い。この場合、省スペースで集音センサを配置することができる。
前記複数種類のセンサは、前記固定輪側に取り付けられるとともに前記回転輪の回転状態を検出する回転センサを含んでいても良い。この場合、省スペースで回転センサを配置することができる。
前記切欠段差部は、少なくとも前記回転輪の前記周面に形成されており、前記回転輪の前記周面に形成されている前記切欠段差部には、前記回転センサによって検出される被検出部が設けられているのが好ましい。この場合、省スペースで被検出部を配置することができる。
上記センサ付き転がり軸受装置は、前記切欠段差部は、少なくとも前記固定輪の前記周面に形成されており、前記固定輪の前記周面に形成されている前記切欠段差部に前記センサを取り付けるための取付部材をさらに備えているのが好ましい。
この場合、取付部材によりセンサを固定輪の切欠段差部に簡単に取り付けることができる。
上記センサ付き転がり軸受装置は、前記収容空間に収容される前記センサが、複数種類であり、前記複数種類のセンサは、有端環状に形成された単一の基板に実装されており、前記取付部材は、前記基板の円周方向両端部を互いに軸方向に偏移させた状態で前記収容空間に配置可能に構成されているのが好ましい。
この場合、基板に実装された複数種類のセンサの軸方向の突出量が互いに異なる場合であっても、基板の円周方向両端部を互いに軸方向に偏移させることで、基板の実装面は、その円周方向一端部から円周方向他端部に向かうに従って軸方向に漸次偏移して螺旋状に配置されるため、収容空間における各センサの軸方向の位置を適切に配置することができる。
上記センサ付き転がり軸受装置は、前記固定輪又は前記回転輪に設けられ、前記固定側軌道及び回転側軌道と前記転動体との間を潤滑する潤滑剤が前記収容空間へ流出するのを防ぐシールドをさらに備えているのが好ましい。
この場合、固定側軌道及び回転側軌道と転動体との間を潤滑する潤滑剤が収容空間へ流出するのを防ぐことができるため、この流出に起因してセンサの検出精度が低下するのを防止することができる。
本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、省スペースでセンサを配置することができる。
本発明の一実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置を示す断面図である。 上記センサ付き転がり軸受装置のシールド及びその周囲を説明する断面図である。 上記センサ付き転がり軸受装置の温度センサ及び3軸加速度センサが実装された基板を示す図である。 上記基板がケーブルと共に取付部材に収容された状態であって、樹脂部により封止される前の状態を示す斜視図である。 図4のI−I矢視断面図である。 図4のII−II矢視断面図である。 図4のIII−III矢視断面図である。 図4のIV−IV矢視断面図である。 センサユニットを転がり軸受の収容空間に収容する組み付け途中の状態を示す斜視図である。 センサユニットを収容空間に収容した状態を示す斜視図である。 取付部材と外輪との固定構造の変形例を示す断面図である。 複数種類のセンサとして温度センサ及び回転センサが実装された基板の変形例を示す図である。 図12の基板が収容される転がり軸受のみを示す斜視図である。 従来の転がり軸受が組み込まれた機器の一例を示す断面図である。 従来のセンサ付き軸受装置が組み込まれた機器の一例を示す断面図である。 (a)は従来の転がり軸受を示す概略断面図であり、(b)は本発明の上記転がり軸受を示す概略断面図である。
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置を示す断面図である。センサ付き転がり軸受装置1は、転がり軸受10と、センサユニット20とを備えている。このセンサユニット20は、転がり軸受10の状態を検出する複数種類のセンサ21,22(図2参照)を備えている。複数種類のセンサとしては、温度センサ、回転センサ及び加速度センサ等が挙げられる。本実施形態では、温度センサ21及び3軸加速度センサ22の2種類のセンサを用いている。
転がり軸受10は、例えば玉軸受からなり、外輪(固定輪)11と、この外輪11の内周側に同心に配置されている内輪(回転輪)12と、外輪11と内輪12との間の環状空間16に転動自在に介在配置されている複数の玉(転動体)13と、これらの複数の玉13を円周方向に沿って所定間隔毎に保持している保持器14と、を備えている。本実施形態の転がり軸受10は、その外形寸法がISO規格で規定された寸法である所謂「標準品」の転がり軸受である。
外輪11及び内輪12は、例えば軸受鋼(SUJ2)や機械構造用鋼(S55C)から形成されている。
外輪11は、図示していないハウジングの内面に嵌め入れられる環状の部材である。この外輪11の内周面には、外輪軌道(固定側軌道)11aが形成されている。外輪軌道11aの軸方向の中心線Y1は、外輪11の軸方向の中心線C1に対して軸方向一端側(図1中の右端側)に偏移している。
内輪12は、図示していない回転軸に外嵌される環状の部材である。この内輪12の外周には、外輪軌道11aに対向している内輪軌道(回転側軌道)12aが形成されている。本実施形態では、内輪軌道12aの軸方向の中心線は、外輪軌道11aの軸方向の中心線Y1と一致している。すなわち、内輪軌道12aの軸方向の中心線Y1は、内輪12の軸方向の中心線C1に対して軸方向一端側に偏移している。
玉13は、軸受鋼等を用いて形成された球形の部材であり、外輪軌道11aと内輪軌道12aとの間に転動自在に介在している。
外輪11の内周面の軸方向他端側(図1中の左端側)には、環状の外切欠段差部(切欠段差部)11bが形成されている。また、内輪12の外周面には、前記外切欠段差部11bに対応する位置に環状の内切欠段差部(切欠段差部)12bが形成されている。内切欠段差部12bは、内輪12の軸方向他端側の外周面に形成された内切欠段差周面12b1と、内切欠段差周面12b1の軸方向一端から径方向外方に延びる端内切欠段差端面12b2とを有する。
これにより、外切欠段差部11bと内切欠段差部12bとの間には、前記センサ21,22を収容するための環状の収容空間15が形成されている。外切欠段差部11bの周面の軸方向他端部には、円周方向の所定箇所に径方向外方に窪む溝部11cが形成されている。
図1に示すように、外輪11には、薄肉の金属製平板部材からなる一対のシールド30が設けられている。このシールド30は、外輪11と内輪12との間に形成された環状空間16をシールするために機能している。シールド30は、例えばステンレス鋼(SUS304)からなる。シールド30をステンレス鋼とすることにより、シールド30に耐食コーティング等の防錆対策が不要となる。このように、シールド30は、外輪11及び内輪12と同様に金属製であるが、異種材からなる。
また、外輪11と内輪12との間の環状空間16に封入されるグリース(潤滑剤)として、例えばエステル油グリースやウレア系グリースが用いられる。グリースは、外輪軌道11a及び内輪軌道12aと玉13との間を潤滑するようになっている。
シールド30は、軸受外部に存在する異物が環状空間16に侵入するのを防ぐとともに、環状空間16内のグリースが軸受外部へ、特に収容空間15へ流出するのを防止している。
一対のシールド30は、環状空間16の軸方向両側にそれぞれ設けられている。図中右側のシールド30は、外輪11の軸方向一端側の端面に溶接によって固定され、図中左側のシールド30は、外輪11の外切欠段差部11bの側面に溶接によって固定され、収容空間15と環状空間16との境界に配置されている。
各シールド30は、内輪12の外周面に対して径方向の隙間を有して対向している。内輪12と外輪11とは相対回転可能であることから、シールド30と内輪12とは相対回転可能となる。図中右側のシールド30と図中左側のシールド30とは、取り付け方向が逆であるだけで同一の構造である。
図2は、図1の右側のシールド30及びその周囲を説明する断面図である。シールド30は、平坦な円環部30aと円筒部30bとを有しており、金属製の平板部材をプレス加工することによって形成されている。円環部30aは、転がり軸受10(外輪11及び内輪12)の中心線C1に対して略平行に配置されている。この円環部30aの径方向外側の一部は、外輪11に溶接によって固定されている。このため、円環部30aの径方向外側の一部に溶接部(ビード)Bが形成される。
外輪11の軸方向側面には、外輪11の内周側に開放する溝11eが形成されている。この溝11eは外輪11の全周にわたって環状に形成されている。この溝11e内の側面に円環部30aの側面が当接され、溶接によって円環部30aが固定されている。溝11eの周面(内周面)の内径はシールド30の外径よりも大きく設定されている。
溝11eの軸方向寸法mは、円環部30aの厚さ寸法tよりも大きく設定されている。これは溶接部Bの余盛が外輪11の軸方向側面から軸方向にはみ出すのを防ぐためである。シールド30の厚さtは円環部30aと円筒部30bとの双方で同一であり、例えば0.2ミリとされる。
上記のように薄肉の金属製平板部材を用いたシールド30を本実施形態の転がり軸受10に適用することによって、シールド30を含めた転がり軸受10の軸方向の幅をより小さくすることが可能となる。つまり、従来のシールドは、外輪の内周面に嵌合させることによって取り付ける構造が一般的であったが、これではシールドを嵌合させるための嵌合代を外輪の内周面に確保する必要があり、その分転がり軸受10の軸方向の幅が大きくなっていた。本実施形態では、外輪11の側面にシールド30の円環部30aを当接し、しかも当該円環部30aを溶接によって固定しているので、転がり軸受10の軸方向の幅を小さくすることができる。また、外輪11の側面に溝11eを形成することによって、シールド30や溶接部Bが外輪12よりも軸方向外側に突出しないので、転がり軸受10の軸方向の幅をより小さくすることができる。
シールド30の円筒部30bは、円環部30aの径方向内側の端部から転がり軸受10の内部側へ略90°屈曲して延びている。円筒部30bの軸線は、転がり軸受10の軸線と一致している。円筒部30bの内周面には、環状に形成された樹脂製のコーティング層31が設けられている。コーティング層31は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなるフッ素樹脂により形成されている。コーティング層31の内周面は、内輪12の外周面と隙間δをあけて径方向に対向している。この隙間δによって、シールド30は、内輪12と非接触でありながら密封性を確保している。
前記コーティング層31の径方向の厚みは、当該コーティング層31を円筒部30bに設ける時点では、隙間δ=0となるように厚く形成される。そして、シールド30を転がり軸受10に組み付ける際には、コーティング層31の内周面を内輪12の外周面に圧入した状態で、シールド30を外輪11に溶接により固定するようになっている。これにより、シールド30を外輪11に固定する際に、シールド30を外輪11と同心に配置するための位置決め作業を容易に行うことができる。なお、シールド30を外輪11に固定した後は、外輪11に対して内輪12を回転させると、コーティング層31の内周面が内輪12の外周面と摺接して摩耗することで、前記隙間δを形成することができる。
図1に示すように、センサユニット20は、温度センサ21及び3軸加速度センサ22を含む電子部品が実装された単一の基板23と、基板23を収容する取付部材28と、取付部材28内に充填されて基板23を封止する樹脂部27と、基板23に接続されるケーブル25とを備える。
図3は、温度センサ21及び3軸加速度センサ22が実装された基板23を示す図である。
基板23は、例えば4層スルーホール基板からなり、有端環状に形成されている。基板23の円周方向一端部の実装面23eには3軸加速度センサ22が実装され、基板23の円周方向他端部の実装面23eには温度センサ21が実装されている。
温度センサ21は、転がり軸受10の発熱温度を検出するものである。この温度センサ21は、例えば半導体センサからなり、基板23上に実装されている。なお、温度センサ21は、半導体センサ以外に熱電対等の他の温度センサを用いても良い。
3軸加速度センサ22は、互いに直交する3軸方向に対する固定輪11や回転輪12の振動をそれぞれ検出するものである。この3軸加速度センサ22は、例えば半導体センサからなり、温度センサ21と共に基板23上に実装されている。
基板23の外周には、円周方向に所定間隔をおいて複数の凹部23a〜23cが形成されている。このうち一つの凹部23aは、基板23の周方向両端部にそれぞれ形成された切欠き23a1,23a2によって形成されている。
また、基板23には、その厚さ方向に貫通する取付孔23dが形成されている。取付孔23dには、円筒状のケーブル25の一端部が挿通されている。ケーブル25は、センサ付き転がり軸受装置1の外部から基板23上の各センサ21,22等に接続される複数の信号線25aと、外来ノイズを防ぐシールド線25bとを備えている。
図1に示すように、基板23は、断面コ字形状に形成された取付部材28に収容された状態で、ウレタン樹脂等の樹脂部27により封止される。
取付部材28は、円環状に形成された円環部28aと、この円環部28aの外周端及び内周端からそれぞれ軸方向外側に延びる円筒状の外筒部28b及び内筒部28cとを有しており、外筒部28bと内筒部28cとの間に形成された環状の封止空間に基板23が嵌め込まれる。
外筒部28b及び内筒部28cの軸方向の長さ寸法L1は、基板23が前記封止空間に嵌め込まれた状態で、樹脂部27の軸方向の一端面27bと、外筒部28b及び内筒部28cの軸方向の先端面28b1,28c1とが略同一平面状に位置するように設定されている。また、前記長さ寸法L1は、外筒部28b及び内筒部28cの軸方向の先端面28b1,28c1と、外輪11及び内輪12の軸方向他端側の端面11d,12dとが略同一平面状に位置するように設定されている。これにより、樹脂部27及び取付部材28は、転がり軸受10の収容空間15から軸方向外方へ、はみ出さないように当該収容空間15に収容されている。なお、取付部材28の円環部28aの軸方向内側の端面28a1と内切欠段差部12bの内切欠段差端面12b2との間には隙間L2が形成されている。
外筒部28bの外周面の軸方向外端部には、径方向外方に突出する突出部28dが形成されている。この突出部28dは、収容空間15に収容された状態で、外輪11の外切欠段差部11bに形成された溝部11cに係合される。これにより、取付部材28は、収容空間15に収容された状態で外切欠段差部11bに固定される。
なお、取付部材28の突出部28dは、外筒部28bの周方向の1箇所に形成されているが、周方向に所定間隔をあけて複数形成されていても良い。また、本実施形態では、取付部材28を外切欠段差部11bに係合して固定しているが、接着して固定しても良い。
図4は、基板23がケーブル25と共に取付部材28に収容された状態であって、樹脂部27により封止される前の状態を示す斜視図である。図4に示すように、取付部材28の円環部28aには、前記封止空間に嵌め込まれた基板23の凹部23a〜23cに対応する位置において、軸方向外側へ突出する複数の位置決め部29A〜29Dが形成されている。
これらの位置決め部29A〜29Dは、基板23を前記封止空間に嵌め込んだ状態で、基板23の円周方向両端部を互いに軸方向に偏移させた状態で保持するためのものである。位置決め部29A,29Dは、凹部23aの切欠き23a1,23a2に対応する位置にそれぞれ1個ずつ配置されている。位置決め部29B,29Cは、凹部23b,23cに対応する位置に、それぞれ2個ずつ配置されている。
図5〜図8は、それぞれ図4のI−I矢視断面図、II−II矢視断面図、III−III矢視断面図、及びIV−IV矢視断面図である。
図5及び図4に示すように、基板23の切欠き23a1に対応する位置に配置された位置決め部29Aは、その軸方向外端面に形成された係合部29A1を有している。この係合部29A1は、位置決め部29Aの軸方向外端から軸方向内側に延びる第1係合面29A2と、第1係合面29A2の軸方向内端から径方向内方に延びる第2係合面29A3とを有している。第1係合面29A2の軸方向の長さ寸法h1は、基板23の厚さ寸法と略同一長さに設定されている。
係合部29A1は、基板23の円周方向一端部(切欠き23a1が形成された部分)の実装面23eを第2係合面29A3に面接触させた状態で、当該円周方向一端部を係合保持している。この状態において、基板23の円周方向一端部に実装された3軸加速度センサ22の先端部は、円環部28aに形成された溝部28a2に入り込む。
図6及び図4に示すように、基板23の凹部23bに対応する位置に配置された位置決め部29Bは、その軸方向外端面に形成された係合部29B1を有している。この係合部29B1は、位置決め部29Bの軸方向外端から軸方向内側に延びる第1係合面29B2と、第1係合面29B2の軸方向内端から径方向内方に延びる第2係合面29A3とを有している。第1係合面29B2の軸方向の長さ寸法h2は、係合部29A1の第1係合面29A2の長さ寸法h1(図5参照)よりも長く設定されている。
係合部29B1は、基板23の周方向中間部(凹部23bが形成された部分)の実装面23eを第2係合面29B3に面接触させた状態で、当該周方向中間部を係合保持している。
図7及び図4に示すように、基板23の凹部23cに対応する位置に配置された位置決め部29Cは、その軸方向外端面に形成された係合部29C1を有している。この係合部29C1は、位置決め部29Cの軸方向外端から軸方向内側に延びる第1係合面29C2と、第1係合面29C2の軸方向内端から径方向内方に延びる第2係合面29C3とを有している。第1係合面29C2の軸方向の長さ寸法h3は、係合部29B1の第1係合面29B2の長さ寸法h2(図6参照)よりも長く設定されている。
係合部29C1は、基板23の周方向中間部(凹部23cが形成された部分)の実装面23eを第2係合面29C3に面接触させた状態で、当該周方向中間部を係合保持している。
図8及び図4に示すように、基板23の切欠き23a2に対応する位置に配置された位置決め部29Dは、その軸方向外端面に形成された係合部29D1を有している。この係合部29D1は、位置決め部29Dの軸方向外端から軸方向内側に延びる第1係合面29D2と、第1係合面29D2の軸方向内端から径方向内方に延びる第2係合面29D3とを有している。第1係合面29D2の軸方向の長さ寸法h4は、係合部29C1の第1係合面29C2の長さ寸法h3(図7参照)よりも長く設定されている。
係合部29D1は、基板23の円周方向他端部(切欠き23a2が形成された部分)の実装面23eを第2係合面29D3に面接触させた状態で、当該円周方向他端部を係合保持している。この状態において、基板23の円周方向他端部に実装された温度センサ21の先端部は、円環部28aの厚さ方向に貫通する孔部28a3に挿入される。これにより、センサユニット20を転がり軸受10の収容空間15に収容したときに、温度センサ21の先端面がシールド30の円環部30aに当接するようになっている。
以上のように、円環部28aの周方向に所定間隔をおいて形成された各位置決め部29A〜29Dの係合部29A1〜29D1は、基板23の円周方向一端部から円周方向他端部に向かうにしたがって、軸方向の長さ寸法h1〜h4が徐々に長くなる第2係合面29A3〜29D3を有している。
これにより、基板23の実装面23eをこれらの第2係合面29A3〜29D3に面接触させた状態で係合保持することで、基板23の実装面23eは、その円周方向一端部から円周方向他端部に向かうに従って軸方向に漸次偏移して螺旋状に配置されるため、収容空間15における各センサ21,22の軸方向の位置を適切に配置することができる。
図4に示すように、取付部材28の内筒部28cの円周方向の一部には、切欠部28fが形成されている。この切欠部28fは、後述する変形例(図12参照)のように、3軸加速度センサ22の代わりに回転センサ32が実装された基板23を取付部材28に嵌め込んだときに、回転センサ32の張出部23fに対応する位置に配置される。これにより、基板23が取付部材28に嵌め込まれた状態であっても、回転センサ32を、内輪12側の被検出部26(後述)に対向させることができる。
なお、本実施形態では、基板23に回転センサ32を実装していないため、必ずしも内筒部28cに切欠部28fを形成する必要はない。
図9は、センサユニット20を転がり軸受10の収容空間15に収容する組み付け途中の状態を示す斜視図である。図9に示すように、センサユニット20を収容空間15に収容する前において、基板23は取付部材28に嵌め込まれた状態(図4参照)で樹脂部27により封止される。その際、ケーブル25の基板23側の接続端部も樹脂部27により封止され、基板23と共に取付部材28に一体化される。
なお、樹脂部27により基板23を封止するときは、取付部材28の内筒部28cの切欠部28f及び円環部28aの孔部28a3(図8参照)から樹脂が漏れるのを防止するために、切欠部28f及び孔部28a3をそれぞれテープ(図示省略)により予め養生した状態で行われる。
図9に示すように、基板23、ケーブル25及び取付部材28が一体化されたセンサユニット20は、取付部材28側の突出部28dを、外輪11側の溝部11cの対応する位置に配置した状態で、転がり軸受10の収容空間15に収容される。
図10は、センサユニット20を収容空間15に収容した状態を示す斜視図である。図10に示すように、センサユニット20は、取付部材28側の突出部28dが外輪11側の溝部11cに係合することで、収容空間15に収容された状態で外輪11に固定される。
以上、本実施形態のセンサ付き転がり軸受装置1によれば、転がり軸受10の外輪11及び内輪12の各周面の軸方向端部に形成された切欠段差部によって、外輪11及び内輪12の間に複数種類のセンサ21,22を収容する収容空間15が形成されるため、センサ付き転がり軸受装置1が組み込まれる機器には、転がり軸受10を配置するスペースだけを確保すれば良い。これにより、前記機器には、従来のように転がり軸受を配置するスペース以外にセンサユニットを配置するスペースを確保する必要がないので、省スペースで複数種類のセンサ21,22を配置することができる。
また、複数種類のセンサ21,22は、単一の基板23に実装されているため、この単一の基板23を収容空間15に配置することで、複数種類のセンサ21,22を収容空間15に簡単に収容することができる。
また、転がり軸受10の温度を検出する複数の温度センサ21は、基板23に実装された状態で収容空間15に配置されるため、省スペースで複数の温度センサ21を配置することができる。
また、外輪11や内輪12の互いに直交する3軸方向の振動をそれぞれ検出する3軸加速度センサ22は、基板23に実装された状態で転がり軸受10の収容空間15に配置することができるため、省スペースで3軸加速度センサ22を配置することができる。また、上記3軸加速度センサにより、転がり軸受10の傾きや、この転がり軸受10が組み込まれた工作機械等の機器の傾きも検出することができる。
また、複数種類のセンサ21,22が実装された基板23は、取付部材28に嵌め込まれた状態で外輪11の外切欠段差部11bに固定されるため、複数種類のセンサ21,22を外輪11の外切欠段差部11bに簡単に固定することができる。
また、収容空間15と環状空間16との境界に配置されたシールド30により、環状空間16内に封入されたグリースが収容空間15へ流出するのを防ぐことができるため、この流出に起因して各センサ21,22の検出精度が低下するのを防止することができる。
図11は、取付部材28と外輪11との固定構造の変形例を示す断面図である。図11に示すように、取付部材28における外筒部28bの外周面の軸方向外端部には、円周方向の全周に亘って環状の窪み部28gが形成されている。
外輪11における外切欠段差部11bの周面の軸方向外端部には、円周方向の全周に亘って環状の突起部11fが形成されている。この突起部11fは、取付部材28を収容空間15に収容した状態で、外筒部28bに形成された窪み部28gに係合される。これにより、取付部材28は、収容空間15に収容された状態で外切欠段差部11bに固定される。
図12は、複数種類のセンサとして温度センサ21及び回転センサ32が実装された基板23の変形例を示す図である。
回転センサ32は、転がり軸受10の内輪12の回転数(回転速度)を検出するものであり、基板23に実装されている。具体的には、基板23の内周の一部には、軸方向に張り出す張出部23fが形成されており、この張出部23cの内面に回転センサ32が取り付けられている。回転センサ32は、例えば直径1mm以下のシートコイルからなり、内輪12側に設けられた被検出部26(図13参照)に対して径方向に対向し、被検出部26に対して僅かなエアギャップを設けて非接触で配置される。
図13は、図12の基板23が収容される転がり軸受10のみを示す斜視図である。図13に示すように、転がり軸受10の内輪12の内切欠段差部12bの内切欠段差周面12b1は、多角形状(ここでは正八角形状)に形成されており、回転センサ32によって検出される被検出部26とされている。なお、被検出部26は、内切欠段差周面12b1と別体に設けられていても良い。
このような構成において内輪12が回転すると、回転センサ32と多角形状の被検出部26との間の対向距離の変化が繰り返し生じる。この対向距離の変化を回転センサ32が検出することで、内輪12の回転速度を検出することができる。
なお、回転センサは、磁気センサであっても良い。この場合、円周方向に交互に磁極が変化するパルサリングを被検出部26として内輪12側の内切欠段差周面12b1に別途取り付け、このパルサリングの回転に伴う磁界の変化を磁気センサにより検出すれば良い。
以上、本変形例によれば、回転センサ32は基板23に実装された状態で収容空間15に配置され、かつ内輪12の内切欠段差部12bが回転センサ32により検出される被検出部26とされているため、回転センサ32及び被検出部26をいずれも収容空間15に配置することができる。これにより、省スペースで回転センサ32及び被検出部26を配置することができる。
図14は、従来の転がり軸受が組み込まれた機器の一例を示す断面図である。図14の例では、転がり軸受101は、工作機械に組み込まれ、回転軸201を回転可能に支持している。転がり軸受101の内輪102は、ワッシャ111とブッシュ112とで回転軸201に外嵌固定されている。転がり軸受101の外輪103は、ハウジング113の取り付け孔の内周面にワッシャ114と固定リング115とで固定されている。内輪102と外輪103との間には、複数の転動体としての玉104が保持器105により等間隔に配列されている。
また、転がり軸受101の内部には潤滑用グリース(図示せず)が充填されている。このグリーズが外部へ流出するのを防止するとともに、外部から転がり軸受101内部に異物が侵入しないように、外輪103の軸方向両端部には一対のシールド106が取り付けられている。
各シールド106は、その外周部が外輪103の内周面の軸方向両端部に形成された一対の円周溝108にそれぞれ嵌合固定されている。
転がり軸受101は、その外形寸法がISO規格で規定された寸法の標準品であり、外輪103の内周面に形成された外輪軌道(固定側軌道)103aの軸方向の中心線Y2は、外輪103の軸方向幅W2の軸方向の中心線C2と一致している。
また、内輪102の外周面に形成された内輪軌道(回転側軌道)102aの軸方向の中心線Y2は、内輪102の軸方向幅W2の軸方向の中心線C2と一致している。
図15は、従来のセンサ付き軸受装置が組み込まれた機器の一例を示す断面図である。図15の例では、センサ付き軸受装置は、図14に示す標準品の転がり軸受101と、回転センサ117とを備えている。
図15に示すように、従来のセンサ付き軸受装置では、内輪102を固定するブッシュ112にエンコーダ116が取り付けられ、外輪103にエンコーダ116の回転を検出する回転センサ117が固定されている。
図14に示す工作機械において、転がり軸受101に替えて、図15に示すセンサ付き軸受装置を取り付けようとすると、回転センサ117が固定リング115等と干渉し、そのままでは取り付けることができないため、転がり軸受101の取り付け構造を大きく変更する必要がある。
このように、図15に示すように、機器(工作機械)が予めセンサ付き軸受装置の組み込みを前提としている場合には問題がないが、図14に示すように、既存の標準品の転がり軸受が既に組み込まれ、回転センサの組み込みが想定されていない機器では、後から上記センサ付き軸受装置を組み込むことができないという問題があった。
図16(a)は従来の転がり軸受101を示す概略断面図であり、図16(b)は本発明の転がり軸受10を示す概略断面図である。図16(a)と図16(b)とを比較すると、従来の転がり軸受101及び本発明の転がり軸受10は、いずれもISO規格で規定された標準品であるため、本発明の転がり軸受10の軸方向幅W1は、従来の転がり軸受101の軸方向幅W2と同一寸法とされている。
そして、本発明の転がり軸受10には、外輪軌道11a(内輪軌道12a)の軸方向の中心線Y1を、外輪11(内輪12)の軸方向の中心線C1に対して偏移させることで、センサを収容するための収容空間15が形成されている。すなわち、本発明のセンサ付き転がり軸受装置1は、転がり軸受10の外形寸法をISO規格で規定された寸法を保持したまま、センサを収容するための収容空間15を形成したものである。
したがって、本発明のセンサ付き転がり軸受装置1では、図14に示す標準品の転がり軸受のみが既に込み込まれた機器であっても、これらの機器の構造を変更することなく、標準品の転がり軸受からセンサ付き転がり軸受装置1に容易に置き換えることができる。
すなわち、本発明のセンサ付き転がり軸受装置1によれば、既存の標準品の転がり軸受と同じサイズで、センサ機能が付与された転がり軸受を機器に容易に組み込むことができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることはない。例えば、上記実施形態における切欠段差部は、外輪11と内輪12とにそれぞれ形成されているが、外輪11及び内輪12のいずれか一方のみに形成されていても良い。また、本発明は、複数種類のセンサを収容空間に収容しているが、1種類のセンサを収容空間に収容する場合にも適用することができる。
また、複数種類のセンサとして、温度センサ21と3軸加速度センサ22とを用いる場合、及び温度センサ21と回転センサ32とを用いる場合について説明したが、3軸加速度センサ22と回転センサ32とを用いたり、これらのセンサ21,22,32を全て用いたりしても良い。
また、複数種類のセンサとして、上記センサ21,22,32以外の他の種類のセンサを用いても良い。例えば、転がり軸受10が装着される機器の状態をモニターするために、当該機器周辺の音を集音する集音センサ(例えば、小型のMEMSマイク)を用いても良い。
1:センサ付き転がり軸受装置、10:転がり軸受、11 外輪(固定輪)、11a:外輪軌道(固定側軌道)、11b:外切欠段差部(切欠段差部)、12:内輪(回転輪)、12a:内輪軌道(回転側軌道)、12b:内切欠段差部(切欠段差部)、13:玉(転動体)、15:収容空間、21:温度センサ、22:3軸加速度センサ、23:基板、26:被検出部、28:取付部材、30:シールド、32:回転センサ、C1:中心線、Y1:中心線

Claims (12)

  1. 周面に固定側軌道が形成されている固定輪、前記固定側軌道に対向する回転側軌道が周面に形成され前記固定輪と同心に配置されている回転輪、及び前記固定側軌道と回転側軌道との間に転動自在に介在している複数の転動体を有する転がり軸受と、前記転がり軸受の状態を検出するセンサと、を備えたセンサ付き転がり軸受装置であって、
    前記固定側軌道及び回転側軌道の各軸方向の中心線は、それぞれ対応する前記固定輪及び回転輪の軸方向の中心線に対して軸方向一端側に偏移しており、
    前記固定輪及び回転輪の少なくとも一方の前記周面の軸方向他端側には、当該固定輪と回転輪との間に前記センサを収容する収容空間を形成するための切欠段差部が形成されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
  2. 前記転がり軸受の外形寸法が、ISO規格で規定された寸法である請求項1に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  3. 前記収容空間に収容される前記センサが、複数種類である請求項1又は2に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  4. 前記複数種類のセンサは、単一の基板に実装されている請求項3に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  5. 前記複数種類のセンサは、前記転がり軸受の温度を検出する温度センサを含む請求項3又は4に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  6. 前記複数種類のセンサは、前記固定輪側に取り付けられる3軸加速度センサを含む請求項3〜5のいずれか1項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  7. 前記複数種類のセンサは、前記転がり軸受の周辺の音を集音する集音センサを含む請求項3〜6のいずれか1項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  8. 前記複数種類のセンサは、前記固定輪側に取り付けられるとともに前記回転輪の回転状態を検出する回転センサを含む請求項3〜7のいずれか1項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  9. 前記切欠段差部は、少なくとも前記回転輪の前記周面に形成されており、
    前記回転輪の前記周面に形成されている前記切欠段差部には、前記回転センサによって検出される被検出部が設けられている請求項8に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  10. 前記切欠段差部は、少なくとも前記固定輪の前記周面に形成されており、
    前記固定輪の前記周面に形成されている前記切欠段差部に前記センサを取り付けるための取付部材をさらに備えている請求項1〜9のいずれか1項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  11. 前記収容空間に収容される前記センサが、複数種類であり、
    前記複数種類のセンサは、有端環状に形成された単一の基板に実装されており、
    前記取付部材は、前記基板の円周方向両端部を互いに軸方向に偏移させた状態で前記収容空間に配置可能に構成されている請求項10に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
  12. 前記固定輪又は前記回転輪に設けられ、前記固定側軌道及び回転側軌道と前記転動体との間を潤滑する潤滑剤が前記収容空間へ流出するのを防ぐシールドをさらに備えている請求項1〜11のいずれか1項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
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