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

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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