JP2023147977A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の外部への電波の無線送信が安定に可能であるとともに、ガスセンサの検出感度の低下が抑制された軸受装置を提供する。【解決手段】軸受装置１は、軸受２と、保持部材１２とを備える。保持部材１２は、外輪３および内輪４のいずれか一方に固定される。回路基板１３は、軸方向について、側板部１２Ａの表面１２ｆに固定される。回路基板１３には、軸受２の状態を検出する少なくとも１つのガスセンサＳＳＲと、上記ガスセンサＳＳＲの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路とが実装される。側板部１２Ａには貫通孔４２が形成され、貫通孔４２を覆うように多孔質膜４１が装着される。【選択図】図３

Description

本開示は、軸受装置に関するものである。

装置保全のために転がり軸受の状態を監視する目的で、軸受に隣接する位置にセンサを設けた軸受装置が用いられる。当該軸受装置は、センサで検出されたデータを利便性高く送信する目的で、上記データを無線送信可能な構成を有する場合がある。

上記軸受装置の一例が、たとえば特開２０１７－７２１７０号公報（特許文献１）に開示されている。特開２０１７－７２１７０号公報では、軸受を構成する保持器の、軸方向の一方の端面に多極リング磁石が設けられ、内輪と外輪との間を塞ぐ環状シールが設置され、環状シールの多極リング磁石と対向する側の面に発電用のコイルおよび無線処理回路が設置される。

また、上記軸受装置のセンサが、軸受に用いられる潤滑剤の劣化を検出するガスセンサである例が、たとえば国際公開第２０１７／１８８３１４号（特許文献２）に開示されている。

特開２０１７－７２１７０号公報 国際公開第２０１７／１８８３１４号

特開２０１７－７２１７０号公報の軸受装置は、仮に環状シールが金属製であれば、無線処理回路から発信される電波が遮断され、軸受の外部に送信できない。発電用のコイルおよび無線処理回路が軸方向の内側（転動体側）を向くように設置されるためである。一方、環状シールを樹脂などの非金属製とするか、あるいは電波が通過するためのスリット等を十分に環状シールに設けることにより、軸受の外部への電波の送信ができる。しかしこの場合、環状シールが樹脂製であるために環状シールの剛性が低下する。このため、軸受装置が振動している状態での軸受装置の作動が阻害される恐れがある。

次に、国際公開第２０１７／１８８３１４号公報では、ガスセンサは、軸受を納める筐体の外部に、筐体と距離をあけて設置される。ただしこの場合にはガスセンサと軸受との間隔が広くなるため、ガスセンサの検出感度が低下する恐れがある。

本開示は上記の課題に鑑みなされたものである。本開示の目的は、軸受の外部への電波の無線送信が安定に可能であるとともに、ガスセンサの検出感度の低下が抑制された軸受装置を提供することである。

本開示に従った軸受装置は、軸受と、保持部材とを備える。軸受は、外輪、内輪および転動体を含む。保持部材は、外輪および内輪のいずれか一方に固定される。保持部材は、径方向に幅を有し周方向に沿って延びる側板部を含む。保持部材には、電力を生成可能な電源の少なくとも一部と、回路基板とが固定される。回路基板は、軸方向について、側板部の、転動体と対向しない側の面に固定される。回路基板には、軸受の状態を検出する少なくとも１つのガスセンサと、ガスセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路とが実装される。側板部には、転動体に対向する第１面と、第１面と反対側に位置する第２面とを結ぶ貫通孔が形成される。貫通孔を覆うように多孔質膜が装着される。

本開示によれば、軸受の外部への電波の無線送信が安定に可能であるとともに、ガスセンサの検出感度の低下が抑制された軸受装置を提供できる。

実施の形態１の軸受装置の断面図である。 実施の形態２の軸受装置全体の斜視図である。 軸受の回転軸を含む平面における断面図である。 保持器を説明するための図である。 軸受装置をセンサユニット側から見た図である。 実施の形態２におけるセンサユニットの分解斜視図である。 実施の形態２におけるセンサユニットの組立て後の斜視図である。 実施の形態１における図１のセンサユニットを抜き取った拡大断面図である。 実施の形態３における図１０のセンサユニットを抜き取った拡大断面図である。 実施の形態３の第１例における軸受の回転軸を含む平面における断面図である。 実施の形態３の第２例における軸受の回転軸を含む平面における断面図である。

以下、図面に基づいて本実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
＜軸受装置の構成＞
図１は、実施の形態１の軸受装置の断面図である。これは、たとえば後述する実施の形態２の図２における回転軸Ｏを含む平面における断面図に相当する。また図１中にて保持部材１２に固定される各部材の位置は実際の位置と必ずしも整合しない。図１を参照して、本実施の形態の軸受装置１は、軸受２と、センサユニット６とを備える。ここで、軸受２は、軸方向の寸法が特定の規格に記載の標準軸受である。標準軸受とは、例えば、ＩＳＯ規格・ＪＩＳ規格に記載がある寸法の軸受である。軸受２は、ラジアル軸受であり、軸受２の軸方向の一方の端部から他方の端部までの寸法は、ＩＳＯ１５またはＪＩＳＢ１５１２－１に規定される寸法である。以下では、軸受２のことを標準軸受２とも称する。

軸受２は、外輪３と、内輪４と、転動体８と、保持器９と、シール１０とを含む。軸受２は、例えば、外輪３が静止輪となり、内輪４が回転輪となる。軸受２は、深溝玉軸受を一例として説明するが、軸受２の種類は深溝玉軸受に限定されない。軸受２は、軸受２の端面１１と転動体８との距離Ｗがセンサユニット６を収納可能な標準軸受の型番のサイズから選択すればよい。端面１１は、外輪３の端面でもある。

転動体８は、軸受２の周方向（図１の奥行方向）に間隔をあけて複数配置される。それら複数の転動体８を保持するのが保持器９である。保持器９は樹脂製部材である。保持器９は、軸方向である図１の左右方向の一方の端面側（図１の右側）が開放されている。保持器９は、軸方向の他方の端面側（図１の左側）が連結された形状である。このため図１では、概ね転動体８の中心よりも左側の領域のみに保持器９が配置され、転動体８の中心よりも右側の領域には保持器９が配置されない。

センサユニット６は、保持部材１２と、回路基板１３と、蓋１４とを含む。保持部材１２は、磁性体材料であり、金属製である。保持部材１２は、保持器９の、転動体８よりも一方の端面側（図１の右側）の位置に配置される。すなわち保持部材１２は、軸方向について保持器９が開放され保持器９が配置されない側に配置される。保持部材１２は、本来保持器９が配置されるべき位置に配置される。

保持部材１２は、側板部１２Ａを含む。側板部１２Ａは、軸受２の径方向（図１の上下方向）に、外輪３から内輪４に至るだけの幅を有する。側板部１２Ａは、周方向に沿って、すなわち円環状を描くように延びている。すなわち側板部１２Ａは周方向に（１周分）連続するように延びている。保持部材１２は、側板部１２Ａと、径方向についての外径面、内径面とにより形成される。

側板部１２Ａは保持部材１２のうち軸方向の最も転動体８に近い位置（軸受２内における内側）に、転動体８に隣接するように配置される。側板部１２Ａは転動体８と対向する側の裏面１２ｂ（第１面）と、裏面１２ｂと反対側（すなわち転動体８と対向しない側）の表面１２ｆ（第２面）とを有する。言い換えれば裏面１２ｂは軸受２の内側を向き、表面１２ｆは軸受２の外側を向く。

側板部１２Ａには、裏面１２ｂと表面１２ｆとを結ぶ貫通孔４２が形成されている。貫通孔４２は、軸受２の内部の転動体８に隣接する空間に連なる。貫通孔４２を覆うように、多孔質膜４１が装着されている。ここでは特に、多孔質膜４１は、貫通孔４２を軸方向における転動体８側（裏面１２ｂ側）から覆うことで、貫通孔４２を塞ぐ態様となっている。つまり多孔質膜４１は軸方向について貫通孔４２を塞いでいる。

多孔質膜４１は、フッ素樹脂を主成分とする。すなわち多孔質膜４１は微量のフッ素樹脂以外の材料を含んでもよいが、その大部分がフッ素樹脂により形成される。多孔質膜４１に含まれる孔のサイズ（最大部の径）は、たとえば１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、その中でも１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。図１において、多孔質膜４１は、貫通孔４２の延びる方向（軸方向）に交差する断面を塞ぐように、貫通孔４２内に配置される。

保持部材１２には、電力を生成可能な電源ＰＷＲの少なくとも一部と、回路基板１３とが固定される。なお図１の電源ＰＷＲは、たとえば以降の各実施の形態２～４のいずれかにおける電源であってもよいし、それ以外の種類の電源であってもよい。つまり図１の電源ＰＷＲは種類を問わない、電源の総称である。回路基板１３は、保持部材１２の側板部１２Ａの表面１２ｆに固定される。

回路基板１３には、軸受２の状態を監視し検出するガスセンサＳＳＲが１つ以上実装されている。なお図１のガスセンサＳＳＲの種類は問わない。ガスセンサＳＳＲは、ガスを検出可能なセンサの総称である。回路基板１３には、さらに、ワイヤレス通信回路１８が実装されている。

ガスセンサＳＳＲとしては、たとえばＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）技術を応用したセンサが用いられる。当該ガスセンサＳＳＲは、特定のガスに反応する感応膜が複数の検知部で支持される構造である。ガスセンサＳＳＲは、感応膜にガスが吸着すれば感応膜が変形する。ガスセンサＳＳＲは、その変形によって誘起される検知部のひずみ（電気抵抗変化）によってガスを検出する。

軸受２に用いられる潤滑剤の劣化（酸化）は光、熱、金属などの影響によりアルキルラジカルを生成する反応から始まる。一次生成物および二次生成物として、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステルなどが生成される。上記のガスセンサＳＳＲは、上記の生成物を検出可能なセンサである限り、種類は任意である。たとえばガスセンサＳＳＲは、軸受２の潤滑剤が劣化した際に生じる臭いの主成分である、微小量のカルボニル化合物（ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなど）を高精度に検出できるものであってもよい。

その中でもガスセンサＳＳＲは、炭素数が８以下のアルデヒドおよびカルボン酸の少なくともいずれかを検出するものであることが好ましい。

蓋１４は、回路基板１３を覆う非金属（樹脂製）の封止部材である。蓋１４は、保持部材１２に固定される回路基板１３を保護し、センサユニット６の内部を保護する。蓋１４の代わりに樹脂封止材を用いて回路基板１３を封止してもよい。また蓋１４は、回路基板１３以外の側板部１２Ａの表面１２ｆに固定された部材（たとえばワイヤレス通信回路１８、ガスセンサＳＳＲなど）を併せて保護する。

保持部材１２の径方向外側の外径面は、外輪３に形成された第１の切欠き部３ａに嵌合して固定される。なお特に内輪４が静止輪である場合には、保持部材１２は内輪４に固定されてもよい。保持部材１２は、外輪３の端面１１から軸方向の外側にはみ出さないように、圧入または接着される。なお、保持部材１２は、圧入と接着とを併用して固定されてもよいし、これら以外の方法で固定されてもよい。保持部材１２を第１の切欠き部３ａに固定した際、転動体８と保持部材１２との間には一定の隙間が確保される。これにより、転動体８と保持部材１２とは、アキシャル方向の変位が生じた場合も隙間により転動体８と保持部材１２とが接触しないようにすることができる。

保持部材１２が外輪３の端面１１から軸方向の外側にはみ出さないように配置されることにより、保持部材１２に固定された回路基板１３および電源ＰＷＲも同様に、外輪３の端面１１から軸方向の外側にはみ出さないように配置される。なお保持部材１２、回路基板１３および電源ＰＷＲは、内輪４の端面２０から軸方向の外側にはみ出さないように配置されることが好ましい。

＜作用効果＞
本開示に係る軸受装置１は、軸受２と、保持部材１２とを備える。軸受２は、外輪３、内輪４および転動体８を含む。保持部材１２は、外輪３および内輪４のいずれか一方に固定される。保持部材１２は、径方向に幅を有し周方向に沿って延びる側板部１２Ａを含む。保持部材１２には、電力を生成可能な電源ＰＷＲの少なくとも一部と、回路基板１３とが固定される。回路基板１３は、軸方向について、側板部１２Ａの、転動体８と対向しない側の面（表面１２ｆ）に固定される。回路基板１３には、軸受２の状態を検出する少なくとも１つのガスセンサＳＳＲと、上記ガスセンサＳＳＲの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路１８とが実装される。側板部１２Ａには、転動体８に対向する第１面（裏面１２ｂ）と、第１面と反対側に位置する第２面（表面１２ｆ）とを結び、転動体８に隣接する空間に連なる貫通孔４２が形成される。貫通孔４２を覆うように多孔質膜４１が装着される。

上記軸受装置１において、貫通孔４２は、軸受２の外輪３と内輪４との間に形成される内部空間と、ガスセンサＳＳＲが配置された空間とを繋ぐように形成されてもよい。外輪３と内輪４との間に形成される内部空間は、転動体８が配置される空間である。

回路基板１３が表面１２ｆに固定されることから、回路基板１３は軸受２の外側を向くように保持部材１２上に固定される。このため、たとえ保持部材１２として樹脂よりも剛性の高い金属製のものを用いても、回路基板１３に実装されたワイヤレス通信回路１８などから発信される電波が遮断され、軸受２の外部に送信できないなどの不具合を抑制できる。つまり軸受２の外部への電波の無線送信が安定に行なえる。

ガスセンサＳＳＲの出力信号を受信し、それを無線で外部に送信するワイヤレス通信回路１８により、軸受２の外部への電波の無線送信が安定に行なえる。

さらに、軸受２の内部にてたとえば潤滑剤の酸化により生じたガスが、多孔質膜４１に形成される孔を通過する。多孔質膜４１は上記の生成物のガスを通すが、軸受２の内部における摩耗粉、粉塵、油分の侵入を防ぐ。多孔質膜４１が側板部１２Ａの貫通孔４２に装着されることで、生成物のガスのみを、軸受２の内部から側板部１２Ａの表面１２ｆ側に通すことができる。これにより、表面１２ｆ側のたとえば回路基板１３に実装されたガスセンサＳＳＲへ、ガスを供給することができる。したがってガスセンサＳＳＲは高い精度で潤滑剤の生成するガスのみを検出できる。

また上記の多孔質膜４１の機能により、本実施の形態では、金属異物および潤滑剤が表面１２ｆ側の回路基板１３（に実装されたワイヤレス通信回路１８など）に侵入し、当該回路が短絡または劣化するなどの不具合を抑制できる。

以上より本開示に従えば、保持部材１２の材質にかかわらず、ガスセンサＳＳＲの検出感度の低下が抑制され、軸受２の外部への電波の無線送信が安定に行なえる軸受装置１を提供できる。

上記軸受装置１において、回路基板１３は非金属の蓋１４で覆われる。これにより、軸受２の内部で生じたガスが回路基板１３に実装されたガスセンサＳＳＲへ流れた後に、意図せずガスセンサＳＳＲから逃げることを抑制できる。蓋１４がガスの流れをブロックするためである。このため軸受２の内部で生じたガスをより確実にガスセンサＳＳＲに供給することができる。よってガスセンサＳＳＲにおけるガスの検出感度がいっそう高められる。

上記軸受装置１において、多孔質膜４１は、貫通孔４２の延びる方向に交差する断面を塞ぐように、貫通孔４２内に配置されることが好ましい。これにより多孔質膜４１を通るガスは、貫通孔４２を貫通してガスセンサＳＳＲの方へ流れやすくなる。

貫通孔４２内における多孔質膜４１の軸方向の位置は任意である。すなわち多孔質膜４１は、図１における貫通孔４２内のうち表面１２ｆ側（右側）に配置されてもよいし、中央部に配置されてもよい。ただし多孔質膜４１は、貫通孔４２内のうち裏面１２ｂ側（左側）に配置されることがより好ましい。このようにすれば、多孔質膜４１は軸受２の内部である外輪３、内輪４、転動体８により近い位置に配置される。このため多孔質膜４１は軸受２の内部にて潤滑剤などにより生じたガスが多孔質膜４１に達しやすくなる。したがって多孔質膜４１から貫通孔４２内およびガスセンサＳＳＲ側へのガスの侵入がより容易になる。

上記軸受装置１において、上記多孔質膜４１はフッ素樹脂を主成分とすることが好ましい。このようにすれば、多孔質膜４１は軸受２の潤滑剤の酸化により生じたガスのみを通し、回路基板１３に実装されたガスセンサＳＳＲ側へ侵入させることができる。つまり多孔質膜４１は軸受２の内部における摩耗粉、粉塵、油分の、ガスセンサＳＳＲおよび回路基板１３上のワイヤレス通信回路１８などへの侵入を防ぐ。

上記軸受装置１において、ガスセンサＳＳＲは、炭素数が８以下のアルデヒドおよびカルボン酸の少なくともいずれかを検出する。具体的には、ガスセンサＳＳＲが検出するのは、次の表１（鎖状脂肪族アルデヒド）および表２（カルボン酸）に示す化合物のガスであることが好ましい。

表１および表２には、低分子量である鎖状脂肪族アルデヒドおよびカルボン酸が示される。これらの化合物は、炭素数が少ないほど沸点が低い（つまり揮発しやすい）。このため炭素数が少ない化合物のガスは、ガスセンサの検出対象に適する。軸受２が使用される温度条件は様々である。転がり軸受の代表的材料は軸受用炭素鋼ＳＵＪ２である。ＳＵＪ２に標準的熱処理を施し製造される軸受の許容上限温度は１２０℃程度である。しかし寸法安定化処理を施すことにより、当該軸受は２００℃以上でも使用可能となる。このような一般的な軸受の運転条件を考慮すれば、潤滑剤の酸化を検出するための対象生成物としては、炭素数が８以下のアルデヒドおよびカルボン酸が特に好適である。

上記軸受装置１において、軸受２は、上記転動体８を周方向に間隔をあけて複数保持する保持器９を含む。保持器９は、軸方向の一方の端面側が開放され、他方の端面側が連結された形状である。保持部材１２は、保持器９の、転動体８よりも一方の端面側の位置に配置される。

上記軸受装置１では保持器９の軸方向の一方の端面が開放されるため、開放された部分（本来保持器９が配置される部分）に、回路基板１３および電源ＰＷＲなどを配置するスペースが設けられる。つまり回路基板１３および電源ＰＷＲを配置するための空間を軸受２の内部に有効に設けられる。また上記スペースに、軸受２の潤滑剤の劣化などの状態を検出するガスセンサＳＳＲを配置することができる。これにより、ガスセンサＳＳＲを軸受２に非常に近い位置に配置できるため、ガスセンサＳＳＲによる確度の高い軸受２の異常の検出ができる。

潤滑剤のうち、特に熱および金属（摩耗粉）の影響を受け酸化しやすいのは、軸受２の外輪３、内輪４、転動体８に近い位置に存在する潤滑剤である。このため上記スペースにガスセンサＳＳＲが配置されれば、潤滑剤の酸化による劣化を高精度に検出できる。

上記軸受装置１において、保持部材１２は金属製であってもよい。

保持部材１２が金属製であるため、保持部材１２は、高い剛性を有するように回路基板１３およびそこに設置されるガスセンサＳＳＲを保持できる。したがって振動する軸受２に保持部材１２が直接固定されても、ガスセンサＳＳＲの誤作動を抑制できる。このため軸受装置１は、振動が印加する使用環境であっても、ガスセンサＳＳＲによる潤滑剤の劣化の監視、およびガスセンサＳＳＲで検出されたデータの無線送信を安定に行なえる。

（実施の形態２）
＜軸受装置の構成＞
以降の各実施の形態における軸受装置の説明において、既出の実施の形態の軸受装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、特に構成および機能に差異がなければその説明を繰り返さない。実施の形態２では、実施の形態１の軸受装置１に備えられる電源ＰＷＲとして、電磁誘導式発電機が用いられる。図２は、実施の形態２の軸受装置全体の斜視図である。図２を参照して、軸受装置１は、軸受２と、センサユニット６と、磁気リング７とを備える。

センサユニット６は、保持部材１２と、回路基板１３と、蓋１４と、ステータ５とを含む。保持部材１２の側板部１２Ａのうち、径方向の外側の領域には回路基板１３が固定され、保持部材１２の全体を含むようにステータ５が配置される。

蓋１４は、非金属の樹脂製部材であり、センサユニット６の内部を保護する。本実施の形態の蓋１４は、図３のようにステータ５以外の領域を覆うように配置されてもよい。あるいは蓋１４は、ステータ５を含めて覆うように配置されてもよい。いずれにせよ蓋１４は回路基板１３を覆う。なお、ガスセンサＳＳＲによるガス検出感度をより高める観点から、ガスセンサＳＳＲと貫通孔４２との距離がより近いことが好ましい。このため次に述べる図３では他図でのワイヤレス通信回路１８の位置にガスセンサＳＳＲを示している。ただし図３およびそれ以降の各断面図も図１と同様に、保持部材１２内の各部材の位置は必ずしも実際の位置を表わさない。

ステータ５は、２つの磁性体部材２１，２２と、ボビン２３と、コイル２４とを含む。保持部材１２の部分が、ステータ５の磁性体部材２１として用いられる。

磁気リング７は、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に着磁した磁性体部材である。ステータ５は、外輪３に固定され、磁気リング７は、内輪４に固定される。ステータ５と磁気リング７とによって発電機Ｇが構成される。発電機Ｇは、クローポール型の発電機であるが、他の構造の発電機であってもよい。図２の一点鎖線は、軸受２の回転軸Ｏである。

図３は、軸受の回転軸を含む平面における断面図である。図３を参照して、外輪３の一方端の内周面には、実施の形態１と同様に段付きの第１の切欠き部３ａが形成される。さらに内輪４の一方端の外周面には、第１の切欠き部３ａと対向するように段付きの第２の切欠き部４ａが形成される。軸受２の軸方向（アキシャル方向とも称する）において、外輪３から内輪４に亘り、第１の切欠き部３ａおよび第２の切欠き部４ａにより転動体８へ向けて切欠いた環状の凹部５０が形成される。

磁気リング７は、芯金７ａと、多極磁石７ｂとを含む。多極磁石７ｂは、例えば、磁性粉とゴムとを混錬した磁性体材料を芯金７ａに加硫接着してから、Ｎ極とＳ極とを軸受２の周方向に交互に着磁したものである。磁気リング７の芯金７ａは、剛性を高めるためにフランジ部７ｃを有している。磁気リング７は、内輪４の外径面４ｂに圧入等により固定される。フランジ部７ｃは、内輪４に形成される第２の切欠き部４ａに収まる。磁気リング７は、内輪４の端面２０からはみ出さないように配置される。

環状の凹部５０の内部には、磁気リング７、ステータ５、および回路基板１３が軸受２の径方向に互いに重ならないように配置される。これにより、環状の凹部５０の内部に各部品を配置できるため軸受２の軸方向の厚みを抑えることができる。さらに、軸受装置１は、例えば、磁気リング７が内輪４に固定され、対向する位置の外輪３にステータ５が固定される。内輪４および外輪３は、軸受２の軸方向への変動が保持器９と比較し小さいため、発電機Ｇによって安定した発電量を確保することができる。

図４は、保持器を説明するための図である。図４を参照して、保持器９には、環状の保持器本体の軸方向の端面９１の周方向に沿って所定ピッチで凹部９３が形成される。凹部９３の周方向に対向する開口端から突出するように一対の爪部９４，９４が形成される。凹部９３と一対の爪部９４，９４とによって図３に示す転動体８が収納されるポケット９５が形成される。このように、保持器９の形状は、一方の端面９１側が開放され、他方の端面９２が連結された形状である。保持器９は、樹脂製部材であり、開放側にセンサユニット６と磁気リング７とが端面１１および端面２０からはみ出さないように配置される。

図５は、軸受装置をセンサユニット側から見た図である。図５では、センサユニット６の内部が分かるように蓋１４の一部を省略して図示している。図５を参照して、回路基板１３には、軸受２の状態を監視するガスセンサＳＳＲが１つ以上実装されている。その他にも、例えば、回路基板１３には、加速度センサ１５と温度センサ１６とが実装されてもよい。

回路基板１３には、さらに、電源回路１７と、ワイヤレス通信回路１８とが実装されている。電源回路１７は、発電機Ｇで生成される交流電力を整流して直流電力に変換する。つまり電源回路１７は、電源ＰＷＲ（図１参照）すなわち本実施の形態における発電機Ｇ（電磁誘導式発電機）とはまったく別である。ガスセンサＳＳＲ、加速度センサ１５、温度センサ１６、およびワイヤレス通信回路１８では、電源回路１７によって変換された直流電力が使用される。回路基板１３には、端子２５が配置されている。

ワイヤレス通信回路１８は、アンテナ部１８ａを含む。ワイヤレス通信回路１８は、軸受２の潤滑剤の劣化などの状態を監視するガスセンサＳＳＲの出力をアンテナ部１８ａを用いて無線で外部に送信する。回路基板１３は、複数のねじ１９により保持部材１２に固定されている。なお、回路基板１３は、保持部材１２に対し接着固定されてもよい。ワイヤレス通信回路１８を実装した回路基板１３は、樹脂製の蓋１４と対向して配置される。これにより、ワイヤレス通信回路１８は、金属などの導電性材料で密閉されない構造となる。このため、ワイヤレス通信回路１８内のアンテナ部１８ａを用いて無線通信が可能となる。

ワイヤレス通信回路１８は演算部１８ｂを含んでもよい。演算部１８ｂは、ガスセンサＳＳＲが検出したガスの成分を分析処理する、たとえば一般公知のＣＰＵ（Central Processing Unit）である。図５においては見やすくする観点から、演算部１８ｂはワイヤレス通信回路１８の本体に隣接するように配置される。しかしこのような態様に限られない。演算部１８ｂはワイヤレス通信回路１８の本体内に、外から見えないように搭載されてもよい。演算部１８ｂは、ガスセンサＳＳＲから受信したガス分析結果のデータを、外部に無線送信する。

図６は、実施の形態２におけるセンサユニットの分解斜視図である。図７は、実施の形態２におけるセンサユニットの組立て後の斜視図である。図６および図７を参照して、回路基板１３は、保持部材１２の側板部１２Ａの、転動体８と対向しない側の表面１２ｆに固定される。回路基板１３は、表面１２ｆのうち径方向の比較的外側の領域に配置される。ステータ５は、ステータ５Ａと、ステータ５Ｂとを含む。ステータ５Ａは保持部材１２に相当し、磁性体部材２１に相当する。ステータ５Ｂは磁性体部材２２に相当する。言い換えれば、ステータ５Ａと保持部材１２と磁性体部材２１とは同一であり、ステータ５Ｂと磁性体部材２２とは同一である。

磁性体部材２１，２２の断面はＵ字状である。ただし磁性体部材２１が保持部材１２の全体を占めるのに対し、磁性体部材２２は保持部材１２の径方向内側の領域に配置される。磁性体部材２１のＵ字状の断面のうち径方向の内側の領域が、磁性体部材２２のＵ字状の断面と互いに対向する。互いに対向する磁性体部材２１，２２の間に、磁性体部材２１，２２に囲まれるように、ボビン２３を含むコイル２４が装着される。磁性体部材２１の内周部には、複数の爪部２１ａが形成される。磁性体部材２２の内周部には、複数の爪部２２ａが形成される。ボビン２３の円周方向に設けられた溝には、マグネットワイヤを複数回巻いたコイル２４が配置される。ボビン２３は省略してもよい。

なお先述の実施の形態１における図７のセンサユニットの斜視図に相当するものは、ステータ５、複数の爪部２１ａおよび爪部２２ａを有さないが、その他は基本的に図７と同様の態様となる。

ステータ５の組立方法について以下に述べる。まず、コイル２４を巻いたボビン２３を磁性体部材２２の内部に挿入した状態で、磁性体部材２１の複数の爪部２１ａと磁性体部材２２の複数の爪部２２ａとが周方向に隙間を開けて交互に配置されるように組立てる。次いで、磁性体部材２２の外周面２２ｂを、その端部が磁性体部材２１の側板部１２Ａの表面１２ｆに接触するように固定する。このとき磁性体部材２１と磁性体部材２２との開口部が互いに対向し、その開口部内にボビン２３およびコイル２４が収納される態様となる。

磁性体部材２１の複数の爪部２１ａおよび磁性体部材２２の複数の爪部２２ａは、図３に示す磁気リング７の多極磁石７ｂとの隙間が確保された状態で、対向して配置される。ステータ５における磁性体部材２１の複数の爪部２１ａおよび磁性体部材２２の複数の爪部２２ａと磁気リング７とによってクローポール型の発電機Ｇが構成される。複数の爪部２１ａ，２２ａを合わせた数は、多極磁石７ｂの極数（Ｎ極とＳ極を合わせた数）と等しい。

多極磁石７ｂのＮ極から出た磁束は、例えば、磁極である複数の爪部２１ａ（または複数の爪部２２ａ）から磁性体部材２１（または磁性体部材２２）に入り、コイル２４の周りを回って隣接する複数の爪部２２ａ（または複数の爪部２１ａ）を経由し多極磁石７ｂのＳ極に戻る。内輪４の回転によって多極磁石７ｂのＮ極とＳ極との位置が入れ替わると磁束の向きが逆になる。このようにして発生する交番磁界により、コイル２４の両端に交流電力が発生する。

ステータ５から引き出されたコイル２４の巻き始めおよび巻き終わりの図示しない各端部は、回路基板１３に設けられた端子２５に接続される。内輪４が回転することによって発電機Ｇから出力される交流電力は、電源回路１７によって直流電力に変換される。

軸受装置１のセンサユニット６は、隔壁（図示しない）により保持部材１２の径方向について、領域が２分割されてもよい。この場合も上記と同様、径方向の外側の領域には回路基板１３が配置され、内側の領域にはクローポール型の発電機Ｇにおけるステータ５が配置される。磁気リング７は、ステータ５と対向する内径側に配置される。

＜作用効果＞
本実施の形態において、実施の形態１と同様に、多孔質膜４１および貫通孔４２を有し、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。すなわち、回路基板１３は非金属の蓋１４で覆われる。これにより、軸受２の内部で生じたガスが回路基板１３に実装されたガスセンサＳＳＲへ流れた後に、意図せずガスセンサＳＳＲから逃げることを抑制できる。蓋１４がガスの流れをブロックするためである。

本実施の形態の軸受装置１において、電源ＰＷＲ（図１参照）は、外輪３および内輪４のいずれか一方とは異なる他方に固定される磁気リング７と、磁気リング７と軸受２の径方向に対向するように保持部材１２に装着されるコイル２４とを有する電磁誘導式発電機（発電機Ｇ）である。磁気リング７には、多極磁石７ｂとして、複数の永久磁石が固定されてもよいし、複数の磁極を有する磁性体が固定されてもよい。

軸受装置１は、ラジアル方向にステータ５と磁気リング７とが配置されクローポール型の発電機Ｇを構成する。このため、ステータ５および磁気リング７は、発電機Ｇによって安定した発電量を確保することができる。ここで発電された電力はワイヤレス通信回路１８で使用可能となるため、軸受２の外部への電波の無線送信が安定に可能となる。

なお本実施の形態に係る軸受装置１は、保持部材１２には、電力を生成可能な電源の一部のみが固定される。電源としての発電機Ｇとは電磁誘導式発電機であるが、これは磁気リング７とステータ５とを含む。ステータ５は保持部材１２に固定される。保持部材１２がステータ５の一部であるステータ５Ａであり、ステータ５を構成するボビン２３，コイル２４が保持部材１２に固定されるためである。一方、磁気リング７はステータ５と対向し、回転輪である内輪４側に固定される。つまり磁気リング７は保持部材１２には固定されない。したがって発電機Ｇのうち磁気リング７を除く部材のみが保持部材１２に固定される。

本実施の形態の軸受装置１において、ワイヤレス通信回路１８は演算部１８ｂを含む。ワイヤレス通信回路１８は保持部材１２に固定される回路基板１３に実装され、保持部材１２は軸受２に含まれる外輪３および内輪４のいずれか一方に固定される。このため演算部１８ｂは保持器９の開放されたスペースに配置される。演算部１８ｂは、ガスセンサＳＳＲから受信したガス分析結果のデータを、外部に無線送信する。保持器９の開放されたスペースにガスセンサＳＳＲと演算部１８ｂとの双方が配置されるため、ガスセンサＳＳＲから演算部１８ｂまでの距離が短くなる。このため演算部１８ｂ（ワイヤレス通信回路１８）から外部に送信されるガス分析結果のデータの信頼性が高められる。演算部１８ｂでのデータの受信感度が高まるためである。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態１における図１のセンサユニットを抜き取った拡大断面図である。図９は、実施の形態３における図１０のセンサユニットを抜き取った拡大断面図である。図８および図９を参照して、実施の形態１と実施の形態３とは、裏面１２ｂから表面１２ｆまで側板部１２Ａを貫通する貫通孔４２が形成され、軸方向について多孔質膜４１が貫通孔４２を覆うように装着される点において共通する。ただし実施の形態１では、多孔質膜４１は貫通孔４２内に配置されるのに対し、実施の形態３では、多孔質膜４１は貫通孔４２の外側に、貫通孔４２と間隔をあけて配置されている。この点において実施の形態３は実施の形態１とは異なる。

図１０は、実施の形態３の第１例における軸受の回転軸を含む平面における断面図である。図１０を参照して、実施の形態３ではガスセンサＳＳＲが、貫通孔４２内に配置される。このようにするために、ガスセンサＳＳＲは、側板部１２Ａの固定される回路基板１３の、（裏面１２ｂと同じく）転動体８に対向する側の面上に実装されている。この点において実施の形態３は、ガスセンサＳＳＲが回路基板１３の（表面１２ｆと同じく）転動体８に対向する側と反対側の面上に実装される実施の形態１と異なっている。

本実施の形態では、多孔質膜４１は、貫通孔４２に対して浮かぶように形成されている。つまり裏面１２ｂのうち貫通孔４２に隣接する領域の上に多孔質膜４１が接合される。この多孔質膜４１は貫通孔４２を軸方向における転動体８側から覆っている。ただし多孔質膜４１は貫通孔４２と重なる領域においては貫通孔４２に隣り合う裏面１２ｂ上の領域に比べて裏面１２ｂから離れるように屈曲した断面形状である。これにより多孔質膜４１は、貫通孔４２と平面的に重なる位置において、貫通孔４２と軸方向について間隔をあけて貫通孔４２を覆うように配置される。

図１１は、実施の形態３の第２例における軸受の回転軸を含む平面における断面図である。図１１を参照して、図１０の第１例では図１と同様の電源ＰＷＲが示されるのに対し、図１１の第２例では図３と同様のクローポール型の発電機Ｇが用いられる。ただし図１１の多孔質膜４１およびガスセンサＳＳＲは図１０と同様である。

本実施の形態の各例のように、ガスセンサＳＳＲは、保持部材１２の側板部１２Ａに設けた貫通孔４２から挿入され、外輪３の第１の切欠き部３ａの端面に近接（または接触）させるように、回路基板１３の裏面（軸受２の内側にある転動体８を向く面）に実装してもよい。これにより、ガスセンサＳＳＲが外輪３に近づき、軸受２の潤滑剤の劣化を正確に検出することができる。多孔質膜４１による作用効果は、実施の形態１，２と同様である。

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 軸受装置、２ 軸受、３ 外輪、３ａ 第１の切欠き部、４ 内輪、４ａ 第２の切欠き部、４ｂ 外径面、５，５Ａ，５Ｂ ステータ、６ センサユニット、７ 磁気リング、７ａ 芯金、７ｂ 多極磁石、７ｃ フランジ部、８ 転動体、９ 保持器、１０ シール、１１，２０，９１，９２ 端面、１２ 保持部材、１２Ａ 側板部、１２ｂ 裏面、１２ｆ 表面、１３ 回路基板、１４ 蓋、１５ 加速度センサ、１６ 温度センサ、１７ 電源回路、１８ ワイヤレス通信回路、１８ａ アンテナ部、１８ｂ 演算部、１９ ねじ、２１，２２ 磁性体部材、２１ａ，２２ａ 爪部、２３ ボビン、２４ コイル、２５ 端子、３１ 蓄電池、４１ 多孔質膜、４２ 貫通孔、５０ 環状の凹部、９３ 凹部、９４ 爪部、９５ ポケット、ＰＷＲ 電源、ＳＳＲ ガスセンサ。

Claims (8)

1. 外輪、内輪および転動体を含む軸受と、
   保持部材とを備え、
   前記保持部材は、前記外輪および前記内輪のいずれか一方に固定され、
   前記保持部材は、径方向に幅を有し周方向に沿って延びる側板部を含み、
   前記保持部材には、電力を生成可能な電源の少なくとも一部と、回路基板とが固定され、
   前記回路基板は、軸方向について、前記側板部の、前記保持部材の前記転動体と対向しない側の面に固定され、
   前記回路基板には、前記軸受の状態を検出する少なくとも１つのガスセンサと、前記ガスセンサの出力を無線で外部に送信するワイヤレス通信回路とが実装され、
   前記側板部には、前記転動体に対向する第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とを結ぶ貫通孔が形成され、
   前記貫通孔を覆うように多孔質膜が装着された、軸受装置。
2. 前記回路基板は非金属の蓋で覆われる、請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記多孔質膜は、前記貫通孔の延びる方向に交差する断面を塞ぐように、前記貫通孔内に配置される、請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 前記貫通孔内に前記ガスセンサが配置され、
   前記多孔質膜は、前記貫通孔と平面的に重なる位置において、前記貫通孔と間隔をあけて前記貫通孔を覆うように配置される、請求項１または２に記載の軸受装置。
5. 前記多孔質膜はフッ素樹脂を主成分とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の軸受装置。
6. 前記ガスセンサは、炭素数が８以下のアルデヒドおよびカルボン酸の少なくともいずれかを検出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の軸受装置。
7. 前記軸受は、前記転動体を前記周方向に間隔をあけて複数保持する保持器をさらに含み、
   前記保持器は、前記軸方向の一方の端面側が開放され、他方の端面側が連結された形状であり、
   前記保持部材は、前記保持器の、前記転動体よりも前記一方の端面側の位置に配置される、請求項１～６のいずれか１項に記載の軸受装置。
8. 前記保持部材は金属製である、請求項１～７のいずれか１項に記載の軸受装置。

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