JP6676901B2 - 軸受−センサ取付構造 - Google Patents

Description

本発明は軸受−センサ取付構造に関するものであり、例えば転がり軸受周りの状態量を検出するための自己発電型のセンサをその転がり軸受に取付ける場合などに好適なものである。

自己発電型のセンサを転がり軸受本体に取付ける技術としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。自己発電の原理は、例えば転がり軸受の内輪と外輪の夫々に発電機のロータとステータを取付け、両者の回転速度差によってコイルに電力を誘起するものである。そのため、内輪にロータを固定し、外輪にステータを固定している。これらの固定は、内輪にロータを密に嵌め止めし、外輪にステータを密に嵌め止めして行われている。密な嵌め止めは、一般に、嵌合・圧入・カシメなどが挙げられる。また、これらの他、接着や、超音波若しくは熱による溶着などの固定方法が知られている。

特開２００３−１３９８３号公報

しかしながら、嵌合・圧入・カシメ・接着・溶着といった固定方法では、センサの構成部品と軸受の構成部品とが一体化されてしまうので、例えばセンサが故障し、交換が必要となった場合に、軸受ごと交換する必要がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、センサを交換する場合に軸受ごと交換する必要のない軸受−センサ取付構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、内輪及び外輪及び転動体を備えた軸受に軸受周りの状態量を検出するためのセンサを取付ける軸受−センサ取付構造であって、内輪及び外輪の少なくとも一方の外周面又は内周面の軸受軸線方向端部に形成され且つ軸受軸線と同軸な軸受側ネジ部と、センサの構成部品に形成され且つ軸受側ネジ部に螺合するセンサ側ネジ部とを備え、軸受側ネジ部及びセンサ側ネジ部を螺合して軸受にセンサを取付ける軸受−センサ取付構造が提供される。

本発明によれば、センサを交換する場合に軸受側ネジ部とセンサ側ネジ部との螺合を解除すればよいので軸受ごと交換する必要がない。

本発明の軸受−センサ取付構造の一実施形態が適用されたワイヤレスセンサ付き軸受の分解斜視図である。 図１の軸受−センサ取付構造の断面図である。 図１の軸受−センサ取付構造の変形例を示す断面図である。 図１の軸受−センサ取付構造の他の変形例を示す断面図である。 図１の軸受−センサ取付構造の異なる変形例を示す断面図である。

以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の実施形態に係る軸受−センサ取付構造について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の軸受−センサ取付構造が適用されたワイヤレスセンサ付き軸受の分解斜視図であり、図２は、図１の断面図である。このワイヤレスセンサ付き軸受１は、トーンリング２、センサユニット３、カバー４、転がり軸受５を備えて構成される。このうち、トーンリング２、センサユニット３、カバー４でセンサ（ワイヤレスセンサ）が構成される。転がり軸受５は、玉軸受であり、内輪５１と外輪５２の間に複数の転動体（玉）５３が保持器５４を介して転動自体に介在されている。なお、転動体５３は、電食防止のためにセラミックス製であることが望ましい。また、転動体５３は、玉に代えてころなどを用いることも可能である。

トーンリング２は、転がり軸受５の内輪５１に取付けられるものであり、内輪５１の内径とほぼ同径の円筒本体の外周に周期的な凹凸が等間隔に形成されている。カバー４は、転がり軸受５の外輪５２に取付けられるものであり、外輪５２の外径とほぼ同径の円筒本体の軸線方向一端部が円盤状に内側に張り出してセンサユニット３の取付け面４１を構成している。なお、取付け面４１の中心部にはトーンリング２の最大外径より大きな円孔が形成されている。センサユニット３は、トーンリング２の外周に配置されるようにしてカバー４の取付け面４１に取付けられるものである。このセンサユニット３は、図示しないセンサ類や無線送信装置などが実装されたセンサ基板３１、磁性体で形成されたヨーク３２の周りに導体ワイヤを巻いたコイル３３が複数配置されたコイル部３４を備えて構成される。そして、センサユニット３のセンサ基板３１及びコイル部３４は、トーンリング２の外周円環の一部をなすように円弧状に配置される状態でネジ止めなどによりカバー４の取付け面４１に取付けられる。

このセンサユニット３には、例えば発電部、充電回路、二次電池、検出センサや無線送信部などを備える。後述するように発電部で発電された交流電圧は、充電回路によって直流電圧に変換されて、検出センサや無線送信部に給電されると共に、余剰分は二次電池に蓄電される。検出センサや無線送信部は充電回路及び二次電池からの給電を受けて作動する。検出センサとしては、例えば転がり軸受の回転数を検出する回転センサ、転がり軸受の周囲温度を検出する温度センサ、転がり軸受の振動を検出する振動センサ、転がり軸受の周囲湿度を検出する湿度センサ、転がり軸受の潤滑油の酸化劣化に伴って生じるガス状の炭化水素、硫化水素、アンモニアなどを検出するガスセンサ、転がり軸受において生じる摩擦音を検出する超音波センサといったように、転がり軸受の動作や性能に影響を与える、転がり軸受の周りの状態量（物理量）を検出する各種センサの１つ又は複数が搭載されている。

このセンサユニット３がカバー４に取付けられた状態でカバー４及びトーンリング２を夫々転がり軸受５の外輪５２及び内輪５１に取付けると、前述のように、センサユニット３がカバー４と転がり軸受５の間に収納された状態でセンサユニット３はトーンリング２の外周に配置される。この状態で、例えば転がり軸受５の外輪５２が固定され且つ内輪５１が回転すると内輪５１と共にトーンリング２が回転する。これにより、トーンリング２がセンサユニット３のコイル部３４と相対回転し、トーンリング２の外周の凹凸と向かい合うコイル部３４の相対位置が変化する。このとき、コール部３４とトーンリング２の外周凹凸との距離が周期的に変化して各コイル３３に生じる磁束密度が変化し、この磁束密度の変化に伴って各コイル３３に交流電圧が発生する。この発生した交流電圧を、例えば前述の充電回路で直流電圧に変換してセンサユニット３の各部に動作電力として供給する。なお、電磁誘導方式による発電の他、静電誘導方式など、あらゆる発電方式を採用することができる。

この実施形態では、ワイヤレスセンサの構成部品であるトーンリング２を転がり軸受５の内輪５１に取付けるために内輪５１の軸線方向一方の端部の内周面に軸受内輪側雌ネジ部（軸受側ネジ部）６を形成すると共に、トーンリング２の円筒本体軸線方向一端部の外周面にトーンリング側雄ネジ部（センサ側ネジ部）７を形成している。軸受内輪側雌ネジ部６は、転がり軸受５の軸受軸線と同軸なネジ部であり、トーンリング側雄ネジ部７は、軸受内輪側雌ネジ部６に螺合するネジ部である。同様に、ワイヤレスセンサの構成部品であるカバー４を転がり軸受５の外輪５２に取付けるために外輪５２のうち、軸受内輪側雌ネジ部６が形成されているのと同じ側の軸線方向一方の端部の外周面に軸受外輪側雄ネジ部（軸受側ネジ部）８を形成すると共に、カバー４の円筒本体のうち、取付け面４１が形成されていない軸線方向他端部の内周面にカバー側雌ネジ部（センサ側ネジ部）９を形成している。軸受外輪側雄ネジ部８は、転がり軸受５の軸受軸線と同軸なネジ部であり、カバー側雌ネジ部９は、軸受外輪側雄ネジ部８に螺合するネジ部である。

転がり軸受５には回転力が作用するので、軸受本体とセンサ構成部品を連結するネジ部には緩み止め対策を施すのが望ましい。このようなネジ部の緩み止め対策としては、例えば軸受軸線の何れかの方向から見た軸受に作用する回転力が時計回り方向である場合に、軸受軸線と同軸なネジ部のネジを時計回り方向で締まるネジにすればよい。例えば、転がり軸受５の内輪５１に作用する回転力がセンサ構成部品側から見て反時計回り方向であれば軸受内輪側雌ネジ部６及びトーンリング側雄ネジ部７には時計回り方向転で締まるネジ、所謂正ネジを用い、回転力が時計回り方向であれば逆ネジを用いればよい。また、軸受側ネジ部とセンサ側ネジ部の間に摩擦係数の大きい高摩擦材料を介在してもよい。この高摩擦材料としては、例えばジメタクリレートなどに代表されるアクリル系の嫌気硬化性組成物が一般的に用いられる。

次に、前述した実施形態の軸受−センサ取付構造の変形例を図３に示す。図１、図２に示すワイヤレスセンサ付き軸受では、転がり軸受５の軸受軸線方向一方の端部にのみ、センサを取付けているが、例えば図３に示すように、転がり軸受５の軸線方向両方の端部にセンサを取付けてもよい。その場合、センサ側ネジ部として形成されるトーンリング側雄ネジ部７やカバー側雌ネジ部９は同じでよいが、転がり軸受５の内輪５１には軸受軸線方向両端部に軸受内輪側雌ネジ部６を形成し、外輪５２にも軸受軸線方向両端部に軸受外輪側雄ネジ部８を形成する。

次に、前述した実施形態の軸受−センサ取付構造の他の変形例を図４に示す。図１、図２に示すワイヤレスセンサ付き軸受では、カバー４を転がり軸受５の外輪５２に取付けるために外輪５２には軸受側ネジ部として軸受外輪側雄ネジ部８を形成し、カバー４にはセンサ側ネジ部としてカバー側雌ネジ部９を形成した。図４では、これに代えて、転がり軸受５の外輪５２の内周面のうち、軸受軸線方向一方の端部に軸受外輪側雌ネジ部１０を形成し、カバー４の円筒本体の外周面のうち、取付け面４１が形成されている軸受軸線方向一方の端部と反対側の端部にカバー側雄ネジ部１１を形成する。軸受外輪側雌ネジ部１０は、転がり軸受５の軸受軸線と同軸なネジ部であり、カバー側雄ネジ部１１は、軸受外輪側雌ネジ部１０に螺合するネジ部である。従って、軸受外輪側雌ネジ部１０とカバー側雄ネジ部１１を螺合すれば、センサ構成部品であるカバー４を転がり軸受５の外輪５２に取付けることができる。なお、この場合も、前述した緩み止め対策を施すことが望ましい。

次に、前述した実施形態の軸受−センサ取付構造の異なる変形例を図５に示す。図１、図２に示すワイヤレスセンサ付き軸受では、トーンリング２を転がり軸受５の内輪５１に取付けるために内輪５１には軸受側ネジ部として軸受内輪側雌ネジ部６を形成し、トーンリング２にはセンサ側ネジ部としてトーンリング側雄ネジ部７を形成した。図５では、これに代えて、転がり軸受５の内輪５１の内周面のうち、軸受軸線方向一方の端部に軸受内輪側雄ネジ部１２を形成し、トーンリング２の円筒本体の内周面の軸受軸線方向一方の端部にトーンリング側雌ネジ部１３を形成する。軸受内輪側雄ネジ部１２は、転がり軸受５の軸受軸線と同軸なネジ部であり、トーンリング側雌ネジ部１３は、軸受内輪側雄ネジ部１２に螺合するネジ部である。従って、軸受内輪側雄ネジ部１２とトーンリング側雌ネジ部１３を螺合すれば、センサ構成部品であるトーンリング２を転がり軸受５の内輪５１に取付けることができる。なお、この場合も、前述した緩み止め対策を施すことが望ましい。

このように、この実施形態の軸受−センサ取付構造では、内輪５１及び外輪５２及び転動体５３を備えた転がり軸受５に軸受周りの状態量を検出するためのセンサを取付ける場合、内輪５１及び外輪５２の少なくとも一方の外周面又は内周面の軸受軸線方向端部に軸受軸線と同軸な軸受側ネジ部６、８、１０、１２を形成すると共に、その軸受側ネジ部６、８、１０、１２に螺合するセンサ側ネジ部７、９、１１、１３をセンサ構成部品であるトーンリング２及びカバー４に形成し、軸受側ネジ部６、８、１０、１２及びセンサ側ネジ部７、９、１１、１３を螺合して転がり軸受５にセンサを取付けることとしたため、センサを交換する場合に軸受側ネジ部６、８、１０、１２とセンサ側ネジ部７、９、１１、１３との螺合を解除すればよいので転がり軸受５ごと交換する必要がない。

なお、前述の実施形態では、ワイヤレスセンサが取付けられた転がり軸受について説明したが、転がり軸受に取付けられるセンサは、これに限定されるものではなく、あらゆるセンサについて適用可能である。また、転がり軸受についても、外輪、内輪、転動体を有するあらゆる軸受について適用可能である。
本発明がここに記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ ワイヤレスセンサ付き軸受
２ トーンリング
３ センサユニット
４ カバー
５ 転がり軸受
６ 軸受内輪側雌ネジ部（軸受側ネジ部）
７ トーンリング側雄ネジ部（センサ側ネジ部）
８ 軸受外輪側雄ネジ部（軸受側ネジ部）
９ カバー側雌ネジ部（センサ側ネジ部）
１０ 軸受外輪側雌ネジ部（軸受側ネジ部）
１１ カバー側雄ネジ部（センサ側ネジ部）
１２ 軸受内輪側雄ネジ部（軸受側ネジ部）
１３ トーンリング側雌ネジ部（センサ側ネジ部）
５１ 内輪
５２ 外輪
５３ 転動体
５４ 保持器

Claims (3)

1. 内輪及び外輪及び転動体を備えた軸受に前記軸受周りの状態量を検出するための二つのセンサを取付ける軸受−センサ取付構造であって、
   前記内輪及び外輪の外周面又は内周面の軸受軸線方向両端部に形成され且つ軸受軸線と同軸な軸受側ネジ部と、
   前記センサの構成部品に形成され且つ前記軸受側ネジ部に螺合するセンサ側ネジ部と、を備え、
   前記センサは、前記内輪に取付けられ、且つ外周に周期的な凹凸が等間隔に形成されているトーンリングと、前記外輪に取付けられるカバーと、前記トーンリングの外周に配置されるようにして前記カバーに取付けられるセンサユニットと、を含んで構成され、
   前記センサユニットは、前記周期的な凹凸と前記軸受の径方向で対向する複数のコイルが配置されたコイル部を備え、且つ前記コイル部と前記周期的な凹凸との距離が周期的に変化して前記コイルに生じる磁束密度の変化に伴ってコイルに発生する交流電圧が動作電力として供給され、
   前記軸受側ネジ部及びセンサ側ネジ部を螺合して前記軸受の両端部に前記二つのセンサを取付けることを特徴とする軸受−センサ取付構造。
2. 前記軸受側ネジ部及びセンサ側ネジ部は、前記軸受に作用する回転力の回転方向で締まるネジであることを特徴とする請求項１に記載の軸受−センサ取付構造。
3. 前記軸受側ネジ部及びセンサ側ネジ部間に、摩擦係数の大きい高摩擦材料を介在することを特徴とする請求項１に記載の軸受−センサ取付構造。

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