JP7452369B2 - センサ付き軸受及びセンサユニット - Google Patents

Description

本発明は、センサ付き軸受及びセンサユニットに関する。

特許文献１には、軸受周囲の各種物理量をセンサにより検出し、検出情報を受信側装置へ無線送信するセンサ付き軸受が記載されている。このようなセンサ付き軸受は、水分、油、粉塵、埃等が存在する劣悪な環境で用いられる回転機械に組み込まれることが想定される。また、センサ等の回路部品が実装された基板は、回転機械の回転部の近傍に配置されるため、振動によって固定部から脱落する可能性がある。このため、防水性・防湿性や、防塵性、耐油性、耐震性等の耐環境性に優れたセンサ付き軸受が求められている。例えば、特許文献２には、モータの駆動回路を実装した基板をポッティング材でコーティングすることにより、防塵性・防水性を向上させることが記載されている。

特開２０１８－１８９１２８号公報 特開２０１１－１４２７８４号公報

センサ付き軸受の回路基板には、無線送信用のアンテナを実装した無線モジュールが設けられる。この無線送信用のアンテナがポッティング材である樹脂と接触すると、樹脂の誘電率によって電波の波長が変化し、通信性能が低下する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、耐環境性に優れ、かつ通信性能の低下を抑制可能なセンサ付き軸受及びセンサユニットを提供すること、を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るセンサ付き軸受は、相対的に回転する外輪及び内輪を有する軸受本体と、センサにより検出された物理量又は化学量を送信する無線モジュールが実装された回路基板と、前記回路基板を収容し、前記軸受本体に隣接配置される蓋部材と、前記回路基板を覆うように、前記蓋部材に充填された樹脂と、前記無線モジュールのアンテナと前記樹脂との間に空気層を設けるカバーと、を備える。

上記構成によれば、樹脂とアンテナとが接触することを防ぐことができる。これにより、防水性・防湿性や、防塵性、耐油性、耐震性等の耐環境性を高めつつ、無線モジュールの通信性能の低下を抑制可能なセンサ付き軸受を得ることができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーは、前記無線モジュールにしまりばめされ、前記樹脂が硬化して固定されていることが好ましい。

これにより、カバーを装着する際の工数を削減することができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーは、前記回路基板にネジ止めされ固定されていることが好ましい。

これにより、回路基板とカバーとの間に隙間が生じることを防ぐことができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーと前記回路基板との接触面に撥油コーティングが施されていることが好ましい。

これにより、樹脂が充填される際に、無線モジュールとカバーとの間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーは、前記回路基板との接触面に接着剤が塗布されていることが好ましい。

これにより、樹脂が充填される際に、無線モジュールとカバーとの間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーは、前記樹脂よりも比重が大きい材料で構成されていることが好ましい。

これにより、樹脂を充填した際にカバーが浮き上がることを防ぐことができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記カバーは、前記樹脂が硬化する際、治具により前記カバーの上面を押さえておくことが好ましい。

これにより、樹脂を硬化させる際、センサ基板からカバーが浮くことなくセンサ基板に固定され、カバーとセンサ基板との間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサ付き軸受の望ましい態様として、前記治具は、薄い板状や径の小さい棒状の部材であることが好ましい。

これにより、樹脂の硬化した後に治具を抜く際、治具の抜き跡が大きくなり過ぎることを防ぐことができる。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るセンサユニットは、軸受に取り付けられるセンサユニットであって、センサにより検出された物理量又は化学量を送信する無線モジュールが実装された回路基板と、前記回路基板を収容し、前記軸受に固定される蓋部材と、前記回路基板を覆うように、前記蓋部材に充填された樹脂と、前記無線モジュールのアンテナと前記樹脂との間に空気層を設けるカバーと、を備える。

上記構成によれば、樹脂とアンテナとが接触することを防ぐことができる。これにより、防水性・防湿性や、防塵性、耐油性、耐震性等の耐環境性を高めつつ、無線モジュールの通信性能の低下を抑制可能なセンサユニットを得ることができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーは、前記無線モジュールにしまりばめされ、前記樹脂が硬化して固定されていることが好ましい。

これにより、カバーを装着する際の工数を削減することができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーは、前記回路基板にネジ止めされ固定されていることが好ましい。

これにより、回路基板とカバーとの間に隙間が生じることを防ぐことができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーと前記回路基板との接触面に撥油コーティングが施されていることが好ましい。

これにより、樹脂が充填される際に、無線モジュールとカバーとの間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーは、前記回路基板との接触面に接着剤が塗布されていることが好ましい。

これにより、樹脂が充填される際に、無線モジュールとカバーとの間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーは、前記樹脂よりも比重が大きい材料で構成されていることが好ましい。

これにより、樹脂を充填した際にカバーが浮き上がることを防ぐことができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記カバーは、前記樹脂が硬化する際、治具により前記カバーの上面を押さえておくことが好ましい。

これにより、樹脂を硬化させる際、センサ基板からカバーが浮くことなくセンサ基板に固定され、カバーとセンサ基板との間に樹脂が流入することを防ぐことができる。

センサユニットの望ましい態様として、前記治具は、薄い板状や径の小さい棒状の部材であることが好ましい。

これにより、樹脂が硬化した後に治具を抜く際、治具の抜き跡が大きくなり過ぎることを防ぐことができる。

本発明によれば、耐環境性に優れ、かつ通信性能の低下を抑制可能なセンサ付き軸受及びセンサユニットが得られる。

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。 図２は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。 図３は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。 図４は、本実施形態の蓋部材とコイル基板の構成例を示す平面図である。 図５は、回転シャフト、センサ付き軸受及び筐体の断面図である。 図６は、図５の一部を拡大した断面図である。 図７は、図６の一部を拡大した断面図である。 図８は、リテーナ、マグネット及びスペーサの断面図である。 図９Ａは、無線モジュール周辺の概略断面構造の一例を示す図である。 図９Ｂは、無線モジュール周辺の概略断面構造の一例を示す図である。 図９Ｃは、無線モジュール周辺の概略断面構造の一例を示す図である。 図１０Ａは、カバーの概略構造の第１例を示す図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示すカバーのＡ－Ａ断面図である。 図１１Ａは、カバーの概略構造の第２例を示す図である。 図１１Ｂは、図１１Ａに示すカバーのＢ－Ｂ断面図である。 図１２Ａは、カバーの概略構造の第３例を示す図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示すカバーのＣ－Ｃ矢示断面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態のセンサ付き軸受の斜視図である。図２及び図３は、本実施形態のセンサ付き軸受の分解斜視図である。図２はセンサ付き軸受１００を蓋部材１０側から見た図であり、図３はセンサ付き軸受１００を軸受本体１２０（軸受）側から見た図である。図１から図３に示すように、センサ付き軸受１００は、センサユニット１１０と、軸受本体１２０（軸受）と、を備える。軸受本体１２０（軸受）の一方の側面に、センサユニット１１０が取り付けられる。図２及び図３に示すように、センサユニット１１０は、蓋部材１０と、コイル基板２０（発電コイル、部品）と、マグネット３１と、スペーサ３３と、回路基板４０（部品）と、後述するリテーナ５０（図５等参照）と、を備える。なお、本実施形態に係る「部品」には、コイル基板２０などの発電コイルと、回路基板４０などの電子部品と、が少なくとも含まれる。ただし、本発明では、「部品」は、これらの発電コイル及び電子部品に限定されず、種々の電気部品や構成部品等も「部品」に含まれる。

蓋部材１０は、リング状の天板１２と、天板１２の外周に設けられた筒状の側板１１とを有する。蓋部材１０は、ケイ素鋼板、炭素鋼（ＪＩＳ規格 ＳＳ４００又はＳ４５Ｃ）、マルテンサイト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４２０）又はフェライト系ステンレス（ＪＩＳ規格 ＳＵＳ４３０）のいずれかのような磁性を有する材料で形成される。

図３に示すように、回路基板４０（部品）及びコイル基板２０は、天板１２の裏面１２ａに取り付けられている。ここで、裏面１２ａは、軸受本体１２０（軸受）と対向する側の第２面である。後述する図５等で説明する天板１２の表面１２ｄは、第１面である。回路基板４０は、電源基板４１と、センサ基板４２とを有する。例えば、図１及び図２に示すように、天板１２に開けられた雌ねじ穴に、黄銅など非磁性材料のボルト１９Ｂが締結することで、電源基板４１とセンサ基板４２とが天板１２に固定される。図１及び図２に示すように、ボルト１９Ｂは、蓋部材１０に取り付けられた状態で、蓋部材１０から突出しない長さを有する。

また、蓋部材１０には、貫通孔１７ａが開けられている。この貫通孔１７ａは、樹脂などの非磁性材料で形成された非磁性窓部材１７で密閉されている。後述するように、センサ基板４２には、無線送信用のアンテナ４７を実装した無線モジュール４６が設けられる（図４参照）。本実施形態において、無線モジュール４６から放出される電波は、非磁性窓部材１７からセンサ付き軸受１００の外部に放射される態様である。

図４は、本実施形態の蓋部材とコイル基板の構成例を示す平面図である。図４に示すように、天板１２の裏面１２ａには、電源基板４１とセンサ基板４２とが取り付けられている。電源基板４１とセンサ基板４２は、平面視で、側板１１とコイル基板２０との間に位置する。電源基板４１には、電源部４３が実装されている。コイル基板２０とマグネット３１とで発電部が構成される。電源部４３は、発電部から供給された単相交流電力を直流電圧に変換して、センサ基板４２へ供給する。

センサ基板４２には、各種の物理量又は化学量をセンシングするセンサ４４と、無線モジュール４６とが実装されている。本実施形態において、無線モジュール４６は、アンテナ４７と、通信回路を有する制御部４５とが一体化されて構成されている。

センサ４４は、例えば、軸受本体１２０（軸受）の周囲温度を検出する温度センサ、軸受本体１２０（軸受）の振動を検出する振動センサ、軸受本体１２０（軸受）の周囲湿度を検出する湿度センサ、軸受本体１２０（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、アンモニア等を検出するガスセンサ、軸受本体１２０（軸受）において生じる摩擦音を検出する超音波センサ、軸受本体１２０（軸受）の回転を検出する回転センサ等の各種検出部のうち、いずれか１つ又は複数の検出部を備える。図４では、３つのセンサ４４１，４４２，４４３を有する構成を例示している。これら４４１，４４２，４４３の種類には限定されない。

電源部４３からの直流電力は、センサ４４及び制御部４５に供給される。センサ４４は、無線モジュール４６に含まれていてもよいし、無線モジュール４６とは別のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップで構成されていてもよい。

図４に示すように、コイル基板２０は、フレキシブル基板２１と、フレキシブル基板２１に設けられたコイルパターン２３と、フレキシブル基板２１に設けられた複数のヨーク２５と、を有する。フレキシブル基板２１の平面視による形状は、軸心Ａｘを中心とする正円のリング状である。コイルパターン２３は、フレキシブル基板２１の厚さ方向に積層された複数の平面コイルを有する。平面コイルとは、絶縁体の所定の面上にパターニングされて設けられた導電体のパターンである。本実施形態においては、導電体のパターンが絶縁体の複数の面上に形成されている。これに限られず、導電体のパターンが絶縁体の１つの面上に形成されていてもよい。

図４に示すように、コイルパターン２３の両端は、リード線１６を介して電源基板４１に接続される。なお、本実施形態において、コイルパターン２３と電源基板４１との接続は、リード線１６ではなく、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）コネクタを介して行われてもよい。または、コイル基板２０を延長して電源基板４１と直接接続されてもよい。ＦＰＣコネクタを使用した接続では、半田が不要となるので、センサユニット１１０の生産性をさらに高めることができる。

図４に示すように、コイルパターン２３は、複数の第１導電部２３１と、複数の第２導電部２３２と、を有する。第１導電部２３１は、軸心Ａｘを中心とする円の周方向に延びる。第２導電部２３２は、軸心Ａｘを中心とする円の径方向に延びる。第１導電部２３１と第２導電部２３２は、交互に直列に接続されている。

ヨーク２５は、平面視で、第１導電部２３１の一方の側に位置する第１ヨーク２５Ａと、第１導電部２３１の他方の側に位置する第２ヨーク２５Ｂとを有する。例えば、第１ヨーク２５Ａは、第１導電部２３１よりも軸心Ａｘから遠い側に位置する。第２ヨーク２５Ｂは、第１導電部２３１よりも軸心Ａｘから近い側に位置する。但し、第１ヨーク２５Ａと軸心Ａｘとの距離と、第２ヨーク２５Ｂと軸心Ａｘとの距離は、互いに同じ長さである。

例えば、コイルパターン２３は、平面視で、軸心Ａｘを中心とする円の円周方向に沿って凹凸が交互に並ぶように延設されている。この凹凸の凹部２３３にヨーク２５が１つずつ配置されている。

マグネット３１は、磁気トラックと基材とが一体となったエンコーダマグネットである。例えば、エンコーダマグネットは、金属製の基材の一方の面にプラスチックマグネットが形成され、形成されたプラスチックマグネットの表面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されることにより形成される。

図４に示すように、天板１２の裏面１２ａのコイル基板２０を除く領域に樹脂４９が充填（以下、「ポッティング加工」ともいう）される。これにより、防水性・防湿性や、防塵性、耐油性、耐震性等の耐環境性に優れたセンサ付き軸受１００が得られる。ポッティング加工に用いる樹脂４９としては、例えば、シリコン系やエポキシ系の熱硬化樹脂を用いる。ポッティング加工に用いる樹脂４９はこれに限らず、例えば、アクリル系の紫外線（ＵＶ）硬化樹脂であってもよいが、本実施形態において、樹脂４９の誘電率は、より低い方が望ましい。

無線モジュール４６は、基板に実装された状態で所望の通信性能が確保されるように管理されている。特に、アンテナ４７の表面に樹脂が接触すると、樹脂の誘電率によって電波の波長がずれて所望の通信性能が得られない可能性がある。

一般に、アンテナの長さは、送受信したい電波の波長を基準に決定される。例えば、波長λの電波を送受信するためのアンテナの長さの設定の一例が１／２λである。しかし、アンテナと誘電率εの誘電体が接触すると、受信できる電波の波長が空気中のそれより短くなってしまう。その波長短縮率は１／√εで表される。よって、無線モジュールに樹脂のような誘電体を接触させると通信性能が低下してしまう。

詳細は後述するが、本実施形態では、無線モジュール４６にカバー４８を被せ、アンテナ４７に樹脂４９が接触しないように、アンテナ４７と樹脂４９との間に空気層を設けている。これにより、無線モジュール４６の通信性能の低下を抑制することができる。

カバー４８の材質としては、例えば、加工性に優れたＡＲ－Ｍ２樹脂等のアクリル系樹脂が例示されるが、これに限定されない。また、前述したように、蓋部材１０に設けられた非磁性窓部材１７からセンサ付き軸受１００の外部に電波を放射する態様である場合、カバー４８の材質は樹脂に限るものではなく、例えば、アルミ等の金属製であってもよい。

図５は、回転シャフト、センサ付き軸受及び筐体の断面図である。図６は、図５の一部を拡大した断面図である。図７は、図６の一部を拡大した断面図である。図８は、リテーナ、マグネット及びスペーサの断面図である。

本実施形態に係る軸受ユニット１は、回転シャフト７０と、センサ付き軸受１００と、を備える。センサ付き軸受１００は、軸受本体１２０（軸受）と、センサユニット１１０と、を有する。また、センサユニット１１０は、軸受本体１２０（軸受）と、大径部７１と、の間に設けられる。軸受本体１２０（軸受）は、回転シャフト７０の小径部７２を支持する。

回転シャフト７０は、軸心Ａｘを中心として回転可能である。回転シャフト７０は、大径部７１と、小径部７２と、を有する。小径部７２は、大径部７１よりも外径が小さい。よって、小径部７２の外周面７２ａは、大径部７１の外周面７１ａよりも径方向内側に位置する。大径部７１の外周面７１ａと小径部７２の外周面７２ａとの境界部には、第１壁７１ｂが設けられる。第１壁７１ｂは、大径部７１の外周面７１ａにおける小径部７２側の端縁と、小径部７２の外周面７２ａにおける大径部７１側の端縁と、を連結する。第１壁７１ｂは、径方向に延びる平坦な壁である。

筐体８０は、回転シャフト７０の径方向外側に回転シャフト７０から離隔して配置される。筐体８０は、内周面８０ａと、縦壁面８０ｂと、を有する。内周面８０ａは、軸心Ａｘを中心として周方向に延びる。縦壁面８０ｂは、径方向に延びる。筐体８０は、例えば工作機械等の種々の設備に設けられたケース（筐体）である。

軸受本体１２０（軸受）は、外輪１２２と、内輪１２１と、転動体１２３と、を有する。

外輪１２２は、外周面１２２ａと、内周面１２２ｂと、外側壁１２２ｃと、内側壁１２２ｄと、を有する。外周面１２２ａ及び内周面１２２ｂは、軸心Ａｘを中心として周方向に延びる。外側壁１２２ｃ及び内側壁１２２ｄは、径方向に延びる平坦な壁である。外側壁１２２ｃと内周面１２２ｂとの角部には、切欠部１２２ｅが設けられる。内側壁１２２ｄと内周面１２２ｂとの角部には、切欠部１２２ｆが設けられる。

内輪１２１は、外周面１２１ｂ（径方向外側端）と、内周面１２１ａと、外側壁１２１ｃ（第２壁）と、内側壁１２１ｄと、を有する。図７に示すように、内周面１２１ａと外側壁１２１ｃとの角部は、円弧状に湾曲した湾曲部１２１ｇの形状を有する。外周面１２１ｂ及び内周面１２１ａは、軸心Ａｘを中心として周方向に延びる。外側壁１２１ｃ（第２壁）及び内側壁１２１ｄは、径方向に延びる平坦な壁である。外側壁１２１ｃと外周面１２１ｂとの角部には、切欠部１２１ｅが設けられる。内側壁１２１ｄと外周面１２１ｂとの角部には、切欠部１２１ｆが設けられる。転動体１２３は、外輪１２２と内輪１２１との間に設けられる。また、シール材６０の外周端部は、切欠部１２２ｅに挿入されて接着剤を介して外輪１２２に固定される。シール材６１の外周端部は、切欠部１２２ｆに挿入されて接着剤を介して外輪１２２に固定される。

前述のように、蓋部材１０は、天板１２と、側板１１とを有する。天板１２の裏面１２ａには、コイル基板２０（発電コイル、部品）と、回路基板４０（部品）と、が固定される。具体的には、裏面１２ａにおいて、径方向内側の端部にコイル基板２０が位置し、コイル基板２０よりも径方向外側に回路基板４０が位置する。また、図６及び図７に示すように、天板１２の径方向内側の端部は、径方向外側の部位よりも板厚が大きい厚肉部である。即ち、径方向内側の端部の裏面１２ａは、径方向外側の部位の裏面１２ａよりも軸受本体１２０（軸受）側（図６及び図７の右側）に突出している。そして、この径方向内側の端部に設けられた前記厚肉部の裏面１２ａにコイル基板２０が固定されている。コイル基板２０は、例えば接着剤を介して固定される。なお、本発明では、径方向内側の端部を径方向外側の部位よりも薄肉部としてもよい。即ち、径方向内側の端部の裏面１２ａを、径方向外側の部位の裏面１２ａよりも軸受本体１２０（軸受）の反対側（図６及び図７の左側）に凹ませて、凹部としてもよい。この場合、コイル基板２０は、この凹部に嵌め込まれることによって、天板１２に対して位置決めされ、また、天板１２の裏面１２ａとコイル基板２０の表面とは略面一となる。さらに、図６及び図７に示すように、蓋部材１０の径方向内側端１２ｂは、大径部７１の外周面７１ａよりも径方向内側に位置する。具体的には、径方向内側端１２ｂと外周面７１ａとの径方向に沿った距離は、第１距離Ｄ１である。蓋部材１０の径方向内側の端部１０ａにおける径方向内側の端縁が径方向内側端１２ｂである。蓋部材１０の径方向内側の端部１０ａの表面１２ｄと第１壁７１ｂとは、軸方向に沿って第４距離Ｄ４だけ離隔される。この第４距離Ｄ４は、回転シャフト７０が回転する際に軸受本体１２０（軸受）の外輪１２２と内輪１２１との軸方向の変位量以上の距離である。蓋部材１０は、外輪間座とも称せられる。

内輪１２１の外側壁１２１ｃ（第２壁）は、第１壁７１ｂから軸心Ａｘの軸方向に離隔して位置する。外側壁１２１ｃ（第２壁）と、第１壁７１ｂとの間には、リテーナ５０と、マグネット３１と、スペーサ３３と、が設けられる。

リテーナ５０は、第３壁５４と、第４壁５５と、切欠底面５６と、底壁５１と、第１上壁５２と、第２上壁５３と、を有する。第４壁５５と切欠底面５６とで切欠部が構成される。第２上壁５３は、第１上壁５２よりも径方向外側に位置する。第３壁５４は、径方向に延びる平坦な壁である。第３壁５４は、第１壁７１ｂと接する。底壁５１は、小径部７２の外周面７２ａに接する。第４壁５５は、径方向に延びる平坦な壁である。第４壁５５は、マグネット３１における薄肉部３１ｂと接する。リテーナ５０は、内輪間座とも称せられる。

マグネット３１は、径方向内側の薄肉部３１ｂと、径方向外側の厚肉部３１ａと、を有する。マグネット３１の径方向外側端３１ｃと、コイル基板２０の径方向外側端２０ａとは、径方向の位置が略同一である。換言すると、径方向外側端３１ｃと径方向外側端２０ａとは、軸方向に並んで位置する。マグネット３１の径方向内側端３１ｄは、切欠底面５６の上に載置される。マグネット３１の径方向外側端３１ｃは、内輪１２１の外周面１２１ｂ（径方向外側端）よりも第２距離Ｄ２だけ径方向外側に位置する。

スペーサ３３は、軸方向の厚さが一定である平板状の形状を有する。スペーサ３３は、径方向に延びる。スペーサ３３の径方向外側端３３ａは、切欠部１２１ｅよりも径方向内側に位置する。スペーサ３３の径方向内側端３３ｂは、切欠底面５６に接する。スペーサ３３は、外側壁１２１ｃ（第２壁）に接する。スペーサ３３と第４壁５５との間に、マグネット３１の薄肉部３１ｂが挟まれる。

このように、軸受本体１２０（軸受）の内輪１２１における外側壁１２１ｃ（第２壁）と、回転シャフト７０の大径部７１における第１壁７１ｂとによって、リテーナ５０、マグネット３１及びスペーサ３３が軸方向に挟まれて固定される。スペーサ３３の径方向内側端３３ｂと第１上壁５２との径方向に沿った距離は、第３距離Ｄ３である。なお、軸受本体１２０（軸受）の内輪１２１における内側壁１２１ｄは、図示しない固定手段によって軸方向に固定される。

また、図５に示すように、筐体８０の縦壁面８０ｂと、固定部材８１と、の間には、蓋部材１０の側板１１と外輪１２２とが軸方向に挟持される。天板１２の表面１２ｄの上端部１２ｃは、固定部材８１によって軸方向に押圧される。つまり、外輪１２２は、縦壁面８０ｂと、固定部材８１及び側板１１とによって軸方向に押圧されて、筐体８０に固定される。これにより、転動体１２３が転動することにより、外輪１２２と内輪１２１とが相対的に回転する。なお、蓋部材１０の回転を防止するため、蓋部材１０と筐体８０との間には、回転止め手段（不図示）が設けられている。

外輪１２２及び蓋部材１０が筐体８０に固定されるため、外輪１２２は回転せず、内輪１２１、リテーナ５０、マグネット３１及びスペーサ３３が回転シャフト７０と一体に回転する。また、コイル基板２０とマグネット３１とは軸方向に対向して配置されるため、コイル基板２０とマグネット３１との相対的な回転によって発電が行われる。

図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、無線モジュール周辺の概略断面構造の一例を示す図である。図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃに示すように、無線モジュール４６とカバー４８との間には、ギャップｇが設けられている。カバー４８の厚みｔ及びギャップｇは、例えば、ｔ＜５［ｍｍ］、ｇ≧１．５［ｍｍ］、ｇ≧ｔであることが望ましいが、これに限定されない。また、天板１２の裏面１２ａからカバー４８の上端面までの高さｈ１と、天板１２の裏面１２ａから樹脂４９の上端面までの高さｈ２との関係は、図９Ａに示すように、ｈ１＜ｈ２であってもよいし、図９Ｂに示すように、ｈ１＝ｈ２であってもよいし、図９Ｃに示すように、ｈ１＞ｈ２であってもよい。

図１０Ａは、カバーの概略構造の第１例を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すカバーのＡ－Ａ断面図である。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示す第１例のカバー４８は、無線モジュール４６にしまりばめされ、樹脂４９が充填されて樹脂４９が硬化することにより固定される。

カバー４８とセンサ基板４２との接触面には、例えばフッ素コーティング等の撥油コーティング４８ａが施されている。これにより、樹脂４９が充填される際に、無線モジュール４６とカバー４８との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

また、カバー４８は、樹脂４９よりも比重が大きい材料で構成されていることが望ましい。これにより、樹脂４９を充填した際にカバー４８が浮き上がることを防ぐことができる。

図１１Ａは、カバーの概略構造の第２例を示す図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示すカバーのＢ－Ｂ断面図である。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示す第２例のカバー４８は、センサ基板４２との接触面に接着剤４８ｂが塗布され、センサ基板４２に接着されて固定される。これにより、樹脂４９が充填される際に、無線モジュール４６とカバー４８との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

図１２Ａは、カバーの概略構造の第３例を示す図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示すカバーのＣ－Ｃ矢示断面図である。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示す第３例のカバー４８は、ネジ穴４８ｃが設けられ、ネジ４８ｄによってセンサ基板４２に固定される。ここでは、４つのネジ穴４８ｃを設けた構成を示したが、これに限定されない。

カバー４８とセンサ基板４２との接触面には、例えばフッ素コーティング等の撥油コーティング４８ａが施されていてもよいし、カバー４８のセンサ基板４２との接触面に接着剤４８ｂが塗布され、センサ基板４２に接着されていても良い。これにより、樹脂４９が充填される際に、無線モジュール４６とカバー４８との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

また、上述の固定手法（しまりばめや撥油コーティング、カバー４８を樹脂４９よりも比重が大きい材料で構成する、接着剤４８ｂでの固定、ネジ４８ｄによる固定等）が困難な場合は、樹脂４９が充填される際に、カバー４８が樹脂４９によって浮き上がらないように、カバー４８の上面を押さえるための治具を使用してもよい。

これにより、樹脂４９を硬化させる際、センサ基板４２からカバー４８が浮くことなくセンサ基板４２に固定され、カバー４８とセンサ基板４２との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

なお，樹脂４９が硬化した後に治具を抜く際、治具の抜き跡が大きくなり過ぎることを防ぐため、カバー４８の上面を押さえるための治具は、薄い板状や径の小さい棒状の部材であることが望ましい。

なお、上述した実施形態では、無線モジュール４６全体にカバー４８を被せた例について説明したが、少なくとも無線モジュール４６のアンテナ４７をカバー４８で覆い、無線モジュール４６のアンテナ４７と樹脂４９とが接触しないように空気層を設ける構成としてもよい。

なお、設計上は、天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２との間を密着させることで、樹脂４９が充填される際に天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２との間に樹脂４９が流入しないようにしている。しかしながら、実際には、センサ基板４２が反っている場合やセンサ基板４２の固定が不十分である場合等、天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２と間に隙間が生じる場合があり、天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２との間に樹脂４９が流入することがある。この場合、直接アンテナ４７に樹脂４９は触れていないが、電波の伝搬経路上に樹脂４９が存在することにより、通信性能の低下を招くことも考えられる。このため、天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２との間に樹脂４９が流入することを防ぐための対策しておくことがより望ましい。具体的には、例えば、センサ基板４２の周囲に接着剤を塗布し、天板１２の裏面１２ａとセンサ基板４２とが接着剤により密着するようにする。この場合、センサ基板４２の周囲に塗布する接着剤は、樹脂４９の流入を抑制する土手としても機能するため、樹脂４９の流入に対してより高い効果が期待できる。

以上説明したように、本実施形態に係るセンサ付き軸受１００及びセンサユニット１１０は、センサ４４により検出された物理量又は化学量を送信する無線モジュール４６が実装された回路基板４０（センサ基板４２）と、回路基板４０（センサ基板４２）を収容し、軸受本体１２０（軸受）に固定される蓋部材１０と、回路基板４０（センサ基板４２）を覆うように、蓋部材１０に充填された樹脂４９と、無線モジュール４６のアンテナ４７と樹脂４９との間に空気層を設けるカバー４８と、を備える。

上記構成により、樹脂４９とアンテナ４７とが接触することを防ぐことができる。これにより、防水性・防湿性や、防塵性、耐油性、耐震性等の耐環境性を高めつつ、無線モジュール４６の通信性能の低下を抑制可能なセンサ付き軸受１００及びセンサユニット１１０を得ることができる。

また、カバー４８を無線モジュール４６にしまりばめして樹脂４９の硬化により固定する構造とすることにより、カバー４８を装着する際の工数を削減することができる。

また、カバー４８を回路基板４０（センサ基板４２）にネジ止めして固定する構造とすることにより、回路基板４０（センサ基板４２）とカバー４８との間に隙間が生じることを防ぐことができる。

また、カバー４８と回路基板４０（センサ基板４２）との接触面に撥油コーティング４８ａを施すことにより、樹脂４９が充填される際に、無線モジュール４６とカバー４８との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

また、カバー４８の回路基板４０（センサ基板４２）との接触面に接着剤を塗布することにより、樹脂４９が充填される際に、無線モジュール４６とカバー４８との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

また、カバー４８を樹脂４９よりも比重が大きい材料で構成することにより、樹脂４９を充填した際にカバー４８が浮き上がることを防ぐことができる。

また、樹脂４９が充填される際に、カバー４８の上面を押さえるための治具を使用することにより、センサ基板４２からカバー４８が樹脂４９によって浮き上がることを防ぐことができる。このため、樹脂４９を硬化させる際、センサ基板４２からカバー４８が浮くことなくセンサ基板４２に固定され、カバー４８とセンサ基板４２との間に樹脂４９が流入することを防ぐことができる。

なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 軸受ユニット
１０ 蓋部材
１０ａ 径方向内側の端部
１２ｂ 径方向内側端
１７ 非磁性窓部材
１７ａ 貫通孔
２０ コイル基板（発電コイル、部品）
２０ａ 径方向外側端
３１ マグネット
３１ｃ 径方向外側端
３３ スペーサ
４０ 回路基板（部品）
４１ 電源基板
４２ センサ基板
４３ 電源部
４４ センサ
４５ 制御部
４６ 無線モジュール
４７ アンテナ
４８ カバー
４８ａ 撥油コーティング
４８ｂ 接着剤
４８ｃ ネジ穴
４８ｄ ネジ
４９ 樹脂
５０ リテーナ
５４ 第３壁
５５ 第４壁
７０ 回転シャフト
７１ 大径部
７１ａ 外周面
７１ｂ 第１壁
７２ 小径部
７２ａ 外周面
８０ 筐体
１００ センサ付き軸受
１１０ センサユニット
１２０ 軸受本体（軸受）
１２１ 内輪
１２１ｂ 外周面（径方向外側端）
１２１ｃ 外側壁（第２壁）
１２２ 外輪
１２３ 転動体
Ａｘ 軸心
Ｄ１ 第１距離
Ｄ２ 第２距離
Ｄ３ 第３距離
Ｄ４ 第４距離

Claims (12)

1. 相対的に回転する外輪及び内輪を有する軸受本体と、
   センサにより検出された物理量又は化学量を送信する無線モジュールが実装された回路基板と、
   前記回路基板を収容し、前記軸受本体に隣接配置される蓋部材と、
   前記回路基板を覆うように、前記蓋部材に充填された樹脂と、
   前記無線モジュールのアンテナと前記樹脂との間に空気層を設けるカバーと、
   を備える
   センサ付き軸受。
2. 前記カバーは、前記無線モジュールにしまりばめされ、前記樹脂が硬化して固定されている
   請求項１に記載のセンサ付き軸受。
3. 前記カバーは、前記回路基板にネジ止めされ固定されている
   請求項１に記載のセンサ付き軸受。
4. 前記カバーと前記回路基板との接触面に撥油コーティングが施されている
   請求項１から３の何れか一項に記載のセンサ付き軸受。
5. 前記カバーは、前記回路基板との接触面に接着剤が塗布されている
   請求項１から３の何れか一項に記載のセンサ付き軸受。
6. 前記カバーは、前記樹脂よりも比重が大きい材料で構成されている
   請求項１から５の何れか一項に記載のセンサ付き軸受。
7. 軸受に取り付けられるセンサユニットであって、
   センサにより検出された物理量又は化学量を送信する無線モジュールが実装された回路基板と、
   前記回路基板を収容し、前記軸受に固定される蓋部材と、
   前記回路基板を覆うように、前記蓋部材に充填された樹脂と、
   前記無線モジュールのアンテナと前記樹脂との間に空気層を設けるカバーと、
   を備える
   センサユニット。
8. 前記カバーは、前記無線モジュールにしまりばめされ、前記樹脂が硬化して固定されている
   請求項７に記載のセンサユニット。
9. 前記カバーは、前記回路基板にネジ止めされ固定されている
   請求項７に記載のセンサユニット。
10. 前記カバーと前記回路基板との接触面に撥油コーティングが施されている
    請求項７から９の何れか一項に記載のセンサユニット。
11. 前記カバーは、前記回路基板との接触面に接着剤が塗布されている
    請求項７から９の何れか一項に記載のセンサユニット。
12. 前記カバーは、前記樹脂よりも比重が大きい材料で構成されている
    請求項７から１１の何れか一項に記載のセンサユニット。

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