WO2022075157A1 - モータ - Google Patents

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WO2022075157A1
WO2022075157A1 PCT/JP2021/035971 JP2021035971W WO2022075157A1 WO 2022075157 A1 WO2022075157 A1 WO 2022075157A1 JP 2021035971 W JP2021035971 W JP 2021035971W WO 2022075157 A1 WO2022075157 A1 WO 2022075157A1
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WO
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resistor
strain
strain gauge
annular member
motor
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/035971
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English (en)
French (fr)
Inventor
達也 滝本
洋治 内田
英雄 藤裏
洋二 井口
Original Assignee
ミネベアミツミ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings

Definitions

  • the present invention relates to a motor.
  • a motor having a sensor for detecting such a strain has been proposed.
  • the sensor for detecting the strain is provided, for example, between the side surface of the rolling bearing in the rotation axis direction and the housing of the motor (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a motor having a structure in which a strain gauge can be easily arranged.
  • the motor has a rolling bearing that supports the rotor shaft in a rotatable state, a bearing housing that holds the rolling bearing, and a sensor unit, and the sensor unit is fixed to the outer peripheral surface of the bearing housing. It includes an annular member and a strain gauge fixed to the annular member and provided with a resistor for detecting the strain of the rolling bearing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the motor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the rotor shaft of the motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged plan view of a portion C in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating the sensor unit according to the first embodiment.
  • the rolling bearing is shown in a simplified manner, and some members are not shown.
  • the bearing housings together with the sensor unit are shown by shifting their positions from each other.
  • the motor 1 includes an impeller 10, a rotor shaft 20, a rolling bearing 30, a bearing housing 40, a stator 50, a rotor 60, a casing 70, and a sensor unit 100. It is a shaft flow fan motor.
  • the impeller 10 has a rotor housing 11 and blades 12 provided on the outer periphery of the rotor housing 11.
  • a rotor shaft 20 having a rotation axis m is fixed to the center of the impeller 10.
  • the rotor shaft 20 is rotatably supported by two rolling bearings 30 arranged near both ends in the longitudinal direction.
  • the rolling bearing 30 has an outer ring 31, an inner ring 32, and a plurality of rolling elements 33.
  • the outer ring 31 is a cylindrical structure having a rotation axis m as a central axis.
  • the inner ring 32 is a cylindrical structure arranged coaxially with the outer ring 31 on the inner peripheral side of the outer ring 31.
  • Each of the plurality of rolling elements 33 is a sphere arranged in an orbit formed between the outer ring 31 and the inner ring 32.
  • a lubricant such as grease is sealed in the track.
  • the rolling bearing 30 is fixed to the bearing housing 40 by press fitting, adhesion, or the like, and is held in the bearing housing 40.
  • the bearing housing 40 presses the outer peripheral surface of the outer ring 31 over the entire circumference.
  • the bearing housing 40 can be formed of, for example, a metal such as brass, stainless steel, or aluminum.
  • the stator 50 has an insulator 51, a stator core 52, and a coil 53, and is arranged on the outer periphery of the bearing housing 40.
  • the stator core 52 is fixed to the outer periphery of the bearing housing 40 by press fitting or the like, for example.
  • the rotor 60 has a rotor yoke 61 integrally provided inside the rotor housing 11, and a rotor magnet 62 mounted inside the rotor yoke 61.
  • the rotor yoke 61 is integrally provided inside the rotor housing 11, but the present invention is not limited to this, and the rotor yoke 61 may be mounted inside the rotor housing 11.
  • the rotor shaft 20 is mounted on the rotor yoke 61 and fixed to the center of the rotor housing 11, the rotor shaft 20 may be directly fixed to the rotor housing 11.
  • the casing 70 has a casing outer frame 71 that covers the outer periphery of the impeller 10, a base hub 72 that fixes the bearing housing 40, and a stationary blade 73 that connects the casing outer frame 71 and the base hub 72. ..
  • bearing housing 40 may be fixed so as to be integrated with the base portion hub 72 when the casing 70 is injection-molded with resin, but the casing 70 may be molded first and then the base portion hub. It may be fixed to the portion 72.
  • the motor unit 80 is composed of the stator 50 and the rotor 60, and the rotor is rotatably supported in the bearing housing 40 by supplying a current from the power supply unit (not shown) to the coil 53.
  • the impeller 10 rotates with the central axis of the shaft 20 as the rotation axis m. That is, the motor 1 is a so-called outer rotor type motor.
  • the upper side in FIG. 1 is the suction port side, and the lower side is the outlet side. Therefore, in the motor 1, the impeller 10 is provided on the air inlet side of the casing outer frame 71, and the base hub 72 is provided on the outlet side.
  • the sensor unit 100 includes a sensor ring 110 and a strain gauge 120.
  • the sensor ring 110 is an annular member, for example, a hollow cylinder.
  • the sensor ring 110 may be, for example, one in which a part of a hollow columnar member is processed. The processing is, for example, a case where a groove, a hole, a protrusion, a step, or the like is provided in a part of the sensor ring 110.
  • the sensor ring 110 has an outer peripheral surface 110a and an inner peripheral surface 110b.
  • the sensor ring 110 is fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40.
  • the sensor ring 110 is press-fitted to the outer peripheral side of the bearing housing 40, for example.
  • the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 and the inner peripheral surface 110b of the sensor ring 110 are in contact with each other.
  • the sensor ring 110 may be fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40, for example, with an adhesive.
  • the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 and the inner peripheral surface 110b of the sensor ring 110 face each other via an adhesive.
  • a method of fixing the sensor ring 110 to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 by press fitting is preferable to a method of fixing the sensor ring 110 to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 with an adhesive.
  • an adhesive it is preferable to use an adhesive having a relatively high hardness after curing as thin as possible.
  • the sensor ring 110 can be formed of, for example, a metal such as brass, stainless steel, or aluminum. Considering thermal expansion, the sensor ring 110 is preferably made of the same material as the bearing housing 40. The thickness of the sensor ring 110 can be appropriately determined in consideration of strain transmissibility and required rigidity.
  • a step 40z is provided on the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 for positioning of the sensor ring 110 in the rotation axis m direction.
  • this is not essential.
  • the upper end portion of the sensor ring 110 in the rotation axis m direction is fixed so as to be flush with the upper end portion of the bearing housing 40 in the rotation axis m direction without providing a step 40z. You may.
  • the sensor ring 110 can be positioned in the rotation axis m direction depending on the shape of the jig for press-fitting the sensor ring 110 or the like.
  • a sensor unit 100 in which a strain gauge 120 is fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110 is manufactured in advance, and the sensor unit 100 is fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 by press fitting or the like. can.
  • the strain gauge 120 Since the strain to be detected by the strain gauge 120 is the largest on the side of the center of the rolling element 33 (around the point where the distance from the center is the minimum), the strain gauge 120 is on the side of the center of the rolling element 33. It is preferable to place it in. By applying an appropriate preload to the outer ring 31 and the inner ring 32, it is possible to contribute to the improvement of the runout accuracy of the rotating shaft and the reduction of vibration and noise. When such preload is applied, it is preferable to arrange the strain gauge 120 on the preload side.
  • the strain gauge 120 has a pair of terminal portions 125 connected to both ends of the resistor 123 via the wiring 124, and the wiring 90 is electrically connected to each terminal portion 125 by solder or the like. ing.
  • the wiring 90 is, for example, a wire rod, a flexible substrate, or the like.
  • the wiring 90 is drawn out to the lower side in the axial direction from the stator core 52, that is, to the outer side of the motor 1 through the notch 52x (recess for passing the wiring) provided on the inner circumference of the stator core 52.
  • the notch 52x can be, for example, an elongated recess provided substantially parallel to the axis of rotation m.
  • the wiring 90 electrically connected to the strain gauge 120 is pulled out to the lower side in the axial direction from the stator core 52 through the notch 52x provided on the inner circumference of the stator core 52, and is outside the motor 1. It is pulled out directly to.
  • the wiring 90 is not limited to this, and the wiring 90 electrically connected to the strain gauge 120 is pulled out axially lower than the stator core 52 through the notch 52x provided on the inner circumference of the stator core 52, and further. It may be electrically connected to the circuit board 95 arranged inside the motor 1 through a hole or a groove provided in the motor 1.
  • the wiring 90 is interfered with by electromagnetic noise generated from the coil 53 and the like, it is preferable that at least a part of the wiring 90 is shielded. In the example shown in FIG. 2, it is preferable that at least a portion of the wiring 90 passing through the notch 52x is shielded.
  • the wiring 90 may be, for example, a coaxial cable, or may have a structure in which a solid GND is formed on at least one side of the flexible substrate.
  • the bearing housing 40 to which the strain gauge 120 is fixed is preferably GND having the same potential as the shield portion of the wiring 90.
  • the conductive adhesive include a paste in which particles such as silver, nickel, gold, copper, and carbon black are dispersed in the adhesive.
  • the strain gauge 120 By arranging the strain gauge 120 on the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110 fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40, the strain of the rolling bearing 30 is transmitted to the strain gauge 120 via the bearing housing 40 and the sensor ring 110. , Can be detected by the strain gauge 120. In the present embodiment, the strain gauge 120 detects the strain of the rolling bearing 30 as a change in the resistance value of the resistor 123.
  • the resistor 123 is arranged so that the longitudinal direction (gauge length direction) faces the circumferential direction of the sensor ring 110. Since the circumferential direction of the sensor ring 110 is more likely to expand and contract than the axial direction, a large strain waveform can be obtained by arranging the longitudinal direction of the resistor 123 toward the circumferential direction of the sensor ring 110.
  • the sensor unit 100 is fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 at a position where strain can be easily detected, even a slight strain can be detected by the strain gauge 120 of the sensor unit 100. That is, when the outer ring 31 of the rolling bearing 30 is slightly distorted, the bearing housing 40 and the sensor ring 110 are also distorted, so that this slight strain can be detected by the strain gauge 120 fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110. ..
  • the strain gauge 120 is arranged on the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110.
  • a method of arranging the strain gauge 120 on the rolling bearing 30 or the bearing housing 40 can be considered. However, these methods are not preferable because the motor is difficult to assemble and the productivity is poor.
  • the motor 1 has a structure in which the strain gauge 120 can be easily arranged. That is, in the motor 1, the sensor unit 100 in which the strain gauge 120 is fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110 can be manufactured in advance, and the sensor unit 100 can be fixed to the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40 by a simple process such as press fitting. .. Therefore, the motor 1 having the strain gauge 120 is easy to manufacture and is excellent in productivity.
  • the strain gauge 120 when the strain gauge 120 is arranged on the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40, a method of providing a concave portion on the outer peripheral surface 40a and fixing the strain gauge 120 in the concave portion can be considered in order to avoid interference with other members. .. However, if the concave portion is provided on the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40, the rigidity of the shaft is lowered, which may affect the life of the rolling bearing 30.
  • the motor 1 uses the sensor unit 100 in which the strain gauge 120 is fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110, it is not necessary to provide a recess on the outer peripheral surface 40a of the bearing housing 40. Therefore, in the motor 1, the rigidity of the shaft can be maintained and the life of the rolling bearing 30 can be extended. As a result, the motor 1 can stably monitor the state of the rolling bearing 30.
  • the motor 1 uses the sensor unit 100 in which the strain gauge 120 is fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110, the position control of the strain gauge 120 is easy and the strain gauge 120 can be arranged at a desired position. Further, in the motor 1, since the sensor unit 100 in which the strain gauge 120 is fixed to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110 is manufactured in advance, it is easy to control the fixing strength of the strain gauge 120.
  • the wiring 90 is passed through the notch 52x formed on the inner circumference of the stator core 52, and the portion of the wiring 90 passing through at least the notch 52x is shielded.
  • the influence of electromagnetic noise can be significantly suppressed as compared with the case where the wiring 90 is passed through the outside of the stator core 52.
  • the accuracy of abnormality detection of the rolling bearing 30 can be improved.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the strain gauge 120 has a base material 121, a functional layer 122, a resistor 123, wiring 124, and a terminal portion 125.
  • the functional layer 122 may be provided as needed.
  • the side of the base material 121 where the resistor 123 is provided is the upper side or one side, and the side where the resistor 123 is not provided is the lower side or the other side.
  • the surface on the side where the resistor 123 is provided at each portion is defined as one surface or the upper surface, and the surface on the side where the resistor 123 is not provided is defined as the other surface or the lower surface.
  • the strain gauge 120 can be used upside down or can be arranged at any angle.
  • plan view refers to viewing the object from the normal direction of the upper surface 121a of the base material 121
  • planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface 121a of the base material 121.
  • the base material 121 is a member that serves as a base layer for forming the resistor 123 and the like, and has flexibility.
  • the thickness of the base material 121 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but may be, for example, about 5 ⁇ m to 500 ⁇ m. In particular, when the thickness of the base material 121 is 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, it is preferable in terms of strain transmission from the sensor ring 110 bonded to the lower surface of the base material 121 via the adhesive layer and dimensional stability to the environment. When it is 10 ⁇ m or more, it is more preferable in terms of insulating property.
  • the base material 121 is, for example, PI (polyethylene) resin, epoxy resin, PEEK (polyetheretherketone) resin, PEN (polyethylenenaphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, polyolefin resin and the like. It can be formed from the insulating resin film of.
  • the film is a member having a thickness of about 500 ⁇ m or less and having flexibility.
  • Materials other than the resin of the base material 121 include, for example, SiO 2 , ZrO 2 (including YSZ), Si, Si 2 N 3 , Al 2 O 3 (including sapphire), ZnO, and perovskite ceramics (CaTIO 3 ,). Crystalline materials such as BaTIO 3 ) can be mentioned, and amorphous glass and the like can be mentioned in addition to the above. Further, as the material of the base material 121, a metal such as aluminum, an aluminum alloy (duralumin), or titanium may be used. In this case, for example, an insulating film is formed on the metal base material 121.
  • the functional layer 122 is formed on the upper surface 121a of the base material 121 as a lower layer of the resistor 123. That is, the planar shape of the functional layer 122 is substantially the same as the planar shape of the resistor 123 shown in FIG.
  • the functional layer refers to a layer having at least a function of promoting crystal growth of the resistor 123, which is an upper layer. It is preferable that the functional layer 122 further has a function of preventing oxidation of the resistor 123 by oxygen and moisture contained in the base material 121 and a function of improving the adhesion between the base material 121 and the resistor 123. ..
  • the functional layer 122 may further have other functions.
  • the insulating resin film constituting the base material 121 contains oxygen and water, particularly when the resistor 123 contains Cr (chromium), Cr forms a self-oxidizing film, so that the functional layer 122 oxidizes the resistor 123. It is effective to have a function to prevent it.
  • the material of the functional layer 122 is not particularly limited as long as it has a function of promoting crystal growth of the resistor 123, which is at least the upper layer, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
  • Cr chromium
  • Ti. Ti.
  • V vanadium
  • Nb Niob
  • Ta Ta
  • Ni Nickel
  • Y Ittrium
  • Zr Zyryl
  • Hf Hafnium
  • Si Si
  • C Carbon
  • Zn Zinc
  • Cu copper
  • Bi bismuth
  • Fe iron
  • Mo mo
  • Mo mo (molybdenum
  • W tungsten
  • Ru ruthenium
  • Rh Rhodium
  • Re renium
  • Os osmium
  • Ir One or more selected from the group consisting of (iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), Al (aluminum).
  • the film thickness of the functional layer 122 is more preferably 1/50 or less of the film thickness of the resistor. Within such a range, the crystal growth of ⁇ -Cr can be promoted, and a part of the current flowing through the resistor can be prevented from flowing to the functional layer 122 to further prevent the strain detection sensitivity from being lowered.
  • the film thickness of the functional layer 122 is preferably 1 nm to 1 ⁇ m. Within such a range, the crystal growth of ⁇ -Cr can be promoted, and the functional layer 122 can be easily formed without cracks.
  • the film thickness of the functional layer 122 is more preferably 1 nm to 0.8 ⁇ m. Within such a range, the crystal growth of ⁇ -Cr can be promoted, and the functional layer 122 can be more easily formed without cracks.
  • the film thickness of the functional layer 122 is more preferably 1 nm to 0.5 ⁇ m. Within such a range, the crystal growth of ⁇ -Cr can be promoted, and the functional layer 122 can be more easily formed without cracks.
  • the thickness of the functional layer 122 is formed by forming the functional layer 122 relatively thick so as to be 50 nm or more and 1 ⁇ m or less, and forming the functional layer 122 in a solid shape. Since the surface area is increased, the heat generated when the resistor generates heat can be dissipated to the base material 121 side. As a result, in the strain gauge 120, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to self-heating of the resistor.
  • the resistor 123 is a thin film formed on the upper surface of the functional layer 122 in a predetermined pattern, and is a sensitive portion that undergoes strain to cause a change in resistance.
  • the resistor 123 can be formed from, for example, a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 123 can be formed from a material containing at least one of Cr and Ni. Examples of the material containing Cr include a Cr mixed phase film. Examples of the material containing Ni include Cu—Ni (copper nickel). Examples of the material containing both Cr and Ni include Ni—Cr (nickel chromium).
  • the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr 2N and the like are mixed.
  • the Cr mixed phase film may contain unavoidable impurities such as chromium oxide. Further, a part of the material constituting the functional layer 122 may be diffused in the Cr mixed phase film. In this case, the material constituting the functional layer 122 and nitrogen may form a compound.
  • the Cr mixed phase film may contain Ti or TiN (titanium nitride).
  • the thickness of the resistor 123 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but can be, for example, about 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the thickness of the resistor 123 is 0.1 ⁇ m or more, the crystallinity of the crystals constituting the resistor 123 (for example, the crystallinity of ⁇ -Cr) is improved, and when it is 1 ⁇ m or less, the resistor is preferable. It is more preferable in that cracks in the film and warpage from the base material 121 due to the internal stress of the film constituting 123 can be reduced.
  • the resistor 123 By forming the resistor 123 on the functional layer 122, the resistor 123 can be formed with a stable crystal phase, so that the stability of the gauge characteristics (gauge ratio, gauge coefficient temperature coefficient TCS, and resistance temperature coefficient TCR) is improved. can.
  • the resistor 123 when the resistor 123 is a Cr mixed phase film, the resistor 123 containing ⁇ -Cr (alpha chromium) as a main component can be formed by providing the functional layer 122. Since ⁇ -Cr is a stable crystal phase, the stability of gauge characteristics can be improved.
  • the main component means that the target substance occupies 50% by mass or more of all the substances constituting the resistor.
  • the resistor 123 is a Cr mixed film
  • the resistor 123 preferably contains 80% by weight or more of ⁇ -Cr, and more preferably 90% by weight or more, from the viewpoint of improving the gauge characteristics.
  • ⁇ -Cr is Cr of a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).
  • the Cr N and Cr 2 N contained in the Cr mixed film are preferably 20% by weight or less.
  • Cr N and Cr 2 N contained in the Cr mixed phase film are 20% by weight or less, a decrease in the gauge ratio can be suppressed.
  • the ratio of Cr 2N in Cr N and Cr 2N is preferably 80% by weight or more and less than 90% by weight, and more preferably 90% by weight or more and less than 95% by weight.
  • the ratio of Cr 2 N in Cr N and Cr 2 N is 90% by weight or more and less than 95% by weight, the decrease in TCR (negative TCR) becomes more remarkable due to Cr 2 N having semiconducting properties. .. Further, by reducing the use of ceramics, brittle fracture is reduced.
  • the gauge characteristics can be improved by diffusing the metal (for example, Ti) constituting the functional layer 122 into the Cr mixed phase film.
  • the gauge ratio of the strain gauge 120 can be 10 or more, and the gauge ratio temperature coefficient TCS and the resistance temperature coefficient TCR can be in the range of ⁇ 1000 ppm / ° C. to + 1000 ppm / ° C.
  • the terminal portion 125 extends from both ends of the resistor 123 via the wiring 124, and is wider than the resistor 123 and the wiring 124 in a plan view and is formed in a substantially rectangular shape.
  • the terminal portion 125 is a pair of electrodes for outputting a change in the resistance value of the resistor 123 caused by strain to the outside.
  • the resistor 123 extends from one of the terminal portion 125 and the wiring 124 while being folded back in a zigzag manner, and is connected to the other wiring 124 and the terminal portion 125, for example.
  • the upper surface of the terminal portion 125 may be covered with a metal having better solderability than the terminal portion 125.
  • the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 are designated by different codes for convenience, they can be integrally formed of the same material in the same process.
  • a cover layer 126 (insulating resin layer) may be provided on the upper surface 121a of the base material 121 so as to cover the resistor 123 and the wiring 124 and expose the terminal portion 125.
  • the cover layer 126 may be provided so as to cover the entire portion excluding the terminal portion 125.
  • the cover layer 126 can be formed of, for example, an insulating resin such as PI resin, epoxy resin, PEEK resin, PEN resin, PET resin, PPS resin, and composite resin (for example, silicone resin and polyolefin resin).
  • the cover layer may contain a filler or a pigment.
  • the thickness of the cover layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but may be, for example, about 2 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the base material 121 is prepared, and the functional layer 122 is formed on the upper surface 121a of the base material 121.
  • the materials and thicknesses of the base material 121 and the functional layer 122 are as described above. However, the functional layer 122 may be provided as needed.
  • the functional layer 122 can be vacuum-deposited by, for example, a conventional sputtering method in which Ar (argon) gas is introduced into a chamber, targeting a raw material capable of forming the functional layer 122.
  • Ar argon
  • the functional layer 122 is formed while etching the upper surface 121a of the base material 121 with Ar, so that the film forming amount of the functional layer 122 can be minimized and the adhesion improving effect can be obtained. can.
  • the functional layer 122 may be formed by another method.
  • the adhesion improving effect is obtained by activating the upper surface 121a of the base material 121 by plasma treatment using Ar or the like before the film formation of the functional layer 122, and then the functional layer 122 is evacuated by the magnetron sputtering method.
  • a method of forming a film may be used.
  • the functional layer 122 and the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 are shown in FIG. 5 by photolithography. Patterning is performed in the plane shape shown in.
  • the materials and thicknesses of the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 are as described above.
  • the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 can be integrally formed of the same material.
  • the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 can be formed into a film by, for example, a magnetron sputtering method targeting a raw material capable of forming the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125.
  • the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 may be formed into a film by a reactive sputtering method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, a pulse laser deposition method, or the like, instead of the magnetron sputtering method.
  • the combination of the material of the functional layer 122 and the material of the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
  • Ti is used as the functional layer 122 and the resistor is used.
  • a Cr mixed-phase film containing ⁇ -Cr (alpha chromium) as a main component can be formed as the 123, the wiring 124, and the terminal portion 125.
  • the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 can be formed by a magnetron sputtering method in which Ar gas is introduced into the chamber, targeting a raw material capable of forming a Cr mixed-phase film.
  • Ar gas is introduced into the chamber, targeting a raw material capable of forming a Cr mixed-phase film.
  • pure Cr may be targeted, an appropriate amount of nitrogen gas may be introduced into the chamber together with Ar gas, and the resistor 123, the wiring 124, and the terminal portion 125 may be formed into a film by the reactive sputtering method.
  • the functional layer 122 made of Ti has a function of promoting crystal growth of the resistor 123 and prevents oxidation of the resistor 123 by oxygen or moisture contained in the substrate 121. It has all the functions and the function of improving the adhesion between the base material 121 and the resistor 123. The same applies when Ta, Si, Al, or Fe is used as the functional layer 122 instead of Ti.
  • the strain gauge 120 is completed by providing a cover layer 126 that covers the resistor 123 and the wiring 124 and exposes the terminal portion 125 on the upper surface 121a of the base material 121.
  • the cover layer 126 is, for example, laminated on the upper surface 121a of the base material 121 with a thermosetting insulating resin film in a semi-cured state so as to cover the resistor 123 and the wiring 124 and expose the terminal portion 125, and heat the cover layer 126. Can be produced by curing.
  • the cover layer 126 is coated with a resistor 123 and wiring 124 on the upper surface 121a of the base material 121, and a liquid or paste-like thermosetting insulating resin is applied so as to expose the terminal portion 125, and the cover layer 126 is heated and cured. May be produced.
  • the functional layer 122 under the resistor 123 in this way, the crystal growth of the resistor 123 can be promoted, and the resistor 123 having a stable crystal phase can be produced. As a result, the stability of the gauge characteristics can be improved in the strain gauge 120. Further, the material constituting the functional layer 122 diffuses into the resistor 123, so that the gauge characteristics of the strain gauge 120 can be improved.
  • the strain gauge 120 using a Cr mixed phase film as the material of the resistor 123 has achieved high sensitivity (500% or more compared to the conventional method) and miniaturization (1/10 or less compared to the conventional method). For example, while the output of the conventional strain gauge is about 0.04 mV / 2V, the strain gauge 120 can obtain an output of 0.3 mV / 2 V or more. Further, the size of the strain gauge 120 (gauge length x gauge width) is 0.3 mm x 0.3 mm, whereas the size of the conventional strain gauge (gauge length x gauge width) is about 3 mm x 3 mm. It can be downsized to some extent.
  • the strain gauge 120 using the Cr mixed phase film as the material of the resistor 123 is small and can be easily attached to the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110. Therefore, it is particularly suitable for use in a motor 1 using a small rolling bearing 30 having a diameter (outer diameter of the outer ring 31) of 30 mm or less. Further, since the strain gauge 120 using the Cr mixed phase film as the material of the resistor 123 has high sensitivity and can detect a small displacement, it is possible to detect a minute strain which was difficult to detect in the past. That is, by having the strain gauge 120 using the Cr mixed phase film as the material of the resistor 123, it is possible to realize the motor 1 having a function of accurately detecting the strain.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating the sensor unit according to the first modification of the first embodiment. Note that FIG. 7 shows the bearing housing and the sensor unit at different positions from each other.
  • the sensor ring 110 is provided with a recess 110x that opens on the outer peripheral surface 110a side. Then, the strain gauge 120 is fixed in the recess 110x with an adhesive or the like.
  • the recess 110x may be provided in a part of the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110 in the circumferential direction, or may be provided over the entire circumference of the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110.
  • the recess 110x is thinner than the other parts of the sensor ring 110. Therefore, the portion of the recess 110x is more likely to transmit the strain generated in the rolling bearing 30 to the strain gauge 120 than the other portion of the sensor ring 110. That is, the recess 110x is an example of a strain transmission structure that promotes the transmission of strain from the rolling bearing 30 to the resistor 123 of the strain gauge 120. By providing the strain transmission structure, for example, strain can be detected even when the thickness of the sensor ring 110 is increased in consideration of rigidity.
  • the position where the strain gauge 120 is fixed becomes clear by providing the concave portion 110x, so that the position where the strain gauge 120 is fixed varies. Can be reduced.
  • the strain gauge 120 is fixed to the recess 110x provided on the outer peripheral surface 110a of the sensor ring 110, and the strain gauge 120 does not protrude outside the outer peripheral surface 110a. Therefore, the strain gauge 120 is unlikely to interfere with other members.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the sensor unit according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating the sensor unit according to the second modification of the first embodiment.
  • the sensor ring 110 is provided with a plurality of grooves 110y which are opened on the inner peripheral surface 110b side and whose longitudinal direction is the rotation axis m direction. That is, each groove 110y is recessed from the inner peripheral surface 110b side of the sensor ring 110 toward the outer peripheral surface 110a side. Each groove 110y may be provided so as to reach the lower end surface from the upper end surface of the sensor ring 110.
  • the planar shape of each groove 110y is triangular.
  • the number of grooves 110y is preferably a multiple of the number of rolling elements 33.
  • the number of grooves 110y is preferably 8 or 16.
  • the plurality of grooves 110y are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the sensor ring 110.
  • the portion provided with the groove 110y can easily transmit the strain generated in the rolling bearing 30 to the strain gauge 120. That is, the groove 110y is an example of a strain transmission structure that promotes the transmission of strain from the rolling bearing 30 to the resistor 123 of the strain gauge 120. By providing the strain transmission structure, for example, strain can be detected even when the thickness of the sensor ring 110 is increased in consideration of rigidity.
  • the line is seen from the side. It is preferable that L 1 overlaps with one of the grooves 110y. Further, it is particularly preferable that the line L 1 overlaps with the center of the groove 110y in the circumferential direction of the sensor ring 110 in the side view. For example, if the planar shape of the groove 110y is triangular as in the example shown in FIG. 8 , it is particularly preferable that the line L1 overlaps with the apex closest to the outer peripheral surface of the triangle of the groove 110y.
  • the side view in this case means that the object (line L1) is viewed from the normal direction of the side surface (outer peripheral surface) of the sensor ring.
  • the planar shape of the groove 110y is preferably triangular, but in consideration of fatigue fracture, the groove 110y preferably has an R-shaped portion.
  • the planar shape of the groove 110y for example, a shape in which a circle is combined with one apex of the triangle shown in FIG. 10 or a semicircular shape shown in FIG. 11, it is advantageous for fatigue fracture.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating the sensor unit according to the modified example 3 of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating the sensor unit according to the third modification of the first embodiment.
  • the sensor ring 110 is provided with a plurality of grooves 110z having openings on the upper end surface side and / or the lower end surface side and having the rotation axis m direction as the longitudinal direction. ..
  • Each groove 110z is not open on the outer peripheral surface 110a side and the inner peripheral surface 110b side of the sensor ring 110.
  • Each groove 110z may be provided so as to reach the lower end surface from the upper end surface of the sensor ring 110.
  • the planar shape of each groove 110z is circular. In the present application, the case where the upper end surface reaches the lower end surface is also included in the groove.
  • the number of grooves 110z is preferably a multiple of the number of rolling elements 33.
  • the number of grooves 110z is preferably 8 or 16.
  • the plurality of grooves 110z are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the sensor ring 110.
  • the portion provided with the groove 110z easily transmits the strain generated in the rolling bearing 30 to the strain gauge 120. That is, the groove 110z is an example of a strain transmission structure that promotes the transmission of strain from the rolling bearing 30 to the resistor 123 of the strain gauge 120. By providing the strain transmission structure, for example, strain can be detected even when the thickness of the sensor ring 110 is increased in consideration of rigidity.
  • the planar shape of the groove 110z does not have to be a circular shape, and may be, for example, a semicircular shape shown in FIG. 14 or a shape in which circles are combined at both ends of the straight line shown in FIG. Further, as shown in FIG. 16, in FIG. 15, the width of the straight line and the diameter of the circle may be the same.
  • the axial flow fan motor is exemplified as the motor, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be widely applied to motors other than the axial flow fan motor.
  • FIG. 1 and the like an example is shown in which only a strain gauge for detecting the strain of the rolling bearing arranged on the upper side is provided in FIG. 1 and the like.
  • the strain gauge for detecting the strain of the rolling bearing arranged on the lower side in FIG. 1 or the like may be provided, or the strain gauge for detecting the strain of both rolling bearings may be provided.
  • a plurality of strain gauges may be provided on one or both of the rolling bearing arranged on the upper side and the rolling bearing arranged on the lower side in FIG. 1 and the like.
  • modifications 1 to 3 of the first embodiment can be carried out in combination as appropriate. Any two of the modifications 1 to 3 of the first embodiment may be combined, or all three may be combined. That is, one sensor ring may have a plurality of types of strain transmission structures.

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Abstract

本モータは、ロータシャフトを回転可能な状態で支持する転がり軸受と、前記転がり軸受を保持する軸受ハウジングと、センサユニットと、を有し、前記センサユニットは、前記軸受ハウジングの外周面に固定された環状部材と、前記環状部材に固定され、前記転がり軸受のひずみを検出する抵抗体を備えたひずみゲージと、を含む。

Description

モータ
　本発明は、モータに関する。
　転がり軸受を備えたモータにおいて、モータ回転時は、転がり軸受内の球体が自転し、転がり軸受に僅かにひずみを与える。そして、このようなひずみを検出するセンサを有するモータが提案されている。ひずみを検出するセンサは、例えば、転がり軸受の回転軸方向の側面とモータのハウジングとの間に設けられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１９－２１５０５７号公報
　しかしながら、例えば、ひずみを検出するセンサとしてひずみゲージを用いる場合、狭小かつ曲面部への貼り付け作業が必要になるため、ひずみゲージをモータ内部の所定位置に配置することは極めて困難である。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ひずみゲージを容易に配置可能な構造のモータを提供することを目的とする。
　本モータは、ロータシャフトを回転可能な状態で支持する転がり軸受と、前記転がり軸受を保持する軸受ハウジングと、センサユニットと、を有し、前記センサユニットは、前記軸受ハウジングの外周面に固定された環状部材と、前記環状部材に固定され、前記転がり軸受のひずみを検出する抵抗体を備えたひずみゲージと、を含む。
　開示の技術によれば、ひずみゲージを容易に配置可能な構造のモータを提供できる。
第１実施形態に係るモータを例示する断面図である。 第１実施形態に係るモータのロータシャフト近傍の部分拡大断面図である。 図２のＣ部の部分拡大平面図である。 第１実施形態に係るセンサユニットを例示する斜視図である。 第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。 第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。 第１実施形態の変形例１に係るセンサユニットを例示する斜視図である。 第１実施形態の変形例２に係るセンサユニットを例示する斜視図である。 第１実施形態の変形例２に係るセンサユニットを例示する平面図である。 溝１１０ｙの平面形状のバリエーションを例示する図（その１）である。 溝１１０ｙの平面形状のバリエーションを例示する図（その２）である。 第１実施形態の変形例３に係るセンサユニットを例示する斜視図である。 第１実施形態の変形例３に係るセンサユニットを例示する平面図である。 溝１１０ｚの平面形状のバリエーションを例示する図（その１）である。 溝１１０ｚの平面形状のバリエーションを例示する図（その２）である。 溝１１０ｚの平面形状のバリエーションを例示する図（その３）である。
　以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　〈第１実施形態〉
　（モータの全体構造）
　図１は、第１実施形態に係るモータを例示する断面図である。図２は、第１実施形態に係るモータのロータシャフト近傍の部分拡大断面図である。図３は、図２のＣ部の部分拡大平面図である。図４は、第１実施形態に係るセンサユニットを例示する斜視図である。なお、図３では、転がり軸受は簡略化して図示されており、また、一部の部材の図示は省略されている。また、図４では、センサユニットとともに軸受ハウジングを互いの位置をずらして図示している。
　図１～図４に示すように、モータ１は、インペラ１０と、ロータシャフト２０と、転がり軸受３０と、軸受ハウジング４０と、ステータ５０と、ロータ６０と、ケーシング７０と、センサユニット１００とを有する軸流ファンモータである。
　インペラ１０は、ロータハウジング１１と、ロータハウジング１１の外周に設けられた羽根１２とを有している。インペラ１０の中心には、回転軸ｍを有するロータシャフト２０が固定されている。ロータシャフト２０は、長手方向の両端近傍に配置された２つの転がり軸受３０により回転可能な状態で支持されている。
　転がり軸受３０は、外輪３１と、内輪３２と、複数の転動体３３とを有している。外輪３１は、回転軸ｍを中心軸とする円筒形の構造体である。内輪３２は、外輪３１の内周側に外輪３１と同軸状に配置された円筒形の構造体である。複数の転動体３３の各々は外輪３１と内輪３２との間に形成される軌道内に配置された球体である。軌道内にはグリース等の潤滑剤が封入される。
　転がり軸受３０は、軸受ハウジング４０に圧入や接着等により固定され、軸受ハウジング４０に保持されている。軸受ハウジング４０は、外輪３１の外周面を全周に亘って押さえている。軸受ハウジング４０は、例えば、真鍮、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属により形成できる。
　ステータ５０は、インシュレータ５１と、ステータコア５２と、コイル５３とを有し、軸受ハウジング４０の外周に配置されている。ステータコア５２は、例えば、軸受ハウジング４０の外周に圧入等により固定されている。
　ロータ６０は、ロータハウジング１１の内側に一体的に設けられたロータヨーク６１と、ロータヨーク６１の内側に装着されたロータマグネット６２とを有している。なお、図１の例では、ロータヨーク６１は、ロータハウジング１１の内側に一体的に設けられているが、これには限定されず、ロータヨーク６１はロータハウジング１１の内側に装着されてもよい。また、ロータシャフト２０は、ロータヨーク６１に装着されてロータハウジング１１の中心に固定されているが、ロータシャフト２０はロータハウジング１１に直接固定してもよい。
　ケーシング７０は、インペラ１０の外周を覆うケーシング外枠７１と、軸受ハウジング４０を固定するベース部ハブ７２と、ケーシング外枠７１とベース部ハブ７２とを連結する静翼７３とを有している。
　なお、図１の例では、ケーシング外枠７１とベース部ハブ７２とが、静翼７３で連結されている場合を示しているが、ケーシング外枠７１とベース部ハブ７２とは、連結シャフトのような棒状の構造で連結されてもよい。
　また、軸受ハウジング４０は、ケーシング７０を樹脂で射出成形するときに、ベース部ハブ７２に一体化するように固定してもよいが、先にケーシング７０を成形しておき、後からベース部ハブ７２の部分に固定するようにしてもよい。
　モータ１において、ステータ５０とロータ６０とでモータ部８０が構成されており、電源部（図示せず）からコイル５３に電流を供給することにより、軸受ハウジング４０内に回転自在に支持されたロータシャフト２０の中心軸を回転軸ｍとしてインペラ１０が回転する。すなわち、モータ１は、所謂アウターロータ型のモータである。
　モータ１において、図１の上側が吸込み口側であり、下側が吹出し口側である。したがって、モータ１では、ケーシング外枠７１の空気の吸込み口側にインペラ１０が設けられ、吹出し口側にベース部ハブ７２が設けられている。
　センサユニット１００は、センサリング１１０と、ひずみゲージ１２０とを含む。センサリング１１０は、環状部材であり、例えば、中空円柱状である。センサリング１１０は、例えば、中空円柱状の部材の一部に加工が施されているものであってもよい。加工とは、例えば、センサリング１１０の一部に溝、穴、突起、段差などが設けられている場合である。センサリング１１０は、外周面１１０ａと内周面１１０ｂとを有する。
　センサリング１１０は、軸受ハウジング４０の外周面４０ａに固定されている。センサリング１１０は、例えば、軸受ハウジング４０の外周側に圧入されている。この場合、軸受ハウジング４０の外周面４０ａとセンサリング１１０の内周面１１０ｂとは接する。センサリング１１０は、例えば、接着剤により軸受ハウジング４０の外周面４０ａに固定されてもよい。この場合、軸受ハウジング４０の外周面４０ａとセンサリング１１０の内周面１１０ｂとは接着剤を介して対向する。
　ひずみの伝達性を向上する観点からは、センサリング１１０を接着剤により軸受ハウジング４０の外周面４０ａに固定する方法よりも、圧入により固定する方法が好ましい。接着剤を用いる場合には、硬化後の硬度が比較的高い接着剤をできるだけ薄くして使用することが好ましい。
　センサリング１１０は、例えば、真鍮、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属により形成できる。熱膨張を考慮すると、センサリング１１０は、軸受ハウジング４０と同一の素材であることが好ましい。センサリング１１０の厚さは、ひずみの伝達性と必要な剛性とを考慮して適宜決定できる。
　センサリング１１０の回転軸ｍ方向の位置決めのために、軸受ハウジング４０の外周面４０ａに段差４０ｚが設けられている。ただし、これは必須ではなく、例えば、段差４０ｚは設けずに、センサリング１１０の回転軸ｍ方向の上端部が、軸受ハウジング４０の回転軸ｍ方向の上端部と面一になるように固定してもよい。あるいは、センサリング１１０を圧入する治具の形状等により、センサリング１１０の回転軸ｍ方向の位置決めを行うことも可能である。
　図４に示すように、モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が固定されたセンサユニット１００をあらかじめ作製し、センサユニット１００を軸受ハウジング４０の外周面４０ａに圧入等により固定できる。
　ひずみゲージ１２０は、センサリング１１０の外周面１１０ａに接着剤等により固定されている。ひずみゲージ１２０は、転がり軸受３０のひずみ（例えば、外輪３１のひずみ）を検出する抵抗体１２３を備えたセンサである。
　ひずみゲージ１２０の検出対象となるひずみは、転動体３３の中心の側方（中心との距離が最小となる点の周辺）で最も大きくなるため、ひずみゲージ１２０は転動体３３の中心の側方に配置することが好ましい。なお、外輪３１及び内輪３２に適切な予圧を加えることで、回転軸の振れ精度向上や振動及び騒音の低減に寄与できる。このような予圧が加えられている場合には、ひずみゲージ１２０を予圧側に配置することが好ましい。
　ひずみゲージ１２０は、配線１２４を介して抵抗体１２３の両端に接続された一対の端子部１２５を有しており、各々の端子部１２５には、はんだ等により、配線９０が電気的に接続されている。配線９０は、例えば、線材やフレキシブル基板等である。
　配線９０は、ステータコア５２の内周に設けられたノッチ５２ｘ（配線を通すための凹部）を通って、ステータコア５２よりも軸方向下側、つまりモータ１の外部側に引き出されている。ノッチ５２ｘは、例えば、回転軸ｍと略平行に設けられた細長状の凹部とすることができる。
　なお、図２では、ひずみゲージ１２０と電気的に接続された配線９０は、ステータコア５２の内周に設けられたノッチ５２ｘを通ってステータコア５２よりも軸方向下側に引き出され、モータ１の外部に直接引き出されている。しかし、これには限定されず、ひずみゲージ１２０と電気的に接続された配線９０は、ステータコア５２の内周に設けられたノッチ５２ｘを通ってステータコア５２よりも軸方向下側に引き出され、さらにモータ１に設けられた孔や溝を通って、モータ１の内部に配置された回路基板９５と電気的に接続されてもよい。
　配線９０は、コイル５３等から発生する電磁ノイズの干渉を受けるため、少なくとも一部分がシールドされていることが好ましい。図２に示す例では、配線９０は、少なくともノッチ５２ｘを通る部分がシールドされていることが好ましい。配線９０は、例えば、同軸ケーブルであってもよいし、フレキシブル基板の少なくとも一方側にベタ状のＧＮＤが形成された構造等であってもよい。電磁ノイズの影響を抑制する観点から、ひずみゲージ１２０が固定されている軸受ハウジング４０は、配線９０のシールド部分と同電位のＧＮＤであることが好ましい。例えば導電性接着剤により軸受ハウジング４０と配線９０のシールド部分とを接着することで、両者を同電位のＧＮＤとすることができる。導電性接着剤としては、例えば銀、ニッケル、金、銅、カーボンブラック等の粒子が接着剤中に分散したペーストが挙げられる。
　軸受ハウジング４０の外周面４０ａに固定されたセンサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０を配置することにより、転がり軸受３０のひずみは、軸受ハウジング４０及びセンサリング１１０を介してひずみゲージ１２０に伝わり、ひずみゲージ１２０で検出可能である。本実施形態では、ひずみゲージ１２０は、転がり軸受３０のひずみを抵抗体１２３の抵抗値の変化として検出する。
　なお、ひずみゲージ１２０において、抵抗体１２３は、長手方向（ゲージ長方向）をセンサリング１１０の周方向に向けて配置されている。センサリング１１０の周方向は軸方向よりも伸縮し易いため、抵抗体１２３の長手方向をセンサリング１１０の周方向に向けて配置することで、大きなひずみ波形を得ることができる。
　このように、モータ１では、ひずみを検知しやすい位置である軸受ハウジング４０の外周面４０ａにセンサユニット１００を固定しているため、センサユニット１００のひずみゲージ１２０で僅かなひずみも検知できる。すなわち、転がり軸受３０の外輪３１が僅かでもひずんだ場合、軸受ハウジング４０及びセンサリング１１０も同様にひずむため、この僅かなひずみをセンサリング１１０の外周面１１０ａに固定されたひずみゲージ１２０で検知できる。
　ひずみゲージ１２０の端子部１２５間で得られたひずみ波形を、例えばＦＦＴ解析（高速フーリエ変換）することで、転がり軸受３０の状態を監視できる。よって、ひずみ波形の変化をモニタリングすることで、転がり軸受３０の異常を検知し、モータ１が回転不具合を発生する前に異常を検知することが可能となる。例えば、サーバの冷却等に用いられる軸流ファンモータは、常に動作しており、一時的にでもストップすると冷却能力が下がる。この場合、軸流ファンモータの異常を少しでも早く検知したいため、転がり軸受３０の状態をモニタリングすることは特に有効である。
　モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が配置されているが、例えば、転がり軸受３０や軸受ハウジング４０にひずみゲージ１２０を配置する方法も考えられる。しかし、これらの方法は、モータの組み立てが困難であり生産性が悪いため、好ましくない。
　すなわち、固定された転がり軸受３０に、後からひずみゲージ１２０を配置することは困難である。また、転がり軸受３０にあらかじめひずみゲージ１２０を配置した場合でも、モータの組み立て時に転がり軸受３０を固定する際に配線の断線などに注意しながら作業するため作業性が悪くなる。軸受ハウジング４０の外周面などにひずみゲージ１２０が配置された場合も同様に、組み立てが困難である。
　これに対して、モータ１は、ひずみゲージ１２０を容易に配置可能な構造である。すなわち、モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が固定されたセンサユニット１００をあらかじめ作製し、センサユニット１００を軸受ハウジング４０の外周面４０ａに圧入等の簡易な工程により固定できる。よって、ひずみゲージ１２０を有するモータ１の製造が容易であり、生産性に優れている。
　また、仮に軸受ハウジング４０の外周面４０ａにひずみゲージ１２０を配置する場合、他の部材との干渉を避けるため、外周面４０ａに凹部を設け、凹部内にひずみゲージ１２０を固定する方法が考えられる。しかし、軸受ハウジング４０の外周面４０ａに凹部を設けると、軸の剛性が下がり、転がり軸受３０の寿命に影響するおそれがある。
　モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が固定されたセンサユニット１００を用いるため、軸受ハウジング４０の外周面４０ａに凹部を設ける必要はない。そのため、モータ１では、軸の剛性を維持し、転がり軸受３０の長寿命化が可能である。その結果、モータ１では、安定的に転がり軸受３０の状態監視を行うことができる。
　また、モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が固定されたセンサユニット１００を用いるため、ひずみゲージ１２０の位置制御が容易であり、ひずみゲージ１２０を所望の位置に配置できる。また、モータ１では、センサリング１１０の外周面１１０ａにひずみゲージ１２０が固定されたセンサユニット１００をあらかじめ作製するため、ひずみゲージ１２０の固定強度の制御も容易である。
　また、モータ１では、配線９０をステータコア５２の内周に形成されたノッチ５２ｘに通し、かつ、配線９０の少なくともノッチ５２ｘを通る部分がシールドされている。これにより、例えば、配線９０をステータコア５２の外側を通す場合と比べて、電磁ノイズの影響を大幅に抑制できる。その結果、転がり軸受３０の異常検知の精度を向上できる。
　（ひずみゲージ）
　図５は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図６は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図５のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図５及び図６を参照すると、ひずみゲージ１２０は、基材１２１と、機能層１２２と、抵抗体１２３と、配線１２４と、端子部１２５とを有している。ただし、機能層１２２は、必要に応じて設ければよい。
　なお、本実施形態では、便宜上、ひずみゲージ１２０において、基材１２１の抵抗体１２３が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体１２３が設けられていない側を下側又は他方の側とする。また、各部位の抵抗体１２３が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体１２３が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。ただし、ひずみゲージ１２０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置できる。また、平面視とは対象物を基材１２１の上面１２１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１２１の上面１２１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
　基材１２１は、抵抗体１２３等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材１２１の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１２１の厚さが５μｍ～２００μｍであると、接着層を介して基材１２１の下面に接合されるセンサリング１１０からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、１０μｍ以上であると絶縁性の点で更に好ましい。
　基材１２１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成できる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
　ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１２１が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１２１は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。
　基材１２１の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）等の結晶性材料が挙げられ、更に、それ以外に非晶質のガラス等が挙げられる。また、基材１２１の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金（ジュラルミン）、チタン等の金属を用いてもよい。この場合、金属製の基材１２１上に、例えば、絶縁膜が形成される。
　機能層１２２は、基材１２１の上面１２１ａに抵抗体１２３の下層として形成されている。すなわち、機能層１２２の平面形状は、図５に示す抵抗体１２３の平面形状と略同一である。
　本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体１２３の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層１２２は、更に、基材１２１に含まれる酸素や水分による抵抗体１２３の酸化を防止する機能や、基材１２１と抵抗体１２３との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層１２２は、更に、他の機能を備えていてもよい。
　基材１２１を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体１２３がＣｒ（クロム）を含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層１２２が抵抗体１２３の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
　機能層１２２の材料は、少なくとも上層である抵抗体１２３の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。
　上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。また、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等が挙げられる。
　機能層１２２が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は抵抗体の膜厚の１／２０以下であることが好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層１２２に流れて、ひずみの検出感度が低下することを防止できる。
　機能層１２２が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は抵抗体の膜厚の１／５０以下であることがより好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層１２２に流れて、ひずみの検出感度が低下することを更に防止できる。
　機能層１２２が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は抵抗体の膜厚の１／１００以下であることが更に好ましい。このような範囲であると、抵抗体に流れる電流の一部が機能層１２２に流れて、ひずみの検出感度が低下することを一層防止できる。
　機能層１２２が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は、１ｎｍ～１μｍとすることが好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層１２２にクラックが入ることなく容易に成膜できる。
　機能層１２２が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は、１ｎｍ～０．８μｍとすることがより好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層１２２にクラックが入ることなく更に容易に成膜できる。
　機能層１２２が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層１２２の膜厚は、１ｎｍ～０．５μｍとすることが更に好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層１２２にクラックが入ることなく一層容易に成膜できる。
　なお、機能層１２２の平面形状は、例えば、図５に示す抵抗体の平面形状と略同一にパターニングされている。しかし、機能層１２２の平面形状は、抵抗体の平面形状と略同一である場合には限定されない。機能層１２２が絶縁材料から形成される場合には、抵抗体の平面形状と同一形状にパターニングしなくてもよい。この場合、機能層１２２は少なくとも抵抗体が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。あるいは、機能層１２２は、基材１２１の上面全体にベタ状に形成されてもよい。
　また、機能層１２２が絶縁材料から形成される場合に、機能層１２２の厚さを５０ｎｍ以上１μｍ以下となるように比較的厚く形成し、かつベタ状に形成することで、機能層１２２の厚さと表面積が増加するため、抵抗体が発熱した際の熱を基材１２１側へ放熱できる。その結果、ひずみゲージ１２０において、抵抗体の自己発熱による測定精度の低下を抑制できる。
　抵抗体１２３は、機能層１２２の上面に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。
　抵抗体１２３は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成できる。すなわち、抵抗体１２３は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成できる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。
　以降は、抵抗体１２３がＣｒ混相膜である場合を例にして説明する。ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。また、Ｃｒ混相膜に、機能層１２２を構成する材料の一部が拡散されてもよい。この場合、機能層１２２を構成する材料と窒素とが化合物を形成する場合もある。例えば、機能層１２２がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。
　抵抗体１２３の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体１２３の厚さが０．１μｍ以上であると抵抗体１２３を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましく、１μｍ以下であると抵抗体１２３を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１２１からの反りを低減できる点で更に好ましい。
　機能層１２２上に抵抗体１２３を形成することで、安定な結晶相により抵抗体１２３を形成できるため、ゲージ特性（ゲージ率、ゲージ率温度係数ＴＣＳ、及び抵抗温度係数ＴＣＲ）の安定性を向上できる。
　例えば、抵抗体１２３がＣｒ混相膜である場合、機能層１２２を設けることで、α－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とする抵抗体１２３を形成できる。α－Ｃｒは安定な結晶相であるため、ゲージ特性の安定性を向上できる。
　ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％以上を占めることを意味する。抵抗体１２３がＣｒ混相膜である場合、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体１２３はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましく、９０重量％以上含むことが更に好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
　また、抵抗体１２３がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎは２０重量％以下であることが好ましい。Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎが２０重量％以下であることで、ゲージ率の低下を抑制できる。
　また、ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合は８０重量％以上９０重量％未満であることが好ましく、９０重量％以上９５重量％未満であることが更に好ましい。ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合が９０重量％以上９５重量％未満であることで、半導体的な性質を有するＣｒ２Ｎにより、ＴＣＲの低下（負のＴＣＲ）が一層顕著となる。更に、セラミックス化を低減することで、脆性破壊の低減がなされる。
　一方で、膜中に微量のＮ２もしくは原子状のＮが混入、存在した場合、外的環境（例えば高温環境下）によりそれらが膜外へ抜け出ることで、膜応力の変化を生ずる。化学的に安定なＣｒＮの創出により上記不安定なＮを発生させることがなく、安定なひずみゲージを得ることができる。
　また、機能層１２２を構成する金属（例えば、Ｔｉ）がＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性を向上できる。具体的には、ひずみゲージ１２０のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。
　端子部１２５は、配線１２４を介して抵抗体１２３の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体１２３及び配線１２４よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部１２５は、ひずみにより生じる抵抗体１２３の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極である。抵抗体１２３は、例えば、端子部１２５及び配線１２４の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の配線１２４及び端子部１２５に接続されている。端子部１２５の上面を、端子部１２５よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。
　なお、抵抗体１２３と配線１２４と端子部１２５とは便宜上別符号としているが、これらは同一工程において同一材料により一体に形成できる。
　抵抗体１２３及び配線１２４を被覆し端子部１２５を露出するように基材１２１の上面１２１ａにカバー層１２６（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層１２６を設けることで、抵抗体１２３及び配線１２４に機械的な損傷等が生じることを防止できる。また、カバー層１２６を設けることで、抵抗体１２３及び配線１２４を湿気等から保護できる。なお、カバー層１２６は、端子部１２５を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
　カバー層１２６は、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成できる。カバー層は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。
　ひずみゲージ１２０を製造するためには、まず、基材１２１を準備し、基材１２１の上面１２１ａに機能層１２２を形成する。基材１２１及び機能層１２２の材料や厚さは、前述の通りである。ただし、機能層１２２は、必要に応じて設ければよい。
　機能層１２２は、例えば、機能層１２２を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜できる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１２１の上面１２１ａをＡｒでエッチングしながら機能層１２２が成膜されるため、機能層１２２の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。
　ただし、これは、機能層１２２の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層１２２を成膜してもよい。例えば、機能層１２２の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１２１の上面１２１ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層１２２を真空成膜する方法を用いてもよい。
　次に、機能層１２２の上面全体に抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５となる金属層を形成後、フォトリソグラフィによって機能層１２２並びに抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５を図５に示す平面形状にパターニングする。抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５は、同一材料により一体に形成できる。抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５は、例えば、抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜できる。抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。
　機能層１２２の材料と抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層１２２としてＴｉを用い、抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５としてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜可能である。
　この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５を成膜できる。あるいは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体１２３、配線１２４、及び端子部１２５を成膜してもよい。この際、窒素ガスの導入量や圧力（窒素分圧）を変えることや加熱工程を設けて加熱温度を調整することで、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎの割合、並びにＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合を調整できる。
　これらの方法では、Ｔｉからなる機能層１２２がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。また、機能層１２２を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ１２０のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。
　なお、抵抗体１２３がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層１２２は、抵抗体１２３の結晶成長を促進する機能、基材１２１に含まれる酸素や水分による抵抗体１２３の酸化を防止する機能、及び基材１２１と抵抗体１２３との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層１２２として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。
　その後、必要に応じ、基材１２１の上面１２１ａに、抵抗体１２３及び配線１２４を被覆し端子部１２５を露出するカバー層１２６を設けることで、ひずみゲージ１２０が完成する。カバー層１２６は、例えば、基材１２１の上面１２１ａに、抵抗体１２３及び配線１２４を被覆し端子部１２５を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製できる。カバー層１２６は、基材１２１の上面１２１ａに、抵抗体１２３及び配線１２４を被覆し端子部１２５を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
　このように、抵抗体１２３の下層に機能層１２２を設けることにより、抵抗体１２３の結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体１２３を作製できる。その結果、ひずみゲージ１２０において、ゲージ特性の安定性を向上できる。また、機能層１２２を構成する材料が抵抗体１２３に拡散することにより、ひずみゲージ１２０において、ゲージ特性を向上できる。
　なお、抵抗体１２３の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２０は、高感度化（従来比５００％以上）かつ、小型化（従来比１／１０以下）を実現している。例えば、従来のひずみゲージの出力が０．０４ｍＶ／２Ｖ程度であったのに対して、ひずみゲージ１２０では０．３ｍＶ／２Ｖ以上の出力を得ることができる。また、従来のひずみゲージの大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）が３ｍｍ×３ｍｍ程度であったのに対して、ひずみゲージ１２０の大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）は０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度に小型化できる。
　このように、抵抗体１２３の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２０は小型であり、センサリング１１０の外周面１１０ａに容易に貼り付け可能である。そのため、特に、直径（外輪３１の外径）が３０ｍｍ以下である小型の転がり軸受３０を用いたモータ１に使用すると好適である。また、抵抗体１２３の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２０は高感度であり、小さい変位を検出できるため、従来は検出が困難であった微小なひずみを検出可能である。すなわち、抵抗体１２３の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２０を有することにより、ひずみを精度よく検出する機能を備えたモータ１を実現できる。
　〈第１実施形態の変形例〉
　第１実施形態の変形例では、センサリングにひずみゲージ１２０へのひずみの伝達を促進するひずみ伝達構造を設けたモータの例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
　図７は、第１実施形態の変形例１に係るセンサユニットを例示する斜視図である。なお、図７では、センサユニットとともに軸受ハウジングを互いの位置をずらして図示している。
　図７を参照すると、センサユニット１００Ａでは、センサリング１１０に、外周面１１０ａ側に開口する凹部１１０ｘが設けられている。そして、凹部１１０ｘ内に、ひずみゲージ１２０が接着剤等により固定されている。凹部１１０ｘは、センサリング１１０の外周面１１０ａの周方向の一部に設けられてもよいし、センサリング１１０の外周面１１０ａの全周にわたって設けられてもよい。
　凹部１１０ｘは、センサリング１１０の他の部分よりも肉薄である。そのため、凹部１１０ｘの部分は、センサリング１１０の他の部分よりも、転がり軸受３０で生じるひずみを、ひずみゲージ１２０に伝達しやすい。すなわち、凹部１１０ｘは、転がり軸受３０からひずみゲージ１２０の抵抗体１２３へのひずみの伝達を促進するひずみ伝達構造の一例である。ひずみ伝達構造を設けることで、例えば、剛性を考慮してセンサリング１１０の厚さを厚くした場合でも、ひずみの検出が可能となる。
　また、凹部１１０ｘをひずみゲージ１２０を配置できる程度の大きさとした場合には、凹部１１０ｘを設けることで、ひずみゲージ１２０を固定する位置が明確になるため、ひずみゲージ１２０を固定する位置のばらつきを低減できる。
　また、センサユニット１００Ａでは、センサリング１１０の外周面１１０ａに設けられた凹部１１０ｘにひずみゲージ１２０が固定されており、ひずみゲージ１２０は外周面１１０ａより外側にはみ出ることがない。そのため、ひずみゲージ１２０が他の部材と干渉しにくい。
　図８は、第１実施形態の変形例２に係るセンサユニットを例示する斜視図である。図９は、第１実施形態の変形例２に係るセンサユニットを例示する平面図である。図８及び図９を参照すると、センサユニット１００Ｂでは、センサリング１１０に、内周面１１０ｂ側に開口し、回転軸ｍ方向を長手方向とする複数の溝１１０ｙが設けられている。つまり、各々の溝１１０ｙは、センサリング１１０の内周面１１０ｂ側から外周面１１０ａ側に向かって窪んでいる。各々の溝１１０ｙは、センサリング１１０の上端面から下端面に達するように設けられてもよい。各々の溝１１０ｙの平面形状は三角形状である。
　溝１１０ｙの個数は、転動体３３の個数の倍数であることが好ましく、例えば、転動体３３が８個であれば、溝１１０ｙは８個や１６個とすることが好ましい。また、複数の溝１１０ｙは、センサリング１１０の周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
　溝１１０ｙが設けられた部分は、転がり軸受３０で生じるひずみを、ひずみゲージ１２０に伝達しやすい。すなわち、溝１１０ｙは、転がり軸受３０からひずみゲージ１２０の抵抗体１２３へのひずみの伝達を促進するひずみ伝達構造の一例である。ひずみ伝達構造を設けることで、例えば、剛性を考慮してセンサリング１１０の厚さを厚くした場合でも、ひずみの検出が可能となる。
　抵抗体１２３にひずみを伝達しやすくする観点から、図８に示すように、抵抗体１２３のゲージ長の中心を通り回転軸ｍと平行な線Ｌ１を仮定したときに、側面視において、線Ｌ１は溝１１０ｙの１つと重複することが好ましい。また、線Ｌ１は、側面視において、センサリング１１０の周方向における溝１１０ｙの中心と重複することが特に好ましい。例えば、図８に示す例のように溝１１０ｙの平面形状が三角形状であれば、線Ｌ１が溝１１０ｙの三角の外周面に最も近い頂点と重複することが特に好ましい。なお、この場合の側面視とは、対象物（線Ｌ１）をセンサリングの側面（外周面）の法線方向から視ることを指す。
　ひずみの伝達を促進する観点からは、溝１１０ｙの平面形状は三角形状であることは好ましいが、疲労破壊を考慮すると、溝１１０ｙは、Ｒ状の部分を有することが好ましい。溝１１０ｙの平面形状を、例えば、図１０に示す三角形の一つの頂点に円を組み合わせた形状や、図１１に示す半円形状とすることで、疲労破壊に有利となる。
　図１２は、第１実施形態の変形例３に係るセンサユニットを例示する斜視図である。図１３は、第１実施形態の変形例３に係るセンサユニットを例示する平面図である。図１２及び図１３を参照すると、センサユニット１００Ｃでは、センサリング１１０に、上端面側及び／又は下端面側に開口し、回転軸ｍ方向を長手方向とする複数の溝１１０ｚが設けられている。各々の溝１１０ｚは、センサリング１１０の外周面１１０ａ側及び内周面１１０ｂ側には開口していない。各々の溝１１０ｚは、センサリング１１０の上端面から下端面に達するように設けられてもよい。各々の溝１１０ｚの平面形状は円形状である。なお、本願では、上端面から下端面に達する場合も溝に含めるものとする。
　溝１１０ｚの個数は、転動体３３の個数の倍数であることが好ましく、例えば、転動体３３が８個であれば、溝１１０ｚは８個や１６個とすることが好ましい。また、複数の溝１１０ｚは、センサリング１１０の周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
　溝１１０ｚが設けられた部分は、転がり軸受３０で生じるひずみを、ひずみゲージ１２０に伝達しやすい。すなわち、溝１１０ｚは、転がり軸受３０からひずみゲージ１２０の抵抗体１２３へのひずみの伝達を促進するひずみ伝達構造の一例である。ひずみ伝達構造を設けることで、例えば、剛性を考慮してセンサリング１１０の厚さを厚くした場合でも、ひずみの検出が可能となる。
　抵抗体１２３にひずみを伝達しやすくする観点から、図１２に示すように、抵抗体１２３のゲージ長の中心を通り回転軸ｍと平行な線Ｌ２を仮定したときに、側面視において、線Ｌ２は溝１１０ｚの１つと重複することが好ましい。また、線Ｌ２は、側面視において、センサリング１１０の周方向における溝１１０ｚの中心と重複することが特に好ましい。例えば、図１２に示す例のように溝１１０ｚの平面形状が円形状であれば、線Ｌ２が溝１１０ｚの円の中心と重複することが特に好ましい。
　なお、溝１１０ｚの平面形状は円形状でなくてもよく、例えば、図１４に示す半円形状、図１５に示す直線の両端に円を組み合わせた形状としてもよい。また、図１６に示すように、図１５において、直線の幅と円の直径を同じにしてもよい。
　以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
　例えば、上記の実施形態では、モータとして軸流ファンモータを例示したが、これには限定されず、本発明は軸流ファンモータ以外のモータにも広く適用可能である。
　また、上記の実施形態では、図１等において上側に配置された転がり軸受のひずみを検出するひずみゲージのみを設ける例を示した。しかし、図１等において下側に配置された転がり軸受のひずみを検出するひずみゲージのみを設けてもよいし、両方の転がり軸受のひずみを検出するひずみゲージを設けてもよい。また、図１等において上側に配置された転がり軸受、下側に配置された転がり軸受の一方又は両方に、複数のひずみゲージを設けてもよい。
　また、第１実施形態の変形例１～３は、適宜組み合わせて実施することが可能である。第１実施形態の変形例１～３のうちの何れか２つを組み合わせてもよいし、３つをすべて組み合わせてもよい。つまり、１つのセンサリングが複数種類のひずみ伝達構造を有してもよい。
　本国際出願は２０２０年１０月５日に出願した日本国特許出願２０２０－１６８１４３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２０－１６８１４３号の全内容を本国際出願に援用する。
１　モータ、１０　インペラ、１１　ロータハウジング、１２　羽根、２０　ロータシャフト、３０　転がり軸受、３１　外輪、４０ａ、１１０ａ　外周面、３２　内輪、３３　転動体、４０　軸受ハウジング、４０ｂ、１１０ｂ　内周面、１１０ｘ　凹部、４０ｚ　段差、５０　ステータ、５１　インシュレータ、５２　ステータコア、５２ｘ　ノッチ、５３　コイル、６０　ロータ、６１　ロータヨーク、６２　ロータマグネット、７０　ケーシング、７１　ケーシング外枠、７２　ベース部ハブ、７３　静翼、８０　モータ部、９０　配線、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ　センサユニット、１１０　センサリング、１１０ｙ、１１０ｚ　溝、１２０　ひずみゲージ、１２１　基材、１２２　機能層、１２３　抵抗体、１２４　配線、１２５　端子部、１２６　カバー層

Claims (11)

  1. 　ロータシャフトを回転可能な状態で支持する転がり軸受と、
    　前記転がり軸受を保持する軸受ハウジングと、
    　センサユニットと、を有し、
    　前記センサユニットは、
    　前記軸受ハウジングの外周面に固定された環状部材と、
    　前記環状部材に固定され、前記転がり軸受のひずみを検出する抵抗体を備えたひずみゲージと、を含む、モータ。
  2. 　前記環状部材は、前記転がり軸受から前記抵抗体へのひずみの伝達を促進するひずみ伝達構造を有する、請求項１に記載のモータ。
  3. 　前記ひずみ伝達構造は、前記環状部材の外周面側に開口する凹部であり、
    　前記ひずみゲージは、前記凹部内に固定されている、請求項２に記載のモータ。
  4. 　前記ひずみ伝達構造は、前記環状部材の内周面側に開口し、前記ロータシャフトの回転軸方向を長手方向とする複数の溝である、請求項２又は３に記載のモータ。
  5. 　前記ひずみ伝達構造は、前記環状部材の上端面側及び／又は下端面側に開口し、前記ロータシャフトの回転軸方向を長手方向とする複数の溝である、請求項２乃至４の何れか一項に記載のモータ。
  6. 　前記溝は、前記環状部材の上端面から下端面に達する、請求項４又は５に記載のモータ。
  7. 　前記溝は、前記環状部材の周方向に等間隔で配置されている、請求項４乃至６の何れか一項に記載のモータ。
  8. 　前記抵抗体は、ゲージ長方向を前記環状部材の周方向に向けて配置され、
    　前記抵抗体のゲージ長の中心を通り前記回転軸と平行な線を仮定したときに、側面視において、前記線は前記溝と重複する、請求項４乃至７の何れか一項に記載のモータ。
  9. 　側面視において、前記線は前記環状部材の周方向における前記溝の中心と重複する、請求項８に記載のモータ。
  10. 　前記抵抗体はＣｒ混相膜から形成されている請求項１乃至９の何れか一項に記載のモータ。
  11. 　前記転がり軸受の外径が３０ｍｍ以下である請求項１乃至１０の何れか一項に記載のモータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0542749U (ja) * 1991-11-05 1993-06-11 光洋精工株式会社 転がり軸受運転状態監視装置
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