センサ付き軸受及びその製造方法
【課題】温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能なセンサ付き軸受及びその製造方法を提供する。
【解決手段】このセンサ付き軸受は、転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、軸受内部に配置された第１の温度センサ１と、第１の温度センサに対し転走面２２ａからの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサ２と、を備える。
【解決手段】このセンサ付き軸受は、転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、軸受内部に配置された第１の温度センサ１と、第１の温度センサに対し転走面２２ａからの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサ２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体が転走面で転動するセンサ付き軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、軸受の異常発生を未然に防止するために軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出するシステムを開示する。このシステムは、軸受に、ＩＣタグと電源回路とこの電源で駆動される潤滑剤の劣化検出センサを搭載している。ＩＣタグ、劣化検出センサ、電源回路は基板上に設置されて一つの軸受装備電子部品を構成し、この軸受装備電子部品が軸受の外輪に配置されている（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
特許文献２は、軸受ハウジングの外部に振動センサ、温度センサ等のセンサを設けたセンサ付転動装置を開示する。このセンサにより振動や温度等を測定し、軸受の異常状態をモニタリングする。
【特許文献１】特開２００７−２５６０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムにより温度測定を行う場合には、発熱源である転走面とセンサ部とを近づけることができないため、高いレスポンスで温度のモニタリングを行うことができない。特許文献２の装置でも発熱源とセンサ部の距離が離れているため、高レスポンスで温度のモニタリングを行うことができない。
【０００５】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能なセンサ付き軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本実施形態によるセンサ付き軸受は、転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、軸受内部に配置された第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このセンサ付き軸受によれば、第１の温度センサと第２の温度センサとを、転動体が転動して発熱源となる転走面からの距離が異なる位置に配置したので、両温度センサのセンサ出力差から温度差を得ることができ、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能となる。
【０００８】
すなわち、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとのセンサ出力差から得た温度差に基づいて前記転送面における温度変化を検知することができる。これにより、温度センサが１個だけの場合に必要な温度履歴を記録するメモリや演算装置が不要となり、簡易なシステムで軸受の温度異常を検知することができる。例えば、温度差のピークを検出することで温度異常を検知できる。
【０００９】
また、前記第１及び第２の温度センサは、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成された薄膜を有することが好ましい。温度センサの薄膜がスパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成されるので、軸受部品に高分子材料の薄膜を薄膜フィルムを貼り付ける場合よりも薄くできかつ接着剤なしで接着でき、接着剤よりも強固な結合が得られ、温度センサをより薄膜化することができ、取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込みが可能となる。このため、温度測定のレスポンスが速く、小形で量産性に優れたものとなる。
【００１０】
また、前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜上に離れてそれぞれ形成されたセンサ部を有するように構成できる。なお、センサ部は、薄膜上に例えば、インクジェット法やフォトリソグラフィ等によりパターニングして形成することができる。また、軸受部品に直接形成された薄膜を接着層として温度センサを接着させて設けてもよい。
【００１１】
また、前記第１及び第２の温度センサは、固定側の転走面、固定側の転走面の近傍または軸受内部を密閉する密封装置に設けることができる。
【００１２】
なお、前記第１及び第２の温度センサは前記センサ部を覆うカバー部を有するように構成できる。カバー部は、スパッタリングにより形成することができ、センサ部を保護するとともに温度センサを全体として薄膜化することができる。
【００１３】
また、前記第１及び第２の温度センサからのセンサ出力差信号を無線で伝送するための無線伝送手段を備えることが好ましい。これにより、軸受から延びる信号線が不要となるので、軸受使用機器の設計を行う際の制約を減らし、軸受使用機器の設計の自由度を向上できる。
【００１４】
本実施形態によるセンサ付き軸受の製造方法は、転動体が転走面で転動する転がり軸受の製造方法であって、スパッタリング法により高分子材料から薄膜を軸受部品に直接形成し、前記薄膜上に、第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に第２の温度センサと、を設けることを特徴とする。
【００１５】
このセンサ付き軸受の製造方法によれば、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に薄膜を直接形成するので、薄膜フィルムを貼り付ける場合よりも薄くできかつ接着剤なしで接着でき、接着剤よりも強固な結合が得られるとともに、この薄膜に第１及び第２の温度センサを設けるので、第１及び第２の温度センサをより薄膜化することができ、取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込むことができる。このため、温度測定のレスポンスが速く、小形で量産性に優れたものとなり、温度センサを備える転がり軸受を簡単かつ低コストで製造できる。さらに、第１の温度センサと第２の温度センサとを、転動体が転動して発熱源となる転走面からの距離が異なる位置に形成するので、両温度センサのセンサ出力差から温度差を得ることができ、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能な温度センサを備える転がり軸受を製造できる。
【００１６】
上記センサ付き軸受の製造方法において前記薄膜上に前記第１及び第２の温度センサの各センサ部を形成することが好ましい。
【００１７】
また、前記薄膜を接着層として前記第１及び第２の温度センサを前記軸受部品に接着するようにしてもよい。この場合、前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜と同じ種類の高分子材料から形成された基材を有し、前記基材を前記薄膜に熱圧着により接着することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能なセンサ付き軸受及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
最初に、本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明する。図１は、本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明するための図であり、熱発生源に対する２つの温度センサの配置例を概略的に示す平面図（ａ）、２つの温度センサにより測定した温度と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｂ）、及び２つの温度センサから得た温度差と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｃ）である。
【００２１】
図１（ａ）のように、熱発生源Ｈが存在する被測定体Ｄ上に第１の温度センサＡと第２の温度センサＢとを配置し、第１の温度センサＡを、第２の温度センサＢよりも熱発生源Ｈに対し距離が近い位置に配置している。すなわち、熱発生源Ｈに対し第１の温度センサＡが近く第２の温度センサＢが遠くなるように並んでおり、熱発生源Ｈと第２の温度センサＢとの間に第１の温度センサＡが位置している。このため、熱発生源Ｈから方向ｃに熱が伝搬すると、この温度を第１の温度センサＡが時間的に早く検知し、熱伝搬の時間だけ遅れて第２の温度センサＢが検知する。
【００２２】
図１（ａ）の熱発生源Ｈで熱が発生し方向ｃに熱が伝搬することで温度が上昇する場合、図１（ｂ）のように、温度上昇範囲内では熱伝搬の時間差のために第１の温度センサＡによる温度検出が第２の温度センサＢによる温度検出よりも早く、このため、破線で示す第１の温度センサＡによる検出温度カーブａは実線で示す第２の温度センサＢによる検出温度カーブｂよりも時間的に早い側（短時間側）にずれている。
【００２３】
ここで、図１（ｂ）の同一時間ｔにおける第１の温度センサＡによる検出温度Ｔａと、第２の温度センサＢによる検出温度Ｔｂとの温度差（Ｔａ−Ｔｂ）は、図１（ｃ）のように、時間とともに変化し、温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫは、温度が最も急上昇した時点と対応する。温度が最も急上昇したときが温度差（Ｔａ−Ｔｂ）が最も大きくなるからである。このように、第１，第２の温度センサＡ，Ｂによる温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで、熱発生源Ｈにおける温度急上昇発生を検知することができる。
【００２４】
図１（ａ）〜（ｃ）のように、第１，第２の温度センサＡ，Ｂを熱発生源Ｈからの距離が異なる位置に設けることで、熱発生源Ｈで発生した急激な温度変化を各温度センサＡ，Ｂによる温度差分（Ｔａ−Ｔｂ）から検知できる。例えば、図１（ａ）の熱発生源Ｈが転がり軸受の転動体が転動する転走面である場合、軸受が使用時に正常に動作すれば、第１，第２の温度センサＡ，Ｂによる検出温度は動作時間とともに緩やかに上昇するが、軸受に異常が生じ転走面で発熱が生じると、図１（ｃ）のような温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで軸受の温度異常発生を検知できる。
【００２５】
〈第１の実施の形態〉
図２は第１の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【００２６】
図２に示すように、温度センサ付き軸受２０は、外周面に軌道面２１ａを有する内輪２１と、内周面に軌道面２２ａを有する外輪２２と、外輪軌道面２２ａと内輪軌道面２１ａとの間に配置された転動体である複数の玉２４と、複数の玉２４を均等位置に保持するための保持器２３と、軸受温度を検知するための差動型の温度センサ１０と、を備える。
【００２７】
軸受２０は、内輪回転の場合のシールの付いた転がり軸受であり、両側に密封装置としてシール３０，３３を備える。シール３０は、外周に鈎部を有するリング状の芯金３１と、その外側に合成ゴムを一体に加硫成形してなる弾性体３２と、から構成され、その機能上から、芯金３１の鈎部以外とその外側の弾性体３２とからなる円環状の主部３４と、芯金３１の鈎部とその外側の弾性体とからなり外輪２２内周面の止め溝２５に係止される加締部３５と、芯金３１の内周側の弾性体からなり内輪２１の外周面の受け溝２６に接触されるリップ部３６と、に分けられる。
【００２８】
シール３０は、リップ部３６を内輪２１の外周面の受け溝２６に接触させた状態で、加締部３５を弾性変形させながら外輪２２の内周面の止め溝２５に押し込むことによって、転がり軸受２０の外輪２２と内輪２１との間に配設される。シール３３もシール３０と同じ構造であり、同様に外輪２２と内輪２１との間に配設される。このようなシール３０，３３の一般的な材料は、芯金としてはＳＰＣＣやＳＥＣＣなどの鋼板が使用され、リップ等を形成する弾性体としてはニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムが使用される。なお、密封装置としてのシール３０，３３は、図２のような接触ゴムシールに限らず、非接触ゴムシール、非接触鋼板などであってもよい。
【００２９】
固定側の外輪２２の内周面２２ｂであって軌道面２２ａの近傍に温度センサ１０を設け、外輪２２の内周面２２ｂから外輪２２の側面へと貫通する貫通孔Ｐを配線導出部として設けている。温度センサ１０から延びる複数の電気配線１１が貫通孔Ｐを通して外輪２２の側面から外部へと導出され、軸受の外部に設置される温度検出装置５１に接続されるようになっている。
【００３０】
上述の差動型の温度センサ１０について図３，図４を参照して説明する。図３は、図２の軸受内部に設けられた温度センサを拡大して示す平面図である。図４は、図３の温度センサの断面構成を概略的に示す要部断面図であり、図３のIV-IV線方向に沿って切断してみた図である。
【００３１】
図３，図４のように、差動型の温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａの近傍の内周面２２ｂに直接に形成された薄膜１２と、薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の第１のセンサ部１と、薄膜１２上に第１のセンサ部１から離れた位置に形成された白金等からなる膜状の第２のセンサ部２と、第１のセンサ部１から幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の電気接続部３と、第２のセンサ部２から幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の電気接続部４と、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とから幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる共通の膜状の電気接続部５と、薄膜１２，センサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うように配置されたカバー１４と、を備え、全体として平面が矩形状で厚さが薄い構成となっている。
【００３２】
膜状の第１及び第２のセンサ部１，２は、図３のように、それぞれ幅狭の帯状部から構成され、帯状部は全体の帯状長さを長く確保するために複数箇所で折り返されている。センサ部１，２から延びる幅広の電気接続部３〜５には電気配線１１（図２）がそれぞれ電気接続される。
【００３３】
図２〜図４のように、共通の薄膜１２上に第１及び第２のセンサ部１，２が設けられた差動型の温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａの近傍の内周面２２ｂに配置され、第１のセンサ部１が軌道面２２ａに対し第２のセンサ部２よりも近い位置にある。
【００３４】
図２の温度検出装置５１は、温度センサ１０の電気接続部３〜５から延びる複数の電気配線１１が接続され、温度変化により変化する第１及び第２のセンサ部１，２の抵抗値に基づいて温度測定を行う。この温度測定のとき、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２との出力差から温度差を得ることができる。
【００３５】
また、電気接続部３〜５は、センサ部１，２よりも幅広の薄膜になっており、温度変動による抵抗変化がセンサ部１，２よりも小さいので、センサ部１，２による温度測定の精度に対する影響を抑えることができる。
【００３６】
温度センサ１０は、図３，図４のように、薄膜１２をポリイミドやＰＥＥＫやＰＰＳ等の高分子材料からスパッタリング法により外輪軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに直接形成し、次に、薄膜１２上にセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を例えばインクジェット法やフォトリソグラフィにてパターニングした白金（Ｐｔ）等からなる導電薄膜に形成し、次に、カバー１４をスパッタリング法にて高分子材料からセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うようにして形成することで、図２のような転がり軸受２０に組み込まれる前の外輪２２に直接設置することができる。
【００３７】
なお、スパッタリング法とは、ターゲットにアルゴンガス等の不活性物質を高速で衝突させてターゲットを構成する原子や分子をたたき出し、このたたき出された原子や分子を被形成面に堆積させて薄膜を形成する方法である。
【００３８】
また、上述の高分子材料として、耐熱性・耐油性等の観点からポリイミドやＰＥＥＫやＰＰＳが好ましいが、これらに限定されず、他の高分子材料を用いてもよい。
【００３９】
また、インクジェット法は、例えば、先に本出願人が特願２００６−２４１４９７号で提案したように、Ｐｔ等の金属の超微粒子が独立状態で分散しているインクを微細ノズルから薄膜１２上に吐出することで図３のような所定の微細な導電パターンを形成できるものである。吐出されたインクは焼成または低真空ガス中に放置することで蒸発して強い導電薄膜からなるセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を形成できる。
【００４０】
上述のように図２の温度センサ付き軸受２０において温度センサ１０の基板となる薄膜１２を高分子材料からスパッタリング法を用いて外輪２２の内周面２２ｂに直接に形成する利点は以下（１）〜（５）の通りである。
【００４１】
（１）外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂ等の軸受部品の表面に高分子材料の薄膜１２を接着剤なしで接着することができる。
【００４２】
（２）薄膜１２と外輪２２の内周面２２ｂとの間で、市販されている接着剤で金属材料等からなる軸受部品と高分子材料からなる薄膜とを接着するよりも強固な結合を得ることができる。スパッタリング法により極めて小さい単位の高分子材料が軸受部品の表面に堆積し、軸受部品の表面と高分子材料との間で強固なアンカー効果が生じるからである。
【００４３】
（３）薄膜１２の膜厚を自由に調整することができる。市販されている高分子材料フィルムの最小厚さは、種類によっても異なるが、約２５μｍであり、それ以下になると製造・取扱いが難しいという問題があるのに対し、上述のように、スパッタリング法を用いると、数十ｎｍ〜数μｍの範囲内の膜厚を有する薄膜を容易に形成することができ、取扱いも容易である。
【００４４】
（４）軸受部品の表面にスパッタリング法で高分子材料から薄膜１２を形成し、インクジェット法やフォトリソグラフィ等にてセンサ部１，２及び電気接続部３〜５をパターニングし、更にスパッタリング法にてカバー１４を形成することができる。これにより、温度センサ１０を、全体の厚さＺ（図４）が数十ｎｍ〜数μｍの範囲内となるように一層薄膜化することができ、温度センサ１０の温度測定の精度が向上するとともに、温度検知のレスポンスが良好となり、温度異常の検知性を向上できる。
【００４５】
（５）従来のチップ型積層サーミスタよりも薄くかつ小型に構成できるので、温度センサ１０の取付位置に制約がなくなる。従って、温度センサ１０を軸受のいかなる部分にも組み込み可能となる。
【００４６】
図２〜図４の温度センサ付き転がり軸受２０によれば、転がり軸受２０の使用中に異常が発生し、転動体である玉２４が内輪軌道面２１ａと外輪軌道面２２ａとの間で転動して温度異常（急激な温度上昇）が生じたとき、図３のように、図１（ａ）の熱発生源Ｈに相当する外輪軌道面２２ａに対し温度センサ１０の第１のセンサ部１が近く、第２のセンサ部２が遠い位置にあり、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とのセンサ出力差から得た温度差に基づいて図１（ｃ）の温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで急激な温度上昇による温度変化を高レスポンスに測定でき、軸受における異常発生による温度異常発生を検知することができる。
【００４７】
上述のように、温度センサ１０の第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とを熱発生源である軌道面２２ａからの距離の異なる位置に設けることで急激な温度変化をセンサ部１，２の温度差分から検知することにより、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスな検知が可能となる。
【００４８】
また、センサ部が単一の場合には、単一のセンサで測定を行うため、軸受の異常状態による急激な温度上昇を検知するには、図２の温度検出装置５１において、一定時間の温度履歴を記録するメモリと、メモリに記録された温度履歴から急激な温度上昇を検知するための演算装置が必要であるのに対し、本実施の形態の温度センサ付き転がり軸受２０によれば、かかるメモリや演算装置が不要となり、簡易な温度異常検知システムを構成でき、これにより軸受の温度異常を検知できる。
【００４９】
さらに、温度センサ１０を小型でかつ薄膜に構成できるので、温度センサ１０の取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込みが可能でレスポンスが早く、小型で量産性に優れる温度センサを備える転がり軸受を実現できる。
【００５０】
〈第２の実施の形態〉
図５は第２の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。図５に示す温度センサ付き転がり軸受２０Ａは図１の温度センサ付き転がり軸受２０と基本構成が同一であるので、同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
図５の温度センサ付き転がり軸受２０Ａは、軸受の構成及び温度センサ１０の構成と位置が図１のものと同一であるが、センサ信号を無線で外部に伝送するようにしたものである。すなわち、無線信号発生装置及び電源回路を含む無線伝送部５２がＩＣタグから構成されており、この無線伝送部５２が転がり軸受２０Ａの外輪２２の側面に設けられている。温度センサ１０からの電気配線１１が外輪２２内の貫通孔（配線導出部）Ｐを通して無線伝送部５２に接続されている。
【００５２】
温度センサ１０のセンサ部１，２からのセンサ出力差信号が無線伝送部５２から無線で送られ、図５のように軸受外部の無線信号受信装置５０でセンサ出力差信号を受信し、このセンサ出力差信号に基づいて温度検出装置５１で温度差を測定し、温度差を検出し、図１（ｃ）のような温度差のピークを検出する。
【００５３】
図５の温度センサ付き転がり軸受２０Ａによれば、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とのセンサ出力差から得た温度差に基づいて図１（ｃ）の温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで急激な温度上昇による温度変化を高レスポンスに測定でき、軸受における異常発生による温度異常発生を検知できる。これにより、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスな検知が可能となるとともに、メモリや演算装置が不要であり簡易な温度異常検知システムにより軸受の温度異常を検知できる。また、温度センサの第１及び第２のセンサ部のセンサ出力差信号を温度検出装置に送る手段として無線伝送手段を用いており、軸受から信号ケーブルが延びる構成ではないため、軸受使用機器の設計を行う際の制約を減らすことができ、軸受使用機器の設計の自由度が向上する。
【００５４】
次に、図３，図４の温度センサの別の例について図６を参照して説明する。図６は本実施の形態による温度センサの別の例を示す図４と同様の要部断面図である。
【００５５】
図６の温度センサ１０Ａは、図３と同様の平面構成であり、第１のセンサ部１，第２のセンサ部２及び電気接続部３〜５を備え、外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに、上述と同様にしてスパッタリング法で高分子材料から薄膜１６を形成し、この薄膜１６を接着層として用いて接着可能なものである。
【００５６】
すなわち、温度センサ１０Ａは、薄膜１６と同じ種類の高分子材料フィルムからなる基材１７上に図３，図４と同様のセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を形成し、カバー１９でセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うようにして形成したものである。温度センサ１０Ａを、外輪軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに形成された薄膜１６に基材１７を熱圧着にて接着することで、外輪２２の内周面２２ｂに設置できる。
【００５７】
図６の構成によれば、スパッタリング法を用いることで高分子材料からなる薄膜１６と内周面２２ｂとは、強固に結びついており、高分子材料フィルムからなる基材１７は同一材質の薄膜１６に熱圧着されることにより強固に結合する。また、接着層としての薄膜１６を極めて薄膜化できるので、内周面２２ｂに設置された温度センサの厚さを薄くでき、軸受のいかなる場所にでも配置できる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００５９】
図２と同様の温度センサ付き軸受を図７のような工程（ａ）乃至（ｄ）により作製した。図７は本実施例の製造工程（ａ）乃至（ｄ）を示す側面図である。図７の製造工程（ａ）乃至（ｄ）は、図６の断面構成の温度センサを半導体製造の場合と同様のリソグラフィ工程より製造するものである。
【００６０】
図７（ａ）のように、ポリイミドフィルム４１上に厚さ約２μｍのフォトレジスト４２をスピンコートにより塗布し、プリベーク処理を行った。
【００６１】
次に、図７（ｂ）のように、図８のような第１のセンサ部の形状、第２のセンサ部の形状及び電気接続部の形状にパターニングを行ったマスクを用いて図７（ｂ）の上方から露光処理をしてから、現像液を用いて現像処理をすることで、フォトレジスト４２に図８のマスクのパターンに対応した第１のセンサ部、第２のセンサ部及び電気接続部の各パターンを形成した。
【００６２】
次に、図７（ｃ）のように、スパッタリング法にて厚さ約２５０ｎｍの白金膜４３を形成してから、図７（ｄ）のように、アセトンによりリフトオフ法を用いてフィルム４１上の残留フォトレジストを除去することで、図７（ｄ）の白金膜４３を露出させた。上述のようにして、図９のような温度センサを得てから、２５０℃×５時間の条件でアニールを行い、電気接続部への配線作業を行った。
【００６３】
図７（ｄ）の白金膜４３が図９における第１のセンサ部６１，第２のセンサ部６２及び電気接続部６３，６４，６５を構成する。第１のセンサ部６１，第２のセンサ部６２は白金測温抵抗体を構成し、温度変化により白金測温抵抗体の電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化に基づいて図２の温度検出装置５１で温度測定を行う。
【００６４】
上述のようして製造された図９の薄膜状の温度センサを、図２の外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂにポリイミドからスパッタリング法により直接形成した薄膜１６（図６）に熱圧着にて接着した。
【００６５】
上述のようにして得た差動型温度センサ付き転がり軸受の回転試験中の温度変化を測定した。測定結果を図１０，図１１に示す。その結果、図１０のように測定温度が変化し、図１１のように急激な温度変化点において温度差データにピークを検出することができた。
【００６６】
以上のように本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、温度センサ１０のセンサ部を２つとしたが、本発明はこれに限定されず、３個または４個以上であってもよく、温度差を複数検出するようにしてもよい。
【００６７】
また、温度センサ１０の設置位置は、図２，図５では外輪軌道面２２ａ近傍であったが、本発明はこれに限定されず、例えば図２の破線で示すようにシール３０の芯金３１（軸受内部側）に設けてもよく、また、軌道面２２ａに設けてもよく、また、内輪軌道面２１ａ近傍等に設けてもよい。なお、軌道面２２ａに設ける場合は、軌道面に予め微小深さの凹みを形成しておいてもよい。
【００６８】
また、図３，図６の温度センサ１０，１０Ａは共通の薄膜１２または基材１７上に２つのセンサ部１，２を設けた構成であるが、本発明はこれに限定されず、別々に構成してもよく、例えば、単一のセンサ部を有する温度センサ２つを軌道面２２ａに対する距離が異なるように配置してもよい。この場合、例えば、単一のセンサ部を有する温度センサの１つを軌道面２２ａに設け、もう１つを軌道面２２ａ近傍に設けたり、また、軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに軌道面２２ａに対し距離が異なるように設けてもよく、また、シール３０の芯金３１に設けてもよい。
【００６９】
また、図４，図６において温度センサ１０，１０Ａのカバー１４，１９は省略してもよい。また、軸受内部において図６の温度センサ１０Ａの取り付け空間に余裕がある場合等には、温度センサ１０Ａを接着剤で軸受部品に接着するようにしてもよい。
【００７０】
また、比較的大きなサイズのフィルムに上述の図７の工程（ａ）〜（ｄ）により多数の温度センサを形成してから、個別の温度センサにカットすることで、温度センサを低コストで大量生産することができる。
【００７１】
また、図２，図５では、転がり軸受の内輪を回転側としたが、外輪を回転側としてもよく、この場合は、固定側の内輪に温度センサ１０を同様に設けることができる。また、図２，図５の軸受は単列深溝玉軸受であったが、本発明はこれに限定されず、他の種類の転がり軸受であってもよいことはもちろんである。
【００７２】
また、本実施の形態の温度センサ付き転がり軸受の用途例として自動車用軸受、工作機械スピンドル等があり、例えば、自動車の電装部品、エンジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、水ポンプ、ハブユニット、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、コンプレッサ、リニアガイド装置、ボールねじ等の転がり軸受に適用して好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明するための図であり、熱発生源に対する２つの温度センサの配置例を概略的に示す平面図（ａ）、２つの温度センサにより測定した温度と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｂ）、及び２つの温度センサから得た温度差と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｃ）である。
【図２】第１の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【図３】図２の軸受内部に設けられた温度センサを拡大して示す平面図である。
【図４】図３の温度センサの断面構成を概略的に示す要部断面図であり、図３のIV-IV線方向に沿って切断してみた図である。
【図５】第２の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【図６】本実施の形態による温度センサの別の例を示す図４と同様の要部断面図である。
【図７】本実施例の製造工程（ａ）乃至（ｄ）を示す図である。
【図８】図７（ｂ）の露光工程で用いたマスクパターンを示す拡大平面図である。
【図９】本実施例で得た温度センサを示す拡大平面図である。
【図１０】本実施例の軸受回転試験における温度変化の例を示す図である。
【図１１】本実施例の軸受回転試験における温度差変化の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１０Ａ 温度センサ
１ 第１のセンサ部
２ 第２のセンサ部
３〜５ 電気接続部
１１ 電気配線
１２，１６ 薄膜
２０，２０Ａ 転がり軸受
２１ 内輪
２１ａ 内輪軌道面
２２ 外輪
２２ａ 外輪軌道面
２２ｂ 外輪の内周面
２４ 玉、転動体
３０，３３ シール
３１ 芯金
５０ 無線信号受信装置
５１ 温度検出装置
５２ 無線伝送部
Ａ 第１の温度センサ
Ｂ 第２の温度センサ
Ｄ 被測定体
Ｈ 熱発生源
Ｋ ピーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体が転走面で転動するセンサ付き軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、軸受の異常発生を未然に防止するために軸受内部に封入された潤滑剤の劣化を検出するシステムを開示する。このシステムは、軸受に、ＩＣタグと電源回路とこの電源で駆動される潤滑剤の劣化検出センサを搭載している。ＩＣタグ、劣化検出センサ、電源回路は基板上に設置されて一つの軸受装備電子部品を構成し、この軸受装備電子部品が軸受の外輪に配置されている（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
特許文献２は、軸受ハウジングの外部に振動センサ、温度センサ等のセンサを設けたセンサ付転動装置を開示する。このセンサにより振動や温度等を測定し、軸受の異常状態をモニタリングする。
【特許文献１】特開２００７−２５６０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムにより温度測定を行う場合には、発熱源である転走面とセンサ部とを近づけることができないため、高いレスポンスで温度のモニタリングを行うことができない。特許文献２の装置でも発熱源とセンサ部の距離が離れているため、高レスポンスで温度のモニタリングを行うことができない。
【０００５】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能なセンサ付き軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本実施形態によるセンサ付き軸受は、転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、軸受内部に配置された第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このセンサ付き軸受によれば、第１の温度センサと第２の温度センサとを、転動体が転動して発熱源となる転走面からの距離が異なる位置に配置したので、両温度センサのセンサ出力差から温度差を得ることができ、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能となる。
【０００８】
すなわち、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとのセンサ出力差から得た温度差に基づいて前記転送面における温度変化を検知することができる。これにより、温度センサが１個だけの場合に必要な温度履歴を記録するメモリや演算装置が不要となり、簡易なシステムで軸受の温度異常を検知することができる。例えば、温度差のピークを検出することで温度異常を検知できる。
【０００９】
また、前記第１及び第２の温度センサは、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成された薄膜を有することが好ましい。温度センサの薄膜がスパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成されるので、軸受部品に高分子材料の薄膜を薄膜フィルムを貼り付ける場合よりも薄くできかつ接着剤なしで接着でき、接着剤よりも強固な結合が得られ、温度センサをより薄膜化することができ、取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込みが可能となる。このため、温度測定のレスポンスが速く、小形で量産性に優れたものとなる。
【００１０】
また、前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜上に離れてそれぞれ形成されたセンサ部を有するように構成できる。なお、センサ部は、薄膜上に例えば、インクジェット法やフォトリソグラフィ等によりパターニングして形成することができる。また、軸受部品に直接形成された薄膜を接着層として温度センサを接着させて設けてもよい。
【００１１】
また、前記第１及び第２の温度センサは、固定側の転走面、固定側の転走面の近傍または軸受内部を密閉する密封装置に設けることができる。
【００１２】
なお、前記第１及び第２の温度センサは前記センサ部を覆うカバー部を有するように構成できる。カバー部は、スパッタリングにより形成することができ、センサ部を保護するとともに温度センサを全体として薄膜化することができる。
【００１３】
また、前記第１及び第２の温度センサからのセンサ出力差信号を無線で伝送するための無線伝送手段を備えることが好ましい。これにより、軸受から延びる信号線が不要となるので、軸受使用機器の設計を行う際の制約を減らし、軸受使用機器の設計の自由度を向上できる。
【００１４】
本実施形態によるセンサ付き軸受の製造方法は、転動体が転走面で転動する転がり軸受の製造方法であって、スパッタリング法により高分子材料から薄膜を軸受部品に直接形成し、前記薄膜上に、第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に第２の温度センサと、を設けることを特徴とする。
【００１５】
このセンサ付き軸受の製造方法によれば、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に薄膜を直接形成するので、薄膜フィルムを貼り付ける場合よりも薄くできかつ接着剤なしで接着でき、接着剤よりも強固な結合が得られるとともに、この薄膜に第１及び第２の温度センサを設けるので、第１及び第２の温度センサをより薄膜化することができ、取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込むことができる。このため、温度測定のレスポンスが速く、小形で量産性に優れたものとなり、温度センサを備える転がり軸受を簡単かつ低コストで製造できる。さらに、第１の温度センサと第２の温度センサとを、転動体が転動して発熱源となる転走面からの距離が異なる位置に形成するので、両温度センサのセンサ出力差から温度差を得ることができ、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能な温度センサを備える転がり軸受を製造できる。
【００１６】
上記センサ付き軸受の製造方法において前記薄膜上に前記第１及び第２の温度センサの各センサ部を形成することが好ましい。
【００１７】
また、前記薄膜を接着層として前記第１及び第２の温度センサを前記軸受部品に接着するようにしてもよい。この場合、前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜と同じ種類の高分子材料から形成された基材を有し、前記基材を前記薄膜に熱圧着により接着することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスが可能なセンサ付き軸受及びその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
最初に、本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明する。図１は、本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明するための図であり、熱発生源に対する２つの温度センサの配置例を概略的に示す平面図（ａ）、２つの温度センサにより測定した温度と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｂ）、及び２つの温度センサから得た温度差と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｃ）である。
【００２１】
図１（ａ）のように、熱発生源Ｈが存在する被測定体Ｄ上に第１の温度センサＡと第２の温度センサＢとを配置し、第１の温度センサＡを、第２の温度センサＢよりも熱発生源Ｈに対し距離が近い位置に配置している。すなわち、熱発生源Ｈに対し第１の温度センサＡが近く第２の温度センサＢが遠くなるように並んでおり、熱発生源Ｈと第２の温度センサＢとの間に第１の温度センサＡが位置している。このため、熱発生源Ｈから方向ｃに熱が伝搬すると、この温度を第１の温度センサＡが時間的に早く検知し、熱伝搬の時間だけ遅れて第２の温度センサＢが検知する。
【００２２】
図１（ａ）の熱発生源Ｈで熱が発生し方向ｃに熱が伝搬することで温度が上昇する場合、図１（ｂ）のように、温度上昇範囲内では熱伝搬の時間差のために第１の温度センサＡによる温度検出が第２の温度センサＢによる温度検出よりも早く、このため、破線で示す第１の温度センサＡによる検出温度カーブａは実線で示す第２の温度センサＢによる検出温度カーブｂよりも時間的に早い側（短時間側）にずれている。
【００２３】
ここで、図１（ｂ）の同一時間ｔにおける第１の温度センサＡによる検出温度Ｔａと、第２の温度センサＢによる検出温度Ｔｂとの温度差（Ｔａ−Ｔｂ）は、図１（ｃ）のように、時間とともに変化し、温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫは、温度が最も急上昇した時点と対応する。温度が最も急上昇したときが温度差（Ｔａ−Ｔｂ）が最も大きくなるからである。このように、第１，第２の温度センサＡ，Ｂによる温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで、熱発生源Ｈにおける温度急上昇発生を検知することができる。
【００２４】
図１（ａ）〜（ｃ）のように、第１，第２の温度センサＡ，Ｂを熱発生源Ｈからの距離が異なる位置に設けることで、熱発生源Ｈで発生した急激な温度変化を各温度センサＡ，Ｂによる温度差分（Ｔａ−Ｔｂ）から検知できる。例えば、図１（ａ）の熱発生源Ｈが転がり軸受の転動体が転動する転走面である場合、軸受が使用時に正常に動作すれば、第１，第２の温度センサＡ，Ｂによる検出温度は動作時間とともに緩やかに上昇するが、軸受に異常が生じ転走面で発熱が生じると、図１（ｃ）のような温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで軸受の温度異常発生を検知できる。
【００２５】
〈第１の実施の形態〉
図２は第１の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【００２６】
図２に示すように、温度センサ付き軸受２０は、外周面に軌道面２１ａを有する内輪２１と、内周面に軌道面２２ａを有する外輪２２と、外輪軌道面２２ａと内輪軌道面２１ａとの間に配置された転動体である複数の玉２４と、複数の玉２４を均等位置に保持するための保持器２３と、軸受温度を検知するための差動型の温度センサ１０と、を備える。
【００２７】
軸受２０は、内輪回転の場合のシールの付いた転がり軸受であり、両側に密封装置としてシール３０，３３を備える。シール３０は、外周に鈎部を有するリング状の芯金３１と、その外側に合成ゴムを一体に加硫成形してなる弾性体３２と、から構成され、その機能上から、芯金３１の鈎部以外とその外側の弾性体３２とからなる円環状の主部３４と、芯金３１の鈎部とその外側の弾性体とからなり外輪２２内周面の止め溝２５に係止される加締部３５と、芯金３１の内周側の弾性体からなり内輪２１の外周面の受け溝２６に接触されるリップ部３６と、に分けられる。
【００２８】
シール３０は、リップ部３６を内輪２１の外周面の受け溝２６に接触させた状態で、加締部３５を弾性変形させながら外輪２２の内周面の止め溝２５に押し込むことによって、転がり軸受２０の外輪２２と内輪２１との間に配設される。シール３３もシール３０と同じ構造であり、同様に外輪２２と内輪２１との間に配設される。このようなシール３０，３３の一般的な材料は、芯金としてはＳＰＣＣやＳＥＣＣなどの鋼板が使用され、リップ等を形成する弾性体としてはニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムが使用される。なお、密封装置としてのシール３０，３３は、図２のような接触ゴムシールに限らず、非接触ゴムシール、非接触鋼板などであってもよい。
【００２９】
固定側の外輪２２の内周面２２ｂであって軌道面２２ａの近傍に温度センサ１０を設け、外輪２２の内周面２２ｂから外輪２２の側面へと貫通する貫通孔Ｐを配線導出部として設けている。温度センサ１０から延びる複数の電気配線１１が貫通孔Ｐを通して外輪２２の側面から外部へと導出され、軸受の外部に設置される温度検出装置５１に接続されるようになっている。
【００３０】
上述の差動型の温度センサ１０について図３，図４を参照して説明する。図３は、図２の軸受内部に設けられた温度センサを拡大して示す平面図である。図４は、図３の温度センサの断面構成を概略的に示す要部断面図であり、図３のIV-IV線方向に沿って切断してみた図である。
【００３１】
図３，図４のように、差動型の温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａの近傍の内周面２２ｂに直接に形成された薄膜１２と、薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の第１のセンサ部１と、薄膜１２上に第１のセンサ部１から離れた位置に形成された白金等からなる膜状の第２のセンサ部２と、第１のセンサ部１から幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の電気接続部３と、第２のセンサ部２から幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる膜状の電気接続部４と、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とから幅広に延びるように薄膜１２上に形成された白金等からなる共通の膜状の電気接続部５と、薄膜１２，センサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うように配置されたカバー１４と、を備え、全体として平面が矩形状で厚さが薄い構成となっている。
【００３２】
膜状の第１及び第２のセンサ部１，２は、図３のように、それぞれ幅狭の帯状部から構成され、帯状部は全体の帯状長さを長く確保するために複数箇所で折り返されている。センサ部１，２から延びる幅広の電気接続部３〜５には電気配線１１（図２）がそれぞれ電気接続される。
【００３３】
図２〜図４のように、共通の薄膜１２上に第１及び第２のセンサ部１，２が設けられた差動型の温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａの近傍の内周面２２ｂに配置され、第１のセンサ部１が軌道面２２ａに対し第２のセンサ部２よりも近い位置にある。
【００３４】
図２の温度検出装置５１は、温度センサ１０の電気接続部３〜５から延びる複数の電気配線１１が接続され、温度変化により変化する第１及び第２のセンサ部１，２の抵抗値に基づいて温度測定を行う。この温度測定のとき、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２との出力差から温度差を得ることができる。
【００３５】
また、電気接続部３〜５は、センサ部１，２よりも幅広の薄膜になっており、温度変動による抵抗変化がセンサ部１，２よりも小さいので、センサ部１，２による温度測定の精度に対する影響を抑えることができる。
【００３６】
温度センサ１０は、図３，図４のように、薄膜１２をポリイミドやＰＥＥＫやＰＰＳ等の高分子材料からスパッタリング法により外輪軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに直接形成し、次に、薄膜１２上にセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を例えばインクジェット法やフォトリソグラフィにてパターニングした白金（Ｐｔ）等からなる導電薄膜に形成し、次に、カバー１４をスパッタリング法にて高分子材料からセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うようにして形成することで、図２のような転がり軸受２０に組み込まれる前の外輪２２に直接設置することができる。
【００３７】
なお、スパッタリング法とは、ターゲットにアルゴンガス等の不活性物質を高速で衝突させてターゲットを構成する原子や分子をたたき出し、このたたき出された原子や分子を被形成面に堆積させて薄膜を形成する方法である。
【００３８】
また、上述の高分子材料として、耐熱性・耐油性等の観点からポリイミドやＰＥＥＫやＰＰＳが好ましいが、これらに限定されず、他の高分子材料を用いてもよい。
【００３９】
また、インクジェット法は、例えば、先に本出願人が特願２００６−２４１４９７号で提案したように、Ｐｔ等の金属の超微粒子が独立状態で分散しているインクを微細ノズルから薄膜１２上に吐出することで図３のような所定の微細な導電パターンを形成できるものである。吐出されたインクは焼成または低真空ガス中に放置することで蒸発して強い導電薄膜からなるセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を形成できる。
【００４０】
上述のように図２の温度センサ付き軸受２０において温度センサ１０の基板となる薄膜１２を高分子材料からスパッタリング法を用いて外輪２２の内周面２２ｂに直接に形成する利点は以下（１）〜（５）の通りである。
【００４１】
（１）外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂ等の軸受部品の表面に高分子材料の薄膜１２を接着剤なしで接着することができる。
【００４２】
（２）薄膜１２と外輪２２の内周面２２ｂとの間で、市販されている接着剤で金属材料等からなる軸受部品と高分子材料からなる薄膜とを接着するよりも強固な結合を得ることができる。スパッタリング法により極めて小さい単位の高分子材料が軸受部品の表面に堆積し、軸受部品の表面と高分子材料との間で強固なアンカー効果が生じるからである。
【００４３】
（３）薄膜１２の膜厚を自由に調整することができる。市販されている高分子材料フィルムの最小厚さは、種類によっても異なるが、約２５μｍであり、それ以下になると製造・取扱いが難しいという問題があるのに対し、上述のように、スパッタリング法を用いると、数十ｎｍ〜数μｍの範囲内の膜厚を有する薄膜を容易に形成することができ、取扱いも容易である。
【００４４】
（４）軸受部品の表面にスパッタリング法で高分子材料から薄膜１２を形成し、インクジェット法やフォトリソグラフィ等にてセンサ部１，２及び電気接続部３〜５をパターニングし、更にスパッタリング法にてカバー１４を形成することができる。これにより、温度センサ１０を、全体の厚さＺ（図４）が数十ｎｍ〜数μｍの範囲内となるように一層薄膜化することができ、温度センサ１０の温度測定の精度が向上するとともに、温度検知のレスポンスが良好となり、温度異常の検知性を向上できる。
【００４５】
（５）従来のチップ型積層サーミスタよりも薄くかつ小型に構成できるので、温度センサ１０の取付位置に制約がなくなる。従って、温度センサ１０を軸受のいかなる部分にも組み込み可能となる。
【００４６】
図２〜図４の温度センサ付き転がり軸受２０によれば、転がり軸受２０の使用中に異常が発生し、転動体である玉２４が内輪軌道面２１ａと外輪軌道面２２ａとの間で転動して温度異常（急激な温度上昇）が生じたとき、図３のように、図１（ａ）の熱発生源Ｈに相当する外輪軌道面２２ａに対し温度センサ１０の第１のセンサ部１が近く、第２のセンサ部２が遠い位置にあり、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とのセンサ出力差から得た温度差に基づいて図１（ｃ）の温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで急激な温度上昇による温度変化を高レスポンスに測定でき、軸受における異常発生による温度異常発生を検知することができる。
【００４７】
上述のように、温度センサ１０の第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とを熱発生源である軌道面２２ａからの距離の異なる位置に設けることで急激な温度変化をセンサ部１，２の温度差分から検知することにより、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスな検知が可能となる。
【００４８】
また、センサ部が単一の場合には、単一のセンサで測定を行うため、軸受の異常状態による急激な温度上昇を検知するには、図２の温度検出装置５１において、一定時間の温度履歴を記録するメモリと、メモリに記録された温度履歴から急激な温度上昇を検知するための演算装置が必要であるのに対し、本実施の形態の温度センサ付き転がり軸受２０によれば、かかるメモリや演算装置が不要となり、簡易な温度異常検知システムを構成でき、これにより軸受の温度異常を検知できる。
【００４９】
さらに、温度センサ１０を小型でかつ薄膜に構成できるので、温度センサ１０の取り付け空間が限定されずに軸受のいかなる部分にも組み込みが可能でレスポンスが早く、小型で量産性に優れる温度センサを備える転がり軸受を実現できる。
【００５０】
〈第２の実施の形態〉
図５は第２の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。図５に示す温度センサ付き転がり軸受２０Ａは図１の温度センサ付き転がり軸受２０と基本構成が同一であるので、同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
図５の温度センサ付き転がり軸受２０Ａは、軸受の構成及び温度センサ１０の構成と位置が図１のものと同一であるが、センサ信号を無線で外部に伝送するようにしたものである。すなわち、無線信号発生装置及び電源回路を含む無線伝送部５２がＩＣタグから構成されており、この無線伝送部５２が転がり軸受２０Ａの外輪２２の側面に設けられている。温度センサ１０からの電気配線１１が外輪２２内の貫通孔（配線導出部）Ｐを通して無線伝送部５２に接続されている。
【００５２】
温度センサ１０のセンサ部１，２からのセンサ出力差信号が無線伝送部５２から無線で送られ、図５のように軸受外部の無線信号受信装置５０でセンサ出力差信号を受信し、このセンサ出力差信号に基づいて温度検出装置５１で温度差を測定し、温度差を検出し、図１（ｃ）のような温度差のピークを検出する。
【００５３】
図５の温度センサ付き転がり軸受２０Ａによれば、第１のセンサ部１と第２のセンサ部２とのセンサ出力差から得た温度差に基づいて図１（ｃ）の温度差（Ｔａ−Ｔｂ）のピークＫを検出することで急激な温度上昇による温度変化を高レスポンスに測定でき、軸受における異常発生による温度異常発生を検知できる。これにより、軸受の温度異常に起因する不具合を事前に確実に予測でき高レスポンスな検知が可能となるとともに、メモリや演算装置が不要であり簡易な温度異常検知システムにより軸受の温度異常を検知できる。また、温度センサの第１及び第２のセンサ部のセンサ出力差信号を温度検出装置に送る手段として無線伝送手段を用いており、軸受から信号ケーブルが延びる構成ではないため、軸受使用機器の設計を行う際の制約を減らすことができ、軸受使用機器の設計の自由度が向上する。
【００５４】
次に、図３，図４の温度センサの別の例について図６を参照して説明する。図６は本実施の形態による温度センサの別の例を示す図４と同様の要部断面図である。
【００５５】
図６の温度センサ１０Ａは、図３と同様の平面構成であり、第１のセンサ部１，第２のセンサ部２及び電気接続部３〜５を備え、外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに、上述と同様にしてスパッタリング法で高分子材料から薄膜１６を形成し、この薄膜１６を接着層として用いて接着可能なものである。
【００５６】
すなわち、温度センサ１０Ａは、薄膜１６と同じ種類の高分子材料フィルムからなる基材１７上に図３，図４と同様のセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を形成し、カバー１９でセンサ部１，２及び電気接続部３〜５を覆うようにして形成したものである。温度センサ１０Ａを、外輪軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに形成された薄膜１６に基材１７を熱圧着にて接着することで、外輪２２の内周面２２ｂに設置できる。
【００５７】
図６の構成によれば、スパッタリング法を用いることで高分子材料からなる薄膜１６と内周面２２ｂとは、強固に結びついており、高分子材料フィルムからなる基材１７は同一材質の薄膜１６に熱圧着されることにより強固に結合する。また、接着層としての薄膜１６を極めて薄膜化できるので、内周面２２ｂに設置された温度センサの厚さを薄くでき、軸受のいかなる場所にでも配置できる。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００５９】
図２と同様の温度センサ付き軸受を図７のような工程（ａ）乃至（ｄ）により作製した。図７は本実施例の製造工程（ａ）乃至（ｄ）を示す側面図である。図７の製造工程（ａ）乃至（ｄ）は、図６の断面構成の温度センサを半導体製造の場合と同様のリソグラフィ工程より製造するものである。
【００６０】
図７（ａ）のように、ポリイミドフィルム４１上に厚さ約２μｍのフォトレジスト４２をスピンコートにより塗布し、プリベーク処理を行った。
【００６１】
次に、図７（ｂ）のように、図８のような第１のセンサ部の形状、第２のセンサ部の形状及び電気接続部の形状にパターニングを行ったマスクを用いて図７（ｂ）の上方から露光処理をしてから、現像液を用いて現像処理をすることで、フォトレジスト４２に図８のマスクのパターンに対応した第１のセンサ部、第２のセンサ部及び電気接続部の各パターンを形成した。
【００６２】
次に、図７（ｃ）のように、スパッタリング法にて厚さ約２５０ｎｍの白金膜４３を形成してから、図７（ｄ）のように、アセトンによりリフトオフ法を用いてフィルム４１上の残留フォトレジストを除去することで、図７（ｄ）の白金膜４３を露出させた。上述のようにして、図９のような温度センサを得てから、２５０℃×５時間の条件でアニールを行い、電気接続部への配線作業を行った。
【００６３】
図７（ｄ）の白金膜４３が図９における第１のセンサ部６１，第２のセンサ部６２及び電気接続部６３，６４，６５を構成する。第１のセンサ部６１，第２のセンサ部６２は白金測温抵抗体を構成し、温度変化により白金測温抵抗体の電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化に基づいて図２の温度検出装置５１で温度測定を行う。
【００６４】
上述のようして製造された図９の薄膜状の温度センサを、図２の外輪２２の軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂにポリイミドからスパッタリング法により直接形成した薄膜１６（図６）に熱圧着にて接着した。
【００６５】
上述のようにして得た差動型温度センサ付き転がり軸受の回転試験中の温度変化を測定した。測定結果を図１０，図１１に示す。その結果、図１０のように測定温度が変化し、図１１のように急激な温度変化点において温度差データにピークを検出することができた。
【００６６】
以上のように本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、温度センサ１０のセンサ部を２つとしたが、本発明はこれに限定されず、３個または４個以上であってもよく、温度差を複数検出するようにしてもよい。
【００６７】
また、温度センサ１０の設置位置は、図２，図５では外輪軌道面２２ａ近傍であったが、本発明はこれに限定されず、例えば図２の破線で示すようにシール３０の芯金３１（軸受内部側）に設けてもよく、また、軌道面２２ａに設けてもよく、また、内輪軌道面２１ａ近傍等に設けてもよい。なお、軌道面２２ａに設ける場合は、軌道面に予め微小深さの凹みを形成しておいてもよい。
【００６８】
また、図３，図６の温度センサ１０，１０Ａは共通の薄膜１２または基材１７上に２つのセンサ部１，２を設けた構成であるが、本発明はこれに限定されず、別々に構成してもよく、例えば、単一のセンサ部を有する温度センサ２つを軌道面２２ａに対する距離が異なるように配置してもよい。この場合、例えば、単一のセンサ部を有する温度センサの１つを軌道面２２ａに設け、もう１つを軌道面２２ａ近傍に設けたり、また、軌道面２２ａ近傍の内周面２２ｂに軌道面２２ａに対し距離が異なるように設けてもよく、また、シール３０の芯金３１に設けてもよい。
【００６９】
また、図４，図６において温度センサ１０，１０Ａのカバー１４，１９は省略してもよい。また、軸受内部において図６の温度センサ１０Ａの取り付け空間に余裕がある場合等には、温度センサ１０Ａを接着剤で軸受部品に接着するようにしてもよい。
【００７０】
また、比較的大きなサイズのフィルムに上述の図７の工程（ａ）〜（ｄ）により多数の温度センサを形成してから、個別の温度センサにカットすることで、温度センサを低コストで大量生産することができる。
【００７１】
また、図２，図５では、転がり軸受の内輪を回転側としたが、外輪を回転側としてもよく、この場合は、固定側の内輪に温度センサ１０を同様に設けることができる。また、図２，図５の軸受は単列深溝玉軸受であったが、本発明はこれに限定されず、他の種類の転がり軸受であってもよいことはもちろんである。
【００７２】
また、本実施の形態の温度センサ付き転がり軸受の用途例として自動車用軸受、工作機械スピンドル等があり、例えば、自動車の電装部品、エンジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、水ポンプ、ハブユニット、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、コンプレッサ、リニアガイド装置、ボールねじ等の転がり軸受に適用して好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施の形態による差動型の温度センサの測定原理を説明するための図であり、熱発生源に対する２つの温度センサの配置例を概略的に示す平面図（ａ）、２つの温度センサにより測定した温度と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｂ）、及び２つの温度センサから得た温度差と時間との関係を概略的に示すグラフ（ｃ）である。
【図２】第１の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【図３】図２の軸受内部に設けられた温度センサを拡大して示す平面図である。
【図４】図３の温度センサの断面構成を概略的に示す要部断面図であり、図３のIV-IV線方向に沿って切断してみた図である。
【図５】第２の実施の形態による温度センサ付き転がり軸受を示す要部断面図である。
【図６】本実施の形態による温度センサの別の例を示す図４と同様の要部断面図である。
【図７】本実施例の製造工程（ａ）乃至（ｄ）を示す図である。
【図８】図７（ｂ）の露光工程で用いたマスクパターンを示す拡大平面図である。
【図９】本実施例で得た温度センサを示す拡大平面図である。
【図１０】本実施例の軸受回転試験における温度変化の例を示す図である。
【図１１】本実施例の軸受回転試験における温度差変化の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１０Ａ 温度センサ
１ 第１のセンサ部
２ 第２のセンサ部
３〜５ 電気接続部
１１ 電気配線
１２，１６ 薄膜
２０，２０Ａ 転がり軸受
２１ 内輪
２１ａ 内輪軌道面
２２ 外輪
２２ａ 外輪軌道面
２２ｂ 外輪の内周面
２４ 玉、転動体
３０，３３ シール
３１ 芯金
５０ 無線信号受信装置
５１ 温度検出装置
５２ 無線伝送部
Ａ 第１の温度センサ
Ｂ 第２の温度センサ
Ｄ 被測定体
Ｈ 熱発生源
Ｋ ピーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、
軸受内部に配置された第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサと、を備えることを特徴とするセンサ付き軸受。
【請求項２】
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとのセンサ出力差から得た温度差に基づいて前記転送面における温度変化を検知する請求項１に記載のセンサ付き軸受。
【請求項３】
前記第１及び第２の温度センサは、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成された薄膜を有する請求項１または２に記載のセンサ付き軸受。
【請求項４】
前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜上に離れてそれぞれ形成されたセンサ部を有する請求項３に記載のセンサ付き軸受。
【請求項５】
前記第１及び第２の温度センサは、前記転走面、前記転走面の近傍または軸受内部を密閉する密封装置に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ付き軸受。
【請求項６】
前記第１及び第２の温度センサからのセンサ出力差信号を無線で伝送するための無線伝送手段を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ付き軸受。
【請求項７】
転動体が転走面で転動する転がり軸受の製造方法であって、
スパッタリング法により高分子材料から薄膜を軸受部品に直接形成し、前記薄膜上に、第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に第２の温度センサと、を設けることを特徴とするセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項８】
前記薄膜上に前記第１及び第２の温度センサの各センサ部を形成する請求項７に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項９】
前記薄膜を接着層として前記第１及び第２の温度センサを前記軸受部品に接着する請求項７に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜と同じ種類の高分子材料から形成された基材を有し、前記基材を前記薄膜に熱圧着により接着する請求項９に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項１】
転動体が転走面で転動する転がり軸受であって、
軸受内部に配置された第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に配置された第２の温度センサと、を備えることを特徴とするセンサ付き軸受。
【請求項２】
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとのセンサ出力差から得た温度差に基づいて前記転送面における温度変化を検知する請求項１に記載のセンサ付き軸受。
【請求項３】
前記第１及び第２の温度センサは、スパッタリング法により高分子材料から軸受部品に直接形成された薄膜を有する請求項１または２に記載のセンサ付き軸受。
【請求項４】
前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜上に離れてそれぞれ形成されたセンサ部を有する請求項３に記載のセンサ付き軸受。
【請求項５】
前記第１及び第２の温度センサは、前記転走面、前記転走面の近傍または軸受内部を密閉する密封装置に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ付き軸受。
【請求項６】
前記第１及び第２の温度センサからのセンサ出力差信号を無線で伝送するための無線伝送手段を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ付き軸受。
【請求項７】
転動体が転走面で転動する転がり軸受の製造方法であって、
スパッタリング法により高分子材料から薄膜を軸受部品に直接形成し、前記薄膜上に、第１の温度センサと、前記第１の温度センサに対し前記転走面からの距離が異なる位置に第２の温度センサと、を設けることを特徴とするセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項８】
前記薄膜上に前記第１及び第２の温度センサの各センサ部を形成する請求項７に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項９】
前記薄膜を接着層として前記第１及び第２の温度センサを前記軸受部品に接着する請求項７に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の温度センサは前記薄膜と同じ種類の高分子材料から形成された基材を有し、前記基材を前記薄膜に熱圧着により接着する請求項９に記載のセンサ付き軸受の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１９１８９８（Ｐ２００９−１９１８９８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６９５（Ｐ２００８−３１６９５）
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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