軸受装置
【課題】内部の任意の位置に温度センサを組み込むことができる軸受装置を提供する。
【解決手段】本実施の形態によれば、基板ＴＳａの裏面に金属薄膜により配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成したので、大きなスペースを必要としないため、軸受装置の内部に任意に配置することができ、精度良く軸受内部の温度測定を行うことができる。又、配線の半田付けなどが不要であるため、本実施の形態の温度センサＴＳは量産性に優れている。配線ＴＳｃ、ＴＳｄへの結線は、相手部品の各端子への圧着などにより行うことができる。
【解決手段】本実施の形態によれば、基板ＴＳａの裏面に金属薄膜により配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成したので、大きなスペースを必要としないため、軸受装置の内部に任意に配置することができ、精度良く軸受内部の温度測定を行うことができる。又、配線の半田付けなどが不要であるため、本実施の形態の温度センサＴＳは量産性に優れている。配線ＴＳｃ、ＴＳｄへの結線は、相手部品の各端子への圧着などにより行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ装置を備える軸受装置に関し、特に、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、ボールねじ等に用いられると好適な軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転部品を支持する軸受装置は、一度組み込まれると定期的な検査が行われないケースが多く、かかる場合、温度異常に起因する不具合が発生したときに初めて内部を検査することが多かった。また鉄道車両や風車等の軸受の場合は、一定期間使用した後に、軸受装置やその他の部分について分解し検査が行われる。したがって、温度異常に起因する不具合を事前に予測することが難しかった。これに対し、温度センサを軸受装置に取り付けて温度変化を測定することで、致命的な不具合が発生する前に軸受の異常を発見しようとする試みがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３０２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、温度センサとして積層サーミスタを用いているので一定の厚みが生じることから取付空間に制限があり、軸受の本来測定したい部分の温度を測定することが難しかった。また、製造工程が多いためコストがかかり一般用の軸受まで応用することが難しかった。更に、積層サーミスタから外部に引き出すための配線が嵩張り、それが温度センサの軸受内への組み込みをより困難にしていた。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、内部の任意の位置に温度センサを組み込むことができる軸受装置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】
【０００５】
本発明の軸受装置は、
外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されているので、軸受装置内への設置が容易でありながら、かかる配線を用いて軸受装置の外部へと温度に応じた信号を伝達することができる。
【０００７】
前記温度センサは、基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていると好ましい。このような温度センサであると、極めて薄く製作できるため大きな取り付けスペースを必要としないので、前記軸受装置の内部において、任意の場所に取り付けることができ、本来測定したい部位の温度を精度良く測定することができる。
【０００８】
前記少なくとも裏面の配線は、スパッタリングもしくは真空蒸着により形成されていると薄くできるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に用いる転がり軸受の軸線方向断面図である。軸受装置（転がり軸受ともいう）１０は、外輪１１と、内輪１２と、両輪１１，１２間に配置された転動体としての玉１３と、玉１３を周方向に等間隔に保持する保持器１４と、両輪１１，１２間を密封する円盤状のシール１５，１５とを有する。玉１３は、窒化珪素や炭化珪素等のセラミック製とすることもできる。
【００１０】
外輪１１は、その内周において、軌道面１１ａと、両端近傍に形成された取り付け溝１１ｂ、１１ｂを有する。内輪１２は、その外周において、軌道面１２ａと、両端近傍に形成されたシール溝１２ｂ、１２ｂを有する。
【００１１】
シール１５は、略ドーナツ板状の金属板材（ＳＰＣＣやＳＥＣＣ等）からなり鈎部以外の主部と鈎部とを備えた芯金１５ａと、芯金１５ａの内径側に一体的に加硫成形された合成ゴム（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）製のリップ部１５ｂと、芯金１５ａの外径側に一体的に加硫成形された合成ゴム製の取り付け部１５ｃと、を有する。シール１５は、取り付け部１５ｃを弾性変形させながら、外方から取り付け溝１１ｂに係合させることで、外輪１１に取り付けられる。かかる状態で、リップ部１５ｂの先端はシール溝１２ｂに接触している。なお、軸受装置１０のシールは、接触ゴムシールに限らず、非接触ゴムシール、非接触鋼板など限定されない。
【００１２】
外輪１１の軌道面１１ａの中央には、温度センサＴＳが埋設されている。温度センサＴＳの配線は、後述するように基板の背面に形成されており、ここから外輪１１の内周面及び端面を介して外部に引き出されるようになっている。なお図１において、温度センサＴＳの厚さは誇張して示されている。
【００１３】
図２（ａ）は、温度センサＴＳの表面を示す図であり、図２（ｂ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、図２（ｃ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図であり、図２（ｄ）は、温度センサＴＳの裏面を示す図である。
【００１４】
図２において、温度センサＴＳは、基板ＴＳａと、基板ＴＳａの表面上に形成された微細な抵抗パターンＴＳｂと、基板ＴＳａの側面及び裏面に形成された配線ＴＳｃ、ＴＳｄとを有する。抵抗パターンＴＳｂは、線幅が狭い白金製の一本の線からなっている。配線ＴＳｃは、抵抗パターンＴＳｂの両端に接続され電流を供給するために用いる。配線ＴＳｄは、中央の２カ所にそれぞれ接続され電圧を測定するために用いる。温度センサＴＳは、温度に応じて抵抗値が変化することを利用し、配線ＴＳｃから電流を流したときの配線ＴＳｄ間の電圧を測定することで温度を求めることができる。
【００１５】
温度センサＴＳの製造方法について説明する。絶縁膜として酸化膜付きのシリコーン基板（厚さ：２００μｍ）表面上に、厚さ約２μｍのフォトレジスト（東京応化（株）製ＯＦＰＲ８００ＬＢ）をスピンコートにより塗布し、９０℃で８分間プレべーク処理を行った。その後、抵抗パターンＴＳｂに対応するマスクを用いて露光（ユニオン光学（株）製 ＥＭＡ−４００）し、現像液（東京応化（株）製 ＭＮＤ３）を用いて現像した。これを、最後に超純水で６０秒間リンスした。
【００１６】
その後、フォトレジスト上に、スパッタリング法にて厚さ約２００ｎｍの白金の被膜を付着させ、アセトンによりリフトオフ法を用いて、基板上の残留フォトレジストを除去することで抵抗パターンＴＳｂを形成した。更に、ダイシング装置にて所定のチップサイズに切断した後、チップ上の白金抵抗パターンＴＳｂに接続する配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成した。より具体的には、基板の表面、側面、裏面に、マスク等を用いてスパッタリング法にて細長く金属薄膜を付着させ配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成した。配線ＴＳｃ、ＴＳｄの形成方法は、リード線の配線、真空蒸着法による配線、導電性ぺースト剤による配線なども考えられるが、取付け空間の制限などを考慮すると、金属薄膜を形成できるスパッタリング法や真空蒸着法などによることが好ましい。温度センサＴＳの作成は、以上の方法に限定されないが、半導体微細加工技術を用いることで、量産性、小型化、及び小型化に伴うセンサの反応性に優れる。
【００１７】
本実施の形態によれば、基板ＴＳａの裏面に金属薄膜により配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成したので、大きなスペースを必要としないため、軸受装置の内部に任意に配置することができ、精度良く軸受内部の温度測定を行うことができる。又、配線の半田付けなどが不要であるため、本実施の形態の温度センサＴＳは量産性にも優れている。配線ＴＳｃ、ＴＳｄへの結線は、相手部材（不図示）の各端子への圧着などにより行うことができる。
【００１８】
本発明者らは、上記方法により作製された温度センサＴＳを、実施例として外輪１１の軌道面１１ａに取り付けると共に、比較例として外輪１１の外周面に取り付けて、軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした。その結果を図３に示す。なお、シミュレーションに用いた仕様は、以下の通りである。
軸受：日本精工（株）製の６２０３（呼び番号）単列深溝玉軸受
回転数：１０，０００ｒｐｍ
回転時間：１時間
【００１９】
図３から明らかなように、比較例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の外部に配置した場合と比較して、実施例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の内部に配置すると、軸受装置の温度変化をレスポンス良く測定できることがわかる。本実施の形態の温度センサＴＳは、半導体微細加工技術を利用して抵抗パターンＴＳｂを形成しているので、極めて薄くできることから、軸受装置１０の内部において、精度良く温度を測定したい部位もしくはその近傍に配置できる。従って、レスポンスの良い温度測定を通じて、異常な温度上昇が予兆として現れる軸受装置に生じる不具合を精度良く予測することが可能となる。
【００２０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、温度センサＴＳは、点線で示すように外輪１１の軌道面１１ａ以外の内周面（箇所Ａ）や、シール１５の芯金１５ａ（箇所Ｂ）や、リップ部１５ｂ（箇所Ｃ）に配置しても良い。組み込む場所はこれらに限定することはなく、転がり軸受１０のいかなる場所にでも組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる軸受装置の軸線方向断面図である。
【図２】温度センサＴＳを示す図である。
【図３】軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０ 軸受
１１ 外輪
１１ａ 軌道面
１１ｂ 取り付け溝
１２ 内輪
１２ａ 軌道面
１２ｂ シール溝
１３ 玉
１４ 保持器
１５ シール
１５ａ 芯金
１５ｂ リップ部
ＴＳ 温度センサ
ＴＳａ 基板
ＴＳｂ 抵抗パターン
ＴＳｃ 配線
ＴＳｄ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ装置を備える軸受装置に関し、特に、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、ボールねじ等に用いられると好適な軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転部品を支持する軸受装置は、一度組み込まれると定期的な検査が行われないケースが多く、かかる場合、温度異常に起因する不具合が発生したときに初めて内部を検査することが多かった。また鉄道車両や風車等の軸受の場合は、一定期間使用した後に、軸受装置やその他の部分について分解し検査が行われる。したがって、温度異常に起因する不具合を事前に予測することが難しかった。これに対し、温度センサを軸受装置に取り付けて温度変化を測定することで、致命的な不具合が発生する前に軸受の異常を発見しようとする試みがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３０２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、温度センサとして積層サーミスタを用いているので一定の厚みが生じることから取付空間に制限があり、軸受の本来測定したい部分の温度を測定することが難しかった。また、製造工程が多いためコストがかかり一般用の軸受まで応用することが難しかった。更に、積層サーミスタから外部に引き出すための配線が嵩張り、それが温度センサの軸受内への組み込みをより困難にしていた。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、内部の任意の位置に温度センサを組み込むことができる軸受装置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】
【０００５】
本発明の軸受装置は、
外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されているので、軸受装置内への設置が容易でありながら、かかる配線を用いて軸受装置の外部へと温度に応じた信号を伝達することができる。
【０００７】
前記温度センサは、基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていると好ましい。このような温度センサであると、極めて薄く製作できるため大きな取り付けスペースを必要としないので、前記軸受装置の内部において、任意の場所に取り付けることができ、本来測定したい部位の温度を精度良く測定することができる。
【０００８】
前記少なくとも裏面の配線は、スパッタリングもしくは真空蒸着により形成されていると薄くできるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に用いる転がり軸受の軸線方向断面図である。軸受装置（転がり軸受ともいう）１０は、外輪１１と、内輪１２と、両輪１１，１２間に配置された転動体としての玉１３と、玉１３を周方向に等間隔に保持する保持器１４と、両輪１１，１２間を密封する円盤状のシール１５，１５とを有する。玉１３は、窒化珪素や炭化珪素等のセラミック製とすることもできる。
【００１０】
外輪１１は、その内周において、軌道面１１ａと、両端近傍に形成された取り付け溝１１ｂ、１１ｂを有する。内輪１２は、その外周において、軌道面１２ａと、両端近傍に形成されたシール溝１２ｂ、１２ｂを有する。
【００１１】
シール１５は、略ドーナツ板状の金属板材（ＳＰＣＣやＳＥＣＣ等）からなり鈎部以外の主部と鈎部とを備えた芯金１５ａと、芯金１５ａの内径側に一体的に加硫成形された合成ゴム（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）製のリップ部１５ｂと、芯金１５ａの外径側に一体的に加硫成形された合成ゴム製の取り付け部１５ｃと、を有する。シール１５は、取り付け部１５ｃを弾性変形させながら、外方から取り付け溝１１ｂに係合させることで、外輪１１に取り付けられる。かかる状態で、リップ部１５ｂの先端はシール溝１２ｂに接触している。なお、軸受装置１０のシールは、接触ゴムシールに限らず、非接触ゴムシール、非接触鋼板など限定されない。
【００１２】
外輪１１の軌道面１１ａの中央には、温度センサＴＳが埋設されている。温度センサＴＳの配線は、後述するように基板の背面に形成されており、ここから外輪１１の内周面及び端面を介して外部に引き出されるようになっている。なお図１において、温度センサＴＳの厚さは誇張して示されている。
【００１３】
図２（ａ）は、温度センサＴＳの表面を示す図であり、図２（ｂ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、図２（ｃ）は、温度センサＴＳを図２（ａ）の矢印Ｃ方向から見た図であり、図２（ｄ）は、温度センサＴＳの裏面を示す図である。
【００１４】
図２において、温度センサＴＳは、基板ＴＳａと、基板ＴＳａの表面上に形成された微細な抵抗パターンＴＳｂと、基板ＴＳａの側面及び裏面に形成された配線ＴＳｃ、ＴＳｄとを有する。抵抗パターンＴＳｂは、線幅が狭い白金製の一本の線からなっている。配線ＴＳｃは、抵抗パターンＴＳｂの両端に接続され電流を供給するために用いる。配線ＴＳｄは、中央の２カ所にそれぞれ接続され電圧を測定するために用いる。温度センサＴＳは、温度に応じて抵抗値が変化することを利用し、配線ＴＳｃから電流を流したときの配線ＴＳｄ間の電圧を測定することで温度を求めることができる。
【００１５】
温度センサＴＳの製造方法について説明する。絶縁膜として酸化膜付きのシリコーン基板（厚さ：２００μｍ）表面上に、厚さ約２μｍのフォトレジスト（東京応化（株）製ＯＦＰＲ８００ＬＢ）をスピンコートにより塗布し、９０℃で８分間プレべーク処理を行った。その後、抵抗パターンＴＳｂに対応するマスクを用いて露光（ユニオン光学（株）製 ＥＭＡ−４００）し、現像液（東京応化（株）製 ＭＮＤ３）を用いて現像した。これを、最後に超純水で６０秒間リンスした。
【００１６】
その後、フォトレジスト上に、スパッタリング法にて厚さ約２００ｎｍの白金の被膜を付着させ、アセトンによりリフトオフ法を用いて、基板上の残留フォトレジストを除去することで抵抗パターンＴＳｂを形成した。更に、ダイシング装置にて所定のチップサイズに切断した後、チップ上の白金抵抗パターンＴＳｂに接続する配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成した。より具体的には、基板の表面、側面、裏面に、マスク等を用いてスパッタリング法にて細長く金属薄膜を付着させ配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成した。配線ＴＳｃ、ＴＳｄの形成方法は、リード線の配線、真空蒸着法による配線、導電性ぺースト剤による配線なども考えられるが、取付け空間の制限などを考慮すると、金属薄膜を形成できるスパッタリング法や真空蒸着法などによることが好ましい。温度センサＴＳの作成は、以上の方法に限定されないが、半導体微細加工技術を用いることで、量産性、小型化、及び小型化に伴うセンサの反応性に優れる。
【００１７】
本実施の形態によれば、基板ＴＳａの裏面に金属薄膜により配線ＴＳｃ、ＴＳｄを形成したので、大きなスペースを必要としないため、軸受装置の内部に任意に配置することができ、精度良く軸受内部の温度測定を行うことができる。又、配線の半田付けなどが不要であるため、本実施の形態の温度センサＴＳは量産性にも優れている。配線ＴＳｃ、ＴＳｄへの結線は、相手部材（不図示）の各端子への圧着などにより行うことができる。
【００１８】
本発明者らは、上記方法により作製された温度センサＴＳを、実施例として外輪１１の軌道面１１ａに取り付けると共に、比較例として外輪１１の外周面に取り付けて、軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした。その結果を図３に示す。なお、シミュレーションに用いた仕様は、以下の通りである。
軸受：日本精工（株）製の６２０３（呼び番号）単列深溝玉軸受
回転数：１０，０００ｒｐｍ
回転時間：１時間
【００１９】
図３から明らかなように、比較例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の外部に配置した場合と比較して、実施例のように温度センサＴＳを軸受装置１０の内部に配置すると、軸受装置の温度変化をレスポンス良く測定できることがわかる。本実施の形態の温度センサＴＳは、半導体微細加工技術を利用して抵抗パターンＴＳｂを形成しているので、極めて薄くできることから、軸受装置１０の内部において、精度良く温度を測定したい部位もしくはその近傍に配置できる。従って、レスポンスの良い温度測定を通じて、異常な温度上昇が予兆として現れる軸受装置に生じる不具合を精度良く予測することが可能となる。
【００２０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、温度センサＴＳは、点線で示すように外輪１１の軌道面１１ａ以外の内周面（箇所Ａ）や、シール１５の芯金１５ａ（箇所Ｂ）や、リップ部１５ｂ（箇所Ｃ）に配置しても良い。組み込む場所はこれらに限定することはなく、転がり軸受１０のいかなる場所にでも組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる軸受装置の軸線方向断面図である。
【図２】温度センサＴＳを示す図である。
【図３】軸受装置を動作させたときの温度上昇をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０ 軸受
１１ 外輪
１１ａ 軌道面
１１ｂ 取り付け溝
１２ 内輪
１２ａ 軌道面
１２ｂ シール溝
１３ 玉
１４ 保持器
１５ シール
１５ａ 芯金
１５ｂ リップ部
ＴＳ 温度センサ
ＴＳａ 基板
ＴＳｂ 抵抗パターン
ＴＳｃ 配線
ＴＳｄ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記温度センサは、基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記少なくとも裏面の配線は、スパッタリングもしくは真空蒸着により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項１】
外輪と、内輪と、両輪間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内部の温度を測定する温度センサとを有する軸受装置において、
前記温度センサは、表面側に温度測定部を有する基板の少なくとも裏面に配線が形成されていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記温度センサは、基板の表面に塗布したレジストに、マスクを用いて微細パターンを露光現像し、更にスパッタリングにより金属被膜を微細パターン上に付着させた後に、残留レジストを除去することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記少なくとも裏面の配線は、スパッタリングもしくは真空蒸着により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２５６９０（Ｐ２００８−２５６９０Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９７８７８（Ｐ２００６−１９７８７８）
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【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２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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