説明

軸受装置

【課題】コンパクトでありながら、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】軸受装置の構成部品に接着等されるハード基板TSaに切欠TSeを形成することで、ここを介して配線TScを設けた後にも、温度センサTSの寸法Δを所定寸法におさめることができ、運搬や組み立ての際に、誤って配線TScにキズをつけ断線したりする恐れを回避できる。又、切欠TSeを形成してもハード基板TSaの強度は低下しないので、割れなどの不具合もないので好ましい。

【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】
これに対し、軸受内部に配置したハード基板上に微細パターンを形成し、これを用いて温度を測定しようとする試みがある。しかるに、微細パターンに対する配線をどのように行うかという問題がある。特に、従来技術によるハード基板の配線方法によれば、矩形状のハード基板を加工することなく、その表面から裏面にかけてスパッタリング法や導電性ペースト剤などで裏面へ配線を行うとすると、配線により寸法増大を招いたり、取り扱いの際に側面に形成した配線にキズがつき断線したりする恐れがあった。
【0005】
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、コンパクトでありながら、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】
【0006】
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、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、前記温度センサは、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行われているので、配線により前記温度センサのサイズを拡大することが抑制されるため、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。又、切り欠きもしくは孔を介して配線を行うことで、取り扱い時などにおいて配線を不用意に傷つけることが抑制される。
【0008】
前記温度センサは、前記ハード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。
【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方向から見た側面を示す図であり、図2(c)は、温度センサTSを図2(a)の矢印C方向から見た裏面を示す図である。
【0014】
図2において、温度センサTSは、側面に2つの円弧状の切欠TSeを形成したハード基板TSaと、ハード基板TSaの表面上に形成された微細な抵抗パターンTSbと、ハード基板TSaの側面及び裏面に形成された配線TSc、TSc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、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。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、TScから電流を流したときの抵抗値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。ここでは、ハード基板TSaとしてガラス基板(厚さ:100μm)を用いるが、ハード基板は、絶縁層をともなったシリコーンウェーハなど、センサ形成面が絶縁であるハード基板であれば特に限定されない。ハード基板TSaの表面上に、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。このとき、ダイシング時には白金蒸着された配線上を切断するのが好ましい。それにより抵抗パターンTSbが形成された表面には、配線作業が不要となる。
【0017】
ダイシング後、グラインダーなどでハード基板TSaの側面をカットすることにより切欠TSeを形成し(表面及び裏面との交差縁に面取り加工を施すと好ましい)、更にチップ上の白金抵抗パターンTSbに接続する配線TSc、TScを形成した。より具体的には、切欠TSeを通るようにして、ハード基板の表面、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、TScを形成した。配線TSc、TSc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。
【0018】
本実施の形態によれば、軸受装置の構成部品に接着等されるハード基板TSaに切欠TSeを形成することで、ここを介して配線TSc、TScを設けた後にも、温度センサTSの寸法Δ(図2(a))を所定寸法(設計寸法)におさめることができ、運搬や組み立ての際に、誤って配線TSc、TScにキズを付け断線を招く恐れを回避できる。又、切欠TSeを形成してもハード基板TSaの強度は低下しないので、割れなどの不具合もないので好ましい。更に、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、TSc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。
【0019】
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:10,000min-1
回転時間:1時間
【0020】
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。
【0021】
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】
【0022】
【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】
【0023】
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
TSe 切欠

【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、表面に微細パターンが形成されたハード基板を備え、前記微細パターンは前記ハード基板に形成された切り欠きもしくは孔を介して裏面側へ配線が行わ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、前記ハード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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−82797(P2008−82797A)
【公開日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−261698(P2006−261698)
【出願日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【出願人】(000004204)日本精工株式会社 (8,378)
【Fターム(参考)】