(57)【要約】【課題】  転がり軸受の予圧を簡単安価かつ正確に設定できるセンサ付転がり軸受装置を提供すること。【解決手段】  絶縁性を有する帯形状の膜１１を、外輪の外周面に、周方向に延在するように貼り付ける。また、膜１１上に、外輪の周方向に略等間隔に配置されるように、同一の４つの部分からなると共に、導電性を有する箔１２を貼り付ける。箔１２の第１箇所と第２箇所との間の抵抗を、マイコンの抵抗測定部で測定する。マイコンの予圧算出部は、抵抗測定部からの出力を受けて、測定された抵抗に基づいて外輪の予圧を算出する。【選択図】  図３
2006307935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に軌道面を有する外輪と、
外周に軌道面を有する内輪と、
上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に配置された転動体と、
上記外輪または上記内輪の表面に貼り付けられると共に、絶縁性を有する膜と、上記膜上に貼り付けられると共に、導電性を有する箔と、上記箔の第１箇所と第２箇所との間の電流、電圧または抵抗を測定する測定部とを有するセンサと
を備えることを特徴とするセンサ付転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ付転がり軸受装置において、
上記箔は、蛇行した帯形状であることを特徴とするセンサ付転がり軸受装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセンサ付転がり軸受装置において、
上記膜は、上記外輪の外周面に貼り付けられており、
上記箔は、上記外輪の外周上に上記外輪の周方向に略等間隔に配置されている同一形状の複数の部分からなることを特徴とするセンサ付転がり軸受装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のセンサ付転がり軸受装置において、
上記膜の材料は、ポリイミド系の材料であり、上記箔の材料は、ニクロムであることを特徴とするセンサ付転がり軸受装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のセンサ付転がり軸受装置において、
上記測定部からの出力に基づいて上記外輪または内輪に付与されている予圧を算出する予圧算出部を備えることを特徴とするセンサ付転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ付転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ付転がり軸受装置としては、特開２００２−２１３４３８号公報（特許文献１）に記載されている複列アンギュラ玉軸受装置がある。
【０００３】
この複列アンギュラ玉軸受装置は、外輪の内周面に形成された２列の軌道溝のうちの一方と、第１の内輪の軌道溝との間に、玉を配置すると共に、上記外輪の２列の軌道溝のうちの他方と、第２の内輪の軌道溝との間に、玉を配置している。
【０００４】
上記第１の内輪と上記第２の内輪とは、軸受装置の軸方向に離間配置されている。上記第１の内輪と上記第２の内輪との間に対向する上記外輪の外周部分には、外輪の周方向に延びる断面略台形状の溝が形成されている。この溝には、圧力センサが配置されている。上記圧力センサのリード線は、センサ出力処理装置に接続されている。上記センサ出力装置は、上記圧力センサからの出力を受けて、外輪に付加されている予圧を測定するようになっている。
【０００５】
上記従来の複列アンギュラ玉軸受装置は、上記センサ出力装置の出力に基づいて、外輪に付加する荷重を調整して、外輪に付加する予圧を適正値に調整するようになっている。
【０００６】
上記従来の複列アンギュラ玉軸受装置は、軸受構成部品を組み立てた後に、予圧を測定するようになっているので、軸受構成部品の寸法ばらつきを考慮する必要がないという利点を有している。
【０００７】
しかしながら、上記従来の複列アンギュラ玉軸受装置では、圧力センサの取り付け精度に基づく誤差を考慮する必要が生じ、圧力センサの取り付け精度に基づいて計測アンプの調整等が必要になるという問題がある。
【０００８】
また、上記従来の複列アンギュラ玉軸受装置では、センサが、かなりの厚みを有する圧力センサであるので、圧力センサを収容する溝の深さを深くする必要があり、溝を形成するときの形成コストが大きくなって、圧力センサの取付コストが大きいという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２１３４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の課題は、転がり軸受に付加されている予圧を簡単安価かつ正確に設定できるセンサ付転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明のセンサ付転がり軸受装置は、
内周に軌道面を有する外輪と、
外周に軌道面を有する内輪と、
上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に配置された転動体と、
上記外輪または上記内輪の表面に貼り付けられると共に、絶縁性を有する膜と、上記膜上に貼り付けられると共に、導電性を有する箔と、上記箔の第１箇所と第２箇所との間の電流、電圧または抵抗を測定する測定部とを有するセンサと
を備えることを特徴としている。
【００１１】
尚、ここで、箔とは、金、銀、銅、錫などの金属をうすくのばしたもの。物の表面にはりつける紙状の金属片を言う。
【００１２】
本発明によれば、上記外輪または上記内輪の表面に貼り付けられた絶縁性の膜と、膜上に取り付けられた導電性の箔と、上記箔の第１箇所と第２箇所との間の電流、電圧または抵抗を測定する測定部とを有するセンサを有しているので、測定部で、上記箔の第１箇所と第２箇所との間の電流、電圧または抵抗を測定することによって、この電流、電圧または抵抗と相関関係がある箔の歪みを測定することができ、この箔の歪みに基づいて、箔が貼り付けられている外輪または内輪の歪み（外輪または内輪に作用する応力）を検知し、付与されている予圧を測定できる。
【００１３】
また、本発明によれば、センサにおける軸受に取り付けられている部分が、厚さが一様でかつ極めて薄い膜および箔であるので、上記外輪または上記内輪の表面に形成する溝の深さを、従来と比較して格段に浅くできて、この深さが浅い溝に、膜および箔を貼り付けるだけで、上記外輪または上記内輪に付与されている予圧を測定できる。したがって、上記予圧を簡単安価に測定できる。
【００１４】
また、本発明によれば、センサにおける軸受に取り付けられる部分が、厚さが一様でかつ極めて薄く、かつ、柔軟性を有する膜および箔からなるので、センサを、屈曲した曲面にも容易に貼り付けることができる。また、センサを軸受に取り付けた後に、センサにおける軸受に取り付けられた部分の厚さが、その部分が取り付けられた軸受部分の形状に依存して変動することを抑制できる。したがって、センサを取り付けるときの誤差が殆ど発生しなくて、上記予圧の測定程度を向上させることができる。
【００１５】
また、一実施形態のセンサ付転がり軸受装置は、上記箔が、蛇行した帯形状である。
【００１６】
上記実施形態によれば、上記箔が、歪みによって電気的特性が変化し易い蛇行した帯形状であるので、外輪または内輪の歪み、および、外輪または内輪に作用している予圧を精密に測定できる。
【００１７】
また、一実施形態のセンサ付転がり軸受装置は、上記膜が、上記外輪の外周面に貼り付けられており、上記箔が、上記外輪の外周上に上記外輪の周方向に略等間隔に配置されている同一形状の複数の部分からなる。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記箔が、上記外輪の外周上に上記外輪の周方向に略等間隔に配置されている同一形状の複数の部分からなるので、外輪の局所的な歪みではなくて、外輪全体の平均的な歪みを測定できる。
【００１９】
また、一実施形態のセンサ付転がり軸受装置は、上記膜の材料が、ポリイミド系の材料であり、上記箔の材料が、ニクロムである。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記膜の材料が、ポリイミド系の材料であるので、薄くて絶縁性に優れる膜を形成できる。また、上記箔の材料が、ニクロムであるので、薄くて、かつ、歪みに対応して電流、電圧または抵抗の変動が容易に検出できる箔を形成できる。
【００２１】
また、一実施形態のセンサ付転がり軸受装置は、上記測定部からの出力に基づいて上記外輪または内輪に付与されている予圧を算出する予圧算出部を備える。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記測定部からの出力に基づいて上記外輪または内輪に付与されている予圧を算出する予圧算出部を備えているので、外輪または内輪に付与されている予圧を算出できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のセンサ付転がり軸受装置によれば、箔の第１箇所と第２箇所との間の電流、電圧または抵抗を、測定部で測定することによって、この電流、電圧または抵抗と相関関係がある箔の歪みを測定することができ、この箔の歪みに基づいて、外輪または内輪に付与されている予圧を測定できる。
【００２４】
また、本発明のセンサ付転がり軸受装置によれば、外輪または内輪に圧力センサを収容する溝を形成する必要がなくて、外輪または内輪に、深さが浅い溝を形成した上で、その溝に膜および箔を貼り付けるだけで、外輪または内輪に付与されている予圧を測定でき、上記予圧を簡単安価に測定できる。
【００２５】
また、本発明のセンサ付転がり軸受装置によれば、外輪に圧力センサを取り付ける形式でなく、外輪または内輪に厚さが薄い膜および箔を貼り付ける形式であるので、センサを取り付けるときの誤差が殆ど発生しなくて、上記予圧を正確に測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明のセンサ付転がり軸受装置の一実施形態である複列アンギュラ玉軸受装置の軸方向の断面図である。
【００２８】
この複列アンギュラ玉軸受装置は、外輪１と、第１の内輪２と、第２の内輪３と、転動体の一例としての玉４と、センサ５とを備える。上記第１の内輪２と第２の内輪３は、外輪１の軸方向に離間配置されている。
【００２９】
上記外輪１は、内周に、軌道面の一例としての２列の第１軌道溝および第２軌道溝を有している一方、第１の内輪２および第２の内輪３は、外周に、軌道面の一例としての一つの軌道溝を有している。上記外輪は、ハウジング１７に嵌合固定されている一方、第１の内輪２および第２の内輪３は、回転軸１８に嵌合固定されている。
【００３０】
第１の内輪２の第２の内輪３側と反対側の端面は、回転軸１８の段部２２に当接している。また、回転軸１８の軸方向の、第２の内輪３の第１の内輪２側と反対側には、ネジ１９が形成されている。上記ネジ１９には、ナット２０が噛合している。上記ナット２０の軸方向の一方の端面は、第２の内輪３の第１の内輪２側と反対側の端面と当接している。上記ナット２０を締め付けることにより、ナット２０と段部２２との間に、軸方向に第１および第２の内輪２,３を挟み込んで、第１および第２の内輪２,３に対して軸方向に荷重を付加して、複列アンギュラ玉軸受装置に予圧を付与するようになっている。
【００３１】
上記玉４は、外輪１の第１軌道溝と第１の内輪２の軌道溝との間に第１保持器８によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てられて複数配置されると共に、外輪１の第２軌道溝と第２の内輪３の軌道溝との間に第２保持器９によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てられて複数配置されている。
【００３２】
上記センサ５は、膜１１と、箔１２と、測定部の一例としての抵抗測定部の機能と予圧算出部の機能とを兼ねるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）と、マイコンからの出力を受けて結果を表示するモニタを有する。尚、図１においては、理解を容易にするために、膜１１および箔１２の厚さは、誇張されて描かれている。上記膜１１は、絶縁性を有するポリイミド系の材料からなっている。上記膜１１は、帯形状をしている。上記膜１１は、外輪１の外周面における第１の内輪２と第２の内輪３との間に対向する部分に、外輪１の周方向に延在するように、接着剤によって貼り付けられている。上記膜１１の上には、箔１２が接着剤によって貼り付けられている。
【００３３】
図２は、上記実施形態の複列アンギュラ玉軸受装置における上記マイコン２８と上記モニタ２９の接続を示す図である。図２においても、理解を容易にするために、膜１１および箔１２の厚さは、誇張されて描かれている。
【００３４】
図２に示すように、上記箔１２は、マイコン２８と電気接続されている。また、モニタ２９は、マイコン２８と電気接続されている。上記マイコン２８は、箔１２における第１箇所と第２箇所との間に、電圧を印加して、上記第１箇所と上記第２箇所との間の抵抗を測定するようになっている。また、上記マイコンは、この抵抗に基づいて、箔１２の歪み（箔１２に作用している応力）を測定し、箔１２の歪みと相関関係がある外輪１に付加されている予圧を算出するようになっている。また、上記モニタ２９は、マイコン２８が算出した予圧を表示するようになっている。
【００３５】
尚、外輪１に付加されている予圧と、センサ付転がり軸受装置に付加されている予圧とは、相関関係があるので、マイコン２８のメモリにこの相関関係を予めインプットすることによって、外輪１に付加されている予圧を算出することによって、センサ付転がり軸受装置に付加されている予圧を容易に算出することができる（このことは、他の実施形態において、内輪に膜および箔を貼り付ける場合においても同様に成立する）。
【００３６】
図３は、外輪１に貼り付ける前の膜１１および箔１２を示す図であり、膜１１上における箔１２のレイアウトを示す図である。
【００３７】
図３に示すように、膜１１は、帯形状をしている。膜１１の長手方向の長さは、膜１１が貼り付けられる外輪１の外周面の周方向の長さと略等しくなっている。また、箔１２は、４つの略同一の部分、すなわち、第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３および第４部分３４からなっている。この４つの部分は、膜１１の長手方向に、膜１１の一端から第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３、第４部分３４の順に、略等間隔に配置されている。膜１１を、外輪１に貼り付けた状態で、第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３および第４部分３４は、外輪１の周方向に略等間隔に配置されるようになっている。
【００３８】
図３に示すように、上記４つの部分の夫々は、矩形の部分から２つの突出部が突出した形状をしている。第１部分３１の一方の突出部と第２部分３２の一方の突出部が配線で電気接続され、第２部分３２の他方の突出部と第３部分３３の一方の突出部が配線で電気接続されている。また、第３部分３３の他方の突出部と第４部分３４の一方の突出部が配線で電気接続され、第４部分３４の他方の突出部と第１部分３１の他方の突出部が配線で電気接続されている。
【００３９】
上記第２部分３２の他方の突出部と第３部分３３の一方の突出部との間のノードには、配線３６の一端が接続され、第４部分３４の他方の突出部と第１部分３１の他方の突出部との間のノードには、配線３７の一端が接続されている。上記配線３６の他端は、図３には図示しないマイコンの第１端子に接続され、配線３７の他端は、上記マイコンの第２端子に接続されている。
【００４０】
上記第２部分３２の他方の突出部および第３部分３３の一方の突出部は、箔１２の第１箇所になっている。また、第４部分３４の他方の突出部および第１部分３１の他方の突出部は、箔１２の第２箇所になっている。
【００４１】
図３に示す、膜１１、箔１２および配線からなる構造を以下のように製造する。
【００４２】
先ず、膜１１と、膜１１と略同一の表面形状を有する箔１２とを用意し、膜１１上に箔１２を接着剤で貼り付ける。箔の厚さは、０.００５〜０.０３ｍｍが好ましく、０.００８〜０.０１５ｍｍが更に好ましい。この後、箔１２における第１、第２、第３および第４部分３１,３２,３３,３４以外の部分を、エッチングして、膜１１上に、第１、第２、第３および第４部分を等間隔に配置した構造を製造する。最後に、膜１１上に、抵抗が無視できる程度の導電性の線材を貼り付けて配線を形成して、図３に示す構造を製造する。  
【００４３】
図４は、上記第１部分３１の構造を詳細に示す図である。説明しないが、図３に示した第２部分３２、第３部分３３および第４部分３４は、第１部分３１と同一の構造を有している。
【００４４】
図４に示すように、第１部分３１は、直線部と、方向を１８０度変える屈曲部とを交互に繰り返した形状をしている。異なった表現をすれば、第１部分３１は、Ｓ字状の帯を複数連結した形状をしており、蛇行した帯形状をしている。上記蛇行している帯の両端に最も近い直線部以外の直線部は、その太さおよび長さが同一になっている。また、上記蛇行している帯の両端に最も近い直線部は、上記両端に最も近い直線部以外の直線部と比較して、幅が太く長さが長くなっている。上記帯の両端に配線が接続されるようになっている。
【００４５】
図５は、箔１２および抵抗測定部の等価回路を示す図である。
【００４６】
図５において、３１は、箔１２の第１部分を示し、３２は、箔１２の第２部分を示している。また、３３は、箔１２の第３部分を示し、３４は、箔１２の第４部分を示している。また、図５において、５１は、マイコン２８の第１端子を示し、５２は、マイコン２８の第２端子を示している。
【００４７】
図５に示すように、マイコン２８内に内蔵されている抵抗５６、抵抗５７および抵抗５８が、箔１２の第１箇所６０と箔１２の第２箇所６１との間に、直接に接続されている。
【００４８】
また、マイコン３０は、直接に接続されている抵抗５７と抵抗５８の両端に、電圧Ｅを印加して、直接に接続されている抵抗５６と抵抗５７の両端の電圧ｅを測定することにより、箔１２の第１箇所６０と第２箇所６１との間の抵抗を測定するようになっている。
【００４９】
この実施形態では、図５に示すように、直列に接続された第１部分３１および第２部分３２と、直列に接続された第３部分３３および第４部分３４と、を並列に接続しているので、第１部分３１の抵抗、第２部分３２の抵抗、第３部分３３の抵抗および第４部分３４の抵抗の平均抵抗値を測定することができて、外輪１に作用している予圧を、局所的ではなくて大局的に、かつ、正確に測定できる。
【００５０】
上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、外輪１の表面に貼り付けられた絶縁性の膜１１と、膜１１上に取り付けられた導電性の箔１２と、箔１２の第１箇所６０と第２箇所６１との間の抵抗を測定するマイコン２８を有しているので、マイコン２８で、箔１２の第１箇所６０と第２箇所６１との間の抵抗を測定することによって、その測定された抵抗と相関関係がある箔１２の歪みを測定することができ、この箔１２の歪みに基づいて外輪１に付与されている予圧を測定できる。
【００５１】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、センサにおける外輪１に取り付けられている部分が、厚さが一様でかつ極めて薄い膜１１および箔１２であるので、外輪１の表面に形成する溝の深さを、従来と比較して格段に浅くできるから、該溝加工コストを低減できる。また、この深さが浅い溝に、膜１１および箔１２を貼り付けるだけで、外輪１に付与されている予圧を測定できる。したがって、上記予圧を簡単安価に測定できる。
【００５２】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、センサにおける外輪１に取り付けられた部分が、厚さが一様でかつ極めて薄く、かつ、柔軟性を有する膜１１および箔１２であるので、センサを、屈曲した外輪１の外周面にも容易に貼り付けることができる。また、センサを外輪１に取り付けた後に、センサにおける外輪１に取り付けられた部分の厚さが、その部分が取り付けられた外輪１部分の形状に依存して変動することを抑制できる。したがって、センサを取り付けるときの誤差が殆ど発生しなくて、上記予圧の測定程度を向上させることができる。
【００５３】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、箔１２が、歪みによって電気的特性が変化し易い蛇行した帯形状であるので、外輪１の歪み、および、外輪１に作用している予圧を精密に測定できる。
【００５４】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、上記箔１２は、同一形状の４つの部分からなり、この４つの部分は、外輪１の外周上に外輪１の周方向に略等間隔に配置されているので、外輪１の局所的な歪みではなくて、外輪１全体の平均的な歪みを測定できる。
【００５５】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、上記膜１１の材料が、ポリイミド系の材料であるので、薄くて絶縁性に優れる膜１１を形成できる。また、上記箔１２の材料が、ニクロムであるので、薄くて、かつ、歪みに対応して抵抗の変動が容易に検出できる箔１２を形成できる。
【００５６】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置によれば、マイコン２８の測定部からの出力に基づいて、外輪１に付与されている予圧を算出する予圧算出部を、マイコン２８内に有するので、外輪１に付与されている予圧を算出できる。
【００５７】
尚、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、膜１１上に、膜１１と略同一形状の箔１２を貼り付けた後、箔１２の余分な部分をエッチングして、センサを形成したが、この発明では、膜上に、予め所定の形状に形成された箔を貼り付けるようにして、センサを形成しても良い。
【００５８】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、膜１１を、帯形状にして、外輪１の周方向の全周に亘って貼り付けるようにしたが、この発明では、膜は、箔と予圧が測定される軌道輪（外輪または内輪）との間に配置されれば良く、軌道輪の全周に亘って配置される必要はない。
【００５９】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、箔１２の第１箇所６０と第２箇所６１との間の抵抗を測定して、この測定に基づいて箔１２の歪みを測定したが、この発明では、箔の第１箇所と第２箇所との間の電流または電圧を測定して、測定された電流または電圧に基づいて、箔の歪みを測定しても良い。
【００６０】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、直列に接続された第１部分３１および第２部分３２と、直列に接続された第３部分３３および第４部分３４と、を並列に接続したが、この発明では、箔を、複数の部分で構成し、かつ、複数の部分の夫々の電流、電圧または抵抗を単独で測定し、その後、複数の値の平均を算出するようにしても良い。尚、この場合、箔は、複数の第１箇所および複数の第２箇所を有することは、勿論である。
【００６１】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、箔１２は、外輪１に離散的に配置された４つの部分から成っていたが、この発明では、箔は、外輪に離散的に配置された４つ以外の複数の部分から成っていても良く、箔は、一つの部分から成っていても良い。
【００６２】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、膜１１を、ポリイミド系の材料から形成したが、この発明では、膜を、例えば、ポリエステル系材料等のポリイミド系の材料以外の絶縁性を有する材料から形成しても良い。また、箔を、ニクロム以外の導電性を有する材料から形成しても良い。例えば、Ｎｉでも良く、Ｃｕでも断面積を最適になるように調整すれば良い。
【００６３】
また、上記実施形態のセンサ付転がり軸受装置では、膜１１および箔１２を外輪１に貼り付けたが、この発明では、膜および箔を内輪に貼り付けても良い。
【００６４】
また、上記実施形態では、膜１１と箔１２とを有するセンサを、複列アンギュラ玉軸受に取り付けたが、この発明では、膜と箔とを有するセンサを、深溝玉軸受やころ軸受等、複列アンギュラ玉軸受以外の転がり軸受に取り付けて、センサ付転がり軸受装置を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明のセンサ付転がり軸受装置の一実施形態である複列アンギュラ玉軸受装置の軸方向の断面図である。
【図２】上記実施形態の複列アンギュラ玉軸受装置が備えるマイコンとモニタの接続を示す図である
【図３】膜上における箔のレイアウトを示す図である。
【図４】箔の第１部分の構造を詳細に示す図である。
【図５】箔およびマイコンの抵抗測定部の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  外輪
２  第１の内輪
３  第２の内輪
４  玉
５  センサ
１１  膜
１２  箔
２８  マイコン
３１  第１部分
３２  第２部分
３３  第３部分
３４  第４部分
６０  第１箇所
６１  第２箇所
【図１】
2006307935.tif 000003
【図２】
2006307935.tif 000004
【図３】
2006307935.tif 000005
【図４】
2006307935.tif 000006
【図５】
2006307935.tif 000007