(57)【要約】【課題】温度異常に起因する不具合が生じることを事前に予想できるようにするため、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速く、小形で量産性に優れる温度センサを備える転がり軸受及びその製造方法を提供する。【解決手段】この軸受２０は、外輪軌道面２２ａと内輪軌道面２１ａとの間に転動体２４が配設された転がり軸受であって、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温度センサ１０を備える【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動体が配設された転がり軸受であって、
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温度センサを備えることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記温度センサは前記薄膜上に形成されたセンサ部を有する請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
軸受内部をシールする密封装置を備える請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記温度センサは、前記軌道面、前記軌道面の近傍及び前記密封装置の内のいずれかに設けられた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項５】
外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動体が配設された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、
前記薄膜上に温度センサを設けることを特徴とする転がり軸受の製造方法。
【請求項６】
前記薄膜上に前記温度センサのセンサ部を形成する請求項５に記載の転がり軸受の製造方法。
【請求項７】
前記薄膜を接着層として前記温度センサを接着する請求項５に記載の転がり軸受の製造方法。
【請求項８】
前記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７に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動体が配設された転がり軸受及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転部品を支持する一般的な軸受装置は、一度組み込まれると定期的な検査がないため、温度異常に起因する不具合が発生したときに始めて内部を検査することが多かった。また、鉄道車両や風車等に用いられる軸受の場合は、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。上記温度異常の検知ため、下記特許文献１ではチップ型の積層サーミスタを用いた温度センサを軸受に付与している。
【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、上述の従来技術によれば、温度異常に起因する不具合が生じるまで異常を検知することが難しいといった問題があった。また、特許文献１のように積層サーミスタを用いると、積層サーミスタは厚みがあるため、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く、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いという問題がある。
【０００４】
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予想できるようにするため、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速く、小形で量産性に優れる温度センサを備える転がり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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による転がり軸受は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動体が配設された転がり軸受であって、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温度センサを備えることを特徴とする。
【０００６】
この転がり軸受によれば、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ているので、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。このように、転がり軸受内の所望部分の温度を正確に測定することができ、温度異常による不具合を事前に予測できる。
【０００７】
上記転がり軸受において、前記温度センサは前記薄膜上に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。
【０００８】
なお、前記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、温度センサを全体として薄膜化することができる。
【０００９】
また、軸受内部をシールする密封装置を備えるように構成できる。また、前記温度センサは、前記軌道面、前記軌道面の近傍及び前記密封装置の内のいずれかに設けられたものとすることができる。
【００１０】
本発明による転がり軸受の製造方法は、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動体が配設された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、前記薄膜上に温度センサを設けることを特徴とする。
【００１１】
この転がり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るとともに、この薄膜に温度センサを設けるので、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。
【００１２】
上記転がり軸受の製造方法において、前記薄膜上に前記温度センサのセンサ部を形成することで、温度センサを一体に形成でき薄膜化できる。なお、センサ部は、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によりパターニングして形成できる。
【００１３】
また、前記薄膜を接着層として前記温度センサを接着するようにしてもよい。この場合、前記温度センサは、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で、温度センサを一体に形成でき薄膜化できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転がり軸受によれば、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速く、小形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、温度異常に起因する不具合を事前に予想できる。
【００１５】
また、本発明の転がり軸受の製造方法によれば、温度測定のレスポンスが速く、小形で量産性に優れた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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。図１は本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。
【００１７】
図１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温度センサ１０と、を備える。
【００１８】
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。
【００１９】
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１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。
【００２０】
固定側の外輪２２には、その軌道面２２ａに温度センサ１０を設け、外輪２２の内周面から外輪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。
【００２１】
温度センサ１０は、固定側の外輪２２の軌道面２２ａに形成されるとともに、温度センサ１０から延びる一対の電気配線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る。
【００２２】
上述の温度センサ１０について図２，図３を参照して説明する。図２は、図１の温度センサを示す平面図である。図３は、図２の温度センサの断面構成を概略的に示す断面図である。
【００２３】
図２，図３のように、温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａ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センサ部１３と、センサ部１３が形成された薄膜１２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。
【００２４】
膜状のセンサ部１３は、図２のように、全体の幅ａでかつ幅ｂの帯状部から構成され、幅ｂの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。膜状のセンサ部１３の図の左右端下側に位置する幅ｂの帯状部の両端に、一対の配線取付部１５，１５が幅ｂよりも広幅に設けられ、一対の配線取付部１５，１５に一対の電気配線１１（図１）が電気接続される。
【００２５】
なお、一対の電気配線１１は温度測定装置に接続され、温度変化により変化するセンサ部１３の抵抗値に基づいて温度測定が行われる。
【００２６】
温度センサ１０は、図３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に直接形成し、次に、薄膜１２上にセンサ部１３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１３を覆うようにして形成することで、図１のような軸受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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、インクジェット法は、例えば、先に本発明者が他の発明者とともに特願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２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１３を形成できる。
【００３０】
上述のように図１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軌道面２２ａに直接に形成する利点は以下（１）〜（５）の通りである。
【００３１】
（１）外輪２２の軌道面２２ａ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。
【００３２】
（２）薄膜１２と外輪軌道面２２ａ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。
【００３３】
（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。
【００３４】
（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１３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３）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。
【００３５】
（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。
【００３６】
次に、図１の温度センサの配置位置を変えた温度センサ付き軸受二例について図４，図５を参照して説明する。図４は図１の温度センサの配置位置を変えた温度センサ付き軸受の要部を示す要部断面図である。図５は図１の温度センサの配置位置を別に変えた温度センサ付き軸受の要部を示す要部断面図である。
【００３７】
図４，図５に示す温度センサ付き軸受２０Ａ，２０Ｂは図１の温度センサ付き軸受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。
【００３８】
図４に示すように、温度センサ付き軸受２０Ａは、温度センサ１０を固定側の外輪２２の内周面２２ｂであって軌道面２２ａの近傍に図２，図３と同様にして設置したものである。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Ｓを配線導出部として設けている。
【００３９】
温度センサ１０は、外輪２２の軌道面２２ａの近傍に設けられるとともに、温度センサ１０から延びる一対の電気配線１１が貫通孔Ｓを通して外輪２２の側面から外部へと導出される。
【００４０】
図５に示す温度センサ付き軸受２０Ｂは、温度センサ１０をシール３３の芯金３１の内面３１ａに図２，図３と同様にして設置したものである。シール３３には、芯金３１と弾性体３２を貫通する貫通孔Ｔを配線導出部として設けている。
【００４１】
温度センサ１０は、シール３３の芯金３１の内面３１ａに設けられるとともに、温度センサ１０から延びる一対の電気配線１１がシール３３の貫通孔Ｓを通してシール３３の主部３４へと導出される。なお、温度センサ１０を、図５の破線で示すように、シール３３のリップ部３６の近傍に設けてもよく、また、リップ部３６以外の弾性体３２に設けてもよい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態による温度センサ付き軸受２０，２０Ａ，２０Ｂによれば、スパッタリング法を用いて高分子材料から軸受軌道面に直接薄膜を形成してから温度センサを設けることで、軸受内の所望部分の温度を正確に測定することができ、温度異常による不具合を事前に予測することができる。
【００４３】
次に、図２，図３と別の温度センサについて図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３と同様の断面図である。
【００４４】
図６のように、外輪２２の軌道面２２ａ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ることができる。具体的には、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上にセンサ部１８を形成し、カバー１９でセンサ部１８を覆うように形成した温度センサ１０Ａを、スパッタリング法で高分子材料から外輪軌道面２２ａに形成された薄膜１６に熱圧着にて接着することで、外輪軌道面２２ａに設置できる。
【００４５】
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と外輪軌道面２２ａ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は同種の薄膜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、外輪軌道面２２ａに設置された温度センサセンタの厚さを薄くできる。
【００４６】
なお、図３，図６の温度センサ１０，１０Ａを軸受の軌道面２１ａ，２２ａに設ける場合には、軌道面に予め微小深さの凹みを形成しておいてもよい。また、温度センサ１０，１０Ａは、図１，図４，図５の配置部分に限定されず、軸受のいかなる場所にでも配置することができ、また、複数の所望の箇所に配置することができる。また、転がり軸受からの電気配線の取り出しはＩＣタグを用いてもよい。
【００４７】
また、上述の温度センサ付き軸受は、各種用途の軸受に適用可能であるが、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、ボールねじ等の転がり軸受に適用して好ましい。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
図１〜図３と同様の温度センサ付き軸受を図７のような工程により製造した。すなわち、図７のように、図１の外輪２２の軌道面２２ａの部分Ａにスパッタリング法にて高分子材料であるポリイミドから薄膜を形成した（Ｓ０１）。次に、薄膜上に厚さ約２μｍのフォトレジスト（東京応化（株）製ＯＦＰＲ８００ＬＢ）を塗布し（Ｓ０２）、９０℃で８分問プレべーク処理を行った（Ｓ０３）。  その後、図２のようなセンサ部のパターニングを行ったマスクを用いて露光（ユニオン光学（株）製ＥＭＡ−４００）し（Ｓ０４）、現像液（東京応化（株）製ＭＮＤ３）を用いて現像した。最後に超純水で６０秒間リンスした（Ｓ０５）。その後、スパッタリング法にて厚さ約２００ｎｍの白金からなる導電薄膜（センサ部）を形成し（Ｓ０６）、アセトンによりリフトオフ法を用いて軌道面２２ａ上の残留フォトレジストを除去した（Ｓ０７）。
【００５０】
上述のようにして膜厚（図３の厚さＺ）がｌμｍの温度センサを軌道面（図１の部分Ａ）に形成した外輪を用いて図１のような下記軸受を組み立てた（Ｓ０８）。
【００５１】
なお、温度センサは、図２の温度センサ部１３の全体幅ａが２００μｍ、帯状部の幅ｂが３０μｍ、温度センサ１０の幅Ｘが２５０μｍ、長さＹが２５０μｍの寸法であったが、この寸法は一例であり、必要に応じて変えることができる。
【００５２】
また、比較例として、ボリイミドフィルム上に同様の工程で作製した従来の温度センサを図１の部分Ａに市販の接着剤にて接着した以外は、実施例と同様の軸受を組み立てた。なお、比較例の温度センサは膜厚５０μｍ（接着剤層＋フイルム層）であった。
【００５３】
上記実施例及び比較例の軸受を回転させながら図１の部分Ａの温度を測定した。測定条件は以下の通りであった。
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
【００５４】
上記実施例及び比較例において回転時間による温度（抵抗）変化を図７に示す。図７から分かるように、スパッタリング法で形成した薄膜上に作製した温度センサを備える実施例の軸受の方が、従来方法にて作製した温度センサに比べて、非常にレスポンスが速く正確な温度を測定できる。
【００５５】
以上のように本発明を実施するための最良の形態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、図１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を同様に設けることができる。
【００５６】
また、図１，図４，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く、更に、軸受一般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態による温度センサ付き軸受を示す要部断面図である。
【図２】図１の温度センサを示す平面図である。
【図３】図２の温度センサの断面構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図１の温度センサの配置位置を変えた温度センサ付き軸受の要部を示す要部断面図である。
【図５】図１の温度センサの配置位置を別に変えた温度センサ付き軸受の要部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３と同様の断面図である。
【図７】本実施例の製造工程を示すフローチャートである。
【図８】本実施例及び比較例において測定した回転時間による温度（抵抗）変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 温度センサ
１０Ａ 温度センサ
１２ 薄膜
１３ センサ部
１４ カバー
１６ 薄膜
２０，２０Ａ，２０Ｂ 温度センサ付き軸受
２１ 内輪
２１ａ 内輪軌道面、軌道面
２２ 外輪
２２ａ 外輪軌道面、軌道面
２２ｂ 内周面
２３ 保持器
２４ 玉（転動体）
３０，３３ シール（密封装置）
３１ 芯金
３２ 弾性体
３４ 主部
３５ 加締部
３６ リップ部
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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