JP2014178034A - 転がり軸受のためのシール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材が機械的に十分に安定した状態に保たれ、アンテナがその機能に関してさほど妨げられないようにする転がり軸受用シール部材を提供する。
【解決手段】軸受、特に転がり軸受のためのシール部材１であって、弾性材料からなる封止手段からなる支持部材８と、剛性の高い材料からなる少なくとも１つの支持部材６と、ＩＣ識別子２と、ＩＣ識別子２のためのアンテナ３とを含むシール部材において、支持部材が非金属材料で構成されたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載されている軸受、特に転がり軸受のためのシール部材に関し、ならびに請求項９に記載の軸受に関する。

軸受、特に転がり軸受について、たとえば型式番号のような軸受に関わるデータを記憶させたＩＣ識別子を軸受に取り付けることが知られている。さらに、ＩＣ識別子のためのアンテナが設けられており、これによってＩＣ識別子に存在している情報が読み取られ、ないしは情報をＩＣ識別子へ伝送することができる。さらに、ＩＣ識別子ないしそのアンテナにマイクロ波領域の電磁放射によって呼びかけることが知られており、したがって、これは軸受、特に転がり軸受に利用されるＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）テクノロジーと呼ぶことができる。

特許文献１は、ＲＦＩＤ素子が転がり軸受の内輪に埋め込まれている、ＩＣ識別子を備えた転がり軸受を記載している。アンテナは、転がり軸受の外部に配置されている。欠点となるのは、実質的に金属でできている内輪がアンテナの電磁場を乱すために、ＲＦＩＤ素子の領域で磁界の強さが低くなってしまうことである。したがって、特に転がり軸受の作動時には、ＲＦＩＤ素子の確実な読み取りはほとんど不可能である。

特許文献２は転がり軸受のためのシール部材を記載しており、このシール部材は、弾性材料からなる封止手段と、剛性の高い材料からなる支持部材とを有している。シール部材には、アンテナを備えるＩＣ識別子が配置されており、ＩＣ識別子を配置できるようにするために封止手段に収容部を構成する、さまざまな選択肢が示されている。欠点となるのは、封止手段にある収容部が広いスペースを必要とすることであり、さらには、ＩＣ識別子が転がり軸受から突出しているために、転がり軸受の組付けに手間がかかることである。

特許文献３は、転がり軸受のためのシール部材を記載しており、このシール部材は、弾性材料からなる封止手段と、剛性の高い金属材料からなる支持部材とを有している。シール部材には、ＩＣ識別子のためのアンテナを備えるＩＣ識別子が配置されており、第１の実施例では、金属の環状の支持部材がアンテナとして構成されており、第２の実施例ではアンテナは、電気絶縁部分によって金属の環状の支持部材から空間的に分離された状態で、支持部材に取り付けられている。これらの実施例で欠点となるのは、金属の支持部材がアンテナを妨害し、ないしは、互いに間隔をおく２つの端部を有するダイポールが形成されていないので、環状の構成ではＩＣ識別子のためのアンテナとしてほとんど適していないことである。部分的に破断されて構成された金属の支持部材であれば、アンテナのダイポールとしては適しているはずであるが、そうすると、シール部材全体に所要の機械的安定性が与えられないことになる。さらには、ＩＣ識別子にアンテナないし適当な絶縁部を収容するために、追加の設計スペースが必要なことが欠点である。さらに、金属の支持部材に対するアンテナの絶縁部は高いコストがかかり、軟質のエラストマーで形成される封止部材によって製作されているので、特に機械的な負荷が生じたときに信頼度が低いことが不都合であると考えられる。

米国特許出願公開第２００２／０１８６１３４ Ａ１号明細書 独国特許出願公表第１１ ２００４ ００２ ２３５ Ｔ５号明細書 独国特許出願公表第１１ ２００４ ００２ ２３４ Ｔ５号明細書

本発明の課題は、シール部材が機械的に十分に安定した状態に保たれ、アンテナがその機能に関してさほど妨げられないように、冒頭に述べたシール部材ないし軸受を改良することにある。

この課題は、本発明により、上述したシール部材については請求項１の特徴部に記載の特徴によって解決され、ならびに、請求項９に記載の軸受、特に転がり軸受によって解決される。

少なくとも１つの支持部材が非金属材料で構成されていれば、電磁放射の損失を回避することができ、アンテナの機能がさほど妨げられることがない。ほぼ非導電的で誘電性の環境にアンテナが配置されており、伝導損が明らかに減るからである。それによってアンテナを小型化したうえで設計し、かつ、ＩＣ識別子部材の特別な必要性に合わせて適合化したうえで設計することができ、それにより、シール部材を構成するときの広い自由度が得られる。非金属材料からなる支持部材は、場合によりたとえば金属の別の支持部材とともに、シール材の機械的安定性を担っている。たとえば木材、セラミック、プラスチック、またはガラスのような非金属材料からなる支持部材に加えて、金属の支持部材が設けられている場合、金属の支持部材は、もはやアンテナとして設けられるのではなく、したがって完全に周回するように、すなわち閉じた状態で構成されていてよいリングとして構成されていてよく、それによってシール材の安定性が改善される。このとき当然ながら、金属の支持部材は完全に省略されていてもよく、少なくとも１つの支持部材はセラミックまたはプラスチックだけで構成される。

ちょうど１つの支持部材が設けられており、ちょうど１つの支持部材はプラスチックで製作されていることが意図されるのが好ましい。ただ１つの支持部材はシール部材の構造と製造を簡素化し、この製造は、第１のステップで支持部材が第１のプラスチックから製作され、たとえば注型され、第２のステップで、弾性的なプラスチックからなる封止手段が支持部材の周囲に形成されることを意図することができる。このような種類の製造方法は容易に実施することができるので、シール部材を迅速に大量の個数で製造することができる。このとき当然ながら、支持部材と封止手段はたとえばプラスチックのような同じ材料で製作されていてよく、この場合、たとえば電磁放射による適当な後処理の結果として、支持部材の領域のプラスチックが、封止手段の領域のプラスチックとは異なる材料特性を得るようにされる。

アンテナと軸受内部との間に誘電率の高い材料が配置されることが意図されるのが好ましく、誘電率の高い材料は、たとえば金属の軸受保持器等によるアンテナの機能の妨げを少なくする。金属の軸受保持器は近傍で、すなわちシール部材に配置されたアンテナが存在している領域で、電界強度の低下を引き起こす。アンテナと金属の軸受保持器との間にある材料によって、誘電率の高い材料の中で波長が短くなり、そのようにして、アンテナの領域で電界強度の高い値を実現することができる。誘電率の高い材料に関して、および、たとえば層厚を調整可能な層としての当該材料の配置に関して、アンテナの個所におけるできる限り高い電界強度という観点から活用することのできる自由度がある。

誘電率の高い材料はセラミックであり、このセラミックはフィルムとしてアンテナに配置されていることが意図されるのが特別に好ましい。このときセラミックは、良好に調整可能であり複数のオーダーに及ぶ誘電率を有している。フィルムとしてのセラミックの構成は、シール部材の大量生産という観点から容易に実施、管理することのできる定義された層厚を保証する。

アンテナは少なくとも１つの支持材料の完全に内部に配置されていることが意図されるのが好ましく、それによってアンテナは構造的に支持部材へ組み込まれ、すなわち非導電性の定義された環境に組み込まれ、ならびに、シール部材ないし軸受の外側寸法は変わらずに保たれる。

ＩＣ識別子は少なくとも１つの支持部材の完全に内部に配置されており、それによって外部から防護された状態で収容されているのが好ましい。

アンテナおよび／またはＩＣ識別子が支持部材の中に配置される構造の別案として、ＩＣ識別子および／またはアンテナが支持部材の上に取り付けられることが意図されていてよく、この場合、既存のシール部材へ簡単に後付けすることができ、ないしはＩＣ識別子を容易に取り替えることができる。このとき当然ながら、ＩＣ識別子は支持部材の上で外部から取外し可能なように取り付けられていてよく、アンテナは支持部材の中に配置されており、それにより、たとえばテストや実験の目的のために、ＩＣ識別子を迅速に取り替えることができる。

本発明のその他の利点や特徴は、実施例の説明ならびに従属請求項から明らかである。

次に、添付の図面を参照しながら本発明について詳しく記述、説明する。

本発明の軸受のための本発明のシール部材の第１の実施例を示す平面図である。 第１の実施例を示す、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 第１の実施例を示す、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明によるシール部材の第２の実施例を示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４の第２の実施例を示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１は、詳しくは図示しない転がり軸受のための環状のシール部材１を示している。シール部材１はＩＣ識別子２とアンテナ３とを含んでおり、アンテナは、部分的に破断されて間隙４を有する環状の部材として構成されている。アンテナ３とシール部材１の本体５とは、それぞれ同心的に設計されている。アンテナ３は、シール部材１の本体５の内部に配置されており、したがって図１では破線でのみ図示している。ＩＣ識別子２は、データを記録して保存することができる、以下において詳しくは図示しないチップを含んでいる。

図２は、ＩＣ識別子２を有するシール部材１の本体５を示している。ＩＣ識別子２は支持部材６の内部に配置されており、支持部材６は剛性の高い材料でできており、本例では、ポリアミドをベースとする熱可塑性樹脂でできている。支持材料６の外面は、区域７を除き、軟質のエラストマー（ゴム）でできた封止手段８により取り囲まれている。封止手段８はシールリップ９とシール区域１０を形成しており、シール部材１が組付け位置にあるとき、シールリップ９は付属の収容部に下方から係合し、シール区域１０は、実質的に相補的な断面構成のシール溝に当て付けられる。シールリップ９ないしシール区域１０の領域で広くなっている軟質のエラストマーの構成に基づき、エラストマーがそこで押し込まれ、それによってシール部材１が挟み付けられた状態に保たれる。

図３は、支持部材６と封止手段８とを備えるシール部材１の本体５を示している。ここでは支持部材６ないし封止手段８の断面は、線Ａ−Ａ（図２）の領域と線Ｂ−Ｂ（図３）の領域で同等の形態を有している。支持部材６の内部には、実質的に長方形の断面円周を有するアンテナ３が配置されている。しかしながら、たとえば円形のようなこれ以外の形状が、アンテナの断面の円周について意図されていてもよいことは当然である。

図４は、シール部材１０１の第２の実施例を示しており、これを平面図で見た図面は、図１に示す第１の実施例に対応している。図４に示す切断線も、図１に示す線Ａ−Ａと同じようにＩＣ識別子１０２を貫いており、図５の切断線Ｂ−Ｂも、図１に示す切断線Ｂ−Ｂに準じてアンテナ１０３を貫通している。区域１０７を備える支持部材１０６は、図２ないし図３に示す支持部材６と同等の断面形状を有している。同様に、シールリップ１０９とシール区域１１０とを備える封止手段１０８は、図２と図３に示す断面形状をすでに有している。

アンテナ１０３には、フィルムとして構成された誘電性コーティング１１１が追加的に配置されている。誘電性コーティング１１１は、プラスチックの誘電率よりも明らかに高い、高い誘電率をもつセラミックでできている。誘電性コーティング１１１は、転がり軸受の両方の軸受リングの間のシール部材１０１で閉じられた空間のほうを向く内方に向いた側と、ＩＣ識別子１０２の断面で見て両方の短い辺とに配置されており、ＩＣ識別子１０２の両方の短い辺よりも若干突出しており、その結果、誘電性コーティング１１１のフィルムは、熱可塑性樹脂で製作された支持部材１０６の容積部へ若干突入しており、それにより、ＩＣ識別子１０２は誘電性コーティング１１１によって支持部材１０２へ追加的に固定されている。

図５はアンテナ１０３の領域でシール部材１０１を示しており、シール部材１０１で取り囲まれる空間の内部空間のほうを向く内方を向いたアンテナの側には、ならびにアンテナの短い辺には、同じくセラミックの誘電性フィルムとして構成された誘電性コーティング１１１が延びている。誘電性コーティング１１１のフィルムは、フィルムで覆われていないアンテナ１０３の第４の側と同一平面上で終わっている。

上に説明した両方の実施例では、シール部材１，１０１はそれぞれ２成分射出成形法で製作されていた。その場合、まずＩＣ識別子２，１０２とアンテナ３，１０３とで形成されるユニットが適当な金型へ入れられ、その金型へ熱可塑性樹脂が導入されて、硬化させられた。第２の実施例では、熱可塑性樹脂の導入前に、さらに誘電性コーティング１１１のフィルムがＩＣ識別子１０２ないしアンテナ１０３へ、両方とも３つの側で取り囲むように取り付けられた。熱可塑性樹脂で射出被覆されることで、ＩＣ識別子２，１０２ならびにアンテナ３，１０３はそれぞれ支持部材６，１０６の内部に配置される。熱可塑性樹脂が硬化した後、それぞれの封止手段８，１０８が第２の方法ステップで熱可塑性樹脂の上へ射出成形されており、このとき区域７，１０７は対象外とされる。

結果的に、ＩＣ識別子２，１０２ならびにアンテナ３，１０３は支持部材６，１０６の内部に配置され、したがって追加の設計スペースを必要とすることがない。それと同時に、ＩＣ識別子２，１０２ならびにアンテナ３，１０３は、これらを完全に取り囲む熱可塑性樹脂によって機械的に防護されるとともに、電気的に絶縁された状態で配置されており、特にアンテナ３，１０３は誘電性の環境に配置されており、支持部材６，１０６の領域には金属ではなく非導体が配置されている。

空間的にもっとも近くにある金属の物体は、軸受の内部にある図示しない軸受保持器であり、軸受保持器の金属によって、金属のすぐ近傍における電磁場の電界強度は非常に小さくなるので、アンテナ３，１０３の個所ではわずかな電界強度しか生じない。第２の実施例では、アンテナ１０３と、軸受保持器がある軸受の内部との間に誘電性コーティング１１１が設けられており、この誘電性コーティングに基づき、金属の軸受保持器の近傍における電磁放射の波長は誘電性コーティング１１１の領域で短くなり、その結果、誘電性コーティング１１１に後続してアンテナ１０３の個所で高い電界強度が生じさせることができる。その場合、誘電性コーティング１１１の厚み、その幾何学形態、ならびに誘電体の誘電率を適当に適合化することができる。

以上に説明した各実施例では、ＩＣ識別子２，１０２ないしアンテナ３，１０３はそれぞれ支持部材６，１０６の完全に内部に配置される。当然ながら、ＩＣ識別子および／またはアンテナはシール部材１，１０１の外側表面に、ないしは支持部材６，１０６の外側表面に、ただし依然として封止手段８，１０８で覆われた状態で、配置されていてもよい。

１，１０１ シール部材
２，１０２ ＩＣ識別子
３，１０３ アンテナ
４ ３の隙間
５ １の本体
６，１０６ 支持部材
７，１０７ ６の区域
８，１０８ 封止手段
９，１０９ シールリップ
１０，１１０ シール区域
１１１ 誘電性コーティング

Claims (9)

1. 軸受、特に転がり軸受のためのシール部材であって、
   弾性材料からなる封止手段（８；１０８）と、
   剛性の高い材料からなる少なくとも１つの支持部材（６；１０６）と、
   ＩＣ識別子（２；１０２）と、
   前記ＩＣ識別子（２；１０２）のためのアンテナ（３；１０３）とを含むシール部材において、
   前記少なくとも１つの支持部材（６；１０６）は非金属材料で構成されていることを特徴とするシール部材。
2. ただ１つの支持部材（６；１０６）が設けられており、前記ただ１つの支持部材（６；１０６）はプラスチックで製作されていることを特徴とする、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記アンテナ（３；１０３）は隙間（４）のある破断された円環として構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシール部材。
4. 前記アンテナ（３；１０３）と前記軸受の内部との間には誘電率の高い材料が配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のシール部材。
5. 前記材料はセラミックであり、前記セラミックは誘電性コーティング（１１１）として、特にフィルムとして、前記アンテナ（３；１０３）に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のシール部材。
6. 前記アンテナ（３；１０３）は前記少なくとも１つの支持部材（６；１０６）の完全に内部に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシール部材。
7. 前記ＩＣ識別子（２；１０２）は前記少なくとも１つの支持部材（６；１０６）の完全に内部に配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のシール部材。
8. 前記ＩＣ識別子（２；１０２）は前記支持部材（６；１０６）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のシール部材。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載のシール部材（１；１０１）を含んでいる軸受、特に転がり軸受。

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