(57)【要約】【課題】  電源供給が要らず、配線処理を簡略化できる回転センサ付軸受を提供する。【解決手段】  この回転センサ付軸受は、内輪２、外輪３、転動体４、および保持器５からなる転がり軸受部１と、回転センサ部６とを備える。内輪２は回転側軌道輪、外輪３は固定側軌道輪となる。回転センサ部６は、外輪３に設けられて応力を電気信号に変換する応力・電気変換素子８と、内輪２に設けられて前記応力・電気変換素子８に応力を付与する応力付与手段７とを備える。【選択図】      図１
2006170323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、前記固定側軌道輪に設けられて応力を電気信号に変換する応力・電気変換素子と、前記回転側軌道輪に設けられて前記応力・電気変換素子に応力を付与する応力付与手段とを備えた回転センサ付軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記応力付与手段が、円周方向に並ぶ凹部および凸部の組を少なくとも１組以上有するものである回転センサ付軸受。
【請求項３】
請求項１において、前記応力・電気変換素子がバイモルフ型圧電素子である回転センサ付軸受。
【請求項４】
請求項２において、前記凹部および突部が、回転側軌道輪に直接設けられたものである回転センサ付軸受。
【請求項５】
請求項１において、前記固定側軌道輪の応力・電気変換素子に永久磁石が固定され、回転側軌道輪には前記応力付与手段として、少なくとも１組以上のＮ極，Ｓ極が着磁された磁気エンコーダが設けられている回転センサ付軸受。
【請求項６】
請求項１において、固定側軌道輪に設けられた応力・電気変換素子と、回転側軌道輪に設けられた応力付与手段とが、転がり軸受部の端面より内側に収納されている回転センサ付軸受。
【請求項７】
回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、固定側軌道輪に設けられた電極端子と、回転側軌道輪に設けられて回転側軌道輪の回転により、前記電極端子と電気的な接触・非接触を繰り返す手段とを備えた回転センサ付軸受。
【請求項８】
請求項７において、固定側軌道輪に設けられた電極端子が予圧手段により回転側軌道輪に接触している回転センサ付軸受。
【請求項９】
請求項７において、固定側軌道輪の前記電極端子とこの電極端子に対向する回転側軌道輪の接触・非接触を繰り返す手段との間に潤滑剤を介在させた回転センサ付軸受。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記転がり軸受部が車輪用軸受である回転センサ付軸受。
【請求項１１】
請求項８において、前記予圧手段がばねである回転センサ付軸受。
【請求項１２】
請求項７において、固定側軌道輪に設けられた電極端子と、回転側軌道輪に設けられて前記電極端子と電気的な接触・非接触を繰り返す手段とが、前記転がり軸受部の端面より内側に収納されている回転センサ付軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータやエンジン等に設置され回転角等の検出が可能な回転センサ付軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転センサ付軸受の従来例として、回転軸に嵌合される回転側輪である内輪にパルサリングを固定すると共に、固定側輪である外輪に、例えばホール素子からなる磁気センサを取付けることで、回転パルス信号や回転方向の得られる回転センサ付きの軸受としたものが知られている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−４００３７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、上記従来の構成では、磁気センサを動作させるために電源に供給が必要であって、配線処理を伴うため、組み立ても容易でないという問題を有する。
【０００４】
この発明の目的は、電源供給を要しない回転センサ付軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、配線処理を簡略化できる回転センサ付軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明における第１の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、前記固定側軌道輪に設けられて応力を電気信号に変換する応力・電気変換素子と、前記回転側軌道輪に設けられて前記応力・電気変換素子に応力を付与する応力付与手段とを備えたものである。応力・電気変換素子は例えばバイモルフ型圧電素子からなる。
この構成によると、回転側軌道輪と一体に回転する応力付与手段により固定側軌道輪に設けられた応力・電気変換素子が繰り返し応力変化を受けて電圧を発生する。この電圧変化を回転側軌道輪の回転検出信号として取り出すことができる。応力・電気変換素子は、外部から電源を供給しないで回転検出信号を出力できるので、信号出力用およびアース用として２本の配線が有れば足り、電源供給用の配線は不要となる。このため、電源回路や配線処理が不要となり、組み立てが容易となる。
【０００６】
この発明において、前記応力付与手段が、円周方向に並ぶ凹部および凸部の組を少なくとも１組以上有するものであっても良い。この構成の場合、応力・電気変換素子が、回転側軌道輪と一体に回転する応力付与手段の凹部から凸部へと変化する段差に摺接して応力変化を受けるので、回転側軌道輪の回転に応じて、応力・電気変換素子から十分な出力レベルを持つ回転検出信号を得ることができる。
【０００７】
この発明において、前記凹部および凸部が、回転側軌道輪に直接設けられたものであっても良い。この構成の場合、応力付与手段として別部材を設けなくて良いので、回転センサの構成を簡略化できる。
【０００８】
この発明において、前記固定側軌道輪の応力・電気変換素子に永久磁石が固定され、回転側軌道輪には前記応力付与手段として、少なくとも１組以上のＮ極，Ｓ極が着磁された磁気エンコーダが設けられていても良い。
この構成の場合、回転側軌道輪と一体に応力付与手段である磁気エンコーダが回転すると、応力・電気変換素子に対してＮ磁極およびＳ磁極が交互に変化するため、磁気エンコーダと永久磁石との間で吸引と反発を繰り返すことになる。この反復作用に伴う応力が応力・電気変換素子に加わって、応力・電気変換素子から回転検出信号が出力される。このように、応力・電気変換素子を圧力付与手段である磁気エンコーダに直接接触させなくて済むので、応力・電気変換素子の長寿命化が可能となる。
【０００９】
この発明において、固定側軌道輪に設けられた応力・電気変換素子と、回転側軌道輪に設けられた応力付与手段とが、転がり軸受部の端面より内側に収納されているものであっても良い。この構成の場合、回転センサを転がり軸受部の端面よりも内側に収納でき、全体の構成をコンパクトにできる。
【００１０】
この発明における第２の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、固定側軌道輪に設けられた電極端子と、回転側軌道輪に設けられて回転側軌道輪の回転により、前記電極端子と電気的な接触・非接触を繰り返す手段とを備えている。
この構成によると、回転側軌道輪の回転に伴って、電極端子と接触・非接触繰り返し手段とが接触・非接触を繰り返し、この接触・非接触が電気的なオン・オフとなって、電極端子と固定側軌道輪の間から回転検出信号を得ることができる。この信号は、電極端子から引き出した１本の信号線から出力できるので、配線本数が少なくて済み、組み立てにおいて配線処理を簡略化できる。
【００１１】
この発明において、固定側軌道輪に設けられた電極端子が予圧手段により回転側軌道輪に接触していても良い。予圧手段は、例えばばねであっても良い。この構成の場合、電極端子が、予圧手段によって接触・非接触繰り返し手段に接触する側に付勢されるので、接触・非接触の動作を確実にすることができる。
【００１２】
この発明において、固定側軌道輪の前記電極端子とこの電極端子に対向する回転側軌道輪の接触・非接触繰り返し手段との間に潤滑剤を介在させても良い。この構成の場合、電極端子が接触・非接触繰り返し手段に摺接するときの摺動摩擦を潤滑剤の介在により低減でき、電極端子の長寿命化が可能となる。
【００１３】
これら第１，第２の発明における上記各構成の場合に、前記転がり軸受部が車輪用軸受であっても良い。この構成の場合、回転センサを車輪用軸受に容易に組み付けることができて、車輪の回転検出が可能となる。
【００１４】
また、前記第２の発明において、固定側軌道輪に設けられた電極端子と、回転側軌道輪に設けられて前記電極端子と電気的な接触・非接触を繰り返す手段とが、前記転がり軸受部の端面より内側に収納されていても良い。この構成の場合、回転センサを転がり軸受部の端面よりも内側に収納でき、全体の構成をコンパクトにできる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明における第１の発明の第１の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、前記固定側軌道輪に設けられて応力を電気信号に変換する応力・電気変換素子と、前記回転側軌道輪に設けられて前記応力・電気変換素子に応力を付与する応力付与手段とを備えたため、電源を供給することなく、回転検出が可能であり、電源回路や配線処理が不要となり、組み立てが容易となる。
この発明における第２の発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、転動体、および保持器からなる転がり軸受部と、固定側軌道輪に設けられた電極端子と、回転側軌道輪に設けられて回転側軌道輪の回転により、前記電極端子と電気的な接触・非接触を繰り返す手段とを備えたため、配線本数が少なくて済み、配線処理を簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この回転センサ付軸受は、転動体４を介して互いに回転自在な内輪２および外輪３を有する転がり軸受部１と、内輪２の一端部に設けられた応力付与手段７と、この応力付与手段７に対向して外輪３の一端部に設けられた応力・電気変換素子８とを備える。前記応力付与手段７と応力・電気変換素子８とで回転側軌道輪２の回転を検出する回転センサ部６が構成されている。ここでは、内輪２が回転側軌道輪とされ、外輪３が固定側軌道輪とされる。内輪２の外径面および外輪３の内径面には転動体４の軌道面２ａ，３ａが形成されており、転動体４は保持器５で保持されている。内輪２と外輪３の間の環状空間は、前記応力付与手段７および応力・電気変換素子８の設置側とは反対側の端部がシール部材９で密封されている。
【００１７】
前記応力・電気変換素子８は応力を電気信号に変換する素子であって、ここではバイモルフ型圧電素子が用いられ、その作用部８ａを転がり軸受部１の内径側に向けて配置されている。この応力・電気変換素子８は、センサホルダ１０内に収容し、そのセンサホルダ１０を環状ケース１１を介して外輪３に固定することにより、外輪３側に取付けられている。
【００１８】
応力付与手段７は前記応力・電気変換素子８に応力を付与する手段であって、円周方向に並ぶ凹部７ａおよび凸部７ｂの組を少なくとも１組以上有する環体からなる。ここでは環体に形成された打ち抜き窓が凹部７ａとされ、打ち抜き窓の非形成部が凸部７ｂとされている。この応力付与手段７は、内輪２の外径面に圧入することにより内輪２に取付けられている。応力付与手段７の外径寸法および応力・電気変換素子８の径方向位置は、次のように設定されている。凹部７ａは、応力・電気変換素子８に対向する位置では応力・電気変換素子８の作用部８ａが凹部７ａ内に没入するように設定されている。凸部７ｂは、応力・電気変換素子８に対向する位置では作用部８ａが変形して凸部７ｂに摺接するように設定されている。
【００１９】
この回転センサ付軸受では、内輪２と一体に応力付与手段７が、図２（Ａ）に矢印Ａで示す方向に回転すると、応力・電気変換素子であるバイモルフ型圧電素子８における作用部８ａの姿勢が、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、応力付与手段７の凹部７ａから凸部７ｂへと変化する段差により変化する。バイモルイフ型圧電素子８は、その作用部８ａが応力の変化を受けたとき電圧を発生するので、前記凹部７ａから凸部７ｂへの段差変化で生じる応力に見合った電気信号を出力する。図３は、その出力信号の波形図を示す。同図から、内輪２の回転に応じて、バイモルフ型圧電素子８から十分な出力レベルを持つ回転検出信号が得られることがわかる。また、バイモルイフ型圧電素子８は、外部から電源を供給しないで回転検出信号を出力できるので、信号出力用およびアース用として２本の配線が有れば足り、電源供給用の配線は不要となる。このため、組み立てにおいて、配線処理が容易となる。
【００２０】
図４および図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、バイモルフ型圧電素子８および応力付与手段７Ａを転がり軸受部１の端面よりも内側に収納したものである。この回転センサ付軸受では、図１〜図３に示す第１の実施形態において、センサホルダ１０内に収容した応力・電気変換素子であるバイモルフ型圧電素子８が、外輪３の内径面にセンサホルダ１０を圧入することで、外輪３に取付けられている。また、内輪２の外径面における前記バイモルフ型圧電素子８に対向する位置に、円周方向に並ぶ凹部７ａおよび凸部７ｂを１組以上形成することで、応力付与手段７Ａが構成されている。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００２１】
この実施形態では、バイモルフ型圧電素子８の外輪３への取付けにおいて、第１の実施形態における環状ケース１１（図１）を省略しており、また応力付与手段となる環体を省略して内輪２の外径面に凹部７ａおよび凸部７ｂを直接形成することで応力付与手段７Ａを構成しているので、回転センサ部６の構成を簡略化できる。また、このような構成により、回転センサ部６を転がり軸受部１の端面よりも内側に収納でき、全体の構成をコンパクトにできる。
【００２２】
図６および図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この回転センサ付軸受では、図１〜図３に示す第１の実施形態において、応力・電気変換素子であるバイモルフ型圧電素子８における作用部８ａの内径側に向く先端に永久磁石１２を固定すると共に、環体からなる応力付与手段７に代えて、磁気エンコーダからなる応力付与手段７Ｂを内輪２に設けている。この場合の応力付与手段である磁気エンコーダ７Ｂは、磁性体からなる環状芯金１３の外周に、円周方向に交互に並ぶＮ磁極およびＳ磁極を少なくとも１組以上着磁させたゴム磁石１４を固定して構成される。この磁気エンコーダ７Ｂは、環状芯金１３を内輪２の外径面に圧入固定することにより内輪２に取付けられている。磁気エンコーダ７Ｂにおけるゴム磁石１４は、これに代えて、焼結磁石やプラスチック磁石を用いても良い。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００２３】
この実施形態では、内輪２の回転に伴い応力付与手段である磁気エンコーダ７Ｂが回転すると、応力・電気変換素子であるバイモルフ型圧電素子８に対してＮ磁極およびＳ磁極が交互に変化するため、磁気エンコーダ７Ｂと永久磁石１２との間で吸引と反発を繰り返すことになり、この反復作用に伴う応力がバイモルフ型圧電素子８に加わる。その結果、バイモルフ型圧電素子８では前記反復作用に同期して変化する電圧が発生し、これが回転検出信号として出力される。
【００２４】
このように、この回転センサ付軸受では、磁力によりバイモルフ型圧電素子８に応力変化を与えるようにしているので、バイモルフ圧電素子８を圧力付与手段７Ｂに直接接触させなくて済み、バイモルフ型圧電素子８の長寿命化が可能となる。
【００２５】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この回転センサ付軸受では、図４および図５に示す実施形態において、応力・電気変換素子であるバイモルフ型圧電素子８に代えて電極端子１５を外輪３に設けると共に、内輪２の回転により前記電極端子１５と電気的な接触・非接触を繰り返す手段１７を内輪２に設けている。前記電極端子１５と接触・非接触繰り返し手段１７とで回転センサ部６Ａが構成される。
電極端子１５は、環体からなるセンサホルダ１０に形成された径方向の貫通孔１８内に進退可能に収容され、同じ貫通孔１８内に別に収納された予圧手段であるばね１９によって内径側に付勢されている。前記センサホルダ１０を外輪３の内径面に圧入固定することにより、電極端子１５およびばね１９が外輪３に取付けられている。この場合、電極端子１５は、外輪３に対して電気的に絶縁されている。
接触・非接触繰り返し手段１７は、内輪２の外径面に設けられ、円周方向に並ぶ凹部１７ａおよび凸部１７ｂが少なくとも１組以上形成された導電性環体からなる。なお、接触・非接触繰り返し手段１７として、図４および図５に示す実施形態における応力付与手段７Ａと同じように、内輪２の外径面に円周方向に並ぶ凹部１７ａおよび凸部１７ｂを直接形成して構成しても良い。その他の構成は、図４および図５の実施形態と同じである。
【００２６】
この実施形態では、内輪２の回転に伴い電極端子１５と接触・非接触繰り返し手段である導電性環体１７とが接触・非接触を繰り返すことになる。導電性環体１７は、内輪２、転動体４を介して外輪３に導通しているので、電極端子１５と導電性環体１７の接触・非接触は電気的なオン・オフとなり、固定側軌道輪である外輪３側において、電極端子１５と外輪３との間から内輪２の回転に対応するパルス信号（回転検出信号）を得ることができる。また、電極端子１５は、予圧手段であるばね１９によって接触・非接触繰り返し手段である導電性環体１７に接触する側に付勢されているので、接触・非接触の動作を確実にすることができる。この作用は、導電性環体によらず、内輪２の外径面に凹部１７ａおよび凸部１７ｂを直接形成して接触・非接触繰り返し手段１７を構成した場合でも同様である。
【００２７】
このように、この回転センサ付軸受では、電極端子１５から引き出した１本の信号線から、電極端子１５と外輪３との間の電気的なオン・オフを回転検出信号であるパルス信号として出力できるので、組み立てにおいて、配線処理が容易となる。また、回転センサ部６Ａを構成する電極端子１５および接触・非接触繰り返し手段（導電性環体）１７が転がり軸受部１の端面より内側に収納されることになるので、全体の構成をコンパクトにできる。
【００２８】
なお、図８に示す実施形態において、接触・非接触繰り返し手段１７における凹部１７ａに非導電性樹脂（図示せず）を埋め込んで、その樹脂表面を凸部１７ｂと同一円筒面とし、接触・非接触繰り返し手段１７を凹凸のない外径面としても良い。この場合、非導電性樹脂が設けられることで、導電性の凸部１７ａと導通・非導通が繰り返されることになる。接触・非接触繰り返し手段１７の外径面の段差がなくなるため、電極端子１５が接触・非接触繰り返し手段１７に摺接するときの摩耗を低減でき、電極端子１５の長寿命化が可能となる。
【００２９】
また、図８に示す実施形態において、外輪３側の電極端子１５と内輪２側の接触・非接触繰り返し手段１７との間に潤滑剤を介在させても良い。この場合も、電極端子１５が接触・非接触繰り返し手段１７に摺接するときの摺動摩擦を潤滑剤の介在により低減でき、電極端子１５の長寿命化が可能となる。
【００３０】
図９は、図１〜図３に示した実施形態の回転センサ付軸受を、車輪用軸受に適用した例を示す。この車輪用軸受は第３世代型で内輪回転のものであって、駆動輪支持用の軸受である。この回転センサ付軸受は、転がり軸受部１Ａが、内周に複列の軌道面２１ａを有する外方部材２１と、これら軌道面２１ａにそれぞれ対向する軌道面２２ａを有する内方部材２２と、これら複列の軌道面２１ａ，２２ａ間に介在した複列の転動体２３とでなり、車体に対して車輪を回転自在に支持する。外方部材２１は固定側軌道輪であり、外周に車体取付フランジ２１ｂを有する一体の部材である。内方部材２２は回転側軌道輪であり、外周のアウトボード側端に車輪取付フランジ２４ａを有するハブ輪２４と、このハブ輪２４の外周のインボード側端に圧入状態に嵌合させたハブ内輪２５とを有し、ハブ輪２４のインボード側端に形成されたフランジ状の加締部２４ｂによりハブ内輪２５がハブ輪２４に対して軸方向に締め付け固定される。これらハブ輪２４およびハブ内輪２５のそれぞれに、上記複列の軌道面２２ａのうちの各列の軌道面２２ａが形成されている。ハブ輪２４の車輪取付フランジ２４ａに車輪（図示せず）がボルト２９で取付けられる。この転がり軸受部１Ａは、複列のアンギュラ玉軸受とされ、背面合わせとなるように各軌道面２１ａ，２２ａの接触角が形成されている。転動体２３は各列毎に保持器２６で保持されている。内外の部材２２，２１間に形成される環状空間の両端は一対のシール部材２７，２８で密封されている。
【００３１】
内方部材２２の構成部品であるハブ内輪２５のインボード側端の外周には、図１の実施形態における応力付与手段７が取付けられ、外方部材２１には図１の実施形態における応力・電気変換素子８が、センサホルダ１０および環状ケース１１を介して取付けられる。これら応力付与手段７と応力・電気変換素子８とで回転センサ部６が構成されることは図１の実施形態の場合と同じである。
【００３２】
このように、この発明の回転センサ付軸受を車輪用軸受に適用することにより、回転センサ部６を車輪用軸受に容易に組み付けることができて、車輪の回転検出を行うことができる。
【００３３】
なお、前記各実施形態は、内輪２が回転側軌道輪である場合につき説明したが、この発明は外輪３が回転側軌道輪である場合にも適用することができる。その場合、内輪２に応力・電気変換素子を設け、外輪３に応力付与手段を設ける。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる回転センサ付軸受の断面図である。
【図２】その回転センサの動作説明図である。
【図３】同回転センサの出力波形図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる回転センサ付軸受の断面図である。
【図５】その回転センサの横断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転センサ付軸受の断面図である。
【図７】その回転センサの横断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転センサ付軸受における回転センサの横断面図である。
【図９】図１の回転センサを備えた車輪用軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１Ａ…転がり軸受
２…内輪（回転側軌道輪）
３…外輪（固定側軌道輪）
４…転動体
５…保持器
６，６Ａ…回転センサ部
７，７Ａ，７Ｂ…応力付与手段
７ａ…凹部
７ｂ…凸部
８…応力・電気変換素子
１２…永久磁石
１５…電極端子
１７…接触・非接触繰り返し手段
１９…予圧手段
２１…外方部材（固定側軌道輪）
２２…内方部材（回転側軌道輪）
２３…転動体
２６…保持器
【図１】
2006170323.tif 000003
【図２】
2006170323.tif 000004
【図３】
2006170323.tif 000005
【図４】
2006170323.tif 000006
【図５】
2006170323.tif 000007
【図６】
2006170323.tif 000008
【図７】
2006170323.tif 000009
【図８】
2006170323.tif 000010
【図９】
2006170323.tif 000011