(57)【要約】【課題】分解能を向上させることができ、小径化しても分解能を低下させないで済むセンサ付き軸受ユニットを提供する。【解決手段】パルサリング３は、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された２層の磁気発生層８ａ，８ｂを有し、これらの磁気発生層８ａ，８ｂは、互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わせられている。センサ装置２は、パルサーリング３に対向させられている磁気センサ１２と、磁気センサ１２にパルサリング３を介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材２１と、この磁気発生部材２１およびパルサリング３からの磁気の磁束密度を集束して磁気センサ１２に導く集磁部材２２とを備えている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外輪を有する軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ磁気発生体を有するパルサリングと、同他方に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き軸受ユニットにおいて、パルサリングは、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された２層の磁気発生層を有し、これらの磁気発生層は、互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わせられており、センサ装置は、パルサリングに対向させられている磁気センサと、磁気センサにパルサリングを介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材と、この磁気発生部材およびパルサリングからの磁気の磁束密度を集束して磁気センサに導く集磁部材とを備えていることを特徴とするセンサ付き軸受ユニット。
【請求項２】
磁気センサの出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサの出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプのパルス変換装置を内蔵している請求項１のセンサ付き軸受ユニット。
【請求項３】
請求項１のセンサ付き軸受ユニットを用いた磁気検出方法であって、磁気センサの出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサの出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプのパルス変換を行うことを特徴とする磁気検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のＡＢＳなどで使用されるセンサ付き転がり軸受ユニット等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両や自動車において、車軸あるいは車軸に回転を伝達する回転軸を支持するとともに軸の回転速度・回転角度等の回転を検出するために、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置および被検出部であるパルサリングを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットが使用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７４２５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のセンサ付き転がり軸受ユニットでは、分解能の向上や小径化の要求が強くなっている。分解能はパルサリングの着磁極数に依存するため、分解能の向上には、その極数を増すことが考えられるが、この場合には、単極幅（ピッチ幅）が小さくなり、磁束密度が低くなって、磁気センサの信号出力の絶対値が小さくなり、回転が正確に検出できなくなるという問題がある。また、分解能（着磁極数）を変えずに小径化する場合も、単極幅が小さくなるため、同じ問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、分解能を向上させることができ、小径化しても分解能を低下させないで済むセンサ付き軸受ユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるセンサ付き軸受ユニットは、内外輪を有する軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ磁気発生体を有するパルサリングと、同他方に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き軸受ユニットにおいて、パルサリングは、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された２層の磁気発生層を有し、これらの磁気発生層は、互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わせられており、センサ装置は、パルサリングに対向させられている磁気センサと、磁気センサにパルサリングを介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材と、この磁気発生部材およびパルサリングからの磁気の磁束密度を集束して磁気センサに導く集磁部材とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
磁気発生部材は、例えば、Ｎ極およびＳ極をそれぞれ１つずつ有する永久磁石とされる。磁気発生部材と磁気センサの位置関係は、磁気センサがパルサリングの外側で、磁気発生部材がパルサリングの内側であってもよく、また、磁気センサがパルサリングの内側で、磁気発生部材がパルサリングの外側であってもよい。パルサリングの磁力＞磁気発生部材の磁力の場合には、磁束密度がゼロの０ｍＴ線は、ピーク値とボトム値とのちょうど中間よりも上にあり、パルサリングの磁力＝磁気発生部材の磁力の場合には、０ｍＴ線は、ピーク値とボトム値とのちょうど中間よりも下にあり、パルサリングの磁力＜磁気発生部材の磁力の場合には、０ｍＴ線は、ボトム値の下にくる。
【０００８】
集磁部材は、高透磁率材料からなり、例えば、外壁、内壁およびこれらの端部同士を連結する側壁よりなるコ字状に形成され、その外壁および内壁のいずれか一方に磁気センサが保持され、同他方に磁気発生部材としての磁石が保持される。
【０００９】
この発明のセンサ付き軸受ユニットによると、磁気発生部材が磁気センサ近傍に設けられており、この磁気発生部材で発生した磁束密度とパルサリングの磁気発生部で発生した磁束密度が合成されて磁気センサに導かれるため、磁気センサの信号出力の絶対値を大きくすることができる。パルサリングは、２層の磁気発生層が互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わせられているので、２つの磁気発生層によって、Ｎ極からＳ極に向かう磁束が径方向外向きおよび径方向内向きの順に等ピッチで形成され、このパルサリングの磁束密度と磁気発生部材のＮ極からＳ極に向かう磁束密度とが合成され、磁束密度の出力全体のレベルアップが図られる。さらにまた、上記合成された磁束密度が集磁部材によって集束されて効率よく磁気センサに入力されるため、磁束密度の変化に応じた磁気センサ出力を得やすく、その結果として、磁気センサの信号出力の絶対値を大きくすることができる。こうして、分解能を向上させることができ、したがって、軸受を小径化しても分解能を低下させないで済む。また、アンプを使用せずに出力を上げることができるため、外部磁界によるノイズの影響を軽減することもできる。
【００１０】
この発明によるセンサ付き軸受ユニットにおいて、磁気センサの出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサの出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプのパルス変換装置を内蔵していることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、プラス／マイナス閾値タイプ（磁気センサ出力＞プラス閾値の時にＯＮ、磁気センサ出力＜マイナス閾値の時にＯＦＦとする変換装置）に比べると、Ｈｉ閾値の信号幅は、プラス閾値の信号幅と同程度であるが、Ｌｏ閾値については、Ｌｏ閾値をマイナス側に限定する必要がないことからその信号幅がほぼ最大となる位置（プラス／マイナス閾値タイプの０ｍＴ近傍）に設けることが可能となり、Ｌｏ閾値の信号幅を広くすることができる。したがって、より高分解能となり、小径化しても分解能を低下させないで済む。
【００１２】
この発明による磁気検出方法は、上記のセンサ付き軸受ユニット（内外輪を有する軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ磁気発生体を有するパルサリングと、同他方に設けられたセンサ装置とを備えており、パルサリングは、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された２層の磁気発生層を有し、これらの磁気発生層は、互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わせられており、センサ装置は、パルサリングに対向させられている磁気センサと、磁気センサにパルサリングを介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材と、この磁気発生部材およびパルサリングからの磁気の磁束密度を集束して磁気センサに導く集磁部材とを備えているもの）を用いた磁気検出方法であって、磁気センサの出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサの出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプのパルス変換を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の磁気検出方法によると、プラス／マイナス閾値タイプ（磁気センサ出力＞プラス閾値の時にＯＮ、磁気センサ出力＜マイナス閾値の時にＯＦＦとする）変換を行うものに比べた場合に、Ｈｉ閾値の信号幅は、プラス閾値の信号幅と同程度であるが、Ｌｏ閾値については、Ｌｏ閾値をマイナス側に限定する必要がないことからその信号幅がほぼ最大となる位置（プラス／マイナス閾値タイプの０ｍＴ近傍）に設けることが可能となり、Ｌｏ閾値の信号幅を広くすることができる。したがって、より高分解能な磁気検出が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この発明のセンサ付き軸受ユニットの一実施形態の上半部を示している。以下の説明において、左右とは、図の左右をいうものとする。
【００１６】
図１に示すように、センサ付き軸受ユニットは、軸受としての転がり軸受（１）、ならびにそれに設けられたセンサ装置（２）および被検出部であるパルサリング（３）を備えている。
【００１７】
転がり軸受（１）は、固定輪である外輪（４）、回転輪である内輪（５）、これらの間に配置された複数の転動体である玉（６）を備えている。図示は省略したが、外輪（４）はハウジングなどに固定され、内輪（５）には回転軸などが固定される。
【００１８】
パルサリング（３）は、内輪（５）に固定された支持部材（７）と、支持部材（７）に固定された着磁体（８）とよりなる。支持部材（７）は、内輪（５）の外周に嵌め被せられた小径円筒部（７ａ）と、小径円筒部（７ａ）の右端から径方向外方にのびる穴あき円板部（フランジ部）（７ｂ）と、穴あき円板部（７ｂ）の外周縁部から右方にのびる大径円筒部（７ｃ）とよりなり、全体として環状をなす。
【００１９】
外輪（４）の右端部の内径の肩部に、環状溝（９）が形成されている。
【００２０】
センサ装置（２）は、外輪（４）の内径の肩部に設けられた溝（９）に嵌合して固定されたケース（１１）と、ケース（１１）内に設けられた磁気センサ（１２）および磁気センサ（１２）からの出力に基づいた信号処理を行う信号処理手段（１３）とを有している。
【００２１】
ケース（１１）は、短円筒状の外周壁（１１ａ）および内周壁（１１ｂ）、ならびにこれらの右端部同士を連結する穴あき円板状の側壁（１１ｃ）よりなり、全体として環状をなし、その中空部分の断面は略コ字状をなす。外周壁（１１ａ）の自由端部（左端部）は内周壁（１１ｂ）より左側にのびており、この外周壁（１１ａ）の自由端が外輪（４）の右端部の肩部に密にはめ止められ、内周壁（１１ｂ）の自由端部が内輪（５）の右端面に近接している。
【００２２】
信号処理手段（１３）には、磁気センサ（１２）の出力をパルス波形に変換する変換装置が設けられており、同装置は、図４に示すように、磁気センサ出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサ出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプとされている。
【００２３】
パルサリング（３）は、磁気発生部が等ピッチとなるように一体に形成されたリング状着磁体（８）が支持部材（７）の外周面全面にわたって固着されることにより形成されている。
【００２４】
図２および図３は、この発明によるセンサ付き軸受ユニットのセンサ装置（２）およびパルサリング（３）の詳細を示すもので、パルサリング（３）の着磁体（８）は、Ｎ極（Ｎ）およびＳ極（Ｓ）がこの順で繰り返されている２つの磁気発生層としての着磁層（８ａ）（８ｂ）がそのＮ極（Ｎ）とＳ極（Ｓ）とを対応させて重ね合わせられることにより形成されており、センサ装置（２）は、磁気センサ（１２）にパルサリング（３）を介して対向させられた磁気発生部材（２１）と、この磁気発生部材（２１）およびパルサリング（３）からの磁気の磁束密度を集束して磁気センサ（１２）に導く集磁部材（２２）とをさらに備えている。
【００２５】
集磁部材（２２）は、高透磁率材料からなり、パルサリング（３）の径方向外側に位置する外壁（２２ａ）、同内側に位置する内壁（２２ｂ）およびこれらの端部同士を連結する側壁（２２ｃ）よりなるコ字状に形成され、その外壁（２２ａ）に磁気センサが保持され、その内壁（２２ｂ）に磁気発生部材（２１）としての永久磁石が保持されている。この実施例では、磁気発生部材（２１）は、Ｎ極が外側（パルサリングに近い側）、Ｓ極が内側（パルサリングから遠い側）となるように配置されている。こうして、磁気発生部材（２１）と集磁部材（２２）とによって磁気センサ（１２）に検知される磁束密度を生じる磁気回路が形成され、磁気発生部材（２１）の近傍を移動するパルサリング（３）は、磁気発生部材（２１）の磁束の方向を変えたり、若干増幅する磁束密度制御作用を担うようになされている。
【００２６】
したがって、図２に示すように、パルサリング（３）の外側着磁層（８ａ）のＮ極（Ｎ）に磁気センサ（１２）が対向した瞬間には、磁気センサ（１２）近傍では、Ｎ極（Ｎ）からＳ極（Ｓ）に向かう磁束が強め合うため、磁気センサ（１２）で検知される磁束密度が最大となる。つまり、磁気発生部材（２１）とパルサリング（３）の磁束密度同士が合成されて強め合い、一本の大きな磁束（同図に長い矢印で示す）として磁気センサ（１２）の検知部（図中に小さい○で示す部分）を通るため、検知される磁束密度が高くなり、センサ出力は大きくなる。逆に、図３に示すように、パルサリング（３）の外側着磁層（８ａ）のＳ極（Ｓ）に磁気センサ（１２）が対向した瞬間には、磁気センサ（１２）近傍では、Ｎ極（Ｎ）同士の反発によって磁束が弱められ、磁気センサ（１２）で検知される磁束密度が最小となる。つまり、磁気発生部材（２１）とパルサリング（３）の磁束密度同士が合成されて弱め合うため、磁束は上記磁気センサ（１２）の検知部をほとんど通過しなくなるため、センサ出力は小さくなる。こうして、磁気発生手段としての磁石（２１）で発生する磁束密度は、パルサリング（３）で発生する磁束密度により増大あるいは減少される。磁気発生部材を用いない従来タイプでは、磁気センサの出力電圧（検知部の磁力）は、図５のように０を中心として＋−に振幅を有するサインカーブ状であったが、本実施形態によると、＋側の出力は増大され、−側の出力は減少するため、磁気センサ（１２）の出力電圧は、図６のように、ほぼ＋側のみで振幅を有するサイン状カーブとなる。よって、信号出力の絶対値を大きくすることができ、分解能が向上する。また、磁気センサ（１２）の変換装置は、磁気センサ出力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、磁気センサ出力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプとされていることにより、図５に示すプラス／マイナス閾値タイプ（磁気センサ出力＞プラス閾値の時にＯＮ、磁気センサ出力＜マイナス閾値の時にＯＦＦとする磁気センサ）に比べると、Ｈｉ閾値の信号幅は、プラス閾値の信号幅と同程度であるが、Ｌｏ閾値については、Ｌｏ閾値をマイナス側に限定する必要がないことからその信号幅がほぼ最大となる位置（プラス／マイナス閾値タイプの０ｍＴ近傍）に設けることが可能となり、Ｌｏ閾値の信号幅を広くすることができる。したがって、より高分解能となり、小径化しても分解能を低下させないで済む。
【００２７】
なお、図１において、パルサリング（３）は内輪（５）に固定されて、センサ装置（２）が外輪（４）に設けられているが、パルサリングを外輪（４）に固定して、センサ装置を内輪（５）に設けることも可能である。また、磁気センサは、パルサリングの内側および外側のいずれに設けられてもよく、磁気発生部材のＮ極およびＳ極は、どちらがパルサリング側に位置させられてもよい。
【００２８】
また、パルサリング（３）の磁気発生層としての着磁層（８ａ）（８ｂ）は、リングを径方向に２枚重ね合わせたものとされているが、１枚のリングの着磁パターンを図２のようなパターンとすること等により構成してもよい。また、磁気センサ（１２）の交換装置は、軸受ユニット内に備えるほか、外部に設けて磁気センサ（１２）と有線あるいは無線等で信号交換してもよい。内部に設けた場合には、配線がなくなるかごく短くなるため、外部の磁気ノイズの影響を受けにくくなる。さらに、磁気センサ（１２）と変換装置とは、１つのＩＣ（集積回路）として形成されていてもよい。この場合は、小型化できるとともに、上記ノイズ等の影響をさらに受けにくいものとなる。また、上記実施形態では、軸受として、転動体（６）を備える転がり軸受（１）の例を示したが、すべり軸受、動圧軸受等他の軸受にも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き軸受ユニットの１実施形態を示す横断面図である。
【図２】図２は、磁気センサおよび磁気発生部材の配置例と磁束密度を示す図である。
【図３】図３は、図２の状態からパルサリングが１ピッチ分回転した際の磁束密度を示す図である。
【図４】図４は、この発明によるセンサ付き軸受ユニットの磁気センサに検知される磁束密度変化のグラフを示す図である。
【図５】図５は、プラス／マイナス閾値タイプの磁気センサに検知される磁束密度変化のグラフを示す図である。
【符号の説明】
（１）      転がり軸受
（２）      センサ装置
（３）      パルサリング
（８）      着磁体
（８ａ）（８ｂ）着磁層
（１２）    磁気センサ
（２１）    永久磁石（磁気発生手段）
（２２）    集磁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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