(57)【要約】【課題】転がり軸受に回転センサを装備する場合に、その装備に要するハウジングの軸方向の長さを短縮して、コンパクトな回転センサ付き転がり軸受を実現することである。【解決手段】転がり軸受１の内輪２に嵌着した回転素子１３と、外輪３に嵌着した芯金５に、環状のセンサハウジング６が固定され、センサハウジング６に装着した電気回路基板８に、回転素子１３に近接して対向するように検出素子９を装備した回転センサ付き転がり軸受において、前記電気回路基板８をプラスチックフィルムで形成し、そのフィルムの厚さに対する軸受外輪の外径半径の比率を一定の範囲（５０から２００）に設定することにより、該基板の断線等を防ぐようにした。【選択図】　図１
2004125455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受の回転軌道輪側となる内輪に回転素子を取り付け、前記軸受の固定軌道輪側となる外輪に電気回路基板を介して検出素子を取り付け、前記回転素子と検出素子を対向させて回転センサを構成した回転センサ付き軸受において、前記電気回路基板がフレキシブル性を有し、かつ、その電気回路基板の板厚に対する前記外輪の外径半径の比率を５０〜２００に設定したことを特徴とする回転センサ付き軸受。
【請求項２】
前記電気回路基板が、回路パターンをポリイミド樹脂で被覆したフィルム状のものであることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ付き軸受。
【請求項３】
前記電気回路基板を、前記外輪の端部側に固定された環状のセンサハウジングの内周面に、湾曲させて取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ付き軸受。
【請求項４】
前記環状のセンサハウジングが周壁とその内方に延びたつば部とからなり、前記電気回路基板を前記つば部に、その基板面が前記軸受の軸方向に対し直交するように取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ付き軸受。
【請求項５】
前記検出素子と前記回転素子とを、前記軸受の半径方向に近接して対向させたことを特徴とする請求項３に記載の回転センサ付き転がり軸受。
【請求項６】
前記検出素子と前記回転素子とを、前記軸受の軸方向に近接して対向させたことを特徴とする請求項４に記載の回転センサ付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの出力軸やモータの回転軸などの回転数や回転角を検出するための検出素子を、フレキシブル性を有する電気回路基板に装着した回転センサ付き軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受の回転軌道輪側となる内輪にエンコーダを取り付けるとともに、前記軸受の固定軌道輪側となる外輪に電気回路基板を介して検出素子を取り付け、前記エンコーダと検出素子を対向させて回転センサを構成した回転センサ付き軸受は従来から知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この場合のエンコーダは環状の磁性金属板からなり、多数の透孔を等間隔に設けたものであり、外輪と対向した内輪の外径面に取り付けられる。前記外輪の端部にはエンコーダを外面からカバーするセンサハウジングが取り付けられ、そのセンサハウジングの内面に基板を介して前記の検出素子がエンコーダに対し軸方向に対向して配置される。
【０００４】
前記の回転センサ付き軸受は、前述のようにエンコーダとして環状の磁性金属板に多数の透孔を等間隔に設けたものを使用しており、そのエンコーダは磁性金属をＬ型に屈曲して形成した薄型のものであるため、軸受内部に組込むことが可能である。このため、軸受から軸方向に突き出す部分は、アクティブセンサの部分だけであり、全体としてコンパクトに構成される。
【０００５】
一方、前記と同様の回転センサ付き軸受において、検知感度の向上を図るために、エンコーダとして環状磁性体の外周面に一定間隔で多極に着磁された多極型エンコーダを使用したものも知られている（図５から図７参照）。
【０００６】
本出願の発明は、前記の多極型エンコーダを使用した回転センサ付き軸受を直近の先行技術としているため、以下これを添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００７】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、内輪２と、外輪３と、転動体４とからなる転がり軸受１において、その回転軌道輪側の内輪２の端部外径面に、多極に着磁された回転素子１３が嵌着される。そして、固定軌道輪側の外輪３の端部内径面に嵌着された芯金５に、断面形状を図６（ａ）に示すように、周壁１６ａとその内方に延びるつば部１６ｂとからなる環状のセンサハウジング１６が固定される。この環状のセンサハウジング１６に、断面形状が図６（ｂ）に示すような溝１７が形成され、この溝１７に絶縁性能および強度に優れる、厚さがおよそ１ｍｍのガラス繊維入りエポキシ樹脂製の電気回路基板１８が嵌め込まれ、前記つば部１６ｂに装着される。そして、この電気回路基板１８に、検出素子９が、溝１７を形成した前記周壁１６ａの内周面に嵌まるように装備され、前記基板１８の表面に電子回路部品１０が装備される。
【０００８】
このようにして、多極に着磁された回転素子１３とその回転に伴う磁気変化の検出素子９からなる回転センサが転がり軸受に取り付けられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３０３８６０号公報（図１から図４に示されたもの）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５（ａ）及び（ｂ）に示したように、センサハウジング１６のつば部１６ｂに電気回路基板１８を取り付ける場合には、前記周壁１６ａの軸方向の長さが、回転素子１３を収容するに足ることが必要である上に、センサハウジング１６が電気回路基板１８に装備された電子回路部品１０の嵩高さを少なくともカバーする必要があるために、その軸方向の長さＬ４が長くなるという欠点がある。
【００１１】
このような欠点を解消するために、電気回路基板１８をセンサハウジング１６の周壁１６ａの内周面に取り付ける方法が考えられる。しかし、ガラス繊維入りエポキシ樹脂製の電気回路基板１８は、機械的強度が高い反面、弾性がなく、硬くて割れやすいために、周壁１６ａの内周面に湾曲させて取り付けることは不可能である。
【００１２】
前記センサハウジング１６の周壁１６ａの内周面に前記エポキシ樹脂製の電気回路基板１８を割れずに取り付けるためには、他の従来技術である図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、この電気回路基板１８を複数に分割して、その複数の分割基板１８ａの組み合わせとする必要がある。しかし、分割基板１８ａをセンサハウジング１６の周壁１６ａの内周面に装着するためには、複数に分割した電気回路基板１８の相互間を電線でつなぐ必要があり、手間を要し、製作コストが高くなる。
【００１３】
そこで、この発明の課題は、転がり軸受に回転センサを装備する場合に、その装備に要するハウジングの軸方向の長さを短縮するとともに、組立容易でコンパクトな回転センサ付き軸受を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１５】
▲１▼　軸受の回転軌道輪側となる内輪に回転素子を取り付け、前記軸受の固定軌道輪側となる外輪に電気回路基板を介して検出素子を取り付け、前記回転素子と検出素子を対向させて回転センサを構成した回転センサ付き軸受において、前記電気回路基板がフレキシブル性を有し、かつ、その電気回路基板の板厚に対する前記外輪の外径半径の比率を５０〜２００に設定したのである。
【００１６】
前記の電気回路基板の板厚が適当な厚さより薄い場合は、折れ曲がりやすいため組付け時に該基板が変形し易くなり、組付け段階で電子回路パターンが断線し易い。また、組付け段階で断線に至らなくても、折り曲がり部のストレスやクラックによって、使用中に断線する場合がある。また、電気回路基板の板厚が適当な厚さより厚い場合は、曲げ半径を小さくすることが困難であり、小さい軸受型番に使用する場合は、曲げによる応力が電子回路部品のハンダ付け部に集中し、かつ板厚が薄い場合に比べて応力が大きくなるので、その部分の電子回路パターンが断線し易くなる。
【００１７】
そこで、この発明においては、電気回路基板としてフレキシブル性を有するものを使用するとともに、その電気回路基板の板厚（ａ）に対する前記外輪の外径半径（ｒ）の比率（ｒ／ａ）を５０から２００に設定するようにしたものである。上記の比率（ｒ／ａ）の下限は、半径（ｒ）が相対的に小さくなる一方、板厚（ａ）が相対的に大きくなり電気回路基板の湾曲の曲率が大きくなった場合に、クラックが生じ易くなることを防止するため、５０に設定される。また、その上限は、計算上は６００（＝６０ｍｍ÷０．１ｍｍ）まで可能であるが、軸受サイズが大きくなると振動が増大し、電気回路基板の厚さが薄いと断線につながる可能性があるため、２００に設定される。
【００１８】
次に、前記の構成に加えることができる一層具体的な構成としては以下のようなものがある。
【００１９】
▲２▼　前記電気回路基板が、回路パターンをポリイミド樹脂で被覆したフィルム状のものである構成。一般に、回路パターンの被覆材質としては、ポリエチレン樹脂やポリイミド樹脂が使用されるが、転がり軸受の使用限界温度は１２０℃であるから、回転センサも１２０℃程度の温度保証が必要となるため、前記電気回路基板の被覆材質として耐熱性に優れたポリイミド樹脂を採用した。また、電気回路基板のフレキシビリティを一層高めるためにフィルム状に形成した。
【００２０】
▲３▼　前記電気回路基板を、前記外輪の端部側に固定された環状のセンサハウジングの内周面に、湾曲させて取り付けた構成。このように構成すると、該基板の内面に検出素子や電子回路部品を取り付けることができるので、回転センサ部の軸方向への突き出し量が小さくなり（Ｌ１＜Ｌ４、Ｌ２＜４）、コンパクト化を図ることができる。
【００２１】
▲４▼　前記▲３▼の場合において、前記環状のセンサハウジングが周壁とその内方に延びたつば部とからなり、前記電気回路基板を前記つば部に、その基板面が前記軸受の軸方向に対し直交するように取り付けた構成。この構成においては、電気回路基板の厚さが回転センサの軸方向への突き出し長さに影響する点で従来例の場合（図５（ｂ）参照）と共通するが、該基板がフィルム状であるので、板状である従来の場合にくらべて回転センサ部の突き出し長さが小さくなる（Ｌ３＜Ｌ４）。
【００２２】
▲５▼　前記▲３▼の場合において、検出素子と前記回転素子とを前記軸受の半径方向に近接して対向させた構成。検出素子が半径方向に配置されるため、回転センサ部の軸方向への突き出し量が小さくなり（Ｌ１＜Ｌ４、Ｌ３＜Ｌ４）、コンパクト化を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。この発明の実施形態の回転センサ付き転がり軸受は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、内輪２と、外輪３と、転動体４とからなる転がり軸受１の回転軌道輪側の内輪２の端部外径面に、回転ドラムの周囲に強磁性薄膜などで多極に着磁された回転素子１３が嵌着されている。そして、固定軌道輪側の外輪３の端部内径面に嵌着された芯金５に、断面形状を図２（ａ）に示した、周壁６ａとつば部６ｂとからなる環状のセンサハウジング６が同芯状に取り付けられている。このセンサハウジング６のつば部６ｂに、断面形状が図２（ｂ）に示した、凹部７ａが２箇所形成された円弧状の溝７が設けられ、センサハウジング６の周壁６ａの内周面に、所要の絶縁性能が得られるフレキシブルな電気回路基板８が湾曲して装着されている。
【００２４】
前記電気回路基板８の一端側には、検出素子９が前記回転素子１３に半径方向に近接して対向するように、溝７の凹部７ａに嵌め込まれて装備され、電気回路基板８の中央部には電源ノイズ等を除去するための電子回路部品１０が装備され、このようにして回転センサが形成されている。そして、前記回転素子１３の回転による磁気変化が検出素子９で検出され、この検出素子９からパルス信号が出力され、前記転がり軸受１の回転速度が計測されるようになっている。電気回路基板８の他端側には、電源ケーブル１２が接続されている。
【００２５】
前記電気回路基板８は、回路パターンにプラスチックを被覆したフィルム状のものである。その被覆材質としては、一般にポリイミド樹脂やポリエチレン樹脂が使用されるが、転がり軸受の使用限界温度は１２０℃であって回転センサも１２０℃程度の温度保証が必要となるため、上記の被覆材質としては耐熱性に優れたポリイミド樹脂が望ましい。
【００２６】
前記軸受外輪３の外径半径（ｒ）を１０ｍｍ〜６０ｍｍとすることを前提にした場合、電気回路基板８の厚さ（ａ）は、経験上０．１ｍｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で使用されるが、この発明においては、板厚（ａ）に対する外径半径（ｒ）の比率（ｒ／ａ）を５０〜２００に設定している。比率（ｒ／ａ）の下限を５０に設定したのは、半径（ｒ）が相対的に小さくなる一方、板厚（ａ）が相対的に大きくなると、電気回路基板８の湾曲の曲率が大きくなり、クラックが生じ易くなることを防止するためである。また、その上限を２００に設定したのは、計算上は６００（＝６０ｍｍ÷０．１ｍｍ）まで可能であるが、軸受サイズが大きくなると振動が増大し、電気回路基板の厚さが薄いと断線につながる可能性があるためである。
【００２７】
この発明の実施形態は以上のような構成であり、以下にその作用について説明する。
【００２８】
前記電気回路基板８はフィルム状に形成されるので、従来のガラス繊維入りエポキシ樹脂製基板に比べて、その厚みを薄く形成できる。そして、電気回路基板８はフレキシブル性を有するため、割れたりせずに、また、図７（ａ）、（ｂ）に示した分割基板１８ａのように、電気回路基板８を分割しなくても、環状のセンサハウジング６の周壁６ａの内周面に湾曲させて容易に装着することができる。それによって、センサハウジング６の軸方向の長さＬ１は、そのつば部６ｂに電気回路基板８を取り付けずに済むため、図５に示した軸方向の長さＬ４よりも短縮され、前記転がり軸受１をコンパクトに設計することができる。
【００２９】
また、前記転がり軸受１の型番が異なり、センサハウジング６の周壁６ａの内周面の曲率が異なる場合でも、電気回路基板８の湾曲の程度を変化させて装着でき、異なる型番の軸受間で同じ規格の電気回路基板８を使用することができ、経済的である。
【００３０】
図３に示す他の実施形態では、図１に示した場合と同様に電気回路基板８が環状のセンサハウジング６の周壁６ａの内周面に装着され、検出素子９が電気回路基板８の内面に、内輪２に嵌着された回転素子１３と軸方向に近接して対向するように装備され、前記回転素子１３のこの対向面が強磁性薄膜により多極に着磁されて、回転センサが形成されている。また、電子回路部品１０が電気回路基板８の外面に取り付けられる。このようにしても、図１に示した場合と同様に、センサハウジング６の軸方向の長さＬ２は、従来技術の場合の長さＬ４（図５参照）よりも短縮される。
【００３１】
図４に示す他の実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示した電気回路基板１８の取り付け状態と同様に、固定軌道輪側の外輪３の端部内径面に嵌着された芯金５に固定されたセンサハウジング６のつば部６ｂに、前記フィルム状の電気回路基板８が装着され、この電気回路基板８に検出素子９が、溝７が形成された周壁６ａの内周面に嵌まるように装備され、前記基板８の表面に電子回路部品１０が装備されている。このように、電気回路基板８を従来の場合と同様にセンサハウジング６のつば部６ｂに装着しても、フィルム状の電気回路基板８の厚さが前記エポキシ樹脂製の電気回路基板の厚さよりも薄いために、センサハウジング６の軸方向の長さＬ３を従来の場合の長さＬ４よりも短縮することができる。なお、この場合においても、電気回路基板８に検出素子９を、図３に示したように、回転素子１３に軸方向に近接して対向するように装備することができる。
【００３２】
図１から図３に示した実施形態では、センサハウジング６を固定する芯金５が、前記転がり軸受１の外輪３の端部内径面に嵌着されているが、外輪３の端部外径面に嵌着することもできる。
【００３３】
また、回転軌道輪が外輪の場合に、前記回転素子を外輪の端部内径面または端部外径面に嵌着し、前記芯金を固定軌道輪の内輪の端部外径面に嵌着し、この芯金に前記センサハウジングを固定し、図１、図３及び図４に示した場合と同様に、センサハウジングに装着したフィルム状の電気回路基板に、前記検出素子を回転素子に近接して対向させて装備し、回転センサ付き転がり軸受を形成することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、回転センサの検出素子及び電子回路部品を装備する電気回路基板をフィルム状に形成し、フレキシブル性を有するようにしたので、この電気回路基板を環状のセンサハウジングの周壁の内周面などの限られたスペースに装着することができ、従来よりも、センサハウジングの軸方向の長さを短縮することができる。また、前記電気回路基板は、湾曲の程度を変化させてセンサハウジングに装着できるので、異なる型番の軸受間で、同じ規格の電気回路基板を使用することができる。これらによって、回転センサ付き転がり軸受をコンパクトに、かつ無駄なく製作することができ、軌道輪巾が薄いタイプの転がり軸受などにも回転センサを容易に装備できる。
【００３５】
また、電気回路基板をフィルム状に形成すると共に、その板厚に対する軸受外輪の外径半径の比率を５０から２００の範囲に設定することにより、該基板が断線し難くなり信頼性が向上する。また組付け性もよくなり作業性が向上する。さらに、該基板の被覆材質として耐熱性のあるポリイミド樹脂を用いることにより、転がり軸受と同等の限界温度まで使用可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明の実施形態の回転センサ付き転がり軸受の一部省略正面図
（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線における拡大縦断側面図
【図２】（ａ）図１に示したセンサハウジング部分のａ−ａ線の拡大縦断側面図
（ｂ）同上のｂ−ｂ線の拡大縦断側面図
【図３】他の実施形態の回転センサ付き転がり軸受の一部省略拡大縦断側面図
【図４】（ａ）他の実施形態の回転センサ付き転がり軸受の一部省略正面図
（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における拡大縦断側面図
【図５】（ａ）従来技術の回転センサ付き転がり軸受の一部省略正面図
（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線における拡大縦断側面図
【図６】（ａ）図５に示したセンサハウジング部分のａ−ａ線の拡大縦断側面図
（ｂ）同上のｂ−ｂ線の拡大縦断側面図
【図７】（ａ）他の従来技術の回転センサ付き転がり軸受の一部省略正面図
（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における拡大縦断側面図
【符号の説明】
１　転がり軸受
２　内輪
３　外輪
４　転動体
５　芯金
６　センサハウジング
６ａ　周壁
６ｂ　つば部
７　溝
７ａ　凹部
８　電気回路基板
９　検出素子
１０　電子回路部品
１２　電源ケーブル
１３　回転素子
【図１】
2004125455.tif 000003
【図２】
2004125455.tif 000004
【図３】
2004125455.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004125455.tif 000007
【図６】
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【図７】
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