(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】センサ装置2は、被検出部材としてのパルサリング3に対向して配置された磁気センサ12と、磁気センサ12近傍に設けられて同センサ12に入力する磁気を補正する磁石21とを有している。パルサリング3は、複数の磁気発生部N,S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を有しており、これらの磁気発生層8a,8b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。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材および可動部材を有する軸受と、固定部材および可動部材のいずれか一方に設けられた被検出部材と、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、センサ装置は、被検出部材に対向して配置された磁気センサと、磁気センサ近傍に設けられて同センサに入力する磁気を補正する磁気発生手段とを有し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】
複数の軌道輪および複数の転動体を有する転がり軸受と、いずれかの軌道輪に設けられた被検出部材と、他の軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、センサ装置は、被検出部材に対向して配置された磁気センサと、磁気センサ近傍に設けられて同センサに入力する磁気を補正する磁気発生手段とを有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受ユニット。
【請求項３】
被検出部材は、パルサリングであり、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ており、これらの磁気発生層が、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請求項２のセンサ付き転がり軸受ユニット。
【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のセンサ付き軸受ユニットに関する。
【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主に依存するため、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、単極幅が小さくなり、磁気センサの信号出力の絶対値が小さくなるという問題がある。
【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、固定部材および可動部材を有する軸受と、固定部材および可動部材のいずれか一方に設けられた被検出部材と、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、センサ装置は、被検出部材に対向して配置された磁気センサと、磁気センサ近傍に設けられて同センサに入力する磁気を補正する磁気発生手段とを有していることを特徴とするものである。
【０００７】
軸受としては、転がり軸受、すべり軸受、動圧軸受、直動軸受等が使用可能である。
【０００８】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、複数の軌道輪および複数の転動体を有する転がり軸受と、いずれかの軌道輪に設けられた被検出部材と、他の軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、センサ装置は、被検出部材に対向して配置された磁気センサと、磁気センサ近傍に設けられて同センサに入力する磁気を補正する磁気発生手段とを有していることを特徴とするものである。
【０００９】
転がり軸受は、単列であってもよく、複列であってもよい。また、軌道輪として、内輪および外輪を１つずつ備えていてもよく、内輪および外輪の少なくとも一方が２つ以上の内輪形成部材または外輪形成部材によって形成されていてもよい。
【００１０】
上記のセンサ付き軸受ユニットおよびセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、磁気発生手段は、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。磁気発生手段は、例えば、磁気センサとパルサリングとの間に配置されるが、磁気センサの近傍であれば、磁気センサの径方向外側に配置されてもよい。パルサリングの磁力＝磁気発生手段の磁力の場合には、磁束密度の最小値＝０（最小密度が０ｍＴ線に一致）となり、パルサリングの磁力＜磁気発生手段の磁力の場合には、磁束密度の最小値＞０（最小密度が０ｍＴ線の上にある）となる。
【００１１】
磁気センサの信号処理手段は、検知部磁力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプであることが好ましい。
【００１２】
この発明のセンサ付き軸受ユニットおよびセンサ付き転がり軸受ユニットによると、磁気発生手段が磁気センサ近傍に設けられているので、パルサリングで発生して磁気センサに導かれる磁束密度を増大させることができ、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。これにより、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。
【００１３】
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ており、これらの磁気発生層が、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ことが好ましい。
【００１４】
このようなパルサリングを得るには、２つの別体のリング状部材を互いに異なる磁極が対向するように重ね合わせてもよく、１つのリング状部材に内周側と外周側とで異なる磁極となるように着磁してもよい。ここで、リング状部材は、継ぎ目無し形状に形成されていてもよく、帯状部材を丸めて両端を接合することによってリング状に形成されていてもよい。
【００１５】
このようにすると、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と磁気発生手段のＮ極からＳ極に向かう磁束とが合成され、磁束密度の出力全体のレベルアップが図られる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、この発明のセンサ付き軸受ユニットの一種であるセンサ付き転がり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。
【００１８】
図１に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、転がり軸受(1)、ならびにそれに設けられたセンサ装置(2)および被検出部材であるパルサリング(3)を備えている。
【００１９】
転がり軸受(1)は、複数の軌道輪としての固定輪である外輪(4)および回転輪である内輪(5)と、これらの間に配置された複数の転動体である玉(6)とを備えている。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。
【００２０】
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。
【００２１】
外輪(4)の右端部の内径の肩部に、環状みぞ(9)が形成されている。このみぞ(9)に環状板(10)の外周縁部が嵌合され、環状板(10)の内周縁部がパルサリング(3)の支持部材(7)の小径円筒部(7a)との間でラビリンス（シール）を形成している。なお、上記みぞ(9)は、シールみぞをそのまま利用してもよい。
【００２２】
センサ装置(2)は、外輪(4)に固定されたケース(11)と、ケース(11)内に設けられたホール素子等の磁気センサ(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。
【００２３】
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。
【００２４】
信号処理手段(13)は、図６に示すように、検知部磁力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜Ｌｏ閾値の時にＯＦＦとするＨｉ／Ｌｏ閾値タイプとされている。
【００２５】
パルサリング(3)は、磁気発生部が等ピッチとなるようにリング状に形成された着磁体(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。
【００２６】
図２および図３は、この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第１実施形態の要部を示すもので、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、磁気センサ(12)の近傍には、磁気発生手段としての永久磁石(21)が配置されている。この実施形態では、磁気センサ(12)がパルサリング(3)に最も近い位置にあり、その径方向外側に磁石(21)のＳ極(S)およびさらにその外側にＮ極(N)が並ぶ配置とされている。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。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、Ｓ極(S)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。こうして、磁気発生手段としての磁石(21)によって、パルサリング(3)で発生して磁気センサ(12)に導かれる磁束密度を増大させることができ、プラス側の磁束密度が増大され、マイナス側の磁束密度は減少あるいは消滅されることで、磁気センサの信号出力波形が全体的にプラス側に移動し（図７に示すものが図６に示すものになり）、したがって、０を挟んだプラス・マイナス波形からほぼプラス側のみの波形を得ることができ、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、信号処理手段(13)は、検知部磁力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜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７に示すプラス／マイナス閾値タイプ（検知部磁力＞プラス閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜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最大の位置（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】
図４および図５は、この発明によるセンサ付き軸受ユニットの第２実施形態を示すもので、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、磁気センサ(12)の近傍には、磁気発生手段としての永久磁石(22)が配置されている。この実施形態では、永久磁石(22)は、磁気センサ(12)とパルサリング(3)との間に位置させられ、磁気センサ(12)のすぐ内側に磁石(21)のＮ極(N)およびさらにその内側（パルサリング(3)に最も近い位置）にS極(S)が並ぶ配置とされている。したがって、図４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。逆に、図５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、Ｓ極(S)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。こうして、磁気発生手段としての磁石(22)によって、パルサリング(3)で発生して磁気センサ(12)に導かれる磁束密度を増大させることができ、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、信号処理手段(13)は、検知部磁力＞ＨＩ閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜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７に示すプラス／マイナス閾値タイプ（検知部磁力＞プラス閾値の時にＯＮ、検知部磁力＜マイナス閾値の時にＯＦＦとする磁気センサ）に比べて、Ｌｏ閾値の信号幅を広くすることができることから、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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、パルサリング(3)の着磁体(8)の２つの着磁層（磁気発生層）(8a)(8b)は、２つの別体のリング状部材を互いに異なる磁極が対向するように重ね合わせてもよく、１つのリング状部材に内周側と外周側とで異なる磁極となるように着磁してもよい。ここで、リング状部材は、継ぎ目無し形状に形成されていてもよく、帯状部材を丸めて両端を接合することによってリング状に形成されていてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態においては、軸受が転がり軸受である場合について説明したが、この発明は、すべり軸受、動圧軸受、直動軸受等、固定部材と可動部材とを有する他の軸受にも適用可能である。転がり軸受の場合には、複数の軌道輪として内外輪を１つずつ備えているものの他、内外輪の少なくとも一方を２つ以上備えていてもよい。また、センサ装置については、磁気センサと信号処理手段とをそれぞれ別体で備えるものを示したが、これらをＩＣとして一体化してもよい。また、信号処理手段は、必ずしも、センサ装置に備えられる必要はなく、軸受ユニット外に備えて有線あるいは無線でセンサと信号授受してもよい。ＩＣとして一体化した場合は、外部磁場ノイズの影響を受けにくくなるため、分解能向上にも有効となり、センサ装置の小型化も可能となる。
【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手段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、磁気センサおよび磁気発生手段の他の配置例と磁束密度を示す図である。
【図５】図５は、図４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６】図６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７】図７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（磁気発生層）
(12)    磁気センサ
(21)    永久磁石（磁気発生手段）
(22)    永久磁石（磁気発生手段）
【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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【図６】
2004197765.tif 000008
【図７】
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