(57)【要約】      （修正有）【課題】外輪回転型の回転センサ付き転がり軸受において、外輪に取付けた磁気エンコーダの抜け出しを防止し、加えてセンサケーブル断線の原因となる軸受外輪と軸受箱の間のクリープを防止する。【解決手段】磁気エンコーダ８の芯金７を外輪１に対して圧入するとともに、その芯金７をレーザ溶接又は電子ビーム溶接による溶接部９において外輪１の端面に固定すると共に、外輪と軸受箱２３との間に粘性潤滑剤２６を二つのリング状環体２５を用いて封入する構成とした。【選択図】  図５
2004251316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪に芯金を介してエンコーダを取付け、そのエンコーダに対し所要のすき間をおいて対向したセンサを内輪に取付け、前記内輪を固定側、外輪を回転側として使用する外輪回転型の回転センサ付き軸受において、前記エンコーダの芯金を外輪に対して圧入するとともに、その芯金を外輪に対しレーザ溶接又は電子ビーム溶接により固定したことを特徴とする回転センサ付き軸受。
【請求項２】
前記芯金の外輪に対する溶接位置を、外輪の曲げの圧縮応力と引張り応力の中心線上又はその近傍に定めた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】
前記の溶接を該芯金の全周又は数点において行うことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の回転センサ付き軸受。
【請求項４】
前記外輪の外周面と軸受箱との間に少なくとも２本のリング状環体を介在し、そのリング状環体の間に粘性潤滑剤を付着させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか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、回転センサ付き軸受に関し、主として回転センサ付き転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種回転装置の回転数を検出するために、軸受に磁気エンコーダと磁気センサとからなる回転センサを装着することが従来から知られている。軸受として転がり軸受を使用する場合、一般的には、その軸受を内輪回転型として用い、回転側の内輪に環状の磁気エンコーダを取付けるとともに、固定側の外輪にその磁気エンコーダに所要のすき間をおいて磁気センサが取付けられる（特許文献１又は２参照）。
【０００３】
前記の磁気エンコーダを内輪に固定する手段としては、標準軸受に取付ける場合は、幅方向のスペースが極めて狭く、かつ同芯度を確保するために、その芯金を内輪の外径面に圧入することにより固定する手段が採用される。この場合、内輪の内径面に軸が貫通されているので、繰返し荷重が負荷されても、磁気エンコーダが内輪を介して軸によりバックアップされるため、変形のおそれはなく、したがって内輪から磁気エンコーダが外れるおそれがない。
【０００４】
なお、特許文献１には、磁気センサ側の金属支持部材（芯金）を固定側である外輪の端面に溶接することが記載されている。
【０００５】
一方、軸受一般の技術として、軸受外輪が軸受箱に正のスキマで嵌合されているときに外輪に回転荷重が加わると、いわゆるクリープが発生することが従来から知られている。そのクリープの有効な防止手段として、外輪の外周面と軸受箱との間に２本のリング状環体を介在し、その２本のリング状環体の間の密封空間にグリース等の粘性潤滑剤を付着させる軸受支持構造が知られている（特許文献３参照）。この構造は、軸受の使用時において、外輪に荷重が加わり外輪が軸受箱に対して荷重の方向に偏芯させられた際に、２本のリング状環体間に粘性潤滑剤の高圧流体薄膜を形成させ、その流体薄膜を介して外輪を支持することにより、クリープを防止するようにしたものである。上記の軸受支持構造は、後述のようにこの出願の発明の従来技術となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３００５１６号公報（図３、段落００２０）
【特許文献２】
特開２００２−２９５４６５号公報（図１、段落０００３）
【特許文献３】
実公昭５２−８８９６号公報（第６図と実施例の説明）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特許文献１及び２の場合とは逆に、内輪を固定側、外輪を回転側とした外輪回転型の回転センサ付き軸受の場合は、磁気エンコーダは外輪側に取付けられ、磁気センサは内輪側に取付けられる。この場合、従来の取付け手段と同様に、磁気エンコーダを外輪の内径面に圧入固定することにより取付けたとすると、軸受組込み時の打撃、荷重負荷時の外輪に対する繰返し曲げ変形等による抜け出しが発生するおそれがある。また、脱落防止のカシメなど他の固定方法を併用するにはスペースが狭く、併用は不可能である。
【０００８】
前記の繰返し曲げ変形が発生する構造は次のようなものである。即ち、回転する外輪の外径面に半径方向内向きの荷重が作用した場合、その荷重が転動体の部分に作用するときの外輪の内方への弾性変形は該転動体に支えられるため小さいが、荷重が転動体相互間に作用した場合は外輪の内方への弾性変形が前者に比べて大きくなる。このような状態で外輪が回転すると外輪に繰返し曲げ変形が発生するのである。このような繰返し曲げ変形の発生により、所要の締めしろをもって圧入した磁気エンコーダが軸方向に抜け出ることがある。ちなみに、内輪回転の場合は、内輪側に軸が嵌っているので、このような現象は生じない。
【０００９】
上述のように、外輪回転・外輪回転荷重の条件下で使用される回転センサ付き軸受においては、外輪に取付ける磁気エンコーダを単に外輪に対し圧入固定するだけでは、組込み時や使用時において抜け出すおそれがあることにかんがみ、この発明は、外輪に対し磁気エンコーダを確実に取付け、その抜け出しを防止した外輪回転型の回転センサ付き軸受を提供することを第一の課題とする。
【００１０】
一方、外輪回転・外輪回転荷重の条件下で使用される回転センサ付き軸受においては、内輪と軸との間に配線された磁気センサの信号を出力するケーブルの断線を避けるため、両者が相対的に回転する構造は採用できない。このため、軸と内輪はタイトにはめ合わせる必要があるが、クリープ防止の観点からは外輪も軸受箱に対してタイトにはめ合わせる必要がある。しかし、内外輪共にタイトにはめ合わせることは軸受の組込み上困難である。
【００１１】
そこで、この発明は、前述の第一の課題と併せ、ケーブルの断線を防止すると共に組付けの容易な構造をもった回転センサ付き軸受を提供することを第二の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の第一の課題を解決するために、この発明は、外輪に芯金を介してエンコーダを取付け、そのエンコーダに対し所要のすき間をおいて対向したセンサを内輪に取付け、前記内輪を固定側、外輪を回転側として使用する外輪回転型の回転センサ付き軸受において、前記エンコーダの芯金を外輪に対して圧入するとともに、その芯金を外輪に対しレーザ溶接又は電子ビーム溶接により固定した構成を採用した。
【００１３】
芯金と外輪との溶接方法としては、芯金（例えば、ＳＰＣＣ）と外輪（例えば、ＳＵＪ２）が異種材料であること、磁気エンコーダがゴム磁石を用いており熱に弱いこと、外輪が焼き入れされており非常に割れ易い材料であることから、レーザ溶接又は電子ビーム溶接が有効である。
【００１４】
また、溶接位置を、外輪の曲げの圧縮応力と引張り応力の中心線上又はその近傍とすることが望ましい。溶接部への負荷を減少させるためである。溶接は芯金の全周又は数点において行う。
【００１５】
前記の第二の課題を達成するために、この発明は、前述の回転センサ付き軸受において、その外輪の外周面と軸受箱との間に少なくとも２本のリング状環体を介在し、そのリング状環体の間に粘性潤滑剤を付着させた構成を採用したのである。この構成によると、外輪のクリープが防止されるとともに、外輪と軸受箱のはめ合わせはルーズであるので、軸と内輪とのはめ合わせをタイトにした場合でも外輪側の組込みに支障を来たすことがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１及び図２に示した第１実施例は外輪回転型の転がり軸受であり、外輪１と内輪２の各軌道溝３、４間に保持器５により一定間隔に保持された転動体としてのボール６を介在している。
【００１７】
前記外輪１の一方の端面に環状の芯金７に支持された磁気エンコーダ８が取付けられる。磁気エンコーダ８はゴム磁石でなり、周方向に一定間隔で交互に異極に磁化されたものである。芯金７は、小径円筒部７ａ、円盤部７ｂ、大径円筒部７ｃからなり、その小径円筒部７ａを外輪１の内径面端部に圧入するとともに、円盤部７ｂを外輪１の端面に当てて取付けられる。大径円筒部７ｃは、外輪１の曲げ変形の中立線Ｎ上にある。円盤部７ｂと大径円筒部７ｃとの間の屈曲部は中立線Ｎ上にあり、中立線Ｎにおいて溶接が施される（溶接部９参照）。好ましい溶接法として、レーザ溶接又は電子ビーム溶接を採用することができる。溶接位置は、図２に示すように、数点において点状に溶接した場合を示しているが、全周に施してもよい。
【００１８】
前記の芯金７は小径円筒部７ａ、円盤部７ｂがあることにより、大径円筒部７ｃを直接溶接する場合に比べ溶接時の位置決めとなり、高精度に溶接でき、また溶接による変形（倒れ）もない。また、溶接部９の位置を中立線Ｎ上に設定することにより、溶接部９における外輪１の曲げは理論上ゼロであり、溶接部９に繰返しせん断力は作用しない。
【００１９】
固定側となる内輪２においては、前記の磁気エンコーダ８側の端部外径面に環状のハウジング芯金１１が取付けられ、そのハウジング芯金１１に樹脂モールドによるセンサハウジング１２が一体に設けられる。ハウジング芯金１１は大径円筒部１１ａ、円盤部１１ｂ及び小径円筒部１１ｃを有し、その大径円筒部１１ａが内輪２に圧入固定される。また、小径円筒部１１ｃ端縁の全周数ヶ所に外径方向への切り起こし１３が設けられ、センサハウジング１２の抜け止めを図っている。センサハウジング１２の外周縁は、その断面形状から分かるように、外輪１の中立線Ｎ程度に達しており、また、その外周部内面に全周にわたり軸方向と径方向に切り欠かれたＬ形の段部１４が形成され、その段部１４に前記の磁気エンコーダ８が所定のすき間をおいて対向している。
【００２０】
前記センサハウジング１２の一部分において、周方向に長い凹部１５が設けられ、その凹部１５内に電気回路基板１６に支持された磁気センサ１７が収納される。磁気センサ１７は前記段部１４の軸方向の面から内径面に露出し、磁気エンコーダ８と所定のすき間をおいて径方向に対向する。また、電気回路基板１６の部分において、センサハウジング１２の内径方向に突き出してケーブル取出し部１８が設けられる。このケーブル取出し部１８は、内部にケーブル１９を挿通した状態で樹脂モールドされる。ケーブル１９の一端は電気回路基板１６に接続され、また、他端は内輪２の内側に配置された保護チューブ２１に挿通され、外部に引出される。
【００２１】
なお、前記外輪１と内輪２の他方の端部間に通常のシール部材２２が設けられる。
【００２２】
図３は前記の第１実施例の実施品、即ち「溶接有り」（但し、溶接はレーザ溶接を採用）と、従来品、即ち「溶接なし」について、負荷荷重と外輪の繰返し変形に対する脱落までの変形回数の試験結果である。「溶接有り」の場合が約１００倍の耐久性を発揮することが確認できた。また、レーザ溶接は熱影響が非常に狭いので、溶接前後の変形がなく、磁気エンコーダの脱磁も生じない。また、焼き入れ鋼の軸受材にもクラックを生じない。更に、防錆油の塗布状態での溶接が可能である。なお、電子ビーム溶接の場合も同様の効果が認められた。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）は、磁気エンコーダ８の芯金７の他の例を示す。いずれの場合も、外輪１の曲げ変形を小径円筒部７ａから円盤部７ｂを介して溶接部９に伝播させないか又は伝播し難くするようにしたものである。図４（ａ）の場合は、芯金７の小径円筒部７ａを外輪１の内径面にすき間嵌めしている。図４（ｂ）の場合は小径円筒部７ａの肉厚ｔ１を他の部分の肉厚ｔの０．５〜０．８倍の大きさ、即ちｔ１＝０．５〜０．８×ｔに設定している。
【００２４】
次に、図５に示した第２実施例、図６に示した第３実施例は、いずれも軸受の構造は前記第１実施例のものと同一であるが、軸受箱２３に対する外輪１の嵌合構造に前掲の特許文献３のクリープ防止構造を採用したものである。即ち、図５の第２実施例の場合は、外輪１の外周面に所要の間隔をおいて２条の周溝２４、２４を設け、各周溝２４、２４にリング状環体２５、２５（例えば、Ｏリング状ゴム）を装着し、これらのリング状環体２５、２５を軸受箱２３の内周面に押し付ける。２本のリング状環体２５、２５間にグリース等の粘性潤滑剤２６を付着させた密封空間が形成される。
【００２５】
図６の第３実施形態の場合は、周溝２４、２４が軸受箱２３の内周面に設けられ、その周溝２４、２４に装着された同様のリング状環体２５、２５を外輪１の外周面に押し付けている。２本のリング状環体２５、２５間にグリース等の粘性潤滑剤２６を付着させた密封空間が形成される点は、第２実施例の場合と同様である。
【００２６】
上記いずれの実施例の場合も、使用時において外輪１に荷重が加わり軸受箱２３に対して荷重の方向に偏芯した際に、２本のリング状環体２５、２５間に粘性潤滑剤２６による高圧流体薄膜が形成され、その流体薄膜を介して外輪１が支持される。リング状環体２５、２５は粘性潤滑剤２６が漏れるのを防ぐとともに、前記薄膜によって浮いている外輪１が軸受の摩擦によって回転方向に回転することが防止されるので、クリープの発生が防止される。
【００２７】
また、軸受を組付ける際に、その内輪２に対して軸をタイトにはめ合わせても、外輪１と軸受箱２３との嵌合はリング状環体２５、２５の弾性によりルーズなはめ合いとなるので、軸受の組付け時の支障になることがなく、スムーズに組付けることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、外輪回転型の軸受において、その外輪に取付けた磁気エンコーダの芯金の小径円筒部を外輪内径面に対し圧入するとともに、その芯金の円盤部と大径円筒部のコーナ部を外輪に溶接することにより、該芯金を外輪に固定するようにしたので、磁気エンコーダの外輪からの抜け出しを防止することができる。
【００２９】
また、前記の溶接をレーザ溶接又は電子ビーム溶接により行うことにより、熱影響が少ないため、外輪の変形やクラックの発生がなく、また磁気エンコーダの脱磁を防止することができる。防錆油塗布状態での溶接も可能であるので、作業が簡便化できる。
【００３０】
さらに、前記芯金の外輪に対する溶接位置を、外輪の曲げの圧縮応力と引張り応力の中心線上又はその近傍に定めることにより、溶接部への繰返しせん断力が作用することを防止することができる。
【００３１】
なお、外輪の外周面と軸受箱との間に少なくとも２本のリング状環体を介在し、そのリング状環体の間に粘性潤滑剤を付着させたクリープ防止構造を採用すると、外輪の軸受箱に対する組付けが容易となるので内輪と軸とをタイトにはめ合せることができる。その結果、内輪と軸との相対的回転が防止され、ケーブルの断線を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の断面図
【図２】同上の正面図
【図３】同上実験結果のグラフ
【図４】（ａ）（ｂ）同上の他の例の一部断面図
【図５】第２実施形態の一部拡大断面図
【図６】第３実施形態の一部拡大断面図
【符号の説明】
１  外輪
２  内輪
３  軌道
４  軌道
５  保持器
６  ボール
７  芯金
７ａ  小径円筒部
７ｂ  円盤部
７ｃ  大径円筒部
８  磁気エンコーダ
９  溶接部
１１  ハウジング芯金
１２  センサハウジング
１３  切り起こし片
１４  段部
１５  凹部
１６  電気回路基板
１７  磁気センサ
１８  ケーブル取出し部
１９  ケーブル
２１  保護チューブ
２２  シール部材
２３  軸受箱
２４  周溝
２５  リング状環体
２６  粘性潤滑剤
【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】
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