(57)【要約】    【課題】高出力を達成することができ、しかも破損し難いパルス発生装置を提供すること。    【解決手段】パルス発生装置７は相対向するパルサー９と検出部１０とを備える。パルサー９の第２の面９ｂにパルス生成部１２を形成する。パルス生成部１２は、周期的に繰り返す起伏部として、交互に配置された凸部１２ａおよび凹部１２ｂを含む。パルサー９の少なくともパルス生成部１２はカーボンナノチューブを含むゴム又は樹脂により形成される。パルサー９と検出部１０が相対運動すると、パルス生成部１２と検出部１０との間のエアギャップが周期的に変化し、検出部（渦電流式センサ）１０がアナログパルス信号Ａを出力する。信号処理部８はアナログパルス信号Ａを二値化処理してディジタル信号Ｂに変換し、これを回転速度検出用信号として、車両のＥＣＵ（電子制御ユニット）１８に出力する。【選択図】図３
2005172632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルサーとパルサーに対向配置された検出部とを備え、パルサーと検出部の相対運動に応じてパルスを発生させるパルス発生装置において、上記パルサーはカーボンナノチューブを含む材料で形成されたパルス生成部を含むことを特徴とするパルス発生装置。
【請求項２】
請求項１において、上記パルス生成部は周期的に繰り返す起伏部を含むことを特徴とするパルス発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記パルス生成部の母材はゴム又は樹脂を含むことを特徴とするパルス発生装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載のパルス発生装置と、パルス発生装置の検出部からの信号を処理してパルサーと検出部の相対運動に関わる情報を得る信号処理部とを備えることを特徴とする相対運動検出装置。
【請求項５】
内輪と、外輪と、請求項１，２又は３に記載のパルス発生装置とを備える軸受装置あって、パルス発生装置のパルサーは環状のパルサーを含み、内輪および外輪の何れか一方にパルサーが固定されると共に、他方に検出部が固定されることを特徴とする軸受装置。 
【請求項６】
請求項５において、上記内輪と外輪との間を密封するための環状のオイルシールを備え、オイルシールはゴム製のシールリップを含むシール部材を含み、このシール部材にパルス生成部が形成されることを特徴とする軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス発生装置並びにこれを含む相対運動検出装置および軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用の回転数検出装置として、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置された多極着磁型のパルサーリングが用いられている（例えば特許文献１）。
また、パルサーリングとして、筒状をなす磁性体製の板に、矩形状の打ち抜き孔を円周上、等間隔で形成したものがある（例えば特許文献２）。
また、パルサーリングを取り付けた外輪部材と、回転速度検出用の検出部を取り付けた内輪部材とを備える軸受ユニットが提供されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−２４９１４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２７１２号公報
【特許文献３】実開平５−９４７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のパルサーリングは金属製やフェライトゴム複合体製等であるため、加工が困難であり、また、他の部材との衝突で欠け易く、欠けた場合には検知性能が悪くなり、信頼性が低下する。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高出力を達成することができ、しかも信頼性の高いパルス発生装置並びにこれを含む相対運動検出装置および軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、パルサーとパルサーに対向配置された検出部とを備え、パルサーと検出部の相対運動に応じてパルスを発生させるパルス発生装置において、上記パルサーはカーボンナノチューブを含む材料で形成されたパルス生成部を含むことを特徴とするパルス発生装置を提供する。
カーボンナノチューブは高い導電性を有している。本願発明者はこのカーボンナノチューブの高い導電性に着目し、本発明を想到するに至った。すなわち、着磁材としてフェライトを用いる（すなわちフェライトゴム複合体を用いる）とすると、８０〜９０質量％の含有率が必要であるが、カーボンナノチューブであれば１質量％以上の添加量で高いパルス出力を得ることができる。好ましくはカーボンナノチューブの添加量は２〜１０質量％である。出力が高いので、パルサーと検出部との距離を離すこともでき、レイアウトの自由度を高くすることができる。また、従来の金属製のパルサーリングの場合、精度良く加工したり着磁したりすることが困難であり、例えばリングの円周方向の１極当たりの幅は最低でも２ｍｍ程度であり、磁性極数の増大も困難である。また、極幅を小さくした場合、加工累積誤差が大きい。さらに、欠け等の破損を起こし易いという問題もあった。一方、本発明では、例えばゴムや樹脂等の材料に少量のカーボンナノチューブを添加すれば良く、ゴム材等の成形性を殆ど劣化させないため、製造し易く、１極の幅が２ｍｍより小さいものを容易に製造できる。つまり、ゴム材等の成形限界までの加工が可能となり、数１０μｍ幅の溝幅を形成可能であり、パルサのパルス信号数を大幅に増大できるから、これを用いた相対運動検出等の精度が大幅に向上する。また欠け等の破損も起こし難いので、信頼性が高い。また、フェライトゴム複合体はこれを混練するときに、フェライトが硬いため、混練設備を損耗し易い。金属製リングでは極数を増やすべく極数を小さくする場合、着磁ヘッドの損耗が激しくなったり、着磁幅の誤差が大きくなる。カーボンナノチューブを添加したゴムの場合、このような問題がない。
【０００５】
本発明において、上記パルス生成部は周期的に繰り返す起伏部を含む場合がある。この場合、パルサーと検出部とが相対運動すると、周期的に繰り返す起伏部と検出部との間の距離の変化を例えば磁束変化に基づいて検出部により容易に検出することができる。
本発明において、上記パルス生成部の母材はゴム又は樹脂を含む場合がある。この場合、母材となる材料にカーボンナノチューブを添加しておいて、パルス生成部を型により形成することができ、製造が非常に容易となる。１極の幅の最小値は型の成形の最小値とゴム材等の成形性で決まり、数１０μｍ程度である。また、ゴムや樹脂であれば、欠け等の破損を起こすことがなく、信頼性を高くすることができる。
【０００６】
また、本発明は、上記のパルス発生装置と、パルス発生装置の検出部からの信号を処理してパルサーと検出部の相対運動に関わる情報を得る信号処理部とを備えることを特徴とする相対運動検出装置を提供する。この場合、カーボンナノチューブを用いた高出力の変位センサ、速度センサ又は加速度センサ等のセンサ装置を実現することができる。
また、本発明は、内輪と、外輪と、上記のパルス発生装置とを備える軸受装置であって、パルス発生装置のパルサーは環状のパルサーを含み、内輪および外輪の何れか一方にパルサーが固定されると共に、他方に検出部が固定されることを特徴とする軸受装置を提供する。本発明では、パルス発生装置を軸受に組み込んで、高いパルス出力を得ることができる。
【０００７】
本発明において、上記内輪と外輪との間を密封するための環状のオイルシールを備え、オイルシールはゴム製のシールリップを含むシール部材を含み、このシール部材にパルス生成部が形成される場合がある。この場合、パルス発生装置とオイルシールとを兼用することができ、構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のパルス発生装置が適用された軸受装置の概略断面図である。図１を参照して、本軸受装置１は、軸受２と、相対運動検出装置３とを備える。軸受２は、固定輪としての例えば外輪４と、回転輪としての例えば内輪５と、外輪４と内輪５との間に配置された複数の転動体６とを備える。図示していないが、例えば、外輪４は自動車の車体側部材としてのハウジングに取り付けられ、内輪５は車輪側部材としての回転軸に取り付けられる。
【０００９】
相対運動検出装置３は、パルス発生装置７と信号処理部８とを備える。パルス発生装置７は、内輪５に固定されるパルサー９と、このパルサー９と軸受２の軸方向Ｐに対向するように配置された検出部１０とを含み、パルサー９と検出部１０の相対運動（相対回転運動）に応じてパルスを発生させる。
信号処理部８は、パルス発生装置７の検出部１０からの信号を処理してパルサー９と検出部１０の相対運動に関わる情報として、例えば回転速度に関わる情報を得る。この場合、相対運動検出装置３は速度センサ装置として機能する。
【００１０】
内輪５の端部外周に嵌合固定された断面Ｌ字形の支持部材１１に固定されている。パルサー９は、円形の環状板からなり、その第１の面９ａは支持部材１１に沿って固定されている。また、パルサー本体９の第２の面９ｂにパルス生成部１２が設けられている。
一方、外輪４の端部外周には、検出部１０および信号処理部８を支持するための支持部材１３が固定されている。支持部材１３は、短円筒状の外周壁１４および内周壁１５、ならびにこれらの対向端部同士を連結するフランジ１６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の字形形状をなす。上記の中空部分内で検出部１０および信号処理部８が樹脂１７によりモールドされている。外周壁１４の自由端部は、内周壁１５よりも長く延び外輪４の外周に密に嵌め止められている。
【００１１】
図２および図２のIII −III 線に沿う断面図である図３を参照して、環状をなすパルス生成部１２は、周期的に繰り返す起伏部として、周方向Ｃに沿って交互に配置された凸部１２ａおよび凹部１２ｂを含む。
パルサー９の少なくともパルス生成部１２はカーボンナノチューブを含む材料で形成されている。すなわち、図３のように、パルサー９全体がカーボンナノチューブを含む材料で形成されていても良いし、図４に示すように、パルス生成部１２のみがカーボンナノチューブを含む材料で形成され、パルサー本体９０の一の面に固着されていても良い。パルス生成部１２乃至パルサー９は、母材としてのゴム又は樹脂にカーボンナノチューブを添加して得られる。
【００１２】
カーボンナノチューブとしては、単層、多層等種々のものが用いられるが、直径１〜２ｎｍ、長さ５μｍ以下の単層カーボンナノチューブを用いることが好ましい。
検出部１０としては、渦電流式センサ、静電容量式センサ等、種々の磁電変換素子を使用することができる。
車輪の回転に伴って、内輪５およびパルサー９が回転すると、凸部１２ａおよび凹部１２ｂを交互に形成したパルス生成部１２と検出部１０との間のエアギャップが周期的に変化する。これに伴って検出部１０を通過する磁束や静電容量等が周期的に変化するので、検出部１０の磁電変換素子が前記変化に対応するアナログ電気信号をパルス出力する。
【００１３】
信号処理部８は、検出部１０から得られるアナログパルス信号Ａを二値化処理してディジタル信号Ｂに変換し、これを回転速度検出用信号として、車両のＥＣＵ（電子制御ユニット）１８に出力する。
本実施の形態によれば、高い導電性を有するカーボンナノチューブを用いたので、５〜１０質量％の添加量でも高いパルス出力を得ることができる。
【００１４】
また、従来の金属製やフェライトゴム複合体製のパルサーリングの場合、精度良く加工したり着磁したりすることが困難であり、また、欠け等の破損を起こし易く信頼性が低いという問題があったが、本実施の形態では、母材となるゴムや樹脂等の材料に少量のカーボンナノチューブを添加しておいて、パルス生成部１２又はパルサー９全体を型により形成することができ、製造が非常に容易である。カーボンナノチューブの添加量が少量でも良いので、ゴムや樹脂に悪影響を与えることがない。また、ゴムや樹脂であれば、欠け等の破損も起こし難く信頼性を高くすることができる。
【００１５】
また、パルス生成部１２の凸部１２ａおよび凹部１２ｂによって、パルサー９と検出部１０との相対運動としての回転速度を容易に検出することができる。パルス発生装置７および相対運動検出装置３としての出力が高いので、検出部１０とパルサー９との間の距離を離すことができ、レイアウトの自由度が高まる。
上記の実施の形態では、パルス発生装置７を適用した相対運動検出装置３として、速度センサ装置を実現したが、これに限らず、上記のディジタル信号Ｂを用いて変位や加速度を検出するようにしても良い。この場合にも、カーボンナノチューブを用いた高出力の変位センサや加速度センサを実現することができる。
【００１６】
また、上記の実施の形態では、パルサー９と検出部１０を軸受２の軸方向に対向させたが、図５に示すように、軸受装置１Ａにおいて、支持部材１１Ａによって内輪５に固定されたパルサー９００と、支持部材１３Ａによって外輪４に固定された検出部１０とを軸受２Ａの径方向Ｒに対向するようにしても良い。この場合、図６に示すように、環状のパルサー９００の外周面にパルス生成部１２が形成される。
【００１７】
上記各実施の形態においては、内輪５にパルサー９又は９００を取り付け、外輪４に検出部１０を取り付けたが、外輪４にパルサー９又は９００を取り付け、外輪５に検出部１０を取り付けるようにしても良い。
また、パルス発生装置７や相対運動検出装置３を回転型の軸受だけでなく、直線運動をするリニア軸受に組み込むことも可能である。この場合、パルサー９は環状ではなく、直線状をなすことになる。
【００１８】
さらに、パルス発生装置７は、軸受装置に限らず、回転運動や直線運動をする一対の部材間の運動に基づいてパルス出力する装置として用いることが可能であり、同様に、相対運動検出装置３は、軸受装置に限らず、回転運動や直線運動をする一対の部材間の運動に関わる情報を得るセンサ装置として用いることが可能である。
また、図７に示すように、軸受装置に適用されるオイルシール２０において、シールリップ２１，２２を有するゴム製のシール部材２３にパルス生成部１２を形成してパルサー９に構成すると共に、スリンガ２４に検出部１０を固定することで、パルス発生装置とオイルシールとを兼用することもできる。シール部材２３は芯金２５により補強されている。パルス生成部１２はゴム製のシール部材２３に直接形成することが好ましいが、別体で設けたパルス生成部１２をシール部材２３に貼り付けるようにしても良い。
【実施例】
【００１９】
実施例１，２および比較例
カーボンナノチューブを含むゴムで形成されたパルス生成部を有するパルサーと渦電流式センサを用いた検出部とからなるパルス発生装置としての実施例１，２を作成した。実施例１においてカーボンナノチューブの配合割合は２質量％であり、実施例２のそれは１０質量％である。両者とも、ローラ混練法により成形した。
【００２０】
また、１０質量％の配合割合のグラファイトを含むゴムで形成されたパルス生成部を有するパルサーと渦電流式センサを用いた検出部とからなるパルス発生装置としての比較例を作成した。比較例についても実施例１，２と同様にローラ混練法により成形した。
実施例１および２、並びに比較例について、パルサーと検出部との距離（エアギャップ）を種々に設定し、パルサーと検出部を相対運動させて、出力電圧の変化を求めたところ、図８に示す結果を得た。これにより、２〜１０質量％と少量のカーボンナノチューブを添加するだけで、非常に高い出力が得られることが実証された。
【００２１】
実施例３，４，５，６
カーボンナノチューブを含むゴムで形成されたパルス生成部を有するパルサーと静電容量式変位センサを用いた検出部とからなる相対運動検出装置としての実施例３，４，５，６を作成した。各実施例におけるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の配合割合、および成形方法は下記である。
【００２２】
実施例３：ＣＮＴを５質量％含む。２液合成法で成形。
実施例４：ＣＮＴを２質量％含む。２液合成法で成形。
実施例５：ＣＮＴを５質量％含む。ローラ混練法で成形（ＣＮＴの配向性有り）。
実施例６：ＣＮＴを１０質量％含む。ローラ混練法で成形（ＣＮＴの配向性なし）。
実施例３〜６について、パルサーと検出部との距離（エアギャップ）を種々に設定し、パルサーと検出部を相対運動させて、出力信号（電圧）の変化を求めたところ、図９に示す結果を得た。その結果、何れの実施例に３〜６においても相対距離の変化に伴い、出力信号が直線的に増大し、また実施例３，５，６において、出力信号が明確にサーチレートする。これにより、何れの成形方法においても、相対運動検出装置として好ましい出力結果が得られることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態のパルス発生装置を含む相対運動検出装置が適用された軸受装置の要部の概略断面図である。
【図２】パルサーの平面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態のパルサーの断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態のパルス発生装置を含む相対運動検出装置が適用された軸受装置の要部の概略断面図である。
【図６】図５の実施の形態のパルサーの断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施の形態において、パルス発生装置を兼用するオイルシールの概略断面図である。
【図８】本発明の実施例１，２および比較例において距離と出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【図９】本発明の実施例３〜６において距離と出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１Ａ  軸受装置
２，２Ａ  軸受
３    相対運動検出装置
４    外輪
５    内輪
６    転動体
７    パルス発生装置
８    信号処理部
９，９０，９００  パルサー
９ａ  第１の面
９ｂ  第２の面
１０  検出部
１１，１１Ａ  支持部材
１２  パルス生成部
１２ａ  凸部（起伏部）
１２ｂ  凹部（起伏部）
１３，１３Ａ  支持部材
１８  ＥＣＵ
２０  オイルシール
２３  シール部材
２４  スリンガ
Ａ    アナログパルス信号
Ｂ    ディジタル信号（回転速度検出用信号）
Ｃ    周方向
Ｒ    径方向
【図１】
2005172632.tif 000003
【図２】
2005172632.tif 000004
【図３】
2005172632.tif 000005
【図４】
2005172632.tif 000006
【図５】
2005172632.tif 000007
【図６】
2005172632.tif 000008
【図７】
2005172632.tif 000009
【図８】
2005172632.tif 000010
【図９】
2005172632.tif 000011