(57)【要約】【課題】  高分解能化が可能で、かつ組立性に優れた回転センサ付軸受を提供する。【解決手段】  この回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、および転動体からなる転がり軸受と、被検出部と、磁気検出部８とからなる。被検出部は、磁性材または磁性材を含む複合材料からなり複数のＮ極およびＳ極を円周方向に交互に有し回転側軌道輪に取付けられる。磁気検出部８は、磁束密度に対応した出力信号を発生する磁気センサ素子２０を有し、上記被検出部に対向して固定側軌道輪に取付けられる。この磁気検出部８における磁気センサ素子２０の感受面上に、磁性体からなる集磁チップ２５が設けられる。【選択図】      図３
2005147731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転側軌道輪、固定側軌道輪、および両軌道輪間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受と、磁性材または磁性材を含む複合材料からなり複数のＮ極およびＳ極を円周方向に交互に有し回転側軌道輪に取付けられた被検出部と、磁束密度に対応した出力信号を発生する磁気センサ素子を有し上記被検出部に対向して固定側軌道輪に取付けられた磁気検出部とを備えた回転センサ付軸受において、
前記磁気検出部に、磁性体からなる集磁チップを磁気センサ素子の感受面上に位置して設けたことを特徴とする回転センサ付軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記磁気検出部は、磁気センサ素子の感受面となる方向の表面部分に配線が接続され、前記磁気センサ素子、集磁チップ、および配線が被覆材料で被覆されたものである回転センサ付軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の回転センサ付軸受からなる車輪用軸受であって、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面にそれぞれ対面する軌道面を有する内方部材と、両軌道面間に収容される複列の転動体とを備え、上記外方部材および内方部材のいずれか一方が上記固定側軌道輪に、他方が回転側軌道輪となり、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の用途、例えばモータの制御や、自動車のアンチロックブレーキシステムの制御等に使用される回転センサ付軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトで組立が容易になる利点に着目して、回転センサを転がり軸受に内蔵したものがある（例えば特許文献１）。その一例を図７に示す。この転がり軸受５１は、内輪である回転側軌道輪５２と、外輪である固定側軌道輪５３との間に保持器５５で保持される転動体５４が介在させてあり、回転側軌道輪５２に環状の磁気エンコーダ５６が固定されている。固定側軌道輪５３には磁気検出部５７が磁気エンコーダ５６に対向して固定されている。磁気エンコーダ５６は、磁極Ｎ，Ｓを周方向に交互に着磁したゴム磁石等からなる。磁気検出部５７は、ホール素子等の磁気センサ素子を樹脂ケース５８内に挿入して樹脂モールドしたものである。樹脂ケース５８は、金属ケース５９を介して固定側軌道輪５３に固定されている。
【０００３】
図８は磁気検出部５７の一例の断面図を示す。この磁気検出部５７では、ホール素子等からなる磁気センサ素子６０が磁性材６１を介して回路基板６２上に配置され、磁気センサ素子６０と回路基板６２とがボンディングワイヤ６３で電気的に接続されている。これらの部材の全体を、樹脂６４でモールドしてパッケージ品とされている。
【０００４】
この構成の軸受とすることにより、回転側軌道輪５２の回転に伴い、磁気検出部５７の磁気センサ素子６０が磁気エンコーダ５６の磁極変化を検出し、その検出信号はインクリメンタルな回転パルス信号となる。この信号から回転側軌道輪５２の回転数を知ることができる。
【特許文献１】特開２００２−４００３７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来構成では、１回転のパルス数を増やし高分解能にしようとしても、そのパルス数は、磁気検出部５７における磁気センサ素子６０の動作磁束密度に依存するため、磁気エンコーダ５６における磁極Ｎ，Ｓの着磁ピッチ（＝出力パルス数）に限界があった。すなわち、上記パルス数を増やそうとして磁気エンコーダ５６における磁極Ｎ，Ｓの着磁幅を狭くすると、磁束密度が低くなって磁気センサ素子６０が検出不能となるので、高分解能化に限界があった。また、高分解能化が可能となったとしても、磁気検出部５７に安定した検出動作を行わせるためには、磁気エンコーダ５６と磁気検出部５７との間のエアギャップを十分に狭める必要があるが、磁気エンコーダ５６と磁気検出部５７が接触するのを避けるために、エアギャップを一定以下に狭めるのは難しかった。
さらに、上記磁気検出部５７は図８のようなパッケージ構造とされているため、ボンディングワイヤ６３を樹脂６４で完全に覆うためには、磁気センサ素子６０からパッケージ表面までの樹脂６４の厚みδ１として、通常０．３ｍｍ程度が必要となる。この樹脂厚みδ１とエアギャップの和が、磁気エンコーダ５６と磁気センサ素子６０との間の磁気的なギャップとなり、高分解能を実現する上で課題となっていた。
【０００６】
この発明の目的は、高分解能化が可能で、温度による影響にも強く、またエアギャップが大きく得られて組立性に優れた回転センサ付軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、および両軌道輪間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受と、磁性材または磁性材を含む複合材料からなり複数のＮ極およびＳ極を円周方向に交互に有し回転側軌道輪に取付けられた被検出部と、磁束密度に対応した出力信号を発生する磁気センサ素子を有し上記被検出部に対向して固定側軌道輪に取付けられた磁気検出部とを備えた回転センサ付軸受において、前記磁気検出部に、磁性体からなる集磁チップを磁気センサ素子の感受面上に位置して設けたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、磁気検出部における磁気センサ素子の感受面上に、磁性体からなる集磁チップを設けたため、集磁チップの表面と被検出部との間の距離が、磁気的なギャップとなる。集磁チップの場合、磁気センサ素子と異なり、配線の必要がなく、また表面被覆の必要性が低いこと等から、被検出部に近づけることが可能になる。そのため、従来の磁気センサ素子を直接に被検出部に対向させるものに比べて磁気的なギャップを小さくすることができる。これにより、磁気検出部の感度を上げることができ、それだけ高分解能化が可能となる。磁気検出部が高感度となることにより、温度変化による影響を受け難くできる。また、磁気検出部の感度向上により、感度の劣る磁気検出部と比較した場合、１回転当たりの出力パルス数が同じ（被検出部の磁極数が同じ）であれば、被検出部と磁気検出部との間のエアギャップを従来例の場合より広くしても、従来例と同程度の検出精度が得られる。そのため、組立性が向上する。
【０００９】
この発明において、前記磁気検出部は、磁気センサ素子の感受面となる方向の表面部分に配線が接続され、前記磁気センサ素子、集磁チップ、および配線が被覆材料で被覆されたものであっても良い。上記配線は、例えばボンディングワイヤである。磁気センサ素子は、例えば回路基板に実装されたものとされる。
このように、磁気センサ素子の感受面となる方向の表面部分に配線が接続される場合、配線が上記磁気センサ素子の表面からボンディング等によって立ち上がるため、この立ち上り高さが磁気的なギャップに影響する。しかし、集磁チップの場合は、その前方に配線等が不要であるため、磁気的なギャップとなる被覆表面と集磁チップ間の被覆厚さを薄くでき、これによってエアギャップを小さくすることができる。したがって、上記のように磁気センサ素子に配線が行われる形式の磁気検出部の場合に、感度向上、エアギャップの広げ可能の効果が高いものとなる。
【００１０】
この発明の車輪用軸受は、この発明の前記センサ付軸受からなるものであって、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面にそれぞれ対面する軌道面を有する内方部材と、両軌道面間に収容される複列の転動体とを備え、上記外方部材および内方部材のいずれか一方が上記固定側軌道輪に、他方が回転側軌道輪となり、車体に対して車輪を回転自在に支持するものとしている。
車輪用軸受では、アンチロックブレーキシステム（以下「ＡＢＳ」と略称する）や車体姿勢制御システム等の制御のために、回転センサ付きとしたものがある。このような回転センサ付きとした車輪用軸受では、組立性や車体の振動などから、被検出部と磁気検出部のエアギャップを広くできるものが望まれている。この発明のセンサ付軸受における集磁チップを有する磁気検出部を採用することで、このような回転センサ付車輪用軸受におけるエアギャップを広げる要求に答えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、および両軌道輪間に介在した複数の転動体を有する転がり軸受と、磁性材または磁性材を含む複合材料からなり複数のＮ極およびＳ極を円周方向に交互に有し回転側軌道輪に取付けられた被検出部と、磁束密度に対応した出力信号を発生する磁気センサ素子を有し上記被検出部に対向して固定側軌道輪に取付けられた磁気検出部とを備えた回転センサ付軸受において、前記磁気検出部に、磁性体からなる集磁チップを磁気センサ素子の感受面上に位置して設けたため、高分解能化が可能で、温度による影響にも強く、またエアギャップが大きく得られて組立性に優れたものとできる。
この発明の車輪用軸受は、この発明の回転センサ付軸受における上記集磁チップを有する磁気検出部を備えたものであるため、ＡＢＳ用等の回転センサとしてのエアギャップを広げる要求に答えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の第１の実施形態を図１〜図５と共に説明する。この回転センサ付軸受は、図１（Ａ）に示すように、転動体４を介して互いに回転自在な回転側軌道輪２および固定側軌道輪３を有する転がり軸受１と、回転側軌道輪２に取付けられた被検出部７と、この被検出部７に対向して固定側軌道輪３に取付けられた磁気検出部８と、磁気検出回路基板９とを備える。軸受部１は深溝玉軸受からなり、その内輪が回転側軌道輪２となり、外輪が固定側軌道輪３となる。回転側軌道輪２の外径面および固定側軌道輪３の内径面には転動体４の軌道面２ａ，３ａが形成されており、転動体４は保持器５で保持されている。回転側軌道輪２と固定側軌道輪３の間の環状空間は、被検出部７の設置側とは反対側の端部がシール部材６で密封されている。
【００１３】
被検出部７はラジアル型のものであって、図１（Ｂ）のように環状の部品とされている。具体的には、環状のバックメタル７Ｂと、その外周側に設けられ図２のように磁極Ｎ，Ｓが円周方向に交互に着磁された磁気発生部材７Ａとを有する。この被検出部７はバックメタル７Ｂを介して回転側軌道輪２に固着されている。磁気発生部材７Ａは例えばゴム磁石とされ、バックメタル７Ｂに加硫接着される。磁気発生部材７Ａはプラスチック磁石や焼結磁石で形成されたものであっても良く、この場合はバックメタル７Ｂは必ずしも設けなくても良い。
【００１４】
磁気検出部８は、磁束密度に対応した出力信号を発生する片側磁界動作型もしくは交番磁界動作型の矩形出力用磁気センサ素子２０（図３）を樹脂モールドして構成されている。この磁気検出部８は、図１（Ａ）のように磁気検出回路基板９に搭載され、この磁気検出回路基板９と共に樹脂ケース１０内に挿入した後に樹脂モールドされる。この樹脂ケース１０を金属ケース１１を介して固定側軌道輪３に固定することにより、磁気検出部８および磁気検出回路基板９が固定側軌道輪３に取付けられている。磁気検出回路基板９は、磁気検出部８への電力供給および磁気検出部８の出力信号を処理して外部に出力するための回路を実装した基板である。
【００１５】
磁気検出部８における磁気センサ素子２０の樹脂モールドは、例えば図３（Ａ）に断面図で示すように構成されている。この例では、例えばホール素子等からなる磁気感応素子である磁気センサ素子２０が、磁性材２１を介して、または磁性材２１を介さず直接に、回路基板２２の上に配置されている。磁気センサ素子２０と回路基板２２とは、配線であるボンディングワイヤ２３で電気的に接続されている。磁気センサ素子２０の被検出部７と対向させる感受面２０ａの上には、磁性体からなる集磁チップ２５が配置されている。回路基板２２はさらに電気端子（図示せず）に接続されている。磁気センサ素子２０は、これら部材の全体を、例えば樹脂２４からなる被覆材料で被覆保護してパッケージ品とされている。樹脂２４はモールドによって形成される。
【００１６】
この構成の回転センサ付軸受によると、被検出部７に対向する磁気検出部８において、磁気センサ素子２０の感受面２０ａとの間に集磁チップ２５が配置されているため、パッケージ表面２４ａから磁気センサ素子２０までの磁気的なギャップとなる樹脂厚みδは、パッケージ表面２４ａから集磁チップ２５までの寸法となる。この寸法は、例えば０．１ｍｍ以下に抑えることができる。集磁チップ２５の配置は、ボンディングワイヤ２３を樹脂２４で被覆するうえで妨げにならないので、上記のように樹脂厚みδを薄くしても、ボンディングワイヤ２３を十分に樹脂モールドすることができる。なお、図３（Ｂ）のように、集磁チップ２５の表面をパッケージ表面２４ａと同一平面となるようにし、集磁チップ２５を樹脂２４から露出させても良い。
【００１７】
このように、磁気的なギャップとなる樹脂厚みδが、従来の磁気センサ素子を直接に被検出部に対向させる磁気検出部５７（図８）に比べて小さくなる。そのため、被検出部７と磁気検出部８の間のエアギャップを従来と同じとした場合、樹脂厚みδが薄くできる分だけ磁気的なギャップが小さくなり、磁気センサ素子２０による感度が向上する。また、同じ感度で良いとすれば、エアギャップを大きくすることができる。
【００１８】
図４は、被検出部７の回転に伴い、磁気センサ素子２０の感受面２０ａに加わる交番磁界の波形図を示す。そのうち、磁気特性Ａの波形図は被検出部７における磁極数が少ない（着磁幅が広い）場合を、磁気特性Ｂの波形図は磁極数をそれより多くした（着磁幅が狭い）場合をそれぞれ示す。これらの波形図から、磁極数が多くなる程、感受面２０ａに加わる磁束密度が低くなることが分かる。上述したように、この実施形態の磁気検出部８は従来例の磁気検出部に比べて高感度となるので、図４において従来例の磁気検出部のしきい値をａ，ａ’とすると、この実施形態における磁気検出部８のしきい値ｂ，ｂ’はそれより低い値となる。このことから、被検出部７の磁極数が少ないの場合の磁気特性Ａでは、感度の悪い従来例の磁気検出部でも入力磁界がしきい値ａ，ａ’を越えることとなって正常にパルスが出力されるが、磁極数が多い場合の磁気特性Ｂでは、入力磁界がしきい値ａ，ａ’を越えないので正常にパルスが出力されない。これに対して、この実施形態における磁気検出部８は高感度となるため、磁極数が多い場合の磁気特性Ｂでも、入力磁界がしきい値ｂ，ｂ’を越えることとなって正常にパルスが出力される。すなわち、この実施形態の場合、従来例に比べて磁気検出部８から出力されるパルス数を増加させることができる。換言すると、高分解能化が可能となる。
【００１９】
図５は、温度変化があった場合の磁気センサ素子２０の感受面２０ａでの入力磁界の波形図を示す。そのうち、磁気特性Ｃの波形図は室温時の場合を、磁気特性Ｄの波形図は高温時の場合をそれぞれ示す。これらの波形図から、高温時の場合には磁石が減磁するため、室温時の磁気特性Ｃと比較すると磁束密度が低くなることが分かる。同図中、ａ，ａ’を従来例の磁気検出部のしきい値、ｂ，ｂ’をこの実施形態における高感度の磁気検出部８のしきい値とすると、常温時の磁気特性Ｃでは、感度の悪い従来例の磁気検出部でも入力磁界がしきい値ａ，ａ’を越えることとなって正常にパルスが出力されるが、高温時の磁気特性Ｄでは、入力磁界がしきい値ａ，ａ’を越えないので正常にパルスが出力されない。これに対して、この実施形態における磁気検出部８は高感度となるため、高温時の磁気特性Ｂでも、入力磁界がしきい値ｂ，ｂ’を越えることとなって正常にパルスが出力される。すなわち、この実施形態の場合、従来例に比べて温度変化による影響を受け難くできる。
【００２０】
また、感度向上が見込めるこの実施形態における磁気検出部８を、感度の劣る従来例の磁気検出部と比較した場合、１回転当たりの出力パルス数が同じ（被検出部の磁極数が同じ）であれば、この実施形態の場合、被検出部７と磁気検出部８との間のエアギャップを従来例の場合より広くしても、従来例と同程度の検出精度が得られる。エアギャップが広くできると、それだけ組立性が向上する。
【００２１】
図６は第２の実施形態を示す。この実施形態は、上記実施形態の回転センサ付軸受を車輪用軸受に適用したものである。この車輪用軸受は、内輪回転タイプの従動輪支持用であり、第３世代に分類されるものである。この車輪用軸受は、転がり軸受３１が、内周に複列の軌道面３３ａを有する外方部材３３と、これら軌道面３３ａにそれぞれ対向する軌道面３２ａを有する内方部材３２と、これら複列の軌道面３２ａ，３３ａ間に介在する複列の転動体３４とを備える。転動体３４はボールからなり、各列毎に保持器３５で保持されている。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、各軌道面３２ａ，３３ａは、断面円弧状とされて接触角が背面合わせとなるように形成されている。
【００２２】
外方部材３３は固定側軌道輪となるものであって、車体取付フランジ３３ｂを有する一体の部材であり、ナックル等からなる車体側ハウジングに取付けられる。内方部材３２は、回転側軌道輪となるものであって、車輪取付フランジ３２ｂを有するハブ輪３２Ａと、このハブ輪３２Ａの端部外径に嵌合した別体の内輪構成部材３２Ｂとで構成され、ハブ輪３２Ａおよび内輪構成部材３２Ｂに各列の軌道面３２ａ，３２ａがそれぞれ形成される。内輪構成部材３２Ｂは、ハブ輪３２Ａに設けられた加締部でハブ輪３２Ａに軸方向に締め付け固定される。ハブ輪３２Ａの車輪取付フランジ３２ｂに車輪（図示せず）がボルト３７で取付けられる。これにより、車体に対して車輪が回転自在に支持される。内外の部材３２，３３間に形成される環状空間のアウトボード側の開口端部はシール部材３６で密封されている。上記環状空間のインボード側の開口端部に第１の実施形態と同じラジアル型の被検出部７および磁気検出部８が設けられる。すなわち、回転側軌道輪である内方部材３２の内輪構成部材３２Ｂに被検出部７が、固定側軌道輪である外方部材３３に磁気検出部８がそれぞれ取付けられる。その取付け構造は第１の実施形態の場合と同じであり、ここではその説明を省略する。磁気検出部８で検出されるパルス信号は車輪の回転数信号として、車両のＡＢＳ制御に使用される。
【００２３】
このような構成の車輪用軸受では、ＡＢＳ用の車輪回転センサとして、被検出部と検出部のエアギャップを広くできるものが望まれているが、この実施形態では第１の実施形態における回転センサの構成、つまり被検出部７と磁気検出部８の構成をそのまま採用しており、上述したように磁気検出部８における集磁チップ２５（図３）の作用のために、被検出部７と磁気検出部８との間のエアギャップを広くしても、十分な検出精度を確保することができ、上記要求に答えることができる。
【００２４】
なお、前記各実施形態では、被検出部７と磁気検出部８とでなる回転センサをラジアル型のものとしたが、この発明は、被検出部と磁気検出部とが軸方向に対面するアキシアル型の回転センサを設けたものであっても良い。また、車輪用軸受に適用する場合、被検出部は、例えば内方部材３２と外方部材３３の間の端部を密封するシールの構成部品、例えばスリンガ等に設けたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる回転センサ付軸受の断面図、（Ｂ）は同軸受における被検出部と磁気検出部との関係を示す概略図である。
【図２】同軸受の回転センサにおける前記被検出部の要部拡大正面図である。
【図３】（Ａ）は前記磁気検出部の一例を示す断面図、（Ｂ）は同磁気検出部の他の例を示す断面図である。
【図４】被検出部の磁極数と磁気検出部における磁気センサ素子の感受面での磁気特性との関係を示す波形図である。
【図５】温度と磁気検出部における磁気センサ素子の感受面での磁気特性との関係を示す波形図である。
【図６】この発明を他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図７】従来の回転センサ付軸受の一例を示す断面図である。
【図８】その磁気検出部の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…転がり軸受
２…回転側軌道輪
３…固定側軌道輪
４…転動体
７…被検出部
８…磁気検出部
２０…磁気センサ素子
２５…集磁チップ
３２…内方部材
３３…外方部材
３２ａ，３３ａ…軌道面
３４…転動体
【図１】
2005147731.tif 000003
【図２】
2005147731.tif 000004
【図３】
2005147731.tif 000005
【図４】
2005147731.tif 000006
【図５】
2005147731.tif 000007
【図６】
2005147731.tif 000008
【図７】
2005147731.tif 000009
【図８】
2005147731.tif 000010