(57)【要約】【課題】簡単な構成で密封性に優れたセンサ付き軸受を提供する。【解決手段】相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪２及び静止輪４と、当該回転輪及び静止輪の対向面2a,4aにそれぞれ形成された軌道面2b,4b間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、複数の転動体を回転自在に保持する保持器８と、回転輪と静止輪との間に介在された密封板10a,10bと、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えたセンサ付き軸受Ａであって、センサは、多極着磁された永久磁石４０と、磁界の変化を検出する検出素子４２とを備え、永久磁石が保持器へ取り付けられ、検出素子が当該永久磁石と対向可能に密封板へ取り付けられており、少なくとも検出素子が取り付けられている密封板１０ａは、環状を成し、その外径部が静止輪に固定されている。【選択図】図１
2007192293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪及び静止輪と、当該回転輪及び静止輪の対向面にそれぞれ形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を回転自在に保持する保持器と、回転輪と静止輪との間に介在された密封板と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えたセンサ付き軸受であって、
センサは、多極着磁された永久磁石と、磁界の変化を検出する検出素子とを備え、永久磁石が保持器へ取り付けられ、検出素子が当該永久磁石と対向可能に密封板へ取り付けられており、少なくとも検出素子が取り付けられている密封板は、環状を成し、その外径部が静止輪に固定されていることを特徴とするセンサ付き軸受。
【請求項２】
センサには、検出素子に所定の電源装置から電力を供給するとともに、検出素子から出力された検出信号を所定の信号処理部に送信するための基板が設けられており、この基板は、密封板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
【請求項３】
密封板には、基板の輪郭に略一致した収容部が形成されており、この収容部に基板が収容された状態で固定されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付き軸受。
【請求項４】
検出素子は、基板上に半田付けされていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ付き軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受の回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)を計測するためのセンサ機能を有するセンサ付き軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、自動車の電動式パワーステアリング装置や車輪支持装置などに使用される転がり軸受のように、軸受の回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)を計測するためのセンサ機能を有する各種のセンサ付き軸受が知られている(特許文献１参照)。
【０００３】
このようなセンサ付き軸受の構成として、例えば、図２に示すような構成がその一例として挙げられる。かかるセンサ付き軸受Ｂは、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪(内輪２と外輪４)と、内外輪2,4の対向面2a,4aにそれぞれ形成された軌道面2b,4b間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、複数の転動体６を１つずつ回転自在に保持する保持器８とを備えている。この場合、内輪２は軸受Ｂの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪であり、外輪４は常時非回転状態に維持される静止輪になっている。
このような軸受Ｂの一端側(図２の左端側)には、内輪２と外輪４との間に環状を成す密封板１０が介在されており、これにより、軸受外部からの異物(例えば、水や塵埃)の侵入や軸受内部からの潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)の漏洩を防止している。この場合、密封板１０としては接触型のシールが適用されており、当該シールは、その外径部が外輪４に固定され、その内径部が内輪２と接触した状態で位置決めされている。
【０００４】
また、図２に示す構成において、軸受Ｂの他端側(図２の右端側)には、当該軸受Ｂの回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)を計測するためのセンサが設けられている。センサには、被検出体として多極着磁された環状を成す磁石(エンコーダ)２０と、検出体として磁界の変化(例えば、磁界の強弱や向き、磁極の変化など)を検出する２つの検出素子２４(例えば、ホールＩＣやホール素子)とが設けられている。この場合、各検出素子２４は、ハウジング３０に収容された状態で支持されており、当該ハウジング３０は、固定カバー２８とともに静止輪である外輪４に取り付けられている。これに対し、エンコーダ２０は、検出素子２４と対向して保持具２２の外径部に固定(例えば、接着や溶接)され、当該保持具２２を介して回転輪である内輪２に取り付けられている。なお、固定カバー２８は環状を成し、その外径部が外輪４(外周面４ｃ)に固定され、この状態で、その内径部の先端と軸受Ｂの回転軸(図示しない)の外径部との間に所定の隙間が生じるように構成されている。また、保持具２２は環状を成し、その内径部が内輪２(対向面２ａ)に固定され、この状態で、その外径部の先端と外輪４の対向面４ａとの間に所定の隙間が生じるように構成されている。これにより、エンコーダ２０は、検出素子２４と対向した状態で、内輪２とともに回転する。
【０００５】
また、ハウジング３０には、扇形を成すプリント基板２６が固定(例えば、圧入や接着)されており、当該プリント基板２６に２つの検出素子２４が、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)を９０°ずらして(位相差を設けて)、それぞれ接続固定されている。なお、エンコーダ２０(多極着磁された環状磁石)としては、例えば、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されたボンド磁石、Ｎ極とＳ極と極無しあるいはＳ極とＮ極と極無しとが交互に着磁されたボンド磁石などが用いられている。
このような軸受Ｂにおいて、内輪２が回転すると、これとともにエンコーダ２０も回転することで、検出素子２４に対する磁極(例えば、Ｎ極、Ｓ極)の位置が交互に連続して変化する。このときの磁界の変化(例えば、磁界の強弱や向き、磁極の変化など)を２つの検出素子２４で検出し、その出力信号(データ)をコントローラ(図示しない)に送信して、演算処理することで、例えば、軸受Ｂの回転輪(内輪２)の回転速度や回転方向などを得ることができる。
【０００６】
ところで、軸受Ｂには潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)が封入されており、例えば、内外輪2,4の軌道面2b,4b及び転動体６の転動面を潤滑している。この場合、図２に示す構成において、軸受Ｂの一端側(図２の左端側)には密封板(接触型シール)１０が内外輪2,4間に介在しており、当該密封板１０によって軸受Ｂの一端側(図２の左端側)は密封されている。これに対し、軸受Ｂの他端側(図２の右端側)には検出素子２４及びエンコーダ２０が設けられているため、内外輪2,4間に密封板１０を介在させるスペースを確保することができない。
【０００７】
また、エンコーダ２０の回転による磁界の変化(例えば、磁界の強弱や向き、磁極の変化など)を検出素子２４で検出するためには、エンコーダ２０と検出素子２４との間に所定の隙間を確保する必要がある。例えば、図２に示す構成では、検出素子２４及びハウジング３０と、エンコーダ２０及び保持具２２との間に所定の隙間(ラビリンスＬ)が設けられている。そして、当該ラビリンスＬは、ハウジング３０の左端側内径部３０ｈと、内輪２の右端側内径部２ｍとの間の開口Ｇを介して軸受外部に開放された状態となっている。
【０００８】
このように、軸受Ｂの他端側(図２の右端側)が密封されていない状態では、例えば、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)がラビリンスＬを伝って開口Ｇから軸受外部へ漏洩してしまう場合がある。また、軸受外部の異物(例えば、水や塵埃)が開口ＧからラビリンスＬを経由して軸受内部に侵入してしまう場合もある。
【特許文献１】特開２００５−２４９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、簡単な構成で密封性に優れたセンサ付き軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明に係るセンサ付き軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪及び静止輪と、当該回転輪及び静止輪の対向面にそれぞれ形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を回転自在に保持する保持器と、回転輪と静止輪との間に介在された密封板と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備え、センサは、多極着磁された永久磁石と、磁界の変化を検出する検出素子とを備え、永久磁石が保持器へ取り付けられ、検出素子が当該永久磁石と対向可能に密封板へ取り付けられており、少なくとも検出素子が取り付けられている密封板は、環状を成し、その外径部が静止輪に固定されている。
このような構成において、センサには、検出素子に所定の電源装置から電力を供給するとともに、検出素子から出力された検出信号を所定の信号処理部に送信するための基板が設けられており、この基板は、密封板に固定されている。この場合、密封板には、基板の輪郭に略一致した収容部が形成されており、この収容部に基板が収容された状態で固定されている。また、検出素子は、基板上に半田付けされている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、密封板にセンサ(検出素子)を取り付けることで、密封性に優れたセンサ付き軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係るセンサ付き軸受について、添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)〜(ｃ)には、本実施形態に係るセンサ付き軸受Ａが示されており、当該軸受Ａは、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪(内輪２)及び静止輪(外輪４)と、内輪２及び外輪４の対向面2a,4aにそれぞれ形成された軌道面2b,4b間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、複数の転動体６を回転自在に保持する保持器８と、内輪２と外輪４との間に介在された密封板10a,10bと、軸受Ａの回転状態を計測するセンサとを備えている。
【００１３】
図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成において、回転輪たる内輪２は、軸受Ａの回転軸(図示しない)とともに回転するのに対し、静止輪たる外輪４は、ハウジング(図示しない)に固定され、常時非回転状態に維持されている。また、内外輪2,4の軌道面2b,4bは、対向面2a,4aの一端側(図１(ａ),(ｂ)の左端側)に片寄って形成されている。このため、軸受Ａの内部のスペースは、転動体８を挟んだ両側が均等ではなく、一方側(図１(ａ),(ｂ)の右側)が他方側(図１(ａ),(ｂ)の左側)に比べて大きくなっている。
また、保持器８には、各転動体６を保持するポケット８ｐと、隣り合うポケット８ｐを連結する柱部８ｈとが周方向に沿って交互に設けられている。この場合、保持器８は、一方側(図１(ａ),(ｂ)の左側)に各転動体６をポケット８ｐに挿入するための開口８ｋを有し、他方側(図１(ａ),(ｂ)の右側)が閉塞された冠型を成している(いわゆる冠型保持器)。そして、保持器８は、その閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)を軸受内部のスペースが大きい側(図１(ａ),(ｂ)の右側)に位置付けて、内外輪2,4間に組み込まれている。なお、保持器８の柱部８ｈには、開口８ｋを一部覆うように突出した一対の爪部８ｔが設けられており、各ポケット８ａに挿入された転動体６は、これら爪部８ｔにより挟持された状態で当該ポケット８ａ内に保持されている。
【００１４】
また、図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成では、一例として密封板10a,10bが接触型のシールとして構成されており、当該密封板(シール)10a,10bが軸受Ａの内外輪2,4間の両端部(図１(ａ),(ｂ)の左端部及び右端部)にそれぞれ１つずつ介在されている。この場合、シール10a,10bは、芯材(例えば、各種の金属などから成る平板状の芯金)を弾性材(例えば、ゴムや合成樹脂などのシール材)でコーティングして形成されている。また、シール10a,10bは環状を成し、その外径部が外輪４の対向面４ａに沿って周方向に連続して形成された取付溝４ｍに固定され、一方、その内径部の先端(リップｐ)が内輪２の対向面２ａに沿って周方向に連続して形成されたシール溝２ｍと接触するように位置決めされている。
これにより、軸受Ａはその内部が密封状態に維持され、例えば、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)の軸受外部への漏洩や、軸受外部の異物(例えば、水や塵埃)の軸受内部への侵入を防止することができる。
なお、シール10a,10bの大きさ、形状及び数は、例えば、軸受Ａの大きさなどによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、例えば、シール10a,10bの内径部の先端に複数のリップｐを設け、当該各リップｐをシール溝２ｍの底部や側面部などにそれぞれ接触させることで、さらに軸受Ａの密封性を高めることができる。
【００１５】
また、センサは、多極着磁された永久磁石４０と、磁界の変化(例えば、磁界の強弱や向き、磁極の変化など)を検出する検出素子(例えば、ホールＩＣやホール素子)４２とを備え、永久磁石４０が保持器８へ取り付けられ、検出素子４２が当該永久磁石４０と対向可能に密封板(シール１０ａ)へ取り付けられている。
図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成においては、永久磁石４０として、多極着磁された環状磁石が適用されており、かかる永久磁石４０としては、例えば、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されたボンド磁石、Ｎ極とＳ極と極無しあるいはＳ極とＮ極と極無しとが交互に着磁されたボンド磁石などを適用することができる。この場合、一例として、永久磁石４０は、保持器８の閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)の端面に沿って連続して形成された取付溝８ｍに固定されている。上述したように、軸受Ａの内部のスペースは、保持器８の閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)が比較的大きく確保されているため、保持器８の閉塞側に永久磁石４０を固定することで、軸受Ａのサイズ(例えば、軸受幅)を特段大きくすることなく、永久磁石４０を保持器８に取り付ける(軸受Ａの内部に組み込む)ことができる。
【００１６】
なお、永久磁石４０の保持器８への固定方法は特に限定されず、例えば、溶接や圧入など任意の方法を用いることができるが、この場合、一例として、永久磁石４０を接着剤で接着することにより、保持器８へ固定している。また、保持器８の取付溝８ｍは、例えば、保持器８と一体を成したプレス加工や保持器成形後の切削加工などにより形成すればよい。なお、図１(ａ),(ｂ)に示す構成では、一例として、永久磁石４０を固定した状態で、保持器８の閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)の端面と永久磁石４０の検出素子４２に対する対向面とが略面一、且つ保持器８の内径面と永久磁石４０の内輪２に対する対向面が略面一となるように取付溝８ｍを形成したが、取付溝８ｍの深さや幅は、例えば、保持器８や永久磁石４０の大きさなどにより任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
また、軸受Ａの内部にさらに大きなスペースを確保することができる場合には、保持器８に取付溝８ｍを形成することなく、例えば、保持器８の閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)の端面に永久磁石４０を固定(例えば、接着)してもよい。また、永久磁石４０は、多極着磁された環状磁石に限定されず、例えば、永久磁石４０としてＮ極及びＳ極の単極磁石を適用してもよい。この場合、例えば、複数のＮ極及びＳ極の単極磁石を保持器８の閉塞側(図１(ａ),(ｂ)の右側)の端面に連続的に、あるいは断続的に固定(例えば、接着)すればよい。
【００１７】
また、センサには、検出素子４２に所定の電源装置(図示しない)から電力を供給するとともに、検出素子４２から出力された検出信号を所定の信号処理部(図示しない)に送信するための基板(プリント基板４４)が設けられており、この基板は、密封板(シール１０ａ)に固定されている。図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成において、プリント基板４４は、一例として、扇形の平板状を成しており、当該プリント基板４４に検出素子４２が固定されている。この場合、プリント基板４４は、検出素子４２が永久磁石４０との間に所定の間隔を空けた状態で対向するようにシール１０ａに固定されている。
なお、検出素子４２のプリント基板４４への固定方法は特に限定されず、例えば、接着や圧入など任意の方法を用いることができるが、この場合、一例として、検出素子４２は、半田付けによりプリント基板４４へ固定されている。
【００１８】
また、プリント基板４４のシール１０ａへの固定方法も特に限定されず、例えば、シール１０ａの所定位置にプリント基板４４の輪郭に略一致した収容部を形成し、この収容部にプリント基板４４を収容した状態で固定すればよい。例えば、図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成では、この収容部として、シール１０ａの所定位置にプリント基板４４よりも若干大きな扇形を成してシール１０ａ(芯材及び弾性材)の表面(図１(ａ),(ｂ)の右側の面)から裏面(図１(ａ),(ｂ)の左側の面)までを貫通する切り欠き５０(図１(ｃ)参照)を形成している。そして、当該切り欠き５０にプリント基板４４を圧入することにより、プリント基板４４をシール１０ａへ固定している。また、このような圧入固定の他、シール１０ａに同様の収容部(切り欠き５０)を形成し、又は形成せずに、プリント基板４４を接着剤で接着することにより、シール１０ａへ固定してもよい。これにより、検出素子４２を、プリント基板４４を介してシール１０ａへ固定することができる。
なお、プリント基板４４の形状は特に限定されず、扇形の他、例えば、矩形状などであってもよい。また、この場合、プリント基板４４を取り付けるためにシール１０ａへ形成する収容部(切り欠き５０)は、プリント基板４４の形状(輪郭)に合わせた形状を成して形成すればよい。さらに、収容部(切り欠き５０)の形成方法も特に限定されず、例えば、切削加工や打ち抜き加工などにより形成すればよい。
【００１９】
図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成において、シール１０ａには、２つの検出素子４２が取り付けられており、当該２つの検出素子４２は、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)が９０°ずれるように(位相差を設けて)、プリント基板４４にそれぞれ固定(配置)され、シール１０ａの所定位置に取り付けられている(図１(ｃ)参照)。なお、２つの検出素子４２は、軸受外部の所定の信号処理部(図示しない)及び電源装置(図示しない)とそれぞれコネクタ４８(ケーブル側コネクタ４８ａとプリント基板側コネクタ４８ｂ)を介してケーブル４６によって接続され、当該電源装置からそれぞれ電力(電圧及び電流)の供給を受けるとともに、検出した電気信号を当該信号処理部へ送信(出力)している。この場合、プリント基板側コネクタ４８ｂは、一例として、プリント基板４４の所定位置(例えば、２つの検出素子４２の固定面とは反対の面で、２つの検出素子４２の中間を成す位置)に半田付けにより固定されている。
【００２０】
このような構成において、内輪２が回転すると、内外輪2,4間に組み込まれた保持器８も内輪２とともに回転する。そして、保持器８が回転することで、保持器８に取り付けられた永久磁石４０も２つの検出素子４２に対して回転し、この結果、各検出素子４２に対する永久磁石４０の磁極(例えば、Ｎ極、Ｓ極)の位置が交互に連続して変化する(交番磁界が発生する)。このときの磁界の変化(例えば、磁界の強弱や向き、磁極の変化など)を２つの検出素子４２でそれぞれ検出するとともに、その検出結果を電気信号として出力し、当該信号(データ)を信号処理部(図示しない)へ送信(出力)する。そして、送信された電気信号(データ)を当該信号処理部で演算処理することで、例えば、軸受Ａの回転輪(内輪２)の回転速度や回転方向などを得ることができる。なお、図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成では、２つの検出素子４２を上述したように所定の大きさ(９０°)だけ電気角をずらして(位相差を設けて)プリント基板４４にそれぞれ固定(配置)しているため、２つの検出素子４２が検出する磁界変化(電気信号)の位相差を読み取ることができ、軸受Ａの回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)を精度良く計測することができる。
【００２１】
このように、本発明によれば、部品点数を増加することなく、シール１０ａに検出素子４２を取り付けるだけで、軸受Ａの回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)を精度良く計測することができるとともに、軸受Ａの密封性を高めることができる。この結果、回転状態を計測するセンサ機能を有しながら、例えば、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)の軸受外部への漏洩や、軸受外部の異物(例えば、水や塵埃)の軸受内部への侵入を防止することができ、軸受Ａを長期に亘って一定の性能で連続して使用することができる。
【００２２】
なお、上述した本実施形態において、検出素子４２は２つ設けたが、その数は特に限定されず、１つだけ設けてもよく、あるいは３つ以上設けてもよい。また、複数(例えば、２つ)の検出素子４２を設ける場合、軸受Ａの回転状態(例えば、回転速度や回転方向など)をより精度良く計測するためには、各検出素子４２を所定の電気角だけずらして(位相差を設けて)それぞれ固定(配置)することが好ましいが、その位相差は上述したように９０°に限定されず、任意の位相差に設定することができる。
また、上述した本実施形態において、密封板10a,10bとしては接触型のシールを適用したが、例えば、非接触型のシールやシールド(例えば、金属製のシールド)などであってもよく、これらを組合せて適用してもよい。ただし、軸受Ａの密封性を高めるためには、密封板として、接触型のシールを適用することが好ましい。
なお、上述した本実施形態において、転動体６としては玉を適用したが、ころであってもよい。また、上述した本実施形態において、保持器８としては冠型保持器を適用したが、例えば、もみ抜き保持器や波形保持器などであってもよい。
また、上述した本実施形態では、内輪回転の軸受Ａを想定して説明したが、軸受構成は、外輪回転(内輪が静止輪、外輪が回転輪)であってもよい。この場合、少なくとも検出素子が取り付けられている密封板(例えば、接触型のシール)は、その外径部を静止輪である内輪に形成した取付溝に固定し、その内径部を回転輪である外輪に形成したシール溝に接触するように位置決めすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ付き軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、同図(ｃ)のＸ−Ｘ線に沿った断面図、(ｂ)は、同図(ｃ)のＹ−Ｙ線に沿った断面図、(ｃ)は、コネクタの接続を説明するための平面図。
【図２】従来のセンサ付き軸受の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２４】
２  内輪
２ａ，４ａ  対向面
２ｂ，４ｂ  軌道面
４  外輪
６  転動体
８  保持器
１０ａ，１０ｂ  密封板
４０  永久磁石
４２  検出素子
Ａ  センサ付き軸受
【図１】
2007192293.tif 000003
【図２】
2007192293.tif 000004