(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ周方向に等間隔の複数のスリットを有するパルサーリングと、同他方に設けられかつ発光素子および受光素子を有する光学センサーとを備えており、転動体を覆うように外輪と内輪との間に封入された潤滑剤が、樹脂と潤滑成分との混合物が固形化されたものであり、前記発光素子および受光素子は、外輪または内輪に固定されかつ発光素子を取り付けた環状の発光素子部および受光素子を取り付けた環状の受光素子部を有する環状のセンサー支持部材に支持されており、パルサーリングのフランジ部が発光素子部と受光素子部との間に位置させられることにより、センサー支持部材とパルサーリングとによってラビリンスシールが形成されており、外輪および内輪のいずれか一方の両端部に、対称になるように１対の環状溝が形成されており、一方の環状溝に接触シールが嵌合されており、他方の環状溝にセンサー支持部材の金環が嵌合されていることを特徴とするセンサー付き転がり軸受ユニット。
【請求項２】
センサー支持部材に、センサー処理回路が設けられている請求項１のセンサー付き転がり軸受ユニット。
【請求項３】
前記パルサーリングのスリットの径と同じ径の箇所に互いに対向するように、前記受光素子および発光素子がそれぞれ配されるとともに、前記センサー支持部材が、前記素子から内外径方向に向かって延びていることを特徴とする請求項１のセンサー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、センサー付き転がり軸受ユニット、さらに詳しくは、光学センサーを含むセンサー装置が転がり軸受の固定輪側または回転輪側に一体的に取り付けられたユニットに関する。
【０００２】
センサー付き転がり軸受ユニットは、たとえば、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、軸の回転速度を検出するために用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
軸の回転速度を検出するには、センサー装置およびパルサーリングのうちいずれか一方が固定側に、他方が回転側に取り付けられる。回転速度検出用に使用されるセンサーには、磁気式および光学式のものが知られている。
【０００４】
光学センサーを用いたものは、分解能が向上するという利点を有しており、このような光学センサーを用いる転がり軸受ユニットが、例えば、特開平０８−２４０６０６号公報に記載されている。この軸受ユニットは、外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられたパルサリングと、同他方に設けられた光学センサーとを備えており、複数の転動体を挟むように第１および第２のシール部が設けられ、転動体を覆うように第１シール部と第２シール部との間にグリースが封入され、軸受内部でセンサー部を収納する密閉された空間を確保するために、第２のシール部と間隔をおいて第３のシール部が設けられ、パルサーリングおよびおよび光学センサーが、第２のシール部と第３のシール部との間に配置されるようになされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の転がり軸受ユニットでは、グリースが光学センサーの発光素子または受光素子に付着してセンサー機能が阻害されることを防止する点から、磁気式センサーのものに第３のシール部が付加された構成となっており、その分だけ内外輪の軸方向寸法を長くする必要があり、車両に装着するためのスペースを多く必要とするという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、光学センサーを有しかつ軸方向寸法が短いセンサー付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【０００７】
【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ー付き転がり軸受ユニットは、外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、外輪および内輪のいずれか一方に設けられかつ周方向に等間隔の複数のスリットを有するパルサーリングと、同他方に設けられかつ発光素子および受光素子を有する光学センサーとを備えており、転動体を覆うように外輪と内輪との間に封入された潤滑剤が、樹脂と潤滑成分との混合物が固形化されたものであり、前記発光素子および受光素子は、外輪または内輪に固定されかつ発光素子を取り付けた環状の発光素子部および受光素子を取り付けた環状の受光素子部を有する環状のセンサー支持部材に支持されており、パルサーリングのフランジ部が発光素子部と受光素子部との間に位置させられることにより、センサー支持部材とパルサーリングとによってラビリンスシールが形成されており、外輪および内輪のいずれか一方の両端部に、対称になるように１対の環状溝が形成されており、一方の環状溝に接触シールが嵌合されており、他方の環状溝にセンサー支持部材の金環が嵌合されていることを特徴とするものである。
【０００８】
外輪が固定輪で、内輪が回転輪であってもよく、内輪が固定輪で、外輪が回転輪であってもよい。センサー軸受の構造（ケーブルの取り回しやセンサーユニットの向きなど）は、種々のものが可能である。
【０００９】
混合物の樹脂成分は、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂であってもよく、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂であってもよい。また、混合物の潤滑成分は、潤滑油（ポリαオレフィン、ジエステル、パーフロロポリエーテル等の合成油または鉱物油等）、グリースなどとされる。このような固形化された潤滑性組成物は、転がり軸受の外輪と内輪との間の環状空間に保持器や転動体を配置した状態で、かつ流動状で充填した後、例えば、この組成物を樹脂の融点以上に加熱し、次いで、冷却することにより得られる。
【００１０】
センサー支持部材は、例えば、その外周縁部が外輪内径肩部に設けられた溝にはめ入れられる金環と、金環の内径に一体に設けられた発光素子部（または受光素子部）と、発光素子部（または受光素子部）にボルト止めされている受光素子部（または発光素子部）とによって形成される。パルサーリングは、円筒部およびフランジ部からなる構成とされ、フランジ部の外周縁部にスリットが設けられる。
【００１１】
この発明のセンサー付き転がり軸受ユニットによれば、センサー装置を光学式とすることで、分解能が向上し、また、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂またはポリウレタン等の熱硬化性樹脂と潤滑油またはグリース等の潤滑剤からなる潤滑組成物を内輪と外輪の環状空間に充填、固化させて潤滑剤とすることにより、グリースが流れ出すことによって光学センサーに付着することが防止されるので、シール機構の一部（従来の第３シール部に相当する部分）を省略することができ、軸受の軸方向寸法を短くすることができ、さらには、従来の軸受を用いることができる。しかも、上記固形化された潤滑性組成物は、転がり軸受の使用時の遠心力や熱により潤滑成分が徐々にしみ出る結果として、潤滑性を発揮し、したがって、転がり軸受の回転時に潤滑成分が飛散する恐れがなく、また、潤滑剤切れが生じにくいため、長期間にわたって潤滑剤を補給しなくても、優れた潤滑性を保持することができる。
【００１２】
ラビリンスシールは、例えば、発光素子を取り付けた環状の発光素子部と受光素子を取り付けた環状の受光素子部とによって形成された断面逆Ｕ字状部分に、パルサーリングのフランジ部の外周縁部を介在させることにより形成することができる。
【００１３】
このようにすると、外部からの異物の侵入が防止されるので、シール機構の一部（従来の第２シール部に相当する部分）をさらに省略することができ、部品数を削減することができる。
【００１４】
センサー支持部材に、センサー処理回路が設けられていることが好ましい。センサー装置を構成する光学センサーおよび処理回路、さらに、必要に応じて送信部、電池などを支持部材に周方向に配置することにより、センサー装置の取付けスペースを少なくすることができ、軸受ユニットへのセンサー装置の内蔵化が容易となる。
【００１５】
また、パルサーリングのスリットの径と同じ径の箇所に互いに対向するように、前記受光素子および発光素子がそれぞれ配されるとともに、前記センサー支持部材が、前記素子から内外径方向に向かって延びていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、この発明のセンサー付き転がり軸受ユニットの第１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。
【００１９】
図１に示すように、センサー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ー装置(2)および被検出部であるパルサーリング(3)を備えている。
【００２０】
軸受(1)は、固定輪である外輪(4)、回転輪である内輪(5)、これらの間に配置された複数の転動体である玉(6)および保持器(7)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。センサー装置(2)は外輪(4)に、パルサーリング(3)は内輪(5)に設けられている。
【００２１】
外輪(4)の左端部の内径の肩部および同右端部の内径の肩部に、環状溝(8)(9)がそれぞれ形成されている。左端部の環状溝(8)には、接触シール(11)の外周縁部が嵌合され、シール(11)の内周縁部が内輪(5)の外径に接触している。右端部の環状溝(9)は、左端部の環状溝(8)と左右対称になるように形成されており、後述するように、センサー装置(2)を取り付けるために使用されている。
【００２２】
センサー装置(2)は、外輪(4)に固定された金環(12)と、所定の間隔をおいて対向する発光素子部(14)および受光素子部(15)を有する光学センサー(13)と、電源供給／信号出力ケーブル(16)と、カバー(17)とを備えている。
【００２３】
パルサーリング(3)は、円筒部(3a)およびその右端部に設けられたフランジ部(3b)よりなり、フランジ部(3b)には、例えば３６０個程度のスリット(18)が設けられている。パルサーリング(3)は、フランジ部(3b)が光学センサー(13)の発光素子部(14)と受光素子部(15)との間に位置するように、その円筒部(3a)が内輪(5)の外径に密にはめ止められている。
【００２４】
センサー装置(2)の金環(12)は、短円筒部(12a)とこれの左端部に設けられて外輪(4)の右端部に設けられた環状溝(9)に密に嵌め入れられている拡径部(12b)とを備えている。
【００２５】
受光素子部(15)は、環状とされて、金環(12)の短円筒部(12a)の内径に一体に設けられている。発光素子部(14)は、環状とされて、受光素子部(15)にボルト(20)により結合されている。金環(12)、発光素子部(14)および受光素子部(15)によって、発光素子(14a)および受光素子(15a)を支持する環状のセンサー支持部材(12)(14)(15)が形成されている。そして、発光素子部(14)および受光素子部(15)に、スリット(18)の径と同じ径の箇所に互いに対向するように、発光素子(14a)および受光素子(15a)がそれぞれ配されている。センサー支持部材(12)(14)(15)は、完全な環状だけでなく、３分の２周程度の一部が欠けた環状であってもよい。
【００２６】
パルサーリング(3)のフランジ部(3b)の外周縁部が光学センサー(13)の発光素子部(14)と受光素子部(15)との間に位置させられていることから、センサー支持部材(12)(14)(15)とパルサーリング(3)とによって極めてシール性の高いラビリンスシールが形成されている。発光素子部(14)の外径は、受光素子部(15)の外径より大きくなされており、電源供給／信号出力ケーブル(16)は、発光素子部(14)の外周面に取り付けられている。図示省略したが、受光素子部(15)には、処理回路基板、電池等が、周方向に配置されて固定されている。
【００２７】
外輪(4)と内輪(5)との間には、玉(6)および保持器(7)を覆うように潤滑剤(19)が封入されている。この潤滑剤(19)は、樹脂と潤滑成分とが混合されてなる潤滑性組成物が例えば加熱されることにより固形化されたものとされている。樹脂としては、例えば、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の熱可塑性のものまたはポリウレタン等の熱硬化性のものが使用され、潤滑成分としては、ポリαオレフィン、ジエステル、パーフロロポリエーテル等の合成油または鉱物油およびこれらを基油とした種々の潤滑グリースが使用され、これらの樹脂と潤滑成分とを任意に組み合わせて混合し、潤滑組成物とすることができる。
【００２８】
この潤滑剤(19)の形成工程は、例えば、外輪(4)の左端部の環状溝(8)に接触シール(11)を内輪(5)と接触するように嵌め入れた状態で、軸受(1)の左端部を下にして、流動状の潤滑性組成物をセンサー装置のスペースを見越して軸受空間に適量入れ、これを加熱した後に、外輪(4)の右端部近くの環状溝(9)に仮シール部材（図示略）を内輪(5)と接触するように嵌め入れ、組成物を冷却することにより行われる。これにより潤滑性組成物は固化し、この後、センサ装置(2)およびパルサーリング(3)を取り付ければよい。
【００２９】
センサー装置(2)およびパルサーリング(3)を取り付けるには、環状金環(12)と一体になった受光素子部(15)を外輪(4)の環状溝(9)に嵌め、次いで、内輪(5)にパルサーリング(3)を嵌め、次いで、ケーブル(16)がついた発光素子部(14)を受光素子部(15)にボルト(20)で止めればよい。
【００３０】
センサー装置(2)に関しては、図２に示すように、発光素子(25a)を有する発光素子部(25)を内側に、受光素子(24a)を有する受光素子部(24)を外側にすることもできる。この場合には、受光素子部(24)の外径を発光素子部(25)の外径より大きくし、環状金環(12)と一体になった発光素子部(25)を外輪(4)の環状溝(9)に嵌め、次いで、内輪(5)にパルサーリング(3)を嵌め、次いで、ケーブル(16)がついた受光素子部(24)を発光素子部(25)にボルト(20)で止めればよい。
【００３１】
なお、上記のセンサー付き軸受ユニットによると、高分解能の光学式センサー付き転がり軸受ユニットを従来の磁気式センサー付き転がり軸受ユニット同様の大きさで構成することができる。したがって、従来磁気式のものであったセンサー付き軸受ユニットをこの光学式のものに容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、この発明のセンサー付き転がり軸受ユニットの第１実施形態を示す上半部の縦断面図である。
【図２】  図２は、この発明のセンサー付き転がり軸受ユニットの第２実施形態を示す上半部の縦断面図である。
【符号の説明】
(1)   転がり軸受
(2)   センサー装置
(3)   パルサーリング
(3b)  フランジ部
(4)   外輪
(5)   内輪
(8)(9)環状溝
(11)  接触シール
(12)  金環（センサー支持部材）
(13)  光学センサー
(14)  発光素子部（センサー支持部材）
(14a) 発光素子
(15)  受光素子部（センサー支持部材）
(15a) 受光素子
(18)  スリット
(24)  受光素子部（センサー支持部材）
(24a) 受光素子
(25)  発光素子部（センサー支持部材）
(25a) 発光素子
【図１】
0004114347.tif 000002
【図２】
0004114347.tif 000003