(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置およびセンサに対して相対移動して磁束密度変化を生じさせるパルサを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、パルサは、支持部材と、支持部材に設けられた磁気インク列とを備えており、センサ装置は、前記磁気インク列による磁束を検知する磁気センサを備えており、前記磁気インク列は、１つのパターン要素が、中央部分にはインクがない方形のものとされており、周方向に間隔をおいて対向する２つの辺の幅が異なるように形成され、これが等ピッチで設けられていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受ユニット。
【請求項２】
磁気インク列が印刷された樹脂フィルムが支持部材のセンサ対向面に貼り付けられている請求項１のセンサ付き転がり軸受ユニット。
【請求項３】
支持部材が環状で、磁気インク列は、周方向に所定ピッチで形成され、磁気インク列の周上の少なくとも１カ所に、残りの部分とパターンが異なる基準位置信号用被検出部が設けられている請求項１または２のセンサ付き転がり軸受ユニット。
【請求項４】
転がり軸受と、転がり軸受に設けられたセンサ装置と、支持部材およびこれに設けられた磁気インク列を有し、センサに対して相対移動して磁束密度変化を生じさせるパルサとを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットで使用されるパルサを製造する方法であって、磁力を持った粉を含むインクを使用し、中央部分にはインクがない方形のパターン要素を周方向に間隔をおいて対向する２つの辺の幅が異なるように形成し、さらに、このパターン要素を等ピッチで形成することで、パターン印刷された磁気インク列を支持部材に設けることを特徴とするパルサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば回転速度を検出することが可能なセンサ付き軸受ユニット関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置および被検出部であるパルサを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットが使用されている。
【０００３】
パルサは、磁気センサに対して相対移動して磁束密度変化を生じさせるもので、従来のパルサとしては、Ｎ極とＳ極とが等ピッチで交互に繰り返された着磁体を有しているものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のパルサを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットでは、分解能を上げるためにはピッチ数を増やすことが好ましいが、この場合には、１つの磁極からの出力値が減少し、分解能を上げることが難しいという問題があった。また、Ｎ極とＳ極の繰り返しによって得られる出力のパターンは、サインカーブとなり、回転数を求めるために使用するには支障ないが、正転と反転との区別をするなど回転数以外のものを検知するには、得られる情報が不十分であった。
【０００５】
この発明の目的は、分解能を上げることが容易でしかも出力信号のパターンに変化を持たせることが可能なセンサ付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【０００６】
【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付き転がり軸受ユニットは、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置およびセンサに対して相対移動して磁束密度変化を生じさせるパルサを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、パルサは、支持部材と、支持部材に設けられた磁気インク列とを備えており、センサ装置は、前記磁気インク列による磁束を検知する磁気センサを備えており、前記磁気インク列は、１つのパターン要素が、中央部分にはインクがない方形のものとされており、周方向に間隔をおいて対向する２つの辺の幅が異なるように形成され、これが等ピッチで設けられていることを特徴とするものである。また、この発明によるパルサの製造方法は、転がり軸受と、転がり軸受に設けられたセンサ装置と、支持部材およびこれに設けられた磁気インク列を有し、センサに対して相対移動して磁束密度変化を生じさせるパルサとを備えたセンサ付き転がり軸受ユニットで使用されるパルサを製造する方法であって、磁力を持った粉を含むインクを使用し、中央部分にはインクがない方形のパターン要素を周方向に間隔をおいて対向する２つの辺の幅が異なるように形成し、さらに、このパターン要素を等ピッチで形成することで、パターン印刷された磁気インク列を支持部材に設けることを特徴とするものである。
【０００７】
パルサは、磁気センサに対して相対回転する場合があり、磁気センサに対して直線方向に相対移動する場合もある。
【０００８】
磁気インク列は、磁性粉を含むインクでパターンを印刷してそのパターンを着磁したものではなく、磁力を持った粉を含むインクでパターンを印刷したものとされる。ただし、磁気インク列は、Ｎ極およびＳ極が一定に繰り返される極性パターンを有していてもよい。このような磁気インク列は、磁気インクの量に対応した検知が可能で、磁気インクのパターンと強度（濃さ）を検知する磁気センサによって検知される。
【０００９】
支持部材は、軸受の外輪または内輪に嵌め入れ可能なように環状とされていることが一般的であるが、直動形ガイド装置などで使用可能なように長尺平板状など他の形状とされてもよい。
【００１０】
磁気インク列は、支持部材に直接印刷されてもよく、また、磁気パターンを印刷した樹脂フィルムを支持部材に貼り付けるようにしてもよい。後者の場合には、樹脂フィルムを非伸長性のものにすることにより、磁気パターンがゴムに印刷されている場合に比べて、印刷体の伸びによるピッチ間隔のばらつきが抑えられる。
【００１１】
支持部材が円筒状とされて、磁気インク列が円筒の外周または内周に周方向に所定ピッチで設けられることがあり、支持部材が円筒部およびフランジ部からなるものとされて、磁気インク列がフランジ部の側面に周方向に所定ピッチで設けられることがある。これらの環状の支持部材を有するパルサ（パルサリング）は、回転速度などの検出用に使用される。また、パルサは、支持部材が長尺平板状とされるとともに、磁気インク列が軸方向に所定ピッチで設けられて、長さ方向の移動速度や位置検出用に使用されることもある。フランジ部の側面に設ける磁気インク列は、円形のフィルムに磁気パターン印刷し、これを同心円状に切り取って環状としたものを使用してもよく、このようにすると、１回の印刷で複数種類のパルサを得ることができる。
【００１２】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、磁気インク列は、着磁装置による着磁が不要でかつ非常に小さいピッチでの印刷が可能となり、センサと組み合わされて使用される際の検知分解能を上げることができる。また、ゴムをバインダとする磁性粉が着磁されることにより形成され表面にうねりが生じやすい着磁体を有するものに比べて、パルサと磁気センサとの間隔を一定にかつ小さくすることができ、この点からも検知分解能を上げることができる。しかも、磁気インク列のパターンとして、単純な方形のパターン要素を繰り返すだけでなく、パターン要素の配列方向すなわち周方向または軸方向の寸法（以下、幅と称す）およびこれと直交する方向の寸法（以下、高さと称す）のうちの少なくとも一方に大小の変化を付けるなどして種々のものが作成可能であり、これに応じた種々の検出方法が可能となる。
【００１３】
支持部材が環状で、磁気インク列は、周方向に所定ピッチで形成され、磁気インク列の周上の少なくとも１カ所に、残りの部分とパターンが異なる基準位置信号用被検出部が設けられていることがある。
【００１４】
このようにすると、パルサが原点検出用リングを兼ねることができるので、回転信号を出力するパルサとは別に原点検出用リングを組み込む必要がなく、回転信号と原点信号とを求めるセンシング装置の構造を簡素化することができる。
【００１５】
パルサリングの基準位置信号用被検出部を検出するためのセンサー装置の信号処理手段は、例えば、基準位置信号用被検出部の磁力に応じた信号の出力ピークより小さい第１の閾値と、基準位置信号用被検出部の磁力に応じた信号の出力ピークより大きくかつ基準位置信号用被検出部以外の部分の磁力に応じた信号の出力ピークより小さい第２の閾値とを有しており、入力信号が第１の閾値を越えたときに回転信号を出力し、第１の閾値を越えた後に第２の閾値に達しないときに基準位置信号を出力するものとされる。
【００１６】
また、磁気インク列の各パターン要素は、パターン要素中心線に対して非対称とされていることがある。
【００１７】
このようにすると、パルサの移動方向が逆になると、磁気インク列の１つの要素から得られる信号の波形がこれに対応して反転することになり、パルサの移動方向を考慮した処理が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、この発明の一例であるセンサ付き転がり軸受ユニットの上半部を示している。以下の説明において、左右は図１についていうものとする。
【００２０】
図１に示すように、センサ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装置(2)および被検出部であるパルサリング(3)を備えている。
【００２１】
転がり軸受(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)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。
【００２２】
パルサリング(3)は、内輪(5)に固定された支持部材(7)と、支持部材(7)に設けられた磁気インク列印刷フィルム(8)とよりなる。支持部材(7)は、内輪(5)の外周に嵌め被せられた小径円筒部(7a)と、小径円筒部(7a)の右端から径方向外方にのびる穴あき円板部（フランジ部）(7b)と、穴あき円板部(7b)の外周縁部から右方にのびる大径円筒部(7c)とよりなり、全体として環状をなす。
【００２３】
外輪(4)の右端部の内径の肩部に、環状シールみぞ(9)が形成されている。このシールみぞ(9)に接触シール(10)の外周縁部が嵌合され、シール(10)の内周縁部がパルサリング(3)の支持部材(7)の小径円筒部(7a)の左端部に接触している。
【００２４】
センサ装置(2)は、外輪(4)に固定されたケース(11)と、ケース(11)内に設けられたセンサ(12)およびセンサ制御部(13)とを有している。
【００２５】
ケース(11)は、短円筒状の外周壁(11a)および内周壁(11b)、ならびにこれらの右端部同士を連結する穴あき円板状の側壁(11c)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字状をなす。外周壁(11a)の自由端部（左端部）は内周壁(11b)より左側にのびており、この外周壁(11a)の自由端が外輪(4)の右端部の肩部に密にはめ止められ、内周壁(11b)の自由端部が内輪(5)の内径寄りの右端面に近接している。
【００２６】
磁気インク列印刷フィルム(8)は、樹脂フィルムに図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような磁気インク列(8a)(8b)(8c)を印刷したもので、磁気インク面を外周に向けかつその端部同士を突き合わせて支持部材(7)の大径円筒部(7c)外周面全周にわたって固着されることにより、パルサリング(3)が形成されている。樹脂フィルムは、非伸長性のものであり、これにより、フィルムの伸びによるパターン要素幅およびピッチ間隔のばらつきが抑えられている。
【００２７】
センサ(12)は、磁束の有無を検知することが可能な磁気センサであり、磁気インク列による磁束が小さいことから、例えば磁気インピーダンスセンサのような高感度磁気センサが好ましい。
【００２８】
なお、図１において、パルサリング(3)は内輪(5)に固定されているが、この発明のパルサリング(3)は、外輪(4)に固定して使用することもできる。この場合に、上記と同様に、支持部材の小径円筒部を外輪に嵌め合わせて、大径円筒部の内周面に磁気インク列印刷フィルムを固着するようにしてももちろんよいが、支持部材の大径円筒部を外輪に嵌め合わせて、小径円筒部の内周面に磁気インク列印刷フィルムを固着することも可能である。
【００２９】
また、図３は、センサ付き転がり軸受ユニットの他の例を示すもので、支持部材(17)が、内輪(5)の外周に嵌め被せられた円筒部(17a)と、円筒部(17a)の右端部に設けられた外向きフランジ部(17b)とよりなる点、磁気インク列印刷フィルム(18)がこのフランジ部(17b)外側面に設けられている点、およびセンサ装置(2)がパルサリング(3)に軸方向外側から対向させられている点が、図１のものと異なっている。
【００３０】
磁気インク列印刷フィルム(18)は、樹脂フィルムに図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような磁気インク列(18a)(18b)(18c)を印刷したもので、磁気インク面を右方に向けかつその端部同士を突き合わせて支持部材(17)のフランジ部(17b)右側面全周にわたって固着されることにより、パルサリング(3)が形成されている。
【００３１】
上記磁気インク列印刷フィルム(8)(18)をセンサ(12)で検知した信号は、図５のようになる。図５（ａ）の出力は、図２および図４の（ａ）の磁気インク列(8a)(18a)に対応し、図５（ｂ）の出力は、図２および図４の（ｂ）の磁気インク列(8b)(18b)に対応し、図５（ｃ）の出力は、図２および図４の（ｃ）の磁気インク列(8c)(18c)に対応している。
【００３２】
図２および図４の（ａ）において、磁気インク列(8a)(18a)は、線状のパターン要素が等ピッチで設けられたものであり、パルサリング(3)が回転すると、センサ(12)にはこれに対応する出力として、図５（ａ）に示すように、１つのパターン要素について１つの信号が等ピッチで出力される。したがって、これを使用することにより回転数および回転速度を求めることができる。図示省略したが、少なくとも１つのパターン要素の寸法（幅および／または高さ）を変更し、これを基準位置信号用被検出部として、原点を検出するようなことも可能である。
【００３３】
磁気インク列(8a)(8b)(8c)(18a)(18b)(18c)を印刷により形成するメリットは、パターン要素をパルサリング(3)の軸方向にも周方向にも自在に描くことができ、この結果、分解能を上げることができ、しかも、原点などの基準位置の認識が容易でかつ正転か逆転かなども認識することができる点にあり、このような認識を可能にするために、図２および図４（ｂ）（ｃ）に例示したように、種々のパターンを形成することができる。
【００３４】
図２および図４の（ｂ）において、磁気インク列(8b)(18b)は、１つのパターン要素が、高さ大のもの、高さ中のもの、高さ小のものが重ねられて形成され、これが等ピッチで設けられ、さらに、１つのパターン要素についてその高さ小の部分がインクなしとされることにより、周上の１カ所においてインクなし箇所(S)が形成されている。したがって、パルサリング(3)が回転すると、センサ(12)にはこれに対応する出力として、図５（ｂ）に示すように、通常回転の場合は、ボトム値から立ち上がった後に大きいピーク値が現れ、その後、値の変化が少ない中間部が現れ、さらに値の小さいボトム値が現れ、これを１ピッチとする信号が繰り返される。反転の場合には、ボトム値の後、中間部が先に現れてその後大きいピーク値が現れ、これを１ピッチとする信号が繰り返される。周上１カ所に設けられたインクなし箇所(S)は、この部分からの出力をゼロとするものであり、これを基準位置信号用被検出部として使用することにより、原点を検出することもできる。
【００３５】
図２および図４の（ｃ）において、磁気インク列(8c)(18c)は、１つのパターン要素が、中央部分にはインクがない方形のものとされており、周方向に間隔をおいて対向する２つの辺の幅が異なるように形成され、これが等ピッチで設けられている。したがって、パルサリング(3)が回転すると、センサ(12)にはこれに対応する出力として、図５（ｃ）に示すように、通常回転の場合は、ボトム値から立ち上がった後に幅広のピーク部が現れ、その後、出力が小さくなってから、幅狭でピーク値が小さいピーク部が現れ、これを１ピッチとする信号が繰り返される。反転の場合には、幅狭でピーク値が小さいピーク部が先に現れて、その後、出力が小さくなってから、幅広のピーク部が現れ、これを１ピッチとする信号が繰り返される。図示省略したが、この磁気インク列(8c)(18c)において、少なくとも１つのパターン要素の寸法（幅および／または高さ）を変更し、これを基準位置信号用被検出部として、原点を検出するようにすることは極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットの１実施形態を示す横断面図である。
【図２】  パルサの第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】  この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの他の実施形態を示す横断面図である。
【図４】  パルサの第２実施形態を示す斜視図である。
【図５】  パルサの出力例を示す図である。
【符号の説明】
(1)             転がり軸受
(2)             センサ装置
(3)             パルサリング（パルサ）
(7)             支持部材
(8)             磁気インク列印刷フィルム
(8a)(8b)(8c)    磁気インク列
(18)            磁気インク列印刷フィルム
(18a)(18b)(18c) 磁気インク列
【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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