JP2000304757A - 回転速度検出機能付き軸受装置 - Google Patents

回転速度検出機能付き軸受装置

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JP2000304757A
JP2000304757A JP11109072A JP10907299A JP2000304757A JP 2000304757 A JP2000304757 A JP 2000304757A JP 11109072 A JP11109072 A JP 11109072A JP 10907299 A JP10907299 A JP 10907299A JP 2000304757 A JP2000304757 A JP 2000304757A
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Japan
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bearing
sensor
spindle
roll
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JP11109072A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Harimoto
一由 針本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34Rollers; Needles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な部品や加工を必要とせず、スペースを
取らず、低コストで、高精度化できる回転速度検出機能
付き軸受装置を提供する。 【解決手段】 ころ5の通過を検出するセンサ2を、固
定側の軌道輪である外輪4に設けた油穴8内に配置す
る。このセンサ2によるころ5の通過信号により、回転
側の軌道輪相当部材であるスピンドル3の回転数を検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転速度を制御
する機械全般に用いられ、例えば電動工具等、モータに
よって回転する工具スピンドルを回転自在に支持する回
転速度検出機能付き軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電動工具等において、スピンドル
回転数を検出するために、スピンドルのモータロータ近
傍部にパルサリングを設け、このパルサリングに対峙す
る回転数検出用のセンサをモータステータ側に配設して
いる。前記センサは磁気式のものであり、永久磁石の磁
束間をパルサリングの歯が通過することで発生する誘起
電流を測定し、回転数を検出する。この場合、回転体の
方にパルス電流を発生させるパルサリングまたはそれに
類する凹凸部品を設置する必要があり、スペースとその
部品費用が必要となる。スペースが必要であることは、
機械本体の大型化に繋がることになる。また、近年モー
タの回転数は増大傾向にあり、最高で2万rpmのもの
さえ製品化されている。この場合、モータ近傍で回転数
検出を行うと、回転数が高く、パルサリングや検出セン
サ自体の精度・性能が問題となることがある。一方、モ
ータから減速機以降の工具側で回転数を検出することも
考えられるが、検出機構を別途に設けるスペースがな
く、スピンドルを支持する軸受に検出機構を内蔵する軸
受装置が望まれている。
【0003】軸受に回転数を検出する機構を内蔵させた
ものに、図5や図6に示すものがある。これらはいずれ
も、転動体51を回転自在に保持する保持器52を磁性
材料のものとして、保持器52の一部に凹凸53を形成
し、軸受外に配設した回転数検出センサにより回転数を
検出しようとするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5,図6に示した回
転速度検出機能付きの軸受装置は、いずれも保持器52
に被検出部となる凹凸53を形成したものであるため、
保持器自体の精度や、形成する凹凸53の精度が検出信
号に影響する。しかも、転動体51を回転自在に収容す
る保持器ポケットに形成されるポケット隙間により、保
持器52が軸方向や径方向に振動するが、この振動は、
検出精度を低下させるうえ、検出センサと保持器52間
の隙間の設定を難しくする。そのため、実質的には所望
の回転数を検出することができなかった。
【0005】この発明は、上記の課題に鑑みなされたも
ので、特別な部品や加工を必要とせず、またスペースを
取らず、低コストで、高精度化できる回転速度検出機能
付き軸受装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の回転速度検出
機能付き軸受装置は、固定側の軌道輪相当部材と回転側
の軌道輪相当部材の間に複数の転動体を介在させた転が
り軸受と、前記固定側の軌道輪相当部材に装着され前記
転動体の通過を非接触で検出する回転速度検出用のセン
サとを備え、このセンサの転動体の通過信号により回転
側の軌道輪相当部材の回転数を検出するようにしたもの
である。上記の軌道輪相当部材は、軌道輪そのもの、お
よび独立した部品の軌道輪ではないが、転動体が転接す
る軌道面が形成された部材を言う。回転側の軌道輪相当
部材が回転すると、転動体は回転側の軌道輪相当部材と
の転接によって固定側の軌道輪相当部材の軌道面上を公
転する。その公転速度は、回転側軌道輪相当部材の回転
速度に比例する。この公転により、複数設けられた各転
動体が、固定側のセンサの前を順次通過する。センサ
は、この転動体の通過を検出し、その検出信号である通
過信号により、回転側の軌道輪相当部材の回転数を検出
する。このように、転動体の通過を検出して回転数を検
出するようにしたため、パルサリング等の特別な部品や
凹凸の加工等を必要とせず、また検出機構の配置のため
のスペースを取らず、低コストにできる。また、転動体
の通過を検出するため、保持器を検出する場合のような
振動の問題がなく、高回転数の場合も精度良く検出でき
る。なお、前記センサは、回転数の検出と共に、または
回転数の検出に代えて、角加速度を検出するものであっ
ても良い。
【0007】この発明において、前記転がり軸受はラジ
アルころ軸受であっても良い。ラジアルころ軸受の場
合、転動体がころであって、軌道面が幅広になるため、
軸受性能に影響を殆ど与えずに、軌道面に貫通穴を設け
てセンサを転動体に対向するように配置できる。
【0008】この発明において、前記回転側の軌道輪相
当部材がスピンドルであって、このスピンドルと固定側
の軌道輪相当部材である外輪との間に複数のころを収容
し、前記外輪に油穴を形成し、前記センサを、このセン
サの検出部がころに対峙するように前記外輪の油穴内に
配置して前記ハウジングに装着しても良い。外輪の油穴
は、軸受の潤滑油の補給のために一般に設けられるもの
である。このように給脂に用いられる油穴を回転数の検
出用のセンサの配置に兼用することで、センサの配置の
ための穴等を加工する必要がなく、またその穴の形成に
伴う軸受性能の低下が防止される。また、回転側の軌道
輪相当部材をスピンドルとする場合は、独立した軌道輪
を省略してコンパクト化を図りたい場合が多いが、油穴
にセンサを配置して転動体を検出する構成と相まって、
軸受装置全体をコンパクトな構成とできる。
【0009】この発明において、前記軸受はスラストこ
ろ軸受であっても良い。スラストころ軸受の場合も、転
動体がころであって、軌道面が幅広になるため、軸受性
能に影響せずに、軌道面に貫通穴を設けてセンサを転動
体に対向するように配置できる。
【0010】この発明の前記各構成のものにおいて、前
記軸受が保持器付きころ軸受であっても良い。保持器付
き軸受の場合、転動体間の間隔が一定に保たれるため、
回転数の検出を精度良く行える。
【0011】前記保持器は非磁性体で形成されたもので
あっても良い。保持器が磁性体である場合と、センサが
電磁式のものであるとパルス電流を誘起できないが、保
持器が非磁性体であると、電磁式センサが使用できる。
電磁式センサは安価で精度の良いものが多数あり、これ
を用いると軸受装置全体の低コスト化が図れる。この非
磁性体の保持器としては、樹脂製のものが使用できる。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図1ない
し図3と共に説明する。この回転速度検出機能付き軸受
装置は、転がり軸受1と回転数検出用のセンサ2とで構
成される。転がり軸受1は、スピンドル3の外周面を、
直接にころ5が転動する軌道面3aとしたラジアル型の
ころ軸受であり、スピンドル3が回転側の軌道輪相当部
材となる。スピンドル3の軌道面3aとなる部分は、表
面が硬化処理されている。各ころ5は、リング状の保持
器6の円周方向複数箇所に等配された各ポケット6a内
に保持されている。保持器6は、合成樹脂等の非磁性体
の材質とされている。固定側の軌道輪相当部材である外
輪4は、ハウジング7に圧入状態に固定されている。外
輪4は、ころ5の軸方向の移動を規制する内鍔4aが両
端に形成された鋼板のプレス製品(すなわちシェル型)
であり、外径筒部4bには、給脂用の油穴8が、円周方
向の複数箇所に形成されている。この油穴8の直径は、
軸受寿命の面から、ころ5の直径の1/2以下に形成さ
れる。油穴8がころ径以上であると、外輪4の軌道面の
面圧が上がり、フレーキングが発生する恐れがある。
【0013】ハウジング7には、外輪4の油穴8に連通
する油穴9が形成されている。センサ2は、ハウジング
7の油穴9内に装着され、その検出部2aは、外輪4の
油穴8内に入って先端面がころ5に対峙する。ハウジン
グ7の油穴9は、座繰り付きの穴とされ、その座繰り部
分にセンサ7の本体部が装着されている。この油穴9の
内面は、ねじ溝に形成しても良く、その場合、センサ2
の外径面を雄ねじに形成してセンサ2を油穴9にねじ込
むように取り付けることで、そのねじ込み量の調整によ
り、ころ5とセンサ2との隙間を調整することができ
る。センサ2は、非接触式のものであって、この例では
図2に示すように永久磁石10とコイル11とでなる電
磁式のものとされている。
【0014】上記構成の動作を説明する。スピンドル3
が回転すると、ころ5はスピンドルに転接しているた
め、外輪4の内径面を公転する。この公転により、各こ
ろ5はセンサ2を通過する。ころ5の通過によって、セ
ンサ2の永久磁石11から出ている磁束が変化するた
め、コイル11には図3に例示するような回転数に比例
した周波数信号が得られる。この周波数信号からなるセ
ンサ2のころ通過信号は、軸受使用機器のコントロール
ユニット(図示せず)への入力信号となり、この信号か
らスピンドル3の回転数(角速度)や、角加速度が検出
される。保持器6が磁性体であると、ころ5の通過によ
るセンサ2の検出信号が弱くなるか、または得られなく
なるが、保持器6は樹脂等の非磁性体であるため、セン
サ2の検出信号が十分に得られる。この軸受装置は、こ
のようにころ5の通過をセンサ2で検出して回転数を検
出するものであるため、パルサーリング等の回転数検出
専用の部品が不要であり、部品点数が削減されると共
に、設置スペースも少なくて済む。また、回転体を支持
するためには、通常、軸受が使用されるが、その軸受装
置に回転数の検出機能を持たせたため、回転体を有する
機械全体がコンパクト化される。
【0015】図4は、この発明の他の実施形態を示す。
この回転速度検出機能付き軸受装置は、スラストころ軸
受21と回転数検出用のセンサ22とで構成される。ス
ラストころ軸受21は、対面する軌道輪23,24の間
に、転動体である複数のころ25を介在させたものであ
り、各ころ25は、リング状の保持器26に設けられた
円周方向複数箇所の各ポケット26aに保持されてい
る。各軌道輪23,24はリング状とされており、片方
の軌道輪23はハウジング(図示せず)に固定され、も
う片方の軌道輪24が回転体(図示せず)に結合されて
いる。固定側の軌道輪23には、センサ22を装着する
貫通穴28が形成され、センサ22は、検出部22aが
貫通穴28内に入ってころ25に対峙し、軌道輪23を
固定したハウジング(図示せず)に装着されている。保
持器26は非磁性体とされ、センサ22は、図2の例と
同様に、永久磁石およびコイルからなる電磁式のものと
されている。この構成の場合も、前記実施形態と同様
に、センサ22でころ25の通過を検出して回転数や角
加速度を検出することができる。
【0016】なお、前記各実施形態において、保持器
6,26は、鉄系の芯材を合成樹脂内にインサート成形
したものであっても良い。保持器6,26にこのように
鉄系の芯材を用いると、保持器強度を強化することがで
き、また周囲は合成樹脂で覆われているため、各ころ
5,25が互いに磁気的に分離され、電磁式のセンサ
2,22によるころ5,25の通過検出を妨げない。
【0017】また、前記各実施形態では、センサ2,2
2として電磁式のものを用いたが、センサ2,22は非
接触式のセンサであれば良く、例えば、光電式や圧電式
のセンサを用いることもできる。さらに、これら回転検
出用のセンサは、内輪が固定で外輪が回転となる軸受の
場合は、固定側の軌道輪である内輪側に設置する。
【0018】
【発明の効果】この発明の軸受装置は、転動体の通過を
非接触で検出するセンサを設けたものであるため、パル
サリング等、特別な部品や凹凸の加工等を必要とせず、
また検出機構の配設のためのスペースを取らず、低コス
トで、精度の良い回転速度検出機能付き軸受装置とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる回転速度検出機
能付き軸受装置の縦断面図である。
【図2】同軸受装置の横断面でセンサところの関係を示
す説明図である。
【図3】センサの出力例を示すグラフである。
【図4】この発明の他の実施形態の断面図である。
【図5】従来例の断面図である。
【図6】他の従来例の断面図である。
【符号の説明】
1…転がり軸受 2…センサ 3…スピンドル(回転側の軌道輪相当部材) 4…外輪(固定側の軌道輪相当部材) 5…ころ(転動体) 6…保持器 7…ハウジング 8,9…油穴 21…転がり軸受 22…センサ 23,24…軌道輪 25…ころ 26…センサ 28…貫通穴

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定側の軌道輪相当部材と回転側の軌道
    輪相当部材の間に複数の転動体を介在させた転がり軸受
    と、前記固定側の軌道輪相当部材に装着され前記転動体
    の通過を非接触で検出する回転速度検出用のセンサとを
    備え、このセンサの転動体の通過信号により回転側の軌
    道輪相当部材の回転数を検出するようにした回転速度検
    出機能付き軸受装置。
  2. 【請求項2】 前記転がり軸受がラジアルころ軸受であ
    る請求項1記載の回転速度検出機能付き軸受装置。
  3. 【請求項3】 前記回転側の軌道輪相当部材がスピンド
    ルであって、このスピンドルと固定側の軌道輪相当部材
    である外輪との間に複数のころを収容し、前記外輪に油
    穴を形成し、前記センサを、検出部がころに対峙するよ
    うに前記外輪の油穴内に配置して前記ハウジングに装着
    した請求項1記載の回転速度検出機能付き軸受装置。
  4. 【請求項4】 前記軸受がスラストころ軸受である請求
    項1記載の回転速度検出機能付き軸受装置。
  5. 【請求項5】 前記軸受が保持器付きころ軸受である請
    求項1ないし請求項4のいずれかに記載の回転速度検出
    機能付き軸受装置。
  6. 【請求項6】 前記保持器が非磁性体で形成されたもの
    である請求項5記載の回転速度検出機能付き軸受装置。
  7. 【請求項7】 前記保持器が合成樹脂製である請求項6
    記載の回転速度検出機能付き軸受装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003004036A (ja) * 2001-06-19 2003-01-08 Ntn Corp 回転センサ付き軸受およびそれを用いた電動工具
CN110005710A (zh) * 2017-12-18 2019-07-12 斯凯孚公司 用于检测轴承润滑失败的方法和装置
CN115199650A (zh) * 2022-07-11 2022-10-18 中铁工程装备集团有限公司 一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法

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