JP2004084926A

JP2004084926A - 車輪用軸受

Info

Publication number: JP2004084926A
Application number: JP2003012713A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nakajima; 中島　達雄; Akinari Ohira; 大平　晃也; Arihito Matsui; 松井　有人; Kazutoyo Murakami; 村上　和豊
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】コンパクトな構成で回転検出が行え、特に磁気エンコーダの薄肉化が可能で、耐摩耗性にも優れ、砂粒等の粒子が噛み込まれても磁気エンコーダの被検出面の摩耗や損傷が生じ難い車輪用軸受を提供する。
【解決手段】外方部材２と内方部材１の間に複列の転動体３を介在させ、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受とする。上記外方部材２と内方部材１の間の環状空間の端部にシール装置５を設ける。このシール装置５は、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石１４および芯金１１を有する磁気エンコーダ１０により一部が構成されるものとする。上記多極磁石１４を、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンチロックブレーキシステム等のための車輪回転検出用の磁気エンコーダを備えた車輪用軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のスキッドを防止するためのアンチスキッド用回転検出装置として、次のような構造が多く用いられている。すなわち、前記回転検出装置は歯付ローターと感知センサからなっており、その際、軸受を密封するシール装置よりそれぞれ離間させて配置し、一つの独立した回転検出装置を構成しているものが一般的である。
このような従来例は、回転軸に嵌合された歯付ローターを、ナックルに取付られた回転検出センサで感知検出する構造を持ち、使われている軸受は、その側部に独立して設けられたシール装置によって、水分あるいは異物の侵入から守られる。
【０００３】
その他の例として特許文献１には、回転検出装置の装着スペースを削減せしめ感知性能を飛躍的に向上させることを目的として、車輪回転検出のための回転検出装置を有したベアリングシールにおいて、そこに使用するスリンガーの径方向に磁性粉の混入された弾性部材を周状に加硫成形接着し、そこに交互に磁極を配設した構造が示されている。
また、特許文献２には、軸方向の寸法を小さくし、回転部材と固定部材との間の密閉度を良好にし、容易に取り付け可能にすることを目的として、回転部材と固定部材との間がシールされ、この回転部材に回転ディスクが取り付けられ、その回転ディスクに多極化されたコーダが取り付けられたコーダ内蔵密閉構造としたものが示されている。使用するコーダは、磁性粒子を添加したエラストマーからなるものが用いられ、このコーダの側面を固定部材の側面とほぼ同一平面としたシール手段とされている。
【０００４】
磁性粉や磁性粒子を含有するプラスチック（プラストマー）　製のコーダは、やはり従来の射出成形や圧縮成形等のように、製品形状に適応した金型を使用して賦形したり、つまり金型どおりの形に成形したり、　Ｔ形のダイスを用いた押出し成形やカレンダー成形のようなシート成形でシートを成形し打ち抜き加工などにより製品形状にして、その後、金属基板上に接着剤などで接着固定し製作してもよい。またこの場合、インサート成形のようにあらかじめ金型内に金属基板を組込んでおき、その後、溶融樹脂を流し入れて接着工程を同時加工して製作してもよい。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８１６７８３号公報
【特許文献２】
公開平６−２８１０１８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のうち、特許文献１号や特許文献２に示されるベアリングシールにおいては、そこに使用するスリンガーの径方向に磁性粉の混入された弾性部材を周状に加硫成形接着したり、または多極化されたコーダが取り付けられたコーダ内蔵密閉構造としてそのコーダを磁性粒子が添加したエラストマーにしようとすると、磁性粉や磁性粒子を保持するためのバインダとなるエラストマーや弾性部材成分が必要になる。しかしエラストマーや弾性部材成分をバインダに用いる場合、コーダ形状に賦形前に必ず磁性粉や磁性粒子とエラストマーや弾性部材の混練による分散工程が必要になるが、この工程ではコーダ中のバインダ成分に対する磁性粉や磁性粒子の相対含有率（体積分率）が上げにくいため、磁気センサに安定してセンシングされる磁力を得ようとするにはコーダの厚み寸法を厚くする必要があった。
【０００７】
また、　磁性粉や磁性粒子の含有する弾性部材やエラストマー製のコーダの成形は、　射出成形や圧縮成形等のように製品形状に適応した金型を使用して賦形し、また加硫工程が必要な場合は金型内に必要とされる加硫時間だけ、加圧しながら保持しなければならず、生産上多くの工程を必要とした。
さらに磁性粉や磁性粒子の含有する弾性部材やエラストマー製のコーダは、例えば車輪回転検出のための回転検出装置を有したベアリングシールにおいて、回転検出装置の装着スペースを削減せしめ、かつ感知性能を飛躍的に向上させるために、そこに使用するスリンガーの軸方向で近接かつ相対した部位に感知センサを配置しなければならない。しかしこの場合、車両走行中に回転側のベアリングシール表面と固定側の感知センサ表面の間隙に、砂粒などの異物粒子が侵入し噛み込まれると、弾性部材やエラストマー製のコーダ表面は摩耗などによる激しい損傷が認められることがあった。
【０００８】
磁性粉や磁性粒子の含有するプラスチック（プラストマー）製のコーダの場合、上述した従来の射出成形や圧縮成形やＴ形ダイスを用いた押出し成形やカレンダー成形のようなシート成形、およびインサート成形で製造しようとすると、やはり磁性粉や磁性粒子を保持するためのバインダとなる合成樹脂成分が必要になる。しかし合成樹脂成分をバインダに用いる場合も、従来はエラストマーなどと同様に、コーダ形状に賦形前に必ず磁性粉や磁性粒子とプラストマーや弾性部材の混練による分散工程が必要になる。　やはりこの工程では、コーダ中のバインダ成分に対する磁性粉や磁性粒子の相対含有率（体積分率）が上げにくいため、磁気センサに安定してセンシングされる磁力を得ようとするにはコーダの厚み寸法を厚くする必要があった。また、このように磁性粉や磁性粒子とプラストマーや弾性部材を従来の製造法で混練して製作した成形前材料を、金型内に射出（　インジェクション）したり圧縮（コンプレッション）してコーダに賦形する時、またインサート成形などで賦形する時に、材料中に含有される磁性粒子成分は金属の酸化物であるため硬くて量産製造的には金型や成形機の摩耗が問題となり、また磁性粒子成分の含有が高い成形前材料は溶融粘度が高くなり、成形圧力や金型型締力などを上げるなど、成形上の負荷が大きくなるなどの問題があった。
【０００９】
Ｔ形ダイスを用いた押出し成形やカレンダー成形のようなシート成形の場合でも、材料中に含有される磁性粒子成分は金属酸化物で硬いため、量産製造的にはＴ形ダイスやカレンダー成形機のロールの摩耗が問題となった。
【００１０】
この発明の目的は、コンパクトな構成で回転検出が行え、特に磁気エンコーダの薄肉化が可能で、耐摩耗性にも優れ、砂粒等の粒子が噛み込まれても磁気エンコーダの被検出面の摩耗や損傷が生じ難い車輪用軸受を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の車輪用軸受は、複列の転走面を内周面に形成した外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在された複列の転動体と、上記外方部材と内方部材間の環状空間の端部を密封するシール装置と、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石およびこの多極磁石を支持する芯金を有し上記シール装置の一部を構成する磁気エンコーダとを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、上記磁気エンコーダの上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であることを特徴とする。上記混合粉は２種以上の磁性粉を含むものであっても良く、また２種以上の非磁性金属粉を含むものであっても良い。
この構成の車輪用軸受によると、磁気エンコーダに対向させて磁気センサを設けることにより、回転検出が行える。磁気エンコーダは、シール装置の構成要素としたため、部品点数を増やすことなく、コンパクトな構成で車輪の回転を検出することができる。シール装置に磁気エンコーダを構成した場合、路面環境下に曝されることにより、車両走行中に回転側の多極磁石と固定側の磁気センサとの間隙に砂粒等の粒子が噛み込まれることがあるが、多極磁石は、磁性粉と非磁性金属粉の焼結体からなるため、表面硬度が従来の磁性粉や磁性粒子の含有する弾性部材やエラストマー製のコーダに比べて硬い。そのため、上記噛み込みが生じても、多極磁石の摩耗や損傷が低減される。
【００１２】
特に、多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であるため、その利点をまとめると次のようになり、コンパクトで種々の面で性能に優れた磁気エンコーダを持つ車輪用軸受とできる。
▲１▼．従来のエラストマーやプラストマーに比べて磁性粉比率を高くすることができ、そのため、単位体積あたりの磁力を大きくすることができる。これにより検出感度の向上、薄肉化が可能になる。
▲２▼．従来の焼結磁石である磁性粉のみを焼結したものに比べて、バインダとなる非磁性金属粉の存在のために割れ難い。
▲３▼．従来のエラストマー等に比べて表面が硬いため、耐摩耗性に優れ、また損傷し難い。
▲４▼．従来のエラストマー等に比べて、生産性に優れる。
【００１３】
これらの利点が得られる具体的理由の例を説明する。上記磁性粉と非磁性金属粉とは、予め決められた配合比で粉体混合機を用いて混合し、この混合粉を常温下、金型内で加圧成形して圧粉体を得る。
このとき、非磁性金属粉をバインダとして磁性粉を混入した混合磁性粉からなる焼結体は、その非磁性金属粉と磁性粉の組成比を調整しながら粉体混合機で分散させた粉体同士のドライブレンドができるため、焼結体中の磁性粉の相対的な含有率（体積分率）を上げられる。このため、磁気センサに安定してセンシングされる磁力が容易に得られ、多極磁石を厚くする必要がない。
しかも、多極磁石とする焼結体の製造においても、粉体同士のドライブレンドによる混合粉の焼結成形法は、従来のエラストマーや弾性部材の場合の射出成形や圧縮成形に比べて加硫工程などがなく、また成形上の負荷が少ないため、生産工程を大幅に簡略化することができる。また、焼結加工での圧粉体の成形の場合、エラストマーや弾性部材の射出成形や圧縮成形に比べ、金型の摩耗などの問題は生じない。
また、この多極磁石とする焼結体の芯金への取付けは、簡便な加締加工や、圧入加工等の機械的固定法で行えることから、たとえ高低温環境下で過酷な条件にさらされても信頼性を保持することができる。
【００１４】
上記磁気エンコーダにおける多極磁石の混合粉に使用する磁性粉および非磁性金属粉は、いずれも平均粒径が１０μｍ以上１５０μｍ以下であることが良い。
これらの粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１０μｍより小さいと、圧粉体を得るときに、金型内に混合粉が流れ込み難く、所定形状の圧粉体を形成できない。これら粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１５０μｍより大きいと、圧粉体強度が出ない。
【００１５】
また、上記混合粉中の配合において、非磁性金属粉の体積含有率は、１ｖｏｌ　％以上で９０ｖｏｌ　％以下であることが良い。
磁性粉でない非磁性金属粉の体積含有率が１ｖｏｌ　％よりも少ないと、金属バインダとして非磁性金属粉が少ないため、焼結後得られた多極磁石は硬いが脆いものとなる。圧粉体が成形できない場合もある。磁性粉でない非磁性金属粉の体積含有率が９０ｖｏｌ　％より多いと、相対的に磁性成分が少ないため、所望される安定したセンシングの得られる磁力を確保することが難しい。
【００１６】
上記混合粉の焼結前の圧粉体は、５ｖｏｌ　％以上３０ｖｏｌ　％以下の空孔を持つものとすることが良い。空孔率が５ｖｏｌ　％より少ない場合、成形圧力を除圧する際に原料粉の弾性変形の回復により生じるスプリングバックにより、圧粉体（グリーン体）が破損する可能性がある。また、空孔が３０ｖｏｌ　％よりも多い場合、焼結体の機械的強度が弱くなるため、芯金上に加締加工や圧入加工などで機械的に固定することが難しく、また粒子間の密着不足により、圧粉体が成形できない場合がある。
【００１７】
上記多極磁石となる焼結体の板厚は、０．３ｍｍ以上でかつ５ｍｍ以下が良い。磁性粉および非磁性金属粉は高価であることから、板厚は薄い方が好ましいが、板厚が０．３ｍｍよりも薄い場合、圧粉成形が困難である。また、厚すぎるとグリーン成形体の密度むらが発生しやすくなり、焼成後の変形が生じやすくなる。これらの点から、板厚は０．３ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。
【００１８】
この発明の車輪用軸受において、上記シール装置は、上記外方部材または内方部材のうちの回転側部材に嵌合される第１のシール板と、この第１のシール板に対向し、上記外方部材または内方部材のうちの固定側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第２のシール板とからなり、上記第１のシール板の立板部に摺接するサイドリップ、および円筒部に摺接するラジアルリップが上記第２のシール板に固着され、上記第１のシール板が上記磁気エンコーダにおける芯金となり、その立板部に少なくとも一部を重ねて上記多極磁石が設けられたものであっても良い。
上記第１のシール板は、例えば断面概ね逆Ｚ字状とされて、上記回転側部材に嵌合される嵌合側の円筒部と、立板部と、他筒部とでなるものであっても良い。また、第１のシール板は断面Ｌ字状のものとしても良い。
【００１９】
これらの構成の車輪用軸受の場合、磁気エンコーダをシール装置の構成要素として効果的に利用でき、部品点数を増やすことなく、より一層コンパクトな構成で車輪の回転を検出することができる。また、この構成の場合、第２のシール板に固着されたサイドリップおよびラジアルリップが第１のシール板に摺接することに等により、優れたシール効果が得られる。
【００２０】
この発明の車輪用軸受は、上記外方部材と内方部材のいずれかに車輪取付フランジを設けたものであっても良い。また、上記外方部材と内方部材のいずれかに車体に取付けるためのフランジを設けたものであっても良い。外方部材と内方部材のいずれか一方の部材に車輪取付フランジを設けた場合、車体に取付けるためのフランジは他方の部材に設ける。
また、この発明の車輪用軸受は、上記外方部材に車体に取付けるためのフランジを設け、上記内方部材に車輪取付フランジを設け、上記内方部材に等速ジョイントの構成部品を一体化させたものとしても良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この車輪用軸受は、内方部材１および外方部材２と、これら内外の部材１，２間に収容される複数の転動体３と、内外の部材１，２間の端部環状空間を密封するシール装置５，１３とを備える。一端のシール装置５は、磁気エンコーダ１０を有するものである。内方部材１および外方部材２は、転動体３の転走面１ａ，２ａを有し、各転走面１ａ，２ａは溝状に形成されている。内方部材１および外方部材２は、各々転動体３を介して互いに回転自在となった内周側の部材および外周側の部材のことであり、軸受内輪および軸受外輪の単独であっても、これら軸受内輪や軸受外輪と別の部品とが組合わさった組立部材であっても良い。また、内方部材１は、軸であっても良い。転動体３は、ボールまたはころからなり、この例ではボールが用いられている。転動体３は各列毎に保持器４で保持されている。
【００２２】
この車輪用軸受は、複列の転がり軸受、詳しくは複列のアンギュラ玉軸受とされていて、その軸受内輪は、各転動体列の転走面１ａ，１ａがそれぞれ形成された一対の分割型の内輪１８，１９からなる。これら内輪１８，１９は、ハブ輪６の軸部の外周に嵌合し、ハブ輪６と共に上記内方部材１を構成する。ハブ輪６には、等速自在継手７の一端（例えば外輪）が連結され、ハブ輪６のフランジ部６ａに車輪（図示せず）がボルト８で取付けられる。等速自在継手７は、その他端（例えば内輪）が駆動軸に連結される。外方部材２は、軸受外輪からなり、懸架装置におけるナックル等からなるハウジング（図示せず）に取付けられる。
【００２３】
図４，図５は、磁気エンコーダ付きのシール装置５を拡大して示す。シール装置５は、磁気エンコーダ１０と、固定側のシール部材９とで構成される。このシール装置５は、磁気エンコーダ１０またはその芯金１１がスリンガとなり、内方部材１および外方部材２のうちの回転側の部材に取付けられる。この例では、回転側の部材は内方部材１であるため、磁気エンコーダ１０は内方部材１に取付けられる。このシール装置５は、内方部材１と外方部材２に各々取付けられた第１および第２の金属板製の環状のシール板（１１），１２を有する。第１のシール板（１１）は、上記磁気エンコーダ１０における上記の芯金１１のことであり、以下、芯金１１として説明する。この磁気エンコーダ１０における多極磁石１４に対面して、同図のように磁気センサ１５を配置することにより、車輪回転速度の検出用の回転検出装置２０が構成される。
【００２４】
第２のシール板１２は、上記シール部材９（図４）を構成する部材であり、第１のシール板である芯金１１の立板部１１ｂに摺接するサイドリップ１６ａと円筒部１１ａに摺接するラジアルリップ１６ｂ，１６ｃとを一体に有する。これらリップ１６ａ〜１６ｃは、第２のシール板１２に加硫接着された弾性部材１６の一部として設けられている。これらリップ１６ａ〜１６ｃの枚数は任意で良いが、図示の例では、１枚のサイドリップ１６ａと、軸方向の内外に位置する２枚のラジアルリップ１６ｃ，１６ｂとを設けている。第２のシール板１２は、固定側部材である外方部材２との嵌合部に弾性部材１６を抱持したものとしてある。すなわち、弾性部材１６は、円筒部１２ａの内径面から先端部外径までを覆う先端覆い部１６ｄを有するものとし、この先端覆い部１６ｄが、第２のシール板１２と外方部材２との嵌合部に介在する。第２のシール板１２の円筒部１２ａと第１のシール板である芯金１１の他筒部１１ｃとは僅かな径方向隙間をもって対峙させ、その隙間でラビリンスシール１７を構成している。
【００２５】
上記磁気エンコーダ１０は、図２に示すように、金属製の環状の芯金１１と、この芯金１１の表面に周方向に沿って設けられた多極磁石１４とを備える。多極磁石１４は周方向に多極に磁化され、交互に磁極Ｎ，Ｓが形成された部材であり、多極に磁化された磁気ディスクからなる。磁極Ｎ，Ｓは、ピッチ円直径ＰＣＤ（図３）において、所定のピッチｐとなるように形成されている。
【００２６】
極磁石１４は、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体とされている。多極磁石１４に混入する磁性粉としては、バリウム系およびストロンチウム系などの等方性または異方性フェライト粉であってもよい。これらのフェライト粉は顆粒状粉体であっても、湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉であっても良い。この湿式異方性フェライトコアからなる粉砕粉を磁性粉とした場合、非磁性金属粉との混合粉を磁場中で成形された異方性のグリーン体とする必要がある。
磁性粉は希土類系磁性材料であっても良い。例えば希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系の磁性粉や、ネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉のそれぞれ単独磁性粉であっても良い。また、磁性粉はマンガンアルミ（ＭｎＡｌ）ガスアトマイズ粉であっても良い。
【００２７】
また、上記磁性粉は、サマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉、ネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉、およびマンガンアルミ（ＭｎＡｌ）ガスアトマイズ粉のいずれか２種以上を混合させたものであっても良い。例えば、上記磁性粉はサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉とネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉とを混合させたもの、マンガンアルミガスアトマイズ粉とサマリウム鉄系磁性粉とを混合させたもの、およびサマリウム鉄系磁性粉とネオジウム鉄系磁性粉とマンガンアルミガスアトマイズ粉とを混合させたもの、のいずれかであっても良い。
また、例えば、フェライト分だけでは磁力が足りない場合に、フェライト粉に希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉やネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉を必要量だけ混合し、磁力向上を図りつつ安価に製作することもできる。
【００２８】
また、多極磁石１４を形成する非磁性金属粉には、スズ、銅、アルミ、ニッケル、亜鉛、タングステン、マンガンなどの粉体、または非磁性のステンレス系金属粉のいずれか単独（１種）の粉体、もしくは２種以上からなる混合した粉体、もしくは２種以上からなる合金粉末を使用することができる。
【００２９】
磁性粉および非磁性金属粉はいずれも平均粒径で１０μｍ以上１５０μｍ以下が良く、好ましくは２０μｍ以上１３０μｍ以下が好適である。これら粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１０μｍより小さいと、混合粉にして常温下、金型内で加圧成形して圧粉体を得ようとしても、金型内にうまく混合粉が流れ込まないことがあり、所定形状の圧粉体を形成できない。また、これら粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１５０μｍより大きいと、混合粉にして常温下、金型内で加圧成形して圧粉体を得ようとしても、圧粉体強度が出ないために、金型から脱型できず成形できない。
上述した平均粒径範囲の磁性粉と非磁性金属粉を予め決められた配合比で粉体混合機を用いて混合し、この混合粉を常温下、金型内で加圧成形することにより圧粉体を得る。
【００３０】
多極磁石１４を形成する混合粉中の配合において、磁性粉でない非磁性金属粉の体積配合率は、１ｖｏｌ　％以上で９０ｖｏｌ　％以下が良いが、望ましくは５ｖｏｌ　％以上８５ｖｏｌ　％以下、さらに望ましくは１０ｖｏｌ　％以上８０ｖｏｌ　％以下が良い。
磁性粉でない非磁性金属粉の体積含有率が１ｖｏｌ　％よりも少ないと、金属バインダとして非磁性金属粉が少ないため、焼結後得られた多極磁石１４は、硬いが脆い。このため、後述するように、多極磁石１４とする焼結体を芯金１１上に加締加工や圧入加工などで機械的に固定しようとしても、割れてしまう。また、金属バインダとして少なすぎるために、圧粉体が成形できない場合がある。
磁性粉でない非磁性金属粉の体積含有率が９０ｖｏｌ　％より多いと、相対的に磁性成分が少ないため、焼結後、得られた多極磁石１４の着磁強度を大きくできず、磁気エンコーダ１０に所望される安定したセンシングの得られる磁力を確保することができない。
【００３１】
圧粉体作成にあたり、磁性粉と非磁性金属粉の配合時に、例えば、ステアリン酸亜鉛などのような潤滑剤を添加して圧粉体成形性を改善することもできる。
これらの圧粉体（グリーン体）は、５〜３０ｖｏｌ　％の空孔を持つことが望ましい。好ましくは１２〜２２ｖｏｌ　％、さらに好ましくは１４〜１９ｖｏｌ　％である。空孔率が５ｖｏｌ　％より少ない場合、成形圧力を除圧する際に原料粉の弾性変形の回復により生じるスプリングバックにより、圧粉体（グリーン体）が破損する可能性がある。また、空孔が３０ｖｏｌ　％よりも多い場合、焼結体の機械的強度が弱くなるため、後述するように、芯金１１上に加締加工や圧入加工などで機械的に固定しようとしても割れてしまう。また、粒子間の密着不足により、圧粉体（グリーン体）が成形できない場合がある。
【００３２】
磁性粉および非磁性金属粉は高価であることから、板厚は薄い方が好ましい。圧縮成形性およびハンドリングから、好ましい板厚は０．３ｍｍ〜５ｍｍ、さらに好ましくは０．６ｍｍ〜３ｍｍである。板厚が０．３ｍｍよりも薄い場合、金型内への充填が困難であり、グリーン成形体が得難い。また、得られたグリーン成形体もハンドリング時に破損してしまう可能性があるので好ましくない。一方、グリーン成形体の板厚が１０ｍｍよりも厚い場合、成形性やハンドリングは向上するが、コスト面では不利となる。また、厚すぎるとグリーン成形体の密度むらが発生しやすくなり、焼成後の変形が生じやすくなるという問題がある。これらの点から、板厚は０．３ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。
得られたグリーン成形体は、図６のように炉内で加熱焼結することで、ディスク形状の焼結体とされる。この炉内での加熱焼結は、大気中、電気炉で行っても良く、また真空炉により、または不活性ガスを流入しながらプッシャー炉、もしくはイナート炉で行っても良い。
【００３３】
磁気エンコーダ１０を形成する焼結体は、防錆処理のために、例えば図７のように防錆被膜２２を施しても良い。この防錆被膜２２は換言すれば防食被膜である。この防錆被膜２２には、クリヤー系の高防食性塗料を用いることができる。この塗料は芯金１１と焼結体間の接着剤としての効果も期待でき、また焼結多孔質体表層の空孔内部に浸入し、クリヤー塗膜成分のアンカー効果により表面で好適に保持され、長期間の使用においても防錆被膜層として良好な密着性を維持することができる。
【００３４】
芯金１１の材質となる金属は、磁性体、特に強磁性体となる金属が好ましく、例えば磁性体でかつ防錆性を有する鋼板が用いられる。このような鋼板として、フェライト系のステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）や、防錆処理された圧延鋼板等を用いることができる。
【００３５】
芯金１１の形状は、種々の円環状の形状とできるが、多極磁石１４を固定できる形状が好ましい。特に、加締固定や嵌合固定等の機械的な固定が行える形状が好ましい。
加締固定の場合、芯金１１は、例えば図２（Ｂ）に示すように、嵌合側となる内径側の円筒部１１ａと、その一端から外径側へ延びる立板部１１ｂと、外径縁の他筒部１１ｃとでなる断面概ね逆Ｚ字状の円環状とする。
円筒部１１ａ、立板部１１ｂ、および他筒部１１ｃは、鋼板等の金属板から一体にプレス成形されたものである。立板部１１ｂは平坦に形成されており、その平坦な立板部１１ｂの表面に重ねて多極磁石１４の未着磁の焼結体を組み込み、外周縁の他筒部１１ｃを加締めることで、芯金１１の立板部１１ｂに重なり状態に多極磁石１４が固定される。上記他筒部１１ｃは、その断面における先端側部分または略全体が、加締部となる。また、この加締部は、芯金１１の円周方向の全周に渡って延び、したがって円環状となっている。多極磁石１４の加締部である他筒部１１ｃにより固定される部分は、多極磁石１４の被検出面となる表面よりも凹む凹み部１４ａとなっていて、芯金１１の加締部である他筒部１１ｃが、多極磁石１４の被検出面となる表面から突出しないようにされている。上記凹み部１４ａは、多極磁石１４の被検出面となる表面よりも若干背面側に後退した段差部として形成されている。多極磁石１４の外周縁における凹み部１４ａよりも裏面側の部分は、断面が円弧状の曲面とされ、この曲面部分に沿うように、他筒部１１ｃの加締部分が形成される。加締固定は、図２（Ａ）に断面図で示すように、多極磁石１４の外周部を全周にわたって加締固定してもよい。
【００３６】
なお多極磁石１４は、芯金１１に圧入により固定しても良い。その場合、例えば図８に示すように、芯金１１を、内径側の円筒部１１ａと、その一端から外径側へ延びる立板部１１ｂ”とでなる断面Ｌ字状の円環状とする。円筒部１１ａと立板部１１ｂ”とは、鋼板等の金属板から一体にプレス成形されたものである。立板部１１ｂ”は平坦に形成されており、その平坦な立板部１１ｂ”まで、多極磁石１４となるディスク状の焼結体を円筒部１１ａの外周に圧入して固定する。立板部１１ｂ”の高さは、多極磁石１４の内周部付近が当たる高さとされる。
【００３７】
また、上記各例では芯金１１を鋼板プレス成形品製としたが、図９に示すように、芯金１１は、鋼材等の削り出し品からなるものとしても良い。同図の例の芯金１１は立板部１１ｂの溝部１１ｂａを切削加工溝としている。
【００３８】
この構成の車輪用軸受によると、車輪と共に回転する内方部材１の回転が、この内方部材１に取付けられた磁気エンコーダ１０を介して、磁気センサ１５で検出され、車輪回転速度が検出される。すなわち、多極磁石１４の多極に磁化された各磁極Ｎ，Ｓの通過が磁気センサ１５で検出され、パルスのかたちで回転が検出される。磁極Ｎ，Ｓのピッチｐ（図３）は細かく設定でき、例えばピッチｐが１．５ｍｍ、ピッチ相互差±３％という精度を得ることもでき、これにより精度の高い回転検出が行える。ピッチ相互差は、磁気エンコーダ１０から所定距離だけ離れた位置で検出される各磁極間の距離の差を目標ピッチに対する割合で示した値である。
磁気エンコーダ１０は、シール装置５の構成要素としたため、部品点数を増やすことなく、車輪の回転を検出することができる。内外の部材１，２間のシールについては、第２のシール板１２に設けられた各シールリップ１６ａ〜１６ｃの摺接と、第２のシール板１２の円筒部１２ａに第１のシール板である芯金１１の他筒部１１ｃが僅かな径方向隙間で対峙することで構成されるラビリンスシール１７とで得られる。
【００３９】
また、多極磁石１４は、磁性粉の混入した焼結体（混合磁性粉焼結ディスク）からなるため、次に示すように、安定したセンシングの得られる磁力を確保しながら薄肉化できて、磁気エンコーダ１０のコンパクト化が図れるうえ、耐摩耗性に優れ、また生産性にも優れたものとなる。
すなわち、非磁性金属粉をバインダとして磁性粉を混入した混合磁性粉焼結磁石ディスク（焼結体）は、その非磁性金属粉と磁性粉の組成比を調整しながら粉体混合機で分散させることで粉体同士のドライブレンドとすることができる。そのため焼結体中の磁性粉の相対的な含有率（体積分率）を上げられる。したがって、磁気センサ１５（図４）に安定してセンシングされる磁力が容易に得られ、多極磁石１４を厚くする必要がない。車輪用軸受５における軸受端部の空間は、周辺に等速ジョイント７や軸受支持部材（図示せず）があって限られた狭い空間となるが、磁気エンコーダ１０の多極磁石１４が上記のように薄肉化できるため、回転検出装置２０の配置が容易になる。
【００４０】
また、多極磁石１４の表面硬度は、従来の磁性粉や磁性粒子の含有する弾性部材やエラストマー製のコーダに比べて硬い。そのため、車両走行中に回転側の多極磁石１４の表面と固定側の磁気センサ１５の表面の間隙に、砂粒などの粒子が噛み込まれても、多極磁石１４の摩耗損傷が生じ難く、従来の弾性体製としたものに比べて、摩耗の大幅な低減効果がある。
なお、金属環状部材である芯金１１に周方向に沿って設けられた多極磁石１４となる混合磁性粉焼結磁石ディスク表面の平坦度は、２００μｍ以下が良いが、望ましくは１００μｍ以下が良い。ディスク表面の平坦度が２００μｍより上である場合、磁気センサ１５とディスク面の間隙（エアギャップ）が、磁気エンコーダ１０の回転中に変化することで、センシング精度を悪化させてしまう。
同様の理由で、磁気エンコーダ１０の回転中における、混合磁性粉焼結磁石ディスク表面の面振れも、２００μｍ以下が良く、望ましくは１００μｍ以下が良い。
【００４１】
なお、磁気エンコーダ１０を軸受のシール装置５の構成要素とする場合等において、多極磁石１４を、上記各実施形態とは逆に軸受に対して内向きに設けても良い。すなわち、多極磁石１４を芯金１１の軸受内側の面に設けても良い。その場合、芯金１１は非磁性体製のものとすることが好ましい。
【００４２】
さらに、磁気エンコーダ１０は、上記各実施形態のように多極磁石１４を軸方向に向けたものに限らず、例えば図１０に示すように、径方向に向けて設けても良い。同図の例は、シール装置５のスリンガとなるシール板である芯金１１Ａに、その立板部１１ｂから軸方向の外側へ延びる第２の円筒部１１ｄを設け、第２の円筒部１１ｄの外周に多極磁石１４を固定している。すなわち、第２の円筒部１１ｄの先端には外径側へ延びる加締板部１１ｅを一体に設け、この加締板部１１ｅを加締ることで、多極磁石１４に第２の円筒部１１ｄの外周面に固定している。立板部１１ｂは円筒部１１ａから外径側に延びている。すなわち、この例の芯金１１Ａは、円筒部１１ａ、立板部１１ｂ、および第２の円筒部１１ｄが順次続く断面概ね逆Ｚ字状の部分に、その第２の円筒部１１ｄの先端から加締板部１１ｅが外径側へ一体に延びた形状のものとされている。磁気センサ１５は、多極磁石１４に対して径方向に対面配置する。
【００４３】
なお、上記実施形態は、この発明をいわゆる第１世代の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明はいわゆる第２〜第４世代等の世代形式を問わず適用することができる。また、内輪回転および外輪回転のいずれにも適用でき、さらに駆動輪用および従動輪用のいずれの車輪用軸受についても適用することができる。各世代に適用した例を、図１１〜図１５と共にそれぞれ説明する。なお、これら図１１〜図１５の実施形態において、特に説明した事項の他は、図１〜図５に示した第１の実施形態と同じ構成である。
【００４４】
図１１の実施形態は、第２世代で外輪回転タイプの車輪用軸受に適用した例である。外方部材２Ａは、外周に車輪取付フランジ２Ａａを有している。内輪１Ａは、２つの軸受内輪１Ａａを軸方向に並べてた分割型のものとされている。外方部材２Ａと内方部材１Ａ間の環状空間の端部を設けるシール１３，５が両輪にそれぞれ設けられ、一方のシール５に、第１の実施形態に示した磁気エンコーダ付きのものが用いられてる。
【００４５】
図１２の実施形態は、第３世代の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受である。内方部材１Ｂは、ハブ輪６Ｂと単列の内輪１Ｂｂとで構成され、これらハブ輪６Ｂおよび内輪１Ｂｂに転走面１ａが形成されている。ハブ輪６Ｂに車輪取付フランジ６Ｂａが形成されており、かつ軸心に内径孔３０が設けられている。外方部材２Ｂは一体のものであり、車体（図示せず）に取付けるためのフランジ２Ｂａを有している。外方部材２Ｂと内方部材３Ｂ間の環状空間の端部を設けるシール１３，５が両輪にそれぞれ設けられ、一方のシール５に、第１の実施形態に示した磁気エンコーダ付きのものが用いられてる。
【００４６】
図１３の実施形態は、第３世代の内輪回転タイプで、従動輪支持用の車輪用軸受である。この例の車輪用軸受は、図１２の例において、ハブ輪６Ｂを内径孔のない形式としたものである。その他の構成は図１３の例と同じである。
【００４７】
図１４の実施形態は、第４世代の内輪回転タイプの車輪用軸受である。この車輪用軸受では、内方部材１Ｄは、ハブ輪６Ｄと等速ジョイント７の外輪３１とで構成され、これらハブ輪６Ｄおよび等速ジョイント３１に転走面１ａが形成されている。ハブ輪６Ｄに車輪取付フランジ６Ｄａが形成されている。外方部材２Ｂは一体のものであり、車体（図示せず）に取付けるためのフランジ２Ｂａを有している。等速ジョイント外輪３１は、カップ部３１ａの外面中心に突出した軸部３１ｂが段付き軸とされ、その小径軸部３１ｂａの外周にハブ輪６Ｄが嵌合している。小径軸部３１ｂａは外径方向へ拡げられて、ハブ輪６Ｄの内径孔にかしめ固定されることで、等速ジョイント外輪３１とハブ輪６Ｄとが結合されている、いわゆる拡径かしめ結合である。外方部材２Ｂと内方部材３Ｂ間の環状空間の端部を設けるシール１３，５が両輪にそれぞれ設けられ、一方のシール５に、第１の実施形態に示した磁気エンコーダ付きのものが用いられている。このシール５は、等速ジョイント外輪３１と外方部材２の間に設けられている。等速ジョイント７は、円周方向複数箇所で、外輪３１の内面および内輪３２の外面に設けられた軸方向に沿うガイド溝間にボール３３を介在させ、各ボール３３を保持器３４で保持したものである。
【００４８】
図１５の実施形態は、図１４の実施形態の車輪用軸受において、等速ジョイント外輪３１とハブ輪６Ｄとを、拡径かしめ結合の代わりに、等速ジョイント外輪３１の小径軸部３１ｂａの先端に形成した加締部３１ｂｂによって結合したものである。その他は図１４の実施形態と同じである。
【００４９】
【発明の効果】
この発明の車輪用軸受は、外方部材と内方部材の環状空間の端部を密封するシール装置と、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石およびこの多極磁石を支持する芯金を有し上記シール装置の一部を構成する磁気エンコーダとを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、上記磁気エンコーダの上記多極磁石を、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体としたものであるため、コンパクトな構成で回転検出が行え、特に磁気エンコーダの薄肉化が可能で、耐摩耗性にも優れ、砂粒等の粒子が噛み込まれても磁気エンコーダの被検出面の摩耗や損傷が生じ難いという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図２】（Ａ）は同車輪用軸受における磁気エンコーダの部分斜視図、（Ｂ）は同磁気エンコーダの組立過程を示す部分斜視図である。
【図３】同磁気エンコーダを正面から示す磁極の説明図である。
【図４】同磁気エンコーダを備えたシール装置と磁気センサとを示す部分破断正面図である。
【図５】同シール装置とその周辺部分を示す部分破断正面図である。
【図６】グリーン体を焼結体とする工程図である。
【図７】磁気エンコーダの変形例の部分斜視図である。
【図８】磁気エンコーダの他の変形例の部分斜視図である。
【図９】磁気エンコーダのさらに他の変形例の部分斜視図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の磁気エンコーダ部分の断面図である。
【図１１】この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【図１５】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受の断面図である。
【符号の説明】
１…内方部材
２…外方部材
１Ａ〜１Ｄ…内方部材
２Ａ〜２Ｄ…外方部材
３…転動体
５…シール装置
７…等速ジョイント
２Ａａ，１Ｂａ，１Ｄａ…車輪取付フランジ
２Ｂａ，２Ｃａ，２Ｄａ…車体取付用のフランジ
１０…磁気エンコーダ
１１，１１Ａ，１１Ｂ…芯金（第１のシール板）
１２…第２のシール板
１４…多極磁石
１５…磁気センサ
２０…回転検出装置
３１…等速ジョイント外輪

Claims

複列の転走面を内周面に形成した外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在された複列の転動体と、上記外方部材と内方部材間の環状空間の端部を密封するシール装置と、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石およびこの多極磁石を支持する芯金を有し上記シール装置の一部を構成する磁気エンコーダとを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、上記磁気エンコーダの上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であることを特徴とする車輪用軸受。
請求項１において、上記磁気エンコーダにおける多極磁石の上記混合粉に使用する磁性粉および非磁性金属粉は、いずれも平均粒径が１０μｍ以上で１５０μｍ以下である車輪用軸受。
請求項１または請求項２において、上記磁気エンコーダにおける多極磁石の上記混合粉中の配合における、非磁性金属粉の体積含有率が、１ｖｏｌ　％以上で９０ｖｏｌ　％以下である磁気エンコーダ。
請求項１ないし請求項３のいずかにおいて、上記磁気エンコーダにおける多極磁石の上記混合粉の焼結前の圧粉体が、５ｖｏｌ　％以上で３０ｖｏｌ　％以下の空孔を持つものとした磁気エンコーダ。
請求項１ないし請求項４のいずかにおいて、上記磁気エンコーダにおける焼結体からなる多極磁石の板厚が、０．３ｍｍ以上で５ｍｍ以下である車輪用軸受。
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、上記シール装置は、上記外方部材または内方部材のうちの回転側部材に嵌合される第１のシール板と、この第１のシール板に対向し、上記外方部材または内方部材のうちの固定側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第２のシール板とからなり、上記第１のシール板は、上記回転側部材に嵌合される嵌合側の円筒部と、立板部と、他筒部とでなる断面概ね逆Ｚ字状とされ、上記第１のシール板の立板部に摺接するサイドリップ、および円筒部に摺接するラジアルリップが上記第２のシール板に固着され、上記第１のシール板が上記磁気エンコーダにおける芯金となり、その立板部に重ねて上記多極磁石が設けられる車輪用軸受。
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、上記シール装置は、上記外方部材または内方部材のうちの回転側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第１のシール板と、この第１のシール板に対向し、上記外方部材または内方部材のうちの固定側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第２のシール板とからなり、上記第１のシール板の立板部に摺接するサイドリップ、および円筒部に摺接するラジアルリップが上記第２のシール板に固着され、上記第１のシール板が上記磁気エンコーダにおける芯金となり、その立板部に少なくとも一部を重ねて上記多極磁石が設けられる車輪用軸受。
請求項１ないし請求項７のいずかにおいて、上記外方部材と内方部材のいずれかに車輪取付フランジを設けた車輪用軸受。
請求項１ないし請求項８のいずかにおいて、上記外方部材と内方部材のいずれかに車体に取付けるためのフランジを設けた車輪用軸受。
請求項１ないし請求項７のいずかにおいて、上記外方部材に車体に取付けるためのフランジを設け、上記内方部材に車輪取付フランジを設け、上記内方部材に等速ジョイントの構成部品を一体化させた車輪用軸受。