JP2004144270A

JP2004144270A - センサ付き転がり軸受

Info

Publication number: JP2004144270A
Application number: JP2002312772A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Aoki; 青木　護
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: CN101187404A; CN100565210C; JP4269642B2; CN1708692A

Abstract

【課題】寸法の小さな軸受においても正確にセンサを取り付けることが可能なセンサ付き転がり軸受を提供する。また、本発明は、モータ等により電気ノイズが発生する環境においても正常に動作することが可能なセンサ付き転がり軸受を提供する。
【解決手段】センサ付き転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた被磁気検出部と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記被磁気検出部と対向する磁気感応センサとを有している。前記被磁気検出部と前記磁気感応センサの何れか一方は、磁性体からなる取り付け部材を介して、前記内輪又は外輪に固定されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受の内輪あるいは外輪に一体に固定された回転部材の回転数を検知するためのセンサ付き転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センサ付き転り軸受は、磁気感応センサとマグネット等の被検出部材を外輪又は内輪にそれぞれ固定して構成されている。センサ付き転がり軸受を開示している先行技術文献としては以下のものが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１１２１２号　（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１０−３１１７４０　（第２〜３頁、図１）
【特許文献３】
特開平７−３２５０９８　（第２〜３頁、図１）
【０００４】
図６は、特許文献１に開示のセンサ付き転がり軸受を示す図である。このセンサ付き転がり軸受は、センサキャリア１２３に埋設されたセンサ１２１が、センサ保持装置１２５を介して外輪内径面に設けられた凹状溝１１６ｂに全周に亘ってビーディング固定されて構成されている。また、被検出部材１２０が、内輪外径面に圧入されたＬ状部材１２２の半径方向の平面部上に配置され、センサ１２１と対向している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受の径方向寸法が小さい場合、外輪内径面にセンサキャリアを介してセンサを固定することは、困難である。また、内輪外径面にＬ字状部材を介して被検出部材を固定することも同様に寸法上難しい。
【０００６】
この難点を解決するためには、図７（特許文献２）や図８（特許文献３）に示すように、外輪外径や内輪外径に段部を設けてセンサや被検出部材を固定することが考えられるが、段部加工面は、センタレス研磨できないため、寸法のバラツキが大きくなり、それぞれの部材を圧入固定することが難しい。
【０００７】
また、一般にセンサ付き転がり軸受は、モータ等の電気ノイズが発生する部材の近傍に配置されることが多い。そのため、取り付け位置によっては、外部のノイズに起因する外部磁界が、被検出部材が形成する磁界を乱し、センサが被検出部材によって形成された磁界を正確に検出することができない可能性がある。
【０００８】
本発明は、寸法の小さな軸受においても正確にセンサを取り付けることが可能なセンサ付き転がり軸受を提供することを目的とする。また、本発明は、モータ等により電気ノイズが発生する環境においても正常に動作することが可能なセンサ付き転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のセンサ付き転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた被磁気検出部と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記被磁気検出部と対向する磁気感応センサと、を有し、
前記被磁気検出部と前記磁気感応センサの何れか一方は、磁性体からなる取り付け部材を介して、前記内輪又は外輪に固定されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載のセンサ付き転がり軸受によれば、磁性体である取り付け部材は、外部磁場に対する磁気シールドとして機能し、被磁気検出部及び磁気感応センサへの外部磁場の影響を低減する。従って、磁気感応センサの検出精度を向上し、正確な測定を行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の請求項２記載のセンサ付き転がり軸受によれば、前記取り付け部材は、前記内輪の外径面又は前記外輪の外径面に設けられた凹状溝に加締め固定されている。従って、精密な加工が困難な段部等を設けることなく、正確に磁気感応センサ及び被検出部材を内輪及び外輪に取り付けることが可能となる。
【００１２】
前記凹状溝は、前記内輪の外径面又は前記外輪の外径面に沿った円周上に形成されており、前記取り付け部材は、前記円周上に沿って等間隔で複数箇所加締められていることが好ましい。円周上に等間隔で加締めることにより、取り付けの精度を向上させることが可能となる。
【００１３】
また、前記加締め箇所の数は、以下の式に従うことが好ましく、前記加締め箇所の数は、素数であることがより好ましい。
（加締め箇所の数）＝ｎＺ±Ｘ
ここで、
ｎ：正の整数
Ｚ：転動体の数
Ｘ：２以上の整数
【００１４】
上記の様に加締めることにより、軸受に発生する可能性のある異音や振動等を低減することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第１実施形態を示す断面図である。センサ付き転がり軸受１０は、軸に外嵌する内輪１１と、ハウジングに内嵌する外輪１２と、内輪１１の外径面及び外輪１２の内径面にそれぞれ形成された内輪軌道１１ａ及び外輪軌道１２ａに沿って転動する転動体である玉１３と、玉１３を保持する保持器１４と、外輪１２の一側面近傍から内輪１１に向かって立設し、内輪１１及び外輪１２間に形成される軸受空間をカバーするカバー１５とを有している。本実施形態においては、外輪１２の外径面１２ｂの端部に、外輪１２の周方向に沿って凹状溝１６が形成されている。
【００１７】
内輪１１及び外輪１２の軸方向一端には、センサ付き転がり軸受１０のセンサとして機能するセンサ部３０が設けられている。センサ部３０は、取り付け部材としてのセンサホルダ３１と、取り付け部材としてのマグネットホルダ３２と、磁気感応センサ３３と、被磁気検出部としてのマグネット３４と、スペーサ３５と、基板３６と、センサ位置決め部材３７とから構成されている。
【００１８】
センサホルダ３１は、断面視コの字型形状を有する円環状の磁性部材である。センサホルダ３１は、一端部３１ａが外輪１２の外径面１２ｂに形成された凹状溝１６に加締められることにより固定されている。
【００１９】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、外輪１２の外径面１２ｂに形成された凹状溝１６にセンサホルダ３１の一端部３１ａを加締固定する一つの方法を示す図である。ここで、加締め機１００には、加締め用ねじ１０１が、環状のセンサホルダ３１の円周方向に沿って等間隔に、すなわち等角度配置でｎＺ±Ｘの箇所設けられている。加締め機１００は、各加締めねじ１０１を締め込むことで、加締めねじ１０１ａの先端１０１ａがセンサホルダ３１の一端部３１ａを凹状溝１６ｂに加締固定する。ここで、ｎは、正の整数、Ｚは、軸受のボール数、Ｘは、２以上の整数である。すなわち加締め箇所の数は、素数であることが好ましい。また、加締め固定されるセンサホルダとしては、図２（ｃ）に示すように一端部に切欠きが等間隔に設けられたセンサホルダ１３１を用いることも可能である。
【００２０】
転がり軸受において、内輪軌道又は外輪軌道に比較的大きな山の高さを持ったうねりがあると、異音が発生したり一定周波数で軸受が振動したりすることがある。このようなうねりがある軸受を軸に組み込んだ場合には、軸は特殊なふれまわり運動を行ってしまい、実用上好ましくない。ここで、異音や振動は、うねりの数がｎＺ、ｎＺ±１の場合に発生する。
【００２１】
加締めは、軸受の外輪または内輪を変形させ、内輪又は外輪にｎＺ、ｎＺ±１個のうねりを発生させる恐れがある。従って、本実施形態では、ｎＺ、ｎＺ±１個のうねりを生じさせないように、加締め箇所数をｎＺ±Ｘ（Ｘは２以上）とすることにより、振動の発生を予防している。
【００２２】
センサホルダ３１は、コの字形状の内側端部側面上にセンサ位置決め部材３７を介して所定箇所に磁気感応センサ３３を保持している。磁気感応センサ３３は、同じくコの字形状の内側奥部側面上にスペーサ３５を介して配置された基板３６に接続されている。基板３６には、外部に磁気感応センサ３３の出力を出力するケーブル線３８が接続されている。
【００２３】
一方、マグネットホルダ３２は、先端部がセンサホルダ３１の先端部と対向するように折り曲げられた円環状の磁性部材である。本実施形態においては、マグネットホルダ３２は、内輪１１の外径面端部１１ｂに圧入固定されている。マグネットホルダ３２は、内輪１１から軸受空間を塞ぐように外輪１２側に延出しており、軸受空間を覆うカバーとしても機能している。
【００２４】
マグネットホルダ３２の先端部には、磁気感応センサ３３と対向する位置にマグネット３４が配置されている。この配置により、センサホルダ３１とマグネットホルダ３２は、磁気感応センサ３３とマグネット３４を外界に曝されないような位置に保持している。ここで、センサホルダ３１とマグネットホルダ３２は、磁性材で構成されているため、電気ノイズに起因する磁界の変化が磁気感応センサ３３とマグネット３４に伝達させないための磁気シールドとして機能する。
【００２５】
図３は、磁気感応センサ３３及びセンサ位置決め部材３７を示す断面図である。センサ位置決め部材３７は、センサホルダ３１上に配置された円環状の部材である。センサ位置決め部材３７は、軸の回転中心と同心となるように配置されている。本実施形態のセンサ位置決め部材３７は、外径面に磁気感応センサ３３を位置決め固定する３つの凹み３７ａが形成されており、各凹み３７ａ内には磁気感応センサ３３がそれぞれ内挿固定されている。本実施形態では、磁気感応センサ３３は、センサ位置決め部材３７の中心、即ち軸７の回転中心に対して所定角度間隔で同一円周上に配置されている。なお、取り付けられる磁気感応センサ３３の数は、センサ付き転がり軸受の用途に応じて任意数に変更可能であり、センサ位置決め部材３７に形成される凹み３７ａの数もセンサ数に応じて任意に変更可能である。本実施形態の構成は、三相モータの各相の位相角を検出する構成であり、軸の回転数を検出するためには、センサが最低一つあれば良く、回転方向もあわせて検出するためには、センサが二つあればよい。
【００２６】
図４は、マグネット３４の構造を示す断面図である。マグネット３４は、その外径面がマグネットホルダ３２に固定され、磁気感応センサ３３及びセンサ位置決め部材３７と対向している。本実施形態では、マグネット３４は、それぞれ同一形状の８個のＮ極３４ａと８個のＳ極３４ｂが同一円周上にＮ極３４ａとＳ極３４ｂが交互となるように環状に接続されて構成されている。マグネット３４は、センサ位置決め部材３７と同様に、軸の回転中心と同心となるように配置されており、内輪１１の回転に伴い回転する。マグネット３４は、センサ位置決め部材３７と同心であるため、マグネット３４と各磁気感応センサ３３との距離は、マグネット３４の回転位置に関わらず変化しない。各Ｎ極３４ａ及びＳ極３４ｂは、磁束密度が磁気感応センサ３３の方向に強くなるように配置されている。なお、マグネット３４が有する磁極の数は、磁気感応センサ３３の数同様にセンサ付き転がり軸受の使用状況に応じて任意数に変更可能である。
【００２７】
磁気感応センサ３４は、軸の回転と共に回転し、マグネット３３の各磁極が形成する磁界の強さを検出し、電気信号として出力する。出力された電気信号は、信号線３９を介して基板３６に送られ、所定の処理を施された後、信号線３８を介して、外部に設置された測定装置に出力される。測定装置は、受け取った電気信号を基に、回転数、回転方向、三相の位相角等の情報を得る。
【００２８】
以上、本実施形態のセンサ付き転がり軸受１０では、磁気感応センサ３３を保持するセンサホルダ３１が外輪１２の外径面上に形成された凹状溝１６に複数箇所加締めることにより固定されている。さらに、マグネット３４を保持するマグネットホルダが内輪１１の端部に圧入固定されている。従って、寸法のバラツキの多い段部を設けることなく、正確な位置に磁気感応センサ３３及びマグネット３４を配置することが可能となる。
【００２９】
また、磁性材を素材とするセンサホルダ３１及びマグネットホルダ３２は、外部磁界を遮蔽するため、外部磁界の変化が磁気感応センサ３３及びマグネット３４に影響する心配がない。よって、外部磁界の変化に影響されることなく、正確な測定を行うことが可能となる。
【００３０】
また、マグネット３４は、センサの外径側に位置し、マグネット３４の外径側は、マグネットホルダ３２によって支持されている。従って、軸が高速回転した場合に発生する強い遠心力によるマグネット３４の破壊を防止する構造となっている。
【００３１】
また、加締め箇所数は、ｎＺ±Ｘ（Ｘは２以上）とされているため、加締めによる変形により軸受の軌道面上にｎＺまたはｎＺ±１個のうねりの発生を抑制することが可能となる。従って、異音や振動の発生しない精度の高いセンサ付き転がり軸受を提供することが可能である。
【００３２】
なお、本実施形態のセンサ付き転がり軸受１０は、自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械等に用いられる軸の軸受として用い、各装置の軸の回転速度を検出することが可能である。
【００３３】
（第２実施形態）
図５は、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第２実施形態を示す断面図である。センサ付き転がり軸受５０は、軸に外嵌する内輪５１と、ハウジングに内嵌する外輪５２と、内輪５１の外径面及び外輪５２の内径面にそれぞれ形成された内輪軌道５１ａ及び外輪軌道５２ａに沿って転動する転動体である玉５３と、玉５３を保持する保持器５４と、外輪５２の一側面近傍から内輪５１に向かって立設して内輪５１及び外輪５２間に形成される軸受空間をカバーするカバー５５とを有している。本実施形態においては、内輪５１の外径面５１ｂの一端部近傍に、内輪５１の周方向に沿って凹状溝５１ｂが形成されている。
【００３４】
内輪５１及び外輪５２の軸方向一端には、センサ付き転がり軸受５０のセンサとして機能するセンサ部６０が設けられている。センサ部６０は、取り付け部材としてのセンサホルダ６１と、取り付け部材としてのマグネットホルダ６２と、磁気感応センサ６３と、被磁気検出部としてのマグネット６４と、スペーサ６５と、基板６６と、センサ位置決め部材６７とから構成されている。
【００３５】
センサホルダ６１は、Ｌ字型形状を有する円環状の磁性部材である。センサホルダ６１は、一端が外輪５２の端部５２ｂの内径面上に周方向に沿って形成された凹状溝５２ｃに圧入固定されている。センサホルダ６１のＬ字形状の他端には、センサ位置決め部材６７が軸方向に平行に取り付けられている。センサ位置決め部材６７は、所定箇所に磁気感応センサ６３を保持している。磁気感応センサ６３は、同じくＬ字形状の内側側面上にスペーサ６５を介して配置された基板６６に接続されている。基板６６には、外部に磁気感応センサ６３の出力を出力するケーブル線６８が接続されている。
【００３６】
一方、マグネットホルダ６２は、先端部がセンサホルダ６１の先端部と対向するように折り曲げられた円環状の磁性部材である。本実施形態においては、マグネットホルダ６２の一端部６２ａは、内輪５１の外径面に沿って円周方向に形成された凹状溝５１ｂに加締固定されている。加締め箇所数は、振動の発生を予防するためｎＺ±Ｘ（Ｘは２以上）とされている。また、マグネットホルダ６２は、内輪１１から軸受空間を塞ぐように外輪５２側に延出しており、軸受空間を覆うカバーとしても機能している。
【００３７】
マグネットホルダ６２の先端部には、磁気感応センサ６３と対向する位置にマグネット６４が配置されている。この配置により、センサホルダ６１とマグネットホルダ６２は、磁気感応センサ６３とマグネット６４を外界に曝されないような位置に保持している。ここで、センサホルダ６１とマグネットホルダ６２は、磁性材で構成されているため、電気ノイズに起因する磁界の変化を磁気感応センサ６３とマグネット６４に伝達させないための磁気シールドとして機能する。
【００３８】
磁気感応センサ６３及びマグネット６４の構成は、第１実施形態の磁気感応センサ３３及びマグネット３４と同等である。
【００３９】
以上、本実施形態のセンサ付き転がり軸受５０においては、磁気感応センサ６３を保持するセンサホルダ６１は、内輪１１の端部に圧入固定されている。さらに、マグネット３４を保持するマグネットホルダ６２は、一端部６２ａを内輪５１の外径面上に形成された凹状溝５１ｂに複数箇所加締めることにより固定されている。従って、寸法のバラツキの多い段部を設けることなく、正確な位置に磁気感応センサ３３及びマグネット３４を配置することが可能となる。
【００４０】
また、磁性材を素材とするセンサホルダ６１及びマグネットホルダ６２は、外部磁界を遮蔽するため、外部磁界の変化が磁気感応センサ６３及びマグネット６４に影響する心配がない。よって、外部磁界の変化に影響されることなく、正確な測定を行うことが可能となる。
【００４１】
また、マグネット６４は、磁気感応センサ６３の外径側に位置し、マグネット６４の外径側は、マグネットホルダ６２によって支持されている。従って、軸が高速回転した場合に発生する強い遠心力によるマグネット６４の破壊を防止する構造となっている。
【００４２】
また、加締め箇所数は、ｎＺ±Ｘ（Ｘは２以上）とされているため、加締めによる変形により軸受の軌道面上にｎＺまたはｎＺ±１個のうねりの発生を抑制することが可能となる。従って、異音や振動の発生しない精度の高いセンサ付き転がり軸受を提供することが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態のセンサ付き転がり軸受５０は、自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械等に用いられる軸の軸受として用い、各装置の軸の回転速度を検出することが可能である。
【００４４】
また、センサホルダ６１及びマグネットホルダ６２をそれぞれ内輪５１及び外輪５２に加締めて固定しても同様の効果が得られる。
【発明の効果】
以上、本発明のセンサ付き転がり軸受によれば、寸法の小さな軸受においても正確に軸受にセンサを取り付けることが可能となる。また、本発明のセンサ付き転がり軸受によれば、モータ等により電気ノイズが発生する環境においても正常に動作させることが可能となる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ付き転がり軸受を示す断面図である。
【図２】センサホルダの加締方法を示す図である。
【図３】磁気感応センサ及びセンサ位置決め部材を示す断面図である。
【図４】マグネットの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るセンサ付き転がり軸受を示す断面図である。
【図６】特許文献１のセンサ付き転がり軸受を示す図である。
【図７】特許文献２のセンサ付き転がり軸受を示す図である。
【図８】特許文献３のセンサ付き転がり軸受を示す図である。
【符号の説明】
１０，５０　　転がり軸受
１１，５１　　内輪
１２，５２　　外輪
３０，６０　　センサ部
３１，６１　　センサホルダ
３２，６２　　マグネットホルダ
３３，６３　　磁気感応センサ
３４，６４　　マグネット

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に介在する転動体と、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられた被磁気検出部と、前記内輪及び前記外輪の他方に取り付けられ、前記被磁気検出部と対向する磁気感応センサと、を有し、
前記被磁気検出部と前記磁気感応センサの何れか一方は、磁性体からなる取り付け部材を介して、前記内輪又は外輪に固定されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
前記取り付け部材は、前記内輪の外径面又は前記外輪の外径面に設けられた凹状溝に加締め固定されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ付き転がり軸受。
前記凹状溝は、前記内輪の外径面又は前記外輪の外径面に沿った円周上に形成されており、前記取り付け部材は、前記円周上に沿って等間隔で複数箇所加締められていることを特徴とする請求項２記載のセンサ付き転がり軸受。
前記加締め箇所の数は、以下の式に従うことを特徴とする請求項３記載のセンサ付き転がり軸受。
（加締め箇所の数）＝ｎＺ±Ｘ
ここで、
ｎ：正の整数
Ｚ：転動体の数
Ｘ：２以上の整数
前記加締め箇所の数は、素数であることを特徴とする請求項４記載のセンサ付き転がり軸受。