JP2004354102A - エンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダ１５ｂの被検出面２８に軸方向に対向するセンサの検出部位置での磁束密度の分布を改善し、低コストで回転速度検出の信頼性を確保できる構造を実現する。
【解決手段】上記エンコーダ１５ｂを構成する永久磁石１７ｂの軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くなる方向に、径方向に亙り漸次変化させる。これにより、内径側部分でも、上記被検出面２８から上記センサの検出部に向けて出る磁束の量を多くし、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、例えば自動車の車輪の回転速度、或は工作機械の主軸の回転速度や回転角度を検出する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）を制御する為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。この様な目的で車輪の回転速度を検出する為に従来から、各種構造のエンコーダ付転がり軸受ユニットが知られている。車輪の回転速度検出を磁気的に行なう場合、上記エンコーダとして、円周方向に関して磁気特性が交互に変化するものを使用する。この様に円周方向に関して磁気特性が交互に変化するエンコーダとして、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を使用するエンコーダは、センサ側の構造を簡単に構成し、しかも低速時の検出値の信頼性を確保する面から、近年使用される場合が増大している。
【０００３】
図３〜４は、上述の様な目的で使用されるエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットの従来構造の１例として、特許文献１に記載された構造を示している。回転輪であるハブ１は、ハブ本体２と内輪３とを結合固定して成る。このハブ本体２の外端（自動車への組み付け状態で幅方向外側となる端を言い、図３の左端）部外周面には、車輪を取付固定する為のフランジ４を、中間部外周面には、上記ハブ１の外周面に設ける複列の内輪軌道５ａ、５ｂのうちの外側（図３の左側）の内輪軌道５ａを、内端（自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる端を言い、図３の右端）部には小径の段部６を、それぞれ形成している。
【０００４】
上記内輪３は、この段部６に外嵌し、更に上記ハブ本体２の内端部に形成した雄ねじ部７に螺着したナット８により、このハブ本体２の内端部に固定している。この様な内輪３の外周面には、上記ハブ１の外周面に設ける複列の内輪軌道５ａ、５ｂのうちの内側（図３の右側）の内輪軌道５ｂを設けている。そして、これら両内輪軌道５ａ、５ｂと、静止輪である外輪９の内周面に設けた複列の外輪軌道１０、１０との間に、それぞれ複数個ずつの転動体１１、１１を、保持器１２、１２により保持した状態で設け、上記外輪９の径方向内側に上記ハブ１を回転自在に支持している。この外輪９の外周面には外向フランジ状の取付部１３を設け、この外輪９を、ナックル等の懸架装置に結合支持自在としている。尚、図示の例では、転動体１１、１１として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【０００５】
又、上記内輪３の内端部で上記内輪軌道５ｂよりも軸方向（図１〜４、７の左右方向）内方に位置する肩部１４には、円環状のエンコーダ１５を固定している。このエンコーダ１５は、芯金１６と永久磁石１７とから成る。このうちの芯金１６は、ＳＰＣＣの如き軟鋼板等の強磁性金属板にプレス加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成して成り、円筒部１８と、この円筒部１８の軸方向一端（図１〜４、７の右端）縁から径方向外方に折れ曲がった円輪部１９とを有する。又、上記永久磁石１７は、ゴム等の高分子弾性材中に、フェライト等の強磁性材の粉末を混入したもので、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記永久磁石１７の軸方向側面には、Ｓ極とＮ極とが交互に且つ等間隔で配置されている。この様なエンコーダ１５は、上記円筒部１８を上記肩部１４に、締り嵌めで外嵌する事により、上記内輪３に対し固定している。尚、図示の例の場合、上記永久磁石１７の外周縁部に形成した鈎部２０を上記円輪部１９の外周縁に係止する事により、上記永久磁石１７と上記芯金１６との接合強度の向上を図っている。
【０００６】
又、上記外輪９の外端（図３の左端）開口部と上記ハブ１の中間部外周面との間の隙間は、シールリング２１により塞いでいる。一方、上記外輪９の内端（図３の右端）開口部は、カバー２２により塞いでいる。このカバー２２は、ステンレス鋼板、軟鋼板等の金属板を、絞り加工等により塑性変形させて、或は合成樹脂を成形加工して、全体を略有底円筒状に形成したもので、その外端開口部を上記外輪９の内端部に、締まり嵌めで内嵌固定する事により、この外輪９の内端開口部を塞いでいる。尚、上記カバー２２に代えて、エンコーダを組み付けたスリンガとシールリングとを組み合わせた周知の組み合わせシールリングを使用する場合もある。この場合、上記シールリングを上記外輪９の内端部内周面に内嵌し、上記スリンガを上記内輪３の内端部外周面に外嵌する。そして、上記シールリングを構成するシールリップを上記エンコーダを組み付けたスリンガ（芯金）に摺接させる事により、上記外輪９の内端開口部を塞ぐ。
【０００７】
図示の例の場合には、上記カバー２２を構成する底板部２３の一部で、上記エンコーダ１５の被検出面２８である上記永久磁石１７の片側面（図３の右側面）と対向する部分に形成した通孔２４部分に、センサ２５を支持している。尚、上記カバー２２に代えて上記組み合わせシールリングを使用する場合には、上記センサ２５は、懸架装置を構成する図示しないナックル等に支持する。このセンサ２５は、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検知素子と、この磁気検知素子の出力信号を整形する為の波形整形回路を組み込んだＩＣとを備えた周知構造を有するもので、その先端面（図３の左端面）を、検出面としている。この様なセンサ２５は、この検出面を上記エンコーダ１５の被検出面２８に、例えば０．５〜１ｍｍ程度の微小隙間を介して対向させる。上述の様なセンサ２５は、上記検出面が、上記永久磁石の片側面に配置されたＳ極に対向する瞬間とＮ極に対向する瞬間とで、上記磁気検知素子の特性が変化する事を利用して、出力信号を得る。
【０００８】
上述の様に構成するエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、次の様にして、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度、回転量等の回転状態を検出する。即ち、自動車への組み付け時には、上記外輪９を、この外輪９の外周面に固設した取付部１３により、懸架装置を構成する図示しないナックルに対し取付固定する。又、前記ハブ１の外端部外周面に設けたフランジ４に、車輪を固定する。
【０００９】
この状態でこの車輪と共に上記ハブ１が回転し、このハブ１に支持された前記エンコーダ１５が回転すると、上記センサ２５の検出面の近傍を、上記エンコーダ１５を構成する永久磁石１７の片側面に配置されたＳ極とＮ極とが交互に通過する。この結果、上記磁気検知素子の特性が変化する。即ち、この磁気検知素子を通過する磁束の方向が変化する事により、この磁気検知素子の特性が変化し、この磁気検知素子を組み込んだ上記センサ２５の出力信号も変化する。この様なセンサ２５の出力信号が変化する周波数は、上記エンコーダ１５の回転速度に比例する。そこで、この様なセンサ２５の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【００１０】
センサ２５のコスト上昇を抑えつつ回転速度検出の信頼性を確保する為には、磁気検知素子の出力信号の変化の振幅を所定以上の大きさとする必要がある。この為には、上記磁気検知素子の出力を変化させる為のエンコーダ１５の被検出部のうち、特に上記センサ２５の検出部が対向する部分の磁束の変化を大きくする必要がある。そして、この磁束の変化を大きくする為には、上記センサ２５の検出部が対向する部分での、上記エンコーダ１５の磁束密度を大きくする必要がある。
【００１１】
これに対して、上記エンコーダ１５の側面から出る磁束の密度は、図５に示す様に、このエンコーダ１５の径方向位置によって異なる。即ち、このエンコーダ１５の内径側では外径側に比べて磁束密度が低くなる。この理由に就いて図６により説明する。上記エンコーダ１５を構成する永久磁石１７は、同図に示す様に、全体を円輪状に形成し、Ｓ極とＮ極とを円周方向に関して交互に配置している為、これらＳ極及びＮ極の形状は、それぞれ扇形になる。これに伴って、上記エンコーダ１５の外径側と内径側とでは、円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間での磁束の流れ状態が異なり、上記センサ２５の検出部に達する磁束の密度が異なってしまう。
【００１２】
具体的には、円周方向に関する幅寸法が狭い内径寄り部分では、円周方向に関して隣り合うＳ極とＮ極との間で流れる磁束が、被検出面２８から軸方向に離れた部分にまで到達しにくくなる。この為、上記エンコーダ１５の軸方向に関して、上記センサ２５の検出部位置では、内径側の磁束密度が外径側の磁束密度に比べて低くなる。この結果、上記エンコーダ１５の側面で磁束密度が高い部分の、径方向に関する幅が小さくなる。上記センサ２５の検出部は、上記エンコーダ１５の径方向に関しても幅を有する。従って、図５に示す様に、エンコーダ１５の磁束密度の分布が径方向に関して不均一である事は、回転速度検出を安定して行なう面からは好ましくない。
【００１３】
この様な事情に鑑みて前記特許文献１には、図７に示す様に、芯金１６ａと共にエンコーダ１５ａを構成する永久磁石１７ａの軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させた構造が記載されている。上記特許文献１に記載された構造は、上記永久磁石１７ａの内径側部分の軸方向厚さを大きくする事で、この永久磁石１７ａの内径側部分の容積を確保し、この内径側部分の磁束密度を確保する事を意図したものである。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００３−４２８０３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
その後の本発明者の研究により、単に永久磁石１７ａの内径側部分の軸方向厚さを大きくしただけでは、この永久磁石１７ａの被検出面２８から軸方向に少し離れた部分に存在するセンサ２５の検出部の磁束密度は高くならず、却って低くなる場合がある事が分かった。この理由に就いて本発明者が考察したところ、上記永久磁石１７ａの軸方向寸法が厚くなる分、この永久磁石１７ａの内部で流れる磁束の割合が増え、この永久磁石１７ａの被検出面２８から出て上記センサ２５の検出部にまで達する磁束の量が減少する為であると考えるに至った。
本発明は、この様な事情に鑑みて、永久磁石の内径寄り部分でも、被検出面２８からセンサの検出部に向けて軸方向に出る磁束の量を増やし、この検出部に対応する部分で、磁束密度が高い部分の範囲を広くすべく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載したエンコーダは、前述した従来構造と同様に、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した、円輪状の永久磁石を備える。
特に、本発明のエンコーダに於いては、上記永久磁石の軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている。
【００１７】
又、請求項４に記載したエンコーダ付転がり軸受ユニットは、従来構造と同様に、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、この回転側軌道と上記静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪に支持された芯金と、この芯金に永久磁石を支持する事により構成されるエンコーダとを備える。
特に、本発明のエンコーダ付転がり軸受ユニットに於いては、上記エンコーダは、上述した様に、上記永久磁石の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くなる様に、この厚さを径方向に関し漸次変化させている。
【００１８】
【作用】
上述の様に構成される本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットにより、回転速度を検出する為の基本的な作用は、前述した従来構造と同様である。
特に、本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載したエンコーダは、従来構造のエンコーダと比べ、径方向に関して磁束密度が高い部分の幅を広くできる。
即ち、上記エンコーダを構成する永久磁石の内径寄り部分の軸方向寸法を薄くした分、この内径寄り部分では、この永久磁石の内部で流れる磁束の割合が減少する。そして、この永久磁石の被検出面から出て上記センサの検出部にまで達する磁束の量が増大する。この結果、センサの検出部に対応する部分のほぼ全幅で磁束密度を高くし、回転速度検出の信頼性確保を図れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例のエンコーダ１５ｂは、前述した従来構造と同様に、芯金１６ｂと永久磁石１７ｂとを組み合わせて成る。このうちの芯金１６ｂは、ＳＰＣＣの如き軟鋼板等の強磁性金属板にプレス加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成して成り、円筒部１８と、この円筒部１８の軸方向（図１の左右方向）一端縁（図１の右端縁）から径方向外方に直角に折れ曲がった円輪部１９ａとを有する。又、上記永久磁石１７ｂは、ゴム等の高分子弾性材中に、フェライト等の強磁性材の粉末を混入したもので、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記永久磁石１７ｂの軸方向側面には、Ｓ極とＮ極とが、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で配置されている。この様なエンコーダ１５ｂは、上記円筒部１８を肩部１４に、締り嵌めで外嵌する事により、内輪３（図３参照）に対し固定する。尚、図示の例の場合、上記永久磁石１７ａの外周縁部に形成した鈎部２０を上記円輪部１９ａの外周縁に係止する事により、上記永久磁石１７ａと上記芯金１６ａとの接合強度の向上を図っている。
【００２０】
特に、本例の場合には、上記永久磁石１７ｂの軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている。即ち、上記永久磁石１７ｂの軸方向両側面のうち、被検出面２８となる、上記円輪部１９ａと反対側面（図１の右面）を、中心軸に対し直角方向に存在する平面としている。これに対して、上記円輪部１９ａに添着する面である他側面（図１の左面）を円すい凹面状の傾斜面２６として、上記永久磁石１７ｂの軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くしている。又、上記芯金１６ｂを構成する上記円輪部１９ａの軸方向の厚さも、径方向に関して漸次変化させている。即ち、上記円輪部１９ａの永久磁石１７ｂを添着する面に、上記傾斜面２６と同じ角度で傾斜した円すい凸面状の傾斜面２７を形成して、上記円輪部１９ａの軸方向の厚さを、外径側で薄く、内径側で厚くしている。
【００２１】
上述の様に構成する本例のエンコーダ１５ｂは、例えば前述した図３に示す様な転がり軸受ユニットに組み込んで、エンコーダ付転がり軸受ユニットを構成する。この様なエンコーダ付転がり軸受ユニットにより、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する為の作用は、前述した従来のエンコーダ付転がり軸受ユニットと同様である。
【００２２】
特に、本発明のエンコーダ１５ｂは、軸方向位置に関して、被検出面２８から少し離れ、センサ２５（図３）の検出部に対応する位置で、磁束密度が高い部分の径方向に関する幅を広くできる。即ち、上記エンコーダ１５ｂを構成する、前記永久磁石１７ｂの内径寄り部分の軸方向寸法を薄くした分、この内径寄り部分では、この永久磁石１７ｂの内部で（この永久磁石１７ｂの被検出面２８から外に出る事なく、隣り合うＳ極とＮ極との間を）流れる磁束の割合が減少する。そして、上記永久磁石１７ｂの被検出面２８から出て上記センサ２５の検出部にまで達する磁束の量が増大する。この結果、このセンサ２５の検出部に対応する部分のほぼ全幅で磁束密度を高くし、回転速度検出の信頼性確保を図れる。
【００２３】
又、本例の場合、上記円輪部１９ａの永久磁石１７ｂを添着する面を凹ませる事により、前記傾斜面２７を形成している。従って、上記永久磁石１７ａの内径側を厚くしても、上記エンコーダ１５ａの軸方向寸法が大きくなる事を防止できる。この為、上記センサ２５（図３）との距離が短くなる様な小型の転がり軸受ユニットに組み込んだ場合でも、上記永久磁石１７ａとセンサ２５とが干渉する事はない。
【００２４】
次に、図２は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例のエンコーダ１５ｃの場合には、芯金１６ｃに永久磁石１７ｃを添着した状態でこの永久磁石１７ｃの片側面（図２の右面）が軸方向に直交する平面となる様に、上記芯金１６ｃの円輪部１９ｂを、上記片側面に対し傾斜させている。即ち、この芯金１６ｃはこの円輪部１９ｂを円筒部１８の一端縁から直角を越えて折り曲げ、上記永久磁石１７ｃの他側面を構成する傾斜面２６と平行にしている。そして、上記円輪部１９ｂの側面である傾斜面２７に、上記永久磁石１７ｃの傾斜面２６を添着し、上記エンコーダ１５ｃを構成している。本例の場合、この様に構成する為、前述した第１例の場合よりも芯金１６ｃの構造を簡単にでき、製造コストの上昇を抑える事ができる。但し、第１例のエンコーダ１５ｂと比べて軸方向の寸法が多少嵩む為、小型の転がり軸受ユニットには適さない場合もある。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００２５】
尚、本発明のエンコーダは、回転輪が外輪である外輪回転型の転がり軸受ユニットに就いても、適用する事ができる。この場合で、エンコーダを外輪の内周面に嵌合固定する場合には、芯金の円輪部を、円筒部の軸方向一端縁から径方向内方に折り曲げる。そして、上述した内輪回転の転がり軸受ユニットと同様に、円輪部の側面に全周に亙って永久磁石を添着し、上記円筒部を上記外輪に内嵌する。その他の構成及び作用は、上述した本発明の実施の形態の第１、２例の場合と同様である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のエンコーダ及びエンコーダ付転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用する為、コストの上昇を抑えつつ、回転速度の検出精度の信頼性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図４のＡ部に相当する断面図。
【図２】同第２例を示す、図１と同様の図。
【図３】従来構造のエンコーダ付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図４】図３のエンコーダのみを取り出して示す部分断面図。
【図５】従来構造のエンコーダの径方向に関する磁束密度の分布を示す線図。
【図６】図４のＢ矢視図。
【図７】エンコーダの内径側の磁束密度を確保する為に、従来考えられた構造の１例を示す、図４のＡ部に相当する断面図。
【符号の説明】
１ ハブ
２ ハブ本体
３ 内輪
４ フランジ
５、５ａ、５ｂ 内輪軌道
６ 段部
７ 雄ねじ部
８ ナット
９ 外輪
１０ 外輪軌道
１１ 転動体
１２ 保持器
１３ 取付部
１４ 肩部
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ エンコーダ
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 芯金
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 永久磁石
１８ 円筒部
１９、１９ａ、１９ｂ 円輪部
２０ 鈎部
２１ シールリング
２２ カバー
２３ 底板部
２４ 通孔
２５ センサ
２６ 傾斜面
２７ 傾斜面
２８ 被検出面

Claims (4)

1. 円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した、円輪状の永久磁石を備えたエンコーダに於いて、この永久磁石の軸方向の厚さを、外径側で厚く、内径側で薄くなる様に、この厚さを径方向に関して漸次変化させている事を特徴とするエンコーダ。
2. 永久磁石と、全体を円環状に形成し、円筒部と、この円筒部の一端縁から直角に折れ曲がった円輪部とから構成される芯金とを備え、上記永久磁石を上記円輪部の側面に全周に亙って添着支持して成るエンコーダに於いて、上記永久磁石を添着した状態で永久磁石の片側面が軸方向に直交する仮想平面と平行となる様に、上記円輪部の軸方向の厚さが外径寄り部分程薄くなる方向に、この円輪部の厚さを径方向に関して漸次変化させた、請求項１に記載したエンコーダ。
3. 永久磁石と、全体を円環状に形成し、円筒部と、この円筒部の一端縁から折れ曲がった円輪部とから構成される芯金とを備え、上記永久磁石を上記円輪部の側面に添着支持して成るエンコーダに於いて、上記永久磁石を添着した状態で永久磁石の片側面が軸方向に直交する仮想平面と平行となる様に、上記円筒部に対する上記円輪部の傾斜角度が鋭角となる状態にまで折り曲げる事により、この円輪部を上記仮想平面に対し傾斜させた、請求項１に記載したエンコーダ。
4. 静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、この回転側軌道と上記静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪に支持された芯金と、この芯金に永久磁石を支持する事により構成されるエンコーダとを備えたエンコーダ付転がり軸受ユニットに於いて、このエンコーダが請求項１〜３の何れかに記載したエンコーダである事を特徴とするエンコーダ付転がり軸受ユニット。

Images