JP2005098761A - 回転検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサ１５と多極磁石ロータ１９とで構成する回転検出器において、検出精度を向上する。
【解決手段】磁気センサ１５を第１金属環８３の円筒部８３ａの外周に樹脂製外装体１７を介して取り付け、パルサリング１６の多極磁石ロータ１９を環状芯金１８の外筒部１８ｂの外周に取り付けることによって、多極磁石ロータ１９を磁気センサ１５に径方向で対向させている。円筒部８３ａにおいて磁気センサ１５の配置領域に径方向内外に開口する窓８３ｃを設けている。これにより、磁気センサ１５と多極磁石ロータ１９との対向面間に金属材が存在しなくなるので、従来例のような渦電流が原因となる不都合の発生が避けられるとともに、磁気センサ１５と多極磁石ロータ１９との対向間隔を小さくすることが可能になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転検出器に関する。

回転軸の回転状態を検出する回転検出器を、例えば転がり軸受などに用いられるシール装置に組み込んだものがある（特許文献１参照）。このシール装置は、二つのシールリングを組み合わせたパックシールと呼ばれるものである。このシールリングは、いずれも金属環にゴム製のリップを接着したものである。転がり軸受が内輪回転タイプの場合、非回転の外輪に取り付けられる第１シールリングに磁気センサを、また、回転する内輪に取り付けられる第２シールリングにパルサリングを取り付けている。
特開平１０−１６０７４４号公報

上記従来例では、磁気センサとパルサリングとの対向面間に金属環が介在している構造であるため、両者の対向間隔を一定以上小さくすることができない。しかも、パルサリングから発する磁力線が金属環を貫通するときに渦電流が発生し、この渦電流により磁気センサの検出動作に悪影響を及ぼすことがある。このことから、磁気センサによる検出精度を一層向上するうえで改良の余地がある。

本発明は、非回転の外輪部材に固定されるセンサ組立体と、回転する内輪部材に固定されかつ前記センサ組立体で検出されるパルサリングとを含む回転検出器であって、前記センサ組立体は、円筒部を有する金属環と、この金属環の円筒部の外周所定位置に樹脂製外装体でモールドされる磁気センサとを有し、前記パルサリングは、円筒部を有する環状芯金と、この環状芯金の円筒部の外周に接着される多極磁石ロータとを有し、前記センサ組立体が前記外輪部材の内周面に圧入嵌合され、また、前記パルサリングが前記内輪部材の外周面に圧入嵌合されることによって、前記多極磁石ロータが前記磁気センサに径方向で対向されており、前記金属環において前記磁気センサが配置される領域に、径方向内外に開口する窓が設けられていることを特徴としている。

この場合、回転動作時においてパルサリングから発する磁力線が金属環の窓を通過するようになって、従来例のように磁気センサの検出面近傍で渦電流が発生することがなくなるので、従来例のように渦電流が原因となる不具合の発生を防止できる。しかも、磁気センサとパルサリングとの対向間隔を狭くすることが可能になる。これらの相乗により、磁気センサによるパルサリングの検出精度を高めることが可能になる。

本発明の回転検出器は、磁気センサによる検出精度を向上することができる。

図１から図４に本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、自動車の駆動輪側に用いる転がり軸受装置１に本発明に係る回転検出器を組み込んだ状態で説明する。図１において転がり軸受装置１の左側は車両アウタ側で、右側は車両インナ側である。

非回転に固定される外輪部材２に、それぞれ冠形保持器６ａ，６ｂで円周等間隔に配置された二列の転動体（例えば玉）４，５を介して、内軸部材３が軸心回りに回転自在に支持されている。

外輪部材２の外周面には、径方向外方に延びるフランジ部２１が形成されている。このフランジ部２１が車体の一部となるナックル９に対してボルト１０で固定されることで、外輪部材２が非回転に固定される。

内軸部材３は、内軸３１と、単列アンギュラ玉軸受に用いられる内輪３２とから構成されている。内輪３２は、内軸３１の胴部の車両インナ側に外嵌装着されるものであり、内軸３１の車両インナ側端部を径方向外方にローリングかしめすることにより、内軸３１に内輪３２が一体化されている。

二列の転動体４，５は、外輪部材２の内周面に軸方向隣り合わせに設けられる二つの軌道部と、内軸３１の外周面に設けられる軌道部および内輪３２の外周面に設けられる軌道部との各間に介装されている。

内軸３１の外周面において車両アウタ側には、径方向外方に延びるフランジ部３４が一体的に形成されている。フランジ部３４に、図示しないがブレーキディスクや車輪が取付けられる。内軸３１の中心孔には、等速ジョイント（ＣＶＪ）の椀形外輪１２に一体的に形成された軸部１３がスプライン嵌合されていて、この軸部１３の車両アウタ側端部にナット１４が螺着されることで、椀形外輪１２が内軸部材３に一体化されている。

外輪部材２と内軸部材３との間の軸方向両側には、第１、第２シール装置７，８が取り付けられている。両シール装置７，８は、転動体４，５が配置される環状空間１１内の潤滑剤が外部に漏れるのを防止するとともに、環状空間１１内に外部の泥水等が浸入するのを防止する。

車両アウタ側に配置される第１シール装置７は、詳細に図示していないが、外輪部材２に内嵌した金属環に、内軸３１に摺接するゴム製リップを接着した構成である。

車両インナ側に配置される第２シール装置８は、図２に示すように、第１シールリング８１と、第２シールリング８２とを組み合わせた構成であり、いわゆるパックシールと呼ばれるものである。この第２シール装置８に、内軸部材３（内軸３１および内輪３２）の回転状態（回転位相、回転速度、回転数、回転方向など）を検出する回転検出器として磁気センサ１５およびパルサリング１６を組み込んでいるので、以下で詳しく説明する。

第１シールリング８１は、外輪部材２に取り付けられるもので、第１金属環８３に主リップ８４および補助リップ８５を被着した構成である。第１金属環８３は、円筒部８３ａと、円筒部８３ａの軸方向内端から径方向内方に延びる鍔部８３ｂとを有し、鍔部８３ｂの内周に主リップ８４および補助リップ８５が加硫接着されている。第１金属環８３の円筒部８３ａの外周面全周に所定厚みの樹脂製外装体１７を積層して、樹脂製外装体１７内に磁気センサ１５を埋設している。樹脂製外装体１７の円周所定位置には、磁気センサ１５と車体の電子回路に接続されたハーネス（図示せず）とを接続するための雌型のコネクタ２０が径方向外方に突出する状態で一体に形成されている。

ところで、第１金属環８３の円筒部８３ａにおいて磁気センサ１５が配置される領域には、図４に示すように、径方向内外に開口する窓８３ｃが設けられている。この窓８３ｃは、径方向から見て磁気センサ１５の外形よりも大きい寸法形状、あるいは磁気センサ１５の外形とほぼ同じ寸法形状とされている。このような窓８３ｃを設けることによって、磁気センサ１５とパルサリング１６との対向面間に金属材が介在されなくなる。なお、窓８３ｃは、第１金属環８３において第２シールリング８２の径方向リップ８７が摺接する領域に届かないように設けられている。また、磁気センサ１５は、図４に示すように、その検出面を窓８３ｃの外径側開口と面一とするように配置されている。さらに、窓８３ｃ内には、樹脂製外装体１７が充填されている。

第２シールリング８２は、内輪３２に取り付けられるもので、第２金属環８６に径方向リップ８７を被着した構成である。第２金属環８６は、円筒部８６ａと、円筒部８６ａの軸方向外端に径方向外方に延びるよう一体形成された鍔部８６ｂとを有し、鍔部８６ｂの外周に径方向リップ８７が加硫接着されている。この第２シールリング８２にパルサリング１６が取り付けられている。

なお、各リップ８４，８５，８７は、ニトリルブタジエンラバー（ＮＢＲ）などのゴムからなるが、適宜の樹脂とすることもできる。

パルサリング１６は、環状芯金１８に多極磁石ロータ１９を接着したものからなる。環状芯金１８は、径方向内外に同心配置される内筒部１８ａと外筒部１８ｂとの各軸方向外端側を環状板部１８ｃで一体に連接した構成である。多極磁石ロータ１９は、環状芯金１８の外筒部１８ｂの外周面に磁性粉を含有した水素化ニトリルブタジエンラバー（Ｈ−ＮＢＲ）などのゴムまたは樹脂を加硫接着して周方向交互にＮ極、Ｓ極を配置するように径方向から着磁したものである。この多極磁石ロータ１９では、図３および図５に示すように、周方向で隣り合う各磁極間をループする磁力線が外径側へ放出されるようになっている。なお、多極磁石ロータ１９の原料を環状板部１８ｃの外側面を覆うように回り込ませているので、この環状芯金１８と第２金属環８６との嵌め合い面から外部の水分が染み込むことを防止できる。

そして、環状芯金１８の内筒部１８ａが第２金属環８６の円筒部８６ａに嵌合されることで第２シールリング８２にパルサリング１６が取り付けられているとともに、パルサリング１６が磁気センサ１５に径方向で対向されている。これにより、図３および図５に示すように、パルサリング１６の多極磁石ロータ１９において周方向で隣り合う各磁極間をループする磁力線が外径側に放出されて磁気センサ１５の検出面に入るようになる。

なお、第１金属環８３は、磁気センサ１５が取り付けられる関係より、例えば非磁性ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４）などの非磁性材で形成されている。また、環状芯金１８は、多極磁石ロータ１９から内径側へ放出される磁力線を集束する磁路とするために、例えば磁性ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４３０）などの磁性材で形成されている。さらに、磁気センサ１５をモールドする樹脂製外装体１７は、非磁性の樹脂材、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）などのエンジニアリングプラスチックとされる。そして、第１シールリング８１と第２シールリング８２とで囲む空間には、図示しないがグリースなどの潤滑剤が封入されている。

このような第２シール装置８は、第１シールリング８１と、パルサリング１６を一体的に取り付けた第２シールリング８２とを抱き合わせる形に仮組みしておいて、第２金属環８６を内輪３２の外周面の肩部３２ａに圧入嵌合するとともに、第１シールリング８１の樹脂製外装体１７を外輪部材２の内周面の肩部２ａに圧入嵌合し、樹脂製外装体１７のフランジ部１７ａを外輪部材２の車両インナ側の端面２ｂに当接させることにより第１シールリング８１を位置決めする。このように取り付けた状態で、第１シールリング８１の主リップ８４および補助リップ８５が環状芯金１８における内筒部１８ａ外周面に接触され、第２シールリング８２の径方向リップ８７が第１金属環８３の円筒部８３ａの内周面に接触される。径方向リップ８７をパルサリング１６よりも外側に配置しているので、このパルサリング１６がダストなどにより汚れることを防止できて、検出精度の低下を回避できる。また、第１シールリング８１の主リップ８４および補助リップ８５によって転動体５および軌道部から隔離されているので、転動体５の回転によって生じる金属摩耗粉などがパルサリング１６に付着することを防止でき、検出精度の低下を回避できる。

以上説明したように、第２シール装置８において、第１シールリング８１に取り付けた磁気センサ１５と第２シールリング８２に取り付けたパルサリング１６の多極磁石ロータ１９との対向面間に金属材を介在させないようにしているから、回転動作時において多極磁石ロータ１９から発する磁力線が環状芯金８３の窓８３ｃを通過するために、従来例のように磁気センサ１５の検出面近傍で渦電流が発生することがなくなるので、従来例のように渦電流が原因となる不具合の発生を防止できる。しかも、磁気センサ１５と多極磁石ロータ１９との対向間隔を狭くすることが可能になる。これらの相乗により、磁気センサ１５による検出精度を高めることが可能になる。

この他、上記実施形態では、次のようなメリットが得られる。

第１に、パルサリング１６は、環状芯金１８の外筒部１８ｂに多極磁石ロータ１９を接着した構成であるから、回転遠心力を受けても多極磁石ロータ１９が径方向に振れ動かなくなる。これにより、パルサリング１６と磁気センサ１５との径方向対向間隔を遠心力の大小に関係なく一定に保つことができる。

第２に、パルサリング１６の多極磁石ロータ１９を環状芯金１８の外筒部１８ｂの外周面に接着して、この多極磁石ロータ１９の周方向で隣り合う各磁極間をループする磁力線を外径側つまり磁気センサ１５側へ向けて放出させる形態にしている。そのため、磁気センサ１５とパルサリング１６とが軸方向に位置ずれしていても多極磁石ロータ１９から放出される磁力線が磁気センサ１５の検出面に入りやすくなり、軸方向位置ずれによる悪影響を受けにくくなって磁気センサ１５による検出精度が低下することがない。

第３に、パルサリング１６を第２シールリング８２と別体にしているから、それらを個別に簡単に製造できるようになって、製造コストを低減できる。特に、上記実施形態では、環状芯金１８の内筒部１８ａおよび外筒部１８ｂを、第１シールリング８１および第２シールリング８２の軸方向幅内に配置しているので、第２シール装置８全体の軸方向幅を大きくする必要がなく、コンパクト化に貢献できる。また、パルサリング１６の軸方向幅を、第１シールリング８１と第２シールリング８２との軸方向対向間隔に収まる範囲で最大にすれば、環状芯金１８の環状板部１８ｃの側面に接着するような場合に比べて、磁気センサ１５に対する対向面積を大きく確保できて磁気センサ１５による検出精度を可及的に高めることが可能になる。

第４に、パルサリング１６の多極磁石ロータ１９を第２シールリング８２の径方向リップ８７と別々に設けて、径方向リップ８７を研磨粒子となりうる磁性粉の混入していないゴムまたは樹脂で形成しているので、径方向リップ８７の接触相手である第１金属環８３を摩耗させるような攻撃性を無くすことができる。これにより、長期にわたって安定した密封性を発揮できるようになる。

以下、本発明の他の実施形態や応用例を説明する。

（１）上記実施形態では、第２シール装置８に回転検出器となる磁気センサ１５およびパルサリング１６を組み込んだ構成にしているが、第２シール装置８から回転検出器を分離したものとすることができる。その場合、第１シールリング８１においてリップ８４，８５のみを無くしたものと、上記パルサリング１６とを組み合わせることにより、回転検出器のみを構成することができる。

（２）上記第２シール装置８は、図示しないが自動車の従動輪側に用いる転がり軸受装置にも用いることができる。また、本発明の回転検出器やシール装置の使用対象は特に限定されない。

（３）上記磁気センサ１５としては、例えば、図５に示すように、ホール素子や磁気抵抗素子などの２個のセンサ素子２２ａ，２２ｂからなる正逆検知センサとすることができる。２個のセンサ素子２２ａ，２２ｂは、円周方向に離れて配置され、その配置間隔は、図６に示すように互いの出力位相が９０度となる間隔（λ／４）である。λは多極磁石ロータ１９の着磁ピッチである。着磁ピッチとはＮ極の周方向着磁長さとこれに隣り合うＳ極の周方向着磁長さとの合計長さである。一方のセンサ素子２２ａが図６（Ａ）の矩形波信号を出力すると、他方のセンサ素子２２ｂは、図６（Ａ）の矩形波信号に対して９０度位相がずれた図６（Ｂ）の矩形波信号を出力する。つまり、正逆検知センサに対する多極磁石ロータ１９の対向状態が多極磁石ロータ１９の回転速度や回転方向に応じて変化すると、その変化に対応して正逆検知センサ１５の各センサ素子２２ａ，２２ｂからの矩形波信号の位相関係や位相の周期が変化するので、この両矩形波信号に対して信号処理を施すことにより、内軸部材３の回転位相、回転速度、回転数、回転方向などを求めることができる。

（４）磁気センサ１５は、図７および図８に示すように、窓８３ｃ内に入れるようにしてもよい。また、磁気センサ１５は、図９および図１０に示すように、その検出面を窓８３ｃの内径側開口端と面一として樹脂製外装体１７から露出させる状態にしてもよい。このようにすれば、磁気センサ１５と多極磁石ロータ１９との対向間隔を可及的に小さくすることができるので、磁気センサ１５による検出精度を向上するうえで有利となる。もちろん、磁気センサ１５は、図１１および図１２に示すように、窓８３ｃに入れずに離した状態としてもよい。

（５）上記実施形態では、第１金属環８３の円筒部８３ｂに設ける窓８３ｃを径方向に沿う貫通孔としているが、この窓８３ｃは、第１金属環８３の円筒部８３ｂの自由端側に開放した切り欠きとすることができる。この場合、円筒部８３ｂの切り欠き内にも樹脂製外装体１７を埋め込み、円筒部８３ｂの内周面を周方向に面一とすることにより、第２シールリング８２の径方向リップ８７の摺接面を周方向に途切れないようにするのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る回転検出器を組み込んだ転がり軸受装置の断面図 図１の第２シール装置を拡大して示す図 図２の回転検出器を示す正面図 図２の第１金属環を示す斜視図 磁気センサを正逆検知センサとする場合の説明図 図５の正逆検知センサから出力される検出信号を示す図 本発明の他の実施形態で、図２に対応する図 図７のシール装置で、図３に対応する図 本発明の他の実施形態で、図２に対応する図 図９のシール装置で、図３に対応する図 本発明の他の実施形態で、図２に対応する図 図１１のシール装置で、図３に対応する図

符号の説明

２ 外輪部材 ３ 内軸部材
３２ 内輪 ８ 第２シール装置
８１ 第１シールリング ８２ 第２シールリング
８３ 第１金属環 ８３ａ 第１金属環の円筒部
８３ｃ 第１金属環の窓 ８６ 第２金属環
８６ｂ 第２金属環の外筒部 １５ 磁気センサ
１６ パルサリング １７ 樹脂製外装体
１８ 環状芯金 １９ 多極磁石ロータ

Claims (1)

1. 非回転の外輪部材に固定されるセンサ組立体と、回転する内輪部材に固定されかつ前記センサ組立体で検出されるパルサリングとを含む回転検出器であって、
   前記センサ組立体は、円筒部を有する金属環と、この金属環の円筒部の外周所定位置に樹脂製外装体でモールドされる磁気センサとを有し、
   前記パルサリングは、円筒部を有する環状芯金と、この環状芯金の円筒部の外周に接着される多極磁石ロータとを有し、
   前記センサ組立体が前記外輪部材の内周面に圧入嵌合され、また、前記パルサリングが前記内輪部材の外周面に圧入嵌合されることによって、前記多極磁石ロータが前記磁気センサに径方向で対向されており、
   前記金属環において前記磁気センサが配置される領域に、径方向内外に開口する窓が設けられている、ことを特徴とする回転検出器。

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