JP2005249492A - Pulse generation device, and relative motion detector and bearing device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルス発生装置ならびにこれを含む相対運動検出装置および軸受装置に関する。 The present invention relates to a pulse generator, a relative motion detector including the pulse generator, and a bearing device.
従来、自動車用の回転数検出装置として、N極、S極が交互に配置された多極着磁型のパルサーリングが用いられている(例えば、特許文献1参照)。
また、パルサーリングとして、筒状をなす磁性体製の板に、複数の矩形状の打ち抜き孔を円周等配に形成したものがある(例えば、特許文献2参照)。
さらに、パルサーリングを取り付けた外輪部材と、回転速度検出用の検出部を取り付けた内輪部材とを備える軸受ユニットが提供されている(例えば、特許文献3参照)。
Moreover, as a pulsar ring, there is a cylindrical plate made of a magnetic material in which a plurality of rectangular punched holes are formed in a uniform circumference (see, for example, Patent Document 2).
Furthermore, a bearing unit is provided that includes an outer ring member to which a pulsar ring is attached and an inner ring member to which a detection unit for detecting rotational speed is attached (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上記のパルサーリングは金属製やフェライトゴム複合体製等であるため、加工が困難であり、また、他の部材との衝突で欠け易く、欠けた場合には検知性能が悪くなり、信頼性が低下する。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高出力を達成することができ、しかも信頼性の高いパルス発生装置ならびにこれを含む相対運動検出装置および軸受装置を提供することを目的とする。
However, since the above pulsar ring is made of metal or ferrite rubber composite, etc., it is difficult to process, and it is easy to chip due to collision with other members. Sex is reduced.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable pulse generator, a relative motion detector including the same, and a bearing device that can achieve high output. .
上記目的を達成するため、本発明は、パルサーとパルサーに対向配置された検出部とを備え、パルサーと検出部の相対運動に応じてパルスを発生させるパルス発生装置において、上記パルサーは導電材を含む材料で形成されたパルス生成部を備え、このパルス生成部は周期的に繰り返す起伏部を含むことを特徴とするものである。
本願発明者は、導電材の有する導電性に着目し、本発明を想到するに至った。すなわち、着磁材としてフェライトを用いる(フェライトゴム複合体を用いる)とすると、十分なパルス信号を得るためには、この着磁材の含有率を80〜98質量%にする必要がある。一方、導電材であれば、検出部に対する起伏部の移動に伴う両者の距離の変化を、例えば磁束変化に基づいて容易に検出することができ、比較的低い添加量でも、十分に高いパルス出力を得ることができる。出力が高いので、パルサーと検出部との距離をより離すこともでき、レイアウトの自由度を高くすることができる。また、従来の金属製のパルサーリングの場合、精度よく加工したり着磁したりすることが困難であり、例えばリングの円周方向の1極あたりの幅は最低でも2mm程度であり、磁性極数の増大も困難である。また、極幅を小さくした場合、加工累積誤差が大きくなってしまう。さらに、欠け等の破損を起こし易いという問題もあった。一方、本発明では、例えばゴムや樹脂等の材料に少量の導電材を添加すればよく、これらのゴムや樹脂等の成形性をほとんど劣化させないため、製造し易く、1極の幅が2mmより小さいものを容易に製造でき、コスト安価である。つまり、ゴム材等のほぼ成形限界までの加工が可能となり、数10μm幅の溝を形成可能であり、パルサーのパルス信号数を大幅に増大できるから、これを用いた相対運動検出等の精度が大幅に向上する。さらに、成形性がほとんど劣化しないので、ゴム材等を薄肉に形成することができる。また、欠け等の破損も起こし難いので、信頼性が高い。また、従来のフェライトゴム複合体は、これを混練するときに、フェライトの硬さに起因して混錬設備を損耗し易い。さらに、従来の金属製リングでは、極数を増やすべく着磁幅を小さくする場合、着磁ヘッドの損耗が激しくなったり、着磁幅の誤差が大きくなったりする。一方、導電材を添加したゴムまたは樹脂の場合、このような問題が無い。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a pulse generator and a detection unit disposed opposite to the pulser, wherein the pulser generates a pulse according to the relative movement of the pulser and the detection unit. A pulse generation unit formed of a material including the pulse generation unit is provided, and the pulse generation unit includes a undulation portion that repeats periodically.
The inventor of the present application has come up with the present invention by paying attention to the conductivity of the conductive material. That is, assuming that ferrite is used as a magnetizing material (using a ferrite rubber composite), the content of the magnetizing material needs to be 80 to 98% by mass in order to obtain a sufficient pulse signal. On the other hand, in the case of a conductive material, a change in the distance between the undulating part relative to the detecting part can be easily detected based on, for example, a change in magnetic flux, and a sufficiently high pulse output can be achieved even with a relatively low addition amount. Can be obtained. Since the output is high, the distance between the pulser and the detection unit can be further increased, and the degree of layout freedom can be increased. Further, in the case of a conventional metal pulsar ring, it is difficult to process or magnetize with high precision. For example, the width per one pole in the circumferential direction of the ring is at least about 2 mm. The increase in number is also difficult. Further, when the pole width is reduced, the machining accumulated error increases. Further, there is a problem that breakage such as chipping is likely to occur. On the other hand, in the present invention, for example, a small amount of conductive material may be added to a material such as rubber or resin, and the moldability of these rubber or resin is hardly deteriorated. Small products can be manufactured easily and are inexpensive. In other words, it is possible to process rubber materials and the like almost to the limit of molding, and it is possible to form grooves with a width of several tens of μm, and the number of pulse signals of the pulsar can be greatly increased. Greatly improved. Furthermore, since the moldability hardly deteriorates, a rubber material or the like can be formed thin. In addition, since it is difficult to cause breakage such as chipping, the reliability is high. Further, the conventional ferrite rubber composite tends to wear the kneading equipment due to the hardness of the ferrite when kneaded. Further, in the conventional metal ring, when the magnetization width is reduced in order to increase the number of poles, the wear of the magnetization head becomes severe or the error in the magnetization width becomes large. On the other hand, in the case of rubber or resin to which a conductive material is added, there is no such problem.
なお、上記の導電材として、導電性フィラーを例示することができる。具体的には、カーボンブラックおよびグラファイトを例示することができる。また、銅、銅合金、銀、ニッケル等の金属の微粒子や、半田等の低融点合金の微粒子や、酸化亜鉛、酸化錫および酸化インジウム等の金属酸化物の微粒子や、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリアニリン等の導電性ポリマーの微粒子や、金属を被覆したポリマーの微粒子や、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子や、金属繊維や、炭素繊維を例示することができる。 An example of the conductive material is a conductive filler. Specifically, carbon black and graphite can be exemplified. Also, fine particles of metals such as copper, copper alloy, silver and nickel, fine particles of low melting point alloys such as solder, fine particles of metal oxides such as zinc oxide, tin oxide and indium oxide, polypyrrole, polythiophene and polyaniline Examples thereof include fine particles of conductive polymer, fine particles of polymer coated with metal, fine particles of copper and silver coated with noble metal, metal fibers, and carbon fibers.
本発明において、上記パルス生成部の母材は、ゴムまたは樹脂を含む場合がある。この場合、母材となる材料に導電材を添加しておいて、パルス生成部を型により形成することができ、製造が非常に容易となる。1極の幅の最小値は型の成形の最小値とゴム材等の成形性で決まり、数10μm程度である。また、ゴムや樹脂であれば、欠け等の破損を起こすことがなく、信頼性を高くすることができる。 In the present invention, the base material of the pulse generator may include rubber or resin. In this case, a conductive material is added to the base material, and the pulse generating portion can be formed by a mold, which makes manufacturing very easy. The minimum value of the width of one pole is determined by the minimum value of mold forming and the moldability of a rubber material or the like, and is about several tens of μm. Moreover, if it is rubber | gum and resin, it will not cause damage, such as a chip | tip, but can improve reliability.
また、本発明は、上記のパルス発生装置と、パルス発生装置の検出部からの信号を処理してパルサーと検出部の相対運動に関わる情報を得る信号処理部とを備えることを特徴とする相対運動検出装置を提供する。この場合、導電材を用いた高出力の変位センサ、速度センサまたは加速度センサ等のセンサ装置を実現することができる。
また、本発明は、内輪と、外輪と、上記のパルス発生装置とを備える軸受装置であって、パルス発生装置のパルサーは環状のパルサーを含み、内輪および外輪の何れか一方にパルサーが固定されると共に、他方に検出部が固定されることを特徴とする軸受装置を提供する。本発明では、パルス発生装置を軸受に組み込んで、高いパルス出力を得ることができる。
In addition, the present invention includes the above-described pulse generator, and a signal processor that processes a signal from the detector of the pulse generator to obtain information related to the relative motion of the pulser and the detector. A motion detection device is provided. In this case, a sensor device such as a high-output displacement sensor, speed sensor, or acceleration sensor using a conductive material can be realized.
Further, the present invention is a bearing device including an inner ring, an outer ring, and the pulse generator described above, wherein the pulse generator of the pulse generator includes an annular pulser, and the pulser is fixed to either the inner ring or the outer ring. In addition, a bearing device is provided in which a detection unit is fixed to the other. In the present invention, a high pulse output can be obtained by incorporating the pulse generator into the bearing.
また、本発明において、上記内輪と外輪との間を密封するための環状のオイルシールを備え、オイルシールはゴム製のシールリップを含むシール部材を含み、このシール部材にパルス生成部が形成される場合がある。この場合、パルス発生装置とオイルシールとを兼用することができ、構造を簡素化することができる。 In the present invention, an annular oil seal for sealing between the inner ring and the outer ring is provided, and the oil seal includes a seal member including a rubber seal lip, and a pulse generator is formed on the seal member. There is a case. In this case, the pulse generator and the oil seal can be used together, and the structure can be simplified.
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の位置実施の形態のパルス発生装置が適用された軸受装置の概略断面図である。図1を参照して、本軸受装置1は、軸受2と、相対運動検出装置3とを備える。軸受2は、固定輪としての例えば外輪4と、回転輪としての例えば内輪5と、外輪4と内輪5との間に配置された複数の転動体6とを備える。図示していないが、例えば、外輪4は自動車の車体側部材としてのハウジングに取り付けられ、内輪5は車輪側部材としての回転輪に取り付けられる。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a bearing device to which a pulse generator according to a position embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, the
相対運動検出装置3は、パルス発生装置7と信号処理部8とを備える。パルス発生装置7は、内輪5に固定されるパルサー9と、このパルサー9と軸受2の軸方向Pに対向するように配置された検出部10とを含み、パルサー9と検出部10の相対運動(相対回転運動)に応じてパルスを発生させる。
信号処理部8は、パルス発生装置7の検出部10からの信号を処理してパルサー9と検出部10の相対運動に関わる情報として、例えば回転速度に関わる情報を得る。この場合、相対運動検出装置3は速度センサ装置として機能する。
The relative
The
パルサー9は、内輪5の端部外周に嵌合固定された断面L字形の支持部材11に固定されている。パルサー9は、円形の環状板からなり、その第1の面9aは支持部材11に沿って固定されている。また、パルサー本体9の第2の面9bにパルス生成部12が設けられている。
一方、外輪4の端部外周には、検出部10および信号処理部8を支持するための支持部材13が固定されている。支持部材13は、短円筒状の外周壁14および内周壁15、ならびにこれらの対向端部同士を連結するフランジ16よりなり、全体として環状をなし、その中空部分の断面は略コの字形形状をなす。上記の中空部分内で検出部10および信号処理部8が樹脂17によりモールドされている。外周壁14の自由端部は、内周壁15よりも長く延び外輪4の外周に嵌め止められている。
The
On the other hand, a
図2および図2のIII−III線に沿う断面図である図3を参照して、環状をなすパルス生成部12は、周期的に繰り返す起伏部として、周方向Cに沿って交互に配置された凸部12aおよび凹部12bを含む。
パルサー9の少なくともパルス生成部12は、導電材を含む材料で形成されている。すなわち、図3のように、パルサー9全体が導電材を含む材料で形成されていてもよいし、図4に示すように、パルス生成部12のみが導電材を含む材料で形成され、パルサー本体90の一の面に固着されていてもよい。パルス生成部12ないしパルサー9は、母材としてのゴムまたは樹脂に導電材を添加して得られる。例えば、パルサー9は、パルス生成部12を含む少なくとも一部が導電性高分子材料を含む材料で形成されている。
Referring to FIG. 3 which is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2 and FIG. 2, the
At least the
導電材としては、導電性フィラーを例示することができる。具体的には、カーボンブラックおよびグラファイトを例示することができる。また、銅、銅合金、銀、ニッケル等の金属の微粒子や、半田等の低融点合金の微粒子や、酸化亜鉛、酸化錫および酸化インジウム等の金属酸化物の微粒子や、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリアニリン等の導電性ポリマーの微粒子や、金属を被覆したポリマーの微粒子や、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子や、金属繊維や、炭素繊維を例示することができる。 An example of the conductive material is a conductive filler. Specifically, carbon black and graphite can be exemplified. Also, fine particles of metals such as copper, copper alloy, silver and nickel, fine particles of low melting point alloys such as solder, fine particles of metal oxides such as zinc oxide, tin oxide and indium oxide, polypyrrole, polythiophene and polyaniline Examples thereof include fine particles of conductive polymer, fine particles of polymer coated with metal, fine particles of copper and silver coated with noble metal, metal fibers, and carbon fibers.
検出部10としては、渦電流式センサ、静電容量式センサ等、種々の磁電変換素子を使用することができる。
車輪の回転に伴って、内輪5およびパルサー9が回転すると、凸部12aおよび凹部12bを交互に形成したパルス生成部12と検出部10との間のエアギャップが周期的に変化する。これに伴って、検出部10を通過する磁束や静電容量等が周期的に変化するので、検出部10の磁電変換素子が上記変化に対応するアナログ電気信号をパルス出力する。
As the
When the
信号処理部8は、検出部10から得られるアナログパルス信号Aを二値化処理してディジタル信号Bに変換し、これを回転速度検出用信号として、車両のECU(電子制御ユニット)18に出力する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、検出部10に対する凸部12aおよび凹部12bの移動に伴う両者の距離の変化を、例えば磁束変化に基づいて容易に検出することができ、パルサー9の導電材の添加量が比較的低い場合でも、十分に高いパルス出力を得ることができる。
The
As described above, according to the present embodiment, a change in the distance between the
また、従来の金属製やフェライトゴム複合体製のパルサーリングの場合、精度よく加工したり着磁したりすることが困難であり、また、欠け等の破損を起こし易いく信頼性が低いという問題があったが、本実施の形態では、母材となるゴムや樹脂に比較的少量の導電材を添加しておいて、パルス生成部12またはパルサー9全体を型により形成することができ、製造が非常に容易であり且つコスト安価である。
Also, in the case of conventional pulsar rings made of metal or ferrite rubber composites, it is difficult to process or magnetize accurately, and it is easy to cause breakage such as chipping and is not reliable. However, in this embodiment, a relatively small amount of a conductive material is added to the base rubber or resin, and the
また、凸部12aおよび凹部12bに関して、ゴム材等のほぼ成形限界までの加工が可能となり、数10μm幅の溝を形成可能であり、パルサーのパルス信号数を大幅に増大できるから、これを用いた相対運動検出等の精度が大幅に向上する。
また、ゴムや樹脂等の材料に比較的少量の導電材を添加すればよく、これらのゴムや樹脂等の成形性をほとんど劣化させないので、ゴムや樹脂等を薄肉に形成することができる。また、ゴムや樹脂であれば、欠け等の破損も起こし難く、信頼性を高くすることができる。
Further, with respect to the
Further, a relatively small amount of conductive material may be added to a material such as rubber or resin, and the moldability of these rubber or resin is hardly deteriorated, so that the rubber or resin can be formed thin. Moreover, if it is rubber | gum and resin, it is hard to raise | generate breakage, such as a chip | tip, and can improve reliability.
さらに、パルス生成部12の凸部12aおよび凹部12bによって、パルサー9と検出部10との相対運動としての回転速度を容易に検出することができる。パルス発生装置7および相対運動検出装置3としての出力が高いので、パルサー9と検出部10との間の距離を離すことができ、レイアウトの自由度を高くすることができる。
上記実施の形態では、パルス発生装置7を適用した相対運動検出装置3として、速度センサ装置を実現したが、これに限らず、上記のディジタル信号Bを用いて変位や加速度を検出するようにしてもよい。この場合にも、上記の導電材を用いた高出力の変位センサや加速度センサを実現することができる。
Further, the rotation speed as the relative motion between the
In the above embodiment, the speed sensor device is realized as the relative
また、上記実施の形態では、パルサー9と検出部10を軸受2の軸方向に対向させたが、図5に示すように、軸受装置1Aにおいて、支持部材11Aによって内輪5に固定されたパルサー900と、支持部材13Aによって外輪4に固定された検出部10とを軸受2Aの径方向Rに対向するようにしてもよい。この場合、図6に示すように、環状のパルサー900の外周面にパルス生成部12が形成される。
Moreover, in the said embodiment, although the
上記各実施の形態においては、内輪5にパルサー9または900を取り付け、外輪4に検出部10を取り付けたが、外輪4にパルサー9または900を取り付け、外輪5に検出部10を取り付けるようにしてもよい。
また、パルス発生装置7や相対運動検出装置3を回転型の軸受だけでなく、直線運動をするリニア軸受に組み込むことも可能である。この場合、パルサー9は環状ではなく、直線状をなすことになる。
In each of the above embodiments, the
Further, the
さらに、パルス発生装置7は、軸受装置に限らず、回転運動や直線運動をする一対の部材間の運動に基づいてパルス出力する装置として用いることが可能である、同様に、相対運動検出装置3は、軸受装置に限らず、回転運動や直線運動をする一対の部材間の運動に関わる情報を得るセンサ装置として用いることが可能である。
また、図7に示すように、軸受装置に適用される環状のオイルシール20において、内輪5と内輪4との間を密封するためのシールリップ21,22を有するゴム製のシール部材23にパルス生成部12を形成してパルサー9を構成すると共に、スリンガ24に検出部10を固定してもよい。この場合、パルス発生装置とオイルシールとを兼用することができ、構造を簡素化することができる。シール部材23は芯金25により補強されている。パルス生成部12はゴム製のシール部材23に直接形成することが好ましいが、別体で設けたパルス生成部12をシール部材23に貼り付けるようにしてもよい。
Further, the
Further, as shown in FIG. 7, in an
さらに、図8に示すように、スリンガ24の径方向に延びる外側面に環状の凹部26を形成してパルサー9を収容して、このパルサー9と軸方向に対向するように検出部10を配置してもよい。この場合、従来形状のシール部材をそのまま用いることができる。
本発明は、以上の各実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
Further, as shown in FIG. 8, an
The present invention is not limited to the contents of the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
実施例1,2
導電材としてのグラファイトを含むゴムで形成されたパルス生成部を有するパルサーと静電容量式変位センサを用いた検出部とからなるパルス発生装置としての実施例1を作成した。実施例1において、グラファイトの添加割合は27質量%である。
また、導電材としてのカーボンブラックを含むゴムで形成されたパルス生成部を有するパルサーと静電容量式変位センサを用いた検出部とからなるパルス発生装置としての実施例2を作成した。実施例2において、カーボンブラックの添加割合は16質量%である。
Examples 1 and 2
Example 1 was prepared as a pulse generator comprising a pulser having a pulse generation unit formed of rubber containing graphite as a conductive material and a detection unit using a capacitance displacement sensor. In Example 1, the addition ratio of graphite is 27% by mass.
In addition, Example 2 was created as a pulse generation device including a pulser having a pulse generation unit formed of rubber containing carbon black as a conductive material and a detection unit using a capacitive displacement sensor. In Example 2, the addition ratio of carbon black is 16% by mass.
実施例1,2について、パルサーと検出部との距離(エアギャップ)を種々に設定し、パルサーと検出部を相対運動させて、出力電圧の変化を求めたところ、図9に示す結果を得た。これにより、少量の導電材、すなわち、実施例1においては27質量%のグラファイト、実施例2においては16質量%のカーボンブラックを添加するだけで、非常に高い出力が得られることが実証された。 For Examples 1 and 2, the distance between the pulsar and the detection unit (air gap) was set variously, and the pulsar and the detection unit were relatively moved to determine the change in the output voltage. The result shown in FIG. 9 was obtained. It was. This proved that a very high output can be obtained by adding only a small amount of conductive material, ie, 27% by mass of graphite in Example 1 and 16% by mass of carbon black in Example 2. .
1,1A 軸受装置
2,2A 軸受
3 相対運動検出装置
4 外輪
5 内輪
6 転動体
7 パルス発生装置
8 信号処理部
9,90,900 パルサー
9a 第1の面
9b 第2の面
10 検出部
11,11A 支持部材
12 パルス生成部
12a 凸部(起伏部)
12b 凹部(起伏部)
13,13A 支持部材
18 ECU
20 オイルシール
23 シール部材
24 スリンガ
A アナログパルス信号
B ディジタル信号(回転速度検出用信号)
C 周方向
R 径方向
DESCRIPTION OF
12b Concave part (undulation part)
13,
20
C Circumferential direction R Radial direction
Claims (5)
上記パルサーは導電材を含む材料で形成されたパルス生成部を備え、このパルス生成部は周期的に繰り返す起伏部を含むことを特徴とするパルス発生装置。 In a pulse generator that includes a pulser and a detection unit disposed opposite to the pulser, and generates a pulse according to the relative movement of the pulser and the detection unit,
The pulse generator includes a pulse generation unit formed of a material including a conductive material, and the pulse generation unit includes a undulation portion that repeats periodically.
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