JP2006090395A - センサ付軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサ部に接続される電線の断線を少なくした信頼性の高いセンサ付軸受を提供する。
【解決手段】 外輪１２と内輪１１との間に転動体１３，１４を配置してセンサ付軸受１を構成する。内輪１１の内径部に溝１１２を形成し、筒部３３の外周面に溝３３１を形成し、これらの溝１１２，３３１にピン部材３６を嵌合することで、外輪１２の回転に伴って、内輪１１が回転するのを阻止できる。これにより、内輪１１の外部シール１８に装着されているセンサ部２２に接続されているケーブル７０が捩れることがないので断線するのを防止できる。
【選択図】 図２

Description

この発明はセンサ付軸受に関し、例えば軸受の回転数を検出するセンサ付軸受に関する。

自動車は、小型軽量化および居住性の良好性が望まれている。このために、自動車の開発においては、エンジンルーム空間を減少させる必要があり、電装部品やエンジン補機なども小型軽量化が求められている。また、エンジンルーム内にはカーエアコン（自動車用空調装置）も収納されている。カーエアコンのコンプレッサには、エンジンの駆動力がアイドラプーリ，電磁クラッチを介して伝達されるが、これらの機器なども小型化する必要がある。

カーエアコンにおいて、これらの機器類を小型化すると、出力が低下してしまうため、コンプレッサを高速化することで出力の低下を補っている。しかし、それに伴って電磁クラッチやアイドラプーリも高速化することになる。さらに、エンジン音を静粛化するためにエンジンルームを密閉化されつつあるため、エンジンルーム内が高温になり、機器類は高温に耐えることが要求されている。さらに、これらの機器類はエンジンルームの下部に取付けることが多いため、走行中に雨水や泥水がかかり易くなる。

電磁クラッチはエンジンからの駆動力がベルトとプーリを介して伝達されているが、ベルトとプーリとの滑りが大きくなると、電磁クラッチによるエンジンからコンプレッサへの駆動力の伝達を停止する必要がある。滑りを検出するために、特開平６-２０７６２７号（特許文献１）公報には、温度変化によって磁気センサに与える磁力特性が変化する磁力変化素子を設け、温度が高くなると磁力変化素子の磁力を変化させて、ベルトとプーリとの滑りを検出する。その他に、電磁クラッチの軸受に回転センサを組み込み、回転センサで検出された回転数が所定の回転数でなければ滑りを生じていると検出する例がある。

図５は電磁クラッチの軸受に回転センサを組み込んだセンサ付軸受の従来例を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面図である。図５において、センサ付軸受５０は、回転側の内輪５１と、固定側の外輪５２と、内輪５１および外輪５２の間に配置された複数の転動体５３と、回転センサ６５とを有している。転動体５３は保持器５４によって所定のピッチで転動自在に保持されている。

外輪５２は軸受ハウジング５５に装着されている。内輪５１の外径部には磁気エンコーダ５６が嵌め込まれており、外輪５２の内径部には芯金５７が嵌め込まれている。芯金５７によってセンサハウジング５８が保持されており、センサハウジング５８にはセンサ５９と回路基板６０とが取付けられている。センサ５９と磁気エンコーダ５６とによって回転センサ６５が構成されている。

回路基板６０はセンサ５９より得られた電気信号を処理するものであり、回路基板６０から電線６１が引出されている。センサ５９と、回路基板６０と、電線６１は図示しない樹脂によってモールドされている。さらに、押え蓋６２は円周方向に複数箇所でビスなどの固定部材６３によって軸受ハウジング５５に取付けられており、電線６１は押え蓋６２に形成された切欠き溝６４を通って外部に取出されている。

内輪５１が回転すると、内輪５１に装着されている磁気エンコーダ５６が内輪５１とともに回転し、磁気エンコーダ５６とセンサ５９との相対位置が周期的に変化することにより、センサ５９が内輪５１の回転速度や回転数を検出し、その回転速度や回転数の電気信号が電線６１を介して外部に取出される。
特開平６-２０７６２７号（段落番号０００８〜００１２、図１）

図５に示したセンサ付軸受は、例えばエンジンの回転力をベルトを介してカーエアコンのコンプレッサに伝えるための電磁クラッチなどに用いられており、コンプレッサの回転数を検出することでベルトの滑りの有無などを検出し、コンプレッサのロック状態を検出することができる。

しかしながら、内輪５１の回転に伴って外輪５２が回転すると、電線６１が捩れなどにより断線してしまうことがある。回転センサ６５から検出信号が得られなくなると、コンプレッサのロック状態を検出することができなくなり、重大なトラブルの発生原因となってしまう。

そこで、この発明の目的は、センサ部に接続される電線の断線を少なくした信頼性の高いセンサ付軸受を提供することである。

この発明は、外輪と、内輪と、外輪および内輪の間に配置された転動体とを含み、回転部材と取付け部材との間に取付けられる転がり軸受と、外輪と内輪との相対的な回転を検出するセンサとを含むセンサ付軸受であって、取付け部材と、外輪および内輪のいずれかの固定側との間に設けられて、いずれかの回転側の回転に伴って回転するのを阻止する回り止め機構を備える。

この発明は、取付け部材と、外輪および内輪のいずれかの固定側との間に回り止め機構を設けたので、回転側である外輪および内輪のいずれか一方が回転しても、固定側である内輪および外輪のいずれか他方が回転することがない。これにより、センサに接続されている電線が捩れて断線するのを防止できる。

好ましくは、回り止め機構は、取付け部材と外輪および内輪のいずれかの固定側のそれぞれに形成される溝と、各溝に嵌合される固定部材とを含む。固定部材を各溝に嵌合するだけで、外輪および内輪のいずれかの固定側が回転側の回転に伴って回転するのを阻止できる。

好ましくは、センサは、外輪および内輪のいずれか一方の固定側に設けられるセンサ素子と、外輪および内輪のいずれか他方の回転側にセンサ素子に対向して設けられるセンサターゲットとを含む。センサ素子を固定側に設けることで、検出出力を電線から引出すことが可能になる。

転動体は、複列の玉軸受および単列の玉軸受のいずれかである。複列の玉軸受を用いることにより、ラジアル荷重に加えて両方向のアキシャル荷重を受けることができる。単列の玉軸受を用いた場合には、軸方向幅を狭くできる。

図１はこの発明の一実施形態における回転センサ付軸受１が適用された電磁クラッチ２の断面図である。この図１に示す電磁クラッチ２は、カーエアコンにおけるコンプレッサ３の駆動系として用いられるものである。電磁クラッチ２はプーリ４とコイル５と従動部材６とを含む。コンプレッサ３はハウジング３１を含み、ハウジング３１の中心部には図示しない軸受により回転可能に保持されたコンプレッサ駆動軸３２が設けられている。

ハウジング３１にはコンプレッサ駆動軸３２を囲むように筒部３３が形成されていて、筒部３３の外周面とプーリ４との間にセンサ付軸受１が設けられている。センサ付軸受１により、プーリ４はハウジング３１の筒部３３の外周面を回転可能に保持されている。コンプレッサ駆動軸３２の先端部には、従動部材６が固定されている。従動部材６は中心部となる固定部６４と、ばね部材６６と、クラッチ板６３とから構成されている。固定部６４の中心はねじ６７によりコンプレッサ駆動軸３２の先端面にねじ止めされており、固定部６４とクラッチ板６８との間をばね部材６６が結合している。

プーリ４は筒部３３に設けられたセンサ付軸受１によって回転可能に保持されたリング状の回転部材４１を含み、回転部材４１にはその外周面にベルト溝４２が形成されており、そのベルト溝４２と図示しないエンジンのプーリとの間にベルト４３が掛け渡されている。ベルト４３は歯付ベルトの一例のタイミングベルトを用いてもよく、その場合には回転部材４１のベルト溝４２は歯付とされ、プーリ４は歯付プーリを用いればよい。

回転部材４１のハウジング３１に対向する面には円周溝４４が形成されており、この円周溝４４内に入り込むようにコイル５がハウジング３１に固定されている。センサ付軸受１とコイル５は制御ユニット７に接続されており、制御ユニット７には外部より、指令信号が与えられている。回転部材４１とクラッチ板６８は、磁性体で形成されている。

制御ユニット７に指令信号が与えられると、コイル５が通電されてコイル５は電磁力を発生し、その電磁力によりばね部材６６が撓んでプーリ４の回転部材４１と従動部材６のクラッチ板６８とをコイル５が吸着して、回転部材４１の回転を従動部材６に伝達する。これにより、プーリ４の回転力が電磁クラッチ２を介してコンプレッサ３に与えられる。

制御ユニット７によりコイル５への通電を遮断すると、励磁が解除されてばね部材６６の復元力によりクラッチ板６８がプーリ４の回転部材４１から離れるので、コンプレッサ３の駆動が停止される。コイル５の通電中において、制御ユニット７は回転センサ付軸受１が１回転するごとに１つのパルスを回転信号として出力するので、この回転信号を計数することにより回転数を判別することができる。また、計数した回転数と基準の回転数との偏差を検出することでベルト４３とプーリ４との滑りなどを検出できる。

図２は図１に示したセンサ付軸受の具体例を示す概略断面図であり、図３はセンサ付軸受の正面図である。

図２において、センサ付軸受１は複列アンギュラ玉軸受であって、固定側の内輪１１と、回転側の外輪１２と、内輪１１および外輪１２の間に配置された複数の転動体１３，１４とを有している。図１で説明したように、内輪１１は取付け部材としての筒部３３の外周面に固定されており、外輪１２は回転部材４１の内径部に固定されている。したがって、内輪１１は筒部３３に固定されているのに対して、回転部材４１の回転に伴って外輪１２が回転する。内輪１１と筒部３３には、外輪１２の回転に伴って内輪１１が回転することがないように、回り止め機構３５が形成されている。

回り止め機構３５は内輪１１の内径部に形成された溝１１２と、筒部３３の外周面に形成された溝３３１と、これらの溝１１２，３３１に挿入される固定部材としてのピン部材３６とから構成されている。組立時には、筒部３３の溝３３１に沿ってピン部材３６を軸方向に挿入し、その後センサ付軸受１を筒部３３に挿入し、ピン部材３６を内輪１１の溝１１２に嵌め込めばよい。

転動体１３，１４は保持器１５によって保持されており、内輪１１と外輪１２の間における軸受空間の両側は、接触式の軸受シール１６，１７によって密封されている。保持器１５は樹脂を成形することで形成されている。保持器１５を樹脂で形成することにより、転動体１３，１４に対して軸方向の一方側から保持器１５を取付けることができる。

一方側の軸受シール１６における外側には軸受空間３０が形成されており、この軸受空間３０には回転センサ２０が内蔵されていて、この軸受空間３０の外側には外部シール１８が設けられている。軸受空間３０は、転動体１３，１４が収納されている空間よりも径方向に広く形成されており、内輪１１の外径面には軸方向に延びる段差面１１１が形成されている。

軸受シール１６，１７は、外輪１２に取付けられている。具体的には、一方側の軸受シール１６はリング状の芯金１６１と、この芯金１６１に固着された弾性部材１６２とを含み、弾性部材１６２の外径側端を外輪１２の内径面に形成されたシール取付け溝１２１に嵌合することで、外輪１２に取付けられる。芯金１６１はセンサ部２２に外部磁界の影響を与えることがないように、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性材料で形成されている。

他方の軸受シール１７もリング状の芯金１７１と、この芯金１７１に固着された弾性部材１７２とを含み、その外径側端を外輪１２の内径面に形成されたシール取付け溝１２２に嵌合することで、外輪１２に取付けられる。これらの軸受シール１６，１７に含まれている弾性部材１６２，１７２の内径側端には、それぞれの先端が内輪１１の外径面に接触するリップ部１６３，１７３が形成されている。転動体１３，１４が収納されている軸受空間には潤滑のためのグリースが注入されるが、軸受シール１６，１７によりグリースが外部に漏れるのが阻止される。

外部シール１８は、軸受空間３０の開口部を封止する封止部と、この封止部から折り曲げられて軸方向内側に延びる円周面１８２とを有する断面Ｌ字状の芯金１８１を含む。この芯金１８１もセンサ部２２に外部磁界の影響を与えることがないように、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性材料で形成されている。また、芯金１８１の円周面１８２を内輪１１の嵌合面となる段差面１１１に嵌合することで、芯金１８１を強固に内輪１１の外径部に固定できる。なお、芯金１８１の円周面１８２を内輪１１の外径部に固定する方法は、圧入やその他の固定手段を用いることができる。

外部シール１８の芯金１８１には、弾性部材１８３が設けられており、弾性部材１８３は芯金１８１の外側を覆うように形成され、外輪１２側にはリップ部１８４が形成されていて、このリップ部１８４が軸受空間３０の外輪１２側内径部に接触している。リップ部１８４が外輪１２の内径部に接触するように外部シール１８を設けたことにより、軸受空間３０を密閉することができるので、外部から雨水や泥水が浸入するおそれをなくすことができ、センサ部２２に水などが付着するおそれがなくなるので、信頼性を高めることができる。

芯金１８１および弾性部材１８３にはケーブル７０を挿通させるための貫通孔１８５が形成されている。貫通孔１８５はケーブル７０を挿通し易いようにケーブル７０の径よりも大きく形成されている。これにより、組立性が向上する。

また、貫通孔１８５とケーブル７０との隙間には封止部材としての樹脂７１が注入されている。これにより、貫通孔１８５とケーブル７０との隙間から雨水などが浸入するのを防止できる。

回転センサ２０は、被検出部としての永久磁石２１と、検出部としてのセンサ部２２とを含む。永久磁石２１は軸受シール１６の芯金１６１に取付けられている。センサ部２２は例えばホール素子などを基板２３に取付けた磁気センサで構成されており、防水のためにホール素子などが樹脂２４によって覆われている。また、センサ部２２は基板２３を介して外部シール１８の芯金１８１の内面に取付けることで、外部シール１８と一体化されている。

永久磁石２１は図３に示すように、軸受シール１６の円周方向の１箇所に設けられており、センサ部２２側に向いた面は、Ｓ極１極、またはＮ，Ｓ，Ｎの順で最大３極まで着磁されている。センサ部２２の特性が永久磁石２１の特性と逆の場合は、永久磁石２１の極性を前記極性と逆にすればよい。外輪１２が回転して永久磁石２１のＳ極がセンサ部２２に接近すると、センサ部２２から原点信号として１回転で１パルス出力されることになる。この原点信号が所定の周期ごとに出力されているかを外部回路で判定することにより、計数した回転数と基準の回転数との偏差を検出することで滑りの有無などを検出できる。

この実施形態では、筒部３３と、内輪１１との間に回り止め機構３５を形成したので、外輪１２に対して内輪１１が回転するのを有効に阻止することができる。これによりケーブル７０が捩れにより断線するのを防止できる。

また、軸受シール１６の芯金１６１と、外部シール１８の芯金１８１を非磁性材料で形成したことにより、永久磁石２１以外の磁界の影響をセンサ部２２に与えることがないので、信頼性が向上する。また、保持器１５を樹脂で形成したので、軸方向の一方側から保持器１５を取付けることができ、従来の鉄板の保持器で転動体１３，１４を保持する場合に比べて、軸方向寸法を小さくすることができる。さらに、保持器１５を樹脂で形成することで、センサ部２２に対して不要な外部磁界の影響を与えることがない。

また、この実施形態では、単一の筐体に回転数の検出機能と軸受機能とを併せ持たせることが可能になるので、センサ付軸受１をカーエアコンのコンプレッサに用いることでコンプレッサの小型化，簡素化などを図ることができる。すなわち、この実施形態では、軸受とは別個に独立した回転センサのための部品を用いる必要がなくなるので、軸受とは別に回転センサを設けるための設置空間や取付け部品などを不要にできるばかりでなく、軸受とは別に回転センサを取付けるための工程も不要にできる。

さらに、回転センサ２０のセンサ部２２と、外部シール１８とを一体化しているので、センサケースなどを不要にできてコストを低減できる。さらに、回転センサ２０の被検出部である永久磁石２１を軸受シール１６に設けているので、軸受シール１６と永久磁石２１との軸受への取付けを１回の作業で行うことができ、組立がさらに容易になる。

さらに、永久磁石２１の取付けられた軸受シール１６は、外輪１２に形成されたシール取付け溝１２１に嵌合させ、センサ部２２を取付けた外部シール１８は、断面がＬ字状に形成された芯金１８１の円周面１８２により内輪１１の段差面１１１に嵌合させているので、永久磁石２１とセンサ部２２との軸方向隙間を精度よく設定でき、かつ微調整の工数が不要となる。

なお、センサ付軸受１は、回転センサ２０を内蔵させることで、センサ無の軸受に比べて軸方向寸法が長くなっているが、図１に示した電磁クラッチ２における回転部材４１の内径孔の軸方向に沿う寸法がセンサ付軸受１よりも長いため、回転部材４１の軸方向寸法を長くする必要性は生じない。

また、図２に示した実施形態では、複列のアンギュラ玉軸受を使用しているが、ラジアル荷重に加えて、両方向のアキシャル荷重を受けることができる。このため、ベルト駆動やクラッチ動作のために軸方向が作用する回転部材４１を単独で支持することができる。このような複列アンギュラ玉軸受に回転センサ２０を備えて、センサ付軸受１とすることで軸受使用機器の小型化を達成することができる。

なお、上述の説明では、回転センサ２０として１回転に１つのパルスを出力する原点検出用として用いるようにしたが、１回転に複数のパルスを発生したり、多相のパルス信号を発生させるものであってもよい、その場合には、永久磁石を周方向にＳ極とＮ極とを交互に形成すればよい。

図４は、この発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受の概略断面図である。この実施形態におけるセンサ付軸受１Ａは、単列の多点接触玉軸受に、図２に示した保持器１５と、軸受シール１６，１７と、外部シール１８と、回転センサ２０とを取付けたものである。多点接触玉軸受は、４点接触玉軸受であり、図４に示すように、正逆方向の接触角θ１，θ２を有し、転動体１３は内輪１１と外輪１２とに４点で接触している。内輪１１および外輪１２の軌道溝は、例えばいずれもゴシックアーチ形状の断面形状に形成されている。

この例においても、外輪１２の回転に伴って内輪１１が回転することがないように、内輪１１の内径部に形成された溝１１２と、筒部３３の外周面に形成された溝３３１と、これらの溝１１２，３３１に挿入されるピン部材３６とから構成された回り止め機構３５が形成されている。

また、保持器１５は樹脂で形成されており、軸受シール１６および外部シール１８は、図２と同様にして構成されており、芯金１６１，１８１はＳＵＳ３０４などの非磁性材料で形成されている。それ以外の軸受シール１７や回転センサ２０は、図２と同様にして構成されている。

この実施形態におけるセンサ付軸受１Ａは、筒部３３と、内輪１１との間に回り止め機構３５を形成したので、外輪１２に対して内輪１１が回転するのを有効に阻止することができる。これによりケーブル７０が捩れによる断線するのを防止できる。

また、芯金１６１，１８１を非磁性材料で形成し、保持器１５を樹脂で形成したので、センサ部２２に対して永久磁石２１からの磁束以外の外部磁界の影響を与えることがなく、信頼性を向上できる。

さらに、図２に示した複列アンギュラ玉軸受と同様にして、両方向のアキシャル荷重を受けることができ、転動体１３が単列であるため、軸受全体の軸方向幅を狭くできる。特に、図２に示した複列玉軸受では複数の転動体１３，１４が内輪１１と外輪１２に接触するため、異音が発生しやすいのに対して、単列ではそのような異音の発生を小さくできる。

なお、上述の説明では、センサとして回転センサ２０を設けるようにしたが、その他の温度や湿度や振動などのように、回転以外の検出対象を検出するセンサを設けるようにしてもよい。

さらに、上述の説明では外輪１２を回転側とし、内輪１１を固定側としたが、逆に内輪１１を回転側とし、外輪１２を固定側として回転センサ２０の被検出部である永久磁石２１を回転側に取付け、センサ部２２を固定側に取付けてもよい。このとき、回り止め機構３６は外輪１２の外径面と、取付け部材との間に設ければよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明のセンサ付軸受は、取付け部材と、内輪との間に回り止め機構を形成したので、内輪が回転するのを有効に阻止することができ、ケーブルが捩れにより断線するのを防止でき、カーエアコンなどのコンプレッサにおける電磁クラッチの軸受として利用できる。

この発明の一実施形態におけるセンサ付軸受が適用された電磁クラッチの断面図である。 図１に示したセンサ付軸受の具体例を示す概略断面図である。 センサ付軸受の正面図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受の概略断面図である。 電磁クラッチの軸受に回転センサを組み込んだ従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

１，１Ａ センサ付軸受、１１ 内輪、１２ 外輪、１３，１４ 転動体、１５ 保持器、１６，１７ 軸受シール、１８ 外部シール、２０ 回転センサ、２１ 永久磁石、２２ センサ部、２３ 基板、２４，７１ 樹脂、３０ 軸受空間、３３ 筒部、３５ 回り止め機構、３６ ピン部材、４１ 回転部材、７０ ケーブル、１１１ 段差面、１１２，３３１ 溝、１２１，１２２ シール取付け溝，１６１，１７１，１８１ 芯金、１８２ 円周面、１６２，１７２，１８３ 弾性部材、１６３，１７３，１８４ リップ部、１８５ 貫通孔。

Claims (4)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪の間に配置された転動体とを含み、回転部材と取付け部材との間に取付けられる転がり軸受と、前記外輪および前記内輪のいずれか一方の固定側に設けられて前記外輪と前記内輪との相対的な回転を検出するセンサとを含むセンサ付軸受であって、
   前記取付け部材と、前記外輪および前記内輪のいずれかの固定側との間に設けられて、いずれかの回転側の回転に伴って回転するのを阻止する回り止め機構を備える、センサ付軸受。
2. 前記回り止め機構は、
   前記取付け部材と前記外輪および前記内輪のいずれかの固定側のそれぞれに形成される溝と、
   前記各溝に嵌合される固定部材とを含む、請求項１に記載のセンサ付軸受。
3. 前記センサは、
   前記外輪および前記内輪のいずれか一方の固定側に設けられるセンサ素子と、
   前記外輪および前記内輪のいずれか他方の回転側に前記センサ素子に対向して設けられるセンサターゲットとを含む、請求項１または２に記載のセンサ付軸受。
4. 前記転動体は、複列の玉軸受および単列の玉軸受のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載のセンサ付軸受。

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