JP2006098159A - 磁気エンコーダおよびそれを備えた車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造時や軸受等への取付け時における多極磁石の破損を防止でき、これにより固定作業上の問題で多極磁石を厚肉化することが回避できる磁気エンコーダを提供する。【解決手段】 この磁気エンコーダ１０は、環状の芯金１１と、この芯金１１に一体に固定された環状の多極磁石１４とからなる。多極磁石１４は焼結磁石等からなり、芯金１１と一体に成形されて固形化され、かつ芯金１１と一体化された状態で着磁されたものである。芯金１１は、脱落阻止用形状部分１１ｅを有するものとする。脱落阻止用形状部分１１ｅは、例えば、芯金１１の鍔部１１ｃを先端側が小径となるように傾けた形状部分である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、相対回転する軸受部の回転検出装置等に用いられる磁気エンコーダ、およびそれを備えた車輪用軸受装置に関し、例えば自動車のアンチロックブレーキシステムにおける前後の車輪回転数を検出する回転検出装置に装着されるベアリングシールの構成部品とされる磁気エンコーダに関する。

この種の磁気エンコーダとして、図７のように焼結体からなる多極磁石２４を加締により芯金２１に固定したものが知られている（例えば特許文献１，２）。この場合、多極磁石２４となる焼結体は芯金２１と別の単体として製造され、図８（Ａ）のようにこの焼結体２４’を芯金２１に配置した後に、図８（Ｂ）のように芯金２１の端部２１ａを加締めることで芯金２１に固定される。
特開２００４−３７４４１号公報 特開２００４−８４９２５号公報

しかし、このような構造の磁気エンコーダでは、加締工程において焼結体２４’に偏荷重がかかり、焼結体２４’が破損する場合がある。
また、上記構成の磁気エンコーダでは、芯金２１の加締部２１ａ（図８（Ｂ））が多極磁石２４の表面より突出する場合が有り、この状態で磁気エンコーダを軸受に圧入する際に、偏荷重が発生して多極磁石２４が破損するという問題もある。すなわち、磁気エンコーダを例えば軸受内輪に圧入する場合、多極磁石２４の表面を圧入治具で押し込む。このとき、芯金加締部２１ａの一部が多極磁石２４の表面に突出していると、治具が多極磁石２４を面で押さずに芯金加締部２１ａと、その対向位置にある多極磁石表面の一部との２点で押すことになる。これにより偏荷重が発生して多極磁石２４が破損する。これを避けるために、芯金加締部２１ａを逃がすような形状をした圧入治具を用いることも可能であるが、この場合には圧入治具の多極磁石２４との接触面が小さくなって、焼結体を圧壊させる恐れがある。

この発明の目的は、製造時や軸受等への取付け時における多極磁石の破損を防止でき、これにより固定作業上の問題で多極磁石を厚肉化することが回避できる磁気エンコーダを提供することである。
この発明の他の目的は、磁気エンコーダにおける多極磁石の固定性に優れた車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の磁気エンコーダは、環状の芯金と、この芯金に一体に固定された環状の多極磁石とからなり、前記多極磁石は、磁性粉が混入された素材が前記芯金と一体に成形されて固形化され、かつ芯金と一体化された状態で着磁されたものである。
この構成によると、多極磁石が芯金と一体に成形されて固形化されたものであるため、芯金に多極磁石を加締固定する工程が不要となる。そのため、加締固定の際に生じる偏荷重で多極磁石が破損することが回避される。また、多極磁石の表面に芯金の加締部が突出することがないので、磁気エンコーダを軸受内輪などの回転部材へ圧入固定する際にも、芯金加締部が圧入治具と干渉することで生じる偏荷重により多極磁石が破損することが回避される。これらのため、固定作業上の問題で多極磁石を厚肉化することが避けられ、磁気特性さえ確保できれば、磁気エンコーダの薄肉化を図ることが可能になる。磁気エンコーダの薄肉化により、軸受等にコンパクトに磁気エンコーダを装着することができる。

この発明において、前記多極磁石が焼結磁石であって、磁性粉と非磁性粉との混合粉を前記芯金と一体に成型し、焼結し、着磁したものであっても良い。
この構成の場合、多極磁石の素材となる混合粉を芯金と一体に成型し、焼結するため、焼結体を単体として成型する場合と異なり、焼結体の取扱い時に破損するといったことがない。焼結磁石の場合、磁性粉の比率を多くして優れた磁気特性が確保できるため、上記のように製造過程での破損が回避できれば、多極磁石を薄肉化することができ、磁気エンコーダのコンパクト化が可能となる。その結果、この磁気エンコーダを例えば軸受内輪などの回転部材に固定する場合、回転部材の小型化も可能となる。

この発明において、前記多極磁石がゴム磁石であって、磁性粉とゴム材とを混練した素材を、１回で前記芯金と一体に仕上がり形状に成型したものであっても良い。
ゴム磁石の場合、一般的には流動性の素材を紐状に成形して準備しておき、この紐状の磁性粉混入ゴム材を芯金に添わせて加熱成形し直すが、上記のような紐状に成形する過程を省き、流動性の素材から直接に芯金と一体に仕上がり形状に成型しても良い。

この発明において、前記芯金が、前記多極磁石を固着した主な固着面から前記多極磁石が浮き上がることを阻止する脱落阻止用形状部分を有するものであり、前記多極磁石は、この脱落阻止用形状部分を有する芯金と一体に成型されて固形化されたものであっても良い。
このように芯金に脱落阻止用形状部分を設けると、芯金に加締部等を設けることなく、芯金からの多極磁石の脱落防止の確実性を高めることができる。

上記脱落阻止用形状部分を設ける場合に、前記芯金は、円筒状部分と、この円筒状部分の一端から外径側へ延びる立板部分と、この立板部分の外径縁から延びる円筒状の鍔部とを有し、前記多極磁石は、前記立板部分を主な固着面としてこの立板部分および前記鍔部に固着されたものであっても良い。その場合に、前記脱落阻止用形状部分は、前記鍔部を先端側が小径となるように傾きを持たせたものであっても良い。
この構成の場合、前記鍔部が、先端側窄まりに傾きを持たせたものとされているため、立板部分の側面に固着された多極磁石が、この立板部分から離れることが、前記鍔部の傾きで防止される。そのため、芯金と一体に成形されて固形化された多極磁石が芯金から外れ難いものとなる。また、この磁気エンコーダは、前記円筒状部分で軸受内輪等へ嵌合させて取付け、軸方向に磁気センサを対向させて回転検出を行うことができる。この場合に、この磁気エンコーダの芯金は、スリンガとして機能させ、軸受内への水等の浸入を防止効果を得るものとすることもできる。

また、上記脱落阻止用形状部分を設ける場合に、前記芯金は、円筒状部分と、この円筒状部分の一端から外径側へ延びる立板部分と、この立板部分の外径縁から延びる円筒状の鍔部と、前記円筒状部分を前記立板部分よりも延長させた延長筒部とを有し、前記多極磁石は、前記立板部分を主な固着面としてこの立板部分、前記鍔部、および前記延長筒部に固着されたものであり、前記脱落阻止用形状部分は、前記鍔部に加えて前記延長筒部を設けたコ字状部分であっても良い。
この構成の場合、芯金に、立板部分，鍔部，延長筒部でなるコ字状部分を形成しているので、立板部分の内外いずれか一端側のみに鍔部を設けたものに比べて、上記コ字状部分内に一体成形された多極磁石が外れ難いものとなる。また、上記コ字状部分が形成されているため、多極磁石となる例えば焼結体の芯金との一体成型において、磁性粉と非磁性粉との混合粉を前記コ字状部分に充填することで、容易に一体成型を行うことができる。

この発明の車輪用軸受装置は、この発明の上記いずれかの構成の磁気エンコーダを備えたものである。
例えば、この発明の他の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記内方部材の一端の外周に磁気エンコーダを嵌合させ、この磁気エンコーダをこの発明の前記いずれかの構成の磁気エンコーダとしたものとされる。

この構成の車輪用軸受装置によると、この発明の磁気エンコーダにおける、製造時や軸受等への取付け時における多極磁石の破損を防止でき、これにより固定作業上の問題で多極磁石を厚肉化することが回避できるという利点が効果的に発揮され、コンパクトに磁気エンコーダの設置された車輪用軸受装置とすることができる。

この発明の磁気エンコーダは、環状の芯金と、この芯金に一体に固定された環状の多極磁石とからなり、前記多極磁石は、磁性粉が混入された素材が前記芯金と一体に成形されて固形化され、かつ芯金と一体化された状態で着磁されたものであるため、製造時や軸受等への取付け時における多極磁石の破損を防止でき、これにより固定作業上の問題で多極磁石を厚肉化することが回避できる。
この発明の車輪用軸受装置は、この発明の磁気エンコーダを備えたものであるため、この発明の磁気エンコーダの上記各効果が効果的に発揮され、コンパクトに磁気エンコーダが設置された車輪用軸受装置とすることができる。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１に示すように、この磁気エンコーダ１０は、金属製の環状の芯金１１と、この芯金１１に一体に固定された環状の多極磁石１４とでなる。
芯金１１の材質となる金属は、磁性体、特に強磁性体となる金属が好ましく、例えば磁性体でかつ防錆性を有する鋼板が用いられる。芯金１１の形状は、図２（Ａ）のように圧入部となる円筒状部分１１ａと、この円筒状部分１１ａの一端から外径側へ延びる立板部分１１ｂと、この立板部分１１ｂの外径縁から延びる円筒状の鍔部１１ｃとでなる断面概ね逆Ｚ字状とされている。

多極磁石１４は、磁性粉が混入され常温または加熱状態で流動性を持つ素材からなり、芯金１１と一体に成型されて固形化され、かつ芯金１１と一体化された状態で着磁されたものである。ここでは、多極磁石１４が焼結磁石であって、常温で磁性粉と非磁性粉との混合粉を、図２（Ｂ）のように芯金１１の立板部分１１ｂから鍔部１１ｃにわたる部分に押し固めて芯金１１と一体に成型し、その後に加熱焼結をすることで焼結体１４’となる。これにより、焼結体１４’は前記立板部分１１ｂを主な固着面として、この立板部分１１ｂおよび前記鍔部１１ｃに固着される。この焼結体１４’を着磁することで多極磁石１４とされる。焼結体１４’の着磁は、その周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓが所定のピッチで形成されるように多極に磁化するものである。

また、前記芯金１１は、多極磁石１４を固着した主な固着面から多極磁石１４が浮き上がることを阻止する脱落阻止用形状部分１１ｅを有する。ここでは、前記脱落阻止用形状部分１１ｅとして、前記鍔部１１ｃの先端側が小径となるように傾きを持たせている。

この磁気エンコーダ１０は回転部材（図示せず）に取付けられ、多極磁石１４に磁気センサ（図示せず）を対面させて回転検出に使用されるものであり、磁気エンコーダ１０と磁気センサとで回転検出装置が構成される。

この構成の磁気エンコーダ１０によると、磁性粉が混入され常温または加熱状態で流動性を持つ素材（ここでは磁性粉と非磁性粉との混合粉）を、芯金１１と一体に成型し、焼結し、着磁してなる焼結磁石を多極磁石１４としているので、従来例のように芯金に多極磁石を加締固定する工程が要らず、加締固定の際の偏荷重で生じる多極磁石１４の破損を防止できる。また、多極磁石１４の表面に従来例のように芯金１１の加締部が突出することがないので、磁気エンコーダ１０を軸受内輪などの回転部材へ圧入固定する際にも、芯金加締部が圧入治具と干渉することで生じる偏荷重により多極磁石１４が破損することも防止できる。

また、多極磁石１４となる焼結体を単体として成型する場合には、焼結体の取扱い時に破損する等の加工工程上での制限があることから、多極磁石１４を薄肉化することはできないが、この実施形態では、次のように薄肉化が可能である。すなわち、磁性粉と非磁性粉との混合粉を芯金１１と一体に成型して焼結してなる焼結体１４’とし、これに着磁して多極磁石１４としているので、多極磁石１４を薄肉化することができる。これにより、磁気エンコーダ１０のコンパクト化が可能となる。その結果、この磁気エンコーダ１０を、例えば軸受内輪などの回転部材に固定する場合、回転部材の小型化も可能となる。

また、芯金１１は、鍔部１１ｃを先端側が小径となるように傾きを持たせ、先窄まりとしているので、芯金１１に加締部などを設けることなく芯金１１からの多極磁石１４の脱落を確実に防止できる。また、脱落阻止用形状部分１１ｅを簡単に構成できる。

また、芯金１１は、上記のように円筒状部分１１ａと、この円筒状部分１１ａの一端から外径側へ延びる立板部分１１ｂと、この立板部分１１ｂの外径縁から延びる円筒状の鍔部１１ｃとを有する断面概ね逆Ｚ字状の環体からなり、多極磁石１４は、前記立板部分１１ｂを主な固着面としてこの立板部分１１ｂおよび鍔部１１ｃに固着されている。そのため、この磁気エンコーダ１０を例えば軸受内輪に圧入固定した場合、芯金１１がスリンガとしても機能することになり、軸受内への水等の浸入を防止できる。

図３および図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の磁気エンコーダ１０Ａは、図１および図２に示した第１の実施形態において、芯金１１が、円筒状部分１１ａ，立板部分１１ｂ、および鍔部１１ｃとは別に、前記円筒状部分１１ａを立板部分１１ｂよりも延長させた延長筒部１１ｄを有するものとしている。また、多極磁石１４は、前記立板部分１１ｂを主な固着面として、この立板部分１１ｂ、前記鍔部１１ｃ、および前記延長筒部１１ｄに固着されたものとしている。この実施形態の場合、芯金１１の主な固着面から多極磁石１４が浮き上がることを阻止する脱落阻止用形状部分１１ｅは、前記鍔部１１ｃに加えて前記延長筒部１１ｄを設けてなる断面概ねコ字状部分よりなる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。

この実施形態では、芯金１１に、鍔部１１ｃに加えて延長筒部１１ｄを設けて、立板部分１１ｂ，鍔部１１ｃ，延長筒部１１ｄで断面概ねコ字状部分を形成しているので、立板部分１１ｂの外周縁のみに鍔部１１ｃを設けたものに比べて、上記コ字状部分内に一体成形された多極磁石１４が外れ難いものとなる。また前記コ字状部分を形成しているので、多極磁石１４となる焼結体１４’の芯金１１との一体成型において、磁性粉と非磁性粉との混合粉を前記コ字状部分に充填することで容易に一体成型を行うことができる。

なお、上記各実施形態では、多極磁石１４が焼結磁石である場合につき説明したが、多極磁石１４はゴム磁石であっても良い。この場合、前記各実施形態における芯金１１の多極磁石固着面に予め接着剤を塗布しておいて、磁性粉とゴム材とを混練した素材を加熱成型する１回の工程で芯金１１と一体に仕上がり形状に成型することで、同時に芯金１１に加硫接着させ、その後で着磁して多極磁石１４とする。

つぎに、図１および図２に示す第１の実施形態の磁気エンコーダ１０を備えた車輪用軸受装置の一例を、図５，図６と共に説明する。なお、この説明において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外輪寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図５では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。図５に示すように、この車輪用軸受装置９は、内方部材１および外方部材２と、これら内外の部材１，２間に収容される複数の転動体３と、内外の部材１，２間の端部環状空間を密封するシール装置６，１３とを備える。インボード側のシール装置６は、磁気エンコーダ１０付きのものである。内方部材１および外方部材２は、転動体３の軌道面１ａ，２ａを有しており、各軌道面１ａ，２ａは溝状に形成されている。内方部材１および外方部材２は、各々転動体３を介して互いに回転自在となった内周側の部材および外周側の部材のことであり、軸受内輪および軸受外輪の単独であっても、これら軸受内輪や軸受外輪と別の部品が組み合わさった組立部材であっても良い。また、内方部材１は、軸であっても良い。転動体３は、ボールまたはころからなり、この例ではボールが用いられている。

この車輪用軸受装置９は、複列の転がり軸受、詳しくは複列のアンギュラ玉軸受とされていて、その内方部材１は、ハブ輪４とその軸部外周に嵌合する内輪５とでなり、各転動体列の軌道面１ａ，１ａがハブ輪４および内輪５の各外周にそれぞれ形成されている。

ハブ輪４はそのアウトボード側端部の外周にフランジ部４ａを有し、このフランジ部４ａに車輪（図示せず）がボルト７で取付けられる。外方部材２も外周にフランジ部２ｂを有し、このフランジ部２ｂを介して懸架装置におけるナックル等からなるハウジング（図示せず）に取付けられる。転動体３は各列毎に保持器８で保持されている。

図６は、磁気エンコーダ付きのシール装置６を拡大して示す。このシール装置６は、磁気エンコーダ１０またはその芯金１１がスリンガとなり、内方部材１および外方部材２のうちの回転側の部材に取付けられる。この例では、回転側の部材は内方部材１であるため、磁気エンコーダ１０は内方部材１に取付けられる。

このシール装置６は、内方部材１と外方部材２に各々取付けられた第１および第２の金属製の環状のシール板（１１），１２を有する。第１のシール板（１１）は、上記磁気エンコーダ１０における芯金１１のことであり、以下、芯金１１として説明する。この磁気エンコーダ１０における多極磁石１４に対面して磁気センサ１５を配置することにより、車輪回転速度の検出用の回転検出装置２０が構成される。

第２のシール板１２は、第１のシール板である芯金１１の立板部分１１ｂに摺接するサイドリップ１６ａと円筒状部分１１ａに摺接するラジアルリップ１６ｂ，１６ｃとを一体に有する。これらリップ１６ａ〜１６ｃは、第２のシール板１２に加硫接着された弾性部材１６の一部として設けられている。これらリップ１６ａ〜１６ｃの枚数は任意で良いが、図６の例では、１枚のサイドリップ１６ａと、軸方向の内外に位置する２枚のラジアルリップ１６ｃ，１６ｂとを設けている。第２のシール板１２は、固定側部材である外方部材２との嵌合部に弾性部材１６を抱持したものとしてある。すなわち、弾性部材１６は、円筒部１２ａの内径面から先端部外径までを覆う先端覆い部１６ｄを有するものとし、この先端覆い部１６ｄが、第２のシール板１２と外方部材２との嵌合部に介在する。
第２のシール板１２の円筒部１２ａと第１のシール板である芯金１１の鍔部１１ｃとは僅かな径方向隙間をもって対峙させ、その隙間でラビリンスシール１７を構成している。

この構成の車輪用軸受装置９によると、車輪と共に回転する内方部材１の回転が、この内方部材１に取付けられた磁気エンコーダ１０を介して、磁気センサ１５で検出され、車輪回転速度が検出される。
磁気エンコーダ１０は、シール装置６の構成要素としたため、部品点数を増やすことなく、車輪の回転を検出することができる。車輪用軸受装置９は、一般に路面の環境下にさらされた状態となり、磁気エンコーダ１０とこれに対面させる磁気センサ１５との間に砂粒等の粒子が噛み込むことがあるが、上記のように磁気エンコーダ１０の多極磁石１４は焼結体からなるものであって硬質であるため、多極磁石１４の表面の磨耗損傷は弾性体製のものに比べて大幅に低減される。また、車輪用軸受装置９におけるインボード側端部の空間は、周辺に等速ジョイントや軸受支持部材（いずれも図示せず）があって限られた狭い空間となるが、磁気エンコーダ１０の多極磁石１４を上記のように薄肉化できるため、回転検出装置２０の配置が容易になる。
内外の部材１，２間のインボード側端部でのシールについては、第２のシール板１２に設けられた各シールリップ１６ａ〜１６ｃの摺接と、第２のシール板１２の円筒部１２ａに第１のシール板である芯金１１の鍔部１１ｃが僅かな径方向隙間で対峙することで構成されるラビリンスシール１７とで得られる。

なお、図５および図６に示す車輪用軸受装置９では、磁気エンコーダ１０を、図１および図２に示した第１の実施形態のものとした場合について示しているが、図３および図４に示した他の実施形態の磁気エンコーダ１０Ａを用いても良い。

この発明の第１の実施形態にかかる磁気エンコーダの部分斜視図である。 同磁気エンコーダの製造工程を示す説明図である。 この発明の他の実施形態にかかる磁気エンコーダの部分斜視図である。 同磁気エンコーダの製造工程を示す説明図である。 第１の実施形態にかかる磁気エンコーダを備えた車輪用軸受装置の全体の断面図である。 同車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 従来の磁気エンコーダの部分斜視図である。 同磁気エンコーダの加締処理の説明図である。

符号の説明

１…内方部材
１ａ…軌道面
２…外方部材
２ａ…軌道面
３…転動体
９…車輪用軸受装置
１０，１０Ａ…磁気エンコーダ
１１…芯金
１１ａ…円筒状部分
１１ｂ…立板部分
１１ｃ…鍔部
１１ｄ…延長筒部
１１ｅ…脱落阻止用形状部分
１４…多極磁石

Claims (8)

1. 環状の芯金と、この芯金に一体に固定された環状の多極磁石とからなり、前記多極磁石は、磁性粉が混入された素材が前記芯金と一体に成形されて固形化され、かつ芯金と一体化された状態で着磁されたものである磁気エンコーダ。
2. 請求項１において、前記多極磁石が焼結磁石であって、磁性粉と非磁性粉との混合粉を前記芯金と一体に成型し、焼結し、着磁したものである磁気エンコーダ。
3. 請求項１において、前記多極磁石がゴム磁石であって、磁性粉とゴム材とを混練した素材を、１回で前記芯金と一体に仕上がり形状に成型したものである磁気エンコーダ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記芯金が、前記多極磁石を固着した主な固着面から前記多極磁石が浮き上がることを阻止する脱落阻止用形状部分を有するものであり、前記多極磁石は、この脱落阻止用形状部分を有する芯金と一体に成型されて固形化されたものである磁気エンコーダ。
5. 請求項４において、前記芯金は、円筒状部分と、この円筒状部分の一端から外径側へ延びる立板部分と、この立板部分の外径縁から延びる円筒状の鍔部とを有し、前記多極磁石は、前記立板部分を主な固着面としてこの立板部分および前記鍔部に固着されたものであり、前記脱落阻止用形状部分は、前記鍔部を先端側が小径となるように傾きを持たせたものである磁気エンコーダ。
6. 請求項４または請求項５において、前記芯金は、円筒状部分と、この円筒状部分の一端から外径側へ延びる立板部分と、この立板部分の外径縁から延びる円筒状の鍔部と、前記円筒状部分を前記立板部分よりも延長させた延長筒部とを有し、前記多極磁石は、前記立板部分を主な固着面としてこの立板部分、前記鍔部、および前記円筒筒部に固着されたものであり、前記脱落阻止用形状部分は、前記鍔部に加えて前記延長筒部を設けたコ字状部分である磁気エンコーダ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気エンコーダを備えた車輪用軸受装置。
8. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記内方部材の一端の外周に磁気エンコーダを嵌合させ、この磁気エンコーダを請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の磁気エンコーダとした車輪用軸受装置。

Images