JP2006234846A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、新たなスペースを確保せずに、検出器及び被検出体を軸受内に収め、軸受の組込みスペースのコンパクトさ、軸受のシール性能が共に、通常の軸受と同等の機能をもつ回転パルス検出機能を有する転がり軸受を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受は、内輪１に取り付くセンサー用磁石１０を、焼結磁石でなく、円周状にＮ極とＳ極が交互に着磁、あるいはＮ極とＳ極と極無し又はＳ極とＮ極と極無しが交互に着磁されたボンド磁石から構成し、そのセンサーを外輪２で支持されるシール板３より軌道面側に取り付け、そのシール板３と対向する面を内輪１とすることにより、ボンド磁石がもつ占有面積が小さいという特徴を活用して、磁気センサー１１を設置する軸受空間のスペースが広げ、限られた狭い軸受空間にリード線を除くセンサー１１、センサー用磁石１０が、通常の軸受と変わらずに収められるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転する回転側軌道輪とこれに組合う固定側軌道輪とが相対的に回転するときに、回転角度に比例した電気的パルスが発生するようにした転がり軸受に関する。

転がり軸受には、回転パルス検出機能を付加した軸受がある。

こうした転がり軸受には、例えば特開平６−８１８３３号に示されているような回転側軌道輪に被検出体としてトーンホールと称する櫛歯状に加工した環状の磁性体又は磁石を環状に製作しその磁石にＮＳ交互の着磁をしてなる環状の通常の永久磁石（焼結磁石よりなる）を取付け、これと対向するよう固定側軌道輪（回転側軌道輪と組合う軌道輪）と隣接して外側に磁束密度の変化を検出するホール素子等の磁気センサー（検出器）を設置して、磁気センサーから回転側軌道輪の回転角度に比例した電気的パルス（以下、回転パルスという）が発生されるようにした構造が用いられていた。

またこの他、特開平５−６９４６３号に示されるような回転側軌道輪と固定側軌道輪間を覆うシール部材にＮＳ交互の着磁を施し、固定側に磁気センサーを設置して、回転パルスを検出する構造も用いられていた。

しかしながら、前者の転がり軸受だと、トーンホイールあるいは着磁された永久磁石は、かなり占有面積を占める大きな焼結部品なので、同部品を取付けるためには軸受内部あるいは軸受に隣接した部位にトーンホイールあるいは永久磁石を設置するためのスペースを確保しておくことが求められる。この設置スペースを確保するために通常の転がり軸受では、軸受寸法を軸方向に伸ばすという変更が強いられる。

また後者の転がり軸受だと、磁石が取り付く位置は、回転側軌道輪に固定されるシール部材に依存するため、一般的には外輪が回転側となる場合だけの使用に限られてしまう。

そこで、近時、特開平７−１９７９３８号に開示されているような技術が提案されている。

同技術は、回転側軌道体に設置する永久磁石（焼結磁石）の大きさを小さくできないことを鑑みて、同永久磁石自体がシール部材の他端部と接するシール面をなす形状にして、シール部材でシールを行うのに必要とされていたスペースも永久磁石が占有するスペースの一部として含めて、大きな永久磁石を軸受に内蔵させる技術である。

具体的には、回転側軌道体に設置される永久磁石としては、中段から基部側を厚み寸法が外側に次第に増すような三角形状の断面形状を有した環状の永久磁石が用いられ、これを基部斜面がシール部材と交わる地点に配置して回転側軌道輪の肩部に取り付け、この永久磁石の基部斜面に対して固定側軌道輪から延びてくるシール部材の他端部を接触させてシールすることにより、シール面を永久磁石自身に形成する分、大きな焼結磁石が軸受内に収められるようにしてある。これだと、シール部材に磁気センサー（検出器）を設置して、回転パルスを検出するので、先のシール部材に着磁を施したときのような制約はない。

ところが、永久磁石には焼結磁石を用いているので、これでも軸受の寸法が通常よりも大きくなることがある。

しかも、こうした永久磁石にシール部材を接触させてシールする構造だと、磁気センサーとは反対側で行なわれるシール部材のシール構造とは異なってしまう。すなわち、磁気センサーとは反対側では、固定側軌道輪から延びたシール部材の他端部は、通常、回転側軌道輪と接してシールしている。このため、軸受の左右において摩擦特性が異なり、どうしても軸受のシール特性が両側で異なってしまう。このため、同構造を採用すると、バランスの採れた軸受のシール特性を確保するために、軸受の左右で異なる設計が求められる。

また磁気センサーと反対側は、従来通りの接触式で、磁気センサー側はシール部材の他端部を非接触式とした構造も考えられるが、やはり上記と同様、軸受の左右でシールを別設計で行うことが求められる。しかも、異なる構造の組み合せは、軸受のシール性能の劣化が懸念される上、軸受の生産性が悪くなる要素ともなり、コスト高をきたしやすい。

回転パルス検出機能付き軸受は、こうした通常の軸受を機器に組込むスペースより大きくなったり、軸受のコストの上昇や軸受性能の低下をきたしたりすることなどのために、普及することが阻害されている。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、新たなスペースを確保することなく、リード線を除く検出器および被検出体を軸受内に収め、軸受の組み込みスペースのコンパクトさ、および軸受のシール性能が共に、通常の軸受と同等の機能を有する転がり軸受を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載した転がり軸受は、回転側軌道輪に取り付く被検出体を、焼結磁石でなく、円周状にＮ極とＳ極が交互に着磁、あるいはＮ極とＳ極と極無し又はＳ極とＮ極と極無しが交互に着磁されたボンド磁石から構成し、その被検出体を固定側軌道輪と回転側軌道輪間を覆うシール部材又はシールド部材より軌道面側に取り付け、そのシール部材又はシールド部材の他端部と対向する面を回転側軌道輪とすることにより、通常の軸受寸法、シール構造を変更せずに、回転パルスを発生させる被検出体、検出器を組込んだ軸受を実現するようにした。

すなわち、ボンド磁石を用いることにより、被検出体の断面占有面積は小さく、検出器を設置する軸受空間のスペースが広げられるので、限られた軸受空間にリード線を除く検出器、被検出体を配置することができ、通常の軸受（センサー無しの軸受）と同じ程度にコンパクトとなる。しかも、通常の軸受と同様、シール部材又はシールド部材の他端部と対向する面が回転側軌道輪となるので、通常の軸受と同等のシール機能が確保される。

具体的には、ボンド磁石には、ゴムマグネット、プラスチックマグネット等があり、これらの磁石は、従来の焼結磁石に比べ、
ａ．軽い。 ｂ．割れ・欠けが生じにくい。 ｃ．機械的二次加工が容易。

ｄ．薄肉・複雑な形状が可能。 ｅ．射出成形による大量生産性に優れる。

ｆ．磁力調整が容易。 ｇ．磁気特性のばらつきが少ない。という特徴がある。

このため、被検出体は、焼結磁石に比べ格段に小型化した部品となり、同部品を利用して軸受空間スペースが広げられ、被検出体をシール部材又はシールド部材の内側で回転側軌道輪に取付けても、通常の軸受のようにシール部材又はシールド部材の他端部と対向面が回転側軌道輪となる転がり軸受が実現されるようになる。

しかも、ボンド磁石だと、センサー用磁石として要求される性能、さらには取付けの容易性、耐久性の大、量産性の大など多くの性能をもつので、小型でありながら、必要な性能は充分に確保される。さらに述べれば、センサー用磁石で最も重要される精度は、磁気特性のばらつきが小さく、磁力調整が容易であるという特徴により、充分に満足する。また取付性の点は、焼結磁石だと、脆いので回転側軌道輪への取付けは難しいが、ボンド磁石だと回転側軌道輪への取付けは容易である。しかも、焼結磁石だと、回転中に生じる温度上昇や遠心力で発生する引っ張り応力により割れやすいが、ボンド磁石は、比重が小さく遠心力による影響が少ない上、弾性があるので多少の歪みが生じても弾性限度内で吸収するので、取付後の破損の心配はない。さらに低コストでの量産が可能なので、センサー用磁石としては充分な性能がもたらせられる。

そのうえ、円周状にＮ極、Ｓ極、極なし又はＳ極、Ｎ極、極無しが交互に着磁されたボンド磁石を用いることにより、１つのセンサーだけで、回転方向の識別が行なえる。

好ましくは、軸受内のボンド磁石は、同磁石の外周面と検出器の検出部とが対向（周対向）するように設置するのが望ましい。このように設置すると、シール部材に、固定側軌道輪に取り付けるときに外側に向かうモーメントが作用しても、ボンド磁石と検出器間の距離（隙間）が小さくなる方向に検出器が変位するようになるので、同距離が大きくなるを原因とした信号の検出エラーが発生せずにすむ。しかも、ボンド磁石は、通常の焼結磁石より密度が小さいため、回転中の遠心力による膨張が小さく、焼結磁石のときのような膨張による検出器との間の距離が小さくなり過ぎたり、検出器と接触したりすることが未然に回避される。またこうしたことにより、ボンド磁石の周面と検出器とは安定して小隙間に保てるから、小隙間が要求されるような着磁ピッチの細かい被検出体でも回転パルスの検出が行なえる。しかも、着磁は、回転側軌道輪に着磁前の被検出体を回転側軌道輪に取り付けた後、被検出体の外周面に対して行なうことが望ましい。このように取付後、着磁を行なうようにすると、着磁装置の取り外しに伴う着磁性能の劣化が防止される。また球状の転動体を用いた転がり軸受では、ボンド磁石および検出器を含めた高さが、転動体中心からの距離より内側に配置されるように設定することが望ましい。このようにすると、転動体の中央の出っ張りを避けて、軸受の幅方向中央寄りの空間を利用して中側で検出器の設置が行なえるので、軸受幅が広くなることが防げる。また回転側軌道体と固定側軌道体との間で転動する転動体を保持する保持器として、転動体中心に対し、幅方向の厚さ寸法が異なる保持器を用いて、被検出体が取り付く軌道輪側が幅寸法の小さい側となるように組み付ける構造が望ましく、このようにすると、被検出体が中側へ設置しやすくなる。

以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、被検出体をボンド磁石から構成することによって、同ボンド磁石がもつ特徴を活用して、軸受内に、新たなスペースを確保せずに、リード線を除く検出器および被検出体を収めることができる上、軸受の組み込みスペースのコンパクトさ、および軸受のシール性能が共に、通常の軸受と同等の機能をもつ転がり軸受をすることが実現できる。

以下、本発明を図１ないし図７に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は、本発明を適用した転がり軸受、例えば深溝玉軸受を示している。図中１は内輪、２は同内輪１の外周側に配置された外輪、３は両輪間を覆うシール部材、例えば薄板で環状に形成された一対のシール板である。そして、内輪１の外周面に形成された環状の凹面よりなる軌道面１ａと、これに向き合うよう外輪２の内周面に形成された環状の凹面よりなる軌道面２ａとの間には、保持器、例えば冠型保持器４で環状に配置された複数の転動体、例えば複数の球５が転動自在に介装してある。また外輪２の肩部内側には、周方向に沿って環状の凹溝６（係合溝）が形成されている。この凹溝６は、シール板３の組付性を考慮して、開口が外側に向くように形成されている。そして。この外向きの凹溝６とシール板３の外周端部とが係合して、軸受両側にそれぞれシール板３を取り付けている。具体的には、シール板３は、断面がＬ字状に形成されていて、短辺部には係止部、例えば爪部６ａが形成してある。またこの爪部６ａの中心から外側の長辺部で、両輪間を覆う支柱部６ｂを形成している。そして、このシール板３を直径方向に弾性変形させて爪部６ａを凹溝６に係合させることによって、支柱部６ｂを内外輪間の開口を遮る位置で固定させている。これにより、内外輪両側にシール板３が取り付けてある。この取付けにより、シール板３の内周側の端部は、内輪１の肩部と対向するように配置される。そして、この対向面間が、シール構造でシールされ、軸受の内部空間をシールしている。本実施形態では、シール構造として、例えば内輪１の肩部に周方向に沿って凹溝８ａを形成し、同凹溝８ａ内に支柱部６ｂの先端に形成してある環状のシール突起８ｂを挿入配置させてなるラビリンスシール８（被接触式のシール）を用いている。

この構造から、例えば内径φ２５ｍｍ、外径φ５２ｍｍ、幅１５ｍｍといった寸法をもつ、内輪２を回転側軌道輪とし、外輪３固定側軌道輪とした深溝玉軸受を構成している。

こうした玉軸受に回転パルス検出機能が組み付けてある。

この回転パルス検出機能は、シール板３より軌道面側の内輪部分、具体的には冠型保持器４がある側とは反対側の内輪２の肩部に、被検出体として、外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されたセンサー用磁石１０を取り付け、同じ側にあるシール板３の内面に、磁束変化を検出する磁気センサーとしてホール素子１１（検出器）を装着して形成される。

このうちセンサー用磁石１０には、図２にも示されるように例えば円環状に成形され、外周面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されたボンド磁石、例えばＮｄ（ネオジム）系ボンド磁石が用いられている。

そして、このボンド磁石がもつ占有面積が小さい特徴を利用して、新たなスペースを確保することなく、センサー用磁石１０およびホール素子１１の軸受空間内への組付けを実現している。

すなわち、ボンド磁石は、従来の焼結磁石に比べ、
ａ．軽い。 ｂ．割れ・欠けが生じにくい。 ｃ．機械的二次加工が容易。

ｄ．薄肉・複雑な形状が可能。 ｅ．射出成形による大量生産性に優れる。

ｆ．磁力調整が容易。 ｇ．磁気特性のばらつきが少ない。という特徴がある。

この特徴により、ボンド磁石で構成されるセンサー用磁石１０は、焼結磁石で形成されるセンサー用磁石に比べ格段に小型化した部品となる。例えば本実施形態で用いられるＮｄ系ボンド磁石は、幅が約１．５ｍｍ、肉厚が約０．７５ｍｍといった小型化の円環状部品となる。このボンド磁石が内輪１の肩部に嵌まり、狭い軸受空間内に余裕でボンド磁石全体を収めてある。

ホール素子１１は、ホール素子１１の検出部がボンド磁石の外周面（着磁面）と近接対向するようシール板３に取付ける構造が用いられている。これにより、ボンド磁石の周面と対向するホ−ル素子１１から回転パルスの検出が行なえるようにしてある。

こうしたボンド磁石とホール素子１１とを周面対向で組合わせると、ボンド磁石の採用で広げたボンド磁石の直上の空間、すなわち軸受の直径方向のスペースを活用して、効率良く、狭い軸受空間内に、リード線１１ａを除くホール素子全体が収められるようになる。具体的には、例えば大きさが約２ｍｍｘ３ｍｍｘ１．５ｍｍのホール素子１１が用いられる場合、同ホール素子１１は、所定の隙間、例えば約０．３５ｍｍの隙間で、ボンド磁石の周面と対向するように軸受内部に組み付けられるようになった。

特に図１に示されるようにボンド磁石およびホール素子１１を含めた高さＨ１が、球５の中心からの距離Ｈ２より内側に配置されるように設定することにより、球５の中央の出っ張りを避けて、軸受の幅方向中央寄りの空間を利用して軸受の中側へホール素子１１の設置が行なえるようになるので、ホール素子１１の設置によって軸受幅が広くなることが防げる。また冠型保持器４として、図１に示されるように球４の中心に対し、半幅方向の厚さ寸法が異なる保持器を用いて、ボンド磁石が取り付く内輪１が幅寸法の小さい側となるように組み付けると、ボンド磁石は設置しやすい。

よって、軸受寸法、シール構造を変更することなくセンサー用磁石１０、ホール素子１１は、通常の大きさの軸受に内蔵させることができ、通常の深溝玉軸受と同じ、軸受の組み込みスペースのコンパクトさ、さらには軸受のシール特性をもつ回転パルス検出機能付き転がり軸受が実現できる。もちろん、この回転パルス検出機能が付いた深溝玉軸受は、通常の軸受と同様、内輪１が回転すると、磁極の変化に伴いホール素子１１から内輪１の回転角度に比例した回転パルスが出力される。そして、この出力が、ホール素子１１につながる増幅器（図示しない）を介して例えば約３Ｖの電圧でパルス状に出力され、この出力から軸受の回転位置検出が行なわれるようになる。

しかも、シール構造は左右共、同じシール面の設計が行なえるので、コストの低減化も図れる。

そのうえ、センサー用磁石１０にボンド磁石を採用したことにより、センサー用磁石として要求される性能、さらには取付けの容易性、耐久性の大、量産性の大など多くの性能をもつので、小型な磁石でありながら、必要な性能は充分に確保できる。

すなわち、センサー用磁石１０で最も重要とされる精度は、ボンド磁石がもつ磁気特性のばらつきが小さく、磁力調整が容易であるという特徴により、充分に満足する。また取付性の点は、焼結磁石だと、脆いので内輪１（回転側軌道輪）への取付けは難しいが、ボンド磁石だと、脆性材料でないので、内輪１への取付けは容易である。しかも、焼結磁石だと、回転中に生じる温度上昇や遠心力で発生する引っ張り応力により割れやすいが、ボンド磁石は、比重が小さく遠心力による影響が少ない上、弾性があるので多少の歪みが生じても弾性限度内で吸収するので、取付後の破損の心配はない。さらに生産性の点を見ても、ボンド磁石は低コストでの量産が可能なので、センサー用磁石１０としては充分な性能が確保できる。

またシール板３に、ボンド磁石と周面対向するホール素子１１を組み付けたことにより、シール板３の取付け時に作用するモーメントの影響が回避される。

すなわち、シール板３を取付ける外輪２の凹溝６は、組付性を考慮して、外向きに形成してあることが多い。このとき、シール板３の組み付けは、直径方向に弾性変形させながら爪部６ａを凹溝６に係合させることにより行なわれるが、シール板３の支柱部６ｂは爪部６ａの中心から外側（軸方向）にあるので、組み付け時に発生するシール板３の反力を受けて、モーメント作用により図１中の矢印で示されるように支柱部６ｂ全体が爪部６を支点として外側へ開く方向に変位する。このとき、従来に見られるような被検出体と検出器とを軸受の軸心方向に対向させて組み付ける、いわゆる平面対向の組み合せだと、支柱部５ｂの変位で、被検出体と検出器との距離が大きくなり、信号の検出エラーが発生しやすくなるが、軸受の直径方向でボンド磁石（被検出体）とホール素子１１（検出器）を対向させる構造（周面対向）だと、逆に支柱部５の変位で、ボンド磁石とホール素子の距離が小さくなるので、シール板３の変位を要因とした信号の検出エラーが発生せずにすむようになる。なお、このシール板３が変位して隙間が小さくなっても良好なシール効果が保てるよう、本実施形態ではラビリンスシール８を採用してある。

しかも、通常の焼結磁石だと、密度が大きいために、回転中の遠心力による膨張が大きく、その膨張する分だけ軸方向に縮むので、先のような平面対向の組み合せだと、シール板３の変位で被検出体と検出器との距離が大きくなる傾向に加えて焼結磁石が軸方向に縮み、被検出体と検出器との距離が相乗的に離れ、一層、信号の検出のエラーが発生しやすくなるが、ボンド磁石は、通常の焼結磁石より密度が小さいため、回転中の遠心力による膨張は小さいので、上記周面対向によりホール素子１１との距離が縮んでも、ホール素子１１（検出器）との間の距離が小さくなり過ぎたり、検出器と接触したりすることが回避される。そのうえ、ホール素子１１との初期隙間の設定は容易（初期隙間の設定範囲を広くとるだけ）である。

またこうした利点により、ボンド磁石の周面とホール素子１１とは安定して小隙間に保てるから、小隙間が要求されるような着磁ピッチの細かい多極着磁磁石を被検出体として用いても回転パルスの検出を行なうことができる。

すなわち、図３に示されるように多極着磁磁石を被検出体として磁束密度の変化を検出器で検出する場合、図中の矢印で示す磁力線の流れからわかるように隣の磁極へ向かう磁力線の範囲δ内に検出器を置くことが求められる。ここで、同範囲δは、図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように着磁ピッチが広い程、大きく（δ１）、着磁ピッチが狭くなる程、小さく（δ３）なる。つまり、着磁ピッチに比例する。特に回転時の測定信号の精度を上げるには、図３（ｃ）に示されるように磁極の数を多くして分解能を良くする。このとき、磁極ピッチは小さくなるので、ホール素子１１（検出器）とボンド磁石（被検出体）との隙間を小さくする必要がある。

このとき、従来に見られるような被検出体と検出器とを軸受の軸心方向に対向させる平面対向の組み合せだと、シール板３の取付け時の変形や遠心力による被検出体の縮みにより隙間が大きくなる傾向にあるが、先に述べたようにボンド磁石の採用、ボンド磁石とホール素子１１（検出器）とを円周対向で配置する構造の採用により、同隙間を小さく管理できる。これにより、約１．７ｍｍ間隔でＮ極、Ｓ極が交互に各３２極着磁されている被検出体でも回転パルスを検出でき、容易に高い分解能を有する軸受が実現できる。

また、周面に着磁するボンド磁石だと、従来に見られるような平面対向の磁石では困難であった、内輪１に着磁前の磁石母材（磁性体）を組み付け後、同母材の円周方向着磁を行なうという、つぎに述べるような新たな着磁装置、着磁方法も採用できる。

すなわち、従来、平面対向で設置される磁石に着磁を施すときは、磁石の平面形状と対応する円板状の鉄心を用いた着磁ヨーク（１極毎にエネナメル線を巻き、その後、固めて作られるもの）が用いられている。この着磁ヨークは、隣合う極ごとにそれぞれエナメル線の巻く方向を逆にすることにより磁極を変化させてあり、着磁を施すときは、同着磁ヨークに、着磁前の円板状の磁石母材をセットし、この母材を着磁ヨークとで挟むようにヨークをセットしてから、着磁ヨークへ電源を投入することにより、磁石母材の平面に、Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−…となるように着磁する方法が用いられている。

ところが、これだと、着磁前の磁石母材を内輪（回転側軌道輪）に取付けてから、同母材に着磁をすることは難しい。

そこで、対象を周対向の磁石に変え、内輪１（回転側軌道輪）に磁化前の磁石母材を取付けてから、同母材の周面に着磁する磁石の着磁装置、同じく着磁方法を開発した。

同着磁装置の構造が図５〜図７に示されている。図５中２０は着磁ヨークである。着磁ヨーク２０は、円筒状に形成されていて、一端側の開口部には着磁ワーク（着磁しようとする物体）が入出可能なワークセット部２１が形成してある。このワークセット部２１の周面が嵌まる開口縁部には、図６に拡大して示されるように着磁するＮ極とＳ極の極数に応じて着磁用コイル２２が組み付けられていて、ワークセット部２１に嵌まる着磁ワークの外周面に対して着磁を施せる構造にしてある。

そして、内輪１に取り付けた磁化前の環状のセンサー用磁石１０（ボンド磁石）に着磁を施すときは、図７に示されるように内輪１に付いている磁化前のセンサー用磁石１０の周りに、着磁ヨーク２０のワークセット部２１を嵌めて、着磁ヨーク２０の着磁面とセンサー用磁石１０の外周面とが対向するように位置決めしてから、着磁ヨークへ電源を投入すれば、内輪１自身がヨークとして働いて、図２に示されるようにセンサー用磁石１０の外周面にＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−…となる着磁を行なうことができる。

しかも、磁石は、着磁後、ヨークを取り外すことにより磁気特性が低下するが、こうした着磁前の状態で内輪１（回転側軌道輪）に取り付けた後、着磁する方法だと、ヨークとして働く内輪１が着磁前から着磁を終えた後もセンサー用磁石１０と一体のままなので、着磁時の取り外しによる着磁性能の劣化なく、磁石の磁気特性の低下を防ぐことができ、優れた磁気特性のセンサー用磁石１０が得られる。

むろん、内輪１（回転側軌道輪）に、直接、母材（磁性体）を成形してから、その後で同母材に着磁を行ってセンサー用磁石１０を形成してもよい。もちろん、着磁装置で、内輪１に嵌め込まれる前に磁石に着磁することもできる。

なお、第１の実施形態は、内径φ２５ｍｍ、外径φ５２ｍｍの深溝玉軸受の例であるが、軸受寸法は内径φ１０ｍｍ程度からφ１００ｍｍ程度までの広い範囲で適用可能である。また被検出体を構成する磁石もＮｄ系ボンド磁石に限らず、アルコニ系、フェライト系、希土類コバルト系等の他の磁石でも良い。被検出体の大きさも幅約１．５ｍｍ、肉厚約０．７５ｍｍに限らず、軸受の寸法に応じて幅約１ｍｍ〜１５ｍｍ、肉厚約０．５ｍｍ〜５ｍｍの間で設定すればよい。また検出器は、ホール素子の他、ホールＩＣでもよく、大きさも１．５ｍｍｘ２ｍｍｘ１ｍｍ〜２０ｍｍｘ３０ｍｍｘ１５ｍｍまでの範囲が一般的に想定され、形状も直方体だけでなく円柱状、その他の形状でもよい。また被検出体との隙間は０．２ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲が望ましく、出力電圧は増幅器により通常０〜５Ｖの範囲に入るように設定すればよい。

図８は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、ラビリンスシールでなく、接触式シールの軸受に本発明を適用したものである。

具体的には、シール構造には、内輪１の両肩部に周方向に沿って円弧状の切欠部２５を形成し、シール板３の下端に切欠部２５に対して弾性的に押し付けられるリップ部２６を形成して構成してあり、この軸受の内輪１の肩部にボンド磁石で構成されたセンサー用磁石１０が取り付け、シール板３にセンサー用磁石１０の周面と対向するようにほぼＬ形にホール素子１１を取り付けたものである。

図９は、本発明の第３の実施形態を示す。

本実施形態は、第２の実施形態の変形例で、平坦な肩部にシール板３の下端に形成されている接触シール部２７を接触させてシールする構造に用い、シール板３に、センサー用磁石１０の周面と対向するよう、細径軸状のホール素子１１を取り付けるようにしたものである。

図１０は、本発明の第４の実施形態を示す。

本実施形態は、内輪１の肩部を、周方向に沿って切り欠いて、その環状の切欠部３０内に、肩部と同じ面（面一）となるように、ボンド磁石で構成されたセンサー用磁石１０を埋め込んだものである。この場合も、磁化前の磁石を取り付けてから、後で着磁するようにしている。

このようにすれば、センサー用磁石１０およびホール素子１１を含めた高さＨ１は、一層、球５の中心からの距離Ｈ２より内側に配置されるので、ホール素子１１の設置によって、より軸受幅が広くなることを防ぐことができる。

図１１〜図１５は、本発明の第５の実施形態を示す。

本実施形態は、Ｎ極、Ｓ極、極無しが交互に着磁されたボンド磁石でセンサー用磁石１０（被検出体）を構成して、１つのセンサーで、軸受の回転方向の識別が行えるようにしたものである。

すなわち、回転している軸受の回転速度の検出は、回転側にＮ極、Ｓ極を交互に配置した被検出体を配置し、固定側に磁束の変化を検出するセンサー（検出器）を配置することで検出されるが、これだと、回転パルスを取り出すことはできても、回転方向が時計方向か反時計方向かの判別はできない。

つまり、軸受の回転に伴い、着磁磁化が移動する場合の波形を、Ｎ極を検出した場合を正とした正弦波を検出するように回路で変換して表すと、図１４に示されるようにＮ極を検出するときは正の正弦波形が現れ、Ｓ極を検出するときは負の正弦波形が現れるだけで、同波形からは回転方向の判別が行えない。なお、このときのＮ極とＳ極の両方を通過したときを、着磁ピッチ１サイクルと定義すると、この位相角が３６０°となり、正弦波の出力０から最大又は最小のピークが表れる位相は９０°、すなわち着磁ピッチ／４のときとなる。

そこで、このような回転方向の判別が求められるときは、２つのセンサーを用いて、同センサーで検出した矩形波、又は正弦波の２相（Ａ相、Ｂ相）を検出し、同２相の信号の進み遅れから回転方向を判断することが考えられる。具体的には、図１５（ａ）に示されるように２つのセンサーを「着磁ピッチの整数倍＋１／４着磁ピッチ」離して設置しておくことにより、図１５（ｂ），（ｃ）に示されるように１個のセンサーが０を検出するとき、もう１個のセンサーは必ず最大値か最小値を検出するので、軸受の回転方向が判別できる。つまり、Ａ相が負から正になるとき、Ｂ相が正か負かによって軸受の回転方向が判別される。むろん、Ａ相とＢ相の間隔が、着磁ピッチの１倍、０．５倍であると、２個のセンサーからの情報では回転方向が決定できない。

ところが、これだと、２つのセンサーを「着磁ピッチの整数倍＋１／４着磁ピッチ」で離しておくことが求められるが、これが技術的に難しく、回転方向の検出が可能な軸受の量産には適していない。

本実施形態は、こうしたことに鑑み、１個のセンサーだけで、軸受の回転方向の判別が行えるよう、図１１に示されるようにＮ極、Ｓ極、極無しの順で交互に着磁（ほぼ一定ピッチ）された、ボンド磁石で構成されたセンサー用磁石１０を用いた。

回転方向の判別に必要な回路としては、例えば図１１に示されるように検出器となる１個のホール素子１１に前置増幅器３５を接続し、この前置増幅器３５に対し、波形整形して一定回転角度毎に回転パルスを出力させる波形整形回路３６と、回転方向を弁別して回転方向信号を出力する回転方向検出回路３７とを並列に接続して、２系統に分ける構造が用いてある。また回転方向検出回路３７には、例えばホール素子１１からの信号を微分波形する微分機能、同微分波形から回転方向を判別する判別機能が設けてある。

こうした回路において、今、例えば軸が正回転（時計方向）するとする。すると、軸受の回転に伴い、図１２（ａ）のセンサー用軸受１０が移動し、ホール素子１１からは、Ｎ極、Ｓ極、極無しの検出にしたがい、前置増幅器３５によって一定のレベルまで増幅した信号、すなわち図１２（ｂ）に示されるような磁束密度に比例した電圧の信号が出力される。

このとき、検出すべき磁極がＮ極ならば、例えばプラスの出力電圧が出力され、Ｓ極ならばマイナスの出力電圧が出力され、極無しなら出力は０となる。

そして、この信号が微分機能で微分されると、図１２（ｃ）に示されるように正方向にパルスが２個続けて出力され、つぎに負方向のパルスが１個出力される微分波形となる。

ここで、軸受が反対に回転しているならば、逆に図１３（ｃ）に示されるように負方向にパルスが２個続けて出力され、つぎに正方向のパルスが１個出力される微分波形となる。

これにより、判別機能によって、微分波形において正方向にパルスが２個続けて出力されてからつぎに負方向のパルスが１個出力されたことが検出されると、軸受が時計方向に回転していると判別され、反対に微分波形において負方向にパルスが２個続けて出力されてからつぎに正方向のパルスが１個出力されたことが検出されると、軸受が反時計方向に回転していると判別される。

しかも、絶対値微分波形を絶対値で検波する検波機能により処理することにより、図１２（ｄ），図１３（ｄ）に示されるように必要な回転パルスの検出が行える。

つまり、Ｎ極、Ｓ極、極無しを交互に着磁することにより、簡単に１つのセンサーで、回転パルスの検出と回転方向の判別が可能となる。

なお、環状の磁性体に極無しを形成することが困難なときは、図１６に示す第６の実施形態のように環状のボンド磁石のうち、極無しに相当する外周部分に凹加工を施して、０着磁とみなされるまで、センサーと着磁面との距離を長くするか、同部分を予めセンサから着磁面までの距離を長くしておき、センサーでＮ極もＳ極も検出しないようにする。つまり、０信号となるようにすればよい。むろん、図１７に示す第７の実施形態のように内輪１に磁石を形成する際、極無しとする部分に磁石母材を形成しない、あるいはその部分を取り去るなどの加工を行った後、Ｎ極、Ｓ極の着磁を行って、Ｎ極、Ｓ極、極無しを形成してもよい。

こうしたＮ極、Ｓ極、極無しを用いて、１つのセンサーで回転方向を判別する技術は、図１８に示す第８の実施形態に示されるようにセンサー用磁石１０の側面にホール素子１１（センサー）を対向（平面対向）させて、回転パルスを検出可能転がり軸受にも適用できる。

もちろん、順番を変えて、Ｓ極、Ｎ極、極無しの順で交互に着磁するようにしても同様に１つのセンサーで回転方向の判別が行えることはいうまでもない。

なお、上述した各実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

また本発明は、深溝玉軸受を基に説明したが、アンギュラ軸受等の玉軸受および球面ころ軸受等の転動体が球面を有する軸受に同じように適用できるものである。また円すいころ軸受の場合にも保持器をテーパ形状として大径側を連続する端面とすることにより同じ構造が可能である。複列の軸受の場合は中央部に保持器を配置して両端面に保持器がでない構造とすることができるので、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受等のいずれも軸受にも適用できる。むろん、いずれの軸受にも、保持器の連続する側と逆の軸受端面側の内輪は肩部を有しているので、その肩部に被検出体を取り付ければよい。もちろん、内輪が回転側軌道輪、外輪が固定側軌道輪となる軸受だけでなく、内輪が固定側軌道輪、外輪が回転側軌道輪となる軸受にも本発明を適用できる。またシール部材の代わりにシールド部材をもつ軸受では、シールド部材に被検出体を設けられば、上述した実施形態と同様の効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受を示す半断面図。 同軸受の被検出体が付いた内輪を示す斜視図。 その被検出体に形成してある各極の磁力線の流れを示す図。 その磁力線が作用する領域が、着磁される極の着磁ピッチにしたがって変化することを説明するための図。 同被検出体に着磁を施すのに用いられる着磁ヨークの外観を示す斜視図。 その着磁ヨークの一部コイル周辺を拡大して示す平面図。 同着磁ヨークに、被検出体を内輪に取り付けて着磁する時の状態を説明するための平面図。 本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受を示す半断面図。 本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受を示す半断面図。 本発明の第４の実施形態に係る転がり軸受を示す半断面図。 本発明の第５の実施形態に係る転がり軸受を、１つのセンサーで回転方向を判別する回路と共に示す図。 同回路で、軸が正回転したときに検出されるパルス信号を説明するための図。 同じく軸が逆回転したときに検出されるパルス信号を説明するための図。 センサーが出力する信号を説明するための図。 ２つのセンサーで回転方向を判別する方法を説明するための図。 本発明の第６の実施形態の要部となる着磁の仕方を説明するための平面図。 本発明の第７の実施形態の要部となる着磁の仕方を説明するための平面図。 本発明の第８の実施形態の要部となる被検出体、検出器の設置構造を示す一部断面した斜視図。

符号の説明

１…内輪（回転側軌道輪）
２…外輪（固定側軌道輪）
３…シール板（シール部材）
４…保持器
５…球（転動体）
６…凹溝
６ａ…爪部（係止部）
６ｂ…支柱部
８…ラビリンスシール（シール部）
１０…センサー用磁石（ボンド磁石で構成された被検出体））
１１…ホール素子（検出器）
１１ａ…リード線
２０…着磁ヨーク
２２…着磁用コイル。

Claims (1)

1. 回転する回転側軌道輪と、前記軌道輪と組合う固定側軌道輪と、前記回転側軌道輪に設けられた複数着磁されてなる被検出体と、前記固定側軌道輪に一端部が支持されて該固定側軌道輪から前記回転側軌道輪間を覆うように配置されるシール部材又はシールド部材と、前記シール部材又はシールド部材に装着され前記被検出体の磁束変化を検出する検出器とを具備し、
   前記被検出体を円周状にＮ極とＳ極が交互に着磁、あるいはＮ極とＳ極と極無し又はＳ極とＮ極と極無しが交互に着磁されたボンド磁石から構成し、
   その被検出体を前記シール部材又はシールド部材より軌道面側に取り付け、前記シール部材又はシールド部材の他端部と対向する面を前記回転側軌道輪としてなる
   ことを特徴とする転がり軸受。

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