JP2006284476A - ロータリエンコーダ及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性が高く、低コストのセンサロータ３１を使用したロータリエンコーダ３３を提供する。
【解決手段】 本発明に係るロータリエンコーダ３３は、磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサと、この磁気センサ３２と対向する部分にＮ極とＳ極が交互に配置されたセンサロータ３１とを備えている。センサロータ３１は、円環状に成型された樹脂製の結合リング３６と、この結合リング３６にインサート成型された前記磁極を構成する複数個の永久磁石３４とから構成されている。前記永久磁石は、磁性材料からなる線材を所定長さに切断して得られた棒状部材よりなる。このロータリエンコーダ３３はハブユニット１の回転数を検出するのに使用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明はロータリエンコーダ及び転がり軸受装置に関する。

自動車の速度を検出したり、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）を作動したりするために、車輪を支持する転がり軸受装置に回転数検出センサを取り付け、その軸本体（車輪）の回転数を検出することが行われている。
転がり軸受装置は、軸本体の外周に装着された内輪、ステアリングナックルを介して車体に固定された外輪、内輪と外輪との間に配置された複列の転動体、転動体を保持する保持器などで構成されている。

外輪の車両インナー側には円盤状カバーが取り付けられていて、センサロータからの出力信号を検出する磁気センサが取り付けられている。内輪の外周面には内輪とともに軸心回りに回転するロータリエンコーダの構成要素である被検出体としてのセンサロータが取り付けられている。また、磁気センサはセンサロータに対して所定のエアギャップをもって対向している。
そして、前記センサロータとして、フェライト等の強磁性粉末をゴム等の弾性材に混入したものを使用する方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、他のセンサロータとして、磁性材料であるＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石の板材を用いて、当該板材が円盤状にプレス成型されたものを使用する方法も提案されている（特許文献２参照）。

特開平６−２８１０１８号公報 特開平９−７９２５２号公報

しかしながら、フェライト等の強磁性粉末をゴム等の弾性材に混入することによって製造されるセンサロータは、小石等の異物がゴムに衝突してゴムが傷つくと磁束の乱れが生じるために、信頼性に欠けるという問題点がある。
また、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石となる板材を円盤状にプレス成型することによってセンサロータを作成する場合は、材料費が高いために、センサロータのコストが高くなっていた。これは円盤状のセンサロータを作成する場合、その外径よりも大きな板材をプレス成型する必要があり、原料の板材の中で、実際にセンサロータとして使用されない円盤状のセンサロータの内径空間部分が占める割合が非常に高くなっているからである。
本発明はこのような事情に鑑み、信頼性が高く、低コストのセンサロータを使用したロータリエンコーダ、及びこれを用いた転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる磁気式のロータリエンコーダは、磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサと、この磁気センサと対向する部分にＮ極とＳ極が交互に配置されたセンサロータとを備えている磁気式のロータリエンコーダにおいて、前記センサロータは、円環状に成型された樹脂製の結合リングと、この結合リングにインサート成型された前記磁極を構成する複数個の永久磁石とから構成されていることを特徴とする。
複数個の永久磁石が樹脂にインサート成型されているので、センサロータ全体が磁性材料となるように板材がプレス成型されるのと異なり、磁性材料を有効に利用することができる。また、永久磁石が樹脂製の結合リングにインサート成型されているため、ゴム等の弾性材からなるセンサロータよりも強度が高まり、小石等の異物が衝突した場合であっても磁束の乱れが生じる可能性が低減されている。

前記永久磁石はＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系の磁石であることが好ましい。この磁石は、アルニコ磁石等と異なり伸線等の塑性加工が容易であるので、線材として利用するのに適しているからである。
また、前記センサロータを取り付けるための固定用金具が、前記永久磁石と共に結合リングにインサート成型されていることが好ましい。固定用金具が樹脂でインサート成型されていれば、固定用金具と樹脂との接合がより強固になるとともに、センサロータを内輪に取り付ける際の作業性が向上する。

前記永久磁石は、磁性材料からなる線材を所定長さに切断して得られた棒状部材よりなることが好ましい。永久磁石に磁性材料からなる線材を所定長さに切断して得られた棒状部材を使用すれば、板材を使用するのと異なり、材料費を安くすることができる。例えば、内径６７×外径７９×厚さ０．６ｍｍの円盤状のセンサロータを板材で製造する場合、概ね８５×８５×０．６ｍｍの板材をプレス成型する必要があるが、線材を用いて０．６×１．２×３ｍｍの角棒を１００ピース製造しても、これらの角棒を製造するための材料使用量は、板材から円盤状の永久磁石を作製する場合の約５％に過ぎず、大幅なコスト削減が可能である。
また、前記棒状部材の長手方向両端部が磁極になるように当該棒状部材が着磁されていることが好ましい。着磁は、長手方向からでも短手方向からでも可能であるが、長手方向に着磁すれば、この棒状の永久磁石に対向する磁気センサとのエアギャップを大きくとることができる。

前記センサロータを被検出体として備えたロータリエンコーダは、例えば車両の転がり軸受装置に利用することができ、この場合には車軸（車輪）の回転数を検出して、車速を求めたり、ＡＢＳに適用したりすることができる。

本発明によれば、信頼性が高く、低コストのセンサロータを使用したロータリエンコーダ、及びこれを用いた転がり軸受装置を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明では、本発明に係るロータリエンコーダ及び転がり軸受装置を例えば自動車等の車輪を支持するためのハブユニットに適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受装置としてのハブユニット１の縦断側面図である。ハブユニット１の基本構成は図１に示すようになっている。このハブユニット１は軸本体１１の外周面に車両インナー側から複列外向きアンギュラ玉軸受３が外嵌装着されている。複列外向きアンギュラ玉軸受３は、ハブホイール２の軸本体１１の小径外周面１１ａに外嵌される単一軌道を有する内輪２１と、車体に固定される二列の軌道溝を有する単一の外輪２２と、二列で配設される複数の転動体２３と、二つの冠形保持器２４、２５とを備えており、ハブホイール２の軸本体１１の大径外周面１１ｂを一方内輪とする構成になっている。

車輪が取り付けられるハブホイール２は軸本体１１の一方軸端寄りに径方向外向きのフランジ１２を設けた形状であり、ディスクロータ６がハブホイール２の外端面にあてがわれた状態でフランジ１２の円周数ヶ所に設けられる貫通孔１３に挿入されるボルト１４により固定される。前記外輪２２の外周面途中には径方向外向きに突出した状態で、車体に固定するための固定用フランジ２６が設けられている。
また、外輪２２の車両アウタ側の端部とフランジ１２との間にはシール材８が設けられていて、泥水等が軸受内部に浸入するのを防止する。

内輪２１の外周面には内輪２１とともに軸心回りに回転するロータリエンコーダ３３の構成要素である被検出体としてのセンサロータ３１が取り付けられている。
カバー７はハブユニット１内部に泥水等が侵入する機能を有し、センサロータ３１の磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサ３２が取り付けられている。
そして、センサロータ３１と前記センサロータ３１に所定のエアギャップをもって配置される磁気センサ３２とでロータリエンコーダ３３が構成される。

図２は、センサロータ３１の第１の実施形態を示す径方向断面図であり、図３はこのセンサロータ３１の正面図である。
図２及び図３に示すように、第１の実施形態のセンサロータ３１は、棒状の永久磁石３４の長さ方向が、円盤状のセンサロータ３１の軸方向となるように配置され、当該センサロータ３１と一体回転する内輪２１が回転する際、磁気センサ３２がＳ極とＮ極とを交互にセンシングできるように、隣り合う永久磁石３４は極が逆向きに配置されている。
そして、前記永久磁石３４と、センサロータ３１を内輪２１に取り付けるための固定用金具３５が、エラストマなどの樹脂よりなる結合リング３６にインサート成型されている。
本実施形態のように、センサロータ３１に棒状の永久磁石を利用すれば、磁性材料の使用量が少なくなるためにコストが削減され、また、強度の高い永久磁石３４が樹脂製の結合リング３６にインサート成型されているので、センサロータ３１に対する異物の衝突によって磁束の乱れが生じる可能性が低減される。

磁気センサ３２は、センサロータ３１に所定のエアギャップをもって配置されているが、図２に示すように棒状の永久磁石の長手方向をセンシングする場合３２ａの方が、短手方向をセンシングする場合３２ｂよりもエアギャップを大きくとることができる。
この棒状の永久磁石３４は角棒でも丸棒でもよい。ただし、長手方向両端部がＳ極及びＮ極となるように着磁された棒状の永久磁石３４を、短手方向からセンシング３２ｂするには、長手方向端部（極）近傍をセンシングする必要がある。よって、短手方向からセンシングする場合３２ｂには、図２の最下部に示すような短手方向に着磁された角棒を利用するのが好適である。

また、これらのセンサロータ３１に使用する永久磁石３４は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系の磁性材料による線材を一定長さに切断して得られる棒状部材を着磁することによって製作されている。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石は、伸線等の加工が容易であるために線材に適しているうえに、線材を使用すれば、板材を使用するよりも材料費が低くなるからである。
着磁は、Ｓ極、Ｎ極が交互になるように配置されれば、樹脂で成型した後でも成型前でも可能であるが、成型前に着磁すれば、複数の磁石が互いに吸引して組立て時の作業性が悪くなったり、組立て時に磁性体である固定用金具３５に接触して減磁されたりする可能性があるので、成型後に行うことが好ましい。

なお、図においては、分かり易くするために永久磁石３４の両極が、樹脂材料による結合リング３６から大きく突出した状態で記載しているが、実際には突出部分の高さは０．２５ｍｍ程度が好ましく、磁気センサ３２で磁束の変化を十分に検出可能な程度であれば両極が結合リング３６に埋設されていてもよい。

図４は、センサロータの第２の実施形態を示す径方向断面図であり、図５はこのセンサロータの正面図である。図４及び図５に示すように、第２の実施形態のセンサロータ３１は、棒状の永久磁石３４の長さ方向が、円盤状のセンサロータ３１の径方向となるように配置され、回転時に磁気センサ３２がＳ極とＮ極が交互にセンシングできるように隣り合う永久磁石３４は極が逆向きになっている。そして、第１の実施形態と同様に永久磁石３４と固定用金具３５とが、樹脂材料よりなる結合リング３６にインサート成型されている。

この場合においても、永久磁石３４の長手（長さ）方向をセンシングする場合３２ｃの方が、短手（太さ、厚さ）方向にセンシングする場合３２ｄよりもエアギャップを大きくとることができる。また、磁石の短手方向をセンシングする場合３２ｄは、内径側を測定する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、磁性材料の使用量が少なくなるためにコストが削減され、センサロータに対する異物の衝突によって磁束の乱れが生じる可能性が低減される。

本発明においては、前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。図２においては、断面円形又は矩形の棒状の永久磁石３４となっているが、棒状の永久磁石３４であれば断面の形状は問わない。ただし、角棒では角の尖った部分において磁束が乱れる場合があり、その場合は断面が曲面からなる棒状部材を使用することによって磁束の乱れを防ぐことができる。
また、センシング方向についても図で示した実施形態に限らず、回転時において磁気センサ３２、永久磁石３４のＳ極とＮ極を交互に検出可能であればセンシング方向は問わず、磁気センサの取り付け位置についてもカバー７に限らない。
さらに、前記ロータリエンコーダ３３は、上記実施形態で示したような車輪を支持するためのハブユニットだけではなく、様々な用途、形態の転がり軸受にも利用可能であることは言うまでもない。

ハブユニットの縦断側面図である。 センサロータの第１の実施形態を示す径方向断面図である。 センサロータの第１の実施形態を示す正面図である。 センサロータの第２の実施形態を示す径方向断面図である。 センサロータの第２の実施形態を示す正面図である。

符号の説明

１ ハブユニット（転がり軸受装置）
２ ハブホイール
３ 複列外向きアンギュラ玉軸受
２１ 内輪
２２ 外輪
２３ 転動体
３１ センサロータ
３２ 磁気センサ
３３ ロータリエンコーダ
３４ 永久磁石
３５ 固定用金具
３６ 結合リング

Claims (6)

1. 磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサと、この磁気センサと対向する部分にＮ極とＳ極が交互に配置されたセンサロータとを備えている磁気式のロータリエンコーダにおいて、
   前記センサロータは、円環状に成型された樹脂製の結合リングと、この結合リングにインサート成型された前記磁極を構成する複数個の永久磁石とから構成されていることを特徴とする磁気式のロータリエンコーダ。
2. 前記永久磁石は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系磁石である請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. 前記センサロータの固定用金具が、前記永久磁石とともに前記結合リングにインサート成型されている請求項１又は２に記載のロータリエンコーダ。
4. 前記永久磁石は、磁性材料からなる線材を所定長さに切断して得られた棒状部材よりなる請求項１〜３のいずれかに記載のロータリエンコーダ。
5. 前記棒状部材の長手方向両端部が磁極になるように当該棒状部材が着磁されている請求項４に記載のロータリエンコーダ。
6. 回転輪となる内輪と、この内輪の外周側を覆う固定輪となる外輪と、前記内輪と外輪の間に転動自在に介装された転動体と、磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサと、前記内輪に取り付けられかつ前記磁気センサと対向する部分にＮ極とＳ極が交互に配置されたセンサロータとを備えている転がり軸受装置において、
   前記センサロータは、円環状に成型された樹脂製の結合リングと、この結合リングにインサート成型された前記磁極を構成する複数個の永久磁石とから構成されていることを特徴とする転がり軸受装置。

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