JP2006329770A

JP2006329770A - 磁気エンコーダ、その製造方法及び転がり軸受装置

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Publication number: JP2006329770A
Application number: JP2005152576A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Ishii; 康彦石井; Katsura Koyagi; 桂小八木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】割れ、欠け等が起こり難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダ３１を提供する。
【解決手段】円周方向に交互に磁極を形成した磁気リング３２と、前記磁気リング３２を支持する芯金３３とを備えた磁気エンコーダにおいて、前記磁気リング３２が、円環状の結合材料で形成されており、当該結合材料を表裏方向に貫通する複数個の孔が円周方向に一定間隔おきに設けられた結合リング３２ａと、前記孔に埋め込まれ、前記孔と同数の円周方向に交互に磁極を形成している永久磁石３２ｂとから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輪の回転速度を検出するセンサ等に用いられる磁気エンコーダ、その製造方法及び転がり軸受装置に関する。

自動車等の車輪を支持する転がり軸受装置には、アンチロックブレーキシステム等を制御するために、車輪の回転速度を検出する回転数検出センサが取り付けられたものがある。このような回転数検出センサに用いられる磁気エンコーダの磁気リングとして使用される磁性ゴムは、通常磁性粒子をゴム等に混入したものであるため、異物等で傷つき易いという問題があった。
そこで、磁気リングが、例えばフェライトコア粉砕粉等の磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体で形成されている磁気エンコーダが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３７４４１号公報

しかしながら、特許文献１の磁気エンコーダは、磁気リングが焼結体であるために硬いけれども脆いという欠点があり、異物等の衝撃により割れ、欠け等が起こり、磁束が乱れるという課題を残していた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、割れ、欠け等が起こり難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダ、その製造方法及び転がり軸受装置を提供することを目的としている。

本発明の磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極が形成された磁気リングと、この磁気リングを支持する芯金とを備えた磁気エンコーダにおいて、
前記磁気リングが、円環状の結合材料で形成されかつ同結合材料を表裏方向に貫通する複数個の孔が円周方向に一定間隔おきに形成された結合リングと、前記各孔にそれぞれ埋め込まれかつ円周方向に交互に磁極を形成している複数の永久磁石とから構成されていることを特徴としている。
この構成によれば、複数の永久磁石が結合リングに形成された複数個の孔にそれぞれ埋め込まれており、永久磁石の周囲が結合リングで保護されているため、異物等による衝撃が加えられても割れ、欠け等が生じ難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダを得ることができる。

また、本発明の磁気エンコーダの製造方法は、円周方向に交互に磁極が形成された磁気リングと、この磁気リングを支持する芯金とを備えた磁気エンコーダを製造するための方法において、
金型のキャビティ内に複数本の棒状の磁性材料を円周方向に一定間隔おきに配置した状態で前記キャビティ内に結合材料を充填することにより、前記磁性材料が埋設された周壁部を有する円筒状の中間成型体を成型し、この中間成型体をその軸心方向に直交する面で一定厚さに切断することにより、前記各磁性材料の切断片が円周方向に一定間隔おきに埋設された中間リング体を形成し、この中間リング体の前記切断片を円周方向にＮ極とＳ極とを交互に着磁することによって前記磁気リングを得ることを特徴としている。
この製造方法を使用すれば、本発明の磁気エンコーダを低コストで短時間に大量生産することが可能となる。

また、本発明の転がり軸受装置は、固定輪と回転輪との間に転動体が介在された転がり軸受と、前記回転輪に一体回転可能に取り付けられた請求項１に記載の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダにセンサ部分が対面するように前記固定輪に取り付けられた磁気センサとを備えていることを特徴としている。
本発明の転がり軸受装置は、前記磁気エンコーダを備えているので、異物等による衝撃が加えられても割れ、欠け等が起こり難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダでより高精度に回転速度の検出を行うことができる。

本発明によれば、割れ、欠け等が起こり難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダ及びその製造方法を得ることができる。また、本発明の転がり軸受装置は、当該磁気エンコーダを備えているので、異物等による衝撃が加えられても割れ、欠け等が起こり難く、磁気特性に優れた磁気エンコーダでより高精度に回転速度の検出を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダ３１を示す断面斜視図であり、図２は、その正面図である。磁気エンコーダ３１は、金属製の円環状の芯金３３と、この芯金３３の表面に周方向に沿って設けられた磁気リング３２とを備えており、磁気リング３２は、円環状の結合材料で形成されかつ同結合材料を表裏方向に貫通する複数個の孔が円周方向に一定間隔おきに形成された結合リング３２ａと、前記各孔にそれぞれ埋め込まれかつ円周方向に交互に磁極を形成している複数の永久磁石３２ｂとから構成されている。

芯金３３は、金属製であれば、特に限定されるものではないが、磁性を有していることが好ましい。芯金３３の形状は、種々の円環状の形状とすることができるが、磁気リング３２を固定できる形状が好ましい。本実施形態においては、金属板を折り曲げて、断面ほぼＴ字形で全体を円環状に形成したものを使用している。

図３は、本発明の磁気エンコーダ３１の製造方法における磁気リング３２の作り方を示す概略図であり、図６は、本方法において使用する金型５２の断面図である。
本発明の磁気エンコーダ３１の製造方法において、金型５２のキャビティ５５内に複数本の棒状の磁性材料３６を円周方向に一定間隔おきに配置した状態で前記キャビティ５５内に結合材料を充填することにより、前記磁性材料３６が埋設された周壁部を有する円筒状の中間成型体３７を成型し、この中間成型体３７をその軸心方向に直交する面で一定厚さに切断することにより、前記各磁性材料の切断片３８ａが円周方向に一定間隔おきに埋設された中間リング体３８を形成し、この中間リング体３８の前記切断片３８ａを円周方向にＮ極とＳ極とを交互に着磁することによって磁気リング３２を得ることができる。

まず、金型５２のキャビティ５５内に、複数本の棒状の磁性材料３６を円周方向に一定間隔おきに配置した状態で、前記キャビティ５５内に結合材料を充填する。本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、複数本の棒状の磁性材料３６を円周方向に一定間隔おきに配置した状態でその両端を固定リング５１ａで固定した磁気材料集合体５１を形成し、この磁気材料集合体５１を金型５２中にセットしてキャビティ５５内に結合材料を充填する。
図６に示すように、金型５２は、一対の開閉型５２ａ，５２ｂからなる射出成型用金型であり、５３はパーティングラインを示す。前記磁気材料集合体５１は、固定リング５１ａの外周面を当該金型５２中に設けられた挟着部５４により型閉時に挟着させることによりキャビティ５５中に両端で固定されている。金型５２の上部には、金型５２中への結合材料の射出口５８が設けられている。そして、一対の芯棒５６，５７は、それぞれ前記磁気材料集合体５１の内径より少し小径の小径部５６ａ，５７ａ及び前記内径より少し太い大径部５６ｂ，５７ｂとからなり、当該小径部５６ａ，５７ａと大径部５６ｂ，５７ｂとの間には段部５６ｃ，５７ｃが形成されている。

前記磁気材料集合体５１を金型５２中にセットするに当たっては、例えば、芯棒５６，５７の小径部５６ａ，５７ａを当該磁気材料集合体５１中にそれぞれ両開口端から挿入し、図６に示すように当該磁気材料集合体５１中にて両小径部５６ａ，５７ａの先端が衝き合わされるようにする。そのとき段部５６ｃ，５７ｃはそれぞれ当該磁気材料集合体５１の固定リング５１ａの両端面に相対するようにする。そして当該芯棒５６，５７の大径部５６ｂ，５７ｂを両開閉型５２ａ，５２ｂ中に挟着させることで当該芯棒５６，５７を不動にセットし、小径部５６ａ，５７ａの外周面と磁気材料集合体５１の内周面との間に空隙５９が形成されるようにする。なお、キャビティ５５中における結合材料の流動性を保つために金型５２中及び芯棒５６，５７中に適所にヒータ（図示せず）が設けられている。こうして、金型５２中に磁気材料集合体５１を芯棒５６，５７とともにセットし、射出口５８よりキャビティ５５中に溶融状の結合材料を射出することで当該結合材料を空隙５９、磁気材料集合体５１の外周面と開閉型５２ａ，５２ｂの内径面との空隙６０及び磁気材料と磁気材料との間に行き渡らせ、冷却により固結するのを待ってから型開きし、キャビティ５５中から成型品を取り出して芯棒５６，５７を抜き取り、その軸心方向に直交する面で両端の固定リング５１ａを、例えば、ウォータージェット、バイト等の工具を用いて切断することにより、図３（ｂ）に示すような、磁性材料３６が埋設された周壁部を有する円筒状の中間成型体３７が成型される。
ここで、棒状の磁性材料３６の原料としては、バリウム系、ストロンチウム系等のフェライト粉、サマリウム鉄系、ネオジウム鉄系等の希土類系磁性粉を単独で、又は２種以上を混合して用いてもよい。また、磁性繊維又は磁性紙を使用してもよい。これらの原料を通常の方法により断面丸型の棒状に加工成形し、適当な長さに切断したものを棒状の磁性材料３６として使用する。結合材料としては、エラストマ、樹脂、金属等が挙げられる。エラストマとして、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーン系エラストマ、エチレン系共重合体等を、樹脂として、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂等を、金属として、スズ、銅、アルミニウム等を使用することができる。

そして、図３（ｃ）に示すように、この中間成型体３７をその軸心方向に直交する面で一定厚さに、例えば、ウォータージェット、バイト等の工具を用いて切断することにより、前記各磁性材料の切断片３８ａが円周方向に一定間隔おきに埋設された中間リング体３８が得られる。
最後に、図３（ｄ）に示すように、着磁ヨーク３９等を用いてこの中間リング体３８の前記切断片３８ａを円周方向にＮ極とＳ極とを交互に着磁することによって磁気リング３２が得られる。
この方法によれば、磁気リング３２を低コストで短時間に大量生産することが可能となる。
従って、本発明の磁気エンコーダ３１の製造方法によれば、磁気リング３２を低コストで短時間に大量生産することが可能となるため、それを用いる磁気エンコーダ３１も低コストで短時間に大量生産可能となる。そして、この製造方法により得られた磁気エンコーダ３１の磁気リング３２は、永久磁石３２ｂが結合リング３２ａの孔に埋め込まれた構成をしているため、異物等による衝撃が加えられても割れ、欠け等が生じ難く、磁気特性に優れる。

図４は、本発明の実施形態に係る転がり軸受装置の構成を示す軸方向断面図である。この転がり軸受装置１０は、自動車等の車両の車輪用軸受装置として用いられるものであり、転がり軸受部２０と回転速度検出部３０とにより構成されている。
転がり軸受部２０は、複列のアンギュラ玉軸受を構成しており、回転軸としてのハブ２１と、固定輪としての外輪部材２２と、ハブ２１と外輪部材２２との間に配置された複数の転動体２３と、これらの転動体２３をそれぞれ保持する保持器２４と、外輪部材２２とハブ２１との隙間に設けられたシール２５ａ，２５ｂと、を備えている。
上記ハブ２１は、図示しない車輪が取り付けられる車軸であるとともに、転がり軸受部２０の回転輪を構成している。ハブ２１の外周面には第一の内輪軌道２１ｅが形成されている。また、ハブ２１の一端側には車輪取付用のインロー部２１ａ及びフランジ部２１ｂを備えており、このフランジ部２１ｂには車輪等を固定するための複数本のハブボルト２１ｃが固定されている。また、ハブ２１の他端側には、ハブ２１の外周面より小径の段部２１ｇが形成されており、この段部２１ｇには、外周面に第二の内輪軌道２１ｆが形成された円環状の内輪部材２１ｄが外嵌されている。この内輪部材２１ｄは段部２１ｇの先端部に設けられたかしめ部をかしめることによって、段部２１ｇに固定されている。
外輪部材２２は、車体側に固定される固定輪であり、その内周面には、第一及び第二の内輪軌道２１ｅ，２１ｆに対向する第一及び第二の外輪軌道２２ａ，２２ｂが形成されている。

回転速度検出部３０は、内輪部材２１ｄの端部に一体回転可能に取り付けられた円環状の磁気エンコーダ３１と、外輪部材２２に取り付けられたカバー部材３４と、磁気エンコーダ３１に近接配置するとともにカバー部材３４に固定された磁気センサ３５と、を備えている。
磁気エンコーダ３１は、前述したように、円環状に形成された磁気リング３２と円環状の芯金３３とにより構成されており、芯金３３を内輪部材２１ｄの外端部に挿嵌することで、内輪部材２１ｄと一体回転可能に取り付けられている。芯金３３は、金属板等を折り曲げることにより、断面ほぼＴ字形で全体を円環状に形成し、内輪部材２１ｄの外端部に挿嵌固定されている。磁気リング３２は、芯金３３の円環部３３ａに接着するなどして固定されており、その周方向に複数の磁極が連続的に配置されている。
磁気エンコーダ３１の磁気リング３２の内側面と軸方向に対向する位置には、磁気センサ３５が設けられている。この磁気センサ３５は、軸受内部に泥水等が浸入するのを防止する機能を有するカバー部材３４に固定され、検出面である先端面を、磁気エンコーダ３１の被検出面である内側面に対向させている。また、この磁気センサ３５はアクティブ型のもので、ホール素子、磁気抵抗素子等、永久磁石から出た磁束の変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子や、この磁気検出素子の出力信号の波形を整形するための波形整形回路等から構成される。
磁気リング３２は、ハブ２１が回転した際、ハブ２１の回転状態を磁界の変化として磁気センサ３５に検出させることができるようにされている。

本発明において、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、断面円形の棒状の永久磁石となっているが、棒状の永久磁石であれば、その形状は問わず、例えば矩形であってもよい。
中間成型体３７の製造するための金型５２は、図２に示されたものに限られず、中間成型体３７を製造することができるすべての金型を使用することができる。
図３では、中間リング体３８の切断片３８ａを着磁して磁気リング３２を得ているが、中間リング体３８を芯金３３とを固定し、その後に着磁を行って磁気エンコーダ３１を得てもよい。
また、磁気エンコーダ３１の芯金３３の形状は断面ほぼＴ字形に限られず、例えば断面Ｌ字形等でもよい。磁気エンコーダ３１の磁気リング３２の向きについても、軸方向に限らず、径方向を向けて設けてもよい。さらに磁気エンコーダ３１は、独立した構成をとるのではなく、図５のようにシール装置の構成部品とすることも可能である。この磁気エンコーダを含むシール装置４０は、シール２５ｂの代わりに使用されるものであり、ハブ２１に嵌合される金属製の側板４１と、外輪部材２２に嵌合されるシール本体４２とを備えている。側板４１が磁気エンコーダ３１の芯金３３を兼ねており、この側板４１に磁気リング３２が取り付けられている。シール本体４２は、金属製のシール板４３に弾性体４４が加硫接着され、この弾性体に主リップ４５、副リップ４６及びサイドリップ４７が一体成型された構成であり、これらのリップ４５、４６及び４７が側板４１と摺接している。

本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダを示す断面斜視図である。本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダの正面図である。本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダの製造方法における磁気リングの作り方を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る転がり軸受を示す断面図である。本発明の他の実施の形態に係る磁気エンコーダを含むシール装置を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダの製造方法において使用する金型の断面図である。

符号の説明

１０転がり軸受装置
２１ハブ
２２外輪部材
３１磁気エンコーダ
３２磁気リング
３２ａ結合リング
３２ｂ永久磁石
３３芯金
３５磁気センサ

Claims

円周方向に交互に磁極が形成された磁気リングと、この磁気リングを支持する芯金とを備えた磁気エンコーダにおいて、
前記磁気リングが、円環状の結合材料で形成されかつ同結合材料を表裏方向に貫通する複数個の孔が円周方向に一定間隔おきに形成された結合リングと、前記各孔にそれぞれ埋め込まれかつ円周方向に交互に磁極を形成している複数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エンコーダ。
円周方向に交互に磁極が形成された磁気リングと、この磁気リングを支持する芯金とを備えた磁気エンコーダを製造するための方法において、
金型のキャビティ内に複数本の棒状の磁性材料を円周方向に一定間隔おきに配置した状態で前記キャビティ内に結合材料を充填することにより、前記磁性材料が埋設された周壁部を有する円筒状の中間成型体を成型し、この中間成型体をその軸心方向に直交する面で一定厚さに切断することにより、前記各磁性材料の切断片が円周方向に一定間隔おきに埋設された中間リング体を形成し、この中間リング体の前記切断片を円周方向にＮ極とＳ極とを交互に着磁することによって前記磁気リングを得ることを特徴とする磁気エンコーダの製造方法。
固定輪と回転輪との間に転動体が介在された転がり軸受と、前記回転輪に一体回転可能に取り付けられた請求項１に記載の磁気エンコーダと、この磁気エンコーダにセンサ部分が対面するように前記固定輪に取り付けられた磁気センサとを備えている転がり軸受装置。