JP2007192653A

JP2007192653A - 回転センサ付き転がり軸受

Info

Publication number: JP2007192653A
Application number: JP2006010792A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Ito; 浩義伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】外径寸法が大きい回転センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダを、小寸法の成形用金型と小型の設備で安価に製造できるようにすることである。
【解決手段】環状の磁気エンコーダ７を、磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものとして、円周方向で複数のセグメント７ａに分割し、この円周方向で複数に分割したセグメント７ａを、芯金に接着剤で固着することにより、分割されたセグメント７ａを小寸法の成形用金型と小型の設備で成形可能とし、外径寸法が大きい回転センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダ７を安価に製造できるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転センサ付き転がり軸受に関する。

各種回転機器の回転軸等を支持する転がり軸受には、その回転速度（回転数）を検出するために回転センサ付き転がり軸受が使用されることがある。この回転センサ付き転がり軸受は、内外輪の軌道輪のうちの回転側軌道輪に、円周方向で交互に異なる磁極に着磁された環状の磁気エンコーダを固着した芯金を装着し、この磁気エンコーダの回転に伴う磁極の変化を検出するセンサ素子を固定側軌道輪に装着して、回転側軌道輪の回転を検出するものである。

前記環状の磁気エンコーダは、フェライト等の磁性材料をポリアミド等の熱可塑性樹脂を結合剤として結合したものが一般的に用いられ、磁性材料と混合された結合剤を射出成形等によって金型で所定の寸法形状に成形され、圧入や接着によって芯金に固着されている。芯金を金型内にセットし、磁性材料と混合した結合剤を芯金と一体成形することもある。なお、成形された磁気エンコーダは、芯金に固着される前、または芯金に固着された後に、着磁装置を用いて、所望の磁極数に着磁される。

また、温度変化が大きい環境で使用される回転センサ付き転がり軸受では、磁気エンコーダの磁気的精度の劣化や結合剤の割れを防止するために、磁性材料の結合剤に耐熱性ニトリルゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴムを用いたものもある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたものでは、結合剤としての耐熱性ゴムを加硫接着によって芯金に固着している。

特開２００２−３４９５５６号公報

上述した磁性材料を熱可塑性樹脂や耐熱性ゴム等を結合剤として結合した環状の磁気エンコーダは、その外径寸法が大きくなると、成形用金型の寸法が大きくなるとともに、射出成形用等の設備も大型化し、製造コストが高くなる問題がある。また、耐熱性ゴムを結合剤として用い、これを加硫接着によって芯金に固着する場合は、加硫接着用の設備も大型化する。

そこで、本発明の課題は、外径寸法が大きい回転センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダを、小寸法の成形用金型と小型の設備で安価に製造できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、内外輪の軌道輪のうちの回転側軌道輪に、円周方向で交互に異なる磁極に着磁された環状の磁気エンコーダを固着した芯金を装着し、この磁気エンコーダの回転に伴う磁極の変化を検出するセンサ素子を固定側軌道輪に装着して、前記回転側軌道輪の回転を検出する回転センサ付き転がり軸受において、前記環状の磁気エンコーダを、磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものとして、円周方向で複数のセグメントに分割し、この円周方向で複数に分割されたセグメントを、前記芯金に接着剤で固着した構成を採用した。

すなわち、環状の磁気エンコーダを、磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものとして、円周方向で複数のセグメントに分割し、この円周方向で複数に分割されたセグメントを、芯金に接着剤で固着することにより、分割されたセグメントを小寸法の成形用金型と小型の設備で成形可能とし、外径寸法が大きい回転センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダを安価に製造できるようにした。

前記磁性材料を熱可塑性樹脂で結合した磁気エンコーダの分割した各セグメントは、射出成形で成形するとよい。

前記芯金に固着される複数のセグメントに分割された磁気エンコーダに、円周方向の少なくとも１箇所で隙間を設け、この隙間の位置を前記異なる磁極の境界位置と合致させることにより、分割されたセグメントを、隙間で余裕代を持たせて重なり合わないように芯金に密着させて固着でき、この隙間の位置で発生する磁気波形の乱れの影響を小さくすることができる。

後の図４（ｂ）に示すように、前記隙間の位置では磁気波形の乱れが発生するが、隙間の位置を磁極の境界位置と合致させることにより、磁気波形の乱れを、センサ素子で検出される磁束の変化のＮ極側とＳ極側の各閾値Ｗ_Ｎ、Ｗ_Ｓを越えない波形の中腹部で発生させ、この磁気波形の乱れによる回転センサの誤検出を防止することができる。

前記磁気エンコーダのセグメントを円周方向で等分割されたものとすることにより、各セグメントを同じ成形用金型で成形することができる。

前記磁気エンコーダの一周の着磁極数ｎ_Ｐと、前記等分割されたセグメントの分割数ｎ_Ｓとの比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓが整数となるようにすることにより、セグメントの分割位置を異なる磁極の境界位置に合致させて、セグメントの分割位置で発生する磁気波形の乱れの影響を小さくすることができる。

前記セグメントの分割位置でも、前記隙間の位置ほどではないが磁気波形の乱れが発生する。したがって、セグメントの分割位置を磁極の境界位置に合致させることにより、この磁気波形の乱れも、センサ素子で検出される磁極の変化のＮ極側とＳ極の各閾値Ｗ_Ｎ、Ｗ_Ｓを越えない波形の中腹部で発生させ、回転センサの誤検出を防止することができる。

本発明の回転センサ付き転がり軸受は、環状の磁気エンコーダを、磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものとして、円周方向で複数のセグメントに分割し、この円周方向で複数に分割されたセグメントを、芯金に接着剤で固着することにより、分割されたセグメントを小寸法の成形用金型と小型の設備で成形可能としたので、外径寸法が大きい回転センサ付き転がり軸受の磁気エンコーダを安価に製造することができる。

前記芯金に固着される複数のセグメントに分割された磁気エンコーダに、円周方向の少なくとも１箇所で隙間を設け、この隙間の位置を異なる磁極の境界位置と合致させることにより、分割されたセグメントを、隙間で余裕代を持たせて重なり合わないように芯金に密着させて固着でき、この隙間の位置で発生する磁気波形の乱れの影響を小さくすることができる。

前記磁気エンコーダの一周の着磁極数ｎ_Ｐと、等分割されたセグメントの分割数ｎ_Ｓとの比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓが整数となるようにすることにより、セグメントの分割位置を異なる磁極の境界位置に合致させて、セグメントの分割位置で発生する磁気波形の乱れの影響を小さくすることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この回転センサ付き転がり軸受は、図１に示すように、外輪１と２分割された内輪２ａ、２ｂの間に２列のボール３が保持器４で保持された複列玉軸受であり、外輪１が固定側軌道輪、内輪２ａ、２ｂが回転側軌道輪とされて、外輪１の両端部の内径面に軸受空間をシールするシール５ａ、５ｂが取り付けられている。外輪１の外周部にはハウジング等への固定用のボルト孔１ａが設けられ、右側の内輪２ａは、左側の内輪２ｂの外径段差部に外嵌され、後述する磁気エンコーダ７の芯金を兼ねる押さえリング６で押さえ込まれ、軸受内部に予圧が付与されるようになっている。押さえリング６はボルト孔６ａで内輪２ｂにボルト結合される。

図１および図２に示すように、前記芯金を兼ねる押さえリング６の外径面には、回転センサを構成する環状の磁気エンコーダ７が固着されている。また、外輪１の端面にはセンサユニット８がねじ止めされ、センサユニット８内にモールドで固定された電気回路基板９に、磁気エンコーダ７と対向するように、磁気エンコーダ７の回転に伴う磁極の変化を検出するセンサ素子１０が装着されている。センサ素子１０の電気回路基板９には、検出された回転速度を出力する出力ケーブル１１が接続されている。

前記環状の磁気エンコーダ７は磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものであり、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、扇形の１０個のセグメント７ａに等分割され、各セグメント７ａは射出成形で成形されている。結合剤としての熱可塑性樹脂には、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド等が用いられる。

前記１０個のセグメント７ａに分割された磁気エンコーダ７は、隣接するセグメント７ａ同士が重なり合わないように、円周方向の１箇所で隙間δを設けて芯金としての押さえリング６に接着剤で固着されており、固着された後に着磁装置を用いて、周方向にＮ極とＳ極が交互に存在する５０の磁極数に着磁されている。したがって、１０個のセグメント７ａは５個ずつの磁極数に着磁され、隙間δの位置を含む各セグメント７ａの分割位置が磁極の境界位置と合致している。なお、磁気エンコーダ７への着磁は、芯金に固着する前に、各セグメント７ａ毎に行なってもよい。

図４（ａ）は、前記磁気エンコーダ７が内輪２ａ、２ｂと一緒に回転したときに、前記センサ素子１０で検出される磁気波形を示す。磁気波形は、磁気エンコーダ７のＮ極とＳ極が交互に通過する毎に、磁束がＮ極側とＳ極側へ波状に変化するものとなり、前記電気回路基板９は、センサ素子１０で検出される磁束の変化がＮ極側とＳ極側の各閾値Ｗ_Ｎ、Ｗ_Ｓよりも大きくなったときに、回転をカウントする。

図４（ｂ）に示すように、前記磁気波形は隙間δの位置で乱れを生じるが、隙間δの位置は磁極の境界位置と合致しているので、この磁気波形の乱れはＮ極側とＳ極側の各閾値Ｗ_Ｎ、Ｗ_Ｓを越えない波形の中腹部で発生する。したがって、この磁気波形の乱れによってセンサ素子１０の電気回路基板９が回転を誤カウントすることはない。なお、隙間δのない各セグメント７ａの分割位置でも小さな磁気波形の乱れが発生するが、上述したように、各セグメント７ａの分割位置は磁極の境界位置と合致しているので、この磁気波形の乱れも各閾値Ｗ_Ｎ、Ｗ_Ｓを越えない波形の中腹部で発生する。

上述した実施形態では、磁気エンコーダを５０の磁極数に着磁して、１０個のセグメントに等分割したが、磁極数とセグメントの分割数は、磁気エンコーダの外径寸法等に応じて任意に設定することができる。また、各セグメントは必ずしも等分割する必要はなく、例えば、一部のセグメントを細分割することもできる。

また、上述した実施形態では、転がり軸受を内輪が回転側軌道輪とされた複列玉軸受としたが、本発明に係る回転センサ付き転がり軸受は、単列の玉軸受やころ軸受等の他のタイプの転がり軸受にも適用することができる。また、外輪が回転側軌道輪とされた転がり軸受にも適用でき、この場合は、回転センサの磁気エンコーダを外輪側に、センサ素子を内輪側に装着すればよい。

回転センサ付き転がり軸受の実施形態を示す縦断面図図１のII−II線に沿った断面図ａは図１の磁気エンコーダの着磁状態を示す概念側面図、ｂはａのセグメントを示す概念側面図ａは図１のセンサ素子で検出される磁気波形を示すグラフ、ｂは図３（ａ）の隙間δの位置での磁気波形を示すグラフ

符号の説明

１外輪
１ａボルト孔
２ａ、２ｂ内輪
３ボール
４保持器
５ａ、５ｂシール
６押さえリング
６ａボルト孔
７磁気エンコーダ
７ａセグメント
８センサユニット
９電気回路基板
１０センサ素子
１１出力ケーブル

Claims

内外輪の軌道輪のうちの回転側軌道輪に、円周方向で交互に異なる磁極に着磁された環状の磁気エンコーダを固着した芯金を装着し、この磁気エンコーダの回転に伴う磁極の変化を検出するセンサ素子を固定側軌道輪に装着して、前記回転側軌道輪の回転を検出する回転センサ付き転がり軸受において、前記環状の磁気エンコーダを、磁性材料を熱可塑性樹脂で結合したものとして、円周方向で複数のセグメントに分割し、この円周方向で複数に分割されたセグメントを、前記芯金に接着剤で固着したことを特徴とする回転センサ付き転がり軸受。
前記磁性材料を熱可塑性樹脂で結合した磁気エンコーダの分割した各セグメントを、射出成形で成形した請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受。
前記芯金に固着される複数のセグメントに分割された磁気エンコーダに、円周方向の少なくとも１箇所で隙間を設け、この隙間の位置を前記異なる磁極の境界位置と合致させた請求項１または２に記載の回転センサ付き転がり軸受。
前記磁気エンコーダのセグメントを円周方向で等分割されたものとした請求項１乃至３のいずれかに記載の回転センサ付き転がり軸受。
前記磁気エンコーダの一周の着磁極数ｎ_Ｐと、前記等分割されたセグメントの分割数ｎ_Ｓとの比ｎ_Ｐ／ｎ_Ｓが整数となるようにした請求項４に記載の回転センサ付き転がり軸受。