JP2007198743A - 磁気エンコーダ及び転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率の向上が図られた、回転体の回転速度を検出する磁気エンコーダ及び転がり軸受ユニットを提供することにある。
【解決手段】磁気エンコーダ２６は、内輪１６ａに嵌合する嵌合部２６ａと、多極磁化された被検出部２６ｂとを備え、嵌合部２６ａと被検出部２６ｂは、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体の回転速度を検出するために用いられる磁気エンコーダ及び転がり軸受ユニットに関する。

従来、自動車のスキッド（車輪が略停止状態で滑る現象）を防止するためのアンチスキッド、又は有効に駆動力を路面に伝えるためのトラクションコントロール（発進や加速時に生じやすい駆動輪の不要な空転の制御）などに用いられる回転数検出装置としては、Ｎ極とＳ極とを円周方向に交互に着磁された円環状のエンコーダと、エンコーダの近傍における磁場の変化を検出するセンサとを有し、車輪を支持する軸受を密封するための密封装置にエンコーダを併設して配置することにより車輪の回転と共にエンコーダを回転せしめ、車輪の回転に同期した磁場変化をセンサにより検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のシール付回転数検出装置は、図９に示すように、外輪１００に取り付けられたシール部材１０２と、内輪１０１に嵌合されたスリンガ１０３と、スリンガ１０３の外側面に取り付けられて磁気パルスを発生する多極磁石（磁石部）１０４と、多極磁石１０４に近接して配置されて磁気パルスを検出するセンサ１０５とから構成されている。このシール付回転数検出装置が取付けられた軸受ユニットでは、シール部材１０２とスリンガ１０３とにより、埃、水等の異物が軸受内部に侵入することを防止し、軸受内部に充填された潤滑剤が軸受外部に漏洩することを防止している。また、多極磁石１０４は、内輪１０１が１回転する間に、極数に対応した数の磁気パルスを発生させ、この磁気パルスをセンサ１０５により検出することで内輪１０１の回転数を検出している。

従来、車輪用軸受に使用する多極磁石１０４としては、ゴムに磁性粉を混入させた磁性ゴムが使用されており、また樹脂等の弾性素材に磁性粉を混入させたプラスチック磁石も考えられている。
特開２００１−２５５３３７号公報

ところで、磁気エンコーダには更なる検出精度の向上が要求されているが、磁性ゴムを用いた多極磁石エンコーダにおいて、更なる感知性能を向上するためには磁性ゴム中の磁性粉の配合量を高めるしかなく、磁気エンコーダのパフォーマンスを今後劇的に向上させることは難しい。

一方、プラスチック磁石を用いたエンコーダでは、磁界をかけた状態での射出成形（磁場成形）が可能であるため、優れた磁気特性発現に不可欠な異方性磁石を得ることができるという特長がある。つまり、磁性粉の配向制御によって、その磁気性能を最大限に引き出すことができるプラスチック磁石を用いれば、磁性ゴムのものに対してより感知性能に優れた磁気エンコーダが作製できると考えられる。また、プラスチック磁石は、磁性ゴムに対して十分な強度や剛性を有している。

ところで、磁性ゴムを用いた磁気エンコーダでは、磁性ゴムは金属製のスリンガに接着接合した状態で製造され、プラスチック磁石を用いた磁気エンコーダでは、スリンガをコアにしたプラスチック磁石材料の射出成形により製造されているが、スリンガを用いずに磁気エンコーダを構成することが生産上望まれる。

本発明は上記事情を鑑みて為されたものであり、その目的は、生産効率の向上が図られた、回転体の回転速度を検出する磁気エンコーダ及び転がり軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 回転体の回転速度を検出するための磁気エンコーダであって、
回転体に嵌合する嵌合部と、多極磁化された被検出部とを備え、
嵌合部と被検出部は、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成されることを特徴とする磁気エンコーダ。
（２） 樹脂組成物は、低吸水性を有する、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド６１２樹脂、もしくは分子鎖中に芳香環が導入された半芳香族ポリアミド樹脂と、ポリブチレンテレフタレート、及びポリブチレンナフタレートの熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の群から選ばれる一つであり、
磁性体粉は、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄の群から選ばれる一つであることを特徴とする（１）に記載の磁気エンコーダ。
（３） （１）または（２）に記載の磁気エンコーダを備えることを特徴とする転がり軸受ユニット。

本発明の磁気エンコーダ及び転がり軸受ユニットによれば、回転体に嵌合する嵌合部と多極磁化された被検出部とが、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成されるので、大幅な生産効率の向上が図られるとともに、熱衝撃、及び塩水環境下での耐久信頼性も向上することができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態として、独立懸架式のサスペンションに支持する、非駆動輪を支持するための車輪支持用転がり軸受ユニット２ａに、本発明を適用した場合について示している。尚、本発明の特徴以外の構成及び作用については、従来から広く知られている構造と同等であるから、説明は簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

転がり軸受ユニット２ａは、静止輪である外輪５ａと、車輪（図示せず）を固定するための取付フランジ１２と一体回転する回転輪（回転体）であるハブ７ａ及び内輪１６ａと、外輪５ａとハブ７ａ及び内輪１６ａとの間で形成される環状隙間で周方向に転動自在に配置され、保持器１８によって案内される複数の転動体である玉１７ａ，１７ａとを備え、内輪１６ａには磁気エンコーダ２６が固定されている。

ハブ７ａの内端部に形成した小径段部１５に外嵌した内輪１６ａは、このハブ７ａの内端部を径方向外方にかしめ広げる事により形成したかしめ部２３によりその内端部を抑え付ける事で、上記ハブ７ａに結合固定している。また、車輪は、このハブ７ａの外端部で、外輪５ａの外端部から突出した部分に形成した取り付けフランジ１２に、複数のスタッド８によって結合固定自在としている。これに対して外輪５ａは、その外周面に形成した結合フランジ１１により、懸架装置を構成する、図示しないナックル等に結合固定自在としている。

更に、外輪５ａの両端部内周面と、ハブ７ａの中間部外周面及び内輪１６ａの内端部外周面との間には、それぞれシールリング２１ａ、２１ｂを設けている。これら各シールリング２１ａ、２１ｂは、外輪５ａの内周面とハブ７ａ及び内輪１６ａの外周面との間で、各玉１７ａ、１７ａを設けた環状空間と外部空間とを遮断している。

各シールリング２１ａ、２１ｂは、それぞれ軟鋼板を曲げ形成して、断面Ｌ字形で全体を円環状とした芯金２４ａ、２４ｂにより、弾性材２２ａ、２２ｂを補強してなる。この様な各シールリング２１ａ、２１ｂは、それぞれの芯金２４ａ、２４ｂを外輪５ａの両端部に締り嵌めで内嵌し、それぞれの弾性材２２ａ、２２ｂが構成するシールリップの先端部を、ハブ７ａの中間部外周面、或は内輪１６ａの内端部外周面に外嵌固定した後述する磁気エンコーダ２６の嵌合部２６ａ及び被検出部２６ｂに、それぞれの全周に亙り摺設させている。

磁気エンコーダ２６は、従来のようなステンレス製のスリンガを備えておらず、磁性体粉とそのバインダーとなる樹脂組成物とからなるプラスチック磁石材料によってのみ構成される。つまり、磁気エンコーダ２６は、回転体である内輪１６ａに嵌合する環状の嵌合部２６ａと、嵌合部２６ａから半径方向外方に環状に延びて一体に形成され、円周方向に亙り交互にＮ，Ｓが形成される被検出部２６ｂとを備え、断面略Ｌ字形に形成される。そして、この被検出部２６ｂに磁気センサ２８が対面配置されている。

本発明における磁気エンコーダ２６は、プラスチック磁石材料の射出成形によって上記の形状に構成され、磁気センサとの対面部位となる被検出部２６ｂを円周方向に多極磁化することで製造される。

本発明の磁気エンコーダにおける、プラスチック磁石の樹脂組成物のベース樹脂としては、ポリアミド系樹脂、具体的には、融雪材として使用される塩化カルシウムが水と一緒にかかる可能性があるという点を考慮して、吸水率の小さい所謂高級ナイロンであるポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド６１２樹脂、あるいはアジピン酸ユニットにテレフタル酸を一部共重合させた半芳香族ポリアミド樹脂であるポリアミド６Ｔ／６−６、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ／６−６、ポリアミド６Ｔ／Ｍ−５Ｔ、ポリアミド９Ｔ等を用いる。

また、本発明において使用可能な樹脂組成物のベース樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート、及びポリブチレンナフタレートの熱可塑性ポリエステル樹脂、更には、スーパーエンジニアリングプラスチックに属する、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、即ち、液晶ポリマーと呼ばれる芳香族ポリエステル樹脂（例えば、４−ヒドロキシ安息香酸と４，４’−ビスフェノールとのコポリマー、４−ヒドロキシ安息香酸と２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸とのコポリマー、４−ヒドロキシ安息香酸とポリエチレンテレフタレートとのコポリマー等を挙げることができる）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂がある。これらのうち、軸受への圧入時による変形等、強度を考慮すると、ポリブチレンテレフタレート及びポリフェニレンサルファイド樹脂がより好ましい。

さらに、本発明で使用されるプラスチック磁石には、強化材として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等の繊維状物を配合して剛性、強度、耐熱性等を更に向上させてもよい。尚、繊維状強化物の配合量は、バインダー樹脂組成物の総重量に対して、１５〜５０重量％、好ましくは２０〜３５重量％である。１５重量％未満では絶対量が少なすぎて、強化材による十分な補強効果は期待できない。また、５０重量％を越えた場合は、樹脂組成物の脆性が増し、破壊靱性が低くなる結果として、損傷に対する抵抗性が低下するため好ましくない。

更に、樹脂組成物には、熱安定剤（耐熱加工安定剤、酸化防止剤）、光安定剤、帯電防止材、可塑剤、無機あるいは有機難燃剤、その他、補強材等が必要に応じて適宜添加されてもよい。特に、使用環境を考慮すると、熱安定剤の添加は不可欠であり、好適に添加されるものとしては、アミン系酸化防止剤として、２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリンポリマーに代表されるアミン・ケトン系、ｐ，ｐ’−ジクミルジフェニルアミンに代表されるジアリルアミン系、及びＮ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミンに代表されるｐ−フェニレンジアミン系、といったものがあり、フェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノールに代表されるモノフェノール系、及び２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）に代表されるポリフェノール系のものがある。また一方で、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノンといったハイドロキノン系のものを用いることもできる。更に、酸化防止剤と共に、過酸化物分解型酸化防止剤（二次酸化防止剤）を併用して用いても良い。二次酸化防止剤としては、２−メルカプトベンズイミダゾールのような硫黄系二次酸化防止剤やトリス（ノニル化フェニル）フォスファイトのようなリン系二次酸化防止剤を用いる。尚、熱安定剤の配合量は、樹脂に対して０．１〜３ｗｔ％程度が好ましいが、種類によっては（ブルームしない、あるいは樹脂の物性に悪影響を及ぼさない範囲で）それ以上の量が添加される場合がある。

一方、本発明に係る磁気エンコーダ２６に含まれる磁性体粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄等の希土類磁性粉を用いることができ、更にフェライトの磁気特性を向上させるためにランタンとコバルト等を混入させたものであってもよい。尚、本発明では、磁極形成リングの磁気特性を十分に確保するため、その含有量を６０〜８０体積％としているが、これは、磁性粉の含有量が６０体積％未満の場合は、磁気特性が劣ると共に、細かいピッチで円周方向に多極磁化させるのが困難になるためであり、一方、８０体積％を越える場合は、樹脂バインダー量が少なくなりすぎで、磁石全体の強度が低くなると同時に、成形が困難になり、実用性が低下するためである。

ところで、本発明に係る磁気エンコーダ２６は、例えば、−４０℃〜１２０℃の繰り返し冷熱衝撃が印加されるような状況下での使用が想定される。従来の金属製のスリンガを備えたプラスチック磁石エンコーダの場合、そのような環境下で使用されると、スリンガとプラスチック磁石との熱膨張差に基づき発生する熱応力により、最悪の場合、プラスチック磁石の自壊やプラスチック磁石とスリンガの接着剥離が誘起される虞があったが、本発明の磁気エンコーダ２６はスリンガを備えず、プラスチック磁石のみで形成されるため、熱応力が発生せず、上記のような問題が生じることはない。

さらに、プラスチック磁石エンコーダに限らず、接着剤を用いてプラスチック磁石をスリンガに固定する従来の構造の場合、過酷な塩水環境下に長期間曝されると、接着剤が吸湿劣化し、その塩水遮断効果が低下することによって、プラスチック磁石−スリンガ間で隙間腐食が発生し、最悪の場合、プラスチック磁石がスリンガから脱離してしまうことが想定されたが、本発明では、全体をプラスチック磁石のみで形成しているため、上記のような問題が生じない。つまり、本発明の磁気エンコーダ２６は、従来の構造に比べて、塩水環境下での信頼性を大きく向上している。

従って、本実施形態の磁気エンコーダ２６によれば、内輪１６ａに嵌合する嵌合部２６ａと多極磁化された被検出部２６ｂとが、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成されるので、金属製のスリンガを設けることがなく、生産効率を大きく向上させることができる。さらに、プラスチック磁石材料のみで形成される磁気エンコーダ２６は、熱衝撃、及び塩水環境下での耐久信頼性に関し、スリンガを有する従来品に対してアドバンテージを有する。

また、本発明の製造方法によって得られるプラスチック磁石中の磁性体粉は、円環状の磁石の厚み方向に高度に配向しているため、その着磁により得られるエンコーダの磁気特性は極めて良好なものとなる。このため、磁石中の磁性体粉の含有量によっては、従来では２０ｍＴ程度であった磁束密度を２６ｍＴ以上に向上させることが可能である。よって磁気エンコーダとセンサとのギャップを従来と同様に１ｍｍとした場合に、従来では９６極に多極磁化されていたものを、一極当りの磁束を維持して１２０極以上に多極磁化することが可能である。この時、単一ピッチ誤差は±２％以下とできる。即ち、本発明に係る磁気エンコーダによれば、従来と同等のエアギャップとした場合に、極数を増加させて車輪の回転速度の検出精度を向上させることができる。また、本発明に係るプラスチック磁石を従来と同数の極数とした場合に、エアギャップを大きくとることができ、センサを配置する際の自由度を向上させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、図４に示す非駆動輪を支持する転がり軸受ユニット２ｂの場合、外輪５ａには非磁性のカバー３０が転がり軸受ユニットのインボード側を覆うように取り付けられている。また、この場合、磁気エンコーダ２６はカバー３０を介して磁気センサ２８と対向配置される。

このような構成により、図１のシールリング２１ｂは不要となり、シールリップが摺動することがなく、磁気エンコーダ２６は負荷を受けることがない。また、磁気エンコーダ２６がカバー３０によって覆われているので、磁気エンコーダ２６に鉄粉等の異物が付着するのを防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る磁気エンコーダについて図５を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態はラジアル対向型の磁気エンコーダである点において第１実施形態のものと異なるのみである。このため、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の転がり軸受ユニット２ｃでは、磁気エンコーダ４０は、回転体である内輪１６ａに嵌合し、弾性体２２ｂのシールリップが摺接される嵌合部４０ａと、嵌合部４０ａから半径方向外方に環状に延び、且つ弾性体２２ｂのシールリップが摺接される径方向壁部４０ｂと、径方向壁部４０ｂから軸方向外方に延びて、多極磁化される被検出部４０ｃとを備える。また、センサ２８ａは、被検出部４０ｃと半径方向に対向して配置される。

このように構成される磁気エンコーダ４０も、第１実施形態と同様、嵌合部４０ａ、径方向壁部４０ｂ及び被検出部４０ｃが樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料の射出成形によって全体を形成しており、生産効率を向上させることができる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

また、本実施形態の変形例として、図６に示す転がり軸受ユニット２ｄでは、ラジアル対向型の磁気エンコーダ５０が環状に形成され、内輪１６ａに嵌合される嵌合部を多極磁化することで被検出部としての機能を持たせている。これにより、磁気エンコーダ５０の構造が簡単になり、また、内輪１６ａがバックヨークとして作用するので、磁束を収束させることができる。

さらに、この変形例でもカバー５１が転がり軸受ユニット２ｄのインボード側を覆うように外輪５ａに取り付けられ、センサ２８ａがカバー５１を介して磁気エンコーダ５０に半径方向に対向して配置されているので、インボード側の軸受空間を遮蔽するシールリングを設ける必要がない。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る磁気エンコーダについて図７を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の転がり軸受ユニット２ｅは、非駆動輪を支持する外輪回転タイプのものであり、玉１７ａよりインボード側における車軸６０の外周面には、芯金６１及び弾性材６２を備えるシールリング６３が配置され、また、回転体である外輪５ａ´の内周面には、磁気エンコーダ６４が配置されている。磁気エンコーダ６４は、外輪５ａ´の内周面に嵌合する環状の嵌合部６４ａと、嵌合部６４ａから半径方向内方に環状に延び、多極磁化されて円周方向に亙り交互にＮ，Ｓが形成される被検出部６４ｂとを備えており、嵌合部６４ａ及び被検出部６４ｂは、上記実施形態と同様、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成される。

弾性材６２が構成するシールリップの先端部は、磁気エンコーダ６４の嵌合部６４ａ及び被検出部６４ｂに全周に亙り摺接されており、玉１７ａが配置される環状空間と外部空間とをインボード側において遮断している。また、磁気エンコーダ６４の被検出部６４ｂには、センサ２８がアキシャル方向に対向して配置されている。

従って、本実施形態の磁気エンコーダ６４は外輪回転の構成にも適用することができ、嵌合部６４ａと被検出部６４ｂとは、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成されることで、大幅な生産効率の向上が図られるとともに、熱衝撃、及び塩水環境下での耐久信頼性も向上することができる。
その他の構成及び作用については第１実施形態のものと同様である。

また、本実施形態の変形例として、図８に示す外輪回転タイプの転がり軸受ユニット２ｆのように、ラジアル対向型の磁気エンコーダが適用されてもよい。この場合、磁気エンコーダ７０は、外輪５ａ´の内周面に内嵌される嵌合部７０ａを多極磁化することで被検出部と併用させ、径方向鍔部７０ｂを外輪５ａの軸方向端面に突き当てることで、軸方向に位置決めされる。

なお、軸方向において玉１７ａと磁気エンコーダ７０との間には、外輪５ａの内周面に内嵌される第１実施形態と同様のシールリング２１ｂと、車軸６０の外周面に外嵌されて、シールリング２１ｂの弾性材２２ｂと摺接するスリンガ７１とが配置されており、玉１７ａが配置される環状空間と外部空間とを遮断している。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良、等が可能である。また、上記各実施形態は、実施可能な範囲において適宜組み合わせて使用できる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受ユニットを示す断面図である。 本発明の第１実施形態の磁気エンコーダを備えたシール装置を示す断面図である。 磁気エンコーダの円周方向に多極磁化された例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る転がり軸受ユニットの要部を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受ユニットの要部を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る転がり軸受ユニットの要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る転がり軸受ユニットの要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の変形例に係る転がり軸受ユニットの要部を示す断面図である。 従来の転がり軸受ユニットを示す断面図である。

符号の説明

２ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
５ａ 外輪
７ａ ハブ
８ スタッド
１１ 結合フランジ
１２ 取付フランジ
１５ 小径段部
１６ａ 内輪
１７ａ 玉
１８ 保持器
２１ａ，２１ｂ シールリング
２２ａ，２２ｂ 弾性材
２３ かしめ部
２４ａ，２４ｂ 芯金
２６ 磁気エンコーダ
２６ａ 嵌合部
２６ｂ 被検出部

Claims (3)

1. 回転体の回転速度を検出するための磁気エンコーダであって、
   前記回転体に嵌合する嵌合部と、多極磁化された被検出部とを備え、
   前記嵌合部と前記被検出部は、少なくとも樹脂組成物と磁性体粉とを含有するプラスチック磁石材料によって形成されることを特徴とする磁気エンコーダ。
2. 前記樹脂組成物は、低吸水性を有する、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド６１２樹脂、もしくは分子鎖中に芳香環が導入された半芳香族ポリアミド樹脂と、ポリブチレンテレフタレート、及びポリブチレンナフタレートの熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の群から選ばれる一つであり、
   前記磁性体粉は、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト、サマリウム−鉄の群から選ばれる一つであることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
3. 請求項１または２に記載の磁気エンコーダを備えることを特徴とする転がり軸受ユニット。

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