JP2007316024A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的小型で、高精度な回転速度の検出が可能な転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１０は、回転輪１１と、固定輪１２と、回転輪１１と固定輪１２との間に円周方向に転動可能に配置される複数の転動体１３と、回転輪１１とともに回転する磁石エンコーダ１６と、を備える。磁石エンコーダ１６は、射出成形によって成形されるとともに、磁極が円周方向に交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材であり、且つ、インサート成形時のピンポイントゲート２０が配置される面１６ｂは被検出面１６ａと異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に、回転要素の回転速度を検出する磁気エンコーダを備えた、自動車、自動二輪車、産業機械等に用いられる転がり軸受に関する。

従来、回転要素の回転速度を検出する転がり軸受として、センサとエンコーダを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の転がり軸受は、適用対象として、ローラスケート、スケートボード、自転車、スクータ等が例示されており、このような適用対象には、比較的小型の軸受が使用される。図１４に示すように、転がり軸受１００は、回転要素であるホイール（図示せず）を支持する外輪１０１と、内輪１０２と、外輪１０１と内輪１０２との間に円周方向に転動可能に配設される複数の転動体１０３と、回転輪側である外輪１の軸方向端部に取り付けられた環状の芯金１０４とを備える。該芯金１０４の軸方向外方を向く面には、磁石エンコーダ１０５が接着及びその磁力により直接固定されている。そして、磁石エンコーダ１０５の軸方向に対向する位置には、外輪１０１回転時の磁石エンコーダ１０５の磁性パルスを感知するセンサ（図示せず）が配置され、該センサの感知信号に基づいてホイールの回転速度が検出される。

一方、図１５に示す転がり軸受１００ａは、外輪１０１と、内輪１０２と、複数の転動体１０３と、環状の芯金１０４とを備えており、該芯金１０４の軸方向外方を向く面には、環状板部１０６が固定されている。該環状板部１０６には、図１５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、２つの磁石エンコーダ１０７が円周方向に互いに１８０°離間して埋め込まれており、環状板部１０６は、接着及び磁石エンコーダ１０７の磁力により芯金１０４に固定されている。そして、上記同様に、磁石エンコーダ１０７の軸方向に対向する位置には、外輪１回転時の磁石エンコーダ１０７の磁性パルスを感知するセンサ（図示せず）が配置され、該センサの感知信号に基づいてホイールの回転速度が検出されるようになっている。
特表２００４−５２２９６３号公報

ところで、上記特許文献１に記載の転がり軸受では、ホイールの回転速度を検出するための磁石エンコーダが円周方向に１個又は２個しか配置されていないため、１回転で得られる信号の数が少なく、比較的小型であっても、高精度な回転速度の検出が困難である。

そこで、本発明の目的は、比較的小型で、高精度な回転速度の検出が可能な転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 回転輪と、固定輪と、回転輪と固定輪間に円周方向に転動可能に配置される複数の転動体と、回転輪とともに回転する磁石エンコーダと、を備える転がり軸受であって、
磁石エンコーダは、射出成形によって成形されるとともに、磁極が円周方向に交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材であり、且つ、射出成形時にゲートが配置される面は被検出面と異なることを特徴とする転がり軸受。
（２） 磁石エンコーダは、磁性粉と、バインダーとしての樹脂とゴムの少なくとも一方と、を含むことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。

本発明によれば、磁石エンコーダは、射出成形によって成形されるとともに、磁極が円周方向に交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材であるので、比較的小型の転がり軸受において、１回転で得られる信号の数が多く、高精度な回転速度の検出が可能になる。

また、磁気エンコーダは、射出成形時にゲートが配置される面は被検出面と異なるので、使用時はゲート跡による磁束の乱れがなく、ピッチ誤差（単一、累積）を小さくすることができ、より高精度な回転速度の検出が可能になる。また、着磁を行う場合にも、着磁ヨークを磁石エンコーダの被検出面に密着させることができ、これにより、ピッチ誤差（単一、累積）を小さくすることができ、より高精度な回転速度の検出が可能になる。

以下、本発明の各実施形態に係る転がり軸受について図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態である転がり軸受について説明する。図１に示すように、第１実施形態の転がり軸受１０は、ホイール（図示せず）等の回転要素を支持する回転輪である外輪１１と、固定輪である内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に円周方向に転動可能に配設される複数の転動体である玉１３と、玉１３を保持するポケットが円周方向に所定の間隔で形成された保持器１４と、回転輪側である外輪１１の軸方向両端部（図では、軸方向一端部のみ図示）に取り付けられた一対のシール部材１５と、シール部材１５の一方に取り付けられ、外輪１１とともに回転する磁石エンコーダ１６と、を備える。

シール部材１５は、外輪１１の軸方向端部の内周面に嵌合される円筒部１７ａと、該円筒部１７ａの軸方向内側の端部から径方向内方に延びる環状板部１７ｂとを有する芯金１７と、環状板部１７ｂの内径部に、内輪１２の端部外周面に設けられたシール溝１２ａに接触するシール１８と、を有する。

磁石エンコーダ１６は、芯金１７の環状板部１７ｂの軸方向外方を向く面に取り付けられている。磁石エンコーダ１６は、軸方向外方を向く面を被検出面１６ａとし、被検出面１６ａと軸方向に対向する位置に配置された感知センサ１９によって、外輪１１回転時の磁石エンコーダ１６の磁性パルスが感知される。これにより、感知センサ１９の感知信号に基づいて、回転要素の回転速度が検出される。

ここで、本実施形態の磁石エンコーダ１６は、図４に示すように、円周方向にＮ極とＳ極とが交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材である。図２に示すように、磁石エンコーダ１６は、芯金１７をコアとし、円周方向に３箇所設けたピンポイントゲート２０によるインサート成形を行うことで、芯金１７と一体に形成される。また、このインサート成形は、ピンポイントゲート２０の位置が、成形後の被検出面１６ａの外周側で、被検出面１６ａより低い位置となるようにして行われている。このため、成形後の磁気エンコーダ１６では、ピンポイントゲート２０が配置された面１６ｂは、被検出面１６ａと異なる、即ち、被検出面１６ａより外周側で、段差により被検出面１６ａより低い位置となり、ピンポイントゲート２０を除去後に残るゲート跡２０ａが、図３に示すように、この面１６ｂの円周方向３箇所に設けられている。なお、本実施形態では、ピンポイントゲート２０を円周方向に３箇所としたが、ゲートの数は特に限定されず、ピンポイントゲート２０は１箇所だけであってもよい。

また、本実施形態では、磁石エンコーダ１６と芯金１７とをインサート成形によって型内で一体に成形する場合を例示したが、磁石エンコーダ１６を射出成形した後、該磁石エンコーダ１６を芯金１７に接着剤を介して固定するようにしてもよい。

磁石エンコーダ１６の磁石材料としては、異方性の磁性粉を６０〜８０体積％含有し、熱可塑性樹脂又はゴムをバインダーとした異方性磁石コンパウンドを好適に用いることができる。磁性紛としては、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−鉄等の希土類磁性紛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等の希土類元素を混入させたものであってもよい。

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り、好ましくない。一方、磁性粉の含有量が８０体積％を越える場合は、樹脂ハインダー量が少なくなりすぎて、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。

バインダーとしては、射出成形可能な熱可塑性樹脂又はゴムが好適であり、具体的には、ゴムとしては、ニトリルゴム、アクリルゴムが好適であり、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド１２系熱可塑性エラストマー等が好適である。

なお、エンコーダに融雪剤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ので、吸水性が少ないポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド１２系熱可塑性エラストマーを樹脂バインダーとする方が、より好ましい。

更に、エンコーダの使用環境で想定される急激な温度変化（熱衝撃）による亀裂発生を防止するバインダーとしては、添加することで、曲げたわみ性、耐亀裂性が向上するポリアミド１２系熱可塑性エラストマー、あるいはそれとポリアミド１２と混合物としたものが最も好適である。

更に、磁場成形を行うと磁気特性が上がってより好ましい。磁場成形とは、溶融した材料の射出時にあわせてコイル電流を金型両端のコイルに印加して発生する一方向（極性同一）の磁界で着磁する工程と、金型中での冷却時に着磁時のコイル電流に対して高い初期コイル電流に始まって、極性が交互に反転して、振幅が徐々に小さくなる複数のパルス電流を金型両端のコイルに印加して脱磁する反転脱磁工程とを備えたものである。

磁石材料の磁気特性としては、リング状磁石の厚み方向に磁区配向（アキシアル異方性）した状態に近い状態になり、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）で１．３〜１５ＭＧｏｅ、より好ましくは１．８〜１２ＭＧＯｅの範囲が達成される。

最大エネルギー積が１．３ＭＧＯｅ未満の場合は、磁気特性が低すぎるため、回転速度を検出するために感知センサ１８との距離をかなり接近させて配設する必要があり、性能向上が望めない。一方、最大エネルギー積が１５ＭＧＯｅを越える湯合は、過剰な磁気特性を有すると共に、比較的安価なフェライトを中心とした組成では達成不可能であり、ネオジウム−鉄−ボロン等の希土類磁性粉を多量に配合する必要があるので、非常に高価で、且つ成形性も悪い。

また、磁性紛として、希土類系を使用した場合、フェライト系に比べて、耐酸化性が低いので、長期間に渡って安定した磁気特性を維持させるために、磁石表面に、更に表面処理層を設けてもよい。表面処理層としては、電気あるいは無電解ニッケルメッキ、エポキシ樹脂塗膜、シリコン樹脂塗膜、フッ素樹脂塗膜等を具体的に用いることができる。

芯金１７の材質としては、磁石材料の磁気特性を低下させず、且つ使用環境からいって、一定レベル以上の耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０等）、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４１０等）等の磁性材料が好ましい。このステンレス鋼製芯金表面には、磁石材料との接合性を向上させるために、粗面化処理（ショットブラスト等）行うと好ましい。

なお、芯金１７にそれほど耐食性を必要としない場合は、コストを考慮して、芯金の材質は冷延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＥＣＣ）等でもよい。この場合の表面処理は、上記の他、リン酸塩等の化学処理を行っても良いが、表面処理は絶対条件ではない。

また、芯金１７をコアとしたインサート成形により磁石エンコーダ１６を形成する場合、芯金１７に設ける接着剤層は、インサート成形時に溶融した高圧の樹脂又はゴムの磁石材料によって芯金１７の表面から離脱して流失しない程度まで半硬化状態になっており、溶融磁石材料からの熱や成形後の２次加熱によって完全に硬化状態となる接着剤を用いるのが好ましい。一方、磁石エンコーダ１６を、射出成形後に芯金１７に固定する場合の接着剤は、耐熱性、耐薬品性、ハンドリング性を考慮して適宜選定されればよい。

使用可能な接着剤としては、溶剤での希釈が可能で、２段階に近い硬化反応が進むフェノール樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤等が、耐熱性、耐薬品性、ハンドリング性に優れるため好ましい。

磁石エンコーダ１６の成形は、樹脂製磁石材料の場合、ピンポイントゲート２０から溶融した樹脂製磁石材料が金型内に高圧で流れこみ、金型中で急冷され固形化する。ゴム製磁石材料の場合、溶融したゴム製磁石材料が金型内に流れ込み、高温な金型内で化学反応により固形化する。この場合、磁気エンコーダ１６は、上述した磁場成形を行うことにより、配向性が高く、厚さ方向に配向させたアキシアル異方性に非常に近いものとなる。

以上説明した様に、本実施形態の転がり軸受１０によれば、磁石エンコーダ１６は、射出成形によって成形されるとともに、Ｎ極とＳ極とが円周方向に交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材であるので、比較的小型の転がり軸受において、１回転で得られる信号の数が多く、高精度な回転速度の検出が可能になる。

また、磁気エンコーダ１６は、インサート成形時のピンポイントゲート２０が配置される面１６ｂは被検出面１６ａと異なる低い位置となるので、使用時はゲート跡２０ａによる磁束の乱れがなく、ピッチ誤差（単一、累積）を小さくすることができ、より高精度な回転速度の検出が可能になる。また、着磁を行う場合にも、着磁ヨークを磁石エンコーダ１６の被検出面１６ａに密着させることができ、これにより、ピッチ誤差（単一、累積）を小さくすることができ、より高精度な回転速度の検出が可能になる。

更に、シール部材１５と磁石エンコーダ１６とが一体であるため、部品点数が少なく、コンパクト（組立て性が良い）で低コストな転がり軸受１０となり、また、射出成形時のゲートをピンポイントゲート２０としているため、ゲートカットが容易（成形後のゲートカットが不要）となり、より安価な転がり軸受１０とすることができる。

以下、図５〜図１３を参照して、本発明の転がり軸受に係る第２〜第９実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と重複又は相当する部分については同一符号を付してその説明を省略或は簡略化する。

図５に示す第２実施形態である転がり軸受１０では、芯金１７の円筒部１７ａの軸方向外側の端部から環状板部１７ｂを径方向内方に延ばし、磁石エンコーダ１６は、この環状板部１７ｂの軸方向外方を向く面に取り付けられている。その他の構成及び作用は第１実施形態のものと同様である。

図６に示す第３実施形態である転がり軸受１０では、第２実施形態と同様、芯金１７の円筒部１７ａの軸方向外側の端部から環状板部１７ｂを径方向内方に延ばし、磁石エンコーダ１６は、この環状板部１７ｂの軸方向外方を向く面に取り付けられている。また、芯金１７の環状板部１７ｂの内径部に取り付けたシール１８は内輪１２の端部外周面に設けたシール溝１２ａに対して非接触とし、トルクを小さくしている。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。

図７に示す第４実施形態である転がり軸受１０では、磁石エンコーダ１６は、ピンポイントゲート２０が配置される面１６ｂを、被検出面１６ａより低い、被検出面１６ａより内周側の位置として形成されている。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。

図８に示す第５実施形態である転がり軸受１０では、磁石エンコーダ１６は、ピンポイントゲート２０の周囲に凹部２１が設けられている。このようにすると、被検出面１６ａと低い面１６ｂとの段差があまり取れないときでも、ゲート跡２０ａが被検出面１６ａより突出するのを防止することができる。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。

図９及び図１０に示す第６実施形態である転がり軸受１０では、芯金１７に磁石エンコーダ１６とシール１８とを磁石材料で一体に成形した例である。このようにすると、芯金１７に別体のシール１８を取り付ける手間が省けるため、転がり軸受１０の製作コストをより低減することができる。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。

図１１に示す本発明の第７実施形態である転がり軸受１０は、芯金１７に磁石エンコーダ１６とシール部材１７とを磁石材料で一体に成形するとともに、シール部材１７を内輪１２の端部外周面に対して非接触とし、且つ内輪１２の端部外周面に設けるシール溝１２ａを軸方向に沿う円筒面とした例である。このようにすると、芯金１７に別体のシール部材１７を取り付ける手間が省けるとともに、内輪１２のシール溝１２ａの加工が簡単になるため、転がり軸受の製作コストをより低減することができる。その他の構成及び作用は上記第１実施形態と同様である。

図１２に示す本発明の第８実施形態である転がり軸受１０は、芯金１７に磁石エンコーダ１６とシール１８とを磁石材料で一体に成形するとともに、内輪１２の端部外周面をシール溝を有しない軸方向に沿う一様な円筒面としている。このようにすると、芯金１７に別体のシール１８を取り付ける手間が省けるとともに、内輪１２のシール溝１２ａの加工が不要になるため、転がり軸受の製作コストをより低減することができる。その他の構成及び作用は上記第１実施形態と同様である。

図１３に示す本発明の第９実施形態である転がり軸受１０は、外輪１１を固定輪、内輪１２を回転輪とした内輪回転として使用される。芯金１７は、内輪１２の軸方向端部の外周面に嵌合される円筒部１７ａと、該円筒部１７ａの軸方向内側の端部から径方向外方に延びる環状板部１７ｂとを有する。磁石エンコーダ１６は、該環状板部１７ｂの軸方向外方を向く面に取り付けられ、内輪１２と共に回転する。更に、環状板部１７ｂの外径部に、外輪１２の端部内周面に設けられたシール溝１１ａに接触するシール１８が取り付けられる。その他の構成及び作用は第１実施形態と同様である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、実施可能な範囲において上記実施形態は組み合わせて適用可能である。
例えば、上記実施形態では、ピンポイントゲート２０が配置される面１６ｂは、磁石エンコーダ１６の外周側又は内周側で、被検出面１６ａより低い位置としているが、磁石エンコーダ１６を射出成形した後、該磁石エンコーダ１６を芯金１７に接着剤を介して固定する場合は、磁石エンコーダ１６の外周面や内周面にサイドゲートを配置して射出成形を行うようにしてもよい。但し、例えば、図１に示すように、芯金１７に別部材のシール１８が固定される形状で、芯金１７をコアとしたインサート成形により磁石エンコーダ１６を成形する場合は、ピンポイントゲート１９が好ましい。

本発明の第１実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 図１に示す転がり軸受に設けられる磁石エンコーダを説明するための要部断面図である。 図１に示す転がり軸受に設けられる磁石エンコーダの平面図である。 図１に示す転がり軸受に設けられる磁石エンコーダの着磁パターンの一例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 本発明の第３実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 本発明の第４実施形態である転がり軸受の磁石エンコーダを説明するための要部断面図である。 本発明の第５実施形態である転がり軸受の磁石エンコーダを説明するための要部断面図である。 本発明の第６実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 図９に示す転がり軸受に設けられる磁石エンコーダを説明するための要部断面図である。 本発明の第７実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 本発明の第８実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 本発明の第９実施形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。 従来の転がり軸受を説明するための要部断面図である。 （ａ）は従来の他の転がり軸受を説明するための断面図であり、（ｂ）は（ａ）の磁石エンコーダが埋設された環状板部の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の磁石エンコーダが埋設された環状板部の平面図である。

符号の説明

１０ 転がり軸受
１１ 外輪（回転輪、固定輪）
１２ 内輪（固定輪、回転輪）
１３ 玉（転動体）
１５ シール部材
１６ 磁石エンコーダ
１６ａ 被検出面
１６ｂ ゲートが配置される面
１７ 芯金
１８ シール
２０ ピンポイントゲート

Claims (2)

1. 回転輪と、固定輪と、該回転輪と該固定輪間に円周方向に転動可能に配置される複数の転動体と、前記回転輪とともに回転する磁石エンコーダと、を備える転がり軸受であって、
   前記磁石エンコーダは、射出成形によって成形されるとともに、磁極が円周方向に交互に連続して配置される、外径が３０〜６０ｍｍの環状部材であり、且つ、射出成形時にゲートが配置される面は被検出面と異なることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記磁石エンコーダは、磁性粉と、バインダーとしての樹脂とゴムの少なくとも一方と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
   

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