JP2008122268A - 回転検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 適用できる用途、部位が拡大し、汎用性の高い回転検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 この回転検出装置付き軸受は、内輪２１に回転軸１０が圧入される転がり軸受２０における前記内輪２１の回転中心Ｏに磁石２を取付け、この磁石２に対向する複数の磁気センサ素子を有し前記磁石２の回転角度を検出するセンサ３を前記転がり軸受２０の外輪２２に設けたものである。前記センサ３およびこのセンサ３が取付けられて前記外輪２２に取付けられるセンサ固定部材６を有するセンサユニット７を、前記外輪２２とは別体に設ける。このセンサユニット７は、前記内輪２１への前記回転軸１０の圧入後、前記外輪２２に固定可能とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、各種の機器における回転検出、例えば小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出、ロボットの関節角度の検出等に用いられる回転検出装置付き軸受に関する。

ロボットの関節等の回転あるいは角度を検出するために、関節部の軸を支持するための軸受と一体となった回転検出装置付き軸受が設置される。このような回転検出装置付き軸受は、小型であることが望まれ、特に、ロボットの指などの関節に装着する場合には、より小型であることが望まれる。このような要請に応えるために、図１３に示すような回転検出装置付き軸受が提案されている（例えば特許文献１）。

同図の回転検出装置付き軸受は、回転輪である内輪５１側に回転中心回りの方向性を有する磁気発生手段３２を配置すると共に、固定輪である外輪５２側に、前記磁気発生手段３２の磁気を検出する磁気ラインセンサ３３を、磁気発生手段３２に対向して配置したものである。磁気発生手段３２は永久磁石３２Ａと磁性体ヨーク３２Ｂとでなり、内輪５１の外径面に圧入嵌合される磁気発生手段取付部材４５を介して内輪５１に取付けられる。回転軸４０と内輪５１は一体となって回転するので、磁気発生手段３２も磁気発生手段取付部材４５と共に回転軸４０と一体となって回転する。磁気ラインセンサ３３は、外輪５２の内径面に圧入嵌合されるセンサ取付部材５７を介して外輪５２に取付けられる。
特開２００４−３７１３３号公報

しかし、上記構成の回転検出装置付き軸受では、軸受の片側端面に回転センサ３３が設けられているため、軸受の内輪に回転軸を圧入する場合、内輪を治具などで支持して圧入することが困難であり、適用できる用途、部位が限られてしまう。

この発明の目的は、上記課題を解決して、汎用性の高い回転検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置付き軸受は、内輪に回転軸が圧入される転がり軸受における前記内輪の回転中心に磁石を取付け、この磁石に対向する複数の磁気センサ素子を有し前記磁石の回転角度を検出するセンサを前記転がり軸受の外輪に設けた回転検出装置付き軸受であって、前記センサおよびこのセンサが取付けられて前記外輪に取付けられるセンサ固定部材を有するセンサユニットを、前記外輪とは別体に設け、このセンサユニットは、前記内輪への前記回転軸の圧入後、前記外輪に固定可能としたことを特徴とする。前記センサは、複数の磁気センサ素子を有するものであれ良く、例えば磁気ラインセンサ等の磁気アレイセンサや２次元ベクトルセンサ等が用いられる。
この構成によると、センサユニットを外輪とは別体に設け、このセンサユニットは、内輪への回転軸の圧入後に外輪に固定可能としたため、転がり軸受の内輪に回転軸を圧入する場合、センサユニットに妨げられることなく、内輪を治具などで支持して圧入することができ、適用できる用途、部位が拡大し、汎用性の高い回転検出装置付き軸受とすることができる。

この発明において、前記センサユニットの前記センサ固定部材は、前記外輪の内径面または外径面に圧入可能な嵌合部を有し、この嵌合部を介して前記外輪に取付けられるものであっても良い。上記嵌合部を設けることで、センサユニットの位置決めが容易になる。

この発明において、前記センサユニットの前記センサ固定部材および前記外輪が、互いに嵌合する環状の凹凸部を有し、この嵌合部の嵌合により、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に取付けられるものであっても良い。上記環状の凹凸部を設けることで、簡単にかつ堅固な取付けが行える。

この発明において、前記センサユニットの前記センサ固定部材および前記外輪が、互いにねじ込まれるねじ部を有し、このねじ部によって、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に取付けられるものであっても良い。上記ねじ部で取付けるようにした場合も、簡単にかつ堅固な取付けが行える。

この発明において、前記センサユニットの前記センサ固定部材は、前記外輪の内径面または外径面に嵌まり合う嵌合部を有し、この嵌合部に設けた止めねじにより、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に固定されるものであっても良い。止めねじを用いた場合も、簡単にかつ堅固な取付けが行える。

この発明において、前記センサユニットの前記センサ固定部材の前記外輪への固定に接着剤を併用しても良い。接着剤を併用することで取付けがより堅固に行える。

この発明の回転検出装置付き軸受は、内輪に回転軸が圧入される転がり軸受における前記内輪の回転中心に磁石を取付け、この磁石に対向する複数の磁気センサ素子を有し前記磁石の回転角度を検出するセンサを前記転がり軸受の外輪に設けた回転検出装置付き軸受であって、前記センサおよびこのセンサが取付けられて前記外輪に取付けられるセンサ固定部材を有するセンサユニットを、前記外輪とは別体に設け、このセンサユニットは、前記内輪への前記回転軸の圧入後、前記外輪に固定可能としたため、汎用性の高い回転検出装置付き軸受とすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置付き軸受の分解断面図を示す。この回転検出装置付き軸受は、転がり軸受２０に回転検出装置１を組み込んだものである。転がり軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させたものである。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は単列の深溝玉軸受とされている。内輪２１には回転軸１０が圧入状態に嵌合される。外輪２２は軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置される。

回転検出装置１は、転がり軸受２０の内輪２１側に配置される磁石２と、外輪２２側に配置され前記磁石２の回転角度を検出するセンサ３とを備える。ここでいう内輪２１側とは、内輪２１または内輪２１と共に回転する部材のことであり、外輪２２側とは外輪２２に固定される部材のことである。

磁石２は、ここでは磁石固定部材４を介して内輪２１の回転中心Ｏに取付けられ、その回転中心Ｏの回りの方向性を有する磁気を発生する。磁石固定部材４は、円筒部４ａの周縁にフランジ部４ｂを有する円板状の部材であり、前記フランジ部４ｂが内輪２１のセンサ３側に向く幅面に係合するように、前記円筒部４ａを内輪２１の内径面に圧入させることで内輪２１に取付けられる。また、前記フランジ部４ｂが内輪２１の幅面に係合することで、磁石固定部材４が軸方向に位置決めされる。磁石２は、磁石固定部材４の円筒部４ａのセンサ３側に向く片面側に圧入等により固定される。

センサ３は、前記磁石２の磁気を感知して磁石２の回転角度を検出する手段であり、回路基板５に実装される。センサ３および回路基板５は図１のようにセンサ固定部材６に取付けられ、そのセンサ固定部材６が外輪２２に取付けられる。前記センサ３、回路基板５、およびセンサ固定部材６によりセンサユニット７が構成され、このセンサユニット７は外輪２２とは別体に設けられる。ここでは、前記センサ固定部材６は、円筒部材６ａと、この円筒部材６ａの一端に圧入や螺合などにより結合される円板部材６ｂとでなり、円板部材６ｂの前記磁石２に対向する片面側に前記センサ３および回路基板５が取付けられる。なお、円筒部材６ａと円板部材６ｂを一体の部材としてセンサ固定部材６を構成しても良い。前記円筒部材６ａは、その他端に外輪２２の内径面に圧入可能な嵌合部８を有する。この嵌合部８は、円筒部材６ａの円筒基部から内径側に縮径した小径の筒部とされ、この嵌合部８を図２のように外輪２２の内径面に圧入することにより、センサユニット７が外輪２２に固定される。これにより、センサ３が転がり軸受２０の回転中心Ｏの軸方向に向けて磁石２と対向する。また、前記円筒部材６ａにおける嵌合部８から円筒基部へ続く肩部が外輪２２の幅面に係合することにより、センサユニット７が軸方向に位置決めされる。これにより、磁石２とセンサ３の間の軸方向ギャップが一定に保たれる。センサユニット７は、図１に示すように、内輪２１へ回転軸１０を圧入した後で、上記したように外輪２２に固定される。

前記センサ３は、図３に平面図で示すように、複数の磁気センサ素子１１ａと、その磁気センサ素子１１ａの出力を回転信号または角度信号に変換する計算手段である変換回路１２とを１つの半導体チップ１３上に集積したものである。半導体チップ１３上において、磁気センサ素子１１ａは、仮想の矩形上の４辺における各辺に沿って配置されて、４辺の磁気ラインセンサ１１Ａ〜１１Ｄとされる。この場合、前記矩形の中心Ｏ’は、転がり軸受２０の回転中心Ｏに一致する。４辺の磁気ラインセンサ１１Ａ〜１１Ｄは、同図の例ではセンサ素子１１ａが一列に並んだものとしているが、センサ素子１１ａが複列に平行に並んだものであっても良い。
なお、センサ３の他の構成として、磁気センサ素子を縦横複列のマトリクス状に並べて磁気センサアレイを用いても良く、また半導体チップ上の中心の回りに９０°の周回角度を隔てて最低限２つの磁気センサ素子を配置しても良く、２次元ベクトルセンサを用いることもできる。

このように、この回転検出装置付き軸受２０では、センサ３、およびこのセンサ３が取付けられて外輪２２に取付けられるセンサ固定部材６を有するセンサユニット７を、外輪２２とは別体に設け、内輪２１へ回転軸１０を圧入した後に、前記センサユニット７を外輪２２に固定できるようにしているので、センサユニット７に妨げられることなく、内輪２１を治具等で支持して転がり軸受２０の内輪２１への回転軸１０の圧入を行うことができる。その結果、この回転検出装置付き軸受２０を適用できる用途、部位が拡大し、汎用性の高い回転検出装置付き軸受２０とすることができる。

なお、図１および図２では、磁石固定部材４の円筒部４ａを内輪２１の内径面に圧入することで、磁石固定部材４を介して磁石２を内輪２１に取付けたが、図４に示すように、磁石固定部材４のフランジ部４ｂの周縁に別の円筒部４ｂａを設け、この円筒部４ｂａを内輪２１の外径面に圧入することで、磁石固定部材４を介して磁石２を内輪２１に取付けても良い。また、磁石固定部材４を介在させずに、図５のように、前記センサ３に対向する前記回転軸１０の端面に、圧入等により磁石２を直接固定しても良い。

図６は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、図２の実施形態において、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａにおける他端の内径面を、円筒基部の内径面よりも外径側に拡径させて嵌合部８Ａとし、この嵌合部８Ａを外輪２２の外径面に圧入させることで、センサユニット７を外輪２２に取付けるようにしている。この場合、前記嵌合部８Ａの内径面から円筒基部の内径面に続く段面が外輪２２の幅面に係合することにより、センサユニット７が軸方向に位置決めされる。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａにおける他端の嵌合部８Ｂを、図２の実施形態の場合と略同様に円筒部材６ａの円筒基部から内径側に縮径した小径の筒部とすると共に、外輪２２のセンサユニット７が固定される一端部での内径面を外輪２２の他部の内径面よりも拡径させた段差内径面２２ａとし、この段差内径面２２ａに前記円筒部材６ａの嵌合部８Ｂを圧入させることによりセンサユニット７を外輪２２に取付けている。この場合も、前記円筒部材６ａにおける嵌合部８Ｂから円筒基部へ続く肩部が外輪２２の幅面に係合することにより、センサユニット７が軸方向に位置決めされる。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、図６の実施形態の場合と略同様に、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａにおける他端の内径面を、円筒基部の内径面よりも外径側に拡径させて嵌合部８Ｃとすると共に、外輪２２のセンサユニット７が固定される一端部での外径面を外輪２２の他部の外径面よりも縮径させた段差外径面２２ｂとし、この段差外径面２２ｂに前記円筒部材６ａの嵌合部８Ｃを圧入させることによりセンサユニット７を外輪２２に取付けている。この場合も、前記円筒部材６ａにおける嵌合部８Ｃの内径面から円筒基部の内径面へ続く段面が外輪２２の幅面に係合することにより、センサユニット７が軸方向に位置決めされる。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａの他端を、図２の実施形態の場合の嵌合部８と同様に円筒基部から内径側に縮径した小径の筒部６ａａとし、さらにこの小径筒部６ａａの外径面に環状の凹凸部１４を形成すると共に、外輪２２の内径面に前記凹凸部１４に嵌合する環状の凹凸部１５を形成し、これら凹凸部１４，１５の嵌合によりセンサユニット７を外輪２２に取付けている。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａの他端を、図２の実施形態の場合の嵌合部８と同様に円筒基部から内径側に縮径した小径の筒部６ａａとし、さらにこの小径筒部６ａａの外径面に雄ねじ部１６を形成すると共に、外輪２２の内径面に前記凹凸部１６に螺合する雌ねじ部１７を形成し、これら雄ねじ部１６と雌ねじ部１７の螺合によりセンサユニット７を外輪２２に取付けている。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、図６の実施形態の場合と同様に、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａにおける他端の内径面を、円筒基部の内径面よりも外径側に拡径させて嵌合部８Ｃとして、この嵌合部８Ｃを外輪２２の外径面に嵌合させると共に、前記嵌合部８Ｃに設けた止めねじ１８によりセンサユニット７を外輪２２に固定している。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

図１２は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転検出装置付き軸受では、図６の実施形態の場合と同様に、センサ固定部材６の一構成部材である円筒部材６ａにおける他端の内径面を、円筒基部の内径面よりも外径側に拡径させて嵌合部８Ｃとして、この嵌合部８Ｃを外輪２２の外径面に嵌合させ、さらに前記嵌合部８Ｃから外輪２２にわたってねじ１９をねじ込むことにより、センサユニット７を外輪２２に固定している。その他の構成は図２の実施形態の場合と同様である。

なお、以上の各実施形態において、センサユニット７の外輪２２への固定においては、接着剤を併用しても良い。

この発明の一実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の分解断面図である。 同回転検出装置付き軸受の断面図である。 同回転検出装置付き軸受における回転検出装置のセンサの一例を構成する半導体チップの平面図である。 同回転検出装置付き軸受における磁石取付け構造の他の例の断面図である。 同回転検出装置付き軸受における磁石取付け構造のさらに他の例の断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる回転検出装置付き軸受の断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…回転検出装置
２…磁石
３…センサ
６…センサ固定部材
７…センサユニット
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…嵌合部
１０…回転軸
１１ａ…磁気センサ素子
１４，１５…凹凸部
１６…雄ねじ部
１７…雌ねじ部
１８…止めねじ
１９…ねじ
２０…転がり軸受
２１…内輪
２２…外輪

Claims (6)

1. 内輪に回転軸が圧入される転がり軸受における前記内輪の回転中心に磁石を取付け、この磁石に対向する複数の磁気センサ素子を有し前記磁石の回転角度を検出するセンサを前記転がり軸受の外輪に設けた回転検出装置付き軸受であって、
   前記センサおよびこのセンサが取付けられて前記外輪に取付けられるセンサ固定部材を有するセンサユニットを、前記外輪とは別体に設け、このセンサユニットは、前記内輪への前記回転軸の圧入後、前記外輪に固定可能としたことを特徴とする回転検出装置付き軸受。
2. 請求項１において、前記センサユニットの前記センサ固定部材は、前記外輪の内径面または外径面に圧入可能な嵌合部を有し、この嵌合部を介して前記外輪に取付けられる回転検出装置付き軸受。
3. 請求項１において、前記センサユニットの前記センサ固定部材および前記外輪が、互いに嵌合する環状の凹凸部を有し、この嵌合部の嵌合により、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に取付けられる回転検出装置付き軸受。
4. 請求項１において、前記センサユニットの前記センサ固定部材および前記外輪が、互いにねじ込まれるねじ部を有し、このねじ部によって、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に取付けられる回転検出装置付き軸受。
5. 請求項１において、前記センサユニットの前記センサ固定部材は、前記外輪の内径面または外径面に嵌まり合う嵌合部を有し、この嵌合部に設けた止めねじにより、前記センサユニットの前記センサ固定部材が前記外輪に固定される回転検出装置付き軸受。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットの前記センサ固定部材の前記外輪への固定に接着剤を併用した回転検出装置付き軸受。

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