JP2008164142A

JP2008164142A - センサ付軸受

Info

Publication number: JP2008164142A
Application number: JP2006356891A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Fujisaki; 輝彦藤崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】被検出体及び検出体を損傷させることなく、長期に亘って高精度に回転状態を計測することが可能なセンサ付軸受を提供する。
【解決手段】相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪２及び静止輪４と、軸受の回転状態を計測するセンサ２０とを備えており、前記センサには、前記回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体２２、当該被検出体の回転状態を検出する検出体２４、並びに当該検出体を収容するセンサハウジング２６が設けられたセンサ付軸受Ａであって、被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるようにセンサハウジングに収容された状態で、前記静止輪に固定されており、被検出体と検出体との対向部分への異物の侵入を防止するための異物侵入防止部材４０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジン等の主軸、あるいは自動車や鉄道車両等の車軸を支持する軸受などにおいて、当該軸受の回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測するためのセンサ機能を有するセンサ付軸受の改良に関する。

従来から、例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジン等の主軸、あるいは自動車や鉄道車両等の車軸などを支持する軸受のように、当該軸受の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測するためのセンサ機能を有する各種のセンサ付軸受が知られている。例えば、特許文献１には、回転輪である内輪の回転速度及び回転方向をそれぞれ計測するためのセンサ機能を有するセンサ付軸受の構成が一例として開示されている。

図３には、このような回転輪である内輪の回転速度及び回転方向をセンサにより計測しているセンサ付軸受(以下、単に軸受Ｃという)の構成の一例が示されている。かかる軸受Ｃには、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪２及び静止輪４と、当該回転輪２と静止輪４との間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)６と、当該転動体(玉)６をポケット内へ１つずつ回転自在に保持する保持器８とが備えられている。この場合、内輪が軸受Ｃの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪２として構成されているのに対し、外輪が常時非回転状態に維持される静止輪４として構成されている。

また、図３に示す構成において、軸受Ｃには、軸方向の一方側(同図の下側)へ、環状を成すシール部材１０が内外輪2,4間に介在されており、これにより、軸受外部からの異物(例えば、水や塵埃など)の侵入や軸受内部からの潤滑剤(例えば、潤滑油やグリースなど)の漏洩を防止している。この場合、シール部材１０として接触型のシールが適用されており、当該シール部材１０は、その外径部が外輪４に固定された状態で、その内径部が内輪２と接触するように位置決めされている。

これに対し、軸受Ｃには、軸方向の他方側(図３の上側)へ、当該軸受Ｃの回転状態(回転速度及び回転方向)を計測するためのセンサ６０が設けられており、当該センサ６０は、内輪２と同一の回転状態で回転する被検出体６２、当該被検出体６２の回転状態を検出する被出体６４、当該被出体６４を収容するセンサハウジング６６、並びに前記被出体６４に所定の電源装置から電力を供給するとともに、当該被出体６４から出力された検出信号を所定の信号処理部(図示しない)に送信するための回路配線板(以下、プリント基板という)７０を備えている。

この場合、被検出体６２としては、多極着磁された環状を成す磁石(以下、エンコーダ６２という)が適用されており、一方、被出体６４としては、磁気状態の変化(磁界の強弱や向き(具体的には、磁束密度の変動)など)を検出する２つの磁気検出素子(以下、ホールＩＣ６４という)が設けられている。なお、かかるエンコーダ６２は、その内周面に対し、周方向にＮ極とＳ極とを交互に５０極ずつ着磁させた合計１００極の磁極を有する環状磁石として構成されている。

また、２つのホールＩＣ６４は、プリント基板７０と接続された状態で、センサハウジング６６に収容されており、当該センサハウジング６６が固定されたカバー(以下、ハウジングカバーという)６８を外輪４に取り付けることで、当該外輪４に対して固定されている。なお、ハウジングカバー６８は環状を成し、その外径部が外輪４に固定され、この状態で、その内径部の先端と軸受Ｃの回転軸(図示しない)の周面部との間に所定の隙間が生じるように構成されている。また、２つのホールＩＣ６４は、磁気状態の変化を検出するタイミングにおいて、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)を９０°ずらして(９０°の位相差を設けて)プリント基板７０に位置付けられ、センサハウジング６６に収容されている。

また、エンコーダ６２は、ホールＩＣ６４と所定間隔を空けて対向してエンコーダホルダ７２の外径部に固定(例えば、接着や溶接)され、当該エンコーダホルダ７２を介して内輪２に取り付けられている。なお、エンコーダホルダ７２は環状を成し、その内径部が内輪２に固定され、この状態で、その外径部の先端と外輪４との間に所定の隙間が生じるように構成されている。
これにより、センサ６０は、エンコーダ６２がホールＩＣ６４と対向した状態で、内輪２とともに回転する構造となる。
特開２００４−２１１８４１号公報

ところで、軸受Ｃが組み込まれた各種の機械装置において、その雰囲気中に異物、具体的には、鉄などの磁性材の小片(以下、磁性材片という)が浮遊され、当該磁性材片が内輪２とセンサハウジング６６との間の隙間を通ってホールＩＣ６４とエンコーダ６２とが対向する部分(以下、センサ部という)へ侵入し、エンコーダ６２に付着してしまう場合がある。上述したように、エンコーダ６２は、多極(一例として、１００極(５０個のＮ極と５０個のＳ極))に着磁された環状磁石として構成されているため、異物である磁性材片の大きさ(長さ)によっては、あるいは、エンコーダ６２の大きさや着磁された磁極数などによっては、エンコーダ６２に付着した磁性材片が周方向に隣り合うＮ極とＳ極との間隔よりも大きく(長く)なってしまう場合がある。

このように、周方向に隣り合うＮ極とＳ極との間隔よりも大きな(長い)磁性材片がエンコーダ６２に付着した場合、当該磁性材片によって磁気回路がショートしてしまい、ホールＩＣ６４で磁界の変化(一例として、磁束の磁束密度の変動)を検出する際、当該ショート回路の部分だけ、磁界変化が大きくなり、検出(出力)される磁界のパルスが異常な状態(いわゆるパルス抜け)となる虞がある。

また、エンコーダ６２に付着した磁性材片が内輪２の回転に伴って回転された際、センサ部において、ホールＩＣ６４及びエンコーダ６２の相互の対向面に摺接され続け、当該対向面に対して摩擦により傷が生じてしまう場合がある。さらに、センサ部において、磁性材片がエンコーダ６２とホールＩＣ６４との間に挟まった場合には、上述した対向面の損傷がより大きくなってしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、被検出体と検出体との対向部分(センサ部)を密閉し、当該対向部分への異物、特に磁性材片の侵入を防止するための異物侵入防止部材を設けることで、被検出体及び検出体を損傷させることなく、長期に亘って高精度に回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することが可能なセンサ付軸受を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係るセンサ付軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪及び静止輪と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えており、前記センサには、前記回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体、当該被検出体の回転状態を検出する検出体、並びに当該検出体を収容するセンサハウジングが設けられている。かかるセンサ付軸受において、被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるようにセンサハウジングに収容された状態で、前記静止輪に固定されており、被検出体と検出体との対向部分への異物の侵入を防止するための異物侵入防止部材が設けられている。

例えば、被検出体を前記回転輪に固定された被検出体ホルダに取り付けられた状態で、当該回転輪とともに回転する構成とした場合、異物侵入防止部材は、少なくともその一部を弾性材で形成した筒状とし、軸方向の一端側をセンサハウジングに固定するとともに、他端側を前記被検出体ホルダに摺接させればよい。
あるいは、異物侵入防止部材を、少なくともその一部を弾性材で形成した筒状とし、軸方向の一端側をセンサハウジングに固定するとともに、他端側を前記回転輪の端面に摺接させてもよい。
いずれの場合であっても、異物侵入防止部材は、被検出体及び検出体よりも軸受の径方向内側へ位置付ければよい。

本発明のセンサ付軸受によれば、被検出体と検出体との対向部分(センサ部)を密閉し、当該対向部分への異物、特に磁性材片の侵入を防止するための異物侵入防止部材を設けることで、被検出体及び検出体が異物により損傷してしまうことを有効に防止することができる。これにより、センサによって、長期に亘って高精度に回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るセンサ付軸受について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係るセンサ付軸受の基本的な構成は、上述した従来のセンサ付軸受(軸受Ｃ(図３))と同様であるため、当該軸受Ｃと同一若しくは類似の構成については、図面上で同一の符号を付する。

図１(ａ),(ｂ)には、本発明の一実施形態に係るセンサ付軸受(以下、単に軸受Ａという)が示されており、当該軸受Ａは、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪２及び静止輪４と、軸受Ａの回転状態を計測するセンサ２０とを備えている。
この場合、内輪が、軸受Ａの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪２として構成されているとともに、外輪が常時非回転状態に維持される静止輪４として構成されており、当該内外輪2,4間には、保持器８のポケット内に１つずつ回転自在に保持された状態で、複数の転動体(玉)６が転動可能に組み込まれている。かかる内輪２の外周面、並びに外輪４の内周面には、それぞれ転動体(玉)６を転動させるための軌道面2a,4aが全周に亘って形成されている。なお、図１(ａ)に示す構成においては、一例として、軌道面2a,4aが軸受Ａの軸方向幅の略中央に位置付けられているが、軸方向幅の中央から上側あるいは下側にずらして軌道面2a,4aを形成してよい。
また、転動体６として、図１(ａ)に示すような玉に代えて、円筒ころ、円すいころ及び球面ころ(たる形ころ)など、各種のころを適用してもよいし、保持器２ｃとして、同図に示すようないわゆる波型の合わせタイプに代えて、冠型、かご型及びもみ抜き型など各種のタイプの保持器を適用してもよい。

さらに、図１(ａ)に示す構成において、軸受Ａには、軸方向(図１(ａ)の上下方向)の一方側(同図の下側)へ、環状を成すシール部材１０が内外輪2,4間に介在されている。この場合、一例として、シール部材１０は、接触型のシールとして構成されており、当該シール部材１０は、鋼板等を断面がＬ字状を成すようにプレス加工などにより成形した環状の芯金の一部を、各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)で連結した構造を成している。なお、シール部材１０の内径部には、かかる弾性材で構成されたリップ部が形成されている。そして、かかるシール部材１０は、その外径部が外輪４に形成された取付溝４ｍに固定され、その内径部が内輪２に形成されたシール溝２ｍに摺接するように位置決めされている。
これにより、軸受Ａはその内部が密封状態に維持され、例えば、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)の軸受外部への漏洩や、軸受外部の異物(例えば、水や塵埃)の軸受内部への侵入を防止することができる。

なお、シール部材１０の大きさ、形状及び数は、例えば、軸受Ａの大きさなどによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、例えば、シール１０の内径部の先端に複数のリップ部を設け、当該各リップ部を上述したシール溝２ｍの底部や側面部などにそれぞれ接触させることで、さらに軸受Ａの密封性を高めることができる。また、シール部材１０として、図１(ａ)に示すような接触型シールに代えて、その外径部が外輪２の取付溝４ｍに固定され、その内径部が内輪２のシール溝２ｍに接触しない非接触型のシール(例えば、鋼板製の芯金の全体若しくは一部を各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)で連結して成るシールなど)や、非接触型のシールド(例えば、ステンレス板、鉄板などの薄い金属板からプレス成形等されたシールド)を適用してもよい。

これに対し、軸受Ａには、軸方向(図１(ａ)の上下方向)の一方側(同図の上側)へセンサ２０が設けられており、当該センサ２０は、回転輪である内輪２と同一の回転状態で回転する被検出体２２、当該被検出体２２の回転状態を検出する検出体２４、並びに当該検出体２２を収容するセンサハウジング２６が備えられている。

ここで、センサ２０としては、例えば、磁気状態の変化(磁界の強弱や向き(具体的には、磁束密度の変動)など)を検知する磁気センサ、あるいは照射光に対する反射光を検知する光学センサなどを任意に選択して用いることができる。本実施形態においては、一例として、センサ２０が磁気センサである場合を想定し、かかる磁気センサの被検出体２２として、多極に着磁された環状を成す磁石(以下、エンコーダ２２という)を適用するとともに、検出体２４として、磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変動)を検出する磁気検出素子(具体的には、ホールＩＣ(以下、ホールＩＣ２４という))を適用している。

なお、エンコーダ２２に着磁させる磁極数は、内輪２の回転速度やホールＩＣ２４の検出精度などに応じて任意に設定すればよいが、着磁させた磁極数が多いほどホールＩＣ２４において磁気状態の変化を検出し易くなり、軸受Ａの回転状態(回転速度、回転方向あるいは回転角度など)の計測精度を高めることができるため好ましい。一例として、本実施形態においては、エンコーダ２２の内周面に対し、周方向にＮ極とＳ極とが交互に５０極ずつ着磁された合計１００極の磁極を有する環状磁石として構成されている場合を想定する。
ただし、被検出体２２として、上述したエンコーダに代えて、例えば、ギア(歯車状の磁性体など)、窓開けされたプレス品(周方向に所定間隔で貫通孔が形成された環状磁性体など)を適用してもよい。

また、図１(ａ)に示す構成においては、センサ２０に対して回路配線板(以下、プリント基板という)３０が設けられており、当該プリント基板３０がホールＩＣ２４に所定の電源装置から電力を供給するとともに、当該ホールＩＣ２４から出力された検出信号を所定の信号処理部(図示しない)に送信するセンサ構造としている。この場合、一例として、プリント基板３０は、扇形の板状に形成され、ホールＩＣ２４や信号処理部(図示しない)が直接あるいはケーブル(図示しない)を介して接続される構造を成している。

かかる軸受Ａにおいて、エンコーダ２２は、内輪２に固定されて、当該内輪２とともに回転している。図１(ａ)に示す構成においては、一例として、エンコーダ２２がホルダ(以下、エンコーダホルダという)３２の外径部に固定(例えば、接着や溶接など)され、当該エンコーダホルダ３２を内輪２に取り付けることで、当該内輪２に対して固定されている。この場合、エンコーダホルダ３２は、その内径が内輪２の外径よりも若干小さく、その外径が外輪４の内径よりも小径で、且つ内輪２の外径よりも大径の環状に形成され、内径部が内輪２に固定された状態で、外径部と外輪４の内周面との間に所定の隙間が生じるように位置決めされている。なお、エンコーダホルダ３２の外径部は、一例として、軸方向の一方側(図１(ａ)の上側)へ立ち上げられ、立ち上げた端部がエンコーダ２２の端面と略面一となるように、その立ち上げ高さが調整されている。
これにより、エンコーダ２２は、外輪４と接触することなく、内輪２とともに、当該内輪２と同一の回転状態で回転することができる。

この場合、内輪２の外周面には、その一方側の端部(図１(ａ)の上端部)に全周に亘って凹状の溝(以下、エンコーダ取付部という)２ｇが形成されており、当該エンコーダ取付部２ｇにエンコーダホルダ３２の内径部を嵌合させることで、当該エンコーダホルダ３２を内輪２に対して固定させている。なお、エンコーダホルダ３２は、例えば、エンコーダ取付部２ｇに対して接着剤により接着固定させてもよいし、締結部材により締結固定させてもよい。あるいは、上述した各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、内輪２にエンコーダ取付部２ｇを形成することなく、外周面に対してエンコーダホルダ３２を直接嵌合させてもよいし、接着あるいは締結させてもよい。

これに対し、かかる軸受Ａにおいて、ホールＩＣ２４は、エンコーダ２２と所定間隔を空けて対向可能となるように、プリント基板３０と接続された状態でセンサハウジング２６に収容されており、当該センサハウジング２６が固定されたカバー(以下、ハウジングカバーという)２８を外輪４に取り付けることで、当該外輪４に対して固定されている。図１(ａ)に示す構成においては、一例として、ホールＩＣ２４の外側の面(具体的には、ホール素子の配設面(同図の左側の面))２４ａとエンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとが所定間隔を空けて対向可能となるように、ホールＩＣ２４がエンコーダ２２に対して位置付けられている。

なお、ホールＩＣ２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、ホールＩＣ２４(より具体的には、ホール素子)とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば、図１(ａ)に示す相対位置には特に限定されない。例えば、ホールＩＣ２４の内側の面(図１(ａ)の右側の面)とエンコーダ２２の外周面を対向させてもよいし、ホールＩＣ２４の端面(同図の下側の面)とエンコーダ２２の端面(同図の上側の面)を対向させてもよい。この場合、ホールＩＣ２４(より具体的には、ホール素子)との対向面であるエンコーダ２２の外周面、あるいは端面をそれぞれ磁極面として構成すればよい。
また、ホールＩＣ２４(より具体的には、ホール素子)とエンコーダ２２の磁極面(本実施形態においては、内周面)との対向間隔は可能な限り狭めて設定することが好ましいが、その具体的な間隔は、ホールＩＣ２４の磁気変化の検出精度やエンコーダ２２の磁力の大きさ、あるいは、軸受Ａの大きさや形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。

センサハウジング２６は、その外径が外輪４の外径よりも小径、且つ外輪４の内径よりも大径で、その内径が内輪２の外径よりも小径、且つ内輪２の内径よりも大径の環状に形成されている。
また、センサハウジング２６には、エンコーダホルダ３２を介して内輪２に固定されたエンコーダ２２と非接触状態となるように、軸方向の一方側の端面(図１(ａ)の下端面)に全周に亘って凹状の溝(以下、エンコーダ軌道溝という)２６ｍが形成されている。なお、センサハウジング２６にエンコーダ軌道溝２６ｍを形成することなく、その端面(図１(ａ)の下端面)がエンコーダ２２の端面(同図の上端面)と非接触状態となるように、センサハウジング２６の軸方向の高さ(同図の上下方向の距離)を設定してもよいし、あるいは、センサハウジング２６が固定されたハウジングカバー２８を外輪４に対して位置決めしてもよい。

また、ハウジングカバー２８は、その外径が外輪４の外径と略同一で、その内径が内輪２の外径よりも小径で、且つ内輪２の内径よりも大径の環状に形成され、外径部が外輪４に固定された状態で、内径部の先端と軸受Ａの回転軸(図示しない)の周面部との間に所定の隙間が生じるように位置決めされている。
一例として、図１(ａ)に示す構成においては、ハウジングカバー２８を、その内径部の先端がセンサハウジング２６の内周面と略面一となるように構成しているが、当該センサハウジング２６の内周面よりもハウジングカバー２８の内径部の先端が出っ張る、すなわちハウジングカバー２８の内径よりもセンサハウジング２６の内径の方が大きくともよい。あるいは、センサハウジング２６の内周面よりもハウジングカバー２８の内径部の先端が引っ込む、すなわちハウジングカバー２８の内径よりもセンサハウジング２６の内径の方が小さくともよい。

この場合、外輪４の外周面には、その一方側の端部(図１(ａ)の上端部)に全周に亘って凹状の溝(以下、カバー取付部という)４ｇが形成されており、当該カバー取付部４ｇにハウジングカバー２８の外周部の先端を嵌合させることで、当該ハウジングカバー２８を外輪４に対して固定させている。なお、ハウジングカバー２８は、例えば、カバー取付部４ｇに対して接着剤により接着固定させてもよいし、締結部材により締結固定させてもよい。あるいは、上述した各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、外輪４にカバー取付部４ｇを形成することなく、外周面に対してハウジングカバー２８を直接嵌合させてもよいし、接着あるいは締結させてもよい。

また、一例として、ハウジングカバー２８は、内径部と外径部の間に所定の段差部２８ｓを設けて構成されており、当該段差部２８ｓに内側から外周面及び一方側の端面(図１(ａ)の上端面)を当接させた状態でセンサハウジング２６が固定されることで、当該センサハウジング２６と一体化されている。この場合、段差部２８ｓは、その径がセンサハウジング２６の外径と略同一の大きさとなるように形成すればよい。なお、センサハウジング２６とハウジングカバー２８との固定方法としては、例えば、嵌合、接着や溶接、あるいは締結など、任意の方法を用いればよい。

ここで、センサ２０に設けるホールＩＣ２４の数は、軸受Ａの回転状態(回転速度、回転方向あるいは回転角度など)の計測に対して要求される精度などに応じて任意に設定すればよいが、本実施形態においては、一例として、２つのホールＩＣ２４がセンサ２０に対して設けられている場合を想定する。そして、当該２つのホールＩＣ２４は、磁気状態の変化を検出するタイミングにおいて、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)を９０°ずらして(９０°の位相差を設けて)位置付けられるように、プリント基板３０に対して接続すればよい。これにより、かかる位相差を考慮して各ホールＩＣ２４における磁気変化の検出結果を比較することで、より正確に軸受Ａ(具体的には、内輪２及びエンコーダ２２)の回転状態を検出することができる。ただし、センサ２０は、１つのホールＩＣ２４でのみ軸受Ａの回転状態を計測する構成であってもよいし、３つ以上のホールＩＣ２４で軸受Ａの回転状態を計測する構成であってもよい。

なお、上述した本実施形態において、センサハウジング２６、ハウジングカバー２８及びエンコーダホルダ３２の材質については特に言及しなかったが、エンコーダ２２が回転する際に生じる磁気状態の変化に影響を及ぼすことのない所定の材料(例えば、非磁性材や磁性材を非磁性材でコーティングしたものなど)で構成することが好ましい。

エンコーダ２２とホールＩＣ２４を上述したように内外輪2,4に対して位置付けることで、センサ２０は、エンコーダ２２がホールＩＣ２４と対向した状態、具体的には、エンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａがホールＩＣ２４の外側面(ホール素子配設面)２４ａと対向した状態で、内輪２とともに回転する構造とすることができる。

すなわち、かかる軸受Ａにおいて、内輪２が回転すると、これとともにエンコーダ２２も回転し、ホールＩＣ２４に対する磁極(Ｎ極及びＳ極)の位置が交互に連続して変化する。このとき、ホールＩＣ２４を通過する磁束(より具体的には、磁束の磁束密度)が連続的に変化し、かかる変化を当該ホールＩＣ２４により検知することで、エンコーダ２２の位置や角度などを検出することができる。そして、プリント基板３０は、ホールＩＣ２４が検知した磁束密度の変化を電気信号に変換し、当該電気信号(データ)を信号処理部(図示しない)に送信し、当該信号処理部において、単位時間当たりのエンコーダ２２の位置や角度などの変動量を演算処理することで、軸受Ａ(具体的には、エンコーダ２２が固定された内輪２)の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することが可能となる。
なお、この場合、センサ２０のプリント基板３０(ホールＩＣ２４)と信号処理部(図示しない)とは、所定の信号ケーブル(図示しない)で接続され、当該信号ケーブルを介して上述した電気信号が信号処理部(図示しない)へ送信(出力)されている。

また、本実施形態に係る軸受Ａには、図１(ａ),(ｂ)に示すように、被検出体であるエンコーダ２２と検出体であるホールＩＣ２４との対向部分、具体的には、エンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとホールＩＣ２４の外側面(ホール素子配設面)２４ａとの対向部分(以下、センサ部という)を軸受Ａの外部から密閉し、当該センサ部への異物(例えば、鉄などの磁性材の小片(同、磁性材片という)など)の侵入を防止するための異物侵入防止部材(同、センサシールという)４０が設けられている。

図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、センサシール４０は、その径がセンサハウジング２６の内径と略同一の大きさを成す円筒状の芯金４２と、当該芯金４２の一部に各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)を連結して形成したシール部４４により構成されている。この場合、芯金４２は、一例として、その軸方向の一端側(図１(ａ),(ｂ)の下端側)が徐々に湾曲して拡径された裾広がり状(縦断面形状が略Ｊ字状)を成すように、鋼板等に対してプレス加工などを施すことで成形している。なお、芯金４２の形状は、例えば、その一端側から他端側まで同一径を成す円筒状であってもよいし、一端側から他端側まで徐々に平坦状に拡径若しくは縮径された円錐状であってもよい。
そして、芯金４２の拡径側(図１(ｂ)の左側)の面に対し、各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)を連結させて、シール部４４が形成されている。この場合、シール部４４には、その一端部(図１(ａ),(ｂ)の下端部)にシールリップ４６が１つ設けられている。

なお、芯金４２と各種の弾性材とを連結するとともに、シール部４４を形成する際の連結方法(形成方法)としては、接着、かしめ、コーティング及び射出成形など、各種の方法を任意に選択して適用すればよい。また、芯金４２の全体を弾性材と連結させ、芯金４２の全体を覆うようにシール部４４を形成してもよいし、シールリップ４６の数は、２つ以上であってもよい。

かかるセンサシール４０は、軸方向の一端部(図１(ａ),(ｂ)の上端部)がセンサハウジング２６に形成された凹状の取付溝(以下、シール取付部という)２６ｇに固定されているとともに、その他端部(同図の下端部)、すなわちシールリップ４６がエンコーダホルダ３２に接触(摺接)するように位置決めされている。一例として、図１(ａ),(ｂ)に示す構成においては、センサシール４０を、芯金４２の内周部がセンサハウジング２６の内周面と略面一となるように位置決め固定しているが、当該センサハウジング２６の内周面よりも芯金４２の内周部が出っ張る、すなわち芯金４２の径よりもセンサハウジング２６の内径の方が大きくともよい。あるいは、センサハウジング２６の内周面よりも芯金４２の内径部が引っ込む、すなわち芯金４２の径よりもセンサハウジング２６の内径の方が小さくともよい。

また、シール部４４のシールリップ４６は、接触(摺接)するエンコーダホルダ３２の表面(図１(ａ),(ｂ)の上側の面)の形状に沿って、且つ、当該エンコーダホルダ３２の外径側から内径側へ向けて延出するように形成されている。これにより、シールリップ４６とエンコーダホルダ３２(具体的には、その表面)とをより密接させ、センサ部の密封性を高めることができる。

なお、上述したように、ホールＩＣ２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、ホールＩＣ２４(具体的には、ホール素子)とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば特に限定されないが、ホールＩＣ２４とエンコーダ２２をいずれに位置付けた場合であっても、センサシール４０は、エンコーダ２２及びホールＩＣ２４よりも軸受Ａの径方向内側へ位置付ける必要がある。すなわち、軸受Ａの径方向外側は、センサハウジング２６及びハウジングカバー２８によってセンサ部における密封性が十分に確保されているため、センサシール４０をエンコーダ２２及びホールＩＣ２４よりも軸受Ａの径方向内側へ位置付けることで、センサ部を軸受Ａの外部から略完全に密閉することが可能となる。

図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、シール取付部２６ｇは、センサハウジング２６の内周面の一端部(同図の下端部)に全周に亘って形成されており、当該シール取付部２６ｇにセンサシール４０の一端部(同図の上端部)を嵌合させることで、当該センサシール４０をセンサハウジング２６に対して固定している。なお、センサシール４０は、センサハウジング２６に対して密着して固定することが可能であれば、固定方法は特に限定されない。例えば、シール取付部２６ｇに対して接着剤などにより接着固定させてもよいし、締結部材などにより締結固定させてもよい。あるいは、上述した各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、センサハウジング２６にシール取付部２６ｇを形成することなく、内周面に対してセンサシール４０を直接嵌合させてもよいし、接着あるいは締結させてもよい。

このように、本実施形態に係る軸受Ａにおいては、センサシール４０が設けられているため、軸受Ａが組み込まれた各種の機械装置において、その雰囲気中に異物、具体的には、磁性材片が浮遊した場合であっても、当該磁性材片を内輪２とセンサハウジング２６との間でセンサシール４０によって塞き止めることができる。この結果、当該磁性材片がセンサ部へ侵入することを確実に防止することができ、エンコーダ２２に付着した磁性材片によって磁気回路がショートしてしまうことを有効に防止することができる。したがって、エンコーダ２２を多極(一例として、１００極(５０個のＮ極と５０個のＳ極))に着磁させ、周方向に隣り合うＮ極とＳ極との間隔を狭めることができる。これにより、エンコーダ２２を回転させた際の磁気状態の変化を大きくすることができ、ホールＩＣ２４における磁気変化の検出精度を容易に高めることが可能となる。
また、磁性材片のセンサ部への侵入を確実に防止できるため、当該磁性材片によってエンコーダ２２やホールＩＣ２４、特にセンサ部が損傷されることを有効に防止することができる。この結果、長期に亘って、軸受Ａの回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することができる。

なお、センサシール４０は、上述した本実施形態に係る構成(図１(ａ),(ｂ))には限定されず、例えば、図２(ａ),(ｂ)に示す本発明の変形例に係る構成であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
図２(ａ),(ｂ)には、本発明の変形例に係るセンサ付軸受(以下、単に軸受Ｂという)が示されている。かかる軸受Ｂにおいて、センサシール５０は、鋼板等を縦断面形状が略Ｌ字状を成すようにプレス加工などにより成形した円筒状の芯金５２と、当該芯金５２の一部に各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)を連結して形成したシール部５４により構成されている。
そして、芯金５２の外側(図２(ｂ)の左側)の面、及び内径端部(同図の右端部)に対し、各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)を連結させて、シール部５４が形成されている。この場合、シール部５４には、その一端部(図２(ａ),(ｂ)の下端部)にシールリップ５６が２つ設けられている。

かかるセンサシール５０は、軸方向の一端部(図２(ａ),(ｂ)の上端部)がセンサハウジング２６のシール取付部２６ｇに固定され、その他端部(同図の下端部)、すなわちシールリップ５６が内輪２の端面(同図の上側の面)に接触(摺接)するように位置決めされている。
この場合、シール部５４のシールリップ５６は、接触(摺接)する内輪２の端面(図２(ａ),(ｂ)の上側の面)の形状に沿って、且つ、当該内輪２の外径側から内径側へ向けて延出するように形成されている。これにより、シールリップ５６と内輪２の端面(図２(ａ),(ｂ)の上側の面)とをより密接させ、センサ部の密封性を高めることができる。
また、上述した本実施形態に係るセンサシール４０と同様に、センサシール５０は、エンコーダ２２及びホールＩＣ２４よりも軸受Ｂの径方向内側へ位置付ければよい。
なお、軸受Ｂは、センサシール５０以外の構成部材の基本的な構成を、上述した本実施形態に係る軸受Ａ(図１(ａ),(ｂ))と同様としているため、これらの部材については、図面上で同一の符号を付して、その説明は省略する。

また、上述した図１(ａ),(ｂ)に示す本実施形態、図２(ａ),(ｂ)に示す変形例においては、エンコーダホルダ３２に摺接するセンサシール４０、あるいは内輪２に摺接するセンサシール５０のいずれか一方をセンサ付軸受に対して設けた構成としているが、かかるセンサシール４０とセンサシール５０を組み合わせた構成、すなわち、センサ部のシールリップがエンコーダホルダ３２と摺接するとともに、内輪２に摺接する構成(例えば、センサ部に２つのシールリップを設け、一方をエンコーダホルダ３２に摺接させ、他方を内輪２に摺接させる構成)のセンサシールをセンサ付軸受に対して設けてもよい。さらにまた、センサシール４０に相当するセンサシールと、センサシール５０に相当するセンサシールの双方をセンサ付軸受に対して設けた構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るセンサ付軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、縦断面図、(ｂ)は、異物侵入防止部材(センサシール)部分の拡大断面図。本発明の変形例に係るセンサ付軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、縦断面図、(ｂ)は、異物侵入防止部材(センサシール)部分の拡大断面図。従来のセンサ付軸受の構成例を示す縦断面図。

符号の説明

２回転輪(内輪)
４静止輪(外輪)
２０センサ
２２被検出体(エンコーダ)
２４検出体(ホールＩＣ)
２６センサハウジング
２８ハウジングカバー
３０回路配線板(プリント基板)
３２エンコーダホルダ
４０異物侵入防止部材(センサシール)
４２芯金
４４シール部
４６シールリップ
Ａセンサ付軸受

Claims

相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪及び静止輪と、軸受の回転状態を計測するセンサとを備えており、
前記センサには、前記回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体、当該被検出体の回転状態を検出する検出体、並びに当該検出体を収容するセンサハウジングが設けられたセンサ付軸受であって、
被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるようにセンサハウジングに収容された状態で、前記静止輪に固定されており、
被検出体と検出体との対向部分への異物の侵入を防止するための異物侵入防止部材が設けられていることを特徴とするセンサ付軸受。
被検出体は、前記回転輪に固定された被検出体ホルダに取り付けられた状態で、当該回転輪とともに回転しており、異物侵入防止部材は、少なくともその一部を弾性材で形成した筒状を成し、軸方向の一端側がセンサハウジングに固定されているとともに、他端側が前記被検出体ホルダに摺接されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受。
異物侵入防止部材は、少なくともその一部を弾性材で形成した筒状を成し、軸方向の一端側がセンサハウジングに固定されているとともに、他端側が前記回転輪の端面に摺接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付軸受。
異物侵入防止部材は、被検出体及び検出体よりも軸受の径方向内側へ位置付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付軸受。