JP2008203085A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化等によって着磁パルサリングが破損するのを防止することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 本発明のセンサ付き転がり軸受装置１は、外輪３及び内軸２と、これらの間に転動自在に配置された玉４と、内軸２の一端部に一体回転可能に固定されるとともに、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されたプラスチック磁石からなる着磁パルサリング８と、この着磁パルサリング８の磁気を検出することによって内軸２の回転状態を検出する磁気センサＳとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転輪の回転数などを検知するセンサを備えたセンサ付き転がり軸受装置に関する。

自動車などの車輪を支持する転がり軸受装置には、アンチロックブレーキシステム等を制御するために、当該車輪の回転速度を検出するためのセンサ装置が組み込まれたものがある。このような従来のセンサ付きの転がり軸受装置は、例えば下記特許文献１に記載されているように、内軸（回転輪）側に設置された着磁パルサリングと、この着磁パルサリングに対向する磁気センサとを有している。上記着磁パルサリングは、フェライト等の磁性粉末を混入したゴム等からなる弾性部材を、内外輪間の環状開口部を密封する密封装置における回転輪側の部材（例えば、スリンガ）の軸方向外側面に加硫接着することで当該回転輪側に一体回転可能に取り付けられている。また、この着磁パルサリングには、複数のＮ・Ｓ極が周方向周りに交互に配設されている。
一方、磁気センサは、磁気検出素子を備えたものであり、その検出面が着磁パルサリングの被検出面に対向するように回転輪の軸方向外側に配置されている。そして、磁気センサが、回転輪の回転に応じた着磁パルサリングからの磁界の変化を検出することにより、回転輪の回転速度を検出するように構成されている。

特開２００６−２２０２７０号公報（図１，図２）

上記従来例のセンサ付き転がり軸受装置において、着磁パルサリングは、ゴム等の弾性体を用いた磁性材料によって形成されているために強度的に弱く、外部から侵入する塵埃等によってその着磁面に損傷や磨耗が生じ、磁気特性が劣化する場合があった。
このため、例えば、ゴム等の弾性体を用いた磁性材料に代えて、耐傷性や耐磨耗性に優れたプラスチック磁石を用い、これによって、損傷や磨耗による着磁パルサリングの磁気特性の劣化を抑制するといった方策が採られる。
その一方、このプラスチック磁石は、フェライト等の磁性粉末と樹脂とを混合して形成されたものであり、当該着磁パルサリングが固定される金属製の回転輪側の部材との間においてはその熱膨張係数が大きく異なる上に、脆性が高く変形によって破損を生じやすい。さらに、着磁パルサリングは、上述のように密封装置のスリンガ等に取り付けられるので、スペース上の制限、特に軸方向寸法に制限を受け、その厚みを薄くせざるを得ない場合がある。
このため、上述のようなプラスチック磁石からなる着磁パルサリングを、スリンガ等の回転輪側の部材に接着あるいは圧入固定した場合、温度変化等に起因して、着磁パルサリングと回転輪側の部材との間の変形量に差が生じ、着磁パルサリングに過大な変形応力が作用することで、当該着磁パルサリングが破損するおそれがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、温度変化等によって着磁パルサリングに過大な変形応力が作用したとしても、当該着磁パルサリングの破損を防止することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置は、固定輪及び回転輪と、これらの間に転動自在に配置された転動体と、前記回転輪の一端部に一体回転可能に固定されるとともに、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されたプラスチック磁石からなる着磁パルサリングと、前記着磁パルサリングの磁気を検出することによって前記回転輪の回転状態を検出する磁気センサと、を備えていることを特徴としている。

上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置によれば、着磁パルサリングを回転輪の一端部に固定したので、上記従来例のように、着磁パルサリングを回転輪に固定された部材に固定した場合と比較して、スペース的な制約が少ない。このため、着磁パルサリングの形状、特に軸方向寸法における設計上の自由度が高まり、当該着磁パルサリングの厚みをより厚くすることが可能となる。この結果、着磁パルサリングの強度を高めることができ、これによって、回転輪及び着磁パルサリングが温度変化に伴って膨張収縮変形し、着磁パルサリングに過大な変形応力が作用したとしても、着磁パルサリングが破損するのを防止できる。

また、上記センサ付き転がり軸受装置において、前記着磁パルサリングは、前記回転輪との間に弾性体からなる緩衝部材を介在して固定されていることが好ましい。
この場合、温度変化に伴って着磁パルサリングと回転輪とが膨張収縮変形し、これらの間に変形量の差が生じたとしても、弾性体からなる緩衝部材によって許容することができる。これによって、着磁パルサリングに作用する変形応力を緩和することができ、より効果的に着磁パルサリングの破損を防止することができる。

また、上記センサ付き転がり軸受装置において、前記着磁パルサリングには、前記回転輪に設けられた被係合部に係合することで当該着磁パルサリングと前記回転体との間における軸方向及び周方向の少なくとも一方の相対移動を防止する係合部が形成されていてもよい。
この場合、着磁パルサリングに形成された係合部によって、着磁パルサリングの回転輪に対する相対回転や、回転輪からの離脱を防止でき、着磁パルサリングを回転輪に対して確実に一体回転可能に固定することができる。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、温度変化等によって着磁パルサリングに過大な変形応力が作用したとしても、当該着磁パルサリングの破損を防止することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。このセンサ付き転がり軸受装置１は、自動車などの車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するものである。

図１において、センサ付き転がり軸受装置１は、複列のアンギュラ玉軸受を構成しており、一端部に図示しない車輪が取り付けられるフランジ部２ａを有する内軸２と、内軸２の外周側に同心に配置された外輪３と、内軸２と外輪３の間に介在した転動体としての複数の玉４と、これら玉４を周方向に等配に保持する保持器５と、軸方向両端側の内軸２と外輪３との間の環状隙間を密封するシール部材６，７と、内軸２の他端部に固定された円環状の着磁パルサリング８と、この着磁パルサリング８に僅かな隙間をおいて対向配置された磁気センサＳとを備えている。

外輪３は、車両側に固定される固定輪であり、外周面には車両の懸架装置に取り付けるための取付フランジ３ａが形成されている。また、その内周面には玉４が転動する第一及び第二の外輪軌道３ｂ，３ｃが形成されている。
内軸２は、前記車輪が取り付けられる車軸であるとともに、当該センサ付き転がり軸受装置１の回転輪を構成しており、一端部にフランジ部２ａ１が形成された内軸本体２ａと、この内軸本体２ａの他端部に形成された小径部２ａ２に外嵌された円環状の内輪部材２ｂとを有している。
内軸本体２ａのフランジ部２ａ１には、前記車輪を当該フランジ部２ａ１に固定するための複数のハブボルト２ａ３が固定されている。また、内軸本体２ａの外周面には、第一の外輪軌道３ｂに対向する第一の内輪軌道２ｃが形成されている。
内輪部材２ｂは、内軸本体２ａの小径部２ａ２に圧入されて内軸本体２ａと一体回転可能に固定されている。内輪部材２ｂの外周面には、第二の外輪軌道３ｃに対向する第二の内輪軌道２ｄが形成されている。

第一の内輪軌道２ｃと、第一の外輪軌道３ｂとの間、及び、第二の内輪軌道２ｄと、第二の外輪軌道３ｃとの間には、それぞれ上述の複数の玉４が転動自在に配置されている。
上記構成によって、センサ付き転がり軸受装置１は、内軸２を外輪３に対して回転自在に支持しており、内軸２に固定される車輪を回転自在に支持する。

また、内輪部材２ｂの軸方向他端側の端部には、プラスチック磁石を用いて円環状に形成された着磁パルサリング８が一体回転可能に固定されている。
着磁パルサリング８を構成しているプラスチック磁石は、例えば、フェライト系の磁性粉末を、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリアミド（ＰＡ）樹脂等の樹脂材料に混合した後、所定の形状に形成することによって得られる。このようにプラスチック磁石は上記の樹脂等をバインダとしているので、ゴム等の弾性部材をバインダとした磁性材料と比較して、耐傷性や耐磨耗性に優れたものとなる。
また本実施形態の着磁パルサリング８を構成するプラスチック磁石に含まれる磁性粉末は、所定の方向に磁場配向した状態としてもよく、この場合、より良好な磁気特性を得ることができる。

着磁パルサリング８は、内輪部材２ｂの外周面端部に形成された小径部２ｂ１に外嵌した円筒状の円筒部８ａと、この円筒部８ａの他端部から内輪部材２ｂの端面２ｂ２に沿って内径方向に延びる円環部８ｂとを備えている。また、これら円筒部８ａ及び円環部８ｂの厚みは、温度変化に伴って内輪部材２ｂ及び着磁パルサリング８が膨張収縮し、両者の間に変形量の差が生じることで、着磁パルサリング８に変形応力が作用したとしても、当該着磁パルサリング８に破損が生じない程度の強度が確保できる程度に設定されている。
また、円環部８ｂの側面８ｂ１は、Ｎ極とＳ極とが交互に所定間隔で着磁されており、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されている。
なお、内輪部材２ｂに対する着磁パルサリング８の固定の態様については、後に詳述する。

磁気センサＳは、上述の着磁パルサリング８の側面８ｂ１に対して僅かな隙間を置いて対向するように配置されている。このため、内軸２と一体回転する着磁パルサリング８は、磁気センサＳに対して、内軸２の回転に応じて磁極を変化させることができる。
磁気センサＳは、磁極の変化を検知するセンサであり、当該センサ付き転がり軸受装置１が搭載される車両の制御装置に接続されており、検知した磁極の変化についての検知信号を前記制御装置に出力するように構成されている。磁気センサＳは、内軸２の回転に応じて変化する着磁パルサリング８の磁極の変化を検知し、その検知信号を前記車両の制御装置に出力する。前記制御装置は、磁気センサＳの検知信号に基づいて、内軸２の回転速度を認識し、前記車両のアンチロックブレーキシステム等の制御に反映することができる。

次に、内輪部材２ｂに対する着磁パルサリング８の固定の態様について説明する。図２は、図１中、ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図１及び図２を参照して、着磁パルサリング８の円筒部８ａと、内輪部材２ｂの小径部２ｂ１との間には、ゴム等の弾性部材からなる緩衝部材９が介在している。着磁パルサリング８と緩衝部材９との間、緩衝部材９と内輪部材２ｂとの間は、それぞれ互いに接着剤等で接着されており、着磁パルサリング８は、緩衝部材９を介在した状態で内輪部材２ｂに対して一体回転可能に接着固定されている。

また、図２に示すように、円筒部８ａの内周面８ａ１には、内径方向に突出した突起部１０が複数形成されている。この突起部１０は、断面ほぼ矩形で、内周面８ａ１において軸方向に沿って延びるように形成されるとともに、周方向に所定の間隔で設けられている。
また、内輪部材２ｂの小径部２ｂ１の外周面２ｂ３には、溝部１１が形成されており、突起部１０は、この溝部１１に上記の緩衝部材９を介在した状態で嵌め込まれている。溝部１１は、突起部１０に対応して内径方向に凹むとともに軸方向に沿って延びるように形成されている。

このように、着磁パルサリング８には、内輪部材２ｂに形成された溝部１１に嵌め込まれた突起部１０が形成されており、これら溝部１１と突起部１０とが係合することによって、着磁パルサリング８の内輪部材２ｂに対する相対回転を防止できる。よって着磁パルサリング８を内輪部材２ｂ（内軸２）に対して、確実に一体回転可能に固定することができる。すなわち、突起部１０は、被係合部としての溝部１１に係合することで、着磁パルサリング８と内輪部材２ｂとの間における周方向の相対移動（相対回転）を防止する係合部を構成している。
なお、突起部１０及び溝部１１は、共に軸方向に沿って形成されているので、着磁パルサリング８を内輪部材２ｂに取り付ける際においては、突起部１０及び溝部１１を互いに一致させて着磁パルサリング８を、内輪部材２ｂに対して軸方向にスライドさせることで外挿し固定することができる。

上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置１によれば、着磁パルサリング８を内輪部材２ｂの端部に固定したので、上記従来例のように、着磁パルサリングを密封装置のスリンガ等に固定した場合と比較して、スペース的な制約が少ない。このため、着磁パルサリング８の形状、特に軸方向寸法における設計上の自由度が高まり、当該着磁パルサリング８の厚みをより厚くすることが可能となる。この結果、着磁パルサリング８の強度を高めることができ、これによって、内輪部材２ｂ及び着磁パルサリング８が温度変化に伴って膨張収縮変形し、着磁パルサリング８に過大な変形応力が作用したとしても、当該着磁パルサリング８が破損するのを防止できる。

また、上記実施形態において、着磁パルサリング８は、内輪部材２ｂとの間に弾性体からなる緩衝部材９を介在して固定されているので、温度変化に伴って着磁パルサリング８と内輪部材２ｂとが膨張収縮変形し、これらの間に変形量の差が生じたとしても、緩衝部材９によって許容することができる。これによって、着磁パルサリング８に作用する変形応力を緩和することができ、より効果的に着磁パルサリング８の破損を防止することができる。

なお、上記実施形態では、着磁パルサリング８に形成した突起部１０を断面矩形に形成した場合を例示したが、着磁パルサリング８と内輪部材２ｂとの相対回転を防止できれば、断面楔形等、他の形状としてもよいし、着磁パルサリング８の内周面に径外方向に凹む凹部を設け、内輪部材２ｂ側にこの凹部に嵌め込まれる突起部を形成してもよい。
また、上記実施形態では、着磁パルサリング８を、内輪部材２ｂの小径部２ｂ１に緩衝部材９を介在した状態で接着固定したが、着磁パルサリング８の円筒部８ａを、小径部２ｂ１の外周面２ｂ３に緩衝部材９を介在した状態で圧入固定してもよい。
さらに、上記実施形態では、着磁パルサリング８を、円筒部８ａと円環部８ｂとを備えてなる円環状としたが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、断面ほぼ矩形の円環状に形成し、内輪部材２ｂの端面２ｂ２に形成された環状溝１２に圧入もしくは接着することで、着磁パルサリング８を内輪部材２ｂに一体回転可能に固定してもよい。この図３の場合においても、着磁パルサリング８の厚み寸法は、上記図２で示したものと同様、十分な強度が確保できる程度に設定される。
従って、この場合においても、内輪部材２ｂ及び着磁パルサリング８が温度変化に伴って膨張収縮変形し、着磁パルサリング８に過大な変形応力が作用したとしても、当該着磁パルサリング８が破損するのを防止できる。
特にこの場合には、着磁パルサリング８の軸方向の厚み寸法と、環状溝１２の軸方向の深さ寸法がほぼ同一なので、着磁パルサリング８が内輪部材２ｂの端面２ｂ２から突出することがなく、当該センサ付き転がり軸受装置１の軸方向寸法を小さくできる。
なお、この図３の場合においても、内輪部材２ｂと着磁パルサリング８との間に弾性部材からなる緩衝部材を介在させることができる。

図４は、本発明の第二の実施形態に係る着磁パルサリング８及び内輪部材２ｂを示した断面図である。本実施形態と第一の実施形態との主な相違点は、着磁パルサリング８の円筒部８ａに形成された突起部１０が、内輪部材２ｂの外周面から内径方向に凹む被係合部としての凹部１３に嵌め込まれるように内径方向に突出して形成されている点である。その他の構成については、第一の実施形態と同一であるので説明を省略する。

図において、本実施形態の着磁パルサリング８は、インサート成形によって形成されており、円筒部８ａの内周側には、上述のように突起部１０が形成されている。この突起部１０は、断面ほぼ楔形で内径方向に突出して、円筒部８ａ内周側に全周に亘って設けられている。また、突起部１０の他端側の側面１０ａは、端面２ｂ２から軸方向一端側に向かって縮径するテーパ面とされている。
凹部１３は、突起部１０に一致する形状で内径方向に凹む形状に形成されており、突起部１０の側面１０ａに当接している。
このため、突起部１０の側面１０ａと、凹部１３において側面１０ａと当接している当接面１３ａとは、軸方向に対しては、互いに係合している。このため、着磁パルサリング８は、内輪部材２ｂに固定された状態で拘束され、内輪部材２ｂから離脱するのを防止できる。すなわち、本実施形態の突起部１０は、被係合部としての凹部１３に係合することで着磁パルサリング８と内輪部材２ｂとの間における軸方向の相対移動を防止する係合部を構成している。

なお、着磁パルサリング８は、上述のようにプラスチック磁石を用いて、内輪部材２ｂに対してインサート成形することによって形成されている。すなわち、着磁パルサリング８は、内輪部材２ｂを金型等に装填し、その後当該金型にプラスチック磁石の原料となる樹脂と磁性粉末との混合物等を注入、固化させることで、内輪部材２ｂに一体形成されている。
上述のように、着磁パルサリング８には、当該着磁パルサリング８を内輪部材２ｂに拘束固定する突起部１０が形成されているので、例えば、着磁パルサリング８を上記形状に形成した後に内輪部材２ｂに取り付けることはできない。着磁パルサリング８は、上記のように、内輪部材２ｂに対してインサート成形することによって、内輪部材２ｂに固定した状態で形成することができる。

以上のように、本実施形態のセンサ付き転がり軸受装置１によれば、着磁パルサリング８に、上述のような凹部１３に係合する突起部１０を形成しかつ内輪部材２ｂの端面に固定したので、当該着磁パルサリング８が内輪部材２ｂから離脱するのを確実に防止しつつ着磁パルサリング８の破損を防止することができる。

なお、上記実施形態では、突起部１０を、円筒部８ａの内周側周方向全域に亘って設けたが、例えば、凹部１３を周方向に所定間隔を置いて断続的に複数設けるとともに、この複数の凹部１３に対して一致するように複数の突起部１０を設けることもできる。この場合、突起部１０は、凹部１３に対して周方向にも係合することとなるので、着磁パルサリング８と内輪部材２ｂとの間における軸方向及び周方向の相対移動を防止でき、着磁パルサリング８が内輪部材２ｂからの離脱を防止するとともに、内輪部材２ｂに対する相対回転をも防止することができる。
また、上記実施形態では、突起部１０を断面ほぼ楔形に形成した場合を例示したが、着磁パルサリング８の内輪部材２ｂからの離脱や、相対回転を防止できれば、断面ほぼ矩形等他の形状としてもよいし、着磁パルサリング８の内周面に径外方向に凹む凹部を設け、内輪部材２ｂ側にこの凹部に嵌め込まれる突起部を形成してもよい。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、内輪（内軸２）が回転輪となるタイプの転がり軸受装置について例示したが、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すような外輪が回転輪となるタイプの転がり軸受装置についても、本発明は適用することができる。
図５（ａ）、（ｂ）は、外輪回転の転がり軸受装置に本発明を適用したときの態様を示した部分断面図である。図５（ａ）において、着磁パルサリング８は、断面ほぼ矩形の円環状に形成されており、外輪３端部の内周面３ｄに圧入もしくは接着することで、回転輪である外輪３に一体回転可能に固定されている。
また、図５（ｂ）では、着磁パルサリング８は、断面Ｌ形で円環状に形成されており、当該着磁パルサリング８の円筒部８ｃを外輪３の内周面３ｄに圧入もしくは接着することで外輪３に一体回転可能に固定されている。
このように、本発明は、外輪回転の転がり軸受装置に対しても適用することができる。

また、上記各実施形態では、着磁パルサリング８を構成するプラスチック磁石に用いる磁性粉末として、フェライト粉末を用いた場合を例示したが、ネオジウムやサマリウム等の希土類系の磁性粉末を用いることもでき、この場合、当該磁気エンコーダにより高い磁力を付与することができる。

本発明の第一の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。 図１中、ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 断面ほぼ矩形の着磁パルサリングの態様を示した断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る着磁パルサリング及び内輪部材を示した断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ外輪回転の転がり軸受装置に本発明を適用したときの態様を示した部分断面図である。

符号の説明

１ センサ付き転がり軸受装置
２ 内軸（回転輪）
３ 外輪（固定輪）
４ 玉（転動体）
８ 着磁パルサリング
９ 緩衝部材
１０ 突起部（係合部）
１１ 凹部（被係合部）
１３ 凹部（被係合部）
Ｓ 磁気センサ

Claims (3)

1. 固定輪及び回転輪と、
   これらの間に転動自在に配置された転動体と、
   前記回転輪の一端部に一体回転可能に固定されるとともに、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されたプラスチック磁石からなる着磁パルサリングと、
   前記着磁パルサリングの磁気を検出することによって前記回転輪の回転状態を検出する磁気センサと、を備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 前記着磁パルサリングは、前記回転輪との間に弾性体からなる緩衝部材を介在して固定されている請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
3. 前記着磁パルサリングには、前記回転輪に設けられた被係合部に係合することで当該着磁パルサリングと前記回転体との間における軸方向及び周方向の少なくとも一方の相対移動を防止する係合部が形成されている請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受装置。

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