JP2009014509A - 磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 過酷な温度環境下において着磁体がその固定部材から剥離するのを防止することができる磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】 回転部材に固定される固定部材と、この固定部材に取り付けられた着磁体１５とを備える。樹脂に磁性粉末を混合して成形された着磁体１５は、シリコーン樹脂系接着剤により前記固定部材に接着されており、前記シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚を５０μｍ以上１００μｍ以下とした。また、前記固定部材の着磁体１５との接着面１７に粗面加工を施した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車輪等の回転状態を検出するために用いられる磁気エンコーダに関する。

自動車等の車両の車輪が取り付けられる転がり軸受装置として、例えば、外輪と、この外輪に転動体を介して設けられた内輪とを備えたものがある。また、自動車等のアンチロックブレーキ装置（ＡＢＳ）を制御するために、車輪の回転速度を検出するセンサ装置が用いられるが、このセンサ装置を、前記外輪と内輪との間の環状空間を封止するために設けられた密封装置に一体化して取り付け、装置の小型化を図ったものが知られている。

前記密封装置に設けられたセンサ装置として、例えば図５に示されるように、固定輪である外輪１０７の内周に固定される芯金１０３と、この芯金１０３の内周側に取り付けられたシール本体１０６と、回転輪である内輪１０８の外周に固定される金属製のスリンガ１０２とこのスリンガ１０２の外側（図５において右側）面に接着された、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に着磁された円環状の着磁体１０４とからなる磁気エンコーダ１０１と、この磁気エンコーダ１０１に対向配置されたセンサ１０５とを備えたものがある。このセンサ装置では、内輪１０８に伴う磁気エンコーダ１０１の回転によって生じる磁束の変化を、前記センサ１０５により検出することで車輪の回転速度を検出している（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００６−９０９５６号公報 特開２００６−９０９９５号公報

前述した従来の磁気エンコーダ１０１は、スリンガ１０２と着磁体１０４とがフェノール樹脂系接着剤やエポキシ樹脂系接着剤により接着されている。この場合、一般に過酷な温度環境とされる−４０℃〜１２０℃の範囲では、磁気エンコーダ１０１はスリンガ１０２と着磁体１０４との熱膨張係数の差により生じる応力に対応することができ、例えば着磁体１０４がスリンガ１０２から剥がれるのを防止できる。
しかし、前述した温度環境を上回る過酷な環境下では、磁気エンコーダ１０１は前述した熱膨張係数の差により生じる応力に対応することができず、着磁体１０４がスリンガ１０２から剥離してしまい、磁気エンコーダ１０１が使用できないという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、過酷な温度環境下において着磁体がその固定部材から剥離するのを防止することができる磁気エンコーダを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するため、磁気エンコーダに用いる接着剤の使用条件について研究した。通常、接着剤の接着力を高くするには接着膜厚を薄くすることが好ましい。しかし、熱膨張時におけるせん断応力への適応力を調査した結果、後述する実施例に示すとおり、接着剤の最適使用条件は、シリコーン樹脂系接着剤を接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下となるように使用することであることが示唆された。
また、この最適使用条件におけるシリコーン樹脂系接着剤の熱衝撃（１５０℃〜−４０℃）に対する耐久性を検証すべく熱衝撃試験を実施した。本試験の詳細は後述する実施例に示すが、シリコーン樹脂系接着剤は、前記最適使用条件下(接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下)で十分に耐熱衝撃性を有することが証明された。

前述の結果より、前記目的を達成するための本発明の磁気エンコーダは、回転部材に固定される固定部材と、この固定部材に取り付けられた着磁体とを備えた磁気エンコーダであって、前記着磁体は、シリコーン樹脂系接着剤により前記固定部材に接着されており、前記シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴としている。
本発明の磁気エンコーダでは、前記着磁体がシリコーン樹脂系接着剤により前記固定部材に接着されており、当該シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下であるので、このような条件でシリコーン樹脂系接着剤が使用されていない従来の場合に比べて、過酷な環境下における固定部材と着磁体との熱膨張係数の差により生じる応力に対応することができ、着磁体が固定部材から剥離するのを防止することができる。

また、前記固定部材の前記着磁体との接着面が、粗面加工されていてもよい。このような構成によれば、固定部材に加工された粗面に接着剤が入り込み、前記着磁体をより強固に接着することができる。

また、前記着磁体が、樹脂に磁性粉末を混合して成形されていることが好ましい。このような構造であれば、樹脂及び磁性粉末の種類や組成を変更させることで、目的に応じた着磁体の弾性や磁気特性を得ることができる。

また、前記回転部材が軸受装置の内輪であり、前記固定部材が前記内輪に外嵌される、前記軸受装置に設けられた密封装置のスリンガであってもよい。このような構造であれば、軸受装置の密封装置に設けられたセンサ装置に対し、着磁体がスリンガから剥がれることを防止することができる。

本発明の磁気エンコーダによれば、前記着磁体がシリコーン樹脂系接着剤により前記固定部材に接着されており、当該シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下であるので、過酷な温度環境下において着磁体がその固定部材から剥離するのを防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の磁気エンコーダの実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る磁気エンコーダが組み付けられた転がり軸受装置を示す断面図である。図２は、図１における磁気エンコーダを示す断面図である。なお、これらの図における左右方向を軸方向といい、上下方向を径方向という。また、前述したように、密封装置の外部側を軸方向外側といい、内部側を軸方向内側という。

図１に示すように、この転がり軸受装置１は、車両の車輪が取り付けられる内輪９と、この内輪９に外嵌するよう設けられた外輪３と、内輪９と外輪３との間に設けられた複列の転動体４、５とを備えている。

また、回転部材である内軸２は車両アウタ側（図１において左側）端部に車輪側部材（図示せず）を取り付けるためのフランジ２ｃを有し、内軸２の車両インナ側（図１において右側）に小径部２ｄが形成されており、その小径部２ｄに内輪構成部材６が外嵌されている。この内輪構成部材６及び内軸２により、内輪９が構成されている。前記内輪構成部材６はその外周面に車両インナ側の転動体５用の内側軌道６ａが形成されている。また、内軸２の軸方向中間部の中径部２ｅに車両アウタ側の転動体４用の内側軌道２ａが形成されている。更に、内軸２の車両インナ側端部は、外周側が径外方に広げられて形成されたかしめ部２ｆを有しており、このかしめ部２ｆが内輪構成部材６を内軸２から抜け止め固定している。

外輪３は、複列の転動体４、５を介して内輪９に外嵌すると共に内輪９と同軸心状に設けられている。この外輪３の内周面に複列の転動体４、５用の複列の外側軌道３ａが形成されている。外輪３の外周面にはフランジ３ｃが形成されており、このフランジ３ｃが図示しない車体側部材に取り付けられて、この軸受装置が車体側部材に固定される。つまり、外輪３が固定側とされ、内輪９が軸心回りに回転する回転側とされている。そして、内輪９と外輪３との間の環状空間Ｒを封止するために、軸方向両端部に環状の密封装置７が設けられている。

図２の断面図に示す密封装置は、図１の車両アウタ側の密封装置として用いることができるものである。この密封装置７は外輪３の内周面３ｂと内輪構成部材６の外周面６ｂとの間に設けられ、転動体４、５側である軸受装置内部の潤滑剤の漏洩と、軸受装置外部から転動体４、５側への泥水等の異物の侵入を防止する。密封装置７は、外輪３に内嵌させて固着される芯金１０と、内輪構成部材６に外嵌させて固着されるスリンガ１１とを備えている。

芯金１０は、外輪３に内嵌される芯金円筒部１０ａと、この芯金円筒部１０ａの軸方向一方の端部１０ｂから径内方へ折り曲げられた芯金環状部１０ｃとからなり、断面略Ｌ字型となっている。芯金１０は全体が環状となっており、例えば、冷延鋼板であるＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ等をプレス加工することで形成される。そして、芯金１０には、例えばゴム等の弾性体からなるシール本体１２がこの芯金１０と一体となるよう固着されている。

スリンガ１１は、内輪構成部材６の外周面６ｂに外嵌されたスリンガ円筒部１１ａと、このスリンガ円筒部１１ａの軸方向他方の端部１１ｂから径外方へ折り曲げられたスリンガ環状部１１ｃとからなり、断面Ｌ字型となっている。このスリンガ１１は、全体が環状となっており、例えばステンレス鋼等の金属板をプレス加工することで形成される。

シール本体１２は、芯金環状部１０ｃの軸方向他方側の径内側端部に取り付けられた基部１２ａを有し、この基部１２ａから弾性変形した状態で延びてスリンガ円筒部１１ａの外周面に摺接するラジアルリップ１３と、基部１２ａから弾性変形した状態で延びてスリンガ環状部１１ｃの軸方向内側面に摺接するアキシャルリップ１４とを備えている。
そして、芯金１０の芯金円筒部１０ａとスリンガ１１のスリンガ円筒部１１ａとが対向し、且つ、芯金１０の芯金環状部１０ｃとスリンガ１１のスリンガ環状部１１ｃとが対向するように密封装置７は組み立てられている。

また、スリンガ１１の径方向外側端面及び軸方向外側面に円環状の着磁体１５がこのスリンガ１１と一体化するように接着されており、この着磁体１５とスリンガ１１とで磁気エンコーダ１６を構成している。そして、この磁気エンコーダ１６とこの磁気エンコーダ１６の着磁体１５に対向配置されたセンサ１８とでセンサ装置１９を構成している。

着磁体１５は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された円環状の磁石であり、例えばポリアミド系樹脂等の熱可塑性樹脂母材にフェライト系磁石等の粉末を混合して射出成形されたプラスチック磁石や、ゴム等の合成樹脂母材にネオジウム系磁石等の粉末を混合して成形されたボンド磁石（ゴム磁石）等が用いられる。なお、これらの樹脂及び磁石粉末の種類及び混合組成を変更することで、様々な用途に応じた耐熱性、磁力特性等を持つ磁気エンコーダ１６を形成することができる。

センサ１８は、例えば渦電流式の変位センサにより構成されたものであり、磁気エンコーダ１６との間に磁界を発生させるとともに、軸受回転に応じた磁界の磁束密度の変化をその検出部によって検出する。そして、その変化を検出（電圧）信号として、図示しない車両のＥＣＵ等の制御部に出力するように構成されている。

本実施の形態の磁気エンコーダ１６では、スリンガ１１と着磁体１５とは接着面１７においてシリコーン系接着剤により接着されている。シリコーン系接着剤は、オルガノポリシロキサン等の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤であり、耐熱性及び耐寒性に優れ、且つ硬化してゴム状の弾性物になるため、熱膨張率の差が大きく熱膨張時におけるせん断応力が大いに発生する被着材の接着に用いることができる。
そして、そのシリコーン系接着剤の接着膜厚は、耐熱衝撃性を考慮すれば５０μｍ以上１００μｍ以下であることが最適である。なお、その最適条件の根拠は、下記の実施例で説明する。

また、スリンガ１１の着磁体１５との接着面であるスリンガ環状部１１ｃの軸方向外側面１１ｄは、例えばショットピーニング等により粗面加工が施されているため、前記シリコーン系接着剤による接着力が一層強化される。

＜接着膜厚と伸び率との関係についての検証試験＞
図３は、熱変形時のシリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚を示す断面図である。また、図４は、シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚と伸び率との関係を示すグラフである。
本発明の目的を達成するため、接着剤の熱膨張時におけるせん断応力への適応性、すなわち接着剤の伸び率を検証した。
図３に示すとおり、着磁体１５をスリンガ１１にシリコーン樹脂系接着剤によって接着させた状態で本試験を行い、Ｔ：熱変形時の接着剤傾斜部の長さ、ｔ：接着剤膜厚と定義し、接着剤の伸び率（％）を以下の計算式より算出した。また、シリコーン樹脂系接着剤として、ＧＥ東芝製ＴＳＥ３２２を使用した。
伸び率（％）＝Ｔ／ｔ×１００
また、各線グラフ（ａ〜ｅ）の内容については、以下の通りである。
ａ：２５℃から１５０℃に変温
ｂ：２５℃から１４０℃に変温
ｃ：２５℃から１３０℃に変温
ｄ：２５℃から１２０℃に変温
ｅ：２５℃から−４０℃に変温
本検証試験で用いたシリコーン樹脂系接着剤が使用可能である限界値は、伸び率が２３０％である。すなわち、伸び率が２３０％を上回れば接着剤が破断し、使用不可能となる。
図４に示すとおり、上記ａからｅまでの温度条件で伸び率が２３０％を下回るのは、接着剤の膜厚が５０μｍ以上の場合である。一方、接着剤の膜厚が１００μｍを上回れば接着剤の硬化性が著しく低下するため実用的でない。
よって、本発明に係るシリコーン樹脂系接着剤の熱膨張時のせん断応力に対応するための最適使用条件は、接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下であることが示唆された。

＜熱衝撃試験結果＞
次に、前述した本発明に係るシリコーン樹脂系接着剤の最適使用条件下(接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下)における、熱衝撃の耐久性を検証すべく熱衝撃試験を実施した。
本試験条件として、１５０℃で１０分間処理後、−４０℃で１０分間処理を１サイクルとして、高温処理と低温処理とを繰り返す熱衝撃を加え、何サイクルまで耐久できるかについて検証した。また、実施例及び比較例として、以下の接着剤を使用した。
実施例１：シリコーン樹脂系接着剤（ＧＥ東芝製、ＴＳＥ３２２）
実施例２：シリコーン樹脂系接着剤（ＧＥ東芝製、ＴＳＥ３２８０−Ｇ）
実施例３：シリコーン樹脂系接着剤（信越シリコーン製、ＫＥ−３４７）
比較例１：フェノール樹脂系接着剤（東洋化学製、Ｃ−１２）
本試験結果を表１に示す。

表１の結果より、従来のフェノール樹脂系接着剤に比べ、シリコーン樹脂系接着剤は最適使用条件下(接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下)で十分に耐熱衝撃性を有することが証明された。

なお、本発明の磁気エンコーダ１６は、例示した転がり軸受装置１以外の他の車両用転がり軸受装置、例えば円錐ころ軸受装置や円筒ころ軸受装置にも組み付けることができ、更には、車両用に限らず汎用機械の軸受装置にも適用が可能である。また、着磁体１５がスリンガ環状部１１ｃの径外方向端部より軸方向外側面１１ｄにかけて接着しているが、軸方向外側面１１ｄのみに接着していてもよい。

本発明の一実施の形態に係る磁気エンコーダが組み付けられた転がり軸受装置を示す断面図である。 図１における磁気エンコーダを示す断面図である。 熱変形時のシリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚を示す断面図である。 シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚と伸び率との関係を示すグラフである。 従来の磁気エンコーダを示す断面図である。

符号の説明

１ 転がり軸受装置
７ 密封装置
９ 内輪
１１ スリンガ
１５ 着磁体
１６ 磁気エンコーダ
１７ 接着面

Claims (4)

1. 回転部材に固定される固定部材と、この固定部材に取り付けられた着磁体とを備えた磁気エンコーダであって、
   前記着磁体は、シリコーン樹脂系接着剤により前記固定部材に接着されており、
   前記シリコーン樹脂系接着剤の接着膜厚が５０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする磁気エンコーダ。
2. 前記固定部材の前記着磁体との接着面が、粗面加工されている請求項１に記載の磁気エンコーダ。
3. 前記着磁体が、樹脂に磁性粉末を混合して成形されている請求項１又は２に記載の磁気エンコーダ。
4. 前記回転部材が軸受装置の内輪であり、前記固定部材が前記内輪に外嵌される、前記軸受装置に設けられた密封装置のスリンガである請求項１〜３のいずれかに記載の磁気エンコーダ。

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