JP2009030712A

JP2009030712A - センサ付き軸受

Info

Publication number: JP2009030712A
Application number: JP2007194932A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Yanagisawa; 知之柳沢
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】既存の軸受構造をそのまま利用しつつ軸受内部への異物の浸入防止を図ることが可能な低コストで製造効率に優れたセンサ付き軸受を提供する。
【解決手段】環状の静止輪２と、当該静止輪に対向して回転可能に配置された環状の回転輪４と、静止輪と回転輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、回転輪の回転状態を検出するセンサとを備え、センサは、環状のホルダ１０を介して回転輪に固定された環状のエンコーダ１２と、当該エンコーダに対向配置され且つ環状のセンサハウジング１４を介して静止輪に固定されたセンサ素子１６とを有するセンサ付き軸受であり、センサハウジングとエンコーダとの隙間が軸受外部に連通している位置に、当該軸受外部に存する異物の軸受内部への浸入を遮蔽する異物遮蔽機構(異物遮蔽板２６)が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受の回転状態(例えば、回転速度、回転方向など)を検出することが可能なセンサを有するセンサ付き軸受に関する。

例えばハードディスクドライブ(ＨＤＤ)装置や自動車のＡＢＳ(Antilock Brake System)などをはじめとする一般産業用機械には、その回転状態(例えば、回転速度、回転方向など)を検出することが可能な各種のセンサ付き軸受が用いられている(特許文献１参照)。このようなセンサ付き軸受では、センサ素子を備えたセンサハウジングが外輪(静止輪)に固定され、センサ素子に対向配置された磁気エンコーダが内輪(回転輪)に固定されている。この場合、内輪と共に回転する磁気エンコーダの単位時間あたりの磁気変化をセンサ素子でセンシングすることにより、軸受の回転状態(例えば、回転速度、回転方向など)が検出される。

ところで、上述した従来のセンサ付き軸受は、センサハウジングと磁気エンコーダとの隙間が軸受外部にダイレクトに開放(連通)されているため、当該軸受外部に存する異物(例えば、塵埃、液体など)がセンサハウジングと磁気エンコーダとの隙間を通って軸受内部に浸入し易い軸受構造を成している。この場合、例えば磁気エンコーダやセンサ素子の周囲近傍に異物が浸入すると、センサ素子によって磁気エンコーダの磁気変化を精度良くセンシングすることが困難になり、その結果、軸受の回転状態を正確に検出することができなくなってしまう虞がある。また、例えば内外輪と転動体との間に異物が浸入すると、内外輪や転動体が早期に摩耗或いは摩損し、その結果、軸受の回転性能を長期に亘って一定に維持することができなくなってしまう虞がある。

なお、これを防止する方策としては、例えばセンサハウジングと磁気エンコーダとの隙間を外部から覆ったり、或いは、他の密封装置を増設するなどの方法が考えられるが、かかる方法では、既存の軸受構造をそのまま利用することができないため、軸受の製造コストが上昇してしまう場合がある。また、かかる方法は、手間がかかり面倒であるため、軸受の製造効率を低下させてしまう場合がある。
特開２００２−２９６２８８号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、既存の軸受構造をそのまま利用しつつ軸受内部への異物の浸入防止を図ることが可能な低コストで製造効率に優れたセンサ付き軸受を提供することにある。

第１の発明は、環状の静止輪と、当該静止輪に対向して回転可能に配置された環状の回転輪と、静止輪と回転輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、回転輪の回転状態を検出するセンサとを備え、センサは、環状のホルダを介して回転輪に固定された環状のエンコーダと、当該エンコーダに対向配置され且つ環状のセンサハウジングを介して静止輪に固定されたセンサ素子とを有するセンサ付き軸受であって、センサハウジングとエンコーダとの隙間が軸受外部に連通している位置に、当該軸受外部に存する異物の軸受内部への浸入を遮蔽する異物遮蔽機構が設けられている。この第１の発明によれば、既存の軸受構造をそのまま利用しつつ軸受内部への異物の浸入防止を図ることができる。
第２の発明において、異物遮蔽機構は、その基端が回転輪に固定され、その先端がセンサハウジングに沿って非接触状態で延出した環状の異物遮蔽板を備えている。この第２の発明によれば、異物遮蔽板の基端を回転輪に固定するだけで、異物の軸受内部への浸入を確実に遮蔽することができる。これにより、軸受の製造コストの低減と製造効率の向上とを同時に実現することができる。
第３の発明において、異物遮蔽板は、その先端がセンサハウジングを越えて静止輪方向に延出している。この第３の発明によれば、異物の軸受内部への浸入を更に確実に遮蔽することができる。
第４の発明において、異物遮蔽板は、磁性体材料で形成されている。この第４の発明によれば、外部磁界を遮蔽する磁気シールドとしての効果を発揮させることができる。
第５の発明において、異物遮蔽板は、その基端が回転輪に圧入して固定されている。この第５の発明によれば、異物遮蔽板を簡単且つ短時間に固定することができるため、軸受の製造効率を更に向上させることができる。
第６の発明において、異物遮蔽板は、その基端が回転輪に接着して固定されている。この第６の発明によれば、異物遮蔽板を簡単且つ短時間に固定することができるため、軸受の製造効率を更に向上させることができる。

本発明によれば、既存の軸受構造をそのまま利用しつつ軸受内部への異物の浸入防止を図ることが可能な低コストで製造効率に優れたセンサ付き軸受を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るセンサ付き軸受について、添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)に示すように、本実施の形態のセンサ付き軸受は、環状の静止輪(外輪)２と、当該静止輪２の内側に対向して回転可能に配置された環状の回転輪(内輪)４と、静止輪２と回転輪４との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、各転動体６を回転自在に保持する保持器８と、回転輪４の回転状態を検出するセンサとを備えており、当該センサによって回転輪４の例えば回転速度、回転方向などの回転状態を検出することができるようになっている。

センサは、環状のホルダ１０を介して回転輪４に固定された環状のエンコーダ１２と、当該エンコーダ１２に対向配置され且つ環状のセンサハウジング１４を介して静止輪２に固定されたセンサ素子１６とを有している。ここで、エンコーダ１２としては、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉にナイロン系樹脂を混合し成形したものや、フェライト系磁性粉にゴム材(結合材)を混合して成形した磁気エンコーダなどを適用することが可能であり、当該エンコーダ１２には、その周方向に沿って符号化情報(例えば、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁された磁気情報)が予め記録されている。

また、ホルダ１０は、その基端が回転輪４に嵌合されており、その先端にエンコーダ１２が取り付けられている。この場合、エンコーダ１２が取り付けられたホルダ１０の基端を回転輪４に嵌合することにより、着磁面に記録された符号化情報(磁気情報)が回転輪４の回転中心に対して同中心となるように、エンコーダ１２を回転輪４に位置決め固定することができる。なお、エンコーダ１２をホルダ１０の先端に取り付ける方法としては、例えば嵌合、圧入、接着など各種既存の方法を適用することができるため、ここでは特に限定しない。

一方、センサ素子１６としては、例えばホールＩＣや磁気抵抗(ＭＲ)素子などの磁気検出素子を適用することが可能であり、当該センサ素子１６は、センサハウジング１４に固定されたプリント基板１８からケーブル２０を介して演算処理装置(図示しない)に接続されている。また、センサハウジング１４には、センサ素子１６を保持する保持穴(図示しない)が形成されており、当該保持穴にセンサ素子１６を挿入することにより、当該センサ素子１６をエンコーダ１２の着磁面(符号化情報(磁気情報)が記録された面)に対向して位置決めすることができる。

なお、保持穴にセンサ素子１６を保持させる方法としては、例えば嵌合、接着など各種既存の方法を適用することができるため、ここでは特に限定しない。また、図面では、センサ素子１６をエンコーダ１２に対してラジアル方向に対向させた構成が示されているが、これに限定されることは無く、センサ素子１６をエンコーダ１２に対してアキシアル方向に対向させるようにしても良い。

また、センサハウジング１４は、その外周側を覆うように配置された環状のセンサカバー２２に固定されており、当該センサカバー２２は、その外径縁部２２ｐを静止輪２の外径面２ｓに形成された嵌合凹部２ｐに嵌合して固定されている。この場合、センサハウジング１４をセンサカバー２２に固定する方法としては、例えば嵌合、圧入、接着、ネジ止めなど各種既存の方法を適用することができるが、ここでは一例として、センサハウジング１４の一部(加締め部１４ｋ)に超音波若しくは熱を加えてセンサカバー２２に溶着させ、加締め固定している。

この場合、センサハウジング１４を形成するための材料としては、例えばガラス繊維入りの６６ナイロン(登録商標)や、ＰＰＳ、ＰＢＴなどのエンジニアリングプラスチック及びその他の樹脂材料を適用することが可能であり、これを射出成型することにより、図１(ａ)に示すような形状のセンサハウジング１４を構成することができる。なお、これ以外の樹脂材料であっても良い。

なお、図面では、転動体６として“玉”を例示しているが、“ころ”が適用される場合もある。また、上述したようなセンサが配置された側とは反対側には、軸受内部を軸受外部から密封するために、内外輪4,6間に密封板２４が設けられている。密封板２４としては、例えば金属製のシールドや、心金入りでゴム製のシール(軌道輪に接触又は非接触となるシール)を適用することができるが、ここでは一例としてシールを適用する。

このようなセンサ付き軸受によれば、回転輪４と共にエンコーダ１２が回転している間に、センサ素子１６によって単位時間あたりの符号化情報(Ｎ極とＳ極とが交互に着磁された磁気情報)の変化がセンシングされる。このとき、センサ素子１６からは、磁気情報の変化に対応した波形信号が出力され、その波形信号は、プリント基板１８からケーブル２０を介して演算処理装置(図示しない)に送信される。そして、演算処理装置において、波形信号に所定の演算処理が施されることにより、回転輪４の回転状態(例えば、回転速度、回転方向など)が算出される。

ところで、上述した構成(図１(ａ))において、ホルダ１０を介して回転輪４に固定されたエンコーダ１２とセンサカバー２２を介して静止輪２に固定されたセンサハウジング１４との間には、軸受外部に開放(連通)した隙間が延在しており、かかる隙間を通って異物(例えば、塵埃、液体など)が軸受内部に浸入し易い軸受構造を成している。そこで、本実施の形態のセンサ付き軸受には、当該隙間が軸受外部に連通している位置に、軸受外部に存する異物の軸受内部への浸入を遮蔽する異物遮蔽機構が設けられている。

図１(ｂ)に示すように、異物遮蔽機構は、その基端２６ｅが回転輪４に固定され、その先端２６ｔがセンサハウジング１４の内周に沿って非接触状態で延出した環状(具体的には、中空円筒形状)の異物遮蔽板２６を備えている。この場合、異物遮蔽板２６とセンサハウジング１４の内周との間には、一定の隙間(ラジアル側すきま)Ｓ１が構成される。なお、ラジアル側すきまＳ１は、使用する軸受のラジアル内部すきまに応じて、異物遮蔽板２６とセンサハウジング１４とが接触しない範囲で任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、ラジアル側すきまＳ１のラジアル方向長さは、異物遮蔽板２６の先端２６ｔの延出量に応じて任意に設定することができるが、センサカバー２２上面と同一、若しくは、それ以下に設定することが好ましい。

以上、本実施の形態によれば、上記隙間が軸受外部に連通している位置に、軸受外部に存する異物の軸受内部への浸入を遮蔽する異物遮蔽板２６を設けたことにより、回転輪４とセンサハウジング１４との間にラビリンス構造を構築することができる。この場合、軸受外部に存する異物(例えば、塵埃、液体など)が軸受内部に浸入し難い軸受構造を実現することができる。

これにより、センサ素子１６によってエンコーダ１２の磁気情報の変化を異物の影響を受けること無く且つ精度良くセンシングすることが可能となり、軸受の回転状態を高精度に検出することができる。この結果、信頼性の高いセンサを備えた軸受を実現することができる。同時に、静止輪２や回転輪４及び転動体６の早期の摩耗或いは摩損を防止することができる。この結果、回転性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受を実現することができる。

更に、異物遮蔽板２６を設けるだけで、既存の軸受構造をそのまま利用してラビリンス構造を構築することができるため、当該軸受の製造コストの低減と同時に、その軸受の製造効率の向上を同時に実現することができる。また、異物遮蔽板２６は、センサの性能に影響を与えない位置に設けることができるため、既存のセンサ付き軸受と同様のセンシング精度を維持することができる。

なお、上述した実施の形態において、異物遮蔽板２６の先端２６ｔは、センサカバー２２上面と同一、若しくは、それ以下に設定した場合を想定したが、これに代えて例えば図１(ｃ)に示すように、異物遮蔽板２６の先端２６ｔをセンサハウジング１４を越えて静止輪２方向に延出させるようにしても良い。図面の異物遮蔽板２６には、一例として、先端２６ｔをセンサカバー２２上面よりも突出させ、そこから静止輪２方向に所定量だけ環状に延出した延出部２８が増設されている。この場合、延出部２８とセンサカバー２２との間には、ラジアル側すきまＳ１から連続したアキシアル側すきまＳ２が構成される。

なお、アキシアル側すきまＳ２は、使用する軸受のアキシアル内部すきまに応じて、異物遮蔽板２６(延出部２８)とセンサカバー２２とが接触しない範囲で任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、アキシアル側すきまＳ２のアキシアル方向長さは、延出部２８の延出量に応じて任意に設定することができるが、センサカバー２２外径と同一、若しくは、それ以下に設定することが好ましい。

このような構成(図１(ｃ))によれば、軸受内径側から浸入してくる異物を完全に且つ確実に遮断することができるため、回転性能やセンシング精度の更なる向上を図ることができる。なお、その他の効果は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

なお、上述した実施の形態(図１(ｂ))及び変形例(図１(ｃ))において、異物遮蔽板２６の材質については特に言及しなかったが、磁性体材料で異物遮蔽板２６を形成した場合には、当該異物遮蔽板２６を磁気シールドとして兼用することができる。これにより、軸受外部の磁界を確実に遮蔽することが可能となり、その結果、信頼性の高いセンサ付き軸受を実現することができる。

また、上述した実施の形態(図１(ａ),(ｂ))及び変形例(図１(ｃ))において、異物遮蔽板２６の基端２６ｅを回転輪４に固定する方法については特に言及しなかったが、その基端２６ｅを回転輪４に圧入して固定しても良いし、或いは、その基端２６ｅを回転輪４に接着して固定しても良い。また、これ以外の既存の固定方法(例えば、ネジ止め、嵌合など)を適用しても良い。なお、図面には、一例として、異物遮蔽板２６の基端２６ｅを回転輪４に圧入して固定した構成が示されている。

(ａ)は、本発明の一実施の形態に係るセンサ付き軸受の構成を示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)に示す構成を一部拡大して示す断面図、(ｃ)は、本発明の変形例に係るセンサ付き軸受の構成を一部拡大して示す断面図。

符号の説明

２静止輪(外輪)
４回転輪(内輪)
６転動体
１０ホルダ
１２エンコーダ
１４センサハウジング
１６センサ素子
２６異物遮蔽板

Claims

環状の静止輪と、当該静止輪に対向して回転可能に配置された環状の回転輪と、静止輪と回転輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体と、回転輪の回転状態を検出するセンサとを備え、センサは、環状のホルダを介して回転輪に固定された環状のエンコーダと、当該エンコーダに対向配置され且つ環状のセンサハウジングを介して静止輪に固定されたセンサ素子とを有するセンサ付き軸受であって、
センサハウジングとエンコーダとの隙間が軸受外部に連通している位置に、当該軸受外部に存する異物の軸受内部への浸入を遮蔽する異物遮蔽機構が設けられていることを特徴とするセンサ付き軸受。
異物遮蔽機構は、その基端が回転輪に固定され、その先端がセンサハウジングに沿って非接触状態で延出した環状の異物遮蔽板を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
異物遮蔽板は、その先端がセンサハウジングを越えて静止輪方向に延出していることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付き軸受。
異物遮蔽板は、磁性体材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ付き軸受。
異物遮蔽板は、その基端が回転輪に圧入して固定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のセンサ付き軸受。
異物遮蔽板は、その基端が回転輪に接着して固定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のセンサ付き軸受。