JP2009074628A - 磁気エンコーダおよび転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の剥離の恐れを低減すると共にシールの密封性を高めた磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】磁気エンコーダ１７は、軸受の回転側軌道輪に固定され、回転側軌道輪の回転数を検知するセンサ側に向き、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面２２と、軸受を密封するシール１６側に向く内側面２３とを含むスリンガ１８と、外側面２２に接着剤を介して接着される多極磁石１９と、内側面２３に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、シール１６と摺接する被膜２５ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁気エンコーダおよび転がり軸受に関し、特に回転軸を支持する転がり軸受に備えられる磁気エンコーダおよびこのような磁気エンコーダを備える転がり軸受に関するものである。

従来、自動車のＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）装置に使用される軸受として、磁気エンコーダを備えたシール付きの転がり軸受がある。このような転がり軸受は、例えば、特開２００２−６２３０５号公報（特許文献１）および特開２００４−１９８２７号公報（特許文献２）に開示されている。

特許文献１および特許文献２のような従来における転がり軸受の基本的な構成について、簡単に説明する。図４は、従来の転がり軸受１０１の一部を示す断面図である。図４を参照して、転がり軸受１０１は、外輪１０２と、内輪１０３と、外輪１０２と内輪１０３の間に配置される玉１０４と、玉１０４を保持する保持器１０５と、外輪１０２に固定されるシール１０６と、内輪１０３に固定される磁気エンコーダ１０７とを備える。

磁気エンコーダ１０７は、内輪１０３に固定された金属製のスリンガ１０８と、スリンガ１０８の外側面１１０に取り付けられたゴム製の多極磁石１０９とを含む。スリンガ１０８と多極磁石１０９とは、接着剤によって接着保持されている。転がり軸受１０１の外部に設けられた回転センサ１１２は、回転軸（図示せず）と共に回転する内輪１０３に固定された多極磁石１０９の磁極を検知することによって、回転軸の回転数を検出している。

また、シール１０６は、スリンガ１０８に摺接して転がり軸受１０１の内部を密封し、転がり軸受１０１の内部に封入したグリースの漏れや、転がり軸受１０１内部への異物混入を防止する。
特開２００２−６２３０５号公報 特開２００４−１９８２７号公報

ここで、スリンガ１０８と多極磁石１０９の接着力が弱くなると、多極磁石１０９が短期間で剥離する恐れがあるため、スリンガ１０８に多極磁石１０９を、強固に接着保持することが好ましい。この場合、多極磁石１０９を接着するスリンガ１０８の外側面１１０は、表面を粗くすることにより、接着強度を高くすることができる。なお、焼付けにより多極磁石１０９を保持する場合も同様に、その表面粗さを粗くすることが好ましい。一方、シール１０６については、密封性を高めることが好ましい。この場合、シール１０６と摺接するスリンガ１０８の内側面１１１の表面を滑らかにすることにより、密封性を高めることができる。

ここで、特許文献１によると、スリンガの外側面の表面粗さをＲａ１．０〜１．５μｍ程度とし、スリンガの内側面の表面粗さをＲａ０．３μｍ程度として、多極磁石を接着する面およびシールと摺接する面の表面粗さを異ならせる技術が開示されている。ここで、Ｒａとは、算術平均粗さのことである。しかし、この場合、スリンガの表面粗さを異ならせるための研磨工程が増えるため、コストが増加する恐れがある。また、例えば、摺接面を研磨する際に、スリンガの変形が生じる恐れがある。

特許文献２によると、スリンガの全表面の表面粗さをＲａ０．３〜０．９μｍ程度として、外側面および内側面の表面粗さを同一にする技術が開示されている。しかし、同一の粗さとすると、多極磁石を接着する面およびシールと摺接する面として不十分となる場合がある。

この発明の目的は、磁石の剥離の恐れを低減すると共にシールの密封性を高めた磁気エンコーダを提供することである。

この発明の他の目的は、長寿命化を実現することができる転がり軸受を提供することである。

この発明に係る磁気エンコーダは、軸受の回転側軌道輪に固定され、回転側軌道輪の回転数を検知するセンサ側に向き、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面と、軸受を密封するシール側に向く内側面とを含むスリンガと、外側面に接着剤を介して接着される磁石と、内側面に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、シールと摺接する被膜とを備える。

このように、スリンガの外側面の表面粗さをＲａ０．３〜３．０μｍとしているため、接着剤を介して、スリンガに磁石を強固に接着保持することができる。また、スリンガの内側面には、表面粗さをＲａ０．３μｍ以下とした被膜が形成されているため、シールと摺接する摺接面の平滑性を確保することができる。さらにこのような被膜は、スリンガの内側面に、容易に形成することができる。したがって、磁石の剥離の恐れを低減すると共に、スリンガと摺接するシールの密封性を高めることができる。

好ましくは、被膜は、接着剤と同一の材料から形成されており、接着剤は、外側面および内側面に連続的に塗布されている。

こうすることにより、外側面に接着剤を塗布する工程と同じ工程で、接着剤を内側面に塗布して、被膜を容易に形成することができる。この場合、被膜の構成材料と接着剤とを同一の材料とすることにより、材料費の低減を図ることができる。また外側面および内側面に連続的に塗布することにより、容易に塗布することができる。したがって、磁気エンコーダの生産性を高めることができる。

さらに好ましくは、磁石は、磁性粉および磁性粉を結着するゴムを含み、周方向に交互に磁極が配置された多極磁石であり、接着剤は、加硫接着剤である。

さらに好ましくは、ゴムは、ニトリルゴムであることを特徴とする。

この発明に係る磁気エンコーダは、例えば、自動車の車軸の回転数を検出するのに利用されるが、このような用途に利用されるのに必要な耐油性を向上させることができる。

さらに好ましくは、加硫接着剤は、フェノール樹脂系加硫接着剤である。

こうすることにより、ゴム製の多極磁石の剥離の恐れをより低減することができる。

この発明の他の局面においては、転がり軸受は、回転側軌道輪と、静止側軌道輪と、回転側軌道輪および静止側軌道輪の間に配置され、回転側軌道輪の軌道面および静止側軌道輪の軌道面を転動する転動体と、回転側軌道輪に固定される磁気エンコーダと、静止側軌道輪に固定されるシールとを含む。磁気エンコーダは、回転側軌道輪に固定され、回転側軌道輪の回転数を検知するセンサ側に向き、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面と、転がり軸受を密封するシール側に向く内側面とを含むスリンガと、外側面に接着剤を介して接着される磁石と、内側面に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、シールと摺接する被膜とを備える。

このような転がり軸受は、磁石の剥離が生じにくく、かつシールの密封性が高いため、長期間に亙って使用することができる。

この発明によると、スリンガの外側面の表面粗さをＲａ０．３〜３．０μｍとしているため、接着剤を介して、スリンガに磁石を強固に接着保持することができる。また、スリンガの内側面には、表面粗さをＲａ０．３μｍ以下とした被膜が形成されているため、シールと摺接する摺接面の平滑性を確保することができる。さらにこのような被膜は、スリンガの内側面に、容易に形成することができる。したがって、磁石の剥離の恐れを低減すると共に、スリンガと摺接するシールの密封性を高めることができる。

また、この発明に係る転がり軸受は、磁石の剥離が生じにくく、かつシールの密封性が高いため、長期間に亙って使用することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受１１の一部を示す断面図である。図１を参照して、転がり軸受１１は、回転軸（図示せず）を支持する。転がり軸受１１は、転動体としての玉１４と、回転軸に固定され玉１４の内径側に配置される内輪１３と、ハウジング（図示せず）などに固定され、玉１４の外径側に配置される外輪１２と、玉１４を保持する保持器１５と、回転軸の回転数を検出するための磁気エンコーダ１７と、転がり軸受１１の内部３０を密封するためのシール１６とを備える。玉１４は、内輪１３と外輪１２の間に配置され、内輪１３および外輪１２に設けられた軌道面上を転動する。

シール１６は、剛性を有する芯金２０と、弾性を有するゴム部２１とを含む。芯金２０は外輪１２に取り付けられ、固定されている。ゴム部２１は、芯金２０の一部を覆うように構成されている。シール１６は、内径側や軸受外側に突出する複数のリップ部２４ａ、２４ｂ、２４ｃを備える。リップ部２４ａ、２４ｂ、２４ｃは後述するスリンガ１８と適当な圧力で摺接している。このようにして、シール１６は、転がり軸受１１の内部３０を密封し、内部３０に封入したグリースの漏れの防止や転がり軸受１１の内部３０への異物混入を防止する。

転がり軸受１１に支持される回転軸は、回転検出装置３２によって、その回転数が検出される。回転検出装置３２は、転がり軸受１１に備えられる磁気エンコーダ１７と、回転センサ３１とを含む。回転センサ３１は、転がり軸受１１の外部であって、磁気エンコーダ１７に対向する位置に取り付けられている。回転センサ３１は、例えば、ハウジングなどに取り付けられ、固定されている。回転センサ３１は、磁気エンコーダ１７の回転数を検出することにより、回転軸の回転数を検出する。

ここで、転がり軸受１１に備えられる磁気エンコーダ１７について説明する。図２は、この発明の一実施形態に係る磁気エンコーダ１７の一部を示す断面図である。図３は、磁気エンコーダ１７に含まれる多極磁石１９を示す概念図である。なお、理解の容易の観点から、図１および図２において、スリンガの表面に塗布された接着剤および形成された被膜の厚みは、誇張して厚く図示している。図１〜図３を参照して、磁気エンコーダ１７は、周方向に多極に磁化される多極磁石１９と、多極磁石１９を保持するスリンガ１８とを備える。

まず、多極磁石１９の構成について説明する。多極磁石１９は、環状であり、その中央に貫通孔を備える。多極磁石１９は、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：ピッチ円直径）２８上において、Ｎ極２７ａおよびＳ極２７ｂを交互に配置するように構成されている。多極磁石１９は、磁性粉および磁性粉を結着するゴムから構成されるゴム材料から形成される。

磁性を有する磁性粉は、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライトのようなハードフェライトやソフトフェライトを用いることができる。これらフェライト粉は顆粒状粉体であっても良く、異方性フェライトコアからなる粉砕粉であっても良い。

また、磁性粉は、希土類系磁性材料であっても良い。この場合、例えば、希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉、希土類系磁性粉であるネオジウム鉄（ＮｄＦｅＢ）系磁性粉、またはサマリウム−コバルトのいずれかの単独磁性粉であっても良いし、上記希土類系磁性粉の２種以上の混合粉であっても良い。

さらに、フェライト分だけでは磁力が足りない場合に、フェライト粉に希土類系磁性材料であるサマリウム鉄系磁性粉やネオジウム鉄系磁性粉などを必要量だけ混合してもよい。こうすることにより、磁力向上を図りつつ安価に製作することができる。

磁性粉を結着するゴムは、天然ゴム、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、イソプレン−イソブチレンゴム（ブチルゴム）、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソブチレン−スチレンゴム（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンゴム（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンゴム（ＳＥＢＳ）、エチレン−プロピレンターポリマー（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）、フッ素ゴム、シリコ−ンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、クロルスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等が挙げられる。特に、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）や水素化ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）のようなニトリルゴムは、磁気エンコーダ１７が自動車等に利用される場合に、耐油性を向上させることができる。

次に、多極磁石１９を保持するスリンガ１８の構成について説明する。スリンガ１８は、円筒部２６ａと、円筒部２６ａの回転センサ３１側の一方端から径方向外側に延びるフランジ２６ｂとを含む。スリンガ１８の断面は略Ｌ字状である。スリンガ１８は、円筒部２６ａに内輪１３を圧入することによって、内輪１３に固定される。スリンガ１８は、軸受外方側、すなわち回転センサ３１側に向く外側面２２と、軸受内方側、すなわちシール１６側に向く内側面２３とを備える。外側面２２は、フランジ２６ｂの回転センサ３１に向く面であり、内側面２３は、円筒部２６ａおよびフランジ２６ｂのシール１６側に向く面である。なお、スリンガ１８は金属製であり、その表面粗さはＲａ０．３〜３．０μｍである。すなわち、外側面２２の表面粗さも、Ｒａ０．３〜３．０μｍである。多極磁石１９は、スリンガ１８の外側面２２に接着剤を介して接着されることによって保持されている。

次に、上記したスリンガ１８および多極磁石１９を含む磁気エンコーダ１７の製造方法について、簡単に説明する。まず、磁気エンコーダ１７の外形形状を形成するキャビティを構成する金型部と、キャビティ内に軸方向の磁界を発生させるコイルとを含む磁場成形装置を準備する。金型部は、キャビティの軸方向に配置され、磁性材料で構成される金型と、キャビティの内径側および外径側に配置され、非磁性材料で構成される金型とを含む。こうすることにより、コイルにより発生させた軸方向の磁界をキャビティ部分に集束させ、磁性粉を軸方向に効率的に配向させることができる。

このような磁場成形装置を準備した後、キャビティ内に上記した構成のスリンガ１８を配置する。この場合、スリンガ１８の全表面には、多極磁石１９を形成するゴム材料を接着するフェノール樹脂系加硫接着剤２５ａが予め塗布されている。そして、コイルにより軸方向の磁界をキャビティ部分に発生させながら、上記したゴム材料をキャビティ内にインサートする。そして、ゴム材料を加熱圧縮成形し、スリンガ１８の外側面２２に接着剤を介してゴム材料を加硫接着する。この場合、スリンガ１８の内側面２３に塗布された接着剤は、被膜２５ｂを形成する。ここで、スリンガ１８の表面粗さがＲａ３．０μｍよりも小さい場合、スリンガ１８の表面に塗布された接着剤により形成される被膜２５ｂの表面３４の表面粗さは、Ｒａ０．３μｍ以下となる。その後、スリンガ１８に接着保持されたゴム材料について、着磁ヨーク等によって着磁して多極磁石１９とし、所望の磁気エンコーダ１７を得る。

すなわち、磁気エンコーダ１７は、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面２２と内側面２３とを含むスリンガ１８と、外側面２２に接着剤を介して接着される多極磁石１９と、内側面２３に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、シール１６と摺接する被膜２５ｂとを備える。

このように、スリンガ１８の外側面２２の表面粗さは、Ｒａ０．３〜３．０μｍであるため、フェノール樹脂系加硫接着剤２５ａにより、多極磁石１９と外側面２２に接着剤を介して強固に接着保持することができる。

また、スリンガ１８の内側面２３には、フェノール樹脂系加硫接着剤２５ａにより、その表面３４の表面粗さがＲａ０．３μｍ以下である被膜２５ｂが形成されているため、シール１６と摺接する摺接面の平滑性を確保することができる。この場合、予めスリンガ１８の内側面２３に塗布されたフェノール樹脂系加硫接着剤２５ａにより被膜２５ｂを形成しているため、特別の工程を要することなく、すなわち、ゴム材料を接着するために外側面２２に接着剤を塗布する工程と同じ工程で、接着剤を内側面２３に塗布して、上記した構成の被膜２５ｂをスリンガ１８の内側面２３に形成することができる。この場合、例えば、容器内に大量に用意された接着剤中にスリンガ１８の全表面を漬けるようにして、スリンガ１８の全表面に接着剤を塗布してもよいし、スプレー等を用いて接着剤をスリンガ１８の全表面に吹付けるようにしてスリンガ１８の全表面に接着剤を塗布するようにしてもよい。

以上より、このような磁気エンコーダ１７は、多極磁石１９の剥離の恐れを低減すると共にシール１６の密封性を高めることができる。

また、このような磁気エンコーダ１７を含む転がり軸受１１は、多極磁石１９の剥離が生じにくく、かつシール１６の密封性が高いため、長期間に亙って使用することができる。

なお、フェノール樹脂系加硫接着剤２５ａとしては、接着剤成分として、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、およびこれらのフェノール樹脂混合物よりなる接着剤が挙げられる。ノボラック型フェノール樹脂は、フェノール類とホルムアルデヒドとを酸性触媒、例えば、塩酸、しゅう酸などの存在下で反応させることによって得られる。その際のフェノール類としては、フェノール、ｍ−クレゾール、ｍ−クレゾールとｐ−クレゾールとの混合物、ビスフェノールＡ等が用いられる。また、レゾール型フェノール樹脂は、ビスフェノールＡとホルムアルデヒドとを塩基性触媒、例えば、アルカリ金属、マグネシウムの水酸化物などの存在下で反応させることによって得られる。

さらに、フェノール樹脂系接着剤として、シクソン７１５（ロームアンドハース社製）、メタロックＮ１０、メタロックＮ１５、メタロックＮ１５Ｄ、メタロックＮ３１、メタロックＮＴおよびメタロックＰＡ（いずれも東洋化学研究所製）、ケムロックＴＳ１６７７−１３（ロードファーイースト社製）などを使用することもできる。

また、フェノール樹脂系とエポキシ樹脂や合成ゴム等の混合物よりなる接着剤を使用することもできる。フェノール樹脂とエポキシ樹脂を含有する接着剤としては、例えばメタロックＸＰＨ−２７（東洋化学研究所製）、特開平４−１３７９０号公報に記載されるノボラック型エポキシ樹脂、ｐ−置換フェノールから導かれたノボラック型フェノール樹脂を含有する組成物などが用いられる。

また、フェノール樹脂と合成ゴムを含有する接着剤として、例えばメタロックＣ１２、メタロックＮ２０、メタロックＮ２０Ｄ、メタロックＮ２３、メタロックＰ（いずれも東洋化学研究所製）などを使用することもできる。

ここで、塩水通電試験を実施し、多極磁石１９の接着性およびシール１６の密封性を評価した。表１は、試験片である多極磁石１９の成分を示したものである。表２は、上記した外側面２２の表面粗さと被膜２５ｂの表面３４の表面粗さの関係について、試験結果を示したものである。なお、表２中「×」印は、性能が不十分であることを示し、「○」印は、性能が良好であることを示す。試験に関しては、ＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠して、アルミ板をプラス極、ＪＩＳ Ｋ６２５６ ９０°剥離試験片をマイナス極とし、３０℃の５％食塩水中で、２Ａの定常電流を印加し、１２時間後の多極磁石１９の接着性およびシール１６の密封性を評価した。

表２を参照して、比較例６および７のように、スリンガ１８の外側面２２の表面粗さがＲａ０．０５μｍおよびＲａ０．１μｍとなると、多極磁石１９の接着性が不十分となる。また、比較例８および９のように、スリンガ１８の外側面２２の表面粗さがＲａ５．０μｍおよびＲａ１０．０μｍとなると、シール１６の密封性が不十分となる。したがって、スリンガ１８の表面粗さを少なくともＲａ０．３〜３．０μｍとすることにより、多極磁石１９の剥離の恐れを低減すると共にシール１６の密封性を高めることができる。

なお、上記の実施の形態においては、スリンガ１８の全表面に、フェノール樹脂系加硫接着剤２５ａを塗布することとしたが、スリンガ１８の外側面２２およびスリンガ１８の内側面２３にのみ連続的に塗布するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、多極磁石１９を接着保持するために塗布した接着剤と、被膜２５ｂを形成するために塗布した接着剤とを同一の材料としたが、異なる材料から構成される接着剤としてもよい。

さらに、上記の実施の形態においては、被膜２５ｂは、接着剤から形成されることとしたが、接着剤以外のもの、例えば、塗料などを用いても良い。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、磁気エンコーダおよび転がり軸受に関し、特に回転軸を支持する転がり軸受に備えられる磁気エンコーダおよびこのような磁気エンコーダを備える転がり軸受に有効に利用できる。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受の一部を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る磁気エンコーダの一部を示す断面図である。 磁気エンコーダに含まれる多極磁石を示す概念図である。 従来の転がり軸受の一部を示す断面図である。

符号の説明

１１ 転がり軸受、１２ 外輪、１３ 内輪、１４ 玉、１５ 保持器、１６ シール、１７ 磁気エンコーダ、１８ スリンガ、１９ 多極磁石、２０ 芯金、２１ ゴム部、２２ 外側面、２３ 内側面、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ リップ部、２５ａ フェノール樹脂系加硫接着剤、２５ｂ 被膜、２６ａ 円筒部、２６ｂ フランジ、２７ａ Ｎ極、２７ｂ Ｓ極、２８ ＰＣＤ、３０ 内部、３１ 回転センサ、３２ 回転検出装置、３４ 被膜の表面。

Claims (6)

1. 軸受の回転側軌道輪に固定され、前記回転側軌道輪の回転数を検知するセンサ側に向き、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面と、前記軸受を密封するシール側に向く内側面とを含むスリンガと、
   前記外側面に接着剤を介して接着される磁石と、
   前記内側面に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、前記シールと摺接する被膜とを備える、磁気エンコーダ。
2. 前記被膜は、前記接着剤と同一の材料から形成されており、
   前記接着剤は、前記外側面および前記内側面に連続的に塗布されている、請求項１に記載の磁気エンコーダ。
3. 前記磁石は、磁性粉および前記磁性粉を結着するゴムを含み、周方向に交互に磁極が配置された多極磁石であり、
   前記接着剤は、加硫接着剤である、請求項１または２に記載の磁気エンコーダ。
4. 前記ゴムは、ニトリルゴムであることを特徴とする、請求項３に記載の磁気エンコーダ。
5. 前記加硫接着剤は、フェノール樹脂系加硫接着剤である、請求項３または４に記載の磁気エンコーダ。
6. 回転側軌道輪と、
   静止側軌道輪と、
   前記回転側軌道輪および前記静止側軌道輪の間に配置され、前記回転側軌道輪の軌道面および前記静止側軌道輪の軌道面を転動する転動体と、
   前記回転側軌道輪に固定される磁気エンコーダと、
   前記静止側軌道輪に固定されるシールとを含む転がり軸受であって、
   前記磁気エンコーダは、前記回転側軌道輪に固定され、前記回転側軌道輪の回転数を検知するセンサ側に向き、その表面粗さがＲａ０．３〜３．０μｍである外側面と、前記転がり軸受を密封するシール側に向く内側面とを含むスリンガと、
   前記外側面に接着剤を介して接着される磁石と、
   前記内側面に形成され、その表面粗さがＲａ０．３μｍ以下であり、前記シールと摺接する被膜とを備える、転がり軸受。

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