JP2009204083A - センサ付軸受 - Google Patents

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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】センサ２０の被検出体２２は、被検出体ホルダ３２に取り付けられた状態で回転輪２とともに回転するのに対し、検出体２４は、被検出体とセンサギャップd1,d2を空けて対向可能にセンサハウジング２６へ収容された状態で静止輪４に固定されており、被検出体ホルダには、被検出体と検出体との対向部分Ｓａへの異物の侵入を防止するための異物侵入防止部８０を設け、異物侵入防止部は、回転輪との固定部位３２ｋを当該回転輪のセンサ配設側の端面２ａよりもセンサハウジングへ向けて筒状に突出させて構成し、センサハウジングとはシールギャップg1,g2を空けて非接触状態に位置付けるとともに、シールギャップをセンサギャップよりも小さく設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電動フォークリフトの走行モータや昇降装置の巻上げモータ等のモータ軸を支持する軸受などのように、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、電動フォークリフトの走行モータや昇降装置の巻上げモータ等のモータ軸を支持する軸受などのように、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２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Ｂという)の構成の一例が示されている。かかる軸受Ｂには、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪５２及び静止輪５４と、当該回転輪５２と静止輪５４との間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)５６と、当該転動体(玉)５６を所定間隔で配された複数のポケット内へ１つずつ回転自在に保持する保持器５８とが備えられている。この場合、内輪が軸受Ｂの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪５２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５４として構成されている。
軸受Ｂには、軸方向の一方側へ、当該軸受Ｂ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５２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検出体(図３に示す検出体６４に相当するもの)、当該検出体を収容するセンサハウジング６６、並びに前記検出体に所定の電源装置(図示しない)から電力を供給するとともに、当該検出体が検出した回転状態の変化を電気信号に変換し、当該電気信号(データ)を所定の信号処理部(図示しない)に信号ケーブルを介して送信するための回路が配線された基板(以下、回路基板という)(同図に示す回路基板７０に相当するもの)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、検出体(図示しない)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(具体的には、ホールＩＣ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極ずつ一定のピッチで着磁させた合計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ＩＣ(図３に示すホールＩＣ６４に相当するもの)は、前記回路基板(同図に示す回路基板７０に相当するもの)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部材(以下、ハウジングカバーという)６８を外輪５４に取り付けることで、当該外輪５４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５４に固定され、この状態で、その内径部の先端と軸受Ｂの回転軸(図示しない)の周面部との間に所定のすきまが生じるように構成されている。また、２つのホールＩＣ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)回路基板に位置付けられ、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ＩＣと所定間隔を空けて対向して磁石保持具(以下、エンコーダホルダという)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５２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５２に加締め固定され、この状態で、その外径部の先端と外輪４及びセンサハウジング６６との間、並びに内側面と転動体(玉)５６及び保持器５８との間にいずれも所定のすきま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ＩＣと対向した状態で、外輪５４、転動体(玉)５６、及び保持器５８といずれも接触することなく、内輪２とともに回転可能な構造となる。
ところで、軸受Ｂ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、例えば、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５２とセンサハウジング６６との間のすきまｔを通ってホールＩＣとエンコーダ６２とが対向する部分(図３に示すＳｃ部に相当(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ＩＣ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５２の回転に伴って回転された際、センサ部において、ホールＩＣ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ＩＣとの間に挟まった場合には、上述した対向面の損傷が拡大されてしまう。
そこで、このような不都合を回避すべく従来から各種の方策が講じられており、例えば、特許文献２には、センサ部をシール部材で軸受外部から密封し、当該センサ部への異物(例えば、磁性材片など)の侵入防止を図ったセンサ付軸受の構成が開示されている。
図３にはその軸受構成が示されており、かかる軸受Ｃには、ハウジングカバー６８の外輪５４への固定側とは反対側の端部の周縁に、その全周に亘ってシール部材としてシールリップ７４ｐ付きの接触シール７４が設けられている。これに対し、エンコーダホルダ７２は、内輪５２に対する固定部分が当該内輪５２の端面５２ａに密着する構造となっている。そして、シールリップ７４ｐがエンコーダホルダ７２と接触(摺接)可能となるように、ハウジングカバー６８を介して接触シール７４が位置付けられている。
これにより、センサ部Ｓｃを軸受外部から遮蔽することができ、磁性材片などの異物がセンサ部Ｓｃへ侵入することを防止することができる。
なお、図３において、軸受Ｂ(図２)と同様の部材については同一の符号を付している。
しかしながら、接触シール７４は、その構造上、シールリップ７４ｐがエンコーダホルダ７２と接触(摺接)されるため、摩擦により摩耗し易い。かかる摩耗の進行度合いによっては、接触シール７４(シールリップ７４ｐ)とエンコーダホルダ７２との間にすきまが生じてしまい、エンコーダホルダ７２のセンサ部Ｓｃよりも内周部分に磁性材片などの異物が付着した際、当該エンコーダホルダ７２の回転に伴う遠心力を受けて、当該異物が前記すきまからセンサ部Ｓｃへ侵入してしまう場合がある。
また、接触シール７４(具体的には、そのシールリップ７４ｐ)からエンコーダホルダ７２に対して作用される接触力(摺接力)が周方向に対して一定(均一)でない場合、エンコーダホルダ７２が回転中に振動し、結果としてエンコーダ６２が振動しながら回転してしまう虞がある。その際、エンコーダ６２の振動の程度によっては、ホールＩＣ６４によってエンコーダ６２の回転状態の変化を正しく検出することができず、当該状態変化を示す電気信号の出力が安定しないという問題が生じる場合がある。
特開２００４−２１１８４１号公報 特開２００４−１５６７２６号公報
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)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非接触シール構造とすることで、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具備し、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環状の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、前記被検出体は、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するのに対し、前記検出体は、前記被検出体とセンサギャップ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いる。
この場合、前記被検出体ホルダには、前記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が設けられ、当該異物侵入防止部は、前記回転輪との固定部位を当該回転輪の前記センサ配設側の端面よりも前記センサハウジングへ向けて筒状に突出させて構成され、前記センサハウジングとはシールギャップを空けて非接触状態に位置付けられるとともに、当該シールギャップが前記センサギャップよりも小さく設定されている。
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)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非接触シール構造とすることで、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、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)をセンサで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。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が所定間隔(一例として、等間隔)で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2s,4s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2s,4sが軸受Ａの軸方向幅(同図の左右方向の寸法)の略中央に位置付けられているが、軸方向幅の中央から左側あるいは右側にずらして軌道面2s,4sを形成してよい。
また、転動体は、図１(ａ),(ｂ)に示すような玉６に代えて、各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)としてもよいし、保持器８は、転動体の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体を玉６とした場合、波型の合わせタイプ(図１(ａ),(ｂ))や冠型などのタイプを適用することができ、転動体を各種のころとした場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。
さらに、図１(ａ)に示す構成において、軸受Ａには、軸方向(同図の左右方向)の一方側(同図の左側(以下、反センサ側という))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、シール部材１０は接触型のシールとして構成されており、一例として、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シールリップ１０ｐ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に固定(例えば、嵌合や圧入など)され、かかる固定状態において、その内径部(シールリップ１０ｐ)が内輪２と接触(摺接)する一方で、その内側面１０ｓが転動体(玉)６及び保持器８と接触することなく対向するように位置付けられている。この場合、外輪４の内周面には、その反センサ側の端部に全周に亘ってシール部材１０の外径部を固定するための凹状の取付溝４ｍが形成されているとともに、内輪２の外周面には、その反センサ側の端部に全周に亘って当該シール部材１０のシールリップ１０ｐを接触(摺接)させるための凹状のシール溝２ｍが形成されている。
これにより、軸受Ａの反センサ側を外部に対して密封することができ、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、磁性材片など)の軸受内部への侵入を防止することができる。
なお、本実施形態においては、軸受Ａの軸方向の他方側、すなわち反センサ側とは逆側(同図の右側(以下、センサ側という))には、後述するようにセンサ２０(図１(ａ))が設けられており、当該センサ２０によって軸受Ａのセンサ側がシールされている。この場合、軸受Ａのセンサ側は、後述するように非接触シール構造としているため、シール部材１０には、軸受内部の圧力変化を抑制するための貫通孔、すなわち、軸受Ａの内気を排出若しくは当該軸受Ａの外気を流入させる空気孔を設ける必要がない。したがって、軸受Ａの反センサ側を外部に対して完全に密封することができ、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、磁性材片など)の軸受内部への侵入を確実に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。例えば、シール部材１０に複数のシールリップ１０ｐを設け、当該各シールリップ１０ｐを上述したシール溝２ｍの底部や壁部などにそれぞれ接触させることで、さらにシール部材１０のシール性を高めることができる。また、シール部材として、図１(ａ)に示すような接触型シール１０に代えて、その外径部が外輪４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、軸方向の一方側(センサ側(図１(ａ)の右側))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２４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の状態変化を検出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(例えば、ホールＩＣ、ホール素子、ＧＲ素子、及びＧＭＲ素子など(以下、磁気検出素子２４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の回転速度や磁気検出素子２４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磁気検出素子２４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。
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、センサ２０には、所定の回路が配線された基板(以下、回路基板という)３０が設けられており、当該回路基板３０によって磁気検出素子２４に所定の電源装置(図示しない)から電力が供給されるとともに、当該磁気検出素子２４から出力された信号(エンコーダ２２の回転状態を示す電気信号)が所定の信号処理部(図示しない)に送信されるセンサ構造となっている。この場合、磁気検出素子２４や信号処理部は、回路基板３０に直接接続させてもよいし、信号ケーブル(図示しない)などを介して接続させてもよい。
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が磁石保持具(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。
エンコーダホルダ３２は、その内径寸法が内輪２の取付部位(以下、エンコーダ取付部２ｇという)の外径寸法よりも若干小さく、その外径寸法が外輪４の内径寸法よりも小寸で、且つ内輪２の外径寸法よりも大寸の円板部３２ｗと、当該円板部３２ｗの外周縁及び内周縁からそれぞれ略直角を成して一方側(センサ側)へ所定長さで延出される２つの円筒部32j,32kで構成されている。なお、以下、２つの円筒部32j,32kのうち、円板部３２ｗの外周縁から延出される円筒部を外側円筒部３２ｊといい、当該円筒部３２ｗの内周縁から延出される円筒部を内側円筒部３２ｋという。
そして、かかるエンコーダホルダ３２は、内径部(円板部３２ｗと内側円筒部３２ｋの連続部分)が内輪２のエンコーダ取付部２ｇに固定された状態で、外径部(円板部３２ｗの外周縁、及び外側円筒部３２ｊ)と外輪４の内周面との間に所定のすきま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の外側円筒部３２ｊは、延出端がエンコーダ２２の端面と略面一となるように、その延出寸法が調整されている。
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、そのセンサ側の端部(図１(ａ),(ｂ)の右端部)の全周に亘って、エンコーダ取付部２ｇとして凹状の溝(段差)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の内径部を圧入して嵌合させることで、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に対して各種の接着剤により接着固定させてもよいし、各種の締結部材により締結固定させてもよい。あるいは、これらの方法を任意に組み合わせて固定してもよい。
これに対し、かかる軸受Ａにおいて、磁気検出素子２４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部材(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),(ｂ)に示す構成においては、一例として、磁気検出素子２４の外側の面(同図の上側の面))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とともに、当該磁気検出素子２４の一方側(反センサ側)の端面(同図(ｂ)の左側の面)２４ｂとエンコーダホルダ３２(円板部３２ｗ)の一方側(センサ側)の円板面(同図の右側の面)３２ｂとが所定間隔を空けて対向可能となるように、磁気検出素子２４がエンコーダ２２及びエンコーダホルダ３２に対して位置付けられている。
以下、磁気検出素子２４の外側面２４ａとエンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとの対向間隔(図１(ｂ)に示す距離ｄ１)をセンサギャップｄ１、当該検出素子２４の端面２４ｂとエンコーダホルダ３２(円板部３２ｗ)の円板面３２ｂとの対向間隔(同図に示す距離ｄ２)をセンサギャップｄ２という。
なお、磁気検出素子２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、磁気検出素子２４の素子配設面とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば、図１(ａ),(ｂ)に示す相対位置には特に限定されない。例えば、磁気検出素子２４の内側の面(図１(ａ),(ｂ)の下側の面)とエンコーダ２２の外周面を対向させてもよいし、磁気検出素子２４の端面(同図の左側の面)とエンコーダ２２の端面(同図の右側の面)を対向させてもよい。この場合、相互の対向面である磁気検出素子２４の内側面、あるいは端面を素子配設面として構成するとともに、エンコーダ２２の外周面、あるいは端面を磁極面として構成すればよい。
センサハウジング２６は、その外径寸法が外輪４の外径寸法よりも小寸、且つ外輪４の内径寸法よりも大寸で、その内径寸法が内輪２の外径寸法よりも小寸、且つ内輪２の内径寸法よりも大寸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、一方側(反センサ側)の端面(図１(ｂ)の左端面)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、前記端面がエンコーダ２２の端面(図１(ｂ)の右端面)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(ａ)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、その外径寸法が外輪４の外径寸法と略同寸で、その内径寸法が内輪２の外径寸法よりも小寸、且つ内輪２の内径寸法よりも大寸の環状に形成され、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すきま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の内径寸法よりもセンサハウジング２６の内径寸法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の内径寸法よりもセンサハウジング２６の内径寸法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(センサ側)の端部(図１(ａ)の右端部)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、これら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に内側からその外周面及び一方側(センサ側)の端面(図１(ａ)の右端面)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、その径寸法がセンサハウジング２６の外径寸法と略同寸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に設ける磁気検出素子２４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。すなわち、センサ２０は、１つの磁気検出素子２４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、２つ以上の磁気検出素子２４で軸受Ａの回転状態を計測する構成であってもよい。
例えば、２つの磁気検出素子２４をセンサ２０に対して設けた場合、当該２つの磁気検出素子２４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、回路基板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磁気検出素子２４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。
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と磁気検出素子２４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が磁気検出素子２４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が磁気検出素子２４の外側面(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、磁気検出素子２４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、磁気検出素子２４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、かかる変化を当該磁気検出素子２４により検出することで、エンコーダ２２の位置や角度などの情報を得ることができる。そして、磁気検出素子２４によって検出された磁束密度の変化を回路基板３０で電気信号に変換するとともに、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の回路基板３０(磁気検出素子２４)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。
本実施形態に係る軸受Ａにおいて、エンコーダホルダ３２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と検出体である磁気検出素子２４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と磁気検出素子２４の外側面(素子配設面)２４ａとの対向部分(以下、センサ部Ｓａという)への異物(例えば、磁性材片など)の侵入を防止するための異物侵入防止部(以下、センサシール部という)８０が設けられている。
かかるセンサシール部８０は、内輪２との固定部位である内側円筒部３２ｋを当該内輪２のセンサ配設側(センサ側(図１(ａ),(ｂ)の右側))の端面２ａよりもセンサハウジング２６へ向けて筒状に突出させて構成されている。図１(ａ),(ｂ)には、内側円筒部３２ｋに連続し、当該内側円筒部３２ｋと同一径寸法でセンサハウジング２６へ向けて円筒状に突出したセンサシール部８０の構成が一例として示されている。この場合、センサシール部８０を内側円筒部３２ｋと同一径寸法の円筒状に構成しているが、例えば、センサ側へ向かうに従って徐々に内側円筒部３２ｋよりも縮径された先細りの円錐筒状、あるいは当該内側円筒部３２ｋよりも拡径された先太りの円錐筒状にセンサシール部８０を構成してもよい。また、センサシール部８０は、いわゆるストレートの筒状でなくともよく、途中に縮径部位あるいは拡径部位を介在させた１つ若しくは複数の段差を有する構成であってもよい。
いずれの構成であっても、センサシール部８０は、その外周面８０ａとセンサハウジング２６とが所定間隔を空けて対向可能(すなわち、非接触状態)となるとともに、その突出端面８０ｂと当該センサハウジング２６とが所定間隔を空けて対向可能(すなわち、非接触状態)となるように、センサハウジング２６に対して位置付ける。
以下、センサシール部８０の外周面８０ａとセンサハウジング２６との対向間隔(図１(ｂ)に示す距離ｇ１)をシールギャップｇ１、当該センサシール部８０の突出端面８０ｂとセンサハウジング２６との対向間隔(同図に示す距離ｇ２)をシールギャップｇ２という。
その際、図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、センサハウジング２６には、センサシール部８０(具体的には、その外周面８０ａ及び突出端面８０ｂ)と非接触状態となるように、内周面の一方側(反センサ側)の端部(同図の左端部)に全周に亘って凹状の溝(以下、シール軌道溝という)２６ｇが形成されている。すなわち、シールギャップｇ１は、センサシール部８０の外周面８０ａとシール軌道溝２６ｇの底部との対向間隔となり、シールギャップｇ２は、センサシール部８０の突出端面８０ｂとシール軌道溝２６ｇの壁部との対向間隔となる。
なお、図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、シール軌道溝２６ｇは、センサハウジング２６の内周面の反センサ側端部に形成しているが、センサハウジング２６の大きさに応じて、その反センサ側の端面(図１(ａ),(ｂ)の左端面)に全周に亘ってセンサシール部８０よりも一回り大きく、当該センサシール部８０を内面に接触させることなく収容可能な円筒状の溝(凹状部)として形成してもよい。これにより、センサシール部８０と前記凹状部との間に微小隙間(ラビリンス)を形成することができる。
また、このようなシール軌道溝２６ｇを形成することなく、センサシール部８０(具体的には、その外周面８０ａ)をセンサハウジング２６の内周面に対して非接触状態となるように位置付けてもよい(シールギャップｇ１のみが存在する状態)。
本実施形態において、センサシール部８０とセンサハウジング２６(シール軌道溝２６ｇ)との対向間隔、すなわちシールギャップg1,g2は、磁気検出素子２４とエンコーダ２２及びエンコーダホルダ３２との対向間隔、すなわちセンサギャップd1,d2よりも小さく設定されている。
すなわち、センサシール部８０の外周面８０ａとシール軌道溝２６ｇの底部との対向間隔(シールギャップｇ１)は、磁気検出素子２４の外側面(素子配設面)２４ａとエンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとの対向間隔(センサギャップｄ１)、及び当該検出素子２４の端面２４ｂとエンコーダホルダ３２の円板面３２ｂとの対向間隔(センサギャップｄ２)よりもいずれも小さく(狭く)設定されている。また、センサシール部８０の突出端面８０ｂとシール軌道溝２６ｇの壁部との対向間隔(シールギャップｇ２)は、磁気検出素子２４の外側面２４ａとエンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとの対向間隔(センサギャップｄ１)、及び当該検出素子２４の端面２４ｂとエンコーダホルダ３２の円板面３２ｂとの対向間隔(センサギャップｄ２)よりもいずれも小さく(狭く)設定されている。
これにより、センサギャップd1,d2と略同寸法あるいはそれ以上の大きな異物(例えば、磁性材片など)が浮遊した場合であっても、当該異物はシールギャップg1,g2をすり抜けることができず、センサシール部８０でこれを塞き止めることができる。
また、センサシール部８０は、内輪２の端面２ａよりもセンサハウジング２６へ向けて突出されているため、当該端面２ａに異物が付着し、内輪２の回転による遠心力の影響を受けて当該異物が軸受Ａの外径方向(図１(ａ),(ｂ)の上方向)へ移動した場合であっても、これをセンサシール部８０によってブロックでき、かかる異物がシールギャップg1,g2へ侵入することを有効に防止することができる。
さらに、シールギャップg1,g2を設定することで、センサシール部８０とセンサハウジング２６は接触することがなく、当該センサシール部８０を非接触のシール構造とすることができる。したがって、センサシール部８０は摩擦により摩耗することがなく、長期に亘ってそのシール性を維持することができる。
なお、上述したように、磁気検出素子２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、磁気検出素子２４の素子配設面とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば特に限定されないが、磁気検出素子２４とエンコーダ２２をいずれに位置付けた場合であっても、センサシール部８０は、エンコーダ２２及び磁気検出素子２４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のセンサ側の径方向外方は、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Ｓａにおける密封性が十分に確保されているため、センサシール部８０をエンコーダ２２及び磁気検出素子２４よりも軸受Ａの径方向内方へ位置付けることで、センサ部Ｓａを軸受Ａの外部から略密閉することが可能となる。
このように、本実施形態に係る軸受Ａにおいては、センサシール部８０を設けるとともに、シールギャップg1,g2をセンサギャップd1,d2よりも小さく設定しているため、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、例えば磁性材片が浮遊した場合であっても、当該磁性材片をセンサシール部８０によってブロックするとともに、シールギャップg1,g2で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Ｓａ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。
また、異物(例えば、磁性材片など)のセンサ部Ｓａへの侵入を確実に防止できるため、当該異物によってエンコーダ２２や磁気検出素子２４、特にセンサ部Ｓａ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、長期に亘って高精度に、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)をセンサ２０で計測することができる。
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、要部縦断面図、(ｂ)は、異物侵入防止部(センサシール部)とセンサハウジングとの相対関係を示す同図(ａ)の円内の拡大断面図。 従来のセンサ付軸受の構成例を示す縦断面図。 従来の接触型シールを有する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(磁気検出素子)
２６ センサハウジング
２８ ハウジングカバー
３０ 回路配線板(回路基板)
３２ エンコーダホルダ
３２ｋ エンコーダホルダ円筒部(内側円筒部)
８０ 異物侵入防止部(センサシール部)
Ａ センサ付軸受
ｄ１ 磁気検出素子の外側面とエンコーダの内周面との対向間隔(センサギャップ)
ｄ２ 検出素子の端面とエンコーダホルダの円板面との対向間隔(センサギャップ)
ｇ１ センサシール部の外周面とシール軌道溝の底部との対向間隔(シールギャップ)
ｇ２ センサシール部の突出端面とシール軌道溝の壁部との対向間隔(シールギャップ)
Ｓａ エンコーダと磁気検出素子との対向部分(センサ部)

Claims (1)

  1. 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具備し、
    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環状のセンサハウジングが設けられたセンサ付軸受であって、
    前記被検出体は、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するのに対し、前記検出体は、前記被検出体とセンサギャップ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、
    前記被検出体ホルダには、前記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が設けられ、当該異物侵入防止部は、前記回転輪との固定部位を当該回転輪の前記センサ配設側の端面よりも前記センサハウジングへ向けて筒状に突出させて構成され、前記センサハウジングとはシールギャップを空けて非接触状態に位置付けられるとともに、当該シールギャップが前記センサギャップよりも小さく設定されていることを特徴とするセンサ付軸受。
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