JP2009243661A

JP2009243661A - センサ付軸受

Info

Publication number: JP2009243661A
Application number: JP2008093821A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Yanagisawa; 知之柳沢
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】センサ部への異物の侵入を防止し、長期に亘って高精度にその回転状態を計測可能な信頼性の高いセンサ付軸受を低コストに提供する。
【解決手段】非回転状態に維持される静止輪４と、静止輪に対向配置されて回転する回転輪２と、回転輪の回転状態を検出するセンサ２０を備えており、センサには、回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体２２と、被検出体の回転状態を検出する検出体２４が備えられ、検出体を収容するハウジング本体２６、及びハウジング本体を位置決め固定するハウジングカバー２８でなるセンサハウジング２５が設けられたセンサ付軸受Ａであって、被検出体を回転輪に固定して共に回転させるのに対し、検出体を被検出体と所定間隔を空けて対向可能にハウジング本体へ収容した状態でハウジングカバーを介して静止輪に固定し、センサの配設側を被検出体及びセンサハウジングによって密封し、軸受外部からの異物の侵入を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の産業用機械(例えば、工作機械、組立機械及び計測機械等)や家庭用電化製品などに備えられた回転軸を回転自在に支持し、その回転状態(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シール構造の改良に関する。

従来から、各種の産業用機械(例えば、工作機械、組立機械及び計測機械等)や家庭用電化製品などにおいて、これら装置に組み込まれた回転軸を適正な状態で回転させるべく、その回転状態(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、当該回転軸を回転自在に支持する軸受に対し、センサ機能を設けた構成が知られている。また、その内部を密封状態(気密状態及び液密状態)に保ち、当該内部に封入した潤滑剤(例えば、潤滑油やグリースなど)の外部への漏洩を防止するとともに、外部から内部への異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を防止するため、前記軸受に対し、シール構造を設けた構成が知られている。
そして、部品点数の削減や組付作業の容易化などにより低コスト化を図るべく、シール構造にセンサ機能を併設させた軸受の構成も知られている(特許文献１及び２参照)。

例えば、特許文献１には、シール部材である回転ディスク(非接触型シールド)にその回転状態(回転速度)を計測するためのセンサの被検出体(エンコーダ)を取り付けた、軸受のシール構造(密閉構造)が一例として開示されている。
しかしながら、特許文献１には、前記センサの検出体の構成について言及されておらず、当該検出体と被検出体を備えたセンサ機能をシール構造に併設させた軸受構成とすることはできない。

これに対し、特許文献２には、検出体と被検出体を備えたセンサ機能をシール構造に併設させた軸受(センサ付軸受)の構成が一例として開示されている。
この場合、かかるセンサ付軸受においては、図４に示すようにシール部材(接触型シール)５０に取り付けられた被検出体(磁気エンコーダ)６２と、ホルダ部材(センサハウジング)６６に収容された検出体(磁気センサ)６４とが所定の間隔を空けて対向配置されており、外輪４４に固定されたシール部材５０とともに回転する被検出体６２が、検出体６４に対して相対回転する構造となっている。これにより、被検出体６２の回転により生じる磁気変化(一例として、磁束密度の変化)を検出体６４によって検出することで、センサ付軸受の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)が計測されている。

その際、検出体６４には所定の電源装置から電力が供給されるとともに、当該検出体６４から出力された被検出体６２の回転状態を示す検出信号が所定の信号処理部(図示しない)に送信されており、当該電力供給及び信号送信は、これらの動作を制御するための回路が配線された基板(回路基板)７０によって行われている。
なお、かかるセンサ付軸受において、内外輪42,44は相対回転可能に対向配置されており、外輪４４がセンサ付軸受の回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪として構成されているのに対し、内輪４２が常時静止状態に維持される静止輪として構成されている。
特開平６−２８１０１８号公報特開２００５−９６７１号公報

ところが、かかるセンサ付軸受においては、その内部がシール部材５０によって密封(シール)され、気密状態並びに液密状態に保たれているのに対し、被検出体６２と検出体６４との間に形成される空隙部(以下、センサ部という)８０は、完全に軸受外部に対して露出され、開放された状態となっている。
すなわち、かかるシール部材５０ではセンサ部８０のシール性を確保することができず、当該センサ部８０には、軸受の外部から異物(例えば、鉄粉や水など)が侵入しやすい。

例えば、センサ部８０に鉄粉などの磁性体が侵入した場合、設計時に意図した本来の磁気回路とは異なる磁気回路が形成される虞がある。この場合、被検出体６２の回転により生じる磁気変化に影響を与え、検出体６４による当該磁気変化の検出精度の悪化や、磁気変化の検出自体が不可能になるなどの問題が生じてしまう。すなわち、結果として軸受の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)の計測精度の悪化、さらには計測不能となる事態を招く場合がある。
また、例えば、センサ部８０に水などの液体が浸入した場合、回路基板７０のショートや、はんだ付け部分の腐食などの問題が生じてしまう虞がある。この場合も、結果として軸受の回転状態の計測精度の悪化や、計測不能となる事態を招いてしまう。

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、センサ部への異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を防止することで、長期に亘って高精度にその回転状態(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)を計測することが可能な信頼性の高いセンサ付軸受を低コストに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、非回転状態に維持される静止輪と、当該静止輪に対向配置されて回転する回転輪と、当該回転輪の回転状態を検出するセンサを備えており、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と、当該被検出体の回転状態を検出する検出体が備えられ、当該検出体を収容するハウジング本体、及び当該ハウジング本体を位置決め固定するハウジングカバーでなる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、被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるように前記ハウジング本体へ収容された状態で前記ハウジングカバーを介して前記静止輪に固定されており、前記センサの配設側が前記被検出体及び前記センサハウジングによって密封され、軸受外部からの異物の侵入が防止されている。
これにより、軸受内部のシール性(気密性及び液密性)を確保可能であるのみならず、センサ部(対向する被検出体と検出体との間に形成される空隙部)への異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入も防止可能な非常に優れたシール性と、センサ機能を併せ持ったセンサ付軸受を実現することができる。

この場合、前記被検出体と前記センサハウジングは、少なくともこれらのいずれか一方に一体的に設けられたシール部材を介して接触し、前記センサの配設側を密封している。
これにより、シール構造を構成する部品点数を増加させることがなく、組付工数を増加させることもないため、センサ付軸受の低コスト化を図ることができる。

なお、前記シール部材は、前記被検出体に一体的に設け、当該シール部材を前記ハウジングカバーと接触させることで、前記センサの配設側を密封する構成とすればよい。また、前記シール部材は、前記被検出体に一体的に設け、当該シール部材を前記ハウジング本体と接触させることで、前記センサの配設側を密封する構成としてもよい。あるいは、前記シール部材を前記ハウジングカバーに一体的に設け、前記被検出体と接触させることで、前記センサの配設側を密封する構成であってもよい。
これにより、センサ付軸受の使用条件や使用目的などに応じて、上記各種のシール構造を適宜選択して適用することが可能となり、センサ付軸受の低コスト化を確実に図ることができるとともに、低コスト化が容易となる。

本発明のセンサ付軸受によれば、センサ部への異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を防止することで、長期に亘って高精度にその回転状態(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)を計測することができ、信頼性の高いセンサ付軸受を低コストに提供することができる。

以下、本発明の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には、本発明の第１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には、非回転状態に維持される静止輪４と、当該静止輪４に対向配置されて回転する回転輪２と、当該回転輪２の回転状態を検出するセンサ２０とが備えられている。
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2a,4aが全周に亘って形成されている。

なお、図１には内輪２を回転輪、外輪４を静止輪とした構成が一例として示されているが、軸受Ａの使用条件や使用目的などに応じて、内輪２を静止輪、外輪４を回転輪とした構成とすることも可能である。また、図１に示す構成においては、内外輪2,4の軌道面2a,4aを軸受Ａの軸方向幅の略中央に位置付けているが、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2a,4aを形成してもよい。

転動体６としては、図１に示すような玉を適用してもよいし、センサ付軸受の使用条件や使用目的などに応じて各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)を適用してもよい。また、保持器８としては、転動体６の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体を玉とした場合、図１に示すような波型の合わせタイプ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(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)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。その際、保持器８の材質は特に限定されず、転動体６の種類や材質などに応じて各種の金属製や樹脂製などとすればよい。

また、図１に示す構成において、軸受Ａには、軸方向(図１の左右方向)の一方側(同図の左側)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、図１には、シール部材１０を非接触型のシールとした構成が一例として示されており、当該シール部材１０は、各種の弾性材(例えば、ニトリルゴムやフッ素ゴム等)などで構成され、その外径部が外輪４に形成された取付溝４ｍに固定されるとともに、その内径部に設けられたリップ部が内輪２に形成されたシール溝２ｍと極僅かな隙間を空けて対向するように位置決めされている。

これにより、軸受Ａは、前記一方側が軸受外部に対して密封(シール)され、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリースなど)の軸受外部への漏洩や、軸受外部の異物(例えば、鉄粉や水など)の軸受内部への侵入を有効に防止可能な構造とすることができる。

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すればよいため、ここでは特に限定しない。また、シール部材１０として、図１に示すような非接触型シールに代えて、その内径部(リップ部)が内輪２に形成されたシール溝２ｍに摺接する接触型のシール(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、鉄板等の薄い金属板からプレス成形されたシールドなど)を適用してもよい。シール部材を接触型シールとした場合、例えば、当該シール部材の内径部の先端に複数のリップ部を設け、当該各リップ部を上述したシール溝２ｍの底部や側面部などにそれぞれ接触させることで、さらに軸受Ａのシール性(気密性及び液密性)を高めることができる。

これに対し、軸受Ａには、軸方向(図１の左右方向)の他方側(同図の右側(以下、センサ配設側という)へセンサ２０が備えられており、当該センサ２０には、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と、当該被検出体２２の回転状態を検出する検出体２４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、磁束密度の変化)など)を検出する磁気センサ、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、周方向に沿って複数の欠落部位を有する環状部材(以下、トーンリング２２という)を適用するとともに、検出体２４として、トーンリング２２が回転することにより生じる磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変化)を検出する磁気検出体、具体的にはホールＩＣ(Integrated Circuit)やＭＲ(Magneto Resistance)素子など(以下、検出素子２４という)を適用している。

なお、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、検出素子２４や信号処理部(図示しない)は、回路基板３０に直接接続させてもよいし、ケーブル(図示しない)などを介して接続させてもよい。

図１において、トーンリング２２は、その外径寸法と内径寸法との寸法差(径差)が軸受Ａの径差(外輪４の外径寸法と内輪２の内径寸法との差寸)よりも小さな寸法に設定された円板部２２ａと、当該円板部２２ａの内周縁及び外周縁にそれぞれ連続して軸受Ａの外方(図１の右方)へ延出された２つの対向する円筒部22b,22c(以下、円板部２２ａの内周縁に連続する円筒部を内側円筒部２２ｂ、外周縁に連続する円筒部を外側円筒部２２ｃという)により構成されており、当該外側円筒部２２ｃは、その延出縁を所定間隔(一例として、等間隔)で欠落させ、当該延出縁が凹凸状(例えば、短冊状など)となるように構成されている。なお、外側円筒部２２ｃの延出縁を凹凸状とする代わりに、例えば、周方向に所定間隔(一例として、等間隔)で貫通孔を形成した構成(梯子状など)としてもよい。

なお、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、周方向に沿って複数の欠落部位を有するトーンリングを適用しているが、被検出体２２をかかるトーンリングに代えて、多極に着磁された環状を成す磁石(いわゆるエンコーダ)を適用してもよい。この場合、かかるエンコーダが回転することにより生じる磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変化)を検出素子２４により検出する構成とすればよい。なお、被検出体をエンコーダとした場合、被検出体をトーンリング２２とした場合のように、検出素子２４に対して後述する磁石(バイアス磁石３２)を配設する必要はない。

そして、トーンリング２２は、その内側円筒部２２ｂを内輪２の段部(以下、トーンリング取付部という)２ｄへ圧入することにより、外輪４、転動体(玉)６及び保持器８といずれも接触することなく、当該内輪２に対して固定されている。この場合、トーンリング取付部２ｄは、内輪２の外周面の一端部(図１の右端部)に全周に亘って連続して形成されており、その径寸法がトーンリング２２の内径寸法(内側円筒部２２ｂの径寸法(内径寸法))と略同一の寸法に設定されている。これにより、トーンリング２２を内輪２に対して確実に固定することができ、軸受Ａを回転させた場合、回転輪である内輪２とともに、当該内輪２と同一の回転状態でトーンリング２２をスムーズに回転可能な構造とすることができる。

なお、本実施形態においては、一例としてトーンリング２２を内輪２に対して圧入固定する構成を想定しているが、トーンリング２２を内輪２に対して確実に固定することが可能であれば、その方法は特に限定されない。例えば、トーンリング２２を内輪２に対して加締めることにより固定してもよいし、各種の接着剤により接着固定してもよい。あるいは、これらの各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、内輪２にトーンリング取付部２ｄを形成することなく、当該内輪２の外周面に対してトーンリング２２を圧入固定させてもよいし、加締固定あるいは接着固定させてもよい。

一方、検出素子２４は、磁石(以下、バイアス磁石３２という)と一体化され、回路基板３０と接続された状態でセンサハウジング２５によって静止輪である外輪４に固定されている。この場合、センサハウジング２５は、検出素子２４を収容するホルダ部材(以下、ハウジング本体という)２６、及び当該ハウジング本体２６を位置決め固定するカバー部材(以下、ハウジングカバーという)２８で構成されている。

具体的に説明すると、検出素子２４は、ハウジング本体２６に収容され、当該検出素子２４を収容したハウジング本体２６は、ハウジングカバー２８に取り付けられ、収容した検出素子２４のバイアス磁石３２が外輪４側(図１の下側)に位置付けられるとともに、当該バイアス磁石３０の反配設側(すなわち、内輪２側(同図の上側))がトーンリング２２の外側円筒部２２ｃと所定間隔を空けて対向して位置付けられるように、ハウジングカバー２８を介して外輪４に対して位置決め固定されている。ここで、以下の説明においては、検出素子２４とトーンリング２２(外側円筒部２２ｃ)とが所定間隔を空けて対向した空隙部をセンサ部Ｓ(図１参照)という。

なお、検出素子２４とトーンリング２２(外側円筒部２２ｃ)との対向間隔は、可能な限り狭めて設定することが好ましいが、その具体的な間隔は、検出素子２４の磁気変化(磁束密度の変化)の検出精度やバイアス磁石３２の磁力の大きさ、あるいは軸受Ａの大きさや形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。

また、センサ２０に設ける検出素子２４の数は、例えば、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つの検出素子２４をセンサ２０に対して設けた構成の場合、当該２つの検出素子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)を所定角度(一例として、９０°)だけずらして(所定角度の位相差を設けて)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、回転方向を検出することが可能となり、より高機能、多機能なセンサ付軸受を構成することができる。

図１において、ハウジング本体２６は、軸受Ａのセンサ配設側の周方向領域を覆うように延在した所定形状(例えば、環状形や環の一部を成す非環状形など)を成しており、一例として、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に設定されている。例えば、ハウジング本体２６を前記非環状形とした場合、環状に形成した場合と比較して少ない量の構成材で成形することができ、当該ハウジング本体２６を形成するためのコスト、ひいては軸受Ａの製造コストを削減することができる。

なお、ハウジング本体２６の材質は、検出素子２４による磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変化)の検出に影響を与えることがない限り特に限定されず、軸受Ａの使用条件や使用目的などに応じて任意の素材(樹脂や金属など)を選択して適用することができる。また、ハウジング本体２６の成形方法も特に限定されず、例えば、ハウジング本体２６を各種の樹脂製とした場合、かかる樹脂製のハウジング本体２６は射出成形により成形すればよい。この場合、成形後のハウジング本体２６に対して回路基板３０、検出素子２４やバイアス磁石３２を組み付けてもよいし、ハウジング本体２６の成形時に回路基板３０などを当該ハウジング本体２６と一体化させて組み付ける構成としてもよい(いわゆるインサート成形)。
また、ハウジング本体２６を各種の金属製とした場合、かかる金属製のハウジング本体２６は鋳造や鍛造などにより成形すればよい。

また、図１において、ハウジングカバー２８は、その外径寸法と内径寸法との寸法差(径差)がハウジング本体２６の幅寸法(外径寸法と内径寸法との差寸)よりも大きな寸法に設定された円板部２８ａと、当該円板部２８ａの内周縁及び外周縁にそれぞれ連続して軸受Ａの内方(同図の左方)へ延出された２つの対向する円筒部28b,28c(以下、円板部２８ａの内周縁に連続する円筒部を内側円筒部２８ｂ、外周縁に連続する円筒部を外側円筒部２８ｃという)により構成されている。これにより、円板部２８ａ、内側円筒部２８ｂ及び外側円筒部２８ｃによって凹環状の空間が形成され、当該空間にハウジング本体２６を取り付けることで、当該ハウジング本体２６の全体をハウジングカバー２８によって覆うことができる。なお、ハウジング本体２６のハウジングカバー２８への取付は、各種の接着剤による接着や各種の締結部材による締結など、任意の方法によって行えばよい。

この場合、かかるハウジングカバー２８の外側円筒部２８ｃは、基端(図１の右端)から軸受Ａの内方(同図の左方)へ延出した延出部位ｃ１、当該延出部位ｃ１から略直角を成して拡径方向へ延出した拡径部位ｃ２、当該拡径部位ｃ２から略直角を成して軸受Ａの内方(同図の左方)へ先端(同図の左端)まで延出した先端部位ｃ３が連続した形状を成している。

そして、ハウジングカバー２８は、その外側円筒部２８ｃ(具体的には、先端部位ｃ３)を外輪４の段部(以下、ハウジングカバー取付部という)４ｄへ圧入することにより、ハウジング本体２６、これに収容された検出素子２４がいずれもトーンリング２２と接触することなく、当該外輪４に対して固定されている。なお、ハウジングカバー取付部４ｄは、外輪４の外周面の一端部(図１の右端部)に全周に亘って連続して形成されており、その径寸法がハウジングカバー２８の外径寸法(外側円筒部２８ｃの先端部位ｃ３の径寸法(内径寸法))と略同一の寸法に設定されている。これにより、ハウジングカバー２８、すなわちハウジング本体２６に収容された検出素子２４を外輪４に対して確実に固定することができ、回転可能なトーンリング２２に対して常時静止状態に維持することが可能な構造とすることができる。

この場合、ハウジング本体２６は、ハウジングカバー２８に取り付けられ、当該ハウジングカバー２８を介して外輪４に固定された状態で、収容された検出素子２４とともに、内輪２、転動体(玉)６、保持器８及びトーンリング２２といずれも接触することがない形態(大きさや形状)となるように成形すればよい。

なお、本実施形態においては、一例としてハウジングカバー２８を外輪４に対して圧入固定する構成を想定しているが、ハウジングカバー２８を外輪４に対して確実に固定することが可能であれば、その方法は特に限定されない。例えば、ハウジングカバー２８を外輪４に対して加締めることにより固定してもよいし、各種の接着剤により接着固定してもよい。あるいは、これらの各種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にハウジングカバー取付部４ｄを形成することなく、当該外輪４の外周面に対してハウジングカバー２８を圧入固定させてもよいし、接着固定あるいは加締固定させてもよい。

また、ハウジングカバー２８の材質は特に限定されず、軸受Ａの使用条件や使用目的などに応じて任意の素材(樹脂や金属など)を選択して適用することができ、その材質に合わせた任意の方法(例えば、プレス加工や射出成形など)でハウジングカバー２８を成形すればよい。ただし、ハウジングカバー２８は、検出素子２４による磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変化)の検出に影響を与えることがない素材を選択して構成することが好ましい。

以上のようにトーンリング２２と検出素子２４及びバイアス磁石３２を内外輪2,4に対して位置付けることで、センサ２０は、トーンリング２２が検出素子２４と対向した状態、さらには当該検出素子２４を介してトーンリング２２がバイアス磁石３２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、これとともにトーンリング２２も回転し、凹凸状(例えば、短冊状など)を成す外側円筒部２２ｃの延出縁の検出素子２４及びバイアス磁石３２に対する位置、具体的には当該延出縁の凹状部位と凸状部位の位置が交互に連続して変化する。このとき、バイアス磁石３２によって発生され、検出素子２４を通過する磁束(具体的には、磁束密度)がトーンリング２２の外側円筒部２２ｃの凹凸状部位によって連続的に変化し、かかる変化を当該検出素子２４により検出することで、トーンリング２２(すなわち、内輪２)の位置や角度などを検知することができる。

そして、回路基板３０は、検出素子２４が検出した磁束密度の変化を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、単位時間当たりのトーンリング２２の位置や角度などの変動量を演算処理することで、トーンリング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)で接続し、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)される構成とすればよい。

また、本実施形態において、ハウジングカバー２８は、円板部２８ａの内径寸法(内側円筒部２８ｂの径寸法(内径寸法))がトーンリング２２の円板部２２ａの内径寸法(内側円筒部２２ｂの径寸法(外径寸法))よりも僅かに大きな寸法に設定されており、外輪４に固定された状態で内側円筒部２８ｂがトーンリング２２の内側円筒部２２ｂと所定間隔を空けて一部対向して位置付けられた構造(いわゆるラップした構造)を成している。その際、ハウジングカバー２８の内側円筒部２８ｂとトーンリング２２の内側円筒部２２ｂの対向間隔は、当該内側円筒部２８ｂと内側円筒部２２ｂの径差に相当する。

かかる軸受Ａにおいて、トーンリング２２には、その内径側円筒部２２ｂの延出縁に弾性材で成るシール部材(以下、リップ部という)３４が当該延出縁の全周に亘って一体的に設けられており、当該リップ部３４を介してトーンリング２２(内径側円筒部２２ｂ)とハウジングカバー２８(内径側円筒部２８ｂ)が接触(摺接)している。これにより、対向配置されたハウジングカバー２８の内側円筒部２８ｂとトーンリング２２の内側円筒部２２ｂの隙間(以下、円筒部隙間という)がリップ部３４によって閉塞される。この結果、軸受Ａのセンサ配設側がトーンリング２２及びハウジングカバー２８によって密封(シール)され、軸受外部からの異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を防止することができる。

この場合、リップ部３４は、トーンリング２２の内径側円筒部２２ｂの延出縁にその全周に亘って各種の弾性材が連結されることで、当該トーンリング２２(具体的には、内径側円筒部２２ｂ)に一体を成して設けられている。トーンリング２２(内径側円筒部２２ｂ)と弾性材を連結する場合、その連結方法としては、接着、かしめ、コーティング、射出成形及び加硫成形など、各種の方法を任意に選択すればよい。なお、リップ部３４を構成する弾性材は、トーンリング２２(内径側円筒部２２ｂ)の材質などに応じて任意の素材を選択して使用すればよいが、シール部材１０と同様の弾性材(例えば、ニトリルゴムやフッ素ゴムなど)を適用することが好ましい。

図１において、リップ部３４は、内径側円筒部２２ｂの延出縁の内側から外側を被覆し、ハウジングカバー２８の内径側円筒部２８ｂへ向けて延出された２つのシールリップを有した構成となっており、当該２つのシールリップをハウジングカバー２８の内径側円筒部２８ｂに接触(摺接)させることで、円筒部隙間が閉塞されている。なお、リップ部３４の形態(大きさ、形状及び数など)は特に限定されず、任意に設定することができる。例えば、リップ部３４をシールリップを１つだけ有する構成としてもよいし、３つ以上のシールリップを有する構成としてもよい。

円筒部隙間が閉塞されることで、当該円筒部隙間と連通するセンサ部Ｓを軸受外部に対して密封状態(気密状態及び液密状態)に保つことができ、当該センサ部Ｓへの異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を確実に防止することができる。この結果、本実施形態に係る軸受Ａによれば、トーンリング２２、ハウジングカバー２８及びリップ部３４によるシール構造によって軸受内部のシール性(気密性及び液密性)を確保することができるのみならず、センサ部Ｓへの異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入も防止することが可能な非常に優れたシール性と、センサ機能を併せ持ったセンサ付軸受を実現することができる。

これにより、例えば、センサ部Ｓに鉄粉などが侵入し、設計時に意図した本来の磁気回路とは異なる磁気回路が形成されることがなく、軸受Ａ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)の計測精度の悪化、さらには計測不能となる事態を招くことがない。また、例えば、センサ部Ｓに水などの液体が浸入し、回路基板３０のショートや、はんだ付け部分の腐食などが生じることがなく、軸受Ａの回転状態の計測精度の悪化や計測不能となる事態を招くことがない。
したがって、長期に亘って高精度にその回転状態(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)を計測することが可能となり、軸受Ａの信頼性を高めることができる。

また、本実施形態に係るトーンリング２２、ハウジングカバー２８及びリップ部３４によるシール構造は、トーンリング２２の内径側円筒部２２ｂにリップ部３４を一体的に連結させるだけで構成することができ、そのための部品点数が増加することがなく、組付工数も増加しないことから、非常に優れたシール性(気密性及び液密性)とセンサ機能を併せ持つ信頼性の高いセンサ付軸受を低コストに実現することができる。

なお、トーンリング２２、ハウジングカバー２８及びリップ部３４によるシール構造は、上述した本実施形態(図１に示す本発明の第１実施形態)の構造には限定されず、本発明の範囲内において任意に設計変更することができる。これにより、センサ付軸受の使用条件や使用目的などに応じて、各種のシール構造を適宜選択して適用することが可能となり、センサ付軸受の低コスト化を確実に図ることができるとともに、低コスト化が容易となる。
例えば、図２には本実施形態(図１)の変形例が示されており、図３には本発明の第２実施形態が示されている。以下、これらの変形例及び第２実施形態について説明する。その際、軸受Ａの基本的な構成は、上述した本実施形態(図１)と同様の構成となっており、これと同一若しくは類似の部材については図面上で同一の符号を付してその説明を省略し、以下では、変形例及び第２実施形態に特徴的な構成についての説明に止める。

図２に示す変形例では、トーンリング２２に連結されたリップ部３４をハウジングカバー２８ではなく、ハウジング本体２６に接触(摺接)させることでシール構造を構成している。
この場合、ハウジングカバー２８は、円板部２８ａと外側円筒部２８ｃのみで構成されており、内側円筒部２８ｂ(図１参照)を省略した構成となっている。すなわち、円板部２８ａからは外側円筒部２８ｃのみが当該円板部２８ａの外周縁に連続して軸受Ａの内方(図２の左方)へ延出されている。
また、ハウジング本体２６は、軸受Ａのセンサ配設側の周方向領域を全周に亘って覆うことが可能となるように環状形を成し、ハウジングカバー２８を介して外輪４に固定された状態で、内周面２６ｂがトーンリング２２の内側円筒部２２ｂと所定間隔を空けて一部対向して位置付けられた構成となっている。その際、ハウジング本体２６の内周面２６ｂとトーンリング２２の内側円筒部２２ｂの対向間隔は、当該内周面２６ｂと内側円筒部２２ｂの径差に相当する。

そして、リップ部３４をハウジング本体２６の内周面２６ｂへ向けてシールリップが延出され、当該シールリップを内周面２６ｂと接触(摺接)させた構成とすることで、対向配置されたハウジング本体２６の内周面２６ｂとトーンリング２２の内側円筒部２２ｂの隙間をリップ部３４によって閉塞することができる。
かかる隙間が閉塞されることで、当該隙間と連通するセンサ部Ｓを軸受外部に対して密封状態(気密状態及び液密状態)に保つことができ、当該センサ部Ｓへの異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を確実に防止することができる。
なお、本変形例に係るシール構造(リップ部３４をハウジング本体２６に接触(摺接)させた構造)によるその他の作用効果は、上述した第１実施形態(図１)と同様である。

また、図３に示す第２実施形態では、リップ部３４をトーンリング２２ではなく、ハウジングカバー２８に連結させ、当該リップ部３４をトーンリング２２に接触(摺接)させることでシール構造を構成している。
この場合、リップ部３４は、ハウジングカバー２８の内径側円筒部２８ｂの延出縁にその全周に亘って弾性材が連結されることで、当該ハウジングカバー２８(具体的には、内径側円筒部２８ｂ)に一体を成して設けられている。

そして、リップ部３４をトーンリング２２の内径側円筒部２２ｂへ向けてシールリップが延出され、当該シールリップを内径側円筒部２２ｂと接触(摺接)させた構成とすることで、円筒部隙間(対向配置されたハウジングカバー２８の内径側円筒部２８ｂとトーンリング２２の内側円筒部２２ｂの隙間)をリップ部３４によって閉塞することができる。
かかる円筒部隙間が閉塞されることで、当該円筒部隙間と連通するセンサ部Ｓを軸受外部に対して密封状態(気密状態及び液密状態)に保つことができ、当該センサ部Ｓへの異物(例えば、鉄粉や水など)の侵入を確実に防止することができる。
なお、本変形例に係るシール構造(リップ部３４をハウジングカバー２８に連結させた構造)によるその他の作用効果は、上述した第１実施形態(図１)と同様である。

ここで、上述した第１実施形態(図１)及び第２実施形態(図３)においては、リップ部３４は、トーンリング２２(内側円筒部２２ｂ)及びハウジングカバー２８(内側円筒部２８ｂ)のいずれか一方に設けた構成としているが、トーンリング２２及びハウジングカバー２８の双方に設けた構成としてもよい。これにより、センサ部Ｓ並びに軸受内部に対するシール性をさらに高めることができる。

また、上述した第１実施形態(図１)及び第２実施形態(図３)においては、トーンリング２２(内側円筒部２２ｂ)とハウジングカバー２８(内側円筒部２８ｂ)の相対的な位置関係を、内側円筒部２２ｂが内側円筒部２８ｂよりも軸受Ａの回転軸(図示しない)の近傍側(各図の上側)となるように設定している。すなわち、ハウジングカバー２８の円板部２８ａの内径寸法(内側円筒部２８ｂの径寸法)をトーンリング２２の円板部２２ａの内径寸法(内側円筒部２２ｂの径寸法)よりも僅かに大きな寸法に設定し、トーンリング２２が内輪２に固定されるとともに、ハウジングカバー２８が外輪４に固定された状態で、当該トーンリング２２の内側円筒部２２ｂをハウジングカバー２８の内側円筒部２８ｂよりも前記回転軸の近傍側へ位置付けて対向させている。

トーンリング２２(内側円筒部２２ｂ)とハウジングカバー２８(内側円筒部２８ｂ)をこのような位置関係ではなく、内側円筒部２８ｂが内側円筒部２２ｂよりも軸受Ａの回転軸(図示しない)の近傍側となるように設定してもよい。
この場合、トーンリング２２の円板部２２ａの内径寸法(内側円筒部２２ｂの径寸法)をハウジングカバー２８の円板部２８ａの内径寸法(内側円筒部２８ｂの径寸法)よりも僅かに大きな寸法に設定し、トーンリング２２が内輪２に固定されるとともに、ハウジングカバー２８が外輪４に固定された状態で、当該ハウジングカバー２８の内側円筒部２８ｂがトーンリング２２の内側円筒部２２ｂよりも前記回転軸の近傍側へ位置付けられて対向するように構成すればよい。

本発明の第１実施形態に係るセンサ付軸受の構成例を示す縦断面図。第１実施形態の変形例に係るセンサ付軸受の構成例を示す縦断面図。本発明の第２実施形態に係るセンサ付軸受の構成例を示す縦断面図。従来の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(トーンリング)
２４検出体(検出素子)
２５センサハウジング
２６ハウジング本体
２８ハウジングカバー
３０回路基板
３２バイアス磁石
３４リップ部
Ａセンサ付軸受
Ｓセンサ部

Claims

非回転状態に維持される静止輪と、当該静止輪に対向配置されて回転する回転輪と、当該回転輪の回転状態を検出するセンサを備えており、
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と、当該被検出体の回転状態を検出する検出体が備えられ、
当該検出体を収容するハウジング本体、及び当該ハウジング本体を位置決め固定するハウジングカバーでなるセンサハウジングが設けられたセンサ付軸受であって、
被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるように前記ハウジング本体へ収容された状態で前記ハウジングカバーを介して前記静止輪に固定されており、
前記センサの配設側が前記被検出体及び前記センサハウジングによって密封され、軸受外部からの異物の侵入が防止されていることを特徴とするセンサ付軸受。
前記被検出体と前記センサハウジングは、少なくともこれらのいずれか一方に一体的に設けられたシール部材を介して接触し、前記センサの配設側を密封していることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付軸受。
前記シール部材は、前記被検出体に一体的に設けられており、当該シール部材を前記ハウジングカバーと接触させることで、前記センサの配設側が密封されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
前記シール部材は、前記被検出体に一体的に設けられており、当該シール部材を前記ハウジング本体と接触させることで、前記センサの配設側が密封されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。
前記シール部材は、前記ハウジングカバーに一体的に設けられており、当該シール部材を前記被検出体と接触させることで、前記センサの配設側が密封されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付軸受。