JP2009300258A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ強度を向上させた回転センサを提供する。
【解決手段】軸受けに嵌められる環状の金具２にホルダ３を設け、そのホルダ３内に回転体の回転による磁気の変化を検出する磁気センサ部４を収容し、その磁気センサ部４の端子にケーブル５を接続し、前記回転体の回転を検出する回転センサ１において、ホルダ３の端部に設けられるリブ１１と、そのリブ１１に隣接して設けられる切り欠き溝１２とからなる肉盛り部１０を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転による磁気の変化から回転体の回転を検出する回転センサに関する。

回転体の回転を検出する回転センサとして磁気センサを利用したものがある。磁気センサとしては、永久磁石と、ホールＩＣなどの磁気ＩＣとを組み合わせたものがある。磁気ＩＣには、磁気の変化に応じて電圧などの電気量が変化するホール素子をはじめとする磁気感応素子と、その磁気感応素子からの電気量を電気信号として出力する電子回路とが内蔵されている。

このような回転センサでは、Ｆｅなどの磁性体からなる回転体（例えば、磁気エンコーダ）に臨ませて永久磁石と磁気ＩＣが配置され、永久磁石の磁場による磁束密度が回転体の回転による影響を受け、磁気感応素子によって感知される。

この種の回転センサを実際に組み立てる際には、永久磁石、磁気ＩＣ、これらを収容するための樹脂製のホルダ、磁気ＩＣの出力信号を伝送するケーブルなどの種々の部品を、回転軸を支える軸受けの本体などの固定物に固定しなければならない。

例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す従来の回転センサ７１は、軸受けの外筒に嵌められる環状の金具（芯金）７２に樹脂製のホルダ７３を設け、そのホルダ７３にホールＩＣを収容し、そのホールＩＣにケーブル７４を接続した芯金一体型の回転センサである。

金具７２には未硬化の樹脂を流し込んでホルダ７３を成形するための穴が形成されており、その穴に未硬化の樹脂を流して硬化させることで、金具７２にホルダ７３を固定している。回転センサ７１は、軸受けの外筒に金具７２を圧入することで軸受けに取り付けられる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２００８−２６２６２号公報 特開２００１−３１５５０１号公報 特開２００３−２５４９８５号公報 特開２００５−２６５８２６号公報 特開２００２−２１３４７２号公報

例えば、自動車などの車両に回転センサを搭載する場合は、センサ強度を高くすることが求められている。

しかし従来の回転センサ７１は、ホルダ７３の厚さが金具７２側で薄いため、センサ強度が低いという問題がある。また、センサ強度を高くするためには、特に、金具７２とセンサ本体との取り付け強度を上げることが重要であるが、一般に回転センサは、圧入で軸受けに取り付けられるので、軸受けの圧入部には、その構造上、軸受けに回転センサ７１を固定するための樹脂を流し込むような穴が開けられない。つまり、軸受けに金具７２を樹脂で固定して取り付け強度を上げることで、センサ強度を高くすることができない。

そこで、センサ強度を高くするために、金具７２のホルダ７３を成形するための穴に、樹脂を大量に流し込み、金具７２に載せる樹脂量を増やすことを考えた。

しかしながら、単に樹脂量を増やすだけでは、センサ強度は若干向上するものの、ホルダ内部に巣（ボイド）などが発生し、最終的に所望のセンサ強度が得られなかったり、肉厚にした部分の樹脂が硬化時に収縮すること（ひけ）により、ホルダが変形したりする可能性がある。

そこで、本発明の目的は、センサ強度を向上させた回転センサを提供することにある。

前記目的を達成するために創案された本発明は、軸受けに嵌められる環状の金具にホルダを設け、そのホルダ内に回転体の回転による磁気の変化を検出する磁気センサ部を収容し、その磁気センサ部の端子にケーブルを接続し、前記回転体の回転を検出する回転センサにおいて、前記ホルダの端部に設けられるリブと、そのリブに隣接して設けられる切り欠き溝とからなる肉盛り部を備えた回転センサである。

前記肉盛り部は、前記軸受け側とは反対側の前記ホルダの裏面に設けられるとよい。

前記リブと前記切り欠き溝は、前記金具の径方向外側に沿って設けられると共に、前記金具の接線方向に沿って複数個配列されるとよい。

前記ホルダは、ホルダ本体と、そのホルダ本体を覆う保持部品とからなり、その保持部品に前記肉盛り部が設けられるとよい。

本発明によれば、センサ強度を向上できる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は本発明の好適な実施形態である回転センサの平面図（表面図）、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の１Ｃ線矢視図、図２は図１に示した回転センサを裏側から見た図（裏面図）である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）および図２に示すように、本実施形態に係る回転センサ１は、軸受けの外筒に圧入にて嵌められるＦｅなどの磁性体からなる環状の金具（芯金）２と、その金具２の周縁の一部に設けられる樹脂製のホルダ３と、そのホルダ３内に収容され、回転体７の回転速度を検出する磁気センサ部４（後述する図３参照）と、ホルダ３内に端末部が収容され、磁気センサ部４からの出力信号を伝送するためのケーブル５とで主に構成される。

金具２は、大径部２ｂと小径部２ｓを有し、縦断面視で外周部が段差状に形成される。金具２の大径部２ｂには、大径部２ｂを軸方向に貫通し、金具２のほぼ接線方向に沿った貫通穴８が形成される。

ホルダ３は、磁気センサ部４とケーブル５の端末部とを収容するものであり、ホルダ３の一端部が金具２の大径部２ｂと小径部２ｓの外周面に密着し、かつ貫通穴８の周囲で金具２の内側と外側にまたがるように設けられる。

このホルダ３は、ホルダ本体としての下ホルダ３ｄと、その下ホルダ３ｄを覆って磁気センサ部４とケーブル５の端末部を保護・保持する保持部品としてのキャップ３ｕとからなる。下ホルダ３ｄは、平面視でほぼＴ字形に形成され、金具２のほぼ接線方向に沿って広がる幅が広い部分である幅広部３ｗと、その幅広部３ｗと一体形成され、金具２の径方向外側に沿って（ケーブル５の端末部において、ケーブル５の長手方向に沿って）延びる幅が狭い部分である幅狭部３ｎとからなる。この下ホルダ３ｄは、ホルダ形成用の樹脂金型に金具２をセットし、金具２の貫通穴８に樹脂を流し込み、これを硬化させることで金具２に密着して作製される。

キャップ３ｕは、予め成形しておいた樹脂成形品からなるものを下ホルダ３ｄに嵌めてもよいし、下ホルダ３ｄに磁気センサ部４とケーブル５の端末部を搭載し、これらを接続した後、樹脂を流し込んで成形したものでもよい。

さて、ホルダ３のキャップ３ｕの一端部には、金具２の小径部２ｓ側に盛り上がった肉盛り部１０がキャップ３ｕと一体に設けられる。すなわち、肉盛り部１０は、軸受け側とは反対側に位置するホルダ３の裏面の一端部に設けられる。

この肉盛り部１０は、金具２の径方向外側（図１（ａ）および図１（ｂ）では、上方向）に沿って設けられると共に、金具２のほぼ接線方向（ホルダ３の幅方向）に沿って複数個配列されるリブ１１と、これら各リブ１１に隣接してそれぞれ設けられる切り欠き溝１２とで構成される。

本実施形態では、リブ１１を４個、切り欠き溝１２を５個形成した。また、中央部の２個のリブ１１を、ホルダ３の幅広部３ｗの一端から幅狭部３ｎの一端部まで形成し、これら中央部の２個のリブ１１両側に沿って切り欠き溝１２を３個形成した。

ホルダ３には、耐湿性、耐薬品性に優れ、融点が樹脂中では比較的低い樹脂材料からなるものを用いる。本実施形態ではホルダ３として、融雪剤として利用されるＣａＣｌ₂に高い耐性を有し、融点が約２１５〜２３０℃であるナイロン樹脂として、ナイロン６１２からなるものを使用した。

図３および図４に示すように、回転センサ１は、軸受け２０の外筒２１に圧入にて嵌められる。金具２の中心部には、回転軸６が挿通され、その回転軸６の外側で金具２の内側には、回転軸６と一体回転する回転体７が設けられる。本実施形態では、回転体７として歯車状の磁気エンコーダを用いた。

磁気センサ部４は、センシング軸が金具２の径方向に沿うようにホルダ３内に収容される。ケーブル５の一端は、ホルダ３内で磁気センサ部４と接続され、ケーブル５の他端は、機器の各部品を制御するための制御手段や、コンピュータなどの外部装置に接続される。

磁気センサ部４には、少なくとも３本の端子を有する磁気ＩＣを用いる。本実施形態では、磁気ＩＣ（磁気センサ部４）として、４本並列に配置された端子を有するホールＩＣを用いた。ホールＩＣは、磁気感応素子としてのホール素子と、そのホール素子からの電気量を処理して電気信号として出力する電子回路とを内蔵したものである。内蔵される電子回路には、ＯＰアンプ、そのオフセット除去回路、出力バッファ、Ａ／Ｄ変換器などがある。このホールＩＣは、４本並列の端子が金具２の径方向にほぼ沿うようにホルダ３内に収容される。

ケーブル５は、磁気センサ部４に給電する電源線と、磁気センサ部４からの出力信号を伝送する信号線とを有する。電源線と信号線は、ケーブル５に高い屈曲性と機械強度を持たせるため、細径の素線を複数本撚り合わせてなる導体１３を絶縁体（電源線と信号線で色違い）で被覆して構成される。これら電源線と信号線を並べ、シースで被覆するとケーブル５となる。ケーブル５の外径は約３〜６ｍｍである。

ホールＩＣの外側２本の端子のうち一方の端子は、電源線の端末部の導体１３と接続される電源用端子であり、他方の端子は、信号線の端末部の導体１３と接続される信号線用端子（出力用端子）である。ホールＩＣの内側２本の端子は、出力信号の波形をモニタするための端子であるが、回転センサ１には必要ないため、ケーブル５に接続されない余剰端子である。

ケーブル５の端末処理は、電源線と信号線の導体１３、絶縁体をそれぞれ露出させた上で、下ホルダ３ｄ上にケーブル５を載置し、各導体１３をそれぞれ超音波溶着して複数本の素線を一体化して行う。端末処理したケーブル５は、下ホルダ３ｄに固定した磁気センサ部４の端子４２ｐ，４２ｓに各導体１３がそれぞれ溶接あるいは半田接続される。

このように、回転センサ１は、ホルダ３の一端部にリブ１１と切り欠き溝１２からなる肉盛り部１０を設けている。このため、回転センサ１では、図７（ａ）および図７（ｂ）で説明した従来の回転センサ７１に比べると、リブ１１によってホルダ３の一端部の剛性が上がり、ケーブル５の長手方向に沿った引張り強度や、ホルダ３の厚さ方向に加わる外力に対する強度などのセンサ強度（センサ破壊強度）を大幅に向上できる。

回転センサ１では、ホルダ３の肉厚の部分は、肉盛り部１０のリブ１１だけであり、樹脂量を増やしてホルダに肉厚の部分を設ける場合と比べ、ホルダ３に肉厚の部分を極力作らない構造なので、ホルダ３内部に巣が発生することを防止でき、センサ強度を向上させたい分だけ確実に向上できる。

しかも回転センサ１では、肉盛り部１０が硬化時に収縮すること（ひけ）がほとんどないため、ホルダ３が反りなどにより変形することを防止できる。

また、回転センサ１は、固定物である軸受け２０側とは反対側の前記ホルダ３の裏面に肉盛り部１０を設けている。これにより回転センサ１では、軸受け２０側に比べてフリーであるホルダ３の裏面側に、ケーブル５の屈曲や引張りなどによる外力が加わっても、特に厚さ方向に加わる外力に対してホルダ３の強度が高いので、センサ強度が高い。

さらに、回転センサ１では、リブ１１と切り欠き溝１２が、金具２の径方向外側に沿って設けられると共に、金具２のほぼ接線方向に沿って複数個配列されるため、センサ強度をより向上でき、ホルダ３が肉厚の部分を有しながら、センサも軽量化できる。

ここで、試作した回転センサ１のホルダ３に荷重を印加し、その際にホルダ３に加わる応力を解析した。

回転センサ１の寸法は、金具２の小径部２ｂの内径φｓ１が５４ｍｍ、外径φｓ２が６８ｍｍ、大径部２ｓの外径φｂが７４．４ｍｍ、ホルダ３の幅広部３ｗの幅ｗ１が２４ｍｍ、幅狭部３ｎの幅ｗ２が９ｍｍ、リブ１１の幅ｗｒが２ｍｍ、切り欠き溝１２の幅ｗｃが４ｍｍ、リブ１１が４個、切り欠き溝１２が５個、ケーブル５の外径φを４ｍｍとした。

さらに、荷重を加える原点Ｏを中央の切り欠き溝１２の一端とし、ホルダ３の長手方向のLine Ｐに沿って、ホルダ３に１６２Ｎの荷重を加え、ホルダ３の長手方向をｘ方向、ホルダ３の表面から裏面に向かう厚さ方向をｙ方向、ホルダ３の幅方向をｚ方向とし、そのときのｘ方向成分の応力を測定した。その結果を図５に示す。

また、比較のため、同様の条件により、図７（ａ）および図７（ｂ）で説明した従来の回転センサ７１のホルダ７３に加わる応力も解析した。その結果を図６に示す。

回転センサ１では、図５に示すように、Line Ｐ上の点Ａの位置（ホルダ３の幅広部３ｗのほぼ中心）で応力のグラフが最大の約２１ＭＰａとなっている。つまり、この点Ａの位置でホルダ３が破壊する可能性がもっとも高いと考えられる。これに対し従来の回転センサ７１では、図６に示すように、Line Ｐ上の点Ａの位置で応力が約２７ＭＰａと非常に高い。

したがって、回転センサ１によれば、ホルダ３に肉盛り部１０を設けることで、ホルダ３に応力が加わりにくく、センサ破壊強度が大幅に向上したことがわかる。

本実施形態に係る回転センサは、自動車などの車両に設けられるＡＢＳ（Anti-lock Brake System）センサや、車速センサなどに用いると有用である。例えばＡＢＳセンサでは、ケーブル５が外気にさらされるため、ケーブル５に泥や雪、あるいは融雪剤が付着したり、周囲に温度差が生じたりしてケーブル５が引っ張られることがある。このような場合でも、本実施形態に係る回転センサでは、磁気センサ部４の位置ずれを防止でき、ＡＢＳの確実な動作を保証できる。

本実施形態に係る回転センサをＡＢＳセンサに用いる場合には、ホルダ３内に磁気センサ部４と永久磁石を収容して動作するアクティブ方式でも、ホルダ３内に磁気センサ部４と永久磁石とコイルとを収容して動作するパッシブ方式でもよい。また、回転体７としてその周面にＮ極とＳ極を交互に露出させて永久磁石を複数個配列してなる多極磁石リングを用いるタイプでもよい。

また、磁気センサ部４としては、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲＩＣを使用してもよい。

図１（ａ）は本発明の好適な実施形態である回転センサの平面図（表面図）、図１（ｂ）はその側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の１Ｃ線矢視図である。 図１に示した回転センサを裏側から見た図（裏面図）である。 図１に示した回転センサの使用状態の一例を示す縦断面図（図４の３Ａ−３Ａ線断面図）である。 図３の４Ａ線矢視図である。 図１に示した回転センサのホルダに荷重を印加した場合の応力解析結果の一例を示す図である。 図５と同様にして従来の回転センサのホルダに荷重を印加した場合の応力解析結果の一例を示す図である。 図７（ａ）は従来の回転センサの平面図、図７（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１ 回転センサ
２ 金具
３ ホルダ
５ ケーブル
１０ 肉盛り部
１１ リブ
１２ 切り欠き溝

Claims (4)

1. 軸受けに嵌められる環状の金具にホルダを設け、そのホルダ内に回転体の回転による磁気の変化を検出する磁気センサ部を収容し、その磁気センサ部の端子にケーブルを接続し、前記回転体の回転を検出する回転センサにおいて、前記ホルダの端部に設けられるリブと、そのリブに隣接して設けられる切り欠き溝とからなる肉盛り部を備えたことを特徴とする回転センサ。
2. 前記肉盛り部は、前記軸受け側とは反対側の前記ホルダの裏面に設けられる請求項１記載の回転センサ。
3. 前記リブと前記切り欠き溝は、前記金具の径方向外側に沿って設けられると共に、前記金具の接線方向に沿って複数個配列される請求項１または２記載の回転センサ。
4. 前記ホルダは、ホルダ本体と、そのホルダ本体を覆う保持部品とからなり、その保持部品に前記肉盛り部が設けられる請求項１〜３いずれかに記載の回転センサ。

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