JP2010085172A - 回転検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサユニットを被覆するモールディング部と、センサユニットが固定されるセンサ固定部材との接着性が良く、外部からの水の浸入を防ぐシール性に優れた回転検出センサを提供する。
【解決手段】回転検出センサＡは、回転部材に設けられた被検出体４５を検出する磁気式のセンサ素子１と、このセンサ素子１に電気的または機械的に接続される周辺部品１０，１１とでなるセンサユニットを備え、回転部材の回転を検出する。センサユニットは、熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるモールド材を成型してなるモールディング部８で、センサ固定部材７の一部と共に覆う。センサ固定部材７の表面の少なくともモールディング部８で覆われる部分の表面粗さを、表面処理により他の部分よりも粗くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車用ＡＢＳセンサとして使用される回転検出センサに関する。

自動車のハブベアリングに取付けて使用するＡＢＳセンサ（車軸回転センサ）は、磁石または金属体をハブベアリングの回転輪に設け、それに対向して磁気ピックアップ、ホールセンサ、ＭＲセンサ等の磁気式センサを配置した構成とされている。ＡＢＳセンサは、機械的強度、防水性、耐候性、耐薬品性等が求められる。そのため、センサ部品を樹脂等でオーバーモールドすることで、センサユニット構造体として使用される。

センサ部品をオーバーモールドする方法として、例えば特許文献１に、予めセンサ固定用ホルダにセンサ部品を固定しておき、これを樹脂でオーバーモールドする方法が提案されている。
特開２０００−８８９８４号公報

上記従来のオーバーモールド方法によるＡＢＳセンサ用のセンサユニット構造体には、以下に示す問題があった。
・ モールド材が樹脂であるため、センサ部品やセンサ固定用ホルダ等の内蔵品とモールド材との接着性が期待できない。
・ 電子部品であるセンサ部品の自己発熱や環境温度の変化によって、内蔵品とモールド材間の熱膨張差から両者間に隙間が生じる恐れがあり、防水性に問題がある。
・ センサユニット構造体に外力が加わりモールド材に塑性変形が生じた場合にも、内蔵品とモールド材間に隙間が生じるため、防水性に問題がある。
・ 樹脂からなるモールド材は変形能力が低いため、センサユニット構造体に外力が加わった場合、内蔵品に外力が直接作用して内蔵品が破損または変形する可能性がある。
・ 樹脂からなるモールド材は振動吸収性が乏しいため、外部の振動に対する耐久性に問題がある。
・ センサユニット構造体から外部への信号伝達経路となる信号ケーブル部が湾曲するような外力が加わった場合、センサユニット構造体内部のセンサデバイスにその外力が伝わり、故障する可能性がある。
・ 従来の射出成型によるモールドでは、溶融した樹脂を流入させるノズル、その溶融樹脂を成型品となる空洞部分へ導くランナー、および前記空洞部分への流入口（ゲート）を必要とする。これらを通る溶融樹脂の流れをスムーズにして歩留まりを挙げるには、１回の製作個数は数個から１０数個程度が適当で、１回の成型個数に制限がある。

このような課題を解決する対策として、センサ素子と、その出力信号を外部に取り出すケーブルと、センサ素子の電極部と前記ケーブルの芯線とを電気的に接続する導電部を有する基板とでセンサユニットを構成し、このセンサユニットを前記基板でセンサ固定部材に固定し、さらに熱可塑性エラストマまたはゴム材を成型してなるモールディング部でセンサユニットを被覆することで、防水性や耐震性を保った回転検出センサを安価に製造することが考えられる。

しかし、熱可塑性エラストマまたはゴム材を成型してなるモールディング部でセンサユニットを被覆する上記構成の場合ても、基板やセンサ固定部材の表面状態によっては、これら材料の表面とモールディング部との接着性が悪く、水が浸入する可能性がある。

この発明の目的は、センサユニットを被覆するモールディング部と、センサユニットが固定されるセンサ固定部材との接着性が良く、外部からの水の浸入を防ぐシール性に優れた回転検出センサを提供することである。

この発明の回転検出センサは、回転部材の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転部材に設けられた被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子に電気的または機械的に接続される周辺部品とでなるセンサユニットをセンサ固定部材に固定し、熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるモールド材を成型してなり前記センサユニットを前記センサ固定部材の一部と共に覆うモールディング部を設け、前記センサ固定部材の表面の少なくとも前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さを、表面処理により他の部分よりも粗くしたことを特徴とする。

この発明の構成によれば以下の作用効果が得られる。
・ センサ素子、ケーブル、基板等のセンサ部品からなるセンサユニットをモールド材でモールドしたため、回転検出センサに振動や外力が作用した場合に、その振動や外力をモールド材が吸収することで、センサ部品に及ぶ影響を少なくして、センサ部品を保護することができる。
・ モールド材が弾性を有する熱可塑性エラストマまたはゴム材であると、環境温度の変化や電子部品であるセンサ部品の自己発熱によってセンサ部品とモールド材とで程度の異なる熱膨張・熱収縮が発生しても、その差をモールド材の弾性によって吸収することができ、センサ部品とモールド材間に隙間が生じることが防げ、防水性を保てる。
特に、前記センサ固定部材の表面の少なくとも前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さを、表面処理により他の部分よりも粗くしているので、モールディング部とセンサ固定部材との接着性が良く、外部からの水の浸入を防ぐシール性に優れた回転検出センサとすることができる。

前記モールド材がゴム材である場合、前記センサ固定部材を鋼板のプレス加工品とし、その表面の前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さをＲａ０．４μｍ以上とするのが良い。

前記モールド材がゴム材である場合、前記センサ固定部材に前記モールディング部を加硫接着するのが良い。

前記モールディング部の成型は、上型および下型からなる金型を用いた圧縮成型とするのが良い。
モールディング部の成型を圧縮成型とすると、１回の成型で大量の回転検出センサを製造することができ、コスト低下が図れる。また、金型が上型および下型からなるので、センサユニットの位置決めが容易で、モールド材に適正な圧力をかけることができる。なお、射出成型によるモールドでは、溶融した樹脂を流入させるノズル、その溶融樹脂を成型品となる空洞部分へ導くランナー、および前記空洞部分への流入口（ゲート）を必要とする。これらを通る溶融樹脂の流れをスムーズにして歩留まりを上げるには、１回の製作個数は数個から１０数個程度が適当で、１回の成型個数に制限がある。これに対し、圧縮成型による成型は、１回の成型で大量の回転検出センサを製造することができる。

前記センサ素子としては、ホール素子、または磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、または巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、またはトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）、またはコイルを用いることができる。いずれを用いても、良好な回転検出センサとなる。

前記センサ固定部材は、車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けると良い。
センサ固定部材を車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けると、回転検出センサ取付用に別部材を設ける必要がなく、構成が簡略になる。

前記センサ固定部材は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねても良い。
この場合も、回転検出センサ取付用に別部材を設ける必要がなく、構成が簡略になる。

この発明の回転検出センサは、回転部材の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転部材に設けられた被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子に電気的または機械的に接続される周辺部品とでなるセンサユニットをセンサ固定部材に固定し、熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるモールド材を成型してなり前記センサユニットを前記センサ固定部材の一部と共に覆うモールディング部を設け、前記センサ固定部材の表面の少なくとも前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さを、表面処理により他の部分よりも粗くしたため、センサユニットを被覆するモールディング部と、センサユニットが固定されるセンサ固定部材との接着性が良く、外部からの水の浸入を防ぐシール性に優れた回転検出センサとすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この回転検出センサＡは、複数のセンサ部品からなるセンサユニットＢをセンサ固定部材７に固定し、センサユニットＢを覆ってモールディング部８を設けたものである。この回転検出センサＡは、磁気エンコーダ４５等の被検出体と組み合わせて使用される。

センサユニットＢは、磁気式のセンサ素子１と、その周辺部品とでなる。この場合、周辺部品とは、センサ素子１の出力信号を外部に取り出すケーブル１０と、これらセンサ素子１およびケーブル１０の一端部が取付けられる基板１１である。基板１１は、樹脂製等の絶縁基板の表面に導電部３（図２）を印刷配線等によって形成したものである。センサ素子１は、例えばホール素子、または磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、または巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、またはトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）、またはコイル、またはその他の磁気式センサ素子からなる。この実施形態の場合、ケーブル１０は、２本のケーブル芯線４を有し、各ケーブル芯線４をそれぞれ絶縁被覆５で電気的絶縁状態に被覆し、さらに各絶縁被覆５をケーブルカバー６でカバーしたものとされている。

センサ素子１は１対の電極部２，２を有し、その各電極部２は基板１１の１対の導電部３，３に電気的に接続され、かつケーブル１０の各ケーブル芯線４も前記１対の導電部３，３に電気的に接続されている。導電部３は銅箔等の電気伝導性の良好な金属からなる。つまり、センサ素子１の電極部２とケーブル１０の芯線４とが、基板１１の導電部３を介して電気的に接続されている。導電部３は基板１１の表面側（図２）に貼着され、かつセンサ素子１は基板１１の裏面側（図３）に取付けられていて、センサ素子１の電極部２は、基板１１の裏面側から表面側へ基板１１の外側を通って延びている。基板１１の表裏両面は、モールディング部８となるモールド材との接着性を高めるために粗面に加工するのが望ましい。電極部２と導電部３とは、圧着、または半田付け、または熱圧着、またはその他の接合方法により電気的に接続される。また、ケーブル芯線４と導電部３とは、圧着、または半田付け、またはその他の接合方法により電気的に接続される。

前記センサ固定部材７は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねるものであり（図６，図７参照）、車輪用軸受の中心軸を中心とする円環状の金属製品とされる。センサ固定部材７は、大径部分７ａａおよび小径部分７ａｂを有する段付きの円筒部７ａと、この円筒部７ａの小径部７ａｂの端縁から内径側に延びた鍔部７ｂとからなる。図２に示すように、このセンサ固定部材７の鍔部７ｂに、固定具１２によって基板１１を固定することで、センサユニットＢがセンサ固定部材７に固定される。鍔部７ｂには開口部７ｃが形成されており、センサ素子１はこの開口部７ｃを突き抜けて基板１１の固定面と反対側に突出している。固定具１２としては、ピン、ねじ、リベット等の種々のものを用いることができる。

前記モールディング部８から引き出されるケーブル１０は、センサ固定部材７の鍔部７ｂの上をその周方向に向けて配線される。図１に示すように、センサ固定部材７の鍔部７ｂにおける前記モールディング部８から周方向に離れた位置には、２つのケーブル支持部１４，１５の組み合わせからなるケーブル支持部組１３が設けられている。２つのケーブル支持部１４，１５は、図１のように、センサ固定部材７の鍔部７ｂの一部を、センサ固定部材７の円筒部７ａが張り出す方向とは反対側に切り起こし、前記円筒部７ａに向けて開口する断面円弧状に形成した支持面を有するものとし、ケーブル１０の周面半部を支持する。ここでは、前記各ケーブル支持部１４，１５が、板材であるセンサ固定部材７の鍔部７ｂをプレス成型加工することにより、センサ固定部材７に一体形成されている。なお、他の例として、図４のように、１つのケーブル支持部１４だけで、ケーブル１０を支持するようにしても良い。

センサ固定部材７と前記モールディング部８との接着性を向上させるために、センサ固定部材７の表面の少なくともモールディング部８で覆われる部分（図１（Ａ），（Ｂ）、図２，図３にダブルハッチングして示す）の表面粗さは、ショット等の表面処理により他の部分よりも粗くされている。この表面処理は、センサ固定部材７の全表面に施しても良い。以下の表１〜表３は、前記表面処理による密着性効果について行なった試験の各データを示す。

表１は、この場合のモールド材、センサ固定部材７、接着剤および接着条件の各仕様を示す。モールディング部８のモールド材はゴム材であるニトリルゴム（ＮＢＲ）、センサ固定部材７は鋼板（ＳＵＳ４３０）のプレス加工品、モールディング部８をセンサ固定部材７に接着する接着剤はフェノール系樹脂であり、接着条件は１７０℃×５min である。 表２は、各項目についての試験条件を示す。ここでは、水温２５℃で１０％１Ｌの塩水にこの実施形態の回転検出センサＡを浸し、陽極を白金板、陰極を回転検出センサＡとして電圧１２Ｖを印加して７００min 放置した試験を、３つの回転検出センサＡについて行なった。

表３は、その試験結果を示す。センサ固定部材７に施した前記表面処理の表面粗さがＲａ０．０３μｍである回転検出センサＡの場合、それらの３つのうち２つのものにおいて、モールディング部８とセンサ固定部材７との間で全周剥離が見られ、残る１つには剥離が無かった。表面処理による表面粗さがＲａ０．１５μｍである回転検出センサＡの場合、それらの３つのうち１つのものにおいて全周剥離が見られ、他の１つに１／４周剥離が見られ、残る１つには剥離が無かった。表面処理による表面粗さがＲａ０．４１μｍである回転検出センサＡの場合、それらの３つのすべてに剥離が無かった。また、表面処理による表面粗さがＲａ０．８１μｍである回転検出センサＡの場合にも、それらの３つのすべてに剥離が無かった。

この試験結果から、この実施形態では、センサ固定部材７と前記モールディング部８との接着性を向上させるために、センサ固定部材７の表面の少なくともモールディング部８で覆われる部分の表面粗さを、Ｒａ０．４μｍ以上としている。これにより、センサ固定部材７と前記モールディング部８との接着性を向上させることができる。さらに好ましくは、モールディング部８となるモールド材がゴム材である場合、モーディング部８はセンサ固定部材７に加硫接着するのが望ましい。

前記モールディング部８は、図５のように、上型２０および下型２１からなる金型によりモールド材を成型してなる。センサユニットＢのモールドに用いるモールド材は、弾性を有するゴム材または熱可塑性エラストマが適している。ゴム材としては、ニトリルゴム、フッ素ゴムが望ましい。これらは、耐熱性、低温特性、および耐油性に優れる。上記以外のゴム材であっても良い。熱可塑性エラストマとしては、塩化ビニル系、エステル系、アミド系が望ましい。これらは耐熱性、耐油性に優れる。

モールド材がゴム材である場合、モールド材の成型を、金型を用いた圧縮成型とすることができる。金型を用いた圧縮成型は、例えば図５（Ａ）のように、金型である上型２０と下型２１間にセンサユニットＢ、センサ固定部材７（図示せず）、およびモールド材２２を入れ、同図（Ｂ）のように、上型２０と下型２１とを加熱しながら両型間に圧力をかけることによって成型する。基板１１がセンサ固定部材７に固定されているため、圧縮成型時に、金型２０，２１内の内圧によりセンサユニットＢの位置が動くことがなく、センサユニットＢを容易に位置決めすることができる。また、金型を上型２０および下型２１からなるものとすると、センサユニットＢの位置決めが容易で、モールド材に適正な圧力をかけることができる。さらに、モールディング部８の成型を金型を用いた圧縮成型とすると、１回の成型で大量の回転検出センサＡを製造することができ、コストダウンが図れる。

上記構成の回転検出センサＡは、センサユニットＢを弾性を有するゴム材または熱可塑性エラストマからなるモールド材２２でモールドしたため、回転検出センサＡに振動や外力が作用した場合に、その振動や外力をモールディング部８が吸収することで、センサユニットＢの各センサ部品に及ぶ影響を少なくして、センサ部品を保護することができる。また、モールディング部８が弾性を有するゴム材または熱可塑性エラストマからなるため、環境温度の変化や電子部品であるセンサ部品の自己発熱によってセンサ部品とモールディング部８とで程度の異なる熱膨張・熱収縮が発生した場合でも、その差をモールディング部８の弾性によって吸収することがき、センサ部品とモールディング部８間に隙間が生じることが防げ、防水性を保てる。

特に、センサ固定部材７の表面の少なくともモールディング部８で覆われる部分の表面粗さを、ショット等の表面処理により他の部分よりも粗くしているので、モールディング部８とセンサ固定部材７との接着性が良く、外部からの水の浸入を防ぐシール性に優れた回転検出センサＡとすることができる。

図６および図７は、この発明の回転検出センサを設けた車輪用軸受装置を示す。この車輪用軸受装置は、図６に断面図で示すように、軸受部３０に、センサ固定部材７に回転検出センサＡを固定した回転検出センサ・固定部材取付体Ｃを取付けたものである。なお、以下の説明では、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

軸受部３０は、内周に複列の転走面３３を形成した外方部材３１と、これら各転走面３３に対向する転走面３４を形成した内方部材３２と、これら外方部材３１および内方部材３２の転走面３３，３４間に介在した複列の転動体３５とで構成される。各列の転動体３５は保持器３６で保持されている。外方部材３１と内方部材３２との間の軸受空間の両端は、密封装置３７，３８によりそれぞれ密封されている。

外方部材３１は、固定輪となるものであって、一体の部品からなり、車体の懸架装置から延びるナックル（図示せず）に取付けるためのフランジ３１ａが外周に設けられている。内方部材３２は、回転輪となるものであって、アウトボード側に車輪取付用フランジ３９ａを有するハブ輪３９と、このハブ輪３９のインボード側端の外周に嵌合した内輪４０とでなる。これらハブ輪３９および内輪４０に、前記各列の転走面３４が形成されている。内方部材３２は中心部に軸方向の貫通孔４１を有し、この貫通孔４１に等速ジョイントの片方の継手部材のステム部（図示せず）が挿通される。

前記密封装置３７，３８におけるインボード側の密封装置３８には、被検出体としての磁気エンコーダ４５が組み込まれている。磁気エンコーダ４５は、断面Ｌ字状のリング部材４５ａの側板部に多極磁石４５ｂを設けたものとされている。リング部材４５ａは、内方部材３２２の外周に圧入より取付けられる円筒部と、この円筒部のインボード側端から外径側に拡がる前記側板部とを含む。多極磁石４５ｂは、円周方向に交互の磁極Ｎ，Ｓを形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石等からなる。この実施形態では、磁気エンコーダ４５が、インボード側密封装置３８の構成部品を兼ねており、スリンガとして機能する。

前記センサ固定部材７は、円筒部大径部分７ａａを外方部材３１の外周面インボード側に嵌合させ、かつ円筒部大径部分７ａａと小径部分７ａｂとの段面を外方部材３１のインボード側端面に当接させて、外方部材３１に取付けられる。センサ固定部材７は、車輪用軸受のインボード側端面のカバーを兼ねている。センサ固定部材７を取付けた状態では、磁気エンコーダ４５に対向して回転検出センサＡが位置する。ショット等による表面処理により、センサ固定部材７の全表面にわたって表面粗さを粗くする場合には、その表面粗さによって、センサ固定部材７の円筒部大径部分７ａａと、外方部材３１の外周面との嵌合部の気密性を十分に保つことができる。
回転輪である内方部材３２が回転すると、この内方部材３２と共に回転する磁気エンコーダ４５の磁極Ｎ，Ｓをセンサ素子１が検出する。その検出信号がケーブル１０を介して自動車の電気制御ユニット（図示せず）に送信され、この電気制御ユニットにより、センサ素子１の検出信号から回転数が算出される。

この実施形態の回転検出センサＡは、磁気エンコーダ４５に対してアキシアル方向に対向させるタイプのものであるが、この発明は、磁気エンコーダ４５に対してラジアル方向に対向させるタイプのものにも適用できる。被検出体としては、磁気エンコーダ４５の代わりにパルスコーダを用いても良い。
また、被検出体としての磁気エンコーダ４５またはパルスコーダを自動車用のホイールに取付けても良い。
さらに、この実施形態は、センサ固定部材７を固定輪に直接取付けているが、別部材を介して固定輪に取付けても良い。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる回転検出センサの正面図、（Ｂ）はＩＢ−ＩＢ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）の矢印Ｃの方向から見た側面図である。 図１（Ａ）のII部拡大図である。 図１（Ａ）のII部の裏面拡大図である。 ケーブル支持構造の他の例を示す正面図である。 モールド材の成型に用いる金型の一例の説明図である。 この発明の回転検出センサを設けた車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置をインボード側から見た正面図である。

符号の説明

１…センサ素子
７…センサ固定部材
８…モールディング部
１０…ケーブル（周辺部品）
１１…基板（周辺部品）
２０…上型（金型）
２１…下型（金型）
２２…モールド材
３１…外方部材（固定輪）
４５…磁気エンコーダ（被検出体）
Ａ…回転検出センサ
Ｂ…センサユニット

Claims (7)

1. 回転部材の回転を検出する回転検出センサであって、前記回転部材に設けられた被検出体を検出する磁気式のセンサ素子と、このセンサ素子に電気的または機械的に接続される周辺部品とでなるセンサユニットをセンサ固定部材に固定し、熱可塑性エラストマまたはゴム材からなるモールド材を成型してなり前記センサユニットを前記センサ固定部材の一部と共に覆うモールディング部を設け、前記センサ固定部材の表面の少なくとも前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さを、表面処理により他の部分よりも粗くしたことを特徴とする回転検出センサ。
2. 請求項１において、前記モールド材がゴム材からなり、前記センサ固定部材が鋼板のプレス加工品であり、その表面の前記モールディング部で覆われる部分の表面粗さをＲａ０．４μｍ以上とした回転検出センサ。
3. 請求項１または請求項２において、前記モールド材がゴム材からなり、前記センサ固定部材に前記モールディング部が加硫接着されている回転検出センサ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モールディング部の成型は、上型および下型からなる金型を用いた圧縮成型である回転検出センサ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記センサ素子はホール素子または磁気抵抗効果素子または巨大磁気抵抗効果素子またはトンネル磁気抵抗素子またはコイルからなる回転検出センサ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサ固定部材は、車輪用軸受の固定輪またはその周辺部材に取付けられる回転検出センサ。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサ固定部材は、車輪用軸受の端面を覆うカバーを兼ねる回転検出センサ。

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