JP2011149532A - 回転センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪と外輪と回転センサを備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しを無くし、より小型化が可能な回転センサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】転動体を挟むように外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間の空間を密封する一対の環状密封部材２１、３１と、中央部が開口した円板状の形状を有して外輪と内輪との間の空間において全周に亘って一方の環状密封部材に取付けられて全周に亘って誘導電極及び電位検出電極が形成された環状固定子２０と、環状固定子の一部と対向するように、環状固定子が固定されていない側となる外輪または内輪に、誘電体で形成された保持部材１２を介して固定されて櫛歯状電極が形成された移動子１０と、を備え、環状固定子が取付けられている環状密封部材、及び当該環状密封部材を外輪または内輪のいずれか一方に固定している第１の環状保持部材２２は、誘電体で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転センサ付き転がり軸受装置に関する。

近年では、内輪と外輪とが互いに回転自在に構成された転がり軸受装置が種々の機器に利用されている。また、内輪あるいは外輪の回転を検出するための光式や磁気式の回転センサが組み付けられた回転センサ付き転がり軸受装置も多数存在する。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、図４に示すように、内輪ＲＮと外輪ＲＧとが転動体ＢＴを介して互いに相対的に回転可能に構成された軸受部１１０と、内輪ＲＮと外輪ＲＧとの相対的な回転を検出する磁気式の回転センサ部１２０と、を備えた回転センサ付き転がり軸受装置１００が開示されている。内輪ＲＮには芯金１０５を介してパルサリング１０４が固定され、外輪ＲＧにはセンサケース１０７及びセンサケース固定リング１０６を介して磁気センサ１０８が固定され、磁気センサ１０８とパルサリング１０４にて外輪に対する内輪の回転（または内輪に対する外輪の回転）を検出している。

また、薄型・小型化が可能な変位測定用センサとして、例えば特許文献２に記載された従来技術には、誘導電極及び電位検出電極が長手方向に形成された平板状の固定子と、電極が形成された平板状の移動子とで静電エンコーダを構成し、移動子を長手方向に移動させた際に発生する固定子の電位検出電極の電位の変化を検出して移動子の変位量を測定可能な静電型エンコーダが開示されている。

特開２００２−４００３７号公報 特開２００５−２２１４７２号公報

特許文献１に記載された従来の（磁気式）回転センサ付き転がり軸受装置は、図４に示すように軸受部１１０に対して回転センサ部１２０が回転軸ＣＺ方向に大きく張り出し、回転センサ付き転がり軸受装置１００を収容するための多大なスペースが必要となるので好ましくない。例えば既存の軸受装置（回転センサ無し）から回転センサ付き転がり軸受装置１００に交換しようとした場合、用意されたスペースに収まらない場合もある。
なお、磁気式の回転センサの代わりに光式の回転センサを用いたとしても、特許文献１に記載されている磁気センサと同様、検知部（光式の場合、発光部と受光部）の小型化に限界があるので、特許文献１と同様に、回転センサ部１２０が軸受装置外部に張り出してしまう。
また特許文献２に開示されている従来技術には、実際の転がり軸受装置の回転センサとして静電エンコーダを適用した回転センサ付き転がり軸受装置が開示されていない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、内輪と外輪と回転センサを備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しを無くし、より小型化が可能な回転センサ付き転がり軸受装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの回転センサ付き転がり軸受装置である。
請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受装置は、外輪及び内輪と、前記外輪と前記内輪との間に収容される複数の転動体と、前記内輪に対する前記外輪の相対的な回転、または前記外輪に対する前記内輪の相対的な回転、を検出する回転センサと、を備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、前記外輪または前記内輪のいずれか一方に第１の環状保持部材を介して固定されて前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って前記転動体を挟むように密封する、一対の環状密封部材と、中央部が開口した円板状の形状を有し、一方の前記環状密封部材に、前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って取り付けられ、全周に亘って誘導電極及び電位検出電極が形成されている環状固定子と、前記環状固定子の一部と対向するように前記環状固定子が固定されていない側となる外輪または内輪に、誘電体で形成された保持部材を介して固定されるとともに櫛歯状電極が形成されている移動子と、を備え、前記環状固定子が取り付けられている前記環状密封部材、及び当該環状密封部材を前記外輪または前記内輪のいずれか一方に固定している第１の環状保持部材は、誘電体で形成されている回転センサ付き転がり軸受装置である。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの回転センサ付き転がり軸受装置である。
請求項２に記載の回転センサ付き転がり軸受装置は、外輪及び内輪と、前記外輪と前記内輪との間に収容される複数の転動体と、前記内輪に対する前記外輪の相対的な回転、または前記外輪に対する前記内輪の相対的な回転、を検出する回転センサと、を備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、前記外輪または前記内輪のいずれか一方に第１の環状保持部材を介して固定されて前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って前記転動体を挟むように密封する、一対の環状密封部材と、円筒状の形状を有し、第２の環状保持部材を介して前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って取り付けられ、全周に亘って誘導電極及び電位検出電極が形成されている環状固定子と、前記環状固定子の一部と対向するように前記環状固定子が固定されていない側となる外輪または内輪に、誘電体で形成された保持部材を介して固定されるとともに櫛歯状電極が形成されている移動子と、を備え、前記環状固定子が取り付けられている第２の環状保持部材は、誘電体で形成されている回転センサ付き転がり軸受装置である。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの回転センサ付き転がり軸受装置である。
請求項３に記載の回転センサ付き転がり軸受装置は、請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、前記環状固定子が取り付けられている一方の前記環状密封部材に、全周に亘って前記誘導電極及び前記電位検出電極がパターン印刷にて形成されていることで、一方の前記環状密封部材と前記環状固定子とが兼用されている回転センサ付き転がり軸受装置である。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの回転センサ付き転がり軸受装置である。
請求項４に記載の回転センサ付き転がり軸受装置は、請求項２に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、前記環状固定子が取り付けられている第２の環状保持部材に、全周に亘って前記誘導電極及び前記電位検出電極がパターン印刷にて形成されていることで、第２の環状保持部材と前記環状固定子とが兼用されている回転センサ付き転がり軸受装置である。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの回転センサ付き転がり軸受装置である。
請求項５に記載の回転センサ付き転がり軸受装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、前記移動子と前記環状固定子、または前記移動子は、薄いシート状であり、前記外輪と前記内輪との間の空間内に、前記環状固定子と前記移動子とが収容されている回転センサ付き転がり軸受装置である。

請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受装置を用いれば、中央部が開口した円板状の環状固定子と、移動子とで構成した静電エンコーダにて、回転センサ部を大幅に薄くすることが可能であり、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しをほとんど無くすことができ、回転センサ付き転がり軸受装置をより小型化することができる。
また、環状密封部材に環状固定子を取り付けることで、環状固定子を保持する部品を増やすことなく、環状固定子をより適切な位置に安定的に保持することができる。
また、一般的な転がり軸受装置では第１の環状保持部材が金属（導体）であるが、誘電体で第１の環状保持部材を形成することで、回転検出精度への影響を、より小さくすることができる。

また、請求項２に記載の回転センサ付き転がり軸受装置を用いれば、円筒状の環状固定子と、移動子とで構成した静電エンコーダにて、回転センサ部を非常にコンパクトにすることが可能であり、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しをほとんど無くすことができ、回転センサ付き転がり軸受装置をより小型化することができる。
また、誘電体で第２の環状保持部材を形成することで、回転検出精度への影響を、より小さくすることができる。

また、請求項３に記載の回転センサ付き転がり軸受装置によれば、一方の環状密封部材と環状固定子とを兼用するので、回転センサ付き転がり軸受装置を更に小型化することが可能となる。

また、請求項４に記載の回転センサ付き転がり軸受装置によれば、第２の環状保持部材と環状固定子とを兼用するので、回転センサ付き転がり軸受装置を更に小型化することが可能となる。

また、請求項５に記載の回転センサ付き転がり軸受装置によれば、円板状または円筒状の固定子と移動子（または移動子）をシート状として外輪と内輪の間の空間に移動子と固定子を収容することで、従来の回転センサ無し転がり軸受装置に対してほぼ同じサイズの回転センサ付き転がり軸受装置を実現することができるので非常に便利である。

本発明の回転センサ付き転がり軸受装置１の正面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、正面図から環状固定子２０と移動子１０を抜き出した図（Ｃ）の例である。 環状固定子２０と移動子１０の例を説明する図である。 回転センサ付き転がり軸受装置の他の例を説明する図である。 従来の（磁気式）回転センサ付き転がり軸受装置１００の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の回転センサ付き転がり軸受装置１の一実施の形態を説明する正面図である。また図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡＡ断面図を示しており、図１（Ｃ）は図１（Ａ）から環状固定子２０と移動子１０を抜き出した図である。

●［第１の実施の形態（図１、図２）］
次に図１、図２を用いて、本発明の回転センサ付き転がり軸受装置１の第１の実施の形態について説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回転センサ付き転がり軸受装置１は、外輪ＲＧと内輪ＲＮと、外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間に収容されている複数の転動体ＢＴ（鋼球、円筒ころ等）と、環状固定子２０と移動子１０を有する回転センサを備えている。回転センサは、内輪ＲＮに対する外輪ＲＧの相対的な回転、あるいは外輪ＲＧに対する内輪ＲＮの相対的な回転を検出可能である。なお、複数の転動体ＢＴは、ホールド部材ＢＨにて互いの間隔が一定に保持されている。
なお、図１及び図２にて説明する第１の実施の形態では、環状固定子２０を外輪ＲＧに固定した例を示しており、この例では外輪ＲＧを固定して内輪ＲＮを回転させる。

図１（Ｂ）に示すように、環状密封部材２１、３１（一対の環状密封部材）は、第１の環状保持部材２２、３２を介して外輪ＲＧ（または内輪ＲＮのいずれか一方）に固定され、外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間の空間において全周に亘って転動体ＢＴを挟み込むように密封している。
環状密封部材２１、３１はゴム等の弾性体で形成されており、先端の鋭角部にて（内輪ＲＮとの）摩擦を低減しながら外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間の空間を密封する。
そして中央部が開口した円板状のシート状の環状固定子２０が、一方の環状密封部材（この場合、環状密封部材２１）に、外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間の空間の全周に亘って取り付けられている。なお、図１（Ｃ）に示すように、後述する誘導電極や電位検出電極への配線４０が環状固定子２０から引き出されている。
更にシート状の移動子１０（この場合、形状は扇形（図２参照））が、環状固定子２０の一部と対向するように、保持部材１２を介して環状固定子２０が固定されていない側となる外輪ＲＧまたは内輪ＲＮに固定されている（この場合、内輪ＲＮに固定されている）。

次に図２を用いて環状固定子２０と移動子１０の構造について説明する。
環状固定子２０には、誘電体で形成されたシート状のベース２０ａ（反りや変形を防止する樹脂シート等）に、薄膜状の誘導電極２０ｂ、２０ｃと、電位検出電極２０ｄが形成されている。
誘導電極２０ｂ、２０ｃは交流電源部６０の端子Ｕ、Ｖに接続されており、電位検出電極２０ｄから引き出された配線Ａ、Ｃは、複素数成分を有する検出信号の実数部を検出する検出回路（検出手段５０）に接続され、電位検出電極２０ｄから引き出された配線Ｂ、Ｄは、複素数成分を有する検出信号の虚数部を検出する検出回路に接続される。
移動子１０は、環状固定子２０に対して所定間隔ΔＤ（図１（Ｂ）参照）を保持するように設けられており、誘電体で形成されたシート状のベース１０ａ（反りや変形を防止する樹脂シート等）に、薄膜状の櫛歯状電極１０ｂ、１０ｃが形成されている。
なお、環状固定子２０及び移動子１０の構造及び検出回路と変位量の計算方法等の詳細については、特開２００５−２２１４７２に記載されている固定子及び移動子等と同様であるので、以下、説明を省略する。

第１の実施の形態にて説明した回転センサ付き転がり軸受装置１では、（シート状の）環状固定子２０を環状密封部材２１に取り付けることで、より適切な位置に、安定的に環状固定子２０を保持することができ、移動子１０との間の所定間隔ΔＤを一定に保持し易い。
また、環状密封部材２１を外輪ＲＧ（または内輪ＲＮ）に固定する環状保持部材２２を樹脂材等の誘電体で形成（従来では金属等の導体で形成されていた）することで、検出信号への影響をより小さくし、より高い検出精度を確保することができる（なお、環状密封部材２１も誘電体で形成している）。
また、環状固定子２０と移動子１０をシート状とすることで、図１（Ｂ）に示すように、外輪ＲＧと内輪ＲＮとの間の空間内に、第１の環状保持部材２２、３２と環状密封部材２１、３１に加えて、環状固定子２０と移動子１０（回転センサ部）を収容することが可能であり、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しがほとんど無い、回転センサ付き転がり軸受装置１を容易に実現することができる。

●［第２の実施の形態（図３（Ａ））］
次に図３（Ａ）を用いて、回転センサ付き転がり軸受装置１の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態の回転センサ付き転がり軸受装置１は、内輪ＲＮを固定して外輪ＲＧを回転させるものであり、内輪ＲＮに第１の環状保持部材２２、３２と環状密封部材２１、３１と環状固定子２０が取り付けられ、外輪ＲＧに保持部材１２と移動子１０が取り付けられている点が第１の実施の形態とは異なり、他の点については第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
また、第１及び第２の実施の形態では、環状密封部材２１に（移動子１０と対向する側に）誘導電極２０ｂ、２０ｃ及び電位検出電極２０ｄをパターン印刷して環状固定子２０と環状密封部材２１とを兼用するようにしてもよい。また、保持部材１２に（環状固定子２０と対向する側に）櫛歯状電極１０ｂ、１０ｃをパターン印刷して移動子１０と保持部材１２とを兼用するようにしてもよい。

●［第３の実施の形態（図３（Ｂ））］
次に図３（Ｂ）を用いて、回転センサ付き転がり軸受装置１の第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態の回転センサ付き転がり軸受装置１は、第１の実施の形態と同様に外輪ＲＧを固定して内輪ＲＮを回転させるものであるが、環状固定子２０の形状が円筒状であり、環状固定子２０と移動子１０との対向方向が回転軸ＣＺに直交する方向である点が第１の実施の形態と異なる。
第１の実施の形態では、環状固定子２０と移動子１０との対向方向が回転軸ＣＺ方向であったため、環状固定子２０の形状は図２に示すように中央部が開口した円板状であった。しかし、第３の実施の形態では、環状固定子２０と移動子１０との対向方向が回転軸ＣＺに直交する方向であるため、環状固定子の形状が円筒状である。そして環状固定子２０（全周に亘って誘導電極２０ｂ、２０ｃ、及び電位検出電極２０ｄが形成されている）は円筒状の第２の環状保持部材２３を介して外輪ＲＧに取り付けられている。なお、第２の環状保持部材２３及び保持部材１２は誘電体（絶縁体）で形成されている。
そして円筒状の環状固定子２０の一部と対向するように、円弧状の取り付け面を有する保持部材１２を介して内輪ＲＮに移動子１０が取り付けられている。
その他の点については第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

●［第４の実施の形態（図３（Ｃ））］
次に図３（Ｃ）を用いて、回転センサ付き転がり軸受装置１の第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態の回転センサ付き転がり軸受装置１は、第３の実施の形態に対して、内輪ＲＮを固定して外輪ＲＧを回転させるものであり、内輪ＲＮに第１の環状保持部材２２、３２と環状密封部材２１、３１と第２の環状保持部材２３と環状固定子２０が取り付けられ、外輪ＲＧに保持部材１２と移動子１０が取り付けられている点が異なり、他の点については第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
なお、第３及び第４の実施の形態では、環状密封部材２１に環状固定子２０を取り付けていないので、第１の環状保持部材２２、３２と環状密封部材２１、３１は、外輪ＲＧと内輪ＲＮのどちらに取り付けてもよい。
また、第３及び第４の実施の形態では、第２の環状保持部材２３の円筒面に（移動子１０と対向する側に）誘導電極２０ｂ、２０ｃ及び電位検出電極２０ｄをパターン印刷して環状固定子２０と第２の環状保持部材２３とを兼用するようにしてもよい。また、保持部材１２の円弧面に（環状固定子２０と対向する側に）櫛歯状電極１０ｂ、１０ｃをパターン印刷して移動子１０と保持部材１２とを兼用するようにしてもよい。

以上、第１〜第４の実施の形態にて説明した回転センサ付き転がり軸受装置１は、図４に示す従来の回転センサ付き転がり軸受装置１００に対して、部品点数の削減と大幅な小型化と軽量化を実現している。特に、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しがほとんど無く、回転センサ部（環状固定子２０と移動子１０）をシート状とすることで、外輪と内輪との間の空間内に収容できるので、回転センサを備えていない従来の転がり軸受装置とほぼ同等のサイズとなり、非常に便利である。また、部品点数が少ないので、回転センサ付き転がり軸受装置１の組み付け工数も削減される。

本発明の回転センサ付き転がり軸受装置１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態にて説明した回転センサ付き転がり軸受装置１は、車両のステアリングシステムのモータ回転の回転センサ部等、種々の用途に利用することができる。
また、本実施の形態にて説明した回転センサ付き転がり軸受装置１は、回転センサ部の軸受装置外部への張り出しがほとんど無いので、新たに回転センサが必要となった軸受装置（回転センサを備えていない軸受装置）と交換して配線するだけで回転センサを追加することができるので、非常に便利である。

１ 回転センサ付き転がり軸受装置
１０ 移動子
１０ａ ベース
１０ｂ、１０ｃ 櫛歯状電極
２０ 環状固定子
２０ａ ベース
２０ｂ、２０ｃ 誘導電極
２０ｄ 電位検出電極
２１、３１ 環状密封部材
２２、３２ 第１の環状保持部材
２３ 第２の環状保持部材
ＣＺ 回転軸
ＲＧ 外輪
ＲＮ 内輪
ＢＴ 転動体

Claims (5)

1. 外輪及び内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間に収容される複数の転動体と、
   前記内輪に対する前記外輪の相対的な回転、または前記外輪に対する前記内輪の相対的な回転、を検出する回転センサと、を備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、
   前記外輪または前記内輪のいずれか一方に第１の環状保持部材を介して固定されて前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って前記転動体を挟むように密封する、一対の環状密封部材と、
   中央部が開口した円板状の形状を有し、一方の前記環状密封部材に、前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って取り付けられ、全周に亘って誘導電極及び電位検出電極が形成されている環状固定子と、
   前記環状固定子の一部と対向するように前記環状固定子が固定されていない側となる外輪または内輪に、誘電体で形成された保持部材を介して固定されるとともに櫛歯状電極が形成されている移動子と、を備え、
   前記環状固定子が取り付けられている前記環状密封部材、及び当該環状密封部材を前記外輪または前記内輪のいずれか一方に固定している第１の環状保持部材は、誘電体で形成されている、
   回転センサ付き転がり軸受装置。
2. 外輪及び内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間に収容される複数の転動体と、
   前記内輪に対する前記外輪の相対的な回転、または前記外輪に対する前記内輪の相対的な回転、を検出する回転センサと、を備えた回転センサ付き転がり軸受装置において、
   前記外輪または前記内輪のいずれか一方に第１の環状保持部材を介して固定されて前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って前記転動体を挟むように密封する、一対の環状密封部材と、
   円筒状の形状を有し、第２の環状保持部材を介して前記外輪と前記内輪との間の空間において全周に亘って取り付けられ、全周に亘って誘導電極及び電位検出電極が形成されている環状固定子と、
   前記環状固定子の一部と対向するように前記環状固定子が固定されていない側となる外輪または内輪に、誘電体で形成された保持部材を介して固定されるとともに櫛歯状電極が形成されている移動子と、を備え、
   前記環状固定子が取り付けられている第２の環状保持部材は、誘電体で形成されている、
   回転センサ付き転がり軸受装置。
3. 請求項１に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、
   前記環状固定子が取り付けられている一方の前記環状密封部材に、全周に亘って前記誘導電極及び前記電位検出電極がパターン印刷にて形成されていることで、一方の前記環状密封部材と前記環状固定子とが兼用されている、
   回転センサ付き転がり軸受装置。
4. 請求項２に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、
   前記環状固定子が取り付けられている第２の環状保持部材に、全周に亘って前記誘導電極及び前記電位検出電極がパターン印刷にて形成されていることで、第２の環状保持部材と前記環状固定子とが兼用されている、
   回転センサ付き転がり軸受装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転センサ付き転がり軸受装置であって、
   前記移動子と前記環状固定子、または前記移動子は、薄いシート状であり、
   前記外輪と前記内輪との間の空間内に、前記環状固定子と前記移動子とが収容されている、
   回転センサ付き転がり軸受装置。
   
   

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