JP2017032327A - 回転検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 小径の軸受に回転検出装置を装備する場合であっても、軸受の追加工をなくして製造コストを安価にすることが可能な回転検出装置付き軸受を提供する。【解決手段】 Ｎ極、Ｓ極を交互に着磁した環状の磁気トラック３ｂを有する磁気エンコーダ３を軸受２の回転輪である内輪８に固定する。前記磁気エンコーダ３の前記磁気トラック３ｂに隙間を設けて対峙する位置に磁気センサ４が位置するセンサユニット５を、前記軸受２の固定輪である外輪７に固定した回転検出装置付き軸受１に適用される。この構成において、前記磁気エンコーダ３は、前記内輪８の内径部に固定した軸部材であるシャフト６の一端部に固定される。前記磁気エンコーダ３は、前記磁気トラック３ｂが複列である。【選択図】 図１

Description

この発明は、軸受に回転検出装置を装備した回転検出装置付き軸受に関し、例えば、高分解能出力、あるいは絶対角検出が可能な回転検出装置を装備し、小径の軸受に適用される技術に関する。

従来、回転検出装置付き軸受として、図６に示すように、互いに磁極数が異なる２つの磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を有する磁気エンコーダ３と、それらの磁界を検出する磁気センサ４とを備え、各磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を検出した出力の位相差から絶対角を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、他の回転検出装置付き軸受として、図７に示すように、内輪８の一部に段加工を施して段差面８ａを形成し、その段差面８ａで磁気エンコーダ３を嵌合固定するものが提案されている（例えば、特許文献２）。また、外輪７の一部に段差面（図示せず）を形成し、その段差面にカバーとなる外環１５を嵌合させることが提案されている。

特許第５０８１５５３号公報 特許第４２５８８６２号公報

図６の回転検出装置付き軸受は、互いに磁極数が異なる磁気トラック３ｂ１，３ｂ２と、その磁界を検出する磁気センサ４の２つの出力の位相差から絶対角度検出が可能であるが、互いに磁極数が異なる磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を共通の芯金３ａに配置した磁気エンコーダ（複列磁気エンコーダ）３と磁気センサ４を小径の軸受、たとえば内径８ｍｍの軸受（型番６０８）に固定して、絶対角検出が可能な回転検出装置とする場合、次のような課題がある。図５から図７を参照してこの課題を説明する。

例えば、磁気トラック３ｂ（３ｂ１，３ｂ２）の互いに異なる磁極数を１６極対（第１トラック３ｂ１）と１５極対（第２トラック３ｂ２）とし、磁気センサ４の磁気感受面での第１トラック３ｂ１の単極磁極幅（図５のＰ）が１．２８ｍｍに制限されている場合、磁気センサ４の感受面の直径φＤ３は約１３ｍｍ（１６×２×１．２８／π）となる。この場合、磁気センサ４の感受面と磁気エンコーダ３の磁気トラック３ｂとの隙間を０．７５ｍｍに設定すれば、磁気エンコーダ３の磁気トラック３ｂの直径φＤ１は１１．５ｍｍとなる。軸受型番６０８の内輪８の外径面に磁気エンコーダ３を固定するには、図６に示すように、磁気エンコーダ３の芯金３ａに段差を持って拡径部３ａａを設けて、磁気トラック３ｂの直径φＤ１よりも大きな芯金径φＤ２とし、芯金３ａの拡径部３ａａを内輪８の外径面に圧入にする必要がある。

しかし、このような芯金３ａの拡径部３ａａを内輪８の外径面に圧入する構造では、磁気トラック３ｂの表面よりも芯金拡径部３ａａが突出していて、磁気トラック３ｂをインデックス着磁装置などを用いて着磁する際に、着磁ヨーク（図示せず）と芯金３ａとの干渉があり、第１トラック３ｂ１を着磁することが難しい。また、前記磁気エンコーダ３は磁気トラック３ｂが複列であって軸方向長さが長いため、芯金拡径部３ａａで軸受に堅固に固定することが難しい。

図７の回転検出装置付き軸受は、内輪８の一部に段加工を施して段差面８ａを形成し、その段差面８ａで磁気エンコーダ３を嵌合固定している。しかし、このように段差面８ａを設けて磁気エンコーダ３を固定するようにしても、小径の軸受では内輪８および外輪７の肉厚が薄いので、段差面８ａを形成するのが難しく、また、軸受の製造コストが高くなる課題がある。また、この構成の場合も、磁気エンコーダ３は磁気トラック３ｂが複列であって軸方向長さが長いため、段差面８ａで軸受に堅固に固定することが難しいと言う課題がある。

この発明の目的は、小径の軸受に回転検出装置を装備する場合であっても、軸受の追加工をなくして製造コストを安価にすることが可能で、かつ磁気エンコーダが複列でありながら、堅固に固定できる回転検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置付き軸受は、Ｎ極、Ｓ極を交互に着磁した環状の磁気トラックを有する磁気エンコーダを軸受の回転輪である内輪に固定し、前記磁気エンコーダは前記磁気トラックが複列であり、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサを含むセンサユニットを、前記軸受の固定輪である外輪に固定した回転検出装置付き軸受であって、前記磁気エンコーダは、前記内輪の内径部に固定した軸部材の一端部に固定される。

この構成であると、磁気エンコーダは、内輪の内径部に固定した軸部材であるシャフトの一端部に固定されるため、小径の軸受の内輪に磁気エンコーダを固定する場合でも、内輪に段差面を追加工したり、内輪の外径寸法の公差を磁気エンコーダの嵌合固定のために標準品よりも厳しく設定する必要がない。また、芯金に磁気トラック表面よりも突出する部分を形成する必要がなくて、芯金が着磁ヨークに干渉する問題がなく、磁気エンコーダの着磁も容易に行える。これらのため、製造が容易で製造コストを安価にすることができる。また、磁気エンコーダが軸部材に固定されるため、磁気エンコーダが磁気トラックを複列に有していて軸方向長さが長くても堅固に固定することができる。

この発明において、前記軸部材が中空であっても良い。
中空であれば、この回転検出装置付き軸受を使用する際に回転シャフトを挿入して使用することが可能である。

この発明において、前記内輪の内径が８ｍｍ以下であっても良い。
前記磁気エンコーダは、内輪の内径部に固定した軸部材であるシャフトの一端部に固定されるため、内輪内径が８ｍｍ以下と言う小径の軸受の内輪に磁気エンコーダを固定する場合でも、内輪に段差面を追加工したり、内輪の外径寸法の公差を磁気エンコーダの嵌合固定のために標準品よりも厳しく設定する必要がない。

この発明において前記磁気エンコーダが芯金を有し、この芯金の一端が前記磁気トラックよりも軸方向に延長された延長部を有し、前記芯金が前記軸部材を兼ね、前記延長部が前記内輪の内径部に固定されても良い。
この構成の場合、芯金が軸部材を兼用するので、部品点数を削減することができる。

この発明において、前記磁気エンコーダが芯金を有し、この芯金が焼結部材であっても良い。
芯金として焼結部材を用いれば、芯金の内径部に設けた孔をサイジング加工できるため、寸法公差を狭くすることが可能である。寸法公差を狭くすることで、磁気エンコーダを内輪により堅固に固定することができる。堅固に固定されることから、例えば磁気エンコーダの磁極数を増やして高分解出力が得られるようにすることが可能となる。
前述のように、前記芯金が前記軸部材を兼ねるように構成した場合に、芯金として焼結材料を用いれば、延長部の外径寸法公差を狭く設定できるので、内輪の内径に延長部を固定するのに適する。

この発明の回転検出装置付き軸受において、前記磁気エンコーダは互いに異なる極数で着磁された複数の磁気トラックを有し、前記センサユニットは、前記複数の磁気トラックの磁極を検出可能であるようにしても良い。
このように互いに異なる磁極数で着磁された複数の磁気トラックを有する場合、絶対角の検出が可能になる。複数の磁気トラックを有する構成とした場合、磁気エンコーダの幅が広くなるが、この発明は磁気エンコーダを内輪の内径部に固定した軸部材の一端部に固定し、芯金に磁気トラック表面よりも突出する部分を形成する必要をなくすため、磁気エンコーダの幅が広くなっても芯金と着磁ヨークとの干渉の問題がない。

この発明の回転検出装置付き軸受は、Ｎ極、Ｓ極を交互に着磁した環状の磁気トラックを有する磁気エンコーダを軸受の回転輪である内輪に固定し、前記磁気エンコーダは前記磁気トラックが複列であり、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサを含むセンサユニットを、前記軸受の固定輪である外輪に固定した回転検出装置付き軸受であって、前記磁気エンコーダは、前記内輪の内径部に固定した軸部材の一端部に固定されるため、小径の軸受に回転検出装置を内蔵する場合であっても、軸受の追加工をなくして製造コストを安価にすることが可能であり、また磁気エンコーダが複列の磁気トラックを有しながら、磁気エンコーダを堅固に固定できるという効果がある。

この発明の第１の実施形態に係る回転検出装置付き軸受を軸方向に沿って断面した断面図である。 図１のII-II 線断面図である。 この発明の他の実施形態に係る回転検出装置付き軸受を軸方向に沿って断面した断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る回転検出装置付き軸受を軸方向に沿って断面した断面図である。 上記各実施形態および従来例に係る回転検出装置付き軸受において、絶対位置検出を行う信号処理例を示す説明図である。 従来の回転検出装置付き軸受の断面図である。 従来の他の回転検出装置付き軸受の断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１、図２、および図５と共に説明する。図１は回転検出装置付き軸受の断面図を示し、図２は図１のII−II断面を示す。この回転検出装置付き軸受１は、軸受２と、Ｎ極とＳ極を交互に着磁した磁気トラック３ｂが形成された磁気エンコーダ３と、磁気センサ４を含むセンサユニット５と、磁気エンコーダ３を固定する軸部材であるシャフト６からなる。前記磁気エンコーダ３と前記センサユニット５とで回転検出装置が構成される。

軸受２は、小径の、具体的には内輪内径が８ｍｍ以下の転がり軸受であって、例えば深溝玉軸受であり、外輪７、内輪８、転動体９、および保持器１０から構成される。内輪８と外輪７との間の軸受空間は、センサユニット５が固定される反対側の面にシール１１を設けて塞いでもよい。シール１１は、例えば外輪７に取付けられて先端が内輪８の外周面に接触する。
前記シャフト６は、この例では貫通孔６ａを外周面と同心に有する中空形状とされている。

磁気エンコーダ３は、環状の、詳しくは直径に対して軸方向長さが短い円筒状の芯金３ａと、この芯金３ａの外周の全周に設けられた磁気トラック３ｂから構成される。芯金３ａは、焼結部材または他の金属部材で構成される。磁気トラック３ｂは、互いに着磁極数が異なる複数（ここでは２列）の磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を有する。これら磁気トラック３ｂ１，３ｂ２は軸方向に並んでいる。

回転輪となる内輪８の内径部にはシャフト６が圧入または接着等によって固定される。このシャフト６の前記内輪８から突出した一端部に、磁気エンコーダ３の芯金３ａが固定され、内輪８と磁気エンコーダ３とは一体で回転可能とされる。磁気トラック３ｂに対して隙間を開けて磁気センサ４が配置される。

センサユニット５は、磁気センサ４を収納したケース１４を金属製の外環１５に固定したものである。外環１５は、円筒状の外環本体１５ａの一端から内径側に延びるフランジ部１５ｂを有し、このフランジ部１５ｂの内径縁から嵌合筒部１５ｃが延びて段差形状を成している。前記外環１５の前記嵌合筒部１５ｃが軸受２の外輪７の内径面に圧入されることで、センサユニット５が外輪７に固定される。この場合、外輪７が固定輪となる。

磁気センサ４は、他の電子部品とともにプリント基板１２に実装される。プリント基板１２には磁気センサ４、コンデンサ（図示せず）等の電子部品が実装されるとともに、検出した回転位置信号を外部に出力するためのケーブル１３（図２参照）、またはコネクタ（図示せず）が実装される。プリント基板１２はフレキシブルな基板を用いても良いが、この例では板状のガラスエポキシ基板を用いており、この方がコスト的に低減できる。プリント基板１２を収納する樹脂製のケース１４は、円周方向の一部に、軸受２よりも外方向に突起させた凸部１４ａを有し、凸部１４ａ内にもプリント基板１２の一部を収納している。前記ケース１４は、前記凸部１４ａ内にプリント基板１２の前記一部を収納した後にモールド処理により形成される。外環１５の内径部にケース１４が固定され、前記外環１５が前述のように軸受２に圧入して固定されることで、回転検出装置付き軸受１を構成する。

前記プリント基板１２には、前記電子部品とプリント基板１２の持つ導体により、磁気センサ４の出力を処理する信号処理回路１７が構成されている。この信号処理回路１７は、例えば、前記２つの磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を磁気センサ４で検出した２つの出力から絶対角を得る回路、および逓倍回路とされる。この絶対角の信号の生成方法の例を、図５に示す。

同図の絶対角生成方法を説明する。２つの磁気トラック３ｂ（第１トラック３ｂ１、第２トラック３ｂ２）に対峙する磁気センサ４から得られる位相出力（第１トラック位相、第２トラック位相）の位相差を取ると、１回転で電気角３６０度の信号が得られる。この値を元に絶対角を算出する。第１トラック３ｂ１のＮＳ極を合わせた１周期から得られる磁気信号を電気的に逓倍することで分解能を向上する。

この構成の回転検出装置付き軸受によると、磁気エンコーダ３は、内輪８の内径部に固定したシャフト６の一端部に固定されるため、小径の軸受の内輪に磁気エンコーダ３を固定する場合でも、内輪８に段差面を追加工する必要がない。また、内輪８の外径面に磁気エンコーダの芯金を固定する構成と異なり、磁気エンコーダの堅固な固定のために内輪８の外径寸法の公差を狭くする必要がない。そのため、軸受２に特別の仕様が要求されず、標準の軸受を使用でき、軸受の入手性もよい。センサユニット５は外輪７の内径面に外環１５の嵌合筒部１５ｃを嵌合させることで取付けるが、固定側であるため、回転側である場合に比べて取付の堅固性が要求されず、標準の軸受をそのまま使用でき、あるいは、標準の軸受から外輪７の内径公差を少し厳しめに設定して使用しても良い。
また、磁気エンコーダ３の芯金３ａに磁気トラック３ｂの表面よりも突出する部分を形成する必要がなくて、着磁処理時に芯金３ａが着磁ヨークに干渉する問題がなく、磁気エンコーダ３の着磁も容易に行える。これらのため、製造が容易で製造コストを安価にすることができる。

上記芯金３ａとして焼結部材を用いた場合は、次の利点が得られる。焼結部材を用いれば、芯金３ａの内径部に設けた孔３ｃをサイジング加工でき、そのため寸法公差を厳しくすることが可能である。寸法公差を厳しくすることで、磁気エンコーダ３を内輪８により堅固に固定することができる。
また、シャフト６が貫通孔６ａを有する中空軸である場合、この回転検出装置付き軸受１を使用する際に、回転シャフト（図示なし）を挿入して使用することも可能である。

図３は他の実施形態を示す。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１，図２，図５共に説明した第１の実施形態と同様である。図３の実施形態では、磁気エンコーダ３の芯金３ａが、軸方向に伸びた延長部３ｄを有し、延長部３ｄが軸受２の内輪８の内径面に固定されている。

この場合、芯金３ａがシャフト６を兼用するので部品点数を削減することができる。この場合も、芯金３ａとして焼結材料を用いれば、延長部３ｄの外径寸法公差を厳しく設定できるので、内輪８の内径に延長部３ｄを固定するのに適する。

図４はさらに他の実施形態を示す。この実施形態において、特に説明した事項の他は、前記第１の実施形態と同様である。この実施形態では、軸受２の外輪７の外径面の端部に、センサユニット５の外環１５を圧入している。
この構成の場合、軸受２の外輪７の内径部の寸法公差を狭く設定する必要がなくなり、標準型番の軸受２を用いることができるので、回転検出装置付き軸受１のコスト低減に貢献する。軸受２の外輪７の外径寸法については、ハウジングへの固定のために一般的に公差が狭く規定されており、外環１５の圧入固定のために、さらに寸法公差を狭くする必要性は低い。

なお、前記各実施形態では、互いに着磁極数の異なる複数の磁気トラック３ｂ１，３ｂ２を有する磁気エンコーダ３を用いた例としたが、磁気トラックを１列としてもよい。また、磁気センサ４の内部で電気的に逓倍して分解能を高め、高分解能出力の回転検出装置付き軸受１としても良い。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…回転検出装置付き軸受
２…軸受
３…磁気エンコーダ
３ａ…芯金
３ｂ…磁気トラック
３ｂ１，３ｂ２…磁気トラック
４…磁気センサ
５…センサユニット
６…シャフト
６ａ…貫通孔
７…外輪
８…内輪
１２…プリント基板
１３…ケーブル
１４…ケース
１５…外環
１７…信号処理回路

Claims (6)

1. Ｎ極、Ｓ極を交互に着磁した環状の磁気トラックを有する磁気エンコーダを軸受の回転輪である内輪に固定し、前記磁気エンコーダは、前記磁気トラックが複列であり、前記磁気エンコーダの前記磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサを含むセンサユニットを、前記軸受の固定輪である外輪に固定した回転検出装置付き軸受であって、
   前記磁気エンコーダは、前記内輪の内径部に固定した軸部材の一端部に固定される、回転検出装置付き軸受。
2. 請求項１に記載の回転検出装置付き軸受において、前記軸部材が中空である回転検出装置付き軸受。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転検出装置付き軸受において、前記内輪の内径が８ｍｍ以下である回転検出装置付き軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転検出装置付き軸受において、前記磁気エンコーダが芯金を有し、この芯金の一端が前記磁気トラックよりも軸方向に延長された延長部を有し、前記芯金が前記軸部材を兼ね、前記延長部が前記内輪の内径部に固定された回転検出装置付き軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転検出装置付き軸受において、前記磁気エンコーダが芯金を有し、この芯金が焼結部材である回転検出装置付き軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の回転検出装置付き軸受において、前記磁気エンコーダは互いに異なる磁極数に着磁された複数の磁気トラックを有し、前記センサユニットは、前記複数の磁気トラックの前記磁極を検出可能である回転検出装置付き軸受。

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