JP4100454B2

JP4100454B2 - 車両用軸受装置

Info

Publication number: JP4100454B2
Application number: JP2007159984A
Authority: JP
Inventors: 敏信河崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2007232222A

Description

本発明は、転がり軸受に係り、より詳しくは、センサを備えた転がり軸受に関する。

従来の転がり軸受には、例えば、内・外輪のうち例えば内輪を回転側としてその回転速度を検出するために、内輪側にパルサリングを設け、外輪を非回転側としてこれにセンサを取り付けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

通常、外輪側にセンサを装着するには、外輪側にその支持部材を嵌め込むとか引っかけるなどして取り付け、この取り付けた支持部材に対してセンサを組み込んで装着するようにしている。
特開平５−２６２３３号公報

上記転がり軸受では、センサ支持部材を外輪側に対して嵌め込んだり引っかけたりするための溝加工が必要となり、製造コストが高くつくものとなっている。

また、センサとその支持部材とは別部品として外輪に取り付けられるから、高精度な検出を行ううえで、外輪に支持部材を取り付け、その支持部材にセンサを取り付ける場合、それぞれの取り付け上における相対位置精度を高くする必要があり、そのため、それら部品の取り付けに手間がかかり転がり軸受の製造歩留まりの低下と製造コストアップを余儀なくされている。

したがって、本発明は、転がり軸受において、センサとその支持部材とを一体部品化して内・外輪の一方に一体的に固着して、上述のように外輪に支持部材の係合のための溝加工など、上述の不具合を解消して、転がり軸受の製造歩留まりの向上とそのコスト低減とを可能とすることを共通の解決課題とする。

本発明の請求項１に係る転がり軸受は、外輪の少なくとも端面に対して、当該軸受の状態検知用のセンサが前記外輪の外径面に固着されている軸方向筒部と、前記外輪の端面に固着されている径方向環状部とから構成されるセンサ支持部材を介して一体的に取り付けられているとともに、前記外輪と径方向に対向する内輪に設けられたパルサリングと対向するように、前記センサが前記径方向環状部に取り付けられ、前記センサ支持部材が、前記外輪に対して樹脂成形により固着されており、前記センサ支持部材が、前記外輪の外径面から端面にかけて一体的に樹脂成形により固着され、かつ前記外輪が圧入嵌合されるハウジングに、前記センサ支持部材を介して外輪が圧入嵌合される。

なお、内・外輪は、いずれが回転側、非回転側であってもよい。

また、センサの形態は、軸受の状態を検知できるものであればよい。

ここで軸受の状態検知とは、何でもよいが、例えば、内・外輪の回転速度、回転数、回転位相角、回転方向、熱による歪み程度、などがある。

回転位相角は、例えばロボットアームやショベルなどが備える旋回体の支持に転がり軸受を用いる場合では、その旋回体の旋回角度がある。また、圧延機のような高温となる機構の支持に転がり軸受を用いる場合は、その高温に伴う転がり軸受の歪み量がある。

本発明の請求項１に係る転がり軸受によると、外輪に対してセンサ支持部材が樹脂成形により一体的に固着されているから、外輪に対してその支持部材を嵌めたり引っかけたりするための溝加工が不要となりコスト低減を図れるとともに、センサとその支持部材との相対位置関係は樹脂成形に際して高精度に確保させることができるから、従来とは異なって、センサとその支持部材との位置関係を個別に製造工程で考慮する必要がなくなり、その分、製造歩留まりの向上と製造コストのより低減を図れる。

なお、特開平５−２６２３３号公報の転がり軸受は、外輪の溝に係合可能なフック端部を有する支持部材と、この支持部材に取り付けられたセンサとを有しており、外輪に対して支持部材を嵌めたり引っかけたりするための溝加工が必要となってコストがアップする形態であり、また、支持部材とセンサとを個別に製造する必要があって、これも製造コストが高くつく。さらに、外輪に対する前記溝の加工位置の精度、その溝に対する支持部材の係合位置の精度、支持部材に対するセンサの取り付け精度を、いずれも、個別に考慮する必要があり、全体としての精度を高めるうえで製造コストが高くつくものとなっている。また、外輪に対して支持部材が係合溝で係合されているだけであるから、高速回転域における軸受の振動によりその構造がガタついてきやすい。

本発明の請求項２に係る転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記センサ支持部材が前記外輪の外径面を越えて外輪端面まで延びており、前記外輪と径方向で対向する内輪に対して、パルサリングを支持したパルサリング支持部材が、前記センサ支持部材との対向間で内・外輪の径方向環状空間を密封するラビリンス隙間が形成される形態で固定されており、かつ、前記センサとパルサリングとが、前記センサ支持部材とパルサリング支持部材との間における前記ラビリンス隙間内において対向配置されている。

請求項２に係る転がり軸受では、パルサリング支持部材とセンサ支持部材との間で内・外輪の径方向環状空間を密封するためのラビリンス隙間が形成されているから、前記環状空間を密封するためのシールを設ける必要がなくなるうえ、効果的にその密封を行うことが可能となる。

本発明の請求項３に係る転がり軸受は、請求項１または２に記載の転がり軸受において、前記センサ支持部材の少なくとも外径面に対して金属板が被覆形成されている。

請求項３に係る転がり軸受では、外輪の外周面をハウジングに圧入により固定する場合、強度がアップするとともに、金属板の厚み分が圧入の締め代として確保され当該軸受のハウジングに対する嵌合力をアップさせられて好ましい。
請求項４に係る転がり軸受は、前記パルサリング支持部材は、環状部とこの環状部の外径側に連成されて、軸方向に延びる軸方向筒部と環状部の内径側から周方向交互に軸方向内向きと径方向内向きに延びる複数の筒状舌片と複数の環状舌片とを備えている。

以上説明したように、本発明によれば、外輪に対してセンサ支持部材が、樹脂成形により一体的に固着されているから、外輪に対してその支持部材を嵌めたり引っかけたりするための溝加工が不要となる。その結果、軸受の製造コストの低減を図れ、また、センサと支持部材との相対位置関係を高精度に確保できるから、センサとその支持部材との位置関係を個別に製造工程で考慮する必要がなくなり、その分においても製造歩留まりの向上と製造コストのより低減を図れる。

以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。

図例の転がり軸受において、１は、内輪、２は、外輪、３は、複数のボール、４は、保持器、５は、シールである。

このような転がり軸受の構成は周知であるから、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の転がり軸受では、要するに、相対回転する内・外輪１，２のうち、ハウジング６に圧入により嵌合固定された外輪２を非回転側としてこれに当該軸受の状態検知用の磁気センサ７が樹脂製のセンサ支持部材８を介して一体的に取り付けられている。

ここで、センサ支持部材８を構成する樹脂としては、大別して熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがある。

熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、などがあり、熱可塑性樹脂には、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、アセタール樹脂、ポリカーボネイト、繊維素樹脂、フッ素樹脂などがある。

ここで、熱硬化性樹脂では、比較的安価で入手しやすく、成形および機械加工が容易で、かつ、高強度性、寸法の安定性などでフェノール樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂では、普通の強度であるが、耐摩耗性、耐薬品性、衝撃吸収性、小摩擦係数で自己潤滑性に優れたポリアミド樹脂でもよい。

センサ支持部材８は、外輪２の外径面から端面にかけてセンサ支持部材８の固着に対応したスペースを設けて金型内に外輪２をセットするとともに、その金型に注入された樹脂により外輪２の外径面から端面にかけて形成されている。

この樹脂成形において磁気センサ７はその金型内にインサートされ、外輪２に対する樹脂成形でセンサ支持部材８を形成するときに、同時に磁気センサ７がこのセンサ支持部材８に一体的に埋設形成される。

このような樹脂成形により、センサ支持部材８および磁気センサ７が、外輪２に対して一体的に固着されている。

ここで、上記樹脂成形としては、センサ支持部材８を構成する樹脂の材料に応じて、トランスファ成形や、射出成形、などの成形方法を適宜、選択することができる。

この場合、磁気センサ７は、内輪１を回転側として、これの端面近傍に配置されるパルサリング９に対応付けられて、内輪１の端面に対してセンサ支持部材８と共に固着されている。

センサ支持部材８は、環状構造を有していて、外輪２の外径面に固着されている軸方向筒部８ａと、外輪２の端面に固着される径方向環状部８ｂとから構成されており、磁気センサ７は、この径方向環状部８ｂに対して一体的に取り付けられて軸方向に面している。

パルサリング９は、内輪１に対して環状に取り付けられたパルサリング支持部材１０に支持されている。

パルサリング支持部材１０は、例えば、金属材で環状に構成されていて、内輪１の外径面に沿って固着された内径側軸方向筒部１０ａと、この軸方向筒部１０ａに連成されて外輪２の内径面に形成された環状凹部１ａに向けて径方向に延びる内径側環状部１０ｂと、この環状部１０ｂに連成されて前記内径側軸方向筒部１０ａよりも軸方向外側に延びる外径側軸方向筒部１０ｃと、この軸方向筒部１０ｃに連成されて径方向に延びてセンサ支持部材８の径方向環状部８ｂに軸方向で所要の隙間を介して対向する外径側環状部１０ｄとを備える。

なお、パルサリング支持部材１０の構成材料は、金属のみならず、樹脂でも構わない。

そして、パルサリング支持部材１０の外径側環状部１０ｄにおける内面に、パルサリング９が設けられている。このパルサリング９は、パルサリング支持部材１０に対して磁性粉末が混入されたゴム材料を加硫成型接着してなるものであって磁極付与手段でもってＮＳの各磁極が交互に周方向に配設されたリング体であって磁気センサ７に対して軸方向で対向している。

したがって、パルサリング９は、内輪１の回転に伴い、磁気センサ７に対して周方向のＮＳの各磁極が通過することに伴い、磁気センサ７には、その内輪１の回転に関する情報が与えられることになる。この情報としては、回転速度、回転数、回転方向、回転位相、などである。ここで、磁気センサ７の配線は省略されている。

さらに、パルサリング支持部材１０は、センサ支持部材８との間で、シール５に対して、内・外輪１，２の環状空間を他方側で密封するための環状のラビリンス隙間を形成している。

この場合、磁気センサ７とパルサリング９は、このラビリンス隙間内において対向している。

以上の構成を有する本実施形態の転がり軸受は、外輪２の外径面に対してセンサ支持部材８を嵌めたり引っかけたりするための溝加工が不要となりコスト低減を図れるとともに、磁気センサ７とセンサ支持部材８との相対位置関係は樹脂成形に際して高精度に確保させることができるから、従来とは異なって、磁気センサ７とセンサ支持部材８との位置関係を個別に製造工程で考慮する必要がなくなり、その分、製造歩留まりの向上と製造コストの一層の低減を図れる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々な応用や変形が可能である。

（１）図２は、本発明の他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。

この実施形態の転がり軸受では、センサ支持部材８は、図１の転がり軸受と同様にして環状構造を有し、外輪２の外径面に固着されている軸方向筒部８ａと、外輪２の端面に固着される径方向環状部８ｂとから構成されており、磁気センサ７は、この径方向環状部８ｂの内径面に対して一体的に取り付けられて径方向に面している。

そして、パルサリング支持部材１０は、図１の転がり軸受と同様にして金属材で環状に構成されていて、内輪１の外径面に沿って固着された内径側軸方向筒部１０ａと、この軸方向筒部１０ａに連成されて外輪２の内径面に形成された環状凹部１ａに向けて径方向に延びる内径側環状部１０ｂと、この環状部１０ｂに連成されて前記内径側軸方向筒部１０ａよりも軸方向外側に延びセンサ支持部材８の径方向環状部８ｂに径方向で所要の隙間を介して対向する外径側軸方向筒部１０ｃとを備える。

このパルサリング支持部材１０の外径側軸方向筒部１０ｃの外径面に対してパルサリング９が設けられている。そして、このパルサリング９は、センサ支持部材８の径方向環状部８ｂの内径面に対して一体的に取り付けられている磁気センサ７と径方向に対向して、当該転がり軸受の状態に関する情報を磁気センサ７に提供できるようになっている。

この実施形態の場合も、パルサリング支持部材１０は、センサ支持部材８との間で、シール５に対して、内・外輪１，２の環状空間を他方側で密封するための環状のラビリンス隙間を形成している。

（２）図３は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、外輪２の外径面に対してセンサ支持部材８の回り止めとなる環状溝２ｂが設けられ、この環状溝２ｂに対してセンサ支持部材８の軸方向筒部８ａが嵌入した構造を備えている以外は、図２の転がり軸受と同様の構成を有している。

この環状溝２ｂは、外輪２の径方向中心に対してその中心が偏心していて、外径面の周方向に対して深さが変化している。そのため、センサ支持部材８を外輪２の外径面に対して回り止めする作用を有する。

なお、この環状溝２ｂに代えて、外輪２の外径面に対して軸方向に横断する溝を設け、この横断溝をセンサ支持部材８の回り止めとする溝としてもよい。

（３）図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、センサ支持部材８は、図２の転がり軸受のそれと同様の構造を有している。

そして、パルサリング支持部材１０は、環状部１０ｂと、この環状部１０ｂの外径側に連成されて軸方向に延びる軸方向筒部１０ｃと、環状部１０ｂの内径側から周方向交互に軸方向内向きと径方向内向きに延びる複数の筒状舌片１０ｅと複数の環状舌片１０ｆとを備える。

複数の筒状舌片１０ｅは、内輪１の外径面に固着され、複数の環状舌片１０ｆは、内輪１の端面に固着されている。

また、パルサリング支持部材１０の軸方向筒部１０ｃにおける径方向外側の面にパルサリング９が設けられ、磁気センサ７と径方向で対向している。

この実施形態の場合も、図３と同様に回り止め溝２ｂでセンサ支持部材８が回り止めされているとともに、パルサリング支持部材１０とセンサ支持部材８との間で、シール５に対して、内・外輪１，２の環状空間を他方側で密封するための環状のラビリンス隙間を形成している。

（４）図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、センサ支持部材８が、外輪２の外径面から端面にかけて樹脂成形により固着されているとともに、センサ支持部材８に対して環状金属板１１が被覆形成されており、この金属板１１で強度が確保される。また、外輪２をハウジングに圧入により固定する場合、金属板１１の厚みの分が圧入の締め代として確保されて、ハウジングに対する嵌合力がアップする構造を有する以外は、図２の転がり軸受と同様の構成および作用効果を有している。

（５）図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、センサ支持部材８が、外輪２の外径面から端面にかけて樹脂成形により固着されているとともに、センサ支持部材８に対して環状金属板１１が被覆形成されており、外輪２をハウジングに圧入により固定する場合、金属板１１の厚みの分を圧入の締め代として確保して、ハウジングに対する嵌合力をアップさせている構造を有する以外は、図１の転がり軸受と同様の構成および作用効果を有している。

（６）図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、センサ支持部材８は、図１の転がり軸受と同様に、外輪２の外径面に固着されている軸方向筒部８ａと、外輪２の端面に固着される径方向環状部８ｂを備えていることに加えて、この径方向環状部８ｂからさらに内・外輪１，２の対向間隔のところにまで径方向内方に延びた自由端部８ｃを有している。

そして、磁気センサ７は、この自由端部８ｃに対して一体的に取り付けられて軸方向に面している。

一方、パルサリング支持部材１０は、内輪１の外径面に沿って固着された軸方向筒部１０ａと、この軸方向筒部１０ａに連成されて外輪１の内径面に形成された環状凹部１ａに向けて径方向に延びる環状部１０ｂとを備え、この環状部１０ｂの軸方向外面にパルサリング９を設けたものである。

（７）図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図である。この実施形態の転がり軸受では、図５の実施形態と同様に金属板１１を設けたものであり、その他の構成は、図７と同様である。

（８）上述の各実施形態では、軸受の状態検知手段として、磁気センサ７と磁極が配設された着磁タイプのパルサリング９との磁気的検出方式であったが、磁気センサ７に代えて他の電気的、光学的検出方式のセンサとし、また、着磁タイプのパルサリング９に代えて、電気的、光学的検出方式のものでもよい。

すなわち、センサ支持部材８に一体的に取り付けるセンサとしては磁気センサ７ではなく光学センサとし、パルサリング支持部材１０は、パルサリング９を支持するものとしているが、このパルサリング９を設けるのではなく、図１および図６ではパルサリング支持部材１０における環状部１０ｄ、図２ないし図５では、パルサリング支持部材１０における軸方向筒部１０ｃ、図７および図８では、パルサリング支持部材１０における環状部１０ｂを、それぞれ、周方向に凹凸を形成し、その凹凸の通過を、センサ支持部材８における光学センサで光学的に検出してもよい。

また、センサ支持部材８には、磁気センサや光学センサではなく、温度センサや温度による歪みを検出する歪みゲージとし、パルサリング支持部材１０の代わりに、内・外輪１，２の環状空間の他方に通常のシールを設け、センサ支持部材８に取り付けた温度センサで検知した温度から当該転がり軸受における歪みを検知できるようにしてもよいし、歪みゲージで直接、当該転がり軸受の歪みを検知できるようにしてもよい。

（９）上述の各実施形態の転がり軸受における内・外輪１，２の軌道溝は、深溝タイプであったが、斜接タイプなど他の溝形式を有する転がり軸受であってもよい。

（１０）上述の各実施形態では、磁気センサ７が外輪２側に、パルサリング９が内輪１側であったが、磁気センサ７が内輪１側に、パルサリング９が外輪２側に設けられてもよい。

（１１）上述の図１ないし図４および図７で示される転がり軸受の場合、センサ支持部材８を固着したために、その外径寸法が規格寸法を超えるような場合、外輪２を所要の薄肉化処理を施して外輪２の外径を縮径するとともに、センサ支持部材８の軸方向筒部８ａにおける肉厚の厚さをその薄肉処理に対応して設定するようにしてもよい。

このようにした転がり軸受の場合、センサ支持部材８を外輪２の外径面に固着しても、転がり軸受の規格寸法に一致させられるから、転がり軸受の規格寸法に合わせて所定の内径面に設計されているハウジングに対してセンサ支持部材８を固着した転がり軸受を嵌入させることができて好ましい。

（１２）上述の図５、図６および図８で示される転がり軸受の場合、センサ支持部材８の膜厚を、当該転がり軸受の外径寸法をこれより所定クラス分大きな転がり軸受の外径寸法に一致させる膜厚に設定してもよい。

こうすることにより、所定のハウジングの内径面に嵌合して使用できないような転がり軸受であっても、センサ支持部材８の肉厚を設定するだけで、そのハウジングに嵌合固定できるようになり、わざわざ、その所定クラスに合う転がり軸受を制作することなく、センサ支持部材８の肉厚が設定されて固着されている既存の転がり軸受を使用できるから、コストが節約されて好ましい。

本発明の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明の他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図本発明のさらに他の実施形態に係る転がり軸受の上半分を示す断面図

符号の説明

１内輪
２外輪
３ボール
７磁気センサ
８センサ支持部材
９パルサリング
１０パルサリング支持部材

Claims

外輪の少なくとも端面に対して、当該軸受の状態検知用のセンサが前記外輪の外径面に固着されている軸方向筒部と、前記外輪の端面に固着されている径方向環状部とから構成されるセンサ支持部材を介して一体的に取り付けられているとともに、前記外輪と径方向に対向する内輪に設けられたパルサリングと対向するように、前記センサが前記径方向環状部に取り付けられ、前記センサ支持部材が、前記外輪に対して樹脂成形により固着されており、前記センサ支持部材が、前記外輪の外径面から端面にかけて一体的に樹脂成形により固着され、かつ前記外輪が圧入嵌合されるハウジングに、前記センサ支持部材を介して外輪が圧入嵌合される、ことを特徴とする転がり軸受。
前記センサ支持部材が前記外輪の外径面を越えて外輪端面まで延びており、前記外輪と径方向で対向する内輪に対して、パルサリングを支持したパルサリング支持部材が、前記センサ支持部材との対向間で内・外輪の径方向環状空間を密封するラビリンス隙間が形成される形態で固定されており、かつ、前記センサとパルサリングとが、前記センサ支持部材とパルサリング支持部材との間における前記ラビリンス隙間内おいて対向配置されている、ことを特徴とする請求項１の転がり軸受。
前記センサ支持部材の少なくとも外径面に対して金属板が被覆形成されている、ことを特徴とする請求項１または２の転がり軸受。
前記パルサリング支持部材は、環状部とこの環状部の外径側に連成されて、軸方向に延びる軸方向筒部と環状部の内径側から周方向交互に軸方向内向きと径方向内向きに延びる複数の筒状舌片と複数の環状舌片とを備えている、ことを特徴とする請求項１の転がり軸受。