JP4371160B2 - センサ付き転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、回転数等を検出するためのセンサを備えたセンサ付き転がり軸受に関する。

従来、センサ付き転がり軸受として、例えば特開平７−３１１２１２号公報や特開平１０−３１１７４０号公報に開示されたものがある。
これらの構成はいずれも、静止輪である外輪に保持部材を介してセンサを取り付け、回転輪である内輪に多極磁石等の被検出部材を取り付けたものである。

しかしながら、上記のセンサ付き転がり軸受では、電動機や高周波電源等の磁束を発生する機器の近傍に設置されると、これら機器から漏洩した磁束がセンサを構成する回路に影響し、センサが誤作動することがあった。
また、機器のハウジングを通じて交流電源のアース接地がなされている機器に上記のセンサ付き転がり軸受を取り付けて使用する場合、ハウジングのアース接地が不完全であると、センサにも交流電源の電圧が印加される。それに伴い微弱電流がセンサに流れ、電源の周波数等に起因するノイズがセンサの出力信号に入ることがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、漏洩磁束等の外乱を遮断でき、高い検出精度を維持可能としたセンサ付き転がり軸受を提供することにある。

本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）回転輪である内輪と、固定輪である外輪と、前記内輪及び外輪の間に介在する転動体と、前記外輪における軸方向の一端部に設けられたセンサと、前記内輪における軸方向の一端部に設けられた、前記センサによってセンシングされる被検出部材とを備えたセンサ付き転がり軸受であって、
前記センサが磁性材からなる第一保持部材を介して前記外輪に保持されるとともに前記被検出部材が磁性材からなる第二保持部材を介して前記内輪に保持され、前記第二保持部材は、前記センサ及び前記被検出部材の転動体側で径方向に延びる一体成形された介在側壁を有し、前記第一保持部材及び前記第二保持部材並びに当該第二保持部材に一体成形された前記介在側壁が前記センサ及び前記被検出部材の近傍に配されたノイズ用シールドとして機能し、
前記第一保持部材及び前記第二保持部材の前記磁性材のそれぞれは、ＳＰＣＣ材、マルテンサイト系ステンレス鋼材、フェライト系ステンレス鋼材のいずれかであることを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
（２）前記センサが、前記被検出部材から発せられる磁気を感知する磁気感応センサである前記（１）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（３）前記センサは、樹脂ブロックを介して前記第一保持部材に固定されている前記（１）又は（２）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（４）前記第一保持部材が、前記センサ及び前記被検出部材の反転動体側で径方向に延びた側壁を有し、前記第一保持部材及び前記第二保持部材が前記センサ及び前記被検出部材を覆っている前記（１）〜（３）のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
（５）前記センサ及び前記被検出部材が径方向に対向するように、それらが前記第一保持部材及び前記第二保持部材によって保持されている前記（１）〜（４）のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。

上記構成のセンサ付き転がり軸受によれば、センサが磁性材からなる第一保持部材を介して外輪に保持され、被検出部材が磁性材からなる第二保持部材を介して内輪に保持されて、第一保持部材及び第二保持部材がノイズ用シールドとして機能するとともに、センサ及び被検出部材の転動体側に径方向に延びた介在側壁が転動体側からセンサ及び被検出部材に向く方向に作用する漏洩磁束を遮断するので、電動機や高周波電源等の機器から漏洩した磁束が遮断され、耐漏洩磁束性が向上して、センサによる高い検出精度が維持される。そして、これに加えて、あらためてノイズシールド部材を別途設ける必要がないため、コストダウンを図ることができる。また、介在側壁は、軸受空間内の潤滑剤がセンサに影響を及ぼすことも防止できる。
また、センサが磁気感応センサである場合、ノイズ用シールドによって漏洩磁束が遮断されるため、被検出部材が発生した磁気がセンサに確実に取り込まれる。したがって、被検出部材からの情報を、センサにより高精度で検出できる。
そして、センサが、樹脂ブロックを介して第一保持部材に固定されていると好ましい。
また、第一保持部材が、センサ及び被検出部材の反転動体側で径方向に延びた側壁を有し、第一保持部材及び第二保持部材がセンサ及び被検出部材を覆うようにすれば、第一保持部材及び第二保持部材のみによって漏洩磁束をより確実に遮断することができる。
そして、センサ及び被検出部材が径方向に対向するように、それらが第一保持部材及び第二保持部材によって保持されるようにすれば、センサ付き転がり軸受全体の軸方向の大きさ（幅寸法）をコンパクトにすることができる。

本発明によれば、漏洩磁束等の外乱を遮断でき、高い検出精度を維持可能としたセンサ付き転がり軸受を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に、本発明の第１実施形態のセンサ付き転がり軸受１０を示す。センサ付き転がり軸受１０は、外輪１１と内輪１２との間に複数の玉（転動体）１３が介在されている。複数の玉１３は、保持器１４によって周方向に間隔をあけて転動自在に保持されている。
ここでは、外輪１１が静止輪となり、内輪１２が回転輪となる。

転がり軸受１０の軸方向一方側（図では左側）には、シール部材１５が設けられている。シール部材１５は、基端部（外周部）を外輪１１に固定されている。シール部材１５の先端部（内周部）は、内輪１２に接しておらず、このシール部材１５は非接触式のシール部材である。
図示しないが、接触式のシール部材を用いることも可能である。

転がり軸受１０の軸方向他方側（図では右側）には、外輪１１内径面から内輪１２側に向かって径方向に延びるように介在側壁１６が設けられている。介在側壁１６は、円環状に形成され、その外周部が外輪１１のシール溝内に嵌合している。また、外輪１１に第一保持部材１７が固定され、内輪１２に第二保持部材１８が固定されている。
介在側壁１６、第一保持部材１７及び第二保持部材１８は、磁束を遮断できる磁性材等の材料からなっている。磁性材としては、ＳＰＣＣ材やマルテンサイト系あるいはフェライト系のステンレス鋼材等が用いられる。

第一保持部材１７は、外輪１１の内径面に嵌合された円筒状の取付部１７ａと、取付部１７ａに接続されて外輪１１端面に沿って径方向外方に延びたフランジ部１７ｂと、取付部１７ａと同様な径方向位置でフランジ部１７ｂに接続されて軸方向に延びた延長部１７ｃと、延長部１７ｃの軸方向端部に接続されて径方向内方に延びた側壁部１７ｄとを有している。取付部１７ａの、フランジ部１７ｂが接続された側とは反対側（図では左側）の先端は、介在側壁１６の側面に当接している。介在側壁１６は、取付部１７ａの先端と外輪１１のシール溝の肩との間で挟持されている。

第一保持部材１７の取付部１７ａ及び延長部１７ｃの内周面には、センサとしての磁気感応センサ１９が保持されている。磁気感応センサ１９は、樹脂ブロック２０を介して第一保持部材１７に固定されている。磁気感応センサ１９は、軸方向の玉１３側が介在側壁１６に、径方向外方が取付部１７ａ及び延長部１７ｃに、軸方向の玉１３とは反対側が側壁部１７ｄによって、その径方向内方を除く三方が囲まれている。磁気感応センサ１９は、後述する多極磁石２１が発生する磁束に基づいた電気信号を発生する。その電気信号は外部配線２２を通じて図示しない制御回路に伝送される。制御回路では、その電気信号を増幅・波形整形してパルス状の回転信号に変換し、内輪１２の回転速度を検出するのに用いる。

第二保持部材１８は、内輪１２の外径面に嵌合された円筒状の取付部１８ａと、取付部１８ａに接続されて内輪１２端面に沿って径方向内方に延びたフランジ部１８ｂと、取付部１８ａと同様な径方向位置でフランジ部１８ｂに接続されて軸方向に延びた延長部１８ｃとを有している。
第二保持部材１８の取付部１８ａ及び延長部１８ｃの外周面に、被検出部材としての円環状の多極磁石２１が保持されている。

多極磁石２１の外径面には、Ｓ極、Ｎ極が周方向に交互に複数着磁されている。多極磁石２１は、磁気感応センサ１９の径方向内方に所定の隙間を介して磁気感応センサ１９に非接触で対向配置されている。多極磁石２１は、軸方向の玉１３とは反対側が第一保持部材１７の側壁部１７ｄに、径方向内方が取付部１８ａ及び延長部１８ｃによって、その径方向外方及び軸方向の玉１３側を除く二方が囲まれている。介在側壁１６の内径を小さくして（介在側壁１６を内輪１２側に延長させて）、多極磁石２１の軸方向玉１３側を介在側壁１６によって遮断するようにしてもよい。多極磁石２１は、外周側に磁束を常時発生する。
第一保持部材１７の側壁部１７ｄの先端は、多極磁石２１及び第二保持部材１８に接近しているが、接してはいない。
こうして、介在側壁１６、第一保持部材１７及び第二保持部材１８は、断面視においてロ字状を呈しつつ磁気感応センサ１９及び多極磁石２１を覆っている。

第一保持部材１７のフランジ部１７ｂは、隙間無くＵ字状に折り曲げられて径方向に延びるように形成されており、その一方の側面が外輪１１の端面に接している。センサ付き転がり軸受１０を図示しないハウジング等に圧入するために、フランジ部１７ｂの他方の側面に押圧荷重がかけられても、フランジ部１７ｂは外輪端面に支えられるため、全く変形せず、押圧荷重がそのまま外輪１１に伝わる。
第二保持部材１８のフランジ部１８ｂも、同様な作用を奏する。

以上のような構成のセンサ付き転がり軸受１０によれば、磁気感応センサ１９及び多極磁石２１が、ノイズ用シールドとして機能する、介在側壁１６、第一保持部材１７及び第二保持部材１８によって囲まれたことにより、電動機や高周波電源等の機器から漏洩した磁束が遮断される。したがって、耐漏洩磁束性が向上して、磁気感応センサ１９による高い検出精度が得られる。また、多極磁石２１が発生した磁気が磁気感応センサ１９に確実に取り込まれるので、磁気感応センサ１９による高い検出精度が得られる。

また、磁気感応センサ１９及び多極磁石２１の玉１３側に介在側壁１６が設けられているので、玉１３側から磁気感応センサ１９及び多極磁石２１に向く方向に作用する漏洩磁束も遮断できるとともに、軸受空間内の潤滑剤が磁気感応センサ１９に影響を及ぼすことも防止できる。
そして、磁気感応センサ１９及び多極磁石２１が径方向に対向するように、それらを第一保持部材１７及び第二保持部材１８によって保持することで、センサ付き転がり軸受１０全体の軸方向の幅寸法をコンパクトにしている。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、図２に示すセンサ付き転がり軸受３０のように、介在側壁３１ｅが第一保持部材３１に一体成形されていてもよい。また、図３に示すセンサ付き転がり軸受４０のように、介在側壁４１ｅが第二保持部材４１に一体成形されていてもよい。
例えば、磁気感応センサ１９に発信機を設け、制御回路に受信機を設けて、無線通信可能とすることで、信号伝送用の外部配線２２を省略するようにしてもよい。
また、センサとして、温度センサや振動センサを用いてもよい。
さらに、多極磁石として、着磁パターンの異なる、第一部分と、第一部分に軸方向に隣接した第二部分とを有するものを用いてもよい。第一部分は、Ｓ極及びＮ極を周方向に交互に複数配置した構成とし、第二部分は、周方向に１箇所のみＳ極及びＮ極を配置した構成とすることができる。この場合、磁気感応センサも、第一部分と第二部分とを有する構成にすることができる。

第１実施形態の要部断面図である。 第２実施形態の要部断面図である。 第３実施形態の要部断面図である。

符号の説明

１０，３０，４０ センサ付き転がり軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
１３ 玉（転動体）
１６ 介在側壁（ノイズ用シールド）
１７，３１ 第一保持部材（ノイズ用シールド）
１７ｄ，３１ｄ 側壁部(側壁)
１８，４１ 第二保持部材（ノイズ用シールド）
１９ 磁気感応センサ（センサ）
２１ 多極磁石(被検出部材)

Claims (5)

1. 回転輪である内輪と、固定輪である外輪と、前記内輪及び外輪の間に介在する転動体と、前記外輪における軸方向の一端部に設けられたセンサと、前記内輪における軸方向の一端部に設けられた、前記センサによってセンシングされる被検出部材とを備えたセンサ付き転がり軸受であって、
   前記センサが磁性材からなる第一保持部材を介して前記外輪に保持されるとともに前記被検出部材が磁性材からなる第二保持部材を介して前記内輪に保持され、前記第二保持部材は、前記センサ及び前記被検出部材の転動体側で径方向に延びる一体成形された介在側壁を有し、前記第一保持部材及び前記第二保持部材並びに当該第二保持部材に一体成形された前記介在側壁が前記センサ及び前記被検出部材の近傍に配されたノイズ用シールドとして機能し、
   前記第一保持部材及び前記第二保持部材の前記磁性材のそれぞれは、ＳＰＣＣ材、マルテンサイト系ステンレス鋼材、フェライト系ステンレス鋼材のいずれかであることを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
2. 前記センサが、前記被検出部材から発せられる磁気を感知する磁気感応センサである請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受。
3. 前記センサは、樹脂ブロックを介して前記第一保持部材に固定されている請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受。
4. 前記第一保持部材が、前記センサ及び前記被検出部材の反転動体側で径方向に延びた側壁を有し、前記第一保持部材及び前記第二保持部材が前記センサ及び前記被検出部材を覆っている請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。
5. 前記センサ及び前記被検出部材が径方向に対向するように、それらが前記第一保持部材及び前記第二保持部材によって保持されている請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受。

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