JP4443242B2

JP4443242B2 - 回転センサ付軸受

Info

Publication number: JP4443242B2
Application number: JP2004015598A
Authority: JP
Inventors: 憲市岩本; 孝誌小池
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005207913A

Description

この発明は、針状ころ軸受等の転がり軸受に回転センサを装着してなる回転センサ付軸受に関する。

この種の回転センサ付軸受の従来例として、玉軸受に回転センサを装着したものが知られている（例えば、特許文献１）。この回転センサ付軸受は、回転側軌道輪である内輪に、芯金を介在部材としてパルサリングを装着し、固定側軌道輪である外輪に、ケースやケース固定リングを介在部材として前記パルサリングを検出するセンサを装着して構成される。
特開２００２−４００３７号公報

しかし、上記構成の回転センサ付軸受では、各種の介在部材を介してパルサリングやセンサを回転側軌道輪や固定側軌道輪に装着するので、針状ころ軸受のような薄肉の転がり軸受ではパルサリングやセンサを装着するためのスペースを確保できず、応用が困難である。

この発明の目的は、針状ころ軸受等のような薄肉の転がり軸受にも応用可能な回転センサ付軸受を提供することである。

この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受であって、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器は、前記固定側軌道輪の端部に設けられてこの固定側軌道輪の一部がヨークとなる巻線型検出器であることを特徴とする。この回転センサ付軸受は針状ころ軸受であっても良い。つまり、前記転動体は針状ころであっても良い。
この構成によると、この軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得るように検出器を設けたため、軌道輪に被検出部を設ける場合と異なり、軸受の径方向厚さが薄くてもその範囲内に検出器を設けることができる。この場合に、検出器は軌道輪の端部に設けるため、転動体が邪魔となることなく、回転側部材に設けられた被検出部を検出可能なように検出器を配置することができる。そのため、針状ころ軸受等のような薄肉の転がり軸受にも適用することができる。

この発明において、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記回転センサ付軸受を組み込む軸の前記検出器と対向する位置に、１回転で少なくとも１周期以上のインダクタンス変化を生じる異形部または偏心部からなる被検出部を設けても良い。ここで言う異形部は、外径面が被検出面となるラジアル型では断面が非円形の部分であり、端面ないし段差面等の軸方向面が被検出面となるアキシアル型では、円周方向位置によって軸方向位置が変化する形状の部分を言う。この構成の場合、軸の外径と外輪の外径の範囲に回転センサを収めることができる。

前記巻線型検出器を用いると、高い検出精度を得ることができる。また、巻線型検出器であると、固定側軌道輪の一部をヨークとして利用することができる。

検出器は、前記固定側軌道輪の端部に設けられてこの固定側軌道輪の一部がヨークとなる巻線型検出器である。このように固定側軌道輪の一部を検出器のヨークに兼用させることで、コンパクト化が図り易く、限られたスペースに検出コイルを巻くことができる。

この発明における他の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受において、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器が巻線型検出器であり、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記検出器の構成部分となるヨークが形成されたケースを前記外輪の外径面に固定したことを特徴とする。
この構成の場合、外輪とは別にケースが必要であるが、軌道面の硬化処理等を行う外輪とは別にヨークを設けることができ、外輪の製造が容易である。上記ケースは外輪に嵌合させるため、組立が簡単に行える。また、外輪とは別に設けたケースにヨークを設けるため、検出コイルの巻線スペースを広く確保できる。

この発明において、回転センサ付軸受が信号処理回路基板を有するものとしても良い。この構成の場合、回転センサの検出信号を、軸受外に取り出す前に信号処理して出力できるので、検出器の近傍で処理できて、配線系における信号の劣化の問題がなく、また信号の処理回路を軸受とは別に設けることが不要で、この回転センサ付軸受の適用が簡単に行える。

前記信号処理回路基板は、ワイヤレスで検出器の検出信号の送信と検出器への給電とのいずれか一方または両方を行う回路およびアンテナを有するものとしても良い。
この場合には、検出信号の取り出し、または給電に引出し線が要らず、引出し線の配線処理などの作業を省略でき、組立が簡単になる。

この発明において、前記検出器が、それぞれヨークとなる円周方向に並んだ歯を有する巻線型検出器である場合に、この検出器の前記歯を利用して固定される信号処理回路基板またはカバーを設けても良い。
この構成の場合、ヨークとなる歯の間を利用して、信号処理回路基板やこの回路基板を覆うカバーを外輪に取付けることができ、信号処理回路基板やカバーの取付構造が簡素になる。

この発明におけるさらに他の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、および転動体を有する転がり軸受であって、固定側軌道輪の端部に、巻線型検出器の歯を設け、この歯に巻線を施し、回転側軌道輪の端部における前記検出器と対向する位置に、１回転で少なくとも１周期以上のインダクタンス変化を生じる異形部または偏心部からなる被検出部を設けたものである。
この構成の場合、回転側軌道輪と固定側軌道輪との両方の軌道輪を有する軸受となり、また固定側軌道輪に被検出部が設けられることになるが、検出部が固定側軌道輪の端部に設けられた歯に巻かれた巻線型検出器であり、また被検出部が回転側軌道輪の端部に設けられた異形部または偏心部であるため、コンパクトな構成で検出部と被検出部を設けることができる。そのため、薄肉の転がり軸受に適用することができ、針状ころ軸受等にも簡易に適用可能となる。

これらの発明において、固定側軌道輪は、鋼板の塑性加工品からなるものであっても良い。上記鋼板は、例えば厚さ２mm以下のものであっても良い。シェル型の針状ころ軸受は固定側軌道輪となる外輪が鋼板の塑性加工品、つまりプレス加工品からなり、またその鋼板には厚さ２mm以下のものが一般に使用されるが、この発明は、このようなシェル型の針状ころ軸受にも適用することができる。その場合に、外輪等の固定側軌道輪の端部の一部をヨークとして巻線型検出器を設けることが容易に行える。
この発明の回転センサ付軸受において、前記検出器はラジアル型であっても、アキシアル型であっても良い。アキシアル型であって、外輪が固定側輪である場合、被検出部は例えば軸の段差面等で形成しても良い。

この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受であって、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器は、前記固定側軌道輪の端部に設けられてこの固定側軌道輪の一部がヨークとなる巻線型検出器であるため、被検出部で軸受にスペースが取られず、薄肉の転がり軸受、例えば針状ころ軸受等にも適用することができる。
この発明の他の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受において、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器が巻線型検出器であり、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記検出器の構成部分となるヨークが形成されたケースを前記外輪の外径面に固定したものである。この構成の場合、外輪とは別にケースが必要であるが、軌道面の硬化処理等を行う外輪とは別にヨークを設けることができ、外輪の製造が容易である。上記ケースは外輪に嵌合させるため、組立が簡単に行える。また、外輪とは別に設けたケースにヨークを設けるため、検出コイルの巻線スペースを広く確保できる。
この発明のさらに他の回転センサ付軸受は、回転側軌道輪、固定側軌道輪、および転動体を有する転がり軸受であって、固定側軌道輪の端部に、巻線型検出器の歯を設け、この歯に巻線を施し、回転側軌道輪の端部における前記検出器と対向する位置に、１回転で少なくとも１周期以上のインダクタンス変化を生じる異形部または偏心部からなる被検出部を設けたため、薄肉の転がり軸受、例えば針状ころ軸受等にも適用することができる。

この発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。図１（Ａ）に示すように、この回転センサ付軸受は、固定側軌道輪である外輪２および複数の転動体３を備えた転がり軸受１において、回転センサ１１を設けたものである。上記転がり軸受１は針状ころ軸受からなり、外輪２はシェル型とされている。転動体３は針状ころであり、保持器４の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット４ａに保持され、相互間の間隔が保持されている。保持器４は、転動体３を脱落不能に保持するものとされている。外輪２は強磁性体等の磁性体からなり、両側に鍔部５，６を有している。具体的には、外輪２は、鋼板の塑性加工品からなる。鋼板には厚さが２mm以下のものが用いられる。転動体３は、この転がり軸受１を組み込む回転側部材である軸１０の外径面１０ａと外輪２の内径面２ａを軌道面として、転動自在とされている。外輪２の両端の鍔部５，６とこれに対向する保持器４の両端部との間には、それぞれシール７，８が設けられている。シール７，８は、外輪２の内径面に装着され、そのシールリップが軸１０の外径面に接する。

回転センサ１１は、軸１０に設けられた被検出部１２と、この被検出部１２を検出して回転信号を得る検出器１３とで構成される。検出器１３はラジアル型のものであって、巻線型検出器からなる。
図１（Ａ）におけるＩ−Ｉ矢視断面図を図１（Ｂ）に示す。同図に示すように、外輪２の一端部の鍔部６には、円周方向に並んだ複数の歯１４がヨークとして形成されている。この歯１４と、この歯１４に巻かれ励磁および検出を兼ねた検出コイル１５とで検出器１３が構成される。このように外輪２の鍔部６に歯１４を形成してヨークに兼用しため、巻線型検出器１３の検出コイル１５を限られたスペースに容易に巻くことができる。また、巻線型検出器１３とするため、検出精度の良いものとできる。なお、図１（Ａ）の断面図は、図１（Ｂ）におけるII−II矢視断面図を表している。

被検出部１２は、軸１０の外周に設けられ、外輪２に設けられた検出器１３と対向して位置している。被検出部１２は、軸１０の１回転を１周期としてインダクタンス変化する異形部または偏心部として構成される。この例では、被検出部１２は、軸１０の外径面の前記検出器１３と対向する部分を、軸１０の中心Ｏから若干偏心した位置Ｏ１を中心とする偏心部に加工したものとしている。これにより、軸１０が回転すると、検出器１３を構成するヨーク歯１４と被検出部１２のギャップ、つまりインダクタンスが変化し、たとえば検出コイルと抵抗（図示せず）とを直列に接続して交流電圧を加えれば、軸１０の１回転につき検出コイル１５に１周期分の正弦波状に変化した電圧を得る。なお、前記ギャップの変化は、軸１０の１回転につき１周期以上（例えば複数周期）変化するものとしても良い。

検出器１３が設けられる外輪２の端部の鍔部６には、検出器１３が検出する検出信号の処理部や、検出器１３に電力を供給する給電部を備えたパターン回路を有する信号処理回路基板１６が設けられている。この信号処理回路基板１６は、外輪鍔部６にそのヨークとなる歯１４を利用して固定される。具体的には、隣り合うヨーク歯１４の間のヨーク非形成部１７（図１（Ｂ））に嵌まり込む爪状の取付部材１８（図１（Ａ））が信号処理回路基板１６に設けられており、この取付部材１８に設けられた溝状切欠部が外輪鍔部６におけるヨーク非形成部１７となる部分に噛み合うことで、信号処理回路基板１６が外輪鍔部６に固定されている。この信号処理回路基板１６のパターン回路は引出し線１９を介して外部の回路に接続されている。このように、回転センサ１１が信号処理回路基板１６を有するものとしているため、検出器１３の近傍で信号処理が行えて、配線系における信号の劣化の問題がなく、また信号の処理回路を軸受とは別に設けることが不要で、この回転センサ付軸受の適用が簡単に行える。

この構成の回転センサ付軸受によると、軸１０が回転すると、軸１０に設けられた被検出部１２とこれに径方向に対向する検出器１３のヨーク歯１４とのギャップが変化し、軸１０の１回転につき１周期の正弦波状に変化した電圧が回転信号として検出器１３の検出コイル１５で検出される。その回転信号が信号処理回路基板１６の回路で処理されて引出し線１９から外部に取り出される。

このように、この回転センサ付軸受１によると、この軸受１を組み込む回転側部材である軸１０に設けられた被検出部１２を検出して回転信号を得るように検出器１３を設けたため、軌道輪に被検出部を設ける場合と異なり、軸受１の径方向厚さが薄くてもその範囲内に検出器１３を設けることができる。この場合に、検出器１３は外輪３の端部に設けるため、転動体３が邪魔となることなく、軸１０に設けられた被検出部１２を検出可能なように検出器１３を配置することができる。そのため、針状ころ軸受等のような薄肉の転がり軸受にも適用することができる。
検出器１３は巻線型検出器であるため、検出精度の良いものとできる。また、外輪２の鍔部６に設けた歯１４をヨークとするため、検出器１３に専用のヨークを設けることが不要で、部品点数が少なく、コンパクトな構成とできる。

なお、この実施形態では、保持器４やシール７，８を有する転がり軸受１に適用した場合を示したが、これに限らず、例えば保持器のない総ころ軸受に適用しても良い。また、シール７，８は無くても良い。外輪２はヨーク歯１４を一体形成するために磁性体とされるが、その磁性体はステンレス系の磁性体であっても良い。
また、回転側部材である軸１０の外周に形成した被検出部１２は、この実施形態では偏心部としたが、これに限らず、例えば多極のカム形状等の異形部であっても良い。

この実施形態では、信号処理回路基板１６からの回転信号の取り出しや、信号処理回路基板１６への電力の供給を引出し線１９を介して行うようにしているが、これに代えて、ワイヤレスで信号送信または電力の供給を行うようにしても良い。その場合、例えば図２に示すように、信号処理回路基板１６にワイヤレス送受のための送受信アンテナ回路２０を設け、電磁波で回転信号の取り出しや電力の供給を行うようにする。

図２の送受信アンテナ回路２０では、検出器１３およびその信号処理回路からなるセンサ部３０からの回転信号を、センサ信号送信部２１のアンテナ２３から、外部のセンサ信号受信機２５におけるセンサ信号受信部２６のアンテナ２８で受信する。また、センサ信号受信機２５における電力送信部２７のアンテナ２９から送信される電力信号を、電力受信部２２のアンテナ２４で受信するように構成されている。このように構成することにより、検出信号の取り出しや給電に引出し線１９が要らず、引出し線１９の配線処理などの作業を省略でき、組立が簡単になる。
なお、送受信アンテナ回路２０は、センサ信号送信部２１および電力受信部２２のうちの、いずれか一方のみを有するものであっても良い。

図３はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１の回転センサ付転がり軸受１において、外輪２に設ける検出器１３をアキシアル型としたものである。これに対応して、軸１０の被検出部１２Ａは、軸外径面に全周にわたって設けた段差部１０ｂの端面１０ｂａを、その軸方向位置が軸１０の１回転で１周期となる変化をする異形部に形成している。なお、同図において、２点鎖線で示す部分は、段差部１０ｂの端面１０ｂａに軸方向変化が無い場合の位置を示す。

アキシアル型の検出器１３は、図１の実施形態におけるヨーク歯１４の先端を、被検出部１２Ａを構成する前記段差部１０ｂの端面１０ｂａに対向するように軸方向に向けて曲げ加工して構成される。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合も、軸１０が１回転する間に、被検出部１２Ａである軸段差部１０ｂの端面１０ｂａとヨーク歯１４とのギャップが１周期の変化をするので、軸１０の回転を検出器１３で検出することができる。

なお、この実施形態では、被検出部１２Ａを構成する段差部１０ｂを軸１０の外径面に直接に形成したが、別部材を軸１０の外径面に設けて段差部を構成しても良い。

図４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１の回転センサ付転がり軸受１において、信号処理回路基板１６を一体に有するカバー３１を、外輪鍔部６に固定したものである。カバー３１の固定は、カバー３１に設けられた爪状の取付部材３２を、外輪鍔部６のヨーク非形成部１７に係合させて行われる。
このように、信号処理回路基板１６をカバー３１で覆うことにより、信号処理回路基板１６に設けられたパターン回路の損傷をより確実に防止できる。その他の構成は、図１の実施形態の場合と同様である。

図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１の実施形態において、転がり軸受を、固定側軌道輪である外輪２、および転動体３の他に、回転側軌道輪である内輪９を有する転がり軸受１Ａとしたものである。内輪９の外径面９ａは転動体である転動体３の軌道面となる。
また、被検出部１２Ｂは、検出器１３が対向する内輪９の一端部の外径面に設けられている。この被検出部１２Ｂは、内輪９の端部外径面に形成した薄肉部９ｂに圧入嵌合されるロータ３３からなる。このロータ３３は環状の磁性体からなり、その厚みが１周にわたって変化し、内径の中心に対して外径の中心が偏心した偏心部に形成されている。これにより、内輪９の薄肉部９ｂに圧入嵌合させたロータ３３の外径の中心Ｏ１は、内輪９の中心Ｏから偏心した位置となり、ロータ３３の外径面と検出器１３とのギャップつまりインダクタンスが、内輪９の１回転につき１周期の変化をすることになる。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転センサ付転がり軸受は、図５の実施形態において、ラジアル型検出器１３に対向する内輪９の一端部外径面に形成する薄肉部９ｂを、その薄肉度が内輪９の１回転につき１周期となるように変化させた異形部とすることで、この薄肉部９ｂを被検出部１２Ｃとしたものである。この薄肉部９ｂの外径の中心Ｏ１は、内輪９の中心Ｏから偏心した位置となり、薄肉部９ｂの外径面と検出器１３とのギャップつまりインダクタンスが、内輪９の１回転につき１周期の変化をすることになる。その他の構成は図５の実施形態の場合と同様である。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の回転センサ付転がり軸受は、図６の実施形態において、内輪９の薄肉部９ｂからなる被検出部１２Ｃに対向するラジアル型検出器１３Ａを、外輪２の外径面に圧入嵌合させた円筒状のケース３４の一端部に設けたものである。ケース３４は磁性体からなる。この検出器１３Ａは、ケース３４の一端部に設けられた鍔部３５に円周方向に並んだヨークである複数の歯３６と、この歯３６に巻かれ励磁および検出を兼ねた検出コイル３７とで構成されている。したがって、外輪２の鍔部６にはヨークは形成されない。その他の構成は図６の実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合、検出器１３Ａのヨーク３６が形成されたケース３４を、外輪２とは別体に設けているため、外輪２の加工が簡単に行え、また検出コイル３７の巻線スペースを広く確保し易い。ケース３４は外輪２の外径面に圧入嵌合させる構造であるため、組立が簡単に行える。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図、（Ｂ）はその横断面図である。同回転センサ付軸受に設ける送受信アンテナ回路と外部のセンサ信号受信機とを示すブロック図である。この発明の他の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…転がり軸受
２…外輪（固定側軌道輪）
３…転動体
４…保持器
９…内輪（回転側軌道輪）
１０…軸（回転側部材）
１１…回転センサ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…被検出部
１３，１３Ａ…検出器
１４…歯（ヨーク）
１５…検出コイル
１６…信号処理回路基板
２０…送受信アンテナ回路
２１…センサ信号送信部
２２…電力受信部
２３，２４…アンテナ
３１…カバー
３４…ケース
３６…歯（ヨーク）
３７…検出コイル

Claims

固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受において、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器は、前記固定側軌道輪の端部に設けられてこの固定側軌道輪の一部がヨークとなる巻線型検出器であることを特徴とする回転センサ付軸受。
請求項１において、前記転動体が針状ころである回転センサ付軸受。
請求項１または請求項２において、前記固定側軌道輪が外輪であり、回転センサ付軸受を組み込む軸の前記検出器と対向する位置に、１回転で少なくとも１周期以上のインダクタンス変化を生じる異形部または偏心部からなる被検出部を設けた回転センサ付軸受。
固定側軌道輪および転動体からなる転がり軸受において、前記固定側軌道輪の端部に、この転がり軸受を組み込む回転側部材に設けられた被検出部を検出して回転信号を得る検出器を設け、この検出器が巻線型検出器であり、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記検出器の構成部分となるヨークが形成されたケースを前記外輪の外径面に固定した回転センサ付軸受。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、信号処理回路基板を設けた回転センサ付軸受。
請求項５において、前記信号処理回路基板に、ワイヤレスで検出器の検出信号の送信と検出器への給電とのいずれか一方または両方を行う回路およびアンテナを設けた回転センサ付軸受。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記検出器が、それぞれヨークとなる円周方向に並んだ歯を有する巻線型検出器であり、この検出器の前記歯を利用して固定される信号処理回路基板またはカバーを設けた回転センサ付軸受。
回転側軌道輪、固定側軌道輪、および転動体を有する転がり軸受において、固定側軌道輪の端部に、巻線型検出器の歯を設け、この歯に巻線を施し、回転側軌道輪の端部における前記検出器と対向する位置に、１回転で少なくとも１周期以上のインダクタンス変化を生じる異形部または偏心部からなる被検出部を設けた回転センサ付軸受。
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、固定側軌道輪が、厚さ２mm以下の鋼板の塑性加工品からなる回転センサ付軸受。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、検出器がラジアル型である回転センサ付軸受。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、検出器がアキシアル型である回転センサ付軸受。