JP4498330B2 - 磁気エンコーダおよびそれを備えた車輪用軸受 - Google Patents

Description

この発明は、相対回転する軸受部の回転検出装置等に用いられる磁気エンコーダ、およびそれを備えた車輪用軸受に関し、例えば自動車のアンチロックブレーキシステムにおける前後の車輪回転数を検出する回転検出装置に設けられる磁気エンコーダに関する。

従来、自動車のスキッドを防止するためのアンチスキッド用回転検出装置として、次のような構造が多く用いられている。すなわち、前記回転検出装置は歯付ローターと感知センサからなっており、その際、軸受を密封するシール装置よりそれぞれ離間させて配置し、一つの独立した回転検出装置を構成しているものが一般的である。
このような従来例は、回転軸に嵌合された歯付ローターを、ナックルに取付られた回転検出センサで感知検出する構造を持ち、使われている軸受は、その側部に独立して設けられたシール装置によって、水分あるいは異物の侵入から守られる。

その他の例として特許文献１には、回転検出装置の装着スペースを削減せしめ感知性能を飛躍的に向上させることを目的として、車輪回転検出のための回転検出装置を有したベアリングシールにおいて、そこに使用するスリンガーに磁性粉の混入された弾性部材を周状に加硫成形接着し、そこに交互に磁極を配設した構造が示されている。
また、特許文献２には、軸方向の寸法を小さくし、回転部材と固定部材との間の密閉度を良好にし、容易に取り付け可能にすることを目的として、回転部材と固定部材との間がシールされ、この回転部材に回転ディスクが取り付けられ、その回転ディスクに多極化されたコーダが取り付けられたコーダ内蔵密閉構造としたものが示されている。使用するコーダは、磁性粉を添加したエラストマーからなる。
特許第２８１６７８３号公報 特開平６−２８１０１８号公報

磁気特性の向上を考慮すると、磁気エンコーダに含まれる磁性体の配合量は多い方が好ましい。単位面積当たりの磁力を大きくすることができるので、磁気エンコーダの薄肉化、検出感度の向上が期待できるからである。特に、フェライト系磁性粉よりも希土類性磁性粉を用いた場合の方が磁気特性は向上する。
しかし、母材がエラストマーやプラストマーの場合、希土類系磁性粉の配合量を多くすることができなかった。なぜなら、母材と希土類性磁性粉の混入工程において、次のような問題があったからである。フェライト系磁性粉を用いた場合でも、希土類系磁性粉の場合と同様な問題が生じる。
(1) 磁性粉の配合量が多い場合、加工機（混練機）の損傷が大きい。回転トルクが大きくなって装置に大きな負荷がかかったり、硬い磁性粉との接触でロールの摩耗が著しく損傷多くなる。
(2) 加工時の発熱により、磁性粉の酸化が生じるため、磁気特性が劣化する。

また、従来のエラストマーやプラストマー製の磁気エンコーダは、車輪用軸受の回転検出装置に適用した場合、磁気エンコーダとこれに対面するセンサとの間に、砂粒等の異物粒子が噛み込み、エンコーダ表面を傷つけることがある。

これらの課題を解消するものとして、本出願人は、磁性粉と非磁性体粉とを混合させた混合粉を成形・焼結した焼結体性の磁気エンコーダを先に提案した（特願２００１−２９０３００号）。焼結体性とすることで、磁性粉の配合量を増やし、薄型化することができ、かつ耐摩耗性を向上させることができる。また焼結体の磁気エンコーダでは、原料粉体どうしの混合ブレンド、すなわちドライブレンドが可能である。ドライブレンドの場合、上記(1),(2) の問題は大幅に改良できる。

しかし、焼結体製の磁気エンコーダにおいては、製造時のグリーン成形体の成形性や、ハンドリング性の問題があり、またグリーン成形体の密度むらが生じ、焼成後の変形が生じ易くなる等の問題がある。

この発明の目的は、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難い磁気エンコーダを提供することである。
この発明の他の目的は、優れた検出感度を得ながら薄肉化が可能であって、上記の優れた成形性およびハンドリング性が得られ、かつ製造過程で変形の生じ難い磁気エンコーダを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、部品点数を増やすことなく、コンパクトな構成で回転検出が行え、かつ回転検出のための磁気エンコーダにつき、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難いものとできる車輪用軸受を提供することである。

この発明の磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した磁気ディスクからなる多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とを備えた磁気エンコーダにおいて、前記多極磁石の板厚を、０．６〜３mmとし、前記多極磁石が磁性粉を混入したものであって、この磁性粉がサマリウム鉄系磁性粉であり、かつ前記多極磁石の磁性粉の配合量が３０〜８０vol ％であり、前記多極磁石の残留磁束密度が２００ｍＴ以上であり、前記多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であり、前記芯金が強磁性体の金属からなり、前記多極磁石は、前記芯金に未着磁の前記焼結体を支持して円周方向に交互に多極に着磁してなることを特徴とする。

この構成の磁気エンコーダは、多極磁石に磁気センサを対面させて回転検出に使用される。この磁気エンコーダを回転させると、多極磁石の各磁極の通過が磁気センサで検出され、パルスのかたちで回転が検出される。
上記多極磁石は板厚を０．６〜３mmとしたため、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難いものとなる。

上記多極磁石が、磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体である場合、次の各利点が得られる。
(1) 従来のエラストマーやプラストマーに比べて磁性粉比率を高くすることができ、そのため、単位体積あたりの磁力を大きくすることができる。これにより検出感度の向上、薄肉化が可能になる。
(2) 従来の焼結磁石である磁性粉のみを焼結したものに比べて、バインダとなる非磁性金属粉の存在のために割れ難い。
(3) 従来のエラストマー等に比べて表面が硬いため、耐摩耗性に優れまた損傷し難い。 (4) 従来のエラストマー等に比べて、生産性に優れる。

磁性粉および非磁性金属粉は高価であることから、板厚は薄い方が好ましい。圧縮成形性およびハンドリングから、好ましい板厚は０．３mm〜５mm、さらに好ましくは０．６mm〜３mmである。上記焼結体とする場合に、板厚が０．３mmよりも薄いときは、金型内への充填が困難であり、磁性粉と非磁性金属粉の圧粉体であるグリーン体が得難い。また、得られたグリーン成形体もハンドリング時に破損してしまう可能性があるので好ましくない。一方、グリーン成形体の板厚が５mmよりも厚い場合、成形性やハンドリングは向上するが、コスト面では不利となる。また、厚すぎるとグリーン成形体の密度むらが発生しやすくなり、焼成後の変形が生じやすくなるという問題がある。これらの点から、板厚は０．３mm〜５mmが好ましい。

この発明の車輪用軸受は、この発明における上記いずれかの構成の磁気エンコーダを備えたものである。この車輪用軸受によると、部品点数を増やすことなく、コンパクトな構成で回転検出が行え、かつ回転検出のための磁気エンコーダにつき、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難いものとできる。

この場合に、このシール装置は、上記外方部材または内方部材のうちの回転側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第１のシール板と、この第１のシール板に対向し、上記外方部材または内方部材のうちの固定側部材に嵌合される断面Ｌ字状の第２のシール板とからなり、上記第１のシール板の立板部に摺接するサイドリップ、および円筒部に摺接するラジアルリップが上記第２のシール板に固着され、上記第１のシール板が上記磁気エンコーダにおける芯金となり、その立板部に上記多極磁石が設けられたものであっても良い。
この構成の車輪用軸受の場合、シール装置の構成要素を磁気エンコーダとしたため、部品点数を増やすことなく、より一層コンパクトな構成で車輪の回転を検出することができる。また、第２のシール板に固着されたサイドリップおよびラジアルリップが第１のシール板に摺接することに等により、優れたシール効果が得られる。
磁気エンコーダの多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉とからなる焼結体である場合は、次の利点が得られる。すなわち、シール装置に磁気エンコーダを構成した場合、上記の路面環境下にさらされることによる磁気エンコーダと磁気センサ間の砂粒等の噛み込みが問題となるが、この噛み込みに対して、多極磁石の表面硬度が硬いことにより、摩耗損傷の低減効果が得られる。

この発明の磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した磁気ディスクからなる多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とを備えた磁気エンコーダにおいて、前記多極磁石の板厚を、０．６〜３mmとし、前記多極磁石が磁性粉を混入したものであって、この磁性粉がサマリウム鉄であり、かつ前記多極磁石の磁性粉の配合量が３０〜８０vol ％であり、前記多極磁石の残留磁束密度が２００ｍＴ以上であり、前記多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であり、前記芯金が強磁性体の金属からなり、前記多極磁石は、前記芯金に未着磁の前記焼結体を支持して円周方向に交互に多極に着磁してなるため、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難い磁気エンコーダとなる。
特に、上記多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体である場合に、優れた検出感度を得ながら薄肉化が可能であって、上記の優れた成形性およびハンドリング性が得られ、かつ製造過程で変形の生じ難いものとなる。
この発明の車輪用軸受は、この発明の磁気エンコーダを備えたものであるため、部品点数を増やすことなく、コンパクトな構成で回転検出が行え、かつ回転検出のための磁気エンコーダにつき、成形性およびハンドリング性に優れ、かつ製造過程で変形の生じ難いものとできる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１に示すように、この磁気エンコーダ１０は、金属製の環状の芯金１１と、この芯金１１の表面に周方向に沿って設けられた多極磁石１４とを備える。多極磁石１４は周方向に多極に磁化され、交互に磁極Ｎ，Ｓが形成された部材であり、多極に磁化された磁気ディスクからなる。磁極Ｎ，Ｓは、ピッチ円直径ＰＣＤ（図２）において、所定のピッチｐとなるように形成されている。この磁気エンコーダ１０は、回転部材（図示せず）に取付けられ、図３に示すように多極磁石１４に磁気センサ１５を対面させて回転検出に使用されるものであり、磁気エンコーダ１０と磁気センサ１５とで回転検出装置２０が構成される。同図は、磁気エンコーダ１０を軸受（図示せず）のシール装置５の構成要素とした応用例を示し、磁気エンコーダ１０は、軸受の回転側の軌道輪に取付けられる。シール装置５は、磁気エンコーダ１０と、固定側のシール部材９とで構成される。シール装置５の具体構成については後に説明する。

多極磁石１４に混入する磁性粉は、希土類系磁性材料であるサマリウム鉄（ＳｍＦｅＮ）系磁性粉である。

また、多極磁石１４を形成する非磁性金属粉には、スズ、銅、アルミ、ニッケル、亜鉛、タングステン、マンガンなどの粉体、または非磁性のステンレス系金属粉のいずれか単独（１種）の粉体、もしくは２種以上からなる混合した粉体、もしくは２種以上からなる合金粉末を使用することができる。

磁性粉および非磁性金属粉はいずれも平均粒径で１０μｍ以上１５０μｍ以下が良く、好ましくは２０μｍ以上１３０μｍ以下が好適である。これら粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１０μｍより小さいと、混合粉にして常温下、金型内で加圧成形して圧粉体を得ようとしても、金型内にうまく混合粉が流れ込まないことがあり、所定形状の圧粉体を形成できない。また、これら粉体のいずれか一方または両方の平均粒径が１５０μｍより大きいと、混合粉にして常温下、金型内で加圧成形して圧粉体を得ようとしても、圧粉体強度が出ないために、金型から脱型できず成形できない。
上述した平均粒径範囲の磁性粉と非磁性金属粉を予め決められた配合比で粉体混合機を用いて混合し、この混合粉を常温下、金型内で加圧成形することにより圧粉体を得る。

多極磁石１４を形成する混合粉中の配合において、磁性粉の配合量は２０〜９０vol ％とする。この配合量は、好ましくは３０〜８０vol ％である。この発明は、この好ましい範囲である３０〜８０vol ％とする。多極磁石１４の磁性粉の配合量が２０％未満であると、残留磁束密度が低く、薄型化ができないが、２０％以上であると、薄型化しても、安定した検出の得られる磁力が確保できる。また、磁性粉の配合量が９０％を超えると、成形が非常に困難であるか、または不可能になるが、９０％未満であると成形性が確保される。

圧粉体作成にあたり、磁性粉と非磁性金属粉の配合時に、例えば、ステアリン酸亜鉛などのような潤滑剤を添加して圧粉体成形性を改善することもできる。
これらの圧粉体（グリーン体）は、５〜３０vol ％の空孔を持つことが望ましい。好ましくは１２〜２２vol ％、さらに好ましくは１４〜１９vol ％である。空孔率が５vol ％より少ない場合、成形圧力を除圧する際に原料粉の弾性変形の回復により生じるスプリングバックにより、圧粉体（グリーン体）が破損する可能性がある。また、空孔が３０vol ％よりも多い場合、焼結体の機械的強度が弱くなるため、後述するように、芯金１１上に加締加工や圧入加工などで機械的に固定しようとしても割れてしまう。また、粒子間の密着不足により、圧粉体（グリーン体）が成形できない場合がある。

磁性粉および非磁性金属粉は高価であることから、板厚は薄い方が好ましい。圧縮成形性およびハンドリングから、好ましい板厚は０．３mm〜５mm、さらに好ましくは０．６mm〜３mmである。板厚が０．３mmよりも薄い場合、金型内への充填が困難であり、グリーン成形体が得難い。また、得られたグリーン成形体もハンドリング時に破損してしまう可能性があるので好ましくない。一方、グリーン成形体の板厚が５mmよりも厚い場合、成形性やハンドリングは向上するが、コスト面では不利となる。また、厚すぎるとグリーン成形体の密度むらが発生しやすくなり、焼成後の変形が生じやすくなるという問題がある。これらの点から、板厚は０．３mm〜５mmが好ましい。
得られたグリーン成形体は、図４のように炉内で加熱焼結することで、ディスク形状の焼結体とされる。この炉内での加熱焼結は、大気中、電気炉で行っても良く、また真空炉により、または不活性ガスを流入しながらプッシャー炉、もしくはイナート炉で行っても良い。

磁気エンコーダ１０を形成する焼結体は、防錆処理のために、例えば図５のように防錆被膜２２を施しても良い。この防錆被膜２２は換言すれば防食被膜である。この防錆被膜２２には、クリヤー系の高防食性塗料を用いることができる。この塗料は芯金１１と焼結体間の接着剤としての効果も期待でき、また焼結多孔質体表層の空孔内部に浸入し、クリヤー塗膜成分のアンカー効果により表面で好適に保持され、長期間の使用においても防錆被膜層として良好な密着性を維持することができる。

芯金１１の材質となる金属は、磁性体、特に強磁性体となる金属が好ましく、例えば磁性体でかつ防錆性を有する鋼板が用いられる。このような鋼板として、フェライト系のステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）や、防錆処理された圧延鋼板等を用いることができる。

芯金１１の形状は、種々の円環状の形状とできるが、多極磁石１４を固定できる形状が好ましい。特に、加締固定や嵌合固定等の機械的な固定が行える形状が好ましい。
加締固定の場合、芯金１１は、例えば図１（Ｂ）に示すように、嵌合側となる内径側の円筒部１１ａと、その一端から外径側へ延びる立板部１１ｂとでなる断面Ｌ字状の円環状とする。この例では、立板部１１ｂの外径縁から他筒部１１ｃがさらに延びている。この他筒部１１ｃを含めて表現すると、芯金１１の断面形状は概ね逆Ｚ字状となる。
円筒部１１ａ、立板部１１ｂ、および他筒部１１ｃは、鋼板等の金属板から一体にプレス成形されたものである。立板部１１ｂは平坦に形成されており、その平坦な立板部１１ｂの表面に重ねて多極磁石１４の未着磁の焼結体を組み込み、外周縁の他筒部１１ｃを加締めることで、芯金１１の立板部１１ｂに重なり状態に多極磁石１４が固定される。上記他筒部１１ｃは、その断面における先端側部分または略全体が、加締部となる。また、この加締部は、芯金１１の円周方向の全周に渡って延び、したがって円環状となっている。多極磁石１４の加締部である他筒部１１ｃにより固定される部分は、多極磁石１４の被検出面となる表面よりも凹む凹み部１４ａとなっていて、芯金１１の加締部である他筒部１１ｃが、多極磁石１４の被検出面となる表面から突出しないようにされている。上記凹み部１４ａは、多極磁石１４の被検出面となる表面よりも若干背面側に後退した段差部として形成されている。多極磁石１４の外周縁における凹み部１４ａよりも裏面側の部分は、断面が円弧状の曲面とされ、この曲面部分に沿うように、他筒部１１ｃの加締部分が形成される。加締固定は、上記のように多極磁石１４の外周部を全周にわたって行う他に、円周方向の複数箇所で行う部分加締としてもよい。

なお、例えば図６に示すように、芯金１１を、内径側の円筒部１１ａと、その一端から外径側へ低く延びる立板部１１ｂ”とでなる断面Ｌ字状の円環状としても良い。円筒部１１ａと立板部１１ｂ”とは、鋼板等の金属板から一体にプレス成形されたものである。立板部１１ｂ”は平坦に形成されており、その平坦な立板部１１ｂ”まで、多極磁石１４となるディスク状の焼結体を円筒部１１ａの外周に圧入して固定する。立板部１１ｂ”の高さは、多極磁石１４の内周部付近が当たる高さとされ、図１の例に比べて低いものとされる。

また、上記各例では芯金１１を鋼板プレス成形品製としたが、図７に示すように、芯金１１は、鋼材等の削り出し品からなるものとしても良い。同図の例の芯金１１は立板部１１ｂの溝部１１ｂａを切削加工溝としている。
上記のように金属環状部材である芯金１１に周方向に沿って設けられた混合磁性粉焼結磁石ディスクは、周方向に多極に着磁することにより多極磁石１４となり、この多極磁石１４と芯金１１とで磁気エンコーダ１０が構成される。

この構成の磁気エンコーダ１０は、図３と共に前述したように、多極磁石１４に磁気センサ１５を対面させて回転検出に使用される。磁気エンコーダ１０を回転させると、多極磁石１４の多極に磁化された各磁極Ｎ，Ｓの通過が磁気センサ１５で検出され、パルスのかたちで回転が検出される。磁極Ｎ，Ｓのピッチｐ（図２）は細かく設定でき、例えばピッチｐが１．５mm、ピッチ相互差±３％という精度を得ることもでき、これにより精度の高い回転検出が行える。ピッチ相互差は、磁気エンコーダ１０から所定距離だけ離れた位置で検出される各磁極間の距離の差を目標ピッチに対する割合で示した値である。磁気エンコーダ１０が図３のように軸受のシール装置５に応用されたものである場合、磁気エンコーダ１０の取付けられた軸受軸道輪の回転が検出されることになる。

多極磁石１４は、磁性粉の配合量が２０〜９０vol ％であるため、優れた検出感度、つまり安定したセンシングの得られる磁力を確保しながら、薄肉化が可能で、かつ成形性が確保できる。多極磁石１４の磁性粉の配合量が２０％未満であると、残留磁束密度が低く、薄型化ができないが、２０％以上であると、薄型化しても、安定した検出の得られる磁力が確保できる。
多極磁石１４は焼結体であるため、９０vol ％という高い配合量のものとすることもできる。すなわち、非磁性金属粉をバインダとして磁性粉を混入した混合磁性粉焼結磁石ディスク（焼結体）は、その非磁性金属粉と磁性粉の組成比を調整しながら粉体混合機で分散させることで粉体同士のドライブレンドとすることができる。そのため焼結体中の磁性粉の相対的な含有率（体積分率）を上げられる。このように磁性粉の配合量を高くすることで、磁気センサ１５（図３）に安定してセンシングされる磁力が容易に得られ、多極磁石１４を厚くする必要がない。
多極磁石１４を焼結体とする場合、磁性粉の配合量を９０vol ％までは高めることができるが、９０％を超えると、成形が非常に困難であるか、または不可能になる。

この焼結体からなる多極磁石１４は、上記のように磁性粉の配合量を増やして磁力確保しながら薄型化が図れる他に、上記のようにドライブレンドの採用により、エラストマーやプラストマーの場合における混練工程が不要となり、生産性も優れたものとなる。しかも、次のように耐摩耗性にも優れたものとなる。
すなわち、焼結体からなる多極磁石１４の表面硬度は、従来の磁性粉や磁性粒子の含有するエラストマー製やプラストマー製のコーダに比べて硬い。そのため、車輪回転検出のための回転検出装置２０に応用した場合に、車両走行中に回転側の多極磁石１４の表面と固定側の磁気センサ１５の表面の間隙に、砂粒などの粒子が噛み込まれても、多極磁石１４の摩耗損傷が生じ難く、従来の弾性体製としたものに比べて、摩耗の大幅な低減効果がある。

試験例を説明する。次の表１に示すように、配合例(1) 〜(8) は、焼結体の磁気エンコーダとした例である。非磁性金属粉をスズ粉とし、磁性粉をサマリウム−鉄系粉末として、配合割合を表１のようにし、φ２５mm×３．２mmの試験片を製作し、残留磁束密度を測定した。その結果を表１に併記する。試験片の成形加工性およびハンドリング性（○：良、△：並、×：悪）も併記した。ハンドリング性とは混合粉を固めたグリーン体を金型から取り出すときの取扱性である。
表１より、配合例(2）〜(7) の全ての配合割合（磁性粉の配合量３０〜８０の範囲）で、残留磁束密度、成形加工性、およびハンドリング性が良好であった。残留磁束密度は、磁気エンコーダとしての作動範囲として必要な２００ｍＴ以上あれば、良好であると判断した。
配合例(8) は、磁性粉の配合量を１０vol ％と少なくした例であり、成形性およびハンドリング性は良好であるが、残留磁束密度が１７０ｍＴであり、磁気エンコーダとしての作動範囲（２００ｍＴ）に若干満たなかった。配合例(1) は、磁性粉の配合量を９５vol ％と多くした例であり、成形が不可であった。
これらの結果から、多極磁石が焼結体である場合、磁性粉の好ましい配合量の下限は、上記の残留磁束密度の不足となる値である１０vol ％と、残留磁束密度良の値である３０vol ％の中間と見て２０vol ％であり、好ましい配合量の上限は上記の成形不可の値である９５vol ％と成形性良の値である８０vol ％の中間と見て９０vol ％であると思料される。

表２の配合例(9）〜(14)は、ゴム磁石とした例である。非磁粉をエラストマーとし、磁性粉をサマリウム−鉄系粉末として、配合割合を表２のようにし、φ２５mm×３．２mmの焼結体の試験片を製作し、残留磁束密度を測定した。その結果を表２に併記する。
配合例(9）〜(12)の場合、磁性粉の配合量が多いため、装置の回転トルクが大きくなり、成形性が悪かった。配合例(14)の場合、残留磁束密度は作動範囲の下限値（２００ｍＴ）であるが、成形性およびハンドリング性が若干悪い。
この結果から、ゴム磁石とする場合は、好ましい磁性粉の配合量は３０vol ％未満であると思料される。

これら表１，表２の結果から、残留磁束密度の値は磁性粉の配合量に依存し、残留磁束密度から見た磁性粉の好ましい配合量の範囲は２０vol ％以上、より好ましくは３０vol ％以上と思料される。成形性およびハンドリング性は、非磁性粉の違いによる影響が大きいが、任意の非磁性粉が選択できるとして、その好ましい配合量の範囲は９０vol ％以下、より好ましくは８０vol ％以下であると思料される。したがって、磁性粉の好ましい配合量の範囲は、２０〜９０vol ％、より好ましくは３０〜８０vol ％である。

つぎに、この磁気エンコーダ１０を備えた車輪用軸受の一例、およびそのシール装置５の例を、図８，図９と共に説明する。図８に示すように、この車輪用軸受は、内方部材１および外方部材２と、これら内外の部材１，２間に収容される複数の転動体３と、内外の部材１，２間の端部環状空間を密封するシール装置５，１３とを備える。一端のシール装置５は、磁気エンコーダ１０付きのものである。内方部材１および外方部材２は、転動体３の軌道面１ａ，２ａを有しており、各軌道面１ａ，２ａは溝状に形成されている。内方部材１および外方部材２は、各々転動体３を介して互いに回転自在となった内周側の部材および外周側の部材のことであり、軸受内輪および軸受外輪の単独であっても、これら軸受内輪や軸受外輪と別の部品とが組合わさった組立部材であっても良い。また、内方部材１は、軸であっても良い。転動体３は、ボールまたは円錐ころからなり、この例ではボールが用いられている。

この車輪用軸受は、複列の転がり軸受、詳しくは複列のアンギュラ玉軸受とされていて、その軸受内輪は、各転動体列の軌道面１ａ，１ａがそれぞれ形成された一対の分割型の内輪１８，１９からなる。これら内輪１８，１９は、ハブ輪６の軸部の外周に嵌合し、ハブ輪６と共に上記内方部材１を構成する。なお、内方部材１は、上記のようにハブ輪６および一対の分割型の内輪１８，１９からなる３部品の組立部品とする代わりに、ハブ輪６および片方の内輪１８が一体化された軌道面付きのハブ輪、つまり軌道面１ａが外周に直接形成されたハブ輪と、もう片方の内輪１９とで構成される２部品からなるものとしても良い。

ハブ輪６には、等速自在継手７の一端（例えば外輪）が連結され、ハブ輪６のフランジ部６ａに車輪（図示せず）がボルト８で取付けられる。等速自在継手７は、その他端（例えば内輪）が駆動軸に連結される。
外方部材２は、軸受外輪からなり、懸架装置におけるナックル等からなるハウジング（図示せず）に取付けられる。転動体３は各列毎に保持器４で保持されている。

図９は、磁気エンコーダ付きのシール装置５を拡大して示す。このシール装置５は、図３に示したものと同じであり、その一部を前述したが、図９において、詳細を説明する。このシール装置５は、磁気エンコーダ１０またはその芯金１１がスリンガとなり、内方部材１および外方部材２のうちの回転側の部材に取付けられる。この例では、回転側の部材は内方部材１であるため、磁気エンコーダ１０は内方部材１の外周面に圧入して取付けられる。

このシール装置５は、内方部材１と外方部材２に各々取付けられた第１および第２の金属板製の環状のシール板（１１），１２を有する。第１のシール板（１１）は、上記磁気エンコーダ１０における芯金１１のことであり、以下、芯金１１として説明する。磁気エンコーダ１０は、図１ないし図３と共に前述した第１の実施形態にかかるものであり、その重複する説明を省略する。この磁気エンコーダ１０における多極磁石１４に対面して、同図のように磁気センサ１５を配置することにより、車輪回転速度の検出用の回転検出装置２０が構成される。

第２のシール板１２は、上記シール部材９（図３）を構成する部材であり、第１のシール板である芯金１１の立板部１１ｂの内側の面に摺接するサイドリップ１６ａと円筒部１１ａに摺接するラジアルリップ１６ｂ，１６ｃとを一体に有する。これらリップ１６ａ〜１６ｃは、第２のシール板１２に加硫接着された弾性部材１６の一部として設けられている。これらリップ１６ａ〜１６ｃの枚数は任意で良いが、図９の例では、１枚のサイドリップ１６ａと、軸方向の内外に位置する２枚のラジアルリップ１６ｃ，１６ｂとを設けている。第２のシール板１２は、固定側部材である外方部材２との嵌合部に弾性部材１６を抱持したものとしてある。すなわち、弾性部材１６は、円筒部１２ａの内径面から先端部外径までを覆う先端覆い部１６ｄを有するものとし、この先端覆い部１６ｄが、第２のシール板１２と外方部材２との嵌合部に介在し、この嵌合部の密封度を向上させている。
第２のシール板１２の円筒部１２ａと第１のシール板である芯金１１の他筒部１１ｃとは僅かな径方向隙間をもって対峙させ、その隙間でラビリンスシール１７を構成している。

この構成の車輪用軸受によると、車輪と共に回転する内方部材１の回転が、この内方部材１に取付けられた磁気エンコーダ１０を介して、磁気センサ１５で検出され、車輪回転速度が検出される。
磁気エンコーダ１０は、シール装置５の構成要素としたため、部品点数を増やすことなく、車輪の回転を検出することができる。車輪用軸受は、一般に路面の環境下にさらされた状態となり、磁気エンコーダ１０とこれに対面させる磁気センサ１５との間に砂粒等の粒子が噛み込むことがあるが、上記のように磁気エンコーダ１０の多極磁石１４は焼結体からなるものであって硬質であるため、多極磁石１４の表面の摩耗損傷は従来の弾性体製のものに比べて大幅に低減される。また車輪用軸受５における軸受端部の空間は、周辺に等速ジョイント７や軸受支持部材（図示せず）があって限られた狭い空間となるが、磁気エンコーダ１０の多極磁石１４が上記のように薄肉化できるため、回転検出装置２０の配置が容易になる。
内外の部材１，２間のシールについては、第２のシール板１２に設けられた各シールリップ１６ａ〜１６ｃの摺接と、第２のシール板１２の円筒部１２ａに第１のシール板である芯金１１の他筒部１１ｃが僅かな径方向隙間で対峙することで構成されるラビリンスシール１７とで得られる。

なお、図８および図９に示す車輪用軸受では、磁気エンコーダ１０の芯金１１を、図１の形状のものとした場合について示しているが、磁気エンコーダ１０として図５〜図７に示した各例のものを用いても良い。
また、磁気エンコーダ１０を軸受のシール装置５の構成要素とする場合等において、多極磁石１４を、上記各実施形態とは逆に軸受に対して内向きに設けても良い。すなわち、多極磁石１４を芯金１１の軸受内側の面に設けても良い。その場合、芯金１１は非磁性体製のものとすることが好ましい。

さらに、磁気エンコーダ１０は、上記各実施形態のように多極磁石１４を軸方向に向けたものに限らず、例えば図１０に示すように、径方向に向けて設けても良い。同図の例は、シール装置５のスリンガとなるシール板である芯金１１Ａに、その立板部１１ｂから軸方向の外側へ延びる第２の円筒部１１ｄを設け、第２の円筒部１１ｄの外周に多極磁石１４を固定している。すなわち、第２の円筒部１１ｄの先端には外径側へ延びる加締板部１１ｅを一体に設け、この加締板部１１ｅを加締ることで、多極磁石１４に第２の円筒部１１ｄの外周面に固定している。立板部１１ｂは円筒部１１ａから外径側に延びている。すなわち、この例の芯金１１Ａは、円筒部１１ａ、立板部１１ｂ、および第２の円筒部１１ｄが順次続く断面概ね逆Ｚ字状の部分に、その第２の円筒部１１ｄの先端から加締板部１１ｅが外径側へ一体に延びた形状のものとされている。磁気センサ１５は、多極磁石１４に対して径方向に対面配置する。

なお、上記各実施形態の磁気エンコーダ１０は、いずれも多極磁石１４を焼結体としたが、この発明は磁気エンコーダの多極磁石がゴム磁石やプラスチック磁石の場合、すなわち母材とする非磁性粉がエラストマーまたはプラストマーであって、これに磁性粉を混合させて成形したものである場合にも適用することができる。
また、上記各実施形態の磁気エンコーダ１０は、いずれも軸受のシール装置５の構成部品とした場合につき説明したが、これら各実施形態の磁気エンコーダ１０は、シール装置５の構成部品とするものに限らず、単独で回転検出に利用することができる。例えば、図１の実施形態における磁気エンコーダ１０を、シール装置５とは別に軸受に設けても良い。
また、図１１に示すように、磁気エンコーダ１０Ａは、多極磁石１４が径方向に向くように、円筒状の芯金１１Ｃの外径面に多極磁石１４を設けた構成のものとしても良い。その場合に、磁気エンコーダ１０を、車輪用軸受における外方部材２Ａの外径面に嵌合させて設けても良い。同図の車輪用軸受は、内方部材１Ａおよび外方部材２Ａのうちの外方部材２Ａを回転側の部材とし、外方部材２Ａに車輪取付フランジ２６を設けたものである。シール装置５Ａは、磁気エンコーダ１０Ａとは別に軸受に設けられる。内方部材１Ａは一対の分割内輪１８Ａ，１９Ａからなる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る磁気エンコーダの部分斜視図、（Ｂ）は同磁気エンコーダの組立過程を示す部分斜視図である。 同磁気エンコーダを正面から示す磁極の説明図である。 同磁気エンコーダを備えたシール装置と磁気センサとを示す部分破断正面図である。 グリーン体を焼結体とする工程図である。 この発明の他の実施形態に係る磁気エンコーダの部分斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る磁気エンコーダの部分斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る磁気エンコーダの部分斜視図である。 第１の実施形態に係る磁気エンコーダを備えた車輪用軸受の全体の断面図である。 同車輪用軸受の部分断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の磁気エンコーダ部分の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…内方部材
２，２Ａ…外方部材
３…転動体
５…シール装置
１０…磁気エンコーダ
１１，１１Ａ，１１Ｂ…芯金（第１のシール板）
１１ａ…円筒部
１１ｂ…立板部
１２…第２のシール板
１４…多極磁石
１５…磁気センサ
１６ａ…サイドリップ
１６ｂ，１６ｃ…ラジアルリップ
２０…回転検出装置

Claims (2)

1. 円周方向に交互に磁極を形成した磁気ディスクからなる多極磁石と、この多極磁石を支持する芯金とを備えた磁気エンコーダにおいて、前記多極磁石の板厚を、０．６〜３mmとし、前記多極磁石が磁性粉を混入したものであって、この磁性粉がサマリウム鉄系磁性粉であり、かつ前記多極磁石の磁性粉の配合量が３０〜８０vol ％であり、前記多極磁石の残留磁束密度が２００ｍＴ以上であり、前記多極磁石が磁性粉と非磁性金属粉との混合粉を焼結させた焼結体であり、前記芯金が強磁性体の金属からなり、前記多極磁石は、前記芯金に未着磁の前記焼結体を支持して円周方向に交互に多極に着磁してなることを特徴とする磁気エンコーダ。
2. 請求項１に記載の磁気エンコーダを備えた車輪用軸受。

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