JP4627068B2 - 磁気エンコーダの品質管理方法 - Google Patents

Description

この発明は、車輪等の回転体の回転速度を検出する回転検出装置を構成する磁気エンコーダの品質管理方法に関する。

従来、磁性ゴムを使用した磁気エンコーダが、自動車の車輪用軸受に広く使用されている。この種磁気エンコーダは、磁性体粉を混入させた弾性部材を、芯金に円周状に一体に固着し、円周方向に交互に磁極を形成したものである。これにエアギャップを介して磁気センサを対面配置し、車輪の回転速度を検出する回転検出装置が構成される。

近年、このような車輪用軸受における回転検出装置において、部品の組み立てにおける寸法ばらつき等の精度要求を緩和して、製造コストを抑えるため、エアギャップを大きくすることが望まれている。磁気エンコーダは、例えばアキシアル型の場合、回転時の軸方向の振れが生じるため、その振れ精度分を部品組み立て精度に加味すると、エアギャップをある程度大きく設定する必要がある。通常は、エアギャップは０．５〜２．０mm程度に設計されているが、上記のような製造コストを抑えるための要求から、さらに大きくすることが望まれる。
磁気エンコーダのエアギャップを大きくするためには、磁力を大きくする必要がある。従来の品質管理において、この磁力は、磁気エンコーダに磁気センサを近接させて磁束密度を測定することで管理していた。しかし、この磁気センサによる測定は、測定に時間がかかるという問題や、測定場所（測定環境）によって測定値がばらつくという問題を有していた。製造コストを抑えるためには、このような品質管理も容易にすることが望まれる。

この発明の目的は、磁力の品質の管理が容易な磁気エンコーダの品質管理方法を提供することである。

この発明の磁気エンコーダの品質管理方法は、磁性体粉を弾性材料に混入させた弾性部材を芯金に円周状に一体に固着し、所定のピッチとなるように円周方向に交互に磁極を形成してなる磁気エンコーダの品質を管理する方法であって、上記磁性体粉と弾性材料との配合比率と、弾性部材の硬さの相関関係に基づいて、弾性部材の硬さを規定することによって、上記磁気エンコーダの磁力と強度を管理することを特徴とする。例えば、上記弾性部材の硬さ（ショアー硬さ）をＨｓ９０以上９８以下とする。
このように上記弾性部材の硬さをＨｓ９０以上９８以下とすることで、エアギャップが２．０ｍｍの場合に±３ｍＴ以上の磁束密度を得ることができる。上記磁気エンコーダはアキシアル型とラジアル型のいずれであっても良い。
上記磁気エンコーダは、例えば、外方部材と内方部材の転走面間に転動体を介在させてなる車輪用軸受における前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材に取付けられたものである。

磁性ゴムを用いた磁気エンコーダは、磁性体粉の配合量が多いほど磁力を高めることができ、対向する磁気センサとのエアギャップを大きくすることができる。一方、磁性体粉の配合量を多くしていくと、磁性ゴムの硬さ値が大きくなる。すなわち、磁性ゴムの硬さ値が大きいことは、磁性体粉の配合比率が高く、磁力が大きいために磁気センサとのエアギャップを大きくできることを意味する。
そこで、本発明者は、このエアギャップを大きくできることと磁性ゴムの硬さとの相関関係について調査を行い、従来の磁気エンコーダの硬さがＨｓ８０程度であったのに対し、Ｈｓ９０以上とすることで、エアギャップを大きくできる磁気エンコーダを提供できることを知得した。
この知見に基づき、Ｈｓ９０の磁気エンコーダを車輪用軸受に装着したところ、エアギャップを２mm以上とすることができた。これは、従来の磁気エンコーダでは得られなかったエアギャップである。また、磁気エンコーダにおける弾性部材の硬さがＨｓ９０以上であると、エアギャップＧが２．０mmの場合に、所定の磁束密度（±３ｍＴ以上）が検出されることがわかった。硬さがＨｓ８０の場合、エアギャップＧが１．９mm以下であると、上記所定の磁束密度が得られたが、エアギャップＧが２．０mmになると、検出不可であった。Ｈｓ９０の場合は、エアギャップＧが２．０mmであっても、上記所定の磁束密度が検出された。
また、従来、磁気エンコーダの主要な品質管理項目である磁力は、上記のように磁気センサを近接させて磁束密度を測定することで管理していたため、測定に時間がかかり、測定環境によって測定値がばらつく問題があった。しかし、この発明の磁気エンコーダの磁力管理方法は、硬さで磁力を管理するため、磁気センサによる測定よりも簡便で、精度の高い管理ができる。
弾性部材の硬さの上限は、Ｈｓ９８以下としたが、このため、磁性体粉を多く含み過ぎて、バインダとなる弾性材料が不足することによる弾性部材の脆弱化が回避され、必要な強度を持つものとできる。

この発明の磁気エンコーダの品質管理方法は、磁性体粉と弾性材料との配合比率と、弾性部材の硬さの相関関係に基づいて、弾性部材の硬さを規定することによって、上記磁気エンコーダの磁力と強度を管理するため、磁気センサによる測定よりも簡便で、精度の高い管理ができ、その磁力の品質の管理が容易である。

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はこの実施形態の品質管理方法を適用する磁気エンコーダを備えた車輪用軸受の断面図を示す。この車輪用軸受は、内方部材１および外方部材２と、これらの内外の部材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、アキシアル型の磁気エンコーダ２０を有するものである。内方部材１および外方部材２は、転動体３の転走面１ａ，２ａを有しており、各転走面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、ハブ輪６と、このハブ輪６の端部外径に嵌合した別体の内輪１Ａとで構成される。これらハブ輪６および別体内輪１Ａに各転動体列の転走面１ａが形成されている。

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（図示せず）に連結される。外方部材２は、フランジ２ｂを有する軸受外輪からなり、ナックル等からなるハウジング１０に取付けられる。外方部材２は、両転動体列の軌道面２ａ，２ａを有するものとされている。転動体３は各列毎に保持器４で保持されている。内方部材１と外方部材２の間の環状空間は、一端、つまり車軸中央側の端部が上記のシール装置５で密封されている。外方部材２とハブ輪６との間の環状空間の端部は、別のシール装置１３で密封される。

図３は、シール装置５を拡大して示す。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の環状のシール板１１，１２を有する。これらシール板１１，１２は鋼板製で、各々内方部材１および外方部材２に圧入状態に嵌合させることで取付けられている。両シール板１１，１２は、各々円筒部１１ａ，１２ａと立板部１１ｂ，１２ｂとでなる断面Ｌ字状に形成されて互いに対向する。第１のシール板１１は、内方部材１および外方部材２のうちの回転側の部材である内方部材１に嵌合され、スリンガとなる。第１のシール板１１は磁性体である。第１のシール板１１の立板部１１ｂは、軸受外方側に配され、その外方側の側面に、磁性体粉の混入された弾性部材１４が円周上に一体に固着されている。この弾性部材１４は、第１のシール板１１を芯金としてアキシアル型の磁気エンコーダ２０を構成するものであり、周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓ（図２）が形成され、磁性ゴムとされている。磁極Ｎ，Ｓは、ピッチ円直径（ＰＣＤ）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２０の弾性部材１４にアキシアル方向から対面して、同図のように所定のエアギャップＧを介して磁気センサ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が構成される。磁気センサ１５は、車体に取付けられる。磁気センサ１５の出力は、例えばアンチロックブレーキシステムの制御に用いられる。

第２のシール板１２は、第１のシール板１１の立板部１１ｂ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。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を抱持したものである。第２のシール板１２の円筒部１２ａと第１のシール板１１の立板部１１ｂの先端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。

磁気エンコーダ２０の弾性部材１４は、硬さをＨｓ９０以上としてある。この硬さは、弾性部材１４の表面の硬さである。弾性部材１４の硬さの上限は、Ｈｓ９８とすることが好ましい。弾性部材１４は、弾性材料に磁性体粉を混入させたものである。弾性材料にはゴム材料等が用いられ、ゴム材料として例えば耐熱ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム等が用いられる。

この構成によると、磁気エンコーダ２０は、弾性部材１４の硬さをＨｓ９０以上としたため、次のようにエアギャップＧを、従来では得られなかった大きな値とすることができる。
すなわち、弾性部材１４に磁性ゴムを用いた磁気エンコーダ２０は、磁性体粉の配合量が多いほど磁力を高めることができ、そのため、対向する磁気センサ１５とのエアギャップＧを大きくすることができる。磁性体粉の配合量を多くしていくと、磁性ゴムの硬さ値が大きくなるため、磁性ゴムの硬さ値が大きいことは、磁性体粉の配合比率が高いことを意味すると考えられる。
そこで、本発明者は、このエアギャップを大きくできることと磁性ゴムの硬さとの相関関係について試験を行った。その結果、従来の磁気エンコーダにおける弾性部材の硬さがＨｓ８０程度であったのに対し、Ｈｓ９０以上であると、エアギャップＧが２．０mmの場合に、所定の磁束密度（±３ｍＴ以上）が検出されることがわかった。硬さがＨｓ８０の場合、エアギャップＧが１．９mm以下であると、上記所定の磁束密度が得られたが、エアギャップＧが２．０mmになると、検出不可であった。Ｈｓ９０の場合は、エアギャップＧが２．０mmであっても、上記所定の磁束密度が検出された。Ｈｓ９０の場合は、ピッチ相互差も±２％（レンジで４％以下）という精度を検出することができた。
上記所定の磁束密度（±３ｍＴ以上）は、磁気センサ１５で磁気エンコーダ２０の磁極を安定して検出するために要望される値である。また、ピッチ相互差±２％は、自動車の車輪の回転速度検出に要望されるピッチ精度である。ピッチ相互差とは、磁気エンコーダ２０を１回転させたときに磁気センサで得られる１回転分の出力波形のピッチを測定し、理想ピッチからのずれの最大値を言う。

このように、この磁気エンコーダ２０は、エアギャップＧを２．０mm以上と大きくすることができるため、この実施形態のように車輪用軸受に適用した場合に、部品の組み立てにおける寸法ばらつき等の精度要求が緩和され、車輪用軸受の組み立てが簡単となって製造コストを抑えることができる。また、磁気エンコーダ２０の磁力の管理を、従来の磁束密度の実測による管理に代えて、Ｈｓ９０以上と硬さで管理することができ、磁気センサによる磁束密度の実測よりも簡便で、精度の高い管理ができる。

磁気エンコーダ２０における弾性部材１４の硬さの上限は、Ｈｓ９８以下としたが、このため、磁性体粉を多く含み過ぎて、バインダとなる弾性材料が不足することによる弾性部材１４の脆弱化が回避され、必要な強度を持つものとできる。なお、弾性部材１４の硬さの上限は、特に規定せず、弾性部材１４の強度を規定しても良い。

また、上記車輪用軸受では、軸受の端部のシール装置５の一部として磁気エンコーダ２０が組み込まれているので、コンパクトに磁気エンコーダ２０を設置できる。
シール装置５は、第１，第２のシール板１１，１２が対向し、サイドリップ１６ａおよびラジアルリップ１６ｂが摺接するため、密封性能が優れたものとなる。

図４は、ラジアル型とした磁気エンコーダ７０を備えた車輪用軸受を示す。この車輪用軸受は、内方部材５１および外方部材５２と、これら内外の部材５１，５２間に収容される複数の転動体５３と、内外の部材５１，５２間の端部環状空間を密封するシール装置５５，６３とを備え、一端にシール装置５５とは別の磁気エンコーダ７０が設けられている。内方部材５１および外方部材５２は、転動体５３の転走面を有し、各転走面は溝状に形成されている。

内方部材５１は、一対の分割型の内輪５１Ａ，５１Ｂと、これら内輪５１Ａ，５１Ｂの内径面に嵌合する固定の車軸（図示せず）とからなる。外方部材５２は回転輪となるものであり、一体のハブ輪兼用の軸受外輪からなる。

外方部材５２の一端の外周に、上記磁気エンコーダ７０が嵌合している。この磁気エンコーダ７０は、図５に拡大して示すように、外方部材５２の外周に嵌合した鋼板製の環状の芯金６２と、この芯金６２の外周に設けられた弾性部材６４とからなる。芯金６２は、その円筒部分の一端に外向きのフランジ６２ａを形成して、強度アップが図られている。弾性部材６４は、アキシアル方向の幅に比べてラジアル方向の厚さが薄いリング状とされている。弾性部材６４は、第１の実施形態と同じく、磁性体粉を混入させたものであり、周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓが形成され、ゴム磁石とされている。ただし、磁極Ｎ，Ｓの磁束の発生方向は、弾性部材６４のラジアル方向である。弾性部材６４の材質は、第１の実施形態における弾性部材１４と同じである。また、弾性部材６４は、硬さがＨｓ９０以上とされている。弾性部材６４の硬さの上限は、Ｈｓ９８以下である。センサ７５は、磁気エンコーダ７０に対して所定のエアギャップＧを介してラジアル方向に対面して、固定側の部材に設けられる。

このように、磁気エンコーダ７０をラジアル型とした場合も、弾性部材６４の硬さをＨｓ９０以上とすることにより、エアギャップＧを２mm以上と大きくすることが可能で、かつその磁力の品質の管理が、硬さの管理で行えて、簡便に管理することができる。この場合も、エアギャップＧを大きく得られるため、車輪用軸受に対する磁気センサ７５の取付位置の精度要求が緩和され、組み立て性の向上によるコスト低減が図れる。

この発明の第１の実施形態にかかる品質管理方法を適用するアキシアル型の磁気エンコーダを備えた車輪用軸受の断面図である。 その磁気エンコーダにおける弾性部材の部分正面図である。 同車輪用軸受の部分断面図である。 この発明の品質管理方法を適用するラジアル型の磁気エンコーダを備えた車輪用軸受の断面図である。 同磁気エンコーダの部分拡大断面図である。

符号の説明

１…内方部材
２…外方部材
３…転動体
５…シール装置
１１…第１のシール板（芯金）
１２…第２のシール板
１４…弾性部材
１６…弾性部材
１６ａ…サイドリップ
１６ｂ，１６ｃ…ラジアルリップ
２０…磁気エンコーダ
６４…弾性部材
７０…磁気エンコーダ
Ｇ…エアギャップ

Claims (3)

1. 磁性体粉を弾性材料に混入させた弾性部材を芯金に円周状に一体に固着し、所定のピッチとなるように円周方向に交互に磁極を形成してなる磁気エンコーダの品質を管理する方法であって、上記磁性体粉と弾性材料との配合比率と、弾性部材の硬さの相関関係に基づいて、弾性部材の硬さを規定することによって、上記磁気エンコーダの磁力と強度を管理することを特徴とする磁気エンコーダの品質管理方法。
2. 請求項１において、上記弾性部材の硬さをＨｓ９０以上９８以下とする磁気エンコーダの品質管理方法。
3. 請求項１または請求項２において、上記磁気エンコーダが、外方部材と内方部材の転走面間に転動体を介在させてなる車輪用軸受における前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材に取付けられたものである磁気エンコーダの品質管理方法。

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