JP4859409B2 - 回転センサ付き軸受 - Google Patents

Description

この発明は、モータ内部等に組み込んで回転速度や回転方向を検出する場合に使用される回転センサ付き軸受に関するものである。

従来から知られている回転センサ付き軸受は、図５に示したように、玉軸受３１の軸受外輪３２に外環部材３３が嵌合され、その外環部材３３の内径面に設けられたセンサケース３４に磁気センサ３５が装着され、前記磁気センサ３５が軸受内輪３６に芯金３７を介して取り付けられた磁気エンコーダ３８に対向配置され、前記外環部材３３の先端部に結合一体化された側板部材３９の一端部を前記芯金３７の内径面に所定の回路ギャップｇ１を介して接近せしめている。また、前記外環部材３３の内端部に磁気バイパスリング４１の逆Ｌ形の外周縁を圧入一体化するとともに、その内周縁を前記芯金３７に所定のバイパスギャップｇ２を介して接近せしめている（特許文献１）。

軸受外輪３２に漏洩磁束Φが流入したとすると、Φ１とΦ２に分かれ、そのΦ１は主磁気回路、即ち、外環部材３３、側板部材３９、回路ギャップｇ１、芯金３７及び軸受内輪３６からなる回路（ただし、回路ギャップｇ１→磁気エンコーダ３８→エンコーダギャップｇ３→磁気バイパスリング４１→軸受内輪３６に至る回路もある。）を通過する。またΦ２はバイパス磁気回路、即ち、磁気バイパスリング４１とバイパスギャップｇ２からなる回路を通過する。

上記の主磁気回路とバイパス磁気回路は、磁気センサ３５を取り囲むことにより、外部磁界を遮蔽して誤作動を防ぎ、磁気センサの精度の向上を図る機能をもつものである。
特開２００２−１７４２５８号公報

前記従来の回転センサ付き軸受における外環部材３３は、軸受外輪３２の一方の端面と内面に嵌合されるＬ形の嵌合部４２が形成され、磁気バイパスリング４１は前記嵌合部４２の内径面に圧入嵌合される逆Ｌ形の外周縁４３が形成されたものであり、それぞれ独立してプレス加工されたのち相互に嵌合一体化する加工工程を実施し、その後軸受に組み付けられる。そのため、軸受に組み付ける前に、各部材をプレス加工によって成形する工程と、各部材を嵌合一体化する加工工程が必要となる。

また、嵌合一体化された外環部材３３と磁気バイパスリング４１を軸受外輪３２に組み付ける際に、磁気バイパスリング４１は更に圧入による圧縮応力を受けるため、軸方向の位置がずれる場合がある。また、外環部材３３と磁気パイパスリング４１の嵌め合い幅の寸法が設計上大きくとることができないため、前記の圧入時に磁気バイパスリング４１に傾きが発生し易い問題がある。さらに、磁気バイパスリング４１を外環部材３３に嵌合一体化する工程に時間がかかり、コストアップの要因となっている。

また、磁気バイパスリング４１が磁気センサ３５の近傍に設けられるので、その磁気バイパスリング４１から漏出した磁束Φ３が磁気センサ３５や磁気エンコーダ３８を通過することがあり、検知精度を低下させる問題がある。

そこで、この発明は前記外環部材３３及び磁気バイパスリング４１に関する諸問題を解決し、生産性の向上を図ること等によりコストを低減すること、前記磁気バイパスリングによる磁気遮蔽効果を上げることにより磁気センサの検知精度を向上させることを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明においては、前記の外環部材３３と磁気バイパスリング４１とを単一の部品である環状部・バイパス部材１３により構成した（図１参照）。

前記環状部・バイパス部材１３の一層具体的な構成としては、この環状部・バイパス部材１３が環状部１４とバイパス部１５とからなり、その環状部１４は固定側軌道輪（軸受外輪５）の嵌合部分の形状に合致するＬ形の嵌合部１６を有し、前記バイパス部１５は前記嵌合部１６の内端から前記固定側軌道輪の内径面に対し一定の角度α（図２参照）をもって軸受外方に向けＶ字形に屈曲された傾斜部１８と、その傾斜部１８の端部を径方向に屈曲して形成された径方向部１９を有し、その径方向部１９の内周縁が芯金１７との間でバイパスギャップｇ２を形成する構成をとることができる。

前記の嵌合部１６と、角度αで屈曲した傾斜部１８によってＶ字形屈曲部２０が形成される。このＶ字形屈曲部２０を形成する傾斜部１８を漏洩磁束Φ２が通過するので、従来の磁気バイパスリング４１（図５参照）を使用する場合に比べ漏洩磁束Φ２の通路が磁気センサ２４から一層離れた部分となる。このため、バイパス部１５においてたとえ漏洩磁界が生じたとしても、磁気センサ２４に対する影響は少ない。

この発明によると以下の効果を奏することができる。
（１）従来の外環部材３３と磁気バイパスリング４１とを単一の部品である環状部・バイパス部材１３により構成したことにより、材料取りに無駄がなくなり材料費が安くなる。
（２）環状部・バイパス部材１３が一体でプレス成形できるため、環状部１４とバイパス部１５の同軸度、軸方向の位置等の寸法精度が良くなる。
（３）従来必要であった外環部材３３と磁気バイパスリング４１との嵌め合い力を管理する必要がない。
（４）環状部・バイパス部材１３の材質を磁性ステンレス鋼とすることにより、外部から浸入する磁界を効率よく遮蔽することができ、また耐腐食性が向上する。
（５）軸受に圧入する時点でバイパス部１５の位置ずれが生じることが無く、その位置が正確となる。
（６）嵌合部１６と傾斜部１８によりＶ字形屈曲部２０が形成されるので、漏洩磁束Φ２が磁気センサ２４から一層離れた部分を通過する。このため、磁気センサ２４の検知精度が向上する。

以下、この発明の実施の形態を説明する。図１から図４に示した実施形態の回転センサ付き軸受は、玉軸受１のシール部２と反対側の端面に回転センサ３を一体に組み合わせたものである。玉軸受１は、軸受内輪４（回転側軌道輪）、軸受外輪５（固定側軌道輪）、これら軸受内輪４と軸受外輪５との間に介在され保持器６によって保持された所要数の玉７からなる。

回転センサ３の回転側は、前記軸受内輪４の一端部外径面に圧入固定された環状の芯金１７と、その芯金１７の外径面に固着された磁気エンコーダ８からなる。芯金１７は軸受内輪４の外径面に圧入嵌合される嵌合部９と、これより大径で外径面に前記磁気エンコーダ８が固着された固着部１１とからなり、嵌合部９と固着部１１との間に段差部１２が存在する。

回転センサ３の固定側は、前記軸受外輪５の対向端部の内径面に環状部・バイパス部材１３が圧入固定される。環状部・バイパス部材１３は、環状部１４とバイパス部１５からなる単一の部品であり、プレス成形により加工される。

環状部１４は、その内端に前記軸受外輪５の端部内径面に嵌合するためにＬ形に屈曲された嵌合部１６を有し、その嵌合部１６の内端に前記のバイパス部１５が一体に設けられる。バイパス部１５は嵌合部１６の内端から一定の角度αをもってＶ字状に屈曲され軸受外方に向かって傾斜する傾斜部１８と、その傾斜部１８の端部を軸受内輪４の方向に屈曲して径方向に形成された径方向部１９を有する。前記の嵌合部１６が軸受外輪５の内径面に対し圧入嵌合される。前記の嵌合部１６と傾斜部１８とによりＶ字形屈曲部２０が形成される。

なお、前記の径方向部１９の内端と芯金１７の嵌合部９との間にバイパスギャップｇ２が設けられる。

前記環状部１４の内径面に樹脂等でなるセンサケース２１が装着され、そのセンサケース２１の一部にモールド樹脂２２に埋め込まれた回路基板２３が固着される。前記回路基板２３に装着されたＡ相及びＢ相磁気センサ２４、２４が前記センサケース２１に埋め込まれ、その一部が該センサケース２１の内周面に露出し、前記磁気エンコーダ８の外径面に所要のすき間をおいて対向する。

前記環状部１４の外周縁に断面Ｌ形環状の側板部材２５が一体に結合される。その結合は全周の数か所においてカシメ部２６を設け、これによって環状部１４と側板部材２５との突き合わせ部分における確実な接触と、所要の結合力を得るようにしている。側板部材２５は、前記センサケース２１の外端面と内径面をカバーし、更に前記芯金１７の固着部１１内径面に対し所定の回路ギャップｇ１を介して対向する。なお、磁気エンコーダ８とバイパス部１５との間に軸方向のエンコーダギャップｇ３が設けられる。

前記の環状部・バイパス部材１３、側板部材２５及び芯金１７は、磁性ステンレス鋼の板金（薄板）により形成され、それぞれプレス成形により加工される。これらの部材と回路ギャップｇ１、バイパスギャップｇ２、エンコーダギャップｇ３により磁気回路が形成される。

いま、漏洩磁束Φが軸受外輪５から入ったとした場合、漏洩磁束Φ１とΦ２に分かれ、図４に示したように、次の２通りの磁気回路を経て軸受内輪４に至る。

即ち、漏洩磁束Φ１が通過する磁気回路は、軸受外輪５→環状部１４→側板部材２５→嵌合部９→軸受内輪４に至る回路と、前記の側板部材２５→回路ギャップｇ１→磁気エンコーダ８→エンコーダギャップｇ３→径方向部１９→バイパスギャップｇ２→嵌合部９→軸受内輪４に至る回路がある。

また、漏洩磁束Φ２が通過する磁気回路は、軸受外輪５→バイパス部１５（傾斜部１８→径方向部１９）→バイパスギャップｇ２→軸受内輪４に至る回路である。

軸受１に侵入した漏洩磁束Φが、前記のような磁気回路を経て軸受１を通過することにより磁気センサ２４に対する遮蔽効果が発揮され、磁気センサ２４の検知精度が高度に維持される。特に、Ｖ字形屈曲部２０の存在により、漏洩磁束Φ２の通路が磁気センサ２４から一層離れた部分を通過することになるので、遮蔽効果が高くなる。

実施形態の縦断側面図 同上の環状部・パイパス部材の拡大断面図 （ａ）同上の縦断正面図、（ｂ）同上の一部縦断正面図 同上の一部拡大断面図 従来例の一部拡大断面図

符号の説明

１ 玉軸受
２ シール部
３ 回転センサ
４ 軸受内輪
５ 軸受外輪
６ 保持器
７ 玉
８ 磁気エンコーダ
９ 嵌合部
１１ 固着部
１２ 段差部
１３ 環状部・バイパス部材
１４ 環状部
１５ バイパス部
１６ 嵌合部
１７ 芯金
１８ 傾斜部
１９ 径方向部
２０ Ｖ字形屈曲部
２１ センサケース
２２ モールド樹脂
２３ 回路基板
２４ 磁気センサ
２５ 側板部材
２６ カシメ部
２７ ケーブル

Claims (2)

1. 軸受の固定側軌道輪に環状部材が嵌合され、その環状部材を介して設けられたセンサケースに磁気センサが装着されるとともに、前記軸受の回転側軌道輪に芯金を介して磁気エンコーダが取り付けられ、前記磁気センサが、前記芯金の外径面に固着された前記磁気エンコーダの外径面に所要のすきまをおいて対向配置され、前記環状部材の先端部に一体化した側板部材の一端部を前記芯金の内径面に所定の回路ギャップを介して対向せしめ、前記環状部材の内端部に磁気バイパスリングの外周縁を一体化するとともに、その内周縁を前記芯金に所定のバイパスギャップを介して接近せしめることにより、前記環状部材、側板部材、回路ギャップ及び芯金を含む磁気回路と、前記磁気バイパスリングとバイパスギャップからなるバイパス磁気回路を形成してなる回転センサ付き軸受において、
   前記環状部材と前記磁気バイパスリングとを単一部品でなる環状部・バイパス部材により構成し、
   前記環状部・バイパス部材は、環状部とバイパス部とからなり、その環状部は前記固定側軌道輪の端部内径面の幅中央寄りのところまで嵌合される嵌合部を有し、前記バイパス部は前記環状部の嵌合部内端（ただし、当該嵌合部内端は前記端部内径面の中央に最も近い端とする）から前記固定側軌道輪の内径面に対し一定の角度をもって軸受外方に向けＶ字形に屈曲された傾斜部と、その傾斜部の端部を径方向に屈曲して形成された径方向部を有し、その径方向部の内周縁が前記芯金との間で前記バイパスギャップを形成し、
   前記磁気エンコーダと前記径方向部との間に軸方向のエンコーダギャップを設け、前記側板部材、前記回路ギャップ、前記磁気エンコーダ、前記エンコーダギャップ、前記径方向部に至る磁気回路を形成し、
   前記嵌合部よりも軸受外方であって前記傾斜部から軸方向に離れたところに、前記磁気センサ及び前記磁気エンコーダを配置したことを特徴とする回転センサ付き軸受。
2. 前記環状部・バイパス部材を磁性ステンレス鋼により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転センサ付き軸受。

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