JP5018113B2 - センサ付き軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、各種駆動系の回転状態(例えば、回転数、回転速度など)を測定するためのセンサ付き軸受に関する。
従来、例えば産業用機械をはじめ各種の駆動系には、当該駆動系の回転状態を測定するためのセンサ付き軸受が用いられている。その一例として図３に示された軸受２は、相対回転可能に対向配置された内輪(回転輪)４及び外輪(静止輪)６と、内外輪4,6間に転動自在に組み込まれた複数の転動体８と、各転動体８を回転自在に保持する保持器１０とを備えており、外輪６に搭載されたセンサ１２によって内輪４の回転状態を測定できるようになっている(特許文献１参照)。
センサ１２は、内輪４に固定された環状の磁気エンコーダ１４に記録された符号化情報(磁気情報)を検出するためのセンサ素子１６と、センサ素子１６に接続された出力ケーブル(図示しない)などの複数のセンサ構成品を備えて構成されている。この構成において、各センサ構成品は、センサハウジング１８に支持されていると共に、当該センサハウジング１８は、ホルダ用芯金２０に嵌装されており、ホルダ用芯金２０は、外輪(静止輪)６に固定されている。
なお、図面上において、転動体８として玉を例示しているが、コロが適用される場合もある。また、センサ１２が配置された側とは反対側の軸受には、その内外輪4,6間に密封板２２が設けられているが、密封板２２としては、例えばシール、接触又は非接触シールドを適用することが可能である。図面では、密封板２２として接触シールドが例示されている。
ところで、上述したようなセンサ１２において、センサハウジング１８とホルダ用芯金２０とは別部材で構成されている。このため、ホルダ用芯金２０を外輪(静止輪)６に堅牢に固定しても、例えば軸受２の使用状態や使用環境において当該軸受２に大きな外力が働く場合があり、その外力の大きさの程度によっては、ホルダ用芯金２０に対してセンサハウジング１８が位置ずれしたり、或いは、ホルダ用芯金２０からセンサハウジング１８が脱落したりする虞がある。
そして、センサハウジング１８の位置ずれや脱落が生じた場合には、これに応じて当該ハウジング１８に支持されたセンサ１２(即ち、各センサ構成品)も同様に位置ずれや脱落してしまうことになる。この場合、各センサ構成品の位置ずれや脱落の程度によっては、当該センサ構成品自体が損傷してしまう場合もある。特に、センサ素子１６は、高い検出精度が要求されるため、その損傷の程度によっては、磁気エンコーダ１４に記録された磁気情報を高精度に検出することが困難になってしまう虞がある。
特開２００５−７６７４７号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、センサを所定位置に確実に位置決めして堅牢に固定することが可能なセンサハウジングを有するセンサ付き軸受を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された回転輪及び静止輪と、回転輪と静止輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、回転輪の回転状態を検出するセンサを収容可能なセンサハウジングが静止輪に固定されたセンサ付き軸受であって、センサハウジングは、その一端を静止輪に形成された固定部に嵌め込んだ状態で、回転輪に対して非接触に位置決めされており、当該センサハウジングの一端は、静止輪の固定部に充填された所定の接着剤によって、当該固定部に固定されており、固定部は、静止輪の内周外縁をセンサハウジングの一端の外形輪郭に沿って掘り込み形成した空間領域として構成されていると共に、当該固定部には、周溝が形成されており、固定部に充填した接着剤が一部周溝に入り込んで硬化することで、当該接着剤の脱落が防止されると共に、硬化した接着剤がセンサハウジングを静止輪に固定する際の止め輪としての役割を果たす。
このような発明において、固定部の周溝は、静止輪に沿って周方向に連続して或いは断続して形成されている。更に、固定部の周溝には、当該固定部からのセンサハウジングの脱落防止用の止め輪が嵌合されている。なお、センサハウジングは、樹脂材料で形成されている。
本発明によれば、センサを所定位置に確実に位置決めして堅牢に固定することが可能なセンサハウジングを有するセンサ付き軸受を実現することができる。
以下、本発明の一実施の形態に係るセンサ付き軸受について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態の説明に際し、上述したセンサ付き軸受(図３)と同一の構成には、添付図面において同一の参照符号を付すことで、その説明を省略する。なお、本実施の形態の軸受には、磁気エンコーダ１４(図３)に代えて、金属製トーンリング２４(図１)が適用されている。トーンリング２４は、これに形成された複数の凹凸(図示しない)の動きをセンサ１２で磁気変化の大きさとして検出することで、回転輪(内輪)４の回転状態を測定できるようになっている。
図１(ａ),(ｂ)には、本実施の形態のセンサ付き軸受２の構成が示されており、回転輪(内輪)４の回転状態を検出するセンサ１２を収容可能なセンサハウジング２６が静止輪(外輪)６に固定されている。この場合、センサハウジング２６は、その一端２６ａを静止輪６に形成された固定部６ａに嵌め込んだ状態で、回転輪４に対して非接触に位置決めされており、当該センサハウジング２６の一端２６ａは、静止輪６の固定部６ａに充填された所定の接着剤Ｔによって、当該固定部６ａに固定されている。
センサハウジング２６には、例えばトーンリング２４の磁気変化を検出するためのセンサ素子(例えばホールＩＣや磁気抵抗素子など)１６や、センサ素子１６に接続されるケーブル２８などの複数のセンサ構成品が保持されている。ここで、センサ素子１６とケーブル２８との接続は、センサハウジング２６内に各センサ構成品(センサ素子１６、ケーブル２８)を収容した状態で行っても良いし、先にセンサ素子１６とケーブル２８とを接続した後にセンサハウジング２６に収容しても良い。この場合、接続方法としては、センサ素子１６の各リード１６ｔと各ケーブル２８の接続端２８ｔとを例えばレーザ溶接、はんだ付け、圧着端子などにより相互に接続させれば良い。
また、センサ素子１６には、所定の磁石(永久磁石)３０が接着され一体化されている。磁石３０の接着方法や接着剤について特に制限されることは無いが、接着剤としては、エポキシ系接着剤や、取り扱いが比較的容易な一液型のシリコン系接着剤を適用することが好ましい。これに対して、磁石３０の接着方向については、センサ素子１６の感受面１６ｓに対して垂直に磁束が通る方向に設定する。図面では一例として、センサ素子１６とトーンリング２４とは、軸受２のアキシアル方向に対向配置されている。この場合、トーンリング２４は、回転輪(内輪)４に固定された状態でラジアル方向に延出し、その延出端が静止輪(外輪)６に対して非接触状態に位置決めされており、センサ素子１６は、その感受面１６ｓをトーンリング２４に対向させるように配置されている。
また、センサハウジング２６の材質については、例えば６６ナイロン(登録商標)や、ＰＰＳ、ＰＢＴなどのエンジニアリングプラスチック及びその他の樹脂材料を適用することが可能であり、これを射出成型することにより例えば図１(ａ)に示すような形状に構成することができる。なお、これ以外の樹脂材料であっても良い。
ここで、上述したようなセンサハウジング２６の一端２６ａを静止輪６の固定部６ａに固定する方法について説明する。
まず、センサハウジング２６の一端２６ａを静止輪６に形成された固定部６ａに嵌め込んで、回転輪４に対して非接触に位置決めする。なお、固定部６ａは、静止輪６の内周外縁をセンサハウジング２６の一端２６ａの外形輪郭に沿って掘り込み形成した空間領域を指す。この場合、当該固定部６ａに一端２６ａを嵌め込む(或いは、圧入)ことで、当該センサハウジング２６を回転輪４に対して非接触に位置決めすることができる。
続いて、センサハウジング２６の一端２６ａが嵌め込まれた静止輪６の固定部６ａに所定の接着剤Ｔを充填する。この場合、接着剤Ｔは、例えばエポキシ系接着剤や、取り扱いが比較的容易な一液型のシリコン系接着剤など各種の接着剤を適用することができるが、これ以外の接着剤でも良い。また、磁石３０とセンサ素子１６との接着に使用する接着剤と共用できる場合は、接着剤を複数準備する必要がなくなるため、生産性の向上と低コスト化が期待できる。なお、固定部６ａに充填する接着剤Ｔの充填量は、当該固定部６ａにセンサハウジング２６の一端２６ａを嵌め込んだ状態で残留している空間領域に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しないが、図面に例示したように、充填した接着剤Ｔが静止輪６の側面を越えない程度に調整することが好ましい。
そして、固定部６ａに充填した接着剤Ｔを硬化させることで、センサハウジング２６を静止輪６に堅牢に固定することができる。この場合、静止輪６の固定部６ａに周溝６ｇを形成し、ここに充填した接着剤Ｔが入り込んで硬化することで、当該接着剤Ｔの脱落を防止するように構成しても良い。これにより、硬化した接着剤Ｔが一種の止め輪のような役割を果たすことになるため、センサハウジング２６と静止輪６との固定状態を飛躍的に強化することができる。
この場合、固定部６ａの周溝６ｇは、静止輪６に沿って周方向に連続して形成しても良いし、或いは所定間隔で断続して形成しても良い。この場合、周溝６ｇの形状や大きさ及び深さは、例えば静止輪６の形状や大きさ、或いは固定部６ａの形状や大きさに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。なお、図面には一例として、矩形状の周溝６ｇが示されているが、例えば円形、楕円形、三角形など各種の形状を適宜選択することが可能である。
以上、本実施の形態によれば、センサハウジング２６の一端２６ａを静止輪６の固定部６ａに接着剤Ｔによって固定したことで、例えば軸受２の使用状態や使用環境において当該軸受２に大きな外力が働いた場合でも当該センサハウジング２６が静止輪６に対して位置ずれしたり、或いは、脱落したりすることは無い。これにより、センサハウジング２６に収容したセンサ１２を所定位置に確実に位置決めして堅牢に固定することができる。この場合、センサ素子１６とトーンリング２４との位置関係が一定に維持され、その結果、トーンリング２４の磁気変化を高精度に検出することが可能となり、回転輪(内輪)４の回転状態を正確に測定することができる。
また、樹脂製のセンサハウジング２６の一端２６ａを静止輪６の固定部６ａに圧入固定した場合、当該センサハウジング２６がクリープすることで、その一端２６ａの固定状態が緩んでしまう場合がある。この場合でも、固定部６ａに接着剤Ｔを充填したり、更に固定部６ａに周溝６ｇを形成し、ここに接着剤Ｔを入り込ませて固定するなどにより、センサハウジング２６と静止輪６とを堅牢に固定することができる。
なお、上述した実施の形態の変形例として、例えば図２(ａ),(ｂ)に示すように、固定部６ａの周溝６ｇに、当該固定部６ａからのセンサハウジング２６の脱落を防止するための止め輪３２を嵌合するようにしても良い。この場合、止め輪３２の嵌合方法は、センサハウジング２６の一端２６ａを静止輪６に形成された固定部６ａに嵌め込んだ後に、固定部６ａの周溝６ｇに止め輪３２を嵌合し、その状態で接着剤Ｔを充填すれば良い。
このように止め輪３２全体を接着剤Ｔで硬化させることで、センサハウジング２６と静止輪６とを更に堅牢に固定することができる。これにより、静止輪６からの、センサハウジング２６の脱落を確実に防止することが可能となり、その結果、より信頼性の高いセンサ付き軸受２を実現することができる。なお、止め輪３２の形状や大きさは、例えば周溝６ｇの形状や大きさに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、止め輪３２の材質は、例えばバネ鋼やステンレス鋼など軸受２の使用目的や使用環境に応じて任意に設定することが可能である。
また、上述した実施の形態及び変形例では、センサ素子１６とトーンリング２４とを軸受２のアキシアル方向に対向配置した構成を想定したが、これに代えて、センサ素子１６とトーンリング２４とを軸受２のラジアル方向に対向配置した構成にしても上記同様の効果を得ることができることは言うまでも無い。
(ａ)は、本発明の一実施の形態に係るセンサ付き軸受の構成を示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)のセンサ付き軸受の一部を拡大して示す断面図。 (ａ)は、本発明の変形例に係るセンサ付き軸受の構成を示す斜視図、(ｂ)は、同図(ａ)のセンサ付き軸受の一部を拡大して示す断面図。 従来のセンサ付き軸受の構成を示す断面図。
符号の説明
２ センサ付き軸受
４ 回転輪(内輪)
６ 静止輪(外輪)
６ａ 固定部
８ 転動体
１２ センサ
２６ センサハウジング
２６ａ センサハウジングの一端
Ｔ 接着剤

Claims (4)

  1. 相対回転可能に対向配置された回転輪及び静止輪と、回転輪と静止輪との間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、回転輪の回転状態を検出するセンサを収容可能なセンサハウジングが静止輪に固定されたセンサ付き軸受であって、
    センサハウジングは、その一端を静止輪に形成された固定部に嵌め込んだ状態で、回転輪に対して非接触に位置決めされており、当該センサハウジングの一端は、静止輪の固定部に充填された所定の接着剤によって、当該固定部に固定されており、
    固定部は、静止輪の内周外縁をセンサハウジングの一端の外形輪郭に沿って掘り込み形成した空間領域として構成されていると共に、当該固定部には、周溝が形成されており、
    固定部に充填した接着剤が一部周溝に入り込んで硬化することで、当該接着剤の脱落が防止されると共に、硬化した接着剤がセンサハウジングを静止輪に固定する際の止め輪としての役割を果たすことを特徴とするセンサ付き軸受。
  2. 固定部の周溝は、静止輪に沿って周方向に連続して或いは断続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
  3. 固定部の周溝には、当該固定部からのセンサハウジングの脱落防止用の止め輪が嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付き軸受。
  4. センサハウジングは、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
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