JP5086003B2 - 回転センサユニット - Google Patents

Description

この発明は、軸の回転を磁気式エンコーダで検出する回転センサユニットに関する。

この種の回転センサユニットとして、転がり軸受の外輪が嵌合されるハウジングと、転がり軸受に支持される軸と、この軸の回転を検出する磁気式エンコーダとを備えたものが広く利用されている。磁気式エンコーダを回転センサとして採用する場合、外部磁界の磁力線が磁気式エンコーダの磁気検出素子に入ると、測定精度を低下させるため、磁気検出素子を磁気シールド内に配置することが行なわれている（特許文献１）。

例えば、前掲の特許文献１の回転センサユニットは、組み合せ軸受で軸を支持し、軸の一側端をハウジングから露出させ、軸外周の露出部分にエンコーダを嵌合し、エンコーダと径方向に対向する磁気検出素子をハウジングの一側端に支持させ、ハウジング、磁気検出素子、及びエンコーダを内包するように覆う磁気シールドカバーを設け、その磁気シールドカバーを内包するように保護カバーを設けたものである。軸を組み合せ軸受で支持することにより、磁気検出素子とエンコーダとの相対的な位置ずれが防止されている。保護カバーは、磁気検出素子や回路基板を外部から保護するため、堅固に設けられている。保護カバーと別に磁気シールドカバーを設けることにより、保護カバーを、非磁性材であるアルミダイカスト等の生産性が良く、かつ軽量な材料で形成することが可能である。

また、磁気シールドカバーを設けない場合、保護カバーを鋳鉄からなる堅固な強磁性材で形成し、磁気シールドに利用することが行なわれている。

特開昭６２−２２９０２６号公報

しかしながら、前掲の特許文献１のように、保護カバーを備えた回転センサユニットの場合、保護カバーで磁気検出素子等を保護することができるため、保護カバーだけでなく、ハウジングもアルミダイカスト、樹脂等で形成するように求められることがある。ところが、ハウジングを樹脂、アルミニウム等の非磁性材で形成すると、ハウジングを外部磁界の磁力線が通過するため、外部磁界の影響で磁気式エンコーダの測定に精度誤差が生じ易くなる。
さらに、保護カバーがない場合や、保護カバー及びハウジングを非磁性材で形成する場合、磁気シールドカバーを専用に設けることになり、部品数が増える。特に、保護カバーがなく、ハウジングを非磁性材で形成する場合、磁気シールドカバーが大型化し、その設置空間を要するため、回転センサユニットが大型化する問題がある。
さらに、近年では、磁気式エンコーダの小型化が進んでおり、磁気検出素子とエンコーダの相対的な位置ずれをより少なくすることが求められる。

上記の事情に鑑み、この発明の課題は、転がり軸受の外輪が嵌合されるハウジングと、前記転がり軸受に支持される軸と、この軸の回転を検出する磁気式エンコーダとを備えた回転センサユニットにおいて、磁気検出素子とエンコーダの相対的な位置ずれを防止しながら、専用の磁気シールドカバーやハウジングに頼ることなく磁気検出素子を外部磁界から遮蔽することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、転がり軸受の外輪が嵌合されるハウジングと、前記転がり軸受に支持される軸と、この軸の回転を検出する磁気式エンコーダとを備えた回転センサユニットにおいて、前記ハウジングの一側端に軸方向に押し付ける蓋を、前記軸の一側端面に臨むものとし、前記外輪の一側面を前記蓋で軸方向に押して予圧を与え、前記磁気式エンコーダのエンコーダを前記軸に支持させ、前記磁気式エンコーダの磁気検出素子を前記蓋に支持させ、前記蓋と前記軸と前記外輪とを磁性材で形成し、前記蓋と前記軸の一側端面と前記外輪とで形成された磁気シールド空間に、前記磁気検出素子を配置した構成を特徴とするものである。

具体的には、前記ハウジングの一側端に軸方向に押し付ける蓋を設ければ、外輪の一側面を蓋で軸方向に押して予圧を与えることができる。転がり軸受に予圧を与えれば、その転がり軸受の剛性が高まり、軸振れが防止される。
軸振れが防止された軸に磁気式エンコーダのエンコーダを支持させ、ハウジングに押し付けられる蓋に磁気式エンコーダの磁気検出素子を支持させれば、磁気検出素子とエンコーダの相対的な位置ずれが防止される。
さらに、蓋を軸の一側端面に臨むものとすれば、蓋と軸の一側端面との間に空間が得られる。蓋で外輪の一側面を押す予圧構造としたため、蓋と軸の一側端面との間の空間は、蓋と外輪とで取り囲まれている。したがって、蓋と軸と外輪とを磁性材で形成すれば、蓋と軸と外輪とで、外部磁界の磁力線が直入することができない磁気シールド空間が形成される。
その磁気シールド空間に磁気検出素子を配置すれば、専用の磁気シールドカバーやハウジングに頼ることなく磁気検出素子を外部磁界から遮蔽することができる。

前記転がり軸受の内輪と、この内輪と前記外輪との間に介在する転動体とを磁性材で形成した構成を採用することが好ましい。
内輪と転動体とを磁性材で形成すれば、外部磁界の磁力線は、内輪等でも捕捉されるので、転がり軸受を通過して蓋と軸の一側端面間に直入し難くなる。このため、磁気シールド空間を広く得易い。
因みに、転がり軸受に対して軸方向他方側から接近する外部磁界の磁力線は、ラジアル平面に対して軸方向他方側に傾斜角をもって内外輪間の環状空間に入ることができ、内輪等が非磁性材だと、これらを通過して軸の一側端面と蓋との間の空間に直入する可能性が高くなる。外輪幅を大きくすれば、これを防止することはできるが、外輪幅を大きくすると重くなるから好ましくない。内輪及び転動体を磁性材で形成しておけば、傾斜角をもって外部磁界の磁力線が内外輪間の環状空間に入っても内輪等で捕捉することができる。なお、転動体に捕捉された磁力線は、転がり軸受への予圧により転動体と内外輪の接触が確保されているため、内外輪に迂回させられる。

前記磁気式エンコーダの測定に支障がない限り、前記転がり軸受の種類、前記ハウジングに組み込む軸受数、前記転がり軸受による組み合せ軸受の構成の是非を問わない。

前記軸、前記蓋、前記外輪、前記内輪、前記転動体を形成する各磁性材は、同一物性に統一する必要はなく、これらの機能上、適宜に異なる物性の磁性材を採用することができる。磁性材としては、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライトの中から採用することができる。

前記外輪の一側面を前記蓋で軸方向に押して予圧を与える構成としては、前記蓋で前記外輪の一側面を直接に押す構成だけでなく、前記蓋と前記外輪の一側面との間に介在する無端環状のスペーサを介して予圧を与える構成も含む。

前記蓋で前記外輪の一側面を直接に押す場合、蓋の他側面と軸の一側端面とを平行に形成すると、蓋と軸の一側面との間で空間を得るのに限界があり、前記磁気シールド空間を十分な広さで形成することが困難である。この場合、蓋の他側面および軸の一側面の少なくとも一方に、両面間の対向間隔を拡げる凹みを形成し、蓋と軸の一側面との間の空間を拡げることができる。

一方、蓋の他側面や軸の一側端面に凹みを形成する手間を避けたい場合、前記外輪の一側面と前記蓋との間にスペーサリングを介在させ、前記スペーサリングを磁性材で形成すればよい。
蓋の他側面と軸の一側面との間をスペーサリングで離し、上記の空間を拡げることができる。このため、蓋の他側面や軸の一側端面を単純な平面に形成することができ、加工が簡単になる。

上記のように、この発明の構成によれば、ハウジングに頼らずとも磁気シールド空間を形成することができるため、ハウジングが磁性材又は非磁性材のいずれであるか、ハウジングが密閉又は開放部を有する構成であるかを問わずに適用することができる。

特に、ハウジングを樹脂又はアルミニウムで形成すれば、ハウジングの軽量化を図ることができる。ここで、アルミニウムは、アルミニウム合金を含む意味である。
一般にハウジングと蓋とは同じ素材で形成されているが、磁性材は、樹脂やアルミニウムより重い。ハウジングを樹脂又はアルミニウムで形成しながら、敢えて蓋を磁性材で形成することにより、上記磁気シールド空間の形成と回転センサユニットの軽量化とを両立させることができる。

ハウジングを樹脂又はアルミニウムで形成することができるのは、ハウジングに大きな外力が作用する心配がない場合であり、そのような場合、蓋を形成する磁性材として、強度に優れた高炭素鋼材を用いる必要はない。
したがって、前記蓋を形成する前記磁性材として、冷間圧延鋼板又は一般構造用圧延鋼材を用いることができ、これにより、蓋の加工性を高めることができる。

上述のように、この発明は、転がり軸受の外輪が嵌合されるハウジングと、前記転がり軸受に支持される軸と、この軸の回転を検出する磁気式エンコーダとを備えた回転センサユニットにおいて、転がり軸受に予圧を与えるための蓋、外輪、軸を磁性材で形成することにより蓋と軸の一側端面間の空間に磁気シールド空間が形成され、そこに磁気検出素子が配置されたため、専用の磁気シールドカバーやハウジングに頼ることなく磁気検出素子を外部磁界から遮蔽することができる。

以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る回転センサユニットの全体構成をアキシャル平面の切断面で示している。
図１に示すように、第１実施形態に係る回転センサユニットは、転がり軸受１の外輪１１が嵌合されるハウジング２と、転がり軸受１に支持される軸３と、この軸３の回転を検出する磁気式エンコーダ４とを備えている。

ハウジング２と軸３との間に、転がり軸受１と共に組み合せ軸受を構成する他の転がり軸受５が組み込まれている。転がり軸受１、５は、回転慣性抵抗を考慮し、それぞれシール付きの玉軸受とされている。

ハウジング２は、外周に取付フランジ２１を有しており、回転センサユニットを組み立てた状態で他の機器のハウジングにねじ止めすることが可能になっている。

この第１実施形態に係る回転センサユニットは、別途、保護カバーで外力から保護するか、ハウジング２が外力で破壊される心配がない使用条件を前提としている。このため、ハウジング２は、強度よりも軽量化、成形容易性を考慮し、樹脂射出成形により形成されている。なお、ハウジング２は、アルミニウムで形成することもできる。

軸３と、転がり軸受１の外輪１１、内輪１２及び両輪１１、１２間に介在する転動体１３とは、軟磁性材で形成されている。軸３等の磁石化を避けるためである。これらの磁性材としては、鉄系の軟磁性材を用いることができる。

転がり軸受１の各シール１４は、外輪１１のシール溝に圧入嵌合する取付端から先端に亘ってシールド板部を有している。各シール１４のシールド板部は、軟磁性材で形成されている。このため、外部磁界の磁力線は、各シール１４のシールド板部を通過することができない。各シール１４のシールド板部の素材としては、例えば、軟磁性ステンレス鋼板を使用することができる。

ハウジング２の一側面に形成された軸受組込み口は、ハウジング２の一側端に軸方向に押し付ける蓋６で覆われている。蓋６の他側面に、ハウジング２の一側端及び外輪１１の一側面に押し付ける外周部６１と、軸３の一側端面及び内輪１２と対向する領域を前記外周部６１より軸方向一方側に凹ました逃げ部６２とが形成されている。蓋６は、その外周部６１をハウジング２に対してボルト７で締結することで固定される。この固定状態で、蓋６の逃げ部６２が軸３の一側端面に軸方向に臨むようになっており、蓋６と軸３の一側面との間に、磁気式エンコーダ４を配置するための空間が確保されている。

蓋６は、上記の使用条件から強度よりも加工性を考慮し、冷間圧延鋼板で形成されている。なお、蓋６は、一般構造用圧延鋼材で形成することもできる。

蓋６の外周部６１をハウジング２の一側端にボルト７で押し付けると、転がり軸受１の外輪１１の一側面全周が蓋６の外周部６１により軸方向他方側に押される。その結果、ハウジング２の肩２２、軸３の間座部４ａ、蓋６で転がり軸受１、５に定位置予圧が与えられる。これにより、転がり軸受１、５の剛性が高まり、軸３の軸振れが防止されている。

軸３の他側端面は、ハウジング２の他側面に形成された軸通口から露出しており、外部機器の回転軸に接続することが可能である。

なお、蓋６の外周部６１とハウジング２との間はパッキン８で密封されている。ハウジング２の軸通口と軸３との間は、オイルシール９ａ、スリンガ９ｂで密封されている。

磁気式エンコーダ４は、磁気検出素子４１と、エンコーダ４２と、磁気検出素子４１が実装された回路基板４３とを有している。磁気式エンコーダ４としては、軸３の回転角、回転位置、回転速度、回転数等を測定するための周知のものを利用することができる。この第１実施形態では、磁気検出素子４１が、９０°の位相差をもって生じる２相の磁束変化を検出し、演算処理により回転角を求めるものとされている。また、エンコーダ４２が、円周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されたエンコーダとされている。

磁気検出素子４１は、回路基板４３を蓋６の逃げ部６２の底部に固定することにより、蓋６に支持させられている。蓋６の逃げ部６２は、回路基板４３の板面をラジアル平面で支持するようになっている。磁気検出素子４１を軸方向に向けるためである。なお、回路基板４３は、蓋６の逃げ部６２にねじ止めされ、回路基板４３と蓋６との間が絶縁されている。

エンコーダ４２は、軸３の一側端面上にその回転中心が軸３と一致するように取付具で固定することにより、軸３に支持されている。なお、軸３の一側端面は、形状単純化のため、ラジアル平面に形成されている。

エンコーダ４２を軸３に固定し、回路基板４３が固定された蓋６をハウジング２の一側端にボルト７で押し付けると、磁気検出素子４１の第１相用の磁気検出素子と第２相用の磁気検出素子とが９０°の位相差をもってエンコーダ４２の着磁面と対向した位置関係に固定される。すなわち、軸振れが防止された軸３にエンコーダ４２を支持させ、ハウジング２に押し付けられる蓋６に磁気検出素子４１を支持させられる。このため、磁気検出素子４１とエンコーダ４２の相対的な位置ずれが防止される。

回路基板４３の配線４４は、逃げ部６２に穿たれた貫通孔６３から外部に取り出されている。この貫通孔６３は、充填材で塞がれる。充填材は、回路基板４３の絶縁の都合上、磁性材にすることはできない。絶縁性を有する充填材を先に充填した後、磁性粉を混入した充填材を積層することで貫通孔６３に磁気シールドを設けることもできる。

この第１実施形態に係る回転センサユニットは、上記の構成を有するものであり、上記蓋６の押し付けにより転がり軸受１、５に予圧を与えると、蓋６の外周部６１と外輪１１の一側面との接触は、全周に亘って維持される。蓋６の逃げ部６２と軸３の一側端面との間に形成された空間は、蓋６の外周部６１と外輪１１とで取り囲まれており、外部磁界の磁力線が蓋６の貫通孔６３から直入する領域を除き、磁気シールド空間となっている。その磁気シールド空間に、磁気検出素子４１が配置されている。このように、この第１実施形態に係る回転センサユニットは、予圧付与に必要な蓋６、回転センサユニットに必須の軸３及び外輪１１を利用して上記磁気シールド空間を形成したため、専用の磁気シールドカバーやハウジング２に頼ることなく、磁気検出素子４１を外部磁界から遮蔽することができる。

転がり軸受１に対して軸方向他方側から接近する外部磁界の磁力線は、磁性材で形成された内輪１２及びシール１４のシールド板部でも捕捉される。仮に、シール１４と内輪１２間の僅かなシールすき間から転がり軸受１の内部空間に入ったとしても、磁性材で形成されたシールすき間が内輪１２の肩に臨むため、内輪１２に捕捉される。したがって、外部磁界の磁力線は、転がり軸受１を抜けて蓋６と軸３の一側端面との間の空間に直入することができない。

なお、シール１４を省略した場合、又はシール１４のシールド板部を磁性材で形成しない場合でも、内輪１２及び転動体１３を磁性材で形成しておけば、外部磁界の磁力線は、ラジアル平面に対して軸方向他方側に傾斜角をもって内外輪１１、１２間の環状空間に入っても、公転する転動体１３や内輪１２に捕捉されるため、蓋６と軸３の一側端面との間の空間に直入することができない。内外輪１１、１２間を軸方向に抜ける外部磁界の磁力線は、公転する転動体１３間をすり抜けることがあり得るが、そのまま蓋６に入るため、蓋６と軸３の一側端面との間の空間に直入することはない。

ハウジング２を軟磁性材で形成する場合でも、ハウジング２に内外を貫く多数の肉抜き孔を形成して軽量化を図ることができる。どのような配置で肉抜き孔を形成しても、蓋６、軸３及び外輪１１で磁気シールド空間が得られるためである。

別例として、この発明の第２実施形態を図２に基づいて説明する。なお、以下では、上記第１実施形態との相違点を中心に述べ、同一に考えられる構成の説明を省略する。
この第２実施形態に係る回転センサユニットは、蓋６’の他側面を単一のラジアル平面に形成することにより、蓋６’の形状加工を容易にしたものである。

蓋６’の他側面と外輪１１の一側面との間に、スペーサリング１０が介在させられている。スペーサリング１０は、無端環状とされ、ハウジング２の内周に嵌合する外周を有している。スペーサリング１０の他側面は、外輪１１の一側面全周に亘って軸方向に突き当てられ、スペーサリング１０の一側面全周に亘って蓋６’の他側面が軸方向に突き当てられる。これにより、軸３の一側端面及び蓋６’の他側面をラジアル平面に形成しながらも、磁気検出素子４１等の配置空間が確保されている。

蓋６’のハウジング２への押し付けにより、スペーサリング１０が押し込まれ、外輪１１がスペーサリング１０を介して蓋６’に押されることにより、転がり軸受１、５に定位置予圧が与えられる。この状態で、スペーサリング１０は、蓋６’と軸３との一側端面との間の空間を取り囲む。スペーサリング１０は、軟磁性材で形成されている。このため、この第２実施形態に係る回転センサユニットは、蓋６’の加工を容易にしながらも、上記磁気シールド空間を蓋６’、軸３、スペーサリング１０等で形成することができる。
スペーサリング１０は転がり軸受１等の予圧付与に必要なものである。したがって、この第２実施形態に係る回転センサユニットも、専用の磁気シールドカバーやハウジング２に頼ることなく、磁気検出素子４１を外部磁界から遮蔽することができる。

第１実施形態の全体構成を示す断面図 第２実施形態の全体構成を示す断面図

符号の説明

１、５ 転がり軸受
２ ハウジング
３ 軸
４ 磁気式エンコーダ
６、６’ 蓋
７ ボルト
８ パッキン
９ａ オイルシール
９ｂ スリンガ
１０ スペーサリング
１１ 外輪
１２ 内輪
１３ 転動体
１４ シール
２１ 取付フランジ
２２ 肩
４１ 磁気検出素子
４２ エンコーダ
４３ 回路基板
６１ 外周部
６２ 逃げ部
６３ 貫通孔

Claims (4)

1. 転がり軸受の外輪が嵌合されるハウジングと、前記転がり軸受に支持される軸と、この軸の回転を検出する磁気式エンコーダとを備えた回転センサユニットにおいて、前記ハウジングの一側端に軸方向に押し付ける蓋を、前記軸の一側端面に臨むものとし、前記外輪の一側面全周を前記蓋で軸方向に押して予圧を与え、前記磁気式エンコーダのエンコーダを前記軸に支持させ、前記磁気式エンコーダの磁気検出素子を前記蓋に支持させ、前記蓋と前記軸の一側端面との間に前記磁気検出素子を配置し、前記蓋と前記軸と前記外輪とを磁性材で形成し、前記蓋と前記軸の一側端面と前記外輪とで形成された磁気シールド空間に、前記磁気検出素子を配置し、
   前記転がり軸受をシール付きの玉軸受とし、このシールを、前記外輪のシール溝に圧入嵌合する取付端から先端に亘ってシールド板部を有するものとし、このシールド板部を磁性材で形成し、前記転がり軸受の内輪を磁性材で形成し、前記内輪と前記シールド板部とで形成されたシールすき間が当該内輪の肩に軸方向に臨むことを特徴とする回転センサユニット。
2. 前記内輪と前記外輪との間に介在する転動体を磁性材で形成した請求項１に記載の回転センサユニット。
3. 前記外輪の一側面と前記蓋との間にスペーサリングを介在させ、前記スペーサリングを磁性材で形成し、前記スペーサリングを前記外輪の一側面全周に亘って軸方向に突き当て、前記蓋を前記スペーサリングの一側面全周に亘って軸方向に突き当てた請求項１又は２に記載の回転センサユニット。
4. 前記ハウジングを樹脂又はアルミニウムで形成した請求項１から３のいずれか１つに記載の回転センサユニット。

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