JP5176851B2 - 着磁パルサリング、及びこれを用いたセンサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転数などの検出に用いられる着磁パルサリング、及びこの着磁パルサリングを用いたセンサ付き転がり軸受装置に関する。

自動車などの車輪を支持する転がり軸受装置には、アンチロックブレーキシステム等を制御するために、当該車輪の回転速度を検出するためのセンサ装置が組み込まれたものがある。このようなセンサ付きの転がり軸受装置は、内軸（回転輪）側に固定された着磁パルサリングと、この着磁パルサリングに対向配置される磁気センサとを有しており、前記磁気センサが前記着磁パルサリングの回転による磁気変化を検知することで車輪の回転速度を検出できるように構成されている。
上記着磁パルサリングは、一般に、前記磁気センサの検知対象となる環状の永久磁石と、前記永久磁石を支持する金属製の支持部材とを有しており、前記永久磁石は、前記支持部材との間に接着剤等を介在させ接着固定されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１６３３９７号公報（図３、図４）

上記のように永久磁石を接着剤によって支持部材に接着固定する場合、永久磁石と支持部材との間には、接着剤が介在することとなる。
上記着磁パルサリングは、支持部材を磁性材料で形成することで当該支持部材をバックヨークとして機能させ、磁気センサに向かう磁束ループの磁束密度が高められるように構成されている。
しかし、上記のように、永久磁石と支持部材との間に接着剤が介在すると、接着剤の部分においては透磁率が低くなるので、永久磁石と支持部材とを通過する磁束が通過し難くなる。これにより、永久磁石と支持部材とを通過する磁束が弱まってしまい、磁気センサに向かう磁束ループの磁束密度が十分に高められないおそれがあった。

さらに、上記永久磁石は、当該永久磁石の素材である磁石素材を、支持部材に固定した状態で着磁することで得られるが、この場合にも、支持部材をバックヨークとして機能させて着磁を行う。このため、前記磁石素材と支持部材との間に前記接着剤が介在すると、永久磁石と支持部材とを通過する磁束が弱まってしまい、磁束ループの磁束密度が十分に高められず、磁石素材に対する着磁がし難くなる。その結果、得られる永久磁石が十分に着磁されず磁気センサに対する磁束密度が低下するというおそれもあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、磁気センサに対する磁束密度を十分に高めることができる着磁パルサリング、及びこれを用いたセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、環状のフランジ部を有し、回転体に一体回転可能に固定される支持部材と、前記フランジ部の一端面に固定され、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されているとともにその磁極の変化が磁気センサによって検出される環状の永久磁石と、を備えた着磁パルサリングにおいて、前記永久磁石は、前記磁気センサが磁極の変化を検出する被検出範囲に対応する範囲を少なくとも含む径方向範囲で、前記フランジ部の一端面に接触している接触面を有し、前記接触面を前記一端面に接触させることで自己の磁力による磁気吸着によって前記フランジ部に固定され、前記永久磁石の前記接触面側の径方向両端縁には、径方向及び軸方向に凹入して前記フランジ部の一端面との間で環状溝を構成する角取部が、全周に亘って形成されており、前記環状溝内に、前記フランジ部と前記永久磁石との間を接着密封する接着シール層が形成されていることを特徴としている。

上記のように構成された着磁パルサリングによれば、永久磁石が、磁気センサが磁極の変化を検出する被検出範囲に対応する範囲を少なくとも含む径方向範囲で、前記フランジ部の一端面に接触し、当該永久磁石をフランジ部に固定している接触面を有しているので、接触面とフランジ部との間においては、上記従来例のように磁束の通過を妨げるものがない。このため、永久磁石と、バックヨークとして機能するフランジ部とを通過する磁束が、少なくとも被検出範囲においては弱められることがなく、磁気センサに向かう磁束ループの磁束密度を十分に高めることができる。この結果、磁気センサに対する磁束密度を十分に高めることができる。

また、接着シール層によって、フランジ部と、永久磁石の径方向両端縁との間を接着密封するので、両者の間に水分や異物が混入するのを防止しつつ、磁気吸着によってフランジ部に固定されている永久磁石をより強固に固定することができる。

また本発明は、固定輪及び回転輪と、これらの間に転動自在に配置された転動体と、前記回転輪に一体回転可能に固定された着磁パルサリングと、前記着磁パルサリングの磁極の変化を検出することによって前記回転輪の回転状態を検出する磁気センサと、を備えているセンサ付き転がり軸受装置において、前記着磁パルサリングは、上述の着磁パルサリングであることを特徴としている。
上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置によれば、上述のように、永久磁石とフランジ部とを通過する磁束が弱められることがないので、磁気センサに対する磁束密度を十分に高めることができる。

本発明の着磁パルサリング、及びこれを用いたセンサ付き転がり軸受装置によれば、磁気センサに対する磁束密度を十分に高めることができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る着磁パルサリングが適用されたセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。このセンサ付き転がり軸受装置１は、自動車など車両の駆動輪を懸架装置に対して回転自在に支持するものである。

図１において、センサ付き転がり軸受装置１は、複列のアンギュラ玉軸受を構成しており、図示しない駆動輪が取り付けられるフランジ部２ａを有する内軸２と、内軸２の外周側に同心に配置された外輪３と、内軸２と外輪３の間に介在した転動体としての複数の玉４と、これら玉４を周方向に等配に保持する保持器５と、内軸２及び外輪３の間における環状空間の両端開口を密封するシール部材６，７と、シール部材７に対向するように配置された磁気センサＳとを備えている。

外輪３は、車両側に固定される固定輪であり、外周面には車両の懸架装置に取り付けるための取付フランジ３ａが形成されている。また、その内周面には玉４が転動する複列の外輪軌道３ｂが形成されている。
内軸２は、前記駆動輪が取り付けられる車軸であるとともに、当該センサ付き転がり軸受装置１の回転輪を構成しており、フランジ部２ａが形成された内軸本体８と、この内軸本体８の車両内側（図１中紙面右側）他端に嵌合固定された円環状の内輪部材９とを備えている。
内軸２に形成されたフランジ部２ａには、前記車輪を当該フランジ部２ａに固定するための複数のハブボルト２ａ１が固定されている。また、内軸２の外周面には、複列の外輪軌道３ｂに対向して複列の内輪軌道２ｂが形成されており、複数の玉４は、内輪軌道２ｂ及び外輪軌道３ｂとの間に転動自在に配置されている。
また、内軸２には、軸方向に貫通する貫通孔２ｃが設けられており、この貫通孔２ｃには、前記駆動輪を駆動するためのドライブシャフトＤが挿入されている。ドライブシャフトＤと、内軸２とは、貫通孔２ｃの内周面及びドライブシャフトＤの外周面それぞれに形成されたスプライン溝によってスプライン嵌合されるとともに、当該ドライブシャフトＤの先端に取り付けられたナットｄ１を締め付けることで、一体回転可能に固定されている。
上記構成によって、センサ付き転がり軸受装置１は、内軸２を外輪３に対して回転自在に支持しており、内軸２に固定される駆動輪を回転自在に支持する。

シール部材７は、外輪３の他端部側の内周面３ｃに内嵌固定された円環状の芯金１０と、この芯金１０に対向するように内輪部材９に一体回転可能に固定された円環状の着磁パルサリング１１と、を有している。

芯金１０は、ＳＵＳ４３０，ＳＥＣＣ，ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ等の冷延鋼板をプレス加工することによって形成されており、その内周端部には、当該芯金１０と着磁パルサリング１１との間をシールするシールリング１０ａが加硫接着等によって固定されている。

着磁パルサリング１１は、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列された永久磁石である環状磁石１２と、環状の支持部材２０とを備えている。
支持部材２０は、芯金１０と同様、ＳＵＳ４３０，ＳＥＣＣ，ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ等の冷延鋼板をプレス加工することによって円環状に形成された部材であり、内輪部材９の外周面に外嵌固定されることで内軸２に対して一体回転可能に固定されている。従って、この支持部材２０に一体回転可能に固定された環状磁石１２においても、内軸２に対して一体回転可能である。なお、支持部材２０に対する環状磁石１２の固定の態様については、後に詳述する。
また、支持部材２０の外周面は、シールリング１０ａが摺接するように構成されており、支持部材２０は、シール部材７におけるスリンガとしての機能を兼ね備えている。

環状磁石１２は、プラスチック磁石を用いて円環状に形成されており、Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に所定間隔で配列されるように着磁されることで、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されている。

磁気センサＳは、環状磁石１２に対して僅かな隙間を置いて対向するように配置されている。このため、内軸２と一体回転する着磁パルサリング１１は、磁気センサＳに対して、内軸２の回転に応じて磁極を変化させることができる。
磁気センサＳは、磁極の変化を検出するセンサであり、当該センサ付き転がり軸受装置１が搭載される車両の制御装置に接続されており、検出した磁極の変化に基づく検出信号を前記制御装置に出力するように構成されている。磁気センサＳは、内軸２の回転に応じて変化する着磁パルサリング１１の磁極の変化を検出し、その検出信号を前記車両の制御装置に出力する。前記制御装置は、磁気センサＳの検出信号に基づいて、内軸２の回転速度を認識し、前記車両のアンチロックブレーキシステム等の制御に反映することができる。

次に、支持部材２０に対する環状磁石１２の固定の態様について説明する。
図２は、着磁パルサリング１１のみを拡大して示した断面図である。
図において、支持部材２０は、内輪部材９に外嵌固定された円筒部２１と、この円筒部２１の一端部から径外方向に延びるとともに環状磁石１２が固定された環状のフランジ部２２とを有している。フランジ部２２には、上述の環状磁石１２が固定されている。
支持部材２０は上述のように冷延鋼板等の磁性材料によって形成されており、フランジ部２２は、環状磁石１２に対するバックヨークとして機能し、磁気センサＳに向かう磁束ループの磁束密度が高められるように構成されている。

環状磁石１２は、フランジ部２２の外径とほぼ同じ外径で円環状に形成されている。
ここで、磁気センサＳが環状磁石１２の磁極の変化を検出することができる範囲が、図中に示す被検出範囲Ｋ１であるとすると、環状磁石１２は、被検出範囲Ｋ１に対応する範囲を含む径方向範囲Ｋ２で、フランジ部２２の一端面２２ａに接触している接触面１２ａを有している。接触面１２ａが接触している径方向範囲Ｋ２は、被検出範囲Ｋ１に対して、内外周両側それぞれについて、径方向に約１ｍｍ程度大きくなるように設定されている。
環状磁石１２は、接触面１２ａを一端面２２ａに接触させることで、自己の磁力による磁気吸着によってフランジ部２２に固定されている。

また、環状磁石１２の接触面１２ａ側の径方向両端縁には、周方向に沿った段差を設けることで径方向及び軸方向に凹入する角取部１２ｂが、当該環状磁石１２の内外周両側に全周に亘って形成されている。
この角取部１２ｂは、環状磁石１２の内外周両側において、フランジ部２２の一端面２２ａとの間で、断面矩形状の環状溝Ｍを構成している。

環状溝Ｍ内には、フランジ部２２と環状磁石１２との間を接着密封する接着シール層３０が形成されている。接着シール層３０は、ゴム等のエラストマーをベースとした接着シール剤を用いて形成されており、適度な弾性を有している。従って、接着シール層３０は、環状磁石１２をフランジ部２２に対して弾性的に接着固定している。
接着シール層３０は、フランジ部２２と環状磁石１２の径方向両端縁との間を接着密封している。このため、両者の間に水分や異物が混入するのを防止するとともに、磁気吸着によってフランジ部２２に固定されている環状磁石１２をより強固に固定することができる。
また、接着シール層３０は、環状磁石１２をフランジ部２２に対して弾性的に接着固定しているので、フランジ部２２と環状磁石１２との間の熱膨張係数の違いによって生じる熱膨張や収縮に伴う変形量に差が生じたとしても、その変形量の差を許容することができ、環状磁石１２を支持部材２０に確実に接着固定することができる。

上記環状磁石１２は、支持部材２０に固定した後に着磁することで永久磁石とされ、着磁パルサリング１１として製造される。以下に、着磁パルサリング１１の製造の手順について説明する。
まず、上述の環状磁石１２の形状に形成された着磁前の磁石素材の角取部３０に接着シール剤を塗布する。
そして、前記磁石素材の接触面１２ａをフランジ部２２の一端面２２ａに接触させつつ張り合わせる。これによって、角取部３０に塗布した接着シール剤により環状溝Ｍ内に接着シール層３０が形成され、この接着シール層３０によって前記磁石素材がフランジ部２２に固定される。
ついで、フランジ部２２をバックヨークとして機能させ、磁石素材に対して着磁を行うことで環状磁石１２とし、環状磁石１２とこの環状磁石１２が固定された支持部材２０とからなる着磁パルサリング１１を得ることができる。

また、他の手順として、予めフランジ部２２の一端面２２ａに前記磁石素材をインサート成形することにより、前記磁石素材の接触面１２ａをフランジ部２２の一端面２２ａに接触させた状態で固定することもできる。この場合、一端面２２ａに固定された前記磁石素材の角取部３０により構成される環状溝Ｍに接着シール剤を充填し、接着シール層３０を形成する。その後、磁石素材に対して着磁を行うことで環状磁石１２とすれば、着磁パルサリング１１が得られる。

上記のように製造される着磁パルサリング１１では、接触面１２ａをフランジ部２２の一端面２２ａに接触させた状態で、前記磁石素材を着磁することができる。このため、フランジ部２２をバックヨークとして着磁した場合、磁石素材とフランジ部２２との間には、磁束の通過を妨げるものがないので、両者を通過する磁束が上記従来例のように弱まるのを防止することができる。よって、着磁の際の磁束ループの磁束密度が十分に高められ、環状磁石１２に対して十分な着磁を行うことができる。この結果、磁気センサＳに対する磁束密度が低下するのを防止できる。

上記のように構成された着磁パルサリング１１によれば、環状磁石１２が、磁気センサＳの被検出範囲Ｋ１に対応する範囲を含む径方向範囲Ｋ２で、フランジ部２２の一端面２２ａに接触し、当該環状磁石１２をフランジ部２２に固定している接触面１２ａを有しているので、接触面１２ａとフランジ部２２との間においては、上記従来例のように磁束の通過を妨げるものがない。このため、環状磁石１２と、バックヨークとして機能するフランジ部２２とを通過する磁束が、径方向範囲Ｋ２においては弱められることがなく、磁気センサＳに向かう磁束ループの磁束密度を十分に高めることができる。この結果、磁気センサＳに対する磁束密度を十分に高めることができる。

なお、接触面１２ａが一端面２２ａに接触している範囲である径方向範囲Ｋ２は、少なくとも被検出範囲Ｋ１を含んでいればよく、このようにすることで、環状磁石１２と、フランジ部２２とを通過する磁束が、少なくとも被検出範囲Ｋ１においては弱められることが防止でき、磁気センサＳの検出範囲における磁束ループの磁束密度が高められるからである。

環状磁石１２を構成しているプラスチック磁石としては、フェライト系の磁性粉末や、ネオジウムやサマリウム等の希土類系の磁性粉末を、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリアミド（ＰＡ）樹脂等の樹脂材料に混合した後、所定の形状に形成したものを用いることができる。さらに、環状磁石１２は、プラスチック磁石を用いたものに限定するものではなく、例えば、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等といったような焼結磁石を用いることもできる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、環状磁石１２の径方向両端縁に、段差状に凹入した角取部１２ｂを形成し、この角取部１２ｂがフランジ部２２の一端面２２ａとの間で、断面矩形状の環状溝Ｍを構成しているものを例示したが、角取部１２ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、環状磁石１２の径方向両端縁に凹曲面状に凹入した形状としてもよいし、図３（ｂ）に示すように、環状磁石１２の径方向両端縁に対して面取りを行うことでテーパ状に凹む形成してもよく、環状溝Ｍ内に形成される接着シール層３０を形成する接着シール剤の粘性等の性質に応じて適宜その形状を変更することができる。
また、上記実施形態では、角取部１２ｂを環状磁石１２側に形成した場合を例示したが、この角取部をフランジ部２２の一端面２２ａの径方向端縁に形成し、永久磁石１２の接触面１２ａとの間で環状溝を構成するようにすることもできるし、環状磁石１２側、及びフランジ部２２側の双方に角取部を形成し、双方の角取部の間で環状溝を構成するようにすることもできる。

本発明の一実施形態に係る着磁パルサリングが適用されたセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。 着磁パルサリングのみを拡大して示した断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、角取部１２ｂの他の態様を示す部分断面図である。

符号の説明

１ センサ付き転がり軸受装置
２ 内軸（回転輪）
３ 外輪（固定輪）
４ 玉（転動体）
１１ 着磁パルサリング
１２ 環状磁石（永久磁石）
１２ａ 接触面
１２ｂ 角取部
１２ｃ 内周面
２０ 支持部材
２２ フランジ部
２２ａ 一端面
３０ 接着シール層
Ｍ 環状溝
Ｓ 磁気センサ
Ｋ１ 被検出範囲
Ｋ２ 径方向範囲

Claims (2)

1. 環状のフランジ部を有し、回転体に一体回転可能に固定される支持部材と、
   前記フランジ部の一端面に固定され、多数の磁極が周方向に所定間隔で配列されているとともにその磁極の変化が磁気センサによって検出される環状の永久磁石と、を備えた着磁パルサリングにおいて、
   前記永久磁石は、前記磁気センサが磁極の変化を検出する被検出範囲に対応する範囲を少なくとも含む径方向範囲で、前記フランジ部の一端面に接触している接触面を有し、前記接触面を前記一端面に接触させることで自己の磁力による磁気吸着によって前記フランジ部に固定され、
   前記永久磁石の前記接触面側の径方向両端縁には、径方向及び軸方向に凹入して前記フランジ部の一端面との間で環状溝を構成する角取部が、全周に亘って形成されており、
   前記環状溝内に、前記フランジ部と前記永久磁石との間を接着密封する接着シール層が形成されていることを特徴とする着磁パルサリング。
2. 固定輪及び回転輪と、
   これらの間に転動自在に配置された転動体と、
   前記回転輪に一体回転可能に固定された着磁パルサリングと、
   前記着磁パルサリングの磁極の変化を検出することによって前記回転輪の回転状態を検出する磁気センサと、を備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
   前記着磁パルサリングは、請求項１に記載の着磁パルサリングであることを特徴するセンサ付き転がり軸受装置。

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