JP5213321B2

JP5213321B2 - 磁気エンコーダおよび転がり軸受

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Publication number: JP5213321B2
Application number: JP2006260578A
Authority: JP
Inventors: 達雄中島
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008082746A

Description

この発明は、磁気エンコーダおよび転がり軸受に関し、特に、回転軸を支持する転がり軸受に備えられる磁気エンコーダおよびこのような磁気エンコーダを備える転がり軸受に関するものである。

従来、自動車のＡＢＳ（ＡｎｔｉｌｏｃｋＢｒａｋｅＳｙｓｔｅｍ）装置に使用される軸受として、磁気エンコーダを備えたシール付きの転がり軸受がある。このような転がり軸受は、例えば、特開２００５−２２１３２９号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、回転数や回転方向を検出する回転検出装置は、磁気エンコーダとセンサとから構成される。磁気エンコーダは、円周方向に交互に磁極を形成した多極磁石と、これを支持するスリンガとからなる。センサは、回転軸と共に回転する磁気エンコーダの交互に配置される磁極を検出する。このようにして、回転検出装置は、回転数等を検出している。
特開２００５−２２１３２９号公報（図１）

上記した磁気エンコーダが自動車用軸受として使用されると、塩水、泥水、雨水、融雪剤等に曝される場合が多い。そうすると、磁気エンコーダを構成する熱可塑性樹脂が劣化してしまう恐れがある。その結果、磁気エンコーダの磁気特性が低下してしまうことになる。また、このような磁気エンコーダを備える転がり軸受の長寿命を図ることができない。

この発明の目的は、磁気特性の低下を防止した磁気エンコーダを提供することである。

この発明の他の目的は、長寿命を図ることができる転がり軸受を提供することである。

この発明に係る磁気エンコーダは、周方向に交互に磁極が配置された多極磁石と、多極磁石を保持するスリンガとを含む。多極磁石は、磁性粉と、熱可塑性樹脂とを含む。ここで、熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗは、２００００〜８００００の範囲内にある。

磁気エンコーダに含まれる熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗが２００００よりも小さいと、磁気エンコーダとして機能するのに必要な靭性を確保することができない。一方、重量平均分子量Ｍｗが大きいと、靭性を向上させ、劣化を防止することができるが、重量平均分子量Ｍｗが８００００よりも大きいと、溶融時の粘度が高くなり、混練する際にトルク上昇や発熱を発生し、生産性が極めて悪くなる。したがって、熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗを上記の範囲とすることにより、磁気特性の低下を防止した磁気エンコーダを得ることができる。

好ましくは、熱可塑性樹脂は、ポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンスルフィドからなる群から選択される１以上の化合物を含む。このような熱可塑性樹脂は、吸水性が乏しいため、上記した環境下においても、劣化に強い。

さらに好ましくは、磁性粉は、フェライト系磁性粉である。こうすることにより、防食性を向上させることができる。

この発明の他の局面においては、転がり軸受は、上記したいずれかの磁気エンコーダを含む。このような転がり軸受は、磁気特性の低下が防止された磁気エンコーダを備えるため、長寿命を図ることができる。

また、このような転がり軸受は、磁気特性の低下が防止された磁気エンコーダを備えるため、長寿命を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る転がり軸受の一部を示す断面図である。図１を参照して、転がり軸受１１は、回転軸（図示せず）を支持する。転がり軸受１１は、転動体としての玉１２と、玉１２の内径側に配置される内輪１３と、玉１２の外径側に配置される外輪１４と、玉１２を保持する保持器１５と、回転軸の回転数等を検出するための磁気エンコーダ１６と、軸受内部を密封するためのシール１７とを含む。内輪１３は、回転軸に固定されており、回転軸と共に回転する。一方、外輪１４は、ハウジング（図示せず）に固定されている。玉１２は、回転軸の回転時において、内輪１３および外輪１４に設けられた軌道面１８ａ、１８ｂ上を転動する。

シール１７は、剛性を有する芯金３１と、弾性を有するゴム部３２とを含む。芯金３１は、外輪１４に取り付けられ、固定されている。ゴム部３２は、芯金３１の一部を覆うように構成されている。ゴム部３２は後述するスリンガ２４と適当な圧力で、複数の箇所において接触している。具体的には、シール１７の内径側や軸受外部側に突出する複数のリップ部２８ａ、２８ｂ、２８ｃが、スリンガ２４と接触している。このようにして、転がり軸受１１の内部１９を密封する。こうすることにより、内部１９に封入された潤滑油の漏れの防止や、転がり軸受１１の内部１９内への異物の混入の防止を図っている。

回転軸の回転数等を検出する回転検出装置２１は、転がり軸受１１に含まれる磁気エンコーダ１６と、回転センサ２２とを含む。磁気エンコーダ１６と回転センサ２２は、互いに対向する位置に設けられている。回転センサ２２は、例えば、外輪１４等と共にハウジングに取り付けられ、固定されている。

ここで、磁気エンコーダ１６の構成について説明する。磁気エンコーダ１６は、周方向に交互に磁極が配置された多極磁石２３と、多極磁石２３を保持する金属製のスリンガ２４とを含む。図２は、多極磁石２３の構成を示す概念図である。図１および図２を参照して、多極磁石２３は、環状であり、その中央に貫通孔を有する。多極磁石２３は周方向において多極に磁化されており、ＰＣＤ（ＰｉｔｃｈＣｉｒｃｌｅＤｉａｍｅｔｅｒ：ピッチ円直径）２６上において、Ｎ極２７ａおよびＳ極２７ｂを交互に配置するように構成されている。

スリンガ２４は、円筒部２９ａと、円筒部２９ａの一方端から外径側に延びるフランジ２９ｂとを含む。スリンガ２４の断面は、略Ｌ字状である。多極磁石２３の外径側の端部３０は、鍵状である。多極磁石２３は、端部３０をフランジ２９ｂの最外径に位置する外径部２９ｃに引掛けるようにして、スリンガ２４に保持されている。

スリンガ２４に保持された多極磁石２３は、回転軸の回転に伴って、内輪１３と共に回転する。このとき、軸方向外側に配置され、多極磁石２３に対向する位置に設けられた回転センサ２２の検出部２５により、多極磁石２３のＮ極２７ａおよびＳ極２７ｂの磁力の変化を読取る。このようにして、回転検出装置２１は、回転軸の回転数等を検出する。

ここで、磁気エンコーダ１６を構成する多極磁石２３は、磁性粉と、バインダとしての熱可塑性樹脂とから構成される。

磁性を有する磁性粉は、バリウム系やストロンチウム系のフェライト粉であって、等方性のフェライト粉であってもよいし、異方性のフェライト粉であってもよい。このようなフェライト粉は、酸化しにくいため、磁気エンコーダ１６の防食性を向上させることができる。また、フェライト粉のみでは磁力が不足する場合、サマリウム鉄系磁性粉やネオジウム鉄系磁性粉等の希土類系磁性粉をフェライト粉に混合してもよい。

熱可塑性樹脂としては、ポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。このような熱可塑性樹脂は、吸水性が乏しいため、上記した環境下において、特に有効である。また、上記した熱可塑性樹脂からなる群から選択される１以上の化合物を含むように構成してもよい。

ここで、磁気エンコーダの製造方法について簡単に説明すると、まず、２軸押出機や混練機等を用いて、磁性粉と溶融した熱可塑性樹脂とを混練し、磁性粉を熱可塑性樹脂に適当に分散させる。その後、上記した磁気エンコーダの形状となるよう射出成形等を行い、所望の磁気エンコーダを得る。

このようにして多極磁石２３を得る。なお、このようにして得られた多極磁石２３を、上記したようにスリンガ２４に取り付け、磁気エンコーダ１６を得る。

このような多極磁石２３は、上記した熱可塑性樹脂を含んでいるため、塩水、泥水、雨水および融雪剤等に対して、劣化する恐れが少ない。したがって、このような多極磁石２３を含む磁気エンコーダ１６は、磁気特性の低下を防止することができる。また、磁気特性の低下を防止した磁気エンコーダ１６を含む転がり軸受１１は、破損の恐れが少なく、長寿命を図ることができる。

このような磁気エンコーダを含む転がり軸受は、自動車用の車軸の支持構造に備えられる。図３は、車軸支持構造を示す概略断面図である。図３を参照して、車軸支持構造４１は、車軸（図示せず）と共に回転するハブ輪４２と、車軸を支持する転がり軸受５１とを含む。ハブ輪４２のフランジ４４は、ボルト４３によって車輪（図示せず）に固定されている。転がり軸受５１は、複列アンギュラ玉軸受であり、複列に配置される玉５２と、内輪５３と、外輪５４と、保持器５５と、シール５６と、磁気エンコーダ（図示せず）とを含む。

内輪５３はハブ輪４２に固定され、車軸の回転と共に回転する。外輪５４は、外径側に配置されるハウジング（図示せず）に固定される。また、シール５６には、多極磁石およびスリンガを含む磁気エンコーダが含まれており、回転センサ５７により、回転数を検出することができる。

このように、車軸支持構造４１は構成されている。このような車軸支持構造４１は、磁気エンコーダに含まれる多極磁石の性能の劣化を防止しているため、長寿命である。

ここで、以下の熱可塑性樹脂を用いて、磁気エンコーダを製造した。まず、フェライト系磁性粉として異方性フェライト粉（戸田工業株式会社製：ＢＳＦ５４７）を用意した。また、熱可塑性樹脂として、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）を選択した。ＰＰＳについては、溶媒として１−クロロナフタレンを用い、２００℃でＰＰＳを溶解させ、粘度測定を行った。粘度測定の結果得られた粘度から、以下の数１を換算式として、ＰＰＳの重量平均分子量を求めた。なお、式中、[η]は、極限粘度とする。

上記式により得られた重量平均分子量Ｍｗが１００００のＰＰＳを２軸押出機でペレット化した後、ダンベル形状に射出成形を行い、ダンベル状の成形体を得た。この成形体を用い、ＡＳＴＭ（ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ）規格Ｄ−７９０に準じて曲げ弾性率を算出した。その結果、曲げ弾性率は、３×１０００ＭＰａであった。これは、重量平均分子量Ｍｗが２００００のＰＰＳと比較して、２０％程度の値であった。このような重量平均分子量ＭｗのＰＰＳは脆く、磁気エンコーダとして機能するのに必要な靭性を確保していない。

一方、上記式により得られた重量平均分子量Ｍｗが８００００よりも大きいＰＰＳを用いて、２軸押出機で混練したところ、トルク上昇と発熱が大きく、製造できなかった。したがって、このような重量平均分子量ＭｗのＰＰＳは、生産性等を考慮すると不適である。

以上より、熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗを２００００〜８００００の範囲とすることにより、磁気特性の低下を防止した磁気エンコーダを得ることができる。

なお、スリンガの形状は、断面が略Ｌ字状、または略Ｚ字状であってもよい。さらに円筒部が周方向に連なっていなくてもよいし、部分的に切り欠きが設けられた舌片状であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、転動体として玉を使用した場合について説明したが、転動体として、円筒ころや針状ころ、棒状ころ等のころを使用した場合についても適用される。また、シールを含まないタイプの転がり軸受や、外輪、内輪等の軌道輪を含む転がり軸受についても適用される。

なお、上記した磁気エンコーダは、転がり軸受に含まれることにしたが、これに限らず、滑り軸受に含まれることにしてもよい。さらに、回転軸等に限らず、他の回転部材の回転数等を検出する際にも適用され、検出センサと共に、回転部材の回転数等を検出する回転検出装置を構成することにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る磁気エンコーダおよび転がり軸受は、自動車用等、車軸用の転がり軸受等に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る転がり軸受の一部を示す断面図である。多極磁石の構成を示す概念図である。この発明の一実施形態に係る転がり軸受を含む車軸支持構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１１，５１転がり軸受、１２，５２玉、１３，５３内輪、１４，５４外輪、１５，５５保持器、１６磁気エンコーダ、１７，５６シール、１８ａ，１８ｂ軌道面、１９内部、２１回転検出装置、２２，５７回転センサ、２３多極磁石、２４スリンガ、２５検出部、２６ＰＣＤ、２７ａＮ極、２７ｂＳ極、２８ａ，２８ｂ，２８ｃリップ部、２９ａ、円筒部、２９ｂ，４４フランジ、２９ｃ外径部、３０端部、３１芯金、３２ゴム部、４１車軸支持構造、４２ハブ輪、４３ボルト。

Claims

周方向に交互に磁極が配置された多極磁石と、前記多極磁石を保持するスリンガとを含む磁気エンコーダであって、
前記多極磁石は、磁性粉と、熱可塑性樹脂とを含み、
前記熱可塑性樹脂は、ポリアミド１２、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリフェニレンスルフィドからなる群から選択される１以上の化合物を含み、
前記磁性粉は、フェライト系磁性粉および希土類系磁性粉の混合粉であり、
前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量Ｍｗは、２００００〜８００００の範囲内にある、磁気エンコーダ。
請求項１の磁気エンコーダを含む、転がり軸受。