JP5236082B2 - 一体型センサーを備える回転ベアリング - Google Patents

Description

本発明は、一体型のセンサーを備えるいわゆるインサートベアリングまたはＹベアリングに関するものである。インサートベアリングは、その外側リングが支持部材に収容されているものであり、固定部の軸と可動部の軸との間の生じ得るずれ(misalignment)を調整するためにすべての方向に回転動作ができるようになっている。そうしたベアリングは例えばベルトコンベヤまたは同様のデバイスに使用できる。

ある場合においては、例えばベルトコンベヤの速度を特定するためにインサートベアリングの回転パラメータの情報を得ることが必要となる。特許文献１には、ブシュベアリングが開示されており、このものにおいて、センサーターゲットが、内側リングに固定されかつ、このターゲットに隣接して保持されかつベアリングの外側リングに固定された封止デバイスに取り付けられたセンサーの前方で回転するようになっている。そして高い精度でブシュの中にいくつかの相対的に複雑な部品を取り付けなければならない。これはベアリングをより複雑にし、かつコストを増大させてしまう。さらにセンサーが外側リングに間接的に取り付けられているため電流の供給がより困難となり、ゆえにいくつかの電気ケーブルをブシュの固定部分から外側リングまで、これらケーブルが破損させる可能性がありながらも延在させなければならない。

欧州特許出願公開第0 908 729号明細書

本発明は、回転パラメータが簡単で経済的でありかつ信頼性の高い方法で規定される新規な回転ベアリングを用いて上記課題を解決することを目的としている。

このため、本発明は、内側リングと、外側リングと、内側リングと外側リングとの間の回転体と、内側リングとともに回転するしっかりと固定されたエンコーダワッシャと、球状部分の形態の内面を有する支持部材とを備えており、前記内面は、同様に球状部分の形態の外側リングの対応する外面とスライド可能に接触するよう構成されている。この回転ベアリングは、センサーがエンコーダワッシャの回転を検出できるポジションにおいて、支持部材がエンコーダワッシャに対してセンサーを保持するための手段が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、センサーを支持するためにベアリングの外側リングを使用する必要がなくなる。本発明の支持部材に対してセンサーを保持する手段は、実際に、支持手段に取り付けられており、かつこれらは相対的に単純でありかつコストを低くできる。さらに保持部材を介した支持部材におけるセンサーの取り付けは、外側リングにセンサーを取り付けるより、容易にかつ素早くできる。本発明は、その回転検出機能を得るために、センサーをエンコーダワッシャのすぐ近くに配置する必要がないという事実を利用したものである。例えば、ホール効果センサーは、約１０ｍｍ以内の距離内でのエンコーダワッシャの回転を検出できる。

本発明のさらなる態様によれば、回転ベアリングが以下の一つ以上の特徴を含むという有利な(ただし必須のものではない)点が挙げられる。
− エンコーダワッシャは、内側リングの回転軸線上のポイントに中心が合わせられた球体部分の形態の、少なくとも一つの外面を有する。そうした外面は、外側リングが支持部材に対して回転したときでも、支持部材の対応する内面におけるその外面のスライド動作によってエンコーダワッシャの回転の効果的な検出に順応する。こうした場合においては、内側リングが外側リングに対して回転したときおよび外側リングの外面が支持部材の内面にわたってスライドしたときに、センサーと幾何学的形状との間の距離は有利なことに固定値を有するようになっている。
− センサーは支持部材に対して取り外し可能に取り付けられている。
− センサーは、磁気センサー、好ましくは磁気誘導式センサー、つまりホール効果セルである。
− センサーを保持するための手段は、支持部材に取り付けられたブラケットを含んでおり、このブラケットは、センサーを収容するためのハウジングを形成する。そうしたブラケットは、支持部材に取り外し可能に取り付けられる金属舌とすることができ、かつセンサーがその形状と協働して固定される場合には孔を有している。あるいは、ブラケットは、センサーの周囲にオーバーモールドされかつ支持部材に取り外し可能に取り付けられることができる。
− センサーを保持するための手段は、支持部材内に形成されたキャビティを含んでおり、センサーは、支持部材の内部空間へと開かれている当該キャビティ内に設置される。このキャビティは、エンコーダワッシャの回転軸に対して半径方向に沿って支持部材に延在する孔とすることができる。
− 回転ベアリングはまた内側リングおよび外側リングを外部から隔離するための支持部材に取り付けられたカバー備えており、センサーはこのカバーに取り付けられている。
− センサーを保持するための手段は、一つ以上のあらかじめ決められたポジションにおける支持部材に取り付けることができ、そしてこれら手段によってセンサーはエンコーダワッシャの回転を検出するポジションに保持される。
− エンコーダワッシャは隆起部を備える金属リングである。

本発明は、本発明の目的を限定しない別紙に添付の図面および図示された例示に対応した以下の説明に基づいてより明瞭に理解される。別紙の図面には以下の図が示される。

本発明の第一実施形態に基づく回転ベアリングの斜視図である。 図１の線II-IIに沿った切断図である。 図１および図２のベアリングのエンコーダワッシャの斜視図である。 本発明の第二実施形態のベアリングの斜視図である。 図４のベアリングの平面図である。 図５の線VI-VIに沿った拡大断面図である。 本発明の第三実施形態のベアリングの斜視図である。 図７の平面VIIIにおける断面図である。 本発明の第四実施形態のリングベアリングの斜視図である。 図９の平面Ｘにおける断面図である。

図１から図３に示されるベアリング１は、内側リング１２と外側リング１４と一連のボール１６と４つの孔２０が設けられた支持部材またはハウジング１８とを備えるインサートベアリングまたはＹベアリングであり、孔２０にはベルトコンベヤのフレームなどの図示されていない構造体に支持部材１８を固定するためにネジ(図示せず)を挿入できる。

支持部材１８は四角形のベース２２を有しており、かつ孔２０はベース２２の角に隣接して配置されている。

ベアリング１の中央軸線がＸ_１で示されている。内側リング１２は外側リング１４に対して軸線Ｘ_１の周囲で回転する。実際に軸線Ｘ_１は、リング１２の内面２４の対称軸線であるリング１２の中央軸線Ｘ_１２と整列させられている。

支持部材１８は軸線Ｘ_１上にあるポイントＣに中心が合わせられた球状部分の形態の外面２６を有する。その一方で、外側リング１４には同様にポイントＣに中心が合わせられた球状部分の形態の外面２８が設けられる。実際に、面２６および２８は半径Ｒ_２６，Ｒ_２８を有しており、それは、部品１２，１４および１６を備える組立部品(サブアセンブリ)の矢印Ａ_１で示された支持部材１８に対するポイントＣの周囲でのピボット動作を可能にするべく面２８および２８が一方が他方に対してスライド可能な対応面となるように同一の値を有している。これは、リング１４に対するリング１２の回転できるようにすると同時に、軸線Ｘ_１とリング１２内に挿入されたシャフトの軸線との間に起こり得るずれを調整することができるようにする。

カバー３０は、図１および図２の上方において、外部から部品１２ないし１６を隔てるために支持部材１８に取り付けられている。

エンコーダワッシャ３２は、内側リング１２の対応するネジ切り部に複数のネジが螺合されることによって内側リング１２の周囲に取り付けられる(図２にはこれらネジのうちの二つが参照番号３４で示されている)。同様のネジは、「無頭ネジ」として知られる構造で、リング１２に挿入されるシャフト(図示せず)に内側リング１２を回転可能にかつ軸方向にロックするために使用することができる。エンコーダワッシャ３２の形状を図２および図３に示す。エンコーダワッシャ３２はプレスド鉄シートから一体的に形成される。それは、円形断面を備える円筒形壁３２２と、円形断面を有するリング１２の外半径に等しい内半径とを有する。壁３２２はリング１２の周囲に適合される。またエンコーダワッシャ３２は円錐台形状壁３２４を有しており、壁３２４は、円筒形壁３２２を、円形断面および円弧形態の母線(generatrix)を有する外側円筒形壁３２６に接続させる。それにより、壁３２６は、球状部分の形態となっている。ワッシャ３２の中央軸がＸ_３２で示される。軸Ｘ_３２は、壁３２２，３２４および３２６に関して対称軸となっている。壁３２６は、壁３２４から離れる場合に軸Ｘ_３２へ向かって収束している。壁３２６には壁３２４に対向する壁３２６の縁部３２６２において開口された４つのノッチ３２８が設けられている。壁３２６は中央軸Ｘ_３２上のポイントＣ’にその中心が合わせられている。

ポイントＣ’に中心が合わせられた球状部分の形態でもある壁３２６の外縁部３２６４の半径がＲ_３２で示されている。Ｒ_３２の値は、Ｒ_２６およびＲ_２８の値よりも小さい。これは、ハウジング支持部材１８に対する外側リング１２および１４の回転時にエンコーダワッシャ３２がハウジングまたは支持部材１８に接触するのを防止する。

エンコーダワッシャ３２が内側リング１２に取り付けられた場合、ならびに部品１２，１４および１６が支持部材１８内に設置された場合、軸線Ｘ_１およびＸ_３２が整列させられ、そしてポイントＣおよびＣ’が重なる。

磁気センサー５０は、軸線Ｘ_１の周囲でエンコーダワッシャ３２の回転を検出する位置でベアリング１に取り付けられている。センサー５０は、電子制御ユニット(図示せず)に電気ケーブル５２で接続される磁気誘導センサーである。

センサー５０は、金属舌１００からなるブラケットによって、エンコーダワッシャ３２に対するポジションに保持され、当該金属舌１００は、支持部材１８が構造体に取り付けられたときに、孔２０のうちの一つと整列させられかつネジ(図示せず)が通るように想定される孔１０４を備える第１の部分１０２を規定するために折り曲げられている。ブラケット１００は、また、中間部１０６と、図１および図２に示されるポジション(回転ベアリング１の回転パラメータを特定するために、センサー５０と壁３２６との間の距離ｄ_１が、センサー５０がエンコーダワッシャ３２の回転を効果的に検出できるようになっているポジション)にセンサー５０を収容するための孔１１０が規定された末端つまり上部の部分１０８とを形成する。

実際に距離ｄ_１は１５ｍｍ以下の値であることが好ましい。

回転ベアリングの一部の、回転ベアリングの他の部分に対する回転パラメータは、他の部分に対する一部のピボット動作を代表するパラメータである。そうしたパラメータは、ベアリングの中央軸線の周囲で他の部分に対するその一部の角ポジションを測定した角度とすることができる。そうしたパラメータを、速度、変位、加速度あるいは振動性とすることもできる。センサー５０は、センサー５０の前方においてエンコーダワッシャ３２の書くノッチ３２８の連続的な通路を検出し、それによってエンコーダワッシャ３２の回転に対してなんらかの情報が提供される。

エンコーダワッシャ３２のノッチの数は４でなくともよく、例えば２から８の間とすることができる。この数は、低い分解能のタコメータを設置するためにワッシャ３２の回転当たりのわずかなパルスがセンサー５０によって生じ得るだけであれば、増やす必要はない。

部品１２，１４および１６を備える組立部品がポイントＣの周囲で矢印Ａで示されるように支持部材１８に対して回転させられる場合には、面２６に対する面２８のスライド動作の結果、面３２６４が面２６および２８と同じポイントＣ−Ｃ’に中心が合わせられた球状部分であるため、面３２６４とセンサー５０との間の距離ｄ_１は一定となる。言い換えると、支持部材１８に対する部品１２，１４および１６のスライド動作はセンサー５０による回転パラメータの検出を妨げない。

本発明の有利な態様によれば、センサー５０は市販されているものを使用することができ、かつその機能を実行するよう特別に設計したり構成したりする必要がない。そして磁気センサー５０が工業的に幅広く使用できるためコストを非常に低くすることができる。孔１１０の形状は、その形状の協働によって舌１００にセンサー５０をロックするよう構成されている。

図４ないし図６に示される本発明の第二実施形態において、第一実施形態のものと同じ要素には同じ参照番号が付与されている。この実施形態のベアリング１もまた、内側リング１２と、外側リング１４と、ボール１６と、支持部材１８とを備える。球状部分の形態の面２６および２８は、それぞれ、内面として支持部材１８に、かつ外面として外側リング１４に設けられている。これらの面は、ベアリング１の中心軸Ｘ_１上にあるポイントＣにその中心が合わせられている。カバー３０およびエンコーダワッシャ２３２も設けられており、このエンコーダワッシャは第一実施形態のものと実質的に同様でありかつ外壁３２６を有しており、外壁３２６の外面は、ベアリング１が取り付けられたときにポイントＣに重なるポイントＣ’に中心が合わせられた球面の一部である。

この実施形態において、ブラケットはセンサー５０の周囲にオーバーモールドされた合成のカバー２００によって形成され、かつそれは、二つの孔２０４が支持部材１８のベース２２の角に隣接して配置された孔２０と整列させられるよう想定されたベース部２０２を備えている。電子制御ユニット(図示せず)にセンサー５０を接続させるケーブル５２もカバー２００にオーバーモールドされている。図６は平面図ではないため、ケーブル５２の経路は図６には示されていない。

第一実施形態に見られるように、その孔２０４をベース部材２２の孔２０に整列させることによる支持部材１８へのカバー２００の取り付けは、軸線Ｘの周囲でのエンコーダワッシャ３２の回転をセンサーが検出できるようにするポジションに、エンコーダワッシャ３２に対するセンサー５０を自動的に位置決めする。

当該実施形態において、センサー５０は、センサー５０の周囲にハウジング２１０を形成するカバー２００によって自動的に保護される。さらにケーブル５２は、ベアリング１が取り付けられる構造体に近接するベース２２の付近のカバー２００から現れる。

図７ないし図１０に示される本発明の第三および第四実施形態において、第一および第二ン実施形態のものと同様のまたは同一の要素は同じ参照番号が付与されている。以下では主に第一実施形態に対する第三および第四実施形態の差について説明する。

図７および図８に示される第三実施形態において、エンコーダワッシャ３２は、ベアリング１の内側リング１２の下端部に隣接して取り付けられており、それは、支持部材１８のベース２２に隣接した内側リング１２の端部に隣接している。エンコーダワッシャ３２も外壁３２６を有しており、外壁３２６の外面は、支持部材１８および外側リング１４にそれぞれ提供された二つの面２６および２８の中心Ｃと重なるポイントＣ’に中心が合わせられる球状部分の形態のものである。

軸線Ｘ_１に対する半径方向における方向に沿って孔３００がベース２２にドリルで開けられている。これは、支持部材１８内の内部空間Ｖ_１８内に、電気ケーブル５２によって電子制御ユニット(図示せず)に接続された細長形状のセンサー５０を導入可能にする。

ネジまたはクランプなどの図示されていない手段を孔３００にセンサー５０を固定するために使用できる。

図９および図１０に示される本発明の第四実施形態において、ベアリング１のセンサー５０は、支持部材１８にスナップ留めされかつ第一実施形態におけるカバー３０と同様の機能を有するカバー４００内に取り付けられている。ケーブル５２は、センサー５０を図示されない電子制御ユニットに接続する。

カバー４００はセンサー５０にわたってオーバーモールドされている。あるいはセンサー５０は、カバー４００のハウジング４１０における形状と協働することによって糊付けされるか、あるいはロックされるようになる。

支持部材１８へのカバー５０のスナップ留めによって、センサー５０は、第一実施形態のものと同様のエンコーダワッシャ３２に対して自動的に位置決めされる。それによって、ベアリング１の中央軸線Ｘ_１周囲での当該ワッシャの回転の適切な検出ができるようになる。

すべての実施形態において、エンコーダワッシャ３２の形状は、外側リング１４が支持部材またはハウジング１８に対してスライドしたときでさえ、第一実施形態で距離ｄ_１によって規定されたリングとセンサー５０との間の距離が一定となるものである。

すべての実施形態において、ノッチが設けられた外壁を備えるエンコーダワッシャ３２の代わりに、外壁が空隙によって離間された複数のタブからなるエンコーダワッシャを使用することができる。これらタブからなる外面の連結は、球状の部分に含まれる外面を形成する。さらに磁化された部分を備えるエンコーダワッシャを使用することができ、そうした磁化されたワッシャの外面も球状部分の形態を有する。エンコーダワッシャが磁化部分を有する場合においては、センサーは、有利なことに、磁気センサーの変わりにホール効果タイプのセンサーであってもよい。

本発明にはさまざまなタイプのセンサー、例えば磁気センサー、磁気誘導センサー、または静電容量型センサーなども使用できる。

本発明は、回転ベアリング、ローラーベアリング、ニードルベアリング・・・などのタイプのものにも使用できる。

１ ベアリング
１２ 内側リング
１４ 外側リング１４
１６ ボール
１８ 支持部材・ハウジング
２０ 孔
２２ ベース
２６，２８ 外面
３０ カバー
３２ エンコーダワッシャ
３４ ネジ
５０ センサー
５２ ケーブル
１００ 金属舌
１０２ 第１の部分
１０４ 孔
１０６ 中間部
１０８ 上部部分
１１０ 孔
２００ カバー
２０２ ベース部
２０４ 孔
２１０ ハウジング
３００ 孔
３２２ 円筒形壁
３２４ 壁
３２６ 壁
３２８ ノッチ
４００ カバー
４１０ ハウジング
３２６２ 壁
３２６４ 外縁部

Claims (13)

1. 回転ベアリング(１)であって、
   − 内側リング(１２)と、
   − 外側リング(１４)と、
   − 前記内側リングと前記外側リングとの間の回転体(１６)と、
   − 前記内側リングとともに回転するよう固定されたエンコーダワッシャ(３２)と、
   − 球状部分の形態の内面(２６)を有し、前記内面が球状部分の形態の前記外側リング(１４)の対応する外面(２８)とスライドして接触するようになっている、支持部材(１８)と、
   を具備してなり、
   前記支持部材(１８)は、前記エンコーダワッシャ(３２)に対してセンサー(５０)を、前記センサーがエンコーダワッシャの回転を検出可能なポジションに保持するための手段(１００；２００；３００；４００)が設けられていることを特徴とする回転ベアリング。
2. 前記エンコーダワッシャ(３２)は、前記内側リング(１２)の回転軸線(Ｘ_１)上にあるポイント(Ｃ−Ｃ’)に中心が合わせられた球状部分の形態の、少なくとも一つの面(３２６４)を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転ベアリング。
3. 前記センサー(５０)と前記少なくとも一つの面(３２６４)との間の距離(ｄ_１)は、前記内側リング(１２)が前記外側リング(１４)に対して回転した場合、および前記外側リングの前記外面(２８)が前記支持部材(１８)の前記内面(２６)にわたってスライドする場合に、固定値を有していることを特徴とする請求項２に記載の回転ベアリング。
4. 前記センサー(５０)は、前記支持部材(１８)に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
5. 前記センサー(５０)は、磁気センサー、好ましくは磁気誘導センサー、またはホール効果セルであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
6. 前記センサー(５０)を保持するための前記手段は、前記支持部材に取り付けられたブラケット(１００；２００)を含み、前記ブラケットは、前記センサーを収容するハウジング(１１０；２１０)を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
7. 前記ブラケットは、前記支持部材(１８)に取り外し可能に取り付けられた金属舌(１００)であり、かつ前記ハウジングは、前記センサーがその形状の協働によって収容される孔(１１０)であることを特徴とする請求項６に記載の回転ベアリング。
8. 前記ブラケット(２００)は、前記センサーの周囲にオーバーモールドされており、かつ前記支持部材(１８)に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の回転ベアリング。
9. 前記センサーを保持するための前記手段は、前記支持部材(１８)内に形成されたキャビティ(３００)を含み、前記センサー(５０)は、前記支持部材の内部空間(Ｖ_１８)へと開口された前記キャビティ内に設置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
10. 前記キャビティは、前記エンコーダワッシャ(１２)の回転軸線(Ｘ_１)に対する半径方向に沿って前記支持部材(１８)内に延在する孔(３００)であることを特徴とする請求項９に記載の回転ベアリング。
11. 外部から前記内側および外側リング(１２，１４)を隔てるように前記支持部材(１８)に取り付けられたカバー(４００)をさらに具備してなり、かつ前記センサー(５０)は前記カバーに取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の回転ベアリング。
12. 前記センサー(５０)を保持するための前記手段(１００；２００；４００)は、前記センサーが前記エンコーダワッシャ(３２)の回転を検出するポジションに前記手段が保持されるよう、一つ以上のあらかじめ決められたポジションにおける前記支持部材(１８)に取り付けることができることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
13. 前記エンコーダワッシャは隆起部(３２６)を備える金属リング(３２)であることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の回転ベアリング。

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