JP5817105B2

JP5817105B2 - センサ付き転がり軸受、自動車、鉄道車両、製鉄設備及び工作機械

Info

Publication number: JP5817105B2
Application number: JP2010263666A
Authority: JP
Inventors: 和広大平; 昌樹桑原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012112490A

Description

本発明は、センサ付き転がり軸受に関する。

特許文献１には、センサ付き転がり軸受が開示されている。図８に示すように、センサ付き転がり軸受１００は、内輪１０１の軌道面１０１ａと外輪１０２の軌道面１０２ａとの間に、ボール１０３が保持器１０４で保持されて配列された深溝玉軸受であり、内輪１０１の軌道面１０１ａの両側及び外輪１０２の軌道面１０２ａの両側には、それぞれ略Ｕ字形のシール溝１０１ｂ，１０１ｃ，１０２ｂ，１０２ｃが対向して設けられている。

そして、内輪１０１の一方のシール溝１０１ｃには、磁気エンコーダ１０６側の環状の芯金１０７に設けられた屈曲部１０７ａが嵌め込まれて、磁気エンコーダ１０６が内輪１０１に固定されている。また、外輪１０２の一方のシール溝１０２ｃには、センサユニット１０８側の環状の芯金１０９に設けられた屈曲部１０９ａが嵌め込まれて、センサユニット１０８が外輪１０２に固定されている。

また、図９に示すように、磁気エンコーダ１０６側の芯金１０７の屈曲部１０７ａには、その弾性変形をしやすくするために、屈曲方向に端面まで延びる複数のスリット１０７ｂが設けられている。図示は省略するが、センサユニット１０８側の芯金１０９の屈曲部１０９ａにも、同様のスリットが設けられている。

特開２００７−３０３５６６号公報

ところで、前述のように、特許文献１では、磁気エンコーダ１０６側の芯金１０７やセンサユニット１０８側の芯金１０９をシール溝１０１ｃ，１０２ｃを利用して取り付けるために、それら芯金１０７，１０９の屈曲部１０７ａ，１０９ａにスリットを設けて嵌め込んでいる。
しかし、このような嵌め込み構造の場合には、その嵌め込む部位から内部に異物が侵入するという問題が発生する。また、特に、スリットを設けているような場合には、そのスリットを介して内部に異物が侵入してしまう。

例えば、このようなセンサ付き転がり軸受がフォークリフトに搭載された場合、冷蔵庫等との外界との温度差が大きい場合を行き来することがあり、異物が侵入しやすい構造だと、結露で生じた水滴などが侵入する恐れがある。
本発明の目的は、環状の芯金を嵌め込む構造でも、異物の侵入を抑制することである。

請求項１に係る発明は、内輪の外周面及び外輪の内周面に設けた対向する軌道面間に複数の転動体が配列され、内輪の外周面及び外輪の内周面であって各軌道面の側方に、内輪側のシール取り付け用の溝と外輪側のシール取り付け用の溝が軸方向に対して垂直な方向に対向させて設けられ、回転軌道輪を構成する前記内輪に、円周方向で複数の磁極に着磁された磁石を第１環状部を有するマグネットホルダで装着し、固定軌道輪を構成する前記外輪に、前記磁石の回転に伴う磁束の変化を検出する磁気センサを第２環状部を有するセンサハウジングで装着して、前記内輪の回転を検出するセンサ付き転がり軸受において、前記内輪に設けられた前記溝に前記第１環状部を嵌合して前記内輪に前記マグネットホルダを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第１環状部との間、及び前記外輪に設けられた前記溝に前記第２環状部を嵌合して前記外輪に前記センサハウジングを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第２環状部との間の少なくとも一方にシール部材を配置し、前記内輪に装着される前記マグネットホルダの第１環状部及び前記外輪に装着される前記センサハウジングの第２環状部のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部には、軸受空間から前記内輪側のシール取り付け用の溝及び前記外輪側のシール取り付け用の溝のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の溝の底部にかけて前記第１環状部及び/又は第２環状部の軸方向及び半径方向に平行に延びるスリットが設けられており、前記シール部材はＯリングで構成されるとともに、前記Ｏリングは、前記シール部材が配置される側の溝に対する接点が前記スリットの軸方向外側にある半径方向に延びる底面よりも軸方向外側に位置するように配置されて、前記スリットを、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部に対して軸受空間の外部に対して閉塞することを特徴とするセンサ付き転がり軸受である。
また、請求項２に係る発明は、内輪の外周面及び外輪の内周面に設けた対向する軌道面間に複数の転動体が配列され、内輪の外周面及び外輪の内周面であって各軌道面の側方に、内輪側のシール取り付け用の溝と外輪側のシール取り付け用の溝が軸方向に対して垂直な方向に対向させて設けられ、回転軌道輪を構成する前記内輪に、円周方向で複数の磁極に着磁された磁石第１環状部を有するマグネットホルダで装着し、固定軌道輪を構成する前記外輪に、前記磁石の回転に伴う磁束の変化を検出する磁気センサを第２環状部を有するセンサハウジングで装着して、前記内輪の回転を検出するセンサ付き転がり軸受において、前記内輪に設けられた前記溝に前記第１環状部を嵌合して前記内輪に前記マグネットホルダを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第１環状部との間、及び前記外輪に設けられた前記溝に前記第２環状部を嵌合して前記外輪に前記センサハウジングを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第２環状部との間の少なくとも一方にシール部材を配置し、前記内輪に装着される前記マグネットホルダの第１環状部及び前記外輪に装着される前記センサハウジングの第２環状部のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部には、軸受空間から前記内輪側のシール取り付け用の溝及び前記外輪側のシール取り付け用の溝のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の溝の底部にかけて前記第１環状部及び/又は第２環状部の軸方向及び半径方向に平行に延びるスリットが設けられており、前記シール部材は、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部との間に隙間を作ることなく全面にわたって接しており、前記シール部材は、軸方向外側の側面が前記スリットの軸方向外側にある半径方向に延びる底面よりも軸方向外側に位置するように配置されて、前記スリットを、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部に対して軸受空間の外部に対して閉塞することを特徴とするセンサ付き転がり軸受である。

本発明によれば、保持部材の環状部を嵌め込む構造でも、異物の侵入を抑制することができる。

本実施形態のセンサ付き転がり軸受を示す断面図である。マグネットホルダ及びリング磁石の形状を示す図である。センサ付き転がり軸受におけるマグネットホルダの嵌合部付近の構造を示す図である。リング磁石の極性構造を示す平面図である。磁気感応センサ及び基板を示す断面図である。本実施形態の変形例であって、マグネットホルダの嵌合部にシール部材を一体的に設けた例を示す図である。本実施形態の他の変形例であって、マグネットホルダの嵌合部にシール部材を一体的に設けた例を示す図である。特許文献１に開示されているセンサ付き転がり軸受の構成を示す断面図である。特許文献１に開示されているセンサ付き転がり軸受の磁気エンコーダ及び芯金を示す図である。

（構成）
本実施形態は、センサ付き転がり軸受である。
図１は、本実施形態のセンサ付き転がり軸受の縦断面図を示す。
図１に示すように、センサ付き転がり軸受１では、互いに対向する回転側輪（回転軌道輪）としての軸受内輪２及び固定側輪（固定軌道輪）としての軸受外輪３と、これら軸受内輪２及び軸受外輪３間に介在された多数の転動体４とで転がり軸受５が構成されている。このセンサ付き転がり軸受１は、自動車、鉄道車両、製鉄設備、工作機械等の回転軸に適用して回転速度を検出することができる。

軸受内輪２の外周面２ａには軌道面２ｂが形成されており、軸受外輪３の内周面３ａには軌道面３ｂが形成されている。そして、これら軌道面２ｂ，３ｂの間には、転動体４が保持されている。
また、軸受内輪２の外周面２ａには、軸方向端面より所定距離だけ転動体４側に、軌道面２ｂに隣接するように、係止凹溝４１が円周方向に形成されている。係止凹溝４１は、軸受内輪２の外周面２ａに対して凹溝となり、略Ｕ字形をなしている。

また、軸受外輪３の内周面３ａには、軸方向端面より所定距離だけ転動体４側に、軌道面３ｂに隣接するように、係止凹溝４２が円周方向に形成されている。係止凹溝４２は、軸受外輪３の内周面３ａに対して凹溝となり、略Ｕ字形をなしている。
このように、軸受内輪２の外周面２ａ及び軸受外輪３の内周面３ａには、互いに対向するように係止凹溝４１，４２が形成されている。

このような係止凹溝４１及び係止凹溝４２としては、転がり軸受５のシール溝を使用することができ、このシール溝を使用することにより、特別な加工を施すことなくこれら係止凹溝４１，４２を設けることができる。
また、軸受内輪２には、リング磁石１１を保持する磁性体で構成される保持部材であるマグネットホルダ１２が嵌合保持されている。さらに、軸受外輪３には、マグネットホルダ１２を覆うようにホール素子等の磁気感応センサ１５を保持する磁性体で構成される保持部材であるセンサハウジング１６が嵌合保持されている。

図２は、マグネットホルダ１２及びリング磁石１１の形状を示す。
この図２にも示すように、マグネットホルダ１２は、軸受内輪２の係止凹溝４１に嵌合される嵌合部１２ａと、嵌合部１２ａの軸方向端部から半径方向に転がり軸受５の軸受内輪２及び軸受外輪３間の軸受空間を覆うように延出する円環状板部１２ｂと、円環状板部１２ｂの外周縁から軸方向外方に突出する円筒状のフランジ部１２ｃとから構成されている。

ここで、嵌合部１２ａは、略環形状をなす環状部であり、マグネットホルダ１２の一端部が内側に屈曲されて形成されている。嵌合部１２ａには、該嵌合部１２ａを弾性変形しやすくするために、周方向に所定間隔とされた、軸方向に延びる複数のスリット１２ｄが形成されている。これにより、軸受内輪２の係止凹溝４１にマグネットホルダ１２の嵌合部１２ａが嵌め込まれて、マグネットホルダ１２が軸受内輪２に固定されている。

そして、図１に示すように、嵌合部１２ａの内側、すなわち、嵌合部１２ａと軸受内輪２の係止凹溝４１との間には、Ｏリング５１が配置されている。
図３は、センサ付き転がり軸受１におけるマグネットホルダ１２の嵌合部１２ａ付近の構造を示す。
図３に示すように、より詳しくは、嵌合部１２ａの内側であって、スリット１２ｄの底面１２ｅよりもマグネットホルダ１２の中心側に位置（図３ではスリット１２ｄの底面１２ｅよりもその中心又は接点が高いところに位置）するように、Ｏリング５１が配置されている。

このマグネットホルダ１２では、リング磁石１１が円環状板部１２ｂ及びフランジ部１２ｃに接触して、軸受空間の半径方向の略中央位置となるように例えば接着剤で固定保持されている。
図４は、リング磁石１１を示す。
図４に示すように、リング磁石１１は、平面から見て、円周方向にＮ極及びＳ極に着磁された円弧状の磁石片１１ａを隣接する磁極が異極性となるように、円周方向にＮ極及びＳ極が交互に整列された着磁パターンとなるように構成されている。

図１に戻って、センサハウジング１６は、軸受外輪３の係止凹溝４２に嵌合される嵌合部１６ａを有する外筒部１６ｂと、外筒部１６ｂの外方端から半径方向に内方に軸受内輪２まで延長する円環状板部１６ｃと、円環状板部１６ｃの内方端から軸受内輪２の軸方向端部に向かって延長し、軸受内輪２に僅かな間隔を空けて対向する内筒部１６ｄとでリング磁石１１を３方から覆う断面コ字状に形成されている。

ここで、嵌合部１６ａは、外筒部１６ｂの一端部に形成されており、略環形状をなす環状部となる。この嵌合部１６ａは、外筒部１６ｂの一端部が外側に屈曲されて形成されている。図示しないが、マグネットホルダ１２の嵌合部１２ａと同様に、嵌合部１６ａには、該嵌合部１６ａを弾性変形しやすくするために、周方向に所定間隔とされた、軸方向に延びる複数のスリットが形成されている。これにより、軸受外輪３の係止凹溝４２にセンサハウジング１６の嵌合部１６ａが嵌め込まれて、センサハウジング１６が軸受外輪３に固定されている。

そして、図１に示すように、嵌合部１６ａの外側、すなわち、嵌合部１６ａと軸受外輪３の係止凹溝４２との間には、Ｏリング５２が配置されている。
このセンサハウジング１６には、図５に示す磁気感応センサ１５を実装した円環状の基板１７が、円環状板部１６ｃに磁気感応センサ１５とリング磁石１１とが所定間隔を保って対向するように装着されている。

ここで、軸受内輪２に嵌挿される回転軸の回転速度を検出するためには、少なくとも１つの磁気感応センサ１５を配置すれば良く、回転速度と回転方向とを検出するためには、磁気感応センサ１５に対してリング磁石１１の着磁パターンに対して９０度の位相差を持つように他の磁気感応センサ１５′を配置すれば良い。この磁気感応センサ１５（又は１５及び１５′）は、合成樹脂性のモールド１８によって覆われており、モールド１８とリング磁石１１との対向面間に所定間隙のセンサギャップ１９が形成されている。

したがって、センサギャップ１９は、磁性体で構成されるマグネットホルダ１２及びセンサハウジング１６によって四方から囲まれている。
また、基板１７には、図５に磁気感応センサ１５から出力される磁界強度に応じた電気的検出信号を信号処理する信号処理回路２０を備えており、この信号処理回路２０で信号処理された検出信号が信号線２１を介して外部の回転速度測定装置に出力される。

また、磁気感応センサ１５を２つ配置した場合には、２つの感応センサ１５から９０度位相の異なる信号が出力されることにより、両センサ１５間の位相差に基づいて回転方向を検出することができる。
このようにして、磁気感応センサ１５によってリング磁石１１で発生される磁界を検出することにより、回転速度又は回転速度及び回転方向を検出することができる。
（作用、効果等）
前述のように、本実施形態では、マグネットホルダ１２の嵌合部１２ａと該嵌合部１２ａが嵌め込まれる軸受内輪２の係止凹溝４１との間にＯリング５１を配置している。同様に、センサハウジング１６の嵌合部１６ａと該嵌合部１６ａが嵌め込まれる軸受外輪３の係止凹溝４２との間にＯリング５２を配置している。

これにより、その嵌め込みを容易にするために嵌合部１２ａ，１６ａにスリットを設けている場合でも、スリットを外方（装置外部）に対して閉塞することで、そのスリットから異物が内部に侵入したりしてしまうのを抑制できる。すなわち、マグネットホルダ１２の嵌合部１２ａと軸受内輪２の係止凹溝４１との間に、装置内部に連通するような隙間が生じてしまうのを防止できる。さらに、センサハウジング１６の嵌合部１６ａと軸受外輪３の係止凹溝４２との間に、装置内部に連通するような隙間が生じてしまうのを防止できる。
（本実施形態の変形例）
本実施形態では、マグネットホルダ１２やセンサハウジング１６の嵌合部１２ａ，１６ａに一体的にゴム等からなるシール部材を設けることもできる。

すなわち例えば、本実施形態では、図６及び図７に示すように、マグネットホルダ１２の嵌合部１２ａの内周面１２ｆに一体的にゴム等からなるシール部材６１，６２を設けることもできる。この場合、シール部材６１，６２は、その側面６１ａ，６２ａがスリット１２ｄの底面１２ｅよりもマグネットホルダ１２の中心側に位置（図６及び図７では、上面となる側面６１ａ，６２ａがスリット１２ｄの底面１２ｅよりも高いところに位置）するように設けられる。

また、本実施形態では、図７に示すように、嵌合部１２ａには、前述のような屈曲した嵌合部を設けないようにすることもできる。この場合、図７に示すように、端面１２ｇからマグネットホルダ１２の端部の内周面１２ｆにわたって一体的にシール部材６２を設ける。また、この場合、シール部材６２は、軸受内輪２の係止凹溝４１に対して嵌合可能になるような形状に形成される。

また、本実施形態では、マグネットホルダ１２の嵌合部１２ａと軸受内輪２の係止凹溝４１の周辺部位との間にシール部材を配置することもできる。また、同様に、センサハウジング１６の嵌合部１６ａと軸受外輪３の係止凹溝４２の周辺部位との間にシール部材を配置することもできる。
また、本実施形態では、マグネットホルダ１２側又はセンサハウジング１６側の何れか一方にだけ、前述のようなシール部材を設けることもできる。例えば、嵌合部にスリットを設けていない方には、前述のようなシール部材を設けないようにすることもできる。

しかし、本実施形態では、スリットを設けていない場合でも、前述のようなシール部材を配置することで、同様な効果を得ることもできる。すなわち、マグネットホルダ１２やセンサハウジング１６の嵌合部１２ａ，１６ａを軸受内輪２又は軸受外輪３に嵌合するような場合に、前述のようなシール部材を配置することで、マグネットホルダ１２やセンサハウジング１６の嵌合部１２ａ，１６ａと軸受内輪２又は軸受外輪３の係止凹溝４１，４２との間に、装置内部に連通するような隙間が生じてしまうことを防止できる。

また、本実施形態では、センサ付き転がり軸受を深溝玉軸受としたが、センサ付き転がり軸受は、規格品の内輪と外輪の軌道面の両側にＵ字形のシール溝が設けられたものであればよく、他のタイプの転がり軸受にも適用することができる。
また、本実施形態では、リング磁石１１及び磁気感応センサ１５がアキシャル対向する構成を示したが、ラジアル対向する構成とすることもできる。

また、本実施形態では、回転方向検出のために磁気感応センサを２個配置するものとしたが、２個のセンサを一体にしたものでも良い。また、信号処理回路は、磁気感応センサと一体のものでも良い。

１センサ付き転がり軸受、２軸受内輪、３軸受外輪、４転動体、５転がり軸受、１１リング磁石、１２マグネットホルダ、１２ａ嵌合部、１２ｂ円環状板部、１２ｃフランジ部、１５磁気感応センサ、１６センサハウジング、１６ａ嵌合部、１６ｂ円環状板部、１６ｃ内筒部、１７基板、１８モールド、１８ａ円筒部、１９センサギャップ、２０信号処理回路、２１信号線、３１ラビリンス、３１ａ〜３１ｄ空隙部、４１，４２係止凹溝、５１，５２Ｏリング

Claims

内輪の外周面及び外輪の内周面に設けた対向する軌道面間に複数の転動体が配列され、内輪の外周面及び外輪の内周面であって各軌道面の側方に、内輪側のシール取り付け用の溝と外輪側のシール取り付け用の溝が軸方向に対して垂直な方向に対向させて設けられ、回転軌道輪を構成する前記内輪に、円周方向で複数の磁極に着磁された磁石を第１環状部を有するマグネットホルダで装着し、固定軌道輪を構成する前記外輪に、前記磁石の回転に伴う磁束の変化を検出する磁気センサを第２環状部を有するセンサハウジングで装着して、前記内輪の回転を検出するセンサ付き転がり軸受において、
前記内輪に設けられた前記溝に前記第１環状部を嵌合して前記内輪に前記マグネットホルダを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第１環状部との間、及び前記外輪に設けられた前記溝に前記第２環状部を嵌合して前記外輪に前記センサハウジングを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第２環状部との間の少なくとも一方にシール部材を配置し、
前記内輪に装着される前記マグネットホルダの第１環状部及び前記外輪に装着される前記センサハウジングの第２環状部のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部には、軸受空間から前記内輪側のシール取り付け用の溝及び前記外輪側のシール取り付け用の溝のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の溝の底部にかけて前記第１環状部及び/又は第２環状部の軸方向及び半径方向に平行に延びるスリットが設けられており、
前記シール部材はＯリングで構成されるとともに、前記Ｏリングは、前記シール部材が配置される側の溝に対する接点が前記スリットの軸方向外側にある半径方向に延びる底面よりも軸方向外側に位置するように配置されて、前記スリットを、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部に対して軸受空間の外部に対して閉塞することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
内輪の外周面及び外輪の内周面に設けた対向する軌道面間に複数の転動体が配列され、内輪の外周面及び外輪の内周面であって各軌道面の側方に、内輪側のシール取り付け用の溝と外輪側のシール取り付け用の溝が軸方向に対して垂直な方向に対向させて設けられ、回転軌道輪を構成する前記内輪に、円周方向で複数の磁極に着磁された磁石第１環状部を有するマグネットホルダで装着し、固定軌道輪を構成する前記外輪に、前記磁石の回転に伴う磁束の変化を検出する磁気センサを第２環状部を有するセンサハウジングで装着して、前記内輪の回転を検出するセンサ付き転がり軸受において、
前記内輪に設けられた前記溝に前記第１環状部を嵌合して前記内輪に前記マグネットホルダを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第１環状部との間、及び前記外輪に設けられた前記溝に前記第２環状部を嵌合して前記外輪に前記センサハウジングを装着するときの該溝又はその周辺部位と前記第２環状部との間の少なくとも一方にシール部材を配置し、
前記内輪に装着される前記マグネットホルダの第１環状部及び前記外輪に装着される前記センサハウジングの第２環状部のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部には、軸受空間から前記内輪側のシール取り付け用の溝及び前記外輪側のシール取り付け用の溝のうち少なくとも前記シール部材が配置される側の溝の底部にかけて前記第１環状部及び/又は第２環状部の軸方向及び半径方向に平行に延びるスリットが設けられており、
前記シール部材は、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部との間に隙間を作ることなく全面にわたって接しており、前記シール部材は、軸方向外側の側面が前記スリットの軸方向外側にある半径方向に延びる底面よりも軸方向外側に位置するように配置されて、前記スリットを、前記シール部材が配置される側の前記第１環状部及び/又は第２環状部に対して軸受空間の外部に対して閉塞することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受を備えたことを特徴とする自動車。
請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受を備えたことを特徴とする鉄道車両。
請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受を備えたことを特徴とする製鉄設備。
請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受を備えたことを特徴とする工作機械。