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磁気エンコーダ、及び磁気エンコーダを備えた軸受装置
JP6432125B2
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2013-10-24
2014-09-29
2014-09-30
2015-04-27
2018-12-05
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2018-12-05
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本発明は、回転体の回転速度（回転数）を検出する際に用いられる磁気エンコーダ、及び磁気エンコーダを備えた軸受装置に関する。
回転体の回転速度（回転数）を検出する際に用いられる磁気エンコーダ装置は、様々な用途に用いられており、回転体に取り付けるための円環状支持部材、及び前記支持部材に固定され、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した円環状磁石部材からなる磁気エンコーダと、前記磁石部材の回転を検知するために、前記磁石部材に対向するように非回転体に取り付けられるセンサとからなる。
前記磁気エンコーダの磁石部材としてゴム磁石が広く用いられているが、磁力増大による検出精度の向上等を目的としてプラスチック磁石も用いられている。すなわち、射出成形された円環状プラスチック磁石の接着面に熱硬化型接着剤を塗布し、円環状プラスチック磁石を支持部材に接着して磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献１参照）、円環状プラスチック磁石を射出成形する際に支持部材をインサート品とし、このインサート品におけるプラスチック磁石との接合面に熱硬化型接着剤を塗布した状態で射出成形を行って外周側に回り込み部を有する磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献２参照）、円環状プラスチック磁石を射出成形する際に、内径方向に開口する放射溝を円環状プラスチック磁石との接合面に多数形成した支持部材をインサート品とし、前記接合面に熱硬化型接着剤を塗布せずに射出成形を行って内周側に回り込み部を有する磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献３参照）等がある。
前記磁気エンコーダの磁石部材としてゴム磁石が広く用いられているが、磁力増大による検出精度の向上等を目的としてプラスチック磁石も用いられている。すなわち、射出成形された円環状プラスチック磁石の接着面に熱硬化型接着剤を塗布し、円環状プラスチック磁石を支持部材に接着して磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献１参照）、円環状プラスチック磁石を射出成形する際に支持部材をインサート品とし、このインサート品におけるプラスチック磁石との接合面に熱硬化型接着剤を塗布した状態で射出成形を行って外周側に回り込み部を有する磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献２参照）、円環状プラスチック磁石を射出成形する際に、内径方向に開口する放射溝を円環状プラスチック磁石との接合面に多数形成した支持部材をインサート品とし、前記接合面に熱硬化型接着剤を塗布せずに射出成形を行って内周側に回り込み部を有する磁気エンコーダを形成するもの（例えば、特許文献３参照）等がある。
特許文献１及び２の磁気エンコーダでは、円環状磁石部材（円環状プラスチック磁石）や円環状支持部材に熱硬化型接着剤を塗布する工程が必要になるので、その分の製造コストが増大する。
その上、特許文献１の磁気エンコーダでは、接着剤を硬化させるための乾燥工程が必要になることから、さらにその分の製造コストが増大する。
その上さらに、特許文献２の磁気エンコーダでは、円環状磁石部材の外周側に回り込み部を有するので、熱により接着剤が硬化した後の成形収縮や、使用される環境の温度変化が大きい場合（例えば、自動車の車輪の回転速度検出装置に用いられる磁気エンコーダの場合で、−４０℃〜１２０℃程度）における前記温度変化に基づく収縮により、円環状プラスチック磁石に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損する場合がある。
その上、特許文献１の磁気エンコーダでは、接着剤を硬化させるための乾燥工程が必要になることから、さらにその分の製造コストが増大する。
その上さらに、特許文献２の磁気エンコーダでは、円環状磁石部材の外周側に回り込み部を有するので、熱により接着剤が硬化した後の成形収縮や、使用される環境の温度変化が大きい場合（例えば、自動車の車輪の回転速度検出装置に用いられる磁気エンコーダの場合で、−４０℃〜１２０℃程度）における前記温度変化に基づく収縮により、円環状プラスチック磁石に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損する場合がある。
これらに対して特許文献３の磁気エンコーダでは、接着剤を用いないとともに、円環状磁石部材の内周側に回り込み部を有するので、前記課題は存在しない。
しかしながら、特許文献３の磁気エンコーダでは、支持部材と磁石部材が接着されず、円環状磁石部材の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されているとともに、支持部材に内径方向に開口する多数の放射溝が形成されている。
よって、成形収縮や前記温度変化によって、円環状磁石部材が径方向内側へずれる場合や、円環状磁石部材の厚みが均一でないことからその径方向外側部分が反り上がる場合があるため、ピッチ誤差等が生じて検出精度が低下する場合がある。
その上、円環状支持部材のフランジ部に多数の放射溝をプレス加工等により形成する必要があるので、その分の製造コストが増大する。
しかしながら、特許文献３の磁気エンコーダでは、支持部材と磁石部材が接着されず、円環状磁石部材の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されているとともに、支持部材に内径方向に開口する多数の放射溝が形成されている。
よって、成形収縮や前記温度変化によって、円環状磁石部材が径方向内側へずれる場合や、円環状磁石部材の厚みが均一でないことからその径方向外側部分が反り上がる場合があるため、ピッチ誤差等が生じて検出精度が低下する場合がある。
その上、円環状支持部材のフランジ部に多数の放射溝をプレス加工等により形成する必要があるので、その分の製造コストが増大する。
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、円環状磁石部材（円環状プラスチック磁石）を射出成形する際に、円環状支持部材をインサート品として射出成形される磁気エンコーダにおいて、円環状支持部材及び円環状磁石部材を接着することなく円環状支持部材に放射溝等の加工を施さない構成で、温度変化が大きい環境であっても使用できるとともに検出精度が低下しない磁気エンコーダを提供する点にある。
本発明の発明者は、前記課題に着目し、円環状磁石部材（円環状プラスチック磁石）を射出成形する際に、円環状支持部材をインサート品として射出成形を行って製造される磁気エンコーダにおいて、温度変化が大きい環境であっても使用できるとともに検出精度が低下しない磁気エンコーダを、製造コストを増大させずに実現することについて鋭意検討を行った。
そして、円環状支持部材及び円環状磁石部材を接着することなく円環状支持部材に放射溝等の加工を施さない様々な形状についての検討、並びに様々なバインダ及び添加剤についての評価を行うことにより本発明を完成するに至った。
そして、円環状支持部材及び円環状磁石部材を接着することなく円環状支持部材に放射溝等の加工を施さない様々な形状についての検討、並びに様々なバインダ及び添加剤についての評価を行うことにより本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る磁気エンコーダは、前記課題解決のために、回転体に取り付けられる、鋼板により形成された円環状支持部材と、前記支持部材に固定され、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した円環状磁石部材とにより構成される、自動車のホイール支持用の転がり軸受に装着する磁気エンコーダであって、
前記支持部材は放射溝を加工したものではなく、
前記磁石部材がバインダとして熱可塑性樹脂材料を使用したプラスチック磁石であり、
前記支持部材及び前記プラスチック磁石間に接着剤層が無く、前記プラスチック磁石の成形収縮、又は前記プラスチック磁石の回り込み形状により前記支持部材及び前記プラスチック磁石が結合され、
前記プラスチック磁石の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、前記プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と前記支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（（αｐ−αｍ）／εｃ）が、
熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値から定まる値である
１．１×１０-3／Ｋ以下であり、且つ、
前記プラスチック磁石の引張強度が、
前記プラスチック磁石と前記支持部材との軸方向結合力の規定値に基づく閾値から定まる値である
６５ＭＰａ以上であるように
前記プラスチック磁石の材料を選定してなることを特徴とする。
前記支持部材は放射溝を加工したものではなく、
前記磁石部材がバインダとして熱可塑性樹脂材料を使用したプラスチック磁石であり、
前記支持部材及び前記プラスチック磁石間に接着剤層が無く、前記プラスチック磁石の成形収縮、又は前記プラスチック磁石の回り込み形状により前記支持部材及び前記プラスチック磁石が結合され、
前記プラスチック磁石の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、前記プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と前記支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（（αｐ−αｍ）／εｃ）が、
熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値から定まる値である
１．１×１０-3／Ｋ以下であり、且つ、
前記プラスチック磁石の引張強度が、
前記プラスチック磁石と前記支持部材との軸方向結合力の規定値に基づく閾値から定まる値である
６５ＭＰａ以上であるように
前記プラスチック磁石の材料を選定してなることを特徴とする。
このような構成によれば、支持部材及びプラスチック磁石間に接着剤層が無く、プラスチック磁石の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材及びプラスチック磁石を結合するので、熱硬化型接着剤を塗布する工程が不要になるため、支持部材及びプラスチック磁石間に接着剤層が有る構成と比較して製造コストを低減できる。
その上、支持部材に放射溝等を形成しないので、円環状磁石部材の厚みが均一になることから、その径方向外側部分が反り上がることがないため、ピッチ誤差等による検出精度の低下がない。
その上さらに、プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）が小さいので、円環状磁石部材の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されている形状であっても、支持部材に対するプラスチック磁石のずれが抑制されるため、ピッチ誤差等による検出精度の低下が抑制される。
その上、支持部材に放射溝等を形成しないので、円環状磁石部材の厚みが均一になることから、その径方向外側部分が反り上がることがないため、ピッチ誤差等による検出精度の低下がない。
その上さらに、プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）が小さいので、円環状磁石部材の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されている形状であっても、支持部材に対するプラスチック磁石のずれが抑制されるため、ピッチ誤差等による検出精度の低下が抑制される。
その上、プラスチック磁石の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（（αｐ−αｍ）／εｃ）が、熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）から定まる値以下であるので、熱衝撃等で発生する熱応力に対して規定値以上の抵抗力がある。
また、プラスチック磁石の引張強度（σｃ）が、プラスチック磁石と前記支持部材との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上であるので、プラスチック磁石の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材及びプラスチック磁石を結合する構成において、規定値以上の強度が確保されている。
よって、緩衝材として機能する接着剤層が無く、プラスチック磁石の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材及びプラスチック磁石を結合する構成において、使用される環境の温度変化が大きい場合であっても、円環状プラスチック磁石に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損することがない。
また、プラスチック磁石の引張強度（σｃ）が、プラスチック磁石と前記支持部材との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上であるので、プラスチック磁石の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材及びプラスチック磁石を結合する構成において、規定値以上の強度が確保されている。
よって、緩衝材として機能する接着剤層が無く、プラスチック磁石の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材及びプラスチック磁石を結合する構成において、使用される環境の温度変化が大きい場合であっても、円環状プラスチック磁石に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損することがない。
ここで、前記磁気エンコーダがアキシャル型であり、前記プラスチック磁石の径方向外周部に成形収縮による結合部を、前記プラスチック磁石の径方向内周部に回り込み形状による結合部を備えてなると好ましい。
このような構成によれば、径方向外周部及び径方向内周部の両方に結合部を備えているので、磁気エンコーダが使用される周囲環境が厳しい場合であっても磁石部材が脱落するリスクが大幅に小さくなるため、支持部材及び磁石部材の結合の信頼性が非常に高くなる。
このような構成によれば、径方向外周部及び径方向内周部の両方に結合部を備えているので、磁気エンコーダが使用される周囲環境が厳しい場合であっても磁石部材が脱落するリスクが大幅に小さくなるため、支持部材及び磁石部材の結合の信頼性が非常に高くなる。
本発明に係る軸受装置は、前記磁気エンコーダを備えた軸受装置であって、非回転体である軸受の外輪に圧入されて前記磁気エンコーダを覆うカップ状の保護カバーを備えたものである。
このような軸受装置の構成によれば、前記磁気エンコーダが奏する作用効果に加え、外輪に圧入された保護カバーにより磁気エンコーダが覆われるので、磁気エンコーダの破損や磁気特性変化を抑制できるとともに、シール部材を代替して保護カバーを設けているので、軸受装置の回転トルクを低減できる。
このような軸受装置の構成によれば、前記磁気エンコーダが奏する作用効果に加え、外輪に圧入された保護カバーにより磁気エンコーダが覆われるので、磁気エンコーダの破損や磁気特性変化を抑制できるとともに、シール部材を代替して保護カバーを設けているので、軸受装置の回転トルクを低減できる。
以上のような本発明に係る磁気エンコーダによれば、円環状支持部材及び円環状磁石部材を接着することなく円環状支持部材に放射溝等の加工を施さない構成により製造コストを低減できること、温度変化が大きい環境であっても円環状プラスチック磁石に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損することがないこと、ピッチ誤差等による検出精度が低下しないこと、等の顕著な効果を奏する。
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
図１の縦断面図、及び図２の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダ１を備えた軸受装置１１は、外周面に内輪軌道面１２Ａが形成された内輪１２、及び内周面に外輪軌道面１３Ａが形成された外輪１３、並びに、内輪軌道面１２Ａ及び外輪軌道面１３Ａ間を転動する転動体１４，１４，…等を有する軸受、この軸受の軸方向の一端部に位置して内輪１２に固定された磁気エンコーダ１、並びに、外輪１３に固定された、磁気エンコーダ１の磁極に対向して磁気エンコーダ１の回転を検知するためのセンサ１０、磁気エンコーダ１を覆うように外輪１３に圧入され、磁気エンコーダ１及びセンサ１０間に介在するカップ状の保護カバー５、並びに、前記軸受の軸方向の他端部に配置したシール部材１５等を備えている。
ここで、回転側である内輪１２に取り付けられた、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した磁気エンコーダ１、及び固定側である外輪１３に取り付けられたセンサ１０が、回転速度検出装置を構成する。
ここで、回転側である内輪１２に取り付けられた、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した磁気エンコーダ１、及び固定側である外輪１３に取り付けられたセンサ１０が、回転速度検出装置を構成する。
前記軸受の軸方向両端部の保護カバー５及びシール部材１５により前記軸受の内部が密封され、その内部空間に磁気エンコーダ１が収容されるので、異物等から磁気エンコーダ１や軸受内部を保護できる。
保護カバー５は、図２に示すように、外輪１３に圧入される第１円筒部６、第１円筒部６よりも縮径して第１円筒部６の端縁に繋がる第２円筒部７、第２円筒部７の端縁に繋がって径方向内方へ延びる円環部８、第２円筒部７の外周面に加硫接着されたシール体９等からなり、シール体９以外はステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
また、シール体９は、合成ゴム等の弾性体であるので、保護カバー５と外輪１３間の気密性を向上させることができ、シール体９は、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用できる。
このような保護カバー５を備えた軸受装置１１の構成によれば、外輪１３に圧入された保護カバー５により磁気エンコーダ１が覆われるので、磁気エンコーダ１の破損や磁気特性変化を抑制できるとともに、シール部材（例えば、特許文献１のシール部材１５参照）を代替して保護カバー５を設けているので、軸受装置１１の回転トルクを低減できる。
保護カバー５は、図２に示すように、外輪１３に圧入される第１円筒部６、第１円筒部６よりも縮径して第１円筒部６の端縁に繋がる第２円筒部７、第２円筒部７の端縁に繋がって径方向内方へ延びる円環部８、第２円筒部７の外周面に加硫接着されたシール体９等からなり、シール体９以外はステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
また、シール体９は、合成ゴム等の弾性体であるので、保護カバー５と外輪１３間の気密性を向上させることができ、シール体９は、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用できる。
このような保護カバー５を備えた軸受装置１１の構成によれば、外輪１３に圧入された保護カバー５により磁気エンコーダ１が覆われるので、磁気エンコーダ１の破損や磁気特性変化を抑制できるとともに、シール部材（例えば、特許文献１のシール部材１５参照）を代替して保護カバー５を設けているので、軸受装置１１の回転トルクを低減できる。
図１の縦断面図、及び図２の要部拡大縦断面図、並びに図３（ａ）の縦断面図、及び図３（ｂ）の部分縦断斜視図に示すように、本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダ１は、円環状支持部材２と、円環状支持部材２に固定され、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した円環状磁石部材３とにより構成される。
ここで、円環状支持部材２は、円筒部２Ａ及び円筒部２Ａの端縁から径方向外方へ延びるフランジ部２Ｂからなり、ステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
また、円環状磁石部材３は、円環状プラスチック磁石４であり、円環状支持部材２をインサート品として射出成形され、支持部材２及びプラスチック磁石４間には接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮による結合部Ａ、及び回り込み形状による結合部Ｂにより、支持部材２及びプラスチック磁石４は結合され一体化される。
ここで、円環状支持部材２は、円筒部２Ａ及び円筒部２Ａの端縁から径方向外方へ延びるフランジ部２Ｂからなり、ステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形される。
また、円環状磁石部材３は、円環状プラスチック磁石４であり、円環状支持部材２をインサート品として射出成形され、支持部材２及びプラスチック磁石４間には接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮による結合部Ａ、及び回り込み形状による結合部Ｂにより、支持部材２及びプラスチック磁石４は結合され一体化される。
図３（ａ）及び（ｂ）に示す成形収縮による結合部Ａは、円環状支持部材２をインサートした状態で射出成形すると、樹脂が内径側に収縮しようとするが、鋼製のフランジ部２Ｂの外周縁により前記収縮が規制され、フランジ部２Ｂとの間に応力（樹脂がフランジ部２Ｂを締め付ける力）が発生して結合されるので、このようにして結合された部分を示している。
また、図３（ａ）及び（ｂ）に示す回り込み形状による結合部Ｂは、樹脂をフランジ部２Ｂの表面側から裏面側へ回り込むようにすることで、幾何学的に抜けない形状により結合されるので、このようにして結合された部分を示している。
また、図３（ａ）及び（ｂ）に示す回り込み形状による結合部Ｂは、樹脂をフランジ部２Ｂの表面側から裏面側へ回り込むようにすることで、幾何学的に抜けない形状により結合されるので、このようにして結合された部分を示している。
円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）は、磁性体粉、バインダ、及び添加剤が含まれた磁石材料によって形成されており、その材料は後述する方法によって選定される。
ここで、磁性体粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト系磁性粉末の他、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が好適に使用できる。
また、バインダとしては、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２等）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性脂材料が好適に使用できる。
さらに、添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤や、ガラスビーズ、ガラスファイバー、タルク、マイカ、窒化珪素（セラミック）、及び結晶性（非結晶性）シリカ等の無機系添加剤が好適に使用できる。
なお、前記添加剤の種類及び配合率を変えることにより、円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）の線膨張係数を小さくするための調整及び強度を高めるための調整をすることができる。
ここで、磁性体粉としては、ストロンチウムフェライトやバリウムフェライト等のフェライト系磁性粉末の他、ネオジム系やサマリウム系等の希土類磁性粉末が好適に使用できる。
また、バインダとしては、ポリアミド（ＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＡ６１２等）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性脂材料が好適に使用できる。
さらに、添加剤としては、カーボンファイバー等の有機系添加剤や、ガラスビーズ、ガラスファイバー、タルク、マイカ、窒化珪素（セラミック）、及び結晶性（非結晶性）シリカ等の無機系添加剤が好適に使用できる。
なお、前記添加剤の種類及び配合率を変えることにより、円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）の線膨張係数を小さくするための調整及び強度を高めるための調整をすることができる。
次に、磁気エンコーダ１における、支持部材２及び磁石部材３を結合する形状のバリエーションについて、アキシャル型の磁気エンコーダ１については、図４の要部拡大縦断面を参照して、ラジアル型の磁気エンコーダ１については、図５の要部拡大縦断面を参照して説明する。
ここで、アキシャル型の磁気エンコーダ１において、図４（ｂ）〜（ｅ）における支持部材２の形状は、図３（ａ）の支持部材２の形状と異なる。
ここで、アキシャル型の磁気エンコーダ１において、図４（ｂ）〜（ｅ）における支持部材２の形状は、図３（ａ）の支持部材２の形状と異なる。
先ず、アキシャル型の磁気エンコーダ１において、図４（ａ）は、図３（ａ）の形状から回り込み形状による結合部Ｂを無くしたもの、図４（ｂ）は、円環状支持部材２のフランジ部２Ｂの内周縁側に回り込み形状による結合部Ｂを設けたもの、図４（ｃ）は、図３（ａ）の形状と同様の成形収縮による結合部Ａ及び回り込み形状による結合部Ｂを設けるとともにフランジ部２Ｂの内周縁側に樹脂の係止部を設けたもの、図４（ｄ）は、フランジ部２Ｂの内周縁側に回り込み形状による結合部Ｂを設けたもの、図４（ｅ）は、フランジ部２Ｂの外周縁側に成形収縮による結合部Ａを設けるとともに、フランジ部２Ｂの内周縁側に回り込み形状による結合部Ｂを設けたものである。
ここで、図４（ｅ）の形状のように、アキシャル型の磁気エンコーダ１において、プラスチック磁石４の径方向外周部に成形収縮による結合部Ａを、プラスチック磁石４の径方向内周部に回り込み形状による結合部Ｂを設けることにより、径方向外周部及び径方向内周部の両方に結合部を備えているので、磁気エンコーダ１が使用される周囲環境が厳しい場合であっても磁石部材３が脱落するリスクが大幅に小さくなるため、支持部材２及び磁石部材３の結合の信頼性が非常に高くなる。
ここで、図４（ｅ）の形状のように、アキシャル型の磁気エンコーダ１において、プラスチック磁石４の径方向外周部に成形収縮による結合部Ａを、プラスチック磁石４の径方向内周部に回り込み形状による結合部Ｂを設けることにより、径方向外周部及び径方向内周部の両方に結合部を備えているので、磁気エンコーダ１が使用される周囲環境が厳しい場合であっても磁石部材３が脱落するリスクが大幅に小さくなるため、支持部材２及び磁石部材３の結合の信頼性が非常に高くなる。
次に、ラジアル型の磁気エンコーダ１において、図５（ａ）及び（ｂ）には、成形収縮による結合部Ａが設けられており、これらの成形収縮による結合部Ａは、円環状支持部材２をインサートした状態で射出成形すると、樹脂が内径側に収縮しようとするが、鋼製の円筒部２Ａの外周面により前記収縮が規制され、円筒部２Ａとの間に応力（樹脂が円筒部２Ａを締め付ける力）が発生して結合されるので、このようにして結合された部分を示している。
図５（ａ）は、円環状支持部材２のフランジ部２Ｂの表面も樹脂で覆った形状を、図５（ｂ）は、円環状支持部材２のフランジ部２Ｂの表面を樹脂で覆わない形状を示している。
なお、ラジアル型の磁気エンコーダ１においては、円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）の径方向外方に、磁気エンコーダ１の磁極に対向して磁気エンコーダ１の回転を検知するためのセンサが配置される。
図５（ａ）は、円環状支持部材２のフランジ部２Ｂの表面も樹脂で覆った形状を、図５（ｂ）は、円環状支持部材２のフランジ部２Ｂの表面を樹脂で覆わない形状を示している。
なお、ラジアル型の磁気エンコーダ１においては、円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）の径方向外方に、磁気エンコーダ１の磁極に対向して磁気エンコーダ１の回転を検知するためのセンサが配置される。
次に、円環状プラスチック磁石４の材料の選定について説明する。
磁気エンコーダ１は、円環状支持部材２に円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）を取り付けたものであるので、温度変化が大きい環境における使用を考慮すると、熱衝撃等で発生する熱応力（ひずみ）を小さくするという観点から、円環状支持部材２の熱膨張係数と、円環状プラスチック磁石４の熱膨張係数との差（プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ））は小さい方が好ましい。
また、熱衝撃等で発生する熱応力を受け流すための柔軟性という観点から、大きなひずみに耐えられる方が好ましく、すなわち引張破断ひずみ（εｃ）は大きい方が好ましい。
磁気エンコーダ１は、円環状支持部材２に円環状磁石部材３（円環状プラスチック磁石４）を取り付けたものであるので、温度変化が大きい環境における使用を考慮すると、熱衝撃等で発生する熱応力（ひずみ）を小さくするという観点から、円環状支持部材２の熱膨張係数と、円環状プラスチック磁石４の熱膨張係数との差（プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ））は小さい方が好ましい。
また、熱衝撃等で発生する熱応力を受け流すための柔軟性という観点から、大きなひずみに耐えられる方が好ましく、すなわち引張破断ひずみ（εｃ）は大きい方が好ましい。
これらの観点から、前記磁性体粉、前記バインダ、及び前記添加剤が含まれた磁石材料として、１３種類のもの（図６中のプロット点１〜１３参照）について、プラスチック磁石４の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（αｅ＝（αｐ−αｍ）／εｃ）の、熱衝撃破壊試験のサイクル数による変化をプロットした図６において、図中実線のような右肩下がりの傾向が得られた。
なお、図６における熱衝撃破壊試験は、１２０℃の環境に３０分保持した後、−４０℃の環境に３０保持することを１サイクル（回）とするものである。
図６において、円環状プラスチック磁石４の材料の選定は、熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）から定まる値以下とすればよい。
すなわち、例えば前記条件である熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）が１０００回（自動車のホイール支持用の転がり軸受（ハブベアリング）に装着する磁気エンコーダ（以下、「ハブベアリング用磁気エンコーダ」という。）における前記閾値として一般的なサイクル数）であれば、比率αｅ＝（αｐ−αｍ）／εｃが１．１×１０-3／Ｋ以下となる材料を選定すればよい。
なお、図６における熱衝撃破壊試験は、１２０℃の環境に３０分保持した後、−４０℃の環境に３０保持することを１サイクル（回）とするものである。
図６において、円環状プラスチック磁石４の材料の選定は、熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）から定まる値以下とすればよい。
すなわち、例えば前記条件である熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）が１０００回（自動車のホイール支持用の転がり軸受（ハブベアリング）に装着する磁気エンコーダ（以下、「ハブベアリング用磁気エンコーダ」という。）における前記閾値として一般的なサイクル数）であれば、比率αｅ＝（αｐ−αｍ）／εｃが１．１×１０-3／Ｋ以下となる材料を選定すればよい。
また、緩衝材として機能する接着剤層が無い構成において、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合するので、前記磁石材料には、規定値以上の強度が求められる。
このような観点から、プラスチック磁石４の引張強度（σｃ）の、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力による変化をプロットした図７において、図中実線のような右肩上がりの傾向が得られた。なお、図７中のプロット点の符号は、図６中のプロット点の符号に対応している。
ここで、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力は、図８の縦断面図に一例を示すように、支持部材２を固定した状態で、プラスチック磁石４に軸方向の荷重を掛けて行き、支持部材２からプラスチック磁石４が脱落する際の荷重の大きさにより求められる。
図７において、円環状プラスチック磁石４の材料の選定は、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上とすればよい。
すなわち、例えばプラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）が１０００Ｎ（ハブベアリング用磁気エンコーダにおいて前記閾値として設定した管理値）であれば、引張強度σｃが６５ＭＰａ以上となる材料を選定すればよい。
このような観点から、プラスチック磁石４の引張強度（σｃ）の、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力による変化をプロットした図７において、図中実線のような右肩上がりの傾向が得られた。なお、図７中のプロット点の符号は、図６中のプロット点の符号に対応している。
ここで、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力は、図８の縦断面図に一例を示すように、支持部材２を固定した状態で、プラスチック磁石４に軸方向の荷重を掛けて行き、支持部材２からプラスチック磁石４が脱落する際の荷重の大きさにより求められる。
図７において、円環状プラスチック磁石４の材料の選定は、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上とすればよい。
すなわち、例えばプラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）が１０００Ｎ（ハブベアリング用磁気エンコーダにおいて前記閾値として設定した管理値）であれば、引張強度σｃが６５ＭＰａ以上となる材料を選定すればよい。
以上のような磁気エンコーダ１の構成によれば、支持部材２及びプラスチック磁石４間に接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合するので（図３〜図５の成形収縮による結合部Ａ、及び回り込み形状による結合部Ｂ参照）、熱硬化型接着剤を塗布する工程が不要になるため、支持部材２及びプラスチック磁石４間に接着剤層が有る構成と比較して製造コストを低減できる。
また、支持部材２のフランジ部２Ｂに放射溝等を形成しないので、円環状磁石部材４の厚みが均一になることから、その径方向外側部分が反り上がることがないため、ピッチ誤差等による検出精度の低下がない。
さらに、プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）が小さいので、円環状磁石部材４の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されている形状であっても（例えば、図４（ｂ）及び（ｄ）参照）、支持部材２に対するプラスチック磁石４のずれが抑制されるため、ピッチ誤差等による検出精度の低下が抑制される。
また、支持部材２のフランジ部２Ｂに放射溝等を形成しないので、円環状磁石部材４の厚みが均一になることから、その径方向外側部分が反り上がることがないため、ピッチ誤差等による検出精度の低下がない。
さらに、プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）が小さいので、円環状磁石部材４の外周側には回り込み部がなく内周側にのみ回り込み部が形成されている形状であっても（例えば、図４（ｂ）及び（ｄ）参照）、支持部材２に対するプラスチック磁石４のずれが抑制されるため、ピッチ誤差等による検出精度の低下が抑制される。
さらにまた、プラスチック磁石４の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、プラスチック磁石４の流動方向線膨張係数（αｐ）と支持部材２の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（（αｐ−αｍ）／εｃ）が、熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値（Ｎｔｈ）から定まる値以下であるので、熱衝撃等で発生する熱応力に対して規定値以上の抵抗力がある。
また、プラスチック磁石４の引張強度（σｃ）が、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上であるので、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合する構成において、規定値以上の強度が確保されている。
よって、緩衝材として機能する接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合する構成において、使用される環境の温度変化が大きい場合であっても、円環状プラスチック磁石４に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損することがない。
また、プラスチック磁石４の引張強度（σｃ）が、プラスチック磁石４と支持部材２との軸方向結合力の規定値に基づく閾値（Ｆｔｈ）から定まる値以上であるので、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合する構成において、規定値以上の強度が確保されている。
よって、緩衝材として機能する接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４を結合する構成において、使用される環境の温度変化が大きい場合であっても、円環状プラスチック磁石４に規定値以上の応力（ひずみ）が発生して破損することがない。
特に、ハブベアリング用磁気エンコーダにおいて、磁石部材３がプラスチック磁石４であり、支持部材２及びプラスチック磁石４間に接着剤層が無く、プラスチック磁石４の成形収縮、又はプラスチック磁石４の回り込み形状により支持部材２及びプラスチック磁石４が結合されるものにおいて、プラスチック磁石４の材料は、前記比率αｅ≦１．１×１０-3／Ｋで、且つ、引張強度σｃ≧６５ＭＰａ以上となるものを選定するのが好適である。
以上の説明においては、磁気エンコーダ１を回転体である内輪１２に装着する構成を説明したが、外輪回転の軸受に用いる場合においては、磁気エンコーダ１を回転体である外輪に装着すればよい。
また、以上の説明における磁気エンコーダ１は、シール部材と組み合わせて用いてもよく、例えば特許文献１の図１のようなエンコーダ付きシール部材としても使用可能である。
また、以上の説明における磁気エンコーダ１は、シール部材と組み合わせて用いてもよく、例えば特許文献１の図１のようなエンコーダ付きシール部材としても使用可能である。
１ 磁気エンコーダ
２ 円環状支持部材
２Ａ 円筒部
２Ｂ フランジ部
３ 円環状磁石部材
４ 円環状プラスチック磁石
５ 保護カバー
６ 第１円筒部
７ 第２円筒部
８ 円環部
９ シール体
１０ センサ
１１ 軸受装置
１２ 内輪
１２Ａ 内輪軌道面
１３ 外輪
１３Ａ 外輪駆動面
１４ 転動体
１５ シール部材
Ａ 成形収縮による結合部
Ｂ 回り込み形状による結合部
２ 円環状支持部材
２Ａ 円筒部
２Ｂ フランジ部
３ 円環状磁石部材
４ 円環状プラスチック磁石
５ 保護カバー
６ 第１円筒部
７ 第２円筒部
８ 円環部
９ シール体
１０ センサ
１１ 軸受装置
１２ 内輪
１２Ａ 内輪軌道面
１３ 外輪
１３Ａ 外輪駆動面
１４ 転動体
１５ シール部材
Ａ 成形収縮による結合部
Ｂ 回り込み形状による結合部
Claims (3)
Hide Dependent
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- 回転体に取り付けられる、鋼板により形成された円環状支持部材と、前記支持部材に固定され、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に多極に着磁した円環状磁石部材とにより構成される、自動車のホイール支持用の転がり軸受に装着する磁気エンコーダであって、
前記支持部材は放射溝を加工したものではなく、
前記磁石部材がバインダとして熱可塑性樹脂材料を使用したプラスチック磁石であり、
前記支持部材及び前記プラスチック磁石間に接着剤層が無く、前記プラスチック磁石の成形収縮、又は前記プラスチック磁石の回り込み形状により前記支持部材及び前記プラスチック磁石が結合され、
前記プラスチック磁石の材料の引張破断ひずみ（εｃ）に対する、前記プラスチック磁石の流動方向線膨張係数（αｐ）と前記支持部材の線膨張係数（αｍ）との差（αｐ−αｍ）の比率（（αｐ−αｍ）／εｃ）が、
熱衝撃破壊試験のサイクル数の規定値に基づく閾値から定まる値である
１．１×１０-3／Ｋ以下であり、且つ、
前記プラスチック磁石の引張強度が、
前記プラスチック磁石と前記支持部材との軸方向結合力の規定値に基づく閾値から定まる値である
６５ＭＰａ以上であるように
前記プラスチック磁石の材料を選定してなることを特徴とする磁気エンコーダ。 - 前記磁気エンコーダがアキシャル型であり、前記プラスチック磁石の径方向外周部に成形収縮による結合部を、前記プラスチック磁石の径方向内周部に回り込み形状による結合部を備えてなる請求項１記載の磁気エンコーダ。
- 請求項１又は２記載の磁気エンコーダを備えた軸受装置であって、
前記回転体が軸受の内輪であり、非回転体である軸受の外輪に圧入されて前記磁気エンコーダを覆うカップ状の保護カバーを備えてなる軸受装置。