JP5018114B2 - センサ付き軸受 - Google Patents

Description

本発明は、各種の産業用機械(例えば、工作機械、組立機械及び計測機械等)などに備えられた回転軸を回転自在に支持する軸受において、当該軸受の回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測するためのセンサ機能を有するセンサ付き軸受の改良に関する。

従来から、各種の産業用機械(例えば、工作機械、組立機械及び計測機械等)などにおいて、当該機械装置に組み込まれた回転軸を適正な状態で回転させるべく、その回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測するため、当該回転軸を回転自在に支持する軸受に対し、所定のセンサ機能を設けた構成が知られている。例えば、特許文献１には、回転輪である内輪の回転速度、及び回転角度方向をそれぞれ計測するためのセンサ機能を有するセンサ付き軸受の構成が一例として開示されている。

図２には、かかるセンサ付き軸受(以下、単に軸受Ｂという)の構成が示されており、当該軸受Ｂには、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪４２及び静止輪４４と、当該回転輪４２と静止輪４４との間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)４６と、当該転動体(玉)４６をポケット内へ１つずつ回転自在に保持する保持器４８とが備えられている。この場合、内輪が軸受Ｂの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪４２として構成されているのに対し、外輪が常時非回転状態に維持される静止輪４４として構成されている。

また、図２に示す構成において、軸受Ｂには、軸方向の一方側(同図の下側)へ、環状を成すシール部材５０が内外輪42,44間に介在されており、これにより、軸受外部からの異物(例えば、水や塵埃など)の侵入や軸受内部からの潤滑剤(例えば、潤滑油やグリースなど)の漏洩を防止している。この場合、シール部材５０として接触型のシールが適用されており、当該シール部材５０は、その外径部が外輪４４に固定された状態で、その内径部が内輪４２と接触するように位置決めされている。

これに対し、軸受Ｂには、軸方向の他方側(図２の上側)へ、当該軸受Ｂの回転状態(回転速度及び回転方向)を計測するためのセンサ６０が設けられており、当該センサ６０は、内輪４２と同一の回転状態で回転する被検出体６２、当該被検出体６２の回転状態を検出する検出体６４、当該検出体６４を収容するセンサホルダ(以下、センサハウジングという)６６、並びに検出体６４に対して所定の電源装置から電力を供給するとともに、当該検出体６４から出力された被検出体６２の回転状態を示す検出信号を所定の信号処理部(図示しない)に送信するための回路が配線された基板(以下、回路基板という)７０を備えている。

この場合、被検出体６２としては、多極着磁された環状を成す磁石(以下、エンコーダ６２という)が適用されており、一方、検出体６４としては、磁気状態の変化(磁界の強弱や向き(具体的には、磁束密度の変動)など)を検出する２つの磁気検出素子(以下、ホールＩＣ６４という)が設けられている。なお、かかるエンコーダ６２は、その外周面に対し、周方向にＮ極とＳ極とを交互に一定のピッチで配列させた環状磁石として構成されている。

また、２つのホールＩＣ６４は、回路基板７０と接続された状態で、当該回路基板７０とともにセンサハウジング６６に収容されており、当該センサハウジング６６が固定されたカバー部材(以下、センサカバーという)６８を外輪４４に取り付けることで、当該外輪４４に対して固定されている。なお、センサカバー６８は環状を成し、その外径部が外輪４４の内周面に固定された外輪側芯金７４に固着され、この状態で、その内径部と軸受Ｂの回転軸(図示しない)の周面部との間、並びに、当該内径部の先端と内輪側芯金７２との間にそれぞれ所定の隙間が生じるように構成されている。また、２つのホールＩＣ６４は、磁気状態の変化を検出するタイミングにおいて、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)を９０°ずらして(９０°の位相差を設けて)回路基板７０に位置付けられ、センサハウジング６６に収容されている。

また、エンコーダ６２は、ホールＩＣ６４及びセンサハウジング６６と所定間隔を空けて対向して内輪側芯金７２の外径部に固定(例えば、接着や溶接)され、当該内輪側芯金７２を介して内輪４２に取り付けられている。なお、内輪側芯金７２は環状を成し、その内径部が内輪４２に固定され、この状態で、その外径部の先端とセンサハウジング６６との間に所定の隙間が生じるように構成されている。
これにより、センサ６０は、エンコーダ６２がホールＩＣ６４と対向した状態で、内輪４２とともに回転する構造となる。
特開２００５−２４９８０４号公報

ところで、かかる軸受Ｂに設けられたセンサ６０において、センサハウジング６６が環状に構成されているのに対し、回路基板７０は、非環状形、具体的には、環の一部を成す所定形状(以下、部分環形という)に構成されている。そして、かかる環状のセンサハウジング６６の一部に対し、ホールＩＣ６４が接続された部分環形の回路基板７０をインサート成形などにより一体的に固着することで、１つのセンサ６０が構成されている。

すなわち、回路基板７０を安定して保持するという機能に着目すれば、センサハウジング６６は、環状に構成する必要はなく、例えば、非環状(部分環形)の回路基板７０と略同一の形状に構成することで、かかる機能を果たすことができる。したがって、センサハウジング６６を環状に構成することによって、センサハウジング６６の構成材(例えば、各種の樹脂材)が余計に必要となり、回路基板７０及びホールＩＣ６４が収容される以外の部分(部分環形以外の部分、以下、余剰部分という)を形成するための構成材に相当するコストが余計に発生してしまうこととなる。

センサハウジング６６の大きさは、軸受サイズ(軸受外径及び軸受内径)に比例して大きくなり、軸受Ｂのサイズが小さい場合、余剰部分を形成するために必要となるセンサハウジング６６の構成材の量は少なく、余計に発生するコストも小さくて済むこととなる。
しかしながら、軸受Ｂのサイズが大きくなるにしたがって、余剰部分も大きくなり、当該余剰部分を形成するために大量の構成材が必要となるため、かかるコストの発生は軽視することができなくなってしまう。また、軸受Ｂのサイズが小さい場合であっても、センサハウジング６６の構成材の種類によっては(例えば、非常に高価な樹脂材などを使用した場合)、余剰部分が小さくともコストの発生を軽視することはできない。

また、かかる軸受Ｂのように、センサハウジング６６が環状を成している場合、センサ６０は、当該センサハウジング６６の全周がエンコーダ６２と対向する構成となるため、エンコーダ６２の回転中、常にセンサハウジング６６のいずれか一部が当該エンコーダ６２と対向することとなる。このため、例えば、軸受Ｂに対してラジアル荷重が負荷された場合など、当該ラジアル荷重の程度によっては、回転中のエンコーダ６２がセンサハウジング６６と接触してしまう虞がある。この際、エンコーダ６２に損傷(例えば、磁極の欠けや脱落など)が生じたり、センサハウジング６６の構成材(例えば、各種の樹脂材など)の磨耗粉が飛散したりするなどの不具合が発生すると、ホールＩＣ６４による磁気状態の変化(一例として、磁束の磁束密度の変動)の検出精度を低下させ、センサ６０の信頼性が低下してしまう結果を招き、ひいては、軸受性能の低下をも招いてしまう虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、センサハウジングを非環状の所定形状を成して構成することで、長期に亘って高精度に回転輪の回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することが可能な信頼性の高いセンサ付き軸受を低コストに提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向して配置された回転輪及び静止輪と、当該回転輪の回転状態を検出するセンサを備えており、前記センサには、前記回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体、当該被検出体の回転状態を検出する検出体、並びに当該検出体を収容するセンサハウジングが設けられたセンサ付き軸受であって、被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるようにセンサハウジングへ収容された状態で前記静止輪に固定されており、センサハウジングは、軸受端面の周方向の領域を部分的に覆うように延在した非環状形を成して構成されていると共に、環状を成すセンサカバーに取り付けられ、当該センサカバーを介して前記静止輪に対して位置決めされ、センサカバーには、前記被検出体及び検出体が配設された空間部への異物の侵入を防止するための異物侵入防止部が設けられていると共に、センサカバー及び異物侵入防止部は、磁気シールドとしての機能を果たす磁性体として構成されており、前記異物侵入防止部は、前記センサカバーの内周側に周方向に沿って連続して形成され、当該センサカバーの内周側において前記空間部を閉塞し、かつ、回転輪と所定間隔を空けて対向する構成となっている。
これにより、センサハウジングを環状に構成した場合と比べ、その構成材の量を減らすことができ、センサ付き軸受の製造コスト削減を図ることができる。

その際、異物侵入防止部を前記センサカバーと一体を成して構成するとともに、当該センサカバーの内周側に全周に亘って連続して形成することで、前記空間部への異物の侵入防止効果の高いセンサカバーを容易に製造することができる。
かかるセンサ付き軸受においては、一例として、センサの被検出体を多極磁石とし、検出体を当該多極磁石が回転することにより生じる磁気状態の変化を検出する磁気検出素子として構成されている。これにより、前記多極磁石の回転以外の要因により磁気状態が変化されることを防止し、前記多極磁石の回転による磁気状態の変化のみを磁気検出素子で検出することができる。

なお、センサには、前記検出体に対して電源装置から電力を供給するとともに、当該検出体から出力された前記被検出体の回転状態を示す検出信号を信号処理装置へ送信するための回路基板が設けられている。
この場合、センサハウジングを前記回路基板と略同一形状で、当該回路基板を組付可能な大きさに構成すればよい。これにより、センサハウジングの構成材の量を必要最小限に止めることができ、センサ付き軸受の製造コスト削減をさらに確実に図ることができる。

本発明のセンサ付き軸受によれば、センサハウジングを非環状の所定形状を成して構成することで、長期に亘って高精度に回転輪の回転状態(例えば、回転輪の回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することができ、信頼性の高いセンサ付き軸受を低コストに提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るセンサ付き軸受について、添付図面を参照して説明する。図１(ａ),(ｂ)には、本実施形態に係るセンサ付き軸受(以下、単に軸受Ａという)が示されており、当該軸受Ａは、相対回転可能に対向して配置された一対の回転輪２及び静止輪４と、当該回転輪２の回転状態を検出するセンサ２０とを備えている。
この場合、内輪が軸受Ａの回転軸(図示しない)とともに回転する回転輪２として構成されているとともに、外輪が常時非回転状態に維持される静止輪４として構成されており、当該内外輪2,4間には、保持器８のポケット内に１つずつ回転自在に保持された状態で、複数の転動体(玉)６が転動可能に組み込まれている。かかる内輪２の外周面、並びに外輪４の内周面には、それぞれ転動体(玉)６を転動させるための軌道面2a,4aが全周に亘って形成されている。

なお、図１(ｂ)に示す構成においては、一例として、軌道面2a,4aが軸受Ａの軸方向幅の略中央に位置付けられているが、軸方向幅の中央から上側あるいは下側にずらして軌道面2a,4aを形成してよい。
また、転動体６として、図１(ｂ)に示すような玉に代えて、円筒ころ、円すいころ及び球面ころ(たる形ころ)など、各種のころを適用してもよいし、保持器８として、同図に示すようないわゆる波型の合わせタイプに代えて、冠型、かご型及びもみ抜き型など各種のタイプの保持器を適用してもよい。また、保持器８の材料についても、特に種類は問わず、金属材やポリアミド(一例として、ガラス繊維を添加したポリアミド)などの樹脂材を適用すればよい。

さらに、図１(ｂ)に示す構成において、軸受Ａには、軸方向(図１(ｂ)の上下方向)の一方側(同図の下側)へ、環状を成すシール部材１０が内外輪2,4間に介在されている。この場合、一例として、シール部材１０は、接触型のシールとして構成されており、当該シール部材１０は、鋼板等を断面がＬ字状を成すようにプレス加工などにより成形した環状の芯金の一部を、各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)で連結した構造を成している。なお、シール部材１０の内径部には、かかる弾性材で構成されたリップ部が形成されている。そして、かかるシール部材１０は、その外径部が外輪４に形成された取付溝４ｍに固定され、その内径部が内輪２に形成されたシール溝２ｍに摺接するように位置決めされている。
これにより、軸受Ａはその内部が密封状態に維持され、例えば、軸受内部に封入された潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)の軸受外部への漏洩や、軸受外部の異物(例えば、水や塵埃)の軸受内部への侵入を防止することができる。

なお、シール部材１０の大きさ、形状及び数は、例えば、軸受Ａの大きさなどによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。また、例えば、シール１０の内径部の先端に複数のリップ部を設け、当該各リップ部を上述したシール溝２ｍの底部や側面部などにそれぞれ接触させることで、さらに軸受Ａの密封性を高めることができる。また、シール部材１０として、図１(ｂ)に示すような接触型シールに代えて、その外径部が外輪２の取付溝４ｍに固定され、その内径部が内輪２のシール溝２ｍに接触しない非接触型のシール(例えば、鋼板製の芯金の全体若しくは一部を各種の弾性材(例えば、ゴムやプラスチックなどの樹脂材)で連結して成るシールなど)や、非接触型のシールド(例えば、ステンレス板、鉄板などの薄い金属板からプレス成形等されたシールド)を適用してもよい。

これに対し、軸受Ａには、軸方向(図１(ｂ)の上下方向)の一方側(同図の上側)へセンサ２０が備えられており、当該センサ２０には、回転輪である内輪２と同一の回転状態で回転する被検出体２２、当該被検出体２２の回転状態を検出する検出体２４、並びに当該検出体２２を収容するセンサハウジング２６が設けられている。

ここで、センサ２０としては、例えば、磁気状態の変化(磁界の強弱や向き(具体的には、磁束密度の変動)など)を検知する磁気センサ、あるいは照射光に対する反射光を検知する光学センサなどを任意に選択して用いることができる。本実施形態においては、一例として、センサ２０が磁気センサである場合を想定し、かかる磁気センサの被検出体２２として、多極に着磁された環状を成す磁石(以下、エンコーダ２２という)を適用するとともに、検出体２４として、エンコーダ２２が回転することにより生じる磁気状態の変化(一例として、磁束密度の変動)を検出する磁気検出素子(具体的には、ホールＩＣ(以下、ホールＩＣ２４という))を適用している。

なお、エンコーダ２２に着磁させる磁極数は、内輪２の回転速度やホールＩＣ２４の検出精度、適用するアプリケーションなどに応じて任意に設定すればよい。ただし、被検出体２２として、上述したエンコーダに代えて、例えば、ギア(歯車状の磁性体など)、窓開けされたプレス品(周方向に所定間隔で貫通孔が形成された環状磁性体など)を適用してもよい。

また、本実施形態において、センサハウジング２６は、軸受Ａの端面(図１(ｂ)の上側の面)の周方向の領域を部分的に覆うように延在した非環状形を成して、具体的には、環の一部を成す所定形状(以下、部分環形という)を成して構成されている。一例として、図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、センサハウジング２６は、その外径が外輪４の外径よりも小径、且つ外輪４の内径よりも大径で、その内径が内輪２の外径よりも小径、且つ内輪２の内径よりも大径に設定された部分環形に構成されている。

なお、センサハウジング２６の材質は特に限定されず、軸受Ａの使用条件や使用態様などに応じて任意の素材(樹脂や金属など)を選択して適用することができるが、本実施形態においては、一例として、ガラス繊維を添加したポリアミド(ＰＡ)、あるいはポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)やポリブチンテレフタレート(ＰＢＴ)などのエンジニアリングプラスチックでセンサハウジング２６が構成されている場合を想定する。この場合、エンジニアリングプラスチック製のセンサハウジング２６は、射出成形により形成すればよい。なお、センサハウジング２６を各種の金属製とし、かかる金属製のセンサハウジング２６を鋳造や鍛造などにより形成してもよい。

上述したように、本実施形態においては、センサハウジング２６が非環状の所定形状(一例として、部分環形)を成して構成されているため、従来のセンサハウジング７４(図２)のように環状に構成した場合と比較して、少ない量の構成材(例えば、ＰＡ、ＰＰＳ及びＰＢＴなど)でセンサハウジング２６を構成することができる。この結果、センサハウジング２６を形成するためのコスト、ひいては、軸受Ａの製造コストを容易に削減することが可能となる。なお、このようなコスト削減のメリットは、軸受Ａのサイズが大きくなる(軸受Ａが大型化する)、具体的には、センサハウジング２６が大きくなるにしたがって、顕著となる。このため、大型のセンサ付き軸受において、センサハウジング２６を非環状の所定形状(一例として、部分環形)を成して構成した場合、大きなコスト削減メリットが得られることとなり、非常に有効となる。

また、例えば、軽量、高剛性、あるいは耐熱性や耐摩耗性に優れるなど、各種の付加価値を有する高価な素材を用いてセンサハウジング２６を構成する場合であっても、センサハウジング２６を非環状の所定形状(一例として、部分環形)とすることで、必要な構成材の量を少なくすることができ、当該センサハウジング２６を低コストで形成することができるとともに、軸受Ａを低コストで製造することができる。
なお、軸受Ａのサイズやセンサハウジング２６の構成材の種類にかかわらず、センサハウジング２６自体を小型化することができるため、軸受Ａの軽量化を容易に図ることができる。

さらに、センサハウジング２６を非環状の所定形状(一例として、部分環形)に構成することで、センサ２０は、エンコーダ２２の回転中、当該エンコーダ２２が常にセンサハウジング２６と対向する構成とはならない。このため、回転中のエンコーダ２２がセンサハウジング２６と接触してしまうような事態を有効に回避することができる。この結果、エンコーダ２２やセンサハウジング２６に対する損傷の発生を抑制することができ、センサ２０において、内輪２の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を長期に亘って高精度に計測することができ、当該センサ２０の信頼性を確実に高めることができる。

また、図１(ａ)に示す構成においては、センサ２０に対して所定の回路が配線された基板(以下、回路基板という)３０が設けられており、当該回路基板３０がホールＩＣ２４に所定の電源装置(図示しない)から電力を供給するとともに、当該ホールＩＣ２４から出力された信号(エンコーダ２２の回転状態を示す検出信号)を所定の信号処理部(図示しない)に送信するセンサ構造となっている。この場合、一例として、回路基板３０は、非環状形、具体的には、環の一部を成す所定形状(部分環形)の板状に形成され、ホールＩＣ２４や信号処理部(図示しない)が直接、あるいはケーブル(図示しない)を介して接続される構造を成している。また、回路基板３０は、その外径がセンサハウジング２６の外径よりも僅かに小径で、その内径がセンサハウジング２６の内径よりも僅かに大径を成すとともに、その周方向距離がセンサハウジング２６の周方向距離よりも僅かに小さな部分環形、すなわち、センサハウジング２６の部分環形よりも一回り小さな部分環形に構成されている。

そして、かかる回路基板３０がセンサハウジング２６に組み付けられ、センサ２０が構成されている。この場合、図１(ａ)に示す構成においては、センサハウジング２６に回路基板３０を収容するための凹状の取付部(以下、基板取付部という)２６ａが形成されており、当該基板取付部２６ａは、その周縁形状が回路基板３０の部分環形の輪郭と略同一で、その深さ(図１(ｂ)の上下方向の距離)が回路基板３０の厚さ(同図同方向距離)よりも若干大きくなるように構成されている。これにより、センサ２０は、回路基板３０がセンサハウジング２６の基板取付部２６ａへ、その全体を完全に収容した状態で組み付けられる構造となる。

この場合、センサハウジング２６の基板取付部２６ａには、回路基板３０を組み付ける際、当該回路基板３０を位置決めするための突起部２６ｓ及び窪み部２６ｔが設けられており、一方、回路基板３０(具体的には、その底面(図１(ｂ)の下側の面))には、当該突起部２６ｓと係合可能な貫通孔３０ｔ、及び当該窪み部２６ｔと係合可能なホールＩＣ２４がそれぞれ所定位置に設けられている。このように回路基板３０をセンサハウジング２６に対して組み付ける際には、貫通孔３０ｔと突起部２６ｓ、並びに、ホールＩＣ２４と窪み部２６ｔをそれぞれ係合させることで、当該回路基板３０をセンサハウジング２６に対して位置決めして組み付けることができる。

なお、センサハウジング２６と回路基板３０との組み付け方法は、当該センサハウジング２６及び回路基板３０の材質や大きさなどに応じて任意の方法を選択して適用すればよいため、特に限定されない。例えば、センサハウジング２６と回路基板３０とを嵌合、接着、締結などによって組み付けてもよいし、これらの方法を組み合わせて組み付けてもよい。また、本実施形態においては、図１(ａ)に示すように、成形後のセンサハウジング２６に対して回路基板３０を組み付ける構成としているが、例えば、センサハウジング２６をインサート成形することで、センサハウジング２６の成形時に回路基板３０を当該センサハウジング２６と一体化させて組み付ける構成としてもよい。

ここで、上述した本実施形態においては、センサハウジング２６及び回路基板３０をいずれも部分環形に構成しているが、回路基板３０を組み付けることが可能な大きさであれば、非環状を成すセンサハウジング２６の具体的な形状は、かかる部分環形に限定されない。ただし、上述したように、センサハウジング２６の構成材の量を減らして低コスト化を図る観点からすれば、センサハウジング２６の形状は、回路基板３０と略同一の形状とすることが好ましい。例えば、回路基板３０を環の一部を欠落して成る所定形状(略Ｃ字状)に構成した場合、当該所定形状と略同一形状を成すようにセンサハウジング２６を構成すればよいし、回路基板３０を矩形状に構成した場合、当該矩形と略同一形状を成すようにセンサハウジング２６を構成すればよい。
これにより、軸受Ａの製造コスト削減メリットを最大限に得ることができ、特に軸受Ａが大型化した場合、非常に有効な構成となる。

かかる軸受Ａにおいて、エンコーダ２２は、内輪２に固定されて、当該内輪２とともに回転している。図１(ｂ)に示す構成においては、一例として、エンコーダ２２がホルダ(以下、エンコーダホルダという)３２の外径部に固定(例えば、接着や溶接など)され、当該エンコーダホルダ３２を内輪２に取り付けることで、当該内輪２に対して固定されている。この場合、エンコーダホルダ３２は、その内径が内輪２の外径よりも若干小さく、その外径が外輪４の内径よりも小径で、且つ内輪２の外径よりも大径の環状に形成され、内径部が内輪２に固定された状態で、外径部と外輪４の内周面との間に所定の隙間が生じるように位置決めされている。なお、エンコーダホルダ３２の外径部は、一例として、軸方向の一方側(図１(ａ)の上側)へ立ち上げられ、立ち上げた端部がエンコーダ２２の端面と略面一となるとともに、当該端部がセンサハウジング２６と所定間隔を空けて対向するように、その立ち上げ高さが調整されている。
これにより、エンコーダ２２は、外輪４及びセンサハウジング２６と接触することなく、内輪２とともに、当該内輪２と同一の回転状態で回転することができる。

この場合、内輪２の外周面には、その一方側の端部(図１(ｂ)の上端部)に全周に亘って凹状の溝(以下、エンコーダ取付部という)２ｇが形成されており、当該エンコーダ取付部２ｇにエンコーダホルダ３２の内径部を嵌合させることで、当該エンコーダホルダ３２を内輪２に対して固定させている。なお、図１(ｂ)ではシールド板を加締めるように、内輪２にエンコーダホルダ３２を加締めているが、例えば、エンコーダ取付部２ｇに対して接着剤により接着固定させてもよいし、締結部材により締結固定させてもよい。あるいは、上述した各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、内輪２にエンコーダ取付部２ｇを形成することなく、外周面に対してエンコーダホルダ３２を直接嵌合させてもよいし、接着あるいは締結させてもよい。

これに対し、かかる軸受Ａにおいて、ホールＩＣ２４は、エンコーダ２２と所定間隔を空けて対向可能となるように、回路基板３０と接続された状態でセンサハウジング２６に収容されており、当該センサハウジング２６を介して外輪４に固定されている。この際、ホールＩＣ２４を収容したセンサハウジング２６は、環状を成すカバー部材(以下、センサカバーという)２８に取り付けられ、当該センサカバー２８を介して外輪４に対して位置決めされている。図１(ｂ)に示す構成においては、一例として、ホールＩＣ２４の外側の面(具体的には、ホール素子の配設面(同図の右側の面))２４ａとエンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａとが所定間隔を空けて対向可能となるように、ホールＩＣ２４がエンコーダ２２に対して位置付けられている。

なお、ホールＩＣ２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、ホールＩＣ２４(より具体的には、ホール素子)とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば、図１(ｂ)に示す相対位置には特に限定されない。
また、ホールＩＣ２４(より具体的には、ホール素子)とエンコーダ２２の磁極面(本実施形態においては、内周面)との対向間隔は、可能な限り狭めて設定することが好ましいが、その具体的な間隔は、ホールＩＣ２４の磁気変化の検出精度やエンコーダ２２の磁力の大きさ、あるいは、軸受Ａの大きさや形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。

図１(ａ),(ｂ)に示す構成において、センサカバー２８は、その外径が外輪４の外径と略同一で、その内径が内輪２の外径よりも小径、且つ内輪２の内径よりも大径の環状に形成されており、その外径部と内径部との間にセンサハウジング２６を取り付ける(収容する)ための取付部(以下、ハウジング取付部という)２８ｂが設けられた構造を成している。この場合、センサカバー２８には、エンコーダ２２及びホールＩＣ２４が配設された空間部Ｓへの異物(例えば、軸受外部の水や塵埃、金属粉(磁性材片)など)の侵入を防止するための異物侵入防止部(以下、内径側カバーという)２８ａが設けられており、当該内径側カバー２８ａは、センサカバー２８の内周側に周方向に沿って全周に亘って連続して形成され、空間部Ｓを全周に亘って閉塞している。
なお、内径側カバー２８ａは、センサカバー２８の内径部に連続し、軸受Ａへ向けて(図１(ｂ)の下方向へ)延出し、その先端部が内輪２の端面(同図の上側の面)と所定間隔を空けて対向する構成となっている。

これにより、空間部Ｓが軸受Ａの外部に対して完全に開放された状態となることを防止することができ、当該空間部Ｓへの異物の侵入が有効に防止され、例えば、異物によってエンコーダ２２やホールＩＣ２４が損傷されることを防止でき、長期に亘って精度よくホールＩＣ２４によってエンコーダ２２の回転による磁気状態の変化を検出することができ、結果として、内輪２の回転状態(回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を高精度に計測することができる。

なお、センサカバー２８に対する内径側カバー２８ａの配設方法は、特に限定されないが、一例として、本実施形態においては、センサカバー２８の成形時に内径側カバー２８ａを当該センサカバー２８と一体を成して同時に成形して構成する場合を想定している。ただし、内径側カバー２８ａは、センサカバー２８とは別体構成とし、これらをそれぞれ別個に成形し、成形後のセンサカバー２８の内周側に内径側カバー２８ａを取り付ける構成としてもよい。この際、センサカバー２８に対する内径側カバー２８ａの取り付けは、例えば、接着や溶接、嵌合、あるいは締結など各種の方法、若しくはこれらを組み合わせた方法で行えばよい。

また、センサカバー２８及び内径側カバー２８ａの材質は特に限定されず、任意の素材を材料として構成することができるが、本実施形態においては、磁性体である金属(電磁ステンレス鋼や低炭素鋼など)を使用している。
このような構成にすることで、センサ２０のホールＩＣ２４及び回路基板３０が金属製のセンサカバー２８及び内径側カバー２８ａで覆われた構成とすることができ、当該センサカバー２８及び内径側カバー２８ａが磁気シールドとしての機能を果たすため、センサ外部の磁界を遮断し、その影響を排除することができる。すなわち、エンコーダ２２の回転以外の要因により磁気状態が変化されることを防止し、当該エンコーダ２２の回転による磁気状態の変化のみをホールＩＣ２４で検出することができる。この結果、ホールＩＣ２４においてかかる磁気状態の変化を正確、且つ確実に検出し易くなり、内輪２の回転状態(回転速度、回転方向あるいは回転角度など)の計測精度を高めることができる。

ここで、本実施形態においては、内径側カバー２８ａをセンサカバー２８の内周側に周方向へ沿って、その全周に亘って連続した環状に形成し、当該センサカバー２８の内周側において、空間部Ｓを全周に亘って閉塞する構成としているが、内径側カバー２８ａを環の一部を欠落して成る所定形状(略Ｃ字状)に構成し、当該環の欠落部分に部分環形のセンサハウジング２６を位置付けることで、前記内周側において、当該センサハウジング２６とともに空間部Ｓを全周に亘って閉塞する構成としてもよい。

また、センサカバー２８は、その外径部が外輪４に固定された状態で、内径側カバー２８ａと軸受Ａの回転軸(図示しない)の外周面との間、並びに、当該内径側カバー２８ａの先端と内輪２の端面(図１(ｂ)の上側の面)との間に、それぞれ所定の隙間が生じるように位置決めされている。

この場合、外輪４の外周面には、その一方側の端部(図１(ｂ)の上端部)に全周に亘ってセンサカバー２８を取り付けるための凹状の溝(以下、カバー取付部という)４ｇが連続して形成されており、当該カバー取付部４ｇにセンサカバー２８の外径部の先端を嵌合させることで、当該センサカバー２８を外輪４に対して固定させている。なお、センサカバー２８は、例えば、カバー取付部４ｇに対して接着剤により接着固定させてもよいし、加締めなどで固定してもよいし、若しくは締結部材により締結固定させてもよい。あるいは、上述した各種の方法を任意に組み合わせて固定してもよい。また、外輪４にカバー取付部４ｇを形成することなく、外輪４も外周面に対してセンサカバー２８を直接嵌合させてもよいし、接着あるいは締結させてもよい。

また、一例として、センサカバー２８のハウジング取付部２８ｂは、当該センサカバー２８の内径部と外径部の間に所定の段差(凹状の窪み)を設けて構成されており、当該ハウジング取付部２８ｂに内側(図１(ｂ)の下側)から内周面及び外周面、並びに一方側の端面(同図の上側の面)を当接させた状態でセンサハウジング２６が固定されることで、当該センサカバー２８とセンサハウジング２６が一体化されている。この場合、ハウジング取付部２８ｂは、その外径がセンサハウジング２６の外径と略同一の大きさで、且つその内径がセンサハウジング２６の内径と略同一の大きさとなるように形成すればよい。
これにより、センサハウジング２６をハウジング取付部２８ｂに密着させることができ、当該センサハウジング２６をセンサカバーに対して安定して取り付けることができる。なお、センサハウジング２６とセンサカバー２８(ハウジング取付部２８ｂ)との取り付けは、例えば、接着や溶接、嵌合、あるいは締結など各種の方法、若しくはこれらを組み合わせた方法で行えばよい。

なお、センサハウジング２６には、エンコーダホルダ３２を介して内輪２に固定されたエンコーダ２２と非接触状態となるように、底面(図１(ｂ)の下側の面)に全周に亘って凹状の溝(以下、エンコーダ軌道溝という)２６ｍが連続して形成されている。なお、センサハウジング２６にエンコーダ軌道溝２６ｍを形成することなく、その底面(図１(ｂ)の下側の面)がエンコーダ２２の端面(同図の上側の面)と非接触状態となるように、センサハウジング２６の軸方向の高さ(同図の上下方向の距離)を設定し、センサハウジング２６からホールＩＣ２４が突出するように構成してもよい。

ここで、上述した本実施形態において、センサ２０に設けるホールＩＣ２４の数については、特に言及しなかったが、例えば、軸受Ａの回転状態(回転速度、回転方向あるいは回転角度など)の計測に対して要求される精度などに応じて任意に設定すればよい。すなわち、センサ２０は、１つのホールＩＣ２４でのみ軸受Ａの回転状態を計測する構成であってもよいし、２つ以上のホールＩＣ２４で軸受Ａの回転状態を計測する構成であってもよい。例えば、２つのホールＩＣ２４をセンサ２０に対して設けた構成の場合、当該２つのホールＩＣ２４は、磁気状態の変化を検出するタイミングにおいて、その電気角(信号正弦波の１周期を３６０°とした場合の位相)を９０°ずらして(９０°の位相差を設けて)位置付けられるように、回路基板３０に対して接続すればよい。これにより、回転方向を検出することが可能となり、より高機能、多機能なセンサ付き軸受を提供することができる。

以上のようにエンコーダ２２とホールＩＣ２４を内外輪2,4に対して位置付けることで、センサ２０は、エンコーダ２２がホールＩＣ２４と対向した状態、具体的には、エンコーダ２２の内周面(磁極面)２２ａがホールＩＣ２４の外側面(ホール素子配設面)２４ａと対向した状態で、内輪２とともに回転する構造とすることができる。

すなわち、かかる軸受Ａにおいて、内輪２が回転すると、これとともにエンコーダ２２も回転し、ホールＩＣ２４に対する磁極(Ｎ極及びＳ極)の位置が交互に連続して変化する。このとき、ホールＩＣ２４を通過する磁束が連続的に変化し、かかる変化を当該ホールＩＣ２４により検知することで、エンコーダ２２(すなわち、内輪２)の位置や角度などを検出することができる。そして、回路基板３０は、ホールＩＣ２４が検知した磁束密度の変化を電気信号に変換するとともに、当該電気信号(データ)を信号処理部(図示しない)に送信し、当該信号処理部において、単位時間当たりのエンコーダ２２の位置や角度などの変動量を演算処理することで、エンコーダ２２が固定された内輪２の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測することが可能となる。
なお、この場合、センサ２０の回路基板３０(ホールＩＣ２４)と信号処理部(図示しない)とは、所定の信号ケーブル(図示しない)で接続され、当該信号ケーブルを介して上述した電気信号が信号処理部(図示しない)へ送信(出力)されている。

本発明の一実施形態に係るセンサ付き軸受の構成例を示す図であって、(ａ)は、全体構成を示す斜視図、(ｂ)は、縦断面図。 従来のセンサ付き軸受の構成例を示す縦断面図。

符号の説明

２ 回転輪(内輪)
４ 静止輪(外輪)
２０ センサ
２２ 被検出体(エンコーダ)
２４ 検出体(ホールＩＣ)
２６ センサハウジング
２８ センサカバー
２８ａ 異物侵入防止部(内径側カバー)
３０ 回路基板
Ａ センサ付き軸受
Ｓ 空間部

Claims (5)

1. 相対回転可能に対向して配置された回転輪及び静止輪と、当該回転輪の回転状態を検出するセンサを備えており、
   前記センサには、前記回転輪と同一の回転状態で回転する被検出体、当該被検出体の回転状態を検出する検出体、並びに当該検出体を収容するセンサハウジングが設けられたセンサ付き軸受であって、
   被検出体は、前記回転輪に固定されて当該回転輪とともに回転するのに対し、検出体は、前記被検出体と所定間隔を空けて対向可能となるようにセンサハウジングへ収容された状態で前記静止輪に固定されており、
   センサハウジングは、軸受端面の周方向の領域を部分的に覆うように延在した非環状形を成して構成されていると共に、環状を成すセンサカバーに取り付けられ、当該センサカバーを介して前記静止輪に対して位置決めされ、
   センサカバーには、前記被検出体及び検出体が配設された空間部への異物の侵入を防止するための異物侵入防止部が設けられていると共に、
   センサカバー及び異物侵入防止部は、磁気シールドとしての機能を果たす磁性体として構成されており、
   前記異物侵入防止部は、前記センサカバーの内周側に周方向に沿って連続して形成され、当該センサカバーの内周側において前記空間部を閉塞し、かつ、回転輪と所定間隔を空けて対向する構成となっていることを特徴とするセンサ付き軸受。
2. 異物侵入防止部は、前記センサカバーと一体を成して構成されているとともに、当該センサカバーの内周側に全周に亘って連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き軸受。
3. センサは、被検出体を多極磁石とし、検出体を当該多極磁石が回転することにより生じる磁気状態の変化を検出する磁気検出素子として構成されていることを特徴とする請求項２に記載のセンサ付き軸受。
4. センサには、前記検出体に対して電源装置から電力を供給するとともに、当該検出体から出力された前記被検出体の回転状態を示す検出信号を信号処理装置へ送信するための回路基板が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付き軸受。
5. センサハウジングは、前記回路基板と略同一形状を成すとともに、当該回路基板を組付可能な大きさに構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセンサ付き軸受。
   

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