JP4443252B2 - 回転センサ付軸受 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受に回転センサを装着してなり、各種の機器に用いられる回転センサ付軸受に関する。

従来から知られている回転センサ付軸受は、軸受として深溝玉軸受等のようにセンサ設置空間が大きく取れるものが使われている（例えば特許文献１）。
回転センサ付軸受の一般的な構成を図６に示す。同図において、回転センサ付軸受２０は、内輪２２、外輪２３、転動体２４、および保持器２５からなる転がり軸受２１において、回転センサ３１を設置したものである。回転センサ３１は、回転側軌道輪である内輪２２に環状の磁気エンコーダ２６を装着し、固定側軌道輪である外輪２３に、上記磁気エンコーダ２６と対向させて磁気センサ２７を装着して構成されている。磁気センサ２７としては、ホール素子やホールＩＣなどが使われる。磁気エンコーダ２６は、例えばゴム磁石からなり、図７に示すように円周方向にＮ極とＳ極を交互に着磁したものである。

図６のように、磁気センサ２７は、樹脂ケース２８内に挿入された状態で樹脂モールドされ、この樹脂ケース２８を金属ケース２９を介して外輪２３に嵌着させることで、外輪２３に固定されている。磁気センサ２７は、図７に示すように、互いに出力位相差（電気角）が９０°になるように配置された２つのセンサ２７ａ，２７ｂからなる。このように回転センサ３１を構成することにより、内輪２２の回転に伴い、磁気センサ２７が磁気エンコーダ２６の磁気変化を検出し、その検出信号は、図８のように位相が９０°ずれたインクリメンタルな回転パルス信号となる。この信号から、内輪２２の回転数や回転方向を知ることができる。

このように構成される回転センサ付軸受は、小型かつ組立調整が不要であり、さらに堅牢であるなどの特徴を有する。
特開２００２−４００３７号公報

しかし、センサ設置空間の確保が難しい薄型の軸受、特にニードル軸受に適用した回転センサ付軸受は、従来に例がない。図６と共に前述した回転センサ付軸受２０では、各種の介在部材を介して磁気センサ２７や磁気エンコーダ２６を固定側軌道輪２３や回転側軌道輪２２に装着するので、ニードル軸受のような薄型の転がり軸受では磁気センサ２７や磁気エンコーダ２６を装着するためのセンサ空間を確保できず、適用が困難である。

この発明の目的は、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも適用可能な回転センサ付軸受を提供することである。

この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪と、転動体と、この転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受において、前記転がり軸受はニードル軸受からなり、前記固定側軌道輪を鋼板のプレス加工品からなるシェル型の外輪とし、前記転がり軸受を組み込む回転側部材である回転軸の外径面と固定側軌道輪の内径面を軌道面として前記転動体が転動自在とされ、前記固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に検出器を設け、前記回転軸における、前記検出器と対向する位置に、前記固定側軌道輪の中心と同心の回転中心回りに回転する偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータを配置し、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けたものである。
この構成によると、回転被検出部を偏心輪または多極カム形状輪のロータとしたため、このロータおよび検出器で構成される回転検出器が、径方向寸法の小さなものとできる。そのため、検出器を固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に配置して軌道輪の内周または外周に直接に取付けることができ、取付用の介在部材が不要となる。これにより、回転検出器のより一層の小型化が図れる。そのため、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも適用することができる。

この発明において、前記検出器の軸受径方向の内径側端が、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径よりも外径側に位置するものとしても良い。
この構成の場合、検出器の内径側端が回転側部材の外径よりも外径側に位置するため、軸受を回転側部材に組み込む際に、検出器が回転側部材と干渉することがない。そのため回転側部材への回転センサ付軸受の組み込みを容易に行うことができる。

前記検出器は巻線型の検出器である。巻線型の検出器であると、高い検出精度を得ることができる。

この発明において、前記検出器に対向する前記ロータの幅が、検出器のヨーク幅よりも大きいものとしても良い。
ロータ幅がヨーク幅よりも大きいと、ロータとヨークとの軸方向の相対的な移動が生じても、回転センサの出力が変化することが防止される。

この発明において、前記偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータは、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径円の内径側に収まるものとしても良い。
ロータが回転側部材の外径円の内径側に収まるものであると、軸受を回転側部材に組み込む際に、ロータが軸受と干渉しないので、回転側部材への回転センサ付軸受の組み込みを容易に行うことができる。

この発明において、転動体を２列に配置し、両列の転動体の間に前記検出器を設けても良い。
検出器が２列の転動体列の間に配置されていると、軌道輪に作用するラジアル荷重を両列の転動体に偏り無く負荷させることができる。

前記転動体を保持する保持器を有するものとし、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けている。
保持器は軸方向に移動可能であるが、固定側軌道輪の内径面に設けた保護部材により、検出器の巻線が保持器に接触することが防止され、検出器の保護が行える。

上記の保護部材を設ける場合に、前記検出器と保護部材とを一体の部品として固定側軌道輪に取付けても良い。一体化により部品点数および組み立て工数が削減される。

この発明の回転センサ付軸受は、固定側軌道輪と、転動体と、この転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受において、前記転がり軸受はニードル軸受からなり、前記固定側軌道輪を鋼板のプレス加工品からなるシェル型の外輪とし、前記転がり軸受を組み込む回転側部材である回転軸の外径面と固定側軌道輪の内径面を軌道面として前記転動体が転動自在とされ、前記固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に検出器を設け、前記回転軸における、前記検出器と対向する位置に、前記固定側軌道輪の中心と同心の回転中心回りに回転する偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータを配置し、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けたため、ニードル軸受等のような薄型の転がり軸受にも回転センサの取付けが可能となる。

この発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。図１（Ａ）に示すように、この回転センサ付軸受は、固定側軌道輪となる外輪２および複数の転動体３を備えた転がり軸受１において、回転センサ１１を設けたものである。上記転がり軸受１はニードル軸受からなる。外輪２はシェル型のもの、つまり鋼板のプレス加工品からなるものとされている。転動体３は針状のころである。複数のころ３は、保持器４の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット４ａに分離しないように組立てられる。外輪２は両側に鍔部５，６を有する。この転がり軸受１を組み込む回転側部材である回転軸１０の外径面１０ａと外輪２の内径面２ａを軌道面として、前記ころ３が転動自在とされている。前記回転センサ１１は、前記外輪２の端面つまり一方の鍔部５よりも軸方向の内側に設けられた検出器１２と、前記回転軸１０の検出器１２と対向する位置に設けられたロータ１３とで構成される。

前記検出器１２はラジアル型のものであって、巻線型検出器からなる。図１（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図を図１（Ｂ）に示す。同図のように、環状の磁性体１４の内周側には、円周方向に並んだ複数の歯がヨーク１５として形成され、このヨーク１５と、このヨーク１５に巻かれ励磁および検出を兼ねた検出コイル１６とで検出器１２が構成されている。この検出器１２の外径寸法つまり磁性体１４の外径寸法は外輪２の内径寸法と略同じとされており、この検出器１２は、外輪２の一端の鍔部５が曲げ加工される前に、磁性体１４を外輪２の内径面２ａに圧入することで外輪２に固定される。検出器１２の固定後に、外輪２の一端を曲げて鍔部５が形成される。また、検出器１２の内径寸法つまりヨーク１５の内径寸法は、転がり軸受１の内径寸法となる回転軸１０の外径寸法よりも大きくされており、回転軸１０に転がり軸受１を組み込む際に検出器１２が回転軸１０と干渉することがない。

前記ロータ１３は、前記検出器１２によって検出される回転被検出部となるものであって、回転軸１０の外周の検出器１２と対向する位置に、外輪２の中心（回転軸１０の中心Ｏ）と同心の回転中心回りに回転する偏心輪として形成されている。すなわち、偏心輪であるロータ１３は、回転軸１０の外径面１０ａの前記検出器１２と対向する位置を、回転軸１０の中心Ｏから若干偏心した位置Ｏ１を中心とする偏心加工面としたものである。このロータ１３は、ころ３が外周を転走する回転軸１０の外径円の内周側に収まるように加工されており、回転軸１０に転がり軸受１を組み込む際に、ロータ１３が妨げになることはない。また、ロータ１３の軸方向幅Ｗは、ヨーク１５の幅Ｙよりも十分長くとってある。これにより、外輪２の軸方向移動が生じても、回転センサ１１の出力が変化することが防止される。

また、検出器１２の外輪鍔部５と対向する側面には、検出コイル１６の配線をまとめて処理するための基板１７が固定されている。この基板１７は、引出線１９を介して外部の電気処理回路に接続されている。なお、基板１７を介さず直接配線を引き出しても構わない。

保持器４と検出器１２との間には、外輪２の内径面２ａに固定される保護部材１８が配置されている。保護部材１８は、リング状の板材からなる。保持器４は、軸方向に移動可能であるが、このように保持器４と検出器１２との間に保護部材１８が介在することにより、検出器１２の検出コイル１６が保持器４に接触することが確実に防止される。ここでは、保護部材１８と検出器１２とは分離されているが、保護部材１８を検出器１２に一体に形成してもよい。

この構成の回転センサ付軸受によると、回転センサ１１の動作時に検出コイル１６に、例えば１０ＫＨｚ程度の交流電圧が印加される。回転軸１０が回転すると、検出器１２を構成するヨーク１５とロータ１３のエアギャップつまり検出コイル１６の磁気抵抗が変化し、回転軸１０の１回転につき１周期分の正弦波状で互いに９０°の位相差となる２つの信号を検出コイル１６が得るように検出コイル１６は巻線処理されている。この信号を電気的に処理することで、回転軸１０の高分解能での絶対位置検出が可能となる。ここでの電気処理は、よく知られたレゾルバの変換処理と同じである。

このように、この回転センサ付軸受では、固定側軌道輪である外輪２の鍔部５よりも軸方向の内側に検出器１２を設け、この検出器１２と対向する位置に、外輪２の中心（回転軸１０の中心Ｏ）と同心の回転中心回りに回転する偏心輪の回転被検出部となるロータ１３を配置したので、転がり軸受１が薄型のニードル軸受であっても、回転センサ１１の設置空間が容易に確保できて、回転センサ１１の組み付けが無理無く行える。

図２は、この発明の他の実施形態を示す横断面図である。この実施形態では、図１の回転センサ付軸受において、回転被検出部であるロータ１０を円周方向に複数の凸部が並ぶ多極カム形状輪にしたものである。ここでは、ロータ１０を３極カム形状輪としている。これにより、検出器１２のヨーク１５とロータ１０のエアギャップの変化は、回転軸１０の１回転につき３周期分変化することになり、回転検出の分解能および位置精度がより向上する。その他の構成は図１に示す第１の実施形態の場合と同じである。

図３は、この発明のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は、図１の回転センサ付軸受において、転がり軸受１が転動体３を２列に配置したニードル軸受である場合の例を示す。検出器１２は、両列のころ３の間に設けている。また、保護部材１８は検出器１２の両側面に設けている。その他の構成は図１に示す第１の実施形態の場合と同様である。

図４は、この発明の参考提案例を示す縦断面図である。この参考提案例は、図１に示す回転センサ付軸受を、転がり軸受１Ａが内輪付きのニードル軸受である場合に応用した例を示す。この例では転がり軸受１Ａは、固定側軌道輪である外輪２、および転動体３の他に、回転側軌道輪である内輪７を有するニードル軸受とされている。内輪７の外径面７ａは転動体であるころ３の軌道面となる。また、回転被検出部となるロータ１３Ａは、内輪７の外周の検出器１２と対向する位置に一体形成した偏心輪からなる。この偏心輪からなるロータ１３Ａは、外輪２の中心Ｏ（内輪７の中心でもある）と同心の回転中心回りに回転する。ロータ１３Ａは多極カム形状輪であっても良い。この参考提案例の場合も、保持器４の軸方向移動を保護部材１８で規制するようにしているが、これに限らず、検出コイル１６と保持器４が接触しない構造の検出器１２とすることで、保護部材１８を省略しても良い。なお、外輪２の一端には図１の場合のように鍔部５がなくても良く、保護部材１８および検出器４はこの一端から外輪２の内径面２ａに圧入することで外輪２に固定される。その他の構成は図１に示す第１の実施形態の場合と同様である。

図５は、この発明の他の参考提案例を示す縦断面図である。この参考提案例も図４の場合と同様に、図１の回転センサ付軸受の構成を、転がり軸受１Ａが内輪付きのニードル軸受である場合に応用した例を示す。回転被検出部となるロータ１３Ｂは、内輪７の外周の検出器１２と対向する位置に形成した薄肉部７ｂに、磁性体からなる偏心輪を圧入嵌合させたものである。内輪薄肉部７ｂの外径面は内輪７の中心Ｏと同心である。ロータ１３Ｂは多極カム形状輪であっても良い。その他の構成は図１に示す第１の実施形態の場合と同様である。

なお、上述した各実施形態では、シールの無い転がり軸受１に適用した場合につき説明したが、固定側軌道輪である外輪２の内側の両側部にシールを設けた転がり軸受であっても、この発明の回転センサ付軸受を同様に適用可能である。また、この発明は、固定側軌道輪が内輪である場合にも適用することかできる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係る回転センサ付軸受の縦断面図、（Ｂ）はその横断面図である。 この発明の他の実施形態に係る回転センサ付軸受の横断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る回転センサ付軸受の横断面図である。 この発明の参考提案例に係る回転センサ付軸受の横断面図である。 この発明の他の参考提案例に係る回転センサ付軸受の横断面図である。 従来例の縦断面図である。 同従来例における回転センサの構成を示す部分正面図である。 同回転センサの出力波形図である。

符号の説明

１，１Ａ…転がり軸受
２…外輪（固定側軌道輪）
３…ころ（転動体）
１０…回転軸（回転側部材）
１２…検出器
１３，１３Ａ，１３Ｂ…ロータ
１５…ヨーク
１６…検出コイル
１８…保護部材
Ｏ…固定側軌道輪の中心

Claims (7)

1. 固定側軌道輪と、転動体と、この転動体を保持する保持器とを有する転がり軸受において、前記転がり軸受はニードル軸受からなり、前記固定側軌道輪を鋼板のプレス加工品からなるシェル型の外輪とし、前記転がり軸受を組み込む回転側部材である回転軸の外径面と固定側軌道輪の内径面を軌道面として前記転動体が転動自在とされ、前記固定側軌道輪の端面よりも軸方向の内側に検出器を設け、前記回転軸における、前記検出器と対向する位置に、前記固定側軌道輪の中心と同心の回転中心回りに回転する偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータを配置し、前記検出器を巻線型の検出器とし、前記固定側軌道輪の内径面に、前記保持器と前記検出器との間に位置して、前記検出器の巻線が保持器に接触することを防止するリング状の板材からなる保護部材を設けた回転センサ付軸受。
2. 請求項１において、前記回転被検出部となるロータを、円周方向に複数の凸部が並ぶ多極カム形状輪とした回転センサ付軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記検出器の軸受径方向の内径側端が、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径よりも外径側に位置するものとした回転センサ付軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記検出器に対向する前記ロータの幅が、検出器のヨーク幅よりも大きいものとした回転センサ付軸受。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、偏心輪または多極カム形状輪の回転被検出部となるロータが、前記転動体が外周を転走する回転側部材の外径円の内径側に収まるものとした回転センサ付軸受。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、転動体を２列に配置し、両列の転動体の間に前記検出器を設けた回転センサ付軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記検出器と保護部材とを一体の部品として固定側軌道輪に取付けた回転センサ付軸受。

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