JP4840368B2 - ロータリエンコーダ用のロータ及びこれを有する車輪用転がり軸受装置 - Google Patents
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Description
本発明はロータリエンコーダ用のロータ及びこれを有する車輪用転がり軸受装置に関する。
図５は、従来の車輪用転がり軸受装置におけるロータリエンコーダの部分を示す断面図である。車輪用転がり軸受装置２１０は、図示しないナックルを介して車体側に固定された外輪２１０ａと、図示しない車輪が取り付けられた車軸に固定された内輪２１０ｂと、外輪２１０ａ及び内輪２１０ｂの間に配置された転動体としての複数の玉２１０ｃと、玉２１０ｃを収容するポケット部が等間隔に形成された保持器２１０ｄと、を備えている。
車輪用転がり軸受装置２１０の回転数を検出するロータリエンコーダは、車輪用転がり軸受装置２１０に固定されたロータ２２０と、このロータ２２０の回転を磁気的に検出する回転検出センサＳとから構成されている。
ロータ２２０は、ゴムにフィライトなどの磁性粉を混入して環状に形成され、周方向に交互にＳ極とＮ極に着磁された着磁部２２２と、この着磁部２２２を支持する環状の芯金部２２１とから構成されている。
ロータ２２０は、ゴムにフィライトなどの磁性粉を混入して環状に形成され、周方向に交互にＳ極とＮ極に着磁された着磁部２２２と、この着磁部２２２を支持する環状の芯金部２２１とから構成されている。
さらに芯金部２２１は、内輪２１０ｂの肩部２１０ｅの外周面に圧入嵌合された円筒状の円筒部２２１ａと、この円筒状の円筒部２２１ａの軸方向一端部から径方向外方へ延設されたフランジ部２２１ｂとを有している。芯金部２２１の断面はＬ字形状に形成されている。
着磁部２２２は、回転検出センサＳの検出部と軸方向に対向するように、フランジ部２２１ｂの側面に固定されている。
着磁部２２２は、回転検出センサＳの検出部と軸方向に対向するように、フランジ部２２１ｂの側面に固定されている。
この状態で、車輪の回転に伴って内輪２１０ｂに固定されたロータ２２０が回転すると、回転検出センサＳと対向する着磁部２２２の極性が交互に変化し、この磁界の変化を回転検出センサＳが車輪の回転数として出力する。
特開２００３−７５１９４号公報
上述の従来のロータ２２０には、次のような課題がある。
すなわち、ロータ２２０は、車輪用転がり軸受装置２１０の外輪２１０ａと内輪２１０ｂとの間の環状の空間内に配置されているので、着磁部２２２の径方向の寸法が制限され、着磁部２２２が発生する磁界を一定以上に強くすることができない。このため、ロータリエンコーダの検出感度を高めるには、回転検出センサＳの感度を高める必要が生じるが、感度の高いセンサは高価であるので、コストダウンが難しい。
すなわち、ロータ２２０は、車輪用転がり軸受装置２１０の外輪２１０ａと内輪２１０ｂとの間の環状の空間内に配置されているので、着磁部２２２の径方向の寸法が制限され、着磁部２２２が発生する磁界を一定以上に強くすることができない。このため、ロータリエンコーダの検出感度を高めるには、回転検出センサＳの感度を高める必要が生じるが、感度の高いセンサは高価であるので、コストダウンが難しい。
また、ロータ２２０の芯金部２２１の断面は、単純なＬ字形状に形成されているので、十分な板厚を確保しないと、フランジ部２２１ｂが軸方向に倒れ易くなる。フランジ部２２１ｂが軸方向に倒れると、着磁部２２２と回転検出センサＳとの軸方向の対向面間距離が変化するので、正確に回転数を検出することが困難になる。一方、芯金部２２１の板厚を厚くすると、プレス加工が困難となり、製造コストがアップする。
本発明は、パルサーリング（着磁部）の径方向の寸法を大きくすることなく強い磁界を発生することを可能にし、且つ、板厚を厚くすることなく芯金の強度をさらに向上してフランジ部の倒れを低減することを可能にし、正確に回転速度を検出することができるロータリエンコーダ用のロータ及びこれを用いた車輪用転がり軸受装置を提供することを目的とする。
本発明は、Ｎ極とＳ極が周方向に沿って交互に着磁されたパルサーリングと、このパルサーリングを回転軸の外周面に取り付けるための芯金とを備えており、この芯金が、前記回転軸の外周面に外嵌される円筒部と、この円筒部の軸方向一端部から径方向外側に延びる取付フランジとからなり、この取付フランジに前記パルサーリングが取り付けられているロータリエンコーダ用のロータにおいて、
前記円筒部と前記取付フランジとの間で構成されるコーナー部分に、前記円筒部の前記軸方向一端部側に膨らみかつ軸方向他端部側に向かって開口する膨出部が一体に形成され、この膨出部の内部に前記パルサーリングの一部が配置されていることを特徴とする。
前記円筒部と前記取付フランジとの間で構成されるコーナー部分に、前記円筒部の前記軸方向一端部側に膨らみかつ軸方向他端部側に向かって開口する膨出部が一体に形成され、この膨出部の内部に前記パルサーリングの一部が配置されていることを特徴とする。
これによって、限られた径方向長さの中で、従来技術よりもパルサーリングの断面積を大きくすることができる。このため、強い磁界が発生するロータを構成することができる。
また、膨出部は、円筒部の軸方向一端部側に膨らむように形成され、さらに、この膨らみの中にパルサーリングの一部が配置されているので、取付フランジの基端部の剛性が向上し、取付フランジの軸方向への倒れを低減することができる。
前記ロータは、例えば、車輪用転がり軸受装置に利用することができる。この場合、回転軸となる内輪の外周面にロータを取り付け、該ロータのパルサーリングに対向して磁気センサを配置すれば、回転軸（車輪）の回転数を検出することができる。
本発明によれば、径方向の寸法が小さくても強い磁界を発生し、かつ、芯金の取付フランジが回転軸の軸方向へ倒れるのを低減し、正確な回転速度検出が行うことができるロータリエンコーダ用のロータを得ることができる。
１ 車輪用転がり軸受装置
２ フランジ付き車軸
３ 軸本体
４ フランジ
５ 内輪部材
６ 外輪
７ 転動体
１０ 内輪
２０，７０ 芯金
２１，７１ 円筒部
２２，７２ 取付フランジ
２３，７３ 充填部
２４，７４ 第１端部（軸方向一端部）
２５，７５ 第２端部（軸方向他端部）
３０，８０ ロータ
３１，８１ パルサーリング
３２，８２ 磁気センサ
３３ ロータリエンコーダ
２ フランジ付き車軸
３ 軸本体
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５ 内輪部材
６ 外輪
７ 転動体
１０ 内輪
２０，７０ 芯金
２１，７１ 円筒部
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２３，７３ 充填部
２４，７４ 第１端部（軸方向一端部）
２５，７５ 第２端部（軸方向他端部）
３０，８０ ロータ
３１，８１ パルサーリング
３２，８２ 磁気センサ
３３ ロータリエンコーダ
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は車輪用転がり軸受装置１の縦断面図である。なお、図１においては、左側が車両アウター側であり、右側が車両インナー側である。また、図２〜４についても同様である。
車輪用転がり軸受装置１の基本構成は図１に示すようになっている。車輪とともに一体回転する軸本体３の軸方向一端には、フランジ４が設けられ、軸本体３とフランジ４とでフランジ付き車軸２が構成されている。このフランジ４の周方向数ヶ所には貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１に圧入されるボルト１４により、ブレーキディスクロータ６がフランジ４の車両アウター側の側面に固定される。
さらに、前記ブレーキディスクロータ６の車両アウター側の側面に、図示しない車輪がボルト１４によって固定されている。また、軸本体３の内周にはドライブシャフト１２が嵌合され、軸本体３とドライブシャフト１２とがナット１３により一体化される。
図１は車輪用転がり軸受装置１の縦断面図である。なお、図１においては、左側が車両アウター側であり、右側が車両インナー側である。また、図２〜４についても同様である。
車輪用転がり軸受装置１の基本構成は図１に示すようになっている。車輪とともに一体回転する軸本体３の軸方向一端には、フランジ４が設けられ、軸本体３とフランジ４とでフランジ付き車軸２が構成されている。このフランジ４の周方向数ヶ所には貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１に圧入されるボルト１４により、ブレーキディスクロータ６がフランジ４の車両アウター側の側面に固定される。
さらに、前記ブレーキディスクロータ６の車両アウター側の側面に、図示しない車輪がボルト１４によって固定されている。また、軸本体３の内周にはドライブシャフト１２が嵌合され、軸本体３とドライブシャフト１２とがナット１３により一体化される。
軸本体３の大径外周面３ｂは、単一の内輪軌道面となっている。軸本体３の小径外周面３ａには、単一の内輪軌道面を有する内輪部材５が外嵌されている。そして、軸本体３と、該軸本体３に外嵌される内輪部材５とで、回転軸となる内輪１０が構成されている。前記内輪１０の外周側は、固定側の外輪６で覆われている。この外輪６には、内輪１０の２列の軌道面に対応して、２列の外輪軌道面が設けられている。
そして、内輪１０の軌道面と、外輪６の軌道面と、二列で配設される複数の転動体７と、二つの保持器８、９で、車輪用転がり軸受装置１の軸受部１５が構成されている。なお、この軸受部１５は複列アンギュラ玉軸受となっている。
そして、内輪１０の軌道面と、外輪６の軌道面と、二列で配設される複数の転動体７と、二つの保持器８、９で、車輪用転がり軸受装置１の軸受部１５が構成されている。なお、この軸受部１５は複列アンギュラ玉軸受となっている。
外輪６の外周面には径方向外向きに突出した状態で、車体側のナックル１８に固定するための固定用フランジ１６が設けられている。また、外輪６の車両アウター側の端部とフランジ４との間にはシール材１７が設けられている。このシール材１７は、泥水等が軸受内部に浸入するのを防止する。ナックル１８には、パルサーリング（着磁部）３１の磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサ３２が取り付けられている。
図２は、図１の要部拡大図である。図２に示すように、パルサーリング３１は、内輪部材５の外周面に外嵌される芯金２０に取り付けられ、内輪１０とともに軸心回りに一体回転する。
このパルサーリング３１は環状であり、周方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に配置されている。また、パルサーリング３１は、フェライト等の強磁性粉末をゴム等の弾性材に混入したものが用いられている。芯金２０は鋼製であり、パルサーリング３１を支持するとともに、パルサーリング３１を内輪部材５へ取り付けるためにも使用されている。芯金２０を構成する鋼には、より強い磁界や磁束を得るために磁性を持たせている。
このパルサーリング３１は環状であり、周方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に配置されている。また、パルサーリング３１は、フェライト等の強磁性粉末をゴム等の弾性材に混入したものが用いられている。芯金２０は鋼製であり、パルサーリング３１を支持するとともに、パルサーリング３１を内輪部材５へ取り付けるためにも使用されている。芯金２０を構成する鋼には、より強い磁界や磁束を得るために磁性を持たせている。
そして、前記芯金２０と前記パルサーリング３１とからなるロータ３０と、磁気センサ３２とでロータリエンコーダ３３が構成される。前述のように、この磁気センサ３２はパルサーリング３１の磁束の変化を検出する。このため、パルサーリング３１の体積を大きくして強い磁界や磁束を得る方が好ましい。また、パルサーリング３１と磁気センサ３２との軸方向の間隔が広がったり狭くなったりすると、正確な回転数検出ができないため、パルサーリング３１を支持する芯金２０には高い強度が求められる。
図３は、本発明の第１の実施形態であるロータ３０を示す断面図である。なお、転がり軸受装置１の軸受部１５（図１）を基準として見た場合、図３におけるロータ３０よりも車両アウター側（左側）が軸方向内側となり、車両インナー側（右側）は軸方向外側となる。
芯金２０は、内輪部材５に外嵌された円筒部２１と、前記円筒部２１の軸方向内側（車両アウター側）の端部から径方向外向きに延びる取付フランジ２２とからなっている。前記取付フランジ２２の軸方向外側（車両インナー側）の側面には、パルサーリング３１が取り付けられている。
芯金２０は、内輪部材５に外嵌された円筒部２１と、前記円筒部２１の軸方向内側（車両アウター側）の端部から径方向外向きに延びる取付フランジ２２とからなっている。前記取付フランジ２２の軸方向外側（車両インナー側）の側面には、パルサーリング３１が取り付けられている。
取付フランジ２２をより詳細に説明する。ここでは、円筒部２１の軸方向内側の端部を第１端部２４、軸方向外側の端部を第２端部２５と呼ぶ。取付フランジ２２は、円筒部２１の第１端部２４から径方向外向きに途中まで延び、その後、径方向外向きの仮想線と鋭角を形成するように軸方向外向きに屈曲しており、再び径方向外向きに延びている。この屈曲している前記取付フランジ２２の一部と円筒部２１の一部によって、第２端部２５側に向かって開口する湾状の膨出部２３が構成される。すなわち、前記膨出部２３は、円筒部２１と取付フランジ２２との間のコーナー部分に設けられ、円筒部２１の第２端部２５とは反対側（円筒部２１の第１端部２４側）に膨らみかつその第２端部２５側に向かって開口している。そして、この膨出部２３の内部（開口側）全体にパルサーリング３１の一部が入れられている。
図４は、本発明の第２の実施形態であるロータ８０を示す断面図である。
本実施形態においても、芯金７０は、内輪部材５に外嵌された円筒部７１と、前記円筒部７１の軸方向内側（図４の左側；車両アウター側）の端部から径方向外向きに延びる取付フランジ７２とからなっている。前記取付フランジ７２の軸方向外側（図４の右側；車両インナー側）の側面には、パルサーリング８１が取り付けられている。
第２の実施形態においては膨出部７３が、断面楕円状の曲面よりなっている。具体的には、取付フランジ７２の径方向内側部分は、円筒部７１の車両アウター側の端部（第１端部）７４から、曲面を構成しつつ僅かに内輪５の軸方向内向きに延出し、途中から軸方向外向きに延出している断面半楕円状の曲面よりなる。この第２の実施形態においても、膨出部７３は、円筒部７１の第２端部７５とは反対側に膨らみかつその第２端部７５側に向かって開口している。そして、前記膨出部７３の内部（開口側）の全体にパルサーリング８１の一部が入れられている。
本実施形態においても、芯金７０は、内輪部材５に外嵌された円筒部７１と、前記円筒部７１の軸方向内側（図４の左側；車両アウター側）の端部から径方向外向きに延びる取付フランジ７２とからなっている。前記取付フランジ７２の軸方向外側（図４の右側；車両インナー側）の側面には、パルサーリング８１が取り付けられている。
第２の実施形態においては膨出部７３が、断面楕円状の曲面よりなっている。具体的には、取付フランジ７２の径方向内側部分は、円筒部７１の車両アウター側の端部（第１端部）７４から、曲面を構成しつつ僅かに内輪５の軸方向内向きに延出し、途中から軸方向外向きに延出している断面半楕円状の曲面よりなる。この第２の実施形態においても、膨出部７３は、円筒部７１の第２端部７５とは反対側に膨らみかつその第２端部７５側に向かって開口している。そして、前記膨出部７３の内部（開口側）の全体にパルサーリング８１の一部が入れられている。
第１，第２実施形態において、パルサーリング３１，８１としては、ゴムなどの弾性材（エラストマー）にフィライト粉などを混入したものの他に、合成樹脂（プラストマー）にフェライトなどの磁性粉を混入したものとしてもよい。
また、パルサーリング３１，８１を芯金２０，７０に取り付ける方法としては、予め芯金２０，７０の形状に沿った断面形状に形成したパルサーリング３１，８１を接着剤で芯金２０，７０に一時的に固定し、その後、熱を加えて完全に固着させる、いわゆる加硫接着により取り付ける方法がある。
また、ゴムの代わりに合成樹脂を用いた場合は、芯金２０，７０を金型にセットし、磁性粉を混入した合成樹脂を注入してインサート成形することも可能である。
また、パルサーリング３１，８１を芯金２０，７０に取り付ける方法としては、予め芯金２０，７０の形状に沿った断面形状に形成したパルサーリング３１，８１を接着剤で芯金２０，７０に一時的に固定し、その後、熱を加えて完全に固着させる、いわゆる加硫接着により取り付ける方法がある。
また、ゴムの代わりに合成樹脂を用いた場合は、芯金２０，７０を金型にセットし、磁性粉を混入した合成樹脂を注入してインサート成形することも可能である。
以上のように、円筒部２１，７１と取付フランジ２２，７２との間で構成されるコーナー部分に膨出部２３，７３を設け、膨出部２３，７３の内部にパルサーリング３１，８１の一部を入れているので、パルサーリング３１，８１の径方向の寸法が小さくてもパルサーリング３１，８１の体積を大きくすることができ、強い磁界や磁束を発生するロータ３０，８０を構成することができる。
また、膨出部２３，７３の膨らみがあり、尚かつ、膨出部２３，７３の内部全体を満たすようにパルサーリング３１，８１の一部が配置されているので、ロータ３０，８０の基端部側（内輪に取り付けられた径方向内側部分）の軸方向の厚みが大きくなり、ロータ３０，８０の基端部の剛性を高めることができる。そのため、ロータ３０，８０を内輪に取り付ける際などに、取付フランジ２２，７２に外力が加えられても取付フランジ２２，７２の軸方向への倒れを低減できる。
すなわち、磁気的強度と機械的強度が向上したロータ３０，８０を得ることができる。
また、膨出部２３，７３の膨らみがあり、尚かつ、膨出部２３，７３の内部全体を満たすようにパルサーリング３１，８１の一部が配置されているので、ロータ３０，８０の基端部側（内輪に取り付けられた径方向内側部分）の軸方向の厚みが大きくなり、ロータ３０，８０の基端部の剛性を高めることができる。そのため、ロータ３０，８０を内輪に取り付ける際などに、取付フランジ２２，７２に外力が加えられても取付フランジ２２，７２の軸方向への倒れを低減できる。
すなわち、磁気的強度と機械的強度が向上したロータ３０，８０を得ることができる。
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、他の変形例や応用例で実施する形態を含む。
例えば、膨出部の形状は、放物線状などの他の曲面状であってもよく、形状は問わない。この場合、膨出部の断面は、前述のように所謂曲面から構成されてはおらず、屈曲箇所が多く設けられた多角形に形成されていてもよい。例えば、膨出部の断面は、複数の直角から形成された略コの字状（芯金全体としては半凸字状）であってもよい。
さらに、取付フランジに膨出部が複数箇所設けられることにより、例えば芯金全体が断面Σ（大文字のシグマ）の字状になっていてもよい。
例えば、膨出部の形状は、放物線状などの他の曲面状であってもよく、形状は問わない。この場合、膨出部の断面は、前述のように所謂曲面から構成されてはおらず、屈曲箇所が多く設けられた多角形に形成されていてもよい。例えば、膨出部の断面は、複数の直角から形成された略コの字状（芯金全体としては半凸字状）であってもよい。
さらに、取付フランジに膨出部が複数箇所設けられることにより、例えば芯金全体が断面Σ（大文字のシグマ）の字状になっていてもよい。
また、このロータ３０が、深面玉軸受や円錐ころ軸受など他の形態の軸受に使用されたり、車輪用転がり軸受装置１ではなく工作機械用などの他の転がり軸受装置に使用されたりしてもよいことは言うまでもない。
Claims (2)
- Ｎ極とＳ極が周方向に沿って交互に着磁されたパルサーリングと、このパルサーリングを回転軸の外周面に取り付けるための芯金とを備えており、この芯金が、前記回転軸の外周面に外嵌される円筒部と、この円筒部の軸方向一端部から径方向外側に延びる取付フランジとからなり、この取付フランジに前記パルサーリングが取り付けられているロータリエンコーダ用のロータにおいて、
前記円筒部と前記取付フランジの間で構成されるコーナー部分に、前記円筒部の前記軸方向一端部側に膨らみかつ軸方向他端部側に向かって開口する膨出部が一体に形成され、この膨出部の内部に前記パルサーリングの一部が配置されていることを特徴とするロータリエンコーダ用のロータ。 - 回転軸となる内輪と、この内輪の外周側を覆う固定側の外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に介装された転動体と、前記回転軸の外周面に取り付けられた請求項１に記載のロータと、このロータの前記パルサーリングに対向して配置された磁束の変化をパルスとして検出する磁気センサとを備えている車輪用転がり軸受装置。
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