JP5641091B2 - センサ付き転がり軸受、モータ、及びアクチュエータ - Google Patents

センサ付き転がり軸受、モータ、及びアクチュエータ Download PDF

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Description

本発明は、軌道輪の回転の状態を測定するセンサを備える転がり軸受、並びに該転がり軸受を備えるモータ及びアクチュエータに関する。
従来、回転輪の回転の状態（例えば回転速度、回転数、回転方向を意味し、以下「回転状態」と記すこともある）を測定するセンサを備えた転がり軸受が知られている。このようなセンサ付き転がり軸受においては、センサが転がり軸受の軸方向一端側に取り付けられているので、軸方向他端側はシールを取り付けることにより密封可能であるものの、センサが取り付けられた軸方向一端側の密封には工夫が必要であった。
例えば特許文献１，２には、センサが取り付けられた軸方向一端側に異物の侵入を防止するための機構を設けて、センサや軸受内部への異物の侵入を抑制するセンサ付き転がり軸受が開示されている。このセンサ付き転がり軸受は、回転側軌道輪である内輪と、固定側軌道輪（非回転輪）である外輪と、これら両輪の間に転動自在に配された転動体と、軸受の回転状態を計測するセンサと、を備えている。
センサは、内輪と同一の回転状態で回転する被検出体と、該被検出体の回転状態を検出する検出体と、該検出体を収容するセンサハウジングとを備えており、被検出体は、内輪に固定されて内輪とともに回転するのに対し、検出体は、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に収容された状態で、外輪に固定されている。そして、センサハウジングには、内輪とセンサハウジングとの間の隙間からの異物の侵入を防止するための機構が設けられている。
特許文献１に開示のセンサ付き転がり軸受には、内輪とセンサハウジングとの間の隙間からの異物の侵入を防止するための機構として、以下のような構成の異物侵入防止部が設けられている。すなわち、被検出体は、内輪に固定された被検出体ホルダに取り付けられた状態で、内輪とともに回転しており、異物侵入防止部は、センサハウジングの被検出体ホルダとの対向面に対し、全周にわたって被検出体ホルダへ向けて突出して形成されている。そして、センサハウジングは、異物侵入防止部の突出端部が被検出体ホルダと所定間隔を空けて対向するように位置付けられており、異物侵入防止部の突出端部と被検出体ホルダとの対向間隔は、被検出体と検出体との対向間隔よりも小さく設定されている。
また、特許文献２に開示のセンサ付き転がり軸受には、内輪とセンサハウジングとの間の隙間からの異物の侵入を防止するための機構として、以下のような構成の異物侵入防止部材が設けられている。すなわち、被検出体は、内輪に固定された被検出体ホルダに取り付けられた状態で、内輪とともに回転しており、異物侵入防止部材は、その一部が弾性材で形成されており、軸方向の一端側がセンサハウジングに固定されているとともに、他端側に形成されたシールリップが被検出体ホルダ又は内輪側面に摺接されている。
特開２００８−１６４１４３号公報 特開２００８−１６４１４２号公報
しかしながら、特許文献１に開示のセンサ付き転がり軸受では、異物侵入防止部の突出端部と被検出体ホルダとの対向間隔が、被検出体と検出体との対向間隔よりも小さく設定されているので、異物侵入防止部が被検出体ホルダに接触するおそれがあった。そのため、接触抵抗が大きくなり、センサ付き転がり軸受の円滑な回転に支障が出るおそれがあるという問題点があった。
また、特許文献２に開示のセンサ付き転がり軸受では、シールリップが被検出体ホルダ又は内輪側面に摺接するため、接触抵抗が大きくなり、センサ付き転がり軸受の円滑な回転に支障が出るおそれがあるという問題点があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、軸受内部への異物の侵入が生じにくく、円滑に回転可能なセンサ付き転がり軸受、モータ、及びアクチュエータを提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るセンサ付き転がり軸受は、回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の４つの条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを満足することを特徴とする。
条件Ａ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
条件Ｂ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
条件Ｃ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
条件Ｄ：前記異物侵入防止部は、前記回転輪と前記センサハウジングとを隙間を介して対向させることにより構成される非接触シールであり、前記隙間の大きさは前記センサギャップと略同一である。
この態様のセンサ付き転がり軸受においては、軸方向軸受内部側に向かって突出する凸部が前記センサハウジングに形成されており、前記凸部と前記回転輪とを隙間を介して対向させることにより前記非接触シールが構成されていてもよい。
また、本発明の他の態様に係るセンサ付き転がり軸受は、回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の４つの条件Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを満足することを特徴とする。
条件Ｅ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
条件Ｆ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
条件Ｇ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
条件Ｈ：前記回転輪の側面に沿って径方向に延びる延長部が前記センサハウジングに設けられており、該延長部には前記回転輪の側面に対向する平面が形成されており、該平面と前記回転輪の側面との間に形成された径方向に延びる隙間で前記異物侵入防止部が構成されている。
この態様のセンサ付き転がり軸受においては、前記平面と前記回転輪の側面との間の隙間の大きさは前記センサギャップと略同一であってもよい。また、前記延長部の軸方向軸受外部側の面は軸方向軸受内部側に向かって傾斜する傾斜面となっていて、前記延長部は延長方向先端に向かって先細りに形成されていてもよい。
さらに、本発明の他の態様に係るセンサ付き転がり軸受は、回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の４つの条件Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌを満足することを特徴とする。
条件Ｉ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
条件Ｊ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
条件Ｋ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
条件Ｌ：前記異物侵入防止部は、前記回転輪に対向する前記センサハウジングの対向部に取り付けられた磁石である。
さらに、本発明の他の態様に係るモータは、上記センサ付き転がり軸受を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の他の態様に係るアクチュエータは、上記モータを備えることを特徴とする。
本発明のセンサ付き転がり軸受、モータ、及びアクチュエータは、異物侵入防止部を備えているため、軸受内部への異物の侵入が生じにくく、異物侵入防止部において回転部と非回転部が非接触であるため、円滑に回転可能である。
本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。 本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第二実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。 本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第三実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。
本発明に係るセンサ付き転がり軸受、モータ、及びアクチュエータの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。
第一実施形態の深溝玉軸受１０は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１及び外輪２の間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。なお、保持器４は備えていなくてもよい。また、内輪１の外周面及び外輪２の内周面の間に形成された軸受内部空間に、潤滑剤（例えば潤滑油，グリース）を封入してもよい。
この深溝玉軸受１０においては、内輪１の内周面が例えば回転シャフト（図示せず）に嵌合されて、内輪１が回転可能な回転輪とされている。また、外輪２の外周面が例えば軸受ハウジング（図示せず）に固定されて、外輪２が、回転輪である内輪１を回転可能に支持する固定輪（すなわち非回転輪）とされている。すなわち、深溝玉軸受１０は、回転シャフトと軸受ハウジングとの間に介装され、軸受ハウジングに対して回転シャフトを回転可能に支持している。ただし、これとは逆に、内輪１を固定輪とし、外輪２を回転輪としてもよいことは勿論である。
そして、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆う密封装置５（接触式、非接触式いずれでもよく、例えば鋼製のシールドやゴムシールがあげられる）が、深溝玉軸受１０の軸方向（軸受中心軸方向）の一方の端部のみに備えられており、他方の端部には、回転輪である内輪１の回転の状態（例えば回転速度、回転数、回転方向）を測定するセンサ２０が取り付けられている。なお、深溝玉軸受１０の軸方向両端部のうち、センサ２０が取り付けられている側を「センサ側」、センサ２０が取り付けられていない側を「反センサ側」と記すこともある。
次に、センサ２０の構成について説明する。センサ２０は、回転輪である内輪１と一体に回転可能に内輪１に取り付けられた被検出部２２と、被検出部２２とセンサギャップを空けて対向するように固定輪である外輪２に取り付けられた検出部２４と、を有している。そして、内輪１の回転に伴って内輪１と同一の回転状態で回転する被検出部２２の回転の状態を、検出部２４によって測定できるようになっている。
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の状態変化を検出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説明する。そして、この磁気センサの被検出部２２として、多極に着磁された環状の磁石（以下、「エンコーダ２２」と記すこともある）を適用するとともに、検出部２４として、磁気状態の変化（例えば磁束密度の変動）を検出する磁気検出素子（以下、「磁気検出素子２４」と記すこともある）を適用している。この磁気検出素子としては、例えばホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子が使用可能である。
なお、エンコーダ２２に着磁させる磁極数は、内輪１の回転速度や磁気検出素子２４の検出精度などに応じて任意に設定すればよい。例えば、エンコーダ２２は、その内周面（磁極面）に、Ｎ極とＳ極とを交互に５０個ずつ一定のピッチで周方向に着磁させた合計１００極の磁極を有する環状磁石とすることができる。
ただし、被検出部２２として、上記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、センサ２０には、所定の回路が配線された基板（図示せず) が設けられており、基板によって磁気検出素子２４に電源装置（図示せず) から電力が供給されるとともに、磁気検出素子２４から出力された信号（エンコーダ２２の回転状態を示す電気信号) が信号処理部（図示せず) に送信されるセンサ構造となっている。この場合、磁気検出素子２４や信号処理部は、基板に直接接続させてもよいし、信号ケーブル（図示せず) などを介して接続させてもよい。
さらに、本実施形態の深溝玉軸受１０において、エンコーダ２２は、内輪１に固定されて、内輪１とともに回転している。図１に示す構成においては、一例として、エンコーダ２２が磁石保持具３２（以下、「エンコーダホルダ３２」と記す) の外径部に、例えば接着、溶接等の慣用の固着手段で固定され、エンコーダホルダ３２を内輪１に取り付けることで、内輪１に対して固定されている。
なお、エンコーダホルダ３２は環状をなし、外輪２、転動体３、保持器４、及び後述するセンサハウジング２６と接触しないように、その内径部が内輪１の外周面に設けられた溝に圧入され加締め固定されている。これにより、センサ２０は、エンコーダ２２が磁気検出素子２４と対向した状態で、外輪２、転動体３、及び保持器４といずれも接触することなく、内輪１と同一の回転状態で内輪１とともに回転することができる。
一方、磁気検出素子２４は、径方向のセンサギャップを空けてエンコーダ２２と対向するように、基板と接続された状態で略環状のセンサハウジング２６に保持されており、センサハウジング２６を収容する略環状のセンサカバー２８を外輪２の軸方向端部（センサ側）に取り付けることで、外輪２に対して固定されている。センサカバー２８は、その外径部が外輪２に固定され、深溝玉軸受１０が回転シャフトに取り付けられた際にはセンサカバー２８の内径部の先端と回転シャフトの外周面との間に所定の隙間が生じるように構成されている。ただし、センサハウジング２６を直接外輪２に取り付けることが可能ならば、深溝玉軸受１０はセンサカバー２８を備えていなくてもよい。
なお、図１に示す例では、磁気検出素子２４の径方向外方の面とエンコーダ２２の内周面（磁極面) とが径方向のセンサギャップを空けて対向するように、磁気検出素子２４がエンコーダ２２に対して位置付けられているが、磁気検出素子２４とエンコーダ２２の相対的な位置関係は、磁気検出素子２４の素子配設面とエンコーダ２２の磁極面とが対向していれば、図１に示す相対位置に限定されるものではない。
例えば、磁気検出素子２４の径方向内方の面とエンコーダ２２の外周面とを対向させてもよいし、磁気検出素子２４の軸方向端面とエンコーダ２２の軸方向端面とを対向させてもよい。これらの場合には、相互の対向面である磁気検出素子２４の径方向内方の面又は軸方向端面を素子配設面として構成するとともに、エンコーダ２２の外周面又は軸方向端面を磁極面として構成すればよい。
センサハウジング２６は、その外径寸法が外輪２の外径寸法よりも小寸、且つ外輪２の内径寸法よりも大寸で、その内径寸法が内輪１の外径寸法よりも小寸、且つ内輪１の内径寸法よりも大寸の環状に形成されている。また、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１に固定されたエンコーダ２２と非接触状態となるように、軸方向端面に全周にわたって凹状の溝２６ｍ（以下、「エンコーダ軌道溝２６ｍ」と記す) が形成されている。
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、前記軸方向端面がエンコーダ２２の端面と非接触状態となるように、センサハウジング２６の径方向長さを設定してもよいし、あるいは、センサハウジング２６が固定されたセンサカバー２８を外輪２に対して位置決めしてもよい。センサハウジング２６とセンサカバー２８との固定方法としては、例えば、嵌合、溶着、接着や溶接、あるいは締結など、任意の方法を用いればよい。
また、センサカバー２８は、その外径寸法が外輪２の外径寸法と略同寸で、その内径寸法が内輪１の外径寸法よりも小寸、且つ内輪１の内径寸法よりも大寸の環状に形成され、外径部が外輪２に固定された状態で、内径部の先端と深溝玉軸受１０の回転シャフトの外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。
ここで、センサ２０に設ける磁気検出素子２４の数は、深溝玉軸受１０の回転状態の測定に対して要求され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。すなわち、センサ２０は、１つの磁気検出素子２４でのみ深溝玉軸受１０の回転状態を測定する構成であってもよいし、２つ以上の磁気検出素子２４で深溝玉軸受１０の回転状態を測定する構成であってもよい。
２つ以上の磁気検出素子２４を取り付ける場合には、その周方向位置を考慮することが望ましい。例えば、２つの磁気検出素子２４をセンサ２０に対して設けた場合は、当該２つの磁気検出素子２４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（Ｎ極Ｓ極の１極対（すなわちＮ極、Ｓ極各１極の対）によって生じる磁束密度の変化を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、基板に対して接続すればよい。これにより、かかる位相差を考慮して各磁気検出素子２４における磁気変化の検出結果を比較することで回転方向を検出できるなど、より正確に深溝玉軸受１０（具体的には、内輪１及びエンコーダ２２) の回転状態を測定することができる。
なお、上記した本実施形態においては、センサハウジング２６、センサカバー２８、及びエンコーダホルダ３２の材質については特に説明しなかったが、センサ付き転がり軸受の用途に応じて任意の材料を選択することができる。
エンコーダ２２と磁気検出素子２４を、前述したように内輪１及び外輪２に対して位置付けることで、エンコーダ２２が磁気検出素子２４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) が磁気検出素子２４の径方向外方面（素子配設面) と対向した状態で、内輪１とともに回転する構造とすることができる。
すなわち、深溝玉軸受１０において、内輪１が回転すると、これとともにエンコーダ２２も回転し、磁気検出素子２４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、磁気検出素子２４を通過する磁束（より具体的には、磁束の磁束密度) が連続的に変化し、かかる変化を磁気検出素子２４により検出することで、エンコーダ２２の位置や角度などの情報を得ることができる。
そして、磁気検出素子２４によって検出された磁束密度の変化を基板で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（図示せず) 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、深溝玉軸受１０（具体的には、エンコーダ２２が固定された内輪１) の回転状態を測定することが可能となる。
なお、この場合は、センサ２０の基板（磁気検出素子２４) と信号処理部とは、図示しない信号ケーブルで接続され、当該信号ケーブルを介して前述した電気信号が信号処理部へ送信（出力) されている。
このような本実施形態の深溝玉軸受１０には、図１に示すように、内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間から軸受内部への鉄粉、鉄片、塵埃等の異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。軸受内部に異物が侵入すると、深溝玉軸受１０の回転に支障が生じるおそれがある。また、軸受内部に異物が侵入し、被検出部であるエンコーダ２２と検出部である磁気検出素子２４との対向部分、具体的には、エンコーダ２２の内周面（磁極面) と磁気検出素子２４の径方向外方面（素子配設面) との対向部分に異物が侵入すると、センサ２０による内輪１の回転状態の測定に支障が生じるおそれがある。
ここで、この異物侵入防止部について、以下に説明する。図１に示すように、内輪１の軸方向端部の外周面側に形成されている角部と、センサハウジング２６の径方向内方端部の軸方向軸受内部側に形成されている角部とが隙間を空けて対向しており、この隙間の大きさは、部品の公差や深溝玉軸受１０の隙間を考慮して、磁気検出素子２４とエンコーダ２２のセンサギャップと略同一とされている。この内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間は小さく、非接触シールを構成するので、異物侵入防止部として機能する。
本実施形態の深溝玉軸受１０は、密封装置５によって反センサ側が密封されているとともに、異物侵入防止部によってセンサ側が密封されている。そのため、センサ２０及び軸受内部に鉄粉、鉄片、塵埃等の異物が侵入することが防止される。埃、塵等のゴミ類が深溝玉軸受１０の内部に到達することが抑制されるため、深溝玉軸受１０の回転に支障が生じにくく、長期間にわたって深溝玉軸受１０の軸受性能が維持される。
また、鉄粉、鉄片等の磁性体がエンコーダ２２や磁気検出素子２４に到達することが抑制されるので、センサ２０による内輪１の回転状態の測定に支障が生じにくく、長期間にわたって内輪１の回転の状態をセンサ２０で高精度に測定することができる。
さらに、内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間の大きさが、磁気検出素子２４とエンコーダ２２のセンサギャップよりも小さいと、内輪１とセンサハウジング２６とが接触するおそれがあり、接触抵抗が大きくなって深溝玉軸受１０の円滑な回転に支障が出るおそれがあるが、本実施形態においては内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間の大きさが、磁気検出素子２４とエンコーダ２２のセンサギャップと略同一とされているので、内輪１とセンサハウジング２６とが接触しにくい。よって、内輪１とセンサハウジング２６とが接触することなく深溝玉軸受１０が密封されるので、深溝玉軸受１０は円滑に回転可能である。
内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間の大きさを小さくし、磁気検出素子２４とエンコーダ２２のセンサギャップと略同一に設定する手段は特に限定されるものではないが、図１に示すように、センサハウジング２６に凸部３４を設ける手段が好適である。すなわち、センサハウジング２６の軸方向端面（深溝玉軸受１０に相対する面）に、軸方向軸受内部側に向かって突出する例えば円筒形状の凸部３４を設け、凸部３４の側面と内輪１の外周面とをラジアル方向の隙間を介して対向させる。そして、このラジアル方向の隙間の大きさを、前記センサギャップと略同一に設定する。
センサハウジング２６の軸方向端面はエンコーダホルダ３２と対向しているが、両者が接触した場合に接触抵抗が大きくなることを防止するためには、センサハウジング２６の軸方向端面を凸形状に形成して（凸部３４を設けて）、上記のように内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間の大きさを調整することが好ましい。凸部３４であれば、エンコーダホルダ３２と接触した場合に接触面積が小さいので、接触抵抗が大きくなることが抑制される。
〔第二実施形態〕
本発明に係る回転センサ付き転がり軸受の第二実施形態である深溝玉軸受の構造を、図２を参照しながら詳細に説明する。ただし、第二実施形態の深溝玉軸受１０の構成及び作用効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図２においては、図１と同一又は相当する部分には、図１と同一の符号を付してある。
第二実施形態の深溝玉軸受１０には、図２に示すように、内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間から軸受内部への鉄粉、鉄片、塵埃等の異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。ここで、第二実施形態の異物侵入防止部について、以下に説明する。
第一実施形態においては、センサハウジング２６の径方向内方端部は、内輪１の外周面の径方向位置の近傍に位置していたが、第二実施形態においては、センサハウジング２６の径方向内方端部は、内輪１の内周面と外周面との径方向略中間位置に位置している。
すなわち、図２に示すように、内輪１の側面に沿って径方向内方に延びる延長部３６がセンサハウジング２６に設けられており、これによりセンサハウジング２６の径方向内方端部が、内輪１の内周面と外周面との径方向略中間位置に位置している。なお、延長部３６は、センサハウジング２６の径方向内方端部が内輪１の内周面の径方向位置の近傍に位置するように、径方向内方に延びていてもよい。
延長部３６には、内輪１の側面に対向する平面３６ａが形成されており、平面３６ａと内輪１の側面とは径方向に長く延びる隙間を介して対向しているので、軸受外部から軸受内部までの経路が長くなる。そのため、平面３６ａと内輪１の側面との間の隙間が非接触シールを構成するので、異物侵入防止部として機能する。
なお、平面３６ａと内輪１の側面との間の隙間の大きさは、部品の公差や深溝玉軸受１０の隙間を考慮して、磁気検出素子２４とエンコーダ２２のセンサギャップと略同一とすることが好ましい。そうすれば、平面３６ａと内輪１の側面との間の隙間が小さいため、シール性能がより向上する。
第二実施形態の深溝玉軸受１０は、密封装置５によって反センサ側が密封されているとともに、異物侵入防止部によってセンサ側が密封されている。そのため、センサ２０及び軸受内部に鉄粉、鉄片、塵埃等の異物が侵入することが防止される。埃、塵等のゴミ類が深溝玉軸受１０の内部に到達することが抑制されるため、深溝玉軸受１０の回転に支障が生じにくく、長期間にわたって深溝玉軸受１０の軸受性能が維持される。
また、鉄粉、鉄片等の磁性体がエンコーダ２２や磁気検出素子２４に到達することが抑制されるので、センサ２０による内輪１の回転状態の測定に支障が生じにくく、長期間にわたって内輪１の回転の状態をセンサ２０で高精度に測定することができる。さらに、内輪１とセンサハウジング２６とが接触することなく深溝玉軸受１０が密封されるので、深溝玉軸受１０は円滑に回転可能である。
さらに、図２に示すように、延長部３６の軸方向軸受外部側の面を、軸方向軸受内部側に向かって傾斜する傾斜面３６ｂとして、延長部３６を径方向内方（延長方向先端）に向かって先細りに形成することが好ましい。そうすれば、センサハウジング２６を外輪２に取り付けて深溝玉軸受１０を組み立てる際に、センサハウジング２６に対して作用する軸方向軸受内部側に向く衝撃が傾斜面３６ｂに負荷されるため、センサハウジング２６に対して作用する前記衝撃を緩和することができる。
〔第三実施形態〕
本発明に係る回転センサ付き転がり軸受の第三実施形態である深溝玉軸受の構造を、図３を参照しながら詳細に説明する。ただし、第三実施形態の深溝玉軸受１０の構成及び作用効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図３においては、図１と同一又は相当する部分には、図１と同一の符号を付してある。
第三実施形態の深溝玉軸受１０には、図３に示すように、内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間から軸受内部への鉄粉、鉄片等の磁性体異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。ここで、第三実施形態の異物侵入防止部について、以下に説明する。
図３に示すように、内輪１の軸方向端部の外周面側に形成されている角部と、センサハウジング２６の径方向内方端部の軸方向軸受内部側に形成されている角部とが隙間を空けて対向しており、内輪１に対向するセンサハウジング２６の角部に磁石３８が取り付けられている。この磁石３８は、鉄粉、鉄片等の磁性体異物を吸着し、内輪１とセンサハウジング２６との間の隙間から軸受内部への鉄粉、鉄片等の磁性体異物の侵入を防止するので、異物侵入防止部として機能する。
磁石３８をセンサハウジング２６の角部に取り付ける方法は特に限定されるものではなく、例えば、成形磁石をセンサハウジング２６の角部に接着等の慣用の固着手段により取り付けてもよいし、成形磁石をセンサハウジング２６と一体成形してもよい。ただし、センサ２０の出力に対して影響が出ないように、磁石３８の磁束密度を適宜設定する必要がある。
第三実施形態の深溝玉軸受１０は、密封装置５によって反センサ側が密封されているとともに、異物侵入防止部によってセンサ側が密封されている。そのため、センサ２０及び軸受内部に鉄粉、鉄片等の磁性体異物が侵入することが防止される。異物が深溝玉軸受１０の内部に到達することが抑制されるため、深溝玉軸受１０の回転に支障が生じにくく、長期間にわたって深溝玉軸受１０の軸受性能が維持される。
また、鉄粉、鉄片等の磁性体異物がエンコーダ２２や磁気検出素子２４に到達することが抑制されるので、センサ２０による内輪１の回転状態の測定に支障が生じにくく、長期間にわたって内輪１の回転の状態をセンサ２０で高精度に測定することができる。さらに、内輪１とセンサハウジング２６とが接触することなく深溝玉軸受１０が密封されるので、深溝玉軸受１０は円滑に回転可能である。
なお、以上説明した第一、第二、及び第三実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は第一、第二、及び第三実施形態に限定されるものではない。例えば、第一、第二、及び第三実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，自動調心ころ軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
また、第一、第二、及び第三実施形態の異物侵入防止部は、図１〜３に示すように、それぞれ単独で深溝玉軸受１０に適用することができるが、２種又は３種の異物侵入防止部を組み合わせて深溝玉軸受１０に適用することも可能である。例えば、第一及び第二実施形態の異物侵入防止部を組み合わせて、図１のセンサハウジング２６に、内輪１の側面に沿って径方向内方に延びる延長部を設けてもよい。
また、第一及び第三実施形態の異物侵入防止部を組み合わせて、図１のセンサハウジング２６の凸部３４の根元部等に鉄粉、鉄片等の磁性体異物を吸着する磁石を取り付けてもよい。さらに、第二及び第三実施形態の異物侵入防止部を組み合わせて、図２のセンサハウジング２６の平面３６ａにおけるいずれかの部分に鉄粉、鉄片等の磁性体異物を吸着する磁石を取り付けてもよい。
さらに、第一、第二、又は第三実施形の深溝玉軸受１０を、モータに組み込んでもよい。深溝玉軸受１０は、モータの固定側と回転軸との間に設けられて、回転軸の回転速度、回転角等を検出するために使用される。このようなセンサ付き転がり軸受を備えるモータは、電動フォークリフト等車両の駆動に用いられるモータ、車両の電動パワーステアリング装置のアシストトルクを発生させるモータ、***作物を任意の角度に移動、位置決めするダイレクトドライブモータ等として好適である。
また、このモータを組み込んでアクチュエータを構成することも可能である。例えば、このモータの回転軸にボールねじを連結して、モータによる回転を直動に変換し、***作物を直線方向に移動、位置決めするアクチュエータを構成することが可能である。また、このモータを備える上記電動パワーステアリング装置や上記ダイレクトドライブモータもアクチュエータである。モータ内においても、外部からの塵埃の混入や回転による摩耗等により発生する異物の混入は考えられるため、本実施形態のような構成は有用である。
１ 内輪
１ａ 軌道面
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 転動体
１０ 深溝玉軸受
２０ センサ
２２ エンコーダ
２４ 磁気検出素子
２６ センサハウジング
２８ センサカバー
３２ エンコーダホルダ
３４ 凸部
３６ 延長部
３６ａ 平面
３６ｂ 傾斜面
３８ 磁石

Claims (5)

  1. 回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の５つの条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｍを満足することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
    条件Ａ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
    条件Ｂ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
    条件Ｃ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
    条件Ｄ：前記異物侵入防止部は、前記回転輪と前記センサハウジングとを隙間を介して対向させることにより構成される非接触シールであり、前記隙間の大きさは前記センサギャップと略同一である。
    条件Ｍ：軸方向軸受内部側に向かって突出する凸部が前記センサハウジングの軸方向端面に形成されており、前記凸部の側面と前記回転輪の外周面とをラジアル方向の隙間を介して対向させることにより前記非接触シールが構成される。
  2. 回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の６つの条件Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｎ，Ｏを満足することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
    条件Ｅ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
    条件Ｆ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
    条件Ｇ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
    条件Ｈ：前記回転輪の側面に沿って径方向に延びる延長部が前記センサハウジングに設けられており、該延長部には前記回転輪の側面に対向する平面が形成されており、該平面と前記回転輪の側面との間に形成された径方向に延びる隙間で前記異物侵入防止部が構成されている。
    条件Ｎ：前記平面と前記回転輪の側面との間の隙間の大きさは前記センサギャップと略同一である。
    条件Ｏ：前記延長部の軸方向軸受外部側の面は軸方向軸受内部側に向かって傾斜する傾斜面となっていて、前記延長部は延長方向先端に向かって先細りに形成されている。
  3. 回転可能な回転輪と、前記回転輪を回転可能に支持する固定輪と、前記回転輪が有する軌道面と前記固定輪が有する軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記回転輪の回転の状態を測定するセンサと、を備え、以下の５つの条件Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｐを満足することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
    条件Ｉ：前記センサは、前記回転輪と一体に回転可能に前記回転輪に取り付けられた被検出部と、前記被検出部とセンサギャップを空けて対向するように前記固定輪に取り付けられた検出部と、を有し、前記回転輪の回転に伴う前記被検出部の回転の状態を前記検出部によって測定するようになっている。
    条件Ｊ：前記検出部は、前記検出部を保持する略環状のセンサハウジングを介して前記固定輪に取り付けられており、前記センサハウジングは、前記固定輪の軸方向端部に取り付けられている。
    条件Ｋ：前記回転輪と前記センサハウジングとの間の隙間から軸受内部への異物の侵入を防止する異物侵入防止部が設けられている。
    条件Ｌ：前記異物侵入防止部は、前記回転輪に対向する前記センサハウジングの対向部に取り付けられた磁石である。
    条件Ｐ：前記回転輪の軸方向端部の外周面側に形成されている角部と、前記センサハウジングの径方向内方端部の軸方向軸受内部側に形成されている角部とが隙間を空けて対向しており、前記回転輪に対向する前記センサハウジングの角部に前記磁石が取り付けられている。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ付き転がり軸受を備えることを特徴とするモータ。
  5. 請求項４に記載のモータを備えることを特徴とするアクチュエータ。
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