JP6713269B2 - 回転検出装置付き軸受 - Google Patents

Description

この発明は、軸受に回転検出装置を装備した回転検出装置付き軸受に関し、特に、センサ素子を実装したフレキシブルなプリント基板を固定する際に適用される技術に関する。

従来、回転センサ付き転がり軸受は、例えば、電気回路基板としてフレキシブルなプラスチック基板を用いることで、基板を湾曲させてセンサハウジングの周壁等の限られたスペースに装着でき、その軸方向長さを短縮することが可能となる（特許文献１）。
他の回転センサ付き転がり軸受は、電気回路基板をプラスチックフィルムで形成し、そのフィルムの厚さに対する軸受外輪の外径半径の比率を一定の範囲（５０から２００）に設定することにより、前記電気回路基板の断線等を防止している（特許文献２）。

特開２００２−２９６２８９号公報 特開２００４−１２５４５５号公報

特許文献１，２に開示されている回転センサ付き軸受は、電気回路基板（プリント基板）としてフレキシブル性を有する基板を用いることで、センサハウジングの軸方向の長さを短縮することが可能とされる。フレキシブル性のある基板には検出素子（センサ素子）や電子部品が実装され、センサハウジングに設けた円弧状の溝に基板が嵌め込まれる。その後、通常、樹脂モールド材が溝内に流し込まれて、センサハウジング内に電気回路基板を固定する。

しかしながら、フレキシブル性のある基板は薄くて柔軟性があるため、検出素子部で湾曲による応力が発生し、半田クラックが発生することも想定される。また、センサハウジングに設けた溝に、フレキシブル性を有する基板を挿入後、磁気センサ（検出素子）と磁気エンコーダとの隙間を調整しようとしても、センサの位置合わせが難しい。
特に、磁気センサの内部で磁気信号を処理して着磁極対数よりも多くのパルスを出力可能な高分解能検出、あるいは絶対角検出が可能な磁気センサを用いる場合、磁気センサと磁気エンコーダとの位置合わせ（隙間、偏心）が検出精度に影響するため、重要になる。

また、検出素子や電子部品を実装したフレキシブル基板の厚みに合わせて形成した溝は、検出素子のがたつきを抑えるいわゆる「ガタ詰め」を考慮すると狭く設計される。このため、樹脂モールド材を溝内に流し込むには、ノズル径の小さな充填針を用いる必要があり、溝底までしっかり充填されない場合も想定される。

この発明の目的は、フレキシブル性を有するプリント基板を用いても、高分解能検出または絶対角検出が可能な磁気センサをセンサハウジングに対して正確に位置決めすると共に、センサハウジングにプリント基板を固定する作業を容易化することが可能な回転検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置付き軸受は、軸受の回転輪に固定された磁気エンコーダと、前記軸受の固定輪に固定されたセンサハウジングと、このセンサハウジングに設けられるフレキシブルなプリント基板とを備え、
前記磁気エンコーダはＮ極、Ｓ極が交互に着磁された磁気トラックを有し、この磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサが前記プリント基板に実装された回転検出装置付き軸受であって、
前記プリント基板における、前記磁気センサが実装される実装面とは反対側の裏面に、補強板が設けられ、かつ、前記磁気センサの設置位置と前記補強板の設置位置が軸方向および周方向で重複し、
前記センサハウジングに前記補強板の表面を押し当てる基準面が形成され、
前記センサハウジングには、前記磁気センサを前記センサハウジングに対し軸方向および周方向に位置決めする位置決め手段が設けられ、
前記補強板が基準面に押し当てられた状態で、前記プリント基板もしくは前記補強板は前記センサハウジングに固定され、前記センサハウジングに前記磁気センサが挿入される開口部が形成され、前記位置決め手段は、前記磁気センサの軸方向一端面が当接する前記開口部における底面を成す軸方向位置決め部と、前記磁気センサの側面が当接する前記開口部における周方向側面を成す周方向位置決め部とを有することを特徴とする。

この構成によると、プリント基板における、磁気センサが実装される実装面とは反対側の裏面に、補強板が設けられるため、プリント基板が湾曲しても磁気センサの半田接続部に応力が発生せず、半田クラックの発生を回避することができる。またセンサハウジングの基準面に補強板の表面を押し当てるだけで、磁気トラックと磁気センサとの隙間が定められた大きさだけ確保される。このため、前記隙間を調整するのが容易になる。

位置決め手段は、磁気センサをセンサハウジングに対し軸方向および周方向に位置決めする。このため、補強板をプリント基板に接着する際の位置調整は不要となり、工程を簡略化できる。位置決め手段により磁気センサの位置決め精度が向上するため、高分解能検出または絶対角検出が可能な磁気センサを用いる場合でも、精度良く出力される。
またセンサハウジングにプリント基板を固定すべく樹脂モールド材を充填する際、センサハウジングに設けた溝の幅は、補強板を挿入する箇所で広くなるので、充填作業が容易になる。

前記補強板の表面と前記センサハウジングの前記基準面とは面接触するものとしても良い。この場合、センサハウジング基準面に対し磁気センサが不所望に傾くことを防止し、磁気エンコーダと磁気センサとの平行が保たれる。

前記センサハウジングに前記磁気センサが挿入される開口部が形成され、前記位置決め手段は、前記磁気センサの軸方向一端面が当接する前記開口部における底面を成す軸方向位置決め部と、前記磁気センサの側面が当接する前記開口部における周方向側面を成す周方向位置決め部とを有する。
この場合、センサハウジングの開口部における底面に、磁気センサの軸方向一端面を当接させることで、センサハウジングに対する磁気センサの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。センサハウジングの開口部における周方向側面に磁気センサの側面が当接することで、センサハウジングに対する磁気センサの周方向の位置決めを容易に行うことができる。

前記プリント基板の前記実装面および前記裏面のいずれか一方の面に配線引き出し用パターン領域が設けられ、前記プリント基板における、前記配線引き出し用パターン領域とは反対側の面に補強部材が設けられても良い。
この場合、フレキシブルなプリント基板の剛性が高くなり配線の半田付け作業が容易になる。またセンサハウジングにプリント基板を固定すべく樹脂モールド材を充填する際、センサハウジングに設けた溝の幅は、補強部材を挿入する箇所でも広くなるので、充填作業が容易になる。

前記磁気センサは、電気的な補間を行って、前記Ｎ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされる補間手段を有するものとしても良い。位置決め手段により磁気センサの位置決め精度が向上するため、補間手段によりＮ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされても検出精度の向上を図ることができる。

前記磁気エンコーダは互いに異なる着磁極数に着磁された複数の磁気トラックを有し、前記磁気センサは、これら複数の磁気トラックから検出される磁気信号から、前記回転輪の絶対角を検出する機能を有するものとしても良い。この場合、センサハウジングに対する磁気センサの位置決め精度が絶対角の検出精度に影響するが、位置決め手段により磁気センサの位置決め精度が向上するため、絶対角の検出精度の向上を図ることができる。

この発明の回転検出装置付き軸受は、軸受の回転輪に固定された磁気エンコーダと、前記軸受の固定輪に固定されたセンサハウジングと、このセンサハウジングに設けられるフレキシブルなプリント基板とを備え、前記磁気エンコーダはＮ極、Ｓ極が交互に着磁された磁気トラックを有し、この磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサが前記プリント基板に実装された回転検出装置付き軸受であって、前記プリント基板における、前記磁気センサが実装される実装面とは反対側の裏面に、補強板が設けられ、かつ、前記磁気センサの設置位置と前記補強板の設置位置が軸方向および周方向で重複し、前記センサハウジングに前記補強板の表面を押し当てる基準面が形成され、前記センサハウジングには、前記磁気センサを前記センサハウジングに対し軸方向および周方向に位置決めする位置決め手段が設けられ、前記補強板が基準面に押し当てられた状態で、前記プリント基板もしくは前記補強板は前記センサハウジングに固定され、前記センサハウジングに前記磁気センサが挿入される開口部が形成され、前記位置決め手段は、前記磁気センサの軸方向一端面が当接する前記開口部における底面を成す軸方向位置決め部と、前記磁気センサの側面が当接する前記開口部における周方向側面を成す周方向位置決め部とを有する。このため、フレキシブル性を有するプリント基板を用いても、高分解能検出または絶対角検出が可能な磁気センサをセンサハウジングに対して正確に位置決めすると共に、センサハウジングにプリント基板を固定する作業を容易化することが可能となる。

この発明の実施形態に係る回転検出装置付き軸受の断面図である。 同回転検出装置付き軸受のII-II線断面図である。 （Ａ）は同回転検出装置付き軸受のプリント基板における部品実装面とは反対側から見た平面図、（Ｂ）は同プリント基板の側面図である。 図１の回転検出装置付き軸受からセンサハウジングのみを抜き出した断面図である。 図２からセンサハウジングのみを抜き出した断面図である。 この発明の他の実施形態に係る回転検出装置付き軸受の断面図である。 同回転検出装置付き軸受において、絶対角検出を行う信号処理例を示す説明図である。

この発明の実施形態に係る回転検出装置付き軸受を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、この回転検出装置付き軸受は、軸受１と、回転検出装置Ｋｓとを有する。
先ず、軸受１について説明する。
軸受１は、この例では深溝玉軸受から成る転がり軸受が適用される。軸受１は、固定輪である外輪２と、回転輪である内輪３と、これら内外輪３，２間に介在された複数の転動体４と、これら転動体４を保持する保持器５と、シール６とを有する。

シール６は、回転検出装置Ｋｓが設けられる反対側の面に設けられ、内輪３と外輪２との軸受空間を塞ぐ。シール６は、例えば、外輪２に取り付けられてシール先端が内輪３のシール溝に接触する接触シールである。但し、シール６は、内輪３の外径面に接触する形式でも良く、その他接触シールに限定されるものではなく非接触シールであっても良い。

回転検出装置Ｋｓについて説明する。
図１および図２に示すように、回転検出装置Ｋｓは、磁気エンコーダ７と、センサユニットＳｕとを有する。軸受１のうち、シール６とは軸方向反対側にこれら磁気エンコーダ７、センサユニットＳｕが設けられている。磁気エンコーダ７は、環状の芯金７ａと、この芯金７ａの外周の全周に設けられた磁気トラック７ｂとを有する。内輪３の外径面における軸方向一端側の部分に、芯金７ａの内周面の先端部分が嵌着され固定されている。芯金７ａは、例えば、焼結部材または他の金属部材で構成される。磁気トラック７ｂは、Ｎ極、Ｓ極が交互に着磁された回転素子であり、略円筒状に形成されている。

センサユニットＳｕは、磁気センサ１３を収納したセンサハウジング９を、金属環８に固定したものである。金属環８は、円筒状の金属環本体８ａと、フランジ部８ｂと、嵌合筒部８ｃとを有する。フランジ部８ｂは、金属環本体８ａの軸方向一端から内径側に延びる。このフランジ部８ｂの内径縁から嵌合筒部８ｃが軸方向軸受空間内に延びて段差形状を成している。外輪２の内径面における軸方向一端側の部分に、嵌合筒部８ｃの外周面が圧入されることで、センサユニットＳｕが外輪２に固定される。またフランジ部８ｂの一側面が外輪２の端面に当接することで、軸受１に対するセンサユニットＳｕの軸方向の位置決めが行われる。

センサハウジング９は、例えば、樹脂製で環状に形成されている。金属環本体８ａの内周面にセンサハウジング９が取り付けられ、金属環８とセンサハウジング９とが同芯状に設けられる。センサハウジング９には、有底円弧状の溝１０と、この溝１０に連通する凹状の開口部１１が設けられている。センサハウジング９における溝１０内に、フレキシブルなプリント基板１２が湾曲して装着される。

プリント基板１２は、例えば、電気絶縁性に優れたポリエチレンテレフタレートからなる厚みがおよそ２００μｍのフィルム状である。このプリント基板１２に、検出素子である磁気センサ１３、その他の電気部品１４、およびケーブル１５がそれぞれ実装されている。電気部品１４としては、例えば、抵抗、コンデンサ等の受動部品が挙げられる。ケーブル１５は、磁気センサ１３の信号を外部に出力するものである。

センサハウジング９における凹状の開口部１１に、磁気センサ１３が挿入されて位置決めされる（後述する）。この磁気センサ１３は、磁気トラック７ｂに径方向の定められた隙間δを空けて対峙する。磁気センサ１３は、電気的な補間を行って、磁気トラック７ｂのＮ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされる補間手段１３ｃを有する。

プリント基板１２における、磁気センサ１３が実装される実装面１２ａとは反対側の裏面１２ｂには、補強板１６が設けられる。この補強板１６は、例えば、ガラスエポキシ基板である。
図３（Ａ）は、プリント基板１２における部品実装面１２ａとは反対側から見た平面図であり、図３（Ｂ）はプリント基板１２の側面図である。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、補強板１６は、磁気センサ１３よりも一回り大きな面積を有し、且つ、磁気センサ１３の位置に重なるようにプリント基板１２の裏面１２ｂに接着され固定される。
プリント基板１２の部品実装面１２ａには、ケーブル１５を半田付けする配線引き出し用パターン領域Ｐａが設けられる。プリント基板１２における、配線引き出し用パターン領域Ｐａとは反対側の面つまり裏面１２ｂに、補強部材１８が固定されている。

図１および図２に示すように、センサハウジング９には、有底円弧状の溝１０における円周方向中間付近部に繋がる基準面１７が設けられている。この基準面１７は、補強板１６の表面１６ａを押し当てる基準となる平坦面である。補強板１６の表面１６ａとセンサハウジング９の基準面１７とは面接触する。補強板１６の厚さは、基準面１７にこの補強板１６を押し当てたとき、前記隙間δが定められた大きさ（設計隙間）だけ確保される大きさである。

図４は、図１の回転検出装置付き軸受からセンサハウジング９のみを抜き出した断面図である。図５は、図２からセンサハウジング９のみを抜き出した断面図である。図４および図５に示すように、センサハウジング９には、フレキシブルなプリント基板１２に実装した磁気センサ１３（図１）をセンサハウジング９に対し軸方向Ｌ１および周方向Ｌ２に位置決めする位置決め手段２１が設けられる。

位置決め手段２１は、軸方向位置決め部と、周方向位置決め部とを有する。図１および図４に示すように、軸方向位置決め部は、磁気センサ１３の軸方向一端面１３ｂが当接する開口部１１における底面２０を成す。磁気センサ１３の軸方向一端面１３ｂが、センサハウジング９における開口部１１の底面２０に当接することで、磁気センサ１３がセンサハウジング９に対し深さ方向つまり前記軸方向Ｌ１に位置決めされる。

図２および図５に示すように、周方向位置決め部は、磁気センサ１３の左右の側面１３ａ，１３ａが当接する開口部１１における左右の側壁（周方向側面）１９，１９を成す。磁気センサ１３の左右の側面１３ａ，１３ａが、センサハウジング９における開口部１１の左右の側壁１９，１９に当接することで、磁気センサ１３がセンサハウジング９に対し偏心方向つまり前記周方向Ｌ２に位置決めされる。

センサハウジング９の溝１０のうち、円周方向中間付近部は、補強板１６が収容される分、電気部品１４が実装される円周方向付近部等よりも溝幅が広く設定されている。またセンサハウジング９の溝１０のうち、補強部材１８および配線引き出し用パターン領域Ｐａが収容される付近部も、電気部品１４が実装される円周方向付近部等よりも溝幅が広く設定されている。またセンサハウジング９にプリント基板１２を固定するため、溝１０に樹脂モールド材（図示せず）が充填されている。

作用効果について説明する。
プリント基板１２における、磁気センサ１３が実装される実装面１２ａとは反対側の裏面１２ｂに、補強板１６が設けられるため、プリント基板１２が湾曲しても磁気センサ１３の半田接続部に応力が発生せず、半田クラックの発生を回避することができる。またセンサハウジング９の基準面１７に補強板１６の表面１６ａを押し当てるだけで、磁気トラック７ｂと磁気センサ１３との隙間δが定められた大きさだけ確保される。このため、前記隙間δを調整するのが容易になる。

位置決め手段２１は、磁気センサ１３をセンサハウジング９に対し軸方向Ｌ１および周方向Ｌ２に位置決めする。すなわちセンサハウジング９の開口部１１における底面２０に、磁気センサ１３の軸方向一端面１３ｂを当接させることで、センサハウジング９に対する磁気センサ１３の軸方向Ｌ１の位置決めを容易に行うことができる。センサハウジング９の開口部１１における左右の側壁１９，１９に磁気センサ１３の左右の側面１３ａ，１３ａがそれぞれ当接することで、センサハウジング９に対する磁気センサ１３の周方向Ｌ２の位置決めを容易に行うことができる。このため、補強板１６をプリント基板１２に接着する際の位置調整は不要となり、工程を簡略化できる。位置決め手段２１により磁気センサ１３の位置決め精度が向上するため、高分解能検出または絶対角検出が可能な磁気センサ１３を用いる場合でも、精度良く出力される。

センサハウジング９にプリント基板１２を固定すべく溝１０に樹脂モールド材を充填する際、センサハウジング９に設けた溝１０の幅は、補強板１６を挿入する箇所で広くなっているので、充填作業が容易になる。補強板１６が基準面１７に押し当てられた状態で、樹脂モールド材が充填されてプリント基板１２および補強板１６がセンサハウジング９に固定される。このため磁気センサ１３の位置決め精度の向上を図れるうえ、磁気センサ１３がセンサハウジング９に確実に固定される。また前記の充填作業の工程を容易化できるため回転検出装置付き軸受の製造コストの低減を図ることができる。
補強板１６の表面１６ａとセンサハウジング９の基準面１７とは面接触するため、センサハウジング９の基準面１７に対し磁気センサ１３が不所望に傾くことを防止し、磁気エンコーダ７と磁気センサ１３との平行が保たれる。

プリント基板１２の部品実装面１２ａに配線引き出し用パターン領域Ｐａが設けられ、プリント基板１２における、配線引き出し用パターン領域Ｐａとは反対側の裏面１２ｂに補強部材１８が設けられている。このため、フレキシブルなプリント基板１２の剛性が高くなり配線の半田付け作業が容易になる。またセンサハウジング９にプリント基板１２を固定すべく樹脂モールド材を充填する際、センサハウジング９に設けた溝１０の幅は、補強部材１８を挿入する箇所でも広くなるので、充填作業が容易になる。

磁気センサ１３は、電気的な補間を行って、Ｎ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされる補間手段１３ｃを有する。位置決め手段２１により磁気センサ１３の位置決め精度が向上するため、補間手段１３ｃによりＮ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされても検出精度の向上を図ることができる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図６に示すように、磁気エンコーダ７が複数（この例では二列）の磁気トラック７ｂ１，７ｂ２を有し、これら磁気トラック７ｂ１，７ｂ２は互いに異なる着磁極数に着磁された構成としても良い。例えば、着磁極対数が３２極対の第１磁気トラック７ｂ１と、着磁極対数が３１極対の第２磁気トラック７ｂ２の構成とすることができる。但し、これらの着磁極対数に限定されるものではない。磁気センサ１３は、第１，第２磁気トラック７ｂ１，７ｂ２から検出される磁気信号から、回転輪である内輪３の絶対角を検出し得る。

図７は、図６の回転検出装置付き軸受において、絶対角検出を行う信号処理例を示す説明図である。二列の第１，第２磁気トラック７ｂ１，７ｂ２に対峙する磁気センサ１３から得られる位相出力の位相差を取ると、１回転で電気角３６０度の信号が得られる。この値を元に絶対角を算出する。また第１磁気トラック７ｂ１のＮＳ極を合わせた１周期から得られる磁気信号を電気的に逓倍することで分解能を向上する。

プリント基板１２としては、ポリエチレン、ポリイミドや塩化ビニル等の電気絶縁性に優れた他の熱可塑性のプラスチックフィルムを用いることができる。これらのプラスチックフィルムは、従来のロール加工や押出し加工によるフィルム成形方法により、成形することが可能である。
各実施形態において、プリント基板１２から補強部材１８を除いた構成としても良い。
回転輪を外輪２とし、固定輪を内輪３としても良い。
軸受は、深溝玉軸受以外の軸受形式も適用可能である。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…軸受
２…外輪（固定輪）
３…内輪（回転輪）
７…磁気エンコーダ
７ｂ、７ｂ１，７ｂ２…磁気トラック
９…センサハウジング
１１…開口部
１２…プリント基板
１３…磁気センサ
１３ｃ…補間手段
１６…補強板
１８…補強部材
２１…位置決め手段

Claims (5)

1. 軸受の回転輪に固定された磁気エンコーダと、前記軸受の固定輪に固定されたセンサハウジングと、このセンサハウジングに設けられるフレキシブルなプリント基板とを備え、
   前記磁気エンコーダはＮ極、Ｓ極が交互に着磁された磁気トラックを有し、この磁気トラックに隙間を空けて対峙する磁気センサが前記プリント基板に実装された回転検出装置付き軸受であって、
   前記プリント基板における、前記磁気センサが実装される実装面とは反対側の裏面に、補強板が設けられ、かつ、前記磁気センサの設置位置と前記補強板の設置位置が軸方向および周方向で重複し、
   前記センサハウジングに前記補強板の表面を押し当てる基準面が形成され、
   前記センサハウジングには、前記磁気センサを前記センサハウジングに対し軸方向および周方向に位置決めする位置決め手段が設けられ、
   前記補強板が基準面に押し当てられた状態で、前記プリント基板もしくは前記補強板は前記センサハウジングに固定され、前記センサハウジングに前記磁気センサが挿入される開口部が形成され、前記位置決め手段は、前記磁気センサの軸方向一端面が当接する前記開口部における底面を成す軸方向位置決め部と、前記磁気センサの側面が当接する前記開口部における周方向側面を成す周方向位置決め部とを有することを特徴とする回転検出装置付き軸受。
2. 請求項１に記載の回転検出装置付き軸受において、前記補強板の表面と前記センサハウジングの前記基準面とは面接触する回転検出装置付き軸受。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転検出装置付き軸受において、前記プリント基板の前記実装面および前記裏面のいずれか一方の面に配線引き出し用パターン領域が設けられ、前記プリント基板における、前記配線引き出し用パターン領域とは反対側の面に補強部材が設けられた回転検出装置付き軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転検出装置付き軸受において、前記磁気センサは、電気的な補間を行って、前記Ｎ極、Ｓ極の極対数よりも多いパルス出力がされる補間手段を有する回転検出装置付き軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転検出装置付き軸受において、前記磁気エンコーダは互いに異なる着磁極数に着磁された複数の磁気トラックを有し、前記磁気センサは、これら複数の磁気トラックから検出される磁気信号から、前記回転輪の絶対角を検出する機能を有する回転検出装置付き軸受。

Images