JP4457816B2

JP4457816B2 - 転がり軸受ユニット及び前記転がり軸受ユニット用保持器の製造方法

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Publication number: JP4457816B2
Application number: JP2004259579A
Authority: JP
Inventors: 俊一矢部; 豪村上; 成明相原; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP2006077804A

Description

本発明は、荷重測定な可能な転がり軸受ユニット、特に自動車等の移動体の車輪の支持軸受に作用する荷重を測定するのに好適な転がり軸受ユニットの製造方法に関する。また、前記転がり軸受ユニット用保持器の製造方法に関する。

従来、転がり軸受ユニットに加わる荷重を検出する方法としては、例えば、転がり軸受ユニットの静止側である外輪フランジを固定面にボルト締結する際に、力計を外輪フランジと固定面との間に直列に挿入、締結し、力計の出力値から転がり軸受ユニットに加わる荷重を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平３−２０９０１６号公報

しかしながら、上記の方法では、外輪フランジを締結するボルトは複数本あり、ボルト本数と同数の力計を挿入する必要があるため、コストが高くなる問題があった。また、力計はボルト固定部に直列に挿入する必要があるため、外輪フランジの取り付け剛性や取り付け強度に悪影響が及ぶとともに、力計の耐久性も懸念される。そのため、補強を加えたり、力計にも高剛性の圧電素子等を用いる必要があり、更にコストが高くなる問題があった。

そこで本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、低コストで、耐久性も高く長期にわたる安定した荷重測定が可能な転がり軸受ユニットの製造方法、及び転がり軸受ユニット用の合成樹脂製保持器の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、下記に示す転がり軸受ユニットの製造方法及び前記転がり軸受ユニット用の合成樹脂製保持器の製造方法を提供する。
（１）内輪と、外輪と、転動体と、プラスチック磁石材料からなり円周方向に多極磁化されたエンコーダが接合された合成樹脂製保持器と、前記エンコーダの回転数を検出する磁気センサとを備え、内輪または外輪の一方が回転輪で、他方が固定輪であり、２列以上の転がり軸受で構成される転がり軸受ユニットの製造方法において、
プラスチック磁石材料を成形してなるエンコーダの表面に、硬化後の曲げ弾性率またはヤング率が０．０２〜５ＧＰａで、ＨＤＤ硬度が４０〜９０となる半硬化状態のフェノール樹脂系接着剤の被膜を形成した後、該エンコーダをコアとし、保持器用樹脂組成物をインサート成形した後、前記エンコーダを多極磁化する工程を含むことを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
（２）上記（１）記載の転がり軸受ユニットの製造方法において、前記合成樹脂製保持器を構成する合成樹脂の融点以上の融点を有するプラスチック磁石材料を用いることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
（３）上記（１）または（２）記載の転がり軸受ユニットの製造方法において、前記合成樹脂製保持器をポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリイミドをベース樹脂とし、補強材を配合した樹脂組成物で作製し、かつ、前記プラスチック磁石材料のバインダーとしてポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド６Ｔ、変性ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔを用いることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の軸受ユニットの製造方法において、前記エンコーダの表面に略中央部の円周に沿って突起部が形成されていることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
（５）内輪と、外輪と、転動体と、プラスチック磁石材料からなり円周方向に多極磁化されたエンコーダが接合された合成樹脂製保持器と、前記エンコーダの回転数を検出する磁気センサとを備え、内輪または外輪の一方が回転輪で、他方が固定輪であり、２列以上の転がり軸受で構成される転がり軸受ユニットの前記合成樹脂製保持器の製造方法であって、
プラスチック磁石材料を成形してなるエンコーダの表面に、硬化後の曲げ弾性率またはヤング率が０．０２〜５ＧＰａで、ＨＤＤ硬度が４０〜９０となる半硬化状態のフェノール樹脂系接着剤の被膜を形成した後、該エンコーダをコアとし、保持器用樹脂組成物をインサート成形した後、前記エンコーダを多極磁化することを特徴とする合成樹脂製保持器の製造方法。
（６）上記（５）記載の合成樹脂製保持器の製造方法において、前記エンコーダの表面に略中央部の円周に沿って突起部が形成されていることを特徴とする合成樹脂製保持器の製造方法。

本発明で得られる転がり軸受ユニットは、合成樹脂製保持器に多極磁化されたプラスチック磁石材料からなるエンコーダを接合して付設したため、外輪等の部材はそのままで良く補強も不要であり、エンコーダにも大きな負荷が加わることがない。そのため、低コストであり、荷重測定を長期にわたり安定して行なうことができる。

また、エンコーダを一体化した合成樹脂製保持器を、インサート成形により容易に、かつ、両者の接合性も良好に製造できる。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る転がり軸受ユニットの一種であるハブユニット１の一例を示す断面図である。ハブユニット１は、ハブ１０の取り付けフランジ１１に固定された不図示の車輪を回転自在に支持するものである。固定側である外輪１２の内周面には、互いに平行な２列の外輪軌道１３ａ，１３ｂが形成されており、また回転側である内輪部材１４の外周面には一方の外輪軌道１３ａに対向する内輪軌道１５ａが形成されており、ハブ１０には他方の外輪軌道１３ｂに対向するように内輪軌道１５ｂが形成されている。外輪軌道１３ａと内輪軌道１５ａとの隙間、及び外輪軌道１３ｂと内輪軌道１５ｂとの隙間には、保持器１７，１７によって円周方向に等間隔に保持された複数の玉１８，１８がそれぞれ列状に配置されている。また、外輪１２とシャフト１６との隙間を封鎖するようにシール部材１９が設けられており、潤滑のために充填される潤滑剤（図示略）を封止している。このように、図示されるハブユニット１では、外輪１２を共通とし、内輪１４と、内輪相当部材であるシャフト１６とにより２列の転がり軸受を構成している。

また、シャフト１６の２列の転がり軸受の中央部には、シャフト１６の全周をわたり多極磁石２０が固定されており、多極磁石２０に対向して配設された磁気センサ３０により磁束密度の変化を検出することによりシャフト１６の回転数、即ち車輪の回転数を検出する構成となっている。

保持器１７は合成樹脂製であり、例えば、ポリアミド６やポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドをベース樹脂とし、ガラス繊維等の補強材を配合した樹脂組成物を使用できる。そして、本発明では、この合成樹脂製保持器１７の他方の軸受と対向する側の面に、プラスチック磁石材料からなり該保持器の円周方向に多極磁化されたエンコーダ４０を一体に接合する。それとともに、エンコーダ４０と対向するように所定距離離間して磁気センサ５０を配設し、２つの合成樹脂製保持器１７，１７の回転数を測定し、両保持器１７，１７の回転数の差から荷重を測定する。以下、この磁気センサ５０を荷重測定用磁気センサともいう。尚、エンコーダ４０の磁極の数としては、７０〜１３０極程度、好ましくは、９０〜１２０極である。極数が７０極未満の場合は、極数が少なすぎて荷重測定用磁気センサ５０による保持器の回転数を精度よく検出することが難しくなり、結果として荷重の測定精度の低下を招くおそれがある。それに対して、極数が１３０極を越える場合は、各ピッチが小さくなりすぎて、単一ピッチ誤差を小さく抑えることが難しく、実用性が低い。

尚、図示のように、荷重測定用磁気センサ５０をシャフトの回転数を検出する磁気センサ３０の両側に配置して両センサ５０，３０をユニット化してもよい。

上記エンコーダ４０を形成するプラスチック磁石材料は、荷重測定用磁気センサ５０とのエアギャップを考慮して、一定レベル以上の磁力を有する必要がある。具体的には、最大エネルギー積ＢＨｍａｘで６〜２０ＭＧＯｅ、より好ましくは８〜１５ＭＧＯｅ程度である。最大エネルギー積が６ＭＧＯｅ未満の場合は、磁気特性が低すぎるため、精度良く荷重を測定するのが難しくなる。最大エネルギー積が２０ＭＧＯｅを越える場合は、過剰な磁気特性を有するとともに、ネオジウム−鉄−ボロン等の希土類磁性粉を多量に配合する必要があり、非常に高価で、更に成形性も悪く実用性が低い。このような磁気特性を達成するために、磁性粉としてネオジウム−鉄−ボロン、サマリウム−コバルト等の希土類磁性粉を４０〜８０体積％含有し、熱可塑性樹脂をバインダーとした磁石コンパウンドを好適に用いることができる。磁性粉の含有量が４０体積％未満の場合は、磁気特性が劣るとともに、細かいピッチで円周方向に多極磁化させるのが困難になり、好ましくない。それに対して、磁性粉の含有量が８０体積％を越える場合は、樹脂バインダー量が少なくなりすぎて、エンコーダとしたときの強度が低くなると同時に、成形が困難になり、実用性が低下する。

尚、希土類磁性粉として一般的に用いられているサマリウム‐鉄‐窒素は、後述される樹脂バインダーの溶融温度まで加熱されると減磁され、磁気特性が低下するので好ましくない。また、磁性粉を希土類磁性粉としても、等方性では、磁性粉含有量を多くしても、最大エネルギー積ＢＨmaxで６〜９ＭＧＯｅ程度が限界であり、磁性粉含有量が増えることによってコストアップにもつながるとともに、高充填になることで機械的強度が低下するので好ましくない。異方性とすると、低含有量で目標の最大エネルギー積ＢＨmaxを達成することができるとともに、一定レベル以上の機械的強度も維持でき、好適である。

また、磁性粉として用いられる希土類系磁性粉は、フェライト系に比べて、耐酸化性が低い。そこで、長期間に渡って安定した磁気特性を維持させるために、エンコーダとしたときにその表面（磁石）表面に、更に表面処理層を設けてもよい。表面処理層としては、電気あるいは無電解ニッケルメッキ、エポキシ樹脂塗膜、シリコン樹脂塗膜、フッ素樹脂塗膜等を具体的に用いることができる。

バインダーとしては、射出成形可能な熱可塑性樹脂が好適であり、合成樹脂製保持器との一体成形を想定すると、合成樹脂製保持器を形成する樹脂の融点と同等以上の融点を有する樹脂が好ましく、更には転がり軸受ユニットの使用温度を想定すると、ポリアミド６６以上の融点を有するものがよい。具体的には、ポリアミド６６（融点２６５℃）の他、ポリアミド４６（融点２９１℃）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、融点２８０〜２８５℃）、ポリアミド６Ｔ（融点３１０℃）、変性ポリアミド６Ｔ（融点３２０℃）、ポリアミド９Ｔ（融点３０４℃）等を用いることができ、ポリアミド６６の成形温度を考慮すると、ポリアミド６６より融点が１５℃以上、つまり２８０℃以上の融点の樹脂がインサート成形時の熱変形を防止でき、更に好ましい。これらの中でも、吸水性の比較的低いポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド６Ｔ、変性ポリアミド６Ｔ、ポリアミド９Ｔが、吸水による希土類磁性粉の酸化劣化を考慮すると特に好ましい。

エンコーダ４０を作製するには、円環状の金型を用い、その内径厚み部から溶融したプラスチック磁石材料を高圧で流し込み、急冷して固形化させる、ディスクゲート方式の射出成形（インサート成形）を行なうことが好ましい。このような成形法によれば、磁性粉は燐片状であるため、溶融したプラスチック磁石材料が金型に流入する際に、磁性粉が金型の上下面に対して平行に配向し、平面部における磁性粉の配向性が高まり、厚さ方向に配向させたアキシアル異方性に非常に近い状態となる。特に、成形時に金型に、厚さ方向に磁場をかけるようにすると、異方性はより完全に近いものとなる。尚、磁場成形を行っても、ゲートをディスクゲート以外の、例えばサイドゲートとした場合、固形化の際に樹脂粘度が徐々に上がって行く過程で、ウェルド部での配向を完全に異方化するのは困難であり、それによって、磁気特性が低下するとともに、機械的強度が低下し、長期間の使用によってウェルド部に亀裂等が発生する可能性があり、好ましくない。

エンコーダ４０と合成樹脂製保持器１７とは、図２に示すように、エンコーダ４０の表面にプレ硬化状態のフェノール樹脂系接着剤の被膜を形成後、インサート成形することにより機械的接合に加えて化学的にも接合され、エンコーダ４０と合成樹脂製保持器１７との接合性が向上する。尚、図２において、突起部４０ａはエンコーダ４０の略中心部の円周に沿って複数形成されており、符号４５は接着剤被膜である。

フェノール樹脂系接着剤は、インサート成形時に、溶融した高圧の合成樹脂製保持器用の樹脂組成物によって脱着して流失しない程度で半硬化状態を維持し、溶融した樹脂組成物からの熱、あるいはそれに加えて成形後の２次加熱によって完全に硬化状態となる。また、フェノール樹脂系接着剤は、溶剤での希釈が可能で、２段階に近い硬化反応が進み、耐熱性、耐薬品性、ハンドリング性の点でも好ましい。

フェノール樹脂系接着剤としては、ゴムの加硫接着剤として用いられているものが好適であり、組成としては特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂と、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を、メタノールやメチルエチルケトン等の溶解させたものが使用できる。また接着性を向上させるために、これらにノボラック型エポキシ樹脂を混合したものであってもよい。

以上説明したフェノール樹脂系接着剤の熱硬化後の硬化物は、物性として、曲げ弾性率あるいはヤング率が０．０２〜５ＧＰａ、より好ましくは０．０３〜４ＧＰａの範囲、あるいは硬度（デュロメーターＤスケール；ＨＤＤ）が４０〜９０、より好ましくは６０〜８５の範囲内に入るものである。曲げ弾性率あるいはヤング率が０．０２ＧＰａ未満、あるいは、硬度（ＨＤＤ）が４０未満の場合は、接着剤自体が柔らか過ぎて、自動車等の走行時の振動によって変形し易く、それによって、エンコーダ４０が動きやすくなり、その結果、回転数の検出精度が低下するおそれがあり、好ましくない。それに対して、曲げ弾性率あるいはヤング率が５ＧＰａを越える、あるいは硬度（ＨＤＤ）が９０を越える場合は、接着剤が剛体すぎて、エンコーダ４０と合成樹脂製保持器１７との線膨張係数の差を吸収するように変形するのは難しく、最悪の場合エンコーダ４０に亀裂等が発生することが予想され好ましくない。

上記のようにしてエンコーダ４０と合成樹脂製保持器１７とが接合されるが、上記ではエンコーダ４０をコアとするインサート成形による態様を説明したが、エンコーダ４０及び合成樹脂製保持器１７の形状によっては合成樹脂製保持器１７をコアとし、エンコーダ４０を形成するプラスチック磁石材料の溶融物をインサート成形することもできる。その場合も、合成樹脂製保持器１７に同様の突起部やテーパ部を形成し、更には同様の熱硬化性接着剤を用いてもよい。

そして、エンコーダ４０が接合された合成樹脂製保持器１７を適当な着磁機に装着し、着磁ヨークとエンコーダ面とを重ね合わせた状態で円周方向に多極磁化する。磁極の数は上記の通りのである。

本発明の転がり軸受ユニットの一例（ハブユニット）を示す断面図である。エンコーダを接合した合成樹脂製保持器の一例を示す部分断面図である。

符号の説明

１ハブユニット
１０ハブ
１２外輪
１４内輪
１６シャフト
１７合成樹脂製保持器
１８転動体
２０多極磁石
３０磁気センサ
４０エンコーダ
５０荷重測定用磁気センサ

Claims

内輪と、外輪と、転動体と、プラスチック磁石材料からなり円周方向に多極磁化されたエンコーダが接合された合成樹脂製保持器と、前記エンコーダの回転数を検出する磁気センサとを備え、内輪または外輪の一方が回転輪で、他方が固定輪であり、２列以上の転がり軸受で構成される転がり軸受ユニットの製造方法において、
プラスチック磁石材料を成形してなるエンコーダの表面に、硬化後の曲げ弾性率またはヤング率が０．０２〜５ＧＰａで、ＨＤＤ硬度が４０〜９０となる半硬化状態のフェノール樹脂系接着剤の被膜を形成した後、該エンコーダをコアとし、保持器用樹脂組成物をインサート成形した後、前記エンコーダを多極磁化する工程を含むことを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
請求項１記載の転がり軸受ユニットの製造方法において、前記合成樹脂製保持器を構成する合成樹脂の融点以上の融点を有するプラスチック磁石材料を用いることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
請求項１または２記載の転がり軸受ユニットの製造方法において、前記合成樹脂製保持器をポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリイミドをベース樹脂とし、補強材を配合した樹脂組成物で作製し、かつ、前記プラスチック磁石材料のバインダーとしてポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミド６Ｔ、変性ポリアミド６Ｔまたはポリアミド９Ｔを用いることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
請求項１〜３の何れか１項に記載の軸受ユニットの製造方法において、前記エンコーダの表面に略中央部の円周に沿って突起部が形成されていることを特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
内輪と、外輪と、転動体と、プラスチック磁石材料からなり円周方向に多極磁化されたエンコーダが接合された合成樹脂製保持器と、前記エンコーダの回転数を検出する磁気センサとを備え、内輪または外輪の一方が回転輪で、他方が固定輪であり、２列以上の転がり軸受で構成される転がり軸受ユニットの前記合成樹脂製保持器の製造方法であって、
プラスチック磁石材料を成形してなるエンコーダの表面に、硬化後の曲げ弾性率またはヤング率が０．０２〜５ＧＰａで、ＨＤＤ硬度が４０〜９０となる半硬化状態のフェノール樹脂系接着剤の被膜を形成した後、該エンコーダをコアとし、保持器用樹脂組成物をインサート成形した後、前記エンコーダを多極磁化することを特徴とする合成樹脂製保持器の製造方法。
請求項５記載の合成樹脂製保持器の製造方法において、前記エンコーダの表面に略中央部の円周に沿って突起部が形成されていることを特徴とする合成樹脂製保持器の製造方法。