磁编码器和滚动轴承.pdf

提供了一种磁编码器，所述磁编码器能防止在恶劣温度环境下磁化构件与磁化构件所固定至的固定构件分离。所述磁编码器包括固定至旋转构件的固定构件以及附接至所述固定构件的磁化构件(15)。通过在树脂中混合磁性粉末模制而成的所述磁化构件(15)利用硅树脂基粘合剂粘结至所述固定构件，且所述硅树脂基粘合剂的粘合层的厚度为50μm以上及100μm以下。另外，对所述固定构件与所述磁化构件(15)的粘合面(17)进行粗面加工。

1.  一种磁编码器，包括固定至旋转构件的固定构件以及附接至所述固定构件的磁化构件，其中
所述磁化构件利用硅树脂基粘合剂被粘结至所述固定构件，并且
所述硅树脂基粘合剂的粘合层的厚度为50μm以上及100μm以下。

2.  根据权利要求1所述的磁编码器，其中
对所述固定构件与所述磁化构件的粘合面进行粗面加工。

3.  根据权利要求1所述的磁编码器，其中
通过在树脂中混合磁性粉末模制所述磁化构件。

4.  根据权利要求1所述的磁编码器，其中
所述旋转构件为轴承的内圈，而所述固定构件为设置在所述轴承上的密封装置的挡油环，所述挡油环配合在所述内圈上。

5.  一种滚动轴承，包括内圈、外圈、多个滚动元件以及环状密封装置，车辆的车轮安装在所述内圈上，所述外圈被设置为配合在所述内圈上，所述多个滚动元件设置于所述内圈与所述外圈之间，而所述密封装置设置于轴向端部处用于密封所述内圈与所述外圈之间的环状空间，其中
所述密封装置包括金属芯和环状挡油环，所述金属芯配合在所述外圈中以固定到所述外圈上，所述挡油环配合在所述内圈上以固定到所述内圈上，而且所述密封装置还包括
磁编码器，通过经由硅树脂基粘合层将磁化构件一体形成到所述挡油环的表面而制成所述磁编码器，其中通过将磁性材料的粉末混合到树脂基质中模制所述磁化构件。

6.  根据权利要求5所述的滚动轴承，其中所述硅树脂基粘合剂的粘合层厚度为50μm以上及100μm以下。

7.  根据权利要求5所述的滚动轴承，其中所述挡油环包括挡油环圆柱形部分和挡油环环状部分，所述挡油环圆柱形部分配合在所述内圈的外周面上，而所述挡油环环状部分从所述挡油环圆柱形部分的轴向端部径向向外弯曲，并且所述磁化构件粘结至所述挡油环的轴向外表面。

磁编码器和滚动轴承
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于检测轮子等的转动情况的磁编码器以及组装有上述磁编码器的轴承。
背景技术
[0002]作为其上安装有车辆(如机动车辆)的车轮的滚动轴承，例如存在一种包括外圈和内圈的滚动轴承，该内圈通过滚动元件被设置在外圈上。另外，用于检测车轮转速的传感器装置用于控制机动车辆的防抱死制动系统(anti-lock braking system，ABS)，且在已知的构造中，传感器装置被安装在用于密封外圈与内圈之间的环状空间的密封装置上，从而与该密封装置一体形成，借此实现传感器装置的小型化。
[0003]作为设置在密封装置上的传感器装置，具有图5所示的传感器装置，该传感器装置例如包括金属芯103、密封主体106、磁编码器101以及传感器105，上述金属芯固定至作为固定圈的外圈107的内周，上述密封主体附接至金属芯103的内周侧，上述磁编码器由金属挡油环102和环状磁化构件104构成，挡油环102固定至作为旋转环的内圈108的外周，环状磁化构件104粘结到外部(图5中的右侧)，且N极和S极在该环状磁化构件上于周向上得以交替磁化，而上述传感器被布置为面向磁编码器101。在此传感器装置中，通过磁编码器101随着内圈108的旋转所产生的磁通量变化，由传感器105检测车轮的转速(例如参见专利文件1、2)。
[0004]专利文献1：JP-A-2006-90956
专利文献2：JP-A-2006-90995
发明内容
本发明要解决的技术问题
[0005]在上述传统磁编码器101中，通过酚醛树脂基粘合剂或环氧树脂基粘合剂将挡油环102和磁化构件104粘结在一起。在这种情况下，磁编码器101能承受在通常被认为是恶劣温度环境的-40℃到120℃温度下由挡油环102与磁化构件104之间的热膨胀系数差所产生的应力，且例如能防止磁化构件104与挡油环102分离。
但是，磁编码器101不能承受在比上述温度环境更恶劣环境下热膨胀系数差所产生的应力，且磁化构件104与挡油环102分离，从而导致磁编码器101不能使用的问题。
[0006]已针对该问题形成了本发明，其目的是提供一种磁编码器和轴承，该磁编码器能防止在恶劣温度环境下磁化构件与固定至该磁化构件的固定构件分离，磁编码器组装到轴承上。
解决问题的手段
[0007]为实现该目的，发明人已对使用用于磁编码器的粘合剂所处的条件进行了研究。发明人及其他人已注意到这样的事实：在滚动轴承中，通过硅基粘合膜将磁化构件一体形成到密封装置的挡油环的表面来制成磁编码器，上述磁化构件通过将磁性粉末混合到树脂基质中模制而成。通常，为使得粘合剂的粘附力更强，优选使得粘合膜的厚度更薄。但是，作为在热膨胀时对剪切应力的适应性所作的研究的结果，如稍后将作描述的示例所示，意指粘合剂的最佳使用条件是使用硅树脂基粘合剂，其中，粘合膜的厚度在50μm到100μm的范围内。
另外，已进行热冲击测试来研究硅树脂基粘合剂在最佳使用条件下对热冲击(150℃到-40℃)的耐久性。尽管将在示例中展示此测试的细节，但已确定的是硅树脂基粘合剂在最佳使用条件下(粘合膜的厚度在50μm以上及100μm以下)具有足够的耐热冲击性。
[0008]基于以上结果，为实现上述目的，根据本发明，提供了一种磁编码器，包括：固定至旋转构件的固定构件以及附接至固定构件的磁化构件，其特征在于，该磁化构件利用硅树脂基粘合剂被粘结至固定构件，且硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度为50μm以上及100μm以下。
此外，根据本发明，提供了一种滚动轴承，包括内圈、外圈、多个滚动元件以及环状密封装置，车辆的车轮安装在上述内圈上，上述外圈被设置为配合在内圈上，上述多个滚动元件设置于内圈与外圈之间，而上述环状密封装置设置于轴向端部用于密封内圈与外圈之间的环状空间，其特征在于，
该密封装置包括配合在外圈中以固定到外圈的金属芯以及配合在内圈上以固定到该内圈上的环状挡油环，而且还包括
磁编码器，该此编码器通过经由硅树脂基粘合膜将磁化构件一体形成到挡油环的表面而制成，上述磁化构件通过将磁性材料的粉末混合到树脂基质中模制而成。
在本发明的磁编码器中，由于磁化构件通过硅树脂基粘合剂被粘结至固定构件，且硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度为50μm以上及100μm以下，因此，较之不在此条件下使用硅树脂基粘合剂的情况，能承受在恶劣条件下固定构件与磁化构件之间的热膨胀系数差所生成的应力，借此使得防止磁化构件与固定构件分离成为可能。
[0009]另外，可对固定构件与磁化构件的粘合面进行粗面加工。根据此构造，粘合剂进入固定构件的粗糙表面，从而能更牢固地粘结磁化构件。
[0010]此外，优选地通过将磁性粉末混合到树脂中来模制磁化构件。根据此构造，能通过改变树脂和磁性粉末的种类和成分来获得磁化构件与其应用相匹配的弹性和磁性。
[0011]另外，旋转构件可构成轴承的内圈，而固定构件可构成设置在轴承上的密封装置的挡油环，该轴承配合在内圈上。根据该构造，在设置于轴承的密封装置上的传感器装置中，能防止磁化构件与挡油环分离。
有益效果
[0012]根据本发明的磁编码器，由于磁化构件通过硅树脂基粘合剂被粘结至固定构件，且硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度为50μm以上及100μm以下，因此，能防止在恶劣温度环境下磁化构件与磁性构件所固定到的固定构件分离。
另外，根据本发明的滚动轴承，通过经由硅基粘合膜将磁化构件一体形成到挡油环的表面能防止在恶劣温度环境下磁化构件与磁性构件所固定到的固定构件分离，该磁化构件通过将磁性材料的粉末混合到树脂基质中模制而成。
附图说明
[0013][图1]示出了组装到根据本发明实施例的磁编码器的滚动轴承的剖面图。
[图2]示出了图1中的磁编码器的剖面图。
[图3]示出了发生热变形时硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度的剖面图。
[图4]示出了硅树脂基粘合剂的厚度与伸长率之间的关系的图表。
[图5]示出了传统磁编码器的剖面图。
具体实施方式
[0014]下面参照附图描述本发明的磁编码器和滚动轴承的实施例。图1是示出了组装到根据本发明实施例的磁编码器的滚动轴承的剖面图。图2是示出了图1中的磁编码器的剖面图。注意，在这些附图中，将左右方向或水平方向看作轴向，并将上下方向或竖直方向看作径向。另外，如先前已作的描述，将密封装置的外侧看作轴向外侧，并将其内侧看作轴向内侧。
[0015]如图1所示，滚动轴承1包括内圈9、外圈3以及多排或双排滚动元件4、5，车辆的车轮安装在内圈上，外圈被设置为配合在内圈9上，而上述滚动元件设置于内圈9与外圈3之间。
[0016]另外，作为旋转构件的内轴2具有凸缘2c和小直径部分2d，车轮侧构件(未示出)在内轴2的面向车辆外侧(图1中的左侧)的端部安装于凸缘2c上，上述小直径部分形成在内轴2的面向车辆内侧(图1中的右侧)的一侧上，借此将内圈构成构件6配合在小直径部分2d上。内圈9由内圈构成构件6和内轴2构成。用于面向车辆内侧的侧上的那排滚动元件5的内滚道6a形成在内圈构成构件6的外周面上。另外，用于面向车辆外侧的侧上的那排滚动元件4的内滚道2a形成于中间直径部分2e，该中间直径部分位于内轴2的轴向中间部分。另外，内轴2的面向车辆内侧的端部具有卷曲部分2f，通过使得外周侧径向向外扩展来形成卷曲部分2f，且该卷曲部分防止内圈构成构件6与内轴2错位，从而将内圈构成构件6固定至内轴2。
[0017]外圈3通过双排滚动元件4、5被配合在内圈9上并与内圈9同心设置。用于双排滚动元件4、5的双排外滚道3a形成在外圈3的内周面上。凸缘3c形成在外圈3的外周面上，通过附接至未示出的车身侧构件的此凸缘3c将轴承固定至车身侧构件。也就是说，将外圈3看作固定侧，而将内圈9看作围绕其轴线旋转的旋转侧。另外，环状密封装置7设置于两轴向端部用以密封内圈9与外圈3之间的环状空间R。
[0018]将图2的剖面图所示的密封装置用作图1中车辆外侧上的密封装置。该密封装置7设置于外圈3的内周面3b与内圈构成构件6的外周面6b之间，从而防止轴承的构成滚动元件4、5侧的内部的润滑剂渗漏以及杂质(如浑水等)从轴承的外部渗入滚动元件4、5侧。密封装置7包括配合在外圈3内而固定到该外圈上的金属芯10以及配合在内圈构成构件6上而固定到该内圈构成构件上的挡油环11。
[0019]金属芯10由金属芯圆柱形部分10a和金属芯环状部分10c组成，上述金属芯圆柱形部分配合在外圈3内，而上述金属芯环状部分从金属芯圆柱形部分10a的轴向端部10b径向向内弯曲并具有大致L形横截面。金属芯10大体上被制成为环状，并通过压制冷轧钢板(如SPCC、SPCD、SPEC等等)而形成。另外，由弹性构件(如橡胶)构成的密封主体12例如被固定至金属芯10，从而与金属芯10一体形成。
[0020]挡油环11由挡油环圆柱形部分11a和挡油环环状部分11c组成，该挡油环圆柱形部分配合在内圈构成构件6的外周面6b上，而上述挡油环环状部分从挡油环圆柱形部分11a的另一轴向端部径向向外弯曲并具有L形横截面。挡油环11大体上被制成为环状，并例如通过压制金属片(如不锈钢等等)而形成。
[0021]密封主体12具有基底部分12a，该基底部分附接至金属芯环状部分10c的另一轴向侧上的径向向内端部，并包括径向唇缘13和轴向唇缘14，该径向唇缘在弹性变形情况下从基底部分12a延伸而与挡油环圆柱形部分11a的外周面滑动接触，且轴向唇缘在弹性变形情况下从基底部分12a延伸而与挡油环环状部分11c的轴向内表面滑动接触。
另外，将密封装置7组装为使得金属芯10的金属芯圆柱形部分10a面向挡油环11的挡油环圆柱形部分11a，而金属芯10的金属芯环状部分10c面向挡油环11的挡油环环状部分11c。
[0022]环状磁化构件15粘结至挡油环11的轴向外表面11d而被一体形成到挡油环11中，且此磁化构件15和挡油环11构成磁编码器16。此时，磁编码器16以及被布置为面向磁编码器16的磁化构件15的传感器18构成传感器装置19。
[0023]磁化构件15为环状磁铁，N极和S极在该环形磁铁上于周向上得以交替磁化，且通过将磁性材料(如铁氧体磁铁)的粉末混合到热塑性树脂基质(如聚酰胺基树脂等等)中来注塑模制塑料磁铁，并使用通过将诸如钕磁铁的磁性材料的粉末混合到合成树脂基质(如橡胶等等)中模制而成的粘结磁铁(橡胶磁铁)。通过改变这些树脂和磁铁粉末的种类并混合它们的成分，能根据各种应用形成具有耐热性、磁力性质等等的磁编码器16。
[0024]传感器18例如由涡电流位移传感器构成。传感器18在磁编码器16与其本身之间产生磁场，并通过检测单元来检测磁场的磁通量密度与轴承转动相对应的变化。另外，传感器18设计用以将作为检测(电压)信号的变化输出到未示出的车辆的控制单元，如ECU(电子控制单元)等等。
[0025]在此实施例的磁编码器16中，挡油环11和磁化构件15利用硅树脂基粘合剂在粘合面17被粘结于一起。硅树脂基粘合剂为将热塑性树脂(如有机聚硅氧烷等等)用作主要成分的粘合剂。另外，由于硅树脂基粘合剂具有较强的耐热性和耐寒性，并在其硬化时被制成橡胶状弹性物质，因此，硅树脂粘合剂可用于粘结目标材料，该目标材料用于粘结，并具有较大热膨胀系数差，而且还产生大的剪切应力。
另外，在考虑耐热冲击性时，硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度最好为50μm以上及100μm以下。在以下示例中将描述最佳条件的基础。
[0026]另外，由于对构成挡油环11与磁化构件15的粘合面的挡油环环状部分11c的轴向外表面11d通过喷丸硬化进行粗面加工，因此，通过硅树脂基粘合剂的粘附力进一步加强。
示例
[0027]<对粘合膜厚度与伸长率之间的关系所做的检验测试>
图3示出了在发生热变形时硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度的剖面图。另外，图4示出了硅树脂基粘合剂的粘合膜的厚度与伸长率之间的关系的图表。
为实现本发明的目的，已对粘合剂在热膨胀时的剪切应力或伸长率的适应性进行了检验。
如图3所示，利用通过硅树脂基粘合剂粘结至挡油环11的磁化构件15来进行该测试，并在热膨胀时通过以下计算公式来计算粘合剂的伸长率(％)，其中，将粘合剂的倾斜长度定义为T，而将粘合膜的厚度定义为t。另外，将GE东芝公司制造的TSE 322用作硅树脂基粘合剂。
伸长率(％)＝T/t·100
另外，线图(a到e)的细节如下所述。
a：从25℃到150℃的温度变化
b：从25℃到140℃的温度变化
c：从25℃到130℃的温度变化
d：从25℃到120℃的温度变化
e：从25℃到-40℃的温度变化
此检验测试中所使用的硅树脂基粘合剂能使用的极限值为230％的伸长率。亦即，当伸长率超过230％时，粘合剂失效，且不能再被使用。
如图4所示，在上面的温度条件a到e中，在粘合剂的膜厚度为50μm以上时，伸长率降低到230％以下。相反，当膜厚度超过100μm时，粘合剂的硬化性能明显降低，这是不符合实际的。
因此，根据本发明的硅树脂基粘合剂在热膨胀时承受剪切应力所处的最佳使用条件意指在粘合层厚度为50μm以上及100μm以下时产生。
[0028]<热冲击测试结果>
接着，进行热冲击测试以检验在最佳使用条件下(粘合层厚度为50μm以上及100μm以下)对根据本发明硅树脂基粘合剂的热冲击的耐久性。
作为测试条件，在150℃下处理粘合剂10分钟，然后，通过重复称为一个周期的高温处理和低温处理(在-40℃处理10分钟)将热冲击施加给粘合剂，从而检验粘合剂能承受的周期数。将下列粘合剂用作示例和比较示例。
示例1：硅树脂基粘合剂(GE东芝公司制造的TSE 322)
示例2：硅树脂基粘合剂(GE东芝公司制造的TSE3280-G)
示例3：硅树脂基粘合剂(信越有机硅有限公司制造的KE-347)
比较示例1：酚醛树脂基粘合剂(东京化学有限公司制造的C-12)
表1示出了测试结果。
[0029][表1]
热冲击测试结果＜150℃温度下10分钟<->-40℃温度下10分钟>
示例1：1051个周期，未出现问题
示例2：1051个周期，未出现问题
示例3：1051个周期，未出现问题
比较示例1：421到890个周期，产生裂缝
示例1：硅树脂基粘合剂(GE东芝公司制造的TSE 322)
示例2：硅树脂基粘合剂(GE东芝公司制造的TSE3280-G)
示例3：硅树脂基粘合剂(信越有机硅有限公司制造的KE-347)
比较示例1：酚醛树脂基粘合剂(东京化学有限公司制造的C-12)
[0030]通过表1所示的与传统酚醛树脂基粘合剂相比的结果可验证的是，硅树脂基粘合剂在最佳使用条件下(粘合层厚度在50μm以上及100μm以下)具有足够的耐热冲击性。
[0031]另外，还可将本发明的磁编码器16组装到其它车辆滚动轴承，而非实施例中所示例的滚动轴承1，例如包括锥形滚子轴承以及普通滚子轴承。除此之外，本发明的磁编码器的应用不限于车辆。还可应用到通用机械中的轴承装置上。除此之外，尽管将磁化构件15描述为仅粘结至轴向外表面11d，但也可将磁化构件15从径向外端部分粘结至挡油环环状部分11c的轴向外表面11d。