JP2016050674A - 保護カバー、及び保護カバーを備えた軸受装置 - Google Patents

保護カバー、及び保護カバーを備えた軸受装置 Download PDF

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Abstract

【課題】プレス成形したそのままの状態で、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすい保護カバーを提供する。【解決手段】外周面に内輪軌道面１２Ａが形成された内輪１２、及び内周面に外輪軌道面１３Ａが形成された外輪１３、並びに、内輪軌道面１２Ａ及び外輪軌道面１３Ａ間を転動する転動体１４を有する軸受、前記軸受の軸方向の一端部に位置して内輪１２に固定された磁気エンコーダ８、並びに、外輪１３に固定された、磁気エンコーダ８の磁極に対向して磁気エンコーダ８の回転を検知するための磁気センサを備えた軸受装置１１において、磁気エンコーダ８を覆うように外輪１３に圧入され、磁気エンコーダ８及び前記磁気センサ間に介在するカップ状の保護カバー１を、ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により成形する。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受の外輪に圧入されて磁気エンコーダを覆うカップ状の保護カバー、及び前記保護カバーを備えた軸受装置に関する。
自動車の車輪のロックを無くして効率良く安全に制動するアンチロックブレーキシステム（Antilock Brake System、略称：ABS）は、平成８年に４５％であった自動車の生産台数に対する装備率が、平成２１年時点で９０％を超え、現在では殆どの自動車に装備されている。
このように普及率の高いアンチロックブレーキシステムは、例えば、回転速度検出装置（車輪速センサ）により各車輪の回転速度を検出し、制御装置により加速度及び減速度を演算するとともに車体速度とスリップ率を推定し、その結果に基づいてアクチュエータを駆動してブレーキ液圧の制御を行うものである。
このような回転速度検出装置を自動車のホイール支持用の転がり軸受（ハブベアリング）に備えた軸受装置も広く用いられており、回転側である内輪及び固定側である外輪の対向面間のインナー側にシール部材を装着し、このシール部材のインナー側に、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に交互に並べた磁気エンコーダを内輪に取り付け、磁気エンコーダの回転を検知するための磁気センサを磁気エンコーダに対向させて前記外輪に取り付けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
ここで、特許文献１のような軸受装置の構成では、磁気エンコーダと磁気センサとの間に泥水や磁性を帯びた鉄片等が入り込むことがあり、それにより磁気エンコーダや磁気センサが破損したり、磁気エンコーダの磁気特性が変化することがある。その上、磁気エンコーダのアウター側に位置するシール部材の摺動抵抗により軸受装置の回転トルクが増大する。
よって、これらの問題点を解決するために、前記シール部材を無くして、磁気エンコーダをインナー側から覆うようにカップ状に形成された保護カバーを外輪のインナー側の端部に圧入するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２４１３５１号公報 特開２０１１−０８４２６５号公報
磁気エンコーダの磁力は特許文献２のような保護カバーを貫通して磁気センサへ届かなければならないので、保護カバーの材質は原則として非磁性でなければならないが、この他に耐食性も要求されている。よって、保護カバーの材料としては、主成分をクロムニッケル系とするオーステナイト系ステンレス鋼材であるＳＵＳ３０４を用いるのが一般的である。そして、保護カバーは、ＳＵＳ３０４の板材からプレス加工により成形されるのが一般的である。
本願の発明者が市販されている一般的な組成のＳＵＳ３０４の板材から冷間でプレス加工を行って所望形状の保護カバーを成形したところ、加工誘起マルテンサイト変態によりオーステナイトからマルテンサイトになる部分が多いことが分かった。
ここで、マルテンサイト組織は帯磁する組織であるので、加工誘起マルテンサイト変態した部分が多い保護カバーを用いた場合、磁気エンコーダ及び磁気センサ間の磁界を乱して検出精度に悪影響を及ぼす恐れがある。
また、加工誘起マルテンサイト変態した場合、溶体化処理（固溶化熱処理）をすればオーステナイトに戻るが、溶体化処理をするとコストが増大するとともに、加熱時に生じる寸法変化が問題になる場合がある。
よって、オーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工によりカップ状の保護カバーを成形した際に、そのままの状態で加工誘起マルテンサイト変態した部分が無いか、あるいは前記変態した部分が僅かである材料を用いるのが望ましいと言える。
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、オーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、磁化されにくく、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすい保護カバーを提供する点にある。
本願の発明者は、主成分をクロムニッケル系とするオーステナイト系ステンレス鋼材について鋭意検討を行い、全重量に対するニッケルの含有量に着目した。そして、高価な金属であるニッケルの含有量を抑えながら、市販されているＳＵＳ３０４におけるニッケルの一般的な含有量よりもニッケルの含有量を増加することにより、冷間でプレス加工によりカップ状の保護カバーを成形したままの状態で残留磁気特性についての要求仕様を十分に満足できる保護カバーを得ることを目指し、プレス加工後の保護カバーの残留磁気特性についての評価検討を行うことにより、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る保護カバーは、前記課題解決のために、外周面に内輪軌道面が形成された内輪、及び内周面に外輪軌道面が形成された外輪、並びに、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間を転動する転動体を有する軸受、前記軸受の軸方向の一端部に位置して前記内輪に固定された、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に交互に並べてなる磁気エンコーダ、並びに、前記外輪に固定された、前記磁気エンコーダの磁極に対向して前記磁気エンコーダの回転を検知するための磁気センサを備えた軸受装置において、前記磁気エンコーダを覆うように前記外輪に圧入され、前記磁気エンコーダ及び前記磁気センサ間に介在するカップ状の保護カバーであって、ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により成形されたことを特徴とする。
このような構成によれば、ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により保護カバーを成形するので、冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、保護カバーの材料（オーステナイト系ステンレス鋼）として、ニッケルが一般的な含有量（約８重量％）のＳＵＳ３０４を用いたものよりも、残留磁束密度が大幅に小さくなる。
よって、冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、非常に磁化されにくく、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすい。
その上、溶体化処理を行わないので、その分の製造コストの増大がないとともに、加熱時に生じる寸法変化がないため製品の歩留りが向上する。
本発明に係る軸受装置は、前記保護カバーを備えたものである。
以上のような本発明に係る保護カバー、及び保護カバーを備えた軸受装置によれば、保護カバーを冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、残留磁束密度が小さくなるので非常に磁化されにくく、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすいこと等の顕著な効果を奏する。
本発明の実施の形態に係る保護カバーを備えた軸受装置の縦断面図である。 同じく要部拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る保護カバーを示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図である。 保護カバーのセンシング面の残留磁束密度を測定する実験装置の構成例の正面図である。 表１中のニッケル含有量及び残留磁束密度の関係を示すグラフである。
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
図１の縦断面図、及び図２の要部拡大縦断面図に示すように、本発明の実施の形態に係る軸受装置１１は、外周面に内輪軌道面１２Ａが形成された内輪１２、及び内周面に外輪軌道面１３Ａが形成された外輪１３、並びに、内輪軌道面１２Ａ及び外輪軌道面１３Ａ間を転動する転動体１４，１４，…等を有する軸受、この軸受の軸方向の一端部に位置して内輪１２に固定された磁気エンコーダ８、並びに、外輪１３に固定された、磁気エンコーダ８の磁極に対向して磁気エンコーダ８の回転を検知するための磁気センサ１０、磁気エンコーダ８を覆うように外輪１３に圧入され、磁気エンコーダ８及び磁気センサ１０間に介在するカップ状の保護カバー１、並びに、前記軸受の軸方向の他端部に配置したシール部材１５等を備えている。
よって、前記軸受の軸方向両端部の保護カバー１及びシール部材１５により前記軸受の内部が密封され、その内部空間に磁気エンコーダ８が収容されるので、異物等から磁気エンコーダ８や軸受内部を保護できる。
ここで、回転側である内輪１２に取り付けられた、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に交互に並べた磁気エンコーダ８、及び固定側である外輪１３に取り付けられた磁気センサ１０が、回転速度検出装置を構成する。
また、支持部材９は、円筒部９Ａ及び円筒部９Ａの端縁から径方向外方へ延びる円環部９Ｂからなり、円環部９Ｂに、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に交互に並べてなる磁気エンコーダ８が固定される。
よって、円筒部９Ａを内輪１２に外嵌することにより、磁気エンコーダ８は支持部材９を介して内輪１２に固定されるので、磁気エンコーダ８は内輪１２とともに一体となって回転する。
図３（ａ）の縦断面図、及び図３（ｂ）の斜視図に示すように、本発明の実施の形態に係る保護カバー１は、外輪１３（図１及び図２参照）に圧入される第１円筒部２、第１円筒部２よりも縮径して第１円筒部２の端縁に繋がる第２円筒部３、第２円筒部３の端縁に繋がって径方向内方へ延びる円環部４、円環部４の内径側端縁に繋がって軸方向に延びる第３円筒部５、及び第３円筒部５の端縁に繋がる円盤部６、並びに、第２円筒部３の外周面に加硫接着されたシール体７からなり、円盤部６には、その中央部に窪み６Ａが形成される。
ここで、保護カバー１の基体部（シール体７以外）は、ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材からプレス加工により成形されたものである。
また、シール体７は、合成ゴム等の弾性体であるので、保護カバー１と外輪１３間の気密性を向上させることができ、シール体７は、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。
さらに、保護カバー１の基体部用の前記板材の表面仕上げをダル仕上げとしているので、プレス加工の際に加工油の保持がし易いため絞り加工時の焼付きが防止され、表面の傷が目立ち難く、表面の艶消し効果により見た目が良いとともに、シール体７の接着性が良くなる。
〔残留磁気特性の評価〕
次に、市販されているＳＵＳ３０４におけるニッケルの一般的な含有量（全重量に対して約８％の重量）よりもニッケルの含有量が多い材料を用いて冷間でプレス加工により成形した保護カバー１について、その残留磁気特性を評価するために行った実験について説明する。
＜実験方法＞
（１）先ず、オーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により成形された保護カバー１を、着磁コイル（マグネットフォース株式会社製の直径１００ｍｍの空芯コイル）内に収容し、着磁電源装置（マグネットフォース株式会社製のオイルコンデンサー式着磁電源装置：型式ＭＦＣ−１５１０）により飽和磁界を加える。
（２）次に、飽和磁界を加えた保護カバー１を、図４の実験装置の構成例の正面図に示すように、回転テーブル１６上に軸芯を合わせて固定し、保護カバー１のセンシング面に軸方向から対向するように、支持具１７で支持したプローブ（株式会社東陽テクニカ製のアキシャルプローブ：型名ＭＳＡ−４１０）を、高さ方向に０．５ｍｍのギャップを設けて配置し、回転テーブル１６を回転させながらテスラメータ（株式会社東陽テクニカ製の４１０型ハンディガウスメータ）により残留磁束密度の最大値を測定する。
＜実施例＞
オーステナイト系ステンレス鋼製の板材として、以下の鋼種から市販されているものを選択して実施例１ないし３とした。
（実施例１）
ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が８．００〜１０．５０％であるＳＵＳ３０４において、ニッケルの含有量が８．７９％のものを用いた。
（実施例２）
ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が９．００〜１３．００％であるＳＵＳ３０４Ｌにおいて、ニッケルの含有量が１０．０５％のものを用いた。
（実施例３）
ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が１２．００〜１５．００％であるＳＵＳ３１６Ｌにおいて、ニッケルの含有量が１２．１７％のものを用いた。
＜比較例＞
オーステナイト系ステンレス鋼製の板材として、以下の鋼種から市販されているものを選択して比較例１及び２とした。
（比較例１）
ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が８．００〜１０．５０％であるＳＵＳ３０４において、ニッケルの含有量が８．０６％のものを用いた。
（比較例２）
ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が６．００〜９．００％であるＳＵＳ３０４Ｊ２において、ニッケルの含有量が６．６７％のものを用いた。
＜実験結果及び考察＞
実施例１ないし３、及び比較例１及び２のオーステナイト系ステンレス鋼製の保護カバーについて、前記測定により求めた残留磁束密度の最大値を表１に示すとともに、表１中のニッケル含有量及び残留磁束密度の関係を図５に示す。
Figure 2016050674
図５より、比較例１及び２のようにニッケルの含有量が比較的少ないオーステナイト系ステンレス鋼製の保護カバーでは前記測定による残留磁束密度の最大値が大きく、ニッケルの含有量が８．５重量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼製の保護カバーでは前記測定による残留磁束密度の最大値が小さくなることが分かる。また、特にニッケルの含有量を１０重量％以上にすれば、前記測定による残留磁束密度の最大値が大幅に小さくなることが分かる。
例えば、実施例２のニッケルの含有量が１０．０５重量％のオーステナイト系ステンレス鋼製の保護カバーは、前記測定による残留磁束密度の最大値が０．０４ｍＴであり、比較例１のニッケルの含有量が８．０６重量％のオーステナイト系ステンレス鋼製の保護カバーは、前記測定による残留磁束密度の最大値が０．２０ｍＴである。
よって、ニッケルの含有量が多い実施例２の方が、ニッケル含有量が少ない比較例１に対して、前記測定による残留磁束密度の最大値が１／５と大幅に小さく、磁化されにくいことがわかる。
なお、センシング面以外（例えば、図２の第１円筒部２等）についても、同様の測定を行ったところ、比較例よりも実施例の方が、センシング面と同様に残留磁束密度が大幅に小さかった。
以上のとおり、保護カバーを冷間でプレス加工により成形するためのオーステナイト系ステンレス鋼製の板材のニッケルの含有量は、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすくするために、より磁化されにくくするという観点から、１０重量％以上がより好ましく、高価なニッケルの含有量をなるべく抑えながら磁化されにくい性能を確保するという観点からは、８．５重量％以上とするのが好ましい。
また、ニッケルは高価な材料であるので、ニッケルの含有量の上限としては、含有量を抑えて製造コストを低減するという観点から、１３重量％以下が好ましい。
ここで、このようにニッケルの含有量を８．５重量％以上１３重量％以下にする材料としては、実施例１のようなニッケルの含有量が８．５重量％以上のＳＵＳ３０４、前記ＳＵＳ３０４Ｌ、前記ＳＵＳ３１６Ｌの他、ＪＩＳ規格で全重量に対するニッケルの含有量が１０．５０〜１３．００重量％であるＳＵＳ３０５、９．００〜１３．００重量％であるＳＵＳ３２１、又は９．００〜１３．００重量％であるＳＵＳ３４７等を好適に使用できる。
以上のような本発明の実施の形態に係る保護カバー１によれば、ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により保護カバー１を成形するので、冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、保護カバー１の材料（オーステナイト系ステンレス鋼）として、ニッケルが一般的な含有量（約８重量％）のＳＵＳ３０４を用いたものよりも、残留磁束密度が大幅に小さくなる。
よって、冷間でプレス加工により成形したそのままの状態で、非常に磁化されにくく、残留磁気特性についての要求仕様を満足しやすい。
また、溶体化処理を行わないので、その分の製造コストの増大がないとともに、加熱時に生じる寸法変化がないため保護カバー１の歩留りが向上する。
１ 保護カバー
２ 第１円筒部
３ 第２円筒部
４ 円環部
５ 第３円筒部
６ 円盤部
６Ａ 窪み
７ シール体
８ 磁気エンコーダ
９ 支持部材
９Ａ 円筒部
９Ｂ 円環部
１０ 磁気センサ
１１ 軸受装置
１２ 内輪
１２Ａ 内輪軌道面
１３ 外輪
１３Ａ 外輪駆動面
１４ 転動体
１５ シール部材
１６ 回転テーブル
１７ 支持具
１８ プローブ

Claims (2)

  1. 外周面に内輪軌道面が形成された内輪、及び内周面に外輪軌道面が形成された外輪、並びに、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間を転動する転動体を有する軸受、前記軸受の軸方向の一端部に位置して前記内輪に固定された、Ｎ極とＳ極を一定間隔で周方向に交互に並べてなる磁気エンコーダ、並びに、前記外輪に固定された、前記磁気エンコーダの磁極に対向して前記磁気エンコーダの回転を検知するための磁気センサを備えた軸受装置において、前記磁気エンコーダを覆うように前記外輪に圧入され、前記磁気エンコーダ及び前記磁気センサ間に介在するカップ状の保護カバーであって、
    ニッケルを８．５重量％以上１３重量％以下含有したオーステナイト系ステンレス鋼製の板材から冷間でプレス加工により成形されたことを特徴とする保護カバー。
  2. 請求項１記載の保護カバーを備えた軸受装置。
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