(57)【要約】【課題】磁気エンコーダの検出精度の低下を防止する。【解決手段】磁気エンコーダ１０は、円環状に形成された磁極配列面１１を有する。磁極配列面１１は、周方向に一定のピッチ角度を成す仮想基準線Ｌに基づいてハニカム状に区画された磁極面１４ａ~１４ｃの群からなる。同一円周上に中心をもって周方向に隣接する磁極面１４ａ同士、磁極面１４ｂ同士、磁極面１４ｃ同士は、互いに異極とする。磁気センサ２１は、六角形状の磁極面１４ａと軸方向に対向するように配置される。【選択図】図１
2018119797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に形成された磁極配列面を有する磁気エンコーダにおいて、
前記磁極配列面は、周方向に一定のピッチ角度を成す仮想基準線に基づいてハニカム状に区画された磁極面の群からなり、
同一円周上に中心をもって周方向に隣接する前記磁極面同士は、互いに異極に着磁されていることを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気エンコーダと、磁気センサと、前記磁気エンコーダが固定された回転輪と、前記回転輪に対して静止する静止輪と、前記回転輪と前記静止輪との間に介在する複数の転動体と、を備え、
前記磁気センサは、六角形状の前記磁極面と軸方向に対向するように配置されている回転センサ付軸受。
【請求項３】
請求項２に記載の回転センサ付軸受を含み、前記回転輪が車輪側に取り付けられ、前記静止輪が車体側に取り付けられる車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気エンコーダ、その磁気エンコーダを備える回転センサ付軸受、及びその回転センサ付軸受を含む車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受が支持する機械軸の回転により、内外輪の一方が軸受運転中に回転する軌道輪（回転輪）となる。その機械軸の回転に関連する所望の制御を実施するため、磁気式回転センサが利用されている。磁気式回転センサは、回転輪の回転運動を磁気信号に変換する磁気エンコーダと、その磁気信号を電気信号に変換する磁気センサとを備える。その電気信号に基づいて、当該回転運動の回転速度、回転角度等を求めることが可能である。
【０００３】
例えば、車輪のロックを防止するアンチロックブレーキシステムを制御するため、車輪の回転速度を検出する磁気式回転センサが車両に搭載されている。この用途では、車輪と一体に回転する部材に磁気エンコーダが取り付けられ、磁気センサが磁気エンコーダとの間に適切な距離で対向するように車体側に取り付けられている。
【０００４】
従来、磁気エンコーダとして、図４に示すように、円環状に形成された磁極配列面１１０を有するものが採用されている。磁極配列面１１０は、周方向に交互に並ぶ複数のＮ極面１１１及びＳ極面１１２からなる。Ｎ極面１１１とＳ極面１１２は、径方向に一直線状の辺を境界として周方向に隣接している。これらＮ極面１１１とＳ極面１１２は、径方向に沿った平坦面になっており、磁気センサ１２０と軸方向に対向する。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７９２７０１８号明細書（特にＦＩＧ．１，２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、磁気エンコーダと磁気センサは、製造上の誤差、外力の作用等の理由で正規の対向配置から径方向に変位する可能性がある。図４のような磁気エンコーダでは、磁気センサ１２０が磁極配列面１１０の円周Ｃ１上と軸方向に対向する正規の対向配置に比して径方向にずれた対向配置になったとき、例えば、磁極配列面１１０の円周Ｃ２上と軸方向に対向したとき、正規の対向配置で検出する磁界の変化とは異なった磁界の変化を検出することになり、検出精度が低下する問題がある。
【０００７】
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、磁気エンコーダの検出精度の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するため、この発明は、円環状に形成された磁極配列面を有する磁気エンコーダにおいて、前記磁極配列面は、周方向及び径方向にハニカム状に並ぶ複数の磁極面からなり、前記複数の磁極面は、同一円周上に中心をもって周方向に隣接する磁極面同士を互いに異極として配置されている構成を採用したものである。
【０００９】
上記構成によれば、前記磁極配列面は、周方向及び径方向にハニカム状に並ぶ複数の磁極面からなり、前記複数の磁極面は、同一円周上に中心をもって周方向に隣接する磁極面同士を互いに異極として配置されているので、磁極配列面と磁気センサの正規の対向配置時に磁気センサで検出される磁界の変化と、正規の対向配置から径方向にずれた対向配置時に磁気センサで検出される磁界の変化との差異を磁束密度に関して殆ど無くすことが可能である。このため、磁極配列面と磁気センサの対向配置が正規の配置から径方向にずれたことによる検出精度の低下を防止することが可能である。
【００１０】
例えば、この発明に係る磁気エンコーダと、磁気センサと、前記磁気エンコーダが固定された回転輪と、前記回転輪に対して静止する静止輪と、前記回転輪と前記静止輪との間に介在する複数の転動体と、を備え、前記磁気センサは、六角形状の前記磁極面と軸方向に対向するように配置されている回転センサ付軸受を構成することができる。
【００１１】
また、この発明に係る回転センサ付軸受を含み、前記回転輪が車輪側に取り付けられ、前記静止輪が車体側に取り付けられる車輪用軸受装置に構成することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、上記構成の採用により、磁気エンコーダの検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に係る磁気エンコーダの着磁パターンを示す図
【図２】図１の磁気エンコーダを備える回転センサ付軸受を示す断面図
【図３】この発明に係る回転センサ付軸受を含む車輪用軸受装置の一例を示す断面図
【図４】従来例の磁気エンコーダの着磁パターンを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態に係る磁気エンコーダと回転センサ付軸受を添付図面の図１、図２に基づいて説明する。
この回転センサ付軸受は、磁極配列面１１を有する磁気エンコーダ１０と、磁気センサ２１を保持するセンサハウジング２０と、磁気エンコーダ１０が固定された回転輪３０と、回転輪３０に対して静止する静止輪４０と、回転輪３０と静止輪４０との間に介在する複数の転動体５０と、を備える。
【００１５】
磁気エンコーダ１０は、磁気センサ２１と共にインクリメンタル型の回転センサを構成する。アブソリュート型の回転センサにする場合、原点検出用の要素、例えば永久磁石と磁気センサを別途に追加すればよい。
【００１６】
回転輪３０は、外側に軌道３１を有する環状の軸受部品からなる。静止輪４０は、内側に軌道４１を有する環状の軸受部品からなる。転動体５０は、軌道３１と軌道４１との間に介在する玉からなる。これら回転輪３０、静止輪４０及び複数の転動体５０は、非分離形の転がり軸受を構成している。なお、保持器の図示は省略する。図では深溝玉軸受を例示したが、他の軸受形式に変更してもよい。
【００１７】
以下、その転がり軸受の中心軸ＣＬに沿った方向のことを軸方向という。また、その中心軸ＣＬに対して直角な方向のことを径方向という。また、その中心軸ＣＬ回りの円周方向のことを周方向という。
【００１８】
磁気エンコーダ１０は、回転輪３０と一体に回転し、その回転輪３０の回転運動を磁界の変化に変換するものである。
【００１９】
磁気エンコーダ１０は、金属板製の芯金１２と、芯金１２に接着されたゴム磁石１３とで構成されている。
【００２０】
芯金１２は、回転輪３０の外周端部に嵌合する内周端部１２ａと、外側に向いた鍔部１２ｂとを有している。芯金１２の内周端部１２ａを回転輪３０の外周端部に圧入することによって、磁気エンコーダ１０が回転輪３０に固定されている。このため、磁気エンコーダ１０は、回転輪３０と同軸に一体回転することができる。
【００２１】
ゴム磁石１３は、磁性体粉が混入されたエラストマからなる。ゴム磁石１３は、芯金１２の鍔部１２ｂに加硫接着されている。加硫接着後に所定のパターンに着磁されることによってゴム磁石１３が設けられている。エラストマとして、例えば、アクリロニトリル-ブタジエンゴム（ＮＢＲ），Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ＮＢＲ）等を採用することができる。磁性粉として、例えば、フェライト粉末を採用することができる。
【００２２】
ゴム磁石１３の軸方向一端部は、径方向に沿った磁極配列面１１になっている。磁極配列面１１は、周方向に沿った内外周縁を有する円環状に形成されている。
【００２３】
磁極配列面１１は、周方向に一定のピッチ角度θを成す仮想基準線Ｌに基づいてハニカム状に区画された磁極面１４ａ~１４ｃの群からなる。このようなハニカム状に区画すると、円環状の磁極配列面１１において、磁極面１４ａ~１４ｃを効率よく配置することができる。ピッチ角θ及び磁極面１４ａ~１４ｃの各辺の長さは、できるだけ正六角形状に近似した六角形状に基づくハニカム状となるように設定されている。
ここで、磁極面１４ａ~１４ｃは、例えば、以下の方法によって、着磁する。まず、芯金１２の鍔部１２ｂにゴムを加硫接着する。そして、加硫接着したゴムのうち磁極面１４ａ~１４ｃを形成する面に、正六角形の群が形成されている型を当接させた後に、当該型の各六角形部分に磁石を嵌めこむことで着磁を行う。これにより、ハニカム状に区画された磁極面１４ａ~１４ｃの群が形成される。
【００２４】
より具体的に述べると、略正六角形状の磁極面１４ａの群は、磁極配列面１１の径方向中央部において周方向に隙間なく並ぶ。磁極配列面１１の外周縁と磁極面１４ａの群との間に配置された磁極面１４ｂの群は、隣接する磁極面１４ｂ同士の間で隙間なく、かつ磁極面１４ａの群との間でも隙間なく並ぶ。磁極配列面１１の内周縁と磁極面１４ａの群との間に配置された磁極面１４ｃの群は、隣接する磁極面１４ｃ同士の間で隙間なく、かつ磁極面１４ａの群との間でも隙間なく並ぶ。
【００２５】
磁極面１４ａは、ピッチ角度２θを成す対の仮想基準線Ｌ上に位置する対の第一辺ｌ１と、これら対の第一辺ｌ１間を周方向に二等分する仮想基準線Ｌ上に位置する二つの頂点ｐ１，ｐ２と、第一辺ｌ１の外側の端に位置する頂点ｐ３と前述の頂点ｐ１とを結ぶ対の第二辺ｌ２と、第一辺ｌ１の内側の端に位置する頂点ｐ４と前述の頂点ｐ２とを結ぶ対の第三辺ｌ３とで規定されている。各第一辺ｌ１は互いに同一の長さをもつ。各第二辺ｌ２は、互いに同一の長さをもつ。各第三辺ｌ３は、互いに同一の長さをもつ。第一辺ｌ１と第二辺ｌ２と第三辺ｌ３は、互いに僅かに異なる長さをもつ。
【００２６】
磁極面１４ｂは、対の第一辺ｌ１間を周方向に二等分する仮想基準線Ｌであってピッチ角度２θを成す対の仮想基準線Ｌ上に位置する対の第四辺ｌ４と、隣接する磁極面１４ａとの境界である第二辺ｌ２とに基づいて規定されている。各第四辺ｌ４は互いに同一の長さをもつ。第四辺ｌ４と第一辺ｌ１は、互いに同一の長さをもつ。
【００２７】
磁極面１４ｃは、対の第一辺ｌ１間を周方向に二等分する仮想基準線Ｌであってピッチ角度２θを成す対の仮想基準線Ｌ上に位置する対の第五辺ｌ５と、隣接する磁極面１４ａとの境界である対の第三辺ｌ３とに基づいて規定されている。各第五辺ｌ５は互いに同一の長さをもつ。第五辺ｌ５と第一辺ｌ１は、互いに同一の長さをもつ。
【００２８】
同一円周上に中心をもって周方向に隣接する磁極面１４ａ同士、磁極面１４ｂ同士、磁極面１４ｃ同士は、互いに異極（Ｎ極、Ｓ極）に着磁されている。ここで、磁極面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各中心（図示省略）は、当該磁極面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの周方向の全長及び径方向の全長を二等分する点である。
【００２９】
各Ｎ極の磁極面１４ａは、対の第二辺ｌ２の一方を境界としてＮ極の磁極面１４ｂと隣接し、対の第二辺ｌ２の他方を境界としてＳ極の磁極面１４ｂと隣接し、当該一方の第二辺ｌ２と略平行の第三辺ｌ３を境界としてＮ極の磁極面１４ｃと隣接し、当該他方の第二辺ｌ２と略平行の第三辺ｌ３を境界としてＳ極の磁極面１４ｃと隣接する。
【００３０】
センサハウジング２０は、磁気センサ２１が固定されたものであって、静止輪４０との嵌合によって静止輪４０と同軸に配置可能な環状体である。
【００３１】
センサハウジング２０は、金属環２２と、金属環２２の内側に固定された樹脂部材２３とで構成されている。
【００３２】
磁気エンコーダ１０とセンサハウジング２０との間の隙間には、グリースが充填される。磁気エンコーダ１０及びセンサハウジング２０は、回転輪３０と静止輪４０との間に形成された軸受内部空間からの潤滑剤の漏洩を防止すると共に、外部から軸受内部空間への異物侵入を防止する。
【００３３】
磁気センサ２１は、磁界の変化を電気信号に変換する回路要素からなる。磁気センサ２１として、軸方向の磁束密度の変化を検出するホール素子を採用することができる。また、磁気センサ２１として、磁気抵抗素子を採用してもよい。磁気センサ２１は、回路基板（図示省略）の一部として実装されている。
【００３４】
磁気センサ２１を含む回路基板には、磁気センサ２１で変換された電気信号を処理する信号処理回路、電源回路等が搭載されている。その回路基板は、樹脂モールド、ねじ止め等の適宜の手段により、樹脂部材２３に固定されている。その回路基板は、配線（図示省略）を介して外部機器（図示省略）に接続される。外部機器は、例えば、自動車制御用コンピュータ（ＥＣＵ）である。
【００３５】
センサハウジング２０は、金属環２２の外周端部２２ａを静止輪４０の内周端部に圧入することによって静止輪４０に同軸に固定されている。この圧入固定により、磁気センサ２１は、六角形状の磁極面１４ａと軸方向に対向するように配置されている。
【００３６】
その正規の対向配置は、磁気センサ２１と磁極配列面１１の円周Ｃ１上とが軸方向に対向する状態である。円周Ｃ１は、全ての磁極面１４ａの中心を通る仮想円である。磁気エンコーダ１０と磁気センサ２１との間に相対的な径方向の変位が起こると、不正規の対向配置の状態になる。すなわち、磁気センサ２１が磁極配列面１１の円周Ｃ１上から径方向にずれた位置と軸方向に対向する状態になる。ただし、磁気センサ２１が磁極面１４ａの頂点ｐ１よりも外側又は頂点ｐ２よりも内側と対向する程に大きく不正規の配置になることは一般に想定できないが、磁気センサ２１が当該磁極面１４ａの第二辺ｌ２又は第三辺ｌ３と交差する円周上（図１中では円周Ｃ２上を例示）と対向する程度の不正規の対向配置は起こり得る。
【００３７】
ここで、磁気センサ２１で検出される磁界の変化を考える。正規の対向配置のとき、磁気センサ２１で検出される磁界の変化は、実質的に、第一辺ｌ１を境界として隣接する磁極対（Ｎ極とＳ極）間に亘る磁力線によるものである。静止輪４０と共に静止する磁気センサ２１に対して当該磁力線が交差する向きは、回転輪３０の回転に伴い、繰り返し変化する。Ｎ極の磁極面１４ａと磁気センサ２１が軸方向に対向するとき、当該Ｎ極から出た磁力線が磁気センサ２１と交差する向きと、Ｓ極の磁極面１４ａと磁気センサ２１が軸方向に対向するとき、当該Ｓ極に入る磁力線が磁気センサ２１と交差する向きとは、軸方向に関して互いに異なる向きとなる。したがって、磁気センサ２１として前述のホール素子を採用した場合、磁気センサ２１は、正規の対向配置において、軸方向に対向する磁極面１４ａの極性を読み取ることが可能である。
【００３８】
また、不正規の対向配置のとき、磁気センサ２１で検出される磁界の変化は、実質的に、第二辺ｌ２又は第三辺ｌ３を境界として隣接する磁極対（Ｎ極とＳ極）間に亘る磁力線によるものである。このため、不正規の対向配置のときでも、磁気センサ２１と交差する磁力線の向きは、磁気センサ２１と軸方向に対向する磁極面１４ａ、１４ｂ又は１４ｃの極性に応じ、軸方向に関して異なる向きとなる。したがって、磁気センサ２１として前述のホール素子を採用した場合、磁気センサ２１は、不正規の対向配置において、軸方向に対向する磁極面１４ａ、１４ｂ又は１４ｃの極性を読み取ることが可能である。
【００３９】
また、略正六角形状に基づいたハニカム状に並ぶ磁極面１４ａ~１４ｃなので、第一辺ｌ１を境界として隣接する磁極対間に亘る磁力線の磁束分布と、第二辺ｌ２又は第三辺ｌ３を境界として隣接する磁極対間に亘る磁力線の磁束分布とは、殆ど差異がない。すなわち、正規の対向配置のときに磁気センサ２１で検出される磁界の変化と、不正規の対向配置のときに磁気センサ２１で検出される磁界の変化とは、磁束密度に関して殆ど差異がない。
【００４０】
また、磁極面（N極面とＳ極面）が周方向に交互に並ぶ磁性配置パターンの場合、磁極配列面と磁気センサとの対向配置が径方向にずれた場合、当該対向配置の曲率半径にも変更が生じ、磁気センサと対向する磁極面の周方向長さが正規の対向配置から変更となる。その結果、磁気センサのサンプリングピッチ（サンプリングタイム）がずれるため、検出精度が低下する。本実施形態では、磁極面１４ａ〜１４ｃがハニカム状に並んでいるため、磁気センサ２１のサンプリングピッチを自由に設定することができる。即ち、磁気センサ２１のサンプリングピッチが小さくなるような磁性配置パターンを形成することができる。例えば、ハニカム状の磁極面１４ａ〜１４ｃの面積を調整することにより、磁気センサ２１のサンプリングピッチを従来の磁性配置パターンよりも小さくすることができる。これにより、磁極配列面１１と磁気センサ２１の対向配置が正規の配置から径方向にずれたとしても、磁気センサ２１によるサンプリングタイムを短縮することができ、検出精度の低下を防止することができる。
【００４１】
上述のように、磁気エンコーダ１０を用いて回転センサを構成すれば、磁極配列面１１と磁気センサ２１の対向配置が正規の配置から径方向にずれたことによる検出精度の低下を防止することができる。
【００４２】
また、この回転センサ付軸受は、磁極配列面１１と磁気センサ２１の対向配置が正規の配置から径方向にずれても精度よく回転速度や回転角度を検出することができる。このため、好適な使用条件として、例えば、車輪からの衝撃が外力として作用する車輪用軸受装置が挙げられる。この発明に係る車輪用軸受装置の一例を図３に示す。なお。以下では、上述した実施形態との相違点を述べるに留める。
【００４３】
この車輪用軸受装置は、内方回転体６０と、静止輪７０とを備える複列軸受に構成されている。内方回転体６０は、回転輪６１と、ハブ輪６２とで構成されている。ハブ輪６２は、外側に単列の軌道を有し、単列内輪を兼ねる環状部材となっている。回転輪６１は、ハブ輪６２の外側に対する圧入によって固定されている。静止輪７０は、内側に複列の軌道を有する。
【００４４】
ハブ輪６２は、外側に車輪取付フランジ６３を有する。ハブ輪６２の内側には、トルク伝達用のセレーション（またはスプライン）が形成されている。なお、車輪取付フランジ６３の円周等配位置にハブボルト６４が固定されている。ハブ輪６２は、車輪取付けフランジ６３と車輪（図示省略）の締結により車輪側に取り付けられる。
【００４５】
ハブ輪６２は、等速自在継手８０と連結される。等速自在継手８０の外側継手部材は、ハブ輪６２の内側のセレーションに係合され、当該外側継手部材のねじ軸に螺着された固定ナット８１の締付けによって、ハブ輪６２とトルク伝達可能に、かつ着脱自在に結合されている。
【００４６】
静止輪７０は、外側に取付けフランジ７１を有する。静止輪７０は、取付けフランジ７１と図示省略の懸架装置のナックルとを締結することにより車体側に取り付けられる。
【００４７】
磁気エンコーダ１０、センサハウジング２０は、それぞれ対応の固定相手である回転輪６１、静止輪７０のインボード側（車輪取付フランジ６３と反対側）に配置されている。
【００４８】
ハブ輪６２は、内輪兼用のものとせず、別に用意した単列内輪をハブ輪に取り付けるようにしてもよい。また、静止輪７０は、取付けフランジ７１を有する複列外輪とせず、一対の外輪と、取付けフランジ７１を有するハウジングとに分割してもよい。
【００４９】
なお、回転センサ付軸受は、上述のような四輪車の車輪用軸受装置に限らず、例えば、ＡＢＳ（Anti-Lock Brake System）を備えた自動二輪車の車軸を支持するため又は車両の操舵軸を支持するために使用されてもよい。
【００５０】
今回開示された実施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と考えられるべきである。したがって、本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。
【符号の説明】
【００５１】
１０  磁気エンコーダ
１１  磁極配列面
１４ａ~１４ｃ  磁極面
２０  センサハウジング
２１  磁気センサ
３０、６１  回転輪
４０、７０  静止輪
６０  内方回転体
６２  ハブ輪
【図１】
2018119797.tif 000003
【図２】
2018119797.tif 000004
【図３】
2018119797.tif 000005
【図４】
2018119797.tif 000006