(57)【要約】【課題】固定側部材に対する回動側部材の回動角検出に用いられるエンコーダにおいては、その軸受構造を見直すことにより、コスト削減や重量軽減が可能なものとする。【解決手段】回動体の支軸６と、支軸６に外嵌一体とされた軸受部材１２と、軸受部材１２を嵌受する嵌受部１３が形成されて軸受部材１２を介して支軸６を回動可能に軸支する固定側部材１４とより成り、軸受部材１２は、支軸６に外嵌一体とされる円筒部分１２ａと、嵌受部１３に摺接可能に内嵌される摺動円筒部分１２ｂとを含んで一体的に板金加工された金属部材から成り、軸受部材１２にはトーンホイール１５が固着され、固定側部材１４には、トーンホイール１５に対向されて回動角検出エンコーダ３を構成するためのセンサ１６が取付けられる。【選択図】図３  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動体の支軸と、この支軸に外嵌一体とされた軸受部材と、この軸受部材を嵌受する嵌受部が形成されて該軸受部材を介して前記支軸を回動可能に軸支する固定側部材とより成り、前記軸受部材は、前記支軸に外嵌一体とされる円筒部分と、前記固定側部材の嵌受部に摺接可能に内嵌される摺動円筒部分とを含んで一体的に板金加工された金属部材から成り、前記軸受部材にはトーンホイールが固着され、一方、前記固定側部材には、前記トーンホイールに対向してセンサが取付けられ、前記トーンホイールと前記センサとによってエンコーダが構成されるようにしたエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記軸受部材は、前記嵌受部におけるスラスト方向側端面に摺接する摺動円盤状部分を更に含むエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記軸受部材と前記嵌受部との間に、これら両者の摺動部分に対する潤滑油の溜り部が形成されているエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記軸受部材に摺接する弾性シールリングを有したシール具が、前記固定側部材に取付けられるとともに、前記シール具に前記センサが支持されているエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、前記軸受部材のスラスト方向側端面に装備されるリング状のものに形成されているエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、前記軸受部材における前記円筒部分の外周部に装備される筒状のものに形成されているエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、Ｓ極とＮ極とが円周方向に亙って交互にかつ等間隔で配置される状態に着磁された磁性体で構成されるとともに、前記センサは磁気センサに構成されているエンコーダ付回動体の軸受構造。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記支軸は、自動車における車輪軸に対する車体の昇降動に連動して回動するものであり、前記固定側部材は前記車体に固定されるものであるエンコーダ付回動体の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車高検出装置、スロットルバルブの回転角検出装置、ステアリングの回転角検出装置等に用いられるエンコーダ付回動体の軸受構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車においては、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するとともに、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）を制御すべく、車体（固定側）に装備される磁気センサと、車輪等の回転側に装備されたトーンホイールとによって構成される車速検出用エンコーダが設けられている。トーンホイールは、磁性ゴム等の比較的柔軟な材料から形成されており、通常は、鋼板製の芯金に貼着し、トーンホイールが貼着された芯金を回転側部材に取付ける構造が採られる。
【０００３】
即ち、車速検出用エンコーダは、車輪側である回転側部材に取付けられたトーンホイールと、このトーンホイールに近接させて固定側（非回転側）に対向配置された磁気センサとで構成されており、ボールベアリング等の軸受に装備されるシールの構成部材をトーンホイールの芯金に兼用させた合理的な構造とされている。このように、軸受とエンコーダとが融合された構造としては、例えば特許文献１において開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開平１１−１７４０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のエンコーダは、互いに回転移動するものの回転速度を検出するものであるが、例えば、ステアリングホイール（ハンドル軸）の回動操作量やスロットルバルブの開き角といった具合に、低速で相対回動するものどうしにおける回動角検出にも適用自在である。例えば、自動車を無人走行させて所定の駐車位置に駐車させる「自動車庫入れシステム」においては、車輪軸に対する車体の高さやステアリングの回転角度等の検出情報が制御要因となり、このようなシステムに採用される回動角検出エンコーダが挙げられる。
【０００５】
このように、回転（特に高速回転）ではなく相対回動するもの（固定側部材と回動側部材）どうしの回動角検出においては、その軸受にはさほど負荷が作用しないから、回動角検出エンコーダを構成するに当り、ベアリング等の専用で高機能の軸受を設ける構造は過剰品質であり、コスト、重量等において不利になる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、低速で回動や揺動するものどうしの回動角検出に用いられるエンコーダにおいては、その軸受構造を見直すことにより、コスト削減や重量軽減が可能なものとする点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の構成は、エンコーダ付回動体の軸受構造において、
回動体の支軸と、この支軸に外嵌一体とされた軸受部材と、この軸受部材を嵌受する嵌受部が形成されて該軸受部材を介して前記支軸を回動可能に軸支する固定側部材とより成り、前記軸受部材は、前記支軸に外嵌一体とされる円筒部分と、前記固定側部材の嵌受部に摺接可能に内嵌される摺動円筒部分とを含んで一体的に板金加工された金属部材から成り、前記軸受部材にはトーンホイールが固着され、一方、前記固定側部材には、前記トーンホイールに対向してセンサが取付けられ、前記トーンホイールと前記センサとによってエンコーダが構成されるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の構成は、請求項１において、
前記軸受部材は、前記嵌受部におけるスラスト方向側端面に摺接する摺動円盤状部分を更に含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の構成は、請求項１又は２において、
前記軸受部材と前記嵌受部との間に、これら両者の摺動部分に対する潤滑油の溜り部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の構成は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記軸受部材に摺接する弾性シールリングを有したシール具が、前記固定側部材に取付けられるとともに、前記シール具に前記センサが支持されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の構成は、請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、前記軸受部材のスラスト方向側端面に装備されるリング状のものに形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の構成は、請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、前記軸受部材における前記円筒部分の外周部に装備される筒状のものに形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の構成は、請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記トーンホイールは、Ｓ極とＮ極とが円周方向に亙って交互にかつ等間隔で配置される状態に着磁された磁性体で構成されるとともに、前記センサは磁気センサに構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の構成は、請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記支軸は、自動車における車輪軸に対する車体の昇降動に連動して回動するものであり、前記固定側部材は前記車体に固定されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成においては、支軸を回動自在に固定側部材に支持する軸受構造として、板金加工による金属部材を用いたものであり、ボールベアリング等の専用の軸受手段を用いる場合に比べて、必要な機能はそのままにしながら、コストダウン、並びに重量軽減が可能となるエンコーダ付回動体の軸受構造が提供できる。これは、支軸と固定側部材とが相対回動移動するものであり、例えば車輪の回転速度検出のように高速回転するものではないため、摺動条件及び負荷条件が極めて緩いことに着目することにより、構造工夫によって実現できている。
【００１６】
支軸は、これと円筒部分との嵌合によって軸受部材にしっかりと一体化されているとともに、軸受部材は、これの摺動円筒部分との嵌合によって固定側部材には、十分な幅でもって拗れることなく円滑に回動移動できる状態で摺接している。従って、廉価な板金部品による軸受部材であっても、軸受としての機能は十分に備わっている。加えて、軸受部材には、固定側部材に支持されるセンサと対をなして回動角検出エンコーダを構成するトーンホイールの取付け部材を兼用しており、さらに合理的な構造を実現している。
【００１７】
請求項２の構成においては、軸受部材は、嵌受部におけるスラスト方向側端面に摺接する摺動円盤状部分を更に含んでいるので、軸受部材によって支軸は、ラジアル方向とスラスト方向との双方に安定支承されることとなり、より耐久性や信頼性に優れる軸受構造となる利点がある。
【００１８】
請求項３の構成においては、軸受部材と前記嵌受部との間に、これら両者の摺動部分に対する潤滑油の溜り部が形成されているので、潤滑油が介在されることで軸受部材の円滑な回動作動が実現できるとともに、その円滑な軸支状態を長期に亘って維持させることが可能になる。しかも、そのための溜り部は、軸受部材で兼用構成されており、専用の追加部材が不要であり、コスト上で有利になる合理性も備えている。
【００１９】
請求項４の構成においては、軸受部材に摺接するシール具を固定側部材に設けたので、軸受部材と固定側部材との摺動部に介在される潤滑油の漏れ出しを阻止して、円滑な摺動状態をより安定維持できるとともに、そのシール具によってセンサの支持機能が兼用されており、コスト上で有利になる合理性も備えている。
【００２０】
以上のように、優れた効果を奏することができるエンコーダ付回動体の軸受構造では、請求項５の構成のように、トンホイールを軸受部材のスラスト方向側端面に装備する構成や、請求項６のように、トンホイールを軸受部材における円筒部分の外周部に装備する構成を選択することが自在である。また、請求項８のように、自動車の車高検出装置を構成すべく、車体に対する車輪の昇降動を検出する構造に適用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を、自動車における車輪軸の車体に対する昇降動を検出するために装備される回動角検出エンコーダの場合について、図面に基づいて説明する。図１は、自動車における回動角検出エンコーダの配置を示す透視図、図２は後輪用の回動角検出用のエンコーダ及びその作動機構の正面図、図３は回動角検出エンコーダの要部の断面図である。
【００２２】
例えば、前述した自動車庫入れシステムにおいては、駐車すべき位置を求めるために、車庫の側壁に印されたやマーキングや車止めといった制御上の目標物を定め、その目標物に対する車体各部からの距離、方向等を、車体に装備された複数のセンサを用いて随時検出する。それらの検出情報から、自動車の走行速度やステアリングの方向及び角度、或いは制動装置をＣＰＵで制御し、無人運転させて正確に目標となる駐車位置に自動走行移動させるようになる。
【００２３】
この場合、車体に装備されるセンサと目標物との高さ位置は異なることが殆どであるから、車体各部と目標物との水平方向の距離を求めるには、目標物とセンサとの相対高さを考慮しなければならないが、センサの地面からの高さは、乗車人員の数や積荷の重さ如何によるサスペンションの撓み量が異なることから、自動車庫入れシステムを作動させるときの諸条件によって変動する。故に、センサと目標物との相対高さを随時検出して制御入力とすべく、地面からの高さ基準となる車輪軸（バネ下）とセンサ、つまりは車体（バネ上）との高さを正確に検出することが必要である。その高さ検出を行うには、回動角検出エンコーダを用いた高さ検出機構を各車輪毎に設けることとなる。
【００２４】
先ず、自動車Ａにおいては、図１に示すように、各車輪１の軸１Ｊ（若しくは、車輪軸１Ｊの支持体）毎に、車体２のそれら車輪軸１Ｊとの高さ関係をエンコーダ３を用いて検出するための高さ検出機構Ｂが、４個の車輪１毎に装備されている。それら４個のエンコーダ３からの検出情報は、ＣＰＵ等の制御手段４に入力され、自動車庫入れシステムを行うための入力情報として処理及び演算されるようになっている。
【００２５】
つまり、車体の前後左右の角隅部等に配置された複数のセンサ（図示省略）からの入力情報に、各エンコーダ３からの検出情報に基づく高さ補正を加えることにより、予め制御手段４において記憶されている車体２の構成寸法とから、車体と目標物との相対位置、距離、走行速度、方向、ステアリング切れ角等を算出して求め、目標となる駐車位置に自動車Ａを自動走行及び操向させるのである。
【００２６】
高さ検出機構Ｂは、図１に示すように、前輪１ａ又は後輪１ｂの車体２に対する上下方向の位置関係を検出すべく配置された回動角検出用のエンコーダ３と、それを作動させるための支軸６（図２参照）を有したリンク機構７とから構成されている。尚、右前輪１ａ用の高さ検出機構Ｂは、簡略化して描いてある。高さ検出機構Ｂ、及びリンク機構７の構造を、後輪１ｂ用のものについて以下に説明する。
【００２７】
リンク機構７は、図２に示すように、後輪１ｂを回転自在に支持し、かつ、車体２に対してはサスペンションを介して懸架支持されているハブ８に枢支連結された昇降リンク９と、この昇降リンク９に枢支連結され、かつ、エンコーダ３を構成するための軸受機構１１に枢支される揺動リンク（回動体の一例）１０とから構成されている。ハブ８は、後輪１ｂを回転自在に支承する車輪軸１Ｊと一体のものである。つまり、車体２に対する後輪１ｂの上下動により、昇降リンク９が昇降移動し、それによって揺動リンク１０が支軸６の軸心を中心として揺動することにより、支軸６が回動する。次に、エンコーダ付回動体の軸受構造である軸受機構１１の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２８】
実施例１による軸受機構１１は、図２、図３に示すように、揺動リンク１０に固定された支軸６と、この支軸６に圧入して外嵌一体とされた軸受部材１２と、この軸受部材１２を嵌受する嵌受部１３が形成されて軸受部材１２を介して支軸６を回動可能に軸支する支持ボディ（固定側部材の一例）１４とより構成されている。支持ボディ１４は、図示は省略するが車体２に取付けられて固定されている。
【００２９】
軸受部材１２は、支軸６に外嵌一体とされる小径円筒部分１２ａ、円筒状の凹みである嵌受部１３に摺接可能に内嵌される大径摺動円筒部分１２ｂ、これら小径円筒部分１２ａと大径摺動円筒部分１２ｂとを繋ぐ外側リング端面１２ｃ、及び嵌受部１３におけるスラスト方向側端面１３ａに摺接する摺動円盤状部分１２ｄを含んで一体的に板金加工された金属部材（圧延鋼板等）から形成されている。
【００３０】
そして、軸受部材１２のスラスト方向側端面である外側リング端面１２ｃには、リング状のトーンホイール１５が固着され、一方、支持ボディ１４には、トーンホイール１５に対向する磁気センサ１６が、ステー１７を介して取付けられ、これらトーンホイール１５と磁気センサ１６とにより、揺動リンク１０の揺動角を検出するエンコーダ３が構成されている。尚、１８はエンコーダ１６の一対のリード線である。
【００３１】
トーンホイール１５は、図４に示すように、Ｓ極とＮ極とが円周方向に亙って交互に且つ等間隔で配置される状態に着磁された磁性ゴムで構成されている。すなわち、トーンホイール１５は、ゴム中にフェライト、希土類等の磁性粉末を混入したゴム磁石を円輪状に形成したもので、着磁方向は、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で変化させている。また、トーンホイール１５は、接着剤を用いて軸受部材１２の前記端面１２ｃに固着されている。
【００３２】
軸受部材１２と嵌受部１３との間には、これら両者１２，１３の摺動部分に対する潤滑油の溜り部１８が形成されている。即ち、大小の円筒部分１２ｂ、１２ａ、外側リング端面１２ｃ、及び嵌受部１３におけるスラスト方向側端面１３ａとで囲まれた空間部が溜り部１８になっており、そこには潤滑油としてのグリース１９が満たされている。グリース１９は、嵌受部１３の内周円筒面１３ｂと大径摺動円筒部分１２ｂとが摺接する摺動部分、及びスラスト方向側端面１３ａと摺動円盤状部分１２ｄとが摺接する摺動部分に供給され、軸受部材１２が嵌受部１３に対して円滑に回動できるようにしてある。
【００３３】
大径摺動円筒部分１２ｂの幅は十分に広いので、支持ボディ１４との摺接幅並びに面積は十分取れており、しかも、潤滑油の溜り部１８からグリース１９が供給されることにより、軸受部材１２を廉価な板金部材で経済的に形成しながらも、抵抗少なく、かつ、拗れなく円滑にこれら両者の相対回動が行えるものとなっている。つまり、嵌受部１３と支軸６とを、ボールベアリング等の軸受を介装させる場合に比べて、専用の軸受が無い分、効率良くコストを下げることができるとともに、軸受構造は１枚の板金材で形成されており、ボールベアリングを用いる場合に比べて、重量軽減が可能となる利点もある。
【００３４】
軸受部材１２と支持ボディ１４とは、前述した二箇所の摺動部分によって、支軸６に関するラジアル方向とスラスト方向の双方に位置決めされた状態が得られている。しかも、それらには、溜り部１８からグリース１９が供給されるので、長期に亘って円滑に動作する軸受機能を発揮する軸受構造が構成されている。
【００３５】
このように、支軸６が狭い角度範囲内において低速でしか回動しない、というようなエンコーダ３の軸受構造では、特に高速回転性が要求されないとか、揺動リンク１０の軽負荷を伴う摺動性があれば良い、といった条件に対しては、板金材による簡易な軸受構造で十分実用に耐えることができる。従って、ボールベアリングやニードルベアリングといった高価な軸受が板金構造の軸受に置換えることができ、コスト低減並びに重量軽減が可能となっている。
【実施例２】
【００３６】
実施例２による軸受機構１１を、図５に示す。軸受部材１２は、支軸６に外嵌一体とされる小径円筒部分１２ａ、矩形断面を有したリング状で横向きの凹みである嵌受部１３に摺接可能に内嵌される大径摺動円筒部分１２ｂ、及びこれら小径円筒部分１２ａと大径摺動円筒部分１２ｂとを繋ぐリング状の摺動円盤状部分１２ｄとを備えた、断面が略Ｚ形状のものに構成されている。
【００３７】
支持ボディ１４には、嵌受部１３の内径側に軸方向突出筒部２０が形成されており、その外端面２０ａと摺動円盤状部分１２ｄとを摺接させて、スラスト方向の摺動部分としてある。嵌受部１３の内周円筒面１３ｂと大径摺動円筒部分１２ｂとの摺接によって、ラジアル方向の摺動部分が形成されている。この構造では、軸受部材１２によって蓋をされた状態となる嵌受部１３の空間部、及び軸方向突出筒部２０と支軸６との間の空間部の夫々が溜り部１８に形成され、グリース１９が充填されている。
【００３８】
この場合には、トーンホイール１５は、軸受部材１２における小径円筒部分１２ａの外周部に、接着等によって一体装備される筒状のものに形成されるとともに、その外周側に、支持ボディ１４に取付けられる磁気センサ１６が対向して配備される。この構造では、実施例１のものに比べて、軸受部材１２の径寸法の小型化が可能であるとともに、磁気センサ１６のための配置スペースを、支軸６の軸方向における軸受部材１２の長さ範囲内に収容してのコンパクト化が可能である。
【実施例３】
【００３９】
実施例３による軸受機構１１を、図６に示す。これは、基本的には図５に示す実施例２による軸受部材１２を用いているが、シール機能が追加された点と、エンコーダ３の構造が変更されている点で異なる。つまり、軸受部材１２に摺接する弾性シールリング２４を有したシール具２２が、支持ボディ１４に取付けられるとともに、シール具２２に磁気センサ１６が支持されている。
【００４０】
即ち、支持ボディ１４には、嵌受部１３の外側に大径の外側内周面２１が形成されており、この外側内周面２１に、小径円筒部分１２ａの外周面に摺接するシール具２２を内嵌して固定装備させてある。リング状のトーンホイール１５は、摺動円盤状部分１２ｄの外面に接着等によって一体的に取付けられている。
【００４１】
シール具２２は、外側内周面２１に内嵌一体とされる断面略Ｌ字状で筒状の芯金２３に、小径円筒部分１２ａの外周面に押圧接触する二箇所のシールリップ２４ａ，２４ｂを有したゴム材による弾性シールリング２４を一体化することで構成されている。芯金２３の縦壁部２３ａには、トーンホイール１５に対向する磁気センサ１６が取付け支持されており、密封型のエンコーダ３が構成されている。この場合、シール具２２は固定側部材である支持ボディ１４の一部に相当している。
【００４２】
シール具２２の存在により、これと軸受部材１２との間に形成される封鎖空間は溜り部１８となっており、シールリップ２４ａ，２４ｂと小径円筒部分１２ａとの摺接部に供給可能なグリース１９が充填されている。この構造では、グリース１９の外部への漏れ出しや外部からのダストの侵入を阻止するシール具２２が、磁気センサ１６の取付部材を兼ねており、合理的な軸受構造となっている。
【００４３】
以上において説明した回動角を検出するエンコーダ付回動体の軸受構造としては、前述した車高検出用の他、自動車におけるスロットルバルブの回転角、ステアリングホイール（所謂ハンドル）の回転角といった具合に、回転の速度、負荷、頻度等の低い箇所への使用が可能である。この板金材による軸受構造の採用により、重量軽減、部品点数削減、コンパクト化、低コスト化が可能になる。エンコーダ３は、フォトセンサ１６と、円周方向に亙って等間隔にスリットが形成された非磁性材料製（磁性材料でも良い）のトーンホイールとの組合わせによる光学式のものも可能である。
【００４４】
また、大径摺動円筒部分１２ｂと内周円筒面１３ｂとの摺動部等の、各摺動部分に、摩耗に対する強化（硬化）、低摩擦化（摺動性向上）、シール性能の向上等を図るため、窒化膜形成、固体潤滑剤（ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、ポリイミド、ＰＴＦＥ等）のコーティングや、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）処理を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】自動車の車高検出装置の概略の全体図
【図２】高さ検出機構の正面図
【図３】エンコーダの軸受機構を示す要部の断面図（実施例１）
【図４】トーンホイールの一部を示す正面図
【図５】軸受機構を示す要部の断面図（実施例２）
【図６】軸受機構を示す要部の断面図（実施例３）
【符号の説明】
【００４６】
１Ｊ          車輪軸
２            車体
３            回動角検出エンコーダ
６            支軸
１１          軸受機構
１２          軸受部材
１２ａ        円筒部分
１２ｂ        摺動円筒部分
１２ｄ        摺動円盤状部分
１３          嵌受部
１４          固定側部材
１５          トーンホイール
１６          センサ
１８          溜り部
１９          潤滑油
２２          シール具
２４          弾性シールリング
Ｂ            高さ検出機構
【図１】
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【図２】
2005163871.tif 000004
【図３】
2005163871.tif 000005
【図４】
2005163871.tif 000006
【図５】
2005163871.tif 000007
【図６】
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