JP2017150842A - 磁気エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の磁気エンコーダが積み重ねられた場合でも、磁気エンコーダ同士が嵌り合うことを防ぐことができ、作業者の作業負担や生産設備の可動率低下を抑制することが可能な磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】外方部材２及び内方部材３にそれぞれ形成された軌道面を転動する複数の転動体４を備えたハブユニット１に装着され、内方部材３と共に回転する磁気エンコーダ７は、複数の磁極が着磁された円環状の磁性部材７０と、磁性部材７０を内方部材３に対して固定する芯金７１とを備える。芯金７１は、大径円筒部７２１及び小径円筒部７２２が軸方向に並んで設けられた円筒部７２と、大径円筒部７２１の端部から内方に延在する円環板部７３とを有し、円環板部７３に磁性部材７０が取り付けられ、磁性部材７０の外周面６０ａの径が、小径円筒部７２２における円環板部７３とは反対側の端部の内周面７２２ａの径よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を回転可能に支持する車両用のハブユニットに装着される磁気エンコーダに関する。

従来、車輪を回転可能に支持する車両用のハブユニットには、車輪の回転速度を検出するための磁気エンコーダが装着されたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

磁気エンコーダは、円周方向に複数の磁極が着磁された円環状の磁性部材と、磁性部材を支持する金属製の支持部材とを有している。支持部材は、車輪と共に回転するハブユニットの内輪に外嵌される円筒部と、円筒部から径方向に延びる立板部とを一体に有している。磁性部材は、支持部材の立板部に取り付けられ、磁界センサと向かい合う。車輪が内輪及び磁気エンコーダと共に回転すると、磁界センサで検出される磁極が変化するので、磁界センサから出力される電気信号によって車輪の回転速度を検出することができる。

特開２０１５−５５３０６号公報 特開２００９−１８６２５０号公報

上記のように構成されたハブユニットの製造時において、磁気エンコーダをハブユニットの内輪に嵌合して固定する工程では、例えば特許文献２に示されているように、複数の磁気エンコーダが軸方向に沿って上下に積み重ねられた状態で組付機にセットされる場合がある。組付機では、積み重ねられた複数の磁気エンコーダのうち、最も上方の１つの磁気エンコーダをローダ（搬送機）によって取り上げ、支持部材の円筒部を内輪の外周面に嵌合する。

図５（ａ）は、特許文献１に記載された従来の磁気エンコーダ１００が軸方向に積み重ねられた状態を示す説明図である。図５（ｂ）は、積み重ねられた複数の磁気エンコーダ１００のうち、最も上方の磁気エンコーダ１００がローダ１３０の一対の把持爪１３１に把持されて取り上げられた状態を示す状態図である。

図５（ａ）に示す磁気エンコーダ１００は、立板部１１１及び円筒部１１２を有する支持部材１１０と、立板部１１１に取り付けられた磁性部材１２０とを有している。この磁気エンコーダ１００が軸方向に積み重ねられた場合、支持部材１１０における円筒部１１２の下端部が、その下側の磁気エンコーダ１００の磁性部材１２０の外周面に嵌ってしまうおそれがある。そして、円筒部１１２の下端部が磁性部材１２０に嵌った状態で、最も上方の磁気エンコーダがローダ１３０によって取り上げられると、図５（ｂ）に示すように、その下側の磁気エンコーダ１００も共に取り上げられてしまう。

この場合には、組付機が異常停止するので、作業者が余分な磁気エンコーダ１００（下側の磁気エンコーダ１００）を取り除き、組付機を再起動する手直し作業を行う必要がある。このため、作業者の作業負担が増大すると共に生産設備の可動率が低下し、製造コストの上昇を招来してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の磁気エンコーダが積み重ねられた場合でも、磁気エンコーダ同士が嵌り合うことを防ぐことができ、作業者の作業負担の増大や生産設備の可動率低下を抑制することが可能な磁気エンコーダを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、車体側の支持部材に取り付けられる外方部材、車輪が取り付けられる内方部材、及び前記外方部材及び前記内方部材にそれぞれ形成された軌道面を転動する複数の転動体を備えたハブユニットに装着され、前記内方部材と共に回転する磁気エンコーダであって、円周方向に複数の磁極が着磁された円環状の磁性部材と、前記磁性部材を前記内方部材に対して固定する芯金とを備え、前記芯金は、互いに外径が異なる大径円筒部及び小径円筒部が軸方向に並んで設けられた円筒部と、前記大径円筒部における前記小径円筒部とは反対側の端部から内方に延在する円環板部とを有し、前記円環板部に前記磁性部材が取り付けられ、前記磁性部材の外周面の径が、前記小径円筒部における前記円環板部とは反対側の端部の内周面の径よりも小さい、磁気エンコーダを提供する。

本発明に係る磁気エンコーダによれば、複数の磁気エンコーダが積み重ねられた場合でも、磁気エンコーダ同士が嵌り合うことを防ぐことができ、作業者の作業負担の増大や生産設備の可動率低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダが装着されたハブユニットの全体構成を示す断面図である。 磁気エンコーダを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は磁性部材に着磁された磁極の分布を示す平面図である。 （ａ）は、複数の磁気エンコーダが軸方向に沿って積み重ねられた状態を、ローダと共に示す状態図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ部拡大図である。 磁気エンコーダが磁気エンコーダに偏心して積み重ねられた場合の相互の位置関係を示す説明図である。 （ａ）は、従来の磁気エンコーダが軸方向に積み重ねられた状態を示す説明図である。（ｂ）は、積み重ねられた複数の磁気エンコーダのうち、最も上方の磁気エンコーダがローダによって取り上げられた状態を示す状態図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものである。このため、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（ハブユニットの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気エンコーダが装着されたハブユニットの全体構成を示す断面図である。図１では、車両に搭載されたハブユニットを、その周辺部と共に示している。

このハブユニット１は、懸架装置に連結された車体側の支持部材としてのナックル９１に対して、車輪９２をブレーキロータ９３と共に回転可能に支持するために用いられる。以下、ハブユニット１において、車輪９２が取り付けられる側（図１の左側）を車両アウタ側といい、その反対側（図１の右側）を車両インナ側という。

ハブユニット１は、車両インナ側のナックル９１に取り付けられる外方部材２と、車両アウタ側の車輪９２がブレーキロータ９３と共に取り付けられる内方部材３と、外方部材２と内方部材３との間に配置される複数の転動体４と、外方部材２の車両アウタ側の端部に固定されるシール部材５と、外方部材２の車両インナ側の開口を閉塞するカバー部材６とを備えている。また、ハブユニット１は、車輪９２の回転速度を検出するための部材として、内方部材３と共に回転する磁気エンコーダ７と、磁気エンコーダ７に対向して配置された磁界センサ８とを有している。磁界センサ８は、カバー部材６に固定されている。

外方部材２は、円筒状の筒部２１、及び筒部２１から外方に突出してナックル９１に取り付けられるフランジ部２２を一体に有している。筒部２１の内周には、転動体４を転動させる第１外側軌道面２ａと、第１外側軌道面２ａよりも車両インナ側で転動体４を転動させる第２外側軌道面２ｂとが、互いに平行に形成されている。フランジ部２２には、ナックル９１に設けられたねじ穴９１０に螺合するボルト９０の軸部９０１を挿通させるボルト挿通孔２２０が形成されている。ボルト９０の頭部９０２は、フランジ部２２の車両アウタ側の端面に当接する。

内方部材３は、回転軸線Ｏを中心として外方部材２に対して回転可能に配置されている。以下、回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向という。内方部材３の外周には、転動体４を転動させる第１内側軌道面３ａ及び第２内側軌道面３ｂが互いに平行に形成されている。第１内側軌道面３ａは外方部材２の第１外側軌道面２ａに対向し、第２内側軌道面３ｂは外方部材２の第２外側軌道面２ｂに対向する。

本実施の形態では、内方部材３がハブ輪３１及び環状の内輪部材３２からなる。ハブ輪３１は、車輪９２及びブレーキロータ９３が取り付けられる車輪取付フランジ部３１１と、外方部材２の内側に配置される胴部３１３と、車輪取付フランジ部３１１と胴部３１３とを連結する連結部３１２とを一体に有している。車輪取付フランジ部３１１には、車輪取付用のハブボルト３３が圧入される複数の圧入孔３１０が形成されている。

ハブボルト３３は、軸部３３１が圧入孔３１０に圧入され、頭部３３２が車輪取付フランジ部３１１の車両インナ側の端面に当接している。また、ハブボルト３３の軸部３３１は、車輪９２のホイールに形成された挿通孔９２０、及びブレーキロータ９３に形成された挿通孔９３０に挿通されている。軸部３３１の先端部には、ホイールナット９４が螺合する。

胴部３１３は、車輪取付フランジ部３１１側の大径部３１４と、車輪取付フランジ部３１１側とは反対側の小径部３１５とを有している。大径部３１４の外周面には、第１内側軌道面３ａが形成されている。小径部３１５の外周面には、内輪部材３２が嵌着されている。内輪部材３２は、小径部３１５の一部を塑性変形させた加締め部３１５ａによってハブ輪３１に固定されている。内輪部材３２の外周面には、第２内側軌道面３ｂが形成されている。

第１外側軌道面２ａと第１内側軌道面３ａとの間に配置された複数の転動体４は、第１保持器４３によって転動可能に保持されている。第２外側軌道面２ｂと第２内側軌道面３ｂとの間に配置された複数の転動体４は、第２保持器４４によって転動可能に保持されている。車輪９２が回転すると、第１保持器４３に保持された複数の転動体４が第１外側軌道面２ａ及び第１内側軌道面３ａを転動し、第２保持器４４に保持された複数の転動体４が第２外側軌道面２ｂ及び第２内側軌道面３ｂを転動する。転動体４が転動する外方部材２と内方部材３との間の空間への異物の侵入は、シール部材５及びカバー部材６によって抑止されている。

なお、本実施の形態では、転動体４が球体であるが、これに限らず円錐ころであってもよい。また、本実施の形態では、内方部材３が１つの内輪部材３２を有しているが、これに限らず、内方部材３が２つの内輪部材を有し、このうち一方の内輪部材に第１内側軌道面３ａが形成され、他方の内輪部材に第２内側軌道面３ｂが形成されていてもよい。

磁気エンコーダ７は、円環状の磁性部材７０と、磁性部材７０を内方部材３に対して固定する芯金７１とを有している。磁性部材７０は、例えばゴムや樹脂からなる母材にフェライト系のステンレス鋼粉を混入して形成され、磁性の異なる複数の磁極が円周方向に交互に着磁されている。芯金７１は、例えばフェライト系ステンレス鋼板や防錆処理が施されたＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板にプレス加工等を施すことにより形成されている。磁気エンコーダ７の詳細については後述する。

カバー部材６は、磁気エンコーダ７の磁性部材７０と対向する円盤部６１と、外方部材２の内側に嵌合された円筒部６２と、外方部材２の車両インナ側の端面に当接する鍔部６３とを有している。カバー部材６は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性の金属をプレス成形してなる。

磁界センサ８は、カバー部材６の円盤部６１に保持されて、磁性部材７０の周方向の一部と軸方向に対向している。カバー部材６は、磁界センサ８を保持する保持部材として機能する。磁界センサ８は、ホール素子等の磁界検出素子を有し、検出された磁界に応じた電気信号を出力する。車輪９２が内方部材３と共に回転すると、磁界センサ８によって検出される磁性部材７０の磁極が交番する。磁界センサ８から出力される電気信号は、図略のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に送られ、ＥＣＵにおいて車輪９２の回転速度が演算される。

（磁気エンコーダの構成）
図２は、磁気エンコーダ７を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は磁性部材７０に着磁された磁極の分布を示す平面図である。

磁気エンコーダ７の芯金７１は、円筒状に形成された円筒部７２と、磁性部材７０が取り付けられる円環板部７３とを一体に有している。磁気エンコーダ７は、円筒部７２の中心軸線Ｃが回転軸線Ｏと一致するように内方部材３に固定される。円筒部７２には、互いに外径が異なる大径円筒部７２１及び小径円筒部７２２が軸方向に並んで設けられている。磁気エンコーダ７が内方部材３に固定されたとき、大径円筒部７２１は車両インナ側に、小径円筒部７２２は車両アウタ側に、それぞれ配置される。大径円筒部７２１の外径ｄ_１は、小径円筒部７２２の外径ｄ_２よりも大きく、外径ｄ_１と外径ｄ_２との差は例えば１ｍｍ以上である。

大径円筒部７２１及び小径円筒部７２２は、中心軸線Ｃに沿って同心状に並んでいる。大径円筒部７２１と小径円筒部７２２との間には、テーパ状の外周面７２３ａを有する介在部７２３が介在している。大径円筒部７２１の外周面７２１ａと小径円筒部７２２の外周面７２２ａとは、介在部７２３の外周面７２３ａを介して滑らかに連続している。大径円筒部７２１の外周面７２１ａ及び内周面７２１ｂ、ならびに小径円筒部７２２の外周面７２２ａ及び内周面７２２ｂは、中心軸線Ｃに対して平行である。円筒部７２は、例えば全体を大径円筒部７２１の外径ｄ_１を有する円筒状に形成した後、絞り加工を施すことによって小径円筒部７２２が形成される。

芯金７１は、小径円筒部７２２が内方部材３の外周面に嵌合されることにより、内方部材３に固定される。小径円筒部７２２は、内輪部材３２の外周面３２ａ（図１参照）に密嵌合される。本実施の形態では、小径円筒部７２２における大径円筒部７２１とは反対側の先端部に、外方に屈曲された鍔返し加工が施されている。ただし、小径円筒部７２２の先端部に鍔返し加工を施さなくともよい。

円環板部７３は、大径円筒部７２１における小径円筒部７２２とは反対側の端部から内方に延在している。円環板部７３は、その厚さ方向が中心軸線Ｃと平行になるように形成された平板状であり、大径円筒部７２１の端部に沿って環状に形成されている。

磁性部材７０は、円環板部７３の外面７３ａ（カバー部材６側の面）の内周側の一部に、接着剤によって接着されている。円環板部７３の外面７３ａは、磁性部材７０が接着される接着面７３ｂと、接着面７３ｂの外周側の環状平面７３ｃとからなる。磁性部材７０には、図２（ｃ）に示すように、複数のＮ磁極７０１及びＳ磁極７０２が周方向に沿って交互に設けられている。

磁性部材７０の外径ｄ_４は、小径円筒部７２２の内径ｄ_３よりも小さい。このため、２つの磁気エンコーダ７を積み重ねたとき、一方の磁気エンコーダ７における磁性部材７０の外周面７０ａと、この磁性部材７０の外周面７０ａと径方向に向かい合う他方の磁気エンコーダ７の小径円筒部７２２の端部における内周面７２２ｂとの間に隙間が形成される。つまり、磁性部材７０の外周面７０ａの径は、小径円筒部７２２における円環板部７３とは反対側の端部の内周面７２２ｂの径よりも小さい。

図３（ａ）は、複数の磁気エンコーダ７が軸方向に沿って積み重ねられた状態を、ローダ１３０と共に示す状態図である。図３（ａ）では、複数の磁気エンコーダ７を、軸方向に沿った断面で図示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部拡大図である。

ハブユニット１の製造工程には、内方部材３に磁気エンコーダ７を装着する装着工程が含まれる。この装着工程は、内輪部材３２をハブ輪３１に固定した後に行われる。また、この装着工程では、鉛直方向に積み重ねられた複数の磁気エンコーダ７のうち、最も上方の１つの磁気エンコーダ７がローダ１３０によって取り上げられ、組付機に搬送される。そして、組付機内で磁気エンコーダ７の小径円筒部７２２が内輪部材３２の外周面３２ａに嵌合される。

ローダ１３０は、一対の把持爪１３１を有し、この一対の把持爪１３１で円筒部７２を挟んで磁気エンコーダ７を取り上げる。以下、図３（ａ）に示す複数の磁気エンコーダ７のうち、最も上方に配置された磁気エンコーダ７を磁気エンコーダ７Ａとし、その１つ下側の磁気エンコーダ７を磁気エンコーダ７Ｂとする。図３（ｂ）では、磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の端部と磁気エンコーダ７Ｂの円環板部７３との接触部の周辺を示している。

磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の端部における先端面７２２ｃは、磁気エンコーダ７Ｂの円環板部７３における環状平面７３ｃに当接する。磁気エンコーダ７Ｂの環状平面７３ｃは、平坦な水平面である。磁気エンコーダ７Ａ，７Ｂが同心状に配置されている場合、磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の先端面７２２ｃと磁気エンコーダ７Ｂの環状平面７３ｃとは、少なくとも０．１ｍｍ以上の径方向幅ｗ_１にわたって接触する。また、磁気エンコーダ７Ａ，７Ｂが同心状に配置されている場合、磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の内周面７２２ｂと磁気エンコーダ７Ｂの磁性部材７０の外周面７０ａとの間には、空隙Ｓが環状に形成される。空隙Ｓの径方向幅ｗ_２は、磁性部材７０の外径ｄ_４と小径円筒部７２２の内径ｄ_３との径差の２分の１の寸法であり、径方向幅ｗ_１よりも小さい。

上記のように、磁性部材７０の外径ｄ_４が小径円筒部７２２の内径ｄ_３よりも小さいので、磁気エンコーダ７Ｂの磁性部材７０が磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の内側に嵌まり込んで連結されてしまうことがない。したがって、ローダ１３０によって確実に磁気エンコーダ７Ａのみが取り上げられる。

図４は、磁気エンコーダ７Ａが磁気エンコーダ７Ｂに偏心して積み重ねられた場合の相互の位置関係を示す説明図である。図４では、磁気エンコーダ７Ｂを中心軸線Ｃに沿って上方から見た平面視で示している。また、図４では、磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の外周面７２２ａ及び内周面７２２ｂを仮想線（二点鎖線）で示している。磁気エンコーダ７Ａと磁気エンコーダ７Ｂとの径方向の位置ずれは、磁気エンコーダ７Ｂの磁性部材７０の外周面７０ａに磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の内周面７２２ｂが当接することにより規制される。

本実施の形態では、磁気エンコーダ７Ａの小径円筒部７２２の端部における先端面７２２ｃが磁気エンコーダ７Ｂの円環板部７３における環状平面７３ｃに当接した状態で、磁気エンコーダ７Ａが磁気エンコーダ７Ｂに対して偏心しても、磁気エンコーダ７Ａが磁気エンコーダ７Ｂから脱落しないように各部の寸法が設定されている。具体的には、磁性部材７０及び円環板部７３を中心軸線Ｃに沿って見た平面視において、図４に示す第１交点Ｐ_１と第２交点Ｐ_２との間の距離ｄが、小径円筒部７２２における円環板部７３とは反対側の端部の内周面７２２ｂの径（内径ｄ_３）よりも大きい。

ここで、図４に示す直線Ｌは、中心軸線Ｃに直交する直線であり、第１交点Ｐ_１は、直線Ｌと磁性部材７０の外周面７０ａとが交差する点である。第２交点Ｐ_２は、第１交点Ｐ_１の反対側で直線Ｌと大径円筒部７２１の外周面７２１ａとが交差する点である。

この寸法関係により、磁気エンコーダ７同士の径方向のガタが規制され、積み重ねられた複数の磁気エンコーダ７が崩れたり傾いたりしてしまうことが抑制される。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態によれば、複数の磁気エンコーダ７が積み重ねられた場合でも、磁気エンコーダ７同士が嵌り合うことを防ぐことができる。このため、ローダ１３０によって複数の磁気エンコーダ７が同時に取り上げられてしまうことがなく、作業者の作業負担の増大や生産設備の可動率低下を抑制することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、磁性部材７０の外周面７０ａと小径円筒部７２２の内周面７２２ｂとの当接によって磁気エンコーダ７同士の径方向のガタが規制される。このため、積み重ねられた複数の磁気エンコーダ７が崩れたり傾いたりしてしまうことが抑制される。

またさらに、本実施の形態によれば、複数の磁気エンコーダ７が積み重ねられた状態で、上側の磁気エンコーダ７の小径円筒部７２２の先端面７２２ｃが、下側の磁気エンコーダ７の円環板部７３の環状平面７３ｃに当接し、磁性部材７０における磁気センサ８との対向面には接触しない。これにより、上側の磁気エンコーダ７の小径円筒部７２２によって、下側の磁気エンコーダ７の磁性部材７０の磁気センサ８との対向面に傷が付くことを防ぐことができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、ハブユニット１が、従動輪用のものとして構成された場合について説明したが、駆動輪用のハブユニットにも本発明を適用することが可能である。この場合、ハブ輪３１には、ドライブシャフトに設けられた等速ジョイントの軸部が相対回転不能に嵌合される嵌合孔が形成される。

１…ハブユニット ２…外方部材
２ａ…第１外側軌道面 ２ｂ…第２外側軌道面
３…内方部材 ３ａ…第１内側軌道面
３ｂ…第２内側軌道面 ４…転動体
７，７Ａ，７Ｂ…磁気エンコーダ ７０…磁性部材
７０ａ…外周面 ７１…芯金
７２…円筒部 ７２１…大径円筒部
７２１ａ…外周面 ７２２…小径円筒部
７２２ａ…外周面 ７２２ｂ…内周面
７３…円環板部 ８…磁界センサ
９１…ナックル（支持部材） ９２…車輪
Ｃ…中心軸線 Ｌ…直線
Ｐ_１…第１交点 Ｐ_２…第２交点

Claims (2)

1. 車体側の支持部材に取り付けられる外方部材、車輪が取り付けられる内方部材、及び前記外方部材及び前記内方部材にそれぞれ形成された軌道面を転動する複数の転動体を備えたハブユニットに装着され、前記内方部材と共に回転する磁気エンコーダであって、
   円周方向に複数の磁極が着磁された円環状の磁性部材と、
   前記磁性部材を前記内方部材に対して固定する芯金とを備え、
   前記芯金は、互いに外径が異なる大径円筒部及び小径円筒部が軸方向に並んで設けられた円筒部と、前記大径円筒部における前記小径円筒部とは反対側の端部から内方に延在する円環板部とを有し、前記円環板部に前記磁性部材が取り付けられ、
   前記磁性部材の外周面の径が、前記小径円筒部における前記円環板部とは反対側の端部の内周面の径よりも小さい、
   磁気エンコーダ。
2. 前記磁性部材及び前記円環板部を前記円筒部の中心軸線に沿って見た平面視において、前記中心軸線に直交する直線と前記磁性部材の外周面とが交差する第１交点と、前記第１交点の反対側で前記直線と前記大径円筒部の外周面とが交差する第２交点との間の距離が、前記小径円筒部における前記円環板部とは反対側の端部の内周面の径よりも大きい、
   請求項１に記載の磁気エンコーダ。
   

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