JPH0662305U - 回転角度検出装置付転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ステアリングシャフト１の回転角度及び回転方
向を検出する為の機構を組み込む作業を簡略化し、回転
角度検出機能付ステアリング装置の低廉化を図る。 【構成】内輪６の外周面にトーンホイール１３を、外輪
８にセンサ組立１８を、それぞれ支持する。トーンホイ
ール１３は、円周方向に亙る磁気特性を、交互に且つ等
間隔に変化させる第一検出部と、円周方向１個所の磁気
特性を残り部分の磁気特性と異ならせた第二検出部とを
有する。センサ組立１８は、それぞれが上記第一検出部
に対向した第一、第二センサ２１、２２と、上記第二検
出部に対向した第三センサ２３とを有する。第一センサ
２１と第二センサ２２とは、円周方向に亙り互いにずれ
ている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案に係る回転角度検出装置付転がり軸受は、例えば自動車のステアリン グ装置に組み込んで、ステアリングシャフトの回転角度等を検出する為に利用す る。

【０００２】

【従来の技術】

自動車のステアリング装置は、ダッシュボードの下側に支持された円管状のス テアリングコラムの内側にステアリングシャフトを、例えば深溝型玉軸受等の転 がり軸受で支持する事により、構成されている。前輪への舵角付与の際には、ス テアリングホイールの操作に基づき、上記ステアリングシャフトを回転させる。

【０００３】 ところで、パワーステアリング装置、或は四輪操舵装置には、上記ステアリン グシャフトの回転角度、更には回転角速度を検出し、この検出信号に基づいて、 油圧シリンダに送り込む油圧を調整したり（パワーステアリング装置の場合）、 或は後輪に付与する舵角を調整したり（四輪操舵装置の場合）するものがある。 この為に従来から、図１３に示す様な回転角度検出装置により、上記ステアリン グシャフトの回転角度（更に必要に応じて回転角速度）を検出している。

【０００４】 この回転角度検出装置は、ステアリングシャフト１の中間部に外嵌固定した、 １対のトーンホイール２、３と、図示しないステアリングコラムに支持されて、 上記トーンホイール２の外周面に対向するセンサ組立４と、同じくステアリング コラムに支持されて、上記トーンホイール３の外周面と対向するセンサ５とから 構成されている。上記各トーンホイール２、３は、それぞれ永久磁石により構成 されている。そして、一方のトーンホイール２はその外周面に、Ｓ極とＮ極とを 円周方向に亙って交互に、且つ等間隔で配置している。又、他方のトーンホイー ル３は、円周方向１個所のみを、残りの部分と異なる極（図示の例では１個所の みをＳ極）としている。

【０００５】 上記センサ組立４は、１対のセンサを組み合わせて成る。この１対のセンサは 、円周方向に亙って、上記トーンホイール２を構成する隣り合うＳ極同士（或は Ｎ極同士）のピッチＰ₂ の１／４（Ｐ₂ ／４）だけずらせて配置している。上記 １対のセンサとしては、特性が同じものを使用する。従って、上記ステアリング シャフト１が一方向に回転した場合には、図１４に実線ａ、ｂで示した様に、一 方のセンサの出力が立ち上がった後、１／４周期だけ遅れて、他方のセンサの出 力が立ち上がる。又、上記ステアリングシャフト１が他方向に回転した場合には 、一方のセンサの出力が立ち上がった後、３／４周期遅れて、他方のセンサの出 力が立ち上がる。

【０００６】 従って、センサ組立４を構成する１対のセンサの内の何れか一方、又は双方の センサの出力が立ち上がる回数をカウントすれば、上記ステアリングシャフト１ の回転角度を知る事が出来る。又、単位時間当たりの立ち上がり回数をカウント するか、立ち上がり継続時間ｔを測定すれば、回転角速度を知る事が出来る。更 に、両センサの出力が立ち上がるタイミングを観察すれば、回転方向を知る事が 出来る。

【０００７】 更に、上記センサ５の出力は、図１４に実線ｃで示す様に、ステアリングシャ フト１が１回転する度に１回だけ立ち上がる。このセンサ５の出力は、ステアリ ングシャフト１が中立位置（前輪への舵角付与を行なわない位置）にあるか否か を検知する為に利用する。従って、上記ステアリングシャフト１が中立位置に存 在する場合に、上記センサ５とトーンホイール３のＳ極とが対向する様に、両部 材５、３を、ステアリングコラム及びステアリングシャフト１に組み付ける。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の回転角度検出装置付転がり軸受は、ステアリング装置にステアリング シャフトの回転角度を検出する為の機構を組み込む作業の簡略化を図る事で、回 転角度検出機能付ステアリング装置の低廉化を図るものである。

【０００９】 図１３に示した従来構造の場合、トーンホイール２、３、センサ組立４、セン サ５、更にはステアリングコラムの内側にステアリングシャフトを支持する為の 転がり軸受が、別個の部品として用意されている。そして、回転角度検出装置を 構成する場合には、各部品２〜５を独立に、ステアリングシャフト１及びステア リングコラムに組み付ける。従って、部品管理及び組み付け作業が面倒になり、 回転角度検出装置の製作費が嵩む原因となっている。

【００１０】 本考案の回転角度検出装置付転がり軸受は、上述の様な事情に鑑みて考案され たものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案の回転角度検出装置付転がり軸受は、第一軌道面を有し、使用時に回転 する第一軌道輪と、第一軌道面に対向する第二軌道面を有し、使用時に回転しな い第二軌道輪と、上記第一軌道面と第二軌道面との間に転動自在に設けられた複 数の転動体と、上記第一軌道輪に支持された、円環状のトーンホイールと、上記 第二軌道輪に支持されたセンサ組立とを備えている。

【００１２】 上記トーンホイールは、円周方向に亙る磁気特性を、交互に且つ等間隔に変化 させる第一検出部、及び円周方向１個所の磁気特性を残り部分の磁気特性と異な らせた第二検出部を有する。又、上記センサ組立は、それぞれが上記第一検出部 に対向した第一、第二センサ、及び上記第二検出部に対向した第三センサを有す る。

【００１３】 更に、第一センサと第二センサとは、円周方向に亙りずらせて配置されている 。そして、この第一、第二センサのずれの大きさをＬとし、上記第一検出部の磁 気特性が変化する周期をＰとし、ｋを整数とした場合に、Ｌ≠ｋ・Ｐ／２の関係 が成り立つ。

【００１４】

【作用】

上述の様に構成される本考案の回転角度検出装置付転がり軸受により、例えば ステアリングコラムの内側に支持されたステアリングシャフトの回転角度、回転 角速度、回転方向を求める際の作用は、前述した従来の回転角度検出装置とほぼ 同様である。

【００１５】 特に、本考案の回転角度検出装置付転がり軸受の場合、転がり軸受とトーンホ イールと第一、第二、第三センサとを、不離に組み合わされた、単一の部品とし て取り扱える。従って、ステアリングコラムの内側にステアリングシャフトを支 持する作業と同時に、トーンホイールと第一、第二、第三センサとの組み付け作 業を行なえる。この結果、部品管理及び組み付け作業が簡略化され、回転角度検 出装置の製作費低廉化を図れる。

【００１６】

【実施例】

図１〜３は本考案の第一実施例を示している。第一軌道輪である内輪６は、そ の外周面に、第一軌道面である内輪軌道７を有する。第二軌道輪である外輪８は 、その内周面に、第二軌道面である外輪軌道９を有する。互いに対向する、上記 内輪軌道７と外輪軌道９との間には、複数の転動体（玉）１０を設けて、上記内 輪６と外輪８との相対的回転を自在としている。使用時に上記内輪６は、ステア リングシャフト１の外周面中間部に固定されて、このステアリングシャフト１と 共に回転する。又、使用時に上記外輪８は、ステアリングコラム１１の内周面中 間部に内嵌固定されて、回転しない。

【００１７】 上記内輪６の軸方向（図１〜２の左右方向）に亙る幅寸法Ｗは、外輪８の軸方 向に亙る幅寸法ｗよりも大きく（Ｗ＞ｗ）している。そして、これら内輪６及び 外輪８の一端面（図１、２の左端面）を一致させている。従って、上記内輪６の 他端部（図１、２の右端部）、上記外輪８の他端面よりも軸方向他方（図１、２ で右方向）に向け突出して、突出部１２となっている。そして、この突出部１２ にトーンホイール１３を外嵌固定している。

【００１８】 このトーンホイール１３は、鋼板等の磁性金属板を断面Ｌ字形に折り曲げて、 円筒状の嵌合部１４と外向フランジ状の立ち上がり部１５とを設けると共に、全 体を円環状に形成している。そして、上記嵌合部１４を上記突出部１２に外嵌し ている。上記立ち上がり部１５の外周縁には、図３に示す様に、多数の切り欠き １６、１６を等間隔で形成し、この立ち上がり部１５の円周方向に亙る磁気特性 を、交互に且つ等間隔に変化させている。即ち、この立ち上がり部１５を、第一 検出部として機能させている。一方、上記嵌合部１４には、円周方向１個所にの み、切り欠き１７を形成して、この切り欠き１７部分の磁気特性を残り部分の磁 気特性と異ならせている。即ち、この嵌合部１４を、第二検出部として機能させ ている。

【００１９】 一方、前記外輪８の他端部（図１、２の右端部）には、センサ組立１８を支持 している。このセンサ組立１８は、金属板をＬ字形に折り曲げて成るカバー１９ と、このカバー１９の内側に支持された合成樹脂２０と、この合成樹脂２０中に 埋設された第一〜第三センサ２１〜２３とから成る。

【００２０】 上記カバー１９の一端部（図１、２の左端部）は、上記外輪８の他端部外周面 に形成した段部２４に外嵌する事で、この外輪８の他端部に支持し、上記内輪６ の突出部１２の周囲を覆っている。この様なカバー１９の内側に、合成樹脂２０ を介して保持された、第一〜第三センサ２１〜２３の内、第一、第二センサ２１ 、２２はそれぞれ、図１に示す様に、軸方向に亙って着磁された永久磁石２５と 磁気センサ２６とを備えている。そして、各センサ２１、２２を構成する磁気セ ンサ２６を、前記立ち上がり部１５に対向させている。従って、第一、第二セン サ２１、２２を構成する磁気センサ２６の出力は、上記立ち上がり部１５の回転 に伴なって、図４、５の実線α、βに示す様に変化する。

【００２１】 又、第三センサ２３は、図２に示す様に、直径方向（図２の上下方向）に亙っ て着磁された永久磁石２７と磁気センサ２８とを備えている。そして、この磁気 センサ２８を、前記嵌合部１４の外周面に対向させている。従って、この第三セ ンサ２３を構成する磁気センサ２８の出力は、上記嵌合部１４の回転に伴なって 、図４、５の実線γで示す様に変化する。尚、各センサ２１、２２、２３の出力 信号は、コンパレータにより適宜基準電圧と比較して、前記図１４に示す様な矩 形波を得る。

【００２２】 更に、第一センサ２１と第二センサ２２とは、図３に示す様に、円周方向に亙 りずらせて配置している。この第一、第二センサ２１、２２のずれの大きさ（円 周方向長さ）Ｌは、前記立ち上がり部１５に等間隔に形成した多数の切り欠き１ ６、１６のピッチＰの半分（Ｐ／２）の非整数倍としている。即ち、ｋを整数と した場合に、第一検出部である上記立ち上がり部１５の磁気特性が変化する周期 である切り欠き１６、１６のピッチＰと、上記ずれの大きさＬとの間に、Ｌ≠ｋ ・Ｐ／２の関係が成り立つ様に、上記Ｌ及びＰを定めている。

【００２３】 上記第一〜第三センサ２１〜２３が検出した信号は、前記カバー１９の側面か ら導出したコード２９を通じて、パワーステアリング装置や四輪操舵装置の制御 器（図示せず）に送り込む。又、図示の実施例では、前記外輪８の内周面一端寄 り部分に、円輪状に形成されたシール板３０の外周縁を係止している。そして、 このシール板３０の内周縁を、前記内輪６の外周面一端寄り部分に近接させてい る。

【００２４】 上述の様に構成される本考案の回転角度検出装置付転がり軸受により、ステア リングコラム１１の内側に支持されたステアリングシャフト１の回転角度、回転 角速度、回転方向を求める際の作用は、前述した従来の回転角度検出装置とほぼ 同様である。

【００２５】 即ち、上記ステアリングシャフト１が一方向に回転した場合には、図４に実線 α、βで示した様に、第一センサ２１の出力が立ち上がった後、例えば１／４周 期だけ遅れて、第二センサ２２の出力が立ち上がる。又、上記ステアリングシャ フト１が他方向に回転した場合には、図５に実線α、βで示した様に、第一セン サ２１の出力が立ち上がった後、例えば３／４周期遅れて、第二センサ２２の出 力が立ち上がる。

【００２６】 従って、第一、第二センサ２１、２２の内の何れか一方、又は双方のセンサ２ １、２２の出力が立ち上がる回数をカウントすれば、上記ステアリングシャフト １の回転角度を知る事が出来る。又、単位時間当たりの立ち上がり回数をカウン トするか、立ち上がり継続時間を測定すれば、回転角速度を知る事が出来る。更 に、両センサ２１、２２の出力が立ち上がるタイミング、即ち、第一センサ２１ の出力が立ち上がってから第二センサ２２の出力が立ち上がる迄の周期を観察す れば、回転方向を知る事が出来る。

【００２７】 更に、第三センサ２３の出力は、図４、５に実線γで示す様に、ステアリング シャフト１が１回転する度に１回だけ立ち上がる。この第三センサ２３の出力は 、ステアリングシャフト１が中立位置にあるか否かを検知して、このステアリン グシャフト１の回転数測定に利用される他、この第三センサ２３の出力が立ち上 がってからの第一、第二センサ２１、２２の出力の立ち上がり回数をカウントす る事で、上記ステアリングシャフト１の中立位置からの回転角度を知る為に利用 される。

【００２８】 特に、本考案の回転角度検出装置付転がり軸受の場合、内輪６と外輪８と転動 体１０とから成る転がり軸受に対して、トーンホイール１３と第一、第二、第三 センサ２１、２２、２３とを、不離に組み合わせている為、これら各部品６、８ 、１０、２１、２２、２３を、単一の部品として取り扱える。従って、ステアリ ングコラム１１の内側にステアリングシャフト１を回転自在に支持する作業と同 時に、トーンホイール１３と第一、第二、第三センサ２１、２２、２３との組み 付け作業を行なえる。この結果、部品管理及び組み付け作業が簡略化され、回転 角度検出機能付ステアリング装置の製作費の低廉化を図れる。

【００２９】 次に、図６〜８は本考案の第二実施例を示している。本実施例の場合、トーン ホイール１３ａとして、断面Ｌ字形の芯金の外周面及び片面に、断面Ｌ字形の合 成樹脂製磁石３２を添着したものを使用している。この合成樹脂製磁石３２の一 部で、外向フランジ状の立ち上がり部３３の側面部分には、Ｓ極とＮ極とを交互 に、且つ、等間隔で繰り返し配置して、この立ち上がり部分が第一検出部として 機能する様にしている。又、円筒部３４の外周面部分には、円周方向１個所にの み、他の部分とは異なる極（図示の例ではＮ極）を配置して、この円筒部３４が 第二検出部として機能する様にしている。

【００３０】 本実施例の場合、第一、第二、第三センサ２１、２２、２３自体は永久磁石を 持たず、磁気センサ２６、２８のみで構成されている。その他の構成及び作用は 、前述の第一実施例と同様である。

【００３１】 次に、図９〜１１は本考案の第三実施例を示している。本実施例の場合、トー ンホイール１３ｂとして、断面Ｌ字形の芯金の片面に、円輪状の合成樹脂製磁石 ３２ａを添着したものを使用している。この合成樹脂製磁石３２ａの外周寄り部 分部分には、Ｓ極とＮ極とを交互に、且つ、等間隔で繰り返し配置して、この外 周寄り部分が第一検出部として機能する様にしている。又、内周寄り部分には、 円周方向１個所にのみ、他の部分とは異なる極（図示の例ではＮ極）を配置して 、この内周寄り部分が第二検出部として機能する様にしている。

【００３２】 又、内輪６ａの軸方向（図９、１０の左右方向）に亙る幅寸法は、外輪８の軸 方向に亙る幅寸法と同じか、やや短くしている。そして、カバー１９と合成樹脂 ２０とを介して外輪８に支持された第一、第二センサ２１、２２を上記合成樹脂 製磁石３２ａの側面外周寄り部分に、同じく第三センサ２３を内周寄り部分に、 それぞれ対向させている。その他の構成及び作用は、上述の第二実施例と同様で ある。

【００３３】 更に、図１２は本考案の第四実施例を示している。本実施例の場合、トーンホ イール１３ｃの外周縁にゴム等のシール片３５を、全周に亙って添着し、このシ ール片３５の外周縁を、外輪８の内周面に摺接させている。シール片３５を構成 するゴム等が、切り欠き１６内に入り込む事は差し支えない。本実施例の場合、 転動体１０設置部分に存在するグリースの漏洩防止、転動体１０設置部分への異 物進入防止を有効に図れる。その他の構成及び作用は、前述の第一実施例の場合 と同様である。

【００３４】

【考案の効果】

本考案の回転角度検出装置付転がり軸受は、以上に述べた通り構成され作用す る為、ステアリング装置にステアリングシャフトの回転角度を検出する為の機構 を組み込む作業の簡略化を図る事で、回転角度検出機能付ステアリング装置の低 廉化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一実施例を示す、図３のＡ−Ａ断面
及びＢ−Ｂ断面に相当する半部断面図。

【図２】同じく図３のＣ−Ｃ断面に相当する半部断面
図。

【図３】第一、第二、第三センサとトーンホイールのみ
を取り出して、図１、２の右方から見た図。

【図４】ステアリングシャフトが一方向に回転する際に
於ける、第一、第二、第三センサの出力変化を示す線
図。

【図５】ステアリングシャフトが他方向に回転する際に
於ける、第一、第二、第三センサの出力変化を示す線
図。

【図６】本考案の第二実施例を示す、図８のＤ−Ｄ断面
及びＥ−Ｅ断面に相当する半部断面図。

【図７】同じく図８のＦ−Ｆ断面に相当する半部断面
図。

【図８】第一、第二、第三センサとトーンホイールのみ
を取り出して、図６、７の右方から見た図。

【図９】本考案の第三実施例を示す、図１１のＧ−Ｇ断
面及びＨ−Ｈ断面に相当する半部断面図。

【図１０】同じく図１１のＩ−Ｉ断面に相当する半部断
面図。

【図１１】第一、第二、第三センサとトーンホイールの
みを取り出して、図９、１０の右方から見た図。

【図１２】本考案の第四実施例を示す半部断面図。

【図１３】従来の回転角度検出装置を示す斜視図。

【図１４】各センサの出力信号を示す線図。

【符号の説明】

１ ステアリングシャフト ２、３ トーンホイール ４ センサ組立 ５ センサ ６、６ａ 内輪 ７ 内輪軌道 ８ 外輪 ９ 外輪軌道 １０ 転動体 １１ ステアリングコラム １２ 突出部 １３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ トーンホイール １４ 嵌合部 １５ 立ち上がり部 １６、１７ 切り欠き １８ センサ組立 １９ カバー ２０ 合成樹脂 ２１ 第一センサ ２２ 第二センサ ２３ 第三センサ ２４ 段部 ２５ 永久磁石 ２６ 磁気センサ ２７ 永久磁石 ２８ 磁気センサ ２９ コード ３０ シール板 ３１ 芯金 ３２、３２ａ 合成樹脂製磁石 ３３ 立ち上がり部 ３４ 円筒部 ３５ シール片

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一軌道面を有し、使用時に回転する第
   一軌道輪と、第一軌道面に対向する第二軌道面を有し、
   使用時に回転しない第二軌道輪と、上記第一軌道面と第
   二軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体
   と、上記第一軌道輪に支持された、円環状のトーンホイ
   ールと、上記第二軌道輪に支持されたセンサ組立とを備
   え、上記トーンホイールは、円周方向に亙る磁気特性
   を、交互に且つ等間隔に変化させた第一検出部、及び円
   周方向１個所の磁気特性を残り部分の磁気特性と異なら
   せた第二検出部を有し、上記センサ組立は、それぞれが
   上記第一検出部に対向した第一、第二センサ、及び上記
   第二検出部に対向した第三センサを有し、第一センサと
   第二センサとは、円周方向に亙りずらせて配置されてお
   り、この第一、第二センサのずれの大きさをＬとし、上
   記第一検出部の磁気特性が変化する周期をＰとし、ｋを
   整数とした場合に、Ｌ≠ｋ・Ｐ／２の関係が成り立つ回
   転角度検出装置付転がり軸受。