JP2005055379A - Ball bearing unit for load measurement - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば自動車、鉄道車両、各種搬送車等の移動体の車輪に負荷されるアキシアル荷重又はラジアル荷重を測定し、この移動体の運行の安定性確保を図る為に利用する、荷重測定用転がり軸受ユニットの改良に関する。 The present invention measures, for example, an axial load or a radial load applied to the wheels of a moving body such as an automobile, a railway vehicle, and various transport vehicles, and is used for ensuring the stability of operation of the moving body. The present invention relates to an improvement of a rolling bearing unit.
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、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)、更にはビークルスタビリティコントロールシステム(VSC)等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重やラジアル荷重の大きさを知る事が好ましい場合がある。 For example, an automobile wheel is rotatably supported by a double row angular rolling bearing unit with respect to a suspension device. In order to ensure the running stability of automobiles, vehicle running stabilizers such as an antilock brake system (ABS), a traction control system (TCS), and a vehicle stability control system (VSC) are used. . In order to control such various vehicle running stabilizers, signals such as the rotational speed of the wheels and the acceleration in each direction applied to the vehicle body are required. In order to perform more advanced control, it may be preferable to know the magnitude of the axial load or radial load applied to the rolling bearing unit via the wheel.
この様な事情に鑑みて特許文献1、2には、図6、7に示す様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置が記載されている。このうちの図6はアキシアル荷重を測定する為の、図7はラジアル荷重を測定する為の、それぞれ荷重測定用転がり軸受ユニットを示している。このうちの図6に示した従来構造の第1例では、回転輪であり内輪相当部材であるハブ1の外端部(軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向外側を言い、各図の左側)外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ2を固設している。又、上記ハブ1の中間部乃至内端部(軸方向に関して内とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向中央側を言い、各図の右側)外周面には、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道3、3を形成している。
In view of such circumstances,
一方、上記ハブ1の周囲にこのハブ1と同心に配置された、静止輪であり外輪相当部材である外輪4の外周面には、この外輪4を懸架装置を構成するナックル5に支持固定する為の、固定側フランジ6を固設している。又、上記外輪4の内周面には、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道7、7を形成している。そして、これら各外輪軌道7、7と上記各内輪軌道3、3との間に、それぞれが転動体である複数の玉8、8を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪4の内径側に上記ハブ1を回転自在に支持している。
On the other hand, the outer ring 4 is supported and fixed to the knuckle 5 constituting the suspension device on the outer peripheral surface of the outer ring 4 which is a stationary wheel and is a member equivalent to the outer ring, which is arranged around the
更に、上記固定側フランジ6の内側面複数個所で、この固定側フランジ6を上記ナックル5に結合する為のボルト9を螺合する為のねじ孔10を囲む部分には、それぞれ荷重センサ11を添設している。上記外輪4を上記ナックル5に支持固定した状態でこれら各荷重センサ11は、このナックル5の外側面と上記固定側フランジ6の内側面との間で挟持される。
Further,
この様な従来から知られている転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第1例の場合、図示しない車輪と上記ナックル5との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル5の外側面と上記固定側フランジ6の内側面とが、上記各荷重センサ11を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ11の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル5との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献3には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
In the case of a first example of such a conventionally known load measuring device for a rolling bearing unit, when an axial load is applied between a wheel (not shown) and the knuckle 5, the outer surface of the knuckle 5 and the fixed side The inner surface of the flange 6 strongly presses each
又、図7に示した従来構造の第2例では、懸架装置に支持される、静止輪であり外輪相当部材である外輪4aの内径側に、車輪を結合固定する、回転輪であり内輪相当部材であるハブ1aを支持している。このハブ1aは、車輪を固定する為の回転側フランジ2aをその外端部に有するハブ本体12と、このハブ本体12の内端部に外嵌されてナット13により抑え付けられた内輪14とを備える。そして、上記外輪4aの内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道7、7と、上記ハブ1aの外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道3、3との間に、それぞれが転動体である玉8、8を複数個ずつ配置して、上記外輪4aの内径側での上記ハブ1aの回転を自在としている。
Further, in the second example of the conventional structure shown in FIG. 7, the rotating wheel is equivalent to the inner ring, and is fixed to the inner diameter side of the
上記外輪4aの軸方向中間部で複列の外輪軌道7、7の間部分に、この外輪4aを直径方向に貫通する取付孔15を、この外輪4aの上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔15内に、荷重測定用のセンサである、円杆状(棒状)の変位センサ16を装着している。この変位センサ16は非接触式で、先端面(下端面)に設けた検出面は、ハブ1aの軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング17の外周面に近接対向させている。上記変位センサ16は、上記検出面と上記センサリング17の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。
A mounting hole 15 that diametrically penetrates the
上述の様に構成する従来から知られている転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第2例の場合、上記変位センサ16の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪4aは、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ1aは、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪4aやハブ1a、並びに転動体9a、9bの弾性変形に基づいて、これら外輪4aの中心とハブ1aの中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪4aの上端部に設けた、上記変位センサ16の検出面と上記センサリング17の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ16の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式或はマップ等から、当該変位センサ16を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。この様にして求めた、各転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づいて、ABSを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる。
In the case of the second example of the conventionally known rolling bearing unit load measuring device configured as described above, the load applied to the rolling bearing unit can be obtained based on the detection signal of the
尚、図7に示した従来構造の第2例は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に加えて、上記ハブ1aの回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪14の内端部にセンサロータ18を外嵌固定すると共に、上記外輪4aの内端開口部に被着したカバー19に回転速度検出センサ20を支持している。そして、この回転速度検出センサ20の検知部を、上記センサロータ18の被検出部に、検出隙間を介して対向させている。
In the second example of the conventional structure shown in FIG. 7, in addition to the load applied to the rolling bearing unit, the rotational speed of the
上述の様な回転速度検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ1aと共に上記センサロータ18が回転し、このセンサロータ18の被検知部が上記回転速度検出センサ20の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出センサ20の出力が変化する。この様にして回転速度検出センサ20の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転速度検出センサ20の出力信号を図示しない制御器に送れば、ABSやTCSを適切に制御できる。
When the rolling bearing unit incorporating the rotational speed detection device as described above is used, the
図6に示した従来構造の第1例の場合、ナックル5に対し外輪4を支持固定する為のボルト9と同数だけ、荷重センサ11を設ける必要がある。この為、荷重センサ11自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献2に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。
In the case of the first example of the conventional structure shown in FIG. 6, it is necessary to provide as
又、図7に示した従来構造の第2例の場合、変位センサ16により、外輪4aとハブ1aとの径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定するが、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ16として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、やはり荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
In the case of the second example of the conventional structure shown in FIG. 7, the load applied to the rolling bearing unit is measured by measuring the displacement in the radial direction between the
この様な事情に鑑み、低コストで構成できて、耐久性に問題を生じる事がなく、各車輪に加わるアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる荷重測定用転がり軸受ユニットに関する発明として、特願2003−120072号、同2003−133934号に開示されたものがある。この先発明の場合には、公転速度検出センサにより、転がり軸受ユニットに複列に配置した玉のうちの片側の列を構成する玉の公転速度を検出し、回転速度検出センサにより、ハブの回転速度を検出する。そして、これら両センサの検出信号に基づき、公転速度と回転速度との比である速度比を求める。アキシアル荷重が変化し、上記各玉の接触角が変化すると、これら各玉の公転速度、延ては上記速度比が変化するので、この速度比の変化に基づいて、上記アキシアル荷重を算出する。 In view of such circumstances, it can be configured at low cost, does not cause problems in durability, and can measure the axial load applied to each wheel while ensuring the accuracy required for control As inventions related to rolling bearing units, there are those disclosed in Japanese Patent Application Nos. 2003-120072 and 2003-133934. In the case of this prior invention, the revolution speed detection sensor detects the revolution speed of the balls constituting one side of the balls arranged in a double row on the rolling bearing unit, and the rotation speed detection sensor detects the rotation speed of the hub. Is detected. And based on the detection signal of both these sensors, the speed ratio which is a ratio of revolution speed and rotation speed is calculated | required. When the axial load changes and the contact angle of each ball changes, the revolution speed of each ball, and thus the speed ratio, changes. Therefore, the axial load is calculated based on the change in the speed ratio.
ところで、玉等の転動体の公転速度は、アキシアル荷重の大きさにより変化するだけでなく、予圧の大きさやラジアル荷重の大きさによっても変化する。言い換えれば、予圧又はラジアル荷重が、上記アキシアル荷重を求める事に対する、一種の漏話(クロストーク)成分として入り込む。従って、或る特定の(単列の)玉の公転速度だけを検出しても、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を正確に求める事は難しい。上記先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合には、初期設定により予圧の影響を排除する事に加え、加速度、ヨーレート、舵角、操舵力のうちから選択される何れかの値から上記転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が加わる状況か否かを判定して、このアキシアル荷重を正確に測定できる様にしている。従って、このアキシアル荷重を算出する為の演算器には、転がり軸受ユニット部分に設けたセンサの出力信号以外の信号も入力する。 By the way, the revolution speed of rolling elements such as balls changes not only according to the magnitude of the axial load, but also changes depending on the magnitude of the preload and the magnitude of the radial load. In other words, the preload or radial load enters as a kind of crosstalk component with respect to the determination of the axial load. Therefore, even if only the revolution speed of a specific (single row) ball is detected, it is difficult to accurately determine the axial load applied to the rolling bearing unit. In the case of the load measuring device for a rolling bearing unit according to the above invention, in addition to eliminating the influence of the preload by the initial setting, from any value selected from acceleration, yaw rate, steering angle, and steering force It is determined whether or not the axial load is applied to the rolling bearing unit so that the axial load can be accurately measured. Therefore, a signal other than the output signal of the sensor provided in the rolling bearing unit portion is also input to the arithmetic unit for calculating the axial load.
これに対して特願2003−172483号には複列に配置された転動体の公転速度に基づいて転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造が、同2003−171715号には同じくラジアル荷重を測定する構造が、それぞれ記載されている。この様な第二の先発明の構造によれば、転がり軸受ユニット部分に設けたセンサの出力信号のみで、この転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重又はラジアル荷重を正確に求められる構造を、低コストで実現できる。 On the other hand, Japanese Patent Application No. 2003-17283 has a structure for measuring the axial load applied to the rolling bearing unit based on the revolution speed of the rolling elements arranged in a double row, and No. 2003-171715 also has a radial load. Each structure to be measured is described. According to such a structure of the second prior invention, a structure in which an axial load or a radial load applied to the rolling bearing unit can be accurately obtained only by an output signal of a sensor provided in the rolling bearing unit portion can be obtained at low cost. realizable.
但し、上記第二の先発明の構造では、複列に配置された転動体同士の間に1対の公転速度検出センサを配置する必要がある。又、転がり軸受ユニットの円周方向に関する、これら両公転速度検出センサの設置位置(回転方向の位相)は、設置作業及び信号取り出し用ハーネスの取り回し容易化の面から一致させる必要がある。従って、上記両公転速度検出センサは、上記転がり軸受ユニットの軸方向に隣接した状態で配置される。又、これら両公転速度検出センサとして、磁気検知式のものを使用する事が、各転動体を設置した部分に封入したグリース等に妨げられる事なく、正確な公転速度検出を行なう面からは好ましい。 However, in the structure of the second prior invention, it is necessary to arrange a pair of revolution speed detection sensors between the rolling elements arranged in a double row. Further, the installation positions (phases in the rotational direction) of these revolution speed detection sensors with respect to the circumferential direction of the rolling bearing unit must be matched in terms of installation work and easy handling of the signal extraction harness. Therefore, the two revolution speed detection sensors are arranged in a state adjacent to the rolling bearing unit in the axial direction. In addition, it is preferable to use a magnetic detection type sensor as both of these revolution speed detection sensors in terms of accurate revolution speed detection without being obstructed by grease or the like enclosed in the portion where each rolling element is installed. .
ところが、それぞれが磁気検知式である1対の公転速度検出センサを近接配置した場合、何らの対策も施さないと、これら両公転速度検出センサ同士の間で磁束が干渉し、正確な公転速度検出が難しくなる可能性がある。特に、公転速度検出の信頼性を向上させるべく、上記両公転速度検出センサに内蔵した永久磁石、或はエンコーダとして保持器に支持した永久磁石の磁束密度を高くすると、却って、上記干渉に基づく公転速度検出の信頼性低下を来す可能性が高くなる。 However, when a pair of revolution speed detection sensors, each of which is magnetic detection type, are arranged close to each other, if no measures are taken, magnetic flux interferes between these two revolution speed detection sensors, and accurate revolution speed detection is performed. Can be difficult. In particular, in order to improve the reliability of the revolution speed detection, if the magnetic flux density of the permanent magnet built in the two revolution speed detection sensors or the permanent magnet supported by the cage as an encoder is increased, the revolution based on the interference is instead. There is a high possibility that the reliability of speed detection will be reduced.
本発明は、1対の公転速度検出センサを近接配置した場合でも、これら両公転速度検出センサ同士の間で磁束の干渉を生じにくくする事により、公転速度検出の信頼性を向上させて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に検出できる構造を実現すべく発明したものである。 Even when a pair of revolution speed detection sensors are arranged close to each other, the present invention improves the reliability of revolution speed detection by making it difficult for magnetic flux interference to occur between the two revolution speed detection sensors. The invention was invented to realize a structure capable of accurately detecting the load applied to the bearing unit.
本発明の荷重測定用転がり軸受ユニットは、静止輪と、回転輪と、複数個の転動体と、1対の公転速度検出センサと、磁性体とを備える。
このうちの静止輪は、使用時にも回転しない。
又、上記回転輪は、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する。
又、上記各転動体は、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ2列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられている。
又、上記両公転速度検出センサは、両列の転動体同士の間に設けられて、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ円周方向に関する磁気特性の変化に基づいて検出する。
又、上記磁性体は、上記静止輪の軸方向に関して、上記両公転速度検出センサ同士の間に配置されている。
The load measuring rolling bearing unit of the present invention includes a stationary wheel, a rotating wheel, a plurality of rolling elements, a pair of revolution speed detection sensors, and a magnetic body.
Of these, the stationary wheels do not rotate during use.
The rotating wheel is arranged concentrically with the stationary wheel and rotates during use.
In addition, each of the rolling elements has a plurality of contact angle directions between the stationary-side track and the rotating-side track formed in two rows in the opposite portions of the stationary wheel and the rotating wheel, respectively. On the contrary, it is provided so that it can roll freely.
The both revolution speed detection sensors are provided between the rolling elements in both rows, and detect the revolution speeds of the rolling elements in both rows based on changes in the magnetic characteristics in the circumferential direction.
The magnetic body is disposed between the two revolution speed detection sensors with respect to the axial direction of the stationary wheel.
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、接触角の方向が互いに異なる1対の列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する事により、上記転がり軸受ユニットに負荷されるアキシアル荷重又はラジアル荷重を測定できる。即ち、複列アンギュラ型の玉軸受の如き転がり軸受ユニットがアキシアル荷重又はラジアル荷重を負荷すると、転動体(玉)の接触角が変化する。転がり軸受の技術分野で周知の様に、転動体の公転速度は接触角が変化すると変化する。 The rolling bearing unit load measuring device of the present invention configured as described above is loaded on the rolling bearing unit by detecting the revolution speeds of a pair of rolling elements with different contact angle directions. Axial load or radial load can be measured. That is, when a rolling bearing unit such as a double row angular type ball bearing applies an axial load or a radial load, the contact angle of the rolling elements (balls) changes. As is well known in the technical field of rolling bearings, the revolution speed of the rolling elements changes as the contact angle changes.
具体的には、上記アキシアル荷重を支承する側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程接触角が大きくなり、反対側の列に関してはこのアキシアル荷重が大きくなる程接触角が小さくなる。そして、外輪相当部材が回転輪の場合には上記アキシアル荷重を支承する側の列で転動体の公転速度が遅くなり、反対側の列で転動体の公転速度が速くなる。逆に、内輪相当部材が回転輪の場合には上記アキシアル荷重を支承する側の列で公転速度が速くなり、反対側の列で転動体の公転速度が遅くなる。従って、上記両列の転動体の公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める事ができる。同時に、上記両列の公転速度は、上記ラジアル荷重に応じても変化する。従って、これら両列の転動体の公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事もできる。 Specifically, for the row on which the axial load is supported, the contact angle increases as the axial load increases, and for the row on the opposite side, the contact angle decreases as the axial load increases. When the outer ring equivalent member is a rotating wheel, the revolution speed of the rolling elements is reduced in the row on which the axial load is supported, and the revolution speed of the rolling elements is increased in the opposite row. On the contrary, when the inner ring equivalent member is a rotating wheel, the revolution speed is increased in the row on which the axial load is supported, and the revolution speed of the rolling element is decreased in the opposite row. Therefore, the axial load applied to the rolling bearing unit can be obtained by measuring the change in the revolution speed of the rolling elements in both rows. At the same time, the revolution speed of the two rows also changes depending on the radial load. Therefore, the radial load applied to the rolling bearing unit can be obtained by measuring the change in the revolution speed of the rolling elements in both rows.
又、本発明の場合には、前述した第二の先発明の場合と同様に、接触角の方向が互いに異なる1対の列の転動体の公転速度を検出する為、予圧やラジアル荷重の影響を排除して、上記アキシアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。即ち、上記予圧は各列の転動体に均等に加わるし、上記ラジアル荷重に関してもほぼ均等に加わる。従って、これら予圧及びラジアル荷重が上記各列の転動体の公転速度に及ぼす影響はほぼ同じになる。そこで、これら各列の転動体の公転速度の比、或は差に基づいて上記アキシアル荷重を求めれば、上記予圧やラジアル荷重がこのアキシアル荷重の測定値に及ぼす影響を低く抑えられる。
又、上記公転速度を測定する為の公転速度検出センサは、従来からABSやTCSの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体を安価に構成できる。
Further, in the case of the present invention, as in the case of the second prior invention described above, since the revolution speed of a pair of rolling elements with different contact angle directions is detected, the influence of preload and radial load is detected. The accuracy of measuring the axial load can be improved. In other words, the preload is equally applied to the rolling elements in each row, and the radial load is also applied substantially evenly. Therefore, the effects of the preload and the radial load on the revolution speed of the rolling elements in each row are almost the same. Therefore, if the axial load is obtained based on the ratio or difference between the revolution speeds of the rolling elements in each row, the influence of the preload and the radial load on the measured value of the axial load can be kept low.
Further, as the revolution speed detection sensor for measuring the revolution speed, an inexpensive speed sensor that has been widely used for obtaining control signals for ABS and TCS can be used. For this reason, the whole load measuring device of a rolling bearing unit can be constituted at low cost.
特に、本発明の場合には、近接配置された1対の公転速度検出センサ同士の間に磁性材を配置しているので、これら両公転速度検出センサ同士の間で磁束の干渉を生じにくくして、公転速度検出の信頼性を向上させる事ができる。
従って、比較的低コストで構成できるにも拘らず、各車輪等の回転部材に加わるアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる。この為、例えば、各種車両用走行安定装置の高性能化に寄与できる。
In particular, in the case of the present invention, a magnetic material is disposed between a pair of revolution speed detection sensors arranged in close proximity, so that magnetic flux interference is less likely to occur between these two revolution speed detection sensors. Thus, the reliability of revolution speed detection can be improved.
Therefore, although it can be configured at a relatively low cost, the axial load applied to the rotating member such as each wheel can be measured while ensuring the accuracy required for control. For this reason, for example, it can contribute to the performance enhancement of various vehicle travel stabilizers.
本発明を実施する場合に好ましくは、静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪を外輪相当部材とし、他方の軌道輪を内輪相当部材とすると共に、各転動体を玉とする。そして、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角を付与する。 Preferably, when carrying out the present invention, one of the stationary ring and the rotating ring is an outer ring equivalent member, the other race ring is an inner ring equivalent member, and each rolling element is a ball. A plurality of angular contact type inner ring raceways formed on the outer peripheral surface of the inner ring equivalent member and a plurality of double row angular outer ring raceways formed on the inner peripheral surface of the outer ring equivalent member are provided. A contact angle of the back combination type is given to the ball.
又、好ましくは、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出センサを備え、両公転速度検出センサから送り込まれる検出信号と、この回転速度検出センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重とラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の荷重を算出する。
この様に回転速度検出センサを設ければ、上記回転輪の回転速度が変化する状況でも、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定できる。即ち、この転がり軸受ユニットが、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用されるものであれば、荷重算出の為の回転検出センサは、上記両公転速度検出センサのみで足りる。これに対して、使用時に上記回転輪の回転速度が変化する様な場合には、回転速度検出センサが検出するこの回転輪の回転速度と上記公転速度とにより、上記アキシアル荷重又はラジアル荷重を求める事ができる。
Preferably, a rotation speed detection sensor for detecting the rotation speed of the rotating wheel is provided, and based on a detection signal sent from both revolution speed detection sensors and a detection signal sent from the rotation speed detection sensor, At least one of an axial load and a radial load applied between the stationary wheel and the rotating wheel is calculated.
If the rotational speed detection sensor is provided in this manner, the load applied to the rolling bearing unit can be accurately measured even in a situation where the rotational speed of the rotating wheel changes. That is, if this rolling bearing unit is used in a state where the rotational speed of the rotating wheel is always constant, the rotation detection sensor for calculating the load need only be the both revolution speed detection sensors. On the other hand, when the rotational speed of the rotating wheel changes during use, the axial load or radial load is obtained from the rotational speed of the rotating wheel detected by the rotational speed detection sensor and the revolution speed. I can do things.
この場合に、上記両列の転動体の公転速度の差と回転速度との比である速度比を算出し、この速度比から上記アキシアル荷重を求めれば、上記回転輪の回転速度が変化しても、このアキシアル荷重を正確に求める事ができる。
又、ラジアル荷重に関しては、上記両列の転動体の公転速度の和と回転速度との比である速度比を算出し、この速度比から上記ラジアル荷重を求めれば、上記回転輪の回転速度が変化しても、このラジアル荷重を正確に求める事ができる。
In this case, if the speed ratio, which is the ratio between the revolution speed difference of the rolling elements in both rows and the rotational speed, is calculated, and the axial load is obtained from this speed ratio, the rotational speed of the rotating wheel changes. This axial load can be obtained accurately.
Regarding the radial load, the speed ratio, which is the ratio of the sum of the revolution speeds of the rolling elements in both rows and the rotational speed, is calculated, and if the radial load is obtained from this speed ratio, the rotational speed of the rotating wheel is calculated. Even if it changes, this radial load can be calculated accurately.
図1〜2は、本発明の実施例1を示している。本実施例は、自動車の従動輪(FR車、RR車、MD車の前輪、FF車の後輪)を支持する為の転がり軸受ユニットに本発明を適用した場合に就いて示している。この転がり軸受ユニットの構造に関しては、前述の図7に示した従来構造の第2例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。静止輪であり外輪相当部材である外輪4aの内周面には、それぞれが静止側軌道である、複列アンギュラ型の外輪軌道7、7を形成している。そして、これら各外輪軌道7、7と、ハブ1bの外周面に設けた、それぞれが回転側軌道である、複列アンギュラ型の内輪軌道3、3との間に、それぞれが転動体である複数の玉8a、8bを複列(2列)に分けて、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、保持器21a、21bにより保持した状態で転動自在に設ける事により、上記外輪4aの内径側に上記ハブ1bを、回転自在に支持している。この状態で上記両列の玉8a、8bには、互いに逆方向で、且つ、同じ大きさの接触角αa 、αb (図2)が付与されて、背面組み合わせ型の、複列アンギュラ型玉軸受を構成する。上記各列の玉8a、8bには、使用時に加わるアキシアル荷重によって回転精度が劣化する事がない程度に、十分な予圧を付与している。
1 and 2
上述の様な転がり軸受ユニットを構成する上記外輪4aの軸方向中間部で上記複列の外輪軌道7、7の間部分に取付孔15aを、この外輪4aを径方向に貫通する状態で形成している。そして、この取付孔15aにセンサユニット22を、上記外輪4aの径方向外方から内方に挿通し、このセンサユニット22の先端部に設けた検出部23を、上記外輪4aの内周面から突出させている。この検出部23には、1対の公転速度検出センサ24a、24bを設けている。
A mounting
これら両公転速度検出センサ24a、24bは、上記複列に配置された玉8a、8bの公転速度を測定する為のもので、上記検出部23のうち、上記ハブ1bの軸方向(図1〜2の左右方向)に関する両側面に、それぞれの検出面を配置している。本例の場合、上記両公転速度検出センサ24a、24bは、上記複列に配置された各玉8a、8bの公転速度を、前記各保持器21a、21bの回転速度として検出する。この為に本例の場合には、これら各保持器21a、21bを構成するリム部25、25を、互いに対向する側に配置している。そして、これら各リム部25、25の互いに対向する面に、それぞれが円輪状である公転速度検出用エンコーダ26a、26bを、全周に亙り添着支持している。
These revolution
これら両エンコーダ26a、26bの被検出面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記各保持器21a、21bの回転速度を上記両公転速度検出センサ24a、24bにより検出自在としている。この為に本例の場合には、上記両エンコーダ26a、26bを、円輪状の永久磁石製としている。この様な永久磁石としては、フェライト磁石、ネオジウム鉄ボロン磁石、サマリウムコバルト磁石等の燒結磁石、アルミマンガン磁石、アルニコ等の金属磁石、磁性粉を合成樹脂或はゴム中に混入したプラスチック磁石或はゴム磁石を使用できる。このうちの燒結磁石及び金属磁石は、強い磁力を得られる反面、欠けや割れ等の損傷を生じ易い為、プラスチック磁石或はゴム磁石を使用する事が好ましい。この様な両公転速度検出用エンコーダ26a、26bは、別途造られた上記各保持器21a、21bのリム部25、25の側面に接着により結合固定したり、或はこれら各保持器21a、21bを射出時にキャビティ内に上記両公転速度検出用エンコーダ26a、26bをセットしておく事で、インサート成形する。何れの方法を採用するかは、コスト及び要求される結合強度等に応じて選択する。尚、図示は省略するが、製造個数がより多くなる様な場合には、保持器自体にエンコーダとしての機能を持たせる事も、コスト低減と信頼性向上との面から有効である。
The magnetic characteristics of the detected surfaces of both the
上述の様な両エンコーダ26a、26b或はエンコーダとして機能する保持器を介して前記各列の玉8a、8bの公転速度を検出する為に、上記両公転速度検出センサ24a、24bの検出面を、上記両公転速度検出用エンコーダ26a、26bの被検出面である、互いに対向する面に近接対向させている。尚、これら両公転速度検出用エンコーダ26a、26bの被検出面と上記両公転速度検出センサ24a、24bの検出面との距離(検出隙間)は、上記各保持器21a、21bのポケットの内面と上記各玉8a、8bの転動面との間の隙間であるポケット隙間よりも大きく、2mm以下とする事が好ましい。上記検出隙間がポケット隙間以下になると、上記各保持器21a、21bがこのポケット隙間分変位した場合に、上記被検出面と上記検出面とが擦れ合う可能性を生じる為、好ましくない。反対に、上記検出隙間が2mmを越えると、上記両公転速度検出センサ24a、24bにより上記両公転速度検出用エンコーダ26a、26bの回転を正確に測定する事が難しくなる。
In order to detect the revolution speeds of the
又、上記両公転速度検出センサ24a、24bは、磁気式の回転検出センサで、ホール素子、ホールIC、磁気抵抗素子(MR素子)、GMR素子、MI素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものが、好ましく使用できる。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転検出センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して永久磁石の着磁方向一端面に突き当て(磁性材製のエンコーダを使用する場合)、上記磁気検出素子の他側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記両エンコーダ26a、26bの被検出面に対向させる。尚、本例の場合、永久磁石製のエンコーダを使用するので、センサ側の永久磁石は不要である。
The revolving
更に、前記センサユニット22の先端部(図1〜2の下端部)で、上記両公転速度検出センサ24a、24b同士の間部分に、磁性材27を設置している。言い換えれば、これら両公転速度検出センサ24a、24bは、この磁性材27をサンドイッチ状に挟んだ状態で配置されている。この磁性材27としては、SS材、SPCC材、マルテンサイト系ステンレス材、フェライト系ステンレス材等の鉄系金属材料の他、合成樹脂、ゴム、塗料、接着剤等の非磁性材料、弾性材料に磁性粉を混入して磁性を持たせたもの等、各種材料が利用可能である。この様な磁性材27は、上記両公転速度検出センサ24a、24bを支持する為の構造用部材として上記センサユニット22に組み込む事もできるし、これら両公転速度検出センサ24a、24bの背面(上記両エンコーダ26a、26bと反対側の面)に塗布、貼着、添着して設置する事もできる。
Furthermore, the
本例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記両公転速度検出センサ24a、24bの検出信号は、図示しない演算器に入力する。そして、この演算器が、これら両公転速度検出センサ24a、24bから送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪4aと前記ハブ1bとの間に加わるアキシアル荷重又はラジアルを算出する。このうちのアキシアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記両公転速度検出センサ24a、24bの検出信号から求められる、前記両列の玉8a、8bの公転速度の差から上記アキシアル荷重を求める。又、ラジアル荷重に関しては、上記両列の玉8a、8bの公転速度の和に基づいて算出する。尚、上記公転速度の差と上記アキシアル荷重との関係、或はこの公転速度の和と上記ラジアル荷重との関係は、予め実験及び計算により求めて、上記演算器のメモリに記憶させておく。何れにしても、上記両列の玉8a、8bの公転速度に基づいて、上記アキシアル荷重或はラジアル荷重を求める事により、これら両列の玉8a、8bに付与されている予圧の影響を少なく抑えて、上記アキシアル荷重或はラジアル荷重を精度良く求められる。
In the case of the load measuring device of the rolling bearing unit of this example, the detection signals of the two revolution
特に、本実施例の場合には、近接配置された上記両公転速度検出センサ24a、24b同士の間に前記磁性材27を配置しているので、これら両公転速度検出センサ24a、24b同士の間で磁束の干渉を生じにくくして、公転速度検出の信頼性を向上させる事ができる。この点に就いて、図3を参照しつつ説明する。
互いの被検出面を対向させて配置された前記1対のエンコーダ26a、26bの被検出面から出る磁束は、上記磁性材27が存在する場合には、この磁性材27により遮られて、図3(A)に示す様に、それ以上遠くにまで達する事はない。従って、上記両エンコーダ26a、26bのうちの一方のエンコーダ26aの被検出面から出た磁束は、上記両公転速度検出センサ24a、24bのうちの一方の回転検出センサ24aの検出部のみ通過する。又、他方のエンコーダ26bの被検出面から出た磁束は、他方の回転検出センサ24bの検出部のみ通過する。従って、これら両公転速度検出センサ24a、24bは、それぞれの検出部が対向したエンコーダ26a、26bを介して、上記両列の玉8a、8bの公転速度を正確に表す信号を出力する。
In particular, in the case of the present embodiment, the
When the
これに対して、上記両公転速度検出センサ24a、24b同士の間に磁性材が存在しないと、図3(B)に示す様に、1対のエンコーダ26a、26bの被検出面から出る磁束が、それぞれに対向した公転速度検出センサ24a、24bの検出部だけでなく、他の公転速度検出センサ24a、24bの検出部にまで達する可能性を生じる。この様に、これら公転速度検出センサ24a、24bの検出部に、上記両エンコーダ26a、26bの被検出面から出る磁束が達すると、これら公転速度検出センサ24a、24bから出る信号が、上記両列の玉8a、8bの公転速度を正確に表さなくなる。本実施例の場合、この様な問題をなくして、上記両列の玉8a、8bの公転速度を正確に求められる。
On the other hand, if there is no magnetic material between the two revolution
図4は、本発明の実施例2を示している。本実施例の場合、センサユニット22aのホルダ28の先端面(図4の下端面)に基板29を固定し、更にこの基板29に1対の公転速度検出センサ24a、24bを支持して、リード型のセンサユニット22aを構成している。又、これら両公転速度検出センサ24a、24b同士の間に、磁性材27aを設けている。上記基板29は、これら両公転速度検出センサ24a、24b毎に独立させる他、共通の一体型として良い。その他の構成及び作用は、上述した実施例1と同様である為、重複する説明は省略する。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the case of this embodiment, a substrate 29 is fixed to the tip surface (lower end surface in FIG. 4) of the
図5は、本発明の実施例3を示している。本実施例の場合には、センサユニット22bの先端面に回転速度検出センサ20aを設けると共に、ハブ1bの中間部で1対の内輪軌道3、3の間部分に、回転速度検出用のセンサロータ18aを外嵌固定している。このセンサロータ18aの外周面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化している。上記回転速度検出センサ20aは上記ハブ1bの回転速度を測定する為のもので、その検出面は、上記センサロータ18aの外周面に対向している。このセンサロータ18aの外周面と上記回転速度検出センサ20aの検出面との間の測定隙間は2mm以下に抑えている。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, a rotational
本例の場合、上記センサユニット22bに、1対の公転速度検出センサ24a、24bに加えて上記回転速度検出センサ20aを設ける事により、上記ハブ1bの回転速度の変動に拘らず、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重或はラジアル荷重を精度良く求められる。即ち、前述した通り、このアキシアル荷重は両列の玉8a、8bの公転速度の差に基づいて、ラジアル荷重はこれら両列の玉8a、8bの公転速度の和に基づいて、それぞれ算出するが、各荷重が同じであっても、上記差或は和は、上記ハブ1bの回転速度に応じて変化する。従って、工作機械や産業機械の回転支持部に設置する転がり軸受ユニットの様に、使用時の回転速度が一定であれば、1対の公転速度検出センサ24a、24bのみでも、上記アキシアル荷重或はラジアル荷重を必要とする精度を確保しつつ求める事は可能である。これに対して、自動車或は鉄道車両の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの様に、使用時の回転速度が常に変化する場合には、本実施例の様に、上記両列の玉8a、8bの公転速度に加えて、上記ハブ1bの回転速度を求める必要がある。
In the case of this example, by providing the
具体的には、本例の場合に演算器は、アキシアル荷重を求める場合には、上記各センサ24a、24b、20aの検出信号に基づいて、上記両列の玉8a、8bの公転速度の差と上記ハブ1bの回転速度との比である速度比を算出する。そして、この速度比から、上記アキシアル荷重を求める。
又、ラジアル荷重を求める場合には、上記両列の玉8a、8bの公転速度の和と上記ハブ1bの回転速度との比である速度比を算出する。そして、この速度比から上記ラジアル荷重を求める。
この様にすれば、上記ハブ1bの回転速度が変化しても、上記アキシアル荷重或は上記ラジアル荷重を正確に求める事ができる。
Specifically, in the case of this example, when the arithmetic unit obtains the axial load, based on the detection signals of the
Further, when the radial load is obtained, a speed ratio that is a ratio between the sum of the revolution speeds of the
In this way, even if the rotational speed of the
本発明は、図示の実施例に示す様な、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットに限らず、一般的な複列若しくは多列の玉軸受や円すいころ軸受に適用する事もできる。又、自動車の車輪を支持する為の複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットに適用する場合にしても、図示の様な、外側の内輪軌道をハブ本体の中間部外周面に形成した、所謂第三世代のハブユニットに限らずに実施できる。即ち、ハブ本体の中間部乃至内端部に1対の内輪を外嵌固定した、所謂第二世代のハブユニットや、ハブ本体の中間部乃至内端部に1対の内輪を外嵌固定すると共に、外周面を単なる円筒状とした外輪をナックルの支持孔に内嵌支持する、所謂第一世代のハブユニットにも適用できる。或は、ハブ本体の中間部乃至内端部の外周面とナックルの支持孔の内周面との間に、それぞれが単列型である転がり軸受を1対設けて複列転がり軸受ユニットとする構造にも、本発明を適用する事ができる。勿論、駆動輪用のハブユニットに本発明を適用する事もできる。更には、各種工作機械、産業機械等の回転軸を支持する為の複列転がり軸受ユニットで本発明を実施する事もできる。 The present invention is not limited to a double-row angular type rolling bearing unit as shown in the illustrated embodiment, and can be applied to a general double-row or multi-row ball bearing or tapered roller bearing. Further, even when applied to a double-row angular type rolling bearing unit for supporting the wheels of an automobile, a so-called third type in which an outer inner ring raceway is formed on the outer peripheral surface of the intermediate part of the hub body as shown in the figure. This is not limited to the generation hub unit. That is, a so-called second-generation hub unit in which a pair of inner rings are fitted and fixed to an intermediate portion or an inner end portion of the hub body, or a pair of inner rings is fitted and fixed to an intermediate portion or an inner end portion of the hub body. In addition, the present invention can also be applied to a so-called first-generation hub unit in which an outer ring whose outer peripheral surface is simply cylindrical is fitted and supported in a knuckle support hole. Alternatively, a pair of single-row rolling bearings are provided between the outer peripheral surface of the intermediate portion or inner end portion of the hub body and the inner peripheral surface of the support hole of the knuckle to form a double-row rolling bearing unit. The present invention can also be applied to the structure. Of course, the present invention can also be applied to a hub unit for driving wheels. Furthermore, the present invention can be implemented with a double-row rolling bearing unit for supporting a rotating shaft of various machine tools, industrial machines, and the like.
1、1a、1b ハブ
2、2a 回転側フランジ
3 内輪軌道
4、4a 外輪
5 ナックル
6 固定側フランジ
7 外輪軌道
8、8a、8b 玉
9 ボルト
10 ねじ孔
11 荷重センサ
12 ハブ本体
13 ナット
14 内輪
15、15a 取付孔
16 変位センサ
17 センサリング
18、18a センサロータ
19 カバー
20、20a 回転速度検出センサ
21a、21b 保持器
22、22a、22b センサニット
23 検出部
24a、24b 公転速度検出センサ
25 リム部
26a、26b 公転速度検出用エンコーダ
27、27a 磁性材
28 ホルダ
29 基板
1, 1a,
Claims (8)
Based on a detection signal sent from both revolution speed detection sensors and a detection signal sent from the rotation speed detection sensor, at least one of an axial load and a radial load applied between the stationary wheel and the rotation wheel is determined. The rolling bearing unit for load measurement according to claim 7, comprising a calculator for calculating.
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