JP2005098771A - Load-measuring device of rolling bearing unit - Google Patents

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Koichiro Ono
浩一郎 小野
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
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    • F16C2326/02Wheel hubs or castors

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a structure capable of ensuring the strength of an outer wheel 1, reducing its weight and exactly obtaining the load working in between a hub 2b and the outer wheel 1. <P>SOLUTION: Passage of rotors 9a, 9b constituting each series is detected, with a magnetic detection type revolution speed detection sensor 23 placed on the outer circumference of the wheel 1, to detect the revolving speed. A computing unit calculates the load, based on the detection signal of the revolution detection sensor 23. Since it is not necessary to form a penetration hole for attachment hole in the outer wheel 1 to place the revolution detection sensor 23, weight reduction of the outer wheel 1 is possible. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、自動車、鉄道車両等の車両の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに負荷される荷重(ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)を測定し、上記車両の走行安定性確保を図る為に利用する。   A rolling bearing unit load measuring apparatus according to the present invention measures a load (one or both of a radial load and an axial load) applied to a rolling bearing unit for supporting a wheel of a vehicle such as an automobile or a railway vehicle. It is used to ensure the running stability of the vehicle.

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荷重(ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)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 higher-level control, it may be preferable to know the magnitude of a load (one or both of a radial load and an axial 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には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第1例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図2に示す様に構成している。懸架装置に支持される外輪1の内径側に、車輪を結合固定するハブ2を支持している。このハブ2は、車輪を固定する為の回転側フランジ3をその外端部(車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部で、図1〜4の左端部)に有するハブ本体4と、このハブ本体4の内端部(車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部で、図1〜4の右端部)に外嵌されてナット5により抑え付けられた内輪6とを備える。そして、上記外輪1の内周面に形成した複列の外輪軌道7、7と、上記ハブ2の外周面に形成した複列の内輪軌道8、8との間に、それぞれ複数個ずつの転動体9a、9bを配置して、上記外輪1の内径側での上記ハブ2の回転を自在としている。   In view of such circumstances, Patent Document 1 describes a rolling bearing unit with a load measuring device capable of measuring a radial load. The rolling bearing unit with a load measuring device of the first example of this conventional structure measures a radial load and is configured as shown in FIG. A hub 2 for coupling and fixing the wheel is supported on the inner diameter side of the outer ring 1 supported by the suspension device. The hub 2 includes a hub main body 4 having a rotation side flange 3 for fixing a wheel at an outer end portion thereof (an end portion on the outer side in the width direction when assembled to a vehicle, the left end portion in FIGS. 1 to 4). The inner ring 6 that is externally fitted to the inner end portion of the hub body 4 (the end portion on the center side in the width direction in the assembled state in the vehicle and the right end portion in FIGS. 1 to 4) and held down by the nut 5. Prepare. A plurality of rolling rings are provided between the double row outer ring raceways 7 and 7 formed on the inner peripheral surface of the outer ring 1 and the double row inner ring raceways 8 and 8 formed on the outer peripheral surface of the hub 2. The moving bodies 9a and 9b are arranged to freely rotate the hub 2 on the inner diameter side of the outer ring 1.

上記外輪1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1を直径方向に貫通する取付孔10を、この外輪1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10内に、荷重測定用のセンサである、円杆状(丸棒状)の変位センサ11を装着している。この変位センサ11は非接触式で、先端面(下端面)に設けた検出面は、ハブ2の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング12の外周面に近接対向させている。上記変位センサ11は、上記検出面と上記センサリング12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 10 that diametrically penetrates the outer ring 1 is formed in a substantially vertical direction at an upper end portion of the outer ring 1 in a portion between the double row outer ring raceways 7 and 7 at an intermediate portion in the axial direction of the outer ring 1. Yes. In the mounting hole 10, a circular rod-shaped (round bar-shaped) displacement sensor 11, which is a load measuring sensor, is mounted. This displacement sensor 11 is a non-contact type, and the detection surface provided on the front end surface (lower end surface) is closely opposed to the outer peripheral surface of the sensor ring 12 fitted and fixed to the intermediate portion in the axial direction of the hub 2. When the distance between the detection surface and the outer peripheral surface of the sensor ring 12 changes, the displacement sensor 11 outputs a signal corresponding to the amount of change.

上述の様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ11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1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2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1やハブ2、並びに転動体9a、9bの弾性変形に基づいて、これら外輪1の中心とハブ2の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪1の上端部に設けた、上記変位センサ11の検出面と上記センサリング12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11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11を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わるラジアル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 conventional rolling bearing unit with a 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 displacement sensor 11. That is, the outer ring 1 supported by the vehicle suspension device is pushed downward by the weight of the vehicle, whereas the hub 2 supporting and fixing the wheel tends to stop at the same position. For this reason, the greater the weight, the greater the deviation between the center of the outer ring 1 and the center of the hub 2 based on the elastic deformation of the outer ring 1, the hub 2, and the rolling elements 9a, 9b. The distance between the detection surface of the displacement sensor 11 and the outer peripheral surface of the sensor ring 12 provided at the upper end of the outer ring 1 becomes shorter as the weight increases. Therefore, if the detection signal of the displacement sensor 11 is sent to the controller, the radial load applied to the rolling bearing unit in which the displacement sensor 11 is incorporated can be obtained from a relational expression or a map obtained beforehand through experiments or the like. Based on the load applied to each rolling bearing unit thus obtained, the ABS is appropriately controlled and the driver is informed of the poor loading state.

尚、図2に示した従来構造は、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2の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪6の内端部にセンサロータ13を外嵌固定すると共に、上記外輪1の内端開口部に被着したカバー14に回転速度検出用センサ15を支持している。そして、この回転速度検出用センサ15の検知部を、上記センサロータ13の被検出部に、測定隙間を介して対向させている。   In the conventional structure shown in FIG. 2, the rotational speed of the hub 2 can be detected in addition to the load applied to the rolling bearing unit. For this purpose, the sensor rotor 13 is fitted and fixed to the inner end portion of the inner ring 6, and the rotational speed detection sensor 15 is supported by a cover 14 attached to the inner end opening of the outer ring 1. And the detection part of this sensor 15 for rotational speed detection is made to oppose the to-be-detected part of the said sensor rotor 13 via a measurement clearance gap.

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2と共に上記センサロータ13が回転し、このセンサロータ13の被検知部が上記回転速度検出用センサ15の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出用センサ15の出力が変化する。この様にして回転速度検出用センサ15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、この回転速度検出用センサ15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 sensor rotor 13 rotates together with the hub 2 to which the wheel is fixed, and the detected portion of the sensor rotor 13 is connected to the rotational speed detection sensor 15. When traveling in the vicinity of the detection unit, the output of the rotational speed detection sensor 15 changes. The frequency at which the output of the rotational speed detection sensor 15 changes in this way is proportional to the rotational speed of the wheel. Therefore, if the output signal of the rotational speed detection sensor 15 is sent to a controller (not shown), ABS and TCS can be controlled appropriately.

上述の様な従来構造の第1例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、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も、特許文献2等に記載されて、従来から知られている。図3は、この特許文献2に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第2例の場合、ハブ2aの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ3aを固設している。又、外輪1aの外周面に、この外輪1aを懸架装置を構成するナックル16に支持固定する為の、固定側フランジ17を固設している。そして、上記外輪1aの内周面に形成した複列の外輪軌道7、7と、上記ハブ2aの外周面に形成した複列の内輪軌道8、8との間に、それぞれ複数個ずつの転動体9a、9bを転動自在に設ける事により、上記外輪1aの内径側に上記ハブ2aを回転自在に支持している。   The rolling bearing unit with a load measuring device of the first example of the conventional structure as described above is for measuring the radial load applied to the rolling bearing unit, but the structure for measuring the axial load applied to the rolling bearing unit is also, It is described in Patent Document 2 and the like and has been conventionally known. FIG. 3 shows a rolling bearing unit with a load measuring device for measuring an axial load described in Patent Document 2. In the case of the second example of this conventional structure, the rotation side flange 3a for supporting the wheel is fixed on the outer peripheral surface of the outer end portion of the hub 2a. A fixed-side flange 17 is fixed to the outer peripheral surface of the outer ring 1a for supporting and fixing the outer ring 1a to a knuckle 16 constituting a suspension device. A plurality of rolling rings are respectively provided between the double row outer ring raceways 7 and 7 formed on the inner peripheral surface of the outer ring 1a and the double row inner ring raceways 8 and 8 formed on the outer peripheral surface of the hub 2a. By providing the moving bodies 9a and 9b so as to be able to roll, the hub 2a is rotatably supported on the inner diameter side of the outer ring 1a.

更に、上記固定側フランジ17の内側面複数個所で、この固定側フランジ17を上記ナックル16に結合する為のボルト18を螺合する為のねじ孔19を囲む部分に、それぞれ荷重センサ20を添設している。上記外輪1aを上記ナックル16に支持固定した状態でこれら各荷重センサ20は、このナックル16の外側面と上記固定側フランジ17の内側面との間で挟持される。   Further, a load sensor 20 is attached to a part surrounding the screw hole 19 for screwing the bolt 18 for connecting the fixed side flange 17 to the knuckle 16 at a plurality of positions on the inner side surface of the fixed side flange 17. Has been established. Each load sensor 20 is sandwiched between the outer side surface of the knuckle 16 and the inner side surface of the fixed-side flange 17 in a state where the outer ring 1 a is supported and fixed to the knuckle 16.

この様な従来構造の第2例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル16との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル16の外側面と上記固定側フランジ17の内側面とが、上記各荷重センサ20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20の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル16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 the load measuring device of the rolling bearing unit of the second example having such a conventional structure, when an axial load is applied between a wheel (not shown) and the knuckle 16, the outer surface of the knuckle 16 and the fixed side flange 17 The inner surface strongly presses the load sensors 20 from both sides in the axial direction. Therefore, the axial load applied between the wheel and the knuckle 16 can be obtained by summing up the measured values of the load sensors 20. Although not shown, Patent Document 3 describes a method of obtaining the revolution speed of the rolling element from the vibration frequency of a member corresponding to an outer ring having a reduced rigidity, and measuring the axial load applied to the rolling bearing. ing.

前述の図2に示した従来構造の第1例の場合、変位センサ11により、外輪1とハブ2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。但し、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11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、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 first example of the conventional structure shown in FIG. 2 described above, the displacement applied to the rolling bearing unit is measured by measuring the displacement in the radial direction between the outer ring 1 and the hub 2 by the displacement sensor 11. However, since the displacement amount in the radial direction is small, it is necessary to use a highly accurate displacement sensor 11 in order to obtain this load with high accuracy. Since high-precision non-contact sensors are expensive, it is inevitable that the cost of the entire rolling bearing unit with a load measuring device increases.

又、上述の図3に示した従来構造の第2例の場合、ナックル16に対し外輪1aを支持固定する為のボルト18と同数だけ、荷重センサ20を設ける必要がある。この為、荷重センサ20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3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 second example of the conventional structure shown in FIG. 3 described above, it is necessary to provide as many load sensors 20 as bolts 18 for supporting and fixing the outer ring 1a to the knuckle 16. For this reason, coupled with the fact that the load sensor 20 itself is expensive, it is inevitable that the cost of the entire load measuring device of the rolling bearing unit is considerably increased. Further, the method described in Patent Document 3 requires that the rigidity of a part of the outer ring equivalent member be lowered, and it may be difficult to ensure the durability of the outer ring equivalent member.

この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する1対の列の転動体(玉)の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった(特願2003−171715号、172483号)。図4は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪1(外輪相当部材)の軸方向中間部で複列の外輪軌道7、7の間部分に形成した取付孔10aにセンサユニット21を挿通し、このセンサユニット21の先端部に設けた検出部22を、上記外輪1の内周面から突出させている。この検出部22には、1対の公転速度検出用センサ23a、23bと、1個の回転速度検出用センサ15aとを設けている。   In view of such circumstances, the present inventors have previously described this rolling bearing unit based on the revolution speed of a pair of rolling elements (balls) constituting a rolling bearing unit which is a double row angular ball bearing. An invention relating to a load measuring device for a rolling bearing unit that measures a radial load or an axial load applied to the bearing is performed (Japanese Patent Application Nos. 2003-171715 and 172483). FIG. 4 shows a load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention. In the case of the structure according to the previous invention, the sensor unit 21 is inserted into the mounting hole 10a formed in the portion between the double-row outer ring raceways 7 and 7 at the intermediate portion in the axial direction of the outer ring 1 (outer ring equivalent member). A detecting portion 22 provided at the tip of the outer ring 1 protrudes from the inner peripheral surface of the outer ring 1. The detection unit 22 is provided with a pair of revolution speed detection sensors 23a and 23b and one rotation speed detection sensor 15a.

そして、このうちの各公転速度検出用センサ23a、23bの検出部を、複列に配置された各転動体9a、9bを回転自在に保持した各保持器24a、24bに設けた、公転速度検出用エンコーダ25a、25bに近接対向させて、各転動体9a、9bの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ15aの検出部を、内輪相当部材であるハブ2の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ26に近接対向させて、このハブ2の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ2の回転速度の変動に拘らず、上記外輪1と上記ハブ2との間に加わる荷重(ラジアル荷重及びスラスト荷重)を求められる。   And the detection part of each revolution speed detection sensor 23a, 23b of these is provided in each retainer 24a, 24b which hold | maintained each rolling element 9a, 9b arrange | positioned in a double row freely, The revolution speed detection The revolving speeds of the rolling elements 9a and 9b are made freely detectable by being close to and facing the encoders 25a and 25b. Further, the rotational speed of the hub 2 can be detected by making the detection part of the rotational speed detection sensor 15a close to and opposed to the rotational speed detection encoder 26 that is externally fitted and fixed to the intermediate part of the hub 2 that is an inner ring equivalent member. It is said. According to the load measuring device for a rolling bearing unit according to the prior invention having such a configuration, a load (a radial load and a load) applied between the outer ring 1 and the hub 2 regardless of fluctuations in the rotational speed of the hub 2. Thrust load).

即ち、上述の様な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、図示しない演算器が、上記各センサ23a、23b、15aから送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪1と上記ハブ2との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図5を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Fyが加わらない状態での、上記各列の転動体9a、9bの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。 That is, in the case of the load measuring device for a rolling bearing unit according to the above-described invention, an arithmetic unit (not shown) is configured to output the outer ring 1 and the hub 2 based on detection signals sent from the sensors 23a, 23b, 15a. One or both of a radial load and an axial load applied between the two are calculated. For example, when the radial load is obtained, the computing unit obtains the sum of the revolution speeds of the rolling elements 9a and 9b in each row detected by the revolution speed detection sensors 23a and 23b, and the sum and the rotation speed. The radial load is calculated based on the ratio to the rotational speed of the hub 2 detected by the detection sensor 15a. Further, the axial load is obtained by calculating the difference between the revolution speeds of the rolling elements 9a and 9b in each row detected by the revolution speed detection sensors 23a and 23b, and this difference and the rotational speed detection sensor 15a are detected. Calculation is based on the ratio to the rotational speed of the hub 2. This point will be described with reference to FIG. In the following description, it is assumed that the contact angles α a and α b of the rolling elements 9 a and 9 b in the respective rows are the same in a state where the axial load Fy is not applied.

図5は、上述の図4に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道8、8と複列の外輪軌道7、7との間に複列に配置された転動体9a、9bには予圧F0 、F0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等により、ラジアル荷重Fzが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Fyが加わる。これら予圧F0 、F0 、ラジアル荷重Fz、アキシアル荷重Fyは、何れも上記各転動体9a、9bの接触角α(αa 、αb )に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体9a、9bの公転速度nc が変化する。これら各転動体9a、9bのピッチ円直径をDとし、これら各転動体9a、9bの直径をdとし、上記各内輪軌道8、8を設けたハブ2の回転速度をni とし、上記各外輪軌道7、7を設けた外輪1の回転速度をno とすると、上記公転速度nc は、次の(1)式で表される。
c ={1−(d・cosα/D)・(ni /2)}+{1+(d・cosα/D)・(no /2)} −−− (1)
FIG. 5 schematically shows the rolling bearing unit for supporting the wheel shown in FIG. 4 and shows the action state of the load. Preloads F 0 and F 0 are applied to the rolling elements 9 a and 9 b arranged in a double row between the double row inner ring raceways 8 and 8 and the double row outer ring raceways 7 and 7. Further, a radial load Fz is applied to the rolling bearing unit during use due to the weight of the vehicle body or the like. Further, an axial load Fy is applied due to centrifugal force applied during turning. These preloads F 0 , F 0 , radial load Fz, and axial load Fy all affect the contact angles α (α a , α b ) of the rolling elements 9a, 9b. Then, the contact angle alpha a, the alpha b is changed, these rolling elements 9a, the revolution speed n c of 9b changes. The diameter of the pitch circle of each of these rolling elements 9a, 9b is D, the diameter of each of these rolling elements 9a, 9b is d, the rotational speed of the hub 2 provided with each of the inner ring raceways 8, 8 is n i , When the rotational speed of the outer race 1 provided with the outer ring raceway 7, 7 and n o, the revolution speed n c is expressed by the following equation (1).
n c = {1− (d · cos α / D) · (n i / 2)} + {1+ (d · cos α / D) · (n o / 2)} --- (1)

この(1)式から明らかな通り、上記各転動体9a、9bの公転速度nc は、これら各転動体9a、9bの接触角α(αa 、αb )の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Fz及び上記アキシアル荷重Fyに応じて変化する。従って上記公転速度nc は、これらラジアル荷重Fz及びアキシアル荷重Fyに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ2が回転し、上記外輪1が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Fzに関しては、大きくなる程上記公転速度nc が遅くなる。又、アキシアル荷重Fyに関しては、このアキシアル荷重Fyを支承する列の公転速度が速くなり、このアキシアル荷重Fyを支承しない列の公転速度が遅くなる。従って、この公転速度nc に基づいて、上記ラジアル荷重Fz及びアキシアル荷重Fyを求められる事になる。 As is clear from this equation (1), the rolling elements 9a, the revolution speed n c of 9b, these rolling elements 9a, the contact angle α (α a, α b) of 9b varies in response to changes in As described above, the contact angles α a and α b change according to the radial load Fz and the axial load Fy. Thus the revolution speed n c is changed according to these radial load Fz and the axial load Fy. In this example, the hub 2 is rotated, since the outer ring 1 is not rotated, specifically, with respect to the radial load Fz, the revolution speed n c is slow enough to increase. As for the axial load Fy, the revolution speed of the row that supports the axial load Fy is increased, and the revolution speed of the row that does not support the axial load Fy is decreased. Therefore, on the basis of the revolution speed n c, it will be asked to the radial load Fz and the axial load Fy.

但し、上記公転速度nc の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Fzと上記アキシアル荷重Fyとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧F0 、F0 によっても変化する。又、上記公転速度nc は、上記ハブ2の回転速度ni に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Fz、上記アキシアル荷重Fy、予圧F0 、F0 、ハブ2の回転速度ni を総て関連させて考えなければ、上記公転速度nc を正確に求める事はできない。このうちの予圧F0 、F0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Fz、アキシアル荷重Fy、ハブ2の回転速度ni は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。 However, the contact angle α which leads to a change in the revolution speed n c, as well as the radial load Fz and the axial load Fy changes while associated with each other, also vary according to the preload F 0, F 0. Also, the revolution speed n c is changed in proportion to the rotational speed n i of the hub 2. Therefore, these radial load Fz, the axial load Fy, the preload F 0, F 0, to be considered in conjunction all the rotational speed n i of the hub 2, it is impossible to correctly determine the revolution speed n c. Of these, the preloads F 0 and F 0 do not change according to the operating state, so it is easy to eliminate the influence by initial setting or the like. The radial load Fz with respect to this, the axial load Fy, the rotational speed n i of the hub 2, since the constantly changing depending on the operating conditions, it is impossible to eliminate the influence by such initialization.

この様な事情に鑑みて先発明の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Fzを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ23a、23bが検出する各列の転動体9a、9bの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Fyの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Fyを求める場合には、上記各列の転動体9a、9bの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Fzの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ15aが検出する上記ハブ2の回転速度ni との比に基づいて上記ラジアル荷重Fz又は上記アキシアル荷重Fyを算出する事により、上記ハブ2の回転速度ni の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重Fyを、上記各列の転動体9a、9bの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ2の回転速度ni は、必ずしも必要ではない。 In the case of the prior invention in view of such circumstances, as described above, when the radial load Fz is obtained, the rolling elements 9a, 9b of the respective rows detected by the respective revolution speed detection sensors 23a, 23b are detected. By determining the sum of the revolution speeds, the influence of the axial load Fy is reduced. Further, when the axial load Fy is obtained, the influence of the radial load Fz is reduced by obtaining the difference between the revolution speeds of the rolling elements 9a and 9b in each row. Furthermore, in any case, possible to calculate the radial load Fz or the axial load Fy on the basis of the ratio of the above sum or difference, the rotational speed detecting sensor 15a is a rotational speed n i of the hub 2 for detecting way, by eliminating the influence of the rotational speed n i of the hub 2. However, the axial load Fy, when calculating on the basis of the rolling elements 9a, 9b ratio of the revolution speed of said each row, the rotational speed n i of the hub 2 is not necessarily required.

尚、上記各公転速度検出用センサ23a、23bの信号に基づいて上記ラジアル荷重Fzとアキシアル荷重Fyとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願2003−171715号、172483号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。   There are various other methods for calculating one or both of the radial load Fz and the axial load Fy based on the signals of the revolution speed detection sensors 23a and 23b. This method is described in detail in the aforementioned Japanese Patent Application Nos. 2003-171715 and 172483, and is not related to the gist of the present invention.

上述の様な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、複列に配置された転動体9a、9bの公転速度を測定する為に、外輪1の中間部にセンサユニット21を挿通する為の取付孔10aを形成している。この為、この外輪1の強度確保を図る分だけ、転がり軸受ユニットの軽量化を図りにくくなる。これに対して、近年、燃費や走行安定性等の走行性能を中心とする自動車の性能向上に関する要求が高まっている。又、走行性能を向上させる為には、懸架装置に組み込まれたばねよりも車輪側に存在する部分である、所謂ばね下荷重となる部材の軽量化が重要である事が知られている。この様な事情から、上記転がり軸受ユニットの軽量化が強く望まれているが、上記取付孔10aを形成した外輪1の軽量化は、取付孔等の貫通孔を形成していない外輪に比べて難しくなる。前記特許文献3に記載された構造にしても、貫通孔を形成してはいないが、外輪相当部材の一部の剛性を低くする為、この外輪相当部材の耐久性確保と軽量化との両立は難しい。   In the case of the rolling bearing unit load measuring device according to the above-described prior invention, the sensor unit 21 is inserted into the intermediate portion of the outer ring 1 in order to measure the revolution speed of the rolling elements 9a and 9b arranged in a double row. A mounting hole 10a is formed. For this reason, it is difficult to reduce the weight of the rolling bearing unit by securing the strength of the outer ring 1. On the other hand, in recent years, there has been an increasing demand for improving the performance of automobiles centered on driving performance such as fuel efficiency and driving stability. Further, in order to improve traveling performance, it is known that it is important to reduce the weight of a member serving as a so-called unsprung load, which is a portion existing on the wheel side of the spring incorporated in the suspension device. For these reasons, it is strongly desired to reduce the weight of the rolling bearing unit. However, the weight reduction of the outer ring 1 in which the mounting hole 10a is formed is smaller than the outer ring in which the through hole such as the mounting hole is not formed. It becomes difficult. Although the through hole is not formed even in the structure described in Patent Document 3, in order to reduce the rigidity of a part of the outer ring equivalent member, both durability and weight reduction of the outer ring equivalent member are achieved. Is difficult.

特開2001−21577号公報JP 2001-21577 A 特開平3−209016号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-209016 特公昭62−3365号公報Japanese Patent Publication No.62-3365

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、貫通孔を形成する等、転がり軸受ユニットを構成する外輪の剛性を低下させない構造で、転動体の公転速度を検出自在として、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる構造を実現すべく発明したものである。   In view of the circumstances as described above, the present invention has a structure that does not reduce the rigidity of the outer ring constituting the rolling bearing unit, such as by forming a through hole. The invention was invented to realize a structure that requires a load to be applied.

本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の転動体と、公転速度検出用センサと、演算器とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に外輪軌道を有する。
又、上記内輪軌道は、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置されたもので、外周面に内輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に、接触角を付与した状態で設けられている。
又、上記公転速度検出用センサは、上記各転動体の公転速度を検出する。
又、上記演算器は、この公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
更に、上記各転動体は磁性材製であり、上記公転速度検出用センサは、上記外輪相当部材の外周面に設置され、この外輪相当部材を介して上記各転動体の通過に伴う磁気特性の変化を検知する事で上記公転速度を検出する。
A load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention includes an outer ring equivalent member, an inner ring equivalent member, a plurality of rolling elements, a revolution speed detection sensor, and a calculator.
Of these, the outer ring equivalent member has an outer ring raceway on the inner peripheral surface.
The inner ring raceway is disposed concentrically with the outer ring equivalent member on the inner diameter side of the outer ring equivalent member, and has an inner ring raceway on the outer peripheral surface.
Each of the rolling elements is provided with a contact angle between the inner ring raceway and the outer ring raceway.
The revolution speed detection sensor detects the revolution speed of each rolling element.
The computing unit calculates a load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member based on a detection signal sent from the revolution speed detection sensor.
Further, each of the rolling elements is made of a magnetic material, and the revolution speed detection sensor is installed on the outer peripheral surface of the outer ring equivalent member, and has magnetic characteristics associated with the passage of the rolling elements through the outer ring equivalent member. The revolution speed is detected by detecting the change.

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、転動体の公転速度を検出する事により、転がり軸受ユニットに負荷される荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットに荷重が負荷されると、転動体(玉)の接触角が変化し、これら各転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。尚、上記転動体の公転速度検出を確実に行なわせる為には、請求項2に記載した様に、各転動体に着磁する事が好ましい。
更に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、公転速度センサが外輪相当部材の外周面に設置されており、この外輪相当部材を介して上記各転動体の通過に伴う磁気特性の変化を検知する事で上記公転速度を検知する為、上記外輪相当部材に取付孔等の貫通孔を形成したり、この外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要がない。この為、この外輪相当部材の強度を確保しつつ、この外輪相当部材、延てはこの外輪相当部材を組み込んだ転がり軸受ユニットの軽量化を図れる。
The load measuring device of the rolling bearing unit of the present invention configured as described above can measure the load applied to the rolling bearing unit by detecting the revolution speed of the rolling element. That is, when a load is applied to a rolling bearing unit such as a ball bearing, the contact angle of the rolling elements (balls) changes, and the revolution speed of each rolling element changes. Therefore, if this revolution speed is detected, a load acting between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member can be obtained. In order to reliably detect the revolution speed of the rolling elements, it is preferable to magnetize each rolling element as described in claim 2.
Furthermore, in the load measuring device of the rolling bearing unit according to the present invention, the revolution speed sensor is installed on the outer peripheral surface of the outer ring equivalent member, and the change in magnetic characteristics accompanying the passage of the respective rolling elements is detected via the outer ring equivalent member. Since the revolution speed is detected by detection, it is not necessary to form a through hole such as a mounting hole in the outer ring equivalent member or to lower the rigidity of a part of the outer ring equivalent member. Therefore, it is possible to reduce the weight of the outer ring equivalent member and, moreover, the rolling bearing unit incorporating the outer ring equivalent member while ensuring the strength of the outer ring equivalent member.

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項3に記載した様に、外輪相当部材として内周面に複列の外輪軌道を有するものを、内輪相当部材として外周面に複列の内輪軌道を有するものを、それぞれ使用する。そして、これら各外輪軌道と各内輪軌道との間に複列に分けて各列毎にそれぞれ複数個ずつの転動体を、これら各列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして、1対の保持器により円周方向に互いに等間隔に配置された状態で転動自在に保持した状態で設ける。又、上記各列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサを、それぞれの検出部を上記外輪相当部材の外周面で上記各外輪軌道の周囲部分に対向させた状態で設ける。そして、演算器は、上記各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
この場合に、好ましくは、請求項4に記載した様に、各転動体として玉を使用し、使用時に回転しない外輪の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道と、使用時に回転する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, as described in claim 3, the outer ring equivalent member having a double row outer ring raceway on the inner peripheral surface, and the inner ring equivalent member having a double row inner ring raceway on the outer peripheral surface. Use what you have. Then, each of the outer ring raceways and each of the inner ring raceways is divided into a plurality of rows, and a plurality of rolling elements are provided for each row. A pair of cages are provided in a state where they are rotatably held while being arranged at equal intervals in the circumferential direction. In addition, a pair of revolution speed detection sensors for detecting the revolution speed of the rolling elements in each row are arranged so that each detection portion faces the peripheral portion of each outer ring raceway on the outer peripheral surface of the outer ring equivalent member. Provide in the state. Then, the computing unit calculates a load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member based on the detection signal sent from each of the revolution speed detection sensors.
In this case, preferably, as described in claim 4, a ball is used as each rolling element, and a double-row angular outer ring raceway formed on the inner peripheral surface of the outer ring that does not rotate during use and a rotation during use. A contact angle of the back combination type is imparted to a plurality of balls each provided between the inner ring raceway and the double row angular type inner ring raceway formed on the outer peripheral surface of the inner ring equivalent member.

この様な構成を採用すれば、乗用車用として一般的な独立懸架式サスペンションに車輪を支持する転がり軸受ユニットで、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を構成する外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重(ラジアル荷重及びアキシアル荷重)を正確に求められる。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に荷重が負荷されると、各列の転動体(玉)の接触角が変化し、これら各列の転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。
尚、半浮動式懸架装置等、非独立懸架式のサスペンションに使用されている様な、単列の転がり軸受ユニットでも、各転動体に接触角を付与した構造であれば、この接触角の変化に伴うこれら各転動体の公転速度の変動に基づき、上記単列の転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事は可能である。但し、この場合には、上記複列アンギュラ型の玉軸受の如き転がり軸受ユニットの場合に比べて、測定精度を確保する事が難しい。
By adopting such a configuration, a rolling bearing unit that supports a wheel on a general independent suspension for a passenger car detects the revolution speed of a pair of rolling elements with different contact angle directions. Thus, the loads (radial load and axial load) applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member constituting the rolling bearing unit can be accurately obtained. That is, when a load is applied to a rolling bearing unit such as a double-row angular ball bearing, the contact angle of the rolling elements (balls) in each row changes, and the revolution speed of the rolling elements in each row changes. Therefore, if this revolution speed is detected, a load acting between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member can be obtained.
In addition, even in a single row rolling bearing unit such as a semi-floating suspension system, which is used for a non-independent suspension type suspension, if the contact angle is given to each rolling element, the change in the contact angle will be described. It is possible to determine the load applied to the single row rolling bearing unit based on the fluctuations in the revolution speed of each of the rolling elements. However, in this case, it is difficult to ensure measurement accuracy as compared with the case of a rolling bearing unit such as the double-row angular ball bearing.

又、好ましくは、請求項5、6に記載した様に、内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に設けられた回転速度検出用エンコーダの被検出面に、外輪相当部材の一部に支持された回転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記内輪相当部材の回転速度を検出自在とする。この場合、上記回転速度検出用エンコーダは、この内輪相当部材の端部に支持し、上記回転速度検出用センサは上記外輪相当部材の端部に、カバー等を介して支持する。従って、この回転速度検出用センサを設ける為に、上記外輪相当部材に取付孔等の貫通孔を形成する必要はない。   Preferably, as described in claims 5 and 6, a part of the outer ring equivalent member is provided on a detection surface of a rotation speed detecting encoder provided concentrically with the inner ring equivalent member on a part of the inner ring equivalent member. The rotation speed of the inner ring equivalent member can be detected by making the detection part of the rotation speed detection sensor supported by In this case, the rotational speed detection encoder is supported on the end of the inner ring equivalent member, and the rotational speed detection sensor is supported on the end of the outer ring equivalent member via a cover or the like. Accordingly, it is not necessary to form a through hole such as a mounting hole in the outer ring equivalent member in order to provide this rotational speed detection sensor.

そして、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和と、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重を算出する(請求項5に記載した発明の場合)。或は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する(請求項6に記載した発明の場合)。
この様に構成すれば、上記内輪相当部材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荷重(ラジアル荷重及びアキシアル荷重)を、正確に求められる。尚、1対の列の転動体の公転速度の比に基づいて上記アキシアル荷重を算出すれば(請求項7に記載した発明の場合)、上記内輪相当部材の回転速度を求めなくても、この回転速度変化に拘らず、上記アキシアル荷重を正確に求められる。
And the computing unit is based on the ratio of the revolution speed of the rolling elements of one row and the revolution speed of the rolling elements of the other row and the rotational speed of the inner ring equivalent member, and the outer ring equivalent member and the above A radial load applied to the inner ring equivalent member is calculated (in the case of the invention described in claim 5). Alternatively, based on the ratio between the revolution speed of the rolling elements in one row and the revolution speed of the rolling elements in the other row and the rotational speed of the inner ring equivalent member, the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member The axial load applied between the two is calculated (in the case of the invention described in claim 6).
If comprised in this way, the load (radial load and axial load) applied to a rolling bearing unit can be calculated | required correctly irrespective of the fluctuation | variation of the rotational speed of the said inner ring | wheel equivalent member. If the axial load is calculated based on the ratio of the revolution speeds of the rolling elements in a pair of rows (in the case of the invention described in claim 7), this can be achieved without obtaining the rotational speed of the inner ring equivalent member. The axial load can be obtained accurately regardless of the rotational speed change.

図1は本発明の実施例を示している。本実施例は、自動車の駆動輪(FR車、RR車、MR車の後輪、FF車の前輪、4WD車の全輪)を支持する為の転がり軸受ユニットに加わる荷重(ラジアル荷重及びアキシアル荷重)を測定する為の転がり軸受ユニットの荷重測定装置に本発明を適用した場合に就いて示している。懸架装置に支持される外輪1の内径側に、車輪を結合固定するハブ2bを支持している。このハブ2bは、車輪を固定する為の回転側フランジ3をその外端部に有するハブ本体4aと、このハブ本体4aの内端部に外嵌された内輪6とを備える。   FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the loads (radial load and axial load) applied to the rolling bearing unit for supporting the driving wheels of the automobile (the rear wheel of the FR vehicle, the RR vehicle, the MR vehicle, the front wheel of the FF vehicle, and all the wheels of the 4WD vehicle). ) Is measured when the present invention is applied to a load measuring device for a rolling bearing unit. A hub 2b for coupling and fixing the wheels is supported on the inner diameter side of the outer ring 1 supported by the suspension device. The hub 2b includes a hub main body 4a having a rotation side flange 3 for fixing a wheel at an outer end portion thereof, and an inner ring 6 fitted on the inner end portion of the hub main body 4a.

上記ハブ本体4bの中心部には、図示しない等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿通する為のスプライン孔27を形成している。上記内輪6の内端面は、上記ハブ2bを等速ジョイントに結合固定した状態で、この等速ジョイントのハウジングの外端面に当接して、上記ハブ本体4aからの抜け止めを図られる。   A spline hole 27 for inserting a spline shaft attached to a constant velocity joint (not shown) is formed at the center of the hub body 4b. The inner end surface of the inner ring 6 is in contact with the outer end surface of the housing of the constant velocity joint in a state where the hub 2b is coupled and fixed to the constant velocity joint, thereby preventing the inner ring 6 from coming off from the hub body 4a.

上述の様なハブ2bの外周面に形成した複列アンギュラ型の内輪軌道8、8と、上記外輪1の内周面に形成した複列アンギュラ型の外輪軌道7、7との間に、それぞれ転動体(玉)9a、9bを複列(2列)に分けて、各列毎にそれぞれ複数個ずつ設けている。これら各転動体9a、9bはそれぞれ、保持器28a、28bにより、円周方向に互いに等間隔に配置された状態で転動自在に設けている。そして、この構成により、上記外輪1の内径側に上記ハブ2bを、回転自在に支持している。この状態で上記各列の転動体9a、9bには、互いに逆方向で、且つ、同じ大きさの接触角αa 、αb (図5参照)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。上記各列の転動体9a、9bには、使用時に加わるアキシアル荷重によって喪失する事がない程度に十分な予圧を付与する。この様な転がり軸受ユニットの使用時には、上記外輪1を懸架装置に支持固定し、上記ハブ2の回転側フランジ3に制動用のディスクと車輪のホイールとを支持固定する。 Between the double-row angular inner ring raceways 8, 8 formed on the outer peripheral surface of the hub 2b as described above, and the double-row angular outer ring raceways 7, 7 formed on the inner peripheral surface of the outer ring 1, respectively. The rolling elements (balls) 9a and 9b are divided into double rows (two rows), and a plurality of rolling elements (balls) are provided for each row. These rolling elements 9a and 9b are provided so as to be freely rollable in a state of being arranged at equal intervals in the circumferential direction by retainers 28a and 28b, respectively. With this configuration, the hub 2b is rotatably supported on the inner diameter side of the outer ring 1. In this state, the rolling elements 9a and 9b in each row are provided with contact angles α a and α b (see FIG. 5) in opposite directions and of the same magnitude, so Configures an angular ball bearing. Sufficient preload is applied to the rolling elements 9a and 9b in each row so as not to be lost due to the axial load applied during use. When such a rolling bearing unit is used, the outer ring 1 is supported and fixed to a suspension device, and a braking disk and a wheel of a wheel are supported and fixed to the rotation side flange 3 of the hub 2.

更に、上記外輪1の外周面で軸方向(図1の左右方向)に離隔した2個所位置(図1には1個所のみ図示)で上記各列の転動体9a、9bの周囲部分、即ち、上記各外輪軌道7、7の周囲部分に、公転速度検出用センサ23を設置している。この公転速度検出用センサ23は、ホール素子、MR素子等、磁束の強弱に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んで成るもので、上記外輪1の外周面に、それぞれの検出部をこの外輪1の外周面に対向(当接)させた状態で設置されている。この状態で上記公転速度検出用センサ23は、上記外輪1を介して上記各転動体9a、9bの通過に伴う磁気特性の変化を検知する。そして、上記公転速度検出用センサ23の信号を受けた、図示しない演算器が、この信号に基づいて上記各転動体9a、9bの公転速度を算出し、更にこの公転速度に基づいて、上記外輪1と上記ハブ2bとの間に加わる荷重を算出する。公転速度を算出し更に荷重を求める際の作用に関しては、前述した先発明の場合と同様である。   Further, the peripheral portions of the rolling elements 9a and 9b in each row at two positions (only one position is shown in FIG. 1) separated in the axial direction (left and right direction in FIG. 1) on the outer peripheral surface of the outer ring 1, that is, A revolution speed detecting sensor 23 is provided around the outer ring raceways 7 and 7. This revolution speed detecting sensor 23 is constructed by incorporating a magnetic detecting element such as a Hall element, MR element or the like that changes its characteristics in accordance with the strength of magnetic flux, and each detecting portion is provided on the outer peripheral surface of the outer ring 1. It is installed in a state of being opposed (contacted) to the outer peripheral surface of the outer ring 1. In this state, the revolution speed detecting sensor 23 detects a change in magnetic characteristics accompanying the passage of the rolling elements 9a and 9b via the outer ring 1. An arithmetic unit (not shown) that receives the signal from the revolution speed detecting sensor 23 calculates the revolution speed of each of the rolling elements 9a and 9b based on this signal, and further, based on this revolution speed, the outer ring. 1 and a load applied between the hub 2b. The operation when calculating the revolution speed and further calculating the load is the same as in the case of the above-described prior invention.

上記公転速度検出用センサ23の信号に基づいて上記各転動体9a、9bの公転速度を算出するには、この信号の周波数に基づく方法と周期に基づく方法とがあるが、周期に基づく方法を採用する事が好ましい。この理由は、周波数により求める場合には、所定時間毎にしか上記公転速度を求められないのに対して、周期に基づく方法の場合には、上記公転速度検出用センサ23の検出部を上記各転動体9a、9bが通過する毎に上記公転速度を求められる為である。即ち、周期に基づいて上記公転速度を算出すれば、より短時間で(ほぼリアルタイムで)上記公転速度を求め、車両の走行安定性の為の制御を効果的に行なえる。本実施例の場合、前記各保持器28a、28bにより上記各転動体9a、9bを円周方向に関して等間隔に保持しているので、上記周期に基づく公転速度算出を精度良く行なえる。   In order to calculate the revolution speed of each of the rolling elements 9a and 9b based on the signal of the revolution speed detection sensor 23, there are a method based on the frequency of this signal and a method based on the period. It is preferable to adopt. The reason for this is that the revolution speed can be obtained only every predetermined time when it is determined by frequency, whereas in the case of the method based on the period, the detection unit of the revolution speed detection sensor 23 is set to each of the above. This is because the revolution speed is obtained every time the rolling elements 9a and 9b pass. That is, if the revolution speed is calculated based on the period, the revolution speed can be obtained in a shorter time (almost in real time), and the control for running stability of the vehicle can be effectively performed. In this embodiment, the rolling elements 9a and 9b are held at equal intervals in the circumferential direction by the cages 28a and 28b, so that the revolution speed calculation based on the period can be performed with high accuracy.

上述の様に本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、上記各転動体9a、9b公転速度を検知する為、上記外輪1に取付孔等の貫通孔を形成したり、この外輪1の一部の剛性を低くする必要がない。この為、この外輪1の強度を確保しつつ、この外輪1、延てはこの外輪1を組み込んだ転がり軸受ユニットの軽量化を図れる。この為、荷重測定機能を備えた転がり軸受ユニットを組み付けた自動車のばね下荷重を軽減し、この自動車の走行性能の向上に寄与できる。   As described above, the load measuring device of the rolling bearing unit of the present embodiment forms through holes such as mounting holes in the outer ring 1 in order to detect the revolution speeds of the rolling elements 9a and 9b. There is no need to reduce some rigidity. For this reason, while ensuring the strength of the outer ring 1, it is possible to reduce the weight of the outer ring 1 and the rolling bearing unit incorporating the outer ring 1. For this reason, the unsprung load of the automobile in which the rolling bearing unit having the load measuring function is assembled can be reduced, and the driving performance of the automobile can be improved.

本発明の実施例を示す略断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention. 従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。Sectional drawing of the rolling bearing unit which incorporated the sensor for radial load measurement known conventionally. 従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。Sectional drawing of the rolling bearing unit which incorporated the sensor for axial load measurement conventionally known. 先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の断面図。Sectional drawing of the load measuring apparatus of the rolling bearing unit which concerns on a prior invention. 転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる理由を説明する為の模式図。The schematic diagram for demonstrating the reason for which the load added to a rolling bearing unit is calculated | required.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a 外輪
2、2a、2b ハブ
3、3a 回転側フランジ
4、4a ハブ本体
5 ナット
6 内輪
7 外輪軌道
8 内輪軌道
9a、9b 転動体
10、10a 取付孔
11 変位センサ
12 センサリング
13 センサロータ
14 カバー
15、15a 回転速度検出用センサ
16 ナックル
17 固定側フランジ
18 ボルト
19 ねじ孔
20 荷重センサ
21 センサユニット
22 検出部
23、23a、23b 公転速度検出用センサ
24a、24b 保持器
25a、25b 公転速度検出用エンコーダ
26 回転速度検出用エンコーダ
27 スプライン孔
28a、28b 保持器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Outer ring 2, 2a, 2b Hub 3, 3a Rotation side flange 4, 4a Hub body 5 Nut 6 Inner ring 7 Outer ring raceway 8 Inner ring raceway 9a, 9b Rolling element 10, 10a Mounting hole 11 Displacement sensor 12 Sensor ring 13 Sensor rotor 14 Cover 15, 15a Rotational speed detection sensor 16 Knuckle 17 Fixed flange 18 Bolt 19 Screw hole 20 Load sensor 21 Sensor unit 22 Detector 23, 23a, 23b Revolution speed detection sensor 24a, 24b Retainer 25a, 25b Revolution speed Encoder for detection 26 Encoder for rotational speed detection 27 Spline hole 28a, 28b Cage

Claims (7)

内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与した状態で設けられた複数個の転動体と、これら各転動体の公転速度を検出する為の公転速度検出用センサと、この公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する演算器とを備え、上記各転動体は磁性材製であり、上記公転速度検出用センサは、上記外輪相当部材の外周面に設置され、この外輪相当部材を介して上記各転動体の通過に伴う磁気特性の変化を検知する事で上記公転速度を検出するものである、転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   An outer ring equivalent member having an outer ring raceway on the inner peripheral surface, an inner ring equivalent member having an inner ring raceway on the outer peripheral surface disposed concentrically with the outer ring equivalent member on the inner diameter side of the outer ring equivalent member, the inner ring raceway and the outer ring A plurality of rolling elements provided with a contact angle between them and a raceway, a revolution speed detection sensor for detecting the revolution speed of each of the rolling elements, and the revolution speed detection sensor. A computing unit that calculates a load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member based on a detection signal, wherein each of the rolling elements is made of a magnetic material, and the revolution speed detection sensor is the outer ring A load measuring device for a rolling bearing unit, which is installed on the outer peripheral surface of an equivalent member and detects the revolution speed by detecting a change in magnetic characteristics accompanying the passage of each rolling element through the outer ring equivalent member. . 各転動体に着磁している、請求項1に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   The load measuring device for a rolling bearing unit according to claim 1, wherein each rolling element is magnetized. 外輪相当部材が内周面に複列の外輪軌道を有し、内輪相当部材が外周面に複列の内輪軌道を有し、転動体がこれら各外輪軌道と各内輪軌道との間に複列に分けて各列毎にそれぞれ複数個ずつ、これら各列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして設けられた状態で、1対の保持器により円周方向に互いに等間隔に配置された状態で転動自在に保持されており、上記各列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の1対の公転速度検出用センサが、それぞれの検出部を上記外輪相当部材の外周面で上記各外輪軌道の周囲部分に対向させた状態で設けられており、演算器は、上記各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出するものである、請求項1〜2の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   The outer ring equivalent member has a double row outer ring raceway on the inner peripheral surface, the inner ring equivalent member has a double row inner ring raceway on the outer peripheral surface, and the rolling element has a double row between each outer ring raceway and each inner ring raceway. In each of the rows, a plurality of rows are arranged at equal intervals in the circumferential direction by a pair of cages in a state in which the directions of contact angles are reversed between the rows. A pair of revolution speed detection sensors for detecting the revolution speed of the rolling elements in each row are respectively provided on the outer peripheral surface of the outer ring equivalent member. The arithmetic unit is provided between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member based on a detection signal sent from each revolution speed detection sensor. The load according to any one of claims 1 to 2, which calculates a load to be applied. Load measuring device for a rolling bearing unit described. 各転動体が玉であり、使用時に回転しない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、使用時に回転する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が付与されている、請求項3に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   Each rolling element is a ball, a double row angular type outer ring raceway formed on the inner peripheral surface of the outer ring equivalent member that does not rotate during use, and a double row angular type formed on the outer peripheral surface of the inner ring equivalent member that rotates during use The load measuring device for a rolling bearing unit according to claim 3, wherein a plurality of balls provided between the inner ring raceway and the inner ring raceway are each provided with a contact angle of a rear combination type. 内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に設けられた回転速度検出用エンコーダの被検出面に、外輪相当部材の一部に支持された回転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記内輪相当部材の回転速度を検出自在とし、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和と、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   A detection portion of a rotation speed detection sensor supported by a part of the outer ring equivalent member is made to face a detection surface of the rotation speed detection encoder provided concentrically with the inner ring equivalent member on a part of the inner ring equivalent member. Thus, the rotational speed of the inner ring equivalent member can be detected freely, and the computing unit calculates the sum of the revolution speed of the rolling elements in one row and the revolution speed of the rolling elements in the other row, and the rotation speed of the inner ring equivalent member. The rolling bearing unit load measuring device according to claim 4, wherein a radial load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is calculated based on a ratio of 内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に設けられた回転速度検出用エンコーダの被検出面に、外輪相当部材の一部に支持された回転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記内輪相当部材の回転速度を検出自在とし、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   A detection portion of a rotation speed detection sensor supported by a part of the outer ring equivalent member is made to face a detection surface of the rotation speed detection encoder provided concentrically with the inner ring equivalent member on a part of the inner ring equivalent member. Thus, the rotational speed of the inner ring equivalent member can be detected freely, and the calculator calculates the difference between the revolution speed of the rolling elements in one row and the revolution speed of the rolling elements in the other row, and the rotational speed of the inner ring equivalent member. The load measuring device for a rolling bearing unit according to claim 4, wherein an axial load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is calculated based on the ratio. 演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との比に基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   The computing unit calculates an axial load applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member based on a ratio between the revolution speed of the rolling elements in one row and the revolution speed of the rolling elements in the other row. 4. A load measuring device for a rolling bearing unit described in 4.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009287961A (en) * 2008-05-27 2009-12-10 Nsk Ltd Roll angle estimating device and electric power steering device
JP2013142653A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Ntn Corp Rotation sensor unit
US8944439B2 (en) 2011-05-16 2015-02-03 Nsk Ltd. Suspension for vehicle
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