JP2006057818A - センサ付車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両にコンパクトにセンサを設置できて、車輪の回転および車輪にかかる荷重を安定して検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 内周に軌道面４を有する外方部材１と、前記軌道面４に対向する軌道面５を有する内方部材２とを設け、両軌道面間４，５に転動体３を介在させる。内方部材２の中央孔９に等速自在継手１３の外輪１３ａのステム部１４を挿通して、ねじにより内方部材２に固定する。内方部材２の端部に取付けられるエンコーダ１５と、このエンコーダ１５に対向して外方部材１の端部に取付けられるセンサ１６とで回転センサ部１０を構成する。前記エンコーダ１５は、内方部材２の端面より外側に軸方向へと延長した円筒部円筒部分１７ｂａを有し、この円筒部円筒部分１７ｂａに対向する変位センサ２４を設ける。回転センサ部１０のセンサ１６と変位センサ２４とは、互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する変位センサと車輪の回転を検出するセンサとを内蔵したセンサ付車輪用軸受装置に関する。

従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出する回転センサを車輪用軸受に設けたものがある。このような車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−３３６６５２号公報

従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面での制御を可能とすることが求められている。そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が偏るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも、各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。

特許文献１に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、車体取付けフランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定することで荷重検出を行っているが、検出部が外部に露出しており耐久性に課題を残している。また、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。
特に、荷重検出センサに加えて、車輪の回転を検出するセンサを設けようとすると、これらセンサをコンパクトに設置するのはさらに困難となる。

この発明の目的は、このような課題を解消し、車両にコンパクトにセンサを設置できて、車輪の回転および車輪にかかる荷重を安定して検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側に軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部のセンサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したことを特徴とする。
この構成によると、車輪の回転を回転センサ部のセンサにより、また車輪にかかる軸方向荷重を変位センサにより検出できる。この場合に、エンコーダの圧入円筒部に、内方部材の端部より外側に軸方向に延長した円筒部延長部分を設け、この部分を変位センサの被検出部としていることから、内方部材の変位が増幅されて測定感度が向上し、より正確に車輪の軸方向荷重を安定して測定することができる。また、回転センサ部のセンサと変位センサを一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしているので、車両にコンパクトに各センサを設置することができる。これら回転センサ部のセンサと変位センサを樹脂により一体にモールドした場合は、低コストでコンパクトにできる。

この発明において、前記エンコーダを磁気エンコーダとしても良い。磁気エンコーダであると、コンパクトな構成で分解能の高い回転検出が行える。
前記回転センサ部のセンサがホール素子または磁気抵抗素子であっても良い。ホール素子または磁気抵抗素子であると、低速回転や回転停止時にもその回転状態が検出できる。 前記変位センサは磁性体のヨークにコイルを巻回したリラクタンス型であっても良い。リラクタンス型の変位センサであると、分解能の高い検出が可能になる。

この発明の他のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられる磁気エンコーダ、および等速自在継手の外輪に取付けられる磁気エンコーダ、並びに前記各磁気エンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記内方部材側の磁気エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側の軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部円筒部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部の各センサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したことを特徴とする。
この構成によると、車輪に前後方向の荷重が作用したとき、そのトルクにより、内方部材と等速自在継手外輪とに、僅かではあるが捩じれによる相対回転が生じる。このため、回転センサ部における内方部材側の磁気エンコーダに対応するセンサの回転信号と等速自在継手外輪側の磁気エンコーダに対応するセンサの回転信号との間に位相差が生じる。この位相差から車輪に作用する前後方向の荷重を検出することができる。また、回転センサ部のいずれか一方のセンサの回転信号により車輪の回転を検出できる。
さらに、車輪から軸受装置に曲げモーメントが作用したとき、軸受装置の剛性により、曲げモーメントの大きさに応じた内方部材の変位が生じる。この変位を変位センサで検出することで、曲げモーメントが検出でき、この曲げモーメントを車輪の軸方向荷重に換算することで、車輪の軸方向荷重が検出できる。この場合に、上記内方部材の変位は、内方部材の端面より延長した磁気エンコーダの円筒部延長部分で増幅されるため、測定感度が向上し、より正確に車輪の軸方向荷重を測定することができる。また、回転センサ部の各センサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしているので、車両にコンパクトに各センサを設置できる。

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側に軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部のセンサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したため、車両にコンパクトにセンサを設置できて、車輪の回転、および車輪にかかる軸方向荷重を安定して検出できる。
この発明の他のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられる磁気エンコーダ、および等速自在継手の外輪に取付けられる磁気エンコーダ、並びに前記各磁気エンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記内方部材側の磁気エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側の軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部円筒部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部の各センサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したため、車両にコンパクトにセンサを設置でき、車輪の回転、並びに車輪にかかる軸方向荷重および前後方向荷重を安定して検出することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この実施形態のセンサ付車輪用軸受装置は第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図１において、この車輪用軸受装置の軸受部２１は、内周に複列の軌道面４を有する外方部材１と、これら軌道面４にそれぞれ対向する軌道面５を外周に有する内方部材２と、これら複列の軌道面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この軸受部２１は複列のアンギュラ玉軸受とされていて、各軌道面４，５は断面円弧状であり、各軌道面４，５は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、図３のようにナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部材とされている。前記車体取付フランジ１ａは、車体（図示せず）に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト（図示せず）で締結される。

内方部材２は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを外周に有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなり、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の軌道面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａには等速自在継手１３の外輪１３ａが連結されている。詳しくは、ハブ輪２Ａは中央孔９を有し、この中央孔９に等速自在継手外輪１３ａに一体に形成されたステム部１４が挿通される。ステム部１４は先端に雄ねじ部１４ｃを有し、この雄ねじ部１４ｃに螺合させたナット１２が、ハブ輪２Ａの中央孔９におけるアウトボード側に形成された段面２ｃに押し当てられることで、等速自在継手外輪１３ａがハブ輪２Ａに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。

ハブ輪２Ａの中央孔９にはスプライン溝２ｂが形成されており、このスプライン溝２ｂにステム部１４の外周面に形成されたスプライン溝１４ａが嵌合する。内輪２Ｂは、等速自在継手外輪１３ａにおけるステム部１４の基端の段面１３ａａが、前記ナット１２の締め付けで内輪２Ｂのインボード側幅面に押し当てられることにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、密封装置である接触式のシール７，８で密封されている。

前記軸受部２１のインボード側端部には、図１および図３に示すように、回転センサ部１０および変位センサ部１１が設けられる。回転センサ部１０は、図３のように内方部材２の端部外周に取付けられるエンコーダ１５と、このエンコーダ１５に対して軸方向に対向するように外方部材１の端部に取付けられるセンサ１６とで構成される。

回転センサ部１０の構成部品であるエンコーダ１５は磁気エンコーダからなり、図４のように断面Ｌ字状の環状の芯金１７の側板部１７ａのインボード側に向く面に多極磁石１８を設けたものとされている。このエンコーダ１５は、芯金１７の圧入円筒部１７ｂを内輪２Ｂの外周に圧入することにより、内方部材２に取付けられている。また、前記圧入円筒部１７ｂは、その一部が内輪２Ｂの端面からインボード側に向けて軸方向に延長した円筒部延長部分１７ｂａとされている。多極磁石１８は、図５に示すように円周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓを形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石などからなる。このエンコーダ１５は、この実施形態では、インボード側のシール８を兼ねており、芯金側板部１７ａの外周端に設けたゴム等からなる弾性体リップ部１７ｃが、外方部材１の内径面に摺接することで、内外の部材２，１間に形成される環状空間のインボード側の開口端部が密封される。
また、回転センサ部１０の他の構成部品であるセンサ１６は、エンコーダ１５の磁界を検出する磁気センサであり、センサ取付部材２２を介して外方部材１に取付けられる。センサ１６はホール素子や磁気抵抗素子などからなり、樹脂製等のセンサホルダ２３内にモールドされている。なお、回転センサ部１０のエンコーダ１５およびセンサ１６は、上記した磁気式のものに限らず、光学式のものであっても良い。

変位センサ部１１は、車両が旋回した時に発生する曲げモーメントで内方部材２が変位するのを検出して曲げモーメントを推定処理するものであり、図１のように検出部である一対の変位センサ２４と被検出部２５とからなる。変位センサ部１１の断面を模式的に示す図６のように、変位センサ２４は、磁性体からなるヨーク２４ａにコイル２４ｂを巻回したリラクタンス型のものであり、一対の変位センサ２４Ａ，２４Ｂが円周方向の等配位置（ここでは上下位置）に配置されている。上下の各ヨーク２４ａ１，２４ａ２に巻回される各コイル２４ｂ１，２４ｂ２の巻回処理は、ヨーク２４ａ１，２４ａ２の極性が互いに異なるようになされる。コイル２４ｂはヨーク２４ａに直接巻いても良いが、図示しない樹脂ボビンを介在させても良い。この変位センサ２４も、前記回転センサ部１０のセンサ１６と共に、前記センサホルダ２３内にモールドされる。
このように回転センサ部１０のセンサ１６と変位センサ２４を一体に樹脂によりモールドすることで、低コストでコンパクトにできる。
変位センサ部１１の被検出部２５は、前記エンコーダ芯金１７における圧入円筒部１７ｂの内輪２Ｂの端面からインボード側へと軸方向に延長した円筒部延長部分１７ｂａ（図４）からなり、その外径面は研削等が施され、回転振れが少なくなるように同軸度等を管理して製作される。軸受部２１に荷重が加わらない状態において、前記各ヨーク２４ａ１，２４ａ２の内周側に向く先端は、被検出部２５との隙間がほぼ同じとなるように設定される。

図７に、上記変位センサ部１１の検出回路を示す。ここでは、軸受部２１に上下方向の荷重が加わった場合の荷重検出を例として説明する。この検出回路は、コイル２４ｂ１と抵抗とからなる第１の直列回路部２６と、コイル２４ｂ２と抵抗とからなる第２の直列回路部２７とを並列に接続したものからなり、第１の直列回路部２６とこれに並列に接続される第２の直列回路部２７とに、発信器２８から数十ｋＨｚの交流電圧が印加される。第１のコイル２４ｂ１にかかる分割電圧は、整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて差動増幅器３１の第１入力端子に入力される。また、第２のコイル２４ｂ２にかかる分割電圧も、別の整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて、差動増幅器３１の第２入力端子に入力される。差動増幅器３１はこれら２入力の差分を増幅して出力する。この出力は軸受部２１にかかるトルクを検出したものとなる。

センサ取付部材２２は、例えば互いに内外に重なった２枚の金属板からなり、図４に拡大して示すように、外方部材１の外径面に圧入により嵌合する嵌合筒部２２ａ、および外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部２２ｂを有する。この側板部２２ｂは、互いに対面する内側および外側の対向板部３２，３３からなり、これら内外の対向板部３２，３３間に上記回転センサ部１０のセンサ１６および一対の変位センサ２４をモールドしたセンサホルダ２３が挟み込み状態に取付けられて、互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとされている。これにより、回転センサ部１０のセンサ１６や変位センサ部１１の変位センサ２４が外れる恐れがなく、取付けが確実となり、信頼性の高いものとできる。また、上記したように、センサ取付部材２２はその側板部２２ｂが外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされるので、位置決めを簡単に精度良く行え、センサ１６のエンコーダ１５に対する位置決め精度を優れたものとできる。センサホルダ２３は、本体部２３ａから後方に延びるコードカバー部２３ｂを有し、このコードカバー部２３ｂの先端からコード３４が延びている。

前記センサ取付部材２２の対向板部３２，３３や底板部分（内径側部分）とセンサ（センサ１６や変位センサ２４をモールドしたセンサホルダ２３）との間には弾性体を介在させても良い。このように弾性体を介在させることで、センサ取付部材２２にセンサ１６や変位センサ２４をがたつきなく、また無理な挟み付け力を生じさせることなく、安定して取付けることができる。また、この場合の弾性体は、外方部材１とセンサ取付部材２２との間を密封するシールを兼ねるものとしても良い。

図２は、図１におけるセンサ取付部材２２の部分のII−II矢視断面図を示す。センサ取付部材２２におけるセンサ１６の設置位置は、図２のように上下に配置される一対の変位センサ２４Ａ，２４Ｂの円周方向の中間とされる。センサ１６の配線取り出し口（センサホルダ２３のコードカバー部２３ｂ）は、ナックルとの干渉を避けて行わなければならない場合があるが、上記のようにセンサ１６を配置することにより、センサ１６をセンサ取付部材２２における円周方向の任意の位置に設けることができる。なお、図１は図２におけるＡ−Ｏ−Ａ矢視断面図を示し、図３は図２におけるＢ−Ｏ−Ａ矢視断面図を示す。

等速自在継手外輪１３ａの外周には別のシール１９が圧入固定され、このシール１９により、前記センサ取付部材２２と等速ジョイント外輪１３ａとの間に形成される環状空間の端部開口が密閉される。この場合のシール１９は、断面Ｌ字状の環状の芯金２０の外周端にゴム等からなる弾性体リップ部２０ａを設けてなり、その弾性体リップ部２０ａがセンサ取付部材２２の側面に摺接する。このように、センサ取付部材２２と等速自在継手外輪１３ａとの間をシール１９で密封することにより、泥水の浸入や路面からの石跳ね等によりエンコーダ１５とセンサ１６との間に砂粒等の異物が噛み込むのを防止できる。

このセンサ付車輪用軸受装置では、車輪の回転に伴うエンコーダ１５の磁気変化を検出するセンサ１６の検出信号により車輪の回転数を検出でき、この信号をＡＢＳ（アンチロッチブレーキシステム）の制御信号として利用できる。
また、車両が旋回して軸受部２１に曲げモーメトが作用したとき、内方部材２はナックルに固定されている外方部材１に対して、軸受部２１を中心に回転方向に変位するので、内方部材２に設けられたエンコーダ芯金１７における圧入円筒部１７ｂの変位を、一対の変位センサ２４が曲げモーメトとして検出することができる。特に、エンコーダ芯金１７における圧入円筒部１７ｂの内輪２Ｂの端面からインボード側へ軸方向に延長した円筒部円筒部分１７ｂａを変位センサ部１１の被検出部２５としていることから、内方部材２の変位が増幅されて検出され測定感度を向上させることができ、より正確に車輪の軸方向荷重を測定することができる。

図８ないし図１１は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態のセンサ付車輪用軸受装置では、回転センサ部１０が図１０に示す構成とされると共に、内方部材２の内輪２Ｂは、ハブ輪２Ａのインボード側端部に設けられた加締部２Ａａにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。また、第１の実施形態では、等速自在継手外輪１３ａにおけるステム部１４の雄ねじ部１４ｃにナット１２を螺合させることで、等速自在継手外輪１３ａをアウトボード側に押し付けてハブ輪２Ａに連結していたのに代えて、この実施形態では、図８にようにワッシャ４６およびスペーサ４７を介してボルト４８をステム部１４の中央に設けられたねじ孔１４ｂに螺合させることで、等速自在継手外輪１３ａをハブ輪２Ａに連結している。ワッシャ４６は、別のボルト６１でハブ輪２Ａに止め付けられる。

詳しくは、前記ワッシャ４６がハブ輪２Ａの中央孔９の段面２ｃに当接するように配置されると共に、中央孔９には前記ワッシャ４６とステム部１４とで挟まれるようにスペーサ４７が配置される。ワッシャ４６およびスペーサ４７に挿通されるボルト４８をステム部１４のねじ孔１４ｂに螺合させる。これにより、図１０に拡大して示すようにハブ輪２Ａの前記加締部２Ａａと等速自在継手外輪１３ａの段面１３ａａとの間に軸方向隙間δを確保して、軸受部２１に前後方向の荷重が加わったときに、内方部材２と等速自在継手外輪１３ａの間の相対回転が確実に行えるようにしている。

図１０のように、回転センサ部１０は、一対の磁気エンコーダ３５Ａ，３５Ｂと、これら磁気エンコーダ３５Ａ，３５Ｂに対して軸方向に対向して配置される一対のセンサ３６Ａ，３６Ｂとでなる２つの回転センサ３７Ａ，３７Ｂを有する。すなわち、内方部材２の端部外周に取付けられる磁気エンコーダ３５Ａと、この磁気エンコーダ３５Ａに対向して外方部材１の端部に取付けられるセンサ３６Ａとで第１の回転センサ３７Ａが構成され、等速自在継手外輪１３ａの外周に取付けられる磁気エンコーダ３５Ｂと、この磁気エンコーダ３５Ｂに対向して外方部材１の端部に取付けられるセンサ３６Ｂとで第２の回転センサ３７Ｂが構成される。

第１の回転センサ３７Ａの構成部品である磁気エンコーダ３５Ａは、図１〜図７に示した第１の実施形態における回転センサ部１０のエンコーダ１５と略同じ構造であり、断面概形がＬ字状の環状の芯金３８の側板部３８ａのインボード側を向く面に多極磁石１８Ａを設けたものとされている。この磁気エンコーダ３５Ａがインボード側のシール８を兼ねることは、第１の実施形態の場合と同じである。すなわち、芯金側板部３８ａの外周端に設けたゴム等からなる弾性体リップ部３８ｃが、外方部材１の内径面に摺接することで、内外の部材２，１間に形成される環状空間のインボード側の開口端部が密封される。芯金３８の圧入円筒部３８ｂは、内輪２Ｂの外径面から幅面にわたって嵌合する大径部分３８ｂａと、この大径部分３８ｂａの内径端からインボード側へと軸方向に延長した小径部分である円筒部延長部分３８ｂｂとでなる。

また、第１の回転センサ３７Ａの他の構成部品であるセンサ３６Ａは、磁気エンコーダ３５Ａの磁界を検出する磁気センサであり、センサ取付部材２２を介して外方部材１に取付けられる。このセンサ３６Ａは、第１の実施形態の場合のようにホール素子や磁気抵抗素子などであっても良いが、この実施形態ではアニューラ型としており、センサホルダ２３内にモールドされている。すなわち、この場合のセンサ３６Ａは、コイル３９を内蔵した磁気ヨーク４０からなる。磁気ヨーク４０は断面コ字状とした磁性体のリング部材であって、磁気エンコーダ３５Ａに対して軸方向に対向する位置にコイル３９を内蔵している。この磁気ヨーク４０の磁気エンコーダ３５Ａに対面して開口する側面には、図１０のＣ−Ｃ矢視方向から見た状態を示す図１１のように、互いに径方向に対向して延びる櫛歯状の歯５０ａ，５０ｂが形成され、この各歯５０ａ，５０ｂは円周方向に上記磁気エンコーダ３５Ａの多極磁石１８Ａの磁極と同じ間隔で交互に配列されている。このように構成された回転センサ３７Ａでは、内方部材２と共に磁気エンコーダ３５Ａが回転すると、磁気エンコーダ３５Ａとセンサ３６Ａとの相対回転により、センサ３６Ａのコイル３９に回転数に比例した周波数の電圧が誘導され、これが回転信号としてセンサ３６Ａから出力される。

第２の回転センサ３７Ｂの構成部品である磁気エンコーダ３５Ｂは、断面Ｌ字状の環状の芯金４１の側板部４１ａのアウトボード側に向く面に多極磁石１８Ｂを設けたものとされている。この磁気エンコーダ３５Ｂは、芯金４１の圧入円筒部４１ｂを等速自在継手外輪１３ａの外周に圧入することにより、等速自在継手外輪１３ａに取付けられている。多極磁石１８Ｂは、第１の回転センサ３７Ａの磁気エンコーダ３５Ａにおける多極磁石１８Ａと同じ構造のものである。この磁気エンコーダ３５Ｂは、前記センサ取付部材２２と等速自在継手外輪１３ａとの間に形成される環状空間の端部開口を密閉するシールを兼ねており、芯金側板部４１ａの外周端に設けたゴム等からなる弾性体リップ部４１ｃが、センサ取付部位材２２の側面に摺接する。この密封構造により、泥水の浸入や止めからの石跳ね等により磁気エンコーダ３５Ｂとセンサ３６Ｂの間に砂粒等の異物が噛み込むのを防止できる。

また、第２の回転センサ３７Ｂの他の構成部品であるセンサ３６Ｂは、磁気エンコーダ３５Ｂの磁界を検出する磁気センサであり、センサ取付部材２２を介して外方部材１に取付けられる。このセンサ３６Ｂもアニューラ型であり、前記センサホルダ２３内に他のセンサ３６Ａと軸方向に背面合わせとなるように重ねた状態でモールドされている。

変位センサ部１１は検出部である一対の変位センサ２４と被検出部２５とからなり、一対の変位センサ２４がヨークにコイルを巻回して構成されること、および前記センサ取付部材２２の円周方向の上下に配置されていることは第１の実施形態の場合と同じである。変位センサ２４は、回転センサ３７Ａ，３７Ｂの各センサ３６Ａ，３６Ｂと同じセンサホルダ２３内にモールドされて、互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとされている。変位センサ部１１の被検出部２５は、前記第１の回転センサ３７Ａの磁気エンコーダ３５Ａの芯金３８における圧入円筒部３８ｂの円筒部延長部分３８ｂｂからなる。

センサ取付部材２２の嵌合筒部２２ａの内径面には、ゴム等からなるシート状の弾性体４２が固着され、この弾性体４２が外方部材１の外径面の係合溝に係合することで、センサ取付部材２２の抜け止めが図られている。センサ取付部材２２を構成する内板と外板との間にはゴム材等からなる弾性体４３が挟み込まれている。この弾性体４３はシート状とされ、側板部２２ｂにおいては、センサホルダ２３と外側の対向板部３３との間に介在する。

この構成のセンサ付車輪用軸受装置の場合、回転センサ部１０の２つの回転センサ３７Ａ，３７Ｂにより、車輪に作用する前後方向の荷重を検出できる。すなわち、車輪に前後方向にトルクが作用したとき、内方部材２と等速自在継手外輪１３ａとに相対回転が生じ、第１の回転センサ３７Ａの検出信号と、第２の回転センサ３７Ｂの検出信号との間に位相差が生じる。この位相差から車輪に作用する前後方向の荷重を検出することができる。また、２つの回転センサ３７Ａ，３７Ｂの検出信号は車輪の回転信号であるため、そのうちの１つをＡＢＳ信号として利用することができる。
また、車輪から軸受部２１に曲げモーメトが作用したとき、内方部材２と一体のエンコーダ芯金３８における圧入円筒部３８ｂの円筒部延長部分３８である被検出部２５が変位するので、この変位を変位センサ部１１の上下一対の変位センサ２４が、曲げモーメトとして検出することができる。この曲げモーメントは車輪の軸方向荷重に換算することができ、これにより車輪に作用する軸方向荷重が検出できる。

このように、このセンサ付車輪用軸受装置では、内方部材２の端部および等速自在継手外輪１３ａにそれぞれ取付けられる一対の磁気エンコーダ３５Ａ，３５Ｂおよびこれら一対の磁気エンコーダに対向して外方部材１の端部に取付けられるセンサ３６Ａ，３６Ｂを有する回転センサ部１０と、磁気エンコーダ３５Ａの圧入円筒部３８ｂの円筒部延長部分３８ｂｂに対向する変位センサ２４を備え、回転センサ部１０のセンサ３６Ａ，３６Ｂと変位センサ２４とを一体に取扱可能な１つのセンサユニットとしているので、車両にコンパクトに各センサを設置できて、車輪の回転、並びに車輪にかかる軸方向荷重および前後方向荷重を安定して検出することができる。

また、この構成によると、センサ取付部材２２に設けられた内外の対向板部３２，３３の間に回転センサ部１０のセンサ３６Ａ，３６Ｂと、変位センサ部１１の変位センサ２４とが挟み込み状態に取付けられるため、センサ３６Ａ，３６Ｂや変位センサ２４が外れる恐れがなく、取付けが確実で、信頼性の高いものとできる。

この発明の第１の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受装置の断面図である。 同軸受装置におけるII−II矢視断面図である。 図２のＢ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。 図３の部分拡大断面図である。 同軸受装置における回転センサのエンコーダの部分正面図である。 同軸受装置における変位センサ部の横断面図である。 同軸受装置における変位センサ部の検出回路の概略構成図である。 この発明の他の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受装置の断面図である。 図８のIX−IX矢視断面図である。 図８の部分拡大断面図である。 同軸受装置における回転センサ磁気ヨークの部分側面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…軌道面
９…中央孔
１０…回転センサ部
１１…変位センサ部
１２…ナット
１３…等速自在継手
１３ａ…等速自在継手外輪
１４…ステム部
１５…エンコーダ
１６…センサ
１７ｂ…圧入円筒部
１７ｂａ…円筒部延長部分
２２…センサ取付部材
２３…センサホルダ
２４…変位センサ
２４ａ…ヨーク
２４ｂ…コイル
３５Ａ，３５Ｂ…磁気エンコーダ
３６Ａ，３６Ｂ…センサ
３７Ａ，３７Ｂ…回転センサ
３８ｂ…圧入円筒部
３８ｂｂ…円筒部延長部分

Claims (5)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、
   前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側に軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部のセンサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記エンコーダを磁気エンコーダとしたセンサ付車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記回転センサ部のセンサは、ホール素子または磁気抵抗素子としたセンサ付車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記変位センサは、磁性体のヨークにコイルを巻回したリラクタンス型としたセンサ付車輪用軸受装置。
5. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、上記軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、両軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材は中央孔を有し、等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材と固定された車輪用軸受装置において、
   前記内方部材の端部に取付けられる磁気エンコーダ、および等速自在継手の外輪に取付けられる磁気エンコーダ、並びに前記各磁気エンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられるセンサを有する回転センサ部を設け、前記内方部材側の磁気エンコーダは、前記内方部材の外周に圧入された圧入円筒部を有し、この圧入円筒部は、内方部材の端面より外側の軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部円筒部分に対向する変位センサを設け、前記回転センサ部の各センサと変位センサとを互いに一体に取扱可能な一つのセンサユニットとしてユニット化したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。

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