JP2006144868A - Bearing device for wheel - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、作用する荷重の方向を検出することのできる車輪用軸受装置(以下、単に軸受装置ともいう)に関する。 The present invention relates to a wheel bearing device (hereinafter also simply referred to as a bearing device) capable of detecting the direction of an acting load.
近年、自動車の走行や制動等の制御を行うために種々の情報が必要とされており、そのような情報を得るために、車輪用の軸受装置にセンサを設けることが提案されている。軸受装置は、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材と、車体側に固定される車体側軌道部材と、これら両軌道部材の間に配設される転動体とを有しており、例えば、特許文献1に示すように、車輪側軌道部材のフランジ部に歪みゲージを貼り付けて軸受装置に作用する荷重の情報を取得するものがある。 In recent years, various types of information are required to perform control such as driving and braking of automobiles, and in order to obtain such information, it has been proposed to provide a sensor in a wheel bearing device. The bearing device includes a wheel-side track member to which a wheel is attached, a vehicle-side track member fixed to the vehicle body side, and a rolling element disposed between the both track members. As shown in FIG. 1, there is one that obtains information on a load acting on a bearing device by attaching a strain gauge to a flange portion of a wheel side raceway member.
また、車体側軌道部材と車輪側軌道部材との相対的な変位を変位センサにより求め、作用する荷重を測定するものがある。例えば、特許文献2において、外輪部材に形成した貫通孔に変位センサを挿入し、2列の転動体の間において変位センサにより内側の車輪側軌道部材の変位を検知するものがある。
しかし、特許文献1に記載されている構成は、回転する車輪側軌道部材に歪みゲージが設けられているので、作用する荷重の方向を正確に検知することができないという問題点を有している。特に、車体側軌道部材(外輪)の軸心と車輪側軌道部材(内輪)の軸心とが傾く(ねじり)方向の荷重(Y軸方向の荷重:旋廻力)を検知することができない。 However, the configuration described in Patent Document 1 has a problem that the direction of the acting load cannot be accurately detected because the strain gauge is provided on the rotating wheel side raceway member. . In particular, a load in the direction in which the axis of the vehicle body side race member (outer ring) and the axis of the wheel side race member (inner ring) are inclined (torsion) (load in the Y axis direction: turning force) cannot be detected.
また、特許文献2に記載されている構成は、変位センサを用いるために、外輪部材に貫通孔を形成し、さらには内側の回転部材に被検出部材を別途設ける必要があり、部品点数が増加し、構造が複雑化してしまう。特に変位センサの取り付け精度、被検出部材の取り付け精度が高く要求されるという問題点がある。また、変位センサにより2列の転動体の間において測定を行うため、車体側軌道部材の軸心と車輪側軌道部材の軸心とが傾く方向の荷重を精度良く検知できないという問題点がある。
Further, in the configuration described in
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であって組み付け工数の低減が図れ、また、直交する3軸方向の荷重の検知を行うことが可能な軸受装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a bearing device that is simple in structure and capable of reducing the number of assembling steps and that can detect loads in three orthogonal axes. The purpose is to do.
前記目的を達成するためのこの発明の車輪用軸受装置は、固定側となる外輪部材と、可動側となる内側回転部材と、当該外輪部材と当該内側回転部材との間に配設される2列の転動体とを有する車輪用軸受装置であって、前記外輪部材の外周側であって前記転動体の各列に対応する位置に振動センサが並んだ状態で設けられたことを特徴としている。このような構成の軸受装置によれば、外輪部材の外周側に振動センサを設けるのみであるため、軸受装置本体に別途孔開け等の加工を施す必要がなく、構造が簡素化され、組み付け工数を低減することができる。従って、既存の軸受装置に対しても適用することができる。また、外輪部材の軸心と内側回転部材の軸心とが傾く方向の荷重(軸心方向となるY軸方向の荷重)を精度良く検知できる。 In order to achieve the above object, a wheel bearing device of the present invention includes an outer ring member that is a fixed side, an inner rotating member that is a movable side, and an outer ring member that is disposed between the outer ring member and the inner rotating member. A bearing device for a wheel having rolling elements in a row, wherein a vibration sensor is provided in a state where the vibration sensor is arranged at a position corresponding to each row of the rolling elements on the outer peripheral side of the outer ring member. . According to the bearing device having such a configuration, since only the vibration sensor is provided on the outer peripheral side of the outer ring member, there is no need to separately drill holes in the bearing device body, the structure is simplified, and the assembly man-hours are reduced. Can be reduced. Therefore, the present invention can also be applied to existing bearing devices. Further, it is possible to accurately detect the load in the direction in which the axis of the outer ring member and the axis of the inner rotating member are inclined (load in the Y-axis direction serving as the axis direction).
また、前記振動センサは、前記転動体と当該転動体用の軌道との間の接触状態をAE信号として検知するAEセンサとされ、並んだ状態で設けられる前記2つの振動センサは、前記外輪部材の外周側の頂部に設けられるのが好ましい。この構成によれば、圧力センサとは異なり予圧の調整が不要である。また、荷重が作用することで2列の転動体における接触状態のパターン(形態)が異なるため、これを各転動体においてAE信号として検知し、2つのAEセンサの出力パターンの違いにより、前記のY軸方向の荷重、およびY軸に直交方向のZ軸方向の荷重を正確に検知することができる。 Further, the vibration sensor is an AE sensor that detects a contact state between the rolling element and the raceway for the rolling element as an AE signal, and the two vibration sensors provided side by side are the outer ring member. It is preferable to be provided at the top of the outer peripheral side. According to this configuration, unlike the pressure sensor, it is not necessary to adjust the preload. In addition, since the pattern (form) of the contact state in the two rows of rolling elements is different due to the load acting, this is detected as an AE signal in each rolling element, and due to the difference in the output pattern of the two AE sensors, The load in the Y-axis direction and the load in the Z-axis direction orthogonal to the Y-axis can be accurately detected.
また、並んだ状態で設けられる前記2つの振動センサを、さらに、前記外輪部材の外周側の側部にも設けるのが好ましく、この構成により、軸受装置の前後水平方向となるX軸方向の荷重の検知が正確に行え、直交する3軸(XYZ)方向の荷重の検知を精度良く行うことが可能となる。 Further, it is preferable that the two vibration sensors provided side by side are further provided on the outer peripheral side of the outer ring member. With this configuration, the load in the X-axis direction that is the front-rear horizontal direction of the bearing device is preferably provided. Can be accurately detected, and the load in the three orthogonal axes (XYZ) can be detected with high accuracy.
本発明の車輪用軸受装置によれば、露出状態にある外輪部材に対して振動センサを外付けにより設置することができ、軸受装置本体に別途孔開け等の加工を施す必要がなく、構造が簡素化され、組み付け工数を低減することができる。また、既存の軸受装置に対しても適用することができると共に、直交する3軸方向の荷重の検知を行うことが可能となる。 According to the wheel bearing device of the present invention, the vibration sensor can be externally installed on the outer ring member in an exposed state, and there is no need to separately drill holes in the bearing device body. This simplifies and reduces the assembly man-hours. In addition, the present invention can be applied to an existing bearing device, and can detect a load in three orthogonal directions.
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図1はこの発明の一実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。この軸受装置は、車体(図示せず)側と固定される車体側軌道部材1と、車輪(図示せず)が取り付けられる車輪側軌道部材2と、これら軌道部材1,2の間に配設される2列の転動体3a,3bとを備えている。なお、軸受装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a bearing device according to an embodiment of the present invention. This bearing device is disposed between a vehicle body side track member 1 fixed to a vehicle body (not shown), a wheel
車輪側軌道部材2は、図示しない車輪(ホイール)が取り付けられる軸状のハブ4と、ハブ4の一端部側外周面に嵌合させた内輪部材16とを有している。このハブ4と内輪部材16とで内側回転部材10が構成されている。ハブ4は、他端部側に径方向外方のフランジ部11が形成されており、このフランジ部11には車輪を取り付けるためのボルト7が取り付けられている。ハブ4の外周面には第1の内輪軌道24aが形成され、またハブ4に外嵌させた前記内輪部材16に第2の内輪軌道24bが形成され、これらをもって2列の内輪軌道が構成されている。
The wheel-
車体側軌道部材1は、軸受の外輪を構成する外輪部材20を有し、この外輪部材20は、内周面に外輪軌道23a,23bが形成される筒部22と、この筒部22の外周面に形成され固定側部材(図示せず)と固定される径方向外向きのフランジ部21とを有している。つまり、外輪部材20が軸受装置において固定側となり、前記内側回転部材10が可動側となる。筒部22の内周面には、第1の内輪軌道24aおよび第2の内輪軌道24bの夫々に対応するよう、第1の外輪軌道23aと第2の外輪軌道23bが2列で形成されている。前記フランジ部21は、第1の外輪軌道23aと第2の外輪軌道23bとの間の軸方向中間位置に対応する筒部22の外周面側に設けられている。
The vehicle body-side track member 1 has an
そして、外輪部材20の筒部22の外周側であって転動体3a,3bの各列に対応する位置に、振動センサ5,6が並んだ状態で(並列状態となるよう)設けられている。つまり、2つの振動センサ5,6が、外輪部材20の筒部22の外周側において、軸心方向となるY軸方向に平行な方向に所定の間隔で並んで配設されている。
なお、「筒部22の外周側」とは、筒部22の外周面上に接するよう振動センサ5,6が設けられる場合の他に、図示しないが、筒部22の外周面に凹部を設け、その凹部に振動センサ5,6の先端部を埋設するような場合をも含む。
And the
Note that “the outer peripheral side of the
そして、前記振動センサ5,6は、転動体3a,3bと、転動体用軌道、つまり、外輪部材20の外輪軌道23a,23bおよび内側回転部材10の内輪軌道24a,24bとの間の接触状態をAE信号として検知するAEセンサとすることができる。この場合、これら2つの振動センサ5,6の各々は、その径方向内方の転動体3a,3bの挙動をAE信号として検知する。そして、2つで1組とする振動センサ5,6を用いることで、後に説明するように、軸受装置にある方向から荷重が作用した場合に生ずる2列の転動体3a,3bの挙動の異同パターンの違いにより、前記荷重の方向を検知することができる。すなわち、荷重が作用した際に生じる転動体3a,3bの接触状況の変化に応じたセンサ5,6の出力が、図2(イ)に示されるように、2つの振動センサ5,6で異なる(反対となる)場合や、図2(ロ)に示されるように、2つの振動センサ5,6が同時に同じとなる場合等、出力パターンの違いにより作用する荷重の方向を検出することができる。
The
そして、図3の横断面図に示されるように、並んだ状態で設けられる2つの振動センサ5,6は、車体側軌道部材1の筒部22外周側の頂部22aに設けられている。つまり、この1組の振動センサ5,6は、Y軸とZ軸とを含む鉛直面上に、軸受装置の径方向内方を検知方向として配設されている。そして、頂部22aの1組の振動センサ5,6により、当該振動センサ5,6の下内方における転動体3a,3bの接触状況を検知して、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の荷重を検出することができる。
As shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the two
また、図3に示される実施の形態では、並んだ状態で設けられる2つの振動センサ5,6を、さらに、車体側軌道部材1の筒部22外周側の側部22bにも設けている。この側部22bに設けられた第2の1組の振動センサ5,6は、Y軸とX軸とを含む水平面上に、軸受装置の径方向内方を検知方向として配設されている。そして、側部22bの1組の振動センサ5,6により、当該振動センサ5,6の横内方における転動体3a,3bの接触状況を検知して、X軸方向の荷重をより一層正確に検出できる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 3, two
ここで、軸心となるY軸と、Y軸に直交するX軸およびZ軸について述べると、車輪用の軸受装置の場合、軸受装置の軸心方向であるY軸方向は左右(左右水平)方向となり、X軸方向が前後(前後水平)方向となり、Z軸方向が高さ方向(鉛直方向)となる。 Here, the Y axis serving as the axis, and the X axis and the Z axis orthogonal to the Y axis will be described. In the case of a wheel bearing device, the Y axis direction, which is the axial direction of the bearing device, is left and right (left and right horizontal) Direction, the X-axis direction is the front-rear (front-rear horizontal) direction, and the Z-axis direction is the height direction (vertical direction).
次に、図1、図2および図4より、これら振動センサ5,6による荷重の検出方法について説明する。なお、図4に示される二点鎖線cは、転動体3a,3b(玉17)の設計上の中心線である。車輪用の軸受装置において、図1の矢印Aに示されるように、Y軸方向に荷重が作用すると、自動車が走行する路面近くに力点が存在することから、支点となる軸受装置には、車体側軌道部材1の軸心と車輪側軌道部材2の軸心とに傾きを生じさせるY軸方向(図1の矢印R方向となるねじれ方向)、または、Z軸方向の荷重が作用する。
矢印R方向となるY軸方向の荷重が作用すると、軸受装置の上部に存在する(頂部22aの振動センサ5,6の検知対象となる)転動体3a,3bにおいて、図1の矢印aに示されるように、車輪側の転動体3aには外輪軌道23aと離れる方向の力が作用し、一方、図1の矢印bに示されるように、内輪部材16側の転動体3bには圧縮力(外輪軌道23bを押圧する力)が作用する。従って、2列の転動体3a,3bの接触状況は、図4(イ)に示されるようなモデルとなり、相互の接触状況が異なる。その結果、第1のセンサ5と第2のセンサ6は、図2(イ)に示されるように互いに反対向きの出力を発す。つまり、頂部22aに設けた1組の振動センサ5,6によりこのような出力が得られると、Y軸方向の荷重が作用したと検出することができる。
Next, a load detection method using the
When a load in the Y-axis direction that is the direction of the arrow R is applied, the rolling
また、Z軸方向に平行な正方向の荷重(図1の矢印B方向の荷重)が作用すると、上部に存在する2列の転動体3a,3bは共に圧縮力を受け、図4(ロ)に示されるようなモデルとなり、相互の接触状況は同様となり、第1のセンサ5と第2のセンサ6は、図2(ロ)に示されるように同じ方向で同じ大きさの出力を発す(出力値が大きく増加する)。つまり、頂部22aに設けた1組の振動センサ5,6によりこのような出力が得られると、Z軸方向に正方向の荷重が作用したと検出することができる。
なお、Z軸方向に平行な負方向の荷重(図1の矢印Bと反対の方向の荷重)が作用すると、反対に図4(ハ)のようなモデルとなり、転動体3a,3b相互の接触状況は同様であり、第1のセンサ5と第2のセンサ6とは、同じ方向で同じ大きさの出力を発するが、出力値が(初期状態よりも)減少して現れる。この結果により、Z軸方向に負方向の荷重が作用したと検出できる。
さらに、車体側軌道部材1の筒部22の側部22bに設けた一対の振動センサ5,6においても、上記と同様の作用により、出力値の増加・減少によりX軸方向の荷重を検出することができる。このようにして、直交する3軸方向の荷重を検出することができる。
Further, when a positive load parallel to the Z-axis direction (load in the direction of arrow B in FIG. 1) is applied, the two rows of rolling
If a negative load parallel to the Z-axis direction (a load in the direction opposite to the arrow B in FIG. 1) is applied, the model shown in FIG. 4 (c) is reversed and the rolling
Further, in the pair of
また、2つの振動センサ5,6の出力パターンと、作用する荷重の方向との関係を表1に示す。なお、表1は、車体側軌道部材1の頂部22aにのみ1組の振動センサ5,6を設けた場合であり、表2は、頂部22aの他に側部22bにも1組の振動センサ5,6を設けた場合を示す。
表1において、側部22bの振動センサ5,6を有さないにもかかわらず、X軸方向の荷重が検出できるのは、表1に示されるように、頂部の振動センサ5,6の出力パターンが、各軸方向に荷重が作用した場合と異なるからであり、相対的な出力によりX軸方向の荷重の検出が可能となる。つまり、2つの振動センサ5,6が共に、Z軸方向に荷重が作用した場合よりも小さい中程度の出力を発し、かつ、両者とも同じ方向の出力を発することにより、X軸方向に荷重が作用したことを検出する。なお、この検出は、力の向き(正負の方向)までをも検出するのではなく、X軸方向の荷重が作用したことについての検出が可能となる。
Table 1 shows the relationship between the output patterns of the two
In Table 1, the load of the X-axis direction can be detected, as shown in Table 1, although the
1 車体側軌道部材
2 車輪側軌道部材
3 転動体
5 振動センサ
6 振動センサ
10 内側回転部材
20 外輪部材
22 筒部
22a 頂部
22b 側部
23a 外輪軌道
23b 外輪軌道
24a 内輪軌道
24b 内輪軌道
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