JP2006144984A

JP2006144984A - 転がり軸受ユニット

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Publication number: JP2006144984A
Application number: JP2004338315A
Authority: JP
Inventors: Ichiu Tanaka; 一宇田中; Koichiro Ono; 浩一郎小野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】保持器９ｃの振れ回り運動を防止して、振れ回り運動に伴う騒音や振動の発生を防止する。又、この保持器９ｃの回転速度を正確に測定できる様にする。
【解決手段】この保持器９ｃのポケット１８、１８の内面を、硬質合成樹脂製のライナ１９、１９により覆う。このライナ１９、１９以外の部分を、硬質ゴム等、或る程度変形し易いエラストマーにより造る。この構成により、ポケット１８、１８の内面と各転動体８、８の転動面との間の隙間を小さくしても、これら各転動体８、８の公転速度の不一致に拘らず、何れかの転動体８の転動面と上記ポケット１８の内面とが強く当接する事を防止する。そして、上記保持器９ｃの各部に無理な力が加わるのを防止して、上記隙間を僅少にする事を可能にし、上記振れ回り運動を防止して、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットは、例えば自動車の懸架装置に対し車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する為に利用する。

例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両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）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。

即ち、上記ＡＢＳやＴＣＳ等の従来の走行状態安定化装置の場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる。言い換えれば、厳しい条件下での性能向上を図るべく、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。

この様な問題に対応すべく、上記フィードフォワード制御等を行なう為には、懸架装置に対して車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに、この車輪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を測定する為の荷重測定装置を組み込む事が考えられる。この様な場合に使用可能な荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットとして従来から、特許文献１〜４に記載されたものが知られている。

このうちの特許文献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例の場合には、非接触式の変位センサにより、回転しない外輪と、この外輪の内径側で回転するハブとの、径方向に関する変位を測定する事により、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める様にしている。求めたラジアル荷重は、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為に利用する。

又、特許文献２には、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記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。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、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。

又、特許文献３には、外輪の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニットとハブに外嵌固定した断面Ｌ字形の被検出リングとにより、上記４個所位置での、上記外輪に対する上記ハブの、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出し、各部の検出値に基づいて、このハブに加わる荷重の方向及びその大きさを求める構造が記載されている。

更に、特許文献４には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過周波数から転動体の公転速度を求め、この公転速度から、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。

前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブ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。

又、特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ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に記載された構造は、外輪の周方向４個所位置にセンサを設置する為、上記特許文献１に記載された構造よりも更にコストが嵩む。更に、特許文献４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。

更に、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定する構造を低コストで実現する為の発明として、特願２００４−７６５５号に開示された発明がある。この先発明の構造は、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上下方向荷重（ラジアル荷重）又は横方向荷重（アキシアル荷重）を測定する。図７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。転がり軸受ユニットの構造自体は、従来から周知の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様であるから、詳しい説明は省略し、以下、荷重測定装置部分の構造及び作用に就いて説明する。

上記先発明に係る構造の場合、外輪相当部材である外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道２、２の間部分に形成した取付孔３にセンサユニット４を挿通し、このセンサユニット４の先端部５を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部５には、１対の公転速度検出用センサ６ａ、６ｂと、１個の回転速度検出用センサ７とを設けている。そして、このうちの各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの検出部を、複列に配置された各転動体８ａ、８ｂを回転自在に保持した各保持器９ａ、９ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂに近接対向させて、上記各転動体８ａ、８ｂ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７の検出部を、内輪相当部材であるハブ１１の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１２に近接対向させて、このハブ１１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１１の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１と上記ハブ１１との間に加わる荷重（上下方向荷重及び横方向荷重）を求められる。

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６ａ、６ｂ、７から送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ１１との間に加わる上下方向荷重と横方向荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、この上下方向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６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂ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７が検出する上記ハブ１１の回転速度との比に基づいて、上記上下方向荷重を算出する。又、上記横方向荷重は、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂ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７が検出する上記ハブ１１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８〜９を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、横方向荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体８ａ、８ｂの接触角α_a 、α_b が、互いに同じであるとして行なう。

図８は、上述の図７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。懸架装置に支持された状態で回転しない前記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道２、２と、車輪を支持固定した状態で車輪と共に回転するハブ１１の外周面に形成した複列の内輪軌道１３、１３との間に複列に配置された転動体８ａ、８ｂに、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、車体の重量等に対する反作用として路面側から、上下方向荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、横方向荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体８ａ、８ｂの接触角α（α_a 、α_b ）に影響を及ぼす。そして、この接触角α_a 、α_b が変化すると、これら各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c が変化する。これら各転動体８ａ、８ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体８ａ、８ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道１３、１３を設けたハブ１１の回転速度をｎ_i とし、上記各外輪軌道２、２を設けた外輪１の回転速度をｎ_o とすると、上記公転速度ｎ_c は、次の（１）式で表される。
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８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c は、これら各転動体８ａ、８ｂの接触角α（α_a 、α_b ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角α_a 、α_b は、上記上下方向荷重Ｆｚ及び上記横方向荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これら上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ１１が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記上下方向荷重Ｆｚに関しては、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。又、横方向荷重Ｆｙに関しては、図９に示す様に、この横方向荷重Ｆｙを支承する列の転動体８ａ、８ａの公転速度が速くなり（図９の破線イ参照）、この横方向荷重Ｆｙを支承しない列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度が遅くなる（図９の実線ロ参照）。従って、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c に基づいて、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙを求められる事になる。

但し、上記公転速度ｎ_c の変化に結び付く上記接触角αは、上記上下方向荷重Ｆｚと上記横方向荷重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ｎ_c は、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i に比例して変化する。この為、これら上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙ、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ハブ１１の回転速度ｎ_i を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎ_c 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。これに対して上記上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙ、ハブ１１の回転速度ｎ_i 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。

この様な事情に鑑みて先発明では、前述した様に、上下方向荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の和を求める事で、上記横方向荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、横方向荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求める事で、上記上下方向荷重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７が検出する上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との比に基づいて上記上下方向荷重Ｆｚ又は上記横方向荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i の影響を排除している。但し、上記横方向荷重Ｆｙを、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。

尚、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの信号に基づいて上記上下方向荷重Ｆｚと横方向荷重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２００４−７６５５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。又、図１０に示す様に、ハブ１１の回転速度ｎ_i を求める為の回転速度検出用エンコーダ１２ａをこのハブ１１の内端部に外嵌固定し、回転速度検出用センサ７ａを外輪１の内端開口部を塞いだカバー１４に支持する事もできる。

以上に述べた、先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、前述した特許文献１〜４に記載された構造に比べ、比較的低コストで造れて、しかも、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ或は横方向荷重Ｆｙを正確に求められるものである。但し、これら各荷重Ｆｚ、Ｆｙを正確且つ高精度に（高分解能で）求める為には、前記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する前記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度が正確且つ高精度である必要がある。公転速度を高精度で求める為には、この公転速度を各保持器９ａ、９ｂの回転速度として求めるべく、これら各保持器９ａ、９ｂと同心に公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂを設け、これら公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂの特性変化の回数を多く（特性変化のピッチを短く）する事が効果がある。

又、上記公転速度を正確に求める為には、上記各保持器９ａ、９ｂの幾何中心と回転中心（上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転中心）とを一致させる事が重要である。これに対して、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの検出信号中には、被検出面の着磁ピッチ（円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間のピッチ）の誤差に基づく比較的高周波の変動と、保持器９ａ、９ｂの振れ回り運動に伴う比較的低周波の変動とが入り込んでいる。この様な変動を処理（低減）しないと、各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度を正確に求められず、従って、上記上下方向荷重や上記横方向荷重の測定精度が悪化する。

この様な、上記各荷重の測定精度の悪化に結び付く、上記２種類の変動が生じる理由に就いて、図１１〜１２により説明する。上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）を保持した（或は自身が公転速度検出用エンコーダとしての機能を有する）保持器９ａ（９ｂ）のポケットの内面と前記各転動体８ａ（８ｂ）の表面（転動面）との間には、これら各転動体８ａ（８ｂ）を転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体８ａ（８ｂ）のピッチ円の中心（上記ハブ１１の回転中心）Ｏ₁₂と上記保持器９ａ（９ｂ）の回転中心Ｏ₉ とが、図１１に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）は、上記ピッチ円の中心Ｏ₁₂の周囲で振れ回り運動を行なう。

この様にして生じる振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図１１の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）は、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面にその検出面を対向させた、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号に影響を及ぼす。

この様な公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面に上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出面を対向させると、この公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号は、図１２の鎖線αに示す様に、正弦波的に変化する。即ち、各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度が一定である場合でも、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の出力信号が表す公転速度は、上記鎖線αで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図１１の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも速い速度に対応する信号となる。反対に、図１１の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図１１は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、例えば車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙをより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差を解消する必要がある。

又、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面の特性変化のピッチ（例えば、この側面に配列されたＳ極とＮ極とのピッチ）は、本来同じはずであるが、製造誤差（例えば着磁誤差等）により、少しずつではあるが互いに異なる場合がある。そして、この誤差に基づいても、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号が変動する。この様な着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期に比べると遥かに短く（高周波に）なる。例えば、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面（被検出面）の特性（Ｓ極とＮ極との繰り返し）が、この被検出面の全周で６０回変化する場合、上記着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期の１／６０程度になる。

上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）から出力される検出信号は、上記２種類の変動が足し合わされた（重畳された）、図１２に実線βで示す様なものになる。そして、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙを正確に求める為には、上記２種類の変動を低減する必要がある。この様な変動のうち、上記着磁ピッチ等の製造誤差に基づく、上記比較的高周波の変動は、従来からこの様な信号の処理方法として広く知られている、平均化フィルタを使用した電気的処理により、容易に低減できる。

これに対して、上記振れ回り運動に伴う、上記比較的低周波の変動に基づく公転速度検出の精度悪化を防止する為には、公転速度検出用エンコーダの径方向反対側２個所位置に配置した１対の公転速度検出センサの検出信号を足し合わせる事で、上記両中心のずれによる影響をなくす事も考えられる。但し、この場合には公転速度検出センサが２個必要になり、その分、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、採用が難しくなる場合も考えられる。

これに対して、一般的な乗用車用の転がり軸受ユニットの場合、前記転動面とポケットの内面との間の、保持器の径方向に関する隙間（ポケット隙間）を小さく抑えれば、これら各保持器の径方向に関する位置決めを転動体により図る、所謂転動体案内の構造でも、上記公転速度の精度を実用上問題ない程度に抑えられるものと考えられる。但し、転がり軸受ユニットが、外輪１の中心軸とハブ１１の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメント（こじりモーメント）を支承する状況下で使用される場合、単にポケットに関する隙間を小さくすると、次に述べる様な問題が生じる。即ち、上述の様なモーメントが作用すると、各転動体と外輪軌道及び内輪軌道との接触角が、これら各転動体毎に異なって（不均一になって）、これら各転動体が同一仮想平面上に整列しない状態となる。この様な状態となった場合に、上記ポケットに関する隙間が小さく設定されていると、何れかのポケットの内面と転動体の転動面との接触荷重が大きくなる。そして、当該接触部分で摩擦力が大きくなって、当該転動体の自転速度、延ては総ての転動体の公転速度が、接触角に見合う値よりも小さくなる原因となる。この様な原因で転動体の公転速度に誤差が生じると、この公転速度に基づく、上記外輪１と上記ハブ１１との間に作用する荷重測定を正確に行なえなくなる。

この様な事情に鑑み、特願２００３−３２１０４８号には、図１３〜１４に示す様な構造で、公転速度検出用エンコーダの振れ回り運動を抑える発明が開示されている。このうちの図１３に示した構造の場合には、保持器９ａ（９ｂ）の円周方向に関して一部分に重り１５を固定する事で、この部分の重量を他の部分よりも重くしている。各転動体８ａ、８ａ（８ｂ、８ｂ）の公転運動に伴って上記保持器９ａ（９ｂ）が回転すると、この保持器９ａ（９ｂ）は、上記重り１５を設けた部分が最も径方向外方に変位した状態で振れ回り運動する。更に、上記保持器９ａ（９ｂ）のリム部１６の側面に対する上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の組み付け位置を、上記重り１５の取付位置と１８０度反対側に、δ分だけずらせている。このδは、前記図１１に示した偏心量δに見合うもので、上記ポケットの内面と上記転動面との間の隙間に基づく、上記保持器９ａ（９ｂ）の径方向の変位分に相当する大きさとする。

この様に図１３に示した構造の場合、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制すると共に、この保持器９ａ（９ｂ）に対する上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の組み付け位置を、上記振れ回り方向に対して直径方向反対側に、上記保持器９ａ（９ｂ）の径方向の変位分だけずらせている。従って、上記各転動体８ａ、８ａ（８ｂ、８ｂ）の公転時に、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り運動に拘らず、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の回転中心と幾何中心とが一致する。この為、前記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号中に、前記図１２に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。

又、図１４に示した構造の場合には、公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）を保持器９ａ（９ｂ）に対し、互いに幾何中心同士を一致させた状態で支持固定している。そして、この保持器９ａ（９ｂ）の径方向に関する位置決めを、この保持器９ａ（９ｂ）の内周面の一部を、ハブ１１の外周面に近接対向させる、内輪案内により行なっている。この様に構成する為、各転動体８ａ（８ｂ）の公転運動に伴って上記保持器９ａ（９ｂ）が回転した場合に、この保持器９ａ（９ｂ）が殆ど振れ回り運動せず、公転速度検出用センサの検出信号中に、上記図１２に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。

但し、上記図１３に示した構造の場合、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制する為には、前記重り１５に作用する遠心力を或る程度大きくして、上記保持器９ａ（９ｂ）を確実にこの重り１５を設置した方向に変位させる必要がある。即ち、遠心力は回転速度｛各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度｝の二乗に比例する為、低速走行時から上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を規制する為には、上記重り１５として重量の嵩むものを使用する必要がある。ところが、重量の嵩む重り１５は、高速走行時に過大な遠心力を発生して、上記保持器９ａ（９ｂ）を破損させる原因となる可能性を生じる為、好ましくない。

又、図１４に示した構造の場合、保持器９ａ（９ｂ）の内周面とハブ１１の外周面との間の隙間を小さくし過ぎると、温度変化による熱膨張（収縮）が生じた場合にこれら両周面同士が接触（隙間が喪失）して、正常に回転できなくなる可能性がある。特に、保持器９ａ（９ｂ）が、ポリアミド樹脂の如き合成樹脂等、鋼以外の材料の場合には、鋼製であるハブ１１と線膨張係数が異なる為に、使用温度の全範囲に亙って、上記隙間を小さく設定する事が難しい。又、合成樹脂製の保持器の場合、軽量で、転動体との間に作用する滑り摩擦を小さくできる面から、鋼や銅系合金等の金属製の保持器に比べて好ましいが、複雑な形状を有する保持器の寸法並びに形状精度を良好にする事は難しい。更に、成形後も使用時の温度上昇により変形（真円度が悪化）する場合がある為、当該保持器の周面と相手側周面とを、使用全温度範囲に関して、全周に亙り均一な微小隙間を介して対向させる事は難しい。

以上の説明は、各転動体の公転速度を正確に求める為に、これら各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を抑える必要性に就いて述べた。但し、保持器の振れ回り運動を抑える事は、各転動体の公転速度を正確に求める為以外の面からも必要になる。即ち、一般の転がり軸受ユニットの場合でも、保持器に設けた各ポケットの内面と各転動体の転動面との間に存在する隙間が大き過ぎ、この保持器が振れ回り運動を中心とする不安定な動きを行なうと、所謂保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する問題がある。この様な騒音や振動が発生すると、保持器内部の応力が増大して、この保持器の破損等に繋がるだけでなく、当該転がり軸受ユニットが音響機器、精密機器等に組み込まれている場合には、当該機器の性能を悪化させてしまう。この様な面からも、転がり軸受ユニットに組み込んだ保持器の振れ回り運動を抑える必要がある。

特開２００１−２１５７７号公報特開平３−２０９０１６号公報特開２００４−３９１８号公報特公昭６２−３３６５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられ、しかも、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止できる構造を実現可能とすべく発明したものである。

本発明の転がり軸受ユニットは、従来から知られている転がり軸受ユニットと同様に、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを有する保持器と、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダとを備える。

特に、本発明の転がり軸受ユニットに於いては、上記保持器のうちで少なくとも上記各ポケットの内面を構成する部分を、これら各ポケット内に上記各転動体を保持可能とする、比較的剛性の高い第一種の材料製としている。これと共に、上記保持器のうちで少なくとも円周方向に隣り合うポケット同士を連結する部分を、これら各ポケット同士の相対変位を許容する、上記第一種の材料よりも剛性が低い第二種の材料製としている。

本発明の転がり軸受ユニットによれば、保持器に設けた各ポケットの内面と各転動体の転動面との間に存在する隙間を小さくしても、何れかのポケットの内面と転動体の転動面との接触荷重が大きくなる事を防止できる。
従って、上記隙間を小さくして、保持器の径方向に関する振れを小さく抑えられる。この結果、この保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する事を防止できる。又、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に上記保持器の回転速度を求める場合に、この回転速度（各転動体の公転速度）、延いてはこの回転速度に基づいて算出される上記荷重を正確に求める事が可能になる。

即ち、本発明の転がり軸受ユニットの場合には、上記保持器のうちで少なくとも円周方向に隣り合うポケット同士を連結する部分を、剛性が低い第二種の材料により造っている。この為、上記振れを小さく抑えるべく、上記隙間を小さく抑え、その結果、上記各転動体の公転速度に差が生じて、何れかのポケットの内面に転動体の転動面が突き当てられた場合でも、上記連結する部分が（弾性）変形し、この突き当て部分の接触荷重が大きくなる事を防止する。そして、当該接触部分で摩擦力が大きくなる事を防止し、当該転動体の自転速度、延ては総ての転動体の公転速度が、接触角に見合う値よりも小さくなる事を防止する。同時に、各転動体が、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止して、この保持器の耐久性確保を図れる。又、上記第二種の材料により造る部分は、第一種の材料により造る部分に比べて低剛性であっても、或る程度の剛性を持たせられる。この為、上記各ポケット内に保持された上記各転動体が、ランダムな動き（暴れ）をする事を抑制できる。従って、これら各転動体の公転運動を安定させる事は、十分に可能である。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、各ポケットの内径を、各転動体の直径の１００％を越え、１０１％以下とする。
或いは、請求項３に記載した様に、各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径とを互いに異ならせる。即ち、これら各ポケットのピッチ円直径をこれら各転動体のピッチ円直径よりも小さくしたり、或いは、これら各ポケットのピッチ円直径をこれら各転動体のピッチ円直径よりも大きくする。
この様に構成すれば、保持器の径方向に関する振れを小さく抑えられて、保持器音の発生防止や保持器の回転速度検出の正確性向上を図れる。
尚、上記請求項３に記載した発明の場合には、上記請求項２に記載した発明の場合に比べて、保持器の径方向変位を阻止する機能を同じとした場合には、上記各ポケットの内面と上記各転動体の転動面との間に存在する隙間を大きくできる。この為、この隙間内に潤滑剤を取り込み易くなって、上記両面同士の摩擦低減を図る面からは有利である。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、第一種の材料を合成樹脂とし、第二種の材料をエラストマーとする。
この場合に使用する合成樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等、保持器を造る為に一般的に使用されている、摩擦係数の小さい、各種硬質合成樹脂を使用できる。
又、上記エラストマーとしては、ゴム、ビニル等の各種弾性材料を使用できる。このエラストマーとしては、特に摩擦係数の低い材料を選択する必要はない。但し、上記エラストマーは、或る程度の剛性を有するものを使用する事が適切である。例えば、ゴムを使用する場合でも、シール材として使用する様な軟質ゴムよりも、各種係止具を構成する様な硬質ゴムを使用する事が適切である。
この様な材料を選択・使用すれば、保持器としての機能を発揮する面から必要な強度、剛性を確保した上で、各ポケットの内面と各転動体の転動面との間に作用する摩擦力を低く抑えつつ、何れかのポケットの内面と転動体の転動面との突き当て部分の接触荷重が大きくなる事を有効に防止できる。

尚、本発明の転がり軸受ユニットを構成する転動体は、請求項５に記載した様に玉であっても、或いは請求項６に記載した様に円すいころであっても良い。
外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を、接触角の変化に伴う公転速度の変化に基づいて求める事を考慮した場合、転動体として玉を使用する事が、上記荷重の変動に伴う接触角、延ては公転速度の変化を大きくして、この荷重の測定精度を高くする面からは有効である。但し、転動体が円すいころであっても、上記荷重の変動に伴って各転動体（円すいころ）の接触角、延てはこれら各転動体の公転速度が変化するので、本発明を適用する事ができる。これに対して、円筒ころ、球面ころ等、玉、円すいころ以外の転動体は、荷重の変動に伴って公転速度が変化する事は殆どないので、荷重測定を意図した構造で実施するには不適当である。但し、保持器音の発生防止を意図しているのであれば、本発明を適用する余地はある。

本発明を実施する転がり軸受ユニットとしては、各種工作機械や産業機械、更には自動車各部の回転支持部を構成する転がり軸受ユニットが考えられる。特に、請求項７に記載した様に、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する転がり軸受ユニットが、本発明の対象として適切である。
この様な転がり軸受ユニットは、近年、低トルク化（転がり抵抗の低減）と共に低騒音化が求められており、且つ、走行状態を安定させる為の制御を行なう為の（アキシアル荷重或いはラジアル荷重を表す）信号を得る部分として重要である。この様な車輪支持用の転がり軸受ユニットに関して本発明を実施すれば、これら各要求（低トルク化、低騒音化、信頼性の高い信号採取）を何れも高次元で満たす事ができる。

但し、本発明を自動車の車輪支持用の転がり軸受ユニットに適用する場合には、保持器が共振する事を防止する為の考慮が必要になる。即ち、この保持器を構成する第二種の材料は剛性が低い為、この保持器が１自由度系の振動モデルを構成する事を考慮しなければならない。そして、この１自由度系の振動モデルの共振周波数が、自動車のバネ下の共振周波数（懸架装置を構成するばねよりも路面側に存在する部材の共振周波数で、一般的には１５〜２０Ｈｚ程度）と、同じくバネ上の共振周波数（車体を含め、懸架装置を構成するばねよりも上側に存在する部材の共振周波数で、一般的には１〜２Ｈｚ) を避ける様に、上記第二種の材料の剛性との関係で、各部の寸法を規制する必要がある。これは、上記保持器に著しい振動が発生する事を防止する為である。

上述の様な請求項７に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項８に記載した様に、各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為に、この保持器の一部に、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダを支持固定する。これと共に、公転速度検出用センサの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設置する。そして、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。即ち、本発明の転がり軸受ユニットを、前述の図７、１０に示した、先発明と組み合わせて実施する。
この様に本発明をこの先発明と組み合わせて実施すれば、この先発明による荷重測定を、より正確に行なえる。

図１〜４は、請求項１、２、４、５に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても保持器に無理な力が加わる事を防止しつつ、保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられる構造を実現する点にある。転がり軸受ユニットの構造、保持器の回転速度に基づいてこの転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める部分の構造に就いては、前述した先発明の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略し、以下、本実施例の特徴部分に就いて説明する。

本実施例の場合、保持器９ｃの形状自体は、周知の冠型保持器と同様である。即ち、閉鎖円環状のリム部１６ａの軸方向片側面に複数の柱部１７、１７を、軸方向片側（図１の左方）と径方向外方とに向けて突出する状態で、円周方向に関して等間隔に設けている。そして、円周方向に隣り合う柱部１７、１７の円周方向側面と上記リム部１６ａの軸方向片側面とにより三方を囲まれる部分を、それぞれポケット１８、１８としている。特に、本実施例の場合には、これら各ポケット１８、１８部分に、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の硬質合成樹脂製のライナ１９、１９を包埋固定している。これら各ライナ１９、１９の内面は、部分球面状の凹面で、これら各ライナ１９、１９の内側
に、転動体（玉）８、８を１個ずつ、転動自在に保持している。これら各ライナ１９、１９の内面の曲率半径Ｒ₁₉は、上記各転動体８、８の転動面の曲率半径Ｒ₈ よりも大きく、この転動面の曲率半径Ｒ₈ の１０１％以下（Ｒ₈ ＜Ｒ₁₉≦１．０１Ｒ₈ ）としている。

上述の様な各ライナ１９、１９は、予め形成したものを、他の部分を構成するエラストマーを射出成形する際に金型のキャビティ内にセットしておき、このエラストマー内に包埋固定する。この状態で、上記各ポケット１８、１８の内面は、上記ライナ１９、１９を構成する硬質合成樹脂により覆われる。これに対して、これら各ポケット１８、１８の内面以外の、上記リム部１６ａ及び上記各柱部１７、１７の中心部分は、硬質ゴム等、弾性変形し易いエラストマーにより構成される。

本実施例の場合、上述の様に、上記各ライナ１９、１９の内面の曲率半径Ｒ₁₉を上記各転動体８、８の転動面の曲率半径Ｒ₈ よりも僅かだけ（１％以下）大きくしただけである為、これら転動体８、８の転動面と上記各ライナ１９、１９の内面との間に存在する隙間を小さくできる。そして、上記保持器９ｃの径方向に関する振れを小さく抑えられる。この結果、この保持器９ｃを組み込んだ転がり軸受ユニットの運転時に、保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する事を防止できる。又、外輪相当部材である外輪１と内輪相当部材であるハブ１１（図７、１０参照）との間に加わる荷重を求める為に上記保持器９ｃの回転速度を求める場合に、この回転速度（上記各転動体８、８の公転速度）、延いてはこの回転速度に基づいて算出される上記荷重を正確に求める事が可能になる。上記各ライナ１９、１９は、滑り易い合成樹脂により造っているので、これら各ライナ１９、１９の内面と上記各転動体８、８の転動面との擦れ合い部で生じる摩擦抵抗は、低く抑えられる。

又、本実施例の場合には、上述の様に、上記リム部１６ａ及び上記各柱部１７、１７の中心部分を弾性変形し易いエラストマーにより構成しているので、上述の様に上記各ポケット１８、１８（上記各ライナ１９、１９）の内面と上記各転動体８、８の転動面との間に存在する隙間を小さくしても、何れかのポケット１８の内面と転動体８の転動面との接触荷重が大きくなる事を防止できる。即ち、本実施例の場合には、上記保持器９ｃのうちで、上記各ライナ１９、１９を除く、上記リム部１６ａ及び上記各柱部１７、１７の中心部分を弾性変形し易いエラストマーにより構成している為、上記各転動体８、８の公転速度に差が生じて、何れかのポケット１８（ライナ１９）の内面に転動体８の転動面が突き当てられた場合でも、上記エラストマーにより構成された部分が弾性変形し、この突き当て部分の接触荷重が大きくなる事を防止する。そして、当該接触部分で摩擦力が大きくなる事を防止し、当該転動体８の自転速度、延ては総ての転動体８、８の公転速度が、接触角に見合う値よりも小さくなる事を防止する。同時に、これら各転動体８、８が、上記外輪１と上記ハブ１１との間に作用する大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、上記保持器９ｃに無理な力が加わる事を防止して、この保持器９ｃの耐久性確保を図れる。又、上記エラストマーにより造る、上記リム部１６ａ及び上記各柱部１７、１７の中心部分は、硬質合成樹脂により造る上記各ライナ１９、１９部分に比べて低剛性であっても、或る程度の剛性を持たせられる。この為、上記各ポケット１８、１８内に保持された上記各転動体８、８が、ランダムな動き（暴れ）をする事を抑制できる。従って、これら各転動体８、８の公転運動を安定させる事は、十分に可能である。

図５は、請求項１、３、５に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、各ポケット１８のピッチ円直径ＰＣＤ₁₈を、各転動体８のピッチ円直径ピッチ円直径ＰＣＤ₈ よりも小さく( ＰＣＤ₁₈＜ＰＣＤ₈)している。従って、上記各転動体８の中心Ｏ₈ は、上記各ポケット１８の中心Ｏ₁₈よりも、保持器９ｃの径方向に関して外側に存在する。この様な構造の場合、この保持器９ｃの径方向変位は、上記各ポケット１８のうちで、この保持器９ｃの外径側周縁部と上記各転動体８の転動面との係合に基づいて規制される。従って本実施例の場合には、各ライナ１９の内面の曲率半径Ｒ₁₉を上記各転動体８の転動面の曲率半径Ｒ₈ の１０１％を越えて大きくしても、上記保持器９ｃの径方向変位を僅少に抑える事ができる。

本実施例の場合には、上述の様な構成を採用しているので、上述した実施例１の場合に比べて、上記保持器９ｃの径方向変位を阻止する機能を同じ（許容する径方向変位の寸法を同じ）とした場合には、上記各ポケット１８（上記各ライナ１９）の内面と上記各転動体８の転動面との間に存在する隙間２０を大きくできる。この為、この隙間２０内に潤滑油等の潤滑剤を取り込み易くなって、上記各ポケット１８の内面と上記各転動体８の転動面との間に十分な油膜を形成し易くなり、これら両面同士の摩擦低減を図る面から有利になる。その他の構成及び作用は、上述した実施例１と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

図６も、請求項１、３、５に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、上述した実施例２とは逆に、各ポケット１８のピッチ円直径ＰＣＤ₁₈を、各転動体８のピッチ円直径ピッチ円直径ＰＣＤ₈ よりも大きく( ＰＣＤ₁₈＞ＰＣＤ₈)している。従って、上記各転動体８の中心Ｏ₈ は、上記各ポケット１８の中心Ｏ₁₈よりも、保持器９ｃの径方向に関して内側に存在する。この為、この保持器９ｃの径方向変位は、上記各ポケット１８のうちで、この保持器９ｃの内径側周縁部と上記各転動体８の転動面との係合に基づいて規制される。ピッチ円直径ＰＣＤ₁₈、ＰＣＤ₈ の大小関係、中心Ｏ₈ 、Ｏ₁₈同士の内外位置の関係が上記実施例２と逆になった以外の構成及び作用は、この実施例２と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の実施例１に組み込む保持器の断面図。図１のＡ−Ａ断面図。同Ｂ−Ｂ断面図。図２のＣ部拡大図。本発明の実施例２を示す、図４と同様の図。同実施例３を示す、図４と同様の図。先発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。この先発明に係る構造で荷重を測定できる理由を説明する為の模式図。横方向荷重と各列の公転速度の変動との関係を示す線図。先発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例を示す断面図。保持器の振れ回り運動が公転速度検出の精度を悪化させる理由を説明する為の模式図。同じく公転速度検出センサの出力信号を表す線図。保持器の振れ回り運動に拘らず公転速度検出用エンコーダの振れ回りを防止する為に先に考えた構造の１例を示す端面図。保持器の振れ回り運動を防止する為に先に考えた構造の１例を示す部分断面図。

符号の説明

１外輪
２外輪軌道
３取付孔
４センサユニット
５先端部
６ａ、６ｂ公転速度検出用センサ
７、７ａ回転速度検出用センサ
８、８ａ、８ｂ転動体
９ａ、９ｂ、９ｃ保持器
１０、１０ａ、１０ｂ公転速度検出用エンコーダ
１１ハブ
１２、１２ａ回転速度検出用エンコーダ
１３内輪軌道
１４カバー
１５重り
１６、１６ａリム部
１７柱部
１８ポケット
１９ライナ
２０隙間

Claims

内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを有する保持器と、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダとを備えた転がり軸受ユニットに於いて、上記保持器のうちで少なくとも上記各ポケットの内面を構成する部分を、これら各ポケット内に上記各転動体を保持可能とする、比較的剛性の高い第一種の材料製とすると共に、上記保持器のうちで少なくとも円周方向に隣り合うポケット同士を連結する部分を、これら各ポケット同士の相対変位を許容する、上記第一種の材料よりも剛性が低い第二種の材料製とした事を特徴とする転がり軸受ユニット。
各ポケットの内径が、各転動体の直径の１００％を越え、１０１％以下である、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径とが互いに異なる、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
第一種の材料が合成樹脂であり、第二種の材料がエラストマーである、請求項１〜３の何れか１項に記載した転がり軸受ユニット。
転動体が玉である、請求項１〜４の何れか１項に記載した転がり軸受ユニット。
転動体が円すいころである、請求項１〜４の何れか１項に記載した転がり軸受ユニット。
自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用される、請求項１〜６の何れか１項に記載した転がり軸受ユニット。
各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為に、この保持器の一部に、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダを支持固定すると共に、公転速度検出用センサの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設置し、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する、請求項１〜７の何れか１項に記載した転がり軸受ユニット。