JP2006201157A - Ball bearing unit having displacement measuring device, and ball bearing unit having load measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明に係る変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニットは、複数個の玉を介して相対回転自在に組み合わされた外輪相当部材と内輪相当部材との相対変位量(ラジアル方向の変位量とアキシアル方向の変位量との一方又は双方)或いは荷重を検出するものである。そして、変位量を介して、或いは直接求めた、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(ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)を表す信号を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為に利用する。 A ball bearing unit with a displacement measuring device and a ball bearing unit with a load measuring device according to the present invention include a relative displacement amount (radial direction) between an outer ring equivalent member and an inner ring equivalent member combined in a relatively rotatable manner via a plurality of balls. And / or a displacement in the axial direction) or a load. Then, a signal representing a load (one or both of a radial load and an axial load) applied between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member, obtained through a displacement amount or directly, is obtained from a vehicle such as an automobile. Used to ensure running stability.
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玉軸受ユニット等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、例えば非特許文献1に記載されている様な、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化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化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, automobile wheels are supported rotatably on a suspension by a rolling bearing unit such as a double-row angular ball bearing unit. In order to ensure the running stability of an automobile, an anti-lock brake system (ABS), a traction control system (TCS), or a vehicle stability control system (described in Non-Patent Document 1, for example) VSC) and other vehicle travel stabilization devices are used. In order to control such various vehicle running stabilization devices, 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例の場合には、非接触式の変位センサで、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。 In view of such circumstances, Patent Document 1 describes a rolling bearing unit with a load measuring device capable of measuring a radial load. In the case of the first example of this conventional structure, the outer ring and the hub are measured by measuring the radial displacement between the outer ring that does not rotate and the hub that rotates on the inner diameter side of the outer ring with a non-contact type displacement sensor. The radial load applied between and is calculated. The obtained radial load is used not only to properly control the ABS but also to inform the driver of a bad loading condition.
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。更に、特許文献3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、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。 Patent document 2 describes a structure for measuring an axial load applied to a rolling bearing unit. In the case of the second example of the conventional structure described in Patent Document 2, bolts for connecting the fixed side flange to the knuckle are screwed at a plurality of positions on the inner side surface of the fixed side flange provided on the outer peripheral surface of the outer ring. Each load sensor is attached to a portion surrounding the screw hole. Each load sensor is clamped between the outer surface of the knuckle and the inner surface of the fixed flange in a state where the outer ring is supported and fixed to the knuckle. In the case of the load measuring device for the rolling bearing unit of the second example having such a conventional structure, the axial load applied between the wheel and the knuckle is measured by the load sensors. Further, in Patent Document 3, a strain gauge for detecting dynamic strain is provided in a member corresponding to an outer ring whose rigidity is partially reduced, and the revolution speed of the rolling element is determined from the passing frequency of the rolling element detected by the strain gauge. Furthermore, a method for measuring an axial load applied to a rolling bearing is described.
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。 In the case of the first example of the conventional structure described in Patent Document 1, the load applied to the rolling bearing unit is measured by measuring the displacement in the radial direction between the outer ring and the hub by the displacement sensor. However, since the displacement amount in the radial direction is small, it is necessary to use a highly accurate displacement sensor 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、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他、十分な測定精度を得る事が難しいと考えられる。 In the second example of the conventional structure described in Patent Document 2, it is necessary to provide as many load sensors as the bolts for supporting and fixing the outer ring to the knuckle. For this reason, coupled with the fact that the load sensor itself is expensive, it is inevitable that the cost of the entire load measuring device of the rolling bearing unit is considerably increased. In addition, the method described in Patent Document 3 needs to lower the rigidity of a part of the outer ring equivalent member, which may make it difficult to ensure the durability of the outer ring equivalent member, and obtain sufficient measurement accuracy. Things are considered difficult.
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットを構成する回転側軌道輪にエンコーダを、この回転側軌道輪と同心に支持固定し、このエンコーダの被検出面の変位を検出する事で、この回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対変位量を求める発明(先発明)を行なった(特願2005−147642号)。この先発明に係る構造の場合、上記エンコーダの被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき変位の方向に一致する、上記被検出面の幅方向に関して連続的に変化している。そして、上記静止側軌道輪等の固定部分に支持したセンサの検出部を、上記エンコーダの被検出面に近接対向させて、このセンサの出力信号が、上記相対変位量に応じて変化する様にしている。 In view of such circumstances, the inventors of the present invention first fixed and supported an encoder on the rotation side raceway of the double row angular type ball bearing unit, concentrically with the rotation side raceway. An invention (prior invention) for obtaining a relative displacement amount between the rotation side raceway and the stationary side raceway by detecting the displacement of the detection surface was made (Japanese Patent Application No. 2005-147642). In the case of the structure according to the previous invention, the pitch or phase at which the characteristic of the detected surface of the encoder changes with respect to the circumferential direction changes continuously with respect to the width direction of the detected surface, which coincides with the direction of displacement to be detected. is doing. Then, the detection unit of the sensor supported on the stationary part such as the stationary side race ring is brought close to and opposed to the detection surface of the encoder so that the output signal of the sensor changes according to the relative displacement amount. ing.
図8〜9は、この様な先発明に係る構造の第1例を示している。この先発明の第1例の変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニットは、車輪支持用玉軸受ユニット1と、回転速度検出装置としての機能を兼ね備えた、変位測定装置(或いは荷重測定装置。以下同じ)2とを備える。
このうちの車輪支持用玉軸受ユニット1は、図8に示す様に、それぞれが中炭素鋼或は軸受鋼等の鋼製である、外輪3と、ハブ4と、複数の玉5、5とを備える。このうちの外輪3は、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪であって、内周面に複列の外輪軌道6、6を、外周面にこの懸架装置に結合する為の外向フランジ状の取付部7を、それぞれ有する。又、上記ハブ4は、使用状態で車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する回転側軌道輪であって、ハブ本体8と内輪9とを組み合わせ固定して成る。この様なハブ4は、外周面の軸方向外端部(懸架装置への組み付け状態で車体の幅方向外側となる端部)に車輪を支持固定する為のフランジ10を、軸方向中間部及び内輪9の外周面に複列の内輪軌道11、11を、それぞれ設けている。上記各玉5、5は、これら各内輪軌道11、11と上記各外輪軌道6、6との間にそれぞれ複数個ずつ、互いに逆方向の(背面組み合わせ型の)接触角を付与した状態で、転動自在に設けて、上記外輪3の内径側に上記ハブ4を、この外輪3と同心に回転自在に支持している。
8 to 9 show a first example of such a structure according to the prior invention. The ball bearing unit with a displacement measuring device and the ball bearing unit with a load measuring device according to the first embodiment of the present invention have a function as a wheel support ball bearing unit 1 and a rotational speed detecting device (or load). Measuring device, the same applies hereinafter) 2.
Among these, as shown in FIG. 8, the wheel bearing ball bearing unit 1 includes an outer ring 3, a
一方、上記変位測定装置2は、図8に示す様に、エンコーダ12と、センサ13と、図示しない演算器とを備える。
このうちのエンコーダ12は、軟鋼板等の磁性材製で、それぞれがスリット状である複数の透孔14a、14bを、交互に形成している。これら各透孔14a、14bは、上記エンコーダ12の中心軸の方向に関して傾斜している。又、円周方向に隣り合う透孔14a、14b同士の間で、傾斜方向は互いに逆になっている。又、円周方向に隣り合う透孔14a、14b同士のピッチは、交互に大小を繰り返している。この様なエンコーダ12は、上記ハブ4の中間部に外嵌固定している。一方、上記センサ13は、上記外輪3の中間部に形成した取付孔15に、径方向外方から内方に挿通する状態で設け、先端部に設けた検出部を上記外輪3の内周面から径方向内方に突出させて、被検出面である、上記エンコーダ12の外周面に近接対向させている。
On the other hand, as shown in FIG. 8, the displacement measuring apparatus 2 includes an
Of these, the
上述の様に構成する先発明の変位測定装置の第1例の場合、アキシアル荷重に基づいて上記ハブ4と上記外輪3とが軸方向に相対変位すると、上記センサ13の検出信号が変化するパターンが変化する。そこで、このパターンの変化に基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記アキシアル荷重の大きさを求められる。尚、同方向に傾斜した透孔14a、14a(14b、14b)に基づいて上記検出信号が変化する周期は、上記相対変位に拘らず変化しない。従って、この周期に基づいて、上記ハブ4の回転速度を求める事もできる。
In the case of the first example of the displacement measuring device of the prior invention configured as described above, the detection signal of the
次に、図10は、先発明に係る構造の第2例に組み込むエンコーダ12aを示している。このエンコーダ12aは、磁性金属板により円筒状に形成されたもので、幅方向片半部と他半部とに、それぞれスリット状の透孔14c、14dを、それぞれ上記エンコーダ12aの中心軸の方向に対し傾斜させた状態で、円周方向に関して等間隔に形成している。幅方向片半部の透孔14c、14cの傾斜方向と、他半部の透孔14d、14dの傾斜方向とは互いに逆である。この様なエンコーダ12aの外周面には、軸方向に離隔した状態で配置した1対のセンサの検出部を、近接対向させる。
Next, FIG. 10 shows an
上述の様なエンコーダ12aを含んで構成する、先発明の変位測定装置の第2例の場合、アキシアル荷重に基づいてハブと外輪とが軸方向に相対変位すると、上記1対のセンサの検出信号の位相がずれる。そこで、このずれの大きさに基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記アキシアル荷重の大きさを求められる。尚、上記ハブの回転速度は、何れかのセンサの検出信号に基づいて求められる。
In the case of the second example of the displacement measuring device of the present invention configured to include the
次に、図11〜12は、先発明に係る構造の第3例を示している。この先発明の第3例の場合には、ハブ4の内端部に外嵌固定した内輪9の内端部に、図12に示す様なエンコーダ12bの基端部を外嵌して、このエンコーダ12bを上記ハブ4に対し、このハブ4と同心に支持固定している。このエンコーダ12bは、磁性金属板製で、先半部に設けた円筒状部に、それぞれが「く」字形でスリット状の透孔14e、14eを、円周方向に関して等間隔に形成している。又、外輪3の内端部に嵌合固定したカバー16に支持したセンサホルダ17内に1対のセンサを、軸方向に離隔した状態で保持している。そして、これら両センサの検出部を、上記エンコーダ12bの内周面に近接対向させている。
Next, FIGS. 11 to 12 show a third example of the structure according to the previous invention. In the case of the third example of the present invention, the base end portion of the
上述の様な先発明の変位測定装置の第3例の場合も、アキシアル荷重に基づいてハブ4と外輪3とが軸方向に相対変位すると、上記1対のセンサの検出信号の位相がずれる。そこで、このずれの大きさに基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記アキシアル荷重の大きさを求められる。尚、上記ハブ4の回転速度は、何れかのセンサの検出信号に基づいて求められる。
Also in the case of the third example of the displacement measuring device of the prior invention as described above, when the
次に、図13は、先発明に係る構造の第4例に組み込むエンコーダ12cを示している。このエンコーダ12cは、磁性金属板により円輪状に形成されたもので、それぞれが径方向外側程円周方向に関する幅が大きくなる、台形の透孔14f、14fを、円周方向に関して等間隔に形成している。この様なエンコーダ12cの軸方向片側面にはセンサの検出部を、近接対向させる。
Next, FIG. 13 shows an
上述の様なエンコーダ12cを含んで構成する、先発明の変位測定装置の第4例の場合、ラジアル荷重に基づいてハブと外輪とが径方向に相対変位すると、上記センサの検出信号のデューティ比(高電位継続時間/1周期)が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記ラジアル荷重の大きさを求められる。尚、上記ハブの回転速度は、上記センサの検出信号の周期に基づいて求められる。
In the case of the fourth example of the displacement measuring device of the present invention configured to include the
尚、上述の先発明の変位測定装置の第1〜4例は何れも、エンコーダ12〜12cとして単なる磁性材製のものを使用し、センサの側に永久磁石を組み込む事を意図している。これに対して、前記特願2005−147642号には、永久磁石製のエンコーダを使用し、センサの側の永久磁石を省略する構造に就いても記載されている。更には、被検出面に、凹部と凸部とを交互に形成した磁性材製のエンコーダと永久磁石を組み込んだセンサとを組み合わせた構造に就いても記載されている。何れの場合でも、エンコーダの被検出面が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき変位の方向に一致する、この被検出面の幅方向に関して連続的に変化している。
In the first to fourth examples of the above-described displacement measuring device of the present invention, the
何れにしても、上述の様な先発明に係る変位測定装置付玉軸受ユニットにより求めた、ラジアル方向又はアキシアル方向の変位量は、前記回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重と関連する(比例若しくは比例に近い関係にある)。従って、上記変位量から、これらラジアル荷重又はアキシアル荷重を求める事ができる。更に、この様にして変位量を介して求めた、或いは変位量を介さずに荷重測定装置付玉軸受ユニットにより直接求めた荷重(ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方)は、路面と車輪(タイヤ)との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記求めた荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防する為のフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。 In any case, the displacement amount in the radial direction or the axial direction obtained by the ball bearing unit with a displacement measuring device according to the previous invention as described above is the radial force applied between the rotating side bearing ring and the stationary side bearing ring. Related to load or axial load (proportional or close to proportional). Therefore, the radial load or the axial load can be obtained from the displacement amount. Further, the load (one or both of the radial load and the axial load) obtained through the displacement amount in this way or directly obtained by the ball bearing unit with a load measuring device without involving the displacement amount is the road surface and the wheel. This is equivalent to the load generated on the contact surface with the (tire). Therefore, if the control for stabilizing the running state of the vehicle is performed based on the obtained load, the feed forward control for preventing the posture of the vehicle from becoming unstable becomes possible. Advanced control to ensure stability is possible.
ところで、上述の様な先発明に係る変位測定装置付玉軸受ユニット或いは荷重測定装置付玉軸受ユニットを実施する場合、次の様な点に留意する必要がある。即ち、上記ラジアル荷重又は上記アキシアル荷重の測定精度を向上させる為には、これら各荷重の変動に基づく、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪との相対変位量が大きい方が望ましい。これに対して、変位測定装置或いは荷重測定装置を組み込む玉軸受ユニットの仕様によっては、上記各荷重の変動に拘らず、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪とが僅かしか相対変位しない場合がある。この様な場合には、上記各荷重の測定精度を十分に確保する事が難しくなる。 By the way, when implementing the ball bearing unit with a displacement measuring device or the ball bearing unit with a load measuring device according to the above-described invention, it is necessary to pay attention to the following points. That is, in order to improve the measurement accuracy of the radial load or the axial load, it is desirable that the relative displacement amount between the rotating side raceway and the stationary side raceway is large based on the variation of each load. On the other hand, depending on the specifications of the ball bearing unit in which the displacement measuring device or the load measuring device is incorporated, the rotation side raceway and the stationary side raceway are slightly displaced relatively regardless of the variation of each load. There is. In such a case, it becomes difficult to ensure sufficient measurement accuracy of each load.
本発明は、上述の様な事情に鑑み、荷重の変動に基づく回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対変位量を大きくできて、この相対変位量に基づく荷重の測定精度を十分に確保できる、変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニット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 can increase the relative displacement amount between the rotating side raceway and the stationary side raceway based on the load variation, and sufficiently ensure the load measurement accuracy based on this relative displacement amount. Invented to realize a ball bearing unit with a displacement measuring device and a ball bearing unit with a load measuring device.
本発明の変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニットのうち、変位測定装置付玉軸受ユニットは、玉軸受ユニットと変位測定装置とを備える。
このうちの玉軸受ユニットは、使用状態でも回転しない鋼製の静止側軌道輪と、使用状態で回転する鋼製の回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた、それぞれが鋼製である複数個の玉とを備える。そして、これら各玉の直径とこれら各玉のピッチ円直径との比を、0.12〜0.4の範囲に規制している。
又、上記変位測定装置は、上記回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量を算出する演算器とを備える。
そして、上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき変位の方向に一致する、上記被検出面の幅方向に関して連続的に変化している。
尚、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を求める為には、必ずしもこれら回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対変位量を求める必要はない。即ち、請求項6に記載した様に、演算器に、センサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を直接(上記相対変位量を求める過程を経る事なく)算出する機能を持たせる事もできる。
Of the ball bearing unit with a displacement measuring device and the ball bearing unit with a load measuring device according to the present invention, the ball bearing unit with a displacement measuring device includes a ball bearing unit and a displacement measuring device.
Of these, the ball bearing unit is composed of a steel stationary bearing ring that does not rotate even in use, a steel rotating bearing ring that rotates in use, and the stationary bearing ring and the rotating bearing ring facing each other. And a plurality of balls, each made of steel, provided with a contact angle between the stationary-side track and the rotating-side track existing on the peripheral surface. And the ratio of the diameter of each of these balls and the pitch circle diameter of each of these balls is regulated within the range of 0.12 to 0.4.
The displacement measuring device includes an encoder that is supported concentrically with the rotation-side raceway on a part of the rotation-side raceway, and whose detection surface characteristics are alternately changed in the circumferential direction, and a detection unit thereof. And a sensor that changes the output signal in response to a change in the characteristics of the detected surface, and the stationary side based on the output signal of the sensor. An arithmetic unit that calculates a relative displacement amount between the raceway and the rotation-side raceway.
The pitch or phase at which the characteristics of the surface to be detected change in the circumferential direction continuously changes in the width direction of the surface to be detected, which coincides with the direction of displacement to be detected.
In addition, in order to obtain the load acting between the rotation side raceway and the stationary side raceway, it is not always necessary to obtain the relative displacement amount between the rotation side raceway and the stationary side raceway. That is, as described in
上述の様に構成する本発明の変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニットの使用時には、センサの出力信号を演算器に送る。すると、この演算器は、このセンサの出力信号に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を、直接又はこれら両軌道輪の相対変位量を介して算出する。即ち、玉軸受ユニットに荷重が負荷されると、この玉軸受の構成部材の弾性変形に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位し、このうちの回転側軌道輪に支持したエンコーダの被検出面の特性変化に対応する、上記センサの出力信号の変化のパターンが変化する。そこで、この変化のパターンに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量、更にはこれら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求められる。 When the ball bearing unit with a displacement measuring device and the ball bearing unit with a load measuring device of the present invention configured as described above are used, the output signal of the sensor is sent to the calculator. Then, this computing unit calculates the load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway, directly or via the relative displacement amount of both raceways, based on the output signal of this sensor. That is, when a load is applied to the ball bearing unit, the stationary side raceway and the rotation side raceway are relatively displaced on the basis of the elastic deformation of the components of the ball bearing, and of these, the rotation side raceway The change pattern of the output signal of the sensor corresponding to the change in the characteristics of the detected surface of the encoder supported by the encoder changes. Therefore, based on this change pattern, the relative displacement amount between the stationary side raceway and the rotation side raceway, and the load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway are obtained.
特に、本発明の変位測定装置付玉軸受ユニット及び荷重測定装置付玉軸受ユニットの場合には、各玉の直径と各玉のピッチ円直径との比を0.12〜0.4の範囲に規制した事に伴い、荷重の変動に基づく、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量を大きくできる。この為、この相対変位量を測定し易くなり、この相対変位量に基づく、上記荷重の測定精度を十分に確保できる。この点に就いて、図1〜3を参照しつつ説明する。 In particular, in the case of the ball bearing unit with a displacement measuring device and the ball bearing unit with a load measuring device of the present invention, the ratio of the diameter of each ball to the pitch circle diameter of each ball is in the range of 0.12-0.4. Along with the restriction, the relative displacement amount between the stationary-side raceway and the rotation-side raceway can be increased based on the load variation. For this reason, it becomes easy to measure this relative displacement amount, and it is possible to sufficiently ensure the measurement accuracy of the load based on this relative displacement amount. This point will be described with reference to FIGS.
このうちの図1は、本発明の効果を確認する為に行なった、シミュレーションの前提とした車輪支持用玉軸受ユニット1aを示している。尚、この車輪支持用玉軸受ユニット1aは、駆動輪(FF車の前輪、FR車及びMR車の後輪、4WD車の全輪)を懸架装置に支持する為のもので、ハブ4aを構成するハブ本体8aの中心部に、等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿入する為の、スプライン孔18を設けている。この様な車輪支持用玉軸受ユニット1aの構造に関しては、従来から広く知られており、又、本発明の要旨でもない為、詳しい説明は省略する。又、対象となる車輪支持用玉軸受ユニットが、図1に示す様な駆動輪用であるか、或いは前述の図8、11に示す様な従動輪(FF車の後輪、FR車及びMR車の前輪)用であるかは、本発明の要旨には何ら関係するものではない。図1に示した構造にしろ、図8、11に示した構造にしろ、上記各玉5、5の直径dとこれら各玉5、5のピッチ円直径Dとの比d/Dが異なると、アキシアル荷重の変動に伴って、外輪3と上記ハブ4aとがアキシアル方向に亙り相対変位する程度が異なる。
Of these, FIG. 1 shows a
上記シミュレーション及び考察は、上記複列アンギュラ型の車輪支持用玉軸受ユニット1aを構成する、複列に配置された各玉5、5の直径dとこれら各玉5、5のピッチ円直径Dとの比d/Dが、アキシアル荷重の変動に伴う上記外輪3と上記ハブ4aとのアキシアル方向に亙る相対変位に及ぼす影響を知り、上記比d/Dの適正範囲を知る為に行なった。図1中の(A)は上記比d/Dが比較的小さい(0.15)玉軸受ユニットを、同じく(B)はこの比d/Dが比較的大きい(0.25)玉軸受ユニットを、それぞれ示している。尚、上記各玉5、5には、何れも予圧を付与するものとした。
The simulation and consideration are as follows. The diameter d of the
尚、上記アキシアル方向の相対変位を求める為に、上記ハブ本体8aの中間部に、永久磁石製のエンコーダを外嵌固定する事を考慮した。被検出面である、このエンコーダの外周面には、S極とN極とを等間隔に、円周方向に亙り交互に着するとした。これらS極とN極との着磁範囲は、それぞれ台形とし、それぞれの円周方向に関する幅が、上記エンコーダの軸方向に関して漸次変化するとした。即ち、S極の幅が軸方向一端から他端に向けて漸次広がり、N極の幅が軸方向一端から他端に向けて漸次狭くなるとした。従って、円周方向に隣り合うS極とN極との境界は、上記エンコーダの中心軸の方向に対して所定角度ずつ傾斜している。この所定角度を45度とした。又、上記エンコーダの直径を60mmとし、このエンコーダの外周面に存在するS極とN極との合計を96極とした。
In order to obtain the relative displacement in the axial direction, it was considered that an encoder made of a permanent magnet was fitted and fixed to the intermediate portion of the
センサの検出部をこの様なエンコーダの外周面に対向させると、上記ハブ4aの回転に伴ってこのセンサの検出信号が変化する。この検出信号が変化する周期は、上記検出部が上記エンコーダの外周面の軸方向位置に拘らず、上記ハブ4aの回転速度に反比例したものとなる。これに対して、上記検出信号の変化のパターン(デューティ比又は1対のセンサの検出信号同士の位相差)は、上記エンコーダの外周面の軸方向に関して、上記検出部が何れの部分に対向しているかにより変化する。そこで、上記デューティ比又は位相差に基づき、上記アキシアル方向の相対変位量、更には前記アキシアル荷重を求める事ができる。この場合に、この相対変位量に基づく上記デューティ比又は位相差の変化が大きい程、上記アキシアル方向の相対変位量、延ては上記アキシアル荷重を精度良く求められる事になる。そこで、このアキシアル荷重と上記デューティ比又は位相差との関係に就いて、コンピュータによるシミュレーションを行なった。
When the detection portion of the sensor is opposed to the outer peripheral surface of such an encoder, the detection signal of this sensor changes with the rotation of the
図2は、上記アキシアル荷重と上記デューティ比又は位相差との関係を示している。この様な図2中、実線イは上記比d/Dが0.1である場合の、破線ロは同じく0.25である場合の、鎖線ハは同じく0.4である場合の、それぞれ上記アキシアル荷重と上記デューティ比又は位相差の変化量との関係を示している。尚、図2は、外輪3及び上記ハブ4aを中炭素鋼製とし、上記各玉5、5を軸受鋼製とした場合に就いて示している。
FIG. 2 shows the relationship between the axial load and the duty ratio or phase difference. In FIG. 2, the solid line A is the above when the ratio d / D is 0.1, the broken line B is also 0.25, and the chain line C is 0.4, respectively. The relationship between the axial load and the amount of change in the duty ratio or phase difference is shown. FIG. 2 shows the case where the outer ring 3 and the
この様な図2から明らかな通り、上記各玉5、5の直径dとこれら各玉5、5のピッチ円直径Dとの比d/Dを大きくすれば、上記アキシアル荷重の変動に伴う、外輪3と上記ハブ4aとの間のアキシアル方向の変位を大きくし、上記デューティ比又は位相差の変動を大きくできる。図3は、これら各玉5、5の直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dが、上記アキシアル荷重の変動に伴う、上記センサの検出信号のデューティ比又は位相差の変動に及ぼす影響を示している。この図3中の横軸は、上記比d/Dを表している。又、縦軸は、上記アキシアル荷重の変動に伴って上記検出信号のデューティ比又は位相差が変動する程度で、上記図2の各線イ〜ハの勾配の程度である。具体的には、上記アキシアル荷重が7000N変化した場合に、上記センサの検出信号のデューティ比又は位相差が変動する割合(ポイント[%])である。例えば、上記比d/Dが0.1の場合、上記アキシアル荷重が7000N変化すると、上記検出信号のデューティ比又は位相差が凡そ1.4ポイント[%]変動する事を表している。
As apparent from FIG. 2, if the ratio d / D between the diameter d of the
上述の様な図2、3から明らかな通り、上記アキシアル荷重の変動に基づく上記検出信号のデューティ比又は位相差の変化を大きくし、このアキシアル荷重の測定精度を向上させる為には、上記比d/Dを大きくすれば良い。逆に言えば、この比d/Dが小さ過ぎた場合には、上記アキシアル荷重の測定精度を十分に確保できない。但し、上記比d/Dを大きくすべく、上記各玉5、5の直径dを大きくし過ぎると、玉軸受ユニット全体が大きくなったり(外輪3の外径を大きくする場合)、この外輪3やハブ4aの肉厚が小さくなり過ぎて、これら外輪3やハブ4aの耐久性が損なわれる可能性を生じる。又、上記比d/Dを大きくすべく、上記ピッチ円直径Dを小さくすると、モーメント荷重に対する剛性や転がり疲れ寿命が低下する可能性を生じる。従って、上記比d/Dは、むやみに大きくする事はできない。
As is clear from FIGS. 2 and 3 as described above, in order to increase the change in the duty ratio or phase difference of the detection signal based on the variation in the axial load and improve the measurement accuracy of the axial load, the ratio What is necessary is just to enlarge d / D. In other words, when the ratio d / D is too small, the measurement accuracy of the axial load cannot be sufficiently ensured. However, if the diameter d of each of the
そこで本発明者は、上記玉軸受ユニット本来の機能を確保しつつ、上記アキシアル荷重に基づく上記センサの検出信号のデューティ比又は位相差の変化を大きくし、このアキシアル荷重の測定精度を確保できる範囲を知る為の考察を行なった。
先ず、本発明をABS、TCS、VSC等の車両用走行安定化装置の制御に利用する事を考慮した場合、車両の走行状態を安定させる為には、上記アキシアル荷重を検出する分解能は、1000N程度、好ましくは500N程度に抑える必要がある。分解能がこれよりも悪い(1000Nよりも大きな分解能でしか測定できない)と、走行安定性確保の為の制御に上記アキシアル荷重を利用する意味がなくなる。又、この制御にこのアキシアル荷重を利用する場合、このアキシアル荷重の測定範囲に関しては、−1000N〜6000N程度(フルスケールを7000N程度)は必要である。
Therefore, the present inventor increases the change in the duty ratio or phase difference of the detection signal of the sensor based on the axial load while ensuring the original function of the ball bearing unit, and can ensure the measurement accuracy of the axial load. Considered to know.
First, in consideration of the use of the present invention for the control of a vehicle running stabilizer such as ABS, TCS, VSC, etc., in order to stabilize the running state of the vehicle, the resolution for detecting the axial load is 1000 N. It is necessary to suppress the degree to about 500N, preferably about 500N. If the resolution is worse than this (measurement can only be performed with a resolution higher than 1000 N), there is no point in using the axial load for control for ensuring running stability. Further, when this axial load is used for this control, about -1000N to 6000N (full scale is about 7000N) is necessary for the measurement range of this axial load.
一方、上記アキシアル荷重を検出する際には、エンコーダの被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサの検出誤差が存在する。例えば、このセンサを、ホール素子や磁気抵抗素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の磁気センサとした場合、このセンサの検出誤差は0.2%程度考慮する必要がある。上記アキシアル荷重の分解能がこの検出誤差よりも大きい(悪い)場合には、上記アキシアル荷重による制御の信頼性を十分に確保できなくなる可能性がある。 On the other hand, when detecting the axial load, there is a detection error of a sensor that changes its output signal in response to a change in the characteristics of the detected surface of the encoder. For example, when this sensor is an active magnetic sensor incorporating a magnetic detection element such as a Hall element or a magnetoresistive element, the detection error of this sensor needs to be considered about 0.2%. When the resolution of the axial load is larger (bad) than the detection error, there is a possibility that the reliability of control by the axial load cannot be sufficiently secured.
例えば、上記アキシアル荷重の大きさを上記フルスケールの間で複数の階層(例えば7〜14の階層)に分けて判定し、その時に生じているアキシアル荷重が属する階層に応じてABS、TCS、VSC等の車両用走行安定化装置の制御を行なう場合に、実際に作用しているアキシアル荷重が属する階層と、演算器が算出したアキシアル荷重の属する階層とが、2段階以上ずれる可能性を生じる。このアキシアル荷重を検出する分解能を、上述した様な1000N程度、好ましくは500N程度にすれば、上述の様な2段階以上のずれを生じさせずに済む。そして、この様な2段階以上のずれを生じさせない為には、上記アキシアル荷重が1000N(好ましくは500N)変動した場合に、上記センサの検出信号のデューティ比又は位相差が0.2ポイント[%]以上変動する構造とする必要がある。この場合に、上述した測定の全範囲(−1000N〜6000N、フルスケール:7000N)では、上記検出信号のデューティ比又は位相差が1.4ポイント[%]以上変動する事が必要となる{∵0.2ポイント×(7000N/1000N)=1.4ポイント}。尚、1段階のずれは、実際に作用しているアキシアル荷重が、階層分けの境界近傍に存在する可能性を考慮すれば、上記検出誤差が僅かでも存在する限り、なくす事はできない。 For example, the magnitude of the axial load is determined by dividing it into a plurality of hierarchies (for example, 7 to 14 hierarchies) between the full scales, and ABS, TCS, VSC according to the hierarchy to which the axial load generated at that time belongs. When the vehicle running stabilization device such as the above is controlled, there is a possibility that the hierarchy to which the axial load actually acting belongs and the hierarchy to which the axial load calculated by the computing unit is shifted by two or more stages. If the resolution for detecting this axial load is about 1000 N as described above, preferably about 500 N, it is possible to avoid the above-described two-stage shift or more. In order not to cause such a shift of two or more steps, when the axial load fluctuates 1000 N (preferably 500 N), the duty ratio or phase difference of the detection signal of the sensor is 0.2 point [% It is necessary to have a structure that varies. In this case, it is necessary that the duty ratio or phase difference of the detection signal fluctuates by 1.4 points [%] or more in the entire measurement range (−1000 N to 6000 N, full scale: 7000 N). 0.2 points × (7000 N / 1000 N) = 1.4 points}. Note that the one-stage deviation cannot be eliminated as long as there is even a slight detection error in consideration of the possibility that the actually acting axial load is present in the vicinity of the boundary of the hierarchical division.
この様な前提で図3を見れば、上記各玉5、5の直径dとこれら各玉5、5のピッチ円直径Dとの比d/Dを0.12以上にする必要がある事が分かる。即ち、上記図3の縦軸が1.4ポイントとなる上記比d/Dの値をこの図3の横軸から読み取れば、上記0.12なる値が導き出せる。
更に、上記比d/Dが0.4である場合、上記7000Nなるフルスケールの範囲で、上記アキシアル荷重の変動に基づく前記検出信号のデューティ比又は位相差の変化が凡そ2.45ポイント[%]変動する。この為、上記アキシアル荷重を570N程度の分解能で測定できる。前記所定角度を45度よりも少し大きくすれば、500N程度の分解能を実現できる。上記比d/Dを0.4よりも大きくすれば、このアキシアル荷重の分解能をより更に良好にできる。但し、上記比d/Dを0.4よりも大きくすべく、上記各玉5、5の直径dを大きくしたり、これら各玉のピッチ円直径Dを小さくしたりすると、玉軸受ユニット本来の性能が損なわれる。これに対して本願発明の場合には、上記比d/Dを0.12〜0.4としたので、上記玉軸受ユニット本来の性能を確保しつつ、上記アキシアル荷重の測定精度を十分に確保できる。
If FIG. 3 is seen on such a premise, it is necessary to make ratio d / D of the diameter d of each said
Further, when the ratio d / D is 0.4, the change of the duty ratio or the phase difference of the detection signal based on the variation of the axial load is approximately 2.45 points [% in the full scale range of 7000 N. ]fluctuate. Therefore, the axial load can be measured with a resolution of about 570N. If the predetermined angle is made slightly larger than 45 degrees, a resolution of about 500 N can be realized. If the ratio d / D is made larger than 0.4, the resolution of this axial load can be further improved. However, if the diameter d of each of the
尚、より好ましくは、上記比d/Dを0.2〜0.3の範囲に規制する。この比d/Dをこの様に規制すれば、玉軸受ユニットの大型化や外輪3及びハブ4aの肉厚の過度の低下を防止しつつ、上記アキシアル荷重の測定精度向上を図れる。
尚、前記図1に示した2例の玉軸受ユニットのうち、(A)に示した構造は、上記比d/Dが0.15であり、7000Nなるフルスケールの範囲での、上記検出信号のデューティ比又は位相差の変化は1.6ポイント、分解能は875Nである。
又、(B)に示した構造は、上記比d/Dが0.25であり、7000Nなるフルスケールの範囲での、上記検出信号のデューティ比又は位相差の変化は2.0ポイント、分解能は700Nである。
More preferably, the ratio d / D is restricted to a range of 0.2 to 0.3. If the ratio d / D is regulated in this way, it is possible to improve the measurement accuracy of the axial load while preventing an increase in the size of the ball bearing unit and an excessive decrease in the thickness of the outer ring 3 and the
Of the two ball bearing units shown in FIG. 1, the structure shown in FIG. 1A has the ratio d / D of 0.15 and the detection signal in the full scale range of 7000N. The change in the duty ratio or phase difference is 1.6 points, and the resolution is 875 N.
In the structure shown in (B), the ratio d / D is 0.25, the change in the duty ratio or phase difference of the detection signal is 2.0 points in the full scale range of 7000 N, and the resolution Is 700N.
上記アキシアル荷重の変動に伴って上記検出信号のデューティ比又は位相差が変化する程度は、上述した様に、上記各玉5、5の直径dとこれら各玉のピッチ円直径Dとの比d/Dを大きくする事で大きくできる。但し、上記検出信号のデューティ比又は位相差が変化する程度は、上記各玉5、5の直径dと、外輪3の内周面に形成した外輪軌道6、6並びにハブ4aの外周面に形成した内輪軌道11、11の断面の曲率半径rとの比(r/d)によっても調節できる。即ち、上記変化する程度は、この比r/dを変える事により、この変化する程度のリニアリティ(直線性)やゲインを変化させる事ができる。実際の場合、上記比r/dは0.505〜0.6の範囲で調節できる。上記比r/dを上記範囲内でどの様な値とするかは、必要とするリニアリティ(直線性)、ゲイン(勾配)、アキシアル荷重を測定可能とする範囲等に応じて、実験結果を基にして、設計的に定める。前記図2〜3は、上記r/dが標準的な値(0.52〜0.53)の場合に就いて示している。上記各玉5、5の接触角に就いても、標準的な値(30〜40度)である場合に就いて示している。
As described above, the degree of change in the duty ratio or phase difference of the detection signal with the variation in the axial load is the ratio d between the diameter d of the
又、上記各玉5、5に付与している予圧を変える事によっても、リニアリティ(直線性)やゲイン特性を変える事ができる。この場合に上記予圧は、980N〜9800N(100kgf 〜1000kgf )の範囲で変更可能である。上記図2〜3は、上記予圧の値が標準的な値(1960N程度)の場合に就いて示している。
尚、上述の様な、上記アキシアル荷重の変動に伴って上記検出信号のデューティ比又は位相差が変化する程度を変える各種方法は、それぞれ単独で採用しても、組み合わせて採用しても良い。
又、本発明を実施する場合、図1〜2に示す様に、両列の玉5、5に関して直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dを大きくするだけでなく、片側の列の比d/Dのみを大きくする事もできる。又、複列玉軸受ユニットに限らず、単列の玉軸受ユニットに適用する事もできる。
更に、アキシアル荷重を測定する場合に限らず、ラジアル荷重を測定する場合に就いても、同様の考え方で実施できる。
The linearity and gain characteristics can also be changed by changing the preload applied to the
Various methods for changing the degree of change in the duty ratio or phase difference of the detection signal in accordance with the variation of the axial load as described above may be employed independently or in combination.
When the present invention is carried out, as shown in FIGS. 1 and 2, not only the ratio d / D between the diameter d and the pitch circle diameter D is increased for the
Furthermore, not only when measuring the axial load, but also when measuring the radial load, the same concept can be applied.
本発明を実施する場合に、例えば、請求項2、7に記載した様に、エンコーダの被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。又、これら両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅を、上記被検出面の幅方向の片側程広く、第二被検出部の幅はこの被検出面の幅方向の他側程広くする。この場合に、センサの出力信号は、第一被検出部と第二被検出部との円周方向に関する幅の差に対応して周期若しくは振幅に関する値を変化させる、パルス状信号若しくは正弦波状信号となる。そして、演算器は、この周期若しくは振幅に関する比を表す信号に基づいて、相対変位量、或いは静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める。 When carrying out the present invention, for example, as described in claims 2 and 7, a first detected portion and a second detected portion having different characteristics are arranged on the detected surface of the encoder in the circumferential direction. Are arranged alternately and at equal intervals. Of the widths of the two detected portions in the circumferential direction, the width of the first detected portion is wider toward one side in the width direction of the detected surface, and the width of the second detected portion is the width of the detected surface. Widen the other side in the width direction. In this case, the output signal of the sensor is a pulse signal or a sine wave signal that changes a value related to the period or amplitude in accordance with the difference in the width in the circumferential direction between the first detected part and the second detected part It becomes. Then, the computing unit obtains a relative displacement amount or a load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway based on the signal representing the ratio regarding the period or the amplitude.
或いは、請求項3、8に記載した様に、エンコーダの被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる1対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置する。これら各被検出用組み合わせ部を構成する1対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で、上記被検出面の幅方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。この場合に、センサの出力信号の変化の位相は、このセンサの検出部が対向する、上記エンコーダの被検出面の幅方向位置に対応して変化する。そして、演算器は、この変化の位相を表す信号に基づいて相対変位量、或いは静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める。 Alternatively, as described in claims 3 and 8, a plurality of detection combination parts each including a pair of individualized parts each having a characteristic different from that of the other parts are provided on the detection target surface of the encoder in the circumferential direction. Place them at regular intervals. The intervals in the circumferential direction between each pair of individualized portions constituting each detected combination part are continuously in the same direction with respect to the width direction of the detected surface in all the detected combination parts. Change. In this case, the phase of the change in the output signal of the sensor changes in accordance with the position in the width direction of the detected surface of the encoder that the detection unit of the sensor faces. Then, the computing unit obtains a relative displacement amount or a load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway based on the signal representing the phase of the change.
或いは、請求項4、9に記載した様に、エンコーダの被検出面の幅方向に離隔した位置にそれぞれの検出部を位置させた状態で設置された1対のセンサを備える。そして、この被検出面のうちで、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分は、円周方向に関して特性が変化する境界を、上記幅方向に対し傾斜させる。この場合に、上記少なくとも一方のセンサの出力信号の変化の位相は、当該センサの検出部が対向する、上記エンコーダの被検出面の幅方向位置に対応して変化する。そして、演算器は、この変化の位相を表す信号に基づいて相対変位量、或いは静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める。
何れの場合でも、上記エンコーダの被検出面の幅方向に関する変位を確実に測定できる。
Alternatively, as described in
In any case, the displacement in the width direction of the detected surface of the encoder can be reliably measured.
更に、本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項5に記載した様に、変位測定装置付玉軸受ユニットを、自動車の懸架装置に車輪を回転自在に支持すると共に、これら車輪と懸架装置との間に作用する荷重を求める為に使用する。
この様な状態で本発明を実施すれば、車輪と懸架装置との間に加わる荷重を求めて、ABS、TCS、VSC等の車両用走行安定化装置の制御を適切に行なえる。
Further, when carrying out the present invention, preferably, as described in
If the present invention is carried out in such a state, the load applied between the wheel and the suspension device can be obtained, and the vehicle running stabilization device such as ABS, TCS, VSC or the like can be appropriately controlled.
図4は、請求項1、3、5、6、8に対応する、本発明の実施例1を示している。本実施例の場合には、駆動輪支持用の車輪支持用玉軸受ユニット1aを構成する、中炭素鋼製のハブ本体8aと軸受鋼製の内輪9とから成るハブ4aの中間部に、前述の図9に示す様なエンコーダ12を外嵌固定している。そして、中炭素鋼製の外輪3の中間部に形成した取付孔15にセンサ13を、径方向外方から内方に挿通する状態で設け、このセンサ13の先端部に設けた検出部を上記外輪3の内周面から径方向内方に突出させて、被検出面である、上記エンコーダ12の外周面に近接対向させている。
FIG. 4 shows Embodiment 1 of the present invention corresponding to
この様な本実施例の場合、それぞれが軸受鋼製である、各玉5、5の直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dを、0.15としている。従って、上記エンコーダ12に形成した透孔14a、14bの、このエンコーダの中心軸の方向に対する傾斜角度を45度とした場合には、−1000N〜6000N程度(フルスケールを7000N程度)の範囲内で、上記センサ13の検出信号のデューティ比を1.6ポイント(%)程度変化させる事ができる。そして、上記ハブ4aと上記外輪3との間に加わるアキシアル荷重を、875N程度の分解能で測定できる。この結果、上記センサ13の検出信号に基づいて求めた上記アキシアル荷重を、走行安定性確保の為の制御に有効に利用できる。
In this embodiment, the ratio d / D between the diameter d of each
尚、上記図9に示す様なエンコーダに代えて、全体が円筒状で、台形若しくは三角形の透孔(台形の透孔に関しては図13参照)を形成したエンコーダをハブ4aの中間部に外嵌固定すれば、請求項1、2、5、6、7に対応する構造を実施できる。前述した様な、着磁範囲が台形である永久磁石製のエンコーダ、或いは、被検出面に、それぞれが台形である凹部と凸部とを交互に形成した磁性材製のエンコーダを使用した場合も同様である。
In place of the encoder as shown in FIG. 9, an encoder that is entirely cylindrical and has a trapezoidal or triangular through hole (see FIG. 13 for the trapezoidal through hole) is fitted around the intermediate portion of the
次に、図5は、請求項1、4、5、6、9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、駆動輪支持用の車輪支持用玉軸受ユニット1aを構成するハブ4aの中間部に、前述の図10に示す様なエンコーダ12aを外嵌固定している。そして、外輪3の中間部に形成した取付孔15部分に装着したセンサ13a、13bの検出部を、被検出面である上記エンコーダ12aの外周面の、軸方向に離隔した2個所位置に近接対向させている。尚、上記両センサ13a、13bは、上記取付孔15に挿通した単一のセンサホルダの先端部に、上記外輪3の軸方向に離隔した状態で設けている。
Next, FIG. 5 shows Embodiment 2 of the present invention corresponding to
この様な本実施例の場合も、各玉5、5の直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dを0.15としている。従って、上記エンコーダ12aに形成した透孔14c、14dの、このエンコーダの中心軸の方向に対する傾斜角度を45度とした場合には、−1000N〜6000N程度(フルスケールを7000N程度)の範囲内で、上記両センサ13a、13bの検出信号の位相差を、1.6ポイント(%)程度変化させる事ができる。そして、上記ハブ4aと上記外輪3との間に加わるアキシアル荷重を、875N程度の分解能で測定できる。この結果、上記両センサ13a、13bの検出信号の位相差に基づいて求めた上記アキシアル荷重を、走行安定性確保の為の制御に有効に利用できる。尚、上記位相差の変化ポイントとは、上記両センサ13a、13bの検出信号の位相差を、これら両センサ13a、13bの周期で除した(位相差/周期)値である。
Also in this embodiment, the ratio d / D between the diameter d of each
図6は、請求項1、3、5、6、8に対応する、本発明の実施例3を示している。本実施例は、各玉5、5の直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dを0.25としている。従って本実施例の場合には、−1000N〜6000N程度(フルスケールを7000N程度)の範囲内で、センサ13の検出信号のデューティ比を2.0ポイント(%)程度変化させて、ハブ4aと外輪3との間に加わるアキシアル荷重を、700N程度の分解能で測定できる。その他の構成及び作用は、前述した実施例1と同様である。
FIG. 6 shows Embodiment 3 of the present invention corresponding to
次に、図7は、請求項1、4、5、6、9に対応する、本発明の実施例4を示している。本実施例は、各玉5、5の直径dとピッチ円直径Dとの比d/Dを0.25としている。従って本実施例の場合には、−1000N〜6000N程度(フルスケールを7000N程度)の範囲内で、センサ13a、13bの検出信号同士の位相差を2.0ポイント(%)程度変化させて、ハブ4aと外輪3との間に加わるアキシアル荷重を、700N程度の分解能で測定できる。その他の構成及び作用は、前述した実施例2と同様である。
Next, FIG. 7 shows
1、1a 車輪支持用玉軸受ユニット
2 変位測定装置
3 外輪
4、4a ハブ
5 玉
6 外輪軌道
7 取付部
8、8a ハブ本体
9 内輪
10 フランジ
11 内輪軌道
12、12a、12b、12c エンコーダ
13、13a、13b センサ
14a、14b、14c、14d、14e、14f 透孔
15 取付孔
16 カバー
17 センサホルダ
18 スプライン孔
DESCRIPTION OF
Claims (9)
このうちの玉軸受ユニットは、使用状態でも回転しない鋼製の静止側軌道輪と、使用状態で回転する鋼製の回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた、それぞれが鋼製である複数個の玉とを備え、これら各玉の直径とこれら各玉のピッチ円直径との比を0.12〜0.4の範囲に規制したものであり、
上記変位測定装置は、上記回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量を算出する演算器とを備えたものであり、
上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき変位の方向に一致する、上記被検出面の幅方向に関して連続的に変化している、
変位測定装置付玉軸受ユニット。 A ball bearing unit and a displacement measuring device;
Of these, the ball bearing unit is composed of a steel stationary bearing ring that does not rotate even in use, a steel rotating bearing ring that rotates in use, and the stationary bearing ring and the rotating bearing ring facing each other. A plurality of balls, each made of steel, provided with a contact angle between the stationary-side track and the rotating-side track existing on the circumferential surface, and the diameters of these balls and these The ratio with the pitch circle diameter of each ball is regulated within the range of 0.12-0.4,
The displacement measuring device includes an encoder that is supported concentrically with the rotation-side raceway on a part of the rotation-side raceway, and in which the characteristics of the surface to be detected are alternately changed with respect to the circumferential direction, and its detection unit. A sensor that is supported by a portion that does not rotate in a state of being opposed to the detection surface and changes its output signal in response to a change in the characteristics of the detection surface, and based on the output signal of the sensor, And a calculator for calculating a relative displacement amount between the rotating side raceway and the rotation side raceway,
The pitch or phase at which the characteristics of the detected surface change with respect to the circumferential direction is continuously changing with respect to the width direction of the detected surface, which coincides with the direction of displacement to be detected.
Ball bearing unit with displacement measuring device.
このうちの玉軸受ユニットは、使用状態でも回転しない鋼製の静止側軌道輪と、使用状態で回転する鋼製の回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた、それぞれが鋼製である複数個の玉とを備え、これら各玉の直径とこれら各玉のピッチ円直径との比を0.12〜0.4の範囲に規制したものであり、
上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する演算器とを備えたものであり、
上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用に対応して上記両軌道輪同士が変位する方向に一致する、上記被検出面の幅方向に関して連続的に変化している、
荷重測定装置付玉軸受ユニット。 A ball bearing unit and a load measuring device;
Of these, the ball bearing unit is composed of a steel stationary bearing ring that does not rotate even in use, a steel rotating bearing ring that rotates in use, and the stationary bearing ring and the rotating bearing ring facing each other. A plurality of balls, each made of steel, provided with a contact angle between the stationary-side track and the rotating-side track existing on the circumferential surface, and the diameters of these balls and these The ratio with the pitch circle diameter of each ball is regulated within the range of 0.12-0.4,
The load measuring device includes an encoder that is supported concentrically with the rotation-side raceway on a part of the rotation-side raceway, and in which the characteristics of the surface to be detected are alternately changed with respect to the circumferential direction, and a detection unit thereof. A sensor that is supported by a portion that does not rotate in a state of being opposed to the detection surface and changes its output signal in response to a change in the characteristics of the detection surface, and based on the output signal of the sensor, And a calculator for calculating a load acting between the rotating side raceway and the rotating side raceway,
The pitch or phase at which the characteristics of the detected surface change with respect to the circumferential direction is continuous with respect to the width direction of the detected surface, which coincides with the direction in which the two races are displaced corresponding to the action of the load to be detected. Is changing,
Ball bearing unit with load measuring device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005364240A JP2006201157A (en) | 2004-12-22 | 2005-12-19 | Ball bearing unit having displacement measuring device, and ball bearing unit having load measuring device |
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JP2004371306 | 2004-12-22 | ||
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Family Applications (1)
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JP2005364240A Pending JP2006201157A (en) | 2004-12-22 | 2005-12-19 | Ball bearing unit having displacement measuring device, and ball bearing unit having load measuring device |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007225106A (en) * | 2006-01-26 | 2007-09-06 | Nsk Ltd | Rolling bearing unit with state quantity measurement device |
JP2010065829A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Nsk Ltd | Rolling bearing and design method for the same |
-
2005
- 2005-12-19 JP JP2005364240A patent/JP2006201157A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007225106A (en) * | 2006-01-26 | 2007-09-06 | Nsk Ltd | Rolling bearing unit with state quantity measurement device |
JP2010065829A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Nsk Ltd | Rolling bearing and design method for the same |
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