JP2009014609A - 車輪用転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷重センサの取付から予圧調整までの作業が容易かつ迅速なものとなる車輪用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 センサ支持部１４の穴１４ａにピン１７の上端部１７ａを嵌合させて荷重センサ１５を位置決めする構成とする。また、ねじ１１と荷重センサ１５との間に、鋼球１２及び押さえ板１６を介在させ、ねじ１１の螺進により荷重センサ１５に予圧を付与する構成とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車のホイールを支持する車輪用転がり軸受装置であって、荷重センサを内蔵したものに関する。

自動車のホイールを支持する車輪用転がり軸受装置は、車体側に固定される外輪と、この外輪との間に転動体を介して回転自在に支持される内輪及びハブとを備えている。外輪に形成されたフランジ部には軸方向の貫通孔が形成され、この貫通孔内に、荷重センサを含むセンサ組立体が内蔵されている（例えば、特許文献１参照。）。このセンサ組立体は、支持部と、その上に固着された荷重センサと、さらにその上に固着された予圧調整用のシムとによって構成され、これらが全体として所定の高さになるように、シムの表面が研削加工される。そして、このセンサ組立体が、工具でこじ開けた状態の貫通孔に挿入され、挿入後に工具を外すことにより、所定の予圧が荷重センサに付与される構造となっている。

特開２００４−３６０７８２号公報（図１〜２）

しかしながら、センサ組立体の高さにはミクロンオーダーの精度が必要であり、研削加工、挿入、取り外しを何回も繰り返して、所望の予圧付与状態に調整することが必要である。そのため、荷重センサの取付完了までに長時間（例えば８時間以上）を要する。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、荷重センサの取付から予圧調整までの作業が容易かつ迅速なものとなる車輪用転がり軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、車体側に固定される車体側軌道輪部材との間に転動体を介して、車輪取付用の車輪側軌道輪部材が回転自在に支持された車輪用転がり軸受装置において、
前記車体側軌道輪部材にフランジ状に形成され、その内部には、軸方向に形成された貫通孔、外端面から当該貫通孔に連通する径方向のねじ孔、及び、当該貫通孔の内壁面に設けられた凹又は凸形状の係合部を有するフランジ部と、前記貫通孔に収容され、前記係合部の形状と合致する被係合部を有し、前記係合部との係合により位置決めされるセンサ支持部と、前記センサ支持部に固定された荷重センサと、前記ねじ孔に螺着されたねじと、前記ねじと荷重センサとの間に介在し、前記荷重センサを押さえて予圧を付与する平面を有するセンサ押さえ部材とを備えたものである。
上記のように構成された車輪用転がり軸受装置では、係合部と被係合部との係合により、センサ支持部及び荷重センサが位置決めされる。また、ねじの回転による螺進に応じて、平面の部分が荷重センサに予圧を付与する。従って、ねじの回転量調整により、荷重センサに所望の予圧を付与することができる。

また、上記車輪用転がり軸受装置において、係合部は、ねじと同軸に、かつ、これと対向して設けられていてもよい。
この場合、係合部がねじ孔の延長上にあることになり、フランジ部の外端面からの、係合部を設けるための加工が容易である。

また、上記車輪用転がり軸受装置において、センサ押さえ部材は、ねじの先端部に係合する鋼球と、当該鋼球と荷重センサとの間に介在する平板状の押さえ板とによって構成されるものであってもよい。
この場合、鋼球の存在により、ねじを回すトルクは押さえ板には伝わらない。従って、荷重センサには、実質的に、ねじの中心軸方向の力（予圧）のみを付与することができる。

また、上記車輪用転がり軸受装置において、ねじ及びセンサ押さえ部材は、それぞれ、クランピングスクリューのねじ部及びヘッド部であってもよい。
この場合、クランピングスクリューがねじ及びセンサ押さえ部材となるので、部材点数が削減され、簡素な構成となる。

本発明の車輪用転がり軸受装置によれば、係合部と被係合部との係合により、センサ支持部及び荷重センサが位置決めされ、ねじの回転量調整により、荷重センサに所望の予圧を付与することができる。従って、荷重センサの取付から予圧調整までの作業が容易かつ迅速なものとなる。

図１は、本発明の第１の実施形態による荷重センサ付きの車輪用転がり軸受装置（ハブユニット）１を示す断面図である。図において、外輪２は、そのフランジ部２ａが車体側の懸架装置（図示せず）に取り付けられて、ハブユニット１の固定側を成す部材である。外輪２の内部には、軸方向外側（図の右側）の環状列を形成する複数個の転動体（以下、外側転動体という。）４及び軸方向内側（図の左側）の環状列を形成する複数個の転動体（以下、内側転動体という。）５を介して、ハブ３及び内輪６が、回転自在に支持されている。ハブ３は、軸方向外側のフランジ部３ａと、外輪２内に挿入されるスピンドル部３ｂとを有している。スピンドル部３ｂは、軸方向内側へ段階的に細くなり、内側転動体５に対向する円柱部３ｃと、雄ねじ部３ｄとを有している。円柱部３ｃには内輪６が外嵌固定され、さらにナット７が雄ねじ部３ｄに締め込まれている。
なお、上記外輪２は、車体側軌道輪部材であり、ハブ３及び内輪６は、車輪側軌道輪部材である。

上記の外側転動体４は、外輪２の内周部に形成された第１の外輪軌道２ｅと、スピンドル部３ｂの外周部に形成された第１の内輪軌道３ｅとの間に、転動自在に保持されている。また、内側転動体５は、外輪２の内周部に形成された第２の外輪軌道２ｉと、内輪６の外周部に形成された第２の内輪軌道５ｉとの間に、転動自在に保持されている。
一方、ハブ３のフランジ部３ａには、複数（４本）のボルト８が固定されている。車輪側のホイール（図示せず）は、このボルト８とナット（図示せず）により、ハブ３に固定され、ハブ３と共に回転する。外輪２の軸方向外側端部の内周面には、弾性体からなるシール９が取り付けられ、回転するハブ３と摺接して、水や異物が外輪２の内部へ侵入することを防いでいる。また、外輪２の軸方向内側端部にはカバー１０が取り付けられている。

図２は、上記ハブユニット１を軸方向内側から見た図である。図において、外輪２のフランジ部２ａには、車体側への取付用の４つの孔２ｂが、同一半径の円周上で、全体として長方形の配置となるように形成されている。また、フランジ部２ａには、荷重センサ取付用の図示のような形状の貫通孔２ｃが、周方向に９０度間隔で、４箇所に形成されている。また、貫通孔２ｃの各々は、周方向において、互いに隣接する２つの孔２ｂの中間に位置している。なお、貫通孔２ｃの中の図示は省略している。

図３は、図１におけるIII部の拡大図である。図に示す構造は、フランジ部２ａの周方向に９０度間隔で、４箇所に設けられている。
図３において、外輪２のフランジ部２ａには上記貫通孔２ｃが軸方向に形成されている。また、フランジ部２ａの外端面２ｄ（径方向外方端面）から貫通孔２ｃに連通する径方向のねじ孔２ｅが、軸方向に並んで一対形成されている。これらのねじ孔２ｅには、いわゆるイモねじ形の、六角穴付きのねじ１１が螺着される。ねじ１１の下端面には円錐形状に凹部１１ａが形成され、ここに、鋼球１２を係合させて保持することができるようになっている。なお、凹部１１ａの形状は、鋼球１２の球面に合わせてもよい。鋼球１２は、リテーナ１３に形成された孔１３ａに入れられた状態で保持されている。リテーナ１３は、円形のセンサ支持部１４と互いに嵌合している。センサ支持部１４の上面には、セラミック複合材料製の荷重センサ１５が固定されている。

荷重センサ１５は、複列センサであり、２つのアクティブセンサ素子１５ａと、それらにそれぞれ隣接する２つのダミーセンサ素子１５ｂとによって構成されている。ダミーセンサ素子１５ｂは荷重を受けないように、アクティブセンサ素子１５ａより高さが低くなっている。アクティブセンサ素子１５ａの出力と、ダミーセンサ素子１５ｂの出力との差をとることにより、温度ドリフトを排除して、純粋に応荷重出力のみを検出することができる。荷重センサ１５のアクティブセンサ素子１５ａと鋼球１２との間には、平板状（鋼板）の押さえ板１６が介在している。押さえ板１６は、リテーナ１３内に保持されているが、固定はされておらず、荷重センサ１５の一対のアクティブセンサ素子１５ａ上に載せられた状態となっている。なお、上記鋼球１２及び押さえ板１６には、焼き入れが施されている。また、鋼球１２及び押さえ板１６は、荷重センサ１５に予圧を付与する「センサ押さえ部材」を構成している。

一方、上記センサ支持部１４の下面には円形の穴１４ａが一対形成されており、ここに、ピン（ノックピン）１７の上端部１７ａが嵌合している。すなわち、ピン１７の上端部１７ａとセンサ支持部１４の穴１４ａとは、形状が互いに雌雄合致する係合部・被係合部の関係にある。ピン１７は、貫通孔２ｃの底面に形成されたピン穴２ｆに、上端部１７ａを突出させた状態で打ち込まれている。ピン穴２ｆは、ねじ孔２ｅと中心線ＣＬが一致し、かつ、これと対向して形成されている。従って、ねじ孔２ｅに螺着されたねじ１１と、ピン穴２ｆに装着されたピン１７とは、互いに同軸である。また、ねじ１１、鋼球１２、孔１３ａの中心、穴１４ａの中心、アクティブセンサ素子１５ａの中心、及び、ピン１７は、共通の中心線ＣＬ上にある。

図３において、貫通孔２ｃの高さ寸法すなわち、底面からの高さＨ１は、リテーナ１３の上面までの高さＨ２より大きい。従って、鋼球１２を外した状態のリテーナ１３、押さえ板１６、荷重センサ１５及びセンサ支持部１４の「組立体」を、貫通孔２ｃに簡単に挿入することができる。また、センサ支持部１４にピン１７の上端部１７ａを嵌合させて位置決めした後、ねじ孔２ｅを利用して鋼球１２をリテーナ１３に装着することができる。なお、ピン１７の上端部１７ａの突出を考慮して高さＨ１をＨ２より十分に大きく確保すれば、鋼球１２をリテーナ１３に装着したままでの挿入も可能である。

以上のような荷重センサ１５周辺の構成においては、ピン穴２ｆがねじ孔２ｅと中心線ＣＬを一致させて設けられることにより、ピン穴２ｆやピン１７が、ねじ孔２ｅの延長上にあることになる。そのため、フランジ部２ａの外端面２ｄからの、ピン穴２ｆの加工や、ピン１７の打ち込みが容易である。また、センサ支持部１４の穴１４ａ（被係合部）と一対のピン１７の上端部１７ａ（係合部）とが係合（本実施形態では嵌合）することにより、貫通孔２ｃに収容されたセンサ支持部１４を、容易かつ迅速に、位置決めすることができる。センサ支持部１４が位置決めされれば、それに固定された荷重センサ１５におけるアクティブセンサ素子１５ａ及びリテーナ１３も位置決めされ、ねじ１１、鋼球１２及びアクティブセンサ素子１５ａの中心が、共通の中心線ＣＬ上にある状態を、容易に構築することができる。そして、この状態でねじ１１を回すと、鋼球１２及び押さえ板１６を介して、アクティブセンサ素子１５ａに予圧が付与される。

このとき、予圧を付与する力すなわち、ねじ１１の螺進方向への力は、そのまま鋼球１２及び押さえ板１６を介してアクティブセンサ素子１５ａに伝わる。ここで、鋼球１２と押さえ板１６とは基本的には点接触であり、面圧が高くなるが、押さえ板１６の存在により、一点集中的な圧力が分散される。従って、アクティブセンサ素子１５ａと押さえ板１６との接触面では、ほぼ均一な圧力となる。

一方、ねじ１１から鋼球１２へのトルク伝達は、摩擦に依存し、摩擦抵抗が小さければトルクは減殺される。また、ねじ１１と鋼球１２とは基本的には線（円）接触であり、接触面積が小さいので、摩擦抵抗が小さい。従って、回転するねじ１１のトルクは、鋼球１２には伝わりにくい。ところが、鋼球１２と押さえ板１６とは基本的には点接触であり、さらに摩擦抵抗が小さい。従って、ねじ１１が回転することにより、鋼球１２が連れ回りすることがある。しかしながら、ここで、鋼球１２と押さえ板１６との接触点は鋼球１２の中心線上にある。従って、鋼球１２がねじ１１と同軸に、連れ回り回転したとしても、トルクは押さえ板１６には伝わらない。
このようにして、アクティブセンサ１５ａには、実質的に、ねじ１１の中心軸方向の力（予圧）のみが付与される。

アクティブセンサ素子１５ａの出力とダミーセンサ素子１５ｂの出力とは、図示しない回路で差動増幅される。そして、その出力値を測定しながらねじ１１を回すことにより、ねじ１１の螺進に応じた予圧が押さえ板１６からアクティブセンサ１５ａに付与される状態を確認することができる。従って、ねじ１１の回転量調整により、容易に、アクティブセンサ１５ａに所望の予圧を付与することができる。
このようにして、荷重センサ１５の取付から予圧調整までの作業を、容易かつ迅速に、行うことができる。具体的には、車輪用転がり軸受装置１台についての作業を、約３０分で完了させることができた。また、不良率も０％に近い数字を達成することができた。

図４は、本発明の第２の実施形態による荷重センサ付きの車輪用転がり軸受装置における要部のみを示す断面図である。当該要部以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
図４において、このクランピングスクリュー１８は、ねじ部１８ａと、その先端に嵌め込まれたヘッド部１８ｂとからなり、ヘッド部１８ｂは球面Ｓと平面Ｐとを備えている。平面Ｐをアクティブセンサ１５ａに押し当てた状態でねじ部１８ａを回転させると、ヘッド部１８ｂを回転させることなく、ヘッド部１８ｂを中心軸方向に移動させ、予圧を付与することができる。ここで、ねじ部１８ａは第１の実施形態におけるねじ１１（図３）に相当し、ヘッド部１８ｂは、第１の実施形態における鋼球１２及び押さえ板１６に相当する。また、ヘッド部１８ｂはねじ部１８ａに保持されており、第１の実施形態のリテーナ１３（図３）に相当するものは不要となる。従って、部材点数が第１の実施形態より削減され、簡素な構成となる。また、部材点数の削減により、貫通孔２ｃの高さ寸法を、第１の実施形態より小さくすることも可能である。

なお、上記実施形態では複列の荷重センサ１５に基づく構成を示したが、単列の荷重センサであっても基本的に同様の構成（半分の構成）が適用できる。但し、この場合、ピン１７が１つになると、円形の穴１４ａに円柱形状のピン１７を嵌め込んでも、ピン軸に対するセンサ支持部１４の回り止めが実現できない。従って、例えば、円形の穴１４ａに代えて角孔を形成し、ピンの少なくとも頭部を、それに合致する角形にする等の、回り止めの工夫を施すことが好ましい。

なお、上記各実施形態ではセンサ支持部１４に穴１４ａを形成して、そこにピン１７を嵌合させたが、凹凸の関係は逆でもよい。すなわち、センサ支持部１４に設けた凸部をフランジ部２ａ側の凹部に嵌合させてもよい。
また、上記各実施形態ではねじ孔２ｅとピン穴２ｆとを、中心線一致の関係としたが、必ずしも中心線一致の関係でなくてもよい。すなわち、ねじ孔２ｅの中心線からずれた位置にピン穴２ｆ及び穴１４ａが形成されていたとしても、要は、ねじ１１とアクティブセンサ１５ａとが中心線一致の関係になるように位置決めできればよい。
また、上記各実施形態ではねじ１１（又はねじ部１８ａ）とアクティブセンサ１５ａとの間に、球面を有する物体を介在させたが、アクティブセンサ１５ａの上に固着したシム（立方体）を、ねじの先端で押す構成であってもよい。

本発明の第１の実施形態による荷重センサ付きの車輪用転がり軸受装置（ハブユニット）を示す断面図である。 上記ハブユニットを軸方向内側から見た図である。 図１におけるIII部の拡大図である。 第２の実施形態による荷重センサ付きの車輪用転がり軸受装置における要部のみを示す断面図である。

符号の説明

１ 車輪用転がり軸受装置
２ 外輪（車体側軌道輪部材）
２ａ フランジ部
２ｃ 貫通孔
２ｅ ねじ孔
３ ハブ（車輪側軌道輪部材）
４，５ 転動体
６ 内輪（車輪側軌道輪部材）
１１ ねじ
１２ 鋼球
１４ センサ支持部
１４ａ 穴（被係合部）
１５ 荷重センサ
１６ 押さえ板
１７ ピン
１７ａ 上端部（係合部）
１８ クランピングスクリュー
１８ａ ねじ部
１８ｂ ヘッド部
Ｐ 平面
Ｓ 球面

Claims (4)

1. 車体側に固定される車体側軌道輪部材との間に転動体を介して、車輪取付用の車輪側軌道輪部材が回転自在に支持された車輪用転がり軸受装置において、
   前記車体側軌道輪部材にフランジ状に形成され、その内部には、軸方向に形成された貫通孔、外端面から当該貫通孔に連通する径方向のねじ孔、及び、当該貫通孔の内壁面に設けられた凹又は凸形状の係合部を有するフランジ部と、
   前記貫通孔に収容され、前記係合部の形状と合致する被係合部を有し、前記係合部との係合により位置決めされるセンサ支持部と、
   前記センサ支持部に固定された荷重センサと、
   前記ねじ孔に螺着されたねじと、
   前記ねじと荷重センサとの間に介在し、前記荷重センサを押さえて予圧を付与する平面を有するセンサ押さえ部材と
   を備えたことを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
2. 前記係合部は、前記ねじと同軸に、かつ、これと対向して設けられている請求項１記載の車輪用転がり軸受装置。
3. 前記センサ押さえ部材は、前記ねじの先端部に係合する鋼球と、当該鋼球と前記荷重センサとの間に介在する平板状の押さえ板とによって構成される請求項１記載の車輪用転がり軸受装置。
4. 前記ねじ及びセンサ押さえ部材は、それぞれ、クランピングスクリューのねじ部及びヘッド部である請求項１記載の車輪用転がり軸受装置。

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