JP2009092167A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受装置にセンサを固定する構造において、センサの位置や姿勢が使用しているうちにずれることなく固定されたセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】センサ２０を軸受装置に固定する環状部材１０において、第１固定部１１と第２固定部１３とを形成し、第１固定部１１にはセンサ２０を環状部材側に押し付ける押付け部１２を形成する。押付け部１２とセンサ２０との間には隙間を形成しない形状とする。さらに第２固定部１３にはレール部を形成し、そのレール部をセンサ上に形成されたレール溝部２６に挿入する。レール溝部２６はセンサ２０の先端まで形成されて、センサ２０の位置決めがなされる。
【選択図】図３

Description

本発明はセンサ付き転がり軸受装置に関する。

各種装置における回転運動の計測において、軸受装置に計測機構を装備する場合がある。例えば、車両アクスル駆動輪に対してＡＢＳ機構を構成するときに、回転速度を検出するＡＢＳセンサは軸受装置に固定する場合が多い。その場合、通常軸受非回転輪外径に嵌合したカバー部材にＡＢＳセンサを固定し、回転輪に嵌合したマグネットロータの回転による磁束密度の変化により、ＡＢＳセンサが回転速度を検出する。

ＡＢＳセンサの取り付け方法に関しては、各種提案がなされてきている。例えば下記特許文献１には、ＡＢＳセンサの着脱を容易にするとの観点からの取り付け方法が開示されている。特許文献１の取り付け方法では、センサを保持ケース内に保持して、その保持ケースを弾性を利用した抑え部材によって軸受固定輪に嵌合されるカバーに装着している。

特開平９−３０４４１７号公報

しかしＡＢＳセンサの点検、修理は頻繁におこなうものではなく、したがってＡＢＳセンサを軸受装置から取り外すことも非常にまれである。よってＡＢＳセンサを取り外し易いように軸受装置へと装着することを目的とする上記特許文献１などに開示された従来技術は、その課題の設定に問題がある。

さらにＡＢＳセンサの取り外し易さを重視すると、ＡＢＳセンサの固定が不十分なものとなる傾向があり、その結果、使用しているうちにＡＢＳセンサの位置や姿勢がずれてくる可能性がある。ＡＢＳセンサが正規の位置や姿勢にないことは、ＡＢＳセンサによる回転速度検出性能の低減につながり、その計測値に対する信頼性が低減する。

またＡＢＳセンサの代表的な取り付け方法として、転がり軸受の非回転輪にカバー部材を嵌合し、さらにカバー部材にＡＢＳセンサを固定する場合に、カバー部材にＡＢＳセンサを弾性変形によって押し付けるための押付け部を形成して、ＡＢＳセンサを固定する方法がある。この場合、取り外し易さを重視すると、押付け部とＡＢＳセンサの間に隙間を形成することにつながる。この隙間に異物や氷が堆積するとＡＢＳセンサが抜けてしまう危険が生じる。以上のようにＡＢＳセンサを取り外し易く装着することは各種の問題を生じさせる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、軸受装置にセンサを固定する構造において、センサの位置や姿勢が使用しているうちにずれることなく固定されたセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、回転輪の周方向に沿って磁界が交互に変化するように取り付けられた磁性体と、その磁性体の磁界を検出することによって回転輪の回転速度を計測するように非回転輪に固定されたセンサとを有するセンサ付き転がり軸受装置であって、前記センサを非回転輪に固定するための環状部材を備え、その環状部材は、前記非回転輪に嵌合された円筒部と、その円筒部の軸方向外方の端部から径方向かつ回転輪のある方向へ延設された延設部とを有し、前記円筒部が前記嵌合された状態で、前記延設部における非回転輪端面に対向する面を第１面とし、その第１面の裏面を第２面として、軸に平行で前記第１面側から第２面側へと向かう方向を順方向とし、前記センサは計測部を有する本体部を備え、前記延設部の第２面に前記センサの本体部を固定するための固定部が形成され、その固定部は第１固定部を有し、前記第１固定部は、前記延設部の第２面から前記順方向へ延びて屈曲した部位に押付け部が形成された形状であり、前記第１固定部の弾性復元力により前記押付け部が前記センサの本体部を前記延設部へ押し付けることにより固定し、前記押付け部の形状は、前記本体部を押し付ける際に前記本体部と前記押付け部との間に隙間を形成しない形状であることを特徴とする。

これにより本発明に係るセンサ付き軸受装置においては、環状部材を非回転輪に嵌合し、環状部材に形成された固定部でセンサを固定し、固定部においてセンサの本体部を環状部材へと押し付ける押付け部の形状は本体部との間に隙間を形成しない形状であるので、センサと押付け部との間に異物が混入することが抑制できる。したがって従来のセンサ付き軸受装置のように使用しているうちにセンサとセンサを固定する部材との間の隙間に異物や氷が堆積して、それによりセンサの位置や姿勢がずれたり、さらにはセンサが抜けてしまったりすることが抑制できる。よって長期にわたる使用においてもセンサによる計測値に対する信頼性が高いセンサ付き軸受装置となる。

また前記センサの本体部が前記押付け部によって前記延設部に押し付けられて固定された状態において、前記センサの本体部の表面のうちで、径方向で回転輪のある側の端部を先端、周方向の端面である２つの面を側面とし、前記センサの本体部の両側面には、軸と直交する方向にレール溝部が形成され、前記固定部は第２固定部を有し、その第２固定部は、前記第２面における、前記第１固定部により押し付けられた前記センサの本体部を周方向から挟む２つの位置から前記順方向に延びて屈曲されて先端にレール部が形成され、そのレール部が前記レール溝部に嵌合されて、前記レール溝部は前記側面の途中から前記先端まで形成され、前記レール部は前記レール溝部の前記先端の位置まで嵌合され、前記レール溝部の先端側とは反対の端面をレール溝端面とし、前記押付け部が前記本体部を押し付けるときに前記本体部に径方向内方への力を作用させ、前記レール部が前記レール溝端面を押して前記本体部に径方向外方への力を作用させ、前記レール部とレール溝部とが嵌合する際に、前記レール部とレール溝部との間に隙間が形成されずに前記第２固定部は前記センサの本体部を両側面から挟持するとしてもよい。

これにより、延設部に形成されたレール部とセンサの本体部に形成されたレール溝部とを嵌合することにより、上記押付け部とセンサとの間に隙間を形成しないことと合わせて、さらにセンサの固定が安定化される。特に、レール溝部を本体部の先端まで形成して、先端までレール部とレール溝部とを嵌合することにより、従来のように先端までレール溝部を形成しないでセンサの取り付け易さのみを考慮していた場合と比較して、センサの本体部の軸方向の位置、姿勢の固定性、安定性は高まる。さらに押付け部が本体部を径方向内方へと押し、レール部がレール溝端面を径方向外方へと押すことにより、本体部には径方向の両方から押す力が作用することにより、センサの径方向の位置の固定性、安定性は高まる。そしてレール部とレール溝部とが嵌合する際に両者の間に隙間が形成されないように形成されたことにより、センサの周方向の位置、姿勢の固定性、安定性が高まる。以上のようにレール部、レール溝部の形成によって、センサの本体部の軸方向、径方向、周方向の位置、姿勢の固定性、安定性が高められる。これにより、センサの計測値に対する信頼性が向上する。

また前記延設部は、前記延設部の内径が前記磁性体の内径よりも小さく、前記延設部の外径が前記磁性体の外径よりも大きくなるように延設されたとしてもよい。これにより、環状部材における延設部の外径及び内径が、延設部が磁性体を覆うように設定されるので、外部から異物が混入して磁性体に付着することが抑制される。したがってセンサによる磁性体の磁界の検出の信頼性が高まる。よって上記センサの固定性、安定性の向上と相まって、センサによる計測値の信頼性が高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

また前記延設部には、前記環状部材の円筒部を非回転輪に嵌合して装着した状態で、非回転輪端面に突き当たる突き当て面が形成されたとしてもよい。これにより、突き当て面を非回転輪端面に突き当てることにより環状部材の位置決めが行えるので、環状部材に突き当て面が形成されていなかった従来技術と比較して、環状部材の位置決めが安定したセンサ付き軸受装置となる。したがって環状部材がぐらつくことなどによってセンサの位置、姿勢がずれることが抑制されるので、センサの計測値の信頼性をさらに向上できる。

前記延設部は、前記磁性体を軸方向から覆う覆い面を有し、その覆い面は前記突き当て面よりも軸方向外方の位置に形成され、前記覆い面と前記磁性体との間には隙間が形成されたとしてもよい。これにより覆い面と磁性体との間に隙間が形成されるので、環状部材と磁性体との間に万が一異物が混入しても、環状部材と磁性体との間に異物が堆積することを抑制できる。したがって磁性体に異物が付着することによってセンサが誤った計測値を得ることを抑制するので、センサの計測値に対する信頼性の高いセンサ付き軸受装置とできる。

前記延設部には、前記突き当て面の一部を前記非回転輪端面に突き当てずに、排水のためのドレーン穴を形成したとしてもよい。これによりドレーン穴が形成されることによって軸受装置に侵入した泥水などを外部に排出できるので、センサや磁性体の泥水による汚損が低減されるので、汚損によってセンサが誤った計測値を得ることが抑制される。したがってセンサの計測値に対する信頼性の高いセンサ付き軸受装置とできる。

前記ドレーン穴は前記ドレーン穴から軸方向に前記磁性体が露出しない位置に形成されたとしてもよい。これにより磁性体がドレーン穴から軸方向に露出しないので、磁性体にドレーン穴から混入した異物が付着する可能性が低減する。したがって磁性体に異物が付着してセンサが誤った計測値を得ることが抑制されるので、センサの計測値に対する信頼性の高いセンサ付き軸受装置とできる。

前記環状部材において前記固定部以外の部位をカバー部とし、そのカバー部と前記固定部とは別体として形成された後に接合され、前記カバー部は、前記磁性体を軸方向に露出させることなく全周に渡って覆うとしてもよい。これにより、従来技術において固定部とカバー部とを一体に成型していたことによりカバー部の一部に開口部が不可避的に形成されてしまい、その開口部から磁性体が露出していたのと異なり、カバー部が磁性体を軸方向に露出させることなく全周に渡って覆うこととなる。したがって、磁性体に外部から混入した異物が付着してセンサが誤った計測値を得ることが抑制されるので、センサの計測値に対する信頼性の高いセンサ付き軸受装置とできる。

本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置１（軸受装置）の軸方向断面図である。軸受装置１は、車両アクスル駆動輪を回動可能に支持し、アクスルシャフト２（軸）に嵌合して軸と一体に回転する内輪３と、車両ボディに固定された外輪４と、内輪３に形成された軌道面と外輪４に形成された軌道面間に挟持された転動体５（ころ）を備える。図１の図示左方が車輪側、図示右方が車両中央側である。

軸受装置１における外側（車輪側）にはシール６が配置されて、外部から異物が軸受内部に侵入することを防止する。シール６のさらに外側には永久磁石製のマグネットロータ７（磁性体）が内輪３に外嵌されている。マグネットロータ７は周方向にそってＮ極、Ｓ極が交互に配列された構造であり、軸２、内輪３の回転によって磁束密度が変化し、後述するＡＢＳセンサ２０（センサ）がこの変化を検出することにより回転速度を計測する。

外輪４にはセンサ２０を軸受装置１に固定するための円環形状の環状部材１０が外嵌されている。そして環状部材１０にセンサ２０が固定されている。センサ２０の環状部材１０への固定方法が本発明の主要部分であり、以下で説明する。

図２は軸受装置１の斜視図であり、図３がその要部拡大図である。そして図４がセンサ２０のみを示した図、図５が環状部材１０のみを示した要部拡大図である。図４に示されたセンサ２０は、大きくは本体部２１と信号線２２とに分けられる。本体部２１に磁束密度を検出する検出部が備えられている。そして計測値をのせた信号が信号線２２を通じて車両に搭載されたＥＣＵへと送られる。

本体部２１の表面は、先端２４、上面２３、側面２５を含む。本体部２１はもうひとつの側面を有し、それは図４には示されていない部位にある側面２５の裏側にある面である。また上面２３とは裏側にある、図４には示されていない面を底面とする。センサ２０は、図３に示されたとおり、先端２４を径方向内方に向けて、かつ底面を環状部材１０に向けた姿勢で、環状部材１０に固定される。

図４に示されているように、側面２５には、側面２５の途中から先端２４までレール溝部２６が形成されている。レール溝部は両側面に同形状で形成されているとする。レール溝部２６の先端２４とは逆側の端面をレール溝端面２６ａとする。また図４に示されているとおり、上面２３には、凹部２３ａが形成されている。

図５に示された環状部材１０は、外輪４に外嵌するための円筒部１０ａと、円筒部１０ａの端部から径方向内方へと延設された延設部１０ｂとを有する。そして延設部１０ｂの軸受装置外方の面には、センサ２０を固定するための部位として、第１固定部１１と第２固定部１３とが形成されている。第１固定部１１は、延設部１０ｂの軸方向外方の面（軸受から遠い方の面、つまり図１では図示左方側の面）から湾曲する形状で形成され、押付け部１２を有する。

第１固定部１１は弾性を有し、弾性変形された第１固定部の弾性復元力によって、センサ２０を押し付けることによってセンサを固定する。押付け部１２には屈曲部１２ａが形成され、これが前述の本体部２１の凹部２３ａと一致する形状となっている。したがって押付け部１２が本体部２１の上面２３を押し付けるときに、凹部２３と屈曲部１２ａとが嵌合し隙間無く接する。それも含めて押付け部１２全体の形状が、上面２３を押し付ける際に、隙間が形成されない形状に設計されている。

第２固定部１３は、延設部１０ｂの軸方向外方の面の２箇所から、軸方向外方へ向かって延び途中から屈曲した形状で形成され、先端にレール部１４が形成されている。センサ２０が径方向外方から挿入されることにより、レール部１４が、前述のレール溝部２６内に挿入される。レール部１４はその端部がレール溝端面２６ａに接する位置まで挿入される。

押付け部１２がセンサ２０を押し付けるときに、凹部２３ａ、屈曲部１２ａの存在により、径方向内方へ向けての力を作用させる。この力によりセンサ２０の本体部２１に径方向内方への力が作用し、逆にレール溝端面２６ａがレール部１４から径方向外方への力を受ける。以上の径方向内方へと外方へのふたつの力により、本体部２１の径方向の位置決めがなされ、同方向への移動が規制される。

また上記挿入の際に、レール部１４とレール溝部２６との間に隙間が形成されないように、レール部１４とレール溝部２６と寸法が設計されることにより、本体部２１の周方向の位置決めがなされ、周方向への移動が規制される。さらに押付け部１２が本体部２１を軸方向内方（軸受の内側に向かう方向、つまり図１では図示右方）へと押すことにより、軸方向内方への力を作用させ、逆にレール部１４が、その反対方向に、つまり軸方向外方へと本体部２１を押し返すことにより、本体部２１の軸方向の位置決めがなされ、軸方向への移動が規制される。

また延設部１０ｂには、センサ用孔部１０ｃが形成されており、これを通してセンサ２０はマグネットロータ７に直接対向する。これにより回転速度の計測がおこなえる。また環状部材１０には開口部１９が存在する。なお環状部材は電着塗装、めっきによる表面処理、あるいは亜鉛めっき鋼板を用いればよい。これにより防錆性を有することとなる。

次に図６には、図１の図示下半分の拡大図が示されている。同図及び図２に示されているように、円環形状の環状部材１０には、上記円筒部１０ａの内周面として外輪４に外嵌する嵌合面１５、延設部１０ｂの最外周部に形成されて外輪の端面４ａに突き当てられる突当て面１６、その内周側に、マグネットロータ７を覆う覆い面１７が形成されている。

突当て面１６が形成されて、外輪端面４ａに突き当てられることによって、環状部材１０の軸方向の位置決めが成される。覆い面１７は、隙間を隔ててマグネットロータ７を周方向に沿って覆う。覆い面１７の内径φａはマグネットロータ７の内径φｂ以下とする。これにより覆い面１７はマグネットロータ７が外部に露出することを抑制する。

これにより外部から異物が混入してマグネットロータ７に付着することを抑制する。またマグネットロータ７と覆い面１７との間に隙間ｃが形成されているので、万一異物が混入しても、マグネットロータ７と覆い面１７との間に堆積することが抑制される。こうした覆い面１７の形状によりマグネットロータ７の長期使用における信頼性が向上する。

図７、図８に上記実施例の変形例１が示されているので、以下で説明する。この変形例１のセンサ付き転がり軸受装置１ｂ（軸受装置）においては環状部材の図示下部に排水のためのドレーン穴１８が形成されている。図７、図８に図示された下部が、実際に軸受装置１ｂが車両に装着された状態での下部に対応するとすればよい。このドレーン穴１８によって、軸受装置１ｂの内部に侵入してしまった泥水などが外部に排出できる。

図８に示されるとおり、ドレーン穴１８の内径φｅはマグネットロータ７の外形φｄ以上とする。これによりドレーン穴１８の存在によってマグネットロータ７が外部に露出することが抑制される。したがって、外部からドレーン穴１８を通って異物が混入してマグネットロータ７に付着することを抑制するので、マグネットロータ７の長期使用における信頼性が向上する。

図９、図１０、図１１には変形例２が示されている。図９には変形例２におけるセンサ付き転がり軸受装置１ｃの斜視図が示されている。センサ付き転がり軸受装置１ｃにおいては、前述の環状部材１０が、固定部３５とカバー部３０とに別個に形成されて後に接合されている。図１０にはカバー部３０が、図１１には固定部３５が示されている。

図１０に示されているとおり、カバー部３０は、大まかに述べれば環状部材１０から第１固定部１１と第２固定部１３とを除去した形状である。カバー部３０には、環状部材１０と同様に、センサ用孔部３１とドレーン穴１８とが形成されている。

固定部３５は図１１にされているとおり、板部３６上に、孔部３７、第１固定部１１、第２固定部１３とが形成されている。第１固定部１１の形状、押付け部１２、屈曲部１２ａの存在は、環状部材１０上に形成された場合と同様である。また第２固定部１３の形状、レール部１４の存在も、環状部材１０上に形成された場合と同様である。孔部３７をセンサ用孔部３１と重なった位置に配置して、固定部３５をカバー部３０に溶接あるいは接着する。

図２及び図７と図９とを比較すると明らかに、図９のセンサ付き軸受装置１ｃにおいては、開口部１９が存在しない。開口部１９は、図２、図９のように、１つの工程で環状部材１０を製作する場合には不可避的に形成されてしまう。開口部１９の存在によりマグネットロータ７が外部に露出してしまう。

それに対し、図９では別部材としてカバー部３０と固定部３５とを作成して、その後両者を溶接あるいは接着したので、カバー部３０には開口部を形成しないことが可能である。これによりマグネットロータ７が外部に露出してしまうことが回避できるので、外部から異物が混入してマグネットロータ７に付着することを抑制するので、マグネットロータ７の長期使用における信頼性が向上する。なおカバー部３０と固定部３５とは、両者に孔部を形成してボルト締結あるいはリベット加締めによって固定してもよい。

本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置の軸平行断面図。 センサ付き転がり軸受装置の斜視図。 センサ付き転がり軸受装置の要部拡大図。 センサの斜視図。 環状部材の要部拡大図。 図１の要部拡大図。 変形例１におけるセンサ付き転がり軸受装置の斜視図。 変形例１のセンサ付き転がり軸受装置の軸平行断面図の要部拡大図。 変形例２におけるセンサ付き転がり軸受装置の斜視図。 変形例２におけるカバー部の斜視図。 変形例２における固定部の斜視図。

符号の説明

１、１ｂ、１ｃ センサ付き転がり軸受装置
２ 軸（アクスルシャフト）
３ 内輪
４ 外輪
５ 転動体（ころ）
６ シール
７ マグネットロータ（磁性体）
１０ 環状部材
１１ 第１固定部
１２ 押付け部
１３ 第２固定部
１４ レール部
１５ 嵌合面
１６ 突き当て面
１７ 覆い面
１８ ドレーン穴
２０ ＡＢＳセンサ（センサ）
２１ 本体部
２６ レール溝部
３０ カバー部
３５ 固定部

Claims (3)

1. 回転輪の周方向に沿って磁界が交互に変化するように取り付けられた磁性体と、その磁性体の磁界を検出することによって回転輪の回転速度を計測するように非回転輪に固定されたセンサとを有するセンサ付き転がり軸受装置であって、
   前記センサを非回転輪に固定するための環状部材を備え、その環状部材は、前記非回転輪に嵌合された円筒部と、その円筒部の軸方向外方の端部から径方向かつ回転輪のある方向へ延設された延設部とを有し、
   前記円筒部が前記嵌合された状態で、前記延設部における非回転輪端面に対向する面を第１面とし、その第１面の裏面を第２面として、
   軸に平行で前記第１面側から第２面側へと向かう方向を順方向とし、
   前記センサは計測部を有する本体部を備え、
   前記延設部の第２面に前記センサの本体部を固定するための固定部が形成され、その固定部は第１固定部を有し、
   前記第１固定部は、前記延設部の第２面から前記順方向へ延びて屈曲した部位に押付け部が形成された形状であり、前記第１固定部の弾性復元力により前記押付け部が前記センサの本体部を前記延設部へ押し付けることにより固定し、
   前記押付け部の形状は、前記本体部を押し付ける際に前記本体部と前記押付け部との間に隙間を形成しない形状であることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 前記センサの本体部が前記押付け部によって前記延設部に押し付けられて固定された状態において、前記センサの本体部の表面のうちで、径方向で回転輪のある側の端部を先端、周方向の端面である２つの面を側面とし、
   前記センサの本体部の両側面には、軸と直交する方向にレール溝部が形成され、
   前記固定部は第２固定部を有し、その第２固定部は、前記第２面における、前記第１固定部により押し付けられた前記センサの本体部を周方向から挟む２つの位置から前記順方向に延びて屈曲されて先端にレール部が形成され、そのレール部が前記レール溝部に嵌合されて、
   前記レール溝部は前記側面の途中から前記先端まで形成され、前記レール部は前記レール溝部の前記先端の位置まで嵌合され、
   前記レール溝部の先端側とは反対の端面をレール溝端面とし、前記押付け部が前記本体部を押し付けるときに前記本体部に径方向内方への力を作用させ、前記レール部が前記レール溝端面を押して前記本体部に径方向外方への力を作用させ、
   前記レール部とレール溝部とが嵌合する際に、前記レール部とレール溝部との間に隙間が形成されずに前記第２固定部は前記センサの本体部を両側面から挟持する請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
3. 前記延設部は、前記延設部の内径が前記磁性体の内径よりも小さく、前記延設部の外径が前記磁性体の外径よりも大きいように延設された請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受装置。

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