JP2009092491A - 回転支持装置の状態量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上記両転がり軸受5、5の外輪7a、7b同士の間に、鉄系合金製の第一の外輪間座29とアルミニウム合金製の第二の外輪間座30とを設ける。上記両外輪7a、7b同士の間隔は、これら両外輪間座29、30の軸方向長さの和に基づいて決まる。温度上昇時に、上記両外輪7a、7b同士の間隔が拡がる程度を抑え、この間隔が拡がる事に伴う予圧の上昇分を、径方向寸法が拡大する事に伴う予圧低下分で相殺可能にして、上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
例えば四輪自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型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、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、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム(ESC)等の車両用走行安定化装置が使用されている。又、自動二輪車の分野でも従来から、車両の走行安定性を確保する為に、ABS等の車両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を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行う為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニット等の回転支持装置に加わる外力(ラジアル荷重とアキシアル荷重とモーメントとのうちの少なくとも1つ)の大きさを知る事が好ましい場合がある。
上述の様な事情に鑑みて特願2007−116743には、図4〜15に示す様な回転支持装置の状態量測定装置(先発明装置)が開示されている。図4〜6は、この先発明装置の第1例として、自動二輪車の車輪(従動輪である前輪)1をフロントフォーク2、2に対し回転自在に支持する為の回転支持装置に先発明を適用した場合に就いて示している。上記両フロントフォーク2、2の下端部にその両端部を結合固定した、使用時にも回転しない静止部材である軸部材3の中間部周囲に、その外周面に上記車輪1を支持固定した状態で、使用時にこの車輪1と共に回転する回転部材であるハブ4を、1対の転がり軸受5、5を介して回転自在に支持している。これら両転がり軸受5、5は、上記軸部材3の外周面と上記ハブ4の内周面との間に存在する円筒状空間の両端寄り部分に設けられており、上記軸部材3に外嵌固定した内輪6、6と、上記ハブ4に内嵌固定した外輪7、7とを、それぞれ複数個の転動体(玉)8、8を介して、互いに同心に且つ相対回転自在に組み合わせて成る。
尚、上述した第3例では、3個のセンサ19A1 〜19A3 (19B1 〜19B3 )の検出部の円周方向の配置を等間隔としたが、等間隔でなくても、具体的な配置の仕方に合わせて上記(4)〜(9)式を修正すれば、上述した変位、傾き、荷重、モーメントを求められる。
具体的には、上記2個のセンサ19A1 、19B1 の出力信号の位相差比をεB1-A1 と定義すると、上記ハブ4の傾きφx は、次の(14)式により求める事ができる。
上述の様な先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置は、上記軸部材3等の静止部材と上記ハブ4等の回転部材との間に荷重が加わった場合に於ける、これら静止部材と回転部材との相対変位量を測定し、この荷重を推定する。この場合に、この荷重の測定精度を確保する面からは、前記両転がり軸受5、5として、各玉(転動体)8、8に予圧を付与したものを使用する事が好ましい。この理由は、次の通りである。上記軸部材3と上記ハブ4との間に荷重が加わった状態での、これら両部材3、4同士の相対変位量の大きさは、これら両部材3、4同士の間に設けられている上記両転がり軸受5、5の剛性に、ほぼ反比例する。又、これら両転がり軸受5、5の剛性は、上記予圧が大きくなる程大きくなる。
このうちの回転支持装置は、静止側周面に1対の静止側軌道を設け、使用時にも回転しない静止部材と、回転側周面に1対の回転側軌道を設け、使用時に回転する回転部材と、これら両回転側軌道と上記両静止側軌道の間にそれぞれ複数個ずつ、それぞれ転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、上記状態量測定装置は、上記回転部材のうち軸方向に離隔した2個所位置に支持されてこの回転部材と共に回転する1対のエンコーダと、使用時にも回転しない部分に支持固定されたセンサ装置と、演算器とを備える。
このうちの1対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものである。
又、上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた1乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた1乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身の検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させるものである。
更に、上記演算器は、上記各センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである。
以上の構成は、前述した先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置と同様である。
又、上記軌道輪部材の軸方向一端面に円筒状の間座の軸方向一端面を突き当てると共に、この間座の軸方向他端面を、上記相手部材に固定の部分若しくはこの相手部材に嵌合された別の軌道輪部材に突き当てている。
そして、上記間座を構成する材料の線膨張係数と上記相手部材を構成する線膨張係数とを互いに異ならせる事により、温度変化に伴う、上記両静止側軌道と上記両回転側軌道との間に設置した上記各転動体の予圧変化を抑えている。
又、上記回転部材を、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金等の軽合金製のハブとする。そして、それぞれが回転側軌道である1対の外輪軌道を、それぞれこのハブに内嵌された1対の外輪の内周面に形成されたものとする。言い換えれば、それぞれの内周面に外輪軌道を形成した1対の外輪を、上記ハブに内嵌支持する。
更に、上記間座を、熱膨張に伴って上記両外輪同士の間隔を広げる方向に配置する。
この様な請求項3に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項4に記載した発明の様に、上記第一の間座を、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系合金製とし、上記第二の間座を、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金等の軽合金製とする。
(1) 当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面(前述の図6〜13に記載した構造)。
(2) 当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも1個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面(前述の図15に記載した構造)。
或いは、請求項8に記載した発明の様に、上記1対のエンコーダの被検出面をそれぞれ円筒状とし、上記各センサの検出部をこれら両被検出面に対し径方向に対向させる。
更に、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項10に記載した発明の様に、前記回転支持装置を、自動二輪車の車輪支持用の回転支持装置とする。そして、上記静止部材を、軸部材等、使用状態でこの自動二輪車の車体に支持固定される部材とし、上記回転部材を、ホイールのハブ等、上記車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材とする。
即ち、本発明の場合には、前述した先発明の場合と同様に、前記静止部材に対し前記回転部材が変位する(1対のエンコーダが互いに異なる状態で変位する)と、これに伴って、これら両エンコーダの被検出面にそれぞれの検出部を対向させた複数個のセンサの出力信号同士の間の位相差が変化する。この為、この位相差に基づいて、静止部材に対する回転部材の変位や傾きを算出できる。しかも、上記静止部材に対する上記回転部材の変位や傾きが、互いに間隔をあけて配置された1対のエンコーダの変位に反映される。この為、これら両エンコーダの被検出面の直径が小さくなる事に伴って生じる、上記各位相差の検出誤差に対する、上記変位や傾きの算出精度の悪化率の増加を十分に抑えられる。従って、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的小さく、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径も比較的小さくならざるを得ない回転支持装置に適用する場合でも、上記各位相差に基づいて、静止部材に対する回転部材の変位や傾きを精度良く算出できる。
(a) 使用時にも回転しない静止部材は、自動二輪車の車体の一部であるフロントフォーク2、2の下端部にその両端部を支持された軸部材3aで、鉄系合金製である。
(b) 使用時に回転する回転部材は、自動二輪車の前車輪のホイールの中心部に設けられた、アルミニウム系合金製のハブ4aであって、それぞれが単列深溝型(アンギュラ型でも良い)である1対の転がり軸受5、5により、上記軸部材3aの周囲に回転自在に支持されている。
(c) これら両転がり軸受5、5を構成している各玉8、8に、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。
(d) 上記両転がり軸受5、5を構成する1対の内輪6、6は上記軸部材3aの外周面の軸方向に離隔した2個所位置に、それぞれこの軸部材3aに対し軸方向への変位を阻止された状態で、外嵌固定されている。
(e) 上記両転がり軸受5、5を構成する1対の外輪7a、7b同士の間に第一、第二の外輪間座29、30を設け、これら両外輪間座29、30の線膨張係数を、上記軸部材3aを構成する鉄系合金の線膨張係数(更に、必要に応じて、上記ハブ4aを構成するアルミニウム系合金の線膨張係数)、上記両転がり軸受5、5を構成する内輪6、6及び外輪7a、7bの軸受材3a及びハブ4aに対する締め代等を含む、他の仕様との関係で適正に規制する。 本例の構造は、上記(a) 〜(e) の構造を採用する事により、温度変化に拘らず、上記両転がり軸受5、5を構成している、上記各玉8、8に付与されている予圧の変化を抑える様にしている。
上記軸部材3aは、それぞれが鉄系合金製である内筒31と外筒32とを嵌め合わせ固定して成る。上記両内輪6、6は、このうちの外筒32の外周面の軸方向両端寄り部分に、締り嵌めで、それぞれ上記軸部材3aに対する軸方向の変位を阻止した状態で外嵌固定している。この為に、上記両内輪6、6の軸方向内端面(軸方向中央寄りの端面)を上記外筒32の外周面の軸方向両端寄り部分に形成した外向の段差面33、33に突き当てると共に、上記両内輪6、6の軸方向外端面(軸方向両端寄りの端面)を、それぞれ抑え環10a、10bの軸方向内端面により抑え付けている。尚、これら両抑え環10a、10bのうち、一方(図1の左方)の抑え環10aの軸方向外端面は、フロントフォーク2の下端部内側面に突き当てている。更に、上記内筒31の軸方向一端部(図1の左端部)に螺着したボルト35の頭部36により、上記フロントフォーク2の下端部外側面を抑え付けている。これに対して、他方(図1の右方)の抑え環10bの軸方向外端面は、上記内筒31の一部で上記外筒32よりも突出した部分に形成した、別の段差面34に突き当てている。この構成により、前記(d) の様に上記両内輪6、6を上記軸部材3aの外周面の軸方向に離隔した2個所位置に、それぞれこの軸部材3aに対し軸方向への変位を阻止した状態で固定している。尚、状態量測定用のセンサ19A、19Bは上記外筒32の一部に、センサケース39を介して設置し、これら各センサ19A、19Bの出力信号を上記一方の抑え環10aに設けた取り出し孔37を通じて外部に取り出す様にしている。但し、この部分に関しては、前述した先発明と同様に構成できる等、本発明の特徴と関係しない為、詳しい説明は省略する。
特に、本例の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、温度変化に伴う、鉄系合金製の上記軸部材3aとアルミニウム系合金製の上記ハブ4aとの熱膨張量の差に拘らず、前記両転がり軸受5、5を構成する各玉8、8に付与されている予圧の変化を抑えられる。そして、上記両部材3a、4a同士の間に作用する外力を精度良く測定できる。
先ず、背面組み合わせ型の接触角を付与し、鉄系合金製の軸部材3aの外周面とアルミニウム系合金製のハブ4aの内周面との間に設けた複列アンギュラ型玉軸受の予圧が、温度上昇に伴って変化する状況に就いて、図2により説明する。
このうちの径方向の膨張量の差に起因して、上記予圧が低下する傾向になる。即ち、上記軸部材3aの外周面と上記ハブ4aの内周面との間隔が拡がり、前記両内輪6、6の外周面に設けた内輪軌道26、26の外径が拡がる程度に比べて、前記両外輪7a、7bの内周面に形成した外輪軌道27、27の内径が拡がる程度が著しくなり、上記予圧が低下する傾向になる。
これに対して、軸方向の膨張量の差に起因して、上記予圧が上昇する傾向になる。即ち、上記両内輪6、6同士の間隔が拡がる程度に比べて、上記両外輪7a、7b同士の間隔が拡がる程度が著しくなり、上記予圧が上昇する傾向になる。
2 フロントフォーク
3、3a 軸部材
4、4a ハブ
5 転がり軸受
6 内輪
7、7a、7b 外輪
8 玉
9 間座
10、10a、10b 抑え環
11 段差面
12 シールリング
13、13a エンコーダ
14 芯金
15 エンコーダ本体
16 小径段部
17 円筒部
18 円輪部
19A、A1 〜19A6 、19B、B1 〜19B3 センサ
20 支持部材
21 演算器
22 溝部
23 通孔
24 第一特性変化部
25 第二特性変化部
26 内輪軌道
27 外輪軌道
29 第一の外輪間座
30 第二の外輪間座
31 内筒
32 外筒
33 段差面
34 段差面
35 ボルト
36 頭部
37 取り出し孔
38 突条部
39 センサケース
Claims (10)
- 回転支持装置と状態量測定装置とを備え、
このうちの回転支持装置は、静止側周面に1対の静止側軌道を設け、使用時にも回転しない静止部材と、回転側周面に1対の回転側軌道を設け、使用時に回転する回転部材と、これら両回転側軌道と上記両静止側軌道の間にそれぞれ複数個ずつ、それぞれ転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
上記状態量測定装置は、上記回転部材のうち軸方向に離隔した2個所位置に支持されてこの回転部材と共に回転する1対のエンコーダと、使用時にも回転しない部分に支持固定されたセンサ装置と、演算器とを備え、
このうちの1対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものであり、
上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた1乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた1乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身の検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記各センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである回転支持装置の状態量測定装置であって、
上記両静止側軌道と上記両回転側軌道とのうちの少なくとも1個の軌道は、当該軌道をその周面に設けた静止部材又は回転側部材である相手部材に円環状の軌道輪部材を嵌合する事により設けたものであり、
上記軌道輪部材の軸方向一端面に円筒状の間座の軸方向一端面を突き当てると共に、この間座の軸方向他端面を、上記相手部材に固定の部分若しくはこの相手部材に嵌合された別の軌道輪部材に突き当てており、
上記間座を構成する材料の線膨張係数と上記相手部材を構成する線膨張係数とを互いに異ならせる事により、温度変化に伴う、上記両静止側軌道と上記両回転側軌道との間に設置した上記各転動体の予圧変化を抑えた
回転支持装置の状態量測定装置。 - 静止部材が鉄系合金製の軸部材であって、それぞれが静止側軌道である1対の内輪軌道がこの軸部材の外周面に、この軸部材に対する軸方向の変位を阻止した状態で設けられており、
回転部材が軽合金製のハブであって、それぞれが回転側軌道である1対の外輪軌道が、それぞれこのハブに内嵌された1対の外輪の内周面に形成されたものであり、
間座が、熱膨張に伴ってこれら両外輪同士の間隔を広げる方向に配置されている、
請求項1に記載した回転支持装置の状態量測定装置。 - 互いに線膨張係数が異なる金属材料により造られた第一、第二の間座を軸方向に関して互いに直列に配置した、請求項2に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 第一の間座が鉄系合金製であり第二の間座が軽合金製である、請求項3に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 互いに直交するx軸、y軸、z軸から成る三次元直交座標系のうちのy軸を静止部材の中心軸に一致させた場合に、演算器は、各センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止部材に対する回転部材の、x軸方向の変位xと、y軸方向の変位yと、z軸方向の変位zと、x軸回りの傾きφx と、z軸回りの傾きφz とのうちの、少なくとも1つの変位若しくは傾きを算出する機能を有するものである、
請求項1〜4のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。 - 1対のエンコーダの被検出面がそれぞれ、当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面と、当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも1個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面とのうちの、何れか一方である、請求項1〜5のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 1対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円輪状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し軸方向に対向している、請求項1〜6のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 1対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円筒状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し径方向に対向している、請求項1〜6のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 演算器が、自身が算出した静止部材に対する回転部材の変位若しくは傾きに基づき、これら静止部材と回転部材との間に作用する外力を算出する機能を有する、請求項1〜8のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
- 回転支持装置が、自動二輪車の車輪用の回転支持装置であり、使用状態で、静止部材が自動二輪車の車体に支持固定される部材となり、回転部材が車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材となる、請求項1〜9のうちの何れか1項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
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