JP2009192083A - 変形計測機器が備えられた領域に剛性の差を有するローラーベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】転動体の通過による弾性的な変形を測定する計測機器を取り付けた固定部材が設置領域と他とで剛性差を有するローラーベアリングを提案する。
【解決手段】固定部材１と、回転式部材と、これら両部材の相対的回転が可能になるようにこれら両部材間に配置された少なくとも１列の転動体とを含んでいるローラーベアリングであって、上記固定部材は、周面３を含んでおり、当該周面３は、上記回転式部材の回転時における上記転動体の通過によって生じる力によって弾性的に変形可能であり、且つ、上記変形を測定するための計測機器が少なくとも１つ取り付けられた、計測機器設置領域４を少なくとも１つ有しており、上記計測機器設置領域は、円周方向における側方が、計測機器非設置領域５によって囲まれており、上記計測機器設置領域４の剛性が、上記計測機器非設置領域５の剛性よりも厳密に大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定部材と、回転部材と、これら両部材の相対的回転が可能になるようにこれら両部材間に配置された少なくとも１列の転動体とを含んだ、ローラーベアリングに関する。

本発明は特に、車輪ベアリングの固定輪が自動車のシャーシに固定され、当該ベアリングの回転式リングによって車輪が回転可能に取り付けられ、これらのリングとリングとの間に２列のボールが設けられている、自動車の車輪ベアリングに適用される。

特にＡＢＳまたはＥＳＰなどの支援装置および安全装置など多数の用途において、車の走行中に車輪と当該車輪がその上で回転する道路との接触面に加えられる力を割り出す必要がある。

これらの力は、具体的には、転動体の通過によって生じる固定輪の変形を測定することによって割り出すことができる。実際、これらの変形の振幅は、ベアリングによって伝達される力の表れである。これを行うために、具体的には特許文献１において、変形を測定するための少なくとも１つの計測機器を固定輪領域に取り付けることによって、当該固定輪領域に測定機能を持たせることが示唆されている。

欧州特許出願公開第１１７６４０９号明細書

しかし、このように行われる変形の測定は、未だ困難である。これは、具体的には、転動体の通過以外の要因によって生じる固定輪の一般的な変形に関する振幅の中での変動が低いことに起因する。具体的には、温度によって外部リングの平均的な変形が生じるが、転動体の通過によって生じる変形は、この平均値周辺においてわずかにしか変動しない。

本発明は、具体的には、変形の測定機能が備えられていると共に、転動体の通過によって生じる振幅変動および変形と上記固定部材の変形の平均振幅との比を高くできるように構成された固定部材を有する、ローラーベアリングを提案することによって従来技術を改善することを目的とする。

この目的のために、本発明は、固定部材と、回転式部材と、これら両部材の相対的回転が可能になるようにこれら両部材間に配置された少なくとも１列の転動体とを含んでいるローラーベアリングであって、上記固定部材は周面を含んでおり、当該周面は、上記回転式部材の回転時における上記転動体の通過によって生じる力によって弾性的に変形可能であり、且つ、上記変形を測定するための計測機器が上部に少なくとも１つ取り付けられた、計測機器設置領域（instrumented area）を少なくとも１つ有しており、上記計測機器設置領域は、円周方向において側方が、計測機器非設置領域によって囲まれており、上記計測機器設置領域の剛性は、上記計測機器非設置領域の剛性よりも厳密に大きい、ローラーベアリングを提案する。

本発明の第１の実施形態に係るローラーベアリングの斜視図である。 図１に係るローラーベアリングの縦方向における断面図である。 図３、本発明の第２の実施形態に係るローラーベアリングの斜視図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るローラーベアリングの斜視図である。 図３および図４に係るローラーベアリングの縦方向における断面図である。

本発明の他の目的および利点について、添付図面を参照しながら以下に説明する。

これらの図に関して、車のシャーシに取り付けられる固定外部部材１と、車輪に備え付けられる内部回転式部材（図示せず）と、ローラー経路２内に配置される２列のボール（図示せず）と、を含んだ自動車の車輪のローラーベアリングについて以下に説明する。しかし本発明は、他の種類のローラーベアリング、および、自動車等において別の用途に用いられるベアリングに関している場合もある。

車が走行すると路上において車輪が回転し、路面と車輪との接触面において力が生じる。これらの力は、ベアリングによってシャーシに伝達される。このため、これらの力は、特に車の支援装置および安全装置を供給する目的において、ベアリングに加えられる力のトルソ（ねじれ、torsor）の成分を時間的に推測することによって割り出すことができる。

具体的には、ボールが通過すると、力のトルソによって固定部材１が変形する。これらの変形の測定を用いて、上記トルソの成分の見積もりを計算することができる。

このために、固定部材１は、回転式部材の固定部材１内における回転時に転動体の通過によって弾性的に変形可能な周面３を含んでいる。図示されている実施形態では、周面３は、固定部材の外周、より具体的には上記外面の円筒形の回転部に形成されている。実際、転動体の通過によって面３上に半径方向の力が生じ、当該半径方向の力よって面３が平均値周辺で周期的かつ弾性的に変形する。

変形可能な面３は、変形を測定するための計測機器（図示せず）が面上に少なくとも１つ取り付けられた、計測機器が備えられた領域（計測機器設置領域）４を少なくとも１つ含んでいる。一実施形態では、上記計測機器は、抵抗（特に、ピエゾ抵抗または磁気抵抗）素子に基づいた１つ以上のパターンを有していてよい。これらは、上記領域に例えばボンディングによって取り付けられた支持基板上に配置されている。この取り付けを容易にするために、計測機器が備えられた領域４は、上部に基板が取り付けられる平坦部を有していてよい。

具体的には、基板上において離間されたパターンのバー（bar of patterns）を含んだ計測機器を用いて、平均値周辺の擬似正弦波時間信号を供給することができる。当該信号は、計測機器が備えられた領域４の変形に依存している。従って、当該信号は、転動体の通過によって生じる変形の振幅を示す擬似正弦波成分を用いるように設計することができる。しかし本発明は、固定部材１の外面３の変形を測定する計測機器の特定の実施形態に限定されるものではない。

計測機器が備えられた領域４は、円周方向における側方が、計測機器が備えられていない領域（計測機器非設置領域）５によって囲まれている。図示されている実施形態では、固定部材１の外面３に、計測機器が備えられた領域４が４つ等しく分布しており、これらの計測機器が備えられた領域は、計測機器が備えられていない４つの領域５によって互いに分離されている。具体的には、領域４および５の縁は軸方向に伸びており、計測機器が備えられていない領域５の角度寸法は、計測機器が備えられた領域４の角度寸法よりも、例えば約２倍大きい。

これらの図に関連して、ローラーベアリングの２つの実施形態について以下に説明する。これらの実施形態では、固定部材１の外面３はフランジ６を含んでおり、フランジ６は、固定構造にボルトで固定することによってベアリングを取り付ける手段を形成する４つの穴７を含んでいる。具体的には、フランジ６は、外面３の縁近傍から基本的には放射状に伸びており、計測機器が備えられた領域４は、フランジ６から上記外面の反対側の縁に向かって軸方向に伸びている。

本発明は、転動体の通過によって生じる変形の振幅変動と、固定部材１の変形の平均振幅との比を高めるために、計測機器が備えられた領域４の剛性が、計測機器が備えられていない領域５の剛性よりも厳密に高いことを要求する。実際、平均的な変形、具体的には固定部材１の外面３の楕円化および膨張は、これら変形を計測機器が備えられた領域４上において制限するように、計測機器が備えられていない領域５上においてより顕著に現れるようにする。

さらに、平均的な変形の変動が測定に与える影響を制限するために、計測機器が備えられた領域４の最も剛性が高い部分（例えば、図示されている実施形態ではフランジ６付近）に、計測機器を取り付けることができる。

さらに、転動体の通過によって生じる変形の測定の振幅を高めるために、ローラー経路２に可能な限り近接させて計測機器を配置してもよい。図示されている実施形態では、計測機器が備えられた領域４は、ローラー経路２を含んだ放射面付近に計測機器を含んでいてよい。これらの計測機器は、同一の基板に配置されていてよく、一方のローラー経路２から他方のローラー経路へと軸方向に伸びる。

さらに、図示されている実施形態では、上記ローラーベアリングは、計測機器が備えられた領域４の剛性を高める構造的手段、および／または、計測機器が備えられていない領域５を弛緩する構造的手段を含んでいる。具体的には、これらの剛性を高めるおよび弛緩手段はそれぞれ、固定部材１上、特に弾性的に変形可能な面３上に、増加または減少された量の材料を含んでいてよい。図示されていない一実施形態では、剛性増大および／または弛緩は、計測機器が備えられた領域４および計測機器が備えられていない領域５をそれぞれ形成する材料の固有の剛性を変更することによって行うことができる。

図１および図２では、上記剛性を高める構造的手段は、外面３に固定されていると共にフランジ６から伸びている２つの軸壁８を含んでいる。より具体的には、フランジ６は放射状に伸びており、壁８は、上記フランジの側面と一体的であると共に円周方向において離間されている。さらに、図示されている軸壁８は、外面３の軸寸法全体に伸びており、その半径寸法は、フランジ６から外面３の反対側の縁に向かって小さくなっている。本実施形態によって、計測機器が備えられた領域４の剛性を高めるためのＵ構造を得ることができる。

各壁８はさらに、計測機器が備えられた領域４を計測機器が備えられていない領域５から分離して、上記計測機器が備えられた領域の角度範囲を上記軸壁間において決定している。さらに、計測機器が備えられた領域４の角度寸法は、計測機器が備えられていない領域５の角度寸法よりも厳密に小さいため、上記計測機器が備えられた領域の剛性は壁８によって本質的に高められる。

図１および図２では、計測機器が備えられた領域５を決定している角度部分において、２つの軸壁８間に取り付け穴７が配置されている。これによって壁８は、取り付け時の力が主に集中するフランジ６の部分の剛性も高める。

さらに、計測機器が備えられた領域４とフランジ６との接合部に穴９が形成されている。実際、上記穴に上記計測機器を少なくとも部分的に取り付けて、フランジ６の下に形成されたローラー経路２に可能な限り近接して配置することができる。

上記ローラーベアリングは、計測機器が備えられた領域４の剛性を高めるのに加えて、計測機器が備えられていない領域５を弛緩する手段を含むことによって、上記領域４と５との間の剛性の差を増加させることができる。

図示されている２つの実施形態では、計測機器が備えられていない領域５を弛緩する上記手段は、上記領域とフランジ６との接合部に位置する穴１０を含んでいる。従ってフランジ６を、計測機器が備えられていない領域５から、角度区域において少なくとも部分的に取り外すことによって、上記計測機器が備えられていない領域が弛緩される。

さらに、図１および図２において、計測機器が備えられていない領域５の向かい側に形成されたフランジ６の部分も弛緩される。実際、この部分の一般的な高さは、上記領域４と５との間の剛性の差を増加させるように、計測機器が備えられた領域４の向かい側に形成されたフランジの一般的な高さよりも低い。特に、計測機器が備えられていない領域５の向かい側に形成されたフランジ６の上記部分は、２つの軸壁８間に凹み１１を有している。

計測機器が備えられていない領域５を弛緩するために、さらに、上記領域の向かい側に形成されたフランジ６の上記部分の厚さを薄くすることができる。図示されていない別の実施形態では、穴９は、上記フランジ内に不連続が形成されるようにフランジ６の高さ全体に伸びていてよい。

図３〜図５では、剛性を高める構造的手段は、計測機器が備えられた領域４上において突出していると共に計測機器が取り付けられた、突起１２を含んでいる。本発明では、計測機器が備えられた領域４のこの直接的な剛化は、前述した軸方向剛化壁８を設けることによる上記領域の間接的な剛化と組み合わせることができる。

これらの突起１２は、計測機器を取り付けるための平坦部を有している。当該平坦部は、その中心部１３の直径が固定部材１の外面３の直径と実質的に等しくなるように、且つ、その側縁１４が上記面に対して放射上に突き出るように、形成されている。従って、計測機器を中心部１３に配置することによって、ローラー経路２に可能な限り近接した計測機器の取り付けと、上記計測機器の横に材料を付加することによる剛性の増大とを組み合わせることができる。

Claims (15)

1. ローラーベアリングであって、
   固定部材（１）と、回転式部材と、当該固定部材（１）と当該回転式部材との相対的回転が可能になるように当該固定部材（１）と当該回転式部材との間に配置された少なくとも１列の転動体とを含んでおり、
   上記固定部材は、周面（３）を含んでおり、
   上記周面（３）は、上記回転式部材の回転時における上記転動体の通過によって生じる力によって弾性的に変形可能であり、且つ、上記変形を測定するための計測機器が少なくとも１つ取り付けられている、計測機器設置領域（４）を少なくとも１つ有しており、
   上記計測機器設置領域は、円周方向における側方が、計測機器非設置領域（５）によって囲まれており、
   ベアリングは、上記計測機器設置領域（４）の剛性が、上記計測機器非設置領域（５）の剛性よりも厳密に高いことを特徴としている、ローラーベアリング。
2. 上記計測機器設置領域（４）の剛性を高くする構造的手段、および／または、計測機器非設置領域（５）を弛緩する構造的手段を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のローラーベアリング。
3. 上記周面（３）は、上記固定部材（１）の外面上に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のローラーベアリング。
4. 上記計測機器設置領域（４）は、上記計測機器が取り付けられた平坦部を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載のローラーベアリング。
5. 上記固定部材（１）の上記外面（３）は、上記ベアリングを固定構造に取り付ける手段（７）を含んだフランジ（６）を有していることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載のローラーベアリング。
6. 上記計測機器設置領域（４）は、上記フランジ（６）から、上記外面（３）の向かい側の縁へ伸びていることを特徴とする、請求項５に記載のローラーベアリング。
7. 上記計測機器は、上記フランジ（６）付近において上記計測機器設置領域（４）上に取り付けられている、請求項６に記載のローラーベアリング。
8. 上記剛性を高くする構造的手段は、上記外面（３）に固定されていると共に上記フランジ（６）から伸びている２つの軸壁（８）を含んでおり、各軸壁（８）は、上記計測機器設置領域の角度範囲を上記軸壁の間に決定するように、上記計測機器設置領域（４）を、計測機器非設置領域（５）から分離しており、上記計測機器設置領域（４）の角度寸法は、上記計測機器非設置領域（５）の角度寸法よりも厳密に小さいことを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載のローラーベアリング。
9. 上記２つの軸壁（８）の間の、上記計測機器設置領域（４）の範囲を決定している角度部分内に、取り付け手段（７）が形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のローラーベアリング。
10. 上記軸壁（８）は、上記外面（３）の軸方向寸法全体に伸びていることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載のローラーベアリング。
11. 上記計測機器設置領域（４）と上記フランジ（６）との接合部には穴（９）が形成されており、上記計測機器は少なくとも部分的には上記穴の内部に取り付けられていることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか１項に記載のローラーベアリング。
12. 計測機器非設置領域（５）を弛緩する上記手段は、上記フランジ（６）を、角度区域において少なくとも部分的には、上記計測機器非設置領域（５）から分離するように、上記領域と上記フランジ（６）との上記接合部に穴（１０）を含んでいることを特徴とする、請求項５から１１のいずれか１項に記載のローラーベアリング。
13. 上記穴（１０）は、上記フランジ内に不連続を形成するように、上記フランジ（６）の高さ全体に広がっていることを特徴とする、請求項１２に記載のローラーベアリング。
14. 上記剛性を高くする構造的手段は、上記計測機器設置領域（４）上において突出した突起（１２）を含んでおり、上記測定計測機器は当該突起上に取り付けられていることを特徴とする、請求項２から１３のいずれか１項に記載のローラーベアリング。
15. 上記突起（１２）は、上記計測機器を取り付けるための平坦部を有しており、当該平坦部は、その中心部（１３）の直径が上記固定部材（１）の上記外面（３）の直径と実質的に等しくなるように、且つ、上記平坦部の側縁（１４）が上記外面に対して放射上に突き出るように形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載のローラーベアリング。

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