JP2009257474A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンテナンス性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 本発明のセンサ付き転がり軸受装置１は、外輪３と内軸２との相対回転を検出するためのセンサ機構と、外輪３と内軸２との環状開口を密封する密封機構とを備えている。密封機構は、内軸２の端部外周面に一体回転可能に固定されたスリンガ１０と、外輪３の内周面３ｃに内嵌された環状の芯金１１とを備えている。センサ機構は、スリンガ１０に一体回転可能に固定された着磁パルサリング１２と、磁気センサ１３と、磁気センサ１３が固定された状態で外輪３の外周面３ｄに外嵌固定され、当該磁気センサ１３を外輪３に対して着脱可能に固定している環状の固定部材１５とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、自動車等の車輪を支持するためのセンサ付き転がり軸受装置に関する。

自動車などの車輪を支持する転がり軸受装置には、アンチロックブレーキシステム等を制御するために、当該車輪の回転速度を検出するためのセンサが組み込まれたものがある。
このようなセンサ付き転がり軸受装置において、内外輪間を密封するための密封機構にセンサ機構を一体に組み込んだ、センサ付きの密封装置が用いられる場合がある。
上記センサ付き密封装置としては、例えば、回転輪である内輪に一体回転可能に固定されたスリンガと、このスリンガに一体回転可能に固定された着磁パルサリングと、固定輪である外輪に固定されるとともに前記スリンガに摺接しているシール部材を備えた環状の芯金と、この芯金に一体成形された樹脂リングと、この樹脂リング内部に埋包固定され前記エンコーダに近接配置された磁気センサとを有したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１２７１４２号公報

上記従来例のセンサ付き転がり軸受装置において、磁気センサは、芯金に一体成形された樹脂リングに埋包固定されているため、例えば、磁気センサを交換しようとすると、密封機構を構成している芯金ごと取り外し、シール部材を有する芯金ごと交換する必要がある。このため、メンテナンスに手間がかかるという問題を有していた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、メンテナンス性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明であるセンサ付き転がり軸受装置は、車体側に固定される外輪と、車輪が固定される内輪部材と、前記外輪と前記内輪部材との間に介在している複数の転動体と、前記外輪と前記内輪部材との相対回転を検出するためのセンサ機構と、前記外輪と前記内輪部材との環状開口を密封する密封機構と、を備え、前記密封機構は、前記内輪部材の端部の外周面に一体回転可能に固定された環状のスリンガと、前記外輪の端部の内周面に内嵌されているとともに、前記スリンガに摺接しているシール部材を備えた環状の芯金と、を備え、前記センサ機構は、前記密封機構が密封している密封空間内で前記スリンガに一体回転可能に固定されているとともに、外周面側が被検出面とされた環状の着磁パルサリングと、前記着磁パルサリングの被検出面に近接配置され前記着磁パルサリングによる磁極の変化に基づいて前記外輪と前記内輪部材との間の相対回転を検出する磁気センサと、前記磁気センサが固定された状態で外輪の外周面に外嵌固定され、当該磁気センサを前記外輪に対して着脱可能に固定している環状の固定部材と、を有していることを特徴としている。

上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置によれば、磁気センサは、外輪の外周面に外嵌固定された固定部材によって、外輪に対して着脱可能に固定されているので、外輪の内周面に内嵌されている芯金に対して別個独立に着脱することができ、磁気センサの交換に際して、上記従来例のように、芯金ごと交換する必要がない。この結果、当該センサ付き転がり軸受装置のメンテナンス性を高めることができる。

また、前記固定部材は、その一端部が前記外輪の端部の外周面に外嵌固定され当該外輪の端面よりも外輪外方側に突出して前記密封機構の外周側を覆っている筒部と、前記筒部の他端部から径方向内側に延びて前記密封機構の外方端部側を覆っている環状部とを有し、前記環状部の先端と前記内輪部材の外周面との間の隙間でラビリンスシールを構成していることが好ましい。
この場合、固定部材は、内輪部材の外周面との間で、ラビリンスシールを構成しつつ密封機構の外周側及び外方端部側を覆うことで、内輪部材の相対回転を阻害することなく密封機構が外部の塵埃や泥水等に直接曝されるのを防止することができ、その結果、密封機構の密封性や耐久性を高めることができる。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、メンテナンス性を高めることができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。このセンサ付き転がり軸受装置１は、自動車など車両の駆動輪を懸架装置に対して回転自在に支持するものである。

図１において、センサ付き転がり軸受装置１は、複列のアンギュラ玉軸受を構成しており、図示しない駆動輪が取り付けられるフランジ部２ａを有する内軸２と、内軸２の外周側に同心に配置された外輪３と、内軸２と外輪３の間に介在した転動体としての複数の玉４と、これら玉４を周方向に等配に保持する保持器５とを備えている。また、このセンサ付き転がり軸受装置１は、さらに、内軸２及び外輪３間の環状空間におけるフランジ部２ａ側である軸方向一端側の環状開口を密封するシール６と、軸方向他端側の環状開口を密封するとともに内軸２の回転速度を検出するためのセンサ機構を備えたセンサ付き密封装置７とを備えている。

外輪３は、車両側に固定される固定輪であり、外周面には車両の懸架装置に取り付けるための取付フランジ３ａが形成されている。また、その内周面には玉４が転動する複列の外輪軌道３ｂが形成されている。
内軸２は、前記駆動輪が取り付けられる車軸であるとともに、当該センサ付き転がり軸受装置１の内輪部材を構成しており、フランジ部２ａが形成された内軸本体８と、この内軸本体８の車両内側（図１中紙面左側）他端に嵌合固定された円環状の内輪環９とを備えている。
内軸２に形成されたフランジ部２ａには、前記駆動輪を当該フランジ部２ａに固定するための複数のハブボルト２ａ１が固定されている。また、内軸２の外周面には、複列の外輪軌道３ｂに対向して複列の内輪軌道２ｂが形成されており、複数の玉４は、内輪軌道２ｂ及び外輪軌道３ｂとの間に転動自在に配置されている。
また、内軸２には、軸方向に貫通する貫通孔２ｃが設けられており、この貫通孔２ｃには、前記駆動輪を駆動するためのドライブシャフト（図示せず）と連結するための等速ジョイントのシャフト部（図示せず）が挿入される。前記シャフト部と、内軸２とは、互いにスプライン嵌合されることで、一体回転可能に固定される。
上記構成によって、センサ付き転がり軸受装置１は、内軸２を外輪３に対して回転自在に支持しており、内軸２に固定される前記駆動輪を回転自在に支持する。

内軸２と外輪３との間の環状開口を密封しているセンサ付き密封装置７は、内輪環９の外周面に一体回転可能に外嵌固定された円環状のスリンガ１０と、外輪３端部の内周面３ｃに内嵌固定された環状の芯金１１と、スリンガ１０に一体回転可能に固定された円環状の着磁パルサリング１２と、内部に磁気センサ１３を備えたセンサ部１４と、外輪３端部の外周面３ｄに外嵌固定された環状の固定部材１５とを有している。

図２は、図１中の要部を拡大した断面図である。図において、芯金１１は、オーステナイト系ステンレス鋼板といった非磁性の金属板等をプレス加工することによって形成された部材であり、外輪３の内周面３ｃに内嵌固定された外筒部１１ａと、外筒部１１ａの内周側に位置する内筒部１１ｂと、両筒部１１ａ，１１ｂの軸方向一端部を繋ぐ円環部１１ｃとを有することで断面ほぼＵ字型に形成されている。これら両筒部１１ａ，１１ｂ、及び円環部１１ｃは、断面ほぼＵ字型に形成されることで、後述するセンサ部１４の突出部１４ｃが挿入された環状空間を形成している。
外筒部１１ａの他端部側の端面は、外輪３の端面３ｅと面一とされている。
また、内筒部１１ｂの他端部には、径内方向に延びる縁部１１ｄが形成されており、縁部１１ｄの内周端部には、環状のシール部材１６が加硫接着等によって固定されている。
シール部材１６は、ゴム等の弾性体によって円環状に形成された部材であり、内輪環９に固定されたスリンガ１０の外周面に摺接する複数のシールリップ１６ａを有している。

スリンガ１０は、ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ等の冷延鋼板やステンレス鋼板をプレス加工することによって形成された部材であり、内輪環９に外嵌された円筒部１０ａ、及びこの円筒部１０ａの軸方向他端部から径外方向に延びる環状部１０ｂを有することで断面Ｌ型に形成されている。環状部１０ｂは、芯金１１の縁部１１ｄに対して対向配置するように形成されている。縁部１１ｄに固定されたシール部材１６の複数のシールリップ１６ａは、その先端が環状部１０ｂの側面、及び円筒部１０ａの外周面に摺接するように形成されており、このシール部材１６によって、スリンガ１０と芯金１１との間をシールしている。
このように、外輪３の内周面３ｃに内嵌された芯金１１、及び芯金１１が有するシール部材１６が摺接するとともに内輪環９に外嵌されたスリンガ１０は、外輪３と内輪環９（内軸２）との環状開口を密封する密封機構を構成している。

また、スリンガ１０は、円筒部１０ａの外周面に外嵌固定されるとともにその外周側で着磁パルサリング１２を支持している支持部材１７をさらに有している。この支持部材１７は、断面Ｕ字型で円環状に形成されており、芯金１１の内筒部１１ｂの内周側に配置されるように円筒部１０ａの外周面に外嵌固定されている。

上記支持部材１７を介してスリンガ１０に一体回転可能に支持されている着磁パルサリング１２は、プラスチック磁石等を用いて円筒状に形成されており、芯金１１の内筒部１１ｂに対して僅かな隙間を置いて対向するように配置されている。
また、着磁パルサリング１２の外周面１２ａは、周方向に沿ってＮ極とＳ極が所定位置に配列されるように着磁されている。このため、着磁パルサリング１２は、内軸２と一体回転することで、内軸２の回転速度に応じて、センサ部１４に対する磁極を変化させることができる。

センサ部１４は、樹脂等を用い、固定部材１５に対してインサート成形によって一体的に形成固定された部材であり、着磁パルサリング１２の磁力を検出するための磁気センサ１３を内部に備えた本体部１４ａと、本体部１４ａから径方向外側に突出して形成されたコネクタ１４ｂ（図１参照）とを有している。

図３（ａ）は、センサ部１４及び固定部材１５の外観図である。図２及び図３（ａ）を参照して、センサ部１４は、上述のようにインサート成形によって固定部材１５の上部に形成、固定されており、固定部材１５を介して外輪３に固定されている。
本体部１４ａは、後述する固定部材１５の筒部１５ａ及び環状部１５ｂの一部を埋包しており、筒部１５ａの径方向両側に突出するように形成されている。

本体部１４ａの筒部１５ａ内側に位置する端部には、外輪３側に向かって軸方向に突出した突出部１４ｃが形成されている。突出部１４ｃは、センサ部１４が外輪３に固定された状態で、芯金１１の外筒部１１ａ、内筒部１１ｂ、及び円環部１１ｃとによって構成されている環状空間に挿入されており、芯金１１の外筒部１１ａの内周面、内筒部１１ｂの外周面、及び円環部１１ｃの端面、それぞれに沿う円弧状に形成されている。
センサ部１４は、本体部１４ａの側面が外輪３の端面３ｅに当接した状態で固定されており、この状態で、突出部１４ｃは、その先端１４ｃ１、及び内径面１４ｃ２がそれぞれ円環部１１ｃの内側面、及び内筒部１１ｂの外周面に接している。

突出部１４ｃの内部には、上述の磁気センサ１３が埋包されている。磁気センサ１３は、突出部１４ｃに埋包されることで、芯金１１の内筒部１１ｂの外周側に位置することとなり、内筒部１１ｂを介在して着磁パルサリング１２の外周面１２ａに近接配置されている。
磁気センサ１３は、磁極の変化を検出し、その検出結果を信号として出力するものである。磁気センサ１３は、着磁パルサリング１２の外周面１２ａに近接配置されることで、着磁パルサリング１２が内軸２とともに一体回転することにより生じさせる、内軸２の回転に応じた磁極の変化を検出する。磁気センサ１３は、コネクタ１２ｂに接続されており、検出信号をコネクタ１２ｂを介して外部に出力する。
コネクタ１２ｂには、当該センサ付き転がり軸受装置１が搭載される車両の制御装置からのハーネスが接続され、磁気センサ１３の検出信号を前記制御装置に出力することができるように構成されている。前記制御装置は、磁気センサ１３の検出信号に基づいて、内輪２の回転速度を認識し、車両のアンチロックブレーキシステム等の制御に反映する。
このように、着磁パルサリング１２、センサ部１４、及び固定部材１５は、外輪３と内軸２との相対回転による内軸２の回転速度を検出するセンサ機構を構成している。

固定部材１５は、ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ等の冷延鋼板やステンレス鋼板をプレス加工することによって形成された部材であり、その上部には、上述のようにセンサ部１４が一体的に形成、固定されている。固定部材１５は、図２に示すように、本体部１４ａの側面を外輪３の端面３ｅに当接させ、突出部１４ｃが芯金１１の内筒部１１ｂと外筒部１１ａとの間の環状空間に挿入させた状態でセンサ部１４を外輪３に対して固定している。

固定部材１５は、一端部が外輪３の外周面３ｄに着脱可能に外嵌固定された筒部１５ａと、筒部１５ａの他端部から径方向内側に延びる環状部１５ｂとを有している。
筒部１５ａは、外輪３の端面３ｅから外輪外方側に突出して固定されており、芯金１１及びスリンガ１０の外周側を覆っている。筒部１５ａの他端部は、密封機構としての外方端部であるスリンガ１０の環状部１０ｂよりも外側にまで突出している。環状部１５ｂは、筒部１５ａの他端部から径方向内側に延びることで、芯金１１及びスリンガ１０からなる密封機構の外方端部側を覆っている。
このように、固定部材１５は、外輪３の端部において、芯金１１及びスリンガ１０からなる密封機構全体を覆っており、この密封機構が外部の塵埃や泥水等に直接曝されるのを防止することができ、その結果、密封機構の密封性や耐久性を高めることができる。

また、環状部１５ｂは、その先端１５ｂ１と内輪環９の外周面９ａとの間に僅かな隙間を置いて形成されることでラビリンスシールを構成しており、内輪環９の相対回転を阻害することなく、固定部材１５の内部側に外部の塵埃等が侵入するのを抑制している。この先端１５ｂ１と外周面９ａとの間の隙間寸法Ｔ１は、０．１ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、この場合、効果的に塵埃等の侵入を抑制することができる。
さらに、固定部材１５の内部側に泥水が侵入したとしても容易に排水できるように、環状部１５ｂにおける、センサ部１４に対して軸方向反対側の位置に、固定部材１５の内外を連通するドレイン穴を設けても良い。

また、スリンガ１０の環状部１０ｂにおいても、その先端１０ｂ１と、固定部材１５の筒部１５ａ内周面１５ａ１との間に僅かな隙間を置いて形成されることでラビリンスシールを構成しており（図１参照）、これによって、外部の塵埃等の侵入をさらに抑制し、密封機構にまで塵埃等が到達するのを防止している。なお、スリンガ１０の環状部１０ｂには、筒部１５ａ内周面１５ａ１から突出するように固定されているセンサ部１４の本体部１４ａを逃がすための切り欠き部１０ｂ２が形成されており（図２参照）、この切り欠き部１０ｂ２の端縁と本体部１４ａとの間においても、上記同様に僅かな隙間が設けられている。このスリンガ１０の環状部１０ｂと、筒部１５ａ（本体部１４ａ）との間の隙間寸法Ｔ２は、０．１ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、この場合、より効果的に塵埃等の侵入を抑制することができる。

また、固定部材１５の筒部１５ａは、上述のように、外輪３の外周面３ｄに対して着脱可能に外嵌固定されている。このため、本実施形態のセンサ付き転がり軸受装置１にセンサ付き密封装置７を組み込むには、まず、図３（ｂ）に示すように、外輪３、及び内輪環９に、それぞれ、芯金１１、及び支持部材１７を介して着磁パルサリング１２が固定されたスリンガ１０を嵌合固定した後、センサ部１４が固定された固定部材１５を外輪３に外嵌固定する。
これによって、センサ部１４の突出部１４ｃが芯金１１の内筒部１１ｂと外筒部１１ａとの間の環状空間に挿入され、磁気センサ１３を着磁パルサリング１２に近接配置した状態で当該センサ部１４を外輪３に固定することができる。

一方、当該センサ付き転がり軸受装置１のメンテナンス等を行うに当たって、センサ部１４を外輪３から取り外す場合には、固定部材１５を軸方向に移動させて外輪３から取り外せば、芯金１１やスリンガ１０は外輪３及び内輪環９に嵌合したまま、固定部材１５とともにセンサ部１４も外輪３から取り外すことができる。
このように、固定部材１５は、センサ部１４が固定された状態で外輪３の外周面３ｄに外嵌固定されることで、センサ部１４を外輪３に対して着脱可能に固定している。

上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置１によれば、磁気センサ１３は、外輪３の外周面３ｄに外嵌固定された固定部材１５によって、外輪３に対して着脱可能に固定されているので、外輪３の内周面３ｃに内嵌されている芯金１１に対して別個独立に着脱することができる。その結果、磁気センサ１３の交換に際して、上記従来例のように、芯金１１ごと交換する必要がない。この結果、当該センサ付き転がり軸受装置１のメンテナンス性を高めることができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、センサ部１４を固定部材１５に対して一体的に固定したが、着脱可能に固定してもよい。
また、上記実施形態では、固定部材１５の環状部１５ｂと、内輪環９との間でラビリンスシールを構成した場合を例示したが、例えば、図４に示すように、環状部１５ｂと、当該センサ付き転がり軸受装置１に固定される等速ジョイントＪの外周面ｊ１との間でラビリンスシールを構成させてもよい。内輪環９（内軸２）と、等速ジョイントＪとは、一体回に連結固定されて内輪部材を構成するものであるので、この場合においても、上記実施形態と同様、固定部材１５の内部側に塵埃等が侵入するのを抑制できる。

また、上記実施形態では、固定部材１５は、外輪３の外周面３ｄに外嵌することで固定したが、例えば、図４に示すように、外周面３ｄに周方向に沿って径方向内側に凹む溝部３ｆを設け、固定部材１５の筒部１５ａの端部をかしめることで固定してもよい。この場合、筒部１５ａ端部のかしめている部分を伸直させなければ固定部材１５を取り外すことができなくなるが、固定部材１５が軸方向に移動するのを規制できるとともに、当該固定部材１５を確実に外輪３に固定することができる。これにより、回転速度の検出誤差の原因となる磁気センサ１３の位置ずれや、センサ部１４の脱落等を防止できる。

本発明の一実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の構成を示す断面図である。 図１中の要部を拡大した断面図である。 （ａ）は、センサ部１４及び固定部材１５の外観図であり、（ｂ）は、センサ付き転がり軸受装置にセンサ付き密封装置を組み込む際の態様を示す図である。 他の態様のセンサ付き転がり軸受装置の断面図である。

符号の説明

１ センサ付き転がり軸受装置
２ 内軸（内輪部材）
３ 外輪
３ｃ 内周面
３ｄ 外周面
４ 玉（転動体）
９ａ 外周面
１０ スリンガ
１１ 芯金
１２ 着磁パルサリング
１２ａ 外周面
１３ 磁気センサ
１５ 固定部材
１５ａ 筒部
１５ｂ 環状部
１５ｂ１ 先端

Claims (2)

1. 車体側に固定される外輪と、
   車輪が固定される内輪部材と、
   前記外輪と前記内輪部材との間に介在している複数の転動体と、
   前記外輪と前記内輪部材との相対回転を検出するためのセンサ機構と、
   前記外輪と前記内輪部材との環状開口を密封する密封機構と、を備え、
   前記密封機構は、前記内輪部材の端部の外周面に一体回転可能に固定された環状のスリンガと、
   前記外輪の端部の内周面に内嵌されているとともに、前記スリンガに摺接しているシール部材を備えた環状の芯金と、を備え、
   前記センサ機構は、前記密封機構が密封している密封空間内で前記スリンガに一体回転可能に固定されているとともに、外周面側が被検出面とされた環状の着磁パルサリングと、
   前記着磁パルサリングの被検出面に近接配置され前記着磁パルサリングによる磁極の変化に基づいて前記外輪と前記内輪部材との間の相対回転を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサが固定された状態で外輪の外周面に外嵌固定され、当該磁気センサを前記外輪に対して着脱可能に固定している環状の固定部材と、を有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 前記固定部材は、その一端部が前記外輪の端部の外周面に外嵌固定され当該外輪の端面よりも外輪外方側に突出して前記密封機構の外周側を覆っている筒部と、前記筒部の他端部から径方向内側に延びて前記密封機構の外方端部側を覆っている環状部とを有し、前記環状部の先端と前記内輪部材の外周面との間の隙間でラビリンスシールを構成している請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。

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