JP2009276286A - 物理量測定装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】金属製で底板部１１ａの中心位置に通孔１５ａを形成したカバー５ａと合成樹脂製のセンサホルダ７ａとを組み合わせた構造であっても、これらカバー５ａとセンサホルダ７ａとの間に、相対変位が生じる事を防止できる構造を実現する。
【解決手段】前記センサホルダ７ａは、前記カバー５ａを構成する底板部１１ａの両側に設けられていて、この両側部分がこの底板部１１ａの中央部に形成された前記通孔１５ａ内に存在する連結部１９を介して互いに連結されている。この通孔１５ａの周縁部に形成された、切り欠き１７等の非円形形状部と前記センサホルダ７ａを構成する合成樹脂との係合により、前記カバー５ａに対するこのセンサホルダ７ａの回転を阻止する。
【選択図】図１

Description

この発明に係る物理量測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットを構成する外輪の内径側でのハブの回転速度、或は、この外輪とハブとの間に作用する外力等の物理量を測定する為に利用する。更に、この求めた物理量を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為に利用する。

例えば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、例えば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。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。更に、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して前記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

前記回転速度や荷重等の物理量のうち、回転速度を測定する為の構造は、特許文献１等多くの刊行物に記載されて広く知られると共に、広く実施されている。又、荷重を求める為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関しても、特許文献２〜４等に記載されて、従来から知られている。図４は、この様は、荷重測定装置付転がり軸受ユニットの従来構造の１例を示している。この従来構造は、使用時にも回転しない外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転するハブ２を、複数個の転動体３、３を介して、回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、前記各転動体３、３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。

又、前記ハブ２の内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図１〜４の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図１〜４の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、前記ハブ２と同心に支持固定している。又、前記外輪１の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー５の内側に、１対のセンサ６ａ、６ｂを包埋したセンサホルダ７を保持すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、前記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。

このうちのエンコーダ４は、磁性金属板製の芯金８とゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製のエンコーダ本体９とから成る。このうちの芯金８は前記ハブ２の内端部に締り嵌めで外嵌固定し、このエンコーダ本体９はこの芯金８の先半部外周面に全周に亙って設けている。被検出面である、このエンコーダ本体８の外周面には、Ｓ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各Ｓ極とＮ極との境界は、前記被検出面の軸方向（幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、前記被検出面の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、前記各Ｓ極とＮ極との境界は、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した「く」字形となっている。

又、前記カバー５は、ステンレス鋼板等の金属板により全体を有底円筒状に形成しており、前記外輪１の内端部に嵌合固定している。この様なカバー５は、その外端部をこの外輪１の内端部に締り嵌めで嵌合固定（図示の例では、内嵌固定）した円筒部１０と、この円筒部１０の内端開口を塞ぐ底板部１１とを備える。又、前記センサホルダ７は、合成樹脂により全体を有底円筒状に形成したもので、前記両センサ６ａ、６ｂを保持した保持円筒部１２と、この保持円筒部１２の内端開口を塞ぐと共に、図示しないセンサ回路を保持した保持底板部１３とを備える。この様なセンサホルダ７の内面中央部には、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号を取り出す為のハーネス等を包埋した円柱状の凸部１４を形成している。そして、この凸部１４を、前記カバー５の底板部１１の中央部に形成した円形の通孔１５に挿通している。

又、前記両センサ６ａ、６ｂはそれぞれ、検出部を構成するホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を備える。この様な両センサ６ａ、６ｂは、前記センサホルダ７を構成する保持円筒部１２の円周方向の一部に包埋した状態で、一方のセンサ６ａの検出部を前記エンコーダ本体９の外周面の軸方向片側に、他方のセンサ６ｂの検出部を同じく軸方向他側に、それぞれ近接対向させている。これら両センサ６ａ、６ｂの検出部が前記エンコーダ本体９の外周面に対向する位置は、このエンコーダ本体９の円周方向に関して同じ位置としている。又、前記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用していない、中立状態で、前記エンコーダ本体９の軸方向中間部で、前記Ｓ極とＮ極との境界が円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材の設置位置を規制している。

上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、前記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用｛これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向（軸方向）に相対変位｝すると、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号が変化する位相がずれる。このずれの方向及び大きさは、前記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の作用方向（これら外輪１とハブ２との軸方向の相対変位の方向）及び大きさに応じたものとなる。従って、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、それぞれが前記外輪１と前記ハブ２との間の物理量である、前記軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、前記アキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、この様な物理量を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中に、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差と、前記軸方向の相対変位又は荷重との関係を、関係式やマップの型式で記憶させておく。

ところで、上述の図４に示した構造を含め、回転しない外輪１に対し１乃至複数個のセンサ６ａ、６ｂを、金属製のカバー５と合成樹脂製のセンサホルダ７とを使用して支持する場合、これらカバー５とセンサホルダ７との相対変位を阻止する事が重要になる。即ち、走行に伴って前記外輪１等に加わる振動により、カバー５に対してセンサホルダ７が相対変位すると、このセンサホルダ７に保持された前記センサ６ａ、６ｂと前記エンコーダ本体９との位置関係が不正規になり、前記外輪１と前記ハブ２との間の物理量の測定精度が悪化する。前記図４に示した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、前記ハブ２の僅かな変位も測定する必要がある為、前記カバー５と前記センサホルダ７との相対変位を阻止する必要性が高いが、一般的な回転速度検出装置付転がり軸受ユニットの場合でも、前記相対変位を阻止する必要がある。

一方、前記カバー５を構成する金属の線膨張係数に比べて、前記センサホルダ７を構成する合成樹脂の線膨張係数は高い為、温度上昇時に、このセンサホルダ７のうちの凸部１４の外周面が、前記通孔１５の内周面（内周縁）に強く押し付けられる。そして、この凸部１４の外周面が、僅かとは言え、圧縮方向に塑性変形する可能性がある。この状態から温度低下すると、前記凸部１４の外周面と前記通孔１５の内周面との間に隙間が生じる。前記円筒部１０の内周面と前記保持円筒部１２の外周面との間に関しても同様である。この結果、前記センサホルダ７が前記カバー５内で回転し（前記相対変位が発生し）、前記物理量の測定精度が悪化する可能性がある。前記凸部１４と前記通孔１５とを設ける位置を、前記センサホルダ７及び前記カバー５の中心からずらせれば、これらセンサホルダ７とカバー５との相対回転を阻止できるが、設計の自由度が限られる（前記凸部１４及び前記通孔１５を中心位置に設けられない）。

特開平１０−９０２９２号公報 特開２００６−１１３０１７号公報 特開２００６−３１７４２０号公報 特開２００７−９３５８０号公報

本発明の物理量測定装置付転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑み、金属製で底板部の中心位置に通孔を形成したカバーと合成樹脂製のセンサホルダとを組み合わせた構造であっても、これらカバーとセンサホルダとの間に、測定誤差に結び付く相対変位が生じる事を防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の物理量測定装置付転がり軸受ユニットは、従来から知られている、回転速度検出装置付転がり軸受ユニット或は荷重測定装置付転がり軸受ユニットと同様に、転がり軸受ユニットと、物理量測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有し、使用時に回転するハブと、これら両列の内輪軌道と前記両列の外輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、前記物理量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１個のセンサとを備える。このうちのエンコーダは、前記ハブの端部にこのハブと同心に支持固定されたもので、このハブと同心で円筒状の被検出面を備え、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。又、前記センサは、検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させた状態で、前記外輪の端部開口を塞ぐ為にこの端部に固定した金属製で有底円筒状のカバー内に、合成樹脂製のセンサホルダを介して保持されていて、前記被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。

特に、本発明の物理量測定装置付転がり軸受ユニットに於いては、前記センサホルダは、前記カバーを構成する底板部の両側に設けられていて、この両側部分がこの底板部の中央部に形成された通孔内に存在する連結部を介して互いに連結されている。そして、この通孔の周縁部に形成された非円形形状部と前記センサホルダの何れかの部分との係合により、前記カバーに対するこのセンサホルダの回転を阻止している。

上述の様な本発明の物理量測定装置付転がり軸受ユニットによれば、金属製で底板部の中心位置に通孔を形成したカバーと、合成樹脂製のセンサホルダとを組み合わせた構造であっても、これらカバーとセンサホルダとの間に、測定誤差に結び付く相対変位が生じる事を防止できる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合、カバー５ａを構成する底板部１１ａの中心部に設けた通孔１５ａの周縁部に、センサ６を設置した内部空間とは逆向きに（軸方向内方に）、折り立て壁部１６を形成している。又、この折り立て壁部１６の先端縁の１乃至複数個所に、切り欠き１７、１７を形成している。そして、前記センサ６を包埋支持したセンサホルダ７ａの射出成形時に、前記折り立て壁部１６を、このセンサホルダ７ａを構成する合成樹脂中に包埋し、この合成樹脂と前記各切り欠き１７、１７とを係合させている。

この為に、前記センサホルダ７ａを構成する合成樹脂を、前記通孔１５ａの周囲部分で、前記底板部１１ａの軸方向両側に設けている。即ち、前記センサホルダ７ａを、保持円筒部１２及び保持底板部１３と、外部ブロック部１８と、連結部１９とで構成している。このうちの保持円筒部１２及び保持底板部１３は、前記カバー５ａの内部に存在し、前記センサ６を包埋支持する。又、前記外部ブロック部１８は、このカバー５ａの外部に存在し、前記センサ６の出力信号を取り出す為のコネクタ等を設ける為のものである。更に、前記連結部１９は、前記通孔１５ａの内径側に存在し、前記保持底板部１３と前記外部ブロック部１８とを連結する。尚、本例の場合、前記各切り欠き１７、１７が、特許請求の範囲に記載した非円形形状部に相当する。

上述の様に構成する本例の構造によれば、温度変化に拘らず、前記カバー５ａに対して前記センサホルダ７ａが回転方向にずれ動く事を防止できる。即ち、このセンサホルダ７ａの射出成形時に、前記折り立て壁部１６の先端縁に形成した切り欠き１７、１７の内側で、前記センサホルダ７ａを構成する合成樹脂が固化する。そして、固化後は、これら各切り欠き１７、１７と合成樹脂との係合に基づき、前記カバー５ａに対して前記センサホルダ７ａが回転方向にずれ動く事がなくなる。この為、金属製で底板部の中心位置に前記通孔１５ａを形成したカバー５ａと合成樹脂製のセンサホルダ７ａとを組み合わせた構造であっても、これらカバー５ａとセンサホルダ７ａとの間に、測定誤差に結び付く円周方向の相対変位が生じる事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合は、カバー５ａの底板部１１ａの中央部に形成した通孔１５ａの内周縁に、直接切り欠き１７ａ、１７ａを形成している。そして、これら各切り欠き１７ａ、１７ａを、センサホルダ７ａ（図１参照）を射出成形する際に、このセンサホルダ７ａを構成する合成樹脂と係合させ、このセンサホルダ７ａが前記カバー５ａに対し回転方向にずれ動く事を防止している。本例の場合、前記各切り欠き１７ａ、１７ａが、特許請求の範囲に記載した非円形形状部に相当する。 その他の部分の構成及び作用に就いては、上述した実施の形態の第１例の場合と同様であるから、同等部分に関する、図示並びに説明は省略する。

本発明は、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに限らず、回転速度等、他の物理量を測定する為の物理量測定装置付転がり軸受ユニットにも適用できる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、センサを保持したセンサホルダ及びカバーの断面図。 同じくカバーの斜視図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、カバーの斜視図。 従来構造の１例を示す断面図。

符号の説明

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４ エンコーダ
５、５ａ カバー
６、６ａ、６ｂ センサ
７、７ａ センサホルダ
８ 芯金
９ エンコーダ本体
１０ 円筒部
１１、１１ａ 底板部
１２ 保持円筒部
１３ 保持底板部
１４ 凸部
１５、１５ａ、１５ｂ 通孔
１６ 折り立て壁部
１７、１７ａ 切り欠き
１８ 外部ブロック部
１９ 連結部

Claims (1)

1. 転がり軸受ユニットと、物理量測定装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有し、使用時に回転するハブと、これら両列の内輪軌道と前記両列の外輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
   前記物理量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１個のセンサとを備えたものであって、
   このうちのエンコーダは、前記ハブの端部にこのハブと同心に支持固定されたもので、このハブと同心で円筒状の被検出面を備え、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させており、
   前記センサは、検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させた状態で、前記外輪の端部開口を塞ぐ為にこの端部に固定した金属製で有底円筒状のカバー内に、合成樹脂製のセンサホルダを介して保持されていて、前記被検出面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、
   物理量測定装置付転がり軸受ユニットに於いて、
   前記センサホルダは、前記カバーを構成する底板部の両側に設けられていて、この両側部分がこの底板部の中央部に形成された通孔内に存在する連結部を介して互いに連結されており、この通孔の周縁部に形成された非円形形状部と前記センサホルダの何れかの部分との係合により、前記カバーに対するこのセンサホルダの回転を阻止している事を特徴とする物理量測定装置付転がり軸受ユニット。

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