JP3790375B2 - ホイール用軸受 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホイール用軸受（ハブベアリング）、およびこれを用いた車両の電気信号伝達系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、乗用車やトラックなどの４輪車では、安全対策の一環としてタイヤの空気圧をリアルタイムで検出する装置の開発が行われている。タイヤの空気圧を検出することは、単にエア漏れ発生を乗員に警告する機能に止まらず、例えばＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）などと組合わせることにより、制動系の制御に極めて有益な情報をもたらす。一例を挙げれば、コーナリング中は遠心力の影響でタイヤの空気圧が車体左右で大きく変動し、各タイヤの接地面積（摩擦抵抗）に差を生じるため、従来のＡＢＳのように主に個々の車輪の回転数に基いて制動力を制御するだけでは最適な制動力を確保することが難しい。これに対し、回転数の検出データに空気圧の検出データを加味し、これらを演算処理すれば、個々のタイヤの変形量に応じた最適な制動力を決定することができ、ＡＢＳの機能をより高めることができると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにタイヤ空気圧の検出は、車両の安全性向上に有益な効果を奏するものであるが、これを実現する上で問題となるのが、空気圧センサから車体側の演算装置等への検知データの伝送方法である。すなわち空気圧センサは、その目的上、回転するホイール部に設けざるを得ず、そのためセンサからの電気信号をいかにして静止側（車体側）に伝達するかが問題となる。この伝達構造によっては、必要スペースが増大し、車両への搭載が難しくなったり、大幅なコストアップを招くおそれがある。
【０００４】
本発明は、車両のホイール部に設けられたセンサからの電気信号を車体側に伝達する、コンパクトで低コストな伝達系、およびこれに用いられるホイール用軸受の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、ホイールに固定され、複列の軌道面を有する回転部材と、車体に固定され、複列の軌道面を有する固定部材と、回転部材および固定部材のそれぞれの軌道面間に介装された複数の転動体と、軸受の開口部を密封するシールとを有し、ホイールを車体に対して回転自在に支持するホイール用軸受において、回転部材の軌道面間に、ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を出力する出力部を設け、この出力を固定部材の軌道面間に設けたピックアップで検出することとした。ホイールは駆動輪であるか従動輪であるかを問わない。
【０００６】
このようなホイール用軸受を用いた場合、回転側と固定側との間の電気信号の伝達が当該軸受内で行われることになる。従って、信号伝達用の装置を新たに付加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、コストアップも最小限に抑えられる。
【０００７】
回転部材を導電性を有する材料で形成し、回転部材自体を上記電気信号の伝達経路とすれば、回転部材に対する配線用の加工が不要となり、ホイール用軸受の製作コストの低減化が図られる。
【０００８】
上記センサとしては種々のものが使用可能であるが、例えばタイヤの空気圧を検出するセンサとすることができる。この場合、ホイール用軸受にアンチロックブレーキシステム用のホイール速度検出手段を付加することにより、速度データと空気圧データを共通のユニットから得ることができ、配線類やホイール周辺構造の簡素化等が図られる。
【０００９】
ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を上記何れかのホイール用軸受を介して車体側に伝達するようにすれば、コンパクトで低コストな電気信号伝達系が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図６に基いて説明する。
【００１１】
図１は駆動側ホイールの周辺構造を例示すものである。図示のように、ホイール１は、ブレーキロータ２と共にホイール用軸受３を介して車軸４に取り付けられる。車軸４は、等速自在継手５のインボード側から延び、かつホイール用軸受３の内径部に挿入されている。Ｔはホイール１の外周に嵌合したタイヤである。
【００１２】
ホイール用軸受３は、図２に拡大して示すように、内輪31、外輪32、内・外輪31、32間に介装された複数の転動体33（例えば鋼製のボール）、転動体33を円周方向等間隔に保持する保持器34、および軸受の両端開口部を密封する一対のシール35を主な構成要素とする。
【００１３】
ホイール用軸受３の内輪31は、ハブ36とハブ36の一端外周部に嵌合固定した環状部材37とで構成される。ハブ36は、円筒状の軸部36ａと車輪取付け用のフランジ部36ｂとを一体に有し、そのうちの軸部36ａの外周面に軌道面31ａが、内周面に車軸４に結合するためのスプライン37がそれぞれ形成される。環状部材37の外周面にも軌道面31ａが設けられる。外輪32は、外周面に車体取付け用のフランジ部32ｂを一体に有し、内周面には、上記ハブ36の軸部36ａ外周面および環状部材37の外周面に設けられた軌道面31ａに対応する複列の軌道面32ａが形成されている。外輪32および内輪31の軌道面31ａ、32ａ間に複列のボール33がそれぞれアンギュラコンタクトで介装される。
【００１４】
ハブ36のフランジ部36ｂはボルト６およびナット７により、ブレーキロータ２と共にホイール１に固定され、外輪32のフランジ部32ｂは車体側の取付けステー９にボルト10を介して固定される。以上の取付けにより、内輪31を構成するハブ36および環状部材37がホイール１と共に回転する回転部材となり、外輪32が非回転の固定部材となる。
【００１５】
本発明にかかる電気信号伝達系は、ホイール１の外周部（リム1a）に設けられた空気圧センサ12からの電気信号をホイール用軸受３を介して車体側のピックアップ13に伝達するものである。センサ12からの電気信号は、ホイール１の円板状部分1bの内側に沿わせ、かつブレーキロータ２を貫通する配線14（図１に黒塗りで示す）によってホイール用軸受３のハブ36に伝達される。ハブ36には配線14を通すための穴36ｃが設けられており、この穴36ｃはハブ36の外周面の軸方向中央部付近（２つの軌道面の間）に開口している。穴36ｃの開口部付近には、ハブ36の外周面の全周またはその一部領域にわたって出力部15が設けられる。外輪32には、出力部15との近接位置に受信部13ａを有するピックアップ13が設けられ、出力部15からの信号はピックアップ13に受信されて図示しない演算装置等に伝送される。
【００１６】
出力部15から受信部13ａへの信号伝達は、例えば、出力部15で電気信号を磁気信号や光信号に変換し、この信号をピックアップ13で受信した上で電気信号に再変換する方式が考えられる。この場合、ピックアップでの受信信号が車速の変化（ホイール１の回転数の変化）による影響を受けず、もしくは影響を受けた場合でもこれを補償し得るような伝達方式とする必要がある。この信号伝達は、上記のような非接触方式を基本とするが、差し支えなければ固定側と回転側を摺動させる接触方式としても構わない。
【００１７】
以上のように、センサ12からの電気信号の回転側から固定側への伝送をホイール用軸受３で行うようにすれば、新たな部品をホイール周辺部に追加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、大幅なコストアップや構造の複雑化を回避することができる。また、回転側から固定側への信号伝達は、シール３５で密封された軸受空間内で行われるので、水や泥、砂塵等の影響を受けることなく長期間安定して行われる。
【００１８】
図３〜図６に本発明の他の実施形態を示す。但し、図３〜図６では図面の簡略化のため、ホイール用軸受３の保持器34の図示を省略している。
【００１９】
図３は、ハブ36自体を電気信号の伝達経路に使用する実施形態である。ハブ36は通常、Ｓ５３ＣやＳＵＪ２などの鉄系の導電性材料で形成されているので、電気信号に対してある程度の通電性を有する。センサ12から配線14を介してブレーキロータ２の内径部に達した電気信号は、ハブ36のフランジ部36ｂとの対向部分に固定した端子16を介してハブ36内を矢印のごとく通電し、出力部15に入力される。その後、この信号は上記と同様にピックアップ13に伝送され、演算装置に入力される。この場合、ハブ36に穴36ｃ等を加工する必要がないので図２のホイール用軸受に比べ、製作コストの低減が図られる。ホイール１やブレーキロータ２が鉄等の導電性材料で形成されている場合、センサ12から端子16までの通電経路をホイール１やブレーキロータ２自体で形成し、この部分での配線を省略することもできる。
【００２０】
図５は、本発明を従動側ホイール１に適用したものである。この場合、ハブ 36 はほぼ中実円筒状に形成される。また、ＡＢＳ用の速度検出手段 17 は軸受の一端側に設けられており、空気圧センサ 12 の出力部 15 やピックアップ 13 は軸受中央部に設けられている。車速検出手段17は、例えば外輪32に固定されたピックアップ18と環状部材37の外周面に固定されたパルサーリング19とを具備するもので、パルサーリング19でホイール回転数に比例した周波数のパルスを発生させ、このパルス信号を電磁式や半導体素子（ホール素子、ＭＲ素子等）などのピックアップ18で検出することにより、ホイールの速度（回転数）を演算するものである。この構造であれば、共通のホイール用軸受３から回転数データと空気圧データの双方を得ることができ、これらを別個の装置で検出する場合に比べ、配線類や構造をコンパクトにすることができる。
【００２１】
［参考例］
図４は、ホイール用軸受３の回転側から固定側への信号の伝達を軸受外で行う参考例で、ハブ 36 のフランジ 36 外周に固定した端子 16 に出力部 15 が固定され、これに接近対向させてピックアップ 13 が外輪 32 の外周に固定されている。この配置態様は、図示のように、軸受中央部にＡＢＳ用の車速検出手段 17 が設置されており、出力部 15 やピックアップ 13 の設置スペースが制限される場合に有効である。図６は、この構成を従動側ホイール１に適用したものである。これ以外の構成や機能は図４に示すものとほぼ共通するので重複説明を省略する。
【００２２】
なお、以上の説明では、センサとして空気圧センサ12を例示したが、他のセンサ、例えばタイヤの温度を検知する温度センサに対しても同様の構成を適用することができる。また、センサの設置場所は、ホイール１側、すなわち回転側であれば足り、例えばブレーキロータ２にセンサを設けた場合にも同様の構成を適用することができる。上記のように内輪31を回転側、外輪32を固定側とする他、その反対に内輪31を固定側、外輪32を回転側とすることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、回転側から固定側への信号伝達をホイール用軸受を介して行っているので、信号伝達用の装置を新たに付加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、コストアップを最小限に抑えることができる。これにより、コンパクトで低コストな電気信号伝達系が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】駆動側ホイールの周辺構造を示す断面図である。
【図２】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図３】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図４】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図５】ホイール用軸受（従動側）の断面図である。
【図６】ホイール用軸受（従動側）の断面図である。
【符号の説明】
１ ホイール
２ ブレーキロータ
３ ホイール用軸受
31 回転部材（内輪、内方部材）
31ａ 軌道面
32 固定部材（外輪）
32ａ 軌道面
32ｂ フランジ部
33 転動体
36 ハブ
36ｂ フランジ部
37 環状部材
４ 車軸
５ 等速自在継手
12 センサ
13 ピックアップ
14 配線
15 出力部
17 ホイール速度検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホイール用軸受（ハブベアリング）、およびこれを用いた車両の電気信号伝達系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、乗用車やトラックなどの４輪車では、安全対策の一環としてタイヤの空気圧をリアルタイムで検出する装置の開発が行われている。タイヤの空気圧を検出することは、単にエア漏れ発生を乗員に警告する機能に止まらず、例えばＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）などと組合わせることにより、制動系の制御に極めて有益な情報をもたらす。一例を挙げれば、コーナリング中は遠心力の影響でタイヤの空気圧が車体左右で大きく変動し、各タイヤの接地面積（摩擦抵抗）に差を生じるため、従来のＡＢＳのように主に個々の車輪の回転数に基いて制動力を制御するだけでは最適な制動力を確保することが難しい。これに対し、回転数の検出データに空気圧の検出データを加味し、これらを演算処理すれば、個々のタイヤの変形量に応じた最適な制動力を決定することができ、ＡＢＳの機能をより高めることができると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにタイヤ空気圧の検出は、車両の安全性向上に有益な効果を奏するものであるが、これを実現する上で問題となるのが、空気圧センサから車体側の演算装置等への検知データの伝送方法である。すなわち空気圧センサは、その目的上、回転するホイール部に設けざるを得ず、そのためセンサからの電気信号をいかにして静止側（車体側）に伝達するかが問題となる。この伝達構造によっては、必要スペースが増大し、車両への搭載が難しくなったり、大幅なコストアップを招くおそれがある。
【０００４】
本発明は、車両のホイール部に設けられたセンサからの電気信号を車体側に伝達する、コンパクトで低コストな伝達系、およびこれに用いられるホイール用軸受の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、ホイールに固定され、複列の軌道面を有する回転部材と、車体に固定され、複列の軌道面を有する固定部材と、回転部材および固定部材のそれぞれの軌道面間に介装された複数の転動体と、軸受の開口部を密封するシールとを有し、ホイールを車体に対して回転自在に支持するホイール用軸受において、回転部材の軌道面間に、ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を出力する出力部を設け、この出力を固定部材の軌道面間に設けたピックアップで検出することとした。ホイールは駆動輪であるか従動輪であるかを問わない。
【０００６】
このようなホイール用軸受を用いた場合、回転側と固定側との間の電気信号の伝達が当該軸受内で行われることになる。従って、信号伝達用の装置を新たに付加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、コストアップも最小限に抑えられる。
【０００７】
回転部材を導電性を有する材料で形成し、回転部材自体を上記電気信号の伝達経路とすれば、回転部材に対する配線用の加工が不要となり、ホイール用軸受の製作コストの低減化が図られる。
【０００８】
上記センサとしては種々のものが使用可能であるが、例えばタイヤの空気圧を検出するセンサとすることができる。この場合、ホイール用軸受にアンチロックブレーキシステム用のホイール速度検出手段を付加することにより、速度データと空気圧データを共通のユニットから得ることができ、配線類やホイール周辺構造の簡素化等が図られる。
【０００９】
ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を上記何れかのホイール用軸受を介して車体側に伝達するようにすれば、コンパクトで低コストな電気信号伝達系が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図６に基いて説明する。
【００１１】
図１は駆動側ホイールの周辺構造を例示すものである。図示のように、ホイール１は、ブレーキロータ２と共にホイール用軸受３を介して車軸４に取り付けられる。車軸４は、等速自在継手５のインボード側から延び、かつホイール用軸受３の内径部に挿入されている。Ｔはホイール１の外周に嵌合したタイヤである。
【００１２】
ホイール用軸受３は、図２に拡大して示すように、内輪31、外輪32、内・外輪31、32間に介装された複数の転動体33（例えば鋼製のボール）、転動体33を円周方向等間隔に保持する保持器34、および軸受の両端開口部を密封する一対のシール35を主な構成要素とする。
【００１３】
ホイール用軸受３の内輪31は、ハブ36とハブ36の一端外周部に嵌合固定した環状部材37とで構成される。ハブ36は、円筒状の軸部36ａと車輪取付け用のフランジ部36ｂとを一体に有し、そのうちの軸部36ａの外周面に軌道面31ａが、内周面に車軸４に結合するためのスプライン37がそれぞれ形成される。環状部材37の外周面にも軌道面31ａが設けられる。外輪32は、外周面に車体取付け用のフランジ部32ｂを一体に有し、内周面には、上記ハブ36の軸部36ａ外周面および環状部材37の外周面に設けられた軌道面31ａに対応する複列の軌道面32ａが形成されている。外輪32および内輪31の軌道面31ａ、32ａ間に複列のボール33がそれぞれアンギュラコンタクトで介装される。
【００１４】
ハブ36のフランジ部36ｂはボルト６およびナット７により、ブレーキロータ２と共にホイール１に固定され、外輪32のフランジ部32ｂは車体側の取付けステー９にボルト10を介して固定される。以上の取付けにより、内輪31を構成するハブ36および環状部材37がホイール１と共に回転する回転部材となり、外輪32が非回転の固定部材となる。
【００１５】
本発明にかかる電気信号伝達系は、ホイール１の外周部（リム1a）に設けられた空気圧センサ12からの電気信号をホイール用軸受３を介して車体側のピックアップ13に伝達するものである。センサ12からの電気信号は、ホイール１の円板状部分1bの内側に沿わせ、かつブレーキロータ２を貫通する配線14（図１に黒塗りで示す）によってホイール用軸受３のハブ36に伝達される。ハブ36には配線14を通すための穴36ｃが設けられており、この穴36ｃはハブ36の外周面の軸方向中央部付近（２つの軌道面の間）に開口している。穴36ｃの開口部付近には、ハブ36の外周面の全周またはその一部領域にわたって出力部15が設けられる。外輪32には、出力部15との近接位置に受信部13ａを有するピックアップ13が設けられ、出力部15からの信号はピックアップ13に受信されて図示しない演算装置等に伝送される。
【００１６】
出力部15から受信部13ａへの信号伝達は、例えば、出力部15で電気信号を磁気信号や光信号に変換し、この信号をピックアップ13で受信した上で電気信号に再変換する方式が考えられる。この場合、ピックアップでの受信信号が車速の変化（ホイール１の回転数の変化）による影響を受けず、もしくは影響を受けた場合でもこれを補償し得るような伝達方式とする必要がある。この信号伝達は、上記のような非接触方式を基本とするが、差し支えなければ固定側と回転側を摺動させる接触方式としても構わない。
【００１７】
以上のように、センサ12からの電気信号の回転側から固定側への伝送をホイール用軸受３で行うようにすれば、新たな部品をホイール周辺部に追加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、大幅なコストアップや構造の複雑化を回避することができる。また、回転側から固定側への信号伝達は、シール３５で密封された軸受空間内で行われるので、水や泥、砂塵等の影響を受けることなく長期間安定して行われる。
【００１８】
図３〜図６に本発明の他の実施形態を示す。但し、図３〜図６では図面の簡略化のため、ホイール用軸受３の保持器34の図示を省略している。
【００１９】
図３は、ハブ36自体を電気信号の伝達経路に使用する実施形態である。ハブ36は通常、Ｓ５３ＣやＳＵＪ２などの鉄系の導電性材料で形成されているので、電気信号に対してある程度の通電性を有する。センサ12から配線14を介してブレーキロータ２の内径部に達した電気信号は、ハブ36のフランジ部36ｂとの対向部分に固定した端子16を介してハブ36内を矢印のごとく通電し、出力部15に入力される。その後、この信号は上記と同様にピックアップ13に伝送され、演算装置に入力される。この場合、ハブ36に穴36ｃ等を加工する必要がないので図２のホイール用軸受に比べ、製作コストの低減が図られる。ホイール１やブレーキロータ２が鉄等の導電性材料で形成されている場合、センサ12から端子16までの通電経路をホイール１やブレーキロータ２自体で形成し、この部分での配線を省略することもできる。
【００２０】
図５は、本発明を従動側ホイール１に適用したものである。この場合、ハブ 36 はほぼ中実円筒状に形成される。また、ＡＢＳ用の速度検出手段 17 は軸受の一端側に設けられており、空気圧センサ 12 の出力部 15 やピックアップ 13 は軸受中央部に設けられている。車速検出手段17は、例えば外輪32に固定されたピックアップ18と環状部材37の外周面に固定されたパルサーリング19とを具備するもので、パルサーリング19でホイール回転数に比例した周波数のパルスを発生させ、このパルス信号を電磁式や半導体素子（ホール素子、ＭＲ素子等）などのピックアップ18で検出することにより、ホイールの速度（回転数）を演算するものである。この構造であれば、共通のホイール用軸受３から回転数データと空気圧データの双方を得ることができ、これらを別個の装置で検出する場合に比べ、配線類や構造をコンパクトにすることができる。
【００２１】
［参考例］
図４は、ホイール用軸受３の回転側から固定側への信号の伝達を軸受外で行う参考例で、ハブ 36 のフランジ 36 外周に固定した端子 16 に出力部 15 が固定され、これに接近対向させてピックアップ 13 が外輪 32 の外周に固定されている。この配置態様は、図示のように、軸受中央部にＡＢＳ用の車速検出手段 17 が設置されており、出力部 15 やピックアップ 13 の設置スペースが制限される場合に有効である。図６は、この構成を従動側ホイール１に適用したものである。これ以外の構成や機能は図４に示すものとほぼ共通するので重複説明を省略する。
【００２２】
なお、以上の説明では、センサとして空気圧センサ12を例示したが、他のセンサ、例えばタイヤの温度を検知する温度センサに対しても同様の構成を適用することができる。また、センサの設置場所は、ホイール１側、すなわち回転側であれば足り、例えばブレーキロータ２にセンサを設けた場合にも同様の構成を適用することができる。上記のように内輪31を回転側、外輪32を固定側とする他、その反対に内輪31を固定側、外輪32を回転側とすることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、回転側から固定側への信号伝達をホイール用軸受を介して行っているので、信号伝達用の装置を新たに付加する必要がなく、従来のホイールまわりの構造をそのまま使用することができ、コストアップを最小限に抑えることができる。これにより、コンパクトで低コストな電気信号伝達系が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】駆動側ホイールの周辺構造を示す断面図である。
【図２】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図３】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図４】ホイール用軸受（駆動側）の断面図である。
【図５】ホイール用軸受（従動側）の断面図である。
【図６】ホイール用軸受（従動側）の断面図である。
【符号の説明】
１ ホイール
２ ブレーキロータ
３ ホイール用軸受
31 回転部材（内輪、内方部材）
31ａ 軌道面
32 固定部材（外輪）
32ａ 軌道面
32ｂ フランジ部
33 転動体
36 ハブ
36ｂ フランジ部
37 環状部材
４ 車軸
５ 等速自在継手
12 センサ
13 ピックアップ
14 配線
15 出力部
17 ホイール速度検出手段
Claims (5)
- ホイールに固定され、複列の軌道面を有する回転部材と、車体に固定され、複列の軌道面を有する固定部材と、回転部材および固定部材のそれぞれの軌道面間に介装された複数の転動体と、軸受の開口部を密封するシールとを有し、ホイールを車体に対して回転自在に支持するホイール用軸受において、回転部材の軌道面間に、ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を出力する出力部を設け、この出力を固定部材の軌道面間に設けたピックアップで検出することを特徴とするホイール用軸受。
- 回転部材を導電性を有する材料で形成し、回転部材自体を上記電気信号の伝達経路とした請求項１記載のホイール用軸受。
- 上記センサがタイヤの空気圧を検出するものである請求項１または２記載のホイール用軸受。
- アンチロックブレーキシステム用のホイール速度検出手段を有する請求項３記載のホイール用軸受。
- ホイール側に設けられたセンサからの電気信号を請求項１乃至４何れか記載のホイール用軸受を介して車体側に伝達することを特徴とする車両の電気信号伝達系。
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