JP4178978B2

JP4178978B2 - センサ付き転がり軸受ユニット

Info

Publication number: JP4178978B2
Application number: JP2003031107A
Authority: JP
Inventors: 桂小八木; 昌弘井上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004263721A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり軸受と転がり軸受の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両や自動車においては、車軸あるいは車軸に回転を伝達する回転軸を支持するとともに軸の回転速度・回転角度等の回転を検出するために、転がり軸受、ならびにそれに設けられたセンサ装置および被検出部材を備えたセンサ付き転がり軸受ユニットが使用されている。
【０００３】
この種のセンサ付き転がり軸受ユニットとして、特許文献１には、センサ装置が電磁誘導式の回転速度検出器で、被検出部材が所定形状の凹凸を有する環状体（パルサリング）とされたものが開示され、特許文献２には、センサ装置が磁気センサで、被検出部材が等間隔でＮ極およびＳ極を有する環状磁石（着磁パルサ）とされたものが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−４７８６７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−１７４０６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１および特許文献２のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、両者間に磁極の有無の違いはあっても、いずれも、回転側軌道部材に被検出部材を取り付ける必要があり、組立て工数および部品点数が増加し、高コストとなるという問題があった。
【０００７】
この発明の目的は、従来必要であった被検出部材を不要とし、簡易な構成で回転速度を検出することができるセンサ付き転がり軸受ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、センサ装置は、固定側軌道部材に設けられかつ回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップを検出する磁歪センサと、製造時の誤差によるギャップの変化の繰り返し数から回転側軌道部材の回転速度を求める信号処理手段とを有し、前記磁歪センサは、前記回転側軌道部材の回転に伴う前記ギャップ変化を検知していることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットは、自動車のハブユニットに好適に使用されるが、モータなどにおいて、その回転体を支持する軸受部分に使用することもできる。
【００１０】
回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップは、１回転ごとの周期的な変化となり、このギャップの変化の繰り返し数を使用することにより、転がり軸受の回転側軌道部材の回転速度を求めることができる。
【００１１】
ギャップは、例えば、回転側軌道部材の偏心によって生じるもので、回転側軌道部材の偏心は、その周面の一部または全部を偏心円筒面とする加工によっても得ることができるが、従来同様の加工および組立てを行った場合に、その加工および組立て誤差によって芯ずれが生じることから、この芯ずれを従来の被検出部材に変えて使用することにより、被検出部材の省略が可能となる。なお、回転側軌道部材の周方向に等間隔でまたは周上の１カ所に設けられたボルト等の突出面との距離をギャップとして検出するようにしてもよい。
【００１２】
磁歪センサは、逆磁歪効果（物質が歪むあるいは変形すると磁力が現れる現象）を計測するセンサであり、磁歪センサとしては、例えば、透磁率の高い磁性線に高周波電流を印加したときの磁性線両端間のインピーダンスが外部磁場によって変化する電磁気現象を利用して外部磁場を計測する磁気インピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）、インピーダンスが応力により変化することを利用した応力インピーダンスセンサ（ＳＩセンサ）などが挙げられる。ＭＩセンサによると、例えば、１μｍの変位量を１ｍＶ〜３ｍＶの電圧として検出することができる。
【００１３】
回転側軌道部材は、高炭素クロム軸受鋼等の磁性体によって形成される。固定側軌道部材および転動体は、回転側軌道部材と同材質であってもよいが、転動体については、転動体が磁歪センサに近づいたり遠ざかったりしても磁場に影響を及ぼさないように、窒化ケイ素や炭化ケイ素などのセラミックまたは非磁性の鋼材等の非磁性材料としてもよい。
【００１４】
この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットによると、回転側軌道部材の偏心等によって生じるギャップの変化を磁歪センサによって検出することにより、パルサリングや着磁パルサなどと称されている被検出部材を不要として、回転を検出することができ、組立て工数および部品点数が減少し、コストを低減することができる。
【００１５】
固定側軌道部材は、車体に固定される取付け部を有する外輪とされ、回転側軌道部材は、車輪が取り付けられる内軸および内軸に外嵌された内輪からなり、磁歪センサは、内輪の外周面に対向するように固定側軌道部材の端部に固定されていることがある。
【００１６】
磁歪センサは、内輪の抜けを防止するかしめ部の外周面に対向するように設けてもよく、また、内軸の外周面に対向するように設けてもよいが、これを内輪の外周面に対向するように固定側軌道部材の端部に固定することにより、磁歪センサの信号線の取り出しを固定側軌道部材の端部から行うことができ、センサ付き軸受ユニットの組立てを容易に行うことができる。磁歪センサは、例えば、これを樹脂に埋設し、その樹脂を固定側軌道部材またはこれに固定されたカバー等に一体化させることにより、容易に固定側部材に取り付けることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、この発明のセンサ付き転がり軸受ユニットの第１実施形態を示している。以下の説明において、左右および上下は、図の左右および上下をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１９】
図１に示すように、センサ付き転がり軸受ユニットは、転がり軸受としてのハブユニット(1)と、その回転および接地荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００２０】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
【００２１】
固定側軌道部材(3)は、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体）にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【００２２】
回転側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第１の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(21)が被せ止められている。
【００２３】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)に取り付けられた磁歪センサ(7)と、磁歪センサ(7)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００２４】
この実施形態では、磁歪センサ(7)は、磁気インピーダンスセンサとされており、金属製のカバー(21)の内部に樹脂(22)により埋設されている。磁歪センサ(7)の先端のセンサ面は、内軸(14)の小径部(16)端部に設けられて内輪(17)の抜けを防止しているかしめ部(16a)に臨まされている。樹脂(22)には、車体側に設けられたセンサ処理手段とセンサ装置(2)とを結ぶハーネスを取り付けるためのコネクタ部(27)が一体に成形されている。コネクタ部(27)には信号用のコネクタピン(23)が設けられており、磁歪センサ(7)とコネクタピン(23)とがコネクタ(24)およびリード線（またはリード線のみ）を介して接続されている。磁歪センサ(7)の検出面とかしめ部(16a)の外周面は径方向のギャップ(S)を介して対向している。固定側軌道部材(3)の中心軸に対して回転側軌道部材(4)の中心軸が（例えば、製造時の誤差に伴う芯ずれにより）わずかに偏心していることにより、ギャップ(S)は、径方向の幅が回転側軌道部材(4)の回転に伴い変化する。磁歪センサ(7)は、図４に示すように、ギャップ(S)の径方向の幅に応じた電圧値を出力する。同図のＴｉは、回転側軌道部材(4)の回転周期であり、ギャップ(S)は、１回転ごとの周期的な変化となっている。この電圧は、同図（ａ）に示す正転時だけでなく、同図（ｂ）に示す逆転時にも検出可能である。したがって、この磁歪センサ(7)の出力から回転速度を求めることができる。
【００２５】
磁歪センサを取り付ける位置は、適宜変更可能であり、図２に示すように、磁歪センサ(8)は、カバー(21)の内部に固定されるとともに、そのセンサ面が内輪(17)の肩部(17b)の外周面に臨まされているようにしてもよい。図２のその他の点は図１と同じであり、同じ構成に同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００２６】
また、図３に示すように、磁歪センサ(9)は、固定側軌道部材(3)の軸方向略中央部に固定されるとともに、その先端のセンサ面が内軸(14)の大径部(15)外周面に臨まされているようにしてもよい。同図において、磁歪センサ(9)は、発振回路とともに、樹脂製のケース(25)内に埋設成形されている。また、ケース(25)には、車体側に設けられた処理手段(11)とセンサ装置(2)とを接続するハーネスを取り付けるためのコネクタ部(27)およびケース(25)を固定側軌道部材(3)の外周面に固定するためのフランジ部(25a)が一体に形成されている。コネクタ部(27)内部には信号用のコネクタピン(23)が設けられており、磁歪センサ(9)とコネクタピン(23)とが、リード線(24)を介して接続されている。ケース(25)は、固定側軌道部材(3)に形成された取付け孔(3a)に挿入され、フランジ部(25a)がボルト(26)により固定側軌道部材(3)に固定されている。
【００２７】
図２および図３に示すように、磁歪センサ(8)(9)を取り付けた場合であっても、磁歪センサ(8)(9)の出力は、図４のようになり、したがって、この磁歪センサ(8)(9)の出力から回転速度を求めることができる。
【００２８】
なお、磁歪センサは、図１、図２または図３に示したようにカバー(21)やケース(25)に樹脂によって支持させるのではなく、固定側軌道部材(3)に直接取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
なお、上記においては、ハブユニット(1)の回転側軌道部材(4)の回転速度を求める例を示したが、ハブユニット以外の種々の転がり軸受について、上記の実施形態に基づきその回転側軌道部材の回転速度を求めることができる。この場合に、転がり軸受は、玉軸受の他、ころ軸受、ニードル軸受等が使用可能であり、また、単列であってもよく、複列であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図３】この発明によるセンサ付き転がり軸受ユニットの第３実施形態を示す縦断面図である。
【図４】磁歪センサの出力の一例を示す図である。
【符号の説明】
(1) ハブユニット
(2) センサ装置
(3) 固定側軌道部材
(4) 回転側軌道部材
(7)(8)(9) 磁歪センサ（磁気インピーダンスセンサ）

Claims

固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された転動体を有する転がり軸受と、転がり軸受に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受ユニットにおいて、
センサ装置は、固定側軌道部材に設けられかつ回転側軌道部材周面との間に形成されるギャップを検出する磁歪センサと、製造時の誤差によるギャップの変化の繰り返し数から回転側軌道部材の回転速度を求める信号処理手段とを有し、前記磁歪センサは、前記回転側軌道部材の回転に伴う前記ギャップ変化を検知していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受ユニット。
ギャップの変化は、固定側軌道部材に対する回転側軌道部材の偏心によることを特徴とする請求項１のセンサ付き転がり軸受ユニット。
固定側軌道部材は、車体に固定される取付け部を有する外輪とされ、回転側軌道部材は、車輪が取り付けられる内軸および内軸に外嵌された内輪からなり、磁歪センサは、内輪の外周面に対向するように固定側軌道部材の端部に固定されている請求項１または２のセンサ付き転がり軸受ユニット。
前記内輪の抜けを防止するかしめ部に、前記磁歪センサのセンサ面が対向している請求項３のセンサ付き転がり軸受ユニット。
前記信号処理手段は、接地荷重をさらに求めるものである請求項１または３のセンサ付き転がり軸受ユニット。