JP4498064B2

JP4498064B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP4498064B2
Application number: JP2004243082A
Authority: JP
Inventors: 晃鳥居
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2006057813A

Description

この発明は、回転センサ等の各種センサを内蔵した車輪用軸受装置に関する。

近年、自動車では安全走行のために、車輪の回転速度等の各種データをセンサで検出することで、これらのセンサ信号を元にして、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御，駆動輪をスピンさせない駆動力制御，コーナリング時の横滑りを制御するブレーキ力制御などが実施されている。例えば、車両にかかる接地荷重を検出するものとして、軸受における外方部材の車体取付フランジに変位センサを固定すると共に、上記外方部材の外周の変位センサと対向する位置に着磁部を設けて、変位センサと着磁部間の距離変動量を変位センサで検出し、その検出結果を接地荷重に換算して求めるように構成した車輪用軸受装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−３３６６５２号公報

しかし、上記構成の車輪用軸受装置では、変位センサや着磁部が外部に露出しており、これらの検出部材が泥水や塵などで傷付けられることから精度の良い検出を行えない恐れがあり、耐久性にも問題がある。また、この車輪用軸受装置に設けられるセンサは接地荷重を検出するだけである。そのため、接地荷重のほかに車輪の回転速度を検出する場合には、回転センサを別途取付ける必要があり、車両への配線の取付けが煩雑になったり、部品点数増加に伴いコストアップを招くことにもなる。

この発明の目的は、車輪の回転速度と接地荷重の検出を同時にかつ応答性良く行え、またコンパクトな構成で各センサを泥水や塵埃から保護し、耐久性の良いものとできる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の環状空間の両端をそれぞれ密封する密封手段とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、磁気エンコーダを有する環状の被検出部を、前記複列の軌道面間で前記内方部材の外周に設け、前記磁気エンコーダに対向する回転センサおよび前記被検出部に対向する変位センサを一体化したセンサ組合せ体を前記外方部材に設けたことを特徴とする。

この構成によると、車輪と一体に内方部材が回転する時、外方部材に設けられるセンサ組合せ体の回転センサが、内方部材に設けられた被検出部における磁気エンコーダの磁気変化を検出し、車輪の回転速度を検出する。また、車輪に接地荷重が加わった時、その設置荷重に応じて内方部材の外周の被検出部に、歪み、変位、ないし姿勢変化が生じるが、この歪み等を、センサ組合せ体の変位センサが、変位センサと被検出部の間の隙間変化として検出し、この検出信号から車輪に加わった接地荷重を検出することができる。これら回転センサおよび変位センサは、センサ組合せ体として一体化し、言わばマルチセンサとするため、両センサをコンパクトに設置でき、回転速度と設置荷重のデータを同時に検出することができる。しかも車輪に近いところで検出するため、応答性が良くなる。また、センサ組合せ体および磁気エンコーダは、両端が密封手段で密封された軸受空間内に配置するため、別途にシール手段を設けることなく、これら各センサや磁気エンコーダの着磁部を路面の泥水や塵埃から保護できて、耐久性の良いものとできる。

前記被検出部が、前記磁気エンコーダおよびこのエンコーダを支持した芯金からなり、この芯金は、前記磁気エンコーダが内部に設けられた溝形部分、およびこの溝形部分の開口縁から両側に張り出す張出部分を有する断面ハット形状のものであり、前記溝形部分の内周面が、前記内方部材の外周に嵌合されている。この場合に、前記回転センサが前記磁気エンコーダに対向して配置され、前記変位センサが、それぞれ前記芯金の両側の張出部分に対向するように２個配置されたものである。
磁気エンコーダは、ゴム磁石、プラスチック磁石、焼結磁石等とした場合に、芯金が必要となる場合が多いが、この芯金を変位センサの被検出部とすることで、専用の芯金が不要となり、部品点数，組立工数が削減できる。前記芯金は断面ハット形状とし、その両側の張出部分に対向するように２個の変位センサをそれぞれ設けたため、両変位センサの検出信号を比較したり平均化したり、適宜の処理を行うことで、荷重方向の検出や、検出精度の向上等を図ることも可能となる。

この発明において、前記センサ組合せ体は、前記回転センサおよび前記変位センサを一緒に樹脂モールドしたものであっても良い。
両センサを共に樹脂モールドすることで、容易に一体化でき、また一体化したセンサ組合せ体の取扱が容易となる。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の環状空間の両端をそれぞれ密封する密封手段とを備えた車輪用軸受装置において、磁気エンコーダを有する環状の被検出部を、前記複列の軌道面間で前記内方部材の外周に設け、前記磁気エンコーダに対向する回転センサおよび前記被検出部に対向する変位センサを一体化したセンサ組合せ体を前記外方部材に設け、前記被検出部が、前記磁気エンコーダおよびこのエンコーダを支持した芯金からなり、この芯金は、前記磁気エンコーダが内部に設けられた溝形部分、およびこの溝形部分の開口縁から両側に張り出す張出部分を有する断面ハット形状のものであり、前記溝形部分の内周面が、前記内方部材の外周に嵌合され、前記回転センサが前記磁気エンコーダに対向して配置され、前記変位センサが、それぞれ前記芯金の両側の張出部分に対向するように２個配置されたため、車輪の回転速度と接地荷重の検出を同時にかつ応答性良く行え、またコンパクトな構成で各センサを泥水や塵埃から保護し、耐久性の良いものとできる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態の車輪用軸受装置は第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外輪寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図１において、この車輪用軸受装置の軸受部Ａは、内周に複列の軌道面４を有する外方部材１と、これら軌道面４にそれぞれ対向する軌道面５を外周に有する内方部材２と、これら複列の軌道面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この軸受部Ａは、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各軌道面４，５は断面円弧状であり、各軌道面４，５は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、ナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部材とされている。車体取付フランジ１ａは、車体（図示せず）に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト（図示せず）で締結される。

内方部材２は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを外周に有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなる。ハブ輪２Ａには等速ジョイント１２の外輪１２ａが連結されている。ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の軌道面５がそれぞれ形成される。内輪２Ｂは、ハブ輪２Ａのインボード側端部に設けられた加締部２Ａａにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。ハブ輪２Ａは中央穴９を有し、この中央穴９に等速ジョイント外輪１２ａに一体に形成されたステム部１３が挿通される。ステム部１３は先端に雄ねじ部１３ｂを有し、この雄ねじ部１３ｂに螺合させたナット１１が、中央穴９のアウトボード側の端面２ｃに押し当てられることで、等速ジョイント外輪１２ａがハブ輪２Ａに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。車輪取付フランジ２ａはハブ輪２Ａのアウトボード側端部に位置しており、この車輪取付フランジ２ａにブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がボルト１０で取付けられる。

ハブ輪２Ａの中央穴９にはスプライン溝２ｂが形成されており、このスプライン溝２ｂにステム部１３の外周面に形成されたスプライン溝１３ａが嵌合する。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、密封手段である接触式のシール７，８で密封されている。

内方部材２の両列の軌道面５間の外周には、磁気エンコーダ１５を有するリング状の被検出部１４が嵌合させてある。図１のＢ部を図２に拡大して示すように、前記被検出部１４は、磁気エンコーダ１５およびこの磁気エンコーダ１５を支持した芯金１６からなる。芯金１６は、磁気エンコーダ１５が内部に設けられた溝形部分１６ａと、この溝形部分１６ａの開口縁から両側に張り出す張出部分１６ｂを有する断面ハット形状のものである。磁気エンコーダ１５は、例えば図３に上半部の断面図を示すように、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを所定間隔で交互に並べた多極磁石からなる。

外方部材１における両列の軌道面４間には、前記磁気エンコーダ１５に対して径方向に対向する回転センサ１８と、前記被検出部１４に対して径方向に対向する変位センサ１９とを一体化したセンサ組合せ体１７が設けられている。センサ組合せ体１７は、いわば回転センサ１８および変位センサ１９を有するマルチセンサである。具体的には、外方部材１を径方向に貫通して固定されたケースとなるセンサ固定部２０の中に、回転センサ１８および変位センサ１９を一緒に樹脂モールドすることで、センサ組合せ体１７が構成されている。外方部材１におけるセンサ固定部２０の貫通部には、少なくとも１つ以上のＯリング等のシール手段を介在させて、この貫通部から内部へ水や油等が浸入するのを防止している。

回転センサ１８は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気センサからなり、内方部材２と一体に回転する磁気エンコーダ１５の磁気変化を検出する。回転センサ１８は１つであっても良いが、磁気エンコーダ１８の周方向の周期的な磁気変化に対して位相が略９０°離れた２箇所に２つの回転センサ１８を配置しても良い。このように２つの回転センサ１８を配置した場合、各回転センサ１８から出力される回転信号の位相が略９０°異なることから、回転数だけでなく回転方向も検出可能となる。

変位センサ１９は、それぞれ前記芯金１６の両側の張出部分１６ｂに対向するように２個配置されている。変位センサ１９は、例えばヨークにコイルを巻回したリラクタンス型とされ、前記被検出部１４の張出部分１６ｂと変位センサ１９との径方向隙間の変化を、車輪にかかる荷重として検出する。

図４は、参考提案例における被検出部１４の構成例を示す。この被検出部１４では、リング状の芯金１６の表面の略全幅に渡って磁気エンコーダ１５が設けられている。センサ組合せ体１７は、回転センサ１８だけでなく、２つの変位センサ１９も磁気エンコーダ１５に対向するようにエンコーダの幅方向に並べて配置されている。その他の構成は図２の例の場合と同じである。

この構成の車輪用軸受装置によると、車輪と一体に内方部材２が回転する時、外方部材１に設けられるセンサ組合せ体１７の回転センサ１８が、内方部材２に設けられる被検出部１４における磁気エンコーダ１５の磁気変化を検出する。この検出信号から車輪の回転速度を検出することができる。また、車輪に接地荷重が加わった時、前記センサ組合せ体１７の変位センサ１９が、この変位センサ１９と被検出部の間の隙間変化を検出するので、その検出信号から車輪に加わった接地荷重を検出することができる。

この車輪用軸受装置は、このように、磁気エンコーダ１５を有する環状の被検出部１４を、内方部材２の外周の複列の軌道面５，５間に設け、磁気エンコーダ１５に対向する回転センサ１８および被検出部１４に対向する変位センサ１９を一体化したセンサ組合せ体１７を外方部材１に設けたので、車輪の回転速度と接地荷重の検出を同時にかつ応答性良く検出できると共に、回転センサ１８および変位センサ１９をコンパクトに配置でき、またこれらのセンサ１８，１９や磁気エンコーダ１５を泥水や塵埃から保護して耐久性に優れたものとできる。

また、センサ組合せ体１７は、センサ固定部２０内に回転センサ１８および変位センサ１９を一緒に樹脂モールドして構成されるため、回転センサ１８および変位センサ１９を位置精度よく設置でき、それだけ検出精度を向上させることができる。

図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第１世代型に分類されるものである。この車輪用軸受装置は、内周に複列に軌道面２４を有する外方部材２１と、これら各軌道面２４に対向する軌道面２５を有する内方部材２２と、これら外方部材２１および内方部材２２の軌道面２４，２５間に介在した複列の転動体２３とで構成される。内方部材２２は、ハブ２２Ａの外周に軸受内輪２２Ｂを嵌合したものである。軸受内輪２２Ｂは、２つの内輪２２Ｂ１，２２Ｂ２を並べた分割型のものである。転動体２３はボールからなり、各列毎に保持器２６で保持されている。各列の軌道面２４，２５は断面円弧状とされて、接触角が互いに背面合せとなるように形成されている。外方部材２１と内方部材２２との間に形成される環状空間の両端は接触式のシール２７，２８でそれぞれ密封されている。

ハブ２２Ａの外周のアウトボード側端に有する車輪取付フランジ２２ａには、ブレーキロータと車輪（いずれも図示せず）とが重ねてボルト４０で締付け固定される。ハブ２２Ａは中央穴２９を有し、この中央穴２９に等速ジョイント４２の外輪４２ａに一体に形成されたステム部４３が挿通され、ステム部４３の先端の雄ねじ部４３ｂに螺合させたナット４１が中央穴２９の開口縁２２ｃに押し当てられる。これにより、等速ジョイント外輪４２ａがハブ２２Ａに対してアウトボード側に押し付けられてハブ２２Ａに連結される。内輪２２Ｂは、前記ナット４１の締め付けで、等速ジョイント外輪４２ａにおけるステム部４３の基端の断面４２ａａが内輪２２Ｂ２の幅面に押し当てられることにより、ハブ２２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。

この例においても、第１の実施形態と同様に、内方部材２２の両列の軌道面２５間の外周に、磁気エンコーダ１５を有するリング状の被検出部１４が嵌合させてある。また、外方部材２１における両列の軌道面２４間に、回転センサ１８と変位センサ１９とを一体化したセンサ組合せ体１７が、外方部材２１を貫通して設けられている。センサ組合せ体１７は、外方部材１を圧入嵌合したナックル４５と外方部材１とに整合して径方向に貫通させた貫通孔４６，４７に渡って貫通させてある。ナックル４５の貫通孔４６の内径面とセンサ組合せ体１７との間にはＯリング等のシール手段が設けられる。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置も複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第２世代型に分類されるものであり、駆動輪支持用である。この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３４を有する外方部材３１と、これら各軌道面３４に対向する軌道面３５を有する内方部材３２と、これら外方部材３１および内方部材３２の軌道面３４，３５間に介在した複列の転動体３３とで構成される。各列の軌道面３４，３５は断面円弧状とされ、接触角が互いに背面合せとなるように形成されている。各列の転動体３３はボールからなり、各列毎に保持器３６により保持されている。外方部材３１と内方部材３２との間に形成される環状空間の両端は、接触式のシール３７，３８によりそれぞれ密封されている。

外方部材３１は一体の部品からなり、ナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ３１ａを外周に有する。内方部材３２は、外周のアウトボード側端に車輪取付フランジ３２ａを有するハブ３２Ａと、ハブ３２Ａの外径面に嵌合された軸受内輪３２Ｂからなり、軸受内輪３２Ｂは２つの内輪３２Ｂ１，３２Ｂ２を軸方向に並べた分割型のものとされている。外方部材３１の軌道面３４に対向する複列の軌道面３５のうちの各列の軌道面３５が、各列の内輪３２Ｂ１，３２Ｂ２にそれぞれ設けられている。ハブ３２Ａの外周のアウトボード側端に有する車輪取付フランジ３２ａには、ブレーキロータと車輪（いずれも図示せず）とが重ねてボルト４０で締付け固定される。

ハブ３２Ａは中央穴３９を有し、図５の例と同様に、この中央穴３９に等速ジョイント４２の外輪４２ａに一体に形成されたステム部４３が挿通され、ステム部４３の先端の雄ねじ部４３ｂに螺合させたナット４１が中央穴３９の端面３２ｃに押し当てられる。これにより、等速ジョイント外輪４２ａがハブ３２Ａに対してアウトボード側に押し付けられてハブ３２Ａに連結される。内輪３２Ｂは、前記ナット４１の締め付けで、等速ジョイント外輪４２ａにおけるステム部４３の基端の断面４２ａａが内輪３２Ｂ２の幅面に押し当てられることにより、ハブ３２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。
内方部材３２の両列の軌道面３５間の外周に、磁気エンコーダ１５を有するリング状の被検出部１４が嵌合させてあること、および外方部材３１における両列の軌道面３４間に、回転センサ１８と変位センサ１９とを一体化したセンサ組合せ体１７が外方部材３１を貫通して設けられていることは、第１の実施形態の場合と同じである。

図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置も複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第４世代型に分類されるものであり、駆動輪支持用である。この車輪用軸受装置は、図１に示す第１の実施形態において、ハブ輪２Ａの外周に嵌合される内輪２Ｂにインボード側列の軌道面５を形成するのに代えて、内輪２Ｂを省略し等速ジョイント外輪１２ａの外径面にインボード側列の軌道面５を形成したものである。インボード側のシール８は、外方部材１の内径面と等速ジョイント外輪１２ａとの間に配置される。等速ジョイント外輪１２ａは、そのステム部１３をハブ輪２Ａの中央穴９に挿通してスプライン嵌合することにより、ハブ輪２Ａに連結される。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

なお、以上の各実施形態では、駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用した場合について示したが、この発明は、従動輪支持用の車輪用軸受装置にも同様に適用可能である。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。図１におけるＢ部の拡大断面図である。同車輪用軸受装置に設けられる被検出部の上半部を示す横断面図である。同被検出部の参考提案例を示す拡大断面図である。この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…軌道面
７，８…シール
１４…被検出部
１５…磁気エンコーダ
１６…芯金
１６ａ…溝形部分
１６ｂ…張出部分
１７…センサ組合せ体
１８…回転センサ
１９…変位センサ
２１…外方部材
２２…内方部材
２３…転動体
２４，２５…軌道面
２７，２８…シール
３１…外方部材
３２…内方部材
３３…転動体
３４，３５…軌道面
３７，３８…シール

Claims

内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の環状空間の両端をそれぞれ密封する密封手段とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
磁気エンコーダを有する環状の被検出部を、前記複列の軌道面間で前記内方部材の外周に設け、前記磁気エンコーダに対向する回転センサおよび前記被検出部に対向する変位センサを一体化したセンサ組合せ体を前記外方部材に設け、
前記被検出部が、前記磁気エンコーダおよびこのエンコーダを支持した芯金からなり、この芯金は、前記磁気エンコーダが内部に設けられた溝形部分、およびこの溝形部分の開口縁から両側に張り出す張出部分を有する断面ハット形状のものであり、前記溝形部分の内周面が、前記内方部材の外周に嵌合され、前記回転センサが前記磁気エンコーダに対向して配置され、前記変位センサが、それぞれ前記芯金の両側の張出部分に対向するように２個配置されたことを特徴とする車輪用軸受装置。
請求項１において、前記センサ組合せ体は、前記回転センサおよび前記変位センサを一緒に樹脂モールドしたものである車輪用軸受装置。