JP5012392B2 - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明はセンサ付き転がり軸受装置に関する。

各種装置における回転運動の計測において、軸受装置に計測機構を装備する場合がある。例えば、車両アクスル駆動輪に対してＡＢＳ機構を構成するときに、回転速度を検出するＡＢＳセンサは軸受装置に固定する事例がある。その場合、軸受非回転輪外径に嵌合したカバー部材にＡＢＳセンサを固定し、回転輪に嵌合したマグネットロータ（磁性体）の回転による磁束密度の変化により、ＡＢＳセンサが回転速度を検出する。

車両の駆動輪を回転可能に支持する軸受の回転輪に永久磁石製のエンコーダを固定した構造においては、エンコーダを何らかの方法によって保護しないと、走行中に路面から巻き上げられた異物などが表面に付着して回転速度の検出性能が劣化してしまう。下記特許文献１には、軸受装置を支持固定するナックルの内周部と車軸との間にシールリングを配置して、エンコーダを外部空間から遮断することにより、エンコーダに異物が付着することを防止する技術が開示されている。

特開２００１−１４７２５２号公報

しかし、上記特許文献１の技術ではシールリングによってエンコーダを外部から遮断することはできるものの、シールリングが回転する車軸と固定部分との間を摺接するため摺動抵抗が生じてしまう。したがって、それは車両の駆動に対する抵抗となるので、自動車の低燃費に対する障害となる。自動車の性能向上への要求が高まるなかで、これは大きな欠点となる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、軸受装置にセンサを固定する構造において、回転性能を低下させることなく、磁性体を外部に露出しない構造を有するセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明のセンサ付き係る転がり軸受装置は、軸とともに回転する回転輪の周方向に沿って磁界が交互に変化するように取り付けられた磁性体と、その磁性体の磁界を検出することによって回転輪の回転速度を計測するように非回転輪に固定されたセンサとを有するセンサ付き転がり軸受装置であって、前記センサを非回転輪に固定するための環状部材を備え、その環状部材は、前記非回転輪に嵌合された円筒部と、その円筒部の軸方向外方の端部から径方向で回転輪のある側へ延設された延設部とを有し、前記延設部には、前記環状部材の円筒部を非回転輪に嵌合して装着した状態で、非回転輪の端面に突き当たる突当て面が形成され、前記延設部には、前記磁性体を軸方向から覆う覆い面を有し、その覆い面は前記突き立て面よりも軸方向外方の位置に形成され、前記覆い面と前記磁性体との間には隙間が形成され、前記延設部は、前記覆い面の径方向端部から軸方向外方へ向けて延設されて、前記軸の形状に沿って、前記軸との間に間隔を有しつつ径方向から前記軸を覆うデフレクタ部が形成されるとともに、前記軸の径が軸方向外方に向かって増大するに伴い、前記デフレクタ部の内径も増大し、前記デフレクタ部の内周面と前記軸の中心線との角度が、前記軸の外径と前記軸の中心線との間の角度以上であることを特徴とする。

これにより、突当て面を非回転輪端面に突き当てることにより環状部材の位置決めが行えるので、環状部材に突当て面が形成されていなかった従来技術と比較して、環状部材の位置決めが安定したセンサ付き軸受装置となる。したがって環状部材がぐらつくことなどによってセンサの位置、姿勢がずれることが抑制されるので、センサの計測値の信頼性をさらに向上できる。また環状部材における延設部の外径及び内径が、延設部が磁性体を覆うように設定されるので、外部から異物が混入して磁性体に付着することが抑制される。したがってセンサによる磁性体の磁界の検出の信頼性が高まる。よって上記センサの固定性、安定性の向上と相まって、センサによる計測値の信頼性が高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

また前記延設部には、前記突当て面の一部を前記非回転輪の端面に突き当てずに、排水のためのドレーン穴が形成されたとしてもよい。

これによりドレーン穴が形成されることによって軸受装置に侵入した泥水などを外部に排出できるので、センサや磁性体の泥水による汚損が低減されるので、汚損によってセンサが誤った計測値を得ることが抑制される。したがってセンサの計測値の信頼性の高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

前記延設部は、前記覆い面の径方向端部から軸方向外方へ向けて延設されて、前記軸の形状に沿って、前記軸との間に間隔を有しつつ径方向から前記軸を覆うデフレクタ部が形成されたとしてもよい。

これにより、デフレクタ部によって軸との間に間隔を有しつつ径方向から軸を覆うので、デフレクタ部によってラビリンス構造が形成されて、それにより軸近傍から軸受へ異物が混入することが回避できる。したがって異物が磁性体に付着してセンサによる計測値の信頼性が低下することが抑制できる。さらにデフレクタ部と軸の間は非接触なので、シールの使用などと異なり接触抵抗を生じることがないので、軸受への異物混入防止が回転性能を低減させることなく達成できる。したがってセンサによる計測値の信頼性が高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

また前記軸は、前記軸受から遠ざかるにつれて外径が増加する軸側円錐状部を有し、前記デフレクタ部においても、前記軸における外径の増加に合わせて、内径が増加するデフレクタ側円錐状部を有し、前記デフレクタ側円錐状部における軸受からの距離に対する内径の増加の度合いは、前記軸側円錐状部における軸受からの距離に対する外径の増加の度合い以上であるとしてもよい。

これにより軸の外径の増加につれてデフレクタ部の内径が増加し、デフレクタ部の内径の増加の度合いは軸の外径の増加の度合い以上なので、軸の形状に沿ってラビリンス構造を容易に形成できる。そして上記軸とデフレクタ部の径の増加の度合いの設定によりデフレクタ部が軸に接触してその回転の抵抗とならずに、外部からの異物混入を抑制できる。したがってセンサによる計測値の信頼性が高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

前記センサは貫通孔を備え、前記環状部材は孔部を備え、前記センサの貫通孔と前記環状部材の孔部とにボルトによる締結あるいはリベットによる加締めがなされることにより、前記センサは前記環状部材に固定されたとしてもよい。

これによりセンサはボルト締結あるいはリベット加締めにより環状部材に固定されるので、センサは強固に環状部材に固定されて、センサの位置や姿勢のずれによる計測値の誤差が生じる可能性が抑制できる。またボルト締結あるいはリベット加締めを用いるので、センサを固定するための部位を別に形成する必要がない。従来のセンサ付き軸受装置では、環状部材とセンサ固定部分とを一体に形成するために環状部材に開口部が形成されてしまい、そこから磁性体が外部に露出していた。しかし上記構成では環状部材にセンサ固定部分を形成しなくてもよいので、上記覆い面やデフレクタ部を、磁性体を外部に露出することのない形状にて形成することが容易である。したがって磁性体に異物を付着させずに、センサによる計測値の信頼性が高いセンサ付き軸受装置が構成できる。

本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置１（軸受装置）の軸方向断面図である。軸受装置１は、車両アクスル駆動輪を回動可能に支持し、アクスルシャフト２（軸）に嵌合して軸と一体に回転する内輪３と、車両ボディに固定された外輪４と、内輪３に形成された軌道面と外輪４に形成された軌道面間に挟持された転動体５（ころ）を備える。なお図１の図示左方が車輪側であり、図示右方が車両中央側である。

軸受装置１における軸方向外側（車輪側）にはシール６が配置されて、外部から異物が軸受内部に侵入することを防止する。シール６のさらに外側には永久磁石製のマグネットロータ７（磁性体）が内輪３に外嵌されている。マグネットロータ７は周方向にそってＮ極、Ｓ極が交互に配列された構造であり、軸２、内輪３の回転によって磁束密度が変化し、後述するＡＢＳセンサ２０（センサ）がこの変化を検出することにより回転速度を計測する。

外輪４にはセンサ２０を軸受装置１に固定するための円環形状の環状部材１０が外嵌されている。環状部材１０は後述する固定部３０とカバー部４０とからなる。そして環状部材１０にセンサ２０が固定されている。センサ２０の環状部材１０への固定方法を以下で説明する。

図２は軸受装置１の斜視図である。そして図３が固定部３０のみを示した図、図４がセンサ２０のみを示した図、図５がカバー部４０のみを示した図である。図３に示された固定部３０には、センサ２０を載置するための座受け面３２が形成され、さらに座受け面３２に孔部３３が形成されている。そして、この孔部３３の径方向内方側にナット３６が溶接されている。

また固定部３０をカバー部に固定するための孔部３１が形成されている。さらにセンサ２０が装着されるためのセンサ用孔部３４が形成され、さらにセンサ用孔部３４にはセンサ２０の側面に向き合う位置にレール部３５が形成されている。

図４に示されたセンサ２０は、大きくは本体部２１と信号線２２とに分けられる。本体部２１に磁束密度を検出する検出部が備えられている。そして計測値をのせた信号が信号線２２を通じて車両に搭載されたＥＣＵへと送られる。

本体部２１の表面は、先端２４、上面２３、側面２５を含む。本体部２１はもうひとつの側面を有し、それは図４には示されていない部位にある側面２５の裏側にある面である。また本体部２１には突出部２９が形成され、この部分に貫通孔２７が形成されている。センサ２０は、図２に示されているとおり、先端２４を径方向内方に向けて、かつ突出部２９を軸方向内方（軸受の内側に向かう方向）に向けた姿勢で、固定部３０に固定される。

図４に示されているように、側面２５には、側面２５の途中から先端２４までレール溝部２６が形成されている。レール溝部は両側面に同形状で形成されているとする。

図５に示されたカバー部４０は、図１に示されているように、外輪４に外嵌するための嵌合面１５と、嵌合面１５の端部から径方向内方へと延設されて外輪端面４ａに突き当てられる突当て面１６を有する。嵌合面１５が外輪４の外周面に圧入され、さらに突当て面１６が外輪端面４ａに突き当てられることにより、カバー部４０の位置決めがなされる。

さらに突当て面１６の内周側に、マグネットロータ７を覆う覆い面１７が形成されている。覆い面１７は、隙間を隔ててマグネットロータ７を周方向に沿って覆う。覆い面の内径φｂはマグネットロータ７の内径φａ以下とする。これにより覆い面１７はマグネットロータ７が外部に露出することを抑制する。

これにより外部から異物が混入してマグネットロータ７に付着することを抑制する。またマグネットロータ７と覆い面１７との間に隙間ｃが形成されているので、万一異物が混入しても、マグネットロータ７と覆い面１７との間に堆積することが抑制される。こうした覆い面の形状によりマグネットロータ７の長期使用における信頼性が向上する。

さらに覆い面１７の径方向内方端部から、軸方向外方（軸受から遠ざかる方向）へデフレクタ部１９が形成されている。デフレクタ部１９は、軸２の形状に沿った形状を有し、軸２が車輪に近づくにつれて径が増大するのに伴い、デフレクタ部１９の内径も増加する。このようなデフレクタ部１９の形成によって、異物が軸方向から軸受内部へと混入することを抑制できる。特に図１に示されたデフレクタの内周面と軸中心線との間の角度θｂが、軸外径の軸中心線との間の角度θａ以上であるとすればよい。このように構成すればデフレクタ部１９が軸と接触して軸の回転の抵抗となることが回避できる。

さらにカバー部４０には、図５に示されているように、孔部４１が形成されている。後述するように孔部４１が固定部３０のカバー部４０への固定のために使用される。またカバー部４０にはセンサ用孔部４５が形成されており、センサ用孔部４５の位置にセンサ２０は固定されて、センサ２０の計測部が直接マグネットロータ７と向き合うことになって磁界の計測が可能となる。

センサ２０は、レール溝部２６とレール部３５とが嵌合するようにして固定部３０と一体化される。さらに、図２に示されているように、ナット３６が裏側溶接された孔部３３と貫通孔２７とがボルト５５によって締結されることにより、固定部３０にセンサ２０が固定される。そして固定部３０に形成された貫通孔３１とカバー部４０に形成された孔部４１とがボルト５１によって締結されることにより、固定部３０がカバー部４０に固定される。

なお上記実施例において貫通孔３３、３１にはタップが形成されていてもいなくてもよい。またナット３６は溶接しない構成としてもよい。また上では貫通孔３３，３１に対してボルト締結を用いたが、別の方法として例えばリベット加締めを用いてもよい。リベット加締めの場合、ボルト及びナットの使用よりも部品点数を低減できる。

図６、図７に上記実施例の変形例１が示されているので、以下で説明する。この変形例１のセンサ付き転がり軸受装置１ｂ（軸受装置）においてはカバー部４０の図示下部に排水のためのドレーン穴１８が形成されている。図６、図７に図示された下部が、実際に軸受装置１ｂが装備された状態での下部に対応するとすればよい。このドレーン穴１８によって、軸受装置１ｂの内部に侵入してしまった泥水などが外部に排出できる。

図７にはセンサ付き軸受装置１ｂの軸方向断面図が示されている。図７に示されているように、ドレーン穴１８の内径φｅはマグネットロータ７の外径φｄ以上とする。これによりドレーン穴１８の存在によってマグネットロータ７が外部に露出することが抑制される。したがって、外部からドレーン穴１８を通って異物が混入してマグネットロータ７に付着することを抑制するので、マグネットロータ７の長期使用における信頼性が向上する。

次に図８、図９に変形例２のセンサ付き軸受装置１ｃが示されている。変形例２では固定部３０は用いられず、センサが直接、カバー部４０に固定される。変形例２におけるセンサ２０ａが図８に示されている。センサ２０ａは本体部２１ａと信号線２２ａを備える。センサ２０ａの本体部２１ａには突出部２３ａが両側面２５ａに形成され、この突出部２３ａに貫通孔２４ａが形成されている。なお図８には一方の側面２５ａのみが示されているが、もう一方の側面２５ａは図８の側面２５ａの裏側の面である。

図９に示されているように、センサ２０ａの計測部がセンサ用孔部４５の位置に配置された状態で、貫通孔２４ａと前述の孔部４１とがボルト５１によって締結されることにより、センサ２０ａがカバー部４０に固定される。このように固定部３０を省いて直接センサ２０ａをカバー部４０に装着することにより、低コスト化を実現できる。なおセンサ２０ａとカバー部４０との固定はボルト締結に限定されず、リベットを用いてもよい。

本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置の軸方向断面図。 センサ付き転がり軸受装置の斜視図。 固定部の斜視図。 センサの斜視図。 カバー部の斜視図。 変形例１のセンサ付き転がり軸受装置の斜視図。 変形例１のセンサ付き転がり軸受装置の軸方向断面図。 変形例２のセンサの斜視図。 変形例２のセンサ付き転がり軸受装置の斜視図。

符号の説明

１、１ｂ、１ｃ センサ付き転がり軸受装置
２ 軸（アクスルシャフト）
３ 内輪
４ 外輪
５ 転動体（ころ）
６ シール
７ マグネットロータ（磁性体）
１０ 環状部材
１５ 嵌合面
１６ 突当て面
１７ 覆い面
１８ ドレーン穴
１９ デフレクタ部
２０ ＡＢＳセンサ（センサ）
２１ 本体部
２６ レール溝部
２７ 貫通孔
３０ 固定部
３３ 孔部
３５ レール部
３６ ナット
４０ カバー部
５１、５５ ボルト

Claims (2)

1. 軸とともに回転する回転輪の周方向に沿って磁界が交互に変化するように取り付けられた磁性体と、その磁性体の磁界を検出することによって回転輪の回転速度を計測するように非回転輪に固定されたセンサとを有するセンサ付き転がり軸受装置であって、
   前記センサを非回転輪に固定するための環状部材を備え、その環状部材は、前記非回転輪に嵌合された円筒部と、その円筒部の軸方向外方の端部から径方向で回転輪のある側へ延設された延設部とを有し、
   前記延設部には、前記環状部材の円筒部を非回転輪に嵌合して装着した状態で、非回転輪の端面に突き当たる突当て面が形成され、
   前記延設部には、前記磁性体を軸方向から覆う覆い面を有し、
   その覆い面は前記突き立て面よりも軸方向外方の位置に形成され、前記覆い面と前記磁性体との間には隙間が形成され、
   前記延設部は、前記覆い面の径方向端部から軸方向外方へ向けて延設されて、前記軸の形状に沿って、前記軸との間に間隔を有しつつ径方向から前記軸を覆うデフレクタ部が形成されるとともに、前記軸の径が軸方向外方に向かって増大するに伴い、前記デフレクタ部の内径も増大し、
   前記デフレクタ部の内周面と前記軸の中心線との間の角度が、前記軸の外径と前記軸の中心線との間の角度以上であることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 前記延設部には、前記突当て面の一部を前記非回転輪の端面に突き当てずに、排水のためのドレーン穴が形成された請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。

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