JP5169510B2 - 物理量測定装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

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、この様な、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、２、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、２、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の内面部分には、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、このカバー５に対する前記センサ６ａ、６ｂの位置決め精度を確保する事が重要になる。即ち、この位置決め精度が悪いと、このセンサ６ａ、６ｂと前記エンコーダ本体９の被検出面との位置関係が設計通りとならず、前記外輪１と前記ハブ２との間に作用する外力等の物理量の測定精度を十分に確保できなくなる。この為、前記カバー５に対する前記センサ６ａ、６ｂの位置決め精度の確保は重要になるが、前記センサホルダ７に対するこのセンサ６ａ、６ｂの包埋位置を精度良く規制する事は面倒である。この為、前記外輪１に対する前記カバー５の位置決め精度を確保しても、この外輪１に対する前記センサ６ａ、６ｂの位置決め精度を確保する事は難しい。

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、合成樹脂製のセンサホルダに対するセンサの位置決め精度を容易に向上させられ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、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る。そして、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、予成形部と後成形部とから成る。このうちの予成形部は、このセンサホルダをカバーに組み付ける以前に成形されている。又、前記後成形部は、これらカバーと予成形部とを所定の位置関係にセットした状態で、これらカバーと予成形部との間に溶融樹脂を射出する事により成形される。又、前記予成形部に、センサを軸方向に挿入可能な保持孔と、この保持孔の円周方向両内側面から互いに近づく方向に突出した１対の保持凸部とが設けられている。そして、前記センサは前記保持孔内に、これら両保持凸部の先端縁同士の間隔を弾性的に拡げて挿入された状態で、前記後成形部により前記保持孔内に保持固定されている。

上述の様に構成する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、合成樹脂製のセンサホルダに対するセンサの位置決め精度を容易に向上させられる。この為、優れた測定精度を有する物理量測定装置付転がり軸受ユニットを低コストで得られる。

図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合、センサホルダ７ａを、予成形部１６と後成形部１７とを組み合わせる（融着する）事で構成している。このうちの予成形部１６は、前記センサホルダ７ａを金属板製のカバー５ａの内側に組み付ける以前に合成樹脂を射出成形して成るもので、センサ６を保持する為の保持孔１８を有する。又、前記後成形部１７は、前記センサホルダ７ａを前記カバー５ａの内側に組み付けると同時に合成樹脂を射出成形するもので、前記センサ６の検出信号を取り出すハーネスの端部に設けたプラグを接続する為のコネクタ部１９を備える。前記予成形部１６を構成する合成樹脂と、前記後成形部１７を構成する合成樹脂とは、同じ材質のものとして、これら両成形部１６、１７を構成する合成樹脂同士の間に、剥離等の損傷を生じ易い界面が形成されない様にしている。

前記予成形部１６は、円板部２０と、この円板部２０の外周縁から、全周に亙って軸方向外方に延びた円筒部２１とを備えた、有底円筒状である。前記保持孔１８は、このうちの円筒部２１の円周方向一部（１乃至複数個所）に設けられたもので、この円筒部２１の先半部（図１、２の左半部）内周面と、基端面（軸方向内端面、図１、２の右端面）とに、それぞれ開口している。この為に、前記円筒部２１の先半部の内径を基半部（図１、２の右半部）の内径よりも大きくしている。

又、前記保持孔１８の内面のうち、円周方向両内側面（図３の左右両内側面）に、それぞれが軸方向（図３の表裏方向）に長い１対の保持凸部２２、２２を、互いに近づく方向に突出形成している。これら両保持凸部２２、２２の先端縁同士の自由状態での間隔は、前記センサ６の円周方向に関する幅寸法よりも少しだけ小さくしている。このセンサ６は前記保持孔１８内に、前記両保持凸部２２、２２の先端縁同士の間隔を弾性的に拡げて挿入する事により、前記予成形部１６の所定位置に保持している。尚、前記予成形部１６の径方向に関する、前記保持孔１８の自由状態での内寸Ｄ₁₈は、同方向に関する前記センサ６の厚さ寸法Ｔ₆ と同じか、この厚さＴ₆ よりも僅かに小さく（Ｄ₁₈≦Ｔ₆ ）している。従って、このセンサ６を前記保持孔１８内に、このセンサ６の先端面（図１、２の左端面）がこの保持孔１８の奥端面に突き当てる迄押し込むと、このセンサ６はこの保持孔１８内に、前記予成形部１６に対する組み付け位置を一義的に規制された状態で保持される。

又、本例の場合には、前記カバー５ａと前記センサホルダ７ａとの間の水密を、図１に示す様に、このカバー５ａの軸方向両側面のうちで前記センサ６を設置した内部空間と反対側面側に設置したＯリング２３により図っている。この為に本例の場合には、このＯリング２３を、断面形状が前記カバー５ａの底板部１１ａ側が開口したコ字形で全体を円環状とした、Ｏリングホルダ２４に保持している。又、この底板部１１ａの中央部に設けた通孔１５ａの周囲部分に形成した円筒状の折り立て板部２５を、前記Ｏリング２３の内径側で、前記Ｏリングホルダ２４の保持溝２６内に挿入している。この状態でこのＯリング２３を、この保持溝２６の底面と前記底板部１１ａとの間で、全周に亙り弾性的に圧縮している。尚、本例の場合には、前記後成形部１７の射出成形時にも、この弾性的圧縮状態を維持できる様に、前記折り立て板部２５と前記Ｏリングホルダ２４の内径側周壁２７とを、締り嵌めで嵌合している。更に、前記Ｏリングホルダ２４を前記Ｏリング２３ごと、前記センサホルダ７ａを構成する合成樹脂中に包埋している。

上述の様な構造を造るには、先ず、予め合成樹脂を射出成形する事で構成した前記予成形部１６と、前記センサ６とを、予め（前記後成形部１７を射出成形する以前に）図１〜３に示す様に組み合わせる。そして、組み合わせ後に、前記Ｏリングホルダ２４及び前記Ｏリング２３と組み合わせた前記カバー５ａと共に、前記後成形部１７を射出成形する為の金型のキャビティ内にセットする。次いで、このキャビティ内に溶融樹脂を送り込んで、前記後成形部１７を射出成形する。この射出成形により、前記保持孔１８内に仮保持されていた前記センサ６が、前記センサホルダ７ａに対し、しっかりと固定される。尚、前記後成形部１７を構成する合成樹脂と、前記予成形部１６を構成する合成樹脂と、前記Ｏリングホルダ２４を構成する合成樹脂とは、何れも同種のものとして、前記後成形部１７の射出成形に伴って、この後成形部１７と、前記予成形部１６と、前記Ｏリングホルダ２４とを、境界なく融着させる事が好ましい。

前述の様な構成を有し、上述の様にして造られる本例の構造によれば、前記センサホルダ７ａに対するセンサ６の位置決めの容易化及び位置決め精度の向上と、このセンサホルダ７ａと前記カバー５ａとの接合部の破損防止とを図れる。
先ず、前記位置決めの容易化及び位置決め精度の向上は、前記予成形部１６の保持孔１８内に前記センサ６を、１対の保持凸部２２、２２により仮保持した状態で、前記後成形部１７を射出成形する事により図れる。そして、前記位置決めの容易化と位置決め精度の向上とを図る事により、転がり軸受ユニットの物理量測定の信頼性を低コストで向上させられる。

又、前記接合部の破損防止は、前記センサホルダ７ａと前記カバー５ａとの間の水密を図る為の前記Ｏリング２３を、内部空間と反対側面側に設ける事により図れる。即ち、このＯリング２３を、雨水等の水分が存在する外部空間に近い部分に設置する事によって、表面張力により、前記センサホルダ７ａと前記カバー５ａとの間の隙間に染み込む水分の量を少なくできる。そして、この水分が凍結した場合でも、前記センサホルダ７ａと前記カバー５ａとの接合部の破損防止を図り易くできる。

本発明は、合成樹脂製のセンサホルダに対するセンサの位置決め精度の向上を図る為の構造に関する為、特にセンサの位置決めに関して高い精度を要求する荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関して実施する事が有効である。但し、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットで実施する事も可能である。

本発明の実施の形態の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半部断面図。 予成形部及びセンサの半部断面図。 図２の上部を右方から見た図。 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 通孔
１６ 予成形部
１７ 後成形部
１８ 保持孔
１９ コネクタ部
２０ 円板部
２１ 円筒部
２２ 保持凸部
２３ Ｏリング
２４ Ｏリングホルダ
２５ 折り立て板部
２６ 保持溝
２７ 内径側周壁

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、このセンサホルダを前記カバーに組み付ける以前に成形されている予成形部と、これらカバーと予成形部とを所定の位置関係にセットした状態で、これらカバーと予成形部との間に溶融樹脂を射出する事により成形される後成形部とから成るものであり、
   前記予成形部に、センサを軸方向に挿入可能な保持孔と、この保持孔の円周方向両内側面から互いに近づく方向に突出した１対の保持凸部とが設けられており、
   前記センサは前記保持孔内に、これら両保持凸部の先端縁同士の間隔を弾性的に拡げて挿入された状態で、前記後成形部により前記保持孔内に保持固定され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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