JP5359039B2

JP5359039B2 - 物理量測定装置付転がり軸受ユニット

Info

Publication number: JP5359039B2
Application number: JP2008153211A
Authority: JP
Inventors: 稔窪川; 正幸丸山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009298231A

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の軸方向内端部（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、これらカバー５とセンサホルダ７との間の微小隙間に雨水等の水分が入り込むのを防止する必要がある。この微小隙間に入り込んだ水分が凍結すると、この微小隙間が拡がって、前記合成樹脂製のセンサホルダ７に亀裂等の損傷が発生し易くなるだけでなく、著しい場合には、前記両センサ６ａ、６ｂを設置した内部空間に水分や磁性粉末等の異物が入り込んで、物理量測定装置が誤動作する原因になる。

これに対して図４に示した構造は、前記微小隙間を通じての水分の進入防止に就いては、特に考慮していない。図４に示した構造で、前記カバー５の底板部１１と、前記センサホルダ７の保持底板部１３との間にＯリングを設ける事も考えられるが、その場合、このＯリングを設置した部分迄の微小隙間に入り込む水分の量が、無視できない程度に多くなり、上述した様な問題を生じ易い。又、前記センサホルダ７の凸部１４の外周面と、前記カバー５のうちで前記通孔１５の周縁部に形成した円筒状の折り立て板部１６の内周面との間にＯリングを設ける事も考えられる。但し、前記凸部１４の外周面にＯリングを保持する為の係止溝を形成すると、この凸部１４の強度及び剛性を確保する面から不利になる。更に、前記折り立て板部１６の軸方向寸法は、必ずしも十分に確保できない。この為、この折り立て板部１６を利用して十分に信頼性の高いシール構造を実現する事が難しい可能性もある。

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て、金属製のカバーと合成樹脂製のセンサホルダとの間の微小隙間に入り込む雨水等の水分の量を僅少に抑える事ができて、しかも信頼性の高いシール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、前記センサホルダと前記カバーとの間の水密を、このカバーを構成する前記底板部の軸方向両側面のうちのセンサを設置した内部空間と反対側面のうちで前記通孔の周囲部分と、前記センサホルダのうちでこの周囲部分に対向する部分に設けた保持溝との間に組み付けた、Ｏリングにより保持している。

この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記センサホルダを、予成形部と後成形部とＯリングホルダとから構成する。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たもので、前記センサを保持する部分である。又、前記後成形部は、前記カバーと前記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及びこのカバーの外側部分に、溶融樹脂を射出する事により成形されるものである。
又、前記Ｏリングを、断面形状が底板部側が開口したコ字形で全体を円環状とした、合成樹脂製の前記Ｏリングホルダに保持する。
又、前記カバーのうちで通孔の周囲部分に形成した円筒状の折り立て板部を、前記Ｏリングの内径側で、前記Ｏリングホルダの保持溝内に、この折り立て板部とこのＯリングホルダの内径側周壁とを締り嵌めで嵌合させる状態で挿入する。そしてこのＯリングを、前記保持溝の底面と前記底板部との間で、全周に亙り弾性的に圧縮する。
更に、前記後成形部は、前記Ｏリングを弾性的に圧縮した状態のまま射出成形する事により、前記Ｏリングホルダを包埋支持する。

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、金属製のカバーと合成樹脂製のセンサホルダとの間の微小隙間に入り込む雨水等の水分の量を僅少に抑える事ができる。即ち、このセンサホルダと前記カバーとの間の水密を図る為のＯリングを内部空間と反対側面側に設ける為、これらセンサホルダとカバー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、前記センサホルダと前カバーとの接合部が破損しにくくなる。
更に、このカバーのうちで前記Ｏリングを弾性的に当接させる部分の幅を十分に確保できる為、このＯリングの当接状態を安定させて、信頼性の高いシール構造を実現できる。

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１７と後成形部１８とＯリングホルダ２５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１７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１９を有する。又、前記後成形部１８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して成るもので、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２０を備える。前記予成形部１７を構成する合成樹脂と、前記後成形部１８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１７、１８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１７は、円板部２１と、この円板部２１の外周縁から、全周に亙って軸方向外方に延びた円筒部２２とを備えた、有底円筒状である。前記保持孔１９は、このうちの円筒部２２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２２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、この円筒部２２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１９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２３、２３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２３、２３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１９内に、前記両保持凸部２３、２３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１７の所定位置に保持している。尚、前記予成形部１７の径方向に関する、前記保持孔１９の自由状態での内寸Ｄ₁₉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（Ｄ₁₉≦Ｔ₆ ）している。従って、前記センサ６を前記保持孔１９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１９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１９内に、前記予成形部１７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、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２４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２４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２５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１６ａを、前記Ｏリング２４の内径側で、前記Ｏリングホルダ２５の保持溝２６内に挿入している。この状態でこのＯリング２４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。本例の場合には、前記後成形部１８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１６ａと前記Ｏリングホルダ２５の内径側周壁２７とを、締り嵌めで嵌合している。これら折り立て板部１６ａと内径側周壁２７との嵌合強度は、前記Ｏリング２４の弾性復元力よりも十分に大きくしている。更に、前記Ｏリングホルダ２５を前記Ｏリング２４ごと、前記後成形部１８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１７と、前記センサ６とを、予め（前記後成形部１８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２５及び前記Ｏリング２４と組み合わせた前記カバー５ａと共に、前記後成形部１８を射出成形する為の金型のキャビティ内にセットする。そして、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１８を射出成形する。この射出成形により、前記保持孔１９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１８を構成する合成樹脂と、前記予成形部１７を構成する合成樹脂と、前記Ｏリングホルダ２５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１８の射出成形に伴って、この後成形部１８と、前記予成形部１７と、前記Ｏリングホルダ２５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に対する前記センサ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、この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２４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２４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との接合部を破損しにくくできる。しかも、前記Ｏリング２４は、十分な面積を有する、前記カバー５ａの底板部１１ａに当接する為、このＯリング２４を安定した状態で弾性的に圧縮できて、このＯリング２４によるシール性能を、十分に安定させて、信頼性の高いシール装置を得られる。

又、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１７の保持孔１９内に前記センサ６を、１対の保持凸部２３、２３により仮保持した状態で、前記後成形部１８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。

本発明は、図４に示す様な荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関して実施できるだけでなく、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できる。

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、１６ａ折り立て板部
１７予成形部
１８後成形部
１９保持孔
２０コネクタ部
２１円板部
２２円筒部
２３保持凸部
２４Ｏリング
２５Ｏリングホルダ
２６保持溝
２７内径側周壁

Claims

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り、
前記センサホルダの一部は前記カバーの底板部に設けた通孔を通じてこのカバー外に導出されている
物理量測定装置付転がり軸受ユニットに於いて、
前記センサホルダと前記カバーとの間の水密を、このカバーを構成する前記底板部の軸方向両側面のうちのセンサを設置した内部空間と反対側面のうちで前記通孔の周囲部分と、前記センサホルダのうちでこの周囲部分に対向する部分に設けた保持溝との間に組み付けたＯリングにより保持し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。
センサホルダは、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、センサを保持する予成形部と、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及びこのカバーの外側部分に、溶融樹脂を射出する事により成形される後成形部と、Ｏリングホルダとから成るものであり、
Ｏリングを、断面形状が底板部側が開口したコ字形で全体を円環状とした、合成樹脂製の前記Ｏリングホルダに保持しており、
前記カバーのうちで通孔の周囲部分に形成した円筒状の折り立て板部を、前記Ｏリングの内径側で、前記Ｏリングホルダの保持溝内に、この折り立て板部とこのＯリングホルダの内径側周壁とを締り嵌めで嵌合させる状態で挿入してこのＯリングを、前記保持溝の底面と前記底板部との間で全周に亙り弾性的に圧縮しており、
前記後成形部は、前記Ｏリングを弾性的に圧縮した状態のまま、前記Ｏリングホルダを包埋支持している、
請求項１に記載した物理量測定装置付転がり軸受ユニット。