JP6565508B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関するものである。

自動車等の車両では、近年、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等を使用して、走行中の車両の姿勢を制御する技術が使用されている。この制御においては、車両の走行状態を検出するために、車輪の回転速度を正確に検出する必要がある。そこで、回転速度検出装置を軸受装置に組み込むことによって、車輪の回転速度を検出している。

図５は、この様な目的で使用される、回転速度検出装置１０２が組み込まれた軸受装置１００の従来構造の例を示している（特許文献１参照）。この軸受装置１００は、外輪１０４と、その内周側で回転自在に支持された回転軸１０６を有している。回転軸１０６には円環状のエンコーダ１０８が取り付けられている。このエンコーダ１０８には、磁性体を分散させたゴムシートが張り付けられており、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に形成されるように磁化されている。外輪１０４には、有底円筒形状のホルダ１１０が固定されており、このホルダ１１０の側端面１１６にセンサ１１２が取り付けられている。センサ１１２でエンコーダ１０８の磁気特性の変化を検出することによって、図示しない車輪の回転速度を検出している。

特開２０１０−１２１７８１

エンコーダ１０８の磁気特性の変化を精度良く検出するためには、センサ１１２は、エンコーダ１０８とのすきまを１０分の１ミリメートル単位の精度で組み付けられる必要がある。
一方、ホルダ１１０は、薄肉の鋼板を用いてプレス成型することによって形成されている。ホルダ１１０は、円筒部１１４が外輪１０４の外周に締り嵌めの状態で嵌め合わされることによって、外輪１０４に固定されている。このとき、円筒部１１４と外輪１０４外周との間のしめしろの分だけ円筒部１１４が径方向外方に拡径するので、側端面１１６の外周には、図６に示すようなモーメント荷重Ｍが、全周にわたって作用する。このため、側端面１１６では、中央が軸方向に窪んで球面状に変形する場合がある。

図６では、ホルダ１１０の側端面１１６が変形した状態と、この側端面１１６にセンサ１１２を取り付けた状態を模式的に示している。一般的に、センサ１１２の形状は直方体であり、このように、側端面１１６が球面状になっている状態で、センサ１１２を取り付けたときには、センサ１１２の底面１１３とホルダ１１０の側端面１１６とが密着しない。このため、センサ１１２の取付が不確実になり、エンコーダ１０８の磁気特性を正確に検出できないという問題があった。

本発明の課題は、外輪に圧入することによって固定されている金属製のホルダを使用する場合であっても、センサを取り付ける面が変形せず、センサを確実に固定できるセンサ支持構造を提供することである。

本発明の車輪用軸受装置の一形態は、車体側部材に固定される外輪と、前記外輪と同軸に配置されて車輪が固定される内輪と、前記外輪と前記内輪との間にて周方向に配置される複数の転動体と、前記内輪に固定されて磁気特性が周方向に交互に変化する環状の磁性部材と、前記外輪に固定されるホルダと、を備えており、前記磁気特性の変化を検出するセンサが、前記ホルダに取り付けられる車輪用軸受装置において、前記ホルダは鋼板製のカバーと合成樹脂製のセンサ台座とで形成されており、前記カバーは、前記外輪の外周に締り嵌めの状態で嵌め合わされる円筒部と、前記円筒部の軸方向一端に径方向に設けられた側端面とを一体に有しており、前記センサ台座は前記側端面に取り付けられており、前記センサ台座では、前記側端面と接する固定面から直交する向きに突出する固定用突起が一体に形成されており、前記固定面と反対の側に前記センサを取り付けるセンサ取付面が形成されており、前記カバーと前記センサ台座とが、前記固定用突起を前記側端面に係止することによって結合されている。

本発明によると、外輪に圧入することによって固定されている金属製のホルダを使用する場合であっても、センサを取り付ける面が変形せず、センサを確実に固定できるセンサ支持構造を提供することが出来る。

本発明の一実施形態の軸方向断面図である。 図２（ａ）は、本実施形態のホルダの軸方向断面図であり、図２（ｂ）は、正面図である。 外輪に固定したホルダの変形状態を説明する模式図である。 図４（ａ）は、比較例におけるホルダの軸方向断面図であり、図４（ｂ）は、その正面図である。 従来の車輪用軸受装置の軸方向断面図である。 従来のホルダの取付状態を説明する模式図である。

本実施形態を図によって説明する。図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）である車輪用軸受装置１０（以下、単に「軸受装置」という）の軸方向断面図である。図１では、軸受装置１０が、車体側部材であるナックル９０に組み付けられた状態を示している。

軸受装置１０は、軸受ユニット１１と、ホルダ３０と、センサ６０とを有している。この軸受装置１０は、ホルダ３０の形態に特徴があり、このホルダ３０によってセンサ６０の搭載性を向上させている。軸受ユニット１１は、複列のアンギュラ型玉軸受を使用したハブユニット形式の転がり軸受装置であり、車輪を支持する用途で広く使用されているものと同様である。このため、軸受ユニット１１については簡単に説明する。

軸受ユニット１１は、外輪１２と、その径方向内方で回転自在に支持されている内輪１７を有している。以下の説明では、回転軸線ｍの方向を軸方向といい、回転軸線ｍと直交する向きを径方向、回転軸線ｍの周りを周回する方向を周方向という。
外輪１２は、略円筒形状で、内周に複列の外側軌道面１３を有している。外周には、複数のフランジ２５が形成されている。各フランジ２５は、円周方向の複数個所から径方向外方に延在している。フランジ２５には、軸方向に貫通するねじ孔が設けられており、ボルト２８で締結することによって、ナックル９０に固定されている。フランジ２５よりナックル９０の側では、外輪１２の外周が、回転軸線ｍと同軸の円筒面であるホルダ保持面１４となっている。ホルダ保持面１４にはホルダ３０が嵌め合わされている。

内輪１７は、ハブシャフト１９と内輪部材２０とが一体に組み合わされている。ハブシャフト１９の軸端に内輪部材２０が嵌め合わされた後、その軸端の内輪部材２０から突出した部分に、径方向外方に向けて塑性変形が施されることによってかしめ部２１が形成されている。このかしめ部２１によって、内輪部材２０が軸方向に押し付けられて、ハブシャフト１９と強固に固定されている。ハブシャフト１９には、かしめ部２１と反対側の軸方向端部に、図示しない車輪を固定するフランジ２６が形成されている。フランジ２６は径方向に拡径する円板状である。ハブシャフト１９の外周と、内輪部材２０の外周には、それぞれ内側軌道面１８が形成されている。
径方向に互いに対向する外側軌道面１３と内側軌道面１８との間に、それぞれ複数の転動体２７が転動自在に組み込まれている。こうして、内輪１７は、外輪１２と同軸に回転自在に支持されている。
軸受装置１０が車両に搭載されたときには、フランジ２６が車両の外側に取り付けられる。以下の説明では、フランジ２６の側（図１の左側）をアウター側といい、内輪部材２０の側（図１の右側）をインナー側という。

内輪部材２０には、内側軌道面１８のインナー側に肩２２が形成されている。肩２２は、回転軸線ｍと同軸に形成された円筒面である。肩２２には、エンコーダ５２が嵌め合わされている。
エンコーダ５２は、円環状で、断面が略Ｌ字形の芯金５３と、磁性部材５４とで形成されている。芯金５３は、薄肉の炭素鋼板をプレス成型することによって形成されており、肩２２に外篏される円筒部５６を有している。円筒部５６のインナー側の端部が径方向外方に直角に折り曲げられており、平板部５７が形成されている。
磁性部材５４は、ゴム材料に粉末状の磁性体を分散させて形成されており、加硫接着によって平板部５７のインナー側の側面に貼り付けられている。磁性部材５４では、表面が磁化されて、周方向に等間隔でＳ極とＮ極とが交互に形成されている。エンコーダ５２は、円筒部５６が肩２２に締り嵌めの状態で嵌め合わされることによって、内輪１７と一体となって回転する。

図２によって、ホルダ３０の詳細形状を説明する。図２（ａ）は、ホルダ３０の軸方向断面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢印Ａの側から見た正面図である。ホルダ３０は、カバー３２と、センサ台座４４とが組み合わされた形態である。図２（ａ）では、カバー３２にセンサ台座４４を固定するときの、かしめ型３９の配置状態を合わせて図示している。

カバー３２は、ＳＰＣＣ等の薄肉の炭素鋼板をプレス成型することによって形成されている。カバー３２は、有底の円筒形状であって、円筒部３３と、この円筒部３３の軸方向の一端に径方向に形成された側端面３４とからなる。側端面３４には、センサ貫通孔４０、センサ台座固定孔４１、水抜き孔４２が、それぞれ軸方向に貫通して形成されている。これらの孔４０，４１，４２は、プレス成型時に打ち抜き加工をすることによって同時に形成されている。

センサ台座４４は、ガラス繊維で強化されたポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂材料にを使用して、射出成型によって形成されている。形状は、略直方体であり、カバー３２の側端面３４と当接する固定面４５と、この固定面４５に対して板厚方向の反対側に形成されたセンサ取付面４６とを有している。固定面４５とセンサ取付面４６は、互いに平行な平面である。また、正面から見たときのセンサ台座４４は、側端面３４の中心を通る径方向の仮想線ｎに対して左右対称に取り付けられている。以下のセンサ台座４４に関する説明では、固定面４５及びセンサ取付面４６と直交する方向を「厚さ方向」といい、図２（ｂ）の左右方向を「幅方向」という場合がある。

センサ台座４４には、検出部挿入孔４７、固定用突起４８、ナット５０が、仮想線ｎに沿って順に形成されている。
検出部挿入孔４７は、円筒形状で、厚さ方向に貫通している。検出部挿入孔４７の内径寸法は、センサ貫通孔４０と同じ大きさである。ナット５０は、センサ台座４４を射出成型するときに、インサート成型によって組み込まれている。ナット５０は、その軸線の向きがセンサ台座４４の厚さ方向となる向きに組み込まれており、座面の位置は、センサ取付面４６と同一面となっている。固定面４５の側から、ナット５０と同軸に、ボルト６１の外径より大径の逃げ孔４９が設けられている。
固定用突起４８は、固定面４５の側に、センサ台座４４と同じ樹脂材料で一体に形成されている。固定用突起４８は、円柱形状で、検出部挿入孔４７とナット５０との略中央において固定面４５から垂直方向に突出している。固定用突起４８が突出する方向と直交する向きの断面の直径寸法ｄは、センサ台座固定孔４１よりわずかに小径である。また、直径寸法ｄは、センサ台座４４の幅方向の寸法Ｗに対して２０％〜３０％の大きさである。

カバー３２とセンサ台座４４とを組み合わせるときには、固定用突起４８をセンサ台座固定孔４１に挿入しつつ、固定面４５と側端面３４とが互いに向き合うように組み合わされる。固定用突起４８が、側端面３４からセンサ台座４４と反対の側に突出するので、この突出した部分に高温のかしめ型３９を押し付けて熱かしめを施している。かしめ型３９の温度は、センサ台座４４に使用する樹脂材料の熱変形温度以上に設定され、ガラス繊維で強化されたポリアミド樹脂では２００℃〜２５０℃の温度が好適に使用される。固定用突起４８は、熱可塑性樹脂で形成されているので、高温のかしめ型３９を接触させることによって、その接触した部分が軟化する。そして、固定用突起４８の先端がかしめ型３９に沿って変形して、抜止部４３が形成されている。図２（ａ）では、かしめ型３９を押し付ける前の固定用突起４８の形状を破線で示している。

こうして組み立てられたホルダ３０は、円筒部３３の軸方向に開口する側を外輪１２のホルダ保持面１４に向けて組み付けられている。ホルダ３０を外輪１２に圧入したときには、ホルダ３０の側端面３４が変形する。
図３は、外輪１２に組付けられたホルダ３０の変形状態を説明する模式図である。図３は、軸方向断面におけるホルダ３０の変形状態を示している。また、センサ台座４４に搭載したセンサ６０を破線で示している。
ホルダ３０を外輪１２に嵌め合わせたときには、ホルダ３０の円筒部３３の内径寸法が外輪１２のホルダ保持面１４の直径寸法より小径であるので、その嵌め合い部のしめしろに応じて円筒部３３が径方向外方に拡径する。そのため、側端面３４では径方向外方の全周にわたって、図３に示した向きのモーメント荷重Ｍが作用する。このモーメント荷重Ｍによって、側端面３４は、中央が軸方向に窪んで、軸方向断面は湾曲した形状になっている。側端面３４の窪みの大きさδｈは、概ね１０分の１〜３ミリメートル程度である。図３では、本実施形態の効果を説明するために、側端面３４の変形状態を誇張して示している。なお、側端面３４の窪みの大きさδｈとは、側端面３４の径方向外方と、窪みの中央との軸方向の距離である。

ホルダ３０では、側端面３４にセンサ台座４４が固定されている。センサ台座４４の固定面４５は略長方形である。以下、説明の便宜のために、固定面４５の４つの頂点をＰ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２とする（図２参照）。Ｐ１とＰ２は、センサ台座４４の径方向外方で仮想線ｎを挟んで互いに対称な位置にあり、Ｑ１とＱ２は、Ｐ１とＰ２より径方向内方で仮想線ｎを挟んで互いに対称な位置にある。
図３に示したように、側端面３４が変形して中央が軸方向に窪んだときには、センサ台座４４の径方向の両端（すなわち、一端は径方向外方の頂点Ｐ１及びＰ２で、他端は径方向内方の頂点Ｑ１及びＱ２である）が、側端面３４と接触する。そして、径方向の中央では、センサ台座４４と側端面３４との間にすきまＳが形成されることとなる。
なお、ホルダ３０の形態は、仮想線ｎに対して対称である。このため、外輪１２に組み付けられて変形したときの側端面３４の形態も、仮想線ｎに対してほぼ対称となる。したがって、センサ台座４４を側端面３４に搭載するときに、仮想線ｎに沿って搭載したときには、センサ台座４４と側端面３４とは、Ｐ１とＰ２、及び、Ｑ１とＱ２の各点で接触する。

センサ台座４４は、固定用突起４８によってカバー３２と連結されている。固定用突起４８の先端には抜止部４３が形成されており、抜止部４３の外径寸法は、センサ台座固定孔４１の直径寸法より大径である。このため、センサ台座４４が、側端面３４から離れる向きに変位しても、固定用突起４８が、センサ台座固定孔４１から抜け出ることがない。したがって、ホルダ３０の側端面３４が湾曲に変形したときには、固定用突起４８は、弾性変形してすきまＳの分だけ長手方向に伸びている。固定用突起４８は、合成樹脂で形成されているので、その縦弾性係数は鉄等の金属に比べて小さく、軸方向に伸びることが出来る。
こうして、センサ台座４４は、固定用突起４８によってカバー３２に係止されるとともに、固定用突起４８を中心にして、略対称の位置にある４か所の点（Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２）で支持されている。このため、カバー３２の側端面３４が変形したときであっても、センサ台座４４が、カバー３２の側端面３４に安定した状態で支持されている。
なお、固定用突起４８に作用する力（すきまＳの分だけ長手方向に引っ張るときに作用する力である）は、センサ台座４４のＰ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２の各点に反力として作用している。しかし、センサ台座４４の板厚及び幅方向の寸法が大きいので、センサ台座４４はほとんど変形しない。すなわち、センサ台座４４の曲げ方向のばね定数は、固定用突起４８の長手方向のばね定数より大きい。こうして、センサ取付面４６は平坦面の状態を維持することが出来る。

図３に示したように、センサ６０は、センサ台座４４に取り付けられている。
センサ６０は、本体部が略直方体であり、平面状で略長方形のセンサ底面６６を有している。センサ６０をセンサ台座４４に取り付けるときには、センサ底面６６とセンサ取付面４６とが向き合うように組み付けられる。
センサ６０は、検出部６２と、固定用ボルト孔６４を有している。検出部６２は、円筒形状で、センサ底面６６から垂直に延在している。固定用ボルト孔６４は、検出部６２と同じ向きに、センサ６０の本体を貫通して形成されている。検出部６２の先端には、エンコーダ５２の磁気特性を検出する素子６８が埋め込まれている。素子６８で検出された信号は、検出部６２の反対側から取り出された信号線６９から出力されている。

センサ６０は、検出部６２とセンサ台座４４の検出部挿入孔４７とのそれぞれの軸心を合わせながら、センサ台座４４に組み付けられ、ボルト６１で固定されている。
しかし、検出部挿入孔４７の内周と検出部６２の外周との間、及び、固定用ボルト孔６４の内周とボルト６１の外径との間には、それぞれすきまが設けられている。このため、センサ６０の位置は、センサ台座４４に対して、当該すきまの大きさだけずれて取り付けられる場合がある。
本実施形態では、センサ取付面４６が平坦面であるため、センサ６０とセンサ台座４４とは常に密着している。このため、ナット５０のねじ面の向きがセンサ６０本体に対して常に直角方向に配置されるので、ボルト６１を確実に締結できる。こうして、センサ６０を確実に固定することが出来る。

本実施形態における、センサ６０の搭載性をさらに明確にするために、比較例として、センサ６０を、センサ台座４４を備えていないホルダ単体３７に直接取り付けた場合について、本実施形態の搭載性と対比して説明する。図４（ａ）は、比較例におけるセンサ６０の取付状態を、軸方向断面によって模式的に示す模式図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）を矢印Ｂの方から見たときの模式図である。
ホルダ単体３７は、側端面３４の中心を通る径方向の仮想線ｋに対して左右対称に形成されている。図４（ｂ）では、センサ６０が仮想線ｋに沿って正しく取り付けられた場合の位置を破線で示している。また、センサ６０が、側端面３４の中心から径方向に離れた位置で、仮想線ｋに対して周方向に角度θだけ傾いて取り付けられた状態を実線で示している。以下、説明を簡単にするために、側端面３４が球面となっており、センサ底面６６が長方形の場合を仮定して説明する。

図４（ａ）に示すように、比較例では、側端面３４が湾曲に窪んでいるので、センサ底面６６と側端面３４とが密着しない。しかし、側端面３４及びセンサ底面６６は、いずれも仮想線ｋに対して線対称の形状であるので、センサ６０が径方向に正しく取り付けられた場合には、センサ底面６６の長方形の４つの頂点Ｓ１，Ｓ２，Ｔ１，Ｔ２が側端面３４と接触する。
しかし、センサ６０を固定するためのナット３８が側端面３４に固定されているので、ナット３８のねじ面の方向は、センサ６０の固定用ボルト孔６４の方向と一致しない。すなわち、ナット３８のねじ面の向きがセンサ６０本体に対して直角方向に配置されないので、ボルト６１では、センサ６０本体を確実に固定することが出来ない。

さらに、図４（ｂ）に実線で示すように、センサ６０の取付方向が周方向に傾いて取り付けられた場合には、センサ底面６６の４つの頂点Ｓ１，Ｓ２，Ｔ１，Ｔ２のうち二か所または三か所の頂点で接触して、少なくとも一か所の頂点では接触していない。このように、センサ６０を支持する点が定まらないために、エンコーダ５２に対するセンサ６０の向きが不安定になる。
こうして、比較例では、センサ６０の固定状態が不安定になることによって、エンコーダ５２の磁気特性を正確に検出できない場合がある。

これに対して、本実施形態の軸受装置１０では、図３で説明したように、ホルダ３０を外輪１２に圧入することによって側端面３４が湾曲に窪んだ場合であっても、センサ６０を取り付ける面が変形せず、常に平坦面を確保できる。このため、センサ底面６６の４つの頂点Ｓ１，Ｓ２，Ｔ１，Ｔ２がセンサ取付面４６接触する。すなわちセンサ底面６６がセンサ取付面４６と全面で密着するので、センサ６０を確実に固定することが出来る。
この結果、エンコーダ５２の磁気特性を正確に検出することが出来る。

また、実際の車両の組み立て時には、軸受装置１０を車両に搭載した後で、その他の制御用配線とともにセンサ６０を装着する場合がある。この場合には、センサ６０を装着するための作業スペースが狭いため、センサ６０の向きを正しく仮想線ｎの方向に合わせて装着することが困難である。本実施形態では、センサ取付面４６が常に平坦面で形成されているので、センサ６０の取付方向が、仮想線ｎの方向に対してずれた場合であっても、センサ６０を確実に固定することが出来、エンコーダ５２の磁気特性を確実に検出することができる。

以上説明したように、本実施形態の軸受装置１０では、外輪１２に圧入することによって固定されている金属製のホルダ３０を使用する場合であっても、センサ６０を取り付ける面が変形せず、センサ６０を確実に固定できるセンサ支持構造を提供することができる。

１０：車輪用軸受装置、１１：軸受ユニット、１２：外輪、１３：外側軌道面、１４：ホルダ保持面、１７：内輪、１８：内側軌道面、１９：ハブシャフト、２０：内輪部材、２１：かしめ部、２２：肩、２５：フランジ、２６：フランジ、２７：転動体、２８：ボルト、３０：ホルダ、３２：カバー、３３：円筒部、３４：側端面、３７：ホルダ単体、３８：ナット、３９：かしめ型、４０：センサ貫通孔、４１：センサ台座固定孔、４２：水抜き孔、４３：抜止部、４４：センサ台座、４５：固定面、４６：センサ取付面、４７：検出部挿入孔、４８：固定用突起、４９：逃げ孔、５０：ナット、５２：エンコーダ、５３：芯金、５４：磁性部材、５６：円筒部、５７：平板部、６０：センサ、６１：ボルト、６２：検出部、６４：固定用ボルト孔、６６：センサ底面、６８：素子、６９：信号線、９０：ナックル（車体側部材）、１００：軸受装置、１０２：回転速度検出装置、１０４：外輪、１０６：回転軸、１０８：エンコーダ、１１０：ホルダ、１１２：センサ、１１４：円筒部、１１６：側端面

Claims (2)

1. 車体側部材に固定される外輪と、
   前記外輪と同軸に配置されて車輪が固定される内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間にて周方向に配置される複数の転動体と、
   前記内輪に固定されて磁気特性が周方向に交互に変化する環状の磁性部材と、
   前記外輪に固定されるホルダと、を備えており、
   前記磁気特性の変化を検出するセンサが、前記ホルダに取り付けられる車輪用軸受装置において、
   前記ホルダは鋼板製のカバーと合成樹脂製のセンサ台座とで形成されており、
   前記カバーは、前記外輪の外周に締り嵌めの状態で嵌め合わされる円筒部と、前記円筒部の軸方向一端に径方向に設けられた側端面とを一体に有しており、
   前記センサ台座は前記側端面に取り付けられており、
   前記センサ台座では、前記側端面と接する固定面から直交する向きに突出する固定用突起が一体に形成されており、前記固定面と反対の側に前記センサを取り付けるセンサ取付面が形成されており、
   前記カバーと前記センサ台座とが、前記固定用突起を前記側端面に係止することによって結合されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記固定用突起の先端部に熱かしめを施すことによって、前記固定用突起を前記側端面に係止することを特徴とする請求項１に記載する車輪用軸受装置。

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