WO2015159899A1

WO2015159899A1 - 荷重センサ付き軸受装置

Info

Publication number: WO2015159899A1
Application number: PCT/JP2015/061516
Authority: WO
Inventors: 松田　靖之; 植田　徹; 真史疋田
Original assignee: 日本精工株式会社
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-10-22
Also published as: JP6256168B2; US20170130768A1; EP3133381A4; JP2015203611A; EP3133381A1

Abstract

　取付部（９）寄りに配設される軸受軌道輪（２５）は、円筒部（１９）の外周に配設される。第一部材（８）と取付部（９）寄りの軸受軌道輪（２５）との間には、測定流体が密封される流体封入室（４０）が設けられている。測定流体に掛かる圧力は、取付部（９）寄りの軸受軌道輪（２５）の筒軸方向の移動によって変化する。流体封入室（４０）には、測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサ（４４）が備えられている。

Description

荷重センサ付き軸受装置

　本発明は、軸受を圧縮する方向の荷重を計測する技術に関し、特に自動車の懸架装置に組込まれ、タイヤ荷重を計測する荷重センサ付き軸受装置に関するものである。

　自動車、特に、種々の荷物等を運搬するトラックやバン等の商用車において、法定積載量を超えて道路を通行する不法な過積載が社会問題となっている。過積載を行う理由は、一度にたくさんの荷物を運搬したほうが運送費を少なくできるからである。

　しかし、このような過積載は次のような種々の問題を招く虞があり、避けなければならない。
　（１）過積載により、自動車の運動性能が低下したり、構成部品が破損したりする虞がある。したがって、例えば、車軸（ハブ）の破損、タイヤの破損（バースト）、制動距離が長くなりブレーキが過熱して効きにくくなる、車両が横転し易くなる等、事故等を招く可能性がある。
　（２）過積載により、道路の損傷が激しくなるため、道路のメンテナンス費用が掛かる。

　過積載の防止が困難となっている原因は多々あるが、その内の一つには、積載重量が運転手や同乗者等から容易に認識できないことにある。従来、車両の荷重測定（積載重量測定）は、台秤に測定対象の車両を載せて行っていた。しかし、台秤の設置は、施設が大がかりで広い設置スペースを必要とし、設置コストが嵩む。したがって、設置できる台秤の台数が制限され、多くの車両を測定することが困難であった。

　そこで、昨今では、特許文献１等に開示されているように、車両自体に搭載して荷重測定を可能とした荷重測定装置が提案されている。

　例えば、特許文献１に開示された荷重測定装置は、ベースアッシーと、圧縮歪検出用センサ素子と、回路基板と、で構成される。ベースアッシーの２つの溶着部分は、車両荷重が掛かることで伸縮する被荷重部材のうち、異なる取付箇所に溶着される。圧縮歪検出用センサ素子は、ベースアッシーにより支持される。また、車両荷重の変化により、上記２つの溶着部分が接近離間する方向にベースアッシーが伸縮することで、圧縮歪検出用センサ素子の出力が変化する。回路基板には、圧縮歪検出用センサ素子の出力を増幅するアンプが実装される。このように、特許文献１の荷重測定装置は、圧縮歪を検出することにより荷重測定する荷重測定装置である。

　しかし、従来の荷重測定装置では、特許文献１のように構成が複雑で且つ回路基板やアンプ等を備える必要があるためコスト高を招いていた。また、荷重測定装置が衝撃を受け易い箇所に配置されるため、回路基板やアンプ等に支障を来す虞もあった。

日本国特開２００１－３３０５０３号公報

　本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易且つ安価な荷重センサ付軸受装置を提供し、車両の過積載を防止することにある。

　この目的を達成するために、本発明は、
　車両側に固定される取付部と、前記取付部から突出する円筒部と、を有する第一部材と、
　前記第一部材の前記円筒部の筒軸方向端部に固定されて車輪側に配設される第二部材と、
　前記第一部材と前記第二部材との間に介在し、前記円筒部を軸中心にして軸方向荷重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
　前記一対の軸受軌道輪の間に組み込まれる転動体と、
を有し、
　前記取付部寄りに配設される前記軸受軌道輪は、前記円筒部の外周に配設され、
　前記第一部材と前記取付部寄りの前記軸受軌道輪との間には、測定流体が密封される流体封入室が設けられており、
　前記測定流体に掛かる圧力は、前記取付部寄りの前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって変化し、
　前記流体封入室には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが備えられている、荷重センサ付軸受装置とされる。

　本発明は、
　前記第一部材は懸架装置を構成し、前記車両側に固定されるシリンダであり、
　前記第二部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金であり、
　前記一対の軸受軌道輪は、前記シリンダの前記円筒部の外周に配設される外輪と、前記座金に配設される内輪と、から構成され、軸方向荷重を回転支持し、
　前記流体封入室は、前記シリンダの前記取付部及び前記円筒部と、前記外輪と、の間に形成されており、
　前記圧力センサは、前記シリンダの前記取付部を介して前記流体封入室に備えられ、その検出部を前記流体封入室内に臨ませている、荷重センサ付軸受装置としてもよい。

荷重センサ付軸受装置を示す概略分解斜視図である。荷重センサ付軸受装置を示す縦断正面図である。荷重センサ付軸受装置を示す平面図である。荷重センサ付軸受装置を示し、シリンダの外面に、車体側に連結されるマウントを備えた状態の斜視図である。荷重センサ付軸受装置を懸架装置に組み込んだ状態を示す平面図である。荷重センサ付軸受装置を懸架装置に組み込んだ状態を示す縦断側面図である。

　以下、本発明の荷重センサ付軸受装置（以後、軸受装置と呼ぶことがある。）の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態は、軸受装置を自動車の懸架装置（サスペンション）に用いた例を示す。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。

　図１乃至図４は本実施形態の軸受装置を示す図である。図５及び図６は、自動車（例えば、トラックやバン等の小型商用車等）に備えられる懸架装置１に本実施形態の軸受装置を組み込んだ形態を示すものである。図示は省略するが、懸架装置１の上側は自動車の本体フレーム（クロスメンバ）に固定され、下側はフレームに枢着されたロア・アームを介してアクスル（車軸）に固定される。なお、懸架装置１は、本実施形態の軸受装置を組み込んだ以外は周知の構成であって、図示の例に限定解釈されるものではなく、適宜設計変更可能である。図中、符号２はショックアブソーバ、符号４はコイルスプリングを示す。以下、軸受装置について詳細に説明し、それ以外の懸架装置１の構成についての説明は省略する。

　本実施形態の軸受装置は、圧縮方向の軸方向荷重を回転自在に支持する転がり軸受装置である。また、軸受装置は、第一部材（シリンダ）８と、第二部材（座金）２３と、を有する。第一部材（シリンダ）８は、車両側に固定される取付部９と、取付部９から突出する円筒部１９と、を有し、懸架装置１を構成する。第二部材（座金）２３は、鉛直方向で第一部材（シリンダ）８に一体に取り付けられて車輪側に配設され、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たる。なお、第二部材（座金）２３も、懸架装置１を構成する。

　さらに、軸受装置は、第一部材（シリンダ）８と第二部材（座金）２３との間に介在し、相対回転可能な一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）と、一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）間に組み込まれる複数個の転動体（鋼球）３８と、複数個の転動体３８を保持する保持器３９と、第一部材（シリンダ）８と取付部９寄りの軸受軌道輪（外輪２５）との間で形成される流体封入室４０と、流体封入室４０内の圧力変化を検出する圧力センサ４４と、を有する。

　第一部材（シリンダ）８の取付部９は、中心に貫通孔１３を有する円板状の取付部本体１０と、該取付部本体１０の外周から突出する環状フランジ１４と、を有する（図１乃至図２参照。）。取付部本体１０と環状フランジ１４とは一体に形成される。

　環状フランジ１４は、鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に所定高さを有し、且つ水平方向（図中矢印２００で示す方向）に所定厚みを有する。環状フランジ１４の所定位置には、該環状フランジ１４を水平方向に貫通するセンサ取付孔部１８が設けられている（図１乃至図２参照。）。

　取付部本体１０の外面（平面）１１には、図４乃至図６に示すように、車両側に固定されるマウント６が一体に取り付けられる。図中符号７は、図示しない車両（車体）側と懸架装置１を締結するボルトである。

　円筒部１９は、取付部本体１０の内面１２から突出しており、所定外径の円筒状である。円筒部１９は、取付部本体１０の貫通孔１３と同軸且つ同一内径の第二貫通孔２０を有する。円筒部１９は、取付部９の環状フランジ１４と同軸であり、且つ環状フランジ１４の内径よりも小径の外径を有し、環状フランジ１４よりも鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に突出している（図２参照。）。図６中の符号３は、円筒部１９の第二貫通孔２０と取付部本体１０の貫通孔１３とを貫通し、シリンダ８に一体に取り付けられるショックアブソーバ２のピストンロッドである。

　円筒部１９の外周（外径面）２１と環状フランジ１４の内周（内径面）１６との間には、鉛直方向で所定深さの環状空間５０が形成されている（図２参照。）。環状空間５０に位置する取付部本体１０の内面（底面）１２には、環状フランジ１４及び円筒部１９と同心状に第一溝部５２が設けられている。第一溝部５２は、鉛直方向から見て円環状であり（図１参照）、断面視で半円状である（図２参照。）。そして、環状空間５０には、円筒部１９の外周２１に外嵌された一方の軸受軌道輪（外輪）２５が配設されている。外輪２５は、円筒部１９及び環状フランジ１４のそれぞれに対して筒軸方向（図中１００で示す鉛直方向と同じ方向）に摺動可能である。

　外輪２５は、鉛直方向（図中符号１００で示す方向）及び水平方向（図中矢印２００で示す方向）に肉厚な円環状である。外輪２５の鉛直方向で下面側（底面側）２６には、外輪軌道２８が形成される。外輪２５の鉛直方向で上面側（平面側）２７には、環状フランジ１４及び円筒部１９と同心状に第二溝部５４が設けられている（図２参照。）。第二溝部５４は、鉛直方向から見て円環状であり、断面視で半円状である。すなわち、第一溝部５２と第二溝部５４とは、互いに線対称な形状である。

　外輪２５は、円筒部１９の外周（外径）２１に外嵌可能な内径を有し、且つ環状フランジ１４の内周（内径）１６に内嵌可能な外径を有している。

　また、外輪２５の内周面（内径面）２９及び外周面（外径面）３０には、それぞれ環状のシール溝３１，３２が設けられている。シール溝３１，３２それぞれには密封シール３３，３４が配設されている。これにより、シリンダ８の円筒部１９の外周２１に密封シール（内側シール）３３を接触させて外輪２５と円筒部１９との間を密封し、シリンダ８の環状フランジ１４の内周１６に密封シール（外側シール）３４を接触させて外輪２５と環状フランジ１４との間を密封している。内側シール３３と外側シール３４は、流体封入室４０内に封入される所定の測定流体を外部に漏洩させず、且つ流体封入室４０内部に塵や埃等の異物が侵入させないものであればよく、特に限定されない。

　第二部材（座金）２３は、第一部材（シリンダ）８の円筒部１９の筒軸方向端部２２に一体に固定されて車輪側に配設される。第二部材（座金）２３には、水平方向に円環状に突出するフランジ部２４が設けられる。フランジ部２４には、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たる（図２及び図６参照。）。

　内輪３５は、座金２３のフランジ部２４の外面（取付部本体１０と相対向する面）２４ａに、一体に嵌合されて配設されている。内輪３５は、円環状に形成され、その鉛直方向で外面側（外輪軌道２８と相対向する上面側）３６に内輪軌道３７を形成している。

　したがって、外輪２５と内輪３５は、それぞれの相対向する外輪軌道２８と内輪軌道３７に、保持器３９を介して複数個の転動体３８を組み込む。そして、外輪２５と内輪３５は、上述したようにシリンダ８と座金２３との間に配設されて、シリンダ８の円筒部１９を軸中心にして軸方向荷重（図中符号１００で示す鉛直方向と同じ方向の荷重）を回転支持する。

　流体封入室（油圧室）４０は、外輪２５とシリンダ８の円筒部１９との嵌め合せ領域（内側シール３３までの嵌め合せ領域）４１と、外輪２５とシリンダ８の取付部本体１０の内面１２との間の空間領域４２と、外輪２５と環状フランジ１４との間の嵌め合せ領域（外側シール３４までの嵌め合せ領域）４３と、によって外部と遮蔽した密封状態に構成されている。

　シリンダ８の取付部本体１０の内面１２に形成した断面視で半円状の第一溝部５２と、外輪２５に形成した断面視で半円状の第二溝部５４と、によって断面視で略円状（全体で略円環状）の油圧室領域（領域４２に含まれる領域）を形成している。流体封入室４０には、所定の測定流体が密封されており、例えば作動油が気泡なく一杯に密封されている。

　圧力センサ４４は、流体封入室（油圧室）４０内に密封されている測定流体（作動油）の圧力変化を検出し得るものである。圧力センサ４４は、シリンダ８の一部に配置されており、その検出部４５を流体封入室（油圧室）４０内と連通させている。より具体的には、シリンダ８の環状フランジ１４の所定位置に、該環状フランジ１４を水平方向に貫通するセンサ取付孔部１８が設けられている。圧力センサ４４は、環状フランジ１４の外方から、センサ取付孔部１８に嵌入して、検出部４５が流体封入室（油圧室）４０に臨むように取付固定されている（図２参照。）。

　環状フランジ１４のセンサ取付孔部１８を形成する位置の外面１５には、環状フランジ１４の外方に厚肉状に突出する圧力センサ当接面部１７が設けられている。したがって、圧力センサ４４の検出部４５をセンサ取付孔部１８に挿入した後、圧力センサ４４のフランジ面部４６を圧力センサ当接面部１７に当接させて密着固定させることができる。

　圧力センサ４４は、例えば、圧力を測定し、これを電圧信号に変換して伝送される周知構造のものが適宜本発明の範囲内において選択使用されるため、特に限定解釈はされない。

　本実施形態によれば、懸架装置１の車両側に配設される軸受装置に改良を加えることにより、軸受に作用する圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重を計測する荷重測定装置として機能させることができる。すなわち、軸受装置を上述のように構成することで、軸受軌道輪（外輪）２５をピストンとして機能させる。そして、軸受に圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重が作用すると、外輪（ピストン）２５が、シリンダ８の円筒部１９及び環状フランジ１４に摺接しつつシリンダ８内（円筒部１９と環状フランジ１４との間の環状空間５０）に押し込まれる。これにより、外輪２５とシリンダ８の円筒部１９との嵌め合せ領域（内側シール３３までの嵌め合せ領域）４１と、外輪２５とシリンダ８の取付部本体１０の内面１２との間の空間領域（第一溝部５２と第二溝部５４からなる略円環状の油圧室領域を含む領域）４２と、外輪２５と環状フランジ１４との間の嵌め合せ領域（外側シール３４までの嵌め合せ領域）４３と、からなる流体封入室（油圧室）４０内に封入された作動油（測定流体）が、外輪（ピストン）２５によって圧縮され、流体封入室（油圧室）４０の圧力が上昇する。流体封入室（油圧室）４０内の圧力と軸方向荷重には比例関係があるため、流体封入室（油圧室）４０内の圧力変化を圧力センサ４４で計測することで、懸架装置１に掛かる圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）荷重を計測できる。計測したデータ（結果）は、車内等に配設したデジタル表示画面等にて確認することが可能である。

　また、本出願は、２０１４年４月１４日出願の日本特許出願２０１４－０８２５０９に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１　懸架装置
２　ショックアブソーバ
３　ロッド
４　コイルスプリング
６　マウント
８　第一部材（シリンダ）
９　取付部
１０　取付部本体
１４　環状フランジ
１９　円筒部
２３　第二部材（座金)
２５　軸受軌道輪（外輪）
２８　外輪軌道
３５　軸受軌道輪（内輪）
３７　内輪軌道
３８　転動体
３９　保持器
４０　流体封入室（油圧室）
４４　圧力センサ
４５　検出部
５０　環状空間
５２　第一溝部
５４　第二溝部
１００　鉛直方向

Claims

　車両側に固定される取付部と、前記取付部から突出する円筒部と、を有する第一部材と、
　前記第一部材の前記円筒部の筒軸方向端部に固定されて車輪側に配設される第二部材と、
　前記第一部材と前記第二部材との間に介在し、前記円筒部を軸中心にして軸方向荷重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
　前記一対の軸受軌道輪の間に組み込まれる転動体と、
を有し、
　前記取付部寄りに配設される前記軸受軌道輪は、前記円筒部の外周に配設され、
　前記第一部材と前記取付部寄りの前記軸受軌道輪との間には、測定流体が密封される流体封入室が設けられており、
　前記測定流体に掛かる圧力は、前記取付部寄りの前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって変化し、
　前記流体封入室には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが備えられている、荷重センサ付軸受装置。
　前記第一部材は懸架装置を構成し、前記車両側に固定されるシリンダであり、
　前記第二部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金であり、
　前記一対の軸受軌道輪は、前記シリンダの前記円筒部の外周に配設される外輪と、前記座金に配設される内輪と、から構成され、軸方向荷重を回転支持し、
　前記流体封入室は、前記シリンダの前記取付部及び前記円筒部と、前記外輪と、の間に形成されており、
　前記圧力センサは、前記シリンダの前記取付部を介して前記流体封入室に備えられ、その検出部を前記流体封入室内に臨ませている、請求項１に記載の荷重センサ付軸受装置。