(57)【要約】【課題】 回転側軌道部材にパルサリングを設けることなく、回転情報を得ることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ装置2は、固定側軌道部材3に設けられかつ転動体荷重をエコー比として検知する超音波センサ10と、超音波センサ10の出力から回転速度を求める処理手段とを備えている。超音波センサ10は、等ピッチで並ぶ複数（１から１０まで）の振動子10bを内部に有している。【選択図】    図２
2006292027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、固定側軌道部材の少なくとも１カ所に設けられかつ転動体荷重をエコー比として検知する超音波センサと、超音波センサの出力から回転速度を求める処理手段とを備えており、超音波センサは、所定ピッチで並ぶ複数の振動子を内部に有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
複数の振動子は等ピッチで配置されており、振動子のピッチ×振動子の数＝転動体の１ピッチとされている請求項１のセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受とその各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（転がり軸受）に、センサ装置を設けることが提案されている。たとえば、特許文献１には、固定側軌道部材に磁気インピーダンスセンサを設けるとともに、回転側軌道部材に、同センサに対向する環状のパルサリングを設けることにより、回転速度を求めることが開示されている。パルサリングは、重量比で８０〜９８％ぐらいのフェライトをゴムに練り込み、Ｎ極とＳ極を交互に着磁したものとされている。
【特許文献１】特開２００４−２９４１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１のセンサ付き転がり軸受装置によると、パルサリングの製作時に、着磁という工程が必要であるほか、フェライトを大量にゴムに練り込む必要があるため、ゴム混練設備が痛みやすいという問題があり、また、着磁のＳ極とＮ極のピッチ累積誤差も大きいという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、回転側軌道部材にパルサリングを設けることなく、回転情報を得ることができ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】
【０００５】
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、センサ装置は、固定側軌道部材の少なくとも１カ所に設けられかつ転動体荷重をエコー比として検知する超音波センサと、超音波センサの出力から回転速度を求める処理手段とを備えており、超音波センサは、所定ピッチで並ぶ複数の振動子を内部に有していることを特徴とするものである。
【０００６】
超音波センサは、振動子から出力された超音波の反射波を受信部で受けることにより、超音波の反射エコーを求めるもので、転動体に作用する荷重が大きいと、接触面積も大きくなり、反射波は小さくなる。
【０００７】
超音波センサの振動子は、転がり軸受と同心の円の周方向に沿って等ピッチとされていることが好ましい。また、等ピッチに代えて、隣り合う振動子の間隔を一定の増分でずらすようにしてもよい。
【０００８】
等ピッチで並ぶ複数の振動子によると、１つの転動体が超音波センサを通過するときに、振動子の数に等しいだけの信号（パルス数信号）が出力され、これにより、分解性能が向上する。
【０００９】
転動体荷重は、例えば、以下の式で得られるエコー比から求められる。
【００１０】
エコー比＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０
Ｈ０：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｈ１：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度
超音波センサは、例えば、外周におねじ部が形成された筒状のケースおよびケース内に配置された複数の振動子を有しているものとされ、固定側軌道部材に設けられた有底のめねじ部に、ケースのおねじ部がねじ込まれることで、ケース先端に所定の予荷重が設定される。なお、固定側軌道部材がハウジング等に支持されている場合には、超音波センサをこのハウジング等に保持させて固定側軌道部材とハウジング等との接触面を臨ますようにしてもよい。
【００１１】
回転側軌道部材が回転し、転動体がこれに伴って公転すると、超音波センサの出力は、転動体が通過するごとに大きくなる。したがって、処理手段において、この出力増減の数（パルス数）を数えるとともに、適宜な演算を行うことにより、転動体の公転速度したがって回転側軌道部材の回転速度を求めることができる。
【００１２】
玉軸受の玉の公転速度Ｎｃと軌道輪の回転速度（内輪の回転速度：Ｎｉ，外輪の回転速度：Ｎｅ）との間には、玉の直径をｄ、玉セットのピッチ径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）をＤ、接触角をβとして、Ｎｃ＝｛（Ｎｅ＋Ｎｉ）＋（Ｎｅ−Ｎｉ）ｄcosβ／Ｄ｝／２という関係があり、これを利用することで玉の公転速度を回転側軌道部材（車輪）の回転速度に容易に変換することができる。
【００１３】
また、転がり軸受に作用する荷重が変化すると、この荷重変化によってエコー比の大きさが変化する。エコー比と軸受に作用する荷重との関係は、予め求めておくことができるので、これを予め実験的に求めておくことにより、エコー比から転がり軸受に作用する荷重を求めることができる。したがって、処理手段に、各超音波センサの出力から転がり軸受に作用する荷重を求める荷重演算部をさらに設けておくことにより、１種類のセンサ（超音波センサ）によって、回転速度だけでなく、転がり軸受に作用する荷重を求めることもできる。
【００１４】
超音波センサの数は、１つに限定されるものではなく、所定の間隔を置いて２つ以上設けてもよい。
【００１５】
複数の振動子が等ピッチで配置されている場合に、振動子のピッチ×振動子の数＝転動体の１ピッチとされていることが好ましい。転動体の１ピッチは、角度を基準としてもよく（転動体の１ピッチ＝３６０°／転動体の数）、周方向長さを基準としてもよい（転動体の１ピッチ＝転動体のＰ．Ｃ．Ｄ．／転動体の数）。
【００１６】
このようにすると、分解性能を最適化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のセンサ転がり軸受装置によると、所定ピッチで並ぶ複数の振動子によって、転動体の公転に伴うパルス数を数えて適宜な演算を行うことにより、回転側軌道部材の回転速度を求めることができるので、回転側軌道部材にパルサリングを設けることなく、回転情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１９】
図１および図２は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００２０】
このセンサ付き転がり軸受装置は、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(1)およびセンサ装置(2)からなる。
【００２１】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
【００２２】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体側部分）にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【００２３】
回転側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第１の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。内軸(14)の小径部(16)の左端部には、おねじ部が設けられており、このおねじ部にねじ合わされたナット(21)によって、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(22)が被せ止められている。
【００２４】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)と内列の玉(5)との間に作用する力（以下「転動体荷重」と称す）を検出する多振動子超音波センサ(10)と、この多振動子超音波センサ(10)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００２５】
多振動子超音波センサ(10)は、この実施形態では、ハブニット(1)の頂部に１つだけ設けられている。
【００２６】
図２において、多振動子超音波センサ(10)は、計１０個の振動子(10b)が玉(5)のＰ．Ｃ．Ｄ．と同心の円の周方向に等ピッチで並ぶようにケース(10b)内に設けられたもので、１から１０までの各振動子(10b)は、それぞれが超音波を出力してその反射波を受信部で受けることができ、その反射エコーを求めることができる。１から１０までの各振動子(10b)は、玉(5)のピッチをｐとして、ｐ／１０の間隔で配置されている。
【００２７】
１から１０までの各振動子(10b)からの出力は、以下に示すエコー比として求められる。
【００２８】
エコー比＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０
Ｈ０：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｈ１：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度
このエコー比は、転動体荷重と図３に示す関係を有しており、これを利用してエコー比から転動体荷重を求めることができる。玉(5)に作用する荷重が大きいと、接触面積が大きくなって反射波が小さくなることから、転動体荷重が大きい場合には、大きいエコー比が出力される。
【００２９】
また、エコー比は、回転速度と図４に示す関係を有しており、ある時間内のエコー比のパルス数を計測することにより、回転速度を求めることができる。超音波センサ(10)が複数の振動子(10b)を有していることから、図５に示すように、玉(5)が１ピッチの１／１０（＝ｐ／１０）公転するごとに、超音波センサ(10)は、１から１０までの各振動子(10b)が順次パルスを１つずつ検出することになり、全体では、振動子が１つの超音波センサに比べて、１０倍のパルス数（複合パルス信号）が得られる。なお、回転速度が変化しても、エコー比の絶対値はこれに影響されることはない。
【００３０】
センサ装置(2)の処理手段には、１から１０までの各振動子(10b)のパルス数を数えるパルス数カウント部と、公転速度演算部および回転速度変換部からなりパルス数カウント部で得られたパルス数を使用して回転速度を求める回転速度演算部とが設けられている。
【００３１】
１から１０までの各振動子(10b)から出力されるエコー比は、車輪の回転速度が時間とともに変化することに応じてその増減回数が時間とともに変化する。そこで、パルス数カウント部において、エコー比が所定の閾値を越えるごとに、その回数（パルス数）を数えた後、回転速度演算部において、このパルス数を使用して回転速度を求めることができる。
【００３２】
回転速度を求めるのに必要な転動体公転速度は、転動体ピッチの周方向長さまたはＰ．Ｃ．Ｄ．、パルス数および時間の関数となっている。上記のように振動子(10b)の配置が玉(5)のピッチｐに対応してそれぞれｐ／１０ずらされているので、公転速度演算部では、周方向に並んだ１から１０までの各振動子(10b)からのすべてのパルス数が使用されて、玉(5)の公転速度が求められる。回転速度変換部では、よく知られた式に基づいて、公転速度が回転速度に変換される。こうして、１から１０までのすべての振動子(10b)から得られるパルス数を使用して時間とともに変化する回転速度が求められる。
【００３３】
なお、超音波センサ(10)の数は１つに限られるものではなく、振動子(10b)の数も１０に限られるものではない。例えば、振動子の数が６つの多振動子超音波センサ(10)を周方向の２カ所に設けるようにしてもよい。超音波センサ(10)を複数配置する場合には、超音波センサ(10)が２つのときは、超音波センサ(10)同士の間隔を１８０°±ｐ／２、超音波センサ(10)が４つのときは、第１番目のセンサの位置を基準として、基準位置＋９０°＋ｐ／４，基準位置＋１８０°＋２ｐ／４および基準位置＋２７０°＋３ｐ／４というように、超音波センサ(10)同士の間隔をずらすことが好ましい。また、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記センサ装置は、ハブユニット以外の各種転がり軸受に一体化して使用することができる。そして、転動体荷重が転がり軸受に作用する荷重と相関があることから、回転速度だけでなく、転がり軸受に作用する荷重も求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、模式的に描いたこの発明によるセンサ付き転がり軸受装置の横断面図である。
【図３】図３は、超音波センサで得られるエコー比と転動体荷重との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、回転速度とエコー比との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、各超音波センサで得られるパルスとすべての超音波センサから得られるパルスとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
(1)      転がり軸受
(2)      センサ装置
(3)      固定側軌道部材
(4)      回転側軌道部材
(5)      玉（転動体）
(11)     処理手段
(10)     超音波センサ
(10b)    振動子
【図１】
2006292027.tif 000003
【図２】
2006292027.tif 000004
【図３】
2006292027.tif 000005
【図４】
2006292027.tif 000006
【図５】
2006292027.tif 000007