(57)【要約】【課題】固定輪の強度を低下させることなくセンサを取り付けることができ、固定輪に負荷される荷重を検出することができるセンサ付き転がり軸受を提供する。【解決手段】固定輪１１と、固定輪１１に対して複数の転動体１３を介して回転可能に設けられる回転輪１２と、固定輪１１に取り付けられるセンサ２０と、を備え、センサ２０は、その検出面２０ａが固定輪１１の軸方向端面に対して平行になるように近接して取り付けられ、固定輪１１に負荷されるラジアル方向の荷重を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定輪と、前記固定輪に対して複数の転動体を介して回転可能に設けられる回転輪と、前記固定輪に取り付けられるセンサと、を備えるセンサ付き転がり軸受であって、
前記センサは、その検出面が前記固定輪の軸方向端面に対して平行になるように近接して取り付けられ、前記固定輪に負荷されるラジアル方向の荷重を検出することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
【請求項２】
前記センサは、前記固定輪に１つ、又は、前記固定輪の周方向に複数配置されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受。
【請求項３】
前記センサは、円柱状の鉄心の周囲に絶縁被膜された電線を任意の回数で巻き付けたコイルユニットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受。
【請求項４】
前記センサは、ホール効果、磁気抵抗効果、及び磁気インピーダンス効果のいずれかを利用した磁気センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ付き転がり軸受に関し、より詳細には、ラジアル荷重を検出することができるセンサ付き転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、車体側に固定される固定輪である外輪に、転動体から外輪に作用する荷重を検出する磁歪型センサを設け、この磁歪型センサで荷重の変化に伴う転動体の接触部の位置の変化を検出し、この変化を荷重に換算するハブユニット軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、外輪の外周面に軌道面付近まで延びる孔を設け、この孔に磁歪型センサが挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２６４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のハブユニット軸受では、外輪の孔に径方向外側からセンサを挿入するため、ハブユニット軸受のような外輪の径方向外側にハウジングなどの固定部材がないものに対しては適用できるものの、一般的な軸受の場合、外輪の外周面が固定部材に保持されているため、センサの配線の引き出しなどが困難であった。また、軌道面付近まで孔を形成するため、外輪強度の低下が考えられ、安全性と信頼性の低下が懸念されていた。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定輪の強度を低下させることなくセンサを取り付けることができ、固定輪に負荷される荷重を検出することができるセンサ付き転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）固定輪と、固定輪に対して複数の転動体を介して回転可能に設けられる回転輪と、固定輪に取り付けられるセンサと、を備えるセンサ付き転がり軸受であって、センサは、その検出面が固定輪の軸方向端面に対して平行になるように近接して取り付けられ、固定輪に負荷されるラジアル方向の荷重を検出することを特徴とするセンサ付き転がり軸受。
（２）センサは、固定輪に１つ、又は、固定輪の周方向に複数配置されることを特徴とする（１）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（３）センサは、円柱状の鉄心の周囲に絶縁被膜された電線を任意の回数で巻き付けたコイルユニットであることを特徴とする（１）又は（２）に記載のセンサ付き転がり軸受。
（４）センサは、ホール効果、磁気抵抗効果、及び磁気インピーダンス効果のいずれかを利用した磁気センサであることを特徴とする（１）又は（２）に記載のセンサ付き転がり軸受。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、センサが、その検出面が固定輪の軸方向端面に対して平行になるように近接して取り付けられ、固定輪に負荷されるラジアル方向の荷重を検出するため、固定輪の強度を低下させることなくセンサを取り付けることができ、固定輪に負荷される荷重を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すセンサであるコイルユニットを説明する斜視図である。
【図３】本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第２実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第１実施形態について説明する。
【００１１】
本実施形態の玉軸受（センサ付き転がり軸受）１０は、深溝玉軸受であり、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪（固定輪）１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪（回転輪）１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられる複数の玉（転動体）１３と、複数の玉１３を周方向に略等間隔に保持する保持器１４と、外輪１１の軸方向両端部にそれぞれ取り付けられるシール１５と、外輪１１に取り付けられるセンサ２０と、を備える。このため、内輪１２は、外輪１１に対して複数の玉１３を介して回転可能に設けられる。
【００１２】
外輪１１は、固定部材であるハウジングＨの内周面に内嵌固定されており、ハウジングＨの内周面にすきまばめ又はしまりばめにて保持されている。内輪１２は、回転部材であるシャフトＳの外周面に外嵌固定されており、シャフトＳの外周面にすきまばめ又はしまりばめにて保持されている。ハウジングＨとシャフトＳの材質としては、導電性ならびに磁性を有した材料で、ＳＳ４００やＳ４５Ｃなどの炭素鋼を選択することが好ましい。また、材料表面には、渦電流の流れを阻害しないように、四酸化鉄皮膜などの表面処理が施されていない方が好ましい。
【００１３】
転動体である玉１３は、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に複数個、略等間隔で配置され、回転伝達と荷重支持の役割を持つものである。保持器１４は、複数の玉１３を略等間隔に保持する役割を持つものである。転動体の材質は、導電性ならびに磁性を有した材料が好ましく、ＳＵＪ２などの軸受鋼が適している。また、保持器１４は、金属製と合成樹脂製があり、用途に応じて材質、形式を選択することができる。
【００１４】
シール１５は、外部からの異物の軸受内への侵入を防ぐ役割を持つものであり、金属製のシールド板やゴムシールなど用途に応じた形式を選択することができる。
【００１５】
そして、本実施形態のシール１５は、図１に示すように、一枚の円環板状体を所要の形状に加工してなる芯金１５ａに、ゴムやエラストマー等の弾性材１５ｂを被覆したものである。シール１５は、その外周縁部を外輪１１のシール取付溝１１ｂに嵌合することによって、外輪１１の内周面の軸方向両端部にそれぞれ取り付けられる。
【００１６】
センサ２０は、図２に示すように、円柱状の鉄心２１の周囲にコイルケース２２を介して絶縁被膜された電線２３を任意の回数で巻き付けたコイルユニットである。換言すると、センサ２０は、電線２３を任意の回数で円筒状のコイルケース２２に巻き付け、このコイルケース２２内に鉄心２１を挿入して、中空となった電線２３のコイルの中心に鉄心２１を貫通するように設けたものである。そして、鉄心２１の一端面がセンサ２０の検出面２０ａを構成する。
【００１７】
電線２３は、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの合成樹脂で絶縁被膜された電線であり、一般的には、マグネットワイヤと呼ばれる電線である。鉄心２１としては、ソフトフェライトや圧粉磁心などの軟磁性材料を用いることが好ましい。コイルケース２２としては、合成樹脂などの絶縁体を用いる。
【００１８】
そして、図１に示すように、センサ２０は、外輪１１の軸方向端面（平面部）に対してコイル長手方向が垂直になるように取り付けられている。つまり、センサ２０は、その検出面２０ａが外輪１１の軸方向端面に対して平行になるように取り付けられている。従って、センサ２０の検出面２０ａが外輪１１の軸方向端面に近接して取り付けられる。
【００１９】
また、センサ２０の外輪１１への取り付け方法としては、接着剤による固定、ばねなどを使って軸方向に押し付ける方法、保持部材にセンサを取り付ける方法などを挙げることができるが、用途やアプリケーションに応じて適用することができるため、特定の方法に限定するものではない。なお、荷重負荷時においても完全に密着するか、一定の隙間が保たれる機構が望ましい。
【００２０】
そして、このように構成された玉軸受１０では、軸受にラジアル方向の荷重が負荷されると、ハウジングＨと外輪１１の外径や玉１３と外輪軌道面１１ａなどの接触部に応力が発生し、その影響で外輪１１の軸方向端面にも発生した応力に応じた磁気的な影響の変動をセンサ２０が捉え、外輪１１に負荷されるラジアル方向の荷重を検出する。
【００２１】
より具体的には、センサ２０の電線２３のコイルに任意の交流電流を与えて励磁し、その結果、外輪１１に発生した渦電流が更に磁束を発生させるため、最終的にコイルに起電力が発生することになる。そして、その起電力と電流の関係からコイルのインダクタンス及びインピーダンスを求めることができる。従って、予め軸受の負荷荷重とコイルのインダクタンス及びインピーダンスの関係を求めておけば、荷重値を推定することができる。換言すると、軸受にラジアル方向の荷重を負荷させた際のコイルのインダクタンス及びインピーダンスの変動を用いて、外輪１１に負荷されるラジアル方向の荷重を検出する。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態の玉軸受１０によれば、外輪１１に孔や溝を形成することなく、外輪１１の軸方向端面にセンサ２０に近接させる方法により外輪１１に負荷されるラジアル方向の荷重を検出することができる。また、外輪１１に孔や溝を形成しないため、固定輪である外輪１１の強度を低下させることはなく、また、玉軸受１０の耐久性と寿命を低下させることもない。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明に係るセンサ付き転がり軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００２４】
本実施形態では、図３に示すように、上記第１実施形態のセンサ２０の代わりに磁気センサ３０が配置されている。この磁気センサ３０は、ホール効果、磁気抵抗効果、及び磁気インピーダンス効果のいずれかを利用したセンサ素子又はセンサモジュールである。そして、磁気センサ３０の検出面３０ａは、上記第１実施形態のセンサ２０と同様に、外輪１１の軸方向端面に近接する。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の玉軸受１０によれば、外輪１１に孔や溝を形成することなく、外輪１１の軸方向端面に磁気センサ３０に近接させる方法により外輪１１に負荷されるラジアル方向の荷重を検出することができる。また、外輪１１に孔や溝を形成しないため、外輪１１の強度を低下させることはなく、また、玉軸受１０の耐久性と寿命を低下させることもない。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、センサ２０，３０は、外輪１１に対して１つ以上配置されていればよく、その配置数に制限はない。また、センサ２０，３０を複数配置する場合、複数のセンサ２０，３０を外輪１１の周方向に略等間隔に配置した方が好ましい。そして、センサ２０，３０の配置数を増やすことにより、他方向分力と分離することも可能となる。
また、上記実施形態では、固定輪である外輪にセンサを取り付ける場合を例示したが、これに限定されず、外輪が回転輪で、内輪が固定輪である場合は、固定輪である内輪にセンサを取り付ける。
また、上記実施形態では、本発明を玉軸受に適用する場合を例示したが、これに限定されず、円筒ころ軸受や円すいころ軸受などの他のタイプの転がり軸受に本発明を適用してもよい。また、上記実施形態では、本発明を単列の転がり軸受に適用する場合を例示したが、これに限定されず、複列の転がり軸受に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０    玉軸受（センサ付き転がり軸受）
１１    外輪（固定輪）
１１ａ  外輪軌道面
１１ｂ  シール取付溝
１２    内輪（回転輪）
１２ａ  内輪軌道面
１３    玉（転動体）
１４    保持器
１５    シール
１５ａ  芯金
１５ｂ  弾性材
２０    センサ
２０ａ  検出面
２１    鉄心
２２    コイルケース
２３    電線
３０    磁気センサ
Ｈ      ハウジング
Ｓ      シャフト
【図１】
2019019922.tif 000003
【図２】
2019019922.tif 000004
【図３】
2019019922.tif 000005