(57)【要約】【課題】荷重センサの取り付けが容易であるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】内軸４及び内輪５からなる固定軌道輪と、外輪３からなる回転軌道輪と、この両軌道輪間に介在された転動体６，７と、センサ装置Ｓとを備えている。センサ装置Ｓを内部に収納するための中空部１３が、内軸４の内部に当該内軸４と同軸心状に設けられている。センサ装置Ｓは、周方向で一定間隔おきに並んだ状態で複数の平坦部１７ｂが外周面１７ａに形成されているほぼ円筒形の支持部材１７と、この支持部材１７の各平坦部１７ｂにそれぞれ取り付けられた複数の荷重センサ１８と、この各荷重センサ１８を中空部１３の内周面１３ａに押し付けるべく支持部材１７の内径側の空洞部１７ｃに軸方向に圧入された圧入部材１９とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内軸及び内輪からなる固定軌道輪と、この固定軌道輪の外周側を覆うように配置された外輪からなる回転軌道輪と、その両軌道輪間に介在された転動体と、前記固定軌道輪に生じる荷重を計測するためのセンサ装置とを備えている転がり軸受装置であって、
前記センサ装置を内部に収納するための中空部が、前記内軸の内部に当該内軸と同軸心状に形成されており、
前記センサ装置は、周方向で一定間隔おきに並んだ状態で複数の平坦部が外周面に形成されているほぼ円筒形の支持部材と、この支持部材の前記各平坦部にそれぞれ取り付けられた複数の荷重センサと、この各荷重センサを前記中空部の内周面に押し付けるべく前記支持部材の内径側の空洞部に軸方向に圧入された圧入部材とを備え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】
前記転動体は軸方向に複列に配置されており、前記各荷重センサがその複列の転動体間の中央部に位置するように前記センサ装置が前記中空部の内部に収納されている請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記荷重センサが圧電素子よりなる請求項１又は２に記載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】
本発明は、センサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の制御手段として、制動時の車輪のロックを防ぐＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御、駆動輪のスピンを抑制するトラクション制御、コーナリング時の横滑りを抑制する制御などが実施されており、これらの制御は、従来、車輪の回転速度をセンサにより検出して行われている。しかしこの場合、得られるデータは精度が悪く、車輪がスリップし回転速度が上がってその変化が検出されるため事後的な制御しかできなかった。
制御の精度を向上させ且つスリップなどを起こす前に制御を行わせるために、例えば特許文献１のように、車輪が取り付けられる転がり軸受装置（ハブユニット）にセンサを設け、車輪設置荷重を転がり軸受装置において検出する構成が提案されている。この転がり軸受装置は、車体側に固定される外輪と、車輪が取り付けられる内輪と、これらの間に転動自在に介在された複列の転動体と、外輪に形成されたスリットの変形挙動を検出する荷重センサとを備えている。
この荷重センサは圧縮一方向のみの荷重を検出できるセラミックセンサであり、スリット内に内壁面に挟まれた状態でセンサユニットとして設けられている。そして、転がり軸受装置に荷重を作用し、スリットの内壁面が変位することで、荷重センサはその変位を検出する。さらに、荷重センサは正負（引張圧縮）両方向の変位の検出を行うために、与圧（予荷重）が与えられた状態で、スリット内に収容されている。
【特許文献１】特開２００４−３６０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１において、この荷重センサのスリット（センサユニット）への取り付けは、ジャッキや楔形の工具などを用いてスリットの開口部を径方向に強制的に拡げ、荷重センサを開口部から貫通孔内へ挿入している。これにより荷重センサは与圧が付与された状態で収容される。
しかしながら、この荷重センサのスリットへの取り付けは与圧の調整が必要となるために作業が難しい。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、荷重センサの取り付けが容易であるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、内軸及び内輪からなる固定軌道輪と、この固定軌道輪の外周側を覆うように配置された外輪からなる回転軌道輪と、その両軌道輪間に介在された転動体と、前記固定軌道輪に生じる荷重を計測するためのセンサ装置とを備えている転がり軸受装置であって、
前記センサ装置を内部に収納するための中空部が、前記内軸の内部に当該内軸と同軸心状に形成されており、
前記センサ装置は、周方向で一定間隔おきに並んだ状態で複数の平坦部が外周面に形成されているほぼ円筒形の支持部材と、この支持部材の前記各平坦部にそれぞれ取り付けられた複数の荷重センサと、この各荷重センサを前記中空部の内周面に押し付けるべく前記支持部材の内径側の空洞部に軸方向に圧入された圧入部材とを備えていることを特徴としている。
このような構成によれば、複数の荷重センサを有する支持部材を内軸の内部に形成されている中空部に収納し、その支持部材の内径側の空洞部に圧入部材を圧入させるだけで、複数の荷重センサを一度に内軸の内部に取り付けることができるので、荷重センサの取り付けが容易となり、荷重センサ取り付けの際に荷重センサが壊れるのを防ぐことができる。
【０００５】
上記センサ付き転がり軸受装置において、前記転動体が軸方向に複列に配置されている場合には、前記各荷重センサがその複列の転動体間の中央部に位置するように前記センサ装置が前記中空部の内部に収納されているのが好ましい。
これにより、複列の転動体を介して伝わる荷重を双方から均等に各荷重センサに作用させることが可能となり、検出を意図する方向以外の荷重成分をキャンセルさせることができ、その結果検出精度を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明のセンサ付き転がり軸受装置の荷重センサは、圧電素子よりなるのが好ましい。
荷重センサとしては、歪みによって転動体荷重の変化を検知するものであっても、また、変位その他の物理量によって転動体荷重の変化を検知するものであってもよく、圧力センサ、変位センサ等と称されている種々の荷重センサを使用することができる。このような荷重センサとしては、半導体歪みセンサ、圧電素子（ピエゾ素子）、ＳＩセンサ（応力インピーダンスセンサ）、薄膜圧力センサ等の比較的安価な接触式高感度センサが適しているが、圧電素子は、それが装着される箇所に応じて形状加工性に優れており、装着箇所に応じた形状に加工し易く、また安価であるために好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のセンサ付き軸受装置によれば、荷重センサの取り付けが簡単となり、荷重センサ取り付けの際に荷重センサが壊れるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）の好ましい実施の形態について、添付した図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明を自動車等の車両の車輪用ハブユニットに適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る軸受装置の断面図である。図１において、左側は車両アウタ側（車輪側）、右側は車両インナ側であり、本実施の形態の軸受装置１は、転がり軸受装置２と、センサ装置Ｓとによって構成されている。前記転がり軸受装置２は、複列アンギュラ玉軸受タイプのものであり、外輪３と、内軸（ハブ）４と、内輪５と、複数の玉からなる転動体６，７とを備えている。また、転がり軸受装置２には、転動体６，７を周方向に沿って所定間隔で保持する保持器８，９と、外輪３と内軸４との隙間及び外輪３と内輪５との隙間に配置されたシール１０，１１と、内軸４に螺着されたナット１２とが設けられている。
【０００９】
上記外輪３は、回転軌道輪であり、その内周側には、複列の軌道３ａ，３ｂが形成されている。一方、車体側に固定される固定軌道輪は、内軸４と内輪５とで構成されており、軌道３ａに対向する内軸４の箇所には、軌道４ａが形成されて、上記転動体６が軌道３ａとの間で転動するようになっている。また、軌道３ｂに対向する内輪５の箇所には、軌道５ａが形成されて、上記転動体７が軌道３ｂとの間で転動するようになっている。
【００１０】
外輪３は、車両アウタ側で径方向外側に形成されたフランジ部３ｃと、車両アウタ側に軸方向に延ばされた円筒状部３ｄとを有しており、このフランジ部３ｃに圧入固定されたボルト２５によって車輪側部材２４（図示せず）が当該フランジ部３ｃに固定されている。なお、このフランジ部３ｃに固定される車輪側部材２４としては、車輪のホイール、ディスクブレーキ用のブレーキロータがある。また、上記シール１０，１１は、軸受内部への雨水や異物等の侵入を防ぐために設けられている。
【００１１】
上記内軸４は、その内側に車両インナ側から車両アウタ側に向かって当該内軸４と同軸心状に中空部１３が形成されている内軸本体４ｂと、車両インナ側で径方向外側に形成された固定フランジ部４ｃと、車両インナ側に軸方向に延ばされた円筒状部４ｄとを有しており、この固定フランジ部４ｃを車体側の取り付け部材２６と連結させることにより、この軸受装置は車体側と固定される。そして、前記中空部１３の内部には、後述するようにセンサ装置Ｓが収納される。
内軸本体４ｂは、車両アウタ側であって上記内輪５の径方向内側に形成された小径部１４と、この小径部１４の車両インナ側であって転動体７の車両インナ側側面７ａの径方向内側に形成された環状の段付き面（突き当て面）１５と、この段付き面１５の外周縁から車両インナ側に向かって形成された大径部１６とから構成されている。
上記内輪５は、内軸４の車両アウタ側端部に螺着された上記ナット１２を締め付けることにより、当該内軸４に固定されている。
【００１２】
上記センサ装置Ｓは、転がり軸受装置２の固定軌道輪に生じる荷重を計測するものであり、その軸受のラジアル方向に働くラジアル荷重を測定できるようになっている。
上記センサ装置Ｓは、周方向で９０°間隔おきに並んだ状態で４つの平坦部１７ｂが外周面１７ａに形成されているほぼ円筒形の支持部材１７と、この支持部材１７の前記各平坦部１７ｂにそれぞれ取り付けられた４個の荷重センサ１８と、この各荷重センサ１８を前記中空部１３の内周面１３ａに押し付けるべく前記支持部材１７の内径側の空洞部１７ｃに軸方向に圧入された圧入部材１９とを備えている。
【００１３】
支持部材１７は、外周面１７ａに周方向に９０°間隔で形成された４つの平坦部１７ｂと、内径側の空洞部１７ｃと、平坦部１７ｂの一方の端部１７ｄから支持部材１７の一方の端部１７ｅまで設けられた凹溝１７ｆとを備えている（図２及び図３参照）。
４個の荷重センサ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、ブロック状圧電素子２１と、圧電素子２１に接続されたケーブル２２とを有しており、圧電素子２１は支持部材１７の前記凹溝１７ｆに配置されたケーブル２２を介して制御装置２３に接続されている（図３参照）。この制御装置２３は、例えば車両に搭載されたＥＣＵであり、各荷重センサ１８ａ〜１８ｄからの電圧信号に基づき対応する荷重成分を検出するように構成されている。
圧入部材１９は、支持部材１７の内径側の空洞部１７ｃに軸方向に圧入され、各荷重センサ１８ａ〜１８ｄを中空部１３の内周面１３ａに押し付けている。
【００１４】
ここで、センサ装置Ｓの中空部１３の内部への取り付け方を説明する。
４個の荷重センサ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを支持部材１７の各平坦部１７ｂのほぼ中央にそれぞれ接着剤等で装着してセンサ付き支持部材２０を形成する。図２は、センサ付き支持部材２０の径方向断面図であり、図３はその軸方向断面図である。このセンサ付き支持部材２０は、センタレス研磨等によりその外径Ｈが中空部１３の内径ｈよりも若干大きくなるように仕上げられている。そして、前記センサ付き支持部材２０を車両インナ側開口部から中空部１３に挿入した状態で当該センサ付き支持部材２０の内径側の空洞部１７ｃに圧入部材１９を圧入すると、荷重センサ１８は、圧入部材１９の圧入時に適切な与圧が与えられた状態で、中空部の内周面１３ａに押し付けられることになる。従って、センサ付き支持部材２０を中空部１３の内部に収納し、そのセンサ付き支持部材２０の内径側の空洞部１７ｃに圧入部材１９を圧入させるだけで、４個の荷重センサ１８ａ〜１８ｄを一度に内軸４の内部に取り付けることができるので、荷重センサの取り付けが容易となり、荷重センサ取り付けの際に荷重センサが壊れるのを防ぐことができる。
また、支持部材１７の軸方向長さは二列の転動体６，７間と略同じ長さに設定されており、圧入部材１９の圧入によって、センサ付き支持部材２０の車両アウタ側端部が、段付き面１５に突き当てられて停止することで、荷重センサ１８が二列の転動体６，７の中央部に位置するように前記センサ装置Ｓが前記中空部１３の内部に収納される。
【００１５】
このセンサ装置Ｓでは、各荷重センサ１８ａ〜１８ｄは、中空部１３の内周面１３ａと支持部材１７との間に挟まれた状態で、軸受の軸方向周りで軸中心に対し９０°間隔にて設けられている。これにより、軸受装置１が、車両に組み付けられたときに、荷重センサ１８ａ，１８ｃは、当該車両の上下方向に配置され、内輪に作用する荷重により生ずる上下方向の変位を検出し、荷重センサ１８ｂ，１８ｄは、当該車両の前後方向に配置され、水平前後方向の変位を検出する。
さらに、各荷重センサ１８ａ〜１８ｄの検出位置が、二列の転動体６，７の中央部に位置するように配置されているので、二列の転動体６，７を介して伝わる荷重を双方から均等に各荷重センサ１８ａ〜１８ｄに作用させることができる。従って、検出を意図する方向以外の荷重成分をキャンセルさせることができ、検出精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明において、前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。
図３においては、荷重センサ１８の断面は正方形となっているが、その断面の形状は正方形に限定されず、例えば円形であってもよい。
荷重センサは二列の転動体６，７の中間、すなわち二列の転動体６，７のちょうど中央部に位置することが最も好ましいが、中央から若干ずれて設置されることは許容範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の断面図である。
【図２】センサ装置Ｓの取り付け時に使用するセンサ付き支持部材２０の径方向断面図である。
【図３】図２のセンサ付き支持部材２０の軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      センサ付き転がり軸受装置
２      転がり軸受装置
３      外輪（回転軌道輪）
４      内軸（固定軌道輪）
５      内輪（固定軌道輪）
６，７  転動体
１７    支持部材
１８ａ〜１８ｄ    荷重センサ
１９    圧入部材
Ｓ      センサ装置
【図１】
2007270941.tif 000003
【図２】
2007270941.tif 000004
【図３】
2007270941.tif 000005