(57)【要約】【課題】 取付け性を向上させた超音波センサならびにこの超音波センサを備えたセンサ装置およびセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ装置は、固定側軌道部材に取り付けられ被検知部からの超音波のエコーを検知する超音波センサを備えている。超音波センサ2の筐体51の前面板側の端部に、筐体51の軸方向から見て略三角形状の取付け用フランジ部58が設けられており、この取付け用フランジ部58の各頂点部分にボルト挿通孔59が設けられている。超音波センサ2は、取付け用フランジ部58の各頂点部分のボルト挿通孔59に挿通されたボルト60が固定側軌道部材3に設けられためねじ部3aにねじ込まれることにより固定側軌道部材3に取り付けられる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の筐体と、筐体の一端開口を塞ぐ前面板と、前面板に接触するように設けられた振動子とを備えている超音波センサにおいて、筐体の前面板側の端部に、筐体の軸方向から見て略三角形状の取付け用フランジ部が設けられており、この取付け用フランジ部の各頂点部分にボルト挿通孔が設けられていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前面板の外周と筐体の内周との間に、環状の間隙が設けられており、前面板および振動子は、筐体内に充填された弾性を有するバッキング材を介して筐体に支持されており、取付け前においては、前面板の表面が取付け用フランジ部の端面よりも所定量突出させられていることを特徴とする請求項１の超音波センサ。
【請求項３】
前面板と筐体との間の環状の間隙の一部分にバッキング材が入り込んでおり、バッキング材の端面位置が筐体端面よりも軸方向内方に位置させられることにより、筐体端部とバッキング材との間に、接触媒質を保持可能な環状溝が形成されていることを特徴とする請求項２の超音波センサ。
【請求項４】
互いに接触する可動体および固定体からなる被検知部と、固定体に取り付けられ被検知部からの超音波のエコーを検知する超音波センサと、超音波センサの出力を処理する処理手段とを備え、超音波センサは、請求項１から３までのいずれかに記載のものであり、取付け用フランジ部の各頂点部分のボルト挿通孔に挿通されたボルトが固定体に設けられためねじ部にねじ込まれることにより固定体に取り付けられていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
可動体は、転がり軸受の転動体であり、固定体は、転がり軸受の固定輪である請求項４のセンサ装置。
【請求項６】
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、固定側軌道部材に取り付けられ固定側軌道部材と転動体との接触部からの超音波のエコーを検知する超音波センサと、超音波センサの出力を処理する処理手段とを備え、超音波センサは、請求項１から３までのいずれかに記載のものであり、取付け用フランジ部の各頂点部分のボルト挿通孔に挿通されたボルトが固定体に設けられためねじ部にねじ込まれることにより固定体に取り付けられているセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項７】
固定側軌道部材が車体側、回転側軌道部材が車輪側に取り付けられるセンサ付きハブユニットとされている請求項６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、転がり軸受と一体化されて転がり軸受の各種情報を検出するのに好適なセンサ装置およびセンサ付き転がり軸受装置ならびにこれらの装置において好適に使用される超音波センサに関する。
【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。
【０００３】
また、超音波センサとして、図５に示すように、円筒状の筐体(61)と、筐体(61)の一端開口を塞ぐ前面板(62)と、前面板(62)に接触するように設けられた振動子(63)と、筐体(61)内に充填されたバッキング材(64)と、筐体(61)の他端開口を塞ぐカバー(65)と、筐体(61)に設けられたコネクタ(66)と、コネクタ(66)と振動子(63)とを接続するリード線(67)とを有しているものが知られている。
【０００４】
このような超音波センサの取付け方法としては、センサを板で挟んでボルトで押さえる方式が一般的であり、この方式では、前面板とカバーとの平行度を必要とするため、製作が難しく、最適な押し付け力を得にくいという問題があった。そこで、特許文献１には、超音波センサをばねで押し付けることが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３３９７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば上記の自動車用センサ付き転がり軸受装置において、超音波センサを使用することが考えられるが、特許文献１に示されている超音波センサでは、ばねを配置するための筐体の軸方向の取付けスペースが必要であり、しかも、均等面圧となるように軸受に取り付けることが困難であることから、センサ付き転がり軸受装置で使用するには、取付け性が悪いという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、取付け性を向上させた超音波センサならびにこの超音波センサを備えたセンサ装置および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】
【０００７】
この発明による超音波センサは、筒状の筐体と、筐体の一端開口を塞ぐ前面板と、前面板に接触するように設けられた振動子とを備えている超音波センサにおいて、筐体の前面板側の端部に、筐体の軸方向から見て略三角形状の取付け用フランジ部が設けられており、この取付け用フランジ部の各頂点部分にボルト挿通孔が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記超音波センサにおいて、前面板の外周と筐体の内周との間に、環状の間隙が設けられており、前面板および振動子は、筐体内に充填された弾性を有するバッキング材を介して筐体に支持されており、取付け前においては、前面板の表面が取付け用フランジ部の端面よりも所定量突出させられていることが好ましい。このようにすると、突出量を適正に設定することで、前面板の端面と筐体端面とが面一になるボルト締付け完了状態において、最適な押付け力とすることが可能となる。
【０００９】
また、前面板と筐体との間の環状の間隙の一部分にバッキング材が入り込んでおり、バッキング材の端面位置が筐体端面よりも軸方向内方に位置させられることにより、筐体端部とバッキング材との間に、接触媒質を保持可能な環状溝が形成されていることが好ましい。このようにすると、環状溝に接触媒質が保持されることにより、長期間にわたって安定したセンサ機能が発揮される。
【００１０】
この発明によるセンサ装置は、互いに接触する可動体および固定体からなる被検知部と、固定体に取り付けられ被検知部からの超音波のエコーを検知する超音波センサと、超音波センサの出力を処理する処理手段とを備え、超音波センサは、上記のものであり、取付け用フランジ部の各頂点部分のボルト挿通孔に挿通されたボルトが固定体に設けられためねじ部にねじ込まれることにより固定体に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記のセンサ装置において、可動体は、転がり軸受の転動体であり、固定体は、転がり軸受の固定輪とされることがある。すなわち、転がり軸受で使用されるセンサ装置は、転がり軸受の固定側に取り付けられた超音波センサと、超音波センサの出力を処理する処理手段とを備えており、超音波センサは、上記のものであり、取付け用フランジ部の各頂点部分のボルト挿通孔に挿通されたボルトが固定体に設けられためねじ部にねじ込まれることにより固定体に取り付けられていることを特徴とするものとされる。
【００１２】
転がり軸受としては、深みぞ玉軸受、アンギュラ玉軸受、ころ軸受、ニードル軸受、スラスト軸受などのいずれの転がり軸受でも使用可能であり、また、単列のものだけでなく、複列のものにも適用できる。
【００１３】
超音波センサは、転がり軸受の固定輪に取り付けられることがあり、固定輪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輪とハウジング等との接触面を臨ますようにしてもよい。
【００１４】
超音波センサは、たとえば、転がり軸受の頂部、底部、前部および後部の計４カ所に設けられる。超音波センサの配置は、必ずしも等配でなくてもよく、超音波センサは１つであってもよい。
【００１５】
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、固定側軌道部材に取り付けられ固定側軌道部材と転動体との接触部からの超音波のエコーを検知する超音波センサと、超音波センサの出力を処理する処理手段とを備え、超音波センサは、上記のものであり、取付け用フランジ部の各頂点部分のボルト挿通孔に挿通されたボルトが固定体に設けられためねじ部にねじ込まれることにより固定体に取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
このセンサ付き転がり軸受装置は、固定側軌道部材が車体側、回転側軌道部材が車輪側に取り付けられるようになされて、自動車用のセンサ付き転がり軸受装置（ハブユニット）として使用されることがある。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の超音波センサによると、筐体の前面板側の端部に、筐体の軸方向から見て略三角形状の取付け用フランジ部が設けられており、この取付け用フランジ部の各頂点部分にボルト挿通孔が設けられているので、超音波センサを３カ所のボルト締めによってしっかり固定することができ、また、取付けに際しては、ばね等が不要であり、ばねの配置のために必要な取付けスペースを省くことができる。
【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は、この発明のセンサ装置を備えた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、左右および上下は、図の左右および上下をいうものとする。
【００２０】
図１に示すように、センサ付き転がり軸受装置は、転がり軸受(1)と、転がり軸受(1)に取り付けられた超音波センサ(2)と、超音波センサ(2)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００２１】
転がり軸受(1)は、外輪（固定体）(3)、内輪(4)、これらの間に配置された複数の転動体（可動体）(5)、および保持器(6)を備えている。図示は省略したが、外輪(3)はハウジングなどに固定され、内輪(4)には回転軸などが固定される。外輪(3)とハウジングとは一体構造であってもよい。
【００２２】
超音波センサ(2)は、転動体(5)と外輪(3)の軌道溝との接触面（被検知部）(D)に直角の方向から臨まされて、超音波のエコーを求めるもので、図２に示すように、円筒状の筐体(51)と、筐体(51)の一端（下端）開口を塞ぐ前面板(52)と、前面板(52)に接触するように設けられた振動子(53)と、筐体(51)内に充填されたバッキング材(54)と、筐体(51)の他端（上端）開口を塞ぐカバー(55)と、筐体(51)に設けられたコネクタ(56)と、コネクタ(56)と振動子(53)とを接続するリード線(57)と、筐体(51)の前面板(52)側の端部（下端部）に設けられた取付け用フランジ部(58)とを有している。
【００２３】
取付け用フランジ部(58)の端面（下面）(58a)は、筐体(51)の下端と面一であり、取付け用フランジ部(58)は、図３に示すように、筐体(51)の軸方向から見て略三角形状とされている。略三角形状取付け用フランジ部(58)の各頂点部分には、ボルト挿通孔(59)がそれぞれ設けられている。超音波センサ(2)は、各ボルト挿通孔(59)に挿通されたボルト(60)が外輪(3)に設けられためねじ部(3a)にねじ込まれることにより外輪(3)に取り付けられている。
【００２４】
筐体(51)は、金属製とされている。前面板(52)は、セラミック製とされており、その厚さが放射する超音波の波長の２分の１になるように調整されている。前面板(52)の外周と筐体(51)の内周との間に、環状の間隙(G)が設けられている。
【００２５】
振動子(53)は、ＰＺＴ等の圧電性セラミックスからなり、エポキシ系樹脂などの接着剤などによって前面板(52)の背面（上面）に接合されている。バッキング材(54)は、振動子(53)の背面側に送信される超音波を減衰させるためのもので、エポキシ樹脂などの合成樹脂またはゴムなどによって形成されている。前面板(52)および振動子(53)は、筐体(51)内にバッキング材(54)が充填されることによって、バッキング材(54)を介して筐体(51)に支持されている。
【００２６】
図２（ａ）は、超音波センサ(2)の取付け前の状態を示しており、取付け前において、前面板(52)は、その表面（下面）(52a)が取付け用フランジ部(58)の端面（下面）(58a)よりも軸方向外方（下方）に突出させられている。図２（ｂ）は、超音波センサ(2)の取付け状態を示しており、各ボルト挿通孔(59)に挿通されたボルト(60)が外輪(3)に設けられためねじ部(3a)にねじ込まれて締め付けられることにより、バッキング材(54)が弾性変形し、前面板(52)は、その表面(52a)が取付け用フランジ部(58)の下面(58a)と面一状態となっている。
【００２７】
バッキング材(54)の充填は、バッキング材(54)の一部が前面板(52)と筐体(51)との間の環状の間隙(G)の一部分に入り込んで、その端面(54a)位置が取付け用フランジ部(58)の下面(58a)よりも軸方向内方（上方）に位置するように行われている。したがって、図２（ｂ）に示す取付け状態において、筐体(51)端部とバッキング材(54)との間に、接触媒質を保持可能な環状溝(61)が形成されている。接触媒質は、超音波センサ(2)と被検知部(D)との密接状態を高めて、超音波を良好に伝播させるものであり、環状溝(61)に保持された接触媒質が超音波センサ(2)と被検知部(D)との境界面に補充されることで、長期間にわたって安定したセンサ機能が発揮される。
【００２８】
パルス送信器（図示略）からの電気信号をコネクタ(56)およびリード線(57)を介して振動子(53)に加えると、振動子(53)から超音波が放射され、この超音波が前面板(52)を介して被検知部(D)に送られる。そして、被検知部(D)からの反射波が前面板(52)を介して振動子(53)で受けられて、これが出力される。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、センサ装置が玉軸受に設けられてセンサ付き転がり軸受装置として使用される場合を示したが、この発明によるセンサ装置は、転がり軸受以外のものと組み合わせて使用することも可能である。
【００３０】
また、玉軸受以外の転がり軸受や転がり軸受装置の適用例である自動車用ハブユニットにももちろん使用できる。
【００３１】
以下に、自動車のハブユニットに適用する場合の実施形態を説明する。
【００３２】
図４に示すセンサ付き転がり軸受装置は、自動車用センサ付きハブユニットとして使用されるもので、自動車用ハブユニット(21)およびセンサ装置(22)からなる。
【００３３】
ハブユニット(21)は、車体側に固定される固定側軌道部材(23)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(24)、両部材(23)(24)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(25)、および各列の転動体(25)をそれぞれ保持する保持器(26)を備えている。
【００３４】
固定側軌道部材(23)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(31)と、円筒部(31)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取付け用フランジ部(32)とを有している。
【００３５】
回転側軌道部材(24)は、第１の軌道溝(34a)を有する大径部(34)および第１の軌道溝(34a)の径よりも小さい外径を有する小径部(35)を有している内軸(33)と、内軸(33)の小径部(35)外径に嵌め止められて右面が内軸(33)の大径部(34)左面に密接させられている内輪(36)とからなる。内軸(33)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(38)が固定された取付け用フランジ部(37)が設けられている。内輪(36)の右部には、内軸(33)の軌道溝(34a)と並列するように、軌道溝(36a)が形成されている。固定側軌道部材(23)の右端部と内軸(33)との間には、シール装置(39)が設けられている。内軸(33)の小径部(35)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(40)によって、内輪(36)が内軸(33)に固定されている。固定側軌道部材(23)の左端部には、カバー(41)が被せ止められている。内輪と内軸の固定方法としては、図示しないが、内軸の端部を塑性変形させて、かしめ止めしてもよい。
【００３６】
センサ装置(22)は、図２および図３に示した超音波センサ(2)と同様の構成とされた複数の超音波センサ(Sti)(Sbi)(Sto)(Sbo)と、これらの超音波センサ(Sti)(Sbi)(Sto)(Sbo)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、この発明によるセンサ装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による超音波センサを示す拡大縦断面図（図３のII-II線に沿うもの）である。
【図３】図３は、この発明による超音波センサの平面図である。
【図４】図４は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】図５は、従来の超音波センサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
(1)       転がり軸受
(2)       超音波センサ
(3)       外輪（固定体＝固定側軌道部材）
(4)       内輪（回転側軌道部材）
(5)       転動体（可動体）
(21)      ハブユニット（転がり軸受）
(22)      センサ装置
(23)      固定側軌道部材
(24)      回転側軌道部材
(25)      転動体（玉）
(51)      筐体
(52)      前面板
(53)      振動子
(58)      取付け用フランジ部
(58a)     端面
(59)      ボルト挿通孔
(60)      ボルト
(61)      接触媒質保持用環状溝
(Sti)(Sbi)(Sto)(Sbo)     超音波センサ
(D)       接触面（被検知部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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