JP2009144858A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変位や、回転速度等の物理量を検出するセンサを有すると共に、コンパクトなセンサ付き転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】ターゲット部材が貫通している貫通穴８９を有する環状かつ平板状の第１部分８１と、この第１部分８１に交差する平板状の第２部分８２とを有する基板９０の第１部分８１に、貫通穴８９を全周に亘って取り巻くように、第１コイル９２を配置する。また、上記第２部分８２に平面状の第２コイル９２を配置する。第１部分８１および第２部分８２の夫々を、ポリイミド樹脂で構成し、第１コイル９１を、第１部分８１の内部に配置し、第２コイル９２を、第２部分８２の内部に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサ付き転がり軸受装置に関する。

従来、センサ付き転がり軸受装置としては、特開２００７−１２７２５３号公報（特許文献１）に記載されている車輪用転がり軸受装置がある。

この車輪用転がり軸受装置は、インダクタンス型の変位センサを、軸方向に２列に配置し、車輪用転がり軸受装置の３つの並進荷重と、２つのモーメント荷重とを算出するようになっている。

このような背景において、インダクタンス型の変位センサは、配置スペースが大きいから、車輪用転がり軸受装置の小型化を行いにくいという課題がある。
特開２００７−１２７２５３号公報

そこで、本発明の課題は、物理量（変位や、回転速度等）を検出するセンサを有すると共に、コンパクトなセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、
外周面に軌道面を有する第１軌道部材と、
内周面に軌道面を有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置される複数の転動体と、
上記第１軌道部材が貫通している貫通穴を有する環状かつ平板状の第１部分と、この第１部分に交差する平板状の第２部分とを有する基板と、
上記第１部分に配置されると共に、上記第１軌道部材を全周に亘って取り巻くように配置された平面状の第１コイルと、
上記第２部分に配置された平面状の第２コイルと
を備えることを特徴としている。

上記第１軌道部材は、上記外周面に軌道面を有する部材と、この部材に移動不可に固定されている全ての部材からなるものとする。

本発明によれば、平面状の第１コイルが配置された第１部分と、平面状の第２コイルが配置された第２部分とが、交差しているから、第１コイルと第２コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第１コイルが形成されている板状部の寸法を小さくすることができる。

したがって、各仕様において、第１部分と第２部分との交差の角度を適切に設定し、かつ、上記基板を適切に配置することにより、センサ装置のうちで、上記基板、第１コイルおよび第２コイルからなる部分を、小スペースに配置できて、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。

また、一実施形態では、
上記第１部分および上記第２部分の夫々は、樹脂からなり
上記第１コイルは、上記第１部分の内部に配置され、かつ、上記第２コイルは、上記第２部分の内部に配置されている。

上記実施形態によれば、上記第１コイルが、上記第１部分の内部に配置され、かつ、上記第２コイルが、上記第２部分の内部に配置されているから、第１および第２コイルの絶縁を確実に行うことができる。また、コイルと、埃等の異物との接触によるノイズが、発生することを防止できる。したがって、検出すべき物理量をより正確に検出することができる。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、平面状の第１コイルが配置された第１部分と、平面状の第２コイルが配置された第２部分とが、交差しているから、第１コイルと第２コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第１コイルが形成されている板状部の寸法を小さくすることができる。

したがって、各仕様において、第１部分と第２部分との交差の角度を適切に設定し、かつ、上記基板を適切に配置することにより、センサ装置のうちで、上記基板、第１コイルおよび第２コイルからなる部分を、小スペースに配置できて、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態のセンサ付き転がり軸受装置である従動輪用の車両用転がり軸受装置（従動輪用のハブユニット）の軸方向の断面図である。

このセンサ付き転がり軸受装置は、内軸１と、内輪２と、第２軌道部材としての外輪３と、キャップ部材５と、転動体の一例としての複数の玉７と、ナット８と、センサ装置１０とを備える。

上記内軸１は、小径軸部１９と、中径軸部２０と、大径軸部２１とを有している。上記小径軸部１９の外周面には、ネジが形成されている。上記中径軸部２０は、小径軸部１９に段部３０を介して連なると共に、小径軸部１９の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０の小径軸部１９側とは反対側に位置している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０に段部２２を介して連なると共に、中径軸部２０の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１の外周面は、紙面の右側に図示しない外周軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝を有し、この軌道溝の外径は、中径軸部２０から離れるにしたがって、大きくなっている。

上記内軸１は、軸方向の大径軸部２１側の端部（紙面の右側、図示せず）に、ブレーキディスクを取り付けるための、ブレーキディスク取付用のフランジを有している。

上記内輪２は、内軸１の中径軸部２０の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、上記段部２２に当接している。上記内輪２は、その外周面の大径軸部２１側に、外周軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２７を有している。この軌道溝２７の外径は、大径軸部２２から離れるにしたがって、大きくなっている。

上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、段部２２に当接している。また、上記ナット８が、小径軸部１９のネジに螺合している。上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側とは反対側の端面は、ナット８の軸方向の大径軸部２１側の端面に当接している。上記ナット８を、軸方向の大径軸部２１側に所定距離ネジ込むことにより、内輪２を、内軸１に確実に固定するようになっている。

上記外輪３は、大径軸部２１の径方向の外方に位置している。上記外輪３の内周面は、第１の内周軌道面としてのアンギュラ型の第１軌道溝２８と、第２の内周軌道面としてのアンギュラ型の第２軌道溝（紙面の右側に存在、図示せず）とを有している。上記複数の玉７は、内輪２の軌道溝２７と、外輪３の第１軌道溝２８との間に、保持器２９によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。また、図示しないが、玉７とは別の複数の玉が、紙面の右側において、内軸１の軌道溝と、外輪３の上記第２軌道溝との間に、保持器によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記キャップ部材５は、内軸１の軸方向の車輪接続側とは反対側の端部を覆っている。上記キャップ部材５は、環状の第１部材５１と、環状の第２部材５２とからなる。上記第１部材５１は、小径筒部６０と、径方向延在部６１と、大径筒部６２とからなり、小径筒部６０は、径方向延在部６１を介して大径筒部６２に接続されている。上記小径筒部６０は、外輪３の軸方向の車輪接続側とは反対側の端部の内周面に内嵌されて固定されている。また、上記径方向延在部６１は、外輪３の上記端部の軸方向の端面に当接し、上記大径筒部６２は、径方向延在部６１の外径側の端部から軸方向の車輪接続側とは反対側に延在している。

上記第２部材５２は、大径円筒部７１と、この大径円筒部よりも径が小さい小径円筒部７２と、第１径方向延在部７３、第２径方向延在部７４とを有し、大径円筒部７１は、第１部材５１の大径筒部６２の内周面に内嵌されて固定されている。また、上記第１および第２径方向延在部７３,７４は、径方向に延在している。上記大径円筒部７１は、小径円筒部７２と第１径方向延在部７３を介して接続されている。また、第２径方向延在部７４は、小径円筒部７２を介して第１径方向延在部７３に接続されている。上記第２径方向延在部７４は、第１径方向延在部７１よりも径方向の内方に位置し、大径円筒部７１は、小径円筒部７２よりも軸方向の車輪接続側に位置している。

上記センサ装置１０は、センサ本体５０と、磁性体からなるターゲット部材５１とを有し、センサ本体５０は、ポリイミド樹脂製の基板８０、第１コイルおよび第２コイルを有する。また、上記基板８０は、環状かつ平板状の第１部分８１、平板状の第２部分８２および板状の第３部分８３を有している。

図１に示すように、上記第１部分８１は、第１径方向延在部７３の玉７側の端面に固着されている。また、上記第２部分８２は、湾曲部を介して、第１部分８１につながっている。上記第２部分８２は、キャップ部材５の第２部材５２の大径円筒部７１の内周面に固着されている。また、上記第３部分８３は、第２部分８２の第１部分８１側とは反対側の軸方向の端に接続されている。

上記第１コイルおよび第２コイルの夫々は、平面状の形状を有している。上記第１コイルは、第１部分８１の内部に配置され、上記第２コイルは、第２部分８２の内部に配置されている。上記第１コイルの延在方向は、第１部分８１の延在方向に略一致し、第２コイルの延在方向は、第２部分８２の延在方向に略一致している。図１に示すように、第１部分８１と、第２部分８２とは、略９０度の角度で交差している。

上記ターゲット部材５１は、略筒状の形状を有している。上記ターゲット部材５１の軸方向の一端部は、内輪２の円筒外周面における軸方向のナット８側の端部に圧入によって押しこまれている。上記ターゲット部材５１の軸方向の一端部は、内輪２の外周面の一端部としての円筒外周面５８に締まり嵌めにより外嵌されて固定されている。

この明細書では、第１軌道部材は、外周に軌道面を有する部材、すなわち、内軸１および内輪２と、この内軸１および内輪２に移動不可に固定されている全ての部材から構成されており、内軸１、内輪２およびターゲット部材５１の夫々は、第１軌道部材の一部を構成している。

図２は、センサ本体５０の第１および第２部分８１,８２の周辺を示す模式図である。尚、上記第１部分８１および第２部分８２は、図１より明らかなように、略直交するものであるが、コイル９１の構造を分かり易くするために、図２では、便宜上直交していないように描かれている。

図２に示すように、第１部分８１は、環状であり、貫通穴８９を有する。上記平面状の第１コイル９１は、第１部分８１に配置されると共に、貫通穴８９（ターゲット部材５１（図１参照））を全周に亘って取り巻くように配置されている。また、上記平面状の第２コイル９２は、第２部分８２に渦巻き状に配置されている。

図２に示すように、上記第２コイル９２は、４つ存在し、４つの第２コイル９２は、周方向に等間隔に配置されている。図示しない発振器（駆動回路）が、ケーブル９３を介して第１コイル７１に接続されている。

上記発振器で、例えば、１００ＫＨｚから１０ＭＨｚまでの高周波電流が生成され、この高周波電流が、ケーブル９３を介して第１コイル９１に流れ込むようになっている。

上記ターゲット部材５１は、磁性体からなっているから、第１コイル９１で生成された磁束が、ターゲット部材５１を通過することになる。したがって、上記ターゲット部材５１に荷重が作用して、上記ターゲット部材５１が、ある第２コイル９２に近づくと、第１コイル９１が生成する高周波の磁場に基づいてその第２コイル９２に発生する誘導起電力が大きくなる一方、ターゲット部材５１に荷重が作用して、ターゲット部材５１が、ある第２コイル９２から遠ざかると、第１コイル９１が生成する高周波の磁場に基づいてその第２コイル９２に発生する誘導起電力が小さくなる。

したがって、この実施形態のように、上記ターゲット部材５１が同一の磁性体で形成されている場合には、各第２コイル９２が生成する誘導起電力を測定すれば、各第２コイル９２とターゲット部材５１との距離を測定できる。

また、例えば、上記第１コイルに径方向に対向するターゲット部材の部分が、周方向に交互に位置し、かつ、互いに透磁率が異なる二つの部分（第１部分および第２部分）で形成されている場合、または、周方向に歯車状に凹凸が繰り返されている場合には、第２コイルが生成する誘導起電力が、基板に対するスリンガの相対回転速度（第１軌道部材に対する第２軌道部材の相対回転速度）に依存する周期性を有する誘導起電力になり、この周期を検出することによって、第１軌道部材に対する第２軌道部材の回転速度を検出できる。

上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、平面状の第１コイル９１が配置された第１部分８１と、平面状の第２コイル９２が配置された第２部分９２とが、交差しているから、第１コイルと第２コイルが同一の板状部に形成されている場合と比較して、第１コイルが形成されている第１部分８１の延在方向の寸法を小さくすることができる。

したがって、本実施形態では、第１部分８１が外輪３の径方向に延在していて、センサ本体５０の径方向の寸法を低減できるから、センサ配置スペースの径方向の寸法が小さい場合、あるいは、センサ配置スペースの径方向の寸法を小さくしたとしても、センサ本体を容易に配置することができる。したがって、センサ付き転がり軸受装置のコンパクト化を実現することができる。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、上記第１部分８１および第２部分８２の夫々が、樹脂からなり、第１コイル９１が、第１部分８１の内部に配置され、かつ、第２コイル９２が、第２部分８２の内部に配置されているから、第１および第２コイル９１,９２の絶縁を確実に行うことができる。また、コイル９１,９２と、埃等の異物との接触によるノイズが、発生することを防止することができるから、検出すべき物理量をより正確に検出することができる。

尚、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第２部分の第１部分とは反対側に第３部分を有していたが、この発明では、図３の模式図に示すように、基板１８０の第２部分１８２における第１部分１８１とは反対側に、第３部分が存在しなくても良い。尚、図３において、１９３は、高周波電流を第１コイルに供給する信号線を示している。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第２コイル９２が４つ存在していたが、この発明では、第２コイルは、４以外の如何なる自然数存在していても良い。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、ポリイミド樹脂製の基板８０を使用したが、この発明では、絶縁性を有し、かつ、折り曲げ等が可能な柔軟性を有する樹脂であれば、如何なる樹脂でも、基板の材料として使用することができる。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第１部分８１と、第１部分８２とが、略９０°の角度をなして交差していたが、この発明では、第１部分と、第２部分とは、０°より大きくて１８０°未満の角度範囲内の如何なる角度に交差していても良く、上記実施形態のように、交差する角度は、略９０°でなくても良い。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、センサ装置１０で変位を検出するようにしたが、この発明では、第１コイルに径方向に対向する磁性体からなるターゲット部材の部分を、周方向に交互に位置し、かつ、互いに透磁率が異なる二つの部分（第１部分および第２部分）で形成するか、または、周方向に歯車状に凹凸が繰り返されている構成にしても良い。

この場合、第２コイルが生成する誘導起電力が、基板に対するスリンガの相対回転速度（第１軌道部材に対する第２軌道部材の相対回転速度）に依存する周期性を有する誘導起電力になるから、この周期を検出することによって、第１軌道部材に対する第２軌道部材の回転速度を検出できる。

また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、ハブユニットであったが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニットに限らず、例えば磁気軸受装置等のハブユニット以外の如何なる軸受装置であっても良い。上記実施形態で説明した本発明の構成を、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種軸受装置に適用することができるのは、言うまでもないからである。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が玉であったが、この発明では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が、ころであっても良く、また、ころおよび玉を含んでいても良い。

本発明の一実施形態のセンサ付き転がり軸受装置である従動輪用の車両用転がり軸受装置（従動輪用のハブユニット）の軸方向の断面図である。 センサ本体の第１および第２部分の周辺を示す模式図である。 センサ本体の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１ 内軸
２ 内輪
３ 外輪
７ 玉
１０ センサ装置
８０ 基板
８１ 第１部分
８２ 第２部分
８９ 貫通穴
９１ 第１コイル
９２ 第２コイル

Claims (2)

1. 外周面に軌道面を有する第１軌道部材と、
   内周面に軌道面を有する第２軌道部材と、
   上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置される複数の転動体と、
   上記第１軌道部材が貫通している貫通穴を有する環状かつ平板状の第１部分と、この第１部分に交差する平板状の第２部分とを有する基板と、
   上記第１部分に配置されると共に、上記第１軌道部材を全周に亘って取り巻くように配置された平面状の第１コイルと、
   上記第２部分に配置された平面状の第２コイルと
   を備えることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
2. 請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置において、
   上記第１部分および上記第２部分の夫々は、樹脂からなり
   上記第１コイルは、上記第１部分の内部に配置され、かつ、上記第２コイルは、上記第２部分の内部に配置されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。

Images