JP2006112595A - 転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 保持器９ｄの振れ回り運動を防止して、振れ回り運動に伴う騒音や振動の発生を防止する。又、この保持器９ｄの回転速度を正確に測定できる様にする。
【解決手段】 この保持器９ｄのリム部１６ｂの内周面に形成した保持凹部２０、２０に保持した転がり部材２１、２１の先端部を、ハブ等の内輪相当部材の外周面に、当接若しくは転がり接触させる。この構成により、ポケット１８、１８の内面と転動体の転動面との間の隙間を確保して、潤滑性能を確保し、保持器９ｄの各部に無理な力が加わるのを防止しつつ、上記振れ回り運動を防止して、上記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットは、例えば自動車の懸架装置に対し車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する為に利用する。

例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。

即ち、上記ＡＢＳやＴＣＳ等の従来の走行状態安定化装置の場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる。言い換えれば、厳しい条件下での性能向上を図るべく、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。

この様な問題に対応すべく、上記フィードフォワード制御等を行なう為には、懸架装置に対して車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに、この車輪に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方を測定する為の荷重測定装置を組み込む事が考えられる。この様な場合に使用可能な荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットとして従来から、特許文献１〜４に記載されたものが知られている。

このうちの特許文献１には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の場合には、非接触式の変位センサにより、回転しない外輪と、この外輪の内径側で回転するハブとの、径方向に関する変位を測定する事により、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める様にしている。求めたラジアル荷重は、ＡＢＳを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる為に利用する。

又、特許文献２には、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。

又、特許文献３には、外輪の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニットとハブに外嵌固定した断面Ｌ字形の被検出リングとにより、上記４個所位置での、上記外輪に対する上記ハブの、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出し、各部の検出値に基づいて、このハブに加わる荷重の方向及びその大きさを求める構造が記載されている。

更に、特許文献４には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過周波数から転動体の公転速度を求め、この公転速度から、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。

前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブとの径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサとして、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。

又、特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献３に記載された構造は、外輪の周方向４個所位置にセンサを設置する為、上記特許文献１に記載された構造よりも更にコストが嵩む。更に、特許文献４に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。

更に、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定する構造を低コストで実現する為の発明として、特願２００４−７６５５号に開示された発明がある。この先発明の構造は、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重（ラジアル荷重）又は横方向荷重（アキシアル荷重）を測定する。図４は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。転がり軸受ユニットの構造自体は、従来から周知の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様であるから、詳しい説明は省略し、以下、荷重測定装置部分の構造及び作用に就いて説明する。

上記先発明に係る構造の場合、外輪相当部材である外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道２、２の間部分に形成した取付孔３にセンサユニット４を挿通し、このセンサユニット４の先端部５を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部５には、１対の公転速度検出用センサ６ａ、６ｂと、１個の回転速度検出用センサ７とを設けている。そして、このうちの各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの検出部を、複列に配置された各転動体８ａ、８ｂを回転自在に保持した各保持器９ａ、９ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂに近接対向させて、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ７の検出部を、内輪相当部材であるハブ１２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１１に近接対向させて、このハブ１２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ１２の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１と上記ハブ１２との間に加わる荷重（上下方向荷重及び横方向荷重）を求められる。

即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ６ａ、６ｂ、７から送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ１２との間に加わる上下方向荷重と横方向荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、この上下方向荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ７が検出する上記ハブ１２の回転速度との比に基づいて、上記上下方向荷重を算出する。又、上記横方向荷重は、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ７が検出する上記ハブ１２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図５〜６を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、横方向荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体８ａ、８ｂの接触角α_a 、α_b が互いに同じであるとして行なう。

図５は、上述の図４に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。懸架装置に支持された状態で回転しない前記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道２、２と、車輪を支持固定した状態で車輪と共に回転するハブ１２の外周面に形成した複列の内輪軌道１３、１３との間に複列に配置された転動体８ａ、８ｂに、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等に対する反作用として路面側から、上下方向荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、横方向荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体８ａ、８ｂの接触角α（α_a 、α_b ）に影響を及ぼす。そして、この接触角α_a 、α_b が変化すると、これら各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c が変化する。これら各転動体８ａ、８ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体８ａ、８ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道１３、１３を設けたハブ１２の回転速度をｎ_i とし、上記各外輪軌道２、２を設けた外輪１の回転速度をｎ_o とすると、上記公転速度ｎ_c は、次の（１）式で表される。
ｎ_c ＝｛１−（ｄ・cos α／Ｄ）・（ｎ_i ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cos α／Ｄ）・（ｎ_o ／２）｝ −−− （１）

この（１）式から明らかな通り、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c は、これら各転動体８ａ、８ｂの接触角α（α_a 、α_b ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角α_a 、α_b は、上記上下方向荷重Ｆｚ及び上記横方向荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これら上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ１２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記上下方向荷重Ｆｚに関しては、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。又、横方向荷重Ｆｙに関しては、図６に示す様に、この横方向荷重Ｆｙを支承する列の転動体８ａ、８ａの公転速度が速くなり（図６の破線イ参照）、この横方向荷重Ｆｙを支承しない列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度が遅くなる（図６の実線ロ参照）。従って、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c に基づいて、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙを求められる事になる。

但し、上記公転速度ｎ_c の変化に結び付く上記接触角αは、上記上下方向荷重Ｆｚと上記横方向荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ によっても変化する。又、上記公転速度ｎ_c は、上記ハブ１２の回転速度ｎ_i に比例して変化する。この為、これら上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙ、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ハブ１２の回転速度ｎ_i を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎ_c を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重Ｆｙ、ハブ１２の回転速度ｎ_i は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。

この様な事情に鑑みて先発明では、前述した様に、上下方向荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の和を求める事で、上記横方向荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、横方向荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求める事で、上記上下方向荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ７が検出する上記ハブ１２の回転速度ｎ_i との比に基づいて上記上下方向荷重Ｆｚ又は上記横方向荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ１２の回転速度ｎ_i の影響を排除している。但し、上記横方向荷重Ｆｙを、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ１２の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。

尚、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの信号に基づいて上記上下方向荷重Ｆｚと横方向荷重Ｆｙとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００４−７６５５号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。又、図７に示す様に、ハブ１２の回転速度ｎ_i を求める為の回転速度検出用エンコーダ１１ａをこのハブ１２の内端部に外嵌固定し、回転速度検出用センサ７ａを外輪１の内端開口部を塞いだカバー１４に支持する事もできる。

以上に述べた、先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、前述した特許文献１〜４に記載された構造に比べ、比較的低コストで造れて、しかも、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ或は横方向荷重Ｆｙを正確に求められるものである。但し、これら各荷重Ｆｚ、Ｆｙを正確且つ高精度に（高分解能で）求める為には、前記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する前記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度が正確且つ高精度である必要がある。公転速度を高精度で求める為には、この公転速度を各保持器９ａ、９ｂの回転速度として求めるべく、これら各保持器９ａ、９ｂと同心に公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂを設け、これら公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂの特性変化の回数を多く（特性変化のピッチを短く）する事が効果がある。

又、上記公転速度を正確に求める為には、上記各保持器９ａ、９ｂの幾何中心と回転中心（上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転中心）とを一致させる事が重要である。これに対して、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの検出信号中には、被検出面の着磁ピッチ（円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間のピッチ）の誤差に基づく比較的高周波の変動と、保持器９ａ、９ｂの振れ回り運動に伴う比較的低周波の変動とが入り込んでいる。この様な変動を処理（低減）しないと、各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度を正確に求められず、従って、上記上下方向荷重や上記横方向荷重の測定精度が悪化する。

この様な、上記各荷重の測定精度の悪化に結び付く、上記２種類の変動が生じる理由に就いて、図８〜９により説明する。上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）を保持した（或は自身が公転速度検出用エンコーダとしての機能を有する）保持器９ａ（９ｂ）のポケットの内面と前記各転動体８ａ（８ｂ）の表面（転動面）との間には、これら各転動体８ａ（８ｂ）を転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体８ａ（８ｂ）のピッチ円の中心（上記ハブ１２の回転中心）Ｏ₁₂と上記保持器９ａ（９ｂ）の回転中心Ｏ₉ とが、図８に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）は、上記ピッチ円の中心Ｏ₁₂の周囲で振れ回り運動を行なう。

この様にして生じる振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図８の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）は、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面にその検出面を対向させた、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号に影響を及ぼす。

この様な公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面に上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出面を対向させると、この公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号は、図９の鎖線αに示す様に、正弦波的に変化する。即ち、各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度が一定である場合でも、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の出力信号が表す公転速度は、上記鎖線αで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図８の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも速い速度に対応する信号となる。反対に、図８の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図８は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、例えば車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙをより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差を解消する必要がある。

又、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面の特性変化のピッチ（例えば、この側面に配列されたＳ極とＮ極とのピッチ）は、本来同じはずであるが、製造誤差（例えば着磁誤差等）により、少しずつではあるが互いに異なる場合がある。そして、この誤差に基づいても、上記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号が変動する。この様な着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期に比べると遥かに短く（高周波に）なる。例えば、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の側面（被検出面）の特性（Ｓ極とＮ極との繰り返し）が、この被検出面の全周で６０回変化する場合、上記着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期の１／６０程度になる。

上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）から出力される検出信号は、上記２種類の変動が足し合わされた（重畳された）、図９に実線βで示す様なものになる。そして、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙを正確に求める為には、上記２種類の変動を低減する必要がある。この様な変動のうち、上記着磁ピッチ等の製造誤差に基づく、上記比較的高周波の変動は、従来からこの様な信号の処理方法として広く知られている、平均化フィルタを使用した電気的処理により、容易に低減できる。

これに対して、上記振れ回り運動に伴う、上記比較的低周波の変動に基づく公転速度検出の精度悪化を防止する為には、公転速度検出用エンコーダの径方向反対側２個所位置に配置した１対の公転速度検出センサの検出信号を足し合わせる事で、上記両中心のずれによる影響をなくす事も考えられる。但し、この場合には公転速度検出センサが２個必要になり、その分、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、採用が難しくなる場合も考えられる。

これに対して、一般的な乗用車用の転がり軸受ユニットの場合、前記転動面とポケットの内面との間の、保持器の径方向に関する隙間（ポケット隙間）を小さく抑えれば、上記各保持器の径方向に関する位置決めを転動体により図る、所謂転動体案内の構造でも、上記公転速度の精度を実用上問題ない程度に抑えられるものと考えられる。但し、転がり軸受ユニットが、外輪１の中心軸とハブ１２の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメント（こじりモーメント）を支承する状況下で使用される場合、単にポケットに関する隙間を小さくすると、次に述べる様な問題が生じる。即ち、上述の様なモーメントが作用すると、各転動体と外輪軌道及び内輪軌道との接触角が、これら各転動体毎に異なって（不均一になって）、これら各転動体が同一仮想平面上に整列しない状態となる。この様な状態となった場合に、上記ポケットに関する隙間が小さく設定されていると、何れかのポケットの内面と転動体の転動面との接触荷重が大きくなる。そして、当該接触部分で摩擦力が大きくなって、当該転動体の自転速度、延ては総ての転動体の公転速度が、接触角に見合う値よりも小さくなる原因となる。この様な原因で転動体の公転速度に誤差が生じると、この公転速度に基づく、上記外輪１と上記ハブ１２との間に作用する荷重測定を正確に行なえなくなる。又、上記ポケットに関する隙間を小さくし過ぎると、この隙間内への潤滑剤の流入を妨げ、潤滑状態を阻害し、異常な振動を引き起す可能性がある。これらの事を考慮した場合に上記ポケットに関する隙間は、総てのポケットに関して或る程度以上大きくしておきたい。

この様な事情に鑑み、特願２００３−３２１０４８号には、図１０〜１１に示す様な構造で、公転速度検出用エンコーダの振れ回り運動を抑える発明が開示されている。このうちの図１０に示した構造の場合には、保持器９ａ（９ｂ）の円周方向に関して一部分に重り１５を固定する事で、この部分の重量を他の部分よりも重くしている。各転動体８ａ、８ａ（８ｂ、８ｂ）の公転運動に伴って上記保持器９ａ（９ｂ）が回転すると、この保持器９ａ（９ｂ）は、上記重り１５を設けた部分が最も径方向外方に変位した状態で振れ回り運動する。更に、上記保持器９ａ（９ｂ）のリム部１６の側面に対する上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の組み付け位置を、上記重り１５の取付位置と１８０度反対側に、δ分だけずらせている。このδは、前記図８に示した偏心量δに見合うもので、上記ポケットの内面と上記転動面との間の隙間に基づく、上記保持器９ａ（９ｂ）の径方向の変位分に相当する大きさとする。

この様に図１０に示した構造の場合、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制すると共に、この保持器９ａ（９ｂ）に対する上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の組み付け位置を、上記振れ回り方向に対して直径方向反対側に、上記保持器９ａ（９ｂ）の径方向の変位分だけずらせている。従って、上記各転動体８ａ、８ａ（８ｂ、８ｂ）の公転時に、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り運動に拘らず、上記公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）の回転中心と幾何中心とが一致する。この為、前記公転速度検出用センサ６ａ（６ｂ）の検出信号中に、前記図９に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。

又、図１１に示した構造の場合には、公転速度検出用エンコーダ１０ａ（１０ｂ）を保持器９ａ（９ｂ）に対し、互いに幾何中心同士を一致させた状態で支持固定している。そして、この保持器９ａ（９ｂ）の径方向に関する位置決めを、この保持器９ａ（９ｂ）の内周面の一部を、ハブ１２の外周面に近接対向させる、内輪案内により行なっている。この様に構成する為、各転動体８ａ（８ｂ）の公転運動に伴って上記保持器９ａ（９ｂ）が回転した場合に、この保持器９ａ（９ｂ）が殆ど振れ回り運動せず、公転速度検出用センサの検出信号中に、上記図９に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。

但し、上記図１０に示した構造の場合、上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制する為には、前記重り１５に作用する遠心力を或る程度大きくして、上記保持器９ａ（９ｂ）を確実にこの重り１５を設置した方向に変位させる必要がある。即ち、遠心力は回転速度｛各転動体８ａ（８ｂ）の公転速度｝の二乗に比例する為、低速走行時から上記保持器９ａ（９ｂ）の振れ回り方向を規制する為には、上記重り１５として重量の嵩むものを使用する必要がある。ところが、重量の嵩む重り１５は、高速走行時に過大な遠心力を発生して、上記保持器９ａ（９ｂ）を破損させる原因となる可能性を生じる為、好ましくない。

又、図１１に示した構造の場合、保持器９ａ（９ｂ）の内周面とハブ１２の外周面との間の隙間を小さくし過ぎると、温度変化による熱膨張（収縮）が生じた場合にこれら両周面同士が接触（隙間が喪失）して、正常に回転できなくなる可能性がある。特に、保持器９ａ（９ｂ）が、ポリアミド樹脂の如き合成樹脂等、鋼以外の材料の場合には、鋼製であるハブ１２と線膨張係数が異なる為に、使用温度の全範囲に亙って、上記隙間を小さく設定する事が難しい。又、合成樹脂製の保持器の場合、軽量で、転動体との間に作用する滑り摩擦を小さくできる面から、鋼や銅系合金等の金属製の保持器に比べて好ましいが、複雑な形状を有する保持器の寸法並びに形状精度を良好にする事は難しい。更に、成形後も使用時の温度上昇により変形（真円度が悪化）する場合がある為、当該保持器の周面と相手側周面とを、使用全温度範囲に関して、全周に亙り均一な微小隙間を介して対向させる事は難しい。

以上の説明は、各転動体の公転速度を正確に求める為に、これら各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を抑える必要性に就いて述べた。但し、保持器の振れ回り運動を抑える事は、各転動体の公転速度を正確に求める為以外の面からも必要になる。即ち、一般の転がり軸受ユニットの場合でも、保持器に設けた各ポケットの内面と各転動体の転動面との間に存在する隙間が大き過ぎ、この保持器が振れ回り運動を中心とする不安定な動きを行なうと、所謂保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する問題がある。この様な騒音や振動が発生すると、保持器内部の応力が増大して、この保持器の破損等に繋がるだけでなく、当該転がり軸受ユニットが音響機器、精密機器等に組み込まれている場合には、当該機器の性能を悪化させてしまう。この様な面からも、転がり軸受ユニットに組み込んだ保持器の振れ回り運動を抑える必要がある。

特開２００１−２１５７７号公報 特開平３−２０９０１６号公報 特開２００４−３９１８号公報 特公昭６２−３３６５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられ、しかも、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保できる構造を実現可能とすべく発明したものである。

本発明の転がり軸受ユニットは何れも、従来から知られている転がり軸受ユニットと同様に、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを有する合成樹脂製の保持器と、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダとを備える。

特に、請求項１に記載した転がり軸受ユニットに於いては、上記保持器のリム部に金属製で円環状の補強環を（接着、圧入、インサート成形等により）支持固定している。これと共に、この補強環を支持固定したリム部の何れかの周面を、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面とのうちの何れかの周面に近接対向させる事により、上記保持器の径方向に関する位置決めを図っている。

又、請求項３に記載した転がり軸受ユニットに於いては、上記保持器のリム部の内外両周面のうちの何れかの周面のうちで円周方向に離隔した３個所以上位置に保持凹部を設けている。尚、これら各保持凹部の設置位置は、上記リム部の半円周内に集中させない。言い換えれば、少なくとも１個の保持凹部は、残りの保持凹部が存在する半円周とは反対の半円周上に存在する。この為に好ましくは、上記３個所以上の保持凹部を、円周方向等間隔位置に設ける。そして、これら各保持凹部に転動自在に保持した転がり部材の一部を上記何れかの周面から径方向に、当該周面から径方向に同じ寸法ずつ突出させる。これと共に、上記各転がり部材の一部で当該周面から突出した部分の先端部を、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面とのうちの何れかの周面に当接若しくは近接対向させる事により、上記保持器の径方向に関する位置決めを図っている。

本発明の転がり軸受ユニットによれば、保持器の径方向に関する振れを小さく抑えられて、この保持器に設置した公転速度検出用エンコーダに基づく各転動体の公転速度、延いてはこの公転速度に基づいて算出される、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を正確に求められる。又、各ポケットの内面と各転動体の転動面との間に存在する隙間の大きさを確保できるので、これら各転動体が、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保できる。

請求項１に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、補強環を磁性金属製とすると共に、この補強環に永久磁石製のエンコーダを添設する。
この様な構成を採用すれば、このエンコーダの被検出面から出る磁束の強度を大きくする事により、このエンコーダを使用した、保持器の回転速度検出に関する信頼性の向上を図れる。又、このエンコーダの被検出面とセンサの検出部との距離を大きくして、各部の変位に拘らず、これら被検出面と検出部とが擦れ合う事を防止できる。

又、請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、各保持凹部の内面を部分球状凹面とし、各転がり部材を球状とする。
この様に構成すれば、これら各転がり部材が外輪相当部材の内周面と内輪相当部材の外周面とのうちの何れかの周面との接触に基づいて円滑に転がり、保持器が回転する事に対する抵抗を小さく抑えられる。

又、本発明を実施する場合に、転動体は、請求項５に記載した様に玉であっても、或いは請求項６に記載した様に円すいころであっても良い。
又、用途は特に問わないが、請求項７に記載した様に、自動車の懸架装置と車輪との間に設け、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用する用途が、最も実用的と考えられる。
更には、前述した先発明の場合と同様、請求項８に記載した様に、各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為に、この保持器の一部に特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダを支持固定すると共に、公転速度検出用センサの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設置する事が考えられる。そして、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。

図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、合成樹脂製の保持器に無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保すべく、ポケットの内面と転動体の転動面との間の隙間を或る程度大きくした構造で、保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられる構造を実現する点にある。転がり軸受ユニットの構造、保持器の回転速度に基づいてこの転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める部分の構造に就いては、前述した先発明の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略し、以下、本実施例の特徴部分に就いて説明する。

本実施例の場合、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の合成樹脂製で冠型の保持器９ｃのリム部１６ａに、低炭素鋼等の磁性金属製で円環状（円輪状）の補強環１７を包埋支持している。これと共に、この補強環１７を包埋した上記リム部１６ａの内径Ｒ₁₆を、上記保持器９ｃを組み付けるべき転がり軸受ユニットを構成する、内輪相当部材であるハブ１２の軸方向中間部で、上記リム部１６ａの内周面が対向する部分の外径Ｄ₁₂（図４参照）よりも僅かに（例えば０．０４〜０．２mm程度）大きく｛Ｒ₁₆≒Ｄ₁₂＋（０．０４〜０．２mm）｝している。従って、上記リム部１６ａの内周面と上記ハブ１２の中間部外周面とが互いに同心に配置された場合には、これら両周面同士の間に、径方向に関する厚さが０．０２〜０．１mm程度の微小隙間が、全周に亙って存在する状態となる。

上述の様な補強環１７を上記リム部１６ａに包埋した保持器９ｃを備えた、本実施例の転がり軸受ユニットによれば、この保持器９ｃの径方向に関する振れを小さく抑えられる。即ち、上記補強環１７の形状精度及び寸法精度に関しては、十分に良好にできる。又、上記リム部１６ａのうちで上記補強環１７の内周縁よりも径方向内方に突出している部分の径方向に関する寸法は僅かである。従って、合成樹脂の射出成形に伴う変形があったとしても、上記径方向内方に突出している部分の内周面の寸法及び形状の、設計値からのずれは僅少に抑えられる。この為、上記リム部１６ａのうちで合成樹脂製部分の内周面が上記ハブ１２の中間部外周面に近接対向していても、これら両周面同士の間に、上述の様な微小隙間を、全周に亙って存在させられる。そして、上記保持器９ｃが径方向に振れ回る事を防止できる。

この様に保持器９ｃの振れ回りを防止する場合に於いて、各ポケット１８、１８の内面と、これら各ポケット１８、１８内に保持された転動体８ａ（８ｂ、図４、７参照）との間に存在する隙間の大きさを確保できる。従って、外輪１とハブ１２との間（図４、７参照）に作用する大きなモーメントを支承する結果、総ての転動体が同一仮想平面上に存在しない状態となる様な状況下で使用される場合であっても、上記保持器９ｃに無理な力が加わる事を防止できる。又、上記各ポケット１８、１８の内面と上記各転動体８ａ（８ｂ）の転動面との間の隙間に潤滑油を確実に送り込めて、潤滑性を確保できる。

又、図示の実施例の場合には、上記磁性金属製の補強環１７に永久磁石製の公転速度検出用エンコーダ１０を添設している。この公転速度検出用エンコーダ１０は、軸方向に着磁されており、着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。この様な公転速度検出用エンコーダ１０を上記補強環１７に添設すれば、この公転速度検出用エンコーダ１０の被検出面（図１の右側面）から出る磁束の強度を大きくできる。例えば、この被検出面からの磁束の到達距離を長くできる。この結果、上記公転速度検出用エンコーダ１０を使用した、上記保持器９ｃの回転速度検出に関する信頼性の向上を図れる。

図２〜３は、請求項３、４に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、保持器９ｄのリム部１６ｂ内周面のうちで円周方向に隣り合うポケット１８、１８同士の間に存在する柱部１９、１９の根元部分に、それぞれ保持凹部２０、２０を設けている。これら各保持凹部２０、２０は、それぞれの内面が部分球状凹面である。そして、これら各保持凹部２０、２０内に球状の転がり部材２１、２１を、それぞれの一部が上記リム部１６ｂの内周面から径方向内方に同じ寸法ずつ突出した状態で、転動自在に保持している。これと共に、上記各転がり部材２１、２１の一部で上記リム部１６ｂの内周面から突出した部分の先端部を、ハブ１２（図４、７参照）の軸方向中間部外周面に当接（転がり接触）若しくは近接対向させる事により、上記保持器９ｄの径方向に関する位置決めを図っている。

上述の様に構成する保持器９ｄを組み込んだ本実施例の転がり軸受ユニットの場合も、この保持器９ｄの径方向に関する振れを小さく抑えられて、この保持器９ｄに設置した公転速度検出用エンコーダに基づく各転動体の公転速度、延いてはこの公転速度に基づいて算出される、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を正確に求められる。又、各ポケット１８，１８の内面と各転動体の転動面との間に存在する隙間の大きさを確保できるので、外輪１とハブ１２（図４、７参照）との間に大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、上記保持器９ｄに無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保できる。

本発明の実施例１に組み込む保持器の断面図。 同実施例２に組み込む保持器の斜視図。 図２のＡ部拡大図。 先発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。 この先発明に係る構造で荷重を測定できる理由を説明する為の模式図。 横方向荷重と各列の公転速度の変動との関係を示す線図。 先発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例を示す断面図。 保持器の振れ回り運動が公転速度検出の精度を悪化させる理由を説明する為の模式図。 同じく公転速度検出センサの出力信号を表す線図。 保持器の振れ回り運動に拘らず公転速度検出用エンコーダの振れ回りを防止する為に先に考えた構造の１例を示す端面図。 保持器の振れ回り運動を防止する為に先に考えた構造の１例を示す部分断面図。

符号の説明

１ 外輪
２ 外輪軌道
３ 取付孔
４ センサユニット
５ 先端部
６ａ、６ｂ 公転速度検出用センサ
７、７ａ 回転速度検出用センサ
８ａ、８ｂ 転動体
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 保持器
１０、１０ａ、１０ｂ 公転速度検出用エンコーダ
１１、１１ａ 回転速度検出用エンコーダ
１２ ハブ
１３ 内輪軌道
１４ カバー
１５ 重り
１６、１６ａ、１６ｂ リム部
１７ 補強環
１８ ポケット
１９ 柱部
２０ 保持凹部
２１ 転がり部材

Claims (8)

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを有する合成樹脂製の保持器と、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダとを備えた転がり軸受ユニットに於いて、上記保持器のリム部に金属製で円環状の補強環を支持固定すると共に、この補強環を支持固定したリム部の何れかの周面を、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面とのうちの何れかの周面に近接対向させる事により、上記保持器の径方向に関する位置決めを図った事を特徴とする転がり軸受ユニット。
2. 補強環を磁性金属製とすると共に、この補強環に永久磁石製のエンコーダを添設した、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
3. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを有する合成樹脂製の保持器と、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダとを備えた転がり軸受ユニットに於いて、上記保持器のリム部の内外両周面のうちの何れかの周面のうちで円周方向に離隔した３個所以上位置に保持凹部を設け、これら各保持凹部に転動自在に保持した転がり部材の一部を上記何れかの周面から径方向に、当該周面から径方向に同じ寸法ずつ突出させると共に、これら各転がり部材の一部で当該周面から突出した部分の先端部を、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面とのうちの何れかの周面に当接若しくは近接対向させる事により、上記保持器の径方向に関する位置決めを図った事を特徴とする転がり軸受ユニット。
4. 各保持凹部の内面が部分球状凹面であり、各転がり部材が球状である、請求項３に記載した転がり軸受ユニット。
5. 転動体が玉である、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
6. 転動体が円すいころである、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
7. 自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用される、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
8. 各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為に、この保持器の一部に、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダを支持固定すると共に、公転速度検出用センサの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設置し、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する、請求項１〜７の何れかに記載した転がり軸受ユニット。

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