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JP2011196888A - Load measuring apparatus for wheel of automobile - Google Patents

Load measuring apparatus for wheel of automobile Download PDF

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Publication number
JP2011196888A
JP2011196888A JP2010065434A JP2010065434A JP2011196888A JP 2011196888 A JP2011196888 A JP 2011196888A JP 2010065434 A JP2010065434 A JP 2010065434A JP 2010065434 A JP2010065434 A JP 2010065434A JP 2011196888 A JP2011196888 A JP 2011196888A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wheel
encoder
contact angle
row
axial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010065434A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eisei Doi
永生 土肥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2010065434A priority Critical patent/JP2011196888A/en
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load measuring apparatus for a wheel which has a structure in which a sensor is arranged near the upper end portion of an encoder 4a, to suppress a degradation in measurement precision to minimum while suppressing a degradation in camber rigidity of a roller bearing unit 14a for supporting a wheel.SOLUTION: A contact angle α given to balls 3a and 3a of an outside row which bear axial load directed inward in axial direction, among such balls 3a and 3b, as given contact angles α and β, coupled back to back, being arranged in a plurality of rows, in the load measuring apparatus for a wheel, is set larger than a contact angle β given to balls 3b and 3b in an inside row which do not support the axial load (α>β).

Description

この発明は、自動車の車輪に加わるアキシアル荷重(接地面に作用するグリップ力)を測定する為の自動車の車輪用荷重測定装置の改良に関する。具体的には、センサの設置位置が限定された場合にも、測定精度の悪化を最小限に抑えられる構造の実現を図るものである。   The present invention relates to an improvement in a vehicle wheel load measuring device for measuring an axial load applied to a vehicle wheel (a grip force acting on a ground contact surface). Specifically, it is intended to realize a structure capable of minimizing deterioration in measurement accuracy even when the installation position of the sensor is limited.

自動車の走行安定性を確保する為のスタビリティコントロール装置等を適切に制御する為に、車輪(タイヤ)と路面との当接面(接地面)に作用する摩擦力(接地面でのアキシアル荷重、グリップ力)を知る事が効果があると考えられる。このグリップ力は、上記車輪を支持する為の転がり軸受ユニット(ハブユニット)を構成する静止輪と回転輪との間に、モーメント及びアキシアル荷重として加わる。又、これら静止輪と回転輪とは、このモーメント及びアキシアル荷重に基づいて、互いの中心軸を傾斜させる方向に揺動変位すると共に、軸方向に相対変位する。従って、これら揺動変位及び軸方向の相対変位量を測定できれば、前記グリップ力を求める事ができる。尚、このグリップ力は、前記モーメント及びアキシアル荷重として前記静止輪と回転輪との間に加わるが、これらモーメントとアキシアル荷重との間には、比例関係に近い相関関係がある。従って、前記静止輪と回転輪との間に作用する力を、例えばアキシアル荷重として捉えて測定すれば、前記グリップ力を求められる。   Friction force (axial load on the ground contact surface) acting on the contact surface (ground contact surface) between the wheel (tire) and the road surface in order to properly control the stability control device etc. to ensure the running stability of the automobile It is thought that knowing the grip power) is effective. This grip force is applied as a moment and an axial load between a stationary wheel and a rotating wheel constituting a rolling bearing unit (hub unit) for supporting the wheel. In addition, the stationary wheel and the rotating wheel are oscillated and displaced in the direction of inclining the central axes of each other based on the moment and the axial load, and are relatively displaced in the axial direction. Accordingly, the grip force can be obtained if the swing displacement and the axial relative displacement amount can be measured. The grip force is applied between the stationary wheel and the rotating wheel as the moment and the axial load, and the moment and the axial load have a correlation close to a proportional relationship. Therefore, if the force acting between the stationary wheel and the rotating wheel is measured as an axial load, for example, the grip force can be obtained.

この様な目的で、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定可能とした、荷重測定装置付転がり軸受ユニットとして、例えば特許文献1に記載された構造のものが知られている。この特許文献1に記載された従来構造の1例に就いて、図7〜9により説明する。使用時にも回転しない静止輪である外輪1の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する回転輪であるハブ2を、それぞれが転動体である複数個の玉3、3を介して、回転自在に支持している。これら各玉3、3には、互いに逆向きの(背面組み合わせ型の)接触角と共に、予圧を付与している。   For such a purpose, as a rolling bearing unit with a load measuring device capable of measuring an axial load applied to the wheel supporting rolling bearing unit, for example, a structure described in Patent Document 1 is known. An example of the conventional structure described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. A plurality of balls 3, each of which is a rolling element, is provided with a hub 2 that is a rotating wheel that rotates together with the wheel in a state where the wheel is supported and fixed at the time of use on the inner diameter side of the outer ring 1 that does not rotate even when used. 3 is rotatably supported. A preload is applied to each of the balls 3 and 3 together with contact angles opposite to each other (in combination with the back surface).

又、上記ハブ2の内端部には、円筒状のエンコーダ4を、上記ハブ2と同心に支持固定している。又、上記外輪1の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー5の内側に、1対のセンサ6a、6bを支持すると共に、これら両センサ6a、6bの検出部を、上記エンコーダ4の被検出面である外周面に近接対向させている。このうちのエンコーダ4は、磁性金属板製である。被検出面である、このエンコーダ4の外周面の先半部(軸方向内半部)には、透孔7、7と柱部8、8とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔7、7と各柱部8、8との境界は、上記エンコーダ4の軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、上記エンコーダ4の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記各透孔7、7と上記各柱部8、8とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した「く」字形となっている。そして、上記境界の傾斜方向が互いに異なる、上記被検出面の軸方向外半部と軸方向内半部とのうち、軸方向外半部を第一の特性変化部9とし、軸方向内半部を第二の特性変化部10としている。   A cylindrical encoder 4 is supported and fixed concentrically with the hub 2 at the inner end portion of the hub 2. A pair of sensors 6 a and 6 b are supported inside a bottomed cylindrical cover 5 that closes the inner end opening of the outer ring 1, and the detection portions of both the sensors 6 a and 6 b are connected to the encoder 4. The outer peripheral surface, which is the detection surface, is placed close to and opposed to the detection surface. Of these, the encoder 4 is made of a magnetic metal plate. In the front half of the outer peripheral surface of the encoder 4 (the inner half in the axial direction), which is the detection surface, the through holes 7 and 7 and the column portions 8 and 8 are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. It is arranged. The boundaries between the through holes 7 and 7 and the pillars 8 and 8 are inclined at the same angle with respect to the axial direction of the encoder 4, and the inclined direction with respect to the axial direction is set to the intermediate portion in the axial direction of the encoder 4. The directions are opposite to each other. Accordingly, each of the through holes 7 and 7 and each of the column portions 8 and 8 has a "<" shape with the axially intermediate portion protruding most in the circumferential direction. And among the axially outer half part and the axially inner half part of the detected surface, the inclination directions of the boundaries are different from each other, the axially outer half part is defined as the first characteristic changing part 9, and the axially inner half part is formed. This portion is the second characteristic changing portion 10.

又、上記1対のセンサ6a、6bはそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成する磁気検知素子とから成る。これら両センサ6a、6bは、上記カバー5の内側に支持固定した状態で、一方のセンサ6aの検出部を上記第一の特性変化部9に、他方のセンサ6bの検出部を上記第二の特性変化部10に、それぞれ近接対向させている。これら両センサ6a、6bの検出部が上記両特性変化部9、10に対向する位置は、上記エンコーダ4の円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪1とハブ2との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記各透孔7、7及び柱部8、8の軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分(境界の傾斜方向が変化する部分)が、上記両センサ6a、6bの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材の設置位置を規制している。   Each of the pair of sensors 6a and 6b includes a permanent magnet and a magnetic sensing element constituting a detection unit. The two sensors 6a and 6b are supported and fixed inside the cover 5, with the detection part of one sensor 6a serving as the first characteristic changing part 9 and the detection part of the other sensor 6b serving as the second sensor. The characteristic changing portions 10 are respectively close to and opposed to each other. The positions where the detection parts of both the sensors 6 a and 6 b face both the characteristic change parts 9 and 10 are the same position in the circumferential direction of the encoder 4. Further, in the state where an axial load does not act between the outer ring 1 and the hub 2, the portion that protrudes most in the circumferential direction in the axial direction intermediate portion of each of the through holes 7 and 7 and the column portions 8 and 8 (boundary boundary). The position where each member is installed is regulated so that the portion in which the inclination direction changes) is just at the center position between the detection parts of the sensors 6a and 6b.

上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、上記外輪1とハブ2との間にアキシアル荷重が作用し、これら外輪1とハブ2とがアキシアル方向に相対変位すると、上記両センサ6a、6bの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪1とハブ2との間にアキシアル荷重が作用していない、中立状態では、上記両センサ6a、6bの検出部は、図9の(A)の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ6a、6bの出力信号の位相は、同図の(C)に示す様に一致する。   In the case of the rolling bearing unit with a load measuring device configured as described above, when an axial load acts between the outer ring 1 and the hub 2 and the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the axial direction, the two sensors The phase at which the output signals 6a and 6b change is shifted. That is, in the neutral state where an axial load is not applied between the outer ring 1 and the hub 2, the detection portions of the sensors 6a and 6b are shown on the solid lines A and B in FIG. It faces a portion that is shifted by the same amount in the axial direction from the most protruding portion. Therefore, the phases of the output signals of the sensors 6a and 6b coincide as shown in FIG.

これに対して、上記エンコーダ4を固定したハブ2に、図9の(A)で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ6a、6bの検出部は、図9の(A)の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ6a、6bの出力信号の位相は、同図の(B)に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ4を固定したハブ2に、図9の(A)で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ6a、6bの検出部は、図9の(A)の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、前述の場合と逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ6a、6bの出力信号の位相は、同図の(D)に示す様にずれる。   On the other hand, when a downward axial load is applied to the hub 2 to which the encoder 4 is fixed as shown in FIG. 9A, the detecting portions of the sensors 6a and 6b are shown in FIG. , Opposite to the portions where the deviations in the axial direction from the most protruding portion are different from each other. In this state, the phases of the output signals of the sensors 6a and 6b are shifted as shown in FIG. Further, when an upward axial load is applied to the hub 2 to which the encoder 4 is fixed as shown in FIG. 9A, the detecting portions of the sensors 6a and 6b are connected to the chain line hub shown in FIG. The deviation in the axial direction from the uppermost part, that is, the most protruding part, faces different parts in the opposite direction to the above case. In this state, the phases of the output signals of the sensors 6a and 6b are shifted as shown in FIG.

上述の様に、特許文献1に記載される等により従来から知られている構造の場合には、上記両センサ6a、6bの出力信号の位相が、上記外輪1とハブ2との間に加わるアキシアル荷重の作用方向(これら外輪1とハブ2とのアキシアル方向の相対変位の方向)に応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重(相対変位)により上記両センサ6a、6bの出力信号の位相がずれる程度は、このアキシアル荷重(相対変位)が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ6a、6bの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪1とハブ2とのアキシアル方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪1とハブ2との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、上記両センサ6a、6bの出力信号の位相差の、これら両センサ6a、6bの出力信号の1周期に対する割合(位相差/1周期=位相差比)に基づいて上記アキシアル方向の相対変位及び荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記位相差比と上記アキシアル方向の相対変位及び荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で組み込んでおく。   As described above, in the case of a conventionally known structure as described in Patent Document 1, the phase of the output signals of both the sensors 6a and 6b is applied between the outer ring 1 and the hub 2. It shifts in the direction corresponding to the acting direction of the axial load (the direction of the relative displacement between the outer ring 1 and the hub 2 in the axial direction). Further, the degree of the phase shift of the output signals of the sensors 6a and 6b due to the axial load (relative displacement) increases as the axial load (relative displacement) increases. Therefore, the direction and magnitude of the relative displacement in the axial direction between the outer ring 1 and the hub 2 based on the presence or absence of the phase shift of the output signals of the sensors 6a and 6b and the direction and magnitude of the deviation, if any. In addition, the acting direction and magnitude of the axial load acting between the outer ring 1 and the hub 2 can be obtained. The relative displacement in the axial direction is based on the ratio of the phase difference between the output signals of the sensors 6a and 6b to the one period of the output signals of the sensors 6a and 6b (phase difference / 1 period = phase difference ratio). And the process which calculates a load is performed by the calculator which is not shown in figure. Therefore, the relationship between the phase difference ratio, the relative displacement in the axial direction, and the load, which has been examined in advance by theoretical calculation or experiment, is incorporated in this arithmetic unit by a calculation formula or a model such as a map.

尚、前記特許文献1には、外輪1等の静止側軌道輪と、ハブ2等の回転側軌道輪との間に作用するアキシアル荷重を求める為の構造として、単一のセンサの出力信号のデューティ比(高電位継続時間/1周期)から求める構造(例えば特許文献1の図18により説明されている構造)や、同じくパルス比(1パルス分周期/2パルス分周期)から求める構造(例えば、特許文献1の図10により説明されている構造)が記載されている。これらデューティ比やパルス比により前記アキシアル荷重を求める構造に就いても、本発明の対象となる。但し、これら各比によりアキシアル荷重を求める構造及び作用は、前記特許文献1に詳しく記載されている。又、本発明の構造の特徴は、後述する様に、センサの設置位置が限定された場合にも、測定精度の悪化を最小限に抑えるべく、このセンサの設置位置との関係で、車輪支持用転がり軸受ユニット側の構造を工夫する点にある。そこで、前記デューティ比やパルス比により前記アキシアル荷重を求める為の構造及び作用に就いては、図示並びに説明は省略する。   In Patent Document 1, as a structure for obtaining an axial load acting between a stationary raceway such as the outer ring 1 and a rotary raceway such as the hub 2, the output signal of a single sensor is described. A structure obtained from the duty ratio (high potential duration / 1 period) (for example, the structure described in FIG. 18 of Patent Document 1) or a structure obtained from the same pulse ratio (a period for 1 pulse / 2 periods for 2 pulses) , The structure described by FIG. 10 of Patent Document 1). The structure for obtaining the axial load based on the duty ratio and the pulse ratio is also an object of the present invention. However, the structure and the action for obtaining the axial load by each of these ratios are described in detail in Patent Document 1. In addition, as will be described later, the structure of the present invention is characterized in that, even when the sensor installation position is limited, in order to minimize the deterioration of measurement accuracy, the wheel support is related to the sensor installation position. The point is to devise the structure on the rolling bearing unit side. Therefore, illustration and description of the structure and operation for obtaining the axial load based on the duty ratio and pulse ratio are omitted.

前記各比の何れから前記アキシアル荷重を求めるにしても、このアキシアル荷重の測定精度を向上させる為には、このアキシアル荷重に基づく、エンコーダとセンサとの相対変位量を大きく{ゲイン(=相対変位量/アキシアル荷重)を大きく}する必要がある。一方、自動車の旋回走行時等に、前記グリップ力に基づいて車輪支持用転がり軸受ユニットには、純アキシアル荷重が加わるのではなく、アキシアル荷重とモーメントとが組み合わされた力が加わる。この為、前記エンコーダと前記センサとの、軸方向に関する相対変位量は、円周方向に関して異なる。具体的には、前記エンコーダを前記回転側軌道輪の軸方向内端部に支持固定した場合には、下端部で最も大きくなり、上端部で最も小さくなる。この点に就いて、図10及び図2により説明する。尚、車輪支持用転がり軸受ユニットの構造に関し、軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図1、2、7、10の右側を言う。反対に、車両の幅方向外側となる、図1、2、7、10の左側を、軸方向に関して「外」と言う。この点は、本明細書及び特許請求の範囲全体で同じである。   Regardless of which ratio is used to determine the axial load, in order to improve the measurement accuracy of this axial load, the relative displacement amount between the encoder and the sensor based on this axial load is increased {gain (= relative displacement It is necessary to increase the amount / axial load). On the other hand, not only a pure axial load is applied to the wheel-supporting rolling bearing unit based on the grip force, but also a force that is a combination of the axial load and a moment is applied when the vehicle is turning. For this reason, the relative displacement amount in the axial direction between the encoder and the sensor differs in the circumferential direction. Specifically, when the encoder is supported and fixed to the inner end portion in the axial direction of the rotation side raceway, it is largest at the lower end portion and smallest at the upper end portion. This point will be described with reference to FIGS. Regarding the structure of the wheel-supporting rolling bearing unit, “inside” in the axial direction means the center side in the width direction of the vehicle in the assembled state to the automobile, and the right side in FIGS. On the contrary, the left side of FIGS. 1, 2, 7, and 10, which is the outer side in the width direction of the vehicle, is referred to as “outside” in the axial direction. This is the same throughout the present specification and claims.

前記グリップ力に基づくアキシアル荷重Faは、図10に示す様に、車輪11を構成するタイヤ12と路面13との接触部である接地面に加わる。この接地面は、車輪支持用転がり軸受ユニット14の中心Oから、径方向に関して大きく外れた位置に存在する。従って、前記アキシアル荷重Faにより、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14を構成するハブ2には、軸方向内向のアキシアル荷重に加えて、前記中心Oを通り、進行方向(図10の表裏方向)に対し平行な仮想軸を中心とするモーメントMaが加わる。前記ハブ2は、懸架装置を構成するナックル15に支持固定した外輪1に対し、前記アキシアル荷重Faと前記モーメントMaとを合成した力により変位する。   As shown in FIG. 10, the axial load Fa based on the grip force is applied to the ground contact surface that is a contact portion between the tire 12 and the road surface 13 constituting the wheel 11. This ground contact surface exists at a position greatly deviating from the center O of the wheel bearing rolling bearing unit 14 in the radial direction. Accordingly, in addition to the axially inward axial load, the hub 2 constituting the wheel-supporting rolling bearing unit 14 passes through the center O in the traveling direction (front and back direction in FIG. 10) due to the axial load Fa. On the other hand, a moment Ma about a parallel virtual axis is applied. The hub 2 is displaced by a force obtained by combining the axial load Fa and the moment Ma with respect to the outer ring 1 supported and fixed to the knuckle 15 constituting the suspension device.

例えば、定常運行時(前記アキシアル荷重Faが零の状態)にエンコーダ(の例えば内端縁)が、図2の線分aで示す位置に存在するとして、前記接地面に前記アキシアル荷重Faが作用した場合に就いて説明する。この場合には、前記モーメントMaにより前記エンコーダの位置が、図2に誇張して示す様に、線分aで示す位置から線分bで示す位置にまで揺動変位する。更に、純アキシアル成分に基づいて、やはり図2に誇張して示す様に、線分cで示す位置にまで変位(平行移動)する。前記エンコーダの被検出面に検出部を対向させたセンサの出力信号は、前記線分a→線分bの変化である、図2の「La-b」と、線分b→線分cの変化である、図2の「Lb-c」とを合成した分だけ変化する。 For example, assuming that the encoder (for example, the inner end edge) is present at the position indicated by the line segment a in FIG. 2 during steady operation (the axial load Fa is zero), the axial load Fa acts on the ground contact surface. I will explain the case. In this case, the position of the encoder swings and displaces from the position indicated by the line segment a to the position indicated by the line segment b, as exaggeratedly shown in FIG. Further, based on the pure axial component, as shown exaggeratedly in FIG. 2, it is displaced (translated) to the position indicated by the line segment c. The output signal of the sensor having the detection unit opposed to the detection surface of the encoder is a change of the line segment a → the line segment b, “L ab ” in FIG. 2 and a change of the line segment b → the line segment c. That is, it is changed by the amount synthesized with “L bc ” in FIG.

図2から明らかな通り、前記エンコーダの変位量は、下端部で前記両変化分を合計した値であるLB(「La-b」+「Lb-c」)となるのに対して、上端部ではこれら両変化分の差であるLU(「La-b」―「Lb-c」)となる。即ち、この上端部での変化量は、前記下端部での変化量に比べて、前記平行移動の2倍分{2(Lb-c)}小さくなる。この変化量を、前記両センサ6a、6bの位相差比(位相差/1周期)として求めた場合、これら両センサ6a、6bを前記エンコーダの下端部に設置した場合には、接地面に作用するアキシアル荷重(グリップ力)と位相差比との関係が、図11の破線aで示す様に大きく変化する。これに対して、前記両センサ6a、6bを前記エンコーダの上端部に設置した場合には、グリップ力と位相差比との関係が変化する程度が、図11の実線bで示す様に、小さくなってしまう。これらの事から明らかな通り、前記アキシアル荷重Faの測定精度を向上させるべく、前記ゲインを大きくする為には、前記センサを前記被検出面の下端部に対向させる事が有利である。例えば、特許文献2、3には、エンコーダの軸方向の変位量が、このエンコーダの下端部で大きくなる事を利用して、センサをこのエンコーダの下端部に対向させた構造が記載されている。 As is apparent from FIG. 2, the displacement amount of the encoder is LB (“L ab ” + “L bc ”), which is the sum of both changes at the lower end portion, whereas these displacement amounts are at the upper end portion. It becomes L U (“L ab ” − “L bc ”) which is the difference between the two changes. In other words, the amount of change at the upper end is smaller by {2 (L bc )} than the amount of change at the lower end by twice the parallel movement. When this amount of change is obtained as a phase difference ratio (phase difference / one cycle) of both the sensors 6a and 6b, when these sensors 6a and 6b are installed at the lower end of the encoder, they act on the ground plane. The relationship between the axial load (grip force) and the phase difference ratio greatly changes as shown by the broken line a in FIG. On the other hand, when both the sensors 6a and 6b are installed at the upper end of the encoder, the degree to which the relationship between the grip force and the phase difference ratio changes is small as shown by the solid line b in FIG. turn into. As is clear from these facts, in order to increase the gain in order to improve the measurement accuracy of the axial load Fa, it is advantageous to make the sensor face the lower end of the detection surface. For example, Patent Documents 2 and 3 describe a structure in which a sensor is opposed to the lower end of the encoder by utilizing the fact that the amount of axial displacement of the encoder increases at the lower end of the encoder. .

この様に、センサをエンコーダの下端部に対向させれば、前記ゲインを大きくして、車輪に加わるアキシアル荷重Faの測定精度の向上を図れる。但し、図10からも明らかな通り、エンコーダの下端部に対向する位置は、路面13に近く、しかも、この路面13との間に遮蔽物が存在しない等、設置環境としては厳しい。この為、悪路を走行する機会が多く、跳び石による損傷防止を十分に図る事を意図した場合には、センサをエンコーダの上半部に設置する事が好ましい場合もある。又、懸架装置の構造等によっては、センサの出力信号を取り出す為のハーネスの取り回し等の都合上、センサをエンコーダの下端部側に設置できない場合も考えられる。これらの場合、センサをエンコーダの上半部側(例えば上端部)に設置する必要があるが、その場合でも、必要とする測定精度を確保する為に、前記ゲインをできるだけ確保する必要がある。   In this way, if the sensor is opposed to the lower end portion of the encoder, the gain can be increased to improve the measurement accuracy of the axial load Fa applied to the wheel. However, as is clear from FIG. 10, the position facing the lower end of the encoder is close to the road surface 13, and there is no shielding object between the road surface 13 and the installation environment is severe. For this reason, there are many opportunities to travel on rough roads, and when it is intended to prevent damage caused by jumping stones, it may be preferable to install the sensor in the upper half of the encoder. Further, depending on the structure of the suspension device, it may be considered that the sensor cannot be installed on the lower end side of the encoder due to the handling of a harness for taking out the output signal of the sensor. In these cases, it is necessary to install the sensor on the upper half side (for example, the upper end) of the encoder. Even in this case, it is necessary to secure the gain as much as possible in order to ensure the required measurement accuracy.

単にこのゲインを大きくするだけならば、車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性を低くすれば良い。例えば、前述の図7に示した構造で、各玉3、3に付与している予圧を低くしたり、これら各玉3、3のピッチ円直径を小さくしたり、これら各玉3、3の列間のピッチ(スパン)を小さくしたり、これら各玉3、3の直径に対する、外輪軌道及び内輪軌道の断面形状の曲率半径(溝曲率)を大きくしたり、或いは、前記各玉3、3の接触角を小さくしたりすれば、前記剛性を低くできる。そして、この剛性を低くできれば、前記アキシアル荷重Fa(グリップ力)に基づく、前記外輪1と前記ハブ2との相対変位量を大きくして、前記ゲインを確保し、前記アキシアル荷重Faの測定精度を確保できる。但し、前記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性を低くすると、この転がり軸受ユニットに支持された車輪のキャンバー剛性も低くなり、車輪が左右に振れ易くなって、走行安定性が悪化する傾向になる為、好ましくない。   If this gain is merely increased, the rigidity of the wheel bearing rolling bearing unit may be lowered. For example, in the structure shown in FIG. 7 described above, the preload applied to each ball 3, 3 is reduced, the pitch circle diameter of each ball 3, 3 is reduced, The pitch (span) between the rows is reduced, the radius of curvature (groove curvature) of the cross-sectional shape of the outer ring race and the inner ring race with respect to the diameter of each of the balls 3, 3 is increased, or each of the balls 3, 3 If the contact angle is reduced, the rigidity can be lowered. If this rigidity can be lowered, the relative displacement between the outer ring 1 and the hub 2 based on the axial load Fa (grip force) is increased, the gain is ensured, and the measurement accuracy of the axial load Fa is increased. It can be secured. However, if the rigidity of the rolling bearing unit for supporting the wheel is lowered, the camber rigidity of the wheel supported by the rolling bearing unit is also lowered, and the wheel tends to swing left and right, and the running stability tends to deteriorate. It is not preferable.

本発明は、上述の様な事情に鑑み、エンコーダの上半部にセンサを配置した構造で、車輪支持用転がり軸受ユニットのキャンバー剛性の低下を抑えつつ、測定精度の悪化を最小限に抑えられる構造を実現すべく発明したものである。   In view of the circumstances as described above, the present invention has a structure in which a sensor is arranged in the upper half of an encoder, and can suppress deterioration in measurement accuracy while suppressing a decrease in camber rigidity of a wheel bearing rolling bearing unit. It was invented to realize the structure.

本発明の自動車の車輪用荷重測定装置は、車輪支持用転がり軸受ユニットと、エンコーダと、センサと、演算器とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備える。又、これら両列の転動体のピッチ円直径が、これら両列の転動体のスパンよりも大きい。そして、前記外輪相当部材と前記内輪相当部材とのうちの一方の部材を、懸架装置に支持固定されて使用時にも回転しない静止側軌道輪とし、同じく他方の部材を、車輪を固定した状態でこの車輪と共に回転する回転側軌道輪としている。又、前記各転動体に、背面組み合わせ型の接触角と共に予圧を付与している。
又、前記エンコーダは、この回転側軌道輪の軸方向内端部にこの回転側軌道輪と同心に支持固定されたもので、内外両周面のうちの何れか周面を被検出面としている。
又、前記センサは、回転しない部分に支持された状態で、検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させている。
更に、前記演算器は、前記エンコーダの被検出面の軸方向の変位量に基づいて、前記静止側軌道輪と前記回転側軌道輪との間に作用するアキシアル荷重を測定する機能を有する。
The vehicle wheel load measuring device of the present invention includes a wheel bearing rolling bearing unit, an encoder, a sensor, and a computing unit.
Among these, the wheel support rolling bearing unit includes an outer ring equivalent member having a double row outer ring raceway on the inner peripheral surface, an inner ring equivalent member having a double row inner ring raceway on the outer peripheral surface, both the outer ring raceways and both inner ring raceways. And rolling elements provided in such a manner that a plurality of rolling elements are provided for each row. Further, the pitch circle diameters of the rolling elements in both rows are larger than the span of the rolling elements in both rows. And one member of the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is a stationary side race ring that is supported and fixed to a suspension device and does not rotate during use, and the other member is also in a state where the wheel is fixed. A rotating raceway that rotates with this wheel is used. Further, a preload is applied to each of the rolling elements together with a contact angle of a rear combination type.
The encoder is supported and fixed concentrically with the rotation-side raceway at the axially inner end portion of the rotation-side raceway, and any one of the inner and outer peripheral surfaces is a detected surface. .
Further, the sensor is supported by a non-rotating portion, and the detection unit is opposed to the detection surface of the encoder.
Further, the computing unit has a function of measuring an axial load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway, based on an axial displacement amount of the detection surface of the encoder.

特に、本発明の自動車の車輪用荷重測定装置に於いては、前記センサは前記被検出面の上半部(例えば、上端部を中心として±45度、合計90度の範囲)に対向している。そして、前記各転動体のうち、軸方向内向のアキシアル荷重を支承する側の列の転動体に付与した接触角を、同じくこのアキシアル荷重を支承しない側の列の転動体に付与した接触角よりも(例えば8〜15度程度)大きくしている。
具体的には、両列の接触角の大きさが同じである転がり軸受ユニットに関する接触角の値を標準値とした場合に、前記アキシアル荷重を支承する側の列の転動体に付与した接触角を、この標準値よりも(例えば4〜8度程度)大きくする。これに対して、前記アキシアル荷重を支承しない側の列の転動体に付与した接触角を、前記標準値よりも(例えば4〜8度程度)小さくする。
In particular, in the vehicle wheel load measuring apparatus according to the present invention, the sensor faces the upper half of the detected surface (for example, ± 45 degrees centering on the upper end and a total range of 90 degrees). Yes. Then, among the rolling elements, the contact angle given to the rolling elements in the row on the side supporting the axial load inward in the axial direction is the same as the contact angle given to the rolling elements in the row on the side not supporting this axial load. (For example, about 8 to 15 degrees) is increased.
Specifically, when the contact angle value regarding the rolling bearing unit in which both rows have the same contact angle is a standard value, the contact angle applied to the rolling elements in the row supporting the axial load. Is made larger than this standard value (for example, about 4 to 8 degrees). On the other hand, the contact angle given to the rolling elements on the side where the axial load is not supported is made smaller than the standard value (for example, about 4 to 8 degrees).

この様な本発明を実施する場合、具体的には、請求項2に記載した発明の様に、前記回転側軌道輪を内輪相当部材とし、前記静止側軌道輪を外輪相当部材とする。そして、前記各転動体のうち、軸方向外側の列の転動体に付与した接触角を、同じく軸方向内側の列の転動体に付与した接触角よりも大きくする。
或いは、請求項3に記載した発明の様に、前記回転側軌道輪を外輪相当部材とし、前記静止側軌道輪を内輪相当部材とする。そして、前記各転動体のうち、軸方向内側の列の転動体に付与した接触角を、同じく軸方向外側の列の転動体に付与した接触角よりも大きくする。
When implementing the present invention as described above, specifically, as in the invention described in claim 2, the rotating side raceway is an inner ring equivalent member and the stationary side raceway is an outer ring equivalent member. Then, among the rolling elements, the contact angle given to the rolling elements in the axially outer row is made larger than the contact angle given to the rolling elements in the same axially inner row.
Alternatively, as in the invention described in claim 3, the rotating side raceway is an outer ring equivalent member, and the stationary side raceway is an inner ring equivalent member. Then, among the rolling elements, the contact angle given to the rolling elements in the axially inner row is made larger than the contact angle given to the rolling elements in the same axially outer row.

上述の様に構成する本発明の自動車の車輪用荷重測定装置によれば、エンコーダの上半部にセンサを配置した構造で、車輪支持用転がり軸受ユニットのキャンバー剛性の低下、並びにラジアル負荷容量の低下を抑えつつ、測定精度の悪化を最小限に抑えられる。
先ず、測定精度の悪化を最小限に抑えられる事は、軸方向内向のアキシアル荷重を支承する側の列の転動体に付与した接触角を大きくし、この列のアキシアル剛性を高くする事により図れる。このアキシアル剛性を高くする事で、前述の図2で説明した平行移動分(アキシアル方向の変位量、Lb-c)が小さくなり、モーメントに基づくエンコーダの変位から平行移動に基づく変位分が減じられる量を少なく抑えられる。この結果、このエンコーダの上半部でセンサの検出部が対向する部分の変位量を確保して、このエンコーダの下端部にセンサの検出部を対向させる場合と比較しての、前記測定精度の悪化を最小限に抑えられる。
According to the vehicle wheel load measuring device of the present invention configured as described above, the sensor is arranged in the upper half of the encoder, the camber rigidity of the wheel supporting rolling bearing unit is reduced, and the radial load capacity is reduced. The deterioration of measurement accuracy can be minimized while suppressing the decrease.
First, it is possible to minimize the deterioration in measurement accuracy by increasing the contact angle applied to the rolling elements in the row that supports the axially inward axial load and increasing the axial rigidity of this row. . By increasing the axial rigidity, the amount of translation (the amount of displacement in the axial direction, L bc ) described in FIG. 2 is reduced, and the amount of displacement based on the translation is reduced from the displacement of the encoder based on the moment. Can be reduced. As a result, the amount of displacement of the portion where the sensor detection unit is opposed to the upper half of the encoder is ensured, and the measurement accuracy compared to the case where the sensor detection unit is opposed to the lower end of the encoder. Deterioration can be minimized.

又、キャンバー剛性及びラジアル負荷容量の低下を抑える事は、複列に配置した転動体の接触角を適切に規制して、支持間隔(両列の接触角の方向に一致する方向に存在する作用線と、転がり軸受ユニットの中心軸との交点同士の間隔)を確保する事により実現できる。前記キャンバー剛性、即ち、前記車輪支持用転がり軸受ユニットのモーメント剛性は、前記支持間隔を大きくする事で確保できる。又、軸方向に関して外側と内側とに分かれ、上下方向位置が互いに逆であって、アキシアル荷重(グリップ力)に基づくモーメントを支承する複数個の転動体のうち、このモーメントの負荷側に位置する転動体の接触角が小さい事で、この転動体のモーメントに対する剛性が高くなる。この為、前記キャンバー剛性を確保できる。
又、前記接触角が小さい側の列の転動体は、ラジアル荷重に関する負荷容量が大きい。ラジアル荷重に関する限り、前記アキシアル剛性を高くする為に接触角を大きくした列の転動体の負荷容量は低下するが、前記接触角が小さい側の列の転動体の負荷容量が向上する為、車輪支持用転がり軸受ユニット全体としての、ラジアル荷重に関する負荷容量は、十分に確保できる。
In addition, the reduction of the camber rigidity and the radial load capacity can be suppressed by appropriately regulating the contact angle of the rolling elements arranged in double rows and acting in the direction corresponding to the contact angle direction of both rows. This can be realized by securing the distance between the line and the center axis of the rolling bearing unit. The camber rigidity, that is, the moment rigidity of the wheel-supporting rolling bearing unit can be ensured by increasing the support interval. Moreover, it is divided into the outer side and the inner side with respect to the axial direction, the vertical positions are opposite to each other, and among the plurality of rolling elements that support the moment based on the axial load (grip force), it is located on the load side of this moment Since the contact angle of the rolling element is small, the rigidity against the moment of the rolling element is increased. For this reason, the camber rigidity can be ensured.
Further, the rolling elements in the row with the smaller contact angle have a large load capacity with respect to the radial load. As far as the radial load is concerned, the load capacity of the rolling elements in the row where the contact angle is increased in order to increase the axial rigidity is reduced, but the load capacity of the rolling elements in the row where the contact angle is smaller is improved. The load capacity related to the radial load as the entire support rolling bearing unit can be sufficiently secured.

本発明の実施の形態(A)と、従前の構造(B)とをそれぞれ示す断面図。Sectional drawing which each shows embodiment (A) of this invention, and conventional structure (B). 接地面に加わるアキシアル荷重によりエンコーダの姿勢及び位置が変化する状況を説明する為の模式図。The schematic diagram for demonstrating the condition where the attitude | position and position of an encoder change with the axial load added to a ground plane. 車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する両列の転動体の接触角の大きさが、接地面に加わるアキシアル荷重とキャンバー角との関係に及ぼす影響を示す線図。The diagram which shows the influence which the magnitude | size of the contact angle of the rolling element of both rows which comprises a wheel support rolling bearing unit has on the relationship between the axial load added to a ground-contact surface, and a camber angle. 同じく、接地面に加わるアキシアル荷重とアキシアル方向の変位量との関係に及ぼす影響を示す線図。Similarly, the diagram which shows the influence which acts on the relationship between the axial load added to a ground-contact plane, and the amount of displacement of an axial direction. 同じく、接地面に加わるアキシアル荷重とセンサの出力信号に関する位相差との関係に及ぼす影響の第1例を示す線図。Similarly, the diagram which shows the 1st example of the influence which acts on the relationship between the axial load added to a ground surface, and the phase difference regarding the output signal of a sensor. 同第2例を示す線図。The diagram which shows the 2nd example. 自動車の車輪用荷重測定装置の従来構造の1例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the conventional structure of the load measuring apparatus for wheels of a motor vehicle. エンコーダの被検出部の一部を径方向から見た図。The figure which looked at a part of to-be-detected part of the encoder from radial direction. エンコーダの変位に基づいて荷重を測定する原理を説明する為の模式図。The schematic diagram for demonstrating the principle which measures a load based on the displacement of an encoder. 旋回走行時に車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる力を説明する為の、車輪の回転支持部の略断面図。The schematic sectional drawing of the rotation support part of a wheel for demonstrating the force added to the rolling bearing unit for wheel support at the time of turning driving | running | working. センサの設置位置が、接地面に加わるアキシアル荷重とセンサの出力信号に関する位相差との関係に及ぼす影響を示す線図。The diagram which shows the influence which the installation position of a sensor exerts on the relationship between the axial load added to a ground surface and the phase difference regarding the output signal of a sensor. 車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブと、このハブに支持固定したエンコーダの位置関係の適否を判定する為の方法の2例を示す断面図。Sectional drawing which shows two examples of the method for determining the suitability of the positional relationship of the hub which comprises the rolling bearing unit for wheel support, and the encoder supported and fixed to this hub.

本発明の実施の形態の1例に就いて、図1〜2により説明する。尚、本例の特徴は、車輪11に、タイヤ12と路面13との接触部である接地面(図10参照)から、車輪支持用転がり軸受ユニット14aを構成するハブ2aに入力されるアキシアル荷重を、エンコーダ4aの上端部に検出部を対向させたセンサにより、十分な精度を確保して測定可能とする為の構造にある。前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aが、従動輪用から、駆動輪用に変わった点、荷重測定用のエンコーダ4aに加えて回転速度検出用のエンコーダ4bを設けた点、エンコーダ4aを永久磁石製とした点を除き、その他の部分の構成及び作用は、基本的には、前述の図7〜9に示した従来構造の場合とほぼ同様である。この為、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分、並びに、前記従来構造と異なる部分を中心に説明する。   An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The feature of this example is that the axial load inputted to the hub 2a constituting the wheel bearing rolling bearing unit 14a from the contact surface (see FIG. 10) which is the contact portion between the tire 12 and the road surface 13 on the wheel 11. Is configured to be able to be measured with sufficient accuracy by a sensor having a detection portion opposed to the upper end portion of the encoder 4a. The wheel support rolling bearing unit 14a is changed from a driven wheel to a driving wheel, a load measuring encoder 4a is provided in addition to a load measuring encoder 4a, and the encoder 4a is made of a permanent magnet. Except for the points described above, the configuration and operation of the other parts are basically the same as those of the conventional structure shown in FIGS. For this reason, the overlapping description is omitted or simplified, and the following description will focus on the features of this example and the parts different from the conventional structure.

本例の場合、前記荷重測定用のエンコーダ4aは、前記ハブ2aの軸方向内端部に支持固定している。このエンコーダ4aは、磁性金属板製の芯金16と、永久磁石製のエンコーダ本体17とを組み合わせて成る。このうちの芯金16は、小径円筒部と大径円筒部とを段部で連続させた、断面クランク型で全体が円環状である。この様な芯金16は、前記小径円筒部を前記ハブ2aの軸方向内端部に締り嵌めで外嵌固定すると共に、大径円筒部の外周面に前記エンコーダ本体17を、全周に亙り添着固定している。このエンコーダ本体17は、全体が円筒状で、外周面にS極とN極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、これらS極とN極との境界の形状を、「く」字形状としている。そして、この被検出面のうち、この「く」字形状の折れ曲がり部を挟んだ幅方向(軸方向)片側を第一特性変化部とし、幅方向他側を第二特性変化部としている。この様な、永久磁石製のエンコーダ本体17の性状に就いては、前記特許文献1にも(図33〜35及びその説明文中)に記載されている為、詳しい図示並びに説明は省略する。   In the case of this example, the load measuring encoder 4a is supported and fixed to the inner end of the hub 2a in the axial direction. The encoder 4a is formed by combining a cored bar 16 made of a magnetic metal plate and an encoder body 17 made of a permanent magnet. Of these, the metal core 16 is a crank-shaped cross section in which a small-diameter cylindrical portion and a large-diameter cylindrical portion are continuous at a stepped portion, and is entirely annular. Such a metal core 16 has the small-diameter cylindrical portion fixed to the axially inner end of the hub 2a with an interference fit, and the encoder body 17 is wound around the entire circumference of the large-diameter cylindrical portion. It is fixed with attachment. The encoder body 17 has a cylindrical shape as a whole, and S poles and N poles are arranged on the outer circumferential surface alternately and at equal intervals in the circumferential direction, and the shape of the boundary between these S poles and N poles is It has a "<" shape. In the detected surface, one side in the width direction (axial direction) sandwiching the “<”-shaped bent portion is a first characteristic changing portion, and the other side in the width direction is a second characteristic changing portion. Such properties of the encoder body 17 made of permanent magnets are also described in Patent Document 1 (FIGS. 33 to 35 and the description thereof), and thus detailed illustration and description thereof will be omitted.

上述の様なエンコーダ本体17の上方(上端部外径側)に、荷重測定用の1対のセンサ6a、6b(前述の図7参照)を、それぞれの検出部を前記第一特性変化部又は上記第二特性変化部に対向させた状態で支持している。本例の場合には、前記両センサ6a、6bを、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aを構成する外輪1aを支持固定する、ナックル等の懸架装置の構成部材(図示省略)に対し支持する。尚、本例の場合、前記エンコーダ本体17が永久磁石製であるから、前記両センサ6a、6b側の永久磁石は不要である。   Above the encoder body 17 as described above (on the outer diameter side of the upper end), a pair of sensors 6a and 6b for load measurement (see FIG. 7 described above) are connected to the first characteristic changing unit or the respective detecting units. The second characteristic changing portion is supported in a state of being opposed to the second characteristic changing portion. In the case of this example, both the sensors 6a and 6b are supported by a structural member (not shown) of a suspension device such as a knuckle that supports and fixes the outer ring 1a constituting the wheel bearing rolling bearing unit 14a. In the case of this example, since the encoder body 17 is made of a permanent magnet, the permanent magnets on both the sensors 6a and 6b side are unnecessary.

又、前記回転速度検出用のエンコーダ4bは、前記ハブ2aの軸方向内端寄り部分に支持固定している。この回転速度検出用のエンコーダ4bは、磁性金属板により断面L字形で全体を円環状に構成した芯金16aと、この芯金16aを構成する円輪部の軸方向内側面に全周に亙り添着固定した、永久磁石製で円輪状のエンコーダ本体17aとから成る。回転速度検出用の被検出面である、このエンコーダ本体17aの軸方向内側面には、S極とN極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置している。回転速度検出用のセンサは、検出部を前記エンコーダ本体17aの被検出面に対向させた状態で、前記懸架装置の構成部材に対し支持している。この為に、前記両センサ6a、6bと前記回転速度検出用のセンサを、合成樹脂等により造った単一のホルダに包埋支持してセンサユニットを構成し、このセンサユニットを、前記懸架装置の構成部材に対し支持している。前記回転速度検出用のエンコーダ4bを使用した、車輪の回転速度検出装置の構造及び作用に就いては、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しない為、詳しい説明は省略する。   The encoder 4b for detecting the rotational speed is supported and fixed to a portion near the inner end in the axial direction of the hub 2a. The encoder 4b for detecting the rotational speed includes a core metal 16a that is L-shaped in cross section with a magnetic metal plate and is formed in an annular shape as a whole, and an axially inner side surface of an annular portion that constitutes the core metal 16a over the entire circumference. It consists of an encoder body 17a made of permanent magnets and attached in a fixed manner. S poles and N poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction on the inner surface in the axial direction of the encoder main body 17a, which is a detection surface for detecting the rotational speed. The rotational speed detection sensor supports the structural member of the suspension device in a state where the detection portion faces the detection surface of the encoder body 17a. For this purpose, the sensors 6a and 6b and the sensor for detecting the rotational speed are embedded and supported in a single holder made of synthetic resin or the like to constitute a sensor unit. It supports with respect to the structural member. Since the structure and operation of the wheel rotation speed detection device using the rotation speed detection encoder 4b are well known and not related to the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

静止側軌道輪であり外輪相当部材である前記外輪1aの内径側に、回転側軌道輪であり内輪相当部材である前記ハブ2aを、複列に配置した、それぞれが転動体である複数個の玉3a、3bにより、回転自在に支持している。この為に、前記外輪1aの内周面に複列アンギュラ型の外輪軌道18a、18bを、前記ハブ2aの外周面に複列アンギュラ型の内輪軌道19a、19bを、それぞれ設けている。そして、これら両内輪軌道19a、19bと前記両外輪軌道18a、18bとの間に前記各玉3a、3bを、両列毎に複数個ずつ、背面組み合わせ型の接触角及び予圧を付与した状態で、転動自在に設けている。   A plurality of hubs 2a, which are rotating side race rings and inner ring equivalent members, are arranged in a double row on the inner diameter side of the outer ring 1a, which is a stationary side race ring and outer ring equivalent member, each of which is a rolling element. The balls 3a and 3b are rotatably supported. For this purpose, double-row angular outer ring raceways 18a and 18b are provided on the inner peripheral surface of the outer ring 1a, and double-row angular inner ring raceways 19a and 19b are provided on the outer peripheral surface of the hub 2a, respectively. A plurality of the balls 3a and 3b are provided between the inner ring raceways 19a and 19b and the outer ring raceways 18a and 18b, respectively, in a state where a contact angle and preload of a rear combination type are applied to both rows. It is provided so that it can roll freely.

特に本例の構造の場合には、図1の(A)に示す様に、軸方向外側の列の玉3a、3aの接触角αを、軸方向内側の列の玉3b、3bの接触角βよりも大きく(α>β)している。例えば、図1の(B)に示す様に、両列の玉3a、3bの接触角γの大きさが同じである車輪支持用転がり軸受ユニット14bの構造での、この接触角γの値(標準値)は40度程度(40±5度)である。これに対して、図1の(A)に示した本例の構造の場合には、前記外側列の玉3a、3aの接触角αを45度程度(45±5度)とし、前記内側列の玉3b、3bの接触角βを35度程度(35±5度)として、両接触角α、β同士の間に、10度程度の差を設定している。   In particular, in the case of the structure of this example, as shown in FIG. 1A, the contact angle α of the balls 3a and 3a in the axially outer row is set as the contact angle α of the balls 3b and 3b in the axially inner row. It is larger than β (α> β). For example, as shown in FIG. 1B, the value of the contact angle γ in the structure of the wheel bearing rolling bearing unit 14b in which the contact angles γ of the balls 3a and 3b in both rows are the same ( The standard value) is about 40 degrees (40 ± 5 degrees). On the other hand, in the case of the structure of this example shown in FIG. 1A, the contact angle α of the balls 3a, 3a in the outer row is set to about 45 degrees (45 ± 5 degrees), and the inner row The contact angle β of the balls 3b and 3b is set to about 35 degrees (35 ± 5 degrees), and a difference of about 10 degrees is set between the contact angles α and β.

前述の様なエンコーダ4a、4bを装着し、上述の様に両列の接触角α、βを異ならせた、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aを自動車に組み付ける場合には、前記外輪1aの軸方向内端部を、前記ナックル等の懸架装置の構成部材に形成した支持孔に内嵌する。そして、前記外輪1aの外周面の軸方向中間部に設けた固定側フランジ20を、前記懸架装置の構成部材に、複数本のボルトにより結合固定する。又、前記ハブ2aの中心部に設けたスプライン孔21に、等速ジョイント用外輪22の軸方向外端面の中央部に固設したスプライン軸23を、軸方向内側から挿入する。これにより、前記スプライン孔21にこのスプライン軸23をスプライン係合させると共に、前記等速ジョイント用外輪22の軸方向外端面の外周寄り部分を、前記ハブ2aの軸方向内端面に当接させる。又、この状態で、前記スプライン軸23の先端部に抑えボルト24を螺合し、更に締め付ける事により、この抑えボルト24の頭部25と前記等速ジョイント用外輪22との間に、前記ハブ2aを挟持固定する。又、この状態で、前記センサユニットを、前記懸架装置の構成部材に対し支持固定する。更に、前記ハブ2aの軸方向外端寄り部外周面に設けた回転側フランジ26に、図示しない制動装置を構成するロータ等の制動用回転部材と、車輪11を構成するホイール27(図10参照)とを結合固定する。   When the wheel support rolling bearing unit 14a having the encoders 4a and 4b as described above and having the contact angles α and β of the two rows different from each other as described above is assembled to an automobile, the shaft of the outer ring 1a is used. The inner end portion in the direction is fitted into a support hole formed in a structural member of the suspension device such as the knuckle. And the fixed side flange 20 provided in the axial direction intermediate part of the outer peripheral surface of the said outer ring | wheel 1a is couple | bonded and fixed to the structural member of the said suspension apparatus with a several volt | bolt. Further, a spline shaft 23 fixed to the central portion of the axially outer end surface of the constant velocity joint outer ring 22 is inserted into the spline hole 21 provided in the central portion of the hub 2a from the axially inner side. As a result, the spline shaft 23 is spline-engaged with the spline hole 21, and the outer peripheral portion of the outer circumferential surface of the constant velocity joint outer ring 22 is brought into contact with the inner circumferential surface of the hub 2 a. Further, in this state, the holding bolt 24 is screwed to the tip of the spline shaft 23 and further tightened, whereby the hub 25 is interposed between the head 25 of the holding bolt 24 and the outer ring 22 for the constant velocity joint. 2a is clamped and fixed. In this state, the sensor unit is supported and fixed to the constituent members of the suspension device. Further, a rotation-side flange 26 provided on the outer peripheral surface of the hub 2a near the outer end in the axial direction is provided with a rotating member for braking such as a rotor (not shown) and a wheel 27 (see FIG. 10). ) And fixed.

自動車の旋回走行等に基づいて前記ハブ2aに、前記車輪11の接地面に作用するグリップ力に基づき、モーメント及びアキシアル荷重が作用すると、前述した従来構造の場合と同様に、前記荷重測定用のエンコーダ4aが変位する。この変位の方向及び大きさは、前記モーメント及びアキシアル荷重の方向及び大きさにより定まり、この方向及び大きさに応じて、前記両センサ6a、6bの出力信号同士の間に存在する位相差が変化する。そこで、前述の図9に示した場合と同様にして、前記グリップ力を求められる。   When a moment and an axial load are applied to the hub 2a based on the grip force acting on the ground contact surface of the wheel 11 based on the turning of the automobile or the like, as in the case of the conventional structure described above, The encoder 4a is displaced. The direction and magnitude of the displacement is determined by the direction and magnitude of the moment and the axial load, and the phase difference existing between the output signals of the sensors 6a and 6b changes according to the direction and magnitude. To do. Therefore, the grip force can be obtained in the same manner as shown in FIG.

本例の場合には、前記両センサ6a、6bの検出部を、前記エンコーダ4aの外周面の上端部に対向させている。この為、このエンコーダ4aの外周面のうちで、前記両センサ6a、6bの検出部が対向している部分の変位量は、前述した様に、前記モーメントに基づく揺動変位成分から、純アキシアル方向への平行移動成分を減じた値になる。本例の場合には、前記各玉3a、3bの接触角α、βを前述の様に規制する事により、揺動変位分から減じる平行移動分の値を小さくして、前記グリップ力の測定精度を確保できる様にしている。以下、この点に就いて、図1の(A)に加えて、図1の(B)及び図2を参照しつつ説明する。   In the case of this example, the detection parts of the sensors 6a and 6b are opposed to the upper end part of the outer peripheral surface of the encoder 4a. For this reason, as described above, the displacement amount of the outer peripheral surface of the encoder 4a where the detection portions of the sensors 6a and 6b face each other is purely axial from the swing displacement component based on the moment. The value obtained by subtracting the translation component in the direction. In the case of this example, by regulating the contact angles α and β of the balls 3a and 3b as described above, the value of the parallel movement subtracted from the swing displacement is reduced, and the measurement accuracy of the grip force is reduced. Is ensured. Hereinafter, this point will be described with reference to FIG. 1B and FIG. 2 in addition to FIG.

前記グリップ力を同じと仮定した場合、前記純アキシアル方向への平行移動成分は、このグリップ力に伴うアキシアル荷重の作用方向に関する、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aのアキシアル剛性が高いほど小さくなる。又、この車輪支持用転がり軸受ユニット14aには、自動車の旋回方向に応じて両方向のアキシアル荷重が加わる可能性があるが、このうちで問題となるのは、当該車輪支持用転がり軸受ユニット14aが旋回方向外側となった場合に加わるアキシアル荷重である。即ち、自動車の旋回走行時には、遠心力に基づく重心移動に伴って、旋回方向外側の車輪支持用転がり軸受ユニットに支持された車輪に大きなグリップ力が発生し、旋回方向内側の車輪支持用転がり軸受ユニットに支持された車輪に発生するグリップ力(図3〜6、11の横軸の負の領域)は小さくなる。この傾向は、スタビリティコントロール装置等に関して、細かな制御が必要になる、急旋回時ほど著しくなる。   Assuming that the grip force is the same, the parallel movement component in the pure axial direction becomes smaller as the axial rigidity of the wheel bearing rolling bearing unit 14a with respect to the acting direction of the axial load accompanying the grip force becomes higher. In addition, there is a possibility that an axial load in both directions may be applied to the wheel supporting rolling bearing unit 14a depending on the turning direction of the automobile. Of these, the problem is that the wheel supporting rolling bearing unit 14a is It is an axial load applied when it becomes the outside in the turning direction. That is, when the automobile is turning, a large grip force is generated on the wheel supported by the wheel bearing rolling bearing unit on the outer side in the turning direction along with the movement of the center of gravity based on the centrifugal force. The grip force generated on the wheel supported by the unit (the negative region on the horizontal axis in FIGS. 3 to 6 and 11) is reduced. This tendency becomes more pronounced when making a sharp turn, which requires fine control of the stability control device and the like.

以上の理由から、グリップ力の測定精度を確保する必要性が高い場合に加わるアキシアル荷重のうち、測定精度を確保する必要性が高いアキシアル荷重は、軸方向内向(図1の右向き)のアキシアル荷重である。そして、前記ハブ2aが内輪相当部材である、内輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニット14aの場合には、前記複列に配置された玉3a、3bのうち、外側列の玉3a、3aが、前記軸方向内向きのアキシアル荷重を支承する。本例の場合には、この外側列の玉3a、3aの接触角αが大きく、前記軸方向内向きのアキシアル荷重に対する剛性が高く、このアキシアル荷重に基づく平行移動分が小さくなる。即ち、図1の(B)に示す様に、外側列の玉3a、3aの接触角γが40度程度の場合には、前記アキシアル荷重に基づいて前記エンコーダ4aが、図2の線分b位置から線分c位置まで「Lb-c」分変位する。これに対して、図1の(A)に示す様に、外側列の玉3a、3aの接触角αが50度程度の場合には、前記アキシアル荷重に基づいて前記エンコーダ4aが、図2の線分b位置から線分d位置まで「Lb-d」分しか変位しない。この為、この図2に示した、モーメントに基づく前記エンコーダ4aの変位LBから、前記平行移動に基づく変位分「Lb-d」が減じられる量を少なく抑えられる。この結果、前記エンコーダ4aの上半部で前記両センサ6a、6bの検出部が対向する部分の変位量を確保し、このエンコーダ4aの下端部にセンサの検出部を対向させる場合と比較しての、前記グリップ力に関する測定精度の悪化を最小限に抑えられる。 For the above reasons, among the axial loads applied when there is a high need to ensure the measurement accuracy of the grip force, the axial load that is highly necessary to ensure the measurement accuracy is the axial load inward in the axial direction (rightward in FIG. 1). It is. In the case of the inner ring rotating type wheel support rolling bearing unit 14a in which the hub 2a is an inner ring equivalent member, among the balls 3a and 3b arranged in the double row, the balls 3a and 3a in the outer row are arranged. The axial load inward in the axial direction is supported. In the case of this example, the contact angle α of the balls 3a and 3a in the outer row is large, the rigidity against the axial load inward in the axial direction is high, and the amount of parallel movement based on the axial load is small. That is, as shown in FIG. 1B, when the contact angle γ of the balls 3a and 3a in the outer row is about 40 degrees, the encoder 4a is connected to the line b in FIG. It is displaced by “L bc ” from the position to the position of the line segment c. On the other hand, as shown in FIG. 1A, when the contact angle α of the balls 3a and 3a in the outer row is about 50 degrees, the encoder 4a is based on the axial load as shown in FIG. Only the distance “L bd ” is displaced from the position of the line segment b to the position of the line segment d. Therefore, as shown in FIG. 2, the displacement L B of the encoder 4a based on the moment, the displacement amount "L bd" based on translation is suppressed reduce the amount to be reduced. As a result, the amount of displacement of the portion of the upper half of the encoder 4a where the detection portions of the sensors 6a and 6b face each other is ensured, compared with the case where the detection portion of the sensor faces the lower end of the encoder 4a. The deterioration of the measurement accuracy related to the grip force can be minimized.

又、本例の場合には、前記外側列の玉3a、3aの接触角αを大きくする代わりに、前記内側列の玉3b、3bの接触角βを小さくしている為、キャンバー剛性が過度に高くなる事を防止し、しかも、ラジアル負荷容量の確保を図れる。先の説明から明らかな通り、前記グリップ力を測定する為には、キャンバー剛性が過度に大きくなる事は好ましくない。図2により説明すると、線分a→線分bで表した、モーメントによる傾きに伴うエンコーダの被検出面の変位量「La-b」が、線分b→線分cで表した、純アキシアル方向の変位に伴う、この被検出面の変位量「Lb-c」よりも大きい(「La-b」>「Lb-c」)事が必要である。前記アキシアル剛性に比較して前記キャンバー剛性を過度に大きくすると、「La-b」≦「Lb-c」となる可能性があり、前記グリップ力が発生しているにも拘らず、前記両センサ6a、6bの出力信号同士の間に存在する位相差が、零乃至はマイナスになる可能性を生じる。この様な状態では、前記グリップ力の測定に支承をきたす為、前記「La-b」>「Lb-c」なる条件を確保する事は必要である。 In this example, instead of increasing the contact angle α of the balls 3a, 3a in the outer row, the contact angle β of the balls 3b, 3b in the inner row is reduced, so that the camber rigidity is excessive. Can be prevented, and the radial load capacity can be secured. As is clear from the above description, it is not preferable that the camber rigidity is excessively large in order to measure the grip force. Referring to FIG. 2, the displacement amount “L ab ” of the detected surface of the encoder accompanying the inclination due to the moment, represented by line segment a → line segment b, is expressed in the pure axial direction represented by line segment b → line segment c. It is necessary to be larger than the displacement amount “L bc ” of the detected surface (“L ab ”> “L bc ”). If the camber stiffness is excessively increased compared to the axial stiffness, there is a possibility that “L ab ” ≦ “L bc ”, and the both sensors 6a, There is a possibility that the phase difference existing between the output signals 6b becomes zero or negative. In such a state, in order to support the measurement of the grip force, it is necessary to ensure the condition “L ab ”> “L bc ”.

転がり軸受の技術分野で広く知られている様に、車輪支持用転がり軸受ユニット等の複列転がり軸受ユニットのモーメント剛性(車輪支持用転がり軸受ユニットの場合のキャンバー剛性)は、両列の転動体の接触角の方向に一致する作用線と、転がり軸受ユニットの中心軸との交点同士の間隔である、支持間隔{図1の(A)(B)のDA、DB}が長いほど大きくなる。又、背面組み合わせ型構造の場合、この支持間隔DA、DBは、接触角を大きくすると長くなり、逆に、接触角を小さくすると短くなる。本例の場合、前記外側列の玉3a、3aの接触角αを大きくする代わりに、前記内側列の玉3b、3bの接触角βを小さくしている為、前記アキシアル剛性を高くした場合でも、前記支持間隔DAを、図1の(B)に示した、従前の構造での支持間隔DBと同程度(DA≒DB)にできる。この為、前記アキシアル剛性の向上に拘らず、前記キャンバー剛性を適正な大きさに維持できる。 As is widely known in the technical field of rolling bearings, the moment stiffness of a double row rolling bearing unit such as a wheel supporting rolling bearing unit (camber stiffness in the case of a wheel supporting rolling bearing unit) is the rolling element of both rows. The longer the support interval {D A , D B } in FIGS. 1A and 1B), which is the interval between the line of action that coincides with the direction of the contact angle and the center axis of the rolling bearing unit, is greater. Become. In the case of the back combination type structure, the support intervals D A and D B become longer when the contact angle is increased, and conversely, become shorter when the contact angle is decreased. In the case of this example, instead of increasing the contact angle α of the balls 3a, 3a in the outer row, the contact angle β of the balls 3b, 3b in the inner row is reduced, so even when the axial rigidity is increased. The support interval D A can be made substantially the same as the support interval D B in the conventional structure shown in FIG. 1B (D A ≈D B ). For this reason, the camber rigidity can be maintained at an appropriate size regardless of the improvement of the axial rigidity.

又、やはり転がり軸受の技術分野で広く知られている様に、転がり軸受ユニットのラジアル負荷容量は、接触角が小さいほど大きくなり、接触角が大きくなるほど小さくなる。本例の構造の場合には、前記接触角βが小さい、内側の列の玉3b、3bは、ラジアル荷重に関する負荷容量が大きい。前記アキシアル剛性を高くする為、接触角αを大きくした外側列の玉3a、3aのラジアル荷重に関する負荷容量は低下するが、前記接触角βが小さい、内側の列の玉3b、3bの負荷容量が向上する為、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14a全体としての、ラジアル荷重に関する負荷容量は、十分に確保できる。
以上の理由により、本例の自動車の車輪用荷重測定装置によれば、前記エンコーダ4aの上端部近傍部分にセンサ6a、6bを配置した構造で、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aのキャンバー剛性の低下、並びにラジアル負荷容量の低下を抑えつつ、測定精度の悪化を最小限に抑えられる。
Also, as is widely known in the technical field of rolling bearings, the radial load capacity of the rolling bearing unit increases as the contact angle decreases and decreases as the contact angle increases. In the case of the structure of the present example, the balls 3b and 3b in the inner row having a small contact angle β have a large load capacity related to the radial load. In order to increase the axial rigidity, the load capacity related to the radial load of the outer rows of balls 3a, 3a with the increased contact angle α decreases, but the load capacity of the inner rows of balls 3b, 3b with a smaller contact angle β. Therefore, the load capacity related to the radial load as the whole wheel bearing rolling bearing unit 14a can be sufficiently secured.
For the above reason, according to the wheel load measuring apparatus for automobiles of the present example, the camber rigidity of the wheel supporting rolling bearing unit 14a has a structure in which the sensors 6a and 6b are arranged in the vicinity of the upper end portion of the encoder 4a. The deterioration of measurement accuracy can be minimized while suppressing the decrease and the decrease of the radial load capacity.

尚、本発明を実施する場合に、前記両列の玉3a、3bのピッチ円直径が、両列の玉3a、3bのスパン(列間ピッチ、両列の玉3a、3bの中心間距離)よりも大きい事が必要である。ピッチ円直径よりもスパンが大きくなると、前記車輪支持用転がり軸受ユニット14aの中心から外れた部分から、グリップ力に基づくモーメント及びアキシアル荷重が入力された場合に於ける、外輪1aとハブ2aとの相対変位に関する(これら両部材1a、2aの中心軸同士を傾斜させる方向に加わるモーメントに対する)、ラジアル剛性とアキシアル剛性との影響が異なり(逆になり)、本発明が成立しなくなる(接触角の大小を、本発明とは逆にする必要が生じる)。但し、一般的に、車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、前記ピッチ円直径は前記スパンよりも十分に(例えば2倍以上)大きいので、余程特殊な設計でない限り、本発明は成立する。   When carrying out the present invention, the pitch circle diameter of the balls 3a, 3b in both rows is the span of the balls 3a, 3b in both rows (inter-pitch pitch, distance between the centers of the balls 3a, 3b in both rows). Bigger than that is necessary. When the span becomes larger than the pitch circle diameter, when the moment based on the grip force and the axial load are input from the portion off the center of the wheel supporting rolling bearing unit 14a, the outer ring 1a and the hub 2a Regarding the relative displacement (with respect to the moment applied in the direction in which the central axes of these members 1a and 2a are inclined), the effects of radial stiffness and axial stiffness are different (and reversed), and the present invention does not hold (contact angle It is necessary to reverse the size of the present invention). However, generally, in the case of a rolling bearing unit for supporting a wheel, the pitch circle diameter is sufficiently larger (for example, twice or more) than the span, so that the present invention is established unless the design is so special.

本発明の効果を確認する為に行った、コンピュータシミュレーションの結果に就いて、図3〜6を参照しつつ説明する。このコンピュータシミュレーションでは、図1の(B)に示した従前の構造で、センサをエンコーダ14aの上端部に対向させた場合に比べて、図1の(A)に示した本発明の実施の形態の構造が、このエンコーダ14aの上端部のアキシアル方向変位、延いては1対のセンサ6a、6bの出力信号同士の間の位相差比の変化を大きくできる事を確認した。   The results of the computer simulation performed to confirm the effect of the present invention will be described with reference to FIGS. In this computer simulation, the embodiment of the present invention shown in FIG. 1A is compared with the case where the sensor is opposed to the upper end of the encoder 14a in the conventional structure shown in FIG. It has been confirmed that this structure can increase the displacement in the axial direction of the upper end of the encoder 14a, and hence the change in the phase difference ratio between the output signals of the pair of sensors 6a and 6b.

シミュレーションの結果に影響する条件は、次の通りである。
[従前構造と実施形態構造とで共通する条件]
外輪1aの材質 : 機械構造用炭素鋼(中炭素鋼)
外輪軌道18a、18bの断面形状の曲率半径 : 6.5mm
ハブ2の本体部分の材質 : 機械構造用炭素鋼(中炭素鋼)
この本体部分の軸方向内端部に外嵌した内輪の材質 : 高炭素クロム軸受鋼
玉3a、3bの材質 : 高炭素クロム軸受鋼
玉3a、3bの直径 : 12mm
玉3a、3bの個数 : 各列毎に8個ずつ、合計16個
両列の玉3a、3bのピッチ円直径 : 66mm
両列の玉3a、3bのスパン : 22mm
各玉3a、3bの予圧 : 6.86kN(700kgf)
[従前構造と実施形態構造とで異なる条件]
外側列の玉3a、3aの接触角α、γ
従前構造の接触角γ : 40度
実施形態構造の接触角α : 45度
内側列の玉3b、3bの接触角β、γ
従前構造の接触角γ : 40度
実施形態構造の接触角β : 35度
The conditions that affect the simulation results are as follows.
[Condition common to previous structure and embodiment structure]
Material of outer ring 1a: Carbon steel for machine structure (medium carbon steel)
Curvature radius of cross-sectional shape of outer ring raceways 18a and 18b: 6.5 mm
Hub 2 body material: Carbon steel for machine structure (medium carbon steel)
Material of the inner ring fitted on the inner end of the main body in the axial direction: High carbon chrome bearing steel Material of the balls 3a, 3b: High carbon chrome bearing steel Diameter of the balls 3a, 3b: 12mm
Number of balls 3a, 3b: 8 in each row, 16 in total Pitch circle diameter of balls 3a, 3b in both rows: 66mm
Span of balls 3a and 3b in both rows: 22mm
Preload of each ball 3a, 3b: 6.86kN (700kgf)
[Different conditions between the previous structure and the embodiment structure]
Contact angles α and γ of the balls 3a and 3a in the outer row
Contact angle γ of the conventional structure: 40 degrees Contact angle α of the embodiment structure: 45 degrees Contact angles β, γ of the balls 3b, 3b in the inner row
Contact angle γ of the conventional structure: 40 degrees Contact angle β of the embodiment structure: 35 degrees

上述した条件で行ったコンピュータシミュレーションを表す図3〜6のうち、先ず、図3は、接地面に作用するアキシアル荷重(グリップ力)とキャンバー角との関係を示している。この様な図3のうち、実線aが、図1の(B)に示した従前構造の場合を、鎖線bが同じく(A)に示した実施形態構造の場合を、それぞれ示している。この様な図3から明らかな通り、キャンバー剛性は、実施形態構造と従前構造とで殆ど同じである。   3 to 6 showing computer simulations performed under the above-described conditions, first, FIG. 3 shows the relationship between the axial load (grip force) acting on the ground plane and the camber angle. In FIG. 3, the solid line a indicates the case of the conventional structure shown in FIG. 1B, and the chain line b indicates the case of the embodiment structure shown in FIG. As is apparent from FIG. 3, the camber rigidity is almost the same between the embodiment structure and the conventional structure.

次に、図4は、グリップ力と、純アキシアル方向の変位量との関係を示している。実線aが従前構造の場合を、鎖線bが実施形態構造の場合を、それぞれ示している。この様な図4から明らかな通り、実施形態構造によれば、純アキシアル方向の変位量を低く抑えられる。
次に、図5は、グリップ力と、エンコーダ4aの上端部外周面に対向した1対のセンサ6a、6bの出力信号に関する位相差比との関係を示している。実線aが従前構造の場合を、鎖線bが実施形態構造の場合を、それぞれ示している。この様な図5から明らかな通り、実施形態構造によれば、位相差比の変化を大きくできる。
Next, FIG. 4 shows the relationship between the grip force and the amount of displacement in the pure axial direction. The solid line a indicates the conventional structure, and the chain line b indicates the embodiment structure. As apparent from FIG. 4, according to the embodiment structure, the amount of displacement in the pure axial direction can be kept low.
Next, FIG. 5 shows the relationship between the grip force and the phase difference ratio related to the output signals of the pair of sensors 6a and 6b facing the outer peripheral surface of the upper end of the encoder 4a. The solid line a indicates the conventional structure, and the chain line b indicates the embodiment structure. As is clear from FIG. 5, according to the structure of the embodiment, the change in the phase difference ratio can be increased.

更に、図6は、前述の図11と上述の図5とを合わせて、本発明の構造が、前記両センサ6a、6bを前記エンコーダ4aの下端部から上端部に移動させた事に伴う位相差比の悪化の一部を補償できる状況を示している。図6の破線cは図11の破線aに、図6の実線aは図11の実線b及び図5の実線aに、図6の鎖線bは図5の鎖線bに、それぞれ対応する。この様な図6から明らかな通り、本発明の構造によれば、前記両センサ6a、6bの設置位置が、前記エンコーダ4aの上端部に限定された場合にも、測定精度の悪化を最小限に抑えられる。又、図5、6の実線a(従前構造)と鎖線b(実施形態構造)とを比較すれば明らかな通り、本発明によれば、グリップ力の大きさと1対のセンサの位相差比との関係が直線に近くなり、これら両センサの位相差比から前記グリップ力を求め易くなる。   Further, FIG. 6 is a combination of the above-described FIG. 11 and FIG. 5 described above, and the structure of the present invention is associated with the movement of the sensors 6a and 6b from the lower end portion to the upper end portion of the encoder 4a. This shows a situation where a part of the deterioration of the phase difference ratio can be compensated. 6 corresponds to the broken line a in FIG. 11, the solid line a in FIG. 6 corresponds to the solid line b in FIG. 11 and the solid line a in FIG. 5, and the chain line b in FIG. 6 corresponds to the chain line b in FIG. As is apparent from FIG. 6, according to the structure of the present invention, even when the installation position of the sensors 6a and 6b is limited to the upper end of the encoder 4a, the deterioration in measurement accuracy is minimized. Can be suppressed. Further, as is clear from comparison between the solid line a (prior structure) and the chain line b (embodiment structure) in FIGS. 5 and 6, according to the present invention, the magnitude of the grip force and the phase difference ratio of a pair of sensors Is close to a straight line, and the grip force can be easily obtained from the phase difference ratio of these two sensors.

以上の説明は、本発明を内輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットに関して実施する場合に就いて行った。これに対して本発明は、回転しない軸の周囲にハブを回転自在に支持する、外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットに関して実施する事もできる。外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、アキシアル荷重を支承する転動体の列が、内輪回転型の場合とは、軸方向に関して内外逆になる為、接触角を大きくする列を、内側列とする。又、転動体として、玉に代えて円すいころを使用した構造に関して、本発明を実施する事もできる。転動体が円すいころの場合も、両列の円すいころのピッチ円直径が、両列の円すいころのスパン(両列の円すいころの中心間距離)よりも大きい事が必要である。   The above description has been given in the case where the present invention is implemented with respect to a rolling bearing unit for supporting an inner ring type wheel. On the other hand, the present invention can also be implemented with respect to a wheel bearing rolling bearing unit of an outer ring rotating type that rotatably supports a hub around a non-rotating shaft. In the case of a rolling bearing unit for wheel support of the outer ring rotation type, the row of rolling elements that support the axial load is reversed inside and outside in the axial direction from that of the inner ring rotation type. , The inner row. In addition, the present invention can be implemented with respect to a structure in which tapered rollers are used instead of balls as rolling elements. Even when the rolling elements are tapered rollers, the pitch circle diameters of the tapered rollers in both rows must be larger than the span of the tapered rollers in both rows (the distance between the centers of the tapered rollers in both rows).

又、本発明の構造を含めて、周面に「く」字形若しくは「V」字形の特性変化部を有するエンコーダとセンサとの組み合わせにより、転がり軸受ユニットに加わる、アキシアル方向の荷重若しくは力を求める構造の場合には、前記エンコーダとセンサとの軸方向に関する相対位置関係、具体的には、前記「く」字形若しくは「V」字形の特性変化部の中心とセンサとの、軸方向に関する位置関係を厳密に規制する必要がある。前述の図7に記載された構造の様に、センサ6a、6bを車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪1に対し、カバー5等を介して直接支持固定する構造であれば、前記位置関係を規制する事は比較的容易である。例えば特許文献4に記載された技術を利用して、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造工場で、エンコーダとセンサとの位置関係を適切にして組み立てた状態で出荷し、自動車の組立工場で、そのまま懸架装置に組み付ける事ができる。   Also, including the structure of the present invention, the load or force in the axial direction applied to the rolling bearing unit is obtained by a combination of an encoder and a sensor having a “V” -shaped or “V” -shaped characteristic changing portion on the peripheral surface. In the case of the structure, the relative positional relationship in the axial direction between the encoder and the sensor, specifically, the positional relationship in the axial direction between the center of the “V” -shaped or “V” -shaped characteristic changing portion and the sensor. Need to be strictly regulated. If the structure is such that the sensors 6a and 6b are directly supported and fixed via the cover 5 or the like to the outer ring 1 constituting the wheel supporting rolling bearing unit as in the structure described in FIG. It is relatively easy to regulate this. For example, using the technology described in Patent Document 4, the rolling bearing unit for supporting the wheel is shipped in an assembled state in which the positional relationship between the encoder and the sensor is appropriately assembled, Can be assembled to a suspension system.

これに対して、センサを、ナックル等の、車輪支持用転がり軸受ユニット以外の部分に支持固定する構造を採用した場合には、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造工場では、エンコーダのみを組み付け、このエンコーダと、別途懸架装置に支持固定された1対のセンサとを組み合わせる必要がある。この様に、車輪支持用転がり軸受ユニットに組み付けられたエンコーダと、別途懸架装置に支持固定された1対のセンサとを組み合わせた状態で、これらエンコーダと両センサとの軸方向に関する位置関係が不適切であると、このエンコーダの軸方向変位に伴って、前記両センサの出力信号の前後が逆転する、所謂追い越しが発生する可能性がある。この様な追い越しが発生しない様にする為には、定常状態(アキシアル荷重が零の状態)で、前記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差比を、0.5若しくはそれに近い値(例えば0.4〜0.6)にする事が好ましい。但し、前記エンコーダの軸方向位置を厳密に規制しないと、例え前記懸架装置に対する前記両センサの設置位置を厳密に規制しても、前記位相差比を0.5に近い値にする事ができなくなる。   On the other hand, when a structure in which the sensor is supported and fixed to a part other than the wheel support rolling bearing unit, such as a knuckle, is used, a wheel support rolling bearing unit manufacturing factory assembles only an encoder. It is necessary to combine the encoder and a pair of sensors that are separately supported and fixed to the suspension device. In this way, in a state where the encoder assembled to the wheel bearing rolling bearing unit and the pair of sensors separately supported and fixed to the suspension device are combined, the positional relationship in the axial direction between these encoders and both sensors is not good. When appropriate, there is a possibility that so-called overtaking occurs in which the front and rear of the output signals of the two sensors are reversed with the axial displacement of the encoder. In order to prevent such overtaking from occurring, the phase difference ratio existing between the output signals of the two sensors in a steady state (a state where the axial load is zero) is set to 0.5 or a value close thereto. (For example, 0.4 to 0.6) is preferable. However, if the position of the encoder in the axial direction is not strictly regulated, the phase difference ratio can be set to a value close to 0.5 even if the installation positions of the two sensors with respect to the suspension device are strictly regulated. Disappear.

これらの事を考慮すれば、前記車輪支持用転がり軸受ユニットの製造工場では、例えば図12の(A)(B)に示す様な手法により、ハブ2aに対するエンコーダ4cの位置決め精度を確保する必要がある。この位置決め精度を確保する場合に、このエンコーダ4cを装着するハブ2aと、両センサ6a、6bを装着する懸架装置との間には、各玉3a、3bや外輪1aが存在し、これら各部材3a、3b、1aの寸法誤差が、前記エンコーダ4cと前記両センサ6a、6bとの、軸方向に関する位置決め精度に影響する可能性がある。この位置決め精度を向上させる為には、前記各部材3a、3b、1aの寸法誤差の影響を排除する必要がある。この為には、前記ハブ2aに前記エンコーダ4cを組み付けた後、このハブ2aに対するこのエンコーダ4cの軸方向位置が適切であるか否かを判定する技術が必要になる。   In consideration of these matters, it is necessary to ensure the positioning accuracy of the encoder 4c with respect to the hub 2a, for example, by a technique as shown in FIGS. is there. In order to ensure this positioning accuracy, the balls 3a, 3b and the outer ring 1a exist between the hub 2a on which the encoder 4c is mounted and the suspension device on which the sensors 6a, 6b are mounted. The dimensional errors of 3a, 3b, and 1a may affect the positioning accuracy in the axial direction between the encoder 4c and the sensors 6a and 6b. In order to improve the positioning accuracy, it is necessary to eliminate the influence of the dimensional errors of the members 3a, 3b and 1a. For this purpose, after assembling the encoder 4c to the hub 2a, a technique for determining whether or not the axial position of the encoder 4c with respect to the hub 2a is appropriate is required.

この様な技術として開発された検査方法のうち、先ず、図12の(A)に示した方法では、前記両センサ6a、6bと距離センサ28とを保持したホルダ29を、前記エンコーダ4cを装着した車輪支持用転がり軸受ユニットに、前記ハブ2aを回転させつつ近付けて、前記両センサ6a、6bを前記エンコーダ4cの外周面に近接対向させる。そして、これら前記両センサ6a、6bの出力信号の位相差比が0.5になった状態での前記距離センサ28の測定値により、固定側フランジ20の軸方向内側面と前記両センサ6a、6bとの、軸方向に関する位置関係の適否を判定する。   Among the inspection methods developed as such a technique, first, in the method shown in FIG. 12A, the holder 29 holding the sensors 6a and 6b and the distance sensor 28 is attached to the encoder 4c. The hub 2a is rotated and brought close to the wheel bearing rolling bearing unit, and the two sensors 6a and 6b are brought close to and opposed to the outer peripheral surface of the encoder 4c. Then, according to the measured value of the distance sensor 28 in a state where the phase difference ratio of the output signals of both the sensors 6a and 6b is 0.5, the axial inner surface of the fixed flange 20 and the both sensors 6a, It is determined whether or not the positional relationship in the axial direction with 6b is appropriate.

又、図12の(B)に示した方法では、前記両センサ6a、6bを保持したホルダ29aを、前記エンコーダ4cを装着した車輪支持用転がり軸受ユニットに、前記ハブ2aを回転させつつ、前記ホルダ29aの一部が固定側フランジ20の軸方向内側面に突き当たるまで近付けて、前記両センサ6a、6bを前記エンコーダ4cの外周面に近接対向させる。そして、これら前記両センサ6a、6bの出力信号の位相差比の、0.5からのずれを測定する。そして、このずれの大きさにより、固定側フランジ20の軸方向内側面と前記両センサ6a、6bとの、軸方向に関する位置関係の適否を判定する。
前記固定側フランジ20の軸方向内側面は、前記ナックル等の懸架装置の構成部材への付き当て面であるから、この軸方向内側面と前記両センサ6a、6bとの軸方向に関する位置関係の適否を判定すれば、ハブ2aに対するこのエンコーダ4cの軸方向位置が適切であるか否かを判定できる。
In the method shown in FIG. 12B, the holder 29a holding both the sensors 6a and 6b is rotated by the wheel support rolling bearing unit with the encoder 4c while the hub 2a is rotated. A part of the holder 29a is brought close to the axially inner side surface of the fixed flange 20, and both the sensors 6a and 6b are brought close to and opposed to the outer peripheral surface of the encoder 4c. Then, the deviation from 0.5 of the phase difference ratio of the output signals of both the sensors 6a and 6b is measured. The suitability of the positional relationship in the axial direction between the axial inner surface of the fixed flange 20 and the sensors 6a and 6b is determined based on the magnitude of the deviation.
Since the inner side surface in the axial direction of the fixed flange 20 is an abutting surface to a structural member of the suspension device such as the knuckle, the positional relationship in the axial direction between the inner side surface in the axial direction and the sensors 6a and 6b. If the propriety is determined, it can be determined whether the axial position of the encoder 4c with respect to the hub 2a is appropriate.

1、1a 外輪
2、2a ハブ
3、3a、3b 玉
4、4a、4b、4c エンコーダ
5 カバー
6a、6b センサ
7 透孔
8 柱部
9 第一の特性変化部
10 第二の特性変化部
11 車輪
12 タイヤ
13 路面
14、14a、14b 車輪支持用転がり軸受ユニット
15 ナックル
16、16a 芯金
17、17a エンコーダ本体
18a、18b 外輪軌道
19a、19b 内輪軌道
20 固定側フランジ
21 スプライン孔
22 等速ジョイント用外輪
23 スプライン軸
24 抑えボルト
25 頭部
26 回転側フランジ
27 ホイール
28 距離センサ
29、29a ホルダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Outer ring 2, 2a Hub 3, 3a, 3b Ball 4, 4a, 4b, 4c Encoder 5 Cover 6a, 6b Sensor 7 Through-hole 8 Column part 9 First characteristic change part 10 Second characteristic change part 11 Wheel DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Tire 13 Road surface 14, 14a, 14b Rolling bearing unit for wheel support 15 Knuckle 16, 16a Core metal 17, 17a Encoder main body 18a, 18b Outer ring track 19a, 19b Inner ring track 20 Fixed side flange 21 Spline hole 22 Outer ring for constant velocity joint 23 Spline shaft 24 Retaining bolt 25 Head 26 Rotating flange 27 Wheel 28 Distance sensor 29, 29a Holder

特開2006−317420号公報JP 2006-317420 A 特開2005−172077号公報JP 2005-172077 A 特開2007−199040号公報JP 2007-199040 A 特開2008−157790号公報JP 2008-157790 A

Claims (3)

車輪支持用転がり軸受ユニットと、エンコーダと、センサと、演算器とを備え、
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備え、これら両列の転動体のピッチ円直径が、これら両列の転動体のスパンよりも大きく、前記外輪相当部材と前記内輪相当部材とのうちの一方の部材を、懸架装置に支持固定されて使用時にも回転しない静止側軌道輪とし、同じく他方の部材を、車輪を固定した状態でこの車輪と共に回転する回転側軌道輪として、前記各転動体に、背面組み合わせ型の接触角と共に予圧を付与しており、
前記エンコーダは、この回転側軌道輪の軸方向内端部にこの回転側軌道輪と同心に支持固定されたもので、内外両周面のうちの何れか周面を被検出面としており、
前記センサは、回転しない部分に支持された状態で、検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させており、
前記演算器は、前記エンコーダの被検出面の軸方向の変位量に基づいて、前記静止側軌道輪と前記回転側軌道輪との間に作用するアキシアル荷重を測定する機能を有する
自動車の車輪用荷重測定装置に於いて、
前記センサは前記被検出面の上半部に対向しており、
前記各転動体のうち、軸方向内向のアキシアル荷重を支承する側の列の転動体に付与した接触角が、同じくこのアキシアル荷重を支承しない側の列の転動体に付与した接触角よりも大きい事を特徴とする自動車の車輪用荷重測定装置。
A wheel bearing rolling bearing unit, an encoder, a sensor, and a calculator are provided.
Among these, the wheel support rolling bearing unit includes an outer ring equivalent member having a double row outer ring raceway on the inner peripheral surface, an inner ring equivalent member having a double row inner ring raceway on the outer peripheral surface, both the outer ring raceways and both inner ring raceways. Between the two rolling elements, and a plurality of rolling elements provided in such a manner that the pitch circle diameters of the rolling elements in both the rows are larger than the span of the rolling elements in both rows, One of the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member is a stationary side race wheel that is supported and fixed to a suspension device and does not rotate during use, and the other member is also used with this wheel while the wheel is fixed. A preload is applied to each of the rolling elements together with a contact angle of the rear combination type as a rotating raceway that rotates,
The encoder is supported and fixed concentrically with the rotation-side raceway at the axially inner end of the rotation-side raceway, and has either one of the inner and outer peripheral surfaces as a detected surface,
The sensor is supported by a portion that does not rotate, and the detection unit faces the detection surface of the encoder,
The arithmetic unit has a function of measuring an axial load acting between the stationary-side raceway and the rotation-side raceway based on an axial displacement amount of the detection surface of the encoder. In the load measuring device,
The sensor faces the upper half of the detected surface,
Of each of the rolling elements, the contact angle applied to the rolling elements in the row on the side supporting the axial load inward in the axial direction is larger than the contact angle applied to the rolling elements in the same row not supporting the axial load. This is a load measuring device for automobile wheels.
回転側軌道輪が内輪相当部材であり、静止側軌道輪が外輪相当部材であり、各転動体のうち、軸方向外側の列の転動体に付与した接触角が、同じく軸方向内側の列の転動体に付与した接触角よりも大きい、請求項1に記載した自動車の車輪用荷重測定装置。   The rotating side race ring is an inner ring equivalent member, the stationary side race ring is an outer ring equivalent member, and among each rolling element, the contact angle given to the rolling element in the axially outer row is also in the axially inner row. The vehicle wheel load measuring device according to claim 1, wherein the load measuring device is larger than a contact angle applied to the rolling element. 回転側軌道輪が外輪相当部材であり、静止側軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体のうち、軸方向内側の列の転動体に付与した接触角が、同じく軸方向外側の列の転動体に付与した接触角よりも大きい、請求項1に記載した自動車の車輪用荷重測定装置。   The rotating side race ring is an outer ring equivalent member, the stationary side race ring is an inner ring equivalent member, and among each rolling element, the contact angle given to the rolling element in the axially inner row is also in the axially outer row. The vehicle wheel load measuring device according to claim 1, wherein the load measuring device is larger than a contact angle applied to the rolling element.
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