帶有傳感器的車輪用軸承的製作方法

2023-12-09 13:21:01

專利名稱：帶有傳感器的車輪用軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及內置有檢測作用於車輪的軸承部上的荷載的荷載傳感器的帶有傳感 器的車輪用軸承。
背景技術：
作為檢測作用於汽車的各車輪上的荷載的技術，人們提出有下述的帶有傳感器的 車輪用軸承，其中，在軸承的固定圈上安裝傳感器組件，該傳感器組件由形變發生部件和安 裝於該形變發生部件上的形變傳感器形成，上述形變發生部件具有相對上述固定圈的至少 2個部位的接觸固定部，在鄰對的接觸固定部之間，在至少1個部位具有缺口部，在該缺口 部，設置上述形變傳感器(比如，專利文獻1)。按照該帶有傳感器的車輪用軸承，在伴隨車輛行駛，荷載作用於旋轉圈上時，經由 滾動體，固定圈變形，由此，該變形使傳感器組件產生形變。設置於傳感器組件上的形變傳 感器檢測傳感器組件的形變。如果預先通過實驗、模擬而求出形變和荷載的關係，則可根據 該形變傳感器的輸出，檢測作用於車輪上的荷載等。此外，作為這種相關技術，人們提出有通過檢測作為車輪用軸承的固定圈的外圈 的法蘭部外徑面的形變，檢測荷載的帶有傳感器的車輪用軸承(比如，專利文獻2)。另外， 人們還提出有在車輪用軸承的外圈上粘貼形變儀，檢測形變的車輪用軸承(比如，專利文 獻3) ο專利文獻1 日本特開2007-057299號公報專利文獻2 日本特開2002-098138號公報專利文獻3 日本特表2003-530565號公報

發明內容
如上述專利文獻1的帶有傳感器的車輪用軸承那樣，在將具有缺口部的形變發生 部件固定於軸承的固定圈上的場合，形變集中於缺口部的角部。由此，即使在沒有達到於作 為檢測部的形變傳感器的安裝部產生塑性變形的程度的形變量的情況下，仍具有在缺口部 的角部產生塑性變形的可能性。如果產生這樣的塑性變形，則具有軸承的固定圈的變形無 法正確地傳遞給傳感器組件，無法進行正確的形變的測定的問題。另外，由於形變集中於缺 口部的角部，故還具有上述檢測部的形變分布產生差異，形變傳感器的定位對測定結果造 成大大影響的問題。在專利文獻2中公開的技術中，檢測由固定圈的法蘭部的變形產生的形變。但是，在固定圈的法蘭部的變形中，在法蘭面和轉向節面之間，在作用超過靜止摩擦力的力的場 合，伴隨有滑動，由此，如果反覆施加荷載，則具有在輸出信號中產生遲滯(hysteresis)的 問題。比如，在相對車輪用軸承，某方向的荷載變大的場合，在固定圈法蘭面和轉向節面 之間，由於在最初，靜止摩擦力大於荷載，故不滑動，但是，如果超過某值，則大大超過靜止 摩擦力而滑動。如果在該狀態減小荷載，則在最初，仍因靜止摩擦力不滑動，但是如果為某 值，則滑動。其結果是，如果要在產生該變形的部分推算荷載，則在輸出信號中產生圖14那 樣的遲滯。如果產生遲滯，則檢測解析度降低。另外，如專利文獻3那樣，在外圈上貼有形變儀，由此，具有裝配性的問題。此外，在檢測作用於車輪用軸承上的上下方向的荷載Fz的場合，由於相對荷載Fz 的固定圈變形量小，故形變量也小，在上述技術中，檢測靈敏度降低，無法以良好的精度檢 測荷載Fz。於是，本發明人等開發了作為解決上述課題的方案的、由下述的方案構成的帶有 傳感器的車輪用軸承。該帶有傳感器的車輪用軸承中的車輪用軸承包括在內周形成多排 的滾動面的外方部件；在外周形成與上述滾動面面對的滾動面的內方部件；介設於兩個部 件的面對的滾動面之間的多排滾動體，該軸承以可自由旋轉的方式將車輪支承於車體上。 在上述外方部件和內方部件中的固定側部件的外徑面上，設置1個以上的傳感器組件，該 傳感器組件具有形變發生部件和傳感器，該形變發生部件具有接觸而固定於該外徑面上的 2個接觸固定部和位於該2個接觸固定部之間的缺口部，該傳感器安裝於該形變發生部件 上，檢測該形變發生部件的形變。但是，在這樣的方案的場合，如果按照形變集中於形變發生部件的一部分上的方 式，在形變發生部件上設置多個缺口部，則形變發生部件的形狀複雜，在批量生產性、成本 的方面具有問題。本發明的目的在於提供一種帶有傳感器的車輪用軸承，其可避免形變集中於傳感 器組件中的形變發生部件的缺口部角部的情況，可正確地檢測作用到車輪上的荷載，批量 生產性優良。本發明的帶有傳感器的車輪用軸承包括在內周形成多排的滾動面的外方部件；在 外周形成與上述滾動面面對的滾動面的內方部件；介設於兩個部件的面對的滾動面之間的 多排滾動體，該軸承以可自由旋轉的方式將車輪支承於車體上，設置1個以上的傳感器組 件，該傳感器組件包括形變發生部件和傳感器，該形變發生部件具有2個以上的接觸固定 部，該接觸固定部接觸而固定於上述外方部件和內方部件中的固定側部件上，該傳感器安 裝於該形變發生部件上，檢測該形變發生部件的形變，上述形變發生部件在上述接觸固定 部之間具有缺口部，該缺口部的角部的截面呈圓弧狀。如果荷載作用於車輪的輪胎和路面之間，則荷載還外加於車輪用軸承的固定側部 件(比如，外方部件)上，產生變形。由於傳感器組件中的具有缺口部的形變發生部件的2 個接觸固定部接觸而固定於外方部件上，故外方部件的形變放大而傳遞給形變發生部件， 該形變通過傳感器檢測，可根據其輸出信號推算荷載。特別是由於上述缺口部的角部的截 面呈圓弧狀，故形變不集中於缺口部的角部，塑性變形的可能性降低。另外，由於形變不集 中於缺口部的角部，故形變發生部件中的檢測部，即傳感器的安裝部的形變分布的差異減小，傳感器的安裝位置對傳感器的輸出信號的影響也變小。由此，可以良好的精度推算荷載。也可在本發明中，上述形變發生部件由平面大致形狀呈帶狀，在側邊部具有缺口 部的薄板件形成。如果形變發生部件為薄板件，則固定側部件的形變容易放大而傳遞給形變發生部 件，該形變通過傳感器以良好的靈敏度檢測，由此，可以良好的精度推算荷載。另外，在通過 平面大致形狀為帶狀，在側邊部具有缺口部的薄板件構成形變發生部件的場合，形變發生 部件的形狀簡單，批量生產性優良。還可在本發明中，上述傳感器組件按照下述方式設置於固定側部件的外徑面上， 該方式為該形變發生部件的2個接觸固定部在上述固定側部件的同一軸向位置，並且位 於沿周向相互離開的位置。在該方案的場合，可通過傳感器組件，檢測固定側部件的周向的 形變。即，由於作用於輪胎和路面之間的荷載從旋轉側部件，經由滾動體，傳遞給固定側部 件，故固定側部件的外徑面沿周向形變，通過上述的接觸固定部的配置，檢測靈敏度提高， 可以更良好的精度推算荷載。還可在本發明中，上述傳感器組件按照下述方式設置於固定側部件的外徑面上， 該方式為該形變發生部件的2個接觸固定部在上述固定側部件的同一周向位置，並且位 於沿軸向相互離開的位置。也可在本發明中，在上述固定側部件的外周，設置安裝於轉向節上的車體安裝用 的法蘭，在該法蘭的圓周方向多個部位開設螺栓孔，上述法蘭為開設各螺栓孔的周向部分 比其它的部分更向外徑側突出的突片，上述形變發生部件的2個接觸固定部設置於位於鄰 對的上述突片之間的中間的固定側部件的外徑面上。在該方案的場合，在從與構成遲滯的 原因的突片離開的位置，設置形變發生部件，僅此，傳感器的輸出信號中產生的遲滯變小， 可以更良好的精度推算荷載。還可在本發明中，上述傳感器組件按照該形變發生部件的2個接觸固定部在上述 固定側部件的同一軸向位置，並且位於沿周向相互離開的位置的方式設置，上述2個接觸 固定部的間距在上述鄰對的突片之間的間距的1/2以下。在該方案的場合，可減小以構成 遲滯的原因的轉向節螺栓為中心的滑動的影響，僅此，在傳感器的輸出信號中產生的遲滯 變小，可以更良好的精度推算荷載。也可在本發明中，上述傳感器組件設置於位於上述多排的滾動面中的外側的滾動 面的周邊的軸向位置。在該方案的場合，觸地空間較寬，輪胎作用力經由滾動體，傳遞給固 定側部件，將傳感器組件設置於變形量較大的部位，由此，檢測靈敏度提高，可以更良好的 精度推算荷載。還可在本發明中，上述傳感器組件的形變發生部件即使在外加作為作用於上述固 定側部件上的外力或作用於輪胎和路面之間的作用力，為假定的最大的力的狀態的情況 下，仍不發生塑性變形。如果發生塑性變形，直至處於外加假定的最大的力的狀態，由於固 定側部件的變形無法正確地傳遞給傳感器組件，對形變的測定造成影響，故最好，即使在外 加假定的最大的力的狀態的情況下，仍不發生塑性變形。也可在本發明中，上述形變發生部件的接觸固定部經由間隔件而固定於上述固定 側部件的外徑面上。在該方案的場合，即使在形變發生部件為薄板狀的情況下，仍可使2個接觸固定部之間保持在不與固定側部件接觸的狀態，可有效地將固定側部件的形變傳遞給 形變發生部件。還可在本發明中，在上述固定側部件的外徑面的上述傳感器組件的2個接觸固定 部的固定位置之間開設槽。同樣在該方案的場合，即使在形變發生部件為薄板狀的情況下， 仍可使2個接觸固定部之間保持在不與固定側部件接觸的狀態，可有效地將固定側部件的 形變傳遞給形變發生部件。也可在本發明中，在上述固定側部件上，設置至少1對以上的傳感器組件對，其以 2個上述傳感器組件為1組，該2個傳感器組件設置於構成周向的180度的相位差的位置。 在該方案的場合，如果某方向的荷載增加，則滾動體和滾動面接觸的部分和不接觸的部分 按照180度的相位差呈現，由此，如果對應於該方向，按照180度相位差設置傳感器組件，則 在任意的傳感器組件上，必定傳遞經由滾動體，外加於固定側部件上的荷載，可通過傳感器 而檢測其荷載。由此，無論在什麼樣的荷載的條件下，均可以良好的精度推算荷載。也可在本發明中，設置2對上述的傳感器組件對，1對傳感器組件對中的2個傳感 器組件設置位於輪胎觸地面的上方位置的上述固定側部件的外徑面的頂面部和底面部上， 另一對傳感器組件對中的2個傳感器組件也可設置於位於輪胎觸地面的前後位置的固定 側部件的外徑面的右面部與左面部。在該方案的場合，無論在什麼樣的荷載的條件下，均可 正確地檢測沿垂直方向作用的荷載和構成驅動力的荷載。還可在本發明中，設置根據上述傳感器的輸出信號的絕對值，以及上述輸出信號 的平均值，以及上述輸出信號的振幅中的至少任意一者，推算荷載的推算機構。在車輪用軸承的旋轉中，具有根據通過滾動面的傳感器組件的附近部位的滾動體 的有無，在傳感器組件的傳感器的輸出信號的振幅中產生周期的變化的情況。於是，通過借 助推算機構，測定輸出信號的振幅的周期，可檢測滾動體的通過速度，即車輪的轉數。如這 樣，在輸出信號中呈現變化的場合，可根據輸出信號的平均值、振幅，計算荷載。在未呈現變 化的場合，可根據絕對值計算荷載。


根據參照附圖的下面的優選的實施方式的說明，會更清楚地理解本發明。但是，實 施方式和附圖用於單純的例舉和說明，本發明的範圍根據後附的權利要求書確定。在附圖 中，多個附圖的同一部件標號表示同一部分。圖1為按照組合方式表示本發明的第1實施方式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖 視圖和其檢測系統的構思結構的方框圖的圖；圖2為從外側觀看上述帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖；圖3為上述帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感器組件的放大剖視圖；圖4為沿圖3和圖11中的IV-IV箭頭方向觀看的剖視圖；圖5為表示傳感器組件的另一設置例的剖視圖；圖6為上述帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感器組件的輸出信號的波形圖；圖7為本發明的第2實施方式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖；圖8為從外側觀看上述帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖；圖9為上述帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感器組件的放大剖視圖10為從外側觀看本發明的第3實施方式的帶有傳感器的車輪用軸承的外方部 件的主視圖；圖11為本發明的第1應用例的帶有傳感器的車輪用軸承的傳感器組件的放大俯 視圖；圖12為第2應用例所採用的傳感器組件的放大俯視圖；圖13為第3應用例所採用的傳感器組件的放大剖視圖； 圖14為表示已有例的輸出信號的遲滯的特性圖。
具體實施例方式根據圖1 圖6，對本發明的第1實施方式進行說明。本實施方式為第3代的內圈 旋轉型，適用於驅動輪支承用的車輛用軸承。另外，在本說明書中，將在安裝於車輛上的狀 態車輛中的車寬方向的靠近外側的一側稱為外側，將車輛中的靠近中間的一側稱為內側。該帶有傳感器的車輪用軸承的軸承如圖1的剖視圖所示的那樣，由在內周形成多 排的滾動面3的外方部件1 ；在外周形成與該各滾動面3面對的滾動面4的內方部件2 ；介 於該外方部件1和內方部件2的滾動面3、4之間的多排的滾動體5構成。該車輛用軸承為 多排的角接觸球軸承型，滾動體5由滾珠形成，針對每排而通過護圈6保持。上述滾動面3、 4的截面呈圓弧狀，按照滾珠接觸角背面對合的方式形成。外方部件1和內方部件2之間的 軸承空間的兩端通過一對密封件7、8而分別密封。外方部件1為固定側部件，在外周具有車體的懸架裝置(圖中未示出)中的安裝 於轉向節16上的車體安裝用法蘭la，整體為一體的部件。在該法蘭Ia中的圓周方向的多 個部位，開設有轉向節安裝用的螺栓孔14，穿過內側的轉向節16的螺栓插孔17的轉向節螺 栓18與上述螺栓孔14螺合，由此，將車體安裝用法蘭Ia安裝於轉向節16上。內方部件2為旋轉側部件，由具有車輪安裝用的輪轂法蘭9a的輪轂圈9，嵌合於該 輪轂圈9的軸部9b的內側端的外周的內圈10構成。在輪轂圈9和內圈10上，形成上述各 排的滾動面4。在輪轂圈9的內側端的外周，設置具有高差並且為小直徑的內圈嵌合面12， 在該內嵌合面12上嵌合內圈10。在輪轂圈9的中心開設通孔11。在輪轂法蘭9a的周向 多個部位，開設輪轂螺栓(圖中未示出)的壓入孔15。在輪轂圈9的輪轂法蘭9a的根部附 近，對車輪和制動部件(圖中未示出)進行導向的圓筒狀的導向部13在外側突出。圖2為從外側觀看該車輪用軸承的外方部件1的主視圖。另外，圖1表示沿圖2 中的I-I箭頭方向觀看的剖視圖。上述車體安裝用法蘭Ia如圖2那樣，為開設各螺栓孔14 的圓周方向部分在其它的部分的外徑側突出的突片laa。在作為固定側部件的外方部件1的外徑面上，設置2個傳感器組件20為1組的傳 感器組件對19。該2個傳感器組件20設置於構成外方部件1的外徑面的圓周方向的180 度的相位差的位置。該傳感器組件對19也可按照2個以上的程度設置。在這裡，構成傳感 器組件對19的2個傳感器組件20設置於位於輪胎接地面的上方位置的外方部件1的外徑 面中的頂面部和底面部的2個部位，由此，檢測作用於車輪用軸承或輪胎上的上下方向的 荷載Fz或軸向的荷載Fy。具體來說，如圖2那樣，在外方部件1的外徑面的頂面部的、鄰對 的2個突片Iaa之間的中間部，設置1個傳感器組件20，在外方部件1的外徑面的底面部 的、鄰對的2個突片Iaa之間的中間部，設置另一個傳感器組件20。
這些傳感器組件20如圖3和圖4所示的放大俯視圖和放大剖視圖所示的那樣，包 括形變發生部件21與傳感器22，該傳感器22安裝於該形變發生部件21上，檢測形變發生 部件21的形變。形變發生部件21由鋼材等的可發生彈性形變的金屬製成，由3mm以下的薄 板件構成，平面大致形狀為在全長的範圍內，為一定寬度的帶狀，在中間的兩側邊部具有缺 口部21b。缺口部21b的角部的截面呈圓弧狀。另外，形變發生部件21在兩端部具有2個 接觸固定部21a，該2個接觸固定部21a經由間隔件23而接觸固定於外方部件1的外徑面 上。另外，也可根據形變發生部件21的形狀，具有2個以上的接觸固定部21a。傳感器22 貼於相對形變發生部件21的各方向的荷載，形變變大的部位。在這裡，對於該部位，選擇在 形變發生部件21的外面側，通過兩側邊部的缺口部21b夾持的中間部位，傳感器22檢測缺 口部21b的周邊的周向的形變。另外，最好，形變發生部件21為即使在施加作為作用於作 為固定側部件的外方部件1的外力或作用於輪胎和路面之間的作用力，為假定的最大的力 的狀態的情況下，仍不發生塑性形變的類型。其原因在於如果產生塑性形變，則外方部件 1的形變不傳遞給傳感器組件20，對形變的測定造成影響。假定的最大的力為通過比如，根 據施加該力，車輪用軸承不損傷的範圍內的最大的力。上述傳感器組件20按照該形變發生部件21的2個接觸固定部21a沿外方部件1 的軸向而位於相同尺寸的位置，並且兩個接觸固定部21a位於相互沿圓周方向離開的位置 的方式設置，這些接觸固定部21a分別通過間隔件23，藉助螺栓24固定於外方部件1的外 徑面上。在該場合，2個接觸固定部21a的間距Ls在外方部件1的車體安裝用法蘭la的鄰 對的突片laa之間的間距Lb的1/2以下。上述各螺栓24從螺栓插孔25穿過間隔件23的 螺栓插孔26，與設置於外方部件1的外周部上的螺栓孔27螺合，該螺栓插孔25分別設置於 接觸固定部21a上，沿徑向貫通。如這樣，通過經由間隔件23，將接觸固定部21a固定於外 方部件1的外徑面上，處於作為薄板狀的形變發生部件21的具有缺口部21b的中間部位與 外方部件1的外徑面離開的狀態，缺口部21b的周邊的形變變形容易。作為設置接觸固定 部21a的軸向位置，在這裡，選擇外方部件1的外側排的滾動面3的周邊的軸向位置。在這 裡所說的外側排的滾動面3的周邊指從內側排和外側排的滾動面3的中間位置，到外側排 的滾動面3的形成部的範圍。在以良好的穩定性將傳感器組件20固定於外方部件1的外 徑面上的基礎上，在外方部件1的外徑面中的接觸固定上述間隔件23的部位，形成平坦部 lb。此外，也可如圖5的剖視圖所示的那樣，在外方部件1的外徑面中的固定上述形變 發生部件21的2個接觸固定部21a的2個部位的中間部開設有槽lc，由此，也可省略上述 間隔件23，而使形變發生部件21中的缺口部21b所在的2個接觸固定部21a的中間部位與 外方部件1的外徑面離開。傳感器22可採用各種類型。比如，可通過金屬箔應變儀構成傳感器22。在此場 合，通常，其粘接固定於形變發生部件21上。傳感器組件20的傳感器22連接於推算機構30。推算機構30在這裡，為通過傳感 器22的輸出信號，推算車輪的輪胎和路面之間的作用力的機構，其包括信號處理電路、補 償電路等。推算機構30包括通過運算式或表格等設定車輪的輪胎和路面之間的作用力和 傳感器22的輸出信號的關係的關係設定機構(圖中未示出)，根據已輸入的傳感器22的輸 出信號，採用上述關係設定機構輸出作用力。上述關係設定機構的設定內容預先通過試驗、模擬而求出，進行設定。如果荷載作用於車輪的輪胎和路面之間，則荷載還施加於作為車輪用軸承的固定側部件的外方部件1上，產生變形。由於具有傳感器組件20中的缺口部21b的變形發生部 件21的2個接觸固定部21a接觸固定於外方部件1上，故外方部件1的形變放大而傳遞給 形變發生部件21，該形變通過傳感器22而檢測到，可根據該輸出信號，推算荷載。在此場 合，上述缺口部21b的角部的截面呈圓弧狀，由此，形變不集中於缺口部21b的角部，塑性變 形的可能性降低。另外，由於形變集中於缺口部21b的角部，故形變發生部件21中的檢測 部，即，傳感器22的安裝部的形變分布的差異小，傳感器22的安裝位置對傳感器22的輸出 信號造成的影響也減小。由此，可以良好的精度而推算荷載。在上面的說明中，給出檢測車輪的輪胎和路面之間的作用力的場合，但是，也可為 下述的場合，其中，不僅檢測車輪的輪胎和路面之間的作用力，而且檢測作用於車輪用軸承 上的力(比如，預壓量)。通過將從該帶有傳感器的車輪用軸承獲得的檢測荷載用於汽車的車輛控制，可有 助於汽車的穩定行駛。另外，如果採用帶有傳感器的車輪用軸承，則可在車輛上緊湊地設置 荷載傳感器，可使批量生產性優良，可謀求成本的降低。另外，在本實施方式的場合，傳感器組件20的形變發生部件21由平面大致形狀呈 帶狀，在側邊部具有缺口部的薄板件形成，由此，外方部件1的形變容易放大而傳遞給形變 發生部件21，該形變通過傳感器22，以良好的靈敏度而檢測，在該輸出信號中產生的遲滯 也變小，可以良好的精度推算荷載。另外，形變發生部件21的形狀也簡單，批量生產性優
良ο此外，在本實施方式中，作為向固定側部件的外方部件1的外徑面的傳感器組件 20的設置中，該形變發生部件21的2個接觸固定部21a按照在外方部件1的同一軸向位 置，並且位於沿周向相互間隔開的位置的方式設置，由此，可通過傳感器組件20，檢測外方 部件1的周向的形變。在本實施方式的場合，由於作用於輪胎和路面之間的荷載從作為旋 轉側部件的內方部件2經由滾動體5而傳遞給外方部件1，故外方部件1的外徑面沿周向而 形變，通過上述的接觸固定部21a的配置，檢測靈敏度提高，可以更良好的精度推算荷載。還有，在本實施方式中，形成在作為固定側部件的外方部件1的車體安裝用法蘭 Ia的圓周方向的多個部位，開設有轉向節安裝用的螺栓孔14的周向部分相對其它的部分 而向外徑側突出的突片laa，但是，由於上述傳感器組件20中的形變發生部件21的2個接 觸固定部21a設置於鄰對的突片Iaa之間的中央，故在與構成遲滯的原因的突片Iaa離開 的位置，設置形變發生部件21，僅此，在傳感器22的輸出信號中產生的遲滯變小，可以更良 好的精度推算荷載。另外，由於2個接觸固定部21a的間距Ls在鄰對的突片Iaa之間的間距Lb的1/2 以下，故可減小以構成遲滯的原因的轉向節螺栓18(圖1)為中心的滑動的影響，僅此，在傳 感器22的輸出信號中產生的遲滯變小，可以更良好的精度推算荷載。此外，在本實施方式中，傳感器組件20設置於外方部件1中的多排的滾動面3中 的外側的滾動面3的周邊的軸向位置，即，設置空間較寬，輪胎作用力經由滾動體5而傳遞 給外方部件1，變形量較大的部位，由此，檢測靈敏度提高，可以更良好的精度推算荷載。還有，在本實施方式中，在作為固定側部件的外方部件1的外徑面上，按照至少1對以上的程度設置傳感器組件對19，其中，2個傳感器20為1組，該傳感器組件20設置於 構成其周向的180度的相位差的位置，由此，無論在怎樣的荷載條件下，均可以良好的精度 推算荷載。即，如果某方向的荷載變大，由於滾動體5和滾動面3接觸的部分和不接觸的部 分呈現180度的相位差，故如果對應於該方向，按照180度相位差而設置傳感器組件20，則 在某個傳感器組件20上，必然傳遞經由滾動體5而外加於外方部件1上的荷載，可通過傳 感器22檢測該荷載。另外，具有下述的情況，S卩，在車輪用軸承的旋轉中，根據通過滾動面3中的傳感 器組件20的附近部位的滾動體5的有無，在傳感器組件20的傳感器22的輸出信號的振幅 中，如圖6所示的波形圖那樣，產生周期性的變化。其理由在於在滾動體5的通過時和不是 這樣的場合，變形量不同，針對滾動體5的每個通過周期，傳感器22的輸出信號的振幅具有 峰值。於是，通過比如，推算機構30而測定檢測信號的該峰值的周期，也可檢測滾動體5的 通過速度，即，車輪的轉數。如這樣，在輸出信號呈現變動的場合，推算機構30可根據傳感 器組件20的傳感器22的輸出信號的平均值、振幅推算荷載。在未呈現變動的場合，可根據 絕對值而計算荷載。此外，在本實施方式中，關於下述的方案，沒有特別的限定。 傳感器組件20的設置個數、設置場所、接觸固定部21a、傳感器22、缺口部21b的
數量 傳感器組件20的形狀、固定方法(粘接、焊接等)、固定的方向(即使檢測出軸 向的形變，也沒有關係)圖7 圖9表示本發明的第2實施方式。在該帶有傳感器的車輪用軸承中，在圖 1 圖6所示的上述第1實施方式中，傳感器組件對19的2個傳感器組件20按照下述方式 構成。同樣在該場合，傳感器組件20如作為放大剖視圖的圖9所示的那樣，由形變發生部 件21與安裝於該形變發生部件21上、檢測形變發生部件21的形變的傳感器22構成。形 變發生部件21在兩端部，具有在與外方部件1的外徑面面對的內面側伸出的2個接觸固定 部21a，通過這些接觸固定部21a，接觸而固定於外方部件1的外徑面上。2個接觸固定部 21a中的1個接觸固定部21a設置於構成外方部件1的外側排的滾動面3的周邊的軸向位 置，在比該位置更外側的位置，設置另一接觸固定部21a，並且該兩個接觸固定部21a相互 設置於外方部件1的圓周方向的相同相位的位置。即，傳感器組件20按照該形變發生部件 21的2個接觸固定部21a在作為固定側部件的外方部件1的同一周向位置，並且位於沿軸 向相互離開的位置的方式設置於外方部件1的外徑面上。在這裡所說的外側排的滾動面3 的周邊，指從內側排和外側排的滾動面3的中間位置，到外側排的滾動面3的形成部的範 圍。同樣在該場合，在以良好的穩定性將傳感器組件20固定於外方部件1的外徑面上的方 面，最好，在外方部件1的外徑面中的接觸固定上述形變發生部件21的接觸固定部21a的 部位，形成平坦部。此外，在形變發生部件21的中央部，形成開口於內面側的1個缺口部21b。同樣在 該場合，缺口部21b的角部的截面呈圓弧狀，形變不集中在缺口部21b的角部。傳感器22 貼於相對形變發生部件21中的各方向的荷載形變變大的部位。在這裡，作為該部位，選擇 在上述缺口部21b的周邊，具體來說，在形變發生部件21的外面側，構成缺口部21b的背面 側的位置，傳感器22檢測缺口部21b的周邊的形變。
形變發生部件21的2個接觸固定部21a分別通過螺栓37，緊固於外方部件1的 外徑面上的方式固定。具體來說，這些螺栓37分別穿過設置於接觸固定部21a中，沿徑向 貫通的螺栓插孔38，螺合於開設於外方部件1的外周部上的螺栓孔39。另外，作為接觸固 定部21a的固定方法，不但可採用螺栓37的緊固，而且也可採用粘接劑等。在形變發生部 件21的接觸固定部21a以外的部位，在與外方部件1的外徑面之間，產生間隙。其它的結 構與圖1 圖6所示的第1實施方式的場合相同。另外，圖7為表示從外側觀看車輪用軸 承的外方部件1的主視圖的沿圖8中的VII-VII箭頭方向觀看的剖視圖；圖10表示本發明的第3實施方式。在該帶有傳感器的車輪用軸承中，在圖1 圖 6所示的上述第1實施方式中，將2個傳感器組件20以下述方式設置設置1對傳感器組 件對19，其由2個傳感器組件20構成，該2個傳感器組件20設置於位於輪胎觸地面的上方 位置的外方部件1的外徑面的頂面部和底面部；而且設置下述的另一對傳感器組件對19， 其由2個傳感器組件20構成，2個傳感器組件20設置相對輪胎觸地面，位於前後位置的外 方部件1的外徑面的右面部和左面部。其它的結構與圖1 圖6的第1實施方式的場合相 同。在本方案的場合，可根據2個傳感器組件20設置於外方部件1的外徑面的頂面部 和底面部的1對傳感器組件對19的檢測信號，正確地推算作用於車輪用軸承或輪胎上的作 用於垂直方向的荷載Fz或軸向的荷載Fy。另外，根據2個傳感器組件20設置於外方部件 1的外徑面的右面部和左面部的另一對的傳感器組件對19的檢測信號，可正確地推算作為 驅動力的荷載Fx。即，無論在什麼樣的荷載條件下，均可正確地檢測垂直方向的荷載Fz，軸 向的荷載Fy，作為驅動力的荷載Fx。接著，通過圖11 圖13，對本發明的應用例的帶有傳感器的車輪用軸承進行說 明。圖11表示第1應用例的帶有傳感器的車輪用軸承的傳感器組件的放大俯視圖，不具有 本發明的「形變發生部件21的缺口部21b的角部的截面呈圓弧狀」的結構。如該圖所示的 那樣，在第1應用例中，缺口部21b的角部的截面不呈圓弧狀。形變發生部件21由薄板件 形成，與圖4所示的場合相同，在平坦部lb上設置以2個傳感器組件20為1組的傳感器組 件對19。另外，與圖2所示的場合相同，上述傳感器組件20中的形變發生部件21的2個接 觸固定部21a設置於鄰對的突片laa之間的中央，由此，在與構成遲滯的原因的突片laa離 開的位置，設置形變發生部件21，僅此，在傳感器22的輸出信號中產生的遲滯變小，可以更 良好的精度推算荷載。另外，2個接觸固定部21a的間距Ls在鄰接的突片laa之間的間距 Lb的1/2以下，由此，可減小以構成遲滯的原因的轉向節螺栓18(圖1)為中心的滑動的影 響，僅此，在傳感器22的輸出信號中產生的遲滯變小，可以更良好的精度推算荷載。傳感器 組件20的傳感器22與圖1所示的場合相同，與推算機構30連接。另外，在圖11中，對於 與上述第1實施方式相同的部分，採用同一標號，其具體的說明省略。上述第1應用例的傳感器組件20也可如圖5所示的那樣，按照下述方式形成，其 中，在外方部件1的外徑面中的固定上述形變發生部件21的2個接觸固定部21a的2個部 位的中間部，開設槽lc，由此，省略上述間隔件23，形變發生部件21中的缺口部21b所在的 2個接觸固定部21a的中間部位與外方部件1的外徑面離開。另外，傳感器組件20的形變 發生部件也可如圖12的第2應用例所示的那樣，平面大致形狀呈單純的帶狀，不形成圖11 的第1應用例那樣的缺口部21b。
作為第3應用例，也可如圖13所示的那樣，通過厚膜抵抗體，將傳感器組件20的傳感器形成於形變發生部件21上。該圖所示的傳感器組件20為下述的結構，其中，在形變 發生部件21的傳感器安裝面21A上形成絕緣層50，在該絕緣層50的表面的兩側，形成成對 的電極51、51，在這些電極51、51之間，在上述絕緣層50上，形成構成傳感器的形變測定用 電阻52，另外，在電極51、51和形變測定用電阻52上形成保護膜53。在下面給出該傳感器組件20的製造方法。首先，在由不鏽鋼等的金屬材料形成的 形變發生部件21的表面上，印刷玻璃等的絕緣材料，進行燒結，形成絕緣層50。接著，在絕 緣層50的表面上印刷導電性材料，進行燒結，形成電極51、51。接著，在電極51、51之間印 刷構成電阻的材料，進行燒結，形成形變發生測定用電阻52。另外，為了保護該電極51、51 和形變測定用電阻52，形成保護膜53。如果如這樣形成傳感器，則沒有通過粘接劑而固定於形變發生部件21的傳感器 設置面上的場合這樣的伴隨時間的變化造成的粘接強度的降低，可提高傳感器組件20的 可靠性。另外，由於加工也容易，故謀求成本的降低。如果荷載作用於車輪的輪胎和路面之間，則還在作為車輪用軸承的固定側部件的 外方部件1上施加荷載，產生變形。上述傳感器組件對19的傳感器組件20設置於比如，車 體安裝用法蘭Ia的突片Iaa上，如果要根據車體安裝用法蘭Ia的變形推算荷載，則如過去 例的說明那樣，在輸出信號中產生遲滯。在這裡，傳感器組件20中的形變發生部件21的2 個接觸固定部21a接觸而固定於外方部件1的外徑面上，特別是，形變發生部件21由薄板 件形成，由此，外方部件1的形變容易放大而傳遞給形變發生部件21，採用傳感器以良好的 靈敏度檢測該形變，在其輸出信號中產生的遲滯也變小，可以良好的精度推算荷載。另外， 由於形變發生部件21由薄板件形成，故形變發生部件21的形狀簡單，批量生產性優良。對 於該形變發生部件21，在如圖11所示的那樣，平面大致形狀在全長的範圍內呈一定的寬度 的帶狀的場合，形狀進一步簡單，批量生產性提高。此外，其形變發生部件21如圖3那樣，為 平面大致形狀呈帶狀，在側邊部具有缺口部21b的形狀，則外方部件1的形變進一步放大， 傳遞給形變發生部件21，由此，可以更良好的精度推算荷載。另外，在上述實施方式和應用例中，對外方部件1為固定側部件的場合進行了說 明，但是，本發明也可適用於內方部件為固定側部件的車輪用軸承，在此場合，傳感器組件 20設置位於內方部件的內周的周面上。還有，在這些實施方式中，對適用於第3代的車輪用軸承的場合進行了說明，但 是，本發明也可適用於軸承部件和輪轂為相互獨立的部件的第1或第2代的車輪用軸承，內 方部件的一部分由等速接頭的外圈構成的第4代的車輪用軸承。另外，該帶有傳感器的車 輪用軸承還可適用於從動輪用的車輪用軸承，此外，也可適用於各代的錐輥型的車輪用軸承。與本發明不同的上述第1 第3應用例包括下述的形式。(形式1)其為下述的車輪用軸承，該軸承包括在內周形成多排的滾動面的外方部件；形成 有與該外方部件的滾動面面對的滾動面的內方部件；介設於該外方部件和內方部件的面對 的滾動面之間的多排的滾動體，該車輪用軸承將車輪以可自由旋轉的方式支承於車體上。由形變發生部件和安裝於該形變發生部件上的形變測定用的傳感器形成的傳感器組件設置於上述外方部件和內方部件中的固定側部件上，上述形變發生部件由薄板件形 成，該薄板件具有接觸而固定於上述固定側部件的外徑面上的2個接觸固定部。(形式2)針對形式1，上述形變發生部件的平面大致形狀呈在全長的範圍內，一定寬度的帶 狀。 (形式3)針對形式1，上述形變發生部件的平面大致形狀呈帶狀，在側邊部具有缺口部。(形式4)針對形式1，上述傳感器組件按照形變發生部件的2個接觸固定部在上述固定側 部件的同一軸向位置，並且位於沿周向相互離開的位置的方式設置。(形式5)針對形式4，在上述固定側部件的外周，設置安裝於轉向節上的車體安裝用的法 蘭，在該法蘭的圓周方向多個部位，開設螺栓孔，上述法蘭為開設各螺栓孔的周向部分比其 它的部分更向外徑側突出的突片，上述形變發生部件的2個接觸固定部設置於鄰對的上述 突片之間的中央處。(形式6)針對形式5，上述2個接觸固定部的間距在上述鄰對的突片之間的間距的1/2以 下。(形式7)針對形式1，上述傳感器組件設置於位於上述多排的滾動面中的外側的滾動面的 周邊的軸向位置。(形式8)針對形式1，上述傳感器組件的形變發生部件即使在施加作為作用於上述固定側 部件上的外力，或作用於輪胎和路面之間的作用力，假想的最大的力的狀態的情況下，仍不 發生塑性變形。(形式9)針對形式1，上述傳感器通過在上述形變發生部件中的傳感器設置面上印刷絕緣 層，對其燒結的方式形成，通過在上述絕緣層上印刷電極和形變測定用電阻，對其燒結的方 式形成。(形式10)針對形式1，上述形變發生部件的2個接觸固定部經由間隔件，固定於上述固定側 部件的外徑面上。(形式11)針對形式1，在上述固定側部件的外徑面中的上述傳感器組件的2個接觸固定部 的固定位置之間，開設槽。(形式12)針對形式1，在上述固定側部件的外徑面上，設置至少1個傳感器組件對，其以2個 上述傳感器組件為1組，該2個傳感器組件設置於構成上述固定側部件的周向的180度的 相位差的位置。
(形式13)針對形式1，設置根據上述傳感器的輸出信號的絕對值，以及上述輸出信號的平均 值，以及上述輸出信號的振幅中的至少任意1個，推算荷載的推算機構。
如上所述，參照附圖，對優選的實施方式和應用例進行說明，如果是本領域的技術 人員，則觀看本說明書，會容易在顯然的範圍內想到各種變更和修正。於是，對於這樣的變 更和修正，解釋為根據權利要求確定的本發明的範圍內的方案。
權利要求
一種帶有傳感器的車輪用軸承，其包括在內周形成多排的滾動面的外方部件；在外周形成與上述滾動面面對的滾動面的內方部件；介設於兩個部件的面對的滾動面之間的多排滾動體，該軸承以可自由旋轉的方式將車輪支承於車體上；設置1個以上的傳感器組件，該傳感器組件包括形變發生部件和傳感器，該形變發生部件具有2個以上的接觸固定部，該接觸固定部接觸而固定於上述外方部件和內方部件中的固定側部件上，該傳感器安裝於該形變發生部件上，檢測該形變發生部件的形變，上述形變發生部件在上述接觸固定部之間具有缺口部，該缺口部的角部的截面呈圓弧狀。
2.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述形變發生部件由平面 大致形狀呈帶狀，在側邊部具有缺口部的薄板件形成。
3.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述傳感器組件按照下述 方式設置於固定側部件的外徑面上，該方式為上述形變發生部件的2個接觸固定部在上 述固定側部件的同一軸向位置，並且位於沿周向相互離開的位置。
4.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述傳感器組件按照下述 方式設置於固定側部件的外徑面上，該方式為上述形變發生部件的2個接觸固定部在上 述固定側部件的同一周向位置，並且位於沿軸向相互離開的位置。
5.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，在上述固定側部件的外周， 設置安裝於轉向節上的車體安裝用的法蘭，在該法蘭的圓周方向多個部位開設螺栓孔，上 述法蘭為開設各螺栓孔的周向部分比其它的部分更向外徑側突出的突片，上述形變發生部 件的2個接觸固定部設置於位於鄰對的上述突片之間的中間的固定側部件的外徑面上。
6.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述傳感器組件設置於位 於上述多排的滾動面中的外側的滾動面的周邊的軸向位置。
7.根據權利要求3所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述形變發生部件的接觸 固定部經由間隔件而固定於上述固定側部件的外徑面上。
8.根據權利要求3所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，在上述固定側部件的外徑 面的上述傳感器組件的2個接觸固定部的固定位置之間開設槽。
9.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，在上述固定側部件上，設置 至少1個以上的傳感器組件對，其以2個上述傳感器組件為1組，該2個傳感器組件設置於 構成周向的180度的相位差的位置。
全文摘要
本發明的課題在於提供一種帶有傳感器的車輪用軸承，其避免形變集中於傳感器組件的形變發生部件的缺口部角部的情況，可正確地檢測作用於車輪上的荷載。在車輪用軸承中，在外方部件和內方部件的面對的多排的滾動面之間介設滾動體。在外方部件和內方部件中的固定側部件上，設置1個以上的傳感器組件(20)。傳感器組件(20)包括具有接觸而固定於固定側部件上的2個以上的接觸固定部的形變發生部件(21)，和安裝於該形變發生部件(21)上，檢測該形變發生部件的形變的傳感器(22)。形變發生部件(21)在上述接觸固定部之間具有缺口部(21b)，該缺口部(21b)的角部的截面呈圓弧狀。
文檔編號F16C41/00GK101868706SQ200880117200
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月20日 優先權日2007年11月27日
發明者磯部浩, 西川健太郎, 高橋亨 申請人:Ntn株式會社