JP6450235B2 - 回転体の作用力検出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されたようなハブセンサの場合も、ベアリングを固定するベアリングケースは、力を全てセンサコアのみに確実に伝達するため、センサコアの片側に固定されることになる。
このため、ベアリングの両サイドにシールを設けた場合、そのシールから発生する熱は、センサの片側のみを熱し、センサの熱平衡が崩れてしまう。
その結果として、センサコアの長手方向にわたって熱膨張の差が生じ、ひずみゲージベースであるセンサにオフセットが生じてしまう。
この傾向は、ハブの回転数に依存して変化するシールの発生熱量に起因して発生するため、車両の運転中に回転速度が逐次変化する車輪ハブなどで特に問題となる。
請求項1に係る発明は、第1の端部及び第2の端部の間にひずみゲージが貼付される筒状部が形成された感受体と、前記感受体の前記第1の端部に固定された第1の固定部材と、前記感受体の前記第2の端部に固定された第2の固定部材と、前記筒状部と実質的に同心に配置された回転軸回りに前記第1の固定部材に対して相対回転する回転部材と、前記第1の固定部材に対して前記回転部材を回転可能に支持する転がり軸受とを備える回転体の作用力検出装置であって、前記転がり軸受の一方の端部に隣接して配置され前記回転部材と前記第1の固定部材との間隔をシールする第1のシール手段と、前記転がり軸受の他方の端部に隣接して配置され前記回転部材と前記第2の固定部材との間隔をシールする第2のシール手段とを備えることを特徴とする回転体の作用力検出装置である。
これによれば、第1のシール手段において発生した熱は第1の固定部材を介して感受体の第1の端部へ伝導し、第2のシール手段において発生した熱は第2の固定部材を介して感受体の第2の端部へ伝導するため、感受体の一方側のみが熱せられて熱平衡が崩れ、センサオフセットが生じることを防止できる。
これによれば、感受体の第1の端部、第2の端部への入熱量を均等として上述した効果を確実に得ることができる。
これによれば、車両の車輪に作用する力を、車両を実際に走行させながら精度よく検出することができる。
実施例の車輪作用力検出装置は、車輪に作用する6分力を検出する6分力検出装置であって、乗用車等の自動車のサスペンション装置に取り付けられ、車輪を回転可能に支持するハブベアリングユニットに組み込まれている。
図1は、実施例の車輪作用力検出装置を有するハブベアリングユニットを、車軸を含む平面で切って見た断面図である。図中、右側が車幅方向外側を示し、左側が車幅方向内側を示している。
図2は、図1のII−II部矢視図である。また、図1は、図2のI−I部矢視断面図である。
ハブベアリングユニット1は、ハブ10、外輪20、内輪30、転動体40、基部50、外側シール60、内側シール70、6分力検出装置100等を有して構成されている。
ハブ10は、筒状部11、フランジ部12、カラー部13等を一体に形成して構成されている。
筒状部11は、内輪30、感受体110、基部50の内径側に挿入されている。
筒状部11の内周面部における車幅方向外側の領域には、図示しないドライブシャフトのスプライン軸部と嵌合するスプライン穴11aが形成されている。
フランジ部12の車幅方向外側の面部は、リムディスクが締結される基部として機能する。
フランジ部12には、ハブボルトが挿入される開口12aが、所定のピッチ円径上に例えば5個程度、周方向に等間隔に形成されている。
カラー部13は、リムディスクの中央部に形成された円形開口であるセンターボアと嵌合し、車輪の取付精度を向上させるものである。
筒状部21は、車軸と同心の円筒状の部分である。
筒状部21の内周面には、転動体40を案内する軌道面が形成されている。
筒状部21の車幅方向内側の端部は、後述する内輪30の筒状部31の車幅方向内側の端部に対して、車幅方向内側へ張り出して形成されている。
筒状部21の内周面における軌道面の軸方向両側には、段状に内径を変化させて形成され、シール60,70が嵌め込まれる段部が設けられている。
ここで、シール70が嵌め込まれる段部は、内輪30の筒状部31の車幅方向内側の端部よりも、車幅方向内側に配置されている。
フランジ部22は、ハブ10のフランジ部12が締結固定される部分である。
フランジ部22の車幅方向外側の面部は、ハブ10のフランジ部12の車幅方向内側の面部と当接する。
フランジ部22は、ハブ10の開口12aと同心に形成されたネジ穴22aを有する。
ネジ穴22aには、車輪の固定に用いられる図示しないハブボルトが締結される。
筒状部31は、車軸と同心の円筒状の部材であって、外輪20の筒状部21の内径側に挿入されている。
筒状部31の外周面と、外輪20の筒状部21の内周面との間には、所定の間隔が設けられている。
筒状部31の外周面には、転動体40を案内する軌道面が形成されている。
フランジ部32は、感受体110の第1フランジ112の車幅方向外側の端部を保持するものである。
転動体40は、外輪20と内輪30との間で転動体40の位置決めを行う保持器41及び保持器42とともに、外輪20と内輪30との間に組み込まれている。
基部50は、筒状部51、フランジ部52、凹部53、突出部54等を一体に形成して構成されている。
ハブ10の筒状部11の外周面は、筒状部51の内周面と径方向に所定の間隔を隔てて対向して配置されている。
フランジ部52は、基部50を図示しないアップライトに締結する締結面部である。
図2に示すように、フランジ部52には、アップライトへの締結に用いられる複数のボルトが挿入される開口52aが周方向に分布して複数形成されている。
フランジ部52の内部には、感受体110の円筒部111の外周面が配置される空間部内から、フランジ部52の外周縁部にかけて、ひずみゲージに接続された配線などが配置される貫通孔52bが形成されている。
凹部53は、感受体110の第2フランジ113を保持する部分である。
突出部54の外周面は、外筒20の筒状部21の車幅方向内側の端部における内周面と径方向に間隔を隔てて対向して配置されている。
外側シール60の車幅方向内側の面部は、保持器41の車幅方向外側の端部と軸方向に対向して配置されている。
内側シール70の車幅方向外側の面部は、保持器41の車幅方向内側の端部と軸方向に対向して配置されている。
転動体40には、図示しないグリスが充填されている。
本実施例においては、外側シール60から感受体110の第1フランジ112への熱伝導量と、内側シール70から第2フランジ113への熱伝導量とが実質的に等しくなるように、内輪30及び基部50の形状及び材質を設定している。
6分力検出装置100は、実質的に円筒状に形成された感受体110及びこの感受体110に設けられた複数のひずみゲージ及びこのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図1に示すように、感受体(センサコア)110は、円筒部111、第1フランジ112、第2フランジ113等を有して形成されている。
第1フランジ112は、外周面が内筒30の筒状部31の車幅方向外側の端部近傍における内周面と当接し、端面がフランジ部32の車幅方向内側の面部に突き当たった状態で、内筒30に固定されている。
第2フランジ112は、その外周面及び端面が基部50の凹部53内に嵌め込まれた状態で基部50に固定される。
このような構成によって、車輪に作用する力は、実質的に全て感受体110を経由して基部50との間で伝達されるようになっている。
なお、第1フランジ112の厚さ及び第2フランジ113の厚さは、円筒部111の肉厚に対して十分大きくなるように設定される。
Fx検出系は、感受体110の円筒部111に作用する径方向(以下、x軸方向と称する)の力Fxを検出するものである。
Fy検出系は、感受体110の円筒部111に作用するx軸方向と直交する方向の径方向(以下、y軸方向と称する)の力Fyを検出するものである。
Fz検出系は、感受体110の円筒部111に作用する軸方向(以下、z軸方向と称する)の力Fzを検出するものである。
My検出系は、感受体110の円筒部111に作用するy軸回りのモーメントMyを検出するものである。
Mz検出系は、感受体110の円筒部111に作用するz軸回りのモーメントMzを検出するものである。
図3は、実施例の6分力検出装置におけるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。
図4は、実施例の6分力検出装置における力検出系のひずみゲージの配置及びブリッジ回路の構成を示す図である。図4(a)、図4(b)、図4(c)は、それぞれFx検出系、Fy検出系、Fz検出系を示している。
図5は、実施例の6分力検出装置におけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。図5(a)、図5(b)、図5(c)は、それぞれMx検出系、My検出系、Mz検出系を示している。
ひずみゲージ121は、円筒部111の外周面における第1フランジ112側の領域(中間部114に近接した領域)に配置されている。
ひずみゲージ122は、ひずみゲージ121を通りかつ円筒部111の軸方向と平行な直線上に配置され、円筒部111の外周面における第2フランジ113側の領域(中間部115に近接した領域)に配置されている。
ひずみゲージ123は、ひずみゲージ122からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ122に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ124は、ひずみゲージ121からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ121に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ131は、Fx検出系のひずみゲージ121に対して、円筒部111の中心軸回りに90度ずらして配置されている。
ひずみゲージ132は、Fx検出系のひずみゲージ122に対して、円筒部111の中心軸回りに90度ずらして配置されている。
ひずみゲージ131とひずみゲージ132とは、円筒部111の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ133は、ひずみゲージ132からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ132に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ134は、ひずみゲージ131からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ131に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ141は、Fx検出系のひずみゲージ121、122の中間に配置されている。
ひずみゲージ142,143,144は、それぞれひずみゲージ141に対して、円筒部111の中心軸回りの位相が、90度、180度、270度ずれた位置に配置されている。
ひずみゲージ151は、Fy検出系のひずみゲージ131に対して、円筒部111の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ152は、Fy検出系のひずみゲージ132に対して、円筒部111の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ151とひずみゲージ152とは、円筒部111の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ153は、ひずみゲージ152からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ152に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ154は、ひずみゲージ151からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ151に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ161は、Fx検出系のひずみゲージ121に対して、円筒部111の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ162は、Fx検出系のひずみゲージ122に対して、円筒部111の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ161とひずみゲージ162とは、円筒部111の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ163は、ひずみゲージ162からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ162に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ164は、ひずみゲージ161からみて円筒部111の中心軸回りに180度ずらした位置(ひずみゲージ161に対して円筒部111の中心軸対称な位置)に配置されている。
ひずみゲージ171は、Fz検出系のひずみゲージ141、142の中間に配置されている。
ひずみゲージ172は、Fz検出系のひずみゲージ142,144の中間に配置されている。
ひずみゲージ173,174は、それぞれひずみゲージ172,171に対して、円筒部111の中心軸対称となる位置に配置されている。
比較例の説明において、実施例と実質的に対応する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図3は、比較例の車輪作用力検出装置を有するハブベアリングユニットの断面図である。
比較例のハブベアリングユニット1Aにおいては、基部50に突出部54を設けておらず、内側シール70は、外輪20の筒状部21の車幅方向内側の端部近傍における内周面と、内輪30の筒状部31の車幅方向内側の端部近傍における外周面との間に組み込まれている。
これによって、熱膨張の差からひずみゲージにセンサオフセットが生じてしまう。
(1)外側シール60を感受体110の第1フランジ112が固定された内輪30側に設け、内側シール70を感受体110の第2フランジ113が固定された基部50側に設けることによって、外側シール60において発生した熱は内輪30を介して感受体110の第1フランジ112へ伝導し、内側シール70において発生した熱は基部50を介して感受体110の第2フランジ113へ伝導するため、感受体110の一方側のみが熱せられて熱平衡が崩れ、センサオフセットが生じることを防止できる。
(2)外側シール60から感受体110の第1フランジ112への熱伝導量と、内側シール70から第2フランジ113への熱伝導量とが実質的に等しくなるように、内輪30及び基部50の形状及び材質を設定することによって、上述した効果を確実に得ることができる。
(3)基部50をサスペンション装置のアップライトに固定するとともに、外輪20に車輪が締結されるハブ10を固定することによって、車両の車輪に作用する力を、車両を実際に走行させながら精度よく検出することができる。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)実施例において、回転体の作用力検出装置は、例えば自動車の車輪作用力を検出する6分力検出装置であったが、本発明はこれに限らず、車輪以外の回転体への作用力を検出する装置にも適用することができる。
また、実施例においては6分力を検出しているが、計測の目的に応じて1〜5分力を検出する構成としてもよい。
(2)実施例における感受体へのひずみゲージの配置やブリッジ回路の構成は一例であって、適宜変更することが可能である。例えば、実施例のようにFx及びFy検出用に単軸ひずみゲージを設ける構成に代えて、せん断歪ひずみゲージをもちいてもよい。
(3)実施例のように回転体の作用力検出装置を車両のハブベアリングユニットに組み込む場合、ハブベアリングユニットの構成は適宜変更することができる。例えば、各部材の形状、構造、材質、配置や、軸受の種類などは適宜変更することができる。
1A ハブベアリングユニット(比較例)
10 ハブ 11 筒状部
11a スプライン穴 12 フランジ部
12a 開口 13 カラー部
20 外輪 21 筒状部
22 フランジ部 22a ネジ穴
30 内輪 31 筒状部
32 フランジ部
40 転動体 41,42 保持器
50 基部 51 筒状部
52 フランジ部 52a 開口
52b 貫通孔
60 外側シール 70 内側シール
100 6分力検出装置 110 感受体
111 筒状部112 第1フランジ
112a ネジ孔 113 第2フランジ
113a ネジ孔 114 中間部
115 中間部 R1〜R8 R部
121〜124 Fx検出系の単軸ひずみゲージ(参考例)
131〜134 Fy検出系の単軸ひずみゲージ(参考例)
141〜144 Fz検出系の単軸ひずみゲージ
151〜154 Mx検出系の単軸ひずみゲージ
161〜164 My検出系の単軸ひずみゲージ
171〜174 Mz検出系のせん断形ひずみゲージ
Claims (3)
- 第1の端部及び第2の端部の間にひずみゲージが貼付される筒状部が形成された感受体と、
前記感受体の前記第1の端部に固定された第1の固定部材と、
前記感受体の前記第2の端部に固定された第2の固定部材と、
前記筒状部と実質的に同心に配置された回転軸回りに前記第1の固定部材に対して相対回転する回転部材と、
前記第1の固定部材に対して前記回転部材を回転可能に支持する転がり軸受と
を備える回転体の作用力検出装置であって、
前記転がり軸受の一方の端部に隣接して配置され前記回転部材と前記第1の固定部材との間隔をシールする第1のシール手段と、
前記転がり軸受の他方の端部に隣接して配置され前記回転部材と前記第2の固定部材との間隔をシールする第2のシール手段と
を備えることを特徴とする回転体の作用力検出装置。 - 前記第1のシール手段から前記感受体の前記第1の端部への熱伝導量と、前記第2のシール手段から前記感受体の前記第2の端部への熱伝導量とが実質的に等しくなるよう前記第1の固定部材、前記第2の固定部材の形状及び材質を設定したこと
を特徴とする請求項1に記載の回転体の作用力検出装置。 - 前記第2の固定部材は車両のサスペンション装置に取り付けられ、
前記回転部材には車輪が締結されるハブが設けられること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転体の作用力検出装置。
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