(57)【要約】  適用される力とモーメントに応じて適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転を可能とする複数の異方性スプリング領域１１２を組み合わせたフランジアセンブリ１０４で適用構造１０６に固定されたベアリングアウターレース又はカップ１０２を含む荷重検出ベアリングアセンブリ１００。ベアリングアウターレース又はカップ１０２及びフランジアセンブリ１０４が配置された１セットのセンサーモジュール１１６は、測定結果を得て、それによりベアリングアウターレース又はカップ１０２にかかる半径方向の力、推力、傾斜モーメントを決定することができる。
2009507244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するための支持構造物であって、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きが可能なように設定されている異方性スプリング領域を少なくとも１つ含むもの、
前記支持構造物上に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２】
前記１セットのセンサーモジュールが、前記ベアリングアウターレースに適用された半径方向力に対応する１セットの信号を発するように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３】
前記１セットのセンサーモジュールが、前記ベアリングアウターレースに適用された推力に対応する１セットの信号を発するように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項４】
前記１セットのセンサーモジュールが、前記ベアリングアウターレースに適用された傾斜モーメントに対応する１セットの信号を発するように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項５】
前記１セットのセンサーモジュールが、変位センサー、ひずみセンサー、回転センサーからなる群より選ばれる少なくとも１つのセンサーモジュールを含む、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項６】
前記１セットのセンサーモジュールが、さらに、温度センサー、速度センサー、加速度計及び振動センサーからなる群より選ばれる少なくとも１つのセンサーモジュールを含む、請求項５に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項７】
前記１セットのセンサーモジュールが、メカニカルセンサー、光学センサー、電気光学センサー、光ファイバーセンサー、容量センサー、誘導センサー、抵抗センサー、ピエゾ抵抗センサー、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）センサー、振動ワイヤーセンサー、超音波センサー、磁気センサー、磁歪センサー、共鳴センサー、トンネルセンサー、原子間力センサー、又は半導体センサーからなる群より選ばれる少なくとも１つのセンサーモジュールを含む、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項８】
前記１セットのセンサーモジュールが、クォーターブリッジセンサー、ハーフブリッジ、又はフルブリッジセンサーからなる群より選ばれる少なくとも１つのセンサーモジュールを含む、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項９】
前記１セットのセンサーモジュールのうち、少なくとも１つのセンサーモジュールが前記支持構造物内に配置されている、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１０】
前記１セットのセンサーモジュールのうち、少なくとも１つのセンサーモジュールが前記支持構造物の外面に配置されている、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１１】
前記１セットのセンサーモジュールのうち、少なくとも１つのセンサーモジュールが前記支持構造物の空隙を越えて配置されている、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１２】
前記支持構造物が、前記適用構造と一体に形成されている、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１３】
前記ベアリングアウターレースが、前記支持構造物と一体に形成されている、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１４】
前記支持構造物が、さらに、前記ベアリングアウターレースの長手方向軸周りに等距離間隔に配置された複数の異方性スプリング領域を含む、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１５】
前記異方性スプリング領域の少なくとも１つが、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の半径方向の変位が可能となるように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１６】
前記異方性スプリング領域の少なくとも１つが、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の軸方向変位が可能となるように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１７】
前記異方性スプリング領域の少なくとも１つが、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の回転が可能となるように設定された、請求項１に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１８】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するためのフランジアセンブリであって、環状内フランジと環状外フランジを含み、当該環状内フランジと環状外フランジは空隙で分けられているもの、
前記空隙を越えて前記環状内フランジを環状外フランジに結合する少なくとも１つの異方性スプリング領域であって、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きが可能となるように設定されているもの、
前記フランジアセンブリ上に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項１９】
前記空隙を越えて、少なくとも１つのセンサーモジュールが配置されている、請求項１８に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの異方性スプリング領域が、
軸ばり、
前記環状内フランジを前記軸ばりの第１長手方向末端に結合する内横ばり、
前記環状外フランジを、前記第１末端の反対側である前記軸ばりの第２長手方向末端に結合する外横ばり
を含み、
前記軸ばり、前記内横ばり、及び前記環状内フランジにより内溝が規定され、
前記軸ばり、前記外横ばり、及び前記環状外フランジにより外溝が規定される、
請求項１８に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２１】
少なくとも１つのセンサーモジュールが、前記内横ばりの半径方向中心線に実質的に配向した前記内横ばりの表面に配置された、請求項２０に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２２】
少なくとも１つのセンサーモジュールが、前記外溝の半径方向中心線に実質的に配向した前記外溝を越えて配置された、請求項２０に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの異方性スプリング領域が、
接続要素、
前記接続要素の両端を前記環状内フランジに結合する一組の半径方向内スポーク、
前記接続要素を前記環状外フランジに接続する半径方向外スポークであって、前記接続要素の半径方向中心線に配向しているもの、
を含み、
前記一組の半径方向内スポーク、前記接続要素、及び前記環状内フランジにより閉鎖溝が規定される、
請求項１８に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのセンサーモジュールが、前記接続要素と前記環状内フランジの間の半径方向中心線上の前記閉鎖溝を越えて配置された変位センサーである、請求項２３に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２５】
前記１セットのセンサーモジュールが、各前記半径方向内スポークと前記半径方向外スポーク間の前記接続要素の表面に配置された少なくとも一組のひずみセンサーモジュールを含む、請求項２３に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２６】
前記１セットのセンサーモジュールが、前記ベアリングアウターレースに動作可能に結合された少なくとも一つの速度センサーを含む、請求項２３に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの異方性スプリング領域が、前記環状内フランジを前記環状外フランジに結合する半径方向スポークを含み、当該半径方向スポークは、当該半径方向スポークの第１面の幅にわたる第１の溝、及び、該第１面の反対側の半径方向スポークの第２面の幅にわたる第２の溝を含み、当該第１の溝は前記環状内フランジに隣接し、当該第２の溝は前記第１の溝の半径方向外側に位置している、請求項１８に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２８】
前記１セットのセンサーモジュールが、前記ベアリングアウターレースに動作可能に結合された少なくとも一つの速度センサーを含む、請求項２３に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項２９】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するための支持構造物であって、前記ベアリングアウターレースの長手方向軸に平行な複数のスロットを備える環状異方性スプリング領域を含み、当該スロットは前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きが可能であるように設定されているもの、及び
前記スロット内に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３０】
さらに、前記スロット内に弾性充填材料を含む、請求項２９に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３１】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記ベアリングアウターレースの円周周りに等距離間隔に配置され、前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するための複数の突出フランジであって、それぞれ、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きを可能とする、突出フランジの半径方向中心線に配向したスロットを含むもの、及び
前記スロット内に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３２】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、              
適用構造において特大開口部内に前記ベアリングアウターレースを固定するための矩形支持構造物であって、オフセット側面を有するもの、及び
各前記オフセット側面と前記適用構造間に結合された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３３】
前記適用構造と前記ベアリングアウターレース間の特大開口部内に弾性材料が配置されている、請求項３２に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３４】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記ベアリングアウターレースの円周周りに等距離間隔に配置された、前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するための複数の取り付け柱であって、それぞれ、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きを可能とする、前記適用構造と接触する軸方向に高くなった面を含み、及び
前記複数の取り付け柱の少なくとも１つの側面に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３５】
適用構造に取り付ける荷重検出ベアリングアセンブリであって、
ベアリングアウターレース、
前記適用構造に前記ベアリングアウターレースを固定するための環状支持構造物であって、前記ベアリングアウターレースと前記適用構造間の限定された範囲の動きが可能なように設定されている少なくとも一つの異方性スプリング領域を規定する複数のスロットを含むもの、
前記環状支持構造物に配置された１セットのセンサーモジュールであって、前記ベアリングアウターレースに適用された力とモーメントに対応する１セットの信号を発するように設定されているもの、
を含む荷重検出ベアリングアセンブリ。
【請求項３６】
前記１セットのセンサーモジュールが、１セットの変位センサーモジュールと１セットのひずみセンサーモジュールを含み、
前記各変位センサーモジュールが、前記複数のスロットの一つの半径方向中心線を越えて配置され、且つ、
前記各ひずみセンサーモジュールが、前記環状支持構造物と前記適用構造間の取り付け点に隣接して配置されている、請求項３５に記載の荷重検出ベアリングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００５年９月６日に提出された米国特許出願第１１／２１９，９３３号及び２００５年１０月２１日に提出された米国特許出願第６０／７２９，１５４号について優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概してベアリングに関し、特に、ベアリング荷重を監視する装置が使用する応答信号を提供するために、適用される力とトルクを監視するセンサーを用いて設定されているベアリングアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明のベアリングアセンブリは、車両力学制御システム（車両安定制御システム）、車両転覆防止システム、タイヤインテグリティ（tire-integrity）監視システム、道路状況監視システム及び車両サスペンション制御システムなど様々な用途において、ベアリングの半径方向力、推力、傾斜モーメント、回転速度及び温度の測定に用いて良い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
様々な用途において、運転中のベアリングアセンブリにかかる荷重や荷重の種類は、ベアリングやベアリングアセンブリに付属した物についての重要な情報を提供できる。例えば、自動車業界では、電気信号の形態での、ベアリング荷重情報が、車両の運転状況を監視するための車両力学制御（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＶＤＣ）システムに利用され、当該システムが、車輪に与えるトルクを制御できるようにしている。米国特許第５，１４０，８４９号においてフジタらにより開示された転がりベアリングは、ベアリングに適用される一般的な荷重を監視するために二つのひずみゲージを利用している。しかし、当該フジタらのベアリングアセンブリは、圧延装置産業や工作機械工業において高水準なＶＤＣ電気システムやプロセッサ制御システムにより要求される多面的なデータを提供することができない。
【０００５】
ヨシカワらの米国特許第４，７４８，８４４号には、自動車産業に関連し、主車輪が取り付けられたハブに固定された複合要素荷重セル組織（cell structure）からなる、荷重検出装置が開示されている。当該荷重セル組織は、前記車輪の前記タイヤとともに回転するように取り付けられている。しかしながら、ヨシカワらの米国特許第４，７４８，８４４号に開示されている装置は、高水準なＶＤＣ電気装置や他のその様な監視装置を適切に機能させるのに必要とされる全ての荷重や全てのトルクを示す信号を提供することができない。特に、前記装置は、前記車輪の回転する軸に対して垂直な、一つの面のみにおいてひずみゲージを用いている。結果として、当該装置の当該ひずみゲージからの信号は、車の横滑りや転がりを引き起こす傾向のある前記力を検出することができない。
【０００６】
鉄鋼生産業では、鉄鋼圧延工場では、鉄鋼圧延プロセスにおけるローラーに関連した速度や荷重を操作するために電気的処理及び制御が利用されている。具体的には、圧延は、ローラーのベルト滑りの兆候や特定のローラーの組に高い荷重やトルクがかかっている兆候に関するベアリングのフィードバック（feedback）が必要である。
【０００７】
同様に、工作機械産業では、プログラマブル  コントローラー（programmable controller）やプロセッサが、様々な圧延機械、切断機械、及びボール盤の支軸（spindle）に関連した速度や荷重を監視し、制御する。コンピューター制御された工作機械は、切断機械やボール盤の動作が鈍くなっていないか又は切断や穴開けの力、トルク及び速度が設定された適切な研削作業の限界を超えていないかを評価するために、支軸を支えるベアリングにかかる力やトルクの量を監視する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に示す詳細な説明は例示であり、本発明を限定するものではない。この記載は、当業者が本発明を理解し利用できるようにするものであり、本発明を実施するための最良の形態と現在考えられるものを含め、本発明のいくつかの実施形態、適応、変化、代案及び使用を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１Ａ及び１Ｂは、本発明の一般的な荷重検出ベアリングアセンブリ１００を示している。荷重検出ベアリングアセンブリ１００は、通常、インナーレース又はコーン（図示せず）及び転動体（図示せず。これらに限定されないが、テーパー状、円筒状、玉状、針状や球面状などいずれの転動体であってもよい）を支持するように構成される。荷重検出ベアリングアセンブリ１００は、Ｙ軸周りにどの方向も向くことができるベアリングアウターレース又はカップ１０２、及び、フランジアセンブリ１０４の対応するボルト穴１１０に固定された適当な数の取り付けボルト１０８で、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を適用構造１０６に取り付けるためのフランジアセンブリ１０４を含む。典型的なベアリング構造は、ベアリングアセンブリ製品のＵＮＩＰＡＣ−及びＴＳ−型であり、オハイオ州、キャントンのティムケンカンパニーにより販売されている。当業者は、本発明を適用構造にベアリングアウターレース又はカップのような外部構造が固定された多様なベアリングタイプや形態に利用してもよいことがわかるだろう。
【００１０】
フランジアセンブリ１０４は、環状内フランジ１０４Ａ及び環状外フランジ１０４Ｂからなり、該環状内フランジ１０４ａ及び環状外フランジ１０４ｂは、環状フランジ１０４ａ及び１０４ｂ間に配置されこれらを結合する、１セットの環状に配置された異方性スプリング領域１１２によって結合されている。当業者は、環状内フランジ１０４ａは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と一体化して形成されても良く、対応して、環状外フランジ１０４ｂは、適用構造１０６と一体化して形成されても良いことが分かるだろう。
【００１１】
図１Ａに示す様に、４つの等間隔に配置された異方性スプリング領域１１２が、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間に配置されて描かれているが、本発明の範囲内であればより多く又は少なくしても良い。異方性スプリング領域１１２間に配置された空隙１１４は、異方性スプリング領域１１２の変形を容易にし、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの限定された範囲の変位及び／又は回転を可能とする。基本的に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａは、環状外フランジ１０４ｂ内にぶら下がっており、そのため、ベアリングアウターレース又はカップ１０２内に支持された転動体からベアリングアセンブリ１００に適用される力及び／又はモーメントは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対して、変位及び／又は回転させる。
【００１２】
当業者は、異方性スプリング領域は、多様な形状や材料により構成されていても良く、以下に示す様々な実施形態の様な形態でも良く、また、ウェブ（web）や弾性材料を含んでいても良いことが分かるだろう。各異方性スプリング領域の働きは、上述したように環状外フランジ１０４ｂと支持する適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの、限定された範囲の変位及び／又は回転を可能にすることである。
【００１３】
環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａの変位及び／又は回転を測定し監視するために、空隙１１４を越えて１セットのセンサーモジュール１１６が配置され、環状内フランジ１０４ａを環状外フランジ１０４ｂに結合している。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ及びＭｚ）を代表する測定結果を提供できるように、変位、回転、又はひずみの測定が可能な、少なくとも１つのセンサーユニットを含む。異方性スプリング領域１１２により提供される変形の量は、センサーモジュール１１６が、測定しようとする特定の適用された力及び／又はモーメントを検出及び測定できる量でなければならない。
【００１４】
センサーモジュール１１６は、状態監視などベアリングアセンブリ１００が使用される最終的な用途において重要な、温度センサーや他の種類のセンサー（例えば、速度センサーや加速度計）をも含んでいて良い。熱補償のためにセンサーモジュール１１６に温度センサーが用いられるときは、関連したひずみセンサーに近接して設けられることが好ましい。当業者は、センサーモジュール１１６に用いられるセンサーユニットは、例えば、これらに限定されないが、金属箔、ピエゾ抵抗、ＭＥＭＳ、震動ワイヤー、容量センサー、誘導センサー、光学センサー、超音波センサー等のいかなる適切なひずみ、変位、回転、又は温度センサー技術を用いても良いことが分かるだろう。同様に、公知のクォーターブリッジ、ハーフブリッジ、又はフルブリッジのひずみセンサーを用いても良い。
【００１５】
センサーモジュール１１６のセットから蓄積された信号は解析され、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に適用される半径方向力要素（Ｆｘ及びＦｚ）、推力要素（Ｆｙ）、傾斜モーメント要素（Ｍｘ及びＭｚ）及びベアリング温度（センサー１１６のセットに少なくとも１つの温度センサーが含まれている場合）の測定結果を生ずることが好ましい。具体的には、センサーモジュール１１６のセットは、少なくとも５つの自由度Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚの測定結果のうち１つを提供することが好ましい。温度の測定結果は、最終的な用途における測定パラメータとして直接使用すると共に、センサーモジュール１１６のセンサーユニットにおける既知の熱的効果を補償するために用いても良い。
【００１６】
図１Ａ及び１Ｂの実施形態において、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアセンブリ１００のＹ軸周りの様々な方向とすることができる。異方性スプリング領域１１６は、センサーモジュール１１６のセットにより得られる値を増減するために、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状外フランジ１０４ｂ間の動きを増すための様々な従来の構造をとっても良い。また、異方性スプリング領域１１２は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００にかかる力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、又はモーメントＭｘ、Ｍｚの値を決定するためのデータを得ることを要求される特定の力を増減するためにベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状外フランジ１０４ｂ間の特定の動きのみを増す様な構造であっても良い。
【００１７】
当業者は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に作用する力とモーメントの値を決定するための本発明のベアリングアセンブリ１００に関連したセンサーモジュール１１６のセットからの信号を解析するための多くの方法があることを理解するだろう。例えば、有限要素解析は、センサーモジュール１１６から提供される信号を解析し、各３つの力の要素Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、及び２つのモーメントの要素Ｍｘ、Ｍｚとして数値に変換する。他の解析手段も従来技術において知られており、本発明の範囲内である。従来技術において知られている経験的な方法も、適用される力やモーメントに準じてセンサーモジュール１１６からの信号を調整するために用いても良い。
【００１８】
本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００と様々な他の実施形態の一般的な前提は、適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している構造は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とボルト１０８又は適用構造１０６への他の取り付け点間に少なくとも１つの異方性スプリング領域１１２を含むことである。適用構造１０６からベアリングアウターレース又はカップ１０２をぶら下げている異方性スプリング領域１１２により、ベアリングアセンブリ１００に適用される力及び／又はモーメントは、適用構造１０６に対してベアリングアウターレース又はカップ１０２を変位及び／又は回転させるだろう。ベアリングアウターレース又はカップ１０２、異方性スプリング領域１１２、又は支持構造の周りに戦略的に配置された１セットの変位、回転、及び／又はひずみセンサー１１６は、相対的なベアリングアウターレース又はカップの変位、ひずみ、及び／又は回転を測定する。センサーモジュール１１６のセットからの信号は、適用される半径方向力、推力及び傾斜モーメントの値を発するのに用いられる。
【００１９】
以下の図２Ａから図１５Ｃに関する記載は、適用される半径方向力、推力、傾斜モーメント、及び／又はベアリング温度を代表する信号を生ずるための１セットのセンサーモジュール１１６により監視されるベアリングアセンブリ１００における異方性スプリング領域１１２を定めている上記原則に立脚した、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な他の実施形態を説明するものである。
【００２０】
図２Ａ及び２Ｂは、概して１００ａと表される、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示している。４つの等間隔の異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａの外周周りに配置されている。各異方性スプリング領域１１２の中心は、通常Ｘ軸から約４５度の角度に位置している。各異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａと結合した内横ばり１２０と一端で一体化し、且つ、適用構造１０６に固定された環状外フランジ１０４ｂと結合した外横ばり１２２と反対側の端で一体化し、通常Ｙ軸と平行に配向している、軸ばり１１８を含む。各異方性スプリング領域１１２において、環状内フランジ１０４ａ、内横ばり１２０及び軸ばり１１８は、内溝１２４を規定し、一方、環状外フランジ１０４ｂ、外横ばり１２２及び軸ばり１１８は、外溝１２６を規定する。はりと溝の組み合わせにより、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転が可能である。溝１２４と１２６に弾力材（図示せず）を詰めても良い。弾力材としては、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間で所望の範囲の動きを可能とし、不要なもの（例えば、路上の破片）が溝１２４と１２６に入り込むのを防ぐものを選択することが好ましい。例えば、用途における操作パラメーターを満たすものであれば、ポリウレタン材料を用いても良い。
【００２１】
ベアリングアセンブリ１００ａにおいて、５つのセンサーモジュール１１６ａ〜１１６ｅのセットで、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しする配列をなす。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供するように、変位、回転又はひずみの測定が可能な少なくとも１つのセンサーユニットを含む。
【００２２】
典型的な形態として、センサーモジュール１１６ａは、Ｚ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ａに作用する力Ｆｚについての情報を提供するためのＺ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。センサーモジュール１１６ｃは、Ｘ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ａに作用する力Ｆｘについての情報を提供するためのＸ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。それぞれがＹ軸における変位を測定するための変位センサーである、センサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ、１１６ｅは、Ｙ軸周りに約１２０度の間隔を保ち配置され、センサーモジュール１１６ｄはＺ軸に配向している。変位センサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ、１１６ｅは、一緒になって力ＦｙとモーメントＭｘ、Ｍｚに対する値を決定できるような信号を提供する。
【００２３】
他の典型的な形態として、回転センサーと少なくとも１つのＹ軸変位センサーをセンサーモジュール１１６ａと１１６ｃに組み込むことでセンサーモジュール１１６ｂ、１１６ｄ及び１１６ｅを除いても良い。センサーモジュール１１６ａがＹ軸変位センサーを含む場合、センサーモジュール１１６ａは、Ｚ軸周りの回転と共に、Ｙ方向とＺ方向における変位の測定結果を提供する。測定されたＺ方向における変位は、力Ｆｚについての情報を提供し、測定されたＺ軸周りの回転は、モーメントＭｚについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｃは、同様に、Ｘ方向の変位とＸ軸周りの回転の測定結果を提供する。測定されたＸ方向における変位は、力Ｆｘについての情報を提供し、測定されたＸ軸周りの回転は、モーメントＭｘについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ａのＹ軸変位センサーにより測定されたＹ方向における変位は、力Ｆｙの測定結果を提供するためにＸ軸周りの回転の測定結果と組み合わせることができる。
【００２４】
図３Ａ及び３Ｂは、概して１００ｂと表される、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の同様の実施形態を示している。４つの異方性スプリング領域１１２の代わりに、計３つの等間隔の異方性スプリング領域１１２が、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａの外周周りに配置されている。各異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２を支持している環状内フランジ１０４ａと結合した内横ばり１２０と一端で一体化し、且つ、適用構造１０６に固定されている環状外フランジ１０４ｂと結合した外横ばり１２２と反対側の端で一体化し、通常Ｙ軸と平行に配向した軸ばり１１８を含む。各異方性スプリング領域１１２において、環状内フランジ１０４ａ、内横ばり１２０及び軸ばり１１８は、内溝１２４を規定し、一方、環状外フランジ１０４ｂ、外横ばり１２２及び軸ばり１１８は、外溝１２６を規定する。はりと溝の組み合わせにより、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位及び／又は回転が可能である。溝１２４と１２６に弾力材（図示せず）を詰めても良い。弾力材としては、環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の所望の範囲の動きを可能とし、不要なもの（例えば、路上の破片）が溝１２４と１２６に入り込むのを防ぐものを選択することが好ましい。例えば、用途における操作パラメーターを満たすのであれば、ポリウレタン材料を用いても良い。
【００２５】
ベアリングアセンブリ１００ｂにおいて、５つのセンサーモジュール１１６ａ〜１１６ｅのセットで、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しする配列をなす。各センサーモジュール１１６は、センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供するように、変位、回転又はひずみの測定が可能な少なくとも１つのセンサーユニットを含む。
【００２６】
典型的な形態として、センサーモジュール１１６ｃは、Ｚ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ｂに作用する力Ｆｚについての情報を提供するためのＺ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。センサーモジュール１１６ｂは、Ｘ方向における変位を測定し、ベアリングアセンブリ１００ｂに作用する力Ｆｘについての情報を提供するためのＸ軸に配向した変位センサーを含んでいても良い。それぞれがＹ軸における変位を測定するための変位センサーである、センサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ、１１６ｅは、Ｙ軸周りに約１２０度の間隔を保ち配置されている。変位センサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ、１１６ｅは、一緒になって力ＦｙとモーメントＭｘ、Ｍｚに対する値を決定可能な信号を提供する。
【００２７】
他の典型的な形態として、回転センサーと少なくとも１つのＹ軸変位センサーをセンサーモジュール１１６ｂと１１６ｃに組み込むことでセンサーモジュール１１６ａ、１１６ｄ及び１１６ｅを除いても良い。センサーモジュール１１６ｃがＹ軸変位センサーを含む場合、センサーモジュール１１６ｃは、Ｚ軸周りの回転と共に、Ｙ方向とＺ方向における変位の測定結果を提供する。測定されたＺ方向における変位は、力Ｆｚについての情報を提供し、測定されたＺ軸周りの回転は、モーメントＭｚについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｂは、同様に、Ｘ方向の変位とＸ軸周りの回転の測定結果を提供する。測定されたＸ方向における変位は、力Ｆｘについての情報を提供し、測定されたＸ軸周りの回転は、モーメントＭｘについての情報を提供する。センサーモジュール１１６ｃのＹ軸変位センサーにより測定されたＹ方向における変位は、力Ｆｙの測定結果を提供するためにＸ軸周りの回転の測定結果と組み合わせることができる。
【００２８】
図４Ａ及び４Ｂは、概して１００ｃと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、環状外フランジ１０４ｂは、ボルト穴１１０内に固定されたボルト１０８によって適用構造１０６に固定されている。この実施形態では、異方性スプリング領域１１２は、図２Ａ及び２Ｂで示したものと同一であるが、センサーモジュールの位置、種類及び量が異なっている。具体的には、第１のバリエーションでは、センサーモジュール１１６の配置は、各センサーモジュール１１６が環状内フランジ１０４ａと環状外フランジ１０４ｂ間の空隙１１４を橋渡しした、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状フランジ１０４ａ、１０４ｂのＺ軸に配向した２つの変位及び回転センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ及びＸ軸に配向した２つの変位及び回転センサーモジュール１１６ｃ、１１６ｄを含む。
【００２９】
任意に、１１６ａ’、１１６ｂ’、１１６ｃ’及び１１６ｄ’で表される第２のバリエーションでは、４つの変位及び回転センサーモジュール１１６は、代わりに、軸ばり１１８と環状外フランジ１０４ｂ間の外溝１２６を橋渡しするように４つの各異方性領域１１２の半径方向中心線上に配置されても良い。センサーモジュール１１６ａ’〜１１６ｄ’からの信号は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに利用される。
【００３０】
任意に、１１６ａ”、１１６ｂ”、１１６ｃ”及び１１６ｄ”で表される第３のバリエーションでは、４つのセンサーモジュール１１６は、それぞれ少なくとも１つのひずみセンサーを含み、代わりに、環状内フランジ１０４ａと軸ばり１１８により規定される内溝１２４上の内横ばり１２０上に、４つの各異方性スプリング領域１１２の半径方向中心線上に配置されても良い。センサーモジュール１１６”〜１１６ｄ”からの信号は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに利用される。当業者は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃに作用する２つのモーメントＭｘ及びＭｚと共に、３つの力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚの測定結果を提供するセンサーモジュール１１６の他の組み合わせでも良いことが分かるだろう。
【００３１】
当業者は、ここで説明される荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な実施形態の環状外フランジ１０４ｂは、ボルト１０８とボルト穴１１０を除いて、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に付随する適用構造１０６と一体化して形成されても良いことが分かるだろう。例えば、図５Ａ及び５Ｂに示す様に、適用構造１０６が環状外フランジ１０４ｂと一体化し、環状外フランジ１０４ｂを規定している以外は、荷重検出アセンブリ１００ｄは、図４Ａ及び４Ｂに示された荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｃと実質的に同一である。適用構造１０６の具体的な形状や形態は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｄが用いられる特定の用途によって変わる。
【００３２】
図６Ａ及び６Ｂは、概して１００ｅと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、他の種類の異方性スプリング領域１１２とセンサーモジュール１１６の他の配列を用いている。この実施形態では、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と環状内フランジ１０４ａを荷重検出ベアリング１００ｅの環状外フランジ１０４ｂに結びつけている４つの等間隔の連結部材１２８を含む。各連結部材１２８は、環状外フランジ１０４ｂに結合した１つの半径方向外スポーク１３０、環状内フランジ１０４ａに結合した２つの半径方向内スポーク１３２、及び内と外の半径方向スポーク１３０と１３２を結合している接続要素１３４を含む。閉鎖溝１３６は、各連結部材１２８の環状内フランジ１０４ａ、２つの半径方向内スポーク１３２及び接続要素１３４により規定される。
【００３３】
荷重検出ベアリング１００ｅで用いられるセンサーモジュール１１６の配列は、内と外の環状フランジ１０４ａ、１０４ｂ間の空隙１１４上のＺ軸上に配列した２つの変位センサーモジュール１３８ａと１３８ｃ、及び内と外の環状フランジ１０４ａ、１０４ｂ間の空隙１１４上のＸ軸上に配列した２つの変位センサーモジュール１３８ｂと１３８ｄを含むことが好ましい。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。
【００３４】
図７Ａ及び７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂに示す荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｅの実施形態のバリエーションを示しており、各異方性スプリング領域１１２間で環状外フランジ１０４ａから半径方向の内側にツメ１４２が伸びている。各ツメ１４２は、変位センサー１３８が越えて配置される空隙１１４の幅を狭め、センサーモジュール１１６の配列において変位センサー１３８に取り付け地点を提供する。
【００３５】
図６Ａ〜７Ｂに示された実施形態の第１のバリエーションにおいて、センサーモジュール１１６の配列は、閉鎖溝１３６を越えて環状内フランジ１０４ａと接続要素１３４間に、連結部材１２８の半径方向中心線上に配置された４つの変位センサーモジュール１３８ａ’、１３８ｂ’、１３８ｃ’及び１３８ｄ’を含む。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。
【００３６】
図６Ａ〜７Ｂに示された実施形態の第２のバリエーションにおいて、センサーモジュール１１６の配列は、半径方向外スポーク１３０の反対側の、連結部材１２８の接続要素１３４に配置された８つのひずみセンサーモジュール１４０ａ〜１４０ｈを含む。センサーモジュール１１６のセットが全体として、上述のように、適用される力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）及びモーメント（Ｍｘ、Ｍｚ）の代表される測定結果を提供する。
【００３７】
図８Ａ及び８Ｂは、図７Ａ及び７Ｂに示す荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｆの実施形態のバリエーション１００ｇを示しており、ツメ１４２の一つが除かれ、センサーモジュール１１６の配列が変わっている。１つのセンサーモジュール１１６ａは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向し、第２のセンサーモジュール１１６ｂは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上の第２のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している。速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｇのＸ軸上で環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２と結合している。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ及び１４４の配列と結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップの回転速度と共に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。
【００３８】
図９Ａ及び９Ｂは、概して１００ｈと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、各異方性スプリング領域１１２は、環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２を環状外フランジ１０４ｂ及び適用構造１０６に結合している１つの半径方向スポーク１４６を含む。図９Ａに示すように４つのスポーク１４６が示され、各スポーク１４６は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｈのＹ軸周りに等距離間隔に配置されている。スポークは、上述の同様の異方性スプリング領域構造と大体同じ方法で、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対する環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。
【００３９】
センサーモジュール１１６のセットは、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向している第１のセンサーモジュール１１６ａ、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上の第２のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している第２のセンサーモジュール１１６ｂ、及び第１のセンサーモジュール１１６ａの反対側に、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＺ軸にそろえて半径方向に配向している第３のセンサーモジュール１１６ｃを含む。速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｈのＸ軸上で環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２と結合している。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１４４の配列と結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップの回転速度と共に、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。
【００４０】
図１０Ａ及び１０Ｂは、図９Ａ及び９Ｂに示す実施形態のバリエーションを示しており、速度センサーモジュール１４４は、第２のセンサーモジュール１１６ｂの反対側、環状内フランジ１０４ａと、空隙１１４上のツメ１４２間にＸ軸にそろえて半径方向に配向している第４のセンサーモジュール１１６ｄに変わっている。加えて、各スポーク１４６の構造において、第１の溝１４８がスポーク１４６の一面の幅にわたり形成され、第２の溝１５０が、第１の溝１４８よりも半径方向外側に位置して、スポーク１４６の反対側の面の幅にわたり形成されている。第１及び第２の溝１４８、１５０は、スポーク１４６の構造において“Ｓ”形状の領域を規定する。この構造は、上述の同様の異方性スプリング領域構造と大体同じ方法で、環状外フランジ１０４ｂと適用構造１０６に対する環状内フランジ１０４ａとベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。センサーモジュール１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄのこのような代わりの構造と配列は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられるセンサー信号のセットを提供する。
【００４１】
図１１Ａ及び１１Ｂは、概して１００ｊと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、環状異方性スプリング領域１５２は、環状内フランジ１０４ａを伴うベアリングアウターレース又はカップ１０２と、適用構造１０６に取り付けられた環状外フランジ１０４ｂ間に配置されている。環状異方性スプリング領域１５２は、Ｙ軸と平行にフランジアセンブリ１０４を通り、軸方向に配列し、等距離間隔に配置された４つのスロット１５４ａ〜１５４ｄのセットを含む。スロット１５４ａ及び１５４ｃは、Ｚ軸に垂直であり、一方、スロット１５４ｂ及び１５４ｄは、荷重検出ベアリング１００ｊのＸ軸に垂直である。各スロット１５４ａ〜１５４ｄには、柔らかい又は弾性的な充填物１５６が詰められている。
【００４２】
適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の変位と回転の測定結果を得るために、少なくとも１つのセンサーモジュール１１６が各スロット１５４ａ〜１５４ｄの中心に配置され、１セットのセンサーモジュール１１６が、環状異方性スプリング領域１５２の周りに配置されている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。
【００４３】
図１２Ａ及び１２Ｂは、概して１００ｋと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、フランジアセンブリ１０４は環状ではなく、代わりにベアリングアウターレース又はカップ１０２から半径方向外側に広がり、異方性スプリング領域１１２を規定する等距離間隔の４つの一連の突出フランジ１５８を含む。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｋは、適用構造の受け入れ刻み目１６０に各突出フランジ１５８を固定することによって適用構造１０６に固定されている。ボルト１０８は、重なり止め金具（overlapping retaining clip）１６２のボルト穴１１０を通って、適用構造１０６と結合している。
【００４４】
荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｋに作用する力とモーメントを測定するために、各突出フランジ１５８には、スロット１６４内にセンサーモジュール１１６が配置されたスロット１６４を備えている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。
【００４５】
図１３Ａ及び１３Ｂは、概して１００ｌと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、通常ベアリングアウターレース又はカップ１０２は、フランジアセンブリ１０４と一体化している。フランジアセンブリ１０４は、実質的に矩形で、切頂角１６６と内側オフセット側面１６８を有している。フランジアセンブリ１０４の切頂角１６６に隣接するボルト穴１１０は、適用構造１０６に荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌを取り付けるためのボルト１０８を受ける。
【００４６】
図１３Ｂに最もよく見られるように、適用構造１０６の特大開口部１７０が、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌを受ける。シーリング（sealing）目的のために荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌと適用構造１０６との隙間に、柔らかい弾性材料１７２を充填することができる。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌのボルト穴１１０とベアリングアウターレース又はカップ１０２間の領域は、異方性スプリング領域１１２を規定する。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｌに作用する力とモーメントを測定するために、フランジアセンブリ１０４の各オフセット側面１６８と適用構造１０６との間に１セットのセンサーモジュール１１６が配置されている。センサーモジュール１１６は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するのに十分なそれぞれ少なくとも１つの変位及び／又は回転センサーを含んでも良いし、又はひずみセンサーを含んでいても良い。
【００４７】
図１４Ａ及び１４Ｂは、概して１００ｍと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、異方性スプリング領域１１２は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２から突き出ている４つの等距離間隔の半径方向の取り付け柱１７４により実質的に形成されている。４つの取り付け柱１７４は、通常矩形断面を有し、４つの側面１７６を規定し、ベアリングアセンブリ１００ｍを適用構造１０６に固定するためのボルト１０８を受けるための軸方向に高くなった面１７８を通るボルト穴１１０を含む。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｍに作用する力とモーメントを測定するために、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と適用構造１０６との間の少なくとも１つの取り付け柱１７４の側面１７６に１セットのセンサーモジュール１１６が配置されている。センサーモジュール１１６のセットは、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いられる信号を提供するために置かれている十分な数の変位及び／又はひずみセンサーを含む。
【００４８】
図１５Ａ〜１５Ｃは、概して１００ｎと表される、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリ１００の他の実施形態を示しており、フランジアセンブリ１０４は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と一体化した環状部材１８０の形をとっており、ボルト穴１１０を通ったボルト１０８によって適用構造１０６に結合している。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎは、シーリング目的で、ベアリングアウターレース又はカップ１０２と適用構造１０６の間の環状空間に適合する弾性材料の輪１７２を含むことができる。異方性スプリング領域１１２は、適用構造１０６に対するベアリングアウターレース又はカップ１０２の限定された範囲の変位と回転を可能とする。荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎの異方性スプリング領域１１２は、それぞれ環状部材１８０を通り等距離間隔に配置された１セットのスロット１８２により規定され、荷重検出ベアリングアセンブリ１００ｎのＹ軸から共通の直径を有し、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とボルト穴１１０の間に半径方向に配置されている。
【００４９】
ベアリングアセンブリ１００ｎに作用する力とモーメントを測定するために、複数の変位センサーモジュール１３８及び／又は複数のひずみセンサーモジュール１４０を含む１セットのセンサーモジュール１１６が、異方性スプリング領域１１２内に配置されている。各変位センサーモジュール１３８は、環状部材１８０の前面１８４の各スロット１８２の半径方向中心線を越えて置かれている。図１５Ａに関連した図１５Ｃに最もよく見られるように、環状部材１８０の背面１８６には、ひずみセンサーモジュール１４０が、隣接するスロット１８２の各端とおよそ配列されたボルト穴１１０の両側に、ボルト穴１１０と共通の円周上に配置されている。センサーモジュール１１６のセットと結合された異方性スプリング領域１１２のこのような代わりの配列と種類は、ベアリングアウターレース又はカップ１０２に作用する３つの力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚ並びに２つのモーメントＭｘ及びＭｚの値を計算するのに用いることができるセンサー信号のセットを提供する。
【００５０】
図１Ａ〜１５Ｃは、Ｙ軸周りの円周方向において９０度ごとの周期的対称性（例えば、円周周りに４周期）を有する荷重検出ベアリングアセンブリ１００の様々な実施形態を示していることが分かり、これに限定されないが、１２０度（例えば、円周周りに３周期）、６０度（例えば、円周周りに６周期）、４５度（例えば、円周周りに８周期）など、他の周期的対称性も可能である。加えて、ここで示した様々な典型的な実施形態において、ベアリングアウターレース又はカップ１０２とフランジアセンブリ１０４は、通常荷重検出ベアリングアセンブリ１００が取り付けられている適用構造１０６から分離した部品であるが、本発明の範囲内であれば、ベアリングアウターレース又はカップ１０２、異方性スプリング領域１１２、１５２、及びフランジアセンブリ１０４は、適用構造１０６と一体に形成されていても良い。
【００５１】
当業者は、示された様々な実施形態における１セットのセンサーモジュールの各個々のセンサーモジュール１１６は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００に作用する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ並びにモーメント力Ｍｘ及びＭｚの少なくとも１つを決定するために必要となる、ひずみ、変位、回転、又は温度など、これらに限定されないが、様々な種類の情報を検出するための一つのセンサーユニット又は多数のセンサーユニットを含んでいても良いことがわかるだろう。全ての実施形態において、センサーモジュールのセットに含まれるセンサーユニットは、任意に状態監視のために震動や温度の監視に用いても良い。任意に、１つ以上の温度センサーユニットがセンサーモジュール１１６のセットに含まれていても良く、ひずみ、変位又は他のセンサーユニットへの熱的効果を補償するための温度情報を提供するために、ひずみ、変位又は他のセンサーユニットに近接していることが好ましい。
【００５２】
当業者は、必要な測定結果を得るために、本発明の範囲内において、いかなるひずみ、変位、回転又は温度センサー技術を用いても良いことがわかるだろう。例えば、これらに限定されないが、抵抗、光学センサー、容量センサー、誘導センサー、ピエゾ抵抗、磁歪、ＭＥＭＳ、振動ワイヤー、圧電性及びアコースティックセンサー（acoustic sensor）などのひずみセンサーが、好適であり、本発明の範囲内において用いても良い。同様に、公知のクォーターブリッジ（quauter-bridge）、ハーフブリッジ（half-bridge）、フルブリッジ（full bridge）センサーユニットを用いても良い。
【００５３】
本発明の様々な実施形態で示されたセンサーモジュールの特定の位置は、ある程度は調整しても良い。センサー信号を３つの力、２つのモーメント、任意の温度信号及び／又は任意の速度信号に変換するのに用いられている信号処理ソフトウェアの調整可能な性質のため、センサーモジュールの微調整又は位置のずれは、前記解析ソフトのパラメーターの調整により補償が可能である。
【００５４】
上記各実施形態において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の長手方向軸に対して特定される。これらの軸は、荷重検出ベアリングアセンブリの実施形態の説明のためのものであり、本発明の特定の配向を決定したり要求するものではない。すなわち、例えば、上記各実施形態において述べたように、異方性スプリング領域、センサーモジュール、フランジアセンブリ及びベアリングアウターレース又はカップ間の通常の関係が保たれていれば、荷重検出ベアリングアセンブリ１００の軸中心線は、どの方向になっていても良い。
【００５５】
上記の点から、いくつかの目的が達成され、他の有益な結果が得られた。本発明の範囲を逸脱しない限り、上記構造は種々変更可能であり、上記記載に含まれる又は関連した図に示された全ての事項は、説明に役立つものとしてであり、限定の意味では判断されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
明細書の一部を成す添付の図面において、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部に沿った断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の他の形態の荷重検出ベアリングアセンブリの正面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＡ−Ａ部分に沿った断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａの荷重検出ベアリングアセンブリのＢ−Ｂ部分に沿った断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【国際調査報告】
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