(57)【要約】【課題】  個々の転がり軸受ユニット毎に転動体３、３に付与されている予圧が異なったり、或いは、長期間に亙る使用に伴って、この予圧が変化した場合でも、この予圧の値を把握可能にする。そして、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求められる構造を実現する。【解決手段】  外輪１とハブ２との相対変位に基づいて、これら外輪１とハブ２との間に加わる荷重を求める。この荷重を求める為の演算器は、上記相対変位及びこの荷重を求める機能の他、上記各転動体３、３に付与された予圧を求める機能と、この機能により求めた予圧に基づいて、上記変位から荷重を求める際に使用する、これら変位と荷重との関係に関する零点及びゲイン特性を補正する機能とを有する。【選択図】  図１
2006300086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪と共に回転する部分にこの回転側軌道輪と同心に設けられ、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、特性変化のパターンを、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化させている被検出部と、検出部を上記被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応した波形の信号を出力するセンサ装置と、このセンサ装置の出力信号を入力される演算器とを備え、この演算器は、上記出力信号が変化するパターンに基づいて上記変位を求める第一の機能と、この第一の機能により求めた変位から上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を求める第二の機能と、上記各転動体に付与された予圧を推定する第三の機能と、この第三の機能により推定した予圧に基づいて、上記第二の機能で変位から荷重を求める際に使用する、これら変位と荷重との関係に関する零点及びゲイン特性を補正する、第四の機能とを有するものである荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
第三の機能による予圧の推定は、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用していない状態での、各転動体の公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なうものである、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用のハブユニットであり、使用状態では、静止側軌道輪が自動車の懸架装置に支持され、回転側軌道輪であるハブに車輪が結合固定される、請求項２に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
第三の機能による予圧の推定は、車輪を地面から浮上させた状態での、各転動体の公転速度と回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なうものである、請求項３に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
演算器が第一の機能により求める変位は、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間のアキシアル方向の変位であり、第三の機能による予圧の推定は、車両が直進走行中に測定した、各転動体の公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なう、請求項３に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項６】
車両が直進走行中であるか否かを、車体に設置されている舵角センサと加速度センサとヨーレートセンサとのうちから選択された１乃至２以上のセンサの信号に基づいて推定する、請求項５に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項７】
車両が直進走行中であるか否かを、互いに別の車輪の回転速度を表す複数の信号に基づいて推定する、請求項５に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項８】
被検出部は第一、第二の被検出面を備えたものであり、センサ装置は第一、第二のセンサから成るものであり、このうちの第一の被検出面はその特性を、円周方向に関して交互に変化させると共に、この変化の位相を、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化させたものであり、上記第一のセンサは、第一の検出部を上記第一の被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この第一の被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものであり、上記第二の被検出面はその特性を、円周方向に関して交互に、且つ、上記第一の被検出面と同じピッチで変化させると共に、上記測定すべき変位の方向に対応する位相の変化状態を上記第一の被検出面と異ならせたものであり、上記第二のセンサは、第二の検出部を上記第二の被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この第二の被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものであり、演算器は、第一の機能として、上記第一、第二のセンサの出力信号の位相差に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量を求める、請求項１〜７のうちの何れか１項に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項９】
１個の被検出面の特性変化のピッチが、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化しており、センサ装置を構成する１個のセンサの検出部が上記被検出面に対向しており、演算器は、第一の機能として、この１個のセンサの出力信号のデューティ比に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量を求める、請求項１〜７のうちの何れか１項に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
第三の機能による予圧の推定を、各転動体の公転運動に伴う振動の周波数から求められる、これら各転動体の公転速度に基づいて行なう、請求項２〜９のうちの何れか１項に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。或は、各種工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んで、この主軸に加わる荷重を測定し、工具の送り速度等を適切に調節する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、エレクトロニックスタビリティーコントロール（ＥＳＣ、例えばＶＳＣ）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ、ＥＳＣ（ＶＳＣ）等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。
【０００３】
即ち、上記ＡＢＳやＴＣＳ、ＥＳＣ（ＶＳＣ）等の従来の走行状態安定化装置の場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる。言い換えれば、厳しい条件下での性能向上を図るべく、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。
【０００４】
この様な問題に対応すべく、上記フィードフォワード制御等を行なう為には、懸架装置に対して車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに、この車輪に加わるアキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置を組み込む事が考えられる。この様な場合に使用可能な荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットとして従来から、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【０００５】
このうちの特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。この様な従来構造の第２例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。
【０００６】
又、特許文献２には、外輪の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニットとハブに外嵌固定した断面Ｌ字形の被検出リングとにより、上記４個所位置での、上記外輪に対する上記ハブの、ラジアル方向及びアキシアル方向の変位を検出し、各部の検出値に基づいて、このハブに加わる荷重の方向及びその大きさを求める構造が記載されている。
【０００７】
又、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過周波数から転動体の公転速度を求め、この公転速度から、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
【０００８】
更に、特許文献４には、互いに逆方向の接触角を付与された状態で複列に配置された転動体の公転速度に基づいて、外輪等の静止側軌道輪とハブ等の回転側軌道輪との間に作用する、ラジアル荷重或いはアキシアル荷重を測定する、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。
【０００９】
上述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ自体が高価である事と相まって、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献２に記載された構造は、外輪の周方向４個所位置にセンサを設置する為、上記特許文献１に記載された構造よりも更にコストが嵩む。又、特許文献３に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。更に、特許文献４に記載された構造の場合、荷重に基づく公転速度の変化量が小さい為、この荷重の測定精度を向上させる面からは改良が望まれる。
【００１０】
この様な事情に鑑みて特願２００４−２７９１５５号には、荷重の作用方向に配置された１対のセンサの出力信号の位相差に基づき、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明が開示されている。図５〜１２は、上記出願に開示された先発明のうちの２例の構造を示している。これら各先発明に係る構造は、何れも、図５、９に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）して回転する回転側軌道輪であるハブ２を、複数個の転動体３、３を介して回転自在に支持している。そして、このハブ２の中間部にエンコーダ４、４ａを外嵌固定すると共に、上記外輪１の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体３、３の間部分にセンサ５、５ａを、それぞれの検出部を、被検出面である上記エンコーダ４、４ａの外周面に近接対向させた状態で、それぞれ１対ずつ設けている。尚、上記センサ５、５ａの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込む事が適切である。
【００１１】
図５〜７に示した、先発明の第１例の構造の場合、上記エンコーダ４として、永久磁石製のものを使用している。被検出面である、このエンコーダ４の外周面には、Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分とを、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Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との境界は、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、このエンコーダ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Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「く」字形となっている。
【００１２】
又、上記両センサ５、５の検出部が上記エンコーダ４の外周面に対向する位置は、このエンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ５、５の検出部は、上記外輪１の中心軸を含む仮想平面上に配置されている。又、この外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分と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５、５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４、５、５の設置位置を規制している。この様に、上記境界の傾斜方向が変化する部分を上記中央位置に存在させる事で、内外輪の温度差や熱膨張等の変形による誤差（変位が生じていなくても内外輪の温度差によって位相差が生じる、所謂オフセット）を小さく抑えられる様にしている。尚、先発明の第１例の場合には、上記エンコーダ４として永久磁石製のものを使用しているので、上記両センサ５、５側に永久磁石を組み込む必要はない。
【００１３】
上述の様に構成する先発明の第１例の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ５、５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おらず、上記外輪１と上記ハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ５、５の検出部は、図８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５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００１４】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図８の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し｛外輪１とハブ２とがアキシアル方向（軸方向）に相対変位し｝た場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図８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５、５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８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５、５の検出部は、図８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、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５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００１５】
上述の様に先発明の第１例の場合には、上記両センサ５、５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方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ５、５の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第１例の場合には、上記両センサ５、５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方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを求められる。
【００１６】
次に、図９〜１２に示した、先発明の第２例の構造の場合には、ハブ２の中間部に、磁性金属板製のエンコーダ４ａを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ４ａの外周面には、スリット状の透孔６ａ、６ｂと柱部７ａ、７ｂ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６ａ、６ｂと各柱部７ａ、７ｂとは、上記エンコーダ４ａ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、このエンコーダ４ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ４ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔６ａ、６ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔６ｂ、６ｂを形成している。
【００１７】
一方、外輪１の軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に、前記１対のセンサ５ａ、５ａを設置し、これら両センサ５ａ、５ａの検出部を、上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させている。これら両センサ５ａ、５ａの検出部がこのエンコーダ４ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ４ａ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６ａ、６ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部８が、上記両センサ５ａ、５ａ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４ａ、５ａ、５ａの設置位置を規制している。尚、先発明の第２例の場合には、上記エンコーダ４ａが単なる磁性材製である為、上記両センサ５ａ、５ａの側に永久磁石を組み込む必要がある。
【００１８】
上述の様に構成する先発明の第２例の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用（し外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）すると、前述した先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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状態では、上記両センサ５ａ、５ａの検出部は、図１２の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００１９】
これに対して、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図１２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５ａ、５ａの検出部は、図１２の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａ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４ａを固定したハブ２に、図１２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５ａ、５ａの検出部は、図１２の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部８からの軸方向に関するずれが、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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００２０】
上述の様に先発明の第２例の場合も、前述の先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ５ａ、５ａの出力信号の位相がずれる程度は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第２例の場合も、上記両センサ５ａ、５ａ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方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを求められる。
【００２１】
次に、図１３〜１４に示した先発明の第３例の場合には、単一のセンサ５ｂにより外輪１ａとハブ２ａとの間に加わるアキシアル方向の変位を求める構造を示している。本例の場合には、重量の嵩む自動車の駆動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットを対象としている為に、転動体３ａ、３ａとして円すいころを使用している。又、回転側軌道輪であるハブ２ａの中心部に、等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿通する為のスプライン孔９を形成している。そして、上記ハブ２ａの軸方向中間部に、磁性金属材製で円環状のエンコーダ４ｂを外嵌固定している。このエンコーダ４ｂの外周面には、凹部１０、１０と凸部１１、１１とを、円周方向に関して交互に配置している。これら各凹部１０、１０と凸部１１、１１とは、円周方向から見た形状を台形として、それぞれの円周方向に関する幅寸法を、軸方向に関して漸次変化させている。
【００２２】
一方、静止側軌道輪である上記外輪１ａの中間部に形成した取付孔１２に、磁気検知式のセンサ５ｂを挿通し、このセンサ５ｂの先端部に設けた検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ｂの外周面に近接対向させている。上記センサ５ｂの検出信号は、上記検出部の近傍を上記各凹部１０、１０と上記各凸部１１、１１とが交互に通過する事に伴って変化する。そして、付属の波形整形回路により矩形波とされてから、図示しない演算器に送り出される。この様に、波形整形回路から演算器に送り出される、上記センサ５ｂの検出信号の変化のパターン（検出信号のデューティ比＝高電位継続時間／１周期）は、上記検出部が対向する、上記エンコーダ４ｂの外周面の軸方向位置によって変化する。そこで、上記変化のパターンに基づいて、上記外輪１ａと上記ハブ２ａとのアキシアル方向の相対変位、延いてはこれら外輪１ａとハブ２ａとの間に作用するアキシアル荷重を求められる。
【００２３】
次に、図１５は、先発明の第４例として、単一のセンサにより外輪１、１ａとハブ２、２ａと（図１、５、９、１３参照）の間のラジアル方向の変位を求める為の構造を示している。この構造に組み込むエンコーダ４ｃは、磁性金属板により円輪状に形成されたもので、それぞれが径方向外側程円周方向に関する幅が大きくなる、台形の透孔６ｃ、６ｃを、円周方向に関して等間隔に形成している。この様なエンコーダ４ｃの軸方向片側面にはセンサの検出部を、近接対向させる。この様なエンコーダ４ｃを含んで構成する、先発明の第４例の場合、ラジアル荷重に基づいて外輪１、１ａとハブ２、２ａとが径方向に相対変位すると、上記センサの検出信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記外輪１、１ａとハブ２、２ａとの間に加わるラジアル荷重の大きさを求められる。
【００２４】
何れにしても、上述の様な先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットにより求めた変位（ラジアル方向の変位とアキシアル方向の変位との一方又は双方）は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）と関連性を持っている。従って、上記各方向の変位に基づいて、これら各荷重を求められる。又、この様にして求めた荷重は、車輪（タイヤ）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、この求めた荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防する為のフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。
【００２５】
ところで、上述の様にして外輪１、１ａとハブ２、２ａとの間のアキシアル方向或いはラジアル方向の変位、更にはこれら外輪１、１ａとハブ２、２ａとの間に加わるアキシアル荷重或いはラジアル荷重を求める、複列転がり軸受ユニットには、所定の予圧を付与している。この様な予圧の付与は、車輪等の回転部材の支持剛性を高め、この回転部材の回転精度を向上させる為に必要である。又、先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットにより、この転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重或いはラジアル荷重を求める場合、転がり軸受ユニットは、予圧を付された複列転がり軸受ユニットである事が重要になる。予圧を付与されていない（正の内部隙間を有する）転がり軸受ユニットの場合、アキシアル荷重或いはラジアル荷重の大きさとアキシアル方向或いはラジアル方向に関する変位との間に、明確な相関関係がない為、上記アキシアル荷重或いはラジアル荷重を求める事はできない。
【００２６】
この為、先に述べた図５、９、１３に示した構造は、何れも、ハブ２、２ａとして、ハブ本体１３、１３ａと内輪１４、１４ａとを結合固定したものを使用して、各転動体３、３ａに背面組み合わせ形の接触角と共に予圧を付与する様にしている。即ち、上記ハブ本体１３、１３ａの小径段部１５、１５ａに外嵌した上記内輪１４、１４ａを、このハブ本体１３に螺合したナット１６、或いは駆動輪用の複列転がり軸受ユニットと組み合わされる等速ジョイントのスプライン軸の先端部に螺合するナット（図示省略）の緊締に基づき、上記小径段部１５、１５ａの端部に存在する段差面１７、１７ａに向け抑え付けている。そして、上記ナット１６の締め付けトルクを規制する事により、上記ハブ２の外周面に設けられた複列の内輪軌道同士の間隔が、上記外輪１の内周面に設けられた複列の外輪軌道同士の間隔との関係で適正値になる様にして、上記各転動体３、３ａに所望の（適正値の）予圧を付与する様にしている。尚、上記内輪１４、１４ａを上記ハブ本体１３、１３ａに固定する為に、ナットに代えて、このハブ本体１３、１３ａの端部を径方向外方に塑性変形して成る、かしめ部により行なう構造もある。又、外側の内輪軌道をハブ２、２ａと別体の内輪に形成する構造等（例えば第２世代や第２．５世代のハブ）もある。
【００２７】
この様にして上記各転動体３、３ａに付与した予圧が、各複列転がり軸受ユニット同士の間で同じであり、しかも、付与された予圧が適正値のままであれば、特に問題を生じる事はない。これに対して、上記予圧は各複列転がり軸受ユニット毎に微妙に異なる事が避けられないし、一度付与した予圧にしても、長期間に亙る仕様に伴って変化する（低下する）場合がある。そして、予圧の値が異なると、変位と荷重との関係である、零点とゲインとの一方又は双方が変化する。この為、予圧が変化する程度によっては、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を、例えば自動車の走行安定性確保の為に必要とする精度で求められなくなる可能性がある。
【００２８】
【特許文献１】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献２】特開２００４−３９１８号公報
【特許文献３】特公昭６２−３３６５号公報
【特許文献４】特開２００５−３１０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、個々の転がり軸受ユニット毎に転動体に付与されている予圧が異なったり、或いは、長期間に亙る仕様に伴って、この予圧が変化した場合でも、この予圧の値を把握し、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求められる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪と共に回転する部分にこの回転側軌道輪と同心に設けられ、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、特性変化のパターンを、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化させている被検出部と、検出部を上記被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応した波形の信号（例えば矩形波信号）を出力するセンサ装置と、このセンサ装置の出力信号を入力される演算器とを備える。
そして、この演算器は、上記出力信号が変化するパターンに基づいて上記変位を求める第一の機能と、この第一の機能により求めた変位から上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を求める第二の機能と、上記各転動体に付与された予圧を推定する第三の機能と、この第三の機能により推定した予圧に基づいて、上記第二の機能で変位から荷重を求める際に使用する、これら変位と荷重との関係に関する零点及びゲイン特性を補正する、第四の機能とを有する。
【発明の効果】
【００３１】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、前述した先発明の場合と同様に、演算器の第一の機能により静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位を求め、次いで、第二の機能により、これら両軌道輪同士の間に加わる荷重を求める。更に、本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、演算器が、第三の機能により各転動体に加わる予圧を推定し、第四の機能により変位と荷重との関係に関する零点及びゲイン特性を補正する。従って、個々の転がり軸受ユニット毎に転動体に付与されている予圧が異なったり、或いは、長期間に亙る使用に伴って、この予圧が変化した場合でも、上記第二の機能に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重の値を正確に算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、第三の機能による予圧の推定を、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用していない状態での、各転動体の公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なう。
この様に構成すれば、この回転速度の変動に拘らず、上記予圧の推定を正確に行なえる。
【００３３】
又、上述の様な請求項２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用のハブユニットとする。そして、使用状態では、静止側軌道輪を自動車の懸架装置に支持し、回転側軌道輪であるハブに車輪を結合固定する。
この様に構成すれば、上記車輪に加わる荷重を正確に求めて、この車輪を有する車両の走行安定性確保の為の制御を有効に図れる。
【００３４】
又、上述の様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、第三の機能による予圧の推定を、車輪を地面から浮上させた状態での、各転動体の公転速度と回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なう。
この様に構成すれば、車体の重量に基づくラジアル荷重の影響をなくして、静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間（懸架装置と車輪との間）に加わる荷重を求める為に必要な予圧、延ては変位と荷重との関係を表す零点及びゲイン特性を、アキシアル方向の変位とアキシアル荷重とに関する零点及びゲイン特性に限らず、ラジアル方向の変位とラジアル荷重とに関する零点及びゲイン特性に就いても、正確に求められる。
【００３５】
又、上述の様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、演算器が第一の機能により求める変位を、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間のアキシアル方向の変位とする。そして、第三の機能による予圧の推定を、車両が直進走行中に測定した、各転動体の公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係に基づいて行なう。
この様な請求項５に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合には、例えば、請求項６に記載した様に、車両が直進走行中であるか否かを、車体に設置されている、前輪に付与されている舵角を検出する舵角センサと、横方向の加速度を検出する加速度センサと、ヨーレートセンサとのうちから選択された１乃至２以上のセンサの信号に基づいて推定する。
或は、請求項７に記載した様に、車両が直進走行中であるか否かを、互いに別の車輪の回転速度を表す複数の信号に基づいて推定する。
この様にすれば、乗車人数や積載状態の差により、車両重量が大きく変化した場合であっても、上記各転動体に加わる予圧を正確に推定し、アキシアル方向の変位からアキシアル荷重を求める場合に必要となる零点とゲイン特性とを正確に求めて、このアキシアル荷重を正確に求められる。
【００３６】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項８に記載した様に、被検出部を、第一、第二の被検出面を備えたものとし、センサ装置は、第一、第二のセンサから成るものとする。そして、このうちの第一の被検出面はその特性を、円周方向に関して交互に変化させると共に、この変化の位相を、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化させたものとし、上記第一のセンサは、第一の検出部を上記第一の被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この第一の被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものとする。又、上記第二の被検出面はその特性を、円周方向に関して交互に、且つ、上記第一の被検出面と同じピッチで変化させると共に、上記測定すべき変位の方向に対応する位相の変化状態を上記第一の被検出面と異ならせたものとし、上記第二のセンサは、第二の検出部を上記第二の被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この第二の被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものとする。更に、演算器は、第一の機能として、上記第一、第二のセンサの出力信号の位相差に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量を求める。
【００３７】
或いは、請求項９に記載した様に、１個の被検出面の特性変化のピッチを、測定すべき変位の方向に対応して漸次変化させる。そして、センサ装置を構成する１個のセンサの検出部を、上記被検出面に対向させる。更に、演算器は、第一の機能として、この１個のセンサの出力信号のデューティ比に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量を求める。
この様な請求項８或いは請求項９に記載した構造を採用すれば、簡単な構成で、しかも、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量、延いてはこれら両軌道輪同士の間に加わる荷重を、精度良く推定できる。
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項１０に記載した様に、第三の機能による予圧の推定を、各転動体の公転運動に伴う振動の周波数ｚｆc （公転周波数ｆc ×転動体数ｚ）から求められる、これら各転動体の公転速度に基づいて行なう。尚、公転周波数ｆc を直接測定する事により、上記各転動体の公転速度を検出する事もできる。
この様に構成すれば、例えば静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位を検出する変位情報や別途設けた振動センサの検出信号等から上記公転速度を検出できる為、この公転速度を検出する為の公転速度検出用センサ並びに公転速度検出用エンコーダを省略できる。
【実施例】
【００３８】
本発明の実施例に就いて、図１を参照しつつ説明する。尚、本実施例の特徴は、個々の転がり軸受ユニット毎に転動体３、３に付与されている予圧が異なったり、或いは、長期間に亙る使用に伴って、この予圧が変化した場合でも、この予圧の値を把握し、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求められる構造を実現すべく、転がり軸受ユニットに関する組み付け誤差の影響或は経年変化を排除する点にある。静止側軌道輪である外輪１と回転側軌道輪であるハブ２との間のアキシアル方向の変位を推定し、この変位に基づいてこれら外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重を求める事に関する、基本的な構成及び作用に就いては、前述の図９〜１２で示した、先発明の第２例の場合と同様である。就いては、同等部分に関する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴である、上記組み付け誤差或は経年変化の影響を排除する点、及び、上記先発明の第２例の構造と異なる点に就いて説明する。
【００３９】
本実施例の場合、上記ハブ２の中間部外周面に、磁性板製のエンコーダ４ｄを外嵌固定している。このエンコーダ４ｄの軸方向中間部には、それぞれが「く」字形の多数の透孔１８、１８を、円周方向に関して互いに等間隔に形成して、上記エンコーダ４ｄの軸方向中間部の磁気特性を、円周方向に関して等間隔に変化させている。この様なエンコーダ４ｄの構成に就いては、軸方向中間部にリム部８（図１０〜１２参照）が存在しない点以外、上記先発明の第２例と同様である。
【００４０】
一方、上記外輪２の軸方向中間部に取付孔１２ａを、この外輪１の内外両周面同士を連通させる状態で形成している。そして、この取付孔１２ａ内に、４個のセンサ１９ａ〜１９ｄを組み込んだセンサユニット２０を、径方向外方から内方に挿通している。これら各センサ１９ａ〜１９ｄのうち、このセンサユニット２０を構成するホルダ２１の先端面（図１の上端面）にそれぞれ露出した、２個のセンサ１９ａ、１９ｂの検出部は、上記エンコーダ４ｄの外周面（被検出面）に近接対向している。そして、これら両センサ１９ａ、１９ｂの検出信号の位相差により、上記外輪１と上記ハブ２との間のアキシアル方向に関する変位を求め、この変位を、これら外輪１とハブ２との間に作用している荷重を求める為に利用する。この点に就いては、上記先発明の第２例の構造と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００４１】
これに対して、上記センサユニット２０を構成するホルダ２１び先端部内外両側面（図１の左右両側面）にそれぞれ露出した、２個のセンサ１９ｃ、１９ｄは、上記アキシアル方向の変位からアキシアル荷重を求める際に使用する、零点及びゲインに影響する、各転動体３、３の予圧を求める為に利用する。即ち、上記両センサ１９ｃ、１９ｄは、これら各転動体３、３の公転速度を求め、この公転速度から上記予圧を算出する為に利用する。この公転速度を求める為に、複列に配置された上記各転動体３、３を保持した１対の保持器２２ａ、２２ｂの互いに対向する面に、それぞれ公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂを設置している。これら両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂは、被検出面である互いに対向する側面の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、上記２個のセンサ１９ｃ、１９ｄの出力信号は、上記各転動体３、３の公転速度に比例した周波数（反比例した周期）で変化し、この周波数（或いは周期）に基づいて上記各転動体３、３の公転速度を求められる。
【００４２】
本実施例の場合、上記２個のセンサ１９ｃ、１９ｄの出力信号に基づいて上記各転動体３、３の公転速度ｎca、ｎcbを求め、この公転速度ｎca、ｎcbと、前記ハブ２の回転速度ｎi とから、上記各転動体３、３の予圧Ｆ0 を求める。即ち、上記各転動体３、３の接触角αはこの予圧Ｆ0 に応じて変化し（予圧Ｆ0 が大きくなる程、接触角αが大きくなり）この接触角αの変化に伴って上記公転速度ｎca、ｎcbが変化するので、この公転速度ｎca、ｎcbから、上記予圧Ｆ0 を求められる。尚、上記両列の転動体３、３には、互いに同じ予圧Ｆ0 が付与された状態となるので、この予圧Ｆ0 を求める為には、必ずしも両列の転動体３、３の公転速度ｎca、ｎcbを求める必要はない。又、上記ハブ２の回転速度ｎi は、前記エンコーダ４ｄの外周面（被検出面）にその検出部を近接対向させたセンサ１９ａ（又は１９ｂ）の検出信号に基づいて求める事ができる。即ち、このセンサ１９ａ（又は１９ｂ）の検出信号の周波数は、上記ハブ２の回転速度ｎi に比例し、同じく周期はこの回転速度ｎi に反比例する。そこで、何れかの列の転動体３、３の公転速度ｎc と上記ハブ２の回転速度ｎi とから上記予圧Ｆ0 を求める方法に就いて説明する。
【００４３】
上記公転速度ｎc は、一般的に、次の（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・ cosα）／Ｄ｝・（ｎi ／２）＋｛１＋（ｄ・ cosα）／Ｄ｝・（ｎo ／２）  −−−  （１）
この（１）式中、Ｄは上記各転動体３、３のピッチ円直径を、ｄはこれら各転動体３、３の直径を、ｎo は外輪１の回転速度を、それぞれ表している。本実施例の場合、ハブ２が回転し、外輪１は回転しない（ｎo ＝０である）ので、上記公転速度ｎc は、次の（２）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・ cosα）／Ｄ｝・（ｎi ／２）  −−−  （２）
この（２）式中、上記各転動体３、３のピッチ円直径Ｄ、同じく直径ｄは既知（軸受諸元）であり、個々の転がり軸受ユニット毎に殆ど変わらないし、長期間に亙る使用によって変化する値でもない。
【００４４】
従って、上記公転速度ｎc は、上記各転動体３、３の接触角αと、上記ハブ２の回転速度ｎi とによって決まる。又、この接触角αは、各方向の荷重によって変化するが、アキシアル荷重が負荷されていない状況下であれば、ほぼ上記予圧Ｆ0 によって決まる。図２は、予圧Ｆ0 を４９００Ｎ（５００kgf ）〜７８４０Ｎ（８００kgf ）の間で９８０Ｎ（１００kgf ）刻みで変化させた場合に於ける、アキシアル荷重Ｆｙと、上記各転動体３、３の公転速度ｎc と上記ハブ２の回転速度ｎi との比（ｎc ／ｎi ）との関係を示している。この様な図２から明らかな通り、上記各転動体３、３の公転速度ｎc （とハブ２の回転速度ｎi との比）は、上記予圧Ｆ0 により変化する。
【００４５】
尚、上記図２の横軸に表したアキシアル荷重Ｆｙは、自動車の幅方向中央側（内側、インナー側）に向いたアキシアル荷重Ｆｙの値を正（＋）としている。この点を考慮して上記図２を見ればから明らかな通り、アキシアル荷重Ｆｙを支承する側の転動体３、３の公転速度がｎc 、同じく支承しない側の転動体３、３の公転速度ｎc に比べて、上記アキシアル荷重Ｆｙの変化に対応して大きく変化する。これに対して、アキシアル荷重Ｆｙを支承しない側の転動体３、３の公転速度ｎc が、同じく支承する側の転動体３、３の公転速度ｎc に比べて、上記予圧Ｆ0 の変化に対応して大きく変化する。自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、自動車の幅方向中央側に向いて加わるアキシアル荷重Ｆｙの値が、同じく幅方向外側（アウター側）に向いて加わるアキシアル荷重Ｆｙの値よりも大きくなる。尚、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない側の転動体３、３に就いても、予圧Ｆo が残っている事が前提である。
【００４６】
但し、上記接触角αは、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重によっても変化する。図３は、上下方向のラジアル荷重Ｆｚを変化させた場合に於ける、アキシアル荷重Ｆｙと、上記各転動体３、３の公転速度ｎc と上記ハブ２の回転速度ｎi との比（ｎc ／ｎi ）との関係を示している。この様な図３から明らかな通り、上記ラジアル荷重Ｆｚが変化した場合にも上記各転動体３、３の接触角αが変化し、その結果、これら各転動体３、３の公転速度ｎc が変化する。但し、アキシアル荷重Ｆｙが負荷されていない状態では、上記ラジアル荷重Ｆｚの変化に伴う上記公転速度ｎc の変化は小さい。従って、上記アキシアル荷重Ｆｙが負荷されていない状態、若しくは、このアキシアル荷重Ｆｙが小さい状態を判断し、その状態での上記公転速度ｎc を求めてから、上記予圧Ｆ0 を推定すれば、この予圧Ｆ0 に関して、精度の良い推定値を得られる。
【００４７】
この為に例えば、車両が直進走行中に上記公転速度ｎc を求め、この公転速度ｎc に基づいて、前記アキシアル方向の変位から上記アキシアル荷重Ｆｙを求める為の零点及びゲイン特性の補正を行なう。この場合の様に、直進走行中にアキシアル荷重Ｆｙを求める為の零点及びゲイン特性の補正を行なうには、直進走行中に測定した、何れか又は双方の列の各転動体３、３の公転速度ｎca（ｎcb）と、上記ハブ２の回転速度ｎi との比ｎca／ｎi （ｎcb／ｎi ）に基づいて、上記各転動体３、３の予圧Ｆ0 を求める。即ち、直進走行中には転がり軸受ユニットに、アキシアル荷重Ｆｙが殆ど発生していないと考えられるので、この直進走行中に上記補正を実施する。
【００４８】
又、車両の走行状態が直進状態であるか否かは、車両に搭載されている舵角センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ等の情報に基づいて判断できる。直進走行状態であれば、操舵角、横加速度、ヨーレートが、何れもほぼ零となる。従って、上記各センサのうちから選択された１乃至２以上のセンサの信号に基づいて、上記走行状態が直進状態であるか否かを判定する。具体的には、選択されたセンサから得られる情報の何れか、或は総てが、予め規定した閾値以下であれば、直進走行状態であると判定する。尚、操舵角が或る一定の値であっても、走行速度によって、発生するアキシアル荷重は変化する為、舵角センサやヨーレートセンサの検出信号に基づく閾値は、走行速度に応じて可変にする事が望ましい。又、好ましくは、走行速度の変化が小さい、即ち、定速走行時若しくはそれに近い状態の時に、上記零点及びゲイン特性の補正を実施する事が、補正を正確に行なう面から好ましい。定速走行状態にあるか否かは、車輪の回転速度で判断しても良いし、前後方向の加速度を検知する為の加速度センサの検出値から判断しても良い。更に、上記零点及びゲイン特性の補正は、ブレーキが作動していない状態で行なう事が好ましい。この理由は、ブレーキが作動している状態で上記補正を行なうと、キャリパがパッドをディスクに押し付ける荷重が、このディスクを固定したハブ２にも、アキシアル荷重として作用する可能性がある為である。
【００４９】
又、直進走行状態にあるか否かは、左右の車輪の回転速度を検出するセンサ（各転がり軸受ユニットに組み込んだ、アキシアル方向の変位検出用のセンサ１９ａ、１９ｂ）の検出信号に基づいて判断する事もできる。即ち、左右両車輪（を固定したハブ２）の回転速度がほぼ等しければ、車両が直進走行状態であると推定できる。この場合には、アキシアル荷重Ｆｙの算出にも使用する、上記センサ１９ａ、１９ｂの検出信号により直進状態であるか否かを推定するので、この推定作業を、上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する演算器の中だけで（外部から信号を取り入れせずに）行なって、上記零点とゲイン特性との補正を行なえる。
【００５０】
何れにしても、アキシアル荷重Ｆｙが負荷されていない状況、若しくは、アキシアル荷重Ｆｙが小さい状態が分かれば、前述の図２から明らかな通り、予圧Ｆ0 を求められる。即ち、この図２の横軸でアキシアル荷重Ｆｙが０の状態での公転速度比｛（各転動体３、３の公転速度ｎc ）／（ハブ２の回転速度ｎi ）｝から、上記予圧Ｆ0 を求める事ができる。尚、上記図２の特性は、予め実験或いは計算により求めておき、制御器中にマップ等として記憶させておく。この場合に使用する上記公転速度ｎc は、前記両列の転動体３、３の公転速度ｎca、ｎcbのうちの何れでも良い。或いは、両列の公転速度の和と上記ハブ２の回転速度との比｛（ｎca＋ｎcb）／ｎi ｝に基づいて、上記予圧Ｆ0 を求める事もできる。
又、前後方向のラジアル荷重の影響もできるだけ排除する事が好ましい。そこで、好ましくは、アクセル開度が小さい状態、或いは、アクセル開度が一定の状態、更にはブレーキを使用していない状態（ブレーキペダルが踏まれず、ブレーキ液圧が０である等）で、上記予圧Ｆ0 に関する補正を行なう。
【００５１】
更には、上記予圧Ｆ0 を求める作業を、アキシアル荷重Ｆｙが０若しくは小さい状態で求めるのに限らず、アキシアル荷重が負荷されている状態で求める事も可能である。但し、この場合には、図２から明らかな通り、アキシアル荷重Ｆｙを負荷していない側（プラス荷重の場合にはインナー側、マイナス荷重の場合にはアウター側）の列の転動体３、３の公転速度ｎca、ｎcbから上記予圧Ｆ0 を求める事が、この予圧Ｆ0 の精度を確保する面から好ましい。尚、上記アキシアル荷重Ｆｙを負荷している列が、インナー側の列であるか、アウター側の列であるかの判別ができない場合には、やはり図２から明らかな通り、公転速度の遅い列の公転速度を使用して上記予圧Ｆ0 を求めても、アキシアル荷重Ｆｙを負荷していない側の列の公転速度を使用した場合と同様に、上記予圧Ｆ0 を精度良く求める事ができる。何れの場合でも、各転動体３、３に付与されている予圧Ｆ0 が残っている事が、前述の通り、前提となる。
【００５２】
即ち、図２に示す様に、正のアキシアル荷重Ｆｙが作用している状態では、このアキシアル荷重Ｆｙによる公転速度ｎc の変化が、このアキシアル荷重Ｆｙを負荷しないインナー側の列では小さい（アキシアル荷重Ｆｙによる公転速度ｎc の誤差が小さい）。これに対して、負のアキシアル荷重Ｆｙが作用している状態では、このアキシアル荷重Ｆｙによる公転速度ｎc の変化が、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しないアウター側の列では小さい（アキシアル荷重Ｆｙによる公転速度ｎc の誤差が小さい）。この為、アキシアル荷重Ｆｙを負荷せずに接触角αが小さく、公転速度ｎc が遅い列の公転速度ｎc を利用して（ｎc ／ｎi ）、上記予圧Ｆ0 を求められる。逆に、正のアキシアル荷重Ｆｙが作用する状態でのアウター側の列、及び、負のアキシアル荷重Ｆｙが作用する状態でのインナー側の列（或いは、公転速度ｎc の速い列）では、このアキシアル荷重Ｆｙの変化に対する公転速度ｎc の変化量が大きい為、このアキシアル荷重Ｆｙの測定値に誤差がある（予圧Ｆ0 が不明の場合、必然的に誤差が大きくなる）と、上記予庄Ｆ0 の測定に関しても誤差が生じる。
【００５３】
以上の説明は、本発明を外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆｙの測定に使用する構造に適用した場合に就いて説明した。これに対して本発明は、（上下方向或いは前後方向の）ラジアル荷重Ｆｚ、Ｆｘの測定に使用する構造に適用する事もできる。この様なラジアル荷重Ｆｚ、Ｆｘの測定を行なう構造の場合には、エンコーダの被検出面を軸方向側面とし、この被検出面に、例えば図１に示す様な「く」字形の透孔を、内径側半部と外径側半部とで、径方向に対する傾斜方向を互いに逆方向にした状態で設ける。更には、複数方向の荷重（例えば、アキシアル荷重Ｆｙ＋上下方向のラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ＋前後方向のラジアル荷重Ｆｘ、アキシアル荷重Ｆｙ＋上下方向のラジアル荷重Ｆｚ＋前後方向のラジアル荷重Ｆｘ等）を求める構造に関して、本発明を適用する事もできる。この様に、複数方向の荷重を求める構造に就いて本発明を適用する場合には、アキシアル荷重Ｆｙに加えて、他の方向の荷重を考慮しつつ、予圧Ｆ0 の推定を行なう事もできる。
【００５４】
尚、本発明を実施する場合に、経年変化による予圧Ｆ0 の低下（変化）を判断（比較）する為に、この予圧Ｆ0 に関する情報を、変位に基づいて荷重を求める為の演算器のメモリに記憶させておく。このメモリとしては、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリに代表される不揮発性の（電源を切ってもデータが消えない）ものを使用する。そして、転がり軸受ユニットの初期状態の予圧Ｆ0 を上記メモリに記憶しておき、新たに求めた予圧Ｆ0 が初期状態と異なる場合は、この新たに求めた予圧Ｆ0 に基づいて、上記変位から荷重を求める為の零点とゲイン特性とを補正する。この結果、この変位に基づいてこの荷重を、精度良く求められる。尚、この様に、予圧Ｆ0 の変化に基づいて上記零点とゲイン特性とを補正する場合に、この予圧Ｆ0 の変動値（変化分）に対する閾値を設定しておき、この閾値を超えた場合にのみ補正を行なう様にしても良い。又、新たに予圧Ｆ0 を求めた場合に、その値を、随時メモリに書き込んでおき、この予圧Ｆ0 の変動に関する判断を行なう（例えば、急激な予圧低下時に警告を発生する）事もできる。
【００５５】
又、公転速度ｎc の検出方法に就いても、前述の様な、公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂを使用する構造の他、前記各転動体３、３の公転運動に伴う振動の周波数ｚｆc （公転周波数ｆc ×転動体数ｚ）を検出する事で、これら各転動体３、３の公転速度ｎc を求める事もできる。この公転速度ｎc の概略値は、前述の様に測定する前記ハブ２の回転速度ｎi が分かれば、初期接触角αから、前記（１）式を使って求められるし、転動体３、３の数ｚは既知であるので、上記公転運動に伴う振動の周波数ｚｆc の概略値を求められる。そこで、前記外輪１の振動を検出する振動センサの検出信号を、この周波数ｚｆc の概略値近辺の周波数を通過させるバンドパスフィルター（ＢＰＦ）により処理し、この周波数ｚｆc 成分を抽出する事により、上記公転運動に伴う振動の周波数ｚｆc に関する正確な値を求める。
【００５６】
具体的には、前記外輪１と前記ハブ２との間の相対変位を検出する変位情報（１対のセンサの検出信号の位相差が両センサの１周期に対する比に関する情報、或いは１個のセンサの検出信号のデユーティ比に関する情報）、別途設置した振動センサが検出した振動の周波数を表す出力信号、磁歪効果や歪みゲージ等の歪み出力情報を表す信号に、上記周波数ｚｆc の近傍の周波数を通過させるＢＰＦの処理を施す事で、上記公転運動に伴う振動の周波数ｚｆc に関する正確な値を抽出する。尚、上記ＢＰＦの処理を施す前に、この周波数を転動体の数ｚで除して公転周波数ｆc を求め（或いは直接ｆc を測定し）、この公転周波数ｆc から、上記予圧Ｆ0 を求める事もできる。
【００５７】
尚、上記各周波数ｚｆc 、ｆc を検出する場合に、これら各周波数ｚｆc 、ｆc 成分をより顕著に検出可能にする為、上記各転動体３、３に相互差を与える（何れか１個の転動体３の直径を、他の転動体３、３の直径よりも僅かに大きくする）事も有効である。
又、インナー列とアウター列との区別を容易にする為に、両列の周波数ｚｆc （ｆc ）成分を互いに異ならせる事もできる。このうちの周波数ｚｆc 成分を変えるには、上記両列同士の間で接触角、転動体の直径、各転動体のピッチ直径、転動体の数等のうちから選択される１乃至複数の要素を、上記両列同士の間で互い異ならせる（但し、周波数ｆc の場合は、転動体の数を除く）。
【００５８】
又、公転速度検出用エンコーダ（図１に示した公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂのうちの一方又は双方）のみ追加する（公転速度検出の為の専用のセンサ１９ｃ、１９ｄは設けない）事もできる。この場合には、この追加した公転速度検出用エンコーダと、外輪１とハブ２との相対変位を検出する為のセンサ（図１に示したセンサ１９ａ、１９ｂ）とを近接配置して、磁気干渉を起こさせる。そして、この磁気干渉に基づいて、上記外輪１とハブ２との相対変位を検出する為のセンサ（１９ａ、１９ｂ）の検出信号中に、上記各転動体３、３の公転速度を表す情報を混入させる。そして、この公転速度を表す情報を混入した出力信号を、ｆc ×公転速度検出用エンコーダのパルス数の周波数を通過させるＢＰＦにより処理して、上記公転速度を求める事もできる。
【００５９】
図４は、以上に述べた様な、本発明を実施する場合に使用する処理回路の１例を示している。この図４に示した処理回路では、先ず、１対のセンサＡ、Ｂの検出信号に基づいて、外輪１とハブ２（図１）との相対変位（位相差／１周期＝位相差比）を測定する。そして、この位相差比を表す信号に基づいて、これら外輪１とハブ２との間に作用する荷重を求めると共に、この位相差比を表す信号をＢＰＦにより処理して、公転周波数ｚｆc （又はｆc ）を抽出し、各転動体３、３（図１）の公転速度ｎc を求める。又、何れかのセンサＡの出力信号、或いは従来から一般的に使用されているＡＢＳ用のセンサの出力信号から、上記ハブ２の回転速度ｎi を求める。そして、上記公転速度ｎc とこのハブ２の回転速度ｎi との比「ｎc ／ｎi 」を算出し、上記各転動体３、３に付与されている予圧Ｆ0 を求める。この様にして求めた予圧Ｆ0 の値は、上記荷重を算出する為の演算器に設けたメモリに格納すると共に、予圧補正判定回路で、初期の予圧、又は、以前に推定した予圧等と比較して補正を行なうかどうかの判定を行なう。そして、予圧Ｆ0 変動が大きいと判定した場合には、新たに求めた予圧Ｆ0 から求めた零点及びゲイン特性を用いて、荷重変換部で、上記位相差比から上記荷重を求める計算を行なわせる。この様に構成する事により、予圧Ｆ0 の経年変化にも対応可能で、この経年変化に拘らず上記荷重を精度良く求められる、荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現できる。
尚、上記図４に示した処理回路中のメモリは、求めた予圧Ｆ0 だけでなく、この予圧Ｆ0 から求めた零点やゲイン特性や初期の予圧等を格納する事もできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
図１に示した構造は、磁性金属板製のエンコーダ４ｄの外周面のうちで軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれ１対のセンサ１９ｃ、１９ｄの検出部を対向させた構造に就いて示している。但し、本発明は、この様な構造に限らずに実施できる。例えば、前述の図５〜８に示した先発明の第１例の構造の様に、永久磁石製のエンコーダを使用する構造に就いて、本発明を実施する事も可能である。
又、外輪１とハブ２とのアキシアル方向の変動に伴って変化する、１個のエンコーダの出力信号のデューティ比に応じて、この変動の方向及び量を求める構造に、本発明を適用する事もできる。この場合には、例えば図１４に示す様なエンコーダ４ｂを使用する。
この様な構造でも、予圧が変動すると、上記アキシアル方向の変動の方向及び量に基づいて荷重を正確には求められなくなる。これに対して、本発明により予圧に関する補正を行なえば、この予圧の変動が、上記アキシアル方向の変動の方向及び量に基づく荷重の測定精度を悪化させる事を防止できる。
尚、永久磁石製のエンコーダ本体の外周面の着磁領域を台形とした（円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界を軸方向に対し傾斜させた）エンコーダと１個のセンサとを組み合わせた場合も、同様にして、予圧の変動がアキシアル方向の変動の方向及び量に基づく荷重の測定精度を悪化させる事を防止できる。
又、エンコーダとセンサとの組み合わせは、磁気検知式のものに限るものではない。例えば、渦電流式のセンサや光学式のセンサを使用する事もできる。
更には、転がり軸受ユニットに構造に就いても、図示の様な玉軸受ユニットに限らず、複列円すいころ軸受ユニットとする事もできる。
又、センサを、１対の外輪軌道同士の間部分の他、外輪の内端部に配置する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】予圧とアキシアル荷重とが転動体の公転速度に及ぼす影響を示す線図。
【図３】ラジアル荷重とアキシアル荷重とが転動体の公転速度に及ぼす影響を示す線図。
【図４】本発明を実施する場合に使用する処理回路の１例を示すブロック図。
【図５】先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。
【図６】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図７】同じく展開図。
【図８】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。
【図９】先発明の第２例を示す断面図。
【図１０】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図１１】同じく展開図。
【図１２】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。
【図１３】先発明の第３例を示す断面図。
【図１４】この構造に組み込むエンコーダを取り出して示す部分斜視図。
【図１５】先発明の第４例に組み込むエンコーダを軸方向から見た側面図。
【符号の説明】
【００６２】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  転動体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  エンコーダ
５、５ａ、５ｂ  センサ
６ａ、６ｂ、６ｃ  透孔
７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
９    スプライン孔
１０    凹部
１１    凸部
１２、１２ａ  取付孔
１３、１３ａ  ハブ本体
１４、１４ａ  内輪
１５、１５ａ  小径段部
１６    ナット
１７、１７ａ  段差面
１８    透孔
１９ａ〜１９ｄ  センサ
２０    センサユニット
２１    ホルダ
２２ａ、２２ｂ  保持器
２３ａ、２３ｂ  公転速度検出用エンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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