(57)【要約】【課題】構造が簡単であって組み付け工数の低減が図れ、また、直交する３軸方向の荷重の検知を行うことが可能な軸受装置を提供する。【解決手段】固定側となる外輪部材２３と、可動側となる内側回転部材１０と、２列の転動体３，３とを有する軸受装置である。外輪部材２３の外周側であって２列の転動体３，３の各列に対応する位置に、ＡＥセンサからなる振動センサ５，６が並んだ状態で設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側となる外輪部材と、可動側となる内側回転部材と、当該外輪部材と当該内側回転部材との間に配設される２列の転動体と、を有する車輪用軸受装置であって、前記外輪部材の外周側であって前記転動体の各列に対応する位置に振動センサが並んだ状態で設けられたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記振動センサは、前記転動体と当該転動体用の軌道との間の接触状態をＡＥ信号として検知するＡＥセンサとされ、並んだ状態で設けられる前記２つの振動センサは、前記外輪部材の外周側の頂部に設けられている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
並んだ状態で設けられる２つの振動センサが、さらに、前記外輪部材の外周側の側部にも設けられている請求項２に記載の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、作用する荷重の方向を検出することのできる車輪用軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行や制動等の制御を行うために種々の情報が必要とされており、そのような情報を得るために、車輪用の軸受装置にセンサを設けることが提案されている。軸受装置は、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材と、車体側に固定される車体側軌道部材と、これら両軌道部材の間に配設される転動体とを有しており、例えば、特許文献１に示すように、車輪側軌道部材のフランジ部に歪みゲージを貼り付けて軸受装置に作用する荷重の情報を取得するものがある。
【０００３】
また、車体側軌道部材と車輪側軌道部材との相対的な変位を変位センサにより求め、作用する荷重を測定するものがある。例えば、特許文献２において、外輪部材に形成した貫通孔に変位センサを挿入し、２列の転動体の間において変位センサにより内側の車輪側軌道部材の変位を検知するものがある。
【特許文献１】特開２００３−２４６２０１号公報（図１）
【特許文献２】特開２００４−４５２１９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されている構成は、回転する車輪側軌道部材に歪みゲージが設けられているので、作用する荷重の方向を正確に検知することができないという問題点を有している。特に、車体側軌道部材（外輪）の軸心と車輪側軌道部材（内輪）の軸心とが傾く（ねじり）方向の荷重（Ｙ軸方向の荷重：旋廻力）を検知することができない。
【０００５】
また、特許文献２に記載されている構成は、変位センサを用いるために、外輪部材に貫通孔を形成し、さらには内側の回転部材に被検出部材を別途設ける必要があり、部品点数が増加し、構造が複雑化してしまう。特に変位センサの取り付け精度、被検出部材の取り付け精度が高く要求されるという問題点がある。また、変位センサにより２列の転動体の間において測定を行うため、車体側軌道部材の軸心と車輪側軌道部材の軸心とが傾く方向の荷重を精度良く検知できないという問題点がある。
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であって組み付け工数の低減が図れ、また、直交する３軸方向の荷重の検知を行うことが可能な軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するためのこの発明の車輪用軸受装置は、固定側となる外輪部材と、可動側となる内側回転部材と、当該外輪部材と当該内側回転部材との間に配設される２列の転動体とを有する車輪用軸受装置であって、前記外輪部材の外周側であって前記転動体の各列に対応する位置に振動センサが並んだ状態で設けられたことを特徴としている。このような構成の軸受装置によれば、外輪部材の外周側に振動センサを設けるのみであるため、軸受装置本体に別途孔開け等の加工を施す必要がなく、構造が簡素化され、組み付け工数を低減することができる。従って、既存の軸受装置に対しても適用することができる。また、外輪部材の軸心と内側回転部材の軸心とが傾く方向の荷重（軸心方向となるＹ軸方向の荷重）を精度良く検知できる。
【０００８】
また、前記振動センサは、前記転動体と当該転動体用の軌道との間の接触状態をＡＥ信号として検知するＡＥセンサとされ、並んだ状態で設けられる前記２つの振動センサは、前記外輪部材の外周側の頂部に設けられるのが好ましい。この構成によれば、圧力センサとは異なり予圧の調整が不要である。また、荷重が作用することで２列の転動体における接触状態のパターン（形態）が異なるため、これを各転動体においてＡＥ信号として検知し、２つのＡＥセンサの出力パターンの違いにより、前記のＹ軸方向の荷重、およびＹ軸に直交方向のＺ軸方向の荷重を正確に検知することができる。
【０００９】
また、並んだ状態で設けられる前記２つの振動センサを、さらに、前記外輪部材の外周側の側部にも設けるのが好ましく、この構成により、軸受装置の前後水平方向となるＸ軸方向の荷重の検知が正確に行え、直交する３軸（ＸＹＺ）方向の荷重の検知を精度良く行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の車輪用軸受装置によれば、露出状態にある外輪部材に対して振動センサを外付けにより設置することができ、軸受装置本体に別途孔開け等の加工を施す必要がなく、構造が簡素化され、組み付け工数を低減することができる。また、既存の軸受装置に対しても適用することができると共に、直交する３軸方向の荷重の検知を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明の一実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。この軸受装置は、車体（図示せず）側と固定される車体側軌道部材１と、車輪（図示せず）が取り付けられる車輪側軌道部材２と、これら軌道部材１，２の間に配設される２列の転動体３ａ，３ｂとを備えている。なお、軸受装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
【００１２】
車輪側軌道部材２は、図示しない車輪（ホイール）が取り付けられる軸状のハブ４と、ハブ４の一端部側外周面に嵌合させた内輪部材１６とを有している。このハブ４と内輪部材１６とで内側回転部材１０が構成されている。ハブ４は、他端部側に径方向外方のフランジ部１１が形成されており、このフランジ部１１には車輪を取り付けるためのボルト７が取り付けられている。ハブ４の外周面には第１の内輪軌道２４ａが形成され、またハブ４に外嵌させた前記内輪部材１６に第２の内輪軌道２４ｂが形成され、これらをもって２列の内輪軌道が構成されている。
【００１３】
車体側軌道部材１は、軸受の外輪を構成する外輪部材２０を有し、この外輪部材２０は、内周面に外輪軌道２３ａ，２３ｂが形成される筒部２２と、この筒部２２の外周面に形成され固定側部材（図示せず）と固定される径方向外向きのフランジ部２１とを有している。つまり、外輪部材２０が軸受装置において固定側となり、前記内側回転部材１０が可動側となる。筒部２２の内周面には、第１の内輪軌道２４ａおよび第２の内輪軌道２４ｂの夫々に対応するよう、第１の外輪軌道２３ａと第２の外輪軌道２３ｂが２列で形成されている。前記フランジ部２１は、第１の外輪軌道２３ａと第２の外輪軌道２３ｂとの間の軸方向中間位置に対応する筒部２２の外周面側に設けられている。
【００１４】
そして、外輪部材２０の筒部２２の外周側であって転動体３ａ，３ｂの各列に対応する位置に、振動センサ５，６が並んだ状態で（並列状態となるよう）設けられている。つまり、２つの振動センサ５，６が、外輪部材２０の筒部２２の外周側において、軸心方向となるＹ軸方向に平行な方向に所定の間隔で並んで配設されている。
なお、「筒部２２の外周側」とは、筒部２２の外周面上に接するよう振動センサ５，６が設けられる場合の他に、図示しないが、筒部２２の外周面に凹部を設け、その凹部に振動センサ５，６の先端部を埋設するような場合をも含む。
【００１５】
そして、前記振動センサ５，６は、転動体３ａ，３ｂと、転動体用軌道、つまり、外輪部材２０の外輪軌道２３ａ，２３ｂおよび内側回転部材１０の内輪軌道２４ａ，２４ｂとの間の接触状態をＡＥ信号として検知するＡＥセンサとすることができる。この場合、これら２つの振動センサ５，６の各々は、その径方向内方の転動体３ａ，３ｂの挙動をＡＥ信号として検知する。そして、２つで１組とする振動センサ５，６を用いることで、後に説明するように、軸受装置にある方向から荷重が作用した場合に生ずる２列の転動体３ａ，３ｂの挙動の異同パターンの違いにより、前記荷重の方向を検知することができる。すなわち、荷重が作用した際に生じる転動体３ａ，３ｂの接触状況の変化に応じたセンサ５，６の出力が、図２（イ）に示されるように、２つの振動センサ５，６で異なる（反対となる）場合や、図２（ロ）に示されるように、２つの振動センサ５，６が同時に同じとなる場合等、出力パターンの違いにより作用する荷重の方向を検出することができる。
【００１６】
そして、図３の横断面図に示されるように、並んだ状態で設けられる２つの振動センサ５，６は、車体側軌道部材１の筒部２２外周側の頂部２２ａに設けられている。つまり、この１組の振動センサ５，６は、Ｙ軸とＺ軸とを含む鉛直面上に、軸受装置の径方向内方を検知方向として配設されている。そして、頂部２２ａの１組の振動センサ５，６により、当該振動センサ５，６の下内方における転動体３ａ，３ｂの接触状況を検知して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の荷重を検出することができる。
【００１７】
また、図３に示される実施の形態では、並んだ状態で設けられる２つの振動センサ５，６を、さらに、車体側軌道部材１の筒部２２外周側の側部２２ｂにも設けている。この側部２２ｂに設けられた第２の１組の振動センサ５，６は、Ｙ軸とＸ軸とを含む水平面上に、軸受装置の径方向内方を検知方向として配設されている。そして、側部２２ｂの１組の振動センサ５，６により、当該振動センサ５，６の横内方における転動体３ａ，３ｂの接触状況を検知して、Ｘ軸方向の荷重をより一層正確に検出できる。
【００１８】
ここで、軸心となるＹ軸と、Ｙ軸に直交するＸ軸およびＺ軸について述べると、車輪用の軸受装置の場合、軸受装置の軸心方向であるＹ軸方向は左右（左右水平）方向となり、Ｘ軸方向が前後（前後水平）方向となり、Ｚ軸方向が高さ方向（鉛直方向）となる。
【００１９】
次に、図１、図２および図４より、これら振動センサ５，６による荷重の検出方法について説明する。なお、図４に示される二点鎖線ｃは、転動体３ａ，３ｂ（玉１７）の設計上の中心線である。車輪用の軸受装置において、図１の矢印Ａに示されるように、Ｙ軸方向に荷重が作用すると、自動車が走行する路面近くに力点が存在することから、支点となる軸受装置には、車体側軌道部材１の軸心と車輪側軌道部材２の軸心とに傾きを生じさせるＹ軸方向（図１の矢印Ｒ方向となるねじれ方向）、または、Ｚ軸方向の荷重が作用する。
矢印Ｒ方向となるＹ軸方向の荷重が作用すると、軸受装置の上部に存在する（頂部２２ａの振動センサ５，６の検知対象となる）転動体３ａ，３ｂにおいて、図１の矢印ａに示されるように、車輪側の転動体３ａには外輪軌道２３ａと離れる方向の力が作用し、一方、図１の矢印ｂに示されるように、内輪部材１６側の転動体３ｂには圧縮力（外輪軌道２３ｂを押圧する力）が作用する。従って、２列の転動体３ａ，３ｂの接触状況は、図４（イ）に示されるようなモデルとなり、相互の接触状況が異なる。その結果、第１のセンサ５と第２のセンサ６は、図２（イ）に示されるように互いに反対向きの出力を発す。つまり、頂部２２ａに設けた１組の振動センサ５，６によりこのような出力が得られると、Ｙ軸方向の荷重が作用したと検出することができる。
【００２０】
また、Ｚ軸方向に平行な正方向の荷重（図１の矢印Ｂ方向の荷重）が作用すると、上部に存在する２列の転動体３ａ，３ｂは共に圧縮力を受け、図４（ロ）に示されるようなモデルとなり、相互の接触状況は同様となり、第１のセンサ５と第２のセンサ６は、図２（ロ）に示されるように同じ方向で同じ大きさの出力を発す（出力値が大きく増加する）。つまり、頂部２２ａに設けた１組の振動センサ５，６によりこのような出力が得られると、Ｚ軸方向に正方向の荷重が作用したと検出することができる。
なお、Ｚ軸方向に平行な負方向の荷重（図１の矢印Ｂと反対の方向の荷重）が作用すると、反対に図４（ハ）のようなモデルとなり、転動体３ａ，３ｂ相互の接触状況は同様であり、第１のセンサ５と第２のセンサ６とは、同じ方向で同じ大きさの出力を発するが、出力値が（初期状態よりも）減少して現れる。この結果により、Ｚ軸方向に負方向の荷重が作用したと検出できる。
さらに、車体側軌道部材１の筒部２２の側部２２ｂに設けた一対の振動センサ５，６においても、上記と同様の作用により、出力値の増加・減少によりＸ軸方向の荷重を検出することができる。このようにして、直交する３軸方向の荷重を検出することができる。
【００２１】
また、２つの振動センサ５，６の出力パターンと、作用する荷重の方向との関係を表１に示す。なお、表１は、車体側軌道部材１の頂部２２ａにのみ１組の振動センサ５，６を設けた場合であり、表２は、頂部２２ａの他に側部２２ｂにも１組の振動センサ５，６を設けた場合を示す。
表１において、側部２２ｂの振動センサ５，６を有さないにもかかわらず、Ｘ軸方向の荷重が検出できるのは、表１に示されるように、頂部の振動センサ５，６の出力パターンが、各軸方向に荷重が作用した場合と異なるからであり、相対的な出力によりＸ軸方向の荷重の検出が可能となる。つまり、２つの振動センサ５，６が共に、Ｚ軸方向に荷重が作用した場合よりも小さい中程度の出力を発し、かつ、両者とも同じ方向の出力を発することにより、Ｘ軸方向に荷重が作用したことを検出する。なお、この検出は、力の向き（正負の方向）までをも検出するのではなく、Ｘ軸方向の荷重が作用したことについての検出が可能となる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る軸受装置を示す縦断面図である。
【図２】２つの振動センサによる得られる出力を示す説明図である。
【図３】本発明の軸受装置の横断面図である。
【図４】各軸方向の荷重が作用した際の転動体のモデル図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  車体側軌道部材
２  車輪側軌道部材
３  転動体
５  振動センサ
６  振動センサ
１０  内側回転部材
２０  外輪部材
２２  筒部
２２ａ  頂部
２２ｂ  側部
２３ａ  外輪軌道
２３ｂ  外輪軌道
２４ａ  内輪軌道
２４ｂ  内輪軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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