(57)【要約】【課題】低コストで造れる車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現する。【解決手段】車輪支持用転がり軸受ユニット１と荷重測定装置２とを備える。この荷重測定装置２は、永久磁石１４と、少なくとも１対のセンサ１５ａ、１５ｂと、演算器とを備える。この永久磁石１４の着磁状態は、回転方向に関して均一である。又、上記各センサ１５ａ、１５ｂは、それぞの検出部に、通過する磁束の密度の変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子を設置している。更に、上記演算器は、上記各センサ１５ａ、１５ｂの出力信号に基づいて、外輪３とハブ４との間に作用するラジアル荷重の方向及び大きさを求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪支持用転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有し、使用状態でも回転しない外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有し、使用状態で車輪を結合固定してこの車輪と共に回転するハブと、これら両列の内輪軌道と上記両列の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、上記ハブの軸方向内端部に支持固定された永久磁石と、上記外輪の軸方向内端部に嵌合固定したカバーの内面の一部に支持された、少なくとも１対のセンサと、演算器とを備えたものであり、
上記永久磁石は、少なくとも外周面を上記ハブと同心の円筒面とし、回転方向に関する着磁状態を一定としたものであり、
上記各センサは、それぞれの検出部に、通過する磁束の密度の変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子を設置したものであって、上記カバーの内面の一部に支持する事により、測定すべきラジアル荷重の作用方向に対応して、上記永久磁石の径方向に関して互いに反対位置で、それぞれの検出部をこの永久磁石に対向させており、
上記演算器は、上記永久磁石の径方向に関して互いに反対位置に配置されて互いに対となるセンサの出力信号に基づいて、上記外輪と上記ハブとの間に作用するラジアル荷重の方向及び大きさを求める、
車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
磁気検出素子がホール素子である、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、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、この車輪に加わるラジアル荷重の方向及び大きさを測定して、車両の安定運行に寄与する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行安定性を確保する為の装置として従来から、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）、更には電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）が広く使用されている。これらの走行安定化装置を構成する為に、車輪の回転速度、車体に加わる加速度、ヨーモーメント等の複数の状態量をそれぞれ別のセンサにより測定して、１個の制御器に送り込んでいる。そして、この制御器は、上記各状態量に応じて、エンジンの出力を制御する他、各車輪の制動力を互いに関連付けて（但し、場合により異なる制動力に）制御する。
【０００３】
上述の様な走行安定化装置の性能をより一層向上させる為には、各車輪に加わる荷重を測定する事が効果があると考えられる。例えば、各車輪に加わるラジアル荷重を測定し、各車輪に関するラジアル荷重の分布に応じて、これら各車輪の制動力を調節すれば、車両の走行安定性を、より一層向上させられるものと考えられる。この様な走行安定化の為に利用可能な転がり軸受ユニット用荷重測定装置として従来から、例えば特許文献１〜４に記載されたものが知られている。
【０００４】
このうちの特許文献１に記載された荷重測定装置では、非接触式の変位センサにより、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する１対の軌道輪部材である、外輪とハブとの径方向の相対変位量を測定する。そして、この相対変位量に基づいて、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める。
【０００５】
又、特許文献２に記載された荷重測定装置では、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブに、断面Ｌ字形の被検出体を外嵌固定し、この被検出体の軸方向側面と外周面とに、外輪に支持固定したセンサの検出部を対向させている。そして、このセンサにより、この外輪と上記ハブとの間の、径方向の相対変位量を測定し、これら両方向の相対変位量に基づいて、上記外輪と上記ハブとの間に加わるラジアル荷重を求める。
【０００６】
又、特許文献３に記載された荷重測定装置では、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、複列に配置された転動体の公転速度を、１対のセンサにより測定する。そして、これら両列の転動体の公転速度同士の間に存在する違いに基づいて、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める。
【０００７】
更に、特許文献４に記載された荷重測定装置では、特性が変化する位相を測定すべき荷重の作用方向に対応して漸次変化させた特殊なエンコーダの被検出面に１対のセンサの検出部を、この作用方向に離隔させた状態で対向させる。そして、これら両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める。又、上記特許文献４には、特性が変化するピッチを測定すべき荷重の作用方向に対応して漸次変化させた特殊なエンコーダの被検出面に１個のセンサの検出部を対向させる構造に就いても記載されている。この様な構造の場合には、このセンサの出力信号のデューティ比の変化に基づいて、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪とハブとの間に加わる、ラジアル荷重を求める。
【０００８】
以上に述べた特許文献１〜４に記載された様な、従来の荷重測定装置の場合には、高価な非接触式の変位センサを使用（特許文献１、２に記載された発明の場合）したり、特殊なエンコーダを使用（特許文献３、４に記載された発明の場合）したりする為、コストが嵩む。特に、センサを小型化する為に永久磁石製のエンコーダを使用する場合には、当該エンコーダの着磁領域を正確に規制する事が難しく、コストを大きく上昇させる原因となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開２００４−４５２１９号公報
【特許文献３】特開２００５−３３１４９６号公報
【特許文献４】特開２００６−１１３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、低コストで造れる車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置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】
【００１１】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、車輪支持用転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有し、使用状態でも回転しない外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有し、使用状態で車輪を結合固定してこの車輪と共に回転するハブと、これら両列の内輪軌道と上記両列の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備える。
又、上記荷重測定装置は、上記ハブの軸方向内端部に支持固定された永久磁石と、上記外輪の軸方向内端部に嵌合固定したカバーの内面の一部に支持された、少なくとも１対のセンサと、演算器とを備える。
又、上記永久磁石は、少なくとも外周面を上記ハブと同心の円筒面とし、回転方向に関する着磁状態を一定としている。
又、上記各センサは、それぞれの検出部に、通過する磁束の密度の変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子を設置している。この磁気検出素子は、例えば請求項２に記載した様に、ホール素子（ホールＩＣを含む）とする。又、上記各センサのうち、対となるセンサを、上記カバーの内面の一部に支持している。そして、上記永久磁石の径方向に関して互いに反対位置で、それぞれの検出部をこの永久磁石に対向させている。この様に対となるセンサを配置する方向（対となるセンサを離隔させる方向）は、測定すべきラジアル荷重の作用方向とする。
上記演算器は、上記永久磁石の径方向に関して互いに反対位置に配置されて互いに対となるセンサの出力信号に基づいて、上記外輪と上記ハブとの間に作用するラジアル荷重の方向及び大きさを求める。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置の場合には、低コストで造れる。即ち、被検出面を備える永久磁石の形状及び着磁パターンが単純で、この永久磁石の加工（着磁作業）が容易になる為、この永久磁石を含む荷重測定装置の製造コストを低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態の第１例］
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、車輪支持用転がり軸受ユニット１と荷重測定装置２とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット１は、互いに同心に配置された外輪３及びハブ４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちの外輪３は、外周面に外向フランジ状の取付部６を、内周面に複列の外輪軌道７、７を、それぞれ有する。この様な外輪３は、使用状態で上記取付部６を懸架装置に固定して回転しない。又、上記ハブ４は、外周面の軸方向外端部（軸方向に関して「外」とは、懸架装置への取付状態で、車体の幅方向外側となる側を言い、図１の左側。反対に、懸架装置への取付状態で、車体の幅方向中央側となる側を、軸方向に関して「内」と言う。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）に車輪を結合固定する為の結合フランジ８を、軸方向中間部乃至軸方向内端部に複列の内輪軌道９、９を、それぞれ有する。そして、上記各転動体５、５を、これら両内輪軌道９、９と上記外輪軌道７、７との間に、両列毎に複数個ずつ、保持器１０、１０により保持した状態で、転動自在に設けている。更に、上記各転動体５、５を設置した内部空間１１の軸方向外端側開口部を、上記外輪３の軸方向外端部に内嵌したシールリング１２により塞いでいる。更に、この外輪３の軸方向内端部を、金属板に絞り加工を施す等により、有底円筒状に形成した、カバー１３により塞いでいる。
【００１４】
又、上記荷重測定装置２は、永久磁石１４と、１対ずつ２組、合計４個のセンサ１５ａ〜１５ｄと、図示しない演算器とを備える。このうちの永久磁石１４は、全体を円板状に形成する事で、外周面を円筒面とすると共に、軸方向に着磁している。従って、上記永久磁石１４の着磁状態は、回転方向に関して一定である。この様な永久磁石１４は、上記ハブ４の軸方向内端面に、接着等により、このハブ４と同心に支持固定して、このハブ４と共に回転自在としている。
【００１５】
又、上記各センサ１５ａ〜１５ｄは、上記カバー１３を構成する底板部１６の内面に、基板１７を介して支持固定している。本例の場合には、上下方向（Ｚ軸方向）のラジアル荷重と前後方向（Ｘ軸方向）のラジアル荷重とを測定する事を意図している。この為、上記各センサ１５ａ〜１５ｄのうち、第１組を構成する１対のセンサ１５ａ、１５ｂを、上記底板部１６の内面のうちで、上記永久磁石１４を上下両方向から挟む（但し、上下方向に重畳する必要はない）位置に支持固定している。これに対して、第２組を構成する１対のセンサ１５ｃ、１５ｄを、上記底板部１６の内面のうちで、上記永久磁石１４を前後両方向から挟む（但し、前後方向に重畳する必要ない）位置に支持固定している。これら各センサ１５ａ〜１５ｄは、それぞれの検出部に、通過する磁束の密度の変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子であるホール素子を組み込んだもので、このホール素子の特性変化に対応して変化する信号を出力する。この様な各センサ１５ａ〜１５ｄの検出部、即ち、上記ホール素子は、前記外輪３と前記ハブ４との間にラジアル荷重が作用せず、これら外輪３とハブ４とが径方向に相対変位していない中立状態で、上記永久磁石１４の中心軸をその中心とする単一仮想円上に存在する。即ち、上記中立状態で、この永久磁石１４の径方向に関する上記各センサ１５ａ〜１５ｄに組み込んだホール素子の中心位置を、この永久磁石１４の中心軸をその中心とする単一仮想円上に位置させている。
更に、前記演算器は、車体側に設けた、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＥＳＣ等の制御器中に組み込んだもので、上記各センサ１５ａ〜１５ｄの出力信号に基づいて、上記外輪３と上記ハブ４との間に作用する、上下方向及び前後方向のラジアル荷重を求める。
【００１６】
上述の様に構成する本例の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、次の様にして、各車輪と懸架装置との間に設けた車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求められる。先ず、このラジアル荷重が加わると、上記外輪３と上記ハブ４とが、前記各転動体５、５と、外輪、内輪両軌道７、９との弾性変形に基づいて、径方向に相対変位する。そして、上記外輪３の径方向に関して、上記永久磁石１４の外周面の位置と、上記各センサ１５ａ〜１５ｄの検出部の位置とが相対変位する。一方、上記永久磁石１４の軸方向両端面同士の間で出入りする磁束の密度の分布は、この永久磁石１４を基準として見た場合には、一定のままである。従って、上記各センサ１５ａ〜１５ｄの検出部での磁束密度は、上記外輪３と上記ハブ４との相対変位に伴って変化する。そして、この磁束密度の変化に伴って、上記各センサ１５ａ〜１５ｄの出力信号が変化する。
【００１７】
例えば、車体側から上記外輪３に大きなラジアル荷重が加わり、この外輪３が上記ハブ４に対し、図１で下方に変位した場合に就いて考える。この場合には、上下に配置した１対のセンサ１５ａ、１５ｂのうち、上側のセンサ１５ａの検出部と上記永久磁石１４の外周面との、上記外輪３の径方向に関する距離が縮まる。これに対して、下側のセンサ１５ｂの検出部と上記永久磁石１４の外周面との、上記外輪３の径方向に関する距離が広がる。この結果、上記上側のセンサ１５ａの出力信号のレベルが増大（或いは低下）すると同時に、上記下側のセンサ１５ｂの出力信号のレベルが低下（或いは増大）する。この為、上記１対のセンサ１５ａ、１５ｂの出力信号（の差）に基づいて、上記外輪３と上記ハブ４との相対変位量、延てはこれら外輪３とハブ４との間に作用するラジアル荷重を求められる。尚、上記１対のセンサ１５ａ、１５ｂの出力信号の差の変化量とこのラジアル荷重の大きさとの関係は、予め実験により、或いは計算により求めて、上記演算器にインストールするソフトウェア中に組み込んでおく。前後方向のラジアル荷重に就いても、前後方向に配置した１対のセンサ１５ｃ、１５ｄの出力信号に基づいて、同様の処理により求められる。
前述の様に構成し、上述の様に作用する本例の転がり軸受ユニット用荷重測定装置の場合には、前述した理由により、低コストで造れる。
【００１８】
［実施の形態の第２例］
図４〜５は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、永久磁石１４ａを円環状に形成し、この永久磁石１４ａを径方向に着磁している。着磁方向は全周に亙り一定としている。この様な本例の構造でも、上述した第１例の場合と同様にして、上下方向及び前後方向のラジアル荷重を求められる。
尚、本発明を実施する場合に、一方向（例えば、上下方向又は前後方向）のラジアル荷重のみを求めれば足りるのであれば、センサは１対のみ設ければ良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】図１のＸ部拡大図。
【図３】図２の左方から見た図。
【図４】本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。
【図５】図４の左方から見た図。
【符号の説明】
【００２０】
１    車輪支持用転がり軸受ユニット
２    荷重測定装置
３    外輪
４    ハブ
５    転動体
６    取付部
７    外輪軌道
８    結合フランジ
９    内輪軌道
１０    保持器
１１    内部空間
１２    シールリング
１３    カバー
１４、１４ａ  永久磁石
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  センサ
１６    底板部
１７    基板
【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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