(57)【要約】【課題】温度変化に基づく熱膨張、熱収縮に拘らず、外輪１とハブ２ａとの間に作用する荷重を正確に測定可能な構造を実現する。【解決手段】上記外輪１の径方向反対位置に設けた１対の変位センサ１１ａ、１１ｂにより、上記ハブ２ａのラジアル方向の変位を測定する。そして、この変位に基づいて、上記外輪１とハブ２ａとの間に作用するラジアル荷重を算出する。温度変化に基づく熱膨張、熱収縮時には、上記両センサ１１ａ、１１ｂの検出面とハブ２ａの中間部外周面との距離の合計値が、基準時に対し変動する。そこで、この合計値が変動した場合に、その変動に基づいて上記熱膨張、熱収縮に基づく変位を算出する。この為、温度変化に拘らず、上記荷重を正確に求められる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の転動体を介して相対回転を自在に組み合わされた１対の軌道輪と、これら両軌道輪同士の間の距離の変化に対応して出力を変化させる第一センサと、互いに異なる位置に設置された、それぞれがこれら両軌道輪同士の変位を測定する複数の第二センサと、上記第一センサの出力の変化に基づいて上記１対の軌道輪同士の間に作用する荷重を算出する演算器とを備え、この演算器は、上記各第二センサから送り込まれる出力信号に基づき、温度変化に伴う上記両軌道輪同士の間の距離の変化を補償して上記荷重を算出する機能を有する転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項２】
複数の第二センサが、１対の軌道輪同士の間の径方向に関する変位を検出するものであり、これら各第二センサが、円周方向に関して異なる位置に設置されている、請求項１に記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項３】
複数の第二センサが、１対の軌道輪同士の間の軸方向に関する変位を検出するものであり、これら各第二センサが、軸方向に関して反対向きに設置されている、請求項１に記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項４】
複数個の第二センサは、１対の軌道輪同士の間の相対変位を測定する変位センサであり、これら複数個の第二センサのうちの少なくとも１個と第一センサとが同じセンサである、請求項１〜３の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項５】
第一センサが、それぞれが１対の軌道輪同士の相対回転に基づいて出力を変化させる複数の回転センサであり、複数の第二センサが、上記両軌道輪同士の間の距離の変化を測定する変位センサであり、演算器は、これら両軌道輪同士の相対回転に伴う上記第一センサの出力信号の変化に基づいて上記１対の軌道輪同士の間に作用する荷重を算出する機能と、上記各第二センサの出力信号に基づいて温度変化に伴う上記両軌道輪同士の間の距離の変化を算出する機能とを備える、請求項１〜２の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項６】
第二センサが、１対の軌道輪の直径方向反対側２個所位置に設けられており、演算器は、これら両センサが検出する各センサの検出部から被検出面までの距離の合計値が基準値に対し変化した場合に、その変化量の１／２を、温度変化に基づく上記各センサの検出部から上記被検出面までの距離の基準値に対する変動値とする、請求項２、４、５の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項７】
一方の軌道輪に支持された１対の第二センサの検出部が、他方の軌道輪に軸方向に互いに離隔した状態で設けられた１対の被検出面に対向しており、演算器は、上記両第二センサが検出するこれら各第二センサの検出部から被検出面までの距離の合計値が基準値に対し変化した場合に、その変化量の１／２を、温度変化に基づく上記各第二センサの検出部から上記被検出面までの距離の基準値に対する変動値とする、請求項３、４の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、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、少なくともこの車輪に加わる力の大きさを測定して、車両の安定運行に寄与せしめるものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するのに、転がり軸受ユニットを使用する。又、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）等、各種車両用姿勢安定装置を制御する為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込んだ回転速度検出装置付転がり軸受ユニットにより、上記車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する事が、近年広く行なわれる様になっている。
【０００３】
この様な目的で使用される回転速度検出装置付転がり軸受としては、特許文献１に記載されたもの等、多くの構造が知られている。回転速度検出装置付転がり軸受ユニットで検出した、車輪の回転速度を表す信号を制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。この様に、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットによれば、制動時や加速時に於ける車両の走行姿勢の安定性確保を図れるが、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。これに対して、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを利用したＡＢＳやＴＣＳ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。この為、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為、厳しい条件下での性能向上の面からは改良が望まれる。即ち、従来構造の場合には、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。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。
【０００４】
この様な事情に鑑みて、前記特許文献１には、図７に示す様な、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定自在とした荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持される外輪１の内径側に、車輪を結合固定するハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為のフランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間にそれぞれ複数個ずつの転動体９、９を配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。
【０００５】
上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１の先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。
【０００６】
上述の様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪１は、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ２は、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪１やハブ２、並びに転動体９、９の弾性変形に基づいて、これら外輪１の中心とハブ２の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪１の上端部に設けた、上記変位センサ１１の検出面と上記センサリング１２の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ１１の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式或はマップ等から、当該変位センサ１１を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。この様にして求めた、各転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づいて、ＡＢＳを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる。
【０００７】
尚、図７に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪６の内端部にセンサロータ１３を外嵌固定すると共に、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー１４に回転検出センサ１５を支持している。そして、この回転検出センサ１５の検知部を、上記センサロータ１３の被検出部に、検出隙間を介して対向させている。
【０００８】
上述の様な回転速度検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ２と共に上記センサロータ１３が回転し、このセンサロータ１３の被検知部が上記回転検出センサ１５の検知部の近傍を走行すると、この回転検出センサ１５の出力が変化する。この様にして回転検出センサ１５の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転検出センサ１５の出力を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００９】
ところで、図７に示した様な、従来から知られている荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、車両の重量に基づいて鉛直方向に加わる荷重を測定できるが、例えば旋回走行時に遠心力等に基づいて加わるモーメント荷重を測定する事はできない。この為、車両のあらゆる走行状態に応じて、安定走行の為に適切な制御を行なう為の信号を得る面からは、改良が望まれる。この様な場合に使用可能な構造として、特許文献２、３に記載された構造が知られている。これら各特許文献２、３に記載された構造によれば、上記モーメント荷重を含め、車両の走行時に車輪に加わる各方向の荷重を測定できる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３５０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１８５４２号公報
【００１１】
【先発明の説明】
更に、特願２００２−２０３０７２号には、ハブに加わる荷重の方向及び大きさを、比較的簡単な構造で正確に求める事を目的に考えられた、図８〜１０に示す様な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが開示されている。この先発明に係る構造の場合には、外輪１の軸方向中間部分の円周方向等間隔４個所位置に取付孔１０、１０を、それぞれ上記外輪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、これら各取付孔１０、１０内に、それぞれ変位センサ１１、１１を挿入している。
【００１２】
これら各変位センサ１１、１１はそれぞれ、ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位及びスラスト方向（軸方向）の変位を測定自在とするもので、それぞれが非接触式である、２個の変位測定素子１６ａ、１６ｂを有する。これら各変位測定素子１６ａ、１６ｂは、静電容量式、或は渦電流式等の近接センサの如き、非接触式で微小変位量を測定自在なもので、上記各変位センサ１１、１１を構成する合成樹脂製のホルダ１７の先端面部分と先端部側面部分とに包埋支持している。
【００１３】
一方、複列の内輪軌道８、８の間に位置する、上記ハブ２の中間部に、被検出リング１８を外嵌固定している。この被検出リング１８は、金属板にプレス加工等の塑性加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状としたもので、円筒部１９と、この円筒部１９の軸方向一端部から径方向外方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部２０とを備える。
【００１４】
この様な被検出リング１８に対して、上記各変位センサ１１、１１の変位測定素子１６ａ、１６ｂの検出部を、それぞれ近接対向させている。即ち、変位測定素子１６ａを上記円筒部１９の外周面に近接対向させて、前記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位を測定自在としている。又、上記変位測定素子１６ｂを上記折れ曲がり部２０の片側面に近接対向させて、上記外輪１に対する上記ハブ２のスラスト方向の変位を測定自在としている。
【００１５】
上述の様に構成する、先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記４個の変位センサ１１、１１により、円周方向４個所位置で、上記外輪１に対する上記ハブ２の、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を測定する。上記各変位センサ１１、１１が測定した、これら各変位センサ１１、１１毎に２種類ずつ合計８種類の検出信号は、それぞれハーネス２１、２１により取り出して、図示しない制御器に入力している。そして、この制御器が、上記各変位センサ１１、１１から送り込まれる検出信号に基づき、転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める。
【００１６】
例えば、上記各転がり軸受ユニットに、車重等に基づく鉛直方向（下向き）の荷重が加わった場合には、鉛直方向に存在する２個の変位センサ１１、１１のうち、上側の変位センサ１１で、ラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａと、ラジアル被検出面である上記円筒部１９の外周面との距離が狭まり、下側の変位センサ１１でこの距離が広がる。この際の距離の変化量は、上記荷重が大きくなる程大きくなる。水平方向（前後方向）に存在する２個の変位センサ１１、１１に関しては、この距離は変化しない。
【００１７】
これに対して、何らかの原因で（例えば加速や制動に伴って）前記ハブ２に水平方向の荷重が加わった場合には、水平方向に存在する２個の変位センサ１１、１１のうち、荷重の作用方向前側の変位センサ１１で、ラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａと、ラジアル被検出面である上記円筒部１９の外周面との距離が縮まり、同じく作用方向後側の変位センサ１１でこの距離が広がる。この際の距離の変化量も、上記荷重が大きくなる程大きくなる。鉛直方向に存在する２個の変位センサ１１、１１に関しては、この距離は変化しない。斜め方向の荷重によっては、総ての変位センサ１１、１１に関して、上記距離が変化する。
【００１８】
従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサ１１、１１のラジアル検出部を構成する変位測定素子１６ａ、１６ａの検出信号を比較すれば、ラジアル荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。尚、上記各部の距離の変化量とラジアル荷重の大きさ及び作用方向は、予め計算式や多数の実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述の図７に示した従来構造にしても、或は上述の図８〜１０に示した先発明に係る構造にしても、温度変化に伴う各部材の寸法変化に就いては、特に考慮していない。これに対して、車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合、使用温度範囲が極めて広い。例えば、寒冷地で冬期に屋外に放置された場合には、−３０℃にまで温度低下する可能性があるのに対して、夏期に山岳走行等により制動を繰り返した場合には１００℃を越える場合もある。しかも、構成各部材の温度変化は一様ではなく、部材毎に異なる場合がある。例えば、制動の繰り返しに伴う温度上昇は、車輪を支持固定したハブ２で著しくなり、懸架装置に固定した外輪１では限られたものとなる。従って、荷重測定装置付転がり軸受ユニットの構成各部材の、熱膨張、熱収縮に基づく、上記外輪１とハブ２との間の距離変化が、無視できない程に大きくなる。この為、何らの対策も施さない場合には、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定できなくなる可能性がある。
本発明は、この様な事情に鑑みて、温度変化に伴う構成各部材の寸法変化に基づく１対の軌道輪同士の間の距離変化を算出し、上記温度変化に基づく影響を排除して正確な荷重測定を行なえる転がり軸受ユニット用荷重測定装置を実現すべく発明したものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、１対の軌道輪と、第一センサと、複数の第二センサと、演算器とを備える。
上記両軌道輪は、複数個の転動体を介して相対回転を自在に組み合わされている。
又、上記第一センサは、上記両軌道輪同士の間の距離の変化に対応して出力を変化させるものである。
又、上記各第二センサは、上記両軌道輪の円周方向に関して互いに異なる位置に設置されたもので、それぞれがこれら両軌道輪同士の変位を測定する。
又、上記演算器は、上記第一センサの出力の変化に基づいて上記１対の軌道輪同士の間に作用する荷重を算出するものである。
そして、上記演算器は、上記各第二センサから送り込まれる出力信号に基づき、温度変化に伴う上記両軌道輪同士の間の距離の変化を補償して上記荷重を算出する機能を有する。
【００２１】
【作用】
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は、演算器が、複数の第二センサから送り込まれる出力信号に基づき、温度変化に伴う上記両軌道輪同士の間の距離の変化を補償して上記荷重を算出する。この為、転がり軸受ユニットに加わる荷重を、温度変化に拘らず、正確に測定できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、請求項１、２、４、６に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮に伴う、外輪１とハブ２ａとの間の距離変化を補償し、これら外輪１とハブ２ａとの間に作用する荷重測定を正確に行なう点にある。その他の部分の構造及び作用は、多くの点で、前述の図７に示した従来構造、或は図８〜１０に示した先発明に係る構造と共通するので、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分並びに上記図７〜１０に示した構造と異なる部分を中心に説明する。
【００２３】
本例の場合、外輪１の軸方向中間部のうち、複列の外輪軌道７、７の間部分で、この外輪１の上下両端部に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０、１０を、それぞれほぼ鉛直方向に形成している。そして、これら両取付孔１０、１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（棒状）の変位センサ１１ａ、１１ｂを装着している。これら両変位センサ１１ａ、１１ｂの先端面（下端面又は上端面）に設けた検出面は、上記ハブ２ａの軸方向中間部外周面に近接対向させている。尚、このハブ２ａの軸方向中間部外周面には仕上加工を施して、この外周面と上記検出面との距離測定を正確に行なえる様にしている。上記両変位センサ１１ａ、１１ｂは、上記検出面と上記ハブ２ａの軸方向中間部外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。本例の場合、上記両変位センサ１１ａ、１１ｂのうちの何れか一方の、又は双方の変位センサ１１ａ、１１ｂが、請求項１に記載した第一センサであると同時に第二センサである。
【００２４】
尚、本例の場合には、駆動輪用の転がり軸受ユニットを対象としている為、上記ハブ２ａの中心部にスプライン孔２３を設け、等速ジョイントに付属のスプライン軸との係合を自在としている。又、上記ハブ２ａの内端寄り部分に外嵌した内輪６を、このハブ２ａの内端部に形成したかしめ部２４により抑え付けている。更に、本例の場合には、回転速度検出装置を設けず、外輪１の内端部内周面と上記内輪６の内端部外周面との間を、シールリング２５により塞いでいる。但し、このシールリング２５の一部にセンサロータを支持し、このセンサロータの被検出面に、懸架装置を構成するナックル等に支持した回転検出センサの検出部を対向させて、回転速度検出装置を構成する事もできる。
【００２５】
上述の様に本例の場合には、上記外輪１と上記ハブ２ａとの径方向に関する距離を、これら両部材１、２ａの直径方向反対側２個所位置で測定する為、温度変化に伴う上記距離の変化量を知る事ができる。この点に就いて、上記外輪１の直径が変化しないまま、上記ハブ２ａが熱膨張した場合に就いて説明する。常温時、図１〜２の実線位置にあったこのハブ２ａの軸方向中間部外周面が、温度上昇に基づく熱膨張によって、同図の破線位置に移動したと仮定する。この場合、上側の変位センサ１１ａの検出面から上記ハブ２ａの軸方向中間部外周面までの距離が、δU0からδU1まで縮まり、下側の変位センサ１１ｂの検出面から上記ハブ２ａの軸方向中間部外周面までの距離が、δL0からδL1まで縮まる。この様な距離減少分の合計、即ち、（δU0−δU1）＋（δL0−δL1）は、温度上昇に基づく上記ハブ２ａの軸方向中間部の外径の増大量である。
【００２６】
従って、常温時に於ける上記両センサ１１ａ、１１ｂの検出面から上記ハブ２ａの軸方向中間部外周面までの距離の合計値（δU0＋δL0）を制御器のメモリー内に記憶しておけば、上記両センサ１１ａ、１１ｂの測定値から上記増大量に見合う分を消去して、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求める事ができる。具体的には、工場での製品測定時に、基準となる温度での上記合計値（δU0＋δL0）を制御器のメモリー内に記憶する。そして、実際の使用状態（転がり軸受ユニット用荷重測定装置を搭載した車両の走行状態）での合計値（δU1＋δL1）を、上記合計値と比較する。これら両合計値の差｛（δU0＋δL0）−（δU1＋δL1）｝は、上記ハブ２ａの軸方向中間部の直径増大量であるから、上記両合計値の差に見合う分を消去した上で、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める。即ち、上記両合計値の差の半分［｛（δU0＋δL0）−（δU1＋δL1）｝／２］は、上記ハブ２ａの軸方向中間部の熱膨張に伴う変位と考えてこれを消去し、残りの値で、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を算出する。この為、転がり軸受ユニットに加わる荷重を、温度変化に拘らず、正確に測定できる。
【００２７】
尚、以上の説明は、センサを鉛直方向２個所位置に設置した場合に就いて説明したが、前述の図８〜１０に示した先発明の様に、鉛直方向２個所位置に加えて水平方向２個所位置にもセンサを設置した構造で本発明を実施する事もできる。この場合に、鉛直方向２個所位置のセンサ同士の信号だけでなく、水平方向２個所位置の信号も合わせて熱膨張分の補償を行なえば、この補償の精度を向上させる事ができる。又、図示は省略するが、変位センサを円周方向等間隔３個所位置等、２個所位置、４個所位置以外に設置した場合でも、（三角関数処理を行なう事で）２個所位置に設置した場合に比べて、上記補償の精度向上を図れる。
【００２８】
次に、図３は、やはり請求項１、２、４、６に対応する、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、ハブ２の内端部に外嵌固定した内輪６の内端部に、ラジアル方向の変位を検出する為の被検出リング１８ａの基端部（図３の左端部）を外嵌固定している。この被検出リング１８ａの形状は前述の図７〜８に示した従来構造及び先発明構造に組み込んだセンサロータ１３と同様であるが、磁気特性を変化させる為の透孔は設けていない。又、外輪１の内端開口部を塞いだカバー１４に、変位センサユニット２２を保持固定している。そして、この変位センサユニット２２の直径方向反対側２個所位置にそれぞれ支持した変位測定素子１６ａ、１６ａの検出面を、上記被検出リング１８ａの内周面に、ラジアル方向に近接対向させている。
【００２９】
この様な本例の場合も、上記両変位測定素子１６ａ、１６ａのうちの何れか一方の、又は双方の変位測定素子１６ａ、１６ａが、請求項１に記載した第一センサであると同時に第二センサである。
又、上述の様な本例の場合も、上記１対の変位測定素子１６ａ、１６ａの出力から、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮に伴う、上記変位センサユニット２２の外周面と上記被検出リング１８ａの内周面との間の距離変化を補償し、外輪１とハブ２との間に作用する荷重測定を正確に行なえる。鉛直方向２個所位置だけでなく、水平方向２個所位置にも（合計４個所に）センサを設ければ、より精度向上を図れる事は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３０】
次に、図４は、やはり請求項１、２、４、６に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例は、外輪回転型の転がり軸受ユニットに本発明を適用した場合に就いて示している。この為に本例の場合には、１対の内輪６ａ、６ｂの外径側にハブ２ｂを、複数個の転動体９、９を介して回転自在に支持している。
この様な構造を有する転がり軸受ユニットに本発明を適用する為に本例の場合には、内側の内輪６ｂの内端部に、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成した変位センサユニット２２ａの内周縁部を外嵌固定している。この変位センサユニット２２ａは、金属板と合成樹脂とを組み合わせて成るホルダの直径方向反対側２個所位置に支持した変位測定素子１６ａ、１６ａの検出面を、上記ハブ２ｂの内端部外周面に対向させている。この為、被検出面となるこのハブ２ｂの内端部外周面には仕上加工を施している。
【００３１】
この本例の場合も、上記両変位測定素子１６ａ、１６ａのうちの何れか一方の、又は双方の変位測定素子１６ａ、１６ａが、請求項１に記載した第一センサであると同時に第二センサである。
又、上述の様な本例の場合には、上記１対の変位測定素子１６ａ、１６ａの出力から、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮に伴う、上記変位センサユニット２２ａの内周面と上記ハブ２ｂの外周面との間の距離変化を補償し、内輪６ａ、６ｂとハブ２ｂとの間に作用する荷重測定を正確に行なえる。鉛直方向２個所位置だけでなく、水平方向２個所位置にもセンサを設ければ、より精度向上を図れる事は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３２】
次に、図５は、請求項１、３、４、７に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。上述した第１〜３例が、何れも転がり軸受ユニットのラジアル方向に作用する荷重の測定する構造であったのに対して、本例の場合には、転がり軸受に作用するスラスト方向の荷重を測定する構造を対象として、本発明を実施する場合に就いて示している。
【００３３】
この為に本例の場合には、それぞれが第一センサであると同時に第二センサでもある、１対の変位測定素子１６ｂ、１６ｂを、軸方向に関して反対向きに設置している。これら両変位測定素子１６ｂ、１６ｂは、外輪１の取付孔１０に径方向外側から挿入した変位センサユニット２２ｂの先端部径方向反対側に支持している。又、ハブ２の軸方向中間部に、金属板を外径方向に開口した断面コ字形で全体を円環状に形成した、被検出リング１８ｂを外嵌固定している。そして、上記両変位測定素子１６ｂ、１６ｂの検出面を、被検出面である、上記被検出リング１８ｂの軸方向両端から径方向外方に折れ曲がった折れ曲がり部２０、２０の内側面に近接対向させている。
【００３４】
この様な本例の場合には、外輪１とハブ２との間にスラスト荷重が加わった場合には、一方（荷重の作用方向前方）の変位測定素子１６ｂの検出面と一方の折れ曲がり部２０の内側面との距離が縮まると同時に、他方（荷重の作用方向後方）の変位測定素子１６ｂの検出面と他方の折れ曲がり部２０の内側面との距離が拡がる。但し、これら両距離の合計値は変化しない。これに対して温度変化に基づく熱膨張、熱収縮が生じた場合には、上記合計値が変化する。そこで本例の場合、演算器は、上記両変位測定素子１６ｂ、１６ｂが検出するこれら両変位測定素子１６ｂ、１６ｂの検出部から上記両折れ曲がり部２０、２０の内側面までの距離の合計値を観察する。そして、この合計値が基準値に対し変化した場合に、その変化量の１／２を、温度変化に基づく上記両変位測定素子１６ｂ、１６ｂの検出部から上記両折れ曲がり部２０、２０の内側面までの距離の基準値に対する変動値とする。
【００３５】
従って、本例の場合には、温度変化に伴う構成各部材の軸方向寸法の変化に拘らず、上記外輪１とハブ２との間に加わるスラスト荷重を正確に測定できる。
尚、本例の場合には、転がり軸受ユニットの内端部に、ハブ２の回転速度を検出する為の回転速度検出装置を設けている。この部分の構造は、前述の図７に示した従来構造と同様である。
【００３６】
次に、図６は、やはり請求項１、３、４、７に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向中間部に断面矩形の凹溝２６を全周に亙って設け、この凹溝２６の内側面を、スラスト荷重検出の為の被検出面としている。そして、本例の場合には、変位センサユニット２２ｂの先端部径方向反対側に支持した、１対変位測定素子１６ｂ、１６ｂの検出面を、上記凹溝２６の内側面に近接対向させている。この様な本例の作用は、上述した第４例の場合と同様である。
【００３７】
尚、本発明は、図示の実施の形態に限らず、前述した特許文献１〜３に記載された構造、或は図８〜１０に示した先発明に係る構造で実施する事もできる。例えば、上述の説明では、転がり軸受ユニットに作用するラジアル方向の荷重を測定する構造と、スラスト方向に作用する荷重を測定する構造とを、それぞれ別々に説明した。但し、本発明は、この様な構造に限らず、前述の図８〜１０に示した先発明の様に、ラジアル、スラスト両方向の荷重を測定できる構造に就いて実施する事もできる。
【００３８】
又、前記特許文献３に記載された様に、第一センサとして、１対の軌道輪同士の相対回転に基づいて出力を変化させる回転センサを利用する事もできる。この場合に演算器は、請求項５に記載した様に、上記両軌道輪同士の相対回転に伴う回転センサの出力信号の変化に基づいて、これら両軌道輪同士の間に作用する荷重を算出する機能を有する。この場合に、上記回転センサのみでは、上記両軌道輪同士の間の距離の変化を、荷重と切り離して測定する事はできない。従って、複数の第二センサとして、上記両軌道輪同士の間の距離の変化（軸方向の相対変位）を測定する変位センサを、別途設ける。又、上下１対の回転センサにより荷重を求める場合、一方のセンサがＮ極に、他方のセンサがＳ極に、それぞれ対向する可能性がある。この様な場合には、両センサの出力の絶対値の差に基づいて、荷重を求める。
更には、自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに限らず、産業機械等、各種機械装置の回転支持部を構成する転がり軸受ユニットで、本発明を実施する事もできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、温度変化に伴う転がり軸受ユニットの構成部材の寸法変化に拘らず、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】一部を省略して示す、図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。
【図４】同第３例を示す断面図。
【図５】同第４例を示す断面図。
【図６】同第５例を示す断面図。
【図７】従来から知られている荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図８】先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図９】一部を省略して示す、図８のＢ−Ｂ断面図。
【図１０】図８のＣ部拡大図。
【符号の説明】
１    外輪
２、２ａ、２ｂ  ハブ
３    フランジ
４    ハブ本体
５    ナット
６、６ａ、６ｂ  内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９    転動体
１０    取付孔
１１、１１ａ、１１ｂ  変位センサ
１２    センサリング
１３    センサロータ
１４    カバー
１５    回転検出センサ
１６ａ、１６ｂ  変位測定素子
１７    ホルダ
１８、１８ａ、１８ｂ  被検出リング
１９    円筒部
２０    折れ曲がり部
２１    ハーネス
２２、２２ａ、２２ｂ  変位センサユニット
２３    スプライン孔
２４    かしめ部
２５    シールリング
２６    凹溝
【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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