(57)【要約】【課題】低コストで構成でき、ハブ１ａと外輪４ａとの間に作用するアキシアル荷重を求められる構造を実現する。【解決手段】公転速度検出用センサ２４により、外側の列を構成する玉８、８の公転速度を検出する。又、回転速度検出用センサ２５により、上記ハブ１ａの回転速度を検出する。両センサ２４、２５の検出信号に基づき、公転速度と回転速度との比である速度比を求める。アキシアル荷重が変化し、上記各玉８、８の接触角が変化すると、これら各玉８、８の公転速度、延ては上記速度比が変化する。そこで、この速度比の変化に基づいて、上記アキシアル荷重を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分に形成された静止側軌道と回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら各転動体の公転速度を検出する為の公転速度検出用センサと、この公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪が外輪相当部材であり、他方の軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体が玉であり、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角が付与されている、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３】
転動体の公転速度を直接測定する、請求項１〜２の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項４】
転動体の公転速度を、各転動体を保持した保持器の回転速度として測定する、請求項１〜２の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項５】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備え、演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項６】
各転動体の公転速度と回転輪の回転速度との比である速度比に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項５に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項７】
アキシアル方向の加速度を検出する為の加速度センサを備え、演算器は、この加速度センサが検出する加速度が所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、この加速度センサが検出する加速度が所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項８】
加速度センサが、転がり軸受ユニットの構成部材以外の部分に装着されている、請求項７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項９】
加速度センサが、転がり軸受ユニットの構成部材に装着されている、請求項７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１０】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪を支持するものであり、この自動車の操舵輪に付与される舵角に比例する値を検出する舵角センサを備え、演算器は、この舵角センサが検出する舵角が所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、この舵角センサが検出する舵角が所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１１】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪を支持するものであり、運転者がステアリングホイールによりステアリングシャフトに付与する操舵力を測定するトルクセンサを備え、演算器は、このトルクセンサが検出する操舵力が所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、このトルクセンサが検出する操舵力が所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１２】
転がり軸受ユニットが、車両の車輪を支持するものであり、この車両の車体に加わるヨーレートを測定する為のヨーレートセンサを備え、演算器は、このヨーレートセンサが検出するヨーレートが所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、このヨーレートセンサが検出するヨーレートが所定の値を超えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１３】
ヨーレートセンサが、転がり軸受ユニットの構成部材以外の部分に装着されている、請求項１２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１４】
ヨーレートセンサが、転がり軸受ユニットの構成部材に装着されている、請求項１２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１５】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪を支持するものであり、この自動車の操舵輪に付与される舵角に比例する値を検出する舵角センサと、アキシアル方向の加速度を検出する為の加速度センサとを備え、演算器は、この加速度センサが検出するアキシアル方向の加速度と上記舵角センサが検出する舵角とを比較し、その結果求められる比較値が所定の値を超えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜１０の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１６】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪を支持するものであり、運転者がステアリングホイールによりステアリングシャフトに付与する操舵力を測定するトルクセンサと、アキシアル方向の加速度を検出する為の加速度センサとを備え、演算器は、この加速度センサが検出するアキシアル方向の加速度と上記トルクセンサが検出する操舵力とを比較し、その結果求められる比較値が所定の値を超えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１〜９、１１の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１７】
使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分に形成された静止側軌道と回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら各転動体の公転速度を検出する為の公転速度検出用センサとを備えた、荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項１８】
公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、請求項１７に記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【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の荷重測定装置及び荷重測定用転がり軸受ユニットは、例えば自動車、鉄道車両、各種搬送車等の移動体の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの改良に関し、この転がり軸受ユニットに負荷されるアキシアル荷重を測定し、上記移動体の運行の安定性確保を図る為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車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）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて特許文献１には、図５に示す様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置が記載されている。先ず、この従来装置の構造に就いて説明する。回転輪であり内輪相当部材であるハブ１の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向外側を言い、図１〜２、５の左側）外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ２を固設している。又、上記ハブ１の中間部乃至内端部（軸方向に関して内とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向中央側を言い、図１〜２、５の右側）外周面には、複列の内輪軌道３、３を形成している。
【０００４】
一方、上記ハブ１の周囲にこのハブ１と同心に配置された、静止輪である外輪４の外周面には、この外輪４を懸架装置を構成するナックル５に支持固定する為の、固定側フランジ６を固設している。又、上記外輪４の内周面には、複列の外輪軌道７、７を形成している。そして、これら各外輪軌道７、７と上記各内輪軌道３、３との間に、それぞれが転動体である複数の玉８、８を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪４の内径側に上記ハブ１を回転自在に支持している。
【０００５】
更に、上記固定側フランジ６の内側面複数個所で、この固定側フランジ６を上記ナックル５に結合する為のボルト９を螺合する為のねじ孔１０を囲む部分には、それぞれ荷重センサ１１を添設している。上記外輪４を上記ナックル５に支持固定した状態でこれら各荷重センサ１１は、このナックル５の外側面と上記固定側フランジ６の内側面との間で挟持される。
【０００６】
この様な従来から知られている転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル５との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル５の外側面と上記固定側フランジ６の内側面とが、上記各荷重センサ１１を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ１１の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル５との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−２０９０１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来構造の場合、ナックル５に対し外輪４を支持固定する為のボルト９と同数だけ、荷重センサ１１を設ける必要がある。この為、荷重センサ１１自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。
本発明は、この様な事情に鑑み、低コストで構成できて、各車輪に加わるアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる構造を実現すべく発明したものである。
【０００９】
【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の荷重測定装置は、使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分に形成された静止側軌道と回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら各転動体の公転速度を検出する為の公転速度検出用センサと、この公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備える。
【００１０】
例えば、請求項２に記載した様に、静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪が外輪相当部材であり、他方の軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体が玉である。そして、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角が付与されている。
【００１１】
又、上記転動体の公転速度を測定する為に、請求項３に記載した様に、この転動体の公転速度を直接測定するか、或は、請求項４に記載した様に、各転動体を保持した保持器の回転速度として測定する。
【００１２】
又、回転輪の速度が変化する（一定でない）場合には、請求項５に記載した様に、上記公転速度検出用センサに加えて、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備える。そして、上記演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、上記公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
【００１３】
この様に回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号を利用する場合に好ましくは、請求項６に記載した様に、上記回転輪の回転速度と前記各転動体の公転速度との比である速度比に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
又、好ましくは、請求項７に記載した様に、アキシアル方向の加速度を検出する為の加速度センサを備える。そして、演算器は、この加速度センサが検出する加速度が所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、この加速度センサが検出する加速度が所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
【００１４】
更には、転がり軸受ユニットが自動車の車輪を支持するものである場合に好ましくは、この自動車の操舵輪に付与される舵角に比例する値を検出する舵角センサ、又は、運転者がステアリングホイールによりステアリングシャフトに付与する操舵力を測定するトルクセンサを備える。このトルクセンサとしては、上記ステアリングホイールを操作する力（操舵力）を低減する為の（電動式又は油圧式の）パワーステアリング装置に組み込むものを使用できる。又、転がり軸受ユニットが自動車或は鉄道車両等、進路変更を行なう車両である場合には、この車両の車体に加わるヨーレート（ヨーイング量、ヨー方向に加わる力の大きさ、ヨー方向の変位量、傾斜量等）を測定する為のヨーレートセンサを備える。
そして、演算器は、上記舵角センサが検出する舵角、或は上記トルクセンサが検出する操舵力、或は上記ヨーレートセンサが検出するヨーレートが所定の値以下の状態での公転速度或は速度比を基準とし、この舵角センサが検出する舵角、或は上記トルクセンサが検出する操舵力、或は上記ヨーレートセンサが検出するヨーレートが所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度或は速度比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、転動体の公転速度を検出する事により、この転がり軸受ユニットに負荷されるアキシアル荷重を検出できる。即ち、複列アンギュラ型の玉軸受の如き転がり軸受ユニットがアキシアル荷重を負荷すると、転動体（玉）の接触角が変化する。転がり軸受の技術分野で周知の様に、転動体の公転速度は接触角が変化すると変化する。具体的には、上記アキシアル荷重を支承する側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程接触角が大きくなる。そして、外輪相当部材が回転輪の場合には上記公転速度が遅くなり、逆に内輪相当部材が回転輪の場合には上記公転速度が早くなる。従って、この公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める事ができる。上記公転速度を測定する為の公転速度検出用センサは、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体を安価に構成できる。
【００１６】
尚、上記転がり軸受ユニットが、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用されるものであれば、荷重算出の為の回転検出センサは、上記公転速度検出用センサのみで足りる。これに対して、使用時に上記回転輪の回転速度が変化する様な場合には、回転速度検出用センサが検出するこの回転輪の回転速度と上記公転速度とにより、上記アキシアル荷重を求める事ができる。この場合に、これら公転速度と回転速度との比である速度比を算出し、この速度比から上記アキシアル荷重を求めれば、上記回転輪の回転速度が変化しても、このアキシアル荷重を正確に求める事ができる。
【００１７】
又、自動車や鉄道車両の如き移動体の様に、進路変更に伴う旋回時に、転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が作用する場合には、加速度センサにより、旋回に伴って上記移動体に加わる加速度を検出する事で、或はヨーレートセンサにより上記移動体に加わるヨーレートを検出する事で、上記アキシアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。具体的には、上記加速度センサが検出する加速度、或は上記ヨーレートセンサの検出値から分かるヨーレート（車体のヨーイング量等）が所定の値以下の状態での公転速度（或は速度比）を基準とし、この加速度センサが検出する加速度或はヨーレートセンサが検出するヨーレートが所定の値を越えた状態で、各状態での公転速度（或は速度比）に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。即ち、上記加速度或はヨーレートが上記閾値を越えた状態で、その状態での公転速度（或は速度比）の、上記基準となる状態での公転速度（或は速度比）に対する変化量（基準となる状態との間の差）を求める。そして、この変化量から、進路変更に伴って加わるアキシアル荷重を求める。この様にして公転速度（或は速度比）の変化量を求め、更にこの変化量からアキシアル荷重を求めれば、上記公転速度（或は速度比）の変化に拘らず、このアキシアル荷重の測定値の精度向上を図れる。
【００１８】
更に、自動車の場合には、舵角センサにより自動車の操舵輪に付与される舵角に比例する値を検出する事で、或はトルクセンサによりステアリングシャフトに付与される操舵力を検出する事で、やはり上記アキシアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。具体的には、上記舵角センサの検出値から分かる舵角、或は上記トルクセンサの検出値から分かる操舵力（ステアリングホイールを操作する力）が所定の値以下の状態での公転速度（或は速度比）を基準とする。そして、上記舵角センサ或はトルクセンサが検出する舵角或は操舵力が所定の値を越えた状態では、各状態（その時点）での公転速度（或は速度比）に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。即ち、上記舵角或は操舵力が上記閾値を越えた状態で、その状態での公転速度（或は速度比）の、上記基準となる状態での公転速度（或は速度比）に対する変化量（基準となる状態との間の差）を求め、この変化量から上記アキシアル荷重を求める。この様にして公転速度（或は速度比）の変化量を求め、更にアキシアル荷重求めれば、この公転速度（或は速度比）の変化に拘らず、このアキシアル荷重の測定値の精度向上を図れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例は、自動車の駆動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＤ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）を支持する為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。回転輪であり内輪相当部材であるハブ１ａは、ハブ本体１２の内端部に内輪１３を外嵌固定して成る。このうちのハブ本体１２の外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ２ａを固設している。又、上記ハブ本体１２の中間部外周面と上記内輪１３の外周面とにそれぞれ内輪軌道３、３を形成する事により、上記ハブ１ａの外周面に、複列アンギュラ型の内輪軌道を設けている。
【００２０】
一方、上記ハブ１ａの周囲にこのハブ１ａと同心に配置された、静止輪である外輪４ａの外周面には、この外輪４ａを懸架装置を構成するナックル５ａに支持固定する為の、固定側フランジ６ａを固設している。又、上記外輪４ａの内周面には、複列アンギュラ型の外輪軌道７、７を形成している。そして、これら各外輪軌道７、７と上記各内輪軌道３、３との間に、それぞれが転動体である複数の玉８、８を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪４ａの内径側に上記ハブ１ａを回転自在に支持している。尚、上記各玉８、８は、ＳＵＪ２の如き高炭素クロム軸受鋼等の磁性金属により造られている。
【００２１】
上述の様な転がり軸受ユニットの使用時には、上記ハブ本体１２の中心部に形成したスプライン孔１４に、等速ジョイント１５に付属のスプライン軸１６を挿入する。上記ハブ１ａは、このスプライン軸１６の先端部に螺合したナット１７と、上記等速ジョイント１５のハウジング１８との間で、軸方向両側から挟持される。又、上記固定側フランジ６ａを上記ナックル５ａに、複数本のボルト１９により、支持固定する。又、上記回転側フランジ２ａに、制動用のディスク２０と、車輪のホイール２１とを、複数本のスタッド２２とナット２３とにより支持固定する。
【００２２】
上述の様な転がり軸受ユニット或はナックル５ａには、公転速度検出用センサ２４と回転速度検出用センサ２５とを設けている。このうちの公転速度検出用センサ２４は、軸方向外側の列の玉８、８の公転速度を測定する為のもので、上記外輪４ａの一部で上記複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪４ａを径方向に貫通する状態で形成した取付孔２６部分に装着している。即ち、上記公転速度検出用センサ２４は、この取付孔２６を径方向外方から内方に向け挿通した状態で設けられ、その先端部に設けた検出部を、上記外側の列の玉８、８、若しくはこれら各玉８、８を保持した保持器２７に対向させている。
【００２３】
又、前記内輪１３の内端部外周面にエンコーダ２８を外嵌固定すると共に、このエンコーダ２８の被検出面に、上記ナックル５ａに支持した回転速度検出用センサ２５の先端部に設けた検出部を対向させている。このエンコーダ２８としては、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用の信号を得るべく、車輪の回転速度を検出する為に利用していた各種構造のものを使用できる。例えば、上記各玉８、８を設置した空間２９の内端開口部を塞ぐ為の組み合わせシールリング３０を構成するスリンガの内側面に、上記エンコーダ２８を添設する事もできる。この場合に使用するエンコーダ２８としては、内側面にＮ極とＳ極とを交互に配置した、多極磁石製のものが、好ましく使用できる。但し、単なる磁性材製のエンコーダや、光学的特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させたものも、（光学式の回転検出センサと組み合わせる事で）使用可能である。
【００２４】
又、何れも回転速度を検出するセンサである、上記公転速度検出用センサ２４及び上記回転速度検出用センサ２５としては、磁気式の回転検出センサが、好ましく使用できる。又、この磁気式の回転検出センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、ＭＩ素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものが、好ましく使用できる。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転検出センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して永久磁石の着磁方向一端面に突き当て（磁性材製のエンコーダを使用する場合）、上記磁気検出素子の他側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記各玉８、８（公転速度検出用センサ２４の場合）或は上記エンコーダ２８の被検出面（回転速度検出用センサ２５）に対向させる。尚、永久磁石製のエンコーダを使用する場合には、センサ側の永久磁石は不要である。
【００２５】
例えば、上記各玉８、８の公転速度検出の為の公転速度検出用センサ２４を上述の様に構成すると、これら各玉８、８の公転に伴って、この公転速度検出用センサ２４を構成する磁気検出素子の特性が変化する。即ち、上記公転速度検出用センサ２４の検出面の近傍に磁性材製の玉８が存在する瞬間には上記磁気検出素子を流れる磁束の量が多くなるのに対して、上記検出面が円周方向に隣り合う玉８、８の間部分に対向する瞬間には、上記磁気検出素子を流れる磁束の量が少なくなる。この様に、磁気検出素子を流れる磁束の量が変化し、この磁気検出素子の特性が変化する周波数は、上記各玉８、８の公転速度に比例する。そこで、上記磁気検出素子を組み込んだ、上記公転速度検出用センサ２４の検出信号に基づいて、上記公転速度を求められる。尚、この検出信号は、図示しない演算器を組み込んだ制御器に送り込む。
【００２６】
尚、上述の様な機構により、上記各玉８、８の公転速度を検出する為には、これら各玉８、８が磁性材製である事が必要である。従って、これら各玉８、８として、セラミックス等の非磁性材製のものを使用する場合には、上記公転速度検出用センサ２４として光学式のものを使用する必要がある。但し、この公転速度検出用センサ２４の検出部を挿入する前記空間２９内には、転がり接触部を潤滑する為のグリースが封入されている場合が多く、その場合には光の反射が効果的に行なわれない。これらの事を考慮すれば、上記各玉８、８として磁性材製のものを使用し、上記公転速度検出用センサ２４として磁気検出素子を組み込んだものを使用する事が好ましい。
【００２７】
又、上述の様に、上記公転速度検出用センサ２４により上記各玉８、８の公転速度を直接測定する場合には、これら各玉８、８を保持する保持器２７として、合成樹脂等の非磁性材製のものを使用する事が好ましい。磁性材製の保持器を使用すると、上記各玉８、８と上記公転速度検出用センサ２４の検出部との間を流れるべき磁束が遮断されて、正確な公転速度を測定できなくなる。逆に言えば、非磁性材製の保持器２７を使用する事により、上記各玉８、８の公転速度を正確に求められる。尚、この保持器２７を、銅系合金等の非磁性金属製としても良いが、合成樹脂製保持器の方が、軽量で、しかも磁束をより遮断しにくいので、より好ましい。例えば、一般的に非磁性金属とされている、オーステナイト系のステンレス鋼にしても、僅かな磁性がある為、上記公転速度を正確に求める面からは不利である。
【００２８】
尚、上記保持器２７は、上記各玉８、８の公転に伴って、これら各玉８、８と共に回転するので、これら各玉８、８の公転速度は、上記保持器２７の回転速度として測定する事もできる。この公転速度をこの保持器２７の回転速度として測定する場合には、上記公転速度検出用センサ２４の検出部を上記保持器２７の一部に設けた被検出部に対向させる。この場合、保持器２７が磁性材製の場合には、この保持器２７の一部に凹凸を、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で配置する事で、上記被検出部とする事もできる。又、上記保持器２７が合成樹脂等の非磁性材製の場合には、この保持器２７の一部に、前記エンコーダ２８と同様に、側面にＮ極とＳ極とを交互に配置した多極磁石を添設する構造が、好ましく使用できる。
【００２９】
又、上記公転速度検出用センサ２４及び前記回転速度検出用センサ２５としては、磁性材製のポールピースの周囲にコイルを巻回した、パッシブ型の磁気式の回転検出センサを使用する事もできる。尚、パッシブ型の磁気式の回転検出センサは、回転速度が低くなると検出信号の電圧が低くなる。本発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、移動体が高速で走行する場合の走行安定性を図る事が主目的になるので、低速回転時に検出信号の電圧が低くなる事は、問題とはなりにくい。但し、低速走行時にも高精度の制御を行なう事を意図するのであれば、前述した様な、磁気検出素子と永久磁石とを組み込んだ、アクティブ型の回転検出センサを使用する事が好ましい。
【００３０】
又、回転検出センサとして、アクティブ型のものを使用する場合でも、或はパッシブ型のものを使用する場合でも、ホール素子等の磁気検出素子及び永久磁石、ポールピース及びコイル等のセンサ構成部品は、先端部の検出面を除いて、構成樹脂等の非磁性材中にモールドする事が好ましい。この様に合成樹脂中にセンサ構成部品をモールドして成る回転検出センサは、被検出部、即ち、上記公転速度検出用センサ２４の場合には前記各玉８、８若しくは前記保持器２７、上記回転速度検出用センサ２５の場合には前記エンコーダ２８に対向させる。図示の例の場合、上記公転速度検出用センサ２４は、外側（アウター側）の玉８、８若しくはこれら各玉８、８を保持した保持器２７に対向させて、これら各玉８、８の公転速度を検出する様にしている。尚、図示の例では、上記公転速度検出用センサ２４を上記玉８、８若しくは保持器２７に、軸方向に対向させているが、これら各玉８、８と外輪軌道７との転がり接触部との干渉防止を図れる範囲内で、半径方向に対向させる事もできる。
【００３１】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、上記各玉８、８の公転速度を、直接又は保持器２７を介して検出する事により、前記車輪を構成するホイール２１と前記ナックル５ａとの間に作用し、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を検出できる。即ち、複列アンギュラ型の玉軸受である上記転がり軸受ユニットがアキシアル荷重を負荷すると、上記各玉８、８の接触角が変化する。例えば、図１に矢印αで示す様に、内向のアキシアル荷重が加わると、外側（図１の左側）の列の玉８、８の接触角が大きくなる。転がり軸受の技術分野で周知の様に、アンギュラ型の玉軸受を構成する玉８、８の公転速度は、これら各玉８、８の接触角が変化すると変化する。具体的には、上記アキシアル荷重を支承する、上記外側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程、上記各玉８、８の公転速度が早くなる。従って、この公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める事ができる。
【００３２】
例えば、図３は、図１〜２に示した様な構造を有する、背面組み合わせ型の複列転がり軸受ユニットに上記矢印α方向のアキシアル荷重を付与した場合に於ける、このアキシアル荷重の大きさと玉８、８の公転速度との関係を示している。図３の実線ａがアキシアル荷重と外側（図１の左側）の列の玉８、８の公転速度との関係を、破線ｂがアキシアル荷重と内側の列の玉８、８の公転速度との関係を、それぞれ表している。尚、ラジアル荷重は一定とした。この様な図３から明らかな通り、アキシアル荷重を受ける側の列の玉８、８に関しては、アキシアル荷重の大きさとこれら各玉８、８の公転速度とは、ほぼ比例関係にある。従って、これら各玉８、８の公転速度を測定する事により、上記複列転がり軸受ユニットに作用するアキシアル荷重を算出できる。又、上記公転速度を測定する為の、前記公転速度検出用センサ２４は、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、上記複列転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する為の装置を安価に構成できる。上記アキシアル荷重を求める為の、図３の実線ａに示す様な関係は、実験により、或は計算により、予め求めて、上記アキシアル荷重を算出する為の演算器に入力しておく事が好ましい。
【００３３】
尚、転がり軸受ユニットが、工場等で使用する各種搬送車の如き、定速走行するものである場合には、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用される事も考えられる。この様な場合には、上記アキシアル荷重算出の為の回転検出センサは、上記公転速度検出用センサ２４のみで足りる。これに対して、図示の例の様に、自動車の車輪を支持する為の複列転がり軸受ユニットの場合には、使用時に、回転輪である前記ハブ１ａの回転速度が変化する。この為に図示の例では、上記公転速度検出用センサ２４に加えて、前記回転速度検出用センサ２５を設け、上記ハブ１ａの回転速度を検出自在としている。そして、この回転速度検出用センサ２５が検出する上記ハブ１ａの回転速度と、上記公転速度検出用センサ２４が検出する上記各玉８、８の公転速度とにより、上記アキシアル荷重を算出する様にしている。
【００３４】
上記公転速度検出用センサ２４から送り込まれる、上記公転速度を表す信号と、上記回転速度検出用センサ２５から送り込まれる、上記ハブ１ａの回転速度を表す信号とに基づいて、前記図示しない制御器に組み込まれた演算器は、先ず、上記公転速度と回転速度との比である速度比（＝各玉８、８の公転速度／ハブ１ａの回転速度）を計算する。そして、この速度比の変化に基づいて、上記各玉８、８の公転速度の変化を求める。この様に、速度比に基づいて公転速度の変化を求め、この公転速度の変化に基づいて、上記複列転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を算出すれば、上記ハブ１ａの回転速度が変化した場合でも、このアキシアル荷重を正確に算出できる。尚、上記速度比とアキシアル荷重との関係に就いても、予め実験或は計算により求めて、アキシアル荷重算出用の演算器に入力しておく事が好ましい。
【００３５】
又、自動車や鉄道車両等の様な移動体の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットで実施する場合には、別途、加速度センサ（図示せず）を設け、この加速度センサにより、進路変更時（旋回時）の遠心力に基づく加速度を検出する事が好ましい。即ち、自動車や鉄道車両等の移動体の場合、直進走行時に転がり軸受ユニットには、強風時、傾斜地走行時等、特殊な場合を除き、ラジアル荷重が作用するのみで、アキシアル荷重は、予圧を除いて殆ど作用しない。これに対して、上記移動体の進路変更時には、この移動体に遠心力に基づいて横方向の力が作用し、この力に基づいて上記転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が作用する。従って、上記加速度センサの測定値が実質的に０の場合には、上記転がり軸受ユニットにはアキシアル荷重は殆ど作用せず、上記加速度センサの測定値が大きい場合に、上記転がり軸受ユニットに作用するアキシアル荷重が大きくなる事になる。
【００３６】
図４は、前記速度比と上記加速度センサの測定値との関係を表している。図４の実線イが速度比と時間との関係を、破線ロが加速度センサの測定値と時間との関係を、それぞれ表している。又、上記図４は、直進走行していた移動体が進路変更を行なった後、再び直進走行に戻る場合に就いて示している。この様な図４から明らかな通り、上記速度比は、上記加速度センサの測定値に比例する状態で変化する。この様な関係を利用して、遠心力に基づいて生じる加速度を測定し、この加速度が或る値以下の時の速度比を基準として上記アキシアル荷重の算出を行なう様にすれば、このアキシアル荷重をより正確に求める事ができる。即ち、上記加速度が或る値以下（殆ど０）の状態では、上記アキシアル荷重はほぼ０であると考えられる。そこで、この状態での速度比を、このアキシアル荷重が０である場合の速度比（基準速度比）とする。そして、上記加速度が上記或る値を越えた場合に、その時点での速度比と上記基準速度比との差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出（差に比例したアキシアル荷重が作用しているとして計算）すれば、このアキシアル荷重をより精度良く求める事ができる。強風時、傾斜地走行時等の特殊条件下でも上記アキシアル荷重を正確に求める必要があれば、別途設けた、横風用風速計や傾斜計等の測定値により補正する。
【００３７】
尚、上記加速度センサを設ける場合には、この加速度センサが検出した加速度に移動体の質量を掛け合せる事により、この移動体全体に作用する遠心力の大きさを求められる。但し、この移動体を支持する複数の転がり軸受ユニットの個々に作用しているアキシアル荷重の大きさを求める事はできない。これに対して本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記転がり軸受ユニット軸受装置の個々に作用しているアキシアル荷重の大きさを求められる。この為、自動車や鉄道車両等の移動体の走行安定性を確保する為の制御を可能にできる。尚、加速度センサを設置する場合に、設置場所は、転がり軸受ユニット部分に組み込んでも良いし、自動車や鉄道車両等の移動体の車内に設置しても良い。又、加速度センサの設置個数にしても、１個でも、或は複数個でも良い。
【００３８】
尚、自動車或は鉄道車両等の場合には、上記加速度センサとして、車体に設置した加速度センサを利用しても良い。更には、自動車或は鉄道車両等の場合には、加速度センサに変えて、車体のヨーイング（横方向の揺れ）を検出する為のヨーレートセンサの信号を利用する事もできる。即ち、ヨーレートとアキシアル方向の加速度とは、ほぼ比例するので、ヨーレートにより、上記加速度センサの検出信号を利用した場合と同様にして、上記アキシアル荷重を正確に求める事ができる。
【００３９】
上述の様に、進路変更の有無（直進状態であるか旋回状態であるか）を検出する為には、鉄道車両を含む移動体の場合には加速度センサ（やヨーレートセンサ）を使用するが、移動体が自動車に限られる場合には、加速度センサに代えて舵角センサ或はパワーステアリング装置用のトルクセンサを使用する事もできる。例えば、自動車の操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除いて、一般的には前輪）に付与される舵角が図４の破線ロで示す様に変化すると、速度比は同図の実線イで示す様に変化する。即ち、舵角と速度比との関係は、先に述べた加速度と速度比との関係とほぼ一致する。
【００４０】
従って、上記加速度センサ（やヨーレートセンサ）に代えて上記舵角センサを設け、この舵角センサの検出信号を利用しても、加速度センサ（やヨーレートセンサ）を利用した場合と同様の効果を得られる。即ち、上記舵角センサにより操舵輪に付与された舵角を測定し、この舵角が或る値以下（実質的に０）の時の速度比を基準として上記アキシアル荷重の算出を行ない、この状態での速度比を、このアキシアル荷重が０である場合の速度比（基準速度比）とする。そして、上記舵角が上記或る値を越えた（舵角が実質的に付与された）場合に、その時点での速度比と上記基準速度比との差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出すれば、やはりアキシアル荷重を精度良く求める事ができる。
【００４１】
又、操舵輪に舵角が付与されたか否かは、ステアリングホイールを操作する力（操舵力）を低減する為の（電動式又は油圧式の）パワーステアリング装置に組み込むトルクセンサの検出信号によっても判断できる。即ち、操舵輪に舵角が付与されない直線状態では、ステアリングホイールが操作されておらず、ステアリングシャフトにトルクが加わる事はない。従って、上記トルクセンサの検出信号は実質的に０になる。これに対して、上記操舵輪に舵角が付与される旋回状態では、ステアリングホイールが操作されて、ステアリングシャフトにトルクが加わる。従って、上記トルクセンサの検出信号によっても、前記加速度センサ（やヨーレートセンサ）或は上記舵角センサを使用して求めた、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重が０である場合の速度比（基準速度比）を求める事ができる。そして、この基準速度比を求めたならば、上記トルクセンサがトルクを検出した場合に、その時点での速度比に基づいて、上記アキシアル荷重を求める。
【００４２】
尚、以上に述べた、アキシアル荷重の測定精度を向上させる為に利用する、加速度センサ、舵角センサ、トルクセンサ、ヨーレートセンサの検出値は、それぞれ単独で利用する他、組み合わせて利用する事もできる。即ち、上記各センサのうちから選択される２種類以上のセンサの検出値を比較して比較値を求め、得られた比較値が所定の値以下の状態での公転速度又は速度比を基準値とする。そして、この比較値がこの所定の値を超えた場合に、その状態での公転速度又は速度比と上記基準値との差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する事によっても、このアキシアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。
【００４３】
尚、図示の例では、進路変更に伴う旋回走行時に、特に大きなアキシアル荷重を受ける為、接触角が大きく変化し、公転速度の変動が大きい、外側（アウター側）の列の玉８、８側にのみ、公転速度検出用センサ２４を設けた例を示した。これに対して、内側（インナー側）の列の玉８、８側にも、公転速度検出用センサ２４を設け、外側、内側両列の玉８、８の公転速度の差を求めれば、上記アキシアル荷重をより精度良く求める事も可能になる。更に、図示の例とは逆方向（外向き）のアキシアル荷重を求める事もできる。
【００４４】
又、上記公転速度検出用センサ２４が検出する、上記各玉８、８の公転速度を表す信号と、前記回転速度検出用センサ２５が検出する、前記ハブ１ａの回転速度を表す信号とは、アナログ回路等のハードウェアにより処理しても良いし、マイクロコンピュータ等によりソフトウェア的に処理しても良い。
又、図示の例では、自動車の車輪を支持する為の、複列アンギュラ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たが、一般的な単列深溝型の玉軸受や円すいころ軸受に本発明を適用する事もできる。又、組み合せ転がり軸受に限らず、一般の単列転がり軸受を組み合わせた軸受装置にも、本発明は適用できる。又、自動車の車輪を支持する為の複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットに適用する場合にしても、図１に示した様に、外側の内輪軌道をハブ本体の中間部外周面に形成した、所謂第三世代のハブユニットに限らずに実施できる。即ち、ハブ本体の中間部乃至内端部に１対の内輪を外嵌固定した、所謂第二世代のハブユニットや、ハブ本体の中間部乃至内端部に１対の内輪を外嵌固定すると共に、外周面を単なる円筒状とした外輪をナックルの支持孔に内嵌支持する、所謂第一世代のハブユニットにも適用できる。或は、ハブ本体の中間部乃至内端部の外周面とナックルの支持孔の内周面との間に、それぞれが短列型である転がり軸受を１対設ける構造にも、本発明を適用する事ができる。
【００４５】
更には、個々の転がり軸受ユニットの加工精度のばらつき（初期接触角のばらつき）により、アキシアル荷重が０である場合の、各転動体の公転速度並びに速度比が異なる事が考えられる。更には、使用に伴う各部の微小変形により、やはりアキシアル荷重が０である場合の公転速度並びに速度比が変化する可能性がある。そこで、先に述べた様にして（加速度センサ、舵角センサ、トルクセンサ、ヨーレートセンサ等の信号に基づいて）決定する、上記アキシアル荷重が０である場合の速度比を、初期設定値として制御器に記憶し、更に学習（更新）する事で、最初から長期間経過後に至るまで、上記アキシアル荷重を正確に求め続ける事ができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置及び荷重測定用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、比較的低コストで構成できるにも拘らず、各車輪に加わるアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる。この為、各種車両用走行安定装置の高性能化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】アキシアル荷重と転動体の公転速度との関係を示す線図。
【図４】回転輪の回転速度と各転動体の公転速度との比である速度比と、加速度（ヨーレート、舵角、操舵力）との関係を示す線図。
【図５】従来構造の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ  ハブ
２、２ａ  回転側フランジ
３    内輪軌道
４、４ａ  外輪
５、５ａ  ナックル
６、６ａ  固定側フランジ
７    外輪軌道
８    玉
９    ボルト
１０    ねじ孔
１１    荷重センサ
１２    ハブ本体
１３    内輪
１４    スプライン孔
１５    等速ジョイント
１６    スプライン軸
１７    ナット
１８    ハウジング
１９    ボルト
２０    ディスク
２１    ホイール
２２    スタッド
２３    ナット
２４    公転速度検出用センサ
２５    回転速度検出用センサ
２６    取付孔
２７    保持器
２８    エンコーダ
２９    空間
３０    組み合わせシールリング
【図１】
2004294414.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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