(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、固定側軌道部材に設けられた少なくとも１つのセンサおよびセンサの出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段を有するセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、転がり軸受に作用する荷重と相関のある出力が得られる２種類のセンサを有し、これらのセンサは、転がり軸受の摩耗量による出力特性の変化の仕方が異なるもので、一方が荷重を検出する荷重センサで、他方が変位を検出する変位センサであり、処理手段において、予め求められている摩耗による各センサの出力特性の変化を使用することで、使用とともに摩耗していく転がり軸受に作用する荷重が摩耗の影響を考慮して求められていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
処理手段において、転がり軸受に作用する荷重に加えて、転がり軸受の摩耗量が求められている請求項１のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
ｘを荷重、ｙをセンサ出力として、初期特性ｙ＝ａ０ｘ＋ｂ０であったものが摩耗により変化し、摩耗量がｍのときに、各センサの出力がそれぞれｙ１およびｙ２に変化したとし、ｘおよびｍが、処理手段において、次の式に基づいて求められている請求項１または２のセンサ付き転がり軸受装置。
ｙ１＝（ａ０＋ａ１ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ１ｍ  …  （１）
ｙ２＝（ａ０＋ａ２ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ２ｍ  …  （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受とその各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（転がり軸受）に、タイヤ接地荷重を検出するセンサ装置を設けることが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−７６７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、新品時に取得した相関関係を使用し、荷重を求めるようになされているが、転がり軸受は、使用とともに摩耗していくものであるから、摩耗した場合の荷重検出精度が低下する可能性がある。
【０００４】
この発明の目的は、従来、考慮されていなかった摩耗の影響を考慮し、これにより、荷重検出精度を向上させたセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有する転がり軸受と、固定側軌道部材に設けられた少なくとも１つのセンサおよびセンサの出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段を有するセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、転がり軸受に作用する荷重と相関のある出力が得られる２種類のセンサを有し、これらのセンサは、転がり軸受の摩耗量による出力特性の変化の仕方が異なるもので、一方が荷重を検出する荷重センサで、他方が変位を検出する変位センサであり、処理手段において、予め求められている摩耗による各センサの出力特性の変化を使用することで、使用とともに摩耗していく転がり軸受に作用する荷重が摩耗の影響を考慮して求められていることを特徴とするものである。
【０００６】
第１のセンサは、荷重測定用として一般的な荷重センサ（圧力センサ、歪みセンサなどと称されているものを含む）とされ、荷重センサは、摩耗の検知をすることが難しいので、第２のセンサとしては、摩耗の検知ができるセンサ（転がり軸受に作用する荷重と相関関係があるが、摩耗によって影響を受けやすいセンサ）、例えば変位センサとされる。変位センサは、荷重による変位（微小変位）を測定するもので、渦電流式変位センサ、静電容量式変位センサなどがあり、いずれのタイプのものでもよい。転がり軸受に作用する荷重と相関関係があるが、摩耗によって影響を受けやすい物理量としては、変位の他に、面積があり、これを測定するセンサとして、例えば、超音波センサがある。
【０００７】
荷重と変位とは、弾性領域において比例関係があるので、両センサの出力特性を揃えておくことにより、新品時（正常時）には、荷重センサおよび変位センサのいずれを使用しても、正しく（したがって同じ値の）荷重が求められる。転がり軸受の摩耗が進むと、荷重センサの出力から求められる荷重と変位センサの出力から求められる荷重とが相違してくる。したがって、予め、摩耗による変位センサの出力特性の変化（摩耗による転がり軸受の変位の傾向）および摩耗による荷重センサの出力の変化（摩耗による軸受荷重の変化の傾向）を求めておき、時間が経過して各センサから得られる荷重が相違してきた場合には、この相違を摩耗によるものとして、予め求められている摩耗による各出力特性の変化の式を使用して、適正な演算を行うことにより、荷重および摩耗の両方を求めることができる。
【０００８】
荷重および摩耗を求めるには、例えば、次のようにすればよい。
【０００９】
第１のセンサの出力（例えば荷重センサの出力：出力１）および第２のセンサの出力（例えば変位センサの出力：出力２）について、ｘを荷重、ｙをセンサ出力として、初期特性ｙ＝ａ０ｘ＋ｂ０であったものが摩耗により変化し、センサ出力１およびセンサ出力２がそれぞれ、ｙ１およびｙ２に変化したとする。センサ荷重と摩耗との相関式において、傾きおよび切片の変化が摩耗量ｍに比例するとすると、ｙ１およびｙ２は次のように表される。
【００１０】
ｙ１＝（ａ０＋ａ１ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ１ｍ  …  （１）
ｙ２＝（ａ０＋ａ２ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ２ｍ  …  （２）
式（１）および式（２）より、ｘを消去すると、
（ａ１ｂ２−ａ２ｂ１）ｍ２＋｛ａ２（ｙ１−ｂ０）＋ａ１（ｙ２−ｂ０）＋ａ０（ｂ２−ｂ１）｝ｍ＋ａ０（ｙ１−ｙ２）＝０  …  （３）
が得られる。摩耗による変化量ａ１，ａ２，ｂ１およびｂ２を予め調べておくことにより、各センサ出力の値ｙ１およびｙ２と摩耗による変化量ａ１，ａ２，ｂ１およびｂ２とを式（３）に代入し、ｍについて解くことにより、摩耗量ｍが求められ、求めたｍを式（１）および／または式（２）に代入することにより、正しい荷重ｘを求めることができる。
【００１１】
センサの数および配置については、例えば、第１および第２のセンサを１組として、固定側軌道部材の頂部、底部、前部および後部の４カ所にそれぞれ１組配置されるが、センサの数および配置は、これに限定されるものではなく、数については、２組または３組でもよく（２組以上が好ましい）、また、配置については、頂部、底部、前部および後部から適当な角度ずらされていてもよく、等間隔でなくてもよい。
【００１２】
また、荷重センサは、支持部材の先端部に取り付けて、支持部材の基端部を固定側軌道部材に固定するようにしてもよいが、固定側軌道部材の転動体に対向する位置に埋め込まれているようにすることが好ましい。後者のようにすると、軸受装置の回転に伴って軌道面の摩耗が進行しても、その摩耗状態を正確にセンシングすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のセンサ転がり軸受装置によると、異なる２種類のセンサを使用することで、異種センサの冗長系によるシステム信頼性の確保が可能となるとともに、時間が経過して、転がり軸受が摩耗した場合でも、軸受に作用する荷重を精度良く求めることができるので、荷重検出精度を向上させることができる。しかも、摩耗も同時に求めることができるので、転がり軸受の異常検出や寿命予測を行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１６】
このセンサ付き転がり軸受装置は、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(1)と、タイヤの接地荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００１７】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)を備えている。
【００１８】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(11)と、円筒部(11)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体）にボルトで取り付けられるフランジ部(12)とを有している。
【００１９】
回転側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する内軸(15)と、第２の軌道溝(16a)を有し内軸(15)の左端部に嵌め止められている内輪(16)とからなる。内軸(15)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト（図示略）が固定されるフランジ部(17)が設けられている。
【００２０】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)の左端部近傍に設けられて左列の玉(5)に所定間隔をおいて臨まされている荷重センサ(21)と、固定側軌道部材(3)の左端部に設けられて内輪外径に所定間隔をおいて臨まされている変位センサ(22)と、両センサ(21)(22)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００２１】
荷重センサ(21)および変位センサ(22)は、固定側軌道部材(3)に埋め込まれている。各センサ(21)(22)は、いずれも図示した位置（ハブユニットの頂部）だけでなく、底部、前部および後部を含めた計４カ所に、周方向に等間隔で設けられている。
【００２２】
変位は摩耗により変化し（例えば、同じ荷重に対して変位が大きくなる）、また、荷重も摩耗によって変化する（例えば、同じ荷重変化に対する変化量が小さくなる）。したがって、荷重センサで得られる出力および変位センサで得られる出力は、時間とともに（摩耗が進むとともに）、例えば、図２に示すように変化する。
【００２３】
処理手段には、以下の式（１）および式（２）ならびにこれを求めるのに必要なａ１，ａ２，ｂ１およびｂ２が蓄えられており、各センサ出力の値ｙ１およびｙ２を使用して、正しい転がり軸受荷重ｘおよび摩耗量ｍが求められる。
【００２４】
ｙ１＝（ａ０＋ａ１ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ１ｍ  …  （１）
ｙ２＝（ａ０＋ａ２ｍ）ｘ＋ｂ０＋ｂ２ｍ  …  （２）
処理手段には、さらに、転がり軸受荷重ｘからタイヤ接地荷重の３方向成分（上下方向力、左右方向力および前後方向力）を求めるための関係式が蓄えられており、この関係式を使用してセンサ出力からタイヤ接地荷重を求めることができる。得られた接地荷重は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【００２５】
荷重センサ(21)は、図１に示したように、固定側軌道部材(3)の玉(5)に対向する位置に埋め込まれているので、ハブユニット(1)の回転に伴って各軌道部材(3)(4)の軌道面の摩耗が進行しても、その摩耗状態を正確にセンシングすることができ、これにより、優れた荷重検出精度を長期間にわたって得ることができる。
【００２６】
なお、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記センサ装置は、ハブユニット以外の各種転がり軸受に一体化して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、荷重センサおよび変位センサについて、摩耗が進んだ場合の出力の変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
(1)      ハブユニット（転がり軸受）
(2)      センサ装置
(3)      固定側軌道部材
(4)      回転側軌道部材
(5)      玉（転動体）
(21)     荷重センサ
(22)     変位センサ
【図１】
0004752519.tif 000002
【図２】
0004752519.tif 000003