(57)【要約】【課題】  各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度とハブ２ｂの回転速度とにより、このハブ２ｂと外輪１との間に加わる荷重を求める構造で、公転速度及び回転速度検出の信頼性、延ては荷重測定の信頼性の向上を図る。【解決手段】  公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと回転速度検出用センサ１５ａとを設けたセンサユニット２１ａは、上記外輪１に傾斜した状態で設けられた取付孔１０ｂ内に挿入されている。上記各列の転動体９ａ、９ｂを保持した保持器２４ａ´、２４ｂ´に設けた公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´を、上記取付孔１０ｂと同方向に同角度だけ傾斜させる。又、上記センサユニット２１ａの先端面３２をこのセンサユニット２１ａの中心軸に対し傾斜させる。これらにより、上記各センサ２３ａ、２３ｂ、１５ａと、上記各エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´１３ａの被検出面とをそれぞれ平行にし、上記課題を解決する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道を有し使用時にも回転しない外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有し使用時に回転する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与した状態で設けられた複数個の転動体と、これら各転動体を転動自在に保持した保持器と、この保持器の軸方向側面に全周に亙って設けられた、軸方向側面に存在する被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させた公転速度検出用エンコーダと、上記外輪相当部材に設けられた取付孔と、この取付孔に挿入する挿入部を備えたセンサユニットの先端部に設けられ、その検出部を上記公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させる事で、上記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外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する演算器とを備え、上記取付孔は上記外輪相当部材の径方向に対し傾斜した方向に設けられており、上記公転速度検出用エンコーダは上記保持器の軸方向側面に、上記取付孔と同じ方向に傾斜した状態で設けられて、この公転速度検出用エンコーダの被検出面と上記公転速度検出用センサの検出部とをほぼ平行に配置した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
外輪相当部材の内周面に複列の外輪軌道を、内輪相当部材の外周面に複列の内輪軌道を、それぞれ設けると共に、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつの転動体を、互いに逆方向の接触角を付与した状態で設けており、これら各列の転動体を転動自在に保持した１対の保持器の互いに対向する軸方向側面に１対の公転速度検出用エンコーダを設けており、取付孔は、上記外輪相当部材の軸方向中間部で上記両外輪軌道の間部分に設けられており、センサユニットの先端部で上記外輪相当部材の軸方向に関して互いに反対側側面に設けられた１対の公転速度検出用センサの検出部を、それぞれ上記両公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させている、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】
内輪相当部材の軸方向中間部で１対の内輪軌道の間部分に、その外周面を被検出面とした回転速度検出用エンコーダが設けられており、センサユニットの先端面に設置された回転速度検出用センサの検出部が上記回転速度検出用エンコーダの被検出面に対向している、請求項２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】
センサユニットの先端面をこのセンサユニットの中心軸に対し傾斜させる事で、この先端面を内輪相当部材の軸方向に対しほぼ平行とし、回転速度検出用センサの検出部と回転速度検出用エンコーダの被検出面とをほぼ平行に配置した、請求項３に記載した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】
この発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、例えば、自動車、鉄道車両等の車両の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記車両の走行安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
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荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）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、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図３に示す様に構成している。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回転側フランジ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で、図６を除く各図の左端部）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で、図６を除く各図の右端部）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９ａ、９ｂ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。
【０００４】
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（丸棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、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。
【０００５】
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９ａ、９ｂ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ラジアル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。
【０００６】
尚、図３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の内端部に回転速度検出用エンコーダ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に回転速度検出用センサ１５を支持している。そして、この回転速度検出用センサ１５の検知部を、上記回転速度検出用エンコーダ１３の被検出部に、測定隙間を介して対向させている。
【０００７】
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と共に上記回転速度検出用エンコーダ１３が回転し、この回転速度検出用エンコーダ１３の被検知部が上記回転速度検出用センサ１５の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出用センサ１５の出力が変化する。この様にして回転速度検出用センサ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、この回転速度検出用センサ１５の出力信号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。
【０００８】
上述の様な従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、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構造も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図４は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、ハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１６に支持固定する為の、固定側フランジ１７を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａ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９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。
【０００９】
更に、上記固定側フランジ１７の内側面複数個所で、この固定側フランジ１７を上記ナックル１６に結合する為のボルト１８を螺合する為のねじ孔１９を囲む部分に、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１６に支持固定した状態でこれら各荷重センサ２０は、このナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面との間で挟持される。
【００１０】
この様な従来構造の第２例の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１６との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面とが、上記各荷重センサ２０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２０の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１６との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
【００１１】
前述の図３に示した従来構造の第１例の場合、変位センサ１１により、外輪１とハブ２との径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ１１として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【００１２】
又、上述の図４に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１６に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１８と同数だけ、荷重センサ２０を設ける必要がある。この為、荷重センサ２０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。又、特許文献３に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。又、この外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求める為、この公転速度を正確に測定できないと言った問題もある。
【００１３】
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号）。図５は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪１（外輪相当部材）の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ａにセンサユニット２１を挿通し、このセンサユニット２１の先端部２２を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部２２には、１対の公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ａとを設けている。
【００１４】
そして、このうちの各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部を、複列に配置された各転動体９ａ、９ｂを回転自在に保持した各保持器２４ａ、２４ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂに近接対向させて、各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出部を、内輪相当部材であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１３ａに近接対向させて、このハブ２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ２の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を求められる。
【００１５】
即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ２３ａ、２３ｂ、１５ａから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図６を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記両列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
【００１６】
図６は、上述の図５に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道８、８と複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ0 、Ｆ0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等により、ラジアル荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記両内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎi とし、上記両外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎo とすると、上記公転速度ｎc は、次の式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝
【００１７】
この式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Ｆｚ及び上記アキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎc は、これらラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆｚに関しては、大きくなる程上記公転速度ｎc が遅くなる。又、アキシアル荷重Ｆｙに関しては、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の公転速度が速くなり、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の公転速度が遅くなる。従って、この公転速度ｎc に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。
【００１８】
但し、上記公転速度ｎc の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆｚと上記アキシアル荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ0 、Ｆ0 によっても変化する。又、上記公転速度ｎc は、上記ハブ２の回転速度ｎi に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆｚ、上記アキシアル荷重Ｆｙ、予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ハブ２の回転速度ｎi を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎc を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ0 、Ｆ0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、ハブ２の回転速度ｎi は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。
【００１９】
この様な事情に鑑みて先発明の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度ｎi との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚ又は上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎi は、必ずしも必要ではない。
【００２０】
尚、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚとアキシアル荷重Ｆｙとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。
【００２１】
上述の様な先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実施する場合、必ずしも前記取付孔１０ａを、図５に示す様に、外輪１の中心軸に対して直角方向に設けられない場合が考えられる。即ち、ハブ２の形状や、この外輪１をナックル１６（図４）に取り付ける際のスペース上の問題等から、図７に示す様に取付孔１０ｂを上記外輪１の中心軸に対し斜めに形成しなければならない場合が考えられる。この様に傾斜した取付孔１０ｂに対し、前述の図５に示した様に、外輪１の直径方向に形成した取付孔１０ａに挿入するのと同様のセンサユニット２１を組み付けると、図７に示す様に、このセンサユニット２１の先端部２２に設けた各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと、各保持器２４ａ、２４ｂの側面に設けた各公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂとが、互いに非平行になる。
【００２２】
尚、前述の図５に示した構造が従動輪（ＦＲ車、ＭＲ車、ＲＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の転がり軸受ユニットに荷重測定装置を組み込んでいるのに対して、上記図７に示した構造は、駆動輪（ＦＲ車、ＭＲ車、ＲＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用の転がり軸受ユニットに荷重測定装置を組み込んでいる。この為に、ハブ２ｂの中心部にスプライン孔２６を形成している。又、このハブ２ｂの内端部に外嵌した内輪６の内端面をこのハブ２ｂの内端面よりも突出させている。この様な内輪６の内端面には、組み付け状態で等速ジョイントに付属のハウジングの外端面が突き当たり、上記ハブ２ｂと上記内輪６との分離防止を図る。更に、この内輪６の内端部外周面と上記外輪１の内端部内周面との間に組み合わせシールリング２７を設けて、各転動体９ａ、９ｂを設置した空間２８の内端開口部を塞いでいる。この様な駆動輪用の転がり軸受ユニットの場合、上記等速ジョイントに付属のハウジングの存在に基づき、上記取付孔１０ｂを、図７に示す様に、径方向外方程軸方向外方に向かう方向に傾斜させる必要が、特に生じ易い。但し、上記図５に示した従動輪用の転がり軸受ユニットの場合でも、センサユニット用の取付孔を傾斜させる必要が生じる場合がある。
【００２３】
何れにしても、前述の様に前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと前記各公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂとが互いに非平行である状態では、これら各公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂの被検出面から出た磁束が、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部に設けた磁気検出素子を直交して流れない。この為、これら各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号の変化が不安定になり、各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度検出の信頼性確保が難しくなる。
【００２４】
又、上記センサユニット２１の先端部２２が、上記外輪の内周面から径方向内方に、傾斜した状態で突出している為、ポケット隙間の影響等により、上記両保持器２４ａ、２４ｂが振れ回った場合に、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂの被検出面と上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部と（図７に示した構造では、軸方向内側の公転速度検出用エンコーダ２５ｂの被検出面と公転速度検出用センサ２３ｂの検出部の端部と）が接触する可能性がある。そして、接触した場合には、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂの被検出面と上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部との一方又は双方を損傷する可能性が大きくなる。勿論、これら各公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂの被検出面と上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部とを十分に離せば上記損傷を防止できるが、これら各センサ２３ａ、２３ｂに達する磁束が少なくなり、公転速度検出の信頼性確保が益々難しくなる。
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特公昭６２−３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、外輪に対しセンサユニットを傾斜した状態で装着する場合でも、公転速度検出の信頼性確保と各部の損傷防止とを両立させられる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】
【００２７】
本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の転動体と、保持器と、公転速度検出用エンコーダと、取付孔と、公転速度検出用センサと、演算器とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に外輪軌道を有し、使用時にも回転しない。
又、上記内輪相当部材は、上記外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置されたもので、外周面に内輪軌道を有し、使用時に回転する。
又、上記各転動体は、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に、接触角を付与した状態で設けられている。
又、上記保持器は、上記各転動体を転動自在に保持している。
又、上記公転速度検出用エンコーダは、上記保持器の軸方向側面に、全周に亙って設けられたもので、軸方向側面に存在する被検出面の特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させている。
又、上記取付孔は、上記外輪相当部材に設けられている。
又、上記公転速度検出用センサは、上記取付孔に挿入する挿入部を備えたセンサユニットの先端部に設けられ、その検出部を上記公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させる事で、上記転動体の公転速度を検出する。
又、上記演算器は、上記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、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
更に、上記取付孔は上記外輪相当部材の径方向に対し傾斜した方向に設けられており、上記公転速度検出用エンコーダは上記保持器の軸方向側面に、上記取付孔と同じ方向に傾斜した状態で設けられて、この公転速度検出用エンコーダの被検出面と上記公転速度検出用センサの検出部とをほぼ平行に配置している。
【発明の効果】
【００２８】
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、転がり軸受ユニットに負荷される荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットに荷重が負荷されると、転動体（玉）の接触角が変化し、これら各転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。
更に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、取付孔を外輪相当部材の径方向に対し傾斜した方向に設けている為、上記内輪相当部材の形状や、この外輪相当部材を懸架装置に取り付ける際のスペース上の問題に拘らず、上記取付孔にセンサユニットを組み付けられる。又、修理等の為、上記外輪相当部材を上記懸架装置に取り付けたまま、上記取付孔に上記センサユニットを抜き差しする必要が生じた場合でも、この作業を容易に行なえる。
この場合でも、公転速度検出用エンコーダの被検出面と公転速度検出用センサの検出部とをほぼ平行に配置しているので、この公転速度検出用センサの検出信号の変化を安定させて、転動体の公転速度検出の信頼性確保を図れる。又、ポケット隙間の影響等により保持器が振れ回った場合でも、上記公転速度検出用エンコーダの被検出面と上記公転速度検出用センサの検出部とが接触しにくく、この公転速度検出用エンコーダの被検出面や上記公転速度検出用センサの検出部を損傷しにくくできる。この結果、公転速度検出、延ては上記荷重測定の信頼性確保が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、外輪相当部材の内周面に複列の外輪軌道を、内輪相当部材の外周面に複列の内輪軌道を、それぞれ設けると共に、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつの転動体を、互いに逆方向の接触角を付与した状態で設ける。そして、これら各列の転動体を転動自在に保持した１対の保持器の互いに対向する軸方向側面に、１対の公転速度検出用エンコーダを設ける。又、取付孔は、上記外輪相当部材の軸方向中間部で上記両外輪軌道の間部分に設け、センサユニットの先端部で上記外輪相当部材の軸方向に関して互いに反対側側面に設けられた１対の公転速度検出用センサの検出部を、それぞれ上記両公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させる。
この様に複列に配置した転動体の公転速度を検出する様に構成すれば、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用する荷重を、より精度良く求められる。又、一方の列の公転速度と他方の列の公転速度との比に基づいて上記荷重を求める事により、上記内輪相当部材の回転速度が変化した場合にも、この荷重を求められる。
【００３０】
上述の様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、上記内輪相当部材の軸方向中間部で１対の内輪軌道の間部分に、その外周面を被検出面とした回転速度検出用エンコーダを設ける。そして、上記センサユニットの先端面に設置した回転速度検出用センサの検出部を、上記回転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させる。
この様に構成すれば、上記内輪相当部材の回転速度が変化した場合に於ける上記荷重の測定精度を向上できる。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に、更に好ましくは、請求項４に記載した様に、上記センサユニットの先端面をこのセンサユニットの中心軸に対し傾斜させる事で、この先端面を内輪相当部材の軸方向に対しほぼ平行とする。そして、回転速度検出用センサの検出部と回転速度検出用エンコーダの被検出面とをほぼ平行に配置する。
この様に構成すれば、磁束がセンサの検出部を直交して流れる為、上記回転速度検出用センサの検出信号の変化を安定させて、上記内輪相当部材の回転速度検出、延ては上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用する荷重測定の信頼性確保を図れる。
【実施例１】
【００３１】
図１は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、外輪１の軸方向中間部で１対の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ｂを、この外輪１の中心軸に対し傾斜させた場合にも、それぞれ１対ずつ設けた公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部と公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面とをほぼ（＝実質的に＝組み付け誤差等を除いて可及的に）平行にする点にある。転がり軸受ユニット及び荷重測定装置の基本的構成及び作用は、前述の図５に示した先発明に係る構造と同様である。又、転がり軸受ユニットを駆動輪用とした事により構成が異なる部分に就いては、前述の図７に示した構造と同様である。就いては、この図７或は上記図５に記載した構造と同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００３２】
本実施例の場合、上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に上記取付孔１０ｂを、径方向外方側に向かう程軸方向外側に向かう方向に、上記外輪１の中心軸に対し傾斜した状態で設けている。又、この外輪１の外周面で上記取付孔１０ｂの開口部を囲む部分は、この取付孔１０ｂの中心軸に対し直行する方向に存在する取付面２９とし、この取付面２９に、センサユニット２１の基端部に設けた、外向フランジ状の取付部３０の片面を突き当て自在としている。又、上記外輪１の内周面から径方向内方に突出した、上記センサユニット２１の先端部２２のうち、この外輪１の軸方向に関して両側面に、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂを設けている。これら各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部を構成する、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子は、上記センサユニット２１の中心軸に対し平行に配置している。従ってこの磁気検出素子は、上記外輪１の中心軸に対し傾斜した状態で設けられている。
【００３３】
又、複列に配置された転動体９ａ、９ｂを転動自在に保持する１対の保持器２４ａ´、２４ｂ´は、それぞれのリム部３１ａ、３１ｂを互いに対向させた状態で設けられている。これら各リム部３１ａ、３１ｂの互いに対向する側面は、径方向外方程軸方向外方に向く方向に、上記取付孔１０ｂと同じ角度だけ傾斜した、部分円すい状凸面（軸方向外側の保持器２４ａ´のリム部３１ａの場合）或は部分円すい状凹面（軸方向内側の保持器２４ｂ´のリム部３１ｂの場合）としている。そして、この様な上記両リム部３１ａ、３１ｂの互いに対向する側面に、それぞれ公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´を設けている。これら両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の軸方向に関する厚さは、径方向のほぼ全幅に亙って（内外両周縁部の極一部を除き）均一である。従って上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面は、径方向外方程軸方向外方に向く方向に、上記取付孔１０ｂと同じ角度だけ傾斜している。この結果、両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部と上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面とは、互いに平行となる。
【００３４】
上述の様に構成する本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記取付孔１０ｂを上記外輪１の径方向に対し傾斜した方向に設けている為、ハブ２ｂの形状や、このハブ２ｂに結合固定される等速ジョイントの形状、更には上記外輪１を懸架装置を構成するナックル１６（図４参照）に取り付ける際のスペース上の問題に拘らず、上記取付孔１０ｂに前記センサユニット２１を組み付けられる。又、修理等の為、上記外輪１を上記ナックル１６に取り付けたまま、上記取付孔１０ｂに上記センサユニット２１を抜き差しする必要が生じた場合でも、この作業を容易に行なえる。
【００３５】
この様な作用・効果を得る為に上記取付孔１０ｂを傾斜させた場合でも、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面と上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部とをほぼ平行に配置しているので、それぞれが永久磁石製である上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面から出た磁束が、上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部に対してほぼ直交する方向に流れる様になる。この為、これら両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号の変化を安定させて、前記各転動体９ａ、９ｂの公転速度検出の信頼性確保を図れる。又、ポケット隙間の影響等により前記各保持器２４ａ´、２４ｂ´が振れ回った場合でも、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面と上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部とが接触しにくくなる。この結果、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ａ´、２５ｂ´の被検出面や上記両公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部を損傷しにくくできて、公転速度検出、延ては上記荷重測定の信頼性確保が容易になる。
【００３６】
尚、両公転速度検出用エンコーダの被検出面と両公転速度検出用センサの検出部とをほぼ平行にすべく、これら両公転速度検出用エンコーダの被検出面を傾斜させる構造は、これら両公転速度検出用エンコーダの軸方向に関する厚さを、径方向に関して異ならせる事でも実現できる。即ち、各転動体を保持した保持器として、前述の図５或は図７に示す様な一般的なものを使用する代わりに、軸方向外側の保持器の軸方向内側面に、径方向外方に向かう程厚さ寸法が小さくなる公転速度エンコーダを、軸方向内側の保持器の軸方向外側面に、径方向外方に向かう程厚さ寸法が大きくなる公転速度エンコーダを、それぞれ設ける事でも、上記構造を実現できる。又、スペース上等、何らかの問題で、センサユニットを複列の外輪軌道同士の間に設置できず、公転速度検出用センサを外輪の端部に設ける必要が生じた場合でも、本発明の様な構成で、公転速度検出用エンコーダの被検出面と公転速度検出用センサの検出部とを平行にする事は、荷重検出の信頼性向上の面から有効である。
【実施例２】
【００３７】
図２は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、センサユニット２１ａの先端面３２を、このセンサユニット２１ａの中心軸に対し傾斜させる事で、この先端面３２をハブ２ｂの軸方向に対しほぼ平行としている。そして、この先端面３２部分に設置した、回転速度検出用センサ１５ａの検出部と、上記ハブ２ｂの中間部に外嵌固定した、永久磁石製の回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面である外周面とを平行にしている。
本実施例の場合、この様に構成する事により、上記回転速度検出用エンコーダ１３ａの外周面から出た磁束が上記回転速度検出用センサ１５ａの検出部を、ほぼ直交して流れるので、この回転速度検出用センサ１５ａの検出信号の変化を安定させ、上記ハブ２ｂの回転速度検出、延ては外輪１とこのハブ２ｂとの間に作用する荷重測定の信頼性確保を図る様にしている。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施例１と同様であるから、重複する説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１を示す半部断面図。
【図２】同実施例２を示す半部断面図。
【図３】従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図４】従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図５】先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の断面図。
【図６】転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる理由を説明する為の模式図。
【図７】先発明の構造のままセンサユニットの挿入方向を傾斜させた場合の問題を説明する為の半部断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  回転側フランジ
４    ハブ本体
５    ナット
６    内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９ａ、９ｂ  転動体
１０、１０ａ、１０ｂ  取付孔
１１    変位センサ
１２    センサリング
１３、１３ａ  回転速度検出用エンコーダ
１４    カバー
１５、１５ａ  回転速度検出用センサ
１６    ナックル
１７    固定側フランジ
１８    ボルト
１９    ねじ孔
２０    荷重センサ
２１、２１ａ  センサユニット
２２    先端部
２３ａ、２３ｂ  公転速度検出用センサ
２４ａ、２４ｂ、２４ａ´、２４ｂ´  保持器
２５ａ、２５ｂ、２５ａ´、２５ｂ´  公転速度検出用エンコーダ
２６    スプライン孔
２７    組み合わせシールリング
２８    空間
２９    取付面
３０    取付部
３１ａ、３１ｂ  リム部
３２    先端面
【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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