(57)【要約】【課題】  両列の転動体９ａ、９ｂ同士の間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度検出を可能にし、外輪１ｂとハブ２ｂとの間に加わる荷重を測定可能にする。【解決手段】  上記両列の転動体９ａ、９ｂを保持した保持器２４ｃ、２４ｄの互いに反対側面に、それぞれ回転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄを設置する。上記両列の転動体９ａ、９ｂ及び保持器２４ｃ、２４ｄを設けた空間２８の両端を塞いだシールリング２７ａ、２７ｂに支持した公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄを、上記両回転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの被検出面に対向させる。上記両保持器２４ｃ、２４ｄ同士の間に公転速度検出用センサを配置する必要がなくなるので、上記課題を解決できる。【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する外輪相当部材と、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され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、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面との間で上記各転動体を設置した空間の端部開口を塞ぐシールリングと、上記保持器の一部でこのシールリングに対向する部分に全周に亙って設けられた、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、上記シールリングの一部でこの公転速度検出用エンコーダに対向する部分に設けられ、上記各転動体の公転速度である上記保持器の回転速度を検出する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、上記各転動体の公転速度を表す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設けられた複列の外輪軌道と、内輪相当部材の外周面に設けられた複列の内輪軌道と、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、互いの列同士の間で接触角を逆にした状態で２列に分けて設けられた転動体と、これら各転動体を転動自在に保持する１対の保持器と、これら両保持器の互いに反対側面に設けられた１対の公転速度検出用エンコーダと、上記各転動体を設置した空間の両端部開口を塞ぐ１対のシールリングと、これら両シールリングの互いに対向する側面に支持されて、それぞれの検出部を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た１対の公転速度検出用センサとを備えた、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】
公転速度検出用エンコーダが、被検出面にＳ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置した永久磁石である、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】
公転速度検出用センサが、磁気検出素子を備えたアクティブ型の磁気センサである、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。
【請求項５】
公転速度検出用センサが、シールリングの全周に亙って設けられた周波数発電機である、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。
【請求項６】
懸架装置に車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する、請求項１〜５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。
【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８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１、２、４、８〜１０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１、２、４、８〜１０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８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、上記車輪の回転速度に比例する。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９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８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ラジアル荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、このラジアル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９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１０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、外輪相当部材である外輪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、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（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）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、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１１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、上記各列の転動体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１１は、上述の図１０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、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎi とし、上記各外輪軌道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、上記アキシアル荷重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及び上記アキシアル荷重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（αa 、αb ）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、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では、前述した様に、上記ラジアル荷重Ｆｚを求める場合に、前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する上記各列の転動体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、上記アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体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、上記各列の転動体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、上記各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と上記アキシアル荷重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】
上述の先発明に係る構造の場合、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。この為、小型自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの様に、上記１対の外輪軌道７、７の間隔（軸方向ピッチ）が短い場合には、上記取付孔１０ａを形成し、更に上記センサユニット２１の先端部２２を上記外輪１の内周面から突出させる事が難しくなる。又、この先端部２２を上記外輪１の内周面から突出させられるにしても、上記取付孔１０ａを形成する分、上記外輪１の強度並びに剛性が低下する事が避けられない。この様な強度及び剛性の低下は、この外輪１の肉厚を大きくする事で対応できるが、その分、この外輪１の重量が嵩んでしまう。この外輪１を含む、車輪支持用転がり軸受ユニットは、懸架装置に組み込まれたスプリングよりも路面側に存在する、所謂ばね下荷重になる為、少しの重量増大も、走行安定性を中心とした走行性能に悪影響を及ぼす為、好ましくない。
【００２２】
【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】
【００２３】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、外輪軌道同士の間隔が短い小型の転がり軸受ユニットでも実施可能で、しかも外輪の強度及び剛性を低下させる事のない、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】
【００２４】
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、シールリングと、公転速度検出用エンコーダと、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する。
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する。
又、上記各転動体は、上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に、接触角を付与され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、上記シールリングは、上記外輪相当部材の内周面と上記内輪相当部材の外周面との間で上記各転動体を設置した空間の端部開口を塞ぐ。
又、上記公転速度検出用エンコーダは、上記保持器の一部で上記シールリングに対向する部分に、全周に亙って設けられており、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、上記公転速度検出用センサは、上記シールリングの一部で上記公転速度検出用エンコーダに対向する部分に設けられ、上記各転動体の公転速度である上記保持器の回転速度を検出する。
更に、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、上記各転動体の公転速度を表す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。
【発明の効果】
【００２５】
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、公転速度検出用センサを設置する為に、上記外輪相当部材に取付孔等の貫通孔を形成する必要がない。この為、外輪軌道同士の間隔が短い小型の転がり軸受ユニットでも実施可能で、しかも上記外輪相当部材の肉厚を大きくしなくても、この外輪相当部材の強度及び剛性を確保できる。この為、転がり軸受ユニットの荷重測定装置を搭載した車両の走行安定性を中心とする性能の向上を図り易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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設けられた複列の外輪軌道と内輪相当部材の外周面に設けられた複列の内輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつの転動体を、互いの列同士の間で接触角を逆にした状態で２列に分けて設け、これら各転動体を１対の保持器により転動自在に保持する。そして、これら両保持器の互いに反対側面に１対の公転速度検出用エンコーダを設けると共に、上記各転動体を設置した空間の両端部開口を塞ぐ１対のシールリングの互いに対向する側面に支持された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。
この様に構成すれば、剛性の高い転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求める事が可能になる。
【００２７】
又、好ましくは請求項３に記載した様に、公転速度検出用エンコーダとして、被検出面にＳ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置した永久磁石製のものを使用する。
この様に構成すれば、公転速度検出用センサの構造を簡略化して、この公転速度検出用センサをシールリングに装着し易くなる。
この様に、公転速度検出用エンコーダとして永久磁石製のものを使用した場合に、例えば請求項４に記載した様に、公転速度検出用センサとして、磁気検出素子を備えたアクティブ型の磁気センサを使用する。
この様なアクティブ型の磁気センサは小型且つ軽量に構成できるので、上記シールリングに対し十分に確実に支持できる。
【００２８】
或は、請求項５に記載した様に、公転速度検出用センサとして、シールリングの全周に亙って設けられた周波数発電機（ＦＧ）を使用する。
周波数発電機は、公転速度検出用エンコーダの被検出面に対し全周に亙って対向し、この公転速度検出用エンコーダの回転に伴って出力を変化させる。即ち、周波数発電機である公転速度検出用センサの出力は、上記公転速度検出用エンコーダの被検出面の全周に亙る特性変化の平均に基づいて変化する。この為、永久磁石製の公転速度検出用エンコーダの被検出面に設けられたＳ極とＮ極とのピッチに誤差が存在した場合でも、この誤差が上記公転速度検出用センサの出力変化の誤差に直接結び付く事はない。この為、上記永久磁石製の公転速度検出用エンコーダの被検出面の特性変化のピッチ誤差に拘らず、各転動体の公転速度、延ては外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を正確に求められる。
しかも、上記公転速度検出用センサに発電機としての機能を持たせられるので、この公転速度検出用センサに付属させる信号処理回路等の駆動を、外部電源なしで行なえる。この為、この信号処理回路に電力を供給する導線を省略できて導線の削減を図れる他、電池等、他の電源を用意しなくても、上記公転速度検出用センサの検出信号を車体側に設けた制御器に無線で送る事も可能になる。
【００２９】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項６に記載した様に、懸架装置に車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する。
この様に構成すれば、自動車の走行安定性確保の為に高度の制御を行なう事が可能になる。
【実施例１】
【００３０】
図１〜３は、請求項１〜４、６に対応する、本発明の実施例１を示している。本実施例は、自動車の駆動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ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。内輪相当部材であるハブ２ｂは、ハブ本体４ａの内端部に内輪６を外嵌固定して成る。このうちのハブ本体４ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ｂを固設している。又、上記ハブ本体４ａの中間部外周面と上記内輪６の外周面とにそれぞれ内輪軌道８、８を形成する事により、上記ハブ２ｂの外周面に、複列アンギュラ型の内輪軌道８、８を設けている。
【００３１】
一方、上記ハブ２ｂの周囲にこのハブ２ｂと同心に配置された、外輪相当部材である外輪１ｂの外周面には、この外輪１ｂを懸架装置を構成するナックル１６（図９参照）に支持固定する為の、固定側フランジ１７ａを固設している。又、上記外輪１ｂ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８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体（玉）９ａ、９ｂを、複列に分けて転動自在に設ける事により、上記外輪１ｂの内径側に上記ハブ２ｂを回転自在に支持している。上記各転動体９ａ、９ｂはそれぞれ、保持器２４ｃ、２４ｄにより、転動自在に保持している。本実施例の場合、これら両保持器２４ｃ、２４ｄとして、軸方向両端側にリム部２６ａ、２６ｂを備えたもみ抜き型のものを使用しているが、軸方向一端側にのみリム部を備えた、冠型の保持器を使用する事もできる。但し、冠型の保持器を使用する場合には、１対の保持器のリム部を互いに反対側に向ける（両保持器のリム部を次述するシールリング２７ａ、２７ｂに対向させる）。
【００３２】
上記外輪１ｂの内周面と上記ハブ２ｂの外周面との間で、上記各転動体９ａ、９ｂ及び上記両保持器２４ｃ、２４ｄを設置した空間２８の両端開口部は、それぞれシールリング２７ａ、２７ｂにより塞いでいる。これら両シールリング２７ａ、２７ｂは、それぞれ円輪状に形成された、芯金と、ゴムの如きエラストマー等の弾性材とを組み合わせて成るもので、それぞれの外周縁を、上記外輪１ｂの内周面に形成した係止溝に、全周に亙り係止している。この状態で上記両シールリング２７ａ、２７ｂの内周縁部に形成したシールリップを、上記ハブ２ｂの表面に、全周に亙って摺接させている。尚、シールリングとして組み合わせシールリングを使用する事もできる。この場合には、組み合わせシールリングを構成するスリンガをハブに外嵌固定し、このスリンガにシールリップを全周に亙って摺接させる。
【００３３】
本実施例の場合、上記両保持器２４ｃ、２４ｄのうちで上記両シールリング２７ａ、２７ｂに対向する上記リム部２６ａ、２６ａに側面に公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄを、全周に亙って支持固定している。これら両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄは、永久磁石製で、軸方向に亙って着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの軸方向側面には、図３に示す様に、Ｓ極とＮ極とが、交互に且つ等間隔で配置されている。尚、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄを構成する永久磁石は、例えばフェライトやネオジム等の磁性材の粉末を混入したゴム磁石やプラスチック磁石でも、或はフェライト磁石や希土類磁石でも良い。要は、Ｓ極とＮ極とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置された永久磁石を、上記両保持器２４ｃ、２４ｄの上記リム部２６ａ、２６ａに、全周に亙り支持できれば良い。又、これら各リム部２６ａ、２６ａと上記永久磁石とを一体に形成しても良い。
【００３４】
又、上記両シールリング２７ａ、２７ｂのうちで上記公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄに対向する部分の側面に公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄを、それぞれ支持固定している。これら両公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄは、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、ＭＲ素子等の、磁気変化によりその特性を変化させる磁気検出素子を備えた、アクティブ型の磁気センサを使用している。尚、上記両公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄと上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄとは、必ずしも図示の様に軸方向に対向させる必要はなく、径方向に対向させる事もできる。この場合には、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの周面に、Ｓ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。
【００３５】
上述の様な転がり軸受ユニットの使用時には、前記ハブ本体４ａの中心部に形成したスプライン孔２９に、図示しない等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿入する。上記ハブ２ｂは、このスプライン軸の先端部に螺合したナットと、上記等速ジョイントのハウジングとの間で、軸方向両側から挟持される。又、前記固定側フランジ１７ａをナックル１６に、複数本のボルトにより支持固定する。又、前記回転側フランジ３ｂに、制動用のディスクと、車輪のホイールとを、複数本のスタッド３０と図示しないナットとにより支持固定する。
【００３６】
この状態で、走行時に前記外輪１ｂと上記ハブ２ｂとの間に荷重が加わると、前記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度である、前記両保持器２４ｃ、２４ｄの回転速度が変化する。これら両保持器２４ｃ、２４ｄの回転速度は、上記両公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄが検出して図示しない演算器を備えた制御器に送り、この演算器が、予め記憶していた実験式或はマップに基づいて、上記荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を求める。この様に、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度に基づいて上記荷重を求める際の処理は、前述した先発明の場合と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００３７】
尚、アキシアル荷重を、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２ｂの回転速度は必ずしも必要ではない。従って、上記両公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄからの信号のみで、上記アキシアル荷重を求められる。但し、ラジアル荷重とアキシアル荷重との測定精度を向上させる為、上記ハブ２ｂの回転速度を求める為の回転速度センサを追加する事は自由である。この場合に使用する回転速度センサは、従来からＡＢＳの制御用に一般的に使用されていたものでも良い。何れにしても、前記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄを上記両保持器２４ｃ、２４ｄの互いに反対側部分に、上記両公転速度検出用センサ２３ｃ、２３ｄを前記両シールリング２７ａ、２７ｂの側面に、それぞれ配置する事で、上記両列の転動体９ａ、９ｂの同士の間の空間が狭い場合でも、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度検出が可能になる。尚、各センサの検出信号に基づいて荷重を算出する演算器は、転がり軸受ユニットに設けても良いし、車体側等、転がり軸受ユニット以外の部分に設けても良い。
【実施例２】
【００３８】
図４〜５は、請求項１〜３、５、６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、両シールリング２７ａ、２７ｂの側面に支持固定する両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆとして、円環状の周波数発電機（ＦＧ）を使用している。この様な周波数発電機を上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆに使用するのに対して、両列の転動体９ａ、９ｂを保持した両保持器２４ｃ、２４ｄの互いに反対側部分に支持固定した両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄは、上述した実施例１に使用したものと同様、図３に示す様に、軸方向側面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置したものを使用している。
【００３９】
上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄを組み合わせて上記両保持器２４ｃ、２４ｄの回転速度を検出する為の上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆは、図５に示す様に、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄとほぼ同じ直径を有する、閉鎖環状に形成している。この様な上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆにはコイル３１を巻回している。このコイル３１は、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄと上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆとの相対回転時に、これら両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの被検出面に存在するＮ極からＳ極に流れる磁束を交差して移動する様に配置された径方向部分３２、３２を、内径側と外径側とにそれぞれ存在する周方向部分３３ａ、３３ｂにより交互に連続させる事で、円周方向に蛇行した形状を有する。
【００４０】
上記径方向部分３２、３２の数は、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの被検出面に存在するＮ極とＳ極との境界の数と等しい。又、上記各径方向部分３２、３２は、円周方向に関して等間隔で配置されている。従って、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄと上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆとの相対回転時に上記各径方向部分３２、３２は、上記Ｎ極からＳ極に流れる磁束に対し同時に交差する。尚、上記コイル３１を構成する場合、導線を絶縁材製の基板に貼り付けても良いし、エッチング等で基板に形成しても良い。更には、前記両シールリング２７ａ、２７ｂを構成する芯金を鉄基板とし、この鉄基板製の芯金に上記コイル３１を直接形成する事もできる。尚、鉄基板製の芯金を使用する場合を除き、上記両シールリング２７ａ、２７ｂを構成する芯金は、非磁性体にする事が好ましい。この理由は、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの回転に基づく交番磁界によって生じる渦電流に基づく発熱を小さくする為である。特に好ましくは、上記両シールリング２７ａ、２７ｂを構成する弾性材を補強する芯材を、合成樹脂等の渦電流損を生じない材質にする。
【００４１】
上述の様な構成を有する本実施例の場合、前記両列の転動体９ａ、９ｂを保持した両保持器２４ｃ、２４ｄと共に上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄが回転すると、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄ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２３ｅ、２３ｆのコイル３１部分に交番磁界を発生させる。この結果、このコイル３１に、正弦波状に変化する電圧（交流）が惹起される。この様にしてこのコイル３１に惹起される電圧が変化する周波数は、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの回転速度に比例するので、この周波数から、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を求められる。
【００４２】
本実施例の場合、上述の様に、上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆを、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの被検出面に対し全周に亙って対向する、閉鎖環状の周波数発電機としている。この為、上記コイル３１に惹起される電圧は全周分（全周積分値）となり、上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆの検出信号の出力電圧が大きくなって、この検出信号の処理が容易となる。又、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの被検出面に存在するＮ極とＳ極とのピッチ誤差の影響を小さくできて、上記公転速度検出の精度が向上する。
【００４３】
又、上記コイル３１部分に発生した電圧を整流し、電力として利用すれば、上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆに付属させる信号処理回路等の駆動を、外部電源なしで行なえる。この為、この信号処理回路に電力を供給する導線を省略できて導線の削減を図れる他、電池等、他の電源を用意しなくても、上記両公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆの検出信号を車体側に設けた、演算器を備えた制御器に無線で送る事も可能になる。この様に構成すれば、上記公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆを頻繁に着脱する必要が生じた場合でも、その度に、電力や信号を送る為のケーブルを着脱する必要がなくなり、上記公転速度検出用センサ２３ｅ、２３ｆの着脱に要する工数を削減できる。尚、この場合で、上記コイル３１に惹起される起電力が小さい場合に、発電量を増やす為に、コイルを多層に設けても良い。又、上記コイル３１部分での発電は、上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｃ、２５ｄの回転速度が或る程度以上早くならない限り十分には行なわれないので、静止時及び低速回転時にも上記信号処理回路等への電力供給を行なう必要がある場合には、２次電池等のバッテリーを搭載する事が好ましい。その他の構成及び作用は、前述した実施例１と同様であるから、重複する説明は省略する。
【実施例３】
【００４４】
図６〜７は、本発明の実施の形態の請求項１〜３、５、６に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、公転速度検出用エンコーダ２５ｅ、２５ｆを径方向に着磁した永久磁石製としている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｅ、２５ｆの外周面には、図６に示す様に、Ｓ極とＮ極とが、交互に且つ等間隔で配置されている。これに合わせて、公転速度検出用センサ２３ｇ、２３ｈは、内周面にコイル３１ａを配設している。これら両公転速度検出用センサ２３ｇ、２３ｈの内径は上記両公転速度検出用エンコーダ２５ｅ、２５ｆの外径よりも少しだけ大きくして、上記コイル３１ａをこれら両公転速度検出用エンコーダ２５ｅ、２５ｆの外周面に、検出隙間を介して対向させる様にしている。その他の構成及び作用は、上述した実施例２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】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】公転速度検出用エンコーダを軸方向から見た図。
【図４】本発明の実施例２を示す断面図。
【図５】実施例２に使用する公転速度検出用センサである周波数発電機を軸方向から見た図。
【図６】公転速度検出用エンコーダの別例を示しており、（Ａ）は軸方向から、（Ｂ）は外径側から、それぞれ見た図。
【図７】周波数発電機の別例を示しており、（Ａ）は軸方向から、（Ｂ）は内径側から、それぞれ見た図。
【図８】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９】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１０】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１１】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。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１ｂ  外輪
２、２ａ、２ｂ  ハブ
３、３ａ、３ｂ  回転側フランジ
４、４ａ  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  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、１７ａ  固定側フランジ
１８    ボルト
１９    ねじ孔
２０    荷重センサ
２１    センサユニット
２２    先端部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ  公転速度検出用センサ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  保持器
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ  公転速度検出用エンコーダ
２６ａ、２６ｂ  リム部
２７ａ、２７ｂ  シールリング
２８    空間
２９    スプライン孔
３０    スタッド
３１、３１ａ  コイル
３２    径方向部分
３３ａ、３３ｂ  周方向部分
【図１】
2005180985.tif 000003
【図２】
2005180985.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005180985.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005180985.tif 000009
【図８】
2005180985.tif 000010
【図９】
2005180985.tif 000011
【図１０】
2005180985.tif 000012
【図１１】
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