(57)【要約】【課題】  両方向に加わるアキシアル荷重に基づく、両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの検出部と、両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の検出隙間の変化に拘らず、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂによる公転速度検出を確実に行なわせる。又、これら両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの擦れ合いを防止する。【解決手段】  大きなアキシアル荷重が加わる際に狭くなる外側列に関する検出隙間ＬA を、小さなアキシアル荷重が加わる際に狭くなる内側列に関する検出隙間ＬB よりも広くする。そして、これら両検出隙間ＬA 、ＬB の最小値を同じにして、これら両検出隙間の分布の幅を狭くする。この構成により、これら両検出隙間を設定し易くして、上記課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複列の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、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に接触角を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、これら各列の転動体を転動自在に保持した１対の保持器と、これら両保持器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第一、第二の公転速度検出用エンコーダと、これら両公転速度検出用エンコーダに対向する状態で設けられ、上記各列の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第一、第二の公転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサから送り込まれる、上記各列の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、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重の大きさの最大値が、このアキシアル荷重の方向に応じて互いに異なる条件下で使用される転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、最大値が大きくなる方向のアキシアル荷重が作用する際に互いに近づき合う第一の公転速度検出用エンコーダと上記第一の公転速度検出用センサとの、上記アキシアル荷重が作用しない状態での距離を、最大値が小さくなる方向のアキシアル荷重が作用する際に互いに近づき合う第二の公転速度検出用エンコーダと上記第二の公転速度検出用センサとの、上記アキシアル荷重が作用しない状態での距離よりも大きくした転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
比較的大きなアキシアル荷重の最大値が加わって互いに近づき合った状態での第一の公転速度検出用エンコーダと第一の公転速度検出用センサとの距離と、比較的小さなアキシアル荷重の最大値が加わって互いに近づき合った状態での第二の公転速度検出用エンコーダと第二の公転速度検出用センサとの距離とが等しくなる、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】
第一、第二の公転速度検出用エンコーダが、被検出面の磁気特性を交互に且つ等間隔に変化させたものであり、第一、第二の公転速度検出用センサが、この磁気特性の変化に対応して出力を変化させるものである、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】
第一、第二の公転速度検出用エンコーダが、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石である、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】
第一、第二の公転速度検出用エンコーダが、１対の保持器の互いに対向する面に設置されており、第一、第二の公転速度検出用センサが、これら両保持器同士の間部分に設けられている請求項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】
外輪相当部材が懸架装置に支持固定された回転しない静止輪であり、内輪相当部材が車輪と共に回転する回転輪であり、第一の公転速度エンコーダ及び第一の公転速度検出用センサが車両の幅方向外側に、第二の公転速度エンコーダ及び第二の公転速度検出用センサが同じく内側に、それぞれ配置された状態で、懸架装置に車輪を回転自在に支持すると共にこの車輪と懸架装置との間に加わる荷重を求める為に使用される、請求項５に記載した転がり軸受の荷重測定装置。
【請求項７】
第一、第二の公転速度検出用センサをその先端部で外輪相当部材の軸方向に関して反対側面に設けたセンサユニットが、この外輪相当部材の軸方向中間部で複列の外輪軌道の間部分に形成された取付孔に挿入されて、その先端部が上記外輪相当部材の中間部内周面から径方向内方に突出しており、上記取付孔は、この外輪相当部材の軸方向に関して、上記複列の外輪軌道の中央位置よりも内側寄り部分に形成されている、請求項６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】
両保持器と別体に造られた第一、第二の公転速度検出用エンコーダが、これら両保持器に結合固定されている、請求項１〜７の何れかに記載した転がり軸受の荷重測定装置。
【請求項９】
第一、第二の公転速度検出用エンコーダが両保持器と一体に造られている、請求項１〜７の何れかに記載した転がり軸受の荷重測定装置。
【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４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（軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で幅方向外側で、図１、２、４、５、６、７の左側）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（軸方向に関して内とは、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、５、６、７の右側）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。こ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ラジアル荷重を求める事ができる。尚、図４に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も検出自在としている。
【０００５】
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５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１３に支持固定する為の、固定側フランジ１４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。
【０００６】
更に、上記固定側フランジ１４の内側面複数個所で、この固定側フランジ１４を上記ナックル１３に結合する為のボルト１５を螺合する為のねじ孔１６を囲む部分に、それぞれ荷重センサ１７を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１３に支持固定した状態でこれら各荷重センサ１７は、このナックル１３の外側面と上記固定側フランジ１４の内側面との間で挟持される。
【０００７】
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１３との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１３の外側面と上記固定側フランジ１４の内側面とが、上記各荷重センサ１７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１７の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１３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。
【０００８】
前述の図４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。
【０００９】
又、上述の図５に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１３に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１５と同数だけ、荷重センサ１７を設ける必要がある。この為、荷重センサ１７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。
【００１０】
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６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と共に静止輪である外輪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１８を挿通し、このセンサユニット１８の先端部１９を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部１９には、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと、１個の回転速度検出用センサ２１とを設けている。
【００１１】
そして、このうちの各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ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２２ａ、２２ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂ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２１の検出部を、内輪相当部材であると共に回転輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ２４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。
【００１２】
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２０ａ、２０ｂ、２１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２０ａ、２０ｂ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２１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２０ａ、２０ｂ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２１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。
【００１３】
先発明の場合には、上記ラジアル荷重を求める場合に、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ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の影響を少なくしている。又、上記アキシアル荷重を求める場合には、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２１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又は上記アキシアル荷重を算出する事により、上記ハブ２の回転速度の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重を、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の回転速度は、必ずしも必要ではない。但し、測定精度を向上させる為に、上記ハブ２の回転速度を検出する為の回転速度検出センサを設ける事は自由である。この場合に、ＡＢＳ制御用に従来から使用されている回転速度センサを利用しても良い。更に、各センサからの信号に基づいて荷重を算出する為の演算器は、転がり軸受ユニットに設けても良いし、車体側に設けても良い。
【００１４】
尚、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重と上記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。  
【００１５】
上述の様な先発明に係る構造を具体化する上では、次の(1)(2)の２点に就いて留意する必要がある。
(1) 使用状態で考えられる最も大きなアキシアル荷重が加わり、一方の公転速度検出用センサ２０ａ（２０ｂ）と公転速度検出用エンコーダ２３ａ（２３ｂ）とが最も近づいた場合でも、これら公転速度検出用センサ２０ａ（２０ｂ）と公転速度検出用エンコーダ２３ａ（２３ｂ）が干渉しない（擦れ合わない）事。
(2) 同じく、他方の公転速度検出用センサ２０ｂ（２０ａ）と公転速度検出用エンコーダ２３ｂ（２３ａ）とが最も遠ざかった場合でも、この公転速度検出用センサ２０ｂ（２０ａ）による公転速度検出用エンコーダ２３ｂ（２３ａ）の回転検出を確実に行なえる事。  
【００１６】
上記(1) を考慮した場合には、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離を大きくする事が好ましい。これに対して、上記(2) を考慮した場合には、この軸方向距離を小さくする事が好ましい。又、上記先発明に係る構造を具体化する場合、低コストで、且つ、転がり軸受ユニット内に存在するグリースによる影響を受けにくい構造とする必要がある。この様な面から、上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとして、被検出面の磁気特性を交互に且つ等間隔に変化させたものを使用し、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂとして、上記磁気特性の変化に対応して出力を変化させるものを使用する事が好ましいと考えられる。
【００１７】
この様な磁気検知式の構造を採用した場合、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離が大きくなると、これら両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂの回転速度検出を正確に行なえなくなる。具体的には、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの出力信号の変化が小さくなったり、或は変化の周期が上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂの被検出面の特性変化のピッチに対応しなくなる他、著しい場合には、上記出力信号が変化しなくなる。
【００１８】
先発明に係る図６の構造の場合、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離は、前記アキシアル荷重が作用しない状態では、互いに等しい。この様に両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ及び両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂに関する軸方向距離を互いに同じとした構造で、上記(1)(2)の２点を考慮しつつ、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離を決定した場合、低コスト化と高性能化との両立が難しくなる。この理由に就いて、図６に図７〜８を加えて説明する。尚、以下の説明は、上記図６に示した転がり軸受ユニットの荷重測定装置を、車両の左側に設けた車輪（例えばＦＲ車の左前輪）の回転支持部に組み付けた場合を例にして説明する。
【００１９】
車両が平坦路を直進する状態にあり、外輪１とハブ２との間に何れの方向のアキシアル荷重も加わっていない状態では、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）Ｌa 、Ｌb が、図７の（Ａ）に示す様に、（誤差を除いて）実質的に等しい（Ｌa ≒Ｌb ）。この場合の上記両軸方向距離Ｌa 、Ｌb は、図８に直線αで示した中立値（Ｌa 、Ｌb ）となる。
【００２０】
次に、車両が右旋回（右方に進路変更）する場合に就いて考える。この場合には、車体に加わる遠心力と車輪と路面との間に加わるグリップ力との釣り合いに基づき、車体側に支持固定した上記外輪１と旋回方向外側となる車輪を支持固定した上記ハブ２との間に、このハブ２を軸方向内側（図６の右側）に押圧する方向のアキシアル荷重が加わる。但し、旋回時には、遠心力に基づく荷重移動により、各車輪に均等に荷重が加わる訳ではなく、旋回方向外側に位置する車輪に大きな荷重が加わる。そして、この大きな荷重に基づき、旋回方向外側に位置する左車輪のグリップ力は、旋回方向内側に位置する右車輪のグリップ力よりも大きくなる。この為、旋回方向外側の左車輪を支持する転がり軸受ユニットの場合、上記ハブ２が上記外輪１に対し、図６の右方に、比較的大きく変位する。この様に、旋回方向外側となる車輪を支持固定したハブ２に加わるアキシアル荷重が、特許請求の範囲に記載した最大値が大きくなる方向のアキシアル荷重に相当し、このアキシアル荷重の最大値が、比較的大きなアキシアル荷重の最大値である。これに対して、旋回方向内側となる車輪を支持固定したハブ２に加わるアキシアル荷重が、特許請求の範囲に記載した最大値が小さくなる方向のアキシアル荷重に相当し、このアキシアル荷重の最大値が、比較的小さなアキシアル荷重の最大値である。
【００２１】
この結果、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）Ｌa1、Ｌb1が、図７の（Ｂ）及び図８に示す様に、上記中立値（Ｌa 、Ｌb ）と異なった値となる。具体的には、軸方向外側の公転速度検出用センサ２０ａと公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の検出隙間Ｌa1に関しては、上記中立値Ｌa よりも小さく（Ｌa1＜Ｌa ）なり、軸方向内側の公転速度検出用センサ２０ｂと公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の検出隙間Ｌb1に関しては、上記中立値Ｌb よりも大きく（Ｌb1＞Ｌb ）なる。車両の左側に設けた転がり軸受ユニットに関しては、この車両が右旋回する場合に於ける、上記両検出隙間の変化量△Ｌa （＝Ｌa −Ｌa1）、△Ｌb （＝Ｌb1−Ｌb ）が、比較的大きくなる。
【００２２】
これに対して、車両が左旋回する場合には、やはり遠心力とグリップ力との釣り合いに基づいて旋回方向内側となる転がり軸受ユニットに、上記ハブ２を軸方向外側（図６の左側）に引っ張る方向のアキシアル荷重が加わる。そして、このアキシアル荷重により、上記ハブ２が上記外輪１に対し、図６の左方に変位する結果、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）Ｌa2、Ｌb2が、図７の（Ｃ）及び図８に示す様に、上記中立値（Ｌa 、Ｌb ）と異なった値となる。具体的には、外側の公転速度検出用センサ２０ａと公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の検出隙間Ｌa2に関しては、上記中立値Ｌa よりも大きく（Ｌa2＞Ｌa ）なり、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の検出隙間Ｌb2に関しては、上記中立値Ｌb よりも小さく（Ｌb2＜Ｌb ）なる。但し、旋回時に旋回方向内側に位置する左車輪に加わるアキシアル荷重は、最大値が小さくなる方向のアキシアル荷重であり、比較的小さい為、旋回方向内側の左車輪を支持する転がり軸受ユニットの場合、上記ハブ２が上記外輪１に対し、図６の左方に変位する量は比較的小さくなる。この結果、車両の左側に設けた転がり軸受ユニットに関しては、この車両が左旋回する場合に於ける、上記両検出隙間の変化量△Ｌa （＝Ｌa2−Ｌa ）、△Ｌb （＝Ｌb −Ｌb2）が、比較的小さくなる。
【００２３】
この結果、上記図８から明らかな通り、外側の公転速度検出用センサ２０ａと公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の検出隙間の最大値Ｌa2及び最小値Ｌa1の値と、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の検出隙間の最大値Ｌb1及び最小値Ｌb2との値とが異なってしまう。この様な条件の下で、前記(1)(2)の条件を同時に満たす設計を行なう為には、外側の最小値Ｌa1がこのうちの(1) を満たす（Ｌa1＞０とする）様に規制すると共に、内側の最大値Ｌb1が(2) を満たす様に、各部の寸法並びに仕様を規制する必要がある。これら最小値Ｌa1と最大値Ｌb1との幅（＝Ｌb1−Ｌa1）は、両方向のアキシアル荷重に基づく、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂと相対的変位量の合計（＝Ｌb1−Ｌb2＝Ｌa2−Ｌa1）よりも大きい。この様に大きな幅（＝Ｌb1−Ｌa1）を勘案しつつ、上記(1)(2)の条件を同時に満たすと共に、性能向上及び低コスト化を図る事は難しい。
【００２４】
例えば、上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとして、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を使用し、且つ、検出精度を向上させる為には、これらＳ極とＮ極との数を多く（ピッチを細かく）する必要がある。この様な場合、円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間を流れる磁束が、上記被検出面から離れた部分に迄達しにくくなる。従って、上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとして永久磁石を使用し、検出精度を向上させる為には、これら両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂの被検出面と上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの検出面との軸方向距離をできるだけ小さくする事が好ましい。上記永久磁石として、磁束密度が高いものを使用したり、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂとして感度の高いものを使用すれば、上記軸方向距離が多少大きくても上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂの回転速度を検出する事は或る程度可能ではあるが、コストが嵩む事は避けられない。
【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、低コスト化と高性能化との両立を図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、１対の保持器と、第一、第二の公転速度検出用エンコーダと、第一、第二の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、内周面に複列の外輪軌道を有する。
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、外周面に複列の内輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に接触角を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられている。
又、上記両保持器は、上記各列の転動体を転動自在に保持している。
又、上記第一、第二の公転速度検出用エンコーダは、上記両保持器の互いに対向する部分に全周に亙って設けられたもので、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、上記第一、第二の公転速度検出用センサは、上記両保持器同士の間部分にこれら両公転速度検出用エンコーダに対向する状態で設けられ、上記各列の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。
又、上記演算器は、上記両公転速度検出用センサから送り込まれる、上記各列の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。
そして、上記外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重の大きさの最大値が、このアキシアル荷重の方向に応じて互いに異なる条件下で使用される。
この様な本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、最大値が大きくなる方向のアキシアル荷重が作用する際に互いに近づき合う第一の公転速度検出用エンコーダと上記第一の公転速度検出用センサとの、上記アキシアル荷重が作用しない状態での距離を、最大値が小さくなる方向のアキシアル荷重が作用する際に互いに近づき合う第二の公転速度検出用エンコーダと上記第二の公転速度検出用センサとの、上記アキシアル荷重が作用しない状態での距離よりも大きくしている。
【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、アキシアル荷重に伴ってそれぞれ変化する、第一の公転速度検出用エンコーダと上記第一の公転速度検出用センサとの距離と、第二の公転速度検出用エンコーダと上記第二の公転速度検出用センサとの距離との間で、大きな差が生じない様にできる。言い換えれば、これらの距離の最小値（のうちの小さい方の値）と最大値（のうちの大きい方の値）との幅を小さくできる。
この結果、特に高価な公転速度検出用エンコーダや公転速度検出用センサを使用しなくても、この公転速度検出用エンコーダの回転検出を確実に行なえる。又、高性能の（高価な）公転速度検出用エンコーダや公転速度検出用センサを使用すれば、従来以上の高性能化を図れる。これらにより、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の低コスト化と高性能化との両立を図る為の設計が容易になる。
【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、比較的大きなアキシアル荷重の最大値が加わって互いに近づき合った状態での第一の公転速度検出用エンコーダと第一の公転速度検出用センサとの距離と、比較的小さなアキシアル荷重の最大値が加わって互いに近づき合った状態での第二の公転速度検出用エンコーダと第二の公転速度検出用センサとの距離とを等しくする。
この様に構成すれば、上記第一の公転速度検出用エンコーダと第一の公転速度検出用センサとの距離と、上記第二の公転速度検出用エンコーダと第二の公転速度検出用センサとの距離との最小値（のうちの小さい方の値）と最大値（のうちの大きい方の値）との幅を最も小さく抑えて、低コスト化と高性能化との両立を高次元で図れる。
【００３０】
又、好ましくは請求項３に記載した様に、第一、第二の公転速度検出用エンコーダとして、互いに対向する側面である被検出面の磁気特性を交互に且つ等間隔に変化させたものを使用し、第一、第二の公転速度検出用センサとして、この磁気特性の変化に対応して出力を変化させるものを使用する。
この様な磁気検知式の構造を採用した場合、前述した通り、低コストで、且つ、転がり軸受ユニット内に存在するグリースによる影響を受けにくい構造を実現できる反面、検出隙間の大きさの影響を受け易い。そこで、上述の様な磁気検知式の構造で本発明を実施する事は、低コスト化と性能確保の面から有意義である。
この場合に、請求項４に記載した様に、第一、第二の公転速度検出用エンコーダとして、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を使用する事も、好ましい形態である。
【００３１】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、第一、第二の公転速度検出用エンコーダを、１対の保持器の互いに対向する面に設置し、第一、第二の公転速度検出用センサを、これら両保持器同士の間部分に設ける事が好ましい。
この様な構成を採用すれば、転がり軸受内部の限られた空間を有効に利用して、上記第一、第二の公転速度検出用エンコーダ及び上記第一、第二の公転速度検出用センサを設置できて、小型且つ軽量の、転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現できる。
【００３２】
又、上述した請求項５に記載した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、外輪相当部材を懸架装置に支持固定された回転しない静止輪とし、内輪相当部材を車輪と共に回転する回転輪とする。そして、第一の公転速度エンコーダ及び第一の公転速度検出用センサが車両の幅方向外側に、第二の公転速度エンコーダ及び第二の公転速度検出用センサが同じく内側に、それぞれ配置された状態で、懸架装置に車輪を回転自在に支持すると共にこの車輪と懸架装置との間に加わる荷重を求める為に使用する。
前述した様に、懸架装置に車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合、内輪相当部材が車輪と共に回転する構造では、この内輪相当部材に加わるアキシアル荷重のうち、軸方向内側に向いたアキシアル荷重が、軸方向外側に向いたアキシアル荷重よりも大きくなる傾向がある。そこで、各エンコーダ及びセンサを両列の転動体同士の間に設置する場合、上述した条件で本発明を実施すれば、本発明の作用・効果を十分に得られる。尚、外輪相当部材が車輪と共に回転する構造の場合、或は、上記各エンコーダ及びセンサを両列の転動体を軸方向両側から挟む位置に設置する構造の場合には、軸方向に関する内外を、上記請求項６の場合とは逆にする。
【００３３】
又、上述した請求項６に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項７に記載した様に、第一、第二の公転速度検出用センサをその先端部で上記外輪相当部材の軸方向に関して反対側面に設けたセンサユニットを、上記外輪相当部材の軸方向中間部で複列の外輪軌道の間部分に形成された取付孔に挿入して、その先端部が上記外輪相当部材の中間部内周面から径方向内方に突出させる。そして、上記取付孔を、この外輪相当部材の軸方向に関して、上記複列の外輪軌道の中央位置よりも内側寄り部分に形成する。
この様に構成すれば、小型且つ軽量の転がり軸受ユニットの荷重測定装置で、本発明を容易に実施できる。
【００３４】
尚、本発明を実施する場合に、第一、第二の公転速度検出用エンコーダを、請求項８に記載した様に、両保持器と別体に造られたものをこれら両保持器に結合固定したり、或は請求項９に記載した様に、両保持器と一体に造ったりする。
何れにしても、上記第一、第二の公転速度検出用エンコーダを、良好なスペース効率で設置できる。
【実施例】
【００３５】
図１〜３は、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の特徴は、外輪１ｂとハブ２との間に両方向に加わる、各方向毎に大きさが異なるアキシアル荷重に拘らず、外側の公転速度検出用センサ２０ａと公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の検出隙間と、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の検出隙間との間に大きな差が生じない様にする点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図６に示した先発明の場合と同様であるから、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、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００３６】
本実施例の場合、図１及び図２の（Ａ）に示した、何れの方向のアキシアル荷重も加わらない、中立状態で、外側の公転速度検出用センサ２０ａと外側の公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の軸方向距離（検出隙間）ＬA を、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと内側の公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）ＬB よりも大きく（ＬA ＞ＬB ）している。この為に、本実施例の場合、センサユニット１８を挿入する為の取付孔１０ｂを、上記外輪１ｂの軸方向に関して、複列の外輪軌道７、７の中央位置よりも内側寄り部分に形成している。この様に、内外両検出隙間ＬA 、ＬB を異ならせる程度（ＬA ／ＬB ）は、考え得る条件の下で、上記ハブ２に対して軸方向内方に加わる比較的大きなアキシアル荷重の最大値ＦａAmaxと、軸方向外方に加わる比較的小さなアキシアル荷重の最大値ＦａBmaxとの比（ＦａAmax／ＦａBmax）或は差（ＦａAmax−ＦａBmax）に応じて、計算により、或は実験的に求める。
【００３７】
具体的には、上記内外両検出隙間ＬA 、ＬB の最小値ＬAmin、ＬBminが、誤差を除いて実質的に等しく（ＬAmin≒ＬBmin）なる様に、上記中立状態での上記内外両検出隙間ＬA 、ＬB を設定する。この点に就いて、図１に図２〜３を加えて説明する。尚、簡略化の為に、以下の説明は、前記外輪１ｂに対して前記ハブ２が変位するとして説明する。実際の場合には、アキシアル荷重は、これら外輪１ｂとハブ２とが逆方向に押され（或は引かれ）る状態で加わる。
【００３８】
図１に示した転がり軸受ユニットが車両の旋回方向外側に位置する状態になると、上記ハブ２に対して比較的大きなアキシアル荷重が、軸方向内向に加わる。例えば、上記図１に示した転がり軸受ユニットが左前輪を支持しているとした場合に、右旋回に伴って上記ハブ２に、図１の右向きのアキシアル荷重が加わる。このアキシアル荷重が、考え得る条件の下での最大値ＦａAmaxに達すると、図２の（Ｂ）に示す様に、外側の公転速度検出用センサ２０ａと外側の公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の軸方向距離（検出隙間）が上記最小値ＬAminになる。同時に、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと内側の公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）が最大値ＬBmaxになる。
【００３９】
これに対して、上記転がり軸受ユニットが車両の旋回方向内側に位置する状態になると、上記ハブ２に対して比較的小さなアキシアル荷重が、軸方向外向に加わる。例えば、上記図１に示した転がり軸受ユニットが左前輪を支持しているとした場合に、左旋回に伴って上記ハブ２に、図１の左向きのアキシアル荷重が加わる。このアキシアル荷重が、考え得る条件の下での最大値ＦａBmaxに達すると、図２の（Ｃ）に示す様に、内側の公転速度検出用センサ２０ｂと内側の公転速度検出用エンコーダ２３ｂとの間の軸方向距離（検出隙間）が上記最小値ＬBminになる。同時に、外側の公転速度検出用センサ２０ａと外側の公転速度検出用エンコーダ２３ａとの間の軸方向距離（検出隙間）が最大値ＬAmaxになる。
【００４０】
本実施例の場合、前記各方向のアキシアル荷重の最大値ＦａAmax、ＦａBmaxを考慮しつつ、上記内外両検出隙間ＬA 、ＬB の最小値ＬAmin、ＬBminを実質的に等しく（ＬAmin≒ＬBmin）している。従って、これら両検出隙間ＬA 、ＬB の最大値ＬAmax、ＬBmaxに関しても、実質的に等しく（ＬAmax≒ＬBmax）なる。即ち、図３を見れば明らかな通り、本実施例の場合には、上記両検出隙間最小値ＬAmin、ＬBminと最大値ＬAmax、ＬBmaxとの幅（＝ＬAmax−ＬAmin≒ＬBmax−ＬBmin）が、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂと相対的変位量の合計（＝Ｌb1−Ｌb2＝Ｌa2−Ｌa1）とほぼ等しくなる。
【００４１】
この様に本実施例の場合には、上記両検出隙間の最小値ＬAmin、ＬBminと最大値ＬAmax、ＬBmaxとの幅を、前述した先発明の場合に比べて小さくできる。この点は、上記図３と前述の図８とで、上記両検出隙間の分布範囲を比較すれば明らかである。そして、この様に、上記両検出隙間の最小値ＬAmin、ＬBminと最大値ＬAmax、ＬBmaxとの幅を小さく（これら両検出隙間の分布範囲を狭く）する事により本実施例の場合には、前述した(1)(2)のの２点を考慮しつつ、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記両公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂとの間の軸方向距離を決定し、低コスト化と高性能化との両立を図る事が容易になる。
【００４２】
即ち、上記両検出隙間の大きさの分布が狭いので、上記(1) の条件、即ち、使用状態で考えられる最も大きなアキシアル荷重が加わり、一方の公転速度検出用センサ２０ａ（２０ｂ）と公転速度検出用エンコーダ２３ａ（２３ｂ）とが最も近づいた場合でも、これら公転速度検出用センサ２０ａ（２０ｂ）と公転速度検出用エンコーダ２３ａ（２３ｂ）が干渉しない（擦れ合わない）様にし、しかも、上記(2) の条件、即ち、他方の公転速度検出用センサ２０ｂ（２０ａ）と公転速度検出用エンコーダ２３ｂ（２３ａ）とが最も遠ざかった場合でも、この公転速度検出用センサ２０ｂ（２０ａ）による公転速度検出用エンコーダ２３ｂ（２３ａ）の回転検出を確実に行なえる様にする事が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】本発明の場合で、アキシアル荷重に基づいて第一、第二の公転速度検出用エンコーダと第一、第二の公転速度検出用センサとの距離が変化する状態を説明する為の模式図。
【図３】同じくグラフ。
【図４】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５】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６】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７】先発明の場合で、アキシアル荷重に基づいて第一、第二の公転速度検出用エンコーダと第一、第二の公転速度検出用センサとの距離が変化する状態を説明する為の模式図。
【図８】同じくグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１、１ａ、１ｂ  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    ナックル
１４    固定側フランジ
１５    ボルト
１６    ねじ孔
１７    荷重センサ
１８    センサユニット
１９    先端部
２０ａ、２０ｂ  公転速度検出用センサ
２１    回転速度検出用センサ
２２ａ、２２ｂ  保持器
２３ａ、２３ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２４    回転速度検出用エンコーダ
【図１】
2005181265.tif 000003
【図２】
2005181265.tif 000004
【図３】
2005181265.tif 000005
【図４】
2005181265.tif 000006
【図５】
2005181265.tif 000007
【図６】
2005181265.tif 000008
【図７】
2005181265.tif 000009
【図８】
2005181265.tif 000010