(57)【要約】【課題】  複列に配置された転動体８ａ、８ｂ同士の間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を検出し、ハブ１ａと外輪３ａとの間に加わるアキシアル荷重を算出自在とする。【解決手段】  上記各転動体８ａ、８ｂを保持した保持器１７ａ、１７ｂに支持した、１対の公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂ同士の間に、単一の公転速度検出用センサ１５を配置する。この公転速度検出用センサ１５の出力信号の振幅は、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差に応じて変化する。この変化のうねりに基づいて上記公転速度の差を求める事で、単一の公転速度検出用センサ１５で上記アキシアル荷重を求められる様にし、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、両列同士の間で互いに逆方向の接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、これら両列の転動体同士の間に設置した単一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アキシアル荷重を算出する演算器とを備え、この演算器は、上記検出信号の振幅が変化するうねりの周期若しくはこのうねりの周波数に基づいて、上記両列の転動体の公転速度の差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
両列の転動体をそれぞれ転動自在に保持する保持器の軸方向両端面のうちで互いに対向する端面に、それぞれが特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させる、互いに同じ特性を有する１対の公転速度検出用エンコーダを、それぞれの被検出面を互いに対向させた状態で設置し、単一の公転速度検出用センサの検出部を、これら両被検出面同士の間の空間の軸方向中央部に配置した、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】
両公転速度検出用エンコーダが永久磁石であって、これら両公転速度検出用エンコーダの被検出面に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ており、単一の公転速度検出用センサが、検出部に達する磁束の変化に対応して出力信号を変化させるものである、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】
両公転速度検出用エンコーダが磁性材製で、被検出面の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させたものであり、単一の公転速度検出用センサが、永久磁石と磁気検出素子とを備え、この磁気検出素子を通過する磁束の量に応じて出力信号を変化させるものである、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５】
演算器は、両列の転動体の公転速度の差と、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちで使用時に回転する部材である回転輪の回転速度との比に基づいて、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】
各転動体が玉であり、転がり軸受ユニットが複列アンギュラ型玉軸受である、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。
【請求項７】
外輪相当部材と内輪相当部材とのうちで使用時に回転する部材である回転輪に車輪を支持固定し、これら両部材のうちで使用時にも回転しない部材である静止輪を懸架装置に結合固定した状態で、上記車輪とこの懸架装置との間に加わる荷重を測定する為に使用される、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。
【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化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化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、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が記載されている。上記特許文献１に記載された従来構造の場合、図３に示す様に、ハブ１の軸方向外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる側で、図１、３〜５の左側。本明細書全体で同じ。）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、外輪３の外周面に、この外輪３を懸架装置を構成するナックル４に支持固定する為の、固定側フランジ５を固設している。そして、上記外輪３の内周面に形成した複列の外輪軌道６、６と、上記ハブ１の外周面に形成した複列の内輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつの転動体８ａ、８ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪３の内径側に上記ハブ１を回転自在に支持している。
【０００４】
更に、上記固定側フランジ５の軸方向内側面（軸方向に関して内とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる側で、図１、３〜５の右側。本明細書全体で同じ。）複数個所で、この固定側フランジ５を上記ナックル４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、それぞれ荷重センサ１１を添設している。上記外輪３を上記ナックル４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４の外側面と上記固定側フランジ５の内側面との間で挟持される。
【０００５】
この様な従来構造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４との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル４の外側面と上記固定側フランジ５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４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２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。
【０００６】
上述の図３に示した従来構造の場合、ナックル４に対し外輪３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。又、特許文献２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。
【０００７】
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２００４−７６５５号）。図４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。転がり軸受ユニット自体の構造に就いては、従来から周知のものであるから、説明を省略若しくは簡略にし、以下、荷重測定装置部分の構成及び作用を中心に説明する。
【０００８】
上記図４に示した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３ａの軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成した取付孔１２にセンサユニット１３を挿通し、このセンサユニット１３の先端部１４を、上記外輪３ａの内周面から突出させている。この先端部１４には、１対の公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂと、１個の回転速度検出用センサ１６とを設けている。
【０００９】
そして、このうちの各公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂの検出部を、複列に配置された各転動体８ａ、８ｂを回転自在に保持した各保持器１７ａ、１７ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂに近接対向させて、各転動体８ａ、８ｂ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１６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１ａの中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１９に近接対向させて、このハブ１ａ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３ａと上記ハブ１ａとの間に加わるアキシアル荷重を求められる。
【００１０】
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１５ａ、１５ｂ、１６から送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪３ａと上記ハブ１ａとの間に加わるアキシアル荷重Ｆｙを算出する。この場合、このアキシアル荷重Ｆｙは、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂが検出する両列の転動体８ａ、８ｂ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１６が検出する上記ハブ１ａ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５〜６を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、上記アキシアル荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記両列の転動体８ａ、８ｂの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
【００１１】
図５は、上述の図４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７、７と複列の外輪軌道６、６との間に複列に配置された転動体８ａ、８ｂ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、車体の重量等に対する反作用として路面側から、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８ａ、８ｂ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８ａ、８ｂの公転速度ｎc が変化する。これら各転動体８ａ、８ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体８ａ、８ｂの直径をｄとし、上記両内輪軌道７、７を設けたハブ１ａの回転速度をｎi とし、上記両外輪軌道６、６を設けた外輪３ａの回転速度をｎo とすると、上記公転速度ｎc は、次の（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝  −−−  （１）
【００１２】
この（１）式から明らかな通り、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎc は、これら各転動体８ａ、８ｂ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１ａが回転し、上記外輪３ａが回転しない為、具体的には、上記アキシアル荷重Ｆｙに関しては、図６に示す様に、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の転動体８ａ、８ａの公転速度が速くなり（図６の破線イ参照）、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度が遅くなる（図６の実線ロ参照）。従って、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎc に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。
【００１３】
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１ａ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１ａ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１ａ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。
【００１４】
この様な事情に鑑みて先発明では、前述した様に、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求める事により、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、この差と、前記回転速度検出用センサ１６が検出する上記ハブ１ａの回転速度ｎi との比に基づいて上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ１ａの回転速度ｎi の影響を排除している。但し、工作機械の回転支持部等、回転速度が一定である場合には、両列の転動体の公転速度の差のみで、アキシアル荷重を求める事ができる。
【００１５】
尚、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂの信号に基づいて上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する方法は、他にも各種存在し、そのうちの幾つかに就いては、前述の特願２００４−７６５５号に記載されている。図７〜８は、このうちの１例として、前記１対の公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂの検出信号を合成する事により、これら両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂの検出信号を送る為のハーネスの本数の低減を図れる方法を示している。本発明は、この先発明に係る方法の改良に関する為、先ず、この先発明に係る方法に就いて説明する。
【００１６】
この先発明に係る方法では、図７に示す様に、公転速度検出用センサ１５ａから出力される、一方の列の転動体８ａ、８ａの公転速度ｎcaを表す信号と、公転速度検出用センサ１５ｂから出力される、他方の列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度ｎcbを表す信号とを合成する。そして、得られた合成信号に基づいて、上記外輪３ａと上記ハブ１ａとの間に加わるアキシアル荷重Ｆｙを算出する。この様な先発明に係る方法は、予め上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂから送り出される信号を合成する事により、ハーネスの全長の短縮化と、上記演算器部分での計算量の低減とを可能にしている。
【００１７】
即ち、上記先発明に係る方法では、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂから送り出される、ぞれぞれが図８（Ａ）に示す様に正弦波的に変化する検出信号を合成（重畳）して、同図（Ｂ）に示す様な合成信号を得る。この合成信号は、周期Ｔ1 のうねりを有する。このうねりは、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂから送り出される信号の差により生じるもので、上記周期Ｔ1 の逆数（１／Ｔ1 、周波数）が、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂから送り出される信号の周波数の差になる。そこで、上記うねりの周期Ｔ1 若しくは周波数により、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」を求めれば、この差「ｎcb−ｎca」と、上記ハブ１ａの回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」（前述の図６の縦軸の値に関する、破線イと実線ロとの差）に基づいて、前記外輪３ａとこのハブ１ａとの間に加わるアキシアル荷重Ｆｙを算出できる。即ち、前述の図６に示す様な関係を、予め実験により、或は計算により求めて、上記演算器にインストールするソフトウェア中に組み込んでおけば、上記比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」から上記アキシアル荷重Ｆｙを求められる。
【００１８】
上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂから送り出される信号を合成（重畳）する事は、簡単な回路で行なえるし、合成信号を送るハーネスは１本で足りる。又、この合成信号を入力した演算器は、上記両列の転動体８ａ、８ｂ毎にその公転速度ｎca、ｎcbを算出する必要がない。即ち、これら両公転速度ｎca、ｎcbの差を、上記うねりの周期Ｔ1 又は周波数から、直接求められる。この為、前述した様に、ハーネスの全長の短縮化と、上記演算器部分での計算量の低減とを図れる。
【００１９】
前述の図４に示した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、比較的低コストで構成できる構造で、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求められる。又、上述した先発明に係る、アキシアル荷重を求める方法によれば、ハーネス全長の短縮化と演算器部分での計算量の低減とにより、コスト低減を図れる。但し、依然として、次の(a) 〜(c) の様な点で、改良の余地がある。
【００２０】
(a) 上記両列の転動体８ａ、８ｂ同士の間隔が狭い、小型の転がり軸受ユニットの場合には、その先端部に１対の公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂを保持したセンサユニット１３の先端部１４を、上記両列の転動体８ａ、８ｂを保持した保持器１７ａ、１７ｂ同士の間に挿入する事が難しい。
【００２１】
(b) 仮に、小型の公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂを使用する等により、上記センサユニット１３の先端部１４を上記保持器１７ａ、１７ｂ同士の間に挿入する事が可能になっても、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度を正確に求められない可能性がある。この理由は、次の通りである。
【００２２】
例えば、前記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂが永久磁石製の場合、上記間隔が狭いと、これら両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面から出た磁束が互いに干渉し易くなる。そして、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂに組み込んだ、ホールＩＣ等の磁気検出素子の特性が、当該公転速度検出用センサ１５ａ（又は１５ｂ）が対向している公転速度検出用エンコーダ１８ａ（又は１８ｂ）の被検出面の特性変化に応じて変化するだけでなく、他の公転速度検出用エンコーダ１８ｂ（又は１８ａ）の被検出面の特性変化によっても変化する可能性がある。この様な状態では、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度、延てはハブ１ａと外輪３ａとの間に加わるアキシアル荷重を正確に求められなくなる。尚、この様な問題は、両公転速度検出用エンコーダが磁性材製で、被検出面の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させたものであっても生じる可能性がある。この場合には、両公転速度検出用センサが、永久磁石と磁気検出素子とを備えたアクティブ型のものであるか、永久磁石と組み合わされた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ものであるかに拘らず、上記問題が生じ得る。
尚、この様な問題は、１対の公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂ同士の間に、磁性金属板等の磁束の漏洩を防止する為の板材を設ける事により、或る程度防止できるが、コストが嵩み、小型化が難しくなる等の問題がある。
【００２３】
(c) 公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂを１対設ける必要がある為、この公転速度検出用センサの為のコストが２個分必要になり、コスト低減の面から不利である。又、前記センサユニット１３の側に、上記両公転速度検出用センサ１５ａ、１５ｂの検出信号を合成する為の合成器を設ける必要があり、上記センサユニット１３の小型化の面からも、コストのより一層の低減の面からも不利である。
【００２４】
【特許文献１】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献２】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】
【００２５】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、低コストで構成でき、しかも両列の転動体同士の軸方向に関する間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体の公転速度の差、延ては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を正確に求め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】
【００２６】
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、単一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、両列同士の間で互いに逆方向の接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ設けられている。
又、上記単一の公転速度検出用センサは、これら両列の転動体同士の間に設置されている。
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アキシアル荷重を算出する。
特に、この演算器は、上記検出信号の振幅が変化するうねりの周期若しくはこのうねりの周波数に基づいて、上記両列の転動体の公転速度の差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する。
【発明の効果】
【００２７】
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、両列の転動体の公転速度の差を検出する事により、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できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットにアキシアル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。具体的には、図６を使用して前に説明した通り、上記アキシアル荷重を支承する列の転動体の公転速度が速くなり（図６の破線イ参照）、このアキシアル荷重を支承しない列の転動体の公転速度が遅くなる（図６の実線ロ参照）。従って、上記両列の転動体の公転速度の差を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用するアキシアル荷重を求められる。
【００２８】
本発明の場合、両列の転動体同士の間に設置された単一の公転速度検出用センサの検出信号の振幅が変化するうねりの周期若しくはこのうねりの周波数に基づいて、上記両列の転動体の公転速度の差を求め、この差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する。この為、低コストで構成でき、しかも上記両列の転動体同士の間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体の公転速度の差、延ては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を正確に求められる。
【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、両列の転動体をそれぞれ転動自在に保持する保持器の軸方向両端面のうちで互いに対向する端面に、それぞれが特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させる、互いに同じ特性を有する１対の公転速度検出用エンコーダを、それぞれの被検出面を互いに対向させた状態で設置する。そして、単一の公転速度検出用センサの検出部を、これら両被検出面同士の間の空間の軸方向中央部に配置する。
上記両列の転動体の公転速度の差を求める為には、これら各転動体の移動を直接検知する事によっても行なえる。但し、転動体の数は限られているので、これら各転動体の移動を直接検知しても、測定精度を確保しつつ測定のレスポンスを向上させる事は難しい。これに対して、上記公転速度検出用エンコーダを使用すれば、測定精度の確保と測定のレスポンス向上との両立を図れる。
【００３０】
又、上述の様な公転速度検出用エンコーダを使用する場合、公転速度検出用センサとして磁気検知式ものを使用する事が好ましい。
磁気検知式の公転速度検出用センサを使用する場合には、例えば請求項３に記載した様に、両公転速度検出用エンコーダを永久磁石とし、これら両公転速度検出用エンコーダの被検出面にＳ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。この場合には、単一の公転速度検出用センサを、検出部に達する磁束の変化に対応して出力信号を変化させるものとする。
或は、請求項４に記載した様に、両公転速度検出用エンコーダを磁性材製とし、被検出面の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させた（例えば、磁性部分と非磁性部分とを交互に配置した）ものとする。この場合には、単一の公転速度検出用センサを、永久磁石と磁気検出素子とを備え、この磁気検出素子を通過する磁束の量に応じて出力信号を変化させるものとする。或は、前述した様な、パッシブ型のセンサを使用する事もできる。
【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、演算器は、両列の転動体の公転速度の差と、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちで使用時に回転する部材である回転輪の回転速度との比に基づいて、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を算出する。
工作機械や産業機械の回転支持部の様に、上記回転輪の回転速度が一定であれば、上記公転速度の差のみで上記両部材同士の間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。但し、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの様に、回転輪の回転速度が頻繁に変化する場合には、上記差のみで上記アキシアル荷重を求める事はできない。この場合には、上記回転輪の回転速度を求めれば、上述の様に、上記差と上記回転速度との比から、上記アキシアル荷重を求められる。
【００３２】
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、各転動体を玉とし、転がり軸受ユニットを複列アンギュラ型玉軸受とする。
転動体が円すいころ等の場合も、アキシアル荷重に基づく接触角の変化に伴う公転速度の差を利用して、このアキシアル荷重を求める事ができる。但し、転動体が玉の場合の方が、アキシアル荷重に基づく接触角の変化がより顕著になり、このアキシアル荷重の測定精度を高くし易い。
【００３３】
又、本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、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちで使用時に回転する部材である回転輪に車輪を支持固定する。又、これら両部材のうちで使用時にも回転しない部材である静止輪を懸架装置に結合固定する。そして、上記車輪とこの懸架装置との間に加わる荷重を測定する為に使用する。
この様に構成すれば、各車輪に加わるアキシアル荷重を測定して、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両用走行安定化装置の制御を、より高度に行なわせる事が可能になる。
【実施例】
【００３４】
図１〜２は、総ての請求項に対応する、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の特徴は、複列に配置された転動体８ａ、８ｂ同士の間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差、並びに回転輪であるハブ１ａの回転速度を正確に求めて、このハブ１ａと外輪３ａとの間に加わるアキシアル荷重を正確に求められる構造を実現する点にある。転がり軸受ユニット自体の構造に就いては、前述の図４に記載した先発明に係る構造と同様、従来から周知のものであるから、説明を省略若しくは簡略にし、以下、荷重測定装置部分の構成及び作用を中心に説明する。
【００３５】
外輪相当部材であると共に静止輪である上記外輪３ａの軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成した取付孔１２ａにセンサユニット１３ａを挿通し、このセンサユニット１３ａの先端部１４ａを、上記外輪３ａの内周面から突出させている。この先端部１４ａには、単一の公転速度検出用センサ１５のみを設けている。この為に本実施例の場合には、上記センサユニット１３ａの外径を、中間部乃至基端寄り（図１の上端寄り）部分で大きく（太く）、先端部１４ａ寄りで小さく（細く）している。これに合わせて、上記取付孔１２ａの内径を、外径寄り部分で大きく、内径寄り部分で小さくして、上記両外輪軌道６、６の間部分に、上記取付孔１２ａの内径側端部を小さく開口させている。
【００３６】
そして、上記公転速度検出用センサ１５の検出部を、複列に配置された各転動体８ａ、８ｂを回転自在に保持した各保持器１７ａ、１７ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂに近接対向させて、各転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を検出自在としている。上記公転速度検出用センサ１５の検出部は、ホールＩＣ等、磁束の変化に対応して特性を変化させる、単一の磁気検出素子により構成している。この磁気検出素子は、その厚さ方向に通過する磁束に応じてその特性を変化させるので、本実施例の場合には、この厚さ方向と、上記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂが互いに対向している方向（図１の左右方向）とを一致させている。従って、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１５の検出信号は、上記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面の特性変化に対応して変化する。尚、上記単一の磁気検出素子のみでは、上記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面との間の隙間を十分に小さくできない場合には、上記磁気検出素子と何れか又は双方の公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面との間に、磁性材の磁束ガイドプレートを配置する。この様に、磁束ガイドプレートを設ける場合、或は設けない場合を含めて、上記両上記公転速度検出用センサ１５の検出部は、上記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面の特性変化の影響をほぼ均等に受ける位置に配置する事が好ましい。上記検出部をこの様な位置に配置すれば、次述する図２に示す様な、うねりの腹部（振幅が大きい部分）と節部（振幅が小さい部分）とがより明確になって、このうねりの周期Ｔ1 を検出し易くなる。
【００３７】
上述の様に構成すれば、例えば、上記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面同士が、異極同士（Ｓ極とＮ極と）で互いに対向した場合と、同極同士（Ｓ極とＳ極と、或はＮ極とＮ極と）で互いに対向した場合とで、これら両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの被検出面同士の間で流れる磁束の強度が変化する。そして、この磁束の強度の変化に伴って、上記公転速度検出用センサ１５の出力が変化する程度（振幅）が変化する。又、上記両被検出面同士がどの様な状態で互いに対向するかは、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度の差に応じて変化する。
【００３８】
例えば、この公転速度の差が０である（上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度が互いに等しい）場合には、上記公転速度検出用センサ１５の検出信号の振幅は変化しない。これに対して、上記公転速度同士の間に差が存在する場合には、この公転速度検出用センサ１５の検出信号の振幅が、図２に示す様に変化する。即ち、上記検出信号の振幅が変化するうねりが生じる。そして、このうねりの周期Ｔ1 は、上記公転速度同士の間の差が大きい程、短くなる。そこで、本実施例の場合、上記公転速度検出用センサ１５の検出信号を、図示しない演算器に入力する。そして、上記うねりの周期Ｔ1 若しくは周波数ｆbeat（＝１／Ｔ1 ）に基づいて、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」（前述の図６の縦軸の値に関する、破線イと実線ロとの差）を求める。
【００３９】
この様に、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」を求める場合、上記公転速度検出用センサ１５の検出信号の振幅を、例えば包絡線処理等により包絡波形に変換する。そして、この包絡波形のうねりの周期、或はうねりの周波数を検出して、上記差「ｎcb−ｎca」を求める。この場合、前記両公転速度検出用エンコーダ１８ａ、１８ｂの１回転当りの特性変化の回数をＮとすれば、上記公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」（＝△ω）は、上記包絡波形のうねりの周波数ｆbeatから、次の（２）式で表される。
△ω＝（ｆbeat／Ｎ）×６０［min-1 ］
【００４０】
又、本実施例の場合、使用時に上記ハブ１ａの回転速度ｎi が頻繁に変化する、自動車の車輪支持用の転がり軸受ユニットを対象としている。この為、上記回転速度ｎi を検出し、上記差「ｎcb−ｎca」と、この回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する必要がある。本実施例の場合、複列に配置された転動体８ａ、８ｂ同士の間隔が狭い為、上記回転速度ｎi を検出する為に、前述の図４に示した従来と同様の構造を採用する事は難しい。この為に本実施例の場合には、上記ハブ１ａを構成する内輪２０に回転速度検出用エンコーダ１９ａを外嵌固定し、上記外輪３ａの内端開口部を塞いだカバー２１に支持した回転速度検出用センサ１６ａの検出部を、上記回転速度検出用エンコーダ１９ａの被検出面に対向させている。この様な構成を採用する事により上記回転速度ｎi を検出し、この回転速度ｎi を表わす信号を上記演算器に入力する事により、この回転速度ｎi と、上記公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する様に構成している。
【００４１】
即ち、本実施例の場合も、前述の先発明の場合と同様に、前述の図６に示す様な関係を、予め実験により、或は計算により求めて、上記演算器にインストールするソフトウェア中に組み込んでおく。そして、上記比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」から、上記アキシアル荷重Ｆｙを求める。
本実施例の場合、上述の様に構成する事により、低コストで構成でき、しかも両列の転動体８ａ、８ｂ同士の間隔が狭い場合でも、これら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」、延ては外輪３ａとハブ１ａとの間に加わるアキシアル荷重Ｆｙを正確に求められる転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】公転速度検出用センサの出力信号の変動を示す線図。
【図３】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１例を示す断面図。
【図４】先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の１例を示す断面図。
【図５】先発明により荷重を求められる理由を説明する為の模式図。
【図６】同じく、両列の公転速度とハブの回転速度との比と、アキシアル荷重との関係を示す線図。
【図７】先発明に係る、アキシアル荷重を測定する方法の１例を示すフローチャート。
【図８】１対の公転速度検出用センサの検出信号を重畳する状態を示す線図。
【符号の説明】
【００４３】
１、１ａ  ハブ
２    回転側フランジ
３、３ａ  外輪
４    ナックル
５    固定側フランジ
６    外輪軌道
７    内輪軌道
８ａ、８ｂ  転動体
９    ボルト
１０    ねじ孔
１１    荷重センサ
１２、１２ａ  取付孔
１３、１３ａ  センサユニット
１４、１４ａ  先端部
１５、１５ａ、１５ｂ  公転速度検出用センサ
１６、１６ａ  回転速度検出用センサ
１７ａ、１７ｂ  保持器
１８ａ、１８ｂ  公転速度検出用エンコーダ
１９、１９ａ  回転速度検出用エンコーダ
２０    内輪
２１    カバー
【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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【図８】
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