(57)【要約】【課題】  低コストで構成でき、ハブ２と外輪１との間に作用す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を正確に求められる構造を実現する。【解決手段】  １対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより、各列を構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbを検出する。又、回転速度検出用センサ１５ｂにより、上記ハブ２の回転速度ｎi を検出する。上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出信号に基づき、両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和「ｎca＋ｎcb」又は差「ｎca−ｎcb」を求め、更にこの和又は差と回転速度ｎi との比「（ｎca＋ｎcb）／ｎi 」「（ｎca−ｎcb）／ｎi 」を求める。そして、この比「（ｎca＋ｎcb）／ｎi 」「（ｎca−ｎcb）／ｎi 」に基づいて、上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する。【選択図】  図１
2005031063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、１対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対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検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪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】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備えた、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】
１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとのうちの少なくとも１個のセンサが、磁性材製のヨークにコイルを巻回して成る、パッシブ型の磁気センサである、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】
１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとのうちの少なくとも１個のセンサがレゾルバである、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】
１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとを、一方の列の転動体を挟む状態で、静止輪の軸方向に関して離隔した状態で設けた、請求項２〜４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】
１対の公転速度検出用センサが静止輪の軸方向中央部で転動体の１対の列同士の間部分に、回転速度検出用センサがこの静止輪の軸方向端部に、それぞれ支持されている、請求項５に記載した転がり軸受ユニット。
【請求項７】
１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとが、転動体の１対の列同士の間部分で静止輪に支持固定された単一のセンサユニットの先端部に支持されており、このうちの回転速度検出用センサの設置位置が、上記静止輪の径方向に関して、上記両公転速度検出用センサよりも回転輪側に寄っている、請求項２〜４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８】
各センサの検出信号を取り出す為のハーネスの端部に設けたプラグを接続する為のコネクタを静止輪の一部に設置した、請求項１〜７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９】
各センサが単一のセンサユニットを構成するセンサホルダに保持されており、コネクタがこのセンサホルダに一体に設けられている、請求項８に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１０】
１対の公転速度検出用センサのみを設けて回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを設けず、この回転輪の回転速度に基づいて行なう制御は、上記両公転速度検出用センサのうちの少なくとも一方の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて推定した、上記回転輪の回転速度に基づいて行なう、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１１】
１対の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて求められる、両列の転動体の公転速度の平均値を回転輪の回転速度の推定値とする、請求項１０に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１２】
静止輪と回転輪との間に加わる荷重がラジアル荷重である、請求項１〜１１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１３】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項１２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１４】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備え、演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項１２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１５】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和と、回転輪の回転速度との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項１４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１６】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との積と、回転輪の回転速度の二乗との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項１４に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１７】
静止輪と回転輪との間に加わる荷重がアキシアル荷重である、請求項１〜１１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１８】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との比に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項１９】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２０】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備え、演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２１】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、回転輪の回転速度との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項２０に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２２】
演算器は、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項１７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２３】
演算器は、合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかによりアキシアル荷重を算出する、請求項２２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２４】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備え、演算器は、合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかと、上記回転輪の回転速度との比に基づいてアキシアル荷重を算出する、請求項２２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２５】
静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪が外輪相当部材であり、他方の軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体が玉であり、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角が付与されている、請求項１〜２４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２６】
各列の転動体の公転速度を直接測定する、請求項１〜２５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２７】
各列の転動体の公転速度を、各転動体を保持した保持器の回転速度として測定する、請求項１〜２５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２８】
保持器と、この保持器と別個に造ったエンコーダとを、互いに同心に結合固定し、このエンコーダの被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事により上記保持器の回転速度を測定自在とした、請求項２７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２９】
エンコーダの内径が、保持器のうちでこのエンコーダを取り付けた取付面の内径よりも大きく、このエンコーダの外径がこの取付面の外径よりも小さい、請求項２８に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３０】
磁性材製の粉末を混入した弾性材により一体に形成された保持器が着磁される事で、この保持器の何れかの面でこの保持器の回転中心をその中心とする被検出面にＳ極とＮ極とが、交互に且つ等間隔で配置されており、この被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記保持器の回転速度を測定自在とした、請求項２７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３１】
各列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の公転速度検出用センサが、各列毎に複数個ずつ、上記各転動体の公転方向に関してずらせた状態で配置されている、請求項１〜３０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３２】
公転速度検出用センサが、各列毎に２個ずつ、上記各転動体の公転中心に関して１８０度反対側位置に設けられている、請求項３１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３３】
演算器が各列の転動体の公転速度を求める過程で算出した各列の転動体の接触角を正常値と比較する比較器を備え、この比較器がこれら接触角が正常範囲から外れたと判断した場合に警報を発する、請求項１〜３２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３４】
使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、１対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサとを備えた、荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項３５】
静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪が外輪相当部材であり、他方の軌道輪が内輪相当部材であり、各転動体が玉であり、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角が付与されている、請求項３４に記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項３６】
各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、静止輪と回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器を備えた、請求項３４〜３５の何れかに記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項３７】
回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備えた、請求項３４〜３６の何れかに記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項３８】
各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器を備えた、請求項３７に記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項３９】
荷重がラジアル荷重である、請求項３６又は請求項３８に記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項４０】
荷重がアキシアル荷重である、請求項３６又は請求項３８に記載した荷重測定用転がり軸受ユニット。
【請求項４１】
演算器が各列の転動体の公転速度を求める過程で算出した各列の転動体の接触角を正常値と比較する比較器を備え、この比較器がこれら接触角が正常範囲から外れたと判断した場合に警報を発する、請求項３４〜４０の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
【請求項４２】
各転動体がセラミックス製である、請求項３４〜４１の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置及び荷重測定用転がり軸受ユニットは、例えば自動車、鉄道車両、各種搬送車等の移動体の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの改良に関する。具体的には、この転がり軸受ユニットに負荷されるラジアル荷重とアキシアル荷重との少なくとも一方の荷重を測定し、上記移動体の運行の安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するのに、転がり軸受ユニットを使用する。又、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）等、各種車両用姿勢安定装置を制御する為には、上記車輪の回転速度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込んだ回転速度検出装置付転がり軸受ユニットにより、上記車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪の回転速度を検出する事が、近年広く行なわれる様になっている。
【０００３】
この様な目的で使用される回転速度検出装置付転がり軸受ユニットとしては、特許文献１に記載されたもの等、多くの構造が知られている。回転速度検出装置付転がり軸受ユニットで検出した、車輪の回転速度を表す信号を制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。この様に、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットによれば、制動時や加速時に於ける車両の走行姿勢の安定性確保を図れるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。これに対して、回転速度検出装置付転がり軸受ユニットを利用したＡＢＳやＴＣＳの場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている。この為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる為、厳しい条件下での性能向上の面からは改良が望まれる。即ち、従来構造の場合には、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。
【０００４】
この様な事情に鑑みて、前記特許文献１には、図３７に示す様な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持される、静止輪であり外輪相当部材である外輪１の内径側に、車輪を結合固定する、回転輪であり内輪相当部材であるハブ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）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）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、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道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。
【０００５】
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（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。
【０００６】
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。
【０００７】
尚、図３７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。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、検出隙間を介して対向させている。
【０００８】
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、車体側に設けた図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００９】
上述の特許文献１に記載された従来構造は、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する構造であるのに対して、特許文献２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求める為の構造が記載されている。上記特許文献２に記載された従来構造の場合、図３８に示す様に、回転輪であり内輪相当部材であるハブ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３を固設している。又、このハブ２ａの中間部乃至内端部外周面に、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道８、８を形成している。
【００１０】
一方、上記ハブ２ａの周囲にこのハブ２ａと同心に配置された、静止輪であり外輪相当部材である外輪１の外周面には、この外輪１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。又、上記外輪１の内周面には、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道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、それぞれ転動体（玉）９ａ、９ｂを複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪１の内径側に上記ハブ２ａを、回転自在に支持している。
【００１１】
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を囲む部分には、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１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。
【００１２】
この様な従来から知られてい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。
【００１３】
以上に述べた様な、転がり軸受に加わる荷重（ラジアル荷重又はアキシアル荷重）を測定する構造のうち、前述の図３７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。
【００１４】
又、図３８に従来構造の第２例として示した様な、アキシアル荷重を測定する構造の場合、ナックル１６に対し外輪１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。
【００１５】
更に、特願２００３−１２００７２号、同２００３−１３３９３４号には、転がり軸受ユニットを構成する転動体の公転速度の変化を測定する事で、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及び荷重測定用転がり軸受ユニットに関する発明が開示されている。この先発明の場合には、図３９〜４０に示す様に、公転速度検出用センサ２１により、転がり軸受ユニットに複列に配置した転動体（玉）９ａ、９ｂのうちの外側の列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度を検出し、回転速度検出用センサ１５ａにより、ハブ２ａの回転速度を検出する。そして、これら両センサ２１、１５ａの検出信号に基づき、公転速度と回転速度との比である速度比を求める。アキシアル荷重Ｆa が変化し、上記各転動体９ａ、９ａの接触角が変化すると、これら各転動体９ａ、９ａの公転速度、延ては上記速度比が変化するので、この速度比の変化に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を算出する。
【００１６】
ところで、転動体９ａ、９ｂの公転速度は、アキシアル荷重の大きさにより変化するだけでなく、予圧の大きさやラジアル荷重の大きさによっても変化する。言い換えれば、予圧又はラジアル荷重が、上記アキシアル荷重を求める事に対する、一種の漏話（クロストーク）成分として入り込む。従って、或る特定の（単列の）転動体９ａ、９ａの公転速度だけを検出しても、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を正確に求める事は難しい。上記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には、初期設定により予圧の影響を排除する事に加え、加速度、ヨーレート、舵角、操舵力のうちから選択される何れかの値から上記転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が加わる状況か否かを判定して、このアキシアル荷重を正確に測定できる様にしている。従って、このアキシアル荷重を算出する為の演算器には、転がり軸受ユニット部分に設けたセンサの出力信号以外の信号も入力する。この為、信号処理が繁雑になり、コストが嵩む原因となる。
【００１７】
【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】
【００１８】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、低コストで構成できて、耐久性に問題を生じる事がなく、各車輪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、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる転がり軸受ユニットの荷重測定装置及び荷重測定用転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。更には、前述した先発明の場合とは異なり、転がり軸受ユニット部分に設けたセンサの出力信号のみで、この転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を正確に求められる構造の実現も可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のうち、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は、使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、１対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対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検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器とを備える。  又、請求項３４に記載した荷重測定用転がり軸受ユニットは、使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、１対の列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた転動体と、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサとを備える。
【発明の効果】
【００２０】
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及び荷重測定用転がり軸受ユニットは、接触角の方向が互いに異なる１対の列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する事により、上記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）を測定できる。即ち、複列アンギュラ型の玉軸受の如き転がり軸受ユニットがラジアル荷重を負荷すると、転動体（玉）の接触角が変化する。転がり軸受の技術分野で周知の様に、転動体の公転速度は接触角が変化すると変化する。
【００２１】
一方、転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が負荷されると、外輪相当部材が回転輪の場合にはこのアキシアル荷重を支承する側の列で転動体の公転速度が遅くなり、反対側の列で転動体の公転速度が速くなる。逆に、内輪相当部材が回転輪の場合には上記アキシアル荷重を支承する側の列で転動体の公転速度が速くなり、反対側の列で転動体の公転速度が遅くなる。同時に、これら各列の転動体の公転速度は、上記ラジアル荷重に応じても変化する。従って、上記両列の転動体の公転速度の変化を測定する事で、上記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。
【００２２】
特に本発明の場合には、接触角の方向が互いに異なる１対の列の転動体の公転速度を検出する為、アキシアル荷重の影響を排除して、上記ラジアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。即ち、上記アキシアル荷重が加わった場合に一方の列の転動体に関する公転速度と、他方の列の転動体に関する公転速度とは、互いに逆方向に変化（一方が増加する場合に他方が減少）する。そこで、これら各列の転動体の公転速度を足したり、掛け合せたりする事で、上記アキシアル荷重が上記ラジアル荷重の測定値に及ぼす影響を低く抑えられる。
【００２３】
上述の説明は、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める場合であるが、アキシアル荷重に就いても、接触角の方向が互いに異なる１対の列の転動体の公転速度に基づいて求められる。即ち、上記アキシアル荷重を支承する側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程接触角が大きくなり、反対側の列に関してはこのアキシアル荷重が大きくなる程接触角が小さくなる。そして、外輪相当部材が回転輪の場合には上記アキシアル荷重を支承する側の列で転動体の公転速度が遅くなり、反対側の列で転動体の公転速度が速くなる。逆に、内輪相当部材が回転輪の場合には上記アキシアル荷重を支承する側の列で転動体の公転速度が速くなり、反対側の列で転動体の公転速度が遅くなる。従って、上記両列の転動体の公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める事ができる。
【００２４】
特に本発明の場合には、前述した先発明の場合と異なり、接触角の方向が互いに異なる１対の列の転動体の公転速度を検出する為、予圧やラジアル荷重の影響を排除して、上記アキシアル荷重の測定精度を向上させる事ができる。即ち、上記予圧は各列の転動体に均等に加わるし、上記ラジアル荷重に関してもほぼ均等に加わる。従って、これら予圧及びラジアル荷重が上記各列の転動体の公転速度に及ぼす影響はほぼ同じになる。そこで、これら各列の転動体の公転速度の比、或は差に基づいて上記アキシアル荷重を求めれば、上記予圧やラジアル荷重がこのアキシアル荷重の測定値に及ぼす影響を低く抑えられる。
【００２５】
尚、上記転がり軸受ユニットが、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用されるものであれば、荷重算出の為の回転検出センサは、各列の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のみで足りる。これに対して、使用時に上記回転輪の回転速度が変化する様な場合には、回転速度検出用センサが検出するこの回転輪の回転速度と上記公転速度とにより、上記アキシアル荷重や前記ラジアル荷重を求める事ができる。この場合に、上記両列の転動体の公転速度の差（和）と回転速度との比である速度比を算出し、この速度比から上記アキシアル荷重（ラジアル荷重）を求めれば、上記回転輪の回転速度が変化しても、このアキシアル荷重（ラジアル荷重）を正確に求める事ができる。
【００２６】
又、求めるべき荷重がラジアル荷重であるにしても、アキシアル荷重であるにしても、更にはその両方であるにしても、上記公転速度を測定する為の公転速度検出用センサは、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体を安価に構成できる。
従って、比較的低コストで構成できるにも拘らず、各車輪等の回転部材に加わるラジアル荷重、アキシアル荷重等の荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる。この為、例えば、各種車両用走行安定装置、或は各種機械装置の高性能化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備える。
この様に構成すれば、使用時に上記回転輪の回転速度が変化する様な場合でも、回転速度検出用センサが検出するこの回転輪の回転速度と上記公転速度とにより、ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方を正確に求める事ができる。
【００２８】
又、本発明を実施する場合に、請求項３に記載した様に、１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとのうちの少なくとも１個のセンサとして、磁性材製のヨークにコイルを巻回して成る、パッシブ型の磁気センサを使用する事もできる。
即ち、本発明を実施する場合に使用する公転速度検出用センサ及び回転速度検出用センサとしては、転動体の公転と共に回転する公転速度検出用エンコーダ、或は回転輪と共に回転する回転速度検出用エンコーダの磁気特性の変化に対応して出力を変化させる、磁気式のものを使用する事が好ましい。この様な磁気式のセンサとして従来から、ホール素子、磁気抵抗素子等の、磁性変化に対応して特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものと、上述の様なパッシブ型のものとがある。低速回転時から出力の変化量を確保できるアクティブ型は、低速回転時の公転速度又は回転速度を正確に測定できる面からは好ましいが、現状ではパッシブ型のセンサに比べて高価である。そこで、低速回転時の速度検出の信頼性確保に関して特に重要でない一部のセンサ（例えば公転速度検出用センサ）として、比較的低コストのパッシブ型のものを使用すれば、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を抑えられる。
尚、アクティブ型のセンサを使用する場合でも、パッシブ型のセンサを使用する場合でも、コストの低減を図るべく、永久磁石を備えたセンサと着磁しないエンコーダ（トーンホイール）とを組み合わせて使用する事もできる。この様なエンコーダとしては、鉄等の磁性材により造ると共に、被検出面に透孔や凹凸を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に設けたものを使用する事ができる。又、この様なエンコーダに代えて、鉄製の保持器の被検出面に円周方向に亙って交互に且つ等間隔に凹凸を設けたものや、合成樹脂製の保持器の被検出面に同じく凹凸を設けると共に、この凹凸面に磁性材のメッキを施したものを使用する事もできる。
【００２９】
或は、請求項４に記載した様に、１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとのうちの少なくとも１個のセンサをレゾルバとする事もできる。
センサとしてレゾルバを使用すると、アクティブ型或はパッシブ型の磁気センサに比べて、１回転当りのセンサの出力変化の回数（パルス数）を多くできる。この結果、公転速度検出或は回転速度検出の応答性を向上させて（公転速度或は回転速度の検出タイミングを、よりリアルタイムに近くできて）、求めた荷重に基づく移動体の運行の安定性確保を、より高精度に行なえる。
【００３０】
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、１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとを、一方の列の転動体を挟む状態で、静止輪の軸方向に関して離隔した状態で設ける。
この様に構成すれば、上記１対の公転速度検出用センサと上記回転速度検出用センサとの間での磁気干渉を小さくできて、公転速度及び回転速度検出の信頼性向上を図れる。
この場合に、例えば請求項６に記載した様に、上記１対の公転速度検出用センサを静止輪の軸方向中央部で転動体の１対の列同士の間部分に、上記回転速度検出用センサをこの静止輪の軸方向端部に、それぞれ支持する。
この様に構成すれば、上記１対の公転速度検出用センサを設置する為に上記静止輪に形成する取付孔の内径を小さく抑えて、この静止輪の剛性及び強度の確保が容易になる。
【００３１】
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、１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとを、転動体の１対の列同士の間部分で静止輪に支持固定された単一のセンサユニットの先端部に支持する。そして、このうちの回転速度検出用センサの設置位置を、上記静止輪の径方向に関して、上記両公転速度検出用センサよりも回転輪側に寄った位置とする。
この様に構成する事によっても、１対の公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとの間での磁気干渉を小さくできて、公転速度及び回転速度検出の信頼性向上を図ると同時に、上記センサユニットを設置する為に上記静止輪に形成する取付孔の内径を小さく抑えて、この静止輪の剛性及び強度の確保が容易になる。
【００３２】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項８に記載した様に、各センサの検出信号を取り出す為のハーネスの端部に設けたプラグを接続する為のコネクタを、静止輪の一部に設置する。
この様に構成すれば、荷重測定装置を構成する上記各センサを備えた転がり軸受ユニットを懸架装置に組み付けた後、上記プラグを上記コネクタに接続する事により、上記ハーネスを上記転がり軸受ユニットに組み付けられる。従って、この転がり軸受ユニットを上記懸架装置に組み付ける際に、上記ハーネスが邪魔にならず、組み付け作業の容易化を図れる他、このハーネスに絶縁層の破損や断線等の故障が発生しにくくできる。又、仮にこのハーネスが損傷した場合にも、修理作業は、このハーネス及びプラグの交換のみで足り、修理に要するコストを低く抑えられる。
この様な構成を採用する場合に好ましくは、請求項９に記載した様に、上記各センサを、単一のセンサユニットを構成するセンサホルダに保持し、上記コネクタを、このセンサホルダに一体に設ける。
この様に構成すれば、上記静止輪への上記コネクタの設置を、容易に行なえる。
【００３３】
又、本発明を実施する場合に、例えば、請求項１０に記載した様に、１対の公転速度検出用センサのみを設けて回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを設けない事もできる。この場合に、ＡＢＳやＴＣＳ等、上記回転輪の回転速度に基づいて行なう制御は、上記両公転速度検出用センサのうちの少なくとも一方の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて推定した、上記回転輪の回転速度に基づいて行なう。
この様に構成すれば、回転速度検出用センサを省略した分、センサ自体のコスト並びに設置スペースの低減を図れる他、信号伝達用のハーネスの本数の低減により、コスト並びに設置スペースの低減を図れる。
この場合に、例えば、請求項１１に記載した様に、１対の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて求められる、両列の転動体の公転速度の平均値を、回転輪の回転速度の推定値とする。
この様に構成すれば、大きなアキシアル荷重が作用した場合にも、上記回転輪の回転速度を、上記ＡＢＳやＴＣＳ等の制御の為に必要な精度を確保した状態で求められる。
尚、上述の様に回転速度検出用センサを省略した場合に、例えば後述する請求項１８に記載した様な、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アキシアル荷重を算出する場合には、回転輪の回転速度の変化に拘わらずこのアキシアル荷重を算出できる為、公転速度検出用センサの検出信号に基づいて回転輪の回転速度を推定しなくても良い。
【００３４】
尚、本発明を実施する場合に、静止輪と回転輪との間に加わる荷重は、請求項１２、３９に記載した様に、例えばラジアル荷重とする。
この場合に、例えば請求項１３に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、上記ラジアル荷重を、十分に精度良く求められる。
【００３５】
或は、請求項１４、３７、３８に記載した様に、回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備える。そして、演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する。
この場合に、例えば請求項１５に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との和と、回転輪の回転速度との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する。
或は、請求項１６に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との積と、回転輪の回転速度の二乗との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるラジアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、回転輪の回転速度が変化する場合にも、上記ラジアル荷重を精度良く求められる。
【００３６】
又、本発明を実施する場合に、静止輪と回転輪との間に加わる荷重は、請求項１７、４０に記載した様に、例えばアキシアル荷重とする。
この場合に、例えば請求項１８に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との比に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、回転輪の回転速度が変化する場合にも、上記アキシアル荷重を、必要な精度を確保しつつ求められる。
或は、請求項１９に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差に基づいて静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、回転輪の回転速度が一定である限り、上記アキシアル荷重を、必要な精度を確保しつつ求められる。
【００３７】
或は、請求項２０、３７、３８に記載した様に、回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備える。そして、演算器は、この回転速度検出用センサから送り込まれる検出信号と、各公転速度検出用センサから送り込まれる検出信号とに基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この場合に、例えば請求項２１に記載した様に、演算器は、一方の列の転動体の公転速度と他方の列の転動体の公転速度との差と、回転輪の回転速度との比に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、回転輪の回転速度が変化した場合でも、上記アキシアル荷重を、十分な精度を確保しつつ求められる。
【００３８】
或は、演算器は、請求項２２に記載した様に、一方の列の転動体の公転速度を表す信号と他方の列の転動体の公転速度を表す信号とを合成して得られる合成信号に基づいて、静止輪と回転輪との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この場合に、例えば請求項２３に記載した様に、演算器は、合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかによりアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、転がり軸受ユニット側に設けた複数のセンサから、車体側に設けた制御器に信号を伝達する為のハーネスの本数を削減して、低コスト化を図れる。
或は、請求項２４に記載した様に、回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサを備える。そして、演算器は、合成信号のうねりの周期と周波数とのうちの何れかと、上記回転輪の回転速度との比に基づいてアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、ハーネスの本数の削減と共に、回転輪の回転速度が変化する場合にも、アキシアル荷重を十分な精度を確保しつつ求められる。
【００３９】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２５、３５に記載した様に、静止輪と回転輪とのうちの一方の軌道輪を外輪相当部材とし、他方の軌道輪を内輪相当部材とし、各転動体を玉とする。そして、この内輪相当部材の外周面に形成された複列アンギュラ型の内輪軌道と、上記外輪相当部材の内周面に形成された複列アンギュラ型の外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けられた玉に、背面組み合わせ型の接触角を付与する。
この様な構造は、剛性が高く、しかも荷重に基づく上記各玉の公転速度の変化が大きい構造である為、車輪を安定した支持する機能を確保しつつ、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精度良く求められる。
【００４０】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２６に記載した様に、各列の転動体の公転速度を直接測定する事もできる。
この場合には、公転速度検出用のエンコーダが不要になり、部品点数の低減に基づく軽量化並びにコスト低減が可能になる。
或は、請求項２７に記載した様に、各列の転動体の公転速度を、各転動体を保持した保持器の回転速度として測定する事もできる。
この場合に、請求項２８に記載した様に、保持器と、この保持器と別個に造ったエンコーダとを、互いに同心に結合固定し、このエンコーダの被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事により上記保持器の回転速度を測定自在とする。
或は、請求項３０に記載した様に、磁性材製の粉末を混入した、合成樹脂等の弾性材により一体に形成された保持器を着磁する事で、この保持器の何れかの面でこの保持器の回転中心をその中心とする被検出面にＳ極とＮ極とを、交互に且つ等間隔で配置し、この被検出面に各公転速度検出用センサの検出部を対向させる事で、上記保持器の回転速度を測定自在とする事もできる。
この様に、各転動体の公転速度を、保持器の回転速度として測定する構造を採用した場合には、公転速度の検出精度を向上させる事ができる。
尚、エンコーダを使用した構造を採用する場合には、請求項２９に記載した様に、エンコーダの内径を、保持器のうちでこのエンコーダを取り付けた取付面の内径よりも大きく、このエンコーダの外径を、この取付面の外径よりも小さくする事が好ましい。
この様に構成すれば、エンコーダと静止輪及び回転輪との干渉を防止しつつ、上記各転動体の公転速度を精度良く測定できる構造を実現できる。
【００４１】
又、各転動体の公転速度を、保持器の回転速度として測定する構造を採用した場合に好ましくは、請求項３１に記載した様に、各列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の公転速度検出用センサを、各列毎に複数個ずつ、上記各転動体の公転方向に関してずらせた状態で配置する事もできる。
この場合に好ましくは、請求項３２に記載した様に、公転速度検出用センサを、各列毎に２個ずつ、上記各転動体の公転中心に関して１８０度反対側位置に設ける。
この様に構成すれば、上記各転動体のピッチ円直径の中心と上記保持器の中心とがずれ、この保持器が振れ回り運動した場合でも、この保持器の回転速度、即ち、上記各転動体の公転速度を正確に求められる。
【００４２】
又、好ましくは、請求項３３、４１に記載した様に、演算器が各列の転動体の公転速度を求める過程で算出した各列の転動体の接触角を正常値と比較する比較器を備え、この比較器がこれら接触角が正常範囲から外れたと判断した場合に警報を発する様に構成する事もできる。
この様に構成すれば、転がり軸受ユニットの耐久性低下に結び付く、過大なアキシアル荷重の負荷や、予圧抜け等の発生を検知して、走行不能な状態に陥る前に修理を行なう事ができる。
【００４３】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４２に記載した様に、各転動体をセラミックス製とする事もできる。
転動体を造る為の材料として一般的な軸受鋼に比べ、軽量なセラミック製の転動体を使用した場合には、公転速度の急変動に対する転動体の自転速度変化の追従性が向上し、公転滑りの発生を抑えて、公転速度を正確に測定できる。
【実施例１】
【００４４】
図１〜３は、本発明の実施例１を示している。本実施例は、自動車の従動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）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。この転がり軸受ユニット自体の構成及び作用は、前述の図３７に示した従来構造と同様であるから、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、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００４５】
回転輪であり内輪相当部材であるハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列アンギュラ型の内輪軌道８、８と、静止輪であり外輪相当部材である外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列アンギュラ型の外輪軌道７、７との間に、それぞれ転動体（玉）９ａ、９ｂを複列（２列）に分けて、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、保持器２２ａ、２２ｂにより保持した状態で転動自在に設ける事により、上記外輪１の内径側に上記ハブ２を、回転自在に支持している。この状態で上記各列の転動体９ａ、９ｂには、互いに逆方向で、且つ、同じ大きさの接触角αa 、αb （図２）が付与されて、背面組み合わせ型の、複列アンギュラ型玉軸受を構成する。上記各列の転動体９ａ、９ｂには、使用時に加わるアキシアル荷重によって喪失する事がない程度に十分な予圧を付与している。この様な転がり軸受ユニットの使用時には、前述の図３９に示す様に、上記外輪１に固設した固定側フランジ１７を懸架装置を構成するナックル１６に支持固定し、上記ハブ２の回転側フランジ３に制動用のディスク４７と車輪のホイール４８とを、複数本のスタッド４９とナット５０とにより支持固定する。
【００４６】
上述の様な転がり軸受ユニットを構成する上記外輪１の軸方向中間部で上記複列の外輪軌道７、７の間部分に取付孔１０ａを、この外輪１を径方向に貫通する状態で形成している。そして、この取付孔１０ａにセンサユニット２３を、上記外輪１の径方向外方から内方に挿通し、このセンサユニット２３の先端部２４を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部２４には、１対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ｂとを設けている。
【００４７】
このうちの各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂは、上記複列に配置された転動体９ａ、９ｂの公転速度を測定する為のもので、上記先端部２４のうち、上記ハブ２の軸方向（図１〜２の左右方向）に関する両側面に、それぞれの検出面を配置している。本実施例の場合、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂは、上記複列に配置された各転動体９ａ、９ｂの公転速度を、前記各保持器２２ａ、２２ｂの回転速度として検出する。この為に本実施例の場合には、これら各保持器２２ａ、２２ｂを構成するリム部２５、２５を、互いに対向する側に配置している。そして、これら各リム部２５、２５の互いに対向する面に、それぞれが円輪状である公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂを、全周に亙り添着支持している。これら各エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記各保持器２２ａ、２２ｂの回転速度を上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより検出自在としている。
【００４８】
この為に、これら各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出面を、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面である、互いに対向する面に近接対向させている。尚、これら各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出面との距離（検出隙間）は、上記各保持器２２ａ、２２ｂのポケットの内面と上記各転動体９ａ、９ｂの転動面との間の隙間であるポケット隙間よりも大きく、２mm以下とする事が好ましい。上記検出隙間がポケット隙間以下になると、上記各保持器２２ａ、２２ｂがこのポケット隙間分変位した場合に、上記被検出面と上記検出面とが擦れ合う可能性を生じる為、好ましくない。反対に、上記検出隙間が２mmを越えると、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの回転を正確に測定する事が難しくなる。
【００４９】
一方、前記回転速度検出用センサ１５ｂは、回転輪である前記ハブ２の回転速度を測定する為のもので、上記先端部２４の先端面、即ち、上記外輪１の径方向内端面に、その検出面を配置している。又、上記ハブ２の中間部で前記複列の内輪軌道８、８同士の間に、円筒状の回転速度検出用エンコーダ１３ａを外嵌固定している。上記回転速度検出用センサ１５ｂの検出面は、この回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面である、外周面に対向させている。この回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記ハブ２の回転速度を上記回転速度検出用センサ１５ｂにより検出自在としている。上記回転速度検出用エンコーダ１３ａの外周面と上記回転速度検出用センサ１５ｂの検出面との間の測定隙間に関しても、２mm以下に抑える。
【００５０】
尚、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａとしては、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用の信号を得るべく、車輪の回転速度を検出する為に利用していた各種構造のものを使用できる。例えば、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａとして、被検出面（側面又は外周面）にＮ極とＳ極とを交互に配置した、多極磁石製のものが、好ましく使用できる。但し、単なる磁性材製のエンコーダや、光学的特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させたものも、（永久磁石を備えた磁気式の回転速度検出用センサや、光学式の回転速度検出用センサと組み合わせる事で）使用可能である。
【００５１】
本実施例の場合には、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとして、被検出面である軸方向側面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置した、円輪状の永久磁石を使用している。この様な各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂは、別途造られた上記各保持器２２ａ、２２ｂのリム部２５、２５の側面に接着により結合固定したり、或はこれら各保持器２２ａ、２２ｂを射出時にキャビティ内に上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂをセットしておく事で、インサート成形、又は二色成形（２種類の材料を同時に成形）する。何れの方法を採用するかは、コスト及び要求される結合強度等に応じて選択する。
【００５２】
接着剤により固定する方法を採用すれば、上記各保持器２２ａ、２２ｂとして、従来からある一般的なものを使用する事で、これら各保持器２２ａ、２２ｂを造る為に新たな金型を造る必要がなくなり、その面からコストを抑えられる。従って、接着剤により固定する方法は、比較的製造個数が少ない場合で、全体としてのコストを抑える場合に有効である。この場合の接着剤としては、エポキシ系、或はシリコン樹脂系のものが、好ましく使用できる。
【００５３】
これに対して、上記各保持器２２ａ、２２ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとをインサート成形により結合固定する方法を採用すれば、上記各保持器２２ａ、２２ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとを接着する工程が不要になり、組立工数の低減の面からコストを抑えられる。又、接着剤の劣化等に基づく、上記各保持器２２ａ、２２ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとの分離防止を確実に図る事ができて、信頼性の向上を図れる。従って、インサート成形により結合固定する方法は、比較的製造個数が多い場合で、全体としてのコストを抑える場合に有効である。
【００５４】
接着剤、インサート成形、何れの方法により、上記各保持器２２ａ、２２ｂと上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとを結合固定する場合でも、上記各保持器２２ａ、２２ｂとしては、合成樹脂を射出成形して成るものを使用する。この場合に使用する合成樹脂としては、射出成形可能な何れの合成樹脂も使用可能であるが、優れた耐熱性を有する為信頼性の確保が容易で、しかも摩擦係数が低い、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が、好ましい。又、合成樹脂中に、ガラス繊維、炭素繊維等の補強材を適量混入する事も、上記各保持器２２ａ、２２ｂの強度を向上させる面からは好ましい。この場合に於ける上記補強材の混入量としては、５〜４０重量％程度が適切である。混入量が５重量％未満の場合には、混入する事に伴う強度向上効果が殆ど期待できず、反対に４０重量％を越えて混入すると、得られた上記各保持器２２ａ、２２ｂの靱性が低下し、欠けや亀裂等の損傷が発生し易くなる。強度及び靱性の確保を高次元で両立させる為には、上記補強材の混入量を１０〜３０重量％程度に規制する事が好ましい。
【００５５】
又、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとして使用する上記円輪状の永久磁石としては、次の様なものを使用できる。即ち、フェライト磁石、鉄ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石等の燒結磁石、アルミニウムマンガン磁石、アルニコ等の金属磁石、磁性粉を合成樹脂或はゴム中に混入したプラスチック磁石或はゴム磁石を使用できる。このうちの燒結磁石及び金属磁石は、強い磁力を得られる反面、欠けや割れ等の損傷を生じ易い為、プラスチック磁石或はゴム磁石を使用する事が好ましい。
【００５６】
プラスチック磁石或はゴム磁石中に混入する磁性粉の割合は、２０〜９５重量％とする。混入量が多い程得られる磁石の磁力が強くなるので、前記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの性能との関係を考慮して、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂに必要とされる磁力に応じて混入量を調整する。但し、混入量が２０重量％未満の場合には、使用する公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの性能に拘らず、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂに必要とされる磁力を得る事は難しい。これに対して、９５重量％を越えて混入すると、バインダとしての合成樹脂或はゴムの量が少なくなり過ぎて、得られた上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの強度を確保する事が難しくなる（靱性が低下する）。これらの事を考慮した場合、上記磁性粉の混入量は、２０〜９５重量％、好ましくは７０〜９０重量％の範囲とする。尚、プラスチック磁石を使用しインサート成形により保持器と結合固定する場合には、これらプラスチック磁石と保持器とを、同種の合成樹脂により造れば、これらプラスチック磁石と保持器との結合強度を高くできる。
【００５７】
尚、図示は省略するが、製造個数がより多くなる様な場合には、保持器自体にエンコーダとしての機能を持たせる事も、コスト低減と信頼性向上との面から有効である。この場合に保持器を構成する合成樹脂としては、射出成形可能なものであれば何れも使用可能である。但し、上述したエンコーダと別体に構成する場合と同様に、ＰＡ４６、ＰＡ６６、ＰＰＳ等の優れた耐熱性を有する合成樹脂を使用すれば、信頼性の確保が容易になる。又、ガラス繊維、炭素繊維等の補強材を適量混入する事が、保持器の強度向上の面から好ましい事も、エンコーダと別体にする場合と同様である。保持器を構成する合成樹脂中に混入する補強材の量が多過ぎると、得られる保持器の靱性が低下し、欠けや亀裂等の損傷を発生し易くなる。従って、補強材を混入する場合でも、その混入量は５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲に規制する。
【００５８】
保持器自体にエンコーダとしての機能を持たせる場合には、上述の様な合成樹脂中に磁性粉を、２０〜９５重量％程度混入する。この磁性粉としては、フェライト、鉄ネオジム、サマリウムコバルト、アルミニウムマンガン、アルニコ、鉄粉等の粉末を使用できる。この様な磁性粉を混入して保持器を造る場合も、混入量が多い程得られる磁石の磁力が強くなるので、前記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの性能との関係で、上記保持器に必要とされる磁力に応じて混入量を調整する。但し、混入量が多過ぎると、合成樹脂の量が少なくなり過ぎて、得られた上記保持器の強度を確保する事が難しくなる（靱性が低下する）。これらの事を考慮した場合、上記磁性粉と上記補強材との混入量は、合計で９８重量％以下に抑える事が好ましい。これら磁性粉と補強材とを合計で９８重量％を越えて混入すると、上記保持器の強度が低下する他、射出成形時に於ける合成樹脂の流動性が悪化して、良質の保持器を得にくくなる。
【００５９】
尚、別体に造った保持器と公転速度検出用エンコーダとを結合するか、或は保持器自体にエンコーダとしての機能を持たせるかに関係なく、保持器を、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を圧縮成形して造る事もできる。この場合に、優れた強度を有する保持器を得られるが、コストが嵩む。従って、量産コストの低減を考慮した場合、何れの場合でも、保持器を熱可塑性樹脂の射出成形により造る事が好ましい。更には、磁性材製の保持器の一部に凹凸を形成して、当該部分を公転速度検出用エンコーダとする事もできる。この場合には、公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとして、磁束発生用の永久磁石を組み込んだものを使用する。更には、永久磁石製の保持器の一部に凹凸を形成すると共に、この凹凸部分にＳ極とＮ極とを着磁する事もできる。この場合、凹部をＳ極又はＮ極に、凸部をＮ極又はＳ極に、それぞれ着磁しても良いし、凸部のみをＳ極とＮ極とに交互に着磁しても良い。
【００６０】
又、何れも回転速度を検出するセンサである、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ及び前記回転速度検出用センサ１５ｂとしては、磁気式の回転検出センサが、好ましく使用できる。又、この磁気式の回転検出センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＧＭＲ素子）、ＭＩ素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものが、好ましく使用できる。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転検出センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して永久磁石の着磁方向一端面に突き当て（磁性材製のエンコーダを使用する場合）、上記磁気検出素子の他側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、１３ａの被検出面に近接対向させる。尚、本実施例の場合、永久磁石製のエンコーダを使用するので、センサ側の永久磁石は不要である。
【００６１】
本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂの検出信号は、図示しない演算器に入力する。尚、この演算器は、これら各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを包埋支持するセンサユニット２３等に設ける事により、転がり軸受ユニットに一体的に設置しても良いし、この転がり軸受ユニットとは別に車体側に設置しても良い。そして、この演算器が、これら各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂから送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪１と前記ハブ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。以下、先ずラジアル荷重を求める場合に就いて説明し、次いで、アキシアル荷重を求める場合に就いて説明する。
【００６２】
上記ラジアル荷重を求める為、本実施例の場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ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１５ｂ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。この様に構成する事により、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重の影響を少なく抑えて、上記ラジアル荷重を精度良く求められる。この点に就いて、図４〜６を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆa 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。
【００６３】
図４は、前述の図１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Ｆr 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Ｆa が加わる。これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa 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（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝  −−−  （１）
【００６４】
この（１）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、前述した様にこの接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Ｆr 及び上記アキシアル荷重Ｆa 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Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。本実施例の場合、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Ｆr に関しては、大きくなる程上記公転速度ｎc 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Ｆr を求められる事になる。
【００６５】
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Ｆr だけでなく、上記予圧Ｆ0 、Ｆ0 及び上記アキシアル荷重Ｆa 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、これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、アキシアル荷重Ｆa 、ハブ２の回転速度ｎi を考慮しなければ、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。これに対して上記アキシアル荷重Ｆa 及びハブ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、初期設定によりその影響を排除する事はできない。
【００６６】
この様な事情に鑑みて本実施例の場合には、前述した様に、前記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ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Ｆa の影響を少なくしている。更に、この和と、前記回転速度検出用センサ１５ｂ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Ｆr を算出する事により、このハブ２の回転速度ｎi の影響を排除している。
【００６７】
例えば、図４に示す様に同図で左向きのアキシアル荷重Ｆa が作用する場合に於ける、各列を構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbとハブ２の回転速度ｎi との関係は、図５の様になる。先ず、上記アキシアル荷重Ｆa が０である（アキシアル荷重Ｆa が作用しない）場合には、図５の実線ａで示す様に、上記各列を構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbは互いに同じ（ｎca＝ｎcb）となる。これに対して、上記アキシアル荷重Ｆa が少し（中程度）加わると、このアキシアル荷重Ｆa を支承する図４の右側の列を構成する転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbは図５の破線ｂで示す様に、上記アキシアル荷重Ｆa が０である場合よりも少し速くなる。これに対して、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない、図４の左側の列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaは図５の破線ｃで示す様に、上記アキシアル荷重Ｆa が０である場合よりも少し遅くなる。このアキシアル荷重Ｆa が更に大きく（大に）なると、上記各公転速度ｎca、ｎcbの上記アキシアル荷重Ｆa が０である場合に比べての変化量は、図５に鎖線ｂ、ｃで示す様に、より大きくなる。尚、この場合に、上記アキシアル荷重Ｆa を支承しない側の転動体９ａ、９ａに関しても、予圧が残る事が条件である。
【００６８】
この場合に、上記アキシアル荷重Ｆa を支承する列を構成する転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbが速くなる程度△ｎcbと、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度ｎca遅くなる程度△ｎcaとは、ほぼ等しく、正負は逆である（｜△ｎcb｜≒｜△ｎca｜、△ｎcb＋△ｎca≒０）。従って、これら両列の公転速度ｎca、ｎcbを足し合わせれば、上記アキシアル荷重Ｆa の影響をほぼ排除できる。図６は、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの和と前記ハブ２の回転速度ｎi との比｛（ｎca＋ｎcb）／ｎi ｝と、前記ラジアル荷重Ｆr の大きさと、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさとの関係を示している。この様な図６から明らかな通り、上記両列の公転速度ｎca、ｎcbの和に基づいて上記ラジアル荷重Ｆr を求める事により、上記アキシアル荷重Ｆa の影響を軽微に抑え、このラジアル荷重Ｆr を正確に求められる。
【００６９】
上述の説明は、上記両列の公転速度ｎca、ｎcbを足し合わせる事で上記アキシアル荷重Ｆa の影響を抑えるものであるが、これら両列の公転速度ｎca、ｎcbを掛け合せる（積を求める）事により、上記アキシアル荷重Ｆa の影響を抑える事もできる。即ち、このアキシアル荷重Ｆa の増減により上記両列の公転速度ｎca、ｎcbはほぼ同じだけ増大又は減少するので、これら両列の公転速度ｎca、ｎcbを掛け合せる事で、上記アキシアル荷重Ｆa の増減による影響を低減できる。具体的には、上記両列の公転速度ｎca、ｎcbの積（ｎca×ｎcb）と、ハブの回転速度ｎi の二乗との比｛（ｎca×ｎcb）／ｎi2｝に基づいて、ラジアル荷重Ｆr を算出する。
【００７０】
次に、アキシアル荷重を求める場合に就いて、前述の図１〜４に加えて図７〜１６を参照しつつ説明する。本実施例の場合、上記アキシアル荷重を求める為に演算器は、前記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂが検出する両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、前記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する前記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記アキシアル荷重を算出する。この様に構成する事により、上記両列の転動体９ａ、９ｂに付与されている予圧、並びに、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重の影響を少なく抑えて、上記アキシアル荷重を精度良く求められる。
【００７１】
前述の図４及び（１）式で説明した通り、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、前述した様にこの接触角αは、上記アキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。従って上記公転速度ｎc は、このアキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。本実施例の場合、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、上記アキシアル荷重Ｆa が大きくなる程、このアキシアル荷重Ｆa を支承する図４の右側の列を構成する転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbが速くなり、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない、図４の左側の列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaが遅くなる。図７は、この様にハブ２が回転する場合に於ける、上記アキシアル荷重Ｆa の変化に伴う両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の変化の状態を表している。又、図７の横軸は上記アキシアル荷重Ｆa の大きさを、縦軸は上記公転速度ｎc と上記ハブ２の回転速度ｎi との比「ｎc ／ｎi 」を、それぞれ表している。尚、この比「ｎc ／ｎi 」を表す図７の縦軸の値は、図７の下に行く程大きくなり、同じく上に行く程小さくなる。
【００７２】
この様な図７に記載した２本の線ａ、ｂのうち、実線ａは、上記アキシアル荷重Ｆa を支承しない図４の左側の列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaに関する比「ｎca／ｎi 」を、破線ｂは上記アキシアル荷重Ｆa を支承する図４の右側の列を構成する転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbに関する比「ｎcb／ｎi 」を、それぞれ表している。尚、上記図７の実線ａ及び破線ｂは、上記両列の転動体９ａ、９ｂに適正な（中程度の）予圧Ｆ0 を付与すると共に、ラジアル荷重Ｆr を付与しない（Ｆr ＝０）場合での、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと、上記公転速度ｎc （ｎca、ｎcb）と上記ハブ２の回転速度ｎi との比「ｎc ／ｎi 」との関係を示している。
【００７３】
上述の様な図７に記載した実線ａ及び破線ｂから明らかな通り、各転動体９ａ、９ｂに予圧Ｆ0 を付与した複列アンギュラ型玉軸受にアキシアル荷重を負荷すると、両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度が、このアキシアル荷重の大きさに応じて（ほぼ比例して）変化する。従って、他の要件、即ち、このアキシアル荷重に対するクロストーク成分となる予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr を考慮しなければ（或は予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr が一定であるとすれば）、何れか一方の列の転動体９ａ、９ａ（又は９ｂ、９ｂ）の公転速度ｎca（ｎcb）を測定する事で、上記アキシアル荷重を求められる。但し、実際の場合には、上記複列アンギュラ型玉軸受に付与される予圧Ｆ0 には、製造誤差に基づくばらつきがあるし、ラジアル荷重Ｆr は、乗員数や積載量の相違により違いが生じる。
【００７４】
図８は、この様な予圧Ｆ0 のばらつきやラジアル荷重Ｆr の大きさが、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない図４の左側の列を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaに関する比「ｎca／ｎi 」との関係に及ぼす影響に就いて示している。図８（Ａ）（Ｂ）にそれぞれ記載した実線イ、破線ロ、鎖線ハは、それぞれ上記図５の実線ａに対応するものである。又、図８（Ａ）は、上記予圧Ｆ0 の値が、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと上記比「ｎca／ｎi 」との関係に及ぼす影響を示している。尚、この比「ｎca／ｎi 」の大きさを表す図８（Ａ）の縦軸の値は、この図８（Ａ）の下に行く程大きくなり、同じく上に行く程小さくなる。又、ラジアル荷重Ｆr は付与していない（Ｆr ＝０）。この様な図８（Ａ）のうち、実線イは上記予圧Ｆ0 が小さい場合を、破線ロは同じく中程度の場合を、鎖線ハは同じく大きい場合を、それぞれ表している。一方、図８（Ｂ）は、上記ラジアル荷重Ｆr の値が、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと上記比「ｎca／ｎi 」との関係に及ぼす影響を示している。尚、この比「ｎca／ｎi 」の大きさを表す図８（Ｂ）の縦軸の値も、この図８（Ｂ）の下に行く程大きくなり、同じく上に行く程小さくなる。又、予圧Ｆ0 の値は中程度としている。この様な図８（Ｂ）のうち、実線イは上記ラジアル荷重Ｆr が大きい場合｛Ｆr ＝４９００Ｎ（５００kgf ）｝を、破線ロは同じく中程度｛Ｆr ＝３９２０Ｎ（４００kgf)｝の場合を、鎖線ハは同じく小さい場合｛Ｆr ＝２９４０Ｎ（３００ kgf）｝を、それぞれ表している。
【００７５】
この様な図８の記載から明らかな通り、予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr の値が異なると、アキシアル荷重Ｆa が同じ場合であっても、上記公転速度ｎcaと上記ハブ２の回転速度ｎi との比「ｎca／ｎi 」の値が異なる。しかも、この比「ｎca／ｎi 」が、上記予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr の値の変動に基づいてずれ動く量は相当に大きくなり、各種車両用走行安定装置を高精度に制御する場合に、無視できない事が考えられる。アキシアル荷重Ｆa を支承する図４の右側の列を構成する転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbにより、このアキシアル荷重Ｆa を測定する場合でも同様である。前述した先発明の場合には、初期設定により上記予圧Ｆ0 の影響を排除し、加速度、ヨーレート、舵角、操舵力のうちから選択される何れかの値から上記転がり軸受ユニットにアキシアル荷重が加わる状況か否かを判定する事で、上記予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr の影響を排除する様にしていた。従って、上記車両用走行安定装置の制御器には、（加速度センサを転がり軸受ユニット部分に組み込んだ場合を除いて）転がり軸受ユニット部分以外からも、制御用の信号を送り込む必要がある。
【００７６】
これに対して本実施例の場合には、前記１対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより、接触角αa 、αb の方向が互いに異なる（逆である）１対の列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbをそれぞれ検出する事により、上記予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr の値の変動の影響を少なく抑えつつ、転がり軸受ユニットに負荷されるアキシアル荷重Ｆa を測定する様にしている。即ち、本実施例の場合には、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより、（アキシアル荷重が加わらない状態での）接触角αa 、αb の大きさが同じで方向が互いに異なる１対の列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbをそれぞれ検出して、図示しない演算器が、これら両公転速度ｎca、ｎcbに基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を求める。
【００７７】
この様に、これら両公転速度ｎca、ｎcbに基づいてこのアキシアル荷重Ｆa を求めるには、次の（１）〜（４）のうちの何れかの方法を採用する。
（１）一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの比「ｎcb／ｎca」に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する（請求項１８）。
（２）一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの差「ｎcb−ｎca」に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する（請求項１９）。
（３）一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの差「ｎcb−ｎca」と、上記ハブ２の回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する（請求項２１）。
（４）一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaを表す信号と他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbを表す信号とを合成して得られる合成信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重を算出する（請求項２２）。
以下、これら（１）〜（４）の方法に就いて説明する。
【００７８】
先ず、上記（１）の方法に就いて、図９を参照しつつ説明する。この図９は、上記一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの比「ｎcb／ｎca」と、上記アキシアル荷重Ｆa との関係を示している。図９（Ａ）（Ｂ）にそれぞれ記載した実線イ、破線ロ、鎖線ハは、それぞれ上記比「ｎcb／ｎca」と上記アキシアル荷重Ｆa との関係を示している。又、図９（Ａ）は、上記各転動体９ａ、９ｂに付与している予圧Ｆ0 の値が、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと上記比「ｎcb／ｎca」との関係に及ぼす影響を示している。この様な図９（Ａ）のうち、実線イは上記予圧Ｆ0 が小さい場合を、破線ロは同じく中程度の場合を、鎖線ハは同じく大きい場合を、それぞれ表している。一方、図９（Ｂ）は、上記ラジアル荷重Ｆr の値が、上記アキシアル荷重Ｆa の大きさと上記比「ｎcb／ｎca」との関係に及ぼす影響を示している。この様な図９（Ｂ）のうち、実線イは上記ラジアル荷重Ｆr が大きい場合を、破線ロは同じく中程度の場合を、鎖線ハは同じく小さい場合を、それぞれ表している。
【００７９】
この様な図９（Ａ）（Ｂ）に示した各線イ〜ハで示す様に、上記一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの比「ｎcb／ｎca」は、上記アキシアル荷重Ｆa の増大に伴って大きくなる。従って、これら比「ｎcb／ｎca」とアキシアル荷重Ｆa との関係を、予め実験若しくは計算により求めて前記演算器を構成するマイクロコンピュータにインストール（記憶）しておけば、上記両公転速度ｎca、ｎcbに基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を求める事ができる。しかも、上記図９（Ａ）（Ｂ）に示した各線イ〜ハを比較すれば明らかな通り、上記予圧Ｆ0 及び上記ラジアル荷重Ｆr が、上記比「ｎcb／ｎca」とアキシアル荷重Ｆa との関係に及ぼす影響は小さい。
【００８０】
即ち、上記予圧Ｆ0 は両列の転動体９ａ、９ｂに均等に加わるし、上記ラジアル荷重Ｆa に関してもほぼ均等に加わる。従って、これら予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆa が変動しても、この変動が上記アキシアル荷重Ｆa の算出値に及ぼす影響は小さくて済む。尚、前述した図７から明らかな通り、このアキシアル荷重Ｆa の増大に伴って負荷側（アキシアル荷重Ｆa を支承する側）の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbが速くなる程度と、反負荷側（アキシアル荷重Ｆa を支承しない側）の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaが遅くなる程度とは若干異なる（図７に記載した２本の線ａ、ｂの傾斜角度の絶対値が異なる）。この為、上記アキシアル荷重Ｆa が大きくなると、上記予圧Ｆ0 及び上記ラジアル荷重Ｆr が、上記比「ｎcb／ｎca」とアキシアル荷重Ｆa との関係に影響を及ぼす様になる。但し、上記図９と前述した図８とを比較すれば明らかな通り、上記影響は小さく、余程精密な制御を必要とする場合でない限り、実用上無視できる。尚、この様な（１）の方法により上記アキシアル荷重Ｆa を求める場合には、前記ハブ２の回転速度ｎi は使用しないので、前記回転速度検出センサ２６及び回転速度検出用エンコーダ２９を省略しても良い。
【００８１】
次に、前記（２）の方法に就いて、図１０（Ａ）を参照しつつ説明する。この場合には、一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの差「ｎcb−ｎca」に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する。上記図７の線ａ、ｂから明らかな通り、上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」は、上記アキシアル荷重Ｆa の増大に伴って大きくなる。又、上記両線ａ、ｂは、予圧Ｆ0 及びラジアル荷重Ｆr の変動に伴って縦軸方向に移動するが、この移動は上記両線ａ、ｂに対しほぼ均等に、且つ同方向に表れる。従って、上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」と上記アキシアル荷重Ｆa との関係に、上記予圧Ｆ0 及び上記ラジアル荷重Ｆr が及ぼす影響は小さい。即ち、これら予圧Ｆ0 やラジアル荷重Ｆr が変動しても、この変動が上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」に基づいて求められるアキシアル荷重Ｆa の値に及ぼす影響は小さくて済む。
【００８２】
そこで、図１０（Ａ）に実線ニで示す様な、上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」と上記アキシアル荷重Ｆa との関係を、予め実験若しくは計算により求めて前記演算器を構成するマイクロコンピュータにインストールしておけば、上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を求める事ができる。しかも、このアキシアル荷重Ｆa を、上記予圧Ｆ0 及び上記ラジアル荷重Ｆr の変動の影響を抑えて、正確に求められる。この様に（２）の方法により上記アキシアル荷重Ｆa を求める場合も、前記ハブ２の回転速度ｎi は使用しないので、前記回転速度センサ２６及び回転速度検出用エンコーダ２９を省略する事もできる。
【００８３】
次に、前記（３）の方法に就いて、図１０（Ｂ）を参照しつつ説明する。この場合には、一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaと他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbとの差「ｎcb−ｎca」を求め、更に、この差「ｎcb−ｎca」とハブ２の回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」を求める。そして、この比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する。この場合には、図１０（Ｂ）に実線ホで示す様な、上記比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」と上記アキシアル荷重Ｆa との関係を、予め実験若しくは計算により求めて前記演算器を構成するマイクロコンピュータにインストールしておけば、上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を求める事ができる。しかも、このアキシアル荷重Ｆa を、上記ハブ２の回転速度変化に拘らず、且つ、上記予圧Ｆ0 及び上記ラジアル荷重Ｆr の変動の影響を抑えて、正確に求められる。
【００８４】
転がり軸受ユニットが、工作機械或は工場内の搬送車の回転支持部の様に、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用されるものであれば、前述した（２）の方法の様に、両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」のみで、上記アキシアル荷重Ｆa を正確に求める事ができる。これに対して、自動車用或は鉄道車両用の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの様に、使用時に回転輪（ハブ２）の回転速度が変化する様な場合には、上記アキシアル荷重Ｆa に関係なく、この回転速度に応じて上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」が変化する。そこで、この様な場合には、上述した（３）の方法の様に、前記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する上記ハブ２の回転速度ｎi と上記両公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」とにより、上記アキシアル荷重Ｆa を求めれば、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除できる。
【００８５】
更に、前記（４）の方法に就いて、図１１〜１６を参照しつつ説明する。この場合に演算器は、前記公転速度検出用センサ２１ａから送り出される、一方の列の転動体９ａ、９ａの公転速度ｎcaを表す信号と、前記公転速度検出用センサ２１ｂから送り出される、他方の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度ｎcbを表す信号とを合成して（重畳させて）、合成信号を得る。そして、この合成信号に基づいて、前記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する。上記（４）の方法は、予め上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ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。
【００８６】
図１１は、前述の図７と同様に、アキシアル荷重Ｆa と、両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度とハブ２の回転速度との比との関係に加えて、予圧ＦO の大きさとの関係を示す線図である。尚、上記図１１では、前述の図７、８とは逆に、縦軸の数値は上に行く程大きくなる。又、図１２は、前述の図１０（Ｂ）と同様に、１対の列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差とハブ２の回転速度との比と、アキシアル荷重Ｆa の大きさと、予圧ＦO の大きさとの関係を示す線図である。これら図１１、１２から明らかな通り、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbはアキシアル荷重Ｆa に応じて逆方向に増減する他、予圧ＦO が大きくなる程早くなる。上記（４）の方法は、上記図１２の様な関係を利用する事で、前記（３）の方法と同様に、１対の列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」と、上記ハブ２の回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、前記外輪１とこのハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出するものである。
【００８７】
特に、上記（４）の方法の場合には、演算器により前記１対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り出される、両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbを表す信号を合成して合成信号を得る。そして、この合成信号とハブ２の回転速度ｎi とに基づいて、上記アキシアル荷重Ｆa を算出する。この場合に於ける上記合成信号の処理方法は、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り出される信号が正弦波的に変化する場合とパルス的に変化する場合とで、多少異なる。
【００８８】
先ず、上記信号が正弦波的に変化する場合に就いて、図１３〜１４により説明する。この場合、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り出される、ぞれぞれが図１４（Ａ）に示す様な信号を合成（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２１ａ、２１ｂ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２１ａ、２１ｂ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９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」を求め、この差「ｎcb−ｎca」と、上記ハブ２の回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、前記外輪１とこのハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する。
【００８９】
上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ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９ａ、９ｂ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。
【００９０】
次に、上記信号がパルス的に変化する場合に就いて、図１５〜１６により説明する。この場合、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り出される、ぞれぞれが図１６（Ａ）に示す様な信号を合成（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Ｔ2 で変化する。この変化（パルス幅変化）は、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ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Ｔ2 の逆数（１／Ｔ2 、周波数）が、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り出される信号の周波数の差になる。そこで、上記変化の周期Ｔ2 若しくは周波数により、上記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの差「ｎcb−ｎca」を求め、この差「ｎcb−ｎca」と、上記ハブ２の回転速度ｎi との比「（ｎcb−ｎca）／ｎi 」に基づいて、前記外輪１とこのハブ２との間に加わるアキシアル荷重Ｆa を算出する。うねりの周期Ｔ1 が変化の周期Ｔ2 に変わった以外は、信号が正弦波的に変化する場合と同様である。
【実施例２】
【００９１】
図１７は、本発明の実施例２を示している。本実施例は、公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 を複数個（図示の例では２個）設ける事により、公転速度検出用エンコーダ２６ａ（図１〜２に示した公転速度検出用エンコーダ２６ｂも同様）が偏心運動した場合にも、転動体の公転速度を正確に求められる様にするものである。この為に本実施例の場合には、上記各公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 を、公転速度を検出すべき転動体９ａ、９ａ（図１参照）の公転方向に関してずらせた状態で配置している。より具体的には、上記各公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 を、ハブ２（図１参照）の回転中心Ｏ2 を中心として１８０度反対位置に配置している。そして、上記各公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 の検出信号を足し合わせる事で、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａの偏心運動に伴う誤差の影響を排除する様に構成している。この点に就いて、図１７に加えて図１８〜２０を参照しつつ説明する。
【００９２】
上記公転速度検出用エンコーダ２６ａを保持した（或は自身がエンコーダとしての機能を有する）保持器２２ａのポケットの内面と上記各転動体９ａ、９ａの転動面との間には、これら各転動体９ａ、９ａを転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体９ａ、９ａのピッチ円の中心（上記ハブ２の回転中心）Ｏ2 と上記保持器２２ａの回転中心Ｏ22とが、図１７、１９に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ２６ａは、上記回転中心Ｏ22の周囲で振れ回り運動を行なう。この振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａの被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図１７、１９の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサは、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａの被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体９ａ、９ａの公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａの側面にその検出面を対向させた、上記公転速度検出用センサの検出信号に影響を及ぼす。
【００９３】
例えば、図１９に示す様に、公転速度検出用エンコーダ２６ａの側面に１個の公転速度検出用センサ２１ａの検出面のみを対向させた場合、この公転速度検出用センサ２１ａの検出信号は、図２０に示す様に変化する。即ち、各転動体９ａ、９ａの公転速度が実線αで示す様に一定である場合でも、この公転速度検出用センサ２１ａの出力信号により表される公転速度は、破線βで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図１９の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも早い速度に対応する信号となる。反対に、図１９の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図１９は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重Ｆr やアキシアル荷重Ｆa ）をより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差が問題となる可能性がある。
【００９４】
これに対して本実施例の場合には、１対の公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 を設けている為、図１７に示す様に、各転動体９ａ、９ａのピッチ円の中心（上記ハブ２の回転中心）Ｏ2 と保持器２２ａの回転中心Ｏ22とがずれた場合、言い換えれば、この保持器２２ａが偏心に伴う振れ回り運動をした場合にも、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度を正確に求められる。即ち、上記ピッチ円の中心Ｏ2 に関して１８０度反対位置に配置された前記各公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 は、上記偏心に基づく影響を逆方向に、同じ大きさだけ受ける。
【００９５】
具体的には、図１８に示す様に、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度が実線αで示す様に一定である場合に、一方の公転速度検出用センサ２１ａ1 の出力信号が表す公転速度が破線βで示す様に正弦波的に変化するのに対して、他方の公転速度検出用センサ２１ａ2 の出力信号が表す公転速度は、鎖線γで示す様に、やはり正弦波的に変化する。但し、上記公転速度検出用センサ２１ａ1 の出力信号が表す公転速度の変化の周期と、他方の公転速度検出用センサ２１ａ2 の出力信号が表す公転速度の変化の周期とは、ほぼ１８０度ずれる。この為、上記１対の公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 の出力信号から求められる速度を足し合わせ（和を求める）てそれを１／２にする事により、上記偏心に伴う振れ回り運動に拘らず、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度を正確に求められる。そして、車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる荷重をより正確に求める事ができる。
【００９６】
尚、この様に、複数の公転速度検出用センサを、転動体の公転方向に関して円周方向等間隔位置（図示の例では１８０度反対位置）に配置する事で、保持器の偏心運動に伴う誤差を補正する技術は、図１に示す様な車輪支持用の複列の転がり軸受ユニットに限らずに実施できる。例えば、図２１に示す様に、同心に配置された外輪２７と内輪２８との互いに対向する周面に形成された外輪軌道２９と内輪軌道３０との間に複数個の転動体９、９を設け、接触角並びに十分な予圧を付した状態で（使用時に予圧が喪失する事のない状態で）使用される、単列の深溝型或はアンギュラ型の玉軸受にも適用できる。図２１に示した例では、上記外輪２７に外嵌固定したカバー３１に支持した１対の公転速度検出用センサ２１ａ1 、２１ａ2 の検出面を、保持器２２に結合した公転速度検出用エンコーダ２６の側面に、上記内輪２８の回転中心に関して１８０度反対位置で対向させている。
【００９７】
尚、本発明を適用する、転動体を複列に設けた転がり軸受ユニットが、工作機械或は工場内の搬送車の回転支持部の様に、回転輪の回転速度が常に一定の状態で使用されるものであれば、前記両列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbの和「ｎcb＋ｎca」或は積「ｎca×ｎcb」のみで前記ラジアル荷重Ｆr を正確に求める事ができる。又、公転速度の差「ｎcb−ｎca」のみで、前記アキシアル荷重Ｆa を正確に求める事ができる。これに対して、自動車用或は鉄道車両用の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの様に、使用時に回転輪の回転速度が変化する様な場合には、上記ラジアル荷重Ｆr やアキシアル荷重Ｆa に関係なく、この回転速度に応じて上記両公転速度ｎca、ｎcbの和「ｎcb＋ｎca」或は積「ｎca×ｎcb」、又は差「ｎcb−ｎca」が変化する。そこで、この様な場合には、前述した様に、前記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する上記ハブ２の回転速度ｎi と上記両公転速度ｎca、ｎcbとにより、上記ラジアル荷重Ｆr 又はアキシアル荷重Ｆa を求める事で、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除する。
【００９８】
尚、何れの方法により上記ラジアル荷重Ｆr 又はアキシアル荷重を測定する場合でも、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbを測定する為の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ、更には上記ハブ２の回転速度を測定する為の回転速度検出用センサ１５ｂは、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体を安価に構成できる。
【実施例３】
【００９９】
尚、図示の例では、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を、これら各列の転動体９ａ、９ｂを保持している保持器２２ａ、２２ｂの回転速度として求める場合に就いて示したが、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を直接求める事もできる。例えば、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとして磁気検知式のものを、上記各列の転動体９ａ、９ｂとして磁性材製のものを、それそれ使用すると、これら各列の転動体９ａ、９ｂの公転に伴って、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂを構成する磁気検出素子の特性が変化する（磁気検出素子を組み込んだアクティブ型センサの場合）。即ち、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出面の近傍に磁性材製の転動体９ａ、９ｂが存在する瞬間には上記磁気検出素子を流れる磁束の量が多くなるのに対して、上記検出面が円周方向に隣り合う転動体９ａ、９ｂの間部分に対向する瞬間には、上記磁気検出素子を流れる磁束の量が少なくなる。この様に、磁気検出素子を流れる磁束の量が変化し、この磁気検出素子の特性が変化する周波数は、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度に比例する。そこで、上記磁気検出素子を組み込んだ、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出信号に基づいて、上記公転速度を求められる。
【０１００】
尚、上述の様な機構により、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出する為には、これら各列の転動体９ａ、９ｂが磁性材製である事が必要である。従って、これら各列の転動体９ａ、９ｂとして、セラミックス等の非磁性材製のものを使用する場合には、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとして光学式のものを使用する必要がある。但し、これら各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出部を挿入する空間３２（図１〜２参照）内には、転がり接触部を潤滑する為のグリースが封入されている場合が多く、その場合には光の反射が効果的に行なわれない。これらの事を考慮すれば、上記各列の転動体９ａ、９ｂとして磁性材製のものを使用し、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとして磁気検出素子を組み込んだものを使用する事が好ましい。
【０１０１】
又、上述の様に、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂにより上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を直接測定する場合には、これら各列の転動体９ａ、９ｂを保持する保持器２２ａ、２２ｂとして、合成樹脂等の非磁性材製のものを使用する事が好ましい。磁性材製の保持器を使用すると、上記各列の転動体９ａ、９ｂと上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの検出部との間を流れるべき磁束が遮断されて、正確な公転速度を測定できなくなる。逆に言えば、非磁性材製の保持器２２ａ、２２ｂを使用する事により、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を正確に求められる。尚、この保持器２２ａ、２２ｂを、銅系合金等の非磁性金属製としても良いが、合成樹脂製保持器の方が、軽量で、しかも磁束をより遮断しにくいので、より好ましい。例えば、一般的に非磁性金属とされている、オーステナイト系のステンレス鋼にしても、僅かな磁性がある為、上記公転速度を正確に求める面からは不利である。
【０１０２】
尚、上記各列の転動体９ａ、９ｂとして、セラミックス製のものを使用すると共に、これら各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbを保持器２２ａ、２２ｂの回転速度として測定する構造を採用すれば、これら各公転速度ｎca、ｎcbを正確に測定する面から有利である。即ち、セラミックは、転動体９ａ、９ｂを構成する為に一般的に利用される軸受鋼やステンレス鋼等の硬質金属に比べて軽量であり、運転時に作用する遠心力が小さくなる他、慣性質量が小さい。この為、転動体９ａ、９ｂの転動面と外輪軌道７、７との接触部の面圧が低くなる事と、慣性質量が小さい事とにより、急激な速度変動に対する追従性が良好になる。そして、ハブ２の速度が急変動した場合にも、上記各転動体９ａ、９ｂの転動面と外輪軌道７、７及び内輪軌道８、８との接触部で滑り（公転滑り）が発生しにくくなる。
【０１０３】
言い換えれば、上記ハブ２の回転速度ｎi の変化に対応して上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbが正確に変動する。この為、上記ハブ２の回転速度ｎi が急変動する場合でも、上記回転速度ｎi と上記公転速度ｎca、ｎcbとに基づいて、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重Ｆr やアキシアル荷重を正確に求められる。尚、この様に転動体をセラミック製とする事で公転滑りを抑え、この転動体の公転速度を正確に求める技術は、転動体が玉以外の場合でも、更には転がり軸受ユニットが複列でなく単列の場合でも、適用できる。
【０１０４】
又、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ及び前記回転速度検出用センサ１５ｂとしては、磁性材製のポールピースの周囲にコイルを巻回した、パッシブ型の磁気式の回転検出センサを使用する事もできる。尚、パッシブ型の磁気式の回転検出センサは、回転速度が低くなると検出信号の電圧が低くなる。本発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、移動体が高速で走行する場合の走行安定性を図る事が主目的になるので、低速回転時に検出信号の電圧が低くなる事は、問題とはなりにくい。従って、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂのうちの１乃至複数個のセンサとして、安価なパッシブ型のものを使用すれば、装置全体としての低コスト化を図れる。但し、低速走行時にも高精度の制御を行なう事を意図するのであれば、前述した様な、磁気検出素子を組み込んだ、アクティブ型の回転検出センサを使用する事が好ましい。
【０１０５】
又、回転検出センサとして、アクティブ型のものを使用する場合でも、或はパッシブ型のものを使用する場合でも、ホール素子等の磁気検出素子及び永久磁石、ヨーク（ポールピース）及びコイル等のセンサ構成部品は、先端部の検出面を除いて、合成樹脂等の非磁性材製のホルダ中にモールドする事が好ましい。この様に合成樹脂中にセンサ構成部品をモールドして成る回転検出センサの検出部は、被検出部、即ち、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの場合には前記各列の転動体９ａ、９ｂ若しくは前記保持器２２ａ、２２ｂに装着した公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂに、上記回転速度検出用センサ１５ｂの場合には前記回転速度検出用エンコーダ１３ａに、それぞれ対向させる。上述の様に、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを１個のホルダに保持すれば、前記外輪１にこれら各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを組み付ける作業を容易に行なえる。但し、用途によっては、これら各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを、回転しない部分に対し、別個に装着しても良い。
【０１０６】
又、上記各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂが検出する、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を表す信号と、上記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する、前記ハブ２の回転速度を表す信号とは、アナログ回路等のハードウェアにより処理しても良いし、マイクロコンピュータ等によりソフトウェア的に処理しても良い。又、図示の例では、自動車の車輪を支持する為の、複列アンギュラ型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たが、一般的な複列若しくは多列の玉軸受や円すいころ軸受に本発明を適用する事もできる。尚、多列（３列以上）の転がり軸受に本発明を適用する場合には、２列の転動体の公転速度の他、残りの列の公転速度も検出する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を算出する。又、転動体を円すいころとした複列円すいころ軸受に本発明を適用する場合にも、複列玉軸受に比べて公転速度の変化量が小さくなるが、円すいころの公転速度の変化に基づいて荷重を算出する事ができる。
【０１０７】
又、自動車の車輪を支持する為の複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットに適用する場合にしても、図１に示した様に、外側の内輪軌道８をハブ本体２の中間部外周面に形成した、所謂第三世代のハブユニットに限らずに実施できる。即ち、ハブ本体の中間部乃至内端部に１対の内輪を外嵌固定した、所謂第二世代のハブユニットや、ハブ本体の中間部乃至内端部に１対の内輪を外嵌固定すると共に、外周面を単なる円筒状とした外輪をナックルの支持孔に内嵌支持する、所謂第一世代のハブユニットにも適用できる。或は、前述の図２１に示した構造の様に、ハブ本体の中間部乃至内端部の外周面とナックルの支持孔の内周面との間に、それぞれが単列型である転がり軸受を１対設けて複列転がり軸受ユニットとする構造にも、本発明を適用する事ができる。勿論、図示の様な従動輪用のハブユニットに限らず、前述の図３８〜４０に示した様な、駆動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用のハブユニットに本発明を適用する事もできる。
【実施例４】
【０１０８】
更に、本発明を実施する場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆr やアキシアル荷重Ｆa を求める過程で各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbを求める。そして、これら各列の公転速度ｎca、ｎcbが分かれば、前記（１）式に基づいて、これら各列の接触角α（αa 、αb ）を求められる。そこで、この接触角αをモニタする事で、転がり軸受ユニットの状態を把握し、異常時に警報を発生する警報装置を構成する事も可能である。異常時とは、例えば転がり軸受ユニットの予圧が喪失した（予圧抜けが生じた）場合、この転がり軸受ユニットに過大なアキシアル荷重Ｆa が負荷された場合等が考えられる。このうち予圧が喪失した場合には、上記接触角αが小さくなる。そして、がたつきに伴う振動や異音が発生する他、公転滑りに基づいて上記各列の転動体９ａ、９ｂの転動面や外輪軌道７及び内輪軌道８の摩耗が進む。これに対して、過大なアキシアル荷重Ｆa が負荷された場合には何れかの列の接触角αが大きくなる。そして、当該列の転動体９ａ（９ｂ）の転動面と外輪軌道７及び内輪軌道８との接触部の面圧が過大になり、転がり軸受ユニットの回転抵抗が大きくなるだけでなく、著しい場合にはこの転動面の一部が外輪軌道７又は内輪軌道８から外れる可能性がある。何れの場合でも、上記各面に剥離が生じる等、これら各面の転がり疲れ寿命が低下する。
【０１０９】
この様な問題を生じる、予圧抜けが発生したり、或は過大なアキシアル荷重Ｆa が負荷された状態は、何れも上記接触角αをモニタする事で把握できる。そこで、図２２に示す様な回路で、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αをモニタしつつ正常値と比較し、この正常値からのずれが大きくなった場合に警報を発生する警報装置を構成する事も可能である。この様な警報装置を構成すれば、転がり軸受ユニットの寿命を予測したり、この転がり軸受ユニットを組み込んだ、自動車、工作機械、産業機械等の機械装置に重大な故障が発生する事を未然に防止できる。この場合の警報としては、警告灯の点灯やブザー等の警音装置の起動が考えられる。
【０１１０】
上記図２２に示した回路は、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb をそれぞれモニタし、何れか一方の列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が正常値から所定値以上ずれた場合に、当該列に関して警報を発する様にしている。この為に、演算回路３３に、回転速度検出用センサ１５ｂから送り込まれるハブ２の回転速度ｎi と、公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂから送り込まれる各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎca、ｎcbと、メモリ３４に記憶された転がり軸受ユニットの諸元（仕様）とを入力している。このメモリ３４には、この転がり軸受ユニットの型番を入力したり、必要な値を直接入力したりする事により、上記各列の転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径Ｄ、これら各転動体９ａ、９ｂの直径ｄ等、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb を算出する為に必要な値に加えて、これら各列の転動体９ａ、９ｂの初期接触角α0 を記憶させる。
【０１１１】
上記演算回路３３は、上記各速度ｎi 、ｎca、ｎcbと、上記各直径Ｄ、ｄとに基づいて上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb を計算し、各比較器３５ａ、３５ｂに送る。これら各比較器３５ａ、３５ｂが、計算された、その時点での上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb と、上記メモリ３４から送り込まれる上記初期接触角α0 とを比較する。そして、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が正常範囲内か否かを判定し、正常範囲外（異常）であると判断された場合には、警報器３６ａ、３６ｂに警報を発生させる。
【０１１２】
尚、転がり軸受ユニットの運転状態が適正であるか否かの判定は、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb を求めて上記初期接触角α0 と比較する事に限らずに行なえる。例えば、上記転がり軸受ユニットの弾性変形量δ、ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa 、接触剛性Ｋを求めてこれらと上記転がり軸受ユニットの諸元とを比較し、この転がり軸受ユニットの運転状態が適正であるか否かを判定する事もできる。この場合に演算回路３３は、次の（２）〜（５）式の計算を行なう。
【０１１３】
（ｒi ＋ｒe −ｄ）・cosαn ＝（ｒi ＋ｒe ＋δ−ｄ）・cosα0 ----（２）
但し、
ｒi ：内輪軌道の溝半径（断面形状の曲率半径）
ｒe ：外輪軌道の溝半径（断面形状の曲率半径）
δ  ：弾性変形量
α0 ：初期接触角
αn ：運転中に於ける各列の接触角（αa 、αb ）
Ｑ＝ＫN ×δ3/2 ----（３）
但し、
Ｑ  ：転動体荷重
ＫN ：転動体の定数
Ｆa ＝ｚ×Ｑ× sinαn ----（４）
Ｆr ＝ｚ×Ｑ× cosαn ----（５）
但し、
ｚ  ：転動体の数
【実施例５】
【０１１４】
図２３は、本発明の実施例５を示している。本実施例の場合には、センサユニット２３の先端部２４に設置した３個のセンサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂのうち、１対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂよりも１個の回転速度検出用センサ１５ｂをハブ２の外周面に近く設置している。この様に構成する事で、上記３個のセンサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂ同士を離し、これら各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂ同士の間での磁気干渉を少なくしている。この磁気干渉を少なく抑える事で、公転速度及び回転速度検出の信頼性、延ては荷重算出の信頼性向上を図っている。
【実施例６】
【０１１５】
図２４は、本発明の実施例６を示している。本実施例の場合には、センサユニット２３の先端部２４に設置した３個のセンサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂの設置位置を、上述の実施例５の場合よりも更に大きくずらせている。即ち、本実施例の場合には、ＩＣパッケージに実装した上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂの配列状態を、上記センサユニット２３の軸方向に関して直列に近くしている。この様に構成する事で、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂ同士の間での磁気干渉をより少なく抑えると共に、上記センサユニット２３の直径を小さくしている。そして、１対の保持器２２ａ、２２ｂ同士の間隔が狭い場合でも、このセンサユニット２３の先端部２４を配置可能にすると共に、このセンサユニット２３を設置する為、外輪１に形成した取付孔１０ａ（図１〜２参照）の内径を小さくできる様にして、この外輪１の強度及び剛性の向上を図っている。
【実施例７】
【０１１６】
図２５は、本発明の実施例７を示している。本実施例の場合には、外輪１の外周面にコネクタ３７を設け、このコネクタ３７に、各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂの検出信号を取り出す為のハーネス３８の一端部に設けたプラグ３９を接続自在としている。このハーネス３８の他端は、車体側に設けた制御器に繋がっている。本実施例の場合には、この様な構成を採用する事により、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを組み込んだセンサユニット２３を予め装着した転がり軸受ユニットを懸架装置に組み付ける際に、上記ハーネス３８を傷める事を防止できる。
【０１１７】
即ち、図２６に示した様に、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂを組み込んだセンサユニット２３´とハーネス３８とが非分離に組み合わされていた場合、上記組み付け作業の際にこのハーネス３８を傷める可能性がある。又、荷重測定用転がり軸受ユニットの搬送作業（の為の梱包作業及び開梱作業）が面倒になる。これに対して本実施例の場合には、この組み付け作業をハーネス３８を取り外した状態で行ない、後からこのハーネス３８を繋げるので、この組み付け作業の際にこのハーネス３８を傷める（絶縁皮膜を損傷したり導体を断線させたりする）事がない。又、荷重測定用転がり軸受ユニットの搬送作業も容易になる。更に、車両走行に伴う飛び石等により上記ハーネス３８が損傷しても、このハーネス３８及びプラグ３９のみを交換すれば足りるので、修理に要する費用を低減する事ができる。
尚、外輪１側に設けるコネクタ３７は、図２５に示す様に、センサユニット２３と別体とする他、図２７に示す様に、センサユニット２３ａと一体とする事もできる。
【実施例８】
【０１１８】
図２８は、本発明の実施例８を示している。本実施例の場合には、保持器２２ａ（２２ｂ）のリム部２５の側面に添設した公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の内径ａを、このリム部２５の側面の内径Ａよりも大きく、同じくこの公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）の外径ｂを、上記リム部２６の側面の外径Ｂよりも小さく（Ａ＜ａ＜ｂ＜Ｂ）している。各部の寸法をこの様に規制する事により、上記公転速度検出用エンコーダ２６ａ（２６ｂ）が、外輪１の内周面やハブ２の外周面（例えば図１〜２参照）と接触する事の防止を図っている。
【実施例９】
【０１１９】
図２９〜３０は、本発明の実施例９を示している。本実施例の場合には、ハブ２の回転速度を検出する為の回転速度検出用エンコーダ１３ｂと回転速度検出用センサ１５ｂとを、転がり軸受ユニットの内端部に設けている。２列に配置した転動体９ａ、９ｂ同士の間には、公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂと公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂのみを設けている。本実施例の場合には、この様な構成を採用する事により、上記各転動体９ａ、９ｂの列同士の間隔が狭くても、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂ同士が近接し過ぎて磁気干渉を起こす事を防止すると共に、センサユニット２３の直径が、上記各転動体９ａ、９ｂの列同士の間に挿入できなくなる程大きくなる事を防止している。更には、上記センサユニット２３を挿入する為の取付孔１０ａの内径を小さくする事で、外輪１の強度及び剛性を向上させ易くしている。
【０１２０】
尚、上記回転速度検出用エンコーダ１３ｂは、図２９に示す様に、独立したものをハブ２の内端部に外嵌固定しても、或は図３０に示す様に、組み合わせシールリングを構成するスリンガ４０の側面に添設したものでも良い。又、上記回転速度検出用センサ１５ｂにしても、図２９に示す様に、外輪１の内端開口部に被着したカバー１４に支持固定したり、或は、図３０に示す様に、外輪１に直接支持固定する事もできる。上記各エンコーダ１３ｂ、２６ａ、２６ｂとして、永久磁石や磁性体のギヤ等を使用可能である事、上記各センサ２１ａ、２１ｂ、１５ｂとしてアクティブ型、パッシブ型等の磁気センサを使用可能である事、荷重を演算する為の演算器は、転がり軸受ユニットに設けても、或はこの転がり軸受ユニットと別個に設けても良い事は、前述した各実施例の場合と同様である。
【実施例１０】
【０１２１】
図３１は、本発明の実施例１０を示している。前述した通り、転動体の通過を直接検出する様にして、公転速度検出エンコーダを省略すれば、低コスト化を図れる。本実施例は、この様な構造を具体化したものである。
本実施例の場合、各公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂは、各転動体９ａ、９ｂに対向する状態で設けられた磁気検出素子４１と、この磁気検出素子４１を挟んでこれら各転動体９ａ、９ｂと反対側に設けられた永久磁石４２とを備える。これら各転動体９ａ、９ｂは、軸受鋼等の磁性材製としている。
この様な構成を有する本実施例の場合、上記各転動体９ａ、９ｂが上記磁気検出素子４１の近傍を通過する瞬間には、この磁気検出素子４１を透過する磁束の量が多くなるのに対して、上記各転動体９ａ、９ｂがこの磁気検出素子４１から離れた部分に存在する間は、この磁気検出素子４１を透過する磁束の量が少なくなる。そして、この磁束の量の変化に基づいてこの磁気検出素子４１の特性が変化するので、この特性変化の周期（或は周波数）を測定すれば、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度を測定する事ができる。
【０１２２】
尚、これら各転動体９ａ、９ｂが、セラミック等の非磁性材製である場合には、表面に磁性材料をメッキをするか、セラミックの内部に磁性体を埋め込む等により、上記各転動体９ａ、９ｂの公転運動に伴って、上記磁気検出素子４１を透過する磁束の密度を変化させる事ができる。
又、図示の例では、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂを上記各転動体９ａ、９ｂの列同士の間に配置したが、これら両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの設置場所は、この列同士の間に限定するものではない。例えば、上記各転動体９ａ、９ａを軸方向両側から挟む、外輪１の軸方向両端位置に、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂ設ける事もできる。
尚、ハブ２の回転速度を検出する為の回転速度検出用エンコーダ１３ａ及び回転速度検出用センサ１５ｂの構造に関しては、特に限定しない。前述した各実施例と同様、従来から知られている各種構造のものを採用できる。
【実施例１１】
【０１２３】
図３２〜３３は、本発明の実施例１１を示している。本実施例の場合には、回転速度検出用センサ１５ｂと公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとのうちの少なくとも１個のセンサをパッシブ型の磁気センサとする事で、コスト低減を図っている。即ち、荷重測定装置を構成する各センサ１５ｂ、２１ａ、２１ｂとしてアクティブ型の磁気センサを使用すると、低速時から高速時まで、安定して回転速度、延ては荷重を測定できる利点がある反面、磁気センサのコストが若干嵩むと言った問題がある。そこで本実施例の場合には、上記各センサ１５ｂ、２１ａ、２１ｂのうち、少なくとも何れか１個のセンサを、磁性材製のヨーク（ステータ、ポールピースと同義）４３にコイル４４を巻回して成るパッシブ型のものを使用してコスト低減を図っている。
【０１２４】
上記各センサ１５ｂ、２１ａ、２１ｂのうちでパッシブ型の磁気センサとするものは、図３２に示す様に公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂであっても、或は図３３に示す様に回転速度検出用センサ１５ｂであっても良い。図３２に示した構造では、回転速度検出用センサ１５ｂはアクティブ型の磁気センサであり、図３３に示した構造では、１対の公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂがアクティブ型の磁気センサである。尚、パッシブ型の磁気センサとエンコーダとの組み合わせに関しては、エンコーダが永久磁石である場合にはセンサ側には永久磁石は設けない。これに対して、センサ側に永久磁石を設けた場合には、エンコーダは（永久磁石ではない）単なる磁性材製とし、磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させる。尚、パッシブ型の磁気センサの構造は、特に限定せず、スティック型、環状型等、従来から知られている各種構造のものを使用できる。又、図３２に示す様に公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂをパッシブ型の磁気センサとするか、或は図３３に示す様に回転速度検出用センサ１５ｂをパッシブ型の磁気センサとするかは、要求する性能に応じて選択する。
【０１２５】
例えば、アキシアル荷重の測定を主に低コスト化を考えた場合、図３２に示す様に公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂをパッシブ型の磁気センサとする事が好ましい。即ち、アキシアル荷重は、高速走行時の進路変更等、各転動体９ａ、９ｂの公転速度が速い場合に発生する為、上記両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂとして、低速時に出力電圧が低くなるパッシブ型の磁気センサを使用しても、実用上は問題ない場合が多い。
これに対して、各転動体９ａ、９ｂの列同士の間隔が狭い等、両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂの設置空間が限られている場合には、図３３に示す様に、これら両公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂを小型に構成できるアクティブ型の磁気センサとし、設置空間に余裕のある回転速度検出用センサ１５ｂをパッシブ型で環状の磁気センサとする。その他の構成及び作用は、前述した各実施例と同様である。
【実施例１２】
【０１２６】
図３４〜３６は、本発明の実施例１２を示している。本実施例の場合には、公転速度検出用センサ２１ａ、２１ｂと回転速度検出用センサ１５ｂとの少なくとも一方のセンサをレゾルバとしている。レゾルバは、保持器２２ａ、２２ｂ、ハブ２等、回転速度を検出すべき部材に固定したロータ４５と、このロータ４５の周囲にこのロータ４５と同心に配置された状態で、固定の外輪１に直接又はカバー１４を介して支持固定されたステータ４６とから成る。このうちのロータ４５は、偏心ロータでも良いが、楕円ロータやおむすび形（三角形）等の点対称形状にすると、回転時のアンバランスを小さくできると共に、１回転当りのパルス数を多くできるので好ましい。
【０１２７】
速度検出用のセンサにアクティブ型の磁気センサを使用すると、前述した様に、低速域まで回転速度を正確に測定できる反面、エンコーダが１回転する間に磁気センサの出力が変化する回数が少なくなり、速度検出の分解能を必ずしも高くできない。これに対して、速度検出用のセンサとしてレゾルバを使用すれば、アクティブ型の磁気センサに比べて、ロータ４５が１回転する間の出力変化の回数（パルス数）を多くでき、速度検出の分解能を高くし、延ては荷重算出の応答性を早くできる。又、レゾルバ本体はコイルとコア（ステータ）のみで構成されているので、構造が簡単で、信頼性の確保が容易である。尚、レゾルバの検出信号は、Ｒ／Ｄコンバータに入力して、速度に比例した周波数で変化する、パルス信号として取り出す。
【０１２８】
尚、上記各センサ２３ａ、２３ｂ、１５ａのうちの何れのセンサをレゾルバとするかは、必要とする性能に応じて適宜選択する。図３４に示した構造では、各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出すべく、１対の保持器２２ａ、２２ｂの回転速度を、レゾルバにより検出し、ハブ２の回転速度を、磁気式のセンサにより検出する様にしている。又、図３５に示した構造では、ハブ２の回転速度をレゾルバにより検出し、１対の保持器２２ａ、２２ｂの回転速度を磁気式のセンサにより検出する様にしている。更に、図３６に示した構造では、１対の保持器２２ａ、２２ｂの回転速度、及びハブ２の回転速度を、レゾルバにより検出する様にしている。レゾルバや磁気センサの構造や設置位置が図示のものに限定されない事、ロータやエンコーダの材質を各種採用できる事は、前述した各実施例の場合と同様である。
【実施例１３】
【０１２９】
尚、前述の説明から明らかな通り、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重は、ハブの回転速度変化に関係なく、両列の転動体の公転速度の比から算出できる。この場合は両列の公転速度の割り算をするだけなので、荷重演算にハブの回転速度を必要としない。一方、ハブの回転速度は、両列の転動体の公転速度から算出できる為、ＡＢＳやＴＣＳの制御の為に必要とされていた、ハブの回転速度を検出する為のセンサを省略する事も可能になる。具体的には、両列の転動体の公転速度の平均値をハブの回転速度として用いれば、ＡＢＳやＴＣＳを制御する為に実用上問題ない精度を確保できる。尚、各列の転動体の公転速度が変化する要因としてアキシアル荷重の作用が考えられるが、この場合も両列の公転速度の平均値は、このアキシアル荷重の影響をあまり受けないので、上記回転速度の測定精度が実用上問題となる程低下する事はない。この理由は、前述した通り、アキシアル荷重によって一方の列の公転速度が大きくなっても、他方の列の公転速度が小さくなる方向に変化する為である。ラジアル荷重によっても各列の公転速度は変化するが、アキシアル荷重の影響に比べて小さいので、ＡＢＳやＴＣＳを制御する際に要求される精度によっては無視できる場合もある。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【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】図２の左側の保持器及び公転速度検出用センサの一部を径方向から見た図。
【図４】本発明の作用を説明する為の模式図。
【図５】ラジアル荷重と、各列の転動体の公転速度と内輪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６】ラジアル荷重と、各列の転動体の公転速度の和と内輪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】アキシアル荷重と、各列の転動体の公転速度と内輪の回転速度との比との関係を示す線図。
【図８】予圧或はラジアル荷重の変動を考慮しない場合に、これら予圧或はラジアル荷重の大きさが、アキシアル荷重と何れかの列の転動体の公転速度の比との関係に及ぼす影響を示す線図。
【図９】本発明の場合に、予圧或はラジアル荷重の大きさが、アキシアル荷重と各列の転動体の公転速度の比との関係に及ぼす影響を示す線図。
【図１０】本発明の場合で、１対の列の転動体の公転速度の差或はこの差と回転輪の回転速度との比と、アキシアル荷重の大きさとの関係を示す線図。
【図１１】１対の列の転動体の公転速度と回転輪の回転速度との比と、アキシアル荷重の大きさと、予圧の大きさとの関係を示す線図。
【図１２】１対の列の転動体の公転速度の差と回転輪の回転速度との比と、アキシアル荷重の大きさと、予圧の大きさとの関係を示す線図。
【図１３】１対の公転速度検出用センサの出力信号が正弦波的に変化する場合に、これら両公転速度検出用センサの出力信号を合成し、アキシアル荷重を算出する状況を示すフローチャート。
【図１４】この場合に於ける、１対の公転速度検出用センサの出力信号と合成信号とを示す図。
【図１５】１対の公転速度検出用センサの出力信号がパルス的に変化する場合に、これら両公転速度検出用センサの出力信号を合成し、アキシアル荷重を算出する状況を示すフローチャート。
【図１６】この場合に於ける、１対の公転速度検出用センサの出力信号と合成信号とを示す図。
【図１７】本発明の実施例２を示す、公転速度検出用エンコーダ及び公転速度検出用センサを軸方向から見た模式図。
【図１８】実施例２により公転速度を正確に求められる理由を説明する為の線図。
【図１９】公転速度検出用センサを１個だけ設けた場合を示す、図１７と同様の図。
【図２０】この場合に求められる公転速度に差が生じる理由を説明する為の線図。
【図２１】公転速度検出用センサを１対設けた場合の構造の別例を示す断面図。
【図２２】公転速度をモニタし異常時に警報を発生する回路の１例を示すブロック図。
【図２３】本発明の実施例５を示す部分断面図。
【図２４】同実施例６を示す部分断面図。
【図２５】同実施例７の第１例を示す断面図。
【図２６】実施例７とは異なる構造を示す断面図。
【図２７】本発明の実施例７の第２例を示す断面図。
【図２８】同実施例８を示す部分断面図。
【図２９】同実施例９の第１例を示す断面図。
【図３０】同第２例を示す断面図。
【図３１】本発明の実施例１０を示す断面図。
【図３２】同実施例１１の第１例を示す断面図。
【図３３】同第２例を示す断面図。
【図３４】本発明の実施例１２の第１例を示す断面図。
【図３５】同第２例を示す断面図。
【図３６】同第３例を示す断面図。
【図３７】従来構造の第１例を示す断面図。
【図３８】同第２例を示す断面図。
【図３９】先発明の構造の１例を示す断面図。
【図４０】図３９のＢ部拡大図。
【符号の説明】
【０１３１】
１    外輪
２、２ａ  ハブ
３    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
９、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、１３ｂ  回転速度検出用センサ
１４    カバー
１５、１５ａ、１５ｂ  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、２１ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２２、２２ａ、２２ｂ  保持器
２３、２３´、２３ａ  センサユニット
２４    先端部
２５    リム部
２６、２６ａ、２６ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２７    外輪
２８    内輪
２９    外輪軌道
３０    内輪軌道
３１    カバー
３２    空間
３３    演算回路
３４    メモリ
３５ａ、３５ｂ  比較器
３６ａ、３６ｂ  警報器
３７    コネクタ
３８    ハーネス
３９    プラグ
４０    スリンガ
４１    磁気検出素子
４２    永久磁石
４３    ヨーク
４４    コイル
４５    ロータ
４６    ステータ
４７    ディスク
４８    ホイール
４９    スタッド
５０    ナット
【図１】
2005031063.tif 000003
【図２】
2005031063.tif 000004
【図３】
2005031063.tif 000005
【図４】
2005031063.tif 000006
【図５】
2005031063.tif 000007
【図６】
2005031063.tif 000008
【図７】
2005031063.tif 000009
【図８】
2005031063.tif 000010
【図９】
2005031063.tif 000011
【図１０】
2005031063.tif 000012
【図１１】
2005031063.tif 000013
【図１２】
2005031063.tif 000014
【図１３】
2005031063.tif 000015
【図１４】
2005031063.tif 000016
【図１５】
2005031063.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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