(57)【要約】      （修正有）【課題】回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するセンサだけで、車輪のモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求められるようにして、駆動輪用にも適用可能な汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】センサ付き転がり軸受装置１００は、車体側との固定部分１２を有する固定軌道輪１と、この固定軌道輪１に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分７を有する回転軌道輪２，３と、これらの両軌道輪２，３を相対回転自在とするために当該両軌道輪２，３間に転動自在に設けられた複列の転動体５と、回転軌道輪２，３の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために固定軌道輪１に設けられたセンサ装置１４とを備えている。【選択図】図１
2007127253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体側との固定部分を有する固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体と、前記回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値に差を生じさせるターゲット部が当該回転軌道輪に設けられ、
前記センサ装置は、前記各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用する軸方向の並進荷重を算出する演算機能を併有する前記制御装置に接続されている請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記ターゲット部は、前記第一センサ部材の検出面に対向する環状の第一被検出部と、前記第二センサ部材の検出面に対向する環状の第二被検出部とを備え、
前記各被検出部は、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値を正負逆向きに変化させる形状及び配置となっている請求項２に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項４】
前記第一センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第一前センサ及び第一後センサと、同回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ及び第一下センサとから構成され、
前記第二センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第二前センサ及び第二後センサと、同回転軌道論の上下にそれぞれ配置された第二上センサ及び第二下センサとから構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項５】
次の式（１）で算出されるｓＦｙをｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数とする請求項４に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）    ・・・（１）
ただし、
ｘ軸：車輪の前後水平方向
ｙ軸：車輪の左右水平方向（軸方向）
ｚ軸：車輪の上下方向
ｆｉ：第一前センサの検出値
ｒｉ：第一後センサの検出値
ｔｉ：第一上センサの検出値
ｂｉ：第一下センサの検出値
ｆｏ：第二前センサの検出値
ｒｏ：第二後センサの検出値
ｔｏ：第二上センサの検出値
ｂｏ：第二下センサの検出値
【請求項６】
次の式（２）で算出されるｓＭｚをｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数とし、かつ、次の式（３）で算出されるｓＭｘをｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数とする請求項５に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（２）
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ      ・・・（３）
ただし、
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
ｍｘ＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｚｉ−ｚｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
Ｌｉ：軸受中心から第一センサ部材の検出位置までの軸方向距離
Ｌｏ：軸受中心から第二センサ部材の検出位置までの軸方向距離
ｋｚ：独立変数ｓＭｚに対する補正係数
ｋｘ：独立変数ｓＭｘに対する補正係数
【請求項７】
次の式（４）で算出されるｓＦｚをｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数とし、かつ、次の式（５）で算出されるｓＦｘをｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数とする請求項６に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ    ・・・（４）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（５）
【請求項８】
前記各センサ部材が一つのケース部材に取り付けられ、このケース部材が前記固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項９】
前記各センサ部材は、インダクタンス型の変位センサよりなる請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項１０】
前記インダクタンス型の変位センサは、独立した検出面を有する周方向で並ぶ複数のコイル素子を直列に連結することによって構成されている請求項９に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項１１】
前記各被検出部は、前記ターゲット部の周方向に沿って形成された環状溝、突条又は互いに傾斜方向が異なる傾斜面よりなる請求項３に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項１２】
前記各被検出部は、周囲の構成材料と異なる透磁率を有する材質からなる環状帯部よりなる請求項３に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両の車輪を回転自在に支持するのに使用するセンサ付き転がり軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の分野において、走行の際の運転制御を行うために車輪に作用する荷重や車輪の回転数などといった種々の情報が必要とされている。このような情報を得るため、自動車の車輪が取り付けられる車輪用転がり軸受装置に変位センサや回転センサを設けることが提案されている。
かかる車輪用のセンサ付き転がり軸受装置として従来から知られているものとして、車体側との固定部分を有する筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の径方向内方に設けられかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体とを備えた軸受装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の軸受装置では、車輪に荷重が作用した際に発生する回転軌道輪の外周側面の変位によって変化する両軌道輪間のギャップ（具体的には、このギャップに対応して変化する電気信号）を検出する一つの変位センサが固定軌道輪に設けられ、この変位センサで検出したギャップに基づいて車輪に作用する鉛直方向の荷重を求めるようになっている。
そして、当該軸受装置では、固定軌道輪の外周壁部の上部を径方向に貫通する一つの貫通孔が形成されており、この貫通孔に上記変位センサを下向きに挿入することにより、当該変位センサの検出面を回転軌道輪の外周面に向けた状態で配置している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報（図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のセンサ付き転がり軸受装置では、下向きにセットされた単一の変位センサの検出面を回転軌道輪の外周面に設けたセンサリング（ターゲット）に対向させる単純な構造になっている。このため、その変位センサの検出値に基づいて車輪に対して鉛直方向に作用する並進荷重を求めることは可能であるが、車両の旋回走行時の遠心力等に伴って発生する前後方向（図１３のｘ軸）回りのモーメント荷重及び上下方向（図１３のｚ軸）回りのモーメント荷重や、車輪の軸方向の並進荷重（図１３のＦｙ）については、当該変位センサの検出値から求めることは不可能である。
【０００６】
そこで、上記したモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求めるために、回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する別の変位センサを、固定軌道輪のインナ側端部を閉塞するケース部材に増設することが考えられる（例えば、特願２００５−２６６４８１号の図１及び図２、請求項３参照）。しかし、このように回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する変位センサを増設する手段では、回転軌道輪の軸端面が自由端となっている従動輪用の軸受装置には採用できるが、回転駆動輪の軸端面にドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置に採用することができないという欠点がある。また、従動輪用の軸受装置の場合でも、ＡＢＳセンサ等の荷重計測以外のセンサを装着し難くなるという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑み、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するセンサだけで、車輪のモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求められるようにして、駆動輪用にも適用可能な汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車体側との固定部分を有する固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体と、前記回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この場合、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一センサ部材と第二センサ部材が、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の当該物理量を検出するので、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用するモーメント荷重を制御装置によって算出することができる。
このように、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一及び第二センサ部材だけで、車輪のモーメント荷重を求めることができるので、そのモーメント荷重を測定するために回転軌道輪の軸端面の軸方向変位を検出するセンサを増設する必要がない。このため、ドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置にも適用することができ、また、ＡＢＳセンサ等の荷重計測以外のセンサを装着し易くなり、この点で汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置が得られる。
【００１０】
本発明の転がり軸受装置において、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値に差を生じさせるターゲット部が当該回転軌道輪に設けられている場合には、前記センサ装置は、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用する軸方向の並進荷重を算出する演算機能を併有する前記制御装置に接続することができる。
この場合、各センサ部材が接続された制御装置により、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用する軸方向の並進荷重をも算出できるようになる。このため、同じ各センサ部材による検出値に基づいて車輪のモーメント荷重と軸方向の並進荷重の双方を算出できるので、荷重測定のためのセンサ個数を可及的に抑えることができる。
【００１１】
本発明において、上記ターゲット部としては、より具体的には、前記第一センサ部材の検出面に対向する環状の第一被検出部と、前記第二センサ部材の検出面に対向する環状の第二被検出部とを備えたものを採用することができる。
この場合、前記各被検出部として、前記回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に前記各センサ部材が検出する検出値を正負逆向きに変化させる形状及び配置となっているものを採用することが好ましい。
このような被検出部を採用すれば、第一センサ部材の検出値と第二センサ部材の検出値の差を取ることで、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
【００１２】
本発明において、更に具体的には、前記第一センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第一前センサ及び第一後センサと、同回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ及び第一下センサとから構成することができ、前記第二センサ部材は、前記回転軌道輪の前後にそれぞれ配置された第二前センサ及び第二後センサと、同回転軌道論の上下にそれぞれ配置された第二上センサ及び第二下センサとから構成することができる。
【００１３】
この場合には、後の実施形態において詳述するが、上記各センサによる８つの検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ及びｂｏから得られる次の各式（１）〜（５）により、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数であるｓＦｙ、
ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数であるｓＭｚ、
ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数であるｓＭｘ、
ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数であるｓＦｚ、及び、
ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数であるｓＦｘを、
それぞれ演算することができる。
なお、ｘ軸は車輪の前後水平方向であり、ｙ軸は車輪の左右水平方向（軸方向）であり、ｚ軸は車輪の上下方向である（図１３参照）。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）    ・・・（１）
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（２）
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ      ・・・（３）
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ    ・・・（４）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（５）
【００１４】
そして、後述の通り、上記した５つの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重（５分力）であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚと線形独立の関係にある（図１２参照）。このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚが求まれば、上記５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを未知数とした５元連立一次方程式を解くことにより、その５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを演算することができる。
従って、上記した各式（１）〜（５）と５元連立一次方程式を解く演算回路（ハードウェア）ないし制御プログラム（ソフトウェア）を、例えばＥＣＵ等よりなる前記制御装置に設けることにより、各センサによる８つの検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ及びｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを求めることができる。
【００１５】
本発明において、前記各センサ部材は一つのケース部材に取り付けられ、このケース部材が前記固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられている構造とすることが好ましい。
この場合、各センサ部材を有するケース部材を固定軌道輪のインナ側端部に取り付けるだけで、その各センサ部材を固定軌道輪に取り付けることができるので、各センサ部材を個別に固定軌道輪に取り付ける必要がなく、しかも、固定軌道輪にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。また、ケース部材を固定軌道輪に取り付けることで、回転軌道輪に対する各センサ部材の位置決めが行えるため、この点でも組み立てが容易となる。
更に、この場合、各センサ部材は、回転軌道輪の軸方向中央部（軸受中心に近い部分）よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部の変形挙動に伴う物理量を検出することになるので、当該物理量の検出精度を高めることができる。
【００１６】
本発明において、各センサ部材を構成するセンサ要素は特に限定されないが、インダクタンス型の変位センサを採用することが好ましい。かかるインダクタンス型の変位センサは地磁気の影響を受け難いため、特に、進行方向を自由自在に変更して走行する自動車などの車両の場合には、地磁気の影響に伴うノイズによって制御が不安定性になるのを防止することができる。
また、前記インダクタンス型の変位センサを、独立した検出面を有する周方向で並ぶ複数のコイル素子を直列に連結することによって構成するようにすれば、一つの変位センサにおいて生じる磁束密度が高まり、ターゲット部とのギャップの検出感度を向上させることができる。
【００１７】
更に、本発明において、前記ターゲット部に設けられる各被検出部は、そのターゲット部の周方向に沿って形成された環状溝、突条又は互いに傾斜方向が異なる傾斜面によって構成することができ、また、周囲の構成材料と異なる透磁率を有する材質からなる環状帯部より構成することもできる。
前者の環状溝、突条又は傾斜面の場合には、後者の環状帯部に比べて、加工が簡単で製造コストが安価になるという利点があり、後者の場合には、前者に比べて、軸方向の単位移動量に対する物理量（例えば、インダクタンス型の変位センサの場合はインダクタンス）の変化が大きくなり、物理量の検出感度が高まるという利点がある。
【発明の効果】
【００１８】
以上の通り、本発明によれば、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するセンサだけで、車輪のモーメント荷重や軸方向の並進荷重を求めることができるので、駆動輪用にも適用可能な汎用性の高いセンサ付き転がり軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔軸受装置の全体構造〕
以下、本発明に係るセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に「軸受装置」ともいう。）の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る軸受装置の側面断面図であり、図２はその軸受装置のセンサ部分の拡大断面図である。また、図３はその軸受装置をインナ側から見た図であり、図４は後述する蓋部材１７を取り外した状態の軸受装置をインナ側から見た図である。なお、図１において、右側がアウタ側（車両の外側）であり、左側がインナ側（車両の内側）である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の軸受装置１００は、筒状の外輪１と、この外輪１の内部に回転自在に挿通されている内軸２と、この内軸２のインナ側端部に外嵌された内輪部材３と、この内輪部材３のインナ側端部に外嵌されたターゲット部４と、周方向に並ぶ複数の玉からなる複列の転動体５，５とを備えたものであり、これらにより複列アンギュラ玉軸受部が構成されている。転動体５，５としての各列の玉は保持器６によって周方向に所定間隔で保持されている。
なお、本明細書において、軸受装置１００の中心線Ｃに沿った方向をｙ軸方向とし、これに直交する紙面貫通方向の水平方向をｘ軸方向とし、ｙ軸方向及びｘ軸方向に直交する鉛直方向をｚ軸方向と定義している。従って、図１３に示すように、ｘ軸方向は車輪の前後水平方向となり、ｙ軸方向は車輪の左右水平方向（軸方向）となり、ｚ軸方向は上下方向となる。
【００２１】
本実施形態の軸受装置１００において、前記外輪１は車体側に固定される固定軌道輪とされている。他方、前記内軸２と内輪部材３とターゲット部４とが車輪側の回転軌道輪とされており、この固定軌道輪と回転軌道輪との間において前記複列の転動体５，５が転動自在に介在されている。これにより、固定軌道輪と回転軌道輪とは互いに同軸状に配置され、固定軌道輪に対して回転軌道輪が車輪（図１３に示すタイヤ及びタイヤホイール）とともに回転自在となっている。
【００２２】
回転軌道輪を構成する内軸２は、径方向外方へ延びるフランジ部７をアウタ側に有しており、このフランジ部７が車輪のタイヤホイールやブレーキディスクの取付部分となっている。このタイヤホイール等は図示しない取付ボルトによって当該フランジ部７に取り付けられる。内輪部材３は内軸２のインナ側に形成された段差部分に外嵌され、内軸２のインナ側端部に螺合したナット８によって内軸２に固定されている。そして、内軸２の外周面と内輪部材３の外周面とに、転動体５，５の内側軌道面９，９がそれぞれ形成されている。
【００２３】
固定軌道輪を構成する外輪１は、転動体５，５の外側軌道面１０，１０が内周面に形成された円筒状の本体筒部１１と、この本体筒部１１の外周面から径方向外方へ伸びるフランジ部１２とを有している。このフランジ部１２は、車体側部材である懸架装置が有するナックル（図示せず）に固定され、これによって当該軸受装置１００が車体側に固定されるようになっている。
本実施形態の軸受装置１００は、回転軌道輪に設けたターゲット部４の外周側面の変位に伴って変化する物理量（本実施形態では、ターゲット部４の外周側面とのギャップによって変化するインダクタンス）を検出するためのセンサ装置１４と、このセンサ部材１４を固定軌道輪である外輪１に取り付けるためのケース部材１５とを備えている。
【００２４】
〔ケース部材の構造〕
図１及び図２に示すように、上記ケース部材１５は、短円筒状の筒部材１６と円盤状の蓋部材１７とで構成されている。筒部材１６は軸方向に短い円筒状の金属部材よりなり、その一端側の開口部において、外輪１のインナ側端部に止めネジ１８によって当該外輪１と同軸心状となるように固定されている。蓋部材１７は、筒部材１６の他端側の開口部を閉塞する部材であり、軸受装置１００の内部への異物の侵入を防止するものである。
このケース部材１５の筒部材１６の内周側に、内軸２のインナ側端部に取り付けられたターゲット部４の外周側面とのギャップを検出するための前記センサ装置１４が搭載されている。
【００２５】
〔センサ装置の構造〕
図２及び図４に示すように、本実施形態のセンサ装置１４は、ターゲット部４の外周側面における軸方向で離れた位置のギャップをそれぞれ検出する第一センサ部材２１と第二センサ部材２２とを備えている。なお、本明細書において、センサ装置１４及びターゲット部４に関して、「第一」はインナ側を意味し、「第二」はアウタ側を意味する。
第一及び第二センサ部材２１，２２は、ターゲット部４の外周側面とのギャップの変化をインダクタンスの変化によって検出するインダクタンス型の変位センサよりなり、筒部材１６の内周側に軸方向に離れた二列の状態で取り付けられたセンサリング２３と、このセンサリング２３の周方向に所定間隔おきに配置された複数（本実施形態では４つ）の変位センサ２４とを備えている。各センサリング２３は、筒状スペーサ２５を介在させた状態で筒部材１６の鍔部１６ａに対して止めネジ２６で固定されている（図１参照）。
【００２６】
第一及び第二センサ部材２１，２２の各変位センサ２４は、前後及び上下の４カ所にそれぞれ設けられ、回転軌道輪のターゲット部４の外周側面とのｘ軸方向及びｚ軸方向におけるギャップの変化を検出できるように配設されている。
すなわち、インナ側の第一センサ部材２１は、回転軌道輪の前後に配置された第一前センサ２４ｆ及び第一後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ２４ｔ及び第一下センサ２４ｂとを備えている。また、アウタ側の第二センサ部材２２も、回転軌道輪の前後に配置された第二前センサ２４ｆ及び第二後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第二上センサ２４ｔ及び第二下センサ２４ｂとを備えている。
【００２７】
これら８つの各変位センサ２４（ｆ，ｒ，ｔ，ｂ）は、それぞれ、ターゲット部４に対する独立した検出面を有する周方向で近接して配置された一対のコイル素子２７，２７を直列に連結することによって構成されている。この一対のコイル素子２７，２７は、センサリング２３の内周側から突設した一対の磁極２８の周囲にコイルを巻き付けて構成されている。これらの磁極２８はセンサリング２３から径方向内方へ突出しており、その径内側の端面（検出面）が、ターゲット部４の外周側面に対して径方向の隙間を有して対向するように配置されている。
【００２８】
このように、本実施形態の軸受装置１００では、前後及び上下に配置された４つの変位センサ２４を有する、軸方向で離れた第一及び第二センサ部材２１，２２がケース部材１５に一体に搭載されたセンサユニットとなっているので、軸受装置１００の組み立ての際に当該ケース部材１５を外輪１のインナ側端部に取り付けるだけで、すべての変位センサ２４を外輪１に取り付けることができる。このため、各変位センサ２４を個別に外輪１に取り付ける必要がなく、しかも、外輪１にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。
また、ケース部材１５を外輪１に取り付けることで、回転軌道輪のターゲット部４に対する各変位センサ２４の周方向位置及び径方向位置がそれぞれ位置決めされるので、各変位センサ２４をそれぞれ位置調整しながら取り付ける必要がなく、この点で軸受装置１００の組み立てが極めて容易となっている。
【００２９】
また、ケース部材１５に組み込まれた各変位センサ２４は、回転軌道輪の軸方向中央部（図１に示す軸受中心Ｏに近い部分）よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部に位置するターゲット部４の変形挙動に伴うギャップを検出することになるので、当該ギャップの検出精度が高まるという利点がある。
更に、外輪１のインナ側端部にセンサ付きのケース部材１５を取り付けた場合、外輪１のフランジ部１２から比較的遠く離れた位置に変位センサ２４が配置されることになるので、フランジ部１２の周囲の歪の影響を受け難く、この点でギャップの変化を精度よく検出できるという利点もある。
【００３０】
図５（ａ）は本実施形態のセンサ装置１４によるギャップの検出回路の一例を示している。同図に示すように各センサ部材２１，２２の変位センサ２４のうち、上下方向で相対向するセンサ（図５では上センサと下センサ）２４ｔ，２４ｂはそれぞれ発振器３０に接続されており、この発振器３０から一定周期の交流電流が各センサ２４ｔ，２４ｂに供給される。なお、この各センサ２４ｔ，２４ｂには同期用のコンデンサ３１が並列に接続されている。
そして、本実施形態では、この各センサ２４ｔ，２４ｂでの出力電圧（検出値）を差動アンプ３２で差を取って上下方向の変位量に対応する出力電圧（検出値）とすることにより、温度ドリフトを取り除くようにしている。なお、図示していないが、水平方向で相対向するセンサについても、上記と同様に差動アンプで差を取ることによって温度ドリフトを取り除いている。
【００３１】
ところで、インダクタンス型の変位センサ２４では、コイルのインダクタンスをＬ、検出面の面積をＡ、透磁率をμ、コイルの巻き数をＮ、検出面からターゲット４までの間隔（ギャップ）をｄとすると、次の式（ａ）が成立する。
Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ２／ｄ    ・・・（ａ）
従って、ターゲット４までのギャップｄが変化すると、変位センサ２４のインダクタンスＬが変化して出力電圧が変化するので、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ２４の検出面からターゲット部４までの径方向のギャップを検出することができる。
【００３２】
そして、本実施形態では、ターゲット部４に対する独立した検出面を有する一対のコイル素子２７を直列に連結することによって一つの変位センサ２４を構成しているので、図５（ｂ）に示すように、一つのコイル素子２７で一つの変位センサ２７を構成する場合に比べて発生する磁束密度がより高まっており、これにより、ターゲット部４とのギャップの検出感度をより向上させるようにしている。
【００３３】
〔ターゲット部の構造〕
図１及び図２に示すように、前記ターゲット部４は、内輪部材３のインナ側端部に外嵌して取り付けられた円筒部材よりなる。このターゲット部４の外周側面には、インナ側の第一センサ部材２１の検出面（磁極２８の先端面）に対向する環状の第一被検出部３４と、アウタ側の第二センサ部材２２の検出面に対向する環状の第二被検出部３５とが設けられている。本実施形態では、これらの被検出部３４，３５は、ターゲット部４の周方向に沿って形成された第一及び第二環状溝により構成されている。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、インナ側の第一環状溝３４は、そのアウタ側の溝端面３４ａが第一センサ部材２１の検出面Ａ１の中心近傍に位置するように配置され、アウタ側の第二環状溝３５は、そのインナ側の溝端面３５ａが第二センサ部材２２の検出面Ａ２の中心近傍に位置するように配置されている。
このため、回転軌道輪のターゲット部４が軸方向の例えばインナ側に距離δだけ変位したとすると、インナ側においては、第一センサ部材２１と第一環状溝３４との軸方向のラップ長が減少して、第一センサ部材２１によるギャップの検出値が減少し、アウタ側においては、第二センサ部材２２と第二環状溝３５との軸方向のラップ長が増大して、第二センサ部材２２によるギャップの検出値が増大する。
【００３５】
同様に、回転軌道輪のターゲット部４が軸方向のアウタ側に距離δだけ変位したとすると、インナ側の第一センサ部材２１によるギャップの検出値が増大し、アウタ側の第二センサ部材２２によるギャップの検出値が減少する。
このように、本実施形態のターゲット部４は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合には、第一及び第二センサ部材２１，２２が検出する検出値に差を生じさせる、軸方向に離れた一対の環状溝３４，３５を外周側面に備えている。
【００３６】
また、上述の通り、これらの環状溝３４，３５は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に各センサ部材２１，２２が検出する検出値を正負逆向きに変化させるように、センサ側に対する軸方向位置が設定されている。
従って、後述の制御装置３７における検出値の演算方法でも明らかな通り、インナ側の第一センサ部材２１の検出値とアウタ側の第二センサ部材２２の検出値の差を取ることにより、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
【００３７】
なお、図２（ｂ）に図示した配置とは逆に、インナ側の第一環状溝３４を第一センサ部材２１の検出面Ａ１に対してアウタ側にずらし、アウタ側の第二環状溝３５を第二センサ部材２２の検出面Ａ２に対してインナ側にずらして配置することにしてもよく、この場合でも上記と同様の作用効果が得られる。
前記第一及び第二センサ部材２１，２２を構成する各変位センサ２４は、ケース部材１５の蓋部材１７を貫通する信号線３６（図４参照）を介して例えば車体側のＥＣＵ等よりなる制御装置３７に接続されている。各センサから得られた出力電圧（検出値）は、その制御装置３７において以下に述べる演算方法で演算され、これによって車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重が求められる。
【００３８】
〔各荷重の演算方法〕
以下、図６〜図１３を参照しつつ、制御装置３７で行われる荷重の演算方法について説明する。なお、図１１はその制御装置３７での演算方法を示すブロック図である。
【００３９】
〔方向及びセンサ検出値の定義〕
図１３に示すように、車輪の前後水平方向をｘ軸方向、車輪の左右水平方向（軸方向）をｙ軸方向、車輪の上下方向をｚ軸方向と定義する。
また、図６に示すように、インナ側（第一センサ部材２１）のセンサの検出値に添え字「ｉ」を使用し、アウタ側（第二センサ部材２２）のセンサに添え字「ｏ」を使用する。更に、前側のセンサの検出値を「ｆ（front）」と定義し、後側のセンサの検出値を「ｒ（rear）」定義し、上側のセンサの検出値を「ｔ（top）」と定義し、下側のセンサの検出値を「ｂ（bottom）」と定義する。
【００４０】
従って、第一及び第二センサ部材２１，２２に設けられた合計８つのセンサの検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：第一前センサの検出値
ｒｉ：第一後センサの検出値
ｔｉ：第一上センサの検出値
ｂｉ：第一下センサの検出値
ｆｏ：第二前センサの検出値
ｒｏ：第二後センサの検出値
ｔｏ：第二上センサの検出値
ｂｏ：第二下センサの検出値
【００４１】
〔ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）〕
図７（ｂ）に示すように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、回転軌道輪はその荷重の向きに変位し、前記各環状溝３４，３５の位置が軸方向にずれる。このため、前記した通り、インナ側の各センサの検出値（本実施形態では出力電圧）ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも減少し、アウタ側の各センサの検出値ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ、ｂｏは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも増大する。
そこで、図７（ｂ）に示すように、次の式（１）で算出されるｓＦｙをｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数として採用する（図１１の演算ブロックＢ１参照）。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）    ・・・（１）
このように、インナ側の各センサの検出値とアウタ側の各センサの検出値の差を取ることで、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対するｓＦｙが増幅されるので、センサ装置１４全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
【００４２】
〔ｘ軸方向変位とｚ軸方向変位〕
図１１の演算ブロックＢ２に示すように、ｘ軸方向については、前センサの検出値ｆと後センサの検出値ｒの差によってｘ軸方向変位の検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの検出値ｔと下センサの検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の検出値とする。
前後のセンサの出力同士及び上下のセンサの出力同士では、それぞれ同じ方向に同じ量だけ温度の影響が出ることから、上記のように差を取ることによって温度ドリフトが取り除かれる。
【００４３】
本発明ではインナ側とアウタ側に変位センサ２４を配置しているので、次に示す通り、インナ側とアウタ側のそれぞれの位置において、ｘ軸方向変位の検出値とｚ軸方向変位の検出値が得られる。
インナ側でのｘ軸方向変位の検出値  ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
インナ側でのｚ軸方向変位の検出値  ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
アウタ側でのｘ軸方向変位の検出値  ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
アウタ側でのｚ軸方向変位の検出値  ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
【００４４】
〔ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）〕
次に、図８に示すように、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態を仮定する。
この場合、軸受中心Ｏからインナ側センサ（第一センサ部材２１）の検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏからアウタ側センサ（第二センサ部材２２）の検出位置までの軸方向距離をＬｏとすると、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する検出値は、理論的には次の式で算出されるｍｚで求めることができ、このｍｚは、θが十分に小さい場合にはｘｉと一致する筈である。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
【００４５】
しかし、実際には、ターゲット部４に環状溝３４，３５が形成されているため、図１０（ａ）に示すように、ｍｚはｘｉとは一致しない。この図１０（ａ）は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合における、そのＭｚとｍｚ及びｘｉの検出値との関係を示す直線グラフであり、このように、ｍｚとｘｉの検出値の直線グラフは傾きが一致しない。
そこで、図１０（ｃ）に示すように、これらの傾きを一致させるために、ｘｉ直線の傾きをｍｚ直線の傾きで除算して得られる補正係数ｋｚを導入する。従って、次の式（２）に示す通り、この補正係数ｋｚを上記したｍｚに乗じることで、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚが得られる（図１１の演算ブロックＢ３及びＢ４参照）。なお、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（前記ｓＦｙ及び後述のｓＭｘ等）と符号を一致させるためのものである。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（２）
【００４６】
〔ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）〕
ｘ軸方向とｚ軸方向とは９０度だけ座標変換した関係にある。従って、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、前記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（３）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ      ・・・（３）
なお、上記式（３）におけるｋｘは、ｋｚと同じ趣旨で導入した補正係数であり、ｚｉ直線の傾きをｍｘ直線の傾きで除算して得られる補正係数である（図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）参照）。
【００４７】
〔ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）〕
〔ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）〕
次に、図９に示すように、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともにｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定する。
この場合、インナ側でのｘ軸方向変位の検出値ｘｉには、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚの成分と、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘの成分が含まれている。従って、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、上記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。
なお、このことは、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数であるｓＦｚの場合にも、同様に当てはまる。
【００４８】
従って、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚによる独立変数ｓＦｚと、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘによる独立変数ｓＦｘは、それぞれ次の式（４）及び式（５）で算出することができる（図１１の演算ブロックＢ４参照）。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ    ・・・（４）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ    ・・・（５）
【００４９】
図１２は、上記した式（１）〜（５）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。
すなわち、車輪に対して実際に負荷したＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを入力とし、式（１）〜（５）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚを出力として、それらの変数間の直線グラフをマトリックス化したものである。
【００５０】
図１２のマトリックス図に示すように、Ｆｘに対してはｓＦｘのみが傾きを有する直線グラフとなり、その他のＦｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚには反応がなく、これと同様に、当該マトリックス図の対角部分だけが直線グラフになっている。従って、これら５つの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚと線形独立の関係にある。
このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを未知数とした５元連立一次方程式を解くことにより、その各荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを演算することができる。
【００５１】
本実施形態では、ＥＣＵ等よりなる前記制御装置３７には、上記した各式（１）〜（５）と５元連立一次方程式を解く演算回路（ハードウェア）ないし制御プログラム（ソフトウェア）が組み込まれている。このため、各センサによる８つの検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ及びｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを求めることができる。
【００５２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、図１４（ａ）に示すように、ターゲット部４の環状溝３４，３５の部分に、周囲の構成材料よりも大きい（或いは小さい）透磁率を有する環状帯部３９，４０を設けることもできる。このような環状帯部３９，４０は、例えば鋼材の場合には、含有カーボン量を変えることで形成することができる。
また、ターゲット部４の被検出部としては、前記した環状溝３４，３５だけでなく、図１４（ｂ）に示すような突条４１，４２で構成することもできるし、図１４（ｃ）に示すような傾斜方向が互いに逆向きの傾斜面４３，４４で構成することもできる。なお、図１４（ｃ）の両傾斜面４３，４４は接合部分が谷形となっているが、その接合部分が山形となる両傾斜面とすることもできる。
更に、センサ装置１４を構成する各センサ部材２１，２２は、ケース部材１５ではなく、外輪１に直接取り付けるようにしてもよい。更に、上記実施形態では、軸受装置１００の外周側の外輪１を固定軌道輪とし、内周側の内軸２等を回転軌道輪として構成されているが、内外を入れ替えて、内周側を固定軌道輪とし、外周側を回転軌道輪として構成することもできる。
【００５３】
また、本発明のセンサ装置１４はインダクタンス型の変位センサだけでなく、ギャップを検出できる非接触式のものであればその他の変位センサを採用することもできる。
更に、前記演算方法を行う制御装置３７とこれに接続されるセンサ装置１４は、車両用の転がり軸受装置だけでなく、例えば磁気軸受等の車両用以外の軸受装置に適用することもできる。図１１に示す演算方法を行う制御装置３７と、その演算を行うための前提となる軸方向二列配置のセンサ装置１４は、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種の軸受装置に採用することができる。
【００５４】
すなわち、本発明は、固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状でかつ回転自在に配置された回転軌道輪と、この回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えている転がり軸受装置に適用することができる。この場合、センサ装置は、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えた構成とし、この各センサ部材で検出された検出値に基づいて径方向に作用するモーメント荷重や軸方向の並進荷重を算出する前記した演算方法（例えば、図１２に示す演算方法）を行う制御装置に接続すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の側面断面図である。
【図２】（ａ）は同軸受装置のセンサ部分の拡大断面図であり、（ｂ）はセンサ部材と環状溝の位置関係を表す図である。
【図３】同軸受装置をインナ側から見た図である。
【図４】蓋部材を取り外した状態の同軸受装置をインナ側から見た図である。
【図５】（ａ）はセンサ装置によるギャップの検出回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）はコイル素子の機能説明図である。
【図６】各変位センサの配置位置とその検出値の定義を示す図である。
【図７】（ａ）はｓＦｙの演算手法を示すグラフであり、（ｂ）は荷重Ｆｙによる回転軌道輪の変形挙動を示す図である。
【図８】純モーメント状態での回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図９】モーメント荷重と並進荷重が作用した場合の回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図１０】（ａ）は純モーメント状態におけるｍｚとｘｉの直線グラフであり、（ｂ）は純モーメント状態におけるｍｘとｚｉの直線グラフであり、（ｃ）は補正係数ｋｚ及びｋｘの計算方法を示す式である。
【図１１】制御手段での演算方法を示すブロック図である。
【図１２】センサ出力から演算した独立変数と車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図である。
【図１３】ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向と各荷重の定義を示す車輪部分の斜視図である。
【図１４】被検出部の変形例を示す図であり、（ａ）はセンサ部材と環状帯部の位置関係を表す図、（ｂ）はセンサ部材と突条の位置関係を表す図、（ｃ）はセンサ部材と傾斜面の位置関係を表す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      外輪（固定軌道輪）
２      内軸（回転軌道輪）
３      内輪部材（回転軌道輪）
４      ターゲット部
７      フランジ部（取付部分）
１２      フランジ部（固定部分）
１４      センサ装置
１５      ケース部材
２１      第一センサ部材
２２      第二センサ部材
２４      変位センサ
２７      コイル素子
３４      第一環状溝（第一被検出部）
３５      第二環状溝（第二被検出部）
３７      制御装置
【図１】
2007127253.tif 000003
【図２】
2007127253.tif 000004
【図３】
2007127253.tif 000005
【図４】
2007127253.tif 000006
【図５】
2007127253.tif 000007
【図６】
2007127253.tif 000008
【図７】
2007127253.tif 000009
【図８】
2007127253.tif 000010
【図９】
2007127253.tif 000011
【図１０】
2007127253.tif 000012
【図１１】
2007127253.tif 000013
【図１２】
2007127253.tif 000014
【図１３】
2007127253.tif 000015
【図１４】
2007127253.tif 000016