JP2004003918A - 荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】ハブ２に加わる荷重の方向及びその大きさを測定自在な構造を、コスト並びに重量を嵩ませる事なく実現する。
【解決手段】ハブ２の中間部に、円筒部３０と折れ曲がり部３１とを備えた円環状の被検出リング２９を外嵌する。外輪１の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニット２６、２６と上記被検出リング２９とにより、この４個所位置での、上記外輪１に対する上記ハブ２の、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する。各部の検出値に基づいて、上記ハブ２に加わる荷重の方向及びその大きさを求める。
【選択図】 図１
【解決手段】ハブ２の中間部に、円筒部３０と折れ曲がり部３１とを備えた円環状の被検出リング２９を外嵌する。外輪１の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニット２６、２６と上記被検出リング２９とにより、この４個所位置での、上記外輪１に対する上記ハブ２の、ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する。各部の検出値に基づいて、上記ハブ２に加わる荷重の方向及びその大きさを求める。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる力の方向及び大きさを測定して、車両の安定運行に寄与せしめるものである。
【０００２】
【従来の技術】
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）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】
図３４は、この様な目的で使用される従来構造の１例として、特開２００１−２１５７７号公報に記載された回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットを示している。この回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持された状態で使用時にも回転しない、請求項に記載した静止側軌道輪に相当する外輪１の内径側に、車輪を固定した状態で使用時に回転する、請求項に記載した回転側軌道輪に相当するハブ２を支持している。そして、このハブ２の一部に固定したセンサロータ３の回転速度を、上記外輪１に固定したカバー４に支持した回転速度検出センサ５により検出自在としている。図示の例では、この回転速度検出センサ５として、上記センサロータ３と全周に亙って対向する、円環状のものを使用している。又、上記ハブ２を回転自在に支持する為に、上記外輪１の内周面に、それぞれが請求項に記載した静止側軌道に相当する複列の外輪軌道６、６を設けている。又、上記ハブ２の外周面、及びこのハブ２に外嵌しナット７によりこのハブ２に対し結合固定した状態で上記ハブ２と共に上記回転側軌道輪を構成する内輪８の外周面に、それぞれが請求項に記載した回転側軌道に相当する内輪軌道９、９を設けている。そして、これら各内輪軌道９、９と上記各外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつの転動体１０、１０を、それぞれ保持器１１、１１により保持した状態で転動自在に設け、上記外輪１の内側に上記ハブ２及び内輪８を、回転自在に支持している。
【０００４】
又、上記ハブ２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を言い、図３４の左端部）で上記外輪１の外端部から軸方向外方に突出した部分に、車輪を取り付ける為のフランジ１２を設けている。又、上記外輪１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を言い、図３４の右端部）に、この外輪１を懸架装置に取り付ける為の取付部１３を設けている。又、上記外輪１の外端開口部と上記ハブ２の中間部外周面との間の隙間は、シールリング１４により塞いでいる。尚、重量の嵩む車両用の転がり軸受ユニットの場合には、上記複数個の転動体１０、１０として、図示の様な玉に代えて、テーパころを使用する場合もある。
【０００５】
上述の様な転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込むべく、上記内輪８の内端部で上記内輪軌道９から外れた部分の外周面には、前記センサロータ３を外嵌固定している。このセンサロータ３は、軟鋼板等の磁性金属板に塑性加工を施す事により、全体を円環状に形成したもので、互いに同心の被検出用円筒部１５と支持用円筒部１６とを備え、このうちの支持用円筒部１６を上記内輪８の内端部に締まり嵌めで外嵌する事により、この内輪８の内端部に固定している。又、上記被検出用円筒部１５には、それぞれがこの被検出用円筒部１５の軸方向に長いスリット状の透孔１７、１７を多数、円周方向に関して等間隔で形成する事により、上記被検出用円筒部１５の磁気特性を、円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させている。
【０００６】
更に、上記外輪１の内端開口部には前記カバー４を、上記センサロータ３の被検出用円筒部１５を覆う状態で嵌合固定して、上記外輪１の内端開口部を塞いでいる。金属板を塑性加工して成る、上記カバー４は、上記外輪１の内端開口部に内嵌固定自在な嵌合筒部１８と、この内端開口部を塞ぐ塞ぎ板部１９とを有する。そして、この塞ぎ板部１９内に、前記回転速度検出センサ５を保持固定している。又、この塞ぎ板部１９の外周寄り部分には通孔２０を形成し、この通孔２０を通じて上記回転速度検出センサ５の出力を取り出す為のコネクタ２１を、上記カバー４外に取り出している。この様に回転速度検出センサ５をカバー４内に保持固定した状態で、この回転速度検出センサ５の外周面に設けた検知部は、上記センサロータ３を構成する被検出用円筒部１５の内周面に、微小隙間を介して対向する。
【０００７】
上述の様な回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットの使用時には、上記外輪１の外周面に固設した取付部１３を懸架装置に対して、図示しないボルトにより結合固定すると共に、前記ハブ２の外周面に固設したフランジ１２に図示しない車輪を、このフランジ１２に設けたスタッド２２により固定する事で、上記懸架装置に対して上記車輪を回転自在に支持する。この状態で車輪が回転すると、上記回転速度検出センサ５の検知部の端面近傍を、上記被検出用円筒部１５に形成した透孔１７、１７と、円周方向に隣り合う透孔１７、１７同士の間に存在する柱部とが交互に通過する。この結果、上記回転速度検出センサ５内を流れる磁束の密度が変化し、この回転速度検出センサ５の出力が変化する。この様にして回転速度検出センサ５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、上記回転速度検出センサ５の出力を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００８】
即ち、上記回転速度検出センサ５の出力と、別途車体側に設けた加速度センサの出力とを比較して、これら両センサの出力に整合性がない場合に、タイヤの外周面と路面との当接部に滑りが発生していると判断して、上記ＡＢＳやＴＣＳを制御する。即ち、制動時に上記加速度センサが検出する車両の減速度に比べて回転速度検出センサ５の出力に基づいて求められる車輪の減速度が大きい場合には、上記滑りが発生していると判断して、ブレーキ装置のホイルシリンダ部分の油圧を制御し、車両が停止する以前に車輪の回転が止まる事を防止して、車両の走行姿勢の安定性確保を図る。又、加速時には、上記回転速度検出センサ５の出力に基づいて求められる車輪の加速度に比べて、上記加速度センサにより求められる車両の加速度が小さい場合（或は、従動輪の加速度に比べて駆動輪の加速度が大きい場合）には、上記滑りが発生していると判断して、上記車輪に制動を加えたり、或はエンジンの出力を絞る（低下させる）事により、タイヤの外周面と路面との滑りを防止して、車両の走行姿勢の安定化を図る。
【０００９】
上述した様な従来から広く知られている回転速度検出装置付の車輪支持用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、従来の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。
【００１０】
この様な事情に鑑みて、前記特開２００１−２１５７７号公報には、図３５に示す様な、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定自在とした構造が記載されている。この従来構造の第２例の場合には、外輪１の軸方向中間部で１対の外輪軌道６、６同士の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔２３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２３内に、円杆状（棒状）の変位センサ２４を装着している。この変位センサ２４の先端面（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２５の外周面に近接対向させている。そして、上記変位センサ２４は、上記検出面と上記センサリング２５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。
【００１１】
上述の様に構成する従来構造の第２例の場合には、上記変位センサ２４の検出信号に基づいて、この変位センサ２４を組み込んだ車輪支持用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１０、１０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２４の検出面と上記センサリング２５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２４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等から、当該変位センサ２４を組み込んだ車輪支持用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、各車輪支持用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。
【００１２】
図３５に示した従来構造の第２例の場合、車両の重量に基づいて鉛直方向に加わる荷重を測定できるが、例えば旋回走行時に遠心力等に基づいて加わるモーメント荷重を測定する事はできない。この為、車両のあらゆる走行状態に応じて、安定走行の為に適切な制御を行なう為の信号を得る面からは改良が望まれる。この様な場合に使用可能な構造として、特開平１０−７３５０１号公報に記載された構造が知られている。この公報に記載された構造によれば、上記モーメント荷重を含め、車両の走行時に車輪に加わる各方向の荷重を測定できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１０−７３５０１号公報に記載された従来構造は、荷重測定の為に付加する部材が多く、しかも大型の部材を含む為、コスト並びに重量が嵩む事が避けられない。荷重測定装置を組み付ける部分は、懸架装置を構成するばねよりも車輪側であり、この荷重測定装置の構成部材は所謂ばね下荷重になり、少しの重量も乗り心地を中心とする走行性能の悪化に結び付く為、改良が望まれている。
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪と、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものである。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪の回転中心と同心に設けられた円筒状のラジアル被検出面及びこの回転側軌道輪の回転中心に対し直角方向に設けられたスラスト被検出面と、上記静止側軌道輪に設けられた少なくとも１個の変位センサユニットとから成るものである。
そして、この変位センサユニットは、ラジアル検出部とスラスト検出部とを備え、このうちのラジアル検出部と上記ラジアル被検出面との距離、並びにスラスト検出部と上記スラスト被検出面との距離を測定自在なものとしている。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、回転側軌道輪のラジアル方向の変位だけでなくスラスト方向の変位も測定できる。そして、変位センサユニットが検出するこれら各方向の変位に基づいて、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める事ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、ハブ２に固定した車輪（図示省略）に加わる荷重の方向及び大きさを求めて、ＡＢＳやＴＣＳを適正に制御できる構造を得る点にある。この為に本例の場合には、上記ハブ２に加わる荷重だけでなく、このハブ２の回転速度を検出自在としている。但し、この回転速度を検出する部分の構造及び作用に就いては、前述の図３４〜３５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は省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１７】
本例の場合には、複列の外輪軌道６、６の間に位置する、外輪１の軸方向中間部分の、円周方向等間隔４個所位置に取付孔２３ａ、２３ａを、それぞれ上記外輪１の内外両周面同士を連通させる状態で形成している。本例の場合、上記４個の取付孔２３ａ、２３ａのうちの２個の取付孔２３ａ、２３ａを鉛直方向に、残り２個の取付孔２３ａ、２３ａを水平方向に、それぞれ形成している。そして、これら各取付孔２３ａ、２３ａ内に、それぞれ変位センサユニット２６、２６を挿入している。
【００１８】
これら各変位センサユニット２６、２６はそれぞれ、上記ハブ２のラジアル方向の変位及びスラスト方向の変位を測定自在とするもので、それぞれが非接触式である、２個の変位測定素子２７ａ、２７ｂを有する。即ち、静電容量型の近接センサの如き、非接触式で微小変位量を測定自在な上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂを、上記各変位センサユニット２６、２６を構成する合成樹脂製のホルダ２８の先端面部分と先端部側面部分とに包埋支持している。上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうち、上記ホルダ２８の先端面部分に包埋支持された変位測定素子２７ａがラジアル検出部を構成し、先端部側面部分に包埋支持した変位測定素子２７ｂがスラスト検出部を構成する。
【００１９】
一方、複列の内輪軌道９、９の間に位置する、上記ハブ２の中間部に、被検出リング２９を外嵌固定している。この被検出リング２９は、金属板にプレス加工等の塑性加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状としたもので、円筒部３０と、この円筒部３０の軸方向一端部（図１、３の右端部）から径方向外方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部３１とを備える。本例の場合、上記円筒部３０の外周面をラジアル被検出面とし、上記折れ曲がり部３１の片側面（図１、３の左側面）をスラスト被検出面としている。
【００２０】
この様な被検出リング２９に対して上記各変位センサユニット２６、２６の変位側測定素子２７ａ、２７ｂの検出部を、それぞれ近接対向させている。即ち、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａを、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面に近接対向させている。そして、上記変位測定素子２７ａにより、前記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位を測定自在としている。又、上記スラスト検出部を構成する変位測定素子２７ｂを、上記スラスト被検出面である折れ曲がり部３１の片側面に近接対向させている。そして、上記変位測定素子２７ｂにより、上記外輪１に対する上記ハブ２の軸方向（スラスト方向）の変位を測定自在としている。
【００２１】
本例の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、前述の様に上記４個の変位センサユニット２６、２６により、円周方向４個所位置に於いて、上記外輪１に対する上記ハブ２の、径方向及び軸方向の変位を測定する様に構成している。上記各変位センサユニット２６、２６が測定した、これら各変位センサユニット２６、２６毎に２種類ずつ合計８種類の検出信号は、それぞれハーネス３２、３２により、図示しない制御器に入力している。そして、この制御器が、上記各変位センサユニット２６、２６から送り込まれる検出信号に基づき、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める。
【００２２】
例えば、上記各車輪支持用転がり軸受ユニットに、車重等に基づく鉛直方向の荷重が加わった場合には、鉛直方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６のうち、上側の変位センサユニット２６で、上記ラジアル検出部を構成する変位測定出素子２７ａと、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面との距離が狭まり、下側の変位センサユニット２６でこの距離が広がる。この際の距離の変化量は、上記荷重が大きくなる程大きくなる。水平方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６に関しては、この距離は変化しない。
【００２３】
これに対して、何らかの原因で水平方向（前後方向）の荷重が加わった場合には、水平方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６のうち、荷重の作用方向前側の変位センサユニット２６で、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａと、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面との距離が広がり、作用方向後側の変位センサユニット２６でこの距離が狭まる。この際の距離の変化量も、上記荷重が大きくなる程大きくなる。鉛直方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６に関しては、この距離は変化しない。斜め方向の荷重によっては、総てのセンサユニット２６、２６に関して、上記距離が変化する。従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサユニット２６、２６のラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａ、２７ａの検出信号を比較すれば、ラジアル荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。尚、上記各部の距離の変化量とラジアル荷重の大きさとは、予め実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００２４】
次に、旋回走行等により前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸と前記外輪１の中心軸とが不一致になった場合に就いて説明する。この場合には、上記各変位センサユニット２６、２６のスラスト検出部を構成する、前記変位測定素子２７ｂ、２７ｂの検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向及びその大きさを求める。例えば、旋回時に（旋回円の径方向に関して）外側の車輪を支持したハブ２には、遠心力により大きなモーメント荷重Ｍが、図４の時計方向に加わる。この結果、同図に誇張して示す様に、上記ハブ２の中心軸αが、上記外輪１の中心軸βに対し傾斜する。
【００２５】
この状態では、鉛直方向に配置された１対の変位センサユニット２６、２６のうち、一方の変位センサユニット２６に関するスラスト検出部とスラスト被検出面との距離が縮まり、他方の変位センサユニット２６に関するスラスト検出部とスラスト被検出面との距離が広がる。例えば図示の例の場合には、上側の変位センサユニット２６のスラスト検出部を構成する変位測定素子２７ｂと、スラスト被検出面である前記折れ曲がり部３１の片側面との距離が広がる。これに対して、下側の変位センサユニット２６の変位測定素子２７ｂと上記折れ曲がり部３１の片側面との距離が縮まる。この場合に、各変位測定素子２７ｂ、２７ｂと折れ曲がり部３１の片側面との距離が変化する量は、上記モーメント荷重Ｍが大きくなる程大きくなる。従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサユニット２６、２６のスラスト検出部を構成する上記各変位測定素子２７ｂ、２７ｂの検出信号を比較すれば、モーメント荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。
【００２６】
又、モーメント荷重が水平方向に加わった場合には、水平方向に配置した２個の変位センサユニット２６、２６の検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向と大きさとを求める。更に、モーメント荷重が斜め方向に加わった場合には、総て（４個）の変位センサユニット２６、２６の検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向と大きさとを求める。尚、上記各部の距離の変化量とモーメント荷重の大きさとの関係、更には各変位センサユニット２６、２６の検出信号の差とモーメント荷重の作用方向との関係に関しても、予め実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００２７】
更に、何らかの原因で前記ハブ２にスラスト荷重が加わった場合には、総ての変位センサユニット２６、２６に関して、スラスト検出部を構成する上記各変位測定素子２７ｂ、２７ｂと上記折れ曲がり部３１の片側面との距離が変化する。そして、この変化の方向（広がるか縮まるか）により上記スラスト荷重の方向が分かり、変化量でその大きさが分かる。
【００２８】
尚、実際の走行時には、上記ハブ２に対して純ラジアル荷重、純モーメント荷重、或は純スラスト荷重が加わる事は稀であり、これら各荷重が混ざり合った状態で、上記ハブ２に加わる。従って前記制御器は、上記各変位センサユニット２６、２６の変位測定素子２７ａ、２７ｂから送り込まれる、合計８種類の検出信号に基づいて、上記ハブ２に加わる荷重の種類、方向、大きさを求める。この様に、８種類の検出信号から荷重の種類、方向、大きさを求めるプログラムは、予め多数の実験、或はコンピュータシミュレーションにより決定して、上記制御器を構成するマイクロコンピュータ中にインストールしておく。
【００２９】
又、ラジアル方向の変位検出精度を向上させる為には、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａの測定部の中心を次の様に規制する事が好ましい。即ち、前記ハブ２にモーメント荷重が加わった場合に、このハブ２の揺動変位の中心となる点Ｏでこのハブ２の中心軸に直交する仮想平面ｘ上、又はこの仮想平面ｘを基準として軸方向に関するずれが１〜２ｍｍ以内の部分に位置させる。この理由は、上記ラジアル検出部の検出値に、上記モーメント荷重に基づく変位が影響しにくくして、各方向の荷重を求め易くする為である。但し、上記変位測定素子２７ａの測定部の中心が上記仮想平面αから２ｍｍ以上ずれても、制御器にインストールするソフトウェアにより変位量を計算する事は可能であるから、上記変位測定素子２７ａの測定部の中心位置は適宜決定できる。又、スラスト方向の検出精度を向上させる為には、スラスト被検出部を構成する上記折れ曲がり部３１の片側面を、上記仮想平面ｘ上、又はこの仮想平面ｘを基準として軸方向に関するずれが１〜２ｍｍ以内の部分に位置させる事が好ましい。この様に、ラジアル検出部或はスラスト被検出部の位置を規制する事で検出精度を向上させられる事は、本例に限らず、後述する実施の形態の第２〜８例にも共通する。
【００３０】
次に、図５は、請求項１〜２、４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向内端部に設けた小径段部３３の外端部に存在する段差面３４と、この小径段部３３に外嵌固定した内輪８の外端面との間に、円輪状の被検出板３５の内径寄り部分を挟持している。この被検出板３５は、上記ハブ２の軸方向中間部で複列の内輪軌道９の間部分３６の外径よりも大きな外径を有する平板状である。従って、上記被検出板３５の外径側半部は、上記ハブ２の中間部外周面よりも径方向外方に突出している。尚、本例の場合には、この外径側半部と保持器１１との干渉を防止すべく、上記段差面３４の軸方向位置を、前述の第１例の場合よりも軸方向外側にずらせている。
【００３１】
本例の場合には、上記間部分３６の外周面をラジアル被検出面とし、上記被検出板３５の外側面をスラスト被検出面としている。この様に構成する事により、ラジアル被検出面のラジアル方向の振れの低減、並びにスラスト被検出面の振れの低減を容易にしている。即ち、上記第１例の場合には、ハブ２の中間部に外嵌した被検出リング２９の円筒部３０の外周面をラジアル被検出面としている為、嵌合部が存在する分、寸法誤差等に起因して、上記ハブ２の回転に伴うこのラジアル被検出面の振れが大きくなり易い。これに対して本例の場合には、上記間部分３６の外周面そのものをラジアル被検出面としている為、上記ラジアル方向の振れの低減を図れる。又、上記第１例の場合、上記円筒部３０をハブ２に締り嵌めで外嵌するのに伴う被検出リング２９の弾性変形が折れ曲がり部３１にまで及び、この折れ曲がり部３１の片側面が上記ハブ２の回転中心に対し直角でなくなる可能性がある。これに対して本例の場合には、上記被検出板３５を上記ハブ２に固定するのに伴って、スラスト被検出面であるこの被検出板３５の外径側半部片側面が変形する事はない為、上記スラスト振れの低減を図れる。
【００３２】
次に、図６は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、各変位センサユニット２６ａ、２６ａを挿入する為に外輪１ａに形成した取付孔２３ｂ、２３ｂを、この外輪１ａの外周面に近付く程軸方向内方に向かう方向に傾斜させている。上記各取付孔２３ｂ、２３ｂをこの様に傾斜させる理由は、上記外輪１ａの外周面軸方向中央部に形成した取付部１３ａを避ける為である。本例の場合、この様な理由で上記各取付孔２３ｂ、２３ｂを傾斜させた事に伴い、ハブ２の中間部に外嵌した被検出リング２９の折れ曲がり部３１を軸方向外側に位置させている。又、上記各変位センサユニット２６ａ、２６ａの先端部で各変位測定素子を設置すべき部分を、これら各変位センサユニット２６ａ、２６ａの中心軸に対し傾斜させている。そして、中立状態に於いて、上記各変位測定素子と、上記被検出リング２９の円筒部３０の外周面及び上記折れ曲がり部３１の片側面とを、凡そ平行にしている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３３】
次に、図７は、請求項１〜２、５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向中間部で軸方向外側の内輪軌道９と小径段部３３との間に位置する部分に凹溝３７を、全周に亙って形成している。そして、この凹溝３７の底面をラジアル被検出面とし、この凹溝３７の側面をスラスト被検出面としている。この為に本例の場合には、変位センサユニット２６ｂの先端部を、上記凹溝３７内に進入させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３４】
次に、図８は、請求項１〜２、７に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向中間部に形成した凹溝３７の幅方向の外半部に円環状の被検出体３８を、全周に亙って装着している。そして、この被検出体３８の外周面をラジアル被検出面とし、同じく内側面をスラスト被検出面としている。この被検出体３８は、非接触型変位センサによる変位測定を効果的に行なえる材質により半円弧状に形成した１対の素子を組み合わせて成る。そして、これら両素子を上記凹溝３７内に接着等により固定した状態で、円環状の被検出体３８とする。本例に使用する変位センサユニット２６ｃは、先端部を段付形状とし、上記被検出体３８の外周面と片側面とに、検出部を対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。尚、本例の様な円環状の被検出体３８は、必ずしも凹溝３７内に装着する必要はない。ハブ２の軸方向中間部で軸方向外側の内輪軌道９と小径段部３３（図７参照）との間に位置する部分に直接円環状の被検出体３８を外嵌する事もできる。但し、この場合には、この被検出体３８を一体構造とし、外側の転動体１０、１０の組み付け後、内側の転動体の組み付け前に、上記被検出体を上記ハブ２の中間部に外嵌固定する。
【００３５】
次に、図９〜１１は、請求項１〜２、６、７に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向内端部に形成した小径段部３３に外嵌固定した内輪８の軸方向外端面により、凹溝３７ａの軸方向内側の側面を構成している。そして、この凹溝３７ａ内の幅方向の外半部に円環状の被検出体３８を、全周に亙って装着している。この被検出体３８の外径は上記ハブ２の中間部外周面の外径以下として、この被検出体３８の存在が、予め外輪１の内径側に配置した転動体１０、１０の内径側に、更にハブ２を組み付ける事に対する妨げとはならない様にしている。その他の構成及び作用は、上述した第５例の場合と同様である。尚、本例を実施する場合に、ハブ２の軸方向内端部に形成した小径段部３３の軸方向寸法、並びにこの小径段部３３に外嵌固定した内輪８の軸方向寸法を図１２に示す様に大きくして、この内輪８の外端面の位置を軸方向外方にずらせ、凹溝３７ｂの幅寸法を小さくする事もできる。
【００３６】
尚、以上の説明は、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる各方向の荷重の作用方向と大きさとを求める為、円周方向等間隔４個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設置した場合に就いて示した。上記荷重の作用方向と大きさとを高精度で求める為には、上述の様に４個の変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設ける事が最も好ましい。但し、上記荷重の作用方向と大きさとを特に高精度で求める必要性がない場合には、変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）の数を少なくしてコスト低減を図る事もできる。例えば、図１３に示す実施の形態の第７例の様に、上端（或は下端）位置と水平方向片側位置との様に、円周方向に関する位相が９０度ずれた２個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設けた場合でも、上記荷重の作用方向と大きさとを求める事は可能である。更に、図１４に示す実施の形態の第８例の様に、鉛直方向（或は水平方向）から４５度ずれた１個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設けた場合でも、上記荷重の作用方向と大きさとを求める事は可能である。
【００３７】
尚、モーメント荷重が加わった場合に、ラジアル方向の変位とスラスト方向の変位とを独立して検出できない為、変位センサユニットのラジアル検出部の検出信号とスラスト検出部の検出信号との処理が多少面倒になるが、図１５〜１７に示す様な構造を採用すれば、転がり軸受ユニットへの変位センサユニットの取付作業を容易にできる。即ち、この図１５〜１７に示す、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第９例の構造の場合には、ハブ２の中間部に、回転速度検出の為のセンサロータ３ａを外嵌固定している。そして、外輪１の軸方向中間部で円周方向１個所位置に形成した取付孔２３ｃに、回転速度センサ５ａを挿入し、この回転速度検出センサ５ａの検出面を、上記センサロータ３ａの外周面に近接対向させている。
【００３８】
一方、上記ハブ２の内端部に外嵌固定した内輪８の内端部に、上記ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する為の被検出リング２９ａの基端部（図１５〜１６の左端部）を外嵌固定している。この被検出リング２９ａの形状は前述の図１に示した実施の形態の第１例に組み込んだセンサロータ３と同様であるが、透孔１７は設けていない。又、上記外輪１の内端開口部を塞いだカバー４に、変位センサユニット２６ｄを保持固定している。そして、この変位センサユニット２６ｄの円周方向４個所位置にそれぞれ支持した変位測定素子２７ａ、２７ｂの検出面を、上記被検出リング２９ａの内周面或は内側面に、ラジアル方向或はスラスト方向に近接対向させている。
【００３９】
上述の様な本例の構造の場合には、上記外輪１に設ける取付孔２３ｃが１個で済む為、この取付孔２３ｃの形成作業が容易になってコスト低減を図れる他、上記外輪１の肉厚を特に大きくしなくても、この外輪１の強度確保を図れる。又、各方向の荷重によって上記外輪１と上記ハブ２とが変位した場合には、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと上記被検出リング２９ａの内周面或は内側面との距離が変化するので、この変化の大きさと変化の方向とにより、上記荷重の方向と大きさとを求める事ができる。
【００４０】
尚、上述した実施の形態の各例で、ラジアル方向或はスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａ、２７ｂは、従来から知られている各種構造のものを使用できる。例えば、図１８に示す様な磁気誘導式のもの、或は、図１９に示す様な渦電流式のものが、好ましく利用できる。このうち、図１８に示した磁気誘導式のものを使用する場合には、被検出リング２９、２９ａの材質は、鋼等の磁性材とする。そして、鉄芯３９に巻回した第一のコイル４０に励磁電流を流す事により、この鉄芯３９に巻回した第二のコイル４１に、この鉄芯３９と上記被検出リング２９、２９ａとの距離に応じた測定値信号を流す。又、図１９に示した渦電流式のものを使用する場合には、被検出リング２９、２９ａの材質として鋼等の磁性材でも良いが、好ましくは、アルミニウム、銅、黄銅、亜鉛等の、非磁性金属とする。そして、フェライト芯４２に巻回したコイル４３に励磁電流を流し、このフェライト芯４２と上記被検出リング２９、２９ａとの距離に応じて変化する上記コイル４３のインピーダンスを検出する。
【００４１】
尚、この様にコイル４３のインピーダンスを検出する為に、このインピーダンスの変化を電圧又は周波数変化に変換する。この様な電圧又は周波数変化に変換する方法として、発振法や同調法、ブリッジ法、正帰還法が知られている。例えばこのうちのブリッジ法は、図２０に示す様に、検出コイルである上記コイル４３と、基準コイル４４と、抵抗４５、４５と水晶発振器４６とによりブリッジ回路４７を構成し、このブリッジ回路４７の不平衡電圧を計測する事により、上記距離に応じて変化する上記インピーダンスの変化を検出する。又、この様な渦電流式のものを使用する場合、上述の様に被検出リング２９、２９ａの材質を、アルミニウム、銅、黄銅、亜鉛等の、非磁性金属とする他、鋼等の磁性材も使用可能である。要は、所望の性能やコスト等に応じて最適のものを選択する。
【００４２】
又、上述の様な渦電流式の場合、例えば４００００回／Ｓでサンプリングを行なえ、且つ、０．４μｍの分解能を有し、測定可能距離が０〜２ｍｍ程度のものが、一般に市販されている。本発明の場合、ラジアル方向或はスラスト方向の変位を図る為の変位測定素子２７ａ、２７ｂと被検出リング２９、２９ａとの距離を、０．５、〜１．５ｍｍ程度とする為、上記市販されているものをそのまま使用できる。
【００４３】
又、軸方向に隣り合う上記変位測定素子２７ａ、２７ｂにこの様な渦電流式のものを使用する場合、これら各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が互いの渦電流の影響を受ける事により、測定誤差が生じる可能性がある。この様な渦電流の影響を避ける為に、図２１に示す様に、被検出リング２９ａの一部で上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと近接対向する部分の間部分、即ち、この被検出リング２９ａのラジアル被検出面とスラスト被検出面との間部分に、全周に亙り絶縁材４８を設ける。そして、これら被検出面同士を絶縁する事により、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が互いの渦電流の影響を受ける事を防止する。
【００４４】
尚、この様な渦電流の影響を防止する為に、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂに流れる電流をスイッチングにより切り換えて測定しても良い。即ち、軸方向に隣り合う上記変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの何れか一方の変位測定素子２７ａ（２７ｂ）が測定を行なう際は、他方の変位測定素子２７ｂ（２７ａ）が測定を行なわない様に（渦電流が発生しない様に）、これら各変位測定素子２７ａ（２７ｂ）を流れる電流を交互に切り換えて使用しても良い。更には、円周方向４個所位置にそれぞれ設けられた上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が、上下左右各方向に生じる渦電流による影響を受ける事を防止すべく、それぞれの位置の変位測定素子２７ａ、２７ｂ毎にスイッチングを行ない、これら各変位測定素子２７ａ、２７ｂを流れる電流を交互に切り換えて測定しても良い。
【００４５】
又、上記被検出リング２９ａに惹起される渦電流が、この被検出リング２９ａを固定した内輪８に、この被検出リング２９ａを通じて放出（電播）するのを防止する為に、この被検出リング２９ａを前記非磁性金属とすると共に、上記内輪８を磁性金属である鋼製としたり、或は、この内輪８に上記被検出リング２９ａを、絶縁材４８ａを介して固定したりしても良い。更には、上記内輪８や上記被検出リング２９ａの表面に、絶縁処理を施しても良い。
【００４６】
次に、図２２〜２３は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例の場合は、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの、ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａにより、このラジアル方向の変位と共に回転速度も検出自在としている。即ち、本例の場合は、被検出リング２９ｂを構成する円筒部４９の一部で上記ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａに近接対向する部分に、除肉部として機能する多数の透孔５０、５０を、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔５０、５０は、軸方向に長いスリット状である。又、円周方向に隣り合うこれら各透孔５０、５０同士の間部分は、充実部として機能する柱部としている。
【００４７】
この様な透孔５０、５０を有する上記被検出リング２９ｂが回転すると、上記変位測定素子２７ａの（波形成形処理後の）出力は、図２４の実線αに示す様に変化する。即ち、上記円筒部４９の各透孔５０、５０と上記変位測定素子２７ａとが対向する際に、この変位測定素子２７ａの出力が低下し、同じく上記各透孔５０、５０同士の間部分である各柱部と対向する際に、上記変位測定素子２７ａの出力が増大する。この様な変位測定素子２７ａの出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号を上記ハーネスを通じて図示しない制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求める事ができる。又、上記ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａと上記被検出リング２９ｂの内周面との距離は、上記円筒部４９のうちの上記各透孔５０、５０同士の間部分である各柱部と上記変位測定素子２７ａとが対向した際の、この変位測定素子２７ａの出力の大きさから求める事ができる。
【００４８】
上述の様に構成する本例の場合には、外輪１に回転速度検出センサ５ａ（図１５参照）を取り付ける為の取付孔２３ｃを設ける必要がない。この為、この外輪１の加工作業が容易になってコスト低減を図れる他、この外輪１の肉厚を特に大きくしなくても、この外輪１の強度確保を図れる。しかも、上記外輪１に設けた回転速度検出センサ５ａと制御器との間のハーネスも省略できる為、ハーネスの取り回しも容易になって、荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットを懸架装置に組み付ける作業の容易化を図れる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第９例の場合と同様である。
【００４９】
次に、図２５〜２６は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１１例を示している。本例の場合は、外輪１に対するハブ２のラジアル方向及びスラスト方向の変位を測定する変位センサユニット２６ｅ内に、上記ハブ２の回転速度を測定する回転速度検出センサ５ｂを設けている。即ち、上記外輪１の内端開口部を塞いだカバー４に固定した、合成樹脂中に変位測定素子２７ａ、２７ｂを包理して成る上記変位センサユニット２６ｅ内に、上記回転速度検出センサ５ｂを構成する回転速度検出素子５１も包理支持している。
【００５０】
この回転速度検出素子５１は、図２５に示す様に、上記変位センサユニット２６ｅ内で、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂから軸方向に外れた部分、若しくは、図２６に示す様に、円周方向に隣り合う変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士の間部分に位置させる。この様な回転速度検出素子５１としては、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと同様に、各種構造のものを使用できるが、本例の場合は、上記変位測定素子２７ａ、２７ｂと同様の渦電流式のものとしている。一方、被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で、上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分に多数の透孔５０を、円周方向に関して等間隔に形成している。そして、前述した実施の形態の第１０例の場合と同様に、上記回転速度検出素子５１の出力の変化から、回転速度を検出する。
【００５１】
尚、上記被検出リング２９ｃとして鋼板等の磁性金属板のものを使用する場合には、上記回転速度検出素子５１として、ホール素子、ＭＲ素子等の通過磁束量に応じて特性を変化させる磁気検出素子を使用する事もできる。この様な磁気検出素子を使用する場合には、被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で、上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分の磁気特性を、円周方向に関して交互に（一般的には等間隔に）変化させる。
【００５２】
この様に円周方向に関して磁気特性を交互に変化させる為には、円周方向に亙り多数の除肉部と充実部とを交互に形成したり、或はＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を添着したりする。前者の場合には、上記被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分に多数の透孔５０を、円周方向に関して等間隔に形成する。この場合には、前記回転速度検出センサ５ｂに、上記被検出リング２９ｃの径方向に着磁した永久磁石を組み込む。或は、この様な透孔５０を形成する事に代えて、上記円筒部４９の軸方向内端寄り部分の内周面に、Ｓ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置した（着磁した）永久磁石を添着する。この場合には、上記回転速度検出センサ５ｂ側の永久磁石は不要である。
【００５３】
上述の様な、磁気特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔で変化させた被検出リング２９ｃが回転すると、上記磁気検出素子である回転速度検出素子５１の近傍部分を、上記透孔５０とこれら各透孔５０同士の間に存在する柱部とが、或はＳ極とＮ極とが、交互に通過する。この結果、上記回転速度検出素子５１内を流れる磁束量（或は磁束の方向）が変化し、この回転速度検出素子５１を組み込んだ上記回転速度検出センサ５ｂの出力が変化する。この出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号を上記ハーネスを通じて制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求める事ができる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例及び第９〜１０例の場合と同様である。
【００５４】
次に、図２７は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１２例を示している。本例の場合は、被検出リング２９ｄを、断面Ｌ字形で全体を円環状としたものとしている。即ち、この被検出リング２９ｄは、円筒部５２と、この円筒部５２の軸方向内端部から径方向内方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部５３とを備える。そして、上記円筒部５２の外周面をラジアル被検出面とし、上記折れ曲がり部５３の片側面（図２７の右側面）をスラスト被検出面としている。又、上記折れ曲がり部５３の内径寄り部分に、それぞれがこの折れ曲がり部５３の径方向に長いスリット状の透孔５０を多数、円周方向に関して等間隔で形成し、当該部分に回転速度検出素子５１を近接対向させている。又、本例の場合は、ハブ２の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部５４により内輪８の内端面を抑え付けて、この内輪８を上記ハブ２に固定している。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１１例の場合と同様である。
【００５５】
次に、図２８は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１３例を示している。本例の場合は、前述の図６に示した実施の形態の第３例と同様に、駆動輪を構成する車輪支持用転がり軸受ユニットに、本発明を適用した場合を示している。但し、本例の場合は、ハブ２の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部５４により内輪８の内端面を抑え付けて、この内輪８を上記ハブ２に固定している。又、本例の場合は、前述した実施の形態の各例の様な被検出リング２９〜２９ｄ或は被検出板３５や被検出体３８を省略する代りに、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂを、上記内輪８の内端部に直接近接対向させている。
【００５６】
即ち、上記ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記内輪８の軸方向内端部に設けた段部５５の外周面に近接対向させると共に、上記スラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記内輪８の内端面に近接対向させている。又、ハブ２の中間部に回転速度検出の為のセンサロータ３ａを外嵌固定すると共に、外輪１の軸方向中間部で円周方向１個所位置に形成した取付孔２３ｃに回転速度センサ５ａを挿入し、この回転速度検出センサ５ａの検出面を、上記センサロータ３ａの外周面に近接対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第６例及び第９例の場合と同様である。
【００５７】
次に、図２９は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１４例を示している。本例の場合は、外輪１の軸方向中間部に回転速度センサ５ａ（図２８参照）を設けずに、変位センサユニット２６ｆ内に、回転速度検出素子５１を組み込んだ回転速度検出センサ５ｃを設けている。又、これと共に、上記外輪１の内端部内周面と内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に、エンコーダ５８を固定している。
【００５８】
このエンコーダ５８は、円周方向に関して磁気特性を交互に（一般的には等間隔に）変化させたもので、本例の場合には、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した（着磁した）、フェライト粉末や希土類磁石粉末等を混入したゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石としている。尚、この永久磁石の着磁パターンは、Ｓ極とＮ極とを交互に且つ等間隔に配置する事が一般的ではあるが、必ずしもそうする必要はない。例えば、特開２０００−３４６６７３号公報に記載されている様に、Ｓ極とＮ極と無着磁領域とを交互に繰り返す様な着磁パターンを採用すれば、回転速度だけでなく回転方向の検出も可能になる。要は、必要とする機能に合わせて所望の着磁パターンを採用する。
【００５９】
上述の様に構成する本例の場合は、車輪の回転に伴って上記内輪８の肩部に外嵌固定した上記スリンガ５７と共に上記エンコーダ５８が回転すると、上記回転速度検出素子５１の近傍部分を、このエンコーダ５８を構成する永久磁石のＮ極とＳ極とが交互に通過する。この結果、上記回転速度検出素子５１内を流れる磁束の方向が変化し、この回転速度検出素子５１の出力が変化する。この出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号をハーネスを通じて制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求められる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１１例及び第１４例の場合と同様である。
【００６０】
次に、図３０は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１５例を示している。本例の場合は、前述した実施の形態の第１３例や上述した実施の形態の第１４とは異なり、ハブ２の内端部にかしめ部５４（図２８、２９参照）を設けてはいない。即ち、本例の場合は、ハブ２の内端部に設けた小径段部３３に外嵌した内輪８の内端面を、このハブ２の内端面よりも内方に突出させている。そして、車両への組み付け状態で上記内輪８の内端面に、図示しない等速ジョイントの外端面を突き当て、この内輪８が上記小径段部３３から抜け落ちる事を防止する用に構成している。
【００６１】
又、本例の場合は、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうち、ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記内輪８の軸方向内端部に設けた段部５５の外周面に近接対向させると共に、上記スラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記段部５５を構成する段差面５９に近接対向させている。又、これと共に、回転速度検出センサ５ｃを構成する回転速度検出素子５１を、外輪１の内端部内周面と上記内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に設けたエンコーダ５８に対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１４例の場合と同様である。
【００６２】
次に、図３１は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１６例を示している。本例の場合は、内輪８の内端部外周面に、断面クランク形の被検出リング２９ｅを支持している。この被検出リング２９ｅは、円輪部６０と、この円輪部６０の外周縁から軸方向外側に直角に折れ曲がった外側円筒部６１と、同じく円輪部６０の内周縁から軸方向内側に直角に折れ曲がった内側円筒部６２とを備える。そして、このうちの外側円輪部６１を上記内輪８の内端部に外嵌固定すると共に、上記円輪部６０の内側面をスラスト被検出面とし、上記内側円筒部６２の外周面をラジアル被検出面としている。
【００６３】
即ち、この内側円筒部６２の外周面にラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記円輪部の内側面にスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、それぞれ近接対向させている。又、これと共に、回転速度検出センサ５ｃを構成する回転速度検出素子５１を、外輪１の内端部内周面と上記内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に設けたエンコーダ５８に対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１２例及び第１５例の場合と同様である。
【００６４】
次に、図３２は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１７例を示している。前述した実施の形態の各例は何れも、各転動体１０、１０よりも径方向に関して外側に存在する外輪１（例えば図３１参照）を、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪とすると共に、同じく径方向に関して内側に存在するハブ２（例えば図３１参照）を、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪としている。これに対して本例の場合には、使用状態で図示しない支持軸に外嵌固定する、静止側軌道輪である１対の内輪８、８の径方向外側に、使用状態で車輪を支持固定するハブ２ａを、複数個の転動体１０、１０を介して回転自在に支持している。
【００６５】
又、上記１対の内輪８、８のうちの軸方向内側に位置する内輪８の内端部外周面に、合成樹脂中に変位測定素子２７ａ、２７ｂを包理して成る変位センサユニット２６ｆを支持している。そして、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの、ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記ハブ２ａの内端部外周面に近接対向させると共に、同じくスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記ハブ２ａの内端面に近接対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１３、１６例の場合と同様である。
【００６６】
次に、図３３は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１８例を示している。本例の場合は、１対の内輪８、８を外嵌固定する支持軸６３の中間部で、これら内輪８、８から軸方向に外れた部分に、変位センサユニット２６ｇを支持している。その他の部分の構成及び作用は、上述した第１７例の場合と同様である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用する為、走行時に車輪に加わる荷重の方向及び大きさを測定できて、車両の走行安定性を損なう要因を予め検出し、これに対応する事を可能にでき、車両の安全運行に寄与できる。又、構成部品が少なく、しかも重量の嵩む構成部品を使用する必要がない為、ばね下荷重を抑えて、乗り心地を中心とする走行性能を悪化させる事なく、上記測定を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】変位センサユニットの設置状態を、一部を省略して示す、図１の略Ａ−Ａ断面図。
【図３】ラジアル、スラスト両検出部と上記ラジアル、スラスト両被検出面との対向状態を示す、図１のＢ部に相当する図。
【図４】モーメント荷重に基づいてハブの回転中心が傾斜した状態を誇張して示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１のＣ部に相当する断面図。
【図６】同第３例を示す断面図。
【図７】同第４例を示す断面図。
【図８】同第５例を示す、図７のＤ部に相当する図。
【図９】同第６例を示す断面図。
【図１０】ハブ、内輪、被検出体、転動体のみを取り出して示す、図９のＥ部拡大図。
【図１１】ハブ、被検出体、変位センサユニットのみを取り出して示す、図９のＥ部拡大図。
【図１２】本発明の実施の形態の第６例の変形例を示す断面図。
【図１３】同第７例を示す、図２と同様の断面図。
【図１４】同第８例を示す、図２と同様の断面図。
【図１５】同第９例を示す断面図。
【図１６】図１５のＦ部拡大図。
【図１７】被検出リングと変位センサユニットの変位測定素子とを取り出して図１５の右方から見た図。
【図１８】磁気誘導式の変位測定素子の原理を示す斜視図。
【図１９】渦電流式の変位測定素子の原理を示す斜視図。
【図２０】渦電流式の変位測定素子を構成するコイルのインピーダンスを変換する回路（ブリッジ法）を示す図。
【図２１】本発明の実施の形態の第９例の変形例を示す、図１６と同様の断面図。
【図２２】同第１０例を示す断面図。
【図２３】図２２のＧ部拡大図。
【図２４】変位測定素子の出力変化を示す線図。
【図２５】本発明の実施の形態の第１１例を示す部分断面図。
【図２６】変位センサユニットの設置状態を、一部を省略して示す、図１７と同様の図。
【図２７】本発明の実施の形態の第１２例を示す、図２５と同様の図。
【図２８】同１３例を示す半部断面図。
【図２９】同１４例を示す半部断面図。
【図３０】同１５例を示す部分断面図。
【図３１】同１６例を示す部分断面図。
【図３２】同１７例を示す半部断面図。
【図３３】同１８例を示す半部断面図。
【図３４】従来構造の第１例を示す断面図。
【図３５】同第２例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 外輪
２、２ａ ハブ
３、３ａ センサロータ
４ カバー
５、５ａ、５ｂ 回転速度検出センサ
６ 外輪軌道
７ ナット
８ 内輪
９ 内輪軌道
１０ 転動体
１１ 保持器
１２ フランジ
１３、１３ａ 取付部
１４ シールリング
１５ 被検出用円筒部
１６ 支持用円筒部
１７ 透孔
１８ 嵌合筒部
１９ 塞ぎ板部
２０ 通孔
２１ コネクタ
２２ スタッド
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 取付孔
２４ 変位センサ
２５ センサリング
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ 変位センサユニット
２７ａ、２７ｂ 変位測定素子
２８ ホルダ
２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ 被検出リング
３０ 円筒部
３１ 折れ曲がり部
３２ ハーネス
３３ 小径段部
３４ 段差面
３５ 被検出板
３６ 間部分
３７、３７ａ、３７ｂ 凹溝
３８ 被検出体
３９ 鉄芯
４０ 第一のコイル
４１ 第二のコイル
４２ フェライト芯
４３ コイル
４４ 基準コイル
４５ 抵抗
４６ 水晶発振器
４７ ブリッジ回路
４８、４８ａ 絶縁材
４９ 円筒部
５０ 透孔
５１ 回転速度検出素子
５２ 円筒部
５３ 折れ曲がり部
５４ かしめ部
５５ 段部
５６ 組み合わせシールリング
５７ スリンガ
５８ エンコーダ
５９ 段差面
６０ 円輪部
６１ 外側円筒部
６２ 内側円筒部
６３ 支持軸
【発明の属する技術分野】
この発明に係る荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる力の方向及び大きさを測定して、車両の安定運行に寄与せしめるものである。
【０００２】
【従来の技術】
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）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】
図３４は、この様な目的で使用される従来構造の１例として、特開２００１−２１５７７号公報に記載された回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットを示している。この回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持された状態で使用時にも回転しない、請求項に記載した静止側軌道輪に相当する外輪１の内径側に、車輪を固定した状態で使用時に回転する、請求項に記載した回転側軌道輪に相当するハブ２を支持している。そして、このハブ２の一部に固定したセンサロータ３の回転速度を、上記外輪１に固定したカバー４に支持した回転速度検出センサ５により検出自在としている。図示の例では、この回転速度検出センサ５として、上記センサロータ３と全周に亙って対向する、円環状のものを使用している。又、上記ハブ２を回転自在に支持する為に、上記外輪１の内周面に、それぞれが請求項に記載した静止側軌道に相当する複列の外輪軌道６、６を設けている。又、上記ハブ２の外周面、及びこのハブ２に外嵌しナット７によりこのハブ２に対し結合固定した状態で上記ハブ２と共に上記回転側軌道輪を構成する内輪８の外周面に、それぞれが請求項に記載した回転側軌道に相当する内輪軌道９、９を設けている。そして、これら各内輪軌道９、９と上記各外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつの転動体１０、１０を、それぞれ保持器１１、１１により保持した状態で転動自在に設け、上記外輪１の内側に上記ハブ２及び内輪８を、回転自在に支持している。
【０００４】
又、上記ハブ２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を言い、図３４の左端部）で上記外輪１の外端部から軸方向外方に突出した部分に、車輪を取り付ける為のフランジ１２を設けている。又、上記外輪１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を言い、図３４の右端部）に、この外輪１を懸架装置に取り付ける為の取付部１３を設けている。又、上記外輪１の外端開口部と上記ハブ２の中間部外周面との間の隙間は、シールリング１４により塞いでいる。尚、重量の嵩む車両用の転がり軸受ユニットの場合には、上記複数個の転動体１０、１０として、図示の様な玉に代えて、テーパころを使用する場合もある。
【０００５】
上述の様な転がり軸受ユニットに回転速度検出装置を組み込むべく、上記内輪８の内端部で上記内輪軌道９から外れた部分の外周面には、前記センサロータ３を外嵌固定している。このセンサロータ３は、軟鋼板等の磁性金属板に塑性加工を施す事により、全体を円環状に形成したもので、互いに同心の被検出用円筒部１５と支持用円筒部１６とを備え、このうちの支持用円筒部１６を上記内輪８の内端部に締まり嵌めで外嵌する事により、この内輪８の内端部に固定している。又、上記被検出用円筒部１５には、それぞれがこの被検出用円筒部１５の軸方向に長いスリット状の透孔１７、１７を多数、円周方向に関して等間隔で形成する事により、上記被検出用円筒部１５の磁気特性を、円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させている。
【０００６】
更に、上記外輪１の内端開口部には前記カバー４を、上記センサロータ３の被検出用円筒部１５を覆う状態で嵌合固定して、上記外輪１の内端開口部を塞いでいる。金属板を塑性加工して成る、上記カバー４は、上記外輪１の内端開口部に内嵌固定自在な嵌合筒部１８と、この内端開口部を塞ぐ塞ぎ板部１９とを有する。そして、この塞ぎ板部１９内に、前記回転速度検出センサ５を保持固定している。又、この塞ぎ板部１９の外周寄り部分には通孔２０を形成し、この通孔２０を通じて上記回転速度検出センサ５の出力を取り出す為のコネクタ２１を、上記カバー４外に取り出している。この様に回転速度検出センサ５をカバー４内に保持固定した状態で、この回転速度検出センサ５の外周面に設けた検知部は、上記センサロータ３を構成する被検出用円筒部１５の内周面に、微小隙間を介して対向する。
【０００７】
上述の様な回転速度検出装置付の車輪支持用転がり軸受ユニットの使用時には、上記外輪１の外周面に固設した取付部１３を懸架装置に対して、図示しないボルトにより結合固定すると共に、前記ハブ２の外周面に固設したフランジ１２に図示しない車輪を、このフランジ１２に設けたスタッド２２により固定する事で、上記懸架装置に対して上記車輪を回転自在に支持する。この状態で車輪が回転すると、上記回転速度検出センサ５の検知部の端面近傍を、上記被検出用円筒部１５に形成した透孔１７、１７と、円周方向に隣り合う透孔１７、１７同士の間に存在する柱部とが交互に通過する。この結果、上記回転速度検出センサ５内を流れる磁束の密度が変化し、この回転速度検出センサ５の出力が変化する。この様にして回転速度検出センサ５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、上記回転速度検出センサ５の出力を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００８】
即ち、上記回転速度検出センサ５の出力と、別途車体側に設けた加速度センサの出力とを比較して、これら両センサの出力に整合性がない場合に、タイヤの外周面と路面との当接部に滑りが発生していると判断して、上記ＡＢＳやＴＣＳを制御する。即ち、制動時に上記加速度センサが検出する車両の減速度に比べて回転速度検出センサ５の出力に基づいて求められる車輪の減速度が大きい場合には、上記滑りが発生していると判断して、ブレーキ装置のホイルシリンダ部分の油圧を制御し、車両が停止する以前に車輪の回転が止まる事を防止して、車両の走行姿勢の安定性確保を図る。又、加速時には、上記回転速度検出センサ５の出力に基づいて求められる車輪の加速度に比べて、上記加速度センサにより求められる車両の加速度が小さい場合（或は、従動輪の加速度に比べて駆動輪の加速度が大きい場合）には、上記滑りが発生していると判断して、上記車輪に制動を加えたり、或はエンジンの出力を絞る（低下させる）事により、タイヤの外周面と路面との滑りを防止して、車両の走行姿勢の安定化を図る。
【０００９】
上述した様な従来から広く知られている回転速度検出装置付の車輪支持用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、従来の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。
【００１０】
この様な事情に鑑みて、前記特開２００１−２１５７７号公報には、図３５に示す様な、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定自在とした構造が記載されている。この従来構造の第２例の場合には、外輪１の軸方向中間部で１対の外輪軌道６、６同士の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔２３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２３内に、円杆状（棒状）の変位センサ２４を装着している。この変位センサ２４の先端面（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２５の外周面に近接対向させている。そして、上記変位センサ２４は、上記検出面と上記センサリング２５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。
【００１１】
上述の様に構成する従来構造の第２例の場合には、上記変位センサ２４の検出信号に基づいて、この変位センサ２４を組み込んだ車輪支持用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１０、１０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２４の検出面と上記センサリング２５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２４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等から、当該変位センサ２４を組み込んだ車輪支持用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、各車輪支持用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。
【００１２】
図３５に示した従来構造の第２例の場合、車両の重量に基づいて鉛直方向に加わる荷重を測定できるが、例えば旋回走行時に遠心力等に基づいて加わるモーメント荷重を測定する事はできない。この為、車両のあらゆる走行状態に応じて、安定走行の為に適切な制御を行なう為の信号を得る面からは改良が望まれる。この様な場合に使用可能な構造として、特開平１０−７３５０１号公報に記載された構造が知られている。この公報に記載された構造によれば、上記モーメント荷重を含め、車両の走行時に車輪に加わる各方向の荷重を測定できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１０−７３５０１号公報に記載された従来構造は、荷重測定の為に付加する部材が多く、しかも大型の部材を含む為、コスト並びに重量が嵩む事が避けられない。荷重測定装置を組み付ける部分は、懸架装置を構成するばねよりも車輪側であり、この荷重測定装置の構成部材は所謂ばね下荷重になり、少しの重量も乗り心地を中心とする走行性能の悪化に結び付く為、改良が望まれている。
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪と、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものである。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪の回転中心と同心に設けられた円筒状のラジアル被検出面及びこの回転側軌道輪の回転中心に対し直角方向に設けられたスラスト被検出面と、上記静止側軌道輪に設けられた少なくとも１個の変位センサユニットとから成るものである。
そして、この変位センサユニットは、ラジアル検出部とスラスト検出部とを備え、このうちのラジアル検出部と上記ラジアル被検出面との距離、並びにスラスト検出部と上記スラスト被検出面との距離を測定自在なものとしている。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、回転側軌道輪のラジアル方向の変位だけでなくスラスト方向の変位も測定できる。そして、変位センサユニットが検出するこれら各方向の変位に基づいて、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める事ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、ハブ２に固定した車輪（図示省略）に加わる荷重の方向及び大きさを求めて、ＡＢＳやＴＣＳを適正に制御できる構造を得る点にある。この為に本例の場合には、上記ハブ２に加わる荷重だけでなく、このハブ２の回転速度を検出自在としている。但し、この回転速度を検出する部分の構造及び作用に就いては、前述の図３４〜３５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は省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１７】
本例の場合には、複列の外輪軌道６、６の間に位置する、外輪１の軸方向中間部分の、円周方向等間隔４個所位置に取付孔２３ａ、２３ａを、それぞれ上記外輪１の内外両周面同士を連通させる状態で形成している。本例の場合、上記４個の取付孔２３ａ、２３ａのうちの２個の取付孔２３ａ、２３ａを鉛直方向に、残り２個の取付孔２３ａ、２３ａを水平方向に、それぞれ形成している。そして、これら各取付孔２３ａ、２３ａ内に、それぞれ変位センサユニット２６、２６を挿入している。
【００１８】
これら各変位センサユニット２６、２６はそれぞれ、上記ハブ２のラジアル方向の変位及びスラスト方向の変位を測定自在とするもので、それぞれが非接触式である、２個の変位測定素子２７ａ、２７ｂを有する。即ち、静電容量型の近接センサの如き、非接触式で微小変位量を測定自在な上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂを、上記各変位センサユニット２６、２６を構成する合成樹脂製のホルダ２８の先端面部分と先端部側面部分とに包埋支持している。上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうち、上記ホルダ２８の先端面部分に包埋支持された変位測定素子２７ａがラジアル検出部を構成し、先端部側面部分に包埋支持した変位測定素子２７ｂがスラスト検出部を構成する。
【００１９】
一方、複列の内輪軌道９、９の間に位置する、上記ハブ２の中間部に、被検出リング２９を外嵌固定している。この被検出リング２９は、金属板にプレス加工等の塑性加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状としたもので、円筒部３０と、この円筒部３０の軸方向一端部（図１、３の右端部）から径方向外方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部３１とを備える。本例の場合、上記円筒部３０の外周面をラジアル被検出面とし、上記折れ曲がり部３１の片側面（図１、３の左側面）をスラスト被検出面としている。
【００２０】
この様な被検出リング２９に対して上記各変位センサユニット２６、２６の変位側測定素子２７ａ、２７ｂの検出部を、それぞれ近接対向させている。即ち、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａを、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面に近接対向させている。そして、上記変位測定素子２７ａにより、前記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル方向（径方向）の変位を測定自在としている。又、上記スラスト検出部を構成する変位測定素子２７ｂを、上記スラスト被検出面である折れ曲がり部３１の片側面に近接対向させている。そして、上記変位測定素子２７ｂにより、上記外輪１に対する上記ハブ２の軸方向（スラスト方向）の変位を測定自在としている。
【００２１】
本例の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、前述の様に上記４個の変位センサユニット２６、２６により、円周方向４個所位置に於いて、上記外輪１に対する上記ハブ２の、径方向及び軸方向の変位を測定する様に構成している。上記各変位センサユニット２６、２６が測定した、これら各変位センサユニット２６、２６毎に２種類ずつ合計８種類の検出信号は、それぞれハーネス３２、３２により、図示しない制御器に入力している。そして、この制御器が、上記各変位センサユニット２６、２６から送り込まれる検出信号に基づき、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる、各方向の荷重を求める。
【００２２】
例えば、上記各車輪支持用転がり軸受ユニットに、車重等に基づく鉛直方向の荷重が加わった場合には、鉛直方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６のうち、上側の変位センサユニット２６で、上記ラジアル検出部を構成する変位測定出素子２７ａと、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面との距離が狭まり、下側の変位センサユニット２６でこの距離が広がる。この際の距離の変化量は、上記荷重が大きくなる程大きくなる。水平方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６に関しては、この距離は変化しない。
【００２３】
これに対して、何らかの原因で水平方向（前後方向）の荷重が加わった場合には、水平方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６のうち、荷重の作用方向前側の変位センサユニット２６で、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａと、上記ラジアル被検出面である上記円筒部３０の外周面との距離が広がり、作用方向後側の変位センサユニット２６でこの距離が狭まる。この際の距離の変化量も、上記荷重が大きくなる程大きくなる。鉛直方向に存在する２個の変位センサユニット２６、２６に関しては、この距離は変化しない。斜め方向の荷重によっては、総てのセンサユニット２６、２６に関して、上記距離が変化する。従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサユニット２６、２６のラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａ、２７ａの検出信号を比較すれば、ラジアル荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。尚、上記各部の距離の変化量とラジアル荷重の大きさとは、予め実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００２４】
次に、旋回走行等により前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸と前記外輪１の中心軸とが不一致になった場合に就いて説明する。この場合には、上記各変位センサユニット２６、２６のスラスト検出部を構成する、前記変位測定素子２７ｂ、２７ｂの検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向及びその大きさを求める。例えば、旋回時に（旋回円の径方向に関して）外側の車輪を支持したハブ２には、遠心力により大きなモーメント荷重Ｍが、図４の時計方向に加わる。この結果、同図に誇張して示す様に、上記ハブ２の中心軸αが、上記外輪１の中心軸βに対し傾斜する。
【００２５】
この状態では、鉛直方向に配置された１対の変位センサユニット２６、２６のうち、一方の変位センサユニット２６に関するスラスト検出部とスラスト被検出面との距離が縮まり、他方の変位センサユニット２６に関するスラスト検出部とスラスト被検出面との距離が広がる。例えば図示の例の場合には、上側の変位センサユニット２６のスラスト検出部を構成する変位測定素子２７ｂと、スラスト被検出面である前記折れ曲がり部３１の片側面との距離が広がる。これに対して、下側の変位センサユニット２６の変位測定素子２７ｂと上記折れ曲がり部３１の片側面との距離が縮まる。この場合に、各変位測定素子２７ｂ、２７ｂと折れ曲がり部３１の片側面との距離が変化する量は、上記モーメント荷重Ｍが大きくなる程大きくなる。従って、円周方向に関して等間隔に配置された４個の変位センサユニット２６、２６のスラスト検出部を構成する上記各変位測定素子２７ｂ、２７ｂの検出信号を比較すれば、モーメント荷重の作用する方向とその大きさとを知る事ができる。
【００２６】
又、モーメント荷重が水平方向に加わった場合には、水平方向に配置した２個の変位センサユニット２６、２６の検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向と大きさとを求める。更に、モーメント荷重が斜め方向に加わった場合には、総て（４個）の変位センサユニット２６、２６の検出信号に基づいて、上記モーメント荷重の方向と大きさとを求める。尚、上記各部の距離の変化量とモーメント荷重の大きさとの関係、更には各変位センサユニット２６、２６の検出信号の差とモーメント荷重の作用方向との関係に関しても、予め実験、或はコンピュータ解析により求めておく。
【００２７】
更に、何らかの原因で前記ハブ２にスラスト荷重が加わった場合には、総ての変位センサユニット２６、２６に関して、スラスト検出部を構成する上記各変位測定素子２７ｂ、２７ｂと上記折れ曲がり部３１の片側面との距離が変化する。そして、この変化の方向（広がるか縮まるか）により上記スラスト荷重の方向が分かり、変化量でその大きさが分かる。
【００２８】
尚、実際の走行時には、上記ハブ２に対して純ラジアル荷重、純モーメント荷重、或は純スラスト荷重が加わる事は稀であり、これら各荷重が混ざり合った状態で、上記ハブ２に加わる。従って前記制御器は、上記各変位センサユニット２６、２６の変位測定素子２７ａ、２７ｂから送り込まれる、合計８種類の検出信号に基づいて、上記ハブ２に加わる荷重の種類、方向、大きさを求める。この様に、８種類の検出信号から荷重の種類、方向、大きさを求めるプログラムは、予め多数の実験、或はコンピュータシミュレーションにより決定して、上記制御器を構成するマイクロコンピュータ中にインストールしておく。
【００２９】
又、ラジアル方向の変位検出精度を向上させる為には、上記ラジアル検出部を構成する変位測定素子２７ａの測定部の中心を次の様に規制する事が好ましい。即ち、前記ハブ２にモーメント荷重が加わった場合に、このハブ２の揺動変位の中心となる点Ｏでこのハブ２の中心軸に直交する仮想平面ｘ上、又はこの仮想平面ｘを基準として軸方向に関するずれが１〜２ｍｍ以内の部分に位置させる。この理由は、上記ラジアル検出部の検出値に、上記モーメント荷重に基づく変位が影響しにくくして、各方向の荷重を求め易くする為である。但し、上記変位測定素子２７ａの測定部の中心が上記仮想平面αから２ｍｍ以上ずれても、制御器にインストールするソフトウェアにより変位量を計算する事は可能であるから、上記変位測定素子２７ａの測定部の中心位置は適宜決定できる。又、スラスト方向の検出精度を向上させる為には、スラスト被検出部を構成する上記折れ曲がり部３１の片側面を、上記仮想平面ｘ上、又はこの仮想平面ｘを基準として軸方向に関するずれが１〜２ｍｍ以内の部分に位置させる事が好ましい。この様に、ラジアル検出部或はスラスト被検出部の位置を規制する事で検出精度を向上させられる事は、本例に限らず、後述する実施の形態の第２〜８例にも共通する。
【００３０】
次に、図５は、請求項１〜２、４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向内端部に設けた小径段部３３の外端部に存在する段差面３４と、この小径段部３３に外嵌固定した内輪８の外端面との間に、円輪状の被検出板３５の内径寄り部分を挟持している。この被検出板３５は、上記ハブ２の軸方向中間部で複列の内輪軌道９の間部分３６の外径よりも大きな外径を有する平板状である。従って、上記被検出板３５の外径側半部は、上記ハブ２の中間部外周面よりも径方向外方に突出している。尚、本例の場合には、この外径側半部と保持器１１との干渉を防止すべく、上記段差面３４の軸方向位置を、前述の第１例の場合よりも軸方向外側にずらせている。
【００３１】
本例の場合には、上記間部分３６の外周面をラジアル被検出面とし、上記被検出板３５の外側面をスラスト被検出面としている。この様に構成する事により、ラジアル被検出面のラジアル方向の振れの低減、並びにスラスト被検出面の振れの低減を容易にしている。即ち、上記第１例の場合には、ハブ２の中間部に外嵌した被検出リング２９の円筒部３０の外周面をラジアル被検出面としている為、嵌合部が存在する分、寸法誤差等に起因して、上記ハブ２の回転に伴うこのラジアル被検出面の振れが大きくなり易い。これに対して本例の場合には、上記間部分３６の外周面そのものをラジアル被検出面としている為、上記ラジアル方向の振れの低減を図れる。又、上記第１例の場合、上記円筒部３０をハブ２に締り嵌めで外嵌するのに伴う被検出リング２９の弾性変形が折れ曲がり部３１にまで及び、この折れ曲がり部３１の片側面が上記ハブ２の回転中心に対し直角でなくなる可能性がある。これに対して本例の場合には、上記被検出板３５を上記ハブ２に固定するのに伴って、スラスト被検出面であるこの被検出板３５の外径側半部片側面が変形する事はない為、上記スラスト振れの低減を図れる。
【００３２】
次に、図６は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、各変位センサユニット２６ａ、２６ａを挿入する為に外輪１ａに形成した取付孔２３ｂ、２３ｂを、この外輪１ａの外周面に近付く程軸方向内方に向かう方向に傾斜させている。上記各取付孔２３ｂ、２３ｂをこの様に傾斜させる理由は、上記外輪１ａの外周面軸方向中央部に形成した取付部１３ａを避ける為である。本例の場合、この様な理由で上記各取付孔２３ｂ、２３ｂを傾斜させた事に伴い、ハブ２の中間部に外嵌した被検出リング２９の折れ曲がり部３１を軸方向外側に位置させている。又、上記各変位センサユニット２６ａ、２６ａの先端部で各変位測定素子を設置すべき部分を、これら各変位センサユニット２６ａ、２６ａの中心軸に対し傾斜させている。そして、中立状態に於いて、上記各変位測定素子と、上記被検出リング２９の円筒部３０の外周面及び上記折れ曲がり部３１の片側面とを、凡そ平行にしている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３３】
次に、図７は、請求項１〜２、５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向中間部で軸方向外側の内輪軌道９と小径段部３３との間に位置する部分に凹溝３７を、全周に亙って形成している。そして、この凹溝３７の底面をラジアル被検出面とし、この凹溝３７の側面をスラスト被検出面としている。この為に本例の場合には、変位センサユニット２６ｂの先端部を、上記凹溝３７内に進入させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００３４】
次に、図８は、請求項１〜２、７に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向中間部に形成した凹溝３７の幅方向の外半部に円環状の被検出体３８を、全周に亙って装着している。そして、この被検出体３８の外周面をラジアル被検出面とし、同じく内側面をスラスト被検出面としている。この被検出体３８は、非接触型変位センサによる変位測定を効果的に行なえる材質により半円弧状に形成した１対の素子を組み合わせて成る。そして、これら両素子を上記凹溝３７内に接着等により固定した状態で、円環状の被検出体３８とする。本例に使用する変位センサユニット２６ｃは、先端部を段付形状とし、上記被検出体３８の外周面と片側面とに、検出部を対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。尚、本例の様な円環状の被検出体３８は、必ずしも凹溝３７内に装着する必要はない。ハブ２の軸方向中間部で軸方向外側の内輪軌道９と小径段部３３（図７参照）との間に位置する部分に直接円環状の被検出体３８を外嵌する事もできる。但し、この場合には、この被検出体３８を一体構造とし、外側の転動体１０、１０の組み付け後、内側の転動体の組み付け前に、上記被検出体を上記ハブ２の中間部に外嵌固定する。
【００３５】
次に、図９〜１１は、請求項１〜２、６、７に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、ハブ２の軸方向内端部に形成した小径段部３３に外嵌固定した内輪８の軸方向外端面により、凹溝３７ａの軸方向内側の側面を構成している。そして、この凹溝３７ａ内の幅方向の外半部に円環状の被検出体３８を、全周に亙って装着している。この被検出体３８の外径は上記ハブ２の中間部外周面の外径以下として、この被検出体３８の存在が、予め外輪１の内径側に配置した転動体１０、１０の内径側に、更にハブ２を組み付ける事に対する妨げとはならない様にしている。その他の構成及び作用は、上述した第５例の場合と同様である。尚、本例を実施する場合に、ハブ２の軸方向内端部に形成した小径段部３３の軸方向寸法、並びにこの小径段部３３に外嵌固定した内輪８の軸方向寸法を図１２に示す様に大きくして、この内輪８の外端面の位置を軸方向外方にずらせ、凹溝３７ｂの幅寸法を小さくする事もできる。
【００３６】
尚、以上の説明は、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる各方向の荷重の作用方向と大きさとを求める為、円周方向等間隔４個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設置した場合に就いて示した。上記荷重の作用方向と大きさとを高精度で求める為には、上述の様に４個の変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設ける事が最も好ましい。但し、上記荷重の作用方向と大きさとを特に高精度で求める必要性がない場合には、変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）の数を少なくしてコスト低減を図る事もできる。例えば、図１３に示す実施の形態の第７例の様に、上端（或は下端）位置と水平方向片側位置との様に、円周方向に関する位相が９０度ずれた２個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設けた場合でも、上記荷重の作用方向と大きさとを求める事は可能である。更に、図１４に示す実施の形態の第８例の様に、鉛直方向（或は水平方向）から４５度ずれた１個所位置に変位センサユニット２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）を設けた場合でも、上記荷重の作用方向と大きさとを求める事は可能である。
【００３７】
尚、モーメント荷重が加わった場合に、ラジアル方向の変位とスラスト方向の変位とを独立して検出できない為、変位センサユニットのラジアル検出部の検出信号とスラスト検出部の検出信号との処理が多少面倒になるが、図１５〜１７に示す様な構造を採用すれば、転がり軸受ユニットへの変位センサユニットの取付作業を容易にできる。即ち、この図１５〜１７に示す、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第９例の構造の場合には、ハブ２の中間部に、回転速度検出の為のセンサロータ３ａを外嵌固定している。そして、外輪１の軸方向中間部で円周方向１個所位置に形成した取付孔２３ｃに、回転速度センサ５ａを挿入し、この回転速度検出センサ５ａの検出面を、上記センサロータ３ａの外周面に近接対向させている。
【００３８】
一方、上記ハブ２の内端部に外嵌固定した内輪８の内端部に、上記ラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する為の被検出リング２９ａの基端部（図１５〜１６の左端部）を外嵌固定している。この被検出リング２９ａの形状は前述の図１に示した実施の形態の第１例に組み込んだセンサロータ３と同様であるが、透孔１７は設けていない。又、上記外輪１の内端開口部を塞いだカバー４に、変位センサユニット２６ｄを保持固定している。そして、この変位センサユニット２６ｄの円周方向４個所位置にそれぞれ支持した変位測定素子２７ａ、２７ｂの検出面を、上記被検出リング２９ａの内周面或は内側面に、ラジアル方向或はスラスト方向に近接対向させている。
【００３９】
上述の様な本例の構造の場合には、上記外輪１に設ける取付孔２３ｃが１個で済む為、この取付孔２３ｃの形成作業が容易になってコスト低減を図れる他、上記外輪１の肉厚を特に大きくしなくても、この外輪１の強度確保を図れる。又、各方向の荷重によって上記外輪１と上記ハブ２とが変位した場合には、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと上記被検出リング２９ａの内周面或は内側面との距離が変化するので、この変化の大きさと変化の方向とにより、上記荷重の方向と大きさとを求める事ができる。
【００４０】
尚、上述した実施の形態の各例で、ラジアル方向或はスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａ、２７ｂは、従来から知られている各種構造のものを使用できる。例えば、図１８に示す様な磁気誘導式のもの、或は、図１９に示す様な渦電流式のものが、好ましく利用できる。このうち、図１８に示した磁気誘導式のものを使用する場合には、被検出リング２９、２９ａの材質は、鋼等の磁性材とする。そして、鉄芯３９に巻回した第一のコイル４０に励磁電流を流す事により、この鉄芯３９に巻回した第二のコイル４１に、この鉄芯３９と上記被検出リング２９、２９ａとの距離に応じた測定値信号を流す。又、図１９に示した渦電流式のものを使用する場合には、被検出リング２９、２９ａの材質として鋼等の磁性材でも良いが、好ましくは、アルミニウム、銅、黄銅、亜鉛等の、非磁性金属とする。そして、フェライト芯４２に巻回したコイル４３に励磁電流を流し、このフェライト芯４２と上記被検出リング２９、２９ａとの距離に応じて変化する上記コイル４３のインピーダンスを検出する。
【００４１】
尚、この様にコイル４３のインピーダンスを検出する為に、このインピーダンスの変化を電圧又は周波数変化に変換する。この様な電圧又は周波数変化に変換する方法として、発振法や同調法、ブリッジ法、正帰還法が知られている。例えばこのうちのブリッジ法は、図２０に示す様に、検出コイルである上記コイル４３と、基準コイル４４と、抵抗４５、４５と水晶発振器４６とによりブリッジ回路４７を構成し、このブリッジ回路４７の不平衡電圧を計測する事により、上記距離に応じて変化する上記インピーダンスの変化を検出する。又、この様な渦電流式のものを使用する場合、上述の様に被検出リング２９、２９ａの材質を、アルミニウム、銅、黄銅、亜鉛等の、非磁性金属とする他、鋼等の磁性材も使用可能である。要は、所望の性能やコスト等に応じて最適のものを選択する。
【００４２】
又、上述の様な渦電流式の場合、例えば４００００回／Ｓでサンプリングを行なえ、且つ、０．４μｍの分解能を有し、測定可能距離が０〜２ｍｍ程度のものが、一般に市販されている。本発明の場合、ラジアル方向或はスラスト方向の変位を図る為の変位測定素子２７ａ、２７ｂと被検出リング２９、２９ａとの距離を、０．５、〜１．５ｍｍ程度とする為、上記市販されているものをそのまま使用できる。
【００４３】
又、軸方向に隣り合う上記変位測定素子２７ａ、２７ｂにこの様な渦電流式のものを使用する場合、これら各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が互いの渦電流の影響を受ける事により、測定誤差が生じる可能性がある。この様な渦電流の影響を避ける為に、図２１に示す様に、被検出リング２９ａの一部で上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと近接対向する部分の間部分、即ち、この被検出リング２９ａのラジアル被検出面とスラスト被検出面との間部分に、全周に亙り絶縁材４８を設ける。そして、これら被検出面同士を絶縁する事により、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が互いの渦電流の影響を受ける事を防止する。
【００４４】
尚、この様な渦電流の影響を防止する為に、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂに流れる電流をスイッチングにより切り換えて測定しても良い。即ち、軸方向に隣り合う上記変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの何れか一方の変位測定素子２７ａ（２７ｂ）が測定を行なう際は、他方の変位測定素子２７ｂ（２７ａ）が測定を行なわない様に（渦電流が発生しない様に）、これら各変位測定素子２７ａ（２７ｂ）を流れる電流を交互に切り換えて使用しても良い。更には、円周方向４個所位置にそれぞれ設けられた上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士が、上下左右各方向に生じる渦電流による影響を受ける事を防止すべく、それぞれの位置の変位測定素子２７ａ、２７ｂ毎にスイッチングを行ない、これら各変位測定素子２７ａ、２７ｂを流れる電流を交互に切り換えて測定しても良い。
【００４５】
又、上記被検出リング２９ａに惹起される渦電流が、この被検出リング２９ａを固定した内輪８に、この被検出リング２９ａを通じて放出（電播）するのを防止する為に、この被検出リング２９ａを前記非磁性金属とすると共に、上記内輪８を磁性金属である鋼製としたり、或は、この内輪８に上記被検出リング２９ａを、絶縁材４８ａを介して固定したりしても良い。更には、上記内輪８や上記被検出リング２９ａの表面に、絶縁処理を施しても良い。
【００４６】
次に、図２２〜２３は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例の場合は、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの、ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａにより、このラジアル方向の変位と共に回転速度も検出自在としている。即ち、本例の場合は、被検出リング２９ｂを構成する円筒部４９の一部で上記ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａに近接対向する部分に、除肉部として機能する多数の透孔５０、５０を、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔５０、５０は、軸方向に長いスリット状である。又、円周方向に隣り合うこれら各透孔５０、５０同士の間部分は、充実部として機能する柱部としている。
【００４７】
この様な透孔５０、５０を有する上記被検出リング２９ｂが回転すると、上記変位測定素子２７ａの（波形成形処理後の）出力は、図２４の実線αに示す様に変化する。即ち、上記円筒部４９の各透孔５０、５０と上記変位測定素子２７ａとが対向する際に、この変位測定素子２７ａの出力が低下し、同じく上記各透孔５０、５０同士の間部分である各柱部と対向する際に、上記変位測定素子２７ａの出力が増大する。この様な変位測定素子２７ａの出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号を上記ハーネスを通じて図示しない制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求める事ができる。又、上記ラジアル方向の変位を検出する変位測定素子２７ａと上記被検出リング２９ｂの内周面との距離は、上記円筒部４９のうちの上記各透孔５０、５０同士の間部分である各柱部と上記変位測定素子２７ａとが対向した際の、この変位測定素子２７ａの出力の大きさから求める事ができる。
【００４８】
上述の様に構成する本例の場合には、外輪１に回転速度検出センサ５ａ（図１５参照）を取り付ける為の取付孔２３ｃを設ける必要がない。この為、この外輪１の加工作業が容易になってコスト低減を図れる他、この外輪１の肉厚を特に大きくしなくても、この外輪１の強度確保を図れる。しかも、上記外輪１に設けた回転速度検出センサ５ａと制御器との間のハーネスも省略できる為、ハーネスの取り回しも容易になって、荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットを懸架装置に組み付ける作業の容易化を図れる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第９例の場合と同様である。
【００４９】
次に、図２５〜２６は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１１例を示している。本例の場合は、外輪１に対するハブ２のラジアル方向及びスラスト方向の変位を測定する変位センサユニット２６ｅ内に、上記ハブ２の回転速度を測定する回転速度検出センサ５ｂを設けている。即ち、上記外輪１の内端開口部を塞いだカバー４に固定した、合成樹脂中に変位測定素子２７ａ、２７ｂを包理して成る上記変位センサユニット２６ｅ内に、上記回転速度検出センサ５ｂを構成する回転速度検出素子５１も包理支持している。
【００５０】
この回転速度検出素子５１は、図２５に示す様に、上記変位センサユニット２６ｅ内で、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂから軸方向に外れた部分、若しくは、図２６に示す様に、円周方向に隣り合う変位測定素子２７ａ、２７ｂ同士の間部分に位置させる。この様な回転速度検出素子５１としては、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂと同様に、各種構造のものを使用できるが、本例の場合は、上記変位測定素子２７ａ、２７ｂと同様の渦電流式のものとしている。一方、被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で、上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分に多数の透孔５０を、円周方向に関して等間隔に形成している。そして、前述した実施の形態の第１０例の場合と同様に、上記回転速度検出素子５１の出力の変化から、回転速度を検出する。
【００５１】
尚、上記被検出リング２９ｃとして鋼板等の磁性金属板のものを使用する場合には、上記回転速度検出素子５１として、ホール素子、ＭＲ素子等の通過磁束量に応じて特性を変化させる磁気検出素子を使用する事もできる。この様な磁気検出素子を使用する場合には、被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で、上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分の磁気特性を、円周方向に関して交互に（一般的には等間隔に）変化させる。
【００５２】
この様に円周方向に関して磁気特性を交互に変化させる為には、円周方向に亙り多数の除肉部と充実部とを交互に形成したり、或はＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石を添着したりする。前者の場合には、上記被検出リング２９ｃを構成する円筒部４９の軸方向内端寄り部分で上記回転速度検出素子５１と近接対向する部分に多数の透孔５０を、円周方向に関して等間隔に形成する。この場合には、前記回転速度検出センサ５ｂに、上記被検出リング２９ｃの径方向に着磁した永久磁石を組み込む。或は、この様な透孔５０を形成する事に代えて、上記円筒部４９の軸方向内端寄り部分の内周面に、Ｓ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置した（着磁した）永久磁石を添着する。この場合には、上記回転速度検出センサ５ｂ側の永久磁石は不要である。
【００５３】
上述の様な、磁気特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔で変化させた被検出リング２９ｃが回転すると、上記磁気検出素子である回転速度検出素子５１の近傍部分を、上記透孔５０とこれら各透孔５０同士の間に存在する柱部とが、或はＳ極とＮ極とが、交互に通過する。この結果、上記回転速度検出素子５１内を流れる磁束量（或は磁束の方向）が変化し、この回転速度検出素子５１を組み込んだ上記回転速度検出センサ５ｂの出力が変化する。この出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号を上記ハーネスを通じて制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求める事ができる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例及び第９〜１０例の場合と同様である。
【００５４】
次に、図２７は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１２例を示している。本例の場合は、被検出リング２９ｄを、断面Ｌ字形で全体を円環状としたものとしている。即ち、この被検出リング２９ｄは、円筒部５２と、この円筒部５２の軸方向内端部から径方向内方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部５３とを備える。そして、上記円筒部５２の外周面をラジアル被検出面とし、上記折れ曲がり部５３の片側面（図２７の右側面）をスラスト被検出面としている。又、上記折れ曲がり部５３の内径寄り部分に、それぞれがこの折れ曲がり部５３の径方向に長いスリット状の透孔５０を多数、円周方向に関して等間隔で形成し、当該部分に回転速度検出素子５１を近接対向させている。又、本例の場合は、ハブ２の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部５４により内輪８の内端面を抑え付けて、この内輪８を上記ハブ２に固定している。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１１例の場合と同様である。
【００５５】
次に、図２８は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１３例を示している。本例の場合は、前述の図６に示した実施の形態の第３例と同様に、駆動輪を構成する車輪支持用転がり軸受ユニットに、本発明を適用した場合を示している。但し、本例の場合は、ハブ２の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部５４により内輪８の内端面を抑え付けて、この内輪８を上記ハブ２に固定している。又、本例の場合は、前述した実施の形態の各例の様な被検出リング２９〜２９ｄ或は被検出板３５や被検出体３８を省略する代りに、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂを、上記内輪８の内端部に直接近接対向させている。
【００５６】
即ち、上記ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記内輪８の軸方向内端部に設けた段部５５の外周面に近接対向させると共に、上記スラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記内輪８の内端面に近接対向させている。又、ハブ２の中間部に回転速度検出の為のセンサロータ３ａを外嵌固定すると共に、外輪１の軸方向中間部で円周方向１個所位置に形成した取付孔２３ｃに回転速度センサ５ａを挿入し、この回転速度検出センサ５ａの検出面を、上記センサロータ３ａの外周面に近接対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第６例及び第９例の場合と同様である。
【００５７】
次に、図２９は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１４例を示している。本例の場合は、外輪１の軸方向中間部に回転速度センサ５ａ（図２８参照）を設けずに、変位センサユニット２６ｆ内に、回転速度検出素子５１を組み込んだ回転速度検出センサ５ｃを設けている。又、これと共に、上記外輪１の内端部内周面と内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に、エンコーダ５８を固定している。
【００５８】
このエンコーダ５８は、円周方向に関して磁気特性を交互に（一般的には等間隔に）変化させたもので、本例の場合には、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した（着磁した）、フェライト粉末や希土類磁石粉末等を混入したゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石としている。尚、この永久磁石の着磁パターンは、Ｓ極とＮ極とを交互に且つ等間隔に配置する事が一般的ではあるが、必ずしもそうする必要はない。例えば、特開２０００−３４６６７３号公報に記載されている様に、Ｓ極とＮ極と無着磁領域とを交互に繰り返す様な着磁パターンを採用すれば、回転速度だけでなく回転方向の検出も可能になる。要は、必要とする機能に合わせて所望の着磁パターンを採用する。
【００５９】
上述の様に構成する本例の場合は、車輪の回転に伴って上記内輪８の肩部に外嵌固定した上記スリンガ５７と共に上記エンコーダ５８が回転すると、上記回転速度検出素子５１の近傍部分を、このエンコーダ５８を構成する永久磁石のＮ極とＳ極とが交互に通過する。この結果、上記回転速度検出素子５１内を流れる磁束の方向が変化し、この回転速度検出素子５１の出力が変化する。この出力が変化する周波数は、車輪の回転速度に比例する為、出力信号をハーネスを通じて制御器に入力すれば、上記車輪の回転速度を求められる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１１例及び第１４例の場合と同様である。
【００６０】
次に、図３０は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１５例を示している。本例の場合は、前述した実施の形態の第１３例や上述した実施の形態の第１４とは異なり、ハブ２の内端部にかしめ部５４（図２８、２９参照）を設けてはいない。即ち、本例の場合は、ハブ２の内端部に設けた小径段部３３に外嵌した内輪８の内端面を、このハブ２の内端面よりも内方に突出させている。そして、車両への組み付け状態で上記内輪８の内端面に、図示しない等速ジョイントの外端面を突き当て、この内輪８が上記小径段部３３から抜け落ちる事を防止する用に構成している。
【００６１】
又、本例の場合は、ラジアル方向並びにスラスト方向の変位を検出する為の各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうち、ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記内輪８の軸方向内端部に設けた段部５５の外周面に近接対向させると共に、上記スラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記段部５５を構成する段差面５９に近接対向させている。又、これと共に、回転速度検出センサ５ｃを構成する回転速度検出素子５１を、外輪１の内端部内周面と上記内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に設けたエンコーダ５８に対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１４例の場合と同様である。
【００６２】
次に、図３１は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１６例を示している。本例の場合は、内輪８の内端部外周面に、断面クランク形の被検出リング２９ｅを支持している。この被検出リング２９ｅは、円輪部６０と、この円輪部６０の外周縁から軸方向外側に直角に折れ曲がった外側円筒部６１と、同じく円輪部６０の内周縁から軸方向内側に直角に折れ曲がった内側円筒部６２とを備える。そして、このうちの外側円輪部６１を上記内輪８の内端部に外嵌固定すると共に、上記円輪部６０の内側面をスラスト被検出面とし、上記内側円筒部６２の外周面をラジアル被検出面としている。
【００６３】
即ち、この内側円筒部６２の外周面にラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記円輪部の内側面にスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、それぞれ近接対向させている。又、これと共に、回転速度検出センサ５ｃを構成する回転速度検出素子５１を、外輪１の内端部内周面と上記内輪８の内端寄り部（肩部）外周面との間に設けた組み合わせシールリング５６を構成するスリンガ５７の内側面に設けたエンコーダ５８に対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１２例及び第１５例の場合と同様である。
【００６４】
次に、図３２は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１７例を示している。前述した実施の形態の各例は何れも、各転動体１０、１０よりも径方向に関して外側に存在する外輪１（例えば図３１参照）を、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪とすると共に、同じく径方向に関して内側に存在するハブ２（例えば図３１参照）を、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪としている。これに対して本例の場合には、使用状態で図示しない支持軸に外嵌固定する、静止側軌道輪である１対の内輪８、８の径方向外側に、使用状態で車輪を支持固定するハブ２ａを、複数個の転動体１０、１０を介して回転自在に支持している。
【００６５】
又、上記１対の内輪８、８のうちの軸方向内側に位置する内輪８の内端部外周面に、合成樹脂中に変位測定素子２７ａ、２７ｂを包理して成る変位センサユニット２６ｆを支持している。そして、上記各変位測定素子２７ａ、２７ｂのうちの、ラジアル方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ａを、上記ハブ２ａの内端部外周面に近接対向させると共に、同じくスラスト方向の変位を検出する為の変位測定素子２７ｂを、上記ハブ２ａの内端面に近接対向させている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１３、１６例の場合と同様である。
【００６６】
次に、図３３は、請求項１にのみ対応する、本発明の実施の形態の第１８例を示している。本例の場合は、１対の内輪８、８を外嵌固定する支持軸６３の中間部で、これら内輪８、８から軸方向に外れた部分に、変位センサユニット２６ｇを支持している。その他の部分の構成及び作用は、上述した第１７例の場合と同様である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用する為、走行時に車輪に加わる荷重の方向及び大きさを測定できて、車両の走行安定性を損なう要因を予め検出し、これに対応する事を可能にでき、車両の安全運行に寄与できる。又、構成部品が少なく、しかも重量の嵩む構成部品を使用する必要がない為、ばね下荷重を抑えて、乗り心地を中心とする走行性能を悪化させる事なく、上記測定を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】変位センサユニットの設置状態を、一部を省略して示す、図１の略Ａ−Ａ断面図。
【図３】ラジアル、スラスト両検出部と上記ラジアル、スラスト両被検出面との対向状態を示す、図１のＢ部に相当する図。
【図４】モーメント荷重に基づいてハブの回転中心が傾斜した状態を誇張して示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１のＣ部に相当する断面図。
【図６】同第３例を示す断面図。
【図７】同第４例を示す断面図。
【図８】同第５例を示す、図７のＤ部に相当する図。
【図９】同第６例を示す断面図。
【図１０】ハブ、内輪、被検出体、転動体のみを取り出して示す、図９のＥ部拡大図。
【図１１】ハブ、被検出体、変位センサユニットのみを取り出して示す、図９のＥ部拡大図。
【図１２】本発明の実施の形態の第６例の変形例を示す断面図。
【図１３】同第７例を示す、図２と同様の断面図。
【図１４】同第８例を示す、図２と同様の断面図。
【図１５】同第９例を示す断面図。
【図１６】図１５のＦ部拡大図。
【図１７】被検出リングと変位センサユニットの変位測定素子とを取り出して図１５の右方から見た図。
【図１８】磁気誘導式の変位測定素子の原理を示す斜視図。
【図１９】渦電流式の変位測定素子の原理を示す斜視図。
【図２０】渦電流式の変位測定素子を構成するコイルのインピーダンスを変換する回路（ブリッジ法）を示す図。
【図２１】本発明の実施の形態の第９例の変形例を示す、図１６と同様の断面図。
【図２２】同第１０例を示す断面図。
【図２３】図２２のＧ部拡大図。
【図２４】変位測定素子の出力変化を示す線図。
【図２５】本発明の実施の形態の第１１例を示す部分断面図。
【図２６】変位センサユニットの設置状態を、一部を省略して示す、図１７と同様の図。
【図２７】本発明の実施の形態の第１２例を示す、図２５と同様の図。
【図２８】同１３例を示す半部断面図。
【図２９】同１４例を示す半部断面図。
【図３０】同１５例を示す部分断面図。
【図３１】同１６例を示す部分断面図。
【図３２】同１７例を示す半部断面図。
【図３３】同１８例を示す半部断面図。
【図３４】従来構造の第１例を示す断面図。
【図３５】同第２例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 外輪
２、２ａ ハブ
３、３ａ センサロータ
４ カバー
５、５ａ、５ｂ 回転速度検出センサ
６ 外輪軌道
７ ナット
８ 内輪
９ 内輪軌道
１０ 転動体
１１ 保持器
１２ フランジ
１３、１３ａ 取付部
１４ シールリング
１５ 被検出用円筒部
１６ 支持用円筒部
１７ 透孔
１８ 嵌合筒部
１９ 塞ぎ板部
２０ 通孔
２１ コネクタ
２２ スタッド
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 取付孔
２４ 変位センサ
２５ センサリング
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ 変位センサユニット
２７ａ、２７ｂ 変位測定素子
２８ ホルダ
２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ 被検出リング
３０ 円筒部
３１ 折れ曲がり部
３２ ハーネス
３３ 小径段部
３４ 段差面
３５ 被検出板
３６ 間部分
３７、３７ａ、３７ｂ 凹溝
３８ 被検出体
３９ 鉄芯
４０ 第一のコイル
４１ 第二のコイル
４２ フェライト芯
４３ コイル
４４ 基準コイル
４５ 抵抗
４６ 水晶発振器
４７ ブリッジ回路
４８、４８ａ 絶縁材
４９ 円筒部
５０ 透孔
５１ 回転速度検出素子
５２ 円筒部
５３ 折れ曲がり部
５４ かしめ部
５５ 段部
５６ 組み合わせシールリング
５７ スリンガ
５８ エンコーダ
５９ 段差面
６０ 円輪部
６１ 外側円筒部
６２ 内側円筒部
６３ 支持軸
Claims (7)
- 車輪支持用転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニットは、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪と、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪の回転中心と同心に設けられた円筒状のラジアル被検出面及びこの回転側軌道輪の回転中心に対し直角方向に設けられたスラスト被検出面と、上記静止側軌道輪に設けられた少なくとも１個の変位センサユニットとから成り、この変位センサユニットはラジアル検出部とスラスト検出部とを備え、このうちのラジアル検出部と上記ラジアル被検出面との距離、並びにスラスト検出部と上記スラスト被検出面との距離を測定自在なものである
荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。 - 静止側軌道輪が、内周面に複列の外輪軌道を設けた外輪であり、回転側軌道輪が、外周面に複列の内輪軌道を設けたハブであり、荷重測定装置が、これら複列の内輪軌道の間部分でこのハブの回転中心と同心に設けられた円筒状のラジアル被検出面及びこのハブの回転中心に対し直角方向に設けられたスラスト被検出面と、上記外輪の内周面で上記複列の外輪軌道の間部分から径方向内方に突出する状態で設けられた少なくとも１個の変位センサユニットとから成るものである、請求項１に記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
- ハブの軸方向中間部で複列の内輪軌道の間部分に、円筒部と、この円筒部の軸方向一端部から径方向外方に直角に折れ曲がった折れ曲がり部とを備えた、断面Ｌ字形で全体が円環状の被検出リングを外嵌し、上記円筒部の外周面をラジアル被検出面とし、上記折れ曲がり部の片側面をスラスト被検出面とした、請求項２に記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
- ハブの軸方向内端部に設けた小径段部に、外周面に内輪軌道を形成した内輪が外嵌固定されており、この小径段部の外端部に存在する段差面とこの内輪の外端面との間に、上記ハブの軸方向中間部で複列の内輪軌道の間部分の外径よりも大きな外径を有する円輪状の被検出板の内径寄り部分を挟持しており、上記ハブの軸方向中間部で複列の内輪軌道の間部分の外周面をラジアル被検出面とし、上記被検出板の片側面をスラスト被検出面とした、請求項２に記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
- ハブの軸方向中間部に凹溝が全周に亙って形成されており、この凹溝の底面をラジアル被検出面とし、この凹溝の側面をスラスト被検出面とした、請求項２に記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
- ハブの軸方向内端部に形成した小径段部に内輪が外嵌固定されており、凹溝の軸方向内側の側面がこの内輪の外端面により構成されている、請求項５に記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
- ハブの軸方向中間部に凹溝が全周に亙って形成されており、この凹溝の幅方向の一部に環状の被検出体を、全周に亙って装着しており、この被検出体の外周面をラジアル被検出面とし、同じく片側面をスラスト被検出面とした、請求項５〜６の何れかに記載した荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
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