JP2005147763A - 転がり軸受ユニットの荷重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転速度検出センサ１５ａからの信号に異常がある事を検知して、この信号を利用したＡＢＳやＴＣＳの機能を停止する、フェイルセーフを可能にする。
【解決手段】 各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂより求められる、各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度と、回転速度検出用センサ１５ａからの信号により求められるハブ２の回転速度とにより、このハブ２と外輪１との間に加わる荷重を求める。又、回転速度検出用センサ１５ａからの信号に基づいて、ＡＢＳやＴＣＳを制御する。更に、上記回転速度検出用センサ１５ａからの信号と、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂからの信号により算出した、上記ハブ２の回転速度を表す信号とを比較器３０により比較する。この比較器３０は、両回転速度に大きな差が存在した場合に、制御器３１に異状ありとの信号を送り、上記機能を停止する。
【選択図】 図１

Description

この発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、例えば、自動車、鉄道車両等の車両の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記車両の走行安定性確保を図る為に利用する。

例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図３に示す様に構成している。懸架装置に支持される外輪１の内径側に、車輪を結合固定するハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部で、図６を除く各図の左端部）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で、図６を除く各図の右端部）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複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。

上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（丸棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。

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ラジアル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。

尚、図３に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に加えて、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、測定隙間を介して対向させている。

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の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。

上述の様な従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図４は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、ハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル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。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。

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、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１ａ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。

この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル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。

前述の図３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。

又、上述の図４に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１６に対し外輪１ａ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。又、この外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求める為、この公転速度を正確に測定できないと言った問題もある。

この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号）。図５は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪１（外輪相当部材）の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ａにセンサユニット２１を挿通し、このセンサユニット２１の先端部に設けた検出部２２を、上記外輪１の内周面から突出させている。この検出部２２には、１対の公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ａとを設けている。

そして、このうちの各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出部を、複列に配置された各転動体９ａ、９ｂを回転自在に保持した各保持器２４ａ、２４ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂに近接対向させて、各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出部を、内輪相当部材であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１３ａに近接対向させて、このハブ２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する、上記先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ２の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を求められる。

即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ２３ａ、２３ｂ、１５ａから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂ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１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図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Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角α_a 、α_b が互いに同じであるとして行なう。

図６は、上述の図５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Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）に影響を及ぼす。そして、この接触角α_a 、α_b が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c 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ｎ_i とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎ_o とすると、上記公転速度ｎ_c は、次の（１）式で表される。
ｎ_c ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎ_i ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎ_o ／２）｝ --- （１）

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ｎ_c は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角α_a 、α_b は、上記ラジアル荷重Ｆｚ及び上記アキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これらラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ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Ｆｚに関しては、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。又、アキシアル荷重Ｆｙに関しては、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の公転速度が速くなり、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の公転速度が遅くなる。従って、この公転速度ｎ_c に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。

但し、上記公転速度ｎ_c の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆｚと上記アキシアル荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ によっても変化する。又、上記公転速度ｎ_c は、上記ハブ２の回転速度ｎ_i に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ハブ２の回転速度ｎ_i を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎ_c を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、ハブ２の回転速度ｎ_i は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。

この様な事情に鑑みて先発明の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂ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Ｆｙの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度ｎ_i との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚ又は上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎ_i の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。

尚、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚとアキシアル荷重Ｆｙとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。

上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、回転速度検出用エンコーダ１３ａ、回転速度検出用センサ１５ａ、公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂ、公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂ、並びにこれら各センサ１５ａ、２３ａ、２３ｂの検出信号に基づいて外輪１とハブ２との間に加わる荷重を算出する荷重演算器とを備える。この様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置の構成部品の何れか、或は配線等に欠陥を生じた場合には、所期の性能を発揮できない。例えば、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する、上記ハブ２の回転速度を表す信号は、上記外輪１とハブ２との間に加わる荷重を算出する他、ＡＢＳやＴＣＳの制御にも利用している。従って、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に異常が生じた場合には、上記ＡＢＳやＴＣＳの制御が適切に行なわれず、車両の走行状態が不安定になる可能性がある。

上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号、或はこの回転速度検出用センサ１５ａ並びに上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号を受け入れる上記荷重演算器に異常が存在する事を検知できれば、例えば上記ＡＢＳやＴＣＳの制御を停止して通常のブレーキ制御に戻す、フェイルセーフが可能となる。但し、従来から知られている検知方向では、配線が完全に断線した様な場合を除き、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に異常があるか否かを判断する事は難しい。

特開２００１−２１５７７号公報 特開平３−２０９０１６号公報 特公昭６２−３３６５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に異常があるか否かを、容易且つ確実に判断できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の転動体と、公転速度検出用センサと、回転速度検出用センサと、荷重演算器と、回転速度演算器と、比較器とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に外輪軌道を有する。
又、上記内輪相当部材は、外周面に内輪軌道を有し、上記外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置されている。
又、上記各転動体は、上記外輪軌道と上記内輪軌道との間に、接触角を付与した状態で設けられている。
又、上記公転速度検出用センサは、上記各転動体の公転速度を検出する為のものである。
又、上記回転速度検出用センサは、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの回転する部材である回転側軌道輪の回転速度を検出する為のものである。
又、上記荷重演算器は、上記回転速度検出用センサの検出信号と上記公転速度検出用センサの検出信号とに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出するものである。
又、上記回転速度演算器は、上記公転速度検出用センサの検出信号に基づいて上記回転側軌道輪の回転速度を算出するものである。
又、上記比較器は、上記回転速度演算器が算出する上記回転側軌道輪の回転速度を表す第一の信号と、上記回転速度検出用センサから送り出されるこの回転側軌道輪の回転速度を表す第二の信号とを比較する。
更に、上記比較器は、上記第一、第二の信号同士の間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に、上記回転速度検出用センサに異状ありとする信号を発する機能を有する。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、転動体の公転速度を検出する事により、転がり軸受ユニットに負荷される荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットに荷重が負荷されると、転動体（玉）の接触角が変化し、これら各転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。
更に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、回転速度検出用センサの検出信号に異常があるか否かを、容易且つ確実に判断できる。この為、回転速度検出用センサに異常が存在する事を検知して、ＡＢＳやＴＣＳの制御を停止して通常ブレーキ制御に戻す、フェイルセーフが可能となる。

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、外輪相当部材として内周面に複列の外輪軌道を有するものを、内輪相当部材として外周面に複列の内輪軌道を有するものを、それぞれ使用し、転動体をこれら各外輪軌道と各内輪軌道との間に複列に分けて配置する。そして、第一の信号は、これら複列に配置された転動体の公転速度の平均値に基づいて算出された信号とする。
この様に構成すれば、上記第一の信号を精度良く求められる。

この場合に於いて、請求項３に記載した様に、上記各転動体を各列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして設けた状態で、１対の保持器により転動自在に保持する。又、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させた１対の公転速度検出用エンコーダを上記各保持器の一部に設ける。更に、上記各列の転動体の公転速度をこれら各保持器の回転速度としてそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサを、それぞれの検出部を上記各公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させた状態で設ける。そして、荷重演算器は、上記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、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
この様に構成すれば、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を高精度で求める事ができ、しかも上記回転速度検出用センサの検出信号の異常を効果的に検知できる構造を実現できる。

この場合に於いて、更に好ましくは、請求項４に記載した様に、上記各転動体を玉とし、使用時に回転しない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、使用時に回転する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。
そして、例えば請求項５に記載した様に、荷重演算器は、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、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、この内輪相当部材と上記外輪相当部材との間に加わるラジアル荷重を算出する。
或は、請求項６に記載した様に、荷重演算器は、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、上記内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、上記外輪相当部材とこの内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
或は、請求項７に記載した様に、荷重演算器は、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、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、剛性の高い転がり軸受ユニットで、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を高精度で求められる。

図１は、本発明の実施例１を示している。本実施例の場合、車輪支持用転がり軸受ユニットの構造、並びに、この車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ２の回転速度を検出する為の構造、同じく各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出する為の構造は、前述の図５に示した先発明に係る構造と同じである。又、回転速度検出用センサ１５ａの検出信号と１対の公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号とに基づいて、外輪１とハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を算出する荷重演算器の構成に就いても、上記先発明の場合と同様である。即ち、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号を回転速度演算回路２６を介して、上記１対の公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号を公転速度演算回路２７を介して、荷重演算器２８に入力し、上記荷重を算出する様にしている。尚、実際には、上記公転速度演算回路２７は、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂ毎に設けている。就いては、上記先発明に係る構造と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。

本実施例の場合、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号を、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号との関係で上記荷重を求めるのに使用する他、そのままＡＢＳやＴＣＳの制御の為に使用している。又、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号を回転速度演算器２９に送り込み、これら各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号（の平均値）に基づいて、上記ハブ２の回転速度を算出する様に構成している。尚、上記回転速度演算器２９は、前述した（１）式を利用する事により、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号（の平均値）に基づいて、上記ハブ２の回転速度を算出する。この様にして、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号に基づいて求めた回転速度を表す第一の信号イは、比較器３０に入力している。又、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に基づいて求めた上記ハブ２の回転速度を表す第二の信号ロも、上記比較器３０に入力している。

この比較器３０は、上記第一、第二の信号イ、ロ同士の間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に、上記回転速度検出用センサ１５ａに異状ありとする信号ハを、制御器３１に向けて発する。この制御器３１は、この異常信号を受けた場合に、ＡＢＳやＴＣＳの機能を停止すると共に、運転席のダッシュボードに設けた警告灯を点灯させる等、運転者に修理を促す為の警報を発する。

尚、上記比較器３０の閾値は、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度に関して、上記車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づく接触角の変化では生じない程度に大きな値とする。即ち、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角α_a 、α_b は、設計公差内でのばらつきや、上記荷重に基づいて変化する。この様な原因でのこれら各接触角α_a 、α_b の変化量は、最大で５〜１０度に達する場合もあり、この変化に伴って上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度は、数％程度変化する。そこで、上記閾値は、１０乃至数１０％程度に規定する。即ち、上記比較器３０は、上記第一の信号イ、即ち、前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号に基づいて求めた回転速度に対して、上記第二の信号ロ、即ち、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に基づいて求めた回転速度が１０乃至数１０％ずれた場合に、上記異状ありとする信号ハを、上記制御器３１に向けて発する。

以上に述べた様に、本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記回転速度検出用センサ１５ａの検出信号に異常があるか否かを、容易且つ確実に判断できる。この為、この回転速度検出用センサ１５ａに異常が存在する事を検知して、前記ＡＢＳやＴＣＳの機能を停止して通常走行モードに戻す、フェイルセーフが可能となる。

図２は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、１対の公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂを組み込んだ公転速度検出用ユニット３２と、回転速度検出用センサ１５ｂとを、互いに別体に構成している。この為に本例の場合には、ハブ２を構成する内輪６の内端部に回転速度検出用エンコーダ１３ｂを嵌合固定すると共に、外輪１の内端部に嵌合固定したカバー１４ａに固定した上記回転速度検出用センサ１５ｂの検出部を、上記回転速度検出用エンコーダ１３ｂの被検出面に対向させている。

この様な本実施例の場合、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂと上記回転速度検出用センサ１５ｂとを別個に配置しているので、これら各センサ２３ａ、２３ｂ、１５ｂが同時に故障する可能性を、上述した実施例１の場合に比べて低くできる。この為、この実施例１に比べて、より確実なフェイルセーフを図れる。

本発明の実施例１を示す部分切断面図。 同実施例２を示す部分切断面図。 従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の断面図。 転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる理由を説明する為の模式図。

符号の説明

１、１ａ 外輪
２、２ａ ハブ
３、３ａ 回転側フランジ
４ ハブ本体
５ ナット
６ 内輪
７ 外輪軌道
８ 内輪軌道
９ａ、９ｂ 転動体
１０、１０ａ 取付孔
１１ 変位センサ
１２ センサリング
１３、１３ａ、１３ｂ 回転速度検出用エンコーダ
１４、１４ａ 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 センサユニット
２２ 検出部
２３ａ、２３ｂ 公転速度検出用センサ
２４ａ、２４ｂ 保持器
２５ａ、２５ｂ 公転速度検出用エンコーダ
２６ 回転速度演算回路
２７ 公転速度演算回路
２８ 荷重演算器
２９ 回転速度演算器
３０ 比較器
３１ 制御器
３２ 公転速度検出ユニット

Claims (9)

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与した状態で設けられた複数個の転動体と、これら各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と、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの回転する部材である回転側軌道輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、この回転速度検出用センサの検出信号と上記公転速度検出用センサの検出信号とに基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する荷重演算器と、上記公転速度検出用センサの検出信号に基づいて上記回転側軌道輪の回転速度を算出する回転速度演算器と、この回転速度演算器が算出するこの回転側軌道輪の回転速度を表す第一の信号と上記回転速度検出用センサから送り出されるこの回転側軌道輪の回転速度を表す第二の信号とを比較する比較器とを備え、この比較器は、これら第一、第二の信号同士の間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に、上記回転速度検出用センサに異状ありとする信号を発する機能を有する転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
2. 外輪相当部材が内周面に複列の外輪軌道を有し、内輪相当部材が外周面に複列の内輪軌道を有し、転動体がこれら各外輪軌道と各内輪軌道との間に複列に分けて配置されており、第一の信号は、これら複列に配置された転動体の公転速度の平均値に基づいて算出された信号である、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
3. 各転動体が各列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして設けられた状態で、１対の保持器により転動自在に保持されており、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させた１対の公転速度検出用エンコーダが上記各保持器の一部に設けられており、上記各列の転動体の公転速度をこれら各保持器の回転速度としてそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサが、それぞれの検出部を上記各公転速度検出用エンコーダの被検出面に対向させた状態で設けられており、荷重演算器は、上記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外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出するものである、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
4. 各転動体が玉であり、使用時に回転しない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、使用時に回転する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３に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
5. 荷重演算器は、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、内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、この内輪相当部材と外輪相当部材との間に加わるラジアル荷重を算出する、請求項４に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
6. 荷重演算器は、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、内輪相当部材の回転速度との比に基づいて、この内輪相当部材と外輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項４に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
7. 荷重演算器は、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、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるアキシアル荷重を算出する、請求項４に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
8. １対の公転速度検出用センサと回転速度センサとが単一のセンサユニットを構成している、請求項２〜７の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
9. １対の公転速度検出用センサを組み込んだ公転速度検出用ユニットと、回転速度検出用センサとが互いに別体である、請求項２〜７の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
   

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