JP2006349498A - 荷重測定装置付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 各転動体８ａ、８ｂに付与している予圧が事後的に変化する事を抑え、外輪１とハブ１１との間に作用する荷重を精度良く求められる構造を実現する。
【解決手段】 上記ハブ１１を構成するハブ本体２３の小径段部２６ａの外周面と、この小径段部２６に締り嵌めで外嵌固定した内輪２４の内周面との間に、低摩擦剤製の被膜を介在させる。この為、これら両周面の摩擦状態を均一にできて、上記ハブ本体２３に対する上記内輪２４の姿勢を安定させられる。この為、この内輪２４がこのハブ本体２３に対し、事後的に変位する事を防止できて、上記各転動体８ａ、８ｂに付与した予圧が事後的に変化する事を抑えられる。この結果、上記外輪１と上記ハブ１１との間に作用する荷重を精度良く求められる。
【選択図】 図１

Description

この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わされた静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる荷重を求める為に利用する。更に、この求めた荷重を、自動車等の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等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、例えば非特許文献１に記載されている様な、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、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えば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、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットである転がり軸受ユニットを構成する１対の列の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、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。
図１は、上記特許文献１に記載された荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の場合、静止側軌道輪である外輪１の軸方向中間部で、複列アンギュラ型の外輪軌道２、２の間部分に形成した取付孔３にセンサユニット４を挿通し、このセンサユニット４の先端部５を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部５には、１対の公転速度検出用センサ６ａ、６ｂと、１個の回転速度検出用センサ７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６ａ、６ｂの検出部を、複列に配置された各転動体８ａ、８ｂを回転自在に保持した各保持器９ａ、９ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂの被検出面である軸方向側面に近接対向させて、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ７の検出部を、回転側軌道輪であるハブ１１の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１２の被検出面である外周面に近接対向させて、このハブ１１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荷重測定装置付転がり軸受ユニットによれば、上記ハブ１１の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１とこのハブ１１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、上述の様な荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、図示しない演算器が、上記各センサ６ａ、６ｂ、７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１１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６ａ、６ｂが検出する上記各列の転動体８ａ、８ｂ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７が検出する上記ハブ１１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６ａ、６ｂが検出する上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ７が検出する上記ハブ１１の回転速度との比に基づいて算出する。或は、上記各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度同士の比によっても、上記アキシアル荷重を求められる。この点に就いて、図２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８ａ、８ｂの接触角α_a 、α_b が互いに同じであるとして行なう。

図２は、上述の図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。複列アンギュラ型の内輪軌道１３、１３と複列アンギュラ型の外輪軌道２、２との間に複列に配置された転動体８ａ、８ｂには予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の質量等により、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８ａ、８ｂ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８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c が変化する。これら各転動体８ａ、８ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体８ａ、８ｂの直径をｄとし、上記両内輪軌道１３、１３を設けたハブ１１の回転速度をｎ_i とし、上記両外輪軌道２、２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・cos α／Ｄ）・（ｎ_i ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cos α／Ｄ）・（ｎ_o ／２）｝ −−− （１）

この（１）式から明らかな通り、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c は、これら各転動体８ａ、８ｂ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。図１〜２に示した構造の場合、上記ハブ１１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、図３に示す様に、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。又、上記アキシアル荷重Ｆｙに関しては、図４に示す様に、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。

尚、上記図３中、実線イは、ラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の大きい側の転動体８ｂ、８ｂに関する、破線ロは同じくラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の小さい側の転動体８ａ、８ａに関する、それぞれの公転速度（とハブ１１の回転速度との比）とラジアル荷重Ｆｚとの関係を示している。又、上記図４中、破線ハは、上記アキシアル荷重Ｆｙとこのアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の転動体８ａ、８ａの公転速度との関係を、実線ニは、このアキシアル荷重Ｆｙとこのアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度との関係を、それぞれ示している。この様な図３〜４から明らかな通り、上記各列の転動体８ａ、８ｂ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。

尚、前記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂ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、前述の特許文献１に詳しく説明されているので、詳しい説明は省略する。
又、図１に示した構造は、上記各公転速度検出用センサ６ａ、６ｂと前記回転速度検出用センサ７とを、単一のセンサユニット４の先端部５に保持した構造であるが、これら各センサ６ａ、６ｂ、７は、別々に設置しても良い。又、例えば、図５に示す様に、１対の公転速度検出用センサ６ａ、６ｂを、センサユニット４ａの先端部５ａに保持し、回転速度検出用センサ７ａを、外輪１の内端部に嵌合固定したカバー１４に保持しても良い。この場合、回転速度検出用エンコーダ１２ａは、ハブ１１の内端部に嵌合固定する。

又、未公開であるが、特願２００４−２７９１５５号には、荷重の作用方向に配置された１対のセンサの出力信号の位相差に基づき、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明が開示されている。図６〜１６は、上記出願に開示された先発明のうちの４例の構造を示している。これら各先発明に係る構造のうち、図６〜１３に示した第１〜２例の構造は、何れも、図６、１０に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）する回転側軌道輪であるハブ１１を、複数個の転動体８、８を介して回転自在に支持している。そして、このハブ１１の中間部にエンコーダ１５、１５ａを外嵌固定すると共に、上記外輪１の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体８、８の間部分にセンサ１６、１６ａを、それぞれの検出部を、被検出面である上記エンコーダ１５、１５ａの外周面に近接対向させた状態で、それぞれ１対ずつ設けている。尚、上記センサ１６、１６ａの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込んでいる。

図６〜９に示した、先発明の第１例の構造の場合、上記エンコーダ１５として、永久磁石製のものを使用している。被検出面である、このエンコーダ１５の外周面には、Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これらＮ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との境界は、上記エンコーダ１５の軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ１５の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「く」字形となっている。

又、上記両センサ１６、１６の検出部が上記エンコーダ１５の外周面に対向する位置は、このエンコーダ１５の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ１６、１６の検出部は、上記外輪１の中心軸を含む同一仮想平面上に配置されている。又、この外輪１と上記ハブ１１との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、上記両センサ１６、１６の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材１５、１６、１６の設置位置を規制している。尚、先発明の第１例の場合には、上記エンコーダ１５として永久磁石製のものを使用しているので、上記両センサ１６、１６側に永久磁石を組み込む必要はない。

上述の様に構成する先発明の第１例の場合、上記外輪１とハブ１１との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ１６、１６の出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ１１との間にアキシアル荷重が作用しておらず、上記外輪１と上記ハブ１１とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ１６、１６の検出部は、図９の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ１６、１６の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。

これに対して、上記エンコーダ１５を固定したハブ１１に、図９の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し（外輪１とハブ１１とがアキシアル方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ１６、１６の検出部は、図９の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１６、１６の出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ１５を固定したハブ１１に、図９の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１６、１６の検出部は、図９の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１６、１６の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。

上述の様に先発明の第１例の場合には、上記両センサ１６、１６の出力信号の位相が、上記外輪１とハブ１１との間に加わるアキシアル荷重の作用方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ１６、１６の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第１例の場合には、上記両センサ１６、１６の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ１１との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。

次に、図１０〜１３に示した、先発明の第２例の構造の場合には、ハブ１１の中間部に、磁性金属板製のエンコーダ１５ａを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ１５ａの外周面には、スリット状の透孔１７ａ、１７ｂと柱部１８ａ、１８ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔１７ａ、１７ｂと各柱部１８ａ、１８ｂとは、上記エンコーダ１５ａの軸方向に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダ１５ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ１５ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔１７ａ、１７ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔１７ｂ、１７ｂを形成している。

一方、外輪１の軸方向中間部で複列に配置された転動体８、８同士の間部分に、前記１対のセンサ１６ａ、１６ａを設置し、これら両センサ１６ａ、１６ａの検出部を、上記エンコーダ１５ａの外周面に近接対向させている。これら両センサ１６ａ、１６ａの検出部がこのエンコーダ１５ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１５ａの円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪１とハブ１１との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記各透孔１７ａ、１７ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部１９が、上記両センサ１６ａ、１６ａの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材１５ａ、１６ａ、１６ａの設置位置を規制している。尚、先発明の第２例の場合には、上記エンコーダ１５ａが単なる磁性材製である為、上記両センサ１６ａ、１６ａの側に永久磁石を組み込む必要がある。

上述の様に構成する先発明の第２例の場合、上記外輪１とハブ１１との間にアキシアル荷重が作用（し外輪１とハブ１１とがアキシアル方向に相対変位）すると、前述した先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ１１との間にアキシアル荷重が作用していない状態では、上記両センサ１６ａ、１６ａの検出部は、図１３の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部１９から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。

これに対して、上記エンコーダ１５ａを固定したハブ１１に、図１３の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１６ａ、１６ａの検出部は、図１３の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部１９からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ１５ａを固定したハブ１１に、図１３の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ１６ａ、１６ａの検出部は、図１３の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部１９からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。

上述の様に先発明の第２例の場合も、前述の先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相が、上記外輪１とハブ１１との間に加わるアキシアル荷重の作用方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第２例の場合も、上記両センサ１６ａ、１６ａの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ１１との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。
尚、エンコーダを円輪状に構成すると共に、このエンコーダの軸方向側面を被検出面とし、この被検出面に１対のセンサの検出部を、径方向にずらせた状態で対向させれば、上記外輪１と上記ハブ１１とのラジアル方向に関する変位、延てはこれら外輪１とハブ１１との間に加わるラジアル荷重を求める事も可能である。

図１４〜１５は、先発明の第３例として、単一のセンサにより外輪１ａとハブ１１ａとの間に加わるアキシアル方向の変位を求める構造を示している。本例の場合には、重量の嵩む自動車の駆動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットを対象としている為に、転動体８ｃ、８ｃとして円すいころを使用している。又、回転側軌道輪であるハブ１１ａの中心部に、等速ジョイントに付属のスプライン軸を挿通する為のスプライン孔２０を形成している。そして、上記ハブ１１ａの中間部に、磁性金属材製で円環状のエンコーダ１５ｂを外嵌固定している。このエンコーダ１５ｂの外周面には、凹部２１、２１と凸部２２、２２とを、円周方向に関して交互に配置している。これら各凹部２１、２１と凸部２２、２２との円周方向に関する幅寸法は、軸方向に関して漸次変化している。

一方、静止側軌道輪である上記外輪１ａの中間部に形成した取付孔３ａに、磁気検知式のセンサ１６ｂを挿通し、このセンサ１６ｂの先端部に設けた検出部を、被検出面である、上記エンコーダ１５ｂの外周面に近接対向させている。上記センサ１６ｂの検出信号は、上記検出部の近傍を上記各凹部２１、２１と上記各凸部２２、２２とが交互に通過する事に伴って変化する。そして、付属の波形整形回路により矩形波とされてから、図示しない演算器に送り出される。この様に、波形整形回路から演算器に送り出される、上記センサ１６ｂの検出信号の変化のパターン（検出信号のデューティ比＝高電位継続時間／１周期）は、上記検出部が対向する、上記エンコーダ１５ｂの外周面の軸方向位置によって変化する。そこで、上記変化のパターンに基づいて、上記外輪１ａと上記ハブ１１ａとの間に作用するアキシアル荷重を求められる。

次に、図１６は、先発明に係る構造の第４例として、単一のセンサにより外輪１、１ａとハブ１１、１１ａと（図１、５、６、１０、１４参照）の間のラジアル方向の変位を求める為の構造を示している。この構造に組み込むエンコーダ１５ｃは、磁性金属板により円輪状に形成されたもので、それぞれが径方向外側程円周方向に関する幅が大きくなる、台形の透孔１７ｃ、１７ｃを、円周方向に関して等間隔に形成している。この様なエンコーダ１５ｃの軸方向片側面にはセンサの検出部を、近接対向させる。この様なエンコーダ１５ｃを含んで構成する、先発明の第４例の場合、ラジアル荷重に基づいて外輪１、１ａとハブ１１、１１ａとがラジアル方向に相対変位すると、上記センサの検出信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、上記相対変位の方向及び大きさ、更には上記外輪１、１ａとハブ１１、１１ａとの間に加わるラジアル荷重の大きさを求められる。

何れにしても、荷重測定装置付転がり軸受ユニットにより求めた荷重は、車輪（タイヤ）と路面との接触面（接地面）で生じている荷重と等価である。従って、この求めた荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防する為のフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。

以上に述べた様な荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合に、転がり軸受ユニットを構成する各転動体８、８ａ、８ｂ、８ｃに付与している予圧が安定している事が重要である。この予圧が変化すると、外輪１、１ａ等の静止側軌道輪と、ハブ１１、１１ａ等の回転側軌道輪との間に作用する荷重を正確に求められなくなる。先ず、前述の図１〜５に示した様に、各列の転動体８ａ、８ｂの公転速度に基づいて外輪１とハブ１１との間に作用する荷重を求める構造の場合、荷重と公転速度変化の程度との関係には、予圧が大きく影響する。即ち、予圧が小さい場合には、荷重の変化に対する公転速度の変化が大きくなり、予圧が大きい場合には、荷重の変化に対する公転速度の変化が小さくなる。又、前述の図６〜１６に示す様な、エンコーダ１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃの変位に基づいて、外輪１、１ａとハブ１１、１１ａとの間に作用する荷重を測定する構造の場合にも、荷重と変位量との関係には、予圧が大きく影響する。即ち、予圧が小さい場合には、荷重の変化に対する変位量が大きくなり、予圧が大きい場合には、荷重の変化に対する変位量が小さくなる。従って、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に求める為には、上記予圧が安定している事が必要になる。この荷重と、上記公転速度の変化或いは上記変位との関係（零点及びゲイン）を演算器に記憶させた後、上記予圧が変化すると、これら公転速度の変化或いは変位に基づいて上記荷重を正確に求める事ができなくなる。

一方、上記予圧は、次の様な原因で変化する可能性がある。例えば、前述の図１に示した構造に基づいて説明すると、回転側軌道輪であるハブ１１は、主軌道輪部材であるハブ本体２３と副軌道輪部材である内輪２４とを、ナット２５により結合固定して成る。このうち、ハブ本体２３の残部周面である内端部外周面に形成した小径段部２６に上記内輪２４を、締り嵌めで外嵌している。この状態で、上記ハブ本体２３の内端部に螺合した上記ナット２５を緊締して、上記内輪２４を上記小径段部２６の外端部に存在する段差面２７に押し付けている。この状態で、この内輪２４が上記ハブ本体２３に結合固定されると共に、各転動体８ａ、８ｂに所望の予圧が付与される。

この様な転がり軸受ユニットで、上記ナット２５の緊締後に、上記内輪２４が上記ハブ本体２３に対し変位しなければ、上記各転動体８ａ、８ｂに付与されている予圧が変化する事はなく、予圧変化により上記荷重の測定精度が悪化する事もない。ところが、上記小径段部２６の外周面と上記内輪２４の内周面との嵌合面の摩擦状態が不均一であった場合、上記予圧が、上記ナット２５の緊締後に変化する可能性がある。即ち、上記両周面の真円度が悪かったり、或いは表面粗さが部分的に異なっていた場合、上記嵌合面の摩擦状態が円周方向に関して不均一になる。この状態では、未だ上記ハブ本体２３に対する上記内輪２４の姿勢が安定せず、上記転がり軸受ユニットの使用に伴う振動によって、この内輪２４が上記ハブ本体２３に対しずれ動く可能性がある。そして、ずれ動いた場合には、上記各転動体８ａ、８ｂに付与されている予圧が変化する。この様な原因での予圧の変化は僅かであり、転がり軸受ユニット本来の機能の面からは問題はないが、上記荷重の測定精度を確保する面からは問題となる。即ち、僅かな予圧の変化でも、荷重と、公転速度の変化或いは変位との関係である、零点とゲインとのうちの一方又は双方が変化し、この公転速度或いは変位から上記荷重を正確に求める事ができなくなってしまう。この様な問題は、特許文献２に記載された様な、非接触式の変位センサによりハブと外輪との相対変位を測定し、この相対変位量に基づいてこれらハブと外輪との間に作用する荷重を測定する構造の場合も、同様に生じる。

特開２００５−３１０６３号公報 特開２００１−２１５７７号公報 青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１３８−１３９、ｐ．１４６−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日

本発明は、上述の様な事情に鑑み、予圧が事後的に変化する事を抑え、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を精度良く求められる構造を実現すべく発明したものである。

本発明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と荷重測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、これら両回転側軌道と上記両静止側軌道との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体とを備える。そして、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの少なくとも一方の軌道輪は、一部周面に一方の軌道を設けた主軌道輪部材の残部周面に、周面に他方の軌道を設けた副軌道輪部材を、低摩擦剤製の被膜を介して締り嵌めで嵌合する事により、周面に複列の軌道を設けたものである。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものである。

上述の様に構成する本発明によれば、各転動体に付与した予圧が事後的に変化する事を抑え、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を精度良く求められる構造を実現できる。即ち、本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、主軌道輪部材の残部周面に、周面に他方の軌道を設けた副軌道輪部材を、低摩擦剤製の被膜を介して締り嵌めで嵌合している。従って、嵌合面の摩擦状態を均一若しくはほぼ均一にできて、上記主軌道輪部材に対する上記副軌道輪部材の姿勢を安定させられる。この為、この副軌道輪部材がこの主軌道輪部材に対し、事後的に変位する事を防止できて、上記各転動体に付与した予圧が事後的に変化する事を抑えられる。この結果、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪との間に作用する荷重を精度良く求められる。

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、荷重測定装置として、回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪の回転に伴って回転する部分の回転状態を検出する事により、この回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものを採用する。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した様に、荷重測定装置を、少なくとも一方の列の転動体の公転速度に基づいて回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものとする。
或いは、請求項４に記載した様に、荷重測定装置を、回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に固定されたエンコーダの変位に基づいて回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものとする。
この様な構造によれば、例えば前述の特許文献２に記載された様な、非接触式で高精度の変位センサを使用する構造に比べて、荷重測定装置を低コストで得られる。

本発明を実施する具体的な構造としては、前述の図１、５、６、１０、１４に示す様な構造が考えられる。図面に表れる構造に関しては、これら図１、５、６、１０、１４に示した従来から知られている、或いは先発明に係る構造、又は前述の特許文献２に記載された構造と同様であるから、重複する説明を省略する。本発明を実施する場合には、例えば、上記図１、５、６、１０、１４に示した構造で、主軌道輪部材であるハブ本体２３、２３ａの小径段部２６、２６ａの外周面と、この小径段部２６、２６ａに締り嵌めで外嵌した、副軌道輪部材である内輪２４、２４ａの内周面との間に、低摩擦剤製の被膜を介在させる。この低摩擦剤製の被膜としては、例えば、リン酸マンガン被膜、二硫化モリブデン等の極圧添加剤の塗膜や、鉛、銅（コスト上の問題がない限り金或いは銀）等の、軟質で自己潤滑性を有する金属のメッキ層やスパッタリング処理層を採用できる。この様な被膜を形成するのは、上記小径段部２６、２６ａの外周面或いは上記内輪２４、２４ａの内周面、又はこれら両周面とする。

上記小径段部２６、２６ａの外周面と上記内輪２４、２４ａの内周面との嵌合面に、上述の様な低摩擦剤製の被膜を介在させる事により、これら両周面同士の摩擦状態を、全面（全周×全長）に亙り均一若しくはほぼ均一にできて、上記ハブ本体２３、２３ａに対する上記内輪２４、２４ａの姿勢を安定させられる。この為、この内輪２４、２４ａが上記ハブ本体２３、２３ａに対し、事後的に変位する事を防止できて、各転動体８、８ａ、８ｂ、８ｃに付与した予圧が事後的に変化する事を抑えられる。この結果、外輪１、１ａとハブ１１、１１ａとの間に作用する荷重を、この荷重を測定する為の構造に拘らず（従来から知られている、或いは先発明に係る構造、又は特許文献２に記載された構造の何れの場合でも）、精度良く求められる。

図１、５、６、１０、１４には、何れも内径側に設けたハブ１１、１１ａを２分割として、各転動体８、８ａ、８ｂ、８ｃに背面組み合わせ型の接触角を付与した構造を示している。自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合には、モーメント剛性を確保する為に背面組み合わせ型の接触角を付与すべく、内径側に設ける軌道輪部材を、この内径側軌道輪部材が回転側軌道輪であるか静止側軌道輪であるかに拘らず、２分割式とする。これに対して、産業機械等の回転支持部を構成する転がり軸受ユニットの一部には、モーメント剛性を低く抑える為に正面組み合わせ型の接触角を付与すべく、外径側に設ける軌道輪部材を２分割式とする場合がある。この様な場合には、一部内周面に一方の外輪軌道を設けた主軌道輪部材の残部内周面に、内周面に他方の外輪軌道を設けた副軌道輪部材を、低摩擦剤製の被膜を介して締り嵌めで嵌合する。

本発明の対象となる荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。 この第１例の構造により荷重を求められる理由を説明する為の模式図。 各列の転動体の公転速度とラジアル荷重との関係を示す線図。 同じくアキシアル荷重と公転速度との関係を示す線図。 本発明の対象となる荷重測定装置付転がり軸受ユニット第２例を示す断面図。 同第３例を示す断面図。 この第３例に組み込むエンコーダの斜視図。 同じく展開図。 アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。 本発明の対象となる荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第４例を示す断面図。 この第４例に組み込むエンコーダの斜視図。 同じく展開図。 アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。 本発明の対象となる荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第５例を示す断面図。 この第５例に組み込むエンコーダの部分斜視図。 本発明の対象となる荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第６例に組み込むエンコーダを軸方向から見た側面図。

符号の説明

１、１ａ 外輪
２ 外輪軌道
３、３ａ 取付孔
４、４ａ センサユニット
５、５ａ 先端部
６ａ、６ｂ 公転速度検出用センサ
７、７ａ 回転速度検出用センサ
８、８ａ、８ｂ、８ｃ 転動体
９ａ、９ｂ 保持器
１０ａ、１０ｂ 公転速度検出用エンコーダ
１１、１１ａ ハブ
１２、１２ａ 回転速度検出用エンコーダ
１３ 内輪軌道
１４ カバー
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ エンコーダ
１６、１６ａ、１６ｂ センサ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 透孔
１８ａ、１８ｂ 柱部
１９ リム部
２０ スプライン孔
２１ 凹部
２２ 凸部
２３、２３ａ ハブ本体
２４、２４ａ 内輪
２５ ナット
２６、２６ａ 小径段部
２７ 段差面

Claims (4)

1. 転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、これら両回転側軌道と上記両静止側軌道との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体とを備え、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの少なくとも一方の軌道輪は、一部周面に一方の軌道を設けた主軌道輪部材の残部周面に、周面に他方の軌道を設けた副軌道輪部材を、低摩擦剤製の被膜を介して締り嵌めで嵌合する事により、周面に複列の軌道を設けたものであり、
   上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものである
   荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
2. 荷重測定装置は、回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪の回転に伴って回転する部分の回転状態を検出する事により、この回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものである、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
3. 荷重測定装置が、少なくとも一方の列の転動体の公転速度に基づいて回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものである、請求項２に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
4. 荷重測定装置が、回転側軌道輪の一部にこの回転側軌道輪と同心に固定されたエンコーダの変位に基づいて回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を測定するものである、請求項２に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。

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