JP2012107661A - 複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置及び予圧推定装置付複列転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車輪支持用複列転がり軸受ユニット１に作用するアキシアル荷重を求める事なく、各転動体７、７に付与されている予圧を推定できる構造を実現する。
【解決手段】外輪３とハブ４との列間ラジアル変位である列間上下変位を測定する列間ラジアル変位測定手段と、この列間ラジアル変位測定手段が測定した列間上下変位に基づいて前記予圧を推定する予圧推定手段とを設ける。この予圧推定手段は、例えば、前記列間上下変位の最小値の移動平均値の変化に基づいて前記予圧を推定する様に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複列転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与されている予圧を推定する為に利用する。

自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の転がり軸受ユニット、マシニングセンタ等の各種工作機械の主軸等を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニット、印刷機や圧延機等の各種産業機械のドラム等を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニット等、支持剛性を必要とする各種回転部分に組み込まれる転がり軸受ユニットとして、複列転がり軸受ユニットが広く使用されている。この様な複列転がり軸受ユニットにとって、各転動体に付与されている予圧の大きさは、寿命や性能に大きな影響をもたらす重要な因子である。即ち、この予圧が不足すると、軸受剛性が不足し、運転時に振動が発生し易くなる。これに対して、前記予圧が過大になると、転がり接触部の面圧が過大になり、動トルクが大きくなるだけでなく、転がり疲れ寿命が低下する。従って、前記複列転がり軸受ユニットに関しては、前記予圧の大きさを適正範囲に収めた状態で使用する事が重要となる。

但し、前記予圧は、前記複列転がり軸受ユニットを構成する各部材が経年変形する事より緩徐に低下する。そして、この様に予圧が低下する事によって、この予圧が不足した状態になると、上述した様な不具合が発生する。従って、この様な不具合の発生に対する改善措置をできるだけ早期に実行できる様にする為に、前記予圧の低下状況を確認できる様にする事が好ましい。

又、特許文献１〜４等に記載されて従来から知られている、複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置に関しては、上述した様な理由に加えて、荷重、変位量等の物理量測定の信頼性を確保する面からも、前記予圧の低下状況を確認できる様にする事が好ましい。この点に就いての具体的な説明を行う為に、先ず、前記複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の構造及び作用に就いて、幾つかの具体例を挙げて説明する。

図７〜９は、従来から知られている複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第１例として、特許文献１に記載されたものを示している。この第１例の構造は、車輪支持用複列転がり軸受ユニット１と、物理量測定装置２とを備える。
このうちの車輪支持用複列転がり軸受ユニット１は、使用時に懸架装置に結合固定された状態で回転しない、外径側軌道輪部材であって静止側軌道輪部材である外輪３と、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、内径側軌道輪部材であって回転側軌道輪部材であるハブ４と、前記外輪３の内周面に設けた複列の外輪軌道５、５と前記ハブ４の外周面に設けた複列の内輪軌道６、６との間に、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体７、７とを備える。これら両列の各転動体７、７には、互いに逆向き（背面接触型）の接触角と共に、予圧が付与されている。

又、前記物理量測定装置２は、前記ハブ４の軸方向中間部で両列同士の間に挟まれた部分に外嵌固定されたエンコーダ８と、前記外輪３の軸方向中間部で両列に配置された前記各転動体７、７同士の間に挟まれた部分に支持固定された２個のセンサ９、９と、図示しない演算器とを備える。このうちのエンコーダ８は、軟鋼板等の磁性金属板により全体を円筒状に造られると共に、軸方向中間部に、それぞれが軸方向に長いスリット状の透孔１０、１０と柱部１１、１１とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成している。従って、前記エンコーダ８の被検出面である外周面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化している。尚、円周方向に隣り合う前記各透孔１０、１０と前記各柱部１１、１１との境界は、それぞれ軸方向に対して平行である。又、前記両センサ９、９はそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成するホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子とから成る。そして、これら両センサ９、９の検出部を、前記被検出面の水平方向両側で径方向反対側となる２箇所位置に、径方向に近接対向させている。尚、図７の上下方向は、自動車への組み付け状態での水平方向を表している。

上述の様に構成する複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第１例の場合、外輪３とハブ４との間に上下方向（図７の表裏方向、図９の上下方向）のラジアル荷重が作用する事により、これら外輪３とハブ４とが上下方向に相対変位すると、これに伴って、前記両センサ９、９の出力信号同士の間に存在する位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。この位相差比は、前記ラジアル荷重の作用方向及び大きさ（前記相対変位の方向及び大きさ）に見合った値をとる。従って、この位相差比に基づいて、前記ラジアル荷重の作用方向及び大きさ（前記相対変位の方向及び大きさ）を求める事ができる。尚、これらを求める処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比と、前記ラジアル方向の相対変位又は荷重との関係を表す、式やマップを記憶させておく。

図１０〜１１は、複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第２例として、特許文献２に記載されたものを示している。この第２例の構造の場合、ハブ４の軸方向中間部で両列同士の間に挟まれた部分に外嵌固定された、物理量測定装置２ａを構成するエンコーダ８ａは、円輪部１２を有する。そして、この円輪部１２に透孔１０ａ、１０ａと柱部１１ａ、１１ａ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１０ａ、１０ａはそれぞれ、軸方向から見た形状を台形として、それぞれの円周方向に関する長さを、径方向に関して漸次変化させている。そして、外輪３の軸方向中間部で両列同士の間に挟まれた部分に支持固定された、前記物理量測定装置２ａを構成する１個のセンサ９の検出部を、被検出面である、前記エンコーダ８ａを構成する円輪部１２の上端部の側面（図１０の右側面）に、軸方向に近接対向させている。この様な第２例の構造の場合には、前記センサ９の出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）に基づいて、前記外輪３と前記ハブ４との間に上下方向（図１０の上下方向）に作用するラジアル荷重、及び、これら外輪３とハブ４との上下方向の相対変位を求められる。

図１２〜１４は、複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第３例として、特許文献３に記載されたものを示している。この第３例の場合には、物理量測定装置２ｂを構成するエンコーダ８ｂを、ハブ４の軸方向内端部に外嵌固定している。そして、このエンコーダ８ｂの円筒部１３に、それぞれが「く」字形である透孔１０ｂ、１０ｂと柱部１１ｂ、１１ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成している。従って、前記円筒部１３の被検出面である外周面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化するが、変化する位相は、この被検出面の軸方向に関して漸次変化している。又、前記物理量測定装置２ｂを構成する６個のセンサ９ａ₁、９ａ₂、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｃ₁、９ｃ₂を、外輪３の軸方向内端開口部に被着されたカバー１４に支持固定している。そして、このうちの３個のセンサ９ａ₁、９ｂ₁、９ｃ₁の検出部を、前記被検出面の軸方向外半部である第一特性変化部１５の円周方向等間隔の３箇所位置（θ＝０度、１２０度、２４０度の位置）に、残り３個のセンサ９ａ₂、９ｂ₂、９ｃ₂の検出部を、前記被検出面の軸方向内半部である第二特性変化部１６の円周方向等間隔の３箇所位置（θ＝０度、１２０度、２４０度の位置）に、それぞれ対向させている。

上述の様に構成する複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第３例の場合、車輪を介して車輪支持用複列転がり軸受ユニット１に外力が作用する事に伴い、前記外輪３（前記各センサ９ａ₁、９ａ₂、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｃ₁、９ｃ₂の検出部）と前記ハブ４（前記エンコーダ８ｂの被検出面）との間の位置関係がずれると、これに伴って、前記各センサ９ａ₁、９ａ₂、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｃ₁、９ｃ₂の出力信号の位相にずれが生じる。これら各ずれの方向及び大きさは、前記外輪３と前記ハブ４との間に作用する外力の方向及び大きさに対応したものとなる。そこで、前記各出力信号同士の間の位相差比に基づく、前記特許文献３に記載された様な演算処理により、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１の軸方向であるｙ軸方向の変位ｙと、この車輪支持用複列転がり軸受ユニット１を組み付けた自動車の前後方向であるｘ軸方向の変位ｘと、同じく上下方向であるｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸と平行な軸を中心とする傾きφｘと、ｚ軸と平行な軸を中心とする傾きφｚとを、それぞれ求める。

又、これら５方向の変位（変位ｘ、ｙ、ｚ及び傾きφｘ、φｚ）と、これらに対応する、前記外輪３と前記ハブ４との間に作用する５方向の外力（ｘ軸方向の荷重Ｆｘ、ｙ軸方向の荷重Ｆｙ、ｚ軸方向の荷重Ｆｚ、ｘ軸回りのモーメントＭｘ、ｚ軸回りのモーメントＭｚ）との間には、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１の剛性等により定まる、所定の関係がある。そこで、図示しない演算器のメモリ中に記憶させた、この所定の関係を表した式或いはマップに基づいて、前記５方向の変位（変位ｘ、ｙ、ｚ及び傾きφｘ、φｚ）から前記５方向の外力（荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ及びモーメントＭｘ、Ｍｚ）を求める。

図１５は、複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第４例を示している。この第４例の場合も、物理量測定装置２ｃを構成するエンコーダ８ｃを、ハブ４の軸方向内端部に外嵌固定している。そして、このエンコーダ８ｃの円筒部１３ａの軸方向２箇所位置に、それぞれ透孔１０ｃ、１０と柱部１１ｃ、１１とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に形成している。又、前記軸方向２箇所位置のうちの一方（図１５の左方）の位置に形成した前記各透孔１０ｃ、１０ｃと柱部１１ｃ、１１ｃとの境界を、それぞれ軸方向に対して同方向に同角度だけ傾斜させている。これに対して、前記軸方向２箇所位置のうちの他方（図１５の右方）の位置に形成した前記各透孔１０、１０と柱部１１、１１との境界は、それぞれ軸方向に対して平行にしている。従って、第一、第二の被検出面１７、１８である、前記軸方向２箇所位置の外周面の磁気特性は、それぞれ円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化するが、このうちの第一の被検出面１７の磁気特性が変化する位相は、軸方向に関して漸次変化している。又、前記物理量測定装置２ｃを構成する４個のセンサ９ａ、９ａ、９ｂ、９ｂを、外輪３の軸方向内端開口部に被着されたカバー１４に支持固定している。そして、このうちの２個のセンサ９ａ、９ａの検出部を、前記第一の被検出面１７の上下方向両側で径方向反対側となる２箇所位置に、径方向に近接対向させている。これに対して、残り２個のセンサ９ｂ、９ｂの検出部を、前記第二の被検出面１８の水平方向両側で径方向反対側となる２箇所位置に、径方向に近接対向させている。

上述の様に構成する複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第４例の場合、前記外輪３と前記ハブ４との間に、ｘ軸（図１５の表裏方向軸）と平行な軸周りのモーメントＭｘが作用する事により、これら外輪３とハブ４との中心軸同士が傾くと、このモーメントＭｘの作用方向及び大きさ（これら両中心軸同士の傾きφｘの方向及び大きさ）に応じた分だけ、前記第一の被検出面１７に近接対向させた前記両センサ９ａ、９ａの出力信号同士の間の位相差比が変化する。この為、この位相差比に基づいて、前記モーメントＭｘの作用方向及び大きさ（前記傾きφｘの方向及び大きさ）を求められる。又、前述の図７〜９に示した第１例の構造の場合と同様の原理で、前記第二の被検出面１８に近接対向させた前記両センサ９ｂ、９ｂの出力信号同士の間の位相差比に基づいて、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向内端部に於ける、前記外輪３と前記ハブ４との上下方向の相対変位の方向及び大きさを求められる。

尚、前述の図７〜９に示した第１例、及び、前述の図１０〜１１に示した第２例の場合には、何れも、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１の列間上下変位ｚ_b｛軸方向に関して両列同士の間に挟まれた所定の位置での、前記外輪３と前記ハブ４との上下方向の相対変位（列間ラジアル変位）｝を、直接求める事ができる。これに対し、前述の図１２〜１４に示した第３例、及び、上述の図１５に示した第４例の構造の場合には、何れも、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１の列間上下変位ｚ_bを直接求める事はできないが、この車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸端上下変位ｚ_e｛軸方向端部での、前記外輪３と前記ハブ４との上下方向の相対変位（軸端ラジアル変位）｝と、前記外輪３と前記ハブ４との中心軸同士の傾きφｘとを、直接求める事ができる。この為、これら軸端上下変位ｚ_eと傾きφｘとに基づいて、前記列間上下変位ｚ_bを算出する事ができる。即ち、図１６に示す様に、前記軸端上下変位ｚ_eを求めた部分から、前記列間上下変位ｚ_bを求める部分までの軸方向距離をＬとすると、「列間上下変位ｚ_b＝軸端上下変位ｚ_e−Ｌ・sinφｘ」なる式が成立する。この為、この式を利用して、前記列間上下変位ｚ_bを算出する事ができる。尚、前述の図１２〜１４に示した第３例の構造に関して、エンコーダ８ｂ及びセンサ９ａ₁、９ａ₂、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｃ₁、９ｃ₂の配置箇所を列間に変更すれば、前記列間上下変位ｚ_bを直接求める事ができる様になる。

上述した様な各複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の場合には、前記各転動体７、７に付与されている予圧が低下すると、センサ情報（位相差比、デューティ比）から外力（荷重、モーメント）を算出する際に利用する、所定の関係に関するゲイン特性が変化し、この外力の測定精度が低下する。従って、この様な測定精度の低下が実用上問題となる程度にまで進行する事に対する改善措置（前記演算器のメモリ中に記憶させた、前記所定の関係を表す式やマップの補正等）をできるだけ早期に実行できる様にする為に、前記予圧の低下状況を確認できる様にする事が好ましい。

これに対して、特許文献４には、複列転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与されている予圧を推定可能な予圧推定装置に関する発明が記載されている。この予圧推定装置は、次の様な原理に基づいて、前記予圧を推定する。即ち、例えば、車輪支持用複列転がり軸受ユニットに外力が作用する事によって生じる、アキシアル方向変位（変位ｙ）と傾斜角度（傾きφｘ）との比ｙ／φｘは、各転動体に付与されている予圧の大きさによって変化する他、タイヤの接地面から前記車輪支持用複列転がり軸受ユニットに入力されるアキシアル荷重（荷重Ｆｙ）が変化する事によっても変化する。従って、これら比ｙ／φｘと予圧とアキシアル荷重Ｆｙとの間に成立する関係を予め求めておけば、このうちの比ｙ／φｘとアキシアル荷重Ｆｙとを測定する事に基づいて、残りの予圧を推定する事ができる。

ところが、この様な予圧推定装置の場合、前記アキシアル方向変位ｙと前記傾きφｘとは、それぞれ前記予圧の変化に伴って変化するのに対し、前記アキシアル荷重Ｆｙを算出する為に利用する式或いはマップは、前記予圧の変化に伴って変化しない（この予圧が変化する前の状態で求められたものである）。この為、前記予圧の推定精度を十分に確保できない可能性がある。

特開２００７−２２５１０６号公報 特開２００６−３１７４２０号公報 特開２００８−６４７３１号公報 特開２００７−１３２９１８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、複列転がり軸受ユニットに作用するアキシアル荷重を求める事なく、この複列転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与されている予圧を推定できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置及び予圧推定装置付複列転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置は、内周面に複列の外輪軌道を有する外径側軌道輪部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内径側軌道輪部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列同士の間で互いに逆向きの接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体とを備えた複列転がり軸受ユニット（主として、使用時に、ラジアル荷重と、前記両軌道輪部材の中心軸に対して径方向にずれた位置から入力されるアキシアル荷重とが作用するもの）を対象として、これら各転動体に付与されている予圧を推定する為に使用する。
特に、請求項１に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置の場合には、列間ラジアル変位測定手段と、予圧推定手段とを備える。このうちの列間ラジアル変位測定手段は、軸方向に関して前記両列同士の間に挟まれた所定の位置での前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材との径方向の相対変位である、列間ラジアル変位を測定する。又、前記予圧推定手段は、前記列間ラジアル変位測定手段が測定した前記列間ラジアル変位に基づいて、前記各転動体に付与されている予圧を推定する。

この様な請求項１に記載した発明を実施する場合には、例えば、請求項２に記載した発明の構成を採用できる。この請求項２に記載した発明の場合、前記予圧推定手段は、前記列間ラジアル変位測定手段による前記列間ラジアル変位の測定データにノイズを低減する為のフィルタ処理（例えば、１秒以下の移動平均処理）を施して取得される処理データであって、所定期間に取得されるものの最小値を、繰り返し訪れるこの所定期間が経過する度に記録し、且つ、この様に記録した最小値の所定個数分の移動平均値の変化に基づいて、前記予圧を推定する。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合には、例えば、請求項３に記載した発明の様に、前記複列転がり軸受ユニットを、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用複列転がり軸受ユニットとし、前記所定期間を、前記自動車のイグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの期間とする。尚、この場合に、前記最小値の移動平均値を求める際のデータ数（前記所定個数）を、例えば３００〜５００個程度とする。

上述の様な請求項１〜３に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項４に記載した発明の構成を採用する。この請求項４に記載した発明の場合、前記列間ラジアル変位測定手段は、エンコーダと、センサとを備える。このうちのエンコーダは、その特性を円周方向に関して交互に変化させた被検出面を有しており、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの一方の軌道輪部材で、使用時に回転する回転側軌道輪部材の一部に、前記被検出面をこの回転側軌道輪部材と同心に配置した状態で支持固定される。又、前記センサは、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの他方の軌道輪部材で、使用時にも回転しない静止側軌道輪部材の一部に支持された状態で、その検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させる。そして、前記列間ラジアル変位測定手段は、前記センサの出力信号を利用して、前記列間ラジアル変位を求める。

又、請求項５に記載した予圧推定装置付複列転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有する外径側軌道輪部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内径側軌道輪部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列同士の間で互いに逆向きの接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体とを備えた複列転がり軸受ユニット（主として、使用時に、ラジアル荷重と、前記両軌道輪部材の中心軸に対して径方向にずれた位置から入力されるアキシアル荷重とが作用するもの）と、上述した請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置とを備える。

上述の様な構成を有する、本発明の複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置及び予圧推定装置付複列転がり軸受ユニットによれば、複列転がり軸受ユニットに作用するアキシアル荷重を測定する事なく、この複列転がり軸受ユニットの列間ラジアル変位を測定する事によって、この複列転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与されている予圧を推定する事ができる。この点に就いて、図１〜４を参照しつつ説明する。

例えば、図１に示す様な、自動車の車輪支持用複列転がり軸受ユニット１に就いて考える。自動車の走行中に、この車輪支持用複列転がり軸受ユニット１には、タイヤ１９と路面２０との接触部である接地面を介して、ラジアル荷重Ｆｚ（上下方向軸であるｚ軸方向の荷重）とアキシアル荷重Ｆｙ（左右方向軸であるｙ軸方向の荷重）とが作用する。このうちのラジアル荷重Ｆｚは、車体に作用する重力等に基づいて作用し、前記アキシアル荷重Ｆｙは、旋回走行時に発生する遠心力に基づいて作用する。従って、このアキシアル荷重Ｆｙの方向及び大きさは、旋回走行時に発生する遠心力の向き及び大きさによって変化するが、これに伴い、前記ラジアル荷重Ｆｚの大きさも、例えば図２に示す様に変化する。この理由は、旋回走行に伴って車体重心が旋回軌道の外周側に移動する事により、各車輪が支承する車体重量に変化が生じる為である。又、前記接地面は、外輪３及びハブ４の中心軸に対して下方にオフセットした（径方向にずれた）位置に存在する。この為、前記アキシアル荷重Ｆｙは、前記外輪３と前記ハブ４とをｙ軸方向に相対変位させる（純）アキシアル荷重Ｆｙとして作用する他、前記外輪３と前記ハブ４との中心軸同士を傾斜させる（前後方向軸であるｘ軸と平行な軸を中心として、傾きφｘを生じさせる）モーメントＭｘとして作用する。

従って、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１の列間上下変位ｚ_b｛軸方向に関して両列同士の間に挟まれた所定の位置での、前記外輪３と前記ハブ４との上下方向（径方向）の相対変位（列間ラジアル変位）｝は、前記ラジアル荷重Ｆｚによって生じた列間上下変位と、前記アキシアル荷重Ｆｙによって生じた（前記モーメントＭｘによって生じた傾きφｘに基づく）列間上下変位とが、足し合わされたものとなる。又、この様な列間上下変位ｚ_bは、前記各荷重Ｆｚ、Ｆｙの方向及び大きさによって変化するだけでなく、各転動体７、７に付与されている予圧の大きさによっても変化する。この理由は、この予圧が大きく（又は小さく）なると、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１の剛性が高く（又は低く）なって、前記列間上下変位ｚ_bが生じにくく（又は生じ易く）なる為である。

図３は、前記列間上下変位ｚ_bと前記アキシアル荷重Ｆｙと前記予圧との関係を示している。この図３に示す様に、前記列間上下変位ｚ_bは、前記アキシアル荷重Ｆｙ＝０付近で最小値をとる。又、この列間上下変位ｚ_bの最小値は、同図及び図４に示す様に、前記予圧が大きくなる程小さくなり、この予圧が小さくなる程大きくなる。従って、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１を組み付けた自動車の出荷時やメンテナンス時等に、前記列間上下変位ｚ_bの最小値の測定を行えば、予め用意しておいた図３〜４の関係を利用して、前記予圧を推定する事ができる。

尚、自動車の運転時には、この自動車の走行状態が、「左旋回」⇔「直進」⇔「右旋回」と言った様に適宜切り換わる為、これに伴って、前記アキシアル荷重Ｆｙの値も、「Ｆｙ＜０」⇔「Ｆｙ＝０」⇔「Ｆｙ＞０」と言った様に変化する。従って、自動車の運転時に、前記列間上下変位ｚ_bを監視測定（モニタリング）すれば、この列間上下変位ｚ_bの最小値（「Ｆｙ＝０」付近での値）を検知する事ができる。尚、この様にして列間上下変位ｚ_bの最小値を検知する為には、自動車の運転時に、この自動車の走行状態が、少なくとも１回、「直進」（「Ｆｙ＝０」）を跨ぐ様に変化する必要がある。そして、この様な変化が実際に行われたか否かは、自動車に搭載された操舵角センサやヨーレートセンサ等の既存設備の情報に基づいて確認する事ができる。

尚、図３〜４に示した様な列間上下変位ｚ_bの最小値と予圧との関係は、前記アキシアル荷重Ｆｙが零（Ｆｙ＝０）の状態に於ける前記ラジアル荷重Ｆｚの大きさによって変化する。一方、かかる状態に於けるラジアル荷重Ｆｚの大きさは、車両積載量（搭乗者及び荷物の総重量）の変化や旋回以外の車両運動状態（加減速、路面のうねりや段差による上下運動等）の変化が生じる事によって変化する。従って、上述した様な予圧推定作業は、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化が生じない様にしながら行う必要がある。
以上の様に、本発明によれば、前記アキシアル荷重Ｆｙを測定する事なく、前記列間ラジアル変位測定手段により前記列間上下変位ｚ_b（の最小値）を測定する事によって、前記予圧推定手段により前記予圧を推定する事ができる。

又、請求項２〜３に記載した発明の場合には、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化が生じる様な状況下、即ち、前記アキシアル荷重Ｆｙが零（Ｆｙ＝０）の状態に於ける前記ラジアル荷重Ｆｚの大きさが変化する様な状況下でも、十分に実用性のある予圧推定を行える。この点に就いて、上述した図１〜４に加えて、図５〜６を参照しつつ説明する。

以上の説明からも分かる様に、前記列間上下変位ｚ_bの最小値は、前記予圧の大きさによって変化する他、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化が生じる事によっても変化する。このうちの予圧は、前記車輪支持用複列転がり軸受ユニット１を構成する各部材が経年変形する事に基づいて低下し、その低下の仕方は、緩徐であると共に、自動車の走行距離に応じて大きくなる。これに対して、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化は、不規則なものとなる。この為、前記列間上下変位ｚ_bの最小値の変化の仕方も、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化の仕方に起因して、不規則なものとなる。但し、この様な列間上下変位ｚ_bの最小値の変化の仕方は、短期的に見れば、全く不規則になるが、長期的に見れば、或る程度規則正しくなる。

即ち、上述した様に、車両積載量の変化や旋回以外の車両運動状態の変化は、不規則なものとなる。この為、例えば、自動車のイグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの間（所定期間）の列間上下変位ｚ_bの最小値（下記の※１参照）を測定し、その測定結果を当該所定期間が経過する度に１つずつ記録すると、その記録結果は、短期的に見ると、図５に示す様に、全く不規則になる。［※１：図５に示した前記列間上下変位ｚ_bの最小値の各測定結果は、前記列間ラジアル変位測定手段による測定データそのものではなく、この測定データにノイズを低減する為のフィルタ処理（例えば、１秒以下の移動平均処理）を施して取得された処理データを表している。前記測定データではなく、この様な処理データを使用する理由は、前記所定期間内での突発的なデータの影響を極力排除できる様にする為である。次述する図６に就いても同じ。］

但し、車両積載量や旋回以外の車両運動状態の変化の仕方は、各ユーザーの日常生活に於ける自動車の利用パターンが決まっている為、ほぼ一定になる。即ち、各ユーザー毎に、日常生活に於ける自動車の利用率（例えば、１日に平均２、３回）、利用経路（例えば、通勤経路、買い物経路）、運転の仕方等が決まっている為、車両積載量や旋回以外の車両運動状態の変化の仕方は、ほぼ一定になる。この為、前記所定期間毎に測定した列間上下変位ｚ_bの最小値の記録結果は、長期的に見ると、図６に示す様に、ばらつき幅をほぼ一定に保ちつつ、直線的に右肩上がりになる。この様に直線的に右肩上がりになる理由は、前記予圧の低下に伴って、前記列間上下変位ｚ_bの最小値の平均値が、自動車の走行距離に応じて緩徐に大きくなる為である。

従って、図６に示した各測定結果の所定個数（例えば３００〜５００個程度）分の移動平均値を求めると、この移動平均値は、同図に実線αで示す様に、右肩上がりに変化する。この実線αで表した移動平均値の変化は、前記予圧の変化度合いを示すものである。従って、この実線αで表した移動平均値の変化に基づいて、前記予圧を推定する事ができる。具体的には、これら移動平均値の変化量と予圧の変化量との関係を事前に調べておく。そして、この関係を利用して、前記移動平均値の変化量から、前記予圧の変化量を求める。そして、この予圧の変化量を、事前に調べておいた予圧の初期値（工場出荷時の値）から差し引く事により、その時点での予圧を推定できる。

尚、図６に示す様に、実線αで表した移動平均値は、前記所定個数（例えば３００〜５００個程度）分の測定結果が得られるまでの間（Ｐ点以前）は取得できない。但し、その間の予圧低下量は僅少であるから、実用上問題とはならない。因みに、前記実線αは、ほぼ比例直線となる為、演算器による演算処理によって、使用開始時点を含むＰ点以前の区間の移動平均値（に相当する値）を事後的に求める事はできる。即ち、一応は、使用開始時点から予圧推定を行う時点までの間の移動平均値の変化量を求める事ができる。
上述の様に請求項２〜３に記載した発明は、列間上下変位ｚ_bの最小値の移動平均値の変化に基づいて予圧の推定を行う為、前記ラジアル荷重Ｆｚが比較的大きく変化する様な状況下でも、十分に実用性のある予圧推定を行える。

又、請求項４に記載した発明の場合には、前記列間ラジアル変位測定手段を備えた複列転がり軸受ユニットとして、前述の特許文献１〜４等に記載された、複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置を使用する事ができる。そして、前記予圧推定手段により推定した予圧に基づいて、センサ情報から荷重等の物理量を算出する際に利用する、所定の関係を表す式やマップの補正を行う事ができる。この結果、予圧の低下に拘らず、物理量測定の信頼性を長期間維持できる物理量測定装置を実現する事ができる。尚、推定した予圧に基づいて前記式やマップの補正を行う方法に就いては、前記特許文献４等に具体的に記載されており、本発明の特徴とも関係しないから、詳しい説明は省略する。

本発明の実施状況を説明する為の、車輪支持用複列転がり軸受ユニットの組み付け状況の１例を示す略断面図。 車輪支持用複列転がり軸受ユニットに作用するラジアル荷重Ｆｚとアキシアル荷重Ｆｙとの関係を示す線図。 アキシアル荷重Ｆｙと列間上下変位ｚ_bと予圧との関係を示す線図。 予圧と列間上下変位ｚ_bとの関係を示す線図。 列間上下変位ｚ_bに関する短期間分の測定記録結果を示すグラフ。 同じく長期間分の測定記録結果を示すグラフ。 複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第１例を示す断面図。 この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。 要部を取り出して示す、図７のＡ−Ａ断面図。 複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第２例を示す断面図。 この第２例に組み込むエンコーダの円輪部を軸方向から見た図。 複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第３例を示す断面図。 この第３例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 この第３例の模式図。 複列転がり軸受ユニットの物理量測定装置の第４例を示す断面図。 軸端上下変位ｚ_eと傾きφｘとに基づいて列間上下変位ｚ_bを算出できる原理を説明する為の、複列転がり軸受ユニットの半部断面を示す略図。

本発明の特徴は、列間ラジアル変位測定手段により測定した列間ラジアル変位に基づいて、予圧推定手段が、前述の［発明の効果］の欄で説明した様にして、複列転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与されている予圧を推定する点にある。本発明を実施する場合に必要となる、列間ラジアル変位測定手段を備えた複列転がり軸受ユニットとしては、例えば、前述の図７〜１５に示したもの等、従来から知られている、各種物理量測定装置付転がり軸受ユニットを使用する事ができる。

本発明は、自動車の車輪支持用の複列転がり軸受ユニットに限らず、各種用途で使用される複列転がり軸受ユニットに適用して実施する事ができる。
又、複列転がり軸受ユニットを構成する転動体は、アキシアル方向に力を加える事により予圧を付与されるものであれば、玉に限らず、円筒ころ、円すいころ、球面ころであっても良い。

１ 車輪支持用複列転がり軸受ユニット
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 物理量測定装置
３ 外輪
４ ハブ
５ 外輪軌道
６ 内輪軌道
７ 転動体
８、８ａ、８ｂ、８ｃ エンコーダ
９、９ａ₁、９ａ₂、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｃ₁、９ｃ₂、９ａ、９ｂ センサ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 透孔
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 柱部
１２ 円輪部
１３、１３ａ 円筒部
１４ カバー
１５ 第一特性変化部
１６ 第二特性変化部
１７ 第一の被検出面
１８ 第二の被検出面
１９ タイヤ
２０ 路面

Claims (5)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外径側軌道輪部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内径側軌道輪部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列同士の間で互いに逆向きの接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体とを備えた複列転がり軸受ユニットを対象として、これら各転動体に付与されている予圧を推定する為に使用する複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置であって、軸方向に関して前記両列同士の間に挟まれた所定の位置での前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材との径方向の相対変位である列間ラジアル変位を測定する列間ラジアル変位測定手段と、この列間ラジアル変位測定手段が測定した前記列間ラジアル変位に基づいて前記各転動体に付与されている予圧を推定する予圧推定手段とを備えている事を特徴とする複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置。
2. 前記予圧推定手段は、前記列間ラジアル変位測定手段による前記列間ラジアル変位の測定データにノイズを低減する為のフィルタ処理を施して取得される処理データであって、所定期間に取得されるものの最小値を、繰り返し訪れるこの所定期間が経過する度に記録し、且つ、この様に記録した最小値の所定個数分の移動平均値の変化に基づいて、前記予圧を推定するものである、請求項１に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置。
3. 前記複列転がり軸受ユニットが、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用複列転がり軸受ユニットであり、前記所定期間が、前記自動車のイグニッションスイッチがＯＮになってからＯＦＦになるまでの期間である、請求項２に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置。
4. 前記列間ラジアル変位測定手段は、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの一方の軌道輪部材で、使用時に回転する回転側軌道輪部材の一部に支持固定された、この回転側軌道輪部材と同心でその特性を円周方向に関して交互に変化させた被検出面を有するエンコーダと、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの他方の軌道輪部材で、使用時にも回転しない静止側軌道輪部材の一部に支持された、その検出部を前記エンコーダの被検出面に対向させたセンサとを備えると共に、このセンサの出力信号を利用して前記列間ラジアル変位を求めるものである、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置。
5. 内周面に複列の外輪軌道を有する外径側軌道輪部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内径側軌道輪部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、両列同士の間で互いに逆向きの接触角を付与された状態で、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体とを備えた複列転がり軸受ユニットと、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した複列転がり軸受ユニット用予圧推定装置とを備えた、予圧推定装置付複列転がり軸受ユニット。

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