JP4438494B2 - 転がり軸受ユニット用荷重測定装置 - Google Patents

Description

この発明に係る転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、自動車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、上記自動車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例の場合には、非接触式の変位センサにより、回転しない外輪と、この外輪の内径側で回転するハブとの径方向に関する変位を測定する事により、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める様にしている。求めたラジアル荷重は、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為に利用する。

又、特許文献２には、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が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジ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、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。更に、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過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。

前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより、外輪とハブ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、特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ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。

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２００４−７６５５号）。図１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、このうちの両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を転動自在に保持した１対の保持器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片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、内輪相当部材であるハブ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、上記ハブ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（ラジアル荷重及びスラスト荷重）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６ａ、６ｂ、７から送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪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、上記両公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する上記両列の転動体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、上記両公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する上記両列の転動体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。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、上記両列の転動体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。複列の内輪軌道１３、１３と複列の外輪軌道２、２との間に複列に配置された転動体８ａ、８ｂには、互いに逆向きである上記接触角α _a 、α _b と共に、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・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。本例の場合、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、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、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１１の回転速度ｎ_i に比例して変化する。本例の場合、このハブ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。この図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ｎ_i との比）とラジアル荷重Ｆｚとの関係を示している。又、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を支承する列の転動体８ａ、８ａの公転速度が速くなり（図４の破線ハ参照）、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度が遅くなる（図４の実線ニ参照）。従って、上記両列の転動体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、上述した様に、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１１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１１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１１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では、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記両公転速度検出用センサ６ａ、６ｂが検出する両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の和を求める事により、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、上記両列の転動体８ａ、８ｂ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７が検出する上記ハブ１１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１１の回転速度ｎ_i の影響を排除している。尚、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。

尚、上記両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、前述の特願２００４−７６５５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。又、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の差を求める為には、必ずしも１対の公転速度検出用センサ６ａ、６ｂを設ける必要はない。即ち、前記両公転速度検出用エンコーダ１０ａ、１０ｂの被検出面同士の間に１個の公転速度検出用センサの検知部を配置し、この公転速度検出用センサの検出信号の振幅が変化するうねりの周期或は周波数に基づいて、上記公転速度の差を求める事もできる。この様な構造に就いては、特願２００４−８５４０８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。

又、図１に示した構造は、上記両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。

何れにしても、上述の様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置により測定した荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）は、路面と車輪（タイヤ）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記測定し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できて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。

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を実施する場合、次の様な点に留意する必要がある。即ち、上記転がり軸受ユニットを備えた自動車の走行速度の変化に伴って、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i や前記各転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c が増減した場合に、これら各転動体８ａ、８ｂの転動面と前記外輪軌道２、２及び内輪軌道１３、１３との転がり接触部の潤滑状態の変化等の影響により、両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c と上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との関係が、微妙に変化する場合がある。この様な場合であっても、上記両列の軸受諸元（上記各軌道２、１３の断面の曲率半径、上記各転動体８ａ、８ｂの直径、接触角、ピッチ円直径等）や潤滑状態が同じであれば、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c と上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との関係は、これら両列同士の間で同様の変化をする。従って、例えばこれら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度の比に基づいて前記外輪１と上記ハブ１１との間に作用するアキシアル荷重Ｆｙを算出すれば、アキシアル荷重測定に関する限り、上記潤滑状態の変化等による影響を排除できる。

但し、両列の軸受諸元が異なる場合は、走行速度の変化に伴う、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c と上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との関係が変化する程度が、これら両列同士の間で、多少なりとも異なる可能性がある。勿論、これら両列同士の間で軸受諸元を一致させる事により、上記走行速度の変化に伴う、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c と上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との関係が変化する程度を一致させる事も可能である。但し、上記各転動体８ａ、８ｂの設置スペースや、上記両列同士の間で転がり疲れ寿命を一致させて、複列転がり軸受ユニットの耐久性を確保する設計を行なう等の制約によって、上記両列同士の間で軸受諸元を一致させる事ができない場合もある。又、ラジアル荷重を測定する場合には、上記両列の軸受諸元を一致させても、上記走行速度の変化の影響を排除できない。又、これら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c の比に基づいてアキシアル荷重を測定する場合で、且つ、上記両列の軸受諸元が同一の場合であっても、これら両列に作用する荷重の状態の差異により、公転速度と回転速度との微妙な変化が、これら両列同士の間で異なる場合も考えられる。これらの様な場合には、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i の変動を考慮しないと、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_c に基づく、上記外輪１と上記ハブ１１との間に加わる荷重の測定精度が悪化する。

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、走行速度の変化等により回転側軌道輪の回転速度が変化し、転動体の公転速度とこの回転速度との関係が変化した場合でも、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を正確に求められる転がり軸受ユニット用荷重測定装置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用荷重測定装置は、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、演算器とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に複列の外輪軌道を有する。
又、上記内輪相当部材は、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たもので、外周面に複列の内輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、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、これら両列毎に複数個ずつ設けられている。
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測定するものである。
又、上記演算器は、この公転速度検出用センサから送り出される、上記公転速度を表す検出信号に基づき、下記の(A) 〜(C) のうちの何れかの手順により、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出するものである。
(A) 上記両列の転動体の公転速度の和と、上記回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する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ラジアル荷重を算出する。
(B) 上記両列の転動体の公転速度の差と、上記回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する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。
(C) 上記両列の転動体の公転速度の比に基づいて、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。
更に、本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、上記演算器が上記検出信号に基づいて上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する際に使用する零点とゲインとのうちの少なくとも一方を、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの一方で使用時に回転する回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する速度に応じて変化させる。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、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ラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットにラジアル荷重又はアキシアル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ラジアル荷重又はアキシアル荷重を求められる。

又、本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置によれば、走行速度の変化等により回転側軌道輪の回転速度が変化し、転動体の公転速度とこの回転速度との関係が変化した場合でも、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を正確に求められる。即ち、上記公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係の、この回転速度に対する依存性は、軸受諸元により異なるが、この軸受諸元が定まっていれば、繰り返し再現性がある。従って、上記公転速度と上記回転側軌道輪の回転速度との関係の、上記回転速度に対する依存性を予め調べておく事により、上記転動体の公転速度とこの回転速度との関係の変化の影響を補正する事ができる。

本発明を実施する場合に例えば、請求項２に記載した発明の様に、両列の転動体の公転速度を、１対の公転速度検出用センサによりそれぞれ検出自在とする。

或は、請求項３に記載した発明の様に、両列の転動体の公転速度の差を、単一の公転速度検出用センサにより検出自在とする。
この様な構成を採用すれば、上記公転速度検出用センサを小型化（小径化）できる。そして、例えば上記内輪相当部材が回転側軌道輪であり、上記公転速度検出用センサを、上記外輪相当部材の軸方向中間部に形成した取付孔を通じてこの外輪相当部材の内周面から径方向内方に突出させる場合に、この取付孔の内径を小さく抑えられる。この結果、この取付孔を形成する事に伴う、上記外輪相当部材の強度低下を抑えられて、この外輪相当部材の薄肉化に基づく軽量化を図れる。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、回転側軌道輪の回転速度を測定する為の回転速度検出用センサを備える。そして、演算器は、この回転速度検出用センサから送り出される第二の検出信号と、公転速度検出用センサから送り出される公転速度又は両列の転動体の公転速度の差を表す検出信号とに基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する。
この様に構成すれば、ラジアル、アキシアル両荷重に関して、上記回転側軌道輪の回転速度変化に拘らず、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正確に求められる。

又、本発明を実施する場合に、転がり軸受ユニットは、例えば請求項５に記載した様に、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットとする。
この様に構成した場合、比較的回転抵抗が低い構造で、しかも荷重変動に伴う各転動体の公転速度の変動を比較的大きくできて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を正確に求められる。

或は、請求項６に記載した様に、転がり軸受ユニットを複列円すいころ軸受ユニットとする。
この様に構成した場合、大きなラジアル荷重又はアキシアル荷重を支承できる構造で、上記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求められる。
但し、複列円すいころ軸受ユニットの場合には、荷重変動に伴う各転動体の公転速度の変動が、複列玉軸受ユニットの場合に比べて小さくなる。従って、走行速度の変化等により回転側軌道輪の回転速度が変化した場合に於ける、各転動体（円すいころ）の公転速度と回転側軌道輪の回転速度との関係の変化の影響が、複列玉軸受ユニットの場合に比べて大きくなる。
この様な複列円すいころ軸受ユニットの場合、本発明を実施する事で、上記各転動体（円すいころ）の公転速度と上記回転速度との関係の変化の影響を補正する事の重要性（効果）が、複列玉軸受ユニットの場合に比べて大きくなる。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項７に記載した様に、使用状態で、回転側軌道輪に自動車用の車輪を結合固定する。又、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちの他方で使用時にも回転しない静止側軌道輪を、自動車の懸架装置に結合固定する。
この様に構成すれば、上記車輪と懸架装置との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を求められる。このラジアル荷重又はアキシアル荷重は、この車輪と路面との間に作用するグリップ力に応じたものとなるので、このラジアル荷重又はアキシアル荷重を表す信号に基づいて、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の、車両用走行安定装置の制御を高度に行なえる。

本発明を実施する場合、図１或は図５に示す様な、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、７ａとの、合計３個のセンサ６ａ、６ｂ、７、７ａを組み込んだ転がり軸受ユニットにより、各車輪を、懸架装置に対し回転自在に支持する。この様な構造で本発明を実施する場合に於ける、基本的な構成及び作用は前述した通りである。又、上記３個のセンサ６ａ、６ｂ、７、７ａを組み込んだ転がり軸受ユニットの構造及び作用に就いては、前述の図１或は図５に示した先発明の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明を省略し、以下、本発明の効果を確認する為に行なったシミュレーションに就いて説明する。

例えば、上記図１に示した構造で、軸方向外側の列の転動体８ａ、８ａに関する軸受諸元と、軸方向内側の列の転動体８ｂ、８ｂに関する軸受諸元とを互いに異ならせた場合に就いて説明する。この場合、外輪１とハブ１１との間に作用する荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を一定としたまま、このハブ１１の回転速度を変化させると、上記各転動体８ａ、８ｂの公転速度とこの回転速度との比は、例えば、図６に示す様に変化する。この図６中、破線ａは上記軸方向外側の列の転動体８ａ、８ａの公転速度ｎ_caと上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との比（ｎ_ca／ｎ_i ）を、同じく実線ｂは上記軸方向内側の列の転動体８ｂ、８ｂの公転速度ｎ_cbと上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との比（ｎ_cb／ｎ_i ）を、それぞれ表している。この様に、軸受諸元が異なる上記両列同士の間では、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i の変化に伴う、上記両公転速度ｎ_ca、ｎ_cbの変化の特性が、若干異なる。

図７は、上記図６に示した上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cb同士の比ｎ_cb／ｎ_caと、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i との関係を示している。前述した先発明の説明から明らかな通り、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cb同士の比ｎ_cb／ｎ_caは、上記外輪１と上記ハブ１１との間に作用するアキシアル荷重を算出する為に利用できる物理量である。そして、上記比ｎ_cb／ｎ_caは、このアキシアル荷重が一定であれば、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i に関係なく一定であるべき値である。ところが、上述の様に、上記両列同士の間で軸受諸元が互いに異なると、上記アキシアル荷重が一定であっても比ｎ_cb／ｎ_caが、上記図７の実線αで示す様に、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i の変動に伴って変化してしまう。即ち、上記アキシアル荷重が一定であるにも拘らず、前記両公転速度検出用センサ６ａ、６ｂの検出信号に基づいて求められるアキシアル荷重の値が、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i の変動によって変化する。この変化は、そのままこのアキシアル荷重の測定値の誤差となる。この事は、上記両公転速度ｎ_ca、ｎ_cbの差と上記回転速度ｎ_i との比に基づいてアキシアル荷重を求める場合でも、これら公転速度ｎ_ca、ｎ_cbの和と上記回転速度ｎ_i との比に基づいてラジアル荷重を求める場合でも、同様である。

但し、上記公転速度ｎ_ca、ｎ_cbと上記回転速度ｎ_i との関係の、この回転速度ｎ_i に対する依存性は、軸受諸元が定まっていれば（軸受諸元が変わらない限り）、繰り返し再現性があるので、この転がり軸受ユニットに就いて、上記依存性を予め調べておき、この依存成分を補正する事は可能である。例えば、転がり軸受ユニットに一定の荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を付与した状態でハブ１１の回転速度ｎ_i を変化させつつ両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cbを測定し、前記図６に示した様な、これら両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cbと上記回転速度ｎ_i との比ｎ_ca／ｎ_i 、ｎ_cb／ｎ_i を求める。上記荷重が一定である限り、これら両比ｎ_ca／ｎ_i 、ｎ_cb／ｎ_i は、本来一定であるべき値である為、これら両比ｎ_ca／ｎ_i 、ｎ_cb／ｎ_i が上記回転速度ｎ_i の変動に伴って変化する程度（図６の破線ａ及び実線ｂの傾斜）を、上記依存性を補正する為の補正係数として利用する。尚、この依存性を補正する場合には、上記図６の破線ａ及び実線ｂの傾斜分を補償すべく、前記各センサ６ａ、６ｂ、７、７ａの検出信号に基づいて上記荷重を算出する際に使用するゲインを補正する他、必要に応じて上記図６の破線ａ及び実線ｂと縦軸との交点のずれを補償すべく、上記各センサ６ａ、６ｂ、７、７ａの検出信号に基づいて上記荷重を算出する際に使用する零点を補正する。

図８は、上述の様にして、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cbと上記回転速度ｎ_i との関係の、この回転速度ｎ_i に対する依存性を予め把握しておき、この回転速度ｎ_i の値によって補正を行なった場合を示している。この様な補正を行なう事によって、荷重が一定である限り、上記回転速度ｎ_i の変動に拘らずに、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cbと上記回転速度ｎ_i との比ｎ_ca／ｎ_i 、ｎ_cb／ｎ_i は一定の値となる。そして、この公転速度ｎ_ca、ｎ_cb同士の比ｎ_cb／ｎ_caに基づいて算出されるアキシアル荷重の値も一定となる。これら両公転速度ｎ_ca、ｎ_cbの差と上記回転速度ｎ_i との比に基づいてアキシアル荷重を求める場合も、これら公転速度ｎ_ca、ｎ_cbの和と上記回転速度ｎ_i との比に基づいてラジアル荷重を求める場合も、同様である。

尚、図６〜８の横軸は、ハブ１１の回転速度ｎ_i で表したが、公転速度で表しても、補正値が異なるだけで、同様に考えられる。又、一般的な転がり軸受ユニットでは、上記ハブ１１の回転速度ｎ_i に対する依存性は低い為、この依存性を補正する係数を算出する（その時点での補正係数を求める）場合、この回転速度ｎ_i にあまり高い精度は要求しない。従って、補正に用いる回転速度ｎ_i は、上記ハブ１１自体の回転速度ｎ_i や、上記両列の転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cb以外の値でも構わない。例えば、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、車輪の回転速度を基準に補正を行なっても良いし、プロペラシャフトの回転速度やエンジン回転速度に変速機やデファレンシャルギヤの変速比を乗じた値でも構わない。即ち、上記転がり軸受ユニットのハブ１１の回転速度ｎ_i や転動体８ａ、８ｂの公転速度ｎ_ca、ｎ_cbにほぼ比例する物理量であれば、上記補正の基準として使用できる。

先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第１例の断面図。 先発明により荷重を求められる理由を説明する為の模式図。 同じく、両列の公転速度とハブの回転速度との比と、ラジアル荷重との関係を示す線図。 同じく、両列の公転速度とハブの回転速度との比と、アキシアル荷重との関係を示す線図。 先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第２例の断面図。 互いに軸受諸元が異なる１対の列に関し、転動体の公転速度とハブの回転速度との比が、この回転速度の変動に対応して変化する状態を示す線図。 互いに軸受諸元が異なる１対の列に関し、両列の転動体の公転速度同士の比が、ハブの回転速度の変動に対応して変化する状態を示す線図。 予め把握した回転速度依存性に基づく補正を行なった場合を示す、図６と同様の図。

符号の説明

１ 外輪
２ 外輪軌道
３ 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
８ａ、８ｂ 転動体
９ａ、９ｂ 保持器
１０ａ、１０ｂ 公転速度検出用エンコーダ
１１ 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

Claims (7)

1. 内周面に複列の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、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、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、これら両列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、これら各転動体の公転速度を測定する公転速度検出用センサと、この公転速度検出用センサから送り出される、この公転速度を表す検出信号に基づき、下記の(A) 〜(C) のうちの何れかの手順により、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた転がり軸受ユニット用荷重測定装置であって、この演算器が上記検出信号に基づいて上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する際に使用する零点とゲインとのうちの少なくとも一方を、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの一方で使用時に回転する回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する速度に応じて変化させる転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
   (A) 上記両列の転動体の公転速度の和と、上記回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する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ラジアル荷重を算出する。
   (B) 上記両列の転動体の公転速度の差と、上記回転側軌道輪の回転速度若しくはこの回転速度に比例して変化する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。
   (C) 上記両列の転動体の公転速度の比に基づいて、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。
2. 両列の転動体の公転速度を、１対の公転速度検出用センサによりそれぞれ検出自在とした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
3. 両列の転動体の公転速度の差を、単一の公転速度検出用センサにより検出自在とした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
4. 回転側軌道輪の回転速度を測定する為の回転速度検出用センサを備え、演算器は、この回転速度検出用センサから送り出される第二の検出信号と、公転速度検出用センサから送り出される公転速度又は両列の転動体の公転速度の差を表す検出信号とに基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する、請求項１〜３の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
5. 転がり軸受ユニットが複列アンギュラ型の玉軸受ユニットである、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
6. 転がり軸受ユニットが複列円すいころ軸受ユニットである、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
7. 使用状態で、回転側軌道輪に自動車用の車輪を結合固定し、外輪相当部材と内輪相当部材とのうちの他方で使用時にも回転しない静止側軌道輪を自動車の懸架装置に結合固定する、請求項１〜６の何れかに記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。

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