JP4774701B2 - 転がり軸受ユニット - Google Patents

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットは、例えば自動車の懸架装置に対し車輪を回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重を測定する為に利用する。

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。

この様な場合に使用可能な、車両に関する荷重を測定する装置として従来から、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。このうちの特許文献１には、上下方向荷重（ラジアル荷重）を測定自在な、荷重測定装置付車輪支持用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、図１４に示す様に、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１４〜１７、１９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１４〜１７、１９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、先端面に設けた検出面と上記ハブ本体４に外嵌固定したセンサリング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。こ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上下方向荷重を求める事ができる。

尚、図１４に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重に加えて、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上下方向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横方向荷重（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１５は、この特許文献２に記載された、横方向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との間に横方向荷重が加わると、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との間に加わる横方向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横方向荷重を測定する方法が記載されている。

更に、転がり軸受ユニットに加わる荷重を正確に測定する構造を低コストで実現する為の発明として、特願２００４−７６５５号に開示された発明がある。この先発明の構造は、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上下方向荷重又は横方向荷重を測定する。図１６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２２を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部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、上記各転動体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、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（上下方向荷重及び横方向荷重）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との間に加わる上下方向荷重と横方向荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、この上下方向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、上記上下方向荷重を算出する。又、上記横方向荷重は、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１７〜１８を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、横方向荷重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１７は、上述の図１６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。複列の外輪軌道７、７と複列の内輪軌道８、８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、車体の重量等に対する反作用として路面側から、上下方向荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、横方向荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重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・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、上記上下方向荷重Ｆｚ及び上記横方向荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これら上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重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、上記上下方向荷重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、横方向荷重Ｆｙに関しては、図１８に示す様に、この横方向荷重Ｆｙを支承する列の転動体９ａ、９ａの公転速度が速くなり（図１８の破線イ参照）、この横方向荷重Ｆｙを支承しない列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度が遅くなる（図１８の実線ロ参照）。従って、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c に基づいて、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重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、上記上下方向荷重Ｆｚと上記横方向荷重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、これら上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重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。これに対して上記上下方向荷重Ｆｚ、横方向荷重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では、前述した様に、上下方向荷重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、上記横方向荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、横方向荷重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、上記上下方向荷重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上下方向荷重Ｆｚ又は上記横方向荷重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。尚、上記横方向荷重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上下方向荷重Ｆｚと横方向荷重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、図１９に示す様に、ハブ２の回転速度ｎ_i を求める為の回転速度検出用エンコーダ１３ｂをこのハブ２の内端部に外嵌固定し、回転速度検出用センサ１５ｂを外輪１の内端開口部を塞いだカバー１４ａに支持する事もできる。

以上に述べた、先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、前述した特許文献１〜３に記載された構造に比べ、比較的低コストで造れて、しかも、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ或は横方向荷重Ｆｙを正確に求められるものである。但し、これら各荷重Ｆｚ、Ｆｙを正確且つ高精度に（高分解能で）求める為には、前記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂが検出する前記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度が正確且つ高精度である必要がある。公転速度を高精度で求める為には、この公転速度を各保持器２４ａ、２４ｂの回転速度として求めるべく、これら各保持器２４ａ、２４ｂと同心に公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂを設け、これら公転速度検出用エンコーダ２５ａ、２５ｂの特性変化の回数を多く（特性変化のピッチを短く）する事が効果がある。

又、上記公転速度を正確に求める為には、上記各保持器２４ａ、２４ｂの幾何中心と回転中心（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転中心）とを一致させる事が重要である。これに対して、上記各公転速度検出用センサ２３ａ、２３ｂの検出信号中には、被検出面の着磁ピッチ（円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との間のピッチ）の誤差に基づく比較的高周波の変動と、保持器２４ａ、２４ｂの振れ回り運動に伴う比較的低周波の変動とが入り込んでいる。この様な変動を処理（低減）しないと、各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を正確に求められず、従って、上記上下方向荷重や上記横方向荷重の測定精度が悪化する。

この様な、上記各荷重の測定精度の悪化に結び付く、上記２種類の変動が生じる理由に就いて、図２０〜２１により説明する。上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）を保持した（或は自身が公転速度検出用エンコーダとしての機能を有する）保持器２４ａ（２４ｂ）のポケットの内面と前記各転動体９ａ（９ｂ）の表面（転動面）との間には、これら各転動体９ａ（９ｂ）を転動自在に保持する必要上、隙間が存在する。従って、各構成部材の組み付け精度をいくら高めても、転がり軸受ユニットの運転時に、上記各転動体９ａ（９ｂ）のピッチ円の中心（上記ハブ２の回転中心）Ｏ₂ と上記保持器２４ａ（２４ｂ）の回転中心Ｏ₂₄とが、図２０に誇張して示す様に、δ分だけずれる可能性がある。又、従来は、このδ分のずれの方向を特に規制していなかった。そして、このずれに基づいて上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）は、上記ピッチ円の中心Ｏ₂ の周囲で振れ回り運動を行なう。

この様にして生じる振れ回り運動の結果、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の被検出面は、回転方向以外にも移動速度を持つ事になる。そして、この回転方向以外の移動速度、例えば図２０の左右方向の移動速度が、回転方向の移動速度に加減される。一方、公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）は、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の被検出面の移動速度に基づいて上記各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度を検出するので、上記δ分の偏心は、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の側面にその検出面を対向させた、上記公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の検出信号に影響を及ぼす。

この様な公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の側面に上記公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の検出面を対向させると、この公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の検出信号は、図２１の鎖線αに示す様に、正弦波的に変化する。即ち、各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度が一定である場合でも、この公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の出力信号が表す公転速度は、上記鎖線αで示す様に、正弦波的に変化する。具体的には、図２０の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度に足される場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも速い速度に対応する信号となる。反対に、図２０の左右方向の移動速度が回転方向の移動速度から差し引かれる場合には、上記出力信号は、実際の公転速度よりも遅い速度に対応する信号となる。図２０は偏心量δを実際の場合よりも誇張して描いているが、例えば車両安定の為の制御をより厳密に行なうべく、転がり軸受ユニットに加わる上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙをより正確に求める場合には、上記偏心に伴う誤差を解消する必要がある。

又、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の側面の特性変化のピッチ（例えば、この側面に配列されたＳ極とＮ極とのピッチ）は、本来同じはずであるが、製造誤差（例えば着磁誤差等）により、少しずつではあるが互いに異なる場合がある。そして、この誤差に基づいても、上記公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の検出信号が変動する。この様な着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期に比べると遥かに短く（高周波に）なる。例えば、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の側面（被検出面）の特性（Ｓ極とＮ極との繰り返し）が、この被検出面の全周で６０回変化する場合、上記着磁ピッチの誤差に基づく変動の周期は、上記振れ回り運動に基づく変動の周期の１／６０程度になる。

上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）から出力される検出信号は、上記２種類の変動が足し合わされた（重畳された）、図２１に実線βで示す様なものになる。そして、上記上下方向荷重Ｆｚ及び横方向荷重Ｆｙを正確に求める為には、上記２種類の変動を低減する必要がある。この様な変動のうち、上記着磁ピッチ等の製造誤差に基づく、上記比較的高周波の変動は、従来からこの様な信号の処理方法として広く知られている、平均化フィルタを使用した電気的処理により、容易に低減できる。

これに対して、上記振れ回り運動に伴う、上記比較的低周波の変動に基づく公転速度検出の精度悪化を防止する為には、公転速度検出用エンコーダの径方向反対側２個所位置に配置した１対の公転速度検出センサの検出信号を足し合わせる事で、上記両中心のずれによる影響をなくす事も考えられる。但し、この場合には公転速度検出センサが２個必要になり、その分、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、採用が難しくなる場合も考えられる。

これに対して、一般的な乗用車用の転がり軸受ユニットの場合、前記転動面とポケットの内面との間の、保持器の径方向に関する隙間（ポケット隙間）を小さく抑えれば、上記各保持器の径方向に関する位置決めを転動体により図る、所謂転動体案内の構造でも、上記公転速度の精度を実用上問題ない程度に抑えられるものと考えられる。但し、従来は、転がり軸受ユニットに加わる荷重の測定精度を確保する面から、上述の様な径方向のポケット隙間を小さく抑える事を考慮する技術は存在しなかった。

又、転がり軸受ユニットが、外輪１の中心軸とハブ２の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメント（こじりモーメント）を支承する状況下で使用される場合、単に総てのポケットに関して隙間を小さくすると、各転動体の公転速度のばらつきや各転動体の軌道の差異等に基づいて、何れかの転動体が、当該転動体を保持したポケットの内面を強く押す。そして、保持器の内部に、この保持器を変形させようとする荷重が発生して、この保持器が破損する可能性を生じる。更に別の問題として、各転動体の転動面に十分なグリースを付着させられなくなって、潤滑不良に基づく耐久性低下等の原因ともなる。この為、転がり軸受ユニットの使用状態によっては、総てのポケット隙間を小さくする事が好ましくない場合もある。

この様な事情に鑑み、特願２００３−３２１０４８号には、図２２〜２３に示す様な構造で、公転速度検出用エンコーダの振れ回り運動を抑える発明が開示されている。このうちの図２２に示した構造の場合には、保持器２４ａ（２４ｂ）の円周方向に関して一部分に重り２６を固定する事で、この部分の重量を他の部分よりも重くしている。各転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の公転運動に伴って上記保持器２４ａ（２４ｂ）が回転すると、この保持器２４ａ（２４ｂ）は、上記重り２６を設けた部分が最も径方向外方に変位した状態で振れ回り運動する。更に、上記保持器２４ａ（２４ｂ）のリム部２７の側面に対する上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の組み付け位置を、上記重り２６の取付位置と１８０度反対側に、δ分だけずらせている。このδは、前記図２０に示した偏心量δに見合うもので、上記ポケットの内面と上記転動面との間の隙間に基づく、上記保持器２４ａ（２４ｂ）の径方向の変位分に相当する大きさとする。

この様に図２２に示した構造の場合、上記保持器２４ａ（２４ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制すると共に、この保持器２４ａ（２４ｂ）に対する上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の組み付け位置を、上記振れ回り方向に対して直径方向反対側に、上記保持器２４ａ（２４ｂ）の径方向の変位分だけずらせている。従って、上記各転動体９ａ、９ａ（９ｂ、９ｂ）の公転時に、上記保持器２４ａ（２４ｂ）の振れ回り運動に拘らず、上記公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の回転中心と幾何中心とが一致する。この為、前記公転速度検出用センサ２３ａ（２３ｂ）の検出信号中に、前記図２１に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。尚、公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）の組み付け位置をずらさなくても（これら各エンコーダを各保持器に同心に支持しても）、上記重り２６によって上記保持器２４ａ（２４ｂ）は、一定方向に変位したままの状態となり、安定した振れ回り運動をする。従って、上記各エンコーダ２５ａ（２５ｂ）を上記各保持器２４ａ（２４ｂ）に同心に支持しても、公転速度を表す信号を、適応フィルタやノッチフィルタ等で適切に演算処理すれば、公転速度検出用センサの検出信号から、前記図２１に鎖線αに示した様な、低周波の変動を除去（補正）できる。

又、図２３に示した構造の場合には、公転速度検出用エンコーダ２５ａ（２５ｂ）を保持器２４ａ（２４ｂ）に対し、互いに幾何中心同士を一致させた状態で支持固定している。そして、この保持器２４ａ（２４ｂ）の径方向に関する位置決めを、この保持器２４ａ（２４ｂ）の内周面の一部を、ハブ２の外周面に近接対向させる、内輪案内により行なっている。この様に構成する為、各転動体９ａ（９ｂ）の公転運動に伴って上記保持器２４ａ（２４ｂ）が回転した場合に、この保持器２４ａ（２４ｂ）が殆ど振れ回り運動せず、公転速度検出用センサの検出信号中に、上記図２１に鎖線αに示した様な低周波の変動が入り込む事を防止できる。

上記図２２に示した構造の場合、上記保持器２４ａ（２４ｂ）の振れ回り方向を一義的に規制する為には、前記重り２６に作用する遠心力を或る程度大きくして、上記保持器２４ａ（２４ｂ）を確実にこの重り２６を設置した方向に変位させる必要がある。但し、遠心力は回転速度｛各転動体９ａ（９ｂ）の公転速度｝の二乗に比例する為、低速走行時から上記保持器２４ａ（２４ｂ）の振れ回り方向を規制する為には、上記重り２６として重量の嵩むものを使用する必要がある。ところが、重量の嵩む重り２６は、高速走行時に過大な遠心力を発生して、上記保持器２４ａ（２４ｂ）を破損させる原因となる可能性を生じる為、好ましくない。
又、図２３に示した構造の場合、保持器２４ａ（２４ｂ）の内周面とハブ２の外周面との間の隙間を小さくし過ぎると、温度変化による熱膨張（収縮）が生じた場合にこれら両周面同士が接触（隙間が喪失）して、正常に回転できなくなる可能性がある。特に、保持器２４ａ（２４ｂ）がポリアミド樹脂の如き合成樹脂等、鋼以外の材料の場合には、鋼製であるハブ２と線膨張係数が異なる為に、使用温度の全範囲に亙って、上記隙間を小さく設定する事が難しい。

以上の説明は、各転動体の公転速度を正確に求める為に、これら各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を抑える必要性に就いて述べた。但し、保持器の振れ回り運動を抑える事は、必ずしも各転動体の公転速度を正確に求める為以外の面からも必要になる。即ち、一般の転がり軸受ユニットの場合でも、保持器に設けた各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間が大き過ぎ、この保持器が振れ回り運動を中心とする不安定な動きを行なうと、所謂保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生する問題がある。この様な騒音や振動が発生すると、保持器内部の応力が増大して、この保持器の破損等に繋がるだけでなく、当該転がり軸受ユニットが音響機器、精密機器等に組み込まれている場合には、当該機器の性能を悪化させてしまう。この様な面からも、転がり軸受ユニットに組み込んだ保持器の振れ回り運動を抑える必要がある。

前述した通り、上記各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間を小さくすれば上記振れ回り運動を抑える事はできるが、転がり軸受ユニットに加わる荷重の測定精度を確保する面から、上述の様な径方向のポケット隙間を小さく抑える事に就いて従来は特に考慮されてはいなかった。仮に考慮したとしても、総てのポケットと転動体とに関して上記隙間を小さくすると、各転動体の公転速度のばらつきに基づいて、何れかの転動体が、当該転動体を保持したポケットの内面を強く押し、保持器の内部に、この保持器を変形させようとする荷重が発生して、この保持器が破損する可能性を生じる。又、上記隙間は、上記各ポケット内にグリ−スを取り込んでこれら各ポケットの内面と上記各転動体の表面との間を潤滑する他、このグリースを溜めて、これら各転動面と外輪軌道及び内輪軌道との間の転がり接触部を潤滑する為に必要である。従って、総てのポケットに関して、各ポケットの内面と各転動体の表面との間に存在する隙間を小さくすると、転がり軸受ユニットの潤滑状態が不良になり易くなる為、好ましくない場合もある。

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、各転動体を保持した保持器の振れ回り運動を、低速回転時から確実に抑えられる転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。更に、必要とすれば、転がり軸受ユニットが、外輪相当部材の中心軸と内輪相当部材の中心軸とをずらせる方向の大きなモーメントを支承する状況下で使用される場合であっても、保持器に無理な力が加わる事を防止し、且つ、潤滑性を確保できる構造を実現可能とすべく発明したものである。

本発明（請求項１〜１１に係る発明）、並びに、本発明に関連する参考発明（第１〜第７参考発明）の転がり軸受ユニットは何れも、従来から知られている転がり軸受ユニットと同様に、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを備えた保持器とを備える。この保持器の径方向に関する位置決めは、これら各ポケットの内面と上記各転動体の表面との係合に基づく、所謂転動体案内により図っている。そして、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用される。

特に、第１参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各転動体の公転運動に伴って上記保持器が径方向に変位する振れ回り運動の両振幅を、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダの（被検出面の）ピッチ円直径の１％以下としている。
尚、この様な第１参考発明を実施する場合に好ましく採用できる構成を備えた、第２、第５、第６参考発明に就いては、後述する。
これに対して、第３参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、上記保持器の径方向に関するポケット隙間の値を、この保持器の一部にこの保持器と同心に設けられた公転速度検出用エンコーダの（被検出面の）ピッチ円直径の１％以下としている。
尚、この様な第３参考発明を実施する場合に好ましく採用できる構成を備えた、第４〜第６参考発明に就いては、後述する。

又、第７参考発明に係る転がり軸受ユニットに於いては、上記各ポケットのピッチ円直径と上記各転動体のピッチ円直径とを互いに異ならせている。
更に、請求項１に記載した、本発明の転がり軸受ユニットに於いては、上記各ポケットの内面と上記各転動体との間に存在する隙間に基づき上記保持器の中心軸に直交する仮想平面に関して存在する、これら各転動体毎に２通りずつ、全体で転動体の数の２倍の数だけ存在する自由度のうち、上記保持器毎に３通りの自由度に関する隙間を、残りの自由度に関する隙間よりも小さくする事により、上記保持器の径方向に関する変位を制限（実質的に阻止）している。更に、上記各転動体の公転速度に一致する上記保持器の回転速度を測定する為の公転速度検出用センサを備え、この公転速度検出用センサの検出信号を、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求める為に利用する。

第１、第３各参考発明に係る転がり軸受ユニットによれば、保持器の径方向に関する振れを小さく抑えられて、この保持器に設置した公転速度検出用エンコーダに基づく各転動体の公転速度、延いてはこの公転速度に基づいて算出される、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。以下、上記第１、第３各参考発明が採用する条件により、この荷重を求める面から、上記公転速度の測定精度を確保できる理由に就いて説明する。

前述した図１８から明らかな通り、外輪相当部材と内輪相当部材との間に横方向荷重が加わると、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に配置した転動体の公転速度は確実に変化する。但し、この公転速度の変化量は、車輪支持用転がり軸受ユニットに作用し得る横方向荷重の大きさを考慮した場合で、２〜３％程度に過ぎない。上下方向荷重に関しては、車両の走行安定性確保の面からは、横方向荷重の場合に比べて重要性が低い為、図示はしないが、上下方向荷重に関しても、変化の程度はほぼ同じである。従って、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用する荷重を、車両の走行安定性確保の為に必要とされる程度の精度で求める為には、上記各転動体の公転速度を高精度で検出する必要がある。具体的には、この公転速度を、±０．１％程度の精度で検出する必要がある。

この公転速度を、この様な高精度で検出する為には、公転速度検出用エンコーダのピッチ精度を高める事が重要である事は勿論、この公転速度検出用エンコーダを設置した保持器の振れ回り運動を抑制する事も重要になる。即ち、前述の図２０〜２１を使用して説明した様に、上記各転動体のピッチ円の中心と上記保持器の回転中心とがずれて、上記公転速度検出用エンコーダが振れ回り運動すると、上記各転動体の公転速度の検出精度が悪化する。振れ回り運動の次数は公転一次成分が顕著であるが、より低次の振れ回り運動も存在する。例えば公転０．２次〜０．５次程度、具体的には０．３５次程度の振れ回り運動が問題となる場合もあり、しかも、この問題となる振れ回り運動の次数は安定していない場合が多い。

公転一次成分の様に、振れ回り運動の次数が安定している場合には、ノッチフィルタや適応フィルタ等によるデータ処理で対処できるが、次数が安定していない振れ回り運動に基づく検出誤差に関しては、この様なデータ処理では対応できない。この場合には、カットオフ周波数範囲を広くとれるローパスフィルタ等によるデータ処理で対応するか、振れ回り運動そのものを抑制する事が重要である。ローパスフィルタによって公転０．３５次付近の誤差成分を、約１０ｄＢ（約１／３．２）程度は減衰させる事ができる。勿論、減衰量１０ｄＢという値は、使用するローパスフィルタの特性、或はアナログフィルタ、デジタルフィルタの違いによっても異なるが、除去すべき周波数帯域が公転０．３５次付近と低い周波数であるので、実際には、上記減衰量１０ｄＢ（約１／３．２）なる値が、上記ローパスフィルタを使用する事による減衰が期待できる、最良の値（最大値）である。従って、前述した様に、公転速度を±０．１％程度の精度で検出する為には、上記ローパスフィルタによる減衰量１０ｄＢ（約１／３．２）を考慮しても、このローパスフィルタによるデータ処理前の公転速度の検出精度を、±０．３２％以下に抑え（±０．３２％よりも良好にし）なければならない。

この様に、ローパスフィルタによるデータ処理前の公転速度の検出精度を±０．３２％以下に抑える為には、振れ回り運動の次数を公転０．３５次とすると、次の（２）式に示す様に、振れ回り運動の両振幅は、エンコーダのピッチ円直径の約１％以下とする必要がある。
Ａ／ＰＣＤ＝ε／ｎ＝０．００３２／０．３５≒０．００９１≒１％−−− （２）
この（２）式中、Ａは振れ回り運動の両振幅を、ＰＣＤは公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径を、εは必要とする公転速度の検出精度（０．３２％＝０．００３２）を、ｎは振れ回り運動の次数を、それぞれ表している。

即ち、上記（２）式から明らかな通り、上記データ処理前の公転速度の検出精度を良好にする為には、上記振れ回り運動の両振幅Ａを、上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径ＰＣＤとの関係で小さく抑える事が有効である。具体的には、上記検出精度を±０．３２％以下に抑える為には、上記両振幅Ａを、上記ピッチ円直径ＰＣＤの約１％以下とする必要がある。この両振幅Ａを上記ピッチ円直径ＰＣＤの約１％以下に抑える為には、各転動体の転動面と保持器の各ポケットの内面との間に存在する、この保持器の径方向に関するポケット隙間の値を小さくする事が有効である。上記振れ回り運動の両振幅はこのポケット隙間を越えて大きくなる事はない。従って、このポケット隙間を上記ピッチ円直径ＰＣＤの１％以下に設定すれば、ローパスフィルタ処理前の公転速度の検出精度を±０．３２％以下に抑え、このローパスフィルタ処理後の公転速度の検出精度を±０．１％以下にできる。そして、この公転速度に基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を、精度良く求める事ができる。この様な効果は、図１に示した様な、軸方向片側面を被検出面とした、アキシアル対向型の公転速度検出用エンコーダ２５であっても、図２に示す様に周面を被検出面とした、ラジアル対向型の公転速度検出用エンコーダ２５であっても、同様に得られる｛上記（２）式は成り立つ。｝。

上述の様な第１、第３各参考発明に係る転がり軸受ユニットは、上記外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重に、これら両部材の中心軸同士をずらせる方向の大きなモーメント（こじりモーメント）が加わらない場合に有効である。これに対して、上記両部材同士の間に大きなこじりモーメントが加わる状況で使用される転がり軸受ユニットの場合には、必ずしも十分な実用性能を得られない可能性がある。即ち、大きなこじりモーメントが作用すると、上記両部材同士の間に存在する転動体の配置が乱れる。具体的には、同一の列の転動体の中心点が同一平面上に存在しない状態となる。この様な状態で、総ての転動体に関して、それぞれの転動面とポケットの内面との間のポケット隙間が小さいと、何れかの転動体の転動面が、当該転動体を保持したポケットの内面に強く押し付けられる。この結果、当該転動体が正常に自転ができなくなったり、保持器が破損する可能性がある。

この様な場合には、本発明の構造により、保持器の振れ回り運動を抑える事が有効である。この本発明の転がり軸受ユニットの場合には、互いに平行でない方向に関する、任意の３通りの自由度に関する隙間を小さくしている為、保持器の径方向に関する変位を、これら３通りの自由度に関する隙間に合わせて小さくできる。即ち、面方向の変位を抑える面から、機構学的に必要十分条件となる３通りの自由度に関する隙間のみを小さく設定する事で、転動体から保持器に、この保持器を変形させようとする大きな荷重が加わる事を防止しつつ、この保持器が径方向に変位する事、言い換えればこの保持器が大きな隙間の範囲内でランダムに動き回る振れ回り運動を抑制できる。
又、本発明では、寸法が小さい（例えば内径が１０mm程度）ポケット部で隙間を小さくするので、前述の、図２３に示した従来例の様に、熱膨張（収縮）による寸法変化が問題になりにくい。

即ち、保持器２４の中心軸に直交する仮想平面上でのこの保持器２４の自由度を考えた場合、図３に示す様に、回転方向の自由度Ｒｘと、何れかの方向の自由度ｙと、この方向に対し直角方向の自由度ｚとの３通りの自由度が考えられる。機構学的に考えた場合、上記仮想平面上で上記保持器２４に関するこれら３通りの自由度Ｒｘ、ｙ、ｚを規制する為には、この仮想平面上で、３通りの自由度を制限すれば良い事になる。従って、上記仮想平面上で各転動体毎に径方向と円周方向との２通り、転がり軸受ユニット全体でこれら各転動体の数の２倍存在する自由度のうちから適宜選択した３通りの自由度を制限すれば、上記仮想平面上で上記保持器２４の変位を制限して、この保持器２４の振れ回り運動を、実用上問題ない程度に抑えられる。

尚、本発明は、上述の様に各転動体の数の２倍存在する自由度のうちから適宜選択した３通りの自由度を制限する事が重要である。制限する自由度の数が３通りよりも少ない場合には、上記振れ回り運動を抑える事ができない。これに対して、３通りよりも多い場合には、この振れ回り運動を抑える事はできるが、保持器２４の損傷防止効果が損なわれる。即ち、制限した自由度が４通り以上の場合には、少しの寸法誤差や、これら４通り以上の自由度に関連した各転動体の公転速度が僅かに相違しただけでも、何れかの転動体がポケットの内面を強く押圧し、上記保持器２４の内部に、この保持器２４の損傷に結び付く様な大きな応力を発生させる可能性を生じる。制限する自由度の数を３通りにすれば、この様な問題を生じる事はない。

尚、上記３通りの自由度のうちの２通り以上の自由度に関して、円周方向に関する自由度を制限した場合には、当該部分の転動体の公転速度の相違により、転動体の表面とポケットの内面とが押し付け合う事が考えられる。この様な場合には、上記保持器２４が径方向に変位する事で、この保持器２４に過大な応力が生じるのを防止するが、この際の径方向変位は、極く僅かである為、殆ど無視できる。仮に、本発明の様に、保持器２４の公転速度を精度良く測定する必要から、この径方向変位が無視できない場合であっても、この振れ回りは安定した、規則性のある運動となる為に、公転速度を表す信号を、適応フィルタやノッチフィルタ等で適切に演算処理すれば、公転速度検出用センサの検出信号に対して、前記図２１に鎖線αに示した様な低周波の変動を補正できる。

又、本発明の場合には、一部（２〜３個所）のポケットに関して、当該ポケットの内面と転動体の表面との間の隙間を小さくするだけであり、他のポケットに関する隙間を十分に確保できるので、潤滑性能を損なわずに済む。又、上記一部のポケットに関しても、保持器の軸方向に関する隙間を確保する事で、必要な潤滑性能を得られる。この為、前述した様に、大きなこじりモーメントが加わる状況で使用される転がり軸受ユニットの場合でも、必要十分な実用性能を得られる。

第１参考発明を実施する場合に好ましくは、第２参考発明の様に、両振幅の値を、公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の０．３％以下とする。又、第３参考発明を実施する場合に好ましくは、第４参考発明の様に、ポケット隙間の値を、公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の０．３％以下とする。
この様にすれば、ローパスフィルタを使用する事に伴う応答性の悪化を防止し、しかも、各転動体の公転速度を、必要とする精度で求められる。この点に就いて、以下に説明する。

公転速度検出用センサの検出信号をローパスフィルタを用いて処理し、この検出信号中に含まれる、保持器の振れ回り運動に基づく誤差を抑えると、この検出信号に基づいて公転速度を求め、更に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処理の応答性が悪化する。従って、ローパスフィルタを使用して上記誤差を抑えられる対象は、多少の応答遅れが存在しても問題とはなりにくい場合に限られる。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に就いて言えば、自動車が緩いカーブを走行中に、この転がり軸受ユニットにより支持した車輪（タイヤ）による路面グリップ力を検出する様な場合である。又、産業機械に組み込まれている転がり軸受ユニットに作用する荷重を検出する様な場合も、応答遅れは問題となりにくいので有効である。

これに対して、例えば、自動車が高速走行中に突発的なレーンチェンジをした瞬間に上記路面グリップ力を求める様な場合には、優れた応答性を要求される。具体的には、ローパスフィルタを使用して、前述した公転０．３５次付近の様な低い周波数帯域を減衰させる事はできない。この様な場合は、ローパスフィルタを使用せずに、この低い周波数帯域での公転速度検出用センサの検出信号の振れの減衰を図り、公転速度の検出精度を±０．１％以下にしなければならない。

上記公転速度の検出精度を±０．１％以下、振れ回り次数を公転０．３５次とすると、次の（３）式に示す様に、振れ回り運動の両振幅は、エンコーダＰＣＤの約０．３％以下とする必要がある。この（３）式中の符号の意味は、前述した（２）式と同様である。
Ａ／ＰＣＤ＝ε／ｎ＝０．００１／０．３５≒０．００２９≒０．３％
−−− （３）
上記振れ回り運動の両振幅を公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の約０．３％以下に抑える方法としては、ポケット隙間を小さくする事が有効である。前述した様に、振れ回り運動の両振幅がポケット隙間を越えて大きくなる事はないので、このポケット隙間を上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の０．３％以下に設定すれば、上記（３）式から明らかな通り、上記公転速度の検出精度を±０．１％以下に抑えられる。そして、この公転速度に基づいて、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を、十分な精度で求められる。

但し、上記各ポケット隙間が小さくなり過ぎると、各転動体の転動面と各ポケットの内面との間にグリースが入り込みにくくなり（グリース潤滑性が阻害され）、転がり軸受ユニットの転がり疲れ寿命を低下させる原因となる為、好ましくない。経験上、上記ポケット隙間が５０μｍ以下になると、潤滑性悪化による問題が発生する危険性が高くなる。従って、第６参考発明の様に、上記ポケット隙間は５０μｍ以上とする事が好ましい。更に、このポケット隙間が１００μｍ程度あれば、転動体直径の大小に拘わらず、上記潤滑性悪化による問題は殆ど発生しない。一方、上記各転動体の公転速度を精度良く求める為には、上記ポケット隙間は、潤滑性悪化による問題が発生しない範囲で、できるだけ小さく抑える事が好ましい。従って、上記公転速度検出用エンコーダのピッチ円直径の０．３％に相当する値が１００μｍを超える様な場合であっても、上記ポケット隙間を１００μｍ程度にする事も可能である。即ち、第５参考発明の様に、ポケット隙間を１００μｍ以下（５０μｍ以上）に設定すれば、転がり軸受ユニットの寿命を低下させずに、公転速度の検出精度、更にはこの公転速度に基づく、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の測定精度を確保できる。

又、第１、第３各参考発明を実施する場合に好ましくは、第７参考発明の様に、各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径とを異ならせる。この場合、各ポケットのピッチ円直径と各転動体のピッチ円直径との何れを大きくするかは、適宜選択できる。何れを大きくした場合でも、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、保持器の径方向に関するポケット隙間の値を小さくできる。しかも、上記各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に存在する、上記径方向の隙間以外の隙間を大きくして、これら各転動体の転動面と上記各ポケットの内面との間に潤滑剤を取り込み易くできる。尚、上記第７参考発明は、保持器に公転速度検出用エンコーダを装着していない構造に適用する事もできる。この場合には、保持器の径方向の振れ回りを抑えて、保持器音の発生防止を図れる。

例えば図１０〜１１は、第７参考発明に係る構造を示している。この図１０〜１１に示した構造の場合には、保持器２４に設けた各ポケット２８、２８のピッチ円Ｐ₂₈（各ポケット２８、２８の曲率半径の中心同士を結ぶ円）の直径を、これら各ポケット２８、２８内に保持された各転動体９、９のピッチ円Ｐ₉ ｛これら各転動体９、９を外輪軌道７と内輪軌道８（図１６、１９参照）との間に配置した状態で、上記各転動体９、９の中心同士を結ぶ円｝の直径よりも小さくしている（各ポケット２８、２８のピッチ円Ｐ₂₈を各転動体９、９のピッチ円Ｐ₉ の内径側に配置している）。

上記図１０〜１１に記載した構造は、この様に、各ポケット２８、２８のピッチ円Ｐ₂₈を各転動体９、９のピッチ円Ｐ₉ の内径側に配置して、これら両ピッチ円Ｐ₂₈、Ｐ₉ を一致させた場合に比べて、上記各ポケット２８、２８内で上記各転動体９、９が円周方向に動き得る量である、円周方向隙間Ｓを小さくしている。又、これら各転動体９、９と上記各ポケット２８、２８の内面とが当接する点を、これら各ポケット２８、２８のピッチ円Ｐ₂₈よりも外径側（図示の例では、上記保持器２４の径方向に関して、これら各ポケット２８、２８の外径側端部）に位置させている。

即ち、本参考例の構造の場合には、上記各転動体９、９が上記各ポケット２８、２８内で上記保持器２４の径方向外側にオフセットしているので、上記隙間Ｓが、上記各転動体９、９の直径Ｄと上記各ポケット２８、２８の内径Ｒとの差よりも小さくなっている（Ｓ＜Ｒ−Ｄ）。又、上記オフセットに伴って、上記各転動体９、９の表面（転動面）と上記各ポケット２８、２８の内面とが当接する点が、これら各ポケット２８、２８の外径側端部に位置している。上記隙間Ｓの大きさは、例えば図１６、１９に示す様な、一般の乗用車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの場合で、０．２〜０．４mm（Ｓ／２＝０．１〜０．２mm）とする事が好ましい。

この程度の円周方向隙間Ｓは、転がり軸受ユニットにモーメントが負荷されて、総ての転動体９、９が一平面上に整列しない場合に発生する、これら各転動体９、９の公転速度の差（上記保持器２４の回転に対するこれら各転動体９、９の進み・遅れ）を吸収する為に必要である。即ち、上記転がり軸受ユニットを自動車の車輪を懸架装置に支持する為に使用する場合、自動車の旋回時にこの転がり軸受ユニットに加わる大きなモーメントにより、静止輪（外輪１）と回転輪（ハブ２）との間にミスアライメント（中心軸同士の不一致）が生じる。このミスアライメントに基づいて、上記各転動体９、９と各軌道面（外輪軌道７及び内輪軌道８）との接触角が、これら各転動体９、９毎に不均一になり、これら各転動体９、９の公転速度に差が生じて、これら各転動体９、９の進み・遅れが生じる。

この進み・遅れの円周上での距離の差は、上記モーメントの大きさ等の条件によって変化するが、上記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で、最大０．２mm程度になる。そこで、上述の様に、上記隙間Ｓを０．２mm以上とすれば、上記各転動体９、９の進み・遅れにより、これら各転動体９、９が上記保持器２４の柱部を強く押す事を防止して、これら各転動体９、９からこの保持器２４に過大なストレスが加わらない様にできる。尚、上記円周方向隙間Ｓの増大は、上記保持器２４が径方向に変位する振れ回り運動に結び付くので、上記隙間Ｓを０．４mm以下に抑える。これに対して、上記各ポケット２８、２８内で上記各転動体９、９が軸方向（図１０の左右方向、図１１の表裏方向）に動き得る量である、軸方向隙間は、上記振れ回り運動に結び付く事はない。従ってこの軸方向隙間は、上記各ポケット２８、２８の内面形状を工夫する事により、適宜大きくして、これら各ポケット２８、２８の内面と上記各転動体９、９の外面（転動面）との間にグリースを取り込み易くする。

又、図１２は、第７参考例に係る構造を示している。この図１２に示した構造の場合には、保持器２４に設けた各ポケット２８のピッチ円Ｐ₂₈´の直径を、これら各ポケット２８内に保持された各転動体９のピッチ円Ｐ₉ ´の直径よりも大きくしている（各ポケット２８のピッチ円Ｐ₂₈´を各転動体９のピッチ円Ｐ₉ ´の外径側に配置している）。そして、これら各転動体９と上記各ポケット２８の内面とが当接する点を、これら各ポケット２８のピッチ円Ｐ₂₈´よりも内径側（図示の例では、上記保持器２４の径方向に関して、これら各ポケット２８の内径側端部）に位置させている。この様な構造でも、これら各ポケット２８の内面と上記各転動体９の外面との間にグリースを取り込み易くしつつ、上記保持器２４の振れ回り運動を抑えられる。

尚、図１２に示した構造も、上述した図１０〜１１に示した構造と同様に、保持器２４の径方向に関する振れ回り運動を抑えられる。但し、この振れ回り運動をより効果的に抑える面からは、図１０〜１１に示した様に、各転動体９、９と上記各ポケット２８、２８の内面とが当接する点を、これら各ポケット２８、２８の外径側端部に位置させる構造が好ましい。この理由は、上記各転動体９、９の転動面のうちで自転軸から最も遠い部分（所謂赤道部分）と係合する部分の形状が、外径側（図１０のＡ点）では保持器２４の中心軸と平行な円筒面であるのに対して、内径側（図１０のＢ点）では（ハブの外周面との干渉防止の為）この中心軸に対し傾斜した傾斜面である為である。上記保持器２４の動き量を正確に規定すべく、上記各転動体９、９の赤道部分に近接させる為には、単なる円筒面であるＡ点部分で行なう方が、傾斜面であるＢ点部分で行なうよりも容易である。

次に、本発明を実施する場合に好ましい形態の６例に就いて、図４〜９により説明する。尚、これら図４〜９は、転動体と保持器のポケットとの係合部の自由度を示す為の模式図であり、この係合部の自由度の方向及び大きさに影響を及ぼす、上記ポケットの内面と上記転動体の表面との間の隙間の大小を、真円及び長円で表している。このうちの真円は、当該転動体と保持器のポケットとの係合部の自由度が実質的に存在しない（ポケット内に転動体を、径方向及び円周方向に関して拘束した状態で保持している）状態を表している。これに対して、長円は、幅方向に関しては実質的に自由度が存在しないが、長さ方向に関しては自由度が存在する事を表している。即ち、円周方向に長い長円は、ポケット内に転動体を、径方向に関してのみ拘束し、円周方向の変位は許容した状態で保持している事を表している。又、径方向に長い長円は、ポケット内に転動体を、円周方向に関してのみ拘束し、径方向の変位は許容した状態で保持している事を表している。尚、図４〜９に示した保持器は、あくまでも本発明を模式的に示す為のものであって、本発明を実施する場合に使用する保持器の型式を表しているものではない。本発明を実施する場合には、冠型やもみ抜き型等、転動体を保持する為に従来から知られている、各種型式の保持器を使用できる。

先ず、図４は、好ましい形態の第１例として、請求項２に係る発明を示している。本例の場合、図４の上部に示した、１組の転動体及びポケット２８での径方向の自由度及び円周方向部分の自由度に関する隙間と、図４の下部に示した、他の１組での転動体及びポケット２８部分の円周方向の自由度に関する隙間とを、図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。この為に、例えば上記２個所のポケット２８、２８の大きさを、これら両ポケット内に保持する転動体の外径との関係で規制して、自由度を制限する方向のポケット隙間を小さくする。ポケット隙間を小さくする為の構造に就いては、転がり軸受の分野で従来から広く知られている為、詳しい説明は省略する。

この様な本例の場合、上記図４の上部に示した１組の転動体及びポケット２８部分で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚを制限する。又、この部分と、上記図４の下部に示した他の１組での転動体及びポケット２８部分とで、上記図３で説明した回転方向の自由度Ｒｘを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。
尚、上記図４の下部に示した他の１組での転動体及びポケット２８部分に関しては、仮に径方向の自由度を制限しても、円周方向の自由度を持たせると、上記回転方向の自由度Ｒｘを制限する機能が低くなる。

次に、図５は、好ましい形態の第２例として、請求項３に係る発明を示している。本例の場合、図５の上部に示した、１組の転動体及びポケット２８での径方向の自由度及び円周方向部分の自由度に関する隙間と、図５の右部に示した、他の１組での転動体及びポケット２８部分の径方向の自由度に関する隙間とを、図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記図５の上部に示した１組の転動体及びポケット２８部分で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚを制限する。又、この部分と、上記図５の右部に示した他の１組での転動体及びポケット２８部分とで、上記図３で説明した回転方向の自由度Ｒｘを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。
尚、上記図５の右部に示した他の１組での転動体及びポケット２８部分に関しては、仮に円周方向の自由度を制限しても、径方向の自由度を持たせると、上記回転方向の自由度Ｒｘを制限する機能が低くなる。

次に、図６は、好ましい形態の第３例として、請求項４に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、３組の転動体及びポケット２８、２８部分での径方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記３組の転動体及びポケット２８、２８部分で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に関して、実用上問題となる程に径方向に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。

尚、本例の場合、上記図３で説明した回転方向の自由度Ｒｘを僅少に抑える事はできない。従って、前述の図１６、１９に示した構造に適用して、保持器の回転速度に基づいて各転動体９ａ、９ｂの公転速度を測定するには不適当である。但し、本例の構造でも、一般的な転がり軸受ユニットに適用して、保持器の振れ回り運動に基づく騒音並びに振動を抑える事は十分に行なえる。又、各転動体９ａ、９ｂの位置が径方向にずれた場合や、保持器のポケット２８、２８のピッチ円直径と転動体のピッチ円直径との間に誤差が存在する場合には、保持器を変形させる様な応力が発生するが、これら径方向のずれや寸法誤差は、各転動体の公転速度の相違に比べて小さいので、問題にはなりにくい。

次に、図７は、好ましい形態の第４例として、請求項５に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、３組の転動体及びポケット２８、２８部分での円周方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合、上記３組の転動体及びポケット２８、２８部分が共働する事で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚ及び回転方向の自由度Ｒｘを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。

次に、図８は、好ましい形態の第５例として、請求項６に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、３組の転動体及びポケット２８、２８部分のうち、図８の下部左右に存在する２組のポケット２８、２８部分での円周方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。又、上記３組のうち、図８の上部に存在する残り１組のポケット２８、２８部分での径方向の自由度に関する隙間を、この部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合も、上記３組の転動体及びポケット２８、２８部分が共働する事で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚ及び回転方向の自由度Ｒｘを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。

更に、図９は、好ましい形態の第６例として、請求項７に係る発明を示している。本例の場合、円周方向に関してほぼ等間隔位置に存在する、３組の転動体及びポケット２８、２８部分のうち、図９の下部左右に存在する２組のポケット２８、２８部分での径方向の自由度に関する隙間を、これら各部分の円周方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。又、上記３組のうち、図９の上部に存在する残り１組のポケット２８部分での円周方向の自由度に関する隙間を、この部分の径方向の自由度及び図示を省略した他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくしている。
この様な本例の場合も、上記３組の転動体及びポケット２８、２８部分が共働する事で、前述の図３で説明した、平行移動方向の自由度ｙ、ｚ及び回転方向の自由度Ｒｘを制限する。この結果、保持器２４が、その中心軸に直交する仮想平面に沿って、実用上問題となる程に変位する事がなくなり、上記保持器２４が振れ回り運動する事を防止できる。

尚、図４〜９に示した何れの構造の場合でも、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくする３通りの自由度に関する隙間を、請求項８に係る発明の様に、１００μｍ以下に抑える事が好ましい。この隙間を大きくし過ぎると、本発明の効果を発揮できなくなる。これに対して、この隙間が小さ過ぎると、転動体の正常な自転運動を阻害する可能性や、グリース潤滑が不足する可能性があるので、好ましくない。この点は、前述した第１〜第７各参考発明の場合と同様であるが、本発明の場合には、上記３通りの自由度に関する隙間以外は大きくできる為、この３通りの自由度に関する隙間を、上記第１〜第７各参考発明の場合よりも小さくできる。これらを勘案すると、小さくする３通りの自由度に関する隙間は、１０μｍから数十μｍ程度が最適であるが、保持器ポケット形状の寸法誤差を考慮すると、１００μｍ以下程度に設計するのが好ましい。これに対して、上記残りの自由度に関する隙間は、数百μｍ以上、例えば４００〜６００μｍ程度にする。これらの値は、例えば乗用車用の車輪支持用として使用される、各転動体のピッチ円直径が４０〜８０mm程度、各転動体の直径が８〜１３mm程度の玉軸受ユニットでの値である。これらの値は、各転動体のピッチ円直径や各転動体の直径にほぼ比例して変わる。

又、隙間を小さくするポケット位置は、図４では１８０度間隔、図５では９０度間隔、図６〜９では１２０度間隔で図示しているが、図示の角度間隔に限定するものではない。但し、図示の角度間隔を設定できる様に転動体の個数を定めても良い。例えば、転動体の数を、図４の実施例では２の整数倍に、図５の実施例では４の整数倍に、図６〜９の実施例では３の整数倍に、それぞれ設定すれば、上記角度間隔のポケットを選択できる。

又、図４〜９に示した様な、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項９に記載した様に、前記各転動体９、９の数及び前記保持器２４のポケット２８、２８の数を、それぞれ３の整数倍とする。この理由は、次の通りである。
例えば前述の図６に示した様な、２次元平面上の挙動（面内挙動）では、３自由度の拘束が機構学的に過不足ない理想的な拘束であるので、面内での保持器２４の不安定な挙動が抑制される。但し、例えば上記図６に記載した構造の場合には、３個所のポケット２８、２８だけで、上記保持器２４の挙動を支配するので、この保持器２４が１回転（公転）する間に、外輪軌道７や内輪軌道８（図１６、１９参照）のうねり等に基づいて、３周期の振れ回り挙動が発生し、公転速度の検出誤差となる。この場合に、上記保持器２４の挙動が、図１３に破線ロで示す様な、安定的に発生する振れ回り運動であれば、ノッチフィルタや適応フィルタによる誤差補正が可能である。これに対して、隙間を小さくした３個所のポケット２８、２８の円周方向に関する間隔（ピッチ）が不等である場合には、振れ回り挙動が複雑になり、図１３に実線イで示す様に、波形が歪んでしまう。この様な場合には、ノッチフィルタや適応フィルタを用いても誤差を十分に補正できない可能性がある。

例えば、転動体９、９及びポケット２８、２８の数が１０個である場合は、これら各ポケット２８、２８の基本ピッチは３６度になるので、隙間を小さく設定するポケット２８、２８は、１０８度（３ピッチ分）、１０８度（３ピッチ分）、１４４度（４ピッチ分）の不等ピッチとなり、上述した様な、外輪軌道７や内輪軌道８のうねり等に基づいて生じる振れ回り運動の誤差を補正しにくくなる。これに対して、上記請求項９に記載した様に、上記各転動体９、９の数及び上記保持器２４のポケット２８、２８の数を、それぞれ３の整数倍とし、上記隙間を小さくする３個所のポケット２８、２８を円周方向に関して等間隔に（等ピッチで）配置すれば、上記保持器２４の挙動の主成分が、公転３次成分のみとなる。この為、ノッチフィルタや適応フィルタによる誤差補正を適切に実施できて、精度の良い公転速度検出が可能となる。

尚、本発明を実施する場合に利用する転動体は、請求項１０に係る発明の様に玉であっても、或は請求項１１に記載した様に円すいころであっても良い。
転動体が何れの種類であっても、保持器の振れ回り運動を抑えて騒音並びに振動を抑える事ができる。

又、本発明は、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用する。
更に、各転動体の公転速度に一致する保持器の回転速度を測定する為の公転速度検出用センサを備え、この公転速度検出用センサの検出信号を、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を求める為に利用する。
この為、本発明によれば、前述の図１６、１９に示した先発明の様に、低コストで造れる構造で、車輪に加わる荷重を、正確に求められる。

本発明は、特願２００３−３２９７５２号に係る発明と組み合わせて実施する事もできる。この先発明の構造は、保持器に固定した公転速度検出用エンコ−ダの被検出面と、公転速度検出用センサの検出面との間の隙間変化を抑制する為に、上記保持器に設けた複数のポケットのうち、任意の３個所のポケットと、当該ポケット内に保持された転動体との、保持器の軸方向に関する隙間を、他のポケットに関する同方向の隙間よりも小さく設定するものである。

本発明が、保持器の中心軸に直交する仮想平面の面方向に関する隙間を規定するのに対して、上記先発明は軸方向の隙間を規制するものである。従って、この先発明と上記本発明とを同時に実施する事も可能である。但し、この本発明を実施する場合に面方向に関して隙間を小さくするポケットと、上記先発明を実施する場合に軸方向に関して隙間を小さくするポケットとは、同一ポケットに関して重複させない（面方向に関する隙間を小さくするポケットと、軸方向に関する隙間を小さくするポケットとを、総て異ならせる）事が好ましい。この理由は、特定のポケットで、面方向の隙間と軸方向の隙間とが何れも狭くなって、当該ポケット内へのグリースの取り込みが著しく不良になる事を防止する為である。

保持器の装着する公転速度エンコーダの第１例を示す断面図及び側面図。 同第２例を示す断面図及び側面図。 本発明を説明する為に保持器の３通りの自由度を示す為の、保持器を軸方向から見た模式図。 本発明に関する好ましい実施の形態の第１例を説明する為、保持器を軸方向から見た状態で示す模式図。 同第２例を示す、図４と同様の図。 同第３例を示す、図４と同様の図。 同第４例を示す、図４と同様の図。 同第５例を示す、図４と同様の図。 同第６例を示す、図４と同様の図。 第７参考例に係る発明を説明する為の、保持器の断面図。 図１０の拡大Ａ−Ａ断面図。 第７参考例に係る発明の別例を説明する為の、図１１と同様の図。 請求項９に記載した発明に関し、転動体とポケットとの数が保持器の変位に及ぼす影響を説明する為の線図。 従来から知られている荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 先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の第１例を示す断面図。 この先発明に係る構造で荷重を測定できる理由を説明する為の模式図。 横方向荷重と各列の公転速度の変動との関係を示す線図。 先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の第２例を示す断面図。 保持器の振れ回り運動が公転速度検出の精度を悪化させる理由を説明する為の模式図。 同じく公転速度検出センサの出力信号を表す線図。 保持器の振れ回り運動に拘らず公転速度検出用エンコーダの振れ回りを防止する為に先に考えた構造を示す端面図。 保持器の振れ回り運動を防止する為に先に考えた構造を示す部分断面図。

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
９、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 先端部
２３ａ、２３ｂ 公転速度検出用センサ
２４、２４ａ、２４ｂ 保持器
２５、２５ａ、２５ｂ 公転速度検出用エンコーダ
２６ 重り
２７ リム部
２８ ポケット

Claims (11)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、それぞれの内側にこれら各転動体を保持する為の複数のポケットを備えた保持器とを備え、この保持器の径方向に関する位置決めを、これら各ポケットの内面と上記各転動体の表面との係合に基づく転動体案内により図っており、自動車の懸架装置と車輪との間に設けられ、この懸架装置に対しこの車輪を回転自在に支持する為に利用される転がり軸受ユニットに於いて、上記各ポケットの内面と上記各転動体との間に存在する隙間に基づき上記保持器の中心軸に直交する仮想平面に関して存在する、これら各転動体毎に２通りずつ、全体で転動体の数の２倍の数だけ存在する自由度のうち、上記保持器毎に３通りの自由度に関する隙間を、残りの自由度に関する隙間よりも小さくする事により、上記保持器の径方向に関する変位を制限しており、上記各転動体の公転速度に一致する上記保持器の回転速度を測定する為の公転速度検出用センサを備え、この公転速度検出用センサの検出信号を、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求める為に利用する転がり軸受ユニット。
2. １組の転動体及びポケットでの径方向の自由度及び円周方向の自由度に関する隙間と、他の１組での転動体及びポケットの円周方向の自由度に関する隙間とを、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
3. １組の転動体及びポケットでの径方向の自由度及び円周方向の自由度に関する隙間と、他の１組の転動体及びポケットでの径方向の自由度に関する隙間とを、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
4. ３組の転動体及びポケットでの径方向の自由度に関する隙間を、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
5. ３組の転動体及びポケットでの円周方向の自由度に関する隙間を、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
6. １組の転動体及びポケットでの径方向の自由度に関する隙間と、他の２組の転動体及びポケットでの円周方向の自由度に関する隙間とを、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
7. １組の転動体及びポケットでの円周方向の自由度に関する隙間と、他の２組の転動体及びポケットでの径方向の自由度に関する隙間とを、他の部分の自由度に関する隙間よりも小さくした、請求項１に記載した転がり軸受ユニット。
8. 残りの自由度に関する隙間よりも小さくする３通りの自由度に関する隙間が１００μｍ以下である、請求項１〜７の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
9. 転動体の数及び保持器のポケットの数を、それぞれ３の整数倍とした、請求項１〜８に記載した転がり軸受ユニット。
10. 転動体が玉である、請求項１〜９の何れかに記載した転がり軸受ユニット。
11. 転動体が円すいころである、請求項１〜９の何れかに記載した転がり軸受ユニット。

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