KR100989528B1 - 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치는 내주면에 복렬의 외륜 궤도를 갖는 외측 궤도륜 부재와, 외주면에 복렬의 내륜 궤도를 갖는 내측 궤도륜 부재와, 각 열에 있어서, 상기 외륜 궤도와 상기 내륜 궤도 사이에, 양 열의 사이에서 서로 역방향의 접촉각이 부여된 상태에서 자유롭게 전동할 수 있도록 형성된 복수의 전동체와, 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재의 액시얼 방향의 상대 변위를 구하는 액시얼 변위 측정 수단과, 상기 외측 궤도륜 부재의 중심축과 상기 내측 궤도륜 부재의 중심축의 경사 각도를 구하는 경사 각도 측정 수단과, 상기 경사 각도와 상기 액시얼 방향의 상대 변위에 기초하여 상기 복수의 전동체에 부여되어 있는 예압을 구하는 예압 산출 수단을 구비한다.

Description

복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치{PRELOAD MEASURING DEVICE FOR DOUBLE ROW ROLLING BEARING UNIT}
본 발명에 관련된 예압 측정 장치는 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되어 있는 예압의 적부를 알기 위하여 사용된다. 즉, 본 발명은 각종 기계 장치의 회전 지지부에 삽입되어, 예압의 적부가 성능에 영향을 미치는 복렬 구름 베어링 유닛용의 예압 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 관련된 예압 측정 장치는, 예를 들어 자동차의 차륜, 머시닝 센터 등의 각종 공작 기계의 주축, 인쇄기나 압연기 등의 각종 산업 기계의 드럼 등을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 복렬 구름 베어링 유닛에 사용된다.
예를 들어, 복렬 구름 베어링 유닛은 차량의 차륜을 현가 (懸架) 장치에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지한다. 또한, 차량의 주행 안정성을 확보하기 위하여, 안티록 브레이크 시스템 (ABS) 이나 트랙션 컨트롤 시스템 (TCS), 일렉트로닉 스태빌리티 컨트롤 (ESC, 예를 들어 VSC) 등의 차량의 주행 상태 안정화 장치가 널리 사용되고 있다. ABS 나 TCS, ESC (VSC) 등의 주행 상태 안정화 장치에 의하면, 제동시나 가속시에 있어서의 차량의 주행 상태를 안정시킬 수는 있다. 그러나, 보다 엄격한 조건에서도 주행 안정성의 확보를 도모하기 위해서 는, 차량의 주행 안정성에 영향을 미치는 더욱 많은 정보를 받아들여, 브레이크나 엔진의 제어를 행하는 것이 필요하게 된다.
종래의 ABS 나 TCS, ESC (VSC) 등의 주행 상태 안정화 장치는 타이어와 노면의 미끄러짐을 검지하여 브레이크나 엔진을 제어하는, 소위 피드백 제어를 행하고 있다. 따라서, 브레이크나 엔진의 제어가 일순간이라 해도 늦다. 환언하면, 어려운 조건하에서의 성능 향상을 도모하기 위하여, 소위 피드 포워드 제어에 의해, 타이어와 노면 사이에 미끄러짐이 발생하지 않도록 하거나, 좌우 차륜의 제동력이 극단적으로 상이한, 소위 브레이크가 한쪽만 작동하는 것을 방지할 수는 없다.
피드 포워드 제어를 행하기 위해서는, 현가 장치에 대하여 차륜을 지지하는 복렬 구름 베어링 유닛에, 차륜에 가해지는 액시얼 하중을 측정하는 하중 측정 장치가 삽입된다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 평3-209016호는 외륜의 외주면에 형성한 고정측 플랜지의 내측면 복수 지점에서 고정측 플랜지를 너클에 결합하기 위한 볼트를 나사 결합하기 위한 나사 구멍을 둘러싸는 부분에, 각각 하중 센서를 첨설한 하중 측정 장치가 있는 복렬 구름 베어링 유닛을 개시하고 있다. 외륜의 각 하중 센서는, 너클에 지지 고정시킨 상태에서, 너클의 외측면과 고정측 플랜지의 내측면 사이에 협지된다. 차륜과 너클 사이에 가해지는 액시얼 하중은 각 하중 센서에 의해 측정된다.
일본 공개특허공보 2004-3918호는, 외륜의 원주 방향 4 지점 위치에 지지한 변위 센서 유닛과, 허브에 외부로부터 끼워맞추어 고정시킨 단면 L 자형의 피검출 링을 구비한 하중 측정 장치가 있는 복렬 구름 베어링 유닛을 개시하고 있다. 변위 센서 유닛과 피검출 링에 의해, 4 지점 위치에서, 외륜에 대한 허브의 레이디얼 방향 및 액시얼 방향의 변위를 검출하고, 각 위치에서의 검출치에 기초하여 허브에 가해지는 하중의 방향 및 하중의 크기를 구한다.
일본 특허공보 소62-3365호는, 일부의 강성을 낮게 한 외륜 상당 부재에 동적 변형을 검출하기 위한 스트레인 게이지를 설치하고, 스트레인 게이지가 검출하는 전동체의 통과 주파수로부터 전동체의 공전 속도를 구하고, 공전 속도로부터 구름 베어링에 가해지는 액시얼 하중을 측정하는 방법을 개시하고 있다.
또한, 일본 공개특허공보 2005-31063호는, 서로 역방향의 접촉각이 부여된 상태에서 복렬로 배치된 전동체의 공전 속도에 기초하여, 외륜 등의 정지측 궤도륜과 허브 등의 회전측 궤도륜 사이에 작용하는, 레이디얼 하중 혹은 액시얼 하중을 측정하는 하중 측정 장치가 있는 구름 베어링 유닛을 개시하고 있다.
그런데, 상기 서술과 같이 정지측 궤도륜 부재와 회전측 궤도륜 부재 사이에 가해지는 액시얼 하중 혹은 레이디얼 하중을 구하는 대상이 되는 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에는 소정의 예압이 부여되어 있다. 예압은 차륜 등의 회전 부재의 지지 강성을 높이고, 회전 부재의 회전 정밀도를 향상시키기 위하여 부여된다.
또한, 복렬 구름 베어링 유닛에 충분한 성능을 발휘시키기 위해서는 예압의 값을 적정 범위로 규제하는 것이 중요하다. 예압의 값이 부족한 경우에는, 복렬 구름 베어링 유닛의 강성이 부족하여, 기계 장치의 운전시에 진동이 발생하기 쉬워진다. 이에 대하여, 예압의 값이 과대한 경우에는, 복렬 구름 베어링 유닛 내부의 구름 접촉부의 면압이 과대해져, 복렬 구름 베어링 유닛의 다이나믹 토크가 커진다. 그 결과, 기계 장치의 성능이 악화될 뿐만 아니라, 구름 접촉부의 각 면 (궤도면 및 전동면) 의 구름 피로 수명이 저하된다.
이 때문에, 구름 베어링 유닛을 기계 장치의 회전 지지부에 삽입하기 이전에, 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되는 예압을 측정하여, 전동체에 적정한 예압을 부여하도록 하고 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-349327호, 및 일본 공개특허공보 2002-317818호 참조). 그러나, 이와 같은 예압의 측정 방법에서는, 기계 장치의 회전 지지부에 삽입된 후의, 사용 상태에 있는 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되어 있는 예압을 측정할 수는 없다.
전동체에 부여한 예압이 적정치의 상태이면, 특별히 문제를 일으키는 경우는 없다. 그러나, 한번 전동체에 부여한 예압이 장기간에 걸친 사양에 수반하여 변화하는 (저하되는) 경우가 있다. 그리고, 예압이 낮을수록 전동체의 공전 속도의 변화량 혹은 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜의 상대 변위가 커진다. 반대로, 예압이 높을수록 전동체의 공전 속도의 변화량 혹은 정지측 궤도륜끼리와 회전측 궤도륜의 상대 변위가 작아진다. 이 때문에, 예압이 변화하는 정도에 따라서는, 복렬 구름 베어링 유닛에 가해지는 하중을 예를 들어 자동차의 주행 안정성 확보를 위해 필요로 하는 정밀도로 구할 수 없게 될 가능성이 있다. 이와 같은 이유로 인해, 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되어 있는 예압을 정확하게 파악하는 것이 중요하다.
발명의 개시
본 발명은, 상기 서술과 같은 사정을 감안하여, 실제로 각종 기계 장치의 회전 지지부에 삽입된 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되어 있는 예압을 구하는 예압 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치는 외측 궤도륜 부재와, 내측 궤도륜 부재와, 복수의 전동체와, 액시얼 변위 측정 수단과, 경사 각도 측정 수단과, 예압 산출 수단을 구비한다. 외측 궤도륜 부재는 내주면에 복렬의 외륜 궤도를 갖는다. 내측 궤도륜 부재는 외주면에 복렬의 내륜 궤도를 갖는다. 복수의 전동체는 각 열에 있어서, 외륜 궤도와 내륜 궤도 사이에, 양 열의 사이에서 서로 역방향의 접촉각이 부여된 상태에서 자유롭게 전동할 수 있도록 형성되어 있다. 액시얼 변위 측정 수단은 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재의 액시얼 방향의 상대 변위 (각 궤도륜 부재간의 상대 변위 중, 각 궤도륜 부재의 축방향의 성분만의 순액시얼 변위) 를 구한다. 경사 각도 측정 수단은 외측 궤도륜 부재의 중심축과 내측 궤도륜 부재의 중심축의 경사 각도를 구한다.
예압 산출 수단은 경사 각도와 액시얼 방향의 상대 변위에 기초하여 복수의 전동체에 부여되어 있는 예압을 구한다. 구체적으로는, 본 발명의 제 2 양태에 의하면, 예압 산출 수단은 액시얼 방향의 상대 변위와 경사 각도의 비교에 기초하여 예압을 구해도 된다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 제 3 양태에 의하면, 예압 산출 수단은 액시얼 방향의 상대 변위와 경사 각도의 비에 기초하여 예압을 구해도 된다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 액시얼 변위 측정 수단과 경사 각도 측정 수단을 복렬 구름 베어링 유닛에 삽입해도 된다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 제 5 양태에 의하면, 예압 측정 장치는 피검출면을 둘레면에 갖고, 피검출면의 특성이 원주 방향에 관하여 교대로 또한 등간격으로 변화하고, 특성 변화의 위상이 축방향에 관하여 점차 변화하는 인코더와, 인코더의 피검출면의 서로 상이한 부분에 대향하는 검출부를 갖는 복수의 센서를 더 구비한다. 인코더는 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하는 어느 일방의 궤도륜 부재에, 피검출면을 동심으로 위치시켜 배치된다. 복수의 센서는 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하지 않는 타방의 궤도륜 부재에 지지된다. 액시얼 변위 측정 수단 및 경사 각도 측정 수단은 복수 센서의 출력 신호간의 위상차에 기초하여 액시얼 방향의 상대 변위 및 경사 각도를 구한다.
또한, 본 발명의 제 6 양태에 의하면, 예압 측정 장치는 피검출면을 둘레면에 갖고, 피검출면의 특성이 원주 방향에 관하여 교대로 변화하고, 특성 변화의 피치가 축방향에 관하여 점차 변화하는 인코더와, 인코더의 피검출면에 대향하는 검출부를 갖는 복수의 센서를 더 구비한다. 인코더는 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하는 어느 일방의 궤도륜 부재에, 피검출면을 동심으로 위치시켜 배치된다. 복수의 센서는 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하지 않는 타방의 궤도륜 부재에 지지된다. 액시얼 변위 측정 수단 및 경사 각도 측정 수단은 복수 센서의 출력 신호의 듀티비에 기초하여 액시얼 방향의 상대 변위 및 경사 각도를 구한다. 또한, 인코더 둘레면의 특성 변화의 피치를 변화시키려면, 인코더의 둘레면 (피검출면) 에 사다리꼴 형상 혹은 V 형상 (삼각형) 의 요철을 형성해도 된다. 혹은, 인코더의 둘레면 (피검출면) 에 투과 구멍과 기둥부를 교대로 형성해도 된다. 또한, 동일한 패턴으로 S 극과 N 극을 배치한 영구 자석제의 인코더를 사용해도 된다.
본 발명의 제 7 양태에 의하면, 복수의 센서는 인코더의 상단부 및 하단부의 피검출면에 각각 대향시켜도 된다.
본 발명의 제 8 양태에 의하면, 예압 측정 장치는 액시얼 변위 측정 수단이 구한 액시얼 방향의 상대 변위와, 경사 각도 측정 수단이 구한 경사 각도 중 일방 또는 쌍방에 기초하여, 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 사이에 작용하는 하중을 구하는 하중 산출 수단을 더 구비해도 된다.
본 발명의 제 9 양태에 의하면, 하중 산출 수단은 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 나타내는 맵에 기초하여, 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 사이에 작용하는 하중을 구하고, 예압 산출 수단은 구해진 예압에 기초하여 맵을 보정해도 된다.
본 발명의 제 10 양태에 의하면, 내측 궤도륜 부재는 자동차의 차륜과 함께 회전하는 허브이고, 외측 궤도륜 부재는 자동차의 현가 장치에 지지 고정되어도 된다.
본 발명의 제 11 양태에 의하면, 예압 산출 수단은 허브에 대하여 자동차의 폭방향에 관하여 외측을 향한 액시얼 하중이 작용하고 있는 상태에서 예압을 구하고, 구해진 예압에 기초하여 맵을 보정해도 된다.
또한, 본 발명의 제 12 양태에 의하면, 예압 산출 수단은 경사 각도 측정 수단이 구한 상기 경사 각도를 기준으로 하여, 변위 측정 수단이 구한 액시얼 방향의 상대 변위를 보정하고, 보정된 액시얼 방향의 상대 변위에 기초하여 예압을 구해도 된다. 이로써, 온도 변화 등에 의한 액시얼 방향의 변위의 영향을 제거하는 기능을 예압 산출 수단에 갖게 할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예 1 에 관련된 하중 측정 장치가 있는 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 예압과 액시얼 하중이 전동체의 공전 속도에 미치는 영향을 나타내는 선도이다.
도 3 은 레이디얼 하중과 액시얼 하중이 전동체의 공전 속도에 미치는 영향을 나타내는 선도이다.
도 4 는 실시예 1 에 있어서의 처리 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5 는 본 발명의 실시예 2 를 설명하기 위한, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛의 장착 상황의 일례를 나타내는 대략 단면도이다.
도 6A 는 액시얼 하중과, 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 사이의 액시얼 방향 변위와, 및 예압의 관계를 나타내는 선도이다.
도 6B 는 액시얼 하중과 경사 각도와 예압의 관계를 나타내는 선도이다.
도 7 은 액시얼 하중과, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비와, 예압의 관계를 나타내는 선도이다.
도 8 은 예압의 크기가 상이한 경우에 있어서의, 접지면으로부터 입력되는 액시얼 하중과 경사 각도의 관계를 나타내는 선도이다.
도 9 는 예압의 크기가 상이한 경우에 있어서의, 경사 각도와 액시얼 방향 변위의 관계를 나타내는 선도이다.
도 10 은 실제의 경우에 있어서의, 액시얼 하중과, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비와, 예압의 관계를 나타내는 선도이다.
도 11 은 오프셋량이 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계에 미치는 영향을 나타내는 선도이다.
도 12 는 실시예 2 에 있어서의 하중 측정 장치가 있는 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 13 은 도 12 에 나타낸 구조에서, 액시얼 하중이 작용하고 있지 않은 상태에서의 각 센서의 검출부와 인코더의 피검출면의 위치 관계 및 각 센서의 검출 신호의 위상을 나타내는 모식도이다.
도 14 는 액시얼 하중이 작용하고 있는 상태에서의, 도 13 과 동일한 모식도이다.
도 15 는 액시얼 하중이 작용함과 동시에 순액시얼 변위가 생긴 상태를 나타내는, 도 13 과 동일한 모식도이다.
도 16 은 액시얼 하중이 작용함과 동시에 전후 방향의 레이디얼 하중이 작용 한 상태를 나타내는, 도 13 과 동일한 모식도이다.
도 17 은 실시예 1 및 실시예 2 에서 사용되는 인코더의 사시도이다.
도 18 은 본 발명에 적용 가능한 다른 인코더를 나타내는 사시도이다.
도 19 는 본 발명에 적용 가능한 또 다른 인코더를 나타내는 사시도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1, 1a, 1b : 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛
2 : 차륜 3 : 노면
4 : 외측 궤도륜 부재 5 : 내측 궤도륜 부재 (허브)
6 : 전동체 7 : 너클
8 : 하중 측정 장치 9 : 외륜 궤도
10 : 장착부 11 : 허브 본체
12 : 내륜 12a : 장착 구멍
13 : 플랜지 14 : 내륜 궤도
15, 15a, 15b : 인코더 16 : 커버
17a, 17b, 17a1, 17a2, 17b1, 17b2 : 센서
18 : 제 1 특성 변화부 19 : 제 2 특성 변화부
20, 20a, 20b : 투과 구멍 22a, 22b : 유지기
23a, 23b : 공전 속도 검출용 인코더
30 : 센서 유닛 31 : 홀더
32 : 너트 33 : 소직경단부
34 : 단차면 40a, 40b : 기둥부
50 : 오목부 60 : 볼록부
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 관련된 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1 에 관련된 하중 측정 장치가 있는 복렬 구름 베어링 유닛에 대하여, 도 1 을 참조하면서 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 에 관련된 하중 측정 장치가 있는 복렬 구름 베어링 유닛 (1a) 은 현가 장치에 지지된 상태에서 회전하지 않는 정지측 궤도륜인 외륜 (4) 과, 차륜을 지지 고정 (결합 고정) 하여 회전하는 회전측 궤도륜인 허브 (5) 를 구비한다. 허브 (5) 는 복수개의 전동체 (6, 6) 를 개재하여, 외륜 (4) 의 내측에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다.
허브 (5) 는 허브 본체 (11) 와, 허브 본체 (11) 와 결합 고정된 내륜 (12) 을 구비하고, 전동체 (6, 6a) 에는 배면 조합형의 접촉각과 함께 예압이 부여되어 있다. 즉, 허브 본체 (11) 의 소직경단부 (33) 에 외부로부터 끼워맞춘 내륜 (12) 은 허브 본체 (11) 에 나사 결합된 너트 (32) 의 록킹에 의해 소직경단부 (33) 의 단부에 존재하는 단차면 (34) 을 향하여 눌려 있다. 너트 (32) 의 조임 토크를 규제함으로써, 허브 (5) 의 외주면에 형성된 복렬의 내륜 궤도끼리의 간격이 외륜 (4) 의 내주면에 형성된 복렬의 외륜 궤도끼리의 간격과의 관계에서 적 정치가 되도록 하여, 전동체 (6, 6a) 에 원하는 (적정치의) 예압이 부여되어 있다. 또한, 너트 대신에, 허브 본체 (11) 의 단부를 직경 방향 외방으로 소성 변형시키고, 코킹부를 형성하여, 내륜 (12) 을 허브 본체 (11) 에 고정시켜도 된다. 또한, 외측의 내륜 궤도를 허브 (5) 와 별체의 내륜에 형성해도 된다.
허브 (5) 의 중간부 외주면에는 자성판제의 인코더 (15) 가 외부에서 끼워맞춰 고정되어 있다. 인코더 (15) 의 축방향 중간부에는 복수의 V 자형의 투과 구멍 (20, 20) 이 원주 방향에 관하여 서로 등간격으로 형성되어, 인코더 (15) 의 자기 특성을 원주 방향에 관하여 등간격으로 변화시키고 있다.
외륜 (4) 의 축방향 중간부에는 장착 구멍 (12a) 이 외륜 (4) 의 내면과 외면을 연통시키는 상태에서 형성되어 있다. 장착 구멍 (12a) 내에는 4 개의 센서 (17a ∼ 17d) 를 삽입한 센서 유닛 (30) 이 직경 방향 외방에서 내방으로 삽입 통과되어 있다. 센서 (17a ∼ 17d) 중, 센서 (17a, 17b) 의 검출부는 센서 유닛 (30) 의 홀더 (31) 의 선단면 (도 1 의 상단면) 에 각각 노출되고, 인코더 (15) 의 외주면 (피검출면) 에 근접 대향하고 있다. 센서 (17a, 17b) 의 검출부가 인코더 (15) 의 외주면에 대향하는 위치는 인코더 (15) 의 원주 방향에 관하여 동일한 위치로 한다. 또한, 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 액시얼 하중이 작용하지 않는 상태에서, V 자형의 투과 구멍 (20, 20) 의 정상부 (굴곡부) 가 센서 (17a, 17b) 의 검출부 사이의 정중앙에 위치하도록, 인코더 (15) 및 센서 (17a, 17b) 가 설치된다. 또한, 인코더 (15) 가 단순한 자성재이기 때문에, 센서 (17a, 17b) 에는 영구 자석이 삽입되어 있다.
외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 액시얼 하중이 작용하지 않는 상태에서는, 각 센서 (17a, 17b) 의 검출부는 V 자형의 투과 구멍 (20, 20) 의 정상부로부터 인코더 (15) 의 축방향으로 동일한 정도 어긋난 부분에 대향한다. 따라서, 센서 (17a, 17b) 의 출력 신호의 위상은 일치한다.
한편, 인코더 (15) 가 고정된 허브 (5) 에 액시얼 하중이 작용한 경우에는, 각 센서 (17a, 17b) 의 검출부는 V 자형의 투과 구멍 (20, 20) 의 정상부로부터의 인코더 (15) 의 축방향에 관한 어긋남이 상이한 부분에 대향한다. 따라서, 센서 (17a, 17b) 의 출력 신호의 위상도 어긋난다. 액시얼 하중에 의한 센서 (17a, 17b) 의 출력 신호의 위상의 어긋남은 액시얼 하중이 커질수록 커진다. 따라서, 센서 (17a, 17b) 의 검출 신호의 위상차에 의해, 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이의 액시얼 방향에 관한 상대 변위를 구하고, 이 상대 변위에 기초하여 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 작용하고 있는 하중을 구할 수 있다.
한편, 센서 (17c, 17d) 는 센서 유닛 (30) 의 홀더 (31) 의 선단부의 각 측면 (도 1 의 좌우 양측면) 에 각각 노출되어, 액시얼 방향의 변위로부터 액시얼 하중을 구할 때에 사용하는 영점 및 게인에 영향을 미치는 각 전동체 (6, 6) 의 예압을 구하기 위하여 이용된다. 즉, 센서 (17c, 17d) 는 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도를 구하고, 이 공전 속도로부터 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압을 산출하기 위하여 이용된다. 공전 속도를 구하기 위하여, 복렬로 배치된 각 전동체 (6, 6) 를 유지한 1 쌍의 유지기 (22a, 22b) 의 서로 대향하는 면에 각각 공전 속도 검출용 인코더 (23a, 23b) 가 설치되어 있다. 각 공전 속도 검출용 인코 더 (23a, 23b) 의 피검출면인 서로 대향하는 측면의 자기 특성은 원주 방향에 관하여 교대로 또한 등간격으로 변화시키고 있다. 따라서, 센서 (17c, 17d) 의 출력 신호는 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도에 비례한 주파수 (반비례한 주기) 로 변화하고, 이 주파수 (혹은 주기) 에 기초하여 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도가 구해진다.
또한, 센서 (17a ∼ 17d) 의 검출부에는 홀 IC, 홀 소자, MR 소자, GMR 소자 등의 자기 검지 소자가 삽입되어 있다.
실시예 1 에서는, 센서 (17c, 17d) 의 출력 신호에 기초하여 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nca, ncb 를 구하고, 공전 속도 nca, ncb 와 허브 (5) 의 회전 속도 ni 로부터 각 전동체 (6, 6) 에 대한 예압 Fo 가 구해진다. 즉, 각 전동체 (6, 6) 의 접촉각 α 는 예압 Fo 에 따라 변화하고 (예압 Fo 가 커질수록 접촉각 α 가 커지고) 접촉각 α 의 변화에 수반하여 공전 속도 nca, ncb 가 변화하므로, 공전 속도 nca, ncb 로부터 예압 Fo 가 구해진다. 또한, 각 전동체 (6, 6) 에는 서로 동일한 Fo 가 부여되어 있으므로, 예압 Fo 를 구하기 위해서는, 반드시 양 열의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nca, ncb 를 구할 필요는 없다. 또한, 허브 (5) 의 회전 속도 ni 는 인코더 (15) 의 외주면 (피검출면) 에 그 검출부를 근접 대향시킨 센서 (17a) (또는 17b) 의 검출 신호에 기초하여 구할 수 있다. 즉, 이 센서 (17a) (또는 17b) 의 검출 신호의 주파수는 허브 (5) 의 회전 속도 ni 에 비례하고, 주기는 회전 속도 ni 에 반비례한다. 그래서, 어느 한 열의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 와 허브 (5) 의 회전 속도 ni 로부터 예압 Fo 를 구하는 방법에 대하여 설명한다.
공전 속도 nc 는 일반적으로 다음의 (1) 식으로 나타낸다.
nc = {1 - (d·cosα)/D}·(ni/2)
+ {1 + (d·cosα)/D}·(no/2) --- (1)
(1) 식 중, D 는 전동체 (6, 6) 의 피치원 직경을, d 는 전동체 (6, 6) 의 직경을, no 는 외륜 (4) 의 회전 속도를 나타내고 있다. 실시예 1 에 있어서는, 허브 (5) 가 회전하고, 외륜 (4) 은 회전하지 않으므로 (no = 0 이다), 공전 속도 nc 는 다음의 (2) 식으로 나타낸다.
nc = {1 - (d·cosα)/D}·(ni/2) --- (2)
(2) 식 중, 각 전동체 (6, 6) 의 피치원 직경 D, 직경 d 는 이미 알고 (베어링 데이터) 있고, 개개의 구름 베어링 유닛마다 거의 변함이 없고, 장기간에 걸친 사용에 의해 변화하는 값도 아니다.
따라서, 공전 속도 nc 는 각 전동체 (6, 6) 의 접촉각 α 와 허브 (5) 의 회전 속도 ni 에 의해 정해진다. 또한, 이 접촉각 α 는 각 방향의 하중에 의해 변화하지만, 액시얼 하중이 부하되어 있지 않은 상황하이면, 거의 예압 Fo 에 의해 정해진다. 도 2 는, 예압 Fo 를 4900N (500kgf) ∼ 7840N (800kgf) 사이에서 980N (100kgf) 마다 변화시킨 경우에 있어서의, 액시얼 하중 Fy 와, 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 와, 허브 (5) 의 회전 속도 ni 의 비 (nc/ni) 의 관계를 나타내고 있다. 도 2 에서 명백하듯이, 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc, 및 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 와 허브 (5) 의 회전 속도 ni 의 비는 예압 Fo 에 의해 변화한 다.
또한, 도 2 의 횡축에 나타낸 액시얼 하중 Fy 는 자동차의 폭방향 중앙측 (내측, 이너측) 을 향한 액시얼 하중 Fy 의 값을 정 (+) 으로 하고 있다. 이 점을 고려하여 도 2 를 보면 명백하듯이, 액시얼 하중 Fy 를 지지하는 측의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 는 액시얼 하중 Fy 를 지지하지 않는 축의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 에 비해, 액시얼 하중 Fy 의 변화에 대응하여 크게 변화한다. 이에 대하여, 액시얼 하중 Fy 를 지지하지 않는 측의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 는 액시얼 하중 Fy 를 지지하는 측의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 에 비해, 예압 Fo 의 변화에 대응하여 크게 변화한다. 자동차의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우, 자동차의 폭방향 중앙측을 향하여 가해지는 액시얼 하중 Fy 의 값이 동일하게 폭방향 외측 (아우터측) 을 향하여 가해지는 액시얼 하중 Fy 의 값보다 커진다. 또한, 이 액시얼 하중 Fy 를 지지하지 않는 측의 전동체 (6, 6) 에 대해서도 예압 Fo 가 남아 있는 것이 전제이다.
단, 접촉각 α 는 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 가해지는 레이디얼 하중에 의해서도 변화한다. 도 3 은, 상하 방향의 레이디얼 하중 Fz 를 변화시킨 경우에 있어서의, 액시얼 하중 Fy 와, 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 와 허브 (5) 의 회전 속도 ni 의 비 (nc/ni) 의 관계를 나타내고 있다. 도 3 에서 명백하듯이, 레이디얼 하중 Fz 가 변화했을 경우에도 전동체 (6, 6) 의 접촉각 α 가 변화하고, 그 결과, 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 가 변화한다. 단, 액시얼 하중 Fy 가 부하되어 있지 않은 상태에서는, 레이디얼 하중 Fz 의 변화에 수반하는 공전 속도 nc 의 변화는 작다. 따라서, 액시얼 하중 Fy 가 부하되어 있지 않은 상태, 혹은 이 액시얼 하중 Fy 가 작은 상태를 판단하고, 그 상태에서의 공전 속도 nc 를 구하고 나서, 예압 Fo 를 추정하면, 예압 Fo 에 관하여 정밀도 높은 추정치를 얻을 수 있다.
이 때문에, 예를 들어 차량이 직진 주행 중에 공전 속도 nc 를 구하고, 공전 속도 nc 에 기초하여, 액시얼 방향의 변위로부터 액시얼 하중 Fy 를 구하기 위한 영점 및 게인 특성의 보정을 행한다. 직진 주행 중에 액시얼 하중 Fy 를 구하기 위한 영점 및 게인 특성의 보정을 행하려면, 직진 주행 중에 측정한 어느 일방 또는 쌍방의 열의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nca (ncb) 와, 허브 (5) 의 회전 속도 ni 의 비 nca/ni(ncb/ni) 에 기초하여, 각 전동체 (6, 6) 에 대한 예압 Fo 를 구한다. 즉, 직진 주행 중에는 구름 베어링 유닛에 액시얼 하중 Fy 가 거의 발생하고 있지 않는 것으로 생각되므로, 이 직진 주행 중에 영점 및 게인 특성의 보정을 실시한다.
또한, 차량의 주행 상태가 직진 상태인지 여부는, 차량에 탑재되어 있는 타각 센서, 가속도 센서, 요레이트 센서 등의 정보에 기초하여 판단할 수 있다. 직진 주행 상태이면, 조타각, 횡가속도, 요레이트가 모두 제로가 된다. 따라서 상기 센서 중에서 선택된 1 또는 1 이상의 센서의 신호에 기초하여, 주행 상태가 직진 상태인지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 선택된 센서로부터 얻어지는 정보 중 어느 하나 혹은 전체가 미리 규정한 임계치 이하이면, 직진 주행 상태인 것으로 판정한다. 또한, 조타각이 어느 일정값이라도, 주행 속도에 의해, 발생 하는 액시얼 하중은 변화하기 때문에, 타각 센서나 요레이트 센서의 검출 신호에 기초하는 임계치는 주행 속도에 따라 가변으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는, 주행 속도의 변화가 작은, 즉 정속 주행시 혹은 그것에 가까운 상태일 때에 영점 및 게인 특성의 보정을 실시하는 것이, 보정을 정확하게 행하는 면에서 바람직하다. 정속 주행 상태에 있는지 여부는, 차륜의 회전 속도로 판단해도 되고, 전후 방향의 가속도를 검지하기 위한 가속도 센서의 검출치로부터 판단해도 된다. 또한, 영점 및 게인 특성의 보정은 브레이크가 작동하고 있지 않은 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 이 이유는, 브레이크가 작동하고 있는 상태에서 영점 및 게인 특성의 보정을 행하면, 캘리퍼가 패드를 디스크에 누르는 하중이 디스크를 고정시킨 허브 (5) 에도 액시얼 하중으로서 작용할 가능성이 있기 때문이다.
또한, 직진 주행 상태에 있는지 여부는, 좌우의 차륜의 회전 속도를 검출하는 센서 (각 구름 베어링 유닛에 삽입한 액시얼 방향의 변위 검출용의 센서 (17a, 17b)) 의 검출 신호에 기초하여 판단할 수도 있다. 즉, 좌우 양 차륜 (을 고정시킨 허브 (5)) 의 회전 속도가 거의 동등하면, 차량이 직진 주행 상태인 것으로 추정할 수 있다. 이 경우에는, 액시얼 하중 Fy 의 산출에도 사용하는, 센서 (17a, 17b) 의 검출 신호에 의해 직진 상태인지 여부를 추정하므로, 이 추정 작업을 액시얼 하중 Fy 를 산출하는 연산기 중에서만 (외부로부터 신호를 받아들이지 않고) 행하여, 영점과 게인 특성의 보정을 행할 수 있다.
어쨌든, 액시얼 하중 Fy 가 부하되어 있지 않은 상황, 혹은 액시얼 하중 Fy 가 작은 상태임을 알 수 있으면, 도 2 에서 명백하듯이, 예압 Fo 가 구해진다. 즉, 도 2 의 횡축에서 액시얼 하중 Fy 가 0 인 상태에서의 공전 속도비 {(각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc)/(허브 (5) 의 회전 속도 ni)} 로부터, 예압 Fo 를 구할 수 있다. 또한, 도 2 에 나타나는 특성은 미리 실험 혹은 계산에 의해 구해 두고, 제어기 중에 맵 등으로서 기억시켜 둔다. 이 경우에 사용하는 공전 속도 nc 는 각 열의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nca, ncb 중 어느 것이어도 된다. 혹은, 양 열의 공전 속도의 합과 허브 (5) 의 회전 속도의 비 {(nca + ncb)/ni} 에 기초하여 예압 Fo 를 구할 수도 있다. 또한, 전후 방향의 레이디얼 하중의 영향도 가능한 한 배제하는 것이 바람직하다. 그래서, 바람직하게는, 액셀 개도가 작은 상태, 혹은 액셀 개도가 일정한 상태, 나아가서는 브레이크를 사용하고 있지 않은 상태 (브레이크 페달이 밟혀 있지 않아, 브레이크 액압이 0 인 등) 에서 예압 Fo 에 관한 보정을 행한다.
또한, 예압 Fo 를 구하는 작업을 액시얼 하중 Fy 가 0 혹은 작은 상태에서 구하는 것에 한정하지 않고, 액시얼 하중이 부하되어 있는 상태에서 구하는 것도 가능하다. 단, 이 경우에는, 도 2 에서 명백하듯이, 액시얼 하중 Fy 를 부하하고 있지 않은 측 (플러스 하중인 경우에는 이너측, 마이너스 하중인 경우에는 아우터측) 열의 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nca, ncb 로부터 예압 Fo 를 구하는 것이, 이 예압 Fo 의 정밀도를 확보하는 면에서 바람직하다. 또한, 액시얼 하중 Fy 를 부하하고 있는 열이 이너측의 열인지 아우터측의 열인지를 판별할 수 없는 경우에는, 역시 도 2 에서 명백하듯이, 공전 속도가 느린 열의 공전 속도를 사용하여 예압 Fo 를 구해도, 액시얼 하중 Fy 를 부하하고 있지 않은 측의 열의 공전 속도를 사용한 경우와 마찬가지로, 예압 Fo 를 정밀도 높게 구할 수 있다. 어느 경우에서도, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압 Fo 가 남아 있는 것이, 전술한 바와 같이, 전제가 된다.
즉, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 정의 액시얼 하중 Fy 가 작용하고 있는 상태에서는, 이 액시얼 하중 Fy 에 의한 공전 속도 nc 의 변화가, 이 액시얼 하중 Fy 를 부하하지 않은 이너측의 열에서는 작다 (액시얼 하중 Fy 에 의한 공전 속도 nc 의 오차가 작다). 이에 대하여, 부의 액시얼 하중 Fy 가 작용하고 있는 상태에서는, 이 액시얼 하중 Fy 에 의한 공전 속도 nc 의 변화가 이 액시얼 하중 Fy 를 지지하지 않는 아우터측의 열에서는 작다 (액시얼 하중 Fy 에 의한 공전 속도 nc 의 오차가 작다). 이 때문에, 액시얼 하중 Fy 를 부하하지 않고 접촉각 α 가 작고, 공전 속도 nc 가 느린 열의 공전 속도 nc 를 이용하여 (nc/ni), 예압 Fo 가 구해진다. 반대로, 정의 액시얼 하중 Fy 가 작용하는 상태에서의 아우터측의 열 및 부의 액시얼 하중 Fy 가 작용하는 상태에서의 이너측의 열 (혹은, 공전 속도 nc 가 빠른 열) 에서는, 이 액시얼 하중 Fy 의 변화에 대한 공전 속도 nc 의 변화량이 크기 때문에, 이 액시얼 하중 Fy 의 측정치에 오차가 있으면 (예압 Fo 가 불명한 경우, 필연적으로 오차가 커진다), 예압 Fo 의 측정에 관해서도 오차가 생긴다.
이상, 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 가해지는 액시얼 하중 Fy 를 측정하는 경우에 대하여 설명하였다. 이에 대하여 본 발명은 (상하 방향 혹은 전후 방향 의) 레이디얼 하중 Fz, Fx 를 측정하는 경우에도 적용할 수 있다. 레이디얼 하중 Fz, Fx 를 측정하는 경우에는, 인코더의 피검출면을 축방향 측면으로 하고, 피검출면에, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같은 V 자형의 투과 구멍을 내측 반부와 외측 반부에서 직경 방향에 대한 경사 방향을 서로 역방향으로 한 상태에서 형성한다. 또한, 복수 방향의 하중 (예를 들어, 액시얼 하중 Fy + 상하 방향의 레이디얼 하중 Fz, 액시얼 하중 Fy + 전후 방향의 레이디얼 하중 Fx, 액시얼 하중 Fy + 상하 방향의 레이디얼 하중 Fz + 전후 방향의 레이디얼 하중 Fx 등) 을 구하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 복수 방향의 하중을 구하는 경우에는, 액시얼 하중 Fy 에 추가하여, 다른 방향의 하중을 고려하면서, 예압 Fo 를 추정할 수 있다.
또한, 실시예 1 에 있어서는, 시간 경과에 따른 변화에 의한 예압 Fo 의 저하 (변화) 를 판단 (비교) 하기 위하여, 예압 Fo 에 관한 정보가 변위에 기초하여 하중을 구하기 위한 연산기의 메모리에 기억되어 있다. 메모리로서는, EEPROM 이나 플래쉬 메모리 등의 불휘발성인 (전원을 꺼도 데이터가 사라지지 않는) 것이 사용된다. 그리고, 구름 베어링 유닛의 초기 상태의 예압 Fo 를 메모리에 기억해 두고, 새로 구한 예압 Fo 가 초기 상태와 상이한 경우에는, 이 새로 구한 예압 Fo 에 기초하여, 변위로부터 하중을 구하기 위한 영점과 게인 특성을 보정한다. 이 결과, 이 변위에 기초하여 하중을 정밀도 높게 구할 수 있다. 또한, 예압 Fo 의 변화에 기초하여 영점과 게인 특성을 보정하는 경우에, 예압 Fo 의 변동치 (변화분) 에 대한 임계치를 설정해 두고, 임계치를 초과한 경우에만 보정을 행하도 록 해도 된다. 또한, 새로 예압 Fo 를 구한 경우에, 그 값을 수시로 메모리에 기입해 두고, 예압 Fo 의 변동에 관한 판단을 하도록 (예를 들어, 급격한 예압 저하시에 경고를 발생시킨다) 해도 된다.
공전 속도 nc 의 검출에 관해서는, 공전 속도 검출용 인코더 (23a, 23b) 를 사용하는 구조에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 전동체 (6, 6) 의 공전 운동에 수반하는 진동의 주파수 zfc (공전 주파수 fc × 전동체수 z) 를 검출함으로써 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도 nc 를 구할 수도 있다. 공전 속도 nc 의 개략치는, 전술한 바와 같이 측정하는 허브 (5) 의 회전 속도 ni 를 알면, 초기 접촉각 α 로부터, 상기 (1) 식을 사용하여 구해진다. 또한, 전동체 (6, 6) 의 수 z 는 이미 알고 있으므로, 각 전동체 (6, 6) 의 공전 운동에 수반하는 진동의 주파수 zfc 의 개략치를 구할 수 있다. 그래서, 외륜 (4) 의 진동을 검출하는 진동 센서의 검출 신호를, 주파수 zfc 의 개략치 부근의 주파수를 통과시키는 밴드 패스 필터 (BPF) 에 의해 처리하고, 주파수 zfc 성분을 추출함으로써, 각 전동체 (6, 6) 의 공전 운동에 수반하는 진동의 주파수 zfc 에 관한 정확한 값을 구할 수 있다.
구체적으로는, 상기 외륜 (4) 과 상기 허브 (5) 사이의 상대 변위를 검출하는 변위 정보 (1 쌍의 센서의 검출 신호의 위상차가 양 센서의 1 주기에 대한 비에 관한 정보, 혹은 1 개의 센서의 검출 신호의 듀티비에 관한 정보), 별도로 설치한 진동 센서가 검출한 진동의 주파수를 나타내는 출력 신호, 자기 변형 효과나 변형 게이지 등의 변형 출력 정보를 나타내는 신호에 주파수 zfc 의 근방의 주파수를 통과시키는 BPF 처리를 실시함으로써, 각 전동체 (6, 6) 의 공전 운동에 수반하는 진 동의 주파수 zfc 에 관한 정확한 값을 추출할 수 있다. 또한, BPF 처리를 실시하기 전에, 이 주파수를 전동체의 수 z 로 나누어 공전 주파수 fc 를 구하고 (혹은 직접 fc 를 측정하고), 공전 주파수 fc 로부터 예압 Fo 를 구할 수도 있다.
또한, 각 주파수 zfc, fc 를 검출하는 경우에, 각 주파수 zfc, fc 성분을 보다 현저하게 검출 가능하게 하기 위하여, 각 전동체 (6, 6) 에 상호 차를 부여하는 (어느 1 개의 전동체 (6) 의 직경을 다른 전동체 (6, 6) 의 직경보다 약간 크게 한다) 것도 유효하다. 또한, 이너열과 아우터열의 구별을 용이하게 하기 위하여, 양 열의 주파수 zfc (fc) 성분을 서로 상이하게 할 수도 있다. 이 중의 주파수 zfc 성분을 바꾸려면, 이너열과 아우터열 사이에서 접촉각, 전동체의 직경, 각 전동체의 피치 직경, 전동체의 수 등에서 선택되는 1 또는 1 이상의 요소를 양 열간에 서로 상이하게 한다 (단, 주파수 fc 의 경우에는, 전동체의 수를 제외한다).
또한, 공전 속도 검출용 인코더 (도 1 에 나타낸 공전 속도 검출용 인코더 (23a, 23b) 중 일방 또는 쌍방) 만 추가할 (공전 속도 검출을 위한 전용 센서 (17c, 17d) 는 형성하지 않는다) 수도 있다. 이 경우에는, 추가한 공전 속도 검출용 인코더와, 외륜 (4) 과 허브 (5) 의 상대 변위를 검출하기 위한 센서 (도 1 에 나타낸 센서 (17a, 17b)) 를 근접 배치하여 자기 간섭을 일으키게 한다. 그리고, 이 자기 간섭에 기초하여, 외륜 (4) 과 허브 (5) 의 상대 변위를 검출하기 위한 센서 (19a, 19b) 의 검출 신호 중에, 각 전동체 (6, 6) 의 공전 속도를 나타내는 정보를 혼입시킨다. 그리고, 이 공전 속도를 나타내는 정보를 혼입한 출력 신호를 fc × 공전 속도 검출용 인코더의 펄스수의 주파수를 통과시키는 BPF 에 의해 처리하여, 공전 속도를 구할 수도 있다.
도 4 는, 이상에서 설명한 바와 같은, 실시예 1 에 있어서의 처리 회로의 일례를 나타내고 있다. 도 4 에 나타낸 처리 회로에서는, 먼저 1 쌍의 센서 A, B 의 검출 신호에 기초하여, 외륜 (4) 과 허브 (5) (도 1 참조) 의 상대 변위 (위상차/1 주기 = 위상차비) 를 측정한다. 그리고, 위상차비를 나타내는 신호에 기초하여, 외륜 (4) 과 허브 (5) 사이에 작용하는 하중을 구함과 함께, 위상차비를 나타내는 신호를 BPF 에 의해 처리하고, 공전 주파수 zfc (또는 fc) 를 추출하고, 각 전동체 (6, 6) (도 1 참조) 의 공전 속도 nc 를 구한다. 또한, 어느 한쪽의 센서 A 의 출력 신호, 혹은 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 ABS 용 센서의 출력 신호로부터 허브 (5) 의 회전 속도 ni 를 구한다. 그리고, 공전 속도 nc 와 이 허브 (5) 의 회전 속도 ni 의 비 「nc/ni」를 산출하고, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압 Fo 를 구한다. 이와 같이 하여 구한 예압 Fo 의 값은 하중을 산출하기 위한 연산기에 형성한 메모리에 저장함과 함께, 예압 보정 판정 회로에서 초기의 예압 또는 이전에 추정한 예압 등과 비교하여 보정을 행할지 여부를 판정한다. 그리고, 예압 Fo 변동이 크다고 판정한 경우에는, 새로 구한 예압 Fo 로부터 구한 영점 및 게인 특성을 이용하여, 하중 변환부에서, 위상차비로부터 하중을 구하는 계산을 행하게 한다. 이와 같이 구성함으로써, 예압 Fo 의 시간 경과에 따른 변화에도 대응 가능하여, 이 시간 경과에 따른 변화에 상관 없이 하중을 정밀도 높게 구할 수 있는, 하중 측정 장치가 있는 구름 베어링 유닛을 실현할 수 있다. 또한, 도 4 에 나타낸 처리 회로 중의 메모리는 구한 예압 Fo 뿐만 아니라, 이 예압 Fo 로부터 구한 영점나 게인 특성이나 초기의 예압 등을 저장할 수도 있다.
도 1 에 나타낸 구조에서는, 자성 금속판제 인코더 (15) 의 외주면의 축방향으로 이격된 2 지점 위치에 1 쌍의 센서 (17c, 17d) 의 검출부를 대향시키고 있다. 단, 실시예 1 은 이와 같은 구조에 한정하지 않고 적용할 수 있다. 예를 들어, 외륜 (4) 과 허브 (5) 의 액시얼 방향의 변동에 수반하여 변화하는 1 개의 인코더의 출력 신호의 듀티비에 따라, 액시얼 방향의 변동의 방향 및 양을 구해도 된다. 이 경우에는, 예를 들어 도 18 에 나타내는 바와 같은 인코더 (15a) 를 사용해도 된다. 또한, 도 19 에 나타내는 바와 같은 영구 자석제의 인코더 (15b) 를 사용해도 된다. 이와 같은 구조에서도, 예압이 변동하면, 액시얼 방향의 변동의 방향 및 양에 기초하여 하중을 정확하게는 구할 수 없게 된다. 이에 대하여, 실시예 1 에 있어서의 예압에 관한 보정을 행하면, 예압의 변동이 액시얼 방향의 변동의 방향 및 양에 기초하는 하중의 측정 정밀도를 악화시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 영구 자석제의 인코더 본체의 외주면의 착자 영역을 사다리꼴로 한 (원주 방향으로 서로 이웃하는 S 극과 N 극의 경계를 축방향에 대하여 경사시킨) 인코더와 1 개의 센서를 조합한 경우도, 동일하게 하여, 예압의 변동이 액시얼 방향의 변동의 방향 및 양에 기초하는 하중의 측정 정밀도를 악화시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 인코더와 센서의 조합은 자기 검지식인 것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 와전류식 센서나 광학식 센서를 사용할 수도 있다. 또한, 구름 베어링 유닛에 구조에 대해서도, 도시와 같은 볼 베어링 유닛에 한정 하지 않고, 복렬 원추 롤러 베어링 유닛으로 할 수도 있다. 또한, 센서를 1 쌍의 외륜 궤도끼리의 사이 부분 외에, 외륜의 내단부에 배치할 수도 있다.
실시예 2
실시예 1 에서는, 예압 변화에 기초하는 전동체의 공전 속도 변화를 측정하고, 이 공전 속도 변화에 기초하여 예압이 구해진다. 이와 같은 예압 측정은 각 전동체가 예압 변화에 기초하는 공전 속도 변화가 큰 볼인 경우에는 유효하다. 그러나, 전동체가 예압 변화에 기초하는 공전 속도 변화가 작은 롤러 또는 원추 롤러인 경우에는, 전동체에 대한 예압에 관한 측정 정밀도가 나빠진다. 본 발명의 실시예 2 에 의하면, 각 전동체의 공전 속도에 의하지 않고, 이들 각 전동체에 부여되어 있는 예압이 구해진다. 이 때문에, 이들 각 전동체가 볼인 경우는 물론, 원통 롤러, 원추 롤러, 구면 롤러 등의 다른 전동체인 경우에도 예압을 정밀도 높게 구할 수 있다. 이 점에 대하여, 도 5 ∼ 11 을 참조하면서 설명한다.
복렬 구름 베어링 유닛에, 회전 중심으로부터 직경 방향으로 벗어난 위치에 가해지는 액시얼 하중, 혹은 전동체열의 중심으로부터 벗어난 위치에 가해지는 레이디얼 하중과 같은 편하중이 가해진 경우, 복렬 구름 베어링 유닛을 구성하는 외측, 내측 양 궤도륜 부재는 각각의 중심축끼리를 경사시키면서, 하중의 작용 방향으로 상대 변위 (원근 이동) 된다. 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같은 자동차의 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 경우, 선회 주행시 등에 차륜 (타이어) (2) 과 노면 (3) 의 맞닿음부 (접지면) 로부터 액시얼 하중이 외측 궤도륜 부재 (4) 및 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심으로부터 직경 방향으로 벗어난 (오 프셋된) 위치에 편하중으로서 가해진다. 궤도륜 부재 (4, 5) 는 이 편하중에 의해 상대 변위된다.
이 경우에 있어서, 액시얼 하중은 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 에 대하여, 궤도륜 부재 (4, 5) 의 축방향에 가해지는 (순)액시얼 하중과 궤도륜 부재 (4, 5) 의 중심축끼리를 경사시키는 힘이 되는 모멘트가 합성된 하중 (힘) 으로서 가해진다. 따라서, 양 궤도륜 부재 (4, 5) 끼리의 사이에는, (순)액시얼 방향의 변위와 중심축끼리의 경사가 동시에 발생한다. 이와 같은, 하중 및 모멘트에 기초하는 액시얼 방향의 변위 및 중심축끼리의 경사는 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 을 구성하는 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 작을수록 현저해진다. 즉, 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 저하될수록, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 강성이 저하되어, 편하중에 기초하는 궤도륜 부재 (4, 5) 의 액시얼 방향의 변위 및 중심축끼리의 경사 각도가 커진다. 반대로, 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 높을수록, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 강성도 높아져, 편하중에 기초하는 궤도륜 부재 (4, 5) 의 액시얼 방향의 변위 및 중심축끼리의 경사 각도가 작아진다.
단, 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압의 변화에 수반하는, 궤도륜 부재 (4, 5) 의 액시얼 방향 변위 및 경사 각도의 변화량은 동일하지 않다. 예를 들어, 예압이 저하된 경우에 있어서, 액시얼 방향 변위의 증가량과 경사 각도의 증가량을 비교했을 경우, 액시얼 방향 변위의 증가량 쪽이 현저해진다. 이 이유는, 예압의 작용 방향 (이 예압을 부여할 때의 가압 방향) 이 액시얼 방향과 일치하고 있기 때문이다. 즉, 예압의 저하는 그대로 액시얼 방향 변위의 증가로 이어지는 것에 대하여, 경사 각도의 증가에 그대로는 이어지지 않는다. 반대로, 예압의 상승은 그대로 액시얼 방향 변위의 저감으로 이어지는 것에 대하여, 경사 각도의 저감에 그대로는 결부되지 않는다.
도 6A, 6B 는, 도 5 에 나타낸 구조에서, 차륜 (2) 와 노면 (3) 의 접촉부 (접지면) 로부터 액시얼 하중이 가해진 경우에 발생하는 외측, 내측 양 궤도륜 부재 (4, 5) 사이의 (순)액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계를 나타내고 있다. 도 6A 는 액시얼 하중과 액시얼 방향 변위의 관계를, 도 6B 는 이 액시얼 하중과 경사 각도의 관계를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 6A, 6B 에 있어서, 실선 a 는 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 적정 (표준) 한 경우를, 파선 b 는 이 예압이 과소한 경우를, 쇄선 c 는 동일하게 과대한 경우를 각각 나타내고 있다. 도 6A 에 나타낸 실선 a 와 파선 b 및 쇄선 c 의 차 (교차 각도) 와, 도 6B 에 나타낸 실선 a 와 파선 b 및 쇄선 c 의 차 (교차 각도) 를 비교하면 명백하듯이, 예압 변동을 받는 정도는 액시얼 방향 변위 쪽이 경사 각도에 비해 현저하다.
이들을 감안하면, 액시얼 방향의 변위와 경사 각도의 비를 파라미터로서 사용하면, 도 7 에 나타내는 바와 같은 관계가 구해지고, 접지면에 작용하고 있는 액시얼 하중의 크기에 관계없이, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 구해짐을 알 수 있다. 즉, 액시얼 변위 측정 수단에 의해 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 의 액시얼 방향 변위를 경사 각도 측정 수단에 의해 이들 외측, 내측 양궤도륜 부재 (4, 5) 의 중심축끼리의 경사 각도를 각각 구하고 나서, 액시얼 방향의 변위와 경사 각도의 비를 산출한다. 이어서, 이 비를 도 7 의 종축에 적용하면, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 구해진다. 또한, 도 7 에 있어서도, 도 6A, 6B 와 마찬가지로, 실선 a 는 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 적정 (표준) 한 경우를, 파선 b 는 이 예압이 과소한 경우를, 쇄선 c 는 동일하게 과대한 경우를 각각 나타내고 있다. 요컨대, 도 6A ∼ 7 에 나타낸 예압과 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계로부터 알 수 있듯이, 이들 3 개 요소 중 액시얼 방향 변위와 경사 각도를 알면, 나머지 하나의 요소인 예압이 구해진다. 실시예 2 에 있어서의 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치의 경우에는, 상기 서술한 바와 같은 특성을 이용하여, 복렬 구름 베어링 유닛의 전동체에 부여되어 있는 예압을 구한다.
또한, 가령 액시얼 하중을, 복렬 구름 베어링 유닛 외에 형성한 별도의 (예압에 의한 영향을 받지 않고 측정할 수 있는) 센서, 예를 들어, 도 5 에서 외측 궤도륜 부재 (4) 와 너클 (7) 사이에 형성하고, 외측 궤도륜 부재 (4) 와 너클 (7) 사이에 가해지는 액시얼 하중을 측정하는 로드 셀 등의 하중 센서에 의해 구할 수 있으면, 도 7 의 종축에 나타낸 비를 구할 필요는 없다. 이 경우에는, 도 6A, 6B 의 횡축의 값을 이미 알게 된다. 이 때문에, 하중 센서의 측정치를 도 6A 또는 도 6B 의 횡축에 적용하면, 복렬 구름 베어링 유닛의 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 끼리의 액시얼 방향 변위 또는 중심축끼리의 경사 각도 (액시얼 방향 변위와 경사 각도 중 일방) 로부터 예압이 구해진다. 이 경우에는, 예압을 구하는 것에 관한 한, 액시얼 방향 변위와 경사 각도 중 타방을 측정할 필 요는 없게 된다. 단, 이와 같은 경우에는, 예압을 구하기 위하여 하중 센서가 필요하게 되기 때문에, 부품 비용, 조립 작업의 번잡화에 의한 비용 증대를 초래한다. 이에 대하여 실시예 2 의 경우에는, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 끼리의 액시얼 방향 변위 및 중심축끼리의 경사 각도를 이용하여 예압을 구하기 때문에, 하중 센서는 불필요하게 된다.
또한, 도 7 은, 실시예 2 에 의해, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 끼리의 액시얼 방향 변위 및 중심축끼리의 경사 각도에 기초하여, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압을 구할 때의 기본적인 사고 방식을 나타낸 것으로, 실제의 상태와는 상이하다. 그래서, 도 5 에 나타내는 바와 같은, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 에 관하여 실제로 시뮬레이션 계산을 행하여, (순)액시얼 방향 변위와, 경사 각도와, 이들 변위와 경사 각도의 비와, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 끼리의 사이에 가해지는 액시얼 하중의 관계를 구한 결과를 도 8 ∼ 10 에 나타낸다. 이들 도 8 ∼ 10 중, 도 8 은 예압의 크기가 상이한 경우에 있어서의, 접지면으로부터 입력되는 액시얼 하중과 경사 각도의 관계를, 도 9 는 경사 각도와 액시얼 방향 변위의 관계를, 도 10 은 액시얼 하중과 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비의 관계를 각각 나타내고 있다. 도 8 ∼ 10 에 있어서도, 도 6A ∼ 7 과 마찬가지로, 실선 a 는 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압이 적정 (표준) 한 경우를, 파선 b 는 이 예압이 과소한 경우를, 쇄선 c 는 동일하게 과대한 경우를 각각 나타내고 있다. 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비는 예압의 대소에 따라 상이하지만, 이 비는 동시에 액시얼 하중에 의해서 도 변동한다.
도 8 ∼ 10 에 나타낸 관계로부터, 실제의 경우에는, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비만 구해도, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 끼리의 사이에 가해지는 액시얼 하중을 구하지 않는 한, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압을 구할 수 없음을 알 수 있다. 이에 대하여 실시예 2 에 의하면, 액시얼 방향 변위 및 경사 각도를 구하므로, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도에 기초하여 액시얼 하중이 구해진다. 즉, 액시얼 하중과, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비를 동시에 구할 수 있으므로, 도 8 ∼ 10 에 나타낸 관계에 상관없이 예압이 구해진다.
또한, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압을 구하는 목적의 하나는, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도에 기초하는, 액시얼 하중의 산출을 정확하게 행하기 위하여, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계 (영점 및 게인을 포함한 관계식, 혹은 맵) 를 보정하는 점에 있다. 따라서, 예압을 구하기 위하여, 이 예압을 감안한 (예압에 의해 변화하는, 관계식 혹은 맵을 이용하여 구한) 액시얼 하중을 사용하는 것은 일견 모순되는 것처럼 보인다. 단, 실제로는, 충돌 사고 등에 의해 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 이 파손된 경우 등, 극단적인 경우를 제외하고, 액시얼 하중을 사용하여 예압을 구하는 이론은 성립된다. 이 이유는, 예압이 변화 (저하) 하는 주된 요인은 장기간 사용에 의한 시간 경과에 따른 변화이고, 변화 속도는 매우 작기 때문이다. 이와 같이, 예압이 매우 완서하게 저하되는 데 대하여, 예압을 구하는 작업 및 예압을 이용하여 액시얼 하중을 구하는 작업은 빈번히 실시된다. 따라서, 액시얼 하중을 산출할 때에 사용하는 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계 (관계식 혹은 맵) 는 빈번히 보정되고, 이 관계에 의해 구해진 액시얼 하중은 정확한 (주행 안정성 확보를 위해 필요한 정밀도가 확보된) 값이라고 가정할 수 있다. 이 때문에, 이 액시얼 하중을 이용하여 예압을 구함으로써, 이 예압도 정확하게 구해진다.
물론, 액시얼 하중을 구하는 작업, 구한 액시얼 하중에 의해 예압을 구하는 작업, 구한 예압에 의해 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 보정하는 작업의 실시 빈도에 대하여, 예압이 변화하는 속도가 빠른 경우에는 보정 정밀도가 문제가 된다. 단, 예압이 시간 경과에 따라 변화하는 속도는 느려, 앞의 보정 작업으로부터 다음의 보정 작업까지의 사이에 예압이 저하되는 정도는 거의 무시할 수 있다. 따라서, 상기 서술한 바와 같은 극단적인 경우를 제외하고, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계의 보정에 관한 오차는 매우 작아, 액시얼 하중을 이용한 제어 등의 정밀도에서 무시할 수 있다. 반대로, 구한 예압이 경과 시간이나 주행 거리를 감안하여, 비정상으로 빠르게 변화한 경우에는, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 온도가 비정상으로 상승하여 구성 각 부재의 열팽창이 현저해졌거나, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 이 손상되었거나 등, 어떠한 이상이 발생하였다고 생각된다. 이와 같은 경우에는, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계의 보정을 실시하지 않는다. 그리고, 필요에 따라 이상이 발생한 것을 운전자나 메인 컨트롤러에 통 지한다.
또한, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 경우에, 상기 서술한 액시얼 하중을 구하는 작업, 이 구한 액시얼 하중에 의해 예압을 구하는 작업, 구한 예압에 의해 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 보정하는 작업은 미리 설정해 둔 타이밍으로 행한다. 예를 들어, 자동차의 주행 중 항상 (단시간마다) 행하거나, 주행 속도가 소정치 이하인 경우에 행하거나, 혹은 이그니션 스위치를 OFF 했을 때 (직후) 에 행하거나 한다. 이 중, 주행 중 항상 행하는 것이, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계의 보정의 빈도를 늘려, 예압을 정확하게 파악하고, 액시얼 하중을 보다 정확하게 산출하는 데 있어서 바람직하다. 그러나 이 경우, 보정을 행하는 (그 전제로서 액시얼 하중 및 예압을 구한다) CPU 의 부하가 커지는 것을 피할 수 없다.
한편, 인코더의 피검출면의 특성 변화에 대응하여 변화하는 센서의 출력 신호를 정보원으로 하여 각 작업을 행하는 연산의 경우에는, 주행 속도가 느린 상태에서는 단위 시간당 출력 신호가 변화하는 횟수가 적어지고, 주행 속도가 빠른 경우에 비해 CPU 의 연산에 여유가 생긴다. 이와 같은 사정을 고려하여, 주행 속도가 이 CPU 의 처리 능력을 감안하여 미리 설정한 소정치 이하의 상태에서, 각 작업 중, 구한 액시얼 하중에 의해 예압을 구하는 작업, 구한 예압에 의해 이 액시얼 하중을 산출할 때에 사용하는 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 보정하는 작업을 행해도 된다. 또한, CPU 의 부하를 더욱 절약하기 위하여, 각 작업 중, 액시얼 하중을 구하는 작업과 예압을 구하는 작업을 계속해서 행하고, 구한 예압에 의해 이 액시얼 하중을 산출할 때에 사용하는 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 보정하는 작업을 이그니션 스위치를 OFF 한 경우에만 실시해도 된다. 어느 방법을 실시하는 경우라도, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도에 기초하여 액시얼 하중을 산출하기 위한 (예압의 값에 의해 영향받는다) 관계를 보정하기 위하여 이용하는 정보는 EEPROM 등의 메모리에 기억된다. 그리고, 다음으로 이그니션 스위치를 ON 한 경우에는, 최신의 보정된 관계를 이용하여, 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도에 기초하는 액시얼 하중의 산출을 개시한다.
이상의 설명에서 명백하듯이, 실시예 2 의 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치에 의해, 전동체에 부여되어 있는 예압을 정확하게 구하기 위해서는, (순)액시얼 방향 변위와 경사 각도의 검출 정밀도를 확보하는 것이 중요해진다. 이 때문에, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 검출 오차로 이어지는 요인을 최대한 줄이는 것이 바람직하다. 이 검출 오차의 요인의 하나로서, 열팽창, 수축에 수반하는 센서나 인코더의 액시얼 방향에 관한 위치의 어긋남이 고려된다. 단, 이 인코더의 상하 양 단부에 각각의 검출부를 대향시킨 1 쌍의 센서에 관해서는, 그러한 원인에 의한, 액시얼 방향에 관한 위치의 어긋남의 영향은 서로 동등하여, 각각 동일한 양만큼의 오차가 발생하는 것으로 생각된다. 또한, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심축끼리의 경사 각도는 인코더의 상하 양 단부에 각각의 검출부를 대향시킨 1 쌍의 센서로 각각 측정한 이 인코더의 상단부 및 하단부의 액시얼 방향 변위의 차분과 비례한다. 따라서, 중심축끼리의 경사 각도의 측정치에는 열팽창, 수축에 기초하는 오차는 들어가기 어렵다. 한편, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 사이의 (순)액시얼 방향 변위의 측정치는 인코더의 상하 양 단부에 각각의 검출부를 대향시킨 1 쌍의 센서로 각각 측정한 액시얼 방향 변위의 평균이 되므로, 열팽창, 수축에 의한 오차의 영향을 받는다.
이들을 고려하여, 상기 서술한 바와 같은 원인으로 액시얼 방향 변위의 측정치에 오차가 들어가는 것을 방지하기 위하여, 예를 들어 다음의 (1) ∼ (3) 과 같이 하여, 이 액시얼 하중이 구해진다.
(1) 액시얼 하중을 연산하기 위한 외측, 내측 양 궤도륜 부재 (4, 5) 사이의 상대 변위에 관한 정보는 이들 양 궤도륜 부재 (4, 5) 의 중심축끼리의 경사 각도로 한다.
(2) 연산한 액시얼 하중이 임의의 값 (예를 들어 제로) 이 된 상태에서의, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 사이의 (순)액시얼 방향 변위를 기억한다.
(3) 이 상태에서의 이 (순)액시얼 방향 변위를 임의의 액시얼 하중 (예를 들어 제로) 에서의 값으로 한다.
이와 같이 하여 액시얼 하중을 구하면, 열팽창, 수축에 의해 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 사이의 (순)액시얼 방향 변위가 오프셋되어 버려도, 열팽창, 수축에 의한 영향을 배제한 이 액시얼 방향 변위 (참값) 가 구해진다. 그리고, 전술한 도 10 의 종축에 나타낸 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비를 정확하게 구할 수 있다.
또한, 열팽창, 수축에 의한 오차의 영향은 액시얼 방향의 변위와 경사 각도 중 적어도 일방의 상태량에 기초하여, 외측 궤도륜 부재와 내측 궤도륜 부재 사이에 작용하고 있는 액시얼 하중을 구하고, 경사 각도를 기준으로 하여 액시얼 방향의 상대 변위를 보정하고, 보정한 액시얼 방향의 상대 변위에 기초하여 예압을 구함으로써 없앨 수도 있다. 예압의 측정 작업은, 후술하는 바와 같이, 안정적으로 액시얼 하중이 가해지는 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 안정적인 액시얼 하중이 가해지는 상태에서도, 복렬 구름 베어링 유닛의 온도는 서서히 상승한다. 단, 이 액시얼 하중이 가해지기 이전 상태와의 사이에서, 이 복렬 구름 베어링 유닛의 온도 변화는 거의 무시할 수 있는 정도에 머문다. 예를 들어, 이 복렬 구름 베어링 유닛이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛인 경우, 조타 개시 (스티어링 휠의 조작) 에 수반하여 액시얼 하중이 즉시 발생하는 데 대하여, 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 온도는 아주 완서하게만 변화한다. 따라서, 열팽창, 수축에 의한 영향을 받는 (순)액시얼 방향 변위를 이 열팽창, 수축에 의한 영향을 거의 받지 않는, 경사 각도를 이용하여 보정 (온도에 의한 변동분을 캔슬) 하면, 예압의 측정에 관한 영향을 없애 (온도 조건을 동일하게 하여), 예압 측정의 정밀도를 양호하게 할 수 있다.
열팽창, 수축에 의한 영향을 제거하기 위한 보정의 구체적 방법으로서는, 다음의 (A), (B) 중 어느 한 방법이 생각된다.
(A) 열팽창, 수축에 기초하는 (순)액시얼 방향 변위의 변동분을 이 열팽창, 수축의 영향을 거의 받지 않는 경사 각도를 기준으로 하여 보정한다. 구체적으 로는, 경사 각도가 0 인 경우에 액시얼 방향 변위도 0 으로 하는 등, 경사 각도에 기초하여 구한 액시얼 하중에 대응하여, 그 시점에서의 액시얼 방향 변위를 당해 액시얼 하중에 따른 값으로서 예압 산출 수단의 메모리 중에 기록한다 (전술한 (1) ∼ (3) 과 동일).
(B) (순)액시얼 방향 변위를 나타내는 신호를 하이 패스 필터에 의해 필터링한다. 예를 들어, 복렬 구름 베어링 유닛이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛인 경우, 「직진 → 조타」, 「조타 → 직진」, 레인 체인지 등의 주행 조건이면, 필터링에 의해, 완서하게 변화하는 열팽창, 수축의 영향을 제거할 수 있다. 그리고, 경사 각도가 0 인 경우와, 이 경사 각도가 임의의 값이 된 상태 사이에서의 (순)액시얼 방향 변위의 상대량에 기초하여 예압을 구할 수 있다.
(A), (B) 어느 방법에 의해서도, 열팽창, 수축의 영향에서의 (순)액시얼 방향 변위에 관계없이, 이 열팽창, 수축의 영향을 없애, 예압을 정밀도 높게 구할 수 있다.
또한, 도 10 을 사용하여, 액시얼 하중과, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비로부터 예압을 구하는 작업은, 예압의 변동에 수반하여 이 비가 크게 변화하는 부분, 또한 액시얼 하중의 변동에 수반하여 이 비의 변화가 적은 부분에서 행하는 것이 예압의 측정 정밀도를 확보하는 면에서 바람직하다. 즉, 도 10 에 기재한 각 선 a, b, c 끼리의 간격이 좁은 부분, 이들 각 선 a, b, c 의 경사가 급한 부분에서 예압을 구하면, 액시얼 하중에 약간의 오차가 있어도 구한 예압에 관한 오차가 커지기 때문에, 상기 양방의 조건을 만족하는 부분에서 이 예압을 구하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 액시얼 하중이 -2000N 보다 작은 (도 5 의 화살표와는 역방향으로 절대치 2000N 보다 큰 액시얼 하중이 가해지는) 영역은 각 선 a, b, c 의 구배가 급하므로 피한다. 또한, 이 액시얼 하중이 +2000 을 초과하는 영역에서는, 예압의 변동에 수반하는 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비의 변화가 적어지므로, 역시 피한다. 또한, 액시얼 하중의 절대치가 1000N 미만인 경우에는, 액시얼 방향 변위 및 경사 각도의 변화로 이어지는, 액시얼 하중에 기초하는 상기 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 의 구성 각 부재의 탄성 변형 상태가 안정되지 않아, 액시얼 하중 및 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비를 안정적으로 구할 수 없기 때문에, 역시 피한다. 이들을 고려한 경우, 예압의 측정을 액시얼 하중의 절대치가 1000 ∼ 2000N 인 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 특히, 이 액시얼 하중이 도 5 의 화살표 방향으로 가해지는 +1000 ∼ 2000N 의 영역에서 행하는 것이 액시얼 하중 및 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 비를 안정적으로 구할 수 있으므로, 가장 바람직하다.
단, 타이어 교환 등에서, 복렬 구름 베어링 유닛에 대한 액시얼 하중의 입력 조건이 변화할 가능성이 있고, 변화한 경우에도 예압 산출 수단에 인스톨한 소프트웨어 중의 영점 및 게인을 바꾸지 않고 예압을 구하는 경우에는, 액시얼 하중이 부인 (도 5 의 화살표와는 역방향으로 액시얼 하중이 가해지는) 영역에서 예압의 측정을 행하는 것이 바람직하다. 즉, 자동차의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에서, 자동차가 설국에서 사용될 가능성이 있는 경우, 하절기와 동절기에서 상이한 타이어를 사용하고, 그 때 오프셋량 {플랜지 (13) 의 외측면 (후술하는 도 12 의 좌측면) 과 휠 중심의 축방향 거리} 이 상이한 휠을 사용하는 경우가 있다. 한편, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계는 오프셋량에 따라 달라진다. 도 11 은 오프셋량이 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계에 미치는 영향을 나타내고 있다. 도 11 중, 실선 a 는 오프셋량이 적정 (표준) 한 경우를, 파선 b 는 이 오프셋량이 플러스측에 치우쳐 있는 경우를, 쇄선 c 는 마이너스측에 치우쳐 있는 경우를 각각 나타내고 있다.
도 11 에서 명백하듯이, 마이너스 (도 5 의 화살표와는 역방향) 의 액시얼 하중이 작용하고 있는 경우 쪽이, 플러스 (도 5 의 화살표 방향) 의 액시얼 하중이 작용하고 있는 경우에 비해, 오프셋량이 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계에 미치는 영향 (오차) 이 작다. 이 이유는, 다음과 같다. 먼저, 액시얼 방향 변위와 경사 각도의 관계가 오프셋량에 의해 변화하는 이유는, 이 오프셋량의 상이에 수반하여, 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 중심 (복렬로 배치된 전동체 (6, 6) 의 축방향 중앙부) 과 접지면의 중심의 관계가 어긋나는 결과, 상하 방향의 레이디얼 하중에 기초하는 경사 각도가 변화하는 것에 기초한다. 한편, 플러스의 액시얼 하중이 접지면으로부터 가해지는 경우에는, 이 액시얼 하중에 수반하는 모멘트에 기초하는 상하 방향의 레이디얼 하중도 플러스 방향으로 작용하여, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 사이에 작용하는 상하 방향의 레이디얼 하중이 증가한다. 이에 대하여, 마이너스의 액시얼 하중이 작용하고 있는 경우에는, 액시얼 하중에 수반하는 모멘트에 기초하는 상하 방향의 레이디얼 하중도 마이너스 방향으로 작용하여, 외측 궤도륜 부재 (4), 내측 궤도륜 부재 (5) 사이에 작용하는 상하 방향의 레이디얼 하중이 저감된다. 그래서, 마이너스의 액시얼 하중이 작용하고 있어, 상하 방향의 레이디얼 하중이 작은 상태에서 예압을 측정하면, 오프셋량의 변동의 영향을 작게 하여, 이 오프셋량에 관계없이 예압을 정밀도 높게 구할 수 있게 된다.
또한, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1) 에 관하여 예압을 구하는 작업은 자동차의 주행 상태가 안정되어 있는 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 급격한 진로 변경 (레인 체인지) 등에 의해, 액시얼 하중이 단시간 동안에 급격하게 변동하는 상태에서 예압을 구하는 것은 피한다. 그리고, 곡률 반경이 거의 일정한 곡선로를 주행하는 경우와 같이, 비교적 긴 시간, 안정적으로 액시얼 하중이 가해지는 상태에서 예압을 구하는 것이 바람직하다. 또한, 하중이 급격히 변동하고 있는 상태에서 예압 측정을 행하여, 신뢰성이 낮은 예압 데이터를 입력하는 것을 방지하기 위하여, (순)액시얼 방향 변위를 나타내는 신호에 로우 패스 필터에 의한 필터링을 실시함으로써, 예압 측정에 관한 신뢰성을 높일 수도 있다.
액시얼 변위 측정 수단 및 경사 각도 측정 수단을 삽입한 실시예 2 의 복렬 구름 베어링 유닛에 대하여, 도 12 ∼ 19 를 참조하여 설명한다. 실시예 2 의 복렬 구름 베어링 유닛은 하중 측정 장치가 있는 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛으로서, 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1b) 과, 회전 속도 검출 장치로서의 기능을 겸비한 하중 측정 장치 (8) 를 구비한다.
이 중의 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1b) 은 외측 궤도륜 부재 (4) 와, 내측 궤도륜 부재 (5) 와, 복수의 전동체 (6, 6) 를 구비한다. 이 중의 외측 궤도륜 부재 (4) 는 사용 상태에서 현가 장치를 구성하는 너클 (7) (도 5 참조) 에 지지 고정되는 정지측 궤도륜으로서, 내주면에 복렬의 외륜 궤도 (9, 9) 를, 외주면에 이 현가 장치에 결합하기 위한 외향 플랜지 형상의 장착부 (10) 를 각각 갖는다. 또한, 내측 궤도륜 부재 (5) 는 사용 상태에서 차륜을 지지 고정시켜 이 차륜과 함께 회전하는 회전측 궤도륜 (허브) 으로서, 허브 본체 (11) 와, 허브 본체 (11) 에 조합 고정된 내륜 (12) 을 구비한다. 이와 같은 내측 궤도륜 부재 (5) 는 외주면의 축방향 외단부 (현가 장치에 대한 장착 상태에서 차체의 폭방향 외측이 되는 단부) 에 차륜을 지지 고정시키기 위한 플랜지 (13) 를, 축방향 중간부 및 내단 근처 부분의 외주면에 복렬의 내륜 궤도 (14, 14) 를, 각각 형성하고 있다. 각 전동체 (6, 6) 는 이들 각 내륜 궤도 (14, 14) 와 각 외륜 궤도 (9, 9) 사이에 각각 복수개씩 서로 역방향의 (배면 조합형의) 접촉각을 부여한 상태에서 자유롭게 전동할 수 있도록 형성하고, 외측 궤도륜 부재 (4) 의 내측에 내측 궤도륜 부재 (5) 를 외측 궤도륜 부재 (4) 와 동심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고 있다.
한편, 하중 측정 장치 (8) 는 내측 궤도륜 부재 (5) 의 축방향 내단부에 외부로부터 끼워 고정된 1 개의 인코더 (15) 와, 외측 궤도륜 부재 (4) 의 축방향 내단 개구부에 피착된 커버 (16) 에 지지된 4 개의 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 와, 도시 생략한 연산기를 구비한다. 인코더 (15) 는 연강판 등의 자성 금속판제로, 피검출면인 외주면 선단 근처 (축방향내 반 근처) 부분에 제 1 특성 변화부 (18), 제 2 특성 변화부 (19) 를 형성하고 있다. 제 1 특성 변화부 (18) 및 제 2 특성 변화부 (19) 는 각각이 슬릿 형상인 복수의 투과 구멍 (20a, 20b) 을 원주 방향에 관하여 서로 등간격으로 형성하여 이루어지는 것이다.
제 1 특성 변화부 (18) 에는, 피검출면의 폭방향 편반부 (도 12 의 우반부, 도 13 ∼ 16 에 나타낸 인코더 (15) 의 하반부) 에, 특성 변화의 위상이 이 피검출면의 폭방향에 대하여 소정 방향으로 소정 각도로 점차 변화하는 상태에서 형성되어 있다. 이에 대하여, 제 2 특성 변화부 (19) 에는, 피검출면의 폭방향 타반부 (도 12 및 도 13 ∼ 16 의 좌하부에 나타낸 인코더 (15) 의 좌반부, 도 13 ∼ 16 의 우측에 나타낸 인코더 (15) 의 상반부) 에, 특성 변화의 위상이 이 피검출면의 폭방향에 대하여 상기 소정 방향과 역방향으로 상기 소정 각도와 동일한 각도로 점차 변화하는 상태에서 형성되어 있다. 이 때문에, 제 1 특성 변화부 (18) 의 투과 구멍 (20a, 20a) 과, 제 2 특성 변화부 (19) 의 투과 구멍 (20b, 20b) 은 인코더 (15) 의 축방향에 대하여 역방향으로 동일한 각도만큼 경사져 형성되어 있다. 또한, 제 1 특성 변화부 (18) 의 투과 구멍 (20a, 20a) 과, 제 2 특성 변화부 (19) 의 투과 구멍 (20b, 20b) 은 도 13 ∼ 16, 및 17 에 나타내는 바와 같이 서로 독립시켜 형성해도 되고, 혹은 도 12 에 나타내는 바와 같이 연속한 상태에서 형성해도 된다. 혹은, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 피검출면에 사다리꼴 형상 혹은 삼각형의 요철 (50, 60) 을 형성한 인코더 (15a) 를 사용해도 된다. 또한, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 피검출면에 동일한 패턴으로 S 극과 N 극을 배치한 영구 자석제의 인코더 (15b) 를 사용해도 된다.
피검출면의 직경 방향 반대측 2 지점 위치에 각각 2 개씩 합계 4 개의 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 가 형성되어 있다. 즉, 인코더 (15) 의 상단부 상방에 이 중의 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 가, 하단부 하방에 나머지 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 가 각각 배치되어 있다. 일방의 센서 (17a1, 17b1) 의 검출부를 제 1 특성 변화부 (18) 에, 타방의 센서 (17a2, 17b2) 의 검출부를 제 2 특성 변화부 (19) 에 각각 대향시키고 있다. 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 의 검출부는 외력이 작용하지 않고 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 가 중립 상태 (서로 중심축이 일치하고, 액시얼 방향의 변위도 생기지 않은 상태) 에 있는 경우에는, 제 1 특성 변화부 (18) 혹은 제 2 특성 변화부 (19) 의 폭방향 중앙부에 대향한다.
각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 로부터의 검출 신호는 연산기로 보내지고, 연산기는 다음의 같은 기능에 의해, 인코더 (15) 의 경사 각도 (외측 궤도륜 부재 (4) 의 중심축과 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심축의 경사 각도) 를 구한다. 즉, 연산기는 먼저, 상하 양 단부에 배치한 2 개씩의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호 사이의 위상차에 관한 비 (위상차비 = 위상차 B/1 주기 A) δa, 및 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호 사이의 위상차비 δb 를 구한다. 이어서, 이들 양위치에 배치한 2 개씩의 센서 (17a1, 17a2 (17b1, 17b2)) 에 관한 위상차비끼리의 차 「δa - δb」를 구한다. 또한, 이 위상차비끼리의 차 「δa - δb」에 기초하여 경사 각도를 구한다.
상기 서술한 바와 같은 구조에 의하면, 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 를 배치한 방향에 대하여 직각 방향으로 측정 대상이 아닌 하중 (비대상 하중) 이 작용한 경우에도, 측정 특정 대상이 되는 하중 (대상 하중) 의 측정치에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다. 실시예 2 에서는, 대상 하중은 차륜과 노면의 접촉면으로부터 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛 (1b) 에 가해지는 액시얼 하중이기 때문에, 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 를 인코더 (15) 에 대하여 상하 2 지점 위치에 배치하고 있다. 이 경우에, 액시얼 하중이 가해져 있는 상태에서, 비대상 하중인 전후 방향 하중이 상기 직각 방향 (차량 전후 방향) 으로 작용하면, 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 의 검출 신호의 위상차비가 대상 하중과는 별개로 변화한다. 따라서, 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 의 검출 신호를 적절히 처리하지 않으면, 비대상 하중이 대상 하중 측정에 대한 크로스 토크가 되어, 이 대상 하중의 측정치에 오차가 생길 가능성이 있다. 그러나, 실시예 2 의 구조에 의하면, 비대상 하중이 크로스 토크가 되는 것을 방지하여, 대상 하중의 측정 정밀도가 향상된다.
이 점에 대하여, 도 13 ∼ 16 을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다. 실시예 2 의 구조에서, 외력이 작용하지 않고 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 가 중립 상태에 있는 경우에는, 도 13 과 같이, 상측에 배치한 각 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호와, 하측에 배치한 각 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호는 서로 일치한다. 원주 방향 동일 위치에 배치된 2 개씩의 센서 (17a1, 17a2) 끼리, 센서 (17b1, 17b2) 끼리에 있어서, 각각의 검출 신호의 위상은 반대로 되어 있다. 따라서, 센서 (17a1, 17a2) 사이의 위상차, 그리고 센서 (17b1, 17b2) 끼리의 위상차는 각각 180 도, 위상차비 δa, δb (B/A) 는 각각 0.5 가 된다. 또한, 인코더 (15) 의 경사 각도를 구하기 위한 파라미터가 되는 위상차비끼리의 차 「δb - δa」는 도 13 의 하단의 선도에 나타내는 바와 같이 0 이 된다. 이로써, 경사 각도가 0 인 것을 알 수 있다.
다음으로, 차륜과 노면의 접촉면으로부터 가해지는 액시얼 하중에 기초하는 모멘트에 의해, 외측 궤도륜 부재 (4) 의 중심축과 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심축이 경사지고, 인코더 (15) 가 도 12 의 반시계 방향으로 요동한 경우에 대하여, 도 14 에 의해 설명한다. 이 경우에는, 예를 들어 도 14 의 좌하에 나타내는 바와 같이, 인코더 (15) 의 상측 부분이 좌방향으로, 하측 부분이 우방향으로 각각 변위한다. 그리고, 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 중, 일방의 센서 (17b1) 의 검출 신호는 위상이 지연되는 방향으로, 타방의 센서 (17b2) 의 검출 신호는 위상이 진행되는 방향으로 각각 변화한다. 이 때문에, 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호끼리의 위상차 및 위상차비 δb (B/A) 는 커진다.
이에 대하여, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 중 일방의 센서 (17a1) 의 검출 신호는 위상이 진행되는 방향으로, 타방의 센서 (17a2) 는 위상이 지연되는 방향으로 각각 변화한다. 이 때문에, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호끼리의 위상차 및 위상차비 δa (B/A) 는 작아진다. 이 결과, 인코더 (15) 의 경사 각도를 구하기 위한 파라미터가 되는 위상차비끼리의 차 「δb - δa」는, 도 14 의 하단의 선도에 나타내는 바와 같이, 정의 값이 된다. 그래서, 이 위상차비끼리의 차 「δb - δa」에 기초하여, 인코더 (15) 의 경사 각도, 나아가서는 외측 궤도륜 부재 (4) 의 중심축과 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심축의 경사 각도가 구해진다. 또한, 이 경사 각도와 모멘트의 관계를 미리 구해 두면, 이 경사 각도로부터 모멘트, 나아가서는 액시얼 하중이 구해진다.
또한, 실시예 2 에 의하면, 인코더 (15) 가 각 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 에 대하여 액시얼 방향으로 변위되어도, 위상차비끼리의 차 「δb - δa」가 변화하는 일은 없다. 도 15 는, 상기 서술한 도 14 의 상태로부터, 인코더 (15) 를 순액시얼 방향으로 변위시킨 상태를 나타내고 있다. 도 15 에 나타낸 상태에서는, 도 14 에 나타낸 상태에 대하여, 인코더 (15) 의 상부와 하부가 동일한 방향으로 변위하고 있고, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호끼리의 위상차 및 위상차비 δa 와, 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호끼리의 위상차 및 위상차비 δb 는 동일한 방향으로 동일한 정도 변화한다. 이 결과, 상기 서술한 바와 같이, 위상차비끼리의 차 「δb - δa」가 변화하는 일은 없다. 이 때문에, 열팽창, 수축에 의해 액시얼 방향 변위가 발생해도 영향을 받지 않고 경사 각도를 검출할 수 있다.
또한, 실시예 2 에 의하면, 비대상 하중인 전후 방향의 힘에 의해, 외측 궤도륜 부재 (4) 에 대하여 내측 궤도륜 부재 (5) 가 전후 방향으로 변위된 (전후 방향의 레이디얼 변위가 발생한) 경우에도, 비대상 하중에 의해 인코더 (15) 의 경사 각도의 측정치, 나아가서는 대상 하중인 액시얼 하중의 측정치에 오차가 생기는 것 을 방지할 수 있다. 이 점에 대하여, 도 16 에 의해 설명한다. 전후 방향의 힘에 의해 인코더 (15) 가 전후 방향으로 변위하면, 이 인코더 (15) 와, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 및 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 위치 관계가 어긋난다 (도 16 의 상단 및 중단에 기재한 인코더 (15) 가 좌우로 어긋난다).
단, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 끼리의 사이, 및 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 끼리의 사이에서는, 검출 신호의 위상의 진행과 지연에 관하여, 어긋남의 방향이 서로 동일해진다 (상측과 하측은 서로 역방향). 이 때문에, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δa, 및 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δb 는 어느 쪽도 변화하지 않는다. 따라서, 인코더 (15) 의 경사 각도를 구하기 위한 파라미터가 되는 위상차비끼리의 차 「δb - δa」도 변화하지 않는다 (도 14 의 경우와 동일). 이 때문에, 구동력 혹은 제동력 등에 기초하여 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 사이에 가해지는 전후 방향의 힘에 의해 인코더 (15) 가 전후 방향으로 변위해도, 이 변위가 경사 각도 측정에 대한 크로스 토크는 되지 않아, 이 경사 각도를 정밀도 높게 구할 수 있다.
반대로, 구동력 혹은 제동력이 작용하지 않아 전후 방향 변위가 발생하지 않는 경우나, 발생하더라도 작아서 무시할 수 있는 경우에는, 반드시 도시와 같이 4 개의 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 를 사용하지 않아도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 상기 서술한 바와 같이 전후 방향 변위를 무시할 수 있으 면, 도 12 에 나타낸 4 개의 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 중, 예를 들어 센서 (17a1) 를 생략하고, 나머지 3 개의 센서 (17a2, 17b1, 17b2) 만을 장착한다. 그리고, 센서 (17a2) 의 검출 신호와 센서 (17b2) 의 검출 신호의 위상차비로부터 경사 각도를 구한다. 또한, 센서 (17b1) 의 검출 신호와 센서 (17b2) 의 검출 신호의 위상차비로부터 인코더 하부의 액시얼 방향 변위를 구한다. 인코더 (15) 의 경사 각도와, 이 인코더 (15) 의 하부의 액시얼 방향 변위를 알면, 이 인코더 (15) 의 순액시얼 변위도 구해진다. 즉, 전후 방향 변위를 무시할 수 있는 상황이면, 3 개의 센서 (17a2, 17b1, 17b2) 를 장착함으로써, 4 개의 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 를 사용한 경우와 동일한 효과가 얻어진다. 이와 같이 3 개의 센서 (17a2, 17b1, 17b2) 에 의해 구성하면, 상기 서술한 바와 같이, 전후 방향 변위를 고려할 필요가 없는 경우에, 센서의 개수를 줄여 센서의 조달 비용을 억제할 수 있다. 이와 같은 효과는, 센서 (17a1) 에 한정하지 않고, 센서 (17a1, 17a2, 17b1, 17b2) 중 어느 1 개의 센서를 생략함으로써 얻어진다.
실시예 2 에 의하면, 외측 궤도륜 부재 (4) 의 중심축과 내측 궤도륜 부재 (5) 의 중심축의 경사 각도를 정밀도 높게 구할 수 있음은, 상기 서술한 바와 같다. 또한, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δa, 및 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δb 로부터, 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 의 액시얼 방향 변위도 정밀도 높게 구할 수 있다. 즉, 상측에 형성한 2 개의 센서 (17a1, 17a2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δa 는 인코더 (15) 의 상단부의 액시얼 방향 변위에 비례한 값이 된다. 또한, 하측에 형성한 2 개의 센서 (17b1, 17b2) 의 검출 신호끼리의 위상차비 δb 는 인코더 (15) 의 하단부의 액시얼 방향 변위에 비례한 값이 된다. 그리고, 이들 양 위상차비의 평균치 {(δa + δb)/2} 는 외측 궤도륜 부재 (4) 와 내측 궤도륜 부재 (5) 의 액시얼 방향 변위에 비례한 값이 된다.
전술한 설명에서 명백하듯이, 상기 평균치 {(δa + δb)/2} 에는, 액시얼 하중과는 관계없이 발생하는 열팽창, 수축에 기초하는 액시얼 방향 변위가 포함된다. 단, 이와 같은 열팽창, 수축에 기초하는 액시얼 방향 변위는 서서히 변동하기 때문에, 영향을 해제하기 위한 보정은 용이하다. 구체적으로는, 스티어링 휠의 조작 각도를 나타내는 타각 센서나, 차체에 가해져 있는 힘을 나타내는 요레이트 센서 혹은 횡 G 센서 등의 신호에 기초하여, 액시얼 하중이 가해지지 않은 상태에서의 상기 평균치 {(δa + δb)/2} 를 이 액시얼 하중이 제로에 대응하는 값으로 한다. 그리고, 이 제로에 대응하는 평균치의 값과 예압을 구하기 위하여, 액시얼 방향 변위를 구할 때에 있어서의 (액시얼 하중이 작용한 상태에서의) 평균치의 값과의 차에 기초하여 이 액시얼 방향 변위를 구한다. 그리고, 구한 액시얼 방향 변위와 상기 경사 각도에 기초하여, 전술한 바와 같이 하여, 각 전동체 (6, 6) 에 부여되어 있는 예압을 구한다.
본 발명을 상세하게 또한 특정 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에게 있어 분명하다.
본 출원은 2005년 4월 15일 출원의 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005- 118080호), 2005년 10월 11일 출원의 일본 특허출원 (일본 특허출원 2005-296053호), 2006년 3월 10일 출원의 일본 특허출원 (일본 특허출원 2006-065675호) 에 기초하는 것으로서, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.
상기 서술한 설명은, 본 발명을 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛에 적용하고, 구한 예압을 이 차륜 지지용 복렬 구름 베어링 유닛에 가해지는 액시얼 하중을 구하기 위한 관계식 혹은 맵의 보정에 사용하는 경우에 대하여 행하였다. 이에 대하여, 본 발명의 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치는, 구한 예압에 기초하여, 복렬 구름 베어링 유닛 상태나 수명 등을 추정하기 위하여 이용할 수도 있다. 또한, 복렬 구름 베어링 유닛을 구성하는 전동체는 액시얼 방향으로 힘을 가함으로써 예압이 부여되는 것이면, 도시와 같은 볼에 한정하지 않고, 원통 롤러, 원추 롤러, 구면 롤러이어도 된다.

Claims (12)

  1. 내주면에 복렬의 외륜 궤도를 갖는 외측 궤도륜 부재와,
    외주면에 복렬의 내륜 궤도를 갖는 내측 궤도륜 부재와,
    각 열에 있어서, 상기 외륜 궤도와 상기 내륜 궤도 사이에, 양 열의 사이에서 서로 역방향의 접촉각이 부여된 상태에서 자유롭게 전동할 수 있도록 형성된 복수의 전동체와,
    상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재의 액시얼 방향의 상대 변위를 구하는 액시얼 변위 측정 수단과,
    상기 외측 궤도륜 부재의 중심축과 상기 내측 궤도륜 부재의 중심축의 경사 각도를 구하는 경사 각도 측정 수단과,
    상기 경사 각도와 상기 액시얼 방향의 상대 변위와의 비교에 기초하여 상기 복수의 전동체에 부여되어 있는 예압을 구하는 예압 산출 수단을 구비하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 예압 산출 수단은 상기 액시얼 방향의 상대 변위와 상기 경사 각도의 비에 기초하여 예압을 구하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액시얼 변위 측정 수단과 상기 경사 각도 측정 수단은 복렬 구름 베어링 유닛에 삽입되어 있는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    피검출면을 둘레면에 갖고, 피검출면의 특성이 원주 방향에 관하여 교대로 또한 등간격으로 변화하고, 특성 변화의 위상이 축방향에 관하여 점차 변화하는 인코더와,
    상기 인코더의 피검출면의 서로 상이한 부분에 대향하는 검출부를 갖는 복수의 센서를 더 구비하고,
    상기 인코더는 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하는 어느 일방의 궤도륜 부재에 상기 피검출면을 동심으로 위치시켜 배치되고,
    상기 복수의 센서는 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하지 않는 타방의 궤도륜 부재에 지지되고,
    상기 액시얼 변위 측정 수단 및 상기 경사 각도 측정 수단은 상기 복수 센서의 출력 신호간의 위상차에 기초하여 상기 액시얼 방향의 상대 변위 및 상기 경사 각도를 구하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    피검출면을 둘레면에 갖고, 피검출면의 특성이 원주 방향에 관하여 교대로 변화하고, 특성 변화의 피치가 축방향에 관하여 점차 변화하는 인코더와,
    상기 인코더의 피검출면에 대향하는 검출부를 갖는 복수의 센서를 더 구비하고,
    상기 인코더는 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하는 어느 일방의 궤도륜 부재에 상기 피검출면을 동심으로 위치시켜 배치되고,
    상기 복수의 센서는 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 중, 사용시에 회전하지 않는 타방의 궤도륜 부재에 지지되고,
    상기 액시얼 변위 측정 수단 및 상기 경사 각도 측정 수단은 상기 복수 센서의 출력 신호의 듀티비에 기초하여 상기 액시얼 방향의 상대 변위 및 상기 경사 각도를 구하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 센서는 상기 인코더의 상단부 및 하단부의 피검출면에 각각 대향하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 액시얼 변위 측정 수단이 구한 상기 액시얼 방향의 상대 변위와, 상기 경사 각도 측정 수단이 구한 상기 경사 각도 중 일방 또는 쌍방에 기초하여, 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 사이에 작용하는 하중을 구하는 하중 산출 수단을 더 구비하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하중 산출 수단은 상기 액시얼 방향 변위 또는 경사 각도와 액시얼 하중의 관계를 나타내는 맵에 기초하여, 상기 외측 궤도륜 부재와 상기 내측 궤도륜 부재 사이에 작용하는 하중을 구하고,
    상기 예압 산출 수단은 구해진 예압에 기초하여 상기 맵을 보정하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  10. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 내측 궤도륜 부재는 자동차의 차륜과 함께 회전하는 허브이고,
    상기 외측 궤도륜 부재는 자동차의 현가 장치에 지지 고정된 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 내측 궤도륜 부재는 자동차의 차륜과 함께 회전하는 허브이고,
    상기 외측 궤도륜 부재가 상기 자동차의 현가 장치에 지지 고정되고,
    예압 산출 수단은 상기 허브에 대하여 상기 자동차의 폭방향에 관하여 외측을 향한 액시얼 하중이 작용하고 있는 상태에서 예압을 구하고, 구해진 예압에 기초하여 상기 맵을 보정하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    예압 산출 수단은 상기 경사 각도 측정 수단이 구한 상기 상기 경사 각도를 기준으로 하여, 상기 변위 측정 수단이 구한 상기 액시얼 방향의 상대 변위를 보정하고, 보정된 액시얼 방향의 상대 변위에 기초하여 예압을 구하는 복렬 구름 베어링 유닛용 예압 측정 장치.
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