センサ付き転がり軸受装置
【課題】軌道部材に作用しているモーメント荷重と軸方向の並進荷重とを感度良く求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】内軸１にナット６３を螺合し、ナット６３の外周面に、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９１を外嵌して固定する。第２筒部材１９１を、複数のケイ素鋼板を軸方向に隙間なく積層して構成し、軸方向において第１スペーサ１９０と第２スペーサ１９２との間に配置する。第２筒部材１９１の外周面の外径を、第１スペーサ１９０の外周面の外径および第２スペーサ１９２の外周面の外径よりも大きくする。第１変位検出部７０の検出面を、第２スペーサ１９２と第２筒部材１９１の接触部に径方向に対向させる一方、第２変位検出部７１の検出面を、第１スペーサ１９０と第２筒部材１９１の接触部に径方向に対向させる。
【解決手段】内軸１にナット６３を螺合し、ナット６３の外周面に、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９１を外嵌して固定する。第２筒部材１９１を、複数のケイ素鋼板を軸方向に隙間なく積層して構成し、軸方向において第１スペーサ１９０と第２スペーサ１９２との間に配置する。第２筒部材１９１の外周面の外径を、第１スペーサ１９０の外周面の外径および第２スペーサ１９２の外周面の外径よりも大きくする。第１変位検出部７０の検出面を、第２スペーサ１９２と第２筒部材１９１の接触部に径方向に対向させる一方、第２変位検出部７１の検出面を、第１スペーサ１９０と第２筒部材１９１の接触部に径方向に対向させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道部材、転動体およびセンサ装置を有するセンサ付き転がり軸受装置に関し、特に、センサ装置を有するハブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ付き転がり軸受装置としては、特開２００１−２１５７７号公報（特許文献１）に記載されているハブユニットがある。
【０００３】
このハブユニットは、回転軌道輪、固定軌道輪および一つの変位センサを備え、上記変位センサは、上記固定軌道輪に設けられている。具体的には、上記固定軌道輪の外周面は、径方向に延在する穴を有し、上記変位センサは、上記穴に挿入されている。上記変位センサの検出面は、上記回転軌道輪の外周面に向けられている。
【０００４】
上記変位センサは、車両の車輪に荷重が作用した際に発生する回転軌道輪の外周面の変位によって変動する回転軌道輪と固定軌道輪との間のギャップ（具体的には、このギャップに対応して変化する電気信号）を検出するようになっている。上記ハブユニットは、上記変位センサが検出したギャップに基づいて車輪に作用する鉛直方向の荷重を算出するようになっている。
【０００５】
上記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、上記変位センサが一つで、かつ、上記変位センサの検出面が、上記回転軌道輪の外周面に向けられているから、変位センサの検出値に基づいて車輪に対して鉛直方向に作用する並進荷重を求めることが可能である一方、車両の旋回走行時の遠心力等に伴って発生する車両の前後方向のモーメント荷重や、車両の上下方向のモーメント荷重や、車輪の軸方向の並進荷重を求めることが不可能であるという問題がある。
【０００６】
また、センサ付き転がり軸受装置において、センサ装置の感度を向上して、転がり軸受にかかっている荷重を精密に測定することの要請が存在している。
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報（図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、軌道部材に作用しているモーメント荷重と軸方向の並進荷重とを感度良く求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり装置は、
軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
軌道面と、環状の被変位検出部とを外周面に有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
を備え、
上記第２軌道部材は、
内軸と、
その内軸の外周面の軸方向の一端部に螺合した第１筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなる第２筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、上記第２筒部材の両側に位置する非磁性体からなる第３筒部材と
を有し、
上記被変位検出部は、上記第２筒部材の外周面および上記第３筒部材の外周面で構成され、
上記第１筒部材の内周面の開放端には、係合穴を有し、
上記第２筒部材の外周面の外径は、上記第３筒部材の外径より大きく、
上記センサ装置は、
上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
上記第１変位検出部の出力信号と、上記第２変位検出部の出力信号とに基づいて、上記被変位検出部に作用している並進荷重と、上記被変位検出部に作用しているモーメント荷重とを算出する演算部と
を有していることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部と、第２変位検出部とを有しているから、第１変位検出部の検出信号と、第２変位検出信号の検出信号に基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記第２筒部材は、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなっているから、変位検出部において、インダクタンスの変化に基づいて、変位を検出する形式のように、電磁誘導の法則を利用して、変位を検出した場合において、上記第２筒部材中に渦電流が発生することがない。したがって、変位信号を獲得する際のエネルギーロスを低減できて、変位検出部の感度を大きくすることができる。
【００１１】
また、一実施形態では、
上記第２筒部材は、上記第２筒部材の両側で上記第３筒部材に上記軸方向に当接しており、
上記第３筒部材の外周面の外径は、略一定であり、
上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なり、かつ、上記第１変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の一方の側の上記第３筒部材側の端部と、この一方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なる一方、上記第２変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の他方の側の上記第３筒部材側の端部と、この他方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なっている。
【００１２】
上記実施形態によれば、上記第２筒部材と上記第２筒部材の一方の側の上記第３筒部材との間に位置する段部の位置と、上記第２筒部材と上記第２筒部材の他方の側の上記第３筒部材との間に位置する段部の位置とを検出することにより、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の並進の変位を容易に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。
【００１５】
このハブユニットは、内軸１、内輪２、第１軌道部材としての外輪３、転動体としての複数の第１の玉４、転動体としての複数の第２の玉５、ケース部材６、および、センサ装置１０を備える。
【００１６】
上記内軸１は、小径軸部１９と、中径軸部２０と、大径軸部２１とを有している。上記小径軸部１９の外周面には、ネジが形成されている。上記中径軸部２０は、小径軸部１９に段部１８を介して連なると共に、小径軸部１９の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０の小径軸部１９側とは反対側に位置している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０に段部２２を介して連なると共に、中径軸部２０の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１の外周面は、軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２３を有している。上記軌道溝２３の外径は、中径軸部２０から離れるにしたがって、大きくなっている。
【００１７】
上記内軸１は、センター穴３１を有している。上記センター穴３１は、内軸１の軸方向の大径軸部２１側の端面の径方向の中央部に、形成されている。上記第センター穴３１は、円筒状の部分を有し、軸方向に所定距離延在している。また、上記内軸１は、軸方向の大径軸部２１側の端部に、車輪（図示せず）を取り付けるための、車輪取付用のフランジ５０を有している。
【００１８】
上記内輪２は、内軸１の中径軸部２０の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、上記段部２２に当接している。上記内輪２は、その外周面に軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２８を有している。この軌道溝２８の外径は、大径軸部２１から離れるにしたがって、大きくなっている。
【００１９】
内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、段部２２に当接している。第１筒部材としてのナット６３が、小径軸部１９のネジに螺合している。内輪２の軸方向の大径軸部２１側とは反対側の端面は、ナット６３の軸方向の大径軸部２１側の端面に当接している。後に詳述するが、締結工具の一例としての六角レンチを用いて、ナット６３を、軸方向の大径軸部２１側に所定距離ネジ込むことにより、内輪２を、内軸１に確実に固定するようになっている。
【００２０】
上記外輪３は、大径軸部２１の径方向の外方に位置している。上記外輪３の内周面は、軌道面としてのアンギュラ型の第１軌道溝４４と、軌道面としてのアンギュラ型の第２軌道溝４５とを有している。上記外輪３は、車体への固定のための車体取付用のフランジ７５を有している。上記複数の第１の玉４は、内輪２の軌道溝２８と、外輪３の第１軌道溝４４との間に、第１保持器４０によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されており、上記複数の第２の玉５は、内軸１の軌道溝２３と、外輪３の第２軌道溝４５との間に、第２保持器４１によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００２１】
上記ケース部材６は、筒部材５２と、円板状の蓋部材５３とで構成されている。筒部材５２の内周面の外輪３側の端部は、外輪３の外周面の小径軸部１９側の端部に止めネジ５５により固定されている。一方、蓋部材５３は、筒部材５２の外輪側とは反対側の開口を閉塞している。上記蓋部材５３は、センサ付き転がり軸受装置の内部へ異物が侵入するのを防止している。
【００２２】
上記センサ装置１０は、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１と、ターゲット部材７３とを有する。上記第１および第２変位検出部７０,７１は、筒部材５２の内周面に固定されている。一方、上記ターゲット部材７３は、第１筒部材としてのナット６３と、第３筒部材としての第１スペーサ１９０と、第２筒部材１９１と、第３筒部材としての第２スペーサ１９２と、固定用ナット１９３とからなる。
【００２３】
上記ナット６３の軸方向の内輪２側の端部は、フランジ１９７になっている。上記第１スペーサ１９０は、プラスチック等の非磁性材からなっている。上記第１スペーサ１９０は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第１スペーサ１９０は、フランジ１９７の軸方向の内方側の端面に当接するまで軸方向の内輪２側に押しこまれている。
【００２４】
上記第２筒部材１９１は、複数のケイ素鋼板を軸方向に隙間無く積層してなっている。上記第２筒部材１９１は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第２筒部材１９１の軸方向の内輪２側の端面は、第１スペーサ１９０の軸方向の内輪２側とは反対側の端面に当接している。
【００２５】
上記第２スペーサ１９２は、プラスチック等の非磁性材からなっている。上記第２スペーサ１９２は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第２スペーサ１９０の軸方向の内輪２側の端面は、第２筒部材１９１の軸方向の内輪２側とは反対側の端面に当接している。上記第１スペーサ１９０の外周面の外径は、第２スペーサ１９２の外周面の外径と略同一になっている一方、第１スペーサ１９０の外周面の外径は、第２筒部材１９１の外周面の外径よりも小さくなっている。上記第１スペーサ１９０の外周面は、段部を介して第２筒部材１９１の外周面に連なっており、第２筒部材１９１の外周面は、段部を介して第２スペーサ１９２の外周面に連なっている。
【００２６】
上記固定用ナット１９３は、第２スペーサ１９２の軸方向の第２筒部材１９１側とは反対側に位置している。固定用ナット１９３を軸方向の内輪２側に締め込みことにより、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２を、フランジ１９７と固定用ナット１９２とで挟み込んで、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２を、ナット６３に確実に固定すると共に、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２をナット６３に対して正確に位置決めするようになっている。
【００２７】
上記内軸１、内輪２およびターゲット部材７３は、第２軌道部材を構成している一方、第１スペーサ１９０の外周面、第２筒部材１９１の外周面および第２スペーサ１９２の外周面は、被変位検出部を構成している。
【００２８】
図２は、ターゲット部材７３を径方向から見たときの拡大図Ａと、ターゲット部材７３を軸方向の固定ナット１９３側から見たときの正面図Ｂとを、同一の縮尺度で示したものである。
【００２９】
図２のＡに示すように、ナット６３の内周面の軸方向のフランジ１９７側の端部には、内軸１の小径軸部１９に形成された雄ネジに螺合する雌ネジ２０１が形成されている。一方、図２のＡおよびＢに示すように、ナット６３の内周面の軸方向のフランジ１９７側とは反対側の端部は、六角レンチを挿入する係合穴の一例としての六角レンチ挿入穴２０５の内面になっている。
【００３０】
ナット６３は、締結工具である六角レンチを用いて締め付けられることにより、小径軸部１９上を、中径軸部２０側へ軸方向に移動するようになっている。
【００３１】
再び図１を参照して、センサ装置１０は、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを有する。第１および第２変位検出部７０,７１の夫々は、筒部材５２の内周面に固定されている。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１よりも軸方向において蓋部材５３側に位置している。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に対して軸方向に間隔をおいて配置されている。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっている。
【００３２】
上記第１変位検出部７０は、センサリング８３と、４つの変位センサ８４とを有する一方、第２変位検出部７１は、センサリング９３と、４つの変位センサ９４とを有する。図１に示すように、センサリング８３およびセンサリング９３は、環状のスペーサ５８を介在させた状態で、筒部材５２の鍔部５７に対して止めネジ５９で固定されている。
【００３３】
図示しないが、上記４つの変位センサ８４は、センサリング８３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）一方、４つの変位センサ９４は、センサリング９３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）。
【００３４】
図３は、４つの変位センサ８４の周方向の配置構成を説明する図である。尚、説明しないが、４つの変位センサ９４についても、４つの変位センサ８４と同一の周方向の配置構造を有している。また、図３において、参照番号７５は、図１に７５で示す外輪３のフランジを示している。
【００３５】
図３に示すように、各変位センサ８４は、周方向に互いに近接配置されて対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂからなっている。４つの変位センサ８４は、センサ付き転がり軸受装置（この実施形態では、ハブユニット）が所定の位置に設置されている状態で、ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置、および、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されている。尚、４つの変位センサ８４は、４つの変位センサ９４に軸方向に略重なっている。
【００３６】
各組において、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、独立した検出面を有し、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂは、直列に連結されている。センサリング８３は、径方向の内方側の端部に、径方向の内方に突出した一対の磁極８３ａおよび８３ｂを有している。コイル素子１００ａは、磁極８３ａの周囲にコイルを巻付けてなっている一方、コイル素子１００ｂは、磁極８３ｂの周囲にコイルを巻付けてなっている。磁極８３ａおよび磁極８３ｂの夫々において、径方向の内方の端面２８は、検出面になっている。これらの検出面は、ターゲット部材７３の外周面に対して間隔をおいて径方向に対向している。
【００３７】
図４は、上記第１変位検出部７０の二つの変位センサ８４,８４に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。
【００３８】
尚、説明しないが、上記第１変位検出部７０の残りの二つの変位センサ８４,８４に接続されたギャップ検出回路や、第２変位検出部７１の二組の二つの変位センサの夫々に接続されたギャップ検出回路は、図４に示すギャップ検出回路と同一である。
【００３９】
図４に示すように、鉛直方向に位置する２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、発振器１３０に接続されている。発振器１３０から一定周期の交流電流が、２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂに供給されるようになっている。２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂには、同期用のコンデンサ１３１が並列に接続されている。
【００４０】
一方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂと、他方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの出力電圧（検出値）を、差動アンプ１３２に入力して、上記同一直線の方向に対応する出力電圧（検出値）とすることにより、温度ドリフトを取り除くようにしている。なお、図示していないが、ハブユニットを所定の位置に設置した状態で、車両の前後方向に位置する他方の２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂについても、上記と同様に差動アンプで差を取ることによって温度ドリフトを取り除いている。
【００４１】
上記変位センサ８４,９４の夫々において、コイル素子１００ａ（または、コイル素子１００ｂ）のインダクタンスをＬ、検出面の面積をＡ、透磁率をμ、コイルの巻き数をＮ、検出面からターゲット部材７３までの間隔（ギャップ）をｄとすると、次の式（ａ）が成立する。
Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ２／ｄ ・・・（ａ）
【００４２】
ターゲット部材７３までのギャップｄが変化すると、変位センサ２４のインダクタンスＬが変化して出力電圧が変化する。したがって、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ８４,９４の夫々において、変位センサ８４,９４の検出面からターゲット部材７３の被変位検出部までの径方向のギャップを検出することができるのである。
【００４３】
上記変位センサ８４,９４の夫々は、ターゲット部材７３に対する独立した検出面を有しかつ対をなすコイル素子１００ａ,１００ｂを直列に連結した構造を有している。したがって、図５に示すように、一つのコイル素子２００で一つの変位センサを構成する場合と比較して、発生する磁束密度を大きくすることができて、ターゲット部材７３とのギャップの検出感度を高くすることができる。
【００４４】
図６は、ターゲット部材７３の被変位検出部と、変位センサ８４と、変位センサ９４との位置関係を表す模式拡大図である。
【００４５】
図６に示すように、第２スペーサ１９２の外周面１３４の一部は、変位センサ８４の検出面に径方向に対向する位置に存在している一方、第１スペーサ１９０の外周面１３５の一部は、変位センサ９４の検出面に径方向に対向する位置に存在している。
【００４６】
ハブユニットに如何なる荷重も作用していない状態で、変位センサ８４の検出面Ａ１の軸方向の中央部は、第２スペーサ１９２と第２筒部材１９１の接触部に径方向に略対向している一方、変位センサ９４の検出面Ａ２の軸方向の中央部は、第１スペーサ１９０と第２筒部材１９１の接触部に径方向に略対向している。
【００４７】
この状態から仮にハブユニットに並進荷重が作用して、図６に示すように、ターゲット部材７３が軸方向の蓋部材５３側に距離δだけ変位したとすると、上記検出面Ａ１と第２スペーサ１９２の外周面１３４との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が減少する一方、検出面Ａ２と第１スペーサ１９０の外周面１３５との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が増大する。このことから、変位センサ８４のギャップの検出値が減少する一方、変位センサ９４のギャップの検出値が増大する。このように、ターゲット部材７３が軸方向に変位すると、変位センサ８４が検出する検出値と、変位センサ９４とが検出する検出値とに差が生じる。
【００４８】
第２スペーサ１９２の外周面１３４および第１スペーサ１９０の外周面１３５は、ターゲット部材７３が軸方向に移動した場合に、変位センサ８４と変位センサ９４が検出する検出値を正負逆向きに変化させるように、センサ側に対する軸方向位置が設定されている。変位センサ８４の変位検出値と、変位センサ９４の変位検出値の差を取ることにより、内輪２（内軸１）の軸方向の並進量（軸方向の変位であり、並進荷重と相関関係がある）を検出するようになっている。
【００４９】
車両の中心側（以下、インナ側という）の変位センサ８４の変位検出値と、車輪側（以下、アウタ側という）の変位センサ９４の変位検出値の差を取ることにより、第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対する変位検出値が増幅され、これによってセンサ装置１０の軸方向の変位の検出感度を高めることができるのである。
【００５０】
尚、図６に図示した配置とは逆に、インナ側の第２スペーサの外周面を、第１変位検出部の検出面に対してアウタ側にずらし、アウタ側の第１スペーサの外周面を第２変位検出部の検出面に対してインナ側にずらして配置しても良く、この場合でも上記と同様の作用効果を獲得することができる。
【００５１】
図７は、変位検出部７０,７１と、蓋部材５３に対して、変位検出部７０,７１とは反対側に位置する信号処理部１４０との接続構造を示す図である。
【００５２】
上記センサ装置１０は、演算部としての信号処理部１４０を有し、８つの変位センサ８４,９４の夫々は、ケース部材６の蓋部材５３を貫通する信号線３６を介して信号処理部１４０に接続されている。信号処理部１４０は、ＥＣＵ等よりなっている。各変位センサ８４,９４から得られた出力電圧（変位検出値）は、信号処理部１４０で以下に述べる演算方法で演算され、これによって車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重が、算出されるようになっている。
【００５３】
図８は、本実施形態で使用する方向について説明する図であり、図９、図１０は、本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。図９は、変位センサを、径方向の外方からみた図であり、図１０は、変位センサを、軸方向からみた図である。尚、図１０においては、簡単のため、周方向に隣接する二つのコイル素子１００ａ,１００ｂ（図３参照）を、一つのコイル素子で表している。
【００５４】
図８に示すように、本実施形態では、車輪の前後水平方向をｘ軸方向、車輪の左右水平方向（軸方向）をｙ軸方向、車輪の上下方向をｚ軸方向と定義する。
【００５５】
また、図９および図１０に示すように、インナ側の４つの変位センサ８４の変位検出値に、添え字「ｉ」を使用し、アウタ側の４つの変位センサ９４に添え字「ｏ」を使用する。
【００５６】
また、今後、ハブユニットが所定の位置に設置されている状態において、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｆ（ｆは、ｆｒｏｎｔの略）とし、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｒ（ｒは、ｒｅａｒの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｔ（ｔは、ｔｏｐの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｂ（ｂは、ｂｏｔｔｏｍの略）とする。
【００５７】
また、今後、センサの変位検出値においても、
前側のセンサの変位検出値に添え字「ｆ」を使用し、
後側のセンサの変位検出値に添え字「ｒ」を使用し、
上側のセンサの変位検出値に添え字「ｔ」を使用し、
下側のセンサの変位検出値に添え字「ｂ」を使用する。
【００５８】
図１０に示されている事実、すなわち、インナ側の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒと、アウタ側の変位センサ９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒとが、軸方向に略重なっているといる事実は、上述した第１変位検出部７０が、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっているという事実と整合している。
【００５９】
話を元に戻して、センサ装置１０が有する合計８つのセンサの変位検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：変位センサ８４ｆの変位検出値
ｒｉ：変位センサ８４ｒの変位検出値
ｔｉ：変位センサ８４ｔの変位検出値
ｂｉ：変位センサ８４ｂの変位検出値
ｆｏ：変位センサ９４ｆの変位検出値
ｒｏ：変位センサ９４ｒの変位検出値
ｔｏ：変位センサ９４ｔの変位検出値
ｂｏ：変位センサ９４ｂの変位検出値
【００６０】
図１１は、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材７３と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。以下、図１１を用いて、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）について説明する。
【００６１】
図１１に示すように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、第２軌道部材（回転軌道部材）は、その荷重の向きに変位し、各スペーサ１９０,１９２の外周面１３４,１３５の位置が軸方向にずれる。このため上述したように、インナ側の各変位センサの変位検出値（本実施形態では出力電圧）ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも減少し、アウタ側の各変位センサの変位検出値ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ、ｂｏは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも増大する。
【００６２】
そこで、図１２、すなわち、各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図、に示すように、次の式（１）で算出されるｓＦｙを、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数として採用する。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）
・・・（１）
【００６３】
このように、インナ側の各変位センサの変位検出値とアウタ側の各変位センサの変位検出値の差を取ることで、回転軌道輪である第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対するｓＦｙが増幅されるので、センサ装置１０全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
【００６４】
ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値については、次のように求められる。
【００６５】
ｘ軸方向については、前センサの変位検出値ｆと、後センサの変位検出値ｒとの差によってｘ軸方向変位の変位検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの変位検出値ｔと、下センサの変位検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の変位検出値とする。前後のセンサの出力同士及び上下のセンサの出力同士では、それぞれ同じ方向に同じ量だけ温度の影響が出ることから、上記のように差を取ることによって温度ドリフトが取り除かれる。
【００６６】
本実施形態では、インナ側と、アウタ側に変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒを配置しているので、次に示す通り、インナ側とアウタ側のそれぞれの位置において、ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値が得られる。
インナ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
インナ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
アウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
【００６７】
ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）は、次のように求められる。
【００６８】
図１３は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。
【００６９】
軸受装置の中心Ｏ（図１参照）からインナ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏからアウタ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｏとすると、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する変位検出値は、理論的には次の式（２）で算出されるｍｚで表される。このｍｚは、図１３に示すように、θが十分に小さい場合には、ｘｉと一致する。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
・・・（２）
【００７０】
しかし、実際には、ターゲット部材７３に、第２筒部材１９１の外周面１３６（図６参照）の外径よりも小さい外径を有するスペーサ１９０,１９２の外周面１３４,１３５が形成されているため、図１４、すなわち、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図に示すように、ｍｚは、ｘｉとは一致せず、かつ、ｍｚと、ｘｉの変位検出値の傾きも一致しない。
【００７１】
このため、図１５にｋｚで示すｘｉ直線の傾きをｍｚ直線の傾きで除算して得られる補正係数を導入する。補正係数ｋｚを、上記ｍｚに乗じることで、次の式（３）に示す通り、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚが得られる。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ
・・・（３）
【００７２】
尚、式（３）において、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（上記ｓＦｙ及び下記のｓＭｘ等）と符号を一致させるためのものである。
【００７３】
ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）は、次のように求められる。
【００７４】
ｘ軸方向と、ｚ軸方向とは９０度、座標変換した関係にある。したがって、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、上記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（４）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ
・・・（４）
【００７５】
なお、上記式（４）におけるｋｘは、図１５で定義される値であり、ｋｚと同じ趣旨で導入した補正係数であり、ｚｉ直線の傾きをｍｘ直線の傾きで除算して得られる補正係数である。このｋｘは、図１６に示す、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図から求められる。
【００７６】
ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）、および、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）は、夫々次のように求められる。
【００７７】
図１７は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図であり、各種変数の関係を示す図である。
【００７８】
インナ側でのｘ軸方向変位の変位検出値ｘｉには、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚの成分と、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘの成分が含まれている。ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、上記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。
【００７９】
このことは、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数であるｓＦｚの場合にも、同様に当てはまる。したがって、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚによる独立変数ｓＦｚと、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘによる独立変数ｓＦｘは、それぞれ次の式（５）及び式（６）で算出することができる。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ
・・・（５）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ
・・・（６）
【００８０】
図１８は、これまで説明した、変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。図１８に示すように、ｓＦｙ、ｓＦｘ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを求めることができるようになっている。
【００８１】
図１９は、上記式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。
【００８２】
すなわち、車輪に対して実際に負荷したＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを入力とし、式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを出力として、それらの変数間の直線グラフをマトリックス化したものである。
【００８３】
図１９のマトリックス図に示すように、Ｆｘに対してはｓＦｘのみが傾きを有する直線グラフとなり、その他のＦｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚには反応がなく、これと同様に、マトリックス図の対角部分だけが直線グラフになっている。従って、これら５つの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚと線形独立の関係にある。
【００８４】
このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを未知数とした５元連立一次方程式を解くことにより、その各荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを演算することができる。
【００８５】
本実施形態では、ＥＣＵ等よりなる前記信号処理部１４０には、上記した各式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）と５元連立一次方程式を解く演算回路（ハードウェア）ないし制御プログラム（ソフトウェア）が組み込まれている。このため、各変位センサによる８つの変位検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏおよびｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを求めることができる。
【００８６】
上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを有しているから、第１変位検出部７０の検出信号と、第２変位検出信号７１の検出信号とに基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。また、ハブユニットに作用している並進荷重に加えて、車輪に作用しているモーメント荷重を算出できるから、車両の走行の際の運転制御を正確に行うことができる。
【００８７】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、第２筒部材１９１は、複数のケイ素鋼板を軸方向に積層してなっているから、変位検出部において、電磁誘導の法則を利用して、被変位検出部の変位の検出を行っている最中に、第２筒部材１９１中に渦電流が発生することがない。したがって、変位信号を獲得する際のエネルギーロスを低減できて、変位検出部の感度を大きくすることができる。
【００８８】
磁気特性が良好で、磁束が通過し易くて、渦電流が発生しにくい構造、すなわち、ケイ素鋼板を軸方向に積層してなる構造をしているから、渦電流の発生に起因する電気信号の損失の低減を行うことができて、センサの感度を高くすることができるのである。
【００８９】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受によれば、第１変位検出部７０および第２変位検出部７１を、予めケース部材６に固定した後に、センサ付き転がり軸受装置の組み立ての際に、ケース部材６を、外輪１の外周面に固定するだけで、８個の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒを、センサ付き転がり軸受装置に簡単に固定することができる。また、内軸１の小径軸部１９の外周面にナット６３を螺合し、かつ、ナット６３の外周面に第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および、第２スペーサ１９２を外嵌し、かつ、ナット６３の外周面に、固定用ナット１９３を締め付けるだけで、センサ装置１０におけるターゲット部材７３を簡単に内軸１および内輪２に固定することができる。
【００９０】
したがって、二つの変位検出部の夫々を、個別に外輪３に取り付ける必要がなく、しかも、従来例のように、外輪３にセンサ装着用の貫通穴等の取付構造を設ける必要もない。また、ケース部材６に対する第１および第２変位検出部７０,７１の相対位置が予め正確に確定することになる。したがって、ターゲット部材７３に対するセンサ装置１０の位置決めを正確かつ容易に行うことができると共に、センサ装置１０を、容易にハブユニットに実装できる。
【００９１】
尚、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、内軸１に、内軸１と別体の内輪２が嵌合される構成であったが、この発明では、内輪がなくて、二つの軌道溝が、ともに内軸に形成されていても良い。
【００９２】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、変位検出部７０,７１を、ケース部材６に固定したが、この発明では、変位検出部を、外輪に直接取り付けても良い。更に、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、外輪１が、固定軌道部材を構成し、内周側の内軸２等が、回転軌道部材を構成したが、内周側の内軸等が、固定軌道部材を構成し、外輪が、回転軌道部材を構成しても良い。
【００９３】
また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、ハブユニットであったが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニットに限らず、例えば磁気軸受装置（ターボ分子ポンプ）等のハブユニット以外の如何なる軸受装置であっても良い。上記実施形態で説明した本発明の構成を、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種軸受装置に適用することができるのは、言うまでもないからである。
【００９４】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が玉であったが、この発明では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が、ころであっても良く、また、ころおよび玉を含んでいても良い。
【００９５】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、ナット６３に、ナット６３の軸方向の一方の端面に開口する六角レンチ挿入穴２０５を形成したが、この発明では、ナットに、ナットの軸方向の一方の端面に開口するトルクスレンチ挿入穴等、ナットの軸方向の一方の端面に開口する六角レンチ挿入穴以外の係合穴を形成しても良い。
【００９６】
尚、上記被変位検出部の加工を行う際、軸方向において最もターゲット部材に近い軌道面とターゲット部材との間に、径方向に延在するシール装置（図示せず）を設置すると共に、内軸１にターゲット部材７３を固定した状態で、ターゲット部材７３の被変位検出部に、切削および研磨を施すと、加工時において各部材の精度バラツキをキャンセルできて、加工精度を精密なものにすることができる。
【００９７】
ターゲット部材７３に加工処理を施してから、ターゲット部材７３を内軸１に固定すると、内軸１やターゲット部材７３を構成する各部材の精度バラツキや、第１および第２スペーサ１９０,１９２や第２筒部材１９１をナット６３に圧入する際の寸法変化や、ナット６３を内軸１に圧入する際の寸法変化が問題になって、加工精度を精密にすることが難しいからである。
【００９８】
また、上記被変位検出部の加工を行う際、軸方向において最もターゲット部材に近い軌道面とターゲット部材との間に、径方向に延在するシール装置（図示せず）を設置すると共に、内軸１にターゲット部材７３を固定し、更に、内軸１を回転させた状態で、ターゲット部材７３の被変位検出部に、切削および研磨を施すと、センサ付き転がり軸受装置の回転振れ（芯ずれ）を抑制することができて、更に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。
【図２】ターゲット部材を径方向から見たときの拡大図と、ターゲット部材を軸方向の固定ナット側から見たときの正面図とを、同一の縮尺度で示したものである。
【図３】第１変位検出部を構成する４つの変位センサの周方向の配置構成を説明する図である。
【図４】変位センサに接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。
【図５】本実施形態で使用されている変位センサが、一つのコイル素子からなる変位センサと比較して、発生する磁束密度を大きくすることができることを説明する図である。
【図６】ターゲット部材の被変位検出部と、第１変位検出部の変位センサと、第２変位検出部の変位センサとの位置関係を表す模式拡大図である。
【図７】変位検出部と、蓋部材に対して、変位検出部とは反対側に位置する信号処理部との接続構造を示す図である。
【図８】本実施形態で使用する方向について説明する図である。
【図９】本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。
【図１０】本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。
【図１１】車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。
【図１２】各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図である。
【図１３】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。
【図１４】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図である。
【図１５】補正係数について説明する図である。
【図１６】ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図である。
【図１７】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図である。
【図１８】変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。
【図１９】各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 内軸
２ 内輪
３ 外輪
４ 第１の玉
５ 第２の玉
１０ 変位センサ装置
６３ ナット
７０ 第１変位検出部
７１ 第２変位検出部
７３ ターゲット部材
８４,９４ 変位センサ
１４０ 信号処理部
１９０ 第１スペーサ
１９１ 第２筒部材
１９２ 第２スペーサ
１９３ 固定用ナット
１９７ フランジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道部材、転動体およびセンサ装置を有するセンサ付き転がり軸受装置に関し、特に、センサ装置を有するハブユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ付き転がり軸受装置としては、特開２００１−２１５７７号公報（特許文献１）に記載されているハブユニットがある。
【０００３】
このハブユニットは、回転軌道輪、固定軌道輪および一つの変位センサを備え、上記変位センサは、上記固定軌道輪に設けられている。具体的には、上記固定軌道輪の外周面は、径方向に延在する穴を有し、上記変位センサは、上記穴に挿入されている。上記変位センサの検出面は、上記回転軌道輪の外周面に向けられている。
【０００４】
上記変位センサは、車両の車輪に荷重が作用した際に発生する回転軌道輪の外周面の変位によって変動する回転軌道輪と固定軌道輪との間のギャップ（具体的には、このギャップに対応して変化する電気信号）を検出するようになっている。上記ハブユニットは、上記変位センサが検出したギャップに基づいて車輪に作用する鉛直方向の荷重を算出するようになっている。
【０００５】
上記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、上記変位センサが一つで、かつ、上記変位センサの検出面が、上記回転軌道輪の外周面に向けられているから、変位センサの検出値に基づいて車輪に対して鉛直方向に作用する並進荷重を求めることが可能である一方、車両の旋回走行時の遠心力等に伴って発生する車両の前後方向のモーメント荷重や、車両の上下方向のモーメント荷重や、車輪の軸方向の並進荷重を求めることが不可能であるという問題がある。
【０００６】
また、センサ付き転がり軸受装置において、センサ装置の感度を向上して、転がり軸受にかかっている荷重を精密に測定することの要請が存在している。
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報（図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、軌道部材に作用しているモーメント荷重と軸方向の並進荷重とを感度良く求めることができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり装置は、
軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
軌道面と、環状の被変位検出部とを外周面に有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
を備え、
上記第２軌道部材は、
内軸と、
その内軸の外周面の軸方向の一端部に螺合した第１筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなる第２筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、上記第２筒部材の両側に位置する非磁性体からなる第３筒部材と
を有し、
上記被変位検出部は、上記第２筒部材の外周面および上記第３筒部材の外周面で構成され、
上記第１筒部材の内周面の開放端には、係合穴を有し、
上記第２筒部材の外周面の外径は、上記第３筒部材の外径より大きく、
上記センサ装置は、
上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
上記第１変位検出部の出力信号と、上記第２変位検出部の出力信号とに基づいて、上記被変位検出部に作用している並進荷重と、上記被変位検出部に作用しているモーメント荷重とを算出する演算部と
を有していることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部と、第２変位検出部とを有しているから、第１変位検出部の検出信号と、第２変位検出信号の検出信号に基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記第２筒部材は、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなっているから、変位検出部において、インダクタンスの変化に基づいて、変位を検出する形式のように、電磁誘導の法則を利用して、変位を検出した場合において、上記第２筒部材中に渦電流が発生することがない。したがって、変位信号を獲得する際のエネルギーロスを低減できて、変位検出部の感度を大きくすることができる。
【００１１】
また、一実施形態では、
上記第２筒部材は、上記第２筒部材の両側で上記第３筒部材に上記軸方向に当接しており、
上記第３筒部材の外周面の外径は、略一定であり、
上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なり、かつ、上記第１変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の一方の側の上記第３筒部材側の端部と、この一方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なる一方、上記第２変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の他方の側の上記第３筒部材側の端部と、この他方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なっている。
【００１２】
上記実施形態によれば、上記第２筒部材と上記第２筒部材の一方の側の上記第３筒部材との間に位置する段部の位置と、上記第２筒部材と上記第２筒部材の他方の側の上記第３筒部材との間に位置する段部の位置とを検出することにより、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の並進の変位を容易に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。
【００１５】
このハブユニットは、内軸１、内輪２、第１軌道部材としての外輪３、転動体としての複数の第１の玉４、転動体としての複数の第２の玉５、ケース部材６、および、センサ装置１０を備える。
【００１６】
上記内軸１は、小径軸部１９と、中径軸部２０と、大径軸部２１とを有している。上記小径軸部１９の外周面には、ネジが形成されている。上記中径軸部２０は、小径軸部１９に段部１８を介して連なると共に、小径軸部１９の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０の小径軸部１９側とは反対側に位置している。上記大径軸部２１は、中径軸部２０に段部２２を介して連なると共に、中径軸部２０の外径よりも大きい外径を有している。上記大径軸部２１の外周面は、軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２３を有している。上記軌道溝２３の外径は、中径軸部２０から離れるにしたがって、大きくなっている。
【００１７】
上記内軸１は、センター穴３１を有している。上記センター穴３１は、内軸１の軸方向の大径軸部２１側の端面の径方向の中央部に、形成されている。上記第センター穴３１は、円筒状の部分を有し、軸方向に所定距離延在している。また、上記内軸１は、軸方向の大径軸部２１側の端部に、車輪（図示せず）を取り付けるための、車輪取付用のフランジ５０を有している。
【００１８】
上記内輪２は、内軸１の中径軸部２０の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、上記段部２２に当接している。上記内輪２は、その外周面に軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝２８を有している。この軌道溝２８の外径は、大径軸部２１から離れるにしたがって、大きくなっている。
【００１９】
内輪２の軸方向の大径軸部２１側の端面は、段部２２に当接している。第１筒部材としてのナット６３が、小径軸部１９のネジに螺合している。内輪２の軸方向の大径軸部２１側とは反対側の端面は、ナット６３の軸方向の大径軸部２１側の端面に当接している。後に詳述するが、締結工具の一例としての六角レンチを用いて、ナット６３を、軸方向の大径軸部２１側に所定距離ネジ込むことにより、内輪２を、内軸１に確実に固定するようになっている。
【００２０】
上記外輪３は、大径軸部２１の径方向の外方に位置している。上記外輪３の内周面は、軌道面としてのアンギュラ型の第１軌道溝４４と、軌道面としてのアンギュラ型の第２軌道溝４５とを有している。上記外輪３は、車体への固定のための車体取付用のフランジ７５を有している。上記複数の第１の玉４は、内輪２の軌道溝２８と、外輪３の第１軌道溝４４との間に、第１保持器４０によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されており、上記複数の第２の玉５は、内軸１の軌道溝２３と、外輪３の第２軌道溝４５との間に、第２保持器４１によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００２１】
上記ケース部材６は、筒部材５２と、円板状の蓋部材５３とで構成されている。筒部材５２の内周面の外輪３側の端部は、外輪３の外周面の小径軸部１９側の端部に止めネジ５５により固定されている。一方、蓋部材５３は、筒部材５２の外輪側とは反対側の開口を閉塞している。上記蓋部材５３は、センサ付き転がり軸受装置の内部へ異物が侵入するのを防止している。
【００２２】
上記センサ装置１０は、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１と、ターゲット部材７３とを有する。上記第１および第２変位検出部７０,７１は、筒部材５２の内周面に固定されている。一方、上記ターゲット部材７３は、第１筒部材としてのナット６３と、第３筒部材としての第１スペーサ１９０と、第２筒部材１９１と、第３筒部材としての第２スペーサ１９２と、固定用ナット１９３とからなる。
【００２３】
上記ナット６３の軸方向の内輪２側の端部は、フランジ１９７になっている。上記第１スペーサ１９０は、プラスチック等の非磁性材からなっている。上記第１スペーサ１９０は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第１スペーサ１９０は、フランジ１９７の軸方向の内方側の端面に当接するまで軸方向の内輪２側に押しこまれている。
【００２４】
上記第２筒部材１９１は、複数のケイ素鋼板を軸方向に隙間無く積層してなっている。上記第２筒部材１９１は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第２筒部材１９１の軸方向の内輪２側の端面は、第１スペーサ１９０の軸方向の内輪２側とは反対側の端面に当接している。
【００２５】
上記第２スペーサ１９２は、プラスチック等の非磁性材からなっている。上記第２スペーサ１９２は、ナット６３の外周面に圧入によって外嵌されて固定されている。上記第２スペーサ１９０の軸方向の内輪２側の端面は、第２筒部材１９１の軸方向の内輪２側とは反対側の端面に当接している。上記第１スペーサ１９０の外周面の外径は、第２スペーサ１９２の外周面の外径と略同一になっている一方、第１スペーサ１９０の外周面の外径は、第２筒部材１９１の外周面の外径よりも小さくなっている。上記第１スペーサ１９０の外周面は、段部を介して第２筒部材１９１の外周面に連なっており、第２筒部材１９１の外周面は、段部を介して第２スペーサ１９２の外周面に連なっている。
【００２６】
上記固定用ナット１９３は、第２スペーサ１９２の軸方向の第２筒部材１９１側とは反対側に位置している。固定用ナット１９３を軸方向の内輪２側に締め込みことにより、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２を、フランジ１９７と固定用ナット１９２とで挟み込んで、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２を、ナット６３に確実に固定すると共に、第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および第２スペーサ１９２をナット６３に対して正確に位置決めするようになっている。
【００２７】
上記内軸１、内輪２およびターゲット部材７３は、第２軌道部材を構成している一方、第１スペーサ１９０の外周面、第２筒部材１９１の外周面および第２スペーサ１９２の外周面は、被変位検出部を構成している。
【００２８】
図２は、ターゲット部材７３を径方向から見たときの拡大図Ａと、ターゲット部材７３を軸方向の固定ナット１９３側から見たときの正面図Ｂとを、同一の縮尺度で示したものである。
【００２９】
図２のＡに示すように、ナット６３の内周面の軸方向のフランジ１９７側の端部には、内軸１の小径軸部１９に形成された雄ネジに螺合する雌ネジ２０１が形成されている。一方、図２のＡおよびＢに示すように、ナット６３の内周面の軸方向のフランジ１９７側とは反対側の端部は、六角レンチを挿入する係合穴の一例としての六角レンチ挿入穴２０５の内面になっている。
【００３０】
ナット６３は、締結工具である六角レンチを用いて締め付けられることにより、小径軸部１９上を、中径軸部２０側へ軸方向に移動するようになっている。
【００３１】
再び図１を参照して、センサ装置１０は、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを有する。第１および第２変位検出部７０,７１の夫々は、筒部材５２の内周面に固定されている。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１よりも軸方向において蓋部材５３側に位置している。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に対して軸方向に間隔をおいて配置されている。上記第１変位検出部７０は、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっている。
【００３２】
上記第１変位検出部７０は、センサリング８３と、４つの変位センサ８４とを有する一方、第２変位検出部７１は、センサリング９３と、４つの変位センサ９４とを有する。図１に示すように、センサリング８３およびセンサリング９３は、環状のスペーサ５８を介在させた状態で、筒部材５２の鍔部５７に対して止めネジ５９で固定されている。
【００３３】
図示しないが、上記４つの変位センサ８４は、センサリング８３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）一方、４つの変位センサ９４は、センサリング９３の径方向の内方側の部分に、周方向に所定間隔おきに複数配置されている（本実施形態では、周方向に一定間隔おきに配置されている）。
【００３４】
図３は、４つの変位センサ８４の周方向の配置構成を説明する図である。尚、説明しないが、４つの変位センサ９４についても、４つの変位センサ８４と同一の周方向の配置構造を有している。また、図３において、参照番号７５は、図１に７５で示す外輪３のフランジを示している。
【００３５】
図３に示すように、各変位センサ８４は、周方向に互いに近接配置されて対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂからなっている。４つの変位センサ８４は、センサ付き転がり軸受装置（この実施形態では、ハブユニット）が所定の位置に設置されている状態で、ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置、および、ターゲット部材７３における、このセンサ付き転がり軸受装置が取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されている。尚、４つの変位センサ８４は、４つの変位センサ９４に軸方向に略重なっている。
【００３６】
各組において、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、独立した検出面を有し、対をなすコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂは、直列に連結されている。センサリング８３は、径方向の内方側の端部に、径方向の内方に突出した一対の磁極８３ａおよび８３ｂを有している。コイル素子１００ａは、磁極８３ａの周囲にコイルを巻付けてなっている一方、コイル素子１００ｂは、磁極８３ｂの周囲にコイルを巻付けてなっている。磁極８３ａおよび磁極８３ｂの夫々において、径方向の内方の端面２８は、検出面になっている。これらの検出面は、ターゲット部材７３の外周面に対して間隔をおいて径方向に対向している。
【００３７】
図４は、上記第１変位検出部７０の二つの変位センサ８４,８４に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。
【００３８】
尚、説明しないが、上記第１変位検出部７０の残りの二つの変位センサ８４,８４に接続されたギャップ検出回路や、第２変位検出部７１の二組の二つの変位センサの夫々に接続されたギャップ検出回路は、図４に示すギャップ検出回路と同一である。
【００３９】
図４に示すように、鉛直方向に位置する２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの夫々は、発振器１３０に接続されている。発振器１３０から一定周期の交流電流が、２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂに供給されるようになっている。２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂには、同期用のコンデンサ１３１が並列に接続されている。
【００４０】
一方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂと、他方のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂの出力電圧（検出値）を、差動アンプ１３２に入力して、上記同一直線の方向に対応する出力電圧（検出値）とすることにより、温度ドリフトを取り除くようにしている。なお、図示していないが、ハブユニットを所定の位置に設置した状態で、車両の前後方向に位置する他方の２組のコイル素子１００ａおよびコイル素子１００ｂについても、上記と同様に差動アンプで差を取ることによって温度ドリフトを取り除いている。
【００４１】
上記変位センサ８４,９４の夫々において、コイル素子１００ａ（または、コイル素子１００ｂ）のインダクタンスをＬ、検出面の面積をＡ、透磁率をμ、コイルの巻き数をＮ、検出面からターゲット部材７３までの間隔（ギャップ）をｄとすると、次の式（ａ）が成立する。
Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ２／ｄ ・・・（ａ）
【００４２】
ターゲット部材７３までのギャップｄが変化すると、変位センサ２４のインダクタンスＬが変化して出力電圧が変化する。したがって、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ８４,９４の夫々において、変位センサ８４,９４の検出面からターゲット部材７３の被変位検出部までの径方向のギャップを検出することができるのである。
【００４３】
上記変位センサ８４,９４の夫々は、ターゲット部材７３に対する独立した検出面を有しかつ対をなすコイル素子１００ａ,１００ｂを直列に連結した構造を有している。したがって、図５に示すように、一つのコイル素子２００で一つの変位センサを構成する場合と比較して、発生する磁束密度を大きくすることができて、ターゲット部材７３とのギャップの検出感度を高くすることができる。
【００４４】
図６は、ターゲット部材７３の被変位検出部と、変位センサ８４と、変位センサ９４との位置関係を表す模式拡大図である。
【００４５】
図６に示すように、第２スペーサ１９２の外周面１３４の一部は、変位センサ８４の検出面に径方向に対向する位置に存在している一方、第１スペーサ１９０の外周面１３５の一部は、変位センサ９４の検出面に径方向に対向する位置に存在している。
【００４６】
ハブユニットに如何なる荷重も作用していない状態で、変位センサ８４の検出面Ａ１の軸方向の中央部は、第２スペーサ１９２と第２筒部材１９１の接触部に径方向に略対向している一方、変位センサ９４の検出面Ａ２の軸方向の中央部は、第１スペーサ１９０と第２筒部材１９１の接触部に径方向に略対向している。
【００４７】
この状態から仮にハブユニットに並進荷重が作用して、図６に示すように、ターゲット部材７３が軸方向の蓋部材５３側に距離δだけ変位したとすると、上記検出面Ａ１と第２スペーサ１９２の外周面１３４との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が減少する一方、検出面Ａ２と第１スペーサ１９０の外周面１３５との軸方向のラップ長（軸方向の重なっている長さ）が増大する。このことから、変位センサ８４のギャップの検出値が減少する一方、変位センサ９４のギャップの検出値が増大する。このように、ターゲット部材７３が軸方向に変位すると、変位センサ８４が検出する検出値と、変位センサ９４とが検出する検出値とに差が生じる。
【００４８】
第２スペーサ１９２の外周面１３４および第１スペーサ１９０の外周面１３５は、ターゲット部材７３が軸方向に移動した場合に、変位センサ８４と変位センサ９４が検出する検出値を正負逆向きに変化させるように、センサ側に対する軸方向位置が設定されている。変位センサ８４の変位検出値と、変位センサ９４の変位検出値の差を取ることにより、内輪２（内軸１）の軸方向の並進量（軸方向の変位であり、並進荷重と相関関係がある）を検出するようになっている。
【００４９】
車両の中心側（以下、インナ側という）の変位センサ８４の変位検出値と、車輪側（以下、アウタ側という）の変位センサ９４の変位検出値の差を取ることにより、第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対する変位検出値が増幅され、これによってセンサ装置１０の軸方向の変位の検出感度を高めることができるのである。
【００５０】
尚、図６に図示した配置とは逆に、インナ側の第２スペーサの外周面を、第１変位検出部の検出面に対してアウタ側にずらし、アウタ側の第１スペーサの外周面を第２変位検出部の検出面に対してインナ側にずらして配置しても良く、この場合でも上記と同様の作用効果を獲得することができる。
【００５１】
図７は、変位検出部７０,７１と、蓋部材５３に対して、変位検出部７０,７１とは反対側に位置する信号処理部１４０との接続構造を示す図である。
【００５２】
上記センサ装置１０は、演算部としての信号処理部１４０を有し、８つの変位センサ８４,９４の夫々は、ケース部材６の蓋部材５３を貫通する信号線３６を介して信号処理部１４０に接続されている。信号処理部１４０は、ＥＣＵ等よりなっている。各変位センサ８４,９４から得られた出力電圧（変位検出値）は、信号処理部１４０で以下に述べる演算方法で演算され、これによって車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重が、算出されるようになっている。
【００５３】
図８は、本実施形態で使用する方向について説明する図であり、図９、図１０は、本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。図９は、変位センサを、径方向の外方からみた図であり、図１０は、変位センサを、軸方向からみた図である。尚、図１０においては、簡単のため、周方向に隣接する二つのコイル素子１００ａ,１００ｂ（図３参照）を、一つのコイル素子で表している。
【００５４】
図８に示すように、本実施形態では、車輪の前後水平方向をｘ軸方向、車輪の左右水平方向（軸方向）をｙ軸方向、車輪の上下方向をｚ軸方向と定義する。
【００５５】
また、図９および図１０に示すように、インナ側の４つの変位センサ８４の変位検出値に、添え字「ｉ」を使用し、アウタ側の４つの変位センサ９４に添え字「ｏ」を使用する。
【００５６】
また、今後、ハブユニットが所定の位置に設置されている状態において、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も前方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｆ（ｆは、ｆｒｏｎｔの略）とし、
ターゲット部材７３における、このハブユニットが取り付けられている車両の最も後方側の位置に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｒ（ｒは、ｒｅａｒの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直上方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｔ（ｔは、ｔｏｐの略）とし、
ターゲット部材７３の最も鉛直下方に位置する部分に略径方向に対向する位置に設置されているセンサ８４を、センサ８４ｂ（ｂは、ｂｏｔｔｏｍの略）とする。
【００５７】
また、今後、センサの変位検出値においても、
前側のセンサの変位検出値に添え字「ｆ」を使用し、
後側のセンサの変位検出値に添え字「ｒ」を使用し、
上側のセンサの変位検出値に添え字「ｔ」を使用し、
下側のセンサの変位検出値に添え字「ｂ」を使用する。
【００５８】
図１０に示されている事実、すなわち、インナ側の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒと、アウタ側の変位センサ９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒとが、軸方向に略重なっているといる事実は、上述した第１変位検出部７０が、第２変位検出部７１に軸方向に略重なっているという事実と整合している。
【００５９】
話を元に戻して、センサ装置１０が有する合計８つのセンサの変位検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：変位センサ８４ｆの変位検出値
ｒｉ：変位センサ８４ｒの変位検出値
ｔｉ：変位センサ８４ｔの変位検出値
ｂｉ：変位センサ８４ｂの変位検出値
ｆｏ：変位センサ９４ｆの変位検出値
ｒｏ：変位センサ９４ｒの変位検出値
ｔｏ：変位センサ９４ｔの変位検出値
ｂｏ：変位センサ９４ｂの変位検出値
【００６０】
図１１は、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材７３と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。以下、図１１を用いて、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）について説明する。
【００６１】
図１１に示すように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、第２軌道部材（回転軌道部材）は、その荷重の向きに変位し、各スペーサ１９０,１９２の外周面１３４,１３５の位置が軸方向にずれる。このため上述したように、インナ側の各変位センサの変位検出値（本実施形態では出力電圧）ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも減少し、アウタ側の各変位センサの変位検出値ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ、ｂｏは軸方向の移動量δの増大に伴っていずれも増大する。
【００６２】
そこで、図１２、すなわち、各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図、に示すように、次の式（１）で算出されるｓＦｙを、ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数として採用する。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）
・・・（１）
【００６３】
このように、インナ側の各変位センサの変位検出値とアウタ側の各変位センサの変位検出値の差を取ることで、回転軌道輪である第２軌道部材の軸方向への単位並進量に対するｓＦｙが増幅されるので、センサ装置１０全体としての軸方向変位の検出感度を高めることができる。
【００６４】
ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値については、次のように求められる。
【００６５】
ｘ軸方向については、前センサの変位検出値ｆと、後センサの変位検出値ｒとの差によってｘ軸方向変位の変位検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの変位検出値ｔと、下センサの変位検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の変位検出値とする。前後のセンサの出力同士及び上下のセンサの出力同士では、それぞれ同じ方向に同じ量だけ温度の影響が出ることから、上記のように差を取ることによって温度ドリフトが取り除かれる。
【００６６】
本実施形態では、インナ側と、アウタ側に変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒを配置しているので、次に示す通り、インナ側とアウタ側のそれぞれの位置において、ｘ軸方向の変位の変位検出値と、ｚ軸方向の変位の変位検出値が得られる。
インナ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
インナ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値 ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
アウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値 ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
【００６７】
ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）は、次のように求められる。
【００６８】
図１３は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。
【００６９】
軸受装置の中心Ｏ（図１参照）からインナ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏからアウタ側変位センサの検出位置までの軸方向距離をＬｏとすると、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する変位検出値は、理論的には次の式（２）で算出されるｍｚで表される。このｍｚは、図１３に示すように、θが十分に小さい場合には、ｘｉと一致する。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
・・・（２）
【００７０】
しかし、実際には、ターゲット部材７３に、第２筒部材１９１の外周面１３６（図６参照）の外径よりも小さい外径を有するスペーサ１９０,１９２の外周面１３４,１３５が形成されているため、図１４、すなわち、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図に示すように、ｍｚは、ｘｉとは一致せず、かつ、ｍｚと、ｘｉの変位検出値の傾きも一致しない。
【００７１】
このため、図１５にｋｚで示すｘｉ直線の傾きをｍｚ直線の傾きで除算して得られる補正係数を導入する。補正係数ｋｚを、上記ｍｚに乗じることで、次の式（３）に示す通り、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚが得られる。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ
・・・（３）
【００７２】
尚、式（３）において、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（上記ｓＦｙ及び下記のｓＭｘ等）と符号を一致させるためのものである。
【００７３】
ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）は、次のように求められる。
【００７４】
ｘ軸方向と、ｚ軸方向とは９０度、座標変換した関係にある。したがって、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、上記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（４）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ
・・・（４）
【００７５】
なお、上記式（４）におけるｋｘは、図１５で定義される値であり、ｋｚと同じ趣旨で導入した補正係数であり、ｚｉ直線の傾きをｍｘ直線の傾きで除算して得られる補正係数である。このｋｘは、図１６に示す、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図から求められる。
【００７６】
ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）、および、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）は、夫々次のように求められる。
【００７７】
図１７は、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図であり、各種変数の関係を示す図である。
【００７８】
インナ側でのｘ軸方向変位の変位検出値ｘｉには、ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数ｓＭｚの成分と、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘの成分が含まれている。ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、上記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。
【００７９】
このことは、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数であるｓＦｚの場合にも、同様に当てはまる。したがって、ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚによる独立変数ｓＦｚと、ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘによる独立変数ｓＦｘは、それぞれ次の式（５）及び式（６）で算出することができる。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ
・・・（５）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ
・・・（６）
【００８０】
図１８は、これまで説明した、変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。図１８に示すように、ｓＦｙ、ｓＦｘ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを求めることができるようになっている。
【００８１】
図１９は、上記式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。
【００８２】
すなわち、車輪に対して実際に負荷したＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを入力とし、式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚを出力として、それらの変数間の直線グラフをマトリックス化したものである。
【００８３】
図１９のマトリックス図に示すように、Ｆｘに対してはｓＦｘのみが傾きを有する直線グラフとなり、その他のＦｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚには反応がなく、これと同様に、マトリックス図の対角部分だけが直線グラフになっている。従って、これら５つの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚと線形独立の関係にある。
【００８４】
このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを未知数とした５元連立一次方程式を解くことにより、その各荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを演算することができる。
【００８５】
本実施形態では、ＥＣＵ等よりなる前記信号処理部１４０には、上記した各式（１）,（３）,（４）,（５）,（６）と５元連立一次方程式を解く演算回路（ハードウェア）ないし制御プログラム（ソフトウェア）が組み込まれている。このため、各変位センサによる８つの変位検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏおよびｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを求めることができる。
【００８６】
上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、互いに軸方向に離間されている、第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とを有しているから、第１変位検出部７０の検出信号と、第２変位検出信号７１の検出信号とに基づいて、軸方向の並進の変位に基づく並進荷重を算出できるのは勿論のこと、センサ付き転がり軸受装置の軸方向の位置による変位の変動を検出できて、この変位の変動に基づいて、センサ付き転がり軸受装置に作用しているモーメント荷重を算出できる。また、ハブユニットに作用している並進荷重に加えて、車輪に作用しているモーメント荷重を算出できるから、車両の走行の際の運転制御を正確に行うことができる。
【００８７】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、第２筒部材１９１は、複数のケイ素鋼板を軸方向に積層してなっているから、変位検出部において、電磁誘導の法則を利用して、被変位検出部の変位の検出を行っている最中に、第２筒部材１９１中に渦電流が発生することがない。したがって、変位信号を獲得する際のエネルギーロスを低減できて、変位検出部の感度を大きくすることができる。
【００８８】
磁気特性が良好で、磁束が通過し易くて、渦電流が発生しにくい構造、すなわち、ケイ素鋼板を軸方向に積層してなる構造をしているから、渦電流の発生に起因する電気信号の損失の低減を行うことができて、センサの感度を高くすることができるのである。
【００８９】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受によれば、第１変位検出部７０および第２変位検出部７１を、予めケース部材６に固定した後に、センサ付き転がり軸受装置の組み立ての際に、ケース部材６を、外輪１の外周面に固定するだけで、８個の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒを、センサ付き転がり軸受装置に簡単に固定することができる。また、内軸１の小径軸部１９の外周面にナット６３を螺合し、かつ、ナット６３の外周面に第１スペーサ１９０、第２筒部材１９１および、第２スペーサ１９２を外嵌し、かつ、ナット６３の外周面に、固定用ナット１９３を締め付けるだけで、センサ装置１０におけるターゲット部材７３を簡単に内軸１および内輪２に固定することができる。
【００９０】
したがって、二つの変位検出部の夫々を、個別に外輪３に取り付ける必要がなく、しかも、従来例のように、外輪３にセンサ装着用の貫通穴等の取付構造を設ける必要もない。また、ケース部材６に対する第１および第２変位検出部７０,７１の相対位置が予め正確に確定することになる。したがって、ターゲット部材７３に対するセンサ装置１０の位置決めを正確かつ容易に行うことができると共に、センサ装置１０を、容易にハブユニットに実装できる。
【００９１】
尚、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、内軸１に、内軸１と別体の内輪２が嵌合される構成であったが、この発明では、内輪がなくて、二つの軌道溝が、ともに内軸に形成されていても良い。
【００９２】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、変位検出部７０,７１を、ケース部材６に固定したが、この発明では、変位検出部を、外輪に直接取り付けても良い。更に、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、外輪１が、固定軌道部材を構成し、内周側の内軸２等が、回転軌道部材を構成したが、内周側の内軸等が、固定軌道部材を構成し、外輪が、回転軌道部材を構成しても良い。
【００９３】
また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、ハブユニットであったが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニットに限らず、例えば磁気軸受装置（ターボ分子ポンプ）等のハブユニット以外の如何なる軸受装置であっても良い。上記実施形態で説明した本発明の構成を、複数のモーメント荷重や並進荷重を測定するニーズのある各種軸受装置に適用することができるのは、言うまでもないからである。
【００９４】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が玉であったが、この発明では、製造されるセンサ付き転がり軸受の転動体が、ころであっても良く、また、ころおよび玉を含んでいても良い。
【００９５】
また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受では、ナット６３に、ナット６３の軸方向の一方の端面に開口する六角レンチ挿入穴２０５を形成したが、この発明では、ナットに、ナットの軸方向の一方の端面に開口するトルクスレンチ挿入穴等、ナットの軸方向の一方の端面に開口する六角レンチ挿入穴以外の係合穴を形成しても良い。
【００９６】
尚、上記被変位検出部の加工を行う際、軸方向において最もターゲット部材に近い軌道面とターゲット部材との間に、径方向に延在するシール装置（図示せず）を設置すると共に、内軸１にターゲット部材７３を固定した状態で、ターゲット部材７３の被変位検出部に、切削および研磨を施すと、加工時において各部材の精度バラツキをキャンセルできて、加工精度を精密なものにすることができる。
【００９７】
ターゲット部材７３に加工処理を施してから、ターゲット部材７３を内軸１に固定すると、内軸１やターゲット部材７３を構成する各部材の精度バラツキや、第１および第２スペーサ１９０,１９２や第２筒部材１９１をナット６３に圧入する際の寸法変化や、ナット６３を内軸１に圧入する際の寸法変化が問題になって、加工精度を精密にすることが難しいからである。
【００９８】
また、上記被変位検出部の加工を行う際、軸方向において最もターゲット部材に近い軌道面とターゲット部材との間に、径方向に延在するシール装置（図示せず）を設置すると共に、内軸１にターゲット部材７３を固定し、更に、内軸１を回転させた状態で、ターゲット部材７３の被変位検出部に、切削および研磨を施すと、センサ付き転がり軸受装置の回転振れ（芯ずれ）を抑制することができて、更に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明のセンサ付き転がり軸受装置の一実施形態であるハブユニットの軸方向の断面図である。
【図２】ターゲット部材を径方向から見たときの拡大図と、ターゲット部材を軸方向の固定ナット側から見たときの正面図とを、同一の縮尺度で示したものである。
【図３】第１変位検出部を構成する４つの変位センサの周方向の配置構成を説明する図である。
【図４】変位センサに接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。
【図５】本実施形態で使用されている変位センサが、一つのコイル素子からなる変位センサと比較して、発生する磁束密度を大きくすることができることを説明する図である。
【図６】ターゲット部材の被変位検出部と、第１変位検出部の変位センサと、第２変位検出部の変位センサとの位置関係を表す模式拡大図である。
【図７】変位検出部と、蓋部材に対して、変位検出部とは反対側に位置する信号処理部との接続構造を示す図である。
【図８】本実施形態で使用する方向について説明する図である。
【図９】本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。
【図１０】本実施形態で使用するセンサ変位検出値の定義を説明する図である。
【図１１】車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合における、ターゲット部材と、幾つかの変位センサの位置関係を模式的に示す図である。
【図１２】各変位センサ出力から演算した独立変数と、車輪に作用する実際の荷重との対応関係を示すマトリックス図である。
【図１３】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみが作用する純モーメントの状態の各種変数の関係を示す図である。
【図１４】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚのみを作用させた場合におけるＭｚと、ｍｚおよびｘｉの変位検出値との関係を示す図である。
【図１５】補正係数について説明する図である。
【図１６】ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘのみを作用させた場合における、Ｍｘと、ｍｘおよびｚｉの変位検出値との関係を示す図である。
【図１７】ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚとともに、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘが作用する状態を仮定した場合の第２軌道部材の変形状態を示す図である。
【図１８】変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘおよびｓＭｚの算出方法を、ダイアグラム的に示す図である。
【図１９】各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚと、車輪に作用する実際の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚとの対応関係を表すマトリックス図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 内軸
２ 内輪
３ 外輪
４ 第１の玉
５ 第２の玉
１０ 変位センサ装置
６３ ナット
７０ 第１変位検出部
７１ 第２変位検出部
７３ ターゲット部材
８４,９４ 変位センサ
１４０ 信号処理部
１９０ 第１スペーサ
１９１ 第２筒部材
１９２ 第２スペーサ
１９３ 固定用ナット
１９７ フランジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
軌道面と、環状の被変位検出部とを外周面に有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
を備え、
上記第２軌道部材は、
内軸と、
その内軸の外周面の軸方向の一端部に螺合した第１筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなる第２筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、上記第２筒部材の両側に位置する非磁性体からなる第３筒部材と
を有し、
上記被変位検出部は、上記第２筒部材の外周面および上記第３筒部材の外周面で構成され、
上記第１筒部材の内周面の開放端には、係合穴を有し、
上記第２筒部材の外周面の外径は、上記第３筒部材の外径より大きく、
上記センサ装置は、
上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
上記第１変位検出部の出力信号と、上記第２変位検出部の出力信号とに基づいて、上記被変位検出部に作用している並進荷重と、上記被変位検出部に作用しているモーメント荷重とを算出する演算部と
を有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置において、
上記第２筒部材は、上記第２筒部材の両側で上記第３筒部材に上記軸方向に当接しており、
上記第３筒部材の外周面の外径は、略一定であり、
上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なり、かつ、上記第１変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の一方の側の上記第３筒部材側の端部と、この一方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なる一方、上記第２変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の他方の側の上記第３筒部材側の端部と、この他方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なっていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項１】
軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
軌道面と、環状の被変位検出部とを外周面に有する第２軌道部材と、
上記第１軌道部材の上記軌道面と、上記第２軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と、
上記被変位検出部の径方向の変位と、上記被変位検出部の軸方向の変位とを検出するセンサ装置と
を備え、
上記第２軌道部材は、
内軸と、
その内軸の外周面の軸方向の一端部に螺合した第１筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、複数のケイ素鋼板を上記軸方向に積層してなる第２筒部材と、
上記第１筒部材の外周面に固定されると共に、上記第２筒部材の両側に位置する非磁性体からなる第３筒部材と
を有し、
上記被変位検出部は、上記第２筒部材の外周面および上記第３筒部材の外周面で構成され、
上記第１筒部材の内周面の開放端には、係合穴を有し、
上記第２筒部材の外周面の外径は、上記第３筒部材の外径より大きく、
上記センサ装置は、
上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第１変位検出部と、
上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置すると共に、上記被変位検出部に上記径方向に対向する検出面を有する第２変位検出部と、
上記第１変位検出部の出力信号と、上記第２変位検出部の出力信号とに基づいて、上記被変位検出部に作用している並進荷重と、上記被変位検出部に作用しているモーメント荷重とを算出する演算部と
を有していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置において、
上記第２筒部材は、上記第２筒部材の両側で上記第３筒部材に上記軸方向に当接しており、
上記第３筒部材の外周面の外径は、略一定であり、
上記第１変位検出部と上記第２変位検出部とは、上記軸方向から見て略重なり、かつ、上記第１変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の一方の側の上記第３筒部材側の端部と、この一方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なる一方、上記第２変位検出部の検出面は、上記径方向から見て、上記第２筒部材の上記軸方向の他方の側の上記第３筒部材側の端部と、この他方の側の第３筒部材の上記軸方向の上記第２筒部材側の端部とに重なっていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−２７５５１０（Ｐ２００８−２７５５１０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２０９８９（Ｐ２００７−１２０９８９）
【出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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