センサ付き転がり軸受装置
【課題】超音波センサに異常がある場合に、例えば、駆動力制御や制動力制御等を停止して、制御システムの信頼性を向上することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】センサ付き転がり軸受装置は、内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受１と、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する超音波センサ２とを備える。さらに、センサ付き転がり軸受装置は、超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する荷重検出部４と、超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３とを備える。
【解決手段】センサ付き転がり軸受装置は、内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受１と、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する超音波センサ２とを備える。さらに、センサ付き転がり軸受装置は、超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する荷重検出部４と、超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、駆動力制御や制動力制御等を行うために、超音波センサを用いて荷重を検出するセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の制御システムにおいて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせないための駆動力制御や、コーナリング時の横滑りを抑制するための制動力制御等が行われている。このような制御システムにおいて有効に使用できる情報である転がり軸受に作用する荷重を検出するために、荷重を検出するセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムが知られている。
【０００３】
上述のセンサ付き転がり軸受装置として、例えば、転がり軸受と、超音波センサとを備え、超音波のエコー（反射波）に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出することが知られている。より具体的には、転がり軸受は、軌道が形成された軌道輪である外輪及び内輪と、軌道と接触して転動する転動体とを備え、超音波センサは、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する。この反射波の振幅を示す値（エコー強度）は、外輪の軌道と転動体とが接触している面積を表すため、転動体ひいては転がり軸受に作用する荷重を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、超音波センサに何らかの異常がある場合に、転がり軸受に作用する荷重を正確に検出することができない。その結果、例えば、センサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムにおいて、検出された荷重を使用して行われる駆動力制御や制動力制御等を適切に行うことができず、駆動力制御や制動力制御等が不適切に行われる場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波センサに異常がある場合に、例えば、駆動力制御や制動力制御等を停止して、制御システムの信頼性を向上す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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受と、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する超音波センサと、超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出する荷重検出部と、超音波センサが受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
同構成によれば、センサ付き転がり軸受装置は、超音波センサが受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部を備えるため、超音波センサが故障したことを検知することができる。従って、超音波センサの故障を検知して、例えば、転がり軸受に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御等を停止することができる。その結果、例えば、故障している超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムの信頼性を向上することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置であって、超音波センサは、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を複数回発信するとともに接触部分における超音波の反射波を複数回受信し、故障判断部は、超音波センサが複数回受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断することを特徴とする。
【０００９】
同構成によれば、故障判断部は、超音波センサが複数回受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断するため、外因等によって偶然、故障していない超音波センサが故障しているように動作した場合であっても、故障判断部は超音波センサが故障しているか否かを正確に判断することができる。従って、超音波センサの故障を正確に検知することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のセンサ付き転がり軸受装置であって、超音波センサを複数備え、故障判断部は、超音波センサが受信した反射波に基づいて、複数の超音波センサが故障しているか否かをそれぞれ判断し、荷重検出部は、複数の超音波センサのうち、故障判断部によって故障していないと判断された超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出することを特徴とする。
【００１１】
同構成によれば、荷重検出部は、複数の超音波センサのうち、故障判断部によって故障していないと判断された超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出するため、超音波センサの故障を検知して、例えば、故障していない超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波センサの故障を検知して、例えば、転がり軸受に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御等を停止することができる。その結果、例えば、故障している超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムの信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明に係る実施形態について、図１乃至図５を参照しながら説明する。なお、図中の矢印Ｕ及びＳは、左右方向を示すとともに、矢印Ｕ，Ｓの各々は、車体側方向、車輪側方向を示している。また、図中の矢印Ｘ，Ｚの各々は、前後方向、上下方向を示している。
【００１４】
本実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に「軸受装置」と言う場合がある。）は、自動車用のセンサ付きハブユニットとして使用されるものである。この軸受装置は、図１に示すように、転がり軸受１と、転がり軸受１に取り付けられた超音波センサ２と、超音波センサ２に接続された故障判断部としての信号処理部３と、信号処理部３に接続された荷重検出部４と、軸受装置の使用者（即ち、自動車のドライバー）へ所定の情報を報知する報知部５とを備えている。
【００１５】
（転がり軸受の構成）
転がり軸受１は、図２に示すように、車体（不図示）に固定される固定側軌道輪である外輪１１と、外輪１１の内側において車輪（不図示）とともに回転する回転側軌道輪である内輪１２と、外輪１１と内輪１２の間に設けられた複数の転動体である玉１５，１６とを備えている。なお、本実施形態においては、内輪１２は、ハブ軸１３と内輪部材１４とから構成されている。
【００１６】
外輪１１は、その内周に２列（即ち、内列と外列）の軌道１１ｕ，１１ｓが環状に形成されている円筒部１１ａと、円筒部１１ａの車体側に形成されるとともに、ボルト（不図示）を用いて車体に取り付けられるフランジ部１１ｂとを有している。また、外輪１１の円筒部１１ａには、超音波センサ２を取り付けることを目的として、めねじが切られためねじ部１１ｃが形成されている。
【００１７】
内輪１２を構成するハブ軸１３は、外輪１１内に所定間隔を空けて設けられるとともに、外周に１列の軌道１３ｓが環状に形成されている略円柱状の軸部１３ａと、軸部１３ａの車輪側外周に形成されるとともに、ボルト６を用いて車輪が取り付けられる円盤状のフランジ部１３ｂとを有している。さらに、本実施形態においては、ハブ軸１３は、軸部１３ａの車体側に形成されるとともに、おねじが切られたおねじ部１３ｃを有している。
【００１８】
内輪１２を構成する内輪部材１４は、環状に形成されるとともに、ハブ軸１３と同様に、外輪１１内に所定間隔を空けて設けられるとともに、外周に１列の軌道１４ｕが環状に形成されている。この内輪部材１４は、ハブ軸１３の軸部１３ａの外周に嵌められるとともに、おねじ部１３ｃに螺合されたナット７によって、ハブ軸１３に固定されている。従って、内輪１２（ハブ軸１３と内輪部材１４）は、車輪とともに回転する。
【００１９】
複数の玉１５は、外輪１１と内輪部材１４（内輪１２）の間において、図３に示すように内輪部材１４の円周方向に所定間隔を空けて設けられるとともに、外輪１１に形成された軌道１１ｕと内輪部材１４に形成された軌道１４ｕに接触している。従って、内輪１２が回転することにより、玉１５は、外輪１１の軌道１１ｕと内輪部材１４の軌道１４ｕにおいて円周方向に転道する。
【００２０】
複数の玉１６は、外輪１１とハブ軸１３（内輪１２）の間において、図４に示すようにハブ軸１３の軸部１３ａの円周方向に所定間隔を空けて設けられるとともに、外輪１１に形成された軌道１１ｓとハブ軸１３に形成された軌道１３ｓに接触している。従って、内輪１２が回転することにより、玉１６は、外輪１１の軌道１１ｓとハブ軸１３の軌道１３ｓにおいて円周方向に転道する。
【００２１】
（超音波センサの構成）
超音波センサ２は、外周におねじが切られた筒状のケース２ａ内に振動子（超音波探触子）（不図示）が設けられたものであって、外輪１１のめねじ部１１ｃに振動子を含むケース２ａを螺合することで、超音波センサ２が転がり軸受１に取り付けられている。また、めねじ部１１ｃに螺合されたケース２ａの回り止めを目的として、ケース２ａにナット２ｂが螺合されている。
【００２２】
以上のようにして転がり軸受１に固定されている各超音波センサ２は、振動子を励起して、軌道１１ｕと玉１５の接触部分または軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを受信する。そして、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（以下、「エコー強度」という。）が、信号処理部３へ出力される。即ち、超音波センサ２は、軌道１１ｕと玉１５の接触部分（接触面）または軌道１１ｓと玉１６の接触部分（接触面）を被検査面としてエコー強度を検出するとともに、検出されたエコー強度を信号処理部３へ出力している。
【００２３】
（信号処理部の構成）
信号処理部３は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断するとともに、エコー強度を用いてエコー比を算出する。
【００２４】
より具体的には、信号処理部３は、エコー強度が、所定値よりも小さいか否かを判断することによって、各超音波センサ２が故障しているか否かを判断する。例えば、超音波センサ２によって検出されたエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断する。即ち、超音波センサ２が検出したエコー強度が小さければ、外輪１１の軌道（軌道１１ｕまたは軌道１１ｓ）と転動体（玉１５または玉１６）の接触している面積が大きいことを示すが、エコー強度が２０％よりも小さくなることは現実には起こりえない。従って、超音波センサ２によって検出されたエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断し、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％以上であれば、その超音波センサ２は故障していないと判断する。そして、信号処理部３は、超音波センサ２が故障していると判断した場合、超音波センサ２が故障している旨の信号を、報知部５や、駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部（不図示）へ出力する。
【００２５】
また、信号処理部３は、エコー強度に対して所定の処理を施すことにより、エコー比を算出する。例えば、信号処理部３は、エコー強度を増幅するとともに、増幅されたエコー強度に対して演算処理を行って、エコー比を算出する。エコー比（Ｈ）は、例えば、以下の数式（１）を演算することにより算出することができる。
［数１］
Ｈ＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０
ここで、上記数式（１）において、Ｈ０は、超音波センサ２が検出する最も大きいエコー強度であって、Ｈ１は、超音波センサ２が検出する最も小さいエコー強度である。即ち、超音波センサ２が検出するエコー強度は、軌道における転動体の位置によって異なり、Ｈ０は、超音波センサ２が超音波を発信する被検査面である接触部分において、外輪１１の軌道と転動体が接触していない場合の、超音波センサ２が検出するエコー強度である。一方、Ｈ１は、超音波センサ２が超音波を発信する被検査面である接触部分において、外輪１１の軌道と転動体が最も大きい面積で接触している場合の、超音波センサ２が検出するエコー強度である。そして、信号処理部３は、算出したエコー比を荷重検出部４へ出力する。
【００２６】
以上のようにして各超音波センサ２が故障しているか否かを判断するとともに、エコー比を算出する信号処理部３は、算出したエコー比を荷重検出部４へ出力するとともに、超音波センサ２が故障していると判断した場合は、その旨の信号を報知部５へ出力する。
【００２７】
（荷重検出部の構成）
荷重検出部４は、演算処理可能なＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成され、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する。より具体的には、超音波センサ２を用いて信号処理部３によって算出されたエコー比に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する。転がり軸受１に作用する前後方向、左右方向、および上下方向の荷重は、所定の連立方程式を解くことによって検出することができ、荷重検出部４は、例えば、少なくとも４つの超音波センサ２を用いて荷重を検出する。なお、本実施形態においては、転がり軸受１に作用する３方向（前後方向、左右方向、および上下方向）の荷重を検出するが、２方向（例えば、左右方向および上下方向）の荷重を検出してもよい。
【００２８】
（報知部の構成）
報知部５は、自動車のドライバーへ所定の情報を報知するためのものであって、例えば、文字や絵を表示するモニターや、音声を再生するスピーカーから構成されている。報知部５は、信号処理部３から超音波センサ２が故障している旨の信号が入力された場合に、超音波センサ２の１つが故障している旨をモニターに表示するとともに、スピーカーから音を発生させて報知する。
【００２９】
（センサ付き転がり軸受装置の動作）
次に、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する際の、本実施形態に係る軸受装置の動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部によって転がり軸受１に作用する荷重の検出開始を指令する旨の信号が軸受装置へ入力された場合の、１つの超音波センサ２に係る軸受装置の動作である。即ち、以下の動作は１つの超音波センサ２に対して行われる軸受装置の動作である。
【００３０】
まず、振動子を励起して、軌道１１ｕと玉１５の接触部分または軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を１回発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを受信することにより、１つの超音波センサ２が、エコー強度を検出する（ステップＳ１）。次いで、信号処理部３が、ステップＳ１において検出されたエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する（ステップＳ２）。即ち、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、そのエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断し、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％以上であれば、その超音波センサ２は故障していないと判断する。
【００３１】
次いで、ステップＳ２において超音波センサ２が故障していると判断された場合、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を報知部５へ出力するとともに、報知部５が、超音波センサ２が故障している旨の情報を自動車のドライバーへ報知する（ステップＳ３）。さらに、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部（不図示）へ出力するとともに、制御部が、駆動力制御や制動力制御を停止する（ステップＳ４）。
【００３２】
一方、ステップＳ２において、超音波センサ２が故障していないと判断された場合、信号処理部３が、エコー比を算出して荷重検出部４へ出力するとともに、荷重検出部４が、そのエコー比と、他の超音波センサ２を用いて信号処理部３によって算出されたエコー比に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する（ステップＳ５）。そして、検出された荷重を用いて駆動力制御や制動力制御が行われる。なお、軸受装置の動作開始時（即ち、上記動作が、１つめ、または２つめの超音波センサ２に係る軸受装置の動作である場合）は、ステップＳ５において、転がり軸受１に作用する荷重を検出するためのエコー比（即ち、３元連立方程式を解くための３つのエコー比）が算出できていないため、転がり軸受１に作用する荷重は検出しない。
【００３３】
以上のような軸受装置の動作が、各超音波センサ２に対して行われることにより、各超音波センサ２が故障しているか否か判断されるとともに、１つの超音波センサ２が故障していると判断されるまで、転がり軸受１に作用する荷重を検出して駆動力制御や制動力制御が行われる。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、上述のごとく、軸受装置が、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３を備えることに特徴がある。より具体的には、信号処理部３は、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、所定値（例えば、超音波センサ２によって発信された超音波の振幅を示す値の２０％）よりも小さければ、超音波センサ２が故障していると判断する。一方、信号処理部３は、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、所定値（例えば、超音波センサ２によって発信された超音波の振幅を示す値の２０％）以上であれば、超音波センサ２が故障していないと判断する。このため、超音波センサ２の故障を検知して、転がり軸受１に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御を停止することができる。
【００３５】
上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）軸受装置は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３を備えるため、超音波センサ２の故障を検知して、転がり軸受１に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御を停止することができる。その結果、故障している超音波センサ２を用いた駆動力制御や制動力制御が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いたシステムの信頼性を向上することができる。
【００３６】
（２）軸受装置は、信号処理部３によって超音波センサ２が故障していると判断された場合、超音波センサ２が故障している旨を報知する報知部５を備える。このため、軸受装置の使用者である自動車のドライバーが、超音波センサ２が故障していることを知ることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
・上記実施形態においては、超音波センサ２は超音波を１回発信するとともにエコーを１回受信して、その１回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断していたが、超音波を複数回発信するとともにエコーを複数回受信し、複数回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断してもよい。より具体的には、ステップＳ１において、超音波センサ２は超音波を複数回（例えば、１０回）発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを１０回受信することにより、１つの超音波センサ２が、１０個のエコー強度を検出する。次いで、ステップＳ２において、信号処理部３が、ステップＳ１において検出された１０個のエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する。この場合、故障判断部である信号処理部３は、超音波センサ２が１０回受信したエコーに基づいて、１０個のエコーの振幅を示す値（エコー強度）のうち、２個以上のエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断する。一方、信号処理部３は、１０個のエコーの振幅を示す値（エコー強度）のうち、２個未満（即ち、０個または１個）のエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していないと判断する。
【００３９】
このような構成によれば、信号処理部３は、超音波センサ２が複数回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断するため、外因等によって偶然、故障していない超音波センサ２が故障しているように動作した場合であっても、信号処理部３は超音波センサ２が故障しているか否かを正確に判断することができる。従って、超音波センサ２の故障を正確に検知することができる。
【００４０】
・また、上記実施形態においては、１つの超音波センサ２が故障していると判断された場合、ステップＳ４において、制御部が駆動力制御や制動力制御を停止していたが、故障していない超音波センサ２を用いて転がり軸受１に作用する荷重を検出することによって、駆動力制御や制動力制御を行ってもよい。より具体的には、超音波センサ２は８つであって、この８つのうち少なくとも４つが故障していなければ転がり軸受１に作用する３方向の荷重を検出することができる。そこで、信号処理部３は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、８つの超音波センサ２が故障しているか否かをそれぞれ判断して、荷重検出部４は、８つの超音波センサ２のうち、信号処理部３によって故障していないと判断された少なくとも４つの超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出してもよい。この場合の、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する際の、軸受装置の動作について、図６を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、ステップＳ１と同様に、１つの超音波センサ２が、エコー強度を検出する（ステップＳ１１）。次いで、ステップＳ２と同様に、信号処理部３が、ステップＳ１１において検出されたエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００４２】
次いで、ステップＳ１２において超音波センサ２が故障していると判断された場合、ステップＳ３と同様に、超音波センサ２が故障している旨の情報を自動車のドライバーへ報知する（ステップＳ１３）。そして、超音波センサ２の１つが故障していると判断された場合であっても、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できるか否かを判断する（ステップＳ１４）。この場合、８つの超音波センサ２のうち少なくとも４つの超音波センサ２が、信号処理部３によって故障していない（即ち、正常に動作している）と判断されていれば、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できると判断する。一方、８つの超音波センサ２のうち５つ以上の超音波センサ２が、信号処理部３によって故障していると判断されていれば、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できないと判断する。次いで、ステップＳ１４において正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できないと判断された場合、ステップＳ４と同様に、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を制御システムの制御部へ出力するとともに、制御部が、駆動力制御や制動力制御を停止する（ステップＳ１５）。
【００４３】
一方、ステップＳ１２において超音波センサ２が故障していないと判断された場合、または、ステップＳ１４において正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できると判断された場合、ステップＳ５と同様に、信号処理部３がエコー比を荷重検出部４へ出力するとともに、荷重検出部４が転がり軸受１に作用する荷重を検出する（ステップＳ１６）。そして、検出された荷重を用いて駆動力制御や制動力制御が行われる。
【００４４】
このような構成によれば、荷重検出部４は、８つの超音波センサ２のうち、信号処理部３によって故障していないと判断された超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出するため、超音波センサ２の故障を検知して、故障していない超音波センサ２を用いた駆動力制御や制動力制御を行うことができる。
【００４５】
・上記実施形態においては、おねじ部１３ｃに螺合されるナット７を用いて、内輪部材１４をハブ軸１３に固定したが、おねじ部１３ｃを形成せずに（即ち、ナット７を用いずに）、ハブ軸１３の軸部１３ａの車体側端部を塑性変形させて、内輪部材１４をハブ軸１３に固定してもよい。
【００４６】
・上記実施形態においては、軸受装置は８つの超音波センサ２（図３に示す軌道１１ｕと玉１５の接触部分へ超音波を発信する４つの超音波センサ２と、図４に示す軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を発信する４つの超音波センサ２）を備えているが、これらの超音波センサ２の個数や配置は適宜変更してもよい。また、超音波センサ２と外輪１１の間に、超音波センサ２の先端部を保護するゴム製のクッションシートや、めねじ部１１ｃへの水の浸入を防止する環状のシール部材を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置を示すブロック図。
【図２】転がり軸受と超音波センサを説明するための概略構成図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の動作を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の動作の別例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１…転がり軸受、１１…外輪、１１ｕ，１１ｓ…軌道、１２…内輪、１３…ハブ軸、１３ｓ…軌道、１４…内輪部材、１４ｕ…軌道、１５，１６…玉（転動体）、２…超音波センサ、３…信号処理部（故障判断部）、４…荷重検出部、５…報知部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、駆動力制御や制動力制御等を行うために、超音波センサを用いて荷重を検出するセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の制御システムにおいて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせないための駆動力制御や、コーナリング時の横滑りを抑制するための制動力制御等が行われている。このような制御システムにおいて有効に使用できる情報である転がり軸受に作用する荷重を検出するために、荷重を検出するセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムが知られている。
【０００３】
上述のセンサ付き転がり軸受装置として、例えば、転がり軸受と、超音波センサとを備え、超音波のエコー（反射波）に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出することが知られている。より具体的には、転がり軸受は、軌道が形成された軌道輪である外輪及び内輪と、軌道と接触して転動する転動体とを備え、超音波センサは、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する。この反射波の振幅を示す値（エコー強度）は、外輪の軌道と転動体とが接触している面積を表すため、転動体ひいては転がり軸受に作用する荷重を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、超音波センサに何らかの異常がある場合に、転がり軸受に作用する荷重を正確に検出することができない。その結果、例えば、センサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムにおいて、検出された荷重を使用して行われる駆動力制御や制動力制御等を適切に行うことができず、駆動力制御や制動力制御等が不適切に行われる場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波センサに異常がある場合に、例えば、駆動力制御や制動力制御等を停止して、制御システムの信頼性を向上す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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受と、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波を受信する超音波センサと、超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出する荷重検出部と、超音波センサが受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
同構成によれば、センサ付き転がり軸受装置は、超音波センサが受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部を備えるため、超音波センサが故障したことを検知することができる。従って、超音波センサの故障を検知して、例えば、転がり軸受に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御等を停止することができる。その結果、例えば、故障している超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムの信頼性を向上することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置であって、超音波センサは、外輪の軌道と転動体との接触部分へ超音波を複数回発信するとともに接触部分における超音波の反射波を複数回受信し、故障判断部は、超音波センサが複数回受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断することを特徴とする。
【０００９】
同構成によれば、故障判断部は、超音波センサが複数回受信した反射波に基づいて、超音波センサが故障しているか否かを判断するため、外因等によって偶然、故障していない超音波センサが故障しているように動作した場合であっても、故障判断部は超音波センサが故障しているか否かを正確に判断することができる。従って、超音波センサの故障を正確に検知することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のセンサ付き転がり軸受装置であって、超音波センサを複数備え、故障判断部は、超音波センサが受信した反射波に基づいて、複数の超音波センサが故障しているか否かをそれぞれ判断し、荷重検出部は、複数の超音波センサのうち、故障判断部によって故障していないと判断された超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出することを特徴とする。
【００１１】
同構成によれば、荷重検出部は、複数の超音波センサのうち、故障判断部によって故障していないと判断された超音波センサが受信した反射波に基づいて、転がり軸受に作用する荷重を検出するため、超音波センサの故障を検知して、例えば、故障していない超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波センサの故障を検知して、例えば、転がり軸受に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御等を停止することができる。その結果、例えば、故障している超音波センサを用いた駆動力制御や制動力制御等が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いた制御システムの信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明に係る実施形態について、図１乃至図５を参照しながら説明する。なお、図中の矢印Ｕ及びＳは、左右方向を示すとともに、矢印Ｕ，Ｓの各々は、車体側方向、車輪側方向を示している。また、図中の矢印Ｘ，Ｚの各々は、前後方向、上下方向を示している。
【００１４】
本実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に「軸受装置」と言う場合がある。）は、自動車用のセンサ付きハブユニットとして使用されるものである。この軸受装置は、図１に示すように、転がり軸受１と、転がり軸受１に取り付けられた超音波センサ２と、超音波センサ２に接続された故障判断部としての信号処理部３と、信号処理部３に接続された荷重検出部４と、軸受装置の使用者（即ち、自動車のドライバー）へ所定の情報を報知する報知部５とを備えている。
【００１５】
（転がり軸受の構成）
転がり軸受１は、図２に示すように、車体（不図示）に固定される固定側軌道輪である外輪１１と、外輪１１の内側において車輪（不図示）とともに回転する回転側軌道輪である内輪１２と、外輪１１と内輪１２の間に設けられた複数の転動体である玉１５，１６とを備えている。なお、本実施形態においては、内輪１２は、ハブ軸１３と内輪部材１４とから構成されている。
【００１６】
外輪１１は、その内周に２列（即ち、内列と外列）の軌道１１ｕ，１１ｓが環状に形成されている円筒部１１ａと、円筒部１１ａの車体側に形成されるとともに、ボルト（不図示）を用いて車体に取り付けられるフランジ部１１ｂとを有している。また、外輪１１の円筒部１１ａには、超音波センサ２を取り付けることを目的として、めねじが切られためねじ部１１ｃが形成されている。
【００１７】
内輪１２を構成するハブ軸１３は、外輪１１内に所定間隔を空けて設けられるとともに、外周に１列の軌道１３ｓが環状に形成されている略円柱状の軸部１３ａと、軸部１３ａの車輪側外周に形成されるとともに、ボルト６を用いて車輪が取り付けられる円盤状のフランジ部１３ｂとを有している。さらに、本実施形態においては、ハブ軸１３は、軸部１３ａの車体側に形成されるとともに、おねじが切られたおねじ部１３ｃを有している。
【００１８】
内輪１２を構成する内輪部材１４は、環状に形成されるとともに、ハブ軸１３と同様に、外輪１１内に所定間隔を空けて設けられるとともに、外周に１列の軌道１４ｕが環状に形成されている。この内輪部材１４は、ハブ軸１３の軸部１３ａの外周に嵌められるとともに、おねじ部１３ｃに螺合されたナット７によって、ハブ軸１３に固定されている。従って、内輪１２（ハブ軸１３と内輪部材１４）は、車輪とともに回転する。
【００１９】
複数の玉１５は、外輪１１と内輪部材１４（内輪１２）の間において、図３に示すように内輪部材１４の円周方向に所定間隔を空けて設けられるとともに、外輪１１に形成された軌道１１ｕと内輪部材１４に形成された軌道１４ｕに接触している。従って、内輪１２が回転することにより、玉１５は、外輪１１の軌道１１ｕと内輪部材１４の軌道１４ｕにおいて円周方向に転道する。
【００２０】
複数の玉１６は、外輪１１とハブ軸１３（内輪１２）の間において、図４に示すようにハブ軸１３の軸部１３ａの円周方向に所定間隔を空けて設けられるとともに、外輪１１に形成された軌道１１ｓとハブ軸１３に形成された軌道１３ｓに接触している。従って、内輪１２が回転することにより、玉１６は、外輪１１の軌道１１ｓとハブ軸１３の軌道１３ｓにおいて円周方向に転道する。
【００２１】
（超音波センサの構成）
超音波センサ２は、外周におねじが切られた筒状のケース２ａ内に振動子（超音波探触子）（不図示）が設けられたものであって、外輪１１のめねじ部１１ｃに振動子を含むケース２ａを螺合することで、超音波センサ２が転がり軸受１に取り付けられている。また、めねじ部１１ｃに螺合されたケース２ａの回り止めを目的として、ケース２ａにナット２ｂが螺合されている。
【００２２】
以上のようにして転がり軸受１に固定されている各超音波センサ２は、振動子を励起して、軌道１１ｕと玉１５の接触部分または軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを受信する。そして、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（以下、「エコー強度」という。）が、信号処理部３へ出力される。即ち、超音波センサ２は、軌道１１ｕと玉１５の接触部分（接触面）または軌道１１ｓと玉１６の接触部分（接触面）を被検査面としてエコー強度を検出するとともに、検出されたエコー強度を信号処理部３へ出力している。
【００２３】
（信号処理部の構成）
信号処理部３は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断するとともに、エコー強度を用いてエコー比を算出する。
【００２４】
より具体的には、信号処理部３は、エコー強度が、所定値よりも小さいか否かを判断することによって、各超音波センサ２が故障しているか否かを判断する。例えば、超音波センサ２によって検出されたエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断する。即ち、超音波センサ２が検出したエコー強度が小さければ、外輪１１の軌道（軌道１１ｕまたは軌道１１ｓ）と転動体（玉１５または玉１６）の接触している面積が大きいことを示すが、エコー強度が２０％よりも小さくなることは現実には起こりえない。従って、超音波センサ２によって検出されたエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断し、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％以上であれば、その超音波センサ２は故障していないと判断する。そして、信号処理部３は、超音波センサ２が故障していると判断した場合、超音波センサ２が故障している旨の信号を、報知部５や、駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部（不図示）へ出力する。
【００２５】
また、信号処理部３は、エコー強度に対して所定の処理を施すことにより、エコー比を算出する。例えば、信号処理部３は、エコー強度を増幅するとともに、増幅されたエコー強度に対して演算処理を行って、エコー比を算出する。エコー比（Ｈ）は、例えば、以下の数式（１）を演算することにより算出することができる。
［数１］
Ｈ＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０
ここで、上記数式（１）において、Ｈ０は、超音波センサ２が検出する最も大きいエコー強度であって、Ｈ１は、超音波センサ２が検出する最も小さいエコー強度である。即ち、超音波センサ２が検出するエコー強度は、軌道における転動体の位置によって異なり、Ｈ０は、超音波センサ２が超音波を発信する被検査面である接触部分において、外輪１１の軌道と転動体が接触していない場合の、超音波センサ２が検出するエコー強度である。一方、Ｈ１は、超音波センサ２が超音波を発信する被検査面である接触部分において、外輪１１の軌道と転動体が最も大きい面積で接触している場合の、超音波センサ２が検出するエコー強度である。そして、信号処理部３は、算出したエコー比を荷重検出部４へ出力する。
【００２６】
以上のようにして各超音波センサ２が故障しているか否かを判断するとともに、エコー比を算出する信号処理部３は、算出したエコー比を荷重検出部４へ出力するとともに、超音波センサ２が故障していると判断した場合は、その旨の信号を報知部５へ出力する。
【００２７】
（荷重検出部の構成）
荷重検出部４は、演算処理可能なＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成され、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する。より具体的には、超音波センサ２を用いて信号処理部３によって算出されたエコー比に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する。転がり軸受１に作用する前後方向、左右方向、および上下方向の荷重は、所定の連立方程式を解くことによって検出することができ、荷重検出部４は、例えば、少なくとも４つの超音波センサ２を用いて荷重を検出する。なお、本実施形態においては、転がり軸受１に作用する３方向（前後方向、左右方向、および上下方向）の荷重を検出するが、２方向（例えば、左右方向および上下方向）の荷重を検出してもよい。
【００２８】
（報知部の構成）
報知部５は、自動車のドライバーへ所定の情報を報知するためのものであって、例えば、文字や絵を表示するモニターや、音声を再生するスピーカーから構成されている。報知部５は、信号処理部３から超音波センサ２が故障している旨の信号が入力された場合に、超音波センサ２の１つが故障している旨をモニターに表示するとともに、スピーカーから音を発生させて報知する。
【００２９】
（センサ付き転がり軸受装置の動作）
次に、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する際の、本実施形態に係る軸受装置の動作について、図５を参照しながら説明する。図５は、駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部によって転がり軸受１に作用する荷重の検出開始を指令する旨の信号が軸受装置へ入力された場合の、１つの超音波センサ２に係る軸受装置の動作である。即ち、以下の動作は１つの超音波センサ２に対して行われる軸受装置の動作である。
【００３０】
まず、振動子を励起して、軌道１１ｕと玉１５の接触部分または軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を１回発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを受信することにより、１つの超音波センサ２が、エコー強度を検出する（ステップＳ１）。次いで、信号処理部３が、ステップＳ１において検出されたエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する（ステップＳ２）。即ち、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、そのエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断し、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％以上であれば、その超音波センサ２は故障していないと判断する。
【００３１】
次いで、ステップＳ２において超音波センサ２が故障していると判断された場合、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を報知部５へ出力するとともに、報知部５が、超音波センサ２が故障している旨の情報を自動車のドライバーへ報知する（ステップＳ３）。さらに、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を駆動力制御や制動力制御を行う制御システムの制御部（不図示）へ出力するとともに、制御部が、駆動力制御や制動力制御を停止する（ステップＳ４）。
【００３２】
一方、ステップＳ２において、超音波センサ２が故障していないと判断された場合、信号処理部３が、エコー比を算出して荷重検出部４へ出力するとともに、荷重検出部４が、そのエコー比と、他の超音波センサ２を用いて信号処理部３によって算出されたエコー比に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出する（ステップＳ５）。そして、検出された荷重を用いて駆動力制御や制動力制御が行われる。なお、軸受装置の動作開始時（即ち、上記動作が、１つめ、または２つめの超音波センサ２に係る軸受装置の動作である場合）は、ステップＳ５において、転がり軸受１に作用する荷重を検出するためのエコー比（即ち、３元連立方程式を解くための３つのエコー比）が算出できていないため、転がり軸受１に作用する荷重は検出しない。
【００３３】
以上のような軸受装置の動作が、各超音波センサ２に対して行われることにより、各超音波センサ２が故障しているか否か判断されるとともに、１つの超音波センサ２が故障していると判断されるまで、転がり軸受１に作用する荷重を検出して駆動力制御や制動力制御が行われる。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、上述のごとく、軸受装置が、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３を備えることに特徴がある。より具体的には、信号処理部３は、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、所定値（例えば、超音波センサ２によって発信された超音波の振幅を示す値の２０％）よりも小さければ、超音波センサ２が故障していると判断する。一方、信号処理部３は、超音波センサ２によって受信されたエコーの振幅を示す値（エコー強度）が、所定値（例えば、超音波センサ２によって発信された超音波の振幅を示す値の２０％）以上であれば、超音波センサ２が故障していないと判断する。このため、超音波センサ２の故障を検知して、転がり軸受１に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御を停止することができる。
【００３５】
上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）軸受装置は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する信号処理部３を備えるため、超音波センサ２の故障を検知して、転がり軸受１に作用する荷重を用いて行われる駆動力制御や制動力制御を停止することができる。その結果、故障している超音波センサ２を用いた駆動力制御や制動力制御が行われないため、このセンサ付き転がり軸受装置を用いたシステムの信頼性を向上することができる。
【００３６】
（２）軸受装置は、信号処理部３によって超音波センサ２が故障していると判断された場合、超音波センサ２が故障している旨を報知する報知部５を備える。このため、軸受装置の使用者である自動車のドライバーが、超音波センサ２が故障していることを知ることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
・上記実施形態においては、超音波センサ２は超音波を１回発信するとともにエコーを１回受信して、その１回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断していたが、超音波を複数回発信するとともにエコーを複数回受信し、複数回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断してもよい。より具体的には、ステップＳ１において、超音波センサ２は超音波を複数回（例えば、１０回）発信するとともに、接触部分における超音波の反射波であるエコーを１０回受信することにより、１つの超音波センサ２が、１０個のエコー強度を検出する。次いで、ステップＳ２において、信号処理部３が、ステップＳ１において検出された１０個のエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する。この場合、故障判断部である信号処理部３は、超音波センサ２が１０回受信したエコーに基づいて、１０個のエコーの振幅を示す値（エコー強度）のうち、２個以上のエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していると判断する。一方、信号処理部３は、１０個のエコーの振幅を示す値（エコー強度）のうち、２個未満（即ち、０個または１個）のエコー強度が、接触部分へ発信した超音波の振幅を示す値の２０％よりも小さければ、その超音波センサ２が故障していないと判断する。
【００３９】
このような構成によれば、信号処理部３は、超音波センサ２が複数回受信したエコーに基づいて、超音波センサ２が故障しているか否かを判断するため、外因等によって偶然、故障していない超音波センサ２が故障しているように動作した場合であっても、信号処理部３は超音波センサ２が故障しているか否かを正確に判断することができる。従って、超音波センサ２の故障を正確に検知することができる。
【００４０】
・また、上記実施形態においては、１つの超音波センサ２が故障していると判断された場合、ステップＳ４において、制御部が駆動力制御や制動力制御を停止していたが、故障していない超音波センサ２を用いて転がり軸受１に作用する荷重を検出することによって、駆動力制御や制動力制御を行ってもよい。より具体的には、超音波センサ２は８つであって、この８つのうち少なくとも４つが故障していなければ転がり軸受１に作用する３方向の荷重を検出することができる。そこで、信号処理部３は、超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、８つの超音波センサ２が故障しているか否かをそれぞれ判断して、荷重検出部４は、８つの超音波センサ２のうち、信号処理部３によって故障していないと判断された少なくとも４つの超音波センサ２が受信した反射波に基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出してもよい。この場合の、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する際の、軸受装置の動作について、図６を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、ステップＳ１と同様に、１つの超音波センサ２が、エコー強度を検出する（ステップＳ１１）。次いで、ステップＳ２と同様に、信号処理部３が、ステップＳ１１において検出されたエコー強度を所定値と比較することにより、超音波センサ２が故障しているか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００４２】
次いで、ステップＳ１２において超音波センサ２が故障していると判断された場合、ステップＳ３と同様に、超音波センサ２が故障している旨の情報を自動車のドライバーへ報知する（ステップＳ１３）。そして、超音波センサ２の１つが故障していると判断された場合であっても、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できるか否かを判断する（ステップＳ１４）。この場合、８つの超音波センサ２のうち少なくとも４つの超音波センサ２が、信号処理部３によって故障していない（即ち、正常に動作している）と判断されていれば、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できると判断する。一方、８つの超音波センサ２のうち５つ以上の超音波センサ２が、信号処理部３によって故障していると判断されていれば、正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できないと判断する。次いで、ステップＳ１４において正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できないと判断された場合、ステップＳ４と同様に、信号処理部３が、超音波センサ２が故障している旨の信号を制御システムの制御部へ出力するとともに、制御部が、駆動力制御や制動力制御を停止する（ステップＳ１５）。
【００４３】
一方、ステップＳ１２において超音波センサ２が故障していないと判断された場合、または、ステップＳ１４において正常に転がり軸受１に作用する荷重を検出できると判断された場合、ステップＳ５と同様に、信号処理部３がエコー比を荷重検出部４へ出力するとともに、荷重検出部４が転がり軸受１に作用する荷重を検出する（ステップＳ１６）。そして、検出された荷重を用いて駆動力制御や制動力制御が行われる。
【００４４】
このような構成によれば、荷重検出部４は、８つの超音波センサ２のうち、信号処理部３によって故障していないと判断された超音波センサ２が受信したエコーに基づいて、転がり軸受１に作用する荷重を検出するため、超音波センサ２の故障を検知して、故障していない超音波センサ２を用いた駆動力制御や制動力制御を行うことができる。
【００４５】
・上記実施形態においては、おねじ部１３ｃに螺合されるナット７を用いて、内輪部材１４をハブ軸１３に固定したが、おねじ部１３ｃを形成せずに（即ち、ナット７を用いずに）、ハブ軸１３の軸部１３ａの車体側端部を塑性変形させて、内輪部材１４をハブ軸１３に固定してもよい。
【００４６】
・上記実施形態においては、軸受装置は８つの超音波センサ２（図３に示す軌道１１ｕと玉１５の接触部分へ超音波を発信する４つの超音波センサ２と、図４に示す軌道１１ｓと玉１６の接触部分へ超音波を発信する４つの超音波センサ２）を備えているが、これらの超音波センサ２の個数や配置は適宜変更してもよい。また、超音波センサ２と外輪１１の間に、超音波センサ２の先端部を保護するゴム製のクッションシートや、めねじ部１１ｃへの水の浸入を防止する環状のシール部材を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置を示すブロック図。
【図２】転がり軸受と超音波センサを説明するための概略構成図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の動作を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の動作の別例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４８】
１…転がり軸受、１１…外輪、１１ｕ，１１ｓ…軌道、１２…内輪、１３…ハブ軸、１３ｓ…軌道、１４…内輪部材、１４ｕ…軌道、１５，１６…玉（転動体）、２…超音波センサ、３…信号処理部（故障判断部）、４…荷重検出部、５…報知部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、前記外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受と、
前記外輪の軌道と前記転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、前記接触部分における前記超音波の反射波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記転がり軸受に作用する荷重を検出する荷重検出部と、
前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部と
を備え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】
前記超音波センサは、前記外輪の軌道と前記転動体との前記接触部分へ前記超音波を複数回発信するとともに前記接触部分における前記超音波の前記反射波を複数回受信し、
前記故障判断部は、前記超音波センサが複数回受信した前記反射波に基づいて、前記超音波センサが故障しているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記超音波センサを複数備え、
前記故障判断部は、前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、複数の前記超音波センサが故障しているか否かをそれぞれ判断し、
前記荷重検出部は、複数の前記超音波センサのうち、前記故障判断部によって故障していないと判断された前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記転がり軸受に作用する荷重を検出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項１】
内周に軌道が形成された外輪と、外周に軌道が形成された内輪と、前記外輪及び内輪の各々の軌道と接触して転動する転動体とを備える転がり軸受と、
前記外輪の軌道と前記転動体との接触部分へ超音波を発信するとともに、前記接触部分における前記超音波の反射波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記転がり軸受に作用する荷重を検出する荷重検出部と、
前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記超音波センサが故障しているか否かを判断する故障判断部と
を備え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】
前記超音波センサは、前記外輪の軌道と前記転動体との前記接触部分へ前記超音波を複数回発信するとともに前記接触部分における前記超音波の前記反射波を複数回受信し、
前記故障判断部は、前記超音波センサが複数回受信した前記反射波に基づいて、前記超音波センサが故障しているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記超音波センサを複数備え、
前記故障判断部は、前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、複数の前記超音波センサが故障しているか否かをそれぞれ判断し、
前記荷重検出部は、複数の前記超音波センサのうち、前記故障判断部によって故障していないと判断された前記超音波センサが受信した前記反射波に基づいて、前記転がり軸受に作用する荷重を検出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−５２６６８（Ｐ２００９−５２６６８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２００５２（Ｐ２００７−２２００５２）
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２７日（２００７．８．２７）
【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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