車輪用転がり軸受装置
【課題】温度ドリフトの発生を防止して、センサの信頼性をさらに高めることができる車輪用転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】車体側に固定される筒状の固定軌道輪１と、この固定軌道輪１の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪２、３と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体５とを備えた車輪用転がり軸受装置Ｈ。前記回転軌道輪２、３の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサ２４を周方向に有する円環状のセンサハウジング１６の車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪１の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ前記変位センサ２４が合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジング１６と一体化されている。
【解決手段】車体側に固定される筒状の固定軌道輪１と、この固定軌道輪１の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪２、３と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体５とを備えた車輪用転がり軸受装置Ｈ。前記回転軌道輪２、３の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサ２４を周方向に有する円環状のセンサハウジング１６の車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪１の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ前記変位センサ２４が合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジング１６と一体化されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車輪用転がり軸受装置に関する。さらに詳しくは、自動車などの車両に用いられ、当該車両の車輪から情報を得るセンサを備えた車輪用転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車において、走行の際の運転制御を行うために車輪に作用する荷重や車輪の回転速度などといった種々の情報が必要とされている。このような情報を得るために、自動車の車輪が取り付けられる車輪用転がり軸受装置にセンサを設けることが提案されている。
このような車輪用転がり軸受装置として従来から知られているものに、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の径方向内方に設けられ車輪が取り付けられる回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に設けられている複列の転動体とを備えた軸受装置があり、この軸受装置において、前述したセンサを固定軌道輪に設け、このセンサで回転軌道輪の情報を得るように構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１記載の軸受装置は、固定軌道輪において径方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔にセンサが挿入され固定されている。そして、センサの計測部を回転軌道輪の外周面に対向させ、センサが回転軌道輪の情報を取得している。
しかしながら、特許文献１に記載されている車輪用転がり軸受装置は、センサを固定軌道輪に複数設けるために当該固定軌道輪に貫通孔を複数形成する必要がある。この場合、固定軌道輪の製造工程において別の孔開け作業が必要となり、また、それぞれの貫通孔に対してセンサの取り付けが必要であり、組み立て作業が煩雑となる。さらに、センサと回転軌道輪との間のギャップ調整が、それぞれのセンサにおいて必要であり、組み立て工数が多くなるという問題点を有している。
【０００４】
そこで本出願人は、さきに、複数のセンサを有していても各センサの位置調整を省略化でき、容易に組み立てることができる車輪用転がり軸受装置を提案した（特願２００５−２６６４８１。以下、第１の提案という）。
この第１の提案に係る車輪用転がり軸受装置は、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通されかつ車輪の取付部分をアウタ側に有する回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に設けられている複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、前記回転軌道輪のインナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に所定間隔おきに有するケース部材が設けられ、このケース部材が前記固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられていることを特徴としている。
【０００５】
そして、この構成によれば、ケース部材が複数の変位センサを有しており、このケース部材が固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられているため、変位センサを個々に固定軌道輪に取り付ける必要がなく、固定軌道輪にセンサのための貫通孔を設ける必要がない。さらに、ケース部材を固定軌道輪に取り付けることによって、回転軌道輪のインナ側端部の外周面に対して各変位センサの位置決めがされるため、組み立てが容易となる。
また、変位センサは、車輪に作用した径方向の荷重により生じた回転軌道輪のインナ側端部の外周面とのギャップの変化を検出することができる。さらに、回転軌道輪が固定軌道輪に対して傾くような変位をした場合（モーメントが作用した場合）、前記ギャップの変化は、軸方向中央部よりもインナ側端部において大きくなるため、そのインナ側端部の外周面を変位センサが計測することで、検出精度を高めることができる。
【０００６】
一方、前記第１の提案に係る車輪用転がり軸受装置では、軸方向の並進荷重を求めるために、回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する別の変位センサを、固定軌道輪のインナ側端部を閉塞するケース部材に増設している。このように回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する変位センサを増設すると、回転軌道輪の軸端面が自由端となっている従動輪用の軸受装置には採用できるが、回転駆動輪の軸端面にドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置に採用することができず、また、従動輪用の軸受装置の場合でも、ＡＢＳセンサなどの荷重計測以外のセンサを装着し難くなることから、本出願人は、さらに、前記別の変位センサを省略することができる車輪用転がり軸受装置を提案している（特願２００５−３２２６５１。以下、第２の提案という）。
【０００７】
この第２の提案に係る車輪用転がり軸受装置は、車体側との固定部分を有する固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体と、前記回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されている。
【０００８】
そして、この構成によれば、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一センサ部材と第二センサ部材が、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の当該物理量を検出するので、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用するモーメント荷重を制御装置によって算出することができる。
また、本出願人は、前記第１又は第２の提案に係る車輪用転がり軸受装置において振動によりセンサが破損したりセンサとして機能しなくなったりするのを防止するとともに、結露によりセンサ回路がショートするのを防止して、センサの信頼性を高めるために、前記変位センサを合成樹脂又はゴム系材料で被覆して前記センサハウジングと一体化した車輪用転がり軸受装置を提案している（特願２００６−１８１９５６。以下、第３の提案という）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３４０９２２号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前述した第３の提案に係る車輪用軸受装置において、例えば、周囲の温度が上昇すると、前記センサハウジング（通常、アルミニウムで作製される）、固定軌道輪、及び前記変位センサを被覆する合成樹脂又はゴム系材料は、それぞれ線膨張係数が異なることから、センサハウジングと固定軌道輪との間に温度膨張差が発生する。その際、前記センサハウジングは、その一端側（車両アウタ側）が、止めネジによって固定軌道輪の車両インナ側端部に固定されているが、止めネジにより円周上等配で固定する方法では、ネジによる締結力を全固定箇所で均一にするのは難しく、周方向において締結力にバラツキが生じることがある。
【００１１】
その結果、線膨張係数の大きな合成樹脂又はゴム系材料が一体化されたセンサハウジングが周方向において片寄って膨張し、これにより、前記変位センサとセンサターゲットとの間にズレが生じ、荷重による変位とは異なる、温度によるターゲットの変位が発生する。このため、実際に荷重が作用していないにもかかわらず、センサが誤って出力信号を発する温度ドリフトが発生する可能性があり、このドリフトを抑制することが重要となる。
【００１２】
本発明は、本出願人がさきに提案した第３の提案に係る車輪用転がり軸受装置にさらに改良を加えたものであり、温度ドリフトの発生を防止して、センサの信頼性をさらに高めることができる車輪用転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の車輪用転がり軸受装置は、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記回転軌道輪の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に有する円環状のセンサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ
前記変位センサが合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジングと一体化されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明の車輪用転がり軸受装置では、センサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されているので、当該センサハウジングを、周方向において均一に固定することができる。これにより、周囲温度が上昇して前記センサハウジングが膨張する場合においても、当該膨張を周方向において均一に拘束することができることから、膨張によるセンサハウジングの軸ズレを防止することができる。その結果、温度ドリフトを防止して、センサの信頼性を高めることができる。
【００１５】
前記センサハウジングがアルミニウムで作製されており、前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状のアルミナが混入されているのが好ましい。この構成によれば、アルミナを混入させることで、合成樹脂又はゴム系材料の線膨張係数をセンサハウジングを構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、当該合成樹脂又はゴム系材料の温度膨張を小さくすることができる。これにより、膨張によるセンサハウジングの軸ズレをさらに防止することができる。
【００１６】
前記センサハウジングの車両インナ側端部に、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材が外嵌されているのが好ましい。センサハウジングの車両インナ側端部を、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材を外嵌させて拘束することで、センサハウジングの温度膨張を抑制して、膨張によるセンサハウジングの軸ズレをさらに防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の車輪用転がり軸受装置によれば、温度ドリフトの発生を防止して、センサの信頼性をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の車輪用転がり軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の軸受装置の一実施の形態の軸方向断面説明図であり、図２は図１に示される軸受装置の部分拡大図である。なお、図１〜２及び後述する図１５において、右側が車両アウタ側（車両の外側）であり、左側が車両インナ側（車両の内側）である。
【００１９】
〔軸受装置の全体構造〕
図１に示されるように、本実施の形態の軸受装置Ｈは、筒状の外輪１と、この外輪１の内部に回転自在に挿通されている内軸２と、この内軸２の車両インナ側端部に外嵌された内輪部材３と、この内輪部材３の車両インナ側端部に外嵌されたセンサターゲット４と、周方向に並ぶ複数の玉からなる複列の転動体５、５とを備えたものであり、これらにより複列アンギュラ玉軸受部が構成されている。転動体５、５としての各列の玉は保持器６によって周方向に所定間隔で保持されている。
【００２０】
なお、本明細書において、軸受装置Ｈの中心線Ｃに沿った方向をｙ軸方向とし、これに直交する紙面貫通方向の水平方向をｘ軸方向とし、ｙ軸方向及びｘ軸方向に直交する鉛直方向をｚ軸方向と定義している。従って、図１４に示されるように、ｘ軸方向は車輪の前後水平方向となり、ｙ軸方向は車輪の左右水平方向（軸方向）となり、ｚ軸方向は上下方向となる。
【００２１】
本実施の形態の軸受装置Ｈにおいて、前記外輪１は車体側に固定される固定軌道輪とされている。他方、前記内軸２と内輪部材３とセンサターゲット４とが車輪側の回転軌道輪とされており、この固定軌道輪と回転軌道輪との間において前記複列の転動体５、５が転動自在に介在されている。これにより、固定軌道輪と回転軌道輪とは互いに同軸状に配置され、固定軌道輪に対して回転軌道輪が車輪（図１４に示すタイヤ及びタイヤホイール）とともに回転自在となっている。
【００２２】
回転軌道輪を構成する内軸２は、径方向外方へ延びるフランジ部７を車両アウタ側に有しており、このフランジ部７が車輪のタイヤホイールやブレーキディスクの取付部分となっている。このタイヤホイールなどは図示しない取付ボルトによって当該フランジ部７に取り付けられる。内輪部材３は内軸２の車両インナ側に形成された段差部分に外嵌され、内軸２の車両インナ側端部に螺合したナット８によって内軸２に固定されている。そして、内軸２の外周面と内輪部材３の外周面とに、転動体５、５の内側軌道面９、９がそれぞれ形成されている。
【００２３】
固定軌道輪を構成する外輪１は、転動体５、５の外側軌道面１０、１０が内周面に形成された円筒状の本体筒部１１と、この本体筒部１１の外周面から径方向外方へ伸びるフランジ部１２とを有している。このフランジ部１２は、車体側部材である懸架装置が有するナックル（図示せず）に固定され、これによって当該軸受装置Ｈが車体側に固定されるようになっている。
【００２４】
本実施の形態の軸受装置Ｈは、回転軌道輪に設けたセンサターゲット４の外周面の変位に伴って変化する物理量（本実施の形態では、センサターゲット４の外周側面とのギャップによって変化するインダクタンス）を検出するためのセンサ装置１４と、このセンサ装置１４を固定軌道輪である外輪１に取り付けるためのセンサハウジング１６とを備えている。このセンサハウジング１６は、短円筒状ないしは短円環状の筒部材からなっており、当該筒部材は軸方向に短い円筒状の金属部材で作製されている。この金属部材としては、長期間使用する間にセンサハウジング１６が磁化してセンサ装置１４の信頼性が低下するのを防ぐために、例えばアルミニウムなどの非磁性材料を用いるのが好ましい。
【００２５】
センサハウジング１６の車両アウタ側端部の外周には、段差部１６ａが形成されており、この段差部１６ａと外輪１の車両インナ側端部とが噛み合うように、前記センサハウジング１６の車両アウタ側端部が外輪１の車両インナ側端部内周面に圧入（内嵌）されている。これにより、当該センサハウジング１６を、周方向において均一に固定することができ、周囲温度が上昇して前記センサハウジング１６が膨張する場合においても、当該膨張を周方向において均一に拘束することができる。その結果、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレを防止することができる。なお、前述した圧入による固定に加え、付加的ないしは補助的に止めネジを用いることもできる。
前記センサハウジング１６の内周側に、内軸２のインナ側端部に取り付けられたセンサターゲット４の外周側面とのギャップを検出するための前記センサ装置１４が搭載されている。
【００２６】
前記センサハウジング１６の車両インナ側端部には、当該センサハウジング１６よりも高剛性の材料からなる蓋部材５３が外嵌されている。センサハウジング１６がアルミニウムで作製される場合、前記蓋部材５３は、アルミニウムよりも高剛性の材料である鉄系材料（例えば、Ｓ４５ＣやＳ５５Ｃ）で作製することができる。センサハウジング１６の車両インナ側端部を、当該センサハウジング１６よりも高剛性の材料からなる蓋部材５３を外嵌させて拘束することで、センサハウジング１６の温度膨張を抑制して、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレをさらに防止することができる。なお、防錆性を確保するために、前記鉄系材料に代えてＳＵＳ系材料を用いることもできる。
【００２７】
〔センサ装置の構造〕
図３及び図５に示されるように、本実施の形態におけるセンサ装置１４は、センサターゲット４の外周側面における軸方向で離れた位置のギャップをそれぞれ検出する第一センサ部材２１と第二センサ部材２２とを備えている。なお、本明細書において、センサ装置１４及びセンサターゲット４に関して、「第一」は車両インナ側を意味し、「第二」は車両アウタ側を意味する。
【００２８】
第一及び第二センサ部材２１、２２は、センサターゲット４の外周面とのギャップの変化をインダクタンスの変化によって検出するインダクタンス型の変位センサよりなり、センサハウジング１６の内周側に軸方向に離れた二列の状態で取り付けられたリング状のセンサコア２３と、このセンサコア２３の周方向に所定間隔おきに配置された複数の変位センサ２４とを備えている。各センサコア２３は、その間に筒状スペーサ５１を介在させた状態でセンサハウジング１６に対して止めネジ５２で固定されている（図１参照）。
【００２９】
第一及び第二センサ部材２１、２２の各変位センサ２４は、前後及び上下の４カ所にそれぞれ設けられ、回転軌道輪のセンサターゲット４の外周面とのｘ軸方向及びｚ軸方向におけるギャップの変化を検出できるように配設されている。
すなわち、車両インナ側の第一センサ部材２１は、回転軌道輪の前後に配置された第一前センサ２４ｆ及び第一後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ２４ｔ及び第一下センサ２４ｂとを備えている。また、車両アウタ側の第二センサ部材２２も、回転軌道輪の前後に配置された第二前センサ２４ｆ及び第二後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第二上センサ２４ｔ及び第二下センサ２４ｂとを備えている。
【００３０】
これら８つの各変位センサ２４（ｆ、ｒ、ｔ、ｂ）は、それぞれ、センサターゲット４に対する独立した検出面を有する周方向で近接して配置された一対のコイル素子２７、２７を直列に連結することによって構成されている。この一対のコイル素子２７、２７は、センサコア２３の内周側から突設した一対の磁極２８の周囲にコイルを巻き付けて構成されている。これらの磁極２８はセンサコア２３から径方向内方へ突出しており、その径内側の端面（検出面）が、センサターゲット４の外周側面に対して径方向の隙間を有して対向するように配置されている。
【００３１】
このように、本実施の形態の軸受装置Ｈでは、前後及び上下に配置された４つの変位センサ２４を有する、軸方向で離れた第一及び第二センサ部材２１、２２がセンサハウジング１６に一体に搭載されたセンサユニットとなっているので、軸受装置Ｈの組み立ての際に当該センサハウジング１６を外輪１の車両インナ側端部に取り付けるだけで、すべての変位センサ２４を外輪１に取り付けることができる。このため、各変位センサ２４を個別に外輪１に取り付ける必要がなく、しかも、外輪１にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。
【００３２】
また、センサハウジング１６を外輪１に取り付けることで、回転軌道輪のセンサターゲット４に対する各変位センサ２４の周方向位置及び径方向位置がそれぞれ位置決めされるので、各変位センサ２４をそれぞれ位置調整しながら取り付ける必要がなく、この点で軸受装置Ｈの組み立てが極めて容易となっている。
また、センサハウジング１６に組み込まれた各変位センサ２４は、回転軌道輪の軸方向中央部（図１に示す軸受中心Ｏに近い部分）よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部に位置するセンサターゲット４の変形挙動に伴うギャップを検出することになるので、当該ギャップの検出精度が高まるという利点がある。
【００３３】
更に、外輪１の車両インナ側端部にセンサ付きのセンサハウジング１６を取り付けた場合、外輪１のフランジ部１２から比較的遠く離れた位置に変位センサ２４が配置されることになるので、フランジ部１２の周囲の歪の影響を受け難く、この点でギャップの変化を精度よく検出できるという利点もある。
【００３４】
また、本実施の形態では、前記センサハウジング１６と、センサコア２３、コイル素子２７及び当該センサコア２３上に配設され、コイル素子及び検出信号を出力するためのリード線を配線する配線基板４０とが、エポキシ系、アクリル系などの熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ、ＰＡ、ＡＢＳなどの熱可塑性樹脂により封止（モールド）されている。換言すれば、変位センサ２４が合成樹脂で被覆されて前記センサハウジング１６と一体化されている。これにより、前記配線基板４０をセンサコア２３に強固に固定することができ、振動により配線基板４０上の電気素子が破損したり、コイル素子２７が断線したりするのを防止することができる。また、センサコア２３をセンサハウジング１６に固定している止めネジが振動で緩み、センサコア２３にガタが生じて、センサが機能しなくなるのを防止することができる。さらに、配線基板４０を封止していることから、結露などの水分によって配線がショートするのを防止することもできる。なお、合成樹脂に代えて、ゴム系材料で前記配線基板４０などを封止（モールド）するようにしてもよい。
【００３５】
前記センサハウジング１６がアルミニウムで作製される場合、変位センサ２４を被覆するための前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状の水酸化アルミナなどのアルミナを混入させることができる。アルミナを混入させることで、合成樹脂又はゴム系材料の線膨張係数をセンサハウジング１６を構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、当該合成樹脂又はゴム系材料の温度膨張を小さくすることができる。これにより、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレをさらに防止することができる。具体的に、被覆材料としてエポキシ樹脂を用いる場合、このエポキシ樹脂の線膨張係数は６７×１０−６／Ｋであり、鉄（１２×１０−６／Ｋ）やアルミニウム（２３．１×１０−６／Ｋ）の線膨張係数に比べてかなり大きな値であるが、このエポキシ樹脂に水酸化アルミナ（１２．５×１０−６／Ｋ）を、エポキシ樹脂３に対し水酸化アルミナ２の重量比で混入させることで、被覆材料の線膨張係数を３４．３×１０−６／Ｋとすることができる。これにより、センサハウジング１６を構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、被覆材料の温度膨張を小さくすることができる。
【００３６】
図６（ａ）は本実施の形態におけるセンサ装置１４によるギャップの検出回路の一例を示している。同図に示されるように各センサ部材２１、２２の変位センサ２４のうち、上下方向で相対向するセンサ（図６では上センサと下センサ）２４ｔ、２４ｂはそれぞれ発振器３０に接続されており、この発振器３０から一定周期の交流電流が各センサ２４ｔ、２４ｂに供給される。なお、この各センサ２４ｔ、２４ｂには同期用のコンデンサ３１が並列に接続されている。
【００３７】
そして、本実施の形態では、この各センサ２４ｔ、２４ｂでの出力電圧（検出値）を差動アンプ３２で差を取って上下方向の変位量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、水平方向で相対向するセンサについても、前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。
【００３８】
ところで、インダクタンス型の変位センサ２４では、コイル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、検出面からセンサターゲット４までの間隔（ギャップ）をｘとすると、次の式（ａ）が成立する。
Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ２／ｘ ・・・（ａ）
従って、センサターゲット４までのギャップｘ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ので、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ２４の検出面からセンサターゲットまでの径方向のギャップを検出することができる。
【００３９】
そして、本実施の形態では、センサターゲット４に対する独立した検出面を有する一対のコイル素子２７を直列に連結することによって一つの変位センサ２４を構成しているので、図６（ｂ）に示されるように、一つのコイル素子２７で一つの変位センサ２４を構成する場合に比べて発生する磁束密度がより高まっており、これにより、センサターゲットとのギャップの検出感度をより向上させるようにしている。
【００４０】
〔センサターゲットの構造〕
図１〜２に示されるように、前記センサターゲット４は、内輪部材３の車両インナ側端部に外嵌して取り付けられた円筒部材よりなる。このセンサターゲット４の外周面には、車両インナ側の第一センサ部材２１の検出面（磁極２８の先端面）に対向する第一被検出部３４と、車両アウタ側の第二センサ部材２２の検出面に対向する第二被検出部３５とが設けられている。本実施の形態では、これらの被検出部３４、３５は、センサターゲット４の周方向に沿って形成された第一及び第二環状溝により構成されている。
【００４１】
図３に示されるように、車両インナ側の第一環状溝３４は、その車両アウタ側の溝端面３４ａが第一センサ部材２１の検出面Ａ１の中心近傍に位置するように配置され、車両アウタ側の第二環状溝３５は、その車両インナ側の溝端面３５ａが第二センサ部材２２の検出面Ａ２の中心近傍に位置するように配置されている。
このため、回転軌道輪のセンサターゲット４が軸方向の例えば車両インナ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側においては、第一センサ部材２１と第一環状溝３４との軸方向のラップ長が減少して、第一センサ部材２１によるギャップの検出値が減少し、車両アウタ側においては、第二センサ部材２２と第二環状溝３５との軸方向のラップ長が増加して、第二センサ部材２２によるギャップの検出値が増加する。
【００４２】
同様に、回転軌道輪のセンサターゲット４が軸方向の車両アウタ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側の第一センサ部材２１によるギャップの検出値が増加し、車両アウタ側の第二センサ部材２２によるギャップの検出値が減少する。
このように、本実施の形態におけるセンサターゲット４は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合には、第一及び第二センサ部材２１、２２が検出する検出値に差を生じさせる、軸方向に離れた一対の環状溝３４、３５を外周側面に備えている。
【００４３】
また、前述の通り、これらの環状溝３４、３５は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に各センサ部材２１、２２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。
従って、後述の制御装置における検出値の演算方法でも明らかな通り、車両インナ側の第一センサ部材２１の検出値と車両アウタ側の第二センサ部材２２の検出値の差を取ることにより、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置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。
【００４４】
なお、図３に示した配置とは逆に、車両インナ側の第一環状溝３４を第一センサ部材２１の検出面Ａ１に対して車両アウタ側にずらし、車両アウタ側の第二環状溝３５を第二センサ部材２２の検出面Ａ２に対して車両インナ側にずらして配置することにしてもよく、この場合でも前記と同様の作用効果が得られる。
前記第一及び第二センサ部材２１、２２を構成する各変位センサ２４は、前記蓋部材５３を貫通する信号線３６（図５参照）を介して例えば車体側のＥＣＵなどからなる制御装置３７に接続されている。各センサから得られた出力電圧（検出値）は、その制御装置３７において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求められる。
【００４５】
〔各荷重の演算方法〕
以下、図７〜１４を参照しつつ、制御装置３７で行われる荷重の演算方法について説明する。なお、図１２は当該制御装置３７での演算方法を示すブロック図である。
【００４６】
〔方向及びセンサ検出値の定義〕
図１４に示されるように、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。
また、図７に示されるように、車両インナ側（第一センサ部材２１）のセンサの検出値に添え字「ｉ」を使用し、車両アウタ側（第二センサ部材２２）のセンサに添え字「ｏ」を使用する。更に、前側のセンサの検出値を「ｆ（front）」と定義し、後側のセンサの検出値を「ｒ（rear）」定義し、上側のセンサの検出値を「ｔ（top）」と定義し、下側のセンサの検出値を「ｂ（bottom）」と定義する。
【００４７】
従って、第一及び第二センサ部材２１、２２に設けられた合計８つのセンサの検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：第一前センサの検出値
ｒｉ：第一後センサの検出値
ｔｉ：第一上センサの検出値
ｂｉ：第一下センサの検出値
ｆｏ：第二前センサの検出値
ｒｏ：第二後センサの検出値
ｔｏ：第二上センサの検出値
ｂｏ：第二下センサの検出値
【００４８】
〔ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）〕
図８（ｂ）に示されるように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、回転軌道輪はその荷重の向きに変位し、前記各環状溝３４、３５の位置が軸方向にずれる。このため、前記した通り、車両インナ側の各センサの検出値（本実施の形態では出力電圧）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、車両アウタ側の各センサの検出値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加する。
そこで、図８（ｂ）に示されるように、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（図１２の演算ブロックＢ１参照）。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ） ・・・（１）
このように、車両インナ側の各センサの検出値と車両アウタ側の各センサの検出値の差を取ることで、回転軌道輪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１４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。
【００４９】
〔ｘ軸方向変位とｚ軸方向変位〕
図１２の演算ブロックＢ２に示されるように、ｘ軸方向については、前センサの検出値ｆと後センサの検出値ｒの差によってｘ軸方向変位の検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの検出値ｔと下センサの検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の検出値とする。
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、前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。
【００５０】
本実施の形態では車両インナ側とアウタ側に変位センサ２４を配置しているので、次に示される通り、車両インナ側と車両アウタ側のそれぞれの位置において、ｘ軸方向変位の検出値とｚ軸方向変位の検出値が得られる。
車両インナ側でのｘ軸方向変位の検出値 ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
車両インナ側でのｚ軸方向変位の検出値 ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
車両アウタ側でのｘ軸方向変位の検出値 ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
車両アウタ側でのｚ軸方向変位の検出値 ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
〔ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）〕
次に、図９に示されるように、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を仮定する。
この場合、軸受中心Ｏから車両インナ側センサ（第一センサ部材２１）の検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏから車両アウタ側センサ（第二センサ部材２２）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に対応する検出値は、理論的には次の式で算出されるｍｚで求めることができ、このｍｚは、θが十分に小さい場合にはｘｉと一致する筈である。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
しかし、実際には、センサターゲット４に環状溝３４、３５が形成されているため、図１１（ａ）に示されるように、ｍｚはｘｉとは一致しない。この図１１（ａ）は、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、そのＭｚとｍｚ及びｘｉの検出値との関係を示す直線グラフであり、このように、ｍｚとｘｉの検出値の直線グラフは傾きが一致しない。
【００５１】
そこで、図１１（ｃ）に示されるように、これらの傾きを一致させるために、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ｋｚを導入する。従って、次の式（２）に示す通り、この補正係数ｋｚを前記したｍｚに乗じることで、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（図１２の演算ブロックＢ３及びＢ４参照）。なお、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（前記ｓＦｙ及び後述のｓＭｘなど）と符号を一致させるためのものである。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ ・・・（２）
【００５２】
〔ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）〕
ｘ軸方向とｚ軸方向とは９０度だけ座標変換した関係にある。従って、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、前記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（３）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ ・・・（３）
なお、前記式（３）におけるｋｘは、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（図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）参照）。
【００５３】
〔ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）〕
〔ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）〕
次に、図１０に示されるように、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する。
この場合、車両インナ側でのｘ軸方向変位の検出値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。従って、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、前記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。
なお、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。
従って、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（４）及び式（５）で算出することができる（図１２の演算ブロックＢ４参照）。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ ・・・（４）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ ・・・（５）
【００５４】
図１３は、前述した式（１）〜（５）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。
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）〜（５）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及び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。
【００５５】
図１３のマトリックス図に示されるように、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及びＭｚには反応がなく、これと同様に、当該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及びｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚと線形独立の関係にある。
このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及び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及びＭｚを演算することができる。
【００５６】
本実施の形態では、ＥＣＵなどからなる制御装置３７には、前述した各式（１）〜（５）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、各センサによる８つの検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ及びｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを求めることができる。
【００５７】
図１５は本発明の軸受装置のさらに他の実施の形態を示しており、この実施の形態では変位センサ２４は単列であり、また軸受装置の車両インナ側端部は、回転軌道輪の車両インナ側端部の軸端面とのギャップを検出する軸方向変位センサ４１を備えた蓋部材４２で閉塞されている。なお、図１に示される実施の形態と同一の構成又は要素には、同一の符号を付し、簡単のためにそれらの説明を省略している。
本実施の形態では、変位センサ２４が単列であり、またセンサハウジング１６の車両アウタ側端部の圧入長さが充分であることから、蓋部材４２は、前記センサハウジング１６の車両インナ側端部に外嵌されていないが、図１に示される実施の形態のように、センサハウジング１６よりも高剛性の蓋部材４２を当該センサハウジング１６の車両インナ側端部に外嵌させることもできる。さらに、図１５に示される実施の形態では、変位センサ２４が単列であり、当該変位センサ２４による被検出部の軸方向長さをあまり必要としないことから、センサターゲット４を省略しており、変位センサ２４は内輪部材３の外周面とのギャップを検出するように構成されている。
【００５８】
つぎに、図１５に示される実施の形態のように、単列の変位センサ２４及び軸方向センサ４１を備えた軸受装置における、各荷重の演算方法について説明する。
変位センサ２４は周方向に４箇所（上下の２箇所と前後の２箇所）設けられており、一方、軸方向変位センサ４１は上下方向に２箇所設けられているものとする。
以上のようにセンサを配置した軸受装置において、作用する荷重（タイヤ力）と回転軌道輪の変位とを予め関連付けることによって、当該荷重を求めることができる。つまり、前記変位センサによって、回転軌道輪に作用した荷重のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸についての各方向成分（Ｆｓｘ、Ｆｓｙ、Ｆｓｚ、Ｍｓｘ、Ｍｓｚ）を算出することができる。
【００５９】
前後の変位センサ、上下の変位センサ、上下の軸方向変位センサは演算処理部（図示せず）と接続されている。この演算処理部は、車体側に搭載された制御手段（ＥＣＵ）とすることができ、各変位センサの出力値を演算処理できる。
図１６は、回転軌道輪に取り付けた車輪に力・モーメントを作用させた場合の各変位センサの出力値から求めた回転軌道輪の変位を示したものである。つまり、図１６は、車輪に作用させた荷重として、ｘ軸方向の荷重（Ｆｘ入力）、ｙ軸方向の荷重（Ｆｙ入力）、ｚ軸方向の荷重（Ｆｚ入力）、モーメントについて、ｘ軸回りのモーメント（Ｍｘ入力）、ｚ軸回りのモーメント（Ｍｚ入力）をそれぞれ作用させた場合の、前後の変位センサ、上下の軸方向変位センサ、上下の変位センサによる検出値（ギャップ）から求めた回転軌道輪の各変位をグラフとしてそれぞれ示したものである。
【００６０】
そして、この図１６を行列式として示した（整理した）一般式が式（６）であり、図１６の結果により求めた行列式の行列Ｍは数２によって表される。つまり、式（６）と式（７）は前記各変位センサと各方向の荷重・モーメントとの関係を行列式で表現したものである。そして、この行列Ｍの逆行列Ｍ−1を求めたものが式（８）であり、各変位センサによって得られた値とこの逆行列Ｍ−1とによる式（９）の演算によって、車輪（回転軌道輪）に作用した各軸方向の成分（Ｆｓｘ，Ｆｓｙ，Ｆｓｚ，Ｍｓｘ，Ｍｓｚ）を演算によって求めることができる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
【数２】
【００６３】
【数３】
【００６４】
【数４】
【００６５】
以上の各変位センサと演算処理部とによれば、当該各変位センサからの出力値と、予め記憶させてある所定の関数（逆行列Ｍ−1）との演算によって、車輪（回転軌道輪）に作用している荷重（タイヤ力）の各軸方向の成分（Ｆｓｘ，Ｆｓｙ，Ｆｓｚ，Ｍｓｘ，Ｍｓｚ）を算出することができる。なお、変位センサ２４は中心線Ｃを挟んで上下・前後で対称に配置されていることにより、相互の出力値の差を演算することで温度補正を行う必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の軸受装置の一実施の形態の軸方向断面説明図である。
【図２】図１に示される軸受装置の部分拡大図である。
【図３】図１に示される軸受装置における変位センサと段部の位置関係を表す図である。
【図４】図１に示される軸受装置をインナ側から見た図である。
【図５】図１に示される軸受装置であって、そのインナ側シール装置を取り外した状態を車両インナ側から見た図である。
【図６】（ａ）はセンサ装置によるギャップの検出回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）はコイル素子の機能説明図である。
【図７】各変位センサの配置位置とその検出値の定義を示す図である。
【図８】（ａ）はｓＸｙの演算手法を示すグラフであり、（ｂ）は荷重Ｆｙによる回転軌道輪の変形挙動を示す図である。
【図９】純モーメント状態での回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図１０】モーメント荷重と並進荷重が作用した場合の回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図１１】（ａ）は純モーメント状態におけるｍｚとｘｉの直線グラフであり、（ｂ）は純モーメント状態におけるｍｘとｚｉの直線グラフであり、（ｃ）は補正係数ｋｚ及びｋｘの計算方法を示す式である。
【図１２】制御手段での演算方法を示すブロック図である。
【図１３】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１４】ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向と各荷重の定義を示す車輪部分の斜視図である。
【図１５】本発明の軸受装置の他の実施の形態の軸方向断面説明図である。
【図１６】回転軌道輪に取り付けた車輪に力・モーメントを作用させた場合の各変位センサの出力値から求めた回転軌道輪の変位を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ 外輪
２ 内軸
３ 内輪部材
４ センサターゲット
５ 転動体
７ フランジ部
８ 内側軌道面
９ 外側軌道面
１４ センサ装置
１６ センサハウジング
２１ 第一センサ部材
２２ 第二センサ部材
２４ 変位センサ
４０ 配線基板
４１ 軸方向変位センサ
４２ 蓋部材
５３ 蓋部材
Ｈ 軸受装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は車輪用転がり軸受装置に関する。さらに詳しくは、自動車などの車両に用いられ、当該車両の車輪から情報を得るセンサを備えた車輪用転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車において、走行の際の運転制御を行うために車輪に作用する荷重や車輪の回転速度などといった種々の情報が必要とされている。このような情報を得るために、自動車の車輪が取り付けられる車輪用転がり軸受装置にセンサを設けることが提案されている。
このような車輪用転がり軸受装置として従来から知られているものに、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の径方向内方に設けられ車輪が取り付けられる回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に設けられている複列の転動体とを備えた軸受装置があり、この軸受装置において、前述したセンサを固定軌道輪に設け、このセンサで回転軌道輪の情報を得るように構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１記載の軸受装置は、固定軌道輪において径方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔にセンサが挿入され固定されている。そして、センサの計測部を回転軌道輪の外周面に対向させ、センサが回転軌道輪の情報を取得している。
しかしながら、特許文献１に記載されている車輪用転がり軸受装置は、センサを固定軌道輪に複数設けるために当該固定軌道輪に貫通孔を複数形成する必要がある。この場合、固定軌道輪の製造工程において別の孔開け作業が必要となり、また、それぞれの貫通孔に対してセンサの取り付けが必要であり、組み立て作業が煩雑となる。さらに、センサと回転軌道輪との間のギャップ調整が、それぞれのセンサにおいて必要であり、組み立て工数が多くなるという問題点を有している。
【０００４】
そこで本出願人は、さきに、複数のセンサを有していても各センサの位置調整を省略化でき、容易に組み立てることができる車輪用転がり軸受装置を提案した（特願２００５−２６６４８１。以下、第１の提案という）。
この第１の提案に係る車輪用転がり軸受装置は、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通されかつ車輪の取付部分をアウタ側に有する回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に設けられている複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、前記回転軌道輪のインナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に所定間隔おきに有するケース部材が設けられ、このケース部材が前記固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられていることを特徴としている。
【０００５】
そして、この構成によれば、ケース部材が複数の変位センサを有しており、このケース部材が固定軌道輪のインナ側端部に取り付けられているため、変位センサを個々に固定軌道輪に取り付ける必要がなく、固定軌道輪にセンサのための貫通孔を設ける必要がない。さらに、ケース部材を固定軌道輪に取り付けることによって、回転軌道輪のインナ側端部の外周面に対して各変位センサの位置決めがされるため、組み立てが容易となる。
また、変位センサは、車輪に作用した径方向の荷重により生じた回転軌道輪のインナ側端部の外周面とのギャップの変化を検出することができる。さらに、回転軌道輪が固定軌道輪に対して傾くような変位をした場合（モーメントが作用した場合）、前記ギャップの変化は、軸方向中央部よりもインナ側端部において大きくなるため、そのインナ側端部の外周面を変位センサが計測することで、検出精度を高めることができる。
【０００６】
一方、前記第１の提案に係る車輪用転がり軸受装置では、軸方向の並進荷重を求めるために、回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する別の変位センサを、固定軌道輪のインナ側端部を閉塞するケース部材に増設している。このように回転軌道輪の軸端面での軸方向変位を検出する変位センサを増設すると、回転軌道輪の軸端面が自由端となっている従動輪用の軸受装置には採用できるが、回転駆動輪の軸端面にドライブシャフトの等速ジョイントが連結される駆動輪用の軸受装置に採用することができず、また、従動輪用の軸受装置の場合でも、ＡＢＳセンサなどの荷重計測以外のセンサを装着し難くなることから、本出願人は、さらに、前記別の変位センサを省略することができる車輪用転がり軸受装置を提案している（特願２００５−３２２６５１。以下、第２の提案という）。
【０００７】
この第２の提案に係る車輪用転がり軸受装置は、車体側との固定部分を有する固定軌道輪と、この固定軌道輪に対して同軸心状に配置されかつ車輪の取付部分を有する回転軌道輪と、これらの両軌道輪を相対回転自在とするために当該両軌道輪間に転動自在に設けられた複列の転動体と、前記回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出するために前記固定軌道輪に設けられたセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、前記センサ装置は、前記回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の前記物理量をそれぞれ検出する第一及び第二センサ部材を備えており、これらの各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて前記車輪に作用するモーメント荷重を算出する演算機能を有する制御装置に接続されている。
【０００８】
そして、この構成によれば、回転軌道輪の周側面の変位に伴って変化する物理量を検出する第一センサ部材と第二センサ部材が、回転軌道輪の周側面における軸方向で離れた位置の当該物理量を検出するので、その各センサ部材で検出された検出値の差に基づいて車輪に作用するモーメント荷重を制御装置によって算出することができる。
また、本出願人は、前記第１又は第２の提案に係る車輪用転がり軸受装置において振動によりセンサが破損したりセンサとして機能しなくなったりするのを防止するとともに、結露によりセンサ回路がショートするのを防止して、センサの信頼性を高めるために、前記変位センサを合成樹脂又はゴム系材料で被覆して前記センサハウジングと一体化した車輪用転がり軸受装置を提案している（特願２００６−１８１９５６。以下、第３の提案という）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３４０９２２号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前述した第３の提案に係る車輪用軸受装置において、例えば、周囲の温度が上昇すると、前記センサハウジング（通常、アルミニウムで作製される）、固定軌道輪、及び前記変位センサを被覆する合成樹脂又はゴム系材料は、それぞれ線膨張係数が異なることから、センサハウジングと固定軌道輪との間に温度膨張差が発生する。その際、前記センサハウジングは、その一端側（車両アウタ側）が、止めネジによって固定軌道輪の車両インナ側端部に固定されているが、止めネジにより円周上等配で固定する方法では、ネジによる締結力を全固定箇所で均一にするのは難しく、周方向において締結力にバラツキが生じることがある。
【００１１】
その結果、線膨張係数の大きな合成樹脂又はゴム系材料が一体化されたセンサハウジングが周方向において片寄って膨張し、これにより、前記変位センサとセンサターゲットとの間にズレが生じ、荷重による変位とは異なる、温度によるターゲットの変位が発生する。このため、実際に荷重が作用していないにもかかわらず、センサが誤って出力信号を発する温度ドリフトが発生する可能性があり、このドリフトを抑制することが重要となる。
【００１２】
本発明は、本出願人がさきに提案した第３の提案に係る車輪用転がり軸受装置にさらに改良を加えたものであり、温度ドリフトの発生を防止して、センサの信頼性をさらに高めることができる車輪用転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の車輪用転がり軸受装置は、車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記回転軌道輪の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に有する円環状のセンサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ
前記変位センサが合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジングと一体化されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明の車輪用転がり軸受装置では、センサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されているので、当該センサハウジングを、周方向において均一に固定することができる。これにより、周囲温度が上昇して前記センサハウジングが膨張する場合においても、当該膨張を周方向において均一に拘束することができることから、膨張によるセンサハウジングの軸ズレを防止することができる。その結果、温度ドリフトを防止して、センサの信頼性を高めることができる。
【００１５】
前記センサハウジングがアルミニウムで作製されており、前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状のアルミナが混入されているのが好ましい。この構成によれば、アルミナを混入させることで、合成樹脂又はゴム系材料の線膨張係数をセンサハウジングを構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、当該合成樹脂又はゴム系材料の温度膨張を小さくすることができる。これにより、膨張によるセンサハウジングの軸ズレをさらに防止することができる。
【００１６】
前記センサハウジングの車両インナ側端部に、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材が外嵌されているのが好ましい。センサハウジングの車両インナ側端部を、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材を外嵌させて拘束することで、センサハウジングの温度膨張を抑制して、膨張によるセンサハウジングの軸ズレをさらに防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の車輪用転がり軸受装置によれば、温度ドリフトの発生を防止して、センサの信頼性をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の車輪用転がり軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の軸受装置の一実施の形態の軸方向断面説明図であり、図２は図１に示される軸受装置の部分拡大図である。なお、図１〜２及び後述する図１５において、右側が車両アウタ側（車両の外側）であり、左側が車両インナ側（車両の内側）である。
【００１９】
〔軸受装置の全体構造〕
図１に示されるように、本実施の形態の軸受装置Ｈは、筒状の外輪１と、この外輪１の内部に回転自在に挿通されている内軸２と、この内軸２の車両インナ側端部に外嵌された内輪部材３と、この内輪部材３の車両インナ側端部に外嵌されたセンサターゲット４と、周方向に並ぶ複数の玉からなる複列の転動体５、５とを備えたものであり、これらにより複列アンギュラ玉軸受部が構成されている。転動体５、５としての各列の玉は保持器６によって周方向に所定間隔で保持されている。
【００２０】
なお、本明細書において、軸受装置Ｈの中心線Ｃに沿った方向をｙ軸方向とし、これに直交する紙面貫通方向の水平方向をｘ軸方向とし、ｙ軸方向及びｘ軸方向に直交する鉛直方向をｚ軸方向と定義している。従って、図１４に示されるように、ｘ軸方向は車輪の前後水平方向となり、ｙ軸方向は車輪の左右水平方向（軸方向）となり、ｚ軸方向は上下方向となる。
【００２１】
本実施の形態の軸受装置Ｈにおいて、前記外輪１は車体側に固定される固定軌道輪とされている。他方、前記内軸２と内輪部材３とセンサターゲット４とが車輪側の回転軌道輪とされており、この固定軌道輪と回転軌道輪との間において前記複列の転動体５、５が転動自在に介在されている。これにより、固定軌道輪と回転軌道輪とは互いに同軸状に配置され、固定軌道輪に対して回転軌道輪が車輪（図１４に示すタイヤ及びタイヤホイール）とともに回転自在となっている。
【００２２】
回転軌道輪を構成する内軸２は、径方向外方へ延びるフランジ部７を車両アウタ側に有しており、このフランジ部７が車輪のタイヤホイールやブレーキディスクの取付部分となっている。このタイヤホイールなどは図示しない取付ボルトによって当該フランジ部７に取り付けられる。内輪部材３は内軸２の車両インナ側に形成された段差部分に外嵌され、内軸２の車両インナ側端部に螺合したナット８によって内軸２に固定されている。そして、内軸２の外周面と内輪部材３の外周面とに、転動体５、５の内側軌道面９、９がそれぞれ形成されている。
【００２３】
固定軌道輪を構成する外輪１は、転動体５、５の外側軌道面１０、１０が内周面に形成された円筒状の本体筒部１１と、この本体筒部１１の外周面から径方向外方へ伸びるフランジ部１２とを有している。このフランジ部１２は、車体側部材である懸架装置が有するナックル（図示せず）に固定され、これによって当該軸受装置Ｈが車体側に固定されるようになっている。
【００２４】
本実施の形態の軸受装置Ｈは、回転軌道輪に設けたセンサターゲット４の外周面の変位に伴って変化する物理量（本実施の形態では、センサターゲット４の外周側面とのギャップによって変化するインダクタンス）を検出するためのセンサ装置１４と、このセンサ装置１４を固定軌道輪である外輪１に取り付けるためのセンサハウジング１６とを備えている。このセンサハウジング１６は、短円筒状ないしは短円環状の筒部材からなっており、当該筒部材は軸方向に短い円筒状の金属部材で作製されている。この金属部材としては、長期間使用する間にセンサハウジング１６が磁化してセンサ装置１４の信頼性が低下するのを防ぐために、例えばアルミニウムなどの非磁性材料を用いるのが好ましい。
【００２５】
センサハウジング１６の車両アウタ側端部の外周には、段差部１６ａが形成されており、この段差部１６ａと外輪１の車両インナ側端部とが噛み合うように、前記センサハウジング１６の車両アウタ側端部が外輪１の車両インナ側端部内周面に圧入（内嵌）されている。これにより、当該センサハウジング１６を、周方向において均一に固定することができ、周囲温度が上昇して前記センサハウジング１６が膨張する場合においても、当該膨張を周方向において均一に拘束することができる。その結果、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレを防止することができる。なお、前述した圧入による固定に加え、付加的ないしは補助的に止めネジを用いることもできる。
前記センサハウジング１６の内周側に、内軸２のインナ側端部に取り付けられたセンサターゲット４の外周側面とのギャップを検出するための前記センサ装置１４が搭載されている。
【００２６】
前記センサハウジング１６の車両インナ側端部には、当該センサハウジング１６よりも高剛性の材料からなる蓋部材５３が外嵌されている。センサハウジング１６がアルミニウムで作製される場合、前記蓋部材５３は、アルミニウムよりも高剛性の材料である鉄系材料（例えば、Ｓ４５ＣやＳ５５Ｃ）で作製することができる。センサハウジング１６の車両インナ側端部を、当該センサハウジング１６よりも高剛性の材料からなる蓋部材５３を外嵌させて拘束することで、センサハウジング１６の温度膨張を抑制して、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレをさらに防止することができる。なお、防錆性を確保するために、前記鉄系材料に代えてＳＵＳ系材料を用いることもできる。
【００２７】
〔センサ装置の構造〕
図３及び図５に示されるように、本実施の形態におけるセンサ装置１４は、センサターゲット４の外周側面における軸方向で離れた位置のギャップをそれぞれ検出する第一センサ部材２１と第二センサ部材２２とを備えている。なお、本明細書において、センサ装置１４及びセンサターゲット４に関して、「第一」は車両インナ側を意味し、「第二」は車両アウタ側を意味する。
【００２８】
第一及び第二センサ部材２１、２２は、センサターゲット４の外周面とのギャップの変化をインダクタンスの変化によって検出するインダクタンス型の変位センサよりなり、センサハウジング１６の内周側に軸方向に離れた二列の状態で取り付けられたリング状のセンサコア２３と、このセンサコア２３の周方向に所定間隔おきに配置された複数の変位センサ２４とを備えている。各センサコア２３は、その間に筒状スペーサ５１を介在させた状態でセンサハウジング１６に対して止めネジ５２で固定されている（図１参照）。
【００２９】
第一及び第二センサ部材２１、２２の各変位センサ２４は、前後及び上下の４カ所にそれぞれ設けられ、回転軌道輪のセンサターゲット４の外周面とのｘ軸方向及びｚ軸方向におけるギャップの変化を検出できるように配設されている。
すなわち、車両インナ側の第一センサ部材２１は、回転軌道輪の前後に配置された第一前センサ２４ｆ及び第一後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第一上センサ２４ｔ及び第一下センサ２４ｂとを備えている。また、車両アウタ側の第二センサ部材２２も、回転軌道輪の前後に配置された第二前センサ２４ｆ及び第二後センサ２４ｒと、回転軌道輪の上下にそれぞれ配置された第二上センサ２４ｔ及び第二下センサ２４ｂとを備えている。
【００３０】
これら８つの各変位センサ２４（ｆ、ｒ、ｔ、ｂ）は、それぞれ、センサターゲット４に対する独立した検出面を有する周方向で近接して配置された一対のコイル素子２７、２７を直列に連結することによって構成されている。この一対のコイル素子２７、２７は、センサコア２３の内周側から突設した一対の磁極２８の周囲にコイルを巻き付けて構成されている。これらの磁極２８はセンサコア２３から径方向内方へ突出しており、その径内側の端面（検出面）が、センサターゲット４の外周側面に対して径方向の隙間を有して対向するように配置されている。
【００３１】
このように、本実施の形態の軸受装置Ｈでは、前後及び上下に配置された４つの変位センサ２４を有する、軸方向で離れた第一及び第二センサ部材２１、２２がセンサハウジング１６に一体に搭載されたセンサユニットとなっているので、軸受装置Ｈの組み立ての際に当該センサハウジング１６を外輪１の車両インナ側端部に取り付けるだけで、すべての変位センサ２４を外輪１に取り付けることができる。このため、各変位センサ２４を個別に外輪１に取り付ける必要がなく、しかも、外輪１にセンサ装着用の貫通孔を設ける必要もない。
【００３２】
また、センサハウジング１６を外輪１に取り付けることで、回転軌道輪のセンサターゲット４に対する各変位センサ２４の周方向位置及び径方向位置がそれぞれ位置決めされるので、各変位センサ２４をそれぞれ位置調整しながら取り付ける必要がなく、この点で軸受装置Ｈの組み立てが極めて容易となっている。
また、センサハウジング１６に組み込まれた各変位センサ２４は、回転軌道輪の軸方向中央部（図１に示す軸受中心Ｏに近い部分）よりも外力に対する変形挙動が大きい回転軌道輪のインナ側端部に位置するセンサターゲット４の変形挙動に伴うギャップを検出することになるので、当該ギャップの検出精度が高まるという利点がある。
【００３３】
更に、外輪１の車両インナ側端部にセンサ付きのセンサハウジング１６を取り付けた場合、外輪１のフランジ部１２から比較的遠く離れた位置に変位センサ２４が配置されることになるので、フランジ部１２の周囲の歪の影響を受け難く、この点でギャップの変化を精度よく検出できるという利点もある。
【００３４】
また、本実施の形態では、前記センサハウジング１６と、センサコア２３、コイル素子２７及び当該センサコア２３上に配設され、コイル素子及び検出信号を出力するためのリード線を配線する配線基板４０とが、エポキシ系、アクリル系などの熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ、ＰＡ、ＡＢＳなどの熱可塑性樹脂により封止（モールド）されている。換言すれば、変位センサ２４が合成樹脂で被覆されて前記センサハウジング１６と一体化されている。これにより、前記配線基板４０をセンサコア２３に強固に固定することができ、振動により配線基板４０上の電気素子が破損したり、コイル素子２７が断線したりするのを防止することができる。また、センサコア２３をセンサハウジング１６に固定している止めネジが振動で緩み、センサコア２３にガタが生じて、センサが機能しなくなるのを防止することができる。さらに、配線基板４０を封止していることから、結露などの水分によって配線がショートするのを防止することもできる。なお、合成樹脂に代えて、ゴム系材料で前記配線基板４０などを封止（モールド）するようにしてもよい。
【００３５】
前記センサハウジング１６がアルミニウムで作製される場合、変位センサ２４を被覆するための前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状の水酸化アルミナなどのアルミナを混入させることができる。アルミナを混入させることで、合成樹脂又はゴム系材料の線膨張係数をセンサハウジング１６を構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、当該合成樹脂又はゴム系材料の温度膨張を小さくすることができる。これにより、膨張によるセンサハウジング１６の軸ズレをさらに防止することができる。具体的に、被覆材料としてエポキシ樹脂を用いる場合、このエポキシ樹脂の線膨張係数は６７×１０−６／Ｋであり、鉄（１２×１０−６／Ｋ）やアルミニウム（２３．１×１０−６／Ｋ）の線膨張係数に比べてかなり大きな値であるが、このエポキシ樹脂に水酸化アルミナ（１２．５×１０−６／Ｋ）を、エポキシ樹脂３に対し水酸化アルミナ２の重量比で混入させることで、被覆材料の線膨張係数を３４．３×１０−６／Ｋとすることができる。これにより、センサハウジング１６を構成するアルミニウムの線膨張係数に近づけることができ、被覆材料の温度膨張を小さくすることができる。
【００３６】
図６（ａ）は本実施の形態におけるセンサ装置１４によるギャップの検出回路の一例を示している。同図に示されるように各センサ部材２１、２２の変位センサ２４のうち、上下方向で相対向するセンサ（図６では上センサと下センサ）２４ｔ、２４ｂはそれぞれ発振器３０に接続されており、この発振器３０から一定周期の交流電流が各センサ２４ｔ、２４ｂに供給される。なお、この各センサ２４ｔ、２４ｂには同期用のコンデンサ３１が並列に接続されている。
【００３７】
そして、本実施の形態では、この各センサ２４ｔ、２４ｂでの出力電圧（検出値）を差動アンプ３２で差を取って上下方向の変位量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、水平方向で相対向するセンサについても、前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。
【００３８】
ところで、インダクタンス型の変位センサ２４では、コイル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、検出面からセンサターゲット４までの間隔（ギャップ）をｘとすると、次の式（ａ）が成立する。
Ｌ＝Ａ×μ×Ｎ２／ｘ ・・・（ａ）
従って、センサターゲット４までのギャップｘ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ので、この出力電圧の変動を検出することにより、変位センサ２４の検出面からセンサターゲットまでの径方向のギャップを検出することができる。
【００３９】
そして、本実施の形態では、センサターゲット４に対する独立した検出面を有する一対のコイル素子２７を直列に連結することによって一つの変位センサ２４を構成しているので、図６（ｂ）に示されるように、一つのコイル素子２７で一つの変位センサ２４を構成する場合に比べて発生する磁束密度がより高まっており、これにより、センサターゲットとのギャップの検出感度をより向上させるようにしている。
【００４０】
〔センサターゲットの構造〕
図１〜２に示されるように、前記センサターゲット４は、内輪部材３の車両インナ側端部に外嵌して取り付けられた円筒部材よりなる。このセンサターゲット４の外周面には、車両インナ側の第一センサ部材２１の検出面（磁極２８の先端面）に対向する第一被検出部３４と、車両アウタ側の第二センサ部材２２の検出面に対向する第二被検出部３５とが設けられている。本実施の形態では、これらの被検出部３４、３５は、センサターゲット４の周方向に沿って形成された第一及び第二環状溝により構成されている。
【００４１】
図３に示されるように、車両インナ側の第一環状溝３４は、その車両アウタ側の溝端面３４ａが第一センサ部材２１の検出面Ａ１の中心近傍に位置するように配置され、車両アウタ側の第二環状溝３５は、その車両インナ側の溝端面３５ａが第二センサ部材２２の検出面Ａ２の中心近傍に位置するように配置されている。
このため、回転軌道輪のセンサターゲット４が軸方向の例えば車両インナ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側においては、第一センサ部材２１と第一環状溝３４との軸方向のラップ長が減少して、第一センサ部材２１によるギャップの検出値が減少し、車両アウタ側においては、第二センサ部材２２と第二環状溝３５との軸方向のラップ長が増加して、第二センサ部材２２によるギャップの検出値が増加する。
【００４２】
同様に、回転軌道輪のセンサターゲット４が軸方向の車両アウタ側に距離δだけ変位したとすると、車両インナ側の第一センサ部材２１によるギャップの検出値が増加し、車両アウタ側の第二センサ部材２２によるギャップの検出値が減少する。
このように、本実施の形態におけるセンサターゲット４は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合には、第一及び第二センサ部材２１、２２が検出する検出値に差を生じさせる、軸方向に離れた一対の環状溝３４、３５を外周側面に備えている。
【００４３】
また、前述の通り、これらの環状溝３４、３５は、回転軌道輪が軸方向における同じ向きに変位した場合に各センサ部材２１、２２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。
従って、後述の制御装置における検出値の演算方法でも明らかな通り、車両インナ側の第一センサ部材２１の検出値と車両アウタ側の第二センサ部材２２の検出値の差を取ることにより、回転軌道輪の軸方向への単位並進量に対する検出値が増幅され、これによってセンサ装置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。
【００４４】
なお、図３に示した配置とは逆に、車両インナ側の第一環状溝３４を第一センサ部材２１の検出面Ａ１に対して車両アウタ側にずらし、車両アウタ側の第二環状溝３５を第二センサ部材２２の検出面Ａ２に対して車両インナ側にずらして配置することにしてもよく、この場合でも前記と同様の作用効果が得られる。
前記第一及び第二センサ部材２１、２２を構成する各変位センサ２４は、前記蓋部材５３を貫通する信号線３６（図５参照）を介して例えば車体側のＥＣＵなどからなる制御装置３７に接続されている。各センサから得られた出力電圧（検出値）は、その制御装置３７において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求められる。
【００４５】
〔各荷重の演算方法〕
以下、図７〜１４を参照しつつ、制御装置３７で行われる荷重の演算方法について説明する。なお、図１２は当該制御装置３７での演算方法を示すブロック図である。
【００４６】
〔方向及びセンサ検出値の定義〕
図１４に示されるように、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。
また、図７に示されるように、車両インナ側（第一センサ部材２１）のセンサの検出値に添え字「ｉ」を使用し、車両アウタ側（第二センサ部材２２）のセンサに添え字「ｏ」を使用する。更に、前側のセンサの検出値を「ｆ（front）」と定義し、後側のセンサの検出値を「ｒ（rear）」定義し、上側のセンサの検出値を「ｔ（top）」と定義し、下側のセンサの検出値を「ｂ（bottom）」と定義する。
【００４７】
従って、第一及び第二センサ部材２１、２２に設けられた合計８つのセンサの検出値は、次のように定義される。
ｆｉ：第一前センサの検出値
ｒｉ：第一後センサの検出値
ｔｉ：第一上センサの検出値
ｂｉ：第一下センサの検出値
ｆｏ：第二前センサの検出値
ｒｏ：第二後センサの検出値
ｔｏ：第二上センサの検出値
ｂｏ：第二下センサの検出値
【００４８】
〔ｙ軸方向の並進荷重Ｆｙに対応する独立変数（ｓＦｙ）〕
図８（ｂ）に示されるように、車輪にｙ軸方向の並進荷重Ｆｙが作用した場合、回転軌道輪はその荷重の向きに変位し、前記各環状溝３４、３５の位置が軸方向にずれる。このため、前記した通り、車両インナ側の各センサの検出値（本実施の形態では出力電圧）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、車両アウタ側の各センサの検出値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加する。
そこで、図８（ｂ）に示されるように、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（図１２の演算ブロックＢ１参照）。
ｓＦｙ＝（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ）−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ） ・・・（１）
このように、車両インナ側の各センサの検出値と車両アウタ側の各センサの検出値の差を取ることで、回転軌道輪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１４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。
【００４９】
〔ｘ軸方向変位とｚ軸方向変位〕
図１２の演算ブロックＢ２に示されるように、ｘ軸方向については、前センサの検出値ｆと後センサの検出値ｒの差によってｘ軸方向変位の検出値とし、ｚ軸方向については、上センサの検出値ｔと下センサの検出値ｂの差によってｚ軸方向変位の検出値とする。
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、前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。
【００５０】
本実施の形態では車両インナ側とアウタ側に変位センサ２４を配置しているので、次に示される通り、車両インナ側と車両アウタ側のそれぞれの位置において、ｘ軸方向変位の検出値とｚ軸方向変位の検出値が得られる。
車両インナ側でのｘ軸方向変位の検出値 ｘｉ＝ｆｉ−ｒｉ
車両インナ側でのｚ軸方向変位の検出値 ｚｉ＝−ｔｉ＋ｂｉ
車両アウタ側でのｘ軸方向変位の検出値 ｘｏ＝ｆｏ−ｒｏ
車両アウタ側でのｚ軸方向変位の検出値 ｚｏ＝−ｔｏ＋ｂｏ
〔ｚ軸回りのモーメント荷重Ｍｚに対応する独立変数（ｓＭｚ）〕
次に、図９に示されるように、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を仮定する。
この場合、軸受中心Ｏから車両インナ側センサ（第一センサ部材２１）の検出位置までの軸方向距離をＬｉ、軸受中心Ｏから車両アウタ側センサ（第二センサ部材２２）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に対応する検出値は、理論的には次の式で算出されるｍｚで求めることができ、このｍｚは、θが十分に小さい場合にはｘｉと一致する筈である。
ｍｚ＝Ｌｉ×ｔａｎθ
＝Ｌｉ×ｔａｎ（（ｘｉ−ｘｏ）／（Ｌｉ−Ｌｏ））
しかし、実際には、センサターゲット４に環状溝３４、３５が形成されているため、図１１（ａ）に示されるように、ｍｚはｘｉとは一致しない。この図１１（ａ）は、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、そのＭｚとｍｚ及びｘｉの検出値との関係を示す直線グラフであり、このように、ｍｚとｘｉの検出値の直線グラフは傾きが一致しない。
【００５１】
そこで、図１１（ｃ）に示されるように、これらの傾きを一致させるために、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ｋｚを導入する。従って、次の式（２）に示す通り、この補正係数ｋｚを前記したｍｚに乗じることで、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（図１２の演算ブロックＢ３及びＢ４参照）。なお、右辺のマイナス（−）は、その他の独立変数（前記ｓＦｙ及び後述のｓＭｘなど）と符号を一致させるためのものである。
ｓＭｚ＝−ｍｚ×ｋｚ ・・・（２）
【００５２】
〔ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数（ｓＭｘ）〕
ｘ軸方向とｚ軸方向とは９０度だけ座標変換した関係にある。従って、ｘ軸回りのモーメント荷重Ｍｘに対応する独立変数ｓＭｘは、前記ｓＭｚの場合と同様の考え方により、次の式（３）によって算出することができる。
ｓＭｘ＝ｍｘ×ｋｘ ・・・（３）
なお、前記式（３）におけるｋｘは、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（図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）参照）。
【００５３】
〔ｚ軸方向の並進荷重Ｆｚに対応する独立変数（ｓＦｚ）〕
〔ｘ軸方向の並進荷重Ｆｘに対応する独立変数（ｓＦｘ）〕
次に、図１０に示されるように、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する。
この場合、車両インナ側でのｘ軸方向変位の検出値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。従って、ｘ軸方向の並進加重Ｆｘに対応する独立変数ｓＦｘは、前記ｘｉからｓＭｚを差し引くことによって求めることができる。
なお、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。
従って、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（４）及び式（５）で算出することができる（図１２の演算ブロックＢ４参照）。
ｓＦｚ＝ｚｉ−ｍｘ×ｋｘ ・・・（４）
ｓＦｘ＝ｘｉ−ｍｚ×ｋｚ ・・・（５）
【００５４】
図１３は、前述した式（１）〜（５）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。
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）〜（５）によって得られる各独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及び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。
【００５５】
図１３のマトリックス図に示されるように、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及びＭｚには反応がなく、これと同様に、当該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及びｓＭｚは、車輪に作用する実際の荷重である５分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚと線形独立の関係にある。
このため、それらの独立変数ｓＦｘ、ｓＦｙ、ｓＦｚ、ｓＭｘ及びｓＭｚが求まれば、車輪に作用する５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及び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及びＭｚを演算することができる。
【００５６】
本実施の形態では、ＥＣＵなどからなる制御装置３７には、前述した各式（１）〜（５）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、各センサによる８つの検出値ｆｉ、ｒｉ、ｔｉ、ｂｉ、ｆｏ、ｒｏ、ｔｏ及びｂｏに基づいて、車輪に作用する実際の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ及びＭｚを求めることができる。
【００５７】
図１５は本発明の軸受装置のさらに他の実施の形態を示しており、この実施の形態では変位センサ２４は単列であり、また軸受装置の車両インナ側端部は、回転軌道輪の車両インナ側端部の軸端面とのギャップを検出する軸方向変位センサ４１を備えた蓋部材４２で閉塞されている。なお、図１に示される実施の形態と同一の構成又は要素には、同一の符号を付し、簡単のためにそれらの説明を省略している。
本実施の形態では、変位センサ２４が単列であり、またセンサハウジング１６の車両アウタ側端部の圧入長さが充分であることから、蓋部材４２は、前記センサハウジング１６の車両インナ側端部に外嵌されていないが、図１に示される実施の形態のように、センサハウジング１６よりも高剛性の蓋部材４２を当該センサハウジング１６の車両インナ側端部に外嵌させることもできる。さらに、図１５に示される実施の形態では、変位センサ２４が単列であり、当該変位センサ２４による被検出部の軸方向長さをあまり必要としないことから、センサターゲット４を省略しており、変位センサ２４は内輪部材３の外周面とのギャップを検出するように構成されている。
【００５８】
つぎに、図１５に示される実施の形態のように、単列の変位センサ２４及び軸方向センサ４１を備えた軸受装置における、各荷重の演算方法について説明する。
変位センサ２４は周方向に４箇所（上下の２箇所と前後の２箇所）設けられており、一方、軸方向変位センサ４１は上下方向に２箇所設けられているものとする。
以上のようにセンサを配置した軸受装置において、作用する荷重（タイヤ力）と回転軌道輪の変位とを予め関連付けることによって、当該荷重を求めることができる。つまり、前記変位センサによって、回転軌道輪に作用した荷重のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸についての各方向成分（Ｆｓｘ、Ｆｓｙ、Ｆｓｚ、Ｍｓｘ、Ｍｓｚ）を算出することができる。
【００５９】
前後の変位センサ、上下の変位センサ、上下の軸方向変位センサは演算処理部（図示せず）と接続されている。この演算処理部は、車体側に搭載された制御手段（ＥＣＵ）とすることができ、各変位センサの出力値を演算処理できる。
図１６は、回転軌道輪に取り付けた車輪に力・モーメントを作用させた場合の各変位センサの出力値から求めた回転軌道輪の変位を示したものである。つまり、図１６は、車輪に作用させた荷重として、ｘ軸方向の荷重（Ｆｘ入力）、ｙ軸方向の荷重（Ｆｙ入力）、ｚ軸方向の荷重（Ｆｚ入力）、モーメントについて、ｘ軸回りのモーメント（Ｍｘ入力）、ｚ軸回りのモーメント（Ｍｚ入力）をそれぞれ作用させた場合の、前後の変位センサ、上下の軸方向変位センサ、上下の変位センサによる検出値（ギャップ）から求めた回転軌道輪の各変位をグラフとしてそれぞれ示したものである。
【００６０】
そして、この図１６を行列式として示した（整理した）一般式が式（６）であり、図１６の結果により求めた行列式の行列Ｍは数２によって表される。つまり、式（６）と式（７）は前記各変位センサと各方向の荷重・モーメントとの関係を行列式で表現したものである。そして、この行列Ｍの逆行列Ｍ−1を求めたものが式（８）であり、各変位センサによって得られた値とこの逆行列Ｍ−1とによる式（９）の演算によって、車輪（回転軌道輪）に作用した各軸方向の成分（Ｆｓｘ，Ｆｓｙ，Ｆｓｚ，Ｍｓｘ，Ｍｓｚ）を演算によって求めることができる。
【００６１】
【数１】
【００６２】
【数２】
【００６３】
【数３】
【００６４】
【数４】
【００６５】
以上の各変位センサと演算処理部とによれば、当該各変位センサからの出力値と、予め記憶させてある所定の関数（逆行列Ｍ−1）との演算によって、車輪（回転軌道輪）に作用している荷重（タイヤ力）の各軸方向の成分（Ｆｓｘ，Ｆｓｙ，Ｆｓｚ，Ｍｓｘ，Ｍｓｚ）を算出することができる。なお、変位センサ２４は中心線Ｃを挟んで上下・前後で対称に配置されていることにより、相互の出力値の差を演算することで温度補正を行う必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の軸受装置の一実施の形態の軸方向断面説明図である。
【図２】図１に示される軸受装置の部分拡大図である。
【図３】図１に示される軸受装置における変位センサと段部の位置関係を表す図である。
【図４】図１に示される軸受装置をインナ側から見た図である。
【図５】図１に示される軸受装置であって、そのインナ側シール装置を取り外した状態を車両インナ側から見た図である。
【図６】（ａ）はセンサ装置によるギャップの検出回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）はコイル素子の機能説明図である。
【図７】各変位センサの配置位置とその検出値の定義を示す図である。
【図８】（ａ）はｓＸｙの演算手法を示すグラフであり、（ｂ）は荷重Ｆｙによる回転軌道輪の変形挙動を示す図である。
【図９】純モーメント状態での回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図１０】モーメント荷重と並進荷重が作用した場合の回転軌道輪の変形状態を示す図である。
【図１１】（ａ）は純モーメント状態におけるｍｚとｘｉの直線グラフであり、（ｂ）は純モーメント状態におけるｍｘとｚｉの直線グラフであり、（ｃ）は補正係数ｋｚ及びｋｘの計算方法を示す式である。
【図１２】制御手段での演算方法を示すブロック図である。
【図１３】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１４】ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向と各荷重の定義を示す車輪部分の斜視図である。
【図１５】本発明の軸受装置の他の実施の形態の軸方向断面説明図である。
【図１６】回転軌道輪に取り付けた車輪に力・モーメントを作用させた場合の各変位センサの出力値から求めた回転軌道輪の変位を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ 外輪
２ 内軸
３ 内輪部材
４ センサターゲット
５ 転動体
７ フランジ部
８ 内側軌道面
９ 外側軌道面
１４ センサ装置
１６ センサハウジング
２１ 第一センサ部材
２２ 第二センサ部材
２４ 変位センサ
４０ 配線基板
４１ 軸方向変位センサ
４２ 蓋部材
５３ 蓋部材
Ｈ 軸受装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記回転軌道輪の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に有する円環状のセンサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ
前記変位センサが合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジングと一体化されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
【請求項２】
前記センサハウジングがアルミニウムで作製されており、前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状のアルミナが混入されている請求項１に記載の車輪用転がり軸受装置。
【請求項３】
前記センサハウジングの車両インナ側端部に、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材が外嵌されている請求項１〜２のいずれかに記載の車輪用転がり軸受装置。
【請求項１】
車体側に固定される筒状の固定軌道輪と、この固定軌道輪の内部に回転自在に挿通される回転軌道輪と、これらの軌道輪の間に転動自在に配設される複列の転動体とを備えた車輪用転がり軸受装置であって、
前記回転軌道輪の車両インナ側端部の外周面とのギャップを検出する複数の変位センサを周方向に有する円環状のセンサハウジングの車両アウタ側端部が、前記固定軌道輪の車両インナ側端部内周面に圧入されており、且つ
前記変位センサが合成樹脂又はゴム系材料で被覆されて前記センサハウジングと一体化されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
【請求項２】
前記センサハウジングがアルミニウムで作製されており、前記合成樹脂又はゴム系材料中に粉末状のアルミナが混入されている請求項１に記載の車輪用転がり軸受装置。
【請求項３】
前記センサハウジングの車両インナ側端部に、当該センサハウジングよりも高剛性の材料からなる蓋部材が外嵌されている請求項１〜２のいずれかに記載の車輪用転がり軸受装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−１２８６４０（Ｐ２００８−１２８６４０Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０９９９９（Ｐ２００６−３０９９９９）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【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６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【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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