JP2009133680A - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道部材に作用しているモーメント荷重や軸方向の並進荷重を正確に求めることができると共に、回転軌道部材の回転速度を求めることができ、かつ、小さなスペースでも配置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】駆動用ハブユニットにおいて、内輪２の外周面に外嵌されて固定されたターゲット部材７３の軸方向の一方の側の端面に、切欠き１４０を設ける。ハブ１が回転している状態で、ある時間帯に、センサ面が切欠き１４０の斜面である底面１４２に、その底面の法線方向に対向するように、変位センサ８３を配置する。
【選択図】図１

Description

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、変位センサを有する車輪用転がり軸受（ハブユニット）に関する。

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。

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。

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。また、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。

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は可能である一方、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。

また、上記従来のセンサ付き転がり軸受装置では、回転軌道輪（車輪）の回転速度を検出したい場合、センサ付き転がり軸受装置が大型化するという問題がある。

また、特に、駆動輪用の転がり軸受においては、固定軌道部材と回転軌道部材との間に、センサを配置するスペースが小さいから、車輪に作用している荷重および回転軌道輪（車輪）の回転速度を検出することと、駆動輪用の転がり軸受の大型化を防止することとの両方を実現することが困難であるという問題がある。
特開２００１−２１５７７号公報（図８参照）

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や軸方向の並進荷重を正確に求めることができると共に、回転軌道部材の回転速度を求めることができ、かつ、小さなスペースでも配置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。

また、本発明の課題は、特に、軌道部材に作用しているモーメント荷重や軸方向の並進荷重を正確に求めることができると共に、回転軌道部材の回転速度を求めることができ、かつ、小さなスペースでも配置できる駆動輪用のセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のセンサ付き転がり軸受装置は、
軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
軌道面を外周面に有すると共に、被検出部を表面に有する第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、
上記被検出部の径方向および軸方向の変位を検出するセンサ装置と
を備え、
上記被検出部は、
上記軸方向に互いに間隔をおいて位置すると共に上記外周面の周方向に延在する第１被変位検出部および第２被変位検出部と、
上記第２軌道部材の上記軸方向の端面につながると共に、上記周方向に互いに間隔をおいて位置する複数の被回転速度検出部と
を有し、
上記センサ装置は、
上記第１被変位検出部の少なくとも一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、および、上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置し、かつ、上記第２被変位検出部の少なくとも一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、
上記被回転速度検出部を検出することによって上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の回転速度を検出する回転速度検出部と
を有し、
上記センサ装置からの信号を受けて、上記被検出部に作用している三つの並進荷重と、上記被検出部に作用している二つのモーメント荷重とを算出する演算部
を備えることを特徴としている。

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。

また、本発明によれば、上記回転速度検出部が、第２軌道部材の軸方向の端面につながる被回転速度検出部を検出することによって、上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の回転速度を検出するようになっていて、上記軸方向の端面付近の従来部材が存在しないスペースに回転速度検出部を配置する構成になっているから、センサ付き転がり軸受装置の配置空間を殆ど大きくすることなしに、回転速度検出部を、転がり軸受に配置できる。したがって、従来と比較して、センサ付き転がり軸受装置が殆ど大型化することがない。

また、一実施形態では、上記各被回転速度検出部は、上記端面に上記軸方向に開口する切欠きであり、上記回転速度検出部が上記被回転速度検出部を検出している際、上記回転速度検出部の検出面は、上記切欠きの上記軸方向の開口に対して上記軸方向に間隔をおいて対向している。

上記実施形態によれば、上記端面に軸方向に隣接する箇所にスペースが存在する場合に、このスペースに回転速度検出部を配置できて、上記場合に、従来と比較して、センサ付き転がり軸受装置のサイズを大きくすることなしに、上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の回転速度を検出することができる。

また、一実施形態では、上記各被回転速度検出部は、上記端面に上記軸方向に開口する切欠きであり、上記切欠きは、上記端面から上記軸方向に離れるにしたがって外径がテーパ状に増大する平面状の底面を有し、上記回転速度検出部が上記被回転速度検出部を検出している際、上記回転速度検出部の検出面は、上記底面に対して上記底面の法線方向に間隔をおいて対向している。

上記実施形態によれば、上記回転速度検出部が上記被回転速度検出部を検出している際、上記回転速度検出部の上記検出面が、上記底面に対して上記底面の法線方向に間隔をおいて対向しているから、上記第２軌道部材の端面と外周面との角部の径方向の外方かつ軸方向の外方に、わずかなスペースを設けるだけで、回転速度検出部を配置できて、第２軌道部材の回転速度を検出できる。したがって、転がり軸受が、駆動用の車輪用転がり軸受であっても、その駆動用の車輪用転がり軸受を殆ど大きくすることなしに、第１軌道部材の回転速度を検出できる。

本発明のセンサ付き転がり軸受によれば、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、本発明によれば、上記回転速度検出部が、第２軌道部材の軸方向の端面につながる被回転速度検出部を検出することによって、上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の回転速度を検出するようになっていて、上記軸方向の端面付近の部材が存在しないスペースに回転速度検出部を配置する構成になっているから、センサ付き転がり軸受装置の配置空間を殆ど大きくすることなしに、回転速度検出部を、転がり軸受に配置できる。したがって、従来と比較して、センサ付き転がり軸受装置が殆ど大型化することがない。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

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駆動輪用ハブユニットの等速ジョイント側の一部の軸方向の断面図である、

このハブユニットは、駆動輪用ハブ（以下単に、ハブという）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、および、センサ装置１０を備える。

上記ハブ１は、筒部材で、内周面の一部に雌スプライン（図示せず）を有している。上記ハブ１は、スプライン軸１５にスプライン嵌合している。上記ハブは、小径軸部１９と、大径軸部２０とを有している。上記大径軸部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２０の外周面は、軌道面としてのアンギュラ型の軌道溝（図示せず）を有している。この軌道溝の外径は、小径軸部１９から離れるにしたがって、大きくなっている。

上記ハブ１は、軸方向の大径軸部２０側の端部に、ロータ（あるいは車輪）（図示せず）を取り付けるためのロータ取付用のフランジ（あるいは車輪取付用のフランジ、図示せず）を有している。

上記内輪２は、ハブ１の小径軸部１９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２０側の端面は、上記段部１８に当接している。上記内輪２は、その外周面の大径軸部２０側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２０から離れるにしたがって、大きくなっている。上記内輪２の外周面は、軸方向の大径軸部２０側とは反対側に、円筒外周面２６を有し、この円筒外周面２６は、軌道溝２８の大径軸部２０側とは反対側に位置する軌道肩部２９に段部を介して連なっている。軌道肩部２９は、円筒外周面３５を有している。内輪２の外周面の軸方向の端部に位置する円筒外周面２６の外径は、軌道肩部２９の円筒外周面３５の外径よりも小さくなっている。

上記外輪３は、内軸１の小径軸部１９および大径軸部２０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（図示せず）とを有している。上記外輪３は、軸方向において、第１軌道溝４４の第２軌道溝側とは反対側に、円筒内周面４６を有している。上記円筒内周面４６は、第１軌道面４４の肩部の円筒内周面４８に段部４７を介して連なっている。上記円筒内周面４６の内径は、肩部の円筒内周面４８の内径よりも大きくなっている。

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いる。また、上記複数の第２の玉５は、内軸１の軌道溝と、外輪３の第２軌道溝との間に、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。

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、回転速度検出部７２と、ターゲット部材７３と、変位検出部固定部材５２とを有する。上記センサ装置１０は、軸方向において、第１の玉４の第２の玉５側とは反対側（第１の玉４の車輪側とは反対側）に位置している。

上記変位検出部固定部材５２は、筒部材であって、その外周面の軸方向の端部は、外輪の円筒内周面４６に内嵌されて固定されている。上記変位検出部固定部材５２の軸方向の一方の端面は、外輪３の段部４７に当接している。上記第１および第２変位検出部７０,７１は、互いに軸方向に間隔をおいて、筒部材５２の内周面に固定されている。一方、ターゲット部材７３は、筒形状を有している。ターゲット部材７３の軸方向の一端部は、内輪２の円筒外周面２６に圧入によって押しこまれている。換言すると、ターゲット部材７３の上記一端部は、内輪２の外周面の一端部としての円筒外周面２６に外嵌されて固定されている。上記ハブ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。

上記第２変位検出部７１は、第１変位検出部７０よりも車輪側（ロータ取付用のフランジ５０側）に位置している。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と同一である。第１変位検出部７０の全体は、第２変位検出部７１に略軸方向に重なっている。

上記回転速度検出部７２は、芯金部８０と、芯金部８０に固定された変位センサ８３とを有している。上記芯金部８０は、断面L字状の部分８１と、センサ固定部分８２とを有している。上記断面L字状の部分８１は、軸方向延在部と、径方向延在部とを有し、上記径方向延在部は、上記軸方向延在部の端部につながっている。上記軸方向延在部は、変位検出部固定部材５２の外周面と、ナックル９０の内周面との間に挟まれて固定される一方、上記径方向延在部は、変位検出部固定部材５２の軸方向の端面と、ナックル９０の軸方向の端面との間に挟まれて固定されている。上記芯金部８０は、変位検出部固定部材５２に対して移動できないようになっている。上記センサ固定部８２は、上記径方向延在部の径方向の内方の端部から、上記径方向軸方向の第１の玉４側とは反対側かつ径方向の内方側に延在している。

上記変位センサ８３は、上記センサ固定部８２に固定されている。上記変位センサ８３の検出面（すなわち、回転速度検出部７２の検出面）は、ターゲット部材７３の外周側かつ第１の玉４側とは反対側の角部に対向している。

図２は、ターゲット部材７３の形状を示す模式図である。

図２に示すように、ターゲット部材７３は、軸方向の第１の玉４側とは反対側の端面１４１に軸方向に開口する二つの切欠き１４０を有する。上記切欠き１４０は、上記端面１４１から軸方向に離れるにしたがって外径がテーパ状に増大する平面状の底面（斜面）１４２を有している。

上記ターゲット部材７３は、第１円筒外周面１５０、第２円筒外周面１５１および第３円筒外周面１５２を有する。上記第１円筒外周面１５０の軸方向の一方の端部は、段部１５６を介して第２円筒外周面１５１に連なる一方、第１円筒外周面１５０の軸方向の他方の端部は、段部１５７を介して第３円筒外周面１５２に連なっている。上記第１円筒外周面１５０の外径は、第２円筒外周面１５１の外径よりも小さくなっている。上記第２円筒外周面１５１の外径と、第３円筒外周面１５２の外径とは、同一になっている。

軸方向の端面である段部１５６は、第１被変位検出部を構成し、軸方向の端面である段部１５７は、第２被変位検出部している。また、上記切欠き１４０は、被回転速度検出部を構成している。

上記回転速度検出部７２が、切欠き１４０を検出している際、回転速度検出部７２の検出面は、上記底面１４２に対して底面１４２の法線方向に間隔をおいて対向している。

図３は、第１変位検出部７０および第２変位検出部７１と、ターゲット部材７３との相対位置の関係を示す図である。

上記ターゲット部材７３が変位していない状態で、第１変位検出部７０の径方向の内方の端面は、第２円筒面１５１の第１円筒面１５０側の端部と、第１円筒面１５０の第２円筒面１５１側の端部とに径方向に重なる一方、第２変位検出部７１の径方向の内方の端面は、第３円筒面１５２の第１円筒面１５０側の端部と、第１円筒面１５０の第３円筒面１５２側の端部とに径方向に重なっている。

図４は、第１円筒面１５０と、第１変位検出部７０とを通る径方向の断面図である。
尚、第２変位検出部７１も、上記第１変位検出部７０と同一の構造になっている。上記第２変位検出部７１の構造の説明は、第１変位検出部７０の構造の説明をもって省略する。

図４に示すように、上記第１変位検出部７０は、４つの変位センサ８４を有し、上記４つの変位センサ８４は、ハブ１の周方向に等間隔に配置されている。詳細には、変位センサ８４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径方向に対向する位置、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径方向に対向する位置に設置されている。

以下、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前方側の位置に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とする。

図４に示すように、変位センサ８４ｔは、磁極９９ｔと、コイル１００ｔとを有し、変位センサ８４ｂは、磁極９９ｂと、コイル１００ｂとを有し、変位センサ８４ｆは、磁極９９ｆと、コイル１００ｆとを有し、変位センサ８４ｒは、磁極９９ｒと、コイル１００ｒとを有している。

磁極９９ｔ,９９ｂ,９９ｆ,９９ｒの夫々は、径方向に延在し、径方向の外方の端部は、変位検出部固定部材５２の内周面につながっている。また、コイル１００ｔは、磁極９９ｔの周囲に巻き付けられ、コイル１００ｂは、磁極９９ｂの周囲に巻き付けられ、コイル１００ｆは、磁極９９ｆの周囲に巻き付けられ、コイル１００ｒは、磁極９９ｒの周囲に巻き付けられている。

磁極９９ｔ,９９ｂ,９９ｆ,９９ｒの夫々の径方向の内方の端面は、ターゲット部材７３の外周面に隙間を介して径方向に対向している。磁極９９ｔ,９９ｂ,９９ｆ,９９ｒの夫々の径方向の内方の端面は、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒにおける検出面になっている。第１変位検出部７０の検出面は、磁極９９ｔの径方向の内方の端面、磁極９９ｂの径方向の内方の端面、磁極９９ｆの径方向の内方の端面、および、磁極９９ｒの径方向の内方の端面で構成されている。第１変位検出部７０と、第２変位検出部７１とは、合わせて８個の変位センサを有している（以下、第２変位検出部７１のセンサを、９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒとする）。８個の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒは、同一である（同じ、添え字の変位センサは、軸方向に重なっているものとする）。

図５は、上記第２変位検出部７１に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。尚、説明は省略するが、第１変位検出部７０にも、第２変位検出部７１に接続されたのと同一のギャップ検出回路が接続されている。

図５に示すように、鉛直方向に位置する２つの変位センサ９４ｔ,９４ｂ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、変位センサ９４ｔ,９４ｂに供給されるようになっている。変位センサ９４ｔ,９４ｂの夫々には、同期用のコンデンサ１３１が並列に接続されている。

そして、変位センサ９４ｔと変位センサ９４ｂの出力電圧の飽絡線の値（以下、各変位センサにおいて、下記に詳述する変位センサの出力電圧の飽絡線の値を、変位検出値と呼ぶことにする）を、差動アンプ１３２に入力して、鉛直方向に対応する出力電圧（変位検出値）とすることにより、温度ドリフトのノイズを取り除くと共に、差動増幅によって鉛直方向の変位信号の感度を略２倍に向上するようにしている。なお、説明は省略するが、前後方向に位置する２つの変位センサ９４ｆ,９４ｒ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のノイズを取り除くと共に、前後方向の変位信号の感度を略２倍に向上するようにしている。

各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒの夫々において、インダクタンスをＬ、変位センサの検出面の面積をＡ、透磁率をμ、コイルの巻き数をＮ、変位センサの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×Ｎ^２／ｄ ・・・（ａ）

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８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒ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２４の検出面からターゲット部材７３までの径方向のギャップを検出するようになっている。

図６は、ターゲット部材７３の変位を検出するメカニズムについて説明するための図であり、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第１円筒面１５０、第２円筒面１５１および第３環状溝１５２の位置関係を示す図である。

尚、説明しないが、変位センサ８４ｂの検出面、変位センサ９４ｂの検出面、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係と同一である。また、変位センサ８４ｆの検出面、変位センサ９４ｆの検出面、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係と同一である。また、変位センサ８４ｒの検出面、変位センサ９４ｒの検出面、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係は、変位センサ８４ｔの検出面Ａ１、変位センサ９４ｔの検出面Ａ２、第２円筒面１５１および第３円筒面１５２の位置関係と同一である。

図６に示すように、軸方向において、検出面Ａ１の中央部は、第２円筒面１５１の第３円筒面１５２側の縁（段部１５６）に略一致している一方、検出面Ａ２の中央部は、第３円筒面１５２の第２円筒面１５１側の縁（段部１５７）に略一致している。

この状態から仮にターゲット部材７３が軸方向の第１の玉４側とは反対側に距離δだけ変位したとすると、検出面Ａ１と第２円筒面１５１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３円筒面１５２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のギャップの変位検出値が減少する一方、変位センサ９４のギャップの変位検出値が増大する。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８４ｔが検出する変位検出値と、変位センサ９４ｔとが検出する変位検出値とに差が生じる。

第２円筒面１５１および第３円筒面１５２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８４ｔと変位センサ９４ｔが検出する変位検出値を正負逆向きに変化させるように、変位センサ８４ｔ,９４ｔに対する軸方向位置が設定されている。変位センサ８４ｔの変位検出値と、変位センサ９４ｔの変位検出値の差を取ることにより、内輪２（ハブ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。

車両の中心側（以下、インナ側という）の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ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９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒの変位検出値の差（同じ添え字を有する変位センサの変位検出値の差）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。

尚、図６に図示した配置とは逆に、インナ側の第１円筒面を、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２円筒面を第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が得られる。

再び、図５を参照して、上記センサ装置１０は、演算部としての信号処理部１３９を有し、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒは、信号線３６を介して信号処理部１３９に接続されている。各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒから得られた出力電圧（変位検出値）は、信号処理部１３９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を、算出するようになっている。

図７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８Ａ、図８Ｂ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８Ａは、変位センサを、径方向の外方からみた図であり、図８Ｂは、変位センサを、軸方向からみた図である。

図７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。

また、図８Ａに示すように、インナ側の変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒの変位検出値に、添え字「ｉ」を使用し、アウタ側の変位センサ９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒに添え字「ｏ」を使用する。また、上ですでに説明したように、前側のセンサの変位検出値を「ｆ（front）」と定義し、後側のセンサの変位検出値を「ｒ（rear）」と定義し、上側のセンサの変位検出値を「ｔ（top）」と定義し、下側のセンサの変位検出値を「ｂ（bottom）」と定義する。

尚、図８Ｂ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、軸方向に正確に重なっているといる事実は、上述した第１変位検出部７０の全体が、略第２変位検出部７１に軸方向に重なっているという事実と整合している。

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

図９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９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。

図９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、第１および第２円筒面１５１,１５２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。

そこで、図１０、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）

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。

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。

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。

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

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。

図１１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。

軸受装置の中心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１１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）

しかし、実際には、ターゲット部材７３に、第１および第２円筒面１５１,１５２が形成されているため、図１２、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。

このため、図１３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）

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。

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。

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）

なお、上記式（４）におけるｋｘは、図１３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１４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。

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。

図１５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。

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。

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）

図１６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１６に示すように、ｓＦｙを先ず求め、その値を元に、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。

図１７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。

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。

図１７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。

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。

本実施形態では、ＥＣＵ等よりなる前記信号処理部１３９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。

また、上記信号処理部１３９には、回転速度検出部７２の変位センサ８３からの変位信号が出力されるようになっている。詳述しないが、変位センサからの信号は、信号処理部１３９で周知の方法で２値化されて、この２値化された信号に基づいて、信号処理部１３９でハブ１の回転速度が算出されるようになっている。

尚、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒからの信号には、回転同期成分が含まれている。各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒから回転同期成分を除かなくても、ターゲット部材７３に作用している上記５荷重の計算を行うことができる。

しかしながら、上記信号処理部１３９で算出されたハブ１の回転速度の周波数と同じ周波数の成分を、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒの変位から取り除くようにすると、各変位センサ８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒの変位から回転同期成分を除去することができ、より正確に変位を検出することができる。

すなわち、回転速度検出部７２は、ＡＢＳセンサの機能を果たすことは勿論のこと、回転速度検出部７２からの信号を用いると、変位を精密に計算することができるのである。

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、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置によれば、上記回転速度検出部７２が切欠き１４０を検出している際、上記回転速度検出部７２の検出面が、切欠き１４０の底面１４２に対して底面１４２の法線方向に間隔をおいて対向しているから、第２軌道部材のターゲット部材７３の端面１４１と第１外周面１５０との角部の径方向の外方かつ軸方向の外方に、わずかなスペースが存在するだけの駆動輪用ハブユニットであっても、回転速度検出部７２を配置できて、従来と比較して、駆動輪用ハブユニットを大型化させることなしに、ハブ１の回転速度を検出できる。

尚、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、切欠き１４０の数は、２つであったが、この発明では、切欠きの数は、３以上の複数個であっても良い。

また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、第１、第２および被変位検出部および被回転速度検出部の夫々が、ハブ１と別体のターゲット部材７３の一部であったが、この発明では、ターゲット部材がなくて、第１、第２および被変位検出部および被回転速度検出部の夫々が、内軸、ハブまたは内輪の一部であっても良い。また、上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置では、ハブ１に、ハブ１と別体の内輪２が嵌合される構成であった。

しかしながら、この発明では、内輪がなくて、第２軌道部材が、内軸（上記実施形態で、軸とハブが一体になった部材）またはハブ単体で構成されるか、または、内軸とターゲット部材、または、ハブとターゲット部材で構成されても良く、内軸またはハブが、外周面に二つの軌道面を有する構成であっても良い。

また、この発明で使用できるセンサ装置は、上記実施形態で用いたセンサ装置１０に限らず、以下の図１８、図１９および図２０に一部が示されるセンサ装置であっても良い。

詳しくは、図１８に示すセンサ装置４００のように、ターゲット部材４７３に、上記実施形態のように二つの段部を形成せず、周囲の構成材料よりも大きい（或いは小さい）透磁率を有する環状の環状帯部４３４,４３５を形成しても良い。上記環状帯部４３４,４３５は、例えば鋼材の場合には、含有カーボン量を変えることによって、形成することができる。また、上記実施形態のように、軸方向の端面に切欠きを設ける代わりに、その切欠きと同一の形状を有すると共に、周囲の構成材料よりも大きい（或いは小さい）透磁率を有する箇所を設け、これを、被回転速度検出部としても良い。

また、図１９に示すセンサ装置５００のように、ターゲット部材５７３において、外周面が円筒面の凸部５４１,５４２を形成し、上記実施形態において第１円筒面１５０が形成されていた位置に、凸部５４１,５４２よりも外径が小さい円筒面５５０を形成しても良い。

また、図２０に示すセンサ装置６００のように、ターゲット部材６７３の外周面に、軸方向の断面において、傾斜方向が互いに逆向きの傾斜部６４３,６４４を形成しても良い。なお、図２０では、両傾斜部６４３,６４４は、接合部分が谷形となっているが、その接合部分を、山形となる両傾斜部としても良いことは言うまでもない。

また、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、内周側の内軸やハブ等が、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。

また、本発明で使用できるセンサ装置は、実施形態で説明したインダクタンス型の変位センサに限らない。すなわち、本発明で使用できるセンサ装置は、ギャップを検出できる非接触式のものであれば、如何なる変位センサであっても良い。例えば、ホール素子等を使用したセンサ装置を使用しても良い。

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。

また、上記実施形態では、センサ付き転がり軸受装置が、駆動輪用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、駆動輪用ハブユニットに限らず、従動輪用ハブユニットであっても良い。

図２１は、センサ付き転がり軸受装置が、従動輪用ハブユニットである場合に使用できるターゲット部材８７３を示す図である。

従動輪用ハブユニットの場合には、駆動輪用ハブユニットと比較して、軸方向のスペースが大きくできる。したがって、図２１に示すように、各被回転速度検出部を、軸方向の端面に軸方向に開口すると共に、直方体状の切欠き９４０とし、かつ、回転速度検出部を、被回転速度検出部を検出している際、回転速度検出部の検出面が、切欠き９４０の軸方向の開口に対して軸方向に間隔をおいて対向するように配置することができる。

上記実施形態では、上記センサ装置１０は、演算部としての信号処理部１３９を有し、上述の演算方法で、車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重を、算出するようになっていた。しかしながら、この発明では、次に示す実施形態のように、演算部としての信号処理部において、上述の演算方法の代わりに、次に示す演算を行って、車輪に作用する各方向のモーメント荷重及び並進荷重を、算出しても良い。

すなわち、上述の実施形態と同様にして、センサ装置が有する合計８つのセンサの変位検出値を、次のように定義し、
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
更に、５つの差動信号、ｘ１、ｘ２、ｚ１、ｚ２およびｙ１を、次のように定義する。

ｘ１＝ｆｉ−ｒｉ
ｘ２＝ｆｏ−ｒｏ
ｚ１＝ｂｉ−ｔｉ
ｚ２＝ｂｏ−ｔｏ
ｙ１＝ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）
ここで、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、ｘ１は、インナ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値を示し、ｚｉは、インナ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値を示し、ｘｏは、アウタ側でのｘ軸方向の変位の変位検出値を示し、ｚｏは、アウタ側でのｚ軸方向の変位の変位検出値を示すことになる。

図２２〜図２６は、上記差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。図２２〜図２６において、縦軸は、差動信号の値（ここでは、差動信号は、電圧の値で示している）であり、横軸は、実際に、ハブユニットに作用している力、または、モーメントの値である。

具体的には、図２２は、ハブユニットに図８に矢印Ｆｘで示す方向のみに力がかかっている場合の上記差動信号の出力を示すものであり、図２３は、ハブユニットに図７に矢印Ｆｙで示す方向のみに力がかかっている場合の上記差動信号の出力を示すものであり、図２４は、ハブユニットに図７に矢印Ｆｚで示す方向のみに力がかかっている場合の上記差動信号の出力を示すものである。

また、図２５は、車輪に図７に矢印Ｍｚで示すモーメント荷重のみがかかっている場合の上記差動信号の出力を示すものであり、図２６は、車輪に図７に矢印Ｍｚで示すモーメント荷重のみがかかっている場合の上記差動信号の出力を示すものである。

図２２に示すように、ハブユニットにｘ方向の力のみがかかっている場合、その力の大きさ（Ｆｘ）と、ｘ方向の差動信号の値とが、線形関係（比例関係）を示している。また、図２３に示すように、ハブユニットにｙ方向の力のみがかかっている場合、その力の大きさ（Ｆｙ）と、ｙ方向の差動信号の値とが、線形関係（比例関係）を示している。また、図２４に示すように、ハブユニットにｚ方向の力のみがかかっている場合、その力の大きさ（Ｆｚ）と、ｚ方向の差動信号の値とが、線形関係（比例関係）を示している。

また、図２５および図２６に示すように、車輪にｘ軸の回りのモーメント荷重がかかっている場合、そのモーメントの大きさ（Ｍｘ）と、ｚ方向の差動信号の値とが、線形関係（比例関係）を示していると共に、車輪にｚ軸の回りにモーメント荷重がかかっている場合、そのモーメントの大きさ（Ｍｚ）と、ｘ方向の差動信号の値とが、線形関係（比例関係）を示している。

図２５および図２６において、インナ側のセンサの方が、アウタ側（車輪側）のセンサよりも値が大きくなっているのは、車輪からの距離が大きいことによるものである。

図２２、２４、２５、２６において、ｙ方向の差動信号が０（ゼロ）でない値（クロストーク）を示している。これは、本来０（ゼロ）である筈の値である。このクロストーク信号は、センサの検出能力を、高くしたことによって発生すると考えられる誤信号であり、荷重の算出に何等影響を与えない信号である。

図２２〜図２６に示すように、力（荷重）と、各差動信号とは、線形関係（比例関係）にある。

したがって、図２２〜図２６より、下の関係（１）が成立する。

ここで、例えば、ｍ１１は、図２２におけるｘ１の傾きを示す定数であり、他の行列要素も、図２２〜２６の各直線の傾きから決定される定数である。

上記（１）から下の（２）式が導かれる。

本実施形態のハブユニットの信号処理部は、記憶部を有し、この記憶部には、上記（２）式のｎｉｊ（ｉとｊの夫々は、１〜５の値をとる）で示された５行５列の定数行列の２５個の要素が、ルックアップテーブルとして、予めインプットされている。

本実施形態のハブユニットでは、各センサが、信号処理部に信号を出力すると、信号処理部が、それらの信号に基づいて、差動信号ｘ１、ｘ２、ｚ１、ｚ２およびｙ１を算出する。そして、その後に、その算出されたｘ１、ｘ２、ｚ１、ｚ２およびｙ１と、上記記憶部に記憶されている５行５列の定数行列の２５個の要素ｎｉｊとから（２）式の演算を行って、ハブユニットに作用している実際の力（荷重）であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを算出するようになっている。

上記実施形態のハブユニットによれば、上記ｎｉｊを参照するだけで、簡単安価かつ正確に、車両の上下方向の並進荷重、車両の進行方向の並進荷重、車輪の軸方向の並進荷重、車両の上下方向の回りのモーメント荷重、車両の進行方向の回りのモーメント荷重を算出することができる。

尚、上記実施形態のハブユニットでは、ｙ方向の差動信号を、ｙ１＝ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）としたが、この発明のセンサ付き転がり軸受装置では、ｙ１＝ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ）の代わりに、ｆｉ−ｆｏ、ｒｉ−ｒｏ、ｔｉ−ｔｏ、ｂｉ−ｂｏ、ｆｉ＋ｒｉ−（ｆｏ＋ｒｏ）等、第１変位検出部を構成する４つのセンサのうちの少なくとも一つのセンサの出力と、この４つのセンサのうちの少なくとも一つのセンサに軸方向に略重なる上記第２変位検出部の少なくとも一つのセンサの出力との差を、ｙ方向の差動信号として採用しても良い。

上記実施形態では、５つの差動信号より、５つの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、ＭｘおよびＭｚを算出した。

しかしながら、以下に説明するこの発明の他の実施形態のように、算出部としての信号処理部で、上記説明の演算の代わりに、以下に示す演算を行っても良い。

車輪の半径は、動的に変動し固有値として扱うと誤差を生じる場合があるが、検出信号を車両制御に用いる場合、計測器レベルの精度（≦１〜２％）は必要がなく、タイヤ半径を固定値としても車両制御に大きな影響は出ない。また、実際の車両では、Ｍｘのみが発生することは無く、Ｍｘは、Ｆｙによって発生する。したがって、タイヤ半径Ｒを、固定値と見なせばＭｘ≒Ｆｙ×Ｒが成立する。

このことから、ｆｉ−ｒｉと、ｔｉ−ｂｉと、ｆｏ−ｒｏと、ｔｏ−ｒｏと、（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ））とのうちの４つの値と、４行４列の定数行列と、Ｆｙ＝Ｍｘ÷Ｒという関係式に基づいて、上記Ｆｚ、上記Ｆｘ、上記Ｆｙ、上記Ｍｚ、および、上記Ｍｘを算出しても良い。
具体的には、例えば、次の（４）式で、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｚを求め、その後、求められたＭｘから、Ｆｙ＝Ｍｘ÷Ｒの式に基づいて、Ｆｙを算出しても良い。

先ず、上記図２２〜図２６より、下の関係（３）が成立する４行４列の定数行列を求める。

この４行４列の逆行列を使用して、

尚、この場合、算出部としての信号処理部の記憶部には、ルックアップテーブルとして、上記ｐｉｊ（ｉ,ｊ＝１〜４）の値が予めインプットされていることは言うまでもない。

尚、上記（３）、（４）の代わりに、下の（５）、（６）式と、Ｆｙ＝Ｍｘ÷Ｒとに基づいて、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｚを求めても良いことは、言うまでもない。

先ず、上記図２２〜図２６より、下の関係（５）が成立する４行４列の定数行列を求める。

この４行４列の逆行列を使用して、

尚、この場合、算出部としての信号処理部の記憶部には、ルックアップテーブルとして、上記ｑｉｊ（ｉ,ｊ＝１〜４）の値が予めインプットされていることは言うまでもない。

要は、以下のステップにより、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、および、Ｍｚを算出することができる。

すなわち、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｚの４元ベクトルか、または、Ｆｘ、Ｆｚ、Ｍｚ、Ｍｘの４元ベクトルかいずれかを採用すると共に、５つの差動信号のうちの任意の４つの差動信号を採用する。その後、採用した４元ベクトルと、４つの差動信号に対して、上記（５）式に相当する式を作成して、４行４列の定数行列を求める。その後、その定数行列の逆行列から上記（６）式に相当する式を導き出す。最後に、採用した４つの差動信号の実際の値と、上記（６）式に相当する式と、Ｆｙ＝Ｍｘ÷Ｒとから、上記Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、および、Ｍｚを算出する。

この４行４列の定数行列を用いた、変形例によれば、４つの信号によって、５つの荷重を算出することができる。したがって、センサは、５つの信号でなくて、４つの信号を出力すれば良いから、センサ配置の自由度および被変位検出部の構造の自由度を格段に大きくすることができる。したがって、被変位検出部の加工を格段に簡略化できると共に、被変位検出部を、実装する形式の場合においては、被変位検出部の実装を格段に簡略化することができる。また、算出部としての信号処理部の演算を格段に簡略化することができる。

尚、４行４列の定数行列を用いて、５つの荷重を算出する場合においても、（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ））に代わりに、第１変位検出部の一つのセンサの出力から、その一つのセンサに上記軸方向に略重なる上記第２変位検出部の一つのセンサの出力を引いた値か、または、第１変位検出部の三つ以下のセンサの出力の和から、その三つ以下のセンサに上記軸方向に略重なる上記第２変位検出部の複数のセンサの出力の和を引いた値を使用しても良いことは、勿論である。尚、（ｆｉ＋ｒｉ＋ｔｉ＋ｂｉ−（ｆｏ＋ｒｏ＋ｔｏ＋ｂｏ））を用いると、上下方向および前後方向を平均化することができて、好ましいことは言うまでもない。

尚、この発明のセンサ付き転がり軸受装置が、例えば、磁気軸受装置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ことは言うまでもない。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。

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駆動輪用ハブユニットの等速ジョイント側の一部の軸方向の断面図である。 上記実施形態のセンサ付き転がり軸受装置が有するターゲット部材の形状を示す模式図である。 第１変位検出部および第２変位検出部と、ターゲット部材との相対位置の関係を示す図である。 第１円筒面と、第１変位検出部とを通る径方向の断面図である。 第２変位検出部に接続されたギャップ検出回路の一例を示す図である。 ターゲット部材の変位を検出するメカニズムについて説明するための図である。 本実施形態で使用する方向について説明する図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 補正係数について説明する図である。 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。 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。 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。 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。 センサ装置の変形例を模式的に示す図である。 センサ装置の変形例を模式的に示す図である。 センサ装置の変形例を模式的に示す図である。 センサ付き転がり軸受装置が、従動輪用ハブユニットである場合に使用できるターゲット部材を示す図である。 差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。 差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。 差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。 差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。 差動信号の値と、実際にハブユニットに係っている力または荷重との関係を調査した一実験例を示すグラフである。

符号の説明

ハブ 内軸
２ 内輪
３ 外輪
４ 第１の玉
５ 第２の玉
７０ 第１変位検出部
７１ 第２変位検出部
７２ 回転速度検出部７
７３ ターゲット部材
８４ｔ,８４ｂ,８４ｆ,８４ｒ,９４ｔ,９４ｂ,９４ｆ,９４ｒ 変位センサ
１３９ 信号処理部
１５６,１５７ 段部
１４０,９４０ 切欠き

Claims (3)

1. 軌道面を内周面に有する第１軌道部材と、
   軌道面を外周面に有すると共に、被検出部を表面に有する第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、
   上記被検出部の径方向および軸方向の変位を検出するセンサ装置と
   を備え、
   上記被検出部は、
   上記軸方向に互いに間隔をおいて位置すると共に上記外周面の周方向に延在する第１被変位検出部および第２被変位検出部と、
   上記第２軌道部材の上記軸方向の端面につながると共に、上記周方向に互いに間隔をおいて位置する複数の被回転速度検出部と
   を有し、
   上記センサ装置は、
   上記第１被変位検出部の少なくとも一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、および、上記第１変位検出部に上記軸方向に間隔をおいて位置し、かつ、上記第２被変位検出部の少なくとも一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、
   上記被回転速度検出部を検出することによって上記第１軌道部材に対する上記第２軌道部材の回転速度を検出する回転速度検出部と
   を有し、
   上記センサ装置からの信号を受けて、上記被検出部に作用している三つの並進荷重と、上記被検出部に作用している二つのモーメント荷重とを算出する演算部を備えることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
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、
   上記各被回転速度検出部は、上記端面に上記軸方向に開口する切欠きであり、
   上記回転速度検出部が上記被回転速度検出部を検出している際、上記回転速度検出部の検出面は、上記切欠きの上記軸方向の開口に対して上記軸方向に間隔をおいて対向していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
3. 請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置において、
   上記各被回転速度検出部は、上記端面に上記軸方向に開口する切欠きであり、
   上記切欠きは、上記端面から上記軸方向に離れるにしたがって外径がテーパ状に増大する平面状の底面を有し、
   上記回転速度検出部が上記被回転速度検出部を検出している際、上記回転速度検出部の検出面は、上記底面に対して上記底面の法線方向に間隔をおいて対向していることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。

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