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KR100859958B1 - 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 - Google Patents

구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 Download PDF

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KR100859958B1
KR100859958B1 KR1020057014998A KR20057014998A KR100859958B1 KR 100859958 B1 KR100859958 B1 KR 100859958B1 KR 1020057014998 A KR1020057014998 A KR 1020057014998A KR 20057014998 A KR20057014998 A KR 20057014998A KR 100859958 B1 KR100859958 B1 KR 100859958B1
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sensor
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rolling
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도모유키 야나기사와
가츠토시 마츠오카
이쿠노리 사카타니
신 구마가이
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

공전 속도 검출 센서 (24) 에 의해서 외측 열을 구성하는 볼 (8,8) 의 공전 속도가 검출된다. 또한, 회전 속도 검출 센서 (25) 에 의해서 허브 (1a) 의 회전 속도가 검출된다. 두 개의 센서 (24, 25) 로부터 검출된 신호에 의거하여 상기 공전 속도와 상기 회전 속도의 비인 속도비가 얻어진다. 축방향 하중이 변하여 볼 (8, 8) 의 접촉각이 변하면 공전 속도도 변하게 되어 속도비가 변하게 된다. 그러므로 상기 속도비의 변화에 의거하여 축방향 하중이 산출된다.
따라서, 허브 (1a) 와 외륜 (4a) 사이에 가해지는 축방향 하중을 검출할 수 있으며 저비용으로 이루어지는 구성을 구현할 수가 있다.

Description

구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 {LOAD-MEASURING DEVICE FOR ROLLING BEARING UNIT}
본 발명에 의한 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 및 하중 측정용 구름 베어링 유닛은, 예를 들어, 자동차, 철도 차량, 각종의 반송차 등과 같은 이동체의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 구름 베어링 유닛의 개량에 관한 것으로, 이 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 측정함으로써, 상기 이동체의 주행 안정성의 향상을 이루기 위해 활용된다.
예를 들어, 자동차의 차륜은 현가 장치에 의하여, 복열 앵귤러 접촉 구름 베어링 유닛을 통하여 회전 가능하게 지지 된다. 또한, 차량의 주행 안정성을 확보하기 위하여, 안티-록-브레이크 시스템(anti-lock brake system; ABS)이나 트랙션 제어 시스템(traction control system; TCS), 차량 안정성 제어 시스템(vehicle stability control system; VSC) 등이 사용된다. 각종의 차량 주행 안정 시스템을 제어하기 위해서는, 차륜의 회전 속도, 차체에 가해지는 각 방향의 가속도 등과 같은 여러 가지 신호가 필요하다. 그리고 보다 고도의 제어를 하기 위해서는, 차륜을 통하여 상기 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중의 크기를 아는 것이 바람직한 경우가 있다.
이러한 사정을 감안하여, 일본 공개특허공보 JP-A-3-209016호(이하, 특허 문헌 1로 약칭)에는 도 5 에 도시되는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치가 기재되어 있다. 우선, 아래에 상기 종래 시스템의 구성을 설명한다. 차륜을 지지하기 위한 회전 측 플랜지 (2) 는 회전륜이며 동시에 내륜 상당부재인 허브 (1) 의 외단부(여기서, 축방향의 "외측"이란 차량에 조립된 상태에 있어서 차폭 방향에서의 외측을 의미하고, 도 1, 도 2, 도 5 에 있어서의 좌측에 해당한다.)의 외주면에 고정된다. 또한, 복열 내륜 궤도 (3, 3) 는 허브 (1) 의 중간부 및 내단부(여기서, 축방향의 "내측"이란 차량에 조립된 상태에 있어서 차폭 방향에서의 중간 측을 의미하고, 도 1, 도 2, 도 5 에 있어서의 우측에 해당한다.)의 외주면에 형성된다.
한편, 현가 장치를 구성하는 너클 (5) 상에 외륜 (4) 을 지지/고정하기 위한 고정측 플랜지 (6) 는 허브 (1) 와 동심으로 허브 (1) 둘레에 배치된 외륜 (4) 의 외주면에 고정되어 정지륜의 역할을 한다.
또한, 외륜 (4) 의 내주면 상에는 복열 외륜 궤도 (7, 7) 가 형성된다. 그리고 각각 전동체로 작용하는 복수의 볼 (8, 8) 이 외륜 궤도 (7, 7) 와 내륜 궤도 (3, 3) 사이에 각각 회전 가능하게 제공되어, 허브 (1) 는 외륜 (4) 의 내경 측 상에 회전 가능하게 지지 된다.
또한, 하중 센서 (11) 는 고정측 플랜지 (6) 의 내측 면 상에서 나사 구멍 (10) 을 각각 둘러싸는 복수의 개소에 각각 부착된다. 고정측 플랜지 (6) 를 너클 (5) 에 결합하기 위한 볼트 (9) 는 나사 구멍 (10) 안으로 나사 결합 된다. 이들 하중 센서 (11) 는 너클 (5) 의 외면과 고정측 플랜지 (6) 의 내면 사이에서 외륜 (4) 이 너클 (5) 에 지지/고정되는 상태로 유지된다.
선행 기술에서 공지된 이러한 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치의 경우에 있어서, 차륜(도시되지 않음)과 너클 (5) 사이에 축방향의 하중이 가해지면, 너클 (5) 의 외면과 고정측 플랜지 (6) 의 내면은 하중 센서 (11) 를 축방향 양측으로부터 서로 강하게 누른다. 따라서, 이들 하중 센서 (11) 의 측정값들을 합산함으로써 상기 휠과 너클 (5) 사이에 작용하는 축방향의 하중을 검출할 수 있다.
도 5 에 도시하는 종래 구성의 경우에 있어서는, 외륜 (4) 을 너클 (5) 에 지지/고정하는 볼트 (9) 의 개수만큼 하중 센서 (11) 를 구비하여야 한다. 하중 센서 (11) 는 그 자체로 고가라는 사실을 감안하면 전체 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치에 드는 비용의 상당한 증가를 피할 길이 없다.
본 발명은 제어에 요구되는 정확도를 가지면서도 각 휠에 가해지는 축방향 하중을 측정할 수 있고 또한 저 비용으로 제조될 수 있는 구성을 갖추려는 이러한 사정을 감안해서 이루어졌다.
본 발명의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치는, 사용시에 회전하지 않는 정지륜과, 이 정지륜과 동심으로 배치되고 사용시에 회전하는 회전륜과, 이들 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전 측 궤도 사이에 구름 가능하게 제공된 복수의 전동체와, 이들 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와, 이 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하기 위한 연산장치를 포함한다.
예를 들어, 정지륜과 회전륜 중의 일방 궤도륜이 외륜 상당부재이고, 타방 궤도륜은 내륜 상당부재이고, 각 전동체는 볼(ball)이다. 그리고 이 내륜 상당부재의 외주면에 형성된 복열 앵귤러 접촉 내륜 궤도와 상기 외륜 상당부재의 내주면에 형성된 복열 앵귤러 접촉 외륜 궤도 사이에 각각 복수로 구비된 볼에는 배면 조합형의 접촉각이 부여되어 있다.
또한, 상기 전동체의 공전 속도를 측정하기 위해서는, 상기 전동체의 공전 속도를 직접 측정하거나 또는 상기 전동체의 공전 속도를 각 전동체를 그 안에 유지한 케이지의 회전 속도로서 측정한다.
또한, 회전륜의 속도가 변화하는(일정하지 않음) 경우에는, 상기 공전 속도 검출 센서에 부가하여, 상기 회전륜의 회전 속도를 검출하기 위한 회전 속도 검출 센서를 더 구비한다. 그리고 상기 연산 장치는, 이 회전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호와, 상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 근거하여 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
상기 회전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호를 활용하는 경우에는 바람직하게는, 상기 전동체의 공전 속도와 상기 회전륜의 회전 속도 사이의 비인 속도비에 의거하여서, 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
또한, 바람직하게는 축방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서를 구비한다. 그리고 연산 장치는, 이 가속도 센서가 검출하는 가속도가 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 이 가속도 센서가 검출하는 가속도가 미리 정해진 값을 초과하는 각 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
또한, 구름 베어링 유닛이 자동차의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 경우에는 바람직하게는, 이 자동차의 조향륜에 부여되는 조향각에 비례하는 값을 검출하기 위한 조향각 센서 또는 운전자가 스티어링 휠을 돌림으로써 스티어링 샤프트에 부여하는 조향력을 측정하기 위한 토크 센서를 구비한다. 이 토크 센서로서는, 상기 스티어링 휠을 돌리는데 필요한 힘(조향력)을 줄이기 위해 사용되는 (전기식 또는 유압식) 파워 스티어링 장치에 부속된 것을 사용할 수 있다. 또한, 구름 베어링 유닛이 자동차 또는 철도 차량 등의 진로의 변경을 하는 차량에 사용되는 경우에, 차량의 차체에 가해지는 요잉 레이트(요잉량, 요잉 방향에 가해지는 힘의 크기, 요잉 방향으로의 변위량, 경사량 등)를 검출하기 위한 요잉 레이트 센서를 더 구비한다.
그리고 연산 장치는, 상기 조향각 센서가 검출하는 조향각, 또는 상기 토크 센서가 검출하는 조향력, 또는 상기 요잉 레이트 센서가 검출하는 요잉 레이트가 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 이 조향각 센서가 검출하는 조향각, 또는 상기 토크 센서가 검출하는 조향력, 또는 상기 요잉 레이트 센서가 검출하는 요잉 레이트가 미리 정해진 값을 초과하는 각 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
또한, 본 발명의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치는 사용시에 회전하지 않는 정지륜과, 이 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과, 이들 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 각각 복열로 형성된 고정측 궤도와 회전 측 궤도 사이에, 양 열마다 복수로, 양 열의 사이에서 접촉각의 방향을 서로 반대로 한 상태로 구름 가능하게 제공된 전동체와, 이들 양 열의 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 1쌍의 공전 속도 검출 센서와, 이들 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치를 구비한다.
그리고 연산 장치는 양 열의 전동체의 공전 속도의 차에 의거하여서, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
또한, 바람직하게는 회전륜의 회전 속도를 검출하기 위한 회전 속도 검출 센서를 더 구비하고, 연산 장치는, 이 회전 속도 검출 센서의 검출 신호에 의거하여 구해지는 상기 회전륜의 회전 속도와, 양 열의 전동체의 공전 속도의 비에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다.
상기한 바와 같이 구성하는 본 발명의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치는 전동체의 공전 속도를 검출함으로써, 이 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 검출할 수 있다. 즉, 복열 앵귤러 접촉 볼 베어링과 같은 구름 베어링 유닛에 축방향 하중이 가해지면, 전동체(볼)의 접촉각이 변화한다. 구름 베어링의 기술 분야에서 주지된 바와 같이, 전동체의 공전 속도는 접촉각의 변화에 따라 변화한다. 보다 구체적으로는, 상기 축방향 하중을 지지하는 측의 열에 관해서는, 이 축방향 하중이 커짐에 따라 접촉각이 커진다. 그리고 외륜 상당부재가 회전륜인 경우에는 상기 공전 속도가 감속되고, 반대로 내륜 상당부재가 회전륜인 경우에는 상기 공전 속도가 가속되게 된다. 그러므로 이 공전 속도의 변화를 측정함으로써, 상기 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 구할 수 있다. 상기 공전 속도를 측정하기 위한 공전 속도 검출 센서는, 종래부터 ABS나 TCS의 제어용 신호를 얻기 위해서 널리 사용되고 있는 저렴한 속도 센서를 사용할 수 있다. 이 때문에, 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 전체를 저렴하게 구성할 수 있다.
여기서, 상기 구름 베어링 유닛이 회전륜의 회전 속도가 항상 일정한 상태로 사용되는 경우에는, 하중 산출을 위한 회전 속도 검출 센서로서 상기 공전 속도 검출 센서만을 사용할 수 있다. 이에 반하여, 사용시에 상기 회전륜의 회전 속도가 변하는 경우에는, 회전 속도 검출 센서가 검출하는 이 회전륜의 회전 속도와 상기 공전 속도에 의하여 상기 축방향 하중을 구할 수 있다. 이 경우에, 이들 공전 속도와 회전 속도 사이의 비인 속도비를 산출하여, 이 속도비로부터 상기 축방향 하중을 산출하면, 상기 회전륜의 회전 속도가 변하더라도, 이 축방향 하중을 정확하게 구할 수 있다.
또한, 자동차나 철도 차량과 같은 이동체에서와 같이, 진로 변경에 따르는 선회시에, 구름 베어링 유닛에 축방향 하중이 작용하는 경우에는, 가속도 센서에 의해, 선회하는 동안에 상기 이동체에 가해지는 가속도를 검출함으로써, 또는 요잉레이트 센서에 의해 상기 이동체에 가해지는 요잉 레이트를 검출함으로써, 상기 축방향 하중의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 가속도 센서가 검출하는 가속도, 또는 상기 요잉 레이트 센서에 의한 검출값으로부터 구해지는 요잉 레이트(차체의 요잉량 등)가 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)를 기준으로 하여, 이 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도 또는 요잉 레이트 센서에 의해 검출되는 요잉 레이트가 미리 정해진 값을 초과하는 각 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출한다. 즉, 상기 가속도 또는 요잉 레이트가 상기 임계값을 초과하는 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)로부터 변화량(기준 조건으로부터의 차)을 구한다. 만일, 공전 속도(또는 속도비)의 변화량을 이러한 방법으로 산출한다면 이 변화량으로부터 축방향 하중의 값을 산출할 수 있고, 상기 공전 속도(또는 속도비)의 변화와는 무관하게 이 축방향 하중의 측정값의 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.
더욱이, 자동차의 경우에는, 조향각 센서에 의해 자동차의 조향륜에 부여되는 조향각에 비례하는 값을 검출하거나 또는 토크 센서에 의해 스티어링 샤프트에 부여되는 조향력을 검출함으로써, 상기 축방향 하중의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 조향각 센서의 검출값으로부터 알 수 있는 조향각, 또는 상기 토크 센서의 검출값으로부터 알 수 있는 조향력(스티어링 휠을 조작하는데 드는 힘)이 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)가 기준으로 사용된다. 그리고 상기 조향각 센서의 검출값으로부터 구해지는 조향각 또는 토크 센서의 검출값으로부터 구해지는 조향력이 미리 정해진 값을 초과하는 각 상태(그 시점)에서의 공전 속도(또는 속도비)에 의거하여서, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중이 산출된다. 즉, 상기 조향각 또는 조향력이 상기 임계값을 초과하는 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)의, 상기 기준이 되는 상태에서의 공전 속도(또는 속도비)에 대한 변화량(기준이 되는 상태로부터의 차)을 산출하고, 이 변화량으로부터 상기 축방향 하중을 산출한다. 이런 방법으로, 공전 속도(또는 속도비)의 변화량을 구하고 나서 축방향 하중을 구하면, 이 공전 속도(또는 속도비)의 변화와는 상관없이, 이 축방향 하중의 측정치의 정밀도 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 복열의 정지 궤도륜과 정지 궤도륜 사이에, 열 끼리의 사이에서 접촉각의 방향을 서로 반대로 한 상태로 구름 가능하게 전동체를 제공한 경우, 진로 변경에 따르는 선회 주행시에, 외측의 전동체열이 특히 큰 축방향의 하중을 받기 때문에, 그 접촉각이 크게 변화하여 공전 속도가 크게 변화한다. 그리고 외측과 내측의 양 전동체열의 공전 속도의 차를 검출하는 것에 의해, 축방향 하중을 보다 정밀하게 구할 수가 있다. 또한, 양방향의 축방향 하중을 구할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태의 일예를 도시하는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 A 부분의 확대도이다.
도 3 은 축방향 하중과 각 전동체의 공전 속도 사이의 관계를 나타내는 다이어그램이다.
도 4 는 회전륜의 회전 속도와 각 전동체의 공전 속도 사이의 비인 속도비와 가속도(요잉율, 조향, 조향 효과) 간 관계를 나타내는 다이어그램이다.
도 5 는 종래 구성의 일예를 도시하는 단면도이다.
상기 도면에서, 참조 부호 1,la 는 허브, 2, 2a 는 회전측 플랜지, 3 은 내륜 궤도, 4, 4a 는 외륜, 5, 5a 는 너클, 6, 6a 는 고정측 플랜지, 7 은 외륜 궤도, 8 은 볼(ball), 9 는 볼트, 10 은 나사 홀, 11 은 하중 센서, 12 는 허브 본체, 13 은 내륜, l4 는 스플라인 홀, 15 는 등속조인트, 16 은 스플라인 축, 17 은 너트, 18 은 하우징, 19 는 볼트, 20 은 디스크, 21 은 휠, 22 는 스터드(stud), 23 은 너트, 24 는 공전 속도 센서, 25 는 회전 속도 센서, 26 은 설치 구멍, 27 은 케이지(cage), 28 은 인코더, 29 는 공간(space), 그리고 30 은 조합된 시일링 링이다.
도 1 및 도 2 는 본 발명에 의한 일 실시형태를 도시한다. 본 실시형태는 본 발명이 차량의 구동륜을 지지하기 위해 사용되는 구름 베어링 유닛에 적용되는 경우를 보여준다(FR, RR, MD 방식 차량의 경우에는 후륜, FF 방식 차량의 경우에는 전륜, 4륜 구동 방식 차량의 경우에는 모든 차륜). 회전륜의 역할을 하고 내륜 상당 부재에 대응하는 허브 (1a) 는, 허브 몸체 (12) 의 내단부 상에 내륜 (13) 을 피팅/고정함으로써 구성된다. 차륜을 지지하기 위한 회전측 플랜지 (2a) 는 허브 몸체 (12) 의 외단부의 외주면에 고정된다. 또한, 내륜 궤도 (3, 3) 는 허브 몸체 (12) 의 중간부의 외주면 및 내륜 (13) 의 외주면에 각각 형성되어, 복열 앵귤러 접촉 내륜 궤도가 허브 (1a) 의 외주면 상에 구비된다.
한편, 현가 장치를 구성하는 너클 (5a) 상에 외륜 (4a) 을 지지/고정하기 위한 고정측 플랜지 (6a) 는 허브 (1a) 와 동심으로 허브 (1a) 주위에 배치되는 외륜 (4a) 의 외주면에 고정되어 정지륜의 역할을 한다. 또한, 복열 외륜 궤도 (7, 7) 은 외륜 (4a) 의 내주면 상에 형성된다. 그리고 전동체로서 각각 작용하는 복수의 볼 (8, 8) 은 외륜 궤도 (7, 7) 그리고 내륜 궤도 (3, 3) 사이에 각각 회전가능하게 제공되어, 허브 (1a) 는 외륜 (4a) 의 내경측 상에 회전 가능하게 지지된다. 이 경우에 있어서, 각각의 볼 (8, 8) 은 SUJ2 같은 고탄소크롬 베어링 강 등의 자성 금속으로 만들어진다.
상기 구름 베어링 유닛의 사용시에 등속 조인트 (15) 에 접속된 스플라인 축 (16) 은 허브 몸체 (12) 의 중간부에 형성된 스플라인 홀 (14) 에 결합 된다. 허브 (1a) 는, 축방향의 양쪽에서 스플라인 축 (16) 의 선단부에 나사 결합된 너트 (17) 와 등속조인트 (15) 의 하우징 (18) 사이에 고정된다. 또한, 고정측 플랜지 (6a) 는 복수의 볼트 (19) 에 의해서 너클 (5a) 에 지지/고정된다. 또한, 브레이크 디스크 (20) 와 차륜의 휠 (21) 은 복수의 스터드 (22) 와 너트 (23) 에 의해서 회전측 플랜지 (2a) 에 지지/고정된다.
공전 속도 센서 (24) 와 회전 속도 센서 (25) 는 이러한 상기 구름 베어링 유닛 또는 너클 (5a) 에 형성된다. 이 공전 속도 센서 (24) 는 축방향으로 외측열에 있는 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 측정하기 위해서 사용된다. 공전 속도 센서 (24) 는 설치 구멍 (26) 에 결합 된다. 이 설치 구멍 (26) 은 외륜 (4a) 의 일부분 상에서 복열 외륜 궤도 (7, 7) 사이에 외륜 (4a) 을 반경방향으로 관통 하도록 형성된다. 즉, 공전 속도 센서 (24) 는 이 설치 구멍 (26) 을 반경방향 외측에서 내측으로 관통하도록 형성되고, 공전 속도 센서 (24) 의 선단부에 설치되는 검출부는 외열의 볼 (8, 8) 또는 이들 각 볼 (8, 8) 을 유지한 케이지 (27) 와 상호 대향 한다.
또한, 인코더 (28) 는 내륜 (13) 의 내단부의 외주면에 결합/고정되고, 너클 (5a) 에 지지된 회전 속도 센서 (25) 의 선단부에 형성된 검출부는 인코더 (28) 의 피검출면과 상호 대향 한다. 이 인코더 (28) 로서는, 휠의 회전 속도를 검출함으로써 ABS 또는 TCS의 제어용 신호를 얻기 위해 선행 기술에서 활용되었던 각종의 구성을 사용할 수 있다. 예를 들어, 조합 시일 링 (30) 을 구성하는 슬링거(slinger)의 내면에 인코더 (28) 를 설치할 수 있다. 이 조합 시일 링 (30) 은 볼 (8, 8) 을 설치한 공간 (29) 의 내측단의 개구부를 시일 하기 위해 사용된다. 이 경우에 있어서 사용되는 인코더 (28) 로서는, 내면에 N 극과 S 극이 교대로 배치된 다극 자석재료로 된 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 그러나 단순한 자성 재료로 된 인코더 또는 원주방향에 걸쳐서 교대로 광학적 특성이 등간격으로 변화되는(광학식의 회전 검출 센서와 조합함으로써) 인코더의 사용이 가능하다.
또한, 양자 모두 회전 속도를 검출하는 센서로서 공전 속도 검출 센서 (24) 및 회전 속도 검출 센서 (25) 로는 자기식 회전 검출 센서를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이 자기식 회전 검출 센서로서는, 홀소자, 홀 IC, 자기저항소자, MI 소자 등의 자기 검출 소자를 포함하는 액티브형 회전 검출 센서를 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 자기 검출 소자를 포함하는 액티브형 회전 검출 센서 를 구성하기 위해서는, 예를 들어, 이 자기 검출 소자의 일측면을, 직접 또는 자성 재료로 된 스테이터(stator)를 통하여 영구 자석의 착자 방향 일단면에 접촉하도록 하여(자성재료로 된 인코더를 사용하는 경우), 상기 자기 검출 소자의 타측면을, 직접 또는 자성재료로 된 스테이터를 통하여 상기 각 볼 (8, 8) (공전 속도 검출 센서 (24) 의 경우) 또는 상기 인코더 (28) 의 피검출면(회전 속도 검출 센서 (25))에 대향시킨다. 한편, 자성재료로 된 인코더를 사용하는 경우에 센서측 영구자석은 불필요하다.
예를 들어, 볼 (8, 8) 의 공전 속도 검출을 위해 사용되는 공전 속도 검출 센서 (24) 가 상기한 바와 같이 구성되는 경우, 볼 (8, 8) 의 공전 속도에 따라서 공전 속도 검출 센서 (24) 를 구성하는 자기 검출 소자의 특성이 변화한다. 보다 구체적으로는, 자성 재료로 된 볼 (8) 이 공전 속도 검출 센서 (24) 의 검출면 근방에 위치하는 순간에는 상기 자기 검출 소자를 흐르는 자속량이 증가하는데 대하여, 상기 검출면과 원주 방향으로 인접하는 볼 (8, 8) 사이부분이 서로 마주하는 순간에는 상기 자기 검출 소자를 흐르는 자속량이 줄어든다. 이런 방식으로, 자기 검출 소자를 흐르는 자속량이 변화하고, 이 자기 검출 소자의 특성이 변화하는 주파수는 볼 (8, 8) 의 공전 속도에 비례한다. 그러므로 자기 검출 소자를 포함하는 공전 속도 검출 센서 (24) 의 검출 신호에 따라서 공전 속도를 구할 수 있다. 이 경우에 이 검출 신호는, 도시되지 않은 연산 장치를 포함하는 제어기로 전송된다.
상기 메카니즘에 의해서 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 검출하기 위해서는, 볼(8, 8) 은 자성 재료로 된 것이어야 한다. 따라서, 이들 볼 (8, 8) 로서, 세라믹스 등의 비자성 재료로 된 것을 사용하는 경우에는 공전 속도 검출 센서 (24) 로서 광학식 센서를 사용할 필요가 있다. 그러나 공전 속도 검출 센서(24) 의 검출부가 삽입되는 공간 (29) 내에는 구름 접촉부를 윤활하기 위한 그리스가 봉입되는 경우가 많이 있다. 이러한 경우에는 빛의 반사가 효과적으로 행하여지지 않는다. 이들 사정을 감안하면, 볼 (8, 8) 로서 자성재료로 된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 또한, 공전 속도 검출 센서 (24) 로서 자기 검출 소자가 포함된 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 공전 속도 검출 센서 (24) 에 의해 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 직접 측정하는 경우에는, 볼 (8, 8) 을 그 안에 유지하는 케이지 (27) 로서, 합성 수지 등의 비자성 재료로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 자성 재료로 된 케이지를 사용하면, 볼 (8, 8) 과 공전 속도 검출 센서 (24) 의 검출부 사이를 흐르는 자속이 차단되어, 정확한 공전 속도의 측정이 불가능하다. 이와는 반대로, 비자성 재료로 된 케이지 (27) 를 사용함으로써, 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 여기서, 케이지 (27) 를 구리계 합금 등의 비자성 금속으로 되는 것을 사용해도 되지만 케이지를 합성 수지재료로 되는 것으로 하는 쪽이, 경량이며 자속의 차단도 곤란하게 되기 때문에 보다 바람직하다. 예를 들어, 일반적으로 비자성 금속이라고 알려진 오스테나이트계의 스테인리스 강에서도, 약간의 자성이 있기 때문에, 이러한 스테인레스 강으로 된 케이지는 공전 속도를 정확하게 구하는 면에서 불리하다.
또한, 케이지 (27) 는 볼 (8, 8) 의 공전에 따라, 볼 (8, 8) 과 함께 회전하기 때문에, 볼 (8, 8) 의 공전 속도는 케이지 (27) 의 회전 속도로서 측정할 수가 있다. 이 공전 속도를 이 케이지 (27) 의 회전 속도로서 측정하는 경우에는, 공전 속도 검출 센서 (24) 의 검출부를 케이지 (27) 의 일부에 형성된 피검출부와 상호 대향 시킨다. 이 경우, 케이지 (27) 가 자성 재료로 되는 경우에는, 케이지 (27) 의 일부에 요철을 원주방향에 걸쳐 교대로 또한, 등간격으로 배치함으로써, 상기 피검출부로 할 수 있다. 또한, 케이지 (27) 가 합성 수지 등의 비자성 재료로 되는 경우에는, 인코더 (28) 와 마찬가지로 측면에 N 극과 S 극을 교대로 배치한 다극 자석을 케이지 (27) 의 일부에 형성한 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 공전 속도 검출 센서 (24) 및 회전 속도 검출 센서 (25) 로서는, 자성 재료로 된 폴 피스(pole piece)의 주위에 코일을 권취한 패시브(passive)형의 자기식 회전 검출 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 패시브형의 자기식 회전 검출 센서는 회전 속도가 낮아지면 검출 신호의 전압이 떨어진다. 본 발명의 대상으로서의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치의 경우, 이동체가 고속 주행하는 동안의 주행 안정성을 꾀하는 것이 주목적이기 때문에, 저속 회전시에 검출 신호의 전압이 떨어지는 것은 큰 문제로서는 거의 다루어지지 않는다. 그러나 저속 주행시에도 고정밀도의 제어를 수행하는 것이 의도하는 바라면, 상기한 바와 같이, 자기 검출 소자와 영구 자석을 포함하는 액티브형 회전 검출 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 회전 검출 센서로서 액티브형 또는 패시브형의 것을 사용하는 경우에, 홀소자 등의 자기 검출 소자 및 영구 자석, 폴 피스 및 코일 등의 센서 구성 부품은 선단부에 형성된 검출면을 제외하고는 합성 수지 등의 비자성 재료로 몰딩되는 것이 바람직하다. 이러한 방법으로 센서 구성 부품을 합성 수지로 몰딩하여 이루어지는 회전 검출 센서는 피검출부, 즉, 공전 속도 검출 센서 (24) 의 경우에는 볼 (8, 8) 또는 케이지 (27) 에, 회전 속도 검출 센서 (25) 의 경우에는 인코더 (28) 에 대향 한다. 도시하는 예의 경우, 공전 속도 검출 센서 (24) 는 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 검출하기 위해서, 볼 (8, 8) 을 그 사이에 유지한 케이지 (27) 또는 외측의 볼 (8, 8) 에 대향 한다. 또한, 도시하는 예의 경우에는, 공전 속도 검출 센서 (24) 는 볼 (8, 8) 또는 케이지 (27) 에 축방향에 대향하고 있지만, 공전 속도 검출 센서 (24) 는 볼 (8, 8) 과 외륜 궤도 (7) 상에서 볼 (8, 8) 의 구름 접촉부와 상기 센서 사이의 간섭을 방지할 수 있는 범위 내에서, 반경방향에 대향 할 수도 있다.
본 발명의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치는 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 직접 또는 케이지 (27) 를 통하여 검출함으로써, 차륜을 구성하는 휠 (21) 과 너클 (5a) 사이에 작용하는 구름 베어링에 가해지는 축방향 하중을 검출할 수가 있다. 즉, 복열 앵귤러형의 볼 베어링인 상기 구름 베어링 유닛에 축방향 하중을 가하면, 볼 (8, 8) 의 접촉각이 변화한다. 예를 들어, 도 1 에 화살표 (α) 로 나타내 는 바와 같이, 내향의 축방향 하중이 가해지면, 외측(도 1의 좌측)의 열의 볼 (8, 8) 의 접촉각이 커진다. 구름 베어링의 기술 분야에서 주지된 바와 같이, 앵귤 러형 볼 베어링을 구성하는 볼 (8, 8) 의 공전 속도는, 이들 각 볼 (8, 8) 의 접촉각이 변화함에 따라서 변화하게 된다. 보다 구체적으로는, 상기 축방향 하중을 지지하는 상기 외측의 열에 관해서는, 이 축방향 하중이 커지는 정도에 따라서 볼 (8, 8) 의 공전 속도가 변화하게 된다. 그러므로 이 공전 속도의 변화를 측정하면, 상기 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 검출할 수 있다.
예를 들어, 도 3 은, 도 1∼2 에 나타낸 바와 같은 구성을 갖는 배면 조합형의 복열 구름 베어링 유닛에 화살표 (α) 방향의 축방향 하중을 가하는 경우에, 이 축방향 하중의 크기와 볼 (8, 8) 의 공전 속도 사이의 관계를 나타내고 있다. 도 3 의 실선 (a) 은, 축방향 하중과 외측(도 1의 좌측)의 열의 볼 (8, 8) 의 공전 속도 사이의 관계를, 파선 (b) 은 축방향 하중과 내측의 열의 볼 (8, 8) 의 공전 속도 사이의 관계를 각각 나타내고 있다. 또한, 래이디얼 하중은 일정으로 하였다. 이러한 도 3 으로부터 명확해지듯이, 축방향 하중을 받는 측의 열의 볼 (8, 8) 에 관해서, 축방향 하중의 크기와 이들 볼 (8, 8) 의 공전 속도와는 거의 비례 관계에 있다. 그러므로 이들 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 측정함으로써, 상기 복열 구름 베어링 유닛에 작용하는 축방향 하중을 산출할 수 있다. 또한, 상기 공전 속도를 측정하기 위한 공전 속도 검출 센서 (24) 는, 선행 기술에서 ABS나 TCS의 제어용 신호를 얻기 위하여 널리 사용되고 있는 저렴한 속도 센서를 사용할 수 있다. 이러한 이유로, 상기 복열 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중을 측정하기 위한 유닛을 저렴하게 구성할 수 있다. 상기 축방향 하중을 검출하기 위하여 도 3 의 실선 (a) 에 의해서 나타내는 바와 같은 관계는, 실험적 으로 또는 계산에 의해 미리 구하여서 상기 축방향 하중을 산출하기 위한 연산 장치에 입력하여 놓는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어, 공장 등에서 사용하는 각종의 반송차의 같이 일정한 속도로 이동하는 운송 수단의 경우에는, 상기 회전륜의 회전 속도가 항상 일정하게 유지되는 상태로 상기 구름 베어링 유닛이 사용되는 상황을 생각할 수 가 있다. 축방향 하중 산출을 위해서 회전 검출 센서가 사용되는 이러한 경우에는, 상기 공전 속도 검출 센서 (24) 만을 구비하는 것으로 충분하다. 이와는 반대로, 도시하는 바와 같이, 자동차의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 복열 구름 베어링 유닛의 경우에는, 사용시에 회전륜인 허브 (1a) 의 회전 속도가 변화한다. 그러므로 도시되는 예에서는, 허브 (1a) 의 회전 속도를 검출하기 위하여 공전 속도 검출 센서 (24) 에 부가하여, 회전 속도 검출 센서 (25) 를 더 구비하고 있다. 그리고 회전 속도 검출 센서 (25) 에 의해서 검출되는 허브 (1a) 의 회전 속도와 공전 속도 검출 센서 (24) 에 의해서 검출되는 볼 (8, 8) 의 공전 속도에 의거하여 축방향 하중이 산출된다.
상기 제어기(도시되지 않음)에 포함된 연산 장치는 우선, 공전 속도 검출 센서 (24) 로부터 전송된 공전 속도를 나타내는 신호와, 회전 속도 검출 센서 (25) 로부터 전송된 허브 (1a) 의 회전 속도를 나타내는 신호에 의거하여, 상기 회전 속도에 대한 공전 속도비(=볼 (8, 8) 의 공전 속도/허브 (1a) 의 회전 속도)를 계산한다. 그리고 이 속도비의 변화에 의거하여, 볼 (8, 8) 의 공전 속도의 변화를 산출한다. 이러한 방법으로, 속도비에 의거하여 공전 속도의 변화를 구하면, 이 공전 속도의 변화에 의거하여 상기 복열 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중이 산출되고, 허브 (1a) 의 회전 속도가 변화되는 경우라도 이 축방향 하중이 정확하게 산출될 수 있다. 여기서, 상기 속도비와 축방향 하중 사이의 관계는 미리 실험적으로 또는 계산에 의해 구하여져 축방향 하중을 산출하기 위해 사용되는 연산 장치에 입력하여 놓는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명이 자동차나 철도 차량 등과 같은 이동체의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 구름 베어링 유닛에 의하여 구현되는 경우에는, 별도의 가속도 센서(도시하지 않음)를 구비하여 이 가속도 센서에 의해 진로 변경시(선회시)의 원심력에 의거하여 발생되는 가속도를 검출하는 것이 바람직하다. 자세하게는, 자동차나 철도 차량 등과 같은 이동체의 경우, 강풍하에서의 주행시, 경사진 평면 상에서의 주행시 등과 같은 특수한 상황을 제외하고는 직진 주행시에 구름 베어링 유닛에는 래이디얼 하중만이 작용할 뿐으로서 축방향 하중은 예압(preload)을 제외하고 이러한 베어링 유닛에 거의 작용하지 않는다. 이와는 반대로, 상기 이동체가 진로를 변경할 때는, 원심력에 의거하여 이 이동체에 가로방향의 힘이 작용하고, 이 힘에 의거하여 상기 구름 베어링 유닛에 축방향 하중이 작용한다. 따라서, 상기 가속도 센서의 측정 값이 실질적으로 O 인 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛에는 축방향 하중은 거의 작용하지 않고, 상기 가속도 센서의 측정 값이 큰 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛에 작용하는 축방향 하중이 증가하게 된다.
도 4 는 상기 속도비와 상기 가속도 센서의 측정 값 사이의 관계를 나타낸다. 도 4 의 실선은 상기 속도비와 시간 사이의 관계를, 파선은 가속도 센서의 측정 값과 시간 사이의 관계를 각각 나타낸다. 또한, 도 4 는 직진 주행하고 있는 이동체가 진로 변경을 한 후, 다시 직진 주행으로 되돌아가는 경우를 나타낸다. 이러한 도 4 로부터 명확해지듯이, 상기 속도비는 상기 가속도 센서의 측정 값에 비례하여 변화한다. 만일 이러한 관계를 활용하여, 원심력에 의거하여 발생하는 가속도를 측정하고 이 가속도가 어떤 값 이하일 때 얻어지는 속도비를 기준으로하여 상기 축방향 하중이 산출된다면 이 축방향 하중을 보다 정확하게 구할 수 있다. 즉, 상기 가속도가 어떤 값 이하(거의 O)의 상태에서는, 상기 축방향 하중은 거의 O이라고 생각된다. 그러므로 이 상태에서의 속도비를, 이 축방향 하중이 0인 경우의 속도비(기준 속도비)로 한다. 그리고 상기 가속도가 상기 어떤 값을 초과하는 경우에, 그 시점에서의 속도비와 상기 기준 속도비와의 차를 산출하여, 이 차에 근거하여 상기 축방향 하중을 산출(차에 비례한 축방향 하중이 작용한다는 가정하에)하면, 이 축방향 하중을 보다 정밀하게 구할 수 있다. 만일, 강풍하의 주행시, 경사 평면상의 주행시 등과 같은 특수한 조건 하에서라도 상기 축방향 하중을 정확히 구해야만 한다면 별도 형성된 구비된 풍속계나 경사계등의 측정 값을 사용하여 보정을 한다.
여기서, 상기 가속도 센서를 형성하는 경우에는 이 가속도 센서에 의해 검출된 가속도에 이동체의 질량을 곱함으로써, 이 이동체 전체에 작용하는 원심력의 크기를 구할 수가 있다. 그러나 이 이동체를 지지하는 복수의 구름 베어링 유닛의 개개 유닛에 작용하고 있는 축방향 하중의 크기를 검출할 수는 없다. 이와는 반대로, 본 발명의 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치에 의하면, 상기 구름 베 어링 유닛의 개개의 유닛에 작용하고 있는 축방향 하중의 크기를 검출할 수가 있다. 이러한 이유로, 자동차나 철도 차량 등과 같은 이동체의 주행 안정성을 확보하는데 응용되는 제어의 수행이 이 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치에 의하여가능해 진다. 여기서, 가속도 센서가 구비되는 경우에, 이들 센서는 구름 베어링 유닛에 설치될 수도 있고 또는 자동차나 철도 차량 등과 같은 이동체의 내부에 포함될 수도 있다. 또한, 가속도 센서의 설치 개수는 1개 또는 복수이어도 좋다.
또한, 자동차 또는 철도 차량 등의 경우에는, 상기 가속도 센서로서 차체에 결합된 가속도 센서를 활용할 수도 있다. 또한, 자동차 또는 철도 차량 등의 경우에는, 가속도 센서 대신에 차체의 요잉(가로방향 흔들림)을 검출하기 위해 사용되는 요잉 레이트 센서의 신호를 활용할 수도 있다. 즉, 요잉 레이트는 축방향 가속도에 대하여 실질적으로 비례하기 때문에, 상기 가속도 센서의 검출 신호를 활용하는 경우와 마찬가지로 요잉 레이트의 활용에 의해서 상기 축방향 하중을 정확하게 구할 수 있다.
상기한 바와 같이, 철도 차량을 포함한 이동체의 경우에는 진로의 변경이 이루어졌는지의 유무(이러한 이동체가 직선 운동 상태인지 또는 선회 운동 상태인지)를 검출하기 위해서 가속도 센서(또는 요잉 레이트 센서)가 사용된다. 이동체가 자동차에 한정되는 경우에는, 가속도 센서 대신에 조향각 센서 또는 파워 스티어링 장치용의 토크 센서가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 자동차의 조향륜(포크 리프트 등의 특수 목적용 차량을 제외하고는 일반적으로는 전륜)에 부여되는 조 향각이 도 4 의 파선 (B) 으로 나타내는 바와 같이 변화하면, 속도비는 도 4 의 실선 (A) 으로 나타내는 바와 같이 변화한다. 즉, 조향각과 속도비 사이의 관계는, 위에서 언급한 가속도와 속도비 사이의 관계와 거의 일치한다.
그러므로 상기 가속도 센서(또는 요잉 레이트 센서)를 대신해 상기 조향각 센서를 구비하고, 이 조향각 센서의 검출 신호를 활용하더라도 가속도 센서(또는 요잉 레이트 센서)를 활용한 경우와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 조향각 센서에 의해서 조향륜에 부여된 조향각을 측정하여, 이 조향각이 어떤 값 이하(실질적으로 O)일 때의 속도비를 기준으로 하여 상기 축방향 하중을 산출하고, 이 상태에서의 속도비를 이 축방향 하중이 O 인 경우에 얻어진 속도비(기준 속도비)로 한다. 그리고 상기 조향각이 상기 어떤 값을 초과하는(조향각이 실질적으로 부여된)경우에, 그 시점에서의 속도비와 상기 기준 속도비와의 차를 산출하고, 이 차에 의거하여서 상기 축방향 하중을 산출한다. 그러므로 축방향 하중도 정밀하게 검출할 수 있다.
또한, 조향륜에 조향각이 부여되었는가의 유무는 스티어링 휠을 돌리는데 필요한 힘(조향력)을 저감하기 위해 사용되는(전기식 또는 유압식의)파워 스티어링 장치에 부속된 토크 센서의 검출 신호에 의거해서도 결정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 조향륜에 조향각이 부여되지 않는 직선 주행 상태에서는 스티어링 휠이 조작되지 않아 토크는 스티어링 샤프트에 결코 가해지지 않는다. 그러므로 상기 토크 센서의 검출 신호는 실질적으로 0이 된다. 이와는 반대로, 상기 조향륜에 조향각이 부여되는 선회 주행 상태에서는, 스티어링 휠이 조작되어 스티어 링 샤프트에 토크가 가해진다. 그러므로 상기 가속도 센서(또는 요잉 레이트 센서) 또는 상기 조향각 센서에 의해서 얻어졌던 구름 베어링 유닛에 가해지는 축방향 하중이 0인 경우에 얻어지는 속도비(기준 속도비)는 상기 토크 센서의 검출 신호에 의해서도 구할 수 있다. 그리고 이 기준 속도비를 산출한 후에 상기 토크 센서가 토크를 검출하는 경우에, 그 시점에서의 속도비에 의거하여 상기 축방향 하중을 산출한다.
축방향 하중의 측정정밀도를 향상시키기 위하여 활용되는 가속도 센서, 조향각 센서, 토크 센서, 그리고 요잉 레이트 센서의 검출값은 상기한 바와 같이 각각 단독으로 활용할 수도 있고, 조합하여 활용할 수도 있다. 즉, 상기 각 센서 중에서 선택되는 두 가지 이상의 센서의 검출값을 비교하여 비교치를 산출하고 얻어진 비교치가 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준 값으로 설정한다. 그리고 이 비교치가 상기 미리 정해진 값을 초과한 경우에, 이 상태에서의 공전 속도 또는 속도비와 상기 기준치 사이의 차를 산출하여, 이 차에 의거하여 상기 축방향 하중을 산출한다. 따라서 상기 축방향 하중의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도시된 예에 있어서는, 진로의 변경에 의한 선회 주행 중에 특히 큰 축방향 하중을 받기 때문에, 그 접촉각이 크게 변화하여 공전 속도의 변동이 큰 외측 열의 볼 (8, 8) 에만, 공전 속도 검출 센서 (24) 를 구비한 예를 나타내고 있다. 이와는 반대로, 내측열의 볼 (8, 8) 에도 공전 속도 검출 센서 (24) 를 구비하여 외측, 내측 양열의 볼 (8, 8) 사이의 공전 속도의 차를 검출하면 상기 축방향 하중을 보다 정밀하게 구할 수 있다. 또한, 도시되는 예에 대하여 역방향(외측 방향)의 축방향 하중을 구할 수도 있다.
또한, 상기 공전 속도 검출 센서 (24) 가 검출하는 볼 (8, 8) 의 공전 속도를 나타내는 신호와 상기 회전 속도 검출 센서 (25) 가 검출하는 상기 허브 (1a) 의 회전 속도를 나타내는 신호는 아날로그 회로 등의 하드웨어에 의해 처리해도 되고 마이크로 컴퓨터 등에 의해 소프트웨어적으로 처리해도 된다.
또한, 도시된 예에 있어서는, 자동차의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 복열 앵귤러 접촉 구름 베어링 유닛에 본 발명이 적용되는 경우에 관하여 나타내고 있다. 그러나 일반적인 단열 심구형의 볼 베어링(normal single row deep groove ball bearing)이나 테이퍼 롤러 베어링(tapered roller bearing)에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 듀플렉스 구름 베어링(duplex rolling bearing)에 더하여, 일반의 단열 구름 베어링에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 자동차의 차륜을 지지하기 위해 사용되는 복열 앵귤러 접촉 구름 베어링 유닛에 본 발명을 적용하는 경우에, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 외측 상의 내륜 궤도를 허브 본체의 중간부의 외주면에 형성한 이른바 제 3 세대의 허브 유닛에 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 허브 본체의 중간부 또는 내단부에 1쌍의 내륜이 결합/고정된 이른바 제 2 세대의 허브 유닛이나, 허브 본체의 중간부 또는 내단부에 1쌍의 내륜이 결합/고정되고 또한, 외주면을 단순한 원통 형상으로 한 외륜이 너클의 지지 구멍에 결합/지지되는 이른바 제 1 세대의 허브 유닛에도 적용할 수 있다. 또는, 본 발명을 허브 본체의 중간부 또는 내단부의 외주면과 너클의 지지 구멍의 내주면 사이에, 각각 단열형으로 이루어진 1쌍의 구름 베어링을 구비하는 구성에도 적용할 수 있다.
또한, 각각의 구름 베어링 유닛의 가공 정밀도의 변동(초기 접촉각의 변동)에 의해, 축방향 하중이 O 인 경우의, 각 전동체의 공전 속도 및 속도비가 다른 것을 생각할 수 있다. 또한, 사용에 따르는 각부의 미소변형에 의해, 역시 축방향 하중이 O인 경우의 공전 속도 및 속도비가 변화할 가능성이 있다. 그러므로 먼저 언급한 바와 같이하여 (가속도 센서, 조향각 센서, 토크 센서, 요잉 레이트 센서 등의 신호에 따라서)결정된 상기 축방향 하중이 0인 경우의 속도비를, 초기 설정값으로서 제어 장치에 저장시키고, 이러한 속도비를 계속적으로 갱신함으로써, 처음부터 장시간이 경과 할 때까지, 상기 축방향 하중의 정확한 검출을 계속할 수 있다.
본 발명을 특정한 실시형태를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.
본 출원은 '2003년 2월 12일 출원의 일본특허출원 No. 2003-33614 호, 2003년 4월 24일 출원의 일본특허출원 No. 2003-120072호에 근거하며 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치 및 하중 측정용 구름 베어링 유닛은, 예를 들어, 자동차, 철도 차량, 각종의 반송차 등과 같은 이동체의 차륜을 지지하기 위한 구름 베어링 유닛에 유용하다.

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  7. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    축방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서를 구비하고,
    전동체의 공전 속도를, 각 전동체를 지지하며 또한 N극과 S극이 교대로 배치된 다극 자석이 측면에 형성되어 있는 케이지의 회전 속도로서 측정하고,
    상기 가속도 센서에 의해 검출된 가속도가 미리 정해진 값 이하의 상태 일 때의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 상기 가속도 센서에 의해 검출된 가속도가 미리 정해진 값을 초과하는 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 상기 연산 장치가 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가속도 센서는 상기 구름 베어링 유닛의 구성 부재 이외의 부분에 장착되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 가속도 센서는 상기 구름 베어링 유닛의 구성 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  10. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    차량의 조향륜에 부여되는 조향각에 비례하는 값을 검출하는 조향각 센서를 구비하고,
    구름 베어링 유닛은 차량의 차륜을 지지하기 위해 사용되고,
    전동체의 공전 속도를, 각 전동체를 지지하며 또한 N극과 S극이 교대로 배치된 다극 자석이 측면에 형성되어 있는 케이지의 회전 속도로서 측정하고,
    상기 연산 장치는 상기 조향각 센서가 검출하는 조향각이 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 상기 조향각 센서가 검출하는 조향각이 미리 정해진 값을 초과하는 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  11. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    운전자가 스티어링 휠을 돌려 스티어링 샤프트에 부여하는 조향력을 측정하는 토크 센서를 구비하고,
    구름 베어링 유닛은 차량의 차륜을 지지하기 위해 사용되고,
    전동체의 공전 속도를, 각 전동체를 지지하며 또한 N극과 S극이 교대로 배치된 다극 자석이 측면에 형성되어 있는 케이지의 회전 속도로서 측정하고,
    상기 연산 장치는 상기 토크 센서가 검출하는 조향력이 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 상기 토크 센서가 검출하는 조향력이 미리 정해진 값을 초과한 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  12. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    상기 차량의 차체에 가해지는 요잉 레이트를 측정하기 위한 요잉 레이트 센서를 구비하고,
    구름 베어링은 차량의 차륜을 지지하기 위해 사용되고,
    전동체의 공전 속도를, 각 전동체를 지지하며 또한 N극과 S극이 교대로 배치된 다극 자석이 측면에 형성되어 있는 케이지의 회전 속도로서 측정하고,
    상기 연산 장치는 상기 요잉 레이트 센서가 검출하는 요잉 레이트가 미리 정해진 값 이하의 상태에서의 공전 속도 또는 속도비를 기준으로 하여, 상기 요잉 레이트 센서가 검출하는 요잉 레이트가 미리 정해진 값을 초과한 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 요잉 레이트 센서는 구름 베어링 유닛의 구성 부재 이외 의 부분에 장착되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 요잉 레이트 센서는 구름 베어링 유닛의 구성 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  15. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    상기 차량의 조향륜에 부여되는 조향각에 비례하는 값을 검출하는 조향각 센서와 축방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서를 구비하고,
    구름 베어링은 차량의 차륜을 지지하기 위해 사용되고,
    전동체의 공전 속도를, 각 전동체를 지지하며 또한 N극과 S극이 교대로 배치된 다극 자석이 측면에 형성되어 있는 케이지의 회전 속도로서 측정하고,
    상기 연산 장치는 상기 가속도 센서가 검출하는 축방향의 가속도와 상기 조향각 센서가 검출하는 조향각을 비교하고 그 결과 얻어진 비교치가 미리 정해진 값을 초과한 상태에서의 공전 속도 또는 속도비에 의거하여, 정지륜과 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링 유닛용 하중 측정 장치.
  16. 사용시에 회전하지 않는 정지륜과,
    상기 정지륜과 동심으로 배치되어 사용시에 회전하는 회전륜과,
    상기 정지륜과 회전륜의 상호 대향 위치에 형성된 고정측 궤도와 회전측 궤도 사이에 구름이 가능하게 제공된 복수의 전동체(rolling element)와,
    상기 각 전동체의 공전 속도를 검출하기 위한 공전 속도 검출 센서와,
    상기 공전 속도 검출 센서로부터 전송된 검출 신호에 의거하여 상기 정지륜과 상기 회전륜 사이에 가해지는 축방향 하중을 산출하는 연산 장치와,
    운전자가 스티어링 휠을 돌려 스티어링 샤프트에 부여하는 조향력을 측정하는 토크 센서와,
    축방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서를 구비하고,
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