JP4957390B2 - 物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

この発明の対象となる転がり軸受ユニットの物理量測定装置は、転がり軸受ユニットを構成する、外輪等の静止側軌道輪と、ハブ等の回転側軌道輪との間に作用する外力等の物理量を測定する為に利用する。更に、この求めた物理量を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為に利用する。本発明は、この様な転がり軸受ユニットの物理量測定装置の製造コストを低減する事を意図したものである。

例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、例えばアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１には、特殊なエンコーダを使用して、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明が記載されている。図３〜５は、この特許文献１に記載された構造と同じ荷重の測定原理を採用している、転がり軸受ユニットの物理量測定装置に関する従来構造の第１例を示している。この従来構造の第１例は、使用時にも回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、回転側軌道輪であるハブ２を、複数個の転動体３、３を介して、回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、上記各転動体３、３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。

又、上記ハブ２の内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図３、６、７、９の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図３、６、７、９の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、上記ハブ２と同心に支持固定している。又、上記外輪１の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー５の内側に、１対のセンサ６ａ、６ｂを包埋したセンサホルダ７を保持すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、上記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。

このうちのエンコーダ４は、磁性金属板製である。被検出面である、このエンコーダ４の外周面の先半部（軸方向内半部）には、透孔８、８と柱部９、９（図４参照）とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔８、８と各柱部９、９との境界は、上記被検出面の軸方向（幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、上記被検出面の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記各透孔８、８と上記各柱部９、９とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した「く」字形となっている。そして、上記境界の傾斜方向が互いに異なる、上記被検出面の軸方向外半部と軸方向内半部とのうち、軸方向外半部を第一特性変化部１０とし、軸方向内半部を第二特性変化部１１としている。尚、これら両特性変化部１０、１１を構成する各透孔は、図示の様に互いに連続した状態で形成しても良いし、互いに独立した状態で形成（各透孔を「ハ」字形に配置）しても良い。

又、上記カバー５は、ステンレス鋼板等の金属板により全体を有底円筒状に形成しており、上記外輪１の内端部に嵌合固定している。上記両センサ６ａ、６ｂはこの様なカバー５内に、合成樹脂製の上記センサホルダ７を介して保持固定されている。この様な上記両センサ６ａ、６ｂはそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成するホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子とから成る。この様な上記両センサ６ａ、６ｂは、上記センサホルダ７の一部（例えば下端部）に包埋された状態で、一方のセンサ６ａの検出部を上記第一特性変化部１０に、他方のセンサ６ｂの検出部を上記第二特性変化部１１に、それぞれ近接対向させている。

これら両センサ６ａ、６ｂの検出部がこれら両特性変化部１０、１１に対向する位置は、上記エンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用していない、中立状態で、上記各透孔８、８及び柱部９、９の軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材の設置位置を規制している。

上述の様に構成する転がり軸受ユニットの物理量測定装置の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用｛これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向（軸方向）に相対変位｝すると、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用していない、中立状態では、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。

これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図５の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図５の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様に、上記（Ｂ）の場合とは逆方向にずれる。

上述の様に、特許文献１に記載される等により従来から知られている転がり軸受ユニットの物理量測定装置の場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の作用方向（これら外輪１とハブ２との軸方向の相対変位の方向）に応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重（相対変位）により上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相がずれる程度は、このアキシアル荷重（相対変位）が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、それぞれが上記外輪１と上記ハブ２との間の物理量である、上記軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、上記アキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。

尚、この様な、物理量の一種であるアキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中に、予め理論計算や実験により調べておいた、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間の位相の相違である位相差（出力信号に応じて変化する値）と、上記軸方向の相対変位又はアキシアル荷重との関係を、関係式やマップの型式で記憶させておく。尚、この関係としては、上記位相差が変化する程度と上記アキシアル荷重の大きさが変化する程度との関係であるゲイン、及び、このアキシアル荷重の値がゼロである場合の位相差の値である零点がある。

上述した従来構造の第１例の場合には、前記エンコーダ４の被検出面に前記透孔８、８と柱部９、９とを交互に配置して、この被検出面の特性を交互に、且つ、等間隔で変化させている。これに対して、図６に示す様に、被検出面である外周面にＳ極とＮ極とを交互に配置した、永久磁石製のエンコーダ４ａを備えた転がり軸受ユニットの物理量測定装置も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。上記図６に示した転がり軸受ユニットの物理量測定装置の基本的構造及び作用は、前述した図３〜５に示した従来構造の第１例の場合と同様である。但し、上記図６に示した従来構造の第２例の場合には、エンコーダ４ａ側に永久磁石を設けている為、センサ６ａ、６ｂ側には、原則的には磁気検知素子を設ければ良く、永久磁石は不要である。又、図６に示した構造の場合には、ハブ２ａを構成するハブ本体と内輪との結合を、図３に示したナットに代えて、ハブ本体の軸方向内端部に形成したかしめ部により行なっている。但し、この様な構造に就いては、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しない。

更に、特許文献３には、図７〜１０に示す様な転がり軸受ユニットの物理量測定装置が記載されている。先ず、図７〜８に示した従来構造の第３例の場合、ハブ２の内端部に外嵌固定した、磁性金属板製で円筒状のエンコーダ４ｂの先半部に、スリット状の透孔８ａ、８ａと柱部９ａ、９ａ（図８参照）とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔８ａ、８ａと各柱部９ａ、９ａとの境界はそれぞれ、上記エンコーダ４ｂの軸方向に対し同方向に同じ角度だけ傾斜した、直線状である。又、外輪１の内端部にカバー５及びセンサホルダ７を介して支持固定した１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ｂの先半部外周面の上下２個所位置（円周方向の位相が互いに１８０度異なる部分）に近接対向させている。

自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重は、このハブ２に結合固定した車輪を構成するタイヤの外周面と路面との接地面から入力される。この接地面は、上記外輪１及び上記ハブ２の回転中心よりも径方向外方に存在する為、上記アキシアル荷重はこれら外輪１とハブ２との間に、純アキシアル荷重としてではなく、これら外輪１及びハブ２の中心軸と上記接地面の中心とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。この様なモーメントが上記外輪１と上記ハブ２との間に加わると、このハブ２の中心軸がこの外輪１の中心軸に対して傾く。これに伴い、上記エンコーダ４ｂの上端部が軸方向に関して何れかの方向に、同じく下端部がこれと逆方向に、それぞれ変位する。この結果、上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、それぞれ中立位置に対して、逆方向にずれる。従って、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相のずれの向き及び大きさに基づいて、上記アキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。

更に、図９〜１０に示した、従来構造の第４例の場合、ハブ２の内端部に外嵌固定した、磁性金属板製で円筒状のエンコーダ４ｃの先半部に、透孔８ｂ、８ｂと柱部９ｂ、９ｂ（図１０参照）とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔８ｂ、８ｂはそれぞれ、径方向から見た形状を台形として、それぞれの円周方向に関する幅寸法を、軸方向に関して漸次変化させている。又、外輪１の内端部にカバー５及びセンサホルダ７を介して支持固定した１個のセンサ６の検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ｃの先半部外周面に近接対向させている。この様に構成する従来構造の第４例の場合、アキシアル荷重に基づいて上記外輪１と上記ハブ２とが軸方向に相対変位すると、上記センサ６の出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。従って、このデューティ比に基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記アキシアル荷重の大きさを求められる。

尚、前述の図３〜６に示した従来構造の第１〜２例の場合には、それぞれの検出部を第一、第二両特性変化部１０、１１に対向させた１対のセンサ６ａ、６ｂから成るセンサ組を、１組だけ設けている。これに対し、図示は省略するが、特許文献３及び特願２００６−３４５８４９には、それぞれが１対のセンサから成るセンサ組を複数組設ける事で、多方向の変位或は外力を求められる構造が記載されている。

上述の様な従来から知られている物理量測定装置付転がり軸受ユニットで、外輪１等の静止側軌道輪と、ハブ２等の回転側軌道輪との間に作用する、アキシアル荷重の如き外力等の物理量を測定する為には、センサの出力信号とこの物理量との関係、即ち、これら出力信号と物理量との関係に関する零点及びゲインを知っておく必要がある。例えば、図３〜８に示した従来構造の第１〜３例で、１対のセンサ６ａ、６ｂの位相差比（＝これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の位相差／１周期）とアキシアル荷重との関係に関しては、このアキシアル荷重がゼロである場合の位相差比（零点）と、このアキシアル荷重が単位量変化した場合に於けるこの位相差比の変化量（ゲイン）を知っておく必要がある。又、図９〜１０に示した従来構造の第４例に関しても、アキシアル荷重がゼロである場合のデューティ比（零点）と、このアキシアル荷重が単位量変化した場合に於けるこのデューティ比の変化量（ゲイン）を知っておく必要がある。

この為従来は、特許文献４に記載されている様に、組立完了後の物理量測定装置付転がり軸受ユニットを構成するハブを回転させつつ、このハブと外輪との間に既知のアキシアル荷重を負荷して、センサの出力信号を測定し、これらアキシアル荷重と出力信号との関係（零点及びゲイン）を求める事が考えられている。求めた零点及びゲインは、無線ＩＣタグ等を介して、上記アキシアル荷重を求める為の演算器のメモリ中に記憶させる。この様な、零点及びゲインを求める為の従来方法の場合には、これら零点及びゲインを精度良く求められる代わりに、製造装置のコストが嵩む。この理由は、組立完了後の物理量測定装置付転がり軸受ユニットを構成するハブを回転させつつ、このハブと外輪との間に既知のアキシアル荷重を負荷する装置が必要になる為である。又、物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造工場でこの物理量測定装置付転がり軸受ユニットの組立を完了した後、出荷以前に上記零点及びゲインを求める為の作業が入り込む為、この物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造作業の段取りが悪化する。これらにより、物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造コストが嵩む。
尚、本発明に関連する刊行物として、特許文献５〜８及び非特許文献１がある。

特開２００６−１１３０１７号公報 特開２００６−３１７４２０号公報 特開２００７−９３５８０号公報 特開２００７−１９４６７３号公報 特開平５−１０８３５号公報 特開平６−３４４２３３号公報 特開２０００−７４７８８号公報 特開２００２−２６３９６９号公報 ＮＳＫレポート、日本精工株式会社、１９８９年１１月、ｐ．５９−６６

本発明は、上述の様な事情に鑑み、既知のアキシアル荷重を負荷する装置を不要にして製造装置のコストを抑えると共に、段取りを簡略化して、物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造コストを抑えられる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の製造方法の対象となる物理量測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側軌道輪と、回転側軌道輪と、複数個の転動体とを備える。そして、このうちの静止側軌道輪は、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用時にも回転しない。又、上記回転側軌道輪は、この静止側周面と径方向に対向する回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する。更に、上記各転動体は、これら両列の回転側軌道と上記両列の静止側軌道との間に、両列毎に複数個ずつ、それぞれ予圧を付与された状態で転動自在に設けられている。

一方、上記物理量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１個のセンサと、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と同心に結合固定された回転部材の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持固定されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面を備える。そして、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、上記センサは、検出部を上記エンコーダの被検出面に対向させた状態で、回転しない部分に支持されていて、上記被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
更に、上記演算器は、上記センサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の相対変位と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する機能を有する。

この様な物理量測定装置付転がり軸受ユニットを造る為に、本発明の製造方法の場合には、上記演算器が上記センサの出力信号に基づいて上記物理量を算出する際に使用する、この出力信号若しくはこの出力信号に応じて変化する値が変化する程度と、この物理量の大きさが変化する程度との関係であるゲインに影響する、上記転がり軸受ユニットに関する特性を、この転がり軸受ユニット単体の状態で測定して（物理量測定装置を使用する事なく測定するとの意味で、測定作業時に物理量測定装置と転がり軸受ユニットとが組み合わされている事は差し支えない）記録する。そして、この記録を、当該転がり軸受ユニットと組み合わされた、上記物理量測定装置を構成する演算器のメモリ中に記録する。

又、本発明の場合には、上記ゲインに影響する、転がり軸受ユニットに関する特性を、この転がり軸受ユニットの剛性とする。そして、この剛性又はこの剛性に関連するデータを演算器のメモリ中に記録する事で、この演算器が使用するゲインを、上記転がり軸受ユニットの剛性に対応したものとする。
或いは、上記ゲインに影響する、転がり軸受ユニットに関する特性を、この転がり軸受ユニットの予圧とする。そして、この予圧又はこの予圧に関連するデータを演算器のメモリ中に記録する事で、この演算器が使用するゲインを、上記転がり軸受ユニットの予圧に対応したものとする。
尚、上記転がり軸受ユニットの剛性又は予圧は、この転がり軸受ユニット単体の状態で、この転がり軸受ユニットに振動を付与してこの転がり軸受ユニットの共振周波数を求める事により測定する。

上述の様な本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを組み合わせた後、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に運転状態で変動する外力が加わらず、これら両軌道輪同士が中立位置に存在する状態でセンサの出力信号を演算器に取り込む。そして、この状態でのセンサの出力信号を、物理量が中立状態に存在する場合に於けるこの出力信号の値である零点として、演算器のメモリ中に記録する。

又、好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、転がり軸受ユニットを、自動車の懸架装置に車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットとする。そして、静止側軌道輪を、使用時に懸架装置に支持固定される外輪とし、回転側軌道輪を、車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転するハブとする。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、上記転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを組み合わせると共に、上記外輪を懸架装置に支持固定し、ハブに車輪を結合固定した後、平坦面上で自動車の重量をこの車輪により支えた状態で、上記外輪と上記ハブとの間に、この自動車の走行状態で変動する外力が加わらず、これら外輪とハブとが中立位置に存在する状態で、センサの出力信号を演算器に取り込む。そして、この状態でのセンサの出力信号を、物理量が中立状態に存在する場合に於けるこの出力信号の値である零点として、演算器のメモリ中に記録する。

上述の様に構成する本発明によれば、既知のアキシアル荷重を負荷する装置を不要にして製造装置のコストを抑えると共に、段取りを簡略化して、物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造コストを抑えられる。
即ち、転がり軸受ユニットの剛性、或いは、この転がり軸受ユニットに付与されている予圧は、この転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位しにくさに影響する。具体的には、剛性が高い程、予圧が大きい程、外力が加わった状態での、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量が少なくなる。逆に言えば、剛性が低い程、予圧が小さい程、外力が加わった状態での、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量が多くなる。そして、同種の（型番が同じである）転がり軸受ユニットの場合、剛性或いは予圧が多少（実用上問題なく、転がり軸受ユニットとしての品質検査により合格とされる範囲で）変化しても、剛性或いは予圧と上記相対変位量との間には比例関係に近い、明確な関係が存在する。そして、この関係は、予め実験或いは解析により知る事ができる。

そこで、上記剛性或いは予圧を、転がり軸受ユニット単体で測定して、これら剛性或いは予圧、或いはこれら剛性或いは予圧に関連するデータを保存し、演算器のメモリ中に記録すれば、この演算器に、センサの出力信号若しくはこの出力信号に応じて変化する値が変化する程度と、物理量の大きさが変化する程度との関係である、ゲインを入力できる。そして、このゲインにより、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の物理量の変化の程度を求められる。

本発明の実施の形態の１例に就いて、図１〜２により説明する。尚、本例は、前述の図３〜８に示す様に、１対のセンサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差比により、外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求める構造を造る場合に就いて示している。この様な本例の物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法の場合には、図１のフローチャートに示す様に、先ず、ステップ１（Ｓ１）で、転がり軸受ユニットの構成各部材（外輪１、ハブ２、転動体３、３等。図３、６、７参照）を組み立てた後、ステップ２（Ｓ２）で、ナットを締め付けたり（図３、７の構造の場合）、或いはかしめ部を形成する（図６の構造の場合）事により、各転動体３、３に予圧を付与する。この状態で、上記転がり軸受ユニットとしては完成する。

そして、この様にして上記各転動体３、３に予圧を付与しつつ、上記転がり軸受ユニットを組み立てた後、ステップ３（Ｓ３）で、この転がり軸受ユニットの剛性を求める。この剛性を求める作業は、特許文献５〜７に記載される等により、転がり軸受の技術分野で周知の様に、上記転がり軸受ユニットに振動を付与して、この転がり軸受ユニットの共振周波数を求める事により行なう。この様にして求めた共振周波数に基づき、この転がり軸受ユニットに付与した予圧が求められる。この転がり軸受ユニットに付与した予圧はこの転がり軸受ユニットの剛性に大きく影響し、予圧が大きい程剛性も大きくなる。そして、この剛性が大きい程、外力に基づく、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量が少なくなる。要するに、図２に示す様に、上記転がり軸受ユニットに付与した予圧が大きい程、アキシアル荷重に基づく上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量が少なくなり、上記位相差比も小さくなる。この事から、上記転がり軸受ユニットの剛性或いは予圧に関する情報を、上記アキシアル荷重を求める為のゲインとして利用できる事が分かる。

即ち、上記転がり軸受ユニットに付与した予圧が大きい場合は、上記転がり軸受ユニットの剛性が高くなる為、上記アキシアル荷重が作用した状態で前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に生じる位相差比の変動が小さくなる。これに対して、上記予圧が小さくなるに従って上記剛性が低くなり、上記アキシアル荷重に基づく上記位相差比の変動が大きくなる。従って、このアキシアル荷重を実用的な精度で求める為には、上記予圧若しくはこの予圧に基づいて変化する剛性を知る必要がある。この剛性が異なると、上記アキシアル荷重と上記位相差比との関係であるゲインが異なり、このアキシアル荷重を十分な精度で求められない可能性を生じる。

因に、上記転がり軸受ユニットの剛性をＫａ、この転がり軸受ユニットを構成する上記各転動体３、３の接触角をα、この転がり軸受ユニットの共振周波数（固有振動数）をｆａとした場合に、この転がり軸受ユニットの剛性Ｋａは、
Ｋａ＝ｆ（ｆａ、α） −−− （１）
で求められる。
又、上記各転動体３、３に付与される予圧Ｆａは、
Ｆａ＝ｆ（Ｋa 、α） −−− （２）
で求められる。
尚、上述の様な、共振周波数から転がり軸受ユニットの剛性Ｋａや予圧Ｆａを求める方法は、特許文献５〜７や非特許文献１等に記載されており、転がり軸受ユニットの技術分野で周知の技術である為、詳しい説明は省略する。
何れにしても、上記転がり軸受ユニットの仕様は既知であるから、この転がり軸受ユニットの共振周波数を測定できれば、この転がり軸受ユニットの剛性、更にはこの転がり軸受ユニットに付与されている予圧を推定できる。そして、この推定した予圧の値を利用する事により、物理量測定装置付転がり軸受ユニットを構成する演算器が、上記位相差比に基づいて上記アキシアル荷重を算出する際に使用するゲインを決定できる。

そこで、上述の様にして求めた、上記転がり軸受ユニットの予圧又は剛性に関する情報を記録し、当該転がり軸受ユニットに付属させる（この転がり軸受ユニットと共に後の組立工程に送れる様にする）。上記情報をこの転がり軸受ユニットに付属させる方法は特に問わないが、例えば、バーコードや２次元バーコード等として上記情報を印刷したラベル、或いは、この情報を記録したＩＣタグ等の電子部品を、貼付若しくは細紐等で結び付ける方法や、転がり軸受ユニットに直接マーキングする方法を採用できる。又、上記情報は、上記転がり軸受ユニットの予圧そのものであっても良いし、剛性、共振周波数等、この予圧に関連して（１対１で対応して）変化する値であっても良い。

上述の様にして、上記ゲインに結び付く予圧の値を求めた後、ステップ４（Ｓ４）で、エンコーダ４、４ａ、４ｂ、及びセンサ６ａ、６ｂ（図３〜８参照）を組み立てた後、ステップ５（Ｓ５）で、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号を確認する為の出力検査を行なう。この出力検査は、前記ハブ２を回転させて、上記両センサ６ａ、６ｂから信号を出力させる事で行なう。この出力検査の際、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差比をチェックする事で、アキシアル荷重が作用しない状態での位相差比である、初期位相差比を確認する。そこで、ステップ６（Ｓ６）で、この初期位相差比と、上述した予圧若しくは予圧に関連して変化する値に基づいて、上記位相差比に基づいて上記アキシアル荷重を求める際の、零点及びゲインに関する情報を作成する。

この場合に、ゲインに関する情報は、前記ステップ３で前記転がり軸受ユニットの共振周波数を測定する事により得られた情報（予圧、剛性、共振周波数の何れか）からゲインマップを選択する（この情報に対応するマップを選択する）事で得られる。尚、ゲインマップは、転がり軸受ユニットの特性、使用される車両諸元等から、予め実験又は解析により、上記情報（予圧、剛性、共振周波数の何れか）とゲインとの関係を求める事により、容易に得られる。この場合に使用するゲインマップとしては、上記予圧等の情報を何種類かの範囲に分けて分類したものを使用する事が考えられる。この場合には、予め行なった実験又は解析に基づき、誤差を最小限に抑えられる様に（多種類になる面倒を許容できる範囲で、できるだけ多段階に）分割しておく。好ましくは、３〜１０段階に｛各段階の範囲が、予圧値で０．９８〜１．９６ｋＮ（１００ｋｇｆ〜２００ｋｇｆ）程度に収まる様に｝分割しておく。この程度に分割したマップのうちから、上記情報が対応するマップを選択して、上記位相差比から上記アキシアル荷重を算出する為のゲインを得る様にすれば、必要な精度を確保しつつ、ゲインの選定を容易に行なえる。

一方、上記零点に関する情報は、前記ステップ５で行なった、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号を確認する為の出力検査時の初期位相差比に基づいて作成する。この場合に、この出力検査で求めた初期位相差比をそのまま零点として使用しても良いが、好ましくは、車両に取り付けた状態、即ち、懸架装置と車輪との間に設けて車重が加わっている状態での初期位相差を零点とする。車重が加わっている状態での初期位相差比を零点とすれば、直進走行時が零点と（車両に取り付けた状態でのトー角、キャンバー角、キャスター角等による多少のずれを無視すれば）ほぼ一致する。尚、車重が加わっている状態を零点とするには、物理量測定装置付転がり軸受ユニット組み付けた車両を、平坦路で直線走行させる事が考えられる（この場合には、トー角、キャンバー角、キャスター角によるずれを含んだ状態で上記初期位相差を求められる）。

但し、この様な事を各車両毎に行なう事は面倒で、物理量測定装置付転がり軸受ユニットを搭載した車両のコスト上昇の原因となる。これに対して、上記ステップ５で行なう出力検査は、無負荷での回転検査であるから、この検査での初期位相差と、上記車重が加わった状態での初期位相差との間には、（車重の作用中心と転がり軸受ユニットの中心とがオフセットしていると、この車重により外輪１とハブ２との間にモーメントが加わる為）相違が存在する可能性がある。そこで、予め実験又は解析により、無負荷での初期位相差比と、車重が加わった状態での初期位相差比との関係を求めておき、上記ステップ５で行なう出力検査により得られた初期位相差比に基づいて、車重が加わった状態での初期位相差比を算出すれば、必要な精度を確保しつつ、初期位相差比の決定を容易に（実際に車両を走行させずに）行なえる。

上述の様にして、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差比に基づいてアキシアル荷重を求める為の零点及びゲインを得れば、物理量測定装置付転がり軸受ユニットを製造する通常の（元々必要な）工程中で、上記零点及びゲインを得られる。この為、検査・出荷工程を最小限にできて、上記物理量測定装置付転がり軸受ユニットを低コストで造れる。
即ち、車輪支持用転がり軸受ユニットに関しては、従来から予圧管理を行なっているし、ＡＢＳ制御用のエンコーダを組み込んだ回転速度測定装置付転がり軸受ユニットに関しては、従来からセンサの出力確認を、この回転速度測定装置付転がり軸受ユニットの製造工程内で行なっている。
そして、本発明を実施する場合に、上記予圧管理の工程を利用してゲインを得られるし、上記出力確認の工程を利用して、上記零点を得られる。この為、前述した特許文献４に記載した従来技術の様に、零点及びゲインを得る為に、専用の装置及び専用の工程を用意する必要がなくなり、上記物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造コストの低減を図れる。

上述の様にして得た、上記零点及びゲインは、ステップ７（Ｓ７）で、前記演算器のメモリ中に記憶させ、ステップ８（Ｓ８）で、物理量測定装置付転がり軸受ユニットとして完成する。この場合に、この物理量測定装置付転がり軸受ユニット自体に上記演算器が組み込まれている（内蔵している）場合には、上記零点及びゲインに関する情報を、上記物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造工場で、直接上記演算器のメモリに記憶させれば良い。これに対して、演算器が別置きの場合（専用の荷重演算部を設ける場合、或いは、荷重演算の為のＣＰＵを他のコントロールユニットに搭載する場合等、転がり軸受ユニット部分にない場合）には、上記零点及びゲインは、自動車の組立工場で上記演算器に読み込ませる必要がある。そこで、この様な場合には、バーコードや２次元バーコード等として上記情報を印刷したラベル、或いは、この情報を記録したＩＣタグ等の電子部品を上記物理量測定装置付転がり軸受ユニットに、貼付若しくは細紐等で結び付ける。又は、転がり軸受ユニットに直接マーキングする事もできる。

上述の説明は、車輪支持用転がり軸受ユニットに関して、１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差比に基づき、外輪とハブとの間に加わるアキシアル荷重を求める場合を中心に説明した。但し、本発明の製造方法は、この様な車輪支持用転がり軸受ユニットに限らず、各種産業機械用、工作機械用の複列転がり軸受ユニットに加わる外力を測定する構造に適用できる。測定する外力の種類は、アキシアル荷重に限らず、ラジアル荷重、モーメントも対象となる。更に、センサに関しても、１対に限らず、複数組であっても対象となるし、前述の図９〜１０に示した従来構造の第４例の様に、センサが１個だけであっても良い。

本発明の実施の形態の第１例に関して、物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法を工程順に示すフローチャート。 転がり軸受ユニットを構成する各転動体に付与された予圧の大きさと、外力に基づいて１対のセンサの出力信号同士の間に生じる位相差比との関係を示す線図。 従来構造の第１例を示す断面図。 この第１例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。 従来構造の第２例を示す断面図。 同第３例を示す断面図。 この第３例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 従来構造の第４例を示す断面図。 この第４例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４、４ａ〜４ｃ エンコーダ
５ カバー
６ａ、６ｂ センサ
７ センサホルダ
８、８ａ、８ｂ 透孔
９、９ａ、９ｂ 柱部
１０ 第一特性変化部
１１ 第二特性変化部

Claims (4)

1. 転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、この静止側周面と径方向に対向する回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、これら両列の回転側軌道と上記両列の静止側軌道との間に、両列毎に複数個ずつ、それぞれ予圧を付与された状態で転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
   上記物理量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１個のセンサと、演算器とを備えたものであって、
   このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と同心に結合固定された回転部材の一部にこの回転側軌道輪と同心に支持固定されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面を備え、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させており、
   上記センサは、検出部を上記エンコーダの被検出面に対向させた状態で、回転しない部分に支持されていて、上記被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
   上記演算器は、上記センサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の相対変位と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の物理量を算出する機能を有するものである、
   物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法であって、
   上記演算器が上記センサの出力信号に基づいて上記物理量を算出する際に使用する、この出力信号若しくはこの出力信号に応じて変化する値が変化する程度と、この物理量の大きさが変化する程度との関係であるゲインに影響する、上記転がり軸受ユニットに関する特性である、この転がり軸受ユニットの剛性又は予圧を、この転がり軸受ユニット単体の状態で、この転がり軸受ユニットに振動を付与してこの転がり軸受ユニットの共振周波数を求める事により測定して、上記剛性又はこの剛性に関連するデータ、又は、上記予圧又はこの予圧に関連するデータの記録を、当該転がり軸受ユニットと組み合わされた、上記物理量測定装置を構成する演算器のメモリ中に記録する事で、この演算器が使用するゲインを、上記転がり軸受ユニットの剛性又は予圧に対応したものとする事を特徴とする物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法。
2. 転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを組み合わせた後、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に運転状態で変動する外力が加わらず、これら両軌道輪同士が中立位置に存在する状態でセンサの出力信号を演算器に取り込み、この状態でのセンサの出力信号を、物理量が中立状態に存在する場合に於けるこの出力信号の値である零点として、演算器のメモリ中に記録する、請求項１に記載した物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法。
3. 転がり軸受ユニットが、自動車の懸架装置に車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットであって、静止側軌道輪が、使用時に懸架装置に支持固定される外輪であり、回転側軌道輪が、車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転するハブである、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法。
4. 転がり軸受ユニットと物理量測定装置とを組み合わせると共に、外輪を懸架装置に支持固定し、ハブに車輪を結合固定した後、平坦面上で自動車の重量をこの車輪により支えた状態で、上記外輪と上記ハブとの間に、この自動車の走行状態で変動する外力が加わらず、これら外輪とハブとが中立位置に存在する状態でセンサの出力信号を演算器に取り込み、この状態でのセンサの出力信号を、物理量が中立状態に存在する場合に於けるこの出力信号の値である零点として、演算器のメモリ中に記録する、請求項３に記載した物理量測定装置付転がり軸受ユニットの製造方法。

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