(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと、エンコーダと、１対のセンサと、演算器とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、懸架装置の構成部材に支持固定されて使用時にも回転しない外輪と、使用時に車輪と共に回転するハブとを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成るものであり、
前記エンコーダは、前記ハブの軸方向内端部に支持固定されて、このハブと同心の外周面である被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、円周方向に隣り合って互いに異なる特性部同士の境界を、前記エンコーダの軸方向に一致する前記被検出面の幅方向に対し傾斜させたものであって、これら各境界がこの中心軸の方向に対し傾斜している方向が、前記被検出面の軸方向片半部と他半部とで互いに逆であり、
前記両センサは、前記外輪の軸方向内端部に嵌合固定された金属製のカバーを構成する円筒部の内周面に支持された合成樹脂製のホルダに保持された状態でそれぞれの検出部を前記被検出面の片半部と他半部とに振り分けて対向させていて、前記エンコーダの回転に伴う前記被検出面の特性変化に対応してそれぞれの出力信号を変化させるものであり、
前記演算器は、前記両センサの出力信号に基づいて、前記外輪と前記ハブとの間のアキシアル方向の相対変位量と、これら外輪とハブとの間に作用するアキシアル荷重とのうちの、少なくとも一方を算出するものである
転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いて、
前記両センサの検出部の位置を、軸方向に加えて周方向にもずらせており、
前記カバーの円筒部の内周面に固定されたアンカ部材の一部に径方向内方に折れ曲がった状態で形成されたアンカ板部の軸方向に関する位置を、前記両センサのうちの一方のセンサの検出部の軸方向に関する位置と一致させており、
この一方のセンサの検出部に対して他方のセンサの検出部が周方向にずれている方向は、前記ホルダの熱膨張及び熱収縮に基づく、前記一方のセンサの検出部に対する前記他方のセンサの検出部の移動方向が、前記被検出面のうちでこの他方のセンサの検出部が対向する部分に存在する、前記各境界の方向と同じになる方向である事を特徴とする
転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
【請求項２】
エンコーダの外周面に存在する特性部同士の境界が被検出面の円周方向に対し傾斜している角度が４５度である、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
【請求項３】
１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと周方向にずれている長さとが互いに等しい、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
【請求項４】
１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと周方向にずれている長さとが互いに異なる、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
【請求項５】
１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと、円周方向にずれている長さとが互いに異なり、軸方向のずれ量をＤとし、円周方向のずれ量をＬとし、エンコーダの外周面に存在する特性部同士の境界が被検出面の円周方向に対し傾斜している角度をθとした場合に、tanθ＝Ｄ／Ｌを満たす、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に作用するアキシアル荷重等の物理量を測定する為に利用する、転がり軸受ユニットの物理量測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行安定性を確保する為のスタビリティコントロール装置等を適切に制御すべく、車輪（タイヤ）と路面との当接面（接地面）に作用する摩擦力（接地面でのアキシアル荷重、グリップ力）を知る目的で、例えば特許文献１に記載されている様な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが、各種知られている。この様な荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例に就いて、図８〜１０により説明する。ナックル等の懸架装置の構成部材に支持固定された状態で使用時にも回転しない外輪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ハブ２を、それぞれが転動体である複数個の玉３、３を介して、回転自在に支持している。これら各玉３、３には、互いに逆向きの（背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。
【０００３】
又、前記ハブ２の軸方向内端部（軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で当該車両の幅方向中央側を言う。これに対して、軸方向に関して外とは、同じく幅方向外側を言う。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、前記ハブ２と同心に支持固定している。又、前記外輪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を支持すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、前記エンコーダ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７、７と柱部８、８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。
【０００４】
これら各透孔７、７と各柱部８、８との境界は、前記エンコーダ４の軸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、前記エンコーダ４の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、前記各透孔７、７と前記各柱部８、８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、前記境界の傾斜方向が互いに異なる、前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の特性変化部９とし、軸方向内半部を第二の特性変化部１０としている。
【０００５】
又、前記両センサ６ａ、６ｂはそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成する磁気検知素子とから成る。これら両センサ６ａ、６ｂは、前記カバー５の内側に支持固定した状態で、一方のセンサ６ａの検出部を前記第一の特性変化部９に、他方のセンサ６ｂの検出部を前記第二の特性変化部１０に、それぞれ近接対向させている。これら両センサ６ａ、６ｂの検出部が前記両特性変化部９、１０に対向する位置は、前記エンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としたり、或は、既知の値だけずらせている。又、前記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、前記各透孔７、７及び柱部８、８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、前記両センサ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。
【０００６】
上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、前記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用し、これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位すると、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、前記外輪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、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図１０の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、前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、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、例えば同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【０００７】
これに対して、前記エンコーダ４を固定したハブ２に、図１０の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図１０の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、前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。この状態では前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、例えば同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、前記エンコーダ４を固定したハブ２に、図１０の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図１０の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、前記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、前述の場合と逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、例えば同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０００８】
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構造の場合には、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、前記外輪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とのアキシアル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（相対変位量）により前記両センサ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（相対変位量）が大きくなる程大きくなる。従って、前記両センサ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、前記外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位量の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相差の、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号の１周期に対する割合（位相差／１周期＝位相差比）に基づいて前記アキシアル方向の相対変位量及び荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比と前記アキシアル方向の相対変位量及び荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で組み込んでおく。
【０００９】
尚、エンコーダとして径方向に着磁された永久磁石製のものを使用する構造も、例えば特許文献１の図３２〜３４、及び、この特許文献１の明細書中、これら各図の説明文中に記載される等により、従来から知られている。この様な永久磁石製のエンコーダには、被検出面である外周面に、Ｓ極とＮ極とを、円周方向に関して、交互に且つ等間隔に配置している。円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界は、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した「く」字形としている。この様な永久磁石製のエンコーダを使用する場合には、センサ側の永久磁石は不要である。
【００１０】
何れの構造のエンコーダを組み込んだ転がり軸受ユニットの物理量測定装置により前記アキシアル荷重を求めるにしても、このアキシアル荷重の測定精度を確保する為には、エンコーダとセンサとの、軸方向に関する位置決め精度を確保する事が必要である。この為に従来から、例えば特許文献２に記載された技術を利用する等により、前記位置決め精度を確保する事が考えられている。但し、単にこの位置決め精度を確保しただけでは、前記測定精度を確保する面から不十分である。この理由は、環境温度の変化に伴って、前記両センサ６ａ、６ｂを包埋支持しているホルダ１１の寸法が変化する為である。即ち、これら両センサ６ａ、６ｂを適正位置に容易に支持固定する為には、これら両センサ６ａ、６ｂを合成樹脂製のホルダ１１内の所定位置に包埋支持してセンサユニット１２を構成し、このセンサユニット１２を、前記カバー５等の固定の部分に支持固定する事が考えられる。
【００１１】
但し、ホルダ１１を構成する合成樹脂の線膨張係数は、前記転がり軸受ユニットの各部材や前記カバー５を構成する鉄系合金の線膨張係数よりも大きい。この為、温度変化に伴って、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部と前記エンコーダ４の被検出面との位置関係がずれる。例えば図８に示した構造の場合、温度上昇時に前記両センサ６ａ、６ｂが前記エンコーダ４に対し、同図の左方にずれ、この結果、前記アキシアル荷重の測定値がずれる。この点に就いて、図８に図１１〜１２を加えて説明する。
【００１２】
常温で、前記外輪１と前記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、図１１の（Ａ）に示す様に、１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部同士の丁度中央部に、互いに異なる特性部同士の境界の傾斜方向が変化する部分が存在する場合に就いて考える。この状態から環境温度が上昇し、前記ホルダ１１が熱膨張すると、図１１の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、前記アキシアル荷重が変化した場合と同じ態様で、エンコーダ４の被検出面と１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部とが、軸方向（図１１の上下方向）に相対変位する。この様な相対変位が生じると、図１２に実線→破線で示す様に、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が変化する。
【００１３】
この様に、前記熱膨張又は熱収縮に伴って前記位相差が変化すると、この位相差と前記アキシアル荷重との間に成立する関係の零点（前記アキシアル荷重が作用していない状態での前記位相差の値）にずれが生じる。この為、このずれの分だけ、前記アキシアル荷重の測定結果に誤差が生じる。この様な原因で生じる誤差に関しては、前記軸受部周辺等の温度を測定しつつ、演算器の側で零点を補正する事により、低減乃至解消する事は可能である。但し、前記熱膨張又は熱収縮に伴って生じる前記位相差の変化が過大になる事は、測定精度確保の面からは好ましくない。従って、前記熱膨張又は熱収縮に伴って生じる、前記位相差の変化量を、十分に抑えられる構造を実現する事が望まれる。特に、前記ホルダ１１の材料である合成樹脂は、外輪１、ハブ２、玉３、３、カバー５等の、他の構成部材の材料である鉄系合金若しくはアルミニウム系合金等の金属に比べて、線膨張係数が大きい。この為、前記ホルダ１１の熱膨張又は熱収縮に伴って生じる、前記位相差の変化量を、十分に抑えられる構造を実現する事が望まれる。
【００１４】
この様な事情に対応して、特許文献３には、例えば図１３に示す様な、センサユニット１２ａを構成するホルダ１１ａの熱膨張、熱収縮が、荷重の測定誤差に結び付くのを抑える為の構造が記載されている。この従来構造の第２例の場合、前記ホルダ１１ａをカバー５ａに対し、固定リング１３を介して支持している。この固定リング１３は、金属板により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成したものであり、段付きの円筒部１４と、この円筒部１４の軸方向外端部に設けた内向フランジ状の円輪部１５とを備える。そして、このうちの円輪部１５を、前記ホルダ１１ａの径方向外端部の軸方向中央部（１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部同士の間の中央位置Ｏに一致する部分）にモールドしている。そして、この状態で、前記円筒部１４の内端部乃至中央部（外端部に比べて大径の部分）を、前記カバー５ａの中間部に締り嵌めで内嵌固定している。ハブ２の軸方向内端部には、永久磁石製のエンコーダ４ａを外嵌固定している。前記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、このエンコーダ４ａの外周面に設けた被検出面に、幅方向片側と他側とに振り分けて対向させている。
【００１５】
この様に構成する従来構造の第２例の場合には、使用時の温度変化に伴い、前記ホルダ１１ａが熱膨張又は熱収縮すると、これに伴って前記両センサ６ａ、６ｂが、軸方向に関して互いに逆向きに、且つ、前記中央位置Ｏを基準として互いに同じ大きさで変位する。例えば、前記ホルダ１１ａが熱膨張する場合には、図１４の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、前記両センサ６ａ、６ｂが軸方向（図１３の左右方向、図１４の上下方向）に関して互いに遠ざかる向きに、且つ、前記中央位置Ｏを基準として互いに同じ大きさだけ変位する。この結果、例えば図１５に実線→破線で示す様に、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、互いに同じ向きに、且つ、互いに同じ大きさだけ変化する。熱収縮の場合も、変化の向きが熱膨張の場合と逆になるだけで、同様の結果が得られる。従って、従来構造の第２例の場合、前記ホルダ１１ａが熱膨張又は熱収縮する事に伴い、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相がそれぞれ変化しても、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は変化しない。従って、使用時の温度変化に拘わらず、外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重の測定精度を良好に維持できる。
【００１６】
上述の様な従来構造の第２例によれば、線膨張係数の大きな合成樹脂製のホルダ１１ａの熱膨張、熱収縮が、前記外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重の測定精度を悪化させる事を防止できる。但し、上述の様な図１３に示した構造により、前記ホルダ１１ａの熱膨張、熱収縮に基づく誤差の発生を防止する為には、１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部が、エンコーダ４、４ａの軸方向に配置されている事が必要になる。言い換えれば、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部同士を結ぶ直線が、前記エンコーダ４、４ａの中心軸と平行でなければ、前記誤差の発生を防止できない。これに対して、物理量測定装置を構成する為の１対のセンサ６ａ、６ｂは、狭い空間への設置の都合上や、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に所定（例えば、アキシアル荷重が作用していない中立状態で１８０度）の初期位相差を設定する都合上等、種々の理由により、円周方向にずらせて配置しなければならない場合がある。この様な場合には、前記従来構造の第２例では、前記誤差の発生を防止できない。
【００１７】
この点に就いて、図１６を参照しつつ説明する。この図１６に示す様に、１対のセンサ６ａ、６ｂを、軸方向だけでなくエンコーダ４ａの円周方向にもずらせて配置した場合、例えば合成樹脂製のホルダ１１ａの熱膨張に伴って、前記両センサ６ａ、６ｂの軸方向に関する間隔（検出部同士のピッチ）Ｄが伸張するだけでなく、円周方向に関する間隔Ｌも伸張する。このうちの軸方向に関する間隔Ｄの変化に基づく誤差の発生は、前記従来構造の第２例で防止できるが、円周方向に関する間隔Ｌの変化に基づく誤差の発生は、この従来構造の第２例では防止できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、転がり軸受ユニットに関する物理量を測定する為、合成樹脂製のホルダに１対のセンサが、軸方向だけでなく円周方向にもずれた状態で包埋支持された構造の場合に、前記ホルダの熱膨張、熱収縮の影響を低減乃至は解消できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の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と、エンコーダと、１対のセンサと、演算器とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、懸架装置の構成部材に支持固定されて使用時にも回転しない外輪と、使用時に車輪と共に回転するハブとを、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わせて成る。
又、前記エンコーダは、前記ハブの軸方向内端部に支持固定されて、このハブと同心の外周面である被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、円周方向に隣り合って互いに異なる特性部同士の境界を、前記エンコーダの軸方向に一致する前記被検出面の幅方向に対し傾斜させている。そして、これら各境界がこの中心軸の方向に対し傾斜している方向を、前記被検出面の軸方向片半部と他半部とで互いに逆としている。
又、前記両センサは、前記外輪の軸方向内端部に嵌合固定された金属製のカバーを構成する円筒部の内周面に支持された合成樹脂製のホルダに保持された状態で、それぞれの検出部を前記被検出面の片半部と他半部とに振り分けて対向させている。そして、前記エンコーダの回転に伴う前記被検出面の特性変化に対応して、それぞれの出力信号を変化させる。
更に、前記演算器は、前記両センサの出力信号に基づいて、前記外輪と前記ハブとの間のアキシアル方向の相対変位量と、これら外輪とハブとの間に作用するアキシアル荷重とのうちの、少なくとも一方を算出する。
【００２０】
特に、本発明の転がり軸受ユニットの物理量測定装置に於いては、前記両センサの検出部の位置を、軸方向に加えて周方向にもずらせている。そして、前記カバーの円筒部の内周面に固定されたアンカ部材の一部に径方向内方に折れ曲がった状態で形成されたアンカ板部の軸方向に関する位置を、前記両センサのうちの一方のセンサの検出部の軸方向に関する位置と一致させている。
又、前記一方のセンサの検出部に対して他方のセンサの検出部が周方向にずれている方向は、前記ホルダの熱膨張及び熱収縮に基づく、前記一方のセンサの検出部に対する前記他方のセンサの検出部の移動方向が、前記被検出面のうちでこの他方のセンサの検出部が対向する部分に存在する、前記各境界の方向と同じになる様にする。
【００２１】
尚、前記移動方向とこれら各境界の方向とは、完全に一致させる事が好ましいが、物理量測定に関して必要とする精度によっては、凡そ一致させていれば良く、多少のずれは許容される。例えば、前記エンコーダの外周面に存在する特性部同士の境界が被検出面の円周方向に対し傾斜している角度が４０〜５０度程度の場合、必要とする測定精度が特に高くなければ、±１０度程度（必要とする精度にもよるが、最大±２５度程度）のずれは許容される。前記境界の傾斜角度が４０〜５０度の範囲から外れる（４０度未満か、５０度を超える）場合には、許容されるずれは、より小さくなる。従って、前記境界の傾斜角度を４０〜５０度の範囲に規制する事が好ましく、最も好ましくは、この傾斜角度を４５度とする。
【００２２】
この為に、上述の様な本発明の転がり軸受ユニットの物理量測定装置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、前記エンコーダの外周面に存在する特性部同士の境界が被検出面の円周方向に対し傾斜している角度を、４５度とする。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、より好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと周方向にずれている長さとを互いに等しくする。
或いは、請求項４に記載した発明の様に、前記１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと、周方向にずれている長さとを、互いに異ならせる。但し、前記移動方向と前記各境界の方向とのずれが上述の範囲（±１０〜２５度）に収まる様に、前記両長さの比を規制する。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、前記１対のセンサの検出部の位置が軸方向にずれている長さと、円周方向にずれている長さとを、互いに異ならせる。そして、軸方向のずれ量をＤとし、円周方向のずれ量をＬとし、エンコーダの外周面に存在する特性部同士の境界が被検出面の円周方向に対し傾斜している角度をθとした場合に、tanθ＝Ｄ／Ｌを満たす様に、これら各量Ｄ、Ｌ、θの値を規制する｛θ＝tan-1（Ｄ／Ｌ）とする｝。
【発明の効果】
【００２３】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの物理量測定装置によれば、転がり軸受ユニットに関する物理量を測定する為、合成樹脂製のホルダに１対のセンサが、軸方向だけでなく円周方向にもずれた状態で包埋支持された構造であるにも拘らず、前記ホルダの熱膨張、熱収縮の影響を低減乃至は解消できる。
即ち、本例の構造の場合には、アンカ部材のアンカ板部の軸方向位置を、前記両センサのうちの一方のセンサの検出部の軸方向に関する位置と一致させている。この為、この一方のセンサの検出部の位置は、温度変化に拘らず固定された状態となり、前記ホルダの熱膨張、熱収縮に伴って他方のセンサの検出部が、前記一方のセンサの検出部を基準として、軸方向及び円周方向に変位する。この変位は、エンコーダの外周面に存在する特性部の境界に沿ったものになるので、この変位が前記両センサの出力信号の位相差に結び付く事は、低減（請求項４に係る発明の場合）乃至解消（請求項３、５に係る発明の場合）される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】アンカ部材及びセンサを保持したホルダを組み込んだカバーを取り外して、図１の左斜め上方から見た状態で示す斜視図。
【図３】一部を省略して示す、図１のＸ部拡大図（Ａ）、及び、センサホルダが熱膨張した場合に於ける１対のセンサの変位状況を説明する為、これら両センサ及びエンコーダを、このエンコーダの径方向から見た状態で示す模式図（Ｂ）。
【図４】同じく、温度変化に伴う、１対のセンサの検出部とエンコーダの被検出面の境界との位置関係の変化状況を説明する為の模式図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図。
【図６】同第３例を示す、図３と同様の図。
【図７】同第４例を示す、アンカ部材の部分切断斜視図（Ａ）、及び、図１のＸ部に相当する拡大図（Ｂ）。
【図８】従来構造の第１例を示す断面図。
【図９】エンコーダの一部を径方向から見た図。
【図１０】アキシアル荷重を求められる理由を説明する為の模式図。
【図１１】ホルダの熱膨張に伴って１対のセンサの出力信号同士の間の位相差が変化する理由を説明する為、これら両センサとエンコーダとを取り出し、通常状態（Ａ）と温度上昇時の状態（Ｂ）とで示す模式図。
【図１２】ホルダの熱膨張に伴って１対のセンサの出力信号同士の間の位相差が変化する状態を示す線図。
【図１３】従来構造の第２例であり、ホルダの熱膨張、熱収縮に伴う測定誤差を抑える為に考えられた構造を示す要部断面図。
【図１４】測定誤差を抑えられる理由を説明する為の、図１１と同様の図。
【図１５】同じく図１２と同様の図。
【図１６】１対のセンサを、軸方向に加えて円周方向にもずらせた場合に生じる問題を説明する為の、図３と同様の図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［実施の形態の第１例］
図１〜４は、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の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１６と、エンコーダ４ｂと、１対のセンサ６ａ、６ｂと、図示しない演算器とを備える。
このうちの転がり軸受ユニット１６は、外輪１ａと、ハブ２ａと、それぞれが転動体である複数の玉３、３とを備える。このうちの外輪１ａは、内周面に複列の外輪軌道を、外周面に静止側フランジ１７を、それぞれ設けており、この静止側フランジ１７を、懸架装置にねじ止め固定し、使用時にも回転しない。又、前記ハブ２ａは、外周面に複列の内輪軌道と回転側フランジ１８とをそれぞれ設けたもので、使用時にはこの回転側フランジ１８に結合固定した車輪と共に回転する。又、前記各玉３、３は、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間に転動自在に設けられて、前記外輪１ａの内径側に前記ハブ２ａを、回転自在に支持する。
【００２６】
又、前記エンコーダ４ｂは、磁性金属板製で断面Ｌ字形の芯金１９と永久磁石製のエンコーダ本体２０とを組み合わせて成り、このうちの芯金１９を前記ハブ２ａの軸方向内端部に締り嵌めで外嵌する事により、このハブ２ａと同心に支持固定されている。前記エンコーダ本体２０の外周面にはＳ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界は、前記エンコーダ４ｂの中心軸の方向（被検出面である、前記エンコーダ本体２０の外周面の幅方向）に対し傾斜している。又、前記各境界が前記中心軸の方向に対し傾斜している方向（Ｓ極及びＮ極の配置方向と同意）は、前記被検出面の片半部と他半部とで互いに逆としている。更に、前記各境界が前記中心軸の方向に対し傾斜している角度は、前記被検出面の片半部と他半部とで互いに同じ（本例の場合には４５度）としている。
【００２７】
又、前記両センサ６ａ、６ｂは、ホルダ２１と共にセンサユニット１２ｂを構成した状態で、外輪１ａの軸方向内端開口部に嵌合固定したカバー５ｂの内面に、アンカ部材である固定リング１３ａを介して支持固定されている。前記センサユニット１２ｂは、前記両センサ６ａ、６ｂを合成樹脂製のホルダ２１に、軸方向及び円周方向にずらせて配置した状態で包埋保持して成る。そして、前記カバー５ｂを前記外輪１ａの内端部に嵌合固定した状態で、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部を、前記エンコーダ４ｂの被検出面（前記エンコーダ本体２０の外周面）の片半部（図１、３、４の左半部）と他半部（図１、３、４の右半部）とに振り分けて、且つ、円周方向にずらせて対向させている。そして、前記エンコーダ４ｂの回転に伴う前記被検出面の特性変化に対応して、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号を、それぞれ変化させる様にしている。これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号は、図示しない演算器に送り、この演算器により、前記外輪１ａと前記ハブ２ａとの間に作用するアキシアル荷重を算出する様にしている。
【００２８】
尚、本例の場合、前記両センサ６ａ、６ｂの測定精度向上を図るべく、これら両センサ６ａ、６ｂとして、それぞれ１対ずつのホールＩＣを前記エンコーダ４ｂの回転方向にずらせて配置した、差動式ホールＩＣを使用している。差動式ホールＩＣに就いては、特許文献４、５等に記載されている他、一般に市販されている為、その構造及び作用に関する詳しい説明は省略する。図示の例では、前記両センサ６ａ、６ｂとして差動式ホールＩＣを使用した事に伴い、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部の中央位置を、前記１対ずつのホールＩＣの中央部としている。
【００２９】
以上の構成は、前記両センサ６ａ、６ｂを円周方向にずらせて配置した点、及び、センサ６ａ、６ｂとして差動式ホールＩＣを使用した点を除き、基本的には、前述の特許文献３に記載された従来構造と同様である。特に、本例の転がり軸受ユニットの物理量測定装置の特徴は、上述の様な構造で、前記芯金１９と前記ホルダ２１との結合位置と、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部の位置と、前記エンコーダ本体２０の外周面に存在するＳ極とＮ極との境界の傾斜角度との関係を適切に規制する事により、前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に拘らず、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の位相が、前記外輪１ａと前記ハブ２ａとの、軸方向に関する相対変位以外の理由でずれない様にする点にある。そこで、この様な本例の特徴部分に就いて、以下に、詳しく説明する。
【００３０】
前記固定リング１３ａは、鋼板、ステンレス鋼板等、前記カバー５ｂを構成する金属板と同材質製の（線膨張係数がほぼ同じである）金属板を曲げ形成する事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成している。この様な固定リング１３ａは、円筒状の嵌合固定部２２と、この嵌合固定部２２の軸方向外端部から径方向内方に向け直角に折れ曲がった、円輪状のアンカ板部２３とから成る。この様な固定リング１３ａは、前記嵌合固定部２２を前記カバー５ｂの円筒部２４に締り嵌めで内嵌する事により、前記カバー５ｂの内面に固定している。前記ホルダ２１は、射出成形に伴って前記両センサ６ａ、６ｂを所定位置に包埋保持すると共に、前記固定リング１３ａのアンカ板部２３に結合固定する（射出成形時に、このアンカ板部２３をインサートする）。本例の場合には、この様に前記ホルダ２１を射出成形する際に、前記アンカ板部２３の軸方向に関する位置（厚さ方向中央位置）を、前記両センサ６ａ、６ｂのうちの軸方向内側のセンサ６ｂの検出部の軸方向に関する位置と一致させている。従って、温度変化に伴う、前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に拘らず、前記アンカ板部２３と前記センサ６ｂの検出部との、軸方向に関する位置関係は変化しない。
【００３１】
尚、図示は省略するが、前記アンカ板部２３の一部で、円周方向に関する位置が前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部と一致する部分に凹部又は凸部を設け（例えばエンボス状の突起を曲げ形成し）、前記ホルダ２１の一部とこの凹部又は凸部とを、このホルダ２１の射出成形に伴って凹凸係合させている。そして、この凹凸係合に基づき、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部が前記アンカ板部２３に対して、軸方向だけでなく円周方向にもずれ動かない様にしている。
【００３２】
上述の様に、前記アンカ板部２３に対し軸方向及び円周方向に関する位置を固定した、前記軸方向内側のセンサ６ｂに対して、軸方向外側のセンサ６ａは、温度変化に伴う、前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に伴って、前記アンカ板部２３に対する軸方向位置及び円周方向位置が変化する。本例の場合には、これら両方向の変化に拘らず前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に位相差が発生しない様に、これら両センサ６ａ、６ｂ同士の位置関係と、前記エンコーダ本体２０の外周面に存在するＳ極とＮ極との境界の傾斜方向及び傾斜角度（Ｓ極及びＮ極の配設方向）との関係を、適切に規制している。
【００３３】
具体的には、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部に対して前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部が周方向にずれている方向を、図３の（Ｂ）に示す様にする。図示の例では、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部に対して前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部が、図３の（Ｂ）の左下方に存在しており、この軸方向外側のセンサ６ａの検出部が対向する第一特性変化部９ａに関するＳ極とＮ極との境界が、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部から離れるに従って、同図の左下方に向かう方向に傾斜している。この様にすると、前記ホルダ２１の熱膨張及び熱収縮に基づく、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部に対する前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部の移動方向が、前記第一の特性変化部９ａ部分でのＳ極とＮ極との境界の方向と同じになる。
【００３４】
又、本例の場合には、第一、第二両特性変化部９ａ、１０ａに関する境界が、これら両特性変化部９ａ、１０ａの円周方向に対し傾斜している角度θ（図４参照）を、何れの特性変化部９ａ、１０ａに関しても、４５度としている。更に、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部の位置が軸方向にずれている長さ（ずれ量）Ｄと、周方向にずれている長さ（ずれ量）Ｌ｛図３の（Ｂ）参照｝とを互いに等しく（Ｄ＝Ｌ）している。そして、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部を前記第二の特性変化部１０ａに、前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部を前記第一の特性変化部９ａに、それぞれ微小隙間を介して対向させている。尚、例えば、中立状態（常温で、且つ、前記外輪１ａと前記ハブ２ａとの間にアキシアル荷重が作用していない状態）で、一方のセンサ６ａ（６ｂ）の検出部がＳ極の円周方向中央部に対向すると同時に、他方のセンサ６ｂ（６ａ）の検出部がＮ極の円周方向中央部に対向する様にして、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相を１８０度ずらせる。この様な中立状態での位相差の値は、アキシアル荷重算出の容易化等を考慮して、任意に設定できる。
【００３５】
上述の様に構成する本例の転がり軸受ユニットの物理量測定装置によれば、温度変化に基づく前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に拘らず、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号に基づくアキシアル荷重の測定値に誤差を生じない様にできる。この点に就いて、以下に説明する。尚、前記外輪１ａ及び前記ハブ２ａに加えて各玉３、３も、更には前記エンコーダ４ｂの芯金１９及び前記カバー５ｂも、温度変化に伴って熱膨張、熱収縮する。但し、これら各部材１ａ、２ａ、３、１９、５ｂは、何れも鉄系合金であり、それぞれの線膨張係数は小さく、しかもこれら各部材１ａ、２ａ、３、１９、５ｂ同士の間で大きな差はない。従って、これら各部材１ａ、２ａ、３、１９、５ｂの熱膨張、熱収縮に伴う、前記アキシアル荷重の測定誤差は、殆ど無視できる。
【００３６】
本例の構造の場合には、前記固定リング１３ａのアンカ板部２３の軸方向位置を、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部の軸方向に関する位置と一致させている。又、前記アンカ板部２３と前記ホルダ２１とは、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部に対応する部分で凹凸係合しており、この部分では円周方向に関して相対変位する事はない。この為、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部の位置は、温度変化に拘らず固定された状態となる。そして、前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に伴って前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部が、前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部を基準として、軸方向及び円周方向に変位する。前記ホルダ２１を構成する合成樹脂は、全体で均質であり、温度も全体でほぼ均一に変化するから、単位長さ当たりの変化量は、軸方向と周方向とで互いにほぼ同じになる。又、本例の場合には、前記両センサ６ａ、６ｂの検出部の軸方向に関するずれ量Ｄと、周方向に関するずれ量Ｌ｛図３の（Ｂ）参照｝とが互いに等しい（Ｄ＝Ｌ）から、前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部は前記軸方向内側のセンサ６ｂの検出部に対して、斜め４５度の方向に変位する。
【００３７】
以上の点を要約して、図３の（Ｂ）及び図４を参照しつつ説明する。前記軸方向内側のセンサ６ｂは、温度変化に伴う前記ホルダ２１の体積変化に拘らず、図３の（Ｂ）に示す位置のままであり、その検出部の位置は、図４の点α位置のまま移動する事はない。又、前記軸方向外側のセンサ６ａは、常温時には図３の（Ｂ）に実線で示す位置にあり、その検出部は図４の点β位置にある。これに対して、温度上昇に伴って前記ホルダ２１が膨張すると、前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部は、図４の点γ位置に移動する。この移動は、前記第一の特性変化部９ａに存在する境界に沿って（境界と平行に）、斜め４５度方向に行われる為、前記点β位置から点γ位置への変位が、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相差に結び付く事はない。温度低下に伴って前記ホルダ２１が収縮した場合には、前記軸方向外側のセンサ６ａの検出部が、前記点β位置からエンコーダ４ｂの被検出面の幅方向中央側へと、前記境界に沿って逆向きに移動する。この結果、温度変化に伴う前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に拘らず、前記外輪１ａと前記ハブ２ａとの間に作用するアキシアル荷重を精度良く測定できる。
【００３８】
［実施の形態の第２例］
図５も、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の構造は、上述した実施の形態の第１例の構造を、軸方向に関して内外逆転させたものである。即ち、本例の場合には、固定リング１３ｂの嵌合固定部２２ａの軸方向寸法を前記実施の形態の第１例の場合よりも大きくして、この固定リング１３ｂの軸方向外端部に形成したアンカ板部２３の軸方向位置を、軸方向外側のセンサ６ａの検出部の軸方向位置に一致させている。これに合わせて本例の場合には、エンコーダ４ｂの設置方向も軸方向に関し逆転させて、円周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界の傾斜方向を、上述した実施の形態の第１例の場合とは逆にしている。そして、前記軸方向外側のセンサ６ａの位置を固定し、温度変化に基づくホルダ２１の熱膨張、熱収縮に伴って、軸方向内側のセンサ６ｂの検出部を、第二特性変化部１０ａに存在する境界に沿って変位させる様にしている。その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する、重複する図示並びに説明は省略する。
【００３９】
［実施の形態の第３例］
図６は、請求項１、２、４に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部の位置が軸方向にずれている長さＤと、周方向にずれている長さＬとが互いに異なる。具体的には、軸方向にずれている長さＤに比べて、周方向にずれている長さＬが大きく（Ｄ＜Ｌ）なっている。エンコーダ４ｂの外周面に存在するＳ極とＮ極との境界の傾斜角度は、前述した実施の形態の第１例及び上述した実施の形態の第２例と同様に、４５度としている。この様な本例の場合には、温度変化に基づく前記ホルダ２１の熱膨張、熱収縮に伴って、前記両センサ６ａ、６ｂの出力信号に基づくアキシアル荷重の測定値に誤差を生じるが、その誤差を小さく抑えられる。その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する、重複する図示並びに説明は省略する。
【００４０】
［実施の形態の第４例］
図７は、本発明の実施の形態の第４例として、合成樹脂製のホルダ２１と固定リング１３ｃとの結合構造の別例を示している。本発明を実施する場合、このホルダ２１をこの固定リング１３ｃに対して、温度変化に伴うこのホルダ２１の体積変化に拘らず、この固定リング１３ｃと位置固定側のセンサ６ｂとの位置関係が、軸方向にも円周方向にもずれ動かない様にする必要がある。同時に、前記ホルダ２１が前記固定リング１３ｃから、径方向内方に脱落しない様に、組み合わせる必要がある。この為には、前述の様に、アンカ板部２３のうちで位置固定側のセンサ６ｂの検出部に整合する部分にエンボス状の凸部を形成する事が考えられるが、本例の構造は、より組み合わせ強度を向上させられる様にしている。
【００４１】
この為に本例の場合には、アンカ板部２３の外周縁に折れ曲がり部２５を形成すると共に、このアンカ板部２３の一部で位置固定側のセンサ６ｂの検出部に整合する部分に通孔２６を形成している。そして、前記ホルダ２１を構成する合成樹脂と前記折れ曲がり部２５との係合に基づき、前記ホルダ２１が前記固定リング１３ｃから径方向内方に脱落する事を確実に防止すると共に、前記通孔２６内に前記合成樹脂を進入させる事で、前記固定リング１３ｃと前記位置固定側のセンサ６ｂとが円周方向にずれ動かない様にしている。その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する、重複する図示並びに説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
図示の実施の形態は、エンコーダの被検出面に存在するＳ極とＮ極との境界の、この被検出面の円周方向に対する傾斜角度θを４５度にした場合に就いて示したが、この傾斜角度θは４５度に限定されない。この傾斜角度θが４５度以外の場合でも、請求項５に係る発明の様に、１対のセンサの検出部の軸方向のずれ量Ｄと、円周方向のずれ量Ｌと、前記傾斜角度θとを、tanθ＝Ｄ／Ｌを満たす様に規制すれば、合成樹脂製のホルダの熱膨張、熱収縮に伴って、アキシアル荷重の測定値に誤差が生じる事を防止できる。但し、前記傾斜角度θを、４０度未満の小さな値とすると、各Ｓ極及びＮ極の幅を確保しにくくなり、被検出面に存在する各Ｓ極及びＮ極の数の確保と、漏洩磁束を抑えて１対のセンサに達する磁束の量を確保する面から不利になる。これに対して、前記角度θを５０度を超えて大きくする事は、エンコーダと１対のセンサとの軸方向変位に伴う、これら両センサの出力信号の位相差の変化が小さくなり、アキシアル荷重の測定精度を確保する面から不利になる。本発明を実施する場合に、前記傾斜角度θを３０〜６０度程度の範囲に規制すれば、用途によっては実用可能ではあるが、好ましくは４０〜５０度の範囲とし、最も好ましくは４５度とする。逆に言えば、前記角度θを３０度未満としたり、６０度を超えて大きくする事は、利点がない代わりに不利益が多く、非現実的である。又、本発明を実施する場合に、前述の図８〜１０に示した様な、磁性金属板製のエンコーダ４を使用する事もできる。この場合には、センサ６ａ、６ｂの側に永久磁石を組み込む。
【符号の説明】
【００４３】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３    玉
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  エンコーダ
５、５ａ、５ｂ  カバー
６ａ、６ｂ、６ｃ  センサ
７    透孔
８    柱部
９、９ａ  第一の特性変化部
１０、１０ａ  第二の特性変化部
１１、１１ａ  ホルダ
１２、１２ａ、１２ｂ  センサユニット
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  固定リング
１４    円筒部
１５    円輪部
１６    転がり軸受ユニット
１７    静止側フランジ
１８    回転側フランジ
１９    芯金
２０    エンコーダ本体
２１    ホルダ
２２、２２ａ  嵌合固定部
２３    アンカ板部
２４    円筒部
２５    折れ曲がり部
２６    通孔
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開２００６−３１７４２０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９６８３号公報
【特許文献３】特開２００８−１７５５４６号公報
【特許文献４】特開平８−２２０２００号公報
【特許文献５】特開２００７−９３４６７号公報
【図１】
0005482476.tif 000002
【図２】
0005482476.tif 000003
【図３】
0005482476.tif 000004
【図４】
0005482476.tif 000005
【図５】
0005482476.tif 000006
【図６】
0005482476.tif 000007
【図７】
0005482476.tif 000008
【図８】
0005482476.tif 000009
【図９】
0005482476.tif 000010
【図１０】
0005482476.tif 000011
【図１１】
0005482476.tif 000012
【図１２】
0005482476.tif 000013
【図１３】
0005482476.tif 000014
【図１４】
0005482476.tif 000015
【図１５】
0005482476.tif 000016
【図１６】
0005482476.tif 000017