(57)【要約】【課題】それぞれが検出部であると同時に信号生成部となる１対のホールＩＣ１０ａ、１０ｂ同士の間の位置関係を正確に規制し易く、しかも組立作業が容易で、外輪１とハブ２との間の相対変位量を正確に求められる構造を低コストで実現する。【解決手段】上記外輪１に支持したセンサユニット１２と、上記ハブ２に固定したエンコーダ４ｂとにより、これら外輪１とハブ２との軸方向変位量を測定可能とする。上記センサユニット１２は、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂを、単一の永久磁石１１の着磁方向一端面に突き合わせた状態で、ホルダ１３内に包埋保持して成る。永久磁石を１対設ける場合の様に、永久磁石同士の間に作用する吸引力や反発力により上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂ同士の位置関係がずれる事がない為、上記課題を解決できる。【選択図】図１
2006292730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと変位測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記変位測定装置は、エンコーダと、センサユニットと、演算器とを備えたものであり、
このうちのエンコーダは、磁性材により造られて上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出すべき変位の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させており、
上記センサユニットは、通過する磁束の密度に応じて変化する信号を生成する為の１対の信号生成部と、これら両信号生成部を挟んで上記エンコーダの被検出面と反対側に配置されて、着磁方向一端面にこれら両信号生成部を磁気的に接続した単一の永久磁石とを備え、これら両信号生成部毎に設けられた１対の検出部を、上記エンコーダの被検出面の一部で幅方向に互いに異なる部分に対向させた状態で、回転しない部分に支持され、この被検出面の磁気特性の変化に対応して、上記両信号生成部で生成される１対の出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記両出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位の方向及び量を算出するものである
変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
エンコーダの周面に設けた被検出面の特性が変化する位相を、一方の検出部が対向する部分と他方の検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させている、請求項１に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
エンコーダの周面に設けた被検出面の特性が変化する位相を、一方の検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させ、他方の検出部が対向する部分ではこの方向に関して変化させていない、請求項１に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
演算器が、算出した相対変位量に基づき、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する機能を有する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用のハブユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が自動車の懸架装置に支持され、回転側軌道輪であるハブに車輪が結合固定される、請求項４に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項６】
転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサユニットと、演算器とを備えたものであり、
このうちのエンコーダは、磁性材により造られて上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出すべき荷重の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させており、
上記センサユニットは、通過する磁束の密度に応じて変化する信号を生成する為の１対の信号生成部と、これら両信号生成部を挟んで上記エンコーダの被検出面と反対側に配置されて、着磁方向一端面にこれら両信号生成部を磁気的に接続した単一の永久磁石とを備え、これら両信号生成部毎に設けられた１対の検出部を、上記エンコーダの被検出面の一部で幅方向に互いに異なる部分に対向させた状態で、回転しない部分に支持され、この被検出面の磁気特性の変化に対応して、上記両信号生成部で生成される１対の出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記両出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重の方向及び大きさを算出するものである
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項７】
エンコーダの周面に設けた被検出面の特性が変化する位相を、一方の検出部が対向する部分と他方の検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させている、請求項６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項８】
エンコーダの周面に設けた被検出面の特性が変化する位相を、一方の検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させ、他方の検出部が対向する部分ではこの方向に関して変化させていない、請求項６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項９】
転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用のハブユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が自動車の懸架装置に支持され、回転側軌道輪であるハブに車輪が結合固定される、請求項６〜８のうちの何れか１項に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニット及び荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、例えば車両（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、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。或は、各種工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んで、この主軸に加わる荷重を測定し、工具の送り速度等を適切に調節する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両の走行安定性を確保する為に、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）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。
【０００３】
即ち、上記ＡＢＳやＴＣＳ等の従来の走行状態安定化装置の場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる。言い換えれば、厳しい条件下での性能向上を図るべく、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。
【０００４】
この様な問題に対応すべく、上記フィードフォワード制御等を行なう為には、懸架装置に対して車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに、この車輪に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方を測定する為の荷重測定装置を組み込む事が考えられる。この様な場合に使用可能な荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットとして従来から、特許文献１〜４に記載されたものが知られている。
【０００５】
このうちの特許文献１には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の場合には、非接触式の変位センサにより、回転しない外輪と、この外輪の内径側で回転するハブとの径方向に関する変位を測定する事により、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める様にしている。求めたラジアル荷重は、ＡＢＳを適正に制御する他、積載状態の不良を運転者に知らせる為に利用する。
【０００６】
又、特許文献２には、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。
【０００７】
又、特許文献３には、外輪の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニットとハブに外嵌固定した断面Ｌ字形の被検出リングとにより、上記４個所位置での、上記外輪に対する上記ハブの、ラジアル方向及びアキシアル方向の変位を検出し、各部の検出値に基づいて、このハブに加わる荷重の方向及びその大きさを求める構造が記載されている。
【０００８】
更に、特許文献４には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過周波数から転動体の公転速度を求め、この公転速度から、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
【０００９】
前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブとの径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサとして、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【００１０】
又、特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献３に記載された構造は、外輪の周方向４個所位置にセンサを設置する為、上記特許文献１に記載された構造よりも更にコストが嵩む。更に、特許文献４に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。
【００１１】
この様な事情に鑑みて特願２００５−１４７６４２号には、荷重の作用方向に配置された１対のセンサの出力信号の位相差に基づき、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開示されている。図４〜１１は、上記出願に開示された先発明のうちの２例の構造を示している。これら各先発明に係る構造は、何れも、図４、８に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）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。そして、このハブ２の中間部にエンコーダ４、４ａを外嵌固定すると共に、上記外輪１の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体３、３の間部分にセンサ５、５ａを、それぞれの検出部を、被検出面である上記エンコーダ４、４ａの外周面に近接対向させた状態で、それぞれ１対ずつ設けている。尚、上記センサ５、５ａの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込む事が適当である。
【００１２】
図４〜７に示した、先発明の第１例の構造の場合、上記エンコーダ４として、永久磁石製のものを使用している。被検出面である、このエンコーダ４の外周面には、Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分とを、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Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との境界は、上記エンコーダ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、このエンコーダ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、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「く」字形となっている。
【００１３】
又、上記両センサ５、５の検出部が上記エンコーダ４の外周面に対向する位置は、このエンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としている。言い換えれば、上記両センサ５、５の検出部は、上記外輪１の中心軸を含む同一仮想平面上に配置されている。又、この外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分と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５、５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４、５、５の設置位置を規制している。この様に、上記境界の傾斜方向が変化する部分を上記中央位置に存在させる事で、内外輪の温度差や熱膨張等の変形による誤差（変位が生じていなくても内外輪の温度差によって位相差が生じる、所謂オフセット）を小さく抑えられる様にしている。尚、先発明の第１例の場合には、上記エンコーダ４として永久磁石製のものを使用しているので、上記両センサ５、５側に永久磁石を組み込む必要はない。
【００１４】
上述の様に構成する先発明の第１例の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ５、５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おらず、上記外輪１と上記ハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ５、５の検出部は、図７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５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００１５】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図７の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し（外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図７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５、５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７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５、５の検出部は、図７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５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００１６】
上述の様に先発明の第１例の場合には、上記両センサ５、５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方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ５、５の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第１例の場合には、上記両センサ５、５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方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを求められる。
【００１７】
次に、図８〜１１に示した、先発明の第２例の構造の場合には、ハブ２の中間部に、磁性金属板製のエンコーダ４ａを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ４ａの外周面には、スリット状の透孔６ａ、６ｂと柱部７ａ、７ｂ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６ａ、６ｂと各柱部７ａ、７ｂとは、上記エンコーダ４ａ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、このエンコーダ４ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ４ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔６ａ、６ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔６ｂ、６ｂを形成している。
【００１８】
一方、外輪１の軸方向中間部で複列に配置された転動体３、３同士の間部分に、前記１対のセンサ５ａ、５ａを設置し、これら両センサ５ａ、５ａの検出部を、上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させている。これら両センサ５ａ、５ａの検出部がこのエンコーダ４ａの外周面に対向する位置は、このエンコーダ４ａ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ない状態で、上記各透孔６ａ、６ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部８が、上記両センサ５ａ、５ａ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４ａ、５ａ、５ａの設置位置を規制している。尚、先発明の第２例の場合には、上記エンコーダ４ａが単なる磁性材製である為、上記両センサ５ａ、５ａの側に永久磁石を組み込む必要がある。
【００１９】
上述の様に構成する先発明の第２例の場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用（し外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）すると、前述した先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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状態では、上記両センサ５ａ、５ａの検出部は、図１１の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００２０】
これに対して、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図１１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５ａ、５ａの検出部は、図１１の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａ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４ａを固定したハブ２に、図１１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５ａ、５ａの検出部は、図１１の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００２１】
上述の様に先発明の第２例の場合も、前述の先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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方向に応じた方向にずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ５ａ、５ａの出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って第２例の場合も、上記両センサ５ａ、５ａ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方向及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の方向及び大きさを求められる。
尚、エンコーダを円輪状に構成すると共に、このエンコーダの軸方向側面を被検出面とし、この被検出面に１対のセンサの検出部を、径方向にずらせた状態で対向させれば、上記外輪１と上記ハブ２との径方向に関する変位、延てはこれら外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を求める事も可能である。
【００２２】
以上に述べた、図４〜１１に示した様な、先発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニットのうち、コストを抑えつつ上記外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位量、延てはこれら外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重に関する測定精度を向上させる為には、図８〜１１に示す様な、磁性金属板製のエンコーダ４ａを使用する構造の方が有利である。この理由は、図４〜７に示す様な永久磁石製のエンコーダ４は、このエンコーダ４自体が磁性材製のエンコーダ４ａに比べて高価であるだけでなく、上記測定精度を向上させるべく、着磁領域（Ｓ極とＮ極との境界位置）の精度を向上させる事が難しく、この着磁領域の精度を向上させる面からもコストが嵩む為である。これに対して上記磁性金属板製のエンコーダ４ａの場合には、磁気特性が変化する境界である、前記各透孔６ａ、６ｂと前記各柱部７ａ、７ｂとの境界位置を厳密に規制する事は、比較的容易に行なえる。
【００２３】
一方、上記磁性金属板製のエンコーダ４ａを使用する場合には、このエンコーダ４ａの被検出面と対向する１対のセンサ５ａ、５ａの側に永久磁石を設置する必要があり、この面から、別の問題を生じる。即ち、転がり軸受ユニット内で上記エンコーダ４ａ及び上記両センサ５ａ、５ａを、複列に配置した転動体３、３の列同士の間に配置する場合には、設置できる空間は限られており、このエンコーダ４ａの（被検出面の）幅寸法を大きくできず、上記両センサ５ａ、５ａを近接配置する必要がある。この為、これら両センサ５ａ、５ａ同士の位置関係が、これら両センサ５ａ、５ａ毎に設けられた１対の永久磁石同士の間に作用する吸引力或いは反発力によりずれ易くなる。例えば、図８に示す様に、互いに独立した上記両センサ５ａ、５ａを、それぞれ外輪１に形成した取付孔９、９に挿入する構造の場合には、これら両取付孔９、９の内周面と上記両センサ５ａ、５ａの外周面との間に存在する隙間分だけ、これら両センサ５ａ、５ａ同士の位置関係が、上記吸引力或いは反発力によりずれ易くなる。
【００２４】
この様な原因での、これら両センサ５ａ、５ａ同士の位置関係のずれは、上記エンコーダ４ａの被検出面（外周面）の幅方向（軸方向）に限らず、円周方向或いは径方向にも、何れも微小量とは言え、起こり得る。上記両センサ５ａ、５ａの出力信号の位相差に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間の相対変位を検出する場合、この位相差は僅かである為、上記両センサ５ａ、５ａ同士の位置関係が僅かとは言えずれ、しかもこのずれの方向及び大きさを把握できない事は、上記相対変位を正確に求める面からは不利である。尚、径方向のずれは、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号の強度のばらつきに結び付き、これら両センサ５ａ、５ａの出力信号の位相を正しく把握する面から不利になる。
【００２５】
又、１対のセンサを単一のセンサホルダ内に包埋支持してセンサユニットとする構造も考えられるが、この様な構造の場合でも、ほぼ同様の問題を生じる。即ち、互いに独立した１対の永久磁石を設けた上記１対のセンサを上記センサホルダ内に包埋支持する場合には、このセンサホルダを構成する合成樹脂を射出用金型のキャビティ内に注入し固化する迄の間、上記両センサをこのキャビティ内の所定位置に正確に支持しておく必要がある。但し、この様に支持して上記両センサを上記センサホルダ内に、正確に位置規制した状態で包埋支持する事は、上記両永久磁石同士の間に作用する吸引力或いは反発力の存在により難しい。
又、何れの場合でも、互いに独立した永久磁石を備えた１対センサを、外輪１或いはセンサホルダ内に個別に組み付ける為、組立工数も多くなり、コスト低減の面からも不利になる。
更に、互いに独立した永久磁石同士の間に吸引力或は反発力が常に作用していると、これら両永久磁石を支持している何らかの構造（ねじ止め、接着、樹脂モールド等）部分に常にストレスが加わった状態となる。この様な状態は、上記構造部分の耐久性確保等の面からも好ましくない。
【００２６】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特開２００４−３９１８号公報
【特許文献４】特公昭６２−３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、１対の検出部同士の間の位置関係を正確に規制し易く、しかも組立作業が容易で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位量、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用する荷重を正確に求められる構造を低コストで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】
【００２８】
本発明の変位測定装置付転がり軸受ユニット及び荷重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変位測定装置又は荷重測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記変位測定装置又は荷重測定装置は、エンコーダと、センサユニットと、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、磁性材により造られて上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出すべき変位又は荷重の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させている。
又、上記センサユニットは、通過する磁束の密度に応じて変化する信号を生成する為の１対の信号生成部と、これら両信号生成部を挟んで上記エンコーダの被検出面と反対側に配置されて、着磁方向一端面にこれら両信号生成部を磁気的に接続した単一の永久磁石とを備える。尚、これら両信号生成部としては、上記センサユニットがアクティブ型の磁気センサの場合には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を、同じくパッシブ型の磁気センサの場合には、磁性材製のポールピースとこのポールピースの周囲に巻回したコイルとを、それぞれ使用する。又、磁気的に接続するとは、上記両信号生成部を上記永久磁石の着磁方向端面に、直接当接若しくは近接対向させる事は勿論、これら両信号生成部と永久磁石の着磁方向端面との間に磁性材製の磁束誘導部材を設ける場合も含む。
又、上記センサユニットは、上記両信号生成部毎に設けられた１対の検出部を、上記エンコーダの被検出面の一部でこの被検出面の幅方向に互いに異なる部分に、それぞれ対向させた状態で、上記静止側軌道輪、或いはこの静止側軌道輪を支持固定する部材等の、回転しない部分に支持される。
そして、上記センサユニットは、上記被検出面の磁気特性の変化に対応して、上記両信号生成部で生成される１対の出力信号を変化させる。
更に、上記演算器は、上記両出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位の方向及び量、又は、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重の方向及び大きさを算出する。
【発明の効果】
【００２９】
上述の様に構成する本発明の変位測定装置付転がり軸受ユニット及び荷重測定装置付転がり軸受ユニットによれば、１対の検出部同士の間の位置関係を正確に規制し易く、しかも組立作業が容易になる。
先ず、１対ずつの信号生成部及び検出部で単一の永久磁石を共用するので、１対のセンサに互いに独立した永久磁石を組み込む場合と異なり、１対の検出部に繋がる１対の永久磁石同士の間に作用する吸引力或いは反発力により、これら検出部同士の位置関係がずれる事はない。
又、１対の検出部を有するセンサユニットは、単一の永久磁石の着磁方向一端面に、上記１対ずつの信号生成部及び検出部を組み付けるのみで構成できる。この為、これら両検出部同士の位置関係を正確に規制する事を考慮しても、上記センサユニットの組立作業が容易になる。
これらにより、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位量、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用する荷重を正確に求められる構造を低コストで得られる。又、永久磁石を支持している部分に、耐久性等の面で問題を生じる事もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２、７に記載した如く、エンコーダの周面に設けた被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分と他方のセンサの検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関し、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させる。この様な構造は、前述の図８〜１１に示した先発明と同様の構造である。
この様な構造の場合、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位に基づく、上記両センサの出力信号の位相差を大きくできる。この為、これら両軌道輪同士の相対変位量、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用する荷重の測定精度を良好にできる。
尚、ラジアル方向の変位を測定すべく、被検出面をエンコーダの軸方向側面とする場合には、上記「中心軸に平行な方向」を、「径方向」と読み替える。
【００３１】
或いは、請求項３、８に記載した様に、エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させる。これに対して、他方のセンサの検出部が対向する部分では、この方向（上記エンコーダの中心軸に平行な方向）に関して変化させない。
この様な請求項３、８に記載した発明の場合には、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位に基づく１対のセンサの出力信号の位相差は、上述した請求項２、７に記載した発明の場合の１／２になるが、上記他方のセンサ及びエンコーダのうちでこの他方のセンサと組み合わされる部分に、従来からＡＢＳ用、ＴＣＳ用として広く使用されている構造を流用できて、低廉化を図れる。
ラジアル方向の変位を測定する場合に関する読み替えは、上述した請求項２、７の場合と同じである。
【００３２】
又、本発明のうちの請求項１〜３に係る発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、演算器に、算出した相対変位量に基づき、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する機能を持たせる。
又、この様な請求項４に記載した発明、及び、請求項６〜８に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項５、９に記載した様に、転がり軸受ユニットを自動車の車輪支持用のハブユニットとする。そして、使用状態で静止側軌道輪を自動車の懸架装置に支持し、回転側軌道輪であるハブに車輪を結合固定する。
この様な構造によれば、厳しい条件でも車両の安定性の確保を図る為に必要な情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を適切に行なう事ができる。
尚、上記静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める為には、必ずしも
これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量を求める必要はない。即ち、請求項６に記載した様に、演算器に、１対の出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を直接（上記相対変位量を求める過程を経る事なく）算出する機能を持たせる事もできる。
【実施例】
【００３３】
図１〜３は、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の特徴は、それぞれが信号生成部として機能すると共に、片端面（好ましくは、図１〜２に示す様に上面）を検出部として機能させる１対のホールＩＣ１０ａ、１０ｂと単一の永久磁石１１とを組み合わせて成るセンサユニット１２部分にある。又、エンコーダ４ｂの形状に関しても、前述の図８〜１１に示した、先発明の第２例の構造と相違している。その他の部分の構造及び作用は、この先発明の第２例の構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。尚、上記センサユニット１２は、転がり軸受ユニットに加わるモーメントに拘らず安定した性能を得る為に、この転がり軸受ユニットの下側に配置する事が好ましい。この点は、前述の図４、８に示した、先発明の構造の場合も同様である。
【００３４】
回転側軌道輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した、上記エンコーダ４ｂは、磁性金属板により全体を円筒状に形成されており、幅方向中央部に、それぞれが「く」字形である多数の透孔６、６を、円周方向に亙り等間隔に形成している。これら各透孔６、６はそれぞれ、上記エンコーダ４ｂの被検出面である、外周面の幅方向中央部で、円周方向に関して最も突出して（或いは凹んで）いる。
【００３５】
一方、静止側軌道輪である外輪１の軸方向中間部で、上記エンコーダ４ｂの外周面に対向する部分に取付孔９ａを、この外輪１を径方向に貫通する状態で形成している。そして、この取付孔９ａに、本実施例の特徴である上記センサユニット１２を、径方向外方から挿通している。このセンサユニット１２は、信号生成部である上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂと単一の永久磁石１１とを備える。このうちの両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂは、検出部として機能する片端面を上記エンコーダ４ｂの外周面に、厚さ寸法が小さな（例えば０．５〜２mm程度の）検出隙間を介して、近接対向させている。又、上記永久磁石１１は、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂを挟んで、上記エンコーダ４ｂの被検出面（外周面）と反対側（上記外輪１及びハブ２の径方向外側）に配置している。そして、上記永久磁石１１の着磁方向（図１〜２の上下方向）一端面（図１〜２の上端面）に、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂの他端面（図１〜２の下面）を当接させている。
【００３６】
上記センサユニット１２は、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂと上記永久磁石１１とを、上記位置関係に組み合わせた状態で、これら各部材１０ａ、１０ｂ、１１を合成樹脂製のホルダ１３内に包埋保持して成る。即ち、上記センサユニット１２は、これら各部材１０ａ、１０ｂ、１１を、電力供給用及び信号取り出し用のハーネス、更には波形整形用のＩＣ等と共に、上記ホルダ１３を射出成形する為の金型のキャビティ内にセットした状態で、このキャビティ内に合成樹脂を注入する事により造る。この様な上記センサユニット１２の製造作業の際、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂ同士の位置関係が、上記永久磁石１１の磁力に基づく吸引力や反発力によりずれる事はない。又、この位置関係は、この単一の永久磁石１１に対し上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂを適正位置に突き合わせるのみで、容易に規制できる。
【００３７】
上述の様に構成する本実施例の構造によれば、１対の検出部となる、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂの片端面同士の間の位置関係を正確に規制し易く、しかも組立作業が容易になる。先ず、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂで単一の永久磁石１１を共用するので、前述の図８に示した先発明の構造の様に、１対のセンサ５ａ、５ａに互いに独立した永久磁石を組み込む場合と異なり、１対の検出部に繋がる１対の永久磁石同士の間に作用する吸引力或いは反発力により、これら検出部同士の位置関係がずれる事はない。又、１対のホールＩＣ１０ａ、１０ｂを有する上記センサユニット１２は、単一の永久磁石１１の着磁方向一端面に、これら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂを組み付けるのみで構成できる。この為、これら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂ同士の位置関係を正確に規制する事を考慮しても、上記センサユニット１２の組立作業が容易になる。これらにより、前記外輪１と前記ハブ２との間の相対変位量、延ては、これら外輪１とハブ２との間に作用する荷重を正確に求められる構造を低コストで得られる。
【００３８】
又、本実施例の場合には、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂの配設方向を互いに異ならせる事により、これら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂ部分で発生する１対の出力信号同士の間に、前記外輪１と前記ハブ２とが相対変位していない状態でも存在する位相差である、初期位相差を設定している。具体的には、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂの配設方向を１８０度異ならせる（上記エンコーダ４ｂの中心軸に直交する仮想平面に関して鏡面対称に配置する）事で、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂ部分で発生する１対の出力信号の位相を、電気角で１８０度異ならせて（反転させて）いる。
【００３９】
上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量（又は、これら外輪１とハブ２との間に作用する荷重）を求める為の演算器は、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂにより生成される信号の周期と、各瞬間にこれら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂにより生成される信号同士の間に存在する実位相差の上記初期位相差からのずれ量とに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位の方向及び量（又は、これら外輪１とハブ２との間に作用する荷重の方向及び大きさ）を算出する。この様な本実施例の構造によれば、上記初期位相差の存在に基づき、上記両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂにより生成される信号が変化するタイミングが逆転しない。この為、これら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂにより生成される信号の実位相差の大きさが分かれば、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）を求められる。即ち、上記実位相差が上記初期位相差よりも大きければ、上記外輪１と上記ハブ２とが所定方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事（又は、これら外輪１とハブ２との間に、所定方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する大きさの荷重が作用した事）が分かる。又、上記実位相差が上記初期位相差よりも小さければ、上記外輪１と上記ハブ２とが上記所定方向とは逆方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事（又は、これら外輪１とハブ２との間に、上記所定方向とは逆方向に、これら両位相差同士の差に相当する大きさの荷重が作用した事）が分かる。
【００４０】
尚、図示の実施例の場合には、１対のホールＩＣ１０ａ、１０ｂとして同じ特性のものを使用する事を前提として、これら両ホールＩＣ１０ａ、１０ｂを逆方向に配置した。これに対して、同じ特性のホールＩＣを、上記外輪１及びハブ２の軸方向に関して同じ向きに配置すると共に、上記エンコーダ４ｂの回転方向に関してずらせて配置する事により、上記初期位相を設定する事もできる。或いは、１対のホールＩＣとして、特性が互いに逆のもの（エンコーダの被検出面の磁気特性に対応して変化する出力信号のＨｉ、Ｌｏｗ出力特性が逆のもの）を、回転方向に関して同じ位置で軸方向に関して同じ向きに設置する事もできる。又、何れの場合でも、１対のホールＩＣを単一基板に集積したＩＣを使用する事もできる。この場合には、１対の検出部となる、これら両ホールＩＣの片面同士の位置関係の規制を、より容易に行なえる。更に本発明は、エンコーダを円輪状に構成すると共に、このエンコーダの軸方向側面を被検出面とし、この被検出面に１対のセンサの検出部を、径方向にずらせた状態で対向させる事により、外輪とハブとの径方向に関する変位、延てはこれら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める構造で実施する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】図１のＡ部に関して、センサユニットとエンコーダとを取り出して示す断面図。
【図３】同じくエンコーダの径方向外方から見た図。
【図４】先発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。
【図５】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図６】同じく展開図。
【図７】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。
【図８】先発明の第２例を示す断面図。
【図９】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図１０】同じく展開図。
【図１１】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。
【符号の説明】
【００４２】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４、４ａ、４ｂ  エンコーダ
５、５ａ  センサ
６、６ａ、６ｂ  透孔
７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
９、９ａ  取付孔
１０ａ、１０ｂ  ホールＩＣ
１１    永久磁石
１２    センサユニット
１３    ホルダ
【図１】
2006292730.tif 000003
【図２】
2006292730.tif 000004
【図３】
2006292730.tif 000005
【図４】
2006292730.tif 000006
【図５】
2006292730.tif 000007
【図６】
2006292730.tif 000008
【図７】
2006292730.tif 000009
【図８】
2006292730.tif 000010
【図９】
2006292730.tif 000011
【図１０】
2006292730.tif 000012
【図１１】
2006292730.tif 000013