(57)【要約】【課題】  温度変化に伴う転がり軸受ユニットの剛性変化の影響を抑え、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を精度良く求められる構造を実現する。【解決手段】  １対のホールＩＣ１１ａ、１１ｂの検出信号の位相差に基づいて、外輪１とハブ２との間のアキシアル方向の変位量を求める。そして、この変位量に基づいて、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求める。上記外輪１の温度を測定し、温度変化に伴う上記転がり軸受ユニットの剛性変化の影響を除去して、上記課題を解決する。【選択図】  図１
2006317361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと、荷重測定装置と、温度センサとを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、静止輪の周面に設けた静止側軌道面と回転輪の周面に設けた回転側軌道面との間に複数個の転動体を設けて成り、
上記荷重測定装置は、上記回転輪と共に回転するエンコーダと、検知部をこのエンコーダの被検出面に対向する状態で回転しない部分に支持されたセンサと、このセンサから送り込まれる測定信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を求める演算器とを備えたものであり、
上記温度センサは、上記転がり軸受ユニットの温度を測定するものであり、
上記演算器は、上記測定信号から上記荷重を求める機能に加えて、上記温度センサが測定した上記転がり軸受ユニットの温度に応じて、上記測定信号から上記荷重を求める際の関係に補正を加える機能を有する
転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項２】
転がり軸受ユニットが、自動車の車輪を懸架装置に対し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り、回転輪が、上記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であり、固定輪が上記懸架装置に支持固定されるものである、請求項１に記載した転がり軸受ユニット用荷重測定装置。
【請求項３】
回転輪の回転中心と同心に設けられたエンコーダの被検出面の特性が、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化しており、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相が、測定すべき変位の方向に応じて連続的に変化しており、演算器は、センサの測定信号の変化のパターンに基づいて、静止輪と回転輪との間の相対変位量を求め、更にこの相対変位量に基づいて、これら静止輪と回転輪との間に作用する荷重を求める機能を有する、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用荷重測定装置。
【請求項４】
回転輪の回転中心と同心に設けられたエンコーダの被検出面の特性が、円周方向に関して交互に変化しており、この被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチが、測定すべき変位の方向に応じて連続的に変化しており、演算器は、センサの測定信号の変化のパターンに基づいて、静止輪と回転輪との間の相対変位量を求め、更にこの相対変位量に基づいて、これら静止輪と回転輪との間に作用する荷重を求める機能を有する、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用荷重測定装置。
【請求項５】
径方向に対向する回転側軌道面と静止側軌道面との間に複数個の転動体が、接触角を付与した状態で転動自在に設けられており、演算器は、これら各転動体の公転速度の変化に基づいて回転輪と静止輪との間に加わる荷重を求める機能を有する、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用荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、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車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込んで、この車輪に加わる荷重の大きさを測定し、車両の安定運行の確保を図る為に利用する。
【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。
【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１〜５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】
又、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】
更に、特許文献５には、互いに逆方向の接触角を付与された転動体の公転速度が荷重の作用方向及び大きさにより変化する事を利用して、静止輪である外輪と、回転輪であるハブとの間に作用するラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方を求める構造が記載されている。
【００１０】
又、未公開ではあるが例えば特願２００４−２７９１５５号には、回転輪に支持したエンコーダと静止輪に支持したセンサとにより、これら両軌道輪同士の間の変位を測定し、この変位からこれら両軌道輪同士の間に加わる荷重を求める構造が開示されている。この先発明に係る荷重測定装置は、上記回転輪の一部に、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダを、この回転輪と同心に支持している。又、上記センサは、検出部を上記被検出面に対向させた状態で、上記静止輪等の回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその測定信号を変化させる。そして、演算器が、上記センサの測定信号に基づいて上記両軌道輪同士の間に作用する荷重を算出する様にしている。この為に、上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相を、検出すべき荷重の作用方向に応じて連続的に変化させており、上記演算器は、上記センサの測定信号が変化するパターンに基づいて上記荷重を算出する機能を有する。
【００１１】
図３〜１０は、上記特願２００４−２７９１５５号に開示された具体的構造のうちの２例を示している。これら各先発明に係る構造は、何れも、図３、７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輪である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）した状態でこの車輪と共に回転する、回転輪であるハブ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３〜６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の測定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６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の測定信号の位相は、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６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６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の測定信号の位相は、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６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６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の測定信号の位相は、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の測定信号の位相が、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の測定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、上記第１例の場合には、上記両センサ５、５の測定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７〜１０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の測定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１０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の測定信号の位相は、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１０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１０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の測定信号の位相は、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１０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１０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の測定信号の位相は、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の測定信号の位相が、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の測定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の測定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】
前述の特許文献５に記載された構造の場合も、上述の先発明に係る構造の場合も、上記外輪１とハブ２との間に作用している荷重を正確に求める為には、これら外輪１とハブ２とを含んで構成された転がり軸受ユニットの剛性が一定である事が必要である。例えば、上記特許文献５に記載された構造の場合には、この剛性の変化に伴って各転動体の接触角が変化すると、荷重と転動体の公転速度の変化量との関係が変化する。又、上記先発明の構造の場合には、上記剛性が変化すると、荷重と変位量との関係が変化する。一方で、転がり軸受ユニットは、温度変化に伴って剛性が変化する可能性がある。即ち、周囲の温度変化や運転に伴う発熱によって、上記外輪１とハブ２との間に温度差を生じる場合がある。そして、この様な温度差を生じた場合には、各転動体３、３に付与している予圧が変化し、その結果、これら各転動体３、３の接触角や、転がり軸受ユニットの剛性等が変化する。そして、接触角が変化した場合には、上記特許文献５に記載された構造による荷重測定に誤差を生じ、剛性が変化した場合には、先発明に係る構造による荷重測定に誤差を生じる。更に、上記外輪１とハブ２との間に温度差を生じ、これら外輪１とハブ２とが相対変位した場合にも、上記荷重測定に誤差を生じる可能性がある。
【００２３】
上記特許文献５に記載された発明の場合には、複列に配置された転動体の公転速度を総合して荷重を求める事により、温度変化の影響を受けにくくしている。又、特願２００４−２９５８１０号には、転がり軸受ユニットの形状を工夫する事により、温度変化の影響を受けにくくする構造が開示されている。但し、これらの方法及び構造は、センサによる公転速度或いは変位の測定誤差の影響を低減する方法或いは構造であり、転がり軸受ユニットの特性そのものが変化し、荷重と、公転速度又は変位との関係が変化した場合には、この荷重を精度良く求められなくなる。
【００２４】
【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
【特許文献５】特開２００５−３１０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、温度変化に伴う転がり軸受ユニットの剛性変化の影響を抑え、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を精度良く求められ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】
【００２６】
本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、転がり軸受ユニットと、荷重測定装置と、温度センサとを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止輪の周面に設けた静止側軌道面と回転輪の周面に設けた回転側軌道面との間に複数個の転動体を設けて成る。
又、上記荷重測定装置は、上記回転輪と共に回転するエンコーダと、検知部をこのエンコーダの被検出面に対向する状態で回転しない部分に支持されたセンサと、このセンサから送り込まれる測定信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を求める演算器とを備える。
又、上記温度センサは、上記転がり軸受ユニットの温度を測定する。
更に、上記演算器は、上記測定信号から上記荷重を求める機能に加えて、上記温度センサが測定した上記転がり軸受ユニットの温度に応じて、上記測定信号から上記荷重を求める際の関係に補正を加える機能を有する。
【発明の効果】
【００２７】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニット用荷重測定装置によれば、温度変化に伴う転がり軸受ユニットの剛性変化の影響を抑え、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を精度良く求められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、転がり軸受ユニットを、自動車の車輪を懸架装置に対し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、回転輪を、上記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とし、固定輪を、上記懸架装置に支持固定されるものとする。
この様な構造で本発明を実施すれば、車輪に加わる荷重を精度良く求めて、自動車の走行安定性を確保する為の制御を効果的に行なえる。
【００２９】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した様に、回転輪の回転中心と同心に設けられたエンコーダの被検出面の特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させると共に、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、検出すべき変位の方向に応じて連続的に変化させる。そして、演算器には、センサの測定信号の変化のパターンに基づいて、静止輪と回転輪との間の相対変位量を求め、更にこの相対変位量に基づいて、これら静止輪と回転輪との間に作用する荷重を求める機能を持たせる。
或いは、請求項４に記載した様に、回転輪の回転中心と同心に設けられたエンコーダの被検出面の特性を、円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチを、測定すべき変位の方向に応じて連続的に変化させる。そして、演算器には、センサの測定信号の変化のパターン（デューティ比：高電位継続時間／１周期）に基づいて、静止輪と回転輪との間の相対変位量を求め、更にこの相対変位量に基づいて、これら静止輪と回転輪との間に作用する荷重を求める機能を持たせる。
或いは、請求項５に記載した様に、前述の特許文献５に記載された構造の如く、互いに対向する、回転輪の周面に設けた回転側軌道と静止輪の周面に設けた静止側軌道との間に複数個の転動体を、接触角を付与した状態で転動自在に設ける。そして、演算器には、これら各転動体の公転速度の変化に基づいて、上記回転輪と上記静止輪との間に加わる荷重を求める機能を持たせる。
【実施例】
【００３０】
図１〜２は、本発明の実施例を示している。回転輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した、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。
【００３１】
一方、静止輪である外輪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９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９にセンサユニット１０を、径方向外方から挿通している。このセンサユニット１０は、信号生成部である１対のホールＩＣ１１ａ、１１ｂと、単一の永久磁石１２とを備える。このうちの両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂは、検出部として機能する片端面（例えば上面）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１２は、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂ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１２の着磁方向（図１の上下方向）一端面（例えば、図１に示す様に上端面）に、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂの他端面（例えば、図１に示す様に下面）を当接させている。
【００３２】
上記センサユニット１０は、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂと上記永久磁石１２とを、上記位置関係に組み合わせた状態で、これら各部材１１ａ、１１ｂ、１２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１０は、これら各部材１１ａ、１１ｂ、１２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１０の製造作業の際、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂ同士の位置関係が、上記永久磁石１２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１２に対し上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂを適正位置に突き合わせるのみで、容易に規制できる。
【００３３】
上述の様に構成する本実施例の構造により、前記外輪１と前記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重を求める方法に関しては、基本的には、前述の図７〜１０に示した、先発明の第２例の場合と同様である。即ち、上記アキシアル荷重に基づいて上記外輪１と上記ハブ２とがアキシアル方向に変位すると、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂに基づく１対の測定信号の位相が、前述の図１０に示す様にずれる。そこで、図示しない演算器により、このずれの方向及び大きさから、上記アキシアル方向の変位の方向及び大きさを求め、更にこの変位の方向及び大きさから、上記アキシアル荷重の方向及び大きさを求められる。但し、上記外輪１と上記ハブ２と各転動体３、３とから成る車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性が変化すると、上述の様にして求めたアキシアル荷重に関する測定値と、実際に上記外輪１と上記ハブ２との間に作用するアキシアル荷重との間に誤差が生じる。
【００３４】
そこで、本実施例の場合には、図２に示す様な回路により、温度変化に伴う誤差を低減する為の機能を持たせている。この為に本実施例の場合には、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪１の温度を測定する為の温度センサ１４を設けている。そして、この温度センサ１４の測定信号を、演算器１５中の温度補正部１６に入力している。この演算器１５は、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂの測定信号を入力して、これら両測定信号の位相差に関する比（位相差／１周期）を求める位相差検出部１７を備える。上記温度補正部１６は、この位相差検出部１７の後に設けて、上記位相差に関する比の中に含まれる、上記温度変化に伴う誤差成分を除去する。尚、この温度変化に伴う誤差成分の大きさ及び誤差の方向と、上記外輪１の温度との関係は、予め実験或いは計算により求めて、上記温度補正部１６中に、補正式或いは補正用マップとして入力しておく。上記位相差検出部１７により求められ、上記温度補正部１６により温度変化に伴う誤差成分を除かれた、上記位相差に関する比を表す信号は、次いで荷重変換部１８に送られる。そして、この荷重変換部１８で、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を算出する。
【００３５】
この様にして求めた、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を表す信号は、何れかのホールＩＣ１１ａの出力信号である、上記ハブ２の回転速度を表す信号と共に、図示しない、走行状態安定化装置を制御する為の制御器に送られる。そして、この制御器が、エンジンの出力、各車輪のブレーキ等を適切に制御して、車両の走行状態を安定させる。
本実施例の転がり軸受ユニット用荷重測定装置は、この様に構成する為、温度変化に伴う転がり軸受ユニットの剛性変化の影響を抑え、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を精度良く求めて、車両の走行状態を安定させる制御を、高精度で行なえる。この点に就いて、以下に説明する。
【００３６】
転がり軸受ユニットがアキシアル荷重を受けた状態での、アキシアル方向の変位量は、この転がり軸受ユニットのアキシアル剛性に依存している。この為、このアキシアル剛性が変化すると、同じアキシアル荷重を支承した場合でも、アキシアル方向の変位量が変化し、このアキシアル荷重の測定値に誤差が入り込む可能性がある。転がり軸受ユニットの剛性は、主として、前記各転動体３、３の転動面と、上記外輪１の内周面の外輪軌道１９、１９及び上記ハブ２の外周面の内輪軌道２０、２０との転がり接触部（弾性接触部）の剛性が大きく影響する。上記転がり軸受ユニットの構成各部材１、２、３の寸法が温度変化に伴って変化すると、上記各転がり接触部の剛性が変化し、上記転がり軸受ユニットの剛性が変わる。この為、上述の様に、同じアキシアル荷重を支承した場合でも、前記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂの測定信号に基づいて求められる、上記アキシアル方向の変位量が変化し、上記アキシアル荷重の測定値に誤差が入り込む。これに対して本実施例の場合には、上記外輪１の温度を測定して前記温度補正部１６に送り、温度変化に基づいて発生する、アキシアル方向の変位分を除く補正を行なうので、上記アキシアル荷重を精度良く求められる。
【００３７】
尚、本発明を実施する場合、転がり軸受ユニットの温度を求めれば良いので、温度測定個所は、必ずしも外輪１である必要はない。但し、回転輪である上記ハブ２の温度を測定して上記温度補正部１６に送る事は難しく、仮に行なえても無線通信が必要になる等、コスト並びに重量が嵩む事が避けられない。これに対して、静止輪である外輪１部分で測定すれば、この様な面倒、不都合をなくせるので都合が良い。又、この外輪１と上記ハブ２との相対変位は、静止輪である外輪１に取付けたセンサユニット１０により測定する構造としている為、前記温度センサ１４をこのセンサユニット１０内に保持すれば、省スペース、低コスト化を図れる。更に上記温度補正部１６を含め、前記演算器１５を上記センサユニット１０を構成するホルダ１３内に包埋支持すれば、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂから各部１６〜１８に信号を送る為のハーネスの数を抑えられる。即ち、前述した先発明の構造に対して上記温度センサ１４を単に増やす状態で本発明を実施すると、この温度センサ１４から上記温度補正部１６まで、温度を表す信号を送る為のハーネスが必要になり、コストが嵩む。これに対して、上記演算器１５を上記ホルダ１３内に包埋する構成を採用すれば、この様な不都合をなくせる。
【００３８】
又、本発明の実施に使用する、上記温度センサ１４としては、各種サーミスタ（ＮＴＣ、ＰＴＣ、ＣＴＲ、シリコン）、測温抵抗体（感温抵抗）、白金抵抗、温度ＩＣ等を使用できる。又、抵抗温度係数（温度による抵抗値変化）が大きい抵抗素子を使用する事もできる。又、上記温度センサ１４の出力形式は特に限定しないが、上記両ホールＩＣ１１ａ、１１ｂによる測定信号として、パルスデータ（ディジタル信号）を使用する場合には、ディジタル出力（ディジタル値、Ｄｕｔｙ比、ＰＷＭ等）のものを使用する事が好ましい。
【００３９】
又、上記温度センサ１４は、転がり軸受ユニットを構成する外輪１になるべく近い部分に設置する事が、この転がり軸受ユニットの温度の測定精度を向上させ、この温度変化に基づいて発生する、アキシアル方向の変位分を除く補正を精度良く行なう面からは好ましい。この面から、上記温度センサ１４を上記ホルダ１３内に包埋支持する事は好ましいが、この場合に、このホルダ１３の材質として、熱伝導率が高いものを使用する事が好ましい。この事を考慮した場合、このホルダ１３のうちで、少なくとも上記温度センサ１４と上記外輪１との間に存在する部分を、熱伝導性が高い合成樹脂、或いは金属とする事が考えられる。
【００４０】
又、本発明を実施するのに、固定輪と回転輪との相対変位量に基づいてこれら固定輪と回転輪との間に作用する荷重を求める場合でも、図示の様に、１対のセンサ（ホールＩＣ１１ａ、１１ｂ）の検出信号の位相差から変位を検出する構造に限定しない。例えば、被検出面の特性変化のピッチを、測定すべき荷重の作用方向（アキシアル荷重の場合には軸方向）に関して漸次変化させたエンコーダと、１個のセンサとにより、上記変位を検出する事もできる。この場合には、このセンサの検出信号のデューティ比に基づいて、上記変位を求める。この様な構造でも、温度変化に基づく剛性変化に伴う変位分を補正する事で、荷重の測定精度を向上させられる。
【００４１】
又、使用するエンコーダにしても、磁性金属板に透孔を形成したものに限らず、磁性材に凹凸を形成したもの、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石であっても良い。永久磁石を使用する場合でも、前述の図４〜６に示す様に、円周方向に関してＳ極とＮ極とを交互に配置した多極磁石や、被検出面が全周に亙って同じ極である代わりに、この被検出面に円周方向に関して（「く」字形の）凹凸を形成したものであっても良い。尚、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。又、磁性材製のエンコーダを使用する場合には、センサ側に永久磁石を設置するが、センサを１対設ける場合には、各センサ毎に永久磁石を１個ずつ設けても良いし、図１に示す様に、両センサ同士で１個の永久磁石を共用する事もできる。又、何れの場合でも、センサとしては、図示の例の様なホールＩＣに限らず、ホール素子、ＭＲ素子等の磁気検出素子が使用可能である。更に、本発明は、前述の特許文献５に記載された構造の様に、各転動体の公転速度から荷重を算出する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】同じくブロック図。
【図３】先発明に係る荷重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４】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図５】同じく展開図。
【図６】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの測定信号を示す線図。
【図７】先発明の第２例を示す断面図。
【図８】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図９】同じく展開図。
【図１０】アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの測定信号を示す線図。
【符号の説明】
【００４３】
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    取付孔
１０    センサユニット
１１ａ、１１ｂ  ホールＩＣ
１２    永久磁石
１３    ホルダ
１４    温度センサ
１５    演算器
１６    温度補正部
１７    位相差検出部
１８    荷重変換部
１９    外輪軌道
２０    内輪軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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