(57)【要約】【課題】各列の転動体３、３に付与した予圧の変動に拘らず、ハブ２に外嵌固定したエンコーダ４ｃと、外輪１に支持したセンサユニット１５の検出部との軸方向のずれを補償する。そして、上記予圧の変動が、上記外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位に関する測定値のずれに結び付く事を防止する。【解決手段】上記エンコーダ４ｃの両端部を、上記ハブ２を構成するハブ本体１８と内輪１９とに、それぞれ締り嵌めで外嵌固定する。予圧変動に基づく、これらハブ本体１８と内輪１９との軸方向に関する変動が生じると、上記エンコーダ４ｃの両端部が逆方向に同じだけ変位する。この結果、このエンコーダ４ｃの中間部外周面に設けた被検出面は軸方向に変位しないので、上記課題を解決できる。【選択図】図１
2006284568.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、内周面に複列の外輪軌道を有し使用状態でも回転しない外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有し使用状態で回転する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、予圧を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体とを備えたものであり、
上記変位測定装置は、少なくとも１個のエンコーダと、少なくとも１個のセンサと、演算器とを備えたものであり、
このうちのエンコーダは、上記内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に支持されたもので、外周面に設けた被検出部の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出部の特性が円周方向に関して変化するパターンを軸方向に関して連続的に変化させたものであり、
上記センサは、検出部を上記エンコーダの外周面に対向させた状態で上記外輪相当部材に支持され、この外周面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記センサの検出信号が変化するパターンに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との相対変位の方向及び量を算出するものであり、
上記各転動体に付与した予圧に関係した変動に基づく、上記エンコーダと上記センサとの位置関係の変動を補償する機能を有する
変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
内輪相当部材は、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して成るものであり、板材により造られて軸方向両端部に設けた嵌合筒部同士の距離を調節可能とされたエンコーダの軸方向一端側の嵌合筒部を上記第一の内輪部材に、同じく軸方向他端側の嵌合筒部を上記第二の内輪部材に、それぞれ固定した、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】
１対ずつのセンサ及びエンコーダを備え、このうちの両エンコーダは、それぞれの被検出部の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させると共に、この被検出部の特性が円周方向に関して変化する位相を軸方向に関して連続的に、軸方向に対する傾斜方向を上記両エンコーダ同士の間で互いに逆方向として、且つ、この軸方向に対する傾斜角度を互いに同じとした状態で変化させており、内輪相当部材は、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して成るものであり、上記一方のエンコーダを上記第一の内輪部材に、上記他方のエンコーダを上記第二の内輪部材に、それぞれ固定しており、演算器は、上記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、外輪相当部材と上記内輪相当部材との相対変位の方向及び量を算出する、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４】
演算器が、算出した相対変位量に基づき、外輪相当部材と内輪相当部材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、使用状態で外輪相当部材が自動車の懸架装置に支持され、内輪相当部材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、内周面に複列の外輪軌道を有し使用状態でも回転しない外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有し使用状態で回転する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、予圧を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、少なくとも１個のエンコーダと、少なくとも１個のセンサと、演算器とを備えたものであり、
このうちのエンコーダは、上記内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に支持されたもので、外周面に設けた被検出部の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出部の特性が円周方向に関して変化するパターンを軸方向に関して連続的に変化させたものであり、
上記センサは、検出部を上記エンコーダの外周面に対向させた状態で上記外輪相当部材に支持され、この外周面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記センサの検出信号が変化するパターンに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材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り、
上記各転動体に付与した予圧に関係した変動に基づく、上記エンコーダと上記センサとの位置関係の変動を補償する機能を有する
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項７】
内輪相当部材は、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して成るものであり、板材により造られて軸方向両端部に設けた嵌合筒部同士の距離を調節可能とされたエンコーダの軸方向一端側の嵌合筒部を上記第一の内輪部材に、同じく軸方向他端側の嵌合筒部を上記第二の内輪部材に、それぞれ固定した、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】
１対ずつのセンサ及びエンコーダを備え、このうちの両エンコーダは、それぞれの被検出部の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させると共に、この被検出部の特性が円周方向に関して変化する位相を軸方向に関して連続的に、軸方向に対する傾斜方向を上記両エンコーダ同士の間で互いに逆方向として、且つ、この軸方向に対する傾斜角度を互いに同じとした状態で変化させており、内輪相当部材は、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して成るものであり、上記一方のエンコーダを上記第一の内輪部材に、上記他方のエンコーダを上記第二の内輪部材に、それぞれ固定しており、演算器は、上記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用する荷重の方向及び大きさを算出する、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、使用状態で外輪相当部材が自動車の懸架装置に支持され、内輪相当部材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。
【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、この車輪に加わるアキシアル荷重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１〜３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に記載された従来構造の第１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１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。
【０００６】
又、特許文献２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。
【０００７】
更に、特許文献３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。
【０００８】
上述の特許文献１に記載された従来構造の第１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２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３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。
【０００９】
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６〜１３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６、１０に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない外輪相当部材である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）する内輪相当部材であるハブ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切である。
【００１０】
図６〜９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。
【００１１】
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。
【００１２】
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９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。
【００１３】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図９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（軸方向）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９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９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９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。
【００１４】
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。
【００１５】
次に、図１０〜１３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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１３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。
【００１８】
これに対して、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図１３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１３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１３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１３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。
【００１９】
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。
【００２０】
又、図１４〜１５は、先発明に則して考えた構造の１例を示している。この構造の場合には、エンコーダ４ｂとして、磁性金属板を折り曲げる事により、断面クランク形で全体を円環状に形成したものを使用している。上記エンコーダ４ｂは、互いに同心である小径円筒部１２の軸方向端縁と大径円筒部１３の軸方向端縁とを、円輪部１４により連続させたもので、上記小径円筒部１２をハブ２の中間部外周面に締り嵌めで外嵌する事により、このハブ２に固定している。又、上記大径円筒部１３には、それぞれが「く」字形である多数の透孔６ｃ、６ｃを、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔６ｃ、６ｃは、それぞれの両半部が、前述の図１０〜１３に示したエンコーダ４ａに形成した透孔６ａ、６ａ或いは透孔６ｂ、６ｂとして機能する。
【００２１】
又、上記図１４〜１５に示した構造の場合、１対のセンサを、単一のセンサユニット１５に組み込んでいる。即ち、それぞれがセンサの検出部として機能する１対の磁気検出素子を、合成樹脂製のホルダ１６の先端部で、組み付け状態で外輪１の内周面から突出する部分に包埋支持している。上記センサユニット１５をこの外輪１に設けた取付孔１７に挿通した状態では、上記両磁気検出素子が、上記エンコーダ４ｂに形成した、上記各透孔６ｃ、６ｃの片半部と他半部とに近接対向する。
この様な図１４〜１５に示した構造の場合も、前述の図１０〜１３に示した先発明の第２例の構造の場合と同様にして、上記外輪１と上記ハブ２とのアキシアル方向に関する相対変位、延てはこれら外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重を求められる。
【００２２】
ところで、上述の様にして外輪１とハブ２との間のアキシアル方向の変位、更にはこれら外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重を求める、複列転がり軸受ユニットには、所定の予圧を付与している。この様な予圧の付与は、車輪等の回転部材の支持剛性を高め、この回転部材の回転精度を向上させる為に必要である。又、先発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニットにより、この転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める場合、転がり軸受ユニットは、予圧を付された複列転がり軸受ユニットである事が重要になる。予圧を付与されていない（正の内部隙間を有する）転がり軸受ユニットの場合、アキシアル荷重の大きさとアキシアル方向に関する変位との間に、明確な相関関係がない為、このアキシアル荷重を求める事はできない。
【００２３】
この為、先に述べた図６、１０、１４に示した構造は、何れも、ハブ２として、ハブ本体１８と内輪１９とをナット２０により結合固定したものを使用して、各転動体３、３に背面組み合わせ形の接触角と共に予圧を付与する様にしている。即ち、上記ハブ本体１８の小径段部２１に外嵌した上記内輪１９を、上記ナット２０によりこの小径段部２１の端部に存在する段差面２２に向け抑え付けている。そして、このナット２０の締め付けトルクを規制する事により、上記ハブ２の外周面に設けられた複列の内輪軌道２３、２３同士の間隔が、上記外輪１の内周面に設けられた複列の外輪軌道２４、２４の間隔との関係で適正値になる様にして、上記各転動体３、３に所望の（適正値の）予圧を付与する様にしている。
【００２４】
この様にしてこれら各転動体３、３に付与した予圧が適正値のままであれば、特に問題を生じる事はない。但し、上記ハブ本体１８に対する上記内輪１９の嵌合位置は、車両の走行に伴って車輪が路面の凹凸に乗り上げる等により、転がり軸受ユニットに加わる瞬間的な過大荷重や振動等により、僅かとは言え、軸方向にずれる可能性がある。そして、上記嵌合位置が軸方向にずれた場合には、上記外輪１に対する上記エンコーダ４、４ａ、４ｂの軸方向位置が、この外輪１と上記ハブ２とのアキシアル方向（軸方向）の変位の有無に関係なく、ずれる可能性がある。この点に就いて、図１４に示した構造を例にして説明する。
【００２５】
図１４に示した状態が、上記各転動体３、３に適切な予圧が付与されている状態とする。この状態から、上記内輪１９が上記ハブ本体１８に対し、図１４の右方に変位し、１対の内輪軌道２３、２３同士の距離が、適切な予圧が付与された状態からδ分だけ広がって、上記各転動体３、３に付与された予圧が低下したが喪失していない状態を考える。両列の転動体３、３の接触角を同じとした場合、作用・反作用の法則から、両列の予圧は同じとなるから、上記δ分の変位に基づいて、両列の転動体３、３の予圧は均等に低下する。この場合でも、上記外輪１と上記ハブ２とは、例えばこれら両部材の軸方向中央位置同士を比較した場合には、相対変位はしていない。
【００２６】
但し、上記ハブ２のうちのハブ本体１８側に支持固定した上記エンコーダ４ｂの位置は、上記外輪１に対して、δ／２分だけ、図１４の左方にずれる。そして、このδ／２分のずれに基づいて、上記エンコーダ４ｂの外周面にその検出部を対向させた、前記センサユニット１５の出力信号が変動する。言い換えれば、上記外輪１と上記ハブ２とが変位していないにも拘らずこの出力信号が変化する、所謂ドリフトが発生する。
この様なドリフトは、仮に生じたとしても僅少ではあるが、元々、アキシアル荷重に基づく、上記外輪１と上記ハブ２との間の相対変位量も僅かである。この為、例えば自動車の走行安定性確保の為の制御をより高精度に行なう為には、上記ドリフトを抑える事が好ましい。
【００２７】
【特許文献１】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献２】特開２００４−３９１８号公報
【特許文献３】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】
【００２８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、予圧変動に拘らず、内輪相当部材に支持固定したエンコーダの外周面に設けた被検出部と、外輪相当部材に支持したセンサの検出部との軸方向のずれを補償す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】
【００２９】
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、内周面に複列の外輪軌道を有し使用状態でも回転しない外輪相当部材と、外周面に複列の内輪軌道を有し使用状態で回転する内輪相当部材と、これら両外輪軌道と両内輪軌道との間に、予圧を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体とを備える。
又、上記変位測定装置又は荷重測定装置は、少なくとも１個のエンコーダと、少なくとも１個のセンサと、演算器とを備える。
そして、このうちのエンコーダは、上記内輪相当部材の一部にこの内輪相当部材と同心に支持されたもので、外周面に設けた被検出部の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出部の特性が円周方向に関して変化するパターンを軸方向に関して連続的に変化させている。
又、上記センサは、上記外輪相当部材に支持され、検出部を上記エンコーダの外周面に対向させて、この外周面の特性変化に対応してその出力信号を変化させる。
又、上記演算器は、上記センサの検出信号が変化するパターンに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との相対変位の方向及び量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の方向及び大きさを算出する。
そして、上記各転動体に付与した予圧に関連した変動（予圧自体の変動、或は、予圧を一定に保つ為の軌道輪部材同士の相対変位）に基づく、上記エンコーダと上記センサとの位置関係の変動を補償する機能を有する。
【発明の効果】
【００３０】
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、予圧に関連した変動に拘らず、内輪相当部材に支持固定したエンコーダの外周面に設けた被検出部と、外輪相当部材に支持したセンサの検出部との軸方向のずれを補償できる。この為、これら外輪相当部材と内輪相当部材とが変位していないにも拘らずセンサの出力信号が変化する事を防止して、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間の相対変位量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の方向及び大きさを正確に求められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明を実施する場合に、例えば請求項２、７に記載した様に、内輪相当部材を、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して構成する。そして、板材により造られて軸方向両端部に設けた嵌合筒部同士の距離を調節可能とされたエンコーダの軸方向一端側の嵌合筒部を上記第一の内輪部材に、同じく軸方向他端側の嵌合筒部を上記第二の内輪部材に、それぞれ外嵌等により固定する。
【００３２】
この様な構成を採用した場合、第一、第二の内輪部材の外周面に設けた第一、第二の内輪軌道同士の間隔がずれて、各列の転動体に付与している予圧が変動した場合でも、上記エンコーダの軸方向両端部の嵌合筒部が、軸方向一端側と他端側とに、ほぼ同じ量だけ変位する。この為、上記エンコーダの軸方向中間部外周面に設けた被検出部の軸方向位置が、外輪相当部材に対し軸方向にずれ動く事はない。
【００３３】
或いは、請求項３、８に記載した様に、１対ずつのセンサ及びエンコーダを備える。そして、このうちの両エンコーダは、それぞれの被検出部の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させる。又、この被検出部の特性が円周方向に関して変化する位相を軸方向に関して連続的に、軸方向に対する傾斜方向を上記両エンコーダ同士の間で互いに逆方向として、且つ、この軸方向に対する傾斜角度を互いに同じとした状態で変化させる。
又、内輪相当部材は、一方の内輪軌道を有する第一の内輪部材と、他方の内輪軌道を有する第二の内輪部材とを、互いに同心に、軸方向に突き合わせた状態で結合して成るものとする。
又、上記一方のエンコーダを上記第一の内輪部材に、上記他方のエンコーダを上記第二の内輪部材に、それぞれ外嵌等により固定する。
そして、演算器は、上記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、外輪相当部材と上記内輪相当部材との相対変位の方向及び量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の方向及び大きさを算出する。
【００３４】
この様な構成を採用した場合、第一、第二の内輪部材の外周面に設けた第一、第二の内輪軌道同士の間隔がずれて、各列の転動体に付与している予圧が変動した場合でも、上記両エンコーダが、軸方向に関して互いに反対方向（互いに離れる方向或いは近づく方向）に、ほぼ同じ量だけ変位する。この変位に伴って、上記両センサの検出部が対向する、上記両エンコーダの被検出面の円周方向に関する位相がずれる。但し、この様な予圧変化に伴う位相のずれは、上記両センサに関して、同方向に同じ量だけ生じる。従って、この予圧変化に伴う位相のずれが、上記両センサの出力信号同士の間に存在する位相差に影響する事はない。この為、この位相差に基づく、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との相対変位の方向及び量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重の方向及び大きさの算出は、上記予圧変化に影響されずに、正確に行なえる。
【００３５】
又、本発明のうちの請求項１〜３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、演算器に、算出した相対変位量に基づき、外輪相当部材と内輪相当部材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に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項５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、使用状態で外輪相当部材を自動車の懸架装置に支持し、内輪相当部材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行なう事ができる。
尚、上記外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求める為には、必ずしもこれら外輪相当部材と内輪相当部材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、第一、第二のセンサの出力信号に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材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１】
【００３６】
図１〜２は、請求項１、２、４、５、６、７、９に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、複列に配置した転動体３、３に付与している予圧の変動に拘らず、内輪相当部材であるハブ２の外周面に支持固定したエンコーダ４ｃの外周面に形成した被検出部の、外輪１に支持したセンサユニット１５に対する軸方向位置がずれる事を防止すべく、上記ハブ２に対する上記エンコーダ４ｃの取り付け構造を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図６〜１５に示した、先発明の構造若しくはこの先発明に則した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は省略し、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００３７】
本実施例に組み込む、上記エンコーダ４ｃは、軟鋼板等の磁性金属板を折り曲げる事により、断面略凸字形で全体を円環状に形成している。上記エンコーダ４ｃは、軸方向両端部に設けられた、互いに同心の１対の小径円筒部１２ａ、１２ｂの互いに対向する側の軸方向端縁と、軸方向中央部に設けられた大径円筒部１３ａの軸方向両端縁とを、１対の円輪部１４ａ、１４ｂにより連続させて成る。この様なエンコーダ４ｃのうち、一方（図１〜２の左方）の小径円筒部１２ａは、第一の内輪部材であるハブ本体１８の中間部に、締り嵌めにより外嵌固定している。これに対して、他方（図１〜２の右方）の小径円筒部１２ｂは、第二の内輪部材である内輪１９の軸方向外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外側となる端部で、図１、３、６、１０、１４の左端部）に、締り嵌めにより外嵌固定している。要するに、上記エンコーダ４ｃは、上記ハブ２を構成するハブ本体１８と内輪１９とに掛け渡す状態で、このハブ２の中間部周囲に支持固定している。
【００３８】
上述の様に構成する本実施例によれば、上記複列に配置した転動体３、３の予圧変動に拘らず、上記ハブ２に支持固定した上記エンコーダ４ｃを構成する上記大径円筒部１３ａの外周面に設けた被検出部と、外輪１に支持したセンサユニット１５の検出部との軸方向のずれを補償できる。この点に就いて、以下に説明する。
【００３９】
仮に、図１、及び、図２に実線で示した状態が、上記各転動体３、３に適切な予圧が付与されている状態とする。この状態から、上記ハブ２の外周面に設けた１対の内輪軌道２３、２３同士の距離が、適切な予圧が付与された状態からδ分だけ広がって、上記各転動体３、３に付与された予圧が低下した場合、上記両小径円筒部１２ａ、１２ｂ同士の間隔が、上記δ分広がる。この場合、前述した様に、両列の転動体３、３の予圧は互いに等しくなるので、上記両小径円筒部１２ａ、１２ｂは、前記両円輪部１４ａ、１４ｂの両端縁と、上記両小径円筒部１２ａ、１２ｂ及び前記大径円筒部１３ａの端縁との連結部を変形させつつ、δ／２分ずつ、互いに反対方向に変位して、互いの間隔を、上記δ分広げる。従って、これら両小径円筒部１２ａ、１２ｂ同士の間に存在する、上記大径側円筒部１３ａの軸方向位置は変化しない。この為、この大径側円筒部１３ａの外周面に設けた被検出部の軸方向位置が、上記センサユニット１５の検出部に対し軸方向にずれ動く事はない。この結果、上記外輪１と上記ハブ２とが変位していないにも拘らず上記センサユニット１５の出力信号が変化する、所謂ドリフトが発生する事がなくなる。
【実施例２】
【００４０】
図３は、請求項１、３、４、５、６、８、９に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、それぞれが軟鋼板等の磁性金属板により、断面クランク形で全体を円環状に形成した１対のエンコーダ４ｄ、４ｅを、ハブ２を構成するハブ本体１８の軸方向中間部と内輪１９の軸方向外端部とに、それぞれ締り嵌めにより外嵌固定している。上記両エンコーダ４ｄ、４ｅは、互いに同心である小径円筒部１２ｃの軸方向端縁と大径円筒部１３ｂの軸方向端縁とを、円輪部１４ｃにより連続させたもので、この大径円筒部１３ｂに多数の透孔６ｄ、６ｄを、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔６ｄ、６ｄは、それぞれ、軸方向に対し同じ角度だけ傾斜している。傾斜方向は、一方のエンコーダ４ｄと他方のエンコーダ４ｅとで互いに逆にしている。そして、外輪１に支持したセンサユニット１５に設けた、それぞれがセンサに相当する１対の磁気検出素子の検出部を、上記両エンコーダ４ｄ、４ｅの大径円筒部１３ｂの外周面に近接対向させている。
【００４１】
この様な本実施例の構造の場合には、上記ハブ２を構成するハブ本体１８と内輪１９との外周面に設けた１対の内輪軌道２３、２３同士の間隔がずれて、各列の転動体３、３に付与している予圧が変動した場合でも、上記両エンコーダ４ｄ、４ｅが、軸方向に関して互いに反対方向（互いに離れる方向或いは近づく方向）に、ほぼ同じ量だけ変位する。この点に就いて、以下に説明する。
【００４２】
仮に、図３に示した状態が、上記各転動体３、３に適切な予圧が付与されている状態とする。この状態から、上記ハブ２の外周面に設けた１対の内輪軌道２３、２３同士の距離が、適切な予圧が付与された状態からδ分だけ広がって、上記各転動体３、３に付与された予圧が低下した場合、上記両エンコーダ４ｄ、４ｅ同士の間隔が、上記δ分広がる。この場合、前述した様に、両列の転動体３、３の予圧は互いに等しくなるので、上記両エンコーダ４ｄ、４ｅは、δ／２分ずつ、互いに反対方向に変位して、互いの間隔を、上記δ分広げる。この変位に伴って、上記両磁気検出素子の検出部が対向する、上記両エンコーダ４ｄ、４ｅの被検出面の円周方向に関する位相、即ち、これら両エンコーダ４ｄ、４ｅの円周方向に関する、前記各透孔６ｄ、６ｄの円周方向端縁の位置がずれる。但し、この様な予圧変化に伴う位相のずれは、上記両磁気検出素子に関して、同方向に同じ量だけ生じる。従って、この予圧変化に伴う位相のずれが、これら両磁気検出素子の特性変化に対応して、前記センサユニット１５から出力される１対の出力信号同士の間に存在する位相差に影響する事はない。従って、この位相差に基づく、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の算出は、上記予圧変化に影響されずに、正確に行なえる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
図１、３に示した構造は、磁性金属板製のエンコーダの外周面のうちで軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれ１対のセンサの検出部を対向させた構造に就いて示している。但し、本発明は、この様な構造に限らずに実施できる。例えば、前述の図６〜９に示した先発明の第１例の構造の様に、永久磁石製のエンコーダを使用する構造に就いて、本発明を実施する事も可能である。この場合には、例えば図４に示す様に、金属板製で、前述の図１〜２に示した実施例１のエンコーダと同様の断面形状を有する芯金２５の外周面に、上記図６〜９に示した様なパターンで着磁した永久磁石製のエンコーダ本体２６を全周に亙り添着固定して、エンコーダ４ｆとする。そして、上記芯金２５を、ハブ２の中間部外周面に、このハブ２を構成するハブ本体１８と内輪１９（図１、３参照）とに掛け渡す様に外嵌支持する。
【００４４】
又、外輪１とハブ２とのアキシアル方向の変動に伴って変化する、１個のエンコーダの出力信号のデューティ比に応じて、この変動の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）を求める構造に、本発明を適用する事もできる。この場合には、例えば図５に示す様なエンコーダ４ｇを使用する。このエンコーダ４ｇは、前述の図２に示したエンコーダ４ｃと同様に、略凸字形の断面形状を有する。但し、上記エンコーダ４ｇの場合には、大径側円筒部１３ａに、それぞれが台形である多数の透孔６ｅ、６ｅを、円周方向に関して等間隔に形成している。この様な透孔６ｅ、６ｅを形成した、上記大径側円筒部１３ａの外周面に検出部を対向させたセンサの出力信号のデューティ比（１周期中での高電位継続時間の割合）は、上記エンコーダ４ｇと上記センサの検出部との軸方向変位に対応して変化する。そこで、上記デューティ比に基づいて、上記変動の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）を求められる。
【００４５】
この様な構造でも、予圧変動に伴って上記エンコーダ４ｇが上記センサに対し軸方向に変位すると、上記アキシアル方向の変動の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）を正確には求められなくなる。これに対して、上記エンコーダ４ｇを、前述の図１に示す様な構造で、上記ハブ２に対し支持固定すれば、上記予圧の変動が、上記アキシアル方向の変動の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）の測定精度を悪化させる事を防止できる。
尚、前記図４に示した構造で、永久磁石製のエンコーダ本体の外周面の着磁領域を台形とした（円周方向に隣り合うＳ極とＮ曲との境界を軸方向に対し傾斜させた）エンコーダと１個のセンサとを組み合わせた場合も、同様にして、予圧の変動がアキシアル方向の変動の方向及び量（又は、作用する荷重の方向及び大きさ）の測定精度を悪化させる事を防止できる。
【００４６】
又、前述の図３に示した構造では、１対のエンコーダ４ｄ、４ｅを、複列に配置した転動体３、３の間部分に設置しているが、この間部分に十分な空間容積を確保できない場合には、何れか一方のエンコーダをこの間部分に配置すると共に他方のエンコーダを上記複列に配置した転動体３、３に対して上記間部分と反対側に配置する事もできる。更には、両方のエンコーダを、これら複列に配置した転動体３、３に対して上記間部分と反対側に配置する事もできる。
【００４７】
又、エンコーダとセンサとの組み合わせは、磁気検知式のものに限るものではない。例えば、渦電流式のセンサや光学式のセンサを使用する事もできる。
更には、転がり軸受ユニットの構造に就いても、図示の様な玉軸受ユニットに限らず、複列円すいころ軸受ユニットとする事もできる。又、予圧付与の構造に就いても、図示の様な定位置予圧構造に限らず、定圧予圧構造とする事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１を示す断面図。
【図２】実施例１に組み込むエンコーダを取り出して示す部分断面図。
【図３】本発明の実施例２を示す断面図。
【図４】本発明の実施例３に組み込むエンコーダを取り出して示す部分断面図。
【図５】本発明の実施例４に組み込むエンコーダを径方向から見た図。
【図６】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７】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図８】同じく展開図。
【図９】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１０】先発明の第２例を示す断面図。
【図１１】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図１２】同じく展開図。
【図１３】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１４】先発明に則して考えた構造の１例を示す断面図。
【図１５】この構造に組み込むエンコーダを取り出して示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ  エンコーダ
５、５ａ  センサ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ  透孔
７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  小径円筒部
１３、１３ａ、１３ｂ  大径円筒部
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  円輪部
１５    センサユニット
１６    ホルダ
１７    取付孔
１８    ハブ本体
１９    内輪
２０    ナット
２１    小径段部
２２    段差面
２３    内輪軌道
２４    外輪軌道
２５    芯金
２６    エンコーダ本体
【図１】
2006284568.tif 000003
【図２】
2006284568.tif 000004
【図３】
2006284568.tif 000005
【図４】
2006284568.tif 000006
【図５】
2006284568.tif 000007
【図６】
2006284568.tif 000008
【図７】
2006284568.tif 000009
【図８】
2006284568.tif 000010
【図９】
2006284568.tif 000011
【図１０】
2006284568.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006284568.tif 000014
【図１３】
2006284568.tif 000015
【図１４】
2006284568.tif 000016
【図１５】
2006284568.tif 000017