(57)【要約】【課題】静止側、回転側両軌道輪の相対変位の方向及び量に拘らず、１対のセンサ９ａ、９ｂの出力信号が変化するタイミングが前後する事を防止する。そして、上記相対変位の方向及び量を算出する為の演算器部分での処理を簡単にし、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさを特定する為に要する時間を短くできる構造を実現する。【解決手段】上記両センサ９ａ、９ｂを構成する磁気検知素子１０、１０或いは永久磁石１１、１１の方向を異ならせる等により、上記両センサ９ａ、９ｂの出力信号同士の間に、初期位相差を設定する。そして、その時点での上記両センサ９ａ、９ｂの出力信号同士の間の位相差である実位相差が、上記初期位相差に対してどの方向にどの程度変化しているかにより、上記変位の方向及び大きさを求める。【選択図】図２
2006258801.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、１対のセンサと、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、
上記両センサは、それぞれの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、この被検出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、
上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定しており、
上記演算器は、上記両センサの検出信号の周期と、各瞬間にこれら両センサの検出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】
両センサは、エンコーダの被検出面にその前面を対向させた状態で配置された磁気検知素子と、この被検出面と反対側であるこの磁気検知素子の背面に、着磁方向一端面を当接若しくは近接対向させた永久磁石とを備えたものであり、上記両センサ同士の間で、上記磁気検知素子の背面に当接若しくは近接対向する、上記永久磁石の極を互いに異ならせる事により、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、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】
両センサは、エンコーダの被検出面にその前面を対向させた状態で配置された磁気検知素子と、この被検出面と反対側であるこの磁気検知素子の背面に、着磁方向一端面を当接若しくは近接対向させた永久磁石とを備えたものであり、上記両センサの向きを互いに異ならせる事により、これら両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、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４】
両センサのうちの一方の出力信号に、回転側軌道輪の回転速度に比例した遅れを持たせる演算処理を施す事により、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、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５】
両センサをエンコーダの回転方向にずらせて配置する事により、これら両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、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６】
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１〜５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７】
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、他方のセンサ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１〜５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８】
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１〜７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８に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
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、１対のセンサと、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、
上記両センサは、それぞれの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、この被検出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、
上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定しており、
上記演算器は、上記両センサの検出信号の周期と、各瞬間にこれら両センサの検出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１１】
両センサは、エンコーダの被検出面にその前面を対向させた状態で配置された磁気検知素子と、この被検出面と反対側であるこの磁気検知素子の背面に、着磁方向一端面を当接若しくは近接対向させた永久磁石とを備えたものであり、上記両センサ同士の間で、上記磁気検知素子の背面に当接若しくは近接対向する、上記永久磁石の極を互いに異ならせる事により、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、請求項１０に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１２】
両センサは、エンコーダの被検出面にその前面を対向させた状態で配置された磁気検知素子と、この被検出面と反対側であるこの磁気検知素子の背面に、着磁方向一端面を当接若しくは近接対向させた永久磁石とを備えたものであり、上記両センサの向きを互いに異ならせる事により、これら両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、請求項１０に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１３】
両センサのうちの一方の出力信号に、回転側軌道輪の回転速度に比例した遅れを持たせる演算処理を施す事により、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、請求項１０に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１４】
両センサをエンコーダの回転方向にずらせて配置する事により、これら両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定した、請求項１０に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１５】
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て、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させている、請求項１０〜１４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。
【請求項１６】
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、他方のセンサ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１０〜１４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。
【請求項１７】
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１０〜１６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記載されている。図５〜１２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５、９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、ＧＭＲ等の磁気検知素子を組み込む事が適当である。
【００１２】
図５〜８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８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８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８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８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８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９〜１２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１２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１２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１２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１２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１２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５〜１２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場合、前述した様に、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、両センサ５、５（５ａ、５ａ）の出力信号の位相を、図８、１２の（Ｃ）に示す様に一致させている。この為、車体に設けたＧセンサ等の信号に基づき、別途上記相対変位に結び付く荷重の作用方向を特定しない限り、この相対変位の方向及び量（大きさ）を正確に求められなくなる可能性がある。
【００２３】
即ち、例えば一方のセンサの出力信号を基準信号として利用し、他方のセンサの出力信号を変位の方向を求める為の測定信号として利用する事を考えた場合、上記荷重の作用方向により変化する、上記相対変位の方向よって、上記基準信号に対する上記測定信号の前後関係が逆転する。この為、例えば、これら基準信号と測定信号との間の位相差が、−１０度である場合に、＋３５０度であると判定する可能性がある。この様な問題は、例えば上記Ｇセンサ等の、荷重の作用方向を特定できるセンサからの情報を取り入れる事で解消できる。但し、演算器部分での処理が複雑になる為、この演算器部分のコストが嵩む他、上記荷重の方向及び大きさを特定する為に要する時間が長くなり、例えば走行安定性確保の為の制御を迅速に行なう面からは不利である。
【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
【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、演算器部分での処理が簡単なもので済み、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさ、延ては荷重の方向及び大きさを特定する為に要する時間を短く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】
【００２６】
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、１対のセンサと、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いる。
又、上記両センサは、それぞれの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、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させる。
そして、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、図１に示す様に、上記両センサの検出信号同士の間に、初期位相差δを設定している。
更に、上記演算器は、上記両センサの検出信号の周期と、各瞬間にこれら両センサの検出信号同士の間に存在する実位相差の上記初期位相差δからのずれ量とに基づいて、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、これら両軌道輪同士の間に作用する荷重の方向及び大きさを算出する。
【００２７】
尚、上記初期位相差δは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位に拘らず喪失しない（常にδ＞０であり、上記両センサの出力信号が変化するタイミングが逆転しない）程度の大きさに設定する。従って、上記初期位相差δの大きさは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間で発生する可能性のある相対変位量（これら両軌道輪同士の間に作用し得る荷重の大きさ）、被検出面の特性変化の境界が変位の方向に対し傾斜している角度、上記両軌道輪同士の振れ回りの程度に応じて、設計的若しくは実験的に定める。前述の図５〜１２に示した様な、車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記初期位相差δの大きさを、４５〜３１５度（１周期の１／８〜７／８の範囲）にする事が好ましい。即ち、上記初期位相差δの大きさの絶対値を、１周期の１／８以上確保すれば、必要とする測定精度、測定の迅速性（１回転中での特性変化の回数）等を確保しつつ、上記両センサの出力信号が変化するタイミングが逆転しない様にできる。
尚、前記エンコーダの被検出面の特性変化のピッチ（１円周での特性変化の回数）、形状、傾斜角度等は、上記初期位相差δの大きさ等の応じて適宜設定する。
【発明の効果】
【００２８】
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、初期位相差δの存在に基づき、両センサの出力信号が変化するタイミングが逆転しない。この為、これら両センサの出力信号の実位相差の大きさが分かれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位の方向及び量、延ては、これら両軌道輪同士の間に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δよりも大きければ、静止側軌道輪と回転側軌道輪とが所定方向に、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が分かる。又、上記実位相差が上記初期位相差δよりも小さければ、静止側軌道輪と回転側軌道輪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が分かる。この相対変位の方向及び量を特定する為に、Ｇセンサ等の荷重の作用方向を特定する為の他のセンサからの情報を取り入れる必要はない。この為、演算器部分での処理が簡単なもので済み、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさ（量）、延ては上記荷重の方向及び大きさを特定する為に要する時間を短くして、例えば走行安定性確保の為の制御を迅速に行なえる。
尚、上記回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を求める為には、必ずしもこれら回転側軌道輪と静止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１０に記載した様に、演算器に、１対のセンサの検出信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を直接（上記相対変位の方向及び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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を実施する場合に、例えば請求項２、１１に記載した如く、図２に示した様に、両センサ９ａ、９ｂとして、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子１０と永久磁石１１とを備えたものを使用する。このうち、上記両センサ９ａ、９ｂの磁気検知素子１０は、前述の図９〜１２に示した様な、磁性材製のエンコーダ４ａの被検出面（外周面）にその前面を対向させた状態で配置される。これに対して上記永久磁石１１は、上記被検出面と反対側である、上記磁気検知素子１０の背面に、着磁方向一端面を当接若しくは近接対向させている。
【００３０】
そして、上記両センサ９ａ、９ｂ同士の間で、上記磁気検知素子１０の背面に当接若しくは近接対向する、上記永久磁石１１の極を互いに異ならせる事により、上記両センサ９ａ、９ｂの検出信号同士の間に初期位相差を設定している。具体的には、一方（図２の右方）のセンサ９ａの場合には、上記磁気検知素子１０の背面に上記永久磁石１１のＮ極を、他方（図２の左方）のセンサ９ｂの場合には、上記磁気検知素子１０の背面に上記永久磁石１１のＳ極を、それぞれ当接若しくは近接対向させる事により、上記センサ９ａ、９ｂ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。
【００３１】
尚、図２の矢印イは、上記エンコーダ４ａの回転方向を表している。この図２では、上記各センサ９ａ、９ｂの構成を明りょうに記載する為に、これら両センサ９ａ、９ｂを、上記エンコーダ４ａの回転方向に関してずらせて記載しているが、実際の場合にこれら両センサ９ａ、９ｂの上記エンコーダ４ａの回転方向に関する位相は、互いに一致させている。
上述の様な構成を採用すれば、上記両センサ９ａ、９ｂの出力信号同士の間に、必要な初期位相差δを、容易に設定できる。尚、図２に示した構造の場合、上記エンコーダ４ａとして、磁性材製のものを使用する必要がある（前述の図５〜８に示した様な、永久磁石製のエンコーダ４を使用する事はできない）。
【００３２】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項３、１２に記載した如く、図３〜４に示した様に、両センサ９、９として、上記請求項２、１１に記載した構造と同様に、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子１０と永久磁石１１とを備えたものを使用する。そして、上記両センサ９、９の磁気検知素子１０の前面を、前述の図９〜１２に示した磁性材製のエンコーダ４ａの被検出面（外周面）に対向させると共に、上記永久磁石１１の着磁方向一端面を上記磁気検知素子１０の背面に、当接若しくは近接対向させる。図３〜４に示した構造の場合には、上記両センサ９、９同士の間で、上記磁気検知素子１０の背面に当接若しくは近接対向する、上記永久磁石１１の極を互いに同じとしている。その代わりに、上記磁気検知素子１０の配設方向を互いに異ならせる事により、上記両センサ９、９の検出信号同士の間に初期位相差を設定している。具体的には、これら両センサ９、９同士の間で上記磁気検知素子１０の配設方向を１８０度異ならせる（上記エンコーダ４ａ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、上記両センサ９、９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。
【００３３】
上記図３、４に関しても、矢印イは、上記エンコーダ４ａの回転方向を表している。又、この図３でも、上記各センサ９、９の構成を明りょうに記載する為に、これら両センサ９、９を、上記エンコーダ４ａの回転方向に関してずらせて記載しているが、実際の場合にこれら両センサ９、９の上記エンコーダ４ａの回転方向に関する位相は、図４に示す様に、互いに一致させている。
上述の様な構成を採用しても、上記両センサ９、９の出力信号同士の間に、必要な初期位相差δを、容易に設定できる。尚、図３〜４に示した構造の場合には、上記両センサ９、９毎に、互いに独立した永久磁石１１、１１を組み込んでいるが、これら両センサ９、９を構成する１対の磁気検知素子１０、１０同士の間に掛け渡す様にして、１個の永久磁石を設置する事もできる。この様な構成を採用すれば、単一のホルダ内に１対のセンサを組み込んで成るセンサユニットの組立作業の容易化による低コスト化を図れる。又、図３〜４に示した構造の場合には、エンコーダとして、前述の図５〜８に示した様な、永久磁石製のものを使用する事もできる。但し、この場合には、センサ側の永久磁石は省略する。
【００３４】
尚、図示は省略するが、請求項４、１３に記載した様に、両センサのうちの一方の出力信号に、回転側軌道輪の回転速度に比例した遅れを持たせる演算処理を施す事により、上記両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定する事もできる。
或いは、やはり図示は省略するが、請求項５、１４に記載した様に、両センサをエンコーダの回転方向にずらせて配置する事により、これら両センサの検出信号同士の間に初期位相差を設定する事もできる。上記両センサを単一の合成樹脂製のホルダ内に包埋保持すれば、設定した初期位相差がずれる事はない。
【００３５】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項６、１５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５〜１２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。
【００３６】
或いは、請求項７、１６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７、１６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６、１５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。
【００３７】
又、請求項１〜７に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項８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８に記載した発明、或いは請求項１０〜１６に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項９、１７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行なう事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を説明する為の、１対のセンサの出力信号を示す線図。
【図２】本発明を実施する場合の具体的構造の第１例を示す、要部斜視図。
【図３】同第２例を示す、要部斜視図。
【図４】同じくエンコーダの径方向から見た図。
【図５】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６】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図７】同じく展開図。
【図８】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９】先発明の第２例を示す断面図。
【図１０】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図１１】同じく展開図。
【図１２】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】
【００３９】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４、４ａ  エンコーダ
５、５ａ  センサ
６ａ、６ｂ  透孔
７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
９、９ａ、９ｂ  センサ
１０    磁気検知素子
１１    永久磁石
【図１】
2006258801.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006258801.tif 000006
【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】
2006258801.tif 000011
【図１０】
2006258801.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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