(57)【要約】【課題】製造誤差等に基づき、エンコーダ３０ａの被検出部の特性にばらつきが生じている場合でも、転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで精度良く検出できる様にする。【解決手段】上記被検出部の各位相個所での特性に関する情報を、予め制御器に記憶させておく。運転時の各センサ２４、２４の出力信号のうち、その瞬間の強度と、上記情報のうち、この瞬間に対応する位相個所に就いての情報とを利用する事により、上記負荷荷重を求める。これにより、上記課題を解決する。【選択図】  図１
2004325134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受と、エンコーダと、複数のセンサと、制御器とを備え、
このうちの転がり軸受は、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記エンコーダは、円周方向に関する特性を交互に且つ等間隔に変化させた円環状の被検出部を有するもので、上記回転輪の一部にこの回転輪と同心に固定されており、
上記各センサは、それぞれの検出部を上記被検出部の円周方向複数個所に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持されており、且つ、上記被検出部のうち自己の検出部が対向する部分の特性の変化に対応して出力信号を変化させると共に、上記被検出部と自己の検出部との距離に対応して当該出力信号の強度を変化させるものであり、
上記制御器は、上記各センサのうちの少なくとも１個のセンサの出力信号に基づく演算を行なう事により上記静止輪に対する上記回転輪の回転速度を求めるものであり、且つ、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報である、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離と上記各センサの出力信号の強度との関係、及び、上記転がり軸受の無負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度と、上記２種類の情報とは別の、他の種類の情報である、上記転がり軸受の負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度とを利用して、上記転がり軸受が上記無負荷運転状態から上記負荷運転状態に移行した場合の、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求めると共に、これら各距離の変化量に基づく演算を行なう事により、上記無負荷運転状態での上記静止輪と上記回転輪との互いの位置関係を基準として、上記負荷運転状態でのこれら静止輪と回転輪との相対変位の量及び方向を求めるものである、
状態検出装置付回転支持装置に於いて、
上記制御器に予め記憶させた２種類の情報としてそれぞれ、上記被検出部の各位相個所毎に成立する複数のものを用意し、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求める際に、上記他の種類の情報として負荷運転状態での出力信号のうち現時刻に対応する位相個所の強度を利用すると共に、上記２種類の情報としてそれぞれ上記他の種類の情報と位相が一致するものを利用する事を特徴とする状態検出装置付回転支持装置。
【請求項２】
転がり軸受と、エンコーダと、複数のセンサと、制御器とを備え、
このうちの転がり軸受は、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記エンコーダは、円周方向に関する特性を交互に且つ等間隔に変化させた円環状の被検出部を有するもので、上記回転輪の一部にこの回転輪と同心に固定されており、
上記各センサは、それぞれの検出部を上記被検出部の円周方向複数個所に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持されており、且つ、上記被検出部のうち自己の検出部が対向する部分の特性の変化に対応して出力信号を変化させると共に、上記被検出部と自己の検出部との距離に対応して当該出力信号の強度を変化させるものであり、
上記制御器は、上記各センサのうちの少なくとも１個のセンサの出力信号に基づく演算を行なう事により上記静止輪に対する上記回転輪の回転速度を求めるものであり、且つ、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報である、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離と上記各センサの出力信号の強度との関係、及び、上記転がり軸受の無負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度と、上記２種類の情報とは別の、他の種類の情報である、上記転がり軸受の負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度とを利用して、上記転がり軸受が上記無負荷運転状態から上記負荷運転状態に移行した場合の、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求めると共に、これら各距離の変化量に基づく演算を行なう事により、上記無負荷運転状態での上記静止輪と上記回転輪との互いの位置関係を基準として、上記負荷運転状態でのこれら静止輪と回転輪との相対変位の量及び方向を求めるものである、
状態検出装置付回転支持装置に於いて、
上記制御器に予め記憶させた２種類の情報としてそれぞれ、上記各センサの出力信号の強度としてこの出力信号の少なくとも１周期分の全位相個所の強度の平均値を採用したものを用意し、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求める際に、上記他の種類の情報として負荷運転状態での出力信号のうち現時刻に対応する位相個所の強度を利用すると共に上記２種類の情報を利用する事を特徴とする状態検出装置付回転支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る状態検出装置付回転支持装置は、例えば、工作機械の主軸や自動車の車輪（或は車軸）等の回転部材を、ハウジングや懸架装置を構成するナックル等の固定部分に対して回転自在に支持すると共に、この回転部材の回転速度及び負荷荷重を検出する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工作機械の場合には、加工精度を良好にする運転制御を行なう為に、主軸の回転速度及び負荷荷重を検出する事が重要となる。又、自動車の場合には、走行安定性に関する制御や車両総重量の確認等を行なう為に、車輪（或は車軸）の回転速度及び負荷荷重を検出する事が重要となる。この様な場合に従来は、上記主軸、車輪等の回転部材の回転速度と負荷荷重とを、それぞれ別個の検出装置により検出するのが一般的な考え方であった。ところが、この様に別個の検出装置を設けると、これら各検出装置を組み付ける機械装置全体の小型化・低廉化を図るのが難しくなる。
【０００３】
そこで、この様な不都合を解消すべく、特許文献１には、当該回転速度と負荷荷重とを１個の検出装置により検出できる様にした、状態検出装置付回転支持装置が記載されている。図１２〜１５は、この特許文献１に記載された、状態検出装置付回転支持装置の第１例を示している。主軸或は車軸等の回転軸１は、固定されて回転しないハウジング２の内側に、転がり軸受３により回転自在に支持している。即ち、この転がり軸受３を構成する、静止輪である外輪４は、内周面に外輪軌道５を有すると共に、上記ハウジング２の内周面に締り嵌めで内嵌固定している。又、回転輪である内輪６は、外周面に内輪軌道７を有すると共に、上記回転軸１の中間部に、この回転軸１の外周面に設けた段部９とこの回転軸１に外嵌した固定リング１０とにより軸方向の位置決めを図った状態で外嵌固定している。そして、上記外輪軌道５と上記内輪軌道７との間に複数個の転動体８、８を転動自在に設ける事により、上記回転軸１を上記ハウジング２の内側に回転自在に支持している。
【０００４】
尚、図示の例では、上記外輪４を、上記ハウジング２に締り嵌めで内嵌固定しているが、これに代えて、上記外輪４の外周面にフランジを形成すると共に、このフランジと上記ハウジング２の一部とをボルトにより結合固定する構造を採用する事もできる。又、図示の例では、上記各転動体８、８として玉を使用しているが、ラジアル方向に関する大きな荷重を支承する転がり軸受の場合には、各転動体としてころを使用する場合もある。更には、ラジアル、スラスト両方向に関する大きな荷重を支承する転がり軸受の場合には、各転動体として円すいころを使用する場合もある。
【０００５】
又、上記各転動体８、８を設置した空間の両端開口部には、それぞれ組み合わせシールリング１１、１１を設けて、これら両開口部を密封している。これら各組み合わせシールリング１１、１１はそれぞれ、外径側シールリング１２と、内径側シールリング１３とを備える。そして、このうちの外径側シールリング１２を構成する芯金１４を上記外輪４の端部内周面に、上記内径側シールリング１３を構成する芯金１５を上記内輪６の端部外周面に、それぞれ締り嵌めで嵌合固定している。これと共に、上記外径側、内径側各シールリング１２、１３を構成する弾性材１６、１７の先端縁を、それぞれ相手側のシールリング１３、１２を構成する芯金１５、１４の内面に、全周に亙り摺接させている。
【０００６】
又、一方（図１２の右方）の組み合わせシールリング１２を構成する内径側シールリング１３のうち、上記芯金１５の外側面（図１２〜１３の右側面）には、エンコーダ１８を支持固定している。このエンコーダ１８は、鋼板等の磁性金属板により、全体を円輪状に形成している。そして、直径方向中間部に、それぞれが径方向に長いスリット状である複数の透孔１９、１９を、放射状に、且つ、円周方向に関して等間隔に形成する事により、被検出部であるこのエンコーダ１８の直径方向中間部の磁気特性を、円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させている。尚、この様にエンコーダ１８の磁気特性を変化させるべく、このエンコーダ１８には、上記透孔１９、１９に代えて直径方向の何れか一方の端縁に開口する切り欠きを形成する場合もある。上述の様なエンコーダ１８は、上記芯金１５を構成する円輪部の外側面に、接着、スポット溶接等により固定している。
【０００７】
又、前記外輪４の一端部（図１２〜１３の右端部）に設けた小径段部２０に、次述するセンサ２４、２４を支持する為の支持環２１を外嵌固定している。この支持環２１は、鋼板等の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たもので、円筒部２２と、この円筒部２２の一端部（図１２〜１３の右端部）から径方向内方に直角に折れ曲がった内向フランジ状の円輪部２３とを備える。そして、このうちの円筒部２２の他端部（図１２〜１３の左端部）を上記小径段部１９に締り嵌めで外嵌する事により、上記支持環２１を上記外輪４の一端部に支持固定している。
【０００８】
又、上記支持環２１には、４個のセンサ２４、２４（図１２〜１３には図示省略、図１４〜１５参照。）を支持している。これら各センサ２４、２４は、ホルダとして機能する合成樹脂２５中に包埋した状態で、上記支持環２１を構成する円筒部２２の内径側に、円周方向に関して等間隔に保持している。即ち、上記各センサ２４、２４は、上記支持環２１の中心軸（上記外輪４の中心軸）をその中心とする円周上に、円周方向に関する位相を互いに９０度ずつずらせて配置している。そして、この状態で、上記各センサ２４、２４の検出部を、被検出部である上記エンコーダ１８の外側面（図１２〜１３の右側面）の直径方向中間部に、軸方向（図１２〜１３の左右方向）に関する微小隙間（例えば０．５〜１ｍｍ以下）を介して対向させている。尚、上記回転軸１の負荷荷重がゼロの状態で、上記微小隙間の大きさが上記各センサ２４、２４同士で互いに等しくなる様に、各部の寸法を規制している。
【０００９】
又、上記各センサ２４、２４として、永久磁石とホールＩＣ或は磁気抵抗素子等の検出素子とから成るアクティブセンサ（図示せず）、或は、例えば図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す様な、永久磁石２６と磁性材製のステータ２７とこのステータ２７に巻回したコイル２８とから成るパッシブセンサを使用している。但し、使用するセンサの構造は、上記各センサ２４、２４同士で同一とし、同じ変位に対して同じ出力変化を得られる様にしている。尚、上記各センサ２４、２４として上記パッシブセンサを使用する場合には、図１４（Ｂ）に示す様な、ステータ２７を上記外輪４の軸方向に配置する構造ではなく、同図（Ａ）に示す様な、ステータ２７を上記外輪４の円周方向に配置する構造を採用するのが好ましい。この理由は、上記外輪４の軸方向に関する上記各センサ２４、２４の寸法を小さくして、これら各センサ２４、２４を支持する支持環２１の軸方向（図１２〜１３の左右方向）に関する小型化を図る為である。但し、設置空間に余裕がある場合には、図１４（Ｂ）の構造を採用しても差支えない。又、上記支持環２１の外側面（図１２〜１３の右側面）からは、上記各センサ２４、２４の信号を取り出す為のハーネス２９を導出している。
【００１０】
上述の様に構成する状態検出装置付回転支持装置の作用は、次の通りである。先ず、前記回転軸１の回転速度を検出する場合の作用に就いて説明する。この回転軸１の回転に伴って前記内輪６に支持したエンコーダ１８が回転すると、上記各センサ２４、２４の検出部の近傍を、上記エンコーダ１８に設けた透孔２１、２１と、これら各透孔２１、２１同士の間部分に存在する各柱部とが交互に通過する。この結果、上記各センサ２４、２４の出力（電圧値、或は抵抗値）が変化する。この出力が変化する周波数は、上記回転軸１の回転速度に比例する。従って、上記各センサ２４、２４のうち少なくとも１個のセンサ２６の出力を、上記回転軸１を含んで構成する工作機械或は自動車に設けた制御器に送れば、この回転軸１の回転速度を算出できる。
【００１１】
次に、上記回転軸１の負荷荷重を検出する場合の作用に就いて、図１５を参照しつつ、説明する。尚、この回転軸１の負荷荷重は、この回転軸１を回転自在に支持する転がり軸受３の負荷荷重（これに基づく前記外輪４と前記内輪６との相対変位）として検出する。上記図１５は、上記エンコーダ１８と上記各センサ２４、２４との互いの位置関係を、模式的に示したものである。この図１５中、二点鎖線ａは、上記回転軸１に荷重が負荷されていない状態（上記転がり軸受３の無負荷運転状態）での上記エンコーダ１８の被検出部の配置面を、実線ｂは、上記回転軸１に荷重が負荷されて上記外輪４と内輪６とが相対変位した状態（上記転がり軸受３の負荷運転状態）での上記被検出部の配置面を、一点鎖線ｃは、上記各センサ２４、２４の検出部の配置面を、一点鎖線ｄは、上記各センサ２４、２４を配置した円周の中心軸を、それぞれ示している。
【００１２】
上記転がり軸受３が無負荷運転状態から負荷運転状態に移行する事により、上記外輪４と上記内輪６とが相対変位し、この結果、上記エンコーダ１８の被検出部の配置面が、上記図１５の二点鎖線ａで示す状態から実線ｂで示す状態に変位したとする。そして、この時の上記被検出部の配置面の径方向（図１５の上下方向）の変位量をδｒ  、軸方向（図１５の左半部の左右方向）の変位量をδａ  、上記中心軸（一点鎖線）ｄに直交する仮想平面に対する傾斜角度をθとする。この場合、上記相対変位の前後に於ける、上記各センサ２４、２４の検出部Ｓ１  〜Ｓ４  と上記エンコーダ１８の被検出部との間の軸方向の距離の変化量δＳ１〜δＳ４は、幾何学的関係により下記の（１）  〜（４）  式で表される。
2004325134.tif 000003
尚、上記（１）  〜（４）  式中、ｒは、上記各センサ２４、２４の検出部Ｓ１  〜Ｓ４  を配置する円周（ピッチ円）の半径を、φは、上記二点鎖線ａ及び実線ｂを含む面と上記中心軸ｄ及び上記各センサ２４、２４のうち１番目のセンサ２６の検出部Ｓ１  を含む面との間の角度を、それぞれ表している。
【００１３】
一方、上記（１）  〜（４）  式の左辺の値、即ち、上記相対変位の前後に於ける、上記各センサ２４、２４の検出部Ｓ１  〜Ｓ４  と上記エンコーダ１８の被検出部との間の軸方向の距離の変化量δＳ１〜δＳ４は、上記各センサ２４、２４により検出する事ができる。即ち、これら各センサ２４、２４の検出部Ｓ１  〜Ｓ４  と上記エンコーダ１８の被検出部との間の軸方向の距離（パッシブ型センサの場合は、更に上記エンコーダ１８の回転速度）と、上記各センサ２４、２４の出力強度との間には、一定の関係がある。この為、この関係を利用すれば、上記相対変位前と相対変位後との、それぞれの上記各センサ２４、２４の出力強度（及び必要な場合にはエンコーダ１８の回転速度）から、これら相対変位前と相対変位後とに於ける、上記各センサ２４、２４の検出部Ｓ１  〜Ｓ４  と上記エンコーダ１８の被検出部との間の軸方向の距離を求める事ができる。更には、この様にして求めた相対変位前と相対変位後との間での距離の差から、上記各変化量δＳ１〜δＳ４を求める事ができる。そこで、この様な計算を前記制御器に行なわせるべく、この制御器には予め、上記関係と、上記相対変位前の各センサ２４、２４の出力強度（及び必要な場合にはエンコーダ１８の回転速度）とに就いての２種類の情報を記憶させている。そして、これら２種類の情報と、これら２種類の情報とは別の、他の情報である上記相対変位後の各センサ２４、２４の出力強度（及び必要な場合にはエンコーダ１８の回転速度）とから、上述の様にして各変化量δＳ１〜δＳ４を求められる様にしている。
【００１４】
従って、上述の様にして求めた各変化量δＳ１〜δＳ４を、上述の（１）  〜（４）  式の左辺に代入し、更にこれら（１）  〜（４）  式を連立方程式として上記制御器に解かせれば、上記各センサ２４、２４を配置する円周の中心軸と上記エンコーダ１８の中心軸との相対変位量を決定する４つの値δｒ  、δａ  、θ、φを求める事ができる。ところで、上記各センサ２４、２４を配置する円周の中心軸は前記外輪４の中心軸に、上記エンコーダ１８の中心軸は前記内輪６の中心軸に、それぞれ一致する。従って、上記４つの値δｒ  、δａ  、θ、φは、上記外輪４と上記内輪６との相対変位量を決定する値となる。
【００１５】
上述の様に内輪６の中心軸と外輪４の中心軸との相対変位量が求まったならば、続いて、上記制御器に、この相対変位量と、既知である前記転がり軸受３の剛性とに基づいて、この転がり軸受３の負荷荷重を計算させる。そして、この負荷荷重を利用して、前記回転軸１を有する工作機械や自動車の運転制御を行なう。
【００１６】
尚、上述した従来構造の第１例を実施する場合、４つのセンサ２４、２４は、支持環２１の中心軸（上記外輪４の中心軸）をその中心軸とする円周上に、必ずしも等間隔に配置する必要はない。又、工作機械等の運転時に、外輪４の中心軸に対して内輪６の中心軸が傾斜する方向（回転軸１に加わる荷重の方向）が予め分かっている場合（上記相対変位量を決定する４つの値δｒ  、δａ  、θ、φのうち、角度φが予め分かっている場合）には、センサ２４、２４は全部で３個設ければ足りる。但し、この場合には、一番目のセンサ２６の検出部Ｓ１  を、φ＝０の位置に配置する。又、使用するセンサ２４、２４としては、前述した様にパッシブセンサでも良いが、エンコーダ１８の回転速度により出力信号の強度が変化しないアクティブセンサを使用する方が、信号の処理が容易となる為、有利である。
【００１７】
次に、図１６〜１７は、やはり特許文献１に記載された、従来構造の第２例を示している。工作機械等の運転時に於ける通常の荷重条件では、回転軸１に負荷されるラジアル荷重とモーメント荷重との円周方向に関する位相は、互いに一致する。この為、上述した従来構造の第１例では、中心軸ｄを中心とする円周方向に関する、エンコーダ１８の径方向の変位量δｒ  の位相と、同じく傾斜角度θを含む面の位相とが互いに一致するとして、相対変位量の検出を行なう様にしている。ところが、上記工作機械等の運転時に特殊な荷重条件が与えられた場合や自動車の急旋回時等には、上記回転軸１に負荷されるラジアル荷重とモーメント荷重との円周方向に関する位相が、互いに一致しなくなる場合がある。この様な場合には、上記径方向の変位量δｒ  の位相と上記傾斜角度θを含む面の位相とが互いに一致しなくなる。そこで、この従来構造の第２例の場合には、上記径方向の変位量δｒ  の位相と上記傾斜角度θを含む面の位相とを別個に検出できる様にしている。
【００１８】
この様な従来構造の第２例の場合、組み合わせシールリング１１ａを構成する内径側シールリング１３ａの芯金１５ａに、第一エンコーダ３０と第二エンコーダ３１とを支持固定している。即ち、上記芯金１５ａは、鋼板等の金属板を曲げ形成する事により、断面クランク形で全体を円環状に形成したもので、大径円筒部３２と、小径円筒部３３と、これら両円筒部３２、３３の端縁同士を連結する円輪部３４とを有する。そして、このうちの小径円筒部３３を内輪６の端部に、上記大径円筒部３２をこの内輪６の端面（図１６の右端面）から突出させる状態で外嵌固定している。
【００１９】
又、上記第一エンコーダ３０は、ゴム中にフェライト等の強磁性材の粉末を混入したゴム磁石等の永久磁石により全体を円輪状に形成したもので、軸方向（図１６の左右方向）に着磁している。着磁の向きは、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出部である上記第一エンコーダ３０の外側面（図１６の右側面）には、Ｓ極とＮ極とが交互に、且つ等間隔で配置されている。又、上記第二エンコーダ３１は、やはりゴム中に強磁性材の粉末を混入したゴム磁石等の永久磁石により全体を円筒状に形成したもので、径方向に着磁している。着磁の向きは、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出部である上記第二エンコーダ３１の内周面には、Ｓ極とＮ極とが交互に、且つ等間隔で配置されている。そして、上記第一エンコーダ３０は上記芯金１５ａを構成する円輪部３４の片面（図１６の右面）に、上記第二エンコーダ３１は上記大径円筒部３２の内周面に、それぞれ焼き付け、接着等により添着固定されている。
【００２０】
一方、複数個のセンサ２４、２４ａ（図１６には省略、図１７参照。）を包埋支持する、ホルダである合成樹脂２５ａの一部は、上記大径円筒部３２の内径側に進入させており、上記各センサ２４、２４ａは、この様に大径円筒部３２の内径側に進入させた合成樹脂２５ａの一部に包埋支持している。又、この従来構造の第２例の場合、上記センサ２４、２４ａを合計６個設けており、それぞれこれら各センサ２４、２４ａを支持する支持環２１の中心軸（外輪４の中心軸）をその中心軸とする円周上に、等間隔に配置している。即ち、上記各センサ２４、２４ａは、円周方向の位相をそれぞれ６０度ずつずらせて配置している。又、この状態で、上記６個のセンサ２４、２４ａのうちの３個のセンサ２４、２４は、これら各センサ２４、２４の検出部ＳＡ１〜ＳＡ３を、上記第一エンコーダ３０の被検出部に、軸方向（図１６の左右方向）に関する微小隙間を介して対向させている。又、上記６個のセンサ２４、２４ａのうちの残り３個のセンサ２４ａ、２４ａは、これら各センサ２４ａ、２４ａの各検出部ＳＲ１〜ＳＲ３を、上記第二エンコーダ３１の被検出部に、径方向に関する微小隙間を介して対向させている。尚、上記第一エンコーダ３０に対向させる各センサ２４、２４と上記第二エンコーダ３１に対向させる各センサ２４ａ、２４ａとは、これら各センサ２４、２４ａを配置する円周方向に関して交互に配置している。
【００２１】
次に、上述の様に構成する従来構造の第２例の状態検出装置付回転支持装置により、外輪４と内輪６との相対変位量を検出する場合の作用に就いて、図１７を参照しつつ説明する。転がり軸受３が無負荷運転状態から負荷運転状態に移行する事により、上記外輪４と上記内輪６とが相対変位し、この結果、上記第一、第二両エンコーダ３０、３１が、図１７の二点鎖線ａで示す状態から実線ｂで示す状態に変位したとする。そして、この時の上記第一、第二両エンコーダ３０、３１の径方向（図１７の上下方向）の変位量をδｒ  、軸方向（図１７の左半部の左右方向）の変位量をδａ  、中心軸（一点鎖線）ｄに直交する仮想平面に対する傾斜角度をθとする。尚、前述した様に、上記中心軸ｄを中心とする円周方向に関する、上記径方向の変位量δｒ  の位相と上記傾斜角度θを含む面の位相とは、互いに一致するとは限らない（但し、図示の例では、便宜上一致させている）。
【００２２】
この場合、上記外輪４と上記内輪６との相対変位前と相対変位後とに於ける、上記各センサ２４、２４の検出部ＳＡ１〜ＳＡ３と上記第一エンコーダ３０の被検出部との間の軸方向の距離の変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  は、幾何学的関係により下記の（５）  〜（７）  式で表される。
2004325134.tif 000004
尚、上記（５）  〜（７）  式中、ｒは、上記各センサ２４、２４の検出部ＳＡ１〜ＳＡ３及び後述する各センサ２４ａ、２４ａの検出部ＳＲ１〜ＳＲ３を配置する円周（ピッチ円）の半径を、φは、上記傾斜角度θを含む面と、前記中心軸ｄ及び上記各センサ２４、２４のうち１番目のセンサ２６の検出部ＳＡ１を含む面との間の角度を、それぞれ表している。
【００２３】
又、上記（５）  〜（７）  式中、それぞれが微小量であるδｒ  と  ｔａｎθとを掛け合わせた値、即ち、δｒ  ・ｔａｎθは高次の微小量となる為、無視する事ができる。従って、上記（５）  〜（７）  式は、下記の（８）  〜（１０）式の様に書き換える事ができる。
2004325134.tif 000005
【００２４】
又、上記各センサ２４ａ、２４ａの検出部ＳＲ１〜ＳＲ３と前記第二エンコーダ３１の被検出部との間の径方向の距離の変化量δＳＲ１  〜δＳＲ３  は、幾何学的関係により下記の（１１）〜（１３）式で表される。
2004325134.tif 000006
尚、上記（１１）〜（１３）式中、αは、上記中心軸ｄを中心とする円周方向に関する上記径方向の変位量δｒ  の方向と、上記中心軸ｄ及び上記各センサ２４ａ、２４ａのうち１番目のセンサ２４ａの検出部ＳＲ１を含む面との間の角度を示している。
【００２５】
上記（８）  〜（１０）式並びに（１１）〜（１３）式の左辺の値、即ち、相対変位前と相対変位後との間での、上記各検出部ＳＡ１〜ＳＡ３と上記第一エンコーダ３０の被検出部との間の軸方向の距離の変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  、並びに、上記各検出部ＳＲ１〜ＳＲ３と上記第二エンコーダ３１の被検出部との間の径方向の距離の変化量δＳＲ１  〜δＳＲ３  は、前述した従来構造の第１例の場合と同様に、上記各センサ２４、２４ａにより検出自在である。そこで、この従来構造の第２例の場合も、上記（８）  〜（１０）式並びに（１１）〜（１３）式を連立方程式として制御器に解かせる事により、上記各センサ２４、２４を配置する円周の中心軸と上記第一、第二両エンコーダ３０、３１の中心軸との相対変位量、即ち、上記外輪４と上記内輪６との相対変位量を決定する５つの値δｒ  、δａ  、θ、φ、αを検出できる。尚、δｒ  とαとの各値を上記（１１）〜（１３）式から成る連立方程式から求める場合には、１つだけ式が余分となる。即ち、この従来構造の第２例の場合、上記第二エンコーダ３１に対向させるセンサ２４ａ、２４ａは、２個設ければ足りる。但し、上記δｒ  とαとの各値の検出精度を高める為には、図示の例の様に、上記各センサ２４ａ、２４ａは３個設ける事が好ましい。その他の構成及び回転速度を検出する際の作用等は、前述した従来構造の第１例の場合と同様である。
【００２６】
【特許文献１】
特開平１１−２１８５４２号公報
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
工作機械や自動車等の運転制御を適切に行なう為には、前記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出し、且つ、この負荷荷重の検出精度を十分に確保する事が重要となる。ところが、上述した従来構造の場合、各部材の製造誤差や組み付け誤差等に基づいて、エンコーダ１８（３０、３１）の被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化しない場合には、上記負荷荷重の検出精度を十分に確保するのが難しくなる場合がある。以下、この点に就いて説明する。
【００２８】
上述した様に、特許文献１に記載された従来構造の場合には、上記転がり軸受３の負荷荷重を検出する為に、この転がり軸受３を構成する外輪４と内輪６との相対変位の前後に於ける、各検出部と被検出部との間の距離の変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）を求める。そして、これら各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）を求める為に、制御器に予め記憶させた２種類の情報を利用する。前述した通り、この２種類の情報とは、その１つが、上記各検出部と上記被検出部との間の距離｛パッシブ型センサの場合は、更に上記エンコーダ１８（３０、３１）の回転速度｝と、各センサ２４（２４ａ）の出力信号の強度との関係であり、もう１つが、無負荷運転状態での上記各センサ２４（２４ａ）の出力信号の強度である。又、上記各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）を求める場合には、上記２種類の情報と共に、この２種類の情報とは別の、他の種類の情報として、負荷運転状態での上記各センサ２４（２４ａ）の出力信号の強度を利用する。この様に、上記各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）を求めるのに利用する各情報はそれぞれ、上記各センサ２４（２４ａ）の出力信号の強度に関連するものである。
【００２９】
ところで、上記各センサ２４（２４ａ）の出力信号の強度（波形のピーク値若しくは積分値等）は、上記各検出部と上記被検出部との間の距離（更には、上記回転速度）が一定である場合でも、上記出力信号の各位相個所で均一になるとは限らない。即ち、上記距離（更には、上記回転速度）が一定である場合、上記エンコーダ１８（３０、３１）の被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化している場合には、図１８（Ａ）に示す様に、上記出力信号の強度はこの出力信号の各位相個所で均一になる。これに対し、製造誤差等に基づいて、上記被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化していない場合｛例えば、磁性金属板製のエンコーダ１８の被検出部に形成した透孔１９、１９若しくは切り欠きの形状及び大きさが、これら各透孔１９、１９若しくは各切り欠き毎に異なっている場合や、永久磁石製のエンコーダ３０、３１の被検出部に設けた着磁領域（Ｓ極又はＮ極）の着磁強度が、これら各着磁領域毎に異なっている場合等｝には、図１８（Ｂ）に誇張して示す様に、上記出力信号の強度はこの出力信号の各位相個所で不均一になる。
【００３０】
このうち、上記出力信号の強度がこの出力信号の各位相個所で均一になっている場合｛図１８（Ａ）の場合｝には、この均一になっている強度を、この出力信号の強度として決定する事ができる為、特に問題は生じない。これに対し、上記出力信号の強度がこの出力信号の各位相個所で不均一になっている場合｛図１８（Ｂ）の場合｝には、これら各位相個所の強度が異なる為、この出力信号の強度をどの様に決定するかが問題となる。
【００３１】
この様な場合に、例えば、前記制御器に予め記憶させる２種類の情報を得る為の出力信号の強度として、図１８（Ｂ）に示した出力信号のうち、その強度が最も大きい（又は最も小さい）位相個所であるＰ部（又はＱ部）の強度を採用したとする。ところが、この様にして出力信号の強度を決定すると、前記転がり軸受３の負荷荷重の検出精度を十分に確保できなくなる。即ち、上述の様に転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合には、上述した様な２種類の情報を得る場合の出力信号の強度の決定の仕方に拘わらず、前記他の種類の情報である負荷運転状態での出力信号の強度として、図１８（Ｂ）に示した出力信号のうち、現時刻（その瞬間）に対応する位相個所の強度を採用する事になる。即ち、検出する時刻によって、強度を決定する為の位相個所が異なる。
【００３２】
従って、上述の様に２種類の情報を得る場合の出力信号の強度として、最も大きいＰ部（又は最も小さいＱ部）の強度を採用すると、特に、上記他の種類の情報として比較的強度が小さい（又は比較的強度が大きい）位相個所の強度を採用する時刻（瞬間）に於いては、前記各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）の検出精度が大幅に低下する事になる。この結果、上記転がり軸受３の負荷荷重の検出精度を十分に確保できなくなる。勿論、中間の強度を採用しても、上記Ｐ部又はＱ部に対応する瞬間の検出精度は悪化するし、Ｐ部又はＱ部の強度を採用した場合には、Ｐ部又はＱ部に対応する瞬間を除き、検出精度は悪化する。
本発明の状態検出装置付転がり軸受は、上述の様な事情に鑑み、製造誤差や組み付け誤差等に基づいてエンコーダの被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化しない場合でも、リアルタイムでの負荷荷重の検出を、精度良く行なえる様にすべく発明したものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明の状態検出装置付転がり軸受は何れも、前述した従来構造と同様、転がり軸受と、エンコーダと、複数のセンサと、制御器とを備える。
このうちの転がり軸受は、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止輪と、この静止側周面と対向する回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものである。
又、上記エンコーダは、円周方向に関する特性を交互に且つ等間隔に変化させた円環状の被検出部を有するもので、上記回転輪の一部にこの回転輪と同心に固定されている。
又、上記各センサは、それぞれの検出部を上記被検出部の円周方向複数個所に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されており、且つ、上記被検出部のうち自己の検出部が対向する部分の特性の変化に対応して出力信号を変化させると共に、上記被検出部と自己の検出部との距離に対応して当該出力信号の強度を変化させるものである。
又、上記制御器は、上記各センサのうちの少なくとも１個のセンサの出力信号に基づく演算を行なう事により、上記静止輪に対する上記回転輪の回転速度を求めるものである。更に、上記制御器は、この制御器に予め記憶させた２種類の情報である、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離と上記各センサの出力信号の強度との関係、及び、上記転がり軸受の無負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度と、上記２種類の情報とは別の、他の種類の情報である、上記転がり軸受の負荷運転状態での上記各センサの出力信号の強度とを利用して、上記転がり軸受が上記無負荷運転状態から上記負荷運転状態に移行した場合の、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求めると共に、これら各距離の変化量に基づく演算を行なう事により、上記無負荷運転状態での上記静止輪と上記回転輪との互いの位置関係を基準として、上記負荷運転状態でのこれら静止輪と回転輪との相対変位の量及び方向を求めるものである。
【００３４】
特に、請求項１に記載した状態検出装置付回転支持装置に於いては、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報としてそれぞれ、上記被検出部の各位相個所毎に成立する複数のものを用意する。そして、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求める際に、上記他の種類の情報として、負荷運転状態での出力信号のうち現時刻（その瞬間）に対応する位相個所の強度を利用すると共に、上記２種類の情報として、それぞれ上記他の種類の情報と位相が一致するものを利用する。
【００３５】
これに対し、請求項２に記載した状態検出装置付回転支持装置に於いては、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報としてそれぞれ、上記各センサの出力信号の強度としてこの出力信号の少なくとも１周期分の全位相個所の強度の平均値を採用したものを用意する。そして、上記各センサの検出部と上記被検出部との間の距離の変化量を求める際に、上記他の種類の情報として、負荷運転状態での出力信号のうち現時刻（その瞬間）に対応する位相個所の強度を利用すると共に、上記平均値に基づく上記２種類の情報を利用する。
【００３６】
【作用】
上述の様に構成する本発明の状態検出装置付回転支持装置の場合には、製造誤差や組み付け誤差等に基づいてエンコーダの被検出部の特性が円周方向に関して均一な大きさで変化しない場合でも、各センサの検出部とエンコーダの被検出部との間の距離の変化量を、リアルタイムで精度良く検出する事ができる。この為、これら各変化量に基づいて転がり軸受の負荷荷重を、リアルタイムで精度良く検出する事ができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合に、エンコーダ３０ａの被検出部の製造誤差等に拘わらず、この負荷荷重の検出精度を十分に確保できる様にした点にある。この為に、具体的には、使用するエンコーダ３０ａの構造及びセンサの個数と、これら各センサの出力信号に関連する情報の数及び処理方法を工夫している。その他の部分の構成及び作用は、前述の図１２〜１５に示した従来構造の第１例の場合と同様であるから、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、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００３８】
本例の場合、組み合わせシールリング１１を構成する内径側シールリング１３の芯金１５の外側面に添着固定したエンコーダ３０ａとして、図２に詳示する様なものを使用している。このエンコーダ３０ａは、ゴム中にフェライト等の強磁性材の粉末を混入したゴム磁石等の永久磁石により全体を円輪状に形成したもので、軸方向（図１の左右方向、図２の上下方向）に着磁している。本例の場合、このエンコーダ３０ａの円周方向に関する着磁パターンは、このエンコーダ３０ａの径方向内半部と径方向外半部とで互いに異ならせている。即ち、このエンコーダ３０ａの径方向内半部では、軸方向に関する着磁の向きを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させる事により、当該径方向内半部の片側面（図１の右側面、図２の上側面）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。これに対し、上記エンコーダ３０ａの径方向外半部では、軸方向に関する着磁の向きを、円周方向の１個所でのみ、他の個所と逆にする事により、当該径方向外半部の片側面の円周方向１個所にＮ極を、残りの個所にＳ極を、それぞれ配置している。そして、この様にＳ極とＮ極とを配置した、上記エンコーダ３０ａの片側面を、被検出部としている。又、この様なエンコーダ３０ａは、上記芯金１５の外側面に、焼き付け、接着等により添着固定している。
【００３９】
又、本例の場合、ホルダである合成樹脂２５の円周方向等間隔位置に包埋支持した４個のセンサ２４、２４（図１５参照）の検出部はそれぞれ、上記エンコーダ３０ａの被検出部の径方向内半部に、軸方向（図１の左右方向）の微小隙間を介して対向させている。本例の場合も、前記転がり軸受３の負荷荷重がゼロの状態で、上記微小隙間の大きさが上記各センサ２４、２４同士で互いに等しくなる様に、各部の寸法を規制している。又、本例の場合、上記合成樹脂２５の円周方向の一部で、上記４個のセンサ２４、２４を配置した部分よりも径方向外側部分に、これら各センサ２４、２４と同種の構造を有するセンサ２４ｂを１個、包埋支持している。そして、この１個のセンサ２４ｂの検出部を、上記エンコーダ３０ａの被検出部の径方向外半部に、軸方向の微小隙間を介して対向させている。
【００４０】
この状態で、上記エンコーダ３０ａが上記各センサ２４、２４ｂに対して回転すると、このうちの４個のセンサ２４、２４により、それぞれ図３の下半部に示す様な、上記被検出部の径方向内半部の特性の変化に対応した、正弦波状の出力信号が得られる。これに対し、上記１個のセンサ２４ｂにより、同図の上半部に示す様な、１回転毎に１パルスの出力信号が得られる。本例の場合、この１個のセンサ２４ｂの出力信号を、上記４個のセンサ２４、２４の出力信号の位相個所を特定する為のトリガーとして利用する。
【００４１】
上述の様に構成する本例の状態検出装置付転がり軸受の場合も、前述した従来構造の第１例の場合と同様、制御器に予め記憶させた２種類の情報と、転がり軸受３の負荷運転時に得た、上記２種類の情報とは別の、他の種類の情報とを利用して、この転がり軸受３を構成する外輪４と内輪６との相対変位の前後に於ける、上記４個のセンサ２４、２４の検出部と上記エンコーダ３０ａの被検出部との間の距離の変化量δＳ１〜δＳ４を求める。そして、これら各変化量δＳ１〜δＳ４に基づいて、上記内輪６と上記外輪４との相対変位量を求め、更に上記転がり軸受３の負荷荷重を求める。尚、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報とは、その１つが、図４に示す様な、上記４個のセンサ２４、２４の検出部と上記被検出部との間の距離（パッシブ型センサの場合は、更に上記エンコーダ３０ａの回転速度）と、上記各センサ２４、２４の出力信号の強度との関係であり、もう１つが、上記転がり軸受３の無負荷運転状態での上記各センサ２４、２４の出力信号の強度である。これに対し、上記他の種類の情報とは、上記転がり軸受３の負荷運転状態での上記各センサ２４、２４の出力信号の強度である。
【００４２】
特に、本例の場合には、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出し、且つ、この負荷荷重の検出精度を十分に確保できる様にすべく、上記制御器に予め記憶させる２種類の情報としてそれぞれ、上記被検出部の各位相個所（各着磁領域Ｓ極及びＮ極）毎に成立する複数（１回転中の周期の数と同数）のものを用意している。即ち、上記２種類の情報はそれぞれ、上記各センサ２４、２４の出力信号の強度に関連するものである。この為、これら２種類の情報を得る場合には、上記各センサ２４、２４の出力信号の強度を決定する必要がある。そこで、本例の場合には、それぞれが上記被検出部の各位相個所に対応する、上記各センサ２４、２４の出力信号の各位相個所の強度（波形のピーク値、積分値等）を、それぞれ上記各センサ２４、２４の出力信号の強度として採用する。そして、これら各位相個所の強度毎に上記２種類の情報を得て、これらを上記制御器に予め記憶させている。尚、上記各センサ２４、２４の出力信号の各位相個所の強度は、例えば電動モータ等により、上記内輪６に支持した上記エンコーダ３０ａを、一定の回転速度で（センサ２４、２４がアクティブ型の場合には、一定速度である必要はない）、少なくとも１回転させれば得られる。但し、複数回回転させて各位相個所毎の平均値若しくは中央値を取れば、これら各位相個所の強度をより正確に得られる。又、本例の場合、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出できる様にすべく、上記他の種類の情報として、負荷運転状態での上記各センサ２４、２４の出力信号のうち、現時刻（その瞬間）に対応する位相個所の強度を使用する。
【００４３】
そして、本例の場合、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合には、上記他の種類の情報を利用すると共に、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報のうち、それぞれ上記他の種類の情報と出力信号の位相が一致するものを利用する事により、前記各変位量δＳ１〜δＳ４を求める。尚、この際に、上記各情報同士の位相合わせは、前述した１個のセンサ２４ｂの出力信号をトリガーとして利用する事により、正確に行なう。そして、上記各変化量δＳ１〜δＳ４に基づいて、上記転がり軸受３を構成する外輪４と内輪６との相対変位量を求め、更にこの転がり軸受３の負荷荷重を求める。
【００４４】
上述の様に、本例の場合には、上記各変位量δＳ１〜δＳ４を求める為に、上記他の種類の情報と、上記制御器に予め記憶させた２種類の情報とで、それぞれ上記各センサ２４、２４の出力信号の同一の位相個所に関するものを使用する。この為、製造誤差や組み付け誤差等に基づいて、上記エンコーダ３０ａの被検出部の特性が円周方向に関して均一に変化せず、上記各センサ２４、２４の出力信号の強度が、前述の図１８（Ｂ）に示す様に、各位相個所で不均一になる場合でも、上記各変位量δＳ１〜δＳ４の検出精度を良好にできる。この結果、上記転がり軸受３の検出精度を十分に確保する事ができる。
【００４５】
次に、図５〜６は、やはり請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。尚、本例の特徴は、転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合に、第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１の被検出部の製造誤差等に拘わらず、この負荷荷重の検出精度を十分に確保できる様にした点にある。この為に、具体的には、使用する第一エンコーダ３０ａの構造及びセンサの個数と、これら各センサの出力信号に関連する情報の数及び処理方法を工夫している。その他の部分の構成及び作用は、前述の図１６〜１７に示した従来構造の第２例の場合と同様であるから、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、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００４６】
本例の場合、組み合わせシールリング１１ａを構成する内径側シールリング１３ａの芯金１５ａに支持固定した、第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１のうち、上記芯金１５ａを構成する円輪部３４の外側面に添着固定した第一エンコーダ３０ａとして、前述の図２に示したものを使用している。これに対し、上記芯金１５ａを構成する大径円筒部３２の内周面に添着固定した上記第二エンコーダ３１として、図６に示す様な、前述した従来構造の第２例の場合と同様のもの、即ち、被検出部である内周面に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たものを使用している。
【００４７】
そして、本例の場合、ホルダである合成樹脂２５ａに、前述した図１７に示す様に円周方向等間隔位置に包埋支持した６個のセンサ２４、２４ａのうち、３個のセンサ２４の検出部をそれぞれ、上記第一エンコーダ３０ａの被検出部の径方向内半部に、軸方向の微小隙間を介して対向させている。これに対し、残り３個のセンサ２４ａの検出部をそれぞれ、上記第二エンコーダ３１の被検出部に、径方向の微小隙間を介して対向させている。本例の場合も、上記転がり軸受３の負荷荷重がゼロの状態で、上記各微小隙間の大きさが、上記各センサ２４同士、上記各センサ２４ａ同士で互いに等しくなる様に、各部の寸法を規制している。又、本例の場合、上記合成樹脂２５ａの円周方向の一部で、上記３個のセンサ２４を配置した部分よりも径方向外側部分に、これら各センサ２４及び上記各センサ２４ａと同種の構造を有するセンサ２４ｂを１個、包埋支持している。そして、この１個のセンサ２４ｂの検出部を、上記第一エンコーダ３０ａの被検出部の径方向外半部に、軸方向に関する微小隙間を介して対向させている。
【００４８】
この状態で、上記第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１が上記各センサ２４、２４ａ、２４ｂに対して回転すると、このうちの６個のセンサ２４、２４ａにより、それぞれ前記図３の下半部に示す様な、上記各被検出部の特性の変化に対応した、正弦波状の出力信号が得られる。これに対し、上記１個のセンサ２４ｂにより、同図の上半部に示す様な、１回転毎に１パルスの出力信号が得られる。本例の場合、この１個のセンサ２４ｂの出力信号を、上記６個のセンサ２４、２４ａの出力信号の位相個所を特定する為のトリガーとして利用する。
【００４９】
上述の様に構成する本例の状態検出装置付転がり軸受の場合も、制御器に予め記憶させた（上記第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）２種類の情報と、転がり軸受３の負荷運転時に得た（上記第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）他の種類の情報とを利用して、この転がり軸受３を構成する外輪４と内輪６との相対変位の前後に於ける、上記３個のセンサ２４、２４の検出部ＳＡ１〜ＳＡ３と上記第一エンコーダ３０ａの被検出部との間の軸方向の距離の変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  、並びに、上記３個のセンサ２４ａ、２４ａの検出部ＳＲ１〜ＳＲ３と上記第二エンコーダ３１の被検出部との間の径方向の距離の変化量δＳＲ１  〜δＳＲ３  を求める。そして、これら各変化量δＳ１〜δＳ４に基づいて、上記内輪６と上記外輪４との相対変位量を求め、更に上記転がり軸受３の負荷荷重を求める。
【００５０】
尚、上記制御器に予め記憶させた（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）２種類の情報とは、その１つが、前記図４に示す様な、上記３個のセンサ２４又は上記３個のセンサ２４ａの検出部と上記第一エンコーダ３０ａ又は上記第二エンコーダ３１の被検出部との間の距離（パッシブ型センサの場合は、更に上記第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１の回転速度）と、上記３個のセンサ２４又は上記３個のセンサ２４ａの出力信号の強度との関係である。又、もう１つが、上記転がり軸受３の無負荷運転状態での上記各センサ２４、２４ａの出力信号の強度である。これに対し、上記２種類の情報とは別の、他の種類の情報とは、上記転がり軸受３の負荷運転状態での上記各センサ２４、２４ａの出力信号の強度である。
【００５１】
特に、本例の場合も、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出し、且つ、この負荷荷重の検出精度を十分に確保できる様にすべく、上記制御器に予め記憶させる（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）２種類の情報としてそれぞれ、上記第一エンコーダ３０ａ又は上記第二エンコーダ３１の被検出部の各位相個所（各着磁領域Ｓ極及びＮ極）毎に成立する複数（１回転中の周期の数と同数）のものを用意している。これと共に、本例の場合、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出できる様にすべく、上記（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）他の種類の情報として、負荷運転状態での上記各センサ２４、２４ａの出力信号のうち、現時刻に対応する位相個所の強度を使用する。
【００５２】
そして、本例の場合、上記転がり軸受３の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合には、上記（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）他の種類の情報と、上記制御器に予め記憶させた（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）２種類の情報のうち、それぞれ上記（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）他の種類の情報と出力信号の位相が一致するものとを利用して、前記各変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  を求める。尚、この際に、上記各情報同士の位相合わせは、前述した１個のセンサ２４ｂの出力信号をトリガーとして利用し、正確に行なう。そして、上記各変化量δＳ１〜δＳ４に基づいて、上記転がり軸受３を構成する外輪４と内輪６との相対変位量を求め、更にこの転がり軸受３の負荷荷重を求める。
【００５３】
上述の様に、本例の場合も、上記各変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  を求める為に、上記（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）他の種類の情報と、上記制御器に予め記憶させた（第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１毎の）２種類の情報とで、それぞれ上記各センサ２４、２４ａの出力信号の同一の位相個所に関するものを使用する。この為、製造誤差や組み付け誤差等に基づいて、上記第一、第二各エンコーダ３０ａ、３１の被検出部の特性が円周方向に関して均一に変化せず、上記各センサ２４、２４ａの出力信号の強度が、前述の図１８（Ｂ）に示す様に、各位相個所で不均一になる場合でも、上記各変化量δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  の検出精度を良好にできる。この結果、上記転がり軸受３の検出精度を十分に確保する事ができる。
【００５４】
尚、上述した第２例では、第一エンコーダ３０ａの被検出部の径方向内半部に対向させるセンサ２４と、第二エンコーダ３１の被検出部に対向させるセンサ２４ａとを、それぞれ３個ずつとしている。但し、本発明を実施する場合には、上記各センサ２４、２４ａを、例えば４個ずつとする事もできる。４個ずつとすれば、３個ずつとする場合よりも検出精度を向上させる事ができる。
【００５５】
又、上述した第２例では、各センサ２４、２４ａの出力信号の位相個所を特定する為に利用するトリガー（１回転に就き１パルスの信号）を、第一エンコーダの被検出部の構造を工夫する事により発生させた。但し、本発明を実施する場合、上記トリガーは、第二エンコーダの被検出部の構造を工夫する事により発生させる事もできる。この場合、第二エンコーダ３１ａとして、例えば図７に示す様なものを使用する事ができる。この第二エンコーダ３１ａは、被検出部である内周面の軸方向片半部（図７の手前側半部）に、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。これに対し、上記内周面の軸方向他半部（図７の奥側半部）には、円周方向の１個所にＮ極を、残りの個所にＳ極を、それぞれ配置している。そして、この様な第二エンコーダ３１ａを使用する場合、トリガーを発生させる為のセンサ２４ｂは、この第二エンコーダ３１ａの被検出部の軸方向他半部に、径方向の微小隙間を介して対向させる。尚、この様な第二エンコーダ３１ａを使用する場合には、第一エンコーダ３０として、図８に示す様な、前述した従来構造の第２例と同様のもの、即ち、被検出部である外側面に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たものを使用する。
【００５６】
又、上述の様なトリガーは、図６又は図８に示す様なエンコーダ３０、３１、即ち、被検出部に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たエンコーダ３０、３１で、何れか１つの極の着磁強度を他の極の着磁強度よりも十分に大きく（製造誤差等に基づいて生じる着磁強度のばらつきよりも十分に大きく）する事によっても、得る事ができる。即ち、この様なエンコーダの被検出部に対向させたセンサの出力信号は、図９に示す様に、上記着磁強度を大きくした極に対応する位相個所で、他の位相個所よりも強度が（製造誤差による不均一とは異なる程）明らかに大きくなる。従って、この強度が明らかに大きくなった部分を、トリガーとして利用する事ができる。又、この様なトリガーは、例えば図１０に示す様な歯車形のエンコーダ３５で、同図の上部中央に示す様に円周方向１個所の歯の高さを変える事によっても、得る事ができる。尚、これらのエンコーダを使用する場合には、トリガー検出用のセンサを別個に設ける必要がなくなる為、省スペース化及び低廉化を図れる。
【００５７】
次に、請求項２に記載された発明に就いて説明する。この請求項２に記載された発明を実施する場合には、制御器に予め記憶させる２種類の情報としてそれぞれ、各センサの出力信号の強度として、この出力信号の少なくとも１周期分の全位相個所の強度の平均値を採用したものを用意する。即ち、既に説明した通り、上記２種類の情報はそれぞれ、上記各センサの出力信号の強度に関連するものである。この為、これら２種類の情報を得る為には、上記各センサの出力信号の強度を決定する必要がある。そこで、請求項２に記載された発明を実施する場合には、上記２種類の情報を得る為に、上記各センサの出力信号の強度として、この出力信号の少なくとも１周期分の各位相個所の強度（ピーク値、積分値等）を互いに足し合わせ、更にこの足し合わせた値を上記各位相個所の数（１回転毎の周期の数）で除して平均化した値を採用する。そして、この様に採用した強度を基準に、上記２種類の情報を得て、これらを上記制御器に予め記憶させる。一方、転がり軸受の負荷荷重をリアルタイムで検出できる様にすべく、負荷運転時に得られる他の種類の情報としては、この負荷運転状態での上記各センサの出力信号のうち、現時刻（その瞬間）に対応する位相個所の強度を使用する。
【００５８】
そして、請求項２に記載した発明により、転がり軸受の負荷荷重をリアルタイムで検出する場合には、上記他の種類の情報と上記２種類の情報とを利用する事により、上記転がり軸受を構成する内輪と外輪との相対変位の前後に於ける、上記各センサの検出部とエンコーダの被検出部との間の距離の変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）を求める。そして、これら各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）に基づいて、上記内輪と上記外輪との相対変位量を求め、更に上記転がり軸受の負荷荷重を求める。
【００５９】
上述に様に、請求項２に記載した発明の場合、上記２種類の情報を得る場合の上記各センサの出力信号の強度として、この出力信号の少なくとも１周期分の全位相個所の強度の平均値を採用する。この為、製造誤差や組み付け誤差等に基づいてエンコーダの被検出部の特性が円周方向に関して均一に変化せず、上記各センサの出力信号が、前記図１８（Ｂ）に示す様に各位相個所で不均一になる場合でも、上記負荷荷重をリアルタイムで精度良く検出する事ができる。即ち、前述した通り、上記２種類の情報を得る場合の上記各センサの出力信号の強度として、図１８（Ｂ）に示した出力信号のうち、最も大きいＰ部（又は最も小さいＱ部）の強度を採用すると、上記他の種類の情報として比較的強度が小さい（又は比較的強度が大きい）位相個所の強度を採用する瞬間に、上記各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）の検出精度が大幅に低下する事になる。これに対し、上述の様に、上記２種類の情報を得る場合の上記各センサの出力信号の強度として、この出力信号の少なくとも１周期分の全位相個所の強度の平均値を採用すれば、上記他の種類の情報として比較的強度が小さい（又は比較的強度が大きい）位相個所の強度を採用する瞬間にも、上記各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）の検出精度が大幅に低下する事を防止できる。従って、これら各変化量δＳ１〜δＳ４（δＳＡ１  〜δＳＡ３  、δＳＲ１  〜δＳＲ３  ）に基づいて上記負荷荷重を、リアルタイムで、実用上十分な精度を確保しつつ検出できる。
【００６０】
尚、本発明を実施する場合、工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受の様に、この転がり軸受が一方向にのみ回転する場合には、制御器に予め記憶させる２種類の情報は、この一方向の回転に関するものだけを用意しておけば良い。これに対し、自動車の車輪又は車軸を支持する為の転がり軸受の様に、この転がり軸受が両方向に回転する場合には、これら各回転方向毎に、それぞれ上記２種類の情報を用意しておくのが好ましい。即ち、この場合には、各回転方向毎に用意した２種類の情報のうち、運転時の回転方向に応じた２種類の情報を利用する。又、この様な回転方向に応じた情報の利用を行なえる様にする為には、運転時の回転方向を検出できる様にする必要がある。この様な場合には、例えば、使用する複数のセンサ同士の円周方向に関する配置の位相を工夫する事により、図１１に示す様な、互いの位相が１８０度とは異なるだけ（例えば９０度）ずれた、２つの出力波形を得れば良い。即ち、この様な２つの出力波形を得れば、これら両出力波形の位相がずれる方向を調べる事により、回転方向を検出する事ができる。尚、上述の様に各センサの円周方向に関する配置の位相を工夫する場合には、これに合わせて、前記（１）  〜（１３）式のうち、該当する式の中に存在する、各センサの位相角度を補正する。
【００６１】
尚、上述した各実施の形態では、静止輪が外輪で、回転輪が内輪である構造を示したが、本発明は、静止輪が内輪で、回転輪が外輪である構造にも適用可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の状態検出装置付回転支持装置は、以上に述べた様に構成され作用する為、製造誤差や組み付け誤差等に基づいてエンコーダの被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化していない場合でも、リアルタイムでの負荷荷重の検出を、高精度で行なう事ができる。この為、工作機械や自動車等の運転制御を適切に行なう事ができ、この運転制御の信頼性を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図１３と同様の図。
【図２】円輪状に構成した、トリガー発生用のエンコーダの部分斜視図。
【図３】センサの出力信号を示す図。
【図４】検出部と被検出部との間の距離と、センサの出力強度との関係を示す図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１６と同様の図。
【図６】円筒状に構成したエンコーダを内径側から見た状態で示す部分斜視図。
【図７】円筒状に構成した、トリガー発生用のエンコーダを内径側から見た状態で示す部分斜視図。
【図８】円輪状に構成したエンコーダの部分斜視図。
【図９】センサの出力信号を示す図。
【図１０】歯車形に構成したエンコーダの側面図。
【図１１】互いの位相を９０度ずらせた、１対の出力信号を示す図。
【図１２】従来構造の第１例を示す断面図。
【図１３】図１２のＡ部拡大図。
【図１４】パッシブ型センサの構造の２例を示す略斜視図。
【図１５】相対変位の前後に於ける、各センサとエンコーダとの位置関係を示す模式図。
【図１６】従来構造の第２例を示す、図１３と同様の図。
【図１７】同じく、図１５と同様の図。
【図１８】センサの出力信号を示す図で、（Ａ）は、エンコーダの被検出部の特性が円周方向に関して均一の大きさで変化している場合を、（Ｂ）は、同じく均一の大きさで変化していない場合を、それぞれ示す。
【符号の説明】
１    回転軸
２    ハウジング
３    転がり軸受
４    外輪
５    外輪軌道
６    内輪
７    内輪軌道
８    転動体
９    段部
１０    固定リング
１１、１１ａ  組み合わせシールリング
１２    外径側シールリング
１３、１３ａ  内径側シールリング
１４    芯金
１５、１５ａ  芯金
１６    弾性材
１７    弾性材
１８    エンコーダ
１９    透孔
２０    小径段部
２１    支持環
２２    円筒部
２３    円輪部
２４、２４ａ、２４ｂ  センサ
２５、２５ａ  合成樹脂
２６    永久磁石
２７    ステータ
２８    コイル
２９    ハーネス
３０、３０ａ  第一エンコーダ
３１、３１ａ  第二エンコーダ
３２    大径円筒部
３３    小径円筒部
３４    円輪部
３５    エンコーダ
【図１】
2004325134.tif 000007
【図２】
2004325134.tif 000008
【図３】
2004325134.tif 000009
【図４】
2004325134.tif 000010
【図５】
2004325134.tif 000011
【図６】
2004325134.tif 000012
【図７】
2004325134.tif 000013
【図８】
2004325134.tif 000014
【図９】
2004325134.tif 000015
【図１０】
2004325134.tif 000016
【図１１】
2004325134.tif 000017
【図１２】
2004325134.tif 000018
【図１３】
2004325134.tif 000019
【図１４】
2004325134.tif 000020
【図１５】
2004325134.tif 000021
【図１６】
2004325134.tif 000022
【図１７】
2004325134.tif 000023
【図１８】
2004325134.tif 000024