(57)【要約】【課題】  エンコーダの被検出面と回転検出センサの検出部との距離変動により、この回転検出センサの出力信号が変化した場合でも、上記エンコーダを固定した回転部材の回転速度を正確に求める。【解決手段】  上記回転検出センサとして、（Ａ）に全線ハで示す様に変化するアナログ信号を送り出すものを使用する。比較器でこのアナログ信号と、（Ａ）に細線イ、ロで示した閾値とを比較し、（Ｂ）に示す様なディジタル信号を得る。この閾値を、このアナログ信号の直前のピーク値に応じて変化させる。この構成により、上記距離の変化に基づくアナログ信号の変動に拘らず、上記ディジタル信号のピッチと上記アナログ信号のピッチとがずれる事を防止し、上記課題を解決する。【選択図】  図５
2005091073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材に支持固定されてこの回転部材と共に回転する、特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた状態で設けられた回転検出センサと、この回転検出センサから送り出される出力信号に基づいて上記回転部材の回転速度を算出する演算器とを備えた回転速度検出装置に於いて、上記回転検出センサは、上記特性の変化に対応してアナログ信号を送り出すリニア式のセンサであり、上記演算器は、上記回転検出センサから送り込まれるアナログ信号と閾値とを比較して、このアナログ信号をディジタル信号に変換する比較器を備えたものであり、この比較器は、上記エンコーダの被検出面と上記回転検出センサの検出部との距離に応じて上記閾値を変化させる機能を有する事を特徴とする回転速度検出装置。
【請求項２】
エンコーダが、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置した永久磁石であり、回転検出センサは、検出部に達する磁束の密度と方向とに応じて変化する正弦波状のアナログ信号を出力するものであり、比較器は、このアナログ信号の振幅が大きい程、閾値の絶対値を大きくする機能を有するものである、請求項１に記載した回転速度検出装置。
【請求項３】
回転部材が、転がり軸受ユニットを構成する１対の軌道輪同士の間に設けられ、複数のポケット内に保持した転動体の公転に伴って回転する保持器である、請求項１〜２の何れかに記載した回転速度検出装置。
【請求項４】
被検出面が、エンコーダの軸方向片側面である、請求項１〜３の何れかに記載した回転速度検出装置。
【請求項５】
使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、これら両列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられた複数の転動体と、これら両列の転動体を保持した１対の保持器の回転速度を検出する為の１対の回転速度検出装置と、これら各回転速度検出装置が検出する１対の保持器の回転速度に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器とを備え、上記各回転速度検出装置は、請求項１〜４の何れかに記載した回転速度検出装置である、転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項６】
回転輪が、自動車の車輪を固定した状態でこの車輪と共に回転するハブである、請求項５に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る回転速度検出装置及び転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、例えば自動車、鉄道車両、各種搬送車等の移動体の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの改良に関し、この転がり軸受ユニットを構成する回転部材の回転速度、更にはこの転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記移動体の運行の安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車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）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、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。この従来の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図９に示す様に構成している。懸架装置に支持される、静止輪である外輪１の内径側に、車輪を結合固定する、回転輪であるハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。
【０００４】
上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。
【０００５】
上述の様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪１は、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ２は、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪１やハブ２、並びに転動体９ａ、９ｂの弾性変形に基づいて、これら外輪１の中心とハブ２の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪１の上端部に設けた、上記変位センサ１１の検出面と上記センサリング１２の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ１１の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式或はマップ等から、当該変位センサ１１を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事ができる。この様にして求めた、各転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づいて、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。
【０００６】
尚、図９に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪６の内端部にセンサロータ１３を外嵌固定すると共に、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー１４に回転速度検出用センサ１５を支持している。そして、この回転速度検出用センサ１５の検知部を、上記センサロータ１３の被検出部に、検出隙間を介して対向させている。
【０００７】
上述の様な回転速度検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ２と共に上記センサロータ１３が回転し、このセンサロータ１３の被検知部が上記回転速度検出用センサ１５の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出用センサ１５の出力が変化する。この様にして回転速度検出用センサ１５の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転速度検出用センサ１５の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。
【０００８】
上述の様な従来構造の第１例の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に加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、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も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図１０は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、回転輪であるハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、静止輪である外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１６に支持固定する為の、固定側フランジ１７を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。
【０００９】
更に、上記固定側フランジ１７の内側面複数個所で、この固定側フランジ１７を上記ナックル１６に結合する為のボルト１８を螺合する為のねじ孔１９を囲む部分に、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１６に支持固定した状態でこれら各荷重センサ２０は、このナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面との間で挟持される。
【００１０】
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、図示しない車輪と上記ナックル１６との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面とが、上記各荷重センサ２０を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ２０の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１６との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、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。
【００１１】
前述の図９に示した従来構造の第１例の場合、変位センサ１１により、外輪１とハブ２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１１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。
【００１２】
又、上述の図１０に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１６に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１８と同数だけ、荷重センサ２０を設ける必要がある。この為、荷重センサ２０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。
【００１３】
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号）。この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記各列の転動体の公転速度を求めるのに、これら各列の転動体を保持した保持器の回転速度を検出する事が、この公転速度を高分解能で求める面から有効である。この為に先発明では、上記保持器にエンコーダを支持固定し（或は保持器自体のエンコーダとしての機能を持たせ）、このエンコーダの被検出面に回転検出センサの検出部を対向させる事で、上記保持器の回転速度を検出する様にしている。
【００１４】
但し、上記各列の転動体の転動面と、各列の保持器のポケットの内面との間には、これら各転動体の転動を許容すると共に、これら各転動体の転動面へのグリースの付着を許容する為の隙間が存在する為、上記各保持器は、僅かとは言え、回転しつつ径方向及び軸方向に変位する可能性がある。そして、この様な変位の結果、上記エンコーダの被検出面と上記回転検出センサの検出部との距離が変化すると、上記各列の保持器の回転速度、延いては上記各列の転動体の公転速度を正確に測定できなくなる。
【００１５】
この様な問題は、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置で、保持器の回転速度を測定する場合に限らずに生じ得る。即ち、各種回転部材の回転速度を検出する為の回転速度検出装置で、回転速度を検出すべき部材に支持固定したエンコーダの被検出面と回転検出センサの検出部との距離が変動する場合に、この回転速度の検出精度が悪化する。
【００１６】
【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】
【００１７】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、エンコーダの被検出面と回転検出センサの検出部との距離が変動しても、このエンコーダを設けた回転部材の回転速度を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる、回転速度検出装置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】
【００１８】
本発明の回転速度検出装置は、従来から知られている回転速度検出装置と同様に、エンコーダと、回転検出センサと、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、回転部材に支持固定されてこの回転部材と共に回転するもので、特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、上記回転検出センサは、そ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設けられている。
更に、上記演算器は、上記回転検出センサから送り出される出力信号に基づいて、上記回転部材の回転速度を算出する。
【００１９】
特に、本発明の回転速度検出装置に於いては、上記回転検出センサは、上記特性の変化に対応してアナログ信号を送り出すリニア式のセンサである。
又、上記演算器は、上記回転検出センサから送り込まれるアナログ信号と閾値（スレッシュレベル）とを比較して、このアナログ信号をディジタル信号に変換する比較器を備えたものである。
そして、この比較器は、上記エンコーダの被検出面と上記回転検出センサの検出部との距離に応じて上記閾値を変化させる機能を有する。
【発明の効果】
【００２０】
上述の様に構成する本発明の回転速度検出装置は、エンコーダの被検出面と回転検出センサの検出部との距離が変化した場合にも、このエンコーダを支持固定した回転部材の回転速度を正確に求められる。即ち、上記距離が変化した場合、上記エンコーダの特性の変化に対応して上記回転検出センサから送り出されるアナログ信号の振幅が変化する。従って、このアナログ信号をディジタル信号に変換する為に設けた、演算器の比較器の閾値が一定の場合には、得られたディジタル信号の周期と元のアナログ信号の周期とが比例しなくなる。これに対して本発明の回転速度検出装置の場合には、上記エンコーダの被検出面と上記回転検出センサの検出部との距離に応じて上記閾値を変化させる為、上記得られたディジタル信号の周期と元のアナログ信号の周期とを比例させる事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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、エンコーダとして、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置した永久磁石を使用する。又、回転検出センサとして、検出部に達する磁束の密度と方向とに応じて変化する正弦波状のアナログ信号を出力するものを使用する。更に、比較器として、このアナログ信号の振幅が大きい程、閾値の絶対値を大きくする機能を有するものを使用する。
この様に構成すれば、得られたディジタル信号の周期と元のアナログ信号の周期とを比例させる動作を確実に行なえる。
【００２２】
又、好ましくは、請求項３に記載した様に、回転部材を、転がり軸受ユニットを構成する１対の軌道輪同士の間に設けられ、複数のポケット内に保持した転動体の公転に伴って回転する保持器とする。
上記各ポケットの内面と上記各転動体の転動面との間には、これら各転動体の転動面にグリース等の潤滑剤を付着させる為に隙間が存在する。そして、この隙間の存在に基づいて上記保持器は、径方向及び軸方向に変位する事が避けられない。従って、この保持器の回転速度を検出する場合に、エンコーダの被検出面と回転検出センサの検出部との距離の変化に拘らず、得られたディジタル信号の周期と元のアナログ信号の周期とを比例させる事の重要性が高い。即ち、保持器の回転速度を検出する場合に、本発明による作用・効果が特に顕著になる。
【００２３】
そして、特に、請求項４に記載した様に、被検出面がエンコーダの軸方向片側面である場合には、本発明を実施する事が重要になる。
保持器の一部にエンコーダを支持固定した場合、このエンコーダの被検出面が何れの面であっても（周面、軸方向片側面に拘らず）、この被検出面と回転検出センサの検出部との距離の変化に基づいて回転検出センサから送り出されるアナログ信号の振幅が変化して、得られたディジタル信号の周期と元のアナログ信号の周期とが比例しなくなる。但し、転がり軸受内部の限られた空間内にエンコーダ及び回転検出センサの検知部を配置する場合、被検出面をエンコーダの軸方向片側面とした方が、設計の自由度が高くなる。
【００２４】
又、本発明の実施の形態として好ましくは、請求項５に記載した様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置が考えられる。
この転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、静止輪と、回転輪と、複数の転動体と、１対の回転速度検出装置と、演算器とを備える。
このうちの静止輪は、使用時にも回転しない。
又、上記回転輪は、上記静止輪と同心に配置されて使用時に回転する。
又、上記各転動体は、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ２列ずつ形成された静止側軌道と回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、これら両列同士の間で接触角の方向を互いに逆にして転動自在に設けられている。
又、上記各回転速度検出装置は、上記両列の転動体を保持した１対の保持器の回転速度を検出する為のものである。
又、上記演算器は、上記各回転速度検出装置が検出する１対の保持器の回転速度に基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する。
この様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置に本発明を適用する場合に、上記各回転速度検出装置を、前述の請求項１〜４の何れかに記載した構造のものとする。
更に好ましくは、請求項６に記載した様に、上記回転輪を、自動車の車輪を固定した状態でこの車輪と共に回転するハブとする。
【実施例】
【００２５】
図１〜４は、本発明の実施例を示している。本実施例は、自動車の従動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＤ車の前輪、ＦＦ車の後輪）を支持する為の転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を測定する為の転がり軸受ユニットの荷重測定装置に本発明を適用した場合に就いて示している。この転がり軸受ユニット自体の構成及び作用は、前述の図９に示した従来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、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００２６】
回転輪であるハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列アンギュラ型の内輪軌道８、８と、静止輪である外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列アンギュラ型の外輪軌道７、７との間に、それぞれ転動体（玉）９ａ、９ｂを複列（２列）に分けて、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、保持器２１ａ、２１ｂにより保持した状態で転動自在に設ける事により、上記外輪１の内径側に上記ハブ２を、回転自在に支持している。この状態で上記各列の転動体９ａ、９ｂには、互いに逆方向で、且つ、同じ大きさの接触角αa 、αb （図２）が付与されて、背面組み合わせ型の、複列アンギュラ型玉軸受を構成する。上記各列の転動体９ａ、９ｂには、使用時に加わるアキシアル荷重によって喪失する事がない程度に十分な予圧を付与している。この様な転がり軸受ユニットの使用時には、上記外輪１を懸架装置に支持固定し、上記ハブ２の回転側フランジ３に制動用のディスクと車輪のホイールとを支持固定する。
【００２７】
上述の様な転がり軸受ユニットを構成する上記外輪１の軸方向中間部で上記複列の外輪軌道７、７の間部分に取付孔１０ａ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１０ａにセンサユニット２２を、上記外輪１の径方向外方から内方に挿通し、このセンサユニット２２の先端部に設けた検出部２３を、上記外輪１の内周面から突出させている。この検出部２３には、それぞれが回転検出センサである１対の公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ａとを設けている。
【００２８】
このうちの各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂは、上記複列に配置された転動体９ａ、９ｂの公転速度を測定する為のもので、上記検出部２３のうち、上記ハブ２の軸方向（図１〜２の左右方向）に関する両側面に、それぞれの検出面を配置している。本例の場合、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂは、上記複列に配置された各転動体９ａ、９ｂの公転速度を、前記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度として検出する。この為に本例の場合には、これら各保持器２１ａ、２１ｂを構成するリム部２５、２５を、互いに対向する側に配置している。そして、これら各リム部２５、２５の互いに対向する面に、それぞれが円輪状である公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂを、全周に亙り添着支持している。これら各エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度を上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂにより検出自在としている。
【００２９】
この為に、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出面を、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面である、互いに対向する面に近接対向させている。尚、これら各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出面との距離（検出隙間）は、上記各保持器２１ａ、２１ｂのポケットの内面と上記各転動体９ａ、９ｂの転動面との間の隙間であるポケット隙間よりも大きく、２mm以下とする事が好ましい。上記検出隙間がポケット隙間以下になると、上記各保持器２１ａ、２１ｂがこのポケット隙間分変位した場合に、上記被検出面と上記検出面とが擦れ合う可能性を生じる為、好ましくない。反対に、上記検出隙間が２mmを越えると、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂにより上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの回転を正確に測定する事が難しくなる。
【００３０】
一方、前記回転速度検出用センサ１５ａは、回転輪である前記ハブ２の回転速度を測定する為のもので、上記検出部２３の先端面、即ち、上記外輪１の径方向内端面に、その検出面を配置している。又、上記ハブ２の中間部で前記複列の内輪軌道８、８同士の間に、円筒状の回転速度検出用エンコーダ２７を外嵌固定している。上記回転速度検出用センサ１５ａの検出面は、この回転速度検出用エンコーダ２７の被検出面である、外周面に対向させている。この回転速度検出用エンコーダ２７の被検出面の特性は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させて、上記ハブ２の回転速度を上記回転速度検出用センサ１５ａにより検出自在としている。上記回転速度検出用エンコーダ２７の外周面と上記回転速度検出用センサ１５ａの検出面との間の測定隙間に関しても、２mm以下に抑える。
【００３１】
尚、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、２７としては、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用の信号を得るべく、車輪の回転速度を検出する為に利用していた各種構造のものを使用できる。例えば、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、２７として、被検出面（側面又は外周面）にＮ極とＳ極とを交互に且つ等間隔に配置した、多極磁石製のものが、好ましく使用できる。
【００３２】
本例の場合には、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂとして、被検出面である軸方向側面にＳ極とＮ極とを交互に且つ等間隔で配置した、円輪状の永久磁石を使用している。この様な各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂは、別途造られた上記各保持器２１ａ、２１ｂのリム部２５、２５の側面に接着により結合固定したり、或はこれら各保持器２１ａ、２１ｂを射出成形する際にキャビティ内に上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂをセットしておく事で、インサート成形する。何れの方法を採用するかは、コスト及び要求される結合強度等に応じて選択する。
【００３３】
又、何れも回転速度を検出するセンサである、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂ及び上記回転速度検出用センサ１５ａとしては、磁気式の回転速度検出用センサが、好ましく使用できる。又、この磁気式の回転速度検出用センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子（ＭＲ素子、ＧＭＲ素子）、ＭＩ素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものを使用する。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転速度検出用センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して永久磁石の着磁方向一端面に突き当て（磁性材製のエンコーダを使用する場合）、上記磁気検出素子の他側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記各エンコーダ２６ａ、２６ｂ、２７の被検出面に対向させる。尚、本例の場合、永久磁石製のエンコーダを使用するので、センサ側の永久磁石は不要である。
【００３４】
本実施例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記各センサ２４ａ、２４ｂ、１５ａの検出信号は、図示しない演算器に入力する。そして、この演算器が、これら各センサ２４ａ、２４ｂ、１５ａから送り込まれる検出信号に基づいて、前記外輪１と前記ハブ２との間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の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて、又は、これら各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図４を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆa が加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
【００３５】
図４は、前述の図１に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道８、８と複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ0 、Ｆ0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等により、ラジアル荷重Ｆr が加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆa が加わる。これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa は、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎi とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎo とすると、上記公転速度ｎc は、次の（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝  −−−  （１）
【００３６】
この（１）式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Ｆr 及び上記アキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。従って上記公転速度ｎc は、これらラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa に応じて変化する。本例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆr に関しては、大きくなる程上記公転速度ｎc が遅くなる。又、アキシアル荷重Ｆa に関しては、このアキシアル荷重Ｆa を支承する列の公転速度が速くなり、このアキシアル荷重Ｆa を支承しない列の公転速度が遅くなる。従って、この公転速度ｎc に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆr 及びアキシアル荷重Ｆa を求められる事になる。
【００３７】
但し、上記公転速度ｎc の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆr と上記アキシアル荷重Ｆa とが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ0 、Ｆ0 によっても変化する。又、上記公転速度ｎc は、上記ハブ２の回転速度ｎi に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆr 、上記アキシアル荷重Ｆa 、予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ハブ２の回転速度ｎi を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎc を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ0 、Ｆ0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆr 、アキシアル荷重Ｆa 、ハブ２の回転速度ｎi は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。
【００３８】
この様な事情に鑑みて本実施例の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆr を求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆa の影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆa を求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆr の影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２の回転速度ｎi との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重Ｆa を、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎi は、必ずしも必要ではない。
【００３９】
尚、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆr とアキシアル荷重Ｆa とのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００３−１７１７１５号、１７２４８３号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。
但し、何れの方法により何れの荷重を求めるにしても、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出信号に基づいて上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を正確に求められる事が、荷重の測定精度を高める為に重要である。
【００４０】
これに対して上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出信号を適切に処理しないと、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部と、前記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面との距離の変動に基づく誤差が入り込み、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度を正確に求められなくなる。この様な誤差が入り込まない様にする為に、本実施例の場合には、各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂとして、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面の特性の変化（Ｓ極とＮ極との切り換わり）に対応してアナログ信号（正弦波状に変化する電圧信号）を送り出す、リニア式のセンサを使用している。
【００４１】
又、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの出力信号を処理して、前記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度）、更には上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を算出する為の演算器に、比較器を組み込んでいる。この比較器は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り込まれるアナログ信号と閾値とを比較して、このアナログ信号をディジタル信号に変換する、Ａ／Ｄ変換器として機能する。更に、この比較器は、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部との距離に応じて、上記閾値を変化させる機能を有する。本実施例の場合、この様な構成を採用する事により、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部との距離が変化した場合にも、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度）、更には上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を、正確に算出できる様にしている。
【００４２】
この点に就いて、図５〜７を参照しつつ説明する。先ず、閾値を設定した比較器により、アナログ信号をディジタル信号に変換する場合に於ける、標準的な動作に就いて、図６により説明する。この図６の（Ａ）に示した状態は、エンコーダが径方向や軸方向に変動する事なく（被検出面と検出部との距離が一定のままの状態で）定速回転し、回転検出センサから送り出されるアナログ信号の周期及び振幅が変化しない状態を示している。この場合、このアナログ信号の電圧が±Ｖ1 の間で変化すると仮定すれば、上記比較器の閾値は、±Ｖ2 （｜Ｖ2 ｜＜｜Ｖ1 ｜、例えば、｜Ｖ2 ｜＝０．５｜Ｖ1 ｜）に設定する。そして、上記比較器は、上記アナログ信号が上記両閾値を通過する毎にスイッチングを行ない（ＯＮ、ＯＦＦを交互に繰り返し）、図６の（Ｂ）に示す様なディジタル信号を得る。この様な図６に示した状態では、上記アナログ信号の周期及び振幅が変化しない為、上記閾値を一定に保持したままでも、元の信号であるこのアナログ信号の周期と、得られたディジタル信号の周期とが一致する。従って、そのままでも、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度）、更には上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を、正確に算出できる。
【００４３】
一方、エンコーダが径方向や軸方向（図１〜２に示した構造では軸方向）に変動し、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面と、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部との距離が変化した場合には、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号の振幅が、図７の（Ａ）に示す様に変動する。即ち、上記距離が短くなると、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部に達する磁束の密度が高くなり、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの出力信号の電圧が高く（振幅が大きく）なる。又、距離が長くなると、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部に達する磁束の密度が低くなり、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの出力信号の電圧が低く（振幅が小さく）なる。この様な場合に、上記比較器の閾値を一定に保持したままにしてディジタル信号を得ると、図７の（Ｂ）に示す様に、元の信号であるこのアナログ信号の周期と、得られたディジタル信号の周期とが一致しなくなる。従って、そのままでは、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度）、更には上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を、正確に算出できなくなる。
【００４４】
これに対して本実施例の場合には、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号の振幅に応じて、図５の（Ａ）に細線イ、ロで示す様に、閾値の値を変更する。この為、、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂを支持固定した、上記各保持器２１ａ、２１ｂの回転速度（上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度）、更には上記ラジアル荷重Ｆr 又は上記アキシアル荷重Ｆa を、正確に算出できる。即ち、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂは、それぞれの検出部に達する磁束の密度と方向に応じて変化する、図５の全線ハに示す様な正弦波状のアナログ信号を出力する。そして比較器は、このアナログ信号の振幅が大きい程、閾値の絶対値を大きくする。例えば、この比較器は、図５の（Ａ）に示す様に、直前のピーク値の２０％の値を、±を逆にして、閾値（Ｂop、Ｂrp）として設定する。例えば、図５の（Ａ）で、｜Ｖ21｜＝０．２｜Ｖ11｜であり、｜Ｖ22｜＝０．２｜Ｖ12｜であり、｜Ｖ23｜＝０．２｜Ｖ13｜である。尚、上記図５の磁束密度Ｏの中心位置（基準）は、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの出力形態によって異なる。即ち、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂが０Ｖ中心（磁束密度Ｏで０Ｖ出力）で正負出力の場合、上記中心位置は０Ｖになる。一方、上記公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの磁束密度Ｏでの出力が、正単出力、負単出力の場合は、上記中心位置（閾値の中心）はオフセット電圧Ｖoff になる。
【００４５】
前述した様に、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号の振幅は、これら各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂの検出部と、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂの被検出面との距離に応じて変化する。本実施例の場合、この様にして変化する、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号の振幅に応じて上記比較器の閾値を変化させる為、この比較器により得られた、図５の（Ｂ）に示す様なディジタル信号の周期と、同図の（Ａ）に示す様な元のアナログ信号の周期とをほぼ比例（一致）させる事ができる。
【００４６】
図８は、本実施例の効果を確認する為に行なったシミュレーションの結果を示している。この図８の縦軸は、比較器を通過して得られたディジタル信号に基づいて得られるピッチの、上記各公転速度検出用エンコーダ２６ａ、２６ｂに被検出面に配置したＳ極とＮ極との実際にピッチに対する誤差を、横軸は信号の周期を、それぞれ表している。図８の実線ａが、図５に示した本実施例の様に、アナログ信号の振幅の変動に応じて閾値を変化させた場合の、同じく破線ｂが、アナログ信号の振幅の変動に拘らず閾値を一定とした場合の、それぞれ結果を示している。この様な図８の記載からも明らかな通り、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号をディジタル信号に変換する為の比較器の閾値を、図５の（Ａ）に示す様に、アナログ信号の振幅に対応して変化させれば、上記各公転速度検出用センサ２４ａ、２４ｂから送り出されるアナログ信号の変動に拘らず、正確な速度を求められる。
【００４７】
特に、本実施例の様に、各列の転動体の公転速度の変化に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める場合、この公転速度の変化は最大でも１０％以下である為、上記アナログ信号の振幅の変動に基づくピッチ誤差の影響を排除できる効果は大きい。尚、公転速度検出用センサとして、直接ディジタル信号を送り出すものを使用した場合、この公転速度検出用センサから送り出されるディジタル信号に、この公転速度検出用センサの検出部と公転速度検出用エンコーダの被検出面との距離の変化に基づく誤差が入り込むにも拘らず、この距離に応じた信号を得られない。従って、本発明を実施する場合には、公転速度検出用エンコーダ等の回転検出センサから比較器へは、アナログ信号を送り込む事が必須である。尚、この比較器部分での閾値の変更は、上記距離の変化に基づく誤差を低減できれば良く、実施例の方法に限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の回転速度検出装置は、実施例に示した様な、自動車の車輪を支持する転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する為の転がり軸受ユニットの荷重測定装置に限らず、各種回転機械装置の回転部材の回転速度を検出する為に利用できる。この場合に、エンコーダを支持固定する部材が保持器の様に、回転検出センサの検出部に対して遠近動する可能性のある部材に限らず、回転軸等、回転検出センサの検出部に対して遠近動しない回転部材であっても良い。この場合には、当該回転部材へのエンコーダの組み付け精度を特に高くする必要をなくして、組立に要するコストの低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例を示す、荷重測定用の回転検出装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】保持器及び転動体と、エンコーダと、回転検出センサとを取り出して図２の上方から見た状態で示す模式図。
【図４】回転速度に基づいて荷重を測定できる理由を説明する為の、転がり軸受ユニットの模式図。
【図５】本発明の場合に、回転検出センサから送り出されるアナログ信号の振幅が変化しても、このアナログ信号の周期と、このアナログ信号から得られたディジタル信号の周期とをほぼ比例させられる理由を示す線図。
【図６】従来構造の場合で、回転検出センサから送り出されるアナログ信号からディジタル信号を得る状態を示す線図。
【図７】従来構造の場合に、回転検出センサから送り出されるアナログ信号の振幅が変化すると、このアナログ信号の周期と、このアナログ信号から得られたディジタル信号の周期とが比例しなくなる理由を示す線図。
【図８】図５に示した本発明の場合と、図７に示した従来構造の場合とで、アナログ信号の周期と、このアナログ信号から得られたディジタル信号の周期とのずれの程度の違いを示す線図。
【図９】従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図１０】従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  回転側フランジ
４    ハブ本体
５    ナット
６    内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９ａ、９ｂ  転動体
１０、１０ａ  取付孔
１１    変位センサ
１２    センサリング
１３    センサロータ
１４    カバー
１５、１５ａ  回転速度検出センサ
１６    ナックル
１７    固定側フランジ
１８    ボルト
１９    ねじ孔
２０    荷重センサ
２１ａ、２１ｂ  保持器
２２    センサユニット
２３    検出部
２４ａ、２４ｂ  公転速度検出用センサ
２５、２５ａ  リム部
２６ａ、２６ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２７    回転速度検出用エンコーダ
【図１】
2005091073.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005091073.tif 000005
【図４】
2005091073.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005091073.tif 000008
【図７】
2005091073.tif 000009
【図８】
2005091073.tif 000010
【図９】
2005091073.tif 000011
【図１０】
2005091073.tif 000012