(57)【要約】【課題】外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重の測定精度を十分に確保できる構造を実現する。【解決手段】列間（複列に配置した転動体３、３同士の間部分）にエンコーダ６ｂ及びセンサ９、９を設置する。そして、これらエンコーダ６ｂ及びセンサ９、９により、上記外輪１とハブ２との間に生じるラジアル変位量を検出し、且つ、このラジアル変位量に基づいて上記ラジアル荷重を算出する。上記列間は、上記外輪１とハブ２との間にモーメントが加わった場合に生じるラジアル変位量が小さくなる部分である。この為、上述の様な構成を採用する事により、上記課題を解決できる。【選択図】図１
2007171102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと、荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記各静止側軌道と上記各回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に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、エンコーダと、センサと、演算器とを備え、
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の外周面の一部で軸方向に関して上記複列の回転側軌道同士の間部分に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定され、軸方向側面に設けた円輪状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である径方向に応じて連続的に変化させたものであり、
上記センサは、検出部を上記被検出面に軸方向に対向させた状態で上記静止側軌道輪に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターン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径方向に加わるラジアル荷重を算出する機能を有するものである、
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
第二エンコーダと、第二センサと、第二演算器とから成る第二荷重測定装置を備え、
このうちの第二エンコーダは、回転側軌道輪の一部で軸方向に関して複列の回転側軌道及びこれら両回転側軌道同士の間部分から外れた部分に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定され、周面に設けた円筒状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である軸方向に応じて連続的に変化させたものであり、
上記第二センサは、検出部を上記第二エンコーダの被検出面に径方向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、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記第二演算器は、上記第二センサの出力信号が変化するパターン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軸方向に加わるアキシアル荷重を算出する機能を有するものである、
請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
第二エンコーダと、第二センサと、第二演算器とから成る第二荷重測定装置を備え、
このうちの第二エンコーダは、回転側軌道輪の一部で軸方向に関して複列の回転側軌道及びこれら両回転側軌道同士の間部分から外れた部分に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定され、軸方向側面に設けた円輪状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である径方向に応じて連続的に変化させたものであり、
上記第二センサは、検出部を上記第二エンコーダの被検出面に軸方向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、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記第二演算器は、上記第二センサの出力信号が変化するパターン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軸方向に加わるアキシアル荷重を算出する機能を有するものである、
請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
エンコーダと第二エンコーダとのうちの少なくとも一方のエンコーダが、被検出面に、互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、上記被検出面を幅方向中間部を境とする２つの領域に分け、これら２つの領域のうちの少なくとも一方の領域で、上記第一、第二両特性部の境界を上記被検出面の幅方向に対し傾斜させ、且つ、双方の領域同士の間で、この境界のこの幅方向に対する傾斜角度若しくは傾斜方向を互いに異ならせたものであり、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成するセンサが、それぞれの検出部を上記被検出面のうちこの被検出面の幅方向中間部を挟んでこの幅方向に離隔した２個所位置に対向させた１対のセンサであり、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成する演算器が、上記１対のセンサの出力信号の位相差に基づいて静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する機能を有するものである、請求項１〜３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５】
エンコーダと第二エンコーダとのうちの少なくとも一方のエンコーダが、被検出面に、互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、このうちの第一特性部の円周方向に関する幅を上記被検出面の幅方向片側程広くし、且つ、上記第二特性部の円周方向に関する幅をこの被検出面の幅方向他側程広くしたものであり、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成するセンサが、その検出部を上記被検出面の一部に対向させた１つのセンサであり、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成する演算器が、上記１つのセンサの出力信号のデューティ比に基づいて静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する機能を有するものである、請求項１〜４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】
この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、自動車等の車両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等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、例えば非特許文献１に記載されている様な、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、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化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を表す信号が必要になる。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（例えば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、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットである転がり軸受ユニットを構成する１対の列の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、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。この様な特許文献１に記載された荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、上記両列の玉の公転速度を、これら各玉を保持した１対の保持器の回転速度として求め、これら両列の玉の公転速度に基づいて、上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する。この様な従来構造の場合、上記各玉の転動面と上記両保持器のポケットの内面との間に不可避的に存在する隙間に起因して、上記両列の玉の公転速度と上記両保持器の回転速度との間に、微妙なずれが生じる場合がある。この為、上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を精度良く求める為には、改良の余地がある。
【０００４】
これに対して、近年、未公開ではあるが、上述の様な不可避的なずれに基づく測定精度の悪化を防止できる構造として、特殊なエンコーダを使用した荷重測定装置付転がり軸受ユニットが発明（例えば、特願２００５−１４７６４２号）され、その開発が進められている。図５〜８は、この様な特殊なエンコーダを使用した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示している。この先発明の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、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、車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、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。具体的には、上記外輪１の内周面に複列に設けた外輪軌道４、４と、上記ハブ２の外周面に複列に設けた内輪軌道５、５との間に、それぞれ上記転動体３、３を複数個ずつ、転動自在に設けている。又、これら各転動体３、３には、互いに逆向きの（図示の場合には背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、上記転動体３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。
【０００５】
そして、上記ハブ２の内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図１、３、５、９の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる図１、３、５、９の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）に円筒状のエンコーダ６を、支持環７を介して、上記ハブ２と同心に外嵌固定している。又、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー８の内周面に、１対のセンサ９、９を支持固定すると共に、これら両センサ９、９の検出部を、上記エンコーダ６の被検出面である外周面に近接対向させている。尚、上記１対のセンサ９、９の検出部にはそれぞれ、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んでいる。
【０００６】
図５〜８に示した先発明の第１例の場合、上記エンコーダ６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６の外周面には、Ｎ極に着磁した部分（第一特性部）とＳ極に着磁した部分（第二特性部）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６の軸方向（上記被検出面の幅方向）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６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。
【０００７】
又、上記両センサ９、９の検出部が上記エンコーダ６の外周面に対向する位置は、このエンコーダ６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９、９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９、９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６、９、９の設置位置を規制している。尚、この様な先発明の第１例の場合には、上記エンコーダ６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９、９側に永久磁石を組み込む必要はない。
【０００８】
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９、９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、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ９、９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９、９の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【０００９】
これに対して、上記エンコーダ６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（上記外輪１に対し上記ハブ２が軸方向に変位）した場合には、上記両センサ９、９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９、９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６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９、９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９、９の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００１０】
上述の様に、先発明の第１例の場合には、上記両センサ９、９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作用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９、９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、先発明の第１例の場合には、上記両センサ９、９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作用方向及び大きさを求められる。尚、上記両センサ９、９の出力信号の位相差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた上記位相差と上記アキシアル荷重との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。
【００１１】
次に、図９〜１１は、先発明の第２例を示している。この先発明の第２例の場合も、ハブ２の内端部に円筒状のエンコーダ６ａを、支持環７を介して、このハブ２と同心に外嵌固定している。又、外輪１の内端開口部に被着したカバー８の内周面に、１つのセンサ９を支持固定すると共に、このセンサ９の検出部を、上記エンコーダ６ａの被検出面である外周面に近接対向させている。尚、上記センサ９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んでいる。
【００１２】
図１０に示す様に、上記エンコーダ６ａの外周面には、Ｎ極に着磁した部分（第一特性部）とＳ極に着磁した部分（第二特性部）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。そして、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の形状を、上記エンコーダ６ａの軸方向（上記被検出面の幅方向）に対し所定角度だけ傾斜した直線形状とすると共に、円周方向に隣り合う各境界同士で、軸方向に対する傾斜方向を互いに逆にしている。これにより、上記Ｎ極に着磁された部分の円周方向に関する幅を軸方向片側｛図１０（Ｂ）の下側｝程広くし、且つ、上記Ｓ極に着磁された部分の円周方向に関する幅を軸方向他側｛図１０（Ｂ）の上側｝程広くしている。尚、この様な先発明の第２例の場合も、上記エンコーダ６ａとして永久磁石製のものを使用しているので、上記センサ９側に永久磁石を組み込む必要はない。
【００１３】
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との間に加わるアキシアル荷重が作用すると、上記センサの出力信号のパターンが変化する。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、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記センサ９の検出部は、図１１の（Ａ）の鎖線α上、即ち、上記エンコーダ６ａの外周面の幅方向中央部分に対向する。この結果、上記センサ９の出力信号（矩形波信号）のデューティ比（＝高電位継続時間／１周期）は、図１１の（Ｂ）に示す様に５０％となる。これに対して、上記エンコーダ６を固定したハブ２に、図１１の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用（上記外輪１に対し上記ハブ２が軸方向に変位）した場合には、上記センサ９の検出部は、図１１の（Ａ）の鎖線β上、即ち、上記エンコーダ６ａの外周面のうち、幅方向中央部よりも下側にずれた部分に対向する。この結果、上記センサ９の出力信号のデューティ比は、図１１の（Ｃ）に示す様に、５０％からずれた値（図示の例では３０％）となる。更に、上記エンコーダ６ａを固定したハブ２に、図１１の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記センサ９の検出部は、図１１の（Ａ）の鎖線γ上、即ち、上記エンコーダ６ａの外周面のうち、幅方向中央部よりも上側にずれた部分に対向する。この結果、上記センサ９の出力信号のデューティ比は、図１１（Ｄ）に示す様に、５０％から逆方向にずれた値（図示の例では７０％）となる。
【００１４】
上述の様に、先発明の第２例の場合には、上記センサ９の出力信号のデューティ比が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の作用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センサ９の出力信号のデューティ比がずれる程度（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、先発明の第２例の場合には、上記センサ９の出力信号のデューティ比のずれの有無、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作用方向及び大きさを求められる。尚、上記センサ９の出力信号のデューティ比に基づいて上記アキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた上記デューティ比と上記アキシアル荷重との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。
【００１５】
上述した先発明の第１〜２例の場合には、上記ハブ２の内端部に支持固定したエンコーダ６、６ａを円筒状に構成すると共に、このエンコーダ６、６ａの外周面を被検出面とし、この被検出面に（１対の又は１つの）センサ９の検出部を径方向に対向させている。そして、この様な構成を採用する事により、上記外輪１に対する上記ハブ２のアキシアル変位量（軸方向変位量）を、上記１対のセンサ９、９の出力信号の位相差又は上記１つのセンサ９のデューティ比として、上記ハブ２の内端部で検出できる様にしている。そして、この位相差又はデューティ比に基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を算出できる様にしている。これに対し、上記ハブ２の内端部に支持固定する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対の又は１つの）センサの検出部を軸方向に対向させる構成を採用すれば、上記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル変位量（径方向変位量）を、上記１対のセンサの出力信号の位相差又は上記１つのセンサのデューティ比として、上記ハブ２の内端部で検出できる様になる。そして、この位相差又はデューティ比に基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用するラジアル荷重を算出できる様になる。
【００１６】
ところが、上述した後者の構造、即ち、外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を算出する為に利用するラジアル変位量（この外輪１に対するハブ２のラジアル変位量）を軸端（このハブ２の内端部）で検出する構造を採用すると、上記ラジアル荷重の測定精度を十分に確保する事が難しくなる。この理由に就いて、以下に説明する。
【００１７】
自動車用の車輪支持用軸受ユニットの場合、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重は、このハブ２の中心軸に対してオフセットした位置｛このハブ２に結合固定した車輪（タイヤ）の外周面と路面との接触面（接地面）｝から入力される。この為、上記アキシアル荷重は、純アキシアル荷重としてではなく、上記接地面と上記ハブ２の中心軸とを含む（鉛直方向の）仮想平面内でのモーメントを伴った状態で、このハブ２に加わる。この様なモーメントがこのハブ２に加わると、上記仮想平面内で、このハブ２の中心軸が上記外輪１の中心軸に対して傾く。そして、この様な傾きが生じる事に伴い、軸受ユニットの軸方向各部分のうち、この傾きの中心（この軸受ユニットのほぼ中央部）を除く部分で、ラジアル変位が生じる。例えば、この傾きの中心から軸方向に近い列間（複列に配置された転動体３、３同士の間部分）では、この傾きに伴うラジアル変位量が小さくなるが、この傾きの中心から軸方向に離れた上記軸端では、この傾きに伴うラジアル変位量が大きくなる。図１２は、この関係をグラフで表したものである。この様に、自動車用の車輪支持用軸受ユニットの場合には、上記外輪１とハブ２との間にラジアル荷重が加わった場合だけでなく、アキシアル荷重が加わった場合にも、ラジアル変位が生じる。即ち、このラジアル変位は、「ラジアル変位」＝「ラジアル荷重によるラジアル変位」＋「アキシアル荷重によるラジアル変位」と表す事ができる。そして、図１２のグラフにも示した様に、上記外輪１とハブ２との間に同じ大きさのアキシアル荷重が加わった場合には、上記列間に比べ、上記軸端の方が、「アキシアル荷重によるラジアル変位」が大きくなる。
【００１８】
一方、上記外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を算出（推定）する場合には、「ラジアル荷重によるラジアル変位」のみを検出するのが理想的である。ところが、アキシアル荷重が加わった場合には「アキシアル荷重によるラジアル変位」も生じる為、「ラジアル荷重によるラジアル変位」のみを検出する事は難しい。これに対して、検出する「ラジアル変位」に「アキシアル荷重によるラジアル変位」が含まれる量が多くなると、上記ラジアル荷重の測定精度を十分に確保する事が難しくなる。従って、前述した後者の構造、即ち、ラジアル荷重を算出（推定）する為に利用する「ラジアル変位」を軸端で検出する構造を採用すると、この「ラジアル変位」に「アキシアル荷重によるラジアル変位」が含まれる量が多くなる為、上記ラジアル荷重の測定精度を十分に確保する事が難しくなる。
【００１９】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３号公報
【非特許文献１】青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１３８−１３９、ｐ．１４６−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑み、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重の測定精度を十分に確保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】
【００２１】
本発明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と、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、静止側周面に複列の静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に複列の回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記各静止側軌道と上記各回転側軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、上記荷重測定装置は、エンコーダと、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外周面の一部で軸方向に関して上記複列の回転側軌道同士の間部分に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定され、軸方向側面に設けた円輪状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である径方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記センサは、検出部を上記被検出面に軸方向に対向させた状態で上記静止側軌道輪に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターン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径方向に加わるラジアル荷重を算出する。
【００２２】
又、上述の請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した様に、第二エンコーダと、第二センサと、第二演算器とから成る、第二荷重測定装置を設ける。
このうちの第二エンコーダは、回転側軌道輪の一部で軸方向に関して複列の回転側軌道及びこれら両回転側軌道同士の間部分から外れた部分（例えば内端部）に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定されている。そして、周面に設けた円筒状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である軸方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記第二センサは、検出部を上記第二エンコーダの被検出面に径方向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、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記第二演算器は、上記第二センサの出力信号が変化するパターン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軸方向に加わるアキシアル荷重を算出する機能を有する。尚、この第二演算器と、請求項１に記載した演算器とを、共通の演算器とする構成を採用する事もできる。
【００２３】
又、上述の請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、第二エンコーダと、第二センサと、第二演算器とから成る、第二荷重測定装置を設ける。
このうちの第二エンコーダは、回転側軌道輪の一部で軸方向に関して複列の回転側軌道及びこれら両回転側軌道同士の間部分から外れた部分（例えば内端部）に直接又は他の部材を介して上記回転側軌道輪と同心に支持固定されている。そして、軸方向側面に設けた円輪状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若しくはピッチを、この被検出面の幅方向である径方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記第二センサは、検出部を上記第二エンコーダの被検出面に軸方向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、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記第二演算器は、上記第二センサの出力信号が変化するパターン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軸方向に加わるアキシアル荷重を算出する機能を有する。尚、この第二演算器と、請求項１に記載した演算器とを、共通の演算器とする構成を採用する事もできる。
【００２４】
又、上述した請求項１〜３に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合に、例えば、請求項４に記載した様に、エンコーダと第二エンコーダとのうちの少なくとも一方のエンコーダの被検出面に、互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。又、上記被検出面を幅方向中間部を境とする２つの領域に分け、これら２つの領域のうちの少なくとも一方の領域で、上記第一、第二両特性部の境界を上記被検出面の幅方向に対し傾斜させる。この場合に、双方の領域でこの境界をこの被検出面の幅方向に対し傾斜させる場合には、これら双方の領域で上記境界の上記幅方向に対する傾斜方向を互いに逆方向にする。何れにしても、上記エンコーダと共に荷重測定装置を構成するセンサを、それぞれの検出部を上記被検出面のうちこの被検出面の幅方向中間部を挟んでこの幅方向に離隔した２個所位置に対向させた１対のセンサとする。又、上記エンコーダと共に荷重測定装置を構成する演算器を、上記１対のセンサの出力信号の位相差に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する機能を有するものとする。
【００２５】
又、上述した請求項１〜４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実施する場合に、例えば請求項５に記載した様に、エンコーダと第二エンコーダとのうちの少なくとも一方のエンコーダの被検出面に、互いに異なる特性を有する第一特性部と第二特性部とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。又、上記第一特性部の円周方向に関する幅を、上記被検出面の幅方向片側程広くし、且つ、上記第二特性部の円周方向に関する幅を、この被検出面の幅方向他側程広くする。又、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成するセンサを、その検出部を上記被検出面の一部に対向させた１つのセンサとする。更に、当該エンコーダと共に荷重測定装置を構成する演算器を、上記１つのセンサの出力信号のデューティ比に基づいて静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する機能を有するものとする。
【発明の効果】
【００２６】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重を算出する為に利用する、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間のラジアル変位量を、列間（複列に配置された転動体同士の間部分）で検出する｛センサの出力信号が変化するパターン（位相差、デューティ比）の変動として検出する｝。前述の図１２に示した様に、上記列間は、軸端（例えば、回転側軌道輪である前記ハブ２の内端部）に比べて、アキシアル荷重によるラジアル変位が小さくなる部分である。この為、本発明の場合には、上述の様に検出するラジアル変位量に、アキシアル荷重によるラジアル変位量が含まれる割合を少なくできる。従って、上記ラジアル荷重の測定精度を十分に確保できる。
又、請求項２〜５に記載した構成を採用すれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重だけでなく、アキシアル荷重も精度良く測定する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１、２、４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、列間（複列に配置された転動体３、３同士の間部分）に、外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を測定する為の荷重測定装置を設けた点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図５〜８に示した先発明の第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図示並びに説明は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。
【００２８】
本例の場合、上記ハブ２の軸方向中間部で複列の内輪軌道５、５の間部分に、支持環１０を介してエンコーダ６ｂを外嵌固定している。このエンコーダ６ｂは、永久磁石により全体を円輪状に形成しており、上記支持環１０を構成する円輪部１１の内側面に、上記ハブ２と同心に添着固定している。被検出面である、上記エンコーダ６ｂの内側面には、図２に示す様に、Ｎ極に着磁した部分（第一特性部）とＳ極に着磁した部分（第二特性部）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６ｂの径方向（上記被検出面の幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この径方向に対する傾斜方向を、上記内側面の径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、径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。
【００２９】
又、上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道４、４の間部分に、１対のセンサ９、９を包埋したセンサユニット１２を支持固定している。そして、これら両センサ９、９の検出部を、上記エンコーダ６ｂの内側面に、軸方向に近接対向させている。これら両センサ９、９の検出部が上記エンコーダ６ｂの内側面に対向する位置は、このエンコーダ６ｂ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９、９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との間にラジ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径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９、９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６ｂ、９、９の設置位置を規制している。尚、本例の場合には、上記エンコーダ６ｂとして永久磁石製のものを使用している為、上記両センサ９、９側には永久磁石を組み込んでいない。又、本例の場合、上記列間に設けたエンコーダ６ｂ及びセンサ９、９が、特許請求の範囲に記載した「荷重測定装置」を構成し、軸端（上記ハブ２の内端部）に設けたエンコーダ６及びセンサ９、９が、特許請求の範囲に記載した「第二荷重測定装置」を構成する。
【００３０】
上述の様に構成する本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１とハブ２との間にラジアル荷重が作用する事に伴い、この外輪１に対しこのハブ２がラジアル方向に変位すると、前述の図５〜８に示した先発明の第１例に組み込んだ荷重測定装置（上記軸端に設けた「第二荷重測定装置」）の場合と同様の原理で、上記列間に設けた「荷重測定装置」を構成する１対のセンサ９、９の出力信号に位相差が生じる。上記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル変位量に相当する、この位相差の方向及び大きさは、上記ラジアル荷重の方向及び大きさに見合ったものとなる。従って、この位相差に基づいて、このラジアル荷重を求める事ができる。尚、この様に位相差からラジアル荷重を算出する処理は、上記「荷重測定装置」を構成する図示しない演算器により行なう。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた上記位相差と上記ラジアル荷重との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。又、本例の場合、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は、上記「第二荷重測定装置」により測定する事ができる。又、本例を実施する場合、この「第二荷重測定装置」を構成する、アキシアル荷重の算出処理を行なう図示しない第二演算器と、上記「荷重測定装置」を構成する、ラジアル荷重の算出処理を行なう演算器とは、別個の演算器としても良いし、共通の演算器としても良い。
【００３１】
上述の様に、本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を算出する為に利用する、この外輪１に対するハブ２のラジアル変位量を、「荷重測定装置」を構成する１対のセンサ９、９の出力信号の位相差として、列間で検出する。前述の図１２に示した様に、上記列間は、上記軸端に比べて、モーメントを伴ったアキシアル荷重によるラジアル変位が小さくなる部分である。この為、本例の場合には、上述の様に検出するラジアル変位量に、モーメントを伴ったアキシアル荷重によるラジアル変位量が含まれる割合を少なくできる。従って、上記ラジアル荷重の測定精度を十分に確保できる。
又、上記外輪１と上記ハブ２との内端部同士の間には、前述の図５〜８に示した先発明の場合と同様の、アキシアル荷重測定用の構造を設けている。
【００３２】
［実施の形態の第２例］
次に、図３〜４は、請求項１、３、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、列間（複列に配置された転動体３、３同士の間部分）に設けた「荷重測定装置」を構成する円輪状のエンコーダ６ｃの内側面（被検出面）に、図４に示す様に、Ｎ極に着磁した部分（第一特性部）とＳ極に着磁した部分（第二特性部）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。そして、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の形状を、上記エンコーダ６ｃの径方向（上記被検出面の幅方向）に対し所定角度だけ傾斜した直線形状とすると共に、円周方向に隣り合う各境界同士で、径方向に対する傾斜方向を互いに逆にしている。これにより、上記Ｎ極に着磁された部分の円周方向に関する幅を径方向外側程広くし、且つ、上記Ｓ極に着磁された部分の円周方向に関する幅を径方向内側程広くしている。又、外輪の軸方向中間部で複列の外輪軌道の間部分に支持固定したセンサユニット１２には、１つのセンサ９を包埋支持すると共に、このセンサ９の検出部を、上記エンコーダ６ｃの内側面に、軸方向に近接対向させている。
【００３３】
又、本例の場合、軸端（ハブ２の内端部）に設ける「第二荷重測定装置」を構成するエンコーダ（第二エンコーダ）６ｄを、永久磁石により全体を円輪状に形成すると共に、このエンコーダ６ｄを上記ハブ２の内端部に、支持環７ａを介してこのハブ２と同心に支持固定している。又、被検出面である、上記エンコーダ６ｄの内側面に、やはり図４に示す様な形態で、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。そして、上記エンコーダ６ｄの内側面に、上記外輪１の内端部に被着したカバー８ａに支持固定した１つのセンサ９の検出部を、軸方向に近接対向させている。
【００３４】
上述の様に構成する本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１とハブ２との間にラジアル荷重が作用する事に伴い、この外輪１に対しこのハブ２がラジアル方向に変位すると、前述の図９〜１１に示した先発明の第２例に組み込んだ荷重測定装置の場合と同様の原理で、上記列間に設けた「荷重測定装置」を構成するセンサ９の出力信号のデューティ比が変化する。上記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル変位量に相当する、上記デューティ比の値は、上記ラジアル荷重の方向及び大きさに見合ったものとなる。従って、このデューティ比に基づいて、このラジアル荷重を求める事ができる。
【００３５】
又、本例の場合、上記外輪１とハブ２との間に、モーメントを伴ったアキシアル荷重が作用する事により、この外輪１の中心軸に対し上記ハブ２の中心軸が傾き、これに伴い、上記軸端でこの外輪１に対しこのハブ２がラジアル方向に変位すると、前述の図９〜１１に示した先発明の第２例に組み込んだ荷重測定装置の場合と同様の原理で、上記軸端側に設けた「第二荷重測定装置」を構成するセンサ９の出力信号のデューティ比が変化する。上記外輪１に対する上記ハブ２のラジアル変位量（傾き量）に相当する、上記デューティ比の値は、上記モーメントを伴ったアキシアル荷重の方向及び大きさに見合ったものとなる。従って、このデューティ比に基づいて、このアキシアル荷重を求める事ができる。その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例の場合と同様である。
【００３６】
尚、上述した実施の形態の第１〜２例では、「荷重測定装置」と「第二荷重測定装置」とで、同種の検出方式（位相差検出方式、デューティ比検出方式）を採用したが、本発明を実施する場合には、「荷重測定装置」と「第二荷重測定装置」とで、互いに異なる検出方式を採用する事もできる。又、上述した実施の形態の第１〜２例では、エンコーダ（第二エンコーダ）を永久磁石により構成すると共に、このエンコーダ（第二エンコーダ）の被検出面に設ける第一特性部をＮ極に着磁された部分とし、第二特性部をＳ極に着磁された部分とした。但し、本発明を実施する場合には、エンコーダ（第二エンコーダ）を磁性材により構成すると共に、このエンコーダ（第二エンコーダ）の被検出面に設ける第一特性部を柱部又は凸部とし、第二特性部を透孔又は凹部とする事もできる。この様なエンコーダ（第二エンコーダ）を採用する場合には、このエンコーダ（第二エンコーダ）の被検出面に対向させるセンサ（第二センサ）側に永久磁石を組み込む。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、車両の車輪支持用転がり軸受ユニットに限らず、各種機械装置の回転支持部分に組み込まれる複列転がり軸受ユニットに適用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】列間に設けるエンコーダを軸方向内側から見た図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。
【図４】列間及び軸端に設けるエンコーダを軸方向内側から見た図。
【図５】先発明の第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】アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。
【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を示しており、（Ａ）は素材の、（Ｂ）は完成品の、それぞれ斜視図。
【図１１】アキシアル荷重に基づいてセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。
【図１２】外輪とハブとの間にモーメントを伴ったアキシアル荷重が加わった場合に、列間と軸端とでそれぞれ生じる、上記外輪に対する上記ハブのラジアル変位の大きさを示す線図。
【符号の説明】
【００３９】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４    外輪軌道
５    内輪軌道
６、６ａ〜６ｄ  エンコーダ
７、７ａ  支持環
８、８ａ  カバー
９    センサ
１０    支持環
１１    円輪部
１２    センサユニット
【図１】
2007171102.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007171102.tif 000005
【図４】
2007171102.tif 000006
【図５】
2007171102.tif 000007
【図６】
2007171102.tif 000008
【図７】
2007171102.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007171102.tif 000011
【図１０】
2007171102.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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