(57)【要約】【課題】各構成部材が熱膨張又は熱収縮する事に伴う、エンコーダ７と１対のセンサ９、９との軸方向の相対変位量を抑えられる構造を実現する。これにより、これら両センサ９、９の出力信号の位相差を利用して行なう、荷重測定の信頼性を高める。【解決手段】上記各構成部材が熱膨張又は熱収縮する場合に、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが、軸方向に関して互いに同じ向きに変位する支持構造を採用する。これと共に、この際のエンコーダ７と両センサ９、９との変位量が互いに等しくなる様に、これらエンコーダ７と両センサ９、９との間に存在する部材の材質を決定する。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。【選択図】図１
2007171104.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、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、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、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材の一部に支持され、この回転側軌道輪又はこの回転部材と同心に設けた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の少なくとも一部でこの幅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、上記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加わる荷重を算出する機能を有するものであり、
上記エンコーダ及びセンサはそれぞれ、使用時にこれらエンコーダとセンサとの間に存在する部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合に、上記センサの被検出面の幅方向に関して互いに同じ向きに変位する部分に支持している、
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
センサをセンサケースに支持すると共に、このセンサケースをセンサカバーに固定し、更にこのセンサカバーを使用時にも回転しない部分に固定しており、且つ、上記センサケースを上記センサカバーに対し、このセンサカバーの一部に設けた円輪部の側面に結合する状態で固定している、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】
エンコーダとセンサとの間に存在する複数の部材の材質を、それぞれの線膨張係数に基づいて選択する事により、使用時に上記各部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合の、上記エンコーダの被検出面の幅方向に関する、このエンコーダの変位量と上記センサの変位量とを互いにほぼ等しくした、請求項１〜２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４】
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、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、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、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材の一部に支持され、この回転側軌道輪又はこの回転部材と同心に設けた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の少なくとも一部でこの幅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、上記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加わる荷重を算出する機能を有するものであり、
上記センサを支持する部材は、金属材料又は合成樹脂に強化用繊維を混入した材料により造ったものである、
荷重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、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９〜１２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、使用時にも回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、使用時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。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、図示の軸受ユニットは、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットである為、上記転動体３として円すいころを使用しているが、重量が嵩まない自動車用の軸受ユニットの場合には、円すいころに代えて玉を使用する場合もある。又、図示の例の場合、上記外輪１は、外周面の軸方向中間部に、固定側フランジ４を形成している。又、上記ハブ２は、外周面の外端寄り部分に回転側フランジ５を、中心部にスプライン孔６を、それぞれ形成している。
【０００５】
又、上記ハブ２の内端部（特に断わりがない限り、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、２、９、１０、１３、１４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、２、９、１０、１３、１４の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ７を、上記ハブ２と同心に支持固定している。又、上記外輪１の内端開口部に外嵌固定したセンサカバー８の内側に、１対のセンサ９、９を支持したセンサケース１０を固定すると共に、これら両センサ９、９の検出部を、上記エンコーダ７の被検出面である外周面に近接対向させている。
【０００６】
図示の例の場合、上記円筒状のエンコーダ７は、磁性金属板製で、上記外輪１の内端部内周面と上記ハブ２の内端部外周面との間を塞ぐ組み合わせシールリング１１を構成する、上記ハブ２の内端部に外嵌固定したスリンガ１２と一体的に形成している。被検出面である、上記エンコーダ７の外周面には、スリット状の透孔１３、１３（第一特性部）と柱部１４、１４（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。これら各透孔１３、１３と各柱部１４、１４との境界は、上記エンコーダ７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、上記エンコーダ７の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記各透孔１３、１３と上記各柱部１４、１４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（又は「へ」字形）となっている。尚、図示の構造の場合には、スリットである透孔１３、１３を「へ」字形に設けているが、頂部を連結させない「ハ」字状の透孔にしても、同様の作用を得られる。又、検出精度は劣るが、幅方向片半部の透孔及び柱部のみを幅方向に対し傾斜させ、幅方向他半部の透孔及び柱部を幅方向に（平行に）形成する事もできる。
【０００７】
又、上記センサカバー８は、軟鋼板等の金属板により、断面Ｌ字形で全体を円環状に構成している。この様なセンサカバー８は、円筒部１５と、この円筒部１５の内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１６とを備える。そして、このうちの円筒部１５の外端部を、上記外輪１の内端部に締り嵌めで外嵌固定している。又、上記センサカバー８の内側に固定したセンサケース１０は、合成樹脂の一種であるポリアミド６６（ＰＡ６６）により、断面矩形で全体を円環状に構成している。このセンサケース１０は、上記円筒部１５にがたつきなく内嵌すると共に、側面を上記円輪部１６の内側面（図９〜１０の左側面）１７に当接させた状態で、この円輪部１６に対し、ねじ止め、接着等により結合固定している。又、上記センサケース１０の内部には、上記１対のセンサ９、９と基板１８とを包埋支持している。
【０００８】
図１０に詳示する様に、上記１対のセンサ９、９はそれぞれ、永久磁石１９と、検出部を構成するホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子２０とから成る。これら両センサ９、９は、上記センサケース１０中に包埋支持した状態で、それぞれの検出部を、上記エンコーダ７の外周面に近接対向させている。これら両センサ９、９の検出部がこのエンコーダ７の外周面に対向する位置は、このエンコーダ７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１３、１３及び柱部１４、１４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７、９、９の設置位置を規制している。又、上記両センサ９、９には、上記基板１８を介してセンサケーブル２１の一端部を接続すると共に、このセンサケーブル２１の中間部を、上記センサケース１０の円輪部１６の一部を通じて外部に導出している。これにより、上記両センサ９、９の出力信号を図示しない演算器に、上記センサケーブル２１を通じて送信できる様にしている。
【０００９】
上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットを自動車に組み付ける場合には、図９に示す様に、上記外輪１の外周面の中間部に設けた固定側フランジ４を、懸架装置を構成するナックル２２に、複数本のボルト２３により結合固定する。又、上記ハブ２の外端寄り部外周面に設けた回転側フランジ５に、図示しない制動装置を構成するロータ等の制動用回転部材と車輪を構成するホイールとを、複数本のスタッド２４と図示しないナットとにより結合固定する。これと共に、上記ハブ２の中心部に設けたスプライン孔６に、等速ジョイント用外輪２５の外端面に固設したスプライン軸２６（駆動軸）をスプライン係合させる。
【００１０】
上述の様に自動車に組み付けた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との間にアキシアル荷重が作用（これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）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いない、中立状態では、上記両センサ９、９の検出部は、図１２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。
【００１１】
これに対して、上記エンコーダ７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９、９の検出部は、図１２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７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９、９の検出部は、図１２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。
【００１２】
上述の様に、先発明の第１例の構造の場合には、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、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。
【００１３】
尚、上述した先発明の第１例の場合には、エンコーダを磁性金属板製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部を透孔とし、第二特性部を柱部とする構成を採用している。これに対し、エンコーダを永久磁石製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部をＮ極に着磁した部分とし、第二特性部をＳ極に着磁した部分とする構成を採用する事もできる。この様な構成を採用する場合には、上記エンコーダを永久磁石製としている為、１対のセンサ側には永久磁石を組み込む必要はない。
【００１４】
次に、図１３〜１６は、先発明の第２例を示している。この先発明の第２例の場合には、上述した先発明の第１例の場合と比較して、エンコーダ２７及びセンサ９ａの構造が異なる。即ち、この先発明の第２例の場合には、ハブ２の内端部に外嵌固定した、組み合わせシールリング１１を構成するスリンガ１２の内端部に、磁性金属板製で円筒状の芯金２８を一体形成している。そして、この芯金２８の外周面に、永久磁石製で円筒状のエンコーダ２７を、上記ハブ２と同心に添着固定している。又、外輪１の内端開口部に被着したセンサカバー８の内側に固定したセンサケース１０の内部に、１つのセンサ９ａを包埋支持すると共に、このセンサ９ａの検出部を、上記エンコーダ２７の被検出面である外周面に近接対向させている。
【００１５】
図１５に示す様に、上記エンコーダ２７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２７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１５（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１５（Ｂ）の上側｝程広くしている。尚、この先発明の第２例の場合、上記エンコーダ２７を永久磁石製とした事に伴い、上記センサ９ａには永久磁石を組み込んでいない。
【００１６】
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９ａの検出部は、図１６の（Ａ）の鎖線α上、即ち、上記エンコーダ２７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９ａ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１６の（Ｂ）に示す様に５０％となる。これに対して、上記エンコーダ２７を固定したハブ２に、図１６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９ａの検出部は、図１６の（Ａ）の鎖線β上、即ち、上記エンコーダ２７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９ａの出力信号のデューティ比は、図１６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２７を固定したハブ２に、図１６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９ａの検出部は、図１６の（Ａ）の鎖線γ上、即ち、上記エンコーダ２７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９ａの出力信号のデューティ比は、図１６（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。
【００１７】
上述の様に、先発明の第２例の場合には、上記センサ９ａ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９ａ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９ａ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９ａ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。
【００１８】
尚、上述した先発明の第２例の場合には、エンコーダを永久磁石製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部をＮ極に着磁した部分とし、第二特性部をＳ極に着磁した部分とする構成を採用している。これに対し、エンコーダを単なる磁性材製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部を透孔又は凹部とし、第二特性部を柱部又は凸部とする構成を採用する事もできる。この様な構成を採用する場合には、上記エンコーダ側に永久磁石を組み込む。
【００１９】
ところで、上述した様な荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、採用する構造によっては、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に荷重が作用した場合だけでなく、各構成部材が熱膨張又は熱収縮した場合にも、センサ情報（位相差、デューティ比）が変化する可能性がある。この点に就いて、前述した先発明の第１例の構造を例に、図１０を参照しつつ説明する。運転時に発生する熱により、各構成部材が熱膨張する場合、ハブ２の内端部は、軸方向内側に向け（図１０の矢印Ｐの向きに）熱膨張する。従って、この様な熱膨張に伴い、このハブ２の内端部に支持固定したエンコーダ７は、上記矢印Ｐの向きに変位する。一方、外輪１の内端部に支持固定したセンサカバー８は、上記矢印Ｐの向きに熱膨張するが、このセンサカバー８の内側に固定したセンサケース１０は、このセンサカバー８を構成する円輪部１６の内側面１７を起点として、軸方向外側に向け（図１０の矢印Ｑの向きに）熱膨張する。ここで、これらセンサカバー８とセンサケース１０との熱膨張量を比較すると、金属板製のセンサカバー８よりも、合成樹脂（ＰＡ６６）製のセンサケース１０の方が、熱膨張量が多くなる。従って、これらセンサカバー８及びセンサケース１０が熱膨張する事に伴い、このセンサケース１０に包埋支持した１対のセンサ９、９は、上記矢印Ｑの向きに（上記金属製カバー８の熱膨張量と上記合成樹脂製のセンサケース１０の熱膨張量の差分）変位する。即ち、先発明の第１例の構造の場合には、上記各構成部材が熱膨張する事に伴い、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが軸方向に関して互いに逆向きに相対変位し、この結果、これら両センサ９、９の出力信号の位相差が変化する。
【００２０】
具体的には、例えば図１７の上半部に実線で示す様に、上記各構成部材が熱膨張する前の状態で、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９との位置関係が中立状態にあるとする。この場合には、同図の下半部に実線で示す様に、上記両センサ９、９の出力信号の位相差は零となる。一方、この状態で、上記各構成部材が熱膨張すると、図１７の上半部に破線で示す様に、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが軸方向（同図の上下方向）に関して互いに逆向きに（それぞれ上記矢印Ｐ、Ｑの向きに）変位する。この結果、同図の下半部に破線で示す様に、上記両センサ９、９の出力信号に位相差が生じる。以上の説明では、上記各構成部材が熱膨張する場合に就いて述べたが、これら各構成部材が熱収縮する場合も、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが軸方向に関して互いに逆向きに（それぞれ上記矢印Ｐ、Ｑと逆向きに）相対変位し、上記両センサ９、９の出力信号の位相差が（上述した熱膨張の場合とは逆向きに）変化する。又、以上の説明では、先発明の第１例の構造を例に取り上げたが、前述の図１３〜１６に示した先発明の第２例の構造の場合も、エンコーダ２７及びセンサ９ａの取付構造が、上述した先発明の第１例の構造の場合と同様である。この為、この先発明の第２例の構造の場合も、各構成部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合には、上記エンコーダ２７と上記センサ９ａとが軸方向に関して互いに逆向きに相対変位し、このセンサ９ａの出力信号のデューティ比が変化する。
【００２１】
ところが、上述の様に、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に荷重が作用した場合だけでなく、各構成部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合にもセンサ情報（位相差、デューティ比）が変化すると、このセンサ情報から上記荷重を正確に推定する事が難しくなる。
【００２２】
【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】
【００２３】
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、センサ情報（位相差、デューティ比）を利用して行なう荷重測定の信頼性を高められる様にする為、各構成部材が熱膨張又は熱収縮する事に伴って生じる、被検出面の幅方向に関するエンコーダとセンサとの相対変位量を少なく抑えられる（又は零にできる）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】
【００２４】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは何れも、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、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、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、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材の一部に支持されている。そして、この回転側軌道輪又はこの回転部材と同心に設けた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の少なくとも一部でこの幅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いる。そして、上記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加わる荷重を算出する機能を有する。
特に、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の場合には、上記エンコーダ及びセンサをそれぞれ、使用時にこれらエンコーダとセンサとの間に存在する部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合に、上記センサの被検出面の幅方向に関して互いに同じ向きに変位する部分に支持している。
又、請求項４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記センサを支持する部材を、金属材料又は合成樹脂に強化用繊維（ガラス繊維、炭素繊維等）を混入した材料により造っている。
【００２５】
又、上述の請求項１に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項２に記載した様に、上記センサをセンサケースに支持すると共に、このセンサケースをセンサカバーに固定し、更にこのセンサカバーを使用時にも回転しない部分に固定し、且つ、上記センサケースを上記センサカバーに対し、このセンサカバーの一部に設けた円輪部の側面に結合する状態で固定する、と言った構成を採用する事ができる。
又、上述の請求項１〜２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、上記エンコーダとセンサとの間に存在する複数の部材の材質を、それぞれの線膨張係数に基づいて選択する事により、使用時に上記各部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合の、上記エンコーダの被検出面の幅方向に関する、このエンコーダの変位量と上記センサの変位量とを、互いにほぼ（荷重測定に悪影響を生じない程度に）等しくする。
又、上述の請求項１〜４に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項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し、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構成を採用する事ができる。
【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によれば、エンコーダ及びセンサの周囲に存在する部材が熱膨張又は熱収縮する事に伴って生じる、被検出面の幅方向に関するエンコーダとセンサとの相対変位量を少なく抑えられる（又は零にできる）。
即ち、請求項１に記載した発明の場合には、周囲の部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合に、エンコーダとセンサとが被検出面の幅方向に関して互いに同じ向きに変位する。この為、前述した先発明の第１〜２例の構造の様に、周囲の部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合に、エンコーダとセンサとが被検出面の幅方向に関して互いに逆向きに変位する構造に比べて、被検出面の幅方向に関するエンコーダとセンサとの相対変位量を少なく抑えられる（又は零にできる）。特に、請求項３に記載した構成を採用すれば、この相対変位量をほぼ零にできる。
又、請求項４に記載した発明の場合には、センサを支持する部材を、金属材料又は合成樹脂に強化用繊維（ガラス繊維、炭素繊維等）を混入した材料により造っている。これらの材料は、前述した先発明の第１〜２例を構成する、センサを支持する部材（センサケース）の材料である単なる合成樹脂に比べて、熱膨張及び熱収縮しにくい材料である。従って、請求項４に記載した発明によれば、前述した先発明の第１〜２例の構造の様に、エンコーダとセンサとの間に存在する部材に熱膨張又は熱収縮が生じた場合に、仮にこれらエンコーダとセンサとが被検出面の幅方向に関して互いに逆向きに変位しても、被検出面の幅方向に関する上記エンコーダとセンサとの相対変位量を少なく抑えられる。
この結果、本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットによれば、上記エンコーダと上記センサとの間に存在する部材が熱膨張又は熱収縮する事に伴って生じるセンサ情報（位相差、デューティ比）の変化を、少なく抑えられる（又は零にできる）。従って、このセンサ情報を利用して行なう荷重測定の信頼性を高める事ができる。
【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１〜３は、請求項１〜５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、１対のセンサ９、９の支持部の構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図９〜１２に示した先発明の第１例の場合と同様である為、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。
【００２８】
本例の場合、上記先発明の第１例の場合とは異なり、外輪１の内端部に外嵌固定したセンサカバー８ａを構成する円筒部１５の内端部に、内向フランジ状の円輪部を設けていない。その代わりに、この円筒部１５の中間部外端寄り部分に内向フランジ状の円輪部１６ａを、当該部分を内径側に座屈変形させる折り曲げ加工を施す事により形成している。そして、この円輪部１６ａの外側面（図１〜２の右側面）２９に、上記１対のセンサ９、９を包埋支持したセンサケース１０ａの側面を当接させた状態で、このセンサケース１０ａを上記円輪部１６ａに対し、ねじ止め、接着等により固定している。
【００２９】
この様に構成する本例の場合、運転時に発生する熱により、各構成部材が熱膨張する場合に、上記外輪１の内端部に外嵌固定したセンサカバー８ａは、軸方向内側に向け（矢印Ｒの向きに）熱膨張する。又、上記センサケース１０ａは、上記センサカバー８ａを構成する円輪部１６ａの外側面２９を起点として、やはり矢印Ｒの向きに熱膨張する。従って、これらセンサカバー８ａ及びセンサケース１０ａが熱膨張する事に伴い、このセンサケース１０ａに包埋支持した１対のセンサ９、９は、上記矢印Ｒの向きに変位する。一方、上記各構成部材が熱膨張する場合に、ハブ２の内端部に支持したエンコーダ７は、上記先発明の第１例の場合と同様、軸方向内側に向け｛矢印Ｐの向き（＝上記矢印Ｒの向き）に｝変位する。即ち、本例の場合には、上記各構成部材が熱膨張する事に伴い、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが軸方向に関して互いに同じ向きに変位する。同様に、上記各構成部材が熱収縮する場合も、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが軸方向に関して互いに同じ向きに（上記矢印Ｐ、Ｒと逆向きに）変位する。
【００３０】
又、本例の場合には、上記センサケース１０ａの材料として、ＰＡ６６にガラス繊維を混入したものを使用している。下記の表１に示す様に、このガラス繊維を混入したＰＡ６６の線膨張係数は、ガラス繊維を混入していない（混入量が０重量％である）、単なるＰＡ６６の線膨張係数に比べて小さい。
【表１】
2007171104.tif 000003
又、上記ガラス繊維を混入したＰＡ６６の線膨張係数は、このガラス繊維の混入量（重量％）によって異なり、具体的にはこのガラス繊維の混入量（重量％）が多くなる程、上記線膨張係数が小さくなる。そこで、本例の場合には、このガラス繊維の混入量（重量％）を調節する事により、上記センサケース１０ａの線膨張係数を調節する事で、上記各構成部材が熱膨張又は熱収縮した場合の、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９との軸方向に関する（同じ向きの）変位量が互いに等しくなる様にしている。
【００３１】
この様に構成する本例の場合、例えば図３の上半部に実線で示す様に、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９との位置関係が中立状態にある場合に、上記各構成部材が熱膨張すると、同図の上半部に破線で示す様に、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９とが、それぞれ軸方向（同図の上下方向）に変位する。但し、この変位の向き（上記矢印Ｐ、Ｒの向き）及び量は、互いに等しくなる為、上記エンコーダ７と上記両センサ９、９との位置関係は変化せず、中立状態に保たれる。従って、図３の下半部に実線で示す様に、上記各構成部材が熱膨張する前後で、上記両センサ９、９の出力信号の位相差は変化せず、この位相差が零に保たれる。又、上記各構成部材が熱収縮する場合も、上記エンコーダ７及び上記両センサ９、９の変位の向きが熱膨張の場合と逆になるだけで、これら両センサ９、９の出力信号の位相差は変化しない。この様に本例の場合には、上記各構成部材が熱膨張又は熱収縮する前後で、上記両センサ９、９の出力信号の位相差が変化せず、言い換えれば、外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重が変化した場合にのみ、上記両センサ９、９の出力信号の位相差が変化する。この為、この位相差を利用して行なう、上記アキシアル荷重の測定の信頼性を十分に確保できる。
【００３２】
尚、本発明を実施する場合には、図４に示す様に、センサカバー８ｂを構成する円筒部１５の内端部に、基板１８を保護する為の円輪状の蓋体３０を内嵌固定する構造を採用する事もできる。又、図５に示す様に、センサケース１０ｂの内部のうち、センサカバー８ａを構成する円輪部１６ａと１対のセンサ９、９との間部分に基板１８を包埋支持する事により、この基板１８を保護する構造を採用する事もできる。更には、図６〜７に示す様に、センサカバー８ｃ、８ｄを構成する円輪部１６ｂを、折り曲げ形成せず、鍛造、鋳造（ダイキャストを含む）等により形成する構造を採用する事もできる。
【００３３】
［実施の形態の第２例］
次に、請求項４〜５に対応する、本発明の実施の形態の第２例に就いて、図８に加えて、前述の先発明の第１例を示す、図９〜１１及び図１７を参照しつつ説明する。本例の場合、荷重測定装置付転がり軸受ユニットの各部の形状は、上記先発明の第１例の場合（図９〜１１）と同様である。但し、この先発明の第１例の場合が、センサケース１０の材質として、ガラス繊維の混入量が０重量％である、単なるＰＡ６６を使用しているのに対し、本例の場合には、このセンサケース１０の材質として、ＰＡ６６にガラス繊維を３０重量％混入したものを使用している。
【００３４】
この様に構成する本例の場合、上記ＰＡ６６にガラス繊維を３０重量％混入した分だけ、上記センサケース１０の線膨張係数を小さくできる（前記表１参照）。この為、運転時に温度昇降した場合の、上記センサケース１０の熱膨張量及び熱収縮量を少なくでき、このセンサケース１０に包埋支持した１対のセンサ９、９の軸方向変位量を少なくできる。この結果、各構成部材が熱膨張又は熱収縮した場合の、上記１対のセンサ９、９とエンコーダ７との軸方向の相対変位量を少なく抑える事ができ、これら両センサ９、９の出力信号の位相差の変化量を少なく抑える事ができる。具体的には、例えば図８に示す様に、上記各構成部材に熱膨張が生じる前後での上記両センサ９、９の出力信号の位相差の変化量δ1 を、同じく前述の図１７に示した先発明の第１例の場合の位相差の変化量δ2 に比べて、小さく（δ1 ＜δ2 ）できる。上記各構成部材が熱収縮する場合に就いても、上記位相差の変化の方向が逆になるだけで、同様の結果を得られる。従って、本例の場合には、上記先発明の第１例の場合に比べて、上記位相差を使用して行なう、外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重の測定の信頼性を高める事ができる。
【００３５】
尚、本発明を実施する場合には、センサケース以外の部材（例えば、センサカバー、永久磁石製エンコーダを支持する芯金等）の材質を、それぞれの線膨張係数に基づいて選択する事により、各構成部材が熱膨張又は熱収縮した場合の、１対のセンサの出力信号の位相差の変化量を少なく抑える（又は零にする）事もできる。
【００３６】
又、上述した各実施の形態では、位相差検出方式の荷重測定装置付転がり軸受ユニットに本発明を適用した例に就いて説明したが、本発明は、前述した先発明の第２例の様な、デューティ比検出方式の荷重測定装置付転がり軸受ユニットにも適用でき、この場合も勿論、各構成部材が熱膨張又は熱収縮した場合の、１つのセンサの出力信号のデューティ比の変化量を少なく抑える（又は零にする）事ができる。
【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】図１のＡ部拡大図。
【図３】エンコーダの被検出面に対する１対のセンサの検出部の対向位置、並びに、これら両センサの出力信号を、各構成部材に熱膨張が生じる前後の状態で示す図。
【図４】本発明の実施する場合に採用可能な、センサ支持部の構造の第２例を示す断面図。
【図５】同第３例を示す断面図。
【図６】同第４例を示す断面図。
【図７】同第５例を示す断面図。
【図８】本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図。
【図９】先発明の第１例を示す断面図。
【図１０】図９のＢ部拡大図。
【図１１】エンコーダの被検出面の一部を径方向外方から見た図。
【図１２】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１３】先発明の第２例を示す断面図。
【図１４】図１３のＣ部拡大図。
【図１５】この先発明の第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１６】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１７】先発明の第１例に関して、センサの出力信号が変化する状況を示す、図３と同様の図。
【符号の説明】
【００３９】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４    固定側フランジ
５    回転側フランジ
６    スプライン孔
７    エンコーダ
８、８ａ〜８ｄ  センサカバー
９、９ａ  センサ
１０、１０ａ、１０ｂ  センサケース
１１    組み合わせシールリング
１２    スリンガ
１３    透孔
１４    柱部
１５    円筒部
１６、１６ａ、１６ｂ  円輪部
１７    内側面
１８    基板
１９    永久磁石
２０    磁気検知素子
２１    センサケーブル
２２    ナックル
２３    ボルト
２４    スタッド
２５    等速ジョイント用外輪
２６    スプライン軸
２７    エンコーダ
２８    芯金
２９    外側面
３０    蓋体
【図１】
2007171104.tif 000004
【図２】
2007171104.tif 000005
【図３】
2007171104.tif 000006
【図４】
2007171104.tif 000007
【図５】
2007171104.tif 000008
【図６】
2007171104.tif 000009
【図７】
2007171104.tif 000010
【図８】
2007171104.tif 000011
【図９】
2007171104.tif 000012
【図１０】
2007171104.tif 000013
【図１１】
2007171104.tif 000014
【図１２】
2007171104.tif 000015
【図１３】
2007171104.tif 000016
【図１４】
2007171104.tif 000017
【図１５】
2007171104.tif 000018
【図１６】
2007171104.tif 000019
【図１７】
2007171104.tif 000020