(57)【要約】【課題】１対のセンサ５、５の出力信号の位相差と、これら両センサ５、５に対するエンコーダ８ｄの径方向（上下方向）変位量との間に、比例関係を成立させる事ができる構造を実現する。【解決手段】上記エンコーダの側面（被検出面）にＳ極とＮ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。これらＳ極とＮ極との境界線を、径方向中間部が円周方向片側に最も突出した「く」字形とし、且つ、これら各境界線の径方向外側の辺と径方向内側の辺とを、それぞれ径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線とする。上記被検出面の上部の径方向外半部と径方向内半部とに、上記１対のセンサ５、５の検出部を近接対向させる。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３
2007212369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に回転部材の一部に支持固定されると共に、この回転部材の回転中心と同心の円輪状の被検出面を備え、こ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配置すると共に、これら第一特性部と第二特性部との境界線を、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線により構成しているエンコーダ。
【請求項２】
各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の径方向中間部を境とする径方向両側部分同士の間で互いに異ならせると共に、これら各境界線同士の間で、各部分に関する上記比例係数を互いに等しくしている、請求項１に記載したエンコーダ。
【請求項３】
各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の全長に亙り等しくすると共に、これら各境界線同士の間で、上記比例係数を互いに等しくしている、請求項１に記載したエンコーダ。
【請求項４】
各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の全長に亙り等しくすると共に、上記比例係数が互いに異なる２種類の境界線を円周方向に関して交互に配置している、請求項１に記載したエンコーダ。
【請求項５】
回転部材に支持固定されたエンコーダと、それぞれがこのエンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で静止部材に支持されると共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応してその出力を変化させる、少なくとも１対のセンサとを備え、上記エンコーダが請求項２に記載したエンコーダであり、このエンコーダの被検出面のうち、円周方向に関する位相が互いに等しく、且つ、各境界線に関する比例係数が互いに異なる径方向両側の領域に存在する２個所に、上記１対のセンサの検出部を１つずつ対向させており、これら両センサの出力信号の位相差に基づいて上記回転部材と上記静止部材との間の状態量を測定可能とする状態量測定装置。
【請求項６】
回転部材に支持固定されたエンコーダと、それぞれがこのエンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で静止部材に支持されると共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応してその出力を変化させる、少なくとも１対のセンサとを備え、上記エンコーダが請求項３に記載したエンコーダであり、このエンコーダの被検出面のうち円周方向に関する位相が互いに１８０度異なる２個所に、上記１対のセンサの検出部を１つずつ対向させており、これら両センサの出力信号の位相差に基づいて上記回転部材と上記静止部材との間の状態量を測定可能とする状態量測定装置。
【請求項７】
回転部材に支持固定されたエンコーダと、このエンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で静止部材に支持されると共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応してその出力を変化させる、少なくとも１つのセンサとを備え、上記エンコーダが請求項４に記載したエンコーダであり、このセンサの出力信号のデューティ比に基づいて上記回転部材と上記静止部材との間の状態量を測定可能とする状態量測定装置。
【請求項８】
回転部材が、転がり軸受ユニットを構成して使用時に回転する回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪に結合固定する部材であり、静止部材が、上記転がり軸受ユニットを構成して使用時にも回転しない静止側軌道輪又はこの静止側軌道輪を支持固定する部材である、請求項５〜７のうちの何れか１項に記載した状態量測定装置。
【請求項９】
転がり軸受ユニットが、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するものである、請求項８に記載した状態量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係るエンコーダ及び状態量測定装置は、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車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込んで、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量やこれら両軌道輪同士の間に作用している荷重等の状態量を測定する為に利用する。
【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）、エレクトロニックスタビリティーコントロール装置（ＥＳＣ）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、アキシアル荷重、モーメントのうちの少なくとも１つ）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な問題に対応する為には、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、この車輪に加わる荷重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、例えば特許文献１〜４に記載されたものが知られている。ところが、これら特許文献１〜４に記載された荷重測定装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、コストが嵩んだり、或は耐久性や荷重の測定精度を十分に確保するのが難しいと言った不都合がある。
【０００４】
この様な不都合を解消できる構造として、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開示されている。図８〜１１は、上記特願２００５−１４７６４２号に開示された、先発明の第１例を示している。この先発明の第１例の構造は、図８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の径方向内方に、車輪を支持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。尚、これら各転動体３、３には、接触角と共に、使用時に加わる荷重の方向及び大きさに関わらず喪失しない程度の予圧を付与している。そして、上記ハブ２の中間部に、永久磁石により円筒状に構成したエンコーダ４ａを外嵌固定すると共に、静止側軌道輪である外輪１の軸方向中間部で複列に配置された各転動体３、３の間部分に１対のセンサ５、５を、それぞれの検出部を被検出面である上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させた状態で設けている。
【０００５】
図９〜１１に示す様に、上記エンコーダ４ａ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線は、上記エンコーダ４ａの軸方向中間部を境とした軸方向両側部分で、それぞれ直線状としている。そして、上記エンコーダ４ａの軸方向に対する上記境界線の傾斜角度（絶対値）を、上記軸方向両側部分で互いに等しくすると共に、上記エンコーダ４ａの軸方向に対する上記境界線の傾斜方向を、上記軸方向両側部分で互いに逆にしている。即ち、上記境界線は、軸方向中間部が円周方向片側に最も突出した、「く」字形となっている。従って、上記Ｎ極に着磁された部分及びＳ極に着磁された部分も、それぞれ軸方向中間部が円周方向片側に最も突出した、「く」字形となっている。
【０００６】
又、上記各センサ５、５は、検出部に、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子を組み込んでいる。この様な両センサ５、５の検出部が上記エンコーダ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。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の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上記Ｓ極に着磁された部分との軸方向中央部で円周方向に関して最も突出した部分（境界線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４ａ、５、５の設置位置を規制している。
【０００７】
上述の様に構成する先発明の第１例の場合、上記外輪１と上記ハブ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と上記ハブ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５、５の検出部は、図１１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。これに対し、上記エンコーダ４ａ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（上記外輪１と上記ハブ２とが軸方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図１１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４ａ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した場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図１１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。
【０００８】
この様に、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と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重（これら外輪１とハブ２との軸方向の相対変位）の向きに応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重（相対変位）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は、このアキシアル荷重（相対変位）が大きくなる程大きくなる。従って、上述した先発明の第１例の場合には、上記両センサ５、５の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。
【０００９】
次に、図１２は、特願２００５−２３８１７５号に開示された、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、回転側軌道輪であるハブ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２、８、１２、１３の右側。）に、永久磁石により円筒状に構成したエンコーダ４ｂを、断面クランク形の支持環６を介して、上記ハブ２と同心に支持固定している。このエンコーダ４ｂの被検出面である外周面には、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。又、上記Ｎ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線を、上記エンコーダ４ｂの軸方向に対して同方向に同じ角度だけ傾斜した直線としている。この様なエンコーダ４ｂの外周面の上下両端部に、１対のセンサ５、５の検出部を近接対向させている。即ち、静止側軌道輪である外輪１の内端開口部に被着したカバー７の内周面の上下両端部に上記両センサ５、５を支持固定すると共に、これら両センサ５、５の検出部を、上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部に近接対向させている。尚、これら両センサ５、５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。
【００１０】
自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重は、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地面から入力される。この接地面は、上記外輪１及び上記ハブ２の回転中心よりも径方向外方に存在する為、上記アキシアル荷重はこれら外輪１とハブ２との間に、純アキシアル荷重としてではなく、これら外輪１及びハブ２の中心軸と上記接地面の中心とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。そして、このモーメントの大きさは、上記接地面から入力されるアキシアル荷重の大きさに比例する。そこで、このモーメントを求めれば、このアキシアル荷重を求められる事になる。一方、上記ハブ２にモーメントが加わると、これに応じて、上記エンコーダ４ｂの上端部が軸方向に関して何れかの方向に、同じく下端部がこれと逆方向に、それぞれ変位する。この結果、上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ５、５の出力信号の位相が、それぞれ中立位置に対して、逆方向にずれる。そこで、これら両センサ５、５の出力信号の位相のずれの向き及び大きさに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求められる。
【００１１】
次に、図１３〜１４は、前記特願２００５−１４７６４２号に開示された、先発明の第３例を示している。この先発明の第３例の場合、回転側軌道輪であるハブ２の中間部に、永久磁石により円筒状に構成したエンコーダ４ｃを外嵌固定すると共に、静止側軌道輪である外輪１の軸方向中間部で複列に配置された各転動体３、３の間部分にセンサ５を、その検出部を被検出面である上記エンコーダ４ｃの外周面に近接対向させた状態で設けている。尚、このセンサ５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１４に示す様に、上記エンコーダ４ｃ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極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線を、上記エンコーダ４ｃの軸方向に対し所定角度だけ傾斜した直線とすると共に、円周方向に隣り合う各境界線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極に着磁した部分の円周方向に関する幅を軸方向片側｛図１４（Ｂ）の下側｝程広くし、且つ、上記Ｓ極に着磁した部分の円周方向に関する幅を軸方向他側｛図１４（Ｂ）の上側｝程広くしている。
【００１３】
この様に構成する先発明の第３例の場合、上記外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用する事に基づいて、これら外輪１とハブ２とが軸方向に相対変位すると、これに応じて、上記センサ５の出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、上記軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、上記アキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。
【００１４】
上述した様に、先発明の第１〜３例の場合には、各センサ５、５の出力信号の位相差又はデューティ比に基づいて状態量である相対変位量や荷重を求められる為、状態量測定装置のコスト低減並びに耐久性確保を十分に図れる。ところで、上述した先発明の第１〜３例の状態量測定装置は、円筒状のエンコーダ４ａ、４ｂ、４ｃを使用した構造であるが、これ以外の状態量測定装置としては、例えば図１５〜１７に示す様な円輪状のエンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃを使用した構造も考えられる。
【００１５】
上記図１５〜１７に示したエンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃのうち、図１５に示したエンコーダ８ａは、前述の図９〜１０に示した円筒状のエンコーダ４ａを、円輪状にした如き構成を有するものである。即ち、上記エンコーダ８ａは、永久磁石により全体を円輪状に形成すると共に、被検出面である片側面（図１５の手前面）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極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線は、上記エンコーダ８ａの径方向中間部を境とした径方向両側部分でそれぞれ直線状にすると共に、これら径方向両側部分同士で、径方向に対する傾斜角度（絶対値）を互いに等しくし、且つ、径方向に対する傾斜方向を互いに逆にしている。即ち、上記境界線は、径方向中間部が円周方向片側に最も突出した、「く」字形となっている。
【００１６】
この様なエンコーダ８ａは、回転部材に対し、この回転部材と同心に支持固定する。これと共に、図１５に示す様に、上記エンコーダ８ａの片側面のうち、円周方向に関する位相が互いに等しい部分（図示の例では上部）に、静止部材に支持した１対のセンサ５、５の検出部を、径方向（上下方向）にずらせた状態で近接対向させる。又、上記静止部材と上記回転部材との間に荷重が作用しない状態で、上記各境界線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、各部材の設置位置を規制する。この状態で、上記静止部材と上記回転部材との間に荷重が作用する（これら静止部材と回転部材とが相対変位する）事に基づき、上記エンコーダ８ａが上記各センサ５、５に対して径方向（上下方向）に変位すると、上記両センサ５、５の出力信号に位相差が生じる。そこで、この位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら両部材同士の間に作用する荷重の向き及び大きさを求められる。
【００１７】
又、前記図１６に示したエンコーダ８ｂは、前述の図１２に示した円筒状のエンコーダ４ｂを、円輪状にした如き構成を有するものである。即ち、上記エンコーダ８ｂは、永久磁石により全体を円輪状に形成すると共に、被検出面である片側面（図１６の手前面）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極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線は、上記エンコーダ８ｂの径方向に対して同方向に同じ角度だけ傾斜した直線としている。この様なエンコーダ８ｂも、回転部材に対し、この回転部材と同心に支持固定する。これと共に、図１６に示す様に、上記エンコーダ８ｂの片側面のうち、円周方向に関する位相が互いに１８０度異なる２個所（図示の例では上下２個所）に、静止部材に支持した１対のセンサ５、５の検出部を、１つずつ近接対向させる。この状態で、上記静止部材と上記回転部材との間に荷重が作用する（これら静止部材と回転部材とが相対変位する）事に基づき、上記エンコーダ８ａが上記各センサ５、５に対して径方向（上下方向）に変位すると、上記両センサ５、５の出力信号に位相差が生じる。そこで、この位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら両部材同士の間に作用する荷重の向き及び大きさを求められる。
【００１８】
又、前記図１７に示したエンコーダ８ｃは、前述の図１４に示した円筒状のエンコーダ４ｃを、円輪状にした如き構成を有するものである。即ち、上記エンコーダ８ｃは、永久磁石により全体を円輪状に形成すると共に、被検出面である片側面（図１７の手前面）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極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線は、上記エンコーダ８ｃの径方向に対し所定角度だけ傾斜した直線とすると共に、円周方向に隣り合う各境界線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極に着磁した部分の円周方向に関する幅を内径側程広くし、且つ、上記Ｓ極に着磁した部分の円周方向に関する幅を外径側程広くしている。この様なエンコーダ８ｃも、回転部材に対し、この回転部材と同心に支持固定する。これと共に、図１７に示す様に、上記エンコーダ８ｃの片側面の円周方向一部（図示の例では上部）に、静止部材に支持したセンサ５の検出部を近接対向させる。この状態で、上記静止部材と上記回転部材との間に荷重が作用する（これら静止部材と回転部材とが相対変位する）事に基づき、上記エンコーダ８ｃが上記センサ５に対して径方向（上下方向）に変位すると、このセンサ５の出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら両部材同士の間に作用する荷重の向き及び大きさを求められる。
【００１９】
ところが、上述した様な円輪状のエンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃの場合、被検出面に存在するＮ極に着磁した部分とＳ極に着磁した部分との境界線の各辺又は全体の形状を、直線形状としている。言い換えれば、この境界線の各辺又は全体に関する径方向位置と中心角度位置との間に、比例関係が成立していない。この為、上記各センサ５、５に対する上記各エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃの径方向変位量（静止部材と回転部材との相対変位量）と、これら各センサ５、５の出力信号の位相差又はデューティ比との間には、比例関係が成立しない。この様に比例関係が成立しない場合でも、予め上記位相差又はデューティ比と上記径方向変位量との関係を表すマップを用意しておけば、このマップを使用して、上記位相差又はデューティ比から上記径方向変位量を求める事ができる。但し、上記エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃの被検出面に対する上記各センサ５、５の検出部の対向位置が、組立誤差等により設計位置から径方向にずれてしまった様な場合には、上記マップを使用して上記径方向変位量を正確に求められなくなる。これに対し、上記位相差又はデューティ比と上記径方向変位量との間に比例関係が成立している場合には、マップを使用する事なく、上記位相差又はデューティ比から上記径方向変位量を容易に求められる。更には、組立誤差等により、上記被検出面に対する上記検出部の対向位置が設計位置から径方向にずれた場合でも、組立後に初期の（荷重が加わっていない状態での）位相差又はデューティ比を零点に設定すれば、運転時にこの位相差又はデューティ比から上記径方向変位量を正確に求められる。従って、これら位相差又はデューティ比と径方向変位量との間に比例関係が成立する構造を実現する事が望まれる。
【００２０】
【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】
【００２１】
本発明のエンコーダ及び状態量測定装置は、上述の様な事情に鑑み、各センサの出力信号の位相差又はデューティ比と、これら各センサに対するエンコーダの径方向変位量との間に比例関係を成立させる事が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】
【００２２】
本発明のエンコーダ及び状態量測定装置のうち、請求項１に記載したエンコーダは、使用時に回転部材の一部に支持固定されると共に、この回転部材の回転中心と同心の円輪状の被検出面を備える。そして、こ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配置すると共に、これら第一特性部と第二特性部との境界線を、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線により構成している。
この曲線は、例えば以下の（１）式及び（２）式で表される、図１に示す様な曲線Ｃである。
ｘ＝ｒ・ｃｏｓ（α・ｒ）  −−−−−（１）
ｙ＝ｒ・ｓｉｎ（α・ｒ）  −−−−−（２）
尚、これら（１）式及び（２）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
ｒ：座標原点Ｏからの距離（曲線Ｃを構成する各点の径方向位置）
α・ｒ：ｘ軸を基準とする角度（曲線Ｃを構成する各点の中心角度位置）
α：任意の定数（曲線Ｃに関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数）
【００２３】
上述の請求項１に記載したエンコーダを実施する場合に、具体的には、例えば請求項２に記載した様に、各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の径方向中間部を境とする径方向両側部分同士の間で互いに異ならせる（例えば、絶対値を等しくし、且つ、正負の符号を逆にする）と共に、これら各境界線同士の間で、各部分に関する上記比例係数を互いに等しくする構成を採用する。
或は、例えば請求項３に記載した様に、各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の全長に亙り等しくすると共に、これら各境界線同士で上記比例係数を互いに等しくする構成を採用する。
或は、例えば請求項４に記載した様に、各境界線に関する径方向位置と中心角度位置との間の比例係数を、それぞれこれら各境界線の全長に亙り等しくすると共に、上記比例係数が互いに異なる（例えば、絶対値は等しいが正負の符号が逆である）２種類の境界線を円周方向に関して交互に配置する構成を採用する。
【００２４】
又、本発明のエンコーダ及び状態量測定装置のうち、請求項５に記載した状態量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１対のセンサとを備える。
このうちのエンコーダは、回転部材に支持固定されている。
又、上記１対のセンサはそれぞれ、上記エンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で、静止部材に支持されている。これと共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応して、その出力を変化させる。
そして、上記エンコーダが、上述の請求項２に記載したエンコーダであり、このエンコーダの被検出面のうち、円周方向に関する位相が互いに等しく、且つ、各境界線に関する比例係数が互いに異なる径方向両側の領域に存在する２個所に、上記１対のセンサの検出部を１つずつ対向させている。そして、これら両センサの出力信号の位相差に基づいて、上記回転部材と上記静止部材との間の状態量｛相対変位量（径方向変位量、軸方向変位量、傾き）、荷重（ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント）等。以下同じ。｝を測定可能としている。
【００２５】
又、請求項６に記載した状態量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１対のセンサとを備える。
このうちのエンコーダは、回転部材に支持固定されている。
又、上記１対のセンサはそれぞれ、上記エンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で、静止部材に支持されている。これと共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応して、その出力を変化させる。
そして、上記エンコーダが、上述の請求項３に記載したエンコーダであり、このエンコーダの被検出面のうち円周方向に関する位相が互いに１８０度異なる２個所に、上記１対のセンサの検出部を１つずつ対向させている。そして、これら両センサの出力信号の位相差に基づいて、上記回転部材と上記静止部材との間の状態量を測定可能としている。
【００２６】
又、請求項７に記載した状態量測定装置は、エンコーダと、少なくとも１つのセンサとを備える。
このうちのエンコーダは、回転部材に支持固定されている。
又、上記センサは、上記エンコーダの被検出面の一部にその検出部を対向させた状態で、静止部材に支持されている。これと共に、この検出部が対向する上記被検出面の特性の変化に対応して、その出力を変化させる。
そして、上記エンコーダが、上述の請求項４に記載したエンコーダであり、上記センサの出力信号のデューティ比に基づいて、上記回転部材と上記静止部材との間の状態量を測定可能としている。
【００２７】
又、上述の請求項５〜７に記載した状態量測定装置を実施する場合、具体的には、例えば請求項８に記載した様に、回転部材を、転がり軸受ユニットを構成して使用時に回転する回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪に結合固定する部材とし、静止部材を、上記転がり軸受ユニットを構成して使用時にも回転しない静止側軌道輪又はこの静止側軌道輪を支持固定する部材とする。
より具体的には、例えば請求項９に記載した様に、上記転がり軸受ユニットを、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するものとする。
【発明の効果】
【００２８】
上述の様に、本発明のエンコーダの場合には、被検出面に設けた第一特性部と第二特性部との境界線を、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線により構成している。この為、この様なエンコーダを組み込んで構成する、上述した様な本発明の状態量測定装置の場合には、１対のセンサの出力信号の位相差（請求項５、６の場合）又は１つのセンサの出力信号のデューティ比（請求項７の場合）と、これら各センサに対する上記エンコーダの径方向変位量（静止部材と回転部材との相対変位量）との間に、比例関係を成立させる事ができる。この為、運転時にマップを使用する事なく、上記位相差又はデューティ比から上記相対変位量を容易に求める事ができる。又、組立誤差等により、上記エンコーダの被検出面に対する上記各センサの検出部の対向位置が設計位置から径方向にずれた場合でも、組立後に初期の（荷重が加わっていない状態での）位相差又はデューティ比を零点に設定すれば、運転時にこの位相差又はデューティ比から上記相対変位量を正確に求められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
［実施の形態の第１例］
図２〜４は、請求項１、２、５、８、９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、円輪状のエンコーダ８ｄとして、前述の図１５に示したエンコーダ８ａと同様の基本構成を有し、且つ、被検出面に存在する複数の「く」字形の境界線の各辺の形状を直線形状から所定の曲線形状に変更したものを使用する点、並びに、上記エンコーダ８ｄを具体的な車輪支持用転がり軸受ユニットに組み付けた点にある。上記被検出面に対する各センサ５、５の検出部の対向位置等、その他の部分の構造及び作用は、前述の図１５に示した構造と同様である為、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。
【００３０】
本例の場合には、図２に示す様に、静止側軌道輪である外輪１の内端部内周面と回転側軌道輪であるハブ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９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１０の内側面に、上記エンコーダ８ｄを、上記ハブ２と同心に添着固定している。この状態で、このエンコーダ８ｄの内側面を、被検出面としている。又、上記１対のセンサ５、５を保持したセンサユニット１１を、上記外輪１の内端部に被着したカバー７の上端部に支持している。
【００３１】
又、前述の図１５に示したエンコーダ８ａの場合には、被検出面に存在する複数の「く」字形の境界線の各辺をそれぞれ直線としていたのに対し、本例のエンコーダ８ｄの場合には、図３に示す様に、被検出面に存在する複数の「く」字形の境界線の各辺をそれぞれ、前記（１）式及び（２）式で表される曲線｛径方向位置ｒと中心角度位置（α・ｒ）との間に、比例係数をαとする比例関係が成立する曲線｝としている。より具体的には、上記各境界線の径方向外半部に存在する辺と、径方向内半部に存在する辺とで、上記比例係数αの絶対値を互いに等しくし、且つ、この比例係数αの正負の符号を互いに逆にしている。この点に就いて、図４を参照しつつ、より詳しく説明する。この図４は、上記比例係数αの絶対値が互いに等しく、且つ、この比例係数αの正負の符号が互いに逆である２種類の曲線を、それぞれ円の内側に複数本ずつ、円周方向に関して等間隔にプロットした図である。本例の場合には、これら２種類の曲線の一部ずつ（例えば、鎖線Ｓで囲んだ部分）を、上記各境界線を構成する各辺としている。
【００３２】
上述の様に構成する本例のエンコーダ及び状態測定装置の作用は、次の通りである。前述した様に、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、タイヤと路面との接地面から上記外輪１と上記ハブ２との間に入力されるアキシアル荷重は、純アキシアル荷重としてではなく、上記接地面の中心と上記外輪１及びハブ２の中心軸とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。そして、このモーメントの大きさは、上記アキシアル荷重の大きさに比例する。従って、このモーメントを求めれば、このアキシアル荷重を求められる事になる。一方、上記モーメントが上記ハブ２に加わると、このハブ２の中心軸が上記外輪１の中心軸に対し、上記（鉛直方向の）仮想平面内で傾く。この傾きの中心は、軸受ユニットのほぼ中央部となる。この為、上記モーメントが上記ハブ２に加わると、このハブ２の内端部にスリンガ１０を介して支持固定した上記エンコーダ８ｄが、上記各センサ５、５に対して径方向（上下方向）に変位する。この結果、上記エンコーダ８ｄの内側面にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ５、５の出力信号に位相差が生じる。そこで、これら両センサ５、５の出力信号の位相差に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求められる。
【００３３】
特に、本例の場合には、上記エンコーダ８ｄの内側面に設けた複数の「く」字形の境界線の各辺を、それぞれ前述した様な、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線としている。この為、この様なエンコーダ８ｄを組み込んで構成する、本例の状態量測定装置の場合には、上記両センサ５、５の出力信号の位相差と、これら両センサ５、５に対する上記エンコーダ８ｄの上下方向の変位量（上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位量）との間に、比例関係を成立させる事ができる。この為、運転時にマップを使用する事なく、上記位相差から上記軸方向の相対変位量を容易に求める事ができる。又、組立誤差等により、上記エンコーダ８ｄの内側面に対する上記両センサ５、５の検出部の対向位置が設計位置から上下方向にずれた場合でも、組立後に初期の（荷重が加わっていない状態での）位相差を零点に設定すれば、運転時にこの位相差から上記軸方向の相対変位量を正確に求められる。
【００３４】
尚、上述した実施の形態の第１例では、上記エンコーダ８ｄの内側面の上側部分に上記両センサ５、５の検出部の対向させたが、これら両センサ５、５の検出部を上記エンコーダ８ｄの内側面の下側部分に対向させた場合でも、同様の効果を得られる。又、上記エンコーダ８ｄと１対のセンサ５、５との組み合わせは、他の回転支持装置に組み付けて使用する事もできる。何れの回転支持装置に組み付ける場合でも、上記両センサ５、５の検出部を上記エンコーダ８ｄの被検出面に対し、この被検出面の径方向にずらせた状態で近接対向させれば、上記両センサ５、５の出力信号の位相差から、このずらせた方向に関する上記エンコーダ８ｄの径方向変位を測定できる。
【００３５】
［実施の形態の第２例］
次に、図５は、請求項１、３、６、８、９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、円輪状のエンコーダ８ｅとして、前述の図１６に示したエンコーダ８ｂと同様の基本構成を有し、且つ、被検出面に存在する複数の境界線の形状を直線形状から所定の曲線形状に変更したものを使用する点にある。上記被検出面に対する各センサ５、５の検出部の対向位置は、前述の図１６に示した構造と同様であり、且つ、上記エンコーダ８ｅをスリンガ１０（図２）の内側面に添着固定すると共に、各センサ５、５をカバー７（図２）に支持する点に就いては、上述した実施の形態の第１例の場合と同様である。この為、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。
【００３６】
前述の図１６に示したエンコーダ８ｂの場合には、被検出面に存在する複数の境界線の各辺をそれぞれ直線としていたのに対し、本例のエンコーダ８ｅの場合には、被検出面である内側面（図５の手前面）に存在する複数の境界線をそれぞれ、前記（１）式及び（２）式で表される曲線｛径方向位置ｒと中心角度位置（α・ｒ）との間に、比例係数をαとする比例関係が成立する曲線｝としている。即ち、本例の場合には、前述の図４に示した２種類の曲線のうち、それぞれが同種である複数の曲線の一部（例えば、鎖線Ｔで囲んだ部分）ずつを、それぞれ上記各境界線としている。
【００３７】
上述の様に構成する本例のエンコーダ及び状態測定装置の場合も、上述した実施の形態の第１例の場合と同様、ハブ２（図２）にモーメントが加わると、上記エンコーダ８ｅが上記各センサ５、５に対して径方向（上下方向）に変位する。この結果、上記エンコーダ８ｅの内側面にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ５、５の出力信号同士の間に位相差が生じる。そこで、これら両センサ５、５の出力信号の位相差に基づいて、外輪１（図２）と上記ハブ２との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求められる。特に、本例の場合には、上記エンコーダ８ｅの内側面に設けた複数の境界線を、それぞれ上述した様な、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線としている。この為、この様なエンコーダ８ｅを組み込んで構成する、本例の状態量測定装置の場合には、上記両センサ５、５の出力信号の位相差と、これら両センサ５、５に対する上記エンコーダ８ｅの上下方向の変位量（上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位量）との間に、比例関係を成立させる事ができる。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。
【００３８】
尚、上述した実施の形態の第２例のエンコーダ８ｅとセンサ５、５との組み合わせの場合には、これら両センサ５、５に対して上記エンコーダ８ｅが上下方向に変位した場合だけでなく、左右方向に変位した場合にも、上記両センサ５、５の出力信号の位相差が変化する。この為、上記エンコーダ８ｅとセンサ５、５との組み合わせは、上述した実施の形態の第２例を構成する車輪支持用転がり軸受ユニット（図２参照）の様に、静止部材（外輪１）と回転部材（ハブ２）とが図５の左右方向に関して実質的に相対変位しない構造に組み込む事が、上下方向の変位量の測定精度を確保する上で好ましい。又、図６は、被検出面に存在する複数の境界線をそれぞれ径方向の直線とした、従来から知られた円輪状のエンコーダ１２を示している。このエンコーダ１２の場合も、このエンコーダ１２の被検出面の左右両側部分に１対のセンサの検出部を対向させれば、これら両センサの出力信号の位相差から、これら両センサに対する上記エンコーダ１２の上下方向の変位量を求められる。但し、このエンコーダ１２の場合には、このエンコーダ１２の被検出面の上下両側部分に上記両センサの検出部を対向させても、これら両センサの出力信号の位相差から、これら両センサに対する上記エンコーダ１２の上下方向の変位量を求められない。これに対し、上述した実施の形態の第２例のエンコーダ８ｅの場合には、被検出面の左右両側部分に上記両センサ５、５を配置できない場合でも、上下両側部分にこれら両センサ５、５を配置できれば、これら両センサ５、５に対する上記エンコーダ８ｅの上下方向の変位量を求められると言う利点がある。
【００３９】
［実施の形態の第３例］
次に、図７は、請求項１、４、７、８、９に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。尚、本例の特徴は、円輪状のエンコーダ８ｆとして、前述の図１７に示したエンコーダ８ｃと同様の基本構成を有し、且つ、被検出面に存在する複数の境界線の形状を直線形状から所定の曲線形状に変更したものを使用する点にある。上記被検出面に対するセンサ５の検出部の対向位置は、前述の図１７に示した構造と同様であり、且つ、上記エンコーダ８ｆをスリンガ１０（図２）の内側面に添着固定すると共に、上記センサ５をカバー７（図２）に支持する点に就いては、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。この為、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。
【００４０】
前述の図１７に示したエンコーダ８ｃの場合には、被検出面に存在する複数の境界線の各辺をそれぞれ直線としていたのに対し、本例のエンコーダ８ｆの場合には、被検出面である内側面（図７の手前面）に存在する複数の境界線をそれぞれ、前記（１）式及び（２）式で表される曲線｛径方向位置ｒと中心角度位置（α・ｒ）との間に、比例係数をαとする比例関係が成立する曲線｝としている。具体的には、本例の場合には、前述の図４に示した２種類の曲線の一部ずつ（例えば、鎖線Ｕで囲んだ部分）を、それぞれ円周方向に隣り合う各境界線としている。
【００４１】
上述の様に構成する本例のエンコーダ及び状態測定装置の場合も、前述した実施の形態の第１例の場合と同様、ハブ２（図２）にモーメントが加わると、上記エンコーダ８ｆが上記センサ５に対して径方向（上下方向）に変位する。この結果、上記エンコーダ８ｆの内側面にその検出部を近接対向させた、上記センサ５の出力信号のデューティ比が変化する。そこで、このデューティ比に基づいて、外輪１（図２）と上記ハブ２との軸方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重を求められる。特に、本例の場合には、上記エンコーダ８ｆの内側面に設けた複数の境界線を、それぞれ上述した様な、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線としている。この為、この様なエンコーダ８ｆを組み込んで構成する、本例の状態量測定装置の場合には、上記センサ５の出力信号のデューティ比と、このセンサ５に対する上記エンコーダ８ｆの上下方向の変位量（上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位量）との間に、比例関係を成立させる事ができる。その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
尚、上述した各実施の形態では、円輪状のエンコーダとして、永久磁石製で、且つ、被検出面（側面）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したものを採用した。但し、本発明を実施する場合、円輪状のエンコーダとしては、単なる磁性材製で、且つ、被検出面（側面）に設ける第一特性部を凸部（又は柱部）とし、第二特性部を凹部（又は透孔）としたものを採用する事もできる。この様な単なる磁性材製のエンコーダを使用する場合には、センサ側に永久磁石を設ける。又、本発明を実施する場合、エンコーダの被検出面に設ける第一特性部及び第二特性部の総数は、特に問わない。例えば、十数個にしても良いし、百を越える個数にしても良い。
【００４３】
又、上述した各実施の形態では、各センサの出力信号の位相差又はデューティ比から、静止部材と回転部材との軸方向の相対変位量（傾き）、並びに、これら静止部材と回転部材との間に作用するアキシアル荷重（モーメント）を求める構成を採用した。但し、本発明を実施する場合には、純ラジアル荷重を受ける回転部材にエンコーダを支持固定する事により、上記各センサの出力信号の位相差又はデューティ比から、静止部材と回転部材との径方向の相対変位量、並びに、これら静止部材と回転部材との間に作用するラジアル荷重をを求める構成を採用する事もできる。
【００４４】
又、上述した様に、本発明の状態量測定装置によれば、各センサの出力信号の位相差又はデューティ比に基づいて、静止部材と回転部材との相対変位量と、これら静止部材と回転部材との間に作用する荷重との、双方を求める事ができる。この場合に、この荷重は、上記相対変位量を求めた後、この相対変位量を利用して求める事ができる他、上記位相差又はデューティ比から直接求める事もできる。何れの求め方を採用する場合でも、上記位相差、デューティ比、相対変位量と、上記荷重との間には、それぞれ比例関係が成立しない為、これら両者間の関係を表すマップ等を利用して、上記荷重を求める事になる。但し、本発明の場合には、上記位相差又はデューティ比と、上記各センサに対するエンコーダの径方向変位量（上記相対変位量）との間に比例関係が成立する為、上記両者間の関係に関するゲインを大きく取れる。従って、上記荷重の測定精度を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のエンコーダの被検出面に設ける境界線を構成する曲線である、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線を示す図。
【図２】本発明の実施の形態の第１例の構造を示す半部断面図。
【図３】エンコーダ及びセンサを軸方向内側から見た図。
【図４】径方向位置と中心角度位置との間の比例係数の絶対値が互いに等しく、且つ、この比例係数の正負の符号が互いに逆である二種類の曲線を、それぞれ円の内側に複数本ずつ、円周方向に関して等間隔にプロットした図。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図３と同様の図。
【図６】従来から知られている回転速度検出用の円輪状のエンコーダを軸方向から見た図。
【図７】同第３例を示す、図３と同様の図。
【図８】先発明の第１例の構造を示す断面図。
【図９】エンコーダの斜視図。
【図１０】エンコーダの被検出面の展開図。
【図１１】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１２】先発明の第２例の構造を示す断面図。
【図１３】同第３例の構造を示す断面図。
【図１４】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１５】本発明を完成させる過程で考えた、円輪状のエンコーダの第１例及び１対のセンサを、このエンコーダの被検出面側から軸方向に見た図。
【図１６】同じく、円輪状のエンコーダの第２例及び１対のセンサを、このエンコーダの被検出面側から軸方向に見た図。
【図１７】同じく、円輪状のエンコーダの第３例及び１つのセンサを、このエンコーダの被検出面側から軸方向に見た図。
【符号の説明】
【００４６】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４ａ、４ｂ、４ｃ  エンコーダ
５    センサ
６    支持環
７    カバー
８ａ〜８ｆ  エンコーダ
９    組み合わせシールリング
１０    スリンガ
１１    センサユニット
１２    エンコーダ
【図１】
2007212369.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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