(57)【要約】【課題】  静止側、回転側両軌道輪の相対変位の方向及び量、或いはこれら両軌道輪同士の間に作用する荷重の作用方向及び大きさを算出する為の演算を簡単に行なえる様にすべく、使用時に、エンコーダ４ａの外周面の幅方向両側部分に対向させた１対のセンサの出力信号が変化するタイミングの前後が逆転する事を防止できる構造を実現する。【解決手段】  上記両センサの出力信号同士の間に、初期位相差を設定する。これと共に、この初期位相差と、使用時に実現されると想定される上記静止側、回転側両軌道輪の相対変位量の最大値と、上記エンコーダ４ａの外周面の幅方向両側部分に設けた特性境界同士の間の開き角度αと、このエンコーダ４ａの外周面の特性変化の１周期分の長さ寸法Ｐw との間に、所定の関係を成立させる。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７
2007086058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと変位測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記変位測定装置は、エンコーダと、１対のセンサと、演算器とを備えたものであり、
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪、又は、この回転側軌道輪に結合固定されて、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪、又は、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の回転中心と同心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の円周方向に関する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、測定すべき変位の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させており、
上記両センサは、それぞれ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その出力信号を変化させるものであり、
上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、上記両センサの出力信号同士の間に初期位相差を設定しており、
上記演算器は、各瞬間に上記両センサの出力信号同士の間に存在する実位相差の上記初期位相差からのずれ量に基づいて、上記中立状態を基準とする上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位の方向及び量を算出するものであり、
上記初期位相差を上記両センサの出力信号の周期で割った値をＮとし、０＜Ｎ≦０．５である場合にＭ＝Ｎとし、０．５＜Ｎ＜１である場合にＭ＝１−Ｎとし、使用時に実現されると想定される、上記中立状態を基準とする上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量の最大値をδmax とし、円周方向に関する上記被検出面の特性変化の１周期分の長さ寸法をＰw とし、上記被検出面のうち上記一方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界と、同じく上記他方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界との、互いの開き角度の半分の大きさをαv とした場合に、Ｍ／２＞δmax ・cot αv ／Ｐw の関係を満たす変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
演算器が、算出した相対変位量に基づき、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する機能を有する、請求項１に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
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１〜２のうちの何れか１項に記載した変位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、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間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、１対のセンサと、演算器とを備えたものであり、  このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪、又は、この回転側軌道輪に結合固定されて、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪、又は、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の回転中心と同心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の円周方向に関する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、測定すべき変位の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させており、
上記両センサは、それぞれ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その出力信号を変化させるものであり、
上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、上記両センサの出力信号同士の間に初期位相差を設定しており、
上記演算器は、各瞬間に上記両センサの出力信号同士の間に存在する実位相差の上記初期位相差からのずれ量に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重の作用方向及び大きさを算出するものであり、
上記初期位相差を上記両センサの出力信号の周期で割った値をＮとし、０＜Ｎ≦０．５である場合にＭ＝Ｎとし、０．５＜Ｎ＜１である場合にＭ＝１−Ｎとし、使用時に実現されると想定される、上記荷重が作用していない中立状態を基準とする、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との、上記荷重に基づく相対変位量の最大値をδmax とし、円周方向に関する上記被検出面の特性変化の１周期分の長さ寸法をＰw とし、上記被検出面のうち上記一方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界と、同じく上記他方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界との、互いの開き角度の半分の大きさをαv とした場合に、Ｍ／２＞δmax ・cot αv ／Ｐw の関係を満たす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４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】
この発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニット及び荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、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、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）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。
【０００３】
即ち、上記ＡＢＳやＴＣＳ等の従来の走行状態安定化装置の場合には、タイヤと路面との滑りを検知してブレーキやエンジンを制御する、所謂フィードバック制御を行なっている為、これらブレーキやエンジンの制御が一瞬とは言え遅れる。言い換えれば、厳しい条件下での性能向上を図るべく、所謂フィードフォワード制御により、タイヤと路面との間に滑りが発生しない様にしたり、左右の車輪の制動力が極端に異なる所謂ブレーキの片効きを防止する事はできない。更には、トラック等で、積載状態が不良である事に基づいて走行安定性が不良になるのを防止する事もできない。
【０００４】
この様な問題に対応すべく、上記フィードフォワード制御等を行なう為には、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、特許文献１〜４に記載されたものが知られている。
【０００５】
このうちの特許文献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。この従来構造の第１例の場合には、非接触式の変位センサにより、回転しない外輪と、この外輪の内径側で回転するハブとの径方向に関する変位を測定する事により、これら外輪とハブとの間に加わるラジアル荷重を求める様にしている。求めたラジアル荷重は、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為に利用する。
【０００６】
又、特許文献２には、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が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、外輪の外周面に設けた固定側フランジの内側面複数個所で、この固定側フランジをナックルに結合する為のボルトを螺合する為のねじ孔を囲む部分に、それぞれ荷重センサを添設している。上記外輪を上記ナックルに支持固定した状態でこれら各荷重センサは、このナックルの外側面と上記固定側フランジの内側面との間で挟持される。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、車輪と上記ナックルとの間に加わるアキシアル荷重は、上記各荷重センサにより測定される。
【０００７】
又、特許文献３には、外輪の円周方向４個所位置に支持した変位センサユニットとハブに外嵌固定した断面Ｌ字形の被検出リングとにより、上記４個所位置での、上記外輪に対する上記ハブの、ラジアル方向及びアキシアル方向の変位を検出し、各部の検出値に基づいて、このハブに加わる荷重の方向及びその大きさを求める構造が記載されている。
【０００８】
更に、特許文献４には、一部の剛性を低くした外輪相当部材に動的歪みを検出する為のストレンゲージを設け、このストレンゲージが検出する転動体の通過周波数から転動体の公転速度を求め、この公転速度から、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。
【０００９】
前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブ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。又、特許文献２に記載された従来構造の第２例の場合、ナックルに対し外輪を支持固定する為のボルトと同数だけ、荷重センサを設ける必要がある。この為、荷重センサ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に記載された構造は、外輪の周方向４個所位置にセンサを設置する為、上記特許文献１に記載された構造よりも更にコストが嵩む。更に、特許文献４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。
【００１０】
この様な事情に鑑みて特願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記載されている。図２〜９は、上記出願に開示された先発明のうちの２例の構造を示している。これら各先発明に係る構造は、何れも、図２、６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の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）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。そして、このハブ２の中間部にエンコーダ４、４ａを外嵌固定すると共に、上記外輪１の軸方向中間部で複列に配置された上記各転動体３、３の間部分にセンサ５、５ａを、それぞれの検出部を、被検出面である上記エンコーダ４、４ａの外周面に近接対向させた状態で、それぞれ１対ずつ設けている。尚、上記センサ５、５ａの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ、ＧＭＲ等の磁気検知素子を組み込む事が適当である。
【００１１】
図２〜５に示した、先発明の第１例の構造の場合、上記エンコーダ４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４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４の軸方向（上記外周面の幅方向）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４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。
【００１２】
又、上記両センサ５、５の検出部が上記エンコーダ４の外周面に対向する位置は、このエンコーダ４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４、５、５の設置位置を規制している。この様に、上記境界の傾斜方向が変化する部分を上記中央位置に存在させる事で、内外輪の温度差や熱膨張等の変形による誤差（変位が生じていなくても内外輪の温度差によって位相差が生じる、所謂オフセット）を小さく抑えられる様にしている。尚、先発明の第１例の場合には、上記エンコーダ４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５、５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とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しておらず、上記外輪１と上記ハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ５、５の検出部は、図５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。
【００１４】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図５の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用し（外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位し）た場合には、上記両センサ５、５の検出部は、図５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４を固定したハブ２に、図５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５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。
【００１５】
上述の様に先発明の第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５、５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。
【００１６】
次に、図６〜９に示した、先発明の第２例の構造の場合には、ハブ２の中間部に、磁性金属板製のエンコーダ４ａを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ４ａの外周面には、スリット状の透孔６ａ、６ｂ（第一特性部）と柱部７ａ、７ｂ（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６ａ、６ｂと各柱部７ａ、７ｂとは、上記エンコーダ４ａの軸方向（上記外周面の幅方向）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４ａの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、このエンコーダ４ａは、軸方向片半部に、上記軸方向に対し所定方向に同じだけ傾斜した透孔６ａ、６ａを形成すると共に、軸方向他半部に、この所定方向と逆方向に同じ角度だけ傾斜した透孔６ｂ、６ｂを形成している。
【００１７】
一方、外輪１の軸方向中間部で複列に配置された転動体３、３同士の間部分に、前記１対のセンサ５ａ、５ａを設置し、これら両センサ５ａ、５ａの検出部を、上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させている。これら両センサ５ａ、５ａの検出部がこのエンコーダ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。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６ａ、６ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部８が、上記両センサ５ａ、５ａ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、５ａ、５ａの設置位置を規制している。尚、先発明の第２例の場合には、上記エンコーダ４ａが単なる磁性材製である為、上記両センサ５ａ、５ａの側に永久磁石を組み込む必要がある。
【００１８】
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との間にアキシアル荷重が作用（し外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）すると、前述した先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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状態では、上記両センサ５ａ、５ａの検出部は、図９の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００１９】
これに対して、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図９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５ａ、５ａの検出部は、図９の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａ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９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５ａ、５ａの検出部は、図９の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部８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５ａ、５ａの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００２０】
上述の様に先発明の第２例の場合も、前述の先発明の第１例の場合と同様に、上記両センサ５ａ、５ａ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５ａ、５ａ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。従って第２例の場合も、上記両センサ５ａ、５ａ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、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対のセンサの検出部を、径方向にずらせた状態で対向させれば、上記外輪１と上記ハブ２との径方向に関する変位、延てはこれら外輪１とハブ２との間に加わるラジアル荷重を求める事も可能である。
【００２１】
以上に述べた、図２〜９に示した様な、先発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニット、或いは、荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、前述した様に、上記外輪１と上記ハブ２とが相対変位していない中立状態では、両センサ５、５（５ａ、５ａ）の出力信号の位相を、図５、９の（Ｃ）に示す様に一致させている。この為、車体に設けたＧセンサ等の信号に基づき、別途上記相対変位に結び付く荷重の作用方向を特定しない限り、この相対変位の方向及び量（大きさ）を正確に求められなくなる可能性がある。
【００２２】
即ち、例えば一方のセンサの出力信号を基準信号として利用し、他方のセンサの出力信号を変位の方向を求める為の測定信号として利用する事を考えた場合、上記荷重の作用方向により変化する、上記相対変位の方向よって、上記基準信号に対する上記測定信号の前後関係が逆転する。この為、例えば、これら基準信号と測定信号との間の位相差が、−１０度である場合に、＋３５０度であると判定する可能性がある。この様な問題は、例えば上記Ｇセンサ等の、荷重の作用方向を特定できるセンサからの情報を取り入れる事で解消できる。但し、演算器部分での処理が複雑になる為、この演算器部分のコストが嵩む他、上記荷重の方向及び大きさを特定する為に要する時間が長くなり、例えば走行安定性確保の為の制御を迅速に行なう面からは不利である。
【００２３】
【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】
【００２４】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、演算器部分での処理が簡単なもので済み、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさを特定する為に要する時間を短く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】
【００２５】
本発明の変位測定装置付転がり軸受ユニット及び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、変位測定装置、又は、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、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記変位測定装置、又は、荷重測定装置は、エンコーダと、１対のセンサと、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、ディスクブレーキ用のロータ或は等速ジョイントの外輪の如く、この回転側軌道輪に結合固定されて、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の一部に支持されたものである。この様なエンコーダは、この回転側軌道輪、又は、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する部材の回転中心と同心の被検出面に、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している。又、これら第一特性部と第二特性部との境界の円周方向に関する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、測定すべき変位の方向に応じて連続的に、且つ、他方のセンサの検出部が対向する部分と異ならせた状態で変化させている。
又、上記両センサは、それぞれ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その出力信号を変化させる。
そして、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とが相対変位していない中立状態で、上記両センサの出力信号同士の間に初期位相差を設定している。
又、上記演算器は、各瞬間に上記両センサの出力信号同士の間に存在する実位相差の上記初期位相差からのずれ量に基づいて、上記中立状態を基準とする上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位の方向及び量、或いは、これら両軌道輪同士の間に作用する荷重の作用方向及び大きさを算出する。
そして、上記初期位相差を上記両センサの出力信号の周期で割った値をＮとし、０＜Ｎ≦０．５である場合にＭ＝Ｎとし、０．５＜Ｎ＜１である場合にＭ＝１−Ｎとし、使用時に実現されると想定される、上記中立状態を基準とする上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との（測定すべき荷重に基づく）相対変位量の最大値をδmax とし、円周方向に関する上記被検出面の特性変化の１周期分の長さ寸法（上記第一特性部の円周方向に関する幅寸法と上記第二特性部の円周方向に関する幅寸法との和）をＰw とし、上記被検出面のうち上記一方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界と、同じく上記他方のセンサの検出部が対向する部分に存在する上記第一特性部と上記第二特性部との境界との、互いの開き角度の半分の大きさをαv とした場合に、Ｍ／２＞δmax ・cot αv ／Ｐw の関係を満たす。
【発明の効果】
【００２６】
上述の様に、本発明の変位測定装置付転がり軸受ユニット及び荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、中立状態で両センサの出力信号同士の間に初期位相差を設定しており、且つ、Ｍ／２＞δmax ・cot αv ／Ｐw の関係を満たす構成を採用している。この為、本発明の場合には、使用時に、上記両センサの出力信号が変化するタイミングが逆転しない。この点に就いて、前述した先発明の第２例を示す、図６〜８を参照しつつ説明する。尚、この図６〜８に示した構造に関し、中立状態で１対のセンサ５ａ、５ａの出力信号同士の間に初期位相差を設定する方法としては、例えば、これら両センサ５ａ、５ａの検出部に組み込む永久磁石の磁極の向きを互いに異ならせる方法や、上記両センサ５ａ、５ａのうちの何れか一方のセンサ５ａの出力信号に、回転速度に比例した遅れを持たせる演算処理を施す方法や、上記両センサ５ａ、５ａの設置位置を円周方向に関してずらせる方法等、各種の方法を採用できる。
【００２７】
以下、上記説明の本題に入る。静止側軌道輪である外輪１と回転側軌道輪であるハブ２とが軸方向にδだけ相対変位する事に伴って生じる、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の間の位相差比（位相差をこれら両センサ５ａ、５ａの出力信号の周期で割った値。即ち、位相差比＝位相差／周期）の変化量Δは、次の（１）式で表す事ができる。
Δ＝δ・２・cot αv ／Ｐw   −−−−−（１）
ここで、この（１）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
δ：外輪１とハブ２との軸方向の相対変位量［mm］
αv ：エンコーダ４ａの被検出面の幅方向片半部に存在する境界と幅方向他半部に存在する境界との間の開き角度αの半分（α／２）の角度［度］
Ｐw ：円周方向に関する上記被検出面の特性変化の１周期分の長さ寸法｛透孔６ａ（６ｂ）の円周方向に関する幅寸法と、柱部７ａ（７ｂ）の円周方向に関する幅寸法との和｝［mm］
尚、上記Ｐw は、次の（２）式で表す事ができる。
Ｐw ＝Ｄe ・π／Ｐp   −−−−−（２）
ここで、この（２）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｄe ：上記被検出面の直径［mm］
Ｐp ：上記被検出面に円周方向に配置されたパルスペア数（透孔６ａと柱部７ａとの総数／２、透孔６ｂと柱部７ｂとの総数／２）
【００２８】
一方、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の間の初期位相差を、これら両センサ５ａ、５ａの出力信号の周期で割った値（上記初期位相差を、上述した位相差比で表した値）をＮとし、このＮが、０＜Ｎ≦０．５である場合にＭ＝Ｎとし、０．５＜Ｎ＜１である場合にＭ＝１−Ｎとし、更に、使用時に実現されると想定される、上記中立状態を基準とする上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位量の最大値をδmax とする。この場合、使用時に、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号が変化するタイミングが逆転しない様にする為には、上記中立状態から上記外輪１と上記ハブ２とが軸方向にδmax だけ相対変位した場合でも、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の間の位相差比が０又は１を跨がない様にする必要がある。この為には、上記中立状態から上記外輪１と上記ハブ２とが軸方向にδmax だけ相対変位した場合に生じる、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の間の位相差比の変化量Δが、上記Ｍよりも小さくなる様にする必要がある。即ち、これらの条件を上記（１）式に代入すると、次の（３）式が得られる。
Ｍ＞δmax ・２・cot αv ／Ｐw   −−−−−（３）
更に、この（３）式の両辺を２で割る事により、次の（４）式が得られる。
Ｍ／２＞δmax ・cot αv ／Ｐw   −−−−−（４）
前述した様に、本発明の場合には、この（４）式の条件を満たす構成を採用している。従って、本発明の場合には、使用時に、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号が変化するタイミングが逆転しない。尚、以上の説明では、アキシアル方向の変位測定装置、或いはアキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置を備えた構造を例に説明したが、ラジアル方向の変位測定装置、或いはラジアル荷重を測定する為の荷重測定装置を備えた構造に就いても、同様の結果が得られる。
【００２９】
上述の様に、本発明の場合には、使用時に両センサの出力信号が変化するタイミングが逆転しない。この為、これら両センサの出力信号の実位相差の大きさが分かれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位の方向及び量を求められる。即ち、上記実位相差が前記初期位相差よりも大きければ、静止側軌道輪と回転側軌道輪とが所定方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事が分かる。又、上記実位相差が上記初期位相差よりも小さければ、静止側軌道輪と回転側軌道輪とが上記所定方向とは逆方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事が分かる。この相対変位の方向及び量を特定する為に、Ｇセンサ等の荷重の作用方向を特定する為の他のセンサからの情報を取り入れる必要はない。この為、演算器部分での処理が簡単なもので済み、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさ（量）を特定する為に要する時間を短くして、例えば走行安定性確保の為の制御を迅速に行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明のうちの変位測定装置付転がり軸受ユニットに関する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、演算器に、算出した相対変位量に基づき、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する機能を持たせる。  又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３、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する。そして、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。
この様な構成を採用すれば、厳しい条件でも車両の安定性の確保を図る為に必要な情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事ができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施例に就いて、前述した先発明の第２例を示す図６〜８に加え、図１を参照しつつ説明する。本実施例の場合、使用時に実現されると想定される、外輪１とハブ２とが軸方向に相対変位していない中立状態を基準とする、これら外輪１とハブ２との軸方向の相対変位量の最大値δmax は、２．０mmである。又、本実施例の場合、上記中立状態で、１対のセンサ５ａ、５ａの出力信号同士の間に、位相差比で０．５の初期位相差を設定している（Ｎ＝Ｍ＝０．５としている）。この様な初期位相差を設定する為に、本実施例では、上記両センサ５ａ、５ａの設置個所を円周方向にずらせる構成を採用している。又、本実施例の場合、エンコーダ４ａの被検出面の直径Ｄe を５０mmとすると共に、この被検出面に円周方向に配置するパルスペア数（透孔６ａと柱部７ａとの総数／２、透孔６ｂと柱部７ｂとの総数／２）Ｐp を、４８としている。即ち、本実施例の場合には、これら各寸法Ｄe 、Ｐp を利用して、前記（２）式で計算される、円周方向に関する上記被検出面の特性変化の１周期分の長さ寸法｛上記透孔６ａ（６ｂ）の円周方向に関する幅寸法と、上記柱部７ａ（７ｂ）の円周方向に関する幅寸法との和｝Ｐw を、３．２７mmとしている。
【００３２】
上述した様な各寸法を設定した本実施例の変位測定装置付転がり軸受ユニット、又は、荷重測定装置付転がり軸受ユニットを完成させる為には、更に、上記被検出面の幅方向片半部（図８の下半部）に存在する透孔６ａと柱部７ａとの境界と、幅方向他半部（図８の上半部）に存在する透孔６ｂと柱部７ｂとの境界との間の開き角度α（＝２αv ）を、適切な値に設定する必要がある。特に、この設定の結果、使用時に上記両センサ５ａ、５ａの出力信号が変化するタイミングが逆転しない様にする必要がある。具体的には、上記開き角度α（＝２αv ）を設定した結果、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量が、上記中立状態（相対変位量＝０）を基準として±２．０mm（最大値δmax ）の間で変化した場合でも、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の位相差比の変化量が、上記中立状態（位相差比＝０．５）を基準として±０．５以内に収まる（位相差比が０又は１を跨がない）様にする必要がある。
【００３３】
そこで、この様な要求に応えられる開き角度αの範囲を求めるべく、本実施例で設定した条件（Ｍ＝０．５、δmax ＝２．０mm、Ｐw ＝３．２７mm）を、前記（１）式に代入すると、
０．５／２＞２．０・cot αv ／３．２７
となる。この結果、
αv ＞６６．７５度
α＞１３３．５度
となる。従って、上述した様な要求に応えられる様にする為には、上記開き角度αを１３３．５度よりも大きくする必要がある。
【００３４】
そこで、本実施例の場合には、上記開き角度αを１３４度（αv を６７度）とした。図１は、この様に開き角度αを１３４度とした場合の、上記外輪１と上記ハブ２との軸方向の相対変位量と、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の間の位相差比との関係を示している。この図１からも明らかな様に、上記開き角度αを１３４度とした本実施例の場合には、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量が、上記中立状態（相対変位量＝０）を基準として±２．０mm（最大値δmax ）の間で変化した場合でも、上記両センサ５ａ、５ａの出力信号同士の位相差比が、０又は１を跨がない。従って、本実施例の場合には、使用時に上記両センサ５ａ、５ａの出力信号が変化するタイミングが逆転しない。この為、これら両センサ５ａ、５ａの出力信号の実位相差の大きさが分かれば、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位の方向及び量を求められる。即ち、上記実位相差が前記初期位相差よりも大きければ、上記外輪１と上記ハブ２とが所定方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事が分かる。又、上記実位相差が上記初期位相差よりも小さければ、上記外輪１と上記ハブ２とが上記所定方向とは逆方向に、これら両位相差同士の間の差に相当する量だけ相対変位した事が分かる。この相対変位の方向及び量を特定する為に、Ｇセンサ等の荷重の作用方向を特定する為の他のセンサからの情報を取り入れる必要はない。この為、演算器部分での処理が簡単なもので済み、この演算器部分のコスト上昇を抑え、しかも、変位の方向及び大きさ（量）を特定する為に要する時間を短くして、走行安定性確保の為の制御を迅速に行なえる。
【００３５】
尚、本発明を実施する場合、上記外輪１と上記ハブ２との相対変位量の測定感度（Ｓ／Ｎ比）を良好にする為には、上記両センサ５ａ、５ａの位相差比の変化率を大きくするのが好ましく、この為には、上記開き角度αを極力小さくする（１３３．５度に極力近づける）のが好ましい。一方、組み付け誤差が生じた場合や、上記相対変位量が想定した最大値δmax よりも多少小さくなった場合でも、上記位相差比が０又は１を確実に跨がない様にする為には、上記相対変位量が想定した最大値δmax になった場合の位相差比の変化量を、０．５よりも或る程度小さくする（例えば、０．４程度とする）のが好ましい。この為に、具体的には、上記開き角度αを或る程度小さくする（１３３．５度から或る程度遠ざける）のが好ましい。そこで、本発明を実施する場合には、これらの事情を勘案した上で、上記開き角度αの具体的な値を決定するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例を示す、外輪とハブとの軸方向の相対変位量と１対のセンサの出力信号同士の間の位相差比との関係を示す線図。
【図２】先発明に係る変位測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。
【図３】この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図４】同じく展開図。
【図５】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６】先発明の第２例を示す断面図。
【図７】この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図８】同じく展開図。
【図９】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。
【符号の説明】
【００３７】
１    外輪
２    ハブ
３    転動体
４、４ａ  エンコーダ
５、５ａ  センサ
６ａ、６ｂ  透孔
７ａ、７ｂ  柱部
８    リム部
【図１】
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【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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