JP2007003514A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシアル方向の変位（荷重）を求める為のエンコーダ４ｂ及びセンサ１２ａ、１２ｂの組を利用して、モーメント方向の変位（荷重）を測定自在とする。又、アキシアル方向の変位（荷重）を正確に求める為の０点位置の補正を行なえる様にする。
【解決手段】上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅の相違に基づいて、外輪１とハブ２との中心軸同士の変位の有無を判定する。そして、この中心軸同士が一致している状態を、上記アキシアル方向の変位（荷重）が０であるとして、このアキシアル方向の変位（荷重）を求める為の式或いはマップを修正する。又、上記振幅の相違に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との、モーメント方向の変位（荷重）を求める。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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、この車輪に加わるアキシアル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、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。

このうちの特許文献１に記載された従来構造の第１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１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。

又、特許文献２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。

更に、特許文献３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。

上述の特許文献１に記載された従来構造の第１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２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。

この様な事情に鑑みて特願２００４−２７９１５５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（変位）の大きさを測定する発明が開示されている。図５〜１２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５、９に示す様に、懸架装置に支持された状態で回転しない、固定輪であると共に外輪相当部材である外輪１の内径側に、車輪を支持固定（結合固定）する、回転輪であると共に内輪相当部材であるハブ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素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込む事が適切である。

図５〜８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。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。

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。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。

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、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５、５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。

これに対して、上記エンコーダ４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し｛外輪１とハブ２とがアキシアル方向（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５、５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５、５の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。

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。

次に、図９〜１２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と柱部７ａ、７ｂ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。

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。

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１２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。

これに対して、上記エンコーダ４ａ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５ａ、５ａの検出部は、図１２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５ａ、５ａの検出部は、図１２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。

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、エンコーダの被検出面を軸方向片側面とし、１対のセンサの検出部を、この被検出面の円周方向に関する同位相位置で径方向に異なる２個所位置に対向させれば、ラジアル荷重（変位）を求められる。

上述した先発明に係る変位（荷重）測定装置付転がり軸受ユニットの場合、アキシアル方向或いはラジアル方向の変位（荷重）を求められるが、モーメント方向の変位（荷重）を求める事は意図していない。モーメント方向の変位を求める場合には、アキシアル方向の変位と共にラジアル方向の変位を求め、これら両方向の変位を合成する必要がある。この為、アキシアル方向の変位を求める為のエンコーダ及びセンサの組と、ラジアル方向の変位を求める為のエンコーダ及びセンサの組とを設ける必要がある。この様に、エンコーダ及びセンサを２組設ける事は、コスト並びに設置スペースが嵩む原因となる為、好ましくない。

又、上記モーメント方向の変位（荷重）を求める必要がない場合でも、次の様な問題がある。即ち、車輪支持用等の転がり軸受ユニットには、車輪等の支持剛性を高め、精度良く回転させる為に、ハブ２を構成するハブ本体１７と内輪１８とをナット１９により結合固定して各転動体３、３に予圧を付与する、定位置予圧構造を採用している。この様な定位置予圧構造を採用した場合、組み付け誤差により、或いは温度変化や使用に伴う各部の変形等により、上記各転動体３、３に付与している予圧が変化する可能性がある。又、前記各センサ５、５ａの出力信号同士の間には、アキシアル方向の変位（荷重）が０の場合に位相差が存在しない様にしてはいるが、不可避的な組み付け誤差等の影響により、上記変位（荷重）が０の場合でも位相差が存在する可能性がある。

これらの事情により先発明の構造では、外輪１とハブ２との位置関係の変位量を求められても、位置関係の絶対量、言い換えれば、これら外輪１とハブ２との間に負荷が加わっていない状態での、これら外輪１とハブ２との、絶対的位置関係の情報を必ずしも正確に得られない可能性がある。この情報を正確に得る為には、各変位測定装置付転がり軸受ユニット毎に、前記エンコーダ４、４ａや上記センサ５、５ａの組み付け誤差に基づく、無負荷時の０点位置の補正を行なう必要があり、コストアップの要因になる。又、この補正を行なった場合でも、温度変化や経時的変化に基づく予圧の変動による０点位置のずれを解消する事はできない。

特開平３−２０９０１６号公報 特開２００４−３９１８号公報 特公昭６２−３３６５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、他の方向の（モーメント方向とは異なる方向の）変位（荷重）を求める為のエンコーダ及びセンサの組を利用して、モーメント方向の変位（荷重）を求められる、或いは、上記他の方向の変位（荷重）を正確に求める為の０点位置の補正を容易に行なえる構造を実現すべく発明したものである。

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、互いに同心に配置された固定輪及び回転輪と、これら固定輪及び回転輪の互いに対向する周面に設けられた固定側軌道面と回転側軌道面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。
そして、このうちのエンコーダは、上記回転輪と同心に支持されてこの回転輪と共に回転するもので、被検出面の特性が円周方向に関して交互に変化している。
又、上記両センサは、上記エンコーダの被検出面の一部で回転方向に関する位相が実質的に一致し、且つ、幅方向に離隔した部分に、それぞれの検出部を対向させている。そして、上記エンコーダの回転時に、上記被検出面の特性変化に対応してそれぞれの出力信号を変化させると共に、それぞれの出力信号の振幅を、それぞれの検出部と上記被検出面との距離に応じて変化させる。
更に、上記演算器は、上記両センサの出力信号の振幅の相違（差又は比）に基づいて、上記固定輪と上記回転輪との中心軸同士の変位、又は、これら固定輪と回転輪との間に作用するモーメント方向の荷重の有無を判定する機能を有する。

上述の様に構成する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によれば、他の方向の変位（荷重）を求める為のエンコーダ及びセンサの組を利用して、モーメント方向の変位又は荷重を求められる。或いは、他の方向の変位又は荷重を正確に求める為の０点位置の補正を容易に行なえる。
即ち、固定輪と回転輪とがモーメント方向に変位し、これら固定輪と回転輪との中心軸同士が不一致になると、上記エンコーダの被検出面と、１対のセンサの検出部との距離が互いに異なる状態となる。この結果、これら両センサの出力信号の振幅が相違する。そこで、両センサの出力信号の振幅の相違（差又は比）に基づいて、上記固定輪と上記回転輪との中心軸同士の変位、又は、これら固定輪と回転輪との間に作用するモーメント方向の荷重を求められる。
又、求めるべき方向（モーメント方向とは異なる他の方向）の変位（荷重）に結び付く荷重が、回転輪と固定輪とをモーメント方向に変位させる方向に作用する場合、このモーメント方向の変位が０である事は、求めるべき方向の変位（荷重）も０である事を意味する。そこで、このモーメント方向の変位が０である場合に、この求めるべき方向の変位（荷重）も０であるとして、演算器に記憶させた、この変位（荷重）を求める為の式或いはマップに修正を加えれば（０点位置の補正を行なえば）、上記回転輪と固定輪との、絶対的位置関係の情報を正確に得られる。

本発明を実施する場合に、例えば請求項２、６に記載した様に、固定輪を、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材とし、回転輪を、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材とし、エンコーダを、この内輪相当部材と同心に設ける。
又、被検出面であるこのエンコーダの外周面の特性を、円周方向に関して交互に変化させると共に、この特性が円周方向に関して変化するパターンを、軸方向に関して連続的に変化させる。
又、１対のセンサは、それぞれの検出部を上記エンコーダの外周面に対向させた状態で、上記外輪相当部材の一部で軸方向に離隔した位置に支持する。
更に、演算器には、上記両センサの出力信号の振幅の差に基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との中心軸同士の変位、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用するモーメント方向の荷重を求める機能に加え、上記両センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との軸方向に関する相対変位の方向及び量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に軸方向に加わる荷重の方向及び大きさを算出する機能を持たせる。
この様な構成を採用すれば、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間のモーメント方向の変位、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用するモーメント方向の荷重だけでなく、軸方向に関する相対変位の方向及び量、又は、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に軸方向に加わる荷重の方向及び大きさを求められる為、転がり軸受ユニットを設けた自動車や各種機械装置の運転状態の安定化を有効に図れる。

又、上述の様な請求項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、演算器に、算出した相対変位量に基づき、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を算出する機能を持たせる。
又、この様な請求項３、又は、請求項６に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４、７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、使用状態で外輪相当部材を自動車の懸架装置に支持し、内輪相当部材であるハブに車輪を結合固定する。
この様な構造によれば、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。
尚、上記固定輪と上記回転輪との間に作用する荷重を求める為には、必ずしもこれら固定輪と回転輪との相対変位量を求める必要はない。即ち、請求項５に記載した様に、演算器に、１対のセンサの出力信号に基づいて、上記固定輪と上記回転輪との間に作用する荷重を直接（上記相対変位量を求める過程を経る事なく）算出する機能を持たせる事もできる。

図１〜４は、本発明の実施例を示している。本実施例の場合には、エンコーダ４ｂとして、磁性金属板を折り曲げる事により、断面クランク形で全体を円環状に形成したものを使用している。上記エンコーダ４ｂは、互いに同心である小径円筒部９の軸方向端縁と大径円筒部１０の軸方向端縁とを、円輪部１１により連続させたもので、上記小径円筒部９をハブ２の中間部外周面に締り嵌めで外嵌する事により、このハブ２に固定している。この状態で、上記大径円筒部１０は、このハブ２と同心に支持される。又、この大径円筒部１０には、それぞれが「く」字形である多数の透孔６ｃ、６ｃを、円周方向に関して等間隔に形成している。これら各透孔６ｃ、６ｃは、それぞれの両半部が、前述の図９〜１２に示したエンコーダ４ａに形成した透孔６ａ、６ａ或いは透孔６ｂ、６ｂとして機能する。尚、上記大径円筒部１０の直径は、少なくとも上記各透孔６ｃ、６ｃを形成した部分で変化しない（円すい筒状ではなく、正円筒形状である）。

又、本実施例の場合、１対のセンサ１２ａ、１２ｂを、単一のセンサユニット１３に組み込んでいる。即ち、それぞれがホール素子、磁気抵抗素子等の、通過する磁束の密度に応じて特性を連続的に（リニアに）変化させる磁気検出素子である、上記両センサ１２ａ、１２ｂを、合成樹脂製のホルダ１４の先端部で、組み付け状態で外輪１の内周面から突出する部分に包埋支持している。上記センサユニット１３をこの外輪１に設けた取付孔１５に挿通した状態では、磁気検出素子である上記両センサ１２ａ、１２ｂが、上記エンコーダ４ｂに形成した、上記各透孔６ｃ、６ｃの片半部と他半部とに近接対向する。

又、上記ホルダ１４の一部で、上記両センサ１２ａ、１２ｂに関して、上記エンコーダ４ｂと反対側（図１、３の下側）には、永久磁石１６を包埋支持している。この永久磁石１６は、上記エンコーダ４ｂの径方向（図１、３の上下方向）に着磁している。従って、上記両センサ１２ａ、１２ｂには、上記永久磁石１６のＮ極から出てＳ極に達する磁束の一部が通過する。そして、これら両センサ１２ａ、１２ｂを通過する磁束の量は、これら両センサ１２ａ、１２ｂが、上記各透孔６ｃ、６ｃに対向している状態では少なくなり、円周方向に隣り合う透孔６ｃ、６ｃ同士の間の柱部７ｃ、７ｃに対向している状態では多くなる。この結果、上記両センサ１２ａ、１２ｂの特性が連続的に変化し、これら両センサ１２ａ、１２ｂからは、図４の実線ａ及び破線ｂに示す様な、正弦波的に連続して変化する出力信号を得られる。

上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号を受け入れた図示しない演算器は、これら両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の位相差に基づいて、上記外輪１と前記ハブ２との間のアキシアル方向の相対変位、延てはこれら外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重を求める。この様なアキシアル方向の変位、延てはアキシアル荷重を求める際の作用に関しては、前述した先発明の場合とほぼ同様である。尚、両出力信号が矩形波（先発明の場合）から正弦波（本発明の場合）に変わっている為、上記位相差は、上記両出力信号の電圧が０の状態を基準として求める。

更に、本実施例の場合には、上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅の相違に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間のモーメント方向の変位、言い換えれば、これら外輪１及びハブ２の中心軸同士のずれの有無、ずれが有る場合にはその方向を求める。本実施例の構造の場合、上記外輪１と上記ハブ２とがモーメント方向に相対変位しておらず、これら外輪１及びハブ２の中心軸同士が一致している場合には、前記エンコーダ４ｂを構成する大径円筒部１０の外周面と、上記両センサ１２ａ、１２ｂとの距離が等しくなる。この状態では、これら両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅は互いに等しくなる（振幅の比が１となる）。又、本実施例の場合、上記アキシアル荷重は、車輪と路面との接触部（接地面）から上記ハブ２に入力される。この接地面は、このハブ２の中心軸から径方向に大きく外れた位置に存在するので、上記アキシアル荷重が作用すると、上記ハブ２にモーメントが加わる。

そこで、両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅が互いに等しい（モーメントが０である）状態で、上記外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル方向の荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とのアキシアル方向の変位が０であると推定する。そして、このアキシアル方向の変位（荷重）を求める為に、図示しない演算器に記憶させた、この変位（荷重）を求める為の式或いはマップに修正を加える。具体的には、上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅が互いに等しい状態で、上記外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル方向の荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とのアキシアル方向の変位が０であるとして、上記式或いはマップの０点を設定する。その後、この設定した０点を利用して、上記外輪１と上記ハブ２との間のアキシアル方向の変位（荷重）を求めれば、これら外輪１とハブ２との間の絶対的位置関係（絶対的な荷重の大きさ）の情報を正確に得られる。

一方、上記外輪１と上記ハブ２とがモーメント方向に変位し、これら外輪１及びハブ２の中心軸同士がずれると、図３に示す様に、上記大径円筒部１０の外周面と、上記両センサ１２ａ、１２ｂとの距離が互いに異なる状態となる。この状態では、これら両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅は互いに異なる（振幅の比が１からずれる）。そこで、上記演算器は、これら両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅の違いに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間のモーメント方向の変位量、延てはモーメント方向に作用する荷重を求められる。尚、このモーメント方向の変位量、延ては荷重は、上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅の差によって求める事もできるが、この振幅の大きさに影響する、前記永久磁石１６から出る磁束の密度は、温度によって変化する為、温度が変化した場合には精度良く求められない可能性がある。従って、上記両センサ１２ａ、１２ｂの出力信号の振幅の比を使用して上記モーメント方向の変位量、延ては荷重を求める事が、温度の影響を受けにくくする面からは好ましい。

図１〜３に示した構造は、磁性金属板製のエンコーダの外周面のうちで軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれ１対のセンサの検出部を対向させた構造に就いて示している。但し、本発明は、この様な構造に限らずに実施できる。例えば、前述の図５〜８に示した先発明の第１例の構造の様に、永久磁石製のエンコーダを使用する構造で、本発明を実施する事も可能である。

又、図１に示した構造では、エンコーダ４ｂを、複列に配置した転動体３、３の間部分に設置しているが、この間部分に十分な空間容積を確保できない場合には、エンコーダ４ｂをハブ２の内端部（図１の右端部）に設置する事もできる。更には、エンコーダを１対設け、一方のエンコーダを上記間部分に、他方のエンコーダを上記ハブ２の内端部に設置しても良い。この様な構成を採用すれば、モーメント方向の変位に基づく、各エンコーダの被検出面と各センサの検出部との距離の変化をより顕著にできる。
更には、転がり軸受ユニットに構造に就いても、図示の様な玉軸受ユニットに限らず、複列円すいころ軸受ユニット等、予圧を付与できる構造であれば、他の構造を採用する事もできる。又、予圧付与の構造に就いても、図示の様な定位置予圧構造に限らず、定圧予圧構造とする事もできる。

本発明の実施例を示す断面図。 実施例に組み込むエンコーダを取り出して示す部分断面図。 モーメント方向の変位が発生した状態で示す、図１のＡ部拡大図。 モーメント方向の変位が発生した状態での１対のセンサの出力信号の波形を示す線図。 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。 この第１例に組み込むエンコーダの斜視図。 同じく展開図。 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。 先発明の第２例を示す断面図。 この第２例に組み込むエンコーダの斜視図。 同じく展開図。 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

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４、４ａ、４ｂ エンコーダ
５、５ａ センサ
６ａ、６ｂ、６ｃ 透孔
７ａ、７ｂ、７ｃ 柱部
８ リム部
９ 小径円筒部
１０ 大径円筒部
１１ 円輪部
１２ａ、１２ｂ センサ
１３ センサユニット
１４ ホルダ
１５ 取付孔
１６ 永久磁石
１７ ハブ本体
１８ 内輪
１９ ナット

Claims (7)

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、互いに同心に配置された固定輪及び回転輪と、これら固定輪及び回転輪の互いに対向する周面に設けられた固定側軌道面と回転側軌道面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、
   このうちのエンコーダは、上記回転輪と同心に支持されてこの回転輪と共に回転するもので、被検出面の特性が円周方向に関して交互に変化しており、
   上記両センサは、上記エンコーダの被検出面の一部で回転方向に関する位相が実質的に一致し、且つ、幅方向に離隔した部分にそれぞれの検出部を対向させたもので、上記被検出面の特性変化に対応してそれぞれの出力信号を変化させると共に、それぞれの出力信号の振幅を、それぞれの検出部と上記被検出面との距離に応じて変化させるものであり、
   上記演算器は、上記両センサの出力信号の振幅の相違に基づいて、上記固定輪と上記回転輪との中心軸同士の変位の有無を判定する機能を有するものである
   変位測定装置付転がり軸受ユニット。
2. 固定輪が内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材であり、回転輪が外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材であり、エンコーダがこの内輪相当部材と同心に設けられており、
   被検出面であるこのエンコーダの外周面の特性が、円周方向に関して交互に変化すると共に、この特性が円周方向に関して変化するパターンが軸方向に関して連続的に変化しており、
   １対のセンサは、それぞれの検出部を上記エンコーダの外周面に対向させた状態で、上記外輪相当部材の一部で軸方向に離隔した位置に支持されており、
   演算器は、上記両センサの出力信号の振幅の差に基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との中心軸同士の変位を求める機能に加え、上記両センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との軸方向に関する相対変位の方向及び量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。
3. 演算器が、算出した相対変位量に基づき、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を算出する機能を有する、請求項２に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
4. 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、使用状態で外輪相当部材が自動車の懸架装置に支持され、内輪相当部材であるハブに車輪が結合固定される、請求項３に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
5. 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、互いに同心に配置された固定輪及び回転輪と、これら固定輪及び回転輪の互いに対向する周面に設けられた固定側軌道面と回転側軌道面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、
   このうちのエンコーダは、上記回転輪と同心に支持されてこの回転輪と共に回転するもので、被検出面の特性が円周方向に関して交互に変化しており、
   上記両センサは、上記エンコーダの被検出面の一部で回転方向に関する位相が実質的に一致し、且つ、幅方向に離隔した部分にそれぞれの検出部を対向させたもので、上記被検出面の特性変化に対応してそれぞれの出力信号を変化させると共に、それぞれの出力信号の振幅を、それぞれの検出部と上記被検出面との距離に応じて変化させるものであり、
   上記演算器は、上記両センサの出力信号の振幅の相違に基づいて、上記固定輪と上記回転輪との間に作用するモーメント方向の荷重の有無を判定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。
6. 固定輪が内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材であり、回転輪が外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材であり、エンコーダがこの内輪相当部材と同心に設けられており、
   被検出面であるこのエンコーダの外周面の特性が、円周方向に関して交互に変化すると共に、この特性が円周方向に関して変化するパターンが軸方向に関して連続的に変化しており、
   １対のセンサは、それぞれの検出部を上記エンコーダの外周面に対向させた状態で、上記外輪相当部材の一部で軸方向に離隔した位置に支持されており、
   演算器は、上記両センサの出力信号の振幅の差に基づいて上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に作用するモーメント方向の荷重を求める機能に加え、上記両センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に軸方向に加わる荷重の方向及び大きさを算出する機能を有する
   請求項５に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
7. 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、使用状態で外輪相当部材が自動車の懸架装置に支持され、内輪相当部材であるハブに車輪が結合固定される、請求項６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。

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