JP4946177B2 - 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

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 Download PDF

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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、複数個の転動体を介して相対回転自在に組み合わされた静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位量を検出し、この変位量に基づいて、或いは直接、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる荷重を求める為に利用する。更に、この求めた荷重を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為、或は、各種工作機械の工具送り速度等を適切に調節する為に利用する。
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。
この様な事情に鑑みて、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。
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。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、更に、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。
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他、十分な測定精度を得る事が難しいと考えられる。
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットを構成する回転側軌道輪にエンコーダを、この回転側軌道輪と同心に支持固定し、このエンコーダの被検出面の変位を検出する事で、この回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対変位量を求める発明を行なった（特願２００５−１４７６４２号）。この先発明に係る構造の場合、上記エンコーダの被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相（特性変化のパターン）は、検出すべき変位の方向に見合う、上記被検出面の幅方向に関して連続的に変化している。そして、上記静止側軌道輪等の固定部分に支持したセンサの検出部を、上記エンコーダの被検出面に近接対向させて、このセンサの検出信号が、上記相対変位量に応じて変化する様にしている。
図１６は、この様な先発明に係る構造の１例を示している。この先発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニット１と、回転速度検出装置としての機能を兼ね備えた、荷重測定装置２とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪３と、ハブ４と、複数の転動体５、５とを備える。このうちの外輪３は、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪であって、内周面に複列の外輪軌道６、６を、外周面にこの懸架装置に結合する為の外向フランジ状の取付部７を、それぞれ有する。又、上記ハブ４は、使用状態で車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する回転側軌道輪であって、ハブ本体８と内輪９とを組み合わせ固定して成る。この様なハブ４は、外周面の軸方向外端部（懸架装置への組み付け状態で車体の幅方向外側となる端部）に車輪を支持固定する為のフランジ１０を、軸方向中間部及び内端寄り部分の外周面に複列の内輪軌道１１、１１を、それぞれ設けている。上記各転動体５、５は、これら各内輪軌道１１、１１と上記各外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつ、互いに逆方向の（背面組み合わせ型の）接触角を付与した状態で転動自在に設け、上記外輪３の内径側に上記ハブ４を、この外輪３と同心に回転自在に支持している。
一方、上記荷重測定装置２は、エンコーダ１２と、センサユニット１３と、図示しない演算器とを備える。
このうちのエンコーダ１２は、軟鋼板等の磁性金属板製で、先半部に設けた円筒状部に、それぞれが「く」字形でスリット状の透孔１４、１４を、円周方向に関して等間隔に形成している。又、外輪３の内端部に嵌合固定したカバー１５に支持したセンサホルダ１６内に１対のセンサ１７ａ、１７ｂを、上記エンコーダ１２の軸方向（図１６の左右方向）に離隔した状態で保持している。そして、上記両センサ１７ａ、１７ｂの検出部を、上記エンコーダ１２の外周面に近接対向させている。上記各透孔１４、１４の傾斜方向は、一方のセンサ１７ａが対向している部分と他方のセンサ１７ｂが対向している部分とで、互いに逆である。
上述の様に構成する先発明の荷重測定装置の１例の場合、アキシアル荷重に基づいて上記ハブ４と上記外輪３とが軸方向に相対変位すると、上記両センサ１７ａ、１７ｂの検出信号が変化する位相がずれる。そこで、このずれの大きさに基づいて、上記相対変位の大きさ、更には上記アキシアル荷重の大きさを求められる。尚、上記ハブ４の回転速度は、何れかのセンサ１７ａ（１７ｂ）の検出信号に基づいて求められる。
上述の様な先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットにより求めた、アキシアル荷重は、路面と車輪（タイヤ）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記求めた荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防する為のフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。
上述の様な先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、上記ハブ４と上記外輪３との間に作用するアキシアル荷重の大きさが同じであれば、上記両センサ１７ａ、１７ｂの検出信号同士の間に存在する位相差比（位相差／１周期）も同じである事を前提としている。例えば、上記アキシアル荷重が０の場合には、上記両センサ１７ａ、１７ｂの検出部が、前記各透孔１４、１４の中央部から逆方向に同じだけ外れた位置に存在し、上記両センサ１７ａ、１７ｂの検出信号同士の間に位相差が存在しない（位相差比＝０である）事を前提としている。
これに対して、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１の構成各部材の寸法が、温度変化に伴って変化すると、上記前提が崩れる可能性がある。例えば、上記車輪支持用転がり軸受ユニット１は、グリースの攪拌抵抗や、前記各転動体５、５の転動面と前記外輪軌道６、６及び前記内輪軌道１１、１１との転がり接触に基づいて、運転時に発熱し、温度上昇する。又、この様な車輪支持用転がり軸受ユニット１の構成各部材の温度上昇に伴って、前記エンコーダ１２や前記カバー１５も温度上昇する。そして、この温度上昇の程度は、外気に接触して冷却され易い、上記外輪３や上記カバー１５に比べて、外気に接触しにくく冷却されにくい、上記ハブ４や上記エンコーダ１２が著しくなる。
この結果、上記外輪３及び上記カバー１５の熱膨張量と、上記ハブ４及び上記エンコーダ１２の熱膨張量との間に差を生じ、このカバー１５に支持された上記両センサ１７ａ、１７ｂと上記エンコーダ１２とが、このエンコーダ１２の軸方向に相対変位する。寒冷時等に各部材の温度が低下した場合には、逆方向の相対変位が発生する可能性がある。何れにしても、この様な、熱膨張・収縮に基づく、上記両センサ１７ａ、１７ｂと上記エンコーダ１２との相対変位は、上記外輪３と上記ハブ４との間に作用するアキシアル荷重と関係なく生じる誤差となる。構成各部材同士の間で、材料の線膨張係数に差が存在する場合には、この様な誤差がより大きくなる可能性がある。この様な原因で発生する誤差は僅少ではあるが、このアキシアル荷重を精度良く測定し、車両の走行安定性確保の為の制御をより高度に行なう為には、解消する事が好ましい。
特開２００１−２１５７７号公報 特開平３−２０９０１６号公報 特公昭６２−３３６５号公報 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
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、温度変化に伴う構成各部材の熱膨張・収縮の影響を受けにくい、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、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（接触角を付与された状態で）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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度、又は、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める演算器とを備える。
又、上記エンコーダは、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、特性変化のパターンをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させている。
又、上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置に、それぞれの検出部を対向させている。
更に、上記演算器は、上記両センサから送り込まれる検出信号のパターンの相違に基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度、又は、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める機能を有する。
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、演算器が、少なくとも１対のセンサの検出信号のパターンの差に基づいて、静止側軌道輪の中心軸と回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度、又は、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重を求める。エンコーダと上記各センサとが互いに軸方向に変位した場合でも、これら各センサの検出信号のパターン同士の差が変化する事はない。この為、温度変化に伴う構成各部材の熱膨張・収縮の影響を受けにくい構造を実現できる。
本発明を実施する場合に、例えば請求項１、１１に記載した様に、エンコーダの被検出面の特性を等間隔で変化させると共に、特性変化の位相を、この被検出面の幅方向に関して漸次変化させる。そして、演算器に、各センサから送り込まれる検出信号の位相差に基づいて傾斜角度又は荷重を求める機能を持たせる。
或いは、請求項２、１２に記載した様に、被検出面の特性が変化するピッチを、被検出面の幅方向に関して漸次変化させる。そして、演算器に、各センサから送り込まれる検出信号のデューティ比の差に基づいて傾斜角度又は荷重を求める機能を持たせる。
何れの構造を採用した場合でも、上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号のパターン同士の差（位相差又はデューティ比の差）に基づいて傾斜角度又は荷重を求める事ができる。
或いは、請求項３、１３に記載した様に、エンコーダの被検出面に、第一、第二の特性変化部を設ける。
このうちの第一特性変化部は、上記被検出面の幅方向片半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化する状態で設ける。
又、上記第二特性変化部は、上記被検出面の幅方向他半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化する状態で設ける。
又、上記被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ、合計４個のセンサを設ける。
そして、これら両位置に設けた２個ずつのセンサのうちの一方のセンサの検出部を上記第一特性変化部に、他方のセンサの検出部を上記第二特性変化部に、それぞれ対向させる。
更に、演算器に、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差との差に基づいて傾斜角度又は荷重を求める機能を持たせる。
或いは、請求項４、１４に記載した様に、被検出面の特性が変化するピッチを、被検出面の幅方向に関して漸次変化させる。
又、上記被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ合計４個のセンサを、この被検出面の幅方向にずらせると共に、それぞれの検出部を上記被検出面に対向させた状態で設ける。
更に、演算器に、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差との差に基づいて傾斜角度又は荷重を求める機能を持たせる。
上述の様な請求項３、４、１３、１４に記載した発明によれば、各センサを配置した方向に対し直角方向に、測定対象でない荷重（非対象荷重）が作用した場合にも、測定対象となる荷重（対象荷重）の測定値にずれが生じる事を防止できる。例えば、対象荷重が、車輪と路面との接触面から車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重であった場合、上記各センサは、エンコーダに対し上下２個所位置に配置する。この場合に、アキシアル荷重が加わっている状態で、上記非対象荷重である前後方向荷重が、上記直角方向である前後方向に作用すると、上記各センサの検出信号の位相差或いはデューティ比の差が、上記対象荷重とは別個に変化する。即ち、上記非対象荷重が、上記対象荷重測定に対するクロストークになり、この対象荷重の測定値に誤差が生じる。これに対して、上述の請求項３、４、１３、１４に記載した発明によれば、上記クロストークの影響をなくして、上記対象荷重の測定精度を向上させられる。
或いは、請求項５、６に記載した様に、演算器に、静止側軌道輪の中心軸と回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度から、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するモーメントを求める機能を持たせる。
この場合に好ましくは、請求項７に記載した様に、上記演算器に、上記モーメントから、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アキシアル荷重を求める機能を持たせる。
更に好ましくは、請求項８、１５に記載した様に、転がり軸受ユニットを、自動車の懸架装置に車輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットとし、使用状態で静止側軌道輪を懸架装置に結合固定し、回転側軌道輪を車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転させる。
車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、アキシアル荷重は、車輪と路面との接触部（接地面）から加わる為、純アキシアル荷重とはならず、モーメントを生じる。又、このモーメントの大きさと、上記接地面から入力されるアキシアル荷重の大きさとの間には、車輪の直径、オフセット量等に応じて決まる、一定の関係がある。そこで、上述の様に構成すれば、上記接地面部分のアキシアル荷重を精度良く測定し、車両の走行安定性確保の為の制御を高度に行なえる。
又、上述の請求項８、１５に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項９、１６に記載した様に、回転側軌道輪と共に回転する部材を、この回転側軌道輪に結合固定されたディスクブレーキを構成するディスクロータとし、このディスクロータの外周面を被検出面とする。
或いは、請求項１０、１７に記載した様に、回転側軌道輪と共に回転する部材を、この回転側軌道輪に結合固定された等速ジョイントとし、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面とする。
この様に構成すれば、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダやセンサを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
尚、上記回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用するモーメント、或は、荷重を求める為には、必ずしもこれら回転側軌道輪の中心軸と静止側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める必要はない。即ち、請求項１１〜１７に記載した様に、演算器に、各センサから送り込まれる検出信号のパターンの差に基づいて、上記回転側軌道輪と上記静止側軌道輪との間に加わるモーメントや荷重を、直接（上記傾斜角度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１〜５は、請求項１、５〜８、１１、１５に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、エンコーダ１２ａに形成した透孔１４ａ、１４ａの形状を工夫すると共に、１対のセンサ１７ｃ、１７ｄを、このエンコーダ１２ａの直径方向反対側２個所位置に設けた点にある。変位測定装置又は荷重測定装置を組み込む車輪支持用転がり軸受ユニット１の構造に関しては、前述の図１６に示した先発明の場合と同様であるから、重複する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
磁性金属板製の上記エンコーダ１２ａの被検出面である、このエンコーダ１２ａの先半部に設けた円筒状部１８の外周面の特性を変化させるべく、この円筒状部１８に、スリット状の透孔１４ａ、１４ａ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１４ａ、１４ａは、それぞれが上記円筒状部１８の軸方向に対し傾斜した、直線状である。又、外輪３の内端部に嵌合固定した、有底円筒状のカバー１５の内周面の一部で、直径方向反対側２個所位置に、１対のセンサ１７ｃ、１７ｄを支持している。本実施例の場合には、車輪１９を構成するタイヤ２０と路面２１との接触部（接地面部分）に車両の幅方向に加わるアキシアル荷重を求める事を意図している為、一方のセンサ１７ｃを上記カバー１５の上端部内周面に、他方のセンサ１７ｄをこのカバー１５の下端部内周面に、それぞれ支持固定している。尚、上記エンコーダ１２ａに代えて、被検出面に凹部と凸部とを交互に配置したはすば歯車状のもの、或いはＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石製のものを使用する事もできる。永久磁石製のエンコーダを使用する場合には、センサ側の永久磁石は不要になる。この点は、他の実施例も同様である事は勿論である。
又、外輪３の中心軸とハブ４（の内端部に外嵌固定した上記エンコーダ１２ａ）の中心軸とが一致している状態で、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出部がこのエンコーダ１２ａの外周面に対向している位置は、このエンコーダ１２ａの軸方向に関して、互いに同じ位置としている。従って、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とが一致している中立状態では、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号の位相は、互いに一致する（位相差は生じない）。又、温度変化に伴って上記ハブ４や上記エンコーダ１２ａの軸方向寸法が変化し、上記円筒状部１８が軸方向に平行移動した場合でも、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号の位相が互いにずれる事はない（一致した状態のままとなる）。
例えば、図３は、上記エンコーダ１２ａの被検出面の特性変化に対する上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号の位相が、互いに逆（位相差＝１８０度）となる様に構成した場合に就いて示している。この為に、例えば上記両センサ１７ｃ、１７ｄを逆向きに設置したり、これら両センサ１７ｃ、１７ｄに組み込む永久磁石の方向（Ｓ極とＮ極との方向）を互いに逆にしたり、処理回路により電気的に処理したりする。或は、一方のセンサ１７ｃの検出部が透孔１４ａに対向する瞬間に、他方のセンサ１７ｄの検出部を、隣り合う透孔１４ａ、１４ａの間部分に対向させる。何れにしても、上記外輪３と上記ハブ４との間に荷重が加わっていない場合には、図３に示す様に、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出部は、何れも上記エンコーダ１２ａの被検出面の中心を走査する。この状態では、これら両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号は逆位相になり、位相差は１８０度、その位相差比（位相差Ｂ／１周期Ａ）は０．５となる。図示の例では、この位相差比Ｂ／Ａが０．５の場合が、上記アキシアル荷重が０である事を表す。又、この位相差比Ｂ／Ａが０．５よりも大きい場合にはこのアキシアル荷重が所定方向に作用している事を、同じく０．５よりも小さい場合にはこのアキシアル荷重がこの所定方向と逆方向に作用している事を、それぞれ表す。
即ち、上記外輪３と上記ハブ４との間にモーメントが加わり、これら外輪３とハブ４との中心軸同士が不一致になると、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号の位相が互いにずれる（位相差が生じる）。例えば、上記ハブ４に、図１に矢印で示す様な、反時計方向のモーメントが加わると、上記一方のセンサ１７ｃの検出信号の位相は上記中立状態よりも進み（或いは遅れ）、上記他方のセンサ１７ｄの検出信号の位相は上記中立状態よりも遅れる（或いは進む）。この結果、これら両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に位相差が生じる。
図４は、アキシアル荷重が、図２の左方から加わり、このアキシアル荷重に基づくモーメントにより上記エンコーダ１２ａが、図４の左下部に誇張して示す様に、反時計方向に傾斜して、このエンコーダ１２ａの上側部分が左方向に、下側部分が右方向に、それぞれ変位した状態で回転する場合に就いて示している。この場合には、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出部は、上記エンコーダ１２ａの被検出面の幅方向に関して互いに逆方向に変位するので、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に位相差が発生する。例えば、センサ１７ｃの検出信号は位相が遅れる方向に、センサ１７ｄの検出信号は位相が進む方向に、それぞれ変化する。この為、これら両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に存在する位相差及び位相差比（Ｂ／Ａ）は小さくなる。そして、小さくなった事により上記アキシアル荷重の作用方向を、小さくなった程度により上記エンコーダ１２ａの傾斜角度（上記外輪３と上記ハブ４との中心軸同士の傾斜角度）を、それぞれ求められる。
又、本実施例の構造によれば、前述した熱膨張量の差等に起因して、上記エンコーダ１２ａがアキシアル方向に変位した場合でも、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に位相差が発生する事はない。図５は、上述の図４に示した状態から、上記エンコーダ１２ａを純アキシアル方向に変位させた状態を示している。この様な図５に示した状態では、このアキシアル方向の変位によっては、上記エンコーダ１２ａの上部及び下部が、何れも同じ方向に同じだけ移動する。この為、上記アキシアル方向の変位によっては、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に位相差が発生する事はない。即ち、これら両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間に存在する位相差は、上記アキシアル方向の変位によって変化する事はなく、上記図５に表した検出信号の位相差Ｂは、図４に示した場合の位相差Ｂと同じである。この事は、熱膨張や予圧変化によってアキシアル方向変位が発生しても、その影響を受けずに、上記エンコーダ１２ａの傾斜角度（上記外輪３と上記ハブ４との中心軸同士の傾斜角度）を求められる事を表す。
上述の様にして生じる、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間の位相差と、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸との傾斜角度との間には、前記各透孔１４ａ、１４ａの傾斜角度θや、複列に配置された転動体５、５のピッチＰ、前記円筒状部１８の直径等の幾何学的要因によって定まる、所定の関係（第一の関係）がある。従って、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号を処理する図示しない演算器中のメモリに、上記第一の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記位相差Ｂ（位相差比Ｂ／Ａ）に基づいて上記傾斜角度を求められる。又、この傾斜角度の大きさと、上記モーメントの大きさとの間には、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１のモーメント剛性等により定まる、一定の関係（第二の関係）がある。そして、この第二の関係は、転がり軸受ユニットの分野で広く知られている弾性接触理論等に基づいて計算により求められる他、実験によっても求められる。従って、上記演算器中に、上記第二の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記傾斜角度に基づいて上記モーメントを求められる。
更に、このモーメントの大きさと、前記車輪１９を構成するタイヤ２０と路面２１との接触部（接地面部分）に車両の幅方向に加わるアキシアル荷重との間には、上記車輪１９の回転半径等により幾何学的に定まる、一定の関係（第三の関係）がある。従って、上記演算器中のメモリに、この第三の関係を表した式或いはマップを記憶させておけば、上記モーメントに基づいて上記アキシアル荷重を求められる。この様にして求めたアキシアル荷重は、上記路面２１と上記車輪１９（タイヤ２０）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記求めたアキシアル荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防する為のフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。しかも、本実施例の場合には、上記求めたアキシアル荷重の値に、温度変化に基づく誤差が入り込まない。尚、上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出信号同士の間の位相差と上記アキシアル荷重との関係を表すマップを作成し、この位相差からこのアキシアル荷重を、上記傾斜角度や上記モーメントを求める事なく、直接求めても良い。
図６〜１０は、請求項３、５〜８、１３、１５に対応する、本発明の実施例２を示している。転がり軸受ユニット部分の構造等に就いては、前述の先発明に係る構造、更には上述の実施例１の場合と同様であるから、重複する説明を省略し、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。本実施例の場合には、エンコーダ１２ｄの被検出面である外周面先端寄り部分に、第一、第二の特性変化部２７、２８を設けている。これら両特性変化部２７、２８は、それぞれが上述の実施例１に組み込んだエンコーダ１２ａの円筒状部１８と同様に、それぞれがスリット状である多数の透孔１４ａ、１４ｂを、円周方向に関して互いに等間隔で形成して成るものである。
上記両特性変化部２７、２８のうちの第一特性変化部２７は、上記被検出面の幅方向片半部（図６の右半部、図７〜１０に示したエンコーダ１２ｄの下半部）に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化する状態で設けている。これに対して、上記第二特性変化部２８は、上記被検出面の幅方向他半部（図６の左半部、図７〜１０に示したエンコーダ１２ｄの上半部）に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化する状態で設けている。この為に本実施例の場合には、上記各透孔１４ａ、１４ｂのうち、上記第一特性変化部２７を構成する上記各透孔１４ａ、１４ａと、上記第二特性変化部２８を構成する上記各透孔１４ｂ、１４ｂとを、上記エンコーダ１２ｄの軸方向に対し逆方向に、同じ角度だけ傾斜させている。尚、上記第一特性変化部２７を構成する上記各透孔１４ａ、１４ａと、上記第二特性変化部２８を構成する上記各透孔１４ｂ、１４ｂとは、図７〜１０に示す様に互いに独立させて形成しても、或いは図６に示す様に連続した状態で形成しても良い。
又、上記被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ、合計４個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 を設けている。即ち、上記エンコーダ１２ｄの上端部上方にこのうちの２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 を、下端部下方に残り２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 を、それぞれ配置している。そして、これら両位置に設けた２個ずつのセンサのうちの一方のセンサ１７ｃ1 、１７ｄ1 の検出部を上記第一特性変化部２７に、他方のセンサ１７ｃ2 １７ｄ2 の検出部を上記第二特性変化部２８に、それぞれ対向させている。上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出部は、外力が作用せず、外輪３とハブ４とが中立状態（互いに中心軸が一致し、アキシアル方向の変位も生じていない状態）にある場合には、上記第一特性変化部２７或いは上記第二特性変化部２８の幅方向中央部に対向する。
上述の様な各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 とエンコーダ１２ｄとを組み込んだ本実施例の場合には、これら各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号を送り込まれる演算器が、次の様な機能により、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度（上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸との傾斜角度）を求める。即ち、上記演算器は、先ず、上下両端部に配置した２個ずつのセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 の検出信号同士の間の位相差に関する比（位相差比＝位相差／１周期）δc 、及び、センサ１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号同士の間の位相差比δd を求める。次いで、これら両位置に配置した２個ずつのセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 （１７ｄ1 、１７ｄ2 ）に関する位相差比同士の差「δc −δd 」を求める。更に、この位相差比同士の差「δc −δd 」に基づいて、上記傾斜角度を求める。
上述の様な本実施例の構造によれば、上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 を配置した方向に対し直角方向に、測定対象でない荷重（非対象荷重）が作用した場合にも、測定特定対象となる荷重（対象荷重）の測定値にずれが生じる事を防止できる。本実施例の場合、対象荷重が、車輪と路面との接触面から車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重である為、上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 を、上記エンコーダ１２ｄに対し上下２個所位置に配置している。この場合に、アキシアル荷重が加わっている状態で、上記非対象荷重である前後方向荷重が、上記直角方向である前後方向に作用すると、上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号の位相差比が、上記対象荷重とは別個に変化する。即ち、上記非対象荷重が、上記対象荷重測定に対するクロストークになり、前述の実施例１の構造では、この対象荷重の測定値に誤差が生じる。これに対して、本実施例の構造によれば、上記クロストークの影響をなくして、上記対象荷重の測定精度を向上させられる。
この点に就いて、図７〜１０を参照しつつ、更に詳しく説明する。本実施例の構造で、外力が作用せず、外輪３とハブ４とが中立状態にある場合には、図７の様に、上側に配置した上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 の検出信号と、下側に配置した上記各センサ１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号とは、互いに一致する。本実施例の場合には、円周方向同位置に配置した２個ずつのセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 同士、センサ１７ｄ1 、１７ｄ2 同士、それぞれ検出信号同士の位相を逆にしている。従って、上記センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 同士の間の位相差、並びに上記センサ１７ｄ1 、１７ｄ2 同士の位相差は、それぞれ１８０度、位相差比δc 、δd （Ｂ／Ａ）は、それぞれ０．５となる。更に、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度を求める為のパラメータとなる、前記位相差比同士の差「δd −δc 」は、図７の下端の線図に示す様に、０になる。
次に、車輪と路面との接触面から加わるアキシアル荷重に基づくモーメントによって、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とが傾斜し、上記エンコーダ１２ｄが図６の反時計方向に揺動した場合に就いて、図８により説明する。この場合には、例えば図８の左下に示す様に、上記エンコーダ１２ｄの上側部分が左方向に、下側部分が右方向に、それぞれ変位する。そして、下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 のうち、一方のセンサ１７ｄ1 の検出信号は位相が遅れる方向に、他方のセンサ１７ｄ2 の検出信号は位相が進む方向に、それぞれ変化する。この為、上記下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号同士の位相差及び位相差比δd は大きくなる。
これに対して、上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 のうちの一方のセンサ１７ｃ1 の検出信号は位相が進む方向に、他方のセンサ１７ｃ2 は位相が遅れる方向に、それぞれ変化する。この為、上記上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 の検出信号同士の位相差及び位相差比δc は小さくなる。この結果、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度を求める為のパラメータとなる、前記位相差比同士の差「δd −δc 」は、図８の下端の線図に示す様に、正の値になる。そこで、この位相差比同士の差「δd −δc 」に基づいて、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度、延ては上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸との傾斜角度を求められる。又、この傾斜角度と上記モーメントとの関係を予め求めておけば、この傾斜角度からこのモーメント、更には上記アキシアル荷重を求められる。上記位相差比同士の差「δd −δc 」に基づいてこのアキシアル荷重を直接求めても良い事は、前述した実施例１の場合と同様である。
又、本実施例の場合には、上記エンコーダ１２ｄが上記各センサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 に対しアキシアル方向に変位しても、上記位相差比同士の差「δd −δc 」が変化する事はない。図９は、上述した図８の状態から、上記エンコーダ１２ｄを純アキシアル方向に変位させた状態を示している。この図９に示した状態では、上記図８に示した状態に対し、上記エンコーダ１２ｄの上部と下部とが同じ方向に変位しており、上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 の検出信号同士の位相差及び位相差比δc と、下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号同士の位相差及び位相差比δd とは、同じ方向に同じだけ変化する。この結果、上述の様に、上記位相差比同士の差「δd −δc 」が変化する事はない。この為、熱膨張や予圧変化によって、アキシアル方向変位が発生しても、この変位の影響を受けずに、上記傾斜角度を検出できる。予圧が変化した場合に、モーメントやアキシアル荷重を求められない事は、前述した実施例１の場合と同様である。
更に、本実施例の場合には、非対象荷重である、前後方向の力により、上記外輪３に対し上記ハブ４が前後方向に変位した（前後方向のラジアル変位が発生した）場合でも、上記非対象荷重により、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度の測定値、延ては対象荷重である上記アキシアル荷重の測定値に誤差が生じる事を防止できる。この点に就いて、図１０により説明する。上記前後方向の力により、上記エンコーダ１２ｄが前後方向に変位すると、このエンコーダ１２ｄと、上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 、及び、下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 との位置関係がずれる（図１０の上段及び中段に記載したエンコーダ１２ｄが左右にずれる）。
但し、上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 同士の間、及び、下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 同士の間では、検出信号の位相の進み遅れに関して、ずれの方向が互いに同じとなる（上側と下側とでは互いに逆方向）。この為、上記上側に設けた２個のセンサ１７ｃ1 、１７ｃ2 の検出信号同士の位相差比δc 、及び、下側に設けた２個のセンサ１７ｄ1 、１７ｄ2 の検出信号同士の位相差比δd は、何れも変化しない。従って、上記エンコーダ１２ｄの傾斜角度を求める為のパラメータとなる、前記位相差比同士の差「δd −δc 」も変化しない（図８の場合と同じ）。この為、駆動力或いは制動力等に基づいて上記外輪３と上記ハブ４との間に加わる前後方向の力により、上記エンコーダ１２ｄが前後方向に変位しても、この変位が上記傾斜角度測定に対するクロストークとはならず、この傾斜角度を精度良く求められる。
図１１〜１２は、請求項１、５〜９、１１、１５、１６に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合も、例えば前述した実施例１を示す、図１〜２に示す様に、変位測定装置又は荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪３を、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪１９を支持固定してこの車輪１９と共に回転するハブ４としている。特に、本実施例の場合には、エンコーダ１２ｂを、回転側軌道輪と共に回転する部材である、ディスクロータ２２の外周縁部に設けている。
周知の様にディスクロータ２２は、前述の図２に示す様に、上記ハブ４の外端部外周面に設けたフランジ１０に結合固定して、このハブ４と共に回転する。又、上記ディスクロータ２２はこのハブ４に対し、強固に結合固定される為、これらディスクロータ２２とハブ４とは、同期して（一体的に）変位する。従って、このディスクロータ２２の外周縁部に上記エンコーダ１２ｂを設け、この外周縁部の直径方向反対側位置にセンサ１７ｃ、１７ｄの検出部を対向させれば、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸との傾斜角度、延ては、これら外輪３とハブ４との間に加わるアキシアル荷重を求められる。
上記ディスクロータ２２の外周縁部に上記エンコーダ１２ｂを設ける為の構造は、特に限定しない。鋳鉄等の磁性材製のディスクロータ２２の場合には、外周縁部に直接、図１１に示す様な凹凸或いは孔（凹孔若しくは径方向の貫通孔）を形成して、上記ディスクロータ２２の外周縁の磁気特性を変化させる事ができる。この場合に、このディスクロータ２２がソリッド型である場合には、このディスクロータ２２の外周面に、上記図１１に示す様な形状を有する凹凸を形成する。これに対して、このディスクロータ２２がベンチレーテッド型である場合には、このディスクロータ２２に、断面形状が上記図１１に示す様なものであり、それぞれが径方向に貫通する貫通孔を形成する。一方、上記ディスクロータ２２が、アルミニウム合金、アルミニウムコンポジット製等の非磁性材製である場合には、このディスクロータ２２の外周縁部に、別途磁性材により円環状に形成した、上記エンコーダ１２ｂを外嵌固定する。この場合でも、上記ディスクロータ２２がソリッド型である場合には、上記エンコーダ１２ｂの外周面に凹凸を、ベンチレーテッド型である場合には貫通孔を、それぞれ形成する。尚、以上の説明は、上記エンコーダ１２ｂと上記センサ１７ｃ、１７ｄとの組み合わせが、磁気検知式の場合である。光学式等の場合には、上記ディスクロータ２２が非磁性材製であっても、このディスクロータ２２の外周面に上記凹凸或いは孔を直接形成して、この外周面を被検出面とする事ができる。
一方、上記両センサ１７ｃ、１７ｄに関しては、前記車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重に拘らず変位しない部分に支持する。この様な部分としては、懸架装置を構成するナックル２３（図２参照）や、上記ディスクロータ２２と共にディスクブレーキを構成する制動用部材２４（図１２参照）が考えられる。この制動用部材２４としては、このディスクブレーキが対向ピストン型である場合にはキャリパを、フローティングキャリパ型である場合にはサポートを、それぞれ採用可能である。図示の実施例の場合には、上記制動用部材２４に上記両センサ１７ｃ、１７ｄを、それぞれ支持腕２５ａ、２５ｂを介して支持している。この様な本実施例の構造によれば、上記車輪支持用転がり軸受ユニットに、上記エンコーダ１２ｂ及び上記両センサ１７ｃ、１７ｄを設置する為の空間的余裕がない場合でも、荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現できる。
図１３は、請求項１、５〜８、１０、１１、１５、１７に対応する、本発明の実施例４を示している。本実施例の場合も、変位測定装置又は荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪３ａを、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブ４ａとしている。図示の実施例は、重量の嵩む自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの為、各転動体５ａ、５ａとして、円すいころを使用している。特に、本実施例の場合には、回転側軌道輪と共に回転する部材である、上記ハブ４ａに結合固定された等速ジョイント２６の中間部外周面を、被検出面としている。
周知の様に上記等速ジョイント２６は、上記ハブ４ａを回転駆動する為のもので、このハブ４ａと共に回転する。又、この等速ジョイント２６はこのハブ４ａに対し、強固に結合固定される為、これら等速ジョイント２６とハブ４ａとは、同期して（一体的に）変位する。従って、この等速ジョイント２６の外周面にエンコーダ１２ｃを設け、このエンコーダ１２ｃの外周面の直径方向反対位置にセンサ１７ｃ、１７ｄの検出部を対向させれば、上記外輪３ａの中心軸と上記ハブ４ａの中心軸との傾斜角度、延ては、これら外輪３ａとハブ４ａとの間に加わるアキシアル荷重を求められる。この為に本実施例の場合には、上記等速ジョイント２６の中間部に円筒状のエンコーダ１２ｃを外嵌固定している。そして、ナックル２３に支持した上記両センサ１７ｃ、１７ｄの検出部を、上記エンコーダ１２ｃの外周面の直径方向反対側２個所位置に近接対向させている。
この様な本実施例の構造によっても、上述した実施例３の場合と同様に、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダ１２ｃやセンサ１７ｃ、１７ｄを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
図１４〜１５は、請求項２、１２に対応する、本発明の実施例５を示している。本実施例の場合には、被検出面であるエンコーダ１２ｅの外周面に、それぞれが台形である第一特性部２９と第二特性部３０とを、円周方向に関して交互に配置している。従って、上記エンコーダ１２ｅの外周面の特性が変化するピッチは、この外周面の幅方向（このエンコーダ１２ｅの軸方向）に関して漸次変化している。この様なエンコーダ１２ｅの外周面の上端部と下端部とに、それぞれセンサの検出部を対向させる。これら両センサの検出信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）は、上記エンコーダ１２ｅが傾斜せず、上記両センサの検出部が被検出面の幅方向中央部に対向している状態では、図１５の上側に示す様に、互いに一致する。これに対して、このエンコーダ１２ｅが傾斜すると、図１５の下側に示す様に、一方のセンサの検出信号のデューティ比が大きくなり、他方のセンサの検出信号のデューティ比が小さくなる。そこで、これら両センサの検出信号のデューティ比の差に基づき、上記エンコーダ１２ｅの傾斜角度を求められる。又、前述の実施例２の様に、各部に２個ずつ、合計４個のセンサを設ける事により、非対象荷重の影響をなくす事も可能である。
図１に示した実施例１では、被検出面を各エンコーダの外周面とした場合に就いて説明した。これに対して、被検出面をエンコーダの内周面とする事もできる。又、円輪状のエンコーダの軸方向片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、軸方向に対向させる事もできる。或いは、エンコーダを、ハブ４の外周面で１対の内輪軌道１１、１１の間部分等、回転側軌道輪の軸方向中間部に設ける事もできる。更には、２組（４個又は８個）のセンサを、エンコーダの円周方向等間隔４個所位置（上下２個所及び前後２個所）に設置する事もできる。この様に構成すれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との中心軸同士の傾斜を、上下方向に関して（鉛直面内で）だけでなく、前後方向に関して（水平面内で）も求められる。又、エンコーダは、その被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した、多極永久磁石であっても良い。
又、本発明は、前述の様に、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットで実施した場合に、モーメント乃至はアキシアル荷重を検出してこれを制御に使用する事により、自動車の走行安全性向上を図れる。これとは別に、一般機械用の転がり軸受ユニットに適用した場合であっても、各種実用的な作用・効果を得られる。例えば、工作機械の回転支持部を構成する転がり軸受ユニットに適用すれば、切削荷重を監視する事により、精度の良い加工が可能となるし、過大入力等の異常監視を行なって、被加工物や工作機械の損傷防止を図る事も可能になる。
本発明の実施例１を示す断面図。 実施例１の構造でアキシアル荷重を求められる理由を説明する為の、懸架装置に対する車輪支持部分の略断面図。 実施例１の構造で、アキシアル荷重が作用していない状態での両センサの検出部とエンコーダの被検出面との位置関係及びこれら両センサの検出信号の位相を示す模式図。 同じく、アキシアル荷重が作用している状態を示す、図３と同様の図。 同じく、アキシアル荷重が作用すると同時に純アキシアル変位が生じた状態を示す、図３と同様の図。 本発明の実施例２を示す断面図。 実施例２の構造で、アキシアル荷重が作用していない状態での各センサの検出部とエンコーダの被検出面との位置関係及びこれら両センサの検出信号の位相を示す模式図。 同じく、アキシアル荷重が作用している状態を示す、図７と同様の図。 同じく、アキシアル荷重が作用すると同時に純アキシアル変位が生じた状態を示す、図７と同様の図。 同じく、アキシアル荷重が作用すると同時に前後方向のラジアル荷重が作用した状態を示す、図７と同様の図。 本発明の実施例３を示す、ディスクロータの外周縁部に設けた被検出面の形状を示す略側面図。 センサの取付状態の１例を示す正面図及び側面図。 本発明の実施例４を示す断面図。 本発明の実施例５として、エンコーダの被検出面の特性変化のパターンの別例を示す模式図。 図１４に示した被検出面のパターンに対応して変化するセンサの検出信号を示す線図。 先発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットの１例の断面図。
符号の説明
１ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 荷重測定装置
３、３ａ 外輪
４、４ａ ハブ
５、５ａ 転動体
６ 外輪軌道
７ 取付部
８ ハブ本体
９ 内輪
１０ フランジ
１１ 内輪軌道
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ エンコーダ
１３ センサユニット
１４、１４ａ、１４ｂ 透孔
１５ カバー
１６ センサホルダ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｃ1 、１７ｃ2 、１７ｄ1 、１７ｄ2 センサ １８ 円筒状部
１９ 車輪
２０ タイヤ
２１ 路面
２２ ディスクロータ
２３ ナックル
２４ 制動用部材
２５ａ、２５ｂ 支持腕
２６ 等速ジョイント
２７ 第一特性変化部
２８ 第二特性変化部
２９ 第一特性部
３０ 第二特性部

Claims (17)

  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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させると共に、特性変化の位相をこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置にそれぞれの検出部を対向させており、
    上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号の位相差に基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める機能を有する
    変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  2. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、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変化するピッチをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置にそれぞれの検出部を対向させており、
    上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号のデューティ比の差に基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める機能を有する
    変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  3. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたもので、この被検出面の幅方向片半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化する第一特性変化部を、被検出面の幅方向他半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化する第二特性変化部を、それぞれ設けており、
    上記各センサは、上記被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ合計４個設けており、これら両位置に設けた２個ずつのセンサのうちの一方のセンサの検出部を上記第一特性変化部に、他方のセンサの検出部を上記第二特性変化部に、それぞれ対向させており、
    上記演算器は、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差とに基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める機能を有する
    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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、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、この特性が変化するピッチをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ合計４個、この被検出面の幅方向にずらせると共に、それぞれの検出部を上記被検出面に対向させた状態で設けており、
    上記演算器は、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差との差に基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める機能を有する
    変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  5. 演算器が、静止側軌道輪の中心軸と回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度から、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するモーメントを求める機能を有する、請求項１〜４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。
  6. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、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、特性変化のパターンをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置にそれぞれの検出部を対向させており、
    上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号のパターンの差に基づいて、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸との傾斜角度を求め、更にこの傾斜角度から、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するモーメントを求める機能を有する
    変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  7. 演算器が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するモーメントから、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するアキシアル荷重を求める機能を有する、請求項５〜６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。
  8. 転がり軸受ユニットが、自動車の懸架装置に車輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が懸架装置に結合固定され、回転側軌道輪が車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転する、請求項７に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  9. 回転側軌道輪と共に回転する部材が、回転側軌道輪に結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータであり、このディスクロータの外周面を被検出面としている、請求項８に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  10. 回転側軌道輪と共に回転する部材が、回転側軌道輪に結合固定された等速ジョイントであって、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面としている、請求項８に記載した変位測定装置付転がり軸受ユニット。
  11. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号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を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させると共に、特性変化の位相をこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置にそれぞれの検出部を対向させており、
    上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号の位相差に基づいて、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求める機能を有する
    荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
  12. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号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を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、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、特性変化のピッチをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の少なくとも直径方向反対側２個所位置にそれぞれの検出部を対向させており、
    上記演算器は、上記各センサから送り込まれる検出信号のデューティ比の差に基づいて、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求める機能を有する
    荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
  13. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号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を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたもので、この被検出面の幅方向片半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化する第一特性変化部を、被検出面の幅方向他半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化する第二特性変化部を、それぞれ設けており、
    上記各センサは、上記被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ合計４個のセンサを設けており、これら両位置に設けた２個ずつのセンサのうちの一方のセンサの検出部を上記第一特性変化部に、他方のセンサの検出部を上記第二特性変化部に、それぞれ対向させており、
    上記演算器は、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号同士の位相差との差に基づいて、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求める機能を有する
    荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
  14. 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、上記回転側軌道輪若しく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する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持されてこの回転側軌道輪と共に回転するエンコーダと、それぞれの検出部をこのエンコーダの被検出面に対向させた少なくとも１対のセンサと、これら各センサから送り込まれる検出信号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を求める演算器とを備えたものであり、
    上記エンコーダは、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、この特性変化するピッチをこの被検出面の幅方向に関して漸次変化させており、
    上記各センサは、この被検出面の直径方向反対側２個所位置に、それぞれ２個ずつ合計４個、この被検出面の幅方向にずらせると共に、それぞれの検出部を上記被検出面に対向させた状態で設けており、
    上記演算器は、何れか一方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差と、他方の位置に配置した２個のセンサの検出信号のデューティ比同士の差との差に基づいて、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求める機能を有する
    荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
  15. 転がり軸受ユニットが、自動車の懸架装置に車輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が懸架装置に結合固定され、回転側軌道輪が車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転する、請求項１１〜１４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。
  16. 回転側軌道輪と共に回転する部材が、回転側軌道輪に結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータであり、このディスクロータの外周面を被検出面としている、請求項１５に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
  17. 回転側軌道輪と共に回転する部材が、回転側軌道輪に結合固定された等速ジョイントであって、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面としている、請求項１５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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