JP2006194863A - 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】１対のセンサ５、５を使用して外輪とハブとの相対変位量若しくはこれら外輪とハブとの間に加わる荷重を測定する構造で、車体に設けた制御器側でこれら両センサ５、５の検出値を得る為に必要となるハーネス１３の本数を削減する。
【解決手段】上記両センサ５、５からそれぞれエンコーダの回転速度に応じて変化する信号を出力する。これら両センサ５、５の出力信号同士の位相は、上記外輪と上記ハブとの間に加わる荷重に基づく相対変位に伴って変化する。これら両センサ５、５の出力信号に基づき、検出器により、これら両センサ５、５の出力信号の周期と、上記変位に伴って生じる位相差とを検出して、単一の信号として上記制御器側に出力する。この構成により、上記ハーネス１３の本数を削減する。
【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。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。

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。

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。

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。

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、ラジアル方向及びスラスト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。

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。

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７〜１４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７、１１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。

図７〜１０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。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。

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いない状態では、上記両センサ５、５の検出部は、図１０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１０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１０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１０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１０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１１〜１４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５、５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１４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１４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１４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１４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１４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。

以上に述べた、図７〜１４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及び荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、１対の各センサ５、５ａを使用する為、これら各センサ５、５ａに電力を供給したり、或いはこれら各センサ５、５ａの出力信号を取り出す為に必要なハーネスの本数が多くなる。例えば、これら各センサ５、５ａの検出値を電圧の変化として出力する、所謂電圧出力の場合、荷重測定（に結び付く変位の測定）を可能にする為には、電源用と接地用とのハーネスを１本ずつ、検出値取り出し用のハーネス（信号線）を各センサ５、５ａ毎に１本ずつ、合計４本のハーネスが必要になる。又、上記各センサ５、５ａの検出値を電流の変化として出力する、所謂電流出力の場合でも、荷重測定を可能にする為には、電源用と、検出値取り出し用のハーネスを各センサ５、５ａ毎に１本ずつとの、合計３本のハーネスが必要になる。自動車の場合、元々多くのハーネスが使用されており、軽量化、組立作業の煩雑化防止の面から、ハーネスの使用量は少しでも抑えたいのが現状である。

特開２００１−２１５７７号公報 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、１対のセンサを使用して転がり軸受ユニットの構成部材同士の相対変位量、或いはこれら構成部材同士の間に作用する荷重を測定する構造で、上記両センサの検出値を得る為に必要となるハーネスの本数を削減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のうち、変位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たものである。

又、上記変位測定装置は、エンコーダと、１対のセンサと、検出器と、演算器とを備えたものである。
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。これと共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出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ものである。

又、上記検出器は、上記両センサからそれぞれ出力される、それぞれが上記エンコーダの回転速度に応じて変化する周期と、上記変位に伴って生じる上記両センサの出力信号の位相差とを検出して単一の信号で出力するものである。
更に、前記演算器は、この単一の信号から求められる、上記周期と上記位相差とに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量を算出するものである。

尚、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重を求める為には、必ずしもこれら回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対変位量を求める必要はない。即ち、請求項６に記載した様に、演算器に、上記単一の信号から求められる周期と位相差とに基づいて、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。

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、前述の図７〜１４に示した先発明の場合と同様に、１対のセンサの出力信号の位相差に基づいて、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量、或いは、これら両軌道輪同士の間に加わる荷重を求める事ができる。
更に、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、上記両センサの出力信号の位相差と出力信号の周期とを検出器により検出して、単一の信号で出力するので、使用するハーネスの本数を低減し、軽量化、組立作業の煩雑化防止を図れる。

即ち、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、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位量、或いはこれら両軌道輪同士の間に加わる荷重を求めるのに使用する、上記両センサの出力信号を、それぞれ独立で出力するのではなく、これら両センサの出力信号から位相を検出し、この位相差に相当する信号として１本のハーネスにより送信する事により、ハーネスの本数を削減できる。
尚、上述の様に上記両センサの出力信号を検出した信号として、例えば、これら両センサの出力信号の位相差に相当するパルス幅と、上記エンコーダの１ピッチに相当する周期とを有する合成信号（パルス信号）が考えられる。或いは、上記両センサの出力信号の位相差に相当するパルス幅と、上記エンコーダの１／２ピッチに相当する周期とを有する合成信号（パルス信号）が考えられる。これらの場合に於ける合成信号のパルス幅は、一方のセンサの出力信号が立ち上がる（或いは降下する）瞬間と、他方のセンサの出力信号が立ち上がる（或いは降下する）瞬間との時間差として求められる。又、上記合成信号の周期は、一方又は他方のセンサの出力信号が立ち上がった（或いは降下した）瞬間から、次にこのセンサの出力信号が立ち上がった（或いは降下した）瞬間までに要した時間（１／２ピッチに相当する周期はこの時間の１／２）として求められる。

何れにしても、上記位相差に相当するパルス幅を有し、上記１ピッチに相当する周期（或いは１／２ピッチに相当する周期）で変化する上記合成信号は、上記検出器から１本のハーネスを介して前記演算器に送る。この為、上記両センサとこの演算器との間に配設するハーネスの数を減らせる。
例えば、上記両センサがその検出信号を電圧の変化として出力する、電圧出力であった場合には、これら両センサを組み込んだ転がり軸受ユニットと、上記演算器を組み込んだ制御器側との間に配設するハーネスとして、それぞれ１本ずつの、電源用と、接地用と、信号出力用との、合計３本のハーネスで足りる。即ち、電圧出力とする場合に、従来は４本必要であったハーネスの本数を、１本減らせる。
又、上記両センサがその検出信号を電流の変化として出力する、電流出力であった場合には、これら両センサを組み込んだ転がり軸受ユニットと、上記演算器を組み込んだ制御器側との間に配設するハーネスとして、電源用と検出値取り出し用とのハーネスを１本ずつ、合計２本設ければ足りる。即ち、電流出力とする場合に、従来は３本必要であったハーネスの本数を、１本減らせる。
更に、電流出力の場合、出力信号である電流をＨｉｇｈ、Ｌｏｗの２状態とも、一定の電流を出力する様に構成すれば、断線検出も可能になる。即ち、出力信号である電流がＬｏｗの状態でも電流が流れる様にしておけば、この電流が０となった事で、上記ハーネスが断線した事を検知できる。

本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項２、７に記載した様に、エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分と他方のセンサの検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させる。この様な構造は、前述の図７〜１４に示した先発明と同様の構造である。
この様な構造の場合、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位に基づく、上記両センサの出力信号の位相差を大きくできる。この為、これら両軌道輪同士の相対変位量、或いはこれら両軌道輪同士の間に作用する荷重の測定精度を良好にできる。

或いは、請求項３、８に記載した様に、エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させる。これに対して、他方のセンサの検出部が対向する部分では、この方向（上記エンコーダの中心軸に平行な方向）に関して変化させない。
この様な請求項３、８に記載した発明の場合には、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位に基づく１対のセンサの出力信号の位相差は、上述した請求項２、７に記載した発明の場合の１／２になるが、上記他方のセンサ及びエンコーダのうちでこの他方のセンサと組み合わされる部分に、従来からＡＢＳ用、ＴＣＳ用として広く使用されている構造を流用できて、低廉化を図れる。

又、本発明のうち、変位測定装置付転がり軸受ユニットの発明を実施する場合に好ましくは、請求項４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、この様な請求項４に記載した発明、或いは請求項６〜８に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの発明を実施する場合に好ましくは、請求項５、９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。

図１〜２は、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、前述の図７〜１０に示した先発明の構造に於けるセンサ５、５（或いは図１１〜１４に示した構造に於けるセンサ５ａ、５ａ）に相当する１対のセンサＡ、Ｂの検出信号の周期と、これら両センサＡ、Ｂの検出信号同士の間の位相差とを、単一のハーネス（信号出力線）１３により送り、使用するハーネス１３の数を削減する点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した先発明の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略し、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

上記１対のセンサＡ、Ｂの出力を、それぞれＡ出力、Ｂ出力とする。このうちのＡ出力は、図１に示す様に、位相と周期とを検出する為の、Ｄ型ＦＦ（フリップフロツプ）９のＣＬＫ（クロック）端子に入力している。このＤ型ＦＦ９は、このＣＬＫ端子に信号の立ち上がりが入力された場合に、次にこのＣＬＫ端子に信号の立ち上がりが入力されるまでの間、Ｄ入力の状態を出力し、保持する。但し、ＣＬＲ端子に入力される信号の状態がＬｏｗである場合には、この出力をＬｏｗとし、ＰＲ端子に入力される信号がＬｏｗである場合には、この出力をＨｉｇｈとし、次にＣＬＫ端子に信号の立ち上がりが入力されるまで保持する。要するに上記ＤＦ型ＦＦ９は、上記ＣＬＫ端子に信号の立ち上がりが入力されている間だけ、Ｄ入力端子の状態を出力し、ＣＬＲ端子、ＰＲ端子に入力される信号に基づいてＬｏｗ或いはＨｉｇｈに出力が変更される以外の場合に、上記出力を保持する。一方、上記Ｂ出力は、リセットパルス部１０のＮＯＴ１４とＮＡＮＤ１１とを介して、上記Ｄ型ＦＦ９のＣＬＲ端子に入力している。

上述の様な検出器の回路を構成するＤ型ＦＦ９のＣＬＫ端子に、図２の（Ａ）に示した、Ａ出力の立ち上がり（ａ）が入力されると、このＤ型ＦＦ９の出力は、図２の（Ｆ）に示す様にＨｉｇｈになり、そのまま保持される。出力がＨｉｇｈの状態で、図２の（Ｂ）に示したＢ出力の立ち上がり（ｂ）が上記リセットパルス部１０のＮＯＴ１４に入力されると、このＮＯＴ１４の出力（イ）は、図２の（Ｃ）に示す様に、上記Ｂ出力の反転出力となり、ＨｉｇｈからＬｏｗになり、上記Ｂ出力と共にＮＡＮＤ１１に送られる。

このＮＡＮＤ１１は、２入力が何れもＨｉｇｈの場合に出力をＬｏｗとし、それ以外の場合には出力をＨｉｇｈとする。上記ＮＯＴ１４の出力部と上記ＮＡＮＤ１１の入力部との間でコンデンサによりチャージされているので、このＮＡＮＤ１１に入力される信号（ロ）は、上記出力（イ）がＬｏｗになっても、図２の（Ｄ）に示す様に、急にＬｏｗにはならない。この結果、この信号（ロ）と上記Ｂ出力とが、瞬間的ではあるが、同時にＨｉｇｈになり、上記ＮＡＮＤ１１の出力（ハ）は、図２の（Ｅ）に示す様に、一時的に（極く短時間だけ）Ｌｏｗとなる。この出力（ハ）は、上記Ｄ型ＦＦ９のＣＬＲ端子に接続されているので、このＤ型ＦＦ９の出力はＬｏｗレベルにリセットされて保持される。

上記信号（ロ）の電圧は、抵抗を通じて放電し、Ｈｉｇｈのスレッシュレベルを割り（スレッシュレベルよりも低くなり）、上記ＮＡＮＤ１１の出力（ハ）はＨｉｇｈとなる。この場合、上記ＣＬＲ端子に入力される、このＮＡＮＤ１１の出力（ハ）がＬｏｗ→Ｈｉｇｈに変化するが、上記Ｄ型ＦＦ９の出力は変化しない。従って、上記Ｄ型ＦＦ９の出力信号は、Ａ出力の周期（Ａ出力の立ち上がりから立ち上りまで、Ｂ出力の周期も同じ）と同じ周期を有し、Ａ出力からＢ出力までの位相差（Ａ出力の立ち上がりからＢ出力の立ち上がりまで）をパルス幅とした、図２の（Ｆ）に示す様な出力（パルス信号）となる。

そこで、この図２の（Ｆ）に示す様な出力信号を演算器に送れば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位量、延ては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られる。この場合に、上記出力信号を受け入れた演算器側では、この出力信号のうちの周期から上記回転側軌道輪の回転速度を求め、上記パルス幅と周期とからＡ、Ｂ両出力の位相差を求める。そして、この位相差に基づいて、上記相対変位量、更には荷重を求める。
上述の様に構成する本実施例の場合には、１対のセンサ５、５（５ａ、５ａ）の出力の周期と、これら両出力同士の間に存在する位相差とを、単一の信号中に含ませて送信できるので、上記両センサ５、５（５ａ、５ａ）から信号を取り出す為に必要なハーネス１３の数は、電圧出力の場合で３本、電流出力の場合２本となる。

尚、上述の説明は、Ａ出力を周期の基準として行なったが、Ｂ出力を周期の基準とする事もできる事は勿論である。この場合には、単にＡ出力とＢ出力との接続を入れ換えれば良い。又、Ａ、Ｂ両出力の周期、位相差を、これらＡ、Ｂ両出力の降下点（立ち下り部）で検出する事もできる。この場合には、これらＡ、Ｂ両出力を、それぞれＮＯＴ回路により反転させれば良い。更に、Ａ、Ｂ両出力の周期、位相差を、これらＡ、Ｂ両出力の立ち上がり点と降下点との両方で検出する場合には、図１に示した様な立ち上がり検出用回路の出力と、図１に示した回路にＡ、Ｂ両出力を反転させる為のＮＯＴ回路を組み込んだ降下点検出用回路の出力とをＯＲ回路に入力し、このＯＲ回路から出力を取り出せば良い。

図３〜４は、本実施例により、外輪１とハブ２（図７、１１参照）との間のアキシアル方向の変位（軸方向変位）を求める場合に得られるＡ、Ｂ両出力と、これら両出力から検出される位相差に相当する信号とを示している。このうちの図３は、円筒状のエンコーダ４ａの被検出面の中心軸と回転側軌道輪（ハブ２）の中心軸とが一致していて、軸方向変位（位相のずれ）が一定の場合の出力例を示している。これに対して、図４は、円筒状のエンコーダ４ａの被検出面の中心軸と回転側軌道輪の中心軸とが不一致で（両軸同士が傾斜していて）、軸方向変位（位相のずれ）が徐々に変化していく場合の出力例を示している。この様な図４から明らかな通り、本実施例によれば、位相差が逆になっても、Ａ出力からＢ出力までの位相差Ｐと、Ａ出力の周期Ｔとが正常に出力される。

図５〜６は、本発明の実施例２を示している。本例の場合も、１対のセンサＡ、Ｂの出力を、それぞれＡ出力、Ｂ出力とする。図６の（Ａ）に示したＡ出力の立ち上がり（ａ）が、図５に示したセットパルス部１２のＮＯＴ１４に入力されると、このＮＯＴ１４から、図６の（Ｃ）に示す様な信号（ニ）が、上記Ａ出力の反転出力として出力される。この信号（ニ）が、上記Ａ出力と共に、図５に示したＮＡＮＤ１１に入力される。この際、上記ＮＯＴ１４への出力は、図６の（Ｃ）に示す様に、ＨｉｇｈからＬｏｗになるが、上記ＮＡＮＤ１１に送り込まれる信号（ホ）は、コンデンサによりチャージされているので、急にＬｏｗにはならない。この結果、この信号（ホ）と上記Ａ出力とが、瞬間的ではあるが、同時にＨｉｇｈになり、上記ＮＡＮＤ１１の出力（へ）は、図６の（Ｅ）に示す様に、一時的に（極く短時間だけ）Ｌｏｗとなる。

上記出力（へ）は、位相と周期とを検出する為のＤ型ＦＦ９のＰＲ端子に入力している。このＤ型ＦＦ９は、実施例１の説明中で述べた通り作用する為、このＤ型ＦＦ９から送り出される出力は、図６の（Ｆ）に示す様に、上記出力（ヘ）がＬｏｗになる事によりＨｉｇｈレベルにセットされて保持される。上記信号（ホ）の電圧は、抵抗を通じて放電し、Ｈｉｇｈのスレッシュレベルを割り、上記ＮＡＮＤ１１の出力（へ）はＨｉｇｈとなるが、上記Ｄ型ＦＦ９の出力は、図６の（Ｆ）に示す様に変化しない。このＤ型ＦＦ９の出力がＨｉｇｈの状態で、図６の（Ｂ）に示した、上記Ｂ出力の立ち上がりが、上記Ｄ型ＦＦ９のＣＬＫ（クロック）端子に入力されると、上記図６の（Ｆ）に示した、このＤ型ＦＦ９の出力は、Ｌｏｗになり、そのまま保持される。従って、このＤ型ＦＦ９の出力は、上記Ａ出力の周期（Ａ出力の立ち上がり点から立ち上り点まで）を周期とし、このＡ出力から上記Ｂ出力までの位相差（Ａ出力の立ち上がり点からＢ出力の立ち上がり点まで）をパルス幅とする、パルス信号となる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施例１の場合と同様である。

尚、１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差は、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間の変位量が一定であっても、回転側軌道輪の回転速度が変化すれば変わる。従って、この回転速度の変動に拘らず、上記変位量、延ては、上記両軌道輪同士の間に作用する荷重を求める為には、上記両センサの出力信号から検出される位相差と周期とから、位相差角度、或いは位相差と周期との比（位相差／周期＝位相比）を算出し、これら位相差角度或いは位相比に基づいて、上記変位量、延ては、上記両軌道輪同士の間に作用する荷重を求める事が好ましい。この場合に、位相差角度或いは位相比と、変位量或いは荷重とを、マッピングにより対応させる事もできる。
又、回転側軌道輪と静止側軌道輪との間のラジアル変位、延てはラジアル荷重を求める為には、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良い。

更に、１対のセンサからそれぞれ出力される、それぞれがエンコーダの回転速度に応じて変化する周期と、変位に伴って生じる上記両センサの出力信号の位相差とを合成して単一の信号とする回路は、図１、５に示したものに限定される事はない。例えば、この為の回路をディスクリートで組んでも良いし、変位検出器を含んでＩＣ化する事もできる。何れにしても、２つ以上の検出器で上記両センサの出力信号のエッジを検出し、位相差と周期とを単一の信号として送り出せる回路であれば良い。
又、送り出される単一信号は上述の様に周期及び位相差の情報を含んでいる為、このうちの周期の情報を、例えばＡＢＳ等の制御で必要とされるデータ（周期）として使用する事もできる。この場合には、既存のＡＢＳに使用するセンサを省略できる他、請求項３、８に記載した構造を採用した場合には、ＡＢＳに使用するセンサの他に１個のセンサを加えるだけで済む。

本発明の実施例１で、１対のセンサから送り出される信号を合成する回路を示す図。 この回路により信号を合成する状態を示す線図。 エンコーダの被検出面に対する１対のセンサの位置と、これら各センサの出力信号と、これら両出力信号を合成した合成信号との関係の第１例を示す模式図。 同第２例を示す模式図。 本発明の実施例２を示す、図１と同様の図。 この回路により信号を合成する状態を示す線図。 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 エンコーダ
５、５ａ センサ
６ａ、６ｂ 透孔
７ａ、７ｂ 柱部
８ リム部
９ Ｄ型ＦＦ
１０ リセットパルス部
１１ ＮＡＮＤ
１２ セットパルス部
１３ ハーネス
１４ ＮＯＴ

Claims (9)

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、検出器と、演算器とを備えたものであり、
   このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の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を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出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、
   上記検出器は、上記両センサからそれぞれ出力される、それぞれが上記エンコーダの回転速度に応じて変化する周期と、上記変位に伴って生じる上記両センサの出力信号の位相差とを検出して単一の信号で出力するものであり、
   上記演算器は、この単一の信号から求められる、上記周期と上記位相差とに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量を算出するものである
   変位測定装置付転がり軸受ユニット。
2. エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分と他方のセンサの検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させている、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. エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させ、他方のセンサの検出部が対向する部分ではこの方向に関して変化させていない、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。
4. 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１〜３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。
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、検出器と、演算器とを備えたものであり、
   このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の一部に支持されたもので、この回転側軌道輪と同心の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を、少なくとも一方のセンサの検出部が対向する部分で、検出すべき荷重の作用方向に対応した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、
   上記検出器は、上記両センサからそれぞれ出力される、それぞれが上記エンコーダの回転速度に応じて変化する周期と、上記変位に伴って生じる上記両センサの出力信号の位相差とを検出して単一の信号で出力するものであり、
   上記演算器は、この単一の信号から求められる、上記周期と上記位相差とに基づいて、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算出するものである
   荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
7. エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分と他方のセンサの検出部が対向する部分とで、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して、互いに逆方向に、同じ角度ずつ変化させている、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。
8. エンコーダの被検出面の特性が変化する位相を、一方のセンサの検出部が対向する部分でのみ、上記エンコーダの中心軸に平行な方向に関して変化させ、他方のセンサの検出部が対向する部分ではこの方向に関して変化させていない、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。
9. 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６〜８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。
   

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