JP4887882B2 - Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit - Google Patents

Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit Download PDF

Info

Publication number
JP4887882B2
JP4887882B2 JP2006115302A JP2006115302A JP4887882B2 JP 4887882 B2 JP4887882 B2 JP 4887882B2 JP 2006115302 A JP2006115302 A JP 2006115302A JP 2006115302 A JP2006115302 A JP 2006115302A JP 4887882 B2 JP4887882 B2 JP 4887882B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
sensors
displacement
encoder
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006115302A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006322928A (en
Inventor
浩一郎 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2006115302A priority Critical patent/JP4887882B2/en
Publication of JP2006322928A publication Critical patent/JP2006322928A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4887882B2 publication Critical patent/JP4887882B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
    • F16C2326/01Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02Wheel hubs or castors

Landscapes

  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットの変位測定装置及び荷重測定装置は、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。   A displacement measuring device and a load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention, for example, rotatably support a wheel of a vehicle (automobile) relative to a suspension device, and measure the magnitude of a load applied to the wheel, Used to ensure stable operation of vehicles. Alternatively, it is incorporated in a rolling bearing unit for supporting the spindles of various machine tools, is used for measuring the load applied to the spindle and adjusting the feed rate of the tool appropriately.

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)、電子制御車両用走行安定化装置(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。   For example, a rolling bearing unit is used to rotatably support a vehicle wheel with respect to a suspension device. Moreover, in order to ensure vehicle running stability, vehicle running state stabilizing devices such as an antilock brake system (ABS), a traction control system (TCS), and an electronically controlled vehicle running stabilizer (ESC) are widely used. in use. According to these running state stabilizing devices such as ABS and TCS, the running state of the vehicle at the time of braking or acceleration can be stabilized, but in order to ensure this stability even under more severe conditions, the vehicle It is necessary to control the brakes and the engine by incorporating more information that affects the running stability of the vehicle.

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。   That is, in the case of the conventional running state stabilizing device such as ABS or TCS, since so-called feedback control is performed to detect the slip between the tire and the road surface and control the brake and the engine, the brake and engine Control is delayed for a moment. In other words, in order to improve performance under severe conditions, the so-called feed-forward control prevents slippage between the tire and the road surface, or the so-called brake one-side effect where the braking forces of the left and right wheels are extremely different. Cannot be prevented. Furthermore, it is impossible to prevent the running stability of a truck or the like from being deteriorated based on the poor loading state.

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。   In order to cope with such a problem, in order to perform the feedforward control or the like, one of a radial load and an axial load applied to the wheel is applied to the rolling bearing unit for supporting the wheel with respect to the suspension device. Or it is possible to incorporate a load measuring device for measuring both. Conventionally, what was described in patent documents 1-4 is known as a rolling bearing unit for wheel support with a load measuring device which can be used in such a case.

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。   Of these, Patent Document 1 describes a rolling bearing unit with a load measuring device capable of measuring a radial load. In the case of the first example of the conventional structure, the outer ring and the hub are measured by measuring the radial displacement between the outer ring that does not rotate and the hub that rotates on the inner diameter side of the outer ring by a non-contact displacement sensor. The radial load applied between and is calculated. The obtained radial load is used not only to properly control the ABS but also to inform the driver of a bad loading condition.

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。   Patent document 2 describes a structure for measuring an axial load applied to a rolling bearing unit. In the case of the second example of the conventional structure described in Patent Document 2, bolts for connecting the fixed side flange to the knuckle are screwed at a plurality of positions on the inner side surface of the fixed side flange provided on the outer peripheral surface of the outer ring. Each load sensor is attached to a portion surrounding the screw hole. Each load sensor is clamped between the outer surface of the knuckle and the inner surface of the fixed flange in a state where the outer ring is supported and fixed to the knuckle. In the case of the load measuring device for the rolling bearing unit of the second example having such a conventional structure, the axial load applied between the wheel and the knuckle is measured by the load sensors.

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。   Further, in Patent Document 3, the displacement sensor unit supported at four positions in the circumferential direction of the outer ring and the L-shaped detection ring that is externally fitted and fixed to the hub are used to detect the above-described outer ring at the four positions. A structure is described in which the displacement of the hub in the radial direction and the thrust direction is detected, and the direction and magnitude of the load applied to the hub are determined based on the detected values of the respective parts.

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。   Furthermore, in Patent Document 4, a strain gauge for detecting dynamic strain is provided in a member corresponding to an outer ring whose rigidity is partially reduced, and the revolution speed of the rolling element is determined from the passing frequency of the rolling element detected by the strain gauge. A method for determining the axial load applied to the rolling bearing from the revolution speed is described.

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のコストが嵩む事が避けられない。   In the case of the first example of the conventional structure described in Patent Document 1, the load applied to the rolling bearing unit is measured by measuring the displacement in the radial direction between the outer ring and the hub using a displacement sensor. However, since the displacement amount in the radial direction is small, it is necessary to use a highly accurate displacement sensor in order to obtain this load with high accuracy. Since high-precision non-contact sensors are expensive, it is inevitable that the cost of the entire rolling bearing unit with a load measuring device increases.

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。   In the second example of the conventional structure described in Patent Document 2, it is necessary to provide as many load sensors as the bolts for supporting and fixing the outer ring to the knuckle. For this reason, coupled with the fact that the load sensor itself is expensive, it is inevitable that the cost of the entire load measuring device of the rolling bearing unit is considerably increased. In addition, the structure described in Patent Document 3 is more expensive than the structure described in Patent Document 1 because sensors are installed at four positions in the circumferential direction of the outer ring. Furthermore, the method described in Patent Document 4 needs to reduce the rigidity of a part of the outer ring equivalent member, and it may be difficult to ensure the durability of the outer ring equivalent member.

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(先発明)が開示されている。図3〜10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3、7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。又、図示の例の場合、転動体3、3として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、転動体として円すいころを使用する場合もある。   In view of such circumstances, Japanese Patent Application No. 2005-147642 discloses an invention for measuring the magnitude of a load applied to a rolling bearing unit based on the phase difference between the output signals of a pair of sensors arranged in the direction in which the load is applied. (Prior invention) is disclosed. 3 to 10 show the structures of two examples of the prior invention disclosed in the above application. As shown in FIGS. 3 and 7, each of the structures according to each of the prior inventions supports and fixes (couples) the wheel to the inner diameter side of the outer ring 1 which is a stationary race ring that does not rotate while being supported by the suspension device. A hub 2 which is a rotating side race ring to be fixed is rotatably supported via a plurality of rolling elements 3 and 3. The encoders 4, 4 a are externally fitted and fixed to the intermediate part of the hub 2, and the sensors 5, 5 a are arranged between the rolling elements 3, 3 arranged in a double row at the axially intermediate part of the outer ring 1. Each pair is provided in a state where the respective detection units are close to and opposed to the outer peripheral surfaces of the encoders 4 and 4a, which are detected surfaces. In addition, it is appropriate to incorporate a magnetic detection element such as a Hall IC, a Hall element, MR, or GMR in the detection portion of the sensors 5 and 5a. In the illustrated example, balls are used as the rolling elements 3 and 3. However, in the case of a rolling bearing unit for automobiles that is heavy in weight, a tapered roller may be used as the rolling element.

図3〜6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。   In the case of the structure of the first example of the present invention shown in FIGS. 3 to 6, the encoder 4 is made of a permanent magnet. On the outer peripheral surface of the encoder 4 which is a detection surface, portions magnetized in the N pole and portions magnetized in the S pole are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. The boundary between the part magnetized in the N pole and the part magnetized in the S pole is inclined by the same angle with respect to the axial direction of the encoder 4, and the inclination direction with respect to the axial direction of the encoder 4 is The axial directions are opposite to each other at the intermediate portion. Therefore, the portion magnetized in the N pole and the portion magnetized in the S pole have a “<” shape with the axially middle portion protruding (or recessed) most in the circumferential direction.

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。   The positions where the detection parts of the sensors 5 and 5 face the outer peripheral surface of the encoder 4 are the same with respect to the circumferential direction of the encoder 4. In other words, the detection parts of the sensors 5 and 5 are arranged on a virtual plane including the central axis of the outer ring 1. Further, in the state where the axial load is not applied between the outer ring 1 and the hub 2, the axial direction intermediate portion between the portion magnetized in the N pole and the portion magnetized in the S pole is related to the circumferential direction. The installation positions of the members 4, 5, and 5 are regulated so that the most protruding part (the part in which the tilt direction of the boundary changes) is exactly at the center position between the detection parts of the sensors 5 and 5. is doing. In the case of the first example of the present invention, since the encoder 4 is made of a permanent magnet, it is not necessary to incorporate a permanent magnet on both the sensors 5 and 5 side.

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6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。   In the case of the first example of the prior invention configured as described above, when an axial load is applied between the outer ring 1 and the hub 2, the phase at which the output signals of the sensors 5, 5 change is shifted. That is, in the state where an axial load is not acting between the outer ring 1 and the hub 2, the detection parts of the sensors 5 and 5 are above the solid lines a and b in FIG. It faces a portion that is shifted in the axial direction by the same amount from the protruding portion. Accordingly, the phases of the output signals of the sensors 5 and 5 coincide as shown in FIG.

これに対して、上記エンコーダ4を固定したハブ2に、図6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6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6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6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。   On the other hand, when a downward axial load acts on the hub 2 to which the encoder 4 is fixed in FIG. 6A (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the axial direction), The detection parts of both sensors 5 and 5 are opposed to the parts indicated by broken lines (b) and (b) in FIG. 6A, that is, parts different from each other in the axial direction from the most protruding part. In this state, the phases of the output signals of the sensors 5 and 5 are shifted as shown in FIG. Further, when an upward axial load is applied to the hub 2 to which the encoder 4 is fixed as shown in FIG. 6A, the detecting portions of both the sensors 5 and 5 are connected to the chain-line hub shown in FIG. , C, that is, the deviation in the axial direction from the most projecting portion opposes different portions in the opposite direction. In this state, the phases of the output signals of the sensors 5 and 5 are shifted as shown in FIG.

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。   As described above, in the case of the first example of the prior invention, the phases of the output signals of the sensors 5 and 5 are shifted in the direction corresponding to the direction of the axial load applied between the outer ring 1 and the hub 2. Further, the degree to which the phase of the output signals of the sensors 5, 5 is shifted by this axial load (displacement amount) increases as the axial load increases. Therefore, in the case of the first example, based on the presence and absence of the phase shift of the output signals of the sensors 5 and 5 and the direction and magnitude of the shift, between the outer ring 1 and the hub 2. The direction and magnitude of the acting axial load can be determined.

次に、図7〜10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。尚、図8〜9では、スリットである透孔6a、6bを「ハ」字形に設けているが、頂部を連結させた「ヘ」字状の透孔にしても、同様の作用を得られる。   Next, in the case of the structure of the second example of the prior invention shown in FIGS. 7 to 10, an encoder 4 a made of a magnetic metal plate is externally fitted and fixed to an intermediate portion of the hub 2. Slit-like through holes 6a and 6b and column portions 7a and 7b are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the encoder 4a, which is the detection surface. The through holes 6a and 6b and the column portions 7a and 7b are inclined by the same angle with respect to the axial direction of the encoder 4a, and the inclined direction with respect to the axial direction is bounded by the intermediate portion in the axial direction of the encoder 4a. Are in opposite directions. That is, the encoder 4a is formed with through holes 6a and 6a inclined in the same direction in the predetermined direction with respect to the axial direction in one half of the axial direction, and in the opposite direction to the predetermined direction in the other half of the axial direction. The through holes 6b and 6b inclined by the same angle are formed. 8-9, the slits 6a and 6b, which are slits, are provided in a "C" shape, but the same effect can be obtained by using a "H" -shaped through hole with the tops connected. .

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。   On the other hand, the pair of sensors 5a and 5a is installed between the rolling elements 3 and 3 arranged in a double row at the axially intermediate portion of the outer ring 1, and the detection portions of both the sensors 5a and 5a are provided. It is made to face and oppose the outer peripheral surface of the encoder 4a. The positions where the detection parts of both the sensors 5a and 5a face the outer peripheral surface of the encoder 4a are the same in the circumferential direction of the encoder 4a. A rim portion 8 that is located between the through holes 6a and 6b and continues to the entire circumference in a state where an axial load does not act between the outer ring 1 and the hub 2 includes the sensors 5a and 5a. The installation positions of the members 4a, 5a, and 5a are regulated so as to exist at the center position between the detection units. In the case of the second example of the present invention, since the encoder 4a is made of a simple magnetic material, it is necessary to incorporate permanent magnets on the two sensors 5a and 5a side.

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10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。   In the case of the second example of the prior invention configured as described above, when an axial load acts between the outer ring 1 and the hub 2 (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the axial direction), the above-described prior invention. As in the case of the first example, the phase at which the output signals of the sensors 5a and 5a change is shifted. That is, in a state where an axial load is not applied between the outer ring 1 and the hub 2, the detection parts of the sensors 5a and 5a are on the solid lines A and B in FIG. It faces a portion that is displaced from the portion 8 by the same amount in the axial direction. Therefore, the phases of the output signals of the sensors 5a and 5a coincide as shown in FIG.

これに対して、上記エンコーダ4a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た場合には、上記両センサ5a、5aの検出部は、図10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5a、5aの検出部は、図10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。   On the other hand, when a downward axial load is applied to the hub 2 to which the encoder 4a is fixed in FIG. 10A, the detecting portions of the sensors 5a and 5a are shown in FIG. The broken lines B and B, that is, the portions that are different from each other in the axial direction from the rim portion 8 face each other. In this state, the phases of the output signals of the sensors 5a and 5a are shifted as shown in FIG. Further, when an upward axial load is applied to the hub 2 to which the encoder 4a is fixed as shown in FIG. 10A, the detecting portions of both the sensors 5a and 5a are connected to the chain line H shown in FIG. , C, that is, the axial displacement from the rim 8 opposes different parts in the opposite direction. In this state, the phases of the output signals of the sensors 5a and 5a are shifted as shown in FIG.

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。   As described above, in the case of the second example of the prior invention, as in the case of the first example of the previous invention, the phases of the output signals of the sensors 5a and 5a are between the outer ring 1 and the hub 2. It shifts in the direction according to the direction of the axial load applied to. Further, the degree to which the phases of the output signals of the sensors 5a and 5a are shifted by this axial load increases as the axial load increases. Therefore, also in the case of the second example, there is an action between the outer ring 1 and the hub 2 based on the direction and size of the output signal of both the sensors 5a and 5a, if there is a phase shift and if there is a shift. The direction and magnitude of the axial load is determined.

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。但し、特願2005−147642号には、アキシアル方向の変位とラジアル方向の変位との両方の変位(アキシアル荷重とラジアル荷重との両方の荷重)を求める構造に就いては、具体的には開示されてはいない。   If the encoder is configured in an annular shape, the side surface in the axial direction of the encoder is a detection surface, and the detection portions of the pair of sensors are opposed to the detection surface in a state shifted in the radial direction, the above It is also possible to determine the displacement in the radial direction between the outer ring 1 and the hub 2 and thus the radial load applied between the outer ring 1 and the hub 2. However, Japanese Patent Application No. 2005-147642 specifically discloses a structure for obtaining both displacement in the axial direction and displacement in the radial direction (both axial load and radial load). It has not been done.

これに対して、特願2004−370407号には、アキシアル方向の変位とラジアル方向の変位との両方の変位(アキシアル荷重とラジアル荷重との両方の荷重)を求める具体的な構造が開示されている。図11は、上記特願2004−370407号に開示されている、上記両方向の変位(荷重)を求める為の構造の1例を示している。この構造の場合には、ラジアル方向の変位を求める為のエンコーダ9の軸方向片側面に存在する円輪状の被検出面に、それぞれがこのエンコーダ9の径方向に対し一方向に傾斜した、突条、透孔、凹孔、磁極等の被検出用特性部10、10を設けている。又、アキシアル方向の変位を測定する為のエンコーダ11の外周面に存在する円筒状の被検出面の軸方向片半部{図11の(B)の左半部}に、それぞれが軸方向に傾斜した被検出用特性部12、12を設けている。これに対して、上記エンコーダ11の被検出面の軸方向他半部{図11の(B)の右半部}に、それぞれがこのエンコーダ11の軸方向に対し平行な、被検出用特性部12a、12aを設けている。   On the other hand, Japanese Patent Application No. 2004-370407 discloses a specific structure for obtaining both displacement in the axial direction and displacement in the radial direction (both axial load and radial load). Yes. FIG. 11 shows an example of a structure for obtaining the displacement (load) in both directions disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-370407. In the case of this structure, a ring-shaped detection surface existing on one side surface in the axial direction of the encoder 9 for obtaining the displacement in the radial direction is inclined in one direction with respect to the radial direction of the encoder 9. Characteristic portions for detection 10 and 10 such as strips, through holes, concave holes, and magnetic poles are provided. In addition, in the axial half of the cylindrical detection surface existing on the outer peripheral surface of the encoder 11 for measuring the displacement in the axial direction {the left half of FIG. Inclined characteristic portions 12 and 12 for detection are provided. On the other hand, the detected characteristic portion parallel to the axial direction of the encoder 11 in the other half portion in the axial direction of the detected surface of the encoder 11 (the right half portion in FIG. 11B). 12a and 12a are provided.

この様なエンコーダ9、11を組み込んだ構造の場合、合計3個のセンサの検出部を、これら両エンコーダ9、11の被検出面で、上記各被検出用特性部10、12、12aを形成した部分に対向させる。そして、上記エンコーダ11の軸方向に対し平行な、被検出用特性部12a、12aに対向したセンサの出力信号が変化する瞬間を基準として、残り2個のセンサの出力信号の位相のずれの方向及び大きさを求める。更に、この位相のずれの方向及び大きさに基づいて、アキシアル方向及びラジアル方向の変位を求める。   In the case of such a structure in which encoders 9 and 11 are incorporated, a total of three sensor detection portions are formed on the detection surfaces of both encoders 9 and 11 and the above-described detection characteristic portions 10, 12 and 12 a are formed. Oppose to the part. The direction of the phase shift of the output signals of the remaining two sensors with reference to the moment when the output signals of the sensors facing the detected characteristic portions 12a, 12a change in parallel to the axial direction of the encoder 11. And determine the size. Further, displacements in the axial direction and the radial direction are obtained based on the direction and magnitude of the phase shift.

上述の図11に示した様な構造によれば、比較的小型に構成できて、アキシアル方向の変位とラジアル方向の変位との両方の変位を求める事ができる。但し、小型自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する複列の転動体の間部分の様に、限られた空間内に設置する事は、依然として難しい場合が考えられる。特に、この空間のアキシアル方向の寸法は限られる場合が多い為、ラジアル方向の変位(荷重)を求める為に、エンコーダの被検出面とセンサとをアキシアル方向に対向させる構造を採用する事が難しい場合が考えられる。   According to the structure as shown in FIG. 11 described above, it can be configured to be relatively small, and both the displacement in the axial direction and the displacement in the radial direction can be obtained. However, it may still be difficult to install in a limited space, such as a portion between double row rolling elements constituting a wheel bearing rolling bearing unit of a small automobile. In particular, since the size of this space in the axial direction is often limited, it is difficult to adopt a structure in which the detected surface of the encoder and the sensor are opposed to each other in the axial direction in order to obtain the displacement (load) in the radial direction. There are cases.

特開2001−21577号公報JP 2001-21577 A 特開平3−209016号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-209016 特開2004−3918号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3918 特公昭62−3365号公報Japanese Patent Publication No.62-3365

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、エンコーダとセンサとをラジアル方向に対向させるのみで、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる、転がり軸受ユニットの変位測定装置及び荷重測定装置を実現すべく発明したものである。   In view of the circumstances as described above, the present invention is a rolling bearing in which not only the displacement (load) in the axial direction but also the displacement (load) in the radial direction is required only by causing the encoder and the sensor to face each other in the radial direction. It is invented to realize a unit displacement measuring device and a load measuring device.

本発明の転がり軸受ユニットの変位測定装置及び荷重測定装置は、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、上記回転側軌道輪と共に回転する部分にこの回転側軌道輪と同心に設けられたエンコーダと、上記静止側軌道輪に支持されて検出部をこのエンコーダの被検出面である外周面に対向させたセンサ装置と、演算器とを備える。
そして、上記エンコーダは、外周面のうちで互いに軸方向に外れた2個所位置に設けられた第一、第二の被検出面を備える。又、これら両被検出面の特性は、円周方向に関して交互に、且つ、互いに同じピッチで変化している。更に、少なくとも上記第一の被検出面の特性変化の位相が軸方向に対し、上記第二の被検出面と異なる状態で漸次変化している。
一方、上記センサ装置は、第一〜第三のセンサを備える。このうちの第一のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に対向している。同じく第二のセンサの検出部は、上記第二の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を上記第一のセンサの検出部と一致させた状態で対向している。同じく第三のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して、90度異ならせた状態で対向している。
そして、上記演算器は、上記第一〜第三のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間のアキシアル方向の変位及びラジアル方向の変位、又は、アキシアル方向に加わる荷重及びラジアル方向に加わる荷重を求める。
A displacement measuring device and a load measuring device for a rolling bearing unit according to the present invention include a rolling bearing unit and a displacement measuring device or a load measuring device.
Of these, the rolling bearing unit is present on the stationary bearing ring that does not rotate even in use, the rotating bearing ring that rotates in use, and the circumferential surfaces of the stationary bearing ring and the rotating bearing ring that face each other. And a plurality of rolling elements provided between the stationary side track and the rotating side track.
The displacement measuring device or the load measuring device includes an encoder provided concentrically with the rotating raceway at a portion rotating with the rotating raceway, and a detection unit supported by the stationary raceway. A sensor device opposed to the outer peripheral surface, which is a surface to be detected, and a computing unit.
And the said encoder is provided with the 1st, 2nd to-be-detected surface provided in the two places position which mutually deviated from the axial direction among the outer peripheral surfaces. Further, the characteristics of these two detection surfaces change alternately in the circumferential direction and at the same pitch. Furthermore, at least the phase of the characteristic change of the first detected surface is gradually changed in a state different from the second detected surface with respect to the axial direction.
On the other hand, the sensor device includes first to third sensors. Among these, the detection part of the 1st sensor is facing the said 1st to-be-detected surface. Similarly, the detection unit of the second sensor faces the second detection surface in a state where the phase in the circumferential direction of the encoder is matched with the detection unit of the first sensor. Similarly, the detection unit of the third sensor has a phase in the circumferential direction of the encoder different from the detection unit of the first and second sensors by 90 degrees on the first detection surface. Opposite.
And the said arithmetic unit is based on the phase difference which exists between the output signals of said 1st-3rd sensor, and the displacement of the axial direction between the said both bearing rings and the displacement of a radial direction, or Obtain the load applied in the axial direction and the load applied in the radial direction.

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの変位測定装置及び荷重測定装置の場合には、エンコーダとセンサとをラジアル方向に対向させるのみで、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる。
即ち、第一、第二のセンサの出力信号の位相差に基づいて、前述の図3〜10に示した先発明の場合と同様にして、アキシアル方向の変位(荷重)を求められる。又、第一のセンサの出力信号と第三のセンサの出力信号との間の位相差に基づいて、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる。
小型の転がり軸受ユニットの場合でも、径方向に関する空間は比較的確保し易いので、本発明は、例えば小型自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する複列の転動体の間部分の様に、限られた空間内に設置できる構造として有効である。
尚、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為には、必ずしもこれら静止側軌道輪と回転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4に記載した様に、演算器に、上記第一〜第三のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を直接(上記変位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。
In the case of the displacement measuring device and the load measuring device of the rolling bearing unit of the present invention configured as described above, the encoder and the sensor are only opposed to each other in the radial direction, and not only the displacement (load) in the axial direction but also the radial. The displacement (load) in the direction is also obtained.
That is, based on the phase difference between the output signals of the first and second sensors, the displacement (load) in the axial direction can be obtained in the same manner as in the prior invention shown in FIGS. Further, a radial displacement (load) is also obtained based on the phase difference between the output signal of the first sensor and the output signal of the third sensor.
Even in the case of a small rolling bearing unit, the space in the radial direction is relatively easy to secure, so the present invention is, for example, like a portion between double row rolling elements constituting a wheel bearing rolling bearing unit of a small automobile, It is effective as a structure that can be installed in a limited space.
In order to obtain the load acting between the stationary side race ring and the rotation side race ring, it is not always necessary to obtain the relative displacement amount between the stationary side race ring and the rotation side race ring. That is, as described in claim 4, based on the phase difference existing between the output signals of the first to third sensors, the calculator has the stationary side ring and the rotation side ring to It is also possible to have a function of directly calculating the load acting during the period (without going through the process of obtaining the displacement).

本発明を実施する為に好ましくは、請求項2、5に記載した様に、第一〜第三のセンサに加えて第四のセンサを備える。そして、この第四のセンサの検出部を第一の被検出面に、エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して、上記第三のセンサとは反対側に、90度異ならせた状態で対向させる。又、演算器は、上記第一〜第四のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間のアキシアル方向の変位(荷重)、及び、互いに90度異なる2種類のラジアル方向の変位(荷重)を求める。
この様な構造によれば、これら2種類のラジアル方向の変位(荷重)を求める為の計算が単純になり、これら両方向の変位、延てはこれら両方向に加わる荷重を、ほぼリアルタイムで求める事が可能になる。
In order to carry out the present invention, preferably, as described in claims 2 and 5, a fourth sensor is provided in addition to the first to third sensors. And the detection part of this 4th sensor is made into a 1st to-be-detected surface, and the phase regarding the circumferential direction of an encoder is opposite to said 3rd sensor with respect to the detection part of said 1st, 2nd sensor. It is made to oppose in the state which made it differ by 90 degree | times. Further, the computing unit is configured to determine the axial displacement (load) between the two race rings based on the phase difference existing between the output signals of the first to fourth sensors, and 90 degrees between each other. Two different types of radial displacement (load) are obtained.
According to such a structure, the calculation for obtaining these two types of radial displacements (loads) is simplified, and the displacements in these two directions, and hence the loads applied in these two directions, can be obtained almost in real time. It becomes possible.

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項3、6に記載した様に、転がり軸受ユニットを、静止側軌道輪を懸架装置に支持固定し、回転側軌道輪に車輪を支持固定する、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットとする。そして、請求項3に記載した発明の場合には、演算器に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量に基づいて、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算出する機能を持たせる。
この様に構成すれば、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したり、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できる。
Further, when the present invention is implemented, preferably, as described in claims 3 and 6, the rolling bearing unit is configured such that the stationary side race ring is supported and fixed to the suspension device, and the wheel is supported and fixed to the rotation side race ring. A rolling bearing unit for supporting automobile wheels. In the case of the invention described in claim 3, the calculator calculates the relative displacement between the stationary side raceway and the rotation side raceway between the stationary side raceway and the rotation side raceway. Provide a function to calculate the load acting between them.
If configured in this way, the feedforward control prevents slippage between the tire and the road surface, prevents the so-called brake one-side effect where the braking forces of the left and right wheels are extremely different, It is possible to prevent the running stability of the truck or the like from being deteriorated based on the poor loading state.

図1は、請求項1、4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、磁性金属板製のエンコーダ4aの外周面に、3個のセンサ13a〜13cの検出部をラジアル方向に対向させるのみで、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる構造を実現する点にある。即ち、前述の図7〜10に示した先発明の第2例の構造にセンサ13cを1個加える事により、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(図7参照)との間のアキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)を測定可能にする点にある。このラジアル方向の変位(荷重)を測定可能にする点以外の構成及び作用は、上記先発明の第2例の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、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。尚、上記3個のセンサ13a〜13cのうちの2個のセンサ13a、13bが、上記先発明の第2例の構造に組み込まれた1対のセンサ5a、5aに対応する。又、エンコーダ4aの構造に就いては、上記先発明の第2例の構造と同じである。このエンコーダ4aの外周面の軸方向2個所位置に、それぞれ全周に亙って設けられた1対の被検出面のうち、透孔6a、6aと柱部7a、7aとを交互に設けた部分が、特許請求の範囲に記載した第一の被検出面に、透孔6b、6bと柱部7b、7bとを交互に設けた部分が同じく第二の被検出面に、それぞれ相当する。   FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 4. The feature of the present embodiment is that not only the displacement (load) in the axial direction but also the detection portions of the three sensors 13a to 13c are opposed to the outer peripheral surface of the encoder 4a made of a magnetic metal plate in the radial direction. In addition, a radial displacement (load) is also required. That is, by adding one sensor 13c to the structure of the second example of the prior invention shown in FIGS. 7 to 10 described above, the outer ring 1 which is a stationary side race ring and the hub 2 which is a rotation side race ring (FIG. 7). In addition to the displacement (load) in the axial direction, the displacement (load) in the radial direction can be measured. Since the configuration and operation other than the point enabling measurement of the radial displacement (load) are the same as in the case of the second example of the previous invention, the illustration and description regarding the equivalent parts are omitted or simplified. The description will focus on the features of this embodiment. Of the three sensors 13a to 13c, the two sensors 13a and 13b correspond to the pair of sensors 5a and 5a incorporated in the structure of the second example of the prior invention. The structure of the encoder 4a is the same as the structure of the second example of the previous invention. Out of a pair of detected surfaces provided over the entire circumference at two positions in the axial direction of the outer circumferential surface of the encoder 4a, through holes 6a and 6a and column portions 7a and 7a are alternately provided. The portion corresponds to the first detected surface described in the claims, and the portion in which the through holes 6b and 6b and the column portions 7b and 7b are alternately provided corresponds to the second detected surface.

上記3個のセンサ13a〜13cのうち、特許請求の範囲に記載した第一、第二のセンサに相当する、上記2個のセンサ13a、13bの検出部を、上記エンコーダ4aの外周面のうちで、上記第一の被検出面に相当する部分と、上記第二の被検出面に相当する部分とに振り分けて、上記エンコーダ4aの円周方向に関して同じ位置に対向させている。又、上記先発明の第2例の場合と同様に、上記外輪1と上記ハブ2(図7参照)との中立状態で、上記エンコーダ4aに形成した各透孔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13a、13bの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様にしている。   Among the three sensors 13a to 13c, the detection units of the two sensors 13a and 13b, which correspond to the first and second sensors described in the claims, are included in the outer peripheral surface of the encoder 4a. Thus, the portion is divided into a portion corresponding to the first detected surface and a portion corresponding to the second detected surface, and is opposed to the same position in the circumferential direction of the encoder 4a. As in the case of the second example of the previous invention, the outer ring 1 and the hub 2 (see FIG. 7) are in a neutral state and are positioned between the through holes 6a and 6b formed in the encoder 4a. And the rim | limb part 8 continuing to a perimeter is made to exist in the exact center position between the detection parts of both said sensors 13a and 13b.

これに対して、上記3個のセンサ13a〜13cのうち、特許請求の範囲に記載した第三のセンサに相当する、残り1個のセンサ13cの検出部は、上記エンコーダ4aの外周面のうちで、上記第一の被検出面に相当する部分に対向させている。上記1個のセンサ13c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、上記外輪1と上記ハブ2との中立状態で、上記エンコーダ4aの回転方向に関しては、上記センサ13aが対向している部分から90度ずれた位置としている。又、上記エンコーダ4aの軸方向に関しては、上記センサ13aが対向している部分と同じ位置としている。   On the other hand, among the three sensors 13a to 13c, the detection part of the remaining one sensor 13c, which corresponds to the third sensor described in the claims, is the outer peripheral surface of the encoder 4a. Thus, it is made to face the portion corresponding to the first detected surface. The position where the detection part of the one sensor 13c faces the outer peripheral surface of the encoder 4a is in a neutral state between the outer ring 1 and the hub 2, and the sensor 13a faces the rotation direction of the encoder 4a. The position is shifted by 90 degrees from the portion of the image. Further, the axial direction of the encoder 4a is the same as the position where the sensor 13a faces.

上述の様に構成する本実施例の構造によれば、上記外輪1と上記ハブ2との相対変位により生じる、上記3個のセンサ13a〜13cの出力信号同士の間の位相差に基づいて、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる。この点に就いて、x、y、z各方向の変位と、上記3個のセンサ13a〜13cの出力信号同士の間の位相差の有無とに就いて説明する。尚、x、y、z各方向とは、本実施例を自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用した場合に於いて、x方向が前後方向に関するラジアル方向を、y方向が幅方向に関するアキシアル方向を、z方向が上下方向に関するラジアル方向を、それぞれ表している。   According to the structure of the present embodiment configured as described above, based on the phase difference between the output signals of the three sensors 13a to 13c caused by the relative displacement between the outer ring 1 and the hub 2, Not only the displacement (load) in the axial direction but also the displacement (load) in the radial direction is required. With respect to this point, the displacement in each of the x, y, and z directions and the presence / absence of a phase difference between the output signals of the three sensors 13a to 13c will be described. The x, y, and z directions mean the radial direction in the longitudinal direction and the y direction in the axial direction in the case where the present embodiment is applied to a rolling bearing unit for supporting a wheel of an automobile. , And the z direction represents the radial direction with respect to the vertical direction.

(1) x方向の変位が発生(外輪1とハブ2とが前後方向に相対変位)した場合。
この場合には、下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間には位相差は発生しない。
これに対して、水平方向に設けて第一の被検出面に対向した上記1個のセンサ13cの出力信号と、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号との間に、上記x方向の変位(方向及び大きさ)に応じた方向及び大きさの位相差が発生する。
(2) y方向の変位が発生{外輪1とハブ2とが幅方向(軸方向)に相対変位}した場合。 この場合には、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間に位相差が発生する。
同様に、上記水平方向に設けた1個のセンサ13cの出力信号と上記下側に設けて第二の被検出面に対向したセンサ13bの出力信号との間にも位相差が発生する。
これに対して、上記下側に設けて第一の被検出面に対向したセンサ13aの出力信号と上記水平方向に設けた1個のセンサ13cの出力信号との間には位相差は発生しない。
(3) z方向の変位が発生(外輪1とハブ2とが上下方向に相対変位)した場合。
この場合には、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間には位相差は発生しない。
これに対して、上記水平方向に設けた1個のセンサ13cの出力信号と、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号との間に、上記z方向の変位(方向及び大きさ)に応じた方向及び大きさの位相差が発生する。
(1) When displacement in the x direction occurs (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the front-rear direction).
In this case, no phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
On the other hand, between the output signal of the one sensor 13c provided in the horizontal direction and facing the first detection surface, and the output signal of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side. A phase difference of a direction and a magnitude corresponding to the displacement (direction and magnitude) in the x direction is generated.
(2) When displacement in the y direction occurs {the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the width direction (axial direction)}. In this case, a phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
Similarly, a phase difference also occurs between the output signal of one sensor 13c provided in the horizontal direction and the output signal of the sensor 13b provided on the lower side and facing the second detection surface.
On the other hand, there is no phase difference between the output signal of the sensor 13a provided on the lower side and facing the first detection surface and the output signal of one sensor 13c provided in the horizontal direction. .
(3) When displacement in the z direction occurs (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the vertical direction).
In this case, no phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
On the other hand, the displacement in the z direction (direction and direction) between the output signal of one sensor 13c provided in the horizontal direction and the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side. A phase difference of a direction and a size according to (size) occurs.

これら、x、y、z各方向の変位が発生した状態での、上記各センサ13a〜13cの出力信号同士の間の位相差の出現状態から明らかな通り、本実施例の場合には、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、ラジアル方向の変位(荷重)も求められる。但し、x、z両方向に関するラジアル方向の変位を見分ける事はできない。従って、本実施例の構造は、アキシアル方向の変位に加えて、何れか一方向のラジアル方向の変位を求める場合に有効である。即ち、x方向或はz方向の何れか一方向にのみ変位が発生し、他方向には変位が発生しない(一定値である)と見做せる様な用途、構造であれば、上記アキシアル、ラジアル、両方向の変位を求められる。   As apparent from the appearance of the phase difference between the output signals of the sensors 13a to 13c in the state where the displacements in the x, y, and z directions have occurred, Not only the displacement (load) in the direction but also the displacement (load) in the radial direction is required. However, the radial displacement in both the x and z directions cannot be distinguished. Therefore, the structure of the present embodiment is effective for obtaining any one radial displacement in addition to the axial displacement. In other words, if the application or structure is such that the displacement occurs only in one direction of the x direction or the z direction and does not occur in the other direction (a constant value), the above axial, Radial and bi-directional displacement are required.

例えば、転がり軸受ユニットが、自動車の従動輪(FF車の後輪、FR車、RR車、MR車の前輪)を支持する為の転がり軸受ユニットの場合には、走行中に作用する荷重は、制動時を除き、アキシアル荷重と上下方向のラジアル荷重のみであり、前後方向のラジアル荷重はほぼ無視できる場合がある。そこで、上記x方向のラジアル変位を0であるとして、上記各センサ13a〜13cの出力信号同士の間の位相差を処理すれば、残りの2方向、即ち、車両の幅方向であるy方向に関するアキシアル方向の変位と、同じく上下方向であるz方向に関するラジアル方向の変位とを求められる。即ち、y方向の変位はセンサ13a、13bの出力信号同士の位相差により、z方向の変位はセンサ13a、13cの出力信号同士の位相差により、それぞれ求められる。上記各センサ13a〜13cの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記y、z両方向の変位を求める方法は、基本的には前述の図7〜10に示した、先発明の第2例の場合と同様であるから、詳しい説明は省略する。
上述の様にして、上記y、z両方向の変位を求められれば、これらy、z両方向に加わる荷重を求められる。この際、必要に応じて、例えば特願2004−370407号、或いは特願2005−110460号に記載した様な方法により、荷重が作用方向以外の方向の変位に及ぼす影響を軽減し、各方向の荷重の測定精度を向上させる。各方向の荷重を、各方向の変位を求める事なく、直接求めても良い事は、前述した通りである。
For example, when the rolling bearing unit is a rolling bearing unit for supporting a driven wheel of an automobile (rear wheel of FF vehicle, FR vehicle, RR vehicle, front wheel of MR vehicle), the load acting during traveling is Except during braking, only the axial load and the radial load in the vertical direction are available, and the radial load in the front-rear direction may be almost negligible. Therefore, assuming that the radial displacement in the x direction is 0, and processing the phase difference between the output signals of the sensors 13a to 13c, the remaining two directions, that is, the y direction which is the width direction of the vehicle, are processed. The displacement in the axial direction and the displacement in the radial direction with respect to the z direction, which is also the vertical direction, can be obtained. That is, the displacement in the y direction is obtained from the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13b, and the displacement in the z direction is obtained from the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13c. Based on the phase difference between the output signals of the sensors 13a to 13c, the method for obtaining the displacement in both the y and z directions is basically the second aspect of the prior invention shown in FIGS. Since it is the same as that of the example, detailed description is abbreviate | omitted.
As described above, if the displacement in both the y and z directions can be obtained, the load applied in both the y and z directions can be obtained. At this time, if necessary, for example, the method described in Japanese Patent Application No. 2004-370407 or Japanese Patent Application No. 2005-110460 is used to reduce the influence of the load on the displacement in the direction other than the action direction. Improve load measurement accuracy. As described above, the load in each direction may be obtained directly without obtaining the displacement in each direction.

尚、上記両センサ13b、13cの出力信号同士の位相差も、上記z方向の変位によって変化する。但し、これら両センサ13b、13cの出力信号同士は、このz方向の変位だけでなく、y方向の変位によっても変化する。このy方向の変位は、上記両センサ13a、13bの出力信号同士の間の位相差から求められるので、上記両センサ13b、13cの出力信号同士の間の位相差から、y方向の変位の影響を除く為の修正演算により、z方向の変位のみを求める事もできる。但し、計算量が多くなり、上記z方向の変位を求めるまでに要する時間が長くなるだけでなく、誤差が入り込み易くなるので、好ましくはない。   The phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13c also changes due to the displacement in the z direction. However, the output signals of both the sensors 13b and 13c change not only by the displacement in the z direction but also by the displacement in the y direction. Since the displacement in the y direction is obtained from the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13b, the influence of the displacement in the y direction is determined from the phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13c. Only the displacement in the z direction can also be obtained by a correction operation for removing. However, this is not preferable because the amount of calculation increases and the time required to obtain the displacement in the z direction is not only longer, but errors are more likely to enter.

図2は、請求項1、2、4、5に対応する、本発明の実施例2を示している。本実施例の場合には、上述した実施例1の構造に加えて、第四のセンサであるセンサ13dを設けている。そして、このセンサ13dの検出部を、第三のセンサであるセンサ13cの検出部と同様に、エンコーダ4aの第一の被検出面である、透孔6a、6aと柱部7a、7aとを交互に設けた部分に対向させている。上記第四のセンサであるセンサ13d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、上記外輪1と上記ハブ2(図7参照)との中立状態で、上記エンコーダ4aの回転方向に関しては、センサ13aが対向している部分から90度、上記第三のセンサであるセンサ13cとは反対側にずれた位置としている。又、上記エンコーダ4aの軸方向に関しては、上記両センサ13a、13cが対向している部分と同じ位置としている。本実施例の場合、この様な構成を採用する事により、x、y、zの3方向の変位を求め、更にこれら3方向の変位から、これら3方向に加わる荷重を求められる様にしている。   FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention corresponding to claims 1, 2, 4, and 5. In the case of the present embodiment, in addition to the structure of the first embodiment described above, a sensor 13d as a fourth sensor is provided. And the detection part of this sensor 13d is the same as the detection part of the sensor 13c which is a 3rd sensor, The through-holes 6a and 6a and the pillar parts 7a and 7a which are the 1st to-be-detected surfaces of the encoder 4a are used. It is made to oppose the part provided alternately. The position at which the detection portion of the sensor 13d as the fourth sensor faces the outer peripheral surface of the encoder 4a is in a neutral state between the outer ring 1 and the hub 2 (see FIG. 7), and the rotational direction of the encoder 4a. Is a position shifted 90 degrees from the portion where the sensor 13a is opposed to the side opposite to the sensor 13c as the third sensor. The axial direction of the encoder 4a is the same as the position where the sensors 13a and 13c face each other. In the case of the present embodiment, by adopting such a configuration, the displacement in the three directions x, y, and z is obtained, and further, the load applied in these three directions can be obtained from the displacement in these three directions. .

上述の様に構成する本実施例の構造によれば、上記外輪1と上記ハブ2との相対変位により生じる、4個のセンサ13a〜13dの出力信号同士の間の位相差に基づいて、アキシアル方向の変位(荷重)だけでなく、2方向のラジアル方向の変位(荷重)も求められる。この点に就いて、x、y、z各方向の変位と上記4個のセンサ13a〜13dの出力信号同士の間の位相差の有無に就いて説明する。
(1) x方向の変位が発生(外輪1とハブ2とが前後方向に相対変位)した場合。
この場合には、下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間には位相差は発生しない。
これに対して、上記下側に設けて第二の被検出面に対向したセンサ13bの出力信号と、水平方向に設けて第一の被検出面に対向した2個のセンサ13c、13dの出力信号との間に、上記x方向の変位(方向及び大きさ)に応じた方向及び大きさの位相差が発生する。
又、上記下側に設けて第一の被検出面に対向したセンサ13aの出力信号と、上記水平方向に設けて第一の被検出面に対向した2個のセンサ13c、13dの出力信号との間にも、上記x方向の変位(方向及び大きさ)に応じた方向及び大きさの位相差が発生する。 上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間には、位相差は発生しない。
(2) y方向の変位が発生{外輪1とハブ2とが幅方向(軸方向)に相対変位}した場合。 この場合には、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間に位相差が発生する。
同様に、上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号と、上記下側に設けて第二の被検出面に対向したセンサ13bの出力信号との間にも、位相差が発生する。
これに対して、上記下側に設けて第一の被検出面に対向したセンサ13aの出力信号と、上記水平方向に設けてこの第一の被検出面に対向した2個のセンサ13c、13dの出力信号との間には、位相差は発生しない。
又、上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間にも、位相差は発生しない。
(3) z方向の変位が発生(外輪1とハブ2とが上下方向に相対変位)した場合。
この場合には、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間には、位相差は発生しない。
これに対して、上記下側に設けて第二の被検出面に対向しているセンサ13bの出力信号と、水平方向に設けて第一の被検出面に対向した2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間に、位相差が発生する。
又、上記下側に設けて第一の被検出面に対向しているセンサ13aの出力信号と、水平方向に設けて第一の被検出面に対向した2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間にも、位相差が発生する。
更に、水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間にも、位相差が発生する。
According to the structure of the present embodiment configured as described above, the axial is based on the phase difference between the output signals of the four sensors 13a to 13d caused by the relative displacement between the outer ring 1 and the hub 2. Not only the displacement (load) in the direction but also the displacement (load) in the radial direction in two directions is obtained. With respect to this point, the displacement in the x, y, and z directions and the presence or absence of a phase difference between the output signals of the four sensors 13a to 13d will be described.
(1) When displacement in the x direction occurs (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the front-rear direction).
In this case, no phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
On the other hand, the output signal of the sensor 13b provided on the lower side and facing the second detected surface, and the outputs of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and facing the first detected surface. A phase difference of a direction and a magnitude according to the displacement (direction and magnitude) in the x direction is generated between the signal and the signal.
Further, the output signal of the sensor 13a provided on the lower side and facing the first detection surface, and the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and facing the first detection surface In the meantime, a phase difference of a direction and a magnitude corresponding to the displacement (direction and magnitude) in the x direction occurs. There is no phase difference between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction.
(2) When displacement in the y direction occurs {the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the width direction (axial direction)}. In this case, a phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
Similarly, there is also a phase difference between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and the output signal of the sensor 13b provided on the lower side and facing the second detection surface. appear.
On the other hand, the output signal of the sensor 13a provided on the lower side and facing the first detected surface, and the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and facing the first detected surface. There is no phase difference between the output signals of the two.
Further, no phase difference is generated between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction.
(3) When displacement in the z direction occurs (the outer ring 1 and the hub 2 are relatively displaced in the vertical direction).
In this case, no phase difference occurs between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side.
On the other hand, the output signal of the sensor 13b provided on the lower side and facing the second detected surface, and the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and facing the first detected surface. A phase difference occurs between the output signals.
Also, the output signal of the sensor 13a provided on the lower side and facing the first detected surface, and the output signal of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction and facing the first detected surface. A phase difference also occurs between them.
Furthermore, a phase difference also occurs between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction.

要するに、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間の位相は、y方向の変位のみで変化(位相差が発生)し、x、z方向の変位では変化しない。従って、上記下側に設けた2個のセンサ13a、13bの出力信号同士の間の位相差の有無、方向、大きさを測定すれば、上記y方向の変位を求められる。
又、上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間の位相は、z方向の変位のみで変化し、x、y方向の変位では変化しない。従って、上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間の位相差の有無、方向、大きさを測定すれば、上記z方向の変位を求められる。
更に、それぞれが下方或いは水平方向に設けられて第一の被検出面に対向した、センサ13a、13cの出力信号同士の間の位相は、x方向の変位によって変化するが、同時に、z方向の変位によっても変化する。但し、このうちのz方向の変位は、上記水平方向に設けた2個のセンサ13c、13dの出力信号同士の間の位相差から求められるので、これら両センサ13c、13dの出力信号同士の間の位相差から上記z方向の変位の影響を除く修正演算を行なえば、上記x方向の変位のみを求められる。尚、このx方向の変位は、下方と水平方向とに設けられてそれぞれが第一の検出面に対向している、両センサ13a、13dの出力信号同士の間の位相差からも、同様に上記z方向の変位の影響を除く修正演算を行なう事により求められる。即ち、センサ13a、13cの出力信号同士の間の位相差、或いは、センサ13a、13dの出力信号同士の間の位相差から、或は両位相差の平均から、x方向の変位のみを求められる。各方向の変位から各方向の荷重を求められる事、各方向の荷重を、各方向の変位を求める事なく、直接求めても良い事は、前述した通りである。
In short, the phase between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side changes only by displacement in the y direction (phase difference occurs) and does not change by displacement in the x and z directions. Therefore, if the presence / absence, direction and size of the phase difference between the output signals of the two sensors 13a and 13b provided on the lower side are measured, the displacement in the y direction can be obtained.
The phase between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction changes only with displacement in the z direction, and does not change with displacement in the x and y directions. Therefore, the displacement in the z direction can be obtained by measuring the presence, direction, and magnitude of the phase difference between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction.
Furthermore, the phase between the output signals of the sensors 13a and 13c, which are respectively provided in the lower or horizontal direction and face the first detection surface, varies depending on the displacement in the x direction. It also changes depending on the displacement. However, since the displacement in the z direction is obtained from the phase difference between the output signals of the two sensors 13c and 13d provided in the horizontal direction, the displacement between the output signals of both the sensors 13c and 13d. If the correction calculation that excludes the influence of the displacement in the z direction is performed from the phase difference, only the displacement in the x direction can be obtained. The displacement in the x direction is similarly determined from the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13d, which are provided in the lower and horizontal directions, and are opposed to the first detection surface. It is obtained by performing a correction calculation that excludes the influence of the displacement in the z direction. That is, only the displacement in the x direction can be obtained from the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13c, the phase difference between the output signals of the sensors 13a and 13d, or the average of both phase differences. . As described above, the load in each direction can be obtained from the displacement in each direction, and the load in each direction can be obtained directly without obtaining the displacement in each direction.

尚、センサ13b、13cの出力信号同士の間の位相差や、センサ13b、13dの出力信号同士の間の位相差も、x方向の変位により変化するが、同時にy方向の変位やz方向の変位によっても変化する。これらy、z方向の変位は上述の様に求められるので、上記センサ13b、13cの出力信号同士の間の位相差や、上記センサ13b、13dの出力信号同士の間の位相差から、これらy、z方向の変位の影響を除く為の修正演算により、x方向の変位のみを求める事もできる。但し、計算量が多くなり、このx方向の変位を求めるまでに要する時間が長くなるだけでなく、誤差が入り込み易くなるので、好ましくはない。   The phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13c and the phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13d also change due to the displacement in the x direction. It also changes depending on the displacement. Since the displacements in the y and z directions are obtained as described above, these y are calculated from the phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13c and the phase difference between the output signals of the sensors 13b and 13d. In addition, only the displacement in the x direction can be obtained by a correction operation for removing the influence of the displacement in the z direction. However, it is not preferable because the calculation amount increases and not only the time required to obtain the displacement in the x direction is increased, but also errors are easily introduced.

図示の各実施例としては、第一、第二の被検出面に、互いに逆方向に傾斜した透孔6a、6b及び柱部7a、7bを形成した、磁性金属板製のエンコーダ4aを使用した構造に就いて示した。これに対して、使用するエンコーダは、前述の図11の(B)に示す様に、第一の被検出面部分にのみ、特性変化の境界が軸方向に対し傾斜したエンコーダを使用する事もできる。又、エンコーダの被検出面の特性変化の性状としては、図示の様な透孔と柱部との繰り返しに限らず、前述の図3〜6に示す様な、S極とN極との繰り返しや、凹部と凸部との繰り返しであっても良い。   In each of the illustrated examples, an encoder 4a made of a magnetic metal plate having through holes 6a and 6b and column portions 7a and 7b inclined in opposite directions on the first and second detection surfaces was used. The structure is shown. On the other hand, as shown in FIG. 11B, the encoder to be used may be an encoder whose characteristic change boundary is inclined with respect to the axial direction only on the first detected surface portion. it can. Further, the property change of the detected surface of the encoder is not limited to the repetition of the through hole and the column as shown in the figure, but the repetition of the S pole and the N pole as shown in FIGS. Or the repetition of a recessed part and a convex part may be sufficient.

又、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、例えばABSを制御する為の情報として、車輪の回転速度を計測する。前述の図1に示した実施例1の場合には、3個のセンサ13a〜13cで、図2に示した実施例2の場合には4個のセンサ13a〜13dで、上記車輪の回転速度を計測している。上記ABS制御用の信号は、何れか1個のセンサの出力信号をこのABS用の制御器に入力すれば足りるが、複数のセンサの出力信号をこの制御器に取り込んで互いに比較し、何れかのセンサに異常がないか否かの判定を行なう事もできる。尚、車輪の回転速度検出に使用するセンサが3個以上あれば、何れかのセンサに異常が発生した場合でも、多数決の論理で正常と思われるセンサを選択し、当該センサにより制御を暫定的に続行する事もできる。   In the case of a rolling bearing unit for supporting a wheel of an automobile, for example, the rotational speed of the wheel is measured as information for controlling the ABS. In the case of the first embodiment shown in FIG. 1, the three sensors 13a to 13c are used, and in the case of the second embodiment shown in FIG. 2, the four sensors 13a to 13d are used. Is measured. As for the ABS control signal, it is sufficient to input the output signal of any one sensor to the controller for ABS, but the output signals of a plurality of sensors are taken into this controller and compared with each other. It can also be determined whether or not there is any abnormality in the sensor. If there are three or more sensors used to detect the rotational speed of the wheel, even if an abnormality occurs in any of the sensors, a sensor that is considered to be normal in the majority logic is selected, and control is temporarily performed by the sensor. You can also continue.

又、前述した先発明及び本発明による、エンコーダとセンサとの組み合わせ構造は、何れも静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位を測定するものである。従って、上記エンコーダと上記センサとは、転がり軸受ユニットの構成部材、即ち、上記静止側軌道輪と回転側軌道輪とに設置しても良いが、上記エンコーダと上記センサとうちの少なくとも一方を、これら静止側、回転側両軌道輪以外の(転がり軸受ユニットの構成部材ではない)回転体又は静止部材に設置しても良い。即ち、上記エンコーダを回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪に結合固定された回転体に設置すると共に、上記センサを、上記静止側軌道輪又はこの静止側軌道輪を結合固定した静止部材に設置する事もできる。例えば、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合であれば、ハブを回転駆動する為の駆動軸を有する等速ジョイント(回転体)の一部にエンコーダを設置し、懸架装置を構成するナックル(静止部材)にセンサを設置する事もできる。この様な構成を採用すれば、上記エンコーダ及びセンサを設置する事に関して、転がり軸受ユニット部分の寸法上の制約を受けずに済む。この為、小型の転がり軸受ユニットでも、上記静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対変位の測定や、これら両軌道輪同士の間に作用する荷重の推定が可能になる。   In addition, the combined structure of the encoder and the sensor according to the above-described previous invention and the present invention each measures the relative displacement between the stationary-side raceway and the rotation-side raceway. Therefore, the encoder and the sensor may be installed on the components of the rolling bearing unit, i.e., the stationary raceway and the rotary raceway, but at least one of the encoder and the sensor is You may install in rotary bodies or stationary members (not the structural member of a rolling bearing unit) other than these stationary-side and rotation-side bearing rings. That is, the encoder is installed on a rotating raceway or a rotating body coupled and fixed to the rotating raceway, and the sensor is installed on the stationary raceway or a stationary member coupled and fixed to the stationary raceway. You can also do it. For example, in the case of a rolling bearing unit for supporting a wheel of an automobile, an encoder is installed in a part of a constant velocity joint (rotating body) having a drive shaft for rotationally driving a hub, and a knuckle ( A sensor can be installed on the stationary member. By adopting such a configuration, the installation of the encoder and sensor does not require restrictions on the dimensions of the rolling bearing unit. For this reason, even with a small rolling bearing unit, it is possible to measure the relative displacement between the stationary-side raceway and the rotation-side raceway and estimate the load acting between the two raceways.

更に、上記先発明及び本発明を実施する場合には、演算器が必要になるが、この演算器は、転がり軸受ユニット部分に設置しても、或いはこの転がり軸受ユニット外に、この転がり軸受ユニットとは別体として設置しても良い。但し、転がり軸受ユニット部分に設置すれば、位相比と変位との関係を表すゲインや、変位と荷重との関係を表すゲイン等の特性を、個々の転がり軸受ユニットに設置されている演算器に書き込んでおけるので、個々の転がり軸受ユニット毎に異なるゲインを正しく管理する面からは都合が良い。これに対して、転がり軸受ユニットが、熱や振動等の面から過酷な環境に曝される場合には、演算器を、この転がり軸受ユニットから離れた、環境的に有利な場所に設置する事が好ましい。この場合でも、演算器と個々の転がり軸受ユニットとは、1対1の対応が付く様に管理する事が望ましい。この様な管理を行なえる構造として、転がり軸受ユニットに付属のセンサから導出したハーネスに演算器を結合し、この転がり軸受ユニットと演算器とを、このハーネスを介して1セットとして取り扱える様に、工場間で搬送する事が考えられる。この様な手段を採用すれば、環境的に有利な場所に演算器を設置でき、しかも、ゲイン等の、各転がり軸受ユニット毎に異なる特性を、各転がり軸受ユニットに対応する演算器に書き込んでおける。具体的には、各転がり軸受ユニットにその基端部を結合したハーネスの先端に設けたコネクタ部に、上記演算器を設置する方法が考えられる。   Further, when the above-described invention and the present invention are carried out, an arithmetic unit is required. This arithmetic unit may be installed in the rolling bearing unit portion or outside the rolling bearing unit. You may install as a separate body. However, if it is installed in the rolling bearing unit, characteristics such as a gain indicating the relationship between the phase ratio and the displacement and a gain indicating the relationship between the displacement and the load are given to the computing unit installed in each rolling bearing unit. Since it can be written, it is convenient from the viewpoint of correctly managing the gain that is different for each rolling bearing unit. On the other hand, when the rolling bearing unit is exposed to a harsh environment in terms of heat, vibration, etc., the computing unit should be installed in an environmentally advantageous place away from the rolling bearing unit. Is preferred. Even in this case, it is desirable to manage the computing unit and each rolling bearing unit so as to have a one-to-one correspondence. As a structure capable of performing such management, an arithmetic unit is coupled to a harness derived from a sensor attached to the rolling bearing unit so that the rolling bearing unit and the arithmetic unit can be handled as one set via the harness. It can be considered to be transported between factories. By adopting such means, the computing unit can be installed in an environmentally advantageous place, and the characteristics such as gain that differ for each rolling bearing unit are written in the computing unit corresponding to each rolling bearing unit. I can. Specifically, a method is conceivable in which the computing unit is installed at a connector portion provided at the distal end of a harness in which the base end portion is coupled to each rolling bearing unit.

本発明の実施例1を示す、略斜視図。1 is a schematic perspective view showing Example 1 of the present invention. 同実施例2を示す略斜視図。The schematic perspective view which shows the same Example 2. FIG. 先発明の第1例を示す断面図。Sectional drawing which shows the 1st example of a prior invention. この第1例に組み込むエンコーダの斜視図。The perspective view of the encoder built in this 1st example. 同じく展開図。Similarly development. 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。The diagram which shows the output signal of the sensor which changes with the fluctuation | variation of an axial load. 先発明の第2例を示す断面図。Sectional drawing which shows the 2nd example of a prior invention. この第2例に組み込むエンコーダの斜視図。The perspective view of the encoder integrated in this 2nd example. 同じく展開図。Similarly development. 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。The diagram which shows the output signal of the sensor which changes with the fluctuation | variation of an axial load. 先発明に係る、アキシアル方向及びラジアル方向の変位を求める構造の1例を示す略図。The schematic diagram which shows one example of the structure which calculates | requires the displacement of an axial direction and a radial direction based on prior invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a 外輪
2 ハブ
3、3a 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 エンコーダ
10 被検出用特性部
11 エンコーダ
12、12a 被検出用特性部
13a〜13d センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Outer ring 2 Hub 3, 3a Rolling element 4, 4a Encoder 5, 5a Sensor 6a, 6b Through-hole 7a, 7b Pillar part 8 Rim part 9 Encoder 10 Characteristic part for detection 11 Encoder 12, 12a Characteristic part for detection 13a-13d sensor

Claims (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、上記回転側軌道輪と共に回転する部分にこの回転側軌道輪と同心に設けられたエンコーダと、上記静止側軌道輪に支持されて検出部をこのエンコーダの被検出面である外周面に対向させたセンサ装置と、演算器とを備えたものであり、
上記エンコーダは、外周面のうちで互いに軸方向に外れた2個所位置に設けられた第一、第二の被検出面を備えたもので、これら両被検出面の特性は、円周方向に関して交互に、且つ、互いに同じピッチで変化しており、少なくとも上記第一の被検出面の特性変化の位相が軸方向に対し、上記第二の被検出面と異なる状態で漸次変化しており、
上記センサ装置は、第一〜第三のセンサを備えており、このうちの第一のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に対向しており、同じく第二のセンサの検出部は、上記第二の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を上記第一のセンサの検出部と一致させた状態で対向しており、同じく第三のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して90度異ならせた状態で対向しており、
上記演算器は、上記第一〜第三のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間のアキシアル方向の変位及びラジアル方向の変位を求める転がり軸受ユニットの変位測定装置。
A rolling bearing unit and a displacement measuring device;
Of these, the rolling bearing unit is present on a stationary bearing ring that does not rotate even in use, a rotating bearing ring that rotates in use, and circumferential surfaces of the stationary bearing ring and the rotating bearing ring that face each other. A plurality of rolling elements provided between the stationary side track and the rotating side track,
The displacement measuring device includes an encoder provided concentrically with the rotation-side raceway at a portion that rotates together with the rotation-side raceway, and a detection unit supported by the stationary-side raceway as a detected surface of the encoder. It is equipped with a sensor device facing the outer peripheral surface, and a calculator.
The encoder includes first and second detected surfaces provided at two positions on the outer peripheral surface that are axially deviated from each other. The characteristics of these detected surfaces are related to the circumferential direction. Alternately and at the same pitch, and at least the phase of the characteristic change of the first detected surface is gradually changed in a state different from the second detected surface with respect to the axial direction,
The sensor device includes first to third sensors, of which the detection unit of the first sensor faces the first detection surface, and is also the detection unit of the second sensor. Is opposed to the second detection surface in a state where the phase in the circumferential direction of the encoder is matched with the detection unit of the first sensor, and the detection unit of the third sensor is the same as the first detection surface. The phase in the circumferential direction of the encoder is opposed to one detection surface in a state where the phase is different by 90 degrees from the detection units of the first and second sensors,
The arithmetic unit is a rolling bearing unit for obtaining an axial displacement and a radial displacement between the two race rings based on a phase difference existing between output signals of the first to third sensors. Displacement measuring device.
第一〜第三のセンサに加えて第四のセンサを備え、この第四のセンサの検出部は第一の被検出面に、エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して、上記第三のセンサとは反対側に、90度異ならせた状態で対向しており、
演算器は、上記第一〜第四のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間のアキシアル方向の変位、及び、互いに90度異なる2種類のラジアル方向の変位を求める、請求項1に記載した転がり軸受ユニットの変位測定装置。
In addition to the first to third sensors, a fourth sensor is provided, and the detection unit of the fourth sensor indicates the phase in the circumferential direction of the encoder on the first detected surface, and the first and second sensors. Is opposed to the third sensor on the opposite side to the third sensor in a state of being different by 90 degrees,
Based on the phase difference that exists between the output signals of the first to fourth sensors, the computing unit is based on the axial displacement between the two races and two types of radials that differ from each other by 90 degrees. The displacement measuring device for a rolling bearing unit according to claim 1, wherein a displacement in a direction is obtained.
転がり軸受ユニットが、静止側軌道輪を懸架装置に支持固定し、回転側軌道輪に車輪を支持固定する、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットであり、演算器は、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との相対変位量に基づいて、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算出する、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した転がり軸受ユニットの変位測定装置。   A rolling bearing unit is a wheel bearing rolling bearing unit for supporting and fixing a stationary side bearing ring to a suspension device, and supporting and fixing a wheel to a rotating side bearing ring. The rolling according to any one of claims 1 to 2, wherein a load acting between the stationary side raceway and the rotation side raceway is calculated based on a relative displacement amount with the rotation side raceway. Displacement measuring device for bearing unit. 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、上記回転側軌道輪と共に回転する部分にこの回転側軌道輪と同心に設けられたエンコーダと、上記静止側軌道輪に支持されて検出部をこのエンコーダの被検出面である外周面に対向させたセンサ装置と、演算器とを備えたものであり、
上記エンコーダは、外周面のうちで互いに軸方向に外れた2個所位置に設けられた第一、第二の被検出面を備えたもので、これら両被検出面の特性は、円周方向に関して交互に、且つ、互いに同じピッチで変化しており、少なくとも上記第一の被検出面の特性変化の位相が軸方向に対し、上記第二の被検出面と異なる状態で漸次変化しており、
上記センサ装置は、第一〜第三のセンサを備えており、このうちの第一のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に対向しており、同じく第二のセンサの検出部は、上記第二の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を上記第一のセンサの検出部と一致させた状態で対向しており、同じく第三のセンサの検出部は、上記第一の被検出面に、上記エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して90度異ならせた状態で対向しており、
上記演算器は、上記第一〜第三のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間にアキシアル方向に加わる荷重及びラジアル方向に加わる荷重を求める転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
A rolling bearing unit and a load measuring device;
Of these, the rolling bearing unit is present on a stationary bearing ring that does not rotate even in use, a rotating bearing ring that rotates in use, and circumferential surfaces of the stationary bearing ring and the rotating bearing ring that face each other. A plurality of rolling elements provided between the stationary side track and the rotating side track,
The load measuring device includes an encoder provided concentrically with the rotation-side raceway at a portion rotating together with the rotation-side raceway, and a detection unit supported by the stationary-side raceway as a detected surface of the encoder. It is equipped with a sensor device facing the outer peripheral surface, and a calculator.
The encoder includes first and second detected surfaces provided at two positions on the outer peripheral surface that are axially deviated from each other. The characteristics of these detected surfaces are related to the circumferential direction. Alternately and at the same pitch, and at least the phase of the characteristic change of the first detected surface is gradually changed in a state different from the second detected surface with respect to the axial direction,
The sensor device includes first to third sensors, of which the detection unit of the first sensor faces the first detection surface, and is also the detection unit of the second sensor. Is opposed to the second detection surface in a state where the phase in the circumferential direction of the encoder is matched with the detection unit of the first sensor, and the detection unit of the third sensor is the same as the first detection surface. The phase in the circumferential direction of the encoder is opposed to one detection surface in a state where the phase is different by 90 degrees from the detection units of the first and second sensors,
The computing unit calculates a load applied in the axial direction and a load applied in the radial direction between the two race rings based on a phase difference existing between the output signals of the first to third sensors. Bearing unit load measuring device.
第一〜第三のセンサに加えて第四のセンサを備え、この第四のセンサの検出部は第一の被検出面に、エンコーダの周方向に関する位相を、上記第一、第二のセンサの検出部に対して、上記第三のセンサとは反対側に、90度異ならせた状態で対向しており、
演算器は、上記第一〜第四のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記両軌道輪同士の間にアキシアル方向に加わる荷重、及び、互いに90度異なる2種類のラジアル方向に加わる荷重を求める、請求項4に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
In addition to the first to third sensors, a fourth sensor is provided, and the detection unit of the fourth sensor indicates the phase in the circumferential direction of the encoder on the first detected surface, and the first and second sensors. Is opposed to the third sensor on the opposite side to the third sensor in a state of being different by 90 degrees,
Based on the phase difference that exists between the output signals of the first to fourth sensors, the computing unit includes a load applied in the axial direction between the two races and two types that differ from each other by 90 degrees. The load measuring device for a rolling bearing unit according to claim 4, wherein a load applied in a radial direction is obtained.
転がり軸受ユニットが、静止側軌道輪を懸架装置に支持固定し、回転側軌道輪に車輪を支持固定する、自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットである、請求項4〜5のうちの何れか1項に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。   6. The rolling bearing unit according to claim 4, wherein the rolling bearing unit is a rolling bearing unit for supporting a vehicle wheel, wherein the stationary bearing ring is supported and fixed to the suspension device, and the wheel is supported and fixed to the rotating bearing ring. The load measuring device of the rolling bearing unit described in the item.
JP2006115302A 2005-04-22 2006-04-19 Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit Expired - Fee Related JP4887882B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006115302A JP4887882B2 (en) 2005-04-22 2006-04-19 Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005125029 2005-04-22
JP2005125029 2005-04-22
JP2006115302A JP4887882B2 (en) 2005-04-22 2006-04-19 Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006322928A JP2006322928A (en) 2006-11-30
JP4887882B2 true JP4887882B2 (en) 2012-02-29

Family

ID=37542700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006115302A Expired - Fee Related JP4887882B2 (en) 2005-04-22 2006-04-19 Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4887882B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4940937B2 (en) * 2006-02-28 2012-05-30 日本精工株式会社 Rotating machine state quantity measuring device
JP2008175782A (en) * 2007-01-22 2008-07-31 Jtekt Corp Sensor-equipped rolling bearing unit
JP4957357B2 (en) * 2007-04-26 2012-06-20 日本精工株式会社 Rotational support device state quantity measuring device
JP4962126B2 (en) * 2007-05-01 2012-06-27 株式会社ジェイテクト Rolling bearing device with sensor
EP1988376B1 (en) 2007-05-01 2017-06-07 JTEKT Corporation Rolling bearing device with sensor
JP4952405B2 (en) * 2007-07-02 2012-06-13 日本精工株式会社 State quantity measuring device for rolling bearing units
JP5151634B2 (en) * 2008-04-09 2013-02-27 日本精工株式会社 Magnetization method of encoder
JP5251802B2 (en) * 2009-09-17 2013-07-31 日本精工株式会社 Physical quantity measuring device for rolling bearing units
CN113776802B (en) * 2021-09-17 2024-05-03 余雨娇 Motor production device for motor output shaft stability detection function

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006322928A (en) 2006-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4887882B2 (en) Displacement measuring device and load measuring device of rolling bearing unit
JP4940937B2 (en) Rotating machine state quantity measuring device
KR100989528B1 (en) Preload measuring device for double row rolling bearing unit
JP2006300086A (en) Rolling bearing unit with load measuring device
JP2005090994A (en) Load measuring device for roller bearing unit
JP2007093580A (en) Rolling bearing unit with displacement measuring device, and the rolling bearing unit with load measuring device
JP2006337356A (en) Rolling bearing unit with displacement measuring instrument, and rolling bearing unit with load measuring instrument
JP5099245B2 (en) Rolling bearing unit with load measuring device
JP2006113017A (en) Encoder, rolling bearing unit with the encoder, and rolling bearing unit with load-measuring instrument
JP2006308465A (en) Load measuring device
JP2006292445A (en) Rolling bearing unit with load cell
JP2008039155A (en) Rolling bearing unit with state quantity measuring device and assembling method
JP2006317434A (en) Apparatus for measuring displacement and load of rolling bearing unit
JP4957390B2 (en) Method for manufacturing rolling bearing unit with physical quantity measuring device
JP2007057257A (en) Wheel bearing with sensor
JP4887816B2 (en) Load measuring device for rolling bearing units
JP2006258801A (en) Rolling bearing unit with displacement measuring device and rolling bearing unit with load cell device
JP2004198210A (en) Load measuring apparatus for rolling bearing unit
JP2007057342A (en) Rolling bearing unit with load measuring device
JP4752483B2 (en) Rolling bearing unit with displacement measuring device and rolling bearing unit with load measuring device
JP4935203B2 (en) Wheel toe abnormality detection device
JP4894277B2 (en) Load measuring device for rolling bearing units
JP4899311B2 (en) Rolling bearing unit with load measuring device
JP2005098771A (en) Load-measuring device of rolling bearing unit
JP2005308134A (en) Rolling bearing unit with sensor for detecting revolution speed

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090415

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090811

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111115

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111128

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4887882

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141222

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees