JP4941140B2 - 転がり軸受ユニットの状態量測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪と回転側軌道輪との間の相対変位及びこれら両軌道輪同士の間に作用する外力を測定する為に利用する、転がり軸受ユニットの状態量測定装置の改良に関する。

例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１には、特殊なエンコーダを使用して、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７〜８は、この特許文献１に記載された構造ではないが、この特許文献１に記載された構造と同じ荷重の測定原理を採用している、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する先発明の構造の１例を示している。この先発明の構造は、使用時にも回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、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。これら各転動体３、３には、互いに逆向きの（図示の場合には背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、上記転動体３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。

又、上記ハブ２の内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図２、７の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図２、７の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円環状のエンコーダ４を、上記ハブ２と同心に支持固定している。又、上記外輪１の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー５の内側に、１対のセンサ６ａ、６ｂを支持固定すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、上記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。

上記エンコーダ４は、芯金７とエンコーダ本体８とを組み合わせて成る。このうちの芯金７は、軟鋼板等の磁性金属板により、断面クランク形で全体を段付円筒状に構成しており、互いに同心の大径円筒部９及び小径円筒部１０と、これら両円筒部９、１０の軸方向端縁同士を連結する円輪部１１とを備える。又、上記エンコーダ本体８は、上記大径円筒部９の外周面の全周に円筒状の磁性部材（永久磁石材、高保磁力材）を、この大径円筒部９と同心に添着固定（接着固定、モールドによる固定等）した後、この磁性部材に着磁する事により構成している。被検出面である、上記エンコーダ本体８の外周面の軸方向内半部には、Ｓ極に着磁された部分とＮ極に着磁された部分とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。そして、この被検出面の軸方向外半部を、上記Ｓ極に着磁された部分と上記Ｎ極に着磁された部分との境界の位相が、軸方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化する、第一特性変化部１２としている。これに対し、上記被検出面の軸方向内半部を、上記Ｓ極に着磁された部分と上記Ｎ極に着磁された部分との境界の位相が、軸方向に対して上記所定方向と逆方向に上記所定角度と同じ角度で漸次変化する、第二特性変化部１３としている。従って、上記Ｓ極に着磁された部分と上記Ｎ極に着磁された部分とは、軸方向中央部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「へ」字形（又は「く」字形）となっている。この様なエンコーダ４は、上記芯金７を構成する小径円筒部１０を、上記ハブ２の内端部に締り嵌めで外嵌する事により、このハブ２に対し、このハブ２と同心に支持固定している。

又、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込んでいる。そして、これら両センサ６ａ、６ｂのうち、一方のセンサ６ａの検出部を上記第一特性変化部１２に、他方のセンサ６ｂの検出部を上記第二特性変化部１３に、それぞれ近接対向させている。これら両センサ６ａ、６ｂの検出部が上記両特性変化部１２、１３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。又、上記外輪１と上記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない、中立状態で、上記Ｓ極に着磁された部分と上記Ｎ極に着磁された部分との軸方向中央部で円周方向に関して最も突出した部分が、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材の設置位置を規制している。

上述の様に構成する転がり軸受ユニットの状態量測定装置の場合、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６ａ、６ｂの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図８の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ６ａ、６ｂ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、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図８の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図８の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図８の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図８の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様に、上記（Ｂ）の場合とは逆方向にずれる。

この様に、上述した先発明の構造の場合には、上記両センサ６ａ、６ｂ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作用方向（これら外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位の方向）に応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重（相対変位）により上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相がずれる程度は、このアキシアル荷重（相対変位）が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ６ａ、６ｂ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向き及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて上記アキシアル方向の相対変位及び荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記位相差と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で記憶させておく。

又、上述した先発明の構造の場合には、それぞれの検出部を第一、第二両特性変化部１２、１３に対向させた１対のセンサ６ａ、６ｂから成るセンサ組を１組だけ設けている。これに対し、特願２００６−１４３０９７、特願２００６−３４５８４９には、それぞれが１対のセンサから成るセンサ組を複数組設ける事で、多方向の変位或は外力を求められる構造が開示されている。

ところで、上述した様な転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関しては、上記エンコーダ４を、車輪の回転速度検出用エンコーダとして兼用できる様にする事が、車両用走行安定化装置の構成部品の数、延いてはコストを抑える為には必要である。例えば、上記エンコーダ４の被検出面にその検出部を対向させたセンサ（上記両センサ６ａ、６ｂのうちの何れか一方のセンサ、又は、これら両センサ６ａ、６ｂとは別個に設けられたセンサ）の出力信号を、車輪の回転速度を表す信号としてＡＢＳの制御に利用できれば、少なくとも車輪の回転速度検出用エンコーダを別個に設ける必要がなくなる分、小型軽量化とコストの低減とを図れる。但し、上記出力信号をＡＢＳの制御に利用する為には、この出力信号に基づいて車輪の回転速度を正確に把握できる様にすべく、この出力信号のパルスピッチ精度を良好にする必要がある。

ところが、上述した転がり軸受ユニットの状態量測定装置の場合には、上記エンコーダ４の被検出面に存在する特性境界（Ｓ極とＮ極との境界）が、この被検出面の幅方向に対し傾斜している。この為、車両の走行中、上記エンコーダ４に回転振れ（回転に伴うアキシアル方向の振れ）が生じると、上記出力信号のパルスピッチ精度が悪化する。これに対し、上記エンコーダ４（４ａ）の製造誤差や組付け誤差、更には転がり軸受ユニットの製造誤差等を厳しく規制すれば、上記エンコーダ４の回転振れを抑える事ができて、上記出力信号のパルスピッチ精度の悪化を十分に抑えられる。但し、この様な方法を採用すると、歩留まりが低下し、製造コストが嵩むと言った不都合が生じ易くなる。

特開２００６−１１３０１７号公報

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置は、上述の様な事情に鑑み、エンコーダに生じる回転振れに拘らず、車輪の回転速度を測定する為に使用するセンサの出力信号に就いて、安定したパルスピッチ精度を得られる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置は、転がり軸受ユニットと、状態量測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記状態量測定装置は、エンコーダと、センサ装置と、演算器と、回転速度測定用センサとを備える。
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪に直接又は他の部材を介して支持固定されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面を備える。そして、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させると共に、この被検出面の幅方向片半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に漸次変化する第一特性変化部を、この被検出面の幅方向他半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に漸次変化する第二特性変化部を、それぞれ設けている。
又、上記センサ装置は、その検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させるセンサを、少なくとも１対備える。そして、これら１対のセンサのうちの一方のセンサの検出部を上記第一特性変化部に、同じく他方のセンサの検出部を上記第二特性変化部に、それぞれ対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されている。
又、上記演算器は、上記センサ装置を構成する１対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相対変位と、これら両軌道輪同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の状態量を算出する機能を有する。
又、上記回転速度測定用センサは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の状態量の１つである、この静止側軌道輪に対するこの回転側軌道輪の回転速度を求める為に利用されるもので、その検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させると共に、その検出部を上記被検出面に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されている。
特に、本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置に於いては、上記両軌道輪同士の間に外力が作用していない中立状態で、上記回転速度測定用センサの検出部が、上記被検出面のうちで上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分に対向している。

ここで、上記被検出面のうちで上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分が、具体的にどの範囲を示すかに就いて、図９を参照しつつ説明する。
この図９のうち、（Ａ）は、前述の図７〜８に示した先発明の構造で、エンコーダ４の被検出面に対してセンサの検出部をアキシアル方向（この被検出面の幅方向）に移動させた場合の、このセンサの出力信号の位相変化特性を示している。又、同じく（Ｂ）は、中立状態に於ける、上記エンコーダ４の被検出面と１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部とのアキシアル方向の位置関係を示している。上記図９の（Ａ）に示す様に、上記センサの出力信号の位相は、上記エンコーダ４の被検出面に対する、このセンサの検出部のアキシアル方向位置によって変化する。但し、この位相の変化率は、上記被検出面の幅方向中央付近で、この被検出面の他の部分に比べて十分に小さく（特に幅方向中央部で０に）なる。この理由は、上記被検出面の幅方向中央付近では、上記第一、第二両特性変化部１２、１３に存在する、互いに逆向きに傾斜した２つの特性境界（Ｓ極とＮ極との境界）が近づき合っている為であり、この結果、上記センサの出力信号が、これら２つの特性境界からの影響を受けて、これら両影響を平均化した様な位相変化を起こす為である。
そして、本発明で、上記被検出面のうちで上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分とは、上記図９に示した様なセンサの出力信号の位相変化特性を調べた場合に、この位相の変化率が他の部分に比べて十分に小さく（若しくは０に）なる範囲（図９のαの範囲）を言う。

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置を実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した様に、回転速度測定用センサを、センサ装置を構成する、１対のセンサを含む複数個のセンサのうちの何れかのセンサとする。即ち、この何れかのセンサに、上記回転速度測定用センサとしての役割を果たさせる。但し、上記回転速度測定用センサを、上記１対のセンサとは別個独立して設ける事もできる。

上述の請求項１〜２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、上記被検出面の特性変化の境界の位相の変化率を、上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分及びその近傍部分で他の部分に比べて小さくする。
この為に、上記被検出面の特性変化の境界のうち、上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分及びその近傍部分に存在する部分の形状を、例えば略円弧形状（請求項４）又は上記被検出面の幅方向に対して平行な直線形状（請求項５）とする。
又、本発明を実施する場合に、請求項６に記載した様に、前記演算器に、前記１対のセンサのうちの何れか一方の出力信号と上記回転速度測定用センサの出力信号との位相差に基づいて、前記回転側軌道輪の回転方向を判定する機能を持たせる事もできる。

又、上述の請求項１〜６に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項７に記載した様に、転がり軸受ユニットを自動車の車輪支持用のハブユニットとする。そして、使用状態で、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。
この請求項７に記載した構造を採用する場合、エンコーダの被検出面の幅寸法（一般的な乗用車用の場合で、例えば８〜１２mm程度）に対する、前記部分（この被検出面のうちで第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分）の幅寸法の割合は、２５％｛好ましくは２０％（より好ましくは１５％）｝程度とする。尚、この割合は、上記両特性変化部の特性変化の境界（例えば、Ｓ極とＮ極との境界）が、軸方向に対し、４０〜５０度程度傾斜している場合の値である。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置によれば、エンコーダに回転振れ（回転に伴う被検出面の幅方向の振れ）が生じた場合に、回転速度測定用センサの出力信号の位相変化を十分に抑えられる。この為、上記エンコーダに生じる回転振れに拘らず、上記回転速度測定用センサの出力信号に就いて、安定したパルスピッチ精度を得られる。
又、本発明を実施する場合に、請求項２に記載した構成を採用すれば、上記回転速度測定用センサをセンサ装置と別個に設ける構造を採用する場合に比べて、センサの個数を少なくできる為、省スペース化並びに低コスト化を図れる。
又、本発明を実施する場合に、請求項３〜５に記載した構成を採用すれば、上記何れか１個のセンサの出力信号に就いて、より安定したパルスピッチ精度を得る事ができる。
更に、請求項６に記載した構成を採用すれば、回転側軌道輪の回転方向を、安定して（各センサに対してエンコーダが、アキシアル方向に大きく変位した場合でも）判定できる。そして、この判定結果を利用して、上記回転側軌道輪の回転方向に拘らず、静止側、回転側両軌道輪同士の間の状態量を算出できる。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１、２、７に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、中立状態でのエンコーダ４と１対のセンサ６ａ、６ｂとの位置関係を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図７〜８に示した先発明の構造の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合も、前述の図７〜８に示した先発明の構造の場合と同様、中立状態で、上記エンコーダ４の被検出面に設けた第一、第二両特性変化部１２、１３のうち、この第一特性変化部１２に一方のセンサ６ａの検出部を、この第二特性変化部１３に他方のセンサ６ｂの検出部を、それぞれ対向させている。但し、本例の場合、この他方のセンサ６ｂの検出部を、上記第二特性変化部１３の幅方向中央部｛上記被検出面の幅方向中央付近（上記第一、第二両特性変化部１２、１３同士の境界部分及びその近傍部分である、図１のαの範囲）から外れた部分｝に対向させているのに対し、上記一方のセンサ６ａの検出部は、上記第一特性変化部１２のうち、上記被検出面の幅方向中央寄り部分｛この被検出面の幅方向中央付近（図１のαの範囲の内側）｝に対向させている。又、本例の場合、上記一方のセンサ６ａの出力信号は、外輪１とハブ２（図７参照）との間のアキシアル方向の相対変位と、これら外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の状態量を測定する為に使用するだけでなく、車輪の回転速度を表す信号として、ＡＢＳの制御に使用する。即ち、本例の場合には、上記一方のセンサ６ａが、特許請求の範囲に記載した回転速度測定用センサとしての役割を果たす。

上述の様に、本例の転がり軸受ユニットの状態量測定装置の場合には、中立状態で、一方のセンサ６ａの検出部を、エンコーダ４の被検出面の幅方向中央付近（図１のαの範囲の内側）に対向させている。図１の（Ａ）に示す様に、この被検出面の幅方向中央付近は、この被検出面の他の部分に比べて、この被検出面に対してセンサ（６ａ、６ｂ）の検出部をアキシアル方向に移動させた場合の、このセンサ（６ａ、６ｂ）の出力信号の位相の変化率が十分に小さく（特に幅方向中央部で０に）なる部分である。この為、本例の場合には、車両の運転時に、上記エンコーダ４に回転振れが生じた場合でも、上記一方のセンサ６ａの出力信号の位相変化を十分に抑えられる。この結果、本例の場合には、上記エンコーダ４に生じる回転振れに拘らず、上記一方のセンサ６ａの出力信号に就いて、安定したパルスピッチ精度を得られる。

［実施の形態の第２例］
次に、図２〜３は、請求項１、７に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。尚、本例の特徴は、状態量測定装置を構成するセンサとして、外輪１とハブ２との間の状態量を測定する為に使用する１対のセンサ６ａ、６ｂに加え、車輪の回転速度を測定する為に使用する（その出力信号をＡＢＳの制御に使用する）、回転速度測定用センサである、１個のセンサ６ｃを設けた点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図７〜８に示した先発明の構造の場合と同様である為、同等部分には同一符号を付して、重複する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、上記外輪１の内端部に結合固定したカバー５の内周面のうち、上記１対のセンサ６ａ、６ｂを支持固定した部分から円周方向に外れた部分に、上記１個のセンサ６ｃを支持固定している。そして、中立状態で、この１個のセンサ６ｃの検出部を、エンコーダ４の被検出面の幅方向中央部（図３のαの範囲の内側に存在する、第一、第二両特性変化部１２、１３同士の境界部分）に対向させている。

上述の様に構成する本例の転がり軸受ユニットの状態量測定装置の場合、図３の（Ａ）に示す様に、上記被検出面のうち、上記１個のセンサ６ｃの検出部を対向させた部分の周辺部分である、この被検出面の幅方向中央付近（図３のαの範囲の内側）は、この被検出面の他の部分に比べて、この被検出面に対してセンサ（６ａ、６ｂ、６ｃ）の検出部をアキシアル方向に移動させた場合の、このセンサ（６ａ、６ｂ、６ｃ）の出力信号の位相の変化率が十分に小さく（特に幅方向中央部で０に）なる部分である。この為、本例の場合には、車両の運転時に、上記エンコーダ４に回転振れが生じた場合の、上記１個のセンサ６ｃの出力信号の位相変化を十分に抑えられる。この結果、上記エンコーダ４に回転振れが生じる事に拘らず、上記１個のセンサ６ｃの出力信号に就いて、安定したパルスピッチ精度を得られる。更に本例の場合には、前述の図７〜８に示した先発明の構造の場合と同様、中立状態で、上記１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部を、それぞれ上記第一、第二両特性変化部１２、１３の幅方向中央部に対向させている。図３の（Ａ）に示す様に、これら第一、第二両特性変化部１２、１３の幅方向中央部はそれぞれ、センサ（６ａ、６ｂ）の出力信号の位相の変化率が大きい部分である。従って、本例の場合には、上記先発明の構造の場合と同様、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相差に基づいて状態量を算出する際のゲイン特性を十分に大きくできる。この為、この状態量に関する測定精度を十分に良好にできる。

尚、上述した各実施の形態では、エンコーダとして、前述の図７〜８に示した先発明の構造と同じエンコーダ４を使用した。但し、本発明を実施する場合には、例えば図４〜５に示す様なエンコーダ４ａ、４ｂを使用する事もできる。これら各エンコーダ４ａ、４ｂは、被検出面に存在する特性境界（Ｓ極とＮ極）のうち、第一、第二両特性変化部１２ａ（１２ｂ）、１３ａ（１３ｂ）同士の境界部分及びその近傍部分に存在する部分の形状を、円弧形状（図４）、又は、上記被検出面の幅方向に対して平行な直線形状（図５）としている。この様な構成を有する各エンコーダ４ａ、４ｂの場合には、上記エンコーダ４の場合に比べて、被検出面の幅方向中央付近に於ける、センサの出力信号の位相の変化率を、より小さくできる。この為、車輪の回転速度を測定する為に使用するセンサの出力信号に就いて、より安定したパルスピッチ精度を得る事ができる。

本発明を実施する場合に、エンコーダの被検出面のうちで第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分に対向して、回転速度測定用センサとして機能するセンサ（図１に示したセンサ６ａ、図３に示したセンサ６ｃ＝仮にセンサ６Ａとする）の出力信号の位相変化が抑えられる事を利用して、ハブ２等の回転側軌道輪の回転方向を判定する事もできる。即ち、上記回転速度測定用センサとして機能するセンサ６Ａの位相は、エンコーダ４がアキシアル方向に変位した場合でも、ほぼ一定である。この為、静止側、回転側両軌道輪同士の間に外力が作用していない中立状態で、上記センサ６Ａの出力信号と、別のセンサ（図１に示したセンサ６ｂ、図３に示したセンサ６ａ又は６ｂ＝仮にセンサ６Ｂとする）との間に適正な位相差を設定すれば、上記外力の作用に伴って上記センサ６Ｂの位相がずれても、これら両センサ６Ａ、６Ｂの出力信号の位相が逆転（立上り等のタイミングが逆転）する事はない。

この点に就いて、図２に図１０を加えて説明する。特性変化の境界が「へ」字形又は「く」字形であるエンコーダの被検出面の幅方向２個所位置にセンサの検出部を対向させた構造で、これら両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回転側軌道輪の回転方向を判定するには、この位相差が、次の(1)(2)の条件を満たす事が必要である。
(1) 回転方向に応じて変化する。
(2) 所定の回転方向の場合に生じ得る位相差の範囲と、逆方向の場合に生じ得る位相差の範囲とが重畳しない。

これら(1)(2)の条件を満たす為には、中立状態で１対のセンサＡ、Ｂの出力信号の位相を、図１０に示す様に９０度（又は２７０度）程度ずらせる事が考えられる。この様に１対のセンサＡ、Ｂの出力信号の位相をずらせるには、これら両センサＡ、Ｂの設置位置を円周方向にずらせるか、或いは、これら両センサＡ、Ｂのうちの一方の出力信号を電気的に遅らせる。何れにしても、これら両センサＡ、Ｂの出力信号の位相をずらせれば、例えば回転側軌道輪が図１０の（Ａ）−（ａ）に示す様に正転する場合には、１対のセンサの出力信号が同（Ａ）−（ｂ）に示す様に変化する。そこで、これら両センサの出力信号同士の間の位相差δ_A に基づいて、回転側軌道輪が正転していると判定する。この場合には、これら両センサの出力信号同士の間の位相差比に基づいて、図１０の（Ａ）−（ｃ）に示す様なマップにより、上記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。これに対して、上記回転側軌道輪が図１０の（Ｂ）−（ａ）に示す様に逆転する場合には、１対のセンサの出力信号が同（Ｂ）−（ｂ）に示す様に変化する。そこで、これら両センサの出力信号同士の間の位相差δ_B に基づいて、回転側軌道輪が逆転していると判定する。この場合には、これら両センサの出力信号同士の間の位相差比に基づいて、図１０の（Ｂ）−（ｃ）に示す様なマップにより、上記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。

但し、上述の様に、中立状態での上記１対のセンサの出力信号の位相を９０度（又は２７０度）ずらせる構造の場合には、上記回転側軌道輪と静止側軌道輪との間に作用する荷重が大きくなり、上記両センサに対して上記エンコーダが、被検出面の幅方向に大きく変位すると、これら両センサの位相が逆転（立上り等のタイミングが逆転）する可能性がある。この様な逆転を生じると、上記荷重を求められなくなる。そこで、転がり軸受ユニットの状態量測定装置を設計する場合に、中立状態での上記１対のセンサの出力信号の位相を（可能な限りの最大限である）１８０度ずらせて、上記逆転を生じない様にしている。但し、上記位相を１８０度ずらせた場合には、上記両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回転側軌道輪の回転方向を判定する事はできない。上記エンコーダの被検出面の特性変化の境界の傾斜角度を緩くしたり、特性変化のピッチを大きくする事で、この被検出面の幅方向に関する上記両センサの変位量が多くなっても、上記逆転が生じない様にする事は可能である。但し、傾斜角度を緩くする事は、荷重の測定精度を悪化させ、ピッチを大きくする事は、荷重を測定するまでの時間が長くなる事に繋がる為、採用できない場合もある。

これに対して本発明の構造の場合には、前記回転速度測定用センサとして機能するセンサ６Ａの出力信号の位相変化が抑えられる為、このセンサ６Ａの出力信号と、前記別のセンサ６Ｂの出力信号との間の位相差を利用して、ハブ２等の回転側軌道輪の回転方向を効果的に判定できる。即ち、本発明の構造の場合には、前述した通り、上記エンコーダの変位に伴う、上記センサ６Ａの出力信号の位相変化が少ない。従って、特性変化の境界の傾斜角度を緩くしたり、特性変化のピッチを大きくしなくても、上記両センサに対して上記エンコーダが、被検出面の幅方向に大きく変位した場合に、これら両センサの位相が逆転しにくくできる（実際に作用する可能性のある荷重で、逆転する事はない）。そして、上記センサ６Ａの出力信号と、上記別のセンサ６Ｂの出力信号との間の位相差を９０度（又は２７０度）ずらせて、上記回転側軌道輪の回転方向の判定を行なえる。尚、３個以上のセンサを備えた構造の場合でも、上述の様に回転方向の判定を行なう為には、上記条件を満たす１対のセンサ６Ａ、６Ｂの出力信号を利用する。何れにしても、従来から知られている、回転方向判定用のセンサを使用せずに、回転側軌道輪部材の回転方向を判定できる。そして、回転方向に応じたマップを使用する事で、この回転側軌道輪部材と静止側軌道輪部材との間に作用する荷重を求められる。

又、本発明は、前述した各実施の形態の構造に限らず、特許請求の範囲に記載された要件を満たす、各種の構造に適用可能である。例えば、本発明は、エンコーダとして単なる磁性材製のもの（例えば図６に示すエンコーダ４ｃの様に、被検出面に透孔１４と柱部１５とを円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置したもの）を組み込んだ構造（この構造では、センサ側に永久磁石を組み込む必要がある）や、エンコーダの被検出面を円輪面とし、且つ、この被検出面に各センサの検出部を軸方向に対向させる事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間のラジアル方向の状態量（相対変位、作用する外力）を測定可能とした構造にも、適用可能である。更に、本発明は、車輪支持用の転がり軸受ユニットに限らず、各種機械装置の回転支持部分に組み込まれる転がり軸受ユニットを対象として実施する事もできる。

本発明の実施の形態の第１例を示しており、（Ａ）は、エンコーダの被検出面に対してセンサの検出部をアキシアル方向に移動させた場合の、このセンサの出力信号の位相変化特性を示す線図。（Ｂ）は、エンコーダの被検出面と各センサの検出部とのアキシアルの位置関係を、中立状態で示した図。 同第２例を示す断面図。 この第２例に関する、図１と同様の図。 本発明を実施する場合に採用できる、他のエンコーダの第１例の円周方向一部分を径方向から見た図。 同じく、他のエンコーダの第２例の円周方向一部分を径方向から見た図。 同じく、他のエンコーダの第３例に関する、図３と同様の図。 転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する先発明の構造の１例を示す断面図。 アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。 上記先発明の構造の１例に関する、図１と同様の図。 回転側軌道輪の回転方向の判定を可能にした先発明を説明する為の模式図。

符号の説明

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４ エンコーダ
５ カバー
６ａ、６ｂ、６ｃ センサ
７ 芯金
８ エンコーダ本体
９ 大径円筒部
１０ 小径円筒部
１１ 円輪部
１２ 第一特性変化部
１３ 第二特性変化部
１４ 透孔
１５ 柱部

Claims (7)

1. 転がり軸受ユニットと、状態量測定装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
   上記状態量測定装置は、エンコーダと、センサ装置と、演算器と、回転速度測定用センサとを備え、
   このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪に直接又は他の部材を介して支持固定されたもので、この回転側軌道輪と同心の被検出面を備え、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させると共に、この被検出面の幅方向片半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して所定方向に漸次変化する第一特性変化部を、この被検出面の幅方向他半部に、特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に対して上記所定方向と逆方向に漸次変化する第二特性変化部を、それぞれ設けており、
   上記センサ装置は、その検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させるセンサを、少なくとも１対備え、これら１対のセンサのうちの一方のセンサの検出部を上記第一特性変化部に、同じく他方のセンサの検出部を上記第二特性変化部に、それぞれ対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されており、
   上記演算器は、上記センサ装置を構成する１対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相対変位と、これら両軌道輪同士の間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の状態量を算出する機能を有するものであり、
   上記回転速度測定用センサは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の状態量の１つである、この静止側軌道輪に対するこの回転側軌道輪の回転速度を求める為に利用されるもので、その検出部を対向させた部分の特性変化に対応して出力信号を変化させると共に、その検出部を上記被検出面に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されている、
   転がり軸受ユニットの状態量測定装置に於いて、
   上記両軌道輪同士の間に外力が作用していない中立状態で、上記回転速度測定用センサの検出部が、上記被検出面のうちで上記第一、第二両特性変化部同士の境界部分若しくはその近傍部分に対向している事を特徴とする転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
2. 回転速度測定用センサが、センサ装置を構成する、１対のセンサを含む複数個のセンサのうちの何れかのセンサである、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
3. 被検出面の特性変化の境界の位相の変化率が、第一、第二両特性変化部同士の境界部分及びその近傍部分で他の部分に比べて小さくなっている、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状態量測定装置。
4. 被検出面の特性変化の境界のうち、第一、第二両特性変化部同士の境界部分及びその近傍部分に存在する部分の形状が、略円弧形状になっている、請求項３に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
5. 被検出面の特性変化の境界のうち、第一、第二両特性変化部同士の境界部分及びその近傍部分に存在する部分の形状が、上記被検出面の幅方向に対して平行な直線形状になっている、請求項３に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
6. 演算器が、１対のセンサのうちの何れか一方の出力信号と回転速度測定用センサの出力信号との位相差に基づいて、回転側軌道輪の回転方向を判定する機能を有する、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
7. 転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用のハブユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が自動車の懸架装置に支持されると共に、回転側軌道輪であるハブに車輪が結合固定される、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。

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