回転支持装置の状態量測定装置
【課題】検出信号取り出しの為の溝部２２ａを必要個所のみに形成した軸部材３ａを使用しても、この軸部材３ａをハブ４の内径側に容易に組み込める構造を実現する。
【解決手段】この軸部材３ａを、アウタチューブ３０とインナシャフト３１とから構成する。このうちのアウタチューブ３０は、円管状で、外周面の軸方向一部に、各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号を取り出すケーブル３２を配設する為の溝部２２ａを形成している。又、上記インナシャフト３１は、上記アウタチューブ３０に内嵌している。回転支持装置及び状態量測定装置は、このうちのアウタチューブ３０の外周面と上記ハブ４の内周面との間に設ける。
【解決手段】この軸部材３ａを、アウタチューブ３０とインナシャフト３１とから構成する。このうちのアウタチューブ３０は、円管状で、外周面の軸方向一部に、各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号を取り出すケーブル３２を配設する為の溝部２２ａを形成している。又、上記インナシャフト３１は、上記アウタチューブ３０に内嵌している。回転支持装置及び状態量測定装置は、このうちのアウタチューブ３０の外周面と上記ハブ４の内周面との間に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る回転支持装置の状態量測定装置は、例えば、自動二輪車（オートバイ、スクータ等）の車輪を車体に対して回転自在に支持する為の回転支持装置を構成する軸部材と回転部材との間の状態量である、これら両部材同士の間の相対変位や、これら両部材同士の間に作用する外力（荷重、モーメント）を測定する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
［従来技術に就いて］
例えば四輪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。又、自動二輪車の分野でも従来から、車両の走行安定性を確保する為に、ＡＢＳ等の車両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う為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニット等の回転支持装置に加わる外力（ラジアル荷重とアキシアル荷重とモーメントとのうちの少なくとも１つ）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、例えば特許文献１〜２には、車輪用の回転支持装置を構成する静止部材と回転部材との間に作用する外力を、特殊なエンコーダを使用して測定可能とする発明が記載されている。これら特許文献１〜２に記載された各従来構造は、上記回転部材に支持固定された１個の特殊なエンコーダと、このエンコーダの被検出面にそれぞれの検出部を対向させた状態で、上記静止部材等の使用時にも回転しない部分に支持固定された、複数個のセンサとを備える。そして、上記外力の変化（上記静止部材に対する上記エンコーダの変位）に伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記外力を算出可能としている。
【０００４】
ところが、上記特許文献１〜２に記載された各従来構造は、四輪自動車の車輪用の回転支持装置の様に、複列の転がり軸受部に予圧が付与されている回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定できるが、一部の自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、複列の転がり軸受部に予圧が付与されていない回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定するのが難しくなる可能性がある。この理由は、例えば、上記エンコーダのアキシアル変位に伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との間に作用するアキシアル荷重を算出する場合に、上記複列の転がり軸受部に予圧が付与されていないと、上記アキシアル変位と上記アキシアル荷重との間に安定した相関関係が成立しなくなって、上記アキシアル荷重を精度良く測定できなくなる可能性が高くなる為である。
【０００５】
又、特許文献３には、やはり１個の特殊なエンコーダと複数個のセンサとを備えた回転支持装置が記載されている。この特許文献３に記載された従来構造の場合には、上記エンコーダの傾きに伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記回転支持装置を構成する静止部材と回転部材との間に作用する、この静止部材の中心軸に対し径方向にオフセットした位置から入力されたアキシアル荷重（若しくはこのアキシアル荷重に基づいて発生したモーメント）を算出可能としている。但し、この特許文献３に記載された従来構造の場合も、上述した特許文献１〜２に記載された発明と同様に、予圧を付与されていない場合には、アキシアル荷重を精度良く測定できない。更に、上記特許文献３に記載された従来構造の場合には、上記エンコーダの被検出面の直径が小さくなる程、上記位相差の検出誤差に対する、上記アキシアル荷重（若しくはモーメント）の測定精度の悪化率が大きくなる。この為、上記特許文献３に記載された従来構造は、四輪自動車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的大きく、組み付けるエンコーダの被検出面の直径も比較的大きい回転支持装置に適用する場合には、上記アキシアル荷重（若しくはモーメント）を精度良く測定できるが、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的小さく、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径も小さくならざるを得ない回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定するのが難しくなる可能性がある。
【０００６】
［先発明構造に就いて］
上述の様な事情に鑑みて特願２００７−１１６７４３には、図７〜９に示す様な回転支持装置の状態量測定装置（先発明装置）が開示されている。この図７〜９に示した装置は、自動二輪車の車輪（従動輪である前輪）１をフロントフォーク２、２に対し回転自在に支持する為の回転支持装置に先発明を適用している。これら両フロントフォーク２、２の下端部にその両端部を結合固定した、使用時にも回転しない軸部材３の中間部周囲に、その外周面に上記車輪１を支持固定した状態で、使用時にこの車輪１と共に回転する回転部材であるハブ４を、１対の転がり軸受５、５を介して回転自在に支持している。これら両転がり軸受５、５は、上記軸部材３の外周面と上記ハブ４の内周面との間に存在する円筒状空間の両端寄り部分に設けられており、上記軸部材３に外嵌固定した内輪６、６と、上記ハブ４に内嵌固定した外輪７、７とを、それぞれ複数個の転動体（玉）８、８を介して、互いに同心に且つ相対回転自在に組み合わせて成る。
【０００７】
又、上記両内輪６、６の軸方向の位置決めを図る為に、上記軸部材３の中間部に外嵌固定した円管状の間座９と、この軸部材３の両端寄り部分に外嵌固定した１対の抑え環１０、１０とにより、それぞれ上記両内輪６、６を軸方向両側から挟持している。又、上記両外輪７、７の軸方向の位置決めを図る為に、上記ハブ４の内周面の両端寄り部分に形成した段差面１１、１１に、上記両外輪７、７の互いに対向する側面を、それぞれ次述するエンコーダ１３、１３を構成する芯金１４、１４を介して突き当てている。尚、先発明装置の場合、上記両転がり軸受５、５を構成する各転動体（玉）８、８の予圧に関しては、付与しても、或いは付与しなくても良いとされている。又、上記両抑え環１０、１０の外周面と上記ハブ４の両端部内周面との間に、それぞれシールリング１２、１２を設けて、上記円筒状空間の両端開口部を密閉している。
【０００８】
又、上記各外輪７、７の中間部乃至一端部（互いに対向する側の端部）に形成した小径段部１６、１６に、それぞれ上記各エンコーダ１３、１３を構成する芯金１４、１４を、上記各外輪７、７と同心に外嵌固定している。又、上記間座９の両端寄り部分に、それぞれ２個ずつのセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 （１９Ｂ1 、１９Ｂ2 ）を、断面Ｌ字形で全体を円環状に構成した支持部材２０、２０を介して支持固定している。そして、この状態で、上記両エンコーダ１３、１３の被検出面に、それぞれ上記２個ずつのセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 （１９Ｂ1 、１９Ｂ2 ）の検出部を対向させている。
【０００９】
このうちの両エンコーダ１３、１３はそれぞれ、上記芯金１４と、エンコーダ本体１５とを備える。このうちの芯金１４は、磁性金属板により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成しており、円筒部１７と、この円筒部１７の端部から径方向内方に直角に折れ曲がった円輪部１８とを備える。又、上記エンコーダ本体１５は、永久磁石製で全体を円輪状に構成しており、上記円輪部１８の側面（軸方向に関して上記円筒部１７と反対側の側面）の径方向内半部に、全周に亙り添着固定している。被検出面である、上記エンコーダ本体１５の側面（上記円輪部１８と反対側の側面）には、Ｓ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置している。これらＳ極とＮ極との境界は、上記被検出面の幅方向（径方向）に対して平行にしている。即ち、上記Ｓ極とＮ極との境界の位相は、上記被検出面の幅方向に関して変化させていない。又、上記両エンコーダ１３、１３同士で、上記被検出面に設けるＳ極とＮ極との円周方向の配置のピッチを、互いに等しくしている。
【００１０】
上述の様に構成する両エンコーダ１３、１３は、それぞれの芯金１４、１４の円筒部１７、１７を、上記各外輪７、７の小径段部１６、１６に外嵌固定（上記ハブ４の両端寄り部分に内嵌）する事により、上記各外輪７、７に対し支持固定している。これと共に、それぞれの芯金１４、１４の円輪部１８、１８の径方向外半部を、上記各外輪７、７の端面と上記ハブ４の内周面の両端寄り部分に形成した段差面１１、１１との間で挟持する事により、軸方向の位置決めを図っている。尚、図９の（Ａ）は、軸受Ａ（図８の左側の転がり軸受５）側のエンコーダ１３の被検出面と、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 とを、同じく（Ｂ）は、軸受Ｂ（図８の右側の転がり軸受５）側のエンコーダ１３の被検出面と、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 とを、それぞれ図８の軸方向右側（＋ｙ側）から見た投影図である。この図９に示す様に、本例の場合には、上述の様にして両エンコーダ１３、１３を回転支持装置に組み付けた状態で、これら両エンコーダ１３、１３の被検出面に存在するＳ極とＮ極との円周方向の配置の位相を、これら両エンコーダ１３、１３同士で互いに一致させている。
【００１１】
又、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の検出部にはそれぞれ、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、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうち、ｙ軸を上記軸部材３の中心軸とし、ｚ軸を上下方向軸とし、ｘ軸を前後方向軸とした場合に、上記軸部材３と上記ハブ４との間に外力が作用していない中立状態で、上記図９に示す様に、上記両エンコーダ１３、１３の被検出面のうち、ｘ軸上で径方向反対側となる２個所位置（θ＝９０度、２７０度の位置）にそれぞれ１個ずつ、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の検出部を対向させている。尚、上記図９のうち、上記被検出面の手前側に各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 が位置する（Ａ）では、これら各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 を黒丸で、上記被検出面の奥側に各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 が位置する（Ｂ）では、これら各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 を白丸で、それぞれ表している。
【００１２】
又、前記間座９の軸方向中央部の上面には、演算器２１を支持固定している。又、上記軸部材３の上面の軸方向中間部乃至一端部（図８の右端部）には、キー溝状の溝部２２を設けている。これと共に、上記間座９の上端部で、上記溝部２２の他端部（図８の左端部）と整合する部分に、当該部分を径方向に貫通する通孔２３を設けている。そして、上記演算器２１に接続した図示しない各種ケーブル｛例えば、上記演算器２１による、後述する変位、傾き、荷重、モーメント等の演算結果を表す信号や、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 のうちの少なくとも１個のセンサのパルス波形信号（スリップ率制御用の信号）を、ＡＢＳコントローラに送信する信号ケーブル、並びに、上記演算器２１に電力を供給する電源ケーブル等｝を、上記通孔２３及び上記溝部２２を通じて外部に引き出し、車体側の各種装置（例えば、ＡＢＳコントローラ、並びに、電源装置等）に接続できる様にしている。
【００１３】
上述の様に構成する先発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合、軸受Ａ側のエンコーダ１３にｚ軸方向の変位ｚA が生じる事に伴って、２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 の出力信号の位相差が変化し、軸受Ｂ側のエンコーダ１３に同方向の変位ｚB が生じる事に伴って、２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号の位相差が変化する。これに対し、それぞれのエンコーダ１３、１３にｙ軸方向の変位ｙが生じても、各被検出面と各検出部との間隔が変化するだけで、上記各位相差は変化しない。更に、それぞれのエンコーダ１３、１３にｘ軸方向の変位ｘが生じても、やはり上記各位相差は変化しない。従って、上記先発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、これら各位相差に基づいて、それぞれのエンコーダ１３、１３のｚ軸方向の変位ｚA 、ｚB を検出できる為、上記ハブ４の中心（上記両エンコーダ１３、１３間の幾何中心）Ｏの変位ｚと、このハブ４のｘ軸回りの傾きφx を求める事ができる。
【００１４】
具体的には、上記各エンコーダ１３、１３の被検出面のピッチ円直径（ＰＣＤ）をｄとし、これら各被検出面の全周に配置するＳ極とＮ極との対の数（１回転当たりの上記各センサの出力信号のパルス数）をｎとし、上記各被検出面同士の間隔（スパン）をＬとし（これらｄ、ｎ、Ｌの意味に就いては、以降の各例に於いても同様）、上記２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 の出力信号のパルスエッジ時間差Δｔ（位相差）をパルス周期Ｔで除した値Δｔ／Ｔ（位相差比）をεA1-A2 とし、上記２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号の位相差比をεB1-B2 と定義すると、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４の傾きφx とは、それぞれ次の（１）〜（２）式で表される。
【数１】
【数２】
従って、これら（１）〜（２）式に上記両位相差比εA1-A2 、εB1-B2 を代入し、これら（１）〜（２）式を演算器２１に計算させる事により、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４の傾きφx とを求める事ができる。
【００１５】
又、自動二輪車用の回転支持装置の場合、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４と前記軸部材３との間に作用するｚ軸方向のラジアル荷重Ｆｚとの間、並びに、このハブ４の傾きφx と、このハブ４と上記軸部材３との間に作用する、車輪を構成するタイヤの接地面から入力されるｙ軸方向のアキシアル荷重Ｆｙ（若しくはこのアキシアル荷重Ｆｙに基づいて発生するｘ軸回りのモーメントＭｘ）との間には相関関係が成立する。従って、上記演算器２１により、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚに基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚを算出できる。これと共に、上記ハブ４の傾きφx に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙ（モーメントＭｘ）を算出できる。尚、上記各相関関係は、転がり軸受ユニットの分野で広く知られている弾性接触理論等に基づいて計算により求められる他、実験（出荷時試験）によっても求められる。
【００１６】
又、上述の図７〜９に示した例では、１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円輪状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し軸方向に対向している構造を採用したが、先発明は、１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円筒状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し径方向に対向している構造を採用する事もできる。例えば、何れか一方のエンコーダとセンサとの組み合わせとして、図１０に示す様な、エンコーダ１３ａと６個のセンサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 との組み合わせを採用する事もできる。このうちのエンコーダ１３ａは、全体を円筒状に構成している。そして、被検出面である外周面にＳ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、この被検出面の軸方向両半部を、それぞれ上記Ｓ極とＮ極との境界の位相が軸方向に対して互いに逆方向に互いに同じ角度で漸次変化する、第一、第二特性変化部２４、２５としている。
【００１７】
又、上記各センサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 のうちの１個のセンサ１９Ａ1 の検出部を上記第一特性変化部２４に、別の１個のセンサ１９Ａ2 の検出部を上記第二特性変化部２５で円周方向に関する位相が上記センサ１９Ａ1 と一致する部分に、残りの各センサ１９Ａ3 〜１９Ａ6 の検出部を、それぞれ上記第一特性変化部２４又は上記第二特性変化部２５のうち他のセンサの検出部を対向させる部分に対して円周方向に離隔した部分に、それぞれ対向させている。この様な構造を採用すれば、それぞれが上記６個のセンサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 のうちから選択された２個のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差であって、且つ、互いに異なる２個ずつのセンサの組み合わせに関する５つの位相差に基づいて、上記エンコーダ１３ａの、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とを、それぞれ算出できる。
【００１８】
又、上述した例では、エンコーダを永久磁石製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部をＳ極に着磁した部分とし、第二特性部をＮ極に着磁した部分とする構成を採用している。但し、先発明を実施する場合には、エンコーダを単なる磁性金属板製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部を透孔（又は凹部）とし、第二特性部を柱部（又は凸部）とする構成を採用する事もできる。この様な構成を採用する場合には、各センサ側に永久磁石を組み込む。
【００１９】
更に、上述した先発明の構造によれば、各センサ間の位相差に基づいてハブ４の変位や傾きを算出した後、この変位や傾きに基づいて、軸部材３とハブ４との間に作用する外力を算出できる。但し、この外力の測定のみが目的であれば、上記変位や傾きを算出せずに、上記各センサ間の位相差に基づいて直接、上記外力を求める事もできる。この場合には、実際に外力を負荷して行う出荷時試験によって、この外力と上記各センサ間の位相差との関係を調べておき、この関係を利用する。
尚、前記特願２００７−１１６７４３には、図７〜９に示す様な回転支持装置の他、センサの数、或いはセンサ及びエンコーダの配置を異ならせた構造が記載されている。この点に関しては、上記特願２００７−１１６７４３の明細書及び図面中に詳しく開示されており、本発明の要旨とも関係しないので、図示並びに説明は省略する。
【００２０】
［先発明構造で改良が望まれる点］
上述した先発明の回転支持装置の状態量測定装置では、前記演算器２１に接続した各種ケーブルを、前記通孔２３及び前記溝部２２を通じて外部に引き出し、車体側の各種装置に接続する様にしている。この構成により、上記各ケーブルと、上記軸部材３及び前記転がり軸受５の内輪６とが干渉しない様にしている。この様な先発明に係る構造を組み立てる場合には、前記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び前記演算器２１を外周面に支持固定した間座９を上記ハブ４の内径側に挿入した後、前記両転がり軸受５、５をこのハブ４の軸方向両端部内径側に組み付ける。具体的には、これら両転がり軸受５、５を構成する外輪７、７を、上記ハブ４の軸方向両端部に締り嵌めで内嵌する。そして、最後に、上記間座９及び上記両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６の内径側に上記軸部材３を押し込む（締り嵌めで圧入する）。
【００２１】
上記先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置を上述の様にして組み立てる場合、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号（を演算器２１が処理した処理信号）を取り出す為のケーブルを前記溝部２２内に配設する作業を行いにくい。実際には、この溝部２２を、上記軸部材３の全長に亙り形成して、この軸部材３を上記間座９及び上記両内輪６、６の内径側に押し込む際に、この軸部材３と上記ケーブルとの干渉防止を図る必要がある。この様に、上記溝部２２を、本来上記ケーブルの取り出しの為に必要ではない（図８の左半部にまで）形成すれば、上記先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置の組立作業を行なえる。又、何らかの理由で上記軸部材３を上記間座９及び上記両内輪６、６の内径側から抜き取る必要を生じた場合にも、上記ケーブルを切らずに抜き取れる。この為、このケーブルや上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び上記演算器２１を再利用する事が可能になる。但し、上記溝部２２を上記軸部材３の全長に亙り形成する事は、この軸部材３の強度を低下させるだけでなく、この溝部２２を通じて上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び上記演算器２１を設置した空間２９内への異物進入防止を図る為のシールを施す作業が面倒になる（上記溝部２２の両端部をシールする必要がある）。
【００２２】
【特許文献１】特開２００６−１３３０４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３２２９２８号公報
【特許文献３】特開２００７−９３５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、検出信号取り出しの為の溝部を必要個所のみに形成した軸部材を使用しても、この軸部材を回転部材の内径側に容易に組み込める構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の回転支持装置の状態量測定装置は、回転支持装置と、状態量測定装置とを備える。
このうちの回転支持装置は、外周面に１対の内輪軌道を設け、使用時にも回転しない軸部材と、内周面に１対の外輪軌道を設け、使用時にこの軸部材の周囲で回転する回転部材と、これら両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、上記状態量測定装置は、上記回転部材のうち軸方向に離隔した２個所位置に支持されてこの回転部材と共に回転する１対のエンコーダと、使用時にも回転しない部分に支持固定されたセンサ装置と、演算器とを備える。
このうちの１対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものである。
又、上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身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ものである。
更に、上記演算器は、上記各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、上記軸部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである。
以上の構成は、前述した先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置と同様である。
【００２５】
特に、本発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、上記軸部材は、外周面の軸方向一部に、上記各センサの出力信号を取り出すケーブルを配設する為の溝部を形成した円管状のアウタチューブと、このアウタチューブに内嵌したインナシャフトとから成る。そして、上記回転支持装置、及び、上記状態量測定装置のうちの少なくとも上記両エンコーダ及び上記各センサは、このうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に設けられている。更に、上記インナシャフトの軸方向両端部は上記アウタチューブの軸方向両端部から軸方向外方に突出している。
【００２６】
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうちのｙ軸を軸部材の中心軸に一致させた場合に、前記演算器に、各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、上記軸部材に対する回転部材の、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とのうちの、少なくとも１つの変位若しくは傾きを算出する機能を持たせる。
【００２７】
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ、次の(1)(2)のうちの何れか一方とする。
(1) 当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面（前述の図９に記載した構造）。
(2) 当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも１個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面（前述の図１０に記載した構造）。
【００２８】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項４に記載した発明の様に、上記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ円輪状とし、上記各センサの検出部をこれら両被検出面に対し軸方向に対向させる。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、上記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ円筒状とし、上記各センサの検出部をこれら両被検出面に対し径方向に対向させる。
【００２９】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項６に記載した発明の様に、前記演算器に、自身が算出した、前記軸部材に対する前記回転部材の変位若しくは傾きに基づき、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力を算出する機能を持たせる。
更に、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項７に記載した発明の様に、前記回転支持装置を、自動二輪車の車輪支持用の回転支持装置とする。そして、上記軸部材を、軸部材等、使用状態でこの自動二輪車の車体に支持固定される部材とし、上記回転部材を、ホイールのハブ等、上記車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材とする。
【発明の効果】
【００３０】
上述の様に構成する本発明の回転支持装置の状態量測定装置によれば、検出信号取り出しの為の溝部を必要個所のみに形成した軸部材を使用しても、この軸部材を回転部材の内径側に容易に組み込める構造を実現できる。
即ち、軸部材の周囲に回転部材を回転自在に支持する為の構造、及び、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力等（状態量）を測定する為の構造を、この軸部材のうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に組み込める。この際、各センサの出力信号を取り出す為等のケーブルを、上記アウタチューブの一部外周面に形成した溝部を通じて容易に取り出せる。この溝部は、このアウタチューブの外周面の軸方向一部にのみ形成すれば済む為、この溝部を設ける事に伴う、このアウタチューブを含む上記軸部材の強度低下は限られたもので済む。又、上記溝部を通じての異物侵入防止の為のシール材塗布等の手間も少なくて済む。
【００３１】
又、請求項２に記載した発明の如き構成を採用すれば、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径が小さくならざるを得ない、小径の回転支持装置に適用した場合でも、この回転支持装置を構成する軸部材と回転部材との間に作用する外力を精度良く測定できる。
即ち、本発明の場合には、前述した先発明の場合と同様に、上記軸部材に対し上記回転部材が変位する（１対のエンコーダが互いに異なる状態で変位する）と、これに伴って、これら両エンコーダの被検出面にそれぞれの検出部を対向させた複数個のセンサの出力信号同士の間の位相差が変化する。この為、この位相差に基づいて、上記軸部材に対する上記回転部材の変位や傾きを算出できる。しかも、この軸部材に対するこの回転部材の変位や傾きが、互いに間隔をあけて配置された１対のエンコーダの変位に反映される。この為、これら両エンコーダの被検出面の直径が小さくなる事に伴って生じる、上記各位相差の検出誤差に対する、上記変位や傾きの算出精度の悪化率の増加を十分に抑えられる。従って、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的小さく、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径も比較的小さくならざるを得ない回転支持装置に適用する場合でも、上記各位相差に基づいて、上記軸部材に対する上記回転部材の変位や傾きを精度良く算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１〜６は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、軸部材３ａをアウタチューブ３０とインナシャフト３１とで構成する事により、各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為のケーブル３２を配設する作業を容易に行なえる様にする構造にある。上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号に基づいて上記軸部材３ａとハブ４との間に作用する外力等を求める為の構造及び作用に就いては、前述した先発明に係る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。
【００３３】
上記軸部材３ａは、それぞれが鉄系合金製であるインナシャフト３１とアウタチューブ３０とを嵌め合わせ固定して成る。本例の場合、このインナシャフト３１に就いても、軽量化の為に円管状としている。上記ハブ４は上記アウタチューブ３０の周囲に、１対の転がり軸受５、５により、回転自在に支持している。これら両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６は、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向両端寄り部分に、締り嵌めで、それぞれ上記軸部材３ａに対する軸方向の変位を阻止した状態で外嵌固定している。
【００３４】
この為に、上記両内輪６、６の軸方向内端面（軸方向中央寄りの端面）を上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向両端寄り部分に形成した外向の段差面３３、３３に突き当てると共に、上記両内輪６、６の軸方向外端面（軸方向両端寄りの端面）を、それぞれ抑え環１０ａ、１０ｂの軸方向内端面により抑え付けている。尚、これら両抑え環１０ａ、１０ｂのうち、一方（図１の左方）の抑え環１０ａの軸方向外端面は、自動二輪車への組み付け状態で、フロントフォーク２（図７参照）の下端部内側面に突き当てる。更に、上記インナシャフト３１の軸方向一端部（図１の左端部）に螺着したボルトの頭部（図示省略）により、上記フロントフォーク２の下端部外側面を抑え付ける。本例の構造を組み立てる際に、上記一方の抑え環１０ａは、上記アウタチューブ３０に対し、軸方向に変位しても、回転する事はない。これに対して、他方（図１の右方）の抑え環１０ｂの軸方向外端面は、上記インナシャフト３１の一部で上記アウタチューブ３０よりも突出した部分に形成した、別の段差面３４に突き当てている。この構成により、上記両内輪６、６を上記軸部材３ａの外周面の軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれこの軸部材３ａに対し軸方向への変位を阻止した状態で固定している。
【００３５】
又、前記ハブ４はアルミニウム系合金製で、軸方向両端寄り部分に、それぞれ段差面３６、３６を形成している。そして、前記両転がり軸受５、５を構成する外輪７、７の軸方向内端面を、上記両段差面３６、３６に突き当てている。従って、これら両外輪７、７同士の間隔は、これら両段差面３６、３６同士の間隔により規制される。
上述の様に、前記両内輪６、６を上記軸部材３ａの外周面２個所位置に固定すると共に、上記両外輪７、７を上記ハブ４の内周面２個所位置に支持した状態で、前記各玉８、８に、背面組み合わせ型の接触角と共に、必要に応じて予圧を付与している。この様に接触角及び予圧を付与する場合の、基本的な設計手法に就いては、一般的な背面組み合わせ型の複列玉軸受の場合と同様であるから、詳しい説明は省略する。尚、予圧に関しては、付与しなくても良い。
【００３６】
更に、前記状態量測定用のセンサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 は上記アウタチューブ３０の軸方向中間部両端寄り部分の周囲に、センサホルダ３５、３５を介して設置している。そして、これら各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為のケーブル（ハーネス）３２を、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向一端寄り部分に形成した、図２〜３に詳示する様な溝部２２ａと、上記一方の抑え環１０ａに設けた取り出し孔３７とを通じて、外部に取り出している。本例の場合には、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号に基づいて、上記軸部材３ａと上記ハブ４との相対変位の方向及び大きさを求め、これら両部材３ａ、４同士の間に作用する力（外力）の方向及び大きさを求める為の演算器を、フロントフォーク２部分等の車体側に設けている。即ち、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 を設置した空間２９内には、上記演算器は設けていない。
【００３７】
上述の様な本例の構造は、次の様にして組み立てる。先ず、図４に示す様に、上記ハブ４の内径側の軸方向中間部に、上記アウタチューブ３０を挿入する。このアウタチューブ３０の外周面には、予め上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 を、前記センサホルダ３５、３５を介して装着しておく。又、上記ケーブル３２は、上記アウタチューブ３０の溝部２２ａ内に配設しておく。
次いで、図４→図５に示す様に、前記両転がり軸受５、５を、上記ハブ４の両端部内周面と上記アウタチューブ３０の外周面両端寄り部分との間に組み付ける。この為に、上記両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６を上記アウタチューブ３０に、それぞれの軸方向内端面が前記両段差面３３、３３に突き当たるまで締り嵌めで外嵌すると共に、同じく外輪７、７を上記ハブ４に、それぞれの軸方向内端面が前記両段差面３６、３６に突き当たるまで、締り嵌めで内嵌する。
【００３８】
次いで、図５→図６に示す様に、上記ハブ４の両端部内周面と上記アウタチューブ３０の両端部外周面との間に、前記両抑え環１０ａ、１０ｂを、シールリング１２、１２と共に組み付ける。この際、上記ケーブル３２を、一方の抑え環１０ａに形成した上記取り出し孔３７に挿通しておく。そして、この取り出し孔３７と上記溝部２２ａとの円周方向に関する位相を合わせた状態で、上記抑え環１０ａを上記アウタチューブ３０に外嵌する。同時に、上記両シールリング１２、１２を構成する芯金を、上記ハブ４の両端部内周面に、締り嵌めで内嵌固定する。
そして最後に、図６→図１に示す様に、上記アウタチューブ３０内に前記インナシャフト３１を、軽い締り嵌め等により、がたつきなく挿通して、本例の回転支持装置の状態量測定装置とする。この状態で、上記インナシャフト３１の軸方向両端部は、上記アウタチューブ３０の軸方向両端部から軸方向外方に突出した状態となる。
【００３９】
自動二輪車への組み付け状態では、上記インナシャフト３１の軸方向両端部を、１対のフロントフォーク２、２（図７参照）の下端部に設けた取付孔に内嵌する。又、このインナシャフト３１の軸方向一端部に形成したねじ孔部３８に螺着したボルトの頭部と上記一方の抑え環１０ａの外端面との間で、一方のフロントフォーク２の下端部を両側から挟持して、上記インナシャフト３１を含む、前記軸部材３ａを、上記両フロントフォーク２、２の下端部同士の間に掛け渡した状態で支持固定する。分解作業は、上述した組立作業とは逆の手順で行なう。
前述の様に構成し、上述の様に組み立てる本例の回転支持装置の状態量測定装置は、前述した先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置と同様にして、上記軸部材３ａと上記ハブ４との相対変位の方向及び大きさを求め、これら両部材３ａ、４同士の間に作用する力（外力）の方向及び大きさを求める事ができる。
【００４０】
特に、本例の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、上記軸部材３ａの周囲に上記ハブ４を回転自在に支持する為の構造、及び、これら軸部材３ａとハブ４との間に作用する外力等（状態量）を測定する為の構造を、上記アウタチューブ３０の外周面と上記ハブ４の内周面との間に組み込んでいる。そして、前記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為等のケーブル３２を、上記アウタチューブ３０の一部外周面に形成した溝部２２ａを通じて取り出している。図４〜６を使用した組立手順の説明から明らかな通り、組立作業（及び分解作業）時に、上記ケーブル３２を損傷する事はない。又、上記溝部２２ａは、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向一部にのみ形成すれば済む為、この溝部２２ａを設ける事に伴う、このアウタチューブ３０を含む上記軸部材３ａの強度低下は限られたもので済む。又、上記溝部２２ａを通じての異物侵入防止の為のシール材塗布も１個所行うのみで良く、この塗布の為等の手間も少なくて済む。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、自動二輪車の車輪用の回転支持装置に限らず、２列の転がり軸受部を有する各種の回転支持装置に適用可能である。例えば、工作機械用のスピンドル軸をハウジングの内側に回転自在に支持する回転支持装置にも適用可能である。工作機械では、熱膨張による各構成部材の寸法変化が加工精度に影響し、又、被加工物への押し当て力も加工精度に影響する。この為、スピンドル軸の変位及び傾きや、スピンドル軸に作用する外力を測定し、これらの測定値を工作機械の制御器にフィードバックする事で、高精度加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、組立完了後の状態で示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】アウタチューブの斜視図。
【図４】ハブの内径側に軸部材を組み付ける為の工程の初期段階を示す断面図。
【図５】同じく中盤の段階を示す断面図。
【図６】同じく後段階を示す断面図。
【図７】先発明の実施の形態の１例を、自動二輪車に組み付けた状態で示す略断面図。
【図８】同じく断面図。
【図９】１対のエンコーダ本体と各センサとを、軸方向に関して同じ側から見た投影図。
【図１０】先発明を実施する場合に使用できる、エンコーダとセンサとの組み合わせの他の１例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１ 車輪
２ フロントフォーク
３、３ａ 軸部材
４ ハブ
５ 転がり軸受
６ 内輪
７ 外輪
８ 玉
９ 間座
１０、１０ａ、１０ｂ 抑え環
１１ 段差面
１２ シールリング
１３、１３ａ エンコーダ
１４ 芯金
１５ エンコーダ本体
１６ 小径段部
１７ 円筒部
１８ 円輪部
１９Ａ1 〜１９Ａ6 、１９Ｂ1 〜１９Ｂ3 センサ
２０ 支持部材
２１ 演算器
２２、２２ａ 溝部
２３ 通孔
２４ 第一特性変化部
２５ 第二特性変化部
２９ 空間
３０ アウタチューブ
３１ インナシャフト
３２ ケーブル
３３ 段差面
３４ 段差面
３５ センサホルダ
３６ 段差面
３７ 取り出し孔
３８ ねじ孔部
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る回転支持装置の状態量測定装置は、例えば、自動二輪車（オートバイ、スクータ等）の車輪を車体に対して回転自在に支持する為の回転支持装置を構成する軸部材と回転部材との間の状態量である、これら両部材同士の間の相対変位や、これら両部材同士の間に作用する外力（荷重、モーメント）を測定する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
［従来技術に就いて］
例えば四輪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。又、自動二輪車の分野でも従来から、車両の走行安定性を確保する為に、ＡＢＳ等の車両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う為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニット等の回転支持装置に加わる外力（ラジアル荷重とアキシアル荷重とモーメントとのうちの少なくとも１つ）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、例えば特許文献１〜２には、車輪用の回転支持装置を構成する静止部材と回転部材との間に作用する外力を、特殊なエンコーダを使用して測定可能とする発明が記載されている。これら特許文献１〜２に記載された各従来構造は、上記回転部材に支持固定された１個の特殊なエンコーダと、このエンコーダの被検出面にそれぞれの検出部を対向させた状態で、上記静止部材等の使用時にも回転しない部分に支持固定された、複数個のセンサとを備える。そして、上記外力の変化（上記静止部材に対する上記エンコーダの変位）に伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記外力を算出可能としている。
【０００４】
ところが、上記特許文献１〜２に記載された各従来構造は、四輪自動車の車輪用の回転支持装置の様に、複列の転がり軸受部に予圧が付与されている回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定できるが、一部の自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、複列の転がり軸受部に予圧が付与されていない回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定するのが難しくなる可能性がある。この理由は、例えば、上記エンコーダのアキシアル変位に伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記静止部材と上記回転部材との間に作用するアキシアル荷重を算出する場合に、上記複列の転がり軸受部に予圧が付与されていないと、上記アキシアル変位と上記アキシアル荷重との間に安定した相関関係が成立しなくなって、上記アキシアル荷重を精度良く測定できなくなる可能性が高くなる為である。
【０００５】
又、特許文献３には、やはり１個の特殊なエンコーダと複数個のセンサとを備えた回転支持装置が記載されている。この特許文献３に記載された従来構造の場合には、上記エンコーダの傾きに伴って変化する、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、上記回転支持装置を構成する静止部材と回転部材との間に作用する、この静止部材の中心軸に対し径方向にオフセットした位置から入力されたアキシアル荷重（若しくはこのアキシアル荷重に基づいて発生したモーメント）を算出可能としている。但し、この特許文献３に記載された従来構造の場合も、上述した特許文献１〜２に記載された発明と同様に、予圧を付与されていない場合には、アキシアル荷重を精度良く測定できない。更に、上記特許文献３に記載された従来構造の場合には、上記エンコーダの被検出面の直径が小さくなる程、上記位相差の検出誤差に対する、上記アキシアル荷重（若しくはモーメント）の測定精度の悪化率が大きくなる。この為、上記特許文献３に記載された従来構造は、四輪自動車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的大きく、組み付けるエンコーダの被検出面の直径も比較的大きい回転支持装置に適用する場合には、上記アキシアル荷重（若しくはモーメント）を精度良く測定できるが、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的小さく、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径も小さくならざるを得ない回転支持装置に適用する場合には、上記外力を精度良く測定するのが難しくなる可能性がある。
【０００６】
［先発明構造に就いて］
上述の様な事情に鑑みて特願２００７−１１６７４３には、図７〜９に示す様な回転支持装置の状態量測定装置（先発明装置）が開示されている。この図７〜９に示した装置は、自動二輪車の車輪（従動輪である前輪）１をフロントフォーク２、２に対し回転自在に支持する為の回転支持装置に先発明を適用している。これら両フロントフォーク２、２の下端部にその両端部を結合固定した、使用時にも回転しない軸部材３の中間部周囲に、その外周面に上記車輪１を支持固定した状態で、使用時にこの車輪１と共に回転する回転部材であるハブ４を、１対の転がり軸受５、５を介して回転自在に支持している。これら両転がり軸受５、５は、上記軸部材３の外周面と上記ハブ４の内周面との間に存在する円筒状空間の両端寄り部分に設けられており、上記軸部材３に外嵌固定した内輪６、６と、上記ハブ４に内嵌固定した外輪７、７とを、それぞれ複数個の転動体（玉）８、８を介して、互いに同心に且つ相対回転自在に組み合わせて成る。
【０００７】
又、上記両内輪６、６の軸方向の位置決めを図る為に、上記軸部材３の中間部に外嵌固定した円管状の間座９と、この軸部材３の両端寄り部分に外嵌固定した１対の抑え環１０、１０とにより、それぞれ上記両内輪６、６を軸方向両側から挟持している。又、上記両外輪７、７の軸方向の位置決めを図る為に、上記ハブ４の内周面の両端寄り部分に形成した段差面１１、１１に、上記両外輪７、７の互いに対向する側面を、それぞれ次述するエンコーダ１３、１３を構成する芯金１４、１４を介して突き当てている。尚、先発明装置の場合、上記両転がり軸受５、５を構成する各転動体（玉）８、８の予圧に関しては、付与しても、或いは付与しなくても良いとされている。又、上記両抑え環１０、１０の外周面と上記ハブ４の両端部内周面との間に、それぞれシールリング１２、１２を設けて、上記円筒状空間の両端開口部を密閉している。
【０００８】
又、上記各外輪７、７の中間部乃至一端部（互いに対向する側の端部）に形成した小径段部１６、１６に、それぞれ上記各エンコーダ１３、１３を構成する芯金１４、１４を、上記各外輪７、７と同心に外嵌固定している。又、上記間座９の両端寄り部分に、それぞれ２個ずつのセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 （１９Ｂ1 、１９Ｂ2 ）を、断面Ｌ字形で全体を円環状に構成した支持部材２０、２０を介して支持固定している。そして、この状態で、上記両エンコーダ１３、１３の被検出面に、それぞれ上記２個ずつのセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 （１９Ｂ1 、１９Ｂ2 ）の検出部を対向させている。
【０００９】
このうちの両エンコーダ１３、１３はそれぞれ、上記芯金１４と、エンコーダ本体１５とを備える。このうちの芯金１４は、磁性金属板により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成しており、円筒部１７と、この円筒部１７の端部から径方向内方に直角に折れ曲がった円輪部１８とを備える。又、上記エンコーダ本体１５は、永久磁石製で全体を円輪状に構成しており、上記円輪部１８の側面（軸方向に関して上記円筒部１７と反対側の側面）の径方向内半部に、全周に亙り添着固定している。被検出面である、上記エンコーダ本体１５の側面（上記円輪部１８と反対側の側面）には、Ｓ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔に配置している。これらＳ極とＮ極との境界は、上記被検出面の幅方向（径方向）に対して平行にしている。即ち、上記Ｓ極とＮ極との境界の位相は、上記被検出面の幅方向に関して変化させていない。又、上記両エンコーダ１３、１３同士で、上記被検出面に設けるＳ極とＮ極との円周方向の配置のピッチを、互いに等しくしている。
【００１０】
上述の様に構成する両エンコーダ１３、１３は、それぞれの芯金１４、１４の円筒部１７、１７を、上記各外輪７、７の小径段部１６、１６に外嵌固定（上記ハブ４の両端寄り部分に内嵌）する事により、上記各外輪７、７に対し支持固定している。これと共に、それぞれの芯金１４、１４の円輪部１８、１８の径方向外半部を、上記各外輪７、７の端面と上記ハブ４の内周面の両端寄り部分に形成した段差面１１、１１との間で挟持する事により、軸方向の位置決めを図っている。尚、図９の（Ａ）は、軸受Ａ（図８の左側の転がり軸受５）側のエンコーダ１３の被検出面と、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 とを、同じく（Ｂ）は、軸受Ｂ（図８の右側の転がり軸受５）側のエンコーダ１３の被検出面と、この被検出面にそれぞれの検出部を対向させた２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 とを、それぞれ図８の軸方向右側（＋ｙ側）から見た投影図である。この図９に示す様に、本例の場合には、上述の様にして両エンコーダ１３、１３を回転支持装置に組み付けた状態で、これら両エンコーダ１３、１３の被検出面に存在するＳ極とＮ極との円周方向の配置の位相を、これら両エンコーダ１３、１３同士で互いに一致させている。
【００１１】
又、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の検出部にはそれぞれ、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、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうち、ｙ軸を上記軸部材３の中心軸とし、ｚ軸を上下方向軸とし、ｘ軸を前後方向軸とした場合に、上記軸部材３と上記ハブ４との間に外力が作用していない中立状態で、上記図９に示す様に、上記両エンコーダ１３、１３の被検出面のうち、ｘ軸上で径方向反対側となる２個所位置（θ＝９０度、２７０度の位置）にそれぞれ１個ずつ、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の検出部を対向させている。尚、上記図９のうち、上記被検出面の手前側に各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 が位置する（Ａ）では、これら各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 を黒丸で、上記被検出面の奥側に各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 が位置する（Ｂ）では、これら各センサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 を白丸で、それぞれ表している。
【００１２】
又、前記間座９の軸方向中央部の上面には、演算器２１を支持固定している。又、上記軸部材３の上面の軸方向中間部乃至一端部（図８の右端部）には、キー溝状の溝部２２を設けている。これと共に、上記間座９の上端部で、上記溝部２２の他端部（図８の左端部）と整合する部分に、当該部分を径方向に貫通する通孔２３を設けている。そして、上記演算器２１に接続した図示しない各種ケーブル｛例えば、上記演算器２１による、後述する変位、傾き、荷重、モーメント等の演算結果を表す信号や、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ａ2 、１９Ｂ1 、１９Ｂ2 のうちの少なくとも１個のセンサのパルス波形信号（スリップ率制御用の信号）を、ＡＢＳコントローラに送信する信号ケーブル、並びに、上記演算器２１に電力を供給する電源ケーブル等｝を、上記通孔２３及び上記溝部２２を通じて外部に引き出し、車体側の各種装置（例えば、ＡＢＳコントローラ、並びに、電源装置等）に接続できる様にしている。
【００１３】
上述の様に構成する先発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合、軸受Ａ側のエンコーダ１３にｚ軸方向の変位ｚA が生じる事に伴って、２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 の出力信号の位相差が変化し、軸受Ｂ側のエンコーダ１３に同方向の変位ｚB が生じる事に伴って、２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号の位相差が変化する。これに対し、それぞれのエンコーダ１３、１３にｙ軸方向の変位ｙが生じても、各被検出面と各検出部との間隔が変化するだけで、上記各位相差は変化しない。更に、それぞれのエンコーダ１３、１３にｘ軸方向の変位ｘが生じても、やはり上記各位相差は変化しない。従って、上記先発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、これら各位相差に基づいて、それぞれのエンコーダ１３、１３のｚ軸方向の変位ｚA 、ｚB を検出できる為、上記ハブ４の中心（上記両エンコーダ１３、１３間の幾何中心）Ｏの変位ｚと、このハブ４のｘ軸回りの傾きφx を求める事ができる。
【００１４】
具体的には、上記各エンコーダ１３、１３の被検出面のピッチ円直径（ＰＣＤ）をｄとし、これら各被検出面の全周に配置するＳ極とＮ極との対の数（１回転当たりの上記各センサの出力信号のパルス数）をｎとし、上記各被検出面同士の間隔（スパン）をＬとし（これらｄ、ｎ、Ｌの意味に就いては、以降の各例に於いても同様）、上記２個のセンサ１９Ａ1 、１９Ａ2 の出力信号のパルスエッジ時間差Δｔ（位相差）をパルス周期Ｔで除した値Δｔ／Ｔ（位相差比）をεA1-A2 とし、上記２個のセンサ１９Ｂ1 、１９Ｂ2 の出力信号の位相差比をεB1-B2 と定義すると、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４の傾きφx とは、それぞれ次の（１）〜（２）式で表される。
【数１】
【数２】
従って、これら（１）〜（２）式に上記両位相差比εA1-A2 、εB1-B2 を代入し、これら（１）〜（２）式を演算器２１に計算させる事により、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４の傾きφx とを求める事ができる。
【００１５】
又、自動二輪車用の回転支持装置の場合、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚと、このハブ４と前記軸部材３との間に作用するｚ軸方向のラジアル荷重Ｆｚとの間、並びに、このハブ４の傾きφx と、このハブ４と上記軸部材３との間に作用する、車輪を構成するタイヤの接地面から入力されるｙ軸方向のアキシアル荷重Ｆｙ（若しくはこのアキシアル荷重Ｆｙに基づいて発生するｘ軸回りのモーメントＭｘ）との間には相関関係が成立する。従って、上記演算器２１により、上記ハブ４の中心Ｏの変位ｚに基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚを算出できる。これと共に、上記ハブ４の傾きφx に基づいて、上記アキシアル荷重Ｆｙ（モーメントＭｘ）を算出できる。尚、上記各相関関係は、転がり軸受ユニットの分野で広く知られている弾性接触理論等に基づいて計算により求められる他、実験（出荷時試験）によっても求められる。
【００１６】
又、上述の図７〜９に示した例では、１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円輪状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し軸方向に対向している構造を採用したが、先発明は、１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円筒状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し径方向に対向している構造を採用する事もできる。例えば、何れか一方のエンコーダとセンサとの組み合わせとして、図１０に示す様な、エンコーダ１３ａと６個のセンサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 との組み合わせを採用する事もできる。このうちのエンコーダ１３ａは、全体を円筒状に構成している。そして、被検出面である外周面にＳ極とＮ極とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、この被検出面の軸方向両半部を、それぞれ上記Ｓ極とＮ極との境界の位相が軸方向に対して互いに逆方向に互いに同じ角度で漸次変化する、第一、第二特性変化部２４、２５としている。
【００１７】
又、上記各センサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 のうちの１個のセンサ１９Ａ1 の検出部を上記第一特性変化部２４に、別の１個のセンサ１９Ａ2 の検出部を上記第二特性変化部２５で円周方向に関する位相が上記センサ１９Ａ1 と一致する部分に、残りの各センサ１９Ａ3 〜１９Ａ6 の検出部を、それぞれ上記第一特性変化部２４又は上記第二特性変化部２５のうち他のセンサの検出部を対向させる部分に対して円周方向に離隔した部分に、それぞれ対向させている。この様な構造を採用すれば、それぞれが上記６個のセンサ１９Ａ1 〜１９Ａ6 のうちから選択された２個のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差であって、且つ、互いに異なる２個ずつのセンサの組み合わせに関する５つの位相差に基づいて、上記エンコーダ１３ａの、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とを、それぞれ算出できる。
【００１８】
又、上述した例では、エンコーダを永久磁石製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部をＳ極に着磁した部分とし、第二特性部をＮ極に着磁した部分とする構成を採用している。但し、先発明を実施する場合には、エンコーダを単なる磁性金属板製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部を透孔（又は凹部）とし、第二特性部を柱部（又は凸部）とする構成を採用する事もできる。この様な構成を採用する場合には、各センサ側に永久磁石を組み込む。
【００１９】
更に、上述した先発明の構造によれば、各センサ間の位相差に基づいてハブ４の変位や傾きを算出した後、この変位や傾きに基づいて、軸部材３とハブ４との間に作用する外力を算出できる。但し、この外力の測定のみが目的であれば、上記変位や傾きを算出せずに、上記各センサ間の位相差に基づいて直接、上記外力を求める事もできる。この場合には、実際に外力を負荷して行う出荷時試験によって、この外力と上記各センサ間の位相差との関係を調べておき、この関係を利用する。
尚、前記特願２００７−１１６７４３には、図７〜９に示す様な回転支持装置の他、センサの数、或いはセンサ及びエンコーダの配置を異ならせた構造が記載されている。この点に関しては、上記特願２００７−１１６７４３の明細書及び図面中に詳しく開示されており、本発明の要旨とも関係しないので、図示並びに説明は省略する。
【００２０】
［先発明構造で改良が望まれる点］
上述した先発明の回転支持装置の状態量測定装置では、前記演算器２１に接続した各種ケーブルを、前記通孔２３及び前記溝部２２を通じて外部に引き出し、車体側の各種装置に接続する様にしている。この構成により、上記各ケーブルと、上記軸部材３及び前記転がり軸受５の内輪６とが干渉しない様にしている。この様な先発明に係る構造を組み立てる場合には、前記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び前記演算器２１を外周面に支持固定した間座９を上記ハブ４の内径側に挿入した後、前記両転がり軸受５、５をこのハブ４の軸方向両端部内径側に組み付ける。具体的には、これら両転がり軸受５、５を構成する外輪７、７を、上記ハブ４の軸方向両端部に締り嵌めで内嵌する。そして、最後に、上記間座９及び上記両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６の内径側に上記軸部材３を押し込む（締り嵌めで圧入する）。
【００２１】
上記先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置を上述の様にして組み立てる場合、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号（を演算器２１が処理した処理信号）を取り出す為のケーブルを前記溝部２２内に配設する作業を行いにくい。実際には、この溝部２２を、上記軸部材３の全長に亙り形成して、この軸部材３を上記間座９及び上記両内輪６、６の内径側に押し込む際に、この軸部材３と上記ケーブルとの干渉防止を図る必要がある。この様に、上記溝部２２を、本来上記ケーブルの取り出しの為に必要ではない（図８の左半部にまで）形成すれば、上記先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置の組立作業を行なえる。又、何らかの理由で上記軸部材３を上記間座９及び上記両内輪６、６の内径側から抜き取る必要を生じた場合にも、上記ケーブルを切らずに抜き取れる。この為、このケーブルや上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び上記演算器２１を再利用する事が可能になる。但し、上記溝部２２を上記軸部材３の全長に亙り形成する事は、この軸部材３の強度を低下させるだけでなく、この溝部２２を通じて上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 及び上記演算器２１を設置した空間２９内への異物進入防止を図る為のシールを施す作業が面倒になる（上記溝部２２の両端部をシールする必要がある）。
【００２２】
【特許文献１】特開２００６−１３３０４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３２２９２８号公報
【特許文献３】特開２００７−９３５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、検出信号取り出しの為の溝部を必要個所のみに形成した軸部材を使用しても、この軸部材を回転部材の内径側に容易に組み込める構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の回転支持装置の状態量測定装置は、回転支持装置と、状態量測定装置とを備える。
このうちの回転支持装置は、外周面に１対の内輪軌道を設け、使用時にも回転しない軸部材と、内周面に１対の外輪軌道を設け、使用時にこの軸部材の周囲で回転する回転部材と、これら両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、上記状態量測定装置は、上記回転部材のうち軸方向に離隔した２個所位置に支持されてこの回転部材と共に回転する１対のエンコーダと、使用時にも回転しない部分に支持固定されたセンサ装置と、演算器とを備える。
このうちの１対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものである。
又、上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身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ものである。
更に、上記演算器は、上記各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、上記軸部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである。
以上の構成は、前述した先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置と同様である。
【００２５】
特に、本発明の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、上記軸部材は、外周面の軸方向一部に、上記各センサの出力信号を取り出すケーブルを配設する為の溝部を形成した円管状のアウタチューブと、このアウタチューブに内嵌したインナシャフトとから成る。そして、上記回転支持装置、及び、上記状態量測定装置のうちの少なくとも上記両エンコーダ及び上記各センサは、このうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に設けられている。更に、上記インナシャフトの軸方向両端部は上記アウタチューブの軸方向両端部から軸方向外方に突出している。
【００２６】
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうちのｙ軸を軸部材の中心軸に一致させた場合に、前記演算器に、各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、上記軸部材に対する回転部材の、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とのうちの、少なくとも１つの変位若しくは傾きを算出する機能を持たせる。
【００２７】
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ、次の(1)(2)のうちの何れか一方とする。
(1) 当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面（前述の図９に記載した構造）。
(2) 当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも１個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面（前述の図１０に記載した構造）。
【００２８】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項４に記載した発明の様に、上記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ円輪状とし、上記各センサの検出部をこれら両被検出面に対し軸方向に対向させる。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、上記１対のエンコーダの被検出面をそれぞれ円筒状とし、上記各センサの検出部をこれら両被検出面に対し径方向に対向させる。
【００２９】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項６に記載した発明の様に、前記演算器に、自身が算出した、前記軸部材に対する前記回転部材の変位若しくは傾きに基づき、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力を算出する機能を持たせる。
更に、上述の様な本発明を実施する場合に、例えば請求項７に記載した発明の様に、前記回転支持装置を、自動二輪車の車輪支持用の回転支持装置とする。そして、上記軸部材を、軸部材等、使用状態でこの自動二輪車の車体に支持固定される部材とし、上記回転部材を、ホイールのハブ等、上記車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材とする。
【発明の効果】
【００３０】
上述の様に構成する本発明の回転支持装置の状態量測定装置によれば、検出信号取り出しの為の溝部を必要個所のみに形成した軸部材を使用しても、この軸部材を回転部材の内径側に容易に組み込める構造を実現できる。
即ち、軸部材の周囲に回転部材を回転自在に支持する為の構造、及び、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力等（状態量）を測定する為の構造を、この軸部材のうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に組み込める。この際、各センサの出力信号を取り出す為等のケーブルを、上記アウタチューブの一部外周面に形成した溝部を通じて容易に取り出せる。この溝部は、このアウタチューブの外周面の軸方向一部にのみ形成すれば済む為、この溝部を設ける事に伴う、このアウタチューブを含む上記軸部材の強度低下は限られたもので済む。又、上記溝部を通じての異物侵入防止の為のシール材塗布等の手間も少なくて済む。
【００３１】
又、請求項２に記載した発明の如き構成を採用すれば、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径が小さくならざるを得ない、小径の回転支持装置に適用した場合でも、この回転支持装置を構成する軸部材と回転部材との間に作用する外力を精度良く測定できる。
即ち、本発明の場合には、前述した先発明の場合と同様に、上記軸部材に対し上記回転部材が変位する（１対のエンコーダが互いに異なる状態で変位する）と、これに伴って、これら両エンコーダの被検出面にそれぞれの検出部を対向させた複数個のセンサの出力信号同士の間の位相差が変化する。この為、この位相差に基づいて、上記軸部材に対する上記回転部材の変位や傾きを算出できる。しかも、この軸部材に対するこの回転部材の変位や傾きが、互いに間隔をあけて配置された１対のエンコーダの変位に反映される。この為、これら両エンコーダの被検出面の直径が小さくなる事に伴って生じる、上記各位相差の検出誤差に対する、上記変位や傾きの算出精度の悪化率の増加を十分に抑えられる。従って、自動二輪車の車輪用の回転支持装置の様に、外径寸法が比較的小さく、組み付けられるエンコーダの被検出面の直径も比較的小さくならざるを得ない回転支持装置に適用する場合でも、上記各位相差に基づいて、上記軸部材に対する上記回転部材の変位や傾きを精度良く算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１〜６は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、軸部材３ａをアウタチューブ３０とインナシャフト３１とで構成する事により、各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為のケーブル３２を配設する作業を容易に行なえる様にする構造にある。上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号に基づいて上記軸部材３ａとハブ４との間に作用する外力等を求める為の構造及び作用に就いては、前述した先発明に係る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。
【００３３】
上記軸部材３ａは、それぞれが鉄系合金製であるインナシャフト３１とアウタチューブ３０とを嵌め合わせ固定して成る。本例の場合、このインナシャフト３１に就いても、軽量化の為に円管状としている。上記ハブ４は上記アウタチューブ３０の周囲に、１対の転がり軸受５、５により、回転自在に支持している。これら両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６は、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向両端寄り部分に、締り嵌めで、それぞれ上記軸部材３ａに対する軸方向の変位を阻止した状態で外嵌固定している。
【００３４】
この為に、上記両内輪６、６の軸方向内端面（軸方向中央寄りの端面）を上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向両端寄り部分に形成した外向の段差面３３、３３に突き当てると共に、上記両内輪６、６の軸方向外端面（軸方向両端寄りの端面）を、それぞれ抑え環１０ａ、１０ｂの軸方向内端面により抑え付けている。尚、これら両抑え環１０ａ、１０ｂのうち、一方（図１の左方）の抑え環１０ａの軸方向外端面は、自動二輪車への組み付け状態で、フロントフォーク２（図７参照）の下端部内側面に突き当てる。更に、上記インナシャフト３１の軸方向一端部（図１の左端部）に螺着したボルトの頭部（図示省略）により、上記フロントフォーク２の下端部外側面を抑え付ける。本例の構造を組み立てる際に、上記一方の抑え環１０ａは、上記アウタチューブ３０に対し、軸方向に変位しても、回転する事はない。これに対して、他方（図１の右方）の抑え環１０ｂの軸方向外端面は、上記インナシャフト３１の一部で上記アウタチューブ３０よりも突出した部分に形成した、別の段差面３４に突き当てている。この構成により、上記両内輪６、６を上記軸部材３ａの外周面の軸方向に離隔した２個所位置に、それぞれこの軸部材３ａに対し軸方向への変位を阻止した状態で固定している。
【００３５】
又、前記ハブ４はアルミニウム系合金製で、軸方向両端寄り部分に、それぞれ段差面３６、３６を形成している。そして、前記両転がり軸受５、５を構成する外輪７、７の軸方向内端面を、上記両段差面３６、３６に突き当てている。従って、これら両外輪７、７同士の間隔は、これら両段差面３６、３６同士の間隔により規制される。
上述の様に、前記両内輪６、６を上記軸部材３ａの外周面２個所位置に固定すると共に、上記両外輪７、７を上記ハブ４の内周面２個所位置に支持した状態で、前記各玉８、８に、背面組み合わせ型の接触角と共に、必要に応じて予圧を付与している。この様に接触角及び予圧を付与する場合の、基本的な設計手法に就いては、一般的な背面組み合わせ型の複列玉軸受の場合と同様であるから、詳しい説明は省略する。尚、予圧に関しては、付与しなくても良い。
【００３６】
更に、前記状態量測定用のセンサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 は上記アウタチューブ３０の軸方向中間部両端寄り部分の周囲に、センサホルダ３５、３５を介して設置している。そして、これら各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為のケーブル（ハーネス）３２を、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向一端寄り部分に形成した、図２〜３に詳示する様な溝部２２ａと、上記一方の抑え環１０ａに設けた取り出し孔３７とを通じて、外部に取り出している。本例の場合には、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号に基づいて、上記軸部材３ａと上記ハブ４との相対変位の方向及び大きさを求め、これら両部材３ａ、４同士の間に作用する力（外力）の方向及び大きさを求める為の演算器を、フロントフォーク２部分等の車体側に設けている。即ち、上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 を設置した空間２９内には、上記演算器は設けていない。
【００３７】
上述の様な本例の構造は、次の様にして組み立てる。先ず、図４に示す様に、上記ハブ４の内径側の軸方向中間部に、上記アウタチューブ３０を挿入する。このアウタチューブ３０の外周面には、予め上記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 を、前記センサホルダ３５、３５を介して装着しておく。又、上記ケーブル３２は、上記アウタチューブ３０の溝部２２ａ内に配設しておく。
次いで、図４→図５に示す様に、前記両転がり軸受５、５を、上記ハブ４の両端部内周面と上記アウタチューブ３０の外周面両端寄り部分との間に組み付ける。この為に、上記両転がり軸受５、５を構成する内輪６、６を上記アウタチューブ３０に、それぞれの軸方向内端面が前記両段差面３３、３３に突き当たるまで締り嵌めで外嵌すると共に、同じく外輪７、７を上記ハブ４に、それぞれの軸方向内端面が前記両段差面３６、３６に突き当たるまで、締り嵌めで内嵌する。
【００３８】
次いで、図５→図６に示す様に、上記ハブ４の両端部内周面と上記アウタチューブ３０の両端部外周面との間に、前記両抑え環１０ａ、１０ｂを、シールリング１２、１２と共に組み付ける。この際、上記ケーブル３２を、一方の抑え環１０ａに形成した上記取り出し孔３７に挿通しておく。そして、この取り出し孔３７と上記溝部２２ａとの円周方向に関する位相を合わせた状態で、上記抑え環１０ａを上記アウタチューブ３０に外嵌する。同時に、上記両シールリング１２、１２を構成する芯金を、上記ハブ４の両端部内周面に、締り嵌めで内嵌固定する。
そして最後に、図６→図１に示す様に、上記アウタチューブ３０内に前記インナシャフト３１を、軽い締り嵌め等により、がたつきなく挿通して、本例の回転支持装置の状態量測定装置とする。この状態で、上記インナシャフト３１の軸方向両端部は、上記アウタチューブ３０の軸方向両端部から軸方向外方に突出した状態となる。
【００３９】
自動二輪車への組み付け状態では、上記インナシャフト３１の軸方向両端部を、１対のフロントフォーク２、２（図７参照）の下端部に設けた取付孔に内嵌する。又、このインナシャフト３１の軸方向一端部に形成したねじ孔部３８に螺着したボルトの頭部と上記一方の抑え環１０ａの外端面との間で、一方のフロントフォーク２の下端部を両側から挟持して、上記インナシャフト３１を含む、前記軸部材３ａを、上記両フロントフォーク２、２の下端部同士の間に掛け渡した状態で支持固定する。分解作業は、上述した組立作業とは逆の手順で行なう。
前述の様に構成し、上述の様に組み立てる本例の回転支持装置の状態量測定装置は、前述した先発明に係る回転支持装置の状態量測定装置と同様にして、上記軸部材３ａと上記ハブ４との相対変位の方向及び大きさを求め、これら両部材３ａ、４同士の間に作用する力（外力）の方向及び大きさを求める事ができる。
【００４０】
特に、本例の回転支持装置の状態量測定装置の場合には、上記軸部材３ａの周囲に上記ハブ４を回転自在に支持する為の構造、及び、これら軸部材３ａとハブ４との間に作用する外力等（状態量）を測定する為の構造を、上記アウタチューブ３０の外周面と上記ハブ４の内周面との間に組み込んでいる。そして、前記各センサ１９Ａ1 、１９Ｂ1 の出力信号を取り出す為等のケーブル３２を、上記アウタチューブ３０の一部外周面に形成した溝部２２ａを通じて取り出している。図４〜６を使用した組立手順の説明から明らかな通り、組立作業（及び分解作業）時に、上記ケーブル３２を損傷する事はない。又、上記溝部２２ａは、上記アウタチューブ３０の外周面の軸方向一部にのみ形成すれば済む為、この溝部２２ａを設ける事に伴う、このアウタチューブ３０を含む上記軸部材３ａの強度低下は限られたもので済む。又、上記溝部２２ａを通じての異物侵入防止の為のシール材塗布も１個所行うのみで良く、この塗布の為等の手間も少なくて済む。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、自動二輪車の車輪用の回転支持装置に限らず、２列の転がり軸受部を有する各種の回転支持装置に適用可能である。例えば、工作機械用のスピンドル軸をハウジングの内側に回転自在に支持する回転支持装置にも適用可能である。工作機械では、熱膨張による各構成部材の寸法変化が加工精度に影響し、又、被加工物への押し当て力も加工精度に影響する。この為、スピンドル軸の変位及び傾きや、スピンドル軸に作用する外力を測定し、これらの測定値を工作機械の制御器にフィードバックする事で、高精度加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、組立完了後の状態で示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】アウタチューブの斜視図。
【図４】ハブの内径側に軸部材を組み付ける為の工程の初期段階を示す断面図。
【図５】同じく中盤の段階を示す断面図。
【図６】同じく後段階を示す断面図。
【図７】先発明の実施の形態の１例を、自動二輪車に組み付けた状態で示す略断面図。
【図８】同じく断面図。
【図９】１対のエンコーダ本体と各センサとを、軸方向に関して同じ側から見た投影図。
【図１０】先発明を実施する場合に使用できる、エンコーダとセンサとの組み合わせの他の１例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１ 車輪
２ フロントフォーク
３、３ａ 軸部材
４ ハブ
５ 転がり軸受
６ 内輪
７ 外輪
８ 玉
９ 間座
１０、１０ａ、１０ｂ 抑え環
１１ 段差面
１２ シールリング
１３、１３ａ エンコーダ
１４ 芯金
１５ エンコーダ本体
１６ 小径段部
１７ 円筒部
１８ 円輪部
１９Ａ1 〜１９Ａ6 、１９Ｂ1 〜１９Ｂ3 センサ
２０ 支持部材
２１ 演算器
２２、２２ａ 溝部
２３ 通孔
２４ 第一特性変化部
２５ 第二特性変化部
２９ 空間
３０ アウタチューブ
３１ インナシャフト
３２ ケーブル
３３ 段差面
３４ 段差面
３５ センサホルダ
３６ 段差面
３７ 取り出し孔
３８ ねじ孔部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転支持装置と状態量測定装置とを備え、
このうちの回転支持装置は、外周面に１対の内輪軌道を設け、使用時にも回転しない軸部材と、内周面に１対の外輪軌道を設け、使用時にこの軸部材の周囲で回転する回転部材と、これら両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
上記状態量測定装置は、それぞれが上記回転部材のうちの上記両列の転動体の間部分で軸方向に離隔した２個所位置に支持されて、この回転部材と共に回転する１対のエンコーダと、上記軸部材のうちで上記両列の転動体の間部分に支持されたセンサ装置と、演算器とを備え、
このうちの１対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものであり、
上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身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ものであり、
上記演算器は、上記各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、上記軸部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである回転支持装置の状態量測定装置であって、
上記軸部材は、外周面の軸方向一部に、上記各センサの出力信号を取り出すケーブルを配設する為の溝部を形成した円管状のアウタチューブと、このアウタチューブに内嵌したインナシャフトとから成り、上記回転支持装置、及び、上記状態量測定装置のうちの少なくとも上記両エンコーダ及び上記各センサは、このうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に設けられており、上記インナシャフトの軸方向両端部は上記アウタチューブの軸方向両端部から軸方向外方に突出している 回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項２】
互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうちのｙ軸を軸部材の中心軸に一致させた場合に、演算器は、各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、上記軸部材に対する回転部材の、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とのうちの、少なくとも１つの変位若しくは傾きを算出する機能を有するものである、
請求項１に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項３】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ、当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面と、当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも１個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面とのうちの、何れか一方である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項４】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円輪状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し軸方向に対向している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項５】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円筒状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し径方向に対向している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項６】
演算器が、自身が算出した軸部材に対する回転部材の変位若しくは傾きに基づき、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力を算出する機能を有する、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項７】
回転支持装置が、自動二輪車の車輪用の回転支持装置であり、使用状態で、軸部材が自動二輪車の車体に支持固定される部材となり、回転部材が車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材となる、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項１】
回転支持装置と状態量測定装置とを備え、
このうちの回転支持装置は、外周面に１対の内輪軌道を設け、使用時にも回転しない軸部材と、内周面に１対の外輪軌道を設け、使用時にこの軸部材の周囲で回転する回転部材と、これら両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
上記状態量測定装置は、それぞれが上記回転部材のうちの上記両列の転動体の間部分で軸方向に離隔した２個所位置に支持されて、この回転部材と共に回転する１対のエンコーダと、上記軸部材のうちで上記両列の転動体の間部分に支持されたセンサ装置と、演算器とを備え、
このうちの１対のエンコーダはそれぞれ、上記回転部材と同心の被検出面を有し、これら両被検出面の特性を円周方向に関して交互に且つ互いに同じピッチで変化させたものであり、
上記センサ装置は、上記両エンコーダのうちの一方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサと、他方のエンコーダの被検出面に検出部を対向させた１乃至複数個のセンサとを備えたもので、これら各センサはそれぞれ、上記両エンコーダの被検出面のうち自身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ものであり、
上記演算器は、上記各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、上記軸部材と上記回転部材との相対変位を求める機能を有するものである回転支持装置の状態量測定装置であって、
上記軸部材は、外周面の軸方向一部に、上記各センサの出力信号を取り出すケーブルを配設する為の溝部を形成した円管状のアウタチューブと、このアウタチューブに内嵌したインナシャフトとから成り、上記回転支持装置、及び、上記状態量測定装置のうちの少なくとも上記両エンコーダ及び上記各センサは、このうちのアウタチューブの外周面と上記回転部材の内周面との間に設けられており、上記インナシャフトの軸方向両端部は上記アウタチューブの軸方向両端部から軸方向外方に突出している 回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項２】
互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸から成る三次元直交座標系のうちのｙ軸を軸部材の中心軸に一致させた場合に、演算器は、各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、上記軸部材に対する回転部材の、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸回りの傾きφx と、ｚ軸回りの傾きφz とのうちの、少なくとも１つの変位若しくは傾きを算出する機能を有するものである、
請求項１に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項３】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ、当該被検出面の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に対して変化していない被検出面と、当該被検出面の幅方向両半部に、使用状態でセンサの検出部が少なくとも１個ずつ対向する第一、第二両特性変化部を有し、これら両特性変化部のうちの少なくとも一方の特性変化部の特性変化の位相が当該被検出面の幅方向に関し、他方の特性変化部と異なる状態で漸次変化している被検出面とのうちの、何れか一方である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項４】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円輪状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し軸方向に対向している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項５】
１対のエンコーダの被検出面がそれぞれ円筒状であり、各センサの検出部がこれら両被検出面に対し径方向に対向している、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項６】
演算器が、自身が算出した軸部材に対する回転部材の変位若しくは傾きに基づき、これら軸部材と回転部材との間に作用する外力を算出する機能を有する、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【請求項７】
回転支持装置が、自動二輪車の車輪用の回転支持装置であり、使用状態で、軸部材が自動二輪車の車体に支持固定される部材となり、回転部材が車輪を支持固定する部材又はこの車輪の一部を構成する部材となる、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載した回転支持装置の状態量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１０３６２８（Ｐ２００９−１０３６２８Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７１４８（Ｐ２００７−２７７１４８）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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