荷重測定装置付転がり軸受ユニット
【課題】外輪３とハブ４との間に加わる荷重を、変位センサ等、荷重測定専用の部品を使用せずに測定自在な構造を実現する。
【解決手段】上記ハブ４に、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダ１２を、このハブ４と同心に支持固定する。上記外輪３に支持したセンサ１３の検出部を、このエンコーダ１２の被検出面に近接対向させる。この被検出面に設けた第一、第二両被検出部の幅寸法は、検出すべき荷重が作用する方向に連続的に変化する。この荷重の変化に伴って、上記センサ１３の出力信号が変化するパターンが変わるので、このパターンを観察する事により、上記荷重を求める。上記出力信号は、上記ハブ４の回転速度を求め、ＡＢＳやＴＣＳの制御にも利用する。
【解決手段】上記ハブ４に、特性を円周方向に関して交互に且つ等間隔に変化させたエンコーダ１２を、このハブ４と同心に支持固定する。上記外輪３に支持したセンサ１３の検出部を、このエンコーダ１２の被検出面に近接対向させる。この被検出面に設けた第一、第二両被検出部の幅寸法は、検出すべき荷重が作用する方向に連続的に変化する。この荷重の変化に伴って、上記センサ１３の出力信号が変化するパターンが変わるので、このパターンを観察する事により、上記荷重を求める。上記出力信号は、上記ハブ４の回転速度を求め、ＡＢＳやＴＣＳの制御にも利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。或は、各種工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んで、この主軸に加わる荷重を測定し、工具の送り速度等を適切に調節する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブとの径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサとして、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【００１０】
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。
又、特許文献１〜４の何れに記載された構造及び方法も、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する為に専用の機構を設けている。この為、コスト並びに重量が嵩む事が避けられない。
【００１１】
尚、本発明に関連する技術として、特許文献５には、被検出面にＮ極とＳ極とを交互に配置したエンコーダを使用する事により、このエンコーダを支持した内輪の芯振れを検出する構造が記載されている。但し、上記特許文献５には、上記エンコーダを利用して、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める技術に関しては、この様な技術を示唆する記述を含めても記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特開２００４−３９１８号公報
【特許文献４】特公昭６２−３３６５号公報
【特許文献５】特開２００４−７７１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、小型且つ軽量に構成できて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットと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たものである。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分（例えば、上記静止側軌道輪若しくはこの静止側軌道輪を支持固定した懸架装置或はハウジングの一部）に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する演算器とを備えたものである。
又、上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に応じて（例えば作用方向に亙って）連続的に変化している。
そして、上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記荷重を算出する機能を有するものである。
【００１５】
本発明を実施する場合に、例えば請求項２〜３に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの軸方向側面とし、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。
【００１６】
そして、請求項２に記載した発明の場合には、上記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅を径方向外側程広く、第二被検出部の幅を径方向内側程広くする。
【００１７】
又、請求項３に記載した発明の場合には、上記第一、第二両被検出部の境界を、上記エンコーダの直径方向に対し傾斜させると共に、この境界の直径方向に対する傾斜方向を、このエンコーダの直径方向中間部を境に互いに逆方向とする。そして、この直径方向中間部を挟んでこのエンコーダの直径方向に離隔した位置に設置された１対のセンサの検出部を、このエンコーダの被検出面に対向させる。
【００１８】
上述の様な請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項４に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする。そして、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部をＮ極とし、他方の被検出部をＳ極とする。この為に、上記永久磁石を軸方向に着磁すると共に、着磁方向を円周方向に関して交互に変化させる。この場合、上記Ｎ極と上記Ｓ極とのうちの一方の極を、上記エンコーダの径方向外側に向かう程円周方向に関する幅が広くなる扇形（若しくは台形）とし、他方の極を、このエンコーダの径方向内側に向かう程円周方向に関する幅が広くなる逆扇形（若しくは倒立台形）とする。
又、この様な永久磁石製のエンコーダと組み合わされるセンサを、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を備えた、アクティブ型の磁気センサとする。
この様な永久磁石製のエンコーダとアクティブ型のセンサとを組み合わせた場合、このセンサの出力信号の基準電位（例えば０Ｖ）に対する周期（基準電位に対して所定方向にずれたままとなる時間）は、上記扇形又は逆扇形の幅が広い程長くなり、同じく基準電位に対する変動（変化の大きさ）は、この扇形の幅が広い程大きくなる。
【００１９】
又、上述の様な請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項５又は請求項６に記載した様に、エンコーダの被検出面に設ける第一被検出部と第二被検出部とのうちの、一方の被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、他方の被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔又は凸部同士の間に存在する間部分若しくは凹部とする事も好ましい。上記請求項４に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする事も有効であるが、荷重をより高精度で検出する場合には、上記請求項５又は請求項６に記載した構造のエンコーダを使用する事が好ましい。
【００２０】
この理由は、次の通りである。先ず、上記請求項４に記載した永久磁石製のエンコーダを得るには、エンコーダの被検出面の特定範囲を着磁する。ところが、この被検出面に存在するＮ極及びＳ極の形状を、扇形或は逆扇形にし、しかも着磁範囲を厳密に規制する為には、高度な着磁技術が必要となる。この為、永久磁石製のエンコーダは、製造コストが嵩む事が考えられる。これに対して、請求項５又は請求項６に記載した構造は、機械加工やプレス成形、或は射出成形（ダイキスト成形を含む）によってエンコーダを成形するだけで済み、形状精度及び寸法精度を確保する事が容易であり、エンコーダの製造コストを比較的低く抑えられる。従って、低コスト化を考えた場合、請求項４に記載した構造に比べて、請求項５又は請求項６に記載した構造が優れている。
【００２１】
この場合に、上記エンコーダを構成する材質は、センサの種類によって選択する。例えば、このセンサが、永久磁石と、ホール素子或は磁気抵抗素子等の磁気検出素子とを備えた、アクティブ型の磁気センサである場合には、上記エンコーダを鋼板等の磁性金属製とする。この様な構造でも、上述した永久磁石製のエンコーダを使用した場合と同様に、上記エンコーダの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する。
これに対して、上記センサが光学式のものであり、上記一方の被検出部が透孔である場合には、上記エンコーダは、光を遮る材質であれば良い。この場合には、このエンコーダの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する周期が変化する（変化の大きさは変わらない）。
【００２２】
上述の様な請求項５〜６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、エンコーダを磁性材製とし、センサを、このエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものとする。そして、このエンコーダの径方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが径方向に関して変化しない非変化部を存在させる。
【００２３】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項８に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの軸方向側面とし、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置する。
これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で、径方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。
【００２４】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項９〜１０に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの周面とし、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。
【００２５】
そして、請求項９に記載した発明の場合には、上記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広くする。
【００２６】
又、請求項１０に記載した発明の場合には、第一、第二両被検出部の境界を、上記エンコーダの軸方向に対し傾斜させると共に、この境界の軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダの軸方向中間部を境に互いに逆方向とする。そして、この軸方向中間部を挟んでこのエンコーダの軸方向に離隔した位置に設置された１対のセンサを、このエンコーダの被検出面に対向させる。
【００２７】
上述の様な請求項９〜１０に記載した発明を実施する場合も、例えば請求項１１に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする。そして、第一被検出部をＮ極とし、第二被検出部をＳ極とする。
或は、請求項１２又は請求項１３に記載した様に、第一被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、第二被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔又は凸部同士の間に存在する間部分又は凹部とする事も好ましい。この理由は、前述した請求項５又は請求項６に記載した構造部分で述べた様な理由により、上記請求項１１に記載した永久磁石製のエンコーダに比べて、高精度のエンコーダを安価に造れ、荷重を精度良く検出できる構造を低コストで造れる為である。
【００２８】
上述の様な請求項１２〜１３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項１４に記載した様に、エンコーダを磁性材製とし、センサを、このエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものとする。そして、このエンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部を存在させる。
【００２９】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項１５に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの周面とし、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置する。
これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で、軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。
【００３０】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項１６に記載した様に、エンコーダの被検出面のうちで円周方向に異なる３個所以上位置に、それぞれセンサの検出部を対向させる。そして、演算器は、これら各センサの出力信号を比較する事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるモーメント荷重を算出する機能を有する。
この場合に例えば、請求項１７に記載した様に、上記エンコーダの被検出面をこのエンコーダの周面とし、各センサの検出部をこのエンコーダの周面の円周方向等間隔位置に対向させる。
或は、請求項１８に記載した様に、上記エンコーダの被検出面をこのエンコーダの軸方向側面とし、各センサの検出部をこのエンコーダの軸方向側面の円周方向等間隔位置に対向させる。
【００３１】
又、本発明を実施するには、例えば請求項１９に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとする。この場合には、使用状態で、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して、この回転側軌道輪を車輪と共に回転させる。
【００３２】
或は、請求項２０に記載した様に、転がり軸受ユニットを、工作機械の主軸をハウジングに回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットとする。この場合には、使用状態で、静止側軌道輪である外輪を、このハウジング若しくはこのハウジングに固定された部分に内嵌固定し、回転側軌道輪である内輪を、上記主軸若しくはこの主軸と共に回転する部分に外嵌固定する。
【００３３】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２１〜２４に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪を懸架装置に支持固定し、回転側軌道輪であるハブを、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものとする。又、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体を、各列毎に複数個ずつ設けると共に、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジを設ける。
【００３４】
そして、請求項２１〜２２に記載した発明の場合には、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダを、上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定し、検出すべき荷重を、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
そして、請求項２１に記載した発明の場合には、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、径方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、軸方向内端側で広く、同じく外端側で狭くする。
又、請求項２２に記載した発明の場合には、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、径方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、軸方向外端側で広く、同じく内端側で狭くする。
【００３５】
一方、請求項２３〜２４に記載した発明の場合には、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダを上記ハブの軸方向内端部に固定し、検出すべき荷重を、上記外輪とこのハブとの間に作用するアキシアル荷重とする。
そして、請求項２３に記載した発明の場合には、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、軸方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くする。
又、請求項２４に記載した発明の場合には、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、軸方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向内端側で広く、同じく外端側で狭くする。
尚、上述した請求項２１〜２４に係る発明で言う凹部には、金属板を打ち抜いて成る透孔を含む。この場合に凸部とは、円周方向に隣り合う透孔同士の間部分を言う。
【００３６】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２５〜２６に記載した様に、転がり軸受ユニットを車輪支持用転がり軸受ユニットとする。
この場合に、例えば請求項２５に記載した様に、静止側軌道輪を、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとする。そして、回転側軌道輪と共に回転する部材を、このハブに結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータとし、このディスクロータの外周面を被検出面とする。
或いは、請求項２６に記載した様に、静止側軌道輪を、使用状態で懸架装置に支持固定される外輪とし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとする。そして、回転側軌道輪と共に回転する部材を、このハブに結合固定された等速ジョイントとし、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面とする。
【発明の効果】
【００３７】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、以下の様に作用して、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られる。先ず、これら両軌道輪同士の間に荷重が作用すると、これら両軌道輪同士が、静止側、回転側両軌道及び各転動体の弾性変形に伴って相対変位する。この結果、回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部に支持されたエンコーダの被検出面と、上記静止側軌道輪若しくは懸架装置の一部等の回転しない部分に支持されたセンサの検出部との位置関係が変化する。
【００３８】
上記エンコーダの被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に亙って連続的に変化している為、この荷重に基づいて上記両軌道輪同士が相対変位すると、上記回転側軌道輪の回転に伴って上記センサの出力信号が変化するパターン（変化の周期或は大きさ、若しくは位相）が変化する。このパターンの変化の程度と上記荷重の大きさとの間には相関関係があるので、このパターンに基づいて、この荷重の大きさを求められる。
【００３９】
上記エンコーダとセンサとの組み合わせは、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なう為に上記回転側軌道輪の回転速度を検出する為にも必要である（車輪支持用転がり軸受ユニットに関して実施する場合）。又、工作機械に関して実施する場合でも、主軸の回転速度を検出する為に必要である。本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、この様な回転速度を検出する為に必要な構造を工夫する事により上記荷重を求められる様に構成できて、転がり軸受ユニット部分に新たな部品を組み込む必要をなくせる。この為、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める為の構造を、小型且つ軽量に構成できる。
【００４０】
請求項２に記載した発明の場合、ラジアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪の中心軸に対し回転側軌道輪の中心軸が偏心すると、被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化する。そして、上記ラジアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化すると、上記検出部が対向する第一、第二両被検出部のうちの一方の被検出部の円周方向長さが長くなり、他方の被検出部の円周方向長さが短くなる。又、上記センサの出力信号が変化する周期或は変化する大きさは、上記検出部が対向する第一、第二両被検出部の円周方向長さに応じて変化する。そこで、上記センサの出力信号の変化のうちで、上記第一被検出部に対応した変化の周期或は大きさと、上記第二被検出部に対応した変化の周期或は大きさとの比を求めれば、上記両軌道輪の中心軸同士が径方向に偏心した程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているラジアル荷重の大きさを求められる。
【００４１】
又、請求項３に記載した発明の場合、ラジアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪の中心軸に対し回転側軌道輪の中心軸が偏心すると、被検出面のうちで１対のセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化する。そして、上記ラジアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちで上記両センサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化すると、一方のセンサの検出信号の位相が進むと同時に他方のセンサの検出信号の位相が遅れる。そこで、上記両センサの出力信号の位相のずれを求めれば、上記両軌道輪の中心軸同士が径方向に偏心した程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているラジアル荷重の大きさを求められる。
【００４２】
又、請求項７に記載した発明によれば、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向端部（外径側端部又は内径側端部）に対向した状態でも、これら検出部と被検出面との間の磁束の流れを安定させて、上記センサの出力信号を安定させる事ができる。
【００４３】
又、請求項８に記載した発明の場合には、エンコーダの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号が、各個性化部分に対向する瞬間に変化するが、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って変化する。
【００４４】
又、請求項９に記載した発明の場合、アキシアル荷重の変動に伴って静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対位置が軸方向にずれると、被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。
そこで、前述した請求項２に記載したラジアル荷重を求める場合と同様にして、上記両軌道輪同士の間に作用しているアキシアル荷重の大きさを求められる。
【００４５】
又、請求項１０に記載した発明の場合、アキシアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪に対し回転側軌道輪がアキシアル方向にずれると、被検出面のうちで１対のセンサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。そして、アキシアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちで上記両センサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化すると、一方のセンサの検出信号の位相が進むと同時に他方のセンサの検出信号の位相が遅れる。そこで、上記両センサの出力信号の位相のずれを求めれば、上記両軌道輪同士が軸方向にずれた程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているアキシアル荷重の大きさを求められる。
【００４６】
又、請求項１４に記載した発明によれば、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向端部（軸方向両端部）に対向した状態でも、これら検出部と被検出面との間の磁束の流れを安定させて、上記センサの出力信号を安定させる事ができる。
【００４７】
又、請求項１５に記載した発明の場合には、エンコーダの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号が、各個性化部分に対向する瞬間に変化するが、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。
【００４８】
又、請求項１６に記載した発明によれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる荷重のうち、ラジアル荷重成分やアキシアル荷重成分に限らず、これら両軌道輪同士の間に加わるモーメント荷重も求められる。
【００４９】
又、請求項１９に記載した発明によれば、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を図る為の制御の高度化を図れる。
【００５０】
又、請求項２０に記載した発明によれば、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して、被加工物の品質向上と加工能率の確保との両立を図れる。
【００５１】
又、請求項２１〜２４に記載した発明によれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重の変動に伴うセンサの検出信号の変動を大きくして、この荷重の測定精度の向上を図れる。
【００５２】
又、請求項２５〜２６に記載した発明によれば、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダやセンサを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】エンコーダ本体を取り出して図１の右方から見た図。
【図３】センサの検出部によるエンコーダの被検出面の走査部分を示す、図２と同様の図。
【図４】ラジ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。
【図５】外輪とハブとの径方向変位とラジアル荷重との関係の１例を示す線図。
【図６】本発明の実施の形態の第２例に組み込むエンコーダの２例を示す斜視図及び正面図。
【図７】同第３例を示す断面図。
【図８】同第４例に組み込むエンコーダの３例を示す要部斜視図。
【図９】センサの検出部によるエンコーダの被検出面の走査部分を示す、エンコーダの被検出面を軸方向から見た図。
【図１０】ラジ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。
【図１１】本発明の実施の形態の第５例を示す断面図。
【図１２】同第５例に組み込むエンコーダの素材と組立状態とを示す斜視図。
【図１３】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。
【図１４】本発明の実施の形態の第６例を示す断面図。
【図１５】同第７例に組み込むエンコーダの素材と組立状態とを示す斜視図。
【図１６】同第８例を示す断面図。
【図１７】同第８例に組み込むエンコーダの部分斜視図。
【図１８】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。
【図１９】本発明の実施の形態の第９例を示す断面図。
【図２０】同第９例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図２１】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。
【図２２】本発明の実施の形態の第１０例を示す断面図。
【図２３】同第１０例に組み込むエンコーダの正面図。
【図２４】本発明の実施の形態の第１１例を示す部分断面図。
【図２５】同第１２例を示す断面図。
【図２６】懸架装置と車輪との間への組み付け状態を示す略断面図。
【図２７】変位に伴うセンサの出力信号の変動を説明する為の線図。
【図２８】本発明の実施の形態の第１３例を示す断面図。
【図２９】同第１４例を示す断面図。
【図３０】同第１５例を示す断面図。
【図３１】同第１６例を示す断面図。
【図３２】同第１７例を示す断面図。
【図３３】同第１７例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図３４】同じく展開図。
【図３５】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。
【図３６】本発明の実施の形態の第１８例を示す断面図。
【図３７】同第１８例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図３８】同じく展開図。
【図３９】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。
【図４０】本発明の実施の形態の第１９例を、中立状態と変位した状態とで示す部分断面図及び径方向から見た図。
【図４１】エンコーダの被検出面と１対のセンサの検出部との位置関係を説明する為の、この被検出面を径方向から見た状態で示す図。
【図４２】本発明の実施の形態の第２０例を、中立状態と変位した状態とで示す部分断面図及び径方向から見た図。
【図４３】本発明の実施の形態の第２１例を示す、ディスクロータの外周縁部に設けた被検出面の形状の３例を示す略側面図。
【図４４】センサの取付状態の１例を示す正面図及び側面図。
【図４５】本発明の実施の形態の第２２例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
［実施の形態の第１例］
図１〜５は、請求項１、２、４、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニット１と、回転速度検出装置としての機能を兼ね備えた、荷重測定装置２とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット１は、図１に示す様に、外輪３と、ハブ４と、複数の転動体５、５とを備える。このうちの外輪３は、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪であって、内周面に複列の外輪軌道６、６を、外周面にこの懸架装置に結合する為の外向フランジ状の取付部７を、それぞれ有する。又、上記ハブ４は、使用状態で車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する回転側軌道輪であって、ハブ本体８と内輪９とを組み合わせ固定して成る。この様なハブ４は、外周面の軸方向外端部（懸架装置への組み付け状態で車体の幅方向外側となる端部）に車輪を支持固定する為のフランジ１０を、軸方向中間部及び内輪９の外周面に複列の内輪軌道１１、１１を、それぞれ設けている。上記各転動体５、５は、これら各内輪軌道１１、１１と上記各外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けて、上記外輪３の内径側に上記ハブ４を、この外輪３と同心に回転自在に支持している。尚、図示の例では、転動体として玉を使用しているが、重量の嵩む車両の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、各転動体として円すいころを使用する場合もある。転動体として玉を使用した構造の方が、同じく円すいころを使用した構造に比べて外輪とハブとの変位量を多くできるが、転動体として円すいころを使用した構造の場合にも、変位量は小さいものの変位はする為、本発明の対象となり得る。
【００５５】
一方、上記荷重測定装置２は、図１に示す様に、エンコーダ１２と、センサ１３と、図示しない演算器とを備える。
このうちのエンコーダ１２は、支持板１４とエンコーダ本体１５とから成る。このうちの支持板１４は、軟鋼板等の磁性金属板を曲げ形成する事により、円輪部１６と円筒部１７とを傾斜部により連続させたもので、断面形状を大略Ｊ字形とし、全体を円環状としている。又、上記エンコーダ本体１５は、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製で、全体を円輪状としており、上記円輪部１６の軸方向内側面に、上記円筒部１７と同心に添着固定されている。
【００５６】
上記エンコーダ本体１５を構成する永久磁石は、軸方向に着磁されており、その着磁方向を、円周方向に亙り、交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記エンコーダ本体１５の軸方向内側面には、Ｎ極とＳ極とが交互に、且つ、等間隔に配置されている。本例の場合には、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が、上記エンコーダ１２の被検出面に存在する、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とに対応する。そして、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との円周方向に関する幅のうち、Ｎ極に着磁された部分の幅を径方向外側程広く、Ｓ極に着磁された部分の幅を径方向内側程広くしている。これらＮ極とＳ極との着磁範囲は、図示の場合と逆にしても良い。
【００５７】
上述の様に構成する上記エンコーダ１２は、上記支持板１４の円筒部１７を前記内輪９の軸方向内端部に締り嵌めで外嵌する事により、前記ハブ４の軸方向内端部に、このハブ４と同心に結合固定している。この状態で上記エンコーダ本体１５の軸方向内側面は、上記ハブ４の中心軸に直交する仮想平面上に位置する。
【００５８】
一方、前記センサ１３は、前記外輪３の軸方向内端部に、カバー１８を介して支持固定している。このカバー１８は、合成樹脂を射出成形する事により、或は、金属板に絞り加工を施す事により、有底円筒状に形成されており、上記外輪３の内端開口部を塞ぐ状態で、この外輪３の内端部に嵌合固定されている。この様なカバー１８を構成する底板部１９の一部外径寄り部分で上記エンコーダ１２の被検出面に対向する部分に取付孔２０を、この底板部１９を軸方向に貫通する状態で形成している。
【００５９】
上記センサ１３は、上記取付孔２０を軸方向内方から外方に挿通する状態で、上記底板部１９に支持固定されている。そして、上記センサ１３の先端面（図１の左端面）に設けた検出部を、上記エンコーダ１２の被検出面に、０．５〜２mm程度の測定隙間を介して、近接対向させている。又、アクティブ型の磁気センサである、上記センサ１３の検出部には、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を設けている。この様な磁気検出素子の特性は、Ｎ極に対向している状態とＳ極に対向している状態とで変化する。従って、前記ハブ４と共に上記エンコーダ１２が回転すると、上記磁気検出素子の特性が変化し、上記センサ１３の出力信号が変化する。
【００６０】
この様にして上記センサ１３の出力信号が変化する周期（周波数）は、上記ハブ４の回転速度に応じて変化する。具体的には、この回転速度が速くなる程、上記出力信号が変化する周期が短くなり、変化する周波数が高くなる。この為、この出力信号を車体側等に設けた図示しない制御器に送れば、上記エンコーダ１２と共に回転する前記車輪の回転速度を求めて、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なえる。この点に就いては、従来から知られている技術と同様である。
特に、本例の場合には、上記ハブ４と前記外輪３との間に作用するラジアル荷重の大きさに基づいて、上記出力信号が変化するパターンが変化する為、このパターンを観察する事により、上記ラジアル荷重を求める事ができる。この点に就いて、図３〜５を参照しつつ説明する。
【００６１】
先ず、上記ラジアル荷重を求められる前提に就いて説明する。前述した特許文献１に記載されている様に、上記外輪３と上記ハブ４との径方向に関する相対位置は、これら外輪３とハブ４との間に加わるラジアル荷重の大きさに応じて変化する。この理由は、このラジアル荷重に基づいて、前記各転動体５、５、並びに、これら各転動体５、５の転動面が転がり接触する、前記各外輪軌道６、６及び前記各内輪軌道１１、１１の弾性変形量が変化する為である。上記特許文献１に記載されている従来技術の場合には、外輪とハブとの径方向に関する変位を変位センサにより直接測定する事により、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た。これに対して、本例の場合には、上記エンコーダ１２と上記センサ１３との相対変位に伴う上記出力信号の変化のパターンに基づいて、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重の大きさを求める様にしている。この点に就いて、以下に説明する。
【００６２】
上記外輪３と上記ハブ４との間に標準的なラジアル荷重（標準値）が加わっている場合に、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向中央部に対向していると仮定する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線αで示した、上記被検出面の中央部を走査する。この径方向中央部では、前記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅と、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅とが互いに等しいので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ａ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として両側に同じだけ振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL とは互いに等しく（ＴH ＝ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH と、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL とも、互いに等しく（△ＶH ＝△ＶL ）なる。
【００６３】
これに対して、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも大きくなると、このハブ４に対するこの外輪３の位置が下方にずれて、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向内側寄り部分に対向する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線βで示した、上記被検出面の径方向内寄り部分を走査する。この径方向内寄り部分では、上記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅が、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅よりも狭いので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ｂ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として低位側に大きく振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも低くなる周期ＴL が高くなる周期ＴH よりも大きく（ＴH ＜ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最小値と基準電圧との差△ＶL が、同じく最大値と基準電圧との差△ＶH よりも大きく（△ＶL ＞△ＶH ）なる。
【００６４】
更に、上述した場合とは逆に、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも小さくなると、このハブ４に対するこの外輪３の位置が上方にずれて、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向外側寄り部分に対向する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線γで示した、上記被検出面の径方向外寄り部分を走査する。この径方向外寄り部分では、上記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅が、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅よりも広いので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ｃ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として高位側に大きく振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも高くなる周期ＴH が低くなる周期ＴL よりも大きく（ＴH ＞ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH が、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL よりも大きく（△ＶH ＞△ＶL ）なる。
【００６５】
従って、上記センサ１３の出力信号のパターンを見れば、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求める事ができる。具体的には、この出力信号の電位が基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL との比「ＴH ／ＴL 」を観察すれば、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求める事ができる。又は、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH と、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL との比「△ＶH ／△ＶL 」を観察する事によっても、上記径方向変位量を求められる。これら各比「ＴH ／ＴL 」、「△ＶH ／△ＶL 」と径方向変位量との関係は、何れの比に就いてもほぼ直線的であるから、容易に求められる。そして、求めた関係を、前記ラジアル荷重を算出する為の図示しない演算器（マイクロコンピュータ）にインストールするソフトウェア中に組み込んでおく。
【００６６】
更に、上記径方向変位量と上記ラジアル荷重との関係は、計算により、或は実験により求められる。計算により求める場合には、前記転がり軸受ユニット１の諸元、即ち、前記各外輪軌道６、６及び前記各内輪軌道１１、１１の断面の曲率半径、前記各転動体５、５の数及び直径に加えて、上記外輪３及びハブ４の材質を基に、転がり軸受ユニットの技術分野で広く知られた理論に基づいて求める。又、実験により求める場合には、上記外輪３とハブ４との間に、それぞれが既知である、異なる大きさのラジアル荷重を加えつつ、これら外輪３とハブ４との径方向に関する相対変位量を測定する。何れにしても、上記径方向変位量と上記ラジアル荷重の大きさとに関して、図５に示す様な関係を求め、上記ソフトウェア中に組み込んでおく。
【００６７】
本例は、上述の様に構成するので、転がり軸受ユニット部分に変位センサ等の新たな部品を組み込む必要なく、上記ラジアル荷重を求める事ができる。即ち、前記エンコーダ１２とセンサ１３との組み合わせは、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なうべく、上記ハブ４の回転速度を検出する為にも必要である。本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、この様な回転速度を検出する為に必要な構造を工夫する事により上記ラジアル荷重を求める構造である為、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める為の構造を、小型且つ軽量に構成できる。
【００６８】
尚、図４から明らかな通り、本例の場合、ラジアル荷重の大きさにより、上記センサ１３の出力信号の電圧が基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL とが変化する。従って、上記ラジアル荷重の変動に関係なく、上記ハブ４の回転速度を正確に求める為には、上記両周期の和「ＴH ＋ＴL 」に基づいて、この回転速度を算出する。この和「ＴH ＋ＴL 」は、前記Ｎ極に着磁された部分及びＳ極に着磁された部分を、図２、３に示す様な扇形或は逆扇形にした場合でも、上記径方向変位に関係なくほぼ一定である為、上記回転速度を正確に求められる。
【００６９】
［実施の形態の第２例］
図６の（Ａ）は、請求項１、２、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、円輪状のエンコーダ１２ａの径方向中間部に透孔２１、２１を、円周方向に関して等間隔に形成している。本例の場合にこれら各透孔２１、２１は、上記エンコーダ１２ａの径方向外方に向かう程円周方向に関する幅が狭くなる逆扇形（若しくは倒立台形）としている。そして、円周方向に隣り合う透孔２１、２１同士の間部分２２、２２を、径方向外方に向かう程円周方向に関する幅が広くなる扇形（若しくは台形）としている。従って本例の場合には、上記各間部分２２、２２が請求項２に記載した第一被検出部となり、上記各透孔２１、２１部分が同じく第二被検出部となる。上述の場合とは逆に、図６の（Ｂ）に示す様に、透孔２１ａ、２１ａの幅を径方向外方に向かう程大きくし、間部分２２ａ、２２ａの幅を径方向外方に向かう程小さくする事もできる。
【００７０】
何れの場合でも、適宜のセンサと組み合わせる事により、上述した実施の形態の第１例の場合と同様にして、このセンサを支持した外輪等の静止側軌道輪の中心軸と、上記エンコーダ１２ａを支持固定した、ハブ等の回転側軌道輪の中心軸との径方向に関する変位量を求められる。そして、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するラジアル荷重を求められる。尚、上記エンコーダ１２ａを構成する材質は、センサの種類によって選択する。
例えば、このセンサが、永久磁石と、ホール素子或は磁気抵抗素子等の磁気検出素子とを備えた、アクティブ型の磁気センサである場合には、上記エンコーダ１２ａを鋼板等の磁性金属製とする。上記センサが、永久磁石と、ポールピースと、コイルとから成る、パッシング型の磁気センサの場合も同様である。この様な構造でも、上記実施の形態の第１例の場合と同様に、このエンコーダ１２ａの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する。磁気センサを使用する場合には、エンコーダの被検出面に、透孔に代えて、扇形或は逆扇形の凹部や凸部を形成する事もできる。被検出面にＮ極とＳ極とを配置した永久磁石製のエンコーダの場合には、磁束強度が不均一になる事に伴って、荷重の検出精度が悪化する可能性があるが、磁性金属に透孔、或は凹部や凸部を形成したエンコーダを使用すれば、この様な問題を生じないので、上記荷重の検出精度を確保し易い。
【００７１】
これに対して、上記センサが光学式のものである場合には、上記エンコーダ１２ａの被検出面に形成する上記第一被検出部又は第二被検出部の一方の構造は透孔に限る。この場合には、このエンコーダ１２ａを構成する材質は、光を遮る材質であれば良い。光学式のセンサを使用する場合には、このエンコーダ１２ａの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する周期が変化する（変化の大きさは変わらない）。
エンコーダ１２ａ以外の部分の構造及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。
【００７２】
［実施の形態の第３例］
図７は、請求項１、２、１９に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間にエンコーダ１２ｂを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｂは、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成した支持板１４ａを備える。そして、この支持板１４ａの円輪部２３の軸方向片側面に、前述の図２、３に示す様な永久磁石製のエンコーダ本体１５を添着するか、上記円輪部２３に前述の図６に示す様な透孔２１、２１ａ若しくは凹孔を形成する事で、この円輪部２３自体にエンコーダとしての機能を持たせる。
【００７３】
この様なエンコーダ１２ｂと組み合わされるセンサ１３ａは、外輪３の軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成された取付孔２０ａに、この外輪３の径方向外方から内方に向け挿通している。そして、上記センサ１３ａの先端部で軸方向側面に設けた検出部を、上記円輪部２３の軸方向側面に添着したエンコーダ本体１５の被検出面又はこの円輪部２３自身の側面に近接対向させている。
上記センサ１３ａの出力信号のパターンに基づいてハブ４ａの中心軸と上記外輪３の中心軸とのずれを求め、このずれからこれらハブ４ａと外輪３との間に作用するラジアル荷重を求める点に関しては、前述した実施の形態の第１例或は実施の形態の第２例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００７４】
［実施の形態の第４例］
図８〜１０は、請求項１、８に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、被検出面であるエンコーダ１２ｃの軸方向側面に複数の被検出用組み合わせ部２４、２４を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部２４、２４は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分２５、２５により構成している。この様な各個性化部分２５、２５としては、図８の（Ａ）に示す様なスリット状の長孔、同じく（Ｂ）に示す様な凹孔、同じく（Ｃ）に示す様な土手状の凸部を採用可能である。上記各個性化部分２５、２５が何れのものであっても、上記各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部２４、２４で、径方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。図示の例では、各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｃの径方向外側程大きくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｃの径方向外側程小さくなる方向に傾斜している。
【００７５】
上述の様なエンコーダ１２ｃの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号は、図１０に示す様に、上記各個性化部分２５、２５に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って変化する。
例えば、外輪等の静止側軌道輪とハブ等の回転側軌道輪との間に標準的なラジアル荷重（標準値）が加わっている場合、上記センサの検出部は、図９、１０に鎖線αで示した、上記被検出面の中央部を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ｂ）に示す様に変化する。
これに対して、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも大きくなると、上記センサの検出部は、例えば、図９、１０に鎖線βで示した、上記被検出面の径方向内寄り部分を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ａ）に示す様に変化する。
更に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも小さくなると、上記センサの検出部は、例えば、図９、１０に鎖線γで示した、上記被検出面の径方向外寄り部分を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ｃ）に示す様に変化する。
従って、本例の場合も、上記センサの出力信号のパターン（変化の間隔）を見れば、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求め、更にこのずれている程度から、これら両軌道輪同士の間に加わるラジアル荷重を求める事ができる。
【００７６】
［実施の形態の第５例］
図１１〜１３は、請求項１、９、１１、１９に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に、エンコーダ１２ｄを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｄは、図１２の（Ａ）に示す様な帯状の素材を丸める事により、図１２の（Ｂ）に示す様に構成したもので、円筒状の支持板１４ｂの外周面に同じく円筒状のエンコーダ本体１５ｂを、全周に亙って添着固定して成る。
【００７７】
上記エンコーダ本体１５ｂは、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製で、径方向に着磁している。着磁方向は、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記エンコーダ本体１５ｂの外周面には、Ｎ極とＳ極とが、交互に、且つ、等間隔で配置されている。このうち、第一被検出部であるＮ極に着磁された部分の円周方向に関する幅は、上記エンコーダ本体１５ｂの軸方向一端部で広く、他端部で狭くしている。これに対して、第二被検出部であるＳ極に着磁された部分の円周方向に関する幅は、上記エンコーダ本体１５ｂの軸方向一端部で狭く、他端部で広くしている。
【００７８】
この様なエンコーダ１２ｄと組み合わされるセンサ１３ｂは、外輪３の軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成された取付孔２０ａに、この外輪３の径方向外方から内方に向け挿通している。そして、上記センサ１３ｂの先端面に設けた検出部を、上記エンコーダ本体１５ｂの外周面に近接対向させている。
【００７９】
上述の様な構成を有する本例の場合、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に加わるアキシアル荷重の変動に伴ってこれら外輪３とハブ４ａとの相対位置が軸方向にずれると、上記エンコーダ本体１５ｂの外周面のうちで上記センサ１３ｂの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。この結果、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、上記センサ１３ｂの出力信号が変化するパターンは、図１３に示す様に変わる。この図１３に示す様なセンサ１３ｂの出力信号が変化するパターンと、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に加わるアキシアル荷重の大きさとの関係も、前述した実施の形態の第１例でのラジアル荷重と出力信号の変化のパターンとの関係と同様に、計算或は実験により求められる。従って、この出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記アキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
【００８０】
［実施の形態の第６例］
図１４は、請求項１、９、１１、１９に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向内端部にエンコーダ１２ｅを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｅは、支持板１４ｃを備える。そして、この支持板１４ｃの円筒部２６の内周面に、その内周面にＮ極とＳ極とを、それぞれ扇形若しくは台形の範囲に着磁した状態で交互に配置した永久磁石製のエンコーダ本体を添着するか、上記円筒部２６に扇形若しくは台形の透孔を形成する事で、この円筒部２６自体にエンコーダとしての機能を持たせる。そして、外輪３の内端開口部に固定したカバー１８ａに支持固定したセンサ１３ｃの検出部を、被検出面である上記エンコーダ１２ｅの内周面に近接対向させている。
この様な本例の場合も、上記センサ１３ｃの出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に作用するアキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
【００８１】
［実施の形態の第７例］
図１５は、請求項１、１５に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例は、前述の図８〜１０に示した実施の形態の第４例の構造を、アキシアル荷重の大きさを求める為に適用したものである。即ち、本例の場合には、被検出面である円筒状のエンコーダ１２ｆの外周面（又は内周面）に、複数の被検出用組み合わせ部２４、２４を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部２４、２４は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分２５、２５により構成している。この様な各個性化部分２５、２５として本例の場合には、スリット状の長孔を採用している。
【００８２】
この様な各個性化部分２５、２５を有する上記エンコーダ１２ｆは、図１５の（Ａ）に示す様な、予め上記各長孔を打ち抜き形成した帯状の磁性金属板を丸め、円周方向両端縁同士を突き合わせ溶接する事により造る。尚、上記各個性化部分２５、２５としては、前述の図８の（Ｂ）に示す様な凹孔、同じく（Ｃ）に示す様な土手状の凸部も採用可能である。本例の場合も、上記実施の形態の第４例の場合と同様に、上記各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部２４、２４で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。即ち、各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｆの軸方向一端（図１５の右下端）程小さくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｆの軸方向他端（図１５の左上端）程小さくなる方向に傾斜している。
【００８３】
上述の様なエンコーダ１２ｆの被検出面である外周面（又は内周面）にその検出部を対向させたセンサの出力信号は、前述の実施の形態の第４例の場合と同様に、図１０に示す様に、上記各個性化部分２５、２５に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。従って、本例の場合も、上記センサの出力信号のパターンを見れば、静止側軌道輪と回転側軌道輪とが軸方向にずれている程度（軸方向変位量）を求め、更にこのずれている程度から、これら両軌道輪同士の間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。上記センサの出力信号のパターンから荷重を求める手法に関しては、求めるべき荷重がラジアル荷重からアキシアル荷重に変わった以外、上記実施の形態の第４例の場合と同様である。
尚、請求項１２に対応する構造は図示しない。但し、図８の（Ａ）に示した円輪状のエンコーダ１２ｃの構造を図１５の（Ｂ）に示した円筒状のエンコーダ１２ｆに適用したのと同様に、図６に示した円輪状のエンコーダ１２ａの構造を円筒状のエンコーダに適用すれば、上記請求項１２に対応する構造となる。
【００８４】
［実施の形態の第８例］
図１６〜１８は、請求項１、９、１３、１９に対応する、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａで本発明を実施した場合に就いて示している。又、重量の嵩む車両に組み込む事を考慮して、転動体５ａ、５ａとして円すいころを使用している。この様な本例の場合、ハブ４ｂの軸方向中間部で複列の内輪軌道１１ａ、１１ａ同士の間部分に、図１７に示す様なエンコーダ１２ｇを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｇは、磁性金属材により全体を円環状とされたもので、外周面に、第一被検出部である凸部２７、２７と、第二被検出部である凹部２８、２８とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成している。
【００８５】
上述の様な構成を有する本例の場合、内周面に複列の外輪軌道６ａ、６ａを形成した外輪３ａと、上記ハブ４ｂとの間に加わるアキシアル荷重の変動に伴ってこれら外輪３ａとハブ４ｂとの相対位置が軸方向にずれると、上記エンコーダ１２ｇの外周面のうちでこの外輪３ａの軸方向中間部に支持したセンサ１３ｄの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。この結果、前述した実施の形態の第５例の場合と同様に、上記センサ１３ｄの出力信号が変化するパターン（デューティー比）が、図１８に示す様に変わる。この図１８に示す様なセンサ１３ｄの出力信号が変化するパターンと、上記外輪３ａと上記ハブ４ｂとの間に加わるアキシアル荷重の大きさとの関係も、前述した実施の形態の第５例と同様に、計算或は実験により求められる。従って、この出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記アキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
尚、本例の様に、台形若しくは倒立台形の凹部と凸部とを円周方向に関して交互に配置する構造を、被検出面を軸方向側面に形成したエンコーダに適用し、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重測定に使用する事もできる。
【００８６】
［実施の形態の第９例］
図１９〜２１は、請求項１、９、１３、１４、１９に対応する、本発明の実施の形態の第９例を示している。本例は、上述した実施の形態の第８例の構造を基本として、ハブ４ｂの中間部に外嵌固定するエンコーダ１２ｈの外周面に形成した凸部２７ａ、２７ａと凹部２８ａ、２８ａとの形状を工夫する事により、センサ１３ｄの出力信号を安定させるものである。即ち、本例の場合には、上記各凸部２７ａ、２７ａ及び凹部２８ａ、２８ａの軸方向両端部を、それぞれ上記エンコーダ１２ｈの円周方向に関する幅寸法がこのエンコーダ１２ｈの軸方向に関して変化しない、平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂとしている。従って、上記エンコーダ１２ｈの被検出面である外周面の特性が円周方向に関して変化するピッチは、この外周面の軸方向中間部では、軸方向位置により変動するが、軸方向両端部では軸方向位置に拘らず変動しない。
【００８７】
本例の場合に、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂを設ける事で、上記センサ１３ｄの出力信号を安定させられる理由は、次の通りである。前述した通り、エンコーダとして磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、上述した実施の形態の第８例の構造の場合には、この特性変化のピッチを短くすべく、凹部と凸部との間隔を短くすると、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向両端部（軸方向両端部）近傍に対向する状態で、これら検出部と被検出面との間を流れる磁束の流れが不安定になり、上記センサの出力が不安定になり易い。例えば、図１７に示したエンコーダ１２ｇで、凸部２７、２７と凹部２８、２８とのピッチを短くした場合、円周方向に隣り合う台形の凸部２７、２７の底辺同士が近接する。特に、上記エンコーダ１２ｇとセンサ１３ｄとが軸方向に大きくずれた場合でもハブ４ｂの回転速度検出を可能とすべく、これらエンコーダ１２ｇとセンサ１３ｄとの間で許容される軸方向に関する相対変位量を確保する為に、上記台形形状の高さ寸法を大きくした場合に、上述の様に円周方向に隣り合う台形の凸部２７、２７の底辺同士が近接する傾向が著しくなる。
【００８８】
これに対して本例の場合には、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂを設ける事に伴って、円周方向に隣り合う台形の凸部２７ａ、２７ａの底辺同士が過度に近接する事を防止できる。そして、上記センサ１３ｄの検出部が上記エンコーダ１２ｈの外周面の軸方向端部で上記凸部２７ａ、２７ａの底辺に対応する部分に対向した場合でも、上記センサ１３ｄの検出部と上記エンコーダ１２ｈの被検出面との間を流れる磁束の流れを安定させて、上記センサ１３ｄの出力を安定させる事ができる。又、上記ハブ４ｂと外輪３ａとの軸方向の変位量が多少大きくなっても、上記センサ１３ｄによる、このハブ４ｂの回転速度検出を行なえる。
【００８９】
尚、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂの円周方向両側縁の形状は、直線としているが、この部分の形状は必ずしも直線でなくても良い。例えば、上記センサ１３ｄの感度や感受範囲（スポット径）によって、軸方向に対し多少傾斜させたり、曲率半径の大きな円弧状にする事もできる。
又、上記エンコーダ１２ｈと組み合わせる上記センサ１３ｄの構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその型式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用できる。但し、図２１に示す様に、上記センサ１３ｄの検出部が上記エンコーダ１２ｈの軸方向中間部に対向した状態で、このエンコーダ１２ｈの外周面に存在する上記各凸部２７ａ、２７ａ及び前記凹部２８ａ、２８ａの、回転方向に関する長さ寸法の比率をセンシングする必要上、上記センサ１３ｄのスポット径は小さい方が、この比率を高精度で求める面から好ましい。
その他の部分の構造及び作用は、前述した実施の形態の第８例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９０】
［実施の形態の第１０例］
図２２〜２３は、請求項１、２、５、７、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例は、前述の図６の（Ａ）に示したエンコーダの形状を工夫する事により、センサ１３ｅの検出部がこのエンコーダの被検出面の外径寄り部分或は内径寄り部分に対向する場合にも、上記センサ１３ｅの出力が安定する様にしている。即ち、本例の場合には、磁性金属板製のエンコーダ１２ｉに形成した透孔２１ｂ、２１ｂと間部分２２ｂ、２２ｂとの内径側、外径側両端部に、非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを設けている。これら各非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂの円周方向両端縁は、それぞれ上記エンコーダ１２ｉの直径方向に存在する。従って上記各非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂでは、被検出面である上記エンコーダ１２ｉの軸方向内側面の回転方向に関する特性変化のピッチが、径方向に関して変化しない。
本例の場合には、ラジアル荷重を測定する点に関しては、前述の図６に示した実施の形態の第２例と同様であり、磁束の流れを安定させてセンサ１３ｅの出力を安定させる点に関しては、上述の実施の形態の第９例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９１】
［実施の形態の第１１例］
図２４は、請求項１、１６に対応する、本発明の実施の形態の第１１例を示している。本例の場合には、被検出面であるエンコーダ１２ｊの外周面の円周方向等間隔の３個所位置に、それぞれセンサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの検出部を対向させている。そして、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈにより、ハブ４ａ（例えば図１１参照）の回転速度と、このハブ４ａと外輪３（例えば図１１参照）との間に加わるアキシアル荷重と、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重とを測定可能としている。尚、本例により求められるモーメント荷重は、上記ハブ４ａ及び外輪３の中心軸に対し直角方向の仮想軸の周りのモーメントである。
【００９２】
この様な本例の場合には、上記ハブ４ａと上記外輪３との間に加わるアキシアル荷重だけでなく、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重を測定できる。即ち、これらハブ４ａと外輪３との間にモーメント荷重が加わった結果、これらハブ４ａの中心軸と外輪３の中心軸とがずれると、これらハブ４ａと外輪３との間に生じる、アキシアル方向のずれが、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの検出部が対向する部分毎に異なる。そして、上記モーメント荷重の方向に応じて、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号が異なるパターン（これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の大小関係）が異なる。又、上記モーメント荷重が大きくなる程、各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号同士の差が大きくなる。従って、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の大小関係と、上記モーメント荷重の作用方向及び大きさとの関係を、予め計算或は実験により求めて演算器にインストールするソフトウェアの計算式中に組み込んでおけば、上記ハブ４ａと上記外輪３との間に加わるアキシアル荷重だけでなく、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重を測定できる。
【００９３】
例えば、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号に基づいて、各部分に加わるアキシアル荷重を測定し、これら各部分のアキシアル荷重と、前記エンコーダ１２ｊの直径とから、上記モーメント荷重を算出する。尚、上記アキシアル荷重は、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の平均値に基づいて求めるか、或はこれら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号より求めたアキシアル荷重を平均する。この様にして求めたアキシアル荷重及びモーメント荷重、並びに上記ハブ４ａの回転速度を表す信号は、他の実施の形態の場合と同様に、ＡＢＳやＴＣＳの制御器に送り、車両の姿勢安定化の為の制御に利用する。
その他の部分の構造及び作用は、例えば前述の図１１〜１３に示した実施の形態の第５例、或は前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９４】
［実施の形態の第１２例］
図２５〜２７は、請求項１、１９、２１に対応する、本発明の実施の形態の第１２例を示している。本例は、エンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの設置位置を工夫する事により、外輪３ａとハブ４ｂとの間に作用するアキシアル荷重の測定精度を向上させる事を目的としたものである。先ず、この様な点を考慮した構造が必要になる理由に就いて、説明する。
前述した通り、エンコーダとして、図１７に示す様に、磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、被検出面にそれぞれが台形である凸部２７、２７と凹部２８、２８とを交互に形成した磁性材製のエンコーダ１２ｇと、磁気検知式のセンサとを組み合わせた場合でも、このセンサの出力信号のデューティ比（出力信号の電圧の高位と低位との比）の変化量は僅かになる。この様にデューティ比の変化量が僅かである場合にも、上記センサの出力信号に基づいて上記荷重を正確に求める為には、この出力信号中に含まれるノイズ成分を補正（除去）すべく、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ、適応フィルタ等のフィルタによるデータ処理が必要となる。これらのデータ処理のうちの適応フィルタ以外のデータ処理は応答遅れを伴うので、車両の走行状態安定化制御をより的確に行なう面からは好ましくない。又、応答フィルタは応答遅れがない代わりにコストが嵩む。
【００９５】
これらの事を考慮した場合には、上記出力信号中に含まれるノイズ成分のレベルを小さくし、応答遅れを生じたりコストを増大させる様なフィルタによる後処理を極力避ける事が好ましい。上記ノイズ成分のレベルを相対的に小さく（Ｓ／Ｎ比を大きく）する為には、検出すべき荷重に基づく変位により上記出力信号のデューティ比が変化する程度を大きくすれば良い。この為には、上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８との境界部（段差部）の軸方向に対する傾斜角度を大きくする事が考えられる。この傾斜角度を大きくすれば、上記エンコーダ１２ｇの軸方向の変位に関して、単位変位当たりのデューティ比の変化量を大きくできる。但し、上記傾斜角度を大きくすると、上記エンコーダ１２ｇの全周に亙って形成できる上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８との数が少なく（特性変化に関する１ピッチの幅が大きく）なり、上記エンコーダ１２ｇが１回転する間に前記センサ１３Ａの出力信号が変化する回数（パルス数）が減る。この結果、前記外輪３ａと前記ハブ４ｂとの間に作用する荷重をよりリアルタイムで求める面から不利になる為、条件によっては使用できない。
本例は、上述の様な事情に鑑みて、上記境界部の軸方向に対する傾斜角度を特に大きくせずに、上記エンコーダ１２ｇの単位変位当たりの、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくし、このエンコーダ１２ｇの変位、延いては前記アキシアル荷重を精度良く測定可能とすべく発明したものである。
【００９６】
上述の様な事情に鑑みて本例の場合には、被検出面である外周面に上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８とを交互に配置した上記エンコーダ１２ｇを、回転側軌道輪であるハブ４ｂの軸方向内端部に外嵌固定している。又、外輪３ａ若しくは懸架装置を構成するナックル等、回転しない部分に支持したセンサ１３Ａを上記エンコーダ１２ｇの上方に配置し、このセンサ１３Ａの検出部を、このエンコーダ１２ｇの外周面の上端部に、径方向に対向させている。更に、このエンコーダ１２ｇの外周面に形成した上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８とのうちで、これら各凹部２８、２８の円周方向に関する幅を、軸方向内端側（図２５の右側）で広く、同じく外端側（図２５の左側）で狭くしている。本例の場合には、この様な構成により、上記エンコーダ１２ｇの単位変位当たりの、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくできて、このエンコーダ１２ｇの変位、延いては前記アキシアル荷重を精度良く測定できる。
【００９７】
即ち、図２６に示す様に、路面と車輪支持用転がり軸受ユニット１ａとの間には所定の高さ（車輪半径）が存在する為に、自動車の車輪（タイヤ）の外周面と路面との間で発生するアキシアル荷重は上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに、モーメント荷重を含む荷重として作用する。そして、このモーメント荷重を含む荷重により、上記ハブ４ｂと上記外輪３ａとの間に相対的な変位が発生する。例えば路面から車体内側方向（図２５の右方向）にアキシアル荷重が作用する場合、上記ハブ４ｂ全体が車体内側方向に変位すると同時に、モーメント荷重によってこのハブ４ｂが図２５の反時計方向に揺動する傾向になる。この結果、上記エンコーダ１２ｇは、図２５の右方向に変位すると共に上方向にも変位する。この様に上記アキシアル荷重は、モーメント荷重を含む荷重として上記ハブ４ｂと上記外輪３ａとの間に加わり、これらハブ４ｂと外輪３ａとが相対変位する。この場合に、上記モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させる事が、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくする面から有効である。本例は、この様な観点から発明したものである。
【００９８】
前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例部分の説明から明らかな様に、上記エンコーダ１２ｇが右方向に変位する事により、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比が変化する。同時に、上記エンコーダ１２ｇが上方向に変位する事によっても、このデューティ比が変化する。この様にエンコーダ１２ｇが上方向に変位する事によりこのデューティ比が変化する状態を、図２７により説明する。この図２７の縦軸は、上記センサ１３Ａの検出部と上記エンコーダ１２ｇの外周面（被検出面）との相対変位を表している。但し、上記図２７の縦軸を磁束密度と考えても同様である。何れにしても、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する前記各凸部２７、２７と前記各凹部２８、２８との境界部にダレや面取りが存在する場合、或は、上記センサ１３Ａの検出部の直径（スポット径）が大きい場合には、このセンサ１３Ａの出力信号の波形は、完全な矩形波ではなく、正弦波に近い波形になる。
【００９９】
この出力信号の波形がこの様な正弦波的な波形であると、この出力信号の立上り及び立下りのエッジを識別するスレッシュレベルが一定値の場合、上記エンコーダ１２ｇが上記センサ１３Ａ側に変位すると、上記図２７に示した波形は全体的にオフセットする。即ち、これらエンコーダ１２ｇの被検出面とセンサ１３Ａの検出部との距離が短くなる事で、出力信号の電圧レベルが全体的に高くなる。この状態では、図２７の上側の曲線とスレッシュレベルとの交点を見れば明らかな通り、上記出力信号の１周期に占める、凸部２７、２７と認識される部分の割合が増え、上記デューティ比が変化する。即ち、アキシアル方向（横方向）に変位しなくても、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比が変化する。
【０１００】
上述の説明から明らかな通り、図２５に示す様に、センサ１３Ａが上記エンコーダ１２ｇの上方に配置されている場合、このエンコーダ１２ｇが上方に変位し、このエンコーダ１２ｇの外周面と上記センサ１３Ａの検出部との距離（ギャップ）が小さくなると、このセンサ１３Ａの出力信号の１周期に占める、上記各凸部２７、２７と認識される部分の割合が増える。従って、モーメント荷重を含む荷重として作用する、軸方向内側（図２５の右側）に向いたアキシアル荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇの変位が、上記各凸部２７、２７の割合が大きくなる方向にこのエンコーダ１２ｇを装着しておけば、上記モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させて、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。路面から車体外側方向（図２５の左方向）にアキシアル荷重が作用する場合も、上述の説明で方向が逆になる以外、同じである。
【０１０１】
［実施の形態の第１３例］
図２８は、請求項１、１９、２２に対応する、本発明の実施の形態の第１３例を示している。本例の場合には、エンコーダ１２ｇの下方にセンサ１３Ａを配置し、このセンサ１３Ａの検出部を、被検出面である、このエンコーダ１２ｇの外周面の下端部に対向させている。そして、このエンコーダ１２ｇの外周面に形成された各凸部２７、２７と各凹部２８、２８（図１７、２７参照）とのうちの凹部２８、２８の円周方向に関する幅を、軸方向外端側で広く、同じく内端側で狭くしている。即ち、本例の場合には、上記センサ１３Ａの設置位置を上述した実施の形態の第１２例と上下逆にすると同時に、上記各凹部２８、２８の配列を、この実施の形態の第１２例と内外逆にしている。
【０１０２】
この様な本例の場合も、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。尚、本例の様に、上記エンコーダ１２ｇの下方に上記センサ１３Ａを設置すると、アキシアル荷重による横方向変位と、モーメント荷重による横変位との方向が一致するので、荷重の測定精度確保の面からは好ましい。但し、上記センサ１３Ａを上記エンコーダ１２ｇの下方に設置すると、車輪が跳ね上げた石等の異物によりこのセンサ１３Ａが損傷を受け易くなるので、このセンサ１３Ａの強度等を勘案して、各部品１３Ａ、１２ｇの設置位置及び設置方向を決定する。
【０１０３】
［実施の形態の第１４例］
図２９は、請求項１、１９、２３に対応する、本発明の実施の形態の第１４例を示している。本例の場合には、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダ１２Ａを、回転側軌道輪であるハブ４ｂの軸方向内端部に固定している。このエンコーダ１２Ａの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサ１３Ｂの検出部を、軸方向に対向させている。又、上記エンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くしている。
【０１０４】
車輪から車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに加わるアキシアル荷重を測定する為には、図２５〜２８に示す様に、円筒状のエンコーダ１２ｇの周面に存在する被検出面にセンサ１３Ａを、径方向に対向させて、アキシアル荷重に伴う、このセンサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を検出する方が好ましい。但し、設置スペース上の制約等により、上記エンコーダ１２ｇやセンサ１３Ａの設置を行なえず、図２９に示す様に、センサ１３Ｂをエンコーダ１２Ａに対し、軸方向に対向させる可能性もある。前述した様に、車輪の外周面と路面との当接部から上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに加わるアキシアル荷重は、モーメント荷重を含む荷重として、この車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに作用する。従って、上述の様に、センサ１３Ｂをエンコーダ１２Ａに対し、軸方向に対向させる構造でも、上記アキシアル荷重を求める事は可能である。
【０１０５】
この様な構造で上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに、例えば路面から軸方向内側（図２９の右側）に向いたアキシアル荷重が作用する場合、上記エンコーダ１２Ａはアキシアル荷重に基づいて右方向に変位し、このエンコーダ１２Ａの被検出面と上記センサ１３Ｂの検出部との距離（ギャップ）が小さくなる。同時に、このエンコーダ１２Ａは、上記モーメント荷重により上方向に変位する。従って、このモーメント荷重に基づく上方への変位により上記センサ１３Ｂの出力信号のデューティ比が変化する方向（傾向）と、上記アキシアル荷重に基づく上記距離の低減によりこのデューティ比が変化する方向とが同じになれば、全体としてのデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０６】
前述した様に、上記距離が小さくなると、上記出力信号の１周期に占める、凸部と認識される部分の割合が増える。従って、上記エンコーダ１２Ａの上方への変位によって、上記凸部と認識される部分の割合が大きくなる様に上記エンコーダ１２Ａの内側面に形成した凹凸を設定すれば、上記（モーメント荷重を含む）アキシアル荷重の変化に伴う、上記センサ１３Ｂの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。本例の様に、上記エンコーダ１２Ａの上方に上記センサ１３Ｂを設置すると共に、このエンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くすれば、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２Ａと上記センサ１３Ｂとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２Ａとセンサ１３Ｂとの相対変位の方向とを一致させて、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０７】
［実施の形態の第１５例］
図３０は、請求項１、１９、２４に対応する、本発明の実施の形態の第１５例を示している。本例の場合には、エンコーダ１２Ａの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサ１３Ｂの検出部を、軸方向に対向させている。又、上記エンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向内端側で広く、同じく外端側で狭くしている。即ち、本例の場合には、上記センサ１３Ｂの設置位置を上述した実施の形態の第１４例と上下逆にすると同時に、上記各凹部の配列を、この実施の形態の第１４例と径方向に関して内外逆にしている。
この様な本例の場合も、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２Ａと上記センサ１３Ｂとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２Ａとセンサ１３Ｂとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサ１３Ｂの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０８】
［実施の形態の第１６例］
図３１は、請求項１、９、１３、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１６例を示している。本例の構造の様に、センサ１３ｄを、外輪３ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間に設置する場合には、エンコーダ１２ｇの被検出面に存在する凹部及び凸部の方向を規制する事による効果は、このエンコーダ１２ｇを軸方向内端部に設置する場合程顕著ではない。但し、上記センサ１３ｄの出力信号のデューティ比を少しでも大きくする為には、上記方向を規制する事が好ましい。この場合の規制方向に就いては、次の様に考える。
【０１０９】
先ず、外周面を被検出面とした円筒状のエンコーダ１２ｇに対してセンサを上方に配置し、このセンサの検出部をこのエンコーダ１２ｇの外周面に径方向に対向させる場合は、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する凹部と凸部とのうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向内側（図３１の右側）程大きくなる様にする。逆に、円筒状のエンコーダ１２ｇに対してセンサを下方に配置し、このセンサの検出部をこのエンコーダ１２ｇの外周面に径方向に対向させる場合は、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する凹部と凸部とのうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向外側（図３１の左側）程大きくなる様にする。この様に構成すれば、前述の実施の形態の第１２例或は実施の形態の第１３例と同様に、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１１０】
尚、仮に、センサを車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向外端部に設置した場合には、各部の設置位置並びに傾斜方向を総て逆にした構造が、モーメント荷重に基づく上記エンコーダと上記センサとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダとセンサとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサの出力信号のデューティ比の変化を大きくする面からは好ましい。但し、スペース的な制約から、車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向外端部に設置する可能性は殆どないので、あまり意味はない。
【０１１１】
これに対して、センサを車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向中間部で複列に配置された転動体同士の間に設置する場合は多い。この様な場合に、車輪から車輪支持用転がり軸受ユニットのハブに対して、アキシアル荷重とモーメント荷重とを混ざり合った荷重が作用した場合、アキシアル荷重によってエンコーダ１２ｇが横方向に変位する。又、上記モーメント荷重によってハブ４ｂが回転する傾向になるが、この回転中心は、上記エンコーダ１２ｇの設置位置である、複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間である為、上記モーメント荷重により、上記エンコーダ１２ｇの上下位置が変動する事は殆どない。
【０１１２】
但し、上下荷重変化の影響により、多少なりとも上記エンコーダ１２ｇが上下方向に変位する為、このエンコーダ１２ｇを上記複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間に配置した場合であっても、このエンコーダ１２ｇに関する最適な取付方向がある。例えば、路面から車体の内側方向に向かってアキシアル荷重が作用するのは、自動車が旋回している時の外側車輪であり、この時は遠心力の影響で上下荷重（ラジアル荷重）が増加している場合が多い。逆に、例えば、路面から車体外側方向に向かって横荷重が作用するのは、自動車が旋回している時の内側車輪であり、この時は上下荷重が減少している場合が多い。
【０１１３】
この様な点を考慮して、前記図３１に示した構造では、上記複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間で下側（路面側）に設置した前記センサ１３ｄの検出部を、上記エンコーダ１２ｇの外周面の下端部に対向させている。例えば、路面からハブ４ｂに、車体外側方向に向かうアキシアル荷重が作用した場合には、このアキシアル荷重によって上記エンコーダ１２ｇは、車体外側方向（図３１の左方向）に変位する。同時に上下荷重が減少するので、多少ではあるが、上記センサ１３ｄの検出部と上記エンコーダ１２ｇとの間の距離（ギャップ）が小さくなる。前述の様に、この距離が小さくなると、上記センサ１３ｄの検出信号の１周期に占める、凸部と認識される部分の割合が増える。そこで本例の場合には、上記エンコーダ１２ｇが車体外側方向に変位した時に凸部と認識される割合が増える様に、凹部の円周方向に関する幅が、車体外側ほど大きくなる様に、上記エンコーダ１２ｇを配置している。
【０１１４】
［実施の形態の第１７例］
図３２〜３５は、請求項１、１０、１１に対応する、本発明の実施の形態の第１７例を示している。本例の場合には、前述の図１１〜１３に示した実施の形態の第５例と同様に、ハブ４ａの中間部に、永久磁石製のエンコーダ１２ｋを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ１２ｋの外周面には、第一被検出部に相当するＮ極に着磁した部分と、第二被検出部に相当するＳ極に着磁した部分とが、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されている。特に、本例の場合には、上記第一、第二両被検出部に対応する、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を、上記エンコーダ１２ｋ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１２ｋ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。
【０１１５】
一方、外輪３の軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に１対のセンサ１３ｉ、１３ｉを設置し、これら両センサ１３ｉ、１３ｉの検出部を、上記エンコーダ１２ｋの外周面に、近接対向させている。これら両センサ１３ｉ、１３ｉの検出部がこのエンコーダ１２ｋの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１２ｋ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１３ｉ、１３ｉの検出部は、上記外輪３の中心軸に平行な仮想直線上に配置されている。又、この外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉ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１２ｋ、１３ｉ、１３ｉの設置位置を規制している。
【０１１６】
上述の様に構成する本例の場合、上記外輪３とハブ４ａとの間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ１３ｉ、１３ｉの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対して、上記エンコーダ１２ｋを固定したハブ４ａに、図３５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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉ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１２ｋを固定したハブ４ａに、図３５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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０１１７】
上述の様に本例の場合には、上記両センサ１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相が、上記外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉ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。従って本例の場合には、上記両センサ１３ｉ、１３ｉ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３とハブ４ａ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。
【０１１８】
［実施の形態の第１８例］
尚、上述した実施の形態の第１７例の様に、第一被検出部と第二被検出部との境界の傾斜方向を途中で変化させたエンコーダと１対のセンサとを組み合わせてアキシアル方向の荷重を求める発明は、図示の様な永久磁石製のエンコーダに限らずに実施できる。即ち、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、他方の被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分又は凹部としたエンコーダと、適宜の、このエンコーダの性状に応じたセンサとを組み合わせても、アキシアル荷重の測定を行なえる。更には、エンコーダの被検出面である軸方向片側面に対向させて１対のセンサを、径方向にずらせて配置し、この被検出面に配置した第一被検出部と第二被検出部とをエンコーダの径方向に関して傾斜させると共に傾斜方向を途中で変化させた構造で、ラジアル荷重を測定する事もできる。
【０１１９】
図３６〜３８は、上述の様な事情に応じて考えた、本発明の実施の形態の第１８例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの中間部に、磁性金属板製のエンコーダ１２Ｂを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ１２Ｂの外周面には、第一被検出部に相当するスリット状の透孔３３ａ、３３ｂと、第二被検出部に相当する柱部３４ａ、３４ｂとが、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されている。尚、円周方向に隣り合う透孔３３ａ、３３ｂ同士、或は柱部３４ａ、３４ｂ同士のピッチは互いに等しいが、各透孔３３ａ、３３ｂの円周方向に関する幅と、各柱部３４ａ、３４ｂの円周方向に関する幅とが等しい必要はない。特に、本例の場合には、上記第一被検出部に対応する上記各透孔３３ａ、３３ｂと、第二被検出部に対応する上記各柱部３４ａ、３４ｂとを、上記エンコーダ１２Ｂ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１２Ｂの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、本例のエンコーダ１２Ｂ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３３ａ、３３ａ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３３ｂ、３３ｂを形成している。
【０１２０】
一方、外輪３の軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に１対のセンサ１３Ｃ、１３Ｃを設置し、これら両センサ１３Ｃ、１３Ｃの検出部を、上記エンコーダ１２Ｂの外周面に、近接対向させている。これら両センサ１３Ｃ、１３Ｃの検出部がこのエンコーダ１２Ｂの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１２Ｂの円周方向に関して同じ位置としている。又、この外輪３とハブ４ａ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３３ａ、３３ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部３５が、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃ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１２Ｂ、１３Ｃ、１３Ｃの設置位置を規制している。
【０１２１】
上述の様に構成する本例の場合、上記外輪３とハブ４ａとの間にアキシアル荷重が作用すると、前述した実施の形態の第１７例の場合と同様に、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪３とハブ４ａ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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対して、上記エンコーダ１２Ｂを固定したハブ４ａに、図３９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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃ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１２Ｂを固定したハブ４ａに、図３９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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０１２２】
上述の様に本例の場合も、上記実施の形態の第１７例の場合と同様に、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相が、上記外輪３とハブ４ａ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１３Ｃ、１３Ｃ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。従って本例の場合も、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃ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３とハブ４ａ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。
【０１２３】
尚、何れの実施の形態に就いても、センサの検出部の面積（スポット径）は小さい方が好ましい。この理由は、荷重変動に伴う、エンコーダの被検出面の特性変化のパターンの変化を求める為、このパターン変化を高精度で読み取れる様にする為である。又、上記センサの構造は、磁気式、光学式等、特に問わないが、磁気式のものが、低コストで必要とする精度を有するセンサを得易い事から好ましい。又、磁気式のセンサを使用する場合に、パッシブ型、アクティブ型、何れの構造のものも使用可能であるが、上記スポット径を小さくして精度の良い測定を行なえる事、低回転時から測定を行なえる事から、アクティブ型のセンサが、好ましく使用できる。更に、アクティブ型のセンサであれば、検出素子を通過する磁束の密度の変化に対応して出力の切換（ＯＮ・ＯＦＦ）を行なうユニポーラ型を含め、各種構造の磁気センサを使用できる。
【０１２４】
［実施の形態の第１９例］
図４０〜４１は、上述した実施の形態の第１８例と同様の事情に応じて考えた、本発明の実施の形態の第１９例を示している。本例の場合には、磁性金属板製のエンコーダ１２Ｃの幅方向中央部に、それぞれが「く」字形であって互いに同じ大きさと形状とを有する多数の透孔３３、３３を、円周方向に亙り等間隔に形成している。これら各透孔３３、３３は、上記エンコーダ１２Ｃの幅方向中央部を境とした、鏡面対称な形状に造られている。即ち、本例のエンコーダ１２Ｃは、上述した実施の形態の第１８例のエンコーダ１２Ｂからリム部３５（図３７〜３９参照）を省略した如き形状を有する。そして、上記各透孔３３、３３を形成した、幅寸法Ｗ33なる部分を、上記エンコーダ１２Ｃの有効範囲としている。
【０１２５】
この様なエンコーダ１２Ｃの被検出面（例えば外周面）に１対のセンサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部を、近接対向させている。これら両センサ１３Ｄ、１３Ｅは、それぞれ、ホール素子等の磁気検知素子３６と永久磁石３７とを組み合わせて成る。この様な両センサ１３Ｄ、１３Ｅは、それぞれの検出部となる磁気検知素子３６を上記エンコーダ１２Ｃの被検出面に対向させた状態で、図示しないホルダを介して、やはり図示しない、静止側軌道輪等の固定部分に支持固定している。この状態で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用せず、これら両軌道輪同士のアキシアル方向に関する位置関係が中立状態である場合に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が、図４１の（Ａ）に示す様に、上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の幅方向中央位置、即ち、上記各透孔３３、３３の傾斜方向が変化する境界位置から、この幅方向に同じ距離ａ、ｂ（ａ＝ｂ）だけ離れた位置に対向する。
【０１２６】
尚、上記中立状態での幅方向中央位置からの距離ａ、ｂは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位した状態での変位量ｃよりも大きく（ａ＝ｂ＞ｃ）している。従って、図４１の（Ｂ）に示す様に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位しても、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の幅方向に関して、上記幅方向中央位置を越えて変位する（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨ぐ）事はない。この為、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に変位する限り、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出信号同士の位相差を、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのアキシアル方向に関する変位量に比例して大きくできる（位相差に基づいて変位量を求める際のゲインを大きくできる）。
【０１２７】
これに対して、上記幅方向中央位置からの距離ａ、ｂが、上記最も変位した状態での変位量ｃよりも小さいと、図４１の（Ｃ）に示す様に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位した状態で、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記幅方向中央位置を越えて変位する（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨ぐ）。この結果、位相差に基づいて変位量を求める際のゲインが小さくなる（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨いだ後は、それまで増加していたゲインが減少し始める）だけでなく、異なる変位量に関して同じ位相差が出現する。この結果、この位相差に基づいてこの変位量を正確に求める事が難しくなる。これに対して（前述した実施の形態の第１７例、第１８例の場合も同様である事は勿論）本例の場合には、ａ＝ｂ＞ｃとしている為、上述の様な、変位が大きくなる事に伴うゲインの減少や、異なる変位量に関して同じ位相差が出現する事を防止できる。
【０１２８】
又、上記エンコーダ１２Ｃの円周方向に関する、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部の位置は、これら両センサ１３Ｄ、１３Ｅの設置スペース上の問題がない限り、一致させる事が好ましい。この理由は、一致させる事により、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部と上記エンコーダ１２Ｃの被検出面との間の位相を適正に規制する作業が容易になる為である。但し、設置スペースが限られている場合には、図４０に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅを上記エンコーダ１２Ｃの円周方向に関して互いにずらせて配置する事もできる。この場合でも、上記中立状態では、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部の上記各透孔３３、３３に関する位相を、互いに一致させる。言い換えれば、円周方向に関するずれ量Ｌを、これら各透孔３３、３３のピッチＰの整数倍（Ｌ＝ｎ・Ｐ、ｎは自然数）とする。
【０１２９】
上述の様に構成する本例の場合も、前述の実施の形態の第１８例と同様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号の位相差に基づいて、前記静止側軌道輪と前記回転側軌道輪とのアキシアル方向に関する変位量を求め、更にこの変位量からアキシアル荷重を求める事ができる。即ち、これら両軌道輪同士の間にアキシアル荷重が作用していない状態では、図４０の（Ａ）及び図４１の（Ａ）に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記エンコーダ１２Ｃの幅方向中央位置からこの幅方向に同じ距離ａ、ｂだけ離れた位置に存在し、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号同士の間に位相差は存在しない。これに対して、上記両軌道輪同士の間にアキシアル荷重が作用した状態では、図４０の（Ｂ）及び図４１の（Ｂ）に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部による上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の走査位置の、この被検出面の幅方向中央位置からの距離ａ1 、ｂ1 が互いに異なる（ａ1 ≠ｂ1 ）状態となる。この結果、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号同士の間に、アキシアル方向の変位量に比例した位相差を生じる。従って、この位相差から、上記実施の形態の第１８例の場合と同様に、上記アキシアル荷重を求められる。
【０１３０】
［実施の形態の第２０例］
図４２は、本発明の実施の形態の第２０例を示している。本例は、前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例に就いて、エンコーダ１２ｇの有効範囲と、センサ１３ｄの検出部との位置関係を示したものである。この様な構造の場合、上記エンコーダ１２ｇの被検出面の有効範囲Ｗ12は、このエンコーダ１２ｇの全幅とほぼ一致する。そして、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用せず、これら両軌道輪同士のアキシアル方向に関する位置関係が中立状態である場合に、上記センサ１３ｄの検出部が、図４２の（Ａ）に示す様に、このエンコーダ１２ｇの被検出面の幅方向中央位置に対向する。これに対して、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用し、これら両軌道輪同士がアキシアル方向にずれると、上記センサ１３ｄの検出部が、図４２の（Ｂ）に鎖線で示す様に、上記エンコーダ１２ｇの被検出面の幅方向中央位置から外れた位置に対向する。この場合でも、上記センサ１３ｄの検出部が上記有効範囲Ｗ12から外れる事はない。
【０１３１】
［実施の形態の第２１例］
図４３〜４４は、請求項１、２５に対応する、本発明の実施の形態の第２１例を示している。本例の場合も、例えば前述した各実施の形態を示す、図１、７、１１、１４、１６、１９、２２、２５、２６、２８〜３２、３６に示す様に、荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪を、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとしている。特に、本例の場合には、エンコーダ１２Ｄを、回転側軌道輪であるハブと共に回転する部材である、ディスクロータ３８の外周縁部に設けている。
【０１３２】
周知の様にディスクロータ３８は、前述の図２６に示す様に、ハブ４ｂの外端部外周面に設けたフランジ１０に結合固定して、このハブ４ｂと共に回転する。又、上記ディスクロータ３８はこのハブ４ｂに対し、強固に結合固定される為、これらディスクロータ３８とハブ４ｂとは、同期して（一体的に）変位する。従って、このディスクロータ３８の外周縁部に上記エンコーダ１２Ｄを設け、この外周縁部にセンサ１３Ｆの検出部を対向させれば、上記ハブ４ｂと外輪３ａ（図２６参照）との間に加わるアキシアル荷重を求められる。
【０１３３】
上記ディスクロータ３８の外周縁部に上記エンコーダ１２Ｄを設ける為の構造は、特に限定しない。鋳鉄等の磁性材製のディスクロータ３８の場合には、外周縁部に直接、図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様な凹凸或いは孔（凹孔若しくは径方向の貫通孔）を形成して、上記ディスクロータ３８の外周縁の磁気特性を変化させる事ができる。この場合に、このディスクロータ３８がソリッド型である場合には、このディスクロータ３８の外周面に、上記図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様な形状を有する凹凸を形成する。これに対して、このディスク３８がベンチレーテッド型である場合には、このディスクロータ３８に、断面形状が上記図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様なものであり、それぞれが径方向に貫通する貫通孔を形成する。一方、上記ディスクロータ３８が、アルミニウム合金、アルミニウムコンポジット製等の非磁性材製である場合には、このディスクロータ３８の外周縁部に、別途磁性材により円環状に形成した、上記エンコーダ１２Ｄを外嵌固定する。この場合でも、上記ディスクロータ３８がソリッド型である場合には、上記エンコーダ１２Ｄの外周面に凹凸を、ベンチレーテッド型である場合には貫通孔を、それぞれ形成する。尚、以上の説明は、上記エンコーダ１２Ｄと上記センサ１３Ｆとの組み合わせが、磁気検知式の場合である。光学式等の場合には、上記ディスクロータ３８が非磁性材製であっても、このディスクロータ３８の外周面に上記凹凸或いは孔を直接形成して、この外周面を被検出面とする事ができる。
【０１３４】
一方、上記センサ１３Ｆに関しては、前記車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重に拘らず変位しない部分に支持する。この様な部分としては、懸架装置を構成するナックル３９（図２６参照）や、上記ディスクロータ３８と共にディスクブレーキを構成する制動用部材４０（図４４参照）が考えられる。この制動用部材４０としては、このディスクブレーキが対向ピストン型である場合にはキャリパを、フローティングキャリパ型である場合にはサポートを、それぞれ採用可能である。図示の例の場合には、上記制動用部材４０に上記センサ１３Ｆを、支持腕４１を介して支持している。この様な本例の構造によれば、上記車輪支持用転がり軸受ユニットに、上記エンコーダ１２Ｄ及びセンサ１３Ｆを設置する為の空間的余裕がない場合でも、荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現できる。尚、図示の場合とは逆に、ディスクロータ３８のうちで、パッドを押圧する為の円輪状の摩擦板部の内周縁部にエンコーダを設ける事もできる。この場合にはセンサを、車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪等の静止部材に設置する。
【０１３５】
［実施の形態の第２２例］
図４５は、請求項１、２６に対応する、本発明の実施の形態の第２２例を示している。本例の場合も、荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪３ａを、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブ４ｂとしている。特に、本例の場合には、回転側軌道輪と共に回転する部材である、このハブ４ｂに結合固定された等速ジョイント４２の中間部外周面を、被検出面としている。
【０１３６】
周知の様にこの等速ジョイント４２は、上記ハブ４ｂを回転駆動する為のもので、このハブ４ｂと共に回転する。又、この等速ジョイント４２はこのハブ４ｂに対し、強固に結合固定される為、これら等速ジョイント４２とハブ４ｂとは、同期して（一体的に）変位する。従って、この等速ジョイント４２の外周面にエンコーダ１２Ｅを設け、このエンコーダ１２Ｅの外周面にセンサ１３Ｇ、１３Ｇの検出部を対向させれば、上記ハブ４ｂと外輪３ａとの間に加わるアキシアル荷重を求められる。この為に本例の場合には、上記等速ジョイント４２の中間部に円筒状のエンコーダ１２Ｅを外嵌固定している。そして、ナックル３９に支持した上記両センサ１３Ｇ、１３Ｇの検出部を、上記エンコーダ１２Ｅの外周面の２個所位置に近接対向させている。
この様な本例の構造によっても、上述した実施の形態の第２１例の場合と同様に、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダやセンサを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
尚、本例の場合には、上記エンコーダ１２Ｅ部分の温度上昇が限られているので、このエンコーダ１２Ｅとして、磁性材製のものに限らず、永久磁石（磁性体）製のものも使用できる。
【符号の説明】
【０１３７】
１、１ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 荷重測定装置
３、３ａ 外輪
４、４ａ、４ｂ ハブ
５、５ａ 転動体
６、６ａ 外輪軌道
７ 取付部
８ ハブ本体
９ 内輪
１０ フランジ
１１、１１ａ 内輪軌道
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ エンコーダ
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ、１３Ｇ センサ
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 支持板
１５、１５ａ、１５ｂ エンコーダ本体
１６ 円輪部
１７ 円筒部
１８、１８ａ カバー
１９ 底板部
２０、２０ａ 取付孔
２１、２１ａ、２１ｂ 透孔
２２、２２ａ、２２ｂ 間部分
２３ 円輪部
２４ 被検出組み合わせ部
２５ 個性化部分
２６ 円筒部
２７、２７ａ 凸部
２８、２８ａ 凹部
２９ａ、２９ｂ 平行部
３０ａ、３０ｂ 平行部
３１ａ、３１ｂ 非変化部
３２ａ、３２ｂ 非変化部
３３、３３ａ、３３ｂ 透孔
３４ａ、３４ｂ 柱部
３５ リム部
３６ 磁気検知素子
３７ 永久磁石
３８ ディスクロータ
３９ ナックル
４０ 制動用部材
４１ 支持腕
４２ 等速ジョイント
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。或は、各種工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んで、この主軸に加わる荷重を測定し、工具の送り速度等を適切に調節する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、車両の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等の車両の走行状態安定化装置が広く使用されている。これらＡＢＳやＴＣＳ等の走行状態安定化装置によれば、制動時や加速時に於ける車両の走行状態を安定させる事はできるが、より厳しい条件でもこの安定性の確保を図る為には、車両の走行安定性に影響するより多くの情報を取り入れて、ブレーキやエンジンの制御を行なう事が必要になる。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
前述の特許文献１に記載された従来構造の第１例の場合、変位センサにより外輪とハブとの径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサとして、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【００１０】
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。
又、特許文献１〜４の何れに記載された構造及び方法も、転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する為に専用の機構を設けている。この為、コスト並びに重量が嵩む事が避けられない。
【００１１】
尚、本発明に関連する技術として、特許文献５には、被検出面にＮ極とＳ極とを交互に配置したエンコーダを使用する事により、このエンコーダを支持した内輪の芯振れを検出する構造が記載されている。但し、上記特許文献５には、上記エンコーダを利用して、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める技術に関しては、この様な技術を示唆する記述を含めても記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特開２００４−３９１８号公報
【特許文献４】特公昭６２−３３６５号公報
【特許文献５】特開２００４−７７１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、小型且つ軽量に構成できて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求められる荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットと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たものである。
又、上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分（例えば、上記静止側軌道輪若しくはこの静止側軌道輪を支持固定した懸架装置或はハウジングの一部）に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する演算器とを備えたものである。
又、上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に応じて（例えば作用方向に亙って）連続的に変化している。
そして、上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記荷重を算出する機能を有するものである。
【００１５】
本発明を実施する場合に、例えば請求項２〜３に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの軸方向側面とし、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。
【００１６】
そして、請求項２に記載した発明の場合には、上記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅を径方向外側程広く、第二被検出部の幅を径方向内側程広くする。
【００１７】
又、請求項３に記載した発明の場合には、上記第一、第二両被検出部の境界を、上記エンコーダの直径方向に対し傾斜させると共に、この境界の直径方向に対する傾斜方向を、このエンコーダの直径方向中間部を境に互いに逆方向とする。そして、この直径方向中間部を挟んでこのエンコーダの直径方向に離隔した位置に設置された１対のセンサの検出部を、このエンコーダの被検出面に対向させる。
【００１８】
上述の様な請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項４に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする。そして、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部をＮ極とし、他方の被検出部をＳ極とする。この為に、上記永久磁石を軸方向に着磁すると共に、着磁方向を円周方向に関して交互に変化させる。この場合、上記Ｎ極と上記Ｓ極とのうちの一方の極を、上記エンコーダの径方向外側に向かう程円周方向に関する幅が広くなる扇形（若しくは台形）とし、他方の極を、このエンコーダの径方向内側に向かう程円周方向に関する幅が広くなる逆扇形（若しくは倒立台形）とする。
又、この様な永久磁石製のエンコーダと組み合わされるセンサを、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を備えた、アクティブ型の磁気センサとする。
この様な永久磁石製のエンコーダとアクティブ型のセンサとを組み合わせた場合、このセンサの出力信号の基準電位（例えば０Ｖ）に対する周期（基準電位に対して所定方向にずれたままとなる時間）は、上記扇形又は逆扇形の幅が広い程長くなり、同じく基準電位に対する変動（変化の大きさ）は、この扇形の幅が広い程大きくなる。
【００１９】
又、上述の様な請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項５又は請求項６に記載した様に、エンコーダの被検出面に設ける第一被検出部と第二被検出部とのうちの、一方の被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、他方の被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔又は凸部同士の間に存在する間部分若しくは凹部とする事も好ましい。上記請求項４に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする事も有効であるが、荷重をより高精度で検出する場合には、上記請求項５又は請求項６に記載した構造のエンコーダを使用する事が好ましい。
【００２０】
この理由は、次の通りである。先ず、上記請求項４に記載した永久磁石製のエンコーダを得るには、エンコーダの被検出面の特定範囲を着磁する。ところが、この被検出面に存在するＮ極及びＳ極の形状を、扇形或は逆扇形にし、しかも着磁範囲を厳密に規制する為には、高度な着磁技術が必要となる。この為、永久磁石製のエンコーダは、製造コストが嵩む事が考えられる。これに対して、請求項５又は請求項６に記載した構造は、機械加工やプレス成形、或は射出成形（ダイキスト成形を含む）によってエンコーダを成形するだけで済み、形状精度及び寸法精度を確保する事が容易であり、エンコーダの製造コストを比較的低く抑えられる。従って、低コスト化を考えた場合、請求項４に記載した構造に比べて、請求項５又は請求項６に記載した構造が優れている。
【００２１】
この場合に、上記エンコーダを構成する材質は、センサの種類によって選択する。例えば、このセンサが、永久磁石と、ホール素子或は磁気抵抗素子等の磁気検出素子とを備えた、アクティブ型の磁気センサである場合には、上記エンコーダを鋼板等の磁性金属製とする。この様な構造でも、上述した永久磁石製のエンコーダを使用した場合と同様に、上記エンコーダの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する。
これに対して、上記センサが光学式のものであり、上記一方の被検出部が透孔である場合には、上記エンコーダは、光を遮る材質であれば良い。この場合には、このエンコーダの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する周期が変化する（変化の大きさは変わらない）。
【００２２】
上述の様な請求項５〜６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、エンコーダを磁性材製とし、センサを、このエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものとする。そして、このエンコーダの径方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが径方向に関して変化しない非変化部を存在させる。
【００２３】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項８に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの軸方向側面とし、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置する。
これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で、径方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。
【００２４】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項９〜１０に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの周面とし、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置する。
【００２５】
そして、請求項９に記載した発明の場合には、上記両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広くする。
【００２６】
又、請求項１０に記載した発明の場合には、第一、第二両被検出部の境界を、上記エンコーダの軸方向に対し傾斜させると共に、この境界の軸方向に対する傾斜方向を、このエンコーダの軸方向中間部を境に互いに逆方向とする。そして、この軸方向中間部を挟んでこのエンコーダの軸方向に離隔した位置に設置された１対のセンサを、このエンコーダの被検出面に対向させる。
【００２７】
上述の様な請求項９〜１０に記載した発明を実施する場合も、例えば請求項１１に記載した様に、エンコーダを永久磁石製とする。そして、第一被検出部をＮ極とし、第二被検出部をＳ極とする。
或は、請求項１２又は請求項１３に記載した様に、第一被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、第二被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔又は凸部同士の間に存在する間部分又は凹部とする事も好ましい。この理由は、前述した請求項５又は請求項６に記載した構造部分で述べた様な理由により、上記請求項１１に記載した永久磁石製のエンコーダに比べて、高精度のエンコーダを安価に造れ、荷重を精度良く検出できる構造を低コストで造れる為である。
【００２８】
上述の様な請求項１２〜１３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項１４に記載した様に、エンコーダを磁性材製とし、センサを、このエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものとする。そして、このエンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部を存在させる。
【００２９】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項１５に記載した様に、検出すべき荷重を、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
この場合には、被検出面をエンコーダの周面とし、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置する。
これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で、軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。
【００３０】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項１６に記載した様に、エンコーダの被検出面のうちで円周方向に異なる３個所以上位置に、それぞれセンサの検出部を対向させる。そして、演算器は、これら各センサの出力信号を比較する事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるモーメント荷重を算出する機能を有する。
この場合に例えば、請求項１７に記載した様に、上記エンコーダの被検出面をこのエンコーダの周面とし、各センサの検出部をこのエンコーダの周面の円周方向等間隔位置に対向させる。
或は、請求項１８に記載した様に、上記エンコーダの被検出面をこのエンコーダの軸方向側面とし、各センサの検出部をこのエンコーダの軸方向側面の円周方向等間隔位置に対向させる。
【００３１】
又、本発明を実施するには、例えば請求項１９に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとする。この場合には、使用状態で、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して、この回転側軌道輪を車輪と共に回転させる。
【００３２】
或は、請求項２０に記載した様に、転がり軸受ユニットを、工作機械の主軸をハウジングに回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットとする。この場合には、使用状態で、静止側軌道輪である外輪を、このハウジング若しくはこのハウジングに固定された部分に内嵌固定し、回転側軌道輪である内輪を、上記主軸若しくはこの主軸と共に回転する部分に外嵌固定する。
【００３３】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２１〜２４に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪を懸架装置に支持固定し、回転側軌道輪であるハブを、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものとする。又、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体を、各列毎に複数個ずつ設けると共に、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジを設ける。
【００３４】
そして、請求項２１〜２２に記載した発明の場合には、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダを、上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定し、検出すべき荷重を、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重とする。
そして、請求項２１に記載した発明の場合には、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、径方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、軸方向内端側で広く、同じく外端側で狭くする。
又、請求項２２に記載した発明の場合には、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、径方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、軸方向外端側で広く、同じく内端側で狭くする。
【００３５】
一方、請求項２３〜２４に記載した発明の場合には、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダを上記ハブの軸方向内端部に固定し、検出すべき荷重を、上記外輪とこのハブとの間に作用するアキシアル荷重とする。
そして、請求項２３に記載した発明の場合には、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、軸方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くする。
又、請求項２４に記載した発明の場合には、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、軸方向に対向させる。又、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向内端側で広く、同じく外端側で狭くする。
尚、上述した請求項２１〜２４に係る発明で言う凹部には、金属板を打ち抜いて成る透孔を含む。この場合に凸部とは、円周方向に隣り合う透孔同士の間部分を言う。
【００３６】
又、本発明を実施する場合に、例えば請求項２５〜２６に記載した様に、転がり軸受ユニットを車輪支持用転がり軸受ユニットとする。
この場合に、例えば請求項２５に記載した様に、静止側軌道輪を、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとする。そして、回転側軌道輪と共に回転する部材を、このハブに結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータとし、このディスクロータの外周面を被検出面とする。
或いは、請求項２６に記載した様に、静止側軌道輪を、使用状態で懸架装置に支持固定される外輪とし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとする。そして、回転側軌道輪と共に回転する部材を、このハブに結合固定された等速ジョイントとし、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面とする。
【発明の効果】
【００３７】
上述の様に構成する本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、以下の様に作用して、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られる。先ず、これら両軌道輪同士の間に荷重が作用すると、これら両軌道輪同士が、静止側、回転側両軌道及び各転動体の弾性変形に伴って相対変位する。この結果、回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部に支持されたエンコーダの被検出面と、上記静止側軌道輪若しくは懸架装置の一部等の回転しない部分に支持されたセンサの検出部との位置関係が変化する。
【００３８】
上記エンコーダの被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に亙って連続的に変化している為、この荷重に基づいて上記両軌道輪同士が相対変位すると、上記回転側軌道輪の回転に伴って上記センサの出力信号が変化するパターン（変化の周期或は大きさ、若しくは位相）が変化する。このパターンの変化の程度と上記荷重の大きさとの間には相関関係があるので、このパターンに基づいて、この荷重の大きさを求められる。
【００３９】
上記エンコーダとセンサとの組み合わせは、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なう為に上記回転側軌道輪の回転速度を検出する為にも必要である（車輪支持用転がり軸受ユニットに関して実施する場合）。又、工作機械に関して実施する場合でも、主軸の回転速度を検出する為に必要である。本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、この様な回転速度を検出する為に必要な構造を工夫する事により上記荷重を求められる様に構成できて、転がり軸受ユニット部分に新たな部品を組み込む必要をなくせる。この為、この転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める為の構造を、小型且つ軽量に構成できる。
【００４０】
請求項２に記載した発明の場合、ラジアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪の中心軸に対し回転側軌道輪の中心軸が偏心すると、被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化する。そして、上記ラジアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化すると、上記検出部が対向する第一、第二両被検出部のうちの一方の被検出部の円周方向長さが長くなり、他方の被検出部の円周方向長さが短くなる。又、上記センサの出力信号が変化する周期或は変化する大きさは、上記検出部が対向する第一、第二両被検出部の円周方向長さに応じて変化する。そこで、上記センサの出力信号の変化のうちで、上記第一被検出部に対応した変化の周期或は大きさと、上記第二被検出部に対応した変化の周期或は大きさとの比を求めれば、上記両軌道輪の中心軸同士が径方向に偏心した程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているラジアル荷重の大きさを求められる。
【００４１】
又、請求項３に記載した発明の場合、ラジアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪の中心軸に対し回転側軌道輪の中心軸が偏心すると、被検出面のうちで１対のセンサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化する。そして、上記ラジアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちで上記両センサの検出部が対向する部分の径方向位置が変化すると、一方のセンサの検出信号の位相が進むと同時に他方のセンサの検出信号の位相が遅れる。そこで、上記両センサの出力信号の位相のずれを求めれば、上記両軌道輪の中心軸同士が径方向に偏心した程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているラジアル荷重の大きさを求められる。
【００４２】
又、請求項７に記載した発明によれば、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向端部（外径側端部又は内径側端部）に対向した状態でも、これら検出部と被検出面との間の磁束の流れを安定させて、上記センサの出力信号を安定させる事ができる。
【００４３】
又、請求項８に記載した発明の場合には、エンコーダの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号が、各個性化部分に対向する瞬間に変化するが、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って変化する。
【００４４】
又、請求項９に記載した発明の場合、アキシアル荷重の変動に伴って静止側軌道輪と回転側軌道輪との相対位置が軸方向にずれると、被検出面のうちでセンサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。
そこで、前述した請求項２に記載したラジアル荷重を求める場合と同様にして、上記両軌道輪同士の間に作用しているアキシアル荷重の大きさを求められる。
【００４５】
又、請求項１０に記載した発明の場合、アキシアル荷重の変動に伴って、静止側軌道輪に対し回転側軌道輪がアキシアル方向にずれると、被検出面のうちで１対のセンサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。そして、アキシアル荷重の変動に伴って上記被検出面のうちで上記両センサの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化すると、一方のセンサの検出信号の位相が進むと同時に他方のセンサの検出信号の位相が遅れる。そこで、上記両センサの出力信号の位相のずれを求めれば、上記両軌道輪同士が軸方向にずれた程度、延てはこれら両軌道輪同士の間に作用しているアキシアル荷重の大きさを求められる。
【００４６】
又、請求項１４に記載した発明によれば、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向端部（軸方向両端部）に対向した状態でも、これら検出部と被検出面との間の磁束の流れを安定させて、上記センサの出力信号を安定させる事ができる。
【００４７】
又、請求項１５に記載した発明の場合には、エンコーダの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号が、各個性化部分に対向する瞬間に変化するが、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。
【００４８】
又、請求項１６に記載した発明によれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わる荷重のうち、ラジアル荷重成分やアキシアル荷重成分に限らず、これら両軌道輪同士の間に加わるモーメント荷重も求められる。
【００４９】
又、請求項１９に記載した発明によれば、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を図る為の制御の高度化を図れる。
【００５０】
又、請求項２０に記載した発明によれば、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して、被加工物の品質向上と加工能率の確保との両立を図れる。
【００５１】
又、請求項２１〜２４に記載した発明によれば、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する荷重の変動に伴うセンサの検出信号の変動を大きくして、この荷重の測定精度の向上を図れる。
【００５２】
又、請求項２５〜２６に記載した発明によれば、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダやセンサを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】エンコーダ本体を取り出して図１の右方から見た図。
【図３】センサの検出部によるエンコーダの被検出面の走査部分を示す、図２と同様の図。
【図４】ラジ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。
【図５】外輪とハブとの径方向変位とラジアル荷重との関係の１例を示す線図。
【図６】本発明の実施の形態の第２例に組み込むエンコーダの２例を示す斜視図及び正面図。
【図７】同第３例を示す断面図。
【図８】同第４例に組み込むエンコーダの３例を示す要部斜視図。
【図９】センサの検出部によるエンコーダの被検出面の走査部分を示す、エンコーダの被検出面を軸方向から見た図。
【図１０】ラジ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。
【図１１】本発明の実施の形態の第５例を示す断面図。
【図１２】同第５例に組み込むエンコーダの素材と組立状態とを示す斜視図。
【図１３】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。
【図１４】本発明の実施の形態の第６例を示す断面図。
【図１５】同第７例に組み込むエンコーダの素材と組立状態とを示す斜視図。
【図１６】同第８例を示す断面図。
【図１７】同第８例に組み込むエンコーダの部分斜視図。
【図１８】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。
【図１９】本発明の実施の形態の第９例を示す断面図。
【図２０】同第９例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図２１】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。
【図２２】本発明の実施の形態の第１０例を示す断面図。
【図２３】同第１０例に組み込むエンコーダの正面図。
【図２４】本発明の実施の形態の第１１例を示す部分断面図。
【図２５】同第１２例を示す断面図。
【図２６】懸架装置と車輪との間への組み付け状態を示す略断面図。
【図２７】変位に伴うセンサの出力信号の変動を説明する為の線図。
【図２８】本発明の実施の形態の第１３例を示す断面図。
【図２９】同第１４例を示す断面図。
【図３０】同第１５例を示す断面図。
【図３１】同第１６例を示す断面図。
【図３２】同第１７例を示す断面図。
【図３３】同第１７例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図３４】同じく展開図。
【図３５】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。
【図３６】本発明の実施の形態の第１８例を示す断面図。
【図３７】同第１８例に組み込むエンコーダの斜視図。
【図３８】同じく展開図。
【図３９】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。
【図４０】本発明の実施の形態の第１９例を、中立状態と変位した状態とで示す部分断面図及び径方向から見た図。
【図４１】エンコーダの被検出面と１対のセンサの検出部との位置関係を説明する為の、この被検出面を径方向から見た状態で示す図。
【図４２】本発明の実施の形態の第２０例を、中立状態と変位した状態とで示す部分断面図及び径方向から見た図。
【図４３】本発明の実施の形態の第２１例を示す、ディスクロータの外周縁部に設けた被検出面の形状の３例を示す略側面図。
【図４４】センサの取付状態の１例を示す正面図及び側面図。
【図４５】本発明の実施の形態の第２２例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
［実施の形態の第１例］
図１〜５は、請求項１、２、４、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニット１と、回転速度検出装置としての機能を兼ね備えた、荷重測定装置２とを備える。
このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット１は、図１に示す様に、外輪３と、ハブ４と、複数の転動体５、５とを備える。このうちの外輪３は、使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪であって、内周面に複列の外輪軌道６、６を、外周面にこの懸架装置に結合する為の外向フランジ状の取付部７を、それぞれ有する。又、上記ハブ４は、使用状態で車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する回転側軌道輪であって、ハブ本体８と内輪９とを組み合わせ固定して成る。この様なハブ４は、外周面の軸方向外端部（懸架装置への組み付け状態で車体の幅方向外側となる端部）に車輪を支持固定する為のフランジ１０を、軸方向中間部及び内輪９の外周面に複列の内輪軌道１１、１１を、それぞれ設けている。上記各転動体５、５は、これら各内輪軌道１１、１１と上記各外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けて、上記外輪３の内径側に上記ハブ４を、この外輪３と同心に回転自在に支持している。尚、図示の例では、転動体として玉を使用しているが、重量の嵩む車両の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、各転動体として円すいころを使用する場合もある。転動体として玉を使用した構造の方が、同じく円すいころを使用した構造に比べて外輪とハブとの変位量を多くできるが、転動体として円すいころを使用した構造の場合にも、変位量は小さいものの変位はする為、本発明の対象となり得る。
【００５５】
一方、上記荷重測定装置２は、図１に示す様に、エンコーダ１２と、センサ１３と、図示しない演算器とを備える。
このうちのエンコーダ１２は、支持板１４とエンコーダ本体１５とから成る。このうちの支持板１４は、軟鋼板等の磁性金属板を曲げ形成する事により、円輪部１６と円筒部１７とを傾斜部により連続させたもので、断面形状を大略Ｊ字形とし、全体を円環状としている。又、上記エンコーダ本体１５は、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製で、全体を円輪状としており、上記円輪部１６の軸方向内側面に、上記円筒部１７と同心に添着固定されている。
【００５６】
上記エンコーダ本体１５を構成する永久磁石は、軸方向に着磁されており、その着磁方向を、円周方向に亙り、交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記エンコーダ本体１５の軸方向内側面には、Ｎ極とＳ極とが交互に、且つ、等間隔に配置されている。本例の場合には、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が、上記エンコーダ１２の被検出面に存在する、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とに対応する。そして、上記Ｎ極に着磁された部分とＳ極に着磁された部分との円周方向に関する幅のうち、Ｎ極に着磁された部分の幅を径方向外側程広く、Ｓ極に着磁された部分の幅を径方向内側程広くしている。これらＮ極とＳ極との着磁範囲は、図示の場合と逆にしても良い。
【００５７】
上述の様に構成する上記エンコーダ１２は、上記支持板１４の円筒部１７を前記内輪９の軸方向内端部に締り嵌めで外嵌する事により、前記ハブ４の軸方向内端部に、このハブ４と同心に結合固定している。この状態で上記エンコーダ本体１５の軸方向内側面は、上記ハブ４の中心軸に直交する仮想平面上に位置する。
【００５８】
一方、前記センサ１３は、前記外輪３の軸方向内端部に、カバー１８を介して支持固定している。このカバー１８は、合成樹脂を射出成形する事により、或は、金属板に絞り加工を施す事により、有底円筒状に形成されており、上記外輪３の内端開口部を塞ぐ状態で、この外輪３の内端部に嵌合固定されている。この様なカバー１８を構成する底板部１９の一部外径寄り部分で上記エンコーダ１２の被検出面に対向する部分に取付孔２０を、この底板部１９を軸方向に貫通する状態で形成している。
【００５９】
上記センサ１３は、上記取付孔２０を軸方向内方から外方に挿通する状態で、上記底板部１９に支持固定されている。そして、上記センサ１３の先端面（図１の左端面）に設けた検出部を、上記エンコーダ１２の被検出面に、０．５〜２mm程度の測定隙間を介して、近接対向させている。又、アクティブ型の磁気センサである、上記センサ１３の検出部には、ホール素子、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を設けている。この様な磁気検出素子の特性は、Ｎ極に対向している状態とＳ極に対向している状態とで変化する。従って、前記ハブ４と共に上記エンコーダ１２が回転すると、上記磁気検出素子の特性が変化し、上記センサ１３の出力信号が変化する。
【００６０】
この様にして上記センサ１３の出力信号が変化する周期（周波数）は、上記ハブ４の回転速度に応じて変化する。具体的には、この回転速度が速くなる程、上記出力信号が変化する周期が短くなり、変化する周波数が高くなる。この為、この出力信号を車体側等に設けた図示しない制御器に送れば、上記エンコーダ１２と共に回転する前記車輪の回転速度を求めて、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なえる。この点に就いては、従来から知られている技術と同様である。
特に、本例の場合には、上記ハブ４と前記外輪３との間に作用するラジアル荷重の大きさに基づいて、上記出力信号が変化するパターンが変化する為、このパターンを観察する事により、上記ラジアル荷重を求める事ができる。この点に就いて、図３〜５を参照しつつ説明する。
【００６１】
先ず、上記ラジアル荷重を求められる前提に就いて説明する。前述した特許文献１に記載されている様に、上記外輪３と上記ハブ４との径方向に関する相対位置は、これら外輪３とハブ４との間に加わるラジアル荷重の大きさに応じて変化する。この理由は、このラジアル荷重に基づいて、前記各転動体５、５、並びに、これら各転動体５、５の転動面が転がり接触する、前記各外輪軌道６、６及び前記各内輪軌道１１、１１の弾性変形量が変化する為である。上記特許文献１に記載されている従来技術の場合には、外輪とハブとの径方向に関する変位を変位センサにより直接測定する事により、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た。これに対して、本例の場合には、上記エンコーダ１２と上記センサ１３との相対変位に伴う上記出力信号の変化のパターンに基づいて、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重の大きさを求める様にしている。この点に就いて、以下に説明する。
【００６２】
上記外輪３と上記ハブ４との間に標準的なラジアル荷重（標準値）が加わっている場合に、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向中央部に対向していると仮定する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線αで示した、上記被検出面の中央部を走査する。この径方向中央部では、前記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅と、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅とが互いに等しいので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ａ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として両側に同じだけ振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL とは互いに等しく（ＴH ＝ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH と、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL とも、互いに等しく（△ＶH ＝△ＶL ）なる。
【００６３】
これに対して、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも大きくなると、このハブ４に対するこの外輪３の位置が下方にずれて、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向内側寄り部分に対向する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線βで示した、上記被検出面の径方向内寄り部分を走査する。この径方向内寄り部分では、上記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅が、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅よりも狭いので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ｂ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として低位側に大きく振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも低くなる周期ＴL が高くなる周期ＴH よりも大きく（ＴH ＜ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最小値と基準電圧との差△ＶL が、同じく最大値と基準電圧との差△ＶH よりも大きく（△ＶL ＞△ＶH ）なる。
【００６４】
更に、上述した場合とは逆に、上記外輪３と上記ハブ４との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも小さくなると、このハブ４に対するこの外輪３の位置が上方にずれて、上記センサ１３の検出部が、上記エンコーダ１２の被検出面の径方向外側寄り部分に対向する。この場合に上記センサ１３の検出部は、図３に鎖線γで示した、上記被検出面の径方向外寄り部分を走査する。この径方向外寄り部分では、上記Ｎ極に着磁された部分の周方向に関する幅が、Ｓ極に着磁された部分の周方向に関する幅よりも広いので、上記センサ１３の出力信号は、図４の（Ｃ）に示す様に、基準電圧（例えば０Ｖ）を中心として高位側に大きく振れる。即ち、上記出力信号の電圧がこの基準電圧よりも高くなる周期ＴH が低くなる周期ＴL よりも大きく（ＴH ＞ＴL ）なる。又、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH が、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL よりも大きく（△ＶH ＞△ＶL ）なる。
【００６５】
従って、上記センサ１３の出力信号のパターンを見れば、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求める事ができる。具体的には、この出力信号の電位が基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL との比「ＴH ／ＴL 」を観察すれば、上記外輪３の中心軸と上記ハブ４の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求める事ができる。又は、上記出力信号の電圧の最大値と上記基準電圧との差△ＶH と、同じく最小値と基準電圧との差△ＶL との比「△ＶH ／△ＶL 」を観察する事によっても、上記径方向変位量を求められる。これら各比「ＴH ／ＴL 」、「△ＶH ／△ＶL 」と径方向変位量との関係は、何れの比に就いてもほぼ直線的であるから、容易に求められる。そして、求めた関係を、前記ラジアル荷重を算出する為の図示しない演算器（マイクロコンピュータ）にインストールするソフトウェア中に組み込んでおく。
【００６６】
更に、上記径方向変位量と上記ラジアル荷重との関係は、計算により、或は実験により求められる。計算により求める場合には、前記転がり軸受ユニット１の諸元、即ち、前記各外輪軌道６、６及び前記各内輪軌道１１、１１の断面の曲率半径、前記各転動体５、５の数及び直径に加えて、上記外輪３及びハブ４の材質を基に、転がり軸受ユニットの技術分野で広く知られた理論に基づいて求める。又、実験により求める場合には、上記外輪３とハブ４との間に、それぞれが既知である、異なる大きさのラジアル荷重を加えつつ、これら外輪３とハブ４との径方向に関する相対変位量を測定する。何れにしても、上記径方向変位量と上記ラジアル荷重の大きさとに関して、図５に示す様な関係を求め、上記ソフトウェア中に組み込んでおく。
【００６７】
本例は、上述の様に構成するので、転がり軸受ユニット部分に変位センサ等の新たな部品を組み込む必要なく、上記ラジアル荷重を求める事ができる。即ち、前記エンコーダ１２とセンサ１３との組み合わせは、ＡＢＳやＴＣＳの制御を行なうべく、上記ハブ４の回転速度を検出する為にも必要である。本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、この様な回転速度を検出する為に必要な構造を工夫する事により上記ラジアル荷重を求める構造である為、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める為の構造を、小型且つ軽量に構成できる。
【００６８】
尚、図４から明らかな通り、本例の場合、ラジアル荷重の大きさにより、上記センサ１３の出力信号の電圧が基準電圧よりも高くなる周期ＴH と低くなる周期ＴL とが変化する。従って、上記ラジアル荷重の変動に関係なく、上記ハブ４の回転速度を正確に求める為には、上記両周期の和「ＴH ＋ＴL 」に基づいて、この回転速度を算出する。この和「ＴH ＋ＴL 」は、前記Ｎ極に着磁された部分及びＳ極に着磁された部分を、図２、３に示す様な扇形或は逆扇形にした場合でも、上記径方向変位に関係なくほぼ一定である為、上記回転速度を正確に求められる。
【００６９】
［実施の形態の第２例］
図６の（Ａ）は、請求項１、２、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、円輪状のエンコーダ１２ａの径方向中間部に透孔２１、２１を、円周方向に関して等間隔に形成している。本例の場合にこれら各透孔２１、２１は、上記エンコーダ１２ａの径方向外方に向かう程円周方向に関する幅が狭くなる逆扇形（若しくは倒立台形）としている。そして、円周方向に隣り合う透孔２１、２１同士の間部分２２、２２を、径方向外方に向かう程円周方向に関する幅が広くなる扇形（若しくは台形）としている。従って本例の場合には、上記各間部分２２、２２が請求項２に記載した第一被検出部となり、上記各透孔２１、２１部分が同じく第二被検出部となる。上述の場合とは逆に、図６の（Ｂ）に示す様に、透孔２１ａ、２１ａの幅を径方向外方に向かう程大きくし、間部分２２ａ、２２ａの幅を径方向外方に向かう程小さくする事もできる。
【００７０】
何れの場合でも、適宜のセンサと組み合わせる事により、上述した実施の形態の第１例の場合と同様にして、このセンサを支持した外輪等の静止側軌道輪の中心軸と、上記エンコーダ１２ａを支持固定した、ハブ等の回転側軌道輪の中心軸との径方向に関する変位量を求められる。そして、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するラジアル荷重を求められる。尚、上記エンコーダ１２ａを構成する材質は、センサの種類によって選択する。
例えば、このセンサが、永久磁石と、ホール素子或は磁気抵抗素子等の磁気検出素子とを備えた、アクティブ型の磁気センサである場合には、上記エンコーダ１２ａを鋼板等の磁性金属製とする。上記センサが、永久磁石と、ポールピースと、コイルとから成る、パッシング型の磁気センサの場合も同様である。この様な構造でも、上記実施の形態の第１例の場合と同様に、このエンコーダ１２ａの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する。磁気センサを使用する場合には、エンコーダの被検出面に、透孔に代えて、扇形或は逆扇形の凹部や凸部を形成する事もできる。被検出面にＮ極とＳ極とを配置した永久磁石製のエンコーダの場合には、磁束強度が不均一になる事に伴って、荷重の検出精度が悪化する可能性があるが、磁性金属に透孔、或は凹部や凸部を形成したエンコーダを使用すれば、この様な問題を生じないので、上記荷重の検出精度を確保し易い。
【００７１】
これに対して、上記センサが光学式のものである場合には、上記エンコーダ１２ａの被検出面に形成する上記第一被検出部又は第二被検出部の一方の構造は透孔に限る。この場合には、このエンコーダ１２ａを構成する材質は、光を遮る材質であれば良い。光学式のセンサを使用する場合には、このエンコーダ１２ａの被検出面のうちで上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って、このセンサの出力信号が変化する周期が変化する（変化の大きさは変わらない）。
エンコーダ１２ａ以外の部分の構造及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。
【００７２】
［実施の形態の第３例］
図７は、請求項１、２、１９に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間にエンコーダ１２ｂを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｂは、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成した支持板１４ａを備える。そして、この支持板１４ａの円輪部２３の軸方向片側面に、前述の図２、３に示す様な永久磁石製のエンコーダ本体１５を添着するか、上記円輪部２３に前述の図６に示す様な透孔２１、２１ａ若しくは凹孔を形成する事で、この円輪部２３自体にエンコーダとしての機能を持たせる。
【００７３】
この様なエンコーダ１２ｂと組み合わされるセンサ１３ａは、外輪３の軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成された取付孔２０ａに、この外輪３の径方向外方から内方に向け挿通している。そして、上記センサ１３ａの先端部で軸方向側面に設けた検出部を、上記円輪部２３の軸方向側面に添着したエンコーダ本体１５の被検出面又はこの円輪部２３自身の側面に近接対向させている。
上記センサ１３ａの出力信号のパターンに基づいてハブ４ａの中心軸と上記外輪３の中心軸とのずれを求め、このずれからこれらハブ４ａと外輪３との間に作用するラジアル荷重を求める点に関しては、前述した実施の形態の第１例或は実施の形態の第２例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００７４】
［実施の形態の第４例］
図８〜１０は、請求項１、８に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、被検出面であるエンコーダ１２ｃの軸方向側面に複数の被検出用組み合わせ部２４、２４を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部２４、２４は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分２５、２５により構成している。この様な各個性化部分２５、２５としては、図８の（Ａ）に示す様なスリット状の長孔、同じく（Ｂ）に示す様な凹孔、同じく（Ｃ）に示す様な土手状の凸部を採用可能である。上記各個性化部分２５、２５が何れのものであっても、上記各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部２４、２４で、径方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。図示の例では、各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｃの径方向外側程大きくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｃの径方向外側程小さくなる方向に傾斜している。
【００７５】
上述の様なエンコーダ１２ｃの被検出面にその検出部を対向させたセンサの出力信号は、図１０に示す様に、上記各個性化部分２５、２５に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の径方向位置の変化に伴って変化する。
例えば、外輪等の静止側軌道輪とハブ等の回転側軌道輪との間に標準的なラジアル荷重（標準値）が加わっている場合、上記センサの検出部は、図９、１０に鎖線αで示した、上記被検出面の中央部を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ｂ）に示す様に変化する。
これに対して、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも大きくなると、上記センサの検出部は、例えば、図９、１０に鎖線βで示した、上記被検出面の径方向内寄り部分を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ａ）に示す様に変化する。
更に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わるラジアル荷重が標準値よりも小さくなると、上記センサの検出部は、例えば、図９、１０に鎖線γで示した、上記被検出面の径方向外寄り部分を走査する。この場合に上記センサの出力信号は、図１０の（Ｃ）に示す様に変化する。
従って、本例の場合も、上記センサの出力信号のパターン（変化の間隔）を見れば、上記静止側軌道輪の中心軸と上記回転側軌道輪の中心軸とがずれている程度（径方向変位量）を求め、更にこのずれている程度から、これら両軌道輪同士の間に加わるラジアル荷重を求める事ができる。
【００７６】
［実施の形態の第５例］
図１１〜１３は、請求項１、９、１１、１９に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に、エンコーダ１２ｄを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｄは、図１２の（Ａ）に示す様な帯状の素材を丸める事により、図１２の（Ｂ）に示す様に構成したもので、円筒状の支持板１４ｂの外周面に同じく円筒状のエンコーダ本体１５ｂを、全周に亙って添着固定して成る。
【００７７】
上記エンコーダ本体１５ｂは、ゴム磁石、プラスチック磁石等の永久磁石製で、径方向に着磁している。着磁方向は、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で変化させている。従って、被検出面である上記エンコーダ本体１５ｂの外周面には、Ｎ極とＳ極とが、交互に、且つ、等間隔で配置されている。このうち、第一被検出部であるＮ極に着磁された部分の円周方向に関する幅は、上記エンコーダ本体１５ｂの軸方向一端部で広く、他端部で狭くしている。これに対して、第二被検出部であるＳ極に着磁された部分の円周方向に関する幅は、上記エンコーダ本体１５ｂの軸方向一端部で狭く、他端部で広くしている。
【００７８】
この様なエンコーダ１２ｄと組み合わされるセンサ１３ｂは、外輪３の軸方向中間部で複列の外輪軌道６、６の間部分に形成された取付孔２０ａに、この外輪３の径方向外方から内方に向け挿通している。そして、上記センサ１３ｂの先端面に設けた検出部を、上記エンコーダ本体１５ｂの外周面に近接対向させている。
【００７９】
上述の様な構成を有する本例の場合、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に加わるアキシアル荷重の変動に伴ってこれら外輪３とハブ４ａとの相対位置が軸方向にずれると、上記エンコーダ本体１５ｂの外周面のうちで上記センサ１３ｂの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。この結果、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、上記センサ１３ｂの出力信号が変化するパターンは、図１３に示す様に変わる。この図１３に示す様なセンサ１３ｂの出力信号が変化するパターンと、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に加わるアキシアル荷重の大きさとの関係も、前述した実施の形態の第１例でのラジアル荷重と出力信号の変化のパターンとの関係と同様に、計算或は実験により求められる。従って、この出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記アキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
【００８０】
［実施の形態の第６例］
図１４は、請求項１、９、１１、１９に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの軸方向内端部にエンコーダ１２ｅを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｅは、支持板１４ｃを備える。そして、この支持板１４ｃの円筒部２６の内周面に、その内周面にＮ極とＳ極とを、それぞれ扇形若しくは台形の範囲に着磁した状態で交互に配置した永久磁石製のエンコーダ本体を添着するか、上記円筒部２６に扇形若しくは台形の透孔を形成する事で、この円筒部２６自体にエンコーダとしての機能を持たせる。そして、外輪３の内端開口部に固定したカバー１８ａに支持固定したセンサ１３ｃの検出部を、被検出面である上記エンコーダ１２ｅの内周面に近接対向させている。
この様な本例の場合も、上記センサ１３ｃの出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記外輪３と上記ハブ４ａとの間に作用するアキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
【００８１】
［実施の形態の第７例］
図１５は、請求項１、１５に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例は、前述の図８〜１０に示した実施の形態の第４例の構造を、アキシアル荷重の大きさを求める為に適用したものである。即ち、本例の場合には、被検出面である円筒状のエンコーダ１２ｆの外周面（又は内周面）に、複数の被検出用組み合わせ部２４、２４を、円周方向に亙り等間隔で配置している。これら各被検出用組み合わせ部２４、２４は、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分２５、２５により構成している。この様な各個性化部分２５、２５として本例の場合には、スリット状の長孔を採用している。
【００８２】
この様な各個性化部分２５、２５を有する上記エンコーダ１２ｆは、図１５の（Ａ）に示す様な、予め上記各長孔を打ち抜き形成した帯状の磁性金属板を丸め、円周方向両端縁同士を突き合わせ溶接する事により造る。尚、上記各個性化部分２５、２５としては、前述の図８の（Ｂ）に示す様な凹孔、同じく（Ｃ）に示す様な土手状の凸部も採用可能である。本例の場合も、上記実施の形態の第４例の場合と同様に、上記各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部２４、２４で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化させる。即ち、各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する１対ずつの個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｆの軸方向一端（図１５の右下端）程小さくなり、円周方向に隣り合う各被検出用組み合わせ部２４、２４を構成する個性化部分２５、２５同士の円周方向に関する間隔が、上記エンコーダ１２ｆの軸方向他端（図１５の左上端）程小さくなる方向に傾斜している。
【００８３】
上述の様なエンコーダ１２ｆの被検出面である外周面（又は内周面）にその検出部を対向させたセンサの出力信号は、前述の実施の形態の第４例の場合と同様に、図１０に示す様に、上記各個性化部分２５、２５に対向する瞬間に変化する。そして、変化する間隔（周期）は、上記センサの検出部が対向する部分の軸方向位置の変化に伴って変化する。従って、本例の場合も、上記センサの出力信号のパターンを見れば、静止側軌道輪と回転側軌道輪とが軸方向にずれている程度（軸方向変位量）を求め、更にこのずれている程度から、これら両軌道輪同士の間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。上記センサの出力信号のパターンから荷重を求める手法に関しては、求めるべき荷重がラジアル荷重からアキシアル荷重に変わった以外、上記実施の形態の第４例の場合と同様である。
尚、請求項１２に対応する構造は図示しない。但し、図８の（Ａ）に示した円輪状のエンコーダ１２ｃの構造を図１５の（Ｂ）に示した円筒状のエンコーダ１２ｆに適用したのと同様に、図６に示した円輪状のエンコーダ１２ａの構造を円筒状のエンコーダに適用すれば、上記請求項１２に対応する構造となる。
【００８４】
［実施の形態の第８例］
図１６〜１８は、請求項１、９、１３、１９に対応する、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａで本発明を実施した場合に就いて示している。又、重量の嵩む車両に組み込む事を考慮して、転動体５ａ、５ａとして円すいころを使用している。この様な本例の場合、ハブ４ｂの軸方向中間部で複列の内輪軌道１１ａ、１１ａ同士の間部分に、図１７に示す様なエンコーダ１２ｇを外嵌固定している。このエンコーダ１２ｇは、磁性金属材により全体を円環状とされたもので、外周面に、第一被検出部である凸部２７、２７と、第二被検出部である凹部２８、２８とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で形成している。
【００８５】
上述の様な構成を有する本例の場合、内周面に複列の外輪軌道６ａ、６ａを形成した外輪３ａと、上記ハブ４ｂとの間に加わるアキシアル荷重の変動に伴ってこれら外輪３ａとハブ４ｂとの相対位置が軸方向にずれると、上記エンコーダ１２ｇの外周面のうちでこの外輪３ａの軸方向中間部に支持したセンサ１３ｄの検出部が対向する部分の軸方向位置が変化する。この結果、前述した実施の形態の第５例の場合と同様に、上記センサ１３ｄの出力信号が変化するパターン（デューティー比）が、図１８に示す様に変わる。この図１８に示す様なセンサ１３ｄの出力信号が変化するパターンと、上記外輪３ａと上記ハブ４ｂとの間に加わるアキシアル荷重の大きさとの関係も、前述した実施の形態の第５例と同様に、計算或は実験により求められる。従って、この出力信号の変化のパターンを観察する事で、上記アキシアル荷重の大きさを求める事ができる。
尚、本例の様に、台形若しくは倒立台形の凹部と凸部とを円周方向に関して交互に配置する構造を、被検出面を軸方向側面に形成したエンコーダに適用し、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重測定に使用する事もできる。
【００８６】
［実施の形態の第９例］
図１９〜２１は、請求項１、９、１３、１４、１９に対応する、本発明の実施の形態の第９例を示している。本例は、上述した実施の形態の第８例の構造を基本として、ハブ４ｂの中間部に外嵌固定するエンコーダ１２ｈの外周面に形成した凸部２７ａ、２７ａと凹部２８ａ、２８ａとの形状を工夫する事により、センサ１３ｄの出力信号を安定させるものである。即ち、本例の場合には、上記各凸部２７ａ、２７ａ及び凹部２８ａ、２８ａの軸方向両端部を、それぞれ上記エンコーダ１２ｈの円周方向に関する幅寸法がこのエンコーダ１２ｈの軸方向に関して変化しない、平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂとしている。従って、上記エンコーダ１２ｈの被検出面である外周面の特性が円周方向に関して変化するピッチは、この外周面の軸方向中間部では、軸方向位置により変動するが、軸方向両端部では軸方向位置に拘らず変動しない。
【００８７】
本例の場合に、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂを設ける事で、上記センサ１３ｄの出力信号を安定させられる理由は、次の通りである。前述した通り、エンコーダとして磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、上述した実施の形態の第８例の構造の場合には、この特性変化のピッチを短くすべく、凹部と凸部との間隔を短くすると、センサの検出部がエンコーダの被検出面の幅方向両端部（軸方向両端部）近傍に対向する状態で、これら検出部と被検出面との間を流れる磁束の流れが不安定になり、上記センサの出力が不安定になり易い。例えば、図１７に示したエンコーダ１２ｇで、凸部２７、２７と凹部２８、２８とのピッチを短くした場合、円周方向に隣り合う台形の凸部２７、２７の底辺同士が近接する。特に、上記エンコーダ１２ｇとセンサ１３ｄとが軸方向に大きくずれた場合でもハブ４ｂの回転速度検出を可能とすべく、これらエンコーダ１２ｇとセンサ１３ｄとの間で許容される軸方向に関する相対変位量を確保する為に、上記台形形状の高さ寸法を大きくした場合に、上述の様に円周方向に隣り合う台形の凸部２７、２７の底辺同士が近接する傾向が著しくなる。
【００８８】
これに対して本例の場合には、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂを設ける事に伴って、円周方向に隣り合う台形の凸部２７ａ、２７ａの底辺同士が過度に近接する事を防止できる。そして、上記センサ１３ｄの検出部が上記エンコーダ１２ｈの外周面の軸方向端部で上記凸部２７ａ、２７ａの底辺に対応する部分に対向した場合でも、上記センサ１３ｄの検出部と上記エンコーダ１２ｈの被検出面との間を流れる磁束の流れを安定させて、上記センサ１３ｄの出力を安定させる事ができる。又、上記ハブ４ｂと外輪３ａとの軸方向の変位量が多少大きくなっても、上記センサ１３ｄによる、このハブ４ｂの回転速度検出を行なえる。
【００８９】
尚、上記各平行部２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂの円周方向両側縁の形状は、直線としているが、この部分の形状は必ずしも直線でなくても良い。例えば、上記センサ１３ｄの感度や感受範囲（スポット径）によって、軸方向に対し多少傾斜させたり、曲率半径の大きな円弧状にする事もできる。
又、上記エンコーダ１２ｈと組み合わせる上記センサ１３ｄの構造は、永久磁石を組み込んだものであれば、特にその型式を問わない。即ち、この永久磁石から出る磁束の流れを導くポールピースの周囲にコイルを巻回して成る、所謂パッシブ型のものであっても、磁束の密度に応じて特性を変化させる磁気検出素子を組み込んだ、所謂アクティブ型のものであっても使用できる。但し、図２１に示す様に、上記センサ１３ｄの検出部が上記エンコーダ１２ｈの軸方向中間部に対向した状態で、このエンコーダ１２ｈの外周面に存在する上記各凸部２７ａ、２７ａ及び前記凹部２８ａ、２８ａの、回転方向に関する長さ寸法の比率をセンシングする必要上、上記センサ１３ｄのスポット径は小さい方が、この比率を高精度で求める面から好ましい。
その他の部分の構造及び作用は、前述した実施の形態の第８例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９０】
［実施の形態の第１０例］
図２２〜２３は、請求項１、２、５、７、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例は、前述の図６の（Ａ）に示したエンコーダの形状を工夫する事により、センサ１３ｅの検出部がこのエンコーダの被検出面の外径寄り部分或は内径寄り部分に対向する場合にも、上記センサ１３ｅの出力が安定する様にしている。即ち、本例の場合には、磁性金属板製のエンコーダ１２ｉに形成した透孔２１ｂ、２１ｂと間部分２２ｂ、２２ｂとの内径側、外径側両端部に、非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを設けている。これら各非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂの円周方向両端縁は、それぞれ上記エンコーダ１２ｉの直径方向に存在する。従って上記各非変化部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂでは、被検出面である上記エンコーダ１２ｉの軸方向内側面の回転方向に関する特性変化のピッチが、径方向に関して変化しない。
本例の場合には、ラジアル荷重を測定する点に関しては、前述の図６に示した実施の形態の第２例と同様であり、磁束の流れを安定させてセンサ１３ｅの出力を安定させる点に関しては、上述の実施の形態の第９例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９１】
［実施の形態の第１１例］
図２４は、請求項１、１６に対応する、本発明の実施の形態の第１１例を示している。本例の場合には、被検出面であるエンコーダ１２ｊの外周面の円周方向等間隔の３個所位置に、それぞれセンサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの検出部を対向させている。そして、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈにより、ハブ４ａ（例えば図１１参照）の回転速度と、このハブ４ａと外輪３（例えば図１１参照）との間に加わるアキシアル荷重と、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重とを測定可能としている。尚、本例により求められるモーメント荷重は、上記ハブ４ａ及び外輪３の中心軸に対し直角方向の仮想軸の周りのモーメントである。
【００９２】
この様な本例の場合には、上記ハブ４ａと上記外輪３との間に加わるアキシアル荷重だけでなく、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重を測定できる。即ち、これらハブ４ａと外輪３との間にモーメント荷重が加わった結果、これらハブ４ａの中心軸と外輪３の中心軸とがずれると、これらハブ４ａと外輪３との間に生じる、アキシアル方向のずれが、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの検出部が対向する部分毎に異なる。そして、上記モーメント荷重の方向に応じて、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号が異なるパターン（これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の大小関係）が異なる。又、上記モーメント荷重が大きくなる程、各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号同士の差が大きくなる。従って、これら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の大小関係と、上記モーメント荷重の作用方向及び大きさとの関係を、予め計算或は実験により求めて演算器にインストールするソフトウェアの計算式中に組み込んでおけば、上記ハブ４ａと上記外輪３との間に加わるアキシアル荷重だけでなく、これらハブ４ａと外輪３との間に加わるモーメント荷重を測定できる。
【００９３】
例えば、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号に基づいて、各部分に加わるアキシアル荷重を測定し、これら各部分のアキシアル荷重と、前記エンコーダ１２ｊの直径とから、上記モーメント荷重を算出する。尚、上記アキシアル荷重は、上記各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号の平均値に基づいて求めるか、或はこれら各センサ１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの出力信号より求めたアキシアル荷重を平均する。この様にして求めたアキシアル荷重及びモーメント荷重、並びに上記ハブ４ａの回転速度を表す信号は、他の実施の形態の場合と同様に、ＡＢＳやＴＣＳの制御器に送り、車両の姿勢安定化の為の制御に利用する。
その他の部分の構造及び作用は、例えば前述の図１１〜１３に示した実施の形態の第５例、或は前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例と同様であるから、重複する説明は省略する。
【００９４】
［実施の形態の第１２例］
図２５〜２７は、請求項１、１９、２１に対応する、本発明の実施の形態の第１２例を示している。本例は、エンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの設置位置を工夫する事により、外輪３ａとハブ４ｂとの間に作用するアキシアル荷重の測定精度を向上させる事を目的としたものである。先ず、この様な点を考慮した構造が必要になる理由に就いて、説明する。
前述した通り、エンコーダとして、図１７に示す様に、磁性材製で被検出面に凹凸部を形成したものを使用する事により、永久磁石製のエンコーダに比べて被検出面の特性変化のピッチを高精度にできる。但し、被検出面にそれぞれが台形である凸部２７、２７と凹部２８、２８とを交互に形成した磁性材製のエンコーダ１２ｇと、磁気検知式のセンサとを組み合わせた場合でも、このセンサの出力信号のデューティ比（出力信号の電圧の高位と低位との比）の変化量は僅かになる。この様にデューティ比の変化量が僅かである場合にも、上記センサの出力信号に基づいて上記荷重を正確に求める為には、この出力信号中に含まれるノイズ成分を補正（除去）すべく、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ、適応フィルタ等のフィルタによるデータ処理が必要となる。これらのデータ処理のうちの適応フィルタ以外のデータ処理は応答遅れを伴うので、車両の走行状態安定化制御をより的確に行なう面からは好ましくない。又、応答フィルタは応答遅れがない代わりにコストが嵩む。
【００９５】
これらの事を考慮した場合には、上記出力信号中に含まれるノイズ成分のレベルを小さくし、応答遅れを生じたりコストを増大させる様なフィルタによる後処理を極力避ける事が好ましい。上記ノイズ成分のレベルを相対的に小さく（Ｓ／Ｎ比を大きく）する為には、検出すべき荷重に基づく変位により上記出力信号のデューティ比が変化する程度を大きくすれば良い。この為には、上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８との境界部（段差部）の軸方向に対する傾斜角度を大きくする事が考えられる。この傾斜角度を大きくすれば、上記エンコーダ１２ｇの軸方向の変位に関して、単位変位当たりのデューティ比の変化量を大きくできる。但し、上記傾斜角度を大きくすると、上記エンコーダ１２ｇの全周に亙って形成できる上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８との数が少なく（特性変化に関する１ピッチの幅が大きく）なり、上記エンコーダ１２ｇが１回転する間に前記センサ１３Ａの出力信号が変化する回数（パルス数）が減る。この結果、前記外輪３ａと前記ハブ４ｂとの間に作用する荷重をよりリアルタイムで求める面から不利になる為、条件によっては使用できない。
本例は、上述の様な事情に鑑みて、上記境界部の軸方向に対する傾斜角度を特に大きくせずに、上記エンコーダ１２ｇの単位変位当たりの、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくし、このエンコーダ１２ｇの変位、延いては前記アキシアル荷重を精度良く測定可能とすべく発明したものである。
【００９６】
上述の様な事情に鑑みて本例の場合には、被検出面である外周面に上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８とを交互に配置した上記エンコーダ１２ｇを、回転側軌道輪であるハブ４ｂの軸方向内端部に外嵌固定している。又、外輪３ａ若しくは懸架装置を構成するナックル等、回転しない部分に支持したセンサ１３Ａを上記エンコーダ１２ｇの上方に配置し、このセンサ１３Ａの検出部を、このエンコーダ１２ｇの外周面の上端部に、径方向に対向させている。更に、このエンコーダ１２ｇの外周面に形成した上記各凸部２７、２７と上記各凹部２８、２８とのうちで、これら各凹部２８、２８の円周方向に関する幅を、軸方向内端側（図２５の右側）で広く、同じく外端側（図２５の左側）で狭くしている。本例の場合には、この様な構成により、上記エンコーダ１２ｇの単位変位当たりの、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくできて、このエンコーダ１２ｇの変位、延いては前記アキシアル荷重を精度良く測定できる。
【００９７】
即ち、図２６に示す様に、路面と車輪支持用転がり軸受ユニット１ａとの間には所定の高さ（車輪半径）が存在する為に、自動車の車輪（タイヤ）の外周面と路面との間で発生するアキシアル荷重は上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに、モーメント荷重を含む荷重として作用する。そして、このモーメント荷重を含む荷重により、上記ハブ４ｂと上記外輪３ａとの間に相対的な変位が発生する。例えば路面から車体内側方向（図２５の右方向）にアキシアル荷重が作用する場合、上記ハブ４ｂ全体が車体内側方向に変位すると同時に、モーメント荷重によってこのハブ４ｂが図２５の反時計方向に揺動する傾向になる。この結果、上記エンコーダ１２ｇは、図２５の右方向に変位すると共に上方向にも変位する。この様に上記アキシアル荷重は、モーメント荷重を含む荷重として上記ハブ４ｂと上記外輪３ａとの間に加わり、これらハブ４ｂと外輪３ａとが相対変位する。この場合に、上記モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させる事が、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくする面から有効である。本例は、この様な観点から発明したものである。
【００９８】
前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例部分の説明から明らかな様に、上記エンコーダ１２ｇが右方向に変位する事により、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比が変化する。同時に、上記エンコーダ１２ｇが上方向に変位する事によっても、このデューティ比が変化する。この様にエンコーダ１２ｇが上方向に変位する事によりこのデューティ比が変化する状態を、図２７により説明する。この図２７の縦軸は、上記センサ１３Ａの検出部と上記エンコーダ１２ｇの外周面（被検出面）との相対変位を表している。但し、上記図２７の縦軸を磁束密度と考えても同様である。何れにしても、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する前記各凸部２７、２７と前記各凹部２８、２８との境界部にダレや面取りが存在する場合、或は、上記センサ１３Ａの検出部の直径（スポット径）が大きい場合には、このセンサ１３Ａの出力信号の波形は、完全な矩形波ではなく、正弦波に近い波形になる。
【００９９】
この出力信号の波形がこの様な正弦波的な波形であると、この出力信号の立上り及び立下りのエッジを識別するスレッシュレベルが一定値の場合、上記エンコーダ１２ｇが上記センサ１３Ａ側に変位すると、上記図２７に示した波形は全体的にオフセットする。即ち、これらエンコーダ１２ｇの被検出面とセンサ１３Ａの検出部との距離が短くなる事で、出力信号の電圧レベルが全体的に高くなる。この状態では、図２７の上側の曲線とスレッシュレベルとの交点を見れば明らかな通り、上記出力信号の１周期に占める、凸部２７、２７と認識される部分の割合が増え、上記デューティ比が変化する。即ち、アキシアル方向（横方向）に変位しなくても、上記センサ１３Ａの出力信号のデューティ比が変化する。
【０１００】
上述の説明から明らかな通り、図２５に示す様に、センサ１３Ａが上記エンコーダ１２ｇの上方に配置されている場合、このエンコーダ１２ｇが上方に変位し、このエンコーダ１２ｇの外周面と上記センサ１３Ａの検出部との距離（ギャップ）が小さくなると、このセンサ１３Ａの出力信号の１周期に占める、上記各凸部２７、２７と認識される部分の割合が増える。従って、モーメント荷重を含む荷重として作用する、軸方向内側（図２５の右側）に向いたアキシアル荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇの変位が、上記各凸部２７、２７の割合が大きくなる方向にこのエンコーダ１２ｇを装着しておけば、上記モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させて、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。路面から車体外側方向（図２５の左方向）にアキシアル荷重が作用する場合も、上述の説明で方向が逆になる以外、同じである。
【０１０１】
［実施の形態の第１３例］
図２８は、請求項１、１９、２２に対応する、本発明の実施の形態の第１３例を示している。本例の場合には、エンコーダ１２ｇの下方にセンサ１３Ａを配置し、このセンサ１３Ａの検出部を、被検出面である、このエンコーダ１２ｇの外周面の下端部に対向させている。そして、このエンコーダ１２ｇの外周面に形成された各凸部２７、２７と各凹部２８、２８（図１７、２７参照）とのうちの凹部２８、２８の円周方向に関する幅を、軸方向外端側で広く、同じく内端側で狭くしている。即ち、本例の場合には、上記センサ１３Ａの設置位置を上述した実施の形態の第１２例と上下逆にすると同時に、上記各凹部２８、２８の配列を、この実施の形態の第１２例と内外逆にしている。
【０１０２】
この様な本例の場合も、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサ１３Ａとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサ１３Ａとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。尚、本例の様に、上記エンコーダ１２ｇの下方に上記センサ１３Ａを設置すると、アキシアル荷重による横方向変位と、モーメント荷重による横変位との方向が一致するので、荷重の測定精度確保の面からは好ましい。但し、上記センサ１３Ａを上記エンコーダ１２ｇの下方に設置すると、車輪が跳ね上げた石等の異物によりこのセンサ１３Ａが損傷を受け易くなるので、このセンサ１３Ａの強度等を勘案して、各部品１３Ａ、１２ｇの設置位置及び設置方向を決定する。
【０１０３】
［実施の形態の第１４例］
図２９は、請求項１、１９、２３に対応する、本発明の実施の形態の第１４例を示している。本例の場合には、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダ１２Ａを、回転側軌道輪であるハブ４ｂの軸方向内端部に固定している。このエンコーダ１２Ａの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサ１３Ｂの検出部を、軸方向に対向させている。又、上記エンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くしている。
【０１０４】
車輪から車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに加わるアキシアル荷重を測定する為には、図２５〜２８に示す様に、円筒状のエンコーダ１２ｇの周面に存在する被検出面にセンサ１３Ａを、径方向に対向させて、アキシアル荷重に伴う、このセンサ１３Ａの出力信号のデューティ比の変化を検出する方が好ましい。但し、設置スペース上の制約等により、上記エンコーダ１２ｇやセンサ１３Ａの設置を行なえず、図２９に示す様に、センサ１３Ｂをエンコーダ１２Ａに対し、軸方向に対向させる可能性もある。前述した様に、車輪の外周面と路面との当接部から上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに加わるアキシアル荷重は、モーメント荷重を含む荷重として、この車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに作用する。従って、上述の様に、センサ１３Ｂをエンコーダ１２Ａに対し、軸方向に対向させる構造でも、上記アキシアル荷重を求める事は可能である。
【０１０５】
この様な構造で上記車輪支持用転がり軸受ユニット１ａに、例えば路面から軸方向内側（図２９の右側）に向いたアキシアル荷重が作用する場合、上記エンコーダ１２Ａはアキシアル荷重に基づいて右方向に変位し、このエンコーダ１２Ａの被検出面と上記センサ１３Ｂの検出部との距離（ギャップ）が小さくなる。同時に、このエンコーダ１２Ａは、上記モーメント荷重により上方向に変位する。従って、このモーメント荷重に基づく上方への変位により上記センサ１３Ｂの出力信号のデューティ比が変化する方向（傾向）と、上記アキシアル荷重に基づく上記距離の低減によりこのデューティ比が変化する方向とが同じになれば、全体としてのデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０６】
前述した様に、上記距離が小さくなると、上記出力信号の１周期に占める、凸部と認識される部分の割合が増える。従って、上記エンコーダ１２Ａの上方への変位によって、上記凸部と認識される部分の割合が大きくなる様に上記エンコーダ１２Ａの内側面に形成した凹凸を設定すれば、上記（モーメント荷重を含む）アキシアル荷重の変化に伴う、上記センサ１３Ｂの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。本例の様に、上記エンコーダ１２Ａの上方に上記センサ１３Ｂを設置すると共に、このエンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向外端側で広く、同じく内端側で狭くすれば、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２Ａと上記センサ１３Ｂとの相対変位の方向と、上記アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２Ａとセンサ１３Ｂとの相対変位の方向とを一致させて、上記出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０７】
［実施の形態の第１５例］
図３０は、請求項１、１９、２４に対応する、本発明の実施の形態の第１５例を示している。本例の場合には、エンコーダ１２Ａの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサ１３Ｂの検出部を、軸方向に対向させている。又、上記エンコーダ１２Ａの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅を、径方向内端側で広く、同じく外端側で狭くしている。即ち、本例の場合には、上記センサ１３Ｂの設置位置を上述した実施の形態の第１４例と上下逆にすると同時に、上記各凹部の配列を、この実施の形態の第１４例と径方向に関して内外逆にしている。
この様な本例の場合も、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２Ａと上記センサ１３Ｂとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２Ａとセンサ１３Ｂとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサ１３Ｂの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１０８】
［実施の形態の第１６例］
図３１は、請求項１、９、１３、１９に対応する、本発明の実施の形態の第１６例を示している。本例の構造の様に、センサ１３ｄを、外輪３ａの軸方向中間部で複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間に設置する場合には、エンコーダ１２ｇの被検出面に存在する凹部及び凸部の方向を規制する事による効果は、このエンコーダ１２ｇを軸方向内端部に設置する場合程顕著ではない。但し、上記センサ１３ｄの出力信号のデューティ比を少しでも大きくする為には、上記方向を規制する事が好ましい。この場合の規制方向に就いては、次の様に考える。
【０１０９】
先ず、外周面を被検出面とした円筒状のエンコーダ１２ｇに対してセンサを上方に配置し、このセンサの検出部をこのエンコーダ１２ｇの外周面に径方向に対向させる場合は、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する凹部と凸部とのうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向内側（図３１の右側）程大きくなる様にする。逆に、円筒状のエンコーダ１２ｇに対してセンサを下方に配置し、このセンサの検出部をこのエンコーダ１２ｇの外周面に径方向に対向させる場合は、このエンコーダ１２ｇの外周面に存在する凹部と凸部とのうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向外側（図３１の左側）程大きくなる様にする。この様に構成すれば、前述の実施の形態の第１２例或は実施の形態の第１３例と同様に、モーメント荷重に基づく上記エンコーダ１２ｇと上記センサとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダ１２ｇとセンサとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサの出力信号のデューティ比の変化を大きくできる。
【０１１０】
尚、仮に、センサを車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向外端部に設置した場合には、各部の設置位置並びに傾斜方向を総て逆にした構造が、モーメント荷重に基づく上記エンコーダと上記センサとの相対変位の方向と、アキシアル荷重に基づくこれらエンコーダとセンサとの相対変位の方向とを一致させて、このセンサの出力信号のデューティ比の変化を大きくする面からは好ましい。但し、スペース的な制約から、車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向外端部に設置する可能性は殆どないので、あまり意味はない。
【０１１１】
これに対して、センサを車輪支持用転がり軸受ユニットの軸方向中間部で複列に配置された転動体同士の間に設置する場合は多い。この様な場合に、車輪から車輪支持用転がり軸受ユニットのハブに対して、アキシアル荷重とモーメント荷重とを混ざり合った荷重が作用した場合、アキシアル荷重によってエンコーダ１２ｇが横方向に変位する。又、上記モーメント荷重によってハブ４ｂが回転する傾向になるが、この回転中心は、上記エンコーダ１２ｇの設置位置である、複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間である為、上記モーメント荷重により、上記エンコーダ１２ｇの上下位置が変動する事は殆どない。
【０１１２】
但し、上下荷重変化の影響により、多少なりとも上記エンコーダ１２ｇが上下方向に変位する為、このエンコーダ１２ｇを上記複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間に配置した場合であっても、このエンコーダ１２ｇに関する最適な取付方向がある。例えば、路面から車体の内側方向に向かってアキシアル荷重が作用するのは、自動車が旋回している時の外側車輪であり、この時は遠心力の影響で上下荷重（ラジアル荷重）が増加している場合が多い。逆に、例えば、路面から車体外側方向に向かって横荷重が作用するのは、自動車が旋回している時の内側車輪であり、この時は上下荷重が減少している場合が多い。
【０１１３】
この様な点を考慮して、前記図３１に示した構造では、上記複列に配置された転動体５ａ、５ａ同士の間で下側（路面側）に設置した前記センサ１３ｄの検出部を、上記エンコーダ１２ｇの外周面の下端部に対向させている。例えば、路面からハブ４ｂに、車体外側方向に向かうアキシアル荷重が作用した場合には、このアキシアル荷重によって上記エンコーダ１２ｇは、車体外側方向（図３１の左方向）に変位する。同時に上下荷重が減少するので、多少ではあるが、上記センサ１３ｄの検出部と上記エンコーダ１２ｇとの間の距離（ギャップ）が小さくなる。前述の様に、この距離が小さくなると、上記センサ１３ｄの検出信号の１周期に占める、凸部と認識される部分の割合が増える。そこで本例の場合には、上記エンコーダ１２ｇが車体外側方向に変位した時に凸部と認識される割合が増える様に、凹部の円周方向に関する幅が、車体外側ほど大きくなる様に、上記エンコーダ１２ｇを配置している。
【０１１４】
［実施の形態の第１７例］
図３２〜３５は、請求項１、１０、１１に対応する、本発明の実施の形態の第１７例を示している。本例の場合には、前述の図１１〜１３に示した実施の形態の第５例と同様に、ハブ４ａの中間部に、永久磁石製のエンコーダ１２ｋを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ１２ｋの外周面には、第一被検出部に相当するＮ極に着磁した部分と、第二被検出部に相当するＳ極に着磁した部分とが、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されている。特に、本例の場合には、上記第一、第二両被検出部に対応する、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を、上記エンコーダ１２ｋ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１２ｋ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。
【０１１５】
一方、外輪３の軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に１対のセンサ１３ｉ、１３ｉを設置し、これら両センサ１３ｉ、１３ｉの検出部を、上記エンコーダ１２ｋの外周面に、近接対向させている。これら両センサ１３ｉ、１３ｉの検出部がこのエンコーダ１２ｋの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１２ｋ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１３ｉ、１３ｉの検出部は、上記外輪３の中心軸に平行な仮想直線上に配置されている。又、この外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉ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１２ｋ、１３ｉ、１３ｉの設置位置を規制している。
【０１１６】
上述の様に構成する本例の場合、上記外輪３とハブ４ａとの間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ１３ｉ、１３ｉの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対して、上記エンコーダ１２ｋを固定したハブ４ａに、図３５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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉ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１２ｋを固定したハブ４ａに、図３５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１３ｉ、１３ｉの検出部は、図３５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１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０１１７】
上述の様に本例の場合には、上記両センサ１３ｉ、１３ｉの出力信号の位相が、上記外輪３とハブ４ａ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１３ｉ、１３ｉ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。従って本例の場合には、上記両センサ１３ｉ、１３ｉ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３とハブ４ａ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。
【０１１８】
［実施の形態の第１８例］
尚、上述した実施の形態の第１７例の様に、第一被検出部と第二被検出部との境界の傾斜方向を途中で変化させたエンコーダと１対のセンサとを組み合わせてアキシアル方向の荷重を求める発明は、図示の様な永久磁石製のエンコーダに限らずに実施できる。即ち、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部を透孔若しくは凹孔又は凸部とし、他方の被検出部を円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分又は凹部としたエンコーダと、適宜の、このエンコーダの性状に応じたセンサとを組み合わせても、アキシアル荷重の測定を行なえる。更には、エンコーダの被検出面である軸方向片側面に対向させて１対のセンサを、径方向にずらせて配置し、この被検出面に配置した第一被検出部と第二被検出部とをエンコーダの径方向に関して傾斜させると共に傾斜方向を途中で変化させた構造で、ラジアル荷重を測定する事もできる。
【０１１９】
図３６〜３８は、上述の様な事情に応じて考えた、本発明の実施の形態の第１８例を示している。本例の場合には、ハブ４ａの中間部に、磁性金属板製のエンコーダ１２Ｂを外嵌固定している。被検出面である、このエンコーダ１２Ｂの外周面には、第一被検出部に相当するスリット状の透孔３３ａ、３３ｂと、第二被検出部に相当する柱部３４ａ、３４ｂとが、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されている。尚、円周方向に隣り合う透孔３３ａ、３３ｂ同士、或は柱部３４ａ、３４ｂ同士のピッチは互いに等しいが、各透孔３３ａ、３３ｂの円周方向に関する幅と、各柱部３４ａ、３４ｂの円周方向に関する幅とが等しい必要はない。特に、本例の場合には、上記第一被検出部に対応する上記各透孔３３ａ、３３ｂと、第二被検出部に対応する上記各柱部３４ａ、３４ｂとを、上記エンコーダ１２Ｂ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１２Ｂの軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、本例のエンコーダ１２Ｂ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３３ａ、３３ａ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３３ｂ、３３ｂを形成している。
【０１２０】
一方、外輪３の軸方向中間部で複列に配置された転動体５、５同士の間部分に１対のセンサ１３Ｃ、１３Ｃを設置し、これら両センサ１３Ｃ、１３Ｃの検出部を、上記エンコーダ１２Ｂの外周面に、近接対向させている。これら両センサ１３Ｃ、１３Ｃの検出部がこのエンコーダ１２Ｂの外周面に対向する位置は、このエンコーダ１２Ｂの円周方向に関して同じ位置としている。又、この外輪３とハブ４ａ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３３ａ、３３ｂ同士の間に位置し、全周に連続するリム部３５が、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃ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１２Ｂ、１３Ｃ、１３Ｃの設置位置を規制している。
【０１２１】
上述の様に構成する本例の場合、上記外輪３とハブ４ａとの間にアキシアル荷重が作用すると、前述した実施の形態の第１７例の場合と同様に、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪３とハブ４ａ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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対して、上記エンコーダ１２Ｂを固定したハブ４ａに、図３９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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃ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１２Ｂを固定したハブ４ａに、図３９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１３Ｃ、１３Ｃの検出部は、図３９の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記リム部３５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１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【０１２２】
上述の様に本例の場合も、上記実施の形態の第１７例の場合と同様に、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃの出力信号の位相が、上記外輪３とハブ４ａ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１３Ｃ、１３Ｃ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。従って本例の場合も、上記両センサ１３Ｃ、１３Ｃ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３とハブ４ａ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。
【０１２３】
尚、何れの実施の形態に就いても、センサの検出部の面積（スポット径）は小さい方が好ましい。この理由は、荷重変動に伴う、エンコーダの被検出面の特性変化のパターンの変化を求める為、このパターン変化を高精度で読み取れる様にする為である。又、上記センサの構造は、磁気式、光学式等、特に問わないが、磁気式のものが、低コストで必要とする精度を有するセンサを得易い事から好ましい。又、磁気式のセンサを使用する場合に、パッシブ型、アクティブ型、何れの構造のものも使用可能であるが、上記スポット径を小さくして精度の良い測定を行なえる事、低回転時から測定を行なえる事から、アクティブ型のセンサが、好ましく使用できる。更に、アクティブ型のセンサであれば、検出素子を通過する磁束の密度の変化に対応して出力の切換（ＯＮ・ＯＦＦ）を行なうユニポーラ型を含め、各種構造の磁気センサを使用できる。
【０１２４】
［実施の形態の第１９例］
図４０〜４１は、上述した実施の形態の第１８例と同様の事情に応じて考えた、本発明の実施の形態の第１９例を示している。本例の場合には、磁性金属板製のエンコーダ１２Ｃの幅方向中央部に、それぞれが「く」字形であって互いに同じ大きさと形状とを有する多数の透孔３３、３３を、円周方向に亙り等間隔に形成している。これら各透孔３３、３３は、上記エンコーダ１２Ｃの幅方向中央部を境とした、鏡面対称な形状に造られている。即ち、本例のエンコーダ１２Ｃは、上述した実施の形態の第１８例のエンコーダ１２Ｂからリム部３５（図３７〜３９参照）を省略した如き形状を有する。そして、上記各透孔３３、３３を形成した、幅寸法Ｗ33なる部分を、上記エンコーダ１２Ｃの有効範囲としている。
【０１２５】
この様なエンコーダ１２Ｃの被検出面（例えば外周面）に１対のセンサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部を、近接対向させている。これら両センサ１３Ｄ、１３Ｅは、それぞれ、ホール素子等の磁気検知素子３６と永久磁石３７とを組み合わせて成る。この様な両センサ１３Ｄ、１３Ｅは、それぞれの検出部となる磁気検知素子３６を上記エンコーダ１２Ｃの被検出面に対向させた状態で、図示しないホルダを介して、やはり図示しない、静止側軌道輪等の固定部分に支持固定している。この状態で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用せず、これら両軌道輪同士のアキシアル方向に関する位置関係が中立状態である場合に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が、図４１の（Ａ）に示す様に、上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の幅方向中央位置、即ち、上記各透孔３３、３３の傾斜方向が変化する境界位置から、この幅方向に同じ距離ａ、ｂ（ａ＝ｂ）だけ離れた位置に対向する。
【０１２６】
尚、上記中立状態での幅方向中央位置からの距離ａ、ｂは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位した状態での変位量ｃよりも大きく（ａ＝ｂ＞ｃ）している。従って、図４１の（Ｂ）に示す様に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位しても、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の幅方向に関して、上記幅方向中央位置を越えて変位する（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨ぐ）事はない。この為、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に変位する限り、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出信号同士の位相差を、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのアキシアル方向に関する変位量に比例して大きくできる（位相差に基づいて変位量を求める際のゲインを大きくできる）。
【０１２７】
これに対して、上記幅方向中央位置からの距離ａ、ｂが、上記最も変位した状態での変位量ｃよりも小さいと、図４１の（Ｃ）に示す様に、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とがアキシアル方向に最も変位した状態で、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記幅方向中央位置を越えて変位する（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨ぐ）。この結果、位相差に基づいて変位量を求める際のゲインが小さくなる（検出部が被検出面の幅方向中央位置を跨いだ後は、それまで増加していたゲインが減少し始める）だけでなく、異なる変位量に関して同じ位相差が出現する。この結果、この位相差に基づいてこの変位量を正確に求める事が難しくなる。これに対して（前述した実施の形態の第１７例、第１８例の場合も同様である事は勿論）本例の場合には、ａ＝ｂ＞ｃとしている為、上述の様な、変位が大きくなる事に伴うゲインの減少や、異なる変位量に関して同じ位相差が出現する事を防止できる。
【０１２８】
又、上記エンコーダ１２Ｃの円周方向に関する、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部の位置は、これら両センサ１３Ｄ、１３Ｅの設置スペース上の問題がない限り、一致させる事が好ましい。この理由は、一致させる事により、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部と上記エンコーダ１２Ｃの被検出面との間の位相を適正に規制する作業が容易になる為である。但し、設置スペースが限られている場合には、図４０に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅを上記エンコーダ１２Ｃの円周方向に関して互いにずらせて配置する事もできる。この場合でも、上記中立状態では、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部の上記各透孔３３、３３に関する位相を、互いに一致させる。言い換えれば、円周方向に関するずれ量Ｌを、これら各透孔３３、３３のピッチＰの整数倍（Ｌ＝ｎ・Ｐ、ｎは自然数）とする。
【０１２９】
上述の様に構成する本例の場合も、前述の実施の形態の第１８例と同様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号の位相差に基づいて、前記静止側軌道輪と前記回転側軌道輪とのアキシアル方向に関する変位量を求め、更にこの変位量からアキシアル荷重を求める事ができる。即ち、これら両軌道輪同士の間にアキシアル荷重が作用していない状態では、図４０の（Ａ）及び図４１の（Ａ）に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部が上記エンコーダ１２Ｃの幅方向中央位置からこの幅方向に同じ距離ａ、ｂだけ離れた位置に存在し、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号同士の間に位相差は存在しない。これに対して、上記両軌道輪同士の間にアキシアル荷重が作用した状態では、図４０の（Ｂ）及び図４１の（Ｂ）に示す様に、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの検出部による上記エンコーダ１２Ｃの被検出面の走査位置の、この被検出面の幅方向中央位置からの距離ａ1 、ｂ1 が互いに異なる（ａ1 ≠ｂ1 ）状態となる。この結果、上記両センサ１３Ｄ、１３Ｅの出力信号同士の間に、アキシアル方向の変位量に比例した位相差を生じる。従って、この位相差から、上記実施の形態の第１８例の場合と同様に、上記アキシアル荷重を求められる。
【０１３０】
［実施の形態の第２０例］
図４２は、本発明の実施の形態の第２０例を示している。本例は、前述の図１６〜１８に示した実施の形態の第８例に就いて、エンコーダ１２ｇの有効範囲と、センサ１３ｄの検出部との位置関係を示したものである。この様な構造の場合、上記エンコーダ１２ｇの被検出面の有効範囲Ｗ12は、このエンコーダ１２ｇの全幅とほぼ一致する。そして、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用せず、これら両軌道輪同士のアキシアル方向に関する位置関係が中立状態である場合に、上記センサ１３ｄの検出部が、図４２の（Ａ）に示す様に、このエンコーダ１２ｇの被検出面の幅方向中央位置に対向する。これに対して、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間にアキシアル荷重が作用し、これら両軌道輪同士がアキシアル方向にずれると、上記センサ１３ｄの検出部が、図４２の（Ｂ）に鎖線で示す様に、上記エンコーダ１２ｇの被検出面の幅方向中央位置から外れた位置に対向する。この場合でも、上記センサ１３ｄの検出部が上記有効範囲Ｗ12から外れる事はない。
【０１３１】
［実施の形態の第２１例］
図４３〜４４は、請求項１、２５に対応する、本発明の実施の形態の第２１例を示している。本例の場合も、例えば前述した各実施の形態を示す、図１、７、１１、１４、１６、１９、２２、２５、２６、２８〜３２、３６に示す様に、荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪を、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブとしている。特に、本例の場合には、エンコーダ１２Ｄを、回転側軌道輪であるハブと共に回転する部材である、ディスクロータ３８の外周縁部に設けている。
【０１３２】
周知の様にディスクロータ３８は、前述の図２６に示す様に、ハブ４ｂの外端部外周面に設けたフランジ１０に結合固定して、このハブ４ｂと共に回転する。又、上記ディスクロータ３８はこのハブ４ｂに対し、強固に結合固定される為、これらディスクロータ３８とハブ４ｂとは、同期して（一体的に）変位する。従って、このディスクロータ３８の外周縁部に上記エンコーダ１２Ｄを設け、この外周縁部にセンサ１３Ｆの検出部を対向させれば、上記ハブ４ｂと外輪３ａ（図２６参照）との間に加わるアキシアル荷重を求められる。
【０１３３】
上記ディスクロータ３８の外周縁部に上記エンコーダ１２Ｄを設ける為の構造は、特に限定しない。鋳鉄等の磁性材製のディスクロータ３８の場合には、外周縁部に直接、図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様な凹凸或いは孔（凹孔若しくは径方向の貫通孔）を形成して、上記ディスクロータ３８の外周縁の磁気特性を変化させる事ができる。この場合に、このディスクロータ３８がソリッド型である場合には、このディスクロータ３８の外周面に、上記図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様な形状を有する凹凸を形成する。これに対して、このディスク３８がベンチレーテッド型である場合には、このディスクロータ３８に、断面形状が上記図４３の（Ａ）〜（Ｃ）に示す様なものであり、それぞれが径方向に貫通する貫通孔を形成する。一方、上記ディスクロータ３８が、アルミニウム合金、アルミニウムコンポジット製等の非磁性材製である場合には、このディスクロータ３８の外周縁部に、別途磁性材により円環状に形成した、上記エンコーダ１２Ｄを外嵌固定する。この場合でも、上記ディスクロータ３８がソリッド型である場合には、上記エンコーダ１２Ｄの外周面に凹凸を、ベンチレーテッド型である場合には貫通孔を、それぞれ形成する。尚、以上の説明は、上記エンコーダ１２Ｄと上記センサ１３Ｆとの組み合わせが、磁気検知式の場合である。光学式等の場合には、上記ディスクロータ３８が非磁性材製であっても、このディスクロータ３８の外周面に上記凹凸或いは孔を直接形成して、この外周面を被検出面とする事ができる。
【０１３４】
一方、上記センサ１３Ｆに関しては、前記車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重に拘らず変位しない部分に支持する。この様な部分としては、懸架装置を構成するナックル３９（図２６参照）や、上記ディスクロータ３８と共にディスクブレーキを構成する制動用部材４０（図４４参照）が考えられる。この制動用部材４０としては、このディスクブレーキが対向ピストン型である場合にはキャリパを、フローティングキャリパ型である場合にはサポートを、それぞれ採用可能である。図示の例の場合には、上記制動用部材４０に上記センサ１３Ｆを、支持腕４１を介して支持している。この様な本例の構造によれば、上記車輪支持用転がり軸受ユニットに、上記エンコーダ１２Ｄ及びセンサ１３Ｆを設置する為の空間的余裕がない場合でも、荷重測定装置付転がり軸受ユニットを実現できる。尚、図示の場合とは逆に、ディスクロータ３８のうちで、パッドを押圧する為の円輪状の摩擦板部の内周縁部にエンコーダを設ける事もできる。この場合にはセンサを、車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪等の静止部材に設置する。
【０１３５】
［実施の形態の第２２例］
図４５は、請求項１、２６に対応する、本発明の実施の形態の第２２例を示している。本例の場合も、荷重測定装置を組み込む為の転がり軸受ユニットを、車輪支持用転がり軸受ユニットとしている。そして、静止側軌道輪である外輪３ａを、使用状態で懸架装置に支持固定されるものとし、回転側軌道輪を、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブ４ｂとしている。特に、本例の場合には、回転側軌道輪と共に回転する部材である、このハブ４ｂに結合固定された等速ジョイント４２の中間部外周面を、被検出面としている。
【０１３６】
周知の様にこの等速ジョイント４２は、上記ハブ４ｂを回転駆動する為のもので、このハブ４ｂと共に回転する。又、この等速ジョイント４２はこのハブ４ｂに対し、強固に結合固定される為、これら等速ジョイント４２とハブ４ｂとは、同期して（一体的に）変位する。従って、この等速ジョイント４２の外周面にエンコーダ１２Ｅを設け、このエンコーダ１２Ｅの外周面にセンサ１３Ｇ、１３Ｇの検出部を対向させれば、上記ハブ４ｂと外輪３ａとの間に加わるアキシアル荷重を求められる。この為に本例の場合には、上記等速ジョイント４２の中間部に円筒状のエンコーダ１２Ｅを外嵌固定している。そして、ナックル３９に支持した上記両センサ１３Ｇ、１３Ｇの検出部を、上記エンコーダ１２Ｅの外周面の２個所位置に近接対向させている。
この様な本例の構造によっても、上述した実施の形態の第２１例の場合と同様に、車輪支持用転がり軸受ユニット側部分に、エンコーダやセンサを装着するスペースを確保できない場合でも、この車輪支持用転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定できる構造を実現できる。
尚、本例の場合には、上記エンコーダ１２Ｅ部分の温度上昇が限られているので、このエンコーダ１２Ｅとして、磁性材製のものに限らず、永久磁石（磁性体）製のものも使用できる。
【符号の説明】
【０１３７】
１、１ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 荷重測定装置
３、３ａ 外輪
４、４ａ、４ｂ ハブ
５、５ａ 転動体
６、６ａ 外輪軌道
７ 取付部
８ ハブ本体
９ 内輪
１０ フランジ
１１、１１ａ 内輪軌道
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ エンコーダ
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ、１３Ｇ センサ
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 支持板
１５、１５ａ、１５ｂ エンコーダ本体
１６ 円輪部
１７ 円筒部
１８、１８ａ カバー
１９ 底板部
２０、２０ａ 取付孔
２１、２１ａ、２１ｂ 透孔
２２、２２ａ、２２ｂ 間部分
２３ 円輪部
２４ 被検出組み合わせ部
２５ 個性化部分
２６ 円筒部
２７、２７ａ 凸部
２８、２８ａ 凹部
２９ａ、２９ｂ 平行部
３０ａ、３０ｂ 平行部
３１ａ、３１ｂ 非変化部
３２ａ、３２ｂ 非変化部
３３、３３ａ、３３ｂ 透孔
３４ａ、３４ｂ 柱部
３５ リム部
３６ 磁気検知素子
３７ 永久磁石
３８ ディスクロータ
３９ ナックル
４０ 制動用部材
４１ 支持腕
４２ 等速ジョイント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する演算器とを備えたものであり、
上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に応じて連続的に変化しており、
上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記荷重を算出する機能を有するものである
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は径方向外側程広く、第二被検出部の幅は径方向内側程広い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら第一、第二両被検出部の境界が、上記エンコーダの直径方向に対し傾斜すると共に、この境界の直径方向に対する傾斜方向が、このエンコーダの直径方向中間部を境に互いに逆方向であり、この直径方向中間部を挟んでこのエンコーダの直径方向に離隔した位置に設置された１対のセンサの検出部が、このエンコーダの被検出面に対向している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
エンコーダが永久磁石製であって、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部がＮ極であり、他方の被検出部がＳ極である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部が透孔若しくは凹孔であり、他方の被検出部が円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項６】
第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部が凸部であり、他方の被検出部が円周方向に隣り合う凸部同士の間に存在する凹部である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項７】
エンコーダが磁性材製で、センサがこのエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、このエンコーダの径方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが径方向に関して変化しない非変化部が存在する、請求項５〜６の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項８】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で径方向に関して同じ方向に連続的に変化している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項９】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら第一、第二両被検出部の境界が、上記エンコーダの軸方向に対し傾斜すると共に、この境界の軸方向に対する傾斜方向が、このエンコーダの軸方向中間部を境に互いに逆方向であり、この軸方向中間部を挟んでこのエンコーダの軸方向に離隔した位置に設置された１対のセンサが、このエンコーダの被検出面に対向している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１１】
エンコーダが永久磁石製であって、第一被検出部がＮ極であり、第二被検出部がＳ極である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１２】
第一被検出部が透孔若しくは凹孔であり、第二被検出部が円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１３】
第一被検出部が凸部であり、第二被検出部が円周方向に隣り合う凸部同士の間に存在する凹部である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１４】
エンコーダが磁性材製で、センサがこのエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、このエンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在する、請求項１２〜１３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１５】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１６】
エンコーダの被検出面のうちで円周方向に異なる３個所以上位置に、それぞれセンサの検出部を対向させており、演算器は、これら各センサの出力信号を比較する事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるモーメント荷重を算出する機能を有する、請求項１〜１５の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１７】
エンコーダの被検出面がこのエンコーダの周面であり、各センサの検出部がこのエンコーダの周面の円周方向等間隔位置に対向している、請求項１６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１８】
エンコーダの被検出面がこのエンコーダの軸方向側面であり、各センサの検出部がこのエンコーダの軸方向側面の円周方向等間隔位置に対向している、請求項１６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１９】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で、静止側軌道輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪が車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する、請求項１〜１８の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２０】
転がり軸受ユニットが工作機械の主軸をハウジングに回転自在に支持する為のものであり、使用状態で、静止側軌道輪である外輪がこのハウジング若しくはこのハウジングに固定された部分に内嵌固定され、回転側軌道輪である内輪が上記主軸若しくはこの主軸と共に回転する部分に外嵌固定される、請求項１〜１８の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２１】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、径方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向内端側で広く同じく外端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２２】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、径方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向外端側で広く同じく内端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２３】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪とこのハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、軸方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、径方向外端側で広く同じく内端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２４】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪とこのハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、軸方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、径方向内端側で広く同じく外端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２５】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で、静止側軌道輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪が、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブであって、回転側軌道輪と共に回転する部材が、このハブに結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータであり、このディスクロータの外周面を被検出面としている、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２６】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、回転側軌道輪と共に回転する部材が、ハブに結合固定された等速ジョイントであって、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面としている、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１】
転がり軸受ユニットと荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、使用状態で回転する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道と回転側軌道との間に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、上記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪に結合固定されてこの回転側軌道輪と共に回転する部材の一部にこの回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材と同心に支持された、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、その検出部をこの被検出面に対向させた状態で回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応してその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に作用する荷重を算出する演算器とを備えたものであり、
上記被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相は、検出すべき荷重の作用方向に応じて連続的に変化しており、
上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記荷重を算出する機能を有するものである
荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は径方向外側程広く、第二被検出部の幅は径方向内側程広い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら第一、第二両被検出部の境界が、上記エンコーダの直径方向に対し傾斜すると共に、この境界の直径方向に対する傾斜方向が、このエンコーダの直径方向中間部を境に互いに逆方向であり、この直径方向中間部を挟んでこのエンコーダの直径方向に離隔した位置に設置された１対のセンサの検出部が、このエンコーダの被検出面に対向している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
エンコーダが永久磁石製であって、第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部がＮ極であり、他方の被検出部がＳ極である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部が透孔若しくは凹孔であり、他方の被検出部が円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項６】
第一被検出部と第二被検出部とのうちの一方の被検出部が凸部であり、他方の被検出部が円周方向に隣り合う凸部同士の間に存在する凹部である、請求項２〜３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項７】
エンコーダが磁性材製で、センサがこのエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、このエンコーダの径方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが径方向に関して変化しない非変化部が存在する、請求項５〜６の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項８】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に径方向に作用するラジアル荷重であり、被検出面がエンコーダの軸方向側面であり、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で径方向に関して同じ方向に連続的に変化している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項９】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら両被検出部の円周方向に関する幅のうち、第一被検出部の幅は軸方向一端側程広く、第二被検出部の幅は軸方向他端側程広い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１０】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、互いに異なる特性を有する第一被検出部と第二被検出部とが円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置されており、これら第一、第二両被検出部の境界が、上記エンコーダの軸方向に対し傾斜すると共に、この境界の軸方向に対する傾斜方向が、このエンコーダの軸方向中間部を境に互いに逆方向であり、この軸方向中間部を挟んでこのエンコーダの軸方向に離隔した位置に設置された１対のセンサが、このエンコーダの被検出面に対向している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１１】
エンコーダが永久磁石製であって、第一被検出部がＮ極であり、第二被検出部がＳ極である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１２】
第一被検出部が透孔若しくは凹孔であり、第二被検出部が円周方向に隣り合う透孔若しくは凹孔同士の間に存在する間部分である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１３】
第一被検出部が凸部であり、第二被検出部が円周方向に隣り合う凸部同士の間に存在する凹部である、請求項９〜１０の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１４】
エンコーダが磁性材製で、センサがこのエンコーダの被検出面の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させるものであり、このエンコーダの軸方向両端部に、第一、第二両被検出部同士の回転方向に関するピッチが軸方向に関して変化しない平行部が存在する、請求項１２〜１３の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１５】
検出すべき荷重が、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、被検出面がエンコーダの周面であり、この被検出面に、それぞれが他の部分とは特性が異なる１対の個性化部分より成る複数の被検出用組み合わせ部を、円周方向に亙り等間隔で配置しており、これら各被検出用組み合わせ部を構成する１対ずつの個性化部分同士の円周方向に関する間隔は、総ての被検出用組み合わせ部で軸方向に関して同じ方向に連続的に変化している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１６】
エンコーダの被検出面のうちで円周方向に異なる３個所以上位置に、それぞれセンサの検出部を対向させており、演算器は、これら各センサの出力信号を比較する事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に加わるモーメント荷重を算出する機能を有する、請求項１〜１５の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１７】
エンコーダの被検出面がこのエンコーダの周面であり、各センサの検出部がこのエンコーダの周面の円周方向等間隔位置に対向している、請求項１６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１８】
エンコーダの被検出面がこのエンコーダの軸方向側面であり、各センサの検出部がこのエンコーダの軸方向側面の円周方向等間隔位置に対向している、請求項１６に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項１９】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で、静止側軌道輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪が車輪を支持固定してこの車輪と共に回転する、請求項１〜１８の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２０】
転がり軸受ユニットが工作機械の主軸をハウジングに回転自在に支持する為のものであり、使用状態で、静止側軌道輪である外輪がこのハウジング若しくはこのハウジングに固定された部分に内嵌固定され、回転側軌道輪である内輪が上記主軸若しくはこの主軸と共に回転する部分に外嵌固定される、請求項１〜１８の何れかに記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２１】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、径方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向内端側で広く同じく外端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２２】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である外周面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部又は上記複列の内輪軌道の間部分に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪と上記ハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの外周面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、径方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、軸方向外端側で広く同じく内端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２３】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪とこのハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの上部にセンサの検出部を、軸方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、径方向外端側で広く同じく内端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２４】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、上記外輪の内周面に存在する、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道と、上記ハブの外周面に存在する、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道との間に転動体が、各列毎に複数個ずつ設けられており、上記ハブの軸方向外端部に車輪を支持固定する為のフランジが設けられ、被検出面である軸方向内側面に凹部と凸部とを交互に配置したエンコーダが上記ハブの軸方向内端部に固定されており、検出すべき荷重が、上記外輪とこのハブとの間に軸方向に作用するアキシアル荷重であり、上記エンコーダの軸方向内側面に存在する被検出面のうちの下部にセンサの検出部を、軸方向に対向させており、上記エンコーダの被検出面に形成された凹凸のうちの凹部の円周方向に関する幅が、径方向内端側で広く同じく外端側で狭い、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２５】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであり、使用状態で、静止側軌道輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪が、車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するハブであって、回転側軌道輪と共に回転する部材が、このハブに結合固定された、ディスクブレーキを構成するディスクロータであり、このディスクロータの外周面を被検出面としている、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２６】
転がり軸受ユニットが車輪支持用転がり軸受ユニットであって、使用状態で、静止側軌道輪である外輪が懸架装置に支持固定され、回転側軌道輪であるハブが車輪を支持固定してこの車輪と共に回転するものであり、回転側軌道輪と共に回転する部材が、ハブに結合固定された等速ジョイントであって、この等速ジョイントの一部外周面を被検出面としている、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【公開番号】特開２０１１−１８５９４４（Ｐ２０１１−１８５９４４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８０９４（Ｐ２０１１−９８０９４）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【分割の表示】特願２００５−１４７６４２（Ｐ２００５−１４７６４２）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【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２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【分割の表示】特願２００５−１４７６４２（Ｐ２００５−１４７６４２）の分割
【原出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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