この発明の第1実施形態を図1ないし図6と� ��に説明する。この実施形態は、第3世代型の 内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸 受に適用したものである。なお、この明細書 において、車両に取付けた状態で車両の車幅 方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と 呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード 側と呼ぶ。

 このセンサ付車輪用軸受における軸受は� ��図1に断面図で示すように、内周に複列の転 走面3を形成した外方部材1と、これら各転走� ��3に対向する転走面4を外周に形成した内方� �材2と、これら外方部材1および内方部材2の� �走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成� ��れる。この車輪用軸受は、複列のアンギュ� ��玉軸受型とされていて、転動体5はボールか らなり、各列毎に保持器6で保持されている� �上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール� �触角が背面合わせとなるように形成されて� �る。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間 の両端は、一対の密封装置7,8によってそれぞ れ密封されている。

 外方部材1は固定側部材となるものであって 、車体の懸架装置(図示せず)におけるナック� ��16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に 有し、全体が一体の部品とされている。フラ ンジ1aには周方向複数箇所にナックル取付用� ��ボルト孔14が設けられ、インボード側より� �ックル16のボルト挿通孔17に挿通したナック� ��ボルト18を前記ボルト孔14に螺合することに より、車体取付用フランジ1aがナックル16に� �付けられる。
 内方部材2は回転側部材となるものであって 、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ� ��9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端 の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハ� ��輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形 成されている。ハブ輪9のインボード側端の� �周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12 が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌� �している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設� �られている。ハブフランジ9aには、周方向複 数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が� �けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの� �元部付近には、車輪および制動部品(図示せ� ��)を案内する円筒状のパイロット部13がアウ� ��ボード側に突出している。

 図2は、この車輪用軸受の外方部材1をア� �トボード側から見た正面図を示す。なお、� �1は、図2におけるI-I線断面図を示す。前記車 体取付用フランジ1aは、図2のように、各ボル ト孔14が設けられた円周方向部分が他の部分� ��りも外径側へ突出した突片1aaとされている� ��

 固定側部材である外方部材1の外径面には 、4個のセンサユニット20が設けられている。 ここでは、これらのセンサユニット20が、タ� ��ヤ接地面に対して上下位置および前後位置� ��なる外方部材1の外径面における上面部、下 面部、右面部、および左面部に設けられてい る。

 これらのセンサユニット20は、図3および� ��4に拡大平面図および拡大断面図で示すよう に、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21� �取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出す る歪みセンサ22とでなる。歪み発生部材21は� �鋼材等の弾性変形可能な金属製で3mm以下の� �板材からなり、平面概形が全長にわたり均� �幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを� �する。切欠き部21bの隅部は断面円弧状とさ� �ている。また、歪み発生部材21は、外方部材 1の外径面にスペーサ23を介して接触固定され る2つの接触固定部21aを両端部に有する。な� �、歪み発生部材21の形状によっては、接触固 定部21aを2つ以上有するものとしても良い。� �た、歪み発生部材21の切欠き部21bは省略して も良い。歪みセンサ22は、歪み発生部材21に� �ける各方向の荷重に対して歪みが大きくな� �箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇� �として、歪み発生部材21の外面側で両側辺部 の切欠き部21bで挟まれる中央部位が選ばれて おり、歪みセンサ22は切欠き部21b周辺の周方� ��の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21� �、固定側部材である外方部材1に作用する外� ��、またはタイヤと路面間に作用する作用力� ��して、想定される最大の力が印加された状� ��においても、塑性変形しないものとするの� ��望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1 の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪み� ��測定に影響を及ぼすからである。

 前記センサユニット20は、その歪み発生� �材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の軸� ��向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21a� ��互いに円周方向に離れた位置に来るように� ��置され、これら接触固定部21aがそれぞれス� ��ーサ23を介してボルト24により外方部材1の� �径面に固定される。前記各ボルト24は、それ ぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通 するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト� �通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設け� �れたボルト孔27に螺合させる。このように、 スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触 固定部21aを固定することにより、薄板状であ る歪み発生部材21における切欠き部21bを有す� ��中央部位が外方部材1の外径面から離れた状 態となり、切欠き部21bの周辺の歪み変形が容 易となる。接触固定部21aが配置される軸方向 位置として、ここでは外方部材1のアウトボ� �ド側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が� ��ばれる。ここでいうアウトボード側列の転� ��面3の周辺とは、インボード側列およびアウ トボード側列の転走面3の中間位置からアウ� �ボード側列の転走面3の形成部までの範囲で� ��る。外方部材1の外径面へセンサユニット20� ��安定良く固定する上で、外方部材1の外径面 における前記スペーサ23が接触固定される箇� ��には平坦部1bが形成される。

 このほか、図5に断面図で示すように、外 方部材1の外径面における前記歪み発生部材21 の2つの接触固定部21aが固定される2箇所の中� ��部に溝1cを設けることで、前記スペーサ23を 省略し、歪み発生部材21における切欠き部21b� ��位置する2つの接触固定部21aの中間部位を外 方部材1の外径面から離すようにしても良い� �

 歪みセンサ22としては、種々のものを使� �することができる。例えば、歪みセンサ22を 金属箔ストレインゲージで構成することがで きる。その場合、通常、歪み発生部材21に対� ��ては接着による固定が行なわれる。また、� ��みセンサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体 にて形成することもできる。

 前記軸受内における軸方向中間位置には� ��図1のように、内方部材2の回転を検出する� �転検出手段として回転検出器40が設けられて いる。この回転検出器40はラジアル型のもの� ��あって、内方部材2の外周に嵌合させたセン サターゲットであるパルサリング41と、外付� ��材1の内周に設けられ前記パルサリングに対 して径方向に対面する磁性体センサ42とで構� ��される。パルサリング41は、円周方向に磁� �N,Sを並べた多極磁石であっても、ギヤ状の� �凸を円周方向に並べて形成した磁性体リン� �等、周方向に周期的な磁気変化を有するも� �であっても良い。磁性体センサ42は、内方部 材2と一体に回転する前記パルサリング41の磁 気変化を検出するものであり、ホールセンサ 、MRセンサ、MIセンサなどが使用される。

 センサユニット20の歪みセンサ22と回転検出 器40の磁性体センサ42とは平均化処理手段30に 接続される。平均化処理手段30は、歪みセン� ��22の出力信号を平均化する手段である。
 センサユニット20は、外方部材1のアウトボ� ��ド側列の転走面3の周辺となる軸方向位置に 設けられるので、歪みセンサ22の出力信号は� ��図6のようにセンサユニット20の設置部の近� ��を通過する転動体5の影響を受ける。すなわ ち、図6(A),(B)のように転動体5がセンサユニッ ト20における歪みセンサ22に最も近い位置を� �過するとき、歪みセンサ22の出力信号の振幅 はピーク値となり、転動体5がその位置から� �ざかるにつれて低下する。転動体5は所定の� ��列ピッチPで前記センサユニット20の設置部� ��近傍を順次通過するので、歪みセンサ22の� �力信号は、その振幅が転動体5の配列ピッチP を周期として図6(C)に実線で示すように周期� �に変化する波形となる。そこで、前記平均� �処理手段30は、転動体5が配列ピッチP分を公� ��する期間での前記出力信号の振幅を図6(C)に 鎖線で示すように平均化して、転動体5の影� �を解消する。なお図6(A)では、センサユニッ� ��20として、図5の構成例のものを示している� ��

 前記平均化処理手段30による平均化処理� �、例えば以下のように行なわれる。先ず、� �転検出器40の磁性体センサ42の出力信号から� ��方部材2の回転速度を演算し、演算した回転 速度から、転動体5が配列ピッチPの区間を公� ��する所要時間Tを算出する。この所要時間T� �に、所定の周期tでサンプリングした歪みセ� ��サ22の出力信号の振幅値の相加平均を求め� �。なお、この場合のサンプリング周期tは前� ��所要時間Tに比べて十分短い値とする。

 前記平均化処理手段30の次段には推定手� �31が設けられる。推定手段31は、前記平均化� ��理手段30で求められた前記歪みセンサ22の出 力信号の平均値から、車輪用軸受や車輪と路 面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷 重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向� �重Fy )を推定する手段である。この推定手段 30は、前記垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力� �なる荷重Fx ,軸方向荷重Fy と、歪みセンサ22 の出力信号(平均化処理済み)との関係を演算� ��またはテーブル等により設定した関係設定� ��段(図示せず)を有し、平均化処理された歪� �センサ22の出力信号から前記関係設定手段を 用いて作用力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動 力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する� �前記関係設定手段の設定内容は、予め試験� �シミュレーションで求めておいて設定する� �

 車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に� ��重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材� ��ある外方部材1にも荷重が印加されて変形が 生じる。センサユニット20における切欠き部2 1bを有する歪み発生部材21の2つの接触固定部2 1aが外方部材1に接触固定されているので、外 方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝 達され、その歪みが歪みセンサ22で感度良く� ��出され、その出力信号から荷重を推定でき� ��。ここでは、外方部材1の外径面における上 面部と下面部に配置される2個のセンサユニ� �ト20の出力信号から垂直方向荷重Fz と軸方� �荷重Fy を推定でき、外方部材1の外径面にお ける右面部と左面部に配置される2個のセン� �ユニット20の出力信号から駆動力や制動力に よる荷重Fx を推定できる。

 この場合、歪みセンサ22の出力信号は、� �のままでは転動体5の通過の影響を受けるが� ��平均化処理手段30がその出力信号を平均化� �理するので、転動体通過の影響が解消され� �。これにより、推定手段31では、車輪用軸受 や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重(� �直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx� �,軸方向荷重Fy )を精度良く推定できる。

 固定側部材である外方部材1の外径面に固 定されるセンサユニット20の各接触固定部21a� ��軸方向寸法が異なると、外方部材1の外径面 から接触固定部21aを介して歪み発生部材21に� ��達される歪みも異なる。この実施形態では� ��センサユニット20の各接触固定部21aを、外� �部材1の外径面に対して軸方向に同寸法とな� ��ように設けているので、歪み発生部材21に� �みが集中しやすくなり、それだけ検出感度� �向上する。

 また、この実施形態では、センサユニッ� ��20の歪み発生部材21は、平面概形が均一幅の 帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠 き部21bを有する薄板材からなるものとしてい るので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に 拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセン サ22で感度良く検出され、その出力信号に生� ��るヒステリシスも小さくなり、荷重を精度� ��く推定できる。また、歪み発生部材21の形� �も簡単なものとなり、コンパクトで低コス� �なものとできる。

 また、歪み発生部材21の切欠き部21bの隅� �は断面円弧状とされているので、切欠き部21 bの隅部に歪みが集中せず、塑性変形する可� �性が低くなる。また、切欠き部21bの隅部に� �みが集中しなくなることで、歪み発生部材21 における検出部つまり歪みセンサ22の取付け� ��での歪み分布のばらつきが小さくなり、歪� ��センサ22の取付け位置が歪みセンサ22の出力 信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより 、荷重をさらに精度良く推定できる。

 このセンサ付車輪用軸受から得られた検� ��荷重を自動車の車両制御に使用することに� ��り、自動車の安定走行に寄与できる。また� ��このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両� ��コンパクトに荷重センサを設置でき、量産� ��に優れたものとでき、コスト低減を図るこ� ��ができる。

 また、この実施形態では、固定側部材で� ��る外方部材1の車体取付用フランジ1aの円周� ��向複数箇所にナックル取付用のボルト孔14� �設けられた周方向部分が他の部分よりも外� �側へ突出した突片1aaとされるが、前記セン� �ユニット20における歪み発生部材21の2つの接 触固定部21aは、隣り合う突片1aa間の中央に配 置されているので、ヒステリシスの原因とな る突片1aaから離れた位置に歪み発生部材21が� ��置されることになり、それだけ歪みセンサ2 2の出力信号に生じるヒステリシスが小さく� �り、荷重をより精度良く推定できる。

 また、この実施形態では、センサユニッ� ��20を、外方部材1における複列の転走面3のう ちのアウトボード側の転走面3の周辺となる� �方向位置、つまり比較的設置スペースが広� �、タイヤ作用力が転動体5を介して外方部材1 に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配 置しているので、検出感度が向上し、荷重を より精度良く推定できる。

 また、この実施形態では、固定側部材で� ��る外方部材1の外径面の上面部と下面部、お よび右面部と左面部にセンサユニット20を設� ��ているので、どのような荷重条件において� ��、荷重を精度良く推定することができる。� ��なわち、ある方向への荷重が大きくなると� ��転動体5と転走面3が接触している部分と接� �していない部分が180度位相差で現れるため� �その方向に合わせてセンサユニット20を180度 位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニ ット20には必ず転動体5を介して外方部材1に� �加される荷重が伝達され、その荷重を歪み� �ンサ22により検出可能となる。

 なお、この実施形態において、以下の構成� ��ついては特に限定しない。
 ・ センサユニット20の設置個数、設置場所 や、接触固定部21a,歪みセンサ22,切欠き部21b� �数
 ・ センサユニット20の形状、固定方法(接� �、溶接など)、固定する向き(軸方向の歪みを 検出しても構わない)

 図7および図8は、この発明の第2実施形態� ��示す。このセンサ付車輪用軸受では、回転� ��出手段として、図1~図6に示す第1実施形態に おけるラジアル型の回転検出器40に代えてア� ��チロックブレーキシステム用のセンサ(車軸 回転センサ)40Aを用いている。このセンサ40A� �、図8に拡大図で示すように、インボード側� ��密封装置8のスリンガに共用される磁気エン コーダ51と、この磁気エンコーダ51に対して� �方向に対面する磁気センサ52とでなるアキシ アル型の回転検出器である。すなわち、密封 装置8は、外方部材1および内方部材2にそれぞ れ取付けられて互いに対向する環状の弾性シ ール板55とスリンガである磁気エンコーダ51� �からなる。磁気エンコーダ51は、内方部材2� �外周面に嵌合する断面L字状の磁気エンコー� ��芯金53の立板部53bの外向き面に、ゴム磁石� �加硫接着してなる多極磁石54を設けて構成さ れる。多極磁石54は、円周方向に並ぶ複数の� ��極N,Sを有する環状の部材である。弾性シー� ��板55は、環状の芯金56に弾性体57を固定した� ��のである。芯金56は、前記磁気エンコーダ51 と軸方向に対向する断面逆L字状とされてい� �。弾性体57は、先端が前記磁気エンコーダ芯 金53の立板部53bに接する1枚のサイドリップ57a と、先端が磁気エンコーダ芯金53の円筒部53a� ��接する2枚のラジアルリップ57b,57cとを有す� �。

 磁気センサ52は、金属リング60を介して外 方部材1に取付けられる。金属リング60は、外 方部材1の外周面に圧入して取付けられる円� �部60aと、この円筒部60aのインボード側端か� �内径側に延びる鍔部60bとでなる断面逆L字状� ��され、その鍔部60bの前記磁気エンコーダ51� �多極磁石54に対して軸方向に対面する内向き 面に磁気センサ52が設けられている。その他� ��構成は図1~図6に示した第1実施形態の場合と 同様である。

 この実施形態では、内方部材2の回転を検 出する回転検出手段としてアンチロックブレ ーキシステム用のセンサ40Aを用いているので 、特別な回転検出手段を設けることなく、平 均化処理手段30によるセンサユニット20の出� �信号の平均化処理を行うことができる。

 図9ないし図11は、この発明の第3実施形態を 示す。このセンサ付車輪用軸受では、図7お� �び図8に示す第2実施形態において、センサユ ニット20を以下のように構成している。この� ��合も、センサユニット20は、図11に拡大断面 図で示すように、歪み発生部材21と、この歪� ��発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の 歪みを検出する歪みセンサ22とでなる。歪み� ��生部材21は、外方部材1の外径面に対向する� ��面側に張り出した2つの接触固定部21aを両端 部に有し、これら接触固定部21aで外方部材1� �外径面に接触して固定される。2つの接触固� ��部21aのうち、1つの接触固定部21aは、外方部 材1のアウトボード側列の転走面3の周辺とな� ��軸方向位置に配置され、この位置よりもア� ��トボード側の位置にもう1つの接触固定部21a が配置され、かつこれら両接触固定部21aは互 いに外方部材1の円周方向における同位相の� �置に配置される。つまり、センサユニット20 は、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21a が、固定側部材である外方部材1の同一周方� �位置でかつ軸方向に互いに離れた位置とな� �ように、外方部材1の外径面に配置される。� ��こでいうアウトボード側列の転走面3の周辺 とは、インボード側列およびアウトボード側 列の転走面3の中間位置からアウトボード側� �の転走面3の形成部までの範囲である。この� ��合も、外方部材1の外径面へセンサユニット 20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径 面における前記歪み発生部材21の接触固定部2 1aが接触固定される箇所に平坦部を形成する� ��が望ましい。
 また、歪み発生部材21の中央部には内面側� �開口する1つの切欠き部21bが形成されている� ��歪みセンサ22は、歪み発生部材21における各 方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に 貼り付けられる。ここでは、その箇所として 、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発 生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側とな� ��位置が選ばれており、歪みセンサ22は切欠� �部21b周辺の歪みを検出する。

 歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、� ��れぞれボルト47により外方部材1の外径面へ� ��結することで固定される。具体的には、こ� ��らボルト47は、それぞれ接触固定部21aに設� �られた径方向に貫通するボルト挿通孔48に挿 通し、外方部材1の外周部に設けられたボル� �孔49に螺合させる。なお、接触固定部21aの固 定方法としては、ボルト47による締結のほか� ��接着剤などを用いても良い。歪み発生部材2 1の接触固定部21a以外の箇所では、外方部材1� ��外径面との間に隙間が生じている。その他� ��構成は、図7および図8に示した第2実施形態� ��場合と同様である。なお、図9は、車輪用軸 受の外方部材1をアウトボード側から見た正� �図を示す図10におけるIX-IX線断面図である。� ��お、この実施形態では、外方部材1の外径面 における右面部および左面部に配置される2� �のセンサユニット20は省略されている。その 他の構成は、図7および図8に示す第2実施形態 の場合と同様である。

 以上のとおり、図面を参照しながら好適� ��実施例を説明したが、当業者であれば、本� ��明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更� ��よび修正を容易に想定するであろう。した� ��って、そのような変更および修正は、請求� ��範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈� ��れる。