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Patent Searching and Data


Title:
SENSOR-EQUIPPED BEARING FOR WHEEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/069267
Kind Code:
A1
Abstract:
A sensor-equipped bearing for a wheel, in which a strain concentration at a corner of a cutout in a strain generation member of a sensor unit is avoided to achieve accurate detection of a load acting on the wheel. The bearing is formed by arranging rolling bodies between opposed double row rolling surfaces of an outer member and an inner member. One or more sensor units (20) are arranged on either of the outer and inner members which functions as a stationary member. The sensor units (20) each have a strain generation member (21) having two or more contact and fixation sections making contact with and fixed to the stationary member and also have a sensor (22) installed on the strain generation member (21) and detecting strain of the strain generation member. The strain generation member (21) has cutouts (21b) between the contact and fixation sections, and a corner of each cutout (21b) has a circular arc-shaped cross-section.

Inventors:
ISOBE HIROSHI (JP)
NISHIKAWA KENTAROU (JP)
TAKAHASHI TORU (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/003398
Publication Date:
June 04, 2009
Filing Date:
November 20, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NTN TOYO BEARING CO LTD (JP)
ISOBE HIROSHI (JP)
NISHIKAWA KENTAROU (JP)
TAKAHASHI TORU (JP)
International Classes:
B60B35/18; G01L5/00; F16C19/18; F16C41/00
Domestic Patent References:
WO2007105367A12007-09-20
Foreign References:
JP2007292158A2007-11-08
JPS63256832A1988-10-24
JPH0439553Y21992-09-16
JP2007057299A2007-03-08
JP2002098138A2002-04-05
JP2003530565A2003-10-14
Other References:
See also references of EP 2219017A4
Attorney, Agent or Firm:
SUGIMOTO, Shuji et al. (10-2 Edobori 1-chome, Nishi-ku, Osaka-sh, Osaka 02, JP)
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Claims:
 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、
 上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサからなる1つ以上のセンサユニットを設け、前記歪み発生部材は前記接触固定部間に切欠き部を有し、その切欠き部の隅部を断面円弧状としたセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記歪み発生部材は平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記センサユニットは、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように固定側部材の外径面に配置されるセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記センサユニットは、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、前記固定側部材の同一周方向位置でかつ軸方向に互いに離間した位置となるように固定側部材の外径面に配置されるセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フランジは各ボルト孔が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、前記歪み発生部材の2つの接触固定部は、隣り合う前記突片の間の中央となる固定側部材の外径面に配置されるセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記センサユニットは、前記複列の転走面のうちのアウトボード側の転走面の周辺となる軸方向位置に配置されるセンサ付車輪用軸受。
 請求項3において、前記歪み発生部材の接触固定部は、スペーサを介して前記固定側部材の外径面に固定したセンサ付車輪用軸受。
 請求項3において、前記固定側部材の外径面における前記センサユニットの2つの接触固定部の固定位置の間に溝を設けたセンサ付車輪用軸受。
 請求項1において、前記固定側部材には、その周方向における180度の位相差をなす位置に配置された前記センサユニットの2つを1組とするセンサユニット対を少なくとも1つ以上設けたセンサ付車輪用軸受。
Description:
センサ付車輪用軸受 関連出願

 本出願は、2007年11月27日出願の特願2007-305 300、および2007-305302の優先権を主張するもの あり、その全体を参照により本願の一部を すものとして引用する。

 この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重 検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車 用軸受に関する。

 自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技 として、歪み発生部材およびこの歪み発生 材に取付けた歪みセンサからなるセンサユ ットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発 部材は、前記固定輪に対して少なくとも2箇 所の接触固定部を有し、隣り合う接触固定部 の間で少なくとも1箇所に切欠き部を有し、 の切欠き部に前記歪みセンサを配置したセ サ付車輪用軸受が提案されている(例えば特 文献1)。
 このセンサ付車輪用軸受によると、車両走 に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動 を介して固定輪が変形するので、その変形 センサユニットに歪みをもたらす。センサ ニットに設けられた歪みセンサは、センサ ニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関 を予め実験やシミュレーションで求めてお ば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷 等を検出することができる。

 この他、この種関連技術として、車輪用軸 の固定輪である外輪のフランジ部外径面の みを検出することにより荷重を検出するセ サ付車輪用軸受が提案されている(例えば特 許文献2)。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲ ジを貼り付け、歪みを検出するようにした 輪用軸受も提案されている(例えば特許文献 3)。

特開2007-057299号公報

特開2002-098138号公報

特表2003-530565号公報

 上記特許文献1のセンサ付車輪用軸受のよ うに、切欠き部を有する歪み発生部材を軸受 の固定輪に固定する場合、切欠き部の隅部に 歪みが集中する。そのため、検出部である歪 みセンサの取付け部で塑性変形が起こるほど の歪み量に到達していなくても、切欠き部の 隅部で塑性変形が生じる可能性がある。その ような塑性変形が生じると、軸受の固定輪で の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、 正確な歪み測定を行なえないという問題があ る。また、切欠き部の隅部に歪みが集中する ことから、前記検出部での歪み分布にばらつ きが生じ、歪みセンサの位置決めが測定結果 に大きく影響するという問題もある。

 特許文献2に開示の技術では、固定輪のフラ ンジ部の変形により発生する歪みを検出して いる。しかし、固定輪のフランジ部の変形に は、フランジ面とナックル面の間に、静止摩 擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴う ため、繰返し荷重を印加すると、出力信号に ヒステリシスが発生するといった問題がある 。
 例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷 が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナ クル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦 の方が大きいため滑らないが、ある大きさ 超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るよう なる。その状態で荷重を小さくしていくと やはり最初は静止摩擦力により滑らないが ある大きさになると滑るようになる。その 果、この変形が生じる部分で荷重を推定し うとすると、出力信号に図14のようなヒス リシスが生じる。ヒステリシスが生じると 検出分解能が低下する。
 また、特許文献3のように外輪に歪みゲージ を貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
 また、車輪用軸受に作用する上下方向の荷 Fzを検出する場合、荷重Fzに対する固定輪変 形量が小さいため歪み量も小さく、上記した 技術では検出感度が低くなり、荷重Fzを精度 く検出できない。

 そこで、本発明者等は、上記課題を解決 るものとして、以下の構成としたセンサ付 輪用軸受を開発した。このセンサ付車輪用 受における車輪用軸受は、複列の転走面が 周に形成された外方部材と、上記転走面と 向する転走面が外周に形成された内方部材 、両部材の対向する転走面間に介在した複 の転動体とを備え、車体に対して車輪を回 自在に支持する。上記外方部材および内方 材のうちの固定側部材の外径面には、この 径面に接触して固定される2つの接触固定部 とこれら2つの接触固定部の間に位置する切 き部とを有する歪み発生部材およびこの歪 発生部材に取付けられてこの歪み発生部材 歪みを検出するセンサを有する1つ以上のセ サユニットを設ける。

 しかし、このような構成の場合、歪み発 部材の一部に歪みが集中するように、歪み 生部材に複数の切欠き部を設けると、歪み 生部材の形状が複雑となり量産性やコスト 面で問題となる。

 この発明の目的は、センサユニットにお る歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集 するのを回避して、車輪にかかる荷重を正 に検出できる、量産性に優れたセンサ付車 用軸受を提供することである。

 この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の 走面が内周に形成された外方部材と、前記 走面と対向する転走面が外周に形成された 方部材と、両部材の対向する転走面間に介 した複列の転動体とを備え、車体に対して 輪を回転自在に支持する車輪用軸受であっ 、上記外方部材および内方部材のうちの固 側部材に接触して固定される2つ以上の接触 固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪 み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材 の歪みを検出するセンサからなる1つ以上の ンサユニットを設け、前記歪み発生部材は 記接触固定部間に切欠き部を有し、その切 き部の隅部を断面円弧状とした。
 車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると 車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材) も荷重が印加されて変形が生じる。センサ ニットにおける切欠き部を有する歪み発生 材の2つの接触固定部が外方部材に接触固定 れているので、外方部材の歪みが歪み発生 材に拡大して伝達され、その歪みがセンサ 検出され、その出力信号から荷重を推定で る。とくに前記切欠き部の隅部は断面円弧 とされているので、切欠き部の隅部に歪み 集中せず、塑性変形する可能性が低くなる また、切欠き部の隅部に歪みが集中しなく ることで、歪み発生部材における検出部つ りセンサの取付け部での歪み分布のばらつ が小さくなり、センサの取付け位置がセン の出力信号に及ぼす影響も小さくなる。こ により、荷重を精度良く推定できる。

 この発明において、前記歪み発生部材は平 概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄 材からなるものであっても良い。
 歪み発生部材が薄板材であると、固定側部 の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され く、その歪みがセンサで感度良く検出され ので、荷重を精度良く推定できる。また、 面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する 板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み 生部材の形状が簡単なものとなり、量産性 優れたものとなる。

 この発明において、前記センサユニット 、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、 前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方 向に互いに離間した位置となるように固定側 部材の外径面に配置されても良い。この構成 の場合、固定側部材の周方向の歪みをセンサ ユニットによって検出することができる。す なわち、タイヤと路面間に作用する荷重が、 回転側部材から転動体を介して固定側部材に 伝達されるので、固定側部材の外径面は周方 向に歪むことになり、上記した接触固定部の 配置により検出感度が向上し、荷重をさらに 精度良く推定できる。

 この発明において、前記センサユニット 、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、 前記固定側部材の同一周方向位置でかつ軸方 向に互いに離間した位置となるように固定側 部材の外径面に配置されても良い。

 この発明において、前記固定側部材の外 に、ナックルに取付ける車体取付用のフラ ジが設けられ、このフランジの円周方向複 箇所にボルト孔が設けられ、前記フランジ 各ボルト孔が設けられた周方向部分が他の 分よりも外径側へ突出した突片とされ、前 歪み発生部材の2つの接触固定部は、隣り合 う前記突片の間の中央となる固定側部材の外 径面に配置されても良い。この構成の場合、 ヒステリシスの原因となる突片から離れた位 置に歪み発生部材が配置されることになり、 それだけセンサの出力信号に生じるヒステリ シスが小さくなり、荷重をより精度良く推定 できる。

 この発明において、前記センサユニット 、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、 前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方 向に互いに離間した位置となるように配置さ れ、前記2つの接触固定部の間隔は、前記隣 合う突片間の間隔の1/2以下とされても良い この構成の場合、ヒステリシスの原因とな ナックルボルトを中心とした滑りの影響を さくでき、それだけセンサの出力信号に生 るヒステリシスが小さくなり、荷重をより 度良く推定できる。

 この発明において、前記センサユニット 、前記複列の転走面のうちのアウトボード の転走面の周辺となる軸方向位置に配置さ ても良い。この構成の場合、比較的接地ス ースが広く、タイヤ作用力が転動体を介し 固定側部材に伝達されて比較的変形量の大 い部位にセンサユニットを配置することに るので、検出感度が向上し、荷重をより精 良く推定できる。

 この発明において、前記センサユニット 歪み発生部材は、前記固定側部材に作用す 外力、またはタイヤと路面間に作用する作 力として、想定される最大の力が印加され 状態においても塑性変形しないものとして 良い。想定される最大の力が印加された状 になるまでに塑性変形が生じると、固定側 材の変形がセンサユニットに正確に伝わら 、歪みの測定に影響を及ぼすので、想定さ る最大の力が印加された状態においても、 性変形しないものとするのが望ましい。

 この発明において、前記歪み発生部材の 触固定部は、スペーサを介して前記固定側 材の外径面に固定しても良い。この構成の 合、歪み発生部材が薄板状であっても、2つ の接触固定部間を固定側部材に対して非接触 の状態に保つことができ、固定側部材の歪み を歪み発生部材に効果的に伝達できる。

 この発明において、前記固定側部材の外 面における前記センサユニットの2つの接触 固定部の固定位置の間に溝を設けても良い。 この構成の場合も、歪み発生部材が薄板状で あっても、2つの接触固定部間を固定側部材 対して非接触の状態に保つことができ、固 側部材の歪みを発生部材に効果的に伝達で る。

 この発明において、前記固定側部材には その周方向における180度の位相差をなす位 に配置された前記センサユニットの2つを1 とするセンサユニット対を少なくとも1対以 設けても良い。この構成の場合、ある方向 の荷重が大きくなると、転動体と転走面が 触している部分と接触していない部分が180 位相差で現れるため、その方向に合わせて ンサユニットを180度位相差で設置すれば、 ちらかのセンサユニットには必ず転動体を して固定側部材に印加される荷重が伝達さ 、その荷重をセンサにより検出可能となる そのため、どのような荷重条件においても 荷重を精度良く推定することができる。

 この発明において、前記センサユニット を2対設け、1対のセンサユニット対の2つの ンサユニットは、タイヤ接地面に対して上 置となる前記固定側部材の外径面の上面部 下面部とに配置し、他の1対のセンサユニッ ト対の2つのセンサユニットは、タイヤ接地 に対して前後位置となる固定側部材の外径 の右面部と左面部とに配置しても良い。こ 構成の場合、どのような荷重条件において 、垂直方向にかかる荷重と駆動力となる荷 を正確に検出できる。

 この発明において、前記センサの出力信号 絶対値、および前記出力信号の平均値、お び前記出力信号の振幅のうち、少なくとも ずれか一つにより、荷重を推定する推定手 を設けても良い。
 車輪用軸受の回転中には、転走面における ンサユニットの近傍部位を通過する転動体 有無によって、センサユニットのセンサの 力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合 ある。そこで、出力信号における振幅の周 を推定手段で測定することにより、転動体 通過速度つまり車輪の回転数を検出するこ ができる。このように、出力信号に変動が られる場合は、出力信号の平均値や振幅に り荷重を算出することができる。変動が見 れない場合は、絶対値より荷重を算出する とができる。

 この発明は、添付の図面を参考にした以下 好適な実施形態の説明からより明瞭に理解 れるであろう。しかしながら、実施形態お び図面は単なる例示および説明のためのも であり、この発明の範囲は添付の特許請求 範囲によって定まる。添付図面において、 数の図面における同一の部品番号は、同一 分を示す。
この発明の第1実施形態にかかるセンサ 付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構 成のブロック図とを組み合わせて示す図であ る。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をア トボード側から見た正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ ニットの拡大平面図である。 図3および図11におけるIV-IV矢視断面図 ある。 センサユニットの他の設置例を示す断 図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ ニットの出力信号の波形図である。 この発明の第2実施形態にかかるセンサ 付車輪用軸受の断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をア トボード側から見た正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ ニットの拡大断面図である。 この発明の第3実施形態にかかるセン 付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側 ら見た正面図である。 この発明の第1応用例にかかるセンサ 車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大 面図である。 第2応用例で用いるセンサユニットの 大平面図である。 第3応用例で用いるセンサユニットの 大断面図である。 従来例での出力信号におけるヒステリ シスを示す特性図である。

 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、一対のシール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には円周方向の複数箇所にナックル取 用のボルト孔14が設けられ、インボード側 りナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナ クルボルト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1 6に取付けられる。
 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矢視断面図を示す。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 よりも外径側へ突出した突片1aaとされてい 。

 固定側部材である外方部材1の外径面には 、2つのセンサユニット20を1組とするセンサ ニット対19が設けられている。これら2つの ンサユニット20は、外方部材1の外径面の円 方向における180度の位相差をなす位置に配 される。このセンサユニット対19は2つ以上 けても良い。ここでは、センサユニット対19 を構成する2つのセンサユニット20を、タイヤ 接地面に対して上位置となる外方部材1の外 面における上面部および下面部の2箇所に設 ることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作 する上下方向の荷重Fzもしくは軸方向の荷 Fyを検出するようにしている。具体的には、 図2のように、外方部材1の外径面における上 部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に 1つのセンサユニット20が配置され、外方部材 1の外径面における下面部の、隣り合う2つの 片1aaの間の中央部に他の1つのセンサユニッ ト20が配置されている。

 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 るセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、鋼 等の弾性変形可能な金属製で3mm以下の薄板 からなり、平面概形が全長にわたり一定幅 帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有す 。切欠き部21bの隅部は断面円弧状とされて る。また、歪み発生部材21は、外方部材1の 径面にスペーサ23を介して接触固定される2 の接触固定部21aを両端部に有する。なお、 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。セン 22は、歪み発生部材21における各方向の荷重 対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けら る。ここでは、その箇所として、歪み発生 材21の外面側で両側辺部の切欠き部21bで挟 れる中央部位が選ばれており、センサ22は切 欠き部21b周辺の周方向の歪みを検出する。な お、歪み発生部材21は、固定側部材である外 部材1に作用する外力、またはタイヤと路面 間に作用する作用力として、想定される最大 の力が印加された状態においても、塑性変形 しないものとするのが望ましい。塑性変形が 生じると、外方部材1の変形がセンサユニッ 20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすか らである。想定される最大の力は、例えば、 その力が印加されることによって車輪用軸受 が損傷しない範囲の最大の力である。

 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。この場合、2つの接触固 部21aの間隔Ls は、外方部材1の車体取付用 ランジ1aにおける隣り合う突片1aa間の間隔Lb の1/2以下とされる。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

 センサ22としては、種々のものを使用す ことができる。例えば、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に対しては接 による固定が行なわれる。

 センサユニット20のセンサ22は推定手段30 接続される。推定手段30は、ここではセン 22の出力信号により、車輪のタイヤと路面間 の作用力を推定する手段であり、信号処理回 路や補正回路などが含まれる。推定手段30は 車輪のタイヤと路面間の作用力とセンサ22 出力信号との関係を演算式またはテーブル により設定した関係設定手段(図示せず)を有 し、入力されたセンサ22の出力信号から前記 係設定手段を用いて作用力を出力する。前 関係設定手段の設定内容は、予め試験やシ ュレーションで求めておいて設定する。

 車輪のタイヤと路面間に荷重が作用する 、車輪用軸受の固定側部材である外方部材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21bを有する歪み 生部材21の2つの接触固定部21a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 歪み発生部材21に拡大して伝達され、その歪 みがセンサ22で検出され、その出力信号から 重を推定できる。この場合、前記切欠き部2 1bの隅部は断面円弧状とされているので、切 き部21bの隅部に歪みが集中せず、塑性変形 る可能性が低くなる。また、切欠き部21bの 部に歪みが集中しなくなることで、歪み発 部材21における検出部、つまりセンサ22の取 付け部での歪み分布のばらつきが小さくなり 、センサ22の取付け位置がセンサ22の出力信 に及ぼす影響も小さくなる。これにより、 重を精度良く推定できる。

 上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用 を検出する場合を示したが、車輪のタイヤ 路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に 用する力(例えば予圧量)を検出するものと ても良い。
 このセンサ付車輪用軸受から得られた検出 重を自動車の車両制御に使用することによ 、自動車の安定走行に寄与できる。また、 のセンサ付車輪用軸受を用いると、車両に ンパクトに荷重センサを設置でき、量産性 優れたものとでき、コスト低減を図ること できる。

 また、この実施形態の場合、センサユニ ト20の歪み発生部材21は、平面概形が帯状で 側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるの 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、その歪みがセンサ22で感 良く検出され、その出力信号に生じるヒス リシスも小さくなり、荷重を精度良く推定 きる。また、歪み発生部材21の形状も簡単 ものとなり、量産性に優れたものとなる。

 また、この実施形態では、固定側部材で る外方部材1の外径面へのセンサユニット20 設置において、その歪み発生部材21の2つの 触固定部21aが、外方部材1の同一軸方向位置 でかつ周方向に互いに離間した位置となるよ うに配置されているので、外方部材1の周方 の歪みをセンサユニット20によって検出する ことができる。この実施形態の場合、タイヤ と路面間に作用する荷重が、回転側部材であ る内方部材2から転動体5を介して外方部材1に 伝達されるので、外方部材1の外径面は周方 に歪むことになり、上記した接触固定部21a 配置により検出感度が向上し、荷重をさら 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、それだけセンサ22の 力信号に生じるヒステリシスが小さくなり 荷重をより精度良く推定できる。

 また、2つの接触固定部21aの間隔Ls を、 り合う突片1aa間の間隔Lb の1/2以下としてい ので、ヒステリシスの原因となるナックル ルト18(図1)を中心とした滑りの影響を小さ でき、それだけセンサ22の出力信号に生じる ヒステリシスが小さくなり、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の外径面に、その周方向におけ る180度の位相差をなす位置に配置されたセン サユニット20の2つを1組とするセンサユニッ 対19を少なくとも1対以上設けているので、 のような荷重条件においても、荷重を精度 く推定することができる。すなわち、ある 向への荷重が大きくなると、転動体5と転走 3が接触している部分と接触していない部分 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 ば、どちらかのセンサユニット20には必ず 動体5を介して外方部材1に印加される荷重が 伝達され、その荷重をセンサ22により検出可 となる。

 また、車輪用軸受の回転中には、転走面3 におけるセンサユニット20の近傍部位を通過 る転動体5の有無によって、センサユニット 20のセンサ22の出力信号の振幅に、図6に示す 形図のように周期的な変化が生じる場合が る。その理由は、転動体5の通過時とそうで ない場合とで変形量が異なり、転動体5の通 周期ごとにセンサ22の出力信号の振幅がピー ク値を持つためである。そこで、検出信号に おけるこのピーク値の周期を、例えば推定手 段30で測定することにより、転動体5の通過速 度つまり車輪の回転数を検出することも可能 となる。このように、出力信号に変動が見ら れる場合、推定手段30は、センサユニット20 センサ22の出力信号の平均値や振幅から荷重 を推定することができる。変動が見られない 場合は、絶対値より荷重を算出することがで きる。

 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,センサ22,切欠き部21bの数
 ・ 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ないし図9は、この発明の第2実施形態を す。このセンサ付車輪用軸受では、図1~図6 示す前記第1実施形態において、センサユニ ット対19の2つのセンサユニット20を以下のよ に構成している。この場合も、センサユニ ト20は、拡大断面図である図9に示すように 歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取 付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する ンサ22とでなる。歪み発生部材21は、外方部 材1の外径面に対向する内面側に張り出した2 の接触固定部21aを両端部に有し、これら接 固定部21aで外方部材1の外径面に接触して固 定される。2つの接触固定部21aのうち、1つの 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の周辺となる軸方向位置に配置 れ、この位置よりもアウトボード側の位置 もう1つの接触固定部21aが配置され、かつこ 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位置に配置される。つ まり、センサユニット20は、その歪み発生部 21の2つの接触固定部21aが、固定側部材であ 外方部材1の同一周方向位置でかつ軸方向に 互いに離れた位置となるように、外方部材1 外径面に配置される。ここでいうアウトボ ド側列の転走面3の周辺とは、インボード側 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列の転走面3の形成部 での範囲である。この場合も、外方部材1の 径面へセンサユニット20を安定良く固定す 上で、外方部材1の外径面における前記歪み 生部材21の接触固定部21aが接触固定される 所に平坦部を形成するのが望ましい。
 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 この場合も、切欠き部21bの隅部は断面円弧 とされ、切欠き部21bの隅部に歪みが集中し いようにされている。センサ22は、歪み発 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 21bの背面側となる位置が選ばれており、セ サ22は切欠き部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37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37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38に挿 通し、外方部材1の外周部に設けられたボル 孔39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37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1~図6に示した第1実施形態の場合 と同様である。なお、図7は、車輪用軸受の 方部材1をアウトボード側から見た正面図を す図8におけるVII -VII 矢視断面図である。

 図10は、この発明の第3実施形態を示す。 のセンサ付車輪用軸受では、図1~図6に示す 記第1実施形態において、2つのセンサユニ ト20を、タイヤ接地面に対して上位置となる 外方部材1の外径面の上面部と下面部とに配 した2つのセンサユニット20からなる1対のセ サユニット対19のほか、タイヤ接地面に対 て前後位置となる外方部材1の外径面の右面 と左面部とに配置した2つのセンサユニット 20からなる別の1対のセンサユニット対19を設 たものである。その他の構成は図1~図6の第1 実施形態の場合と同様である。

 この構成の場合、2つのセンサユニット20 外方部材1の外径面の上面部と下面部とに配 置される1対のセンサユニット対10の検出信号 から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する 垂直方向に作用する荷重Fzもしくは軸方向の 重Fyを正確に推定できる。また、2つのセン ユニット20が外方部材1の外径面の右面部と 面部とに配置されるもう1対のセンサユニッ ト対10の検出信号から、駆動力となる荷重Fx  を正確に推定できる。すなわち、どのような 荷重条件においても、垂直方向の荷重Fz、軸 向の荷重Fy、駆動力となる荷重Fx とを正確 検出できる。

 つぎに、この発明の応用例にかかるセン 付車輪用軸受について図11ないし図13により 説明する。図11は、第1応用例にかかるセンサ 付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大 平面図を示しており、この発明の「歪み発生 部材21はその切欠き部21bの隅部を断面円弧状 する」という構成を有しないものである。 図に示すように、第1応用例では、切欠き部 21bの隅部は断面円弧状とはなっていない。歪 み発生部材21は薄板材からなり、図4に示した のと同様に、平坦部1bに2つのセンサユニット 20を1組とするセンサユニット対19が設けられ いる。また、図2に示したのと同様に、前記 センサユニット20における歪み発生部材21の2 の接触固定部21aは、隣り合う突片1aa間の中 に配置されているので、ヒステリシスの原 となる突片1aaから離れた位置に歪み発生部 21が配置されることになり、それだけセン 22の出力信号に生じるヒステリシスが小さく なり、荷重をより精度良く推定できる。また 、2つの接触固定部21aの間隔Ls を、隣り合う 片1aa間の間隔Lb の1/2以下としているので、 ヒステリシスの原因となるナックルボルト18( 図1)を中心とした滑りの影響を小さくでき、 れだけセンサ22の出力信号に生じるヒステ シスが小さくなり、荷重をより精度良く推 できる。センサユニット20のセンサ22は、図1 に示したのと同様に、推定手段30に接続され 。なお、図11において、前記第1実施形態と 一部分には同一の符号を付してその詳しい 明は省略する。

 前記第1応用例のセンサユニット20は、図5 に示したように、外方部材1の外径面におけ 前記歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが 定される2箇所の中間部に溝1cを設けること 、前記スペーサ23を省略し、歪み発生部材21 おける切欠き部21bが位置する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 ようにしても良い。また、センサユニット20 の歪み発生部材は、図12の第2応用例に示すよ うに、平面概形が単調な帯状とし、図11の第1 応用例のような切欠き部21bを形成しないもの であっても良い。

 第3応用例として、図13に示すように、セ サユニット20のセンサ22を歪み発生部材21上 厚膜抵抗体にて形成することもできる。同 に示すセンサユニット20は、歪み発生部材21 のセンサ取付面21A上に絶縁層50が形成され、 の絶縁層50の表面の両側に対をなす電極51,51 が形成され、これら電極51,51の間で前記絶縁 50の上にセンサとなる歪み測定用抵抗体52が 形成され、さらに電極51,51と歪み測定用抵抗 52の上に保護膜53が形成された構造となって いる。

 このセンサユニット20の製造方法を次に す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形 された歪み発生部材21の表面にガラス等の絶 縁材料を印刷、焼成して絶縁層50を形成する 次に、絶縁層50の表面に、導電性材料を印 、焼成して電極51,51を形成する。さらに、電 極51,51間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成 て歪み発生測定用抵抗体52を形成する。さ に、これら電極51,51および歪み測定用抵抗体 52を保護するために、保護膜53を形成する。

 このようにしてセンサ22を形成すると、 み発生部材21のセンサ設置面に接着剤で固定 する場合のような径年変化による接着強度の 低下がなく、センサユニット20の信頼性を向 させることができる。また、加工も容易で るため、コスト低下が図れる。

 車輪のタイヤと路面間に荷重が作用する 、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1 にも荷重が印加されて変形が生じる。前記セ ンサユニット対19のセンサユニット20を例え 車体取付用フランジ1aの突片1aaに設置して、 車体取付用フランジ1aの変形から荷重を推定 ようとすると、従来例の説明におけるよう 出力信号にヒステリシスが生じる。ここで 、センサユニット20における歪み発生部材21 の2つの接触固定部21aが、外方部材1の外径面 接触固定されていて、とくに歪み発生部材2 1が薄板材からなるので、外方部材1の歪みが み発生部材21に拡大して伝達され易く、そ 歪みがセンサ22で感度良く検出され、その出 力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、 荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生 部材21が薄板材からなるので、歪み発生部材2 1の形状が簡単なものとなり、量産性に優れ ものとなる。その歪み発生部材21を、図11に すように平面概形が全長に渡り一定幅の帯 とした場合、さらに形状が簡単なものとな 、量産性が向上する。また、その歪み発生 材21を、図3のように平面概形が帯状で側辺 に切欠き部21bを有するものとすると、外方 材1の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材 21に伝達されるので、さらに精度良く荷重を 定できる。

 なお、上記した各実施形態および応用例で 、外方部材1が固定側部材である場合につき 説明したが、この発明は、内方部材が固定側 部材である車輪用軸受にも適用することがで き、その場合、センサユニット20は内方部材 内周となる周面に設ける。
 また、これらの実施形態では第3世代型の車 輪用軸受に適用した場合につき説明したが、 この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立 した部品となる第1または第2世代型の車輪用 受や、内方部材の一部が等速ジョイントの 輪で構成される第4世代型の車輪用軸受にも 適用することができる。また、このセンサ付 車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適 用でき、さらに各世代形式のテーパころタイ プの車輪用軸受にも適用することができる。

 この発明とは異なる前記第1~第3応用例は、 ぎの態様を含む。
[態様1]
 複列の転走面が内周に形成された外方部材 、この外方部材の転走面と対向する転走面 形成された内方部材と、これら外方部材お び内方部材の対向する転走面間に介在した 列の転動体とを備え、車体に対して車輪を 転自在に支持する車輪用軸受であって、
 歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取 けられた歪み測定用のセンサからなるセン ユニットを、前記外方部材および内方部材 うちの固定側部材に設け、前記歪み発生部 は、前記固定側部材の外径面に接触固定さ る2つの接触固定部を有する薄板材からなる 。
[態様2]
 態様1において、前記歪み発生部材は平面概 形が全長にわたり一定幅の帯状である。
[態様3]
 態様1において、前記歪み発生部材は平面概 形が帯状で側辺部に切欠き部を有する。
[態様4]
 態様1において、前記センサユニットは、そ の歪み発生部材の2つの接触固定部が、前記 定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に いに離間した位置となるように配置される
[態様5]
 態様4において、前記固定側部材の外周に、 ナックルに取付ける車体取付用のフランジが 設けられ、このフランジの円周方向複数箇所 にボルト孔が設けられ、前記フランジは各ボ ルト孔が設けられた周方向部分が他の部分よ りも外径側へ突出した突片とされ、前記歪み 発生部材の2つの接触固定部は、隣合う前記 片の間の中央に配置される。
[態様6]
 態様5において、前記2つの接触固定部の間 は、前記隣り合う突片間の間隔の1/2以下で る。
[態様7]
 態様1において、前記センサユニットは、前 記複列の転走面のうちのアウトボード側の転 走面の周辺となる軸方向位置に配置される。
[態様8]
 態様1において、前記センサユニットの歪み 発生部材は、前記固定側部材に作用する外力 、またはタイヤと路面間に作用する作用力と して、想定される最大の力が印加された状態 においても塑性変形しないものとした。
[態様9]
 態様1において、前記センサは、前記歪み発 生部材におけるセンサ設置面に絶縁層を印刷 および焼成により形成し、前記絶縁層の上に 電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼 成により形成したものである。
[態様10]
 態様1において、前記歪み発生部材の2つの 触固定部は、スペーサを介して前記固定側 材の外径面に固定した。
[態様11]
 態様1において、前記固定側部材の外径面に おける前記センサユニットの2つの接触固定 の固定位置の間に溝を設けた。
[態様12]
 態様1において、前記固定側部材の外径面に は、その固定側部材の周方向における180度の 位相差をなす位置に配置された前記センサユ ニットの2つを1組とするセンサユニット対を なくとも1つ設けた。
[態様13]
 態様1において、前記センサの出力信号の絶 対値、および前記出力信号の平均値、および 前記出力信号の振幅のうちの、少なくともい ずれか一つにより、荷重を推定する推定手段 を設けた。

 以上のとおり、図面を参照しながら好適 実施形態および応用例を説明したが、当業 であれば、本件明細書を見て、自明な範囲 で種々の変更および修正を容易に想定する あろう。したがって、そのような変更およ 修正は、添付のクレームから定まるこの発 の範囲内のものと解釈される。