この発明の第1実施形態を図1ないし図5と� ��に説明する。この第1実施形態は、第3世代� �の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪� �軸受に適用したものである。なお、この明� �書において、車両に取付けた状態で車両の� �幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード� �と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボ� �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つのセンサユニット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� �。この切欠き部21bの隅部は、図3(A)に示すよ� ��に、断面角状とされていても、あるいは図3 (B)に示すように、断面円弧状とされていても よい。なお、歪み発生部材21の平面概形は、� ��記切欠き部21bの無い単調な帯状としても良� ��。また、歪み発生部材21は、図4に示すよう� ��、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して� ��触固定される2つの接触固定部21aを両端部に 有する。なお、歪み発生部材21の形状によっ� ��は、接触固定部21aを2つ以上有するものとし ても良い。センサ22は、歪み発生部材21にお� �る各方向の荷重に対して歪みが大きくなる� �所に貼り付けられる。ここでは、その箇所� �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、センサ22は切欠き部21b周辺の周方向の歪� ��を検出する。なお、歪み発生部材21は、固� �側部材である外方部材1に作用する外力、ま� ��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� ��ても、塑性変形しないものとするのが望ま� ��い。想定される最大の力は、例えば、車輪� ��軸受が軸受として損傷を生じない範囲の最� ��の力である。塑性変形が生じると、外方部� ��1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪� ��の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、その歪み発生部� �21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方� ��に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21aが� ��いに円周方向に離れた位置に来るように配� ��される。これら接触固定部21aは、図4のよう にそれぞれスペーサ23を介して接着剤28とボ� �ト24により外方部材1の外径面に固定される� �この場合、2つの接触固定部21aは歪み発生部� ��21の両端面部であり、その裏面が接着面と� �て接着剤28によりスペーサ23の上面に接着固� ��され、さらにスペーサ23の下面が接着剤28に より外方部材1の外径面に接着固定される。� �れにより、接触固定部21aと外方部材1の外径� ��の間での摩擦係数が大きくなり、それだけ� ��りが減少する。
 前記各ボルト24は、それぞれ接触固定部21a� �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のボルト挿通孔26に挿通し、� �方部材1の外周部に設けられたボルト孔27に� �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� �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を有する中央部位が外方部 材1の外径面から離れた状態となり、切欠き� �21bの周辺の歪み変形が容易となる。接触固� �部21aが配置される軸方向位置として、ここ� �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が選ばれる。ここでい うアウトボード側列の転走面3の周辺とは、� �ンボード側列およびアウトボード側列の転� �面3の中間位置からアウトボード側列の転走� ��3の形成部までの範囲である。外方部材1の� �径面へセンサユニット20を安定良く固定する 上で、外方部材1の外径面における前記スペ� �サ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形� ��される。

 接着剤28は、前記ボルト24によりセンサユ ニット20を外方部材1の外径面に締結する時に 、センサユニット20に生じる初期歪みを小さ� ��する初期歪み抑制手段としても作用する。� ��なわち、前述のとおり、接着剤28により、� �触固定部21aと外方部材1の外径面の間の摩擦� ��数が大きくなる。その結果、ボルト24でセ� �サユニット20を外方部材1の外径面に締付け� �定するときに、歪み発生部材21の接触固定部 21aでの捩れが減少し、歪み発生部材21に生じ� ��初期歪みを小さくすることができる。ただ� ��、接着剤28として、例えば塗布直後の接着� �が小さく、時間の経過とともに接着力が大� �くなるものを使用すれば、滑りの抑制作用� �有するが、初期歪み抑制作用は有しないこ� �となる。

 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� ��部に前記平坦部1bよりも一段低くなった溝1c を設けることで、前記スペーサ23を省略し、� ��み発生部材21における切欠き部21bが位置す� �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。2つの接� �固定部21aの中間部位が外方部材1の外径面か� ��離れた状態となることで、切欠き部21bの周� ��の歪み変形が容易となる。この場合、歪み� ��生部材21の2つの接触固定部21aの裏面の接着� ��が接着剤28で外方部材1の外径面(平坦部1b)に 接着固定される。滑り抑制作用および初期歪 み抑制作用の両方を有する接着剤28としては� ��例えば、瞬間接着剤であるロックタイト(登 録商標)を使用することができる。経時的に� �着力が強くなる初期歪み抑制作用の弱い接� �剤としては、エポキシ系接着剤、例えばア� �ルダイト(登録商標)がある。

 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。また、センサ22� �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。

 センサユニット20のセンサ22は推定手段40� ��接続される。推定手段40は、センサ22の出力 信号により、車輪用軸受や車輪と路面間(タ� �ヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆� ��力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )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。この推定手段40は、前記� ��用力とセンサ22の出力信号との関係を演算� �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、入力されたセンサ22の� ��力信号から前記関係設定手段を用いて作用� ��の値を出力する。前記関係設定手段の設定� ��容は、予め試験やシミュレーションで求め� ��おいて設定する。

 上記構成において、車輪のタイヤと路面� ��に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側� ��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。とくに、歪み発生部材21� �接触固定部21aが、接着剤28により固定側部材 である外方部材1の外径面に接着固定されて� �るので、接触固定部21aと外方部材1の外径面� ��間での摩擦係数が大きくなり、それだけ滑� ��が減少する。その結果、センサ22の出力信� �に前記滑りに起因して生じるヒステリシス� �小さくなり、荷重を正確に推定できる。

 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� ��重を車両制御に使用することにより、自動� ��の安定走行に寄与できる。また、このセン� ��付車輪用軸受を用いると、車両にコンパク� ��に荷重センサを設置でき、量産性に優れた� ��のとでき、コスト低減を図ることができる� ��

 歪み発生部材21の接触固定部21aの外方部� �1の外径面への接触固定において、図3および 図4に示すように、スペーサ23を介在させた場 合には、図5の取付例のように、外方部材1の� ��径面に溝1cを形成することなく、歪み発生� �材21のセンサ22の取付部である中央部位を外� ��部材1の外径面から離すことができ、センサ 22の取付部の変形が容易となる。

 また、図5のように、スペーサ23を省略し� ��、歪み発生部材21の接触固定部21aを、外方� �材1の外径面に直接接触固定した場合には、� ��ペーサ23を省略した分だけ、部品点数を削� �でき組立性が向上する。

 また、図3~図5のように、歪み発生部材21� �接触固定部21aの外方部材1の外径面への接触� ��定に、接着剤28による接着固定とボルト24に よる締結を併用した場合には、接触固定部21a と外方部材1の外径面との間に接着力のほか� �軸力が与えられるため、これらの間での滑� �をさらに低減できる。

 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。この第1実施形態で は、センサユニット20の各接触固定部21aを、� ��方部材1の外径面に対して軸方向に同寸法と なるように設けているので、歪み発生部材21� ��歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感� ��が向上する。

 また、この第1実施形態では、センサユニ ット20の歪み発生部材21が、平面概形が均一� �の帯状、あるいは図3のように平面概形が帯� ��で側辺部に切欠き部21bを有する薄板材から� ��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やすく、� ��の歪みがセンサ22で感度良く検出される。� �の結果、出力信号に生じるヒステリシスも� �さくなり、荷重を精度良く推定できる。ま� �、歪み発生部材21の形状も簡単なものとなり 、量産性に優れたものとなる。

 また、この第1実施形態では、センサユニ ット20を、外方部材1における複列の転走面3� �うちのアウトボード側の転走面3の周辺とな� ��軸方向位置、つまり比較的設置スペースが� ��く、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� �配置しているので、検出感度が向上し、荷� �をより精度良く推定できる。

 図6ないし図8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5� ��示す第1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。なお、この� ��2実施形態では、図7のように、2つのセンサ� ��ニット20が、タイヤ接地面に対して上下位� �となる外方部材1の外径面における上面部お� ��び下面部に設けられている。この場合も、� ��ンサユニット20は、図8に拡大断面図で示す� ��うに、歪み発生部材21と、この歪み発生部� �21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検� ��するセンサ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� �した2つの接触固定部21aを両端部に有し、こ� ��ら接触固定部21aで外方部材1の外径面に接触 して固定される。その接触固定は、接着剤28� ��ボルト47とで行なわれる。接着剤28は、第1� �施形態の場合と同様に、接触固定部21aと外� �部材1の間で摩擦係数を大きくして、両者間� ��滑りを減少させる作用を有するとともに、� ��ンサユニット20に生じる初期歪みを小さく� �る初期歪み抑制手段ともなる。
 2つの接触固定部21aのうち、1つの接触固定� �21aは、外方部材1のアウトボード側列の転走� ��3の周辺となる軸方向位置に配置され、この 位置よりもアウトボード側の位置にもう1つ� �接触固定部21aが配置され、かつこれら両接� �固定部21aは互いに外方部材1の円周方向にお� ��る同位相の位置に配置される。つまり、セ� ��サユニット20は、その歪み発生部材21の2つ� �接触固定部21aが、固定側部材である外方部� �1の同一周方向位置でかつ軸方向に互いに離� ��た位置となるように、外方部材1の外径面に 配置される。こ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� �ウトボード側列の転走面3の中間位置からア� ��トボード側列の転走面3の形成部までの範囲 である。この場合も、外方部材1の外径面へ� �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21aが接触固定される箇所に平坦 部1b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� ��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の背面側となる位� ��が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周� �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を外� ��部材1の外径面へ締結する各ボルト47は、そ� ��ぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫� ��するボルト挿通孔48に挿通し、外方部材1の� ��周部に設けられたボルト孔49に螺合させる� �歪み発生部材21の接触固定部21a以外の箇所で は、外方部材1の外径面との間に隙間が生じ� �いる。その他の構成は、図1~図5に示した第1� ��施形態の場合と同様である。なお、図6は、 車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側か� �見た正面図を示す図7におけるVI-VI線断面図� �ある。

 この第2実施形態では、2つのセンサユニ� �ト20が、タイヤ接地面に対して上下位置とな る外方部材1の外径面における上面部および� �面部に設けられているので、車輪用軸受や� �輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する垂直方 向荷重Fz と軸方向荷重Fy を検出することが� ��きる。

 この発明の第3実施形態を図9および図10と 共に説明する。この第3実施形態の基本的な� �成は先の第1実施形態と同様であり、重複す� ��説明は省略する。図9に示すように、固定側 部材である外方部材1の外径面には、4つのセ� ��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、タイヤ接地面 に対して上下位置および前後位置となる外方 部材1の外径面における上面部、下面部、右� �部、および左面部に設けられている。図10に 示すように、スペーサ23(図2)は省略されてお� ��、歪発生部材21が直接外方部材1の外径面に� ��定されている。

 図10に断面図で示すように、歪み発生部� �21の2つの接触固定部21aは、その裏面を接着� �として接着剤28により、外方部材1の外径面(� ��坦部1b)に接着固定されている。この接着剤2 8は、歪み発生部材21と外方部材1との間の滑� �を抑制してヒステリシスを小さくする。こ� �場合、接着剤28の種類によっては塗布直後の 接着力が小さいために、歪み発生部材21の初� ��歪みを抑制する作用が弱い。そこで、別途� ��初期歪み抑制手段として、前記各ボルト24� �頭部24aと歪み発生部材21との間にスペーサ29� ��介在させている。この場合、各ボルト24は� �それぞれスペーサ29のボルト挿通孔30から、� ��触固定部21aに設けられた径方向に貫通する� ��ルト挿通孔25に挿通し、外方部材1の外周部� ��設けられたボルト孔27に螺合させる。

 さらに、図11に示す第4実施形態では、初� ��歪み抑制手段として、前記各ボルト24で歪� �発生部材21を外方部材1の外径面(平坦部1b)に� ��付け固定するときに、歪み発生部材21に径� �向への予圧を与えることで歪み発生部材21を 外方部材1の外径面に押し付けておく予圧手� �31を設けている。ここでは、その予圧手段31� ��して、歪み発生部材21の長手方向に対して� �交する方向に延びて配置され、歪み発生部� �21における各接触固定部21aが位置する両端部 表面側に重なる2枚の弾性帯材32が用いられ、 これら各弾性帯材32の両端部は、それぞれボ� ��ト33により外方部材1の外径面に締付け固定� ��れている。弾性帯材32は例えば鋼材等の弾� �変形可能な金属製薄板材からなり、その中� �部には、ボルト頭部24aとの干渉をさける切� �き部32aが形成されている。この予圧手段31は 、ボルト24で歪み発生部材21を外方部材1の外� ��面(平坦部1b)に締付け固定した後に外方部材 1から取り外しても、あるいは取り外さずに� �のままの状態で外方部材1に取付けておいて� ��良い。

 第3または第4実施形態によれば、センサ� �ニット20はボルト24により外方部材1の外径面 に固定されるが、図10のようにボルト頭部24a� ��歪み発生部材21との間に介在させるスペー� �29、あるいは図11のように歪み発生部材21に� �圧を与えて外方部材1の外径面に押し付けて� ��く予圧手段31を初期歪み抑制手段として用� �ているので、ボルト24によるセンサユニット 20の固定時にセンサユニット20に生じる初期� �みを小さくすることができる。これにより� �センサユニット20の荷重検出範囲が広くなり 、長期的に荷重を正確に検出できる。

 初期歪み抑制手段として、図10の第3実施� ��態のようにボルト頭部24aと歪み発生部材21� �の間に介在させるスペーサ29を用いた場合は 、ボルト24による締付け固定により歪み発生� ��材21に生じようとする捩れをスペーサ29が吸 収するので、歪み発生部材21に生じる初期歪� ��を小さくすることができる。

 初期歪み抑制手段として、図11の第4実施� ��態のように歪み発生部材21に予圧を与えて� �方部材1の外径面に押し付けておく予圧手段3 1を用いた場合は、軸力を与えた状態でボル� �24による歪み発生部材21の外方部材1への締付 け固定を行うことになるので、歪み発生部材 21の接触固定部21aでの捩れが減少し、歪み発� ��部材21に生じる初期歪みを小さくすること� �できる。

 第3および第4実施形態において、接着剤28 が十分な初期歪み抑制作用を有する場合、ス ペーサ29または予圧手段31を省略することが� �きる。また、この発明の応用例として、歪� �発生部材21と外方部材1の間の滑りを抑制す� �必要性が低い場合、あるいは、スペーサ29ま たは予圧手段31が上記の滑りを抑制する作用� ��ある程度期待できる場合には、上記滑り抑� ��用の接着剤28を省略することもできる。

 つぎに、この発明の第5実施形態を図12な� ��し図21と共に説明する。図12に示す第5実施� �態は、図1に示した先の第1実施形態に比べ、 温度補正手段50、径方向荷重推定手段51、軸� �向荷重推定手段52、軸方向荷重方向判別手段 53および温度センサ54を付加した点、ならび� �図13に示すように、センサユニット20を2つ設 けた点が異なり、その他の構成は基本的にほ ぼ同一であるので、それらの詳しい説明は省 略する。

 図13に示すように、固定側部材である外� �部材1の外径面には、2つのセンサユニット20� ��1組とするセンサユニット対19が1対設けられ ている。これら2つのセンサユニット20は、外 方部材1の外径面の円周方向における180度の� �相差をなす位置に配置される。このセンサ� �ニット対19は1対以上設けても良い。ここで� �、センサユニット対19を構成する2つのセン� �ユニット20を、タイヤ接地面に対して上下方 向の位置となる外方部材1の外径面における� �面部および下面部の2箇所に設けることで、� ��輪用軸受に作用する上下方向の荷重(垂直方 向荷重)Fz もしくは軸方向の荷重Fy を検出す るようにしている。具体的には、外方部材1� �外径面における上面部の、隣り合う2つの突� ��1aaの間の中央部に1つのセンサユニット20が� ��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つの突片1aaの間の中央部に他� �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、先の第1実� ��形態との共用図面である図3(A)および図14に� ��大平面図および拡大断面図で示すように、� ��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の歪みを検出するセ� ��サ22とでなる。その他、歪み発生部材21の形 状寸法や材質、切欠き部21bの形状は先の第1� �施形態と同様であり、詳しい説明は省略す� �。接着剤28は、接触固定部21aと外方部材1の� �で摩擦係数を大きくして、両者間のすべり� �減少させる作用を有するとともに、センサ� �ニット20に生じる初期歪みを小さくする初期 歪み抑制手段ともなる。

 センサユニット対19の2つのセンサ22は、� �13のように径方向荷重推定手段51と軸方向荷� ��推定手段52とにそれぞれ接続される。径方� �荷重推定手段51は、前記2つのセンサ22の出力 信号の差分から、車輪用軸受もしくはタイヤ に作用する径方向荷重(ここでは垂直方向荷� �Fz )を推定する手段である。軸方向荷重推定 手段52は、前記2つのセンサ22の出力信号の和� ��ら、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する� ��方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する手� ��である。

 上記した径方向荷重推定手段51による垂� �方向荷重Fz の推定方法、および軸方向荷重� ��定手段52による軸方向荷重Fy の推定方法に� ��いて、以下に説明する。軸方向荷重Fy がゼ ロの状態で垂直方向荷重Fz が印加された場� �、外方部材1の外径面の変形モードは、図15� �矢印P,Qで示すようになり、外方部材1の外径� ��の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内� ��方向へ変形する。この第5実施形態では、セ ンサユニット20を、その2つの接触固定部21aが 外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ� �方向に互いに離間した位置となるように配� �して、周方向の歪みを検出するようにして� �る。これにより、前記上面部に固定された� �ンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが� ��きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面� ��に固定されたセンサユニット20の歪み発生� �材21は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形す る。それゆえ、このときのセンサユニット対 19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図17に破線の� ��ラフとして示す)の差分をとると、同図に実 線のグラフCとして示すように傾きの大きい� �力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の� �力信号A,Bの和をとると、同図に別の実線の� �ラフDとして示すように傾きの小さい出力曲� ��が得られる。

 一方、垂直方向荷重Fz がゼロの状態で軸 方向荷重Fy が印加された場合、外方部材1の� ��径面の変形モードは、図16に矢印P,Qで示す� �うになり、外方部材1の外径面の上面部およ� ��下面部とも外径方向へ変形する。これによ� ��、前記上面部に固定されたセンサユニット2 0の歪み発生部材21も、前記下面部に固定され たセンサユニット20の歪み発生部材21も共に� �歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する� �それゆえ、このときのセンサユニット対19の 2つのセンサ22の出力信号A,B(図18,図19に破線の グラフとして示す)の差分をとると、同図に� �線のグラフCとして示すように傾きの小さい� ��力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の� ��力信号A,Bの和をとると、別の実線のグラフD として示すように傾きの大きい出力曲線が得 られる。

 このように、垂直方向荷重Fz の印加時と軸 方向荷重Fy の印加時とで、外方部材1の外径� ��の変形モードが異なることを利用して、径� ��向荷重推定手段51による垂直方向荷重Fz の� ��定、および軸方向荷重推定手段52による軸� �向荷重Fy の推定を、次のように行っている� ��
 (1) 軸方向荷重推定手段52:2つのセンサ22の� �力信号A,Bの和を求め、軸方向荷重(コーナリ� ��グ力)Fy を推定する。この場合、垂直方向� �重Fz に対する出力信号A,Bの和の傾きは小さ� ��、軸方向荷重Fy の歪み量は垂直方向荷重Fz� �と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Fz  による変動分はほとんど影響を受けない。
 (2) 径方向荷重推定手段51:2つのセンサ22の� �力信号A,Bの差を求め、軸方向荷重推定手段52 で求めた軸方向荷重Fy の値で補正して、垂� �方向荷重Fz を推定する。垂直方向荷重Fz に 限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に 作用する径方向荷重(駆動力となる荷重Fx を� ��む)に対する外方部材1の変形量は、軸方向� �重Fy に対する変形量と比較して非常に小さ� ��ため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。 そこで、上記したように、径方向荷重推定手 段51による推定値を軸方向荷重推定手段52で� �めた軸方向荷重Fy の値で補正すれば、径方� ��荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を正確に推� ��できる。径方向荷重推定手段51は、前記補� �処理を行う補正手段51aを有する。例えば、� �直方向荷重Fz と歪み量が比例関係にある場� ��、補正手段51aは軸方向荷重Fy の値によりオ フセット量や傾きを補正する。

 前記径方向荷重推定手段51および軸方向� �重推定手段52は、実験や解析により予め求め た図17ないし図19にグラフで示す関係(荷重Fz  と歪み量(差)、荷重Fy と歪み量(和)、荷重Fy  と歪み量(差)など)を、演算式またはテーブル 等により設定した関係設定手段(図示せず)を� ��する。これにより、径方向荷重推定手段51� �よび軸方向荷重推定手段52は、入力された2� �のセンサ22の出力信号A,Bから前記関係設定手 段を用いて、垂直方向荷重Fz および軸方向� �重Fy を推定できる。

 ただし、図18にV字形のグラフで示すよう� ��、軸方向荷重Fy の正負両方向(アウトボー� �側の方向とインボード側の方向)において、� ��ンサユニット20の歪み発生部材21が引っ張り 方向に変形する場合、軸方向荷重Fy の方向� �判別する必要がある。ここでは、前記セン� �ユニット対19のセンサ22の出力信号の振幅か� ��以下のように軸方向荷重Fy の方向を判別す る軸方向荷重方向判別手段53を設けている。

 この第5実施形態では、センサユニット対 19の2つのセンサユニット20を、車輪用軸受の� ��定側部材である外方部材1の外径面のタイヤ 接地面に対する上下方向の位置である上面部 と下面部とに配置している。しかも、センサ ユニット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� ��なる軸方向位置に配置しているので、車輪� ��軸受の回転中には、センサユニット20のセ� �サ22の出力信号の振幅に、図20に示す波形図� ��ように周期的な変化が生じる。その理由は� ��転走面3におけるセンサユニット20の近傍部� ��を通過する転動体5の有無によって、センサ ユニット20における歪み発生部材21の変形量� �異なり、転動体5の通過周期ごとにセンサ22� �出力信号の振幅がピーク値を持つためであ� �。この振幅は、センサユニット20の近傍部位 を通過する個々の転動体5の荷重によって生� �る外方部材1の変形を検出していることにな� ��ので、その振幅値は軸方向荷重(モーメント 力)Fy の大きさによって変化する。

 図21(A)は外方部材1の外径面の上面部に配� ��されたセンサユニット20のセンサ出力を示� �、図21(B)は外方部材1の外径面の下面部に配� �されたセンサユニット20のセンサ出力を示し ている。これらの図において、横軸は軸方向 荷重Fy を表し、縦軸は外方部材1の歪み量つ� ��りセンサ22の出力信号の最大値および最小� �の差を表す。この最大値と最小値の差が振� �である。これらの図から、軸方向荷重Fy が+ 方向の場合、個々の転動体5の荷重は外方部� �1の外径面上面部で小さくなり(つまり振幅が 小さくなる)、外方部材1の外径面下面部で大� ��くなる(つまり振幅が大きくなる)ことが分� �る。これに対して、軸方向荷重Fy が-方向の 場合には逆に、個々の転動体5の荷重は外方� �材1の外径面上面部で大きくなり、外方部材1 の外径面下面部で小さくなることが分かる。

 そこで、軸方向荷重方向判別手段53では� �外方部材1の外径面上面部および外径面下面� ��に配置されたセンサユニット20のセンサ出� �信号の振幅の差分を求め、これらの値を比� �することで、軸方向荷重Fy の方向を判別す� ��。すなわち、外方部材1の外径面上面部のセ ンサユニット20のセンサ出力信号の振幅が小� ��く、外方部材1の外径面下面部のセンサユニ ット20のセンサ出力信号の振幅が大きいとき� ��その差分(外径面上面部のセンサユニット20� ��センサ出力信号の振幅から外径面下面部の� ��ンサユニット20のセンサ出力信号の振幅を� �いた値)は、正の値となるため、軸方向荷重� ��向判別手段53では、軸方向荷重Fy の方向が+ 方向であると判別する。逆に、外方部材1の� �径面上面部のセンサユニット20のセンサ出力 信号の振幅が大きく、外方部材1の外径面下� �部のセンサユニット20のセンサ出力信号の振 幅が小さいとき、その差分は負の値となるた め、軸方向荷重方向判別手段53では、軸方向� ��重Fy の方向が-方向であると判別する。

 なお、図18のようなV字形のグラフではな� ��、図19のように負方向の軸方向荷重Fy の最� ��値から正方向の軸方向荷重Fy の最大値にか けて単調増加(または単調減少)するような場� ��にセンサユニット20を設置できれば、上記� �た軸方向荷重方向判別手段53を設けなくても 、センサユニット20のセンサ22の出力信号A,B� �けから軸方向荷重Fy の方向も判別できる。

 図13のように、外方部材1の外径面におけ� ��各センサユニット20の設置部の近傍には、� �方部材1の外径面温度を検出する温度センサ5 4がそれぞれ設けられている。温度センサ54と しては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を 用いることができる。温度補正手段50は、車� ��用軸受の温度またはその周辺温度に応じて� ��前記センサユニット20のセンサ出力信号を� �正する手段である。ここでは、温度補正手� �50は、前記温度センサ54の出力信号に基づい� ��、対応するセンサユニット20のセンサ出力� �号を補正する。したがって、径方向荷重推� �手段51や軸方向荷重推定手段52には、温度補� ��手段50によって補正されたセンサ出力信号� �入力される。

 この第5実施形態におけるその他の基本的 な動作は、先の第1実施形態とほぼ同様であ� �ので、その説明は省略する。

 また、固定側部材である外方部材1の外径 面に、その円周方向における180度の位相差を なす位置に配置された2つのセンサユニット20 からなるセンサユニット対19を少なくとも1対 設け、そのセンサユニット対19の2つのセンサ 22の出力信号の差により径方向荷重である例� ��ば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推 定手段51と、前記2つのセンサ22の出力信号の� ��によりコーナリング力となる軸方向荷重Fy  を推定する軸方向荷重推定手段52を設けてい� ��ので、多数のセンサを設けることなく、ど� ��ような荷重条件においても、径方向荷重(こ こでは垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを 感度良く推定することができる。

 とくに、少なくとも1対のセンサユニット 対19の2つのセンサユニット20を、タイヤ接地� ��に対して上下方向の位置となる固定側部材� ��ある外方部材1の外径面の上面部と下面部と に配置し、このセンサユニット対19のセンサ� ��力信号の振幅から前記軸方向荷重Fy の方向 を判別する軸方向荷重方向判別手段53を設け� ��いるので、方向判別のためのセンサを別途� ��けることなく、軸方向荷重Fy の方向を判別 することができる。したがって、複数のセン サを設置することなく、径方向荷重(ここで� �垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度� �く正確に推定することができる。

 ところで、軸受回転による発熱や周辺環� ��などにより車輪用軸受の温度が変化すると� ��荷重が変化しなくても、前記センサユニッ� ��20のセンサ出力信号は熱膨張などにより変� �するので、推定される荷重に温度の影響が� �る。この実施形態では、車輪用軸受の温度� �たはその周囲温度に応じて前記センサユニ� �ト20のセンサ出力信号を補正する温度補正手 段50を設けているので、温度による検出誤差� ��低減できる。

 また、この第5実施形態では、前記温度補 正手段50が、固定側部材である外方部材1の外 径面に設けた温度センサ54の出力信号に応じ� ��センサユニット20のセンサ出力信号を補正� �るようにしているので、センサユニット20が 設けられる外方部材1の外径面の温度の測定� �に応じて、センサユニット20のセンサ出力信 号を補正することになり、荷重をより正確に 検出できる。

 軸方向荷重Fy の方向判別に用いられるセ ンサユニット対19のセンサ出力信号の振幅に� ��、上記したように車輪用軸受の回転中に転� ��面3におけるセンサユニット20の近傍部位を� ��過する転動体5の有無によって、周期的な変 化が生じる。そこで、検出信号におけるこの ピーク値の周期を、例えば径方向荷重推定手 段51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、径方向荷重推定手段51や軸方向荷� ��推定手段52は、センサユニット対19の2つの� �ンサ22の出力信号の差分や和を、各出力信号 の平均値や振幅から算出することができる。 変動が見られない場合には、絶対値より算出 することができる。

 なお、この第5実施形態において、以下の構 成については特に限定しない。
 ・ センサユニット20の設置個数、接触固定 部21a,センサ22,切欠き部21bの数、設置場所
 ・ センサユニット20の形状、固定方法(ス� �ーサ23を介さずに、2つの接触固定部21aを外� �部材1の外径面に直接固定し、その外径面に� ��ける両接触固定部21aの被固定部位間に溝を� ��けても良い。)、固定する向き(軸方向に向� �て固定し、軸方向の歪みを検出しても構わ� �い。)

 また、この第5実施形態では、センサユニ ット対19となる2つのセンサユニット20を、タ� ��ヤ接地面に対して上下方向の位置となる固� ��側部材である外方部材1の外径面の上面部と 下面部とに配置しているが、これに限らずタ イヤ接地面に対して前後位置となる外方部材 1の外径面の左右両面部に配置しても良い。� �の場合には、径方向荷重推定手段51により、 径方向荷重として車両の前後方向に作用する 駆動力による荷重Fx を推定することができ� �。

 図22ないし図24は、この発明の第6実施形� �を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図12 ~図21に示す第5実施形態において、センサユ� �ット対19の2つのセンサユニット20を以下のよ うに構成している。この場合も、センサユニ ット20は、図24に拡大断面図で示すように、� �の第2実施形態で説明した図8と比べ、温度セ ンサ54をセンサユニット20の歪み発生部材21に 設けた点が異なり、その他の構成は同様であ るので、詳しい説明は省略する。なお、その 他の構成は、第5実施形態の場合と略同様で� �る。この実施形態では、温度センサ54を歪み 発生部材21に設けることで、歪み検出用のセ� ��サ22と同じ部材に設けることになるので、� �号ケーブルの引き出しなどが容易になり、� �立性・量産性に優れたものとなる。

 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、上記した各実施形態では、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2が固定側部材である� �輪用軸受にも適用することができ、その場� �、センサユニット20は内方部材2の内周とな� �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。

 前記各実施形態では接触固定部21aの固定方� ��としてボルト24および滑り抑制用の接着剤28 を要件としたが、これらを要件としないこの 発明の応用形態は、以下のとおりである(図10 、図11、図12および図13参照)。
[応用形態1の1]
 車体に対して車輪を回転自在に支持する車� ��用軸受であって、複列の転走面が内周に形� ��された外方部材1と、前記転走面3と対向す� �転走面4が外周に形成された内方部材2と、両 部材の対向する転走面3,4間に介在した複列の 転動体5とを備え、上記外方部材1および内方� ��材2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21aを有する歪み発生� �材21、およびこの歪み発生部材21に取付けら� ��てこの歪み発生部材21の歪みを検出するセ� �サ22からなる1つ以上のセンサユニット20をボ ルト24で固定したセンサ付車輪用軸受であっ� ��、前記ボルト24による前記センサユニット20 の固定時にセンサユニット20に生じる初期歪� ��を小さくする初期歪み抑制手段を設けた。
[応用形態1の2]
 応用形態1の1において、前記初期歪み抑制� �段は、前記ボルト24によるセンサユニット20� ��固定時に、前記歪み発生部材21の接触固定� �21aを前記固定側部材の外径面に接着固定し� �おく接着剤28である。
[応用形態1の3]
 応用形態1の1において、前記初期歪み抑制� �段は、前記ボルト24によるセンサユニット20� ��固定時に、前記歪み発生部材21に予圧を与� �て前記固定側部材1の外径面に押し付けてお� ��予圧手段31である。
[応用形態1の4]
 応用形態1の1において、前記初期歪み抑制� �段は、前記ボルト24の頭部24aと前記歪み発生 部材21との間に介在させたスペーサ29である� �
[応用形態1の5]
 応用形態1の1において、前記センサユニッ� �20の2つ以上の接触固定部21aを、前記固定側� �材1の軸方向に対して同寸法となる位置に設� ��た。
[応用形態1の6]
 応用形態1の1において、前記歪み発生部材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を有する薄板材 からなる。
[応用形態1の7]
 応用形態1の1において、前記センサユニッ� �20の歪み発生部材21aは、前記固定側部材1に� �用する外力、またはタイヤと路面間に作用� �る作用力として、想定される最大の力が印� �された状態においても塑性変形しないもの� �した。
[応用形態1の8]
 応用形態1の1において、前記センサユニッ� �20を、タイヤ接地面に対して上下位置および 左右位置となる前記固定側部材1の外径面の� �面部、下面部、右面部、および左面部に配� �した。
[応用形態2の1]
 車体に対して車輪を回転自在に支持する車� ��用軸受であって、複列の転走面3が内周に形 成された外方部材1と、前記転走面3と対向す� ��転走面4が外周に形成された内方部材2と、� �部材の対向する転走面3,4間に介在した複列� �転動体5とを備え、上記外方部材1および内方 部材2のうちの固定側部材の外径面に、その� �定側部材の円周方向における180度の位相差� �なす位置に配置された2つのセンサユニット2 0からなるセンサユニット対19を少なくとも1� �設け、前記各センサユニット20は、前記固定 側部材の外径面に接触して固定される2つ以� �の接触固定部21aを有する歪み発生部材21およ びこの歪み発生部材21に取付けられてこの歪� ��発生部材21の歪みを検出するセンサ22を有し 、前記センサユニット対19における2つのセン サユニット20のセンサ22の出力信号の差分か� �車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用� �る径方向荷重を推定する径方向荷重推定手� �51と、前記センサユニット対19における2つの センサユニット20のセンサ22の出力信号の和� �ら車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作� �する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定� �段52とを設け、少なくとも1対のセンサユニ� �ト対19の2つのセンサユニット20は、タイヤ接 地面に対して上下位置となる前記固定側部材 の外径面の上面部と下面部とに配置し、この センサユニット対19のセンサ22の出力信号の� �幅から前記軸方向荷重の方向を判別する軸� �向荷重方向判別手段53を設けた。
[応用形態2の2]
 応用形態1において、前記軸方向荷重方向判 別手段53は、前記センサユニット対における2 つのセンサユニットのセンサ22の出力信号の� ��幅の差分から前記軸方向荷重の方向を判別� ��る。
[応用形態2の3]
 応用形態1において、前記径方向荷重推定手 段51は、タイヤ接地面に対して上下位置とな� ��前記固定側部材の外径面の上面部と下面部� ��に2つのセンサユニット20が配置されたセン� ��ユニット対19における前記2つのセンサユニ� ��ト20の出力信号の差分から車輪用軸受に作� �する垂直方向の荷重を推定する。
[応用形態2の4]
 応用形態1において、少なくとも1対のセン� �ユニット対19の2つのセンサユニット20は、タ イヤ接地面に対して前後位置となる前記固定 側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し 、前記径方向荷重推定手段51は、前記2つのセ ンサユニット20のセンサ22の出力信号の差分� �ら駆動力となる荷重を推定する。
[応用形態2の5]
 応用形態1において、前記径方向荷重推定手 段51は、その推定値を前記軸方向荷重推定手� ��32による推定値により補正する補正手段51a� �有する。
[応用形態2の6]
 応用形態1において、車輪用軸受の温度また はその周辺温度に応じて前記センサユニット 20のセンサ22の出力信号を補正する温度補正� �段50を設けた。
[応用形態2の7]
 応用形態6において、前記温度補正手段50は� ��前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の 温度センサ54の出力信号に応じて前記センサ� ��ニット20のセンサ22の出力信号を補正する。
[応用形態2の8]
 応用形態6において、前記温度補正手段50は� ��前記センサユニット20の歪み発生部材21に設 けた1つ以上の温度センサ54の出力信号に応じ て前記センサユニット20の出力信号を補正す� ��。
[応用形態2の9]
 応用形態1において、前記荷重推定手段51,52� ��、前記センサユニット対19の2つのセンサユ� ��ット20の各出力信号の差分もしくは和を、� �記各出力信号の絶対値、および前記各出力� �号の平均値、および前記各出力信号の振幅� �うちの、少なくともいずれか1つにより算出� ��る。

 以上、本発明の実施形態について説明し� ��が、本発明はこうした実施形態に限定され� ��ことなく、あくまで例示であって、本発明� ��要旨を逸脱しない範囲において、さらに種� ��なる形態で実施し得ることは勿論のことで� ��り、本発明の範囲は、請求の範囲の記載に� ��って示され、さらに請求の範囲に記載の均� ��の意味、および範囲内の全て変更を含む。