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、車両に取り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車体取付用� ��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 センサユニット19が設けられている。ここで� ��、2つのセンサユニット19を、タイヤ接地面� ��対して上位置となる外方部材1の外径面にお ける上面部および下面部の2箇所に設けるこ� �で、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重Fz  を検出するようにしている。具体的には、� ��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19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� ��19が配置されている。

 これらのセンサユニット19は、図3に拡大� ��面図で示すように、歪み発生部材20と、こ� �歪み発生部材20に取付けられて歪み発生部材 20の歪みを検出するセンサ21とでなる。歪み� �生部材20は略円弧状で、鋼材等の金属製の部 材であって、外方部材1の外径面に接触して� �定される2つ以上の接触固定部20aと、1つ以上 の切欠き部20bを有する。ここでは、歪み発生 部材20は、その両端部に位置する2つの接触固 定部20aと、これら2つの接触固定部20aで挟ま� �る中央部に位置する1つの切欠き部20bを有す� ��。なお、各図の符号aは、接触固定部20aの幅 を示す。切欠き部20bは、歪み発生部材20の内� ��側から外面側に向けて切り欠いた形状とさ� ��ている。センサ21は、歪み発生部材20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20bの周辺、具体的には歪 み発生部材20の外面側で切欠き部20bの背面側� ��なる位置が選ばれており、センサ21は切欠� �部20b周辺の歪みを検出する。なお、歪み発� �部材20は、固定側部材である外方部材1に作� �する外力、またはタイヤと路面間に作用す� �作用力として、想定される最大の力が印加� �れた状態においても、塑性変形しないもの� �するのが望ましい。想定される最大の力は� �例えば、軸受として負荷を許容できる最大� �力である。塑性変形が生じると、外方部材1� ��変形がセンサユニット19に正確に伝わらず� �歪みの測定に影響を及ぼすからである。

 前記センサユニット19は、その歪み発生部� �20の2つの接触固定部20aが、軸方向に同寸法� �位置に来るように外方部材1の外径面に配置� ��れ、これら接触固定部20aがそれぞれスペー� ��22を介してボルト23により外方部材1の外径� �に固定される。具体的には、前記2つの接触� ��定部20aは、外方部材1の外径面におけるアウ トボード側列の転走面3の周辺に固定される� �ここでいうアウトボード側列の転走面3の周� ��とは、インボード側列およびアウトボード� ��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の形成部までの範囲である。
 このように、スペーサ22を介して外方部材1� ��外径面に接触固定部20aを固定することによ� ��、歪み発生部材20における切欠き部20bが位� �する2つの接触固定部20aの中間部位が外方部� ��1の外径面から離れた状態となり、切欠き部 20bの周辺の歪み変形が容易となる。

 歪み発生部材20の接触固定部20aをスペーサ22 を介して外方部材1の外径面に固定する以外� �、例えば図4に示すように、接触固定部20aを� ��み発生部材20の内面側に突出する形状とす� �ことで、スペーサ22を省略しても良い。この 場合も、歪み発生部材20における切欠き部20b� ��位置する2つの接触固定部20aの中間部位が外 方部材1の外径面から離れた状態となり、切� �き部20bの周辺の歪み変形が容易となる。
 このほか、外方部材1の外径面における前記 歪み発生部材20の2つの接触固定部20aが接触固 定される2箇所の中間部に溝を設けることで� �歪み発生部材20における切欠き部20bが位置す る2つの接触固定部20aの中間部位を外方部材1� ��外径面から離すようにしても良い。
 なお、外方部材1の外径面へセンサユニット 19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20の接触固定部2 0a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、前記2つの接触固定部20aは、外方部 材1の軸心回りに互いに開く角度θを持つよう に設置される。例えば、外方部材1の外径面� �上面部に配置されるセンサユニット19におい ては、このセンサユニット19を挟む位置にあ� ��外方部材1の2つの突片1aaの間の角度φuの半� �以下となる(θ<(1/2)φu)ように、前記角度θ� �設定される。同様に、外方部材1の外径面の� ��面部に配置されるセンサユニット19におい� �も、このセンサユニット19を挟む位置にある 外方部材1の2つの突片1aaの間の角度φdの半分� ��下となる(θ<(1/2)φd)ように、前記角度θが� ��定される。

 センサユニット19のセンサ21は推定手段25� ��接続される。推定手段25は、ここではセン� �21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25は� ��車輪のタイヤと路面間の作用力とセンサ21� �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、入力された出力信号から前記関係設定手 段を用いて作用力を出力する。前記関係設定 手段の設定内容は、予め試験やシミュレーシ 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と� ��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19を例えば外方部材フランジ1aの� �片1aaに設置して、フランジ1aの変形から荷重 を推定しようとすると、従来例の説明におけ るように出力信号にヒステリシスが生じる。
 ここでは、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20aと1つの切欠き部2 0bを有する歪み発生部材20、およびこの歪み� �生部材20の前記切欠き部20bの周辺の歪みを検 出するセンサ21を有するセンサユニット19を� �外方部材1の外径面に対して2つの接触固定部 20aが軸方向に同寸法の位置に来るように設け 、2つの接触固定部20aは外方部材1の軸心回り� ��互いに開く角度θを持ち、その角度θが外方 部材1の隣り合う突片1aaの間の角度φu(あるい� ��φd)の半分以下となるように設置しているの で、センサユニット19が突片1aaにおける滑り� ��擦の影響を受け難くなる。その結果、出力� ��号のヒステリシスが小さくなる。
 また、外方部材1の外径面では、その周方向 の位置によって変形量が異なるので、上記し たように2つの接触固定部20aが周方向に離間� �て配置されることにより、各接触固定部20a� �の変形量の違いが歪み発生部材20の切欠き部 20bの周辺に歪みを発生させ、その歪み量がセ ンサ21で検出される。推定手段25は、前記セ� �サ21の出力信号から車輪用軸受に作用する荷 重を推定する。これにより、静止時や低速時 を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を感 度良く検出することができる。上記したよう に、センサユニット19は、ヒステリシスの主� ��原因となる外方部材フランジ1aの突片1aaに� �定していないので、センサ21の出力信号に生 じるヒステリシスが小さくなり、荷重を精度 良く推定することができる。

 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、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19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 19のセンサ21の出力信号の振幅に、図5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21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25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 れる場合は、出力信号の平均値や振幅により 荷重を算出することができる。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。

 タイヤと路面間に作用した力は転動体5を 介して外方部材1の外径面に伝達されるが、� �の実施形態では、センサユニット19における 歪み発生部材20の2つの接触固定部20aを、外方 部材1の外径面のアウトボード側列の転走面3� ��周辺に設けているので、外方部材1における 比較的に変形量の大きい部位にセンサユニッ ト19を設置していることとなり、さらに精度� ��く荷重を推定することができる。

 また、この実施形態では、センサユニッ� ��19における歪み発生部材20の接触固定部20aを 、外方部材1の外径面において、フランジ1aの 隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に配置し� �いるので、ヒステリシスの原因となる突片1a aから周方向に離れた位置に歪み発生部材20を 設置することとなる。その結果、センサ21の� ��力信号に生じるヒステリシスがさらに小さ� ��なり、さらに精度良く荷重を推定すること� ��できる。

 また、この実施形態では、外方部材1の外 径面において、上下方向の荷重Fz や前後方� �の荷重Fy が印加された場合でも常に転動体5 の荷重が印加されて変化量の大きい位置、つ まりタイヤ接地面に対して上下面部となる位 置に1つのセンサユニット19が設けられている ので、どのような場合でも荷重を精度良く推 定することができる。また、センサユニット 19は、微小な歪みでも拡大して検出するもの� ��あるため、外方部材1の変形量が小さい上下 方向の荷重Fz でも感度良く検出することが� �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19の設置個数、設置場所 や、接触固定部20a,センサ21,切欠き部20bの数
 ・ センサユニット19の形状、固定方法(接� �、溶接など)

 図6ないし図8は、この発明の第2実施形態� ��示す。なお、図7は、この車輪用軸受の外方 部材1をアウトボード側から見た正面図を示� �、図6は、図7におけるVI-VI矢視断面図を示す� ��この実施形態は、図1~図5に示す第1実施形態 のセンサ付車輪用軸受におけるセンサユニッ ト19に代えて、図8に拡大正面図で示すような センサユニット19Aを用いている。このセンサ ユニット19Aは、3つの接触固定部20aと2つの切� ��き部20bを有する歪み発生部材20と、2つのセ� ��サ21とでなる。具体的には、歪み発生部材20 の両端部と中央部が接触固定部20aとされ、各 接触固定部20aは、スペーサ22を介してそれぞ� ��ボルト23により外方部材1の外径面に固定さ� ��る。各接触固定部20aが軸方向に同寸法の位� ��に来るように配置されることは、先の第1実 施形態の場合と同様である。3つの接触固定� �20aは、外方部材1の軸心回りに互いに開く角� ��θを持ち、センサユニット19Aの両端に設け� �れた接触固定部20a間の角度2θが、外方部材1� ��隣り合う突片1aaの間の角度φu(またはφd)の� �分以下となるように設定される。推定手段25 は、センサユニット19Aにおける2つのセンサ21 の出力信号から荷重を推定する。その他の構 成は先の第1実施形態の場合と同様である。

 図9は、この発明の第3実施形態を示す。� �の実施形態では、図6~図8に示す第2実施形態� ��センサ付車輪用軸受におけるセンサユニッ� ��19Aの3つの接触固定部20aを、それらが持つ外 方部材1の軸心回りに互いに開く角度θが、転 動体5のピッチPの半分となるように設置して� ��る。その他の構成は図6~図8に示す第2実施形 態の場合と同様である。

 このように接触固定部20aを設置した場合� ��転動体5の位置によりセンサユニット19Aの変 形モードが変わるため、図5で示したように� �転動体5がセンサユニット19Aの近傍を通過す� ��周期に伴い、センサ21の出力信号が変動し� �くなる。その結果、温度ドリフトの影響を� �け難い出力信号の振幅から、荷重を推定で� �るようになる。

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