この発明の一実施形態を図1ないし図9と� �に説明する。この実施形態は、第3世代型の� ��輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸� ��に適用したものである。なお、この明細書� ��おいて、車両に取付けた状態で車両の車幅� ��向の外側寄りとなる側をアウトボード側と� ��び、車両の中央寄りとなる側をインボード� ��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� ��ル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� ��のボルト孔14が設けられ、インボード側よ� �ナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナッ� ��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16� �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� ��輪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� ��ブ輪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� �外周には段差を持って小径となる内輪嵌合� �12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が� �合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が� �けられている。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� �設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9a� �根元部付近には、車輪および制動部品(図示� ��ず)を案内する円筒状のパイロット部13がア� ��ト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2つ以上(ここでは2つ)の歪みセンサ22とでな る。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可� ��な金属製で2mm以下の薄板材からなり、平面� ��形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部� ��切欠き部21bを有する。切欠き部21bの隅部は� ��面円弧状とされている。

 また、歪み発生部材21は、外方部材1の外� ��面にスペーサ23を介して接触固定される2つ� ��上(ここでは3つ)の接触固定部21aを有する。3 つの接触固定部21aは、歪み発生部材21の長手� ��向に向け1列に並べて配置される。2つの歪� �センサ22は、歪み発生部材21における各方向� ��荷重に対して歪みが大きくなる箇所に設置� ��れる。具体的には、歪み発生部材21の外面� �で隣り合う接触固定部21aの間に配置される� �つまり、図4において、左端の接触固定部21a� ��中央の接触固定部21aとの間に1つの歪みセン サ22Aが配置され、中央の接触固定部21aと右端 の接触固定部21aとの間に他の1つの歪みセン� �22Bが配置される。

 切欠き部21bは、図3のように、歪み発生部 材21の両側辺部における前記歪みセンサ22の� �置部に対応する2箇所の位置にそれぞれ形成� ��れている。これにより、歪みセンサ22は歪� �発生部材21の切欠き部21bの周辺における長手 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� �る外方部材1に作用する外力、またはタイヤ� ��路面間に作用する作用力として、想定され� ��最大の力が印加された状態においても、塑� ��変形しないものとするのが望ましい。塑性� ��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、歪みの測定に影響を及� ��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3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、かつ各接触固定部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� �1の外径面に接触固定部21aを固定することに� ��り、薄板状である歪み発生部材21における� �欠き部21bを有する各部位が外方部材1の外径� ��から離れた状態となり、切欠き部21bの周辺� ��歪み変形が容易となる。接触固定部21aが配� ��される軸方向位置として、ここでは外方部� ��1のアウトボード側列の転走面3の周辺とな� �軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウト� �ード側列の転走面3の周辺とは、インボード� ��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列の転走面3の形成� �までの範囲である。外方部材1の外径面へセ� ��サユニット20を安定良く固定する上で、外� �部材1の外径面における前記スペーサ23が接� �固定される箇所には平坦部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3つの接触固定部21aが固定される3箇所の各� ��間部に溝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2 1bが位置する各部位を外方部材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。

 各センサユニット20の2つの歪みセンサ22� �推定手段30に接続される。推定手段30は、セ� ��サユニット20の2つの歪みセンサ22の出力信� �の差分(具体的には出力信号の振幅)から、車 輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作� ��する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力と� ��る荷重Fx ,軸方向荷重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F z ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重 Fy と、2つの歪みセンサ22の出力信号の差分� �の関係を演算式またはテーブル等により設� �した関係設定手段(図示せず)を有し、2つの� �みセンサ22の出力信号の差分から前記関係設 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� �定する。前記関係設定手段の設定内容は、� �め試験やシミュレーションで求めておいて� �定する。

 センサユニット20は、外方部材1のアウト� ��ード側列の転走面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22A,22Bの出力� �号A,Bは、図6のようにセンサユニット20の設� �部の近傍を通過する転動体5の影響を受ける� ��また、軸受の停止時においても、歪みセン� ��22A,22Bの出力信号A,Bは、転動体5の位置の影� �を受ける。すなわち、転動体5がセンサユニ� ��ト20における歪みセンサ22A,22Bに最も近い位� ��を通過するとき(または、その位置に転動体 5があるとき)、歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,B は最大値となり、図6(A),(B)のように転動体5が その位置から遠ざかるにつれて(または、そ� �位置から離れた位置に転動体5があるとき)低 下する。軸受回転時には、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22A,22B� ��出力信号A,Bは、転動体5の配列ピッチPを周� �として図6(C)に実線で示すように周期的に変� ��する正弦波に近い波形となる。また、歪み� ��ンサ22A,22Bの出力信号A,Bは、温度の影響やナ ックル16と車体取付用フランジ1a(図1)の面間� �どの滑りによるヒステリシスの影響を受け� �。

 この実施形態では、前記2つの歪みセンサ 22A,22Bの出力信号A,Bの差分を演算処理するこ� �で、推定手段30が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 ,軸方向荷重Fy  )を推定するものとしているので、2つの歪� �センサ22A,22Bの各出力信号A,Bに現れる温度の� ��響やナックル・フランジ面間などの滑りの� ��響を相殺することができ、これにより車輪� ��軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確� ��検出することができる。

 差分の演算処理について説明する。
 前記2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの� �分から、演算処理によって差分信号の振幅� �または振幅に相当する値を求める方法とし� �は、絶対値|A-B|からそのピーク値を検出する ものでもよい。絶対値|A-B|は、演算回路によ� ��て生成してもよいが、デジタル演算処理に� ��って計算してもよい。回転状態では半波整� ��波形が得られるため、そのピーク値をホー� ��ドするか、ローパスフィルタ;Low Pass Filter, 略称LPFによって直流成分を求めて差分信号の 振幅相当値とすることができる。また、差分 信号(A-B)の実効値(二乗平均値)を振幅相当値� �して荷重の推定演算に用いてもよい。デジ� �ル演算処理においては、差分信号の振動周� �の一周期以上を演算対象区間に設定し、そ� �区間内の最大値と最小値を検出することで� �振幅相当値を算出するものでもよい。

 センサユニット20として、図5の構成例の� ��のを示す図6においては、固定側部材である 外方部材1の外径面の円周方向に並ぶ3つの接� ��固定部21aのうち、その配列の両端に位置す� ��2つの接触固定部21aの間隔を、転動体5の配� �ピッチPと同一に設定している。この場合、� ��り合う接触固定部21aの中間位置にそれぞれ� ��置される2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前� �円周方向の間隔は、転動体5の配列ピッチPの 略1/2となる。

 その結果、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力� �号A,Bは略180度の位相差を有することになり� �その差分は温度の影響やナックル・フラン� �面間などの滑りの影響を十分相殺した値と� �る。これにより、2つの歪みセンサ22A,22Bの出 力信号A,Bの差分から、推定手段30によって推� ��される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� �制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )は、温� ��の影響やナックル・フランジ面間などの滑� ��の影響をより確実に排除した正確なものと� ��る。

 図7には、図5の構成例のセンサユニット20 において、2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前� ��円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチP� �1/2に設定した例を示している。この例では� �2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向 の間隔が、転動体5の配列ピッチPの1/2とされ� ��ので、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,B� �180度の位相差を有することになり、その差� �は、温度の影響やナックル・フランジ面間� �どの滑りの影響を完全に相殺した値となる� �これにより、推定手段30によって推定される 車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に� ��用する力(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 )から、温度の影 響やナックル・フランジ面間などの滑りの影 響をより確実に排除することができる。

 なお、この場合に、2つの歪みセンサ22A,22 Bの前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピ� ��チPの{1/2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に� ��似した値としても良い。この場合にも、両� ��みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの差分は、温度 の影響やナックル・フランジ面間などの滑り の影響を相殺した値となる。

 図8には、センサユニット20として、図5の 構成例のものにおいて、中間位置の接触固定 部21aを省略して、接触固定部21aを2つとした� �成例(図8(A))の場合を示している。この場合� �図6の例の場合と同様に、2つの接触固定部21a の間隔を、転動体5の配列ピッチPと同一に設� ��している。2つの接触固定部21aの間に配置さ れる2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周� ��向の間隔は、転動体5の配列ピッチPの略1/2� �設定されている。

 その結果、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力� �号A,Bは略180度の位相差を有することになり� �その差分は温度の影響やナックル・フラン� �面間などの滑りの影響を十分相殺した値と� �る。これにより、2つの歪みセンサ22A,22Bの出 力信号A,Bの差分から、推定手段30によって推� ��される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� �制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )は、温� ��の影響やナックル・フランジ面間などの滑� ��の影響をより確実に排除した正確なものと� ��る。

 図9には、図8(A)の構成例のセンサユニッ� �20において、2つの歪みセンサ22A,22Bの間での� ��記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチ Pの1/2に設定した例を示している。この例で� �、図7の例の場合と同様に、2つの歪みセンサ 22A,22Bの出力信号A,Bは180度の位相差を有する� �とになり、その差分は、温度の影響やナッ� �ル・フランジ面間などの滑りの影響を完全� �相殺した値となる。これにより、推定手段30 によって推定される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 ,軸方向荷� �Fy )から、温度の影響やナックル・フランジ 面間などの滑りの影響をより確実に排除する ことができる。

 この場合、2つの歪みセンサ22A,22Bの前記� �周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/ 2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に近似した� ��としても良い。この場合にも、両歪みセン� ��22A,22Bの出力信号A,Bの差分は、温度の影響や ナックル・フランジ面間などの滑りの影響を 相殺した値となる。

 このほか、図6および図7において、隣り� �う2つの接触固定部21aの間での前記円周方向� ��間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/2+n(n:整� �)}倍、またはこれらの値に近似した値として も良い。この場合にも、隣り合う2つのセン� �22A,22Bの出力信号の差分は、温度の影響やナ� ��クル・フランジ面間などの滑りの影響を相� ��した値となる。

 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3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22A,22Bで感度� �く検出され、その出力信号から荷重を推定� �きる。ここでは、外方部材1の外径面におけ� ��上面部と下面部に配置される2つのセンサユ ニット20の出力信号から垂直方向荷重Fz と軸 方向荷重Fy を推定でき、外方部材1の外径面� ��おける右面部と左面部に配置される2つのセ ンサユニット20の出力信号から駆動力や制動� ��による荷重Fx を推定できる。

 この場合、各センサユニット20における� �みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bは、上記したよ� ��にそのままでは温度の影響やナックル・フ� ��ンジ面間などの滑りの影響を受けるが、推� ��手段30ではその2つの出力信号の差分から、� ��輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用� ��る荷重(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力と� ��る荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定するので、 温度の影響やナックル・フランジ面間などの 滑りの影響が解消され、荷重を精度良く推定 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22A,22Bで感度良く検出され、その出力信号A, Bに生じるヒステリシスも小さくなり、荷重� �精度良く推定できる。また、歪み発生部材21 の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低 コストなものとできる。

 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22A,22Bの取� �け部での歪み分布のばらつきが小さくなり� �歪みセンサ22A,22Bの取付け位置が歪みセンサ2 2A,22Bの出力信号A,B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の接触固� ��部21aは、隣り合う突片1aa間の中央に配置さ� ��ているので、ヒステリシスの原因となる突� ��1aaから離れた位置に歪み発生部材21が配置� �れることになり、それだけ歪みセンサ22A,22B� ��出力信号A,B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22A,22Bにより検出可能となる。

 なお、上記実施形態では、推定手段30が� �2つ以上の歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの差 分から、車輪用軸受に作用する荷重を推定す るものとしたが、推定手段30は、さらに前記2 つ以上のセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの和も用� �て、車輪用軸受に作用する荷重を推定する� �のとしても良い。このように、2つ以上のセ� ��サ22A,22Bの出力信号A,Bの和を取ると、各出力 信号A,Bに現れる転動体5の位置の影響を相殺� �ることができるので、差分から温度の影響� �ナックル・フランジ面間などの滑りの影響� �排除できることと相まって、荷重をさらに� �度良く検出できる。

 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。