JP2008249566A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体３を介在させた車輪用軸受において、前記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に歪みセンサ２１を取付ける。例えば、固定側部材が外方部材１とする。歪みセンサ２１は、歪み発生用部材２２およびこの歪み発生用部材２２に取付けた少なくとも１つ以上のセンサ素子２３からなる。歪み発生用部材２２は、外方部材１に対して固定される複数箇所の接触固定面を有する。第１の接触固定面Ｆ１は、外方部材１のフランジ１ａの側面に固定される。第２の接触固定面Ｆ２および第３の接触固定面Ｆ３は外方部材１の周面に互いに軸方向にずらして固定される。センサ素子２３の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段３１を設ける。
【選択図】 図１

Description

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

従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受に設けたものがある。従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面の制御が可能なことが求められている。

そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が片寄るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。

また、今後ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。

このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の軌道輪に歪みゲージを貼り付け、歪みゲージの検出する歪みから車輪にかかる荷重を推定するようにした車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１、２）。特許文献１は、軌道輪における固定輪に歪みゲージを貼り付けたものであり、特許文献２は、軌道輪における回転輪に歪みゲージを貼り付けたものである。
また、軌道輪に歪みゲージを直接貼り付けるのではなく、センサ支持部材に歪み検出用の荷重センサを取付けてセンサ装置とし、このセンサ装置を車体側軌道部材（軌道輪）に取付けた車輪用軸受が提案されている（例えば、特許文献３）。特許文献３の場合、センサ支持部材は、車体側軌道部材の外径に当接する水平部および車体側軌道部材の車体取付け用フランジ部に当接する垂直部からなり、前記水平部に荷重センサが貼り付けられている。
特表２００３−５３０５６５号公報 特開２００４−５３３３１号公報 特開２００６−０７７８０７号公報

車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であるため、特許文献１、２のように軌道輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。また、軌道輪の歪みを感度良く検出することが難しく、その検出結果を車両走行時の姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。また、車輪用軸受の一部を加工するため軸受剛性が低くなるという問題がある。
特許文献３に開示の車輪用軸受の場合、タイヤへの左右方向荷重（Ｆｙ荷重）に対しては、固定輪の車体取付用フランジと外径面の相対変位が大きいため荷重を検出することができるが、垂直方向荷重（Ｆｚ荷重）に対しては、固定輪の車体取付用フランジと外径面の相対変位が小さいため荷重を検出することが困難である。

この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪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、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両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において、歪み発生用部材およびこの歪み発生用部材に取付けた少なくとも１つ以上のセンサ素子からなる歪みセンサを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪み発生用部材は、固定側部材に対して固定される複数箇所の接触固定面を有し、前記接触固定面のうち第１の接触固定面は、前記固定側部材に設けられて車体に取付けるフランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定面および第３の接触固定面は前記固定側部材の周面に互いに軸方向にずらして固定されるものであり、前記センサ素子の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたことを特徴とする。

車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形は歪みセンサの歪み発生用部材に歪みをもたらす。この歪み発生用部材の歪みをセンサ素子が検出する。推定手段は、上記センサ素子の出力から、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する。このようにして得られた各推定値を自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。
この車輪用軸受は、歪み発生用部材およびこの歪み発生用部材に取付けたセンサ素子からなる歪みセンサを固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。歪み発生用部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これにセンサ素子を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。また、軸受剛性をほとんど低下させることなく、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定することができる。
歪み発生用部材の第１の接触固定面は固定側部材のフランジの側面に固定され、第２の接触固定面および第３の接触固定面は固定側部材の周面に固定され、第２の接触固定面と第３の接触固定面との軸方向位置が異なる。このため、固定側部材に例えば径方向および軸方向の歪みが歪み発生用部材に転写かつ拡大して現れやすい。この歪み発生用部材に転写かつ拡大して現れた歪みをセンサ素子で測定することで、固定側部材の歪みを感度良く検出できる。また、センサ素子の出力から推定される荷重の精度が高くなる。
１つの歪み発生用部材に複数のセンサ素子を取付けてもよく、その場合、歪み測定精度の向上を図ることができる。また、センサ素子の取付位置によっては、様々な方向の歪みを検出することも可能になる。

前記歪み発生用部材の第１の接触固定面は、固定側部材の前記フランジに設けられた車体取付孔の近傍に固定され、第２の接触固定面および第３の接触固定面は、互いに周方向において同位相、かつ前記第１の接触固定面とは異なる位相の周面に固定されるのが好ましい。
フランジは車体取付孔に挿通したボルトにより車体に取付けられているため、フランジの車体取付孔の近傍はほとんど変形しない。このほとんど変形しない箇所に第１の接触固定面を固定すると、第１の接触固定面と第２、第３の接触固定面との変形の差が大きくなり、歪み発生用部材の一部に歪みが集中して現れる。その歪みをセンサ素子で検出することで、歪みの測定感度の向上を図ることができる。
固定側部材はフランジにより懸架装置に取付けられているため、固定側部材のフランジ部分とそうでない部分とでは変形の程度が異なる。第２の接触固定面および第３の接触固定面は、互いに周方向において同位相、かつ第１の接触固定面とは異なる位相の周面に固定することで、第１の接触固定面がフランジの側面に固定されるのに対し、第２、第３の接触固定面を固定側部材の周面における外周にフランジが存在しない箇所に固定することができる。これにより、第１の接触固定面が固定される箇所と第２、第３の接触固定面が固定される箇所とで、固定側部材の変形の程度が異なるようになる。そのため、より一層歪み発生用部材に歪みが大きく現れるようにすることができ、さらなる歪みの測定感度の向上が図れる。

前記歪み発生用部材は２つの第１の接触固定面を有し、これら２つの第１の接触固定面は、隣合う２つの車体取付孔のそれぞれの近傍に固定され、第２の接触固定面および第３の接触固定面は、前記２つの第１の接触固定面間に位置するようにしてもよい。
２つの第１の接触固定面を隣合う２つの車体取付孔のそれぞれの近傍に固定すると、歪み発生用部材は、２つの第１の接触固定面により固定側部材における変形量の小さい箇所に固定された状態となる。そのため、第２、第３の接触固定面の固定箇所が変形しても、歪み発生用部材と固定側部材との固定に伴うヒステリシスを減少させることができる。このヒステリシスは、例えば、歪み発生用部材と固定側部材とを複数本のボルトで固定する場合に、各ボルトの締め付けのアンバランスにより生じる。第２、第３の接触固定面を２つの第１の接触固定面間に位置させると、前記同様、第１の接触固定面がフランジの側面に固定されるのに対し、第２、第３の接触固定面を固定側部材の周面における外周にフランジが存在しない箇所に固定することができる。

前記固定側部材が外方部材である場合、前記歪み発生用部材は、外方部材の外径よりも内径が大きいリング状とし、このリング状の歪み発生用部材に複数のセンサ素子を取付けてもよい。
リング状の歪み発生用部材に複数のセンサ素子を取付けると、１つの歪みセンサで様々な方向の歪みを検出することができる。また、１つの歪みセンサで外方部材に複数のセンサ素子を設けることができるため、１個のセンサ素子を有する歪みセンサを外方部材に複数取付ける場合に比べて、組立性やコスト面で優位である。

前記歪み発生用部材は複数の第１の接触固定面を有し、第２および第３の接触固定面は、隣合う２つの第１の接触固定面間における中央部に位置するようにしてもよい。
第２、第３の接触固定面を隣合う２つの第１の接触固定面間における中央部に位置させると、第２、第３の接触固定面が車体取付孔から離れた変形しやすい箇所に固定される。そのため、歪み発生用部材の一部に歪みが集中して現れ、荷重の測定精度の向上を図ることができる。

前記歪み発生用部材は１つ以上の切欠き部を有し、この切欠き部周辺に前記センサ素子を取付けてもよい。
歪み発生用部材に切欠き部が有ると、その切欠き部周辺に歪みが集中する。この歪みをセンサ素子で測定することにより、固定側部材の歪みを感度良く検出することができ、荷重の測定精度が向上する。歪み発生用部材に切欠き部を設けるだけであり、固定側部材には何ら加工を行わないので、車輪用軸受の剛性を下げることはない。

前記歪み発生用部材の切欠き部のうち少なくとも１つは、周方向において、前記歪み発生用部材の第１、第２および第３の接触固定面とは異なる位相に位置するのがよい。
切欠き部を上記のように配置すると、切欠き部が、固定側部材の変形しにくい箇所に固定される第１の接触固定面と、変形しやすい箇所に固定される第２、第３の接触固定面との間に位置するため、より一層切欠き部周辺に歪みが集中しやすくなる。

前記歪み発生用部材の切欠き部のうち少なくとも１つは、軸方向において、前記歪み発生用部材の第２および第３の接触固定面間に位置するのがよい。
切欠き部を上記のように配置すると、固定側部材の外径面の軸方向変形による歪みを検出することができる。

この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両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において、歪み発生用部材およびこの歪み発生用部材に取付けた少なくとも１つ以上のセンサ素子からなる歪みセンサを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪み発生用部材は、固定側部材に対して固定される複数箇所の接触固定面を有し、前記接触固定面のうち第１の接触固定面は、前記固定側部材に設けられて車体に取付けるフランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定面および第３の接触固定面は前記固定側部材の周面に互いに軸方向にずらして固定されるものであり、前記センサ素子の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置でき、かつ車輪にかかる荷重を感度良く検出できる。歪み発生用部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これにセンサ素子を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。

この発明の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１（Ａ）は図２のＩＡ−Ｏ−ＩＡ´断面図、図１（Ｂ）は図２のＩＢ−ＩＢ断面図である。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は、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ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、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封装置７，８により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）におけるナックルに取付けるフランジ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、周方向の複数箇所に車体取付孔１４が設けられている。

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。これらハブ輪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のインボード側端の外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が嵌合している。ハブ輪９の中心には貫通孔１１が設けられている。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が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、ホイールおよび制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。

外方部材１の外周部には、図３に示す歪みセンサ２１が設けられている。歪みセンサ２１は、歪み発生用部材２２に、この歪み発生用部材２２の歪みを測定するセンサ素子２３を取付けたものである。歪み発生用部材２２は、外方部材１の外径面半径よりも半径の大きい内径面を有する円弧状部２２ａと、この円弧状部２２ａの一方端から軸方向片側に張り出した第１の接触固定部２２ｂと、前記円弧状部２２ａの他方端から軸方向両側にそれぞれ張り出し、さらに内径側に突出する第２および第３の接触固定部２２ｃ，２２ｄとでなる。そして、円弧状部２２ａの内径面における第２および第３の接触固定部２２ｃ，２２ｄに近い箇所に、センサ素子２３が取付けられている。

第１の接触固定部２２ｂの先端面は、外方部材１のフランジ１ａの側面に接触固定させる第１の接触固定面Ｆ１とされている。第１の接触固定部２２ｂおよびそれに隣接する円弧状部分２２ａには、軸方向に貫通するボルト挿通孔４１が２箇所に形成されている。また、第２および第３の接触固定部２２ｃ，２２ｄの先端面は、外方部材１の外径面にそれぞれ接触固定させる第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３とされている。第２および第３の接触固定部２２ｃ，２２ｄには、それぞれ径方向に貫通するボルト挿通孔４２，４３が形成されている。外方部材１のボルト挿通孔４１，４２，４３に対応する箇所には、ねじ孔４４，４５，４６が形成されている。

上記歪みセンサ２１は、図１および図２に示すように、前記ボルト挿通孔４１，４２，４３に挿通したボルト４７を外方部材１のねじ孔４４，４５，４６に螺着させることにより、歪み発生用部材２２の第１接触固定面Ｆ１を前記フランジ１ａの側面における車体取付け孔１４の近傍に接触固定させ、かつ第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を外方部材１の外径面にそれぞれ接触固定させて、外方部材１に固定される。この固定状態では、第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３は、周方向の同位相に位置し、かつ第１の接触固定面Ｆ１とは異なる位相に位置している。また、第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３が接触固定されている外方部材１の外径面は、外周にフランジ１ａが存在しない箇所である。図示はしていないが、歪みセンサ２１には、保護用のカバー等を設けるのが好ましい。

歪み発生用部材２２は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み発生用部材２２は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。歪み発生用部材２２に塑性変形が生じると、外方部材１の変形が歪み発生用部材２２に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。

歪みセンサ２１の歪み発生用部材２２は、例えばプレス加工により製作することができる。歪み発生用部材２２をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。
また、歪み発生用部材２２は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成形する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。

センサ素子２３としては、種々のものを使用することができる。例えば、センサ素子２３が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、歪み発生用部材２２におけるセンサ素子２３取付部分の歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、センサ素子２３が半導体ストレインゲージで構成されている場合は、同歪み量が１０００マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、センサ素子２３が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。

車輪用軸受には、センサ素子２３の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ユニット３０が設けられている。このセンサ信号処理回路ユニット３０は、推定手段３１および異常判定手段３２を有する。推定手段３１は、センサ素子２３の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する。推定手段３１は、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力とセンサ素子２３の出力信号との関係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予圧量または作用力を出力する。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。異常判定手段３２は、推定手段３１により推定された車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力が、許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。これらの手段３１，３２は、自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けてもよい。

上記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１に取付けられた歪み発生用部材２２に伝わり、歪み発生用部材２２が変形する。その歪み発生用部材２２の歪みをセンサ素子２３により測定する。この際、歪み発生用部材２２は外方部材１のフランジ１ａと外径面の変形に従って変形する。歪み発生用部材２２の第１の接触固定面Ｆ１と第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３との径方向位置が異なり、第２の接触固定面Ｆ２と第３の接触固定面Ｆ３との軸方向位置が異なるため、外方部材１の例えば径方向および軸方向の歪みが歪み発生用部材２２に転写かつ拡大して現れやすい。特に、この実施形態の場合、第１の接触固定面Ｆ１が接触固定される箇所を、車輪用軸受に荷重がかかってもほとんど変形しないフランジ１ａの車体取付孔１４の近傍としているため、第１の接触固定面Ｆ１と第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３との変形の差が大きく、歪み発生用部材２２の一部に歪みが集中して現れる。この歪み発生用部材２２に転写かつ拡大して現れた歪みをセンサ素子２３で測定するため、外方部材１の歪みを感度良く検出できる。

荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定することができる。前記推定手段３１は、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、センサ素子２３の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する。前記異常判定手段３２は、推定手段３１により推定された車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力が、許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。また、リアルタイムで車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

この実施形態は、歪みセンサ２１を外方部材１の１箇所にだけ取付けた構成としているが、歪みセンサ２１を外方部材１の２箇所以上に設けた構成としても良い。歪みセンサ２１を２箇所以上に設けると、様々な方向の荷重を推定することができる。

図４は異なる歪みセンサ２１を外方部材１に取付けた実施形態を示す。図４は外方部材１と歪みセンサ２１とを示す正面図であり、全体の断面図および歪みセンサ２１を単独で示す図は省略してある。この実施形態の歪みセンサ２１は、１つの歪み発生用部材２２に２個のセンサ素子２３を取付けたものである。歪み発生用部材２２は、２つの第１の接触固定部Ｆ１、およびそれぞれ１つずつの第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を有する。２つの第１の接触固定部Ｆ１は、円弧状部２２ａの両端からそれぞれ軸方向片側に張り出した第１の接触固定部（図示せず）の先端に形成されている。第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３は、円弧状部２２ａの中間部から軸方向両側にそれぞれ張り出し、さらに内径側に突出する第２の接触固定部２２ｃおよび第３の接触固定部（図示せず）の先端に形成されている。円弧状部２２ａの内径面における、第２の接触固定部２２ｃ（第３の接触固定部）を挟んで両側の第２の接触固定部２２ｃに近い箇所に、計２個のセンサ素子２３が取付けられている。

この歪みセンサ２１も、ボルト４７により、２つの第１の接触固定面Ｆ１をそれぞれ外方部材１の隣合うフランジ１ａの側面における車体取付け孔１４の近傍に接触固定させ、かつ第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を外方部材１の外径面にそれぞれ接触固定させて、外方部材１に固定される。この固定状態では、第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３が２つの第１の接触固定面Ｆ１の中間部に位置している。その位置は、外方部材１の外径面における外周にフランジ１ａが存在しない箇所とされている。その他の構造は、前記実施形態と同様である。

この実施形態によれば、歪みセンサ２１は、１つの歪み発生用部材２２に２個のセンサ素子２３が取付けられているため、外方部材１の歪みを精度良く検出できる。また、歪み発生用部材２２が２つの第１の接触固定面Ｆ１により外方部材１における変形の小さい箇所に固定されるため、ボルト４７による締め付けのアンバランスに起因するヒステリシスを減少させることができる。

図５は外方部材１にさらに異なる歪みセンサ２１を取付けた実施形態を示す。図５は外方部材１と歪みセンサ２１とを示す正面図であり、全体の断面図および歪みセンサ２１を単独で示す図は省略してある。この実施形態の歪みセンサ２１は、リング状の歪み発生用部材２２に複数個（この実施形態では８個）のセンサ素子２３を取付けたものである。歪み発生用部材２２は、外方部材１の外径よりも内径が大きいリング状であり、４つの第１の接触固定部Ｆ１、およびそれぞれ４つずつの第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を有する。４つの第１の接触固定部Ｆ１は、円周状部２２ａ´の４箇所からそれぞれ軸方向片側に張り出した第１の接触固定部（図示せず）の先端に形成されている。第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３は、円周状部２２ａ´における隣合う２つの第１の接触固定部間の周方向位置から軸方向両側にそれぞれ張り出し、さらに内径側に突出する第２の接触固定部２２ｃおよび第３の接触固定部（図示せず）の先端に形成されている。そして、円周状部２２ａ´の内径面における、各第２の接触固定部２２ｃ（第３の接触固定部）を挟んで両側の第２の接触固定部２２ｃに近い箇所に、計８個のセンサ素子２３が取付けられている。

この歪みセンサ２１も、ボルト４７により、第１の接触固定面Ｆ１をそれぞれ外方部材１のフランジ１ａの側面における車体取付け孔１４の近傍に接触固定させ、かつ第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を外方部材１の外径面にそれぞれ接触固定させて、外方部材１に固定される。固定状態では、第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３が隣合う２つの第１の接触固定面Ｆ１の中間部に位置する。その位置は、外方部材１の外径面における外周にフランジ１ａが存在しない箇所とされている。その他の構造は、前記各実施形態と同様である。

この実施形態によれば、歪みセンサ２１は、１つの歪み発生用部材２２に複数個のセンサ素子２３が取付けられているため、外方部材１の各部の歪みを検出することができ、その検出結果より、様々な方向の荷重を推定することができる。また、外方部材１の歪みの測定精度が高い。さらに、前記実施形態と同様に、歪み発生用部材２２が複数の第１の接触固定面Ｆ１により外方部材１における変形の小さい箇所に固定されるため、ボルト４７による締め付けのアンバランスに起因するヒステリシスを減少させることができる。この歪みセンサ２１の構成とすると、１つの歪み発生用部材２２に各センサ素子２３が取付けられているため、複数のセンサ素子２３を外方部材１に設ける場合に、その取付が容易である。

図６ないし図８はさらに異なる実施形態を示す。図６（Ａ）は図７のVIＡ−Ｏ−VIＡ´断面図、図６（Ｂ）は図７のVIＢ−VIＢ断面図である。この実施形態は、図１ないし図３に示す実施形態に対し、歪みセンサ２１の歪み発生用部材２２に切欠き部２４を設けた点で異なる。切欠き部２４は、周方向において、第１の接触固定面Ｆ１と第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３の間に位置する軸方向溝部２４ａ（図７）と、軸方向において、第２の接触固定面Ｆ２と第３の接触固定面Ｆ３の中央部に位置する周方向溝部２４ｂ（図６（Ａ））とからなるＴ字形の溝状をしている。そして、この切欠き部２４の底面における軸方向溝部２４ａと周方向溝部２４ｂとの交差部にセンサ素子２３が取付けてある。歪み発生用部材２２に切欠き部２４を設けるだけであり、外方部材１には何ら加工を行わないので、車輪用軸受の剛性を下げることはない。その他の構造は、図１ないし図３に示す実施形態と同様である。

上記のように歪み発生用部材２２に切欠き部２４を設けると、その切欠き部２４に歪みが集中する。具体的には、外方部材１の外径面が上下方向に変形する場合には、切欠き部２４の軸方向溝部２４ａに歪みが集中し、外方部材１にモーメントが加わった場合には、切欠き部２４の周方向溝部２４ｂに歪みが集中する。センサ素子２３は、軸方向溝部２４ａと周方向溝部２４ｂとの交差部に取付けられているため、いずれの歪みも感度良く測定することができる。外方部材１外径面の上下方向の変形による歪みからは、例えば車輪と路面の接地点に作用する上下方向の荷重Ｆｚを推定することができる。また、外方部材１に加わるモーメントによる歪みからは、例えば車輪と路面の接地点に作用する左右方向（車輪の軸方向）の荷重Ｆｙを推定することができる。これは一例であり、センサ素子２３の出力から、上記方向の荷重以外の荷重も推定することができる。
切欠き部の位置や形状は、この実施形態のものに限定しない。例えば、歪み測定用部材２２の軸方向側面に切欠き部を設けてもよい。

図９および図１０は異なる実施形態を示す。図９は外方部材１と歪みセンサ２１とを示す正面図、図１０は歪みセンサ２１の一部を示す平面図であり、全体の断面図は省略してある。この実施形態の歪みセンサ２１は、リング状の歪み発生用部材２２に切欠き部２４を設けたものである。歪み発生用部材２２は、図５に示す歪みセンサ２１の歪み発生部材２２と同様に、４つの第１の接触固定部Ｆ１およびそれぞれ４つずつの第２および第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３を有する。切欠き部２４は、周方向において、第１の接触固定面Ｆ１と第２、第３の接触固定面Ｆ２，Ｆ３の間に位置する軸方向溝部２４ａ（図９）と、軸方向において、第２の接触固定面Ｆ２と第３の接触固定面Ｆ３の中央部に位置する周方向溝部２４ｂ（図１０）とからなるＨ字形の溝状をしている。そして、この切欠き部２４の底面における軸方向溝部２４ａと周方向溝部２４ｂとの交差部にセンサ素子２３が取付けてある。その他の構造は、図６ないし図８に示す実施形態と同様である。
この実施形態の作用効果は、図５に示す実施形態の作用効果に、図６ないし図８に示す実施形態の作用効果を加えたものとなる。

上記各実施形態は、歪み発生用部材２２の外方部材１への固定をボルトを用いて行うものであるが、歪み発生用部材２２は接着剤を用いて外方部材１に固定してもよい。また、ボルトと接着剤の両方を併用してもよい。さらには、接着剤やボルトを用いず、溶接で歪み発生用部材２２と外方部材１とを固定しても良い。
これらの固定構造のいずれを採用した場合でも、歪み発生用部材２２と外方部材１とを強固に固定することができる。そのため、歪み発生用部材２２が外方部材１に対して位置ずれすることがなく、外方部材１の変形を歪み発生用部材２２に正確に伝えることが可能になる。
また、歪み発生用部材２２の第１、第２、および第３の接触固定面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が接触固定される外方部材１のフランジ１ａ側面および外径面に、前記各接触固定面との密着性を向上させるための平坦部や溝部を設けると、歪み発生用部材２２と外方部材１との固定をより強固なものとすることができる。

なお、前記各実施形態では、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、歪みセンサ２１は内方部材２の内周となる周面に設ける。
また、前記各実施形態では第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世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第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。

（Ａ）この発明の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、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受の異なる断面を示す部分断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。 （Ａ）は同歪みセンサの正面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はそのIIIＣ−IIIＣ断面図である。 異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。 さらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。 （Ａ）はさらに異なる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、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受の異なる断面を示す部分断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。 （Ａ）は同歪みセンサの正面図、（Ｂ）はその平面図、（Ｃ）はそのVIIIＣ−VIIIＣ断面図である。 さらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。 同歪みセンサの一部平面図である。

符号の説明

１…外方部材（固定側部材）
１ａ…フランジ
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…密封装置
１４…車体取付孔
２１…歪みセンサ
２２…歪み発生用部材
２３…センサ素子
２４…切欠き部
２４ａ…軸方向溝部
２４ｂ…周方向溝部
３０…センサ信号処理回路ユニット
３１…推定手段
３２…異常判定手段
Ｆ１…第１の接触固定面
Ｆ２…第２の接触固定面
Ｆ３…第３の接触固定面

Claims (8)

1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両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において、
   歪み発生用部材およびこの歪み発生用部材に取付けた少なくとも１つ以上のセンサ素子からなる歪みセンサを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪み発生用部材は、固定側部材に対して固定される複数箇所の接触固定面を有し、前記接触固定面のうち第１の接触固定面は、前記固定側部材に設けられて車体に取付けるフランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定面および第３の接触固定面は前記固定側部材の周面に互いに軸方向にずらして固定されるものであり、前記センサ素子の出力により、車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
2. 請求項１において、前記歪み発生用部材の第１の接触固定面は、固定側部材の前記フランジに設けられた車体取付孔の近傍に固定され、第２の接触固定面および第３の接触固定面は、互いに周方向において同位相、かつ前記第１の接触固定面とは異なる位相の周面に固定されるセンサ付車輪用軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記歪み発生用部材は２つの第１の接触固定面を有し、これら２つの第１の接触固定面は、隣合う２つの車体取付孔のそれぞれの近傍に固定され、第２の接触固定面および第３の接触固定面は、前記２つの第１の接触固定面間に位置するセンサ付車輪用軸受。
4. 請求項１または請求項２において、前記固定側部材が外方部材であり、前記歪み発生用部材は、外方部材の外径よりも内径が大きいリング状とし、このリング状の歪み発生用部材に複数のセンサ素子を取付けたセンサ付車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記歪み発生用部材は複数の第１の接触固定面を有し、第２および第３の接触固定面は、隣合う２つの第１の接触固定面間における中央部に位置するセンサ付車輪用軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪み発生用部材は１つ以上の切欠き部を有し、この切欠き部周辺に前記センサ素子を取付けたセンサ付車輪用軸受。
7. 請求項６において、前記歪み発生用部材の切欠き部のうち少なくとも１つは、周方向において、前記歪み発生用部材の第１、第２および第３の接触固定面とは異なる位相に位置するセンサ付車輪用軸受。
8. 請求項６において、前記歪み発生用部材の切欠き部のうち少なくとも１つは、軸方向において、前記歪み発生用部材の第２および第３の接触固定面間に位置するセンサ付車輪用軸受。

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