センサ付車輪用軸受
【課題】 センサユニットにおける歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集中するのを回避して、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 車輪用軸受は、外方部材と内方部材の対向し合う複列の転走面間に転動体を介在させたものである。外方部材と内方部材のうち固定側部材に１つ以上のセンサユニット２０を設ける。センサユニット２０は、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２１と、この歪み発生部材２１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２２とからなる。歪み発生部材２１は前記接触固定部間に切欠き部２１ｂを有し、その切欠き部２１ｂの隅部を断面円弧状としている。
【解決手段】 車輪用軸受は、外方部材と内方部材の対向し合う複列の転走面間に転動体を介在させたものである。外方部材と内方部材のうち固定側部材に１つ以上のセンサユニット２０を設ける。センサユニット２０は、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２１と、この歪み発生部材２１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２２とからなる。歪み発生部材２１は前記接触固定部間に切欠き部２１ｂを有し、その切欠き部２１ｂの隅部を断面円弧状としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発生部材は、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、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
このセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
【特許文献１】特開２００７−０５７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成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。
【０００４】
この発明の目的は、センサユニットにおける歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集中するのを回避して、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、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において、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ことを特徴とする。
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（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニットにおける切欠き部を有する歪み発生部材の２つの接触固定部が外方部材に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに前記切欠き部の隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部の隅部に歪みが集中せず、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なることで、歪み発生部材における検出部つまりセンサの取付け部での歪み分布のばらつきが小さくなり、センサの取付け位置がセンサの出力信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重を精度良く推定できる。
【０００６】
この発明において、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、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出されるので、荷重を精度良く推定できる。また、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み発生部材の形状が簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。
【０００７】
この発明において、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。
【０００８】
この発明において、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ても良い。
【０００９】
この発明において、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。
【００１０】
この発明において、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配置され、前記２つの接触固定部の間隔は、前記隣り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るナックルボルトを中心とした滑りの影響を小さくでき、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。
【００１１】
この発明において、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ても良い。この構成の場合、比較的接地スペースが広く、タイヤ作用力が転動体を介して固定側部材に伝達されて比較的変形量の大きい部位にセンサユニットを配置することになるので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
【００１２】
この発明において、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ても良い。想定される最大の力が印加された状態になるまでに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすので、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。
【００１３】
この発明において、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ても良い。この構成の場合、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。
【００１４】
この発明において、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発生部材に効果的に伝達できる。
【００１５】
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対以上設けても良い。この構成の場合、ある方向への荷重が大きくなると、転動体と転走面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を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニットには必ず転動体を介して固定側部材に印加される荷重が伝達され、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。
【００１６】
この発明において、前記センサユニット対を２対設け、１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上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、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、タイヤ接地面に対して前後位置となる固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置しても良い。この構成の場合、どのような荷重条件においても、垂直方向にかかる荷重と駆動力となる荷重を正確に検出できる。
【００１７】
この発明において、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、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ても良い。
車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センサユニットのセンサの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、出力信号における振幅の周期を推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。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。
【発明の効果】
【００１８】
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、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において、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ため、センサユニットにおける歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集中するのを回避して、車輪にかかる荷重を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。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。
【００２０】
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、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材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、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
【００２１】
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付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト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１６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、車輪および制動部品（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。
【００２２】
図２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す。なお、図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分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
【００２３】
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度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対１９は１対以上設けても良い。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の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重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、図２のように、外方部材１の外径面における上面部の、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つの突片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。
【００２４】
これらのセンサユニット２０は、図３および図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に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、鋼材等の弾性変形可能な金属製で３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり一定幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断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の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される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、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方部材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ト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。
【００２５】
前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト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の間隔Ｌs は、外方部材１の車体取付用フランジ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のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔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、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トボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外方部材１の外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ーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
【００２６】
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の外径面から離すようにしても良い。
【００２７】
センサ２２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に対しては接着による固定が行なわれる。また、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。
【００２８】
センサユニット２０のセンサ２２は推定手段３０に接続される。推定手段３０は、ここではセンサ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、入力されたセンサ２２の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。
【００２９】
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。センサユニット２０における切欠き部２１ｂを有する歪み発生部材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の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され、その歪みがセンサ２２で検出され、その出力信号から荷重を推定できる。この場合、前記切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中せず、塑性変形する可能性が低くなる。また、切欠き部２１ｂの隅部に歪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の出力信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重を精度良く推定できる。
【００３０】
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、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、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【００３１】
また、この実施形態の場合、センサユニット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の形状も簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。
【００３２】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面へのセンサユニット２０の設置において、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部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の周方向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の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部２１ａ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。
【００３３】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の車体取付用フランジ１ａの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４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１ａａとされるが、前記センサユニット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が配置されることになり、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。
【００３４】
また、２つの接触固定部２１ａの間隔Ｌs を、隣り合う突片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、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。
【００３５】
また、この実施形態では、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のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、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。
【００３６】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材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ト対１９を少なくとも１対以上設けているので、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。すなわち、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により検出可能となる。
【００３７】
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の近傍部位を通過する転動体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に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。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の通過周期ごとにセンサ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のセンサ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。
【００３８】
なお、この実施形態において、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、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（接着、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）
【００３９】
図７ないし図９は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図６に示す実施形態において、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を以下のように構成している。この場合も、センサユニット２０は、図９に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に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、外方部材１の外径面に対向する内面側に張り出した２つの接触固定部２１ａを両端部に有し、これら接触固定部２１ａで外方部材１の外径面に接触して固定される。２つの接触固定部２１ａのうち、１つの接触固定部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され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう１つの接触固定部２１ａが配置され、かつこれら両接触固定部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、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、固定側部材である外方部材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の形成部までの範囲である。この場合も、外方部材１の外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に開口する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の隅部は断面円弧状とされ、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中しないようにされている。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の背面側となる位置が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
【００４０】
歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、それぞれボルト３７により外方部材１の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト３７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３８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔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ている。その他の構成は、図１〜図６に示した実施形態の場合と同様である。なお、図７は、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す図８におけるVII −VII 矢視断面図である。
【００４１】
図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図６に示す実施形態において、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の外径面の上面部と下面部とに配置した２つのセンサユニット２０からなる１対のセンサユニット対１９のほか、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面の右面部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を設けたものである。その他の構成は図１〜図６の実施形態の場合と同様である。
【００４２】
この構成の場合、２つのセンサユニット２０が外方部材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もしくは軸方向の荷重Ｆｙを正確に推定できる。また、２つのセンサユニット２０が外方部材１の外径面の右面部と左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 、軸方向の荷重Ｆｙ、駆動力となる荷重Ｆx とを正確に検出できる。
【００４３】
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は内方部材の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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の一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。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図３】同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である。
【図４】図３におけるIV−IV矢視断面図である。
【図５】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図６】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図８】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図９】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
１ａａ…突片
１ｃ…溝
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１４…ナックル取付用ボルト孔
１６…ナックル
１９…センサユニット対
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…センサ
３０…推定手段
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発生部材は、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、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
このセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
【特許文献１】特開２００７−０５７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成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。
【０００４】
この発明の目的は、センサユニットにおける歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集中するのを回避して、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、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において、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ことを特徴とする。
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（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニットにおける切欠き部を有する歪み発生部材の２つの接触固定部が外方部材に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに前記切欠き部の隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部の隅部に歪みが集中せず、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なることで、歪み発生部材における検出部つまりセンサの取付け部での歪み分布のばらつきが小さくなり、センサの取付け位置がセンサの出力信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重を精度良く推定できる。
【０００６】
この発明において、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、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出されるので、荷重を精度良く推定できる。また、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み発生部材の形状が簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。
【０００７】
この発明において、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。
【０００８】
この発明において、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ても良い。
【０００９】
この発明において、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。
【００１０】
この発明において、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配置され、前記２つの接触固定部の間隔は、前記隣り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るナックルボルトを中心とした滑りの影響を小さくでき、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。
【００１１】
この発明において、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ても良い。この構成の場合、比較的接地スペースが広く、タイヤ作用力が転動体を介して固定側部材に伝達されて比較的変形量の大きい部位にセンサユニットを配置することになるので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
【００１２】
この発明において、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ても良い。想定される最大の力が印加された状態になるまでに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすので、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。
【００１３】
この発明において、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ても良い。この構成の場合、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。
【００１４】
この発明において、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発生部材に効果的に伝達できる。
【００１５】
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対以上設けても良い。この構成の場合、ある方向への荷重が大きくなると、転動体と転走面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を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニットには必ず転動体を介して固定側部材に印加される荷重が伝達され、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。
【００１６】
この発明において、前記センサユニット対を２対設け、１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上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、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、タイヤ接地面に対して前後位置となる固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置しても良い。この構成の場合、どのような荷重条件においても、垂直方向にかかる荷重と駆動力となる荷重を正確に検出できる。
【００１７】
この発明において、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、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ても良い。
車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センサユニットのセンサの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、出力信号における振幅の周期を推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。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。
【発明の効果】
【００１８】
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、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において、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ため、センサユニットにおける歪み発生部材の切欠き部隅部に歪みが集中するのを回避して、車輪にかかる荷重を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。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。
【００２０】
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、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材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、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
【００２１】
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付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト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１６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、車輪および制動部品（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。
【００２２】
図２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す。なお、図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分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
【００２３】
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度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対１９は１対以上設けても良い。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の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重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、図２のように、外方部材１の外径面における上面部の、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つの突片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。
【００２４】
これらのセンサユニット２０は、図３および図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に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、鋼材等の弾性変形可能な金属製で３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり一定幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断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の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される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、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方部材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ト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。
【００２５】
前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト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の間隔Ｌs は、外方部材１の車体取付用フランジ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のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔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、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トボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外方部材１の外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ーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
【００２６】
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の外径面から離すようにしても良い。
【００２７】
センサ２２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に対しては接着による固定が行なわれる。また、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。
【００２８】
センサユニット２０のセンサ２２は推定手段３０に接続される。推定手段３０は、ここではセンサ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、入力されたセンサ２２の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。
【００２９】
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。センサユニット２０における切欠き部２１ｂを有する歪み発生部材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の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され、その歪みがセンサ２２で検出され、その出力信号から荷重を推定できる。この場合、前記切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中せず、塑性変形する可能性が低くなる。また、切欠き部２１ｂの隅部に歪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の出力信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重を精度良く推定できる。
【００３０】
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、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、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【００３１】
また、この実施形態の場合、センサユニット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の形状も簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。
【００３２】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面へのセンサユニット２０の設置において、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部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の周方向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の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部２１ａ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。
【００３３】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の車体取付用フランジ１ａの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４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１ａａとされるが、前記センサユニット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が配置されることになり、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。
【００３４】
また、２つの接触固定部２１ａの間隔Ｌs を、隣り合う突片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、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。
【００３５】
また、この実施形態では、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のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、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。
【００３６】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材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ト対１９を少なくとも１対以上設けているので、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。すなわち、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により検出可能となる。
【００３７】
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の近傍部位を通過する転動体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に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。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の通過周期ごとにセンサ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のセンサ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。
【００３８】
なお、この実施形態において、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、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（接着、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）
【００３９】
図７ないし図９は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図６に示す実施形態において、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を以下のように構成している。この場合も、センサユニット２０は、図９に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に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、外方部材１の外径面に対向する内面側に張り出した２つの接触固定部２１ａを両端部に有し、これら接触固定部２１ａで外方部材１の外径面に接触して固定される。２つの接触固定部２１ａのうち、１つの接触固定部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され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう１つの接触固定部２１ａが配置され、かつこれら両接触固定部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、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、固定側部材である外方部材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の形成部までの範囲である。この場合も、外方部材１の外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に開口する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の隅部は断面円弧状とされ、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中しないようにされている。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の背面側となる位置が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
【００４０】
歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、それぞれボルト３７により外方部材１の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト３７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３８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔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ている。その他の構成は、図１〜図６に示した実施形態の場合と同様である。なお、図７は、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す図８におけるVII −VII 矢視断面図である。
【００４１】
図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図６に示す実施形態において、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の外径面の上面部と下面部とに配置した２つのセンサユニット２０からなる１対のセンサユニット対１９のほか、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面の右面部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を設けたものである。その他の構成は図１〜図６の実施形態の場合と同様である。
【００４２】
この構成の場合、２つのセンサユニット２０が外方部材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もしくは軸方向の荷重Ｆｙを正確に推定できる。また、２つのセンサユニット２０が外方部材１の外径面の右面部と左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 、軸方向の荷重Ｆｙ、駆動力となる荷重Ｆx とを正確に検出できる。
【００４３】
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は内方部材の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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の一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。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図３】同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である。
【図４】図３におけるIV−IV矢視断面図である。
【図５】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図６】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図８】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図９】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
１ａａ…突片
１ｃ…溝
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１４…ナックル取付用ボルト孔
１６…ナックル
１９…センサユニット対
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…センサ
３０…推定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
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ことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
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３】
請求項１または請求項２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４】
請求項１または請求項２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７】
請求項３ないし請求項６のいずれか１項において、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８】
請求項３ないし請求項６のいずれか１項において、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９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、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対以上設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１】
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において、
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ことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
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３】
請求項１または請求項２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４】
請求項１または請求項２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７】
請求項３ないし請求項６のいずれか１項において、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８】
請求項３ないし請求項６のいずれか１項において、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９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、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対以上設けたセンサ付車輪用軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１２８２６５（Ｐ２００９−１２８２６５Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０５３０２（Ｐ２００７−３０５３０２）
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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