センサ付車輪用軸受
【課題】 外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり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１と内方部材２の対向し合う複列の転走面３，４間に転動体５を介在させたものである。外方部材１と内方部材２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２１ａ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２１の歪みを検出するセンサ２２とからなる。固定側部材にはセンサユニット２０を覆う保護カバー３５を設ける。
【解決手段】
車輪用軸受は、外方部材１と内方部材２の対向し合う複列の転走面３，４間に転動体５を介在させたものである。外方部材１と内方部材２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２１ａ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２１の歪みを検出するセンサ２２とからなる。固定側部材にはセンサユニット２０を覆う保護カバー３５を設ける。
【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、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出する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）。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている（例えば特許文献２）。
【０００３】
さらに、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３）。
【０００４】
特許文献３に開示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２００２−０９８１３８号公報
【特許文献２】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献３】特開２００７−５７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図１１のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
特許文献２のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、特許文献１や特許文献２の例に限らず、特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受においても、車輪用軸受の固定輪にセンサが設けられているので、軸受の外部環境によってセンサが故障してしまう恐れがある。
【０００６】
この発明の目的は、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり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】
【０００７】
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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設けたことを特徴とする。
車輪用軸受や、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歪み発生部材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。とくに、センサユニットを覆う保護カバーが固定側部材に設けられているので、外部環境によりセンサユニットが故障するのを防止でき、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出することができる。
前記固定側部材が前記外方部材である場合は、前記保護カバーは外方部材の外周に設けられるが、その場合、保護カバーを設け易くて、保護カバーによるセンサユニットの保護が行い易い。
【０００８】
この発明において、前記保護カバーは、前記固定側部材と同心のリング状部材であり、前記１つ以上のセンサユニットの全てを覆うものとしても良い。このように、１つの保護カバーで全てのセンサユニットを覆うと、組立性が向上する。
【０００９】
この発明において、前記全てのセンサユニットのセンサの配線を前記保護カバーの一箇所から引き出しても良い。このように、全てのセンサユニットのセンサの配線を、保護カバーの一箇所から引き出すと、組立後の配線処理が容易になる。
【００１０】
この発明において、前記センサユニットのセンサの配線を、前記保護カバーに設けたフレキシブル基板に配線しても良い。このように、保護カバー内でのセンサユニットのセンサの配線の処理を、保護カバーに設けたフレキシブル基板を利用して行うと、配線処理が容易で、構成がコンパクトになり、断線などの発生も解消できる。
【００１１】
この発明において、前記固定側部材には前記センサユニットのセンサ以外のセンサが取付けられ、このセンサも前記保護カバーで覆うものとしても良い。このように、１つの保護カバーで、センサユニットと、これ以外のセンサを覆うものとすると、組立性が向上する。
【００１２】
この発明において、前記センサユニットの２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けても良い。
固定側部材に固定されるセンサユニットの各接触固定部の軸方向寸法が異なると、固定側部材から接触固定部を介して歪み発生部材に伝達される歪みも異なる。センサユニットの各接触固定部を、このように軸方向に同寸法となるように設けると、歪み発生部材に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、センサユニットが固定側部材において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバーを設けるだけで全てのセンサユニットを覆うことができ、保護カバーをコンパクトに構成することができる。
【００１３】
この発明において、前記歪み発生部材は、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ものとしても良い。この構成の場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサ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、固定側部材の同一軸方向位置に保護カバーを設けて全てのセンサユニットを覆うことが容易となり、保護カバーをコンパクトに構成できる。
【００１４】
この発明において、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この構成の場合、どのような荷重条件においても、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、その荷重を歪みセンサにより検出可能となる。また、固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置することにより、全てのセンサユニットを１つの保護カバーで覆い易く、保護カバーをコンパクトに構成できる。
【発明の効果】
【００１５】
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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設けたため、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図７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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、右面部、および左面部に設けられている。
【００２１】
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能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。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。歪みセンサ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、歪みセンサ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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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２１ｂ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。
また、歪み発生部材２１は、図６に示すように、平面概形が単調な帯状とし、図３の例のような切欠き部２１ｂを形成しないものであっても良い。
【００２４】
歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、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に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ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。
【００２５】
固定側部材である前記外方部材１の外周には、前記各センサユニット２０を覆う保護カバー３５が設けられている。この保護カバー３５は、図１のように軸方向に延びる円筒部３５ａと、この円筒部３５ａのアウトボード側端から内径側に延びる立板部３５ｂとを有する断面Ｌ字状で、外方部材１と同心のリング状部材からなる。保護カバー３５の立片部３５ｂの内径側端を外方部材１の外径面に、また保護カバー３５の円筒部３５ａのインボード側端を外方部材１の車体取付用フランジ１ａのアウトボード側を向く側面にそれぞれ固定することで、外方部材１の外径面に設けられる全てのセンサユニット２０を覆うように、保護カバー３５が外方部材１に取付けられる。保護カバー３５の円筒部３５ａのインボード側端は、外方部材１の外周面との間には隙間が設けられている。保護カバー３５の材質は、プラスチックやゴムであっても良く、また金属製であっても良い。
【００２６】
また、図１のように、保護カバー３５で覆われる全てのセンサユニット２０における歪みセンサ２１の配線３６は、保護カバー３５の一箇所から保護カバーの外側に引き出される。例えば図１の例では、全ての歪みセンサ２１の配線３６を、保護カバー３５の円筒部３５ａの内周面における周方向の一箇所からインボード側に延ばして、外方部材１の車体取付用フランジ１ａにおける谷部、つまり周方向に隣り合う２つの突片１ａａ（図２）の中間位置から外部に引き出すようにしている。
【００２７】
センサユニット２０の歪みセンサ２２は推定手段３０に接続される。推定手段３０は、歪みセンサ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３０は、前記作用力と歪みセンサ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、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力の値を出力する。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。
【００２８】
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、その歪みが歪みセンサ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。とくに、センサユニット２０を覆う保護カバー３５が固定側部材である外方部材１に設けられているので、外部環境によりセンサユニット２０が故障するのを防止でき、長期にわたって荷重を正確に検出することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
また、この実施形態では、保護カバー３５が、固定側部材である外方部材１と同心のリング状部材からなり、この１つの保護カバー３５で全てのセンサユニット２０を覆うようにしているので、組立性が向上する。
【００３１】
また、この実施形態では、全てのセンサユニット２０の歪みセンサ２２の配線３６を、保護カバー３５の一箇所から引き出すようにしているので、組立後の配線処理が容易になる。
【００３２】
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の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に伝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に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、全てのセンサユニット２０が外方部材１の外径面において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバー３５を設けるだけで全てのセンサユニット２０を覆うことができ、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３３】
また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１が、図６のように平面概形が均一幅の帯状や、図３のように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やすく、その歪みが歪みセンサ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、コンパクトで低コストなものとできる。また、外方部材１の同一軸方向位置に保護カバー３５を設けて全てのセンサユニット２０を覆うことが容易となり、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３４】
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、その荷重を歪みセンサ２２により検出可能となる。また、外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置することにより、全てのセンサユニット２０を１つの保護カバー３５で覆い易く、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３５】
図７および図８は、この発明の他の実施形態を示す。なお、図７は、図８におけるVII − VII矢視断面図を示す。この実施形態では、図１〜図６に示す実施形態において、例えば温度センサや振動センサなどセンサユニット２０の歪みセンサ２２以外のセンサ３７が、固定側部材である外方部材１の外径面に設けられており、このセンサ３７も上記した保護カバー３５で覆っている。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。
【００３６】
この実施形態の場合、１つの保護カバー３５で、センサユニット２０と、これ以外のセンサ３７を覆うことができるので、組立性が向上する。
【００３７】
なお、上記した各実施形態において、図９に断面図で示すように、保護カバー３５の内面にフレキシブル基板３８を設け、このフレキシブル基板３８に、歪みセンサ２２やそれ以外のセンサ３７の配線３６をプリント配線しても良い。なお、図９では、保護カバー３５の断面形状を、その円筒部３５ａの両端から内径側に延びる２つの立板部３５ｂ，３５ｃを有するコ字状としており、その円筒部３５ａの内周面に前記フレキシブル基板３８が設けられている。この場合、２つの立板部３５ｂ，３５ｃは、いずれも外方部材１の外周面に接している。保護カバー３５は、内部を密封空間としたものであっても、また内部空間を大気中に開通させる通気経路（図示せず）を設けものとしても良い。
【００３８】
このように、保護カバー３５内での歪みセンサ２２やその他のセンサ３７の配線３６の処理を、保護カバー３５に設けたフレキシブル基板３８を利用して行うと、配線処理が容易で、構成がンパクトになり、断線などの発生も解消できる。
【００３９】
また、前記各実施形態では、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。
【００４０】
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の歪みセンサ２２の出力信号の振幅に、図１０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の通過周期ごとに歪みセンサ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の歪みセンサ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。
【００４１】
上記各実施形態では、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、センサユニット２０および保護カバー３５は内方部材の内周となる周面に設ける。
【００４２】
また、この実施形態では第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。また、外方部材が回転側部材となる車輪用軸受に適用することもできる。その場合、内方部材の外周に前記保護カバーを設ける。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】センサユニットの他の例の拡大平面図である。
【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】保護カバーの他の構成例を示す拡大断面図である。
【図１０】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１１】従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
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…歪みセンサ
３５…保護カバー
３６…配線
３７…他のセンサ
３８…フレキシブル基板
【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、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出する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）。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている（例えば特許文献２）。
【０００３】
さらに、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３）。
【０００４】
特許文献３に開示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２００２−０９８１３８号公報
【特許文献２】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献３】特開２００７−５７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図１１のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
特許文献２のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、特許文献１や特許文献２の例に限らず、特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受においても、車輪用軸受の固定輪にセンサが設けられているので、軸受の外部環境によってセンサが故障してしまう恐れがある。
【０００６】
この発明の目的は、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり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】
【０００７】
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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設けたことを特徴とする。
車輪用軸受や、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歪み発生部材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。とくに、センサユニットを覆う保護カバーが固定側部材に設けられているので、外部環境によりセンサユニットが故障するのを防止でき、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出することができる。
前記固定側部材が前記外方部材である場合は、前記保護カバーは外方部材の外周に設けられるが、その場合、保護カバーを設け易くて、保護カバーによるセンサユニットの保護が行い易い。
【０００８】
この発明において、前記保護カバーは、前記固定側部材と同心のリング状部材であり、前記１つ以上のセンサユニットの全てを覆うものとしても良い。このように、１つの保護カバーで全てのセンサユニットを覆うと、組立性が向上する。
【０００９】
この発明において、前記全てのセンサユニットのセンサの配線を前記保護カバーの一箇所から引き出しても良い。このように、全てのセンサユニットのセンサの配線を、保護カバーの一箇所から引き出すと、組立後の配線処理が容易になる。
【００１０】
この発明において、前記センサユニットのセンサの配線を、前記保護カバーに設けたフレキシブル基板に配線しても良い。このように、保護カバー内でのセンサユニットのセンサの配線の処理を、保護カバーに設けたフレキシブル基板を利用して行うと、配線処理が容易で、構成がコンパクトになり、断線などの発生も解消できる。
【００１１】
この発明において、前記固定側部材には前記センサユニットのセンサ以外のセンサが取付けられ、このセンサも前記保護カバーで覆うものとしても良い。このように、１つの保護カバーで、センサユニットと、これ以外のセンサを覆うものとすると、組立性が向上する。
【００１２】
この発明において、前記センサユニットの２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けても良い。
固定側部材に固定されるセンサユニットの各接触固定部の軸方向寸法が異なると、固定側部材から接触固定部を介して歪み発生部材に伝達される歪みも異なる。センサユニットの各接触固定部を、このように軸方向に同寸法となるように設けると、歪み発生部材に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、センサユニットが固定側部材において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバーを設けるだけで全てのセンサユニットを覆うことができ、保護カバーをコンパクトに構成することができる。
【００１３】
この発明において、前記歪み発生部材は、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ものとしても良い。この構成の場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサ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、固定側部材の同一軸方向位置に保護カバーを設けて全てのセンサユニットを覆うことが容易となり、保護カバーをコンパクトに構成できる。
【００１４】
この発明において、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この構成の場合、どのような荷重条件においても、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、その荷重を歪みセンサにより検出可能となる。また、固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置することにより、全てのセンサユニットを１つの保護カバーで覆い易く、保護カバーをコンパクトに構成できる。
【発明の効果】
【００１５】
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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設けたため、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図７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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、右面部、および左面部に設けられている。
【００２１】
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能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。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。歪みセンサ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、歪みセンサ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。
【００２２】
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。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。
【００２３】
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２１ｂ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。
また、歪み発生部材２１は、図６に示すように、平面概形が単調な帯状とし、図３の例のような切欠き部２１ｂを形成しないものであっても良い。
【００２４】
歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、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に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ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。
【００２５】
固定側部材である前記外方部材１の外周には、前記各センサユニット２０を覆う保護カバー３５が設けられている。この保護カバー３５は、図１のように軸方向に延びる円筒部３５ａと、この円筒部３５ａのアウトボード側端から内径側に延びる立板部３５ｂとを有する断面Ｌ字状で、外方部材１と同心のリング状部材からなる。保護カバー３５の立片部３５ｂの内径側端を外方部材１の外径面に、また保護カバー３５の円筒部３５ａのインボード側端を外方部材１の車体取付用フランジ１ａのアウトボード側を向く側面にそれぞれ固定することで、外方部材１の外径面に設けられる全てのセンサユニット２０を覆うように、保護カバー３５が外方部材１に取付けられる。保護カバー３５の円筒部３５ａのインボード側端は、外方部材１の外周面との間には隙間が設けられている。保護カバー３５の材質は、プラスチックやゴムであっても良く、また金属製であっても良い。
【００２６】
また、図１のように、保護カバー３５で覆われる全てのセンサユニット２０における歪みセンサ２１の配線３６は、保護カバー３５の一箇所から保護カバーの外側に引き出される。例えば図１の例では、全ての歪みセンサ２１の配線３６を、保護カバー３５の円筒部３５ａの内周面における周方向の一箇所からインボード側に延ばして、外方部材１の車体取付用フランジ１ａにおける谷部、つまり周方向に隣り合う２つの突片１ａａ（図２）の中間位置から外部に引き出すようにしている。
【００２７】
センサユニット２０の歪みセンサ２２は推定手段３０に接続される。推定手段３０は、歪みセンサ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３０は、前記作用力と歪みセンサ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、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力の値を出力する。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。
【００２８】
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、その歪みが歪みセンサ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。とくに、センサユニット２０を覆う保護カバー３５が固定側部材である外方部材１に設けられているので、外部環境によりセンサユニット２０が故障するのを防止でき、長期にわたって荷重を正確に検出することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
また、この実施形態では、保護カバー３５が、固定側部材である外方部材１と同心のリング状部材からなり、この１つの保護カバー３５で全てのセンサユニット２０を覆うようにしているので、組立性が向上する。
【００３１】
また、この実施形態では、全てのセンサユニット２０の歪みセンサ２２の配線３６を、保護カバー３５の一箇所から引き出すようにしているので、組立後の配線処理が容易になる。
【００３２】
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の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に伝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に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、全てのセンサユニット２０が外方部材１の外径面において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバー３５を設けるだけで全てのセンサユニット２０を覆うことができ、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３３】
また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１が、図６のように平面概形が均一幅の帯状や、図３のように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やすく、その歪みが歪みセンサ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、コンパクトで低コストなものとできる。また、外方部材１の同一軸方向位置に保護カバー３５を設けて全てのセンサユニット２０を覆うことが容易となり、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３４】
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、その荷重を歪みセンサ２２により検出可能となる。また、外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置することにより、全てのセンサユニット２０を１つの保護カバー３５で覆い易く、保護カバー３５をコンパクトに構成できる。
【００３５】
図７および図８は、この発明の他の実施形態を示す。なお、図７は、図８におけるVII − VII矢視断面図を示す。この実施形態では、図１〜図６に示す実施形態において、例えば温度センサや振動センサなどセンサユニット２０の歪みセンサ２２以外のセンサ３７が、固定側部材である外方部材１の外径面に設けられており、このセンサ３７も上記した保護カバー３５で覆っている。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。
【００３６】
この実施形態の場合、１つの保護カバー３５で、センサユニット２０と、これ以外のセンサ３７を覆うことができるので、組立性が向上する。
【００３７】
なお、上記した各実施形態において、図９に断面図で示すように、保護カバー３５の内面にフレキシブル基板３８を設け、このフレキシブル基板３８に、歪みセンサ２２やそれ以外のセンサ３７の配線３６をプリント配線しても良い。なお、図９では、保護カバー３５の断面形状を、その円筒部３５ａの両端から内径側に延びる２つの立板部３５ｂ，３５ｃを有するコ字状としており、その円筒部３５ａの内周面に前記フレキシブル基板３８が設けられている。この場合、２つの立板部３５ｂ，３５ｃは、いずれも外方部材１の外周面に接している。保護カバー３５は、内部を密封空間としたものであっても、また内部空間を大気中に開通させる通気経路（図示せず）を設けものとしても良い。
【００３８】
このように、保護カバー３５内での歪みセンサ２２やその他のセンサ３７の配線３６の処理を、保護カバー３５に設けたフレキシブル基板３８を利用して行うと、配線処理が容易で、構成がンパクトになり、断線などの発生も解消できる。
【００３９】
また、前記各実施形態では、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。
【００４０】
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の歪みセンサ２２の出力信号の振幅に、図１０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の通過周期ごとに歪みセンサ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の歪みセンサ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。
【００４１】
上記各実施形態では、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、センサユニット２０および保護カバー３５は内方部材の内周となる周面に設ける。
【００４２】
また、この実施形態では第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。また、外方部材が回転側部材となる車輪用軸受に適用することもできる。その場合、内方部材の外周に前記保護カバーを設ける。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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】センサユニットの他の例の拡大平面図である。
【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】保護カバーの他の構成例を示す拡大断面図である。
【図１０】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１１】従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
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…歪みセンサ
３５…保護カバー
３６…配線
３７…他のセンサ
３８…フレキシブル基板
【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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設け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、前記固定側部材が前記外方部材であ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、前記保護カバーは、前記固定側部材と同心のリング状部材であり、前記１つ以上のセンサユニットの全てを覆うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項３において、前記全てのセンサユニットのセンサの配線を前記保護カバーの一箇所から引き出した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、前記センサユニットのセンサの配線を、前記保護カバーに設けたフレキシブル基板に配線した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、前記固定側部材には前記センサユニットのセンサ以外のセンサが取付けられ、このセンサも前記保護カバーで覆うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサユニットの２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記歪み発生部材は、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、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置し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、前記固定側部材に前記センサユニットを覆う保護カバーを設け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、前記固定側部材が前記外方部材であ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、前記保護カバーは、前記固定側部材と同心のリング状部材であり、前記１つ以上のセンサユニットの全てを覆うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項３において、前記全てのセンサユニットのセンサの配線を前記保護カバーの一箇所から引き出した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、前記センサユニットのセンサの配線を、前記保護カバーに設けたフレキシブル基板に配線した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、前記固定側部材には前記センサユニットのセンサ以外のセンサが取付けられ、このセンサも前記保護カバーで覆うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサユニットの２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記歪み発生部材は、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、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置し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１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１９２３８９（Ｐ２００９−１９２３８９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３９２０（Ｐ２００８−３３９２０）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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