センサ付車輪用軸受
【課題】 荷重検出手段を滑りなく堅固に軸受に固定できて、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用す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、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、これら両部材の対向する転走面３、４間に介在した複列の転動体５とを備える。両部材のうちの固定側部材の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部１ｂを設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段２０を前記厚肉部１ｂの表面に固定する。
【解決手段】 車輪用軸受は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、これら両部材の対向する転走面３、４間に介在した複列の転動体５とを備える。両部材のうちの固定側部材の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部１ｂを設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段２０を前記厚肉部１ｂの表面に固定する。
【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３に開示のセンサ付車輪用軸受では、センサユニットが取付けられる軸受固定輪の外径面と内周の転走面の間の肉厚が薄く、しかも固定輪の外径面には焼入れ部があるため、センサユニットを堅固に固定できない。このため、センサユニットと軸受の固定輪外径面との間に滑りが生じ、その滑りに起因するヒステリシスがセンサユニットの出力信号に生じて、荷重を精度良く検出できない。
【０００６】
この発明の目的は、荷重検出手段を滑りなく堅固に軸受に固定できて、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用す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】
【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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定したことを特徴とする。
この構成によると、固定側部材の厚肉部の表面に荷重検出手段を固定するので、その固定が堅固なものとなり、荷重検出手段と固定側部材との間での滑りを抑えることができ、荷重検出手段の出力信号に現れる前記滑りによるヒステリシスを小さくすることができる。その結果、車輪用軸受に作用する荷重を正確に検出できる。
【０００８】
この発明において、前記厚肉部は、固定側部材の円周方向の一部を、円周方向の他の部分よりも厚肉としたものであっても良い。
【０００９】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部における前記荷重検出手段の設置面を平坦面としても良い。この構成の場合、荷重検出手段を安定良く厚肉部の表面に固定できる。
【００１０】
この発明において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の厚肉部表面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を有するセンサユニットからなり、前記各接触固定部は、前記固定側部材の厚肉部表面に対して、軸方向に同寸法となるように設けても良い。
この構成の場合、センサユニットにおける歪み発生部材の２つ以上の接触固定部が固定側部材に接触固定されているので、固定側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、その出力信号から荷重を検出できる。
また、固定側部材の厚肉部の表面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。この構成の場合、センサユニットの各接触固定部を、固定側部材の厚肉部表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。
【００１１】
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、荷重を精度良く検出できる。また、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。その歪み発生部材を、平面概形が均一幅の帯状とした場合、さらに形状が簡単なものとなり、量産性が向上する。また、その歪み発生部材を、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有するものとすると、固定側部材の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材に伝達されるので、さらに精度良く荷重を検出できる。
【００１２】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部表面における前記センサユニットの隣り合う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、接触固定部と厚肉部との間にスペーサを介在させることなく、歪み発生部材の隣り合う接触固定部の中間部位を厚肉部の表面から離して、検出感度を向上させることができ、センサユニットの取付け構造も簡単なものとなる。
【００１３】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部、または厚肉部および前記溝を鍛造により形成しても良い。この構成の場合、固定側部材の鍛造工程において厚肉部や溝を形成できるので、製造工程を増やすことなく厚肉部や溝を容易に形成できる。
【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、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、軸方向荷重Ｆy 、および駆動力や制動力による荷重Ｆx を精度良く検出できる。
【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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定したため、荷重検出手段を滑りなく堅固に軸受に固定できて、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できる。
【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４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には円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔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、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段として、２つのセンサユニット２０が設けられている。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。ここでは、２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下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、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重（垂直方向荷重）Ｆz 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。
上記外方部材１の円周方向の一部である前記各センサユニット２０が設置される上部および下部は、円周方向の他の部分よりも外径面が外径側に張り出して厚肉となった厚肉部１ｂとされている。これらの各厚肉部１ｂの表面に、前記各センサユニット２０が固定されている。前記厚肉部１ｂは、外方部材１の鍛造形成において形成される。これにより、製造工程を増やすことなく厚肉部１ｂを容易に形成できる。
【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の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。なお、歪み発生部材２１の平面概形は、前記切欠き部２１ｂの無い単調な帯状としても良い。また、歪み発生部材２１は、スペーサ２３を介して外方部材１の前記厚肉部１ｂの表面に接触固定される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いる。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の厚肉部１ｂの表面に固定される。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の厚肉部１ｂ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の厚肉部１ｂの表面に接触固定部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厚肉部１ｂの表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の厚肉部１ｂ表面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、厚肉部１ｂの表面は平坦面とするのが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、その歪みがセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに、荷重検出手段であるセンサユニット２０を、固定側部材である外方部材１の外径面である厚肉部１ｂの表面に固定しているので、外方部材１の外径面へセンサユニット２０を堅固に固定して、センサユニット２０と外方部材１の外径面との間での滑りを抑えることができ、前記センサ２２の出力信号に現れる前記滑りによるヒステリシスを小さくすることができる。その結果、荷重を精度良く推定できる。
【００２６】
固定側部材である外方部材１の外径面（厚肉部１ｂの表面）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、外方部材の厚肉部１ｂの表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。
【００２７】
また、歪み発生部材２１が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の形状が簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。歪み発生部材２１を、平面概形が単調な帯状とした場合、さらに形状が簡単なものとなり、量産性が向上する。また、歪み発生部材２１を、図３のように平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有するものとすると、外方部材１の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材２１に伝達されるので、さらに精度良く荷重を推定できる。
【００２８】
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。
【００２９】
また、垂直方向荷重Ｆz に対しては、固定側部材である外方部材１は上面部と下面部で変形するが、この実施形態では、２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下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ているので、それらのセンサ２２の出力信号から軸方向荷重Ｆy と垂直方向荷重Ｆz とを精度良く推定できる。
【００３０】
なお、センサユニット２０の他の設置例として、４つのセンサユニット２０を、図５のように、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この場合、外方部材１の外径面の右面部および左面部にも、上面部および下面部の厚肉部１ｂと同様の厚肉部１ｂを設け、それらの厚肉部１ｂの表面に各センサユニット２０を固定する。駆動力や制動力による荷重Ｆx に対しては、固定側部材である外方部材１の右面部と左面部が変形するので、この場合には、それらのセンサ２２の出力信号から、駆動力や制動力による荷重Ｆx とを精度良く推定できる。つまり、外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部にセンサユニット２０を配置した場合には、垂直方向荷重Ｆz 、軸方向荷重Ｆy 、および駆動力や制動力による荷重Ｆx を精度良く推定できる。
【００３１】
図６および図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示す実施形態のセンサ付車輪用軸受において、図７に拡大断面図で示すように、外方部材１の外径面（厚肉部１ｂの表面）における歪み発生部材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の厚肉部１ｂの表面から離すようにしている。この場合の前記厚肉部１ｂおよびその表面の溝１ｃは、外方部材１の鍛造形成において形成される。これにより、製造工程を増やすことなく厚肉部１ｂおよび溝１ｃを容易に形成できる。その他の構成は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００３２】
このように、厚肉部１ｂの表面における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を設けると、スペーサ２３を省略して歪み発生部材２１の中間部位を厚肉部１ｂの表面から離すことができるので、厚肉部１ｂへのセンサユニット２０の取付け構造が簡単なものとなる。
【００３３】
図８ないし図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４に示す実施形態において、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１０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。図９のように、外方部材１にはその外径面の一部が外径側に張出した厚肉部１ｂが設けられ、その厚肉部１ｂの表面に２つの接触固定部２１ａが固定されることは図１〜図４の実施形態と同じである。なお、図８は、図９のVIII− VIII 矢視断面図を示す。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の厚肉部１ｂ表面に配置される。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の厚肉部１ｂ表面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、厚肉部１ｂの表面を平坦面に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。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、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、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂの周辺の歪みを検出する。
【００３４】
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４７により外方部材１の厚肉部１ｂの表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４７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４８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔４９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４７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。
【００３５】
この実施形態では、前記センサニット２０のほかに、図８に示すように、内方部材２の回転を検出する回転検出器４０が設けられる。この回転検出器４０は、インボード側のシール８のスリンガに共用される磁気エンコーダ５１と、この磁気エンコーダ５１に対して軸方向に対面する磁気センサ５２とでなるアキシアル型の回転検出器である。
【００３６】
センサユニット２０のセンサ２２と回転検出器４０の磁気センサ５２とは平均化処理手段２９に接続される。平均化処理手段２９は、センサ２２の出力信号を平均化する手段である。
センサユニット２０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設けられるので、センサ２２の出力信号は転動体５の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０におけるセンサ２２に最も近い位置を通過するとき、センサ２２の出力信号の振幅はピーク値となり、転動体５がその位置から遠ざかるにつれて低下する。転動体５は所定の配列ピッチで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、センサ２２の出力信号は、その振幅が転動体の配列ピッチを周期とする波形となる。そこで、前記平均化処理手段２９は、転動体５が配列ピッチ分公転する期間での前記出力信号の振幅を平均化して、転動体５の影響を解消する。この平均化処理手段２９の次段に推定手段３０が設けられる。推定手段３０は、前記平均化処理手段２９で求められた前記センサ２２の出力信号の平均値から、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。その他の構成は、図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００３７】
なお、以上の各実施形態では、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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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外方部材の正面図である。
【図６】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外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図７】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８】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９】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１０】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】
【００３９】
１…外方部材
１ｂ…厚肉部
１ｃ…溝
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット（荷重検出手段）
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…センサ
【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３に開示のセンサ付車輪用軸受では、センサユニットが取付けられる軸受固定輪の外径面と内周の転走面の間の肉厚が薄く、しかも固定輪の外径面には焼入れ部があるため、センサユニットを堅固に固定できない。このため、センサユニットと軸受の固定輪外径面との間に滑りが生じ、その滑りに起因するヒステリシスがセンサユニットの出力信号に生じて、荷重を精度良く検出できない。
【０００６】
この発明の目的は、荷重検出手段を滑りなく堅固に軸受に固定できて、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用す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】
【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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定したことを特徴とする。
この構成によると、固定側部材の厚肉部の表面に荷重検出手段を固定するので、その固定が堅固なものとなり、荷重検出手段と固定側部材との間での滑りを抑えることができ、荷重検出手段の出力信号に現れる前記滑りによるヒステリシスを小さくすることができる。その結果、車輪用軸受に作用する荷重を正確に検出できる。
【０００８】
この発明において、前記厚肉部は、固定側部材の円周方向の一部を、円周方向の他の部分よりも厚肉としたものであっても良い。
【０００９】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部における前記荷重検出手段の設置面を平坦面としても良い。この構成の場合、荷重検出手段を安定良く厚肉部の表面に固定できる。
【００１０】
この発明において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の厚肉部表面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を有するセンサユニットからなり、前記各接触固定部は、前記固定側部材の厚肉部表面に対して、軸方向に同寸法となるように設けても良い。
この構成の場合、センサユニットにおける歪み発生部材の２つ以上の接触固定部が固定側部材に接触固定されているので、固定側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、その出力信号から荷重を検出できる。
また、固定側部材の厚肉部の表面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。この構成の場合、センサユニットの各接触固定部を、固定側部材の厚肉部表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。
【００１１】
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、荷重を精度良く検出できる。また、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。その歪み発生部材を、平面概形が均一幅の帯状とした場合、さらに形状が簡単なものとなり、量産性が向上する。また、その歪み発生部材を、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有するものとすると、固定側部材の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材に伝達されるので、さらに精度良く荷重を検出できる。
【００１２】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部表面における前記センサユニットの隣り合う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、接触固定部と厚肉部との間にスペーサを介在させることなく、歪み発生部材の隣り合う接触固定部の中間部位を厚肉部の表面から離して、検出感度を向上させることができ、センサユニットの取付け構造も簡単なものとなる。
【００１３】
この発明において、前記固定側部材の厚肉部、または厚肉部および前記溝を鍛造により形成しても良い。この構成の場合、固定側部材の鍛造工程において厚肉部や溝を形成できるので、製造工程を増やすことなく厚肉部や溝を容易に形成できる。
【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、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、軸方向荷重Ｆy 、および駆動力や制動力による荷重Ｆx を精度良く検出できる。
【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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定したため、荷重検出手段を滑りなく堅固に軸受に固定できて、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できる。
【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４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には円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔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、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段として、２つのセンサユニット２０が設けられている。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。ここでは、２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下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、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重（垂直方向荷重）Ｆz 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。
上記外方部材１の円周方向の一部である前記各センサユニット２０が設置される上部および下部は、円周方向の他の部分よりも外径面が外径側に張り出して厚肉となった厚肉部１ｂとされている。これらの各厚肉部１ｂの表面に、前記各センサユニット２０が固定されている。前記厚肉部１ｂは、外方部材１の鍛造形成において形成される。これにより、製造工程を増やすことなく厚肉部１ｂを容易に形成できる。
【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の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。なお、歪み発生部材２１の平面概形は、前記切欠き部２１ｂの無い単調な帯状としても良い。また、歪み発生部材２１は、スペーサ２３を介して外方部材１の前記厚肉部１ｂの表面に接触固定される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いる。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の厚肉部１ｂの表面に固定される。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の厚肉部１ｂ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の厚肉部１ｂの表面に接触固定部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厚肉部１ｂの表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の厚肉部１ｂ表面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、厚肉部１ｂの表面は平坦面とするのが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、その歪みがセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに、荷重検出手段であるセンサユニット２０を、固定側部材である外方部材１の外径面である厚肉部１ｂの表面に固定しているので、外方部材１の外径面へセンサユニット２０を堅固に固定して、センサユニット２０と外方部材１の外径面との間での滑りを抑えることができ、前記センサ２２の出力信号に現れる前記滑りによるヒステリシスを小さくすることができる。その結果、荷重を精度良く推定できる。
【００２６】
固定側部材である外方部材１の外径面（厚肉部１ｂの表面）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、外方部材の厚肉部１ｂの表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。
【００２７】
また、歪み発生部材２１が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の形状が簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。歪み発生部材２１を、平面概形が単調な帯状とした場合、さらに形状が簡単なものとなり、量産性が向上する。また、歪み発生部材２１を、図３のように平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有するものとすると、外方部材１の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材２１に伝達されるので、さらに精度良く荷重を推定できる。
【００２８】
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。
【００２９】
また、垂直方向荷重Ｆz に対しては、固定側部材である外方部材１は上面部と下面部で変形するが、この実施形態では、２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下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ているので、それらのセンサ２２の出力信号から軸方向荷重Ｆy と垂直方向荷重Ｆz とを精度良く推定できる。
【００３０】
なお、センサユニット２０の他の設置例として、４つのセンサユニット２０を、図５のように、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この場合、外方部材１の外径面の右面部および左面部にも、上面部および下面部の厚肉部１ｂと同様の厚肉部１ｂを設け、それらの厚肉部１ｂの表面に各センサユニット２０を固定する。駆動力や制動力による荷重Ｆx に対しては、固定側部材である外方部材１の右面部と左面部が変形するので、この場合には、それらのセンサ２２の出力信号から、駆動力や制動力による荷重Ｆx とを精度良く推定できる。つまり、外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部にセンサユニット２０を配置した場合には、垂直方向荷重Ｆz 、軸方向荷重Ｆy 、および駆動力や制動力による荷重Ｆx を精度良く推定できる。
【００３１】
図６および図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図４に示す実施形態のセンサ付車輪用軸受において、図７に拡大断面図で示すように、外方部材１の外径面（厚肉部１ｂの表面）における歪み発生部材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の厚肉部１ｂの表面から離すようにしている。この場合の前記厚肉部１ｂおよびその表面の溝１ｃは、外方部材１の鍛造形成において形成される。これにより、製造工程を増やすことなく厚肉部１ｂおよび溝１ｃを容易に形成できる。その他の構成は図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００３２】
このように、厚肉部１ｂの表面における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を設けると、スペーサ２３を省略して歪み発生部材２１の中間部位を厚肉部１ｂの表面から離すことができるので、厚肉部１ｂへのセンサユニット２０の取付け構造が簡単なものとなる。
【００３３】
図８ないし図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４に示す実施形態において、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１０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。図９のように、外方部材１にはその外径面の一部が外径側に張出した厚肉部１ｂが設けられ、その厚肉部１ｂの表面に２つの接触固定部２１ａが固定されることは図１〜図４の実施形態と同じである。なお、図８は、図９のVIII− VIII 矢視断面図を示す。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の厚肉部１ｂ表面に配置される。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の厚肉部１ｂ表面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、厚肉部１ｂの表面を平坦面に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。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、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、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂの周辺の歪みを検出する。
【００３４】
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４７により外方部材１の厚肉部１ｂの表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４７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４８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔４９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４７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。
【００３５】
この実施形態では、前記センサニット２０のほかに、図８に示すように、内方部材２の回転を検出する回転検出器４０が設けられる。この回転検出器４０は、インボード側のシール８のスリンガに共用される磁気エンコーダ５１と、この磁気エンコーダ５１に対して軸方向に対面する磁気センサ５２とでなるアキシアル型の回転検出器である。
【００３６】
センサユニット２０のセンサ２２と回転検出器４０の磁気センサ５２とは平均化処理手段２９に接続される。平均化処理手段２９は、センサ２２の出力信号を平均化する手段である。
センサユニット２０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設けられるので、センサ２２の出力信号は転動体５の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０におけるセンサ２２に最も近い位置を通過するとき、センサ２２の出力信号の振幅はピーク値となり、転動体５がその位置から遠ざかるにつれて低下する。転動体５は所定の配列ピッチで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、センサ２２の出力信号は、その振幅が転動体の配列ピッチを周期とする波形となる。そこで、前記平均化処理手段２９は、転動体５が配列ピッチ分公転する期間での前記出力信号の振幅を平均化して、転動体５の影響を解消する。この平均化処理手段２９の次段に推定手段３０が設けられる。推定手段３０は、前記平均化処理手段２９で求められた前記センサ２２の出力信号の平均値から、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。その他の構成は、図１〜図４の実施形態の場合と同様である。
【００３７】
なお、以上の各実施形態では、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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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外方部材の正面図である。
【図６】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外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図７】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８】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９】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１０】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】
【００３９】
１…外方部材
１ｂ…厚肉部
１ｃ…溝
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット（荷重検出手段）
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…センサ
【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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定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、前記厚肉部は、固定側部材の円周方向の一部を、円周方向の他の部分よりも厚肉としたもの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、前記固定側部材の厚肉部における前記荷重検出手段の設置面を平坦面としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の厚肉部表面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を有するセンサユニットからなり、前記各接触固定部は、前記固定側部材の厚肉部表面に対して、軸方向に同寸法となるように設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項４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６】
請求項４または請求項５において、前記固定側部材の厚肉部表面における前記センサユニットの隣り合う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、前記固定側部材の厚肉部、または厚肉部および前記溝を鍛造により形成したセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７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の一部に、部分的に厚肉となった厚肉部を設け、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段を前記厚肉部の表面に固定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、前記厚肉部は、固定側部材の円周方向の一部を、円周方向の他の部分よりも厚肉としたもの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、前記固定側部材の厚肉部における前記荷重検出手段の設置面を平坦面としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の厚肉部表面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を有するセンサユニットからなり、前記各接触固定部は、前記固定側部材の厚肉部表面に対して、軸方向に同寸法となるように設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項４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６】
請求項４または請求項５において、前記固定側部材の厚肉部表面における前記センサユニットの隣り合う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、前記固定側部材の厚肉部、または厚肉部および前記溝を鍛造により形成したセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７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２００９−１９２３９０（Ｐ２００９−１９２３９０Ａ）
【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２００８−３３９２１（Ｐ２００８−３３９２１）
【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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