荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット
【課題】取付位置の精度誤差を許容でき、軸受ユニットの組立後でも比較的簡単に取り付け可能な荷重検出機構を有する荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】軸受ユニット１０は、外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子４１及び受光素子４２と、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に固定される反射部材４３に設けられ、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射可能な反射面４６と、を備え、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構４０を有する。
【解決手段】軸受ユニット１０は、外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子４１及び受光素子４２と、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に固定される反射部材４３に設けられ、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射可能な反射面４６と、を備え、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構４０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の懸架装置に取り付けられて車輪を回転自在に支持するとともに負荷荷重を検出可能な荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車では各車輪の回転速度差に基づいて車輪のスリップ率を検出し、その信号を用いてブレーキ力や駆動力を制御する技術が用いられている。しかしながら、スリップ率での制御は、あくまでスリップ発生後の後追い対策であることから、より良い制御を行うことを目的として、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策の研究が進められている。このため、例えば、車輪支持用軸受ユニットの外輪に磁歪センサを設置して内輪側の路面反力による変形をこの磁歪センサで捉え、荷重検出を試みる技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−４３３３６号公報
【特許文献２】特開２００５−９９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、軸受ユニットの変形は、それほど大きなものではないため、磁歪センサは、軸受ユニットにおいて、加工が精度良く行われ、しかも変形が大きく出る部位に精度良く取り付ける必要がある。磁歪センサを精度良く取り付けるためには、軸受ユニットの組立前に外輪に単体で取り付けることが理想であるが、予め磁歪センサを取り付けておくと、磁歪センサが軸受ユニットのその後の組立作業の著しい障害となり、組立作業が困難になってしまう。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、取付位置の精度誤差を許容でき、軸受ユニットの組立後でも比較的簡単に取り付け可能な荷重検出機構を有する荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、前記受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（２） 前記荷重検出機構は、前記発光素子で発光した光の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする（１）に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（３） 周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、該シャドウマスクの内側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、前記シャドウマスクの外側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記透光部を介して受光する受光素子と、を有し、該受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（４） 前記荷重検出機構は、前記透光部の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする（３）に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットによれば、荷重検出機構は、静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、回転輪と一緒に回転するように回転輪又は回転輪に固定される部材に設けられ、発光素子の発光を受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、無負荷もしくは車両静止状態での車輪荷重負荷状態を基準位置にすることで、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。
【０００７】
また、本発明の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットによれば、荷重検出機構は、回転輪と一緒に回転するように回転輪又は回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、シャドウマスクの内側で静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、シャドウマスクの外側で静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられ、発光素子の発光を透光部を介して受光する受光素子と、を有し、受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、この場合も、上記同様の基準位置を設けることで、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットの各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット１０は、従動輪用とされており、図１に示すように、回転輪であるハブ１１及び静止輪である外輪部材１２と、複数の転動体である玉１３とを備えている。ハブ１１は、中空状のハブ輪１５を備えており、ハブ輪１５は、その外周面の軸方向一端寄り部分であるアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図１の左端部）に径方向外方に延びる車輪取り付けフランジ１６を有している。車輪取り付けフランジ１６には、そのアウトボード側側面に車輪を構成する図示しないホイール及びブレーキロータ等を取り付けるためのスタッド１７が周方向に略等間隔で複数植設されている。
【００１０】
ハブ輪１５のインボード側の軸方向端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図１の右端部）には小径段部１９が形成されており、該小径段部１９にはハブ１１を構成する内輪２０が外嵌されている。そして、小径段部１９の内輪２０の内端面から突出した部分を直径方向外方に加締め広げる事で、内輪２０をハブ輪１５に結合固定している。なお、内輪２０は、ハブ輪１５の小径段部１９の突出部分にナットを締結させることで、ハブ輪１５に固定されてもよい。また、ハブ輪１５の軸方向の中間部外周面には回転側軌道面である第１内輪軌道面２１が形成され、内輪２０の外周面には回転側軌道面である第２内輪軌道面２２が形成されている。
【００１１】
外輪部材１２の内周面には、ハブ輪１５の第１内輪軌道面２１に対応する静止側軌道面である第１外輪軌道面２３及び内輪２０の第２内輪軌道面２２に対応する静止側軌道面である第２外輪軌道面２４が形成されている。また、車輪取り付けフランジ１６から離間する側の外輪部材１２の端部には、径方向外方に延びる懸架装置取り付けフランジ２５が設けられており、このフランジ２５を介して図示しない懸架装置に固定されている。
【００１２】
そして、複列の第１及び第２内輪軌道面２１，２２と複列の第１及び第２外輪軌道面２３，２４との間にそれぞれ複数の玉１３が図示しない保持器を介して周方向に転動可能に配設されている。尚、図示の例では、転動体として玉１３を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用軸受ユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【００１３】
また、外輪部材１２の両端部内周面とこの内周面と対向するハブ輪１５及び内輪２０との外周面との間には、複数の玉１３が配置される環状空間を密封するシール装置２７，２８が配置されており、内部に充填されたグリースの漏洩と外部からの水や異物の浸入を防止する。
【００１４】
一方、外輪部材１２のインボード側端部は、シール部材２８より軸方向内側に延設されており、インボード側端部の内周面には、金属製のエンドキャップ３０が内嵌固定されている。エンドキャップ３０は、インボード側端部の内周面に内嵌される円筒状部３１と、円筒状部３１の一端側で外輪部材１２のインボード側開口を塞ぐカバー部３２と、を有する。
【００１５】
そして、エンドキャップ３０、及びシール部材２８によって塞がれた外輪部材１２のインボード側端部内には、負荷荷重を検出するための光学式の荷重検出機構４０が設けられている。荷重検出機構４０は、エンドキャップ３０の円筒状部３１の内周面に、図２にも示すように、互いに円周方向の位置を合わせ、かつ軸方向の位置をずらして固定された発光素子４１及び受光素子４２を有している。
【００１６】
また、荷重検出機構４０は、エンドキャップ３０の内側においてハブ輪１５に同軸に固定される反射部材４３を有している。反射部材４３は、ハブ輪１５の加締部３５を形成するための円筒部３６の内周面に嵌合固定される軸部４４と、軸部４４に取り付けられ、ハブ輪１５からインボード側に突出するミラー部４５とを有している。
【００１７】
ミラー部４５の外周面は、車体インボード側に向かって徐々に細くなる円錐台形状に形成され、鏡面からなる反射面４６を構成しており、この反射面４６は、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射する。これにより、発光素子４１の発光が反射面４６で反射して受光素子４２に到達可能となっている。なお、反射面４６にはフォトエッチングや印刷で線状のマスク４７が円周方向に等間隔で形成してもよい。
【００１８】
さらに、荷重検出機構４０は、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出演算部４８を有している。ここで、受光素子４２は、ＣＣＤ等の撮像素子であって、発光素子４１の反射面４６からの反射光をパターン認識可能なものであり、その信号を荷重検出演算部４８に出力する。荷重検出演算部４８は、受光素子４２で受光した光の基準位置に対する受光位置に基づいて負荷荷重を検出する。つまり、軸受ユニット１０の負荷荷重により、外輪部材１２とハブ輪１５とが相対的に移動したり相対的に傾いたりすると、受光素子４２における反射光の到達位置が移動することになる。従って、受光素子４２により反射光の到達位置を検出すれば、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することができる。
【００１９】
例えば、車両旋回走行時に、軸受ユニット１０に図１のＹ１方向で示す旋回外側荷重が負荷される場合、ハブ輪１５は、図１のＹ１’方向に傾くので、受光素子４２による受光位置は、車両停車時の基準位置に対して図２（ｂ）に示すＡ方向に動くことになる。この受光位置の動きを検出することで、旋回外側荷重が検出される。このとき、ハブ輪１５のＹ１方向への併進力により反射面４６は車体内側方向に移動する動きも発生するため、反射面４６を上述した円錐形状にしておくことで、受光位置のＡ方向への移動量が大きくなり好ましい。
【００２０】
同様に、車両旋回走行時に、軸受ユニット１０に図１のＹ２方向で示す旋回内側荷重が負荷される場合、ハブ輪１５は、図１のＹ２’方向へと傾くので、受光素子４２による受光位置は、車両停車時の基準位置に対して図２（ｂ）に示すＢ方向に動くことになる。この受光位置の動きを検出することで、旋回内側荷重が検出される。
【００２１】
また、軸受ユニット１０に車体前後方向（Ｘ方向）の荷重が負荷される場合、前後方向の相対傾きや変位が発生し、受光位置は図２（ｂ）に示すＣ方向またはＤ方向に変化する。従って、この受光位置の動きを検出することで、車体前後方向荷重が検出される。
【００２２】
また、発光素子４１としては、レーザ発光素子等の直進性が良く、光の断面形状をコントロールしやすいものが好適である。例えば、図２に示すように、円形形状の光を照射すれば、反射面４６で反射後、受光素子４２の受ける光は楕円形状となる。この楕円の長径は、反射面４６の傾きの状態で変化するので、発光素子４１の発光の形状と、受光素子４２の受光の形状との差を検出して、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。このようにすれば、軸受ユニット１０への取り付け後の受光形状を基準とした受光形状の変化も加えて荷重を検出することができ、負荷荷重をより精度良く検出できる。
【００２３】
従って、第１実施形態の軸受ユニット１０によれば、負荷荷重を検出するための荷重検出機構４０が、外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子４１及び受光素子４２と、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に固定される反射部材４３に設けられ、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射可能な反射面４６と、を有し、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニット１０の組立後に比較的簡単に取り付けることができる。このように荷重検出機構４０を比較的簡単に取り付けることができるため、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策が実現可能となり、自動車の操縦安定性向上、安全性向上を図ることができる。
【００２４】
また、荷重検出機構４０は、受光位置の変化に加えて、発光素子４１で発光した光の形状と受光素子４２で受光した光の形状との差を検出して、負荷荷重を検出するようにしたので、軸受ユニット１０への取り付け後の受光位置と形状を基準とした受光形状の変化で荷重を検出することができ、負荷荷重をより精度良く検出できる。
【００２５】
さらに、反射面４６にマスク４７を円周方向に等間隔で形成しておけば、ハブ輪１５の回転時に受光素子４２の受ける光がハブ１１の回転に応じて間欠的となり、よって、非常に細かいピッチで正確な回転速度信号を得ることができる。
【００２６】
なお、発光素子４１及び受光素子４２は、上記のように互いの円周方向の位置を合わせて配置する代わりに、図３に示すように、円周方向に角度をつけて配置しても良い。
【００２７】
また、エンドキャップ３０の円筒状部３１に発光素子４１及び受光素子４２を設ける代わりに、外輪部材１２に発光素子４１及び受光素子４２を設けても良く、発光素子４１及び受光素子４２のいずれか一方をエンドキャップ３０に、いずれか他方を外輪部材１２に設けても良い。
【００２８】
また、荷重検出機構４０は、車体内側のシール部材２８とエンドキャップ３０のカバー部３２との間に配置される代わりに、車体外側のシール部材２７と車体内側のシール部材２８とで仕切られた列間空間３７に設けることも可能である。
【００２９】
さらに、一つの軸受ユニット１０に対して荷重検出機構４０を複数、例えば車体前後方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とにそれぞれ設けて荷重検出精度をより高めることもできる。
【００３０】
また、反射面は、本実施形態のように円錐台形状とする代わりに、円筒形状であってもよく、さらには、多角形の反射面を有するポリゴンミラーを用いて受光位置の軌跡から荷重を検出しても良いが、角数が多い高精度のポリゴンミラーは高価であるため、円錐台形状または円筒形状とするのが好ましい。
【００３１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットについて図４を参照して説明する。なお、本実施形態は、荷重検出機構の構成において第１実施形態と異なるものであり、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
【００３２】
第２実施形態の荷重検出機構５０は、エンドキャップ３０の内側においてハブ輪１５に同軸に固定されるシャドウマスク５１を有している。このシャドウマスク５１は、ハブ輪１５の加締部３５を形成するための円筒部３６に嵌合固定される軸部５２と、軸部５２の一端から径方向に広がる円板部５３と、円板部５３の外周縁部から軸部５２と反対側に延出する円筒部５４とを有している。シャドウマスク５１の円筒部５４には、径方向に貫通する穴からなる複数の透光部５５が軸方向の位置を合わせて円周方向に等間隔で形成されており、透光部５５以外の部分からは径方向に透光しないようにマスキングされている。
【００３３】
また、荷重検出機構５０は、エンドキャップ３０のカバー部３２の中心位置に、シャドウマスク５１の円筒部５４内の中心位置に進出するように点光源である発光素子５７が固定されている。さらに、荷重検出機構５０は、シャドウマスク５１の径方向外側で、エンドキャップ３０の円筒状部３１の内周面に固定される受光素子５８を有している。
【００３４】
また、荷重検出機構５０は、受光素子５８の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出演算部５９を有している。ここで、受光素子５８は、ＣＣＤ等の撮像素子であって、受光形状をパターン認識可能なものであり、その信号を荷重検出演算部５９に出力する。荷重検出演算部５９は、受光素子５８で受光した光の、基準位置に対する受光位置を検出して負荷荷重を検出する。つまり、発光素子５７で発せられた光が透光部５５を透過し、受光素子５８に到達することになるが、この受光素子５８における透光の到達位置は、軸受ユニット１０の負荷荷重により、外輪部材１２とハブ輪１５とが相対的に移動したり相対的に傾いたりすると、移動することになる。したがって、受光素子５８により光の到達位置を検出すれば、第１実施形態と同様に、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することができる。
【００３５】
従って、第２実施形態の軸受ユニット１０によれば、負荷荷重を検出するための荷重検出機構５０が、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部５５を有するシャドウマスク５１と、シャドウマスク５１の内側で外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子５７と、シャドウマスク５１の外側でエンドキャップ３０に設けられ、発光素子５７の発光を透光部５５を介して受光する受光素子５８と、を有し、受光素子５８の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、この場合も、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。このように荷重検出機構５０を比較的簡単に取り付けることができるため、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策が実現可能となり、自動車の操縦安定性向上、安全性向上を図ることができる。
【００３６】
また、軸受ユニット１０の負荷荷重により、シャドウマスク５１が傾き、透光部５５の形状と受光素子５８で受光した光の形状との差も変化するため、軸受ユニット１０への取り付け後の受光形状を基準とした受光素子５８での受光形状の変化によって、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。
さらには、受光位置の軌跡から軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。
【００３７】
また、上記のように、シャドウマスク５１に透光部５５が円周方向に等間隔で形成されているため、ハブ輪１５の回転時に受光素子５８の受ける光がハブ輪１５の回転に応じて間欠的となり、よって、非常に細かいピッチで正確な回転速度信号を得ることができる。ここで、透光部５５の形状を位置によって異ならせることで、ハブ輪１５の回転方向の絶対位置を検出することも可能である。
【００３８】
さらに、本実施形態においても、一つの軸受ユニット１０に対して荷重検出機構５０を複数、例えば車体前後方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とにそれぞれ設けて荷重検出精度をより高めることもできる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
上記実施形態では、荷重検出機構４０は加締部３５を形成するための円筒部３６に取り付けられているが、ハブ輪１５のいずれの位置であってもよく、内輪２０に設けられても良い。また、内輪２０をナットで固定する場合には、荷重検出機構４０は、ハブ輪１５、内輪２０、ナットのいずれかに設けられても良い。
また、上記実施形態では、従動輪用の軸受ユニットについて説明したが、駆動輪用の軸受ユニットにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【図２】（ａ）は、荷重検出機構による荷重検出を説明するための要部拡大図であり、（ｂ）は、受光素子の受光状態を示す図である。
【図３】荷重検出機構の変形例を示す図１のIII矢視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の軸受ユニットを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット
１１ ハブ（回転輪）
１２ 外輪部材（静止輪）
１３ 玉（転動体）
１５ ハブ輪
２０ 内輪
２１ 第１内輪軌道面（回転側軌道面）
２２ 第２内輪軌道面（回転側軌道面）
２３ 第１外輪軌道面（静止側軌道面）
２４ 第２外輪軌道面（静止側軌道面）
４０，５０ 荷重検出機構
４１，５７ 発光素子
４２，５８ 受光素子
４６ 反射面
５１ シャドウマスク
５５ 透光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の懸架装置に取り付けられて車輪を回転自在に支持するとともに負荷荷重を検出可能な荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車では各車輪の回転速度差に基づいて車輪のスリップ率を検出し、その信号を用いてブレーキ力や駆動力を制御する技術が用いられている。しかしながら、スリップ率での制御は、あくまでスリップ発生後の後追い対策であることから、より良い制御を行うことを目的として、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策の研究が進められている。このため、例えば、車輪支持用軸受ユニットの外輪に磁歪センサを設置して内輪側の路面反力による変形をこの磁歪センサで捉え、荷重検出を試みる技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−４３３３６号公報
【特許文献２】特開２００５−９９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、軸受ユニットの変形は、それほど大きなものではないため、磁歪センサは、軸受ユニットにおいて、加工が精度良く行われ、しかも変形が大きく出る部位に精度良く取り付ける必要がある。磁歪センサを精度良く取り付けるためには、軸受ユニットの組立前に外輪に単体で取り付けることが理想であるが、予め磁歪センサを取り付けておくと、磁歪センサが軸受ユニットのその後の組立作業の著しい障害となり、組立作業が困難になってしまう。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、取付位置の精度誤差を許容でき、軸受ユニットの組立後でも比較的簡単に取り付け可能な荷重検出機構を有する荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、前記受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（２） 前記荷重検出機構は、前記発光素子で発光した光の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする（１）に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（３） 周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、該シャドウマスクの内側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、前記シャドウマスクの外側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記透光部を介して受光する受光素子と、を有し、該受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
（４） 前記荷重検出機構は、前記透光部の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする（３）に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットによれば、荷重検出機構は、静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、回転輪と一緒に回転するように回転輪又は回転輪に固定される部材に設けられ、発光素子の発光を受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、無負荷もしくは車両静止状態での車輪荷重負荷状態を基準位置にすることで、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。
【０００７】
また、本発明の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットによれば、荷重検出機構は、回転輪と一緒に回転するように回転輪又は回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、シャドウマスクの内側で静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、シャドウマスクの外側で静止輪又は静止輪に固定される部材に設けられ、発光素子の発光を透光部を介して受光する受光素子と、を有し、受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、この場合も、上記同様の基準位置を設けることで、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットの各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット１０は、従動輪用とされており、図１に示すように、回転輪であるハブ１１及び静止輪である外輪部材１２と、複数の転動体である玉１３とを備えている。ハブ１１は、中空状のハブ輪１５を備えており、ハブ輪１５は、その外周面の軸方向一端寄り部分であるアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図１の左端部）に径方向外方に延びる車輪取り付けフランジ１６を有している。車輪取り付けフランジ１６には、そのアウトボード側側面に車輪を構成する図示しないホイール及びブレーキロータ等を取り付けるためのスタッド１７が周方向に略等間隔で複数植設されている。
【００１０】
ハブ輪１５のインボード側の軸方向端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図１の右端部）には小径段部１９が形成されており、該小径段部１９にはハブ１１を構成する内輪２０が外嵌されている。そして、小径段部１９の内輪２０の内端面から突出した部分を直径方向外方に加締め広げる事で、内輪２０をハブ輪１５に結合固定している。なお、内輪２０は、ハブ輪１５の小径段部１９の突出部分にナットを締結させることで、ハブ輪１５に固定されてもよい。また、ハブ輪１５の軸方向の中間部外周面には回転側軌道面である第１内輪軌道面２１が形成され、内輪２０の外周面には回転側軌道面である第２内輪軌道面２２が形成されている。
【００１１】
外輪部材１２の内周面には、ハブ輪１５の第１内輪軌道面２１に対応する静止側軌道面である第１外輪軌道面２３及び内輪２０の第２内輪軌道面２２に対応する静止側軌道面である第２外輪軌道面２４が形成されている。また、車輪取り付けフランジ１６から離間する側の外輪部材１２の端部には、径方向外方に延びる懸架装置取り付けフランジ２５が設けられており、このフランジ２５を介して図示しない懸架装置に固定されている。
【００１２】
そして、複列の第１及び第２内輪軌道面２１，２２と複列の第１及び第２外輪軌道面２３，２４との間にそれぞれ複数の玉１３が図示しない保持器を介して周方向に転動可能に配設されている。尚、図示の例では、転動体として玉１３を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用軸受ユニットの場合には、転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【００１３】
また、外輪部材１２の両端部内周面とこの内周面と対向するハブ輪１５及び内輪２０との外周面との間には、複数の玉１３が配置される環状空間を密封するシール装置２７，２８が配置されており、内部に充填されたグリースの漏洩と外部からの水や異物の浸入を防止する。
【００１４】
一方、外輪部材１２のインボード側端部は、シール部材２８より軸方向内側に延設されており、インボード側端部の内周面には、金属製のエンドキャップ３０が内嵌固定されている。エンドキャップ３０は、インボード側端部の内周面に内嵌される円筒状部３１と、円筒状部３１の一端側で外輪部材１２のインボード側開口を塞ぐカバー部３２と、を有する。
【００１５】
そして、エンドキャップ３０、及びシール部材２８によって塞がれた外輪部材１２のインボード側端部内には、負荷荷重を検出するための光学式の荷重検出機構４０が設けられている。荷重検出機構４０は、エンドキャップ３０の円筒状部３１の内周面に、図２にも示すように、互いに円周方向の位置を合わせ、かつ軸方向の位置をずらして固定された発光素子４１及び受光素子４２を有している。
【００１６】
また、荷重検出機構４０は、エンドキャップ３０の内側においてハブ輪１５に同軸に固定される反射部材４３を有している。反射部材４３は、ハブ輪１５の加締部３５を形成するための円筒部３６の内周面に嵌合固定される軸部４４と、軸部４４に取り付けられ、ハブ輪１５からインボード側に突出するミラー部４５とを有している。
【００１７】
ミラー部４５の外周面は、車体インボード側に向かって徐々に細くなる円錐台形状に形成され、鏡面からなる反射面４６を構成しており、この反射面４６は、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射する。これにより、発光素子４１の発光が反射面４６で反射して受光素子４２に到達可能となっている。なお、反射面４６にはフォトエッチングや印刷で線状のマスク４７が円周方向に等間隔で形成してもよい。
【００１８】
さらに、荷重検出機構４０は、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出演算部４８を有している。ここで、受光素子４２は、ＣＣＤ等の撮像素子であって、発光素子４１の反射面４６からの反射光をパターン認識可能なものであり、その信号を荷重検出演算部４８に出力する。荷重検出演算部４８は、受光素子４２で受光した光の基準位置に対する受光位置に基づいて負荷荷重を検出する。つまり、軸受ユニット１０の負荷荷重により、外輪部材１２とハブ輪１５とが相対的に移動したり相対的に傾いたりすると、受光素子４２における反射光の到達位置が移動することになる。従って、受光素子４２により反射光の到達位置を検出すれば、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することができる。
【００１９】
例えば、車両旋回走行時に、軸受ユニット１０に図１のＹ１方向で示す旋回外側荷重が負荷される場合、ハブ輪１５は、図１のＹ１’方向に傾くので、受光素子４２による受光位置は、車両停車時の基準位置に対して図２（ｂ）に示すＡ方向に動くことになる。この受光位置の動きを検出することで、旋回外側荷重が検出される。このとき、ハブ輪１５のＹ１方向への併進力により反射面４６は車体内側方向に移動する動きも発生するため、反射面４６を上述した円錐形状にしておくことで、受光位置のＡ方向への移動量が大きくなり好ましい。
【００２０】
同様に、車両旋回走行時に、軸受ユニット１０に図１のＹ２方向で示す旋回内側荷重が負荷される場合、ハブ輪１５は、図１のＹ２’方向へと傾くので、受光素子４２による受光位置は、車両停車時の基準位置に対して図２（ｂ）に示すＢ方向に動くことになる。この受光位置の動きを検出することで、旋回内側荷重が検出される。
【００２１】
また、軸受ユニット１０に車体前後方向（Ｘ方向）の荷重が負荷される場合、前後方向の相対傾きや変位が発生し、受光位置は図２（ｂ）に示すＣ方向またはＤ方向に変化する。従って、この受光位置の動きを検出することで、車体前後方向荷重が検出される。
【００２２】
また、発光素子４１としては、レーザ発光素子等の直進性が良く、光の断面形状をコントロールしやすいものが好適である。例えば、図２に示すように、円形形状の光を照射すれば、反射面４６で反射後、受光素子４２の受ける光は楕円形状となる。この楕円の長径は、反射面４６の傾きの状態で変化するので、発光素子４１の発光の形状と、受光素子４２の受光の形状との差を検出して、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。このようにすれば、軸受ユニット１０への取り付け後の受光形状を基準とした受光形状の変化も加えて荷重を検出することができ、負荷荷重をより精度良く検出できる。
【００２３】
従って、第１実施形態の軸受ユニット１０によれば、負荷荷重を検出するための荷重検出機構４０が、外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子４１及び受光素子４２と、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に固定される反射部材４３に設けられ、発光素子４１の発光を受光素子４２に向けて反射可能な反射面４６と、を有し、受光素子４２の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニット１０の組立後に比較的簡単に取り付けることができる。このように荷重検出機構４０を比較的簡単に取り付けることができるため、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策が実現可能となり、自動車の操縦安定性向上、安全性向上を図ることができる。
【００２４】
また、荷重検出機構４０は、受光位置の変化に加えて、発光素子４１で発光した光の形状と受光素子４２で受光した光の形状との差を検出して、負荷荷重を検出するようにしたので、軸受ユニット１０への取り付け後の受光位置と形状を基準とした受光形状の変化で荷重を検出することができ、負荷荷重をより精度良く検出できる。
【００２５】
さらに、反射面４６にマスク４７を円周方向に等間隔で形成しておけば、ハブ輪１５の回転時に受光素子４２の受ける光がハブ１１の回転に応じて間欠的となり、よって、非常に細かいピッチで正確な回転速度信号を得ることができる。
【００２６】
なお、発光素子４１及び受光素子４２は、上記のように互いの円周方向の位置を合わせて配置する代わりに、図３に示すように、円周方向に角度をつけて配置しても良い。
【００２７】
また、エンドキャップ３０の円筒状部３１に発光素子４１及び受光素子４２を設ける代わりに、外輪部材１２に発光素子４１及び受光素子４２を設けても良く、発光素子４１及び受光素子４２のいずれか一方をエンドキャップ３０に、いずれか他方を外輪部材１２に設けても良い。
【００２８】
また、荷重検出機構４０は、車体内側のシール部材２８とエンドキャップ３０のカバー部３２との間に配置される代わりに、車体外側のシール部材２７と車体内側のシール部材２８とで仕切られた列間空間３７に設けることも可能である。
【００２９】
さらに、一つの軸受ユニット１０に対して荷重検出機構４０を複数、例えば車体前後方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とにそれぞれ設けて荷重検出精度をより高めることもできる。
【００３０】
また、反射面は、本実施形態のように円錐台形状とする代わりに、円筒形状であってもよく、さらには、多角形の反射面を有するポリゴンミラーを用いて受光位置の軌跡から荷重を検出しても良いが、角数が多い高精度のポリゴンミラーは高価であるため、円錐台形状または円筒形状とするのが好ましい。
【００３１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニットについて図４を参照して説明する。なお、本実施形態は、荷重検出機構の構成において第１実施形態と異なるものであり、第１実施形態と同等部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
【００３２】
第２実施形態の荷重検出機構５０は、エンドキャップ３０の内側においてハブ輪１５に同軸に固定されるシャドウマスク５１を有している。このシャドウマスク５１は、ハブ輪１５の加締部３５を形成するための円筒部３６に嵌合固定される軸部５２と、軸部５２の一端から径方向に広がる円板部５３と、円板部５３の外周縁部から軸部５２と反対側に延出する円筒部５４とを有している。シャドウマスク５１の円筒部５４には、径方向に貫通する穴からなる複数の透光部５５が軸方向の位置を合わせて円周方向に等間隔で形成されており、透光部５５以外の部分からは径方向に透光しないようにマスキングされている。
【００３３】
また、荷重検出機構５０は、エンドキャップ３０のカバー部３２の中心位置に、シャドウマスク５１の円筒部５４内の中心位置に進出するように点光源である発光素子５７が固定されている。さらに、荷重検出機構５０は、シャドウマスク５１の径方向外側で、エンドキャップ３０の円筒状部３１の内周面に固定される受光素子５８を有している。
【００３４】
また、荷重検出機構５０は、受光素子５８の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出演算部５９を有している。ここで、受光素子５８は、ＣＣＤ等の撮像素子であって、受光形状をパターン認識可能なものであり、その信号を荷重検出演算部５９に出力する。荷重検出演算部５９は、受光素子５８で受光した光の、基準位置に対する受光位置を検出して負荷荷重を検出する。つまり、発光素子５７で発せられた光が透光部５５を透過し、受光素子５８に到達することになるが、この受光素子５８における透光の到達位置は、軸受ユニット１０の負荷荷重により、外輪部材１２とハブ輪１５とが相対的に移動したり相対的に傾いたりすると、移動することになる。したがって、受光素子５８により光の到達位置を検出すれば、第１実施形態と同様に、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することができる。
【００３５】
従って、第２実施形態の軸受ユニット１０によれば、負荷荷重を検出するための荷重検出機構５０が、ハブ１１と一緒に回転するようにハブ１１に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部５５を有するシャドウマスク５１と、シャドウマスク５１の内側で外輪部材１２に固定されるエンドキャップ３０に設けられる発光素子５７と、シャドウマスク５１の外側でエンドキャップ３０に設けられ、発光素子５７の発光を透光部５５を介して受光する受光素子５８と、を有し、受光素子５８の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する光学式のものとしたので、この場合も、取付位置に多少の精度誤差があっても負荷荷重を検出でき、軸受ユニットの組立後に比較的簡単に取り付けることができる。このように荷重検出機構５０を比較的簡単に取り付けることができるため、路面反力の検出により車両姿勢制御を行う予防対策が実現可能となり、自動車の操縦安定性向上、安全性向上を図ることができる。
【００３６】
また、軸受ユニット１０の負荷荷重により、シャドウマスク５１が傾き、透光部５５の形状と受光素子５８で受光した光の形状との差も変化するため、軸受ユニット１０への取り付け後の受光形状を基準とした受光素子５８での受光形状の変化によって、軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。
さらには、受光位置の軌跡から軸受ユニット１０の負荷荷重を判定することもできる。
【００３７】
また、上記のように、シャドウマスク５１に透光部５５が円周方向に等間隔で形成されているため、ハブ輪１５の回転時に受光素子５８の受ける光がハブ輪１５の回転に応じて間欠的となり、よって、非常に細かいピッチで正確な回転速度信号を得ることができる。ここで、透光部５５の形状を位置によって異ならせることで、ハブ輪１５の回転方向の絶対位置を検出することも可能である。
【００３８】
さらに、本実施形態においても、一つの軸受ユニット１０に対して荷重検出機構５０を複数、例えば車体前後方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とにそれぞれ設けて荷重検出精度をより高めることもできる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
上記実施形態では、荷重検出機構４０は加締部３５を形成するための円筒部３６に取り付けられているが、ハブ輪１５のいずれの位置であってもよく、内輪２０に設けられても良い。また、内輪２０をナットで固定する場合には、荷重検出機構４０は、ハブ輪１５、内輪２０、ナットのいずれかに設けられても良い。
また、上記実施形態では、従動輪用の軸受ユニットについて説明したが、駆動輪用の軸受ユニットにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の軸受ユニットを示す断面図である。
【図２】（ａ）は、荷重検出機構による荷重検出を説明するための要部拡大図であり、（ｂ）は、受光素子の受光状態を示す図である。
【図３】荷重検出機構の変形例を示す図１のIII矢視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の軸受ユニットを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット
１１ ハブ（回転輪）
１２ 外輪部材（静止輪）
１３ 玉（転動体）
１５ ハブ輪
２０ 内輪
２１ 第１内輪軌道面（回転側軌道面）
２２ 第２内輪軌道面（回転側軌道面）
２３ 第１外輪軌道面（静止側軌道面）
２４ 第２外輪軌道面（静止側軌道面）
４０，５０ 荷重検出機構
４１，５７ 発光素子
４２，５８ 受光素子
４６ 反射面
５１ シャドウマスク
５５ 透光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、前記受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項２】
前記荷重検出機構は、前記発光素子で発光した光の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする請求項１に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項３】
周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、該シャドウマスクの内側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、前記シャドウマスクの外側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記透光部を介して受光する受光素子と、を有し、該受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項４】
前記荷重検出機構は、前記透光部の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする請求項３に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項１】
周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子及び受光素子と、前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記受光素子に向けて反射可能な反射面と、を有し、前記受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項２】
前記荷重検出機構は、前記発光素子で発光した光の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする請求項１に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項３】
周面に静止側軌道面を有し、懸架装置と結合可能な静止輪と、
前記静止側軌道面に対向する周面に回転側軌道面を有すると共に、外周面に車輪を支持する為の車輪取付フランジを有する回転輪と、
前記静止側軌道面と前記回転側軌道面との間に設けられる複数の転動体と、
前記回転輪と一緒に回転するように前記回転輪又は前記回転輪に固定される部材に設けられ、回転方向に所定の間隔で形成される複数の透光部を有するシャドウマスクと、該シャドウマスクの内側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられる発光素子と、前記シャドウマスクの外側で前記静止輪又は前記静止輪に固定される部材に設けられ、前記発光素子の発光を前記透光部を介して受光する受光素子と、を有し、該受光素子の受光結果に基づいて負荷荷重を検出する荷重検出機構と、
を備えることを特徴とする荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【請求項４】
前記荷重検出機構は、前記透光部の形状と前記受光素子で受光した光の形状との差を検出して、前記負荷荷重を検出することを特徴とする請求項３に記載の荷重検出機構付車輪支持用軸受ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４１６２６（Ｐ２００８−２４１６２６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８５６９４（Ｐ２００７−８５６９４）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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