JP2007071280A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、またセンサの取付けが容易で、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体３を介在させた車輪用軸受において、センサユニット２１を取付ける。センサユニット２１は、固定側部材である外方部材１の端面に取付けられるリング部材２１またはセンサ取付部材と、その部材の歪みを測定する歪みセンサ２３とでなる。なお、内方部材２が固定側部材である場合は、内方側部材２にリング部材２２またはセンサ取付部材を取付ける。
【選択図】 図１

Description

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

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

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

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

このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の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が提案されている（例えば特許文献１）。
特表２００３−５３０５６５号公報

車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品である。そのため特許文献１のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。
そこで、歪みゲージを備えたセンサユニットを外輪に取付けることにより、生産性の向上と検出感度の向上を図ることを試みた。その場合、外輪の歪みを感度良く検出するには、センサユニットを外輪のどの箇所に取付けるのが良く、センサユニットにおける歪みゲージを外輪に取付ける部材の形状はどのようにするのが良いかということが課題となる。

この発明の目的は、上記課題を解決して、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、またセンサの取付けが容易で、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

この発明における第1の発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の歪みを検出する複数の歪みセンサを前記リング部材に取付けたことを特徴としている。

この発明における第２の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、前記リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、固定側部材の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にフランジ部を設け、前記リング部材における前記接触リング部分と前記フランジ部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

この発明における第３の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、前記リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、固定側部材の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部となる形状とし、前記リング部材における前記接触リング部分と厚肉部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

この発明における第４の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、前記リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、互いに径方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、前記非接触リング部分を接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、前記非接触リング部分に、リング部材の曲げ歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

この発明における第５の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、前記リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、互いに径方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、この肉厚を薄くした接触リング部分に、リング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

この発明における第６の発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、前記センサ取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有し、この切欠部に前記歪みセンサを配置したものであることを特徴とする。

第1ないし第６の発明において、例えば、外方部材が固定側部材、内方部材が回転側部材の場合、外方部材に前記リング部材または前記センサユニットを取付ける。

第１ないし第６の発明において、車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形はリング部材またはセンサ取付部材に歪みをもたらす。リング部材またはセンサ取付部材に設けられた歪みセンサは、リング部材またはセンサ取付部材の歪みを検出する。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。すなわち、前記歪みセンサの出力によって、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力、または車輪用軸受の予圧量を推定することができる。また、この検出した荷重等を自動車の車両制御に使用することが出来る。
このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられるリング部材またはセンサ取付部材に歪みセンサを取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。リング部材およびセンサ取付部材はいずれも、固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。

これら第１ないし第６の発明において、リング部材またはセンサ取付部材を、固定側部材の端面に取付けた。固定側部材の端面は、固定側部材の他の部分よりも薄肉で剛性が低いため、変形が大きく現れる。このため、固定部材の変形がリング部材またはセンサ取付部材に伝えられ、それを歪みセンサで測定することにより、固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。
また、固定側部材の端面の周囲には他の部品が少なく、比較的広いスペースがある。このため、リング部材またはセンサ取付部材の設計自由度が高く、これらの部材を固定側部材の歪みを感度良く検出するのに適した形状にすることができる。しかも、その取付けが容易である。

第２の発明においては、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にはフランジ部が設けられているから、このフランジ部の剛性が高く変形しにくい。したがって、このフランジ部と接触リング部分との間で発生する歪みは、固定側部材の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。
また、第３の発明においては、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部とされているから、剛性が高く変形しにくい。したがって、この厚肉部と接触リング部分との間で発生する歪みは、固定側部材の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。
そのため、第２、第３の発明のいずれも、固定側部材の歪みを感度良く検出することができ、検出精度を高めることができる。

さらに、第４の発明においては、リング部材は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とされていて、接触リング部分は非接触リング部分よりも肉厚が厚く剛性が高くて変形し難いが、非接触リング部分は剛性が低くて変形し易い。したがって、非接触リング部分には曲げ歪みが発生するが、この歪みは固定側部材の軸方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。そのため、非接触リング部分に設けられた歪みセンサにより、外方部材の変形を感度良く検出でき、検出精度を高めることができる。

第５の発明においても、リング部材は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とされているが、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとしている。この場合、肉厚を薄くした接触リング部分は固定側部材の変形に従って変形するが、他方の接触リング部分および非接触リング部分は剛性が高くて変形し難い。したがって、肉厚を薄くした接触リング部分に軸方向の歪みが発生するが、この歪みは外方部材の端面の径方向歪みを転写し拡大したものになる。そのため、肉厚を薄くした接触リング部分に設けられた歪みセンサにより、外方部材の変形を感度良く検出でき、検出精度を高めることができる。

第６の発明においては、センサ取付部材が、固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有するものとされ、この切欠部に歪みセンサが配置されているので、センサ取付部材の歪みセンサの配置箇所が、その剛性の低下により、固定側部材よりも大きな歪みを生じ、固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。

この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、リング部材またはセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材またはセンサ取付部材の歪みを測定する歪みセンサを前記リング部材またはセンサ取付部材に取付けたものであるため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。リング部材およびセンサ取付部材はいずれも、固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みを測定するセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
また、リング部材またはセンサ取付部材が、固定側部材の端面に取付けられているため、歪みセンサによって固定側部材の歪みを感度良く検出することができるうえ、リング部材またはセンサ取付部材の設計自由度が高く、しかもその取付けが容易である。
さらに、第２ないし第６の発明においては、リング部材またはセンサ取付部材の形状が、固定側部材の歪みをリング部材またはセンサ取付部材における歪みセンサの取付箇所へ増幅して伝えることのできる形状とされているので、固定側部材の歪みをより一層感度良く検出することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３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。
このセンサ付車輪用軸受は、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、各転走面３，４は接触角が外向きとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封手段７，８によりそれぞれ密封されている。

外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックルに取付けるフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには、周方向の複数箇所に車体取付孔１４が設けられている。
内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ輪９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に内輪１０が嵌合している。ハブ輪９の中心には貫通孔１１が設けられている。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト（図示せず）の圧入孔１５が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、ホイールおよび制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。

外方部材１のインボード側の端面に、センサユニット２１が設けられている。このセンサユニット２１は、リング部材２２と、このリング部材２２に貼り付けられてリング部材２２の歪みを測定する複数の歪みセンサ２３とでなる。歪みセンサ２３は、リング部材２２の円周方向の複数箇所に等配され、この例では、車輪用軸受の上下と左右に対応する４箇所に設けられている。

リング部材２２の横断面形状は、図３に示すように、外方部材１の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａおよび非接触リング部分２２ｂを有し、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位に内向きのフランジ部２２ｄが設けられている。そして、接触リング部分２２ａとフランジ部２２ｄとの間の非接触リング部分２２ｂの外周面（接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の円筒部外周面）に、このリング部材２２の軸方向の歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。

センサユニット２１は、リング部材２２の接触リング部分２２ａのアウトボード側面と外方部材１のインボード側の端面とを接着剤で接着することにより、外方部材１に固定される。センサユニット２１は、接着剤を用いて固定する他、次のように固定してもよい。
図４に示す車軸用軸受は、外方部材１の端面に軸方向深さの円周溝４０を形成し、この円周溝４０に、接触リング部分２２ａに一体に形成された円周凸部４１を嵌合させて、センサユニット２１を外方部材１に固定している。図５に示す車軸用軸受は、ボルト４２によって接触リング部分２２ａを外方部材１の端面に固着することにより、センサユニット２１を外方部材１に固定している。これらの固定方法において、接着剤を併用してもよい。

また、図６ないし図8に示すように、センサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。この場合も、センサユニット２１の固定方法として、接着剤を用いる方法（図６）、円周溝４０と円周凸部４１を嵌合させる方法（図７）、およびボルト４２を用いる方法（図８）のいずれかを採用することができる。

リング部材２２は、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力の予想される最大値において、塑性変形しないものであることが好ましく、その材質としては、鋼材の他、銅、黄銅、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。リング部材２２は、これら金属材料をプレス加工したものであっても、削り出し品であってもよい。

図９に示すように、外力計算手段３１、路面作用力計算手段３２、軸受予圧量計算手段３３、および異常判定手段３４により、歪みセンサ２３の出力を処理して荷重等をする検出する荷重検出系が構成されている。これら各手段３１〜３４は、この車輪用軸受の外方部材１等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであっても、また自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられたものであっても良い。

上記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の端面に取付けられたリング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪みセンサ２３により測定する。この実施形態のセンサユニット２１においては、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位には内向フランジ部２２ｄが設けられているから、このフランジ部２２ｄの剛性が高く変形しにくい。したがって、このフランジ部２２ｄと接触リング部分２２ａとの間で発生する歪みは、外方部材１の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。これによって、歪みセンサ２３によって外方部材１の変形を感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。

荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２は、それぞれ、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、歪みセンサ２３の出力により、車輪用軸受に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力をそれぞれ算出する

異常判定手段３４は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が、設定された許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することが出来る。
また、外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２により、リアルタイムで車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細やかな車両制御が可能となる。

また、車輪用軸受は内輪１０によって予圧が付加されるが、その予圧によってもリング部材２２は変形する。このため、予め歪みと予圧の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることが出来る。軸受予圧量計算手段３３は、上記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと予圧の関係から、歪みセンサ２３の出力により、軸受予圧量を出力する。また、軸受予圧量計算手段３３から出力される予圧量を用いることで、車輪用軸受の組立時における予圧の調整が容易になる。

図１０ないし図１２は第２の実施形態を示す。この実施形態は、センサユニット２１を構成するリング部材２２の形状が第１の実施形態と異なるが、他の構成は第１の実施形態と同様であるので、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態のリング部材２２の横断面形状は、図１２に示すように、外方部材１の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａおよび非接触リング部分２２ｂを有する点は第１の実施形態と同様であるが、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部２２ｃとされている点で異なる。この場合、前記接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の非接触リング部分２２ｂの外周面（接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の凹溝形状部の底部）に、このリング部材２２の軸方向の歪を測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。

この実施形態の場合も、上記同様、ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の端面に取付けられたリング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪みセンサ２３により測定する。この実施形態のセンサユニット２１においては、リング部材２２の接触リング部分２２ａから遠い部位の非接触部分２２ｂが他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部２２ｃとされているから、この部分は剛性が高く変形しにくい。したがって、この厚肉部２２ｃと接触リング部分２２ａとの間で発生する歪みは、外方部材１の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。これによって、歪みセンサ２３によって外方部材１の変形を感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
この実施形態においても、図９に示す荷重検出系により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。
また、図１３に示すように、上記形状のリング部材２２を有するセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。

図１４ないし図１６は第３の実施形態を示す。この実施形態も、センサユニット２１を構成するリング部材２２の形状が第１、第２の実施形態と異なるが、他の構成は第１、第２の実施形態と同様であるので、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
図１６に示すように、この実施形態のリング部材２２の横断面形状は、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢおよび非接触リング部分２２ｂを有する溝形の形状とされていて、非接触リング部分２２ｂはその溝形形状の底壁部分、接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢは上記溝形形状の両側の側壁部分を構成する。両側の接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢは、非接触リング部分２２ｂより肉厚が厚くされている。ここで言う肉厚は、非接触リング部分２２ｂについては半径方向の厚さ、接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢについては軸方向の厚さのことである。
非接触リング部分２２ｂにおける外周面、つまりリング部材２２の内底面に、このリング部材２２の曲げ歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。

この実施形態の場合も、ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の端面に取付けられたリング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪みセンサ２３により測定する。この場合、非接触リング部分２２ｂは、外方部材１の主に軸方向の変形に従って変形する。一方、接触リング部分２２ａＡ、２２ａＢは非接触リング部分２２ｂより肉厚が厚くされているから、この部分は剛性が高く変形しにくい。従って、非接触リング部分２２ｂには曲げ歪みが発生するが、この歪みは外方部材１の端面の軸方向歪みを転写し且つ拡大したものとなり、これによって、センサ２３による歪みの測定精度が高くなる。
この実施形態においても、図９に示す荷重検出系により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。
また、図１７に示すように、上記形状のリング部材２２を有するセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。

図１８ないし図２０は第４の実施形態を示す。この実施形態も、センサユニット２１を構成するリング部材２２を除いては、第１ないし第３の実施形態を同じ構成であり、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態のリング部材２２の横断面形状は、図２０に示すように、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａＣ，２２ａＤおよび非接触リング部分２２ｂを有し、溝形とされている点では、第３の実施形態と同様である。しかし、この実施形態のリング部材２２は、両側の接触リング部分２２ａＣ，２２ａＤのうち、一方の接触リング部分２２ａＣの肉厚を他方の接触リング部分２２ａＤより厚くすると共に、非接触リング部分２２ｂの肉厚をこれらよりも更に厚くしている。
上記の肉厚の薄い方の接触リング部分２２ａＤの内面に、つまり接触リング部分２２ａＣに対向する側の面に、このリング部材２２の軸方向の歪みを測定する歪センサ２３が貼り付けられている。

この実施形態においても、ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の端面に取付けられたリング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。この実施形態のセンサユニット２１においては、歪みセンサ２３が貼り付けられた接触リング部分２２ａＤは、外方部材１の主に軸方向の変形に従って変形するが、片方の接触リング部分２２ａＣおよび非接触リング部分２２ｂはその肉厚を厚くしているから、剛性が高く変形しにくく、薄い方の接触リング部分２２ａＤに軸方向の歪みが発生する。この歪みは外方部材１の端面の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。これにより、第３の実施形態と同様に、高精度の歪み測定が期待される。
この実施形態においても、図９に示す荷重検出系により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。
また、図１３に示すように、上記形状のリング部材２２を有するセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。

第１ないし第４の実施形態では、外方部材１の変形をリング部材２２の歪みセンサ２３取付け箇所に増幅して伝えるために、リング部材２２を複雑な横断面形状にしたが、図２１ないし図２３に示す第５の実施形態のように、単純な横断面形状のリング部材２２としてもよい。その場合も、外方部材１の端面にセンサユニット２１を設ける。第５の実施形態の場合、リング部材２２の横断面形状が長方形とされ、その内周面の複数箇所に歪みセンサ２３が貼り付けられている。この例では、車輪用軸受の上下と左右に対応する４箇所に設けられている。
また、図２４に示すように、上記形状のリング部材２２を有するセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。

図２５ないし図２７は第６の実施形態を示す。この実施形態は、センサユニット２１の構成が第１ないし第５の実施形態と異なり、センサユニット２１は、外方部材１の端面の円周方向の一部に取付けられるセンサ取付部材２４と、このセンサ取付部材２４に貼り付けられてセンサ取付部材２２の歪みを測定する歪みセンサ２３とでなる。それ以外は第１ないし第５の実施形態と同じ構成であり、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
図２７に示すように、前記センサ取付部材２４は、正面形状が、外方部材１のインボード側の端面形状に合わせた円弧形の帯状で、その中央部に円弧の外周側に開口する切欠部２４ｃが形成されている。また、両端部には裏面側に張り出した接触固定部２４ａ，２４ｂが形成されている。そして、この切欠部２４ｃの背面に位置するセンサ取付部材２４の内周側の面に歪みセンサ２３が貼り付けられている。センサ取付部材２４の断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他に各種の形状とすることができる。

このセンサユニット２１は、センサ取付部材２４の接触固定部２４ａ，２４ｂによって外方部材１の端面に固定される。センサ取付部材２２の接触固定部２４ａ，２４ｂ以外の箇所では、外方部材１の端面との間に隙間を生じている。接触固定部２４ａ，２４ｂのいずれか一方である第１の接触固定部２４ａは、外方部材１に作用する荷重により外方部材１がラジアル方向に最も大きく変形する端面箇所で外方部材１に固定される。第２の接触固定部２４ｂは、前記固定箇所よりもラジアル方向の変形が少ない箇所で固定される。

この実施形態の場合、ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の端面に取付けられたセンサ取付部材２４に伝わり、センサ取付部材２４が変形する。このセンサ取付部材２４の歪みを、歪みセンサ２３により測定する。この際、センサ取付部材２４は外方部材１におけるセンサ取付部材２４の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形するが、外方部材１には切欠部２４ｃが設けられていて、この切欠部２４ｃの箇所で剛性が低下しているので、外方部材１の歪みよりも大きな歪みがセンサ取付部材２４の歪みセンサ取付箇所に現れる。このため、外方部材１のわずかな歪みも歪みセンサ２３で正確に検出することができる。
この実施形態においても、図９に示す荷重検出系により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。
また、図２８に示すように、上記形状のリング部材２２を有するセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に取付けてもよい。

上記各実施形態は、外方部材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２１は内方部材のインボード側またはアウトボード側の端面に設ける。
また、上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も適用することができる。また、この車輪用軸受は、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。

この発明の第１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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図である。 異なるセンサユニットの取付け方法を示すセンサ付車輪用軸受の断面図である。 さらに異なるセンサユニットの取付け方法を示すセンサ付車輪用軸受の断面図である。 第１の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 異なるセンサユニットの取付け方法を示すセンサ付車輪用軸受の断面図である。 さらに異なるセンサユニットの取付け方法を示すセンサ付車輪用軸受の断面図である。 荷重検出系の概念構成を示すブロック図である。 この発明の第２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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図である。 第２の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 この発明の第３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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図である。 第３の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 この発明の第４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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図である。 第４の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 この発明の第５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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 同センサユニットの横断面図である。 第５の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 この発明の第６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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとをインボード側から見た図である。 （ａ）は同センサユニットの正面図であり、（ｂ）はその底面図である。 第６の実施形態とはセンサユニットの取付け箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

符号の説明

１…外方部材（固定側部材）
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…密封手段
２１…センサユニット
２２…リング取付部材
２２ａ，２２ａＡ，２２ａＢ，２２ａＣ，２２ａＤ…接触リング部分
２２ｂ…非接触リング部分
２３…歪みセンサ
２４…センサ取付部材
２４ａ，２４ｂ…接触固定部
２４ｃ…切欠部

Claims (7)

1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の歪みを検出する複数の歪みセンサを前記リング部材に取付けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
2. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、固定側部材の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にフランジ部を設け、前記リング部材における前記接触リング部分と前記フランジ部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
3. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、固定側部材の端面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部となる形状とし、前記リング部材における前記接触リング部分と厚肉部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
4. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、互いに径方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、前記非接触リング部分を接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、前記非接触リング部分に、リング部材の曲げ歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
5. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   リング部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、このリング部材の横断面形状は、互いに径方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、この肉厚を薄くした接触リング部分に、リング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
6. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の端面に取付け、前記センサ取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有し、この切欠部に前記歪みセンサを配置したものであることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか1項において、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。

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