JP2010032229A - 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、量産時のコストが安価であり、車輪と路面の接地点に作用する各方向のそれぞれの荷重を感度良く検出でき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を介在する。例えば、外方部材１の少なくとも３箇所にセンサユニット２１を設ける。センサユニット２１は、歪み発生部材２２およびそれに取付けた歪みセンサ２３からなる。歪み発生部材２２の第１の接触固定部２２ａは外方部材フランジ１ａの側面に固定され、第２の接触固定部２２ｂは外方部材１の外周面に固定される。各歪みセンサ２３からそれぞれ出力される出力信号から、車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重をそれぞれ推定する荷重推定手段３１を設ける。
【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ために、例えば次のような車輪用軸受が提案されている（特許文献１〜３）。
特開２００２−０９８１３８号公報 特表２００３−５３０５６５号公報 特開２００８−０４５９０３号公報

特許文献１に記載の車輪用軸受は、固定輪に設けた車体取付用のフランジの変形により発生する歪みを歪みセンサで検出することで、車輪用軸受に作用する荷重を測定するものである。しかし、前記フランジの変形には、フランジとこれに接する車体側のナックルとの間に摩擦（滑り）が伴うため、繰り返し荷重が印加された場合に歪みセンサの出力信号にヒステリシスが発生するという問題がある。ヒステリシスが発生すると、検出分解能が低下して検出精度が悪くなる。

特許文献２に記載の車輪用軸受は、固定輪である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ものである。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ため、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がある。また、転動体の通過に伴う歪みを検出するため、転動体の位置によって歪み量が異なり、停止時や低速走行時に荷重を正確に検出できないという問題がある。

特許文献３は、上記特許文献２の問題点を解決するために提案されたものであり、特定方向の荷重に限れば正確に検出することができる。しかし、センサユニットが１つまたは２つしか設けられていない場合、例えばコーナリング力と垂直方向荷重のような複数方向の荷重が複合された複合荷重が印加された状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。

この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、量産時のコストが安価であり、車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向のそれぞれの荷重を感度良く検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

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、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、これら外方部材および内方部材の互いに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ものであり、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けられたフランジの側面に、車体の懸架装置を構成するナックルに取付けるための車体取付孔が設けられた車輪用軸受において、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた少なくとも１つの歪みセンサからなるセンサユニットを、前記固定側部材の少なくとも３箇所に設け、前記歪み発生部材は、前記固定側部材に対して２箇所の接触固定部を有し、前記接触固定部のうち第１の接触固定部は前記フランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定部は前記固定側部材の周面に固定されるものであり、前記各センサユニットからそれぞれ出力される出力信号から、前記車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重をそれぞれ推定する荷重推定手段を設けたことを特徴とする。

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、その変形はセンサユニットの歪み発生部材に歪みをもたらす。その歪みを、歪みセンサで検出する。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、各歪みセンサの出力から車輪と路面の接地点に作用する荷重を検出することができる。センサユニットを固定側部材の少なくとも３箇所に設けたことにより、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚをそれぞれ検出することが可能である。前後方向の荷重Ｆｘは、駆動力および制動力に関わる。左右方向の荷重Ｆｙは、コーナリング力に関わる。荷重推定手段は、各歪みセンサの出力から車輪と路面の接地点に作用する、前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを推定する。このようにして得られた荷重は自動車の車両制御に使用することができ、それによりきめ細かな車両制御が可能となる。

歪み発生部材は、固定側部材に対して２箇所の接触固定部を有し、前記接触固定部のうち第１の接触固定部は固定側部材に設けられたフランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定部は固定側部材の周面に固定されるものであるため、第１および第２の接触固定部の径方向位置が異なり、固定側部材の歪みが歪み発生部材に転写かつ拡大して現れやすくなる。また、第１の接触固定部が固定されるフランジの側面は、懸架装置からの力を大きく受けるため歪みが大きい。対して、第２の接触固定部が固定される固定側部材の周面は、フランジの側面ほどには歪みが大きくならない。このように歪みの程度が異なる２箇所間に歪み発生部材を設けることで、歪み発生部材により一層大きな歪みが現れることとなる。このように転写かつ拡大された歪みを歪みセンサで測定するため、固定側部材の歪みを感度良く検出でき、荷重の測定精度が高くなる。

この車輪用軸受は、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固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。歪み発生部材は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。

この発明において、前記歪み発生部材の第１の接触固定部および第２の接触固定部は、周方向において同位相に位置するのが良い。
第１および第２の接触固定部を周方向において同位相に位置すると、歪み発生部材の長さを短くしながら、両接触固定部間の径方向距離を大きくすることができる。

この発明において、前記歪み発生部材の第１の接触固定部は、前記フランジの側面における前記車体取付孔の近傍に固定されているのが良い。
第１の接触固定部の固定位置を車体取付孔の近傍とすれば、新たにフランジの寸法を変更することなく、センサユニットを取付けることができる。

この発明において、前記センサユニットを、前記固定側部材における路面側の箇所、反路面側の箇所、車両前側の箇所、および車両後側の箇所の計４箇所にそれぞれ９０度の位相差で設けてもよい。
このように固定側部材の４箇所にセンサユニットを設けた場合、路面側および反路面側のセンサユニットは左右方向の荷重Ｆｙおよび上下方向の荷重Ｆｚに対する感度が大きく、車両前側および車両後側のセンサユニットは前後方向の荷重Ｆｘおよび左右方向の荷重Ｆｙに対して感度が大きい。したがって、前後方向の荷重Ｆｘと上下方向の荷重Ｆｚとの複合荷重による分離が容易である。

この発明において、前記歪み発生部材に温度センサを設けても良い。
車輪用軸受は使用中に温度が変化するため、その温度変化が歪み発生部材の歪み、または歪みセンサの動作に影響を及ぼす。また、周囲の環境温度の変化に対しても同様の影響を及ぼす。温度センサの出力により歪みセンサの温度特性を補正することで、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

この発明において、前記歪みセンサは、前記歪み発生部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものとしても良い。
上記のように歪みセンサを形成すると、歪みセンサを歪み発生部材に対して接着により固定する場合のような経年変化による接着強度の低下がないため、センサユニットの信頼性を向上させることができる。また、加工が容易であるため、コストダウンを図れる。

この発明において、前記センサユニットの近傍に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ユニットを設けても良い。
センサユニットの近傍にセンサ信号処理回路ユニットを設けると、センサユニットからセンサ信号処理回路ユニットへの配線の手間が簡略化できる。また、車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ユニットを設ける場合よりも、センサ信号処理回路ユニットをコンパクトに設置できる。

この発明において、前記固定側部材を外方部材とすることができる。その場合、センサユニットを外方部材の外周面に取付ける。

この発明において、前記歪み発生部材はプレス加工品とすることができる。
歪み発生部材をプレス加工により製作すると、加工が容易であり、コストダウンが可能になる。

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、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、これら外方部材および内方部材の互いに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ものであり、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けられたフランジの側面に、車体の懸架装置を構成するナックルに取付けるための車体取付孔が設けられた車輪用軸受において、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた少なくとも１つの歪みセンサからなるセンサユニットを、前記固定側部材の少なくとも３箇所に設け、前記歪み発生部材は、前記固定側部材に対して２箇所の接触固定部を有し、前記接触固定部のうち第１の接触固定部は前記フランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定部は前記固定側部材の周面に固定されるものであり、前記各センサユニットからそれぞれ出力される出力信号から、前記車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重をそれぞれ推定する荷重推定手段を設けたため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、量産時のコストが安価であり、車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向のそれぞれの荷重を感度良く検出できる。

この発明の実施形態を図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。

このセンサ付車輪用軸受Ａ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、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、密封装置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、車体の懸架装置におけるナックル７０（図４）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、４箇所に車体取付孔１４が設けられている。図２に示すように、各車体取付孔１４は、軸受の中心軸Ｏを通る水平線ｘ−ｘおよび垂直線ｚ−ｚで分割された４つの領域にそれぞれ位置し、垂直線ｚ−ｚを挟んで線対称に配置されている。

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７２（図４）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７７（図４）およびブレーキロータ７５（図４）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の外周部には、図３に示すセンサユニット２１が設けられている。センサユニット２１は、歪み発生部材２２に、この歪み発生部材２２の歪みを測定する歪みセンサ２３を取付けたものである。歪み発生部材２２は、前記フランジ１ａのアウトボード側の面に接触固定される第１の接触固定部２２ａと、外方部材１の外周面に接触固定される第２の接触固定部２２ｂとを有している。また、歪み発生部材２２は、前記第１の接触固定部２２ａを含む径方向に沿った径方向部位２２ｃと、前記第２の接触固定部２２ｂを含む軸方向に沿った軸方向部位２２ｄとでＬ字の形状に構成されている。径方向部位２２ｃは、軸方向部位２２ｄに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。歪みセンサ２３は、この剛性の低い径方向部位２２ｃに取付けられている。

上記センサユニット２１は、図１および図２に示すように、歪み発生部材２２の第１および第２の接触固定部２２ａ，２２ｂにより外方部材１に固定される。その際、歪み発生部材２２の第１および第２の接触固定部２２ａ，２２ｂは、外方部材１の周方向において同位相の位置で固定される。これにより、歪み発生部材２２の長さを短くしながら、両接触固定部２２ａ，２２ｂ間の径方向距離を大きくすることができる。歪みセンサ２３は、例えば接着剤を用いて歪み発生部材２２に固定されている。また、第１の接触固定部２２ａが固定される箇所は、フランジ１ａの側面における車体取付孔１４の近傍とされている。これにより、新たにフランジ１ａの寸法を変更することなく、センサユニット２１を取付けることができる。

歪み発生部材２２は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み発生部材２２は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。歪み発生部材２２に塑性変形が生じると、外方部材１の変形が歪み発生部材２２に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。

このセンサユニット２１の歪み発生部材２２は、例えばプレス加工により製作することができる。歪み発生部材２２をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。
また、歪み発生部材２２は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成型する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。

歪みセンサ２３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２３が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、歪み発生部材２２における歪みセンサ２３取付部分の歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、歪みセンサ２３が半導体ストレインゲージで構成されている場合は、同歪み量が１０００マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、歪みセンサ２３が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。

図１に示すように、各歪みセンサ２３の出力を処理する手段として、荷重推定手段３１および異常判定手段３２が設けられている。荷重推定手段３１は、歪みセンサ２３の出力により、車輪７６（図４）と路面との接地点に作用する、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ（図４）を推定する。荷重推定手段３１は、上記荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと歪みセンサ２３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荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ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。異常判定手段３２は、荷重推定手段３１により推定された前記荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが許容値を超えたか否かを判定し、超えた場合に外部に異常信号を出力する。これらの手段３１，３２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に電子回路装置（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。

図４に示すように、このセンサ付車輪用軸受Ａは、固定側部材である外方部材１のフランジ１ａに、車体の懸架装置を構成するナックル７０に取付けられる。フランジ１ａとナックル７０とは、フランジ１ａの車体取付孔１４（図１）に挿通した取付ボルト７１により結合される。また、回転側部材である内方部材２の貫通孔１１（図１）に、等速自在継手７２からアウトボード側へ延びる車軸７３が挿入されて、内方部材２と車軸７３とが一体に回転するように設けられる。さらに、内方部材２のハブフランジ９ａに、圧入孔１５（図１）に圧入したハブボルト７４により、ブレーキロータ７５と共に車輪７６のホイール７７が取付けられる。車輪７６は、円筒状のリム７７ａと、このリム７７ａの内周面に取付けたリング状のディスク７７ｂとからなるホイール７７を備え、前記リム７７ａの外周にタイヤ７８を設けたものである。

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に取付けられたセンサユニット２１の歪み発生部材２２に伝わり、歪み発生部材２２が変形する。その歪み発生部材２２の歪みを歪みセンサ２３により測定する。この際、歪み発生部材２２の径方向部位２２ｃは外方部材１のフランジ１ａの変形に従って変形する。この実施形態の場合、外方部材１と比べ前記径方向部位２２ｃは剛性が低く、かつ歪み発生部材２２は剛性の低い径方向部位２２ｃと剛性の高い軸方向部位２２ｄとで構成されたＬ字形をしているため、径方向部位２２ｃと軸方向部位２２ｄとの間である径方向部位２２ｃ側の角部２２ｅ付近に歪みが集中し、外方部材１よりも大きな歪みとなって現れる。すなわち、径方向部位２２ｃと軸方向部位２２ｄとの間で発生する歪みは、フランジ１ａの基端のＲ部１ｂの歪みを転写かつ拡大したものとなる。また、第１および第２の接触固定部２２ａ，２２ｂの径方向位置が異なるため、外方部材１の歪みがより一層転写かつ拡大されて現れやすい。この歪みを歪みセンサ２３で測定するため、外方部材１の歪みを感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。

また、第１の接触固定部２２ａが固定されるフランジ１ａの側面は、懸架装置からの力を大きく受けるため歪みが大きい。特に、フランジ１ａにおける車体取付孔１４の近傍は、懸架装置からの力の影響が強く、歪みが大きく現れやすい。対して、第２の接触固定部２２ａが固定される外方部材１の周面は、フランジ１ａの側面ほどには歪みが大きくならない。このように歪みの程度が異なる２箇所間に歪み発生部材２２を設けることで、歪み発生部材２２により一層大きな歪みが現れることとなり、歪み測定精度がより一層高くなる。

車輪７６と路面との接地点では、直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ（図４）が作用する。前後方向の荷重Ｆｘは、駆動力および制動力に関わる。左右方向の荷重Ｆｙは、コーナリング力に関わる。これらの荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの複合荷重が内方部材２を介して固定側部材である外方部材１に作用し、外方部材１に歪みを生じさせるが、外方部材１の周方向位置によって上記３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの影響はそれぞれ異なる。そのため、外方部材１の互いに異なる周方向位置の３箇所以上にセンサユニット２１を設けておけば、各センサユニット２１の歪みセンサ２３の出力を比較することにより車輪用軸受に作用する３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出できる。なお、この実施形態ではセンサユニット２１が４箇所に設けてあるため、３箇所に設けた場合よりも高精度で荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを検出できる。

荷重の方向や大きさ、センサユニット２１の取付け位置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、３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出することができる。前記荷重推定手段３１は、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、歪センサ２３の出力により、３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを算出する。そして、算出された荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの全てまたは何れかが許容値を超えたか否かを前記異常判定手段３２で判定し、超えた場合に異常信号を外部に出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。また、リアルタイムで３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを出力すると、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

図５は異なる実施形態を示す。この実施形態は前記実施形態とセンサユニット２１の設置箇所が異なり、センサユニット２１が、外方部材１における路面側の箇所、反路面側の箇所、車両前側の箇所、および車両後側の箇所の計４箇所にそれぞれ９０度の位相差で設けられている。路面側および反路面側のセンサユニット２１（１），２１（２）は左右方向の荷重Ｆｙおよび上下方向の荷重Ｆｚに対する感度が大きく、車両前側および車両後側のセンサユニット２１（３），２１（４）は前後方向の荷重Ｆｘおよび左右方向の荷重Ｆｙに対する感度が大きい。したがって、前後方向の荷重Ｆｘと上下方向の荷重Ｆｚとの複合荷重による分離が容易である。

図６および図７は異なる実施形態を示し、この車輪用軸受は、センサユニット２１の歪み発生部材２２を直線形状としている。この場合も、歪み発生部材２２は、外方部材１に対する２箇所の接触固定部２２ａ，２２ｂを有し、第１の接触固定部２２ａは外方部材１の車体取付孔１４の近傍に接触固定させ、第２の接触固定部２２ｂは外方部材１の外周面に接触固定させる。これにより、歪み発生部材２２に発生する歪みは、フランジ１ａの基端のＲ部１ｂの歪みを転写かつ拡大したものとなり、外方部材１の歪みを感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
この場合も、歪み発生部材２２は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み発生部材２２は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。

図８および図９はさらに異なる実施形態を示す。この車輪用軸受は、歪み発生部材２２と外方部材１との固定をボルトを用いて行なうものである。図９に示すように、この歪み発生部材２２は、全体形状は図３に示す歪み発生部材２２と同じであり、第１の接触固定部２２ａに軸方向のボルト挿通孔４０が形成され、かつ第２の接触固定部２２ｂに径方向のボルト挿通孔４１が形成されている。外方部材１には、前記ボルト挿通孔４０，４１に対応する位置に、内周面に雌ねじが形成されたボルト螺着孔４２，４３がそれぞれ形成されている。センサユニット２１は、歪み発生部材２２のボルト挿通孔４０，４１に外周側からボルト４４を挿通し（正確にはボルト挿通孔４０についてはアウトボード側からボルト４４を挿通する）、そのボルト４４の雄ねじ部４４ａをボルト螺着孔４２，４３に螺着させることにより、外方部材１に固定される。

歪み発生部材２２と外方部材１との固定については、接着剤およびボルトのいずれを用いても良い。また、両者を併用してもよい。さらには、接着剤やボルトを用いず、溶接で歪み発生部材２２と外方部材１とを固定しても良い。
これらの固定構造のいずれを採用した場合でも、歪み発生部材２２と外方部材１とを強固に固定することができる。そのため、歪み発生部材２２が外方部材１に対して位置ずれすることがなく、外方部材１の変形を歪み発生部材２２に正確に伝えることが可能になる。

図１０はセンサユニットの異なる実施形態を示す。このセンサユニット２１は、歪みセンサ２３とは別に温度センサ２４が設けられている。なお、歪み発生部材２２の形状は図３に示すものと同じものと同じであり、歪みセンサ２３および温度センサ２４は歪み発生部材２２の径方向部位２２ｃに取付けられている。温度センサ２４としては、例えば白金測温抵抗または熱電対またはサーミスタを使用することができる。さらに、これら以外の温度を検出することが可能なセンサを使用することもできる。

このセンサユニット２１を設けた車軸用軸受も、歪みセンサ２３が歪み発生部材２２の歪みを検出し、その歪みにより車輪に加わる荷重を測定する。ところで、車輪用軸受は使用中に温度が変化し、その温度変化が歪み発生部材２２の歪み、または歪みセンサ２３の動作に影響を及ぼす。そこで、歪み発生部材２２に配置した温度センサ２４にて歪み発生部材２２の温度を検出し、その検出した温度により歪みセンサ２３の出力を補正することにより、歪みセンサ２３の温度による影響を除去することができる。これにより、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

図１１はセンサユニットのさらに異なる実施形態を示す。このセンサユニット２１は、歪みセンサ２３とは別に各種センサ２５が設けられている。各種センサ２５は、加速度センサおよび振動センサのうちの少なくとも一つとする。なお、歪み発生部材２２の形状は図３に示すものと同じものと同じであり、歪みセンサ２３および各種センサ２５は歪み発生部材２２の径方向部位２２ｃに取付けられている。
このように、歪み発生部材２２に歪みセンサ２３および各種センサ２５を取付けると、荷重と車輪用軸受の状態を１箇所で測定することができ、配線等を簡略なものとすることができる。

図１２は前記各実施形態とは異なる方法で歪みセンサを形成したセンサユニットの構造を示す。このセンサユニット２１は、歪み発生部材２２の上に絶縁層５０が形成され、この絶縁層５０の表面の両側に対を成す電極５１，５１が形成され、これら電極５１，５１の間で前記絶縁層５０の上に歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体５２が形成され、さらに電極５１，５１と歪み測定用抵抗体５２の上に保護膜５３が形成された構造となっている。

このセンサユニット２１の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成された歪み発生部材２２の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層５０を形成する。次に、絶縁層５０の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極５１，５１を形成する。さらに、両電極５１，５１間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体５２を形成する。さらに、これら電極５１，５１および歪み測定用抵抗体５２を保護するために、保護膜５３を形成する。

通常、歪みセンサは歪み発生部材２２に対して接着による固定が行なわれるが、この固定構造は、経年変化による接着強度の低下が歪みセンサの検出に影響を及ぼす可能性があり、またコストアップの原因ともなっている。これに対し、この実施形態のように、歪み発生部材２２の表面に絶縁層５０を印刷および焼成により形成し、この絶縁層５０の上に電極５１，５１および歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体５２を印刷および焼成により形成したセンサユニット２１とすると、信頼性の向上とコストダウンを図ることが可能となる。

図１３ないし図１５はさらに異なる実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサユニット２１に設けられた歪みセンサや前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ユニット６０を組み込んだものである。このセンサ信号処理回路ユニット６０は外方部材１の外周面に取付けられている。

センサ信号処理回路ユニット６０は、樹脂等で製作されたハウジング６１内に、ガラスエポキシ等で製作された回路基板６２を有し、その回路基板６２上には、前記歪みセンサ２３の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マイコン等や歪みセンサ２３を駆動する電源用の電気・電子部品６３が配置されている。また、歪みセンサ２３の配線と回路基板６２とを接合する接合部６４を有している。また、外部からの電源供給や外部へセンサ信号処理回路によって処理された出力信号を出力するケーブル６５を有している。センサユニット２１に前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）が設けられている場合、センサ信号処理回路ユニット６０にはそれぞれのセンサに対応した回路基板６２、電気・電子部品６３、接合部６４、ケーブル６５等が設けられる（図示せず）。

一般的には、車輪用軸受に設けられた各センサの出力を処理するセンサ信号処理回路ユニットは自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられるが、この実施形態のように、車輪用軸受におけるセンサユニット２１の近傍にセンサ信号処理回路ユニット６０を設けることで、センサユニット２１からセンサ信号処理回路ユニット６０への配線の手間が簡略化でき、また車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ユニット６０を設ける場合よりも、センサ信号処理回路ユニット６０をコンパクトに設置できる。

なお、前記各実施形態では、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２１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。

この発明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。 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示す正面図である。 （Ａ）は同センサユニットの平面図、（Ｂ）はその側面図である。 同センサ付車輪用軸受を車両に設けた状態を示す断面図である。 この発明の異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 （Ａ）は同センサ付車輪用軸受のセンサユニットの平面図、（Ｂ）はその側面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 （Ａ）は同センサ付車輪用軸受のセンサユニットの平面図、（Ｂ）はそのIXＢ−IXＢ矢視図である。 （Ａ）は異なるセンサユニットの側面図、（Ｂ）はそのＸＢ矢視図である。 （Ａ）はさらに異なるセンサユニットの側面図、（Ｂ）はそのXIＢ矢視図である。 さらに異なるセンサユニットの断面構造を示す図である。 この発明のさらに異なる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示す正面図である。 センサ信号処理回路ユニットの側面図である。

符号の説明

１…外方部材（固定側部材）
１ａ…フランジ
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
１４…車体取付孔
２１…センサユニット
２２…歪み発生部材
２２ａ…第１の接触固定部
２２ｂ…第２の接触固定部
２３…歪みセンサ
２４…温度センサ
２５…各種センサ
３１…荷重推定手段
３２…異常判定手段
５０…絶縁層
５１…電極
５２…歪み測定用抵抗体
６０…センサ信号処理回路ユニット
６２…回路基板
６３…電気・電子部品
７６…車輪
Ｆｘ…前後方向の荷重
Ｆｙ…左右方向の荷重
Ｆｚ…上下方向の荷重

Claims (9)

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、これら外方部材および内方部材の互いに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ものであり、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けられたフランジの側面に、車体の懸架装置を構成するナックルに取付けるための車体取付孔が設けられた車輪用軸受において、
   歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた少なくとも１つの歪みセンサからなるセンサユニットを、前記固定側部材の少なくとも３箇所に設け、前記歪み発生部材は、前記固定側部材に対して２箇所の接触固定部を有し、前記接触固定部のうち第１の接触固定部は前記フランジの側面に固定されるものであり、第２の接触固定部は前記固定側部材の周面に固定されるものであり、
   前記各センサユニットからそれぞれ出力される出力信号から、前記車輪と路面の接地点に作用する、互いに直交する前後方向、左右方向、および上下方向の３軸方向の荷重をそれぞれ推定する荷重推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
2. 請求項１において、前記歪み発生部材の第１の接触固定部および第２の接触固定部は、周方向において同位相に位置するセンサ付車輪用軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記歪み発生部材の第１の接触固定部は、前記フランジの側面における前記車体取付孔の近傍に固定されているセンサ付車輪用軸受。
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を、前記固定側部材における路面側の箇所、反路面側の箇所、車両前側の箇所、および車両後側の箇所の計４箇所にそれぞれ９０度の位相差で設けたセンサ付車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記歪み発生部材に温度センサを設けたセンサ付車輪用軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサは、前記歪み発生部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものであ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、前記センサユニットの近傍に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ユニットを設けたセンサ付車輪用軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記固定側部材が前記外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記歪み発生部材がプレス加工品であるセンサ付車輪用軸受。

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