JP2010127750A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線処理が容易で、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安価で信頼性の高い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を介在させてなる。複数のセンサユニット２０と、そのセンサ出力信号を処理する信号処理用ＩＣ２５と、処理された出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル２６Ａ，２６Ｂと、前記センサユニット２０、前記信号処理用ＩＣ２５および前記信号ケーブル２６Ａ，２６Ｂの間を配線する配線回路３６を有するフレキシブル基板３５とを含む電子部品を、円環状の保護カバー２７の内側に配置して円環状のセンサ組立品２８とする。センサ組立品２８は、外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の周面に固定側部材と同心に取付ける。
【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。

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に歪みセンサを設け、荷重を検出するように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１）。また、図１９のように、車輪用軸受の外輪５０に歪みゲージ５１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）。

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である外方部材の内径面に取付け、前記歪み発生部材は、前記外方部材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）。

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。
特開２００２−０９８１３８号公報 特表２００３−５３０５６５号公報 特開２００７−５７２９９号公報

しかし、上記した特許文献１〜３に開示の技術には、センサの配線についての具体的な説明がない。例えば、特許文献３に開示のように車輪用軸受の外方部材にセンサユニットを取付けるセンサ付車輪用軸受において、センサユニットが複数であったり、さらにセンサユニットのセンサ出力信号を処理する信号処理用ＩＣも外方部材に取付ける場合、センサユニットや信号処理用ＩＣの各々を外方部材に取付けてから、処理された各センサ出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを個別に配線すると、次の各問題がある。
（１） 部品点数が増加して、コストアップを招き、軽量化もできない。
（２） 配線作業に時間がかかり、この点でもコストアップを招く。
（３） 配線を間違えたり、配線中に電子部品を損傷して歩留りが悪化し、この点でもコストアップを招く。
特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受では、外方部材の内径面にセンサユニットを取付けているので、配線はさらに困難となる。

この発明の目的は、簡単な配線処理により、外部環境の影響によるセンサ等の電子部品の故障を防止できて、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安価で信頼性の高い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、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周面に接触して固定される歪み発生部材、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複数のセンサユニットと、前記センサの出力信号を処理する信号処理用ＩＣと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルと、前記センサユニット、前記信号処理用ＩＣおよび前記信号ケーブルの間を配線する配線回路を有するフレキシブル基板とを含む電子部品を、円環状の保護カバーの内側に配置して円環状のセンサ組立品とし、このセンサ組立品を前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に取付けたことを特徴とする。前記固定側部材は、例えば前記外方部材である。

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、複数のセンサユニットと、センサユニットのセンサの出力信号を処理する信号処理用ＩＣと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルと、前記センサユニット、前記信号処理用ＩＣおよび前記信号ケーブルの間を配線する配線回路を有するフレキシブル基板とを含む電子部品を、円環状の保護カバーの内側に配置して円環状のセンサ組立品とし、このセンサ組立品を前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に取付けているので、簡単な配線処理により、外部環境の影響によるセンサ等の電子部品の故障を防止できて、車輪用軸受やタイヤの接地面に作用する荷重を正確に検出できる。例えば、外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサ，信号処理用ＩＣ，信号ケーブル等の電子部品を確実に保持することができる。
また、フレキシブル基板の配線回路で、センサユニット、信号処理用ＩＣおよび信号ケーブルの間を配線することから部品点数が削減されて、コストダウン、軽量化が可能となる。また、配線の自動化が可能となることから、配線の工数削減、誤配線や配線による電子部品の損傷の削減が可能となる。
また、フレキシブル基板は屈曲可能なため、前記電子部品をユニット化した後でも、組み立てられた軸受の固定側部材の周面に沿うようにセンサ組立品を取付けることができる。つまり、固定側部材が単体の状態で前記センサ組立品を取付けてから軸受を組み立てる必要がないので、このセンサ付車輪用軸受の生産に既存の生産設備を利用することができる。その結果、安価で信頼性の高いセンサ付車輪用軸受を得ることができる。

この発明において、前記フレキシブル基板に、前記センサユニット、信号処理用ＩＣ、および信号ケーブルとの接続および配線の回路パターンを設けても良い。このように回路パターンを設けることで、より一層の配線の工数削減、誤配線や配線による電子部品の損傷の削減が可能となる。

この発明において、前記フレキシブル基板に前記信号処理用ＩＣを直接に取付けても良く、フレキシブル基板の配線回路に前記信号ケーブルを直接に接続しても良い。すなわち、介在物なく取付けや接続を行っても良い。また、フレキシブル基板に前記センサユニットを直接に取付けても良い。この構成の場合、センサ組立品のすべての電子部品とフレキシブル基板を一体のユニットとすることができる。

この発明において、前記センサユニットを、その回路印刷面が前記フレキシブル基板の配線回路の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板に取付けても良い。この構成の場合、センサユニットの固定側部材との密着面は、回路印刷面や半田部がない平坦面となり、固定側部材にセンサユニットを密着させて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は、前記フレキシブル基板の配線回路との接続部を除いてフレキシブル基板から切り離されていても良い。この構成の場合、配線後のセンサユニットを固定側部材に取付けても、センサユニットにフレキシブル基板の曲げ力による歪みが発生し難くなる。これにより、センサ取付け時の初期オフセットを緩和して、精度の良い荷重検出が可能となる。

この発明において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであっても良い。フレキシブル基板のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができる。

この発明において、前記センサ組立品を前記固定側部材の外径面に取付けても良い。

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周面に接触して固定される歪み発生部材、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複数のセンサユニットと、前記センサの出力信号を処理する信号処理用ＩＣと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルと、前記センサユニット、前記信号処理用ＩＣおよび前記信号ケーブルの間を配線する配線回路を有するフレキシブル基板とを含む電子部品を、円環状の保護カバーの内側に配置して円環状のセンサ組立品とし、このセンサ組立品を前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に取付けたため、簡単な配線処理により、外部環境の影響によるセンサ等の電子部品の故障を防止できて、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安価で信頼性の高いセンサ付車輪用軸受とすることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図１８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。

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（図示せず）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。車体取付用フランジ１ａには周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔１４が設けられ、インボード側よりナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルト（図示せず）を前記ねじ孔１４に螺合することにより、フランジ１ａがナックルに取付けられる。
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１５の圧入孔１６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。

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。

これらのセンサユニット２０は、図１１に示すように、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２１ａを有する。また、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２１ａ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２１ａ周辺の周方向の歪みを検出する。歪み発生部材２１の前記歪みセンサ２２を挟んで長手方向に離れた２箇所には、センサユニット２０を前記外方部材１の外径面に固定するボルト２３（図２）の挿通孔２４が設けられている。
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。

前記４個のセンサユニット２０は、これらの歪みセンサ２２の出力信号を処理する集積回路チップである信号処理用ＩＣ２５、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルの配線部２６Ａ（図１１）、これらセンサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５および信号ケーブル配線部２６Ａの間を配線する配線回路３６を有するフレキシブル基板３５などの電子部品と共に、図９（Ａ），（Ｂ）に正面図および側面図で示す円環状の保護カバー２７の内側に配置して、図１５（Ａ），（Ｂ）に正面図および側面図で示す円環状のセンサ組立品２８が構成される。

図１１（Ａ），（Ｂ）は、保護カバー２７の内側に配置される前記電子部品の平面展開図およびその断面図を示す。この電子部品の配置例では、各センサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５、信号ケーブル配線部２６Ａの間を配線する配線回路３６と信号ケーブル配線部２６Ａが帯状のフレキシブル基板３５上に回路パターンとして印刷され、このフレキシブル基板３５上に信号処理用ＩＣ２５が直接に取付けられている。センサユニット２０および信号処理用ＩＣ２５は前記配線回路３６に、また信号ケーブルの車体側への引き出し部２６Ｂは前記信号ケーブル配線部２６Ａに半田付けなどにより接続される。各センサユニット２０は、フレキシブル基板３５の配線回路３６との接続部を除いてフレキシブル基板３５から切り離されている。
また、フレキシブル基板３５は信号処理用ＩＣ２５の取付部を広幅部とし、それ以外の部分を狭幅部とし、フレキシブル基板３５の狭幅部の側部に各センサユニット２０を配置することで、全体の配置構成が幅広くならないようにしている。これにより、センサ組立品２８をコンパクトに構成できる。センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の外方部材１との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板３５の配線回路３６の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３５に取付けられる。これにより、センサユニット２０の外方部材１との密着面は、回路印刷面や半田部がない平坦面となり、外方部材１にセンサユニット２０を密着させて取付けることができる。

フレキシブル基板３５は保護カバー２７の外径側溝部２９Ａに沿って周方向に配置されている。このように、円環状の保護カバー２７の外径側溝部２９Ａにフレキシブル基板３５を沿わせるために、フレキシブル基板３５のベース材質としてはポリイミドが望ましい。フレキシブル基板３５のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板３５に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができ、保護カバー２７の周方向に容易に沿わせることができる。信号ケーブル引き出し部２６Ｂは、保護カバー２７の一箇所から保護カバー２７の外側に引き出される。保護カバー２７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。

保護カバー２７は、図９（Ａ），（Ｂ）のＸａ−Ｘａ矢視断面図およびＸｂ−Ｘｂ矢視断面図を示す図１０（Ａ），（Ｂ）のように、その内径面における周方向の前記各センサユニット２０の配置部となる４箇所が、平面状のフラット部２７ａとされている。この保護カバー２７の外径面には、周方向に沿って延びる外径側溝部２９Ａが設けられ、前記各フラット部２７ａが設けられた４箇所に、外径側溝部２９Ａから内径面に径方向に貫通する開口部３０がそれぞれ設けられている。これらの開口部３０は、保護カバー２７の周方向に延びる略長方形で、その半部が広幅部３０ａとされている。これら開口部３０の内径側における周方向に沿う両側縁には、センサユニット２０の歪み発生部材２１が係合する平面状の係合段部３０ａが設けられている。これにより、図１５（Ａ），（Ｂ）のXVIa−XVIa矢視断面図およびXVIb−XVIb矢視断面図を示す図１６（Ａ），（Ｂ）のように、保護カバー２７の開口部３０に、各センサユニット２０がその歪み発生部材２１を内径側に露出させて設置される。

保護カバー２７の外径側溝部２９Ａに配置されるフレキシブル基板３５と、保護カバー２７の内径側に配置されるセンサユニット２０との間には段差があるので、フレキシブル基板３５におけるセンサユニット２０との接続部は、図１６（Ｂ）のように断面Ｓ字状に曲げられる。センサユニット２０はフレキシブル基板３５の配線回路３６との接続部を除いてフレキシブル基板３５から切り離されているので、配線後のセンサユニット２０を固定側部材である外方部材１の外径面に取り付けても、センサユニット２０にフレキシブル基板３５の曲げ力による歪みが発生し難くなる。これにより、センサ取付け時の初期オフセットを緩和して、精度の良い荷重検出が可能となる。

また、センサユニット２０の保護カバー２７の内径側への配置においては、図１５（Ｂ）のように、保護カバー２７の開口部３０の広幅部３０ａに、フレキシブル基板３５におけるセンサユニット２０との接続部が対応するようにされる。これにより、フレキシブル基板３５のセンサユニット２０との接続部を容易に折り曲げることができる。

図１２（Ａ）は、保護カバー２７の内側に配置される前記電子部品の他の配置例の平面展開図を示し、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のXIIb−XIIb矢視断面図を示す。この電子部品の配置例では、センサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５、および信号ケーブル配線部２６Ａをすべてフレキシブル基板３５上に取付けている。この場合も、センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の外方部材１との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板３５の配線回路３６の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３５に取付けられる。この例では、フレキシブル基板３５のセンサユニット２０の配置部におけるセンサユニット２０の両側部に相当する部分に、フレキシブル基板３５の長手方向に延びる帯状の開口３５ａが形成されている。また、フレキシブル基板３５には、センサユニット２０を前記外方部材１の外径面に固定するボルト２３（図２）の挿通孔２４に対向する部分にもボルト２３の挿通孔３５ｂが形成されている。
このように、フレキシブル基板３５におけるセンサユニット２０の配置部におけるセンサユニット２０の両側部に対応する部分に帯状の開口３５ａを形成することにより、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形がフレキシブル基板３５で規制されるのを防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。
その他の構成は、図１１に示した配置例の場合と同様である。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、保護カバー２７の内側に配置される前記電子部品のさらに他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この電子部品の配置例でも、センサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５、および信号ケーブル配線部２６Ａをすべてフレキシブル基板３５上に取付けている。この場合も、センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の外方部材１との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板３５の配線回路３６の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３５に取付けられる。この例では、フレキシブル基板３５のセンサユニット２０の配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３５ｃが形成されている。
このように、フレキシブル基板３５におけるセンサユニット２０の配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３５ｃが形成することにより、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形がフレキシブル基板３５で規制されるのを確実に防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。
その他の構成は、図１１に示した配置例の場合と同様である。

図１４（Ａ），（Ｂ）は、保護カバー２７の内側に配置される前記電子部品のさらに他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この電子部品の配置例では、図１１の配置例の場合と同様に、各センサユニット２０を、フレキシブル基板３５の配線回路３６との接続部を除いて、フレキシブル基板３５から切り離している。この配置例では、フレキシブル基板３５を同一幅の帯状とし、そのフレキシブル基板３５の一側部にフレキシブル基板３５に沿って各センサユニット２０を配置している。その他の構成は、図１１に示した配置例の場合と同様である。

前記円環状のセンサ組立品２８は、シール部材４０を介して軸受の固定側部材である外方部材１の外径面に外方部材１と同心に取付けられる。図５（Ａ），（Ｂ）は、シール部材４０の正面図および側面図を示す。シール部材４０は、図５（Ａ），（Ｂ）のVIa −VIa 矢視断面図およびVIb −VIb 矢視断面図を示す図６（Ａ），（Ｂ）のように、前記保護カバー２７の内径面に沿うリング状芯金４１と、この芯金４１の両側縁全周にその内径面から外径面にわたって接合した一対のリング状弾性体４２とでなる。このシール部材４０の前記センサ組立品２８におけるセンサユニット２０の配置部と対面する周方向の各位置には、径方向に貫通するセンサユニット露出用開口４３がそれぞれ設けられいる。これにより、シール部材４０を介してセンサ組立品２８を外方部材１の外径面に取付けた状態で、センサユニット２０をシール部材４０のセンサユニット露出用開口４３から外方部材１の外径面に接触させることができる。

シール部材４０の芯金４１は耐食性鋼材のプレス成形品からなり、そのリング状弾性体４２が接合される両側縁は、図６（Ｂ）のＣ部を拡大して示す例えば図７のように、内径面が幅方向内側に向けて縮径変化し、かつ外径面が幅方向内側に向けて拡径変化する面取り部４１ａとされている。このような接合構造とすることにより、接着剤などを用いることなく、芯金４１の両側縁へリング状弾性体４２を簡単かつ確実に接合することができる。前記シール部材４０は、円環状のセンサ組立品２８に先立ち、軸受に組み立てる前の単体の状態での外方部材１の外径面に圧入固定される。

また、前記円環状のセンサ組立品２８の保護カバー２７の内径面の両側部には、図３および図４のように前記シール部材４０のリング状弾性体４２と密着する内径側溝部２９Ｂが形成されている。円環状のセンサ組立品２８は、図１７（Ａ），（Ｂ）のように中央で２分割可能とされている。具体的には、円環状の保護カバー２７が、２つの分割体２７Ａ，２７Ｂの各一端をヒンジ３１で開閉可能に連結してなり、そのヒンジ３１を介してセンサ組立品２８の２つの半円弧部が開閉可能とされている。このセンサ組立品２８の開放状態での開口寸法Ｗの最大値は、外方部材１の外径寸法（より具体的には、シール部材４０を圧入嵌合させた状態での外径寸法）よりも大きくなるようにされている。これにより、外方部材１の外径面にシール部材４０を圧入嵌合させた後に、前記センサ組立品２８を、その開口寸法Ｗが最大となる状態に開くことで、前記シール部材４０に重ねて取付けることができる。

外方部材１の外径面の前記センサ組立品２８が取付けられる軸方向位置には、図８のように全周にわたる円筒研削面１ｂが設けられる。また、前記円筒研削面１ｂのうち、前記センサユニット２０の歪み発生部材２１が接触する４箇所、つまり上面部、下面部、右面部および左面部は平面研削面部１ｃとされている。これにより、各センサユニット２０の歪み発生部材２１を平面研削面部１ｃに確実に接触させることができる。また、前記各平面研削面部１ｃには、前記歪み発生部材２１のボルト挿通孔２４に整合するねじ孔３２が設けられている。これにより、前記円筒研削面１ｂにシール部材４０を介してセンサ組立品２８を組み付けた後で、図２のように歪み発生部材２１のボルト挿通孔２４（図１１）に挿通したボルト２３を前記ねじ孔３２に螺合させることで、センサユニット２０が外方部材１の外径面に直接固定され、同時にセンサ組立品２８の全体も固定される。センサ組立品２８の組み付けは、軸受を組み立てた状態での外方部材１に対して行なわれる。前記平面研削面部１ｃにおける２つのねじ孔３２で挟まれる中間部には軸方向に延びて溝１ｄが設けられる。これにより、歪み発生部材２１における切欠き部２１ａが位置する中間部位が平面研削面部１ｃから離されるので、切欠き部２１ａの周辺の歪み変形が容易となる。４個のセンサユニット２０は、それらの各歪みセンサ２２が外方部材１の軸方向に対して同寸法となる位置に設けられる。

図１における外方部材１のセンサ組立品２８取付部を拡大して図３および図４に示す。同図のように、軸受に組み立てた状態での外方部材１の外径面にシール部材４０を介してセンサ組立品２８を取付けた後で、センサ組立品２８における電子部品（センサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５、信号ケーブル配線部２６Ａ、フレキシブル基板３５）の保護カバー２７からの露出部分が、モールド材３３で２次モールドすることにより密封される。具体的には、保護カバー２７の外径側溝部２９Ａに全周にわたってモールド材３３が充填されて、前記電子部品の露出部分が密封される。なお、図３は周方向におけるセンサユニット２０のフレキシブル基板３５の配線回路３６と接続されない部分の拡大断面図を示し、図４はセンサユニット２０のフレキシブル基板３５の配線回路３６と接続部分の拡大断面図を示す。

前記電子部品の露出部分を密封するのに、前記モールド材３３を用いる代わりに、保護カバー２７の外径側溝部２９Ａに接着剤やシール剤を充填してから、センサ組立品２８の外径面に、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すような２つの分割体３４Ａ，３４Ｂからなるリング状外側カバー３４を、図３および図４に仮想線で示すように接着固定しても良い。

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。

センサユニット２０の歪みセンサ２２は前記信号処理用ＩＣ２５に接続される。信号処理用ＩＣ２５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 ，駆動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する推定手段となるものであって、信号処理回路や補正回路などが含まれる。この信号処理用ＩＣ２５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。

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が外方部材１の周面に接触して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。また、複数のセンサユニット２０と、歪みセンサ２２の出力信号を処理する信号処理用ＩＣ２５と、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルの配線部２６Ａと、前記センサユニット２０、前記信号処理用ＩＣ２５および前記信号ケーブル配線部２６Ａの間を配線する配線回路３６を有するフレキシブル基板３５とを含む電子部品を、円環状の保護カバー２７の内側に配置して円環状のセンサ組立品２８とし、このセンサ組立品２８を外方部材１の周面に外方部材１と同心に取付けているので、車輪用軸受やタイヤの接地面に作用する荷重を正確に検出することができる。

とくに、複数のセンサユニット２０と、センサユニット２０のセンサ出力信号を処理する信号処理用ＩＣ２５と、処理された前記センサ出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル配線部２６Ａと、前記センサユニット２０、前記信号処理用ＩＣ２５および前記信号ケーブル配線部２６Ａの間を配線する配線回路３６を有するフレキシブル基板３５とを含む電子部品を、円環状の保護カバー２７の内側に配置して円環状のセンサ組立品２８とし、このセンサ組立品２８を固定側部材である外方部材１の外径面に外方部材１と同心に取付けているので、簡単な配線処理により、外部環境によりセンサユニット２０を含む電子部品が故障する（飛び石による破損や、泥水・塩水などによる腐食）のを防止でき、長期にわたって外部環境の影響によるセンサ等の電子部品の故障を防止できて、車輪用軸受やタイヤの接地面に作用する荷重を長期にわたって正確に検出できる。

また、フレキシブル基板３５の配線回路３６で、センサユニット２０、信号処理用ＩＣ２５および信号ケーブル配線部２６Ａの間を配線することから部品点数が削減されて、コストダウン、軽量化が可能となる。また、配線の自動化が可能となることから、配線の工数削減、誤配線や配線による電子部品の損傷の削減が可能となる。
また、フレキシブル基板３５は屈曲可能なため、前記電子部品をユニット化した後でも、組み立てられた軸受の固定側部材である外方部材１の外径面に沿うようにセンサ組立品２８を取付けることができる。つまり、外方部材１が単体の状態で前記センサ組立品２８を取付けてから軸受を組み立てる必要がないので、このセンサ付車輪用軸受の生産に既存の生産設備を利用することができる。その結果、安価で信頼性の高いセンサ付車輪用軸受を得ることができる。

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。

この実施形態では、センサユニット２０を、その回路印刷面が前記フレキシブル基板３５の配線回路３６の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３５に取付けているので、センサユニット２０の固定側部材である外方部材１との密着面は、回路印刷面や半田部などの段差部がなく、外付部材１に密着させて取付けることができる。

また、この実施形態では、センサ組立品２８を、中央で２分割可能としているので、固定側部材である外方部材１の周面への取付けが容易となり、組立性が向上する。

また、この実施形態では、フレキシブル基板３５のベース材質をポリイミドとしているので、フレキシブル基板３５に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができる。

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、センサ組立品２８は内方部材の内周となる周面に設ける。

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、内方部材の外周にセンサ組立品を設ける。

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である。 図１におけるII−II矢視断面図である。 外方部材のセンサ組立品が設置される軸方向位置におけるセンサユニットとフレキシブル基板の配線回路との接続部を除く部分の拡大断面図である。 外方部材のセンサ組立品が設置される軸方向位置におけるセンサユニットとフレキシブル基板の配線回路との接続部の拡大断面図である。 （Ａ）はシール部材の正面図、（Ｂ）は同側面図である。 （Ａ）は図５（Ｂ）におけるVIa − V1a矢視断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）におけるVIb − V1b矢視断面図である。 シール部材の一例の部分拡大断面図である。 外方部材の側面図である。 （Ａ）は円環状保護カバーの正面図、（Ｂ）は同側面図である。 （Ａ）は図９（Ｂ）におけるＸａ−Ｘａ矢視断面図、（Ｂ）は図９（Ａ）におけるＸｂ−Ｘｂ矢視断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品に設置される電子部品の配置の一例の展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品に設置される電子部品の配置の他の例の展開平面図、（Ｂ）は（Ａ）のXIIb−XIIb矢視断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品に設置される電子部品の配置のさらに他の例の展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品に設置される電子部品の配置のさらに他の例の展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品の正面図、（Ｂ）は同センサ組立品の側面図である。 （Ａ）は図１５（Ｂ）におけるXIVa−XIVa矢視断面図、（Ｂ）は図１５（Ａ）におけるXIVb−XIVb矢視断面図である。 （Ａ）はセンサ組立品の閉じ状態を示す正面図、（Ｂ）は同センサ組立品の開放状態を示す正面図である。 （Ａ）はリング状外側カバーの分割体の側面図、（Ｂ）は同リング状外側カバーの正面図である。 従来例の斜視図である。

符号の説明

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
２２…歪みセンサ
２５…信号処理用ＩＣ
２６Ａ…信号ケーブル配線部
２６Ｂ…信号ケーブル引き出し部
２７…保護カバー
２８…センサ組立品
３５…フレキシブル基板
３６…配線回路

Claims (10)

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周面に接触して固定される歪み発生部材、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複数のセンサユニットと、前記センサの出力信号を処理する信号処理用ＩＣと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルと、前記センサユニット、前記信号処理用ＩＣおよび前記信号ケーブルの間を配線する配線回路を有するフレキシブル基板とを含む電子部品を、円環状の保護カバーの内側に配置して円環状のセンサ組立品とし、このセンサ組立品を前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に取付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、前記固定側部材は前記外方部材であ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、前記フレキシブル基板に、前記センサユニット、信号処理用ＩＣ、および信号ケーブルとの接続および配線の回路パターンを設けたセンサ付車輪用軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記フレキシブル基板に前記信号処理用ＩＣを直接に取付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、前記フレキシブル基板の配線回路に前記信号ケーブルを直接に接続し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、前記フレキシブル基板に前記センサユニットを直接に取付けたセンサ付車輪用軸受。
7. 請求項６において、前記センサユニットを、その回路印刷面が前記フレキシブル基板の配線回路の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板に取付けたセンサ付車輪用軸受。
8. 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は、前記フレキシブル基板の配線回路との接続部を除いてフレキシブル基板から切り離されてい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、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであるセンサ付車輪用軸受。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサ組立品を前記固定側部材の外径面に取付けたセンサ付車輪用軸受。

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