JP2010180895A

JP2010180895A - センサ付車輪用軸受

Info

Publication number: JP2010180895A
Application number: JP2009022215A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Iki; 健太郎壹岐; Toru Takahashi; 亨高橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-03
Also published as: JP5355118B2

Abstract

【課題】外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出でき、信号ケーブルの配線処理やセンサの組付けも容易な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。複数の荷重検出用センサユニット２０と、その出力信号を処理する信号処理用ユニット２６と、出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル２７とを含む電子部品をリング状に接続したセンサ組立品２８を、外方部材１と内方部材２のうちの固定側部材の外周面にこれと同心に取付ける。センサ組立品２８をインボード側に向かって内径が拡大する筒状保護カバー２９で覆い、そのインボード側端を固定側部材の外周面に嵌合させ、アウトボード側端をＯリング３０を介して固定側部材の外周面に取付ける。
【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１４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、車輪用軸受の外輪フランジ部の外径面に歪みセンサを設けた特許文献１に開示の技術や、図１４のように車輪用軸受の外輪５０に歪みゲージ５１を貼り付けた特許文献２に開示の技術では、センサが外部環境から保護されていない。そのため、車両走行中に跳ねた小石などがセンサにぶつかってセンサが破損したり、泥塩水を被ってセンサが腐食する恐れがある。

また、特許文献３に開示の技術では、車輪用軸受の外輪の内径面にセンサユニットを取付けているので、センサを外部環境から守ることができるが、軸受内部から軸受外部へ信号ケーブルを引き出す処理や、センサユニットの組付けが困難である。

この発明の目的は、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出でき、信号ケーブルの配線処理やセンサの組付けも容易な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外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニット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を含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記固定側部材の外周面に固定側部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を固定側部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して固定側部材の外周面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。
この構成によると、荷重検出用の複数のセンサユニットと、信号処理用ＩＣと、その出力信号の外部取り出し用の信号ケーブルとを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周面に固定側部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆っている。この保護カバーのインボード側端を固定側部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端をシールリングを介して固定側部材の外周面に取付けているので、センサ組立品を保護カバーで被覆できて、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば、外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニット，信号処理用ＩＣ，信号ケーブル等の電子部品を確実に保護することができる。また、信号ケーブルの配線処理やセンサユニットの組付けも容易となる。
前記固定側部材が前記外方部材である場合は、前記保護カバーは外方部材の外周面に取付けられるが、その場合、保護カバーを取付け易くて、保護カバーによるセンサ組立品の保護が行い易い。

この発明において、前記保護カバーは、インボード側が大径となる段付円筒状とするのが望ましい。このように保護カバーをインボード側が大径となる段付円筒状とすると、固定側部材のアウトボード側から固定側部材の外周面への保護カバーの圧入を容易に行うことができる。

この発明において、前記保護カバーの材料を金属材料または樹脂材料としても良い。金属材料であると、固定側部材の外周面への保護カバーの取付けを、強固にかつ密封性良く行うことができる。また、樹脂材料であると、保護カバーの成形が容易となり、固定側部材の外周面へ密封性良く取付けることができる。これにより、外部環境の影響によるセンサの故障をより確実に防止できる。

この発明において、前記保護カバーの全体が樹脂材料からなり、そのインボード側端の前記固定側部材の外周面への嵌合部に金属材料が埋め込まれているものとしても良い。この構成の場合、保護カバーのインボート側端での固定側部材の外周面への嵌合を強固にかつ密封性良く行うことができ、かつ保護カバーの成形も容易となる。

この発明において、前記固定側部材の外周面のアウトボード側に周方向に延びる溝を設け、この溝に前記シールリングを嵌着しても良い。この構成の場合、固定側部材の外周面にシールリングを安定良く位置決めできると共に、保護カバーのアウトボード側端と固定側部材の外周面との間が確実に密封される。

この発明において、前記保護カバーのアウトボード側端に内向きフランジを形成すると共に、前記固定側部材の外周面に周方向に延びて前記保護カバーの内向きフランジと軸方向に対向する突条を設け、この突条と前記保護カバーの内向きフランジとで前記シールリングを挟み付けるものとしても良い。この構成の場合、保護カバーの内向きフランジと固定側部材の外周面の周方向に延びる突条とで挟み付けられてシールリングが軸方向に位置決めされると共に、保護カバーのアウトボード側端と固定側部材の外周面との間が確実に密封される。

この発明において、前記シールリングはニトリルゴムやシリコンゴム等のゴム材料からなるものとするのが望ましい。この場合、シールリングによる密封性を確実なものとすることができる。

この発明において、前記固定側部材の外周面および前記保護カバーの互いに嵌合する嵌合部のうち、少なくともいずれか一方の嵌合部の一部に、前記信号ケーブルの前記保護カバーからの引き出し部が引き出される切欠き部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記切欠き部から引き出される部分にシール材を充填するのが望ましい。この構成の場合、信号ケーブル引き出し部が前記切欠き部で挟まれて周方向の位置決めがされると共に、保護カバーの密封性をより高めることができる。

この発明において、前記センサ組立品におけるセンサユニットおよび信号処理用ＩＣが前記保護カバー内における前記固定側部材の外周面に固定されていても良い。この構成の場合、センサユニットおよび信号処理用ＩＣの固定部が、外部環境により腐食して固定が不安定になるのを防止できる。

この発明において、前記保護カバーの内部に弾性充填材が充填されていても良い。この構成の場合、充填される弾性充填材のために、外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニット，信号処理用ＩＣ，信号ケーブル等の電子部品を確実に保護することができる。

この発明において、前記固定側部材の外周面に防錆処理が施されていても良い。この構成の場合、固定側部材の外周面が泥水，塩水等で錆びるのを防止できるので、固定側部材の外周面の錆が保護カバーで覆われているセンサ組立品に及ぶのを確実に防止できる。

この発明において、前記センサユニットは、前記固定部材の外周面に接触して固定される歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生材の歪みを検出する１つ以上の歪みセンサを有し、歪みセンサの出力信号から固定側部材の変形を検出して、車輪用軸受に印加された荷重を検出するものとしても良い。
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、荷重を精度良く推定できる。

この発明において、前記歪み発生部材は前記固定側部材の外周面に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有し、これら接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けても良い。
固定側部材に固定されるセンサユニットの歪み発生部材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。センサユニットの歪み発生部材の各接触固定部を、このように軸方向に同寸法となるように設けると、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。また、センサユニットが固定側部材において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバーを設けるだけで全てのセンサユニットを覆うことができ、保護カバーをコンパクトに構成することができる。

この発明において、前記歪み発生部材は、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としても良い。この構成の場合、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、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。

この発明において、前記歪み発生部材は、前記固定側部材に作用する外力、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しても良い。想定される最大の力が印加された状態になるまでに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすので、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。「想定される最大の力」は、軸受に異常な大きさの力が作用しても、その力が除かれるとセンサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。

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周面の上面部、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、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち，ある方向への荷重が大きくなると、転動体と転走面が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニットを１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニットには必ず転動体を介して固定側部材に印加される荷重が伝達され、その荷重をセンサにより検出可能となる。

この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、前記発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の外周面に前記センサ組立品およびシールリングを取付け、前記保護カバーを固定側部材の外周面に圧入した後、軸受を組み立てることを特徴とする。
この組立方法によると、固定側部材に取付けたセンサ組立品を保護カバーで覆ったセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。

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、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外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニット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を含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記固定側部材の外周面に固定側部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を固定側部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して固定側部材の外周面に取付けたため、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出でき、信号ケーブルの配線処理やセンサの組付けも容易となる。
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の外周面に前記センサ組立品および弾性体のシールリングを取付け、前記保護カバーを固定側部材の外周面に圧入した後、軸受を組み立てることとしたため、固定側部材に取付けたセンサ組立品を保護カバーで覆ったセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。

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。同センサ付車輪用軸受の正面図である。同センサ付車輪用軸受の保護カバーを取り外した状態を示す正面図である。（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における外方部材をアウトボード側から見た断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＥ部を矢印Ｐの方向からみた部分正面図である。（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における保護カバーの正面図、（Ｂ）は同側面図である。（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における信号ケーブルの引き出し部の平面図、（Ｂ）は同側面断面図である。図２におけるＤ部の拡大断面図である。同センサ付車輪用軸受における外方部材のセンサユニット設置部の平面図である。図９における外方部材のセンサユニット設置部のセンサユニット取付け前の状態を示す平面図である。外方部材をアウトボード側から見た正面図である。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断面図である。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である。従来例の斜視図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１１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。このフランジ１ａは、各ねじ孔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（図５）とされている。
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（図示せず）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２のＤ部を拡大して示す図８、および図９に示す平面図のように、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２１ｂを有する。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面に接触して固定される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。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２１ｂ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２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。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。「想定される最大の力」は、軸受に異常な大きさの力が作用しても、その力が除かれるとセンサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。

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。

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、かつ両接触固定部２１ａが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がボルト２３により外方部材１の外径面に固定される。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記接触固定部２１ａが接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。また、外方部材１の外径面における前記２つの接触固定部２１ａが固定される２箇所の中間部には溝１ｃが設けられている。前記各ボルト２３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２４に挿通し、外方部材１の外径面に設けられたねじ孔２５に螺合させる。このように、溝１ｃを挟んで歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａを外方部材１の外径面に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外方部材１の外径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。

前記４個のセンサユニット２０は、図４に示すように、これらの歪みセンサ２２の出力信号を処理する信号処理用ユニット２６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２７などの電子部品と共にリング状に接続してセンサ組立品２８とされ、このリング状とされたセンサ組立品２８が外方部材１の外径面に外方部材１と同心に取付けられる。信号ケーブル２７は各センサユニット２０間に配線され、その信号ケーブル２７の途中に信号処理用ユニット２６が配置され、外方部材１の外径面に固定されている。この場合、前記４個のセンサユニット２０は、図１のII−II矢視断面図を示す図２のように、外方部材１の外径面の同一軸方向位置に配置される。

信号処理用ユニット２６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、信号処理用ＩＣとこのＩＣを実装した回路基板を含む。上記信号処理用ＩＣは、歪み信号の処理を行う信号処理回路や補正回路などが含まれる。この信号処理用ユニット２６の信号処理用ＩＣ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。

外方部材１の外径面に取付けられた前記センサ組立品２８は、図１のように保護カバー２９で覆われる。保護カバー２９は、インボード側に向かって内径が拡大する筒状とされている。具体的には、保護カバー２９は、インボード側半部が大径部２９ａでアウトボー側半部が小径部２９ｂとなる段付円筒状とされている。この保護カバー２９のインボード側端は外方部材１の外径面に嵌合させられ、保護カバー２９のアウトボード側端は外方部材１と同心の弾性体のシールリングであるＯリング３０を介して外方部材１の外径面に取付けられる。保護カバー２９の小径部２９ｂは、外方部材１の外径面に隙間を介して沿うように、アウトボー側に至るほど小径となるテーパ状とされている。大径部２９ａは、その内周面と外方部材１の外周面との間にセンサユニット２０を収容する収容空間を形成している。保護カバー２９の材料としては、ステンレス鋼等の金属材料や、ＰＡ６６＋ＧＦ等の樹脂材料が用いられる。外方部材１の外径面のアウトボード側には、図４のように、周方向に延びるＯリング嵌着用の溝１ｄが設けられ、この溝１ｄに図１のようにＯリング３０を嵌着させることで、Ｏリング３０が軸方向に位置決めされると共に、保護カバー２９のアウトボード側端と外方部材１の外径面との間が確実に密封される。Ｏリング３０は、ニトリルゴム、シリコンゴム等のゴム材料からなる．これにより、Ｏリング３０による密封性を確実なものとすることができる。

また、センサ組立品２８におけるセンサユニット２０および信号処理用ユニット２６は、前記保護カバー２９内における外方部材１の外径面に固定されることになるので、それらの固定部が、外部環境により腐食して固定が不安定になるのを防止できる。保護カバー２９の内部空間には、モールド樹脂やウレタンフォームなどの弾性充填材を充填しても良い。この場合には、充填される弾性充填材のために、外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニット２０，信号処理用ユニット２６，信号ケーブル２７等の電子部品を確実に保護することができる。

また、外方部材１の外径面の全体には防錆処理を施しても良い。この場合、外方部材１の外径面が泥水，塩水等で錆びるのを防止できるので、外方部材１の外径面の錆が保護カバー２９で覆われているセンサ組立品２８に及ぶのを確実に防止できる。

前記センサ組立品２８における信号ケーブル２７の車体側への引き出し部２７ａは、図３に示すように、保護カバー２９の一箇所から外側に引き出される。具体的には、図５（Ａ），（Ｂ）のＥ部，Ｆ部、および図６（Ｂ）のＧ部に示すように、外方部材１の外径面のアウトボード側に向く段面部の周方向の一箇所、およびこれに対向する保護カバー２９のインボード側端の周方向の一箇所に、信号ケーブル引き出し部２７ａが挿通される切欠き部３２，３３が設けられている。

この場合の切欠き部は、図７（Ａ），（Ｂ）のように外方部材１の外径面だけに設けても良いし、保護カバー２９だけに設けても良い。これにより、図７（Ａ），（Ｂ）のように、信号ケーブルの引き出し部２７ａが前記切欠き部３２，３３で挟まれて周方向の位置決めがされる。信号ケーブル引き出し部２７ａが前記切欠き部３２，３３から引き出される部分にはシール材を充填して、信号ケーブル引き出し部２７ａの引き出し箇所をシールするようにしても良い。これにより、保護カバー２９の密封性をより一層高めることができる。

このセンサ付車輪用軸受の組立は、以下の手順で行なわれる。先ず、外方部材１の単体の状態、または外方部材１に転動体５を組み付けた状態で、図４のように外方部材１の外径面にリング状の前記センサ組立品２８を取付け、外方部材１の外径面の溝１ｄにＯリング３０を嵌合させる。つぎに、筒状の保護カバー２９を、外方部材１のアウトボード側からその外径面に圧入し、そのインボード側端を外方部材１の外径面に嵌合させ、アウトボード側端をＯリング３０を介して外方部材１の外径面に取付けることで、センサ組立品２８を保護カバー２９で覆う。この後で軸受の全体を組み立てる。この手順で組み立てることにより、外方部材１に取付けたセンサ組立品２８を保護カバー２９で覆ってなるセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。

上記センサ付車輪用軸受による荷重検出動作を以下に説明する。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の外径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。とくに、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ユニット２６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２７とを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品２８を、外方部材１の外径面に外方部材１と同心に取付けると共に、このセンサ組立品２８をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバー２９で覆い、この保護カバー２９のインボード側端を外方部材１の外径面に嵌合させ、保護カバー２９のアウトボード側端をＯリング３０を介して外方部材１の外径面に取付けているので、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、長期にわたって荷重を正確に検出することができる。また、信号ケーブル２７の配線処理やセンサユニット２０の組付けも容易となる。

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）を検出するものでも良い。
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。

固定側部材が外方部材１であるこの実施形態の場合、保護カバー２９が外方部材１の外径面に取付けられるので、保護カバー２９を取付け易くて、保護カバー２９によるセンサ組立品２８の保護が行い易い。

また、この実施形態では、前記保護カバー２９を、インボード側が大径となる段付円筒状としているので、外方部材１のアウトボード側から外方部材１の外径面への保護カバー２９の圧入を容易に行うことができる。

また、この実施形態では、前記保護カバー２９の材料として、金属材料または樹脂材料を用いているので、外方部材１の外径面への取付けを密封性良く行うことができる。すなわち、保護カバー２９の材料として金属材料を用いた場合、外方部材１の外径面への保護カバー２９の取付けを、強固にかつ密封性良く行うことができる。また、保護カバー２９の材料として樹脂材料を用いた場合、保護カバー２９を成形品として容易に形成でき、外方部材１の外径面へ密封性良く取付けることができる。これにより、外部環境の影響によるセンサの故障をより確実に防止できる。

固定側部材である外方部材１の外径面に固定されるセンサユニット２０の歪み発生部材２１の各接触固定部２１ａの軸方向寸法が異なると、外方部材１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の歪み発生部材２１の各接触固定部２１ａを、軸方向に同寸法となる位置に設けているので、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。また、センサユニット２０が外方部材１において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバー２９を設けるだけでセンサユニット２０を含む電子部品からなるセンサ組立品２８を覆うことができ、保護カバー２９をコンパクトに構成することができる。

また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１が、図９のように平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるものとしているので、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やすく、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出され、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。

また、この実施形態では、センサユニット２０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固定側部材である外方部材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いるので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２により検出可能となる。
この場合、外方部材１の外径面におけるセンサユニット２０が設けられる上面部および下面部は、図１１のように車体取付用フランジ１ａにおける左右に隣り合う突片１ａａ間の間隔Ａの中間位置とするのが望ましい。また、外方部材１の外径面におけるセンサユニット２０が設けられる右面部および左面部も、図１１のように車体取付用フランジ１ａにおける上下に隣り合う突片１ａａ間の間隔Ｂの中間位置とするのが望ましい。このように、センサユニット２０の固定位置を設定すると、ヒステリシスの原因となるナックルボルトを中心とした横滑りの影響を小さくでき、それだけ歪みセンサ２２の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。

図１２は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１ないし図１１に示す実施形態において、保護カバー２９のアウトボード側端に内向きフランジ２９ｃを形成すると共に、固定側部材である外方部材１の外径面に周方向に延びて保護カバー２０の前記内向きフランジ２９ｃと軸方向に対向する突条３１を設け、この突条３１と保護カバー２９の内向きフランジ２９ｃとで前記Ｏリング３０を挟み付けるものとしている。その他の構成は図１〜図１１の実施形態の場合と同様である。

このように、保護カバー２９の内向きフランジ２９ｃと外方部材１の外径面の周方向に延びる突条３１とでＯリング３０を挟み付けた場合、Ｏリング３０が軸方向に位置決めされると共に、保護カバー２９のアウトボード側端と外方部材１の外径面との間が確実に密封される。

図１３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ないし図１１に示す実施形態において、保護カバー２９の全体が樹脂材料からなり、そのインボード側端の外方部材１の外径面への嵌合部に金属材料３４を埋め込んでいる。その他の構成は図１〜図１１の実施形態の場合と同様である。

このように、樹脂材料からなる保護カバー２９のインボード側端に金属材料３４を埋め込んだ場合、保護カバー２９のインボート側端での外方部材１の外径面への嵌合を強固にかつ密封性良く行うことができ、かつ保護カバー２９の成形も容易となる。

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。

１…外方部材
１ｄ…保護カバー嵌着用溝
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
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…歪みセンサ
２６…信号処理用ＩＣ
２７…信号ケーブル
２７ａ…信号ケーブルの引き出し部
２８…センサ組立品
２９…保護カバー
２９ｃ…内向きフランジ
３０…Ｏリング（シールリング）
３１…突条
３２…保護カバーの切欠き部
３３…外方部材の切欠き部

Claims

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外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニット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を含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記固定側部材の外周面に固定側部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を固定側部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して固定側部材の外周面に取付けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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。
請求項１または請求項２において、前記保護カバーは、インボード側が大径となる段付円筒状であるセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記保護カバーの材料が金属材料または樹脂材料であるセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記保護カバーの全体が樹脂材料からなり、そのインボード側端の前記固定側部材の外周面への嵌合部に金属材料が埋め込まれているセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記固定側部材の外周面のアウトボード側に周方向に延びる溝を設け、この溝に前記シールリングを嵌着したセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記保護カバーのアウトボード側端に内向きフランジを形成すると共に、前記固定側部材の外周面に周方向に延びて前記保護カバーの内向きフランジと軸方向に対向する突条を設け、この突条と前記保護カバーの内向きフランジとで前記シールリングを挟み付けるものとしたセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記シールリングがゴム材料からなるセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記固定側部材の外周面および前記保護カバーの互いに嵌合する嵌合部のうち、少なくともいずれか一方の嵌合部の一部に、前記信号ケーブルの前記保護カバーからの引き出し部が引き出される切欠き部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記切欠き部から引き出される部分にシール材を充填したセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサ組立品におけるセンサユニットおよび信号処理用ＩＣが前記保護カバー内における前記固定側部材の外周面に固定されているセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記保護カバーの内部に弾性充填材が充填されているセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記固定側部材の外周面に防錆処理が施されているセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記センサユニットは、前記固定部材の外周面に接触して固定される歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生材の歪みを検出する１つ以上の歪みセンサを有し、歪みセンサの出力信号から固定側部材の変形を検出して、車輪用軸受に印加された荷重を検出するものであるセンサ付車輪用軸受。
請求項１３において、前記歪み発生部材は前記固定側部材の外周面に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有し、これら接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同じ位置に設けたセンサ付車輪用軸受。
請求項１４において、前記歪み発生部材は、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１３ないし請求項１５のいずれか１項において、前記歪み発生部材は、前記固定側部材に作用する外力、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したセンサ付車輪用軸受。
請求項１ないし請求項１６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周面の上面部、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ないし請求項１７のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の外周面に前記センサ組立品および弾性体のシールリングを取付け、前記保護カバーを固定側部材の外周面に圧入した後、軸受を組み立てることを特徴とするセンサ付車輪用軸受の組立方法。