JP5349022B2 - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
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)。
As a technology for detecting the load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing has been proposed in which a strain sensor is provided on the outer diameter surface of the flange portion of the outer ring, which is a fixed ring of the wheel bearing, and the load is detected. (For example, Patent Document 1). Further, as shown in FIG. 19, a wheel bearing has been proposed in which a
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)。 Further, a sensor unit comprising a strain generating member and a strain sensor attached to the strain generating member is attached to an inner diameter surface of an outer member that is a fixed ring of a bearing, and the strain generating member is at least 2 with respect to the outer member. There has been proposed a sensor-equipped wheel bearing having a contact fixing portion at one location, a notch portion at least at one location between adjacent contact fixing portions, and the strain sensor being disposed in the notch portion ( For example, Patent Document 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。
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。
However, the techniques disclosed in
(1) The number of parts increases, resulting in an increase in cost and weight reduction.
(2) It takes time for wiring work, and this also raises the cost.
(3) Wrong wiring or damaged electronic components during wiring deteriorates the yield, which also increases costs.
In the wheel bearing with sensor disclosed in
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。 The object of the present invention is to prevent the failure of electronic parts such as sensors due to the influence of the external environment by simple wiring processing, and to detect the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface accurately and inexpensively. It is to provide a wheel bearing with a high sensor.
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である前記外方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帯状の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外周面に設けられた外径側溝部に沿って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外方部材の周面に外方部材と同心に取付け、前記保護カバーの周方向の複数箇所に開口部を設け、これら各開口部の内径側に位置して前記各センサユニットを配置し、前記各開口部の周方向の半部を幅広部とし、この広幅部に対応させて前記フレキシブル基板におけるセンサユニットとの接続部を配置したことを特徴とする。 The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing having a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, the fixed side portion of the outer member and the inner member. A plurality of sensor units comprising a strain generating member fixed in contact with a peripheral surface of the outer member, and a sensor attached to the strain generating member and detecting a strain of the strain generating member; A signal processing IC for processing the output signal, a signal cable for extracting the processed output signal to the outside of the bearing, and a wiring circuit for wiring between the sensor unit, the signal processing IC and the signal cable. strip off Rekishiburu based on that An electronic component including bets, and an annular sensor assembly disposed along the outer diameter side groove provided on the outer peripheral surface of the protective cover of the annular This sensor assembly on the peripheral surface of the outer member only attached to the outer member concentric, an opening is provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the protective cover, the sensor units are arranged located on the inner diameter side of each of these openings, the circumferential direction of the respective openings A half portion of the flexible substrate is a wide portion, and a connection portion with the sensor unit on the flexible substrate is arranged corresponding to the wide portion .
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である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外方部材に接触固定されているので、外方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外方部材の周面に外方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外方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、外方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。
When a load acts between the wheel bearing or the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the outer member, which is a stationary member of the wheel bearing, causing deformation. Since the strain generating member in the sensor unit is fixed in contact with the outer member, is transmitted distortion of the outer member is enlarged in the strain generating member, the strain is detected sensitively by a sensor, the hysteresis occurring in the output signal And the load can be estimated accurately.
In particular, a plurality of sensor units, a signal processing IC that processes the output signals of the sensors of the sensor unit, a signal cable that takes out the processed output signals to the outside of the bearing, the sensor unit, the signal processing IC, and the An electronic component including a flexible substrate having a wiring circuit for wiring between signal cables is arranged inside an annular protective cover to form an annular sensor assembly, and the sensor assembly is arranged around the outer member . Since it is mounted concentrically with the outer member on the surface, it is possible to prevent the failure of electronic components such as sensors due to the influence of the external environment by simple wiring processing, and the load acting on the wheel bearing and tire contact surface can be accurately measured. Can be detected. For example, electronic components such as sensors, signal processing ICs, signal cables and the like can be reliably held from stepping stones, muddy water, salt water, and the like from the outside.
In addition, since the wiring circuit of the flexible substrate is wired between the sensor unit, the signal processing IC, and the signal cable, the number of parts can be reduced, and the cost and weight can be reduced. In addition, since the wiring can be automated, it is possible to reduce the number of wiring steps and the damage of electronic components due to incorrect wiring or wiring.
Moreover, since the flexible substrate can be bent, the sensor assembly can be attached along the peripheral surface of the outer member of the assembled bearing even after the electronic component is unitized. That is, since it is not necessary to assemble the bearing after the sensor assembly is mounted in a state where the outer member is a single member , existing production equipment can be used for the production of the sensor-equipped wheel bearing. As a result, an inexpensive and highly reliable wheel bearing with sensor can be obtained.
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。 In the present invention, the flexible substrate may be provided with a circuit pattern for connection and wiring with the sensor unit, the signal processing IC, and the signal cable. By providing the circuit pattern in this way, it is possible to further reduce the man-hours for wiring and reduce damage to electronic components due to incorrect wiring or wiring.
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。 In the present invention, the signal processing IC may be directly attached to the flexible substrate, or the signal cable may be directly connected to a wiring circuit of the flexible substrate. That is, you may perform attachment and a connection without an inclusion. Moreover, you may attach the said sensor unit directly to a flexible substrate. In this configuration, all the electronic components of the sensor assembly and the flexible substrate can be integrated into a unit.
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。 In this invention, you may attach the said sensor unit to a flexible substrate so that the circuit printed surface may face the printed surface of the wiring circuit of the said flexible substrate. In the case of this configuration, the contact surface of the sensor unit with the fixed side member is a flat surface without a circuit printing surface or a solder portion, and the sensor unit can be attached to the fixed side member in close contact.
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。 In the present invention, the sensor unit may be separated from the flexible substrate except for a connection portion with the wiring circuit of the flexible substrate. In the case of this configuration, even if the sensor unit after wiring is attached to the fixed member, the sensor unit is less likely to be distorted by the bending force of the flexible substrate. Thereby, the initial offset at the time of sensor attachment is relieved and load detection with high accuracy becomes possible.
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。 In this invention, the base material of the flexible substrate may be polyimide. When the base material of the flexible substrate is polyimide, the flexible substrate can have sufficient flexibility and heat resistance.
この発明において、前記センサ組立品を前記外方部材の外径面に取付けても良い。 In the present invention, the sensor assembly may be attached to the outer diameter surface of the outer member .
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である前記外方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帯状の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外周面に設けられた外径側溝部に沿って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外方部材の周面に外方部材と同心に取付け、前記保護カバーの周方向の複数箇所に開口部を設け、これら各開口部の内径側に位置して前記各センサユニットを配置し、前記各開口部の周方向の半部を幅広部とし、この広幅部に対応させて前記フレキシブル基板におけるセンサユニットとの接続部を配置したため、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。 The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing having a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, the fixed side portion of the outer member and the inner member. A plurality of sensor units comprising a strain generating member fixed in contact with a peripheral surface of the outer member, and a sensor attached to the strain generating member and detecting a strain of the strain generating member; A signal processing IC for processing the output signal, a signal cable for extracting the processed output signal to the outside of the bearing, and a wiring circuit for wiring between the sensor unit, the signal processing IC and the signal cable. strip off Rekishiburu based on that An electronic component including bets, and an annular sensor assembly disposed along the outer diameter side groove provided on the outer peripheral surface of the protective cover of the annular This sensor assembly on the peripheral surface of the outer member only attached to the outer member concentric, an opening is provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the protective cover, the sensor units are arranged located on the inner diameter side of each of these openings, the circumferential direction of the respective openings The connection part with the sensor unit in the flexible board is arranged corresponding to the wide part, and the failure of electronic parts such as sensors due to the influence of the external environment is prevented by simple wiring processing. Thus, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable wheel bearing with a sensor that can accurately detect a load acting on a wheel bearing or a tire ground contact surface.
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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
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。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an
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。
The
The inner member 2 is a rotating side member, and includes a
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。
Four
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。
As shown in FIG. 11, these
Note that the
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。
The four
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。
11A and 11B are a plan development view and a cross-sectional view of the electronic component disposed inside the
In addition, the
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。
The
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30b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。
As shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B) showing the Xa-Xa arrow sectional view and the Xb-Xb arrow sectional view of FIGS. Four places serving as arrangement portions of the
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。
Since there is a step between the
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30b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。
Further, in the arrangement of the
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。
FIG. 12A shows a plan development view of another arrangement example of the electronic component arranged inside the
As described above, by forming the band-shaped
Other configurations are the same as those in the arrangement example shown in FIG.
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。
FIGS. 13A and 13B are a plan development view and a cross-sectional view of still another example of the arrangement of the electronic components arranged inside the
As described above, by forming the
Other configurations are the same as those in the arrangement example shown in FIG.
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。
14A and 14B are a plan development view and a cross-sectional view of still another example of the arrangement of the electronic components arranged inside the
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ている。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。
The
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。
The
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。
Further, on both side portions of the inner diameter surface of the
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。
As shown in FIG. 8, a
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。
3 and 4 are enlarged views of the
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。
Instead of using the
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。
The
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。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
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。
In particular, a plurality of
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。
Further, since the
In addition, since the
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。
In the above description, the case where the acting force between the wheel tire and the road surface is detected is shown. However, not only the acting force between the wheel tire and the road surface but also the force acting on the wheel bearing (for example, the preload amount) is detected. May be.
By using the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing for vehicle control, it is possible to contribute to stable running of the automobile. In addition, when this sensor-equipped wheel bearing is used, a load sensor can be installed in a compact vehicle, the mass productivity can be improved, and the cost can be reduced.
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。
In this embodiment, the
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。
In this embodiment, since the
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。
In this embodiment, since the base material of the
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。 Further, in this embodiment, the case where the present invention is applied to a third generation type wheel bearing has been described. However, the present invention relates to a first or second generation type wheel bearing in which the bearing portion and the hub are independent parts. In addition, the present invention can also be applied to a fourth generation type wheel bearing in which a part of the inner member is composed of an outer ring of a constant velocity joint. The sensor-equipped wheel bearing can also be applied to a wheel bearing for a driven wheel, and can also be applied to a tapered roller type wheel bearing of each generation type. Further, the present invention can be applied to a wheel bearing in which the outer member is a rotation side member. In that case, a sensor assembly is provided on the outer periphery of the inner member.
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
DESCRIPTION OF
26A ... Signal
Claims (9)
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材である前記外方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帯状の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外周面に設けられた外径側溝部に沿って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外方部材の周面に外方部材と同心に取付け、前記保護カバーの周方向の複数箇所に開口部を設け、これら各開口部の内径側に位置して前記各センサユニットを配置し、前記各開口部の周方向の半部を幅広部とし、この広幅部に対応させて前記フレキシブル基板におけるセンサユニットとの接続部を配置したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
Distortion of the outer member and the inner strain generating member fixed in contact with the peripheral surface of the outer member is fixed side member of the member, and attached to the strain generating member the strain generating member A plurality of sensor units comprising sensors for detecting the signal, a signal processing IC for processing the output signal of the sensor, a signal cable for taking out the processed output signal to the outside of the bearing, the sensor unit, and the signal processing IC and an electronic component comprising a strip of full Rekishiburu substrate that having a wiring circuit for wiring between the signal cable, and arranged along the outer diameter side groove provided on the outer peripheral surface of the protective cover of the annular circle the annular sensor assembly, only mounting the sensor assembly to the outer member concentric to the circumferential surface of the outer member, an opening is provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the protective cover, the inner diameter of each opening Located arranging the respective sensor units, characterized in that the half of the circumferential direction of the respective openings and the wide portion, were placed the connection portion of the sensor unit in the flexible substrate so as to correspond to the wide portion Bearing with sensor wheel.
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