WO2006100887A1 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

センサ付車輪用軸受 Download PDF

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Takayoshi Ozaki
Takashi Koike
Tomomi Ishikawa
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Ntn Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • G01L5/0023—Force sensors associated with a bearing by using magnetic sensors
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • the present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing that incorporates a load sensor that detects a load applied to a wheel bearing portion.
  • sensors such as temperature sensors, vibration sensors, and load sensors can be installed in wheel bearings to detect not only the rotation speed but also other conditions that are useful for automobile operation.
  • Some have been proposed for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the type, direction, and magnitude of the load are determined from signals obtained from the eight displacement sensors for each load of the load Mz.
  • another sensor facing the radial direction or the thrust direction is provided for each displacement sensor. ing.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-45219
  • Patent Document 2 JP 2004-198210 A
  • An object of the present invention is to provide a wheel bearing in which a load sensor can be compactly installed in a vehicle and the load on the wheel can be detected stably.
  • the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member in which double-row rolling surfaces are formed on the inner periphery, and an inner member in which a rolling surface that faces the rolling surface of the outer member is formed.
  • a bearing for a wheel which includes a member and a double row rolling element interposed between both rolling surfaces and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body, and includes a ring member formed of a magnetostrictive material.
  • a magnetostrictive sensor and a displacement sensor are provided on the outer member or a member that fixes the outer member facing the ring member, and the magnetostrictive sensor measures a change in magnetostriction of the ring member.
  • the displacement sensor measures a distance between the ring member and the displacement sensor.
  • load calculating means for detecting a load applied to the inner member by calculating outputs of the magnetostrictive sensor and the displacement sensor may be provided.
  • the relationship between the displacement detected by the displacement sensor and the output of the variation detected by the magnetostrictive sensor and the load in each direction is obtained in advance through experiments, simulations, and the like. And so on.
  • the vertical load Fz, the horizontal load Fz, the rotation axis direction load Fy, and the like can be calculated from the outputs of the displacement sensor and the magnetostrictive sensor.
  • a wheel applied load calculating means for detecting a force acting between the wheel and the road surface by calculating outputs of the magnetostrictive sensor and the displacement sensor.
  • the wheel action load calculation means calculates the displacement amount detected by the displacement sensor and the change amount detected by the magnetostrictive sensor from the displacement amount and change amount obtained by experiments and simulations in advance.
  • the material of the ring member may be an Fe_Ni alloy containing 80 wt% or more of Ni. 80wt. /.
  • the Fe_Ni alloy containing Ni described above provides excellent magnetostriction characteristics and improves detection accuracy.
  • the material of the ring member may be a magnetostrictive material having a negative magnetostriction constant such as Ni.
  • the displacement of the sensor and the magnetostrictive material is also detected.
  • the sensor output component of the magnetostrictive effect in a magnetostrictive material having positive magnetostrictive characteristics is opposite to the sensor output component of displacement, so the sensor output is It may be erased.
  • the sensor output component of the magnetostrictive effect in the magnetostrictive material having negative magnetostrictive characteristics is the same as the sensor output component of the displacement, so that the sensor output can be canceled out.
  • copper plating may be applied to the surface of the ring member.
  • the displacement sensor is an eddy current type
  • the magnetic field changes at a high frequency, so the magnetic flux only enters the target surface.
  • the eddy current displacement sensor adopts a method of sensing from information only on the target surface.
  • the sensor sensitivity improves as the electrical resistivity of the target surface decreases. Therefore, highly sensitive sensing is possible by forming a thin film such as a copper plating with low electrical resistivity on the target surface.
  • the displacement sensor may be an eddy current method or a reluctance method.
  • the displacement sensor may be a combination force of a magnet and an analog output magnetic detection element. If the eddy current method or reluctance method is used, excellent detection accuracy can be obtained, and if the combination of a magnet and a magnetic detection element is used, the configuration is simple and inexpensive.
  • the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member in which double-row rolling surfaces are formed on the inner periphery, and an inner side in which a rolling surface facing the rolling surface of the outer member is formed.
  • a ring member formed of a magnetostrictive material is used as an inner member.
  • a magnetostrictive sensor and a displacement sensor are provided on the outer member or a member that fixes the outer member facing the ring member, and the magnetostrictive sensor measures the magnetostriction change of the ring member. Since the displacement sensor measures the distance between the ring member and the displacement sensor, a load sensor can be installed compactly in the vehicle, and the load applied to the wheel can be detected stably.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a sensor-equipped wheel bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing an arrangement configuration of a displacement sensor and a magnetostrictive sensor provided in the wheel bearing.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a displacement sensor.
  • FIG. 4 (A) is a partially omitted front view showing an example of a magnetostrictive sensor, and (B) is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG.
  • This embodiment is a third-generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support.
  • 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
  • the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
  • the left side is the outboard side and the right side is the inboard side.
  • This wheel bearing 10 has a horizontal shaft center, an outer member 1 having a double-row rolling surface 4 formed on the inner periphery, and rolling surfaces 5 respectively opposed to these rolling surfaces 4.
  • the formed inner member 2 and the double row rolling elements 3 interposed between the double row rolling surfaces 4 and 5 are provided.
  • This wheel bearing 10 is a double-row angular ball bearing type.
  • Each of the rolling surfaces 4 and 5 has an arcuate cross section, and each of the rolling surfaces 4 and 5 has a contact angle at the back. It is formed as follows.
  • the rolling element 3 is made up of balls and held in a cage 6 for each row.
  • the open end portions on the outboard side and the inboard side of the annular space formed between the inner and outer members 2 and 1 are sealed with contact-type seals 7 and 8, which are sealing devices, respectively.
  • the outer member 1 is a member on the fixed side, and is fastened with a bolt to a knuckle (not shown) on the vehicle body side.
  • the inner member 2 is a rotating member, and has a hub wheel 2A having a wheel mounting flange 2a on the outer periphery and a separate inner ring fitted on the outer periphery of the inboard side end of the hub wheel 2A. 2B, and rolling surfaces 5 of each row are formed on the hub wheel 2A and the inner ring 2B, respectively.
  • the outer ring 11a which is one joint member of the constant velocity joint 11, is connected to the wheel 2A as follows. Has been.
  • the hub wheel 2A has a central hole 12, and a stem 13 formed integrally with the constant velocity joint outer ring 11a is inserted into the central hole 12, and by tightening a nut 14 screwed to the tip of the stem 13,
  • the constant velocity joint outer ring 11 a is connected to the inner member 2.
  • the step surface l laa provided on the constant velocity joint outer ring 11a facing the outboard side is pressed against the end surface facing the inboard side of the inner ring 2B press-fitted into the hub wheel 2A, and the constant velocity joint outer ring 11a and the nut 14 and the inner member 2 are tightened.
  • a spline groove 12a is formed in the center hole 12 of the hub wheel 2A, and the spline groove 13a of the stem 13 is fitted with the spline.
  • a load sensor 20 is disposed at a position sandwiched between the double-row rolling surfaces 4 and 5 in the internal space of the wheel bearing 10.
  • the load sensor 20 includes a ring member 21 having a magnetostrictive force fixed to the outer periphery of the inner member 2, and a displacement sensor 22 and a magnetostrictive sensor 23 installed on the outer member 1 side so as to face the ring member 21. And become.
  • the ring member 21 is press-fitted into the small-diameter outer diameter surface 2b closer to the inboard side than the rolling surface 5 of the outboard-side row in the hub wheel 2A, and the outer-diameter surface 2b of the small-diameter outer diameter surface 2b is It is positioned and fixed in the axial direction by being sandwiched between the step surface 2c and the end surface facing the outboard side of the inner ring 2B.
  • the material of the ring member 21 is, for example, an Fe-Ni alloy containing 80 wt% or more of Ni.
  • the Fe—Ni alloy is used, the magnetostriction characteristics of the ring member 21 can be increased, and the detection accuracy of the magnetostrictive sensor 23 can be increased.
  • a magnetostrictive material having a negative magnetostriction constant such as Ni may be used as the material of the ring member 21 . Due to the characteristics of the magnetostrictive sensor 23, in addition to the change in permeability due to the magnetostrictive effect, the displacement of the sensor 23 and the magnetostrictive material (change in the gap) is also detected.
  • the sensor output component of the magnetostriction effect in a magnetostrictive material having a positive magnetostrictive characteristic is opposite to the sensor output component of the displacement, so that the sensor output may be canceled.
  • the sensor output component of the magnetostriction effect in the magnetostrictive material having negative magnetostriction characteristics is the same as the sensor output component of displacement, so that the sensor output is not canceled out.
  • the surface of the ring member 21 may be subjected to copper plating.
  • the displacement sensor 22 is an eddy current type
  • the eddy current displacement sensor since the frequency of the magnetic field change is high, the magnetic flux only enters the target surface.
  • the eddy current displacement sensor uses a method of sensing from information only on the target surface.
  • the sensor sensitivity improves as the electrical resistivity of the target surface decreases. Therefore, highly sensitive sensing is possible by forming a thin film such as a copper plating with low electrical resistivity on the target surface.
  • the displacement sensor 22 measures a distance between the ring sensor 21 and the displacement sensor 22, and as shown in Fig. 2, the upper side in the vertical direction (Z-axis direction) (upper side with respect to the vehicle) Face the outer diameter surface of the ring member 21 on the lower side in the vertical direction (lower side with respect to the vehicle) and on the forward side in the front-rear direction (X-axis direction) and the backward side in the front-rear direction with respect to the horizontal vehicle As shown in the figure, a total of four are arranged at equal intervals of 90 ° in the circumferential direction.
  • FIG. 1 An eddy current type using a coil is shown in FIG.
  • This displacement sensor 22 has a coil winding 31 arranged in a spiral on a resin sensor support member 30.
  • the coil winding 31 can be wound in one or more stages.
  • the displacement sensor 22 having this configuration is displaced by utilizing the fact that the inductance of the coil winding 31 changes in accordance with the change in the distance from the outer surface of the ring member 21 that is the sensor target (change in the air gap).
  • the displacement sensor 22 a combination of a magnet and an analog output magnetic detection element (for example, a hall sensor) may be used.
  • the ring member 21 is made of a ferromagnetic material.
  • the cost of the electric circuit for signal processing installed in the subsequent stage is increased, but in the case of a method using a magnetic detection element such as a Hall sensor, the cost can be reduced. Become.
  • the magnetostrictive sensor 23 measures the magnetostriction change of the ring member 21, and is arranged on the outer diameter surface of the ring member 21 at a position shifted by 45 ° in the circumferential direction with respect to each displacement sensor 22. A total of four pieces are arranged at equal intervals of 90 ° in the circumferential direction so as to face each other.
  • each of the four displacement sensors 22 and the magnetostrictive sensor 23 is fixed to a ring-shaped sensor housing 24, and the sensor housing 24 is disposed between the rolling surfaces 4 and 4 of both rows on the inner periphery of the outer member 1. It is installed on the outer member 1 by being press-fitted into the outer member 1, but it can also be installed directly on the inner circumference of the outer member 1 without interposing the sensor housing 24.
  • the magnetostrictive sensor 23 includes a coil bobbin 23a with a coil winding 23 and a yoke 23c.
  • the magnetostrictive sensor 23 configured as described above uses magnetostriction characteristics (that is, magnetostriction characteristics) in which the ring member 21 made of a magnetostrictive material undergoes stress to change the magnetoresistance (that is, magnetostriction characteristics), and the distortion of the ring member 21 is detected by the magnetic force of the coil winding 23 It is detected as a change in resistance.
  • magnetostriction characteristics that is, magnetostriction characteristics
  • the ring member 21 made of a magnetostrictive material undergoes stress to change the magnetoresistance (that is, magnetostriction characteristics)
  • the distortion of the ring member 21 is detected by the magnetic force of the coil winding 23 It is detected as a change in resistance.
  • the detection signals of the displacement sensors 22 and the magnetostrictive sensor 23 are transmitted through the outer member 1 through a through hole 25 provided through the outer peripheral force of the outer member 1 through the inner hole 26.
  • the harness 26 is fixed to the outer member 1 by a seal member 29, so that muddy water from the outside does not enter the inside of the wheel bearing 10 through the through hole 25 by the seal member 29. I have to.
  • the load calculation means 27 detects the force applied to the bearing from the detection signal of the load sensor 20 and the applied load. Further, the load calculating means 27 is connected to the wheel action load calculating means 28.
  • the wheel operation load calculating means 28 detects the force acting between the wheel and the road surface from the load applied to the bearing obtained by the load calculating means 27.
  • the load calculating means 27 and the wheel load calculating means 28 may be provided at a location away from the bearing (for example, an ECU (electric control unit)).
  • the load calculation means 27 and the wheel action load calculation means 28 are configured as an electronic circuit using an IC chip or a circuit board, and can be installed in the sensor housing 24.
  • the load calculating means 27 substitutes the displacement amount detected by the displacement sensor 22 and the change amount detected by the magnetostrictive sensor 23 into the relational expression between the displacement amount and the change amount obtained by experiments or simulations in advance.
  • the vertical load Fz, horizontal load Fz, Calculate the rotational axis direction load Fy.
  • the displacement and change are detected by the four displacement sensors 22 and the magnetostrictive sensor 23 equally distributed in the circumferential direction, so that highly accurate load detection is possible, and the thermal contraction of the ring member 21 due to temperature changes. In addition, it is possible to easily remove the variation of the displacement amount and change amount due to thermal expansion.
  • the load detected by the load calculation means 27 is input to the wheel action load calculation means 28, and the force acting between the wheel and the road surface is detected by the wheel action load calculation means 28.
  • the load sensor 20 can be installed compactly in the vehicle, and the load applied to the wheel can be detected stably.
  • the load detection value detected by the load calculating means 27 and the acting force between the wheel and the road surface detected by the wheel action load calculating means 28 are taken into the ECU of the automobile so that the driving stability control of the automobile is a steer-by-wire system. It can also be applied to road surface information transmission.

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Abstract

　車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる車輪用軸受を提供する。複列の転走面４が内周に形成された外方部材１と、この外方部材１の転走面４と対向する転走面５が形成された内方部材２と、両転走面４，５間に介在した複列の転動体３とを備える。内方部材２の外周には磁歪材で形成されたリング部材２１固定し、このリング部材に対向して外方部材１または外方部材１に固定する部材２４に磁歪センサ２３および変位センサ２２を設ける。磁歪センサ２３は、前記リング部材２１の磁歪変化を測定するものであり、前記変位センサ２２はリング部材２１と変位センサ２２間の距離を測定するものである。

Description

明 細 書
センサ付車輪用軸受
技術分野
[0001] この発明は、車輪の軸受部に力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。
背景技術
[0002] 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 でなぐ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、 各車輪に力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、車輪に力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ぐ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。
[0003] このような要請に応えるものとして、車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ 、荷重センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、 自動車の運行に役立つ他の状 態を検出できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献 1〜2)。 特許文献 1に開示された技術では、車輪用軸受に加わる水平方向荷重 Fx、回転 軸方向荷重 Fy、鉛直方向荷重 Fz、水平方向のモーメント荷重 Mx、軸方向のモー メント荷重 My、鉛直方向のモーメント荷重 Mzの各荷重を 8個の変位センサより得ら れた信号によって、荷重の種類、方向、大きさを求めている。また、特許文献 2に開示 された技術では、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮の影響を除去するために、各変 位センサに対して、ラジアル方向またはスラスト方向に対向する別のセンサを設けて いる。
特許文献 1 :特開 2004— 45219号公報
特許文献 2 :特開 2004— 198210号公報
[0004] しかし、特許文献 1， 2に開示された技術では、荷重を測定するために付加する部 品（センサ）が多ぐコスト並びに重量が増加することが避けられなレ、。またセンサが多 くなることで後段に設置する検出回路および制御器の規模も大きくなりコスト並びに 重量が増加することが避けられないので、近年、車輪用軸受に求められる低コストィ匕 、軽量化に対応できない。
発明の開示
[0005] この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷 重を安定して検出できる車輪用軸受を提供することである。
[0006] 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 受であって、磁歪材で形成されたリング部材を内方部材の外周に固定し、このリング 部材に対向して外方部材または外方部材を固定する部材に磁歪センサおよび変位 センサを設け、前記磁歪センサは、前記リング部材の磁歪変化を測定するものとし、 前記変位センサは前記リング部材と変位センサ間の距離を測定するものとしている。
[0007] この構成によると、車両走行中の内方部材に鉛直方向荷重、水平方向荷重が負荷 されると、内方部材と外方部材の間の距離が変化し、内方部材の外周のリング部材と 変位センサとの距離が変化する。この変位を変位センサが測定する。また、内方部材 に回転軸方向荷重が負荷されると、磁歪材からなるリング部材の透磁率が変化し、そ の変化量を磁歪センサが測定する。したがって鉛直，水平方向等の荷重と回転軸方 向の荷重との両方を検出することができる。この場合に、変位センサおよび磁歪セン サの被検出手段を、一つのリング部材で兼用させたため、コンパクトな構成となる。こ のように、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して 検出できる。
[0008] この発明において、前記磁歪センサおよび変位センサの出力を演算することで、内 方部材に加わる荷重を検出する荷重演算手段を設けても良い。
この構成の場合、変位センサの検出する変位量、および磁歪センサの検出する変 化量の出力と各方向の荷重との関係を、予め実験やシミュレーション等により求め、 荷重演算手段に関係式やテーブル等として設定しておく。これにより、変位センサお よび磁歪センサの出力から、鉛直方向荷重 Fz、水平方向荷重 Fz、および回転軸方 向荷重 Fy等を算出することができる。これらの算出値を自動車の ECU (電気制御ュ ニット）等に取り込むことで、自動車の走行安定制御ゃステアバイワイヤシステムでの 路面情報伝達に応用可能である。
[0009] この発明において、前記磁歪センサおよび変位センサの出力を演算することで、車 輪と路面間に作用する力を検出する車輪作用荷重演算手段を設けても良い。この構 成の場合、車輪作用荷重演算手段が、変位センサの検出した変位量、および磁歪 センサの検出した変化量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位量およ び変化量と荷重との関係式に代入することにより、車輪と路面間に作用する力を算出 するので、その算出値を自動車の ECUに取り込むことで、自動車の走行安定制御や ステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達に応用可能となる。
[0010] この発明において、前記リング部材の材質が、 80wt%以上の Niを含んだ Fe_Ni 合金であっても良い。 80wt。/。以上の Niを含んだ Fe_Ni合金であると、優れた磁気 歪み特性が得られ、検出精度が向上する。
[0011] また、前記リング部材の材質を、 Ni等の負の磁歪定数を持つ磁歪材としても良い。
磁歪センサの特性上、磁歪効果による透磁率の変化以外にセンサと磁歪材の変位（ ギャップの変化)も検出してしまう。正の磁歪特性を持つ磁歪材における磁歪効果の センサ出力成分は、変位のセンサ出力成分と逆特性となるため、センサ出力が打ち 消される可能性がある。一方、負の磁歪特性を持つ磁歪材における磁歪効果のセン サ出力成分は、変位のセンサ出力成分と同じ特性になるため、センサ出力が打ち消 されること力 Sなレ、。
[0012] さらに、前記リング部材の表面に銅メツキを施しても良レ、。特に前記変位センサが渦 電流式である場合に、上記銅メツキを施すことが好ましい。渦電流式の変位センサの 場合、磁界変化の周波数が高いため、ターゲット表面にしか磁束の侵入がなレ、。換 言すれば、渦電流式変位センサは、ターゲット表面のみの情報からセンシングする方 法を採る。一方、そのセンサ感度は、ターゲット表面の電気抵抗率が低いほど良くな る。したがって、ターゲット表面に電気抵抗率の低い銅メツキ等の薄膜を形成すること で、高感度のセンシングが可能になる。
[0013] この発明において、前記変位センサは渦電流方式またはリラクタンス方式であって も良い。また、前記変位センサは磁石とアナログ出力の磁気検出素子の組み合わせ 力 なるものであっても良レ、。渦電流方式またはリラクタンス方式であると、優れた検 出精度が得られ、また磁石と磁気検出素子の組み合わせであると、構成が簡単で安 価なものとなる。
[0014] 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、磁歪材で形成されたリング部材を内方部材の外周に固定し、このリング 部材に対向して外方部材または外方部材を固定する部材に磁歪センサおよび変位 センサを設け、前記磁歪センサは、前記リング部材の磁歪変化を測定するものとし、 前記変位センサは前記リング部材と変位センサ間の距離を測定するものとしたため、 車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出でき る。
図面の簡単な説明
[0015] この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明から、より明瞭 に理解されるであろう。し力 ながら、実施例および図面は単なる図示および説明の ためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この 発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面に おける同一の部品番号は、同一部分を示す。
[図 1]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 2]同車輪用軸受に設けられる変位センサおよび磁歪センサの配置構成を示す側 面図である。
[図 3]変位センサの一例を示す平面図である。
[図 4] (A)は磁歪センサの一例を示す一部省略正面図、（B)は同図（A)の VI—VI線 断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] この発明の一実施形態を図 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、かつ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外側寄りとなる 側をアウトボード側と言レ、、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図 1では、 左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
[0017] この車輪用軸受 10は、水平な軸心を持ち、内周に複列の転走面 4を形成した外方 部材 1と、これら転走面 4にそれぞれ対向する転走面 5を形成した内方部材 2と、これ ら複列の転走面 4， 5間に介在させた複列の転動体 3とを備える。この車輪用軸受 10 は、複列のアンギユラ玉軸受型とされていて、上記各転走面 4， 5は断面円弧状であ り、各転走面 4, 5は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体 3はボ ールからなり、各列毎に保持器 6で保持されている。内外の部材 2, 1間に形成される 環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ密封装置 である接触式のシール 7, 8で密封されている。
[0018] 外方部材 1は、固定側の部材となるものであって、車体側のナックル（図示せず）に ボルトで締結される。
内方部材 2は、回転側の部材となるものであって、外周に車輪取付フランジ 2aを有 するハブ輪 2Aと、このハブ輪 2Aのインボード側端の外周に嵌合した別体の内輪 2B とからなり、ハブ輪 2Aおよび内輪 2Bに、各列の転走面 5がそれぞれ形成される。ノ、 ブ輪 2Aには、次のように等速ジョイント 11の片方の継手部材となる外輪 11aが連結 されている。ハブ輪 2Aは中央孔 12を有し、この中央孔 12に、等速ジョイント外輪 11a に一体に形成されたステム 13が挿通され、ステム 13の先端に螺合するナット 14の締 め付けにより、等速ジョイント外輪 11aが内方部材 2に連結される。このとき、等速ジョ イント外輪 11aに設けられたアウトボード側に向く段面 l laaが、ハブ輪 2Aに圧入した 内輪 2Bのインボード側に向く端面に押し付けられ、等速ジョイント外輪 11aとナット 14 とで内方部材 2が幅締めされる。ハブ輪 2Aの中央孔 12にはスプライン溝 12aが形成 されており、ステム 13のスプライン溝 13aとスプライン嵌合する。
[0019] 車輪用軸受 10の内部空間における複列の転走面 4, 5に挟まれる位置には荷重セ ンサ 20が配置される。この荷重センサ 20は、内方部材 2の外周に固着された磁歪材 力 なるリング部材 21と、このリング部材 21に対向するように外方部材 1側に設置さ れる変位センサ 22および磁歪センサ 23とでなる。
[0020] リング部材 21は、ハブ輪 2Aにおけるアウトボード側列の転走面 5よりもインボード側 の小径外径面 2bに圧入嵌合され、前記小径外径面 2bのアウトボード側端における 段面 2cと内輪 2Bのアウトボード側に向く端面とで挟まれることで、軸方向に位置決め されて固定される。
[0021] リング部材 21の材質としては、例えば 80wt%以上の Niを含んだ Fe— Ni合金とす る。 Fe— Ni合金とすると、リング部材 21の磁歪特性を大きくでき、磁歪センサ 23の検 出精度を高めることができる。
リング部材 21の材質として、この他に Ni等の負の磁歪定数を持つ磁歪材を用いて も良い。磁歪センサ 23の特性上、磁歪効果による透磁率の変化以外にセンサ 23と 磁歪材の変位 (ギャップの変化)も検出してしまう。正の磁歪特性を持つ磁歪材にお ける磁歪効果のセンサ出力成分は、変位のセンサ出力成分と逆特性となるため、セ ンサ出力が打ち消される可能性がある。一方、負の磁歪特性を持つ磁歪材における 磁歪効果のセンサ出力成分は、変位のセンサ出力成分と同じ特性になるため、セン サ出力が打ち消されることがない。
また、リング部材 21の表面には銅メツキを施しても良レ、。特に前記変位センサ 22が 渦電流式である場合に、上記銅メツキを施すことが好ましい。渦電流式の変位センサ の場合、磁界変化の周波数が高いため、ターゲット表面にしか磁束の侵入がない。 換言すれば、渦電流式変位センサは、ターゲット表面のみの情報からセンシングする 方法を採る。一方、そのセンサ感度は、ターゲット表面の電気抵抗率が低いほど良く なる。したがって、ターゲット表面に電気抵抗率の低い銅メツキ等の薄膜を形成するこ とで、高感度のセンシングが可能になる。
[0022] 変位センサ 22は、これと対面するリング部材 21との間の距離を測定するものであつ て、図 2のように鉛直方向（Z軸方向）の上側（車両に対して上側）と鉛直方向の下側（ 車両に対して下側）、および水平方向の車両に対して前後方向（X軸方向）の前進側 と前後方向の後進側で、リング部材 21の外径面にそれぞれ対面するように、周方向 に 90° の等配間隔を隔てて合計 4個配置される。
[0023] 変位センサ 22としては様々な種類のものを採用できる力 その一例としてコイル使 用の渦電流式のものを図 3に示す。この変位センサ 22は、樹脂製のセンサ支持部材 30上にコイル卷線 31を渦巻き状に配置したものである。コイル卷線 31の渦巻きは 1 段あるいは 2段以上の多段としても良レ、。この構成の変位センサ 22は、センサターゲ ットである前記リング部材 21の外径面との間の距離の変化（エアギャップ変化）に応じ てコイル卷線 31のインダクタンスが変わることを利用して変位を検出するリラクタンス 方式のものである。
変位センサ 22としては、このほか磁石とアナログ出力の磁気検出素子（例えばホー ルセンサ）とを組み合わせた方式のものを用いても良レ、。この場合、前記リング部材 2 1は強磁性体とする。前記した渦電流方式の場合には、後段に設置する信号処理の ための電気回路のコストが高くなるが、ホールセンサのような磁気検出素子を利用し た方式の場合にはコスト低減が可能となる。
[0024] 磁歪センサ 23は、前記リング部材 21の磁歪変化を測定するものであって、前記各 変位センサ 22に対して周方向に 45° ずらした位置でリング部材 21の外径面にそれ ぞれ対面するように、周方向に 90° の等配間隔を隔てて合計 4個配置される。
ここでは、これら各 4個の変位センサ 22および磁歪センサ 23はリング状のセンサハ ウジング 24に固定され、このセンサハウジング 24を外方部材 1の内周における両列 の転走面 4， 4の間に圧入固着することにより外方部材 1に設置されるが、センサハウ ジング 24を介在させずに外方部材 1の内周に直接設置しても良レ、。 [0025] 磁歪センサ 23は、例えば図 4に示すように、コイルボビン 23aにコイル卷線 23を卷 き、ヨーク 23cが被せたものとされる。この構成の磁歪センサ 23は、磁歪材からなるリ ング部材 21が応力を受けて磁気抵抗が変化する磁歪特性 (すなわち磁気歪み特性 )を利用し、リング部材 21の歪みをコイル卷線 23の磁気抵抗の変化として検出するも のである。
[0026] これら各変位センサ 22および磁歪センサ 23の検出信号は、外方部材 1にその外周 力 内周に貫通して設けられた貫通孔 25に揷通させて配置されたハーネス 26により 、車体側の荷重演算手段 27に接続される。前記ハーネス 26は、シール部材 29によ つて外方部材 1に固定されており、このシール部材 29により、外部からの泥水等が前 記貫通孔 25を経て車輪用軸受 10の内部に入らないようにしている。荷重演算手段 2 7は、前記荷重センサ 20の検出信号から軸受に力、かる荷重を検出するものである。さ らに、前記荷重演算手段 27は車輪作用荷重演算手段 28に接続される。この車輪作 用荷重演算手段 28は、前記荷重演算手段 27により求められた軸受にかかる荷重か ら、車輪と路面間に作用する力を検出するものである。なお、前記荷重演算手段 27 および車輪用荷重演算手段 28は、軸受から離れた箇所 (例えば ECU (電気制御ュ ニット)等）に設けられたものであっても良い。また、荷重演算手段 27および車輪作用 荷重演算手段 28は、 ICチップや回路基板による電子回路として構成し、センサハウ ジング 24内に坦め込み設置しても良レ、。
[0027] 次に、上記車輪用軸受 10に加わる荷重を荷重センサ 11が検出する動作について 説明する。
車両走行中の図 1に示すハブ輪 2Aに鉛直方向荷重 Fz、水平方向荷重 Fzが負 荷されると、ハブ輪 2Aと外方部材 1の間の距離が変化し、この変位を変位センサ 22 が測定する。また、ハブ輪 2Aに回転軸方向荷重 Fyが負荷されると、磁歪材からなる リング部材 21の透磁率が変化し、その変化量を磁歪センサ 23 (図 2)が測定する。変 位センサ 22および磁歪センサ 23から出力される検出信号は荷重演算手段 27に入 力される。荷重演算手段 27は、変位センサ 22の検出した変位量、および磁歪センサ 23の検出した変化量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位量および変 化量と荷重との関係式に代入することにより、鉛直方向荷重 Fz、水平方向荷重 Fz、 および回転軸方向荷重 Fyを算出する。上記変位量および変化量は周方向に等配 した各 4個の変位センサ 22および磁歪センサ 23で検出しているので、高い精度の荷 重検出が可能で、温度変化によるリング部材 21の熱収縮、熱膨張に対する変位量 や変化量の変動を容易に取り除くことができる。
さらに、荷重演算手段 27で検出された荷重は車輪作用荷重演算手段 28に入力さ れ、車輪と路面間に作用する力が車輪作用荷重演算手段 28で検出される。
[0028] このように、このセンサ付車輪用軸受 10によると、車両にコンパクトに荷重センサ 20 を設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。荷重演算手段 27で検出さ れる荷重検出値や車輪作用荷重演算手段 28で検出される車輪'路面間の作用力は 、自動車の ECUに取り込まれることで、 自動車の走行安定制御ゃステアバイワイヤシ ステムでの路面情報伝達にも応用可能となる。
[0029] 以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、 本件明細書を見て、 自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであ ろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲 内のものと解釈される。

Claims

請求の範囲
[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であって、
磁歪材で形成されたリング部材を内方部材の外周に固定し、このリング部材に対向 して外方部材または外方部材を固定する部材に磁歪センサおよび変位センサを設 け、前記磁歪センサは、前記リング部材の磁歪変化を測定するものとし、前記変位セ ンサは前記リング部材と変位センサ間の距離を測定するものとしたセンサ付車輪用 軸受。
[2] 請求項 1において、前記磁歪センサおよび変位センサの出力を演算することで、内 方部材に加わる荷重を検出する荷重演算手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
[3] 請求項 1において、前記磁歪センサおよび変位センサの出力を演算することで、車 輪と路面間に作用する力を検出する車輪作用荷重演算手段を設けたセンサ付車輪 用軸受。
[4] 請求項 1において、前記リング部材の材質力 80wt%以上の Niを含んだ Fe— Ni 合金であるセンサ付車輪用軸受。
[5] 請求項 1において、前記リング部材の材質が、 Ni等の負の磁歪定数を持つ磁歪材 であるセンサ付車輪用軸受。
[6] 請求項 1において、前記リング部材の表面に銅メツキを施したセンサ付車輪用軸受
[7] 請求項 1において、前記変位センサは渦電流方式またはリラクタンス方式であるセ ンサ付車輪用軸受。
[8] 請求項 1において、前記変位センサは磁石とアナログ出力の磁気検出素子の組み 合わせからなるセンサ付車輪用軸受。
[9] 請求項 1において、前記内方部材は、一方の転送面が形成され前記車輪が固定さ れるハブ輪と、このハブ輪に嵌合され他方の転送面が形成された内輪とを有し、前記 リング部材は、前記ハブ輪の外周に嵌合され、前記ハブ輪に設けた段面と前記内輪 との間に挟まれて軸方向に位置決めされているセンサ付車輪用軸受。
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