WO2007066593A1 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

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検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供する。 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、センサ取付部材とこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセンサもしくは変位センサとからなる、または磁歪材で形成される取付部材とこの取付部材に取付けられた検出コイルとからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記センサ取付部材または磁歪材で形成される取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う前記接触固定部の間で少なくとも１箇所に前記歪みセンサ、変位センサまたは検出コイルが配置されている。

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。

[0003] 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、ブレーキングにぉ 、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 力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。

[0004] 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。

[0005] このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪 みを検出するようにした車輪用軸受が提案されている (例えば特許文献 1)。

特許文献 1：特表 2003 - 530565号公報 発明の開示

[0006] 車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工 や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であ る。そのため特許文献 1のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪 ぐ量産時のコストが高くなるという問題点がある。

[0007] 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、車輪に力かる荷 重を検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供することであ る。

[0008] この発明の第 1構成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、センサ取付部材とこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセ ンサもしくは変位センサとからなる、または磁歪材で形成される取付部材とこの取付 部材に取付けられた検出コイルとからなるセンサユニットを、前記外方部材および内 方部材のうちの固定側部材に取付け、前記センサ取付部材または磁歪材で形成さ れる取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも 2箇所の接触固定部を有し、隣 合う前記接触固定部の間で少なくとも 1箇所に前記歪みセンサ、変位センサまたは検 出コイルが配置されている。例えば、外方部材が固定側部材、内方部材が回転側部 材の場合、外方部材に前記センサユニットを取付ける。

[0009] センサユニットが歪みセンサを有する場合、車両走行に伴い回転側部材に荷重が 加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形はセンサユニットに歪みを 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 出力から車輪に力かる荷重等を検出することができる。

センサユニットが変位センサを有する場合、車両走行に伴 、回転側部材に荷重が 加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変位をセンサユニットの変位セ ンサが検出する。固定側部材の変位と荷重との関係を予め実験やシミュレーションで 求めておけば、変位センサの出力力 車輪に力かる荷重を検出することができる。 センサユニットが検出コイルを有する場合、車両走行に伴 、回転側部材に荷重が 加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形はセンサユニットの取付部 材に歪みをもたらす。センサユニットに設けられた検出コイルは、前記取付部材の逆 磁歪効果を検出する。歪み (逆磁歪効果）と荷重の関係を予め実験ゃシミュレーショ ンで求めておけば、検出コイルの出力から車輪に力かる荷重を検出することができる すなわち、前記歪みセンサ、変位センサまたは検出コイルの出力によって、車輪用 軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力、または車輪用軸受の予圧量 を推定することができる。また、この検出した荷重等を自動車の車両制御に使用する ことができる。

このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられるセンサ取付部材に歪みセ ンサもしくは変位センサを取付けるので、または固定側部材に取付けられる磁歪材の 取付部材に検出コイルを取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる 。センサ取付部材ゃ磁歪材の取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品で あるため、これに歪みセンサもしくは変位センサまたは検出コイルを取付けることで、 量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。

[0010] また、センサユニットが変位センサを有する場合、センサユニットのセンサ取付部材 は、固定側部材に対して少なくとも 2箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部間 で少なくとも 1箇所に変位センサが配されているので、固定側部材の変形に伴い、セ ンサ取付部材における変位センサの配置箇所でラジアル方向の変形が生じ、この変 位を変位センサで検出することにより固定側部材の変位を精度良く検出することがで きる。

[0011] この発明の第 2構成のセンサ付車輪用軸受は、前記第 1構成のセンサ付車輪用軸 受にお 1、て、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体への 車体取付け孔のうち、路面側および Zまたは反路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 の位相差を 80° 以上とし、この隣合う 2つの車体取付け孔の間に、前記センサ取付 部材と前記歪みセンサとからなる前記センサユニットを取付け、前記センサ取付部材 は、隣合う前記接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切欠部を有し、この切欠部に前 記歪みセンサが配置されている。 前記位相差を 80° 以上としてその間にセンサュ ニットを取付ける車体取付け孔は、路面側の隣合う 2個の車体取付け孔であっても良 ぐまた反路面側の隣合う 2個の車体取付け孔であっても良い。また、路面側および 反路面側との両方における、隣合う 2個の車体取付け孔の位相差を 80° 以上として も良い。

[0012] 一般的に、車輪用軸受はその性能確保のために、各部の剛性は高い。このため、 固定側部材の歪みが小さぐセンサユニットでのタイヤと路面間の作用力検出が難し い場合が多い。その点、この発明の第 2構成に力かるセンサ付車輪用軸受は、固定 側部材が有する車体への車体取付け孔のうち、路面側および Zまたは反路面側の 隣合う 2つの車体取付け孔の位相差を 80° 以上とし、その 80° 以上の位相差とした 車体取付け孔の間にセンサユニットを取付けるため、センサ取付部材の歪みが大きく なり、固定側部材のわずかな歪みもセンサユニットで検出可能となる。

また、センサユニットのセンサ取付部材は、固定側部材に対して少なくとも 2箇所の 接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切欠部を有するもの とされ、この切欠部に歪みセンサが配置されているので、センサ取付部材の歪みセン サの配置箇所が、その剛性の低下により、固定側部材よりも大きな歪みを生じ、固定 側部材の歪みを精度良く検出することができる。

[0013] 前記第 2構成において、前記固定側部材が外方部材であるものを、第 3構成のセン サ付車輪用軸受とする。

[0014] この発明の第 4構成のセンサ付車輪用軸受は、前記第 1構成のセンサ付車輪用軸 受にお 、て、前記センサユニットが前記磁歪材で形成される取付部材と前記検出コ ィルカ なり、前記取付部材は、隣合う前記接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切 欠部を有し、この切欠部に前記検出コイルが配置されている。

[0015] センサユニットの取付部材は、固定側部材に対して少なくとも 2箇所の接触固定部 を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切欠部を有するものとされ、この 切欠部に検出コイルが配置されているので、取付部材の検出コイルの配置箇所で、 その剛性の低下により、固定側部材よりも大きな歪みが生じ、固定側部材の歪みを精 度良く検出することができる。 [0016] 前記第 4構成にぉ 、て、前記固定側部材が外方部材であるものを、第 5構成のセン サ付車輪用軸受とする。

[0017] 前記第 4構成において、前記取付部材の接触固定部のうち第 1の接触固定部が、 前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力によって、固定側 部材の他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に取付けられていること が好ましい。これを第 6構成のセンサ付車輪用軸受とする。

固定側部材は、円周方向の各部によって、上記外力や作用力によるラジアル方向 の変形の程度が異なる。解析結果によると、タイヤと路面との接触点に作用する軸方 向力による固定側部材のラジアル方向の変形は、反路面側である真上位置および 路面側である真下位置で最も大きくなる。第 1の接触固定部が、上記のような固定側 部材における他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に取付けられて いると、取付部材は、変形の少ない第 2の接触固定部が支点となって、第 1の接触固 定部が固定側部材の大きな変形に伴い大きく変形する。そのため、取付部材の検出 コイルの取付部分でより一層大きな歪みが生じることになり、検出コイルにより、固定 側部材の歪みをさらに感度良く検出することができる。

[0018] 前記第 6構成において、前記接触固定部のうちの第 2の接触固定部は、第 1の接触 固定部とは、前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力によ つて生じるラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所とされていても良い。これを 第 7構成のセンサ付車輪用軸受とする。

第 2の接触固定部と第 1の接触固定部とが、固定側部材のラジアル方向の歪みの 方向が正逆異なる箇所とされていると、両方向の歪みが加算されることになつて、固 定側部材の変形が取付部材により大きく伝わり、より一層大きな歪みを検出して、固 定側部材の歪みを感度良く検出することができる。

[0019] この発明の第 8構成のセンサ付車輪用軸受は、前記第 1構成のセンサ付車輪用軸 受において、前記センサユニットが前記センサ取付部材と前記変位センサとからなり 、前記接触固定部が、前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作 用力によって、固定側部材の他の箇所と比べてラジアル方向に変形しない箇所に取 付けられている。また、この構成において、変位センサは、上記外力や作用力によつ て、固定側部材の他の箇所と比べてラジアル方向に変形する箇所に取付けられてい ることが好ましい。これを第 9構成のセンサ付車輪用軸受とする。

固定側部材は、円周方向の各部によって、前記外力や作用力によるラジアル方向 の変形の程度が異なる。解析結果によると、タイヤと路面との接触点に作用する軸方 向力による固定側部材のラジアル方向の変形は、反路面側である真上位置および 路面側である真下位置で最も大きくなる。センサ取付部材の接触固定部が、前記の ような固定側部材における他の箇所と比べてラジアル方向に変形しない箇所に取付 けられ、変位センサが固定側部材の他の箇所と比べてラジアル方向に変形する箇所 に取付けられて 、ると、固定側部材の変形に伴 、センサ取付部材における変位セン サの取付部分力 Sラジアル方向に大きく変形することになり、変位センサにより、固定側 部材の変位をさらに感度良く検出することができる。

[0020] 前記第 8構成にぉ 、て、前記固定側部材が外方部材であるものを、第 10構成のセ ンサ付車輪用軸受とする。

図面の簡単な説明

[0021] 本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明力もより明瞭に 理解されるであろう。しかしながら、実施形態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、本発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。本発明の範 囲は添付のクレームによって定まる。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]この発明の第 1の実施形態に力かるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 2]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。

[図 3A]同車輪用軸受におけるセンサユニットの側面図である。

[図 3B]同センサユニットの背面図である。

[図 4]同車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組合せて示 す説明図である。

[図 5]外方部材へのセンサユニットの配置の他の例をアウトボード側力 見た正面図 である。

[図 6]外方部材へのセンサユニットの配置のさらに他の例をアウトボード側から見た正 面図である。

圆 7]この発明の第 2の実施形態に力かるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 8]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 9]この発明の第 3の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 10]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。

[図 11A]同車輪用軸受におけるセンサユニットの側面図である。

[図 11B]同センサユニットの背面図である。

[図 12]同車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組合せて示 す説明図である。

圆 13]この発明の第 4の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 14]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 15]この発明の第 5の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 16]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 17]この発明の第 6の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 18]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 19]この発明の第 7の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 20]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。

[図 21A]同車輪用軸受におけるセンサユニットの側面図である。

[図 21B]同センサユニットの背面図である。

[図 22]同車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組合せて示 す説明図である。

圆 23]この発明の第 8の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 24]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 25]この発明の第 9の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 26]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 圆 27]この発明の第 10の実施形態に係るセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 28]同車輪用軸受における外方部材をアウトボード側力も見た正面図である。 発明を実施するための最良の形態 [0022] この発明の第 1の実施形態を図 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、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。

この車輪用軸受は、内周に複列の転走面 3を形成した外方部材 1と、これら各転走 面 3に対向する転走面 4を形成した内方部材 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 列のアンギユラ玉軸受型とされていて、転動体 5はボール力 なり、各列毎に保持器 6で保持されている。前記転走面 3, 4は断面円弧状であり、各転走面 3, 4は接触角 が外向きとなるように形成されている。外方部材 1と内方部材 2との間の軸受空間の 両端は、密封手段 7, 8によりそれぞれ密封されている。

[0023] 外方部材 1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置を構成するナックル 25に取付けるフランジ laを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ la には、周方向の複数箇所にねじ孔である車体取付け孔 9が設けられている。外方部 材 1をアウトボード側力も見た正面図を図 2に示す。同図のように、車体取付け孔 9の うち、反路面側の 2つの車体取付け孔 9の位相差 αおよび路面側の 2つの車体取付 け孔 9の位相差 j8は、共に 80° 以上とされている。前記フランジ laのナックル 25へ の固定は、ナックル 25のボルト揷通孔 25aを貫通し前記車体取付け孔 9にねじ込ま れるナックルボルト 26により行われる。なお、フランジ laの車体取付け孔 9は単純な ボルト揷通孔として、この車体取付け孔 9を貫通したナックルボルト 26にナットを螺合 させることで、フランンジ laをナックル 25に締め付け固定しても良い。

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 10aを有 するハブ輪 10と、このハブ輪 10の軸部 10bのインボード側端の外周に嵌合した内輪 11とでなる。これらハブ輪 10および内輪 11に、前記各列の転走面 4が形成されてい る。ハブ輪 10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 11が嵌合している。ハブ輪 10の中心には貫通 孔 13が設けられている。ハブフランジ 10aには、周方向複数箇所にハブボルト（図示 せず）の圧入孔 14が設けられている。ハブ輪 10のハブフランジ 10aの根元部付近に は、ホイールおよび制動部品（図示せず)を案内する円筒状のパイロット部 15がァゥ トボード側に突出している。

[0024] 外方部材 1のアウトボード側の端部における内周にはセンサユニット 16が設けられ ている。このセンサユニット 16の設置位置は、図 2のように、 80° 以上の位相差 αと なる反路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9の位相間、つまりこれら 2つの車体取付 け孔 9で挟まれる周方向位置に相当する位置とされている。センサユニット 16は、外 方部材 1の内周に固定されるセンサ取付部材 17と、このセンサ取付部材 17に貼り付 けられてセンサ取付部材 17の歪みを測定する歪みセンサ 18とでなる。

[0025] センサ取付部材 17は、図 3Α, 3Βに側面図および背面図で示すように、外方部材 1に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端部に円弧の外周側および横幅方 向に張り出した接触固定部 17a, 17bが形成されている。また、センサ取付部材 17の 中央部には円弧の外周側に開口する切欠部 17cが形成され、この切欠部 17cの背 面に位置する円弧の内周側の面に歪みセンサ 18が貼り付けられている。センサ取付 部材 17の横断面形状は、例えば矩形状とされる力 この他の各種の形状とすること ができる。

[0026] このセンサユニット 16は、センサ取付部材 17の接触固定部 17a, 17bによって外方 部材 1に固定される。これら接触固定部 17a, 17bの外方部材 1への固定は、ボルト による固定や、接着剤による接着等で行われる。センサ取付部材 17の接触固定部 1 7a, 17b以外の箇所では、外方部材 1との間に隙間が生じている。

この第 1実施形態の場合、図 2のように一方の接触固定部 17aが外方部材 1の全周 における真上の位置に位置し、もう一方の接触固定部 17bが真上位置力 周方向に 数 10° 下方の位置に位置するように、センサユニット 16が配置されている。外方部 材 1の全周における真上の位置は、外方部材 1に作用する軸方向荷重により外方部 材 1がラジアル方向に最も大きく変形する箇所であり、また真上位置力も周方向に数 10° 度下方の位置は、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない箇所である。

[0027] センサ取付部材 17は、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用 力の予想される最大値において、塑性変形しないものであることが好ましい。センサ 取付部材 17の材質としては、鋼材の他、銅、黄銅、アルミニウム等の金属材料を用い ることがでさる。

[0028] なお、インボード側の密封手段 8は、外方部材 1の内周面に取付けられた芯金付き のゴム等の弾性体力もなるシール 8aと、内輪 10の外周面に取付けられて前記シー ル 8aが接触するスリンガ 8bとでなり、スリンガ 8bに、円周方向に交互に磁極を有する 多極磁石カゝらなる回転検出用の磁気エンコーダ 19が設けられている。磁気ェンコ一 ダ 19に対向して、外方部材 1に磁気センサ 20が取付けられる。

[0029] 図 4に示すように、センサユニット 16の出力を処理する手段として、外力計算手段 2 1、路面作用力計算手段 22、軸受予圧量計算手段 23、および異常判定手段 24が 設けられている。これら各手段 21〜24は、この車輪用軸受の外方部材 1等に取付け られた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであっても、また自 動車の電気制御ユニット（ECU)に設けられたものであっても良い。

[0030] 前記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪 10に荷重が印加され ると、転動体 5を介して外方部材 1が変形し、その変形は外方部材 1の内周に取付け られたセンサ取付部材 17に伝わり、センサ取付部材 17が変形する。このセンサ取付 部材 17の歪みを、歪センサ 18により測定する。この際、センサ取付部材 17は外方部 材 1におけるセンサ取付部材 17の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形す る力、センサ取付部材 17はラジアル方向に最も大きく変形する個所に取付けられて いるので、センサ取付部材 17の歪みが大きくなり、固定側部材である外方部材 1の わずかな歪みもセンサユニット 16で検出できる。さらに、センサ取付部材 17には切欠 部 17cが設けられ、この切欠部 17cの箇所の剛性が低下しているので、外方部材 1の 歪みよりも大きな歪みがセンサ取付部材 17に現れることとなり、より一層外方部材 1の わずかな歪みを歪みセンサ 18で正確に検出することができる。

[0031] 一般的に、車輪用軸受はその性能確保のために、各部の剛性は高い。このため、 外方部材 1の歪みが小さぐセンサユニット 16でのタイヤと路面間の作用力検出が難 しい場合が多い。その点、この第 1実施形態では、外方部材 1が有する各車体取付 け孔 9のうち、路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9の位相差 aを 80° 以上とし、こ の 2つの車体取付け孔 9の間にセンサユニット 16を取付けたため、センサ取付部材 7 の歪みが大きくなり、外方部材 1のわずかな歪みもセンサユニット 16で検出可能とな る。

[0032] また、センサ取付部材 17の 2箇所の接触固定部 17a, 17bのうち、一方の接触固定 部 17aが、外方部材 1に作用する荷重により外方部材 1がラジアル方向に最も大きく 変形する箇所である全周における真上の位置に位置し、もう一方の接触固定部 17b 1S 真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない真上位置力 周方向に数 10° 下 方の位置に位置して 、るため、接触固定部 17bを支点にして接触固定部 17aが大き く変形するときに、センサ取付部材 17の歪みセンサ 18の取付部分で一層大きな歪 みが生じることとなり、歪みセンサ 18によって外方部材 1の歪みを感度良く検出する ことができる。

[0033] このようにして検出される歪みの値から、車軸用軸受に作用する外力等を検出する ことができる。荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷 重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力 、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。外力演算手段 21および路 面作用力計算手段 22は、それぞれ、このように実験やシミュレーションにより予め求 めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、歪センサ 18の出力により、車輪用軸受 に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力をそれぞれ算出する。

[0034] 異常判定手段 24は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤ と路面間の作用力が、設定された許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常 信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。 また、外力計算手段 21および路面作用力計算手段 22により、リアルタイムで車輪 用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細や 力な車両制御が可能となる。

[0035] また、車輪用軸受には内輪 11によって予圧が付加される力 その予圧によってもセ ンサ取付部材 17は変形する。このため、予め歪みと予圧の関係を実験ゃシミュレ一 シヨンにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることができる。軸受予圧量 計算手段 23は、前記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておい た歪みと予圧の関係から、歪センサ 18の出力により、軸受予圧量を出力する。また、 軸受予圧量計算手段 23から出力される予圧量を用いることで、車輪用軸受の組立 時における予圧の調整が容易になる。

[0036] 前記した第 1実施形態では、外方部材 1の反路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9 の位相差 αとなる位相間における内周にセンサユニット 16を配置している力 外方 部材 1の路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9の位相差 βとなる位相間における内 周にセンサユニット 16を配置しても良 、。

さらには、図 5のように、反路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9の位相差 αとなる 位相間における内周、および路面側の隣合う 2つの車体取付け孔 9の位相差 |8とな る位相間における内周の両方に、センサュ-ット 16をそれぞれ配置しても良 、。 また、図 5における各センサユニット 16を、図 6に示すように 3箇所の接触固定部 17 a、 17b、 17dと、各接触固定部 17a、 17b、 17d間の中央部における円弧の外周側 に開口する切欠部 17c、 17eとを有する構造のものとしても良い。

また、センサユニット 16は、図 7および図 8に示す第 2実施形態のように、外方部材 1の外周に配置しても良い。この場合、センサ取付部材 17の接触固定部 17a, 17b は、円弧の内周側および横幅方向に張り出して形成され、切欠部 17cは円弧の内周 側に開口するように形成される。

第 1、第 2のいずれの実施形態についても、センサ取付部材 17は車輪用軸受に予 想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさな!/ヽ形状とする必要 がある。

[0037] 次に、この発明の第 3の実施形態を図 9ないし図 11と共に説明する。この実施形態 も、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、ここでも、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。

この車輪用軸受は、内周に複列の転走面 103を形成した外方部材 101と、これら 各転走面 103に対向する転走面 104を形成した内方部材 102と、これら外方部材 1 01および内方部材 102の転走面 103, 104間に介在した複列の転動体 105とで構 成される。この車輪用軸受は、複列のアンギユラ玉軸受型とされていて、転動体 105 はボールからなり、各列毎に保持器 106で保持されている。前記転走面 103, 104は 断面円弧状であり、各転走面 103, 104は接触角が外向きとなるように形成されてい る。外方部材 101と内方部材 102との間の軸受空間の両端は、密封手段 107, 108 によりそれぞれ密封されて 、る。

[0038] 外方部材 101は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）にお けるナックルに取付けるフランジ 101aを外周に有し、全体が一体の部品とされている 。フランジ 101aには、周方向の複数箇所に車体取付孔 109が設けられている。 内方部材 102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 110a を有するハブ輪 110と、このハブ輪 110の軸部 110bのインボード側端の外周に嵌合 した内輪 111とでなる。これらハブ輪 110および内輪 111に、前記各列の転走面 104 が形成されて 、る。ハブ輪 110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 112が設けられ、この内輪嵌合面 112に内輪 111が嵌合している。ハブ 輪 110の中心には貫通孔 113が設けられている。ハブフランジ 110aには、周方向複 数箇所にハブボルト（図示せず）の圧入孔 114が設けられて!/、る。ハブ輪 110のハブ フランジ 110aの根元部付近には、ホイールおよび制動部品（図示せず)を案内する 円筒状のパイロット部 115がアウトボード側に突出している。

[0039] 外方部材 101のアウトボード側端の外周面に、センサユニット 116が設けられてい る。センサユニット 116の軸方向位置は、外方部材 101におけるアウトボード側の転 走面 104よりもアウトボード側で、アウトボード側の密封手段 107よりもインボード側の 位置とされる。外方部材 101をアウトボード側力も見た正面図を図 10に示す。同図の ように、前記センサユニット 116は、磁歪材で形成され外方部材 101の外周面に固定 される取付部材 117と、この取付部材 117に取付けられて取付部材 117の逆磁歪効 果を測定する検出コイル 118とでなる。

[0040] 取付部材 117は、固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされる。この第 3 実施形態では、取付部材 117は、図 11A, 11Bに側面図および背面図で示すように 、外方部材 101に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端部に円弧の内周側 および横幅方向に張り出した接触固定部 117a, 117bが形成されている。また、取付 部材 117の中央部には円弧の内周側に開口する切欠部 117cが形成され、この切欠 部 117cに卷回した状態で検出コイル 118が取付けられて 、る。取付部材 117の横 断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他の各種の形状とすることができる。 [0041] このセンサユニット 116は、取付部材 117の長手方向が外方部材 101の周方向を 向くように、取付部材 117の接触固定部 117a, 117bによって外方部材 101の外周 面に固定される。これら接触固定部 117a, 117bの外方部材 101への固定は、ボル トによる固定や、接着剤による接着等で行われる。取付部材 117の接触固定部 117a , 117b以外の箇所では、外方部材 101の外周面との間に隙間が生じている。

この第 3実施形態の場合、図 10のように両接触固定部 117a, 117bのうちの一方 である第 1の接触固定部 117aが、外方部材 1の全周における真上の位置 (反路面側 位置）に位置し、第 2の接触固定部 117bが真上位置力 周方向に数 10° 下方の位 置に位置するように、センサユニット 116が配置されている。外方部材 101の全周に おける真上の位置は、外方部材 101に作用する軸方向荷重により外方部材 101がラ ジアル方向に最も大きく変形する箇所であり、また真上位置力 周方向に数 10° 度 下方の位置は、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない箇所である。

[0042] 取付部材 117は、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力の 予想される最大値において、塑性変形しないものであることが好ましい。塑性変形が 生じると、外方部材 101の変形が取付部材 117に正確に伝わらず、逆磁歪効果の測 定に影響を及ぼすためである。取付部材 117の材質としては数種類あるが、負の磁 歪定数をもつ Ni等が感度良く測定するうえで好適である。また、取付部材 117の材 質を外方部材 101と同じ材質とした場合には、温度による検出精度の影響をより小さ くすることがでさる。

[0043] なお、インボード側の密封手段 108は、外方部材 1の内周面に取付けられた芯金 付きのゴム等の弾性体力もなるシール 108aと、内輪 10の外周面に取付けられて前 記シール 108aが接触するスリンガ 108bとでなり、スリンガ 108bに、円周方向に交互 に磁極を有する多極磁石カゝらなる回転検出用の磁気ェンコーダ 119が設けられて ヽ る。磁気エンコーダ 119に対向して、外方部材 101に磁気センサ（図示せず）が取付 けられる。

[0044] 図 12に示すように、センサユニット 116の出力を処理する手段として、外力計算手 段 121、路面作用力計算手段 122、軸受予圧量計算手段 123、および異常判定手 段 124が設けられている。これら各手段 121〜124は、この車輪用軸受の外方部材 1 01等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであ つても、また自動車の電気制御ユニット (ECU)に設けられたものであっても良い。

[0045] 前記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪 110に荷重が印加さ れると、転動体 105を介して外方部材 1が変形し、その変形は外方部材 101の外周 に取付けられた取付部材 117に伝わり、取付部材 117が変形する。この取付部材 11 7の切欠部 117cの逆磁歪効果を、検出コイル 118により測定する。この際、取付部 材 117は外方部材 101における取付部材 117の固定箇所のラジアル方向の変形に 従って変形するが、取付部材 117はラジアル方向に最も大きく変形する個所に取付 けられているので、取付部材 117の歪みが大きくなり、固定側部材である外方部材 1 01のわずかな歪みもセンサユニット 116で検出できる。さらに、取付部材 117は円弧 状であり、かつ切欠部 117cが設けられており、この切欠部 117cの箇所の剛性が低 下しているので、外方部材 101の歪みよりも大きな歪みが取付部材 117に現れること となり、外方部材 101の歪みをより大きな逆磁歪効果として測定することができる。

[0046] また、取付部材 117の 2箇所の接触固定部 117a, 117bのうち、第 1の接触固定部 117aが、外方部材 101に作用する荷重により外方部材 101がラジアル方向に最も 大きく変形する箇所である全周における真上の位置に位置し、第 2の接触固定部 11 7bが、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない真上位置力 周方向に数 10° 下方の位置に位置して 、るため、第 2の接触固定部 117bを支点にして第 1の接触固 定部 117aが大きく変形するときに、取付部材 117における検出コイル 118の取付部 分で一層大きな歪みが生じることとなり、検出コイル 118によって外方部材 101の歪 みをより大きな逆磁歪効果として測定することができる。

[0047] なお、前記接触固定部 117a, 117bのうちの第 2の接触固定部 117bは、第 1の接 触固定部 117aとは、外方部材 101に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力 によって生じるラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所としても良い。例えば、 外方部材 101の真横位置 (路面側位置から 90° 上方の位置)よりも上側の位置と、 真横位置よりも下側 (路面側に近い位置)とでは、タイヤと路面間の接触点に作用す る軸方向荷重に対する外方部材 101のラジアル方向の変形の方向が、正逆異なる 方向となる。第 1の接触固定部 117aが外方部材 101の真上位置 (反路面側位置)の 場合、第 2の接触固定部 117bを外方部材 101の真横位置よりも下側位置とすると、 両接触固定部 117a, 117bにおける外方部材 101の変形の方向は正逆異なる方向 となる。このように、第 2の接触固定部 117bと第 1の接触固定部 117aとが外方部材 1 01のラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所とされていると、両側の歪みが加 算されることとなって、外方部材 101の変形が取付部材 117により大きく伝わり、より 一層大きな歪みを検出して、外方部材 101の歪みをさらに感度良く検出することがで きる。

[0048] センサユニット 116を外方部材 101に取付ける軸方向位置は、第 3実施形態におけ るように外方部材 101のアウトボード側の転走面 103よりもアウトボード側位置としても 、両列の転走面 103, 103間の位置としても、またインボード側の転走面 103よりもィ ンボード側位置としても良 、が、アウトボード側の転走面 103よりもアウトボード側位 置であると、荷重の方向に応じて歪みに正逆の方向性が生じ、荷重の正逆の方向を 検出することができる。

FEM解析および試験結果によると、外方部材 101のラジアル方向歪みおよび周方 向歪みとも、前記外力あるいは作用力等の荷重の正負によって歪みに正負の方向 性を持つのは、外方部材 101における前記 103箇所に区分した位置のうち、アウトボ ード側の部分のみであった。したがって、荷重の正負の方向を検出するには、センサ ユニット 116を外方部材 101におけるアウトボード側の位置に配置することが必要で ある。

センサユニット 116をアウトボード側位置に取付ける場合は、真上位置の周方向の 両側で歪みの方向が正負逆になるため、第 1の接触固定部 117aと第 2の接触固定 部 117bとを真上位置の両側に配置することによつても、感度良く歪みを検出すること ができる。

[0049] このようにして測定される逆磁歪効果の値から、車軸用軸受に作用する外力等を検 出することができる。荷重の方向や大きさによって逆磁歪効果の変化が異なるため、 予め逆磁歪効果と荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用 軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。外力 演算手段 121および路面作用力計算手段 122は、それぞれ、このように実験ゃシミ ユレーシヨンにより予め求めて設定しておいた逆磁歪効果と荷重の関係から、検出コ ィル 118の出力により、車輪用軸受に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力 をそれぞれ算出する。

[0050] 異常判定手段 124は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイ ャと路面間の作用力が、設定された許容値を超えたと判断される場合に、外部に異 常信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。 また、外力計算手段 121および路面作用力計算手段 122により、リアルタイムで車 輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細 やかな車両制御が可能となる。

[0051] また、車輪用軸受には内輪 111によって予圧が付加される力 その予圧によっても 取付部材 117は変形する。このため、予め逆磁歪効果と予圧の関係を実験やシミュ レーシヨンにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることができる。軸受予 圧量計算手段 123は、前記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設定し ておいた逆磁歪効果と予圧の関係から、検出コイル 118の出力により、軸受予圧量 を出力する。また、軸受予圧量計算手段 123から出力される予圧量を用いることで、 車輪用軸受の組立時における予圧の調整が容易になる。

[0052] 前記した第 3実施形態では、外方部材 101の反路面側の外周面にセンサユニット 1 16を配置して 、るが、外方部材 101の路面側の外周面にセンサユニット 116を配置 しても良い。

さらには、図 13および図 14の第 4実施形態のように、外方部材 101の反路面側の 外周面、および路面側の外周面の両方に、センサユニット 116をそれぞれ配置しても 良い。このように、センサユニット 116を 2箇所以上設けることで、より精度の高い荷重 の検出が可能となる。

また、図 13および図 14における各センサユニット 116を、図 15および図 16に示す 第 5実施形態のように 3箇所の接触固定部 117a、 117b, 117dと、各接触固定 117a 、 117b, 117d間の中央部における円弧の外周側に開口する切欠部 117c、 117eと を有する構造のものとしても良い。スペース上の理由等により複数のセンサユニット 1 16を設置することが困難な場合、取付部材 117をこのような構造とすることにより、容 易に複数のセンサユニット 116を設置することができ、より一層精度の高!、荷重の検 出が可能となる。

また、センサユニット 16は、図 17および図 18に示す第 6実施形態のように、外方部 材 101の内周面に配置しても良い。この場合、取付部材 117の接触固定部 117a, 1 17bは、円弧の外周側および横幅方向に張り出して形成され、切欠部 117cは円弧 の外周側に開口するように形成される。

第 3〜第 6のいずれの実施形態についても、取付部材 117は車輪用軸受に予想さ れる最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさな!/ヽ形状とする必要があ る。

[0053] 次に、この発明の第 7の実施形態を図 19ないし図 21と共に説明する。この実施形 態も、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、ここでも、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。

この車輪用軸受は、内周に複列の転走面 203を形成した外方部材 201と、これら 各転走面 203に対向する転走面 204を形成した内方部材 202と、これら外方部材 2 01および内方部材 202の転走面 203, 204間に介在した複列の転動体 205とで構 成される。この車輪用軸受は、複列のアンギユラ玉軸受型とされていて、転動体 205 はボールからなり、各列毎に保持器 206で保持されている。前記転走面 203, 204は 断面円弧状であり、各転走面 203, 204は接触角が外向きとなるように形成されてい る。外方部材 201と内方部材 202との間の軸受空間の両端は、密封手段 207, 208 によりそれぞれ密封されて 、る。

[0054] 外方部材 201は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）にお けるナックルに取付けるフランジ 201aを外周に有し、全体が一体の部品とされている 。フランジ 201aには、周方向の複数箇所に車体取付孔 209が設けられている。 内方部材 202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 210a を有するハブ輪 210と、このハブ輪 210の軸部 210bのインボード側端の外周に嵌合 した内輪 211とでなる。これらハブ輪 210および内輪 211に、前記各列の転走面 204 が形成されて 、る。ハブ輪 210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 212が設けられ、この内輪嵌合面 212に内輪 211が嵌合している。ハブ 輪 210の中心には貫通孔 213が設けられている。ハブフランジ 210aには、周方向複 数箇所にハブボルト（図示せず）の圧入孔 214が設けられている。ハブ輪 210のハブ フランジ 210aの根元部付近には、ホイールおよび制動部品（図示せず)を案内する 円筒状のパイロット部 215がアウトボード側に突出している。

[0055] 外方部材 201のアウトボード側端の外周面に、センサユニット 216が設けられてい る。センサユニット 216の軸方向位置は、外方部材 201におけるアウトボード側の転 走面 204よりもアウトボード側で、アウトボード側の密封手段 207よりもインボード側の 位置とされる。外方部材 201をアウトボード側力も見た正面図を図 20に示す。同図の ように、前記センサユニット 216は、外方部材 201の外周面に固定されるセンサ取付 部材 217と、このセンサ取付部材 217に取付けられてセンサ取付部材 217と固定側 部材との相対変位を測定する変位センサ 218とでなる。変位センサ 218には、渦電 流式、磁気式、光学式、超音波式、接触式などのセンサを用いることができる。

[0056] センサ取付部材 217は、固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされる。こ の第 7実施形態では、センサ取付部材 217は、図 21A, 21Bに側面図および背面図 で示すように、外方部材 201に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端部に 円弧の内周側および横幅方向に張り出した接触固定部 217a, 217bが形成されて いる。このセンサ取付部材 217の中央部に、変位センサ 218が径方向に貫通した状 態で取付けられている。センサ取付部材 217の横断面形状は、例えば矩形状とされ る力 この他の各種の形状とすることができる。

[0057] このセンサユニット 216は、センサ取付部材 217の長手方向が外方部材 201の周 方向を向くように、センサ取付部材 217の接触固定部 217a, 217bによって外方部 材 201の外周面に固定される。これら接触固定部 217a, 217bの外方部材 201への 固定は、ボルトによる固定や、接着剤による接着等で行われる。センサ取付部材 217 の接触固定部 217a, 217b以外の箇所では、外方部材 201の外周面との間に隙間 が生じている。

この第 7実施形態の場合、図 20のように両接触固定部 217a, 217bが、外方部材 2 01の全周における真上の位置 (反路面側位置)から左右の周方向に数 10° 下方の 位置にそれぞれ位置し、センサ取付部材 217における変位センサ 218の配置箇所 が前記真上位置に位置するように、センサユニット 216が配置されている。外方部材 201の全周における真上の位置は、外方部材 201に作用する軸方向荷重により外 方部材 201がラジアル方向に最も大きく変形する箇所であり、また真上位置力も周方 向に数 10° 度下方の位置は、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない箇所で ある。

[0058] センサ取付部材 217は、外方部材 201に作用する外力、またはタイヤと路面間の 作用力の予想される最大値にぉ 、ても、塑性変形しな 、ものであることが好ま 、。 塑性変形が生じると、外方部材 201の変形がセンサ取付部材 217に正確に伝わらず 、変位センサ 218による外方部材 201の変位測定に影響を及ぼすためである。また、 センサ取付部材 217の材質を外方部材 201と同じ材質とした場合には、温度による 検出精度の影響をより小さくすることができる。

[0059] なお、インボード側の密封手段 208は、外方部材 201の内周面に取付けられた芯 金付きのゴム等の弾性体からなるシール 208aと、内輪 210の外周面に取付けられて 前記シール 208aが接触するスリンガ 208bとでなり、スリンガ 208bに、円周方向に交 互に磁極を有する多極磁石カゝらなる回転検出用の磁気ェンコーダ 219が設けられて いる。磁気エンコーダ 219に対向して、外方部材 201に磁気センサ（図示せず）が取 付けられる。

[0060] 図 22に示すように、センサユニット 216の出力を処理する手段として、外力計算手 段 221、路面作用力計算手段 222、軸受予圧量計算手段 223、および異常判定手 段 224が設けられている。これら各手段 221〜224は、この車輪用軸受の外方部材 2 01等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであ つても、また自動車の電気制御ユニット (ECU)に設けられたものであっても良い。

[0061] 前記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪 210に荷重が印加さ れると、転動体 205を介して外方部材 201が変形し、その変形は外方部材 201の外 周に取付けられたセンサ取付部材 217に伝わり、センサ取付部材 217が変形する。 これにより外方部材 201とセンサ取付部材 217との径方向距離が変化し、この距離 変化を変位センサ 218により測定する。この際、外方部材 201におけるセンサ取付部 材 217の各接触固定部 217a, 217bの固定箇所 (真上位置力も左右の周方向に数 10° 下方に偏った各位置)ではラジアル方向に変形しないが、変位センサ 218の配 置部分に対向する真上位置ではラジアル方向に大きく変形するので、その変形に伴 い外方部材 201の外周面とセンサ取付部材 217における変位センサ 218の配置箇 所との径方向距離が大きく変化することになり、固定側部材である外方部材 201のわ ずかな歪みもセンサユニット 216で検出できる。

[0062] センサユニット 216を外方部材 201に取付ける軸方向位置は、第 7実施形態におけ るように外方部材 201のアウトボード側の転走面 203よりもアウトボード側位置としても 、両列の転走面 203, 203間の位置としても、またインボード側の転走面 203よりもィ ンボード側位置としても良 、が、アウトボード側の転走面 203よりもアウトボード側位 置であると、荷重の方向に応じて歪みに正逆の方向性が生じ、荷重の正逆の方向を 検出することができる。

FEM解析および試験結果によると、外方部材 201のラジアル方向歪みおよび周方 向歪みとも、前記外力あるいは作用力等の荷重の正負によって歪みに正負の方向 性を持つのは、外方部材 201における前記 3箇所に区分した位置のうち、アウトボー ド側の部分のみであった。したがって、荷重の正負の方向を検出するには、センサュ ニット 216を外方部材 201におけるアウトボード側の位置に配置することが必要であ る。

[0063] このようにして測定される外方部材 201の変位 (外方部材 201とセンサ取付部材 21 7との径方向距離)の値から、車軸用軸受に作用する外力等を検出することができる 。荷重の方向や大きさによって前記変位量が異なるため、予め変位量と荷重の関係 を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力、またはタ ィャと路面間の作用力を算出することができる。外力演算手段 221および路面作用 力計算手段 222は、それぞれ、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設 定しておいた変位量と荷重の関係から、変位センサ 218の出力により、車輪用軸受 に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力をそれぞれ算出する。

[0064] 異常判定手段 224は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイ ャと路面間の作用力が、設定された許容値を超えたと判断される場合に、外部に異 常信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。 また、外力計算手段 221および路面作用力計算手段 222により、リアルタイムで車 輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細 やかな車両制御が可能となる。

[0065] また、車輪用軸受には内輪 211によって予圧が付加される力 その予圧によっても センサ取付部材 217は変形する。このため、予め前記変位量と予圧の関係を実験や シミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることができる。軸 受予圧量計算手段 223は、前記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設 定しておいた変位量と予圧の関係から、変位センサ 218の出力により、軸受予圧量 を出力する。また、軸受予圧量計算手段 223から出力される予圧量を用いることで、 車輪用軸受の組立時における予圧の調整が容易になる。

[0066] 前記した第 7実施形態では、外方部材 201の反路面側の外周面にセンサユニット 2 16を配置して 、るが、外方部材 201の路面側の外周面にセンサユニット 216を配置 しても良い。

さらには、図 23および図 24の第 8実施形態のように、ラジアル方向の変形の度合い が異なる外方部材 201の反路面側の外周面、および路面側の外周面の両方に、セ ンサユニット 216をそれぞれ配置しても良い。このように、センサユニット 216を 2箇所 以上設けることにより、精度の高い荷重の検出が可能となる。

また、図 23および図 24における各センサユニット 216を、図 25および図 26に示す 第 9実施形態のように 3箇所の接触固定部 217a、 217b, 217cを有するセンサ取付 部材 217と、各接触固定部 217a、 217b, 217c間の中央部にそれぞれ取付けた 2 つの変位センサ 218とで構成しても良い。スペース上の理由等により複数のセンサュ ニット 216を設置することが困難な場合、センサ取付部材 217をこのような構造とする ことにより、容易に複数のセンサユニット 216を設置することができ、より一層精度の 高い荷重の検出が可能となる。

また、センサユニット 216は、図 27および図 28に示す第 10実施形態のように、外方 部材 201の内周面に配置しても良い。この場合、センサ取付部材 17の接触固定部 2 17a, 217bは、円弧の外周側および横幅方向に張り出して形成される。 第 7〜第 10の 、ずれの実施形態についても、センサ取付部材 217は車輪用軸受 に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさな!/ヽ形状とする 必要がある。

[0067] 前記各実施形態は、外方部材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 、前記センサ取付部材 17, 217、取付部材 117は内方部材の外周または内周となる 周面に取付ける。

また、前記各実施形態では第 3世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明し たが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第 1または第 2世 代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第 4世 代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、この車輪用軸受は、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。

[0068] 前記第 4〜第 7構成のセンサ付車輪用軸受および前記第 1、第 8、第 9構成のセン サ付車輪用軸受を基本として、本発明の実施形態となり得る構成を以下にまとめる。

[0069] [第 11構成] 前記第 4構成から第 7構成までのいずれか一構成において、前記セ ンサユニットは複数であるセンサ付車輪用軸受。

[0070] つまり、前記センサユニットは複数としても良い。センサユニットが複数であると、固 定側部材の複数箇所の歪みが複数の検出コイルによって検出され、その複数の検 出コイルの出力から車輪に力かる荷重等を検出することになるので、車輪に力かる荷 重等の検出精度が向上する。

[0071] [第 12構成] 前記第 4構成から第 7構成および第 11構成のいずれか一構成にお いて、前記センサユニットは、前記固定側部材におけるアウトボード側の転走面よりも アウトボード側の位置に配置したセンサ付車輪用軸受。

[0072] つまり、前記センサユニットは、前記固定側部材におけるアウトボード側の転走面よ りもアウトボード側の位置に配置するのが好ましい。

解析および試験結果によると、固定側部材のラジアル方向歪みおよび周方向歪み とも、前記外力あるいは作用力等の荷重の正負によって歪みに正負の方向性を持つ のは、固定側部材におけるアウトボード側の部分のみであった。したがって、荷重の 正負の方向を検出するには、センサユニットを固定側部材におけるアウトボード側の 位置に配置することが必要である。

[0073] [第 13構成] 前記第 12構成において、前記センサユニットは前記固定側部材の 周面に取付けたセンサ付車輪用軸受。

[0074] つまり、前記センサユニットは前記固定側部材の周面に取付けるのが好ましい。セ ンサユニットは、固定側部材の周面および端面のいずれに取付けても良いが、周面 に取付けた場合、取付部材に固定側部材の変形が伝わり易ぐ固定側部材の歪み をより感度良く検出することができる。

[0075] [第 14構成] 前記第 13構成において、前記センサユニットは前記固定側部材の 内周面に取付け、前記センサユニットよりもアウトボード側に、前記外方部材と内方部 材間の軸受空間を密封する密封手段を設けたセンサ付車輪用軸受。

[0076] つまり、センサユニットを固定側部材の内周側の周面に取付ける場合、前記センサ ユニットよりもアウトボード側に、前記外方部材と内方部材間の軸受空間を密封する 密封手段を設けるのが好まし 、。

センサユニットを固定側部材の内周側の周面に取付ける場合に、センサユニットより もアウトボード側に軸受空間の密封用の密封手段を設けると、センサユニットが泥水 等の影響を受けずに済み、またセンサユニット専用の密封手段を設けることが不要と なる。

[0077] [第 15構成] 前記第 4構成力も第 7構成および第 11構成力も第 14構成のいずれ か一構成において、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力の 予想される最大値にぉ 、て、前記取付部材は塑性変形しな 、ものであるセンサ付車 輪用軸受。

[0078] つまり、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力の予想される 最大値にぉ 、て、前記取付部材は塑性変形しな 、ものであることが好ま 、。

塑性変形が生じると固定側部材の変形が取付部材に正確に伝わらず、歪み測定 に影響を与えるが、前記外力、作用力の予想される最大値において塑性変形しない ものであると、固定側部材の変形が取付部材に正確に伝わり、固定側部材の歪みを 精度良く検出することができる。

[0079] [第 16構成] 前記第 4構成力 第 7構成および第 11構成力 第 15構成のいずれ か一構成において、前記取付部材の材質が、 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。

[0080] つまり、前記取付部材の材質は、磁歪材であれば良く種々のものを用いることがで きるが、 Ni等の負の磁歪定数を持つ磁歪材であることが好ましい。負の磁歪定数を 持つ磁歪材であると、歪みを感度良く検出することができる。

[0081] [第 17構成] 前記第 1構成において、前記センサユニットが前記センサ取付部材 と前記変位センサとからなるセンサ付車輪用軸受。

[0082] [第 18構成] 前記第 17構成、第 8構成および第 9構成のいずれか一構成におい て、前記センサユニットは複数であるセンサ付車輪用軸受。

[0083] つまり、前記センサユニットは複数としても良い。センサユニットが複数であると、固 定側部材の複数箇所の変位が複数の変位センサによって検出され、その複数の変 位センサの出力から車輪に力かる荷重等を検出することになるので、車輪にかかる 荷重等の検出精度が向上する。

[0084] [第 19構成] 前記第 17構成、第 8構成、第 9構成および第 18構成のいずれか一 構成にお 1、て、前記センサユニットは固定側部材のアウトボード側部分に配置したセ ンサ付車輪用軸受。

[0085] つまり、前記センサユニットは、前記固定側部材のアウトボード側部分に配するのが 好ましい。

解析および試験結果によると、固定側部材のラジアル方向歪みおよび周方向歪み とも、前記外力あるいは作用力等の荷重の正負によって歪みに正負の方向性を持つ のは、固定側部材におけるアウトボード側の部分のみであった。したがって、荷重の 正負の方向を検出するには、センサユニットを固定側部材におけるアウトボード側部 分に配することが必要である。

[0086] [第 20構成] 前記第 19構成において、前記センサユニットは前記固定側部材の 周面に設けたセンサ付車輪用軸受。

[0087] つまり、前記センサユニットは前記固定側部材の周面に設けるのが好ましい。セン サユニットは、固定側部材の周面および端面のいずれに設けても良いが、周面に設 けた場合、センサ取付部材に固定側部材の変形が伝わり易ぐ固定側部材の変位を より感度良く検出することができる。

[0088] [第 21構成] 前記第 17構成、第 8構成、第 9構成および第 18構成から第 20構成 のいずれか一構成において、前記固定側部材に作用する外力または前記タイヤと路 面間に作用する想定される最大の作用力が印加された状態においても、前記センサ ユニットのセンサ取付部材は塑性変形しないものであるセンサ付車輪用軸受。

[0089] つまり、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想定さ れる最大の作用力が印加された状態においても、前記センサユニットのセンサ取付 部材は塑性変形しな 、ものであることが好ま 、。

塑性変形が生じると固定側部材の変形がセンサ取付部材に正確に伝わらず、変位 センサによる変位検出に影響を与えるが、前記外力、作用力の予想される最大値に ぉ 、て塑性変形しな 、ものであると、固定側部材の変形がセンサ取付部材に正確に 伝わり、固定側部材の変位を精度良く検出することができる。

[0090] [第 22構成] 前記第 17構成、第 8構成、第 9構成および第 18構成から第 21構成 のいずれか一構成において、変位センサが渦電流式センサ、磁気式センサ、光学式 センサ、接触式センサ、および超音波式センサのうちのいずれかであるセンサ付車 輪用軸受。

[0091] つまり、変位センサとしては、渦電流式、磁気式、光学式、接触式、超音波式などの センサを用いることができる。

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、

センサ取付部材とこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセンサもしくは変位セン サとからなる、または磁歪材で形成される取付部材とこの取付部材に取付けられた検 出コイルとからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側 部材に取付け、前記センサ取付部材または磁歪材で形成される取付部材は、前記 固定側部材に対して少なくとも 2箇所の接触固定部を有し、隣合う前記接触固定部 の間で少なくとも 1箇所に前記歪みセンサ、変位センサまたは検出コイルが配置され たセンサ付車輪用軸受。

[2] 請求項 1において、

前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体への車体取付け 孔のうち、路面側および Zまたは反路面側の隣合う 2つの車体取付け孔の位相差を 80° 以上とし、この隣合う 2つの車体取付け孔の間に、前記センサ取付部材と前記 歪みセンサとからなる前記センサユニットを取付け、前記センサ取付部材は、隣合う 前記接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切欠部を有し、この切欠部に前記歪みセ ンサが配置されたセンサ付車輪用軸受。

[3] 請求項 2において、

前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。

[4] 請求項 1において、

前記センサユニットが前記磁歪材で形成される取付部材と前記検出コイル力 なり 、前記取付部材は、隣合う前記接触固定部の間で少なくとも 1箇所に切欠部を有し、 この切欠部に前記検出コイルが配置されたセンサ付車輪用軸受。

[5] 請求項 4において、

前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。

[6] 請求項 4において、

前記センサ取付部材の前記接触固定部のうち第 1の接触固定部が、前記固定側 部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力によって、固定側部材の他の 箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に取付けられているセンサ付車輪 用軸受。

[7] 請求項 6において、

前記接触固定部のうちの第 2の接触固定部は、第 1の接触固定部とは、前記固定 側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力によって生じるラジアル方向 歪みの方向が正逆異なる箇所としたセンサ付車輪用軸受。

[8] 請求項 1において、

前記センサユニットが前記センサ取付部材と前記変位センサとからなり、 前記接触固定部が、前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間の作 用力によって、固定側部材の他の箇所と比べてラジアル方向に変形しない箇所に取 付けられているセンサ付車輪用軸受。

[9] 請求項 8にお 、て、前記変位センサが、前記固定側部材に作用する外力、または タイヤと路面間の作用力によって、固定側部材の他の箇所と比べてラジアル方向に 変形する箇所に取付けられているセンサ付車輪用軸受。

[10] 請求項 8において、

前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。