WO2007105367A1

WO2007105367A1 - センサ付車輪用軸受

Info

Publication number: WO2007105367A1
Application number: PCT/JP2007/000184
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Ozaki; Tomomi Ishikawa; Kentarou Nishikawa
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2007-09-20
Also published as: EP2006653A1; EP2006653B1; US7762128B2; EP2006653A4; US20090114004A1

Abstract

　外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体３を介在させた車輪用軸受において、前記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材にセンサユニット２１を取付ける。センサユニット２１は、センサ取付部材２２およびこのセンサ取付部材２２に取付けた歪みセンサ２３からなる。センサ取付部材２２は、外方部材１の円周方向に離れた少なくとも２箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部２２ａ，２２ｂを有する。外方部材１に、センサ取付部材２２の互いに隣接する接触固定部２２ａ，２２ｂ間に対応する位置で、軸方向に延びる切欠き２４を設ける。歪みセンサ２３は、隣接する接触固定部２２ａ，２２ｂ間に配置する。

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。

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く、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、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が片寄るなど、各車輪にか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、車輪にか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く、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい

[0004] また、今後ス亍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 2 0 0 3— 5 3 0 5 6 5号公報

[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、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。また、外輪の歪みを感度良く検出することが難しく、その検出結果を車両走行時の姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。

発明の開示

[0007] この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、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] この発明のセンサ付車輪用軸受は、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、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、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセンサからなるセンサュニットを、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は、前記固定側部材の円周方向に離れた少なくとも 2箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部を有し、このセンサ取付部材の互いに隣接する接触固定部間に対応する位置で、前記固定側部材に軸方向に延びる少なくとも 1箇所の切欠きを設け、前記歪みセンサは隣接する前記接触固定部間で少なくとも 1箇所に配置されている。前記切欠きは、車軸用軸受としての要求される剛性を保つ範囲内で、固定側部材の剛性を低下させるものとする。

[0009] 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かかる荷重を検出することができる。また、この検出した荷重を自動車の車両制御に使用することが出来る。

この車輪用軸受は、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサュニットを固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。センサ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。

また、センサ取付部材は、固定側部材の円周方向に離れた少なくとも 2箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部を有し、このセンサ取付部材の互いに隣接する接触固定部間に対応する位置で、固定側部材に軸方向に延びる少なくとも 1箇所の切欠きが設けられているため、固定側部材における切欠きの円周方向両側部分の剛性が低下し、この部分は他の部分よりも歪みが大きくなり、その大きな歪みがセンサ取付部材に伝わる。また、センサ取付部材は固定側部材に比べて薄肉な部材であるため歪みが集中し、固定側部材ょりも大きな歪みが得られる。これらのことから、センサ取付部材における隣接する接触固定部間で少なくとも 1箇所に配した歪みセンサで歪みを測定することにより、固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。

前記接触固定部の少なくとも 1箇所が、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、固定側部材の円周方向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円周方向箇所に取付けられているのが良い。

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、センサ取付部材は、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、センサ取付部材の歪みセンサの取付部分がより一層大きな歪みを生じることになり、歪みセンサにより、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。

[001 1 ] 前記センサュニットは、固定側部材におけるァゥトボード側部分、例えば固定側部材におけるァゥトボード側の転走面よりもァゥトボード側の位置に取付けるのが好ましい。

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ァゥ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ァゥトボード側の位置に配置することが必要である。

[001 2] また、前記センサュ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ュニットは、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、センサ取付部材に固定側部材の変形が伝わり易く、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。

[001 3] 前記センサュニットは複数とすることができる。

複数のセンサュニットを固定側部材の複数箇所に設けると、固定側部材の各部の歪みを検出することができ、固定側部材の歪みに関するより詳細な情報が得られる。

[0014] 前記歪みセンサの出力によって、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、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けると良い。

推定手段によって得られる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自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。

[001 5] 前記センサ取付部材に温度センサを設けても良い。

車輪用軸受は使用中に温度が変化するため、その温度変化がセンサ取付部材の歪み、または歪みセンサの動作に影響を及ぼす。また、周囲の環境温度の変化に対しても同様の影響を及ぼす。温度センサの出力により歪みセンサの温度特性を補正することで、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

[001 6] 前記センサ取付部材に加速度センサぉよび振動センサのうち少なくとも一つを設けても良い。

センサ取付部材に、歪みセンサの他に加速度センサ、振動センサ等の各種センサを取付けると、荷重と車輪用軸受の状態を 1箇所で測定することができ、配線等を簡略なものとすることができる。

[001 7] 前記歪みセンサは、前記センサ取付部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものとしても良い。

上記のように歪みセンサを形成すると、歪みセンサをセンサ取付部材に対して接着により固定する場合のように、経年変化による接着強度の低下がないため、センサユニットの信頼性を向上させることができる。また、加工が容易であるため、コストダウンを図れる。

[001 8] 前記センサュニッ卜の近傍で固定側部材に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ュニットを設けても良い。

センサュニッ卜の近傍にセンサ信号処理回路ュニットを設けると、センサュニッ卜からセンサ信号処理回路ュニッ卜への配線の手間が簡略化できる。また、車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ュニットを設ける場合よりも、センサ信号処理回路ュニットをコンパク卜に設置できる。

図面の簡単な説明

[001 9] 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。しかしながら、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クレーム（請求の範囲）によつて定まる。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実施形態にかかるセンサ付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み合わせて示す図である。

[図 2]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図である。

[図 3] (A) は同センサユニットの平面図、（B) はその正面図である。

[図 4]異なるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図である。

[図 5]さらに異なるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図である。

[図 6]この発明の第 2実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の上半分を示す断面図である。

[図 7] (A) は同センサ付車輪用軸受のセンサユニットの平面図、（B) はその VI I b -VI I b断面図である。

[図 8] (A) は異なるセンサユニットの平面図、（B) はその正面図である。

[図 9] (A) はさらに異なるセンサユニットの平面図、（B) はその正面図である。

[図 10]さらに異なるセンサュニッ卜の断面構造を示す図である。

[図 11]この発明の第 3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 12]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図でのる。

[図 13]センサ信号処理回路ュニッ卜の側面図である。

[図 14]この発明の第 1応用例にかかるセンサ付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み合わせて示す図である。

[図 15]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図でのる。 [図 1 6] ( A ) は同センサユニットの正面図、（B ) はその底面図、（C ) は ( A ) の要部の拡大正面図である。

[図 1 7]この発明の第 2応用例にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 18]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図でめる。

[図 1 9]この発明のさらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図である。

[図 20]この発明の第 3応用例にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

[図 21 ]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュ二ットとを示す正面図であ^ o

発明を実施するための最良の形態

[0020] 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ァゥトポード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

[0021 ] このセンサ付車輪用軸受は、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、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、密封装置 7， 8によりそれぞれ密封されている。

[0022] 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（図示せず ) におけるナックルに取付けるフランジ 1 aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ 1 aには、周方向の複数箇所に車体取付孔 1 4が設けられている。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 9 aを有するハブ輪 9と、このハブ輪 9の軸部 9 bのィンポード側端の外周に嵌合した内輪 1 0とでなる。これらハブ輪 9および内輪 1 0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 1 2が設けられ、この内輪嵌合面 1 2に内輪 1 0が嵌合している。ハブ輪 9の中心には貫通孔 1 1が設けられている。ハブフランジ 9 aには、周方向複数箇所にハブボルト（図示せず）の圧入孔 1 5 が設けられている。ハブ輪 9のハブフランジ 9 aの根元部付近には、ホイ一ルおよび制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部 1 3がァゥトボード側に突出している。

[0023] 外方部材 1の外周のァゥトボード側部分に、センサュニット 2 1が設けられている。センサュニット 2 1の軸方向位置は、詳しくはァゥトボード側の転走面 3よりもァゥトボード側であり、さらに詳しくはァゥトボード側の転走面 3と外方部材 1のアウトポード側端との軸方向ほぼ中間位置である。このセンサュニット 2 1は、外方部材 1に取付けられるセンサ取付部材 2 2と、このセンサ取付部材 2 2に貼り付けられてセンサ取付部材 2 2の歪みを測定する歪みセンサ 2 3とでなる。

[0024] 図 2および図 3に示すように、センサ取付部材 2 2は、外方部材 1の外周面に沿う周方向に細長い略円弧状であり、その両端部に円弧の内周側に張り出した接触固定部 2 2 a， 2 2 bが形成され、両固定接触部 2 2 a， 2 2 b 間が非接触の連結部 2 2 f により連結されている。この連結部 2 2 f は、外方部材 1の外周面に接触しないように固定接触部 2 2 a , 2 2 bの内周面よリも径方向外方に凹入している。連結部 2 2 f の外周面は固定接触部材 2 2 a , 2 2 bの外周面と同一の円弧面上にあり、したがって、連結部 2 2 f は、固定接触部 2 2 a , 2 2 bよりも薄く、つまり径方向の厚みが小さくなつている。歪みセンサ 2 3は、固定接触部 2 2 a， 2 2 b間に対応する位置で、つまり非接触の連結部 2 2 f 上で、その外周面に取り付けられ、一方の接触固定部 2 2 bに近い位置に配置されている。この実施形態の場合、歪みセンサ 2 3はセンサ取付部材 2 2に接着剤を用いて貼り付けられている。センサ取付部材 2 2の断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他に各種の形状とすることができる。

[0025] このセンサュニット 2 1は、センサ取付部材 2 2の長手方向が外方部材 1 の周方向を向くように、センサ取付部材 2 2の接触固定部 2 2 a， 2 2 によって外方部材 1の外周に固定される。これら接触固定部 2 2 a， 2 2 bの外方部材 1への固定は、例えば接着剤による接着等で行われる。センサュニット 2 1を外方部材 1に取付けた状態において、センサ取付部材 2 2の接触固定部 2 2 a , 2 2 b以外の箇所では、外方部材 1の内周面との間に隙間を生じている。

[0026] 2箇所の接触固定部 2 2 a， 2 2 bのいずれか一方である第 1の接触固定部 2 2 aは、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周方向箇所で外方部材 1に固定され、もう一方である第 2の接触固定部 2 2 bは、前記固定箇所よりもラジアル方向の変形が少ない箇所で固定される。この実施形態の場合、第 1の接触固定部 2 2 aは、外方部材 1の全周における真上の位置（反路面側位置）であり、第 2の接触固定部 2 2 bは、真上の位置から数十度、例えば 3 0度ないし 4 5度程度下方の位置である。また、この実施形態では、歪みセンサ 2 3から遠い側の接触固定部を第 1の接触固定部 2 2 aとし、近い側の接触固定部を第 2の接触固定部 2 2 bとしている。

[0027] 上記センサュニット 2 1に対応して、外方部材 1の外周面に軸方向に延びる切欠き 2 4が形成されている。この実施形態の切欠き 2 4は、アウトボード側の転走面 3の軸方向位置から外方部材 1のァゥトボード側端に至る溝状とされている。この切欠き 2 4の周方向位置は、センサ取付部材 2 2の互いに隣接する接触固定部 2 2 a , 2 2 bの間とし、この実施形態では歪みセンサ 2 3と周方向同位相の位置とされている。切欠き 2 4は、車輪用軸受として要求される剛性を保つ範囲内で外方部材 1の剛性を部分的に低下させるために設けられる。 [0028] 前記センサ取付部材 2 2は、外方部材 1への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、センサ取付部材 2 2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い形状とする必要がある。上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。センサ取付部材 2 2に塑性変形が生じると、外方部材 1の変形がセンサ取付部材 2 2に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼす。センサユニット 2 2を上記のようにすると、これを回避することができる。

[0029] センサュニット 2 1のセンサ取付部材 2 2は、例えばプレス加工により製作することができる。センサ取付部材 2 2をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。

また、センサ取付部材 2 2は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成形する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。

[0030] 歪みセンサ 2 3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 2 3が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、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、センサ取付部材 2 2における歪みセンサ 2 3取付部分の歪み量が 1 5 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、歪みセンサ 2 3が半導体ストレインゲージで構成されている場合は、同歪み量が 1 0 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましし、。また、歪みセンサ 2 3が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が 1 5 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましい。

[0031 ] 図 1に示すように、歪みセンサ 2 3の出力を処理する手段として、推定手段 3 1および異常判定手段 3 2が設けられている。これらの手段 3 1 ， 3 2 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に電子回路装置（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ュニット（E C U ) に設けられたものであっても良い。

[0032] 上記構成の車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪 9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に取付けられたセンサ取付部材 2 2に伝わり、センサ取付部材 2 2が変形する。このセンサ取付部材 2 2の歪みを、歪センサ 2 3により測定する。この際、センサ取付部材 2 2は外方部材 1におけるセンサ取付部材 2 2の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形する。外方部材 1の外周面における一対の接触固定部 2 2 a , 2 2 b間に対応する位置に、軸方向に延びる切欠き 2 4が設けられているため、外方部材 1における切欠き 2 4の周方向両側部分の剛性が低下し、この部分は他の部分よりも歪みが大きくなり、その大きな歪みがセンサ取付部材 2 2に伝わる。また、センサ取付部材 2 2は外方部材 1に比べて薄肉となっているため歪みが集中し、外方部材 1よりも大きな歪みが得られる。これらのことから、センサ取付部材 2 2における非接触の連結部 2 2 f に配した歪みセンサ 2 3でセンサ取付部材 2 2歪みを測定することにより、外方部材 1の歪みを感度良く検出することができる。

[0033] センサ取付部材 2 2の 2箇所の接触固定部 2 2 a， 2 2 bのうち、第 1の接触固定部 2 2 aは、外方部材 1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、外方部材 1の他の箇所と比べてラジアル方向の変形が著しい箇所に取付けられていることが好ましい。外方部材 1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変形の程度が異なる。 F E M (有限要素法）解析の結果によると、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 1のラジアル方向の変形は、反路面側および路面側の位置、つまり鉛直方向の真上位置および真下位置が最も大きくなる。この実施形態では、外方部材 1のラジアル方向の変形の最も大きな位置となる鉛直方向の真上位置に第 1の接触固定部 2 2 aを配置したため、感度良く、したがって精度良く、外方部材 1の歪みを検出することができる。

すなわち、第 1の接触固定部 2 2 aが外方部材 1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、センサ取付部材 2 2は、変形の少ない第 2の接触固定部 2 2 bが支点となって、第 1の接触固定部 2 2 aが外方部材 1の大きな変形に伴い大きく変形する。そのため、センサ取付部材 2 2の歪みセンサ 2 3の取付位置がよリー層大きな歪みを生じることになり、歪みセンサ 2 3により、外方部材 1の歪みをより一層感度良く検出することができる。

[0034] この実施形態では、外方部材 1の切欠き 2 4の位置を、センサ取付部材 2 2の 2箇所の接触固定部 2 2 a , 2 2 b間における第 1の接触固定部 2 2 a から遠い側として、外方部材 1のラジアル方向の変形が最も大きい鉛直方向の真上位置から遠ざけている。切欠き 2 4は、車輪用軸受として要求される剛性を保つ範囲内で設けられるが、外方部材 1の強度を考慮すると、なるベく外方部材 1における変形が大きい箇所、つまり大きな荷重を受ける箇所を避けて設けることが好ましいからである。

[0035] センサュニット 2 1を外方部材 1に取付ける軸方向位置は、実施形態におけるように外方部材 1のァゥトポード側の転走面 3よりもァゥトポード側位置とするのが好ましい。これは、アウトボード側の転走面 3よりもアウトポード側位置であると、荷重の方向に応じて歪みに正負の方向性が生じ、荷重の正逆の方向を検出することができるからである。

F E M解析および試験結果によると、外方部材 1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 1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 2 1を外方部材 1におけるァゥトボード側の位置に配置することが必要である。

[0036] また、センサュニット 2 1は、この実施形態のように、外方部材 1の周面に設けるのが好ましい。センサュニット 2 1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、センサ取付部材に固定側部材の変形が伝わり易く、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。

[0037] 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。前記推定手段 3 1は、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 2 3の出力により、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をそれぞれ算出する。前記異常判定手段 3 2は、推定手段 3 1により算出され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、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、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

[0038] また、車輪用軸受は内方部材 2によって予圧が付加されるが、その予圧によってもセンサ取付部材 2 2は変形するため、予め歪み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、車輪用軸受の予圧量を算出することができる。前記推定手段 3 1は、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予圧の関係から、車輪用軸受の予圧量を算出する。これにより、車輪用軸受の予圧の状態を知ることが出来る。また、車輪用軸受の組立時に予圧の調整が容易になる。

[0039] この実施形態では、センサュニット 2 1を 1箇所にだけ設けた構成としているが、例えば図 4あるいは図 5に示すように、センサュニット 2 1を 2箇所以上に設けた構成としても良い。また図 5に示すように、 1つのセンサュニット 2 1にっき接触固定部 2 2 a , 2 2 b , 2 2 bを 3つ以上設け、歪みセンサ 2 3を非接触の連結部 2 2 f に 2箇所以上に配置し、それに対応させて外方部材 1の 2箇所以上に切欠 2 4を設けた構成としても良い。このようにセンサュニット 2 1を複数箇所に設けたり、 1つのセンサュニット 2 1につき歪みセンサ 2 3を複数箇所に設けたりすると、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。

また、センサュニット 2 1を複数設ける場合、各センサュニット 2 1は、外方部材 1の全周の象限（第 1〜第 4象限）のうち互いに異なる象限に配置しても良い。これにより、異なる方向の荷重が検出できる。

[0040] 図 6および図 7は第 2の実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサ取付部材 2 2と外方部材 1 との固定をボルトを用いて行なうものである。図 7に示すように、このセンサ取付部材 2 2は、全体形状は図 3に示すセンサ取付部材 2 2と同じであり、第 1の接触固定部 2 2 aおよび第 2の接触固定部 2 2 bに径方向のボルト揷通孔 4 0が形成されている。外方部材 1には、前記ボルト揷通孔 4 0に対応する位置に、内周面に雌ねじが形成されたボルト螺着孔 4 1がそれぞれ形成されている。図 6に示すように、センサユニット 2 1は、センサ取付部材 2 2のポルト揷通孔 4 0に外周側からポルト 4 2を揷通し、そのポルト 4 2の雄ねじ部 4 2 aをポルト螺着孔 4 1に螺着させることにより、外方部材 1に固定される。

[0041 ] センサ取付部材 2 2と外方部材 1 との固定については、接着剤およびポル卜のいずれを用いても良い。また、両者を併用してもよい。さらには、接着剤やポルトを用いず、溶接でセンサ取付部材 2 2と外方部材 1 とを固定しても良い。

これらの固定方法のいずれを採用した場合でも、センサ取付部材 2 2と外方部材 1 とを強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材 2 2 が外方部材 1に対して位置ずれすることがなく、外方部材 1の変形をセンサ取付部材 2 2に正確に伝えることが可能になる。

[0042] 図 8はセンサユニットの異なる実施形態を示す。このセンサユニット 2 1 は、歪みセンサ 2 3とは別に温度センサ 2 5が設けられている。なお、センサ取付部材 2 2の形状は図 3に示すものと同じものと同じであり、歪みセンサ 2 3および温度センサ 2 5はセンサ取付部材 2 2の非接触の連結部 2 2 f に取付けられている。温度センサ 2 5としては、例えば白金測温抵抗または熱電対またはサーミスタを使用することができる。さらに、これら以外の温度を検出することが可能なセンサを使用することもできる。

[0043] このセンサュニット 2 1を設けた車軸用軸受も、歪みセンサ 2 3がセンサ取付部材 2 2の歪みを検出し、その歪みにより車輪に加わる荷重を測定する。ところで、車輪用軸受は使用中に温度が変化し、その温度変化がセンサ取付部材 2 2の歪み、または歪みセンサ 2 3の動作に影響を及ぼす。そこで、センサ取付部材 2 2に配置した温度センサ 2 5にてセンサ取付部材 2 2の温度を検出し、その検出した温度により歪みセンサ 2 3の出力を補正することにより、歪みセンサ 2 3の温度による影響を除去することができる。これにより、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

[0044] 図 9はセンサユニットのさらに異なる実施形態を示す。このセンサュニット 2 1は、歪みセンサ 2 3とは別に各種センサ 2 6が設けられている。各種センサ 2 6は、加速度センサおよび振動センサのうちの少なくとも一つとする。なお、センサ取付部材 2 2の形状は図 3に示すものと同じものと同じであり、歪みセンサ 2 3および各種センサ 2 6はセンサ取付部材 2 2の非接触の連結部 2 2 f に取付けられている。

このように、センサ取付部材 2 2に歪みセンサ 2 3および各種センサ 2 6 を取付けると、荷重と車輪用軸受の状態を 1箇所で測定することができ、配線等を簡略なものとすることができる。

[0045] 図 1 0は前記各実施形態とは異なる方法で歪みセンサを形成したセンサュニッ卜の構造を示す。このセンサュニット 2 1は、センサ取付部材 2 2の上に絶縁層 5 0が形成され、この絶縁層 5 0の表面の両側に対を成す電極 5 1 ， 5 2が形成され、これら電極 5 1 ， 5 2の間で前記絶縁層 5 0の上に歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体 5 3が形成され、さらに電極 5 1 ， 5 2と歪み測定用抵抗体 5 3の上に保護膜 5 4を形成された構造となっている。

[0046] このセンサュニット 2 1の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成されたセンサ取付部材 2 2の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層 5 0を形成する。次に、絶縁層 5 0の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極 5 1 ， 5 2を形成する。さらに、電極 5 1 と電極 5 2との間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体 5 3を形成する。さらに、これら電極 5 1 ， 5 2および歪み測定用抵抗体 5 3を保護するために、保護膜 5 4を形成する。

[0047] 通常、歪みセンサはセンサ取付部材 2 2に対して接着による固定が行なわれるが、この固定方法は、経年変化による接着強度の低下が歪みセンサの検出に影響を及ぼす可能性があり、またコストアップの原因ともなつている。これに対し、この実施形態のように、センサ取付部材 2 2の表面に絶縁層 5 0を印刷および焼成により形成し、この絶縁層 5 0の上に電極 5 1 ， 5 2および歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体 5 3を印刷および焼成により形成したセンサュニット 2 1 とすると、信頼性の向上とコストダウンを図ることが可能となる。

[0048] 図 1 1ないし図 1 3は第 3の実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサユニット 2 1に設けられた歪みセンサや前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ュニット 6 0を組み込んだものである。このセンサ信号処理回路ュニット 6 0は固定側部材である外方部材 1の外周面に取付けられている。

[0049] センサ信号処理回路ュニット 6 0は、樹脂等で製作されたハウジング 6 1 内に、ガラスエポキシ等で製作された回路基板 6 2を有し、その回路基板 6 2上には、前記歪みセンサ 2 3の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マイコン等や歪みセンサ 2 3を駆動する電源用の電気■電子部品 6 3が配置されている。また、歪みセンサ 2 3の配線と回路基板 6 2とを接合する接合部 6 4を有している。また、外部からの電源供給や外部へセンサ信号処理回路によって処理された出力信号を出力するケーブル 6 5を有している。センサユニット 2 1に前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）が設けられている場合、センサ信号処理回路ュニット 6 0にはそれぞれのセンサに対応した回路基板 6 2、電気■電子部品 6 3、接合部 6 4、ケーブル 6 5等が設けられる。 [0050] 一般的には、車輪用軸受に設けられた各センサの出力を処理するセンサ信号処理回路ユニットは自動車の電気制御ユニット（E C U ) に設けられるが、この実施形態のように、車輪用軸受におけるセンサュニット 2 1の近傍にセンサ信号処理回路ュニット 6 0を設けることで、センサュニット 2 1カヽらセンサ信号処理回路ュニット 6 0への配線の手間が簡略化でき、また車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ュニット 6 0を設ける場合よりも、センサ信号処理回路ュニット 6 0をコンパク卜に設置できる。

[0051 ] なお、前記各実施形態では、外方部材 1が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット 2 1は内方部材の内周となる周面に設ける。

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。

[0052] 以上で述べたこの発明の別の好ましい態様をまとめると、次のとおりである。

[第 1態様]

この発明の第 1態様に含まれるセンサ付車輪用軸受は、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、前記センサュニッ卜のセンサ取付部材が塑性変形しないものとする。

上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。センサユニットに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサュニッ卜のセンサ取付部材に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼす。センサュニッ卜のセンサ取付部材が塑性変形しないものとすると、これを回避することができる。

[第 2態様]

前記センサ取付部材はプレス加工品とする。

センサ取付部材をプレス加工により製作すると、加工が容易であり、コストダウンが可能になる。

[第 3態様]

前記センサ取付部材は金属粉末射出成形による焼結金属とする。センサ取付部材を金属粉末射出成形により製作すると、寸法精度の良いセンサ取付部材が得られる。

[第 4態様]

前記センサ取付部材と前記固定側部材との固定は、ボルトおよび接着剤のいずれかを用いて行なうか、または両方を併用して行なうか、または溶接を用いて行なう。

ポルトおよび接着剤のいずれかの方法でセンサ取付部材と固定側部材とを固定すると、センサ取付部材を固定側部材に強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材が固定側部材に対して位置ずれすることがなく、固定側部材の変形をセンサ取付部材に正確に伝えることが可能になる。

[0053] 次に、この発明の切り欠きを有していない応用例について説明する。この応用例も、図 1 4に示すように第 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り、センサ取付部材 2 2を外方部材 1の外周面に取り付けている。この応用例が第 1実施形態（図 1 ) と異なる点は、固定側部材における円周方向に離れた少なくとも 2箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部 2 2 a , 2 2 bを配置し、これら複数の接触固定部 2 2 a , 2 2 bのうち少なくとも 1箇所の接触固定部、例えば、ラジアル方向の変形が大きいほうの接触固定部に歪みセンサ 2 3を取り付けていることであ。

[0054] まず、第 1の応用例においては、図 1 5および図 1 6に示すように、センサ取付部材 2 2は、外方部材 1の外周面に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端および中央に円弧の内周側に張り出す接触固定部 2 2 a， 2 2 b， 2 2 cが形成されている。両端の接触固定部 2 2 a， 2 2 bは、図 1 6 ( B ) から分かるように、横断面形状矩形で断面積が大きく、中央の接触固定部 2 2 cは横断面形状円形で断面積が小さい。ここで、横断面形状とは、センサ取付部材 2 2と同心の円筒面 P (図 1 6 ( A ) ) で切断した断面をいう。中央の接触固定部 2 2 cは軸方向に貫通する貫通孔 2 7を有し、この貫通孔 2 7の上壁は連結部 2 2 f と同一の肉厚 t 1に設定されている。貫通孔 2 7の底壁 2 9の肉厚 t 2は、肉厚 t 1よりも小さく設定されており、底壁 2 9の周方向中央部に、径方向内側に突出して外方部材 1の外周面に接触する接触脚 2 8が設けられている。この底壁 2 9が剛性の弱い弱化部となっている。一対の歪みセンサ 2 3は、このセンサ取付部材 2 2の中央の接触固定部 2 2 cにおける接触脚 2 8から外れた位置で底壁（弱化部） 2 9の径方向外側面に取付けられている。この実施形態の場合、歪みセンサ 2 3は接着剤を用いて貼り付けられている。センサ取付部材 2 2の断面形状は、例えば矩形とされるが、この他に各種の形状とすることができる。一対の歪みセンサ 2 3は、接触脚 2 8の左右両側に 1つずつ配置されているので、 2つの歪みセンサ 2 3からの信号を重ねることにより、大きな歪み信号を得ることができる。一方の歪みセンサ 2 3を省略して、片方の歪みセンサ 2 3のみとしてもよい。

このセンサュニット 2 1は、センサ取付部材 2 2の長手方向が外方部材 1 の周方向を向くように、例えば接着剤による接着等によって、センサ取付部材 2 2の接触固定部 2 2 a , 2 2 b , 2 2 cで外方部材 1の外周に固定される。その際、中央の接触固定部 2 2 cが外方部材 1の全周における真上の位置（反路面側位置）となり、両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bが真上の位置から数十度下方の位置となるように固定する。真上の位置は、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周方向箇所であり、真上の位置から数十度下方に位置は、上記荷重により外方部材 1がほとんど変形しない周方向箇所である。このことは、 F E M (有限要素法）解析の結果から判明した。なお、センサュニット 2 1を外方部材 1に取付けた状態において、センサ取付部材 2 2の接触固定部 2 2 a， 2 2 b， 2 2 c以外の箇所では、外方部材 1の内周面との間に隙間を生じている。また、接触固定部 2 2 cに弱化部 2 9を設けているから、接触固定部 2 2 cの歪がさらに大きくなり、それだけ歪みの検出精度が向上する。

図 1 6 ( B ) の 2点鎖線 2 2 0に示すように、中央の接触固定部 2 2 cは、両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bと同程度の大きさの横断面形状としてもよい。その場合、接触脚 2 8 0の横断面形状は、軸方向に伸びる矩形とすることができる。また、接触脚 2 8は省略してもよい。

[0056] 前記センサ取付部材 2 2は、外方部材 1への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、センサ取付部材 2 2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い形状とする必要がある。上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。センサ取付部材 2 2を上記のようにするのは、センサ取付部材 2 2に塑性変形が生じると、外方部材 1の変形がセンサ取付部材 2 2に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。

[0057] 歪みセンサ 2 3としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みゲージ式センサ、光ファイバ一式センサ、圧力式センサ、磁歪式センサ等を好適に使用できる。歪みセンサ 2 3が磁歪式センサである場合、センサ取付部材 2 2の材質はニッケル等の負の磁歪特性を有する磁歪材とする。

[0058] また、接触固定部 2 2 cには弱化部 2 9を設けなくてもよく、その場合は、図 1 6 ( B ) のように、中央の接触固定部 2 2 cの横断面形状を、大きな歪が発生するように、両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bよりも十分小さくしておき、この接触固定部 2 2 cの周面、例えば軸方向端面にセンサ 2 3を取り付ける。

[0059] 図 1 4に示すように、歪みセンサ 2 3の出力を処理する手段として、図 1 の第 1実施形態と同様に、推定手段 3 1および異常判定手段 3 2が設けられている。これらの手段 3 1 ， 3 2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に電子回路装置（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（E C U ) に設けられたものであっても良い。

[0060] 上記構成の車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪 9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に取付けられたセンサ取付部材 2 2に伝わり、センサ取付部材 2 2が変形する。このセンサ取付部材 2 2の歪みを、歪センサ 2 3により測定する。この際、センサ取付部材 2 2は外方部材 1におけるセンサ取付部材 2 2の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形する。センサ取付部材 2 2の中央の接触固定部 2 2 cが固定されている外方部材 1の真上位置は、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周方向箇所であり、両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bが固定されている位置は、荷重により外方部材 1がほとんど変形しない周方向箇所であるため、ラジアル方向の変形が小さい接触固定部 2 2 a， 2 2 bが支点となって、ラジアル方向の変形が大きい接触固定部 2 2 c がより一層大きく変形する。また、中央の接触固定部 2 2 cは両端の接触固定部 2 2 a， 2 2 bよりも剛性が弱いため、この部分は他の部分よりも歪みが大きく現れる。この接触固定部 2 2 cの大きな歪みを歪みセンサ 2 3で測定することにより、外方部材 1の歪みを感度良く検出することができる。

[0061 ] センサュニット 2 1を外方部材 1に取付ける軸方向位置は、この応用例におけるように、外方部材 1のァゥトポード側の転走面 3よりもァゥトポード側位置とするのが好ましい。これは、アウトボード側の転走面 3よりもァゥトボード側位置であると、荷重の方向に応じて歪みに正負の方向性が生じ、荷重の正逆の方向を検出することができるからである。

F E M解析および試験結果によると、外方部材 1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 1におけるァゥ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 2 1を外方部材 1におけるァゥトポード側の位置に配置することが必要である

[0062] また、センサュニット 2 1は、この応用例のように、外方部材 1の周面に設けるのが好ましい。センサュニット 2 1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、センサ取付部材に固定側部材の変形が伝わり易く、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。

[0063] 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。前記推定手段 3 1は、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 2 3の出力により、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をそれぞれ算出する。前記異常判定手段 3 2は、推定手段 3 1により算出され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、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、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

[0064] また、車輪用軸受は内方部材 2によって予圧が付加されるが、その予圧によってもセンサ取付部材 2 2は変形するため、予め歪み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出来る。前記推定手段 3 1は、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 2 3の出力により、車輪用軸受の予圧を算出する。このように予圧の状態が分かれば、車輪用軸受の組立時に予圧の調整が容易になる。

[0065] この応用例では、センサュニット 2 1を 1箇所にだけ設けた構成としている力例えば図 1 7および図 1 8に示すように、センサュニット 2 1を 2箇所以上に設けた構成としても良い。例えば 2箇所に設ける場合、歪みセンサ 2 3が取付けられる接触固定部 2 2 cの外方部材 1への固定箇所は、それぞれ外方部材 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周方向箇所である真上の位置および真下の位置とするのが良い。このようにセンサュニット 2 1を 2箇所以上に設けると、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。

[0066] 接触固定部 2 2 cは、歪が大きくなるように、両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bよりも横断面形状が大幅に小さくなつており、接触固定部 2 2 cの周面の一部を形成する軸方向端面にセンサ 2 3が取り付けられている。

[0067] 図 1 9は第 2の応用例を示す。全体断面図は図 1 7と同一であるので、省略する。この応用例は、 1つセンサユニット 2 1に歪みセンサ 2 3を 2個設けたものである。センサュニット 2 1のセンサ取付部材 2 2は， 5箇所の接触固定部 2 2 a〜2 2 eを有し、このうち両端と中央の接触固定部 2 2 a， 2 2 b , 2 2 cは断面積が大きく、これら接触固定部の間に位置する接触固定部 2 2 d、 2 2 eは断面積が小さくしてある。この応用例の場合、接触固定部 2 2 d、 2 2 eが弱化部となる。そして、この弱化部である接触固定部 2 2 d、 2 2 eに歪みセンサ 2 3がそれぞれ取付けられている。このように、 1つのセンサュ二ット 2 1に複数の歪みセンサ 2 3を設けると、精度の高い荷重の検出が可能となる。この場合も、センサュニット 2 1を外方部材 1の 2箇所以上に設けることができる。

[0068] また、スペース上の理由等により、センサュニット 2 1を外方部材 1の外周に設けるのが困難な場合は、図 2 0および図 2 1に示すように、センサュニット 2 1を外方部材 1の内周に設けても良い。

[0069] なお、前記各応用例では、外方部材 1が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材 2が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット 2 1は内方部材 2の周面に設けるまた、前記各応用例では第 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亍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。

[0070] 図 1 7〜2 1の各応用例において、中央の接触固定部 2 2 cに図 1 6 ( C ) と同様な弱化部 2 9を設けてもよく、その場合、接触固定部 2 2 cの横断面形状を大きくして、例えば両端の接触固定部 2 2 a , 2 2 bと同程度とすることができる。また、接触固定部 2 2 cの横断面形状は、図 1 6 ( B ) に示した円形としてもよい。

[0071 ] 図 1 4〜2 1に示したこの発明の応用例は、次の態様 1 ) 〜 1 3 ) を含む。

[0072] 応用態様 1 )

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、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、前記外方部材と内方部材の端部を密封する密封装置とを備え、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセンサからなり、前記外方部材ぉよび内方部材のうちの固定側部材に取付けられるセンサュニッ卜と、このセンサユニットの歪みセンサの出力によって、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推定手段とを設け、前記センサ取付部材は、前記固定側部材の円周方向に離れた少なくとも 2箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部を有し、これら複数の接触固定部のうち少なくとも 1箇所の接触固定部に前記歪みセンサを取付けている。

[0073] 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。推定手段は、上記歪みセンサの出力によって、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。このようにして得られた各推定値を自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。

[0074] 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。このため、固定側部材の円周方向に離れた少なくとも 2箇所にセンサ取付部材の接触固定部が位置していると、これらの接触固定部には異なる程度のラジアル方向の変形をもたらすことができる。センサ取付部材は、ラジアル方向の変形が小さい接触固定部が支点となって、ラジアル方向の変形が大きい接触固定部がより大きく変形する。したがって、ラジアル方向の変形が大きい接触固定部に歪みセンサを取付けておけば、この歪みセンサにより、固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。

[0075] この車輪用軸受は、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサュニットを固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。センサ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。

[0076] 応用態様 2 )

前記応用態様 1において、前記センサ取付部材の複数の接触固定部のうち前記歪みセンサが取付けられる接触固定部は、他の接触固定部よりも横断面形状を小さくしている。

横断面形状を小さくした接触固定部には他の接触固定部よりも大きな歪みが現れる。この大きな歪みを歪みセンサが検出するため、固定側部材の歪みをより一層感度良く検出することができる。また、接触固定部にセンサを設けることで、最も大きく変形する周方向箇所である真上またはその近傍にセンサを配置でき、さらに一層検出精度をあげることができる。

[0077] 応用態様 3 ) 前記応用態様 1において、前記歪みセンサが取付けられた前記接触固定部の前記固定側部材への固定箇所は、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によって、固定側部材の円周方向における他の箇所と比ベてラジアル方向に大きく変形する円周方向箇所である。

前述したように、ラジアル方向の変形が大きい接触固定部に歪みセンサを取付けておけば、この歪みセンサにより、固定側部材の歪みを感度良く検出することができるからである。

[0078] 応用態様 4 )

前記応用態様 1において、前記センサュニットは複数とする。複数のセンサュニットを固定側部材の複数箇所に設けると、固定側部材の各部の歪みを検出することができ、固定側部材の歪みに関するより詳細な情報が得られる。

[0079] 応用態様 5 )

前記応用態様 1において、前記センサユニットは、固定側部材におけるァゥトポード側部分、例えば固定側部材におけるァゥトポード側の転走面よりもァゥトポード側の位置に取付ける。

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ァゥ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ァゥトポード側の位置に配置することが必要である。

[0080] 応用態様 6 )

前記応用態様 1において、前記センサュニットは前記固定側部材の周面に設ける。

センサュニットは、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、センサ取付部材に固定側部材の変形が伝わり易く、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。

[0081 ] 応用態様 7 ) 前記応用態様 1において、前記固定側部材に作用する外力、または前記タィャ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、前記センサュニッ卜のセンサ取付部材が塑性変形しないものとする。上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。

センサュニッ卜に塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサュニッ卜のセンサ取付部材に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼす。これを避けるために、センサ取付部材が塑性変形しないものとするのである。

[0082] 応用態様 8 )

前記応用態様 1において、前記歪みセンサは、歪みゲージ式センサ、光フアイバー式センサ、圧力式センサ、および磁歪式センサのいずれかとする。歪みセンサが磁歪式センサである場合、前記センサ取付部材の材質は二ッケル等の負の磁歪特性を有する磁歪材とする。

[0083] 応用態様 9 )

前記応用態様 1において、前記固定側部材が外方部材とする。その場合、センサュニットを外方部材に取付ける。

[0084] 応用態様 1 0 )

前記応用態様 1において、前記歪センサが圧力式センサである。

[0085] 応用態様 1 1 )

前記応用態様 1において、前記歪センサが磁歪式センサである。

[0086] 応用態様 1 2 )

前記応用態様 1 1において、前記センサ取付部材の材質がニッケル等の負の磁歪特性を有する磁歪材である。

[0087] 応用態様 1 3 )

前記応用態様 1において、前記固定側部材が外方部材である。

[0088] 応用態様 1 4 )

前記応用態様 1において、前記少なくとも 1箇所の接触固定部が弱化部を有し、この弱化部に前記歪みセンサが取付けられている。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。例えば、変形を検出するセンサを実施例と異なるものを使用するなどである。

したがって、そのような変更および修正は、添付クレームから定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。

Claims

請求の範囲

[1 ] 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、

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、

センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けられた歪みセンサからなるセンサュニットを、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は、前記固定側部材の円周方向に離れた少なくとも 2 箇所にそれぞれ固定される複数の接触固定部を有し、

前記センサ取付部材の互いに隣接する接触固定部間に対応する位置で、前記固定側部材に軸方向に延びる少なくとも 1箇所の切欠きを設け、

前記歪みセンサは隣接する前記接触固定部間で少なくとも 1箇所に配置されている、

センサ付車輪用軸受。

[2] 請求項 1において、前記接触固定部の少なくとも 1箇所が、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、固定側部材の円周方向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円周方向箇所に取付けられているセンサ付車輪用軸受。

[3] 請求項 1において、前記センサュニットは、固定側部材におけるァゥトボ一ド側部分に取付けられているセンサ付車輪用軸受。

[4] 請求項 1において、前記センサュニットは前記固定側部材の周面に設けられているセンサ付車輪用軸受。

[5] 請求項 1において、前記センサュニットは複数であるセンサ付車輪用軸受

[6] 請求項 1において、前記歪みセンサの出力によって、車両用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力、または車両用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。

[7] 請求項 1において、前記センサ取付部材に温度センサを設けたセンサ付車輪用軸受。

[8] 請求項 1において、前記センサ取付部材に加速度センサおよび振動センサのうち少なくとも一つを設けたセンサ付車輪用軸受。

[9] 請求項 1において、前記歪みセンサは、前記センサ取付部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものであるセンサ付車輪用軸受

[10] 請求項 1において、前記センサュニッ卜の近傍で固定側部材に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ユニットが取り付けられているセンサ付車輪用軸受。