WO2009119068A1 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

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WO2009119068A1
WO2009119068A1 PCT/JP2009/001290 JP2009001290W WO2009119068A1 WO 2009119068 A1 WO2009119068 A1 WO 2009119068A1 JP 2009001290 W JP2009001290 W JP 2009001290W WO 2009119068 A1 WO2009119068 A1 WO 2009119068A1
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WO
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sensor
fixed
wheel bearing
sensor unit
load
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PCT/JP2009/001290
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English (en)
French (fr)
Inventor
高橋亨
磯部浩
西川健太郎
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Ntn株式会社
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Priority claimed from JP2008207031A external-priority patent/JP5100567B2/ja
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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
    • G01L5/0019—Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
    • F16C19/181—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact
    • F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement
    • F16C19/186—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement with three raceways provided integrally on parts other than race rings, e.g. third generation hubs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • This invention relates to a wheel bearing with a sensor incorporating a load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
  • Patent Document 1 As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing that detects a load by detecting a distortion of an outer diameter surface of a flange portion of an outer ring that is a fixed ring of a wheel bearing has been proposed (for example, Patent Document 1). There has also been proposed a wheel bearing in which a strain gauge is attached to the outer ring of the wheel bearing to detect the strain (for example, Patent Document 2).
  • a sensor-equipped wheel bearing which has a fixing portion, and has a notch portion at least at one location between adjacent contact fixing portions, and the strain sensor is arranged in the notch portion (for example, Patent Documents). 3).
  • the object of the present invention is to reduce the hysteresis generated in the load detection signal due to slipping, to suppress the initial distortion that occurs when the sensor unit is fixed with a bolt, and to reduce the hysteresis with a small number of sensors.
  • 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 for supporting a wheel rotatably with respect to a vehicle body, wherein the fixed member is an outer member and an inner member.
  • One or more sensor units comprising a strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the side member, and a sensor attached to the strain generating member and detecting the strain of the strain generating member. Provided, and the contact fixing portion of the sensor unit was fixed to the fixing side member with an adhesive and a bolt.
  • the load 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 stationary side member (for example, the outer member) of the wheel bearing to cause deformation. Since the contact fixing portion of the strain generating member in the sensor unit is fixed in contact with the fixed side member, the strain of the fixed side member is enlarged and transmitted to the strain generating member, and the strain is detected by the sensor. The load can be estimated. In particular, since the contact fixing portion of the strain generating member is adhesively fixed to the fixed side member with an adhesive, the coefficient of friction between the contact fixing portion and the fixed side member increases, and the slip is reduced accordingly.
  • the adhesive surface of the contact fixing part may be adhesively fixed to the outer diameter surface of the fixed side member.
  • the number of parts can be reduced and the assemblability is improved.
  • a spacer is interposed between the contact fixing portion and the outer diameter surface of the fixing side member, and the adhesive surface of the contact fixing portion is bonded and fixed to the upper surface of the spacer, and the lower surface of the spacer is fixed to the fixed side
  • the sensor mounting portion of the strain generating member can be separated from the outer diameter surface of the fixed side member without forming a groove on the outer diameter surface of the fixed side member, and the deformation of the sensor mounting portion in the strain generating member can be performed. Becomes easy.
  • the strain transmitted from the fixed side member to the strain generating member via the contact fixing portion is also different.
  • the contact fixing portions of the sensor unit are provided so as to have the same dimension in the axial direction as described above, the strain is easily concentrated on the strain generating member, and the detection sensitivity is improved accordingly.
  • the strain generating member may be formed of a strip having a uniform planar shape or a thin plate material having a planar shape of a planar shape and having a notch in a side portion. If the strain generating member is a thin plate material, the distortion of the fixed side member is easily transmitted to the strain generating member, the strain is detected with high sensitivity by the sensor, the hysteresis generated in the output signal is also reduced, and the load is accurate. It can be detected well. In addition, the shape of the strain generating member is simple, and the mass productivity is excellent. When the distortion generating member is a strip having a uniform plane shape, the shape is further simplified, and mass productivity is improved. Further, if the distortion generating member has a planar outline and has a notch in the side portion, the distortion of the fixed side member is further enlarged and transmitted to the distortion generating member, so that the load is more accurately applied. Can be detected.
  • the initial distortion suppression means which reduces the initial distortion which arises in a sensor unit when the said sensor unit is fixed with the said volt
  • the initial strain suppression means for reducing the initial strain generated in the sensor unit when the sensor unit is fixed by the bolt is provided, the initial strain of the sensor unit can be reduced. Thereby, the load detection range of the sensor unit is widened, and the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface can be accurately detected over a long period of time.
  • the initial strain suppression means may be the adhesive that bonds and fixes the contact fixing portion of the strain generating member to the outer diameter surface of the fixed side member when the sensor unit is fixed by the bolt. good.
  • the outer diameter surface of the fixed side member of the contact fixing portion of the strain generating member The coefficient of friction of the contact fixed surface to becomes larger.
  • the initial strain suppression means may be preload means that applies a preload to the strain generating member and presses it against the outer diameter surface of the stationary member when the sensor unit is fixed by the bolt.
  • preloading means that applies a preload to the strain generating member and presses it against the outer diameter surface of the fixed side member as the initial strain suppressing means
  • to the fixed side member of the strain generating member by the bolt with an axial force applied to the fixed side member of the strain generating member by the bolt with an axial force applied
  • the twist at the contact fixing portion of the strain generating member is reduced, and the initial strain generated in the strain generating member can be reduced.
  • the initial strain suppression means may be a spacer interposed between the head of the bolt and the strain generating member.
  • the spacer absorbs the twist that is generated in the strain generating member by tightening and fixing with the bolt. The initial strain generated in the member can be reduced.
  • At least one pair of the sensor units is arranged on the outer diameter surface of the fixed side member at a position that forms a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member, and two sensors in the sensor unit pair From the sum of the output signals of the sensors of the two sensor units in the sensor unit pair, and radial load estimating means for estimating the radial load acting in the radial direction of the wheel bearing or tire from the difference of the output signals of the sensor of the unit
  • a wheel bearing or an axial load estimating means for estimating an axial load acting in the axial direction of the tire is provided, and two sensor units of at least one pair of sensor units are in a vertical position with respect to the tire ground contact surface.
  • At least one pair of sensor units each including two sensor units arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction is provided on the outer diameter surface of the fixed side member, and two of the sensor unit pairs are provided.
  • two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are vertically positioned with respect to the tire ground contact surface. Since the axial load direction discriminating means for discriminating the direction of the axial load Fy from the amplitude of the sensor output signal is provided, the direction of the axial load Fy can be discriminated without separately providing a sensor for discriminating the direction. Can do. Therefore, the radial load (for example, the vertical load Fz) and the axial load Fy can be accurately estimated with high sensitivity without installing a plurality of sensors. The load thus detected can be used for vehicle control of an automobile. In the case of this configuration, since it can be compactly installed in the vehicle, it is excellent in mass productivity, and cost can be reduced.
  • the axial load direction discriminating means may discriminate the direction of the axial load from a difference in amplitude of output signals of sensors of the two sensor units in the sensor unit pair.
  • the radial load estimating means is a sensor unit pair in which two sensor units are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed-side member that is positioned vertically with respect to the tire ground contact surface.
  • the vertical load acting on the wheel bearing may be estimated from the difference between the output signals of the two sensor units. In this configuration, the load applied in the vertical direction can be accurately detected under any load condition without being affected by hysteresis.
  • the radial load estimating means may include a correcting means for correcting the estimated value by the estimated value by the axial load estimating means.
  • the deformation amount of the fixed side member with respect to the radial load (vertical load Fz or load Fx serving as a driving force) acting in the radial direction of the wheel bearing or tire is much larger than the deformation amount with respect to the axial load Fy. Since it is small, it is easily affected by the axial load Fy. Therefore, if the estimated value by the radial load estimating means is corrected by the estimated value by the axial load estimating means, the radial load can be estimated more accurately.
  • temperature correction means for correcting the output signal of the sensor of the sensor unit in accordance with the temperature of the wheel bearing or its surrounding temperature. If the temperature of the wheel bearing changes due to heat generated by the rotation of the bearing or the surrounding environment, the sensor output signal of the sensor unit fluctuates due to thermal expansion, etc., even if the load does not change. Remains. Therefore, by providing temperature correction means for correcting the sensor output signal of the sensor unit according to the temperature of the wheel bearing or its surrounding temperature, detection errors due to temperature can be reduced. As a result, the radial load (for example, the vertical load Fz) and the axial load Fy can be accurately detected with high sensitivity under any load condition without providing a large number of sensors.
  • the radial load for example, the vertical load Fz
  • the axial load Fy can be accurately detected with high sensitivity under any load condition without providing a large number of sensors.
  • the load estimation means calculates the difference or sum of the output signals of the two sensor units of the sensor unit pair, the absolute value of the output signals, the average value of the output signals, and the output It may be calculated by at least one of the amplitudes of the signals.
  • the amplitude of the output signal of the sensor unit may periodically change depending on the presence or absence of rolling elements passing through the vicinity of the sensor unit on the rolling surface. Therefore, by measuring the period of the amplitude in the output signal by the load estimating means, it is possible to detect the passing speed of the rolling element, that is, the rotational speed of the wheel.
  • the load can be calculated from the average value or amplitude of the output signal. If no change is observed, the load can be calculated from the absolute value.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. It is sectional drawing which shows the other example of attachment of a sensor unit. It is sectional drawing of the bearing for wheels with a sensor concerning 2nd Embodiment of this invention. It is the front view which looked at the outer member of the wheel bearing with a sensor from the outboard side. It is an expanded sectional view of the sensor unit in the wheel bearing with the sensor. It is the front view which looked at the outward member of the bearing for wheels with a sensor concerning 3rd Embodiment of this invention from the outboard side.
  • (A) is a graph showing the relationship between the maximum and minimum value difference (amplitude) of the sensor output signal at the upper surface of the outer member outer diameter surface and the direction of the axial load
  • (B) is the lower surface of the outer diameter surface. It is a graph which shows the relationship between the maximum minimum value difference of the amplitude of a sensor output signal, and the direction of an axial load.
  • the first 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, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
  • the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an outer member 1 in which a double row rolling surface 3 is formed on the inner periphery, and rolling facing each of these rolling surfaces 3.
  • the inner member 2 has a surface 4 formed on the outer periphery, and the outer member 1 and the double row rolling elements 5 interposed between the rolling surfaces 3 and 4 of the inner member 2.
  • This wheel bearing is a double-row angular ball bearing type, and the rolling elements 5 are made of balls and are held by a cage 6 for each row.
  • the rolling surfaces 3 and 4 have an arc shape in cross section, and are formed so that the ball contact angle is aligned with the back surface. Both ends of the bearing space between the outer member 1 and the inner member 2 are sealed by a pair of seals 7 and 8, respectively.
  • the outer member 1 is a fixed side member, and has a vehicle body mounting flange 1a attached to a knuckle 16 in a suspension device (not shown) of the vehicle body on the outer periphery, and the whole is an integral part.
  • the flange 1a is provided with bolt holes 14 for attaching a knuckle at a plurality of locations in the circumferential direction, and a knuckle bolt 18 inserted into the bolt insertion hole 17 of the knuckle 16 from the inboard side is screwed into the bolt hole 14.
  • the vehicle body mounting flange 1 a is attached to the knuckle 16.
  • the inner member 2 is a rotating side member, and includes a hub wheel 9 having a hub flange 9a for wheel mounting, and an inner ring 10 fitted to the outer periphery of the end portion on the inboard side of the shaft portion 9b of the hub wheel 9. And become.
  • the hub wheel 9 and the inner ring 10 are formed with the rolling surfaces 4 of the respective rows.
  • An inner ring fitting surface 12 having a small diameter with a step is provided on the outer periphery of the inboard side end of the hub wheel 9, and the inner ring 10 is fitted to the inner ring fitting surface 12.
  • a through hole 11 is provided at the center of the hub wheel 9.
  • the hub flange 9a is provided with press-fitting holes 15 for hub bolts (not shown) at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a cylindrical pilot portion 13 for guiding a wheel and a braking component (not shown) protrudes toward the outboard side.
  • FIG. 2 shows a front view of the outer member 1 of the wheel bearing as viewed from the outboard side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
  • the vehicle body mounting flange 1 a is a projecting piece 1 aa in which a circumferential portion provided with each bolt hole 14 protrudes to the outer diameter side from the other portion.
  • sensor units 20 are provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member.
  • these sensor units 20 are provided on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position and the front-rear position with respect to the tire ground contact surface.
  • these sensor units 20 are a strain generating member 21 and a sensor that is attached to the strain generating member 21 and detects the strain of the strain generating member 21.
  • the strain generating member 21 is made of an elastically deformable metal such as a steel material and is made of a thin plate material of 3 mm or less, and has a flat surface with a constant width over the entire length, and has notches 21b on both sides of the center.
  • the corners of the notch 21b may have a square cross section as shown in FIG. 3 (A), or may have a circular arc shape as shown in FIG. 3 (B).
  • the planar outline of the strain generating member 21 may be a monotonous belt without the notch 21b.
  • the strain generating member 21 has two contact fixing portions 21 a that are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 through spacers 23 at both ends. Note that, depending on the shape of the strain generating member 21, two or more contact fixing portions 21a may be provided.
  • the sensor 22 is affixed to a location where the strain increases with respect to the load in each direction on the strain generating member 21. Here, as the location, the central portion sandwiched between the notch portions 21b on both sides on the outer surface side of the strain generating member 21 is selected, and the sensor 22 detects the strain in the circumferential direction around the notch portion 21b. .
  • the strain generating member 21 is plastically deformed even in a state in which an assumed maximum force is applied as an external force acting on the outer member 1 that is a fixed member or an acting force acting between the tire and the road surface. It is desirable not to do so.
  • the maximum force assumed is, for example, the maximum force in a range where the wheel bearing does not cause damage as a bearing. This is because when the plastic deformation occurs, the deformation of the outer member 1 is not transmitted to the sensor unit 20 and affects the measurement of strain.
  • the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are located at the same dimension in the axial direction of the outer member 1, and the two contact fixing portions 21a are separated from each other in the circumferential direction. Arranged to come.
  • These contact fixing portions 21a are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by an adhesive 28 and bolts 24 through spacers 23 as shown in FIG.
  • the two contact fixing portions 21 a are both end surface portions of the strain generating member 21, and the back surfaces thereof are bonded and fixed to the upper surface of the spacer 23 by the adhesive 28 as the adhesive surfaces, and the lower surface of the spacer 23 is removed by the adhesive 28.
  • the outer member 1 is bonded and fixed to the outer diameter surface.
  • each of the bolts 24 is inserted into a bolt insertion hole 26 of the spacer 23 from a bolt insertion hole 25 provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction, and a bolt hole 27 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. Screwed on.
  • the central portion having the notch portion 21b in the strain generating member 21 having a thin plate shape is the outer member 1. It becomes a state away from the outer diameter surface of this, and distortion deformation around the notch 21b becomes easy.
  • an axial position that is the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1 is selected here.
  • the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is.
  • a flat portion 1 b is formed at a location where the spacer 23 is contacted and fixed on the outer diameter surface of the outer member 1.
  • the adhesive 28 also acts as an initial strain suppressing means for reducing the initial strain generated in the sensor unit 20 when the sensor unit 20 is fastened to the outer diameter surface of the outer member 1 by the bolt 24. That is, as described above, the adhesive 28 increases the coefficient of friction between the contact fixing portion 21 a and the outer diameter surface of the outer member 1. As a result, when the sensor unit 20 is fastened and fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 with the bolt 24, the twist at the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 is reduced, and the initial strain generated in the strain generating member 21 is reduced. Can be small. However, as the adhesive 28, for example, if an adhesive whose adhesive force is small immediately after application and whose adhesive force increases with the passage of time is used, it has a slip suppression effect, but does not have an initial strain suppression effect.
  • the two contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 on the outer diameter surface of the outer member 1 are fixed to the middle portion of the two locations more than the flat portion 1 b.
  • the spacer 23 is omitted, and the intermediate portion of the two contact fixing portions 21a where the notch portions 21b of the strain generating member 21 are located is separated from the outer diameter surface of the outer member 1. You may do it. Since the intermediate part of the two contact fixing parts 21a is separated from the outer diameter surface of the outer member 1, distortion deformation around the notch part 21b is facilitated.
  • the adhesive surfaces of the back surfaces of the two contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 are bonded and fixed to the outer diameter surface (flat portion 1 b) of the outer member 1 with the adhesive 28.
  • Loctite which is an instantaneous adhesive
  • Araldite an epoxy adhesive
  • Araldite an epoxy adhesive
  • the senor 22 can be composed of a metal foil strain gauge. In that case, the distortion generating member 21 is usually fixed by adhesion.
  • the sensor 22 can also be formed on the strain generating member 21 with a thick film resistor.
  • the sensor 22 of the sensor unit 20 is connected to the estimation means 40.
  • the estimation means 40 is a force acting on the wheel bearing or between the wheel and the road surface (tire contact surface) based on the output signal of the sensor 22 (vertical load Fz, load Fx serving as driving force or braking force, axial load Fy). And includes a signal processing circuit and a correction circuit.
  • the estimation means 40 has relationship setting means (not shown) in which the relationship between the acting force and the output signal of the sensor 22 is set by an arithmetic expression or a table, and the relationship is determined from the input output signal of the sensor 22. The value of the acting force is output using the setting means.
  • the setting contents of the relationship setting means are obtained by a test or simulation in advance.
  • the load when a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the outer member 1 that is a fixed member of the wheel bearing, and deformation occurs. Since the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 are fixed to the outer member 1, the strain of the outer member 1 is transmitted to the strain generating member 21 in an enlarged manner, and the strain is transmitted to the sensor. 22 and the load can be estimated from the output signal.
  • the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 is bonded and fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 which is the fixed member by the adhesive 28, the outer diameter of the contact fixing portion 21a and the outer member 1 is fixed. The coefficient of friction between the surfaces increases and the slip is reduced accordingly. As a result, the hysteresis caused by the slip in the output signal of the sensor 22 is reduced, and the load can be estimated accurately.
  • the case where the acting force between the wheel tire and the road surface is detected is shown.
  • the force acting on the wheel bearing for example, the preload amount
  • the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing for vehicle control it is possible to contribute to stable running of the automobile.
  • a load sensor can be installed in a compact vehicle, the mass productivity can be improved, and the cost can be reduced.
  • each contact fixing portion 21a of the sensor unit 20 fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed member passes through the contact fixing portion 21a.
  • the strain transmitted to the strain generating member 21 is also different.
  • the contact fixing portions 21a of the sensor unit 20 are provided so as to have the same dimension in the axial direction with respect to the outer diameter surface of the outer member 1, so that the strain generating member 21 is distorted. It becomes easier to concentrate and the detection sensitivity is improved accordingly.
  • the strain generating member 21 of the sensor unit 20 has a strip shape with a uniform planar width, or a planar shape with a strip shape as shown in FIG. Since it is made of a thin plate material, the distortion of the outer member 1 is easily transmitted to the distortion generating member 21 and the distortion is detected with high sensitivity by the sensor 22. As a result, the hysteresis generated in the output signal is reduced, and the load can be estimated with high accuracy. Further, the shape of the strain generating member 21 becomes simple, and the mass productivity is excellent.
  • the sensor unit 20 is positioned in the axial direction around the outboard rolling surface 3 of the double row rolling surfaces 3 of the outer member 1, that is, relatively installed space.
  • the tire acting force is transmitted to the outer member 1 via the rolling elements 5 and disposed at a portion having a relatively large deformation amount, the detection sensitivity is improved and the load can be estimated with higher accuracy.
  • the sensor unit 20 is configured as follows.
  • the two sensor units 20 are provided on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position with respect to the tire ground contact surface. Yes.
  • the sensor unit 20 includes a strain generating member 21 and a sensor 22 that is attached to the strain generating member 21 and detects the strain of the strain generating member 21, as shown in an enlarged sectional view in FIG.
  • the strain generating member 21 has two contact fixing portions 21a projecting on the inner surface facing the outer diameter surface of the outer member 1 at both ends, and these contact fixing portions 21a are formed on the outer diameter surface of the outer member 1. Fixed in contact. The contact fixing is performed by the adhesive 28 and the bolt 47. As in the case of the first embodiment, the adhesive 28 has an effect of increasing the coefficient of friction between the contact fixing portion 21a and the outer member 1 to reduce slippage between the two, and to the sensor unit 20. It also serves as initial strain suppression means for reducing the initial strain that occurs. Of the two contact fixing portions 21a, one contact fixing portion 21a is disposed at an axial position around the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1, and is located on the outboard side from this position.
  • Another contact fixing portion 21a is arranged at the position, and both the contact fixing portions 21a are arranged at the same phase position in the circumferential direction of the outer member 1. That is, the sensor unit 20 is arranged so that the two contact fixing portions 21a of the distortion generating member 21 are located at the same circumferential direction position of the outer member 1 that is the fixed side member and at positions separated from each other in the axial direction.
  • the outer member 1 is arranged on the outer diameter surface.
  • the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is.
  • the contact fixing portion 21 a of the strain generating member 21 on the outer diameter surface of the outer member 1 is fixed at a location where the sensor unit 20 is fixed. It is desirable to form the flat portion 1b.
  • one notch portion 21 b that opens to the inner surface side is formed in the central portion of the strain generating member 21.
  • the sensor 22 is affixed to a location where the strain increases with respect to the load in each direction on the strain generating member 21.
  • the location the position around the notch 21b, specifically, the position on the outer surface side of the strain generating member 21 and the back side of the notch 21b is selected, and the sensor 22 has the notch 21b. Detect peripheral distortion.
  • Each bolt 47 that fastens the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 to the outer diameter surface of the outer member 1 is inserted into a bolt insertion hole 48 that is provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction, The outer member 1 is screwed into a bolt hole 49 provided on the outer peripheral portion. At locations other than the contact fixing portion 21 a of the strain generating member 21, a gap is generated between the outer member 1 and the outer diameter surface.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 7 showing a front view of the outer member 1 of the wheel bearing as viewed from the outboard side.
  • the two sensor units 20 are provided on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is positioned up and down with respect to the tire ground contact surface, a wheel bearing or wheel The vertical load Fz and the axial load Fy acting between the road surface and the tire contact surface can be detected.
  • a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
  • four sensor units 20 are provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a stationary member.
  • these sensor units 20 are provided on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position and the front-rear position with respect to the tire ground contact surface.
  • the spacer 23 (FIG. 2) is omitted, and the strain generating member 21 is directly fixed to the outer diameter surface of the outer member 1.
  • the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are bonded and fixed to the outer diameter surface (flat portion 1b) of the outer member 1 by an adhesive 28 with the back surface as an adhesive surface.
  • the adhesive 28 suppresses slippage between the strain generating member 21 and the outer member 1 to reduce hysteresis.
  • a spacer 29 is interposed between the head 24a of each bolt 24 and the strain generating member 21 as an initial strain suppressing means.
  • each bolt 24 is inserted from the bolt insertion hole 30 of the spacer 29 into the bolt insertion hole 25 penetrating in the radial direction provided in the contact fixing portion 21 a and provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. Screwed into the bolt hole 27.
  • Preload means 31 is provided for pressing the strain generating member 21 against the outer diameter surface of the outer member 1 by applying a preload in the radial direction to the member 21.
  • the preload means 31 two sheets are arranged extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the strain generating member 21, and overlap each other on the surface side of both end portions where the contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 are located.
  • An elastic band member 32 is used, and both ends of each elastic band member 32 are fastened and fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 33, respectively.
  • the elastic band member 32 is made of, for example, an elastically deformable thin metal plate material such as a steel material, and a notch portion 32a for avoiding interference with the bolt head portion 24a is formed at an intermediate portion thereof.
  • This preloading means 31 can be removed from the outer member 1 after it has been fastened and fixed to the outer diameter surface (flat portion 1b) of the outer member 1 with the bolt 24, or it can be removed without being removed. It may be attached to the direction member 1.
  • the sensor unit 20 is fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by the bolt 24, but between the bolt head 24a and the strain generating member 21 as shown in FIG. Since the intervening spacer 29 or the preload means 31 that applies a preload to the strain generating member 21 and presses it against the outer diameter surface of the outer member 1 as shown in FIG. The initial distortion generated in the sensor unit 20 when the unit 20 is fixed can be reduced. Thereby, the load detection range of the sensor unit 20 becomes wide, and the load can be accurately detected in the long term.
  • the strain generating member 21 is tightened and fixed by the bolt 24. Since the spacer 29 absorbs the twist to be generated, the initial strain generated in the strain generating member 21 can be reduced.
  • the initial strain suppression means when the preload means 31 that preloads the strain generating member 21 and presses it against the outer diameter surface of the outer member 1 as in the fourth embodiment of FIG. In this state, the strain generating member 21 is fastened and fixed to the outer member 1 by the bolt 24, so that the twist at the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 is reduced and the initial strain generated in the strain generating member 21 is reduced. Can be reduced.
  • the spacer 29 or the preload means 31 can be omitted. Further, as an application example of the present invention, when the necessity of suppressing the slip between the strain generating member 21 and the outer member 1 is low, or the spacer 29 or the preload means 31 is expected to have some effect of suppressing the slip. If possible, the slip-preventing adhesive 28 can be omitted.
  • the fifth embodiment shown in FIG. 12 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the temperature correcting means 50, the radial load estimating means 51, the axial load estimating means 52, and the axial load direction determining means 53 are compared. 13 and the point that two sensor units 20 are provided as shown in FIG. 13 and other configurations are basically the same, and therefore detailed description thereof is omitted.
  • a pair of sensor units 19 each including two sensor units 20 is provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member. These two sensor units 20 are arranged at positions that form a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the outer diameter surface of the outer member 1.
  • One or more pairs of sensor units 19 may be provided.
  • the two sensor units 20 constituting the sensor unit pair 19 are provided at two locations, the upper surface portion and the lower surface portion, on the outer diameter surface of the outer member 1 that are in the vertical direction with respect to the tire ground contact surface.
  • the vertical load (vertical load) Fz) or the axial load Fy acting on the wheel bearing is detected.
  • one sensor unit 20 is disposed at the center of the upper surface portion of the outer member 1 between the two adjacent projecting pieces 1aa, and the lower surface of the outer member 1 on the outer surface.
  • the other sensor unit 20 is arranged at the center between two adjacent projecting pieces 1aa.
  • These sensor units 20 include a strain generating member 21 and the strain generating member as shown in FIG. 3A and FIG. 14 which are common drawings with the previous first embodiment, as an enlarged plan view and an enlarged sectional view.
  • the sensor 22 is attached to the sensor 21 and detects the distortion of the distortion generating member 21.
  • the shape and material of the strain generating member 21 and the shape of the notch 21b are the same as those in the first embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
  • the adhesive 28 has an effect of increasing the coefficient of friction between the contact fixing portion 21a and the outer member 1 to reduce the slip between them, and also reduces the initial distortion generated in the sensor unit 20. It also becomes.
  • the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 are respectively connected to a radial load estimating means 51 and an axial load estimating means 52 as shown in FIG.
  • the radial load estimating means 51 is a means for estimating the radial load (in this case, the vertical load Fz) acting on the wheel bearing or the tire from the difference between the output signals of the two sensors 22.
  • the axial load estimation means 52 is a means for estimating an axial load (cornering force) Fy acting on the wheel bearing or the tire from the sum of the output signals of the two sensors 22.
  • the method for estimating the vertical load Fz by the radial load estimating means 51 and the method for estimating the axial load Fy by the axial load estimating means 52 will be described below.
  • the deformation mode of the outer diameter surface of the outer member 1 is as shown by arrows P and Q in FIG.
  • the upper surface portion of the outer diameter surface is deformed in the outer diameter direction, and the lower surface portion is deformed in the inner diameter direction.
  • the sensor unit 20 is arranged so that the two contact fixing portions 21a are at the same axial direction position on the outer diameter surface of the outer member 1 and at positions spaced apart from each other in the circumferential direction. Circumferential distortion is detected.
  • the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the upper surface portion is deformed in a pulling direction in which the strain increases, and the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the lower surface portion has a small strain. Deforms in the compression direction. Therefore, when the difference between the output signals A and B (shown as a broken line graph in FIG. 17) of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 at this time is taken, the slope of the output signal A and B as shown by the solid line graph C in FIG. A large output curve is obtained. Further, when the sum of the output signals A and B of the two sensors 22 is taken, an output curve with a small inclination is obtained as shown as another solid line graph D in FIG.
  • the vertical direction by the radial load estimating means 51 is utilized by utilizing the fact that the deformation mode of the outer diameter surface of the outer member 1 is different between when the vertical load Fz is applied and when the axial load Fy is applied.
  • the estimation of the load Fz and the estimation of the axial load Fy by the axial load estimation means 52 are performed as follows.
  • Axial load estimating means 52 The sum of the output signals A and B of the two sensors 22 is obtained, and the axial load (cornering force) Fy is estimated. In this case, the slope of the sum of the output signals A and B with respect to the vertical load Fz is small, and the amount of distortion of the axial load Fy is very large compared to the vertical load Fz. Not receive.
  • Radial load estimating means 51 The difference between the output signals A and B of the two sensors 22 is obtained and corrected with the value of the axial load Fy obtained by the axial load estimating means 52 to obtain the vertical load Fz. presume.
  • the amount of deformation of the outer member 1 is not limited to the vertical load Fz but compared to the amount of deformation with respect to the axial load Fy with respect to the radial load acting on the wheel bearing or the tire in the radial direction (including the load Fx as the driving force). Since it is very small, it is easily affected by the axial load Fy.
  • the radial load estimation unit 51 includes a correction unit 51a that performs the correction process. For example, when the vertical load Fz and the distortion amount are in a proportional relationship, the correction unit 51a corrects the offset amount and the inclination based on the value of the axial load Fy.
  • the radial load estimating means 51 and the axial load estimating means 52 are the relationships (load Fz (and strain amount (difference), load Fy and strain amount (sum) obtained in advance by experiments and analysis shown in FIGS. ), A relationship setting means (not shown) in which the load Fy and the strain amount (difference) are set by an arithmetic expression or a table.
  • the radial load estimating means 51 and the axial load estimating means 52 calculate the vertical load Fz and the axial load Fy using the relationship setting means from the output signals A and B of the two input sensors 22. Can be estimated.
  • an axial load direction discriminating means 53 for discriminating the direction of the axial load Fy ⁇ from the amplitude of the output signal of the sensor 22 of the sensor unit pair 19 is provided as follows.
  • the two sensor units 20 of the sensor unit pair 19 are composed of an upper surface portion that is a position in the vertical direction with respect to the tire ground contact surface of the outer diameter surface of the outer member 1 that is a stationary member of the wheel bearing. Arranged on the bottom surface. Moreover, since the sensor unit 20 is disposed at the axial position that is the periphery of the rolling surface 3 on the outboard side of the double row rolling surfaces 3 in the outer member 1, the wheel bearing is rotating. Therefore, a periodic change occurs in the amplitude of the output signal of the sensor 22 of the sensor unit 20 as shown in the waveform diagram of FIG.
  • the amount of deformation of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 differs depending on the presence or absence of the rolling element 5 passing through the vicinity of the sensor unit 20 on the rolling surface 3. This is because the amplitude of the output signal has a peak value. Since this amplitude detects the deformation of the outer member 1 caused by the load of the individual rolling elements 5 passing through the vicinity of the sensor unit 20, the amplitude value is the axial load (moment force) Fy. Varies depending on the size of
  • FIG. 21A shows the sensor output of the sensor unit 20 disposed on the upper surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1, and FIG. 21B is disposed on the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1.
  • the sensor output of the sensor unit 20 is shown.
  • the horizontal axis represents the axial load Fy
  • the vertical axis represents the strain amount of the outer member 1, that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the output signal of the sensor 22.
  • the difference between the maximum value and the minimum value is the amplitude. From these figures, when the axial load Fy is in the + direction, the load of the individual rolling elements 5 becomes smaller at the upper surface of the outer diameter surface of the outer member 1 (that is, the amplitude becomes smaller).
  • the axial load direction discriminating means 53 obtains the difference between the amplitudes of the sensor output signals of the sensor units 20 arranged on the outer diameter surface upper surface portion and the outer diameter surface lower surface portion of the outer member 1, and compares these values. Thus, the direction of the axial load FyF is determined.
  • the axial load Fy determines that the direction of the axial load Fy is the + direction.
  • the axial load direction determination means 53 determines that the direction of the axial load Fy ⁇ is the negative direction.
  • the direction of the axial load Fy can be determined from only the output signals A and B of the sensor 22 of the sensor unit 20 without providing the axial load direction determination means 53 described above.
  • a temperature sensor 54 for detecting the outer surface temperature of the outer member 1 is provided in the vicinity of the installation portion of each sensor unit 20 on the outer surface of the outer member 1.
  • a thermistor or a platinum resistance element can be used as the temperature sensor 54.
  • the temperature correction means 50 is a means for correcting the sensor output signal of the sensor unit 20 in accordance with the temperature of the wheel bearing or the surrounding temperature.
  • the temperature correction means 50 corrects the sensor output signal of the corresponding sensor unit 20 based on the output signal of the temperature sensor 54. Therefore, the sensor output signal corrected by the temperature correction unit 50 is input to the radial load estimation unit 51 and the axial load estimation unit 52.
  • At least one pair of sensor units 19 including two sensor units 20 arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction is provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed side member.
  • the two sensor units 20 of the at least one pair of sensor units 19 are connected to the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed side member that is positioned in the vertical direction with respect to the tire ground contact surface.
  • the axial load direction discriminating means 53 that discriminates the direction of the axial load Fy from the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit pair 19 is provided without separately providing a sensor for discriminating the direction.
  • the direction of the axial load Fy can be determined. Therefore, the radial load (in this case, the vertical load Fz ⁇ ) and the axial load Fy can be accurately estimated accurately without installing a plurality of sensors.
  • the temperature correction means 50 for correcting the sensor output signal of the sensor unit 20 according to the temperature of the wheel bearing or the ambient temperature is provided, so that detection errors due to temperature can be reduced.
  • the temperature correction means 50 corrects the sensor output signal of the sensor unit 20 in accordance with the output signal of the temperature sensor 54 provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member.
  • the sensor output signal of the sensor unit 20 is corrected according to the measured value of the temperature of the outer diameter surface of the outer member 1 on which the sensor unit 20 is provided, and the load is detected more accurately. it can.
  • the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit pair 19 used for determining the direction of the axial load Fy is a rolling element that passes through the vicinity of the sensor unit 20 on the rolling surface 3 while the wheel bearing is rotating. Depending on the presence or absence of 5, periodic changes occur. Therefore, by measuring the period of the peak value in the detection signal by, for example, the radial load estimating means 51, it is possible to detect the passing speed of the rolling element 5, that is, the rotational speed of the wheel. As described above, when the output signal varies, the radial load estimating means 51 and the axial load estimating means 52 calculate the difference or sum of the output signals of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 for each output signal. It can be calculated from the average value and amplitude. When there is no change, it can be calculated from the absolute value.
  • the following configuration is not particularly limited. -Number of sensor units 20 installed, number of contact fixing parts 21a, sensors 22, number of notches 21b, installation location-Shape and fixing method of sensor unit 20 (two contact fixing parts 21a are removed without using spacers 23)
  • the member 1 may be directly fixed to the outer diameter surface of the side member 1, and a groove may be provided between the fixed portions of the contact fixing portions 21a on the outer diameter surface), the fixing direction (fixed in the axial direction, the shaft (Directional distortion may be detected.)
  • the two sensor units 20 used as the sensor unit pair 19 are made into the upper surface part of the outer-diameter surface of the outer member 1 which is a fixed side member which becomes a position of an up-down direction with respect to a tire ground-contact surface.
  • the present invention is not limited to this, and it may be arranged on both the left and right side portions of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the front-rear position with respect to the tire ground contact surface.
  • the radial load estimating means 51 can estimate the load Fx due to the driving force acting in the longitudinal direction of the vehicle as the radial load.
  • the two sensor units 20 of the sensor unit pair 19 are configured as follows. Also in this case, as shown in an enlarged sectional view in FIG. 24, the sensor unit 20 is provided with a temperature sensor 54 on the strain generating member 21 of the sensor unit 20 as compared with FIG. 8 described in the second embodiment. However, since the other configurations are the same, detailed description is omitted. Other configurations are substantially the same as those in the fifth embodiment. In this embodiment, since the temperature sensor 54 is provided on the strain generating member 21, it is provided on the same member as the strain detecting sensor 22, so that the signal cable can be easily pulled out and the assembly and mass production can be facilitated. It will be excellent.
  • the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are fixed by fastening to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 47, respectively. Specifically, each of these bolts 47 is inserted into a bolt insertion hole 48 provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction and screwed into a bolt hole 49 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. .
  • the present invention can also be applied to a wheel bearing in which the inner member 2 is a fixed member,
  • the sensor unit 20 is provided on the peripheral surface that is the inner periphery of the inner member 2.
  • the present invention is applicable to a first generation or second generation type wheel in which a bearing portion and a hub are independent parts.
  • the present invention can also be applied to a bearing or 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.
  • this sensor-equipped wheel bearing can 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.
  • the bolt 24 and the slip-preventing adhesive 28 are required as the fixing method of the contact fixing portion 21a.
  • the application modes of the present invention that do not require these are as follows (FIG. 10, (See FIGS. 11, 12 and 13).
  • a wheel bearing for rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body wherein an outer member 1 having a double row rolling surface formed on an inner periphery and a rolling surface 4 facing the rolling surface 3 are provided.
  • An inner member 2 formed on the outer periphery, and a double row rolling element 5 interposed between the rolling surfaces 3 and 4 facing each other, are fixed to the outer member 1 and the inner member 2.
  • a sensor-equipped wheel bearing in which the sensor unit 20 is fixed with a bolt 24 is provided with initial strain suppression means for reducing initial strain generated in the sensor unit 20 when the sensor unit 20 is fixed with the bolt 24.
  • the initial strain suppression unit is configured to adhesively fix the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 to the outer diameter surface of the fixed side member when the sensor unit 20 is fixed by the bolt 24. This is an adhesive 28.
  • the initial strain suppression means applies preload to the strain generating member 21 and presses it against the outer diameter surface of the stationary member 1 when the sensor unit 20 is fixed by the bolt 24. 31.
  • the initial strain suppressing means is a spacer 29 interposed between the head 24 a of the bolt 24 and the strain generating member 21.
  • two or more contact fixing portions 21 a of the sensor unit 20 are provided at positions having the same dimensions with respect to the axial direction of the fixing side member 1.
  • the strain generating member 21 is made of a strip having a uniform plane width in the plane shape, or a thin plate material having a band shape in the plane shape and having a notch in the side portion.
  • the strain generating member 21a of the sensor unit 20 is applied with an assumed maximum force as an external force acting on the stationary member 1 or an acting force acting between the tire and the road surface. It was assumed that the plastic deformation did not occur even in the state.
  • the sensor unit 20 is disposed on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed-side member 1 that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface. did.
  • the inner member 2 formed on the outer periphery and the double row rolling elements 5 interposed between the opposing rolling surfaces 3 and 4 of the two members.
  • At least one pair of sensor units 19 including two sensor units 20 arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member is provided on the outer diameter surface of the fixed side member.
  • the unit 20 includes a strain generating member 21 having two or more contact fixing portions 21a that are fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and the strain generating member 21 is attached to the strain generating member 21.
  • An axial load estimating means 52 for estimating an axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or tire from the sum of the output signals of the sensors 22 of the unit 20 is provided, and two sensors of at least one pair of sensor units 19 are provided.
  • the unit 20 is disposed on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is in the vertical position with respect to the tire ground contact surface, and the axial direction is determined from the amplitude of the output signal of the sensor 22 of the sensor unit pair 19.
  • An axial load direction discriminating means 53 for discriminating the direction of the load is provided.
  • the axial load direction determination unit 53 determines the direction of the axial load from the difference in amplitude of the output signals of the sensors 22 of the two sensor units in the sensor unit pair.
  • the radial load estimating means 51 is a sensor in which two sensor units 20 are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is vertically positioned with respect to the tire ground contact surface. The vertical load acting on the wheel bearing is estimated from the difference between the output signals of the two sensor units 20 in the unit pair 19.
  • the two sensor units 20 of the at least one pair of sensor units 19 are arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are front and rear positions with respect to the tire ground contact surface,
  • the radial load estimating means 51 estimates a load that becomes a driving force from a difference between output signals of the sensors 22 of the two sensor units 20.
  • the radial load estimating unit 51 includes a correcting unit 51a that corrects the estimated value by the estimated value by the axial load estimating unit 32.
  • temperature correction means 50 is provided for correcting the output signal of the sensor 22 of the sensor unit 20 in accordance with the temperature of the wheel bearing or its surrounding temperature.
  • temperature correction unit 50 corrects the output signal of the sensor 22 of the sensor unit 20 in accordance with the output signal of one or more temperature sensors 54 provided on the outer diameter surface of the fixed side member.
  • temperature correction unit 50 corrects the output signal of the sensor unit 20 according to the output signal of one or more temperature sensors 54 provided on the strain generating member 21 of the sensor unit 20.
  • the load estimating means 51 and 52 calculates the difference or sum of the output signals of the two sensor units 20 of the sensor unit pair 19, the absolute value of the output signals, and the average of the output signals. It is calculated by at least one of the value and the amplitude of each output signal.

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Abstract

　滑りに起因して荷重検出信号に生じるヒステリシスを低減して、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センサ付車輪用軸受を提供する。車輪用軸受は、外方部材(1)と内方部材(2)の対向し合う複列の転走面(3,4)間に転動体(5)を介在させたものである。外方部材(1)と内方部材(2)のうち固定側部材に１つ以上のセンサユニット(20)を設ける。センサユニット(20)は、固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部(21a)を有する歪み発生部材(21)と、この歪み発生部材(21)に取付けられてこの歪み発生部材(21)の歪みを検出するセンサ(22)とからなる。歪み発生部材(21)の前記接触固定部(21a)は接着剤(28)で前記固定側部材(1)の外径面に固定する。

Description

センサ付車輪用軸受 関連出願
　本出願は、２００８年３月２６日出願の特願２００８－０７９８２８および特願２００８－０７９８２９、ならびに２００８年８月１１日出願の特願２００８－２０７０３１の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
　自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出する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、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も提案されている（例えば特許文献２）。
　さらに、本発明者等は、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に取付け、前記歪み発生部材は、前記固定輪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を提案している（例えば特許文献３）。
　特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
特開２００２－０９８１３８号公報 特表２００３－５３０５６５号公報 特開２００７－０５７２９９号公報
　特許文献１に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
　例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図２５のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
　また、特許文献２のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
　また、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重Ｆz を検出する場合、荷重Ｆz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低くなり、荷重Ｆz を精度良く検出できない。
　また、特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受では、接触固定部を有する歪み発生部材を軸受の固定輪にボルトで固定する場合、ボルトの締付け時に歪み発生部材に捩れが生じて歪みが発生し（以下、初期歪みと呼ぶ）、そのまま歪んだ状態で固定される。このように初期歪みを持った状態で固定した場合、塑性変形領域に達し易くなり、検出範囲が狭くなるといった問題がある。また、途中で接触面間に滑りがあって、ゼロ点（例えば荷重ゼロの時の歪み量）が変化し、荷重を正確に推定できないといった問題もあり、センサユニットの接触固定部と軸受の固定輪の間に滑りがあると、歪みセンサの出力信号に歪みが生じ、やはり荷重を正確に検出できない。
　この発明の目的は、滑りに起因して荷重検出信号に生じるヒステリシスを低減して、また、センサユニットをボルトで固定する時に発生する初期歪みを抑制して、さらに、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、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センサ付車輪用軸受を提供することである。
　この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、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１つ以上のセンサユニットを設け、このセンサユニットの前記接触固定部を接着剤とボルトで前記固定側部材に固定した。
　車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部が固定側部材に接触固定されているので、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに、歪み発生部材の接触固定部が、接着剤により固定側部材に接着固定されているので、接触固定部と固定側部材との間での摩擦係数が大きくなり、それだけ滑りが減少する。さらに、接着剤による固定に加えてボルトにより固定したため、接触固定部と固定側部材の外径面との間に軸力が与えられ、そのため、これらの間での滑りをさらに低減できる。その結果、前記歪み発生部材の接触固定部と固定側部材との間での滑りに起因してセンサの出力信号に生じるヒステリシスを低減して、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。
　この発明において、前記接触固定部の接着面を前記固定側部材の外径面に接着固定しても良い。この構成の場合、接触固定部と固定側部材の外径面との間にスペーサを介在させないので、部品点数を削減でき組立性が向上する。
　この発明において、前記接触固定部と前記固定側部材の外径面の間にスペーサを介在させ、前記接触固定部の接着面を前記スペーサの上面に接着固定し、前記スペーサの下面を前記固定側部材の外径面に接着固定しても良い。この構成の場合、固定側部材の外径面に溝を形成することなく、歪み発生部材のセンサ取付部を固定側部材の外径面から離すことができ、歪み発生部材におけるセンサ取付部の変形が容易となる。
　この発明において、前記センサユニットの２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けても良い。
　固定側部材に固定されるセンサユニットの各接触固定部の軸方向寸法が異なると、固定側部材から接触固定部を介して歪み発生部材に伝達される歪みも異なる。センサユニットの各接触固定部を、このように軸方向に同寸法となるように設けると、歪み発生部材に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
　この発明において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるものとしても良い。
　歪み発生部材が薄板材であると、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、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、荷重を精度良く検出できる。また、歪み発生部材の形状が簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。その歪み発生部材を、平面概形が均一幅の帯状とした場合、さらに形状が簡単なものとなり、量産性が向上する。また、その歪み発生部材を、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有するものとすると、固定側部材の歪みがさらに拡大されて歪み発生部材に伝達されるので、さらに精度良く荷重を検出できる。
　この発明において、前記ボルトによる前記センサユニットの固定時にセンサユニットに生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段を設けた。
　とくに、ボルトによるセンサユニットの固定時にセンサユニットに生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段を設けているので、センサユニットの初期歪みを小さくすることができる。これにより、センサユニットの荷重検出範囲が広くなり、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。
　この発明において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトによるセンサユニットの固定時に、前記歪み発生部材の接触固定部を前記固定側部材の外径面に接着固定しておく前記接着剤であっても良い。
　初期歪み抑制手段として、歪み発生部材の接触固定部を固定側部材の外径面に接着固定しておく接着剤を用いた場合は、歪み発生部材の接触固定部の固定側部材の外径面への接触固定面の摩擦係数が大きくなる。その結果、ボルトでセンサユニットを固定側部材の外径面に締付け固定するときに、歪み発生部材の接触固定部での捩れが減少し、歪み発生部材に生じる初期歪みを小さくすることができる。
　この発明において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトによるセンサユニットの固定時に、前記歪み発生部材に予圧を与えて前記固定側部材の外径面に押し付けておく予圧手段であっても良い。
　初期歪み抑制手段として、歪み発生部材に予圧を与えて固定側部材の外径面に押し付けておく予圧手段を用いた場合は、軸力を与えた状態でボルトによる歪み発生部材の固定側部材への締付け固定を行うことになるので、歪み発生部材の接触固定部での捩れが減少し、歪み発生部材に生じる初期歪みを小さくすることができる。
　この発明において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトの頭部と前記歪み発生部材との間に介在させたスペーサであっても良い。
　初期歪み抑制手段として、ボルトの頭部と歪み発生部材との間に介在させるスペーサを用いた場合は、ボルトによる締付け固定により歪み発生部材に生じようとする捩れをスペーサが吸収するので、歪み発生部材に生じる初期歪みを小さくすることができる。
　この発明において、前記センサユニットは、固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に少なくとも１対配置され、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け、少なくとも１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対のセンサの出力信号の振幅から前記軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けた。
　ここでは、センサユニット対を構成する２つのセンサユニットにおける歪み発生部材の２つ以上の接触固定部が、外方部材の外径面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易く、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る。
　また、固定側部材の外径面に、その円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも１対設け、そのセンサユニット対の２つのセンサの出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Ｆz を推定する径方向荷重推定手段と、前記２つのセンサ２２の出力信号の和により軸方向荷重Ｆy を推定する軸方向荷重推定手段とを設けているので、径方向荷重（例えば垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy とを感度良く推定することができる。
　とくに、少なくとも１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対のセンサ出力信号の振幅から前記軸方向荷重Ｆy の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けているので、方向判別のためのセンサを別途設けることなく、軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。したがって、複数のセンサを設置することなく、径方向荷重（例えば垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy とを感度良く正確に推定することができる。このようにして検出した荷重は自動車の車両制御に使用することができる。この構成の場合には、車両にコンパクトに設置できるため、量産性に優れたものとなり、コスト低減が図れる。
　この発明において、前記軸方向荷重方向判別手段は、前記センサユニット対における前記２つのセンサユニットのセンサの出力信号の振幅の差分から前記軸方向荷重の方向を判別するものとしても良い。
　この発明において、前記径方向荷重推定手段は、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに２つのセンサユニットが配置されたセンサユニット対における前記２つのセンサユニットの出力信号の差分から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定するものとしても良い。この構成の場合、ヒステリシス影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、垂直方向にかかる荷重を正確に検出することができる。
　この発明において、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有するものとしても良い。
　車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重（垂直方向荷重Ｆz や駆動力となる荷重Ｆx ）に対する前記固定側部材の変形量は、軸方向荷重Ｆy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Ｆy の影響を受けやすい。そこで、径方向荷重推定手段による推定値を軸方向荷重推定手段による推定値により補正すれば、径方向荷重をより正確に推定することができる。
　この発明において、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けても良い。
　軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニットのセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。そこで、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサ出力信号を補正する温度補正手段を設けると、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重（例えば垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy とを感度良く正確に検出することができる。
　この発明において、前記荷重推定手段は、前記センサユニット対の２つのセンサユニットの各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか１つにより算出するものとしても良い。
　上記したように、車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センサユニットの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、出力信号における振幅の周期を荷重推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。このように、出力信号に変動が見られる場合は、出力信号の平均値や振幅により荷重を算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より荷重を算出することができる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から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例示および説明のためのものであり、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符号は、同一または相当する部分を示す。
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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 （Ａ）は同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの他の例を示す拡大平面図である。 図３（Ａ）におけるIV－IV線断面図である。 センサユニットの他の取付例を示す断面図である。 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断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大断面図である。 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外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 センサユニットの他の設置例を示す断面図である。 この発明の第４実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受のセンサユニットの設置例を示す平面図である。 この発明の第５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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と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。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの縦断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの一例を示す説明図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの他の例を示す説明図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と垂直方向荷重との関係の一例を示すグラフである。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の一例を示すグラフである。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の他の例を示すグラフである。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。 （Ａ）は外方部材外径面上面部でのセンサ出力信号の最大最小値差（振幅）と軸方向荷重の方向との関係を示すグラフ、（Ｂ）は同外径面下面部でのセンサ出力信号の振幅の最大最小値差と軸方向荷重の方向との関係を示すグラフである。 この発明の第６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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と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２２の一部拡大断面図である。 従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
符号の説明
１　外方部材
１ａ　車体取付用フランジ
１ａａ　突片
２　内方部材
３，４　転走面
５　転動体
１９　センサユニット対
２０　センサユニット
２１　歪み発生部材
２１ａ　接触固定部
２１ｂ　切欠き部
２２　センサ
２３　スペーサ
２４、４７　ボルト
２４ａ　ボルト頭部
２８　接着剤
３１　予圧手段
４０　推定手段
５１　径方向荷重推定手段
５１ａ　補正手段
５２　軸方向荷重指定手段
５３　軸方向荷重方向判別手段
　この発明の第１実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この第１実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
　このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
　外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１６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。フランジ１ａには円周方向の複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト１８を前記ボルト孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックル１６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（図示せず）の圧入孔１５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。
　図２は、この車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ－Ｉ線断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ボルト孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
　固定側部材である外方部材１の外径面には、４つのセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。
　これらのセンサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、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３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり一定幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。この切欠き部２１ｂの隅部は、図３（Ａ）に示すように、断面角状とされていても、あるいは図３（Ｂ）に示すように、断面円弧状とされていてもよい。なお、歪み発生部材２１の平面概形は、前記切欠き部２１ｂの無い単調な帯状としても良い。また、歪み発生部材２１は、図４に示すように、外方部材１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される２つの接触固定部２１ａを両端部に有する。なお、歪み発生部材２１の形状によっては、接触固定部２１ａを２つ以上有するものとしても良い。センサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材２１の外面側で両側辺部の切欠き部２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。想定される最大の力は、例えば、車輪用軸受が軸受として損傷を生じない範囲の最大の力である。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。
　前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置される。これら接触固定部２１ａは、図４のようにそれぞれスペーサ２３を介して接着剤２８とボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。この場合、２つの接触固定部２１ａは歪み発生部材２１の両端面部であり、その裏面が接着面として接着剤２８によりスペーサ２３の上面に接着固定され、さらにスペーサ２３の下面が接着剤２８により外方部材１の外径面に接着固定される。これにより、接触固定部２１ａと外方部材１の外径面の間での摩擦係数が大きくなり、それだけ滑りが減少する。
　前記各ボルト２４は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５からスペーサ２３のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔２７に螺合させる。このように、スペーサ２３を介して外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂを有する中央部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記スペーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
　接着剤２８は、前記ボルト２４によりセンサユニット２０を外方部材１の外径面に締結する時に、センサユニット２０に生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段としても作用する。すなわち、前述のとおり、接着剤２８により、接触固定部２１ａと外方部材１の外径面の間の摩擦係数が大きくなる。その結果、ボルト２４でセンサユニット２０を外方部材１の外径面に締付け固定するときに、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａでの捩れが減少し、歪み発生部材２１に生じる初期歪みを小さくすることができる。ただし、接着剤２８として、例えば塗布直後の接着力が小さく、時間の経過とともに接着力が大きくなるものを使用すれば、滑りの抑制作用は有するが、初期歪み抑制作用は有しないこととなる。
　このほか、図５に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが固定される２箇所の中間部に前記平坦部１ｂよりも一段低くなった溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する２つの接触固定部２１ａの中間部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。２つの接触固定部２１ａの中間部位が外方部材１の外径面から離れた状態となることで、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。この場合、歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａの裏面の接着面が接着剤２８で外方部材１の外径面（平坦部１ｂ）に接着固定される。滑り抑制作用および初期歪み抑制作用の両方を有する接着剤２８としては、例えば、瞬間接着剤であるロックタイト（登録商標）を使用することができる。経時的に接着力が強くなる初期歪み抑制作用の弱い接着剤としては、エポキシ系接着剤、例えばアラルダイト（登録商標）がある。
　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、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、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のセンサ２２は推定手段４０に接続される。推定手段４０は、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 ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する手段であり、信号処理回路や補正回路などが含まれる。この推定手段４０は、前記作用力とセンサ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、入力されたセンサ２２の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。
　上記構成において、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の２つの接触固定部２１ａが外方部材１に接触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、その歪みがセンサ２２で検出され、その出力信号から荷重を推定できる。とくに、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａが、接着剤２８により固定側部材である外方部材１の外径面に接着固定されているので、接触固定部２１ａと外方部材１の外径面の間での摩擦係数が大きくなり、それだけ滑りが減少する。その結果、センサ２２の出力信号に前記滑りに起因して生じるヒステリシスが小さくなり、荷重を正確に推定できる。
　上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
　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。
　歪み発生部材２１の接触固定部２１ａの外方部材１の外径面への接触固定において、図３および図４に示すように、スペーサ２３を介在させた場合には、図５の取付例のように、外方部材１の外径面に溝１ｃを形成することなく、歪み発生部材２１のセンサ２２の取付部である中央部位を外方部材１の外径面から離すことができ、センサ２２の取付部の変形が容易となる。
　また、図５のように、スペーサ２３を省略して、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａを、外方部材１の外径面に直接接触固定した場合には、スペーサ２３を省略した分だけ、部品点数を削減でき組立性が向上する。
　また、図３～図５のように、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａの外方部材１の外径面への接触固定に、接着剤２８による接着固定とボルト２４による締結を併用した場合には、接触固定部２１ａと外方部材１の外径面との間に接着力のほかに軸力が与えられるため、これらの間での滑りをさらに低減できる。
　固定側部材である外方部材１の外径面に固定されるセンサユニット２０の各接触固定部２１ａの軸方向寸法が異なると、外方部材１の外径面から接触固定部２１ａを介して歪み発生部材２１に伝達される歪みも異なる。この第１実施形態では、センサユニット２０の各接触固定部２１ａを、外方部材１の外径面に対して軸方向に同寸法となるように設けているので、歪み発生部材２１に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
　また、この第１実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１が、平面概形が均一幅の帯状、あるいは図３のように平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるものとしているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサ２２で感度良く検出される。その結果、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、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、量産性に優れたものとなる。
　また、この第１実施形態では、センサユニット２０を、外方部材１における複列の転走面３のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体５を介して外方部材１に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配置しているので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
　図６ないし図８は、この発明の第２実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１～図５に示す第１実施形態において、センサユニット２０を以下のように構成している。なお、この第２実施形態では、図７のように、２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部に設けられている。この場合も、センサユニット２０は、図８に拡大断面図で示すように、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の歪みを検出するセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面に対向する内面側に張り出した２つの接触固定部２１ａを両端部に有し、これら接触固定部２１ａで外方部材１の外径面に接触して固定される。その接触固定は、接着剤２８とボルト４７とで行なわれる。接着剤２８は、第１実施形態の場合と同様に、接触固定部２１ａと外方部材１の間で摩擦係数を大きくして、両者間の滑りを減少させる作用を有するとともに、センサユニット２０に生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段ともなる。
　２つの接触固定部２１ａのうち、１つの接触固定部２１ａは、外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう１つの接触固定部２１ａが配置され、かつこれら両接触固定部２１ａは互いに外方部材１の円周方向における同位相の位置に配置される。つまり、センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、固定側部材である外方部材１の同一周方向位置でかつ軸方向に互いに離れた位置となるように、外方部材１の外径面に配置される。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。この場合も、外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の接触固定部２１ａが接触固定される箇所に平坦部１ｂを形成するのが望ましい。
　また、歪み発生部材２１の中央部には内面側に開口する１つの切欠き部２１ｂが形成されている。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、前記切欠き部２１ｂの周辺、具体的には歪み発生部材２１の外面側で切欠き部２１ｂの背面側となる位置が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
　歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａを外方部材１の外径面へ締結する各ボルト４７は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔４８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔４９に螺合させる。歪み発生部材２１の接触固定部２１ａ以外の箇所では、外方部材１の外径面との間に隙間が生じている。その他の構成は、図１～図５に示した第１実施形態の場合と同様である。なお、図６は、車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す図７におけるVI－VI線断面図である。
　この第２実施形態では、２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部に設けられているので、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を検出することができる。
　この発明の第３実施形態を図９および図１０と共に説明する。この第３実施形態の基本的な構成は先の第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。図９に示すように、固定側部材である外方部材１の外径面には、４つのセンサユニット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。図１０に示すように、スペーサ２３（図２）は省略されており、歪発生部材２１が直接外方部材１の外径面に固定されている。
　図１０に断面図で示すように、歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、その裏面を接着面として接着剤２８により、外方部材１の外径面（平坦部１ｂ）に接着固定されている。この接着剤２８は、歪み発生部材２１と外方部材１との間の滑りを抑制してヒステリシスを小さくする。この場合、接着剤２８の種類によっては塗布直後の接着力が小さいために、歪み発生部材２１の初期歪みを抑制する作用が弱い。そこで、別途、初期歪み抑制手段として、前記各ボルト２４の頭部２４ａと歪み発生部材２１との間にスペーサ２９を介在させている。この場合、各ボルト２４は、それぞれスペーサ２９のボルト挿通孔３０から、接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔２７に螺合させる。
　さらに、図１１に示す第４実施形態では、初期歪み抑制手段として、前記各ボルト２４で歪み発生部材２１を外方部材１の外径面（平坦部１ｂ）に締付け固定するときに、歪み発生部材２１に径方向への予圧を与えることで歪み発生部材２１を外方部材１の外径面に押し付けておく予圧手段３１を設けている。ここでは、その予圧手段３１として、歪み発生部材２１の長手方向に対して直交する方向に延びて配置され、歪み発生部材２１における各接触固定部２１ａが位置する両端部表面側に重なる２枚の弾性帯材３２が用いられ、これら各弾性帯材３２の両端部は、それぞれボルト３３により外方部材１の外径面に締付け固定されている。弾性帯材３２は例えば鋼材等の弾性変形可能な金属製薄板材からなり、その中間部には、ボルト頭部２４ａとの干渉をさける切欠き部３２ａが形成されている。この予圧手段３１は、ボルト２４で歪み発生部材２１を外方部材１の外径面（平坦部１ｂ）に締付け固定した後に外方部材１から取り外しても、あるいは取り外さずにそのままの状態で外方部材１に取付けておいても良い。
　第３または第４実施形態によれば、センサユニット２０はボルト２４により外方部材１の外径面に固定されるが、図１０のようにボルト頭部２４ａと歪み発生部材２１との間に介在させるスペーサ２９、あるいは図１１のように歪み発生部材２１に予圧を与えて外方部材１の外径面に押し付けておく予圧手段３１を初期歪み抑制手段として用いているので、ボルト２４によるセンサユニット２０の固定時にセンサユニット２０に生じる初期歪みを小さくすることができる。これにより、センサユニット２０の荷重検出範囲が広くなり、長期的に荷重を正確に検出できる。
　初期歪み抑制手段として、図１０の第３実施形態のようにボルト頭部２４ａと歪み発生部材２１との間に介在させるスペーサ２９を用いた場合は、ボルト２４による締付け固定により歪み発生部材２１に生じようとする捩れをスペーサ２９が吸収するので、歪み発生部材２１に生じる初期歪みを小さくすることができる。
　初期歪み抑制手段として、図１１の第４実施形態のように歪み発生部材２１に予圧を与えて外方部材１の外径面に押し付けておく予圧手段３１を用いた場合は、軸力を与えた状態でボルト２４による歪み発生部材２１の外方部材１への締付け固定を行うことになるので、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａでの捩れが減少し、歪み発生部材２１に生じる初期歪みを小さくすることができる。
　第３および第４実施形態において、接着剤２８が十分な初期歪み抑制作用を有する場合、スペーサ２９または予圧手段３１を省略することができる。また、この発明の応用例として、歪み発生部材２１と外方部材１の間の滑りを抑制する必要性が低い場合、あるいは、スペーサ２９または予圧手段３１が上記の滑りを抑制する作用もある程度期待できる場合には、上記滑り抑制用の接着剤２８を省略することもできる。
　つぎに、この発明の第５実施形態を図１２ないし図２１と共に説明する。図１２に示す第５実施形態は、図１に示した先の第１実施形態に比べ、温度補正手段５０、径方向荷重推定手段５１、軸方向荷重推定手段５２、軸方向荷重方向判別手段５３および温度センサ５４を付加した点、ならびに図１３に示すように、センサユニット２０を２つ設けた点が異なり、その他の構成は基本的にほぼ同一であるので、それらの詳しい説明は省略する。
　図１３に示すように、固定側部材である外方部材１の外径面には、２つのセンサユニット２０を１組とするセンサユニット対１９が１対設けられている。これら２つのセンサユニット２０は、外方部材１の外径面の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対１９は１対以上設けても良い。ここでは、センサユニット対１９を構成する２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下方向の位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けることで、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重（垂直方向荷重）Ｆz もしくは軸方向の荷重Ｆy を検出するようにしている。具体的には、外方部材１の外径面における上面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に１つのセンサユニット２０が配置され、外方部材１の外径面における下面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に他の１つのセンサユニット２０が配置されている。
　これらのセンサユニット２０は、先の第１実施形態との共用図面である図３（Ａ）および図１４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、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の歪みを検出するセンサ２２とでなる。その他、歪み発生部材２１の形状寸法や材質、切欠き部２１ｂの形状は先の第１実施形態と同様であり、詳しい説明は省略する。接着剤２８は、接触固定部２１ａと外方部材１の間で摩擦係数を大きくして、両者間のすべりを減少させる作用を有するとともに、センサユニット２０に生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段ともなる。
　センサユニット対１９の２つのセンサ２２は、図１３のように径方向荷重推定手段５１と軸方向荷重推定手段５２とにそれぞれ接続される。径方向荷重推定手段５１は、前記２つのセンサ２２の出力信号の差分から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する径方向荷重（ここでは垂直方向荷重Ｆz ）を推定する手段である。軸方向荷重推定手段５２は、前記２つのセンサ２２の出力信号の和から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する軸方向荷重（コーナリング力）Ｆy を推定する手段である。
　上記した径方向荷重推定手段５１による垂直方向荷重Ｆz の推定方法、および軸方向荷重推定手段５２による軸方向荷重Ｆy の推定方法について、以下に説明する。軸方向荷重Ｆy がゼロの状態で垂直方向荷重Ｆz が印加された場合、外方部材１の外径面の変形モードは、図１５に矢印Ｐ，Ｑで示すようになり、外方部材１の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形する。この第５実施形態では、センサユニット２０を、その２つの接触固定部２１ａが外方部材１の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対１９の２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂ（図１７に破線のグラフとして示す）の差分をとると、同図に実線のグラフＣとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。また、２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂの和をとると、同図に別の実線のグラフＤとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。
　一方、垂直方向荷重Ｆz がゼロの状態で軸方向荷重Ｆy が印加された場合、外方部材１の外径面の変形モードは、図１６に矢印Ｐ，Ｑで示すようになり、外方部材１の外径面の上面部および下面部とも外径方向へ変形する。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１も、前記下面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１も共に、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対１９の２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂ（図１８，図１９に破線のグラフとして示す）の差分をとると、同図に実線のグラフＣとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。また、２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂの和をとると、別の実線のグラフＤとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。
　このように、垂直方向荷重Ｆz の印加時と軸方向荷重Ｆy の印加時とで、外方部材１の外径面の変形モードが異なることを利用して、径方向荷重推定手段５１による垂直方向荷重Ｆz の推定、および軸方向荷重推定手段５２による軸方向荷重Ｆy の推定を、次のように行っている。
　（１）　軸方向荷重推定手段５２：２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂの和を求め、軸方向荷重（コーナリング力）Ｆy を推定する。この場合、垂直方向荷重Ｆz に対する出力信号Ａ，Ｂの和の傾きは小さく、軸方向荷重Ｆy の歪み量は垂直方向荷重Ｆz と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Ｆz による変動分はほとんど影響を受けない。
　（２）　径方向荷重推定手段５１：２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂの差を求め、軸方向荷重推定手段５２で求めた軸方向荷重Ｆy の値で補正して、垂直方向荷重Ｆz を推定する。垂直方向荷重Ｆz に限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重（駆動力となる荷重Ｆx を含む）に対する外方部材１の変形量は、軸方向荷重Ｆy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Ｆy の影響を受けやすい。そこで、上記したように、径方向荷重推定手段５１による推定値を軸方向荷重推定手段５２で求めた軸方向荷重Ｆy の値で補正すれば、径方向荷重（ここでは垂直方向荷重Ｆz ）を正確に推定できる。径方向荷重推定手段５１は、前記補正処理を行う補正手段５１ａを有する。例えば、垂直方向荷重Ｆz と歪み量が比例関係にある場合、補正手段５１ａは軸方向荷重Ｆy の値によりオフセット量や傾きを補正する。
　前記径方向荷重推定手段５１および軸方向荷重推定手段５２は、実験や解析により予め求めた図１７ないし図１９にグラフで示す関係（荷重Ｆz と歪み量（差）、荷重Ｆy と歪み量（和）、荷重Ｆy と歪み量（差）など）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）を有する。これにより、径方向荷重推定手段５１および軸方向荷重推定手段５２は、入力された２つのセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂから前記関係設定手段を用いて、垂直方向荷重Ｆz および軸方向荷重Ｆy を推定できる。
　ただし、図１８にＶ字形のグラフで示すように、軸方向荷重Ｆy の正負両方向（アウトボード側の方向とインボード側の方向）において、センサユニット２０の歪み発生部材２１が引っ張り方向に変形する場合、軸方向荷重Ｆy の方向を判別する必要がある。ここでは、前記センサユニット対１９のセンサ２２の出力信号の振幅から以下のように軸方向荷重Ｆy の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段５３を設けている。
　この第５実施形態では、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１の外径面のタイヤ接地面に対する上下方向の位置である上面部と下面部とに配置している。しかも、センサユニット２０を、外方部材１における複列の転走面３のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置に配置しているので、車輪用軸受の回転中には、センサユニット２０のセンサ２２の出力信号の振幅に、図２０に示す波形図のように周期的な変化が生じる。その理由は、転走面３におけるセンサユニット２０の近傍部位を通過する転動体５の有無によって、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形量が異なり、転動体５の通過周期ごとにセンサ２２の出力信号の振幅がピーク値を持つためである。この振幅は、センサユニット２０の近傍部位を通過する個々の転動体５の荷重によって生じる外方部材１の変形を検出していることになるので、その振幅値は軸方向荷重（モーメント力）Ｆy の大きさによって変化する。
　図２１（Ａ）は外方部材１の外径面の上面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示し、図２１（Ｂ）は外方部材１の外径面の下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Ｆy を表し、縦軸は外方部材１の歪み量つまりセンサ２２の出力信号の最大値および最小値の差を表す。この最大値と最小値の差が振幅である。これらの図から、軸方向荷重Ｆy が＋方向の場合、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で小さくなり（つまり振幅が小さくなる）、外方部材１の外径面下面部で大きくなる（つまり振幅が大きくなる）ことが分かる。これに対して、軸方向荷重Ｆy が－方向の場合には逆に、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で大きくなり、外方部材１の外径面下面部で小さくなることが分かる。
　そこで、軸方向荷重方向判別手段５３では、外方部材１の外径面上面部および外径面下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅の差分を求め、これらの値を比較することで、軸方向荷重Ｆy の方向を判別する。すなわち、外方部材１の外径面上面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅が小さく、外方部材１の外径面下面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅が大きいとき、その差分（外径面上面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅から外径面下面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅を引いた値）は、正の値となるため、軸方向荷重方向判別手段５３では、軸方向荷重Ｆy の方向が＋方向であると判別する。逆に、外方部材１の外径面上面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅が大きく、外方部材１の外径面下面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅が小さいとき、その差分は負の値となるため、軸方向荷重方向判別手段５３では、軸方向荷重Ｆy の方向が－方向であると判別する。
　なお、図１８のようなＶ字形のグラフではなく、図１９のように負方向の軸方向荷重Ｆy の最大値から正方向の軸方向荷重Ｆy の最大値にかけて単調増加（または単調減少）するような場所にセンサユニット２０を設置できれば、上記した軸方向荷重方向判別手段５３を設けなくても、センサユニット２０のセンサ２２の出力信号Ａ，Ｂだけから軸方向荷重Ｆy の方向も判別できる。
　図１３のように、外方部材１の外径面における各センサユニット２０の設置部の近傍には、外方部材１の外径面温度を検出する温度センサ５４がそれぞれ設けられている。温度センサ５４としては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を用いることができる。温度補正手段５０は、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて、前記センサユニット２０のセンサ出力信号を補正する手段である。ここでは、温度補正手段５０は、前記温度センサ５４の出力信号に基づいて、対応するセンサユニット２０のセンサ出力信号を補正する。したがって、径方向荷重推定手段５１や軸方向荷重推定手段５２には、温度補正手段５０によって補正されたセンサ出力信号が入力される。
　この第５実施形態におけるその他の基本的な動作は、先の第１実施形態とほぼ同様であるので、その説明は省略する。
　また、固定側部材である外方部材１の外径面に、その円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニット２０からなるセンサユニット対１９を少なくとも１対設け、そのセンサユニット対１９の２つのセンサ２２の出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Ｆz を推定する径方向荷重推定手段５１と、前記２つのセンサ２２の出力信号の和によりコーナリング力となる軸方向荷重Ｆy を推定する軸方向荷重推定手段５２を設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重（ここでは垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy とを感度良く推定することができる。
　とくに、少なくとも１対のセンサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下方向の位置となる固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対１９のセンサ出力信号の振幅から前記軸方向荷重Ｆy の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段５３を設けているので、方向判別のためのセンサを別途設けることなく、軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。したがって、複数のセンサを設置することなく、径方向荷重（ここでは垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy とを感度良く正確に推定することができる。
　ところで、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニット２０のセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、推定される荷重に温度の影響が残る。この実施形態では、車輪用軸受の温度またはその周囲温度に応じて前記センサユニット２０のセンサ出力信号を補正する温度補正手段５０を設けているので、温度による検出誤差を低減できる。
　また、この第５実施形態では、前記温度補正手段５０が、固定側部材である外方部材１の外径面に設けた温度センサ５４の出力信号に応じてセンサユニット２０のセンサ出力信号を補正するようにしているので、センサユニット２０が設けられる外方部材１の外径面の温度の測定値に応じて、センサユニット２０のセンサ出力信号を補正することになり、荷重をより正確に検出できる。
　軸方向荷重Ｆy の方向判別に用いられるセンサユニット対１９のセンサ出力信号の振幅には、上記したように車輪用軸受の回転中に転走面３におけるセンサユニット２０の近傍部位を通過する転動体５の有無によって、周期的な変化が生じる。そこで、検出信号におけるこのピーク値の周期を、例えば径方向荷重推定手段５１で測定することにより、転動体５の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように、出力信号に変動が見られる場合、径方向荷重推定手段５１や軸方向荷重推定手段５２は、センサユニット対１９の２つのセンサ２２の出力信号の差分や和を、各出力信号の平均値や振幅から算出することができる。変動が見られない場合には、絶対値より算出することができる。
　なお、この第５実施形態において、以下の構成については特に限定しない。
　・　センサユニット２０の設置個数、接触固定部２１ａ，センサ２２，切欠き部２１ｂの数、設置場所
　・　センサユニット２０の形状、固定方法（スペーサ２３を介さずに、２つの接触固定部２１ａを外方部材１の外径面に直接固定し、その外径面における両接触固定部２１ａの被固定部位間に溝を設けても良い。）、固定する向き（軸方向に向けて固定し、軸方向の歪みを検出しても構わない。）
　また、この第５実施形態では、センサユニット対１９となる２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下方向の位置となる固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部とに配置しているが、これに限らずタイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面の左右両面部に配置しても良い。この場合には、径方向荷重推定手段５１により、径方向荷重として車両の前後方向に作用する駆動力による荷重Ｆx を推定することができる。
　図２２ないし図２４は、この発明の第６実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１２～図２１に示す第５実施形態において、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を以下のように構成している。この場合も、センサユニット２０は、図２４に拡大断面図で示すように、先の第２実施形態で説明した図８と比べ、温度センサ５４をセンサユニット２０の歪み発生部材２１に設けた点が異なり、その他の構成は同様であるので、詳しい説明は省略する。なお、その他の構成は、第５実施形態の場合と略同様である。この実施形態では、温度センサ５４を歪み発生部材２１に設けることで、歪み検出用のセンサ２２と同じ部材に設けることになるので、信号ケーブルの引き出しなどが容易になり、組立性・量産性に優れたものとなる。
　歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、それぞれボルト４７により外方部材１の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト４７は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔４８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔４９に螺合させる。
　なお、上記した各実施形態では、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２０は内方部材２の内周となる周面に設ける。
　また、これらの実施形態では第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。
　前記各実施形態では接触固定部２１ａの固定方法としてボルト２４および滑り抑制用の接着剤２８を要件としたが、これらを要件としないこの発明の応用形態は、以下のとおりである（図１０、図１１、図１２および図１３参照）。
［応用形態１の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１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部２１ａを有する歪み発生部材２１、およびこの歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出するセンサ２２からなる１つ以上のセンサユニット２０をボルト２４で固定したセンサ付車輪用軸受であって、前記ボルト２４による前記センサユニット２０の固定時にセンサユニット２０に生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段を設けた。
［応用形態１の２］
　応用形態１の１において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルト２４によるセンサユニット２０の固定時に、前記歪み発生部材２１の接触固定部２１ａを前記固定側部材の外径面に接着固定しておく接着剤２８である。
［応用形態１の３］
　応用形態１の１において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルト２４によるセンサユニット２０の固定時に、前記歪み発生部材２１に予圧を与えて前記固定側部材１の外径面に押し付けておく予圧手段３１である。
［応用形態１の４］
　応用形態１の１において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルト２４の頭部２４ａと前記歪み発生部材２１との間に介在させたスペーサ２９である。
［応用形態１の５］
　応用形態１の１において、前記センサユニット２０の２つ以上の接触固定部２１ａを、前記固定側部材１の軸方向に対して同寸法となる位置に設けた。
［応用形態１の６］
　応用形態１の１において、前記歪み発生部材２１は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなる。
［応用形態１の７］
　応用形態１の１において、前記センサユニット２０の歪み発生部材２１ａは、前記固定側部材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した。
［応用形態１の８］
　応用形態１の１において、前記センサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置した。
［応用形態２の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３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニット２０からなるセンサユニット対１９を少なくとも１対設け、前記各センサユニット２０は、前記固定側部材の外径面に接触して固定される２つ以上の接触固定部２１ａを有する歪み発生部材２１およびこの歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出するセンサ２２を有し、前記センサユニット対１９における２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段５１と、前記センサユニット対１９における２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段５２とを設け、少なくとも１対のセンサユニット対１９の２つのセンサユニット２０は、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対１９のセンサ２２の出力信号の振幅から前記軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段５３を設けた。
［応用形態２の２］
　応用形態１において、前記軸方向荷重方向判別手段５３は、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサ２２の出力信号の振幅の差分から前記軸方向荷重の方向を判別する。
［応用形態２の３］
　応用形態１において、前記径方向荷重推定手段５１は、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに２つのセンサユニット２０が配置されたセンサユニット対１９における前記２つのセンサユニット２０の出力信号の差分から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定する。
［応用形態２の４］
　応用形態１において、少なくとも１対のセンサユニット対１９の２つのセンサユニット２０は、タイヤ接地面に対して前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記径方向荷重推定手段５１は、前記２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の差分から駆動力となる荷重を推定する。
［応用形態２の５］
　応用形態１において、前記径方向荷重推定手段５１は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段３２による推定値により補正する補正手段５１ａを有する。
［応用形態２の６］
　応用形態１において、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニット２０のセンサ２２の出力信号を補正する温度補正手段５０を設けた。
［応用形態２の７］
　応用形態６において、前記温度補正手段５０は、前記固定側部材の外径面に設けた１つ以上の温度センサ５４の出力信号に応じて前記センサユニット２０のセンサ２２の出力信号を補正する。
［応用形態２の８］
　応用形態６において、前記温度補正手段５０は、前記センサユニット２０の歪み発生部材２１に設けた１つ以上の温度センサ５４の出力信号に応じて前記センサユニット２０の出力信号を補正する。
［応用形態２の９］
　応用形態１において、前記荷重推定手段５１，５２は、前記センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０の各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか１つにより算出する。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されることなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全て変更を含む。

Claims (15)

  1. 　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であって、
    　上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、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１つ以上のセンサユニットを設け、このセンサユニットの前記接触固定部を接着剤とボルトで前記固定側部材に固定したセンサ付車輪用軸受。
  2. 　請求項１において、前記接触固定部の接着面を前記固定側部材の外径面に接着固定したセンサ付車輪用軸受。
  3. 　請求項１において、前記接触固定部と前記固定側部材の外径面の間にスペーサを介在させ、前記接触固定部の接着面を前記スペーサの上面に接着固定し、前記スペーサの下面を前記固定側部材の外径面に接着固定した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の２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けたセンサ付車輪用軸受。
  5. 　請求項１において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
  6. 　請求項１において、前記ボルトによる前記センサユニットの固定時にセンサユニットに生じる初期歪みを小さくする初期歪み抑制手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
  7. 　請求項６において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトによるセンサユニットの固定時に、前記歪み発生部材の接触固定部を前記固定側部材の外径面に接着固定しておく前記接着剤であるセンサ付車輪用軸受。
  8. 　請求項６において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトによるセンサユニットの固定時に、前記歪み発生部材に予圧を与えて前記固定側部材の外径面に押し付けておく予圧手段であるセンサ付車輪用軸受。
  9. 　請求項６において、前記初期歪み抑制手段は、前記ボルトの頭部と前記歪み発生部材との間に介在させたスペーサであるセンサ付車輪用軸受。
  10. 　請求項１において、前記センサユニットは、固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に少なくとも１対配置され、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け、
    　少なくとも１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対のセンサの出力信号の振幅から前記軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
  11. 　請求項１０において、前記軸方向荷重方向判別手段は、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の振幅の差分から前記軸方向荷重の方向を判別するセンサ付車輪用軸受。
  12. 　請求項１０において、前記径方向荷重推定手段は、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに２つのセンサユニットが配置されたセンサユニット対における前記２つのセンサユニットの出力信号の差分から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
  13. 　請求項１０において、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有するセンサ付車輪用軸受。
  14. 　請求項１０において、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
  15. 　請求項１０において、前記荷重推定手段は、前記センサユニット対の２つのセンサユニットの各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか１つにより算出するセンサ付車輪用軸受。
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