(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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１つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用ステーを設け、このステ−に前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付け、この演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備え、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第１の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第２の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備えることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記回路固定用ステーは、耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記回路固定用ステーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記回路固定用ステーと前記演算処理回路とが一体に樹脂モールドされているセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、前記回路固定用ステーは樹脂成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項６において、前記演算処理回路は、前記回路固定用ステーにインサート成形されているセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換器を備えるセンサ付車輪用軸受。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記演算処理回路は、前記センサのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサユニットは３つ以上の接触固定部と２つのセンサを有し、隣り合う第１および第２の接触固定部の間、および隣り合う第２および第３の接触固定部の間に各センサをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材の円通方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍とし、前記第１および第２の荷重推定手段は前記２つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆ったセンサ付車輪用軸受。
【請求項１２】
請求項１１において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分にシール材を塗布したセンサ付車輪用軸受。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２において、前記保護カバーは、耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１４】
請求項１１または請求項１２において、前記保護カバーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記演算処理回路を一体成形したセンサ付車輪用軸受。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記センサユニットを取付けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配したセンサ付車輪用軸受。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に対して点対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記固定側部材のフランジが設けられる周面に、耐蝕性または防食性を有する表面処理を施したセンサ付車輪用軸受。
【請求項２２】
請求項２１において、前記表面処理が金属メッキ、または塗装、またはコーティング処理であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項２３】
請求項１１ないし請求項２２のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とするセンサ付車輪用軸受の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、図２２のように車輪用軸受の固定輪である外輪９０に歪みゲージ９１を貼り付け、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、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特表２００８−５４２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、環境温度によるセンサのドリフトや、センサユニットの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが問題となる。
このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。
【０００５】
上記したセンサ出力信号のオフセット機能を持たせた荷重推定手段として、例えば図２３〜図２５にブロック図で示す構成のものが考えられる。この例でのセンサユニット１１０は、車輪用軸受の固定輪である外輪に取付けた歪み発生部材と、この歪み発生部材に固定される歪みセンサとで構成される。
【０００６】
図２３の荷重推定手段は、増幅回路１０１、オフセット調整回路１０２、記憶手段１０３、各種の補正回路１０４、信号出力回路１０６、およびコントロール回路１０７を有する。コントロール回路１０７は、前記オフセット調整回路１０２、記憶手段１０３、補正回路１０４、信号出力回路１０６などの制御を行うとともに、オフセット調整などの前処理が施されたセンサ出力信号を１２〜１６ビット程度の分解能を持つＡＤ変換器１０８（図２５）でデジタル化し、このデジタル化されたセンサ出力信号に基づき、その荷重演算機能によって車輪用軸受にかかる荷重を演算し推定する。オフセット調整回路１０２は、センサユニット１１０の初期オフセットや車輪用軸受への固定によるオフセットを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路１０７による調整、もしくは外部からの指令による調整が可能とされている。
【０００７】
図２４には、センサユニット１１０、増幅回路１０１、およびオフセット調整回路１０２の具体的な接続構成例を示す。オフセット調整回路１０２は、オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ２などからなる加算器として構成される。この場合、センサ付車輪用軸受の組立完了後にセンサ出力が規定値（ゼロ点電圧）になるように、可変抵抗器ＶＲＩ，ＶＲ２の抵抗値が調整されて固定される。
【０００８】
しかし、  図２３に示す荷重推定手段の回路構成としても、センサユニット１１０の取付けに伴う歪みの程度や、センサ素子Ｒｇ（図２４）自体の特性ばらつきをカバーするには、回路に大きなオフセットの調整幅を持たせる必要があり、その調整工程も必要となるため、製造コストが増加してしまう。
また、長期運転中に大きなオフセット変動が発生した場合、その大きさによっては後段の増幅回路１０１が飽和してしまい、荷重の検出が困難になってしまう。
【０００９】
また、図２５のように、軸受の外輪１２０に搭載する歪みセンサ１１１の数が増えた場合、上記した増幅回路１０１およびオフセット調整回路１０２を含む前処理回路も素子数と同じく増加するため、回路基板のサイズが大きくなり、軸受外輪１２０上に搭載することが難しくなる。そのため、前処理回路を軸受とは離れた場所に設置し、センサ出力信号を引き回す手法をとることになるが、この場合、ケーブルの本数が増加して、足回り部品からボディー側まで太い配線を設置することになり、作業性・信頼性の低下を引き起こす。また、微弱なセンサ出力信号を長い配線で引き出すため、ノイズの影響も大きくなってしまうという問題もある。
【００１０】
そこで、図２５に示すＡＤ変換器１０８を図２６や図２７のように軸受の外輪１２０上に配置し、配線数を低減する構成が考えられる。しかし、この場合、センサユニット１１０毎にＡＤ変換器１０８を設ける必要があり、コストアップとなる。図２６や図２７では、１つのＡＤ変換器１０８を２つのセンサユニット１１０で共用したり、１つのＡＤ変換器１０８を４つのセンサユニット１１０で共用する例を示しているが、ＡＤ変換器１０８を具体的にどのように固定するかが新たな問題となる。例えば、外輪１２０の円筒部外周面にＡＤ変換器１０８を設ける場合、外輪１２０の外径面にセンサユニット取付用のものと同様の台座を設ける必要があるが、これでは外輪１２０の円筒部が上下左右で非対称となるため、センサユニット１１０の構成要素となる複数の歪みセンサのセンサ出力信号が複雑化してしまう。外輪１２０の外周にセンサユニット１１０を覆う保護カバーを設ける構成例の場合には、その保護カバーに上記ＡＤ変換器１０８を固定することも考えられる。しかし、この場合には、保護カバーの取付け時に回路の配線を行わなければならないので、軸受の組立性が悪くなる。
【００１１】
このように、センサ出力信号を処理する演算処理回路に上記したＡＤ変換器などを付加する場合には、その演算処理回路をどのように設置するかが新たな問題として生じる。すなわち、第１の問題点として、上記したように演算処理回路を軸受外輪に直接取付ける場合、外輪の円筒部外周面に演算処理回路取付用の台座を設ける必要があるが、これでは荷重に対するセンサ出力信号が軸受に対して線対称にならず、荷重を正確に検出できない。また、第２の問題点として、演算処理回路が軸受外輪に直接接触することによって外輪の熱の影響を受けるため、この点からも荷重を正確に検出できない。さらに、第３の問題点として、演算処理回路の回路基板をそのまま軸受外輪に取付けると、回路基板が振動等の負荷を受けて破損する恐れもある。
【００１２】
この発明の目的は、コンパクトな構成で組立性も良く、車輪の軸受部にかか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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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１つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用ステーを設け、このステ−に前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けたことを特徴とする。この場合の固定側部材は例えば軸受の外方部材である。
【００１４】
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感度良く検出され荷重を精度良く推定できる。
とくに、固定側部材の車体取付用のフランジの側面に回路固定用ステーを設け、このステ−にセンサユニットのセンサ出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けているので、固定側部材の円筒部の周面の形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でＡＤ変換器などを含む演算処理回路を取付けることができて、組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
【００１５】
この発明において、前記回路固定用ステーは、耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであっても良いし、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであっても良い。
このように構成した場合、回路固定用ステーの錆により演算処理回路の取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。
【００１６】
この発明において、前記回路固定用ステーと前記演算処理回路とが一体に樹脂モールドされていても良い。この場合も、回路固定用ステーの錆により演算処理回路の取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。
【００１７】
この発明において、前記回路固定用ステーは樹脂成形したものであっても良い。この場合に、前記演算処理回路は、前記回路固定用ステーにインサート成形されていても良い。この場合も、回路固定用ステーの錆により演算処理回路の取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。回路固定用ステーに演算処理回路をインサート成形した場合、回路固定用ステーへの演算処理回路の取付け作業を省略できる。
【００１８】
この発明において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号を直接にＡＤ変換するＡＤ変換器を備えるものであっても良い。
【００１９】
この発明において、前記演算処理回路は、前記センサのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるものであっても良い。
【００２０】
前記演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備える。
【００２１】
前記演算処理回路は、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第１の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第２の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備える。
この構成の場合、車輪が静止あるいは低速状態のときには時間平均処理することなく求められる平均値から得られる第１の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、検出処理時間を短くできる。また、車輪が通常回転状態にあるときには、センサ出力信号の平均値と振幅値を精度良く演算できるので、振幅値、または平均値と振幅値とから得られる第２の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、推定荷重値の誤差が小さくなり、検出遅延時間も十分短くなる。
その結果、車輪にかかる荷重を正確に推定でき、かつ検出した荷重信号を遅延なく出力できる。このため、その荷重信号を利用した車両の制御の応答性や制御性が向上し、より安全性や走行安定性を高めることができる。
【００２２】
この場合に、前記センサユニットは３つ以上の接触固定部と２つのセンサを有し、隣り合う第１および第２の接触固定部の間、および隣り合う第２および第３の接触固定部の間に各センサをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材の円通方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍とし、前記第１および第２の荷重推定手段は前記２つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしても良い。
【００２３】
この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆っても良い。  この構成の場合、センサユニットおよび演算処理回路を保護カバーで被覆できて、外部環境の影響によるセンサユニットや演算処理回路の故障を防止して、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。例えば外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニットや演算処理回路を確実に保護することができる。
【００２４】
この発明において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分にシール材を塗布しても良い。
この構成の場合、保護カバーの密封性をより高めることができ、信号ケーブルの周方向への変位も規制することができる。
【００２５】
この発明において、前記保護カバーは、例えば耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであっても良いし、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであっても良い。
【００２６】
この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記演算処理回路を一体成形しても良い。この場合には、演算処理回路へのフレキシブル基板の接続作業を省略することができる。
【００２７】
この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記センサユニットを取付けても良い。このように、フレキシブル基板にセンサユニットを取付けることで、センサユニットの取付けが容易になる。
【００２８】
この発明において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであっても良い。フレキシブル基板のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができる。
【００２９】
この発明において、前記センサユニットを、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の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
このように４つのセンサユニットを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００３０】
この発明において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状、または軸受軸心に対して点対称となる形状としても良い。
この構成の場合、固定側部材の形状が単純化され、固定側部材の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。
【００３１】
この発明において、前記固定側部材のフランジが設けられる周面に、耐蝕性または防食性を有する表面処理を施しても良い。この場合の表面処理は、例えば金属メッキ、または塗装、またはコーティング処理である。
このように、固定側部材のフランジが設けられる周面に耐食性または防食性を有する表面処理を施した場合、固定側部材の周面の錆によりセンサユニットの取付部が盛り上がったり、センサユニットにもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因するセンサの誤動作を解消でき、荷重検出をさらに長期にわたり正確に行うことができる。
【００３２】
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とする。
この組立方法によると、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
【発明の効果】
【００３３】
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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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１つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用ステーを設け、このステ−に前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付け、この演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備え、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第１の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第２の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備えるため、コンパクトな構成で組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることとしたため、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外方部材の一例の断面図である。
【図３】同外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図４】同外方部材の他の例の断面図である。
【図５】同外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図６】同外方部材に設けられる回路固定用ステーの展開図である。
【図７】同外方部材のさらに他の例の断面図である。
【図８】同外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図９】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である。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図１１】（Ａ）はフレキシブル基板の一例の一部を破断して示す展開平面図、（Ｂ）は（Ａ）のXIｂ−XIｂ矢視断面図である。
【図１２】（Ａ）はフレキシブル基板の他の例の一部を破断して示す展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。
【図１３】（Ａ）はフレキシブル基板のさらに他の例の一部を破断して示す展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。
【図１４】センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。
【図１５】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の他の例を示すブロック図である。
【図１７】センサ出力信号の平均値と振幅値を演算する演算部の回路例のブロック図である。
【図１８】平均値および振幅値から荷重を推定・出力する回路部のブロック図である。
【図１９】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受における外方部材の一例の断面図である。
【図２０】同外方部材の他の例の断面図である。
【図２１】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２２】従来例の斜視図である。
【図２３】提案例における検出系の構成例を示すブロック図である。
【図２４】同検出系における増幅回路およびオフセット調整回路の具体例を示す回路構成図である。
【図２５】提案例においてセンサ数が増加したときの検出系の構成を示すブロック図である。
【図２６】提案例におけるＡＤ変換器の設置構成の一例を示す断面図である。
【図２７】提案例におけるＡＤ変換器の他の設置構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図１８と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００３６】
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。
【００３７】
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には周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト（図示せず）を前記ねじ孔１４に螺合することにより、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。
【００３８】
図２はこの車輪用軸受における外方部材１の一例の断面図を示し、図３はその外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図２は、図３におけるIII −III 矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、その正面形状が、軸受軸心Ｏに直交する線分（例えば図３における縦線分ＬＶあるいは横線分ＬＨ）に対して線対称となる形状、または軸受軸心Ｏに対して点対称となる形状とされている。具体的には、この例ではその正面形状が前記縦線分ＬＶに対して線対称となる円形とされている。
【００３９】
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、円周方向９０度の位相差で等配されている。
【００４０】
これらのセンサユニット２０は、図９および図１０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２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂとでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材２１は、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３つの接触固定部２１ａを有する。３つの接触固定部２１ａは、歪み発生部材２１の長手方向に向けて１列に並べて配置される。つまり、図１０において、左端の接触固定部２１ａと中央の接触固定部２１ａとの間に１つの歪みセンサ２２Ａが配置され、中央の接触固定部２１ａと右端の接触固定部２１ａとの間に他の１つの歪みセンサ２２Ｂが配置される。切欠き部２１ｂは、図９のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂは歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂ周辺における長手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。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。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。
【００４１】
前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが外方部材１の軸方向について同じ位置で、かつ各接触固定部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、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。このとき、センサユニット２０の上面に配置されるフレキシブル基板３０も、センサユニット２０と共に外方部材１の外径面に固定される。フレキシブル基板３０は、外方部材１の外径面に沿って外方部材１と同心にリング状に配置される帯状の一枚基板である。つまり、４つのセンサユニット２０は１つのフレキシブル基板３０の裏面側に取付けられ、フレキシブル基板３０と共に外方部材１の外径面に固定される。フレキシブル基板３０は外方部材１の外径面に沿ってリング状に配置されるため、そのベース材質としてはポリイミドが望ましい。フレキシブル基板３０のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板３０に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができ、外方部材１の周方向に容易に沿わせることができる。
【００４２】
前記各ボルト２４は、それぞれフレキシブル基板３０のボルト挿通孔３０ａから、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５、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ねじ孔２７に螺合させる。ボルト２４の頭部と歪み発生部材２１との間にはワッシャ２８を介在させる。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を有する各部位が外方部材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。
【００４３】
歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂとしては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂを金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２２２Ａ，２２Ｂ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。
【００４４】
図１１（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０の一配置例の平面展開図およびその断面図を示す。この配置例では、フレキシブル基板３０上に４つのセンサユニット２０が直接に取付けられている。センサユニット２０はフレキシブル基板３０の裏面（外方部材１の外径面と対向する面）側に取付けられ、配線回路３４がフレキシブル基板３０の裏面または表裏両面に回路パターンとして印刷されている。センサユニット２０は半田付けなどにより前記配線回路３４に接続される。センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の外方部材１との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板３０の配線回路３４の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３０に取付けられる。この例では、フレキシブル基板３０のセンサユニット配置部におけるセンサユニット２０の両側部に相当する部分に、フレキシブル基板３０の長手方向に延びる帯状の開口３０ｂが形成されている。これにより、センサユニット２０の外方部材１との密着面は、回路印刷面や半田部がない平坦面となり、外方部材１にセンサユニット２０を密着させて取付けることができる。
【００４５】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０の他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例でも、センサユニット２０のすべてがフレキシブル基板３０上に取付けられている。この配置例では、フレキシブル基板３０のセンサユニット配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３０ｃが形成されている。
このように、フレキシブル基板３０におけるセンサユニット３０の配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３０ｃを形成することにより、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形がフレキシブル基板３０で規制されるのを確実に防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。その他の構成は、図１１に示した配置例の場合と同様である。
【００４６】
図１３（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０のさらに他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例では、各センサユニット２０を、フレキシブル基板３０の配線回路３４との接続部を除いて、フレキシブル基板３０から切り離している。その他の構成は、図１１に示した配置例の場合と同様である。
【００４７】
各センサユニット２０の歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂは、前記フレキシブル基板３０の配線回路３４を介して演算処理回路３１（図１〜図３）に接続される。演算処理回路３１は、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号を演算処理して、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 ）を推定する回路であって、その構成の一例を図１５および図１６にブロック図で示す。
【００４８】
演算処理回路３１の回路基板は、図１のように回路固定用ステー３２を介して外方部材１の車体取付用のフランジ１ａのアウトボード側を向く側面に取付けられる。図１〜図３の構成例では、回路固定用ステー３２は半円の円弧状の板部材からなり、前記フランジ１ａのアウトボード側を向く側面に、外方部材１と同心にスペーサ３３を介して配置される。また、演算処理回路３１の回路基板も回路固定用ステー３２と略同じ円弧状とされ、回路固定用ステー３２の前面にこれと重ねて配置され、回路固定用ステー３２と共に複数のボルト３５によりフランジ１ａの側面に固定される。演算処理回路３１の回路基板および回路固定用ステー３２には、これらが重なり合った状態で互いに整合する複数のボルト挿通孔３６，３７が設けられ、前記スペーサ３３はこれらボルト挿通孔３６，３７に整合する各位置に配置される。各ボルト３５は、演算処理回路３１の回路基板のボルト挿通孔３６から、回路固定用ステー３２のボルト挿通孔３７、スペーサ３２のボルト挿通孔３８に挿通し、車体取付け用フランジ１ａに設けられたねじ孔３９に螺合させる。なお、ボルト３５による固定でなく、接着により回路固定用ステー３２をフランジ１ａの側面に固定し、さらに回路固定用ステー３２の前面に接着により演算処理回路３１の回路基板を固定しても良い。フレキシブル基板３０の配線回路３４（図１１）と演算処理回路３１とは接続ケーブル４０（図３）を介して接続されている。演算処理回路３１には、この回路で処理された出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル４１が接続されている。
【００４９】
図４〜図６は、演算処理回路３１の取付けの他の構成例を示す。この構成例の場合も、演算処理回路３１の回路基板は円弧状とされ、回路固定用ステー３２の前面にこれと重ねて配置される。回路固定用ステー３２は、図６に展開平面図で示すように、円弧状とした本体板部３２ａの外周縁の複数箇所に外径側へ突出する取付片３２ｂを設けてなり、本体板部３２ａにはその各取付片３２ａが突出する周方向位置に半円形の覗き窓４２（図５，図６）が設けられると共に、演算処理回路３１のボルト挿通孔３６と整合する他の周方向位置にねじ孔４３が設けられ、取付片３２ｂにはボルト挿通孔４４が設けられている。この場合の回路固定用ステー３２は、各取付片３２ｂを本体板部３２ａの裏面側に向けて断面逆Ｌ字状に折り曲げ、その取付片３２ｂの本体板部３２ａと平行となった折り曲げ部３２ｂａを車体取付用のフランジ１ａのアウトボード側を向く側面に押し当てることで、図１〜図３の場合のスペーサ３３を介さずに外方部材１と同心に配置され、図５のように複数のボルト４５で固定される。取付片３２ｂのボルト挿通孔４４は前記折り曲げ部３２ｂａに設けられ、本体板部３２ａの覗き窓４２と整合する。各ボルト４５は、ステー本体板部３２ａの覗き窓４２から取付片３２ｂのボルト挿通孔４４に挿通し、車体取付け用フランジ１ａに設けられたねじ孔３９に螺合させる。なお、図５は、ステー３２に演算処理回路３１を取付ける前の状態を示す。ステー３２の前面への演算処理回路３１の固定は、図示しないボルトを演算処理回路３１の回路基板のボルト挿通孔３６に挿通し、ステー本体板部３２ａのねじ孔４３に螺合させることで行われるが、接着により固定しても良い。図示しないが、フレキシブル基板３０の配線回路３４と演算処理回路３１とが接続ケーブル４０を介して接続されることや、演算処理回路３１に信号ケーブル４１が接続されることは、図３の場合と同様である。
【００５０】
図７および図８は、演算処理回路３１の取付けのさらに他の構成例を示す。この構成例では、回路固定用ステー３２は、図８のように平板状の本体板部３２ｃの一側縁に断面Ｌ字状に折り曲げられて突出する一対の取付片３２ｄを設けてなる。その一対の取付片３２ｄを車体取付用のフランジ１ａのアウトボード側を向く側面に押し当て、これをボルト４６でフランジ１ａに固定することにより、回路固定用ステー３２は、その本体板部３２ｃがフランジ１ａの側面に対して垂直で、外方部材１の円筒部外径面に対して接線方向に延びる姿勢に固定される。この回路固定用ステー３２の本体板部３２ｃの上面に、この本体板部３２ｃと略同じ平板形状とされた演算処理回路３１の回路基板が図示しないボルトまたは接着により取付けられる。これにより、演算処理回路３１は、外方部材１の外径面に対して接線方向に延びる姿勢で取付けられる。フレキシブル基板３０の配線回路３４と演算処理回路３１とが接続されることや、演算処理回路３１に信号ケーブル４１が接続されることは、図３の場合と同様である。
【００５１】
上記した演算処理回路３１の各構成例において、前記回路固定用ステー３２には、例えば耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものが用いられる。このほか、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものを用いても良い。また、回路固定用ステー３２と演算処理回路３１の回路基板とが一体に樹脂モールドされていても良い。さらには、回路固定用ステー３２として、樹脂成形したものを用いても良い。これにより、回路固定用ステー３２の錆により演算処理回路３４の取付部が盛り上がったり、演算処理回路３１にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。回路固定用ステー３２を樹脂成形品とする場合には、演算処理回路３１を回路固定用ステー３２にインサート成形するものとしても良い。この場合には、回路固定用ステー３２への演算処理回路３１の取付け作業を省略できる。また、上記した各構成例では、フレキシブル基板３０を接続ケーブル４０を介して演算処理回路３１に接続したが、フレキシブル基板３０に演算処理回路３１を一体成形しても良い。この場合には、演算処理回路３１へのフレキシブル基板３０の接続作業を省略することができる。また、フレキシブル基板３０と演算処理回路３１の接続に防水コネクタを用いても良い。
【００５２】
図１５に示す演算処理回路３１の構成例では、各センサユニット２０の歪みセンサ２２がＡＤ変換器４９を介して荷重推定手段５０に接続される。すなわち、歪みセンサ２２の出力信号は、ＡＤ変換器４９で直接にＡＤ変換されて、このＡＤ変換された歪みセンサ２２の出力信号が荷重推定手段５０に入力される。この場合のＡＤ変換器４９としては、少なくとも２０ビット以上の分解能を持つものが用いられる。また、ＡＤ変換器４９は多チャンネル入力の小型素子とし、複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を一つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット５９を構成している。ＡＤ変換器４９の方式は、デジタル・シグマ型変換器とすることが、高精度で比較的高速な特徴を持つ点で望ましい。
【００５３】
荷重推定手段５０は、センサユニット２０の歪みセンサ２２のＡＤ変換された出力信号から、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、例えばマイクロコンピュータで構成される。このマイクロコンピュータからなる荷重推定手段５０は、一つの基板上に各種の電子部品を実装したものであっても、１チップのものであっても良い。荷重推定手段５０は、オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、ローパスフィルタ等のフィルタ処理回路５３、荷重推定演算回路５４、コントロール回路５５などを有する。オフセット調整回路５１は、歪みセンサ２２の初期オフセットや、車輪用軸受への固定によるオフセットなどを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路５５による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。オフセットの原因は歪みセンサ２２のばらつきやセンサ固定時の歪みなどであることから、車輪用軸受にセンサユニット２０を取付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。
【００５４】
このように、センサ付車輪用軸受の組立完了後に、歪みセンサ２２の出力信号が規定値となるようにオフセット調整回路５１でオフセットを調整すると、センサ付車輪用軸受が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点とすることができるため、センサ出力信号の品質を確保することができる。
【００５５】
また、歪みセンサ２２の出力信号には、歪みセンサ自体の温度特性や、固定側部材である外方部材１の温度歪みなどによるドリフト量が存在する。温度補正回路５２は、オフセット調整された歪みセンサ２２の出力信号の温度に起因するドリフトを補正する回路である。温度によるドリフトを補正するために、図９のように少なくとも１つのセンサユニット２０の歪み発生部材２１には温度センサ２９が設けられ、この温度センサ２９の出力信号がＡＤ変換器４９でデジタル化されてから前記温度補正回路５２に入力される。
【００５６】
荷重推定演算回路５４では、前記オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、フィルタ処理回路５３によりオフセット調整処理、温度補正処理、フィルタ処理などが施された歪みセンサ２２のデジタル化された出力信号に基づき、荷重推定演算が行われる。この荷重推定演算回路５４は、前記垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy と、歪みセンサ２２の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、歪みセンサ２２の出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力（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。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。荷重推定手段５０の荷重推定演算回路５４で得られた荷重データは、車体側に設置される上位の電気制御ユニット（ＥＣＵ）まで、車内通信バス（例えばＣＡＮバス）などを通じて出力される。この通信経路は無線化されたものであってもよく、軸受側と車体側にそれぞれ送受信器を設置し、荷重データ等の出力を行う構成としても良い。この場合、電源供給などの必須なケーブルを配線接続してセンサを動作させ、得られたデータは無線で送信する構成とすることで、必要なケーブルの本数を減らすことができ、車体への取付けが簡単になる。電気制御ユニットは、例えば車両の全体を制御する手段であり、マイクロコンピュータ等により構成される。必要に応じてアナログ電圧で出力するものとしても良い。
【００５７】
図１６に示す演算処理回路３１の構成例では、各歪みセンサ２２の出力信号を増幅する増幅回路５６と、上記したオフセット調整回路５１とが、前処理回路として荷重推定手段５０の前段部に設けられる。複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を一つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット５９や、その後段の荷重推定手段５０の構成は図１５の構成例の場合と同様である。
【００５８】
荷重推定手段５０の荷重推定演算回路５４は、図１７に示す平均演算部６８と、振幅演算部６９とを備える。平均演算部６８は加算器からなり、センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和を演算して、その和を平均値Ａとして取り出す。振幅値演算部６９は減算器からなり、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の差分を演算して、その差分値を振幅値Ｂとして取り出す。
【００５９】
荷重推定演算回路５４では、前記平均演算部６８と振幅演算部６９で演算される平均値Ａおよび振幅値Ｂから、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力Ｆ（例えば垂直方向荷重Ｆz ）を演算・推定する。その演算・推定のために、荷重推定演算回路５４は図１８に示す２つの荷重推定手段７１，７２を有する。第１の荷重推定手段７１は前記平均値Ａを用いて車輪用軸受に作用する荷重Ｆを演算・推定する。第２の荷重推定手段７２は、前記平均値Ａと振幅値Ｂとを用いて車輪用軸受に作用する荷重Ｆを演算・推定する。
【００６０】
車輪用軸受に作用する荷重Ｆと歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓとの関係は、線形な範囲内でオフセット分を除外すれば、
Ｆ＝Ｍ１×Ｓ      ……（１）
という関係で表すことができ、この関係式（１）から荷重Ｆを推定することができる。ここで、Ｍ１は所定の補正係数である。
前記第１の荷重推定手段７１では、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号からオフセット分を除いた変数として前記平均値Ａを用い、この変数に所定の補正係数Ｍ１を乗算した一次式、つまり
Ｆ＝Ｍ１×Ａ      ……（２）
から荷重Ｆを演算・推定する。このようにオフセット分を除外した変数を用いることにより、荷重推定精度を向上させることができる。
【００６１】
前記第２の荷重推定手段７２では、前記平均値Ａおよび振幅値Ｂを変数として用い、これらの変数に所定の補正係数Ｍ２，Ｍ３を乗算した一次式、つまり
Ｆ＝Ｍ２×Ａ＋Ｍ３×Ｂ      ……（３）
から荷重Ｆを演算・推定する。このように２種類の変数を用いることで、荷重推定精度をさらに向上させることができる。
上記各演算式における各補正係数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。前記第１の荷重推定手段７１および第２の荷重推定手段７２による演算は平行して行われる。なお、式（３）において、変数である平均値Ｂを省略しても良い。つまり、第２の荷重推定手段７２では、振幅値Ｂのみを変数として用いて荷重Ｆを演算・推定することもできる。
【００６２】
センサユニット２０は、図１のように外方部材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設けられるので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、図１４のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。つまり、この転動体５の影響がオフセット分として作用する。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂに最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅は最大値となり、図１４（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂのアナログ出力信号ａ，ｂは、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図１４（Ｃ）のように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。そこで、演算処理回路３１における前記荷重推定演算回路５４では、荷重を求めるデータとして、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅の和を上記した平均値Ａとし、振幅の差分（絶対値）｜ａ−ｂ｜を上記した振幅値Ｂとする。これにより、平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値Ｂは、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号ａ，ｂに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値Ａと振幅値Ｂを用いることにより、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することができる。
【００６３】
ここでは、センサユニット２０は、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向に並ぶ３つの接触固定部２１ａのうち、その配列の両端に位置する２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置にそれぞれ配置される２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となる。その結果、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その和として求められる平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分として求められる振幅値Ｂは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
【００６４】
なお、図１４では、接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定し、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となるようにした。これとは別に、直接、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの１／２に設定しても良い。
この場合に、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの和として求められる平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値Ｂは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
【００６５】
図１８のように、荷重推定演算回路５４の両荷重推定手段７１，７２は次段の選択出力手段７３に接続される。この選択出力手段７３は、車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定手段７２のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力するものである。具体的には、車輪回転速度が所定の下限速度よりも低い場合に、選択出力手段７３は、第１の荷重推定手段７１の推定荷重値を選択して出力するものとしている。
車輪の低速回転時には、センサ出力信号の振幅を検出するための処理時間が長くなり、さらに静止時には振幅の検出そのものが不可能になる。そこで、このように、車輪回転速度が所定の下限値よりも低い場合、平均値Ａだけを用いた第１の荷重推定手段７１からの推定荷重値を選択して出力することにより、検出した荷重信号を遅延なく出力することができる。
【００６６】
この実施形態では、前記選択出力手段７３に車輪の回転速度情報を与えるために、図１のように外方部材１の内周に転動体５の位置を検出する転動体検出センサ６０が設けられ、この転動体検出センサ６０の出力信号から車輪の回転速度が求められる。選択出力手段７３には、外部から車輪回転速度の情報が入力されるものとしても良い。この場合、外部からの車輪回転速度の情報として、車体側からのＡＢＳセンサなどの回転センサ信号を用い、これにより車輪回転速度を推定するようにしても良い。また、車体側の車内通信バスに接続された上位制御装置から、車輪回転速度の情報に代わるものとして、切り替え選択指令を選択出力手段７３が受ける構成としても良い。さらに、車輪回転速度の情報として、前記歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂから転動体５の通過周波数を検出して、車輪回転速度を推定するものとしても良い。
【００６７】
この実施形態では、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる、前記固定側部材である外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に、円周方向９０度の位相差で４つのセンサユニット２０を等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００６８】
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。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部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易く、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出される。
【００６９】
とくに、固定側部材である外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの側面に回路固定用ステー３２を設け、このステ−３２にセンサユニット２０の歪みセンサ２２０Ａ，２２Ｂの出力信号を演算処理する演算処理回路３１を取付けているので、外方部材１の円筒部の周面形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でＡＤ変換器４９などを含む演算処理回路３１を取付けることができると共に、組立も容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
【００７０】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１における車体取付用フランジ１ａの正面形状を、図３のように軸受軸心Ｏに直交する線分ＬＶ，ＬＨに対して線対称となる形状、または軸受軸心Ｏに対して点対称となる形状としているので、外方部材１の形状が単純化され、外方部材１の形状の複雑化に起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、外方部材１における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。
【００７１】
図１９および図２０は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受は、図１〜図１８の実施形態において、固定側部材である外方部材１の外周面に、外方部材１と同心に円環状の保護カバー８０を取付け、この保護カバー８０で前記各センサユニット２０および演算処理回路３１を覆ったものである。図１９はその保護カバー８０の外方部材１への取付けの一構成例を示し、図２０は他の構成例を示す。なお、ここでの演算処理回路３１の取付けは、先の実施形態における図４〜図６に示した構成例の場合と同様である。
【００７２】
図１９の構成例において、前記保護カバー８０は、インボード側に向かって内径が拡大する筒状とされており、具体的には、インボード側半部が大径部８０ａでアウトボード側半部が小径部８０ｂとなる段付き円筒状とされている。この保護カバー８０のインボード側端は車体取付用のフランジ１ａの外径面に嵌合させられ、保護カバー８０のアウトボード側端は外方部材１のアウトボード側端の外径面に嵌合させられる。保護カバー８０の材料としては、ステンレス鋼等の耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものや、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものが用いられる。
【００７３】
演算処理回路３１に接続される信号ケーブル４１の車体側への引き出し部４１ａは、保護カバー８０の一箇所から外側に引き出される。具体的には、保護カバー８０のアウトボード側半部である小径部８０ｂ、つまり外方部材１の車体取付用フランジ１ａよりもアウトボード側の円筒部に信号ケーブル引き出し部４１ａが引き出される孔部８１が設けられ、信号ケーブル引き出し部４１ａの前記孔部８１から引き出される部分にはシール材８２を塗布して、信号ケーブル引き出し部４１ａの引き出し箇所をシールしている。これにより、保護カバー８０の密封性が高まり、保護カバー８０で覆われるセンサユニット２０や演算処理回路３１を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。また、信号ケーブル４１の周方向への変位を規制することもできる。
【００７４】
図２０の構成例では、保護カバー８０の孔部８１にゴムブッシュ８３が嵌合され、このゴムブッシュ８３の孔から信号ケーブル引き出し部４１ａが外側に引き出される。この場合も保護カバー８０の密封性が高まり、保護カバー８０で覆われるセンサユニット２０や演算処理回路３１を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。
【００７５】
この実施形態のセンサ付車輪用軸受の組立は、以下の手順で行われる。先ず、外方部材１の単体の状態、または外方部材１に転動体５を組み付けた状態で、外方部材１にセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３２を取付ける。つぎに、保護カバー８０を、外方部材１のアウトボード側から挿入し、そのインボード側端を外方部材１のフランジ１ａの外径面に嵌合させ、アウトボード側端を外方部材１のアウトボード側円筒部外径面に嵌合させることで、センサユニット２０、フレキシブル基板３０、および演算処理回路３２を保護カバー８０で覆う。この後で軸受の全体を組み立てる。この手順で組み立てることにより、外方部材１に取付けたセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３２を保護カバー８０で覆ってなるセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
【００７６】
図２１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図１８や、図１９，図２０に示した実施形態において、固定側部材である外方部材１におけるフランジ１ａが設けられる外径面に、耐食性または防食性を有する表面処理層８４が形成されている。このように表面処理層８４を形成した外方部材１の外径面に、図１〜２０のようにセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３１、保護カバー８０が取付けられる。その他の構成は、図１〜図２０の各実施形態の場合と同様である。
【００７７】
耐食性または防食性を有する表面処理層８４としては、例えば金属メッキ処理を施した表層、塗装処理を施した表層、コーティング処理を施した表層などが挙げられる。金属メッキ処理としては、亜鉛メッキ、ユニクロメッキ、クロメートメッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキ、無電解ニッケルメッキ、カニゼンメッキ、四三酸化鉄皮膜（黒染め）、レイデントなどの処理が適用可能である。塗装処理、コーティング処理としては、カチオン電着塗装、アニオン電着塗装、フッ素系電着塗装、窒化珪素等のセラミックコーティングなどが適用可能である。
【００７８】
このように、この実施形態では、外方部材１の外径面に、耐食性または防食性を有する表面処理層８４を形成しているので、外方部材１の外径面の錆によりセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３１、保護カバー８０などの取付部が盛り上がったり、センサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３１にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂなどの誤動作を解消でき、荷重検出を長期にわたり正確に行うことができる。
【００７９】
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は内方部材の内周となる周面に設ける。
【００８０】
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。
【符号の説明】
【００８１】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…歪みセンサ
３０…フレキシブル基板
３１…演算処理回路
３２…回路固定用ステー
４１…信号ケーブル
４１ａ…信号ケーブル引き出し部
４９…ＡＤ変換器
５１…オフセット調整回路
５４…荷重推定演算回路
７１…第１の荷重推定手段
７２…第２の荷重推定手段
７３…選択出力手段
８０…保護カバー
８１…孔部
８２…シール材
８４…表面処理層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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