(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトにセンサを設置できて、車輪の回転および車輪にかかる荷重を安定して検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  内周に軌道面４を有する外方部材１と、前記軌道面４に対向する軌道面５を有する内方部材２とを設け、両軌道面間４，５に転動体３を介在させて軸受部２１とする。この軸受部２１の内方部材２に、等速自在継手１３の外輪１３ａを固定する。前記内方部材２の端部に取付けるエンコーダ１５と、このエンコーダ１５に対向して外方部材１の端部に取付ける回転センサ１６とで回転センサ部１０を構成する。内方部材２に圧入嵌合されるエンコーダ１５の芯金円筒部１７ｂは、内方部材端部から軸方向に延長させる。この延長部分１７ｂａに対向して、外方部材１の端部に一対の変位センサ２４を取付け、これら一対の変位センサ２４を円周方向の等配位置に配置して変位センサ部１１を構成する。前記回転センサ１６は、前記一対の変位センサ２４の円周方向間に設ける。【選択図】      図１
2006057817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複列の軌道面を有する外方部材、上記軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材、および両軌道面の間に介在した転動体を有する軸受部を備え、前記内方部材は中央孔を有し、この中央孔に等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材に固定された車輪用軸受装置において、
前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられたセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材に圧入嵌合された芯金円筒部を有し、この芯金円筒部は、内方部材の端面より外側へ軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向して前記外方部材の端部にそれぞれ取付けられた一対の変位センサからなる変位センサ部を設け、前記両変位センサは円周方向の等配位置に配置し、前記回転センサを前記一対の変位センサの円周方向間に設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記エンコーダは磁気エンコーダであるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記回転センサはホール素子または磁気抵抗素子であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記変位センサは磁性体のヨークにコイルを巻回したリラクタンス型であるセンサ付車輪用軸受装置。
【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変位センサと車輪の回転を検出する回転センサとを内蔵したセンサ付車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出する回転センサを車輪用軸受に設けたものがある。このような車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−３３６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面での制御を可能とすることが求められている。そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が偏るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも、各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。
【０００４】
特許文献１に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、車体取付けフランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定することで荷重検出を行っているが、検出部が外部に露出しており耐久性に課題を残している。また、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。
とくに、荷重検出センサに加えて、車輪の回転を検出する回転センサを設けようとすると、これらセンサをコンパクトに設置するのはさらに困難となる。
【０００５】
この発明の目的は、このような課題を解消し、車両にコンパクトにセンサを設置できて、車輪の回転および車輪にかかる荷重を安定して検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材、上記軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材、および両軌道面の間に介在した転動体を有する軸受部を備え、前記内方部材は中央孔を有し、この中央孔に等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材に固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられたセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材に圧入嵌合された芯金円筒部を有し、この芯金円筒部は、内方部材の端面より外側へ軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向して前記外方部材の端部にそれぞれ取付けられた一対の変位センサからなる変位センサ部を設け、前記両変位センサは円周方向の等配位置に配置し、前記回転センサを前記一対の変位センサの円周方向間に設けたことを特徴とする。
この構成によると、回転センサを、円周方向の等配置位置に配置される一対の変位センサの円周方向の中間に配置するので、回転センサの配線取り出し口をナックルとの干渉を避けて選ばなければならない場合でも、回転センサを円周方向の任意の位置に設けることができ、車両にコンパクトにセンサを設置できる。また、エンコーダの芯金円筒部の内方部材端面から軸方向に延長した延長部を変位センサの被検出部としていることから、内方部材の変位が増幅されて測定感度が向上し、より正確に車輪の軸方向荷重を測定することができる。
【０００７】
この発明において、前記エンコーダが磁気エンコーダであっても良い。磁気エンコーダであると、コンパクトな構成で分解能の高い回転検出が行える。
また、前記回転センサがホール素子または磁気抵抗素子であっても良い。ホール素子または磁気抵抗素子であると、低速回転や回転停止時にもその回転状態が検出できる。
前記変位センサは磁性体のヨークにコイルを巻回したリラクタンス型であっても良い。リラクタンス型の変位センサであると、分解能の高い検出が可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材、上記軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材、および両軌道面の間に介在した転動体を有する軸受部を備え、前記内方部材は中央孔を有し、この中央孔に等速自在継手の外輪のステム部が挿通され、ねじにより内方部材に固定された車輪用軸受装置において、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられたセンサを有する回転センサ部を設け、前記エンコーダは、前記内方部材に圧入嵌合された芯金円筒部を有し、この芯金円筒部は、内方部材の端面より外側へ軸方向に延長した円筒部延長部分を有し、この円筒部延長部分に対向して前記外方部材の端部にそれぞれ取付けられた一対の変位センサからなる変位センサ部を設け、前記両変位センサは円周方向の等配位置に配置し、前記回転センサを前記一対の変位センサの円周方向間に設けたものであるため、車両にコンパクトに荷重検出センサおよび回転センサを設置できて、車輪の回転および車輪にかかる荷重を安定して検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この実施形態のセンサ付車輪用軸受装置は第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図１において、この車輪用軸受装置の軸受部２１は、内周に複列の軌道面４を有する外方部材１と、これら軌道面４にそれぞれ対向する軌道面５を外周に有する内方部材２と、これら複列の軌道面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この軸受部２１は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各軌道面４，５は断面円弧状であり、各軌道面４，５は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。
【００１０】
外方部材１は固定側の部材となるものであって、図３のようにナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部材とされている。前記車体取付フランジ１ａは、車体（図示せず）に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト（図示せず）で締結される。
【００１１】
内方部材２は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを外周に有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなり、ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の軌道面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａには継手部材である等速自在継手１３の外輪１３ａが連結されている。詳しくは、ハブ輪２Ａは中央孔９を有し、この中央孔９に等速自在継手外輪１３ａに一体に形成されたステム部１４が挿通される。ステム部１４は先端に雄ねじ部１４ｃを有し、この雄ねじ部１４ｃに螺合させたナット１２が、ハブ輪２Ａの中央孔９におけるアウトボード側に形成された段面２ｃに押し当てられることで、等速自在継手外輪１３ａがハブ輪２Ａに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。
【００１２】
ハブ輪２Ａの中央孔９にはスプライン溝２ｂが形成されており、このスプライン溝２ｂにステム部１４の外周面に形成されたスプライン溝１４ａが嵌合する。内輪２Ｂは、等速自在継手外輪１３ａにおけるステム部１４の基端の段面１３ａａが、前記ナット１２の締め付けで内輪２Ｂのインボード側幅面に押し当てられることにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、密封装置である接触式のシール７，８で密封されている。
【００１３】
前記軸受部２１のインボード側端部には、図１および図３に示すように、回転センサ部１０および変位センサ部１１が設けられる。回転センサ部１０は、図３のように内方部材２の端部外周に取付けられるエンコーダ１５と、このエンコーダ１５に対して軸方向に対向するように外方部材１の端部に取付けられる回転センサ１６とで構成される。
【００１４】
回転センサ部１０の構成部品であるエンコーダ１５は磁気エンコーダからなり、図４のように断面Ｌ字状の環状の芯金１７の側板部１７ａのインボード側に向く面に多極磁石１８を設けたものとされている。このエンコーダ１５は、芯金１７の円筒部１７ｂを内輪２Ｂの外周に圧入することにより、内方部材２に取付けられている。また、芯金円筒部１７ｂは、その一部１７ｂａが内輪２Ｂからインボード側に向けて軸方向に延びて突出するようにされている。多極磁石１８は、図５に示すように円周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓを形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石などからなる。
このエンコーダ１５は、この実施形態では、インボード側のシール８を兼ねており、芯金１７の外周端に設けたゴム等からなる弾性体リップ部１７ｃが、外方部材１の内径面に摺接することで、内外の部材２，１間に形成される環状空間のインボード側の開口端部が密封される。
また、回転センサ部１０の他の構成部品である回転センサ１６は、エンコーダ１５の磁界を検出する磁気センサであり、センサ取付部２２を介して外方部材１に取付けられる。回転センサ１６はホール素子や磁気抵抗素子などからなり、樹脂製等のセンサホルダ２３内に埋め込まれている。なお、回転センサ部１０のエンコーダ１５および回転センサ１６は、上記した磁気式のものに限らず、光学式のものであっても良い。
【００１５】
変位センサ部１１は、車両が旋回走行するときに発生する曲げモーメントで内方部材２が変位するのを検出して曲げモーメントを推定処理するものであり、図１のように検出部である一対の変位センサ２４と被検出部２５とからなる。変位センサ部１１の断面を模式的に図６に示す。同図のように、変位センサ２４は、磁性体からなるヨーク２４ａにコイル２４ｂを巻回したリラクタンス型のものであり、一対の変位センサ２４Ａ，２４Ｂが円周方向の等配位置（ここでは上下位置）に配置されている。上下の各ヨーク２４ａ１，２４ａ２に巻回される各コイル２４ｂ１，２４ｂ２の巻回処理は、ヨーク２４ａ１，２４ａ２の極性が互いに異なるようになされる。コイル２４ｂはヨーク２４ａに直接巻いても良いが、図示しない樹脂ボビンを介在させても良い。
変位センサ部１１の被検出部２５は、前記エンコーダ芯金１７における円筒部１７ｂの内輪２Ｂからインボード側に延長して突出する延長部分１７ｂａ（図４）からなり、その外径面は研削等が施され、回転振れが少なくなるように同軸度等を管理して製作される。軸受部２１に荷重が加わらない状態において、前記各ヨーク２４ａ１，２４ａ２の内周側に向く先端は被検出部２５との隙間がほぼ同じとなるように設定される。
【００１６】
図７に、上記変位センサ部１１の検出回路を示す。ここでは、軸受部２１に曲げモーメントが加わった場合の荷重検出を例として説明する。この検出回路は、コイル２４ｂ１と抵抗とからなる第１の直列回路部２６と、コイル２４ｂ２と抵抗とからなる第２の直列回路部２７とを並列に接続したものからなり、第１の直列回路部２６とこれに並列に接続される第２の直列回路部２７とに、発信器２８から数十ｋＨｚの交流電圧が印加される。第１のコイル２４ｂ１にかかる分割電圧は、整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて差動増幅器３１の第１入力端子に入力される。また、第２のコイル２４ｂ２にかかる分割電圧も、別の整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて、差動増幅器３１の第２入力端子に入力される。差動増幅器３１はこれら２入力の差分を増幅して出力する。この出力は軸受部２１にかかる曲げモーメントを検出したものとなる。
【００１７】
センサ取付部材２２は互いに内外に重なった２枚の金属板からなり、図４に拡大して示すように、外方部材１の外径面に圧入により嵌合する嵌合筒部２２ａ、および外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部２２ｂを有する。この側板部２２ｂは、互いに対面する内側および外側の対向板部３２，３３からなり、これら内外の対向板部３２，３３間に上記回転センサ１６を埋設したセンサホルダ２３および一対の変位センサ２４が挟み込み状態に取付けられて、一つのセンサユニットとされている。これにより、回転センサ１６や変位センサ２４が外れる恐れがなく、取付けが確実となり、信頼性の高いものとできる。また、上記したように、センサ取付部材２２はその側板部２２ｂが外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされるので、位置決めを簡単に精度良く行え、回転センサ１６のエンコーダ１５に対する位置決め精度を優れたものとできる。センサホルダ２３は、本体部２３ａから後方に延びるコードカバー部２３ｂを有し、このコードカバー部２３ｂの先端からコード３４が延びている。
【００１８】
前記センサ取付部材２２の対向板部３２，３３や底板部分（内径部分）とセンサ（変位センサ２４や回転センサ１６のセンサホルダ２３）との間には弾性体を介在させても良い。このように弾性体を介在させることで、センサ取付部材２２に回転センサ１６や変位センサ２４をがたつきなく、また無理な挟み付け力を生じさせることなく、安定して取付けることができる。また、この場合の弾性体は、外方部材１とセンサ取付部材２２との間を密封するシールを兼ねるものとしても良い。
【００１９】
図２は、図１におけるセンサ取付部材２２の部分のII−II矢視断面図を示す。センサ取付部材２２におけるセンサホルダ２３（回転センサ１６）の設置位置は、図２のように上下に配置される一対の変位センサ２４Ａ，２４Ｂの円周方向の中間位置とされる。回転センサ１６の配線取り出し口（センサホルダ２３のコードカバー部２３ｂ）は、ナックルとの干渉を避けて行わなければならない場合があるが、上記のように回転センサ１６を配置することにより、回転センサ１６をセンサ取付部材２２における円周方向の任意の位置に設けることができる。なお、図１は図２におけるＡ−Ｏ−Ａ矢視断面図を示し、図３は図２におけるＢ−Ｏ−Ａ矢視断面図を示す。
【００２０】
等速自在継手外輪１３ａの外周には別のシール１９が圧入固定され、このシール１９により、前記センサ取付部材２２と等速自在継手外輪１３ａとの間に形成される環状空間の端部開口が密閉される。この場合のシール１９は、断面Ｌ字状の環状の芯金２０の外周端にゴム等からなる弾性体リップ部２０ａを設けてなり、その弾性体リップ部２０ａがセンサ取付部材２２の側面に摺接する。このように、センサ取付部材２２と等速自在継手外輪１３ａとの間をシール１９で密封することにより、泥水の浸入や路面からの石跳ね等によりエンコーダ１５と回転センサ１６との間に砂粒等の異物が噛み込むのを防止できる。
【００２１】
この構成のセンサ付車輪用軸受装置によると、車輪の回転に伴うエンコーダ１５の磁気変化を検出する回転センサ１６の検出信号により車輪の回転数を検出でき、この信号をＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）の制御信号として利用できる。
また、車両が旋回して軸受部２１に曲げモーメトが作用したとき、内方部材２はナックルに固定されている外方部材１に対して、軸受部２１を中心に回転方向に変位するので、内方部材２に設けられたエンコーダ芯金１７における円筒部１７ｂの変位を、一対の変位センサ２４が曲げモーメトとして検出することができる。特に、エンコーダ芯金１７における円筒部１７ｂの内輪２Ｂからインボード側に突出した延長部分１７ｂａを変位センサ部１１の被検出部２５としていることから、内方部材２の変位が増幅されて、測定感度を向上させることができ、より正確に車輪の軸方向荷重を測定することができる。
【００２２】
また、一対の変位センサ１１の間に回転センサ１６を設けるに当たり、回転センサ１６の配線取り出し口とナックルとの干渉を考えなければならないこともある。このような場合に、適切な位置に回転センサ１６を設ける必要があるが、上記構造としたことによって任意の位置に回転センサ１６を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】同軸受装置におけるII−II矢視断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｏ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図３の部分拡大断面図である。
【図５】同軸受装置における回転センサのエンコーダの部分正面図である。
【図６】同軸受装置における変位センサ部の横断面図である。
【図７】同軸受装置における変位センサ部の検出回路の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…軌道面
１０…回転センサ部
１１…変位センサ部
１３…等速自在継手
１３ａ…等速自在継手外輪
１５…エンコーダ
１６…回転センサ
１７ｂ…芯金円筒部
２１…軸受部
２４…変位センサ
２４ａ…ヨーク
２４ｂ…コイル
【図１】
2006057817.tif 000003
【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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