(57)【要約】【課題】荷重及びモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の軸受及び荷重測定方法を提供すること。【解決手段】ハブボルト２６１を係合するフランジ部２６を有するインナーレース２と、インナーレース２の軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列４０を介してインナーレース２に外挿されるアウターレース３とを有する自動車ホイール用の軸受１。アウターレース３は、各ベアリングボール列４０に接触する内周部３１と、内周部３１の外周側に配置されると共に、内周部３１を弾性的に保持する外周部３２とを有している。外周部３２と内周部３１との間の少なくとも一箇所には、内周部３１と外周部３２との間に生じる歪を計測するための歪計測用センサ（荷重センサ５）を配置してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間の少なくとも一箇所には、上記内周部と上記外周部との間に生じる歪を計測するための歪計測用センサを配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項２】
請求項１において、上記歪計測用センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直方向の上下いずれか一方又は双方における上記内周部の外周面上に配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記歪計測用センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平方向の前後いずれか一方又は双方における上記内周部の外周面上に配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記アウターレースは、上記外周部と上記内周部とを一体的に一部品として形成してあり、上記外周部と上記内周部との間には、軸芯方向に貫通する貫通孔を穿設してあり、該貫通孔に上記歪計測用センサを配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記歪計測用センサは、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測する荷重センサからなり、軸芯方向に２個並列配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項６】
請求項５において、上記荷重センサは、予め予荷重が印加されていることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項７】
請求項５又は６において、上記荷重センサは、セラミックセンサであることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記歪計測用センサは、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測する変位センサからなり、軸芯方向に２個並列配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項９】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ１にて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｋ１｛（ｆｚ１＋ｆｚ２）−（ｆｚ３＋ｆｚ４）｝〔ｋ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｋ２｛（ｆｚ１＋ｆｚ４）−（ｆｚ２＋ｆｚ３）｝×Ｌ１〔ｋ２：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１０】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ２にて２個ずつ並列配置してあり、
前側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｋ３｛（ｆｘ１＋ｆｘ２）−（ｆｘ３＋ｆｘ４）｝〔ｋ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｋ４｛（ｆｘ１＋ｆｘ４）−（ｆｘ２＋ｆｘ３）｝×Ｌ２〔ｋ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１１】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｋ１｛（ｆｚ１＋ｆｚ２）−（ｆｚ３＋ｆｚ４）｝〔ｋ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｋ２｛（ｆｚ１＋ｆｚ４）−（ｆｚ２＋ｆｚ３）｝×Ｌ〔ｋ２：係数〕を求め、
前側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｋ３｛（ｆｘ１＋ｆｘ２）−（ｆｘ３＋ｆｘ４）｝〔ｋ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｋ４｛（ｆｘ１＋ｆｘ４）−（ｆｘ２＋ｆｘ３）｝×Ｌ〔ｋ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１２】
請求項１１において、上記自動車ホイール用の軸受は、車輪に軸芯方向の車体側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、
車輪に軸芯方向の車体と反対側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加するよう構成されており、
上記荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４、ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、上記車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙ＝ｋ５｛（ｆｚ１＋ｆｚ３＋ｆｘ１＋ｆｘ３）−（ｆｚ２＋ｆｚ４＋ｆｘ２＋ｆｘ４）｝〔ｋ５：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１３】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ１にて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｊ１｛（ｈｚ１＋ｈｚ２）−（ｈｚ３＋ｈｚ４）｝〔ｊ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｊ２｛（ｈｚ１＋ｈｚ４）−（ｈｚ２＋ｈｚ３）｝×Ｌ１〔ｊ２：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１４】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ２にて２個ずつ並列配置してあり、
前側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の変位Ｆｘ＝ｊ３｛（ｈｘ１＋ｈｘ２）−（ｈｘ３＋ｈｘ４）｝〔ｊ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｊ４｛（ｈｘ１＋ｈｘ４）−（ｈｘ２＋ｈｘ３）｝×Ｌ２〔ｊ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１５】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｊ１｛（ｈｚ１＋ｈｚ２）−（ｈｚ３＋ｈｚ４）｝〔ｊ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｊ２｛（ｈｚ１＋ｈｚ４）−（ｈｚ２＋ｈｚ３）｝×Ｌ〔ｊ２：係数〕を求め、
前側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｊ３｛（ｈｘ１＋ｈｘ２）−（ｈｘ３＋ｈｘ４）｝〔ｊ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｊ４｛（ｈｘ１＋ｈｘ４）−（ｈｘ２＋ｈｘ３）｝×Ｌ〔ｊ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【請求項１６】
請求項１５において、上記自動車ホイール用の軸受は、車輪に軸芯方向の車体側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、
車輪に軸芯方向の車体と反対側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加するよう構成されており、
上記変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４、ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、上記車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙ＝ｊ５｛（ｈｚ１＋ｈｚ３＋ｈｘ１＋ｈｘ３）−（ｈｚ２＋ｈｚ４＋ｈｘ２＋ｈｘ４）｝〔ｊ５：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重センサを内蔵した自動車ホイール用の軸受、及び車輪に作用する荷重を測定する荷重測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車輪に作用する荷重を計測して、車輪に作用する摩擦力或いは摩擦係数を計測する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ホイール用の軸受、及び車輪を懸架するサスペンション機構に、歪ゲージからなる荷重センサを配設し、該荷重センサによって、車輪に作用する荷重を計測するよう構成してある。
しかしながら、上記従来の荷重測定装置は、車軸の前後方向或いは上下方向の荷重を測定することはできても、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを測定することができないという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特公平６−７０６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、荷重及びモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の軸受及び荷重測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間の少なくとも一箇所には、上記内周部と上記外周部との間に生じる歪を計測するための歪計測用センサを配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受にある。
【０００６】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明の自動車ホイール用の軸受においては、上記インナーレースを軸支する上記アウターレースの内周部と、該内周部を弾性的に保持する上記外周部との間に、上記歪計測用センサを配置してある。そのため、該歪計測用センサにより、上記内周部と上記外周部との間に生じる歪を計測することができ、この歪を基に、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
【０００７】
また、上記歪計測用センサを軸芯方向に２個並列配置することにより、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することも可能となる。即ち、例えば、軸芯方向に直交する荷重が上記フランジ部に作用すると、インナーレース全体を回転させようとするモーメントが生じる。このとき、アウターレースの外周部と内周部との間に応力がかかるが、その応力は、軸芯方向の位置によって異なる。この応力の差異に基づく歪み量の差異を基に、上記モーメントを求めることができる。従って、歪計測用センサを軸芯方向に２個並列配置してそれぞれの位置における歪み量を計測すれば、モーメントの計測を容易に行うことができる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、荷重及びモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の軸受を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ１にて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｋ１｛（ｆｚ１＋ｆｚ２）−（ｆｚ３＋ｆｚ４）｝〔ｋ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｋ２｛（ｆｚ１＋ｆｚ４）−（ｆｚ２＋ｆｚ３）｝×Ｌ１〔ｋ２：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法にある。
【００１０】
上記荷重測定方法においては、上記インナーレースを軸支する上記内周部と、該内周部を弾性的に保持する上記外周部との間に配置した荷重センサにより、上記内周部と上記外周部との間に作用する荷重を計測することがでる。そのため、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
また、上記荷重センサは、軸芯方向に２個並列配置してある。そのため、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。
【００１１】
また、上記荷重センサは、インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方となる位置にそれぞれ配設されている。そのため、それぞれの位置に配置された荷重センサにより荷重を計測し、上側の荷重センサによる計測値の合計と下側の荷重センサによる計測値の合計との差分を求めることにより、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ又はその部分荷重を導くことができる。部分荷重は上記荷重Ｆｚに略比例するため、導かれた部分荷重に所定の係数をかけることにより、上記荷重Ｆｚを求めることができる。
【００１２】
また、フランジ部に近い側の上側の荷重センサによる計測値ｆｚ１とフランジ部から遠い側の下側の荷重センサによる計測値ｆｚ４との和と、フランジ部から遠い側の上側の荷重センサによる計測値ｆｚ２とフランジ部に近い側の下側の荷重センサによる計測値ｆｚ３との和との差分を求め、これにモーメントアームＬ１をかけることにより、前後軸回りのモーメントＭｘ又はその部分モーメントを導くことができる。部分モーメントは上記モーメントＭｘに略比例するため、導かれた部分モーメントに所定の係数をかけることにより、上記モーメントＭｘを求めることができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、鉛直方向の荷重及び前後軸回りのモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の荷重測定方法を提供することができる。
【００１４】
第３の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ２にて２個ずつ並列配置してあり、
前側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｋ３｛（ｆｘ１＋ｆｘ２）−（ｆｘ３＋ｆｘ４）｝〔ｋ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｋ４｛（ｆｘ１＋ｆｘ４）−（ｆｘ２＋ｆｘ３）｝×Ｌ２〔ｋ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法にある。
【００１５】
本発明においても、上記第２の発明と同様に、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができると共に、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。
【００１６】
また、上記荷重センサは、インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方となる位置にそれぞれ配設されている。そのため、それぞれの位置に配置された荷重センサにより荷重を計測し、前側の荷重センサによる計測値の合計と後側の荷重センサによる計測値の合計との差分を求めることにより、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ又はその部分荷重を導くことができる。部分荷重は上記荷重Ｆｘに略比例するため、導かれた部分荷重に所定の係数をかけることにより、上記荷重Ｆｘを求めることができる。
【００１７】
また、フランジ部に近い側の前側の荷重センサによる計測値ｆｘ１とフランジ部から遠い側の後側の荷重センサによる計測値ｆｘ４との和と、フランジ部から遠い側の上側の荷重センサによる計測値ｆｘ２とフランジ部に近い側の後側の荷重センサによる計測値ｆｘ３との和との差分を求め、これにモーメントアームＬ２をかけることにより、鉛直軸回りのモーメントＭｚ又はその部分モーメントを導くことができる。部分モーメントは上記モーメントＭｚに略比例するため、導かれた部分モーメントに所定の係数をかけることにより、上記モーメントＭｚを求めることができる。
【００１８】
以上のごとく、本発明によれば、前後方向の荷重及び鉛直軸回りのモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の荷重測定方法を提供することができる。
【００１９】
第４の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり、
該荷重センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｚ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｚ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｋ１｛（ｆｚ１＋ｆｚ２）−（ｆｚ３＋ｆｚ４）｝〔ｋ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｋ２｛（ｆｚ１＋ｆｚ４）−（ｆｚ２＋ｆｚ３）｝×Ｌ〔ｋ２：係数〕を求め、
前側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ１を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の荷重センサのうち上記フランジ部に近い側の荷重センサにより荷重ｆｘ３を、遠い側の荷重センサにより荷重ｆｘ４をそれぞれ検出し、
これらの荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｋ３｛（ｆｘ１＋ｆｘ２）−（ｆｘ３＋ｆｘ４）｝〔ｋ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｋ４｛（ｆｘ１＋ｆｘ４）−（ｆｘ２＋ｆｘ３）｝×Ｌ〔ｋ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法にある。
【００２０】
本発明によれば、上述した第２の発明の作用効果及び第３の発明の作用効果の双方を奏することができる。即ち、車輪にかかる上下方向の荷重と前後方向の荷重とを容易に計測することができると共に、前後軸回りのモーメント及び鉛直軸回りのモーメントを容易に計測することができる。
【００２１】
第５の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ１にて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｊ１｛（ｈｚ１＋ｈｚ２）−（ｈｚ３＋ｈｚ４）｝〔ｊ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｊ２｛（ｈｚ１＋ｈｚ４）−（ｈｚ２＋ｈｚ３）｝×Ｌ１〔ｊ２：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法。
【００２２】
上記荷重測定方法においては、上記インナーレースを軸支する上記内周部と、該内周部を弾性的に保持する上記外周部との間に配置した変位センサにより、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測することができる。そのため、この変位を基に、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
また、上記変位センサは、軸芯方向に２個並列配置してある。そのため、それぞれの変位センサによって計測される２箇所の変位を基に、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。
【００２３】
また、上記変位センサは、インナーレースの回転軸に対して鉛直上方及び下方となる位置にそれぞれ配設されている。そのため、それぞれの位置に配置された変位センサにより荷重を計測し、上側の変位センサによる計測値の合計と下側の変位センサによる計測値の合計との差分を求めることにより、この差分に略比例する、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚを導くことができる。
【００２４】
また、フランジ部に近い側の上側の変位センサによる計測値ｆｚ１とフランジ部から遠い側の下側の変位センサによる計測値ｆｚ４との和と、フランジ部から遠い側の上側の変位センサによる計測値ｆｚ２とフランジ部に近い側の下側の変位センサによる計測値ｆｚ３との和との差分を求め、これに比例定数ｊ２及びモーメントアームＬ１をかけることにより、前後軸回りのモーメントＭｘを導くことができる。
【００２５】
以上のごとく、本発明によれば、鉛直方向の荷重及び前後軸回りのモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の荷重測定方法を提供することができる。
【００２６】
第６の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬ２にて２個ずつ並列配置してあり、
前側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の変位Ｆｘ＝ｊ３｛（ｈｘ１＋ｈｘ２）−（ｈｘ３＋ｈｘ４）｝〔ｊ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｊ４｛（ｈｘ１＋ｈｘ４）−（ｈｘ２＋ｈｘ３）｝×Ｌ２〔ｊ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法にある。
【００２７】
本発明においても、上記第５の発明と同様に、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができると共に、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。
【００２８】
また、上記変位センサは、インナーレースの回転軸に対して水平前方及び後方となる位置にそれぞれ配設されている。そのため、それぞれの位置に配置された変位センサにより変位を計測し、前側の変位センサによる計測値の合計と後側の変位センサによる計測値の合計との差分を求めることにより、この差分に略比例する、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘを導くことができる。
【００２９】
また、フランジ部に近い側の前側の変位センサによる計測値ｆｘ１とフランジ部から遠い側の後側の変位センサによる計測値ｆｘ４との和と、フランジ部から遠い側の上側の変位センサによる計測値ｆｘ２とフランジ部に近い側の後側の変位センサによる計測値ｆｘ３との和との差分を求め、これに比例定数ｊ４及びモーメントアームＬ２をかけることにより、鉛直軸回りのモーメントＭｚを導くことができる。
【００３０】
以上のごとく、本発明によれば、前後方向の荷重及び鉛直軸回りのモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の荷重測定方法を提供することができる。
【００３１】
第７の発明は、ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと、該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において、
上記アウターレースは、上記各ベアリングボール列に接触する内周部と、
該内周部の外周側に配置されると共に、該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており、
上記外周部と上記内周部との間には、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測するための変位センサを配置してあり、
該変位センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における上記内周部の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してあり、
上側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ２をそれぞれ検出し、下側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｚ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｚ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ＝ｊ１｛（ｈｚ１＋ｈｚ２）−（ｈｚ３＋ｈｚ４）｝〔ｊ１：係数〕、及び、前後軸回りのモーメントＭｘ＝ｊ２｛（ｈｚ１＋ｈｚ４）−（ｈｚ２＋ｈｚ３）｝×Ｌ〔ｊ２：係数〕を求め、
前側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ１を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の変位センサのうち上記フランジ部に近い側の変位センサにより変位ｈｘ３を、遠い側の変位センサにより変位ｈｘ４をそれぞれ検出し、
これらの変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ＝ｊ３｛（ｈｘ１＋ｈｘ２）−（ｈｘ３＋ｈｘ４）｝〔ｊ３：係数〕、及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚ＝ｊ４｛（ｈｘ１＋ｈｘ４）−（ｈｘ２＋ｈｘ３）｝×Ｌ〔ｊ４：係数〕を求めることを特徴とする自動車ホイール用の荷重測定方法にある。
【００３２】
本発明によれば、上述した第５の発明の作用効果及び第６の発明の作用効果の双方を奏することができる。即ち、車輪にかかる上下方向の荷重と前後方向の荷重とを容易に計測することができると共に、前後軸回りのモーメント及び鉛直軸回りのモーメントを容易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
上記第１の発明において、上記歪計測用センサは、上記インナーレースの回転軸に対して鉛直方向の上下いずれか一方又は双方における上記内周部の外周面上に配置してあることが好ましい。
この場合には、車輪にかかる鉛直方向の荷重、及び前後軸の回りのモーメントを容易に計測することができる。
なお、上記歪計測用センサは、上下双方に配置してあることが好ましい。
【００３４】
また、上記歪計測用センサは、上記インナーレースの回転軸に対して水平方向の前後いずれか一方又は双方における上記内周部の外周面上に配置してあることが好ましい。
この場合には、車輪にかかる前後方向の荷重、及び鉛直軸回りのモーメントを容易に計測することができる。
なお、上記歪計測用センサは、前後双方に配置してあることが好ましい。
【００３５】
また、上記アウターレースは、上記外周部と上記内周部とを一体的に一部品として形成してあり、上記外周部と上記内周部との間には、軸芯方向に貫通する貫通孔を穿設してあり、該貫通孔に上記歪計測用センサを配置してあることが好ましい。
この場合には、上記貫通孔に面する上記内周部の剛性を適度に抑制して、該内周部から作用する荷重のセンシングに適した弾性変形を、該内周部において生じ易くすることができる。
そして、上記内周部と上記外周部との間に配置した上記歪計測用センサによって、上記インナーレースから上記内周部に作用した荷重に基づく内周部と外周部との間の歪みを、精度良く計測することができる。
【００３６】
また、上記歪計測用センサは、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測する荷重センサからなり、軸芯方向に２個並列配置してあることが好ましい。
この場合には、上記内周部から上記外周部に作用する荷重を検出して、これに基づき、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重及びモーメントを容易に計測することができる。
【００３７】
即ち、上記荷重センサにより、上記内周部と上記外周部との間に作用する荷重を計測することができ、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
また、上記荷重センサは、軸芯方向に２個並列配置してあるため、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。即ち、例えば、軸芯方向に直交する荷重が上記フランジ部に作用すると、インナーレース全体を回転させようとするモーメントが生じる。このとき、アウターレースの外周部と内周部との間に応力がかかるが、その応力は、軸芯方向の位置によって異なる。この応力の差異を基に、上記モーメントを求めることができる。従って、並列配置した２個の荷重センサにより応力を計測すれば、モーメントの計測を容易に行うことができる。
【００３８】
軸芯方向に並列配置された２個の上記荷重センサの配設ピッチは、例えば２．０〜２０ｍｍであることが好ましい。この場合には、軸受の小型化を阻害することなく、上記モーメントをより正確に計測することができる。
【００３９】
また、上記荷重センサは、予め予荷重が印加されていることが好ましい。
この場合には、上記荷重センサにかかる負の荷重に対しても、計測が可能となる。また、小荷重の範囲まで精度良く計測することができる。
【００４０】
また、上記荷重センサは、セラミックセンサであることが好ましい。
この場合には、高剛性であって、かつ、荷重に対する変形量が小さいという特徴を有する上記セラミックセンサを用いて、上記外周部に対して上記内周部を剛性高く支持しながら、両者間に作用する荷重を精度良く計測できる。
高剛性な上記セラミックセンサによれば、上記内周部を剛性高く支持することにより、上記アウターレース全体の剛性を高く維持することができる。
【００４１】
なお、上記セラミックセンサとしては、セラミック材料を主体とし、高荷重に耐えうるものであれば様々なものを採用することができる。その中でも特に、次のような特徴を有する力学量センサ材料から作製したセンサを適用するのが好ましい。
好適な力学量センサ材料としては、例えば、電気絶縁性セラミック材料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果材料を電気的に連続につながるように分散させた材料がある。この力学量センサ材料では、セラミック材料という強度的に優れた材料に対し圧力抵抗効果を発揮させるための材料を分散させている。
また、ガラスからなるマトリックスに導電粒子としてＲｕＯ2を分散してなる感圧体を用いたセンサ素子を、上記荷重センサとして用いることもできる。
【００４２】
上記マトリックスとなりうるセラミック材料としては、例えばＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｉＯ2、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4及びこれらの固溶体より選択される１種以上よりなる物質等がある。
【００４３】
また、圧力抵抗効果材料としては、ペロブスカイト構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z（ここに０＜ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．２、０≦ｚ≦０．６、Ｌｎ；ランタノイド元素、Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素、Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素）、層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ2-uＭａu）1-vＭｂ2Ｏ7-w（ここに０＜ｕ≦１．０、０≦ｖ≦０．２、０≦ｗ≦１．０、Ｌｎ；希土類元素、Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素、Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素）、Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる物質等が挙げられる。
また、この圧力抵抗効果材料は、球状、楕円状、繊維状等の様々な粒子形態とすることができる。
【００４４】
上記の力学量センサ材料から作製したセラミックセンサでは、高荷重や高圧力等に対する抵抗力は上記のセラミック材料が担うため、高強度なセンサとなる。
また、この力学量センサ材料では、セラミック材料の内部で、上記の圧力抵抗効果材料が連続してつながるように存在するため、各圧力抵抗効果材料は電気的に連続状態にある。
そして、この力学量センサ材料では、圧力抵抗効果材料のみで構成された通常のセンサ材料と同様に、圧力や荷重を加えることで電気抵抗値が変化するという特性を発揮し得る。
【００４５】
従って、この力学量センサ材料から作製したセラミックセンサを適用した場合には、高応力や高荷重に耐えて、圧縮荷重等の力学量の測定を行なうことができる。
そして、このようなセラミックセンサによれば、荷重計測用のセンサとして利用できるほか、機械部品等の構造部材の一部として活用できる。すなわち、上記外周部に対して上記内周部を剛性高く支持することで、上記アウターレース全体の剛性を向上することができる。
【００４６】
また、上記歪計測用センサは、上記内周部と上記外周部との間の変位を計測する変位センサからなり、軸芯方向に２個並列配置してあることが好ましい。
この場合には、上記内周部と上記外周部との間の変位を検出して、これに基づき、上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重及びモーメントを容易に計測することができる。
【００４７】
軸芯方向に並列配置された２個の上記変位センサの配設ピッチは、例えば２．０〜２０ｍｍであることが好ましい。この場合には、軸受の小型化を阻害することなく、上記モーメントをより正確に計測することができる。
【００４８】
上記第４の発明において、上記自動車ホイール用の軸受は、車輪に軸芯方向の車体側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、
車輪に軸芯方向の車体と反対側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加するよう構成されており、
上記荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４、ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、上記車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙ＝ｋ５｛（ｆｚ１＋ｆｚ３＋ｆｘ１＋ｆｘ３）−（ｆｚ２＋ｆｚ４＋ｆｘ２＋ｆｘ４）｝〔ｋ５：係数〕を求めることが好ましい。
【００４９】
この場合には、車輪にかかる軸芯方向の荷重を容易に計測することができる。
即ち、軸芯方向の車体側に荷重Ｆｙがかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少する。これにより、フランジ部に近い側の荷重センサにかかる荷重ｆｚ１、ｆｚ３、ｆｘ１、ｆｘ３が増加し、遠い側の荷重センサにかかる荷重ｆｚ２、ｆｚ４、ｆｘ２、ｆｘ４が減少する。
【００５０】
軸芯方向の車体と反対側に荷重Ｆｙがかかったときには、これとは逆向きの現象が生ずる。
従って、フランジ部に近い側の荷重センサにかかる荷重の総計と、遠い側の荷重センサにかかる荷重の総計との差分を求めることにより、軸芯方向の荷重の部分荷重を測定することが可能となる。
【００５１】
上記第７の発明において、上記自動車ホイール用の軸受は、車輪に軸芯方向の車体側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、
車輪に軸芯方向の車体と反対側への荷重がかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加するよう構成されており、
上記変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４、ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、上記車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙ＝ｊ５｛（ｈｚ１＋ｈｚ３＋ｈｘ１＋ｈｘ３）−（ｈｚ２＋ｈｚ４＋ｈｘ２＋ｈｘ４）｝〔ｊ５：係数〕を求めることが好ましい。
【００５２】
この場合には、車輪にかかる軸芯方向の荷重を容易に計測することができる。
即ち、軸芯方向の車体側に荷重Ｆｙがかかったとき、上記フランジ部に近い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が増加し、上記フランジ部から遠い側の上記ベアリングボール列を介した上記インナーレースから上記アウターレースの上記内周部への押圧力が減少する。これにより、フランジ部に近い側の変位センサにおいて計測される変位ｈｚ１、ｈｚ３、ｈｘ１、ｈｘ３が増加し、遠い側の変位センサにおいて計測される変位ｈｚ２、ｈｚ４、ｈｘ２、ｈｘ４が減少する。
【００５３】
軸芯方向の車体と反対側に荷重Ｆｙがかかったときには、これとは逆向きの現象が生ずる。
従って、フランジ部に近い側の変位センサにおいて計測される変位の総計と、遠い側の変位センサにおいて計測される変位の総計との差分を求め、この差分に係数ｊ５をかけることにより、軸芯方向の荷重を測定することが可能となる。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる自動車ホイール用の軸受及び荷重測定方法につき、図１〜図１１を用いて説明する。
本例の自動車ホイール用の軸受１は、図１〜図３に示すごとく、ハブボルト２６１を係合するフランジ部２６を有するインナーレース２と、該インナーレース２の軸芯方向（Ｙ軸方向）に配列された２列のベアリングボール列４０を介して上記インナーレース２に外挿されるアウターレース３とを有する。
【００５５】
アウターレース３は、各ベアリングボール列４０に接触する内周部３１と、該内周部３１の外周側に配置されると共に、該内周部３１を弾性的に保持する外周部３２とを有している。
そして、外周部３２と内周部３１との間の４箇所に、内周部３１から外周部３２に作用する荷重を計測するための荷重センサ５を、軸芯方向に２個並列配置してある。
【００５６】
図２に示すごとく、上記荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）の上下双方における内周部３１の外周面上と、インナーレース２の回転軸２１に対して水平方向（Ｘ軸方向）の前後双方における内周部３１の外周面上との合計４箇所に配置してある。
なお、本例の軸受１においては、車輪にかかる荷重のうちの一部が荷重センサ５にかかるように構成されており、荷重の大半はアウターレース３自体において吸収される。
【００５７】
また、アウターレース３は、外周部３２と内周部３１とを一体的に一部品として形成してある。外周部３２と内周部３１との間には、軸芯方向に貫通する貫通孔３３を穿設してあり、該貫通孔３３に荷重センサ５を配置してある。
また、荷重センサ５は、予め予荷重が印加されている。この予荷重は、各荷重センサ５に対して５０ＭＰａである。
また、上記荷重センサ５は、セラミックセンサである。
【００５８】
以下において、本例の自動車ホイール用の軸受１の構成につき詳説する。該軸受１は、図１に示すごとく、アウターレース３とインナーレース２との間に配置した２列のベアリングボール列４０を介して、アウターレース３に内挿したインナーレース２を回転自在に支持する軸受である。
【００５９】
ここで、図１〜図３に示すごとく、各列のベアリングボール列４０では、図示しない保持器により複数の転動ボール４１が、円周方向等距離に保持されるよう構成してあり、各転動ボール４１は、複列の外側軌道面３４と内側軌道面２４との間に介在して、それぞれの軌道面上を転動するよう構成してある。
なお、本例においては、ベアリングボール列４０を複数の球体の転動ボール４１によって構成しているが、転動ボール４１に代えて、円錐ころを使用することもできる。
【００６０】
上記アウターレース３には、図２に示すごとく、同軸２重構造を呈するように配置された内周部３１と外周部３２とを一体的に形成してある。
そして、内周部３１と外周部３２との間には、周方向に等間隔な４箇所に、軸芯方向に貫通する貫通孔３３を設けてある。また、周方向に隣り合う貫通孔３３の間隙には、内周部３１と外周部３２とを連結するブリッジ部３５を形成してある。
【００６１】
なお、本例の貫通孔３３は、周方向における中央部にあって、荷重センサ５を収容する断面略矩形状の収容部３３１と、軸芯中心の円弧方向に沿って傾いた状態で、収容部３３１の両側に隣接する断面長穴状の弾性変形部３３２とから形成してある。
そして、この貫通孔３３は、全体として略円弧状の断面形状を呈するように形成してある。
【００６２】
図２に示すごとく、内周部３１と外周部３２とは、隣り合う貫通孔３３間のブリッジ部３５により連結されている。
そして、略円弧状の貫通孔３３に面する内周部３１は、薄肉の円弧状に形成され、弾性変形を生じ易いように構成されている。
すなわち、本例のアウターレース３では、上記インナーレース２から伝達された荷重により上記薄肉円弧状の内周部３１が弾性的に変形し、外周部３２に対して内周部３１が微小に相対移動し得るように構成されている。
【００６３】
また、本例のアウターレース３の貫通孔３３には、同図に示すごとく、薄肉円弧状を呈する内周部３１の外周面に荷重計測面を当接させた状態で、荷重センサ５を配置してある。
そして、内周部３１の外周面に当接させた荷重センサ５によれば、内周部３１から外周部３２に作用した荷重を、直接的に計測することができる。
【００６４】
本例のアウターレース３においては、図１に示すごとく、外周部３２の内周面から貫通孔３３に向けて突出させた位置決めピン（図示略）を、２個の荷重センサ５を含むセンサユニット５０に係合させて、貫通孔３３内の所定位置に荷重センサ５を固定してある。図１、図３、図４に示すごとく、このセンサユニット５０に配設された荷重センサ５は、軸芯方向（Ｙ軸方向）に、ピッチＬ＝７．５ｍｍにて２個配置されている。
【００６５】
なお、このセンサユニット５０を貫通孔３３に収容するに当たっては、ジャッキ等を用いて貫通孔３３の開口部を径方向に強制的に拡げておき、該開口部側から貫通孔３３内へセンサユニット５０を挿入する。
ここで、本例では、貫通孔３３内に収容した荷重センサ５に対しては、それぞれ５０ＭＰａの予荷重が印加されるように、貫通孔３３、センサユニット５０や荷重センサ５等、各部の寸法等を設計してある。さらに、各荷重センサ５で計測した予荷重の値に基づいて、予め、各荷重センサ５のゼロ点補正を実施し、寸法誤差等が予荷重に与える影響を抑制してある。
【００６６】
このように予荷重を付与した各荷重センサ５によれば、小荷重の範囲まで精度良く計測することができる。さらに、予荷重を下回る荷重、いわば引張側荷重の計測も可能である。また、実測した予荷重値によって、予め、ゼロ点補正した荷重センサ５によれば、さらに高精度な荷重計測が可能である。
【００６７】
ここで、本例で適用した荷重センサ５は、図５（ａ）に示すごとく、後述する力学量センサ材料５１（図６）から作製したセンサである。
そして、図５（ａ）に示すごとく、縦２ｍｍ、横２ｍｍの荷重計測面を有する厚さ２ｍｍのセラミック製のブロックの両端面に、リード線５１８を接続する電極５１９を形成して荷重センサ５としてある。
【００６８】
上記センサユニット５０は、この荷重センサ５を個別に２個作製した後、ピッチＬにて配置することにより構成することもできるし、図５（ｂ）に示すごとく、２個の荷重センサ５を一つのセラミック体から一体に、互いのピッチがＬとなるように作製することにより構成することもできる。なお、電極５１９は、図５（ａ）に示すごとく荷重センサ５の両端面の全面に形成してもよいし、図５（ｂ）に示すごとく荷重センサ５の両端面の一部に形成してもよい。
なお、本例では、１００ＭＰａの縦方向への荷重に対して、約１μｍの変位を生じるように荷重センサ５を構成してある。
【００６９】
本例のアウターレース３においては、図２に示すごとく、自動車の鉛直上下方向（Ｚ軸方向）及び、水平前後方向（Ｘ軸方向）に対応する内周部３１の外周面上の４箇所に、それぞれ上記荷重センサ５を２個ずつ軸芯方向（Ｙ軸方向）に並列配置してある。
そのため、本例のアウターレース３によれば、荷重センサ５で計測した荷重に基づいて、車輪の鉛直上下方向及び水平前後方向に作用する荷重を、精度良く計測することができる。
【００７０】
また、内周部３１の軸芯方向の２箇所の内周面には、図１、図３に示すごとく、複列の外側軌道面３４を形成してある。各外側軌道面３４は、内周部３１の軸方向の内方に向かって凹む曲面である。そして、この外側軌道面３４に沿ってベアリングボール列４０の転動ボール４１を転動させるように構成してある。
【００７１】
外側軌道面３４に挟まれた中間部分の内径は、図１、図３に示すごとく、両端部よりも小径に形成してある。すなわち、本例のアウターレース３では、その軸方向の両端側から各ベアリングボール列４０の転動ボール４１を挿入、配置するように構成してある。
また、図２に示すごとく、上記外周部３２における上記インナーレース２のフランジ部２６の反対側にある端面には、車体側の取付け部材、例えば懸架装置から延設されたナックルアームを取り付けるための車体側フランジ部３２５を形成してある。さらに、該車体側フランジ部３２５には、ナックルアームを固定するためのボルト孔３２６を穿設してある。
【００７２】
次に、本例で用いた力学量センサ材料５１について説明する。この力学量センサ材料５１は、図６に示すごとく、電気絶縁性セラミック材料５１１よりなるマトリックスに圧力抵抗効果材料５１２を電気的に連続につながるように分散させた材料である。
なお、同図に示すごとく、一部の圧力抵抗効果材料５１３は電気的に連続することなく、孤立してセラミック５１１材料中に存在するものもある。
本例では、電気絶縁性セラミック材料としては、１２ｍｏｌ％のＣｅＯ2を添加したＺｒＯ2を用い、圧力抵抗効果材料としては、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を用いた。
また、ガラスからなるマトリックスに導電粒子としてＲｕＯ2を分散してなる感圧体を用いたセンサ素子を、上記荷重センサ５として用いることもできる。
【００７３】
次に、上記インナーレース２は、図１に示すごとく、上記アウターレース３に挿入される挿入部２８とハブボルト２６１を係合するフランジ部２６とを有している。
該フランジ部２６におけるハブボルト２６１が突出する側の端面は、図示しないブレーキディスクを取付けるための取付け面である。そしてさらに、フランジ部２６には、該フランジ部２６に係合するハブボルト２６１により、上記ブレーキディスクを介して図示しない車輪を取り付けるように構成してある。
【００７４】
インナーレース２の挿入部２８は、図１に示すごとく、内側軌道面２４を形成したメインシャフト部２８１と、該メインシャフト部２８１に外挿するリング状の加圧リング２８３と、メインシャフト部２８１の先端のネジ部２８８に螺合して上記加圧リング２８３を軸芯方向に押圧する軸ナット２８５とからなる３分割構造を呈している。
【００７５】
メインシャフト部２８１の内側軌道面２４は、同図に示すごとく、フランジ部２６に向かって凹む曲面である。そして、内側軌道面２４は、上記内周部３１に形成した外側軌道面３４との間に、ベアリングボール列４０の転動ボール４１を転動自在に保持するように構成してある。
【００７６】
また、加圧リング２８３には、図１、図３に示すごとく、曲面状に凹む内側軌道面２４を形成してある。そして、この加圧リング２８３をネジ部２８８側からインナーレース２に外挿した際、上記内側軌道面２４が、メインシャフト部２８１の上記内側軌道面２４に対向配置されるように構成してある。
そして、内側軌道面２４は、上記内周部３１に形成した外側軌道面３４との間に、ベアリングボール列４０の転動ボール４１を転動自在に保持するように構成してある。
【００７７】
また、図４に示すごとく、フランジ部２６に近い側の内側軌道面２４からベアリングボール列４０を介して外側軌道面３４へかかる押圧力Ｆａの方向は、軸芯方向（Ｙ軸方向）に対して４０°の角度を有する。また、フランジ部２６から遠い側の内側軌道面２４からベアリングボール列４０を介して外側軌道面３４へかかる押圧力Ｆｂの方向は、軸芯方向（Ｙ軸方向）に対して１４０°の角度を有する。それ故、車輪に軸方向への荷重がかからない場合には、Ｆａ＝Ｆｂであり、Ｙ軸方向成分は打ち消し合い、Ｚ軸及びＸ軸方向成分の荷重がインナーレース２からアウターレース３へかかることとなる。
【００７８】
しかし、車輪に軸芯方向の車体側（Ｙ方向＋側）への荷重Ｆｙがかかったとき、フランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力Ｆａが増加し、フランジ部２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力Ｆｂが減少する。
【００７９】
その結果、軸芯方向に並列された２つの荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０１（５０３、５０５、５０７）にかかる荷重が増加し、遠い側の荷重センサ５０２（５０４、５０６、５０８）にかかる荷重が減少する。
そこで、両者の荷重の差分を基に、軸芯方向（Ｙ軸方向）の荷重を計測することが可能となる（後述する式５参照）。
【００８０】
また、車輪に軸芯方向の車体と反対側（Ｙ方向−側）への荷重がかかったとき、フランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力Ｆａが減少し、フランジ部２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力Ｆｂが増加する。
【００８１】
その結果、軸芯方向に並列された２つの荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０１（５０３、５０５、５０７）にかかる荷重が減少し、遠い側の荷重センサ５０２（５０４、５０６、５０８）にかかる荷重が増加する。
この場合も、両者の荷重の差分を基に、軸芯方向（Ｙ軸方向）の荷重を計測することが可能となる。
【００８２】
また、図１、図３に示すごとく、上記軸ナット２８５を、メインシャフト部２８１の先端のネジ部２８８に螺入していくことにより、軸ナット２８５の軸芯方向の端面で加圧リング２８３を押圧できるように構成してある。そして、この軸ナット２８５の締め込み量の調整によって、ベアリングボール列４０に所定の予荷重を付与できるように構成してある。
【００８３】
また、上記アウターレース３と上記インナーレース２とを組み付けた軸受１では、各ベアリングボール列４０への水分や埃等の侵入を防止するため、インナーレース２とアウターレース３との間には、図示しないシール材を配置してある。
【００８４】
次に、上記荷重センサ５を用いた本例の荷重測定方法につき、説明する。
荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における内周部３１の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してある（図４参照）。この配設ピッチＬが下記のモーメントＭｘ、Ｍｚのモーメントアームとなる。
【００８５】
図１に示すごとく、上側に配置した２個の荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０１により荷重ｆｚ１を、遠い側の荷重センサ５０２により荷重ｆｚ２をそれぞれ検出する。また、下側に配置した２個の荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０３により荷重ｆｚ３を、遠い側の荷重センサ５０４により荷重ｆｚ４をそれぞれ検出する。
【００８６】
これらの荷重ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ及び前後軸回りのモーメントＭｘを、それぞれ以下の式１、式２により求める。ここで、ｋ１、ｋ２は係数である。
Ｆｚ＝ｋ１｛（ｆｚ１＋ｆｚ２）−（ｆｚ３＋ｆｚ４）｝・・・・・（式１）
Ｍｘ＝ｋ２｛（ｆｚ１＋ｆｚ４）−（ｆｚ２＋ｆｚ３）｝×Ｌ・・・（式２）
【００８７】
また、図３に示すごとく、前側に配置した２個の荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０５により荷重ｆｘ１、遠い側の荷重センサ５０６により荷重ｆｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の荷重センサ５のうちフランジ部２６に近い側の荷重センサ５０７により荷重ｆｘ３を、遠い側の荷重センサ５０８により荷重ｆｘ４をそれぞれ検出する。
【００８８】
これらの荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚを、それぞれ以下の式３、式４により求める。ここで、ｋ３、ｋ４は係数である。
Ｆｘ＝ｋ３｛（ｆｘ１＋ｆｘ２）−（ｆｘ３＋ｆｘ４）｝・・・・・・（式３）
Ｍｚ＝ｋ４｛（ｆｘ１＋ｆｘ４）−（ｆｘ２＋ｆｘ３）｝×Ｌ・・・・（式４）
【００８９】
また、上記荷重ｆｘ１、ｆｘ２、ｆｘ３、ｆｘ４、ｆｚ１、ｆｚ２、ｆｚ３、ｆｚ４を基に、車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙを以下の式５により求める。ここで、ｋ５は係数である。
Ｆｙ＝ｋ５｛（ｆｚ１＋ｆｚ３＋ｆｘ１＋ｆｘ３）−（ｆｚ２＋ｆｚ４＋ｆｘ２＋ｆｘ４）｝・・・・・（式５）
【００９０】
ここで、図１〜図４におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向を各荷重の＋の方向とする。即ち、自動車の水平前後方向をＸ軸とし、前方を＋とする。また、鉛直方向をＺ軸とし、上方を＋とする。また、車軸の軸芯方向をＹ軸とし、インナーレース２をアウターレース３へ挿入する方向を＋とする。
また、上記荷重センサ５は、圧縮されたときに＋の出力を出す。
【００９１】
次に、実際に、図７〜図１１に示すごとく、本例の自動車ホイール用の軸受１に荷重を入力したときに検出される各方向の部分荷重ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、及びモーメントｍｘ、ｍｚの大きさを確認した。
図１、図３に示すごとく、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの荷重を主軸成分として入力した場合、荷重センサ５により計測される荷重及びモーメントは、それぞれ図７、図８、図９に示すとおりであった。
【００９２】
即ち、主軸成分の荷重Ｆｘに対しては、図７（Ａ）に示すごとく、部分荷重ｆｘが出力される。そして、ｆｘとＦｘとは、略線形の関係を有し、ｆｘ＝０．０２５Ｆｘの関係を有する。即ち、式３における係数ｋ３がｋ３＝１／０．０２５となる。
また、主軸成分の荷重Ｆｙに対しては、図８（Ｂ）に示すごとく、部分荷重ｆｙが出力される。そして、ｆｙとＦｙとは、略線形の関係を有し、ｆｙ＝０．０４Ｆｙの関係を有する。即ち、式５における係数ｋ５がｋ５＝１／０．０４となる。
また、主軸成分の荷重Ｆｚに対しては、図９（Ｃ）に示すごとく、部分荷重ｆｚが出力される。そして、ｆｚとＦｚとは、略線形の関係を有し、ｆｚ＝０．０３Ｆｚの関係を有する。即ち、式１における係数ｋ１がｋ１＝１／０．０３となる。
【００９３】
また、図１、図３に示すごとく、Ｆｘ、Ｆｚの荷重をフランジ部２６においてオフセット入力した場合、荷重センサ５により計測される部分荷重及び部分モーメントは、それぞれ図１０、図１１に示すとおりであった。なお、このとき入力されるモーメントＭｚ、Ｍｘは、Ｍｚ＝０．０５Ｆｘ、Ｍｘ＝０．０５Ｆｘとなる。
【００９４】
即ち、オフセット入力した荷重Ｆｘ、モーメントＭｚに対しては、図１０（Ａ）、（Ｅ）に示すごとく、部分荷重ｆｘと部分モーメントｍｚとが出力される。そして、Ｍｚとｍｚとの関係は、略線形の関係を有し、Ｍｚ＝０．００３ｍｚの関係を有する。即ち、式４における係数ｋ４がｋ４＝１／０．００３となる。
また、オフセット入力した荷重Ｆｚ、Ｍｘに対しては、図１１（Ａ）、（Ｅ）に示すごとく、部分荷重ｆｚと部分モーメントｍｘとが出力される。そして、Ｍｘとｍｘとの関係は、略線形の関係を有し、Ｍｘ＝０．００３ｍｘの関係を有する。即ち、式２における係数ｋ２がｋ２＝１／０．００３となる。
【００９５】
また、これらの入力と出力との関係において、ヒステリシス、非線形性は小さいため、入力荷重を正確に計測することができる。
また、出力において、クロストークによる誤差が生じているが、このクロストークは線形であるため、線形マトリックス補正を行うことにより容易に補正することができる。
【００９６】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例の自動車ホイール用の軸受１においては、インナーレース２を軸支するアウターレース３の内周部３１と、該内周部３１を弾性的に保持する外周部３２との間に、上記荷重センサ５を配置してある。そのため、該荷重センサ５により、内周部３１と外周部３２との間に作用する荷重を計測することができ、インナーレース２のフランジ部２６に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
【００９７】
また、上記荷重センサ５は、軸芯方向（Ｙ軸方向）に２個並列配置してある。そのため、車軸を傾斜させる回転力に対応するモーメントを計測することができる。即ち、軸芯方向に直交する荷重が上記フランジ部２６に作用すると、インナーレース２全体を回転させようとするモーメントが生じる。このとき、アウターレース３の外周部３２と内周部３１との間に応力がかかるが、その応力は、軸芯方向の位置によって異なる。この応力の差異を基に、上記モーメントを求めることができる。従って、並列配置した２個の荷重センサ５により応力を計測すれば、モーメントの計測を容易に行うことができる。
【００９８】
また、図１、図２に示すごとく、上記荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して鉛直方向の上下双方における内周部３１の外周面上に配置してある。そのため、車輪にかかる鉛直方向（Ｚ軸方向）の荷重Ｆｚ、及び前後軸（Ｘ軸）の回りのモーメントＭｘを容易に計測することができる。
また、図２、図３に示すごとく、上記荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して水平方向の前後双方における内周部３１の外周面上に配置してある。そのため、車輪にかかる前後方向（Ｘ軸方向）の荷重Ｆｘ、及び鉛直軸（Ｚ軸）の回りのモーメントＭｚを容易に計測することができる。
【００９９】
また、アウターレース３は、外周部３２と内周部３１とを一体的に一部品として形成してあり、外周部３２と内周部３１との間には、上記貫通孔１００を穿設してあり、該貫通孔１００に上記荷重センサ５を配置してある。そのため、貫通孔１００に面する内周部３１の剛性を適度に抑制して、該内周部３１から作用する荷重のセンシングに適した弾性変形を、該内周部３１において生じ易くすることができる。
そして、内周部３１と外周部３２との間に配置した荷重センサ５によって、インナーレース２から内周部３１に作用した荷重を、精度良く計測することができる。
【０１００】
また、荷重センサ５は、予め予荷重が印加されているため、荷重センサ５にかかる負の荷重、即ち荷重センサ５が減圧される方向に働く荷重に対しても、計測が可能となる。また、小荷重の範囲まで精度良く計測することができる。
【０１０１】
また、荷重センサ５は、高剛性であって、かつ、荷重に対する変形量が小さいという特徴を有するセラミックセンサからなるため、外周部３２に対して内周部３１を剛性高く支持しながら、両者間に作用する荷重を精度良く計測できる。
高剛性な上記セラミックセンサによれば、内周部３１を剛性高く支持することにより、アウターレース３全体の剛性を高く維持することができる。
【０１０２】
また、上記荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して鉛直上方及び下方となる位置にそれぞれ配設されている。そのため、上述したごとく、それぞれの位置に配置された荷重センサ５により荷重を計測し、上側の荷重センサ５０１、５０２による計測値の合計と下側の荷重センサ５０３、５０４による計測値の合計との差分を求めることにより、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚの部分荷重ｆｚを導くことができる。部分荷重ｆｚは上記荷重Ｆｚに略比例するため、導かれた部分荷重ｆｚに係数ｋ１（＝１／０．０３）をかけることにより、上記荷重Ｆｚを求めることができる（上記式１参照）。
【０１０３】
また、フランジ部２６に近い側の上側の荷重センサ５０１による計測値ｆｚ１とフランジ部２６から遠い側の下側の荷重センサ５０４による計測値ｆｚ４との和と、フランジ部２６から遠い側の上側の荷重センサ５０２による計測値ｆｚ２とフランジ部２６に近い側の下側の荷重センサ５０３による計測値ｆｚ３との和との差分を求め、これにモーメントアームＬをかけることにより、前後軸（Ｘ軸）回りのモーメントＭｘ又はその部分モーメントｍｘを導くことができる。部分モーメントｍｘは上記モーメントＭｘに略比例するため、導かれた部分モーメントｍｘに係数ｋ２（＝１／０．００３）をかけることにより、上記モーメントＭｘを求めることができる（上記式２参照）。
【０１０４】
また、上記荷重センサ５は、インナーレース２の回転軸２１に対して水平前方及び後方となる位置にもそれぞれ配設されている。そのため、上述したごとく、それぞれの位置に配置された荷重センサ５により荷重を計測し、前側の荷重センサ５０５、５０６による計測値の合計と後側の荷重センサ５０７、５０８による計測値の合計との差分を求めることにより、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘの部分荷重ｆｘを導くことができる。部分荷重ｆｘは上記荷重Ｆｘに略比例するため、導かれた部分荷重ｆｘに係数ｋ３（＝１／０．０２５）をかけることにより、上記荷重Ｆｘを求めることができる（上記式３参照）。
【０１０５】
また、フランジ部２６に近い側の前側の荷重センサ５０５による計測値ｆｘ１とフランジ部２６から遠い側の後側の荷重センサ５０８による計測値ｆｘ４との和と、フランジ部２６から遠い側の上側の荷重センサ５０６による計測値ｆｘ２とフランジ部２６に近い側の後側の荷重センサ５０７による計測値ｆｘ３との和との差分を求め、これにモーメントアームＬをかけることにより、鉛直軸回りのモーメントＭｚの部分モーメントｍｚを導くことができる。部分モーメントｍｚは上記モーメントＭｚに略比例するため、導かれた部分モーメントｍｚに係数ｋ４（＝１／０．００３）をかけることにより、上記モーメントＭｚを求めることができる（上記式４参照）。
【０１０６】
このように、車輪にかかる上下方向の荷重Ｆｚと前後方向の荷重Ｆｘとを容易に計測することができると共に、前後軸回りのモーメントＭｘ及び鉛直軸回りのモーメントＭｚを容易に計測することができる。
【０１０７】
また、上述のごとく、インナーレース２の回転軸２１の上下前後に配置した荷重センサ５により検出した荷重を基に、上記車輪にかかる軸芯方向（Ｙ軸方向）の荷重Ｆｙを求めることができる。そのため、車輪にかかる軸芯方向の荷重を容易に計測することができる。
【０１０８】
即ち、軸芯方向の車体側に荷重Ｆｙがかかったとき、フランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加し、フランジ部２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が減少する。これにより、フランジ部２６に近い側の荷重センサ５０１、５０３、５０５、５０７にかかる荷重ｆｚ１、ｆｚ３、ｆｘ１、ｆｘ３が増加し、遠い側の荷重センサ５０２、５０４、５０６、５０８にかかる荷重ｆｚ２、ｆｚ４、ｆｘ２、ｆｘ４が減少する。
【０１０９】
軸芯方向の車体と反対側に荷重Ｆｙがかかったときには、これとは逆向きの現象が生ずる。
従って、フランジ部２６に近い側の荷重センサ５０１、５０３、５０５、５０７にかかる荷重の総計（ｆｚ１＋ｆｚ３＋ｆｘ１＋ｆｘ３）と、遠い側の荷重センサ５０２、５０４、５０６、５０８にかかる荷重の総計（ｆｚ２＋ｆｚ４＋ｆｘ２＋ｆｘ４）との差分を求めることにより、軸芯方向の荷重の部分荷重ｆｙを測定することが可能となる。
そして、この部分荷重ｆｙに係数ｋ５（＝１／０．０４）をかけることにより、車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙを求めることができる（上記式５参照）。
【０１１０】
以上のごとく、本例によれば、荷重及びモーメントの測定を容易に行うことができる自動車ホイール用の軸受及び荷重測定方法を提供することができる。
【０１１１】
（実施例２）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、アウターレース３における内周部３１と外周部３２との間に変位センサ６を配設した例である。
即ち、本例の自動車ホイール用の軸受１は、上記実施例１における荷重センサ５の代わりに変位センサ６を配設してなる。
【０１１２】
変位センサ６は、図１２、図１３に示すごとく、アウターレース３の外周部３２に固定されると共に、その先端部が内周部３１と外周部３２との間の貫通孔３３に配置されている。そして、変位センサ６は、その先端部と内周部３１の外周表面３１１との間の距離の変化を検知することで、内周部３１と外周部３２との間の変位を計測することができるよう構成されている。上記変位センサ６としては、例えば光学式等の非接触式のもの或いは接触式、渦電流式のものを用いることができる。
その他の構成は、実施例１と同様である。
【０１１３】
次に、本例の荷重測定方法につき説明する。
変位センサ６は、インナーレース２の回転軸２１に対して鉛直上方、下方、水平前方、後方における内周部３１の外周面上に、軸芯方向に配設ピッチＬにて２個ずつ並列配置してある（図４参照）。この配設ピッチＬが下記のモーメントＭｘ、Ｍｚのモーメントアームとなる。
【０１１４】
図１２に示すごとく、上側に配置した２個の変位センサ６のうちフランジ部２６に近い側の変位センサ６０１により変位ｈｚ１を、遠い側の変位センサ６０２により変位ｈｚ２をそれぞれ検出する。また、下側に配置した２個の変位センサ６のうちフランジ部２６に近い側の変位センサ６０３により変位ｈｚ３を、遠い側の変位センサ６０４により変位ｈｚ４をそれぞれ検出する。
【０１１５】
これらの変位ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪に作用した鉛直方向の荷重Ｆｚ及び前後軸回りのモーメントＭｘを、それぞれ以下の式６、式７により求める。ここで、ｊ１、ｊ２は係数であり、入力荷重と変位との関係から予め求めておいた比例定数である。
Ｆｚ＝ｊ１｛（ｈｚ１＋ｈｚ２）−（ｈｚ３＋ｈｚ４）｝・・・・・（式６）
Ｍｘ＝ｊ２｛（ｈｚ１＋ｈｚ４）−（ｈｚ２＋ｈｚ３）｝×Ｌ・・・（式７）
【０１１６】
また、図１４に示すごとく、前側に配置した２個の変位センサ６のうちフランジ部２６に近い側の変位センサ６０５により変位ｈｘ１、遠い側の変位センサ６０６により変位ｈｘ２をそれぞれ検出し、後側に配置した２個の変位センサ６のうちフランジ部２６に近い側の変位センサ６０７により変位ｈｘ３を、遠い側の変位センサ６０８により変位ｈｘ４をそれぞれ検出する。
【０１１７】
これらの変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を基に、車輪に作用した前後方向の荷重Ｆｘ及び、鉛直軸回りのモーメントＭｚを、それぞれ以下の式８、式９により求める。ここで、ｊ３、ｊ４は係数であり、入力荷重と変位との関係から予め求めておいた比例定数である。
Ｆｘ＝ｊ３｛（ｈｘ１＋ｈｘ２）−（ｈｘ３＋ｈｘ４）｝・・・・・・（式８）
Ｍｚ＝ｊ４｛（ｈｘ１＋ｈｘ４）−（ｈｘ２＋ｈｘ３）｝×Ｌ・・・・（式９）
【０１１８】
また、上記変位ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４、ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を基に、車輪にかかる軸芯方向の荷重Ｆｙを以下の式１０により求める。ここで、ｊ５は係数であり、入力荷重と変位との関係から予め求めておいた比例定数である。
Ｆｙ＝ｊ５｛（ｈｚ１＋ｈｚ３＋ｈｘ１＋ｈｘ３）−（ｈｚ２＋ｈｚ４＋ｈｘ２＋ｈｘ４）｝・・・・・（式１０）
【０１１９】
ここで、図１２〜図１４におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向を各荷重の＋の方向とする。即ち、自動車の水平前後方向をＸ軸とし、前方を＋（プラス）とする。また、鉛直方向をＺ軸とし、上方を＋とする。また、車軸の軸芯方向をＹ軸とし、インナーレース２をアウターレース３へ挿入する方向を＋とする。
また、上記変位センサ６は、内周部３１と外周部３２との間が圧縮されたときに＋（プラス）の出力を出し、引き延ばされたときに−（マイナス）の出力を出す。
【０１２０】
即ち、図１２のように鉛直方向の力Ｆｚが車輪を介して車軸に入力されると、変位センサ６０１、６０２が取り付けてある貫通孔３３の周辺に圧縮荷重が作用するために、上記貫通孔３３が狭くなる。それによって変位センサ６０１、６０２の変位出力ｈｚ１、ｈｚ２はプラスとなる。一方、変位センサ６０３、６０４が取り付けてある貫通孔３３の周辺には引張荷重が作用し、変位センサ６０３、６０４の変位出力ｈｚ３、ｈｚ４はマイナスになる。
なお、上記の鉛直反対側の力が作用したときには、上記の変位出力の極性は反対になる。
そして、これらの変位出力ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を上記式６に当てはめることにより、荷重Ｆｚを求めることができる。
【０１２１】
また、図１４のように前後方向の力Ｆｘが車輪を介しで車軸に入力されると、変位センサ６０５、６０６が取り付けてある貫通孔３３の周辺に圧縮荷重が作用するために、貫通孔３３が狭くなる。それによって変位センサ６０５、６０６の変位出力ｈｘ１、ｈｘ２はプラスとなる。一方、変位センサ６０７、６０８が取り付けてある貫通孔３３の周辺には引張荷重が作用し、変位センサ６０７、６０８の変位出力ｈｘ３、ｈｘ４はマイナスになる。
なお、上記の水平反対側の力が作用したときには、上記の変位出力の極性は反対になる。
そして、これらの変位出力ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を上記式８に当てはめることにより、荷重Ｆｘを求めることができる。
【０１２２】
また、図１２、図１４のように、車輪を介して車軸の軸芯方向の車体側へ荷重Ｆｙがかかったとき、フランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加する。そのため、フランジ部２６から近い側の変位センサ６０１、６０３の変位出力ｈｚ１、ｈｚ３、ｈｘ１、ｈｘ３はプラスとなる。一方、フランジ部２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力は減少する。そのため、フランジ部２６から遠い側の変位センサ６０２、６０４の変位出力ｈｚ２、ｈｚ４、ｈｘ２、ｈｘ４はマイナスになる。
なお、車輪に軸芯方向の車体と反対側への荷重がかかったときは、上記の変位出力の極性が反対になる。
そして、これらの変位出力ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４、ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を上記式１０に当てはめることにより、荷重Ｆｙを求めることができる。
【０１２３】
また、図１２のように前後軸周りのモーメントＭｘが車輪を介して車軸に入力されると、変位センサ６０１、６０２が取り付けてある貫通孔３３の上記フランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が減少する。そのため、変位センサ６０１の変位出力ｈｚ１はマイナスとなる。
そして、フランジ２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加する。そのため、変位センサ６０２の変位出力ｈｚ２はプラスとなる。
【０１２４】
また、変位センサ６０３、６０４が取り付けてある貫通孔３３のフランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加する。そのため、変位センサ６０３の変位出力ｈｚ３はプラスとなる。フランジ２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が減少するために変位センサ６０４の変位出力ｈｚ４はマイナスとなる。
なお、上記の反対側の前後軸周りのモーメントが加わったときは、上記の変位出力の極性は反対になる。
そして、これらの変位出力ｈｚ１、ｈｚ２、ｈｚ３、ｈｚ４を上記式７に当てはめることにより、モーメントＭｘを求めることができる。
【０１２５】
また、図１４のように鉛直軸周りのモーメントＭｚが車輪を介して車軸に入力されると、変位センサ６０５、６０６が取り付けてある貫通孔３３のフランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加する。そのため、変位センサ６０５の変位出力ｈｘ１はプラスとなる。
そして、フランジ２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が減少する。そのため、変位センサ６０６の変位出力ｈｘ２はマイナスとなる。
【０１２６】
また、変位センサ６０７、６０８が取り付けてある貫通孔３３のフランジ部２６に近い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が減少する。そのため、変位センサ６０７の変位出力ｈｘ３はマイナスとなる。
そして、フランジ２６から遠い側のベアリングボール列４０を介したインナーレース２からアウターレース３の内周部３１への押圧力が増加する。そのため、変位センサ６０８の変位出力ｈｘ４はプラスとなる。
なお、上記の反対側の鉛直軸周りのモーメントが加わったときは、上記の変位出力の極性は反対になる。
そして、これらの変位出力ｈｘ１、ｈｘ２、ｈｘ３、ｈｘ４を上記式９に当てはめることにより、モーメントＭｚを求めることができる。
【０１２７】
本例の場合には、内周部３１と外周部３２との間の変位を検出して、これに基づき、インナーレース２のフランジ部２６に作用する車輪の荷重及びモーメントを容易に計測することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【０１２８】
上記実施例１、２においては、歪計測センサとして、荷重センサ或いは変位センサを用いる例を示したが、本発明において用いる歪計測センサとしては、これらに限らず、他のセンサを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施例１における、Ｙ−Ｚ平面による自動車ホイール用の軸受の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における、Ｘ−Ｙ平面による自動車ホイール用の軸受の断面図。
【図４】実施例１における、インナーレース及びアウターレースの断面図。
【図５】実施例１における、セラミックセンサの電気的結線の様子を示す説明図。
【図６】実施例１における、力学量センサ材料の組織を示す説明図。
【図７】実施例１における、荷重Ｆｘを軸方向成分として入力した場合の出力を表す線図。
【図８】実施例１における、荷重Ｆｙを軸方向成分として入力した場合の出力を表す線図。
【図９】実施例１における、荷重Ｆｚを軸方向成分として入力した場合の出力を表す線図。
【図１０】実施例１における、荷重Ｆｘをオフセット入力した場合の出力を表す線図。
【図１１】実施例１における、荷重Ｆｚをオフセット入力した場合の出力を表す線図。
【図１２】実施例２における、Ｙ−Ｚ平面による自動車ホイール用の軸受の断面図。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１４】実施例２における、Ｘ−Ｙ平面による自動車ホイール用の軸受の断面図。
【符号の説明】
【０１３０】
１  軸受、２  インナーレース、２６  フランジ部、３  アウターレース、３１  内周部、３２  外周部、４０  ベアリングボール列、５  荷重センサ、６  変位センサ
【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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