(57)【要約】【課題】  車輪用軸受にかかる荷重を少ない個数のセンサで精度良く検出することができて、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を安定して検出できる車輪用軸受を提供する。【解決手段】  このセンサ付車輪用軸受１８は、複列の転走面４が内周に形成された外方部材１と、この外方部材１の転走面４と対向する転走面５が形成された内方部材２と、両転走面４，５間に介在した複列の転動体３とを備える。内方部材２には、外径面がテーパ状を成すリング９Ａ，９Ｂを固着する。外方部材１またはこの外方部材１と一体に固定される部材１７には、前記リング９Ａ，９Ｂの前記テーパ状の外径面に対面する変位センサ１０を一体に設置する。この変位センサ１０で、前記リング９Ａ，９Ｂと変位センサ１０との間の距離を測定する。【選択図】      図１
2006258711.tif 000002
【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、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、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、
外径面がテーパ状を成すリングを内方部材に固着し、前記リングの前記テーパ状の外径面に対面する変位センサを前記外方部材またはこの外方部材と一体に固定される部材に設置し、前記変位センサは、前記リングと変位センサとの間の距離を測定するものとした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、内方部材の外周に前記リングを隣合わせて２個設け、両リングは互いにテーパ状の外径面の傾斜方向が反対向きとなるものとし、これら各リングに対面して前記変位センサを設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項２において、前記変位センサを、上下２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設け、かつ軸受軸心と直交する水平方向の左右２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設けて合計８個設けたセンサ付車輪用軸受。
【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、変位センサの出力を演算することで荷重を検出する手段を設けた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、前記変位センサは巻線方式のリラクタンス方式であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記リングを強磁性体とし、前記変位センサを、磁石とアナログ出力の磁気検出素子との組み合わせからなるものとしたセンサ付車輪用軸受。
【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等を内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受に設けたものがある。従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面の制御が可能なことが求められている。
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前輪にそれぞれ荷重が片寄るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。
また、今後ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。
【０００３】
このような要請に応えるものとして、車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ、荷重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１〜２）。
特許文献１に開示された技術では、車輪用軸受に加わる水平方向荷重Ｆx 、回転軸方向荷重Ｆy 、鉛直方向荷重Ｆz 、水平方向のモーメント荷重Ｍx 、軸方向のモーメント荷重Ｍy 、鉛直方向のモーメント荷重Ｍz の各荷重を８個の変位センサより得られた信号によって、荷重の種類、方向、大きさを求めている。また、特許文献２に開示された技術では、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮の影響を除去するために、各変位センサに対して、ラジアル方向またはスラスト方向に対向する別のセンサを設けている。
【特許文献１】特開２００４−４５２１９号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１，２に開示された技術では、精度良く、かつ温度変化に基づく影響を除去して、車輪用軸受に加わる各荷重を求めるためには、少なくとも１２個のセンサが必要となる。このように、荷重を測定するために付加する部品（センサ）が多く、コスト並びに重量が増加することが避けられない。またセンサが多くなることで後段に設置する検出回路および制御器の規模も大きくなり、コスト並びに重量が増加することが避けられない。そのため、近年、車輪用軸受に求められる低コスト化、軽量化に対応することが難しい。
【０００５】
この発明の目的は、車輪用軸受にかかる荷重を少ない個数のセンサで精度良く検出することができて、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を安定して検出できる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】
【０００６】
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、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、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、外径面がテーパ状を成すリングを内方部材に固着し、前記リングの前記テーパ状の外径面に対面する変位センサを前記外方部材またはこの外方部材と一体に固定される部材に設置し、前記変位センサは、前記リングと変位センサとの間の距離を測定するものとしたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、テーパ状のリングを内方部材に固着し、これに対向する変位センサを設けたため、車輪用軸受に荷重が作用して内方部材と外方部材間の距離が変化したときに、変位センサとリング間の距離が変化し、変位センサで検出される。このときの変位センサで検出される距離の変化は、前記リングのテーパ状の外径面に変位センサが対向しているため、ラジアル方向の変位成分とスラスト方向の変位成分とを含んだものとなる。そのため、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮の影響を除去することが容易であり、温度センサを別に設ける必要がない。したがって、車輪用軸受にかかる荷重を少ない個数のセンサで精度良く検出することができる。このように車輪用軸受に変位センサを設置し、またその設置個数が少なくて済むため、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。
【０００８】
この発明において、内方部材の外周に前記リングを隣合わせて２個設け、両リングは互いにテーパ状の外径面の傾斜方向が反対向きとなるものとし、これら各リングに対面して前記変位センサを設けても良い。また、前記変位センサを、上下２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設け、かつ軸受軸心と直交する水平方向の左右２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設けて合計８個設けても良い。この発明において、変位センサの出力を演算することで荷重を検出する手段を設けても良い。
【０００９】
車輪に水平方向荷重（Ｆx ）、回転軸方向荷重（Ｆy ）、鉛直方向荷重（Ｆz ）、水平方向のモーメント荷重（Ｍx ）、軸方向のモーメント荷重（Ｍy ）、鉛直方向のモーメント荷重（Ｍz ）の各荷重がかかると、軸受の外方部材と内方部材間の距離が変化する。そのため、リングと変位センサ間の距離も変化し、その変位量が各変位センサより出力される。各変位センサの出力信号を演算することで、車輪用軸受に加わる荷重が求められる。  この場合に、１つの荷重を求めるために４つないし８つの変位センサから得られた信号を使用するため、より高精度な荷重検出が可能となる。この場合も、各変位センサは、テーパ状のリングに対してラジアルおよびスラスト方向に対向して設置してあるため、温度変化に基づく熱膨張、熱収縮の影響を除去することも容易である。
【００１０】
この発明において、前記変位センサが巻線方式のリラクタンス方式であっても良い。また、前記リングを強磁性体とし、前記変位センサを、磁石とアナログ出力の磁気検出素子との組み合わせからなるものとしても良い。アナログ出力の磁気検出素子としては、ホール素子等が使用できる。
巻線方式のリラクタンス方式の変位センサの場合は、検出精度に優れる。リラクタンス方式の変位センサの場合、後段に設置する信号処理のための電気回路のコストが高くなるが、ホール素子等のな磁気検出素子を利用した方式の場合はコスト低減が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
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、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、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、外径面がテーパ状を成すリングを内方部材に固着し、前記リングの前記テーパ状の外径面に対面する変位センサを前記外方部材またはこの外方部材と一体に固定される部材に設置し、前記変位センサは、前記リングと変位センサとの間の距離を測定するものとしたため、車輪用軸受にかかる荷重を少ない個数のセンサで精度良く検出することができて、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。
特に、内方部材の外周に前記リングを隣合わせて２個設け、両リングは互いにテーパ状の外径面の傾斜方向が反対向きとなるものとし、また前記変位センサを、上下２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設け、かつ軸受軸心と直交する水平方向の左右２箇所に各リングにそれぞれ対面させて２個ずつ設けて合計８個設けた場合は、車輪用軸受にかかる各方向の荷重を、より高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図１７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、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および図３では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
【００１３】
この車輪用軸受１８は、内周に複列の転走面４を形成した外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を形成した内方部材２と、これら複列の転走面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この車輪用軸受１８は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、上記各転走面４，５は断面円弧状であり、各転走面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。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、それぞれ密封装置である接触式のシール７，８で密封されている。
【００１４】
外方部材１は、固定側の部材となるものであって、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、全体が一体の部品とされている。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。車体取付フランジ１ａのボルト挿入孔１２はねじ加工されており、上記ボルトは、ナックルに設けられた貫通孔を貫通し、ボルト挿入孔１２に先端の雄ねじ部分が螺合する。ボルト挿入孔１２をねじ孔とする代わりに、単にボルトが挿通される孔とし、ナット（図示せず）でボルトを締め付けるようにしても良い。
【００１５】
内方部材２は、回転側の部材となるものであって、外周に車輪取付フランジ２ａを有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側端の外周に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなる。ハブ輪２Ａには等速ジョイント１３の片方の継手部材となる外輪１３ａが連結されている。ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の転走面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａは中央孔１６を有し、この中央孔１６に、等速ジョイント外輪１３ａに一体に形成されたステム１４が挿通され、ステム１４の先端に螺合するナット１５の締め付けにより、等速ジョイント外輪１３ａが内方部材２に連結される。このとき、等速ジョイント外輪１３ａに設けられたアウトボード側に向く段面１３ａａが、ハブ輪２Ａに圧入した内輪２Ｂのインボード側に向く端面に押し付けられ、等速ジョイント外輪１３ａとナット１５とで内方部材２が幅締めされる。ハブ輪２Ａの中央孔１６にはスプライン溝１６ａが形成されており、ステム１４のスプライン溝１４ａとスプライン嵌合する。
【００１６】
車輪用軸受１８の内部空間における複列の転走面４，５に挟まれる位置には荷重センサ１１が配置される。この荷重センサ１１は、外径面がテーパ状を成し内方部材２に固着された２つのリング９Ａ，９Ｂと、これらリング９Ａ，９Ｂのテーパ状外径面にそれぞれ対面するように外方部材１に設置される複数の変位センサ１０（１０Ｓ１，１０Ｓ２，…）とでなる。前記両リング９Ａ，９Ｂは、ハブ輪２Ａにおけるアウトボード側列の転走面５よりもインボード側に設けられた小径外径面２ｂに軸方向に並べて圧入嵌合される。これらリング９Ａ，９Ｂは、前記小径外径面２ｂのアウトボード側端における段面２ｃと内輪２Ｂのアウトボード側に向く端面とで挟まれることで、軸方向に位置決めされて固定される。ここでは、アウトボード側に位置するリング９Ａの外径面は、アウトボード側に向けて拡径変化するテーパ状とされ、インボード側に位置するリング９Ｂの外径面は、インボード側に向けて拡径変化するテーパ状とされている。すなわち、両リング９Ａ，９Ｂの外径面の傾斜方向は互いに反対となるようにされている。なお、これらの両リング９Ａ，９Ｂは別体とせず、一体の部品としてハブ輪２Ａに圧入固着しても良い。
【００１７】
変位センサ１０は、これと対面するリング９Ａ，９Ｂとの間の距離を測定するものであって、図２のようにハブ輪２Ａの車輪取付フランジ２ａ側から見た状態で、鉛直方向（Ｚ軸方向）の上側（車両に対して上側）と鉛直方向の下側（車両に対して下側）、および水平方向の車両に対して前後方向（Ｘ軸方向）の前進側と前後方向の後進側で、両リング９Ａ，９Ｂの外径面にそれぞれ対面するように合計８個配置される。
すなわち、車輪用軸受１８の縦断面図を示す図１のように、一方のリング９Ａの外径面の上側には変位センサ１０Ｓ１が、下側には変位センサ１０Ｓ３が配置され、他方のリング９Ｂの外径面の上側には変位センサ１０Ｓ２が、下側には変位センサ１０Ｓ４が配置される。また、車輪用軸受１８の水平断面図を示す図３のように、一方のリング９Ａの外径面の前進側には変位センサ１０Ｓａが、後進側には変位センサ１０Ｓｃが配置され、他方のリング９Ｂの外径面の前進側には変位センサ１０Ｓｂが、後進側には変位センサ１０Ｓｄが配置される。
【００１８】
ここでは、これら８個の変位センサ１０はセンサ支持部材１７に収容され、このセンサ支持部材１７を外方部材１の内周における両列の転走面４，４の間に圧入固着することにより、外方部材１に設置されている。なお、センサ支持部材１７を介在させずに外方部材１の内周に直接設置しても良い。
これら各変位センサ１０の合計８種類の検出信号は、外方部材１にその外周から内周に貫通して設けられた貫通孔３１に挿通させて配置されたハーネス３２により、図示しない制御器に入力される。前記ハーネス３２は、シール部材３３によって外方部材１に固定されており、このシール部材３３により、外部からの泥水等が前記貫通孔３１を経て車輪用軸受１８の内部に入らないようにしている。
【００１９】
前記変位センサ１０としては様々な種類のものを採用できるが、その一例として渦電流式のものを図４に示す。この変位センサ１０は、樹脂製のセンサハウジング２６上にコイル巻線２５を渦巻き状に配置したものである。コイル巻線２５の渦巻きは、１段あるいは２段以上の多段としても良い。この場合の変位センサ１０は、センサターゲットである前記リング９Ａ，９Ｂの外径面との間の距離の変化（エアギャップ変化）に応じてコイル巻線２５のインダクタンスが変わることを利用して変位を検出するリラクタンス方式のものである。
変位センサ１０としては、この他に磁石とアナログ出力の磁気検出素子（例えばホール素子）とを組み合わせた方式のものを用いても良い。この場合、リング９Ａ，９Ｂは強磁性体とする。前記した渦電流方式の場合には、後段に設置する信号処理のための電気回路のコストが高くなるが、ホールセンサのような磁気検出素子を利用した方式の場合にはコスト低減が可能となる。
【００２０】
次に、上記車輪用軸受１０に加わる車軸荷重を荷重センサ１１が検出する動作について説明する。
車両走行中のハブ輪２Ａには、走行状況に応じて水平方向荷重（Ｆx ）、回転軸方向荷重（Ｆy ）、鉛直方向荷重（Ｆz ）、水平方向のモーメント荷重（Ｍx ）、軸方向のモーメント荷重（Ｍy ）、鉛直方向のモーメント荷重（Ｍz ）の６つの荷重が、タイヤおよびびホイールを通じて負荷される。荷重が負荷されると、ハブ輪２Ａは外方部材１に対して相対的に移動する。つまりリング９Ａ，９Ｂと変位センサ１０の距離が変化する。荷重センサ１１は、その変化量を変位センサ１０で測定し、その測定値を演算することにより、ハブ輪２Ａに負荷された荷重の方向、大きさ等を求める。
【００２１】
変位センサ１０はリング９Ａ，９Ｂのテーパ状外径面に対面しているため、その距離の変化量は、水平方向（Ｘ軸方向）または鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位成分と回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位成分を含んでいる。変位センサ１０とリング９Ａ，９Ｂの距離がＬ、リング９Ａ，９Ｂの外径面のテーパ角がαだとすると、水平方向（Ｘ軸方向）または鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位はＬ×cos α、回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位はＬ×sin αで表される（図５参照）。
【００２２】
図６は、例えばハブ輪２Ａに水平方向（Ｘ軸方向）荷重（Ｆx ）が車両後側方向（Ｘ軸の負方向）に加わったときの検出説明図を示す。同図では、ハブ輪２Ａに荷重が負荷された状態のリング９Ａ，９Ｂを破線で示している。このとき、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して水平方向の車両前進側に設置した変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂでは、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ広がる。一方、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して水平方向の車両後進側に設置した変位センサ１０Ｓｃ，１０Ｓｄでは、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ狭まる。
【００２３】
図７は、この状況での変位センサ１０Ｓａ付近を拡大して示す。このとき、水平方向荷重Ｆx により各変位センサ１０と対面するリング９Ａ，９Ｂの距離がΔＬ変化したとし、また無負荷状態（図中に実線で示す）での距離より広がった場合を正、狭まった場合を負とする符号を付加すると、各変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄの水平方向（Ｘ軸方向）の変位成分は以下のようになる。αはリング９Ａ，９Ｂのテーパ角である。
変位センサ１０Ｓａの水平方向（Ｘ軸方向）の変位ΔＳax＝ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓｂの水平方向（Ｘ軸方向）の変位ΔＳbx＝ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓｃの水平方向（Ｘ軸方向）の変位ΔＳcx＝−ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓｄの水平方向（Ｘ軸方向）の変位ΔＳｄｘ＝−ΔＬ／cos αとなる。      
【００２４】
これらの変位量により、ハブ輪２Ａの外方部材１に対する移動距離は、ハブ輪２ＡのＸ軸方向の変位をΔＸとすると、以下の式で算出される。
ΔＸ＝１/ ４×（ΔＳax＋ΔＳbx−ΔＳcx−ΔＳdx）
＝１/ ４×｛（ΔＬ／cos α）＋（ΔＬ／cos α）−（−ΔＬ／cos α）−（−Δ        Ｌ／cos α）｝
＝  ΔＬ／cos α
【００２５】
つまり、４つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄの出力より、水平方向荷重Ｆx によるハブ輪２Ａの外方部材１に対するＸ軸方向の変位のみを検出することが可能である。この検出した変位量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位から荷重を求める演算式に代入することにより、水平方向荷重Ｆx を算出する。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。また４つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄから検出しているため、その検出精度は良い。またＸ軸およびＹ軸に対して対称に変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄを配置しているので、温度変化によるリング９Ａ，９Ｂの熱収縮、熱膨張に対する変位の変化を容易に取り除くことができる。
【００２６】
図８は、ハブ輪２Ａに鉛直方向（Ｚ軸方向）荷重（Ｆz ）が車両に対し路面方向（Ｚ軸の負方向）に加わったときの検出説明図を示す。同図では、ハブ輪２Ａに荷重が負荷された状態のリング９Ａ，９Ｂを破線で示している。このとき、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して上側に設置した変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２では、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ広がる。一方、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して下側に設置した変位センサ１０Ｓ３，１０Ｓ４では、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ狭まる。
【００２７】
図９は、この状況での変位センサ１０Ｓ１付近を拡大して示す。このとき、鉛直方向荷重Ｆz により各変位センサ１０と対面するリング９Ａ，９Ｂの距離がΔＬ変化したとし、また無負荷状態（図中に実線で示す）での距離より広がった場合を正、狭まった場合を負とする符号を付加すると、各変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位成分は以下のようになる。αはリング９Ａ，９Ｂのテーパ角である。
変位センサ１０Ｓ１の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位ΔＳ1z＝ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓ２の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位ΔＳ2z＝ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓ３の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位ΔＳ3z＝−ΔＬ／cos α、
変位センサ１０Ｓ４の鉛直方向（Ｚ軸方向）の変位ΔＳ4z＝−ΔＬ／cos αとなる。
【００２８】
これらの変位量により、ハブ輪２Ａの外方部材１に対する移動距離は、ハブ輪２ＡのＺ軸方向の変位をΔＺとすると、以下の式で算出される。
ΔＺ＝１/ ４×（ΔＳ1z＋ΔＳ2z−ΔＳ3z−ΔＳ4z）
＝１/ ４×｛（ΔＬ／cos α）＋（ΔＬ／cos α）−（−ΔＬ／cos α）−（−Δ        Ｌ／cos α）｝
＝  ΔＬ／cos α
つまり、４つの変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の出力より、鉛直方向荷重Ｆz によるハブ輪２Ａの外方部材１に対するＺ軸方向の変位のみを検出することが可能である。この検出した変位量を，予め実験やシミュレーション等により求めた変位から荷重を求める演算式に代入することにより、鉛直方向荷重Ｆz を算出する。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。また４つの変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４から検出しているため、その検出精度は良い。またＺ軸およびＹ軸に対して対称に変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４を配置しているので、温度変化によるリング９Ａ，９Ｂの熱収縮、熱膨張に対する変位の変化を容易に取り除くことができる。
【００２９】
図１０および図１２は、ハブ輪２Ａに回転軸方向（Ｙ軸方向）荷重（Ｆy ）が車両の外側方向（Ｙ軸の負方向）に加わったときの検出説明図を示す。これらの図では、ハブ輪２Ａに荷重が負荷された状態のリング９Ａ，９Ｂを破線で示している。このとき、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して車両の外側に設置した変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｃ，１０Ｓ１，１０Ｓ３では、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ広がる。一方、リング９Ａ，９Ｂの外径面に対して車両の内側に設置した変位センサ１０Ｓｂ，１０Ｓｄ，１０Ｓ２，１０Ｓ４では、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離がそれぞれ狭まる。
【００３０】
図１１および図１３は、この状況での変位センサ１０Ｓａおよび変位センサ１０Ｓ１付近を拡大して示す。このとき、回転軸方向荷重Ｆy により各変位センサ１０と対面するリング９Ａ，９Ｂの距離がΔＬ変化したとし、また無負荷状態（図中に実線で示す）での距離より広がった場合を正、狭まった場合を負とする符号を付加すると、各変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄ，１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位成分は以下のようになる。αはリング９Ａ，９Ｂのテーパ角である。
変位センサ１０Ｓａの回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳay＝ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓｂの回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳby＝−ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓｃの回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳcy＝ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓｄの回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳdy＝−ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓ１の回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳ1y＝ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓ２の回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳ2y＝−ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓ３の回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳ3y＝ΔＬ／sin α、
変位センサ１０Ｓ４の回転軸方向（Ｙ軸方向）の変位ΔＳ4y＝−ΔＬ／sin αとなる。      
【００３１】
これらの変位量により、ハブ輪２Ａの外方部材１に対する移動距離は、ハブ輪２ＡのＹ軸方向の変位をΔＹとすると、以下の式で算出される。
ΔＹ＝１/ ８×（ΔＳay−ΔＳby＋ΔＳcy−ΔＳdy＋ΔＳ1y−ΔＳ2y＋ΔＳ3y−ΔＳ4y        ）
＝１/ ８×｛（ΔＬ／sin α）−（−ΔＬ／sin α）＋（ΔＬ／sin α）−（−Δ        Ｌ／sin α）＋（ΔＬ／sin α）−（−ΔＬ／sin α）＋（ΔＬ／sin α）−（        −ΔＬ／sin α）｝
＝ΔＬ×sin α
【００３２】
つまり、８つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄ，１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の出力より、回転軸方向荷重Ｆy によるハブ輪２Ａの外方部材１に対するＹ軸方向の変位のみを検出することが可能である。この検出した変位量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位から荷重を求める演算式に代入することにより、回転軸方向荷重Ｆy を算出する。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。また８つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄ，１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４から検出しているため、その検出精度は良い。またＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して対称に変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄ，１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４を配置しているので、温度変化によるリング９Ａ，９Ｂの熱収縮、熱膨張に対する変位の変化を容易に取り除くことができる。
【００３３】
図１４は、ハブ輪２Ａに水平軸（Ｘ軸）回りのモーメント荷重（Ｍx ）が加わったときの検出説明図を示す。この図では、ハブ輪２Ａに荷重が負荷された状態のリング９Ａ，９Ｂを破線で示している。このとき、垂直面内に配置される４つの変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４のうち、Ｘ軸を中心として斜めに対向して配置される２つの変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ３と、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離はそれぞれ広がる。一方、同じくＸ軸を中心として斜めに対向して配置される残る２つの変位センサ１０Ｓ２，１０Ｓ４と、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離は、それぞれ狭まる。
【００３４】
図１５は、この状況での変位センサ１０Ｓ１付近を拡大して示す。このとき、水平軸（Ｘ軸）回りのモーメント荷重Ｍx により各変位センサ１０と対面するリング９Ａ，９Ｂの距離がΔＬ変化したとし、また無負荷状態（図中に実線で示す）での距離より広がった場合を正、狭まった場合を負とする符号を付加すると、各変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の変位成分は以下のようになる。
変位センサ１０Ｓ１の変位ΔＳ1 ＝ΔＬ、
変位センサ１０Ｓ２の変位ΔＳ2 ＝−ΔＬ、
変位センサ１０Ｓ３の変位ΔＳ3 ＝−ΔＬ、
変位センサ１０Ｓ４の変位ΔＳ4 ＝ΔＬとなる。
【００３５】
これらの変位量により、ハブ輪２Ａの外方部材１に対するＸ軸回りの回転角度θに対応する変位ΔＸθは、以下の式で算出される。
ΔＸθ＝１/ ４×（ΔＳ1 −ΔＳ2 −ΔＳ3 ＋ΔＳ4 ）
＝１/ ４×｛（ΔＬ）−（−ΔＬ）−（−ΔＬ）＋（ΔＬ）｝
＝ΔＬ
【００３６】
つまり、４つの変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４の出力より、モーメント荷重Ｍx によるハブ輪２Ａの外方部材１に対するＸ軸回りの回転角度θに対応する変位を検出することが可能である。この検出した変位量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位から荷重を求める演算式に代入することにより、モーメント荷重Ｍx を算出する。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。また４つの変位センサ１０から検出しているため、その検出精度は良い。またＺ軸及びＹ軸に対して対称に変位センサ１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓ３，１０Ｓ４を配置しているため、温度変化によるリング９Ａ，９Ｂの熱収縮、熱膨張に対する変位の変化を容易に取り除くことができる。
【００３７】
図１６は、ハブ輪２Ａに鉛直軸（Ｚ軸）回りのモーメント荷重（Ｍz ）が加わったときの検出説明図を示す。この図では、ハブ輪２Ａに荷重が負荷された状態のリング９Ａ，９Ｂを破線で示している。このとき、水平面内に配置される４つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄのうち、Ｚ軸を中心として斜めに対向して配置される２つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｄと、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離は、それぞれ広がる。一方、同じくＺ軸を中心として斜めに対向して配置される残る２つの変位センサ１０Ｓｂ，１０Ｓｃと、これらに対面するリング９Ａ，９Ｂとの距離は、それぞれ狭まる。
【００３８】
図１７は、この状況での変位センサ１０Ｓａ付近を拡大して示す。このとき、鉛直軸（Ｚ軸）回りのモーメント荷重Ｍz により各変位センサ１０と対面するリング９Ａ，９Ｂの距離がΔＬ変化したとし、また無負荷状態（図中に実線で示す）での距離より広がった場合を正、狭まった場合を負とする符号を付加すると、各変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄの変位成分は以下のようになる。
変位センサ１０Ｓａの変位ΔＳa ＝ΔＬ、
変位センサ１０Ｓｂの変位ΔＳb ＝−ΔＬ、
変位センサ１０Ｓｃの変位ΔＳc ＝−ΔＬ、
変位センサ１０Ｓｄの変位ΔＳd ＝ΔＬ、となる。
【００３９】
これらの変位量により、ハブ輪２Ａの外方部材１に対するＺ軸回りの回転角度θに対応する変位をΔＺθは、以下の式で算出される。
ΔＺθ＝１/ ４×（ΔＳa −ΔＳb −ΔＳc ＋ΔＳd ）
＝１/ ４×｛（ΔＬ）−（−ΔＬ）−（−ΔＬ）＋（ΔＬ）｝
＝ΔＬ
つまり、４つの変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄの出力より、モーメント荷重Ｍz によるハブ輪２Ａの外方部材１に対するＺ軸回りの回転角度θに対応する変位を検出することが可能である。この検出した変位量を、予め実験やシミュレーション等により求めた変位から荷重を求める演算式に代入することにより、モーメント荷重Ｍz を算出する。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。また４つの変位センサ１０から検出しているため、その検出精度は良い。またＸ軸およびＹ軸に対して対称に変位センサ１０Ｓａ，１０Ｓｂ，１０Ｓｃ，１０Ｓｄを配置しているため、温度変化によるリング９Ａ，９Ｂの熱収縮、熱膨張に対する変位の変化を容易に取り除くことができる。
【００４０】
さらに、ハブ輪２Ａに回転軸（Ｙ軸）回りのモーメント荷重（Ｍy ）が加わったときには、以下のようにしてモーメント荷重Ｍy が検出される。
すなわち、前記モーメント荷重Ｍy は、上述した検出方法で求められる鉛直方向（Z 軸方向）荷重Ｆz とハブ輪２Ａに固定されたタイヤ（図示せず）の半径Ｒとの積、つまり
モーメント荷重Ｍy ＝Ｆz ×Ｒ
として求められる。このような演算は、ハーネス３２に接続された演算手段２０（図１）で行われる。
【００４１】
このように、このセンサ付車輪用軸受１８によると、車両にコンパクトに荷重センサ１１を設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。荷重センサ１１から得られる角度検出値や荷重検出値は自動車のＥＣＵ（電気制御ユニット）に取込まれ、自動車の走行安定制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。
【００４２】
図１８は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態のセンサ付車輪用軸受は、先の実施形態において、軸方向に並ぶ２つのリング９Ａ，９Ｂの外径面のテーパを逆向きとしたものである。すなわち、アウトボード側のリング９Ａの外径面をインボード側に向けて拡径変化するテーパ状とし、インボード側のリング９Ｂの外径面をアウトボード側に向けて拡径変化するテーパ状としている。その他の構成は先の実施形態と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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縦断面図である。
【図２】同軸受をアウトボード側から見た側面図である。
【図３】同軸受の水平断面図である。
【図４】同軸受に搭載される荷重センサの構成部品である変位センサの一例を示す平面図である。
【図５】荷重センサにおける変位センサとリングの位置関係を示す説明図である。
【図６】水平方向荷重が加わったときの荷重センサの検出説明図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】鉛直方向荷重が加わったときの荷重センサの検出説明図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【図１０】回転軸方向荷重が加わったときの荷重センサの水平断面による検出説明図である。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】回転軸方向荷重が加わったときの荷重センサの垂直断面による検出説明図である。
【図１３】図１２の部分拡大図である。
【図１４】水平軸回りのモーメント荷重が加わったときの荷重センサの検出説明図である。
【図１５】図１４の部分拡大図である。
【図１６】鉛直軸回りのモーメント荷重が加わったときの荷重センサの検出説明図である。
【図１７】図１６の部分拡大図である。
【図１８】この発明の他の実施形態の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…転走面
９Ａ，９Ｂ…リング
１０…変位センサ
１１…荷重センサ
１７…センサ支持部材
１８…車輪用軸受
２０…演算手段
【図１】
2006258711.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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【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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