(57)【要約】【課題】  外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できるセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  車輪用軸受の外輪１の車体取付用フランジ１ａを、軸受軸心に直交する線分に対して線対称、または軸受軸心に対して点対称となる正面形状とする。外輪外周に接触固定される２つ以上の接触固定部２１ａを有する歪み発生部材２１と、その歪みを検出するセンサ２２とでなるセンサユニット２０を、前記フランジ１ａのアウトボード側の側面基端から外輪外周に続く断面円弧状部１ａａ若しくはそのアウトボード側に隣接する外輪外周面部分、または外輪外周のアウトボード側転動体５の中心を通り転動体接触角をなす線分Ｌθとの交差位置若しくはこれに隣接する位置に設ける。または、複数のセンサユニット２０を外輪外周の周方向に等配して設ける。【選択図】      図１
2011085439.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輪と、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において、
上記外輪の外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを設けると共に、前記外輪の外周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、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設け、かつ前記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たことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
複列の転走面が内周に形成された外輪と、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において、
上記外輪の外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを設けると共に、前記外輪の外周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、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設け、かつ前記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たことを特徴とす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、前記センサユニットを複数とし、これらのセンサユニットを、前記外輪の外周の周方向に等配して設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１または請求項３において、前記センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面における前記円弧状部の終端から軸方向へ５ｍｍ離間した範囲内の外輪外周面部に設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１おいて、前記センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分であって、かつ前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
複列の転走面が内周に形成された外輪と、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において、
上記外輪のインボード側端に、外周に雄ねじ部を有するナックル固定用の小径段差部を設けると共に、前記外輪の前記小径段差部よりもアウトボード側の外周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、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設け、ナックルの内周に設けられる雌ねじ部に前記小径段差部の雄ねじ部を螺合させて外輪をナックルに固定するようにしたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項６において、前記センサユニットを複数とし、これらのセンサユニットを、前記外輪の外周の周方向に等配して設け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、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、図１０のように車輪用軸受の外輪５０に歪みゲージ５１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）。
【０００３】
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）。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０９８１３８号公報
【特許文献２】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献３】特開２００７−５７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、繰り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。
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。
【０００７】
特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受では、センサユニットを取付ける固定輪が例えば３世代型の車輪用軸受の外輪であると、その外輪のナックル取付用フランジが複雑な形状であるため、その形状の影響を受けてセンサユニットの出力に検出誤差が生じるという問題がある。
すなわち、前記外輪のフランジはナックルにボルト固定するためのタップ孔あるいはボルト挿通孔を有するが、軽量化のため全周同一外径とせず、タップ孔やボルト挿通孔のある周方向部分を突出部とし、他の周方向部分を突出の無い部分若しくは突出長が最小の部分とした正面形状が花びら形となるように形成されているのが一般的である。その結果、軸受使用時に、荷重以外に、温度上昇や冷却による膨張・収縮歪みが発生すると、上記した外輪フランジの複雑な形状のために、外輪の各部の温度分布や膨張・収縮量が一様でなくなり、センサユニットを不規則箇所に取付けると検出信号に温度分布や膨張・収縮量の影響が生じて、その影響をキャンセルする処理が困難となる。例えば、前記外輪において、同程度の荷重を負荷しても相対的に高剛性で歪み量が少なくなる部分にセンサユニットを配置すると、その位置では負荷荷重影響による歪み変化量も少ないため、センサユニットは誤差の大きい検出信号を出力することとなってしまう。
【０００８】
この発明の目的は、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定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】
【０００９】
この発明の第１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輪と、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において、上記外輪の外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを設けると共に、前記外輪の外周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、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設け、かつ前記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たことを特徴とする。
【００１０】
この発明において、前記センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設ける変わりに、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けても良い。
【００１１】
また、前記センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分で、かつ前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けても良い。
【００１２】
前記センサユニットは複数とし、これらセンサユニットを前記外輪の外周の周方向に等配して設けることがさらに好ましい。
【００１３】
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、車輪用軸受の外輪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における歪み発生部材の２つ以上の接触固定部が外輪の外周に接触固定されているので、外輪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る。
特に、上記したように、前記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いるので、外輪形状が単純化され、外輪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、外輪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。
また、外輪形状の単純化に加えて、センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設けた場合、センサユニットの設置部での歪みが大きくなるので、外輪の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を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。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００１４】
また、外輪形状の単純化に加えて、センサユニットを、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けた場合も、センサユニットの設置部の歪みが大きくなるので、外輪の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を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。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００１５】
センサユニットを複数とし、これらセンサユニットを前記外輪の外周の周方向に等配して設けた場合は、温度分布や膨張・収縮量が共通する各部分にセンサユニットを配置できる。そのため、温度分布や膨張・収縮量のばらつきの影響を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。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００１６】
この発明において、前記センサユニットを、前記フランジのアウトボード側を向く側面における前記円弧状部の終端から軸方向へ５ｍｍ離間した範囲内の外輪外周面部に設けても良い。
前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分にセンサユニットを設ける場合、前記円弧状部の終端から軸方向へ５ｍｍ離間した範囲内であれば、外輪に温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その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。
【００１７】
この発明の第２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輪と、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において、上記外輪のインボード側端に、外周に雄ねじ部を有するナックル固定用の小径段差部を設けると共に、前記外輪の前記小径段差部よりもアウトボード側の外周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、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設け、ナックルの内周に設けられる雌ねじ部に前記小径段差部の雄ねじ部を螺合させて外輪をナックルに固定するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、ナックル取付け用のフランジを外輪から無くし、外輪のインボード側端に、外周に雄ねじ部を有するナックル固定用の小径段差部を設け、その雄ねじ部をナックルの内周に設けられる雌ねじ部に螺合させて外輪をナックルに固定するようにしているので、外輪形状を単純化でき、外輪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、外輪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。
また、外輪形状の単純化に加えて、センサユニットを、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けたため、センサユニットの設置部の歪みが大きくなる。そのため、外輪の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を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。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００１９】
前記センサユニットを複数とし、これらセンサユニットを前記外輪の外周の周方向に等配して設けた場合は、温度分布や膨張・収縮量が共通する各部分にセンサユニットを配置できるので、温度分布や膨張・収縮量のばらつきの影響を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。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の第１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輪と、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において、上記外輪の外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを設けると共に、前記外輪の外周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、前記フランジのアウトボード側を向く側面の基端から外輪の外周に続いて形成される断面円弧状部若しくはこの円弧状部のアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設け、または前記センサユニットを、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設け、かつ前記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たため、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００２１】
この発明の第２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輪と、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において、上記外輪のインボード側端に、外周に雄ねじ部を有するナックル固定用の小径段差部を設けると共に、前記外輪の前記小径段差部よりもアウトボード側の外周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、前記外輪の外周におけるアウトボード側の転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分との交差位置若しくはこれに隣接する位置に設け、ナックルの内周に設けられる雌ねじ部に前記小径段差部の雄ねじ部を螺合させて外輪をナックルに固定するようにした場合は、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００２２】
前記第１または第２のセンサ付車輪用軸受において、前記センサユニットを複数とし、これらセンサユニットを前記外輪の外周の周方向に等配して設けた場合は、外輪形状に起因する検出誤差をより一層軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【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。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外輪をアウトボード側から見た正面図である。
【図３】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４】図３におけるIV−IV矢視断面図である。
【図５】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図６】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７】この発明の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８】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９】同センサ付車輪用軸受の外輪をアウトボード側から見た正面図である。
【図１０】従来例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の一実施形態を図１ないし図６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。
【００２５】
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を形成した外輪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、これら外輪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。外輪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。
【００２６】
外輪１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置におけるナックル（図示せず）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のボルト挿通孔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がナックルに取付けられる。また、フランジ１ａのアウトボード側を向く側面には、その基端から外輪１の外周に続いて断面円弧状部１ａａが形成されている。
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１７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。
【００２７】
図２は、この車輪用軸受の外輪１をアウトボード側から見た正面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、その正面形状が、軸受軸心に直交する線分（例えば図２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横線分ＬＨに対して線対称となる円形とされている。
【００２８】
固定側部材である外輪１の外径面には、４つのセンサユニット２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄが、外輪１における前記車体取付用フランジ１ａの断面円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に、周方向に等配して設けられている。具体的には、２つのセンサユニット２０Ａ，２０Ｂが、タイヤ接地面に対して上下位置となる外輪１の外径面における上面部および下面部に、また他の２つのセンサユニット２０Ｃ，２０Ｄがタイヤ接地面に対して左右位置となる外輪１の外径面における左面部および右面部にそれぞれ設けられている。図示しないが、これらセンサユニット２０Ａ〜２０Ｂは、前記フランジ１ａの断面円弧状部１ａａの上に設けても良い。
【００２９】
また、センサユニット２０Ａ〜２０Ｂは、図１に示すように、外輪１の外周におけるアウトボード側の転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌθとの交差位置若しくはこれに隣接する位置に設けても良い。この実施形態では、センサユニット２０Ａ〜２０Ｂの取付位置が、前記フランジ１ａの断面円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部であって、かつ前記線分Ｌθとの交差位置若しくはこれに隣接する位置である例を示しているが、その交差位置若しくはこれに隣接する位置がフランジ１ａの断面円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部から離れた位置であっても良い。
【００３０】
これらのセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄ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２つ以上（ここでは２つ）の歪みセンサ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、外輪１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される２つ以上（ここでは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４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３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２２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２２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輪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、外輪１の変形がセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。
【００３１】
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、外輪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により外輪１の外径面に固定される。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、外輪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を介して外輪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輪１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪変形が容易となる。外輪１の外径面へセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを安定良く固定する上で、外輪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。
【００３２】
このほか、図５に断面図で示すように、外輪１の外径面における前記歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部に溝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が位置する各部位を外輪１の外径面から離すようにしても良い。
【００３３】
歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ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われる。また、歪みセンサ２２を歪み発生部材２１上に厚膜低抗体にて形成することもできる。
【００３４】
各センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂは推定手段３０に接続される。推理手段３０は、各センサユニット２０Ａ〜２０Ｄのセンサ出力信号から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力Ｆ（例えば垂直方向荷重Ｆz ）を演算・推定する手段である。
【００３５】
以下に、前記推定手段３０での荷重の演算・推定の一例を説明する。
一般に、車輪用軸受に作用する荷重ベクトルＦと複数の歪みセンサの出力信号ベクトル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は所定の補正係数行列である。
前記推定手段３０では、その前段の演算処理として、各センサユニット２０Ａ〜２０Ｄにおける２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和と差分を演算し、その和を平均値Ａとして取り出す。また、その差分から変動成分を取り出して振幅値Ｂを求める。
推定手段３０での後段の演算処理では、第１の荷重推定処理として、複数のセンサユニットからの平均値信号からオフセット分を除去した平均値ベクトルＡを用いて、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。
【００３６】
また、推定手段３０の後段の演算処理では、第２の荷重推定処理として、前記平均値ベクトルＡおよび振幅値ベクトルＢを入力変数として用い、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の荷重推定処理および第２の荷重推定処理は並行して行われる。なお、式（３）において、変数である平均値Ａを省略しても良い。つまり、第２の荷重推定処理では、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。
【００３７】
歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、図６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、転動体５の影響が上記した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は最大値となり、図６（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６（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。ここでは、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの和を上記した平均値Ａとし、振幅の差分（絶対値）から振幅を求めて上記した振幅値Ｂとする。これにより、平均値Ａは転動体５の通過による変動分をキャンセルした値となる。また、振幅値は温度の影響を受けにくいため安定しており、さらに２つの信号を使用するため検出精度が高められる。
【００３８】
センサユニット２０として、図５の構成例のものを示す図６においては、固定側部材である外輪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、その差分は温度の影響を受けにくいため安定しており、さらに２つの信号を使用するため検出精度が高められる。
【００３９】
なお、図６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、差分から求められる振幅値Ｂは温度の影響を受けにくいため安定しており、さらに２つの信号を使用するため検出精度が高められる。
【００４０】
前記指定手段３０の後段の処理では、さらに車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定処理のうちいずれかから求められる推定荷重値を切り替え選択する選択出力処理が行われる。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、第１の荷重推定処理による推定荷重値を選択して出力するものとしている。前記所定の下限速度は、任意に設定して良いが、例えば、人が歩く程度の速度（時速４Ｋｍ）か、それよりも遅い速度とされる。
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速度よも低い場合に、平均値Ａだけを用いた第１の荷重推定処理からの荷重推定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。
【００４１】
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輪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２０Ａ〜２０Ｄ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。
【００４２】
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輪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２０Ａ〜２０Ｄにおける歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部２１ａが、外輪１に接触固定されているので、外輪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２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出される。
【００４３】
特に、外輪１の外周の車体取付用フランジ１ａ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いるので、外輪１の形状が単純化され、外輪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、外輪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２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。
また、上記した外輪形状の単純化に加えて、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄを、前記フランジ１ａのアウトボード側を向く側面の基端から外輪１の外周に続いて形成される断面円弧状部１ａａ若しくはこの円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部分に設けているので、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置部での歪みが大きくなり、外輪１の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を小さくして荷重による歪み量をセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００４４】
この場合に、前記フランジ１ａのアウトボード側を向く側面の基端から外輪１の外周に続いて形成される断面円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部分として、図７に示すように、前記円弧状部１ａａの終端から軸方向へ５ｍｍ離間した範囲内の外輪外周面部にセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを設けても良い。このように、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置位置を、前記円弧状部１ａａの終端から軸方向へ５ｍｍ離間した範囲内とすれば、外輪１に温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その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２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。
【００４５】
また、上記した外輪形状の単純化に加えて、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄを、外輪１の外周におけるアウトボード側の転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌθとの交差位置、若しくはこれに隣接する位置に設けているので、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置部の歪みが大きくなり、外輪１の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を小さくして荷重による歪み量をセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００４６】
また、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄを複数（ここでは４個）とし、これらセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを外輪１の外周の周方向に等配して設けているので、温度分布や膨張・収縮量が共通する各部分にセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを配置でき、温度分布や膨張・収縮量のばらつきの影響を小さくして荷重による歪み量をセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００４７】
なお、この実施形態では、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置位置として上記した複数の条件が揃った場合を示したが、上記した外輪形状の単純化に加えて、少なくとも上記したセンサユニット設置位置の条件のいずれか１つを満たしておれば良く、これにより外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
また、この実施形態では、４つのセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを用いた場合について示したが、センサユニット２０は１つであっても良い。
【００４８】
図８はこの発明のセンサ付車輪用軸受の他の実施形態の断面図を示し、図９はその外輪をアウトボード側から見た正面図を示す。この実施形態では、先の実施形態における外輪１の車体取付用フランジ１ａを省略して、代わりに、外輪１のインボード側端に、外周に雄ねじ部１ｄａを有するナックル固定用の小径段差部１ｄを設けている。この小径段差部１ｄの雄ねじ部１ｄａを、ナックル１６の内周に設けられる雌ねじ部１６ａ螺合させることで、外輪１をナックル１６に固定することができる。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００４９】
すなわち、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置位置条件としては、外輪１に車体取付用フランジが無いので、その断面円弧状部１ａａ、若しくはその円弧状部１ａａのアウトボード側に隣接する外輪外周面部という設置位置条件は無いが、その他の設置位置条件は先の実施形態の場合と同様である。
【００５０】
このように、この実施形態では、車体取付用フランジを外輪１から無くし、外輪１のインボード側端に、外周に雄ねじ部１ｄａを有するナックル固定用の小径段差部１ｄを設け、その雄ねじ部１ｄａをナックル１６の内周に設けられる雌ねじ部１６ａに螺合させて外輪１をナックル１６に固定するようにしているので、外輪形状を単純化でき、外輪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、外輪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２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。
また、外輪形状の単純化に加えて、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄを、外輪１の外周におけるアウトボード側の転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌθとの交差位置、若しくはこれに隣接する位置に設けているので、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄの設置部の歪みが大きくなり、外輪１の温度分布や膨張・収縮量に多少のばらつきが生じても、その影響を小さくして荷重による歪み量をセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００５１】
また、外輪形状の単純化に加えて、センサユニット２０Ａ〜２０Ｄを複数（ここでは４個）とし、これらセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを外輪１の外周の周方向に等配して設けているので、温度分布や膨張・収縮量が共通する各部分にセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄを配置でき、温度分布や膨張・収縮量のばらつきの影響を小さくして荷重による歪み量をセンサユニット２０Ａ〜２０Ｄに検出させることができる。これにより、外輪形状に起因する検出誤差を軽減して、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。
【００５２】
なお、上記した各実施形態では、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、さらに各世代型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】
【００５３】
１…外輪
１ａ…車体取付用フランジ
１ａａ…断面円弧状部
１ｄ…小径段差部
１ｄａ…雄ねじ部
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０，２０Ａ〜２０Ｄ…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
【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】
2011085439.tif 000009
【図８】
2011085439.tif 000010
【図９】
2011085439.tif 000011
【図１０】
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