(57)【要約】【課題】  転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能で、かつセンサユニットを多種類の車輪用軸受に共用可能とする。【解決手段】  外方部材１と内方部材の転走面間に転動体５が介在する。両部材のうちの固定側部材に、歪み発生部材２１と、これに取付けられた歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂからなるセンサユニット２０を設ける。歪み発生部材２１は、固定側部材の周方向に並んで固定側部材に接触固定される３つの接触固定部２１ａを有し、接触固定部２１ａ間に歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂが取付けられる。固定側部材の周面には、各接触固定部２１ａ間に位置する２つの溝１ｃを設ける。両溝１ｃの溝幅中心の間の距離Ｌを、固定側部材における転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径ｄにおいて、転動体の配列ピッチの１／２となる角度だけ離れた２点Ｃ，Ｃの周方向位置間の直線距離Ｌとする。【選択図】      図５
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【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、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、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この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る荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように３つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交３軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなるセンサ付車輪用軸受装置であって、
前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも２つ以上に溝を設け、隣り合う２つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた２点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを前記溝幅内に位置させ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に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記歪み発生部材は前記接触固定部を３つ有し、これら隣り合う接触固定部の間に前記センサをそれぞれ取付け、前記固定側部材の周面には、前記歪み発生部材における隣り合う第１と第２の接触固定部の間と、隣り合う第２および第３接触固定部の間とにそれぞれ前記溝を設けた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に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記歪み発生部材は板状部材であり、前記センサの取付位置の両側辺部に切欠き部を有し、この切欠き部の周方向幅よりも前記固定側部材の溝の幅を広くし、かつ前記センサユニットを前記固定側部材に設けた状態で、前記切欠き部は前記溝幅内に収められてい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項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記センサユニットを、アウトボード側の転動体が前記固定側部材に接する位置と同じ軸方向位置に設けたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、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、これらのセンサユニットのセンサの出力信号を用いて前記荷重推定手段は車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとした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荷重センサを備えたセンサ付車輪用軸受装置に関する。
【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９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）。
【０００３】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されているように、歪みセンサを用いて荷重を検出する場合、環境温度による歪みセンサのドリフトや、歪みセンサの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが検出精度を低下させる要因となる。
【０００４】
このような課題を解決する対策として、図１０のように、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７０を、車輪用軸受６０の固定側部材である外輪６１の外径面の上下２箇所に設けたセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献３）。前記歪み発生部材は、前記外輪６１の外径面に接触固定され、外輪６１の周方向に互いに離間して位置する２つの接触固定部を有し、かつこれら２つの接触固定部間は外輪６１に対して非接触の状態を保つように配置される。
【０００５】
特許文献３に開示されたセンサ付車輪用軸受では、センサユニット７０の出力信号をフィルタ処理することによりドリフトによる検出精度低下は解消されるが、車輪用軸受の転動体の位置によって、センサユニット７０の出力信号が変動してしまうため、静止時やタイヤロック時などに荷重検出精度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、さらに、前記センサユニットにおける歪み発生部材に、前記外輪の周方向に並ぶ例えば２つの歪みセンサを取付け、これら２つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの１／２としたセンサ付車輪用軸受を提案されている（例えば特許文献４）。この場合、歪み発生部材には前記外輪の周方向に並ぶ３つの接触固定部が設けられ、隣り合う接触固定部間に各歪みセンサが取付けられる。また、外輪の外径面には、前記歪み発生部材の隣り合う２つの接触固定部間が外輪に対して非接触となるように、隣り合う第１と第２の接触固定部間、および第２と第３の接触固定部間に対応する外輪の外径面の２位置に溝がそれぞれ形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特表２００８−５４２７３５号公報
【特許文献３】特許第５０８５２９０号公報
【特許文献４】特許第５０９４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献４のように、２つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの１／２とした場合、転動体の位置によるセンサユニットの出力変動を解消する効果がある。しかし、それでも以下のような課題が残る。
（１）  転動体の配列ピッチは車輪用軸受の種類毎に異なるため、センサユニットにおいて歪み発生部材に取付ける２つの歪みセンサの離間距離を、車輪用軸受の型番ごとに変更しなければならず、多種類のセンサユニットが必要になる。
（２）  ２つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの１／２としても、２つの歪みセンサに対応して外輪の外径面に形成される２つの溝の間隔が転動体の配列ピッチの１／２でないと、転動体の位置によるセンサユニットの出力変動を解消できない場合がある。
【０００９】
この発明の目的は、転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能で、かつセンサユニットを多種類の車輪用軸受に共用することが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】
【００１０】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、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、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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この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る荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように３つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交３軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなる。
前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも２つ以上に溝を設け、隣り合う２つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた２点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを溝幅内に位置させる。なお、上記の「ｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）」とは、１／２、３／２、５／２・・・の間隔であれば良いという意味である。
【００１１】
上記構成の一例として、前記歪み発生部材は前記接触固定部を例えば３つ有し、これら隣り合う接触固定部の間に前記センサをそれぞれ取付け、前記固定側部材の周面には、前記歪み発生部材における隣り合う第１と第２の接触固定部の間と、隣り合う第２および第３接触固定部の間とにそれぞれ前記溝を設ける。
【００１２】
この構成のセンサ付車輪用軸受装置によると、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る荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように３つ以上設けたため、前記荷重推定手段により、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交３軸方向の荷重（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 ）を精度良く検出することができる。すなわち、前記荷重検出用センサユニットは、固定側部材の歪みを歪み発生部材に転写させて検出するため、歪みを拡大させるなどして、感度良く、かつ精度良く検出できる。また、荷重検出用センサユニットは、固定側部材の周方向に並べて３つ以上設けたため、直交３軸方向の荷重の検出が可能となる。なお、前記検出を行う「車輪用軸受に作用する直交３軸方向の荷重」は、車輪と路面のタイヤ接地面との間に作用する力であっても良い。
【００１３】
この場合に、固定側部材の接触固定部が設けられた周面に、隣合う接触固定部の間に位置させて軸方向に平行に溝が設けられており、この溝の周辺部分は他の部位と比べて剛性が弱いため、固定側部材の外周部分の中で最も歪み易い。したがって、この溝幅内に前記センサが配置されていると、歪みを感度良く、かつ精度良く検出することができる。
このように、前記溝の周辺は最も歪み易い箇所であり、この歪み易い箇所となる２つの溝の溝幅中心の間の距離を、転動体の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる角度だけ離れた２点の周方向位置間の直線距離とすれば、転動体の位置の影響を受けずに高精度の荷重検出が可能となる。転動体は前記固定側部材に対して所定の接触角をもって接するため、前記転動体の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる角度だけ離れた２点は、前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径における２点とする。
【００１４】
従来は、センサの位置の間隔で規定していたが、センサ間の距離ではなく、実際はセンサを装着する固定側部材、例えば外方部材の溝が位置がより一層重要であることが分かった。このため、この発明では溝の間隔を転動体配列のピッチの１／２と規定したが、これにより、センサユニットにおけるセンサ間の転動体ピッチに対する間隔の自由度が高くなり、そのため、センサユニットを多種類の車輪用軸受に共用でき、かつ転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能となる。
【００１５】
この発明において、前記歪み発生部材は板状部材であり、前記センサの取付位置の両側辺部に切欠き部を有し、この切欠き部の周方向幅よりも前記固定側部材の溝の幅を広くし、かつ前記センサユニットを前記固定側部材に設けた状態で、前記切欠き部は前記溝幅内に収められているものとしても良い。
このように構成した場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、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。
【００１６】
この発明において、前記センサユニットを、アウトボード側の転動体が前記固定側部材に接する位置と同じ軸方向位置に設けるのが望ましい。このように構成した場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に集中し易くなり、それだけ検出感度が向上する。特に、前記固定側部材が外方部材である場合、外方部材のインボード側はナックルに嵌合させるが、アウトボード側は自由状態となり、歪み検出のために前記溝を設けても支障が生じない。
【００１７】
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、これらのセンサユニットのセンサの出力信号を用いて前記荷重推定手段は車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。
このように構成した場合、前記固定側部材の外径面における上面部と下面部に配置される２つのセンサユニットの出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、固定側部材の外径面における右面部と左面部に配置される２つのセンサユニットの出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、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、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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この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る荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように３つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交３軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなり、前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも２つ以上に溝を設け、隣り合う２つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた２点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを溝幅内に位置させたため、転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能で、かつセンサユニットを多種類の車輪用軸受に共用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態に係るセンサ付車輪用軸受装置の断面図とその検出系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装置の外方部材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装置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】図３の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６】外方部材における転動体のタッチ径の説明図である。
【図７】センサユニットの他の例の拡大平面図である。
【図８】図７の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９】従来例の斜視図である。
【図１０】他の従来例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
このセンサ付車輪用軸受装置における軸受は、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。
【００２２】
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ボルト孔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）を前記ボルト孔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。
【００２３】
図２は、この車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ボルト孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
【００２４】
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、および左面部に設けられている。
【００２５】
これらのセンサユニット２０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１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３ｍｍ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１列に並べて配置される。２つの歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。具体的には、歪み発生部材２１の外面側で隣り合う接触固定部２１ａの間に配置される。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。
【００２６】
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の軸方向に同寸法の位置で、かつ各接触固定部２１ａがボルト２４に外方部材１の外径面に固定される。
外方部材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、外方部材１の軸方向に平行に延びる溝１ｃがそれぞれ設けられる。このように、外方部材１の外径面に溝１ｃを設けることにより、外方部材１の溝１ｃの周辺の剛性が弱くなって歪みが発生し易くなり、その歪みが発生し易い箇所にセンサユニット２０接触固定部２１ａが位置することになって、センサユニット２０による歪み検出の感度、精度が向上する。また、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。センサユニット２０のセンサ２２Ａ，２２Ｂは、各溝１ｃの溝幅内に位置させる。また、前記溝１ｃの幅寸法は、前記切欠き部２１ｂの周方向幅よりも広くし、かつセンサユニット２０を外方部材１に設けた状態で、切欠き部２１ｂが溝１ｃの幅内に収められるようにされている。
【００２７】
前記各ボルト２４は、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａにそれぞれ設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔２７に螺合させる。センサユニット２０が配置される軸方向位置として、ここでは外方部材１におけるアウトボード側列の転動体５が接する位置が選ばれる。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歪み発生部材２１の接触固定部２１ａが接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
【００２８】
外方部材１の外径面に設けられる軸方向に平行な２つの溝１ｃの溝幅中心の間の距離Ｌ（図５（Ａ））は、図６のように、外方部材１の転走面３における転動体５が所定の接触角をもって接する点Ｔの径であるタッチ径ｄにおいて、転動体５の配列ピッチのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる角度だけ離れた２点Ｃ，Ｃ（図５（Ａ），（Ｂ））の周方向位置間の直線距離Ｌとされている。
【００２９】
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上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
【００３０】
各センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２は荷重推定手段３０に接続される。荷重推定手段３０は、例えばセンサユニット２０の２つの歪みセンサ２２の出力信号の和から、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る。この荷重推定手段３０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、２つの歪みセンサ２２の出力信号の和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、２つの歪みセンサ２２の出力信号の和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。
なお、荷重推定手段３０による荷重推定は、２つの歪みセンサ２２の出力信号の和を用いる前記方式に限らず、出力信号の和と出力信号の差の両データを用いる方式など、他の方式により荷重推定を行っても良い。
【００３１】
センサユニット２０は、外方部材１におけるアウトボード側列の転動体５が接す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は、図５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。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が外方部材１の溝１ｃの中心位置（図5(B)のC点）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５（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５（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。
【００３２】
上記実施形態の作用を説明する。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する。センサユニット２０における歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが外方部材１に接触固定され、外方部材１の外径面には隣り合う接触固定部２１ａ，２１ａの中間位置に軸方向に平行な溝１ｃがそれぞれ設けられているので、外方部材１の歪みが発生部材２１に拡大して伝達され、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。
この実施形態では、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、荷重推定手段３０が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 ）を推定するものとしているので、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号Ａ，Ｂに現れる転動体５の位置の影響を相殺することができ、これ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。
【００３３】
特に、固定側部材である外方部材１の接触固定部２１ａが設けられた周面に、隣合う接触固定部２１ａ，２１ａの間に位置させて軸方向に平行に溝１ｃが設けられており、この溝１ｃの周辺部分は他の部位と比べて剛性が弱いため、外方部材１の外周部分の中で最も歪み易い。したがって、この溝１ｃの溝幅内に前記センサが配置されていると、歪みを感度良く、かつ精度良く検出することができる。
このように、前記溝１ｃの周辺は最も歪み易い箇所であり、この歪み易い箇所となる２つの溝１ｃ，１ｃの溝幅中心の間の距離を、転動体の配列ピッチＰのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる角度だけ離れた２点の周方向位置間の直線距離としてあるため、転動体５の位置の影響を受けずに高精度の荷重検出が可能となる。転動体５は外方部材１に対して所定の接触角をもって接するため、前記転動体５の配列ピッチＰのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる角度だけ離れた２点Ｃ，Ｃは、転動体５が所定の接触角をもって転走面３接する点Ｔの径であるタッチ径ｄにおける２点としている。
【００３４】
従来は、センサの位置の間隔で規定していたが、センサ間の距離ではなく、実際は歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂを装着する外方部材１の溝１ｃが位置がより一層重要であることが分かった。このため、この実施形態では溝１ｃの間隔Ｌを転動体配列のピッチＰの１／２と規定したが、これにより、センサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ間の間隔の転動体ピッチＰに対する自由度が高くなり、そのため、センサユニット２０を多種類の車輪用軸受に共用でき、かつ転動体５の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能となる。
すなわち、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、荷重推定手段３０によって推定される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 ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
【００３５】
なお、固定側部材である外方部材１の外径面に固定されるセンサユニット２０の軸方向位置が、外方部材１における転動体５が接する位置から遠いと、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に伝達される感度が低下する。この実施形態では、センサユニット２０を、アウトボード側の転動体５が外方部材１に接する位置と同じ軸方向位置に設けているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
【００３６】
また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２０は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるものとしているので、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やすく、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出され、その出力信号Ａ，Ｂに生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとなる。また、外方部材１に設けられる溝１ｃの幅寸法は、前記切欠き部２１ｂの周方向幅よりも広くし、かつセンサユニット２０を外方部材１に設けた状態で、切欠き部２１ｂが溝１ｃの幅内に収められるようにされているので、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形がさらに容易となり、荷重をさらに精度良く推定できる。
【００３７】
このセンサ付車輪用軸受装置から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受装置を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【００３８】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部、および右面部と左面部にセンサユニット２０を設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂにより検出可能となる。
また、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置される２つのセンサユニット２０の出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置される２つのセンサユニット２０の出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定することができる。
【００３９】
図７には、種類の異なる車輪用軸受における外方部材１の外径面に、図３の場合と同じセンサユニット２０を固定した例を示し、図８はこの場合のセンサユニット２０の出力信号に対する転動体位置の影響の説明図を示す。すなわち、この例では、転動体５の配列ピッチＰが図３の場合よりもわずかに大きく、その分だけ外方部材１の外径面に設けられる２つの溝１ｃ，１ｃの中心間の距離は長くなっている。このため、歪み発生部材２１に取付けられる２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂは、それぞれ各溝１ｃの中心から周方向に若干ずれた位置となる。ただし、歪み発生材２１の両側辺部に形成された切欠き部２１ｂは各溝１ｃの幅内に収まっている。
【００４０】
しかし、この場合でも、隣り合う２つの溝１ｃ，１ｃの中心間の距離は、固定側部材である外方部材１における転動体５が接する位置の径であるタッチ径ｄにおいて、転動体５の配列ピッチＰのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）となる２点Ｃ，Ｃ（図５）の周方向位置間の直線距離Ｌとされている。
このように、外方部材１に形成した溝１ｃ，１ｃの中心間距離Ｌが転動体５のタッチ径ｄにおける配列ピッチＰのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）であれば、検出素子となる歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂのピッチが転動体５の配列ピッチＰのｎ＋１／２（ｎ：０から始まる整数）に対してずれていても良い。ただし、切欠き部２１ｂが溝１ｃの範囲内に入っている必要はある。
外方部材１に設けられた溝１ｃの周辺部分は他の部位と比べて弱いため、最も歪み易い。したがって、溝１ｃの幅内に歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂが設置してあれば、転動体５の位置の影響を緩和した歪み測定が行える。これにより、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、荷重推定手段３０によって推定される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 ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。すなわち、同じセンサユニット２０を種類の異なる車輪用軸受に搭載してセンサ付車輪用軸受装置を構成しても、正確な荷重検出が可能となる。
【００４１】
なお、上記各実施形態では、１つのセンサユニット２０において、歪み発生部材２１が３つの接触固定部２１ａを有し、この歪み発生部材２１の隣り合う接触固定部２１ａ，２１ａ間にそれぞれ歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂを取付け、外方部材１の外径面には２つの溝１ｃを設けた例について説明した。しかし、この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、上記構成例のものに限らず、歪み発生部材が２つの接触固定部を有し、その両接触固定部間に１つの歪みセンサが取付けられたセンサユニットや、歪み発生部材が４つの接触固定部を有し、それらの隣り合う接触固定部間にそれぞれ１つの歪みセンサが取付けられた（合計３つの歪みセンサ）センサユニットを用いる場合にも適用することができる。
【００４２】
すなわち、例えば、歪み発生部材が２つの接触固定部を有し、両接触固定部間に１つの歪みセンサを取付けたセンサユニットを用いる場合、固定側部材である外方部材の外径面に２つのセンサユニットを周方向に並べて設けると共に、これらのセンサユニットに対応させて外方部材の外径面に２つの溝を設け、その２つの溝の中心間の距離を、外方部材における転動体が接する位置の径であるタッチ径ｄにおいて、転動体の配列ピッチの１／２となる２点Ｃ，Ｃ（図５）の周方向位置間の直線距離Ｌとすれば、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、歪み発生部材が４つの接触固定部を有し、それらの隣り合う接触固定部間毎に１つの歪みセンサをそれぞれ取付けたセンサユニットを用いる場合、歪み発生部材の隣り合う接触固定部間に対応させて外方部材の外径面に３つの溝を設け、これらの第１と第２の溝の中心間の距離、および第２と第３の溝の中心間の距離を、外方部材における転動体が接する位置の径であるタッチ径ｄにおいて、転動体の配列ピッチの１／２となる２点Ｃ，Ｃ（図５）の周方向位置間の直線距離Ｌとすれば、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
１ｃ…溝
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
２１ｂ…切欠き部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…歪みセンサ
３０…荷重推定手段
Ｃ…点
ｄ…タッチ径
Ｌ…直線距離
Ｔ…点
【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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