(57)【要約】【課題】軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易かつ安価な構造の荷重センサ付軸受装置及び懸架装置を提供し、車両の過積載を防止する。【解決手段】車両側に固定されるシリンダ８と、スプリング４の一端が突き当たる座金２３と、前記シリンダ８の円筒部１９の外周にて筒軸方向に摺動可能に配設される外輪２５と、前記座金２３に一体に嵌合されて配設される外輪３５と、外輪２５と外輪３５との間に保持器３９を介して組み込まれる複数個の転動体３８と、前記前記シリンダ８の取付部９及び円筒部１９とシリンダ８の円筒部１９外周に摺動可能に外嵌される外輪２５との間に形成される流体封入室４０と、シリンダ８の取付部１０を介して一体に備えられ、その検出部４５を流体封入室４０内に臨ませた圧力センサ４４で構成した。【選択図】図２
2015203611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両側に固定される取付部、及び取付部から突出して備えられる円筒部を有する第一の部材と、
前記第一の部材の円筒部の筒軸方向端部に一体に固定されて車輪側に配設される第二の部材と、
前記第一の部材と第二の部材との間に介在され、前記円筒部を軸中心にして軸方向荷重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
前記一対の軸受軌道輪間に組み込まれる転動体とで構成され、
前記第一の部材の前記取付部寄りに配設される軸受軌道輪は、前記第一の部材の前記円筒部の外周に外嵌にて配設され、
前記第一の部材と前記取付部寄りの軸受軌道輪との間には、測定流体が密封され、前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって測定流体に掛かる圧力が変化し得る流体封入室が設けられており、
前記流体封入室には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが備えられていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置。
【請求項２】
第一の部材は懸架装置を構成し、車両側に固定されるシリンダで、
第二の部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金で、
一対の軸受軌道輪は、前記シリンダの円筒部の外周に外嵌にて配設される外輪と、前記座金に一体に嵌合されて配設される内輪であって、軸方向荷重を回転支持し、
前記流体封入室は、前記シリンダの取付部及び円筒部と、前記外輪との間に形成されており、
前記圧力センサは、前記シリンダの取付部を介して一体に備えられ、その検出部を流体封入室内に臨ませていることを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ付軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受を圧縮する方向の荷重を計測する技術で、特に自動車の懸架装置に組込みタイヤ荷重を計測する荷重センサ付き軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、特に、種々の荷物などを運搬するトラックやバンなどの商用車において、法定積載量を超えて道路を通行する不法な過積載が社会問題となっている。これは、一度にたくさんの荷物を運搬したほうが運送費を少なくできるからである。
【０００３】
しかし、このような過積載は次のような種々の問題を招く虞を有しており、避けなければならないものである。
（１）過積載により自動車の運動性能が低下したり、構成部品が破損したりする虞があるため、事故の原因となることがある。例えば、車軸（ハブ）の破損、タイヤの破損（バースト）、制動距離が長くなりブレーキが過熱して効きにくくなる、車両が横転し易くなるなど、事故等を招く要因を多数有している。
（２）過積載により道路の損傷が激しくなるため、道路のメンテナンス費用が掛かる。
【０００４】
このような過積載の防止が困難となっている原因は多々あるが、その内の一つには、積載重量が運転手あるいは同乗者などから容易に認識できないということにある。
すなわち、従来、車両の荷重測定（積載重量測定）は、台秤に測定対象の車両を載せて行っていた。
しかし、台秤の設置は、施設が大がかりで広い設置スペースを必要とするため、及び設置コストが嵩むため、設置できる台秤の台数が制限され多くの車両を測定することなど物理的にも無理があった。
【０００５】
そこで、昨今では、特許文献１などに開示されているように、車両自体に搭載して荷重を測定することを可能とした簡易的な荷重測定装置が多々提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１に開示の先行技術は、車両の荷重が掛かることで伸縮する被荷重部材の異なる取付箇所に２つの溶着部分が溶着されるベースアッシーと、該ベースアッシーにより支持され、前記車両に掛かる荷重の変化により前記２つの溶着部分が接近離間する方向に前記ベースアッシーが伸縮することで出力が変化する圧縮歪検出用センサ素子と、該圧縮歪検出用センサ素子の出力を増幅するアンプが実装された回路基板とで構成し、圧縮歪を検出することにより荷重測定する簡易的な荷重測定装置である。
【０００７】
しかし、従来のこの種の荷重測定装置にあっては、特許文献１のように構成が複雑でかつ回路基板やアンプなどを備える必要があるためコスト高を招いていた。また、これら荷重測定装置が衝撃を受け易い箇所に備えられるため、回路基板やアンプなどに支障を来す虞もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３３０５０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易かつ安価な構造の荷重センサ付軸受装置を提供し、車両の過積載を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の第１の発明は、車両側に固定される取付部、及び取付部から突出して備えられる円筒部を有する第一の部材と、
前記第一の部材の円筒部の筒軸方向端部に一体に固定されて車輪側に配設される第二の部材と、
前記第一の部材と第二の部材との間に介在され、前記円筒部を軸中心にして軸方向過重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
前記一対の軸受軌道輪間に組み込まれる転動体とで構成され、
前記第一の部材の前記取付部寄りに配設される軸受軌道輪は、前記第一の部材の前記円筒部の外周に外嵌にて配設され、
前記第一の部材と前記取付部寄りの軸受軌道輪との間には、測定流体が密封され、前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって測定流体に掛かる圧力が変化し得る流体封入室が設けられており、
前記流体封入室には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが備えられていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置としたことである。
【００１１】
本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、第一の部材は懸架装置を構成し、車両側に固定されるシリンダで、
第二の部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金で、
一対の軸受軌道輪は、前記シリンダの円筒部の外周に外嵌にて配設される外輪と、前記座金に一体に嵌合されて配設される内輪であって、軸方向荷重を回転支持し、
前記流体封入室は、前記シリンダの取付部及び円筒部と、前記外輪との間に形成されており、
前記圧力センサは、前記シリンダの取付部を介して一体に備えられ、その検出部を流体封入室内に臨ませていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置としたことである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示す概略分解斜視図である。
【図２】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示す縦断正面図である。
【図３】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示し、シリンダの外面に車体側に連結されるマウントを備えた状態の斜視図である。
【図５】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態で、懸架装置に組み込んだ状態を示す平面図である。
【図６】本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態で、懸架装置に組み込んだ状態を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の荷重センサ付軸受装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明の荷重センサ付軸受装置を自動車の懸架装置（サスペンション）に用いた実施の一形態を示す。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
【００１４】
図１乃至図４は本発明の荷重センサ付軸受装置を示す図で、図５及び図６は、自動車（例えば、トラックやバンなどの小型商用車など）に備えられる懸架装置１に本発明の荷重センサ付軸受装置を組み込んだ形態を示すもので、例えば図示は省略するが、その上側は自動車の本体フレーム（クロスメンバ）に固定され、下側はフレームに枢着されたロア・アームを介してアクスル（車軸）に固定される。
なお、懸架装置は、本発明の荷重センサ付軸受装置を組み込んだ以外は周知の構成であって、特に本実施形態に限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
図中、符号２はショックアブソーバ、符号４はコイルスプリングを示す。以下、本発明の特徴的部分である荷重センサ付軸受装置について説明し、それ以外の懸架装置の構成についての説明は省略する。
【００１５】
荷重センサ付転がり軸受装置は、圧縮方向の軸方向荷重を回転自在に支持する転がり軸受装置であって、懸架装置１を構成し、車両側に固定される取付部９、及び取付部９から突出して備えられる円筒部１９を有する第一の部材（シリンダ）８と、同じく懸架装置１を構成し、鉛直方向で前記第一の部材（シリンダ）８に取り付けられて車輪側に配設され、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たる第二の部材（座金）２３と、前記第一の部材（シリンダ）８と第二の部材（座金）２３との間に介在される相対回転可能な一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）と、前記一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）間に組み込まれる複数個の転動体（鋼球）３８と、前記複数個の転動体３８を保持する保持器３９と、前記第一の部材（シリンダ）８と前記第一の部材（シリンダ）８の取付部寄りの軸受軌道輪（外輪２５）との間で形成される流体封入室４０と、流体封入室４０内の圧力変化を検出する圧力センサ４４で構成されている（図１乃至図６参照。）。
【００１６】
第一の部材（シリンダ）８は、取付部９と円筒部１９で構成されている。
【００１７】
取付部９は、中心に貫通孔１３を有する円板状の取付部本体１０と、該取付部本体１０の外周から一体に鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に所定高さで、かつ水平方向（図中矢印２００で示す方向）に所定厚みをもって環状に突出して形成される環状フランジ１４とで構成されている（図１乃至図２参照。）。
【００１８】
環状フランジ１４の所定位置には、該環状フランジ１４を水平方向に貫通するセンサ取付孔部１８が設けられている（図２参照。）。
【００１９】
取付部本体１０の外面（平面）１１には、図４乃至図６に示すように、車両側に固定されるマウント６が一体に取り付けられる。図中符号７は、図示しない車両（車体）側と懸架装置１を締結するボルトである。
【００２０】
円筒部１９は、前記取付部本体１０の内面１２から前記貫通孔１３と同軸状に同一内径で第二貫通孔２０を備えた所定外径の円筒状に突出形成されている。
円筒部１９は、前記取付部９の環状フランジ１４と同心状で、かつ環状フランジ１４の内径よりも小径の外径を有し、環状フランジ１４よりも鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に突出して形成されている（図２参照。）。
図中３は、シリンダ８の円筒部１９の第二貫通孔２０と取付部本体１０の貫通孔１３を貫通して一体に取り付けられるショックアブソーバ２のピストンロッドである。
【００２１】
従って、前記円筒部１９の外周（外径面）２１と環状フランジ１４の内周（内径面）１６との間には、鉛直方向で所定深さの環状の空間５０が形成されている（図２参照。）。
本実施形態では、前記環状の空間５０に位置する前記取付部本体１０の内面（底面）１２に、前記環状フランジ１４部及び前記円筒部１９と同心状に形成される断面視で半円状の第一溝部５２が円環状に設けられている（図２参照。）。
そして、この環状の空間５０には、前記円筒部１９の外周２１に外嵌された一方の軸受軌道輪である外輪２５が、前記円筒部１９と前記環状フランジ１４のそれぞれに対して筒軸方向（図中１００で示す鉛直方向と同じ方向）に摺動可能に配設されている。
【００２２】
外輪２５は、鉛直方向（図中符号１００で示す方向）及び水平方向（図中矢印２００で示す方向）に肉厚な円環状に形成され、その鉛直方向で下面側（底面側）２６に外輪軌道２８を形成するとともに、鉛直方向で上面側（平面側）２７には断面視で半円状の第二溝部５４が円環状に設けられている（図２参照。）。
外輪２５の内径は、前記円筒部１９の外周（外径）２１に外嵌可能な内径を有し、外輪２５の外径は、前記環状フランジ１４の内周（内径）１６に内嵌可能な外径を有している。
【００２３】
また、前記外輪２５の内周面（内径面）２９および外周面（外径面）３０には、それぞれ環状のシール溝３１，３２を設けてそれぞれ密封シールを配設している。これにより、シリンダ８の円筒部１９の外周２１に密封シール（内側シール）３３を接触させて外輪２５と円筒部１９との間を密封し、シリンダ８の環状フランジ１４の内周１６に密封シール（外側シール）３４を接触させて外輪２５と環状フランジ１４との間を密封している。
内側シール３３と外側シール３４は、流体封入室４０内に封入される所定の測定流体を外部に漏洩させず、かつ流体封入４０内部に塵や埃などの異物が侵入させないものであればよく特に限定はされない。
【００２４】
第二の部材（座金）２３は、第一の部材（シリンダ）８の円筒部１９の筒軸方向端部２２に一体に固定されて車輪側に配設され、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たるフランジ部２４が水平方向に円環状に突出して設けられている（図２及び図６参照。）。
【００２５】
内輪３５は、前記座金２３のフランジ部２４の外面（取付部本体１０と相対向する面）２４ａに取付固定されている。
内輪３５は、円環状に形成され、その鉛直方向で外面側（外輪軌道２８と相対向する上面側）３６に内輪軌道３７を形成している。
【００２６】
従って、前記外輪２５と内輪３５は、それぞれの相対向する外輪軌道２８と内輪軌道３７に、保持器３９を介して複数個の転動体３８を組み込んで、前記したようにシリンダ８と座金２３との間に配設して軸方向荷重（図中符号１００で示す鉛直方向と同じ方向の荷重）を回転支持する。
【００２７】
流体封入室（油圧室）４０は、例えば本実施形態では、外輪２５とシリンダ８の円筒部１９との嵌め合せの隙間領域（内側シール３３までの嵌め合せ領域）４１、外輪２５とシリンダ８の取付部本体１０の内面１２との間の空間領域４２、及び外輪２５と環状フランジ１４との間の嵌め合せ領域（外側シール３４までの嵌め合せ領域）４３によって、外部と遮蔽した密封状態に構成されている。
【００２８】
本実施形態では、前記シリンダの取付部本体１０の内面１２に形成した断面視で半円状の第一溝部５２と外輪２５に形成した半円状の第二溝部５４とによって構成される断面視で略円状（全体で略円環状）の油圧室領域（前記領域４２に含まれる領域）を形成している。
流体封入室４０には、所定の測定流体が密封されている。例えば本実施形態では作動油が気泡なく一杯に密封されている。
【００２９】
圧力センサ４４は、前記流体封入室（油圧室）４０内に密封されている測定流体（作動油）の圧力変化を検出し得るものであり、前記シリンダ８の一部に配置されており、検出部４５を前記流体封入室（油圧室）４０内と連通させている。
本実施形態では、シリンダ８の環状フランジ１４の所定位置に、該環状フランジ１４を水平方向に貫通するセンサ取付孔部１８が設けられており、圧力センサ４４は、環状フランジ１４の外方から、前記センサ取付孔部１８に嵌入して、検出部４５を前記流体封入室（油圧室）４０に臨むように取付固定している（図２参照。）。
【００３０】
なお、本実施形態では、環状フランジ１４のセンサ取付孔部１８を形成する位置の外面１５には、環状フランジ１４の外方に厚肉状に突出する圧力センサ当接面部１７を設けている。従って、圧力センサ４４の検出部４５をセンサ取付孔部１８に挿入した後、圧力センサ４４の突き当てフランジ面部４６を前記圧力センサ当接面部１７に当接させて密着固定させることができる。
【００３１】
前記圧力センサ４４は、例えば、圧力を測定し、これを電圧信号に変換して伝送される周知構造のものが適宜本発明の範囲内において選択使用されるため、特に限定解釈はされない。
【００３２】
本発明によれば、懸架装置１の車両側に配設される軸受装置に改良を加えることにより、軸受に作用する圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重を計測する荷重測定装置として機能させることができる。
すなわち、前記のように構成することで、軸受軌道輪の外輪２５をピストンとして機能させ、軸受に圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重が作用すると、外輪（ピストン）２５が、シリンダ８の円筒部１９及び環状フランジ１４に摺接しつつシリンダ８内（円筒部１９と環状フランジ１４との間の環状の空間５０）に押し込まれる。
これにより、外輪２５とシリンダ８の円筒部１９との嵌め合せ領域（内側シール３３までの嵌め合せ領域）４１、外輪２５とシリンダ８の取付部本体１０の内面１２との間の空間領域（第一溝部５２と第二溝部５４からなる略円環状の油圧室領域を含む領域）４２、外輪２５と環状フランジ１４との間の嵌め合せ領域（外側シール３４までの嵌め合せ領域）４３からなる流体封入室（油圧室）４０内に封入された作動油（測定流体）が、ピストンとして機能する外輪２５によって圧縮され、流体封入室（油圧室）４０の圧力が上昇する。
流体封入室（油圧室）４０内の圧力と軸方向荷重には比例関係があるため、前記流体封入室（油圧室）４０内の圧力変化を前記圧力センサ４４で計測することで、懸架装置１に掛かる圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）荷重を計測できる。ちなみに、計測したデータ（結果）は、車内などに配設したデジタル表示画面などにて確認することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  懸架装置
２  ショックアブソーバ
３  ロッド
４  コイルスプリング
６  マウント
８  第一の部材（シリンダ）
９  取付部
１０  取付部本体
１４  環状フランジ
１９  円筒部
２３  第二の部材（座金)
２５  外輪
２８  外輪軌道
３５  内輪
３７  内輪軌道
３８  転動体
３９  保持器
４０  流体封入室（油圧室）
４４  圧力センサ
４５  検出部
５０  環状の空間
５２  第一溝部
５４  第二溝部
１００  鉛直方向
【図１】
2015203611.tif 000003
【図２】
2015203611.tif 000004
【図３】
2015203611.tif 000005
【図４】
2015203611.tif 000006
【図５】
2015203611.tif 000007
【図６】
2015203611.tif 000008