(57)【要約】      （修正有）【課題】車輪にかかる荷重を精度良く検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】この車輪用軸受は、外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体５が介在し、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に車体取付用フランジ１ａを有する。この車体取付用フランジ１ａの円周方向にボルト孔１４が設けられ、このボルト孔１４に挿通されたナックルボルト１８により、前記車体取付用フランジ１ａがナックル１６に取付けられる。前記車体取付用フランジ１ａとナックル１６との間に、両者の相対滑りを抑制する摩擦防止手段としてピン２１が設けられる。ピン２１の代わりにねじ結合部を設けても良い。また、摩擦防止手段として、両者の接触面の静摩擦係数を小さくする固定潤滑剤を介在させても良い。前記車輪用軸受に取付けられる車輪のタイヤと路面間の作用力、または前記車輪用軸受の予圧量を検出する、歪みゲージ１９等の荷重検出手段を設ける。【選択図】図１
2008286220.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、この転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、このボルト孔に挿通されたナックルボルトにより、前記車体取付用フランジがナックルに取付けられた車輪用軸受において、
前記車体取付用フランジとナックルとの間に、両者の間の相対滑りを抑制するか、または両者の接触面の静摩擦係数を小さくする摩擦防止手段を設け、前記車輪用軸受に取付けられる車輪のタイヤと路面間の作用力、または前記車輪用軸受の予圧量を検出する荷重検出手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記摩擦防止手段は、車体取付用フランジとナックルとに渡って設けられたピンであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項１において、前記摩擦防止手段は、前記ナックルボルトとは別に、車体取付用フランジとナックルとの間に設けられたねじ結合部であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１において、前記摩擦防止手段は、車体取付用フランジとナックルとの接触面間に介在させた固体潤滑剤である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、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の歪みを検出する手段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、前記荷重検出手段は、前記固定側部材に対して固定される２つ以上の接触固定部を有し前記固定側部材の歪みを拡大した歪みを発生する歪み拡大手段と、この歪み拡大手段の歪みを検出する歪み検出手段とでなるセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記摩擦防止手段は、前記ナックルボルトの取付部の周辺に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、車輪用軸受の外輪フランジの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、固定輪のフランジ部と外径部にわたってＬ字型部材からなる歪み拡大手段を取付け、その歪み拡大手段の一部に歪みゲージを貼り付けた車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−０９８１３８号公報
【特許文献２】特開２００６−０７７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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の摩擦や滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、図１３に示すように出力信号にヒステリシスが発生すると言った問題がある。また、特許文献２に開示の技術においても、Ｌ字型部材からなる歪み拡大手段のフランジ面に固定されている部位が、フランジ面とナックル面の摩擦や滑りの影響を受けるため、上記と同様の問題が生じる。
これにつき説明する。車輪用軸受は、車体取付用フランジにボルト孔が設けられ、このボルト孔に挿通されたナックルボルトによりナックルに締め付け固定される。ナックルボルトによる締め付けのため、車輪用軸受とナックルとは、通常は相対滑りが生じないが、作用荷重が最大静止摩擦力を超えると、相対滑りが発生する。ボルト孔の内面とナックルボルトとの間には許容隙間があり、この隙間の範囲で車輪用軸受とナックルとの相対滑りが可能である。また、車輪用軸受の弾性変形により、車輪用軸受とナックルとの相対滑りが発生する。
車輪用軸受に対して、ある方向への作用荷重が大きくなる場合、車輪用軸受の車体取付用フランジのフランジ面とナックル面の間は、最初は作用荷重よりも静止摩擦力の方が大きいために滑らないが、作用荷重がある大きさを超えると、最大静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で作用荷重を抜いて行くと、車輪用軸受の弾性復元力で元の作用荷重と逆方向の荷重が接触面に作用し、やはり最初は滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この部分の変形が作用する部分で荷重を検出しようとすると、出力信号に図１３に示すようなヒステリシスが生じる。このヒステリシスは、接触面の状態や温度など、種々の条件によって変わるため、補正が困難であり、そのため精度の良い荷重検出が困難となる。
【０００４】
この発明の目的は、外方部材の車体取付用フランジとナックルとの接触面間の摩擦や滑りの影響を緩和でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出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】
【０００５】
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、この転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、このボルト孔に挿通されたナックルボルトにより、前記車体取付用フランジがナックルに取付けられた車輪用軸受において、前記車体取付用フランジとナックルとの間に、両者の間の相対滑りを抑制するか、または両者の接触面の静摩擦係数を小さくする摩擦防止手段を設け、前記車輪用軸受に取付けられる車輪のタイヤと路面間の作用力、または前記車輪用軸受の予圧量を検出する荷重検出手段を設けたものである。
この構成の作用を説明する。車輪用軸受に対して、ある方向への作用荷重が大きくなる場合、車輪用軸受の車体取付用フランジのフランジ面とナックル面の間は、最初は作用荷重よりも静止摩擦力の方が大きいために滑らないが、作用荷重がある大きさを超えると、最大静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で作用荷重が減少すると、車輪用軸受の弾性復元力で元の作用荷重と逆方向の荷重が接触面に作用し、やはり最初は滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この部分の変形が作用する部分で荷重を検出しようとすると、出力信号にヒステリシスが生じる。
しかし、車体取付用フランジとナックルとの間に上記構成の摩擦防止手段を設けることで、上記のヒステリシスが減少し、そのため荷重検出手段による検出が正確に行える。
上記摩擦防止手段が、車体取付用フランジとナックル間の相対滑りを抑制するものである場合は、その相対滑りが減少することによって、上記ヒステリシスが減少する。
上記摩擦防止手段が、車体取付用フランジとナックル間の静摩擦係数を小さくするものである場合は、上記とは逆に、小さな荷重で相対滑りが生じることで、上記ヒステリシスが減少する。
【０００６】
この発明において、前記摩擦防止手段が、車体取付用フランジとナックルとに渡って設けられたピンであっても良い。上記ピンは、例えば車体取付用フランジおよびナックルに設けられたピン嵌合孔に渡って密に嵌合させる。
このようにピンを設けると、フランジとナックルの間の接触面方向への自由度が抑制され、相対滑りの最大滑り量が減少する。このため、荷重検出手段の出力信号のヒステリシスを小さくすることができ、荷重検出手段による検出が精度良く行える。
【０００７】
この発明において、前記摩擦防止手段は、前記ナックルボルトとは別に、車体取付用フランジとナックルとの間に設けられたねじ結合部であっても良い。
このようにねじ結合部を設けた場合も、フランジとナックルの間の接触面方向への自由度が抑制され、相対滑りの最大滑り量が減少する。このため、荷重検出手段の出力信号のヒステリシスを小さくすることができ、荷重検出手段による検出が精度良く行える。
【０００８】
この発明において、前記摩擦防止手段が、車体取付用フランジとナックルとの接触面間に介在させた固体潤滑剤であっても良い。固体潤滑剤には、例えば二硫化モリブデン等が使用できる。この構成の場合、フランジとナックルの接触面における静摩擦係数が小さくなって、最大静止摩擦力が小さくなる。このため、荷重検出手段の出力信号のヒステリシスを小さくすることができ、荷重検出手段による検出が精度良く行える。
【０００９】
この発明において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材の歪みを検出する手段であっても良い。固定側部材の歪みの検出によれば、車輪のタイヤと路面間の作用力や車輪用軸受の予圧量の検出が簡単に行える。この場合に、摩擦防止手段を設けているため、歪み検出の場合のヒステリシスが減少し、精度の良い荷重検出が行える。
【００１０】
この発明において、前記荷重検出手段は、前記固定側部材に対して固定される２つ以上の接触固定部を有し前記固定側部材の歪みを拡大した歪みを発生する歪み拡大手段と、この歪み拡大手段の歪みを検出する歪み検出手段とでなるものであっても良い。
このように歪み拡大手段を設けることで、固定側部材の小さな歪みを拡大して検出することができて、感度良く正確に荷重や予圧量を検出することができる。
特に、固定側部材の車体取付用フランジのボルト孔周辺のような変形が小さい部分と、固定側部材の外径面のような変形が大きい部分とに上記接触固定部を設ければ、歪み拡大手段が変形し易くなる。また、歪み拡大手段に切欠部などを設ければ、その部分に歪みが集中し易くなる。これらによって、より一層感度良く、また正確に荷重や予圧量を検出することができる。
【００１１】
この発明において、前記摩擦防止手段を、前記ナックルボルトの取付部の周辺に設けても良い。摩擦防止手段をナックルボルトの取付部の周辺に設けることで、フランジとナックルの間の接触面積の大きい部分で、相対滑りの抑制または摩擦を低減させることができる。そのため、荷重検出手段による検出がより精度良く行える。特に、歪み拡大手段につき、固定側部材の車体取付用フランジのボルト孔周辺のような変形が小さい部分と、固定側部材の外径面のような変形が大きい部分とに上記接触固定部を設ければ、歪み拡大手段に歪みが集中し易くなるため、感度が良く、ヒステリシスのより少ない出力信号が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
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、この転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、このボルト孔に挿通されたナックルボルトにより、前記車体取付用フランジがナックルに取付けられた車輪用軸受において、前記車体取付用フランジとナックルとの間に、両者の間の相対滑りを抑制するか、または両者の接触面の静摩擦係数を小さく摩擦防止手段を設け、前記車輪用軸受に取付けられる車輪のタイヤと路面間の作用力、または前記車輪用軸受の予圧量を検出する荷重検出手段を設けたため、固定側部材の車体取付用ブランジのフランジ面とナックル面の間の摩擦もしくは滑りを防止でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１および図２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、車両に取り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。
【００１４】
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を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を形成した内方部材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。
【００１５】
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には円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔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１８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。
【００１６】
図２は、この車輪用軸受のイン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−Ｏ−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。これら各突片１ａａの基端における円周方向の両側の端面部分は、車体取付用フランジ１ａにおける突片１ａａの非成形部１ａｂの外径面に対して円弧状の正面形状となって続く円弧面部１ａａ１とされている。この円弧面部１ａａ１の外径面に、荷重検出手段として１つ以上（ここでは、各円弧面部１ａａ１の外径面毎に各１個で合計８個）の歪みゲージ１９が貼り付けられている。なお、歪みゲージ１９の個数は特に特定されない。ここでは、これらの歪みゲージ１９は、外方部材１の周方向の歪みを検出する方向に貼り付けられている。歪みゲージ１９として、例えば抵抗線歪みゲージが用いられるが、そのほか半導体歪みゲージを用いても良い。歪みゲージ１９には、保護用のカバー等を設けるのが好ましい。
【００１７】
前記車体取付用フランジ１ａとナックル１６との間には、両者の間の相対滑りを抑制する摩擦防止手段としてピン２１が設けられている。ピン２１は、フランジ１ａとナックル１６とにわたって設けられ、これによりフランジ１ａとナックル１６の接触面方向の自由度が抑制され、相対滑りが減少される。具体的には、フランジ１ａの各突片１ａａにおけるナックル１６との接触面、およびこの接触面に接触するナックル１６の接触面におけるナックルボルト１８の取付部近傍に、前記ピン２１を挿入させる位置決め孔２２，２３がそれぞれ設けられている。これら両位置決め孔２２，２３にわたって前記ピン２１を嵌合させ、この嵌合を圧入嵌合とするかまたは接着剤による接着を併用することで固定している。
【００１８】
前記歪みゲージ１９は推定手段２０に接続される。推定手段２０は、歪みゲージ１９の出力信号により、車輪のタイヤと路面間の作用力を推定する手段であり、信号処理回路や補正回路などが含まれる。推定手段２０は、車輪のタイヤと路面間の作用力と歪みゲージ１９の出力信号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、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力を出力する。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。
【００１９】
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が生じる。このとき、外方部材１のフランジ１ａに設けられた突片１ａａの位置は、ナックルボルト１８により車体の懸架装置におけるナックル１６に固定されているのでほとんど変形せず、車体取付用フランジ１ａにおける突片１ａａの非成形部１ａｂの外径面が外方向へ変形する。これにより、前記円弧面部１ａａ１に歪みが集中し、荷重により歪み量が大きく変化する。このため、円弧面部１ａａ１の外径面に貼り付けられた歪みゲージ１９は、荷重の印加に伴う外方部材１の歪みを感度良く検出することがきる。この歪みゲージ１９の出力信号から、車輪のタイヤと路面間の作用力を推定手段２０で推定するようにしているので、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を正確に検出することができる。
【００２０】
とくに、車体取付用フランジ１ａとナックル１６との間に摩擦防止手段としてピン２１を設けているので、フランジ１ａおよびナックル１６は接触面方向への自由度が抑制され、相対滑りが減少する。一方、荷重検出手段となる歪みゲージ１９は、上記したように車体取付フランジ１ａの突片１ａａと突片１ａａの非成形部１ａｂの相対変位により発生する円弧面部１ａａ１歪みを検出するので、フランジ１ａの突片１ａａのボルト孔１４の周辺部の滑りを前記ピン２１で減少させることにより、歪みゲージ１９の出力信号のヒステリシスを小さくすることができる。これにより、車輪とタイヤの路面間の作用力を精度良く検出することができる。
【００２１】
また、荷重検出手段である歪みゲージ１９の取付けにおいては、車輪用軸受への追加工をほとんど必要としないので、軸受剛性を低下させることもない。
また、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受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。
【００２２】
なお、この実施形態では、荷重検出手段として、車体取付用フランジ１ａの外径面に複数個の歪みゲージ１９を貼り付けた例を示したが、歪みゲージ１９を他の部位に取付けても良く、その個数も限定しない。また、荷重検出手段として、変位センサや超音波センサなど他の種類のセンサを用いても良い。例えば、変位センサや超音波センサを車体取付フランジ１ａの突片１ａａに固定し、突片１ａａとその他の部分の相対変位を測定する場合などに有効である。
また、この実施形態では、摩擦防止手段となるピン２１を、各ナックルボルト１８の取付部近傍において、車体取付用フランジ１ａとナックル１６の両接触面にわたって各１本設けた例を示しているが、その数や設置位置についてはとくに限定しない。
【００２３】
図３および図４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では、図１および図２に示す実施形態において、摩擦防止手段としてピン２１を用いたのに代えて、ボルト２４を用いて、ねじ結合部２８を設けている。すなわち、フランジ１ａの各突片１ａａにおけるナックル１６との接触面には前記ボルト２４を螺合させるねじ孔２５が設けられ、フランジ１ａの接触面に接触するナックル１６の接触面における前記ねじ孔２５に対面する部位には前記ボルト２４を挿通させるボルト挿通孔２６が設けられる。これらボルト２４、ねじ孔２５、およびボルト挿通孔２６により、上記ねじ結合部２８が構成される。このような構造として、ナックル１６のインボード側から前記ボルト挿通孔２６に挿通したボルト２４をフランジ１ａの前記ねじ孔２５に螺合させることで、ナックルボルト１８の取付部近傍において、車体取付用フランジ１ａのナックル１６への接触面とナックル１６のフランジ１ａへの接触面とがボルト２４でさらに固定される。ボルト２４は、ナックルボルト１８に比べて数分の１程度と小径であり、ボルト２４とそのボルト挿通孔２６との間の許容隙間は、ナックルボルト１８とそのボルト挿通孔１７との間の許容隙間に比べて十分に小さい。また、フランジ１ａとナックル１６の間の最大静摩擦力が大きくなる。これにより、フランジ１ａとナックル１６の間では、接触面方向の自由度と軸方向の自由度とが抑制され、フランジ１ａとナックル１６の接触面の間で相対滑りが抑制される。その他の構成は、図１および図２に示す実施形態の場合と同様である。なお、図３は、図４におけるIII − III矢視断面図を示す。
【００２４】
この実施形態の場合も、ナックルボルト１６の取付部近傍において、車体取付用フランジ１ａとナックル１６の接触面の間がボルト２４で固定されて、両接触面の間で、その接触面方向の自由度と軸方向の自由度が抑制されることで相対滑りが減少するので、歪みゲージ１９の出力信号のヒステリシスを小さくすることができる。その結果、車輪とタイヤの路面間の作用力を精度良く検出することができる。
【００２５】
図５ないし図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、荷重検出手段として、外方部材１の外周部に、図７に部分図として示す歪みセンサ３１（図５、図６の歪みセンサは切欠部を有していない）が設けられている。ここでは、図６のように、２つの歪みセンサ３１が外方部材１の周方向の等配位置に設けられている。歪みセンサ３１は、歪み拡大手段３２に、この歪み拡大手段３２の歪みを測定する歪み検出手段としてセンサ素子３３を取付けたものである。歪み拡大手段３２は、固定側部材である外方部材１の歪みを拡大した歪みを発生する手段であり、外方部材１の外径面半径よりも半径の大きい内径面を有する左右一対の円弧状部３２ａと、これら円弧状部３２ａの各先端部から軸方向片側に張り出した第１の接触固定部３２ｂと、前記両円弧状部３２ａの基端部から内径側に突出する第２の接触固定部３２ｃとでなる。そして、各円弧状部３２ａの内径面における第２接触固定部３２ｃに近い箇所に、それぞれセンサ素子３３が取付けられている。センサ素子３３の設置部分には、図７に示すように切欠部３２ｄを設けてもよい。なお、図６は外方部材１と歪みセンサ３１とをアウトボード側から見た正面図を、図５（Ａ）は図６におけるＶａ−Ｖａ矢視断面図を、図５（Ｂ）は図６におけるＶｂ−Ｖｂ矢視断面図をそれぞれ示す。
【００２６】
第１の接触固定部３２ｂの先端面は、外方部材１のフランジ１ａの側面に接触固定させる第１の接触固定面Ｆ１とされている。第１の接触固定部３２ｂおよびそれに隣接する各円弧状部３２ａには、軸方向に貫通するボルト挿通孔４１が２箇所に形成されている。また、第２の接触固定部３２ｃの先端面は、外方部材１の外径面に接触固定させる第２接触固定面Ｆ２とされている。第２の接触固定部３２ｃには、径方向に貫通するボルト挿通孔４２が形成されている。外方部材１のフランジ１ａおよび外径面における前記各ボルト挿通孔４１，４２に対応する箇所には、図５に示すようにねじ孔４４，４５が形成されている。
【００２７】
上記歪みセンサ３１は、図５および図６に示すように、前記ボルト挿通孔４１，４２に挿通したボルト４７を外方部材１のねじ孔４４，４５に螺合させることにより、歪み拡大手段３２の第１接触固定面Ｆ１を前記フランジ１ａの側面におけるボルト孔１４の近傍に接触固定させ、かつ第２の接触固定面Ｆ２を外方部材１の外径面にそれぞれ接触固定させて、外方部材１に固定される。この固定状態で、第２の接触固定面Ｆ２は、第１の接触固定面Ｆ１とは周方向の異なる位相に位置している。また、第２の接触固定面Ｆ２が接触固定されている外方部材１の外径面は、外周にフランジ１ａの突片１ａａが存在しない箇所である。図示はしていないが、歪みセンサ３１には、保護用のカバー等を設けるのが好ましい。また、歪み拡大手段３２を外方部材１の外周部に設置しやすくするために、前記第１および第２の接触固定面Ｆ１，Ｆ２が固定されるフランジ１ａのねじ孔４４の付近や、外方部材１の外径面のねじ孔４５の付近に、平坦部や溝などを形成しても良い。
【００２８】
歪み拡大手段３２は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み拡大手段３２は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。歪み拡大手段３２に塑性変形が生じると、外方部材１の変形が歪み拡大手段３２に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。
【００２９】
歪みセンサ３１の歪み拡大手段３２は、例えばプレス加工により製作することができる。歪み拡大手段３２をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。
また、歪み拡大手段３２は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成形する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。
【００３０】
センサ素子３３としては、種々のものを使用することができる。例えば、センサ素子３３が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、歪み拡大手段３２におけるセンサ素子３３取付部分の歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、センサ素子３３が半導体ストレインゲージで構成
されている場合は、同歪み量が１０００マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、センサ素子３３が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。
【００３１】
車輪用軸受には、センサ素子３３の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ユニット５０が設けられている。このセンサ信号処理回路ユニット５０は、図６に示すように、推定手段２０および異常判定手段３０を有する。異常判定手段３０は、推定手段２０により推定された車輪用軸受の予圧量またはタイヤと路面間の作用力が、許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。これらの手段２０，３０は、自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けてもよい。
【００３２】
この実施形態の場合も、図１および図２に示す実施形態の場合と同様に、前記車体取付用フランジ１ａとナックル１６との間に、両者の間の相対滑りを抑制する摩擦防止手段として、フランジ１ａとナックル１６とにわたってピン２１が設けられている。その他の構成は、図１および図２に示す実施形態の場合と同様である。
【００３３】
上記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１に取付けられた歪み拡大手段３２に伝わり、歪み拡大手段３２が変形する。その歪み拡大手段３２の歪みをセンサ素子３３により測定する。この際、歪み拡大手段３２は外方部材１のフランジ１ａと外径面の変形に従って変形する。歪み拡大手段３２の第１の接触固定面Ｆ１と第２の接触固定面Ｆ２との径方向位置が異なるため、外方部材１の例えば径方向および軸方向の歪みが歪み拡大手段３２に転写かつ拡大して現れやすい。特に、この実施形態の場合、第１の接触固定面Ｆ１が接触固定される箇所を、車輪用軸受に荷重がかかってもほとんど変形しないフランジ１ａのボルト孔１４の近傍としているため、第１の接触固定面Ｆ１と第２の接触固定面Ｆ２との変形の差が大きく、歪み拡大手段３２の一部に歪みが集中して現れる。この歪み拡大手段３２に転写かつ拡大して現れた歪みをセンサ素子３３で測定するため、外方部材１の歪みを感度良く検出できる。
【００３４】
また、この実施形態でも、車体取付用フランジ１ａとナックル１６との間に摩擦防止手段としてピン２１を設けているので、フランジ１ａおよびナックル１６は接触面方向への自由度が抑制され、相対滑りが減少する。これにより、歪みセンサ３１の出力信号のヒステリシスを小さくすることができ、車輪とタイヤの路面間の作用力を精度良く検出することができる。
【００３５】
また、この実施形態では、２つの歪みセンサ２１を外方部材１の周方向の等配位置に設けた構成としているので、様々な方向の荷重を推定することができる。
【００３６】
図８および図９は、図５ないし図７に示す実施形態において、歪みセンサ３１を別の歪みセンサ３１Ａに置き換えた実施形態を示す。図８は外方部材１と歪みセンサ３１Ａとをアウトボード側から見た正面図、図９は歪みセンサ３１Ａの一部を示す平面図であり、全体の断面図は省略してある。この実施形態での歪みセンサ３１Ａは、リング状の歪み拡大手段３２Ａに複数個（この実施形態では８個）のセンサ素子３３を取付けたものである。歪み拡大手段３２Ａは、外方部材１の外径よりも内径が大きいリング状であり、４つの第１の接触固定面Ｆ１および４つの第２の接触固定面Ｆ２を有する。４つの第１の接触固定面Ｆ１は、円周状部３２ａ’の４箇所からそれぞれ軸方向片側に張り出した第１の接触固定部３２ｂの先端に形成されている。第２の接触固定面Ｆ２は、円周状部３２ａ’における隣合う２つの第１の接触固定部３２ｂ，３２ｂの中間部に位置し、内径側に突出する第２の接触固定部３２ｃの先端に形成されている。そして、円周状部３２ａ’の内径面における、各第２の接触固定部３２ｃを挟んで両側の第２の接触固定部３２ｃに近い箇所に、計８個のセンサ素子３３が取付けられている。
【００３７】
この歪みセンサ３１Ａも、ボルト４７により、第１の接触固定面Ｆ１をそれぞれ外方部材１のフランジ１ａの側面におけるボルト孔１４の近傍に接触固定させ、かつ第２の接触固定面Ｆ２を外方部材１の外径面に接触固定させて、外方部材１に固定される。固定状態では、隣合う２つの第１の接触固定面Ｆ１，Ｆ１の中間部に、第２の接触固定面Ｆ２が位置する。その位置は、外方部材１の外径面におけるフランジ１ａの突片１ａａが存在しない箇所とされている。その他の構造は、図５ないし図７に示す実施形態の場合と同様である。
【００３８】
この実施形態によれば、歪みセンサ３１Ａの構成において、１つの歪み拡大手段３２Ａに複数個のセンサ素子３３が取付けられているため、外方部材１の各部の歪みを検出することができ、その検出結果より、様々な方向の荷重を推定することができる。また、外方部材１の歪みの測定精度が高い。さらに、図５ないし図７に示す実施形態と同様に、歪み拡大手段３２Ａが複数の第１の接触固定面Ｆ１により外方部材１における変形の小さい箇所に固定されるため、ボルト４７による締め付け力のアンバランスに起因するヒステリシスを減少させることができる。この歪みセンサ３１Ａの構成とすると、１つの歪み拡大手段３２Ａに各センサ素子３３が取付けられているため、複数のセンサ素子３３を外方部材１に設ける場合に、その取り付けが容易である。
【００３９】
図１０および図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、荷重検出手段として、外方部材１の外周部に、図１１に部分拡大断面図で示す歪みセンサ３１Ｂが設けられている。この歪みセンサ３１Ｂも、歪み拡大手段３２Ｂに、この歪み拡大手段３２Ｂの歪みを測定するセンサ素子３３を取付けたものである。
【００４０】
前記歪みセンサ３１Ｂにおいて、歪み拡大手段３２Ｂは、板材をＬ字状に折り曲げて形成され、外方部材１のフランジ１ａにおけるボルト孔１４の近傍のアウトボード側に向く側面に対向する径方向片３２Ｂａと、外方部材１の外径面に対向する軸方向片３２Ｂｂとを有する。センサ素子３３は軸方向片３２Ｂｂの片面に固定される。この歪み拡大手段３２Ｂは、２つの接触固定部材５３，５４を介して外方部材１の外周部に、ボルト５９で締結される。すなわち、径方向片３２Ｂａに形成されたボルト挿通孔５１から第１の接触固定部材５３のボルト挿通孔５５に挿通させたボルト５９を、外方部材１のフランジ１ａにおけるナックルボルト１８用のボルト孔１４の近傍に設けられた別のボルト孔５７に螺合させ、軸方向片３２Ｂｂに形成されたボルト挿通孔５２から第２の接触固定部材５４のボルト挿通孔５６に挿通させたボルト５９を、外方部材１の外径面に設けられたボルト孔５８に螺合させることで、歪み拡大手段３２Ｂが外方部材１に締結される。
【００４１】
また、この実施形態では、摩擦防止手段としてボルト２４Ａを用いたねじ結合部２８Ａを設けている。すなわち、外方部材１のフランジ１ａにおける歪み拡大手段３２Ｂの固定用のボルト５９のボルト孔５７に整合するボルト挿通孔６０をナックル１６に貫通して設け、ナックル１６のインボード側から前記ボルト挿通孔６０に挿通したボルト２４Ａを、フランジ１ａの前記ボルト孔５７に螺合させている。ボルト２４Ａと、ボルト孔５７と、ボルト挿通孔６０とで、上記ねじ結合部２８Ａが構成される。この例においても、ボルト２４Ａの径は、ナックルボルト１８に比べて十分に小径であり、そのボルト挿通孔６０との間の許容隙間も、ナックルボルト１８に比べて十分に小さい。また、フランジ１ａのナックル１６の間の最大静摩擦力が大きくなる。これにより、ナックルボルト１８の取付部の近傍において、車体取付用フランジ１ａのナックル１６への接触面とナックル１６のフランジ１ａへの接触面とがボルト２４Ａでさらに固定され、フランジ１ａとナックル１６の間で、接触面方向の自由度と軸方向の自由度とが抑制される。
【００４２】
図１２は、さらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態において、摩擦防止手段となるピン２１に代えて、フランジ１ａとナックル１６の両接触面の間に、両者の接触面の静摩擦係数を小さくする摩擦防止手段となる固体潤滑剤２９を介在させたものである。固体潤滑剤２９には、二硫化モリブデン等が用いられる。
このように固体潤滑剤２９を介在させることにより、フランジ１ａとナックル１６の両接触面間の静摩擦が小さくなり、荷重検出手段の出力信号のヒステリシスを小さくすることができる。これよっても、車輪とタイヤの路面間の作用力を精度良く検出することができる。この実施形態におけるその他の構成，効果は、図１，図２に示す第１の実施形態と同様である。
なお、図３〜図１１の各実施形態においても、ピンまたはねじ結合部からなる摩擦防止手段に代えて、図１２の例と同様に、フランジ１ａとナックル１６の両接触面の間に、摩擦防止手段として固体潤滑剤を介在させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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である。
【図２】同センサ付車輪用軸受をインボード側から見た正面図である。
【図３】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４】同センサ付車輪用軸受をインボード側から見た正面図である。
【図５】（Ａ）は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、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受における他の周方向での部分断面図である。
【図６】同センサ付車輪用軸受の外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。
【図７】（Ａ）は同歪みセンサの部分正面図、（Ｂ）はその部分平面図である。
【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外方部材と歪みセンサとを示す正面図である。
【図９】同歪みセンサの部分平面図である。
【図１０】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１１】同センサ付車輪用軸受の部分拡大断面図である。
【図１２】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１３】従来例における問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１４…ボルト孔
１８…ナックルボルト
１９…歪みゲージ（荷重検出手段）
２１…ピン（摩擦防止手段）
２４，２４Ａ…ボルト
２８，２８Ａ…ねじ結合部（摩擦防止手段）
３１，３１Ａ，３１Ｂ…歪みセンサ（荷重検出手段）
３２，３２Ａ，３２Ｂ…歪み拡大手段
３２ｂ，３２ｃ…接触固定部
３３…センサ素子
５３，５４…接触固定部材
【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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