(57)【要約】【課題】  軸受剛性を低下させることなく荷重センサを取付けることができ、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できるセンサ付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は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、この転走面３と対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、両転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。前記外方部材および内方部材のうち、固定側部材である例えば外方部材１は、その外周にナックルへ取付ける車体取付用のフランジ１ａを有し、このフランジ１ａの円周方向の複数箇所にボルト孔１４が設けられる。前記外方部材１の内径面または外径面における、前記フランジ１ａの前記ボルト孔１４と同位相の位置に、１つ以上の歪みゲージ１６を設置し、この歪みゲージ１６の出力信号により、前記車輪のタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段１７を設ける。【選択図】      図１
2008215424.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、ナックルへ取付ける車体取付用のフ
ランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、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、
前記固定側部材の内径面または外径面における、前記フランジの前記ボルト孔と同位相
の位置に、１つ以上の歪みゲージを設置し、この歪みゲージの出力信号により、前記車輪
のタイヤと路面間の作用力を推定する推定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、前記歪みゲージは、前記固定側部材の周方向の歪みを検出する方向
に貼った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、前記固定側部材が外方部材であり、前記歪みゲージ
は前記固定側部材における複列の転走面間の内径面に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、前記固定側部材のフランジとナック
ルとの互いの対向面を、スペーサまたは前記フランジもしくはナックルに設けられた突部
からなる介在部を介して、前記各ボルト孔の周縁で接触させ、前記対向面の残りの範囲を
互いに非接触とし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、前記推定手段は、前記歪みゲージの
出力信号より、車軸に対して垂直な方向となる上下方向の荷重を推定するものとしたセン
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。
【０００３】
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は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。
【０００４】
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。
【０００５】
このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の固定輪や回転輪に歪みゲージを貼り
付け、歪みゲージの検出する歪みから車輪にかかる荷重を推定するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１，２）。
特許文献１に開示の車輪用軸受では、固定輪である外輪の外周に歪みゲージを貼り付け
、転動体が通過するときの外輪の歪みを歪みゲージで検出する。また、特許文献２に開示
の車輪用軸受では、回転輪であるハブ輪の車輪取付用フランジに周方向に隣り合う複数の
透孔を設け、隣り合う透孔同士の間の柱部に歪みゲージを貼り付け、柱部の歪みを歪みゲ
ージで検出する。
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特開２００４−０５３３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示の車輪用軸受では、転動体の通過時の歪みを検出するため、
転走面と外輪外周との間の肉厚を薄くしないと歪みを検出できず、軸受剛性が低くなる可
能性がある。また、転動体通過時の歪みを検出するため、静止時や低速時の荷重を推定す
るのが困難である。
【０００７】
特許文献２に開示の車輪用軸受では、ハブ輪の車輪取付用フランジに透孔を設けて歪み
ゲージを貼り付けているため、やはり軸受剛性が低くなるという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、軸受剛性を低下させることなく荷重センサを取付けることができ、
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、
ナックルへ取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所に
ボルト孔が設けられ、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、前記
固定側部材の内径面または外径面における、前記フランジの前記ボルト孔と同位相の位置
に、１つ以上の歪みゲージを設置し、この歪みゲージの出力信号により、前記車輪のタイ
ヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたものである。
【００１０】
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にも荷重が印加さ
れて変形が生じる。このとき、固定側部材のフランジに設けられたボルト孔と同位相の位
置は、ボルトにより車体の懸架装置におけるナックルに固定されているのでほとんど変形
せず、ボルト孔と同位相の位置から周方向に離間した両側の位置が変形する。これにより
、固定側部材における前記ボルト孔と同位相の部位に歪みが集中し、荷重により歪み量が
大きく変化するため、固定側部材の内径面の前記ボルト孔と同位相の位置に設置された歪
みゲージは、荷重の印加に伴う固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。この
歪みゲージの出力信号から、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。また、荷重センサである歪みゲージ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。
【００１１】
この発明において、前記歪みゲージは、前記固定側部材の周方向の歪みを検出する方向
に貼っても良い。
固定側部材における前記ボルト孔と同位相の位置では周方向に歪むため、歪みゲージを
固定側部材の周方向の歪みを検出する方向に貼り付けた場合、歪みゲージによる固定側部
材の歪み検出をより感度良く行うことができる。
【００１２】
この発明において、前記固定側部材が外方部材であり、前記歪みゲージは前記固定側部
材における複列の転走面間の内径面に設けても良い。この構成の場合、複列の転走面に印
加される荷重を平均化したものを検出することになり、転動体の位置に影響されずに、よ
り正確に荷重を推定することができる。
【００１３】
この発明において、前記固定側部材のフランジとナックルとの互いの対向面を、スペー
サまたは前記フランジもしくはナックルに設けられた突部からなる介在部を介して、前記
各ボルト孔の周縁で接触させ、前記対向面の残りの範囲を互いに非接触としても良い。
この構成の場合、固定側部材のフランジにおけるナックルとの対向面は、各ボルト孔の
周縁においてのみスペーサまたは介在部を介してナックルの対向面に接触し、周方向に並
ぶボルト孔とボルト孔の間の対向面は摩擦力の働かない非接触面となる。そのため、荷重の印加に伴う固定側部材の変形は、隣り合うボルト孔とボルト孔の間の位相の部位で特に顕著となり、ボルト孔の位相の部位に歪みがさらに集中しやすくなる。その結果、歪みケージによる歪みの検出感度がさらに向上する。
【００１４】
この発明において、前記推定手段は、前記歪みゲージの出力信号より、車軸に対して垂
直な方向となる上下方向の荷重を推定するものとしても良い。
車軸に対して垂直な方向に荷重が作用する場合、車輪用軸受に対しては純ラジアル荷重
に近い荷重が印加されるため、両列の転動体に対して同じ方向の荷重が加わる。そのため
、荷重方向に対して固定側部材の外径面が外方向へ変形する。この場合も、フランジのボ
ルト孔と同位相の位置では変形量が小さくなるため、ボルト孔と同位相である歪みゲージ
が設置された位置に歪みが集中しやすくなる。このことから、このセンサ付車輪用軸受で
は、歪みゲージの出力信号により、車軸に対して垂直な方向となる上下方向の荷重を推定
手段で推定するのに特に好適である。
【発明の効果】
【００１５】
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、
ナックルへ取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所に
ボルト孔が設けられ、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、前記
固定側部材の内径面または外径面における、前記フランジの前記ボルト孔と同位相の位置
に、１つ以上の歪みゲージを設置し、この歪みゲージの出力信号により、前記車輪のタイ
ヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたため、軸受剛性を低下させることなく荷
重センサを取付けることができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図３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。
【００１７】
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。
【００１８】
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（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。
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。
【００１９】
固定側部材である外方部材１の内径面には、荷重センサとして周方向に並ぶ１つ以上（
ここでは４個）の歪みゲージ１６が、図２のようにハブフランジ９ａのボルト孔１４と同
位相の位置に貼り付けられている。ここでは、これらの歪みゲージ１６は、外方部材１の
内径面における両列の転走面３，３間の位置で、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。また、外方部材１には、歪みゲージ１６の配線を外部に引き出
す配線孔（図示せず）が設けられている。この配線孔は、各歪みゲージ１６の設置部の近
傍にそれぞれ設けても良いし、各歪みゲージ１６の配線を一箇所にまとめて一つの配線孔
から外部に引き出すようにしても良い。各歪みゲージ１６は、保護用のカバーで被覆する
のが望ましい。歪みゲージ１６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などを用いても良い。
【００２０】
この実施形態では、外方部材１の内径面における歪みゲージ１６の軸方向位置として、
両列の転走面３，３間の位置が選ばれているが、アウトボード側のシール７と転走面３の
間の位置や、インボード側のシール８と転走面３の間の位置に歪みベージ１６を貼り付け
ても良い。また、外方部材１の内径面に歪みゲージ１６を貼り付けるのに代えて、外方部
材１の外径面に歪みゲージ１６を貼り付けても良い。
【００２１】
これらの歪みゲージ１６は推定手段１７に接続される。推定手段１７は、歪みゲージ１
６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る。推定手段１
７は、車輪のタイヤと路面間の作用力と歪みゲージ１６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。
【００２２】
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
ボルト孔１４と同位相の位置は、ボルトにより車体の懸架装置におけるナックルに固定さ
れているのでほとんど変形せず、ボルト孔１４と同位相の位置から周方向に離間した両側
の位置が変形する。これにより、外方部材１における前記ボルト孔１４と同位相の部位に
歪みが集中し、荷重により歪み量が大きく変化するため、外方部材１の内径面の前記ボル
ト孔１４と同位相の位置に貼り付けられた歪みゲージ１６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１６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１７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。
また、荷重センサである歪みゲージ１６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。
【００２３】
図３は、車輪のタイヤと路面間に垂直方向荷重Ｆｚが作用した場合の外方部材１の変形
の説明図である。この場合、車輪用軸受に対しては純ラジアル荷重に近い荷重が印加され
るため、両列の転動体５に対して同じ方向の荷重が加わる。そのため、荷重方向に対して
外方部材１の外径面が同図に矢印で示すように外方向へ変形する。なお、同図中の矢印の
長さは、変形量の大きさを示す。この場合も、フランジ１ａのボルト孔１４と同位相の位
置では変形量が小さくなるため、ボルト孔１４と同位相である歪みゲージ１６が貼り付け
られた位置に歪みが集中しやすくなる。このことから、このセンサ付車輪用軸受では、歪
みゲージ１６の出力信号により、車軸に対して垂直な方向となる上下方向の荷重Ｆｚを推
定手段１７で推定するのに特に好適である。
【００２４】
また、上記したように、外方部材１における前記ボルト孔１４と同位相の位置では周方
向に歪むため、この実施形態のように、歪みゲージ１６を外方部材１の周方向の歪みを検
出する方向に貼り付けた場合、歪みゲージ１６による外方部材１の歪み検出をより感度良
く行うことができる。
【００２５】
また、この実施形態では、１つ以上（ここでは４個）の歪みゲージ１６を、外方部材１
の内径面における両列の転走面３，３間の軸方向位置に貼り付けているので、両列の転走
面３に印加される荷重を平均化したものを検出することになり、転動体５の位置に影響さ
れずにより正確に荷重を推定することができる。
【００２６】
図４は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１の実施形
態において、外方部材１のフランジ１ａと車体の懸架装置のナックル１８との互いの対向
面を、フランジ１ａの各ボルト孔１４の周縁においてスペーサ１９を介在させることで接
触させ、前記対向面の残りの範囲を互いに非接触としたものである。スペーサ１９を介在
させるのに代えて、フランジ１ａまたはナックル１８の前記対向面に突部からなる介在部
を設け、この介在部を相手側の対向面に接触させるようにしても良い。その他の構成は図
１の実施形態の場合と同様である。
【００２７】
この実施形態の場合、外方部材１のフランジ１ａにおけるナックル１８との対向面は、
各ボルト孔１４の周縁においてのみスペーサ（または介在部）１９を介してナックル１８
の対向面に接触し、周方向に並ぶボルト孔１４とボルト孔１４の間の対向面は摩擦力の働
かない非接触面となるので、荷重の印加に伴う外方部材１の変形は、隣り合うボルト孔１
４とボルト孔１４の間の位相の部位で特に顕著となり、ボルト孔１４の位相の部位に歪み
がさらに集中しやすくなる。その結果、歪みゲージ１６による歪みの検出感度がさらに向
上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】垂直方向荷重の印加に伴う外方部材の変形の説明図である。
【図４】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。
【符号の説明】
【００２９】
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
１５…圧入孔
１６…歪みゲージ
１７…推定手段
１８…ナックル
１９…スペーサ
【図１】
2008215424.tif 000003
【図２】
2008215424.tif 000004
【図３】
2008215424.tif 000005
【図４】
2008215424.tif 000006