(57)【要約】【課題】荷重センサを内蔵した自動車ホイール用の軸受を提供すること。【解決手段】ハブボルト２６５を係合するフランジ部２６を有するインナーレース２０と，２列のベアリングボール列３０を介してインナーレース２０に外挿されるアウターレース１０とを有する軸受１である。アウターレース１０は，各ベアリングボール列３０に接触する内周部１１と，該内周部１１の外周側に配置されると共に，該内周部１１を弾性的に保持する外周部１２とを有している。そして，外周部１２と内周部１１との間には，内周部１１から外周部１２に作用する荷重を計測するための荷重センサ４を配置してある。荷重センサ４は，各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面上に配設してある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと，該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において，
上記アウターレースは，上記各ベアリングボール列に接触する内周部と，
該内周部の外周側に配置されると共に，該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており，
上記外周部と上記内周部との間には，上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり，
上記荷重センサは，上記各ベアリングボール列を構成する転動ボールが転動する各転動面から略等距離にある平面内に配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項２】
請求項１において，上記荷重センサは，自動車ホイール用の軸受を取り付けた自動車における鉛直方向の上下いずれか一方と，該自動車における水平方向の前後いずれか一方とに対応する上記内周部の外周面上の２箇所に，それぞれ配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項３】
請求項１において，上記荷重センサは，自動車ホイール用の軸受を取り付けた自動車における鉛直方向の上方側及び下方側と，該自動車における水平方向の前進方向側及び後退方向側とに対応する上記内周部の外周面上の４箇所に，それぞれ配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記アウターレースでは，上記外周部と上記内周部とを一体的に一部品として形成してあり，
かつ，上記外周部と上記内周部との間には，軸芯方向に貫通する貫通孔を複数，独立して穿孔してあり，
該貫通孔には，上記荷重センサをそれぞれ配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項５】
請求項４のいずれか１項において，上記貫通孔の貫通方向に直交する断面形状は，軸芯を中心とした略円弧状を呈するように形成してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，上記アウターレースの上記外周部には，車体側から延設された構造部材を接続するための車体側フランジ部を配設してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において，上記荷重センサは，セラミックセンサであることを特徴とする自動車ホイール用の軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，荷重センサを内蔵した自動車ホイール用の軸受に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，自動車等の車輪に作用する荷重を計測して，タイヤに作用する摩擦力或いは摩擦係数を計測する装置が知られている。例えば，車輪を懸架するサスペンション機構に取り付けた荷重センサにより，車輪に作用する荷重を計測するものがある（例えば，特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−１１０５５４号公報（第２頁−第３頁，第２図）
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の装置には，次のような問題がある。すなわち，従来の装置は，上記のごとく，車輪に作用する荷重を上記サスペンション機構等を介して計測するため，必ずしも精度の高い計測ができない。
一方，車輪に作用する荷重を精度良く計測できれば，これを自動車の制御に用いる制御情報として広く活用することができる。
そのため，従来より，自動車ホイール用の軸受そのものに荷重を計測する手段を設けることが検討されてきたが，未だ，荷重センサを内蔵し，高精度の荷重計測が可能な軸受が実用化されていない。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，荷重センサを内蔵し，高精度に荷重計測を行うことができる自動車ホイール用の軸受を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，ハブボルトを係合するフランジ部を有するインナーレースと，該インナーレースの軸芯方向に配列された２列のベアリングボール列を介して上記インナーレースに外挿されるアウターレースとを有する自動車ホイール用の軸受において，
上記アウターレースは，上記各ベアリングボール列に接触する内周部と，
該内周部の外周側に配置されると共に，該内周部を弾性的に保持する外周部とを有しており，
上記外周部と上記内周部との間には，上記内周部から上記外周部に作用する荷重を計測するための荷重センサを配置してあり，
上記荷重センサは，上記各ベアリングボール列を構成する転動ボールが転動する各転動面から略等距離にある平面内に配置してあることを特徴とする自動車ホイール用の軸受にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の自動車ホイール用の軸受では，上記インナーレースを軸支する上記内周部と，該内周部を弾性的に保持する上記外周部との間隙に上記荷重センサを配置してある。
そのため，上記荷重センサによれば，上記内周部と上記外周部との間に作用する荷重を計測することにより，上記インナーレースのフランジ部に作用する車輪の荷重を間接的に計測することができる。
【０００８】
一方，軸芯方向に直交する荷重が上記フランジ部に作用すると，インナーレース全体を回動させようとするモーメントであって，上記各転動面から略等距離にある平面と上記インナーレースの軸芯との交点を作用中心点としたモーメントが生じる。
【０００９】
そこで，上記自動車ホイール用の軸受では，上記モーメントの影響を抑制するため，上記荷重センサは，上記モーメントの作用中心点が配置される平面，すなわち，上記各ベアリングボール列を構成する転動ボールが転動する各転動面から略等距離にある平面内に配置してある。
【００１０】
そのため，上記自動車ホイール用の軸受では，上記モーメントによる応力は，上記荷重センサによる計測荷重の作用方向に略直交して作用することになる。
それ故，上記のごとく配置した荷重センサでは，計測荷重のなかに上記モーメントによる応力が包含されるおそれを抑制して，上記フランジ部に作用する荷重を精度高く計測することができる。
【００１１】
以上のごとく，本発明の自動車ホイール用の軸受によれば，上記内周部と上記外周部との間隙における軸方向の１箇所に配設した上記荷重センサにより，車輪に作用する荷重を，効率的に，かつ，高精度に計測することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては，上記内周部は，上記荷重センサを配置した上記平面と一方の上記転動面との間の弾性率と，上記荷重センサを配置した上記平面と他方の上記転動面との間の弾性率とが略一致するように構成するのが良い。
この場合には，上記ベアリングボール列から作用する荷重に対して，上記内周部を剛体的に取り扱うことができず，無視し得ない弾性変形を生じる場合であっても，上記モーメントによる応力の影響を適切に抑制することができる。
【００１３】
なお，上記のごとく内周部を構成するには，例えば，有限要素法等の設計手法を利用できる。有限要素法による設計手法によれば，上記荷重センサを配置した上記平面の軸方向の両側における弾性率が略一致するように，上記内周部の形状等を設計できる。
【００１４】
また，上記荷重センサは，自動車ホイール用の軸受を取り付けた自動車における鉛直方向の上下いずれか一方と，該自動車における水平方向の前後いずれか一方とに対応する上記内周部の外周面上の２箇所に，それぞれ配置してあることが好ましい（請求項２）。
【００１５】
この場合には，上記鉛直方向及び上記水平方向の各１箇所に配置した上記荷重センサによって，車輪に作用する鉛直方向及び水平方向の荷重を，効率良く計測することができる。
なお，上記荷重センサには，予荷重を作用させておくことが好ましい。この場合には，小荷重の範囲まで計測精度を良好にできる。また，予荷重を付与してゼロ点をシフトすれば，荷重センサから内周部を引き離す方向に作用する荷重，いわば伸び側荷重の計測も可能となる。
【００１６】
また，上記荷重センサは，自動車ホイール用の軸受を取り付けた自動車における鉛直方向の上方側及び下方側と，該自動車における水平方向の前進方向側及び後退方向側とに対応する上記内周部の外周面上の４箇所に，それぞれ配置してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記鉛直方向に配置した１組の上記荷重センサ及び，上記水平方向に配置した１組の上記荷重センサにより，上記鉛直上下方向及び上記水平前後方向に上記内周部に作用する荷重を，さらに精度良く計測することができる。
【００１７】
また，上記アウターレースでは，上記外周部と上記内周部とを一体的に一部品として形成してあり，
かつ，上記外周部と上記内周部との間には，軸芯方向に貫通する貫通孔を複数，独立して穿孔してあり，
該貫通孔には，上記荷重センサをそれぞれ配置してあることが好ましい（請求項４）。
【００１８】
この場合には，上記貫通孔に面する上記内周部の剛性を適度に抑制して，該内周部から作用する荷重のセンシングに適した弾性変形を，該内周部において生じ易くすることができる。
そして，上記内周部と上記外周部との間に配置した上記荷重センサによれば，上記インナーレースから上記内周部に作用した荷重を，精度良く計測することができる。
【００１９】
また，上記貫通孔の貫通方向に直交する断面形状は，軸芯を中心とした略円弧状を呈するように形成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には，上記アウターレースに貫通する貫通孔の断面積を抑制しながら，上記貫通孔に面する上記内周部の周方向長さを長くすることができる。
すなわち，上記アウターレースにおける軸芯方向に略直交する断面積を確保することにより該アウターレース全体の剛性を確保しながら，上記貫通孔に面する内周部における弾性変形の生じ易さを向上することができる。
【００２０】
また，上記アウターレースの上記外周部には，車体側から延設された構造部材を接続するための車体側フランジ部を配設してあることが好ましい（請求項６）。
ここで，上記構造部材としては，車両のサスペンション機構等から延設されたナックル等の部材がある。
そして，上記外周部に上記車体側フランジ部を配設した場合には，上記自動車ホイール用の軸受全体の体格を小型化することができる。
【００２１】
また，上記荷重センサは，セラミックセンサであることが好ましい（請求項７）。
この場合には，高剛性であって，かつ，荷重に対する変形量が小さいという特徴を有する上記セラミックセンサを用いて，上記外周部に対して上記内周部を剛性高く支持しながら，両者間に作用する荷重を精度良く計測できる。
高剛性な上記セラミックセンサによれば，上記内周部を剛性高く支持することにより，上記アウターレース全体の剛性を高く維持することができる。
【００２２】
なお，上記セラミックセンサとしては，セラミック材料を主体とし，高荷重に耐えうるものであれば様々なものを採用することができる。その中でも特に，次のような特徴を有する力学量センサ材料から作製したセンサを適用するのが好ましい。
好適な力学量センサ材料としては，例えば，電気絶縁性セラミック材料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果材料を電気的に連続につながるように分散させた材料がある。この力学量センサ材料では，セラミック材料という強度的に優れた材料に対し圧力抵抗効果を発揮させるための材料を分散させている。
【００２３】
上記マトリックスとなりうるセラミック材料としては，例えばＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＡｌ２Ｏ４，ＳｉＯ２，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，ＣｅＯ２，Ｌａ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４及びこれらの固溶体より選択される１種以上よりなる物質等がある。
【００２４】
また，圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト構造の（Ｌｎ１−ｘＭａｘ）１−ｙＭｂＯ３−ｚ（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；ランタノイド元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ２−ｕＭａｕ）１−ｖＭｂ２Ｏ７−ｗ（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる物質等が挙げられる。
また，この圧力抵抗効果材料は，球状，楕円状，繊維状等の様々な粒子形態とすることができる。
【００２５】
上記の力学量センサ材料から作製したセラミックセンサでは，高荷重や高圧力等に対する抵抗力は上記のセラミック材料が担うため，高強度なセンサとなる。
また，この力学量センサ材料では，セラミック材料の内部で，上記の圧力抵抗効果材料が連続してつながるように存在するため，各圧力抵抗効果材料は電気的に連続状態にある。
そして，この力学量センサ材料では，圧力抵抗効果材料のみで構成された通常のセンサ材料と同様に，圧力や荷重を加えることで電気抵抗値が変化するという特性を発揮し得る。
【００２６】
従って，この力学量センサ材料から作製したセラミックセンサを適用した場合には，高応力や高圧力に耐えて，圧縮荷重等の力学量の測定を行なうことができる。
そして，このようなセラミックセンサによれば，荷重計測用のセンサとして利用できるほか，機械部品等の構造部材の一部として活用できる。すなわち，上記外周部に対して上記内周部を剛性高く支持することで，上記アウターレース全体の剛性を向上することができる。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
本例では，荷重センサ４を内蔵した自動車ホイール用の軸受について，図１〜図９を用いて説明する。
本例の自動車ホイール用の軸受１は，図１に示すごとく，ハブボルト２６５を係合するフランジ部２６を有するインナーレース２０と，２列のベアリングボール列３０を介してインナーレース２０に外挿されるアウターレース１０とを有する。
【００２８】
このアウターレース１０は，図２に示すごとく，各ベアリングボール列３０に接触する内周部１１と，該内周部１１の外周側に配置されると共に，該内周部１１を弾性的に保持する外周部１２とを有している。
そして，図１に示すごとく，外周部１２と内周部１１との間には，内周部１１から外周部１２に作用する荷重を計測するための荷重センサ４（本例ではセラミックセンサを適用。以下，適宜セラミックセンサ４と記載する。）を配置してある。
また，この荷重センサ４は，各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面上に配設してある。
以下に，この内容について詳しく説明する。
【００２９】
本例の自動車ホイール用の軸受１は，図１に示すごとく，アウターレース１０とインナーレース２０との間に配置した２列のベアリングボール列３０を介して，アウターレース１０に内挿したインナーレース２０を回転自在に支持する軸受である。
【００３０】
ここで，図１に示すごとく，各列のベアリングボール列３０では，図示しない保持器により複数の転動ボール３１が，円周方向等距離に保持されるよう構成してあり，各転動ボール３１は，複列の外側軌道面１１１と内側軌道面２１１，２１２との間に介在して，それぞれの軌道面上を転動するよう構成してある。
なお，本例では，ベアリングボール列３０として球体としての転動ボール３１を使用する場合を例示してあるが，転動ボール３１に代えて，円錐ころを使用することもできる。
【００３１】
上記アウターレース１０には，図２に示すごとく，同軸２重構造を呈するように配置された内周部１１と外周部１２とを一体的に形成してある。
そして，内周部１１と外周部１２との間には，周方向の略等距離４箇所に，軸芯方向に貫通する貫通孔１００を設けてある。また，周方向に隣り合う貫通孔１００の間隙には，内周部１１と外周部１２とを連結するブリッジ部１０１を形成してある。
【００３２】
なお，本例の貫通孔１００は，周方向における中央部にあって，セラミックセンサ４を収容する断面略矩形状の収容部１０８と，軸芯中心の円弧方向に沿って傾いた状態で，収容部１０８の両側に隣接する断面長穴状の弾性変形部１０９とから形成してある。
そして，この貫通孔１００は，全体として略円弧状の断面形状を呈するように形成してある。
【００３３】
図２に示すごとく，内周部１１と外周部１２とは，隣り合う貫通孔１００間のブリッジ部１０１により連結されている。
そして，略円弧状の貫通孔１００に面する内周部１１は，薄肉の円弧状に形成され，弾性変形を生じ易いように構成されている。
すなわち，本例のアウターレース１０では，上記インナーレース２０から伝達された荷重により上記薄肉円弧状の内周部１１が弾性的に変形し，外周部１２に対して内周部１１が微小に相対移動し得るように構成されている。
【００３４】
また，本例のアウターレース１０の貫通孔１００には，同図に示すごとく，薄肉円弧状を呈する内周部１１の外周面に荷重計測面を当接させた状態で，セラミックセンサ４を配置してある。
そして，内周部１１の外周面に当接させたセラミックセンサ４によれば，内周部１１から外周部１２に作用した荷重を，直接的に計測することができる。
ここで，本例では，図１に示すごとく，セラミックセンサ４は，上記のごとく，各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面上に配設してある。
【００３５】
そして，本例のアウターレース１０では，図１に示すごとく，外周部１２の内周面から貫通孔１００に向けて突出させた位置決めピン（図示略）を，セラミックセンサ４を含むセンサユニット４２に係合させて，貫通孔１００内の所定位置にセラミックセンサ４を固定してある。
【００３６】
なお，このセンサユニット４２を貫通孔１００に収容するに当たっては，ジャッキ等を用いて貫通孔１００の開口部を径方向に強制的に拡げておき，該開口部側から貫通孔１００内へセンサユニット４２を挿入した。
ここで，本例では，貫通孔１００内に収容したセラミックセンサ４に対しては，それぞれ５０ＭＰａの予荷重が印加されるように，貫通孔１００，センサユニット４２やセラミックセンサ４等，各部の寸法等を設計してある。さらに，各セラミックセンサ４で計測した予荷重の値に基づいて，予め，各セラミックセンサ４のゼロ点補正を実施し，寸法誤差等が予荷重に与える影響を抑制してある。
【００３７】
このように予荷重を付与した各セラミックセンサ４によれば，小荷重の範囲まで精度良く計測することができる。さらに，予荷重を下回る荷重，いわば伸び側荷重の計測も可能である。また，実測した予荷重値によって，予め，ゼロ点補正したセラミックセンサ４によれば，さらに高精度な荷重計測が可能である。
【００３８】
ここで，本例で適用したセラミックセンサ４は，図７に示すごとく，後述する力学量センサ材料５１（図８）から作製したセンサである。
そして，図７に示すごとく，縦３ｍｍ，横３ｍｍの荷重計測面を有する厚さ１．５ｍｍのセラミック製のブロックの両端面に，リード線４１８を接続する電極４１９を形成してセラミックセンサ４としてある。
なお，本例では，１００ＭＰａの荷重に対して，約１μｍの変位を生じるようにセラミックセンサ４を構成してある。
【００３９】
本例のアウターレース１０では，図２に示すごとく，自動車の鉛直上下方向及び，水平前後方向に対応する内周部１１の外周面上の４箇所に，それぞれ上記セラミックセンサ４を配置してある。
そのため，本例のアウターレース１０によれば，セラミックセンサ４で計測した荷重に基づいて，車輪の鉛直上下方向及び水平前後方向に作用する荷重を，精度良く計測することができる。
【００４０】
また，内周部１１の軸芯方向の２箇所の内周面には，図１に示すごとく，複列の外側軌道面１１１を形成してある。各外部軌道面１１１は，内周部１１の軸方向の内方に向かって凹む曲面である。そして，この外部軌道面１１１に沿ってベアリングボール列３０の転動ボール３１を転動させるように構成してある。
【００４１】
外側軌道面１１１に挟まれた中間部分の内径は，図１に示すごとく，両端部よりも小径に形成してある。すなわち，本例のアウターレース１０では，その軸方向の両端側から各ベアリングボール列３０の転動ボール３１を挿入，配置するように構成してある。
また，図２に示すごとく，上記外周部１２における上記インナーレース２０のフランジ部２６の反対側にある端面には，車体側の取付け部材，例えば懸架装置から延設されたナックルアームを取り付けるための車体側フランジ部１２５を形成してある。さらに，該車体側フランジ部１２５には，ナックルアームを固定するためのボルト孔１２６を穿設してある。
【００４２】
次に，本例で用いた力学量センサ材料５１について説明する。この力学量センサ材料５１は，図８に示すごとく，電気絶縁性セラミック材料５１１よりなるマトリックスに圧力抵抗効果材料５１２を電気的に連続につながるように分散させた材料である。
なお，同図に示すごとく，一部の圧力抵抗効果材料５１３は電気的に連続することなく，孤立してセラミック５１１材料中に存在するものもある。
本例では，電気絶縁性セラミック材料としては，１２ｍｏｌ％のＣｅＯ２を添加したＺｒＯ２を用い，圧力抵抗効果材料としては，Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３を用いた。
【００４３】
次に，上記インナーレース２０は，図１に示すごとく，上記アウターレース１０に挿入される挿入部２８と，ハブボルト２６５を係合するフランジ部２６とを有している。
該フランジ部２６におけるハブボルト２６５が突出する側の端面は，図示しないブレーキディスクを取付けるための取付け面である。そしてさらに，フランジ部２６には，該フランジ部２６に係合するハブボルト２６５により，上記ブレーキディスクを介して図示しない車輪を取り付けるように構成してある。
【００４４】
インナーレース２０の挿入部２８は，図１に示すごとく，内側軌道面２１２を形成したメインシャフト部２８１と，該メインシャフト部２８１に外挿するリング状の加圧リング２８３と，メインシャフト部２８１の先端のネジ部２８８に螺合して上記加圧リング２８３を軸芯方向に押圧する軸ナット２８５とからなる３分割構造を呈している。
【００４５】
メインシャフト部２８１の内側軌道面２１２は，同図に示すごとく，フランジ部２６に向かって凹む曲面である。そして，内側軌道面２１２は，上記内周部１１に形成した外側軌道面１１１との間に，ベアリングボール列３０の転動ボール３１を転動自在に保持するように構成してある。
【００４６】
また，加圧リング２８３には，図１に示すごとく，曲面状に凹む内側軌道面２１１を形成してある。そして，この加圧リング２８３をネジ部２８８側からインナーレース２０に外挿した際，上記内側軌道面２１１が，メインシャフト部２８１の上記内側軌道面２１２に対向配置されるように構成してある。
そして，内側軌道面２１１は，上記内周部１１に形成した外側軌道面１１１との間に，ベアリングボール列３０の転動ボール３１を転動自在に保持するように構成してある。
【００４７】
さらに，図１に示すごとく，上記軸ナット２８５を，メインシャフト部２８１の先端のネジ部２８８に螺入していくことにより，軸ナット２８５の軸芯方向の端面で加圧リング２８３を押圧できるように構成してある。そして，この軸ナット２８５の締め込み量の調整によって，ベアリングボール列３０に所定の予荷重を付与できるように構成してある。
【００４８】
また，上記アウターレース１０と上記インナーレース２０とを組み付けた軸受１では，各ベアリングボール列３０への水分や埃等の侵入を防止するため，インナーレース２０とアウターレース１０との間には，図示しないシール材を配置してある。
【００４９】
ここで，本例の軸受１では，例えば，次に示す計算によって，車輪からインナーレース２０に作用する荷重Ｆと，各セラミックセンサ４で計測する荷重との関係を表す関係式を導くことができる。
そして，この関係式によれば，各セラミックセンサ４で計測した荷重Ｓ１（同図中の上方側，すなわち，荷重Ｆの作用方向下流側に配置したセラミックセンサ４に作用する荷重），Ｓ２（同図中の下方側，すなわち，荷重Ｆの作用方向上流側に配置したセラミックセンサ４に作用する荷重）に基づいて，車輪からインナーレース２０に作用した荷重Ｆを算出することができる。
【００５０】
図３に示すごとく，インナーレース２０のフランジ部２６端面に沿って，鉛直方向の荷重Ｆが作用したとする。このとき，荷重Ｆの作用方向である鉛直上下に配置したセラミックセンサ４で計測される荷重Ｆｓを表す式を導出する。
なお，水平方向の荷重を表す関係式については，鉛直方向と同様に考えることができるので，ここでは，鉛直方向に作用する荷重を例にして説明する。
【００５１】
上記のごとくフランジ部２６の端面に沿って鉛直方向の荷重Ｆが作用すると，インナーレース２０を回動させるモーメントが発生する。そして，その回動中心は，図３に示すごとく，上記各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面を，インナーレース２０の軸芯が貫く点Ｃとなる。
【００５２】
図３に示すごとく，フランジ部２６の端面から点Ｃまでの距離をＬ，点Ｃから各ベアリングボール列３０の転動中心までの距離をλとし，各ベアリングボール列３０と内周部１１との間に生じる応力をｆ１，ｆ２とすると，力の釣り合い式及びモーメントの釣り合い式として次の２式が成り立つ。
Ｆ＝２ｆ１・ｓｉｎθ−２ｆ２・ｓｉｎθ                ・・・式１
ＦＬ＝２（ｆ１・λ）＋２（ｆ２・λ）                  ・・・式２
【００５３】
式１及び２によれば，ｆ１とＦとの関係式及び，ｆ２とＦとの関係式として次の２式を得ることができる。
ｆ１・ｓｉｎθ＝    Ｆ／４  ＋（ＦＬ・ｓｉｎθ）／４λ・・・式３
ｆ２・ｓｉｎθ＝（−Ｆ／４）＋（ＦＬ・ｓｉｎθ）／４λ・・・式４
【００５４】
さらに，式３及び式４によれば，次式を得ることができる。
ｆ１・ｓｉｎθ／ｆ２・ｓｉｎθ＝（Ｌ／λ・ｓｉｎθ＋１）／（Ｌ／λ・ｓｉｎθ−１）・・・式５
ここで，θ，Ｌ，λは定数であるから，式５の右辺を定数αとして表して次式を得る。
ｆ１・ｓｉｎθ＝α・ｆ２・ｓｉｎθ                    ・・・式６
【００５５】
ここで，応力ｆ１，ｆ２が作用する内周部１１について生じ得る弾性変形は，図４のごとく，各ベアリングボール列３０の転動ボールの中心点Ａ及びＣを通る梁であって，Ａ点，Ａ点とＣ点の中点Ｂ及び，Ｃ点にそれぞれ接続したばね１１８，４００，１１９により支持した梁１１０のモデルとして近似することができる。
【００５６】
この近似モデルにおいて，ばね１１８及び１１９は，内周部１１の有する弾性を表し，ばね４００は，セラミックセンサ４００の有する弾性を表している。
なお，本例では，セラミックセンサ４を配置する平面（各ベアリングボール列３０の転動面から等距離にある平面）を中心として，内周部１１の軸方向の両側部分の弾性率を略一致させてある。
それ故，ばね１１８とばね１１９は，略同一のばね定数（定数Ｋとする。）を呈することになる。
【００５７】
上記の梁１１０の両端のＡ点及びＣ点に対して，それぞれ，ｆ１・ｓｉｎθ（式３），ｆ２・ｓｉｎθ（式４）が作用すると，図５に示すごとく，梁１１０に傾きを生じる。Ａ点における変位をδ１，Ｃ点における変位をδ２とすると，上記の定数αを用いて次式を得る。
δ２＝δ１／α                                          ・・・式７
【００５８】
また，ばね１１８，４００，１１９には，それぞれ弾性力Ｆ１，Ｆｓ，Ｆ２が蓄えられ，梁１１０に対して反力を作用することになる。
そうすると，梁１１０のＡ点及びＣ点に作用する応力ｆ１・ｓｉｎθ及びｆ２・ｓｉｎθとの間で次式に示す力の釣り合い式を得る。
なおここでは，上記ばね４００の弾性力Ｆｓは，Ｆｓ１とＦｓ２とに分力されて，それぞれＡ点，Ｃ点に作用するものとしてある。
ｆ１・ｓｉｎθ＝Ｆ１＋Ｆｓ１                            ・・・式８
ｆ２・ｓｉｎθ＝Ｆ２＋Ｆｓ２                            ・・・式９
【００５９】
この式８，式９及び上記の式６から，さらに次式を得る。
ｆ２・ｓｉｎθ＝Ｆ２＋Ｆｓ２＝（１／α）・（Ｆ１＋Ｆｓ１）・・・式１０
この式１０において，Ｆ１，Ｆ２（Ｆｓ１，Ｆｓ２）のばね定数が等しいことから，次式が得られる。
Ｆ２＝Ｆ１／α                                          ・・・式１１
【００６０】
また，梁１１０に作用する応力の総和をＳ１とすると，式３及び式４から次式を得る。
Ｓ１＝ｆ１・ｓｉｎθ−ｆ２・ｓｉｎθ＝（Ｆ１＋Ｆｓ１）−（Ｆ２＋Ｆｓ２）＝Ｆ／２        ・・・式１２
【００６１】
そして，セラミックセンサ４に作用する応力Ｆｓは，式１１及び式１２を基にして，次式のように表すことができる。
2004360782.tif 000003
【００６２】
式１３におけるＫδ１（１−１／α）は，ばね１１８，１１９に蓄えられる弾性力を表しており，内周部１１に蓄えられる弾性力と等価である。そして，本例のセラミックセンサ４によれば，車輪からインナーレース２０に作用する荷重Ｆの半分から，内周部１１に蓄えられる弾性力であるＫδ１（１−１／α）を減じた荷重を計測することができる。
なお，本例のセラミックセンサ４では，図６に示すごとく，車輪からインナーレース２０に作用する荷重Ｆの１／２０の大きさの荷重が計測された。
同図では，横軸に荷重Ｆを，縦軸にセラミックセンサ４による計測荷重Ｆｓを示してある。
【００６３】
なお，式１３は，内周部１１の周方向４箇所に配設した各セラミックセンサ４について，それぞれ成立する式である。
そのため，本例の軸受１では，図９に示すごとく，水平方向の前後いずれか一方，及び鉛直方向の上下いずれか一方にのみセラミックセンサ４を設置すれば，鉛直方向及び水平方向に作用する荷重を，それぞれ算出することが可能である。
一方，本例のごとく，鉛直上下方向にそれぞれセラミックセンサを配置した場合には，荷重Ｆの算出精度をさらに向上することができる。
【００６４】
このように本例の自動車ホイール用の軸受１では，外周部１２と内周部１１との間隙にある貫通孔１００にセラミックセンサ４を配置してある。すなわち，上記２列のベアリングボール列３０に接触する内周部１１の外周側にセラミックセンサ１００を配置してある。
【００６５】
そのため，内周部１１の外周側に配置したセラミックセンサ４によれば，２列のベアリングボール列３０それぞれを介して内周部１１に作用する荷重を，軸芯方向における１箇所に配置したセラミックセンサ４によって，効率良く計測することができる。
【００６６】
一方，図３に示すごとく，車輪からフランジ部２６を介してインナーレース２０に荷重Ｆが作用すると，該インナーレース２０自体を回動させるモーメントが生じる。そして，このモーメントの作用中心点は，各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面を，インナーレース２０の軸芯が貫く点Ｃ（図３参照。）となる。
【００６７】
すなわち，本例の軸受１では，各ベアリングボール列３０を構成する転動ボール３１が転動する各転動面から略等距離にある平面であって，上記のモーメントの作用中心点Ｃを含む平面上に，各セラミックセンサ４を配設してある。
そして，この軸受１では，セラミックセンサ４で計測する荷重の作用線上に，上記モーメントの作用中心点Ｃが配置されている。
【００６８】
そのため，本例の軸受１では，セラミックセンサ４による計測する荷重方向と略直交する方向に，上記のモーメントを生じさせることができる。それ故，各セラミックセンサ４に対して，上記モーメントによる応力が作用するおそれが少ない。
従って，本例の軸受１では，上記モーメントによる影響を抑制して，内周部１１から外周部１２に向けて軸芯方向に略直交する方向に作用する荷重を，精度良く計測することができる。
【００６９】
さらに，本例の軸受１では，自動車の鉛直上下方向と水平前後方向とに対応する内周部１１の外周面上の位置に，軸芯を介して対面する２組のセラミックセンサ４を配置してある。
そのため，この２組のセラミックセンサ４によれば，車輪及びインナーレース２０に作用する鉛直上下方向及び水平前後方向の荷重を直接的に，精度良く計測することができる。
【００７０】
さらにまた，本例のセラミックセンサ４は，上記の力学量センサ材料５１よりなるものである。
力学量センサ５１よりなるセラミックセンサ４は，高剛性を呈するセンサであり，荷重のセンシングに利用できるほか，機械部品等の構造部材の一部としても活用できる。
すなわち，上記薄肉円弧状の内周部１１を剛性高く支持することで，アウターレース１０全体の剛性を向上することができる。
【００７１】
（実施例２）
本例は，実施例１の自動車ホイール用の軸受を基にして，セラミックセンサ４の取り付け方法を変更した例である。本例の自動車ホイール用の軸受１について，図１０及び図１１を用いて説明する。
本例のアウターレース１０では，図１０に示すごとく，実施例１の上記センサユニットに代えて，スタッドボルト４１とホルダ４３との組み合わせによりセラミックセンサ４を固定してある。
【００７２】
本例のアウターレース１０では，図１０に示すごとく，外周部１２の外周面から貫通孔１００に向けて穿孔され，該貫通孔１００に開口するネジ孔１２０を設けてある。
そして，各ネジ孔１２０には，軸方向全範囲に渡って雄ねじを形成したボルトであるスタッドボルト４１を螺入するように構成してある。
【００７３】
そして，同図に示すごとく，スタッドボルト４１におけるアウターレース１０から突出する部分に，ナット４１５を螺合させることにより，スタットボルト４１が確実に回転止めされるように構成してある。
また，このスタッドボルト４１は，その外周部１２の外周側に位置する端面に穿設した６角穴に，例えば６角レンチ等の工具を係合させて回転できるように構成してある。
【００７４】
そして，図１０に示すごとく，ネジ孔１２０に螺入したスタッドボルト４１における内周側の先端に，ホルダ４３を介設してセラミックセンサ４を配置してある。
そして，スタッドボルト４１とホルダ４３とは，図１１に示すごとく，球面摺動構造としてのピボット部４５を介して摺動自在に当接させてある。
【００７５】
ここで，このピボット部４５は，同図に示すごとく，スタッドボルト４１の先端に穿設された略球面状を呈する凹部４１１と，ホルダ４３の端面に形成された略球面状を呈する凸部４３１とを組み合わせてなる当接構造である。
そして，ピボット部４５を介して，スタッドボルト４１に摺動自在に当接するホルダ４３では，内周部１１の軸芯方向の微小な変動に対応して，内周部１１に対面する端面の方向を自在に変更できるように構成してある。
【００７６】
このように本例の軸受１では，ピボット部４５を介してスタッドボルト４１とホルダ４３とを当接させてある。
そのため，本例の軸受１では，ピボット部４５の上記の作用により，セラミックセンサ４の荷重計測面の向きを柔軟に変更することができ，セラミックセンサ４に斜め方向に生じるおそれのある応力の影響を抑制することができる。
そして，斜め方向に作用する応力を抑制したセラミックセンサ４によれば，鉛直方向に作用する荷重の計測精度をさらに向上することができる。
【００７７】
さらに，スタッドボルト４１の先端側にセラミックセンサ４を配置する構造によれば，スタッドボルト４１の締め込み量の調整により，セラミックセンサ４に作用させる予荷重の調整が容易である。
そして，予荷重を作用させたセラミックセンサ４によれば，高精度に計測できる範囲と，実際に軸受１に生じ得る荷重範囲とを合致させて，小荷重から大荷重まで，さらに精度高く荷重を計測することができる。
また，予荷重を付与してゼロ点をシフトすれば，マイナス側に生じる荷重を計測することも可能である。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，軸受の構造を示す断面図。
【図２】実施例１における，図１に示す軸受の断面構造を示すＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における，軸受に作用する力を図示した説明図。
【図４】実施例１における，内周部の弾性変形を表すモデルを示す説明図。
【図５】実施例１における，内周部の弾性変形を生じた状態を表す説明図。
【図６】実施例１における，インナーレースに作用する荷重と，荷重センサによる計測荷重との関係を示すグラフ。
【図７】実施例１における，セラミックセンサの電気的結線の様子を示す説明図。
【図８】実施例１における，力学量センサ材料の組織を示す説明図。
【図９】実施例１における，セラミックセンサの他の配置組み合わせを示す断面図。
【図１０】実施例２における，軸受の断面構造を示す断面図。
【図１１】実施例２における，ピボット部の断面構造を示す拡大断面図。
【符号の説明】
１．．．軸受，
１０．．．アウターレース，
１００．．．貫通孔，
１０１．．．ブリッジ部，
１１．．．内周部，
１１１．．．外側軌道面，
１２．．．外周部，
２０．．．インナーレース，
２１１，２１２．．．内側軌道面，
３０．．．ベアリング，
４．．．セラミックセンサ，
４１．．．スタッドボルト，
４２．．．センサユニット，
４３．．．ホルダ，
４５．．．ピボット部，
５１．．．力学量センサ材料，
【図１】
2004360782.tif 000004
【図２】
2004360782.tif 000005
【図３】
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【図４】
2004360782.tif 000007
【図５】
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【図６】
2004360782.tif 000009
【図７】
2004360782.tif 000010
【図８】
2004360782.tif 000011
【図９】
2004360782.tif 000012
【図１０】
2004360782.tif 000013
【図１１】
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