(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる荷重センサ内蔵車輪用軸受を提供する。【解決手段】  複列の転走面４が内周面に形成された外方部材１と、この外方部材１の転走面４と対向する転走面５を形成した内方部材２とを設ける。対向する転走面４，５間に複列の転動体３を介在させて、車体に対して車輪を回転自在に支持する。外方部材１と内方部材２間の両側の密封装置７，８により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサ９を設ける。【選択図】      図１
2005315652.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、この外方部材の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、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とする荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記磁歪部の存在する軸方向範囲に、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が作用する部分が生じないものとした荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材の内径面と等速ジョイント外輪の軸部とを分離自在に結合するスプライン結合部を有し、このスプライン結合部を前記磁歪部よりもインボード側に配置した荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、この磁歪部の表面に軸に対して略４５度方向の溝が、円周方向に並んで複数形成され、前記検出部がコイルからなり、前記荷重センサがトルク値として荷重を検出するトルクセンサである荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記内方部材が、等速ジョイント外輪の軸部とスプライン結合される内径孔を有し、この内径孔のアウトボード側端の孔径をスプライン形成部分の内径よりも大径とした荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、２つの転走面の中間に形成される内方部材と外方部材間の空間に、軸方向荷重を検出する軸方向荷重検出手段を内蔵した荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項７】
請求項６において、軸方向荷重検出手段が、内方部材に配置した磁歪部と、これに対向して外方部材に配置された検出コイルとでなる磁歪センサである荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項８】
請求項７において、軸方向荷重検出手段における磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、この磁歪部の表面に、複数の軸方向溝が形成された部分とこの軸方向溝が形成されない部分とがあり、これらの溝の形成された部分と形成されない部分にそれぞれ対向する２つの検出コイルが外方部材に配置され、溝が形成されない部分側の検出コイルを温度補償用に用いた荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【請求項９】
請求項１において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材が炭素鋼からなり、前記磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、前記内方部材と前記磁歪部とを溶接接合した荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。
【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内蔵した車輪用軸受装置に関する。
【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装置に設けたものがある。このような車輪用軸受装置において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１，２）。特許文献１に開示された車輪用軸受では、回転側である内方部材の外周面の２列の転走面間に回転センサの被検出部が設けられると共に、この被検出部に対向してその回転を検出する回転センサの検出部が固定側である外方部材に設けられている。
【０００３】
また、特許文献２に開示された車輪用軸受装置では、回転側である内方部材の外周面の２列の転走面間にトルクセンサの被検出部を構成するコイルと圧電素子が設けられると共に、トルクセンサの検出部が固定側である外方部材に設けられている。この検出部は、内輪のねじりによる変位によって圧電素子が電位差を発生するが、この電位差に伴ってコイルに発生する磁界を検出するものとされる。
【特許文献１】特開２００２−３４０９２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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での制御を可能とすることが求められている。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偏るなど、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
また、特許文献２に示したトルクセンサを内蔵した車輪用軸受では、等速ジョイントとの結合に用いられるスプライン結合の影響には触れられていない。特許文献２では、内方部材の外周面の２列の転走面の列間にトルクを検出するセンサが配置されており、そのセンサ位置に対応する内方部材内周面にスプラインを設けた構造になっている。エンジンからの駆動力は等速ジョイントによって車輪用軸受に伝達されるが、等速ジョイントと車輪用軸受との結合にはスプライン結合が一般的に用いられている。スプライン結合にガタがあるとトルク出力のヒステリシスが増加する。また、このガタを詰めるために等速ジョイント側のスプラインには数度の角度が付けられ、車輪用軸受に設けられたスプラインに嵌合する際にはこの捩れによりガタを減らすことが可能となる。
【０００８】
しかし、スプラインの捩れる方向と一致したトルク伝達の場合にはセンサ部にトルクに比例した歪が生じるが、逆方向のトルク伝達の場合にはこの捩れが緩む方向に働き、センサ部にトルクが正確に伝わらず感度が低下したり直線性が崩れたりする。また、スプライン結合は接触部が不定であり、場合によってはトルクセンサを通り越してトルクが伝達される場合もありうる。
【０００９】
この発明の目的は、このような課題を解消し、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる荷重センサ内蔵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】
【００１０】
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周面に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とする。
この構成によると、車輪用軸受装置において、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に荷重センサを設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置することができる。複列の転動体位置よりもアウトボード側位置は、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が直接に作用しないか、または作用が生じ難い箇所であるため、トルク検出の外乱要因が少なく、この位置に荷重センサを設置することで、エンジンから車輪に伝達されるトルク、あるいはタイヤにかかる進行方向荷重から生じるトルクを安定して正確に検出できる。また、荷重センサは、軸受の密封装置による密封空間に配置するため、塵埃や塩泥水の侵入から保護され、別途に荷重センサの保護専用の密封手段を設けることが不要となる。
【００１１】
この発明において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記磁歪部の存在する軸方向範囲に、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が作用する部分が生じないものとしても良い。
このように、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が作用する部分が生じない箇所に被検出部を配置した場合、外乱が生じ難く、等速ジョイントからのトルクが被検出部に正確に伝達される。そのため、車輪にかかる荷重をより正確に検出することができる。
【００１２】
この発明において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材の内径面と等速ジョイント外輪の軸部とを分離自在に結合するスプライン結合部を有する場合に、このスプライン結合部を前記磁歪部よりもインボード側に配置しても良い。
この構成の場合、等速ジョイントと内方部材とのスプライン結合部が磁歪部からなる被検出部の軸方向位置から外れるので、スプライン結合部で生じるトルク検出の外乱要因が伝わり難く、等速ジョイントからのトルクが被検出部に正確に伝達される。そのため、車輪にかかる荷重をより正確に検出できる。
【００１３】
この発明において、磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、この磁歪部の表面に軸に対して略４５度方向の溝が、円周方向に並んで複数形成され、前記検出部がコイルからなり、前記荷重センサがトルク値として荷重を検出するトルクセンサであっても良い。
上記の略４５度方向の溝が設けられていると、被検出部の表面に略４５度方向のせん断応力が働く。２列の溝の傾斜方向が逆であると、２列の溝に沿った方向に引張，圧縮の異なる応力が作用する。これら逆特性の応力変化を検出部のコイルで検出し、その差動増幅を取れば、トルク検出が可能になる。また磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金であると、優れた磁歪特性が得られる。
【００１４】
この発明において、前記内方部材が、等速ジョイント外輪の軸部とスプライン結合される内径孔を有し、この内径孔のアウトボード側端の孔径をスプライン形成部分の内径よりも大径としても良い。この構成の場合、荷重センサの被検出部である磁歪部に作用する応力が増して、センサ感度を高めることができる。
【００１５】
この発明において、２つの転走面の中間に形成される内方部材と外方部材間の空間に、軸方向荷重を検出する軸方向荷重検出手段を内蔵しても良い。
このように軸方向荷重検出手段を付加すると、荷重センサが検出したトルクの値から車輪に加わる進行方向荷重と軸方向荷重の２方向荷重を同時に検出することが可能となる。そのため、自動車の走行案性制御や、ステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。荷重センサは、複列の転動体よりもアウトボード側に配置されるため、複列の転動体の間を利用して軸方向荷重検出手段を配置することで、これら荷重センサおよび軸方向荷重検出手段の両方を、余裕空間に効率良く配置できる。軸方向の荷重の検出は、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重に影響され難いため、荷重センサおよび軸方向荷重検出手段の両方を設置する場合に、軸方向荷重検出手段を複列の転動体間に配置することが検出精度の上で好ましい。
【００１６】
前記軸方向荷重検出手段は、内方部材に配置した磁歪部と、これに対向して外方部材に配置された検出コイルとでなる磁歪センサであっても良い。磁歪センサによると、内方部材に作用する応力から、軸方向荷重の検出が行える。
【００１７】
前記軸方向荷重検出手段は、磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、この磁歪部の表面に、複数の軸方向溝が形成された部分とこの軸方向溝が形成されない部分とがあっても良い。これらの溝の形成された部分と形成されない部分にそれぞれ対向する２つの検出コイルを外方部材に配置し、溝が形成されない部分側の検出コイルを温度補償用に用いても良い。  内方部材に圧縮または引張荷重が作用したときに、軸方向溝が形成される部分に対向する検出コイルの方が感度が良い。また、軸方向溝が形成されない部分にも検出コイルを設けることで、温度補償が行える。車輪用軸受の置かれる温度環境は、寒冷地から高温地帯まであって温度範囲が広い。そのため、温度補償を行うことで、軸方向荷重検出の信頼性が高められる。
【００１８】
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材が炭素鋼からなり、前記磁歪部がＦｅ−Ａｌ合金からなり、前記内方部材と前記磁歪部とを溶接接合したものとしても良い。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、複列の転走面が形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して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】
【００２０】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。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外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１（Ａ）では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図１（Ａ）において、この車輪用軸受１８は、内周に複列の転走面４を有する外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を外周に有する内方部材２と、これら複列の転走面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面４，５は断面円弧状であり、各転走面４，５は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。
【００２１】
外方部材１は固定側の部材となるものであって、図１（Ａ）のようにナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部材とされている。前記車体取付フランジ１ａは、車体（図示せず）に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト（図示せず）で締結される。車体取付フランジ１ａのボルト挿入孔１２はねじ加工されており、上記ボルトはナックルに設けられた貫通孔を貫通して、ボルト挿入孔１２に先端の雄ねじ部分が螺合する。なお、ボルト挿入孔１２をねじ孔とする代わりに、単にボルトが挿通される孔とし、ナット（図示せず）でボルトを締め付けるようにしても良い。
【００２２】
内方部材２は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを外周に有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなる。ハブ輪２Ａには等速ジョイント１３の外輪１３ａが連結されている。ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の転走面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａ内には、等速ジョイント１３の外輪１３ａに一体に形成されたステム１４が挿通され、ワッシャ１５を介してボルト１６を、前記ステム１４の中央に設けられたタップ孔１４ａに螺合させることで、等速ジョイント外輪１３ａがハブ輪２Ａに連結される。すなわち、前記ワッシャ１５は、ハブ輪２Ａの内径面におけるアウトボード側に形成された段差面２ｅに当接するように配置され、このワッシャ１５に挿通されるボルト１６を前記ステム１４のタップ孔１４ａに螺合させることで、等速ジョイント外輪１３ａがハブ輪２Ａに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。
【００２３】
ハブ輪２Ａの内径面のうち、車輪取付フランジ２ａに対応する位置よりもインボード側にはスプライン溝２ｂが形成されており、このスプライン溝２ｂにステム１４の外周面に形成されたスプライン溝１４ｂがスプライン嵌合する。内輪２Ｂは、ハブ輪２Ａのインボード側端部に設けられた加締部２Ａａにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ密封装置である接触式のシール７，８で密封されている。また、等速ジョイント外輪１３ａにおけるハブ輪２Ａとの接合面１３ａａと、この接合面１３ａａに対向する前記内輪２Ｂの幅面との間にはＯリング１７が介挿され、これによりスプライン溝２ｂ、１４ｂの結合部に水分や異物が入ることを防止している。
【００２４】
車輪用軸受１８の複列の転走面４，５よりもアウトボード側の環状空間には、荷重センサ９が配置されている。この荷重センサ９は、被検出部１０と、被検出部１０の磁歪変化を検出する検出部１１とからなる。被検出部１０は、内方部材２に形成される２列の転走面５よりもアウトボード側であって、車輪取付フランジ２ａと車輪取付フランジ２ａに近い側の転走面５とに挟まれたハブ輪２Ａの外径部２ｃに、磁歪材からなる被検出部１０が固着されている。
【００２５】
前記被検出部１０としては、磁歪材であるＦｅ−Ａｌ合金からなるリング状部材が用いられ、ハブ輪２Ａの外径面に溶接あるいは拡散接合される。被検出部１０としてＦｅ−Ａｌ合金を固着したハブ輪２Ａは、焼入れ処理を施した後で、Ｆｅ−Ａｌ合金の表面を研削してから表面をショットピーニングすることにより、残留応力を高めるようにしても良い。被検出部１０の表層には、図２に示すように軸方向に対して±４５度の傾斜角度をなす複数条の傾斜溝１０ａが円周方向に並べて２列形成されている。その傾斜溝１０ａの溝深さは０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度にすることが好ましい。
【００２６】
検出部１１は、被検出部１０に対して径方向に対向するように外方部材１の内径面に圧入等によって固着される。この検出部１１は、図１（Ｃ）に拡大断面図で示すように、コイル巻線１１ａ，１１ｂとヨーク１１ｃからなり、被検出部１０の各列の傾斜溝１０ａにコイル巻線１１ａ，１１ｂの各１つがそれぞれ対向している。なお各コイル巻線１１ａ，１１ｂは、樹脂からなるボビン１１ｄに巻いた状態でヨーク１１ｃ内に組み込まれている。検出部１１からはケーブル１９が引き出されるが、図１（Ｂ）に平面図で示すように、外方部材１のアウトボード側端に設けたＵ字状切り欠き２０の位置にケーブル１９を合わせてから検出部１１を圧入することで、ケーブル１９に邪魔されることなく検出部１１を外方部材１に容易に取付けることができる。
【００２７】
なお、Ｕ字状切り欠き２０を封止するために、Ｕ字状切り欠き２０の形状に合わせた弾性部材２１（たとえばゴム材）にケーブル１９を挿貫させた後、この弾性部材２１がＵ字状切り欠き２０に差し込まれる。Ｕ字状切り欠き２０の部分の密封性をより高めるために、さらに接着剤や熱固着による方法を用いても良い。この処理の後で、シール７の金属環７ａ（図１（Ｂ））が外方部材１の外周に圧入固着される。これにより、Ｕ字状切り欠き２０の上にシール金属環７ａの一部が重なることになり、Ｕ字状切り欠き２０の防水性を高めることができる。なお、弾性部材２１を、その表面が外方部材１の外径面からはみ出す厚みとすることにより、防水効果をより一層高めることができる。さらに他の防水対策として、シール７の金属環７ａと外方部材１との接触部にゴム等の弾性部材を全周に渡って介在させても良い。
【００２８】
ハブ輪２Ａの内径面における前記スプライン結合部よりもアウトボード側の内径部２ｄは、スプライン溝２ｂの形成部内径よりも大径とすることで、被検出部１０が固着されるハブ輪２Ａの剛性を強度に影響しない範囲で低減させている。この構造により、磁歪材からなる被検出部１０にかかるせん断応力が増して、荷重センサ９の感度向上を図ることができる。
【００２９】
荷重センサ９はトルクセンサとして機能する。ハブ輪２Ａに加わる捩れトルクにより、磁歪材からなる被検出部１０の表面には４５度方向のせん断応力が働き、２列の傾斜溝１０ａに沿った方向には引張、圧縮の異なる応力がかかり、その応力変化を対向する検出部１１のコイル巻線１１ａ，１１ｂで磁気抵抗変化として捉えることによりトルクが検出可能である。図３に、その検出部１１の検出回路例を示す。この検出回路は、コイル巻線１１ａと抵抗とからなる第１の直列回路２２と、コイル巻線１１ｂと抵抗とからなる第２の直列回路部２３とを並列に接続したものからなり、第１の直列回路部２２とこれに並列に接続される第２の直列回路部２３とに、発信器２４から数十ｋＨｚの交流電圧が印加される。
【００３０】
第１のコイル巻線１１ａにかかる分割電圧は、整流器２５およびローパスフィルタ２６で直流電圧に変換されて差動増幅器２７の第１入力端子に入力される。また、第２のコイル巻線１１ｂにかかる分割電圧も、別の整流器２５およびローパスフィルタ２６で直流電圧に変換されて、差動増幅器２７の第２入力端子に入力される。差動増幅器２７はこれら２入力の差分を増幅して出力する。この出力はハブ輪２Ａにかかるトルクを検出したものとなる。トルクの値とタイヤ半径が分かれば、タイヤにかかる進行方向荷重を容易に算出できる。
【００３１】
上記検出回路による電気的な処理は、外方部材１に設けた回路基板（図示せず）上で処理するか、ナックル（図示せず）に回路基板を固定して処理をしても良い。さらには、この回路基板を、自動車のＥＣＵ側に内蔵することも可能である。このようにして検出回路で処理されたトルク情報は、図示しない送信手段によって車体側の受信手段にワイヤレスで送信することも可能である。この場合、検出回路を実装した回路基板への電力供給もワイヤレスで行うことも可能である。
【００３２】
図１を参照して、この車輪用軸受装置におけるトルク伝達経路を説明する。エンジンからの駆動力は、等速ジョイントステム１４のスプライン溝１４ｂとハブ輪２Ａの内径面のスプライン溝２ｂとの結合部を経て車輪取付フランジ２ａに伝達され、最終的にはタイヤが駆動される。等速ジョイント１３と車輪用軸受１８との結合はスプライン結合が一般的であり、スプライン結合部はハブ輪２Ａの内径部の車輪取付フランジ２ａに対応する位置まで延びているのが従来の場合の構造である。
【００３３】
これに対して、この実施例では、ハブ輪２Ａの内径部の前記被検出部１０に対応する位置にはスプライン結合部が無く、軸方向におけるスプライン結合部の位置と車輪取付フランジ２ａの位置との間に被検出部１０を配置した構造とされているので、エンジンの駆動力伝達に伴い磁歪材からなる被検出部１０に捩れが確実に伝達される。その結果、荷重センサ９は、ヒステリシスが少なく、かつ直線性のあるトルク検出出力を得ることが可能となる。スプライン結合の隙間を詰めるため、スプラインに数度の角度を付けて隙間を無くすことが行われる場合もあるが、この実施例では、スプライン結合部の捩れる方向と逆向きのトルクを伝達する場合であってもセンサ出力の直線性は確保される。
【００３４】
このように、この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置では、外方部材１と内方部材２間の両側のシール７，８により密封された空間における、複列の転動体３の位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサ９を設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。特に、荷重センサ９を構成する磁歪材からなる被検出部１０の存在する軸方向範囲（ハブ輪２Ａの内径面のうち大径部２ｄに相当する軸方向範囲）に、内方部材２の内径面と等速ジョイント外輪１３ａ間で回転方向の荷重が作用する部分（スプライン結合部）が生じないものとしているので、等速ジョイント１３からのトルクが被検出部１０に正確に伝達され、車輪にかかる荷重をより正確に検出できる。
【００３５】
図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図１〜図３に示した第１の実施形態において、ボルト１６の緩み止め機構を追加したものである。このボルト緩み止め機構は、図４（Ａ）の矢印Ａ方向から見た部分破断正面図を示す図４（Ｂ）のように、ボルト頭部１６ａに嵌合する多角形の筒部２８ａを有する断面Ｌ字状の座金２８と、軸方向に向けてハブ輪２Ａの段差面２ｅに突設された係合ピン２９とを有する。座金２８のフランジ部２８ｂの周縁に形成された複数のＵ字状切り欠き２８ｃの１つに、前記係合ピン２９を係合させることにより、ボルト１６の緩みを防止するように構成されている。ボルト頭部１６ａには、これに嵌合する座金２８の筒部２８ａに跨がって径方向に先割りピン３０を挿通させることで、ボルト頭部１６ａからの座金２８の抜脱防止が図られている。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００３６】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図１〜図３に示した第１の実施形態において、ハブ輪２Ａの内径面におけるアウトボード側の大径部２ｄに、等速ジョイント１３のステム１４をハブ輪２Ａから抜く場合を考慮してタップ３１を成形したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００３７】
図６および図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図１〜図３に示した第１の実施形態において、車輪取付フランジ２ａに隣接した位置に設けた荷重センサ９とは別に、複列の転走面５，５に挟まれる空間に軸方向荷重を検出する軸方向荷重検出手段３９を配置したものである。この軸方向荷重検出手段３９は、磁歪材からなり内方部材２の外径面に設けられる被検出部４０と、この被検出部４０に対して径方向に対向する外方部材１の内径面に設けられる検出部４１とからなる磁歪センサである。被検出部４０は、内方部材２に形成される２列の転走面５，５で挟まれた中間位置のハブ輪２Ａの外径面に固着されている。被検出部４０としては、Ｆｅ−Ａｌ合金からなるリング状部材が用いられ、ハブ輪２Ａの外径面に圧入後、溶接あるいは拡散接合される。ハブ輪２Ａの外径面のうち、被検出部４０であるＦｅ−Ａｌ合金の固着部と転走面５を含めた範囲は、焼入れ処理を施し、さらにその後にＦｅ−Ａｌ合金の表面を研削してから表面をショットピーニングすることにより、残留応力を高めるようにしても良い。
【００３８】
上記被検出部４０の一側部の表層には、図７に部分破断側面図で示すように、軸方向に向けた複数条の溝４０ａが円周方向に並べて１列形成されている。被検出部４０の他側部の表層は溝を形成していない磁歪表面部４０ｂとされている。前記軸方向溝４０ａの溝深さは０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度にすることが好ましい。上記検出部４１は、２つのコイル巻線４１ａ，４１ｂとヨーク４１ｃとでなり、これら両コイル巻線４１ａ，４１ｂの各１つが軸方向溝４０ａと磁歪表面部４０ｂのそれぞれに対向するようにコイル巻線４１ａ、４１ｂが配置される。なお、各コイル巻線４１ａ，４１ｂは樹脂からなるボビン４１ｄに巻いてからヨーク４１ｃ内に組込んである。検出部４１からはケーブル４９が引き出されるが、このケーブル４９は外方部材１に設けられた径方向の貫通孔３６から軸受外に引き出され、その貫通孔３６はゴムなどの弾性部材３７で封止して防水が図られる。
【００３９】
この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置では、ハブ輪２Ａを軸方向に圧縮または引張する荷重が加わると、ハブ輪２Ａに設けられた軸方向荷重検出手段３９の被検出部４０に引張力（または圧縮力）が働く。この時、検出部４１のコイル巻線４１ａ，４１ｂの磁気抵抗は、引張、圧縮の力の大きさにより変化するが、被検出部４０の軸方向溝４０ａに対向するコイル巻線４１ａの方が別のコイル巻線４１ｂよりも感度が良い。低感度側のコイル巻線４１ｂは温度補償用として機能する。
各コイル巻線４１ａ，４１ｂの検出出力を、図３に示す検出回路と同じ回路で処理を行えば、軸方向荷重の検出が可能となる。ここで得られる荷重センサ９や軸方向荷重検出手段３９の出力を情報として取込めば、自動車の走行案性制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。
【００４０】
なお、上記各実施形態では、荷重センサ９，３９を構成する被検出部１０，４０の磁歪材としてＦｅ−Ａｌ合金を用いる場合を例示したが、これ以外にハブ輪２Ａの表層にＡｌを拡散してＦｅ−Ａｌ合金としても良い。Ａｌを金属表層に拡散させる方法として、ハブ輪２ＡとＡｌ粉末を入れた密閉容器を９００℃前後に加熱することが行われる。この場合のＡｌ拡散深さは、処理方法・時間によって変えることもできるが、数十μｍから１００μｍ程度の範囲で処理される。上記Ａｌ拡散処理は、ハブ輪２Ａの母材である構造用鋼に次第に濃度が濃くなるように傾斜的にＡｌを拡散分布させて行う。これにより、ハブ輪２Ａの機械的強度を低下させることなく、磁歪特性の高い磁歪拡散層のＦｅ−Ａｌ合金を得ることができる。
【００４１】
Ａｌを傾斜的な濃度となるように表面から分布させるために、Ａｌは高温雰囲気下で表面から拡散させる。これにより、ハブ輪２Ａの母材である鋼材に、表面から中心方向へ緩やかなカーブの濃度曲線を描きながら、次第にＡｌの濃度が薄くなる層を形成することが可能である。この傾斜的濃度の拡散層は、肉盛溶射の場合のようなポアのない均一な合金層に形成され、疲労による早期亀裂の発生が大幅に抑制される。また、熱処理時の割れも発生しない。
【００４２】
また、Ｆｅ−Ａｌ合金のバルク材から作成された磁歪材であれば、脆いために加工性が低下するが、上記の拡散処理によると、ハブ輪２Ａの機械加工終了後にＡｌの拡散処理を行うことから、通常の鋼材と同じ加工性を有し、生産性が著しく向上する。そのため低コストにできる。Ｆｅ−Ａｌクラッド鋼を使用する場合には、母材となる炭素鋼部を削除したＦｅ−Ａｌ合金層のみを被検出部１０，４０としてハブ輪２Ａに固着しても良い。この場合、Ｆｅ−Ａｌ合金と炭素鋼からなるハブ輪２Ａとの溶接性が良いので、かえって好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図、（Ｂ）は同軸受装置の一部平面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＣ部の拡大図である。
【図２】同軸受装置の一部破断側面図である。
【図３】同軸受装置における荷重センサの検出回路の概略構成図である。
【図４】（Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印Ａ側から見た一部破断正面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。
【図７】同軸受装置の一部破断側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…転走面
７，８…シール（密封装置）
９…荷重センサ
１０…被検出部
１０ａ…傾斜溝
１１ａ，１１ｂ…コイル巻線
１３…等速ジョイント
１３ａ…外輪
３９…軸方向荷重検出手段
４０…被検出部（磁歪部）
４０ａ…軸方向溝
４０ｂ…磁歪表面部
４１…検出部
【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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