(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体３を介在させた車輪用軸受において、センサユニット２１を取付ける。センサユニット２１は、固定側部材である外方部材１の周面または端面に取付けられるセンサ取付部材２２と、そのセンサ取付部材２２の歪みを測定する歪み検出手段２３とでなる。歪み検出手段２３は、センサ取付部材２２の表面に絶縁膜２４を施し、この絶縁膜２４上に、前記センサ取付部材２２の歪みを測定する抵抗体２５を表面処理により形成したものとする。なお、内方部材２が固定側部材である場合は、センサユニット２１のセンサ取付部材２２を、内方側部材２の周面または端面に取付ける。【選択図】        図１
2007078596.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において、
リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
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において、
リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、固定側部材の周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部となる形状とし、前記センサ取付部材における前記接触リング部分と厚肉部との間の部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
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において、
リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、固定側部材の周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にフランジ部を設け、前記センサ取付部材における前記接触リング部分と前記フランジ部との間の部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
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において、
リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、前記非接触リング部分を接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、前記非接触リング部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
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において、
リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、この肉厚を薄くした接触リング部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の曲げ歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
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において、
センサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、前記センサ取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有し、この切欠部の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とす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、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記センサ取付部材を絶縁性材料で形成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、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品である。そのため特許文献１のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。
そこで、歪みゲージを外輪に直接貼り付けるのではなく、センサ取付部材とこのセンサ取付部材の歪みを検出する歪み検出手段とからなるセンサユニットを外輪に取付けることにより、生産性の向上とコスト低減を図ることを試みた。その場合、一般的には、センサ取付部材に歪みセンサを接着剤で貼り付けて、センサユニットとすることが考えられる。しかし、接着剤を用いると、経年変化により接着剤の接着強度が低下して、歪みセンサが脱落したり位置がずれたりするおそれがあり、歪みの検出に悪影響が出ることが懸念される。また、完成品の歪みセンサを用いるのは、歪みセンサ自体の単価が高いため、センサユニット全体のコストアップにつながることが予想される。
【０００７】
この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価とな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】
【０００８】
この発明における第1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において、リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴としている。
【０００９】
この発明における第２の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、固定側部材の周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部となる形状とし、前記センサ取付部材における前記接触リング部分と厚肉部との間の部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したものである。
【００１０】
この発明における第３の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、固定側部材の周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分および非接触リング部分を有し、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にフランジ部を設け、前記センサ取付部材における前記接触リング部分と前記フランジ部との間の部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したものである。
【００１１】
この発明における第４の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、前記非接触リング部分を接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、前記非接触リング部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の軸方向の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したものである。
【００１２】
この発明における第５の発明のセンサ付車輪用軸受は、第１の発明において、リング状のセンサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の横断面形状は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とし、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとし、この肉厚を薄くした接触リング部分の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の曲げ歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したものである。
【００１３】
この発明における第６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において、センサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、前記センサ取付部材は、前記固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有し、この切欠部の表面に絶縁膜を施し、この絶縁膜上に、前記センサ取付部材の歪みを測定する抵抗体を表面処理により形成したことを特徴とする。
【００１４】
第1ないし第６の発明において、例えば、外方部材が固定側部材、内方部材が回転側部材の場合、外方部材の周面または端面にセンサユニットのセンサ取付部材を取付ける。
【００１５】
第１ないし第６の発明において、車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形はセンサ取付部材に歪みをもたらす。センサ取付部材に設けられた歪み検出用の抵抗体が、センサ取付部材の歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、抵抗体の出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。すなわち、前記抵抗体の出力によって、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力、または車輪用軸受の予圧量を推定することができる。このようにして検出した車輪にかかる荷重等は、自動車の車両制御に使用することが出来る。
【００１６】
このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられるセンサ取付部材に歪み検出用の抵抗体を取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに抵抗体を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【００１７】
また、このセンサ付車輪用軸受は、歪み検出手段として完成品の歪みセンサを用いずに、センサ取付部材の表面に施こされた絶縁膜上に歪み検出用の抵抗体を設け、これを歪み検出手段とするので、センサユニットを安価に製作することができる。抵抗体の表面およびその周囲を被膜で被覆すれば、抵抗体がセンサ取付部材に堅固に固定されるので、抵抗体が脱落したり位置がずれたりすることがなく、検出機能維持の信頼性が高い。
【００１８】
第２の発明においては、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部とされているから、剛性が高く変形しにくい。したがって、この厚肉部と接触リング部分との間で発生する歪みは、固定側部材の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。
また、第３の発明においては、非接触リング部分のうち、接触リング部分から遠い部位にはフランジ部が設けられているから、このフランジ部の剛性が高く変形しにくい。したがって、このフランジ部と接触リング部分との間で発生する歪みは、固定側部材の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。
そのため、第２、第３の発明のいずれも、固定側部材の歪みを感度良く検出することができ、検出精度を高めることができる。
【００１９】
さらに、第４の発明においては、センサ取付部材は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とされていて、接触リング部分は非接触リング部分よりも肉厚が厚く剛性が高くて変形し難いが、非接触リング部分は剛性が低くて変形し易い。したがって、非接触リング部分には軸方向の歪みが発生するが、この歪みは固定側部材の軸方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。そのため、非接触リング部分に設けられた歪み検出用抵抗体により、外方部材の変形を感度良く検出でき、検出精度を高めることができる。
【００２０】
第５の発明においても、センサ取付部材は、互いに軸方向に離れて固定側部材に接触する一対の接触リング部分と、これら接触リング部分間に繋がり固定側部材と接触しない非接触リング部分とを有する形状とされているが、いずれか片方の接触リング部分をもう片方の接触リング部分および非接触リング部分よりも肉厚が薄いものとしている。この場合、肉厚を薄くした接触リング部分は固定側部材の変形に従って変形するが、他方の接触リング部分および非接触リング部分は剛性が高くて変形し難い。したがって、肉厚を薄くした接触リング部分に曲げ歪みが発生するが、この歪みは外方部材の周面の軸方向歪みを転写し拡大したものになる。そのため、肉厚を薄くした接触リング部分に設けられた歪み検出用抵抗体により、外方部材の変形を感度良く検出でき、検出精度を高めることができる。
【００２１】
第６の発明においては、センサ取付部材が、固定側部材に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠部を有するものとされ、この切欠部に歪み検出用抵抗体が配置されているので、センサ取付部材の抵抗体の配置箇所が、その剛性の低下により、固定側部材よりも大きな歪みを生じ、固定側部材の歪みを感度良く検出することができる。
【００２２】
前記センサ取付部材を絶縁性材料で形成することができる。絶縁性材料としては、例えば珪素鋼板が好適である。
センサ取付部材を絶縁性材料で形成すれば、絶縁膜が不要になるので、センサユニットの構成が簡略化され、その製作が容易になる。
【発明の効果】
【００２３】
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において、センサ取付部材を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の周面または端面に取付け、このセンサ取付部材の歪みを測定する抵抗体を前記センサ取付部材に取付けたものであるため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できる。センサ取付部材は、固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪み検出用抵抗体を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
また、このセンサ付車輪用軸受は、歪み検出手段として完成品の歪みセンサを用いずに、センサ取付部材の表面に施こされた絶縁膜上に歪み検出用の抵抗体を設け、これを歪み検出手段とするので、センサユニットを安価に製作することができる。抵抗体の表面およびその周囲を被膜で被覆すれば、抵抗体がセンサ取付部材に堅固に固定されるので、抵抗体が脱落したり位置がずれたりすることがなく、検出機能維持の信頼性が高い。
【００２４】
さらに、第２ないし第６の発明においては、センサ取付部材の形状が、固定側部材の歪みをセンサ取付部材における抵抗体の取付箇所へ増幅して伝えることのできる形状とされているので、固定側部材の歪みを感度良く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】
【００２５】
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。
このセンサ付車輪用軸受は、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、各転走面３，４は接触角が外向き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、密封手段７，８によりそれぞれ密封されている。
【００２６】
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、周方向の複数箇所に車体取付孔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、ホイールおよび制動部品（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。
【００２７】
外方部材１のアウトボード側端の内周に、センサユニット２１が設けられている。センサユニット２１の軸方向位置は、密封手段７と転走面３との間とされる。このセンサユニット２１は、リング状のセンサ取付部材２２と、このセンサ取付部材２２に設けられセンサ取付部材２２の歪みを測定する複数の歪み検出手段２３とでなる。歪み検出手段２３は、センサ取付部材２２の内周面の円周方向複数箇所に等配され、この例では、車輪用軸受の上下と左右に対応する４箇所に設けられている。なお、この例では、センサ取付部材２２の断面形状が長方形とされている。
【００２８】
前記歪み検出手段２３は、図３に示すように、センサ取付部材２２の表面に絶縁膜２４を施し、この絶縁膜上２４に歪み検出用の抵抗体２５を表面処理によって形成したものである。絶縁膜２４および抵抗体２５の表面とその周辺を覆うように、保護膜２６が形成される。これにより、抵抗体２５は、センサ取付部材２２に堅固に固定され、かつセンサユニット２１が設けられている軸受空間から遮断される。
センサ取付部材２２の表面に絶縁膜２４を施す代わりに、センサ取付部材２２自体を絶縁性材料で形成してもよい。図４はその1例を示し、この例のセンサ取付部材２２は、芯材である鋼材２２ａの表面に珪素被膜の絶縁層２２ｂが形成されている。このように、センサ取付部材２２自体を絶縁性材料とすれば、絶縁膜２４が不要となる。
【００２９】
センサユニット２１は、外方部材１の内周にセンサ取付部材２２を圧入固定して取付けられる。センサ取付部材２２は、この圧入の際に塑性変形しないものであることが好ましく、また車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力の予想される最大値において、塑性変形しないものであることが好ましい。その材質としては、鋼材の他、銅、黄銅、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。センサ取付部材２２は、これら金属材料をプレス加工したものであっても、削り出し品であってもよい。
【００３０】
図５に示すように、歪み検出用の抵抗体２５には外力計算手段３１、路面作用力計算手段３２、軸受予圧量計算手段３３、および異常判定手段３４が接続され、これにより、抵抗体２５の出力を処理して荷重等をする検出するセンサ信号処理回路が構成されている。上記各手段３１〜３４は、この車輪用軸受の外方部材１等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであっても、また自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられたものであっても良い。
【００３１】
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の内周に取付けられたセンサ取付部材２２に伝わり、センサ取付部材２２が変形する。このセンサ取付部材２２の歪みを、抵抗体２５により測定する。
荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２は、それぞれ、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、抵抗体２５の出力により、車輪用軸受に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力をそれぞれ算出する
【００３２】
異常判定手段３４は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が、設定された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。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することが出来る。
また、外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２により、リアルタイムで車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細やかな車両制御が可能となる。
【００３３】
また、車輪用軸受は内輪１０によって予圧が付加されるが、その予圧によってもリング部材２２は変形する。このため、予め歪みと予圧の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることが出来る。軸受予圧量計算手段３３は、上記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと予圧の関係から、抵抗体２５の出力により、軸受予圧量を出力する。また、軸受予圧量計算手段３３から出力される予圧量を用いることで、車輪用軸受の組立時における予圧の調整が容易になる。
【００３４】
このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられるセンサ取付部材に歪み検出用の抵抗体を取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに抵抗体を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【００３５】
また、このセンサ付車輪用軸受は、歪み検出手段として完成品の歪みセンサを用いずに、センサ取付部材の表面に施こされた絶縁膜上に歪み検出用の抵抗体を設け、これを歪み検出手段とするので、センサユニットを安価に製作することができる。抵抗体の表面およびその周囲を被膜で被覆すれば、抵抗体がセンサ取付部材に堅固に固定されるので、抵抗体が脱落したり位置がずれたりすることがなく、検出機能維持の信頼性が高い。
【００３６】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、本発明によるセンサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図６はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図７はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００３７】
図８ないし図１０は第２の実施形態を示す。この実施形態は、センサユニット２１を構成するセンサ取付部材２２の形状が第１の実施形態と異なるが、他の構成は第１の実施形態と同様であるので、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態のセンサ取付部材２２の横断面形状は、図１０に示すように、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａおよび非接触リング部分２２ｂを有し、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位が他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部２２ｃとなる形状とする。
前記接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の非接触リング部分２２ｂの外周面（接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の凹溝形状部の底部）の4箇所に、このセンサ取付部材２２の軸方向の歪を測定する歪み検出手段２３が設けられている。
【００３８】
この実施形態の場合も、上記同様、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の内周に取付けられたセンサ取付部材２２に伝わり、センサ取付部材２２が変形する。このセンサ取付部材２２の歪みを、歪み検出手段２３の抵抗体２５により測定する。この実施形態のセンサユニット２１においては、センサ取付部材２２の接触リング部分２２ａから遠い部位の非接触部分２２ｂが他の部位よりも肉厚の厚い厚肉部２２ｃとされているから、この部分は剛性が高く変形しにくい。したがって、この厚肉部２２ｃと接触リング部分２２ａとの間で発生する歪みは、外方部材１の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。これによって、抵抗体２５によって外方部材１の変形を感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
この実施形態においても、図５に示すセンサ信号処理回路により、上記同様に抵抗体２５の出力を処理することができる。
【００３９】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、センサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図１１はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図１２はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００４０】
図１３ないし図１５は第３の実施形態を示す。この実施形態も、センサユニット２１を構成するセンサ取付部材２２の形状が第１、第２の実施形態と異なるが、他の構成は第１、第２の実施形態と同様であるので、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態のセンサ取付部材２２の横断面形状は、図１５に示すように、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａおよび非接触リング部分２２ｂを有する点は第１の実施形態と同様であるが、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位に内向きのフランジ部２２ｄを設けている点で異なる。  この場合、接触リング部分２２ａとフランジ部２２ｄとの間の非接触リング部分２２ｂの外周面（接触リング部分２２ａと厚肉部２２ｃとの間の円筒部外周面）に、このセンサ取付部材２２の軸方向の歪を測定する歪み検出手段２３が設けられている。
【００４１】
この実施形態の場合も、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の内周に取付けられたセンサ取付部材２２に伝わり、センサ取付部材２２が変形する。この実施形態のセンサユニット２１においては、非接触リング部分２２ｂのうち、接触リング部分２２ａから遠い部位には内向フランジ部２２ｄが設けられているから、このフランジ部２２ｄの剛性が高く変形しにくい。したがって、このフランジ部２２ｄと接触リング部分２２ａとの間で発生する歪みは、外方部材１の径方向歪みを転写しかつ拡大したものとなり、上記同様高精度の歪み測定が期待される。
この実施形態においても、図５に示すセンサ信号処理回路により、上記同様に抵抗体２５の出力を処理することができる。
【００４２】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、センサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図１６はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図１７はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００４３】
図１８ないし図２０は第４の実施形態を示す。この実施形態も、センサユニット２１を構成するセンサ取付部材２２を除いては、第１ないし第３の実施形態を同じ構成であり、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
図２０に示すように、この実施形態のセンサ取付部材２２の横断面形状は、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢおよび非接触リング部分２２ｂを有する溝形の形状とされていて、非接触リング部分２２ｂはその溝形形状の底壁部分、接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢは上記溝形形状の両側の側壁部分を構成する。両側の接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢは、非接触リング部分２２ｂより肉厚が厚くされている。ここで言う肉厚は、非接触リング部分２２ｂについては半径方向の厚さ、接触リング部分２２ａＡ，２２ａＢについては軸方向の厚さのことである。
非接触リング部分２２ｂにおける外周面、つまりセンサ取付部材２２の内底面に、このセンサ取付部材２２の軸方向の歪みを測定する歪み検出手段２３が設けられている。
【００４４】
この実施形態の場合も、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の内周に取付けられたセンサ取付部材２２に伝わり、センサ取付部材２２が変形する。このセンサ取付部材２２の歪みを、抵抗体２５により測定する。この場合、非接触リング部分２２ｂは、外方部材１の主に軸方向の変形に従って変形する。一方、接触リング部分２２ａＡ、２２ａＢは非接触リング部分２２ｂより肉厚が厚くされているから、この部分は剛性が高く変形しにくい。従って、非接触リング部分２２ｂには軸方向の歪みが発生するが、この歪みは外方部材１の内周の軸方向歪みを転写し且つ拡大したものとなり、これによって、抵抗体２５による歪みの測定精度が高くなる。
この実施形態においても、図５に示すセンサ信号処理回路により、上記同様に抵抗体２５の出力を処理することができる。
【００４５】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、センサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図２１はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図２２はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００４６】
図２３ないし図２５は第５の実施形態を示す。この実施形態も、センサユニット２１を構成するセンサ取付部材２２を除いては、第１ないし第４の実施形態を同じ構成であり、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施形態のセンサ取付部材２２の横断面形状は、図２５に示すように、外方部材１の内周面に対してそれぞれ接触、非接触となる接触リング部分２２ａＣ，２２ａＤおよび非接触リング部分２２ｂを有し、溝形とされている点では、第４の実施形態と同様である。しかし、この実施形態のセンサ取付部材２２は、両側の接触リング部分２２ａＣ，２２ａＤのうち、一方の接触リング部分２２ａＣの肉厚を他方の接触リング部分２２ａＤより厚くすると共に、非接触リング部分２２ｂの肉厚をこれらよりも更に厚くしている。
上記の肉厚の薄い方の接触リング部分２２ａＤの内面に、つまり接触リング部分２２ａＣに対向する側の面に、このセンサ取付部材２２の曲げ方向の歪みを測定する歪検出手段２３が設けられている。
【００４７】
この実施形態においても、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の内周に取付けられたセンサ取付部材２２に伝わり、センサ取付部材２２が変形する。この実施形態のセンサユニット２１においては、歪み検出手段２３が設けられた接触リング部分２２ａＤは、外方部材１の主に軸方向の変形に従って変形するが、片方の接触リング部分２２ａＣおよび非接触リング部分２２ｂはその肉厚を厚くしているから、剛性が高く変形しにくく、薄い方の接触リング部分２２ａＤに曲げ歪が発生する。この歪みは外方部材１の内周の軸方向歪みを転写しかつ拡大したものとなる。これにより、第４の実施形態と同様に、高精度の歪測定が期待される。
この実施形態においても、図５に示すセンサ信号処理回路により、上記同様に抵抗体２５の出力を処理することができる。
【００４８】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、センサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図２６はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図２７はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００４９】
図２８ないし図３０は第６の実施形態を示す。この実施形態は、第１ないし第５の実施形態と異なり、センサユニット２１のセンサ取付部材２２が、外方部材１の円周方向の一部に取付けられている。それ以外は第１ないし第５の実施形態と同じ構成であり、共通部分に同一の符号を付してその説明を省略する。
図３０に示すように、前記センサ取付部材２８は、外方部材１の内周面に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端部に円弧の外周側に張り出した接触固定部２８ａ，２８ｂが形成され、また中央部には円弧の外周側に開口する切欠部２８ｃが形成されている。そして、切欠部２８ｃの背面に位置する円弧の内周側の面に歪み検出手段２３が設けられている。この歪み検出手段２３も、センサ取付部材２８の表面に絶縁膜２４を施し、この絶縁膜上２４に歪み検出用の抵抗体２５を表面処理によって形成したものであり、絶縁膜２４および抵抗体２５の表面とその周辺を覆うように、保護膜２６が形成される。センサ取付部材２８の断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他に各種の形状とすることができる。
【００５０】
このセンサユニット２１は、センサ取付部材２８の長手方向が外方部材１の周方向を向くように、センサ取付部材２８の接触固定部２８ａ，２８ｂによって外方部材１の内周に固定される。これら接触固定部２８ａ，２８ｂの外方部材１への固定は、ボルトによる固定や、接着剤による接着等で行われる。センサ取付部材２２の接触固定部２８ａ，２８ｂ以外の箇所では、外方部材１の内周面との間に隙間を生じている。接触固定部２８ａ，２８ｂのいずれか一方である第１の接触固定部２８ａは、外方部材１に作用する荷重により外方部材１がラジアル方向に最も大きく変形する周方向箇所で外方部材１に固定される。第２の接触固定部２８ｂは、前記固定箇所よりもラジアル方向の変形が少ない箇所で固定される。
【００５１】
この実施形態の場合、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の内周に取付けられたセンサ取付部材２８に伝わり、センサ取付部材２８が変形する。このセンサ取付部材２８の歪みを、抵抗体２５により測定する。この際、センサ取付部材２８は外方部材１におけるセンサ取付部材２８の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形するが、外方部材１と比べてセンサ取付部材２８は円弧状であり、かつ切欠部２８ｃが設けられてこの切欠部２８ｃの箇所で剛性が低下しているので、外方部材１の歪みよりも大きな歪みがセンサ取付部材２８の抵抗体取付箇所に現れる。このため、外方部材１のわずかな歪みも抵抗体２５で正確に検出することができる。
この実施形態においても、図５に示すセンサ信号処理回路により、上記同様に抵抗体２５の出力を処理することができる。
【００５２】
上記実施形態は、センサユニット２１が固定側部材である外方部材１の内周面に設けられているが、センサユニットは外方部材１の端面に設けてもよい。図３１はセンサユニット２１を外方部材１のインボード側の端面に設けた例を示し、図３２はセンサユニット２１を外方部材１のアウトボード側の端面に設けた例を示している。
【００５３】
また、上記各実施形態は、外方部材が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット２１は内方部材の周面または端面に設ける。
また、上記各実施形態では第３世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第１または第２世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第４世代型の車輪用軸受も適用することができる。また、この車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の第１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２】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図３】（ａ）は同センサユニットの要部の正面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】（ａ）は異なるセンサユニットの要部の正面図、（ｂ）はその底面図である。
【図５】センサ信号処理回路の概念構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図７】図１に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図８】この発明の第２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９】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す部分断面正面図である。
【図１０】（ａ）は同センサユニットの要部の横断面図、（ｂ）はその要部の拡大図である。
【図１１】図８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図１２】図８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図１３】この発明の第３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１４】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す部分断面正面図である。
【図１５】（ａ）は同センサユニットの要部の横断面図、（ｂ）はその要部の拡大図である。
【図１６】図１３に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図１７】図１３に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図１８】この発明の第４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１９】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す部分断面正面図である。
【図２０】（ａ）は同センサユニットの要部の横断面図、（ｂ）はその要部の拡大図である。
【図２１】図１８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２２】図１８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２３】この発明の第５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２４】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す部分断面正面図である。
【図２５】（ａ）は同センサユニットの要部の横断面図、（ｂ）はその要部の拡大図である。
【図２６】図２３に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２７】図２３に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図２８】この発明の第６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２９】同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図３０】（ａ）は同センサユニットの正面図、（ｂ）はその底面図である。
【図３１】図２８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所が異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図３２】図２８に示すセンサ付車輪用軸受とはセンサユニットの取付箇所がさらに異なるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…外方部材（固定側部材）
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…密封手段
２１…センサユニット
２２…センサ取付部材
２２ａ，２２ａＡ，２２ａＢ，２２ａＣ，２２ａＤ…接触リング部分
２２ｂ…非接触リング部分
２３…歪み検出手段
２４…絶縁膜
２５…抵抗体
２６…保護膜
２８…センサ取付部材
２８ａ，２８ｂ…接触固定部
２８ｃ…切欠部
【図１】
2007078596.tif 000003
【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】
2007078596.tif 000009
【図８】
2007078596.tif 000010
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2007078596.tif 000020
【図１９】
2007078596.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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