(57)【要約】【課題】  腐食による機能低下の少ない信頼性の高い荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できて、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。【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、外方部材１と内方部材２の端部を密封手段７で密封し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の内周面に取付けられるセンサ取付部材２２と、このセンサ取付部材２２の歪みを測定する歪みセンサ２３とでなる。センサ取付部材２２には、電気化学的にイオン化傾向の高い材料からなる犠牲陽極２４を設ける。この犠牲陽極２４は、センサ取付部材２２を被覆する被膜であってもよく、またセンサ取付部材２２の箇所を特定しない一部分に取付けたバルク材であってもよい。なお、内方部材２が固定側部材である場合は、内方部材２にセンサ取付部材２２を取付ける。【選択図】        図１
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【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、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、
センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材における回転側部材に対向する面に取付け、前記センサユニットに犠牲陽極を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
請求項１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３】
請求項１または請求項２において、前記犠牲陽極が前記センサ取付部材に設けられた被膜であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項３において、前記被膜がメッキによって形成されたもの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、前記犠牲陽極が亜鉛または亜鉛合金であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項１において、前記犠牲陽極がバルク材である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。
また、特許文献１のように外輪に歪みゲージが露出させて設けられていると、歪みゲージが腐食性ガスや腐食性液体に晒される機会が多く、歪みゲージが腐食して、正確なセンシングを行えなくなるという問題点がある。車輪用軸受は、路面下に晒され、塩泥水を被るという厳しい条件下にあり、密封された軸受空間に歪みゲージが設けられている場合でも、軸受空間に腐食性ガスや腐食性液体が侵入することがある。そのため、歪みゲージの腐食を完全に防ぐことはできなかった。
【０００７】
この発明の目的は、腐食による機能低下の少ない信頼性の高い荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できて、車輪にかかる荷重を検出することができ、量産時のコストが安価となる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、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材における回転側部材に対向する面に取付け、前記センサユニットに犠牲陽極を設けたことを特徴する。犠牲陽極は、センサ取付部材、歪みセンサ、および車軸用軸受の構成部材よりも、電気化学的にイオン化傾向の高い材料とする。なお、外方部材が固定側部材、内方部材が回転側部材の場合、外方部材に前記センサユニットを取付ける。
【０００９】
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、その変形はセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。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、歪みセンサ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、前記歪みセンサの出力によって、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。また、この検出した荷重等を自動車の車両制御に使用することが出来る。
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センサを取付けるので、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、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
センサユニットは、密封手段によって密封された外方部材と内方部材との間の軸受空間に配置されているため、通常時には腐食性ガスや腐食性液体に晒されることがない。しかし、悪条件下では軸受空間に腐食性ガスや腐食性液体が侵入することがあり、その場合、センサ取付部材、歪みセンサ、および車輪用軸受の構成部材よりも電気化学的にイオン化傾向の高い材料である犠牲陽極がセンサユニットに設けられていることにより、侵入した腐食性ガスや腐食性液体が犠牲陽極と反応するため、その周辺部品のイオン化すなわち溶出を防ぐので、歪みセンサおよびセンサ取付部材の腐食が防がれる。
【００１０】
前記犠牲陽極が前記センサ取付部材に設けられた被膜である、とすることができる。その場合、前記被膜をメッキによって形成するのが良い。
犠牲陽極をセンサ取付部材に設けられた被膜とすると、センサ取付部材が犠牲陽極の被膜で覆われるので、センサ取付部材の腐食を完全に防止することができるとともに、歪みセンサが犠牲陽極で囲まれた状態となるので、歪みセンサの腐食防止に効果的である。被膜をメッキによって形成すれば、被膜の形成が容易である。
【００１１】
前記犠牲陽極が亜鉛または亜鉛合金であることが好ましい。亜鉛または亜鉛合金は、イオン化傾向が高く、周辺部品が腐食環境に置かれた場合には、まずこの亜鉛または亜鉛合金自体がイオン化して溶出することで、その周辺部品のイオン化すなわち溶出を防ぐことができる。したがって、犠牲陽極が亜鉛または亜鉛合金であると、軸受空間に水分や塩分が侵入した場合に、センサユニットが腐食するのを防止するのに効果的である。
【００１２】
また、この犠牲陽極は、イオン化傾向の高い、すなわち腐食され易い材料で構成すればよく、使用環境によってはアルミニウムやマグネシウムを使用してもよいし、その合金であってもよい。
また、前記犠牲陽極をバルク材としてもよい。つまり、必ずしもセンサ取付部材を犠牲陽極で完全に被覆する必要はなく、センサ取付部材の特に箇所を指定しない一部分に犠牲陽極を取付けてもよい。このバルク材としては、例えば亜鉛、亜鉛合金等を使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
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、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材における回転側部材に対向する面に取付け面に取付けたものであるため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。また、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、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
また、前記センサユニットに犠牲陽極を設けることにより、そのセンサユニットが設けられている軸受空間に腐食性ガスや腐食性液体が侵入した場合に、センサユニットが腐食することを防止できて、腐食による性能低下の少なく、センサの長期安定性に優れ、信頼性の高い荷重検出用センサとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【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。
【００１６】
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、外方部材１に取付けられるセンサ取付部材２２と、このセンサ取付部材２２に貼り付けられてセンサ取付部材２２の歪みを測定する歪みセンサ２３とでなる。
【００１７】
センサ取付部材２２は、外方部材１の円周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２２ａ，２２ｂが形成されている。また、センサ取付部材２２の中央部には円弧の外周側に開口する切欠部２２ｃが形成され、この切欠部２２ｃの背面に位置する円弧の内周側の面に歪みセンサ２３が貼り付けられている。センサ取付部材２２の横断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他の各種の形状とすることができる。
【００１８】
図３の断面図で示すように、センサ取付部材２２は、犠牲陽極２４の被膜で被覆されたものとされる。犠牲陽極２４は、センサ取付部材２２、歪みセンサ２３、および車輪用軸受の構成部材よりも電気化学的にイオン化傾向の高い材料である必要があり、例えば亜鉛または亜鉛合金が適している。犠牲陽極２４が亜鉛または亜鉛合金である場合、メッキによる方法でセンサ取付部材２２の表面に犠牲陽極２４の被膜を形成することができる。
なお、センサ取付部材２２は、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く、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。
【００１９】
このセンサユニット２１は、センサ取付部材２２の接触固定部２２ａ，２２ｂによって外方部材１に固定される。これら接触固定部２２ａ，２２ｂ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２２ａ，２２ｂ以外の箇所では、外方部材１との間に隙間を生じている。
この実施形態の場合、一方の接触固定部２２ａが外方部材１の全周における真上の位置に位置し、もう一方の接触固定部２２ｂが真上位置から数十度下方の位置の位置するように、センサユニット２１が配置されている。外方部材１の全周における真上の位置は、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箇所であり、また真上位置から数十度下方の位置は、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない箇所である。
【００２０】
なお、インボード側の密封手段８は、外方部材１の内周面に取付けられた芯金付きのゴム等の弾性体からなるシール８ａと、内輪１０の外周面に取付けられて前記シール８ａが接触するスリンガ８ｂとでなり、スリンガ８ｂに、円周方向に交互に磁極を有する多極磁石からなる回転検出用の磁気エンコーダ１６が設けられている。磁気エンコーダ１６に対向して、外方部材１に磁気センサ（図示せず）が取付けられる。
【００２１】
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、歪センサ２３により測定する。この際、センサ取付部材２２は外方部材１におけるセンサ取付部材２２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２２は円弧状であり、かつ切欠部２２ｃが設けられてこの切欠部２２ｃ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箇所に現れる。このため、外方部材１のわずかな歪みを歪みセンサ２３で正確に検出することができる。
【００２２】
また、センサ取付部材２２の２箇所の接触固定部２２ａ，２２ｂのうち、一方の接触固定部２２ａが、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箇所である全周における真上の位置に位置し、もう一方の接触固定部２２ｂが、真上位置よりもラジアル方向の変形が少ない真上位置から数十度下方の位置に位置しているため、接触固定部２２ｂを支点にして接触固定部２２ａが大きく変形するときに、センサ取付部材２２の歪みセンサ２３の取付部分が一層大きな歪みを生じることとなり、歪みセンサ２３によって外方部材１の歪みを感度良く検出することができる。このようにして検出される歪みの値から、車軸用軸受に作用する外力等を検出することができる。
【００２３】
センサユニット２１は、密封手段７により密封された軸受空間に設けられているため、通常は外部環境の影響を受けることはない。しかし、悪条件下では、外方部材１および内方部材２と密封手段７とのわずかな隙間から、腐食性ガスや腐食性液体が軸受空間に侵入することがある。このような悪条件としては、例えば、車輪が塩水に冠水した道路や路床が塩水を含む道路を走行する場合が考えられ、その場合、塩水が軸受空間に侵入することとなる。
腐食性ガスや腐食性液体が軸受空間に侵入した場合、腐食性ガスや腐食性液体は、電気化学的にイオン化傾向の高い材料である犠牲陽極２４と反応するため、その周辺部品のイオン化すなわち溶出を防ぐ。つまり、歪みセンサ２３およびセンサ取付部材２２の腐食が防がれる。
【００２４】
上記実施形態では、犠牲陽極２４によってセンサ取付部材２２が完全に被覆されるようにしたが、図４に示すように、犠牲陽極２４をバルク材として、センサ取付部材２２の特に箇所を指定しない一部分に犠牲陽極２４を取付けた構成としても、歪みセンサ２３およびセンサ取付部材２２の腐食を防止するという効果が得られる。バルク材としては、例えば亜鉛、亜鉛合金等を用いることができる。
【００２５】
また、上記実施形態のように、外方部材１の内周の周方向一部分にセンサユニット２１を取付ける構成に限らず、図５、図6に示すように、センサ取付部材２２を外方部材１の内周に嵌合するリング状とし、そのリング状センサ取付部材２２の内周面の複数箇所に歪みセンサ２３を配置して貼り付けた構成としてもよい。この例では、センサ取付部材２２の車輪用軸受の上下と左右に対応する4箇所に、歪みセンサ２３が配置されている。このように複数箇所に歪みセンサ２３を設けると、外方部材１の複数箇所の歪みが複数の歪みセンサ２３によって検出され、その複数の歪みセンサ２３の出力から車輪にかかる荷重等を検出することになるので、車輪にかかる荷重等の検出精度が向上する。
センサユニット２１のセンサ取付部材２２がリング状である場合、図７に示すように、センサ取付部材２２を犠牲陽極２４で完全に被覆するようにしてもよく、また図８に示すように、センサ取付部材２２の特に箇所を指定しない一部分に犠牲陽極２４を取付けてもよい。
【００２６】
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、前記センサ取付部材は内方部材の外周または内周となる周面に取付ける。
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】
【００２７】
【図１】この発明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】センサ取付部材を断面であらわしたセンサユニットの正面図である。
【図４】異なるセンサユニットの正面図である。
【図５】この発明の異なる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６】同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７】（Ａ）はセンサユニットの正面図、（Ｂ）はそのVII―VII断面図である。
【図８】異なるセンサユニットの正面図である。
【符号の説明】
【００２８】
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
２３…歪みセンサ
２４…犠牲陽極
【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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