(57)【要約】【課題】  センサの取り付けが容易であるセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  内軸４及び内輪５からなる回転軌道輪と、この回転軌道輪の外周側を覆うように配置された外輪３からなる固定軌道輪と、その両軌道輪間に介在された転動体６，７とを備えている。外輪３の外周面３ｅには転動体６，７に向かって取付孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されており、この取付孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの内周面に当該取付孔の深さ方向の歪みを計測するための歪みゲージ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが取り付けられている。【選択図】      図１
2007024073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内軸及び内輪からなる回転軌道輪と、この回転軌道輪の外周側を覆うように配置された外輪からなる固定軌道輪と、その両軌道輪間に介在された転動体とを備えている転がり軸受装置であって、
前記外輪の外周面には前記転動体に向かって取付孔が形成されており、この取付孔の内周面に当該取付孔の深さ方向の歪みを計測するための歪みゲージが取り付けられていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
前記取付孔が丸穴であり、前記歪みゲージが前記取付孔に同軸心状に挿通されたパイプ型歪みゲージである請求項１に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であって、前記取付孔の軸心方向が前記転動体の接触角方向を向いている請求項１又は２に記載のセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行時における安全性の要求が高まるなか、事故を未然に防ぐというアクティブセーフティ（予防安全）が注目されている。その具体的な手段として、車両の走行時における運転制御があり、例えばコーナリング時の横滑りを抑制するためにブレーキ力制御やエンジン出力制御等が行われている。このような制御を行う手段として従来知られているものに、走行時に荷重が負荷されると車体に設けたヨーレイトセンサがそれを検出し制御を行う車体安定制御機構がある。この機構は、例えば車体が傾く等の変化が生じると当該車体の挙動情報を検出して制御することができる。しかしこの場合、車体に大きな荷重が作用し始めてから車体に不安定挙動が発生し、その挙動情報が検出されるまでのタイムラグが存在する。そして、この機構は車体が傾いてからその状態を検出するといった事後的な制御を行うものであり、予防安全の観点からは不十分である。
そこで、走行時における車輪（タイヤ）接地点から入力される荷重を、当該車輪が取り付けられる車輪用転がり軸受装置（ハブユニット）において検出する構成が提案されている。このような車輪用転がり軸受装置として従来知られているものに、例えば、特許文献１及び特許文献２があり、車輪用転がり軸受装置の一部にセンサが設けられている。
【０００３】
このような車輪用転がり軸受装置は、車輪を取り付けるための取り付けフランジ部を有する内軸と、車体側の部材である懸架装置が有するナックルに固定するための固定フランジ部を有する外輪と、これらの間に転動自在に設けられている転動体とを備えている。そして、特許文献１に記載されているものは、車輪が取り付けられる取り付けフランジ部に歪みゲージが貼り付けられており、その部分における歪みを計測し、その計測結果に基づいて車輪に作用する荷重を検出している。
また、特許文献２に記載されているものは、車体側に固定される外輪に貫通孔が形成されており、荷重センサ（セラミックセンサ）がこの貫通孔の内壁面で挟まれた状態になって設けられている。そして、貫通孔の内周面側と外周面側との間に作用する荷重を荷重センサによって検出している。
【特許文献１】特開２００４−５３３３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されている車輪用転がり軸受装置は、車輪とともに回転する内軸の取り付けフランジ部に歪みゲージが貼り付けられているため、その歪みゲージからの検出信号を無線装置やスリップリング等を別途設けて制御手段へ出力させる必要があり、構造が複雑になり、測定精度が悪くなるという問題点を有している。
また、特許文献２に記載されている車輪用転がり軸受装置は、荷重センサを取り付けるために寸法精度の高い貫通孔の形成が必要であり、また、センサを貫通孔内に収容させるために、ジャッキ等を用いて貫通孔の開口部を径方向に強制的に拡げ、当該開口部からセンサを挿入する必要があり、取り付け作業に手間がかかるという問題点を有している。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、センサの取り付けが容易であるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、内軸及び内輪からなる回転軌道輪と、この回転軌道輪の外周側を覆うように配置された外輪からなる固定軌道輪と、その両軌道輪間に介在された転動体とを備えている転がり軸受装置であって、
前記外輪の外周面には前記転動体に向かって取付孔が形成されており、この取付孔の内周面に当該取付孔の深さ方向の歪みを計測するための歪みゲージが取り付けられていることを特徴としている。
このような構成によれば、外輪の外周面に取付孔を開け、その取付孔の内周面に歪みゲージを貼り付けるだけでセンサを取り付けることができるので、センサの取り付けが容易となる。
【０００６】
上記センサ付き転がり軸受装置において、前記取付孔が丸穴であり、前記歪みゲージが前記取付孔に同軸心状に挿通されたパイプ型歪みゲージであるのが好ましい。
丸穴は応力の集中が起こりにくいので、外輪の強度をほとんど低下させることなく歪みゲージを設置することができる。そして、取付孔に同軸心状に挿通されたパイプ型歪みゲージは、通常の短冊状の歪みゲージの長辺同士を合わせて筒状にしたような構造であって、通常の短冊状の歪みゲージよりもゲージ幅が大きいため、小さな荷重が作用した場合であっても歪みに対応した抵抗変化が増幅されることにより計測精度が向上する。
【０００７】
また、本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であって、前記取付孔の軸心方向が前記転動体の接触角方向を向いているのが好ましい。
アンギュラ玉軸受においては、内軸（内輪）より転動体を介して外輪へ、転動体の接触角方向に荷重が伝えられるために、荷重が作用すると外輪は転動体の接触角方向に最も大きく歪む。このため、取付孔の軸心方向が転動体の接触角方向を向いていることによってより計測精度が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、センサの取り付けを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のセンサ付き転がり軸受装置（以下、単に軸受装置ともいう）の好ましい実施の形態について、添付した図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明を自動車等の車両の車輪用ハブユニットに適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る軸受装置の断面図である。図１において、右側は車両アウタ側（車輪側）、左側は車両インナ側であり、上側は車両上側であり、下側は車両下側である。本実施の形態の軸受装置１は、転がり軸受装置２と、センサ装置Ｓとによって構成されている。前記転がり軸受装置２は、複列アンギュラ玉軸受タイプのものであり、外輪３と、内軸（ハブ）４と、内輪５と、複数の玉からなる転動体６，７とを備えている。また、転がり軸受装置２には、転動体６，７を周方向に沿って所定間隔で保持する保持器８，９と、外輪３と内軸４との隙間に配置されたシール１０とが設けられている。
【００１０】
上記外輪３は、車体側に固定される固定軌道輪であり、その内周側には、複列の軌道３ａ，３ｂが形成されている。一方、回転軌道輪は、内軸４と内輪５とで構成されており、軌道３ａに対向する内軸４の箇所には、軌道４ａが形成されて、上記転動体７が軌道３ａとの間で転動するようになっている。また、軌道３ｂに対向する内輪５の箇所には、軌道５ａが形成されて、上記転動体６が軌道３ｂとの間で転動するようになっている。
【００１１】
外輪３は、車両インナ側で径方向外側に形成されたフランジ部３ｃと、車両インナ側に軸方向に延ばされた円筒状部３ｄとを有しており、このフランジ部３ｃには、ボルト（図示せず）により上記車両のサスペンション（図示せず）に含まれた固定部品としての円環状のナックル部１４が固定されている。また、円筒状部３ｄの内周面には、カバー１１が圧入されており、転がり軸受装置２の内外輪間の環状開口部を車両インナ側から密封して、当該環状開口部を車両アウタ側から密封する上記シール１０とともに、軸受内部への雨水や異物等の侵入を防いでいる。
また、外輪３の外周面３ｅには、後述するようにその中にセンサ装置Ｓ（歪みゲージ）を埋め込むべく車両インナ側上側、車両アウタ側上側に丸穴１２ａ，１２ｂが、車両インナ側下側、車両アウタ側下側に丸穴１２ｃ，１２ｄが形成されている。ここで、丸穴１２ａ及び１２ｃの軸心方向は転動体６の接触角α方向を向いており、丸穴１２ｂ及び１２ｄの軸心方向は転動体７の接触角α方向を向いている。
【００１２】
上記内軸４は、車両アウタ側端部において径方向外側に形成されたフランジ部４ｂを有しており、このフランジ部４ｂに圧入固定されたボルト１５によって、車輪側部材１６が当該フランジ部４ｂに固定されている。なお、車輪側部材１６としては、車輪のホイール、ディスクブレーキ用のブレーキロータがある。また、内軸４の車両インナ側には上記内輪５を外嵌させるための小径部４ｃが形成されている。この小径部４ｃの車両アウタ側には環状の段付き面（突き当て面）４ｄが形成されており、この段付き面４ｄの外周縁から車両アウタ側に向かって中径部４ｅが形成されている。この中径部４ｅのさらに車両アウタ側には大径部４ｆが形成されており、この大径部４ｆの外周面は上記シール１０のシール面とされている。
上記内輪５は、内軸４の小径部４ｃに外嵌され、且つ段付き面４ｄに突き当てられている。そして、小径部４ｃの車両インナ側に設けられたかしめ部４ｇをかしめることによって、この内輪５は内軸４に固定されている。
【００１３】
上記センサ装置Ｓは、転がり軸受装置２に作用する荷重を検出するものであり、その軸受の転動体荷重を個別に測定できるようになっている。
具体的にいえば、センサ装置Ｓにおいては、４個の歪みゲージ（パイプ型歪みゲージ）１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが上記丸穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにそれぞれ同軸心状に埋め込まれている。これにより、パイプ型歪みゲージ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは外輪３に形成された丸穴１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの深さ方向の歪みをそれぞれ計測することができる。パイプ型歪みゲージは、通常の短冊状の歪みゲージの長辺同士を合わせて筒状にし、その表面に抵抗体を形成し、抵抗体の両末端にゲージリードが付けられた構造をしているので、通常の短冊状の歪みゲージよりもゲージ幅が大きい。このため、小さな荷重が作用した場合であっても歪みに対応した抵抗変化が増幅されることにより計測精度が向上する。また、転動体６，７の接触角α方向は力が加わる方向であるために荷重が作用すると外輪３が転動体６，７の接触角α方向に最も大きく歪む。このため、取付孔１２の軸心方向が転動体６，７の接触角α方向を向いていることにより、その深さ方向の歪みを精度よく計測することができる。
【００１４】
このセンサ付き軸受装置１によると、車輪の接地荷重が変動すると、転動体６，７が公転しながら荷重を内輪５及び内軸４から外輪３に伝えることによって当該外輪３に歪みが生じ、パイプ型歪みゲージ１３の電気抵抗値が変動し、これが電圧の変動量に変えられて出力される。例えば、車両直進時には主にパイプ型歪みゲージ１３ａ，１３ｂに荷重が作用し、図２（ａ）に示すように、パイプ型歪みゲージ１３ａ及び１３ｂに周期的な波形が表れる。そして、車両旋回時等に図１に示した矢印方向にモーメントが作用した場合には、図２（ｂ）に示すように、主にパイプ型歪みゲージ１３ａ及び１３ｄに周期的な波形が直進時と比べて大きな振幅で表れる。センサ装置Ｓの処置手段には、電圧の変動値から接地荷重の変動値を求める演算式が蓄えられており、この処理手段によって、パイプ型歪みゲージの出力に基づいた接地荷重の変動量が求められる。得られた接地荷重の変動量は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【００１５】
以上のように構成された実施形態によれば、外輪３の外周面に丸穴１２を開けて、その丸穴１２にパイプ型歪みゲージ１３を同軸心状に埋め込むだけで取り付けることができるため、取り付けが容易である。また、車輪が直接取り付けられる（車輪から最も近い）転がり軸受装置２の外輪３にパイプ型歪みゲージ１３が埋め込まれているため、車輪から入力される荷重によって当該外輪３に生ずる歪みを迅速に計測することができる。つまり、車輪に荷重が作用してからその影響をパイプ型歪みゲージ１３が検知するまでの時間が短いため、より高度な運転制御が可能となる。具体的に説明すると、従来のように、例えばコーナリング時に作用した荷重によって車体側に生じた異常挙動（車体の傾き）を検出するのではなく、車体が傾く前に車輪から大きな荷重が作用してこの軸受装置２に歪みが生じると、その状態を検出することができるため、車体が異常挙動を示す前に制御することが可能となる。
また、車両の各車輪に取り付けられる軸受装置２のそれぞれに、このセンサ装置Ｓを取り付けさせることにより、四輪独立制御式の車体安定制御機構とすることができる。
【００１６】
本発明において、前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。
前述の実施形態においては、取付孔の断面は丸形となっているが、その断面の形状は丸形に限定されず、例えば四角形、三角形であってもよい。また、歪みゲージとしてパイプ型歪みゲージを使用しているが、パイプ型歪みゲージに限定されず、種々の歪みゲージを取付孔の内周面に接着して使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るセンサ付き転がり軸受装置の断面図である。
【図２】（ａ）は車両直進時の出力イメージを示す図であり、（ｂ）は車両旋回時等の出力イメージを示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      センサ付き転がり軸受装置
２      転がり軸受装置
３      外輪（固定軌道輪）
４      内軸（回転軌道輪）
５      内輪（回転軌道輪）
６，７  転動体
１２ａ〜１２ｄ    丸穴
１３ａ〜１３ｄ    パイプ型歪みゲージ
Ｓ      センサ装置
【図１】
2007024073.tif 000003
【図２】
2007024073.tif 000004