(57)【要約】【課題】  軸受外部に引き出す信号ケーブルの固定を容易に行なうことができ、かつセンサの組付も容易で、信頼性が高く安価なセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  車輪用軸受は、外方部材１と内方部材２の対向し合う複列の転走面３，４間に転動体５を介在させてなる。外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジ１ａを外周に有する。固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニット２０を設ける。車体取付用のフランジ１ａの側面に回路固定用のステー３２を設け、このステー３２にセンサユニット２０の出力信号を演算処理する演算処理回路３１と、この演算処理回路３１で演算されたデータを外部に送信する信号ケーブル４０とを設ける。信号ケーブル４０をステー３２の一部からなる固定手段４１〜４３で固定する。【選択図】      図１
2012242273.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、前記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、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、
上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用のステーを設け、このステーに前記センサユニットの出力信号を演算処理する演算処理回路と、この演算処理回路で演算されたデータを外部に送信する信号ケーブルとを設け、この信号ケーブルを前記ステーの一部からなる固定手段で固定し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、前記回路固定用のステーは、前記車体取付用のフランジの側面に、このフランジ側面と平行でかつフランジの周方向に沿うように配置され、その複数箇所に前記信号ケーブルの固定手段として断面半円弧状のクランプ部が設けられているセンサ付車輪用軸受。
【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、前記信号ケーブルの固定手段として、前記回路固定用のステーの一部に断面Ｃ字状のクランプ部が設けられてい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、前記回路固定用のステーの一部に、前記信号ケーブルを軸受外部に取り出すための切欠き部が設けられているセンサ付車輪用軸受。
【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、前記回路固定用のステーは、耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記回路固定用のステーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したもの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、前記回路固定用のステーと前記演算処理回路と前記信号ケーブルの一部とが一体に樹脂モールドされているセンサ付車輪用軸受。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記回路固定用のステーは樹脂成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１０】
請求項９において、前記演算処理回路は、前記回路固定用のステーにインサート成形されているセンサ付車輪用軸受。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいすれか１項において、前記演算処理回路は、前記センサユニットの出力信号を直接ＡＤ変換するＡＤ変換器を備えるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記演算処理回路は、前記センサユニットのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサユニットの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記演算処理回路は、前記センサユニットの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備えるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆ったセンサ付車輪用軸受。
【請求項１５】
請求項１４において、前記保護カバーは、耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１６】
請求項１４において、前記保護カバーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、前記車体取付用のフランジの側面に、前記信号ケーブルを軸受外部に引き出す貫通孔を設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１８】
請求項１４ないし請求項１６のいずれか１項において、前記保護カバーにおける前記車体取付用のフランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルを軸受外部に引き出す貫通孔を設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１９】
請求項１７または請求項１８において、前記貫通孔にシール材を塗布したセンサ付車輪用軸受。
【請求項２０】
請求項１７または請求項１８において、前記信号ケーブルにブッシュを設け、信号ケーブルを前記貫通孔に挿通するときに前記ブッシュを前記貫通孔に取付けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０のいずれか１項において、前記荷重検出用センサユニットは、前記固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサからなるセンサ付車輪用軸受。
【請求項２２】
請求項１ないし請求項２１のいずれか１項において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配したセンサ付車輪用軸受。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項２２のいずれか１項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２２のいずれか１項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に対して点対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項２５】
請求項１４ないし請求項２４のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とするセンサ付車輪用軸受の組立方法。
【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】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、図１８のように車輪用軸受の外輪９０に歪みゲージ９１を貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重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）。また、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特表２００８−５４２７３５号公報
【特許文献３】特開２００８−１８５４９６号公報
【特許文献４】特開２００８−１８５４９７号公報
【特許文献５】特開２００９−１９２３８９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１３８９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、環境温度によるセンサのドリフトや、センサユニットの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが問題となる。
このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。
【０００５】
上記したセンサ出力信号のオフセット機能を持たせた荷重推定手段として、歪みセンサの出力信号を増幅する増幅回路のほか、オフセット調整回路、オフセット補償回路、線形補正回路、出力回路、コントローラ、外部インタフェースを備えた構成例のものが提案されている（例えば特許文献３，４）。
【０００６】
しかし、軸受の外輪に搭載する歪みセンサの数が増えた場合、それだけ上記した増幅回路やオフセット調整回路を含む前処理回路も増加するため、回路基板のサイズが大きくなり、軸受外輪上に搭載することが難しくなる。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するために、センサユニットの出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換器を車輪用軸受の外輪に設けて、配線数を低減することが考えられる。しかし、この場合に、センサユニット上にＡＤ変換器を設けるとすると、各センサユニットごとにＡＤ変換器を設ける必要があり、コスト増を招く。そこで、図１９のように２つのセンサユニット１１０ごとに共通のＡＤ変換器１０８を設けたり、図２０のように４つのセンサユニット１１０に共通の１つのＡＤ変換器１０８を設けることが考えられるが、いずれにしてもＡＤ変換器１０８をどのように固定するかが問題になる。車輪用軸受の外輪１２０に直接ＡＤ変換器１０８を設けようとすると、センサユニット１１０の場合と同様に、外輪に専用の台座を設ける必要がある。その場合には、外輪１２０の円筒部が上下左右で非対称となるため、センサユニット１１０を構成する２つ以上の歪みセンサの出力信号が複雑化してしまい、荷重検出が難しくなる。車輪用軸受の外輪に取付けるセンサユニットを保護カバーで覆う構成のものも提案されており（例えば特許文献５，６）、この保護カバーにＡＤ変換器を設けることも考えられるが、この場合には保護カバーの取付け時に回路の配線を行わなければならず、組立性が悪いという問題がある。
【０００８】
この構成の場合に、図２１や図２２に示すように、車輪用軸受の車体取付用のフランジ１２０ａの側面に回路固定用ステー１２２を設けて、このステー１２２にセンサの出力信号を演算処理する前記ＡＤ変換器を含めた演算処理回路１２１を取付けることが考えられる。しかし、この場合には、前記演算処理回路１２１から外部に引き出される信号ケーブル１３０をどのように固定するかが問題となる。
【０００９】
車輪用軸受の外輪に取付けるセンサユニットを保護カバーで覆う構成の提案例（例えば特許文献５，６）の場合でも、保護カバーから外部に引き出される信号ケーブルをどのように固定するかが問題となる。すなわち、信号ケーブルが固定されていないと、センサユニットの取付時や保護カバーの取付時、あるいは全体の組付が終った後などに信号ケーブルに外力が加わると、回路と信号ケーブルとの接続部が破損する可能性がある。
【００１０】
この発明の目的は、軸受外部に引き出す信号ケーブルの固定を容易に行なうことができ、かつセンサの組付も容易で、信頼性が高く安価な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】
【００１１】
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、前記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、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用のステーを設け、このステーに前記センサユニットの出力信号を演算処理する演算処理回路と、この演算処理回路で演算されたデータを外部に送信する信号ケーブルとを設け、この信号ケーブルを前記ステーの一部からなる固定手段で固定したことを特徴とする。この場合の固定側材は例えば軸受の外方部材である。
【００１２】
この構成によると、固定側部材の車体取付用のフランジの側面に回路固定用のステーを設け、このステーに荷重検出用センサユニットの出力信号を演算処理する演算処理回路を設けているので、固定側部材の円筒部の周面の形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でＡＤ変換器などを含む演算処理回路を取付けることができ、組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
特に、演算処理回路と共に回路固定用のステーに設けられた信号ケーブルを、ステーの一部からなる固定手段で固定するようにしているので、信号ケーブルに外力が加わった場合に、前記固定手段と信号ケーブルのシース部とで外力を吸収することができ、信号ケーブルと演算処理回路との接続部に外力が加わらないように保護することができる。その結果、軸受外部に引き出す信号ケーブルの固定を容易に行なうことができ、かつセンサの組付も容易で、信頼性が高く安価なセンサ付車輪用軸受とすることができる。
【００１３】
この発明において、前記回路固定用のステーは、前記車体取付用のフランジの側面に、このフランジ側面と平行でかつフランジの周方向に沿うように配置され、その複数箇所に前記信号ケーブルの固定手段として断面半円弧状のクランプ部が設けられていても良い。また、信号ケーブルの固定手段として、前記回路固定用のステーの一部に断面Ｃ字状のクランプ部が設けられていても良い。このように、クランプ部を断面Ｃ字状にして信号ケーブルを巻き込んで固定すると、より強固に信号ケーブルを固定することができる。
【００１４】
また、この発明において、前記回路固定用のステーの一部に、前記信号ケーブルを軸受外部に取り出すための切欠き部が設けられていても良い。
【００１５】
この発明において、前記回路固定用のステーは、耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであっても良いし、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであっても良い。
このように構成した場合、回路固定用のステーの錆により演算処理回路の取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。
【００１６】
この発明において、前記回路固定用のステーと前記演算処理回路と前記信号ケーブルの一部とが一体に樹脂モールドされていても良い。この場合も、回路固定用のステーの錆により演算処理回路や信号ケーブルの取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作や、信号ケーブルの断線などを解消できる。
【００１７】
この発明において、前記回路固定用のステーは樹脂成形したものであっても良い。この場合に、前記演算処理回路は、前記回路固定用のステーにインサート成形されていても良い。この場合も、回路固定用のステーの錆により演算処理回路の取付部が盛り上がったり、演算処理回路にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作を解消できる。回路固定用のステーに演算処理回路をインサート整形した場合、ステーへの演算処理回路の取付け作業を省略できる。
【００１８】
この発明において、前記演算処理回路は、前記センサユニットの出力信号を直接ＡＤ変換するＡＤ変換器を備えるものであっても良い。
【００１９】
この発明において、前記演算処理回路は、前記センサユニットのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサユニットの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるものであっても良い。
【００２０】
この発明において、前記演算処理回路は、前記センサユニットの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備えるものであっても良い。
【００２１】
この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆っても良い。  この構成の場合、センサユニットおよび演算処理回路を保護カバーで被覆できて、外部環境の影響によるセンサユニットや演算処理回路の故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニットや演算処理回路を確実に保護することができる。
【００２２】
この発明において、前記保護カバーは、耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであっても良いし、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであっても良い。
【００２３】
この発明において、前記車体取付用のフランジの側面に、前記信号ケーブルを軸受外部に引き出す貫通孔を設けても良い。また、前記保護カバーにおける前記車体取付用のフランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルを軸受外部に引き出す貫通孔を設けても良い。
このようにフランジの側面や保護カバーの円頭部に、信号ケーブルを軸受外部に引き出す貫通孔を設けることで、外力により信号ケーブルが引っ張られた場合に、貫通孔でも外力を緩和することができる。信号ケーブルの周方向への変位を規制することもできるので、信号ケーブルの固定がより確実なものとなる。
【００２４】
また、前記フランジや保護カバーの貫通孔にシール材を塗布しても良い。保護カバーの貫通孔にシール材を塗布した場合、保護カバーの密封性をより高めることができる。
【００２５】
この発明において、前記信号ケーブルにブッシュを設け、信号ケーブルを前記フランジや保護カバーの貫通孔に挿通する際に前記ブッシュを前記貫通孔に取付けるようにしても良い。
【００２６】
この発明において、前記荷重検出用センサユニットは、前記固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサからなるものとしても良い。
車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変化が生じる。上記構成のセンサユニットでは、その歪み発生部材が固定側部材に接触固定されているので、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで感度良く検出され荷重を精度良く推定することができる。
【００２７】
この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
このように４つのセンサユニットを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００２８】
この発明において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状、または軸受軸心に対して点対称となる形状としても良い。
この構成の場合、固定側部材の形状が単純化され、固定側部材の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。
【００２９】
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、前記発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とする。
この組立方法によると、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
【発明の効果】
【００３０】
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、前記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、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、上記固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、前記車体取付用のフランジの側面に回路固定用のステーを設け、このステーに前記センサユニットの出力信号を演算処理する演算処理回路と、この演算処理回路で演算されたデータを外部に送信する信号ケーブルとを設け、この信号ケーブルを前記ステーの一部からなる固定手段で固定したため、軸受外部に引き出す信号ケーブルの固定を容易に行なうことができ、かつセンサの組付も容易で、信頼性が高く安価なセンサ付車輪用軸受とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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をアウトボード側から見た正面図である。
【図３】（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における回路固定用のステーでの信号ケーブルの固定箇所を示す側面図、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）におけるＢ部、Ｃ部、およびＤ部の各断面図である。
【図４】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】（Ａ）は同センサ付車輪用軸受におけるフレキシブル基板でのセンサユニットの一配置例を示す展開平面図、（Ｂ）は（Ａ）のVIb −VIb 矢視断面図である。
【図７】（Ａ）は同センサ付車輪用軸受におけるフレキシブル基板でのセンサユニットの他の配置例を示す展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。
【図８】（Ａ）は同センサ付車輪用軸受におけるフレキシブル基板でのセンサユニットのさらに他の配置例を示す展開平面図、（Ｂ）は同断面図である。
【図９】センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。
【図１０】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の他の例を示すブロック図である。
【図１２】センサ出力信号の平均値と振幅値を演算する演算部の回路例のブロック図である。
【図１３】平均値および振幅値から荷重を推定・出力する回路部のブロック図である。
【図１４】この発明の他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１５】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図１６】（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における回路固定用のステーでの信号ケーブルの固定箇所を示す側面図、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）におけるＢ部、Ｃ部、およびＤ部の各断面図である。
【図１７】この発明のさらに他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１８】従来例の斜視図である。
【図１９】提案例におけるＡＤ変換器の設置構成の一例を示す断面図である。
【図２０】提案例におけるＡＤ変換器の他の設置構成例を示す断面図である。
【図２１】他の提案例での外方部材の断面図である。
【図２２】同提案例での外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図１３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。
【００３３】
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、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を外周に形成した内方部材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、ボール接触角が背面合わせ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、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
【００３４】
外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置におけるナックル（図示せず）に取付ける車体取付用フランジ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には周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔（図示せず）が設けられ、インボード側よりナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルト（図示せず）を前記ねじ孔に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックルに取付けられる。
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１５の圧入孔１６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、車輪および制動部品（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。
【００３５】
図２は、このセンサ付車輪用軸受における前記外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、その正面形状が、軸受軸心Ｏに直交する線分（例えば図２における縦線分ＬＶあるいは横線分ＬＨ）に対して線対称となる形状、または軸受軸心Ｏに対して点対称となる形状とされている。具体的には、この例ではその正面形状が円形とされている。
【００３６】
固定側部材である外方部材１の外径面には、４つのセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部および左面部に、円周方向９０度の位相差で等配されている。
【００３７】
これらのセンサユニット２０は、図４および図５に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂとでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部に、幅方向に延びるスリット状の切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面に接触固定される３つの接触固定部２１ａを有する。３つの接触固定部２１ａは、歪み発生部材２１の長手方向に向けて１列に並べて配置される。つまり、図５において、左端の接触固定部２１ａと中央の接触固定部２１ａとの間に１つの歪みセンサ２２Ａが配置され、中央の接触固定部２１ａと右端の接触固定部２１ａとの間に他の１つの歪みセンサ２２Ｂが配置される。切欠き部２１ｂは、図４のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂは歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂ周辺における長手方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。
【００３８】
前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが外方部材１の軸方向について同じ位置で、かつ各接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。このとき、センサユニット２０の上面に配置されるフレキシブル基板３０も、センサユニット２０と共に外方部材１の外径面に固定される。フレキシブル基板３０は、外方部材１の外径面に沿って外方部材１と同心にリング状に配置される帯状の一枚基板である。つまり、４つのセンサユニット２０は１つのフレキシブル基板３０の裏面側に取付けられ、フレキシブル基板３０と共に外方部材１の外径面に固定される。フレキシブル基板３０は外方部材１の外径面に沿ってリング状に配置されるため、そのベース材質としてはポリイミドが望ましい。フレキシブル基板３０のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板３０に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができ、外方部材１の周方向に容易に沿わせることができる。
【００３９】
前記各ボルト２４は、それぞれフレキシブル基板３０のボルト挿通孔３０ａから、歪み発生部材２１の接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたねじ孔２７に螺合させる。ボルト２４の頭部と歪み発生部材２１との間にはワッシヤ２８を介在させる。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面おける前記各接触固定部２１ａが接触固定される箇所には平坦部１ｃが形成される。また、外方部材１の外径面における３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部には溝１ｂが設けられる。このように、外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂを有する各部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。
【００４０】
歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂとしては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂを金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂを歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
【００４１】
図６（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０の一配置例の平面展開図およびその断面図を示す。この配置例では、フレキシブル基板３０上に４つのセンサユニット２０が直接に取付けられている。センサユニット２０はフレキシブル基板３０の裏面（外方部材１の外径面と対向する面）側に取付けられ、センサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号を取り出す配線回路３４がフレキシブル基板３０の裏面または表面または表裏両面に回路パターンとして印刷されている。センサユニット２０は半田付けなどにより前記配線回路３４に接続される。センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の外方部材１との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板３０の配線回路３４の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板３０に取付けられる。この例では、フレキシブル基板３０のセンサユニット配置部におけるセンサユニット２０の両側部に相当する部分に、フレキシブル基板３０の長手方向に延びる帯状の開口３０ｂが形成されている。これにより、センサユニット２０の外方部材１との密着面は、回路印刷面や半田部がない平坦面となり、外方部材１にセンサユニット２０を密着させて取付けることができる。フレキシブル基板３０はその長手方向の中間部に分岐部３０ｄを有し、この分岐部３０ｄを介して各センサユニット２０の歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂが演算処理回路３１（図１，図２）に接続される。演算処理回路３１は、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号を演算処理して、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy ）を推定する回路であって、回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子からなる。この演算処理回路３１の構成の一例を図１０および図１１にブロック図で示す。
【００４２】
図７（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０の他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例でも、センサユニット２０のすべてがフレキシブル基板３０上に取付けられている。この配置例では、フレキシブル基板３０のセンサユニット配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３０ｃが形成されている。
このように、フレキシブル基板３０におけるセンサユニット２０の配置部に、センサユニット２０の略全体が露出する方形の開口３０ｃを形成することにより、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形がフレキシブル基板３０で規制されるのを確実に防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。その他の構成は、図６に示した配置例の場合と同様である。
【００４３】
図８（Ａ），（Ｂ）は、前記フレキシブル基板３０でのセンサユニット２０のさらに他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例では、各センサユニット２０を、フレキシブル基板３０の配線回路３４との接続部を除いて、フレキシブル基板３０から切り離している。その他の構成は、図６に示した配置例の場合と同様である。
【００４４】
演算処理回路３１の回路基板は、図１のように回路固定用のステー３２を介して外方部材１の車体取付用のフランジ１ａのアウトボード側を向く側面に取付けられる。ここでは、回路固定用のステー３２は略円環状の板部材からなり、前記フランジ１ａのアウトボード側を向く側面に、この側面と平行でかつフランジ１ａの周方向に沿うように外方部材１と同心にスペーサ３３（図１）を介して配置される。ステー３２の周方向の一部には切欠き部３２ａが形成され、これによりステー３２の形状は円弧状とされている。また、演算処理回路３１の回路基板も回路固定用のステー３２と略同じ円弧状とされ、ステー３２の前面にこれと重ねて配置され、ステー３２と共に複数のボルト３５（図１）によりフランジ１ａの側面に固定される。なお、ボルト３５による固定でなく、接着により回路固定用のステー３２をフランジ１ａの側面に固定し、さらにステー３２の前面に接着により演算処理回路３１の回路基板を固定しても良い。演算処理回路３１には、この回路で処理されたデータを軸受外部へ取り出す信号ケーブル４０（図２）が接続されている。信号ケーブル４０と演算処理回路３１との接続は、半田やコネクタなどの接続手段により、電気的かつ機械的に接続される。この信号ケーブル４０は、ステー３２の前記切欠き部３２ａから軸受外部に取り出される。
【００４５】
また、回路固定用のステー３２には、信号ケーブル４０を固定する手段として、図２および図３に示すように、周方向に互いに離間して並ぶ３つのクランプ部４１，４２，４３が一体に設けられている。図３（Ａ）はこれらクランプ部４１〜４３の側面図を示し、図３（Ｂ）〜（Ｄ）は図３（Ａ）におけるＢ部、Ｃ部、およびＤ部の断面図を示す。信号ケーブル４０の前記演算処理回路３１との接続部に最も近い第１のクランプ部４１は、ステー３２からの切り起こし片をフランジ１ａ側に折り曲げて、信号ケーブル４０の周面のフランジ１ａ側を向く半周分に押し当てた断面半円弧状とされている。このクランプ部４１に隣接する第２のクランプ部４２は、ステー３２からの切り起こし片をフランジ１ａから離れるアウトボード側に折り曲げて、信号ケーブル４０の周面のフランジ１ａとは反対側を向く半周分に押し当てた断面半円弧状とされている。このクランプ部４２に隣接して前記切欠き部３２ａの近傍に位置する第３のクランプ部４３は、ステー３２からの切り起こし片をフランジ１ａ側に折り曲げて、信号ケーブル４０の周面のフランジ１ａ側を向く半周分に押し当てた断面半円弧状とされている。
【００４６】
前記回路固定用のステー３２には、例えば耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものが用いられる。このほか、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものを用いても良い。また、回路固定用のステー３２と演算処理回路３１の回路基板と信号ケーブル４０の一部とが一体に樹脂モールドされていても良い。さらには、回路固定用のステー３２として、樹脂成形したものを用いても良い。これにより、回路固定用のステー３２の錆により演算処理回路３１の取付部や信号ケーブル４０の接続部が盛り上がったり、演算処理回路３１にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する演算処理の誤動作や信号ケーブル４０の断線を解消できる。回路固定用のステー３２を樹脂成形品とする場合には、演算処理回路３１をステー３２にインサート成形するものとしても良い。この場合には、回路固定用のステー３２への演算処理回路３１の取付け作業を省略できる。
【００４７】
図１０に示す演算処理回路３１の構成例では、各センサユニット２０の歪みセンサ２２がＡＤ変換器４９を介して荷重推定手段５０に接続される。すなわち、歪みセンサ２２の出力信号は、ＡＤ変換器４９で直接にＡＤ変換されて、このＡＤ変換された歪みセンサ２２の出力信号が荷重推定手段５０に入力される。この場合のＡＤ変換器４９としては、少なくとも２０ビット以上の分解能を持つものが用いられる。また、ＡＤ変換器４９は多チャンネル入力の小型素子とし、複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を１つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット５９を構成している。ＡＤ変換器４９の方式は、デジタル・シグマ型変換器とすることが、高精度で比較的高速な特徴を持つ点で望ましい。
【００４８】
荷重推定手段５０は、センサユニット２０の歪みセンサ２２のＡＤ変換された出力信号から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ．軸方向荷重Ｆy ）を推定する手段であり、例えばマイクロコンピュータで構成される。このマイクロコンピュータからなる荷重推定手段５０は、１つの基板上に各種の電子部品を実装したものであっても、１チップのものであっても良い。荷重推定手段５０は、オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、ローパスフィルタ等のフィルタ処理回路５３、荷重推定演算回路５４、コントロール回路５５などを有する。オフセット調整回路５１は、歪みセンサ２２の初期オフセットや、車輪用軸受への固定によるオフセットなどを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路５５による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。オフセットの原因は歪みセンサ２２のばらつきやセンサ固定時の歪みなどであることから、車輪用軸受にセンサユニット２０を取付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。
【００４９】
このように、センサ付車輪用軸受の組立完了後に、歪みセンサ２２の出力信号が規定値となるようにオフセット調整回路５１でオフセットを調整すると、センサ付車輪用軸受が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点とすることができるため、センサ出力信号の品質を確保することができる。
【００５０】
また、歪みセンサ２２の出力信号には、歪みセンサ自体の温度特性や、固定側部材である外方部材１の温度歪みなどによるドリフト量が存在する。温度補正回路５２は、オフセット調整された歪みセンサ２２の出力信号の温度に起因するドリフトを補正する回路である。温度によるドリフトを補正するために、図４のように少なくとも１つのセンサユニット２０の歪み発生部材２１には温度センサ２９が設けられ、この温度センサ２９の出力信号がＡＤ変換器４９でデジタル化されてから前記温度補正回路５２に入力される。
【００５１】
荷重推定演算回路５４では、前記オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、フィルタ処理回路５３によりオフセット調整処理、温度補正処理、フィルタ処理などが施された歪みセンサ２２のデジタル化された出力信号に基づき、荷重推定演算が行われる。この荷重推定演算回路５４は、前記垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy と、歪みセンサ２２の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、歪みセンサ２２の出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。荷重推定手段５０の荷重推定演算回路５４で得られた荷重データは、前記信号ケーブル４０から出力されて、車体側に設置される上位の電気制御ユニット（ＥＣＵ）まで、車内通信バス（例えばＣＡＮバス）などを通じて送信される。
【００５２】
図１１に示す演算処理回路３１の構成例では、各歪みセンサ２２の出力信号を増幅する増幅回路５６と、上記したオフセット調整回路５１とが、前処理回路として荷重推定手段５０の前段部に設けられる。複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を１つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット５９や、その後段の荷重推定手段５０の構成は図１０の構成例の場合と同様である。
【００５３】
荷重推定手段５０の荷重推定演算回路５４は、図１２に示す平均演算部６８と、振幅演算部６９とを備える。平均演算部６８は加算器からなり、センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和を演算して、その和を平均値Ａとして取り出す。振幅演算部６９は減算器からなり、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の差分を演算して、その差分値を振幅値Ｂとして取り出す。
【００５４】
荷重推定演算回路５４では、前記平均演算部６８と振幅演算部６９で演算される平均値Ａおよび振幅値Ｂから、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力Ｆ（例えば垂直方向荷重Ｆz ）を演算・推定する。その演算・推定のために、荷重推定演算回路５４は図１３に示す２つの荷重推定手段７１，７２を有する。第１の荷重推定手段７１は前記平均値Ａを用いて車輪用軸受に作用する荷重Ｆを演算・推定する。第２の荷重推定手段７２は、前記平均値Ａと振幅値Ｂとを用いて車輪用軸受に作用する荷重Ｆを演算・推定する。
【００５５】
車輪用軸受に作用する荷重Ｆと歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓとの関係は、線形な範囲内でオフセット分を除外すれば、
Ｆ＝Ｍ１×Ｓ      ……（１）
という関係で表すことができ、この関係式（１）から荷重Ｆを推定することができる。ここで、Ｍ１は所定の補正係数である。
前記第１の荷重推定手段７１では、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号からオフセット分を除いた変数として前記平均値Ａを用い、この変数に所定の補正係数Ｍ１を乗算した一次式、つまり
Ｆ＝Ｍ１×Ａ      ……（２）
から荷重Ｆを演算・推定する。このようにオフセット分を除外した変数を用いることにより、荷重推定精度を向上させることができる。
【００５６】
前記第２の荷重推定手段７２では、前記平均値Ａおよび振幅値Ｂを変数として用い、これらの変数に所定の補正係数Ｍ２，Ｍ３を乗算した一次式、つまり
Ｆ＝Ｍ２×Ａ＋Ｍ３×Ｂ      ……（３）
から荷重Ｆを演算・推定する。このように２種類の変数を用いることで、荷重推定精度をさらに向上させることができる。
上記各演算式における各補正係数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。前記第１の荷重推定手段７１および第２の荷重推定手段７２による演算は並行して行われる。なお、式（３）において、変数である平均値Ａを省略しても良い。つまり、第２の荷重推定手段７２では、振幅値Ｂのみを変数として用いて荷重Ｆを演算・推定することもできる。
【００５７】
センサユニット２０は、図１のように外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、図９のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。つまり、この転動体５の影響がオフセット分として作用する。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂに最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅は最大値となり、図９（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂのアナログ出力信号ａ，ｂは、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図９（Ｃ）のように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。そこで、演算処理回路３１における前記荷重推定演算回路５４では、荷重を求めるデータとして、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅の和を上記した平均値Ａとし、振幅の差分（絶対値）｜ａ−ｂ｜を上記した振幅値Ｂとする。これにより、平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値Ｂは、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号ａ，ｂに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値Ａと振幅値Ｂを用いることにより、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出することができる。
【００５８】
ここでは、センサユニット２０は、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向に並ぶ３つの接触固定部２１ａのうち、その配列の両端に位置する２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置にそれぞれ配置される２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となる。その結果、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その和として求められる平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分として求められる振幅値Ｂは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
【００５９】
なお、図９では、接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定し、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となるようにした。これとは別に、直接、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの１／２に設定しても良い。
この場合に、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの和として求められる平均値Ａは転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値Ｂは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
【００６０】
図１３のように、荷重推定演算回路５４の両荷重推定手段７１，７２は次段の選択出力手段７３に接続される。この選択出力手段７３は、車輪回転速度に応じて、前記第１および第２の荷重推定手段７１，７２のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力するものである。具体的には、車輪回転速度が所定の下限速度よりも低い場合に、選択出力手段７３は、第１の荷重推定手段７１の推定荷重値を選択して出力するものとしている。  車輪の低速回転時には、センサ出力信号の振幅を検出するための処理時間が長くなり、さらに静止時には振幅の検出そのものが不可能になる。そこで、このように、車輪回転速度が所定の下限値よりも低い場合、平均値Ａだけを用いた第１の荷重推定手段７１からの推定荷重値を選択して出力することにより、検出した荷重信号を遅延なく出力することができる。
【００６１】
この実施形態では、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる、前記固定側部材である外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に、円周方向９０度の位相差で４つのセンサユニット２０を等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００６２】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部２１ａが、外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出される。
【００６３】
また、固定側部材である外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの側面に回路固定用のステー３２を設け、このステー３２にセンサユニット２０の歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号を演算処理する演算処理回路３１と、この演算処理回路３１で演算されたデータを軸受外部に送信する信号ケーブル４０とを設けているので、外方部材１の円筒部の周面形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でＡＤ変換器４９などを含む演算処理回路３１を取付けることができると共に、組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
特に、演算処理回路３１と共に回路固定用のステー３２に設けられた信号ケーブル４０を、ステー３２の一部からなる固定手段であるクランプ部４１〜４３で固定するようにしているので、信号ケーブル４０に外力が加わった場合に、固定手段であるクランプ部４１〜４３と信号ケーブル４０のシース部とで外力を吸収することができ、信号ケーブル４０と演算処理回路３１との接続部に外力が加わらないように保護することができる。その結果、軸受外部に引き出す信号ケーブル４０の固定を容易に行なうことができ、かつセンサの組付も容易で、信頼性が高く安価なセンサ付車輪用軸受とすることができる。
【００６４】
図１４ないし図１６は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受は、図１〜図１３の実施形態において、図１４のように、外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの側面に貫通孔４４を設け、フランジ１ａのアウトボード側から前記貫通孔４４に信号ケーブル４０を挿通させることで、信号ケーブル４０を軸受外部に引き出すようにしている。前記貫通孔４４には、さらにシール材を塗布しても良い。このようにフランジ１ａの側面に、信号ケーブル４０を軸受外部に引き出す貫通孔４４を設けることで、外力により信号ケーブル４０が引っ張られた場合に、前記貫通孔４４でも外力を緩和することができる。信号ケーブル４０の周方向への変位を規制することもできるので、信号ケーブル４０の固定がより確実なものとなる。この場合に、信号ケーブル４０にゴムブッシュを設け、信号ケーブル４０を前記貫通孔４４に挿通する際に、ゴムブッシュを貫通孔４４に嵌合させても良い。
【００６５】
また、この実施形態では、回路固定用のステー３２に設けられた信号ケーブル４０の固定手段となる３つのクランプ部４１〜４３のうち、ステー３２の切欠き部３２ａの近傍に位置する第３のクランプ部４３を、図１６（Ｄ）に示すように断面Ｃ字状としている。このように、クランプ部４３を断面Ｃ字状にして信号ケーブル４０を巻き込んで固定すると、より強固に信号ケーブル４０を固定することができる。
【００６６】
さらに、この実施形態では、回路固定用のステー３２を、図１４に示すように断面コ字状として、外方部材１のフランジ１ａに向けて延びる脚部４５の先端のフランジ１ａの側面と平行な接触片部４５ａを、ボルト４６でフランジ１ａに固定することにより、回路固定用のステー３２がフランジ１ａの側面に取付けられている。このような取付構造とすることにより、ステー３２とフランジ１ａとの間にスペーサが不要となり、部品点数を削減できる。その他の構成は、図１〜図１３に示した実施形態の場合と同様である。
【００６７】
図１７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受は、図１〜図１３の実施形態において、固定側部材である外方部材１の外周面に、外方部材１と同心に円環状の保護カバー４７を取付け、この保護カバー４７で前記各センサユニット２０および演算処理回路３１を覆ったものである。その他の構成は図１〜図１３に示した実施形態の場合と同様である。
【００６８】
前記保護カバー４７のインボード側端は車体取付用のフランジ１ａの外径面に嵌合させられ、小径部とされたアウトボード側端は外方部材１のアウトボード側端の外径面に嵌合させられる。保護カバー４７の材料としては、ステンレス鋼等の耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものや、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものが用いられる。
【００６９】
演算処理回路３１に接続される信号ケーブル４０は、保護カバー４７の１箇所から軸受外部に引き出される。具体的には、保護カバー４７における車体取付用のフランジ１ａよりもアウトボード側の円筒部に貫通孔４８が設けられ、この貫通孔４８に保護カバー４７の内側から信号ケーブル４０を挿通することで、信号ケーブル４０が軸受外部に引き出される。これにより、外力で信号ケーブル４０が引っ張られた場合に、前記貫通孔４８でも外力を緩和することができる。信号ケーブル４０の周方向への変位を規制することもできるので、信号ケーブル４０の固定がより確実なものとなる。ここでは、信号ケーブル４０にゴムブッシュ６０が設けられ、信号ケーブル４０を前記貫通孔４８に挿通する際に、ゴムブッシュ６０が貫通孔４８に嵌合される。これにより、保護カバー４７の密封性が高まり、保護カバー４７で覆われるセンサユニット２０や演算処理回路３１を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。
【００７０】
このほか、信号ケーブル４０を引き出す前記貫通孔４８にシール材を塗布して、信号ケーブル４０の引き出し箇所をシールしても良い。この場合も保護カバー４７の密封性が高まり、保護カバー４７で覆われるセンサユニット２０や演算処理回路３１を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。
【００７１】
この実施形態のセンサ付車輪用軸受の組立は、以下の手順で行われる。先ず、外方部材１の単体の状態、または外方部材１に転動体５を組み付けた状態で、外方部材１にセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３１を取付ける。つぎに、保護カバー４７を、外方部材１のアウトボード側から挿入し、そのインボード側端を外方部材１のフランジ１ａの外径面に嵌合させ、アウトボード側端を外方部材１のアウトボード側円筒部外径面に嵌合させることで、センサユニット２０、フレキシブル基板３０、および演算処理回路３１を保護カバー４７で覆う。この後で軸受の全体を組み立てる。この手順で組み立てることにより、外方部材１に取付けたセンサユニット２０、フレキシブル基板３０、演算処理回路３１を保護カバー４７で覆ってなるセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
【００７２】
上記した各実施形態では、外方部材１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２０は内方部材の内周となる周面に設ける。
【００７３】
また、これらの実施形態では第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にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、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。
【符号の説明】
【００７４】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…歪みセンサ
３１…演算処理回路
３２…回路固定用のステー
３２ａ…切欠き部
４０…信号ケーブル
４１〜４３…クランプ部
４４…貫通孔
４７…保護カバー
４８…貫通孔
４９…ＡＤ変換器
５０…荷重推定手段
５１…オフセット調整回路
５６…増幅回路
６０…ゴムブッシュ
７１…第１の荷重推定手段
７２…第２の荷重推定手段
４６…保護カバー
【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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【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】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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