(57)【要約】【課題】  センサ出力の感度および直線性の精度を向上させることができる荷重センサ、およびこの荷重センサを設けたセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  この荷重センサ２１は、車体取付用フランジ１ａを有する外方部材１と内方部材２の転走面３，４間に複列の転動体５を介在させた車輪用軸受に設置される。この荷重センサ２１は、センサ支持部材２２と、このセンサ支持部材２２に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子２３とを有する。前記センサ支持部材２２はブロック状で、前記外方部材１の外周面に接する内向き面２２ａ、または前記車体取付用フランジ１ａの側面に接する横向き面２２ｂを有し前記外方部材１に取付けられる。【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外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する両転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受に設置された荷重センサであって、
前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有することを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
複列の転走面が内周に形成され外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する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、
前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有する荷重センサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項２において、前記センサ支持部材は、座繰り付きのボルト挿通孔が貫通して設けられ、このボルト挿通孔に挿通されたボルトにより、前記外方部材に取付けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記センサ素子は、前記センサ支持部材の前記内向き面に取付けられて前記外方部材の外周面に接するセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、前記センサ素子が、ピエゾ素子、磁歪材料、または感圧材料で構成されたものであるセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサ支持部材が、熱処理されたステンレス鋼、または軸受鋼、または高炭素鋼であって、前記外方部材の前記センサ支持部材が取付けられる箇所と同等の硬度の材質と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、およびこの荷重センサを設け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、図８に示すように、車輪用軸受の車体側軌道輪３１の外周部に荷重センサ４１を設けたものが提案されている（特許文献１）。この荷重センサ４１は、車体側軌道輪３１の外周面に接する水平部４２ａ、および車体側軌道輪３１の車体取付用フランジ３１ａの側面に接する垂直部４２ｂとでなるＬ字形状のセンサ支持部材４２と、このセンサ支持部材４２の前記水平部４２ａに取付けられたセンサ素子４３とを有する。センサ素子４３は、タイヤ接地点に作用する垂直荷重、左右荷重、および前後荷重によるモーメント荷重を検出する。センサ支持部材４２は、車体側軌道輪３１の少なくとも２箇所にねじ４４で取付けられる。
【特許文献１】特開２００６−７７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような構成の車輪用軸受では、センサ素子４３を支持するセンサ支持部材４２がＬ字形状の板材であり剛性が低いため、車輪用軸受に荷重が負荷されると、センサ支持部材４２はねじ４４による車体側軌道輪３１への取付部を支点に湾曲変形してしまう。その結果、センサ素子４３に負荷される荷重が低下して、センサ出力の感度や直線性が低下することが予想される。
【０００７】
この発明の目的は、センサ出力の感度および直線性の精度を向上させることができる荷重センサ、およびこの荷重センサを設けた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】
この発明の荷重センサは、複列の転走面が内周に形成され外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する両転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受に設置された荷重センサであって、前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有することを特徴とする。
この構成によると、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の外方部材にも荷重が印加される。この荷重を、外方部材に設けられる荷重センサのセンサ素子が検出する。このセンサ素子の出力信号から、車輪のタイヤと路面間の作用力を検出することができる。この場合、センサ素子を支持するセンサ支持部材はブロック状の部材とされていて、高い剛性を有するので、外方部材に印加される荷重がロスなくセンサ素子に伝達される。その結果、荷重センサの出力の感度や直線性が向上し、車輪のタイヤと路面間の作用力を精度良く検出することができる。また、荷重センサは、車輪のタイヤと路面間の作用力だけではなく、車輪用軸受に作用する予圧量を検出することもできる。
このように、センサ支持部材の剛性を確保できるので、荷重センサの出力の感度および直線性の精度を向上させることができる。
【０００９】
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外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する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、前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有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、この発明の荷重センサにつき上述したように、荷重センサの出力の感度や直線性が向上するので、車輪のタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を精度良く検出することができる。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。
【００１０】
この発明において、前記センサ支持部材は、座繰り付きのボルト挿通孔が貫通して設けられ、このボルト挿通孔に挿通されたボルトにより、前記外方部材に取付けられても良い。この構成の場合、ボルト頭部がボルト挿通孔の座繰りに収納されるので、車輪用軸受に荷重センサをコンパクトに設置できる。
【００１１】
この発明において、前記センサ素子は、前記センサ支持部材の前記内向き面に取付けられて前記外方部材の外周面に接するものとしても良い。この構成の場合、外方部材に負荷される荷重をロスなくセンサ素子に伝達できる。
【００１２】
前記センサ素子は、ブロック状のセンサ支持部材と外方部材の表面との間に挟まれて機能するため、圧縮される力を検出可能なものが好ましい。このようなセンサ素子として、例えば、ピエゾ素子、磁歪材料、または感圧材料で構成されたものが使用できる。前記ピエゾ素子は圧電素子であり、磁歪材料はインピーダンス素子であり、感圧材料は抵抗素子である。
【００１３】
また、前記ブロック状のセンサ支持部材は、前記外方部材と同等か、それよりも高い剛性を持つようにすることが好ましい。例えば、前記センサ支持部材が、熱処理されたステンレス鋼、または軸受鋼、または高炭素鋼であって、前記外方部材の前記センサ支持部材が取付けられる箇所と同等の硬度の材質とする。前記熱処理は材質を硬化させる処理等である。外方部材は、一般的に転走面が高い硬度に焼入れされるが、前記センサ支持部材は、外方部材における転走面等のような局部的に焼入れされる箇所を除く部分の硬度と同等の硬度を有する材質とする。このようにブロック状のセンサ支持部材を外方部材と同等の硬度の材質とすることで、センサ支持部材が外方部材よりも高い剛性、または同等の剛性を持つことになり、外方部材の変形による圧力や歪みがセンサ支持部材に集中して、より高感度な検出が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の荷重センサは、複列の転走面が内周に形成され外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する両転走面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受に設置された荷重センサであって、前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有するものとしたため、荷重センサの出力の感度および直線性の精度を向上させることができる。
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外周に車体側に取付けられる車体取付用フランジを有する外方部材と、この外方部材の各転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、対向する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、前記外方部材の外周面に接する内向き面、および前記車体取付用フランジの側面に接する横向き面を有し前記外方部材に取付けられたブロック状のセンサ支持部材と、このセンサ支持部材に取付けられてタイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子とを有する荷重センサを設けたため、タイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を正確に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】
【００１５】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この車輪用軸受は、複列外向きアンギュラ玉軸受型の自動車用ホイール軸受となるものであり、かつ従動輪支持用の例である。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。
この車輪用軸受は、図１（Ａ）に示すように、内周に複列の転走面３を有する外方部材１と、この外方部材１の各転走面３に対向する転走面４を外周に有する内方部材２と、これら外内の部材１，２の対向する転走面間３，４の間に介在した複列の転動体５と、前記外方部材１と内方部材２間の軸受空間の両端部を密封するシール７，８とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するようにしたものである。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。図２は、この車輪用軸受をインボード側から見た正面図を示す。なお、図１（Ａ）は、図２におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。
【００１６】
外方部材１は、固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置を構成するナックル１８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。  内方部材２は、回転側の部材となるものであって、アウトボード側の端部付近の外周に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。ハブフランジ９ａには、ブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がハブボルト１１で取付けられる。ハブ輪９のインボード側の端部は、内輪１０の幅面を押し付けるフランジ状の加締部９ｂとされており、この加締部９ｂにより内輪１０が軸方向に締め付け固定される。
【００１７】
固定側部材である外方部材１には荷重センサ２１が設置される。この荷重センサ２１は、外方部材１に直接取付けられるセンサ支持部材２２と、このセンサ支持部材２２に取付けられて、タイヤと路面間の作用力もしくは車輪用軸受の予圧量を検出するセンサ素子２３とでなる。センサ支持部材２２は、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に斜視図および正面図で示すように、外方部材１の外周面に接する内向き面２２ａ、および車体取付用フランジ１ａのアウトボード側に向く側面に接する横向き面２２ｂを有するブロック状の部材である。この実施形態では、センサ支持部材２２の内向き面２２ａに形成された凹陥段差面２２ａａに前記センサ素子２３が貼り付けられて、センサ素子２３の表面が内向き面２２ａと面一に揃えられる。
【００１８】
センサ素子２３は、ブロック状のセンサ支持部材２２と外方部材１の表面との間に挟まれて機能するため、圧縮される力を検出可能なものが好ましい。センサ素子２３には、例えば、ピエゾ素子（圧電素子）、磁歪材料（インピーダンス素子）、または感圧材料（抵抗素子）で構成されたものが使用できる。
【００１９】
前記センサ支持部材２２には、その横向き面２２ｂに貫通するボルト挿通孔２４が設けられる。このセンサ支持部材２２のボルト挿通孔２４、および前記車体取付用フランジ１ａに設けられたボルト挿通孔１２に挿通したボルト１３を、車体取付用フランジ１ａのインボード側に向く側面に接して配置されるナックル１８のねじ孔１９に螺合させる。これにより、センサ支持部材２２とナックル１８とで車体取付用フランジ１ａを挟んだ状態で、センサ支持部材２２が車体取付用フランジ１ａに取付けられ、同時に外方部材１がナックル１８に取付けられる。また、この取付け状態で、センサ支持部材２２の内向き面２２ａ、およびセンサ素子２３の表面が外方部材１の外周面に接する。
なお、荷重センサ２１の個数は特定されない。例えば、図２において、外方部材１の外周面の周方向の、車体取付用フランジ１ａの各ボルト挿通孔１２と同位相の位置に、１個ずつ荷重センサ２１を設置しても良い。
【００２０】
センサ支持部材２２は、外方部材１よりも高い剛性、または同等の剛性を持つようにすることが好ましい。センサ支持部材２２は、例えば熱処理されたステンレス鋼、または軸受鋼、または高炭素鋼であって、外方部材１のセンサ支持部材２２が取付けられる箇所に比べて、同等、またはさらに硬い材質とする。前記熱処理は材質を硬化させる焼入れ等の処理等である。外方部材１は、一般的に転走面３が高周波焼入れ等によって局部的に高い硬度に焼入れされるが、外方部材１における転走面３等のような局部的に焼入れされる箇所を除く部分の硬度に比べて、センサ支持部材２２を同等、またはそれよりも硬い材質とする。
このようにブロック状のセンサ支持部材２２を外方部材１と同等またはそれ以上に硬い材質とし、あるいはセンサ支持部材２２が外方部材１と同等またはそれ以上に高い剛性を持つものとすることで、外方部材１の変形による圧力や歪みがセンサ支持部材２２に集中して、センサ素子２３による検出がより高感度に行える。
【００２１】
上記構成の作用を説明する。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る。この荷重を、外方部材１の外周面に接して設けられる荷重センサ２１のセンサ素子２３が検出する。このセンサ素子２３の出力信号から、車輪のタイヤと路面間の作用力を検出することができる。この場合、センサ素子２３を支持するセンサ支持部材２２はブロック状の部材とされていて、高い剛性を有するので、外方部材１に印加される荷重がロスなくセンサ素子２３に伝達される。その結果、荷重センサ２１の出力の感度や直線性が向上し、車輪のタイヤと路面間の作用力を精度良く検出することができる。
また、車輪のタイヤと路面間の作用力だけではなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。
【００２２】
図３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では、図１に示す実施形態において、センサ支持部材２２における車体取付フランジ１ａの側面に接する横向き面２２ｂとは反対側の横向き面２２ｃを傾斜面として、センサ支持部材２２の側面形状の概形を三角形状とすると共に、センサ支持部材２２のボルト挿通孔２４を座繰り部２４ａ付きとし、この座繰り部２４ａにボルト１３の頭部１３ａが納まるようにしている。その他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００２３】
この実施形態の場合、センサ支持部材２２が三角形状であるためコンパクトになり、ボルト１３もその頭部１３ａがボルト挿通孔２４の座繰り部２４ａに納まるので、車輪用軸受への荷重センサ２１の設置が容易になる。
【００２４】
図４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では、図３に示す実施形態において、センサ支持部材２２の横向き面２２ｂをボルト１３で車体取付用フランジ１ａの側面に締結すると共に、センサ支持部材２２の内向き面２２ａを別のボルト１４で外方部材１の外周面に締結している。
なお、この実施形態の場合、センサ支持部材２２の内向き面２２ａにおける車体取付用フランジ１ａよりの部分を凹陥段差面２２ａａとして、この凹陥段差面２２ａにセンサ素子２３をその表面が内向き面２２ａと面一となるように貼り付けられる。ボルト１４は、センサ支持部材２２の座繰り部２４ａ側から内向き面２２ａを貫通するボルト挿通孔２５に挿通して、外方部材１の外周面に設けられたねじ孔２０に螺合させる。
また、この実施形態では、センサ支持部材２２の横向き面２２ｃは傾斜面とされておず、センサ支持部材２２の概形は方形とされている。座繰り部２４ａは、前記ボルト１４による締結が可能なように、センサ支持部材２２の外向き面側が開放されている。その他の構成は図３の実施形態の場合と同様である。
【００２５】
この実施形態の場合、センサ支持部材２２の横向き面２２ｂがボルト１３で車体取付用フランジ１ａの側面に締結するとともに、センサ支持部材２２の内向き面２２ａを別のボルト１４で外方部材１の外周面に締結しているので、荷重の負荷に伴う変形をより効果的に抑えることができる。
【００２６】
図５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では、図４に示す実施形態において、センサ支持部材２２の横向き面２２ｃを傾斜面とし、センサ支持部材２２の側面形状の概形を三角形状としている。その他の構成は図４の実施形態の場合と同様である。
【００２７】
図６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では、センサ支持部材２２の内向き面２２ａに貫通するボルト挿通孔２５に挿通させたボルト１４を、外方部材１の外周面に設けたねじ孔２０に螺合させることで、荷重センサ２１のセンサ支持部材２２を、その内向き面２２ａが外方部材１の外周面に接するように外方部材１に締結している。センサ支持部材２２は外形が方形のブロック状とされ、その横向き面２２ｂにセンサ素子２３が貼り付けられ、センサ支持部材２２の外方部材１への前記取付状態において、センサ素子２３は車体取付用フランジ１ａのアウトボード側を向く側面に押し当てられる。その他の構成は、図１の実施形態の場合と同様である。
【００２８】
この実施形態の場合も、センサ支持部材２２がブロック状の部材であり高い剛性を持つので、車輪用軸受に荷重が負荷されても変形が小さく抑えられて、荷重センサ２１の出力精度が向上する。
【００２９】
図７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では、図６に示す実施形態において、センサ支持部材２２のアウトボード側を向く横向き面２２ｃを傾斜面とすることで、センサ支持部材２２の外形を三角形状としている。また、ボルト挿通孔２５には座繰り部２５ａを設けて、ボルト１４の頭部１４ａをこの座繰り部２５ａに収納するようにしている。その他の構成は、図６の実施形態の場合と同様である。
【００３０】
この実施形態の場合、センサ支持部材２２がコンパクトになり、ボルト１４もその頭部１４ａがボルト挿通孔２５の座繰り部２５ａに納まるので、車輪用軸受への荷重センサ２１の設置が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受における荷重センサの斜視図、（Ｃ）は同荷重センサの正面図である。
【図２】同センサ付車輪用軸受をインボード側から見た正面図である。
【図３】（Ａ）は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半部断面図、（Ｂ）は同センサ付車輪用軸受における荷重センサの斜視図、（Ｃ）は同荷重センサの正面図である。
【図４】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半部断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の半部断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の半部断面図である。
【図７】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半部断面図である。
【図８】従来例の部分断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
１３，１４…ボルト
２１…荷重センサ
２２…センサ支持部材
２２ａ…内向き面
２２ｂ…横向き面
２３…センサ素子
２４，２５…ボルト挿通孔
２４ａ，２５ａ…座繰り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009014129.tif 000005
【図４】
2009014129.tif 000006
【図５】
2009014129.tif 000007
【図６】
2009014129.tif 000008
【図７】
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【図８】
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