JP2007078129A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【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の内周面に取付けられるリング部材２１またはセンサ取付部材と、その部材の歪みを測定する歪みセンサ２３と、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４とでなる。なお、内方部材２が固定側部材である場合は、内方側部材２にリング部材２２またはセンサ取付部材を取付ける。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。

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。

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）。
特表２００３−５３０５６５号公報

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、外輪の歪みを感度良く検出することが難しい。
車輪用軸受は、さまざまな過酷な状況下で使用される自動車の構成要素である。このため、自動車の各種制御や車軸寿命、保守必要性の判定等を適正に行うには、車軸用軸受の状態を正確に把握しておく必要がある。車軸用軸受の状態の把握しておくべき事項としては、例えば回転の加速度の値はいくらであるか、どの程度振動しているか、軸受空間に水が浸入していないか等が挙げられる。加速度が分かれば、自動車の制御をより適正に行える。振動は、軸受寿命を判断するうえで、最も重要な要因の一つである。水の浸入は、グリースの劣化に大きく影響する。これら車軸用軸受の状態を検出する手段を、検出系を複雑にすることなく低コストで設けることができれば好ましいものとなる。

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および車輪用軸受の状態を検出する各種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ことである。

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、このリング部材の歪みを検出する歪みセンサを前記リング部材に取付け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴としている。

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、前記リング部材を、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、このリング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、前記リング部材における前記接触リング部分と厚肉部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

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、前記リング部材を、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、このリング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、前記リング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に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

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、前記リング部材を、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、このリング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に、リング部材の軸方向歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

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、前記リング部材を、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、このリング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に、リング部材の曲げ歪みを測定する歪みセンサを設けたものである。

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、この切欠部に前記歪みセンサを配置したものであり、前記センサ取付部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とする。

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、外方部材に前記リング部材または前記センサユニットを取付ける。

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、その変形はリング部材またはセンサ取付部材に歪みをもたらす。リング部材またはセンサ取付部材に設けられた歪みセンサは、リング部材または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、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。

また、リング部材またはセンサ取付部材に設けられた各種センサ、すなわち加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうちの少なくとも一つのセンサにより、車軸用軸受の状態が検出される。各種センサの出力は、歪みセンサの出力と共に、自動車の車両制御に使用される。
このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられるリング部材またはセンサ取付部材に歪みセンサおよび各種センサ（加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうちの少なくとも一つ）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。リング部材およびセンサ取付部材はいずれも、固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサおよび各種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、リング部材またはセンサ取付部材に、歪みセンサと各種センサ（加速度センサ、振動センサ、水分検出センサ）を設けられているため、荷重と車輪用軸受の状態を1箇所で測定することができる。

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。

さらに、第４の発明においては、リング部材は、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センサにより、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。

第５の発明においても、リング部材は、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センサにより、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。

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、この切欠部に歪みセンサが配置されているので、センサ取付部材の歪みセンサの配置箇所が、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。

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、リング部材またはセンサ取付部材を、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に取付け、このリング部材またはセンサ取付部材の歪みを測定する歪みセンサを前記リング部材またはセンサ取付部材に取付け、前記リング部材またはセンサ取付部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうちの少なくとも一つを設けたたものであるため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。リング部材およびセンサ取付部材はいずれも、固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みを測定する歪みセンサ、および車輪用軸受の各種状況を検出する各種センサ（加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうちの少なくとも一つ）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、リング部材またはセンサ取付部材に、歪みセンサと各種センサ（加速度センサ、振動センサ、水分検出センサ）を設けることにより、荷重と車輪用軸受の状態を1箇所で測定することが可能となる。

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。

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。

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、リング部材２２と、このリング部材２２に貼り付けられてリング部材２２の歪みを測定する複数の歪みセンサ２３と、同じくリング部材２２に貼り付けられて車輪用軸受の各種状況を測定する各種センサ２４とでなる。各種センサ２４は、回転の加速度を検出する加速度センサ、外方部材１の振動を検出する振動センサ、軸受空間に水分が存在するか否かを検出する水分検出センサのうちの少なくとも一つとされる。
歪みセンサ２３は、リング部材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。各種センサ２４も、同じくリング部材２２の内周面に設けられ、その円周方向位置は、隣合う一対の歪みセンサ２３，２３の間とされる。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。なお、この例では、リング部材２２の断面形状が長方形とされている。

センサユニット２１は、外方部材１の内周にリング部材２２を圧入固定して取付けられる。リング部材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。リング部材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。

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。

図４に示すように、歪みセンサ２３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、歪みセンサ２３の出力を処理して荷重等を検出するように構成されている。これら各手段３０〜３４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。

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リング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪みセンサ２３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、歪センサ２３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。

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。

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、歪みンサ２３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。
また、各種センサ２４により、車輪用軸受の状態が検出される。検出された車輪用軸受の状態は、自動車の車両制御や、寿命判定、保守判定等に使用することが出来る。例えば、各種センサ２４として加速度センサを設けた場合、自動車の走行制御に使用できる。振動センサを設けた場合は、振動状況から軸受寿命の予測や管理が行える。水分検出センサを設けた場合は、密封手段７,８から軸受空間内に浸入した水分量が検出でき、浸入水分によるグリースの劣化状況がわかる。

図５ないし図７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を構成するリング部材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。
この実施形態のリング部材２２の横断面形状は、図７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）に、このリング部材２２の軸方向の歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。また、リング部材２２の内周面に、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４が貼り付けられている。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。

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リング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪みセンサ２３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、リング部材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、歪みセンサ２３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４に示す荷重検出系の各手段により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。

図８ないし図１０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を構成するリング部材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。
この実施形態のリング部材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、このリング部材２２の軸方向の歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。また、リング部材２２の内周面に、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４が貼り付けられている。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。

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リング部材２２に伝わり、リング部材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４に示す荷重検出系の各手段により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。

図１１ないし図１３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を構成するリング部材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１３に示すように、この実施形態のリング部材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、つまりリング部材２２の内底面に、このリング部材２２の軸方向の歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。また、リング部材２２の内周面に、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４が貼り付けられている。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。

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リング部材２２に伝わり、リング部材２２が変形する。このリング部材２２の歪みを、歪センサ２３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、センサ２３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４に示す荷重検出系の各手段により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。

図１４ないし図１６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を構成するリング部材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。
この実施形態のリング部材２２の横断面形状は、図１６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、この実施形態のリング部材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、このリング部材２２の曲げ方向の歪みを測定する歪みセンサ２３が貼り付けられている。また、リング部材２２の内周面に、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４が貼り付けられている。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。

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リング部材２２に伝わり、リング部材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、歪センサ２３が貼り付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４に示す荷重検出系の各手段により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。

図１７ないし図１９は第６の実施形態を示す。この実施形態は、センサユニット２１の構成が第１ないし第５の実施形態と異なり、センサユニット２１は、外方部材１の円周方向の一部に取付けられるセンサ取付部材２６と、このセンサ取付部材２６に貼り付けられてセンサ取付部材２６の歪みを測定する歪みセンサ２３と、車輪用軸受の状態を検出する各種センサ２４とでなる。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１９に示すように、前記センサ取付部材２６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２６ａ，２６ａが形成されている。また、センサ取付部材２６の中央部には円弧の外周側に開口する切欠部２６ｃが形成され、この切欠部２６ｃ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。また、センサ取付部材２６の内周側の面には、前記歪みセンサ２３とは周方向の位置をずらせて、前記各種センサ２４が貼り付けられている。温度センサ２４の取付位置は、上記位置に限定されるものではない。センサ取付部材２６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。

このセンサユニット２１は、センサ取付部材２６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２６の接触固定部２６ａ，２６ｂ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２６ａ，２６ｂ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２６ａ，２６ｂ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２６ａ，２６ｂのいずれか一方である第１の接触固定部２６ａ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２６ｂ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。

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２６に伝わり、センサ取付部材２６が変形する。このセンサ取付部材２６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２６は外方部材１におけるセンサ取付部材２６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２６は円弧状であり、かつ切欠部２６ｃが設けられてこの切欠部２６ｃ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２６の歪みセンサ取付箇所に現れる。このため、外方部材１のわずかな歪みも歪みセンサ２３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４に示す荷重検出系の各手段により、上記同様に歪みセンサ２３の出力を処理することができる。

なお、上記各実施形態では、センサユニット２１を外方部材１の内周に設けたが、センサユニット２１を外方部材１の外周に設けても良い。
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は内方部材の外周または内周となる周面に設ける。
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。

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。 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。 同センサユニットの横断面図である。 荷重検出系の概念構成を示すブロック図である。 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。 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。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図、（ｃ）は異なる要部の拡大図である。 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。 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。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図、（ｃ）は異なる要部の拡大図である。 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。 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。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図、（ｃ）は異なる要部の拡大図である。 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。 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。 （ａ）は同センサユニットの横断面図であり、（ｂ）はその要部の拡大図、（ｃ）は異なる要部の拡大図である。 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。 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。 （ａ）は同センサユニットの正面図、（ｂ）はその底面図である。

符号の説明

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…リング取付部材
２２ａ，２２ａＡ，２２ａＢ，２２ａＣ，２２ａＤ…接触リング部分
２２ｂ…非接触リング部分
２３…歪みセンサ
２４…各種センサ
２６…センサ取付部材
２６ａ，２６ｂ…接触固定部

Claims (7)

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、このリング部材の歪みを検出する複数の歪みセンサを前記リング部材に取付け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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、このリング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、前記リング部材における前記接触リング部分と厚肉部との間に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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、このリング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、前記リング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に、このリング部材の軸方向の歪みを測定する歪みセンサを設け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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、このリング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に、リング部材の軸方向歪みを測定する歪みセンサを設け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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、このリング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に、リング部材の曲げ歪みを測定する歪みセンサを設け、前記リング部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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、この切欠部に前記歪みセンサを配置したものであり、前記センサ取付部材に加速度センサ、振動センサ、および水分検出センサのうち少なくとも一つを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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。

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