JP2017015680A - 荷重センサ付き軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易かつ安価で、さらに耐久性を有する構造の荷重センサ付軸受装置を提供し、車両の過積載を防止する。【解決手段】懸架装置に取り付けられたマウント９０と連結される内側シリンダ８と、内側シリンダ６０に取り付けられる外側シリンダ６０と、内側シリンダ８の円筒部１９の外周面と外側シリンダ６０の最小内径面６３に嵌合され、鉛直方向に摺動可能に配設される外輪２５とによって環状空間４０が形成され、この環状空間４０内に、測定流体Ｒを充填した流体嚢７０が配設され、外側シリンダ６０に一体に備えた圧力センサ４４の検出部４５が、流体嚢７０内に臨んでおり、ピストン機能を有する外輪２５によって押圧された流体嚢７０内の圧力変化が検出される。【選択図】図４

Description

本発明は、軸受を圧縮する方向の荷重を計測する技術で、特に自動車の懸架装置に組込みタイヤ荷重を計測する荷重センサ付き軸受装置に関するものである。

自動車、特に、種々の荷物などを運搬するトラックやバンなどの商用車において、法定積載量を超えて道路を通行する不法な過積載が社会問題となっている。これは、一度にたくさんの荷物を運搬したほうが運送費を少なくできるからである。

しかし、このような過積載は次のような種々の問題を招く虞を有しており、避けなければならないものである。
（１）過積載により自動車の運動性能が低下したり、構成部品が破損したりする虞があるため、事故の原因となることがある。例えば、車軸（ハブ）の破損、タイヤの破損（バースト）、制動距離が長くなりブレーキが過熱して効きにくくなる、車両が横転し易くなるなど、事故等を招く要因を多数有している。
（２）過積載により道路の損傷が激しくなるため、道路のメンテナンス費用が掛かる。

このような過積載の防止が困難となっている原因は多々あるが、その内の一つには、積載重量が運転手あるいは同乗者などから容易に認識できないということにある。
すなわち、従来、車両の荷重測定（積載重量測定）は、台秤に測定対象の車両を載せて行っていた。
しかし、台秤の設置は、施設が大がかりで広い設置スペースを必要とするため、及び設置コストが嵩むため、設置できる台秤の台数が制限され多くの車両を測定することなど物理的にも無理があった。

そこで、昨今では、特許文献１などに開示されているように、車両自体に搭載して荷重を測定することを可能とした簡易的な荷重測定装置が多々提案されている。

例えば、特許文献１に開示の先行技術は、車両の荷重が掛かることで伸縮する被荷重部材の異なる取付箇所に２つの溶着部分が溶着されるベースアッシーと、該ベースアッシーにより支持され、前記車両に掛かる荷重の変化により前記２つの溶着部分が接近離間する方向に前記ベースアッシーが伸縮することで出力が変化する圧縮歪検出用センサ素子と、該圧縮歪検出用センサ素子の出力を増幅するアンプが実装された回路基板とで構成し、圧縮歪を検出することにより荷重測定する簡易的な荷重測定装置である。

しかし、従来のこの種の荷重測定装置にあっては、特許文献１のように構成が複雑でかつ回路基板やアンプなどを備える必要があるためコスト高を招いていた。また、これら荷重測定装置が衝撃を受け易い箇所に備えられるため、回路基板やアンプなどに支障を来す虞もあった。

そこで本願の発明者等は、懸架装置における車体との取付部近傍に組み込まれている軸受装置に着目し、懸架装置に掛かる圧縮方向荷重を計測し得る簡易かつ安価で耐久性に優れた荷重センサ付き軸受装置を提供することで上記問題点を解消することに成功した。

特開２００１−３３０５０３

本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易かつ安価で、さらに耐久性を有する構造の荷重センサ付軸受装置を提供し、車両の過積載を防止することにある。

この目的を達成するために、第１の本発明は、車両側に固定される取付部に連結される円環部と、前記円環部よりも小径で、前記円環部の下面から突出して備えられる円筒部とからなる第一の部材と、
前記円筒部よりも大径に形成され、前記円筒部の外方で、前記円環部と一体に配設される環状の第二の部材と
前記第一の部材の前記円筒部の筒軸方向端部に一体に固定されて車輪側に配設される第三の部材と、
前記第一の部材と第三の部材との間に介在され、前記円筒部を軸中心にして軸方向荷重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
前記一対の軸受軌道輪間に組み込まれる転動体とを含み、
前記第一の部材の前記取付部寄りに配設される軸受軌道輪は、前記第一の部材の前記円筒部の外周面と、前記第二の部材の内周面とに嵌合されて筒軸方向に摺動可能に配設され、
前記第一の部材と前記第二の部材、及び前記取付部寄りの軸受軌道輪との間には、柔軟かつ耐久性を有する材料で形成され、測定流体を密封した流体嚢が隙間なく配設されており、
前記流体嚢は、前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって前記測定流体に掛かる圧力が変化可能で、
前記流体嚢には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが接続されていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置としたことである。

第２の本発明は、前記第１の本発明において、前記第一の部材は懸架装置を構成する内側シリンダで、
前記第二の部材は懸架装置を構成する外側シリンダで、
前記第三の部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金で、
前記一対の軸受軌道輪は、前記内側シリンダの円筒部の外周面と、前記外側シリンダの内周面とに嵌合されて筒軸方向に摺動可能に配設される外輪と、前記座金に一体に嵌合されて配設される内輪であって、軸方向荷重を回転支持し、
前記流体嚢は、前記内側シリンダの円環部下面と円筒部外面と外側シリンダの内面、及び前記外輪との間で形成される環状空間部内に隙間なく配設されており、
前記圧力センサは、前記環状空間部内に臨む外側シリンダの内面にて、検出部を前記流体嚢内に臨ませていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置としたことである。

第３の本発明は、前記第１の本発明又は前記第２の本発明において、前記一対の軸受軌道輪の一方に、中空円環状のピストンが形成されていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置としたことである。

本発明によれば、軸方向荷重を回転支持する軸受に作用する圧縮方向の荷重を検出する簡易かつ安価で、さらに耐久性を有する構造の荷重センサ付軸受装置を提供でき、車両の過積載を防止することが可能である。

本発明荷重センサ付軸受装置の第一実施形態を示す概略分解斜視図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示し、第一の部材の外面に車体側に連結されるマウントを備えた状態の斜視図である。 図２に示す荷重センサ付軸受装置の平面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図４の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の一実施形態で、懸架装置に組み込んだ状態を示す縦断側面図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の第二実施形態を示す縦断面図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の第三実施形態を示す概略分解斜視図である。 第三実施形態の荷重センサ付軸受装置の縦断側面図である。 第三実施形態の荷重センサ付軸受装置の一実施形態を示し、第一の部材の外面に車体側に連結されるマウントを備えた状態の斜視図で、（ａ）マウント側から見た図、（ｂ）は座金側から見た図である。 図９の部分拡大図である。 ダイヤフラムの概略斜視図である。 シール用座面の概略斜視図である。 内側シリンダの概略斜視図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の第四実施形態を示す概略分解斜視図である。 図１５の分解斜視図をマウント方向から見た状態である。 第四実施形態の荷重センサ付軸受装置の縦断側面図である。 シール用座面の概略斜視図である。 外輪（ピストン）の概略斜視図である。 本発明荷重センサ付軸受装置の第五実施形態を示す縦断側面図である。 第五実施形態に用いられる金属製ダイヤフラムの部分概略縦断面図である。

以下、本発明の荷重センサ付軸受装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
本実施形態では、本発明の荷重センサ付軸受装置を自動車の懸架装置（サスペンション）に用いた実施の一形態を示す。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。

図１乃至図５は本発明の荷重センサ付軸受装置の第一実施形態を示す図で、図６は、自動車（例えば、トラックやバンなどの小型商用車など）に備えられる懸架装置１に本実施形態の荷重センサ付軸受装置を組み込んだ形態を示すもので、図７は本発明の荷重センサ付軸受装置の他の実施形態（第二実施形態）を示す。図８乃至図１４は第三実施形態、図１５乃至図１９は第四実施形態、図２０及び図２１は第五実施形態を示す。なお、図６に示す懸架装置１は、各実施形態の荷重センサ付軸受装置の構成がそれぞれ異なることを除けば共通の構成であり、それぞれの実施形態にて援用される。

図示は省略するが、例えば、懸架装置１の上側は、取付部（マウント）９０を介して自動車の本体フレーム（クロスメンバ）に固定され、下側はフレームに枢着されたロア・アームを介してアクスル（車軸）に固定される。
なお、図６に示す懸架装置１は、本発明の荷重センサ付軸受装置を組み込んだ以外は周知の構成であって、特に本実施形態に限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。
図６中、符号２はショックアブソーバ、符号４はコイルスプリングを示す。以下、本発明の特徴的部分である荷重センサ付軸受装置について説明し、それ以外の懸架装置の構成についての説明は省略する。
「第一実施形態」

荷重センサ付軸受装置は、圧縮方向の軸方向荷重を回転自在に支持する転がり軸受装置であって、懸架装置１を構成している。

荷重センサ付軸受装置は、車両側に固定される取付部（マウント）９０に連結される第一の部材（内側シリンダ）８と、鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に直交する水平方向（図中矢印２００で示す方向）で前記第一の部材（内側シリンダ）８に取り付けられる第二の部材（外側シリンダ）６０と、前記第一の部材（内側シリンダ）８に取り付けられて車輪側に配設され、鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）でコイルスプリング４の一端５が突き当たる第三の部材（座金）２３と、前記第一の部材（内側シリンダ）８と第三の部材（座金）２３との間に介在される相対回転可能な一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）と、前記一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）間に組み込まれる複数個の転動体（鋼球）３８と、前記複数個の転動体３８を保持する保持器３９と、前記第一の部材（内側シリンダ）８と、前記第二の部材（外側シリンダ）６０と、前記第一の部材（内側シリンダ）８寄りの軸受軌道輪（外輪２５）との間で形成される環状空間４０と、環状空間４０内に配設される流体嚢７０と、流体嚢７０内の圧力変化を検出する圧力センサ４４で構成されている（図１乃至図６参照。）。

第一の部材（内側シリンダ）８は、取付部（マウント）６０と連結される円環部９と、円環部９の下面から一体に突出する円筒部１９で構成されている。
図中符号７は、取付部（マウント）９０に備えられ、図示しない車両（車体）側と懸架装置１を締結するボルトである。

円環部９は、中心に貫通孔１３を有する円環状に形成され、上面には取付部（マウント）９０を連結する連結面部１１を備え、下面には側周面から連続して切り欠き形成され、第二の部材（外側シリンダ）６０を取り付ける段差状の取付環状部１０と、取付環状部１０から水平方向（図中矢印２００で示す方向）で円環中心軸方向に向けて連続して形成され、環状空間４０を構成する環状下面１４とで構成されている。
取付環状部１０は、段差状に形成されていることから、第二の部材（外側シリンダ）６０を取り付ける際の位置決めが容易かつ確実になし得る（図１乃至図２参照。）。

円筒部１９は、前記円環部９の下面から前記貫通孔１３と同軸状に同一内径で第二貫通孔２０を備えた所定外径の円筒状に突出形成されている（図２参照。）。
円筒部１９は、環状下面１４よりも小径の外径を有し、環状下面１４よりも鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に突出して形成されている。
すなわち、円筒部１９は環状下面１４の内径から連続して鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）で下方に向けて所定長さで突出して形成されている。
図中３は、前記円筒部１９の第二貫通孔２０と、前記円環部９の貫通孔１３を貫通して一体に取り付けられるショックアブソーバ２のピストンロッドである。

第二の部材（外側シリンダ）６０は、例えばアルミ材等からなり、前記第一の部材（内側シリンダ）８の取付環状部１０に取付固定される環状本体部６１と、環状本体部６１の外周面所定位置に一体に備えられるセンサ連結部１８とで構成されている（図２参照。）。

環状本体部６１は、前記円筒部１９よりも大径で、かつ短尺の円筒状に形成されており、その内周側に、前記第一の部材（内側シリンダ）８の取付環状部１０に合致して連結可能な環状の段差部６２を形成している。
環状本体部６１の内周には、前記段差部６２よりも内方に位置している小径の内面（最小内径面）６３が形成されている。

センサ連結部１８は、環状本体部６１の外周面所定位置に水平方向（図中矢印２００で示す方向）に一体に設けられている。
センサ連結部１８は、その外端面１８ｂから環状本体部６１の内周面にわたって貫通するセンサ配設孔１８ａが形成され、所定のセンサ（圧力センサ４４）が配設される。

センサ連結部１８は、環状本体部６１と一体成形であってもよく、別体成形でその後一体に固定されるものであってもよく、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。このセンサ連結部１８の形状などは特に限定されず任意である。
また、環状本体部６１が、所定のセンサ（圧力センサ４４）を直接配設可能に構成されているものであれば、センサ配設孔１８ａを環状本体部６１に直接形成し、本実施形態のようなセンサ連結部１８を突設しなくてもよい。

本実施形態では、第二の部材（外側シリンダ）６０を、第一の部材（内側シリンダ）８と別体に形成して取付固定することによって一体に構成している実施の一形態であるが、第二の部材（外側シリンダ）６０は、第一の部材（内側シリンダ）８と一体に形成するものであってもよく本発明の範囲内である。
この場合において、一体に形成された第二の部材の任意箇所に前記センサ配設孔１８ａを直接設けることもでき、本発明の範囲内である。

外輪２５は、鉛直方向（図中符号１００で示す方向）及び水平方向（図中矢印２００で示す方向）に肉厚な円環状（中空円環状とも言う）に形成され、その鉛直方向で下面側（底面側）に外輪軌道２８を形成するとともに、鉛直方向で上面側（平面側）には断面視で半円状の第二溝部５４が円環状に設けられている（図２参照。）。
外輪２５の内径は、前記円筒部１９の外周面（外径）２１に摺動可能に外嵌される内径を有し、外輪２５の外径は、前記第二の部材（外側シリンダ）６０の内周面（最小内径面）６３に摺動可能に内嵌される外径を有している。
すなわち、外輪２５には、前記円筒部１９の外周面（外径）２１と、前記第二の部材（外側シリンダ）６０の内周面（最小内径面）６３に摺動するピストンが一体に設けられている（外輪２５はピストン機能を有するとも言う。）。

第三の部材（座金）２３は、第一の部材（内側シリンダ）８の円筒部１９の筒軸方向端部２２に一体に固定されて車輪側に配設され、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たるフランジ部２４が水平方向に円環状に突出して設けられている（図４及び図６参照。）。

内輪３５は、前記座金２３のフランジ部２４の外面２４ａに取付固定されている。内輪３５は、円環状に形成され、その鉛直方向で外面側（外輪軌道２８と相対向する上面側）に内輪軌道３７を形成している。

従って、前記外輪２５と内輪３５は、それぞれの相対向する外輪軌道２８と内輪軌道３７に、保持器３９を介して複数個の転動体（鋼球）３８を組み込んで、前記したように第一の部材（内側シリンダ）８と座金２３との間に配設して軸方向荷重（図中符号１００で示す鉛直方向と同じ方向の荷重）を回転支持する。

環状空間（油圧室）４０は、第一の部材（内側シリンダ）８の環状下面１４、円筒部１９の外周面２１、外輪２５の外周面（外径面）３０、そして第二の部材（外側シリンダ）６０の最小内径面６３とによって形成される環状の空間であって、流体嚢７０を配設する。
また、本実施形態では、第一の部材（内側シリンダ）８の環状下面１４にて円環状に設けられた断面視で半円状の第一溝部５２と、外輪２５の上面側（平面側）２７にて円環状に設けられた断面視で半円状の第二溝部５４とを備えており、これら第一溝部５２と第二溝部５４とで形成される環状の空間５２ａ，５４ａが、断面視矩形の空間本体４０ａとともに、本実施形態の環状空間４０を構成している。すなわち、本実施形態によれば、環状空間４０は、第一溝部５２と第二溝部５４によって形成されている円環状の空間５２ａ，５４ａと、円環状の空間５２ａ，５４ａにそれぞれ連通状に設けられている空間本体４０ａとで構成された所定の空間が形成されている。
そして、この環状空間４０には、所定の流体（作動油などの測定流体）Ｒが封入された流体嚢７０が配設されている。

流体嚢（油嚢）７０は、例えば柔軟な樹脂材で円環状に形成され、内部に作動油などの流体Ｒが封入されている。
流体嚢７０は、環状空間４０内の形状に合致して隙間なく配置されるように、前記環状空間４０と同一形状に形成されており、圧縮力が加わると流体嚢７０内の圧力が変化する。
例えば本実施形態では任意の流体（作動油）Ｒが気泡なく一杯に封入されている。また、本実施形態では、外周面の所定箇所に、センサ（圧力センサ４４）の検出部４５を流体嚢７０の内部空間内に臨ませる検出部接続部７１が備えられている。すなわち、検出部接続部７１には流体嚢７０の内部空間と連通する通孔７１ａが形成されている。

流体嚢７０の材質は、柔軟で耐久性（耐寒性・耐摩耗性・耐油性）がある素材であれば良く、特に限定解釈されるものではないが、本発明に適した流体嚢７０の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ゴム材等を代表例としてあげることが可能である。

流体嚢７０と圧力センサ４４との接続は、流体嚢７０から流体（作動油）Ｒが漏れないよう接続することが必要である。

例えば本実施形態では、流体嚢７０の検出部接続部７１を、流体嚢７０の外周面から外方に向けて拡開する漏斗状に構成し、この漏斗状の検出部接続部６１を、第二の部材（外側シリンダ）６０のセンサ連結部１８内に収容し、第二の部材（外側シリンダ）６０の内面と、圧力センサ４４の外面とで緊密に挟み込むことで封止している。
特に、本実施形態では、第二の部材（外側シリンダ）６０の内面と圧力センサ４４の先端外面に、それぞれテーパ部６５，４４ａを設け、圧力センサ４４のねじ４４ｂを締め上げることによって、第二の部材（外側シリンダ）６０の内面と圧力センサ４４の先端外面とで流体嚢７０の検出部接続部７１を挟み込むことによって緊密に封止する構造を採用して流体（作動油）Ｒの漏洩を確実に阻止している（図５参照）。

また、本発明の荷重センサ付き軸受装置が使用される箇所は、本実施形態のように路面に近いということが特に想定される。すなわち、このような箇所は、路面からの泥水、塵、埃、砂利などの異物の跳ね返りなどが多い環境下であると言える。流体嚢７０内に泥水や砂利などの異物が侵入したりすると、正確な圧力検出が成し得ないという虞も考えられるが、本実施形態によれば、上述のとおり緊密な封止構造を採用しているため、流体（作動油）Ｒの漏洩阻止とともに、異物の侵入防止が有効に図ることができるため、このような問題も生じ得ない。

圧力センサ４４は、前記環状空間４０内に配設されている流体嚢７０内の流体Ｒの圧力変化を検出し得るものであり、前記第二の部材（外側シリンダ）６０のセンサ連結部１８を介して一体に接続配置されており、検出部４５を前記流体嚢７０内と連通させ、検出部４５の先端検出面を流体嚢７０内に臨ませている。
本実施形態では、圧力センサ４４の検出部４５をセンサ連結部１８のセンサ配設孔１８ａに挿入した後、圧力センサ４４の突き当てフランジ面部４６を前記外端面１８ｂに当接させて密着固定させることができる。

圧力センサ４４は、例えば、圧力を測定し、これを電圧信号に変換して伝送される周知構造のものが適宜本発明の範囲内において選択使用されるものであり、特に限定解釈はされず、本発明の範囲内で最適なものが適宜選択可能である。

本発明によれば、懸架装置１の車両側に配設される軸受装置に改良を加えることにより、軸受に作用する圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重を計測する荷重測定装置として機能させることができた。
すなわち、前記のように構成することで、軸受軌道輪の外輪２５を圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）に移動するピストンとして機能させ、軸受に圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重が作用すると、外輪（ピストン）２５が、第一の部材（内側シリンダ）８の円筒部１９及び第二の部材（外側シリンダ）６０の最小内径面６３に摺接しつつ、円筒部１９と最小内径面６３との間の環状の空間４０に押し込まれる。
これにより、環状空間４０内に配設され、流体（作動油）Ｒが封入された流体嚢７０が、ピストンとして機能する外輪２５によって圧縮され、流体嚢７０内の圧力が上昇する。
流体嚢７０内の圧力と軸方向荷重には比例関係があるため、前記流体嚢７０内の圧力変化を前記圧力センサ４４で計測することで、懸架装置１に掛かる圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）荷重を計測できる。ちなみに、計測したデータ（結果）は、車内などに配設したデジタル表示画面などにて確認することが可能である。
「第二実施形態」

図７は、本発明荷重センサ付軸受装置の他の実施形態（第二実施形態）を示す。

本発明の荷重センサ付き軸受装置が使用される箇所は、本実施形態の懸架装置１のように路面に近いところであるということが想定される。すなわち、このような箇所は、路面からの泥水、塵、埃、砂利など異物の跳ね返りなどが多い環境下であると言えるため、環状空間４０内にこれら異物が入り込む虞がないとも言い得ない。
本発明の第一実施形態によれば、このような異物が環状空間４０内に入り込んでも、流体（作動油）Ｒは流体嚢７０内に収容されて直接流体（作動油）Ｒに影響を及ぼすことはない。しかし、これら異物が、仮に環状空間４０内に多量に侵入して流体嚢７０を圧迫したと想定すると、正確な圧力検出が成し得ないという虞も考えられる。
そこで本実施形態では、環状空間４０内に泥水や砂利、粉塵などの異物が入り込まないように密封性を高めている。具体的には、次の通りである。なお、密封性を高めた以外は第一実施形態と同一であるため同一箇所に同一符号を付して説明は省略する。

外輪２５の内周面（内径面）２９および外周面（外径面）３０には、それぞれ環状のシール溝３１，３２を設けてそれぞれ密封シール（例えば図示したＯリングなど）３３，３４を配設している。
例えば、本実施形態では、円筒部１９の外周面２１に密封シール（内側シール）３３を接触させて外輪２５と円筒部１９との間を密封し、第二の部材６０の最小内径面６３の内周面６３ａに密封シール（外側シール）３４を接触させて外輪２５と最小内径面６３との間を密封している。
すなわち、本実施形態では、外輪２５と円筒部１９との嵌め合せの隙間領域（内側シール３３までの嵌め合せ領域）４１、外輪２５と最小内径面６３の内面６３ａとの間の嵌め合せ領域（外側シール３４までの嵌め合せ領域）４３によって、外部と遮蔽した密封状態に構成されている。
なあ、内側シール３３と外側シール３４は、環状空間４０の内部に泥水、塵や埃などの異物を侵入させない構造であればよく特に限定はされない。
「第三実施形態」

図８乃至図１４は、本発明荷重センサ付軸受装置の他の実施形態（第三実施形態）を示す。

本実施形態の荷重センサ付軸受装置は、車両側に固定される取付部（マウント）９０に連結されるセンサベース１１０と、鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）に直交する水平方向（図中矢印２００で示す方向）で前記センサベース１１０に取り付けられる外側シリンダ１２２、及び内側シリンダ１３５と、車輪側に配設され、鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）でコイルスプリング４の一端５が突き当たる座金２３と、前記センサベース１１０と座金２３との間に介在され相対回転可能な一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）と、前記一対の軸受軌道輪（外輪２５及び内輪３５）間に組み込まれる複数個の転動体（鋼球）３８と、前記複数個の転動体３８を保持する保持器３９と、前記センサベース１１０の下面側で、前記外輪（ピストン）２５と対向する位置に設けられた油室（作動油封入領域）１１４と、前記センサベース１１０の内面と前記外輪（ピストン）２５との間に介在されて前記油室（作動油封入領域）１１４を封入するダイヤフラム１２９と、前記油室（作動油封入領域）１１４内の圧力変化を検出する圧力センサ１３４で構成されている（図８乃至図１４参照。）。
取付部（マウント）９０は第一実施形態と同じで、図中符号７は、取付部（マウント）９０に備えられ、図示しない車両（車体）側と懸架装置１を締結するボルトである。

センサベース１１０は、取付部（マウント）９０と連結される円環部１１１と、円環部１１１の下面から一体に突出する円筒１１９で構成されている。

円環部１１１は、中心に貫通孔１１２を有する円環状に形成され、上面には取付部（マウント）９０を連結する連結面部１１３を備え、下面には油室（作動油封入領域）１１４を構成する環状凹部１１３が形成されている。また、円環部１１１の外周面には、圧力センサ１３４を連結するセンサ連結部１３３が形成されている。

円環部１１１の下面における環状凹部１１３の内周側と外周側には、それぞれ周方向に等間隔で設けられた連結孔を備えている。
外周側の連結孔は、外側シリンダ１２２とボルト１２５を介して連結する第一の連結孔１１７であって、内周側の連結孔は、シール用座面１３９のストッパ突起１４０を連結する第二の連結孔１１８である。

円筒部１１９は、前記円環部１１１の下面から前記貫通孔１１２と同軸状に同一内径で第二貫通孔１２０を備えた所定外径の円筒状に突出形成されている（図９参照。）。
円筒部１１９は、円環部１１１の下面よりも小径の外径を有し、円環部１１１の下面の内径から連続して鉛直方向（図中矢印１００で示す方向）で下方に向けて所定長さで突出して形成されている。
また、円筒部１１９の下端寄りの外周には、内側シリンダ１３５が螺合可能なネジ部１２１が形成されている。

外側シリンダ１２２は、前記センサベース１１０の円環部１１１の外周に嵌合可能な環状壁部１２３を上端外周縁に備え、前記円環部１１１の外周よりも小径で、前記円筒部１１９の外径よりも大径で、前記円筒部１１９の外径と平行な第三貫通孔１２４を同軸状に有した短尺円筒体に形成されている（図８及び図９参照。）。

また、本実施形態では、外周面から下方に向けて下り傾斜状の環状漏斗面１２６を設けており、この環状漏斗面１２６から上端面にわたって鉛直方向に貫通するボルト孔１２７を複数設けている（図８及び図９参照。）。
このボルト孔１２７は、ダイヤフラム１２９に設けた第一挿通孔１３０を介してセンサベース１１０の縁環部１１１の下面の第一の連結孔１１７にボルト１２５を固着することにより、ダイヤフラム１２９をセンサベース１１０と外側シリンダ１２２とで緊密に挟持させる役割を有している。
また、本実施形態では、外側シリンダ１２２の環状壁部１２３とセンタベース１１０の円環部１１１の外周面とは、鉛直方向で緊密に嵌り合う嵌合部（印籠構成部）１３７を構成している。

油室（作動油封入領域）１１４は、センサベース１１０の円環部１１１の内面側で、外輪（ピストン）２５と対向する位置に設けられた環状凹部１１３と、この環状凹部１１３を密閉するダイヤフラム１２９とで構成されている。
油室１１４内には、任意の流体（作動油）Ｒが気泡なく一杯に封入されており、油室１１４は、ダイヤフラム１２９に圧縮力が加わると内圧が変化する。

環状凹部１１３は、断面視で半円状の連続した環状に形成されている。
環状凹部１１３の所定位置には、油室１１４内に封入される作動油などの流体Ｒが入り込む通孔が形成されており、通孔は、円環部１１１の側面に設けられたセンサ連結部１３３へと連通している。

ダイヤフラム１２９は、センサベース１１０の下面と略同一の外径及び内径を有する薄肉円環状に形成されている。ダイヤフラム１２９の材質は、柔軟で耐久性（耐寒性・耐摩耗性・耐油性）がある素材であれば良く、特に限定解釈されるものではないが、例えば、ニトリルゴム・テフロン（登録商標）・クロロプレンゴム・ふっ素ゴム・エチレンプロピレンゴムなど、流体の特質に合った材料を選択する。

また、本実施形態では、ダイヤフラム１２９の上面と下面にわたって貫通するストッパ挿通用の挿通孔が形成されている。外径側には、外径に沿って周方向に等間隔で、外側シリンダ１２２とセンサベース１１０とをボルト１２５を介して固定する際に使用される第一挿通孔１３０が形成され、内径側には、内径に沿って周方向に等間隔で、シール用座面１３９とセンタベースとをシール座面のストッパ突起１４０を介して固定する際に使用される第二挿通孔１３１が形成されている。
なお、本実施形態では、第一挿通孔１３０と第二挿通孔１３１のそれぞれの孔内周に金属リング１３２を取り付けて補強している。

ダイヤフラム１２９と円環部１１１の下面とは、油室１１４内から流体Ｒが漏れないように緊密に突き合わされていることが必要である。本実施形態では、ボルト１２５とストッパ突起１４０とで緊密に固着することによって漏れ防止を図っている。

センサ連結部１３３は、センサベース１１０の円環部１１１の外周面所定位置に、外周面から内方に向けて水平方向（図中矢印２００で示す方向）に一体に設けられ、所定のセンサ（圧力センサ１３４）が配設される。
本実施形態では、筒状に凹設され、環状凹部１１３に設けられた通孔と連通されている。
センサ連結部１３３と圧力センサ１３４とは、流体（作動油）Ｒが漏れないようシール性を高めて緊密に接続することが必要である。

圧力センサ１３４は、前記油室１１４内の流体Ｒの圧力変化を検出し得るものであり、円環部１１１のセンサ連結部１３３を介して一体に接続配置されており、検出部４５を前記油室１１４内と連通させ、検出部４５の先端検出面を油室１１４内に臨ませている。

圧力センサ１３４は、例えば、圧力を測定し、これを電圧信号に変換して伝送される周知構造のものが適宜本発明の範囲内において選択使用されるものであり、特に限定解釈はされず、本発明の範囲内で最適なものが適宜選択可能である。

内側シリンダ１３５は、円環状に形成され、前記センサベース１１０の円筒部１１９の外周に嵌合可能な内径と、外輪の内径に摺接可能な外径を有する円環状に形成されている。また、本実施形態では、センサベース１１０の円筒部１１９の下端外周のネジ部１２１と螺合可能なネジ部１３６を内周面に形成している。
本実施形態において、センサベース１１０の円筒部１１９の外周と、内側シリンダ１３５の内径とは鉛直方向で緊密に嵌り合う嵌合部（印籠構成部）１３８を構成している。

図中符号１３９は、内側シリンダ１３５の上端面とセンサベース１１０の下面との間に介在されるシール用座面であって、上面には、前記ダイヤフラム１２９の第二挿通孔１３１を挿通して前記センサベース１１０の下面に設けられた第二の連結孔１１８に連結されるストッパ突起１４０を突設している。このストッパ突起１４０は、シール用座面１３９の回り止めとしての機能を有している。
このシール用座面１３９は、前記内側シリンダ１３５をセンサベース１１０の円筒部１１９の下面に螺合することによって強固に押上げてセンサベース１１０と内側シリンダ１３５との間に緊密に密着できるため、油室１１４内の流体漏れを防止し得る。

外輪２５は、鉛直方向（図中符号１００で示す方向）及び水平方向（図中矢印２００で示す方向）に肉厚な円環状（中空円環状とも言う）に形成され、その鉛直方向で上面側（平面側）は平坦面に形成するとともに、下面側（底面側）に外輪軌道２８を形成している。

外輪２５の内径は、前記内側シリンダ１３５の外周面（外径）に摺動可能に外嵌される内径を有し、外輪２５の外径は、前記外側シリンダ１２２の内周面（内径）に摺動可能に内嵌される外径を有している。すなわち、このような構成を有していることにより、本実施形態の外輪２５は、内側シリンダ１３５の外周面（外径）と、外側シリンダ１２２の内周面（内径）との間で形成される環状の空間１４１内に摺動可能に配設され、外輪２５の上方に備えられている油室１１４のダイヤフラム１２９を押圧するピストンとして機能している。
なお、図中、符号１４２，１４３は、内側シリンダ１３５の外周面（外径）との間、及び外側シリンダ１２２の内周面（内径）との間をシールするシール部材、本実施形態では外方からの異物侵入を阻止するＯリングが採用されている。なお、本実施形態では、内側シリンダ１３５の外周面（外径）との間をシールする第一のＯリング１４２と、外側シリンダ１２２の内周面（内径）との間をシールする第二のＯリング１４３の配設位置が、鉛直方向で上下にずれている。

座金２３は、鉛直方向でコイルスプリング４の一端５が突き当たるフランジ部２４が水平方向に円環状に突出して設けられている（図８及び図９参照。）。

内輪３５は、前記座金２３のフランジ部２４の外面２４ａに取付固定されている。内輪３５は、円環状に形成され、その鉛直方向で外面側（外輪軌道２８と相対向する上面側）に内輪軌道３７を形成している。

従って、前記外輪２５と内輪３５は、それぞれの相対向する外輪軌道２８と内輪軌道３７に、保持器３９を介して複数個の転動体（鋼球）３８を組み込んで、前記したように内側シリンダ１３５と座金２３との間に配設して軸方向荷重（図中符号１００で示す鉛直方向と同じ方向の荷重）を回転支持する。

本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、懸架装置１の車両側に配設される軸受装置に改良を加えることにより、軸受に作用する圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重を計測する荷重測定装置として機能させることができる。
すなわち、前記のように構成することで、軸受軌道輪の外輪２５を圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）に移動するピストンとして機能させ、軸受に圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）の荷重が作用すると、外輪（ピストン）２５が、内側シリンダ１３５の外径面及び外側シリンダ１２２の内径面に摺接しつつ、前記外径面と内径面との間の環状の空間１４１内で上方に押し込まれる。
これにより、ダイヤフラム１２９が、ピストンとして機能する外輪２５によって圧縮され、油室１１４内の圧力が上昇する。
油室１１４内の圧力と軸方向荷重には比例関係があるため、前記油室１１４内の圧力変化を前記圧力センサ１３４で計測することで、懸架装置１に掛かる圧縮方向（図中矢印１００で示す鉛直方向と同じ方向）荷重を計測できる。ちなみに、計測したデータ（結果）は、車内などに配設したデジタル表示画面などにて確認することが可能である。
「第四実施形態」

図１５乃至図１９は、本発明荷重センサ付軸受装置の他の実施形態（第四実施形態）を示す。
本実施形態では、第三実施形態において説明した外側シリンダ１２２の環状壁部１２３をさらに鉛直方向で上方に高く立ち上げるとともに、その内面にネジ部１４４を設けている。そして、センサベース１１０の円筒部１１９の外周にも、前記環状壁部１２３のネジ部１４４が螺合可能なネジ部１４５を設けている。
このように外側シリンダ１２２の環状壁部１１５をセンサベース１１０の円筒部１１９に螺合させるものとすれば、ダイヤフラム１２９を圧着して固定することが可能となり、油室１１４内の流体漏れをさらに防止することができる。さらに、第三実施形態で説明した内側シリンダ１３５とセンサベース１１０の円筒部１１９との螺合による圧着固定と併せて採用すれば、さらなる油室１１４内の漏れ防止が行い得る。
また、本実施形態では、シール用座面として図１８に示す形態のものを採用している。すなわち、大径部１３９ａと小径部１３９ｂとを有し、それぞれにストッパ突起１４０を突設してなるシール用座面を使用している。
「第五実施形態」

図２０乃至図２１は、本発明荷重センサ付軸受装置の他の実施形態（第五実施形態）を示す。

本実施形態では、第三実施形態のゴム製のダイヤフラム１２９に代えて金属製のダイヤフラム１５０を用いた実施の一形態である。例えば、本実施形態では、ステンレス製の薄肉円環状に形成されている金属製ダイヤフラム１５０を想定している。

また、金属製ダイヤフラム１５０は、本実施形態では、凹状に窪んだ円環状の窪み部１５１が形成されており、この窪み部１５１がセンサベース１１０側の環状凹部１１３と相対向して油室１１４を構成している。
なお、本実施形態に用いられるダイヤフラム１５０はステンレス製に限定されることなく、本発明の作用効果を有効に発揮し得る金属製タイヤフラムであればよく本発明の範囲内で設計変更可能である。

また、外側シリンダ１２２の環状壁部１２３とセンタベース１１０の円環部１１１の外周面とで構成されている嵌合部（印籠構成部）１３７において、前記環状壁部１２３を内側（センサベース１１０の軸芯方向）に向けて折り曲げることによりカシメることで油室１１４内の流体漏れを防止するものとしてもよい。
本実施形態のその他の構成及び作用効果は第一実施形態及び第三実施形態と同様であるため詳細な説明は省略する。

本発明は、本実施形態に示す構成からなる懸架装置に係らず、軸受装置を構成要素としている他の構成からなる懸架装置にも利用可能である。

１ 懸架装置
２ ショックアブソーバ
３ ロッド
４ コイルスプリング
８ 内側シリンダ（第一の部材）
９ 円環部
１４ 環状下面（下面）
１９ 円筒部
２１ 外周面
２３ 座金（第三の部材)
２５ 外輪（軸受軌道輪）
３８ 転動体
４０ 環状空間
４４ 圧力センサ
４５ 検出部
６０ 外側シリンダ（第二の部材）
６３ 最小内径面（内面）
６３ａ 内面
７０ 流体嚢
９０ 取付部（マウント）

Claims (3)

1. 車両側に固定される取付部に連結される円環部と、前記円環部よりも小径で、前記円環部の下面から突出して備えられる円筒部とからなる第一の部材と、
   前記円筒部よりも大径に形成され、前記円筒部の外方で、前記円環部と一体に配設される環状の第二の部材と
   前記第一の部材の前記円筒部の筒軸方向端部に一体に固定されて車輪側に配設される第三の部材と、
   前記第一の部材と第三の部材との間に介在され、前記円筒部を軸中心にして軸方向荷重を回転支持する一対の軸受軌道輪と、
   前記一対の軸受軌道輪間に組み込まれる転動体とを含み、
   前記第一の部材寄りに配設される軸受軌道輪は、前記第一の部材の前記円筒部の外周面と、前記第二の部材の内周面とに嵌合されて筒軸方向に摺動可能に配設され、
   前記第一の部材と前記第二の部材、及び前記取付部寄りの軸受軌道輪との間には、柔軟かつ耐久性を有する材料で形成され、測定流体を密封した流体嚢が隙間なく配設されており、
   前記流体嚢は、前記軸受軌道輪の筒軸方向の移動によって前記測定流体に掛かる圧力が変化可能で、
   前記流体嚢には、前記測定流体の圧力変化を検出し得る圧力センサが接続されていることを特徴とする荷重センサ付軸受装置。
2. 前記第一の部材は懸架装置を構成する内側シリンダで、
   前記第二の部材は懸架装置を構成する外側シリンダで、
   前記第三の部材は懸架装置を構成し、スプリングの一端が突き当たる座金で、
   前記一対の軸受軌道輪は、前記内側シリンダの円筒部の外周面と、前記外側シリンダの内周面とに嵌合されて筒軸方向に摺動可能に配設される外輪と、前記座金に一体に嵌合されて配設される内輪であって、軸方向荷重を回転支持し、
   前記流体嚢は、前記内側シリンダの円環部下面と円筒部外面と外側シリンダの内面、及び前記外輪との間で形成される環状空間部内に隙間なく配設されており、
   前記圧力センサは、前記環状空間部内に臨む外側シリンダの内面にて、検出部を前記流体嚢内に臨ませていることを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ付軸受装置。
3. 前記一対の軸受軌道輪の一方に、中空円環状のピストンが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重センサ付軸受装置。

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