WO2007129448A1

WO2007129448A1 - センサ付車輪用軸受

Info

Publication number: WO2007129448A1
Application number: PCT/JP2007/000396
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Ozaki; Tomomi Ishikawa; Kentarou Nishikawa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2008-10-24
Also published as: US20090097791A1; EP2012031A1; JP2007292158A

Abstract

　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。車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にセンサユニット２１を取付ける。センサユニット２１は、センサ取付部材２２およびこのセンサ取付部材２２に取付けた少なくとも１つ以上の歪みセンサ２３からなる。外方部材１は、ナックル１６と接触するナックル接触部１ａの一部に切欠き部１７を有する。

Description

明細書

センサ付車輪用軸受

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] 従来、車両の一種である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、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼リ付け、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 ) 。

特許文献 1 ：特表 2 0 0 3— 5 3 0 5 6 5号公報

[0006] 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く、その検出結果を車両走行時に姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。

発明の開示

[0007] この発明の目的は、車両にコンパク卜に荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重等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。

[0008] この発明のセンサ付車輪用軸受は、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、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、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも 1つ以上の歪みセンサからなるセンサュニッ卜を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、この固定側部材は、ナックルと接触するナックル接触部の一部に切欠き部を有するものとした。

[0009] 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、その変形はセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重等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や車両のステアモーメントを検出することができる。また、この検出した荷重ゃステアモーメントを車両制御に使用することができる。ステアモーメントは、車両が曲線進路を走行する際に車両用軸受にかかるモーメン卜である。

この車輪用軸受は、固定側部材のナックル接触部の一部に切欠き部が設けられているため、固定側部材の剛性が部分的に低下し、その剛性が低下した箇所の歪みをセンサュニッ卜に設けられた歪みセンサで検出することにより、固定側部材の歪みを感度良く検出できる。なお、切欠き部は、車軸用軸受として要求される剛性を保つ範囲内で固定側部材の剛性を低下させるものとする。

この車輪用軸受は、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも 1つ以上の歪みセンサからなるセンサュニッ卜を固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパク卜かつ容易に設置できる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コス卜低下が図れる。

[0010] 前記センサ取付部材は、前記固定側部材の周面に固定される 2箇所の接触固定部を有し、これら接触固定部は、周方向において、前記切欠き部と同位相の前記固定側部材の周面に位置するのが好ましい。

切欠き部と同位相の固定側部材の周面は、切欠き部と異なる位相の固定側部材の周面よりも剛性が低く、歪みが大きく現れやすい。したがって、センサ取付部材の接触固定部を上記位置とすると、センサ取付部材の歪みも大きくなリ、これを歪みセンサで測定することで、固定側部材の歪みを感度良く検出できる。

[0011 ] より好ましくは、前記センサ取付部材の接触固定部のうち第 1の接触固定部は、前記切欠き部に配置され、第 2の接触固定部は固定側部材のラジアル方向に大きく変形する箇所に配置するのがよい。

切欠き部は、固定側部材の変形が最も大きく現れやすい箇所である。したがって、センサ取付部材の第 1および第 2の接触固定部を上記箇所に配置すると、センサ取付部材は、第 1の接触固定部における切欠き部の変形、および第 2の接触固定部におけるラジアル方向の変形が複合されて大きく変形する。このセンサ取付部材の歪みを歪みセンサで測定するため、固定側部材の歪みを感度良く検出できる。なお、固定側部材のラジアル方向に大きく変形する箇所とは、例えば固定側部材の周面である。

[0012] 前記固定側部材を外方部材とすることができる。その場合、センサュニットを外方部材に取付ける。

[0013] この発明において、前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の上部または下部または上下両方に配置することができる。この場合、歪みセンサの出力より、車両にかかる荷重を算出することができる。

[0014] 前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の上部または下部または上下両方に配置する場合、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推定手段を設けると良い。

推定手段によって得られる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自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。

[0015] また、この発明において、前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置してもよい。この場合、歪みセンサの出力より、車両のステアモーメントを算出することができる。

[0016] 前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置する場合、前記歪みセンサの出力によって、車輪用軸受に作用するステアモーメン卜、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けると良い。

推定手段によって得られる車輪用軸受に作用するステアモーメン卜、または車輪用軸受の予圧量を車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。

[0017] 前記センサ取付部材に温度センサを設けても良い。

車輪用軸受は使用中に温度が変化するため、その温度変化がセンサ取付部材の歪み、または歪みセンサの動作に影響を及ぼす。また、周囲の環境温度の変化も同様の影響を及ぼす。温度センサの出力により歪みセンサの温度特性を補正することで、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

[0018] 前記センサ取付部材に加速度センサおよび振動センサのうち少なくとも一つを設けても良い。

センサ取付部材に、歪みセンサの他に加速度センサ、振動センサ等の各種センサを取付けると、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、配線等を簡略なものとすることができる。

[0019] 前記歪みセンサは、前記センサ取付部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものとしても良い。

上記のように歪みセンサを形成すると、歪みセンサをセンサ取付部材に対して接着によリ固定する場合のように、経年変化による接着強度の低下がないため、センサユニットの信頼性を向上させることができる。また、加工が容易であるため、コストダウンを図れる。

[0020] 前記センサュニッ卜の近傍に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ュニッ卜を設けても良い。

センサュニッ卜の近傍にセンサ信号処理回路ュニッ卜を設けると、センサュニッ卜からセンサ信号処理回路ュニッ卜への配線の手間が簡略化できる。また、車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ュニッ卜を設ける場合よリも、センサ信号処理回路ュニッ卜をコンパク卜に設置できる。

図面の簡単な説明

[0021 ] この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からよリ明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。この発明の範囲は添付のクレームによって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。

[図 1 ]この発明の第 1実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。

[図 2]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図である。

[図 3] ( A) は同センサユニットの平面図、（B ) はその側面図である。

[図 4]第 2実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図である。

[図 5] ( A) は第 3実施形態にかかるセンサユニットの平面図、（B ) はその側面図である。

[図 6]第 4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 7] ( A) 同センサ付車輪用軸受のセンサユニットの平面図、（B ) はその

V I I B -V I I B断面図である。

[図 8] ( A) は第 5実施形態にかかるセンサユニットの平面図、（B ) はその側面図である。

[図 9] ( A) は第 6実施形態にかかるセンサユニットの平面図、（B ) はその側面図である。

[図 10]変形例のセンサュニッ卜の断面構造を示す図である。

[図 11 ]第 7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 12]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とセンサ信号処理回路ュニッ卜とを示す正面図である。

[図 13]同センサ信号処理回路ュニッ卜の平面図である。

[図 14]第 8実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。

[図 15]同センサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図でめる。

[図 16]第 9実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材とセンサュニッ卜とを示す正面図である。

発明を実施するための最良の形態

この発明の第 1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ァゥ卜ボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

[0023] 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、複列のアンギユラ玉軸受型とされていて、転動体 5はポールからなり、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、密封装置 7， 8によりそれぞれ密封されている。

[0024] 外方部材 1は固定側部材となるものであって、ナックル接触部としてのフランジ 1 aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ 1 aには、周方向の複数箇所に車体取付孔 1 4が設けられている。フランジ 1 aのインボード側の面は平面に形成され、この平面を車体の懸架装置から延びるナックル 1 6に接触させて、ナックル 1 6から前記車体取付孔 1 4に螺着させたポルトにより、ナックル 1 6に締結される。フランジ 1 aの上部には、外方部材 1のフランジ 1 a以外の箇所と同一外周径となる切欠き部 1 7が形成されている。この切欠き部 1 7は、車軸用軸受として要求される剛性を保つ範囲で、外方部材 1の剛性を低下させるものである。

[0025] 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

9 aを有するハブ輪 9と、このハブ輪 9の軸部 9 bのインボード側端の外周に嵌合した内輪 1 0とでなる。これらハブ輪 9および内輪 1 0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 1 2が設けられ、この内輪嵌合面 1 2に内輪 1 0が嵌合している。ハブ輪 9の中心には貫通孔 1 1が設けられている。ハブフランジ 9 aには、周方向複数箇所にハブポルト（図示せず）の圧入孔 1 5 が設けられている。ハブ輪 9のハブフランジ 9 aの根元部付近には、ホイ一ルおよび制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部 1 3がァゥ卜ボード側に突出している。

[0026] 外方部材 1の外周部には、図 3に示すセンサュニッ卜 2 1が設けられている。センサュニッ卜 2 1は、センサ取付部材 2 2に、このセンサ取付部材 2 2の歪みを測定する歪みセンサ 2 3を取付けたものである。センサ取付部材 2 2は、細長い板状の部材であって、両端に外方部材 1に固定するための第 1および第 2の接触固定部 2 2 a， 2 2 bと、これら接触固定部 2 2 a， 2 2 b間を連結する連結部 2 2 cとを有している。歪みセンサ 2 3は、センサ取付部材 2 2の中間部である連結部 2 2 cに配置され、接着剤等により取付けられている。

[0027] 上記センサユニット 2 1は、図 1および図 2に示すように、外方部材 1の上部に、センサ取付部材 2 2の第 1および第 2の接触固定部 2 2 a， 2 2 b を接着剤等により外方部材 1に固定させて取付けられる。その際、第 1および第 2の接触固定部 2 2 a , 2 2 bが外方部材 1の周方向において前記切欠き部 1 7と同位相の位置となるように配置され、第 1の接触固定部 2 2 aは切欠き部 1 7に固定され、第 2の接触固定部 2 2 bは外方部材 1の外周面に固定される。第 2の接触固定部 2 2 bによりセンサュニッ卜 2 1を取付ける外方部材 1の軸方向位置は、外方部材 1のァゥ卜ポード側端の近傍、例えばァゥ卜ボード側列の転走面 3よりもァゥ卜ボード側の位置とされる。センサ取付部材 2 2は、この外方部材 1への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。

[0028] また、センサ取付部材 2 2は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。センサ取付部材 2 2に塑性変形が生じると、外方部材 1の変形がセンサ取付部材 2 2に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである

[0029] センサュニッ卜 2 1のセンサ取付部材 2 2は、例えばプレス加工により製作することができる。センサ取付部材 2 2をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。

また、センサ取付部材 2 2は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであリ、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成形する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。

[0030] 歪みセンサ 2 3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 2 3が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、センサ取付部材 2 2における歪みセンサ 2 3取付部分の歪み量が 1 5 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、歪みセンサ 2 3が半導体ストレインゲージで構成されている場合は、同歪み量が 1 0 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、歪みセンサ 2 3が圧膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が 1 5 0 0マイクロストレイン以下であることが好ましい。

[0031 ] 図 1に示すように、歪みセンサ 2 3の出力を処理する手段として、外力等推定手段 3 1および異常判定手段 3 2が設けられている。これらの手段 3 1 ， 3 2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に電子回路装置（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（E C U ) に設けられたものであっても良い。

[0032] 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に固定されたセンサ取付部材 2 2に伝わり、センサ取付部材 2 2が変形する。そのセンサ取付部材 2 2の歪みを歪みセンサ 2 3により測定する。この際、センサ取付部材 2 2は外方部材 1の変形に従って変形するが、センサ取付部材 2 2の両端が外方部材 1の切欠き部 1 7、およびこの切欠き部 1 7よりもァゥ卜ポード側の外方部材 1の外周面に固定されているため、センサ取付部材 2 2の変形は上記両接触箇所の変形が複合されたものとなる。切欠き部 1

7は、外方部材 1の変形が最も大きく現れやすい箇所であり、また外方部材 1の外周面は、外方部材 1のうちラジアル方向に大きく変形する箇所である。このため、センサ取付部材 2 2が大きく変形する。このセンサ取付部材 2 2の歪みを歪みセンサ 2 3が測定するため、外方部材 1の歪みよリも大きな歪みが得られ、感度良く外方部材 1の歪みを検出することができる。

[0033] 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。前記外力等推定手段 3 1は、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、歪みセンサ 2 3の出力により、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。前記異常判定手段 3 2は、外力等推定手段 3 1により算出され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、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できる。また、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、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

[0034] また、車輪用軸受は内輪 1 0によって予圧が付加されるが、その予圧によつてもセンサ取付部材 2 2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できる。前記外力等推定手段 3 1は、このように実験ゃ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、歪みセンサ 2 3の出力により、車輪用軸受の予圧量を算出する。この算出された予圧量を車輪用軸受の組立時に用いることで、同組立時における予圧の調整が容易になる。

[0035] この実施形態は、外方部材 1のフランジ 1 aの上部に切欠き部 1 7を設け、センサュニッ卜 2 1を外方部材 1の上部 1箇所だけに配置した構成としているが、図 4に示す第 2実施形態のように、外方部材 1のフランジ 1 aの下部にも切欠き部 1 7を設け、センサュニッ卜 2 1を外方部材 1の上部および下部の複数箇所に配置した構成としても良い。センサュニッ卜 2 1を複数箇所に配置すると、よリー層精度の高い荷重の検出が可能となる。場合によつては、外方部材 1の下部 1箇所にだけセンサュニッ卜 2 1を配置した構成としてもよい。

[0036] また、この実施形態のセンサュニッ卜 2 1は、センサ取付部材 2 2に歪みセンサ 2 3を 1個だけ取付けた構成としているが、図 5に示す第 3実施形態のように、センサ取付部材 2 2の連結部 2 2 cに歪みセンサ 2 3を複数個取付けた構成としても良い。センサ取付部材 2 2に歪みセンサ 2 3を複数個取付けると、センサ取付部材 2 2の各部の歪みを測定することができ、よリー層精度の高い荷重の検出が可能となる。

[0037] 図 6および図 7は第 4実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサ取付部材 2 2と外方部材 1との固定をポルトを用いて行なうものである。図 7に示すように、このセンサ取付部材 2 2は、全体形状は図 3に示すセンサ取付部材 2 2と同じであり、第 1の接触固定部 2 2 aおよび第 2の接触固定部 2 2 bに径方向のポル卜揷通孔 4 1が形成されている。外方部材 1の外周面には、前記ポルト揷通孔 4 1に対応する位置に、内周面に雌ねじが形成されたポルト螺着孔 4 2がそれぞれ形成されている。図 6に示すように、センサュニット 2 1は、センサ取付部材 2 2のポル卜揷通孔 4 1に外周側からポル卜 4 4を揷通し、そのポル卜 4 4の雄ねじ部 4 4 aをポル卜螺着孔 4 2に螺着させることにより、外方部材 1に固定される。

[0038] 外方部材 1に対するセンサ取付部材 2 2の固定については、接着剤およびポルトのいずれを用いても良い。また、両者を併用してもよい。さらには、接着剤やポルトを用いず、溶接でセンサ取付部材 2 2と外方部材 1とを固定しても良い。

これらの固定構造のいずれを採用した場合でも、センサ取付部材 2 2と外方部材 1とを強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材 2 2 が外方部材 1に対して位置ずれすることがなく、外方部材 1の変形をセンサ取付部材 2 2に正確に伝えることが可能になる。

[0039] 図 8はセンサュニッ卜の第 5実施形態を示す。このセンサュニッ卜 2 1は、歪みセンサ 2 3とは別に温度センサ 2 4が設けられている。なお、センサ取付部材 2 2の形状は図 3に示すものと同じである。温度センサ 2 4としては、例えば白金測温抵抗または熱電対またはサーミスタを使用することができる。さらに、これら以外の温度を検出することが可能なセンサを使用することもできる。

[0040] このセンサュニッ卜 2 1を設けた車軸用軸受も、歪みセンサ 2 3がセンサ取付部材 2 2の歪みを検出し、その歪みにより車輪に加わる荷重を測定する。ところで、車輪用軸受は使用中に温度が変化し、その温度変化がセンサ取付部材 2 2の歪み、または歪みセンサ 2 3の動作に影響を及ぼす。そこで、センサ取付部材 2 2に配置した温度センサ 2 4にてセンサ取付部材 2 2の温度を検出し、その検出した温度によリ歪みセンサ 2 3の出力を補正することにより、歪みセンサ 2 3の温度による影響を除去することができる。これにより、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。

[0041 ] 図 9はセンサュニッ卜の第 6実施形態を示す。このセンサュニッ卜 2 1は、歪みセンサ 2 3とは別に各種センサ 2 5が設けられている。各種センサ 2 5は、加速度センサおよび振動センサのうちの少なくとも一つとする。なお、センサ取付部材 2 2の形状は図 3に示すものと同じである。

このように、センサ取付部材 2 2に歪みセンサ 2 3および各種センサ 2 5 を取付けると、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、配線等を簡略なものとすることができる。

[0042] 図 1 0は前記各実施形態とは異なる方法で歪みセンサを形成したセンサュニッ卜の構造を示す。このセンサュニッ卜 2 1は、センサ取付部材 2 2の上に絶縁層 5 0が形成され、この絶縁層 5 0の表面の両側に対を成す電極 5 1 ， 5 2が形成され、これら電極 5 1， 5 2の間で前記絶縁層 5 0の上に歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体 5 3が形成され、さらに電極 5 1， 5 2と歪み測定用抵抗体 5 3の上に保護膜 5 4が形成された構造となっている。

[0043] このセンサュニッ卜 2 1の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成されたセンサ取付部材 2 2の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層 5 0を形成する。次に、絶縁層 5 0の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極 5 1， 5 2を形成する。さらに、電極 5 1と電極 5 2との間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体 5 3を形成する。さらに、これら電極 5 1， 5 2および歪み測定用抵抗体 5 3を保護するために、保護膜 5 4を形成する。

[0044] 通常、歪みセンサはセンサ取付部材 2 2に対して接着による固定が行なわれるが、この固定構造は、経年変化による接着強度の低下が歪みセンサの検出に影響を及ぼす可能性があり、またコス卜アップの原因ともなつている。これに対し、この実施形態のように、センサ取付部材 2 2の表面に絶縁層 5 0を印刷および焼成により形成し、この絶縁層 5 0の上に電極 5 1， 5 2および歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体 5 3を印刷および焼成によリ形成したセンサュニッ卜 2 1とすると、信頼性の向上とコス卜ダウンを図ることが可能となる。

[0045] 図 1 1ないし図 1 3は第 7実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサュニット 2 1に設けられた歪みセンサや前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ュニッ卜 6 0を組み込んだものである。このセンサ信号処理回路ュニッ卜 6 0は外方部材 1の外周面に取付けられている。

[0046] センサ信号処理回路ュニッ卜 6 0は、樹脂等で製作されたハウジング 6 1 内に、ガラスエポキシ等で製作された回路基板 6 2を有し、その回路基板 6 2上には、前記歪みセンサ 2 3の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マィコン等ゃ歪みセンサ 2 3を駆動する電源用の電気■電子部品 6 3が配置されている。また、歪みセンサ 2 3の配線と回路基板 6 2とを接合する接合部 6 4を有している。また、外部からの電源供給や外部へセンサ信号処理回路によって処理された出力信号を出力するケーブル 6 5を有している。センサユニット 2 1に前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）が設けられている場合、センサ信号処理回路ュニッ卜 6 0にはそれぞれのセンサに対応した回路基板 6 2、電気■電子部品 6 3、接合部 6 4、ケーブル 6 5等が設けられる。

[0047] 一般的には、車輪用軸受に設けられた各センサの出力を処理するセンサ信号処理回路ユニットは自動車の電気制御ユニット（E C U ) に設けられるが、この実施形態のように、車輪用軸受におけるセンサュニッ卜 2 1の近傍にセンサ信号処理回路ュニッ卜 6 0を設けることで、センサュニッ卜 2 1からセンサ信号処理回路ュニッ卜 6 0への配線の手間が簡略化でき、また車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ュニッ卜 6 0を設ける場合よりも、センサ信号処理回路ュニッ卜 6 0をコンパク卜に設置できる。

[0048] 図 1 4および図 1 5は、上記各実施形態とはセンサュニッ卜 2 1の配置箇所が異なる第 8実施形態を示す。上記各実施形態が、外方部材 1の上部または下部または上下両方のセンサュニッ卜 2 1が配置されているのに対し、この実施形態は、外方部材 1の車両進行方向における前部にセンサュニッ卜 2 1が配置されている。また、図 1 4に示すように、歪みセンサ 2 3の出力を処理する手段として、上記実施形態における外力等推定手段 3 1の代わりに、モーメント等推定手段 3 3が設けられている。これ以外は図 1ないし図 3 の第 1実施形態と同じ構成であるため、同一構成箇所には同一符号を付して表示し、その説明を省略する。

[0049] 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に固定されたセンサ取付部材 2 2に伝わり、センサ取付部材 2 2が変形する。そのセンサ取付部材 2 2の歪みを歪みセンサ 2 3により測定する。この場合も、前記同様に、センサ取付部材 2 2に設けた歪みセンサ 2 3で、外方部材 1の歪みを感度良く検出することができる。

[0050] この実施形態では、歪みと荷重の関係から、車輪用軸受に作用するステアモーメントを算出することができる。ステアモーメントは、車両が曲線進路を走行する際に車両用軸受にかかるモーメン卜である。前記モーメント等推定手段 3 3は、実験ゃシミュレーションによリ予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、歪みセンサ 2 3の出力により、車輪用軸受に作用するステアモーメントを算出する。これをもとに異常判定手段 3 2は、車輪用軸受に作用するステアモーメン卜が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できる。また、リアルタイムで車輪用軸受に作用するステアモーメントを出力すると、よりきめ細かな車両制御が可能となる。

[0051] また、前記同様に、歪みと予圧の関係から、車輪用軸受の予圧の状態を知ることができる。前記モーメント等推定手段 3 3は、このように実験ゃシミユレーシヨ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、歪みセンサ 2 3の出力により、車輪用軸受の予圧量を算出する。この算出された予圧量を車輪用軸受の組立時に用いることで、同組立時における予圧の調整が容易になる。

[0052] この実施形態は、外方部材 1の車両進行方向における前部 1箇所だけにセンサュニッ卜 2 1を配置した構成としているが、図 1 6に示す第 9実施形態のように、外方部材 1の前部および後部の複数箇所にセンサュニッ卜 2 1を配置した構成としても良い。このようにセンサュニッ卜 2 1を複数箇所に配置すると、よリー層精度の高いステアモーメントの検出が可能となる。場合によっては、外方部材 1の後部 1箇所だけにセンサュニッ卜 2 1を配置した構成としてもよい。

[0053] なお、前記各実施形態では、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、センサュニッ卜 2 1は内方部材の内周となる周間に設ける。

また、前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。以上説明した実施形態には、つぎの各態様が含まれる。

[態様 1 ]

固定側部材に作用する外力、または前記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、センサユニットは塑性変形しないものとする。センサユニットに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサュニッ卜のセンサ取付部材に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。上記想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。

[態様 2 ]

センサ取付部材はプレス加工品とする。センサ取付部材をプレス加工によリ製作すると、加工が容易であり、コストダウンが可能になる。

[態様 3 ]

センサ取付部材は金属粉末射出成形による焼結金属品とする。センサ取付部材を金属粉末射出成形により製作すると、寸法精度の良いセンサ取付部材が得られる。

[態様 4 ]

センサ取付部材と固定側部材との固定は、ポル卜および接着剤のいずれかを用いて行なうか、または両方を併用して行なうか、または溶接を用いて行なう。

上記いずれかの方法でセンサ取付部材と固定側部材とを固定すると、センサ取付部材を固定側部材に強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材が固定側部材に対して位置ずれすることがなく、固定側部材の変形をセンサ取付部材に正確に伝えることが可能になる。

Claims

請求の範囲

[1] 車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、

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、

センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも 1つ以上の歪みセンサからなるセンサュニッ卜を、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、

前記固定側部材は、ナックルと接触するナツクル接触部の一部に切欠き部を有するものとしたセンサ付車輪用軸受。

[2] 請求項 1において、前記センサ取付部材は、前記固定側部材の周面に固定される 2箇所の接触固定部を有し、これら接触固定部は、周方向において、前記切欠き部と同位相の前記固定側部材の周面に位置するものであるセンサ付車輪用軸受。

[3] 請求項 1において、前記センサ取付部材の接触固定部のうち第 1の接触固定部は、前記切欠き部に配置され、第 2の接触固定部は固定側部材のラジアル方向に大きく変形する箇所に配置されたセンサ付車輪用軸受。

[4] 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

[5] 請求項 1において、前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の上部または下部または上下両方に配置したセンサ付車輪用軸受。

[6] 請求項 5において、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推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。

[7] 請求項 1において、前記センサュニッ卜を、前記固定側部材の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置したセンサ付車輪用軸受。

[8] 請求項 7において、前記歪みセンサの出力によって、車輪用軸受に作用するステアモーメン卜、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。

[9] 請求項 1において、前記センサ取付部材に温度センサを設けたセンサ付車輪用軸受。

[10] 請求項 1において、前記センサ取付部材に加速度センサおよび振動センサのうち少なくとも一つを設けたセンサ付車輪用軸受。

[11 ] 請求項 1において、前記歪みセンサは、前記センサ取付部材の表面に絶縁層を印刷および焼成によって形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成によって形成したものであるセンサ付車輪用軸受

[12] 請求項 1において、前記センサュニッ卜の近傍に、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ュニッ卜を設けたセンサ付車輪用軸受。