JP4471745B2

JP4471745B2 - 荷重センサ内蔵車輪用軸受

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Publication number: JP4471745B2
Application number: JP2004185160A
Authority: JP
Inventors: 孝誌小池; 智海石河; 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2006009866A

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。このような車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−３３６６５２号公報

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での制御を可能とする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偏るなど、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。

特許文献１に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、車体取付フランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定して荷重を得ているが、検出部が外部に露出しており耐久性に課題を残している。また、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。

この発明の目的は、このような課題を解消し、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる荷重センサ内蔵車輪用軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、センサの取付けが確実で、信頼性に優れ、かつ種々異なるサイズの軸受部への対応が容易で、低コストにできる荷重センサ内蔵車輪用軸受を提供することである。

この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、複列の転走面を内周面に有する外方部材と、この外方部材の転走面と対向する複列の転走面を有する内方部材と、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、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられる検出部を有する回転センサと、前記内方部材にスプライン嵌合する継手に対向して取り付けられる検出部を有する変位センサとを設けている。この場合に、前記外方部材の外径面に嵌合する嵌合筒部、および前記外方部材の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部を有するセンサ取付部材を設け、このセンサ取付部材の前記側板部に、互いに対面する内側および外側の対向板部を設け、これら内，外の対向板部の間に前記回転センサおよび変位センサを挟み込み状態に取付けている。

この構成の場合、センサ取付部材に設けられた内外の対向板部の間に回転センサと変位センサを挟み込み状態に取付けたため、センサが外れる恐れがなく、取付けが確実で、信頼性の高いものとできる。センサ取付部材は、嵌合筒部で外方部材の外径面に嵌合し、側板部で外方部材の端面に接して軸方向に位置決めされるため、位置決めが簡単に精度良く行え、センサの位置決め精度が優れたものとできる。上記センサは、例えば、センサ素子を樹脂製等のセンサホルダ内に埋込んだものとされるが、このセンサホルダは、センサ取付部材とは別体に製作されてセンサ取付部材に取付けられる。そのため、種々異なるサイズの軸受部に取付ける場合に、センサ取付部材を軸受部のサイズに合わせたものとすることで対処できて、センサホルダ付きのセンサは同一のものを用いて種々異なるサイズの軸受部に対応できる。しがって、センサおよびセンサ取付部材からなるセンサユニットを低コストで製作できる。

この発明において、前記内，外の対向板部の間に挟み込み状態に取付ける回転センサおよび変位センサを、いずれも軸受中心に対する鉛直方向の上下の位置、および水平方向の両側の位置に配置しても良い。
鉛直方向の上下、および水平方向の両側に変位センサを設けることで、車輪にかかる上下方向の荷重、および前後方向の荷重を共に検出することができる。

この発明において、変位センサを複数個設け、これら複数個の変位センサのうち少なくとも一個を、回転センサとを一緒に樹脂モールドしても良い。
変位センサと回転センサとを一緒に樹脂モールドすることで、部品点数，組立工数の増大を回避しながら、変位センサと回転センサの両方を設けることができる。

この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、複列の転走面を内周面に有する外方部材と、この外方部材の転走面と対向する複列の転走面を有する内方部材と、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、前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられる検出部を有する回転センサと、前記内方部材にスプライン嵌合する継手に対向して取り付けられる検出部を有する変位センサとを設け、前記外方部材の外径面に嵌合する嵌合筒部、および前記外方部材の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部を有するセンサ取付部材を設け、このセンサ取付部材の前記側板部に、互いに対面する内側および外側の対向板部を設け、これら内，外の対向板部の間に前記回転センサおよび変位センサを挟み込み状態に取付けたため、回転と荷重との両方が測定でき、かつセンサが外れる恐れがなく、取付けが確実で、信頼性の高いものとできる。

参考提案例を図１ないし図４と共に説明する。この参考提案例の荷重センサ内蔵車輪用軸受は第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。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。図１（Ａ）では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図１（Ａ）において、この車輪用軸受１８は、内周に複列の転走面４を有する外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を外周に有する内方部材２と、これら複列の転走面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この車輪用軸受１８は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面４，５は断面円弧状であり、各転走面４，５は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、図１（Ａ）のようにナックル（図示せず）に固定するための車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部材とされている。車体取付フランジ１ａは、車体（図示せず）に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト（図示せず）で締結される。車体取付フランジ１ａのボルト挿入孔１２はねじ加工されており、上記ボルトはナックルに設けられた貫通孔を貫通して、ボルト挿入孔１２に先端の雄ねじ部分が螺合する。なお、ボルト挿入孔１２をねじ孔とする代わりに、単にボルトが挿通される孔として、ナット（図示せず）でボルトを締め付けるようにしても良い。

内方部材２は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを外周に有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなり、ハブ輪２Ａには等速ジョイント１３の外輪１３ａが連結されている。ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに、各列の転走面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａの内径穴２９には、等速ジョイント１３の外輪１３ａに一体に形成されたステム部１４が挿通され、ワッシャ１５を介してボルト１６を前記ステム部１４の中央に設けられたねじ孔１４ａに螺合させることで、等速ジョイント外輪１３ａがハブ輪２Ａに連結される。前記ワッシャ１５は、ハブ輪２Ａの内径穴２９におけるアウトボード側に形成された段差面２ｅに当接するように配置され、このワッシャ１５に挿通されるボルト１６を前記ステム部１４のねじ孔１４ａに螺合させることで、等速ジョイント外輪１３ａがハブ輪２Ａに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。なお、ワッシャ１５は図示しないボルトによりハブ輪２Ａに固定して回転できないようにしても良い。

ハブ輪２Ａの内径穴２９のうち、車輪取付フランジ２ａに対応する位置よりインボード側にはスプライン溝２ｂが形成されており、このスプライン溝２ｂにステム部１４の外周面に形成されたスプライン溝１４ｂがスプライン嵌合する。内輪２Ｂは、ハブ輪２Ａのインボード側端部に設けられた加締部２Ａａにより、ハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ密封装置である接触式のシール７，８で密封されている。特に、アウトボード側のシール７のリップ部７ａは、車輪取付フランジ２ａの側面２ｃに摺接することでシール性が確保される。また、等速ジョイント外輪１３ａにおけるハブ輪２Ａとの軸方向係合面１３ａａと、この軸方向係合面１３ａａに対向する前記内輪２Ｂの幅面との間にはＯリング１７が介装され、これによりスプライン溝２ｂ，１４ｂの結合部に水分や異物が入ることを防止している。

車輪用軸受１８の車輪取付フランジ２ａとアウトボード側の転走面４，５とで挟まれる空間体に、荷重センサ９が配置されている。荷重センサ９は、検出部である変位センサ１０と、ハブ輪２Ａの前記変位センサ１０で検出される被検出部１１とからなり、ハブ輪２Ａが荷重によって傾斜することを検出して荷重を推定処理するものとされている。変位センサ１０は、複数のヨーク１０ａとコイル巻線１０ｂとからなり、外方部材１の内径面に圧入等で固着されている。また、変位センサ１０のヨーク１０ａの先端が対向するハブ輪２Ａの円周部全体を被検出部１１として用い、被検出部１１の表面は研削等が施され回転振れが少なくなるように同軸度等を管理して製作される。荷重センサ９はシール７の軸受内側に組込まれている。これにより、荷重センサ９は水分やゴミ等の付着が無く、環境的に良い状態に保たれるため、長年の使用にも耐え得る。

図２は、荷重センサ９の断面を模式的に表したものである。荷重センサ９の変位センサ１０は、ヨーク１０ａにコイル１０ｂを巻回したリラクタンス型のものであり、周方向に複数個（ここでは１０Ａ〜１０Ｄの４個）配置されている。各変位センサ１０Ａ〜１０Ｄのヨーク１０ａ１〜１０ａ４は、磁性体からなるリング板１０ｃの上下左右の４箇所に、内径側に向けて突出して一体形成されており、互いに機械角で９０度だけ隔てた位置となっている。これらのヨーク１０ａ１〜１０ａ４に、各コイル１０ｂ１〜１０ｂ４がそれぞれ巻回されている。コイル１０ｂ１〜１０ｂ４の巻線処理は、隣り合うヨークの極性が互いに異なるようになされる。コイル巻線１０ｂはヨーク１０ａに直接巻いても良いが、図示しない樹脂ボビンを介在させても良い。

車輪用軸受１８に荷重が印加されていない状態において、各ヨーク１０ａ１〜１０ａ４の先端は、被検出部１１との隙間がほぼ同じとなるように設定される。なお、前記リング板１０ｃおよびヨーク１０ａを構成する磁性体部品は、ケイ素鋼鈑を積層したものであっても構わない。あるいはＳ１０Ｃ，ＳＳ４００パーマロイ，フェライト等の透磁率の高い磁性体でも構わない。

図１（Ａ）に示すように、荷重センサ９の変位センサ１０からはケーブル１９が引き出される。このとき、図１（Ｂ）に平面図で示すように、外方部材１のアウトボード側端に設けたＵ字状切り欠き２０の位置にケーブル１９を合わせてから変位センサ１０を圧入することで、ケーブル１９に邪魔されることなく変位センサ１０を外方部材１に容易に取付けることができる。なお、Ｕ字状切り欠き２０を封止するために、Ｕ字状切り欠き２０の形状に合わせた弾性部材２１（例えばゴム材）にケーブル１９を挿貫させた後、この弾性部材２１がＵ字状切り欠き２０に差し込まれる。Ｕ字状切り欠き２０の部分の密封性をより高めるために、さらに接着剤や熱溶着等の熱固着を用いても良い。この処理の後で、シール７の金属環７ｂ（図１（Ｂ））が外方部材１の外周に圧入固着される。これにより、Ｕ字状切り欠き２０の上にシール金属環７ｂの一部が重なることになり、Ｕ字状切り欠き２０の防水性を高めることができる。また、弾性部材２１を、その表面が外方部材１の外径面からはみ出す厚みとした場合には、防水効果をより一層高めることができる。さらに他の防水対策として、シール７の金属環７ｂと外方部材１との接触部にゴム等の弾性部材を全周に渡って介在させても良い。なお、ケーブル１９の引き出し方法やシール処理はこれに限定されるものではない。

前記等速ジョイント外輪１３ａのステム部１４は、ハブ輪２Ａの内径穴２９の長さよりも短いものとし、ハブ輪２Ａの内径穴２９におけるステム部１４のスプライン結合部よりもアウトボード側の部分２ｄは、スプライン溝２ｂの形成部内径よりも大径としてある。これにより、一部が荷重センサ９の被検出部１１となるハブ輪２Ａの剛性を、強度に影響しない範囲で低減させている。この構造により、ハブ輪２Ａの軸心が傾斜しやすくなって、荷重センサ９の感度向上を図ることができる。

図３に、上記荷重センサ９の検出回路例を示す。ここでは、車輪用軸受１８に上下方向の荷重が加わった場合の荷重検出を例として説明する。この検出回路は、コイル１０ｂ１と抵抗とからなる第１の直列回路２２と、コイル１０ｂ３と抵抗とからなる第２の直列回路部２３とを並列に接続したものからなる。第１の直列回路部２２とこれに並列に接続される第２の直列回路部２３とに、発信器２４から数十ｋＨｚの交流電圧が印加される。第１のコイル１０ｂ１にかかる分割電圧は、整流器２５およびローパスフィルタ２６で直流電圧に変換されて差動増幅器２７の第１入力端子に入力される。また、第２のコイル１０ｂ３にかかる分割電圧も、別の整流器２５およびローパスフィルタ２６で直流電圧に変換されて、差動増幅器２７の第２入力端子に入力される。差動増幅器２７はこれら２入力の差分を増幅して出力する。この出力はハブ輪２Ａにかかる荷重またはモーメント荷重を検出したものとなる。
なお、直列回路２２，２３の代わりに、図４に示すようにコンデンサ２８とコイル１０ｂ１（１０ｂ３）との共振回路を用いても良い。この例では整流器２５の部分をダイオードで、ローパスフィルタ２６の部分を平滑用コンデンサでそれぞれ代用している。このように共振回路を用いた方が、変位検出の感度を高くすることが可能である。

次に、上記構成の車輪用軸受１８における荷重検出動作を説明する。車輪用軸受１８にかかる車重の変化、あるいはコーナリング時に車輪取付フランジ２ａに上下方向のモーメント荷重等が加わると、車輪用軸受１８の転動体３と転走面４，５との接触面が移動してハブ輪２Ａは軸心が傾斜する。このとき、荷重センサ９におけるヨーク１０ａ１，１０ａ３を車体上下方向に合わせて外方部材１に固着しておけば、ヨーク１０ａ１と被検出部１１との隙間が大きくなったときに、これと１８０度対向した位置に設けられるヨーク１０ａ３と被検出部１１との隙間は減少する。それぞれの隙間変化を、対応するコイル１０ｂ１、１０ｂ３を用いて図３または図４に示す回路で処理すれば、ハブ輪２Ａの傾斜角から車輪用軸受１８にかかる荷重を推測できる。

また、これとは９０度回転した方向、つまり、タイヤの設置面と平行な方向のモーメントが車輪取付フランジ２ａに加わった場合にも、コイル１０ｂ２、１０ｂ４を用いて同様の処理を行えば、水平方向の荷重あるいはモーメント荷重を測定できる。
また、このように１８０度対向した位置の２つの変位センサ１０Ａ，１０Ｃ（１０Ｂ，１０Ｄ）の出力差を取ることで、ハブ輪２Ａの偏心による出力変動をキャンセルし、かつ感度を２倍に向上できる。

このように、この参考提案例の荷重センサ内蔵車輪用軸受では、内方部材２のハブ輪２Ａの車輪取付フランジ２ａと転動体３との間に位置して、外方部材１と内方部材２との隙間を測定する変位センサ１０を周方向に複数個配置したため、車両にコンパクトに荷重センサ９を設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。また、シール７の軸受内側に変位センサ１０を組み込むことができるので、環境的にも変位センサ１０の経年変化が無く、長年の使用にも耐えうる。

上記検出回路による電気的な処理は、外方部材１に設けた回路基板（図示なし）上で処理するか、ナックル（図示なし）に回路基板を固定して処理をしても良い。さらには、この回路基板を、自動車のＥＣＵ（電気制御ユニット）側に内蔵することも可能である。このようにして検出回路で処理されたトルク情報は、図示しない送信手段によって車体側の受信手段にワイヤレスで送信することも可能である。この場合、検出回路を実装した回路基板への電力供給もワイヤレスで行うことも可能である。ここで得られる荷重出力は情報としてＥＣＵに取込まれ、自動車の走行安定性制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。

図５および図６は、図２における荷重センサ９の他の構成例を示したものであり、荷重の検出方法は図２の例と同じである。図５では、磁性体のリング板１０ｃに、機械角で９０度以下の間隔（ここでは３０度）で周方向に並ぶ複数個のヨーク１０ａ１１〜１０ａ１３、１０ａ２１〜１０ａ２３、１０ａ３１〜１０ａ３３、１０ａ４１〜１０ａ４３を内径側に突出させて一体形成している。これらのヨークに、コイル１０ｂ１１〜１０ｂ１３、１０ｂ２１〜１０ｂ２３、１０ｂ３１〜１０ｂ３３、１０ｂ４１〜１０ｂ４３を、それぞれ巻回している。１組のヨーク１０ａ１１〜１０ａ１３と、これらのヨークに巻回されるコイル１０ｂ１１〜１０ｂ１３とで１つの変位センサ１０Ａが構成され、コイル１０ｂ１１〜１０ｂ１３の巻線は接続して１つのコイルとして処理される。これと同様に、他の１組のヨーク１０ａ２１〜１０ａ２３と、これらのヨークに巻回されるコイル１０ｂ２１〜１０ｂ２３とで他の１つの変位センサ１０Ｂが構成され、コイル１０ｂ２１〜１０ｂ２３の巻線は接続して１つのコイルとして処理される。また、他の１組のヨーク１０ａ３１〜１０ａ３３と、これらヨークに巻回されるコイル１０ｂ３１〜１０ｂ３３とで他の１つの変位センサ１０Ｃが構成され、コイル１０ｂ３１〜１０ｂ３３の巻線は接続して１つのコイルとして処理される。また、他の１組のヨーク１０ａ３１〜１０ａ３３と、これらヨークに巻回されるコイル１０ｂ３１〜１０ｂ３３とで他の１つの変位センサ１０Ｃが構成され、コイル１０ｂ３１〜１０ｂ３３の巻線は接続して１つのコイルとして処理される。他の１組のヨーク１０ａ４１〜１０ａ４３と、これらヨークに巻回されるコイル１０ｂ４１〜１０ｂ４３とで他の１つの変位センサ１０Ｄが構成され、コイル１０ｂ４１〜１０ｂ４３の巻線は接続して１つのコイルとして処理される。

このように、この荷重センサ９では、１つの変位センサ１０が被検出部１１と対向する周方向範囲を増やすことで、ハブ輪２Ａの回転振れに伴うセンサ出力の変動を抑制している。

図６では、図２に示す荷重センサ９の構成において、各１つのヨーク１０ａ１〜１０ａ４の被検出部１１と対向する周方向幅を広く取ったものであり、図５の場合と目的は同じである。この場合、各ヨーク１０ａ１〜１０ａ４の周方向幅は、９０度以下で、かつ隣合うヨーク間に巻線が可能な範囲で略９０度に近い周方向幅、例えば７０度程度以上とされる。
このようにヨーク１０ａ１〜１０ａ４の先端の周方向角度を広く取ることで、センサ出力を平均化して偏心誤差の低減を図れる。

図７および図８は、他の参考提案例を示す。この参考提案例の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、図１〜図６に示した第１の参考提案例において、荷重センサ９の変位センサ１０を、これに代えて図８に示す変位センサ３０（ここでは３０Ａ〜３０Ｄの４個）としたものである。
この例では、非磁性のリング部材３１の機械角で９０度だけ隔てた位置となる上下左右の４箇所に、径方向に貫通する複数個の貫通孔３１ａが設けてある。前記各変位センサ３０（３０Ａ〜３０Ｄ）は、これらの貫通孔３１ａにそれぞれ挿入固定した磁性体からなる円筒状ヨーク３０ａ（３０ａ１〜３０ａ４）と、各ヨーク３０ａに巻回したコイル３０ｂ（３０ｂ１〜３０ｂ４）とでそれぞれ構成される。

円筒状ヨーク３０ａは、貫通孔３１ａの軸心と同軸でハブ輪２Ａの外径面の被検出部１１に対向する軸心部を有する断面Ｅ形状の磁性体からなり、この軸心部にコイル３０ｂが巻回される。この荷重センサ９Ａによる荷重の検出方法は、第１の参考提案例の場合と同じである。また、この場合も、図５の荷重センサ９と同様に、周方向に並ぶ変位センサ３０の数を増やして複数組に分け、各組の複数のコイル３０ｂの巻き線を接続して１つのセンサコイルとして処理しても良い。

図９は、さらに他の参考提案例を示す。この参考提案例の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、図１〜図６に示した第１の参考提案例におけるラジアル型とした荷重センサ９に代えて、アキシアル型の荷重センサ９Ｂを用いたものである。この例の荷重センサ９Ｂは、外方部材１のアウトボード側端部に設けた検出部である変位センサ４０と、この変位センサ４０が軸方向に対向する車輪取付ブランジ２ａのインボード側に向く側面２ｃ上の被検出部４１とで構成され、外方部材１と被検出部４１との隙間変化を測定する構成としている。変位センサ４０は、磁性体からなるリング板４０ｃの周方向の複数箇所（例えば機械角で９０度隔てた４か所）に、前記被検出部４１と一定の間隔を保って対向するように軸方向に突出させて一体形成した複数のヨーク４０ａと、これらのヨーク４０ａにそれぞれ巻回された複数のコイル４０ｂとからなる。この荷重センサ９Ｂによる荷重の検出方法は第１の参考提案例における荷重センサ９の場合と同じであり、車輪取付フランジ２ａに加わるモーメント荷重によって生じる変位を検出することで荷重を算出する。

図１０は、さらに他の参考提案例を示す。この参考提案例の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、図９に示した参考提案例において、等速ジョイント１３と車輪用軸受１８との結合構成を変えたものである。この参考提案例では、等速ジョイント外輪１３ａのステム部１４の先端に設けた雄ねじ部１４ｃにナット４２を螺合させることで、等速ジョイント外輪１３ａがハブ輪２Ａに締結固定されている。ハブ輪２Ａの内径穴２９のスプライン溝２ｂは、インボード側端からアウトボード側の車輪取付フランジ２ａの相当位置まで形成されている。このスプライン溝２ｂにステム部１４の外周面に形成されたスプライン溝１４ｂがスプライン嵌合する。なお、センサ感度の観点からは、車輪取付フランジ２ａの径方向中心部にステム部１４が無い第１の参考提案例の場合の構造の方が、モーメント荷重による変形量が大きくなって好ましい。また、この参考提案例では、図９に示した実施形態での荷重センサ９Ｂが用いられているが、図１〜図６に示した第１の参考提案例での荷重センサ９を用いても、図７および図８に示した他の荷重センサ９Ａを用いても良い。

図１１および図１２は、この発明の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、図１０に示した参考提案例において、ハブ輪２Ａの加締部２Ａａで内輪２Ｂを軸方向に締め付け固定していたのに代えて、等速ジョイント外輪１３ａの接合面１３ａａと、等速ジョイント外輪１３ａのステム部１４の雄ねじ部１４ｃに螺合するナット４２とで内輪２Ｂを軸方向に締め付け固定するようにしている。等速ジョイント外輪１３ａの上記接合面１３ａａは、図１０の参考提案例においてハブ輪２Ａの加締部２Ａａに当接していた部分であり、前記ナット４２の締め付けで前記接合面１３ａａが内輪２Ｂのインボード側幅面に押し当てられることにより、内輪２Ｂがハブ輪２Ａに対して軸方向に締め付け固定される。

また、この実施形態では、図１０の参考提案例における荷重センサ９Ｂに代えて、車輪用軸受１８のインボード側端部に回転センサ４３および荷重センサ９が設けられる。回転センサ４３は、エンコーダ４４と検出部４５とでなる。荷重センサ９は、等速ジョイント外輪１３ａの前記接合面１３ａａに隣接するインボード側の外径面からなる被検出部１１Ａと、この被検出部１１Ａに対して径方向に対向する変位センサ１０とからなる。変位センサ１０の構成は、例えば図１〜図６に示す第１の参考提案例における荷重センサ９の変位センサ１０と同じである。

回転センサ４３のエンコーダ４４は、内方部材２のインボード側端部外周に取付けられる。エンコーダ４４は磁気エンコーダからなり、断面Ｌ字状の環状芯金４４ａの側板部に多極磁石４４ｂを設けたものとされている。エンコーダ４４は、芯金４４ａの円筒部を内輪２Ｂの外周に圧入することにより、内方部材２に取付けられている。多極磁石４４ｂは円周方向に交互に磁極Ｎ，Ｓを形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石などからなる。エンコーダ４４は、この実施形態では、インボード側のシール８の構成部品を兼ねており、前記多極磁石４４ｂに外方部材１の内径面に摺接するリップ部が一体に形成されている。

回転センサ４３の検出部４５は、エンコーダ４４に対して軸方向に対向配置されてエンコーダ４４の磁界を検出する磁気センサであり、センサ取付部材４６を介して外方部材１に取付けられる。検出部４５は、荷重センサ９の変位センサ１０と共に樹脂製等のセンサホルダ４７内に埋め込まれる。センサホルダ４７は、本体部４７ａから後方に延びるコードカバー部４７ｂを有し、このコードカバー部４７ｂの先端から、コード４８が延びている。

センサ取付部材４６は、外方部材１の外径面に嵌合する嵌合筒部４６ａ、および外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部４６ｂを有する。この側板部４６ｂに、互いに対面する内側および外側の対向板部５１，５２が設けられ、これら内外の対向板部５１，５２の間に上記センサホルダ４７が挟み込み状態に取付けられている。センサホルダ４７は、センサ取付部材４６とは別体に製作されて、センサ取付部材４６に取付けられる。センサ取付部材４６は、互いに内外に重なった２枚の金属板製の内板４９および外板５０からなる。前記側板部４６ｂの内外の対向板部５１，５２は、内板４９および外板５０の全周に構成され、これら対向板部５１，５２とその外周縁間を繋ぐ外板５０の円筒状部分とによって、側板部４６ｂは、半径方向に沿う断面形状がコ字状の中空二重板に形成されている。なお、側板部４６ｂの周方向の一部のみに対向板部５１，５２を設けても良い。内板４９および外板５０は、いずれも板金のプレス加工品からなる。

センサ取付部材４６の外方部材１への取付けは、嵌合筒部４６ａを外方部材１の外径面に圧入することで行われる。嵌合筒部４６ａの内径面には、ゴム等からなるシート状の弾性体５３が固着され、この弾性体５３の内径面の係止部が、外方部材１の外径面の係合溝に係合することで、センサ取付部材４６の抜け止めが図られている。

センサ取付部材４６の内外の対向板部５１，５２は、センサホルダ本体部４７ａを内外に貫通させるセンサ取付開口５１ａ，５２ａを有し、回転センサ４３の検出部４５は、内側の対向板部５１のセンサ取付開口５１ａを挟んで前記エンコーダ４４と軸方向に対向する位置に配置される。荷重センサ９の変位センサ１０はセンサ取付部材４６の側板部４６ｂの内周縁側に配置される。センサ取付部材４６の内板４９と外板５０との間にはゴム材等からなる弾性体５４が挟み込まれている。この弾性体５４はシート状とされ、側板部４６ｂにおいては、センサホルダ４７と外側の対向板部５２との間に介在する。弾性体５４の内周縁部は外側の対向板部５２の外面を覆うように設けられ、この弾性体内周縁部に、等速ジョイント外輪１３ａの軸方向に向く段差面１３ａｂに摺接するリップ５４ａが設けられている。前記段差面１３ａｂは、内方部材２の内輪２Ｂの端面を押し付ける接合面１３ａａより外径側に位置している。これら接合面１３ａａおよび段差面１３ａｂにより、等速ジョイント外輪１３ａの外周面が階段状に形成されている。

回転センサ４３の検出部４５、および荷重センサ９の変位センサ１０（ここでは１０Ａ〜１０Ｄの４個）は、上記センサホルダ４７において、図１１におけるＡ−Ａ矢視断面図を示す図１２のように配置される。すなわち、回転センサ４３の検出部４５は周方向の上部に配置され、荷重センサ９の変位センサ１０Ａ〜１０Ｄは、上下左右の各位置（機械角で９０度隔てた位置）に配置される。回転センサ４３の検出部４５は、軸受中心に対する鉛直方向において、変位センサ１０Ａよりも上位置に配置される。また、センサホルダ４７内における検出部４５および各変位センサ１０Ａ〜１０Ｄの設置部相互間にはシール用弾性体５５が充填され、その外周側に検出部４５や各変位センサ１０Ａ〜１０Ｄのリード線を配線するリード線配線路５６が確保されている。

なお、この実施形態では、荷重センサ９の４個の変位センサ１０Ａ〜１０Ｄを、回転センサ４３の検出部４５と共にセンサホルダ４７内に埋め込んだ場合を示したが、変位センサ１０Ａ〜１０Ｄの一部、例えば回転センサ４３の検出部４５と同位置に配置される変位センサ１０Ａだけを回転センサ４３の検出部４５と共にセンサホルダ４７内に埋め込むようにしても良い。

この構成の荷重センサ内蔵車輪用軸受では、荷重センサ９の変位センサ１０が、変位センサ１０の先端と、被検出部１１Ａである等速ジョイント外輪１３ａの外径面との隙間変化を、車輪用軸受に加わる荷重として検出する。また、回転センサ４３の検出部４５が、エンコーダ４４の磁極変化を、車輪の回転として検出する。

この構成の場合、センサ取付部材４６に設けられた内外の対向板部５１，５２の間に、回転センサ４３の検出部４５と、荷重センサ９の変位センサ１０とが挟み込み状態に取付けられるため、検出部４５や変位センサ１０が外れる恐れがなく、取付けが確実で、信頼性の高いものとできる。センサ取付部材４６は、嵌合筒部４６ａで外方部材１の外径面に嵌合し、側板部４６ｂで外方部材１の端面に接して軸方向に位置決めされるため、位置決めが簡単に精度良く行え、検出部４５や変位センサ１０の位置決め精度が優れたものとできる。回転センサ４３の検出部４５、および荷重センサ９の変位センサ１０は、センサ素子を樹脂製等のセンサホルダ４７内に埋込んだものとされるが、このセンサホルダ４７は、センサ取付部材４６とは別体に製作されてセンサ取付部材４６に取付けられる。そのため種々異なるサイズの軸受部に取付ける場合に、センサ取付部材４６を軸受部のサイズに合わせたものとすることで対処できて、センサホルダ４７付きのセンサは同一のものを用いて種々異なるサイズの軸受部に対応できる。しがって、センサ（検出部４５，変位センサ１０）およびセンサ取付部材４６からなるセンサユニットを低コストで製作できる。

また、センサ取付部材４６は、互いに内外に重なった２枚の金属板の内板４９および外板５０からなるものであるため、センサホルダ４７をセンサ取付部材４６に挟み込む作業が簡単に行える。
センサ取付部材４６の側板部４６ｂの内側面にはセンサ取付開口５１ａが設けられているため、この側板部４６ｂを介することなく回転センサ４３の検出部４５をエンコーダ４４に直接に対向させることができる。またセンサ取付部材４６の側板部４６ｂの外側面にセンサ取付開口５２ａが設けられているため、外側へ配線を引き出すことが容易である。これらセンサ取付開口５１ａ，５２ａが設けられていると、このセンサ取付開口５１ａ，５２ａにセンサホルダ４７の回転センサ４３の外周を嵌合させることなどで、軸受部の径方向や円周方向に対する回転センサ４３の位置決めを行うことも可能である。

なお、センサ取付部材４６の外面側の対向板部５２とセンサホルダ４７との間には弾性体５３を介在させているが、内面側の対向板部５１とセンサホルダ４７との間に弾性体（図示せず）を介在させても良い。これらのように弾性体を介在させることで、センサ取付部材４６にセンサホルダ４７をがたつきなく、また無理な挟み付け力を生じさせることなく、安定して取付けることができる。

前記弾性体５３は、内方部材２とセンサ取付部材４６との間を密封するシールを兼ねるものとしても良い。例えば、前記弾性体５３の内周縁が内方部材２の外周面に摺接するように弾性体５３を構成する。この場合、弾性体５３をセンサの安定取付とシール手段とに兼用できて、部品点数を増やすことなく、シール性を高めることができる。また、このように弾性体５３で内方部材２とセンサ取付部材４６との間を密封することで、エンコーダ４４とその検出部４５との間に異物を噛み込むことがなく、路面からの石跳ねによってエンコーダ４４とその検出部４５との間に挟み込むことが防止される。なお、これららの作用効果は、外側の対向板部５２側に設けた弾性体５３に限らず、内側の対向板部５１に弾性体（図示せず）を設ける場合にも、上記弾性体５３と同様の各作用効果が得られる。

図１３は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受は、図１１および図１２に示す実施形態において、等速ジョイント外輪１３ａにおけるステム部１４のインボード側端の外周に、ハブ輪２Ａにおける内径穴２９のインボード側端のスプライン溝２ｂの非形成内径面２ｆに嵌合するガイド面１３ａｃが形成されている。

このように、ハブ輪内径穴２９のスプライン溝非形成内径面２ｆと等速ジョイント外輪ステム部１４のガイド面１３ａｃとを嵌合させることにより、荷重センサ９の被検出部１１Ａとされる等速ジョイント外輪１３ａがスプライン嵌合のがたにより偏心するのを防止でき、より精度の高い荷重検出が可能となる。

（Ａ）は参考提案例にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受の断面図、（Ｂ）は同軸受の一部平面図である。同軸受における荷重センサの横断面図である。同軸受における荷重センサの検出回路の概略構成図である。同軸受における荷重センサの検出回路の他の例の概略構成図である。同軸受における荷重センサの他の例の横断面図である。同軸受における荷重センサのさらに他の例の横断面図である。他の参考提案例にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。同軸受における荷重センサの横断面図である。さらに他の参考提案例にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。さらに他の参考提案例にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。この発明の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。この発明の他の実施形態にかかる荷重センサ内蔵車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
２Ａ…ハブ輪
２ａ…車輪取付フランジ
３…転動体
４，５…転走面
７，８…シール
９，９Ａ，９Ｂ…荷重センサ
１０…変位センサ
１０ａ…ヨーク
１０ｂ…コイル
１０ｃ…リング板
１１，１１Ａ…被検出部
１３ａ…等速ジョイント外輪
１４…ステム部
２９…ハブ輪の内径穴
３０…変位センサ
３０ａ…円筒状ヨーク
３０ｂ…コイル
３１…リング部材
３１ａ…貫通孔
４３…回転センサ
４４…エンコーダ
４５…検出部
４６…センサ取付部材
４６ａ…嵌合筒部
４６ｂ…側板部
５１，５２…対向板部

Claims

複列の転走面を内周面に有する外方部材と、この外方部材の転走面と対向する複列の転走面を有する内方部材と、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、
前記内方部材の端部に取付けられるエンコーダ、およびこのエンコーダに対向して前記外方部材の端部に取付けられる検出部を有する回転センサと、
前記内方部材にスプライン嵌合する継手に対向して取り付けられる検出部を有する変位センサとを設け、
前記外方部材の外径面に嵌合する嵌合筒部、および前記外方部材の端面に接して軸方向に位置決めされる側板部を有するセンサ取付部材を設け、このセンサ取付部材の前記側板部に、互いに対面する内側および外側の対向板部を設け、これら内，外の対向板部の間に前記回転センサおよび変位センサを挟み込み状態に取付けた荷重センサ内蔵車輪用軸受。
請求項１において、前記内，外の対向板部の間に挟み込み状態に取付ける回転センサおよび変位センサを、いずれも軸受中心に対する鉛直方向の上下の位置、および水平方向の両側の位置に配置した荷重センサ内蔵車輪用軸受。
請求項１または請求項２において、変位センサを複数個設け、これら複数個の変位センサのうち少なくとも一個を、回転センサと一緒に樹脂モールドした荷重センサ内蔵車輪用軸受。