专利名称：带有传感器的车轮用轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及内置有检测作用于车轮的轴承部上的荷载的荷载传感器的带有传感 器的车轮用轴承。
背景技术：
作为检测作用于汽车的各车轮上的荷载的技术，人们提出有下述的带有传感器的 车轮用轴承，其中，在轴承的固定圈上安装传感器组件，该传感器组件由形变发生部件和安 装于该形变发生部件上的形变传感器形成，上述形变发生部件具有相对上述固定圈的至少 2个部位的接触固定部，在邻对的接触固定部之间，在至少1个部位具有缺口部，在该缺口 部，设置上述形变传感器(比如，专利文献1)。按照该带有传感器的车轮用轴承，在伴随车辆行驶，荷载作用于旋转圈上时，经由 滚动体，固定圈变形，由此，该变形使传感器组件产生形变。设置于传感器组件上的形变传 感器检测传感器组件的形变。如果预先通过实验、模拟而求出形变和荷载的关系，则可根据 该形变传感器的输出，检测作用于车轮上的荷载等。此外，作为这种相关技术，人们提出有通过检测作为车轮用轴承的固定圈的外圈 的法兰部外径面的形变，检测荷载的带有传感器的车轮用轴承(比如，专利文献2)。另外， 人们还提出有在车轮用轴承的外圈上粘贴形变仪，检测形变的车轮用轴承(比如，专利文 献3) ο专利文献1 日本特开2007-057299号公报专利文献2 日本特开2002-098138号公报专利文献3 日本特表2003-530565号公报
发明内容
如上述专利文献1的带有传感器的车轮用轴承那样，在将具有缺口部的形变发生 部件固定于轴承的固定圈上的场合，形变集中于缺口部的角部。由此，即使在没有达到于作 为检测部的形变传感器的安装部产生塑性变形的程度的形变量的情况下，仍具有在缺口部 的角部产生塑性变形的可能性。如果产生这样的塑性变形，则具有轴承的固定圈的变形无 法正确地传递给传感器组件，无法进行正确的形变的测定的问题。另外，由于形变集中于缺 口部的角部，故还具有上述检测部的形变分布产生差异，形变传感器的定位对测定结果造 成大大影响的问题。在专利文献2中公开的技术中，检测由固定圈的法兰部的变形产生的形变。但是，在固定圈的法兰部的变形中，在法兰面和转向节面之间，在作用超过静止摩擦力的力的场 合，伴随有滑动，由此，如果反复施加荷载，则具有在输出信号中产生迟滞(hysteresis)的 问题。比如，在相对车轮用轴承，某方向的荷载变大的场合，在固定圈法兰面和转向节面 之间，由于在最初，静止摩擦力大于荷载，故不滑动，但是，如果超过某值，则大大超过静止 摩擦力而滑动。如果在该状态减小荷载，则在最初，仍因静止摩擦力不滑动，但是如果为某 值，则滑动。其结果是，如果要在产生该变形的部分推算荷载，则在输出信号中产生图14那 样的迟滞。如果产生迟滞，则检测分辨率降低。另外，如专利文献3那样，在外圈上贴有形变仪，由此，具有装配性的问题。此外，在检测作用于车轮用轴承上的上下方向的荷载Fz的场合，由于相对荷载Fz 的固定圈变形量小，故形变量也小，在上述技术中，检测灵敏度降低，无法以良好的精度检 测荷载Fz。于是，本发明人等开发了作为解决上述课题的方案的、由下述的方案构成的带有 传感器的车轮用轴承。该带有传感器的车轮用轴承中的车轮用轴承包括在内周形成多排 的滚动面的外方部件；在外周形成与上述滚动面面对的滚动面的内方部件；介设于两个部 件的面对的滚动面之间的多排滚动体，该轴承以可自由旋转的方式将车轮支承于车体上。 在上述外方部件和内方部件中的固定侧部件的外径面上，设置1个以上的传感器组件，该 传感器组件具有形变发生部件和传感器，该形变发生部件具有接触而固定于该外径面上的 2个接触固定部和位于该2个接触固定部之间的缺口部，该传感器安装于该形变发生部件 上，检测该形变发生部件的形变。但是，在这样的方案的场合，如果按照形变集中于形变发生部件的一部分上的方 式，在形变发生部件上设置多个缺口部，则形变发生部件的形状复杂，在批量生产性、成本 的方面具有问题。本发明的目的在于提供一种带有传感器的车轮用轴承，其可避免形变集中于传感 器组件中的形变发生部件的缺口部角部的情况，可正确地检测作用到车轮上的荷载，批量 生产性优良。本发明的带有传感器的车轮用轴承包括在内周形成多排的滚动面的外方部件；在 外周形成与上述滚动面面对的滚动面的内方部件；介设于两个部件的面对的滚动面之间的 多排滚动体，该轴承以可自由旋转的方式将车轮支承于车体上，设置1个以上的传感器组 件，该传感器组件包括形变发生部件和传感器，该形变发生部件具有2个以上的接触固定 部，该接触固定部接触而固定于上述外方部件和内方部件中的固定侧部件上，该传感器安 装于该形变发生部件上，检测该形变发生部件的形变，上述形变发生部件在上述接触固定 部之间具有缺口部，该缺口部的角部的截面呈圆弧状。如果荷载作用于车轮的轮胎和路面之间，则荷载还外加于车轮用轴承的固定侧部 件(比如，外方部件)上，产生变形。由于传感器组件中的具有缺口部的形变发生部件的2 个接触固定部接触而固定于外方部件上，故外方部件的形变放大而传递给形变发生部件， 该形变通过传感器检测，可根据其输出信号推算荷载。特别是由于上述缺口部的角部的截 面呈圆弧状，故形变不集中于缺口部的角部，塑性变形的可能性降低。另外，由于形变不集 中于缺口部的角部，故形变发生部件中的检测部，即传感器的安装部的形变分布的差异减小，传感器的安装位置对传感器的输出信号的影响也变小。由此，可以良好的精度推算荷载。也可在本发明中，上述形变发生部件由平面大致形状呈带状，在侧边部具有缺口 部的薄板件形成。如果形变发生部件为薄板件，则固定侧部件的形变容易放大而传递给形变发生部 件，该形变通过传感器以良好的灵敏度检测，由此，可以良好的精度推算荷载。另外，在通过 平面大致形状为带状，在侧边部具有缺口部的薄板件构成形变发生部件的场合，形变发生 部件的形状简单，批量生产性优良。还可在本发明中，上述传感器组件按照下述方式设置于固定侧部件的外径面上， 该方式为该形变发生部件的2个接触固定部在上述固定侧部件的同一轴向位置，并且位 于沿周向相互离开的位置。在该方案的场合，可通过传感器组件，检测固定侧部件的周向的 形变。即，由于作用于轮胎和路面之间的荷载从旋转侧部件，经由滚动体，传递给固定侧部 件，故固定侧部件的外径面沿周向形变，通过上述的接触固定部的配置，检测灵敏度提高， 可以更良好的精度推算荷载。还可在本发明中，上述传感器组件按照下述方式设置于固定侧部件的外径面上， 该方式为该形变发生部件的2个接触固定部在上述固定侧部件的同一周向位置，并且位 于沿轴向相互离开的位置。也可在本发明中，在上述固定侧部件的外周，设置安装于转向节上的车体安装用 的法兰，在该法兰的圆周方向多个部位开设螺栓孔，上述法兰为开设各螺栓孔的周向部分 比其它的部分更向外径侧突出的突片，上述形变发生部件的2个接触固定部设置于位于邻 对的上述突片之间的中间的固定侧部件的外径面上。在该方案的场合，在从与构成迟滞的 原因的突片离开的位置，设置形变发生部件，仅此，传感器的输出信号中产生的迟滞变小， 可以更良好的精度推算荷载。还可在本发明中，上述传感器组件按照该形变发生部件的2个接触固定部在上述 固定侧部件的同一轴向位置，并且位于沿周向相互离开的位置的方式设置，上述2个接触 固定部的间距在上述邻对的突片之间的间距的1/2以下。在该方案的场合，可减小以构成 迟滞的原因的转向节螺栓为中心的滑动的影响，仅此，在传感器的输出信号中产生的迟滞 变小，可以更良好的精度推算荷载。也可在本发明中，上述传感器组件设置于位于上述多排的滚动面中的外侧的滚动 面的周边的轴向位置。在该方案的场合，触地空间较宽，轮胎作用力经由滚动体，传递给固 定侧部件，将传感器组件设置于变形量较大的部位，由此，检测灵敏度提高，可以更良好的 精度推算荷载。还可在本发明中，上述传感器组件的形变发生部件即使在外加作为作用于上述固 定侧部件上的外力或作用于轮胎和路面之间的作用力，为假定的最大的力的状态的情况 下，仍不发生塑性变形。如果发生塑性变形，直至处于外加假定的最大的力的状态，由于固 定侧部件的变形无法正确地传递给传感器组件，对形变的测定造成影响，故最好，即使在外 加假定的最大的力的状态的情况下，仍不发生塑性变形。也可在本发明中，上述形变发生部件的接触固定部经由间隔件而固定于上述固定 侧部件的外径面上。在该方案的场合，即使在形变发生部件为薄板状的情况下，仍可使2个接触固定部之间保持在不与固定侧部件接触的状态，可有效地将固定侧部件的形变传递给 形变发生部件。还可在本发明中，在上述固定侧部件的外径面的上述传感器组件的2个接触固定 部的固定位置之间开设槽。同样在该方案的场合，即使在形变发生部件为薄板状的情况下， 仍可使2个接触固定部之间保持在不与固定侧部件接触的状态，可有效地将固定侧部件的 形变传递给形变发生部件。也可在本发明中，在上述固定侧部件上，设置至少1对以上的传感器组件对，其以 2个上述传感器组件为1组，该2个传感器组件设置于构成周向的180度的相位差的位置。 在该方案的场合，如果某方向的荷载增加，则滚动体和滚动面接触的部分和不接触的部分 按照180度的相位差呈现，由此，如果对应于该方向，按照180度相位差设置传感器组件，则 在任意的传感器组件上，必定传递经由滚动体，外加于固定侧部件上的荷载，可通过传感器 而检测其荷载。由此，无论在什么样的荷载的条件下，均可以良好的精度推算荷载。也可在本发明中，设置2对上述的传感器组件对，1对传感器组件对中的2个传感 器组件设置位于轮胎触地面的上方位置的上述固定侧部件的外径面的顶面部和底面部上， 另一对传感器组件对中的2个传感器组件也可设置于位于轮胎触地面的前后位置的固定 侧部件的外径面的右面部与左面部。在该方案的场合，无论在什么样的荷载的条件下，均可 正确地检测沿垂直方向作用的荷载和构成驱动力的荷载。还可在本发明中，设置根据上述传感器的输出信号的绝对值，以及上述输出信号 的平均值，以及上述输出信号的振幅中的至少任意一者，推算荷载的推算机构。在车轮用轴承的旋转中，具有根据通过滚动面的传感器组件的附近部位的滚动体 的有无，在传感器组件的传感器的输出信号的振幅中产生周期的变化的情况。于是，通过借 助推算机构，测定输出信号的振幅的周期，可检测滚动体的通过速度，即车轮的转数。如这 样，在输出信号中呈现变化的场合，可根据输出信号的平均值、振幅，计算荷载。在未呈现变 化的场合，可根据绝对值计算荷载。
根据参照附图的下面的优选的实施方式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实 施方式和附图用于单纯的例举和说明，本发明的范围根据后附的权利要求书确定。在附图 中，多个附图的同一部件标号表示同一部分。图1为按照组合方式表示本发明的第1实施方式的带有传感器的车轮用轴承的剖 视图和其检测系统的构思结构的方框图的图；图2为从外侧观看上述带有传感器的车轮用轴承的外方部件的主视图；图3为上述带有传感器的车轮用轴承中的传感器组件的放大剖视图；图4为沿图3和图11中的IV-IV箭头方向观看的剖视图；图5为表示传感器组件的另一设置例的剖视图；图6为上述带有传感器的车轮用轴承中的传感器组件的输出信号的波形图；图7为本发明的第2实施方式的带有传感器的车轮用轴承的剖视图；图8为从外侧观看上述带有传感器的车轮用轴承的外方部件的主视图；图9为上述带有传感器的车轮用轴承中的传感器组件的放大剖视图10为从外侧观看本发明的第3实施方式的带有传感器的车轮用轴承的外方部 件的主视图；图11为本发明的第1应用例的带有传感器的车轮用轴承的传感器组件的放大俯 视图；图12为第2应用例所采用的传感器组件的放大俯视图；图13为第3应用例所采用的传感器组件的放大剖视图； 图14为表示已有例的输出信号的迟滞的特性图。
具体实施例方式根据图1 图6，对本发明的第1实施方式进行说明。本实施方式为第3代的内圈 旋转型，适用于驱动轮支承用的车辆用轴承。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状 态车辆中的车宽方向的靠近外侧的一侧称为外侧，将车辆中的靠近中间的一侧称为内侧。该带有传感器的车轮用轴承的轴承如图1的剖视图所示的那样，由在内周形成多 排的滚动面3的外方部件1 ；在外周形成与该各滚动面3面对的滚动面4的内方部件2 ；介 于该外方部件1和内方部件2的滚动面3、4之间的多排的滚动体5构成。该车辆用轴承为 多排的角接触球轴承型，滚动体5由滚珠形成，针对每排而通过护圈6保持。上述滚动面3、 4的截面呈圆弧状，按照滚珠接触角背面对合的方式形成。外方部件1和内方部件2之间的 轴承空间的两端通过一对密封件7、8而分别密封。外方部件1为固定侧部件，在外周具有车体的悬架装置(图中未示出)中的安装 于转向节16上的车体安装用法兰la，整体为一体的部件。在该法兰Ia中的圆周方向的多 个部位，开设有转向节安装用的螺栓孔14，穿过内侧的转向节16的螺栓插孔17的转向节螺 栓18与上述螺栓孔14螺合，由此，将车体安装用法兰Ia安装于转向节16上。内方部件2为旋转侧部件，由具有车轮安装用的轮毂法兰9a的轮毂圈9，嵌合于该 轮毂圈9的轴部9b的内侧端的外周的内圈10构成。在轮毂圈9和内圈10上，形成上述各 排的滚动面4。在轮毂圈9的内侧端的外周，设置具有高差并且为小直径的内圈嵌合面12， 在该内嵌合面12上嵌合内圈10。在轮毂圈9的中心开设通孔11。在轮毂法兰9a的周向 多个部位，开设轮毂螺栓(图中未示出)的压入孔15。在轮毂圈9的轮毂法兰9a的根部附 近，对车轮和制动部件(图中未示出)进行导向的圆筒状的导向部13在外侧突出。图2为从外侧观看该车轮用轴承的外方部件1的主视图。另外，图1表示沿图2 中的I-I箭头方向观看的剖视图。上述车体安装用法兰Ia如图2那样，为开设各螺栓孔14 的圆周方向部分在其它的部分的外径侧突出的突片laa。在作为固定侧部件的外方部件1的外径面上，设置2个传感器组件20为1组的传 感器组件对19。该2个传感器组件20设置于构成外方部件1的外径面的圆周方向的180 度的相位差的位置。该传感器组件对19也可按照2个以上的程度设置。在这里，构成传感 器组件对19的2个传感器组件20设置于位于轮胎接地面的上方位置的外方部件1的外径 面中的顶面部和底面部的2个部位，由此，检测作用于车轮用轴承或轮胎上的上下方向的 荷载Fz或轴向的荷载Fy。具体来说，如图2那样，在外方部件1的外径面的顶面部的、邻对 的2个突片Iaa之间的中间部，设置1个传感器组件20，在外方部件1的外径面的底面部 的、邻对的2个突片Iaa之间的中间部，设置另一个传感器组件20。
这些传感器组件20如图3和图4所示的放大俯视图和放大剖视图所示的那样，包 括形变发生部件21与传感器22，该传感器22安装于该形变发生部件21上，检测形变发生 部件21的形变。形变发生部件21由钢材等的可发生弹性形变的金属制成，由3mm以下的薄 板件构成，平面大致形状为在全长的范围内，为一定宽度的带状，在中间的两侧边部具有缺 口部21b。缺口部21b的角部的截面呈圆弧状。另外，形变发生部件21在两端部具有2个 接触固定部21a，该2个接触固定部21a经由间隔件23而接触固定于外方部件1的外径面 上。另外，也可根据形变发生部件21的形状，具有2个以上的接触固定部21a。传感器22 贴于相对形变发生部件21的各方向的荷载，形变变大的部位。在这里，对于该部位，选择在 形变发生部件21的外面侧，通过两侧边部的缺口部21b夹持的中间部位，传感器22检测缺 口部21b的周边的周向的形变。另外，最好，形变发生部件21为即使在施加作为作用于作 为固定侧部件的外方部件1的外力或作用于轮胎和路面之间的作用力，为假定的最大的力 的状态的情况下，仍不发生塑性形变的类型。其原因在于如果产生塑性形变，则外方部件 1的形变不传递给传感器组件20，对形变的测定造成影响。假定的最大的力为通过比如，根 据施加该力，车轮用轴承不损伤的范围内的最大的力。上述传感器组件20按照该形变发生部件21的2个接触固定部21a沿外方部件1 的轴向而位于相同尺寸的位置，并且两个接触固定部21a位于相互沿圆周方向离开的位置 的方式设置，这些接触固定部21a分别通过间隔件23，借助螺栓24固定于外方部件1的外 径面上。在该场合，2个接触固定部21a的间距Ls在外方部件1的车体安装用法兰la的邻 对的突片laa之间的间距Lb的1/2以下。上述各螺栓24从螺栓插孔25穿过间隔件23的 螺栓插孔26，与设置于外方部件1的外周部上的螺栓孔27螺合，该螺栓插孔25分别设置于 接触固定部21a上，沿径向贯通。如这样，通过经由间隔件23，将接触固定部21a固定于外 方部件1的外径面上，处于作为薄板状的形变发生部件21的具有缺口部21b的中间部位与 外方部件1的外径面离开的状态，缺口部21b的周边的形变变形容易。作为设置接触固定 部21a的轴向位置，在这里，选择外方部件1的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置。在这 里所说的外侧排的滚动面3的周边指从内侧排和外侧排的滚动面3的中间位置，到外侧排 的滚动面3的形成部的范围。在以良好的稳定性将传感器组件20固定于外方部件1的外 径面上的基础上，在外方部件1的外径面中的接触固定上述间隔件23的部位，形成平坦部 lb。此外，也可如图5的剖视图所示的那样，在外方部件1的外径面中的固定上述形变 发生部件21的2个接触固定部21a的2个部位的中间部开设有槽lc，由此，也可省略上述 间隔件23，而使形变发生部件21中的缺口部21b所在的2个接触固定部21a的中间部位与 外方部件1的外径面离开。传感器22可采用各种类型。比如，可通过金属箔应变仪构成传感器22。在此场 合，通常，其粘接固定于形变发生部件21上。传感器组件20的传感器22连接于推算机构30。推算机构30在这里，为通过传感 器22的输出信号，推算车轮的轮胎和路面之间的作用力的机构，其包括信号处理电路、补 偿电路等。推算机构30包括通过运算式或表格等设定车轮的轮胎和路面之间的作用力和 传感器22的输出信号的关系的关系设定机构(图中未示出)，根据已输入的传感器22的输 出信号，采用上述关系设定机构输出作用力。上述关系设定机构的设定内容预先通过试验、模拟而求出，进行设定。如果荷载作用于车轮的轮胎和路面之间，则荷载还施加于作为车轮用轴承的固定侧部件的外方部件1上，产生变形。由于具有传感器组件20中的缺口部21b的变形发生部 件21的2个接触固定部21a接触固定于外方部件1上，故外方部件1的形变放大而传递给 形变发生部件21，该形变通过传感器22而检测到，可根据该输出信号，推算荷载。在此场 合，上述缺口部21b的角部的截面呈圆弧状，由此，形变不集中于缺口部21b的角部，塑性变 形的可能性降低。另外，由于形变集中于缺口部21b的角部，故形变发生部件21中的检测 部，即，传感器22的安装部的形变分布的差异小，传感器22的安装位置对传感器22的输出 信号造成的影响也减小。由此，可以良好的精度而推算荷载。在上面的说明中，给出检测车轮的轮胎和路面之间的作用力的场合，但是，也可为 下述的场合，其中，不仅检测车轮的轮胎和路面之间的作用力，而且检测作用于车轮用轴承 上的力(比如，预压量)。通过将从该带有传感器的车轮用轴承获得的检测荷载用于汽车的车辆控制，可有 助于汽车的稳定行驶。另外，如果采用带有传感器的车轮用轴承，则可在车辆上紧凑地设置 荷载传感器，可使批量生产性优良，可谋求成本的降低。另外，在本实施方式的场合，传感器组件20的形变发生部件21由平面大致形状呈 带状，在侧边部具有缺口部的薄板件形成，由此，外方部件1的形变容易放大而传递给形变 发生部件21，该形变通过传感器22，以良好的灵敏度而检测，在该输出信号中产生的迟滞 也变小，可以良好的精度推算荷载。另外，形变发生部件21的形状也简单，批量生产性优
良ο此外，在本实施方式中，作为向固定侧部件的外方部件1的外径面的传感器组件 20的设置中，该形变发生部件21的2个接触固定部21a按照在外方部件1的同一轴向位 置，并且位于沿周向相互间隔开的位置的方式设置，由此，可通过传感器组件20，检测外方 部件1的周向的形变。在本实施方式的场合，由于作用于轮胎和路面之间的荷载从作为旋 转侧部件的内方部件2经由滚动体5而传递给外方部件1，故外方部件1的外径面沿周向而 形变，通过上述的接触固定部21a的配置，检测灵敏度提高，可以更良好的精度推算荷载。还有，在本实施方式中，形成在作为固定侧部件的外方部件1的车体安装用法兰 Ia的圆周方向的多个部位，开设有转向节安装用的螺栓孔14的周向部分相对其它的部分 而向外径侧突出的突片laa，但是，由于上述传感器组件20中的形变发生部件21的2个接 触固定部21a设置于邻对的突片Iaa之间的中央，故在与构成迟滞的原因的突片Iaa离开 的位置，设置形变发生部件21，仅此，在传感器22的输出信号中产生的迟滞变小，可以更良 好的精度推算荷载。另外，由于2个接触固定部21a的间距Ls在邻对的突片Iaa之间的间距Lb的1/2 以下，故可减小以构成迟滞的原因的转向节螺栓18(图1)为中心的滑动的影响，仅此，在传 感器22的输出信号中产生的迟滞变小，可以更良好的精度推算荷载。此外，在本实施方式中，传感器组件20设置于外方部件1中的多排的滚动面3中 的外侧的滚动面3的周边的轴向位置，即，设置空间较宽，轮胎作用力经由滚动体5而传递 给外方部件1，变形量较大的部位，由此，检测灵敏度提高，可以更良好的精度推算荷载。还有，在本实施方式中，在作为固定侧部件的外方部件1的外径面上，按照至少1对以上的程度设置传感器组件对19，其中，2个传感器20为1组，该传感器组件20设置于 构成其周向的180度的相位差的位置，由此，无论在怎样的荷载条件下，均可以良好的精度 推算荷载。即，如果某方向的荷载变大，由于滚动体5和滚动面3接触的部分和不接触的部 分呈现180度的相位差，故如果对应于该方向，按照180度相位差而设置传感器组件20，则 在某个传感器组件20上，必然传递经由滚动体5而外加于外方部件1上的荷载，可通过传 感器22检测该荷载。另外，具有下述的情况，S卩，在车轮用轴承的旋转中，根据通过滚动面3中的传感 器组件20的附近部位的滚动体5的有无，在传感器组件20的传感器22的输出信号的振幅 中，如图6所示的波形图那样，产生周期性的变化。其理由在于在滚动体5的通过时和不是 这样的场合，变形量不同，针对滚动体5的每个通过周期，传感器22的输出信号的振幅具有 峰值。于是，通过比如，推算机构30而测定检测信号的该峰值的周期，也可检测滚动体5的 通过速度，即，车轮的转数。如这样，在输出信号呈现变动的场合，推算机构30可根据传感 器组件20的传感器22的输出信号的平均值、振幅推算荷载。在未呈现变动的场合，可根据 绝对值而计算荷载。此外，在本实施方式中，关于下述的方案，没有特别的限定。 传感器组件20的设置个数、设置场所、接触固定部21a、传感器22、缺口部21b的
数量 传感器组件20的形状、固定方法(粘接、焊接等)、固定的方向(即使检测出轴 向的形变，也没有关系)图7 图9表示本发明的第2实施方式。在该带有传感器的车轮用轴承中，在图 1 图6所示的上述第1实施方式中，传感器组件对19的2个传感器组件20按照下述方式 构成。同样在该场合，传感器组件20如作为放大剖视图的图9所示的那样，由形变发生部 件21与安装于该形变发生部件21上、检测形变发生部件21的形变的传感器22构成。形 变发生部件21在两端部，具有在与外方部件1的外径面面对的内面侧伸出的2个接触固定 部21a，通过这些接触固定部21a，接触而固定于外方部件1的外径面上。2个接触固定部 21a中的1个接触固定部21a设置于构成外方部件1的外侧排的滚动面3的周边的轴向位 置，在比该位置更外侧的位置，设置另一接触固定部21a，并且该两个接触固定部21a相互 设置于外方部件1的圆周方向的相同相位的位置。即，传感器组件20按照该形变发生部件 21的2个接触固定部21a在作为固定侧部件的外方部件1的同一周向位置，并且位于沿轴 向相互离开的位置的方式设置于外方部件1的外径面上。在这里所说的外侧排的滚动面3 的周边，指从内侧排和外侧排的滚动面3的中间位置，到外侧排的滚动面3的形成部的范 围。同样在该场合，在以良好的稳定性将传感器组件20固定于外方部件1的外径面上的方 面，最好，在外方部件1的外径面中的接触固定上述形变发生部件21的接触固定部21a的 部位，形成平坦部。此外，在形变发生部件21的中央部，形成开口于内面侧的1个缺口部21b。同样在 该场合，缺口部21b的角部的截面呈圆弧状，形变不集中在缺口部21b的角部。传感器22 贴于相对形变发生部件21中的各方向的荷载形变变大的部位。在这里，作为该部位，选择 在上述缺口部21b的周边，具体来说，在形变发生部件21的外面侧，构成缺口部21b的背面 侧的位置，传感器22检测缺口部21b的周边的形变。
形变发生部件21的2个接触固定部21a分别通过螺栓37，紧固于外方部件1的 外径面上的方式固定。具体来说，这些螺栓37分别穿过设置于接触固定部21a中，沿径向 贯通的螺栓插孔38，螺合于开设于外方部件1的外周部上的螺栓孔39。另外，作为接触固 定部21a的固定方法，不但可采用螺栓37的紧固，而且也可采用粘接剂等。在形变发生部 件21的接触固定部21a以外的部位，在与外方部件1的外径面之间，产生间隙。其它的结 构与图1 图6所示的第1实施方式的场合相同。另外，图7为表示从外侧观看车轮用轴 承的外方部件1的主视图的沿图8中的VII-VII箭头方向观看的剖视图；图10表示本发明的第3实施方式。在该带有传感器的车轮用轴承中，在图1 图 6所示的上述第1实施方式中，将2个传感器组件20以下述方式设置设置1对传感器组 件对19，其由2个传感器组件20构成，该2个传感器组件20设置于位于轮胎触地面的上方 位置的外方部件1的外径面的顶面部和底面部；而且设置下述的另一对传感器组件对19， 其由2个传感器组件20构成，2个传感器组件20设置相对轮胎触地面，位于前后位置的外 方部件1的外径面的右面部和左面部。其它的结构与图1 图6的第1实施方式的场合相 同。在本方案的场合，可根据2个传感器组件20设置于外方部件1的外径面的顶面部 和底面部的1对传感器组件对19的检测信号，正确地推算作用于车轮用轴承或轮胎上的作 用于垂直方向的荷载Fz或轴向的荷载Fy。另外，根据2个传感器组件20设置于外方部件 1的外径面的右面部和左面部的另一对的传感器组件对19的检测信号，可正确地推算作为 驱动力的荷载Fx。即，无论在什么样的荷载条件下，均可正确地检测垂直方向的荷载Fz，轴 向的荷载Fy，作为驱动力的荷载Fx。接着，通过图11 图13，对本发明的应用例的带有传感器的车轮用轴承进行说 明。图11表示第1应用例的带有传感器的车轮用轴承的传感器组件的放大俯视图，不具有 本发明的“形变发生部件21的缺口部21b的角部的截面呈圆弧状”的结构。如该图所示的 那样，在第1应用例中，缺口部21b的角部的截面不呈圆弧状。形变发生部件21由薄板件 形成，与图4所示的场合相同，在平坦部lb上设置以2个传感器组件20为1组的传感器组 件对19。另外，与图2所示的场合相同，上述传感器组件20中的形变发生部件21的2个接 触固定部21a设置于邻对的突片laa之间的中央，由此，在与构成迟滞的原因的突片laa离 开的位置，设置形变发生部件21，仅此，在传感器22的输出信号中产生的迟滞变小，可以更 良好的精度推算荷载。另外，2个接触固定部21a的间距Ls在邻接的突片laa之间的间距 Lb的1/2以下，由此，可减小以构成迟滞的原因的转向节螺栓18(图1)为中心的滑动的影 响，仅此，在传感器22的输出信号中产生的迟滞变小，可以更良好的精度推算荷载。传感器 组件20的传感器22与图1所示的场合相同，与推算机构30连接。另外，在图11中，对于 与上述第1实施方式相同的部分，采用同一标号，其具体的说明省略。上述第1应用例的传感器组件20也可如图5所示的那样，按照下述方式形成，其 中，在外方部件1的外径面中的固定上述形变发生部件21的2个接触固定部21a的2个部 位的中间部，开设槽lc，由此，省略上述间隔件23，形变发生部件21中的缺口部21b所在的 2个接触固定部21a的中间部位与外方部件1的外径面离开。另外，传感器组件20的形变 发生部件也可如图12的第2应用例所示的那样，平面大致形状呈单纯的带状，不形成图11 的第1应用例那样的缺口部21b。
作为第3应用例，也可如图13所示的那样，通过厚膜抵抗体，将传感器组件20的传感器形成于形变发生部件21上。该图所示的传感器组件20为下述的结构，其中，在形变 发生部件21的传感器安装面21A上形成绝缘层50，在该绝缘层50的表面的两侧，形成成对 的电极51、51，在这些电极51、51之间，在上述绝缘层50上，形成构成传感器的形变测定用 电阻52，另外，在电极51、51和形变测定用电阻52上形成保护膜53。在下面给出该传感器组件20的制造方法。首先，在由不锈钢等的金属材料形成的 形变发生部件21的表面上，印刷玻璃等的绝缘材料，进行烧结，形成绝缘层50。接着，在绝 缘层50的表面上印刷导电性材料，进行烧结，形成电极51、51。接着，在电极51、51之间印 刷构成电阻的材料，进行烧结，形成形变发生测定用电阻52。另外，为了保护该电极51、51 和形变测定用电阻52，形成保护膜53。如果如这样形成传感器，则没有通过粘接剂而固定于形变发生部件21的传感器 设置面上的场合这样的伴随时间的变化造成的粘接强度的降低，可提高传感器组件20的 可靠性。另外，由于加工也容易，故谋求成本的降低。如果荷载作用于车轮的轮胎和路面之间，则还在作为车轮用轴承的固定侧部件的 外方部件1上施加荷载，产生变形。上述传感器组件对19的传感器组件20设置于比如，车 体安装用法兰Ia的突片Iaa上，如果要根据车体安装用法兰Ia的变形推算荷载，则如过去 例的说明那样，在输出信号中产生迟滞。在这里，传感器组件20中的形变发生部件21的2 个接触固定部21a接触而固定于外方部件1的外径面上，特别是，形变发生部件21由薄板 件形成，由此，外方部件1的形变容易放大而传递给形变发生部件21，采用传感器以良好的 灵敏度检测该形变，在其输出信号中产生的迟滞也变小，可以良好的精度推算荷载。另外， 由于形变发生部件21由薄板件形成，故形变发生部件21的形状简单，批量生产性优良。对 于该形变发生部件21，在如图11所示的那样，平面大致形状在全长的范围内呈一定的宽度 的带状的场合，形状进一步简单，批量生产性提高。此外，其形变发生部件21如图3那样，为 平面大致形状呈带状，在侧边部具有缺口部21b的形状，则外方部件1的形变进一步放大， 传递给形变发生部件21，由此，可以更良好的精度推算荷载。另外，在上述实施方式和应用例中，对外方部件1为固定侧部件的场合进行了说 明，但是，本发明也可适用于内方部件为固定侧部件的车轮用轴承，在此场合，传感器组件 20设置位于内方部件的内周的周面上。还有，在这些实施方式中，对适用于第3代的车轮用轴承的场合进行了说明，但 是，本发明也可适用于轴承部件和轮毂为相互独立的部件的第1或第2代的车轮用轴承，内 方部件的一部分由等速接头的外圈构成的第4代的车轮用轴承。另外，该带有传感器的车 轮用轴承还可适用于从动轮用的车轮用轴承，此外，也可适用于各代的锥辊型的车轮用轴承。与本发明不同的上述第1 第3应用例包括下述的形式。(形式1)其为下述的车轮用轴承，该轴承包括在内周形成多排的滚动面的外方部件；形成 有与该外方部件的滚动面面对的滚动面的内方部件；介设于该外方部件和内方部件的面对 的滚动面之间的多排的滚动体，该车轮用轴承将车轮以可自由旋转的方式支承于车体上。由形变发生部件和安装于该形变发生部件上的形变测定用的传感器形成的传感器组件设置于上述外方部件和内方部件中的固定侧部件上，上述形变发生部件由薄板件形 成，该薄板件具有接触而固定于上述固定侧部件的外径面上的2个接触固定部。(形式2)针对形式1，上述形变发生部件的平面大致形状呈在全长的范围内，一定宽度的带 状。 (形式3)针对形式1，上述形变发生部件的平面大致形状呈带状，在侧边部具有缺口部。(形式4)针对形式1，上述传感器组件按照形变发生部件的2个接触固定部在上述固定侧 部件的同一轴向位置，并且位于沿周向相互离开的位置的方式设置。(形式5)针对形式4，在上述固定侧部件的外周，设置安装于转向节上的车体安装用的法 兰，在该法兰的圆周方向多个部位，开设螺栓孔，上述法兰为开设各螺栓孔的周向部分比其 它的部分更向外径侧突出的突片，上述形变发生部件的2个接触固定部设置于邻对的上述 突片之间的中央处。(形式6)针对形式5，上述2个接触固定部的间距在上述邻对的突片之间的间距的1/2以 下。(形式7)针对形式1，上述传感器组件设置于位于上述多排的滚动面中的外侧的滚动面的 周边的轴向位置。(形式8)针对形式1，上述传感器组件的形变发生部件即使在施加作为作用于上述固定侧 部件上的外力，或作用于轮胎和路面之间的作用力，假想的最大的力的状态的情况下，仍不 发生塑性变形。(形式9)针对形式1，上述传感器通过在上述形变发生部件中的传感器设置面上印刷绝缘 层，对其烧结的方式形成，通过在上述绝缘层上印刷电极和形变测定用电阻，对其烧结的方 式形成。(形式10)针对形式1，上述形变发生部件的2个接触固定部经由间隔件，固定于上述固定侧 部件的外径面上。(形式11)针对形式1，在上述固定侧部件的外径面中的上述传感器组件的2个接触固定部 的固定位置之间，开设槽。(形式12)针对形式1，在上述固定侧部件的外径面上，设置至少1个传感器组件对，其以2个 上述传感器组件为1组，该2个传感器组件设置于构成上述固定侧部件的周向的180度的 相位差的位置。
(形式13)针对形式1，设置根据上述传感器的输出信号的绝对值，以及上述输出信号的平均 值，以及上述输出信号的振幅中的至少任意1个，推算荷载的推算机构。
如上所述，参照附图，对优选的实施方式和应用例进行说明，如果是本领域的技术 人员，则观看本说明书，会容易在显然的范围内想到各种变更和修正。于是，对于这样的变 更和修正，解释为根据权利要求确定的本发明的范围内的方案。
权利要求
一种带有传感器的车轮用轴承，其包括在内周形成多排的滚动面的外方部件；在外周形成与上述滚动面面对的滚动面的内方部件；介设于两个部件的面对的滚动面之间的多排滚动体，该轴承以可自由旋转的方式将车轮支承于车体上；设置1个以上的传感器组件，该传感器组件包括形变发生部件和传感器，该形变发生部件具有2个以上的接触固定部，该接触固定部接触而固定于上述外方部件和内方部件中的固定侧部件上，该传感器安装于该形变发生部件上，检测该形变发生部件的形变，上述形变发生部件在上述接触固定部之间具有缺口部，该缺口部的角部的截面呈圆弧状。
2.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，上述形变发生部件由平面 大致形状呈带状，在侧边部具有缺口部的薄板件形成。
3.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，上述传感器组件按照下述 方式设置于固定侧部件的外径面上，该方式为上述形变发生部件的2个接触固定部在上 述固定侧部件的同一轴向位置，并且位于沿周向相互离开的位置。
4.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，上述传感器组件按照下述 方式设置于固定侧部件的外径面上，该方式为上述形变发生部件的2个接触固定部在上 述固定侧部件的同一周向位置，并且位于沿轴向相互离开的位置。
5.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，在上述固定侧部件的外周， 设置安装于转向节上的车体安装用的法兰，在该法兰的圆周方向多个部位开设螺栓孔，上 述法兰为开设各螺栓孔的周向部分比其它的部分更向外径侧突出的突片，上述形变发生部 件的2个接触固定部设置于位于邻对的上述突片之间的中间的固定侧部件的外径面上。
6.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，上述传感器组件设置于位 于上述多排的滚动面中的外侧的滚动面的周边的轴向位置。
7.根据权利要求3所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，上述形变发生部件的接触 固定部经由间隔件而固定于上述固定侧部件的外径面上。
8.根据权利要求3所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，在上述固定侧部件的外径 面的上述传感器组件的2个接触固定部的固定位置之间开设槽。
9.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，在上述固定侧部件上，设置 至少1个以上的传感器组件对，其以2个上述传感器组件为1组，该2个传感器组件设置于 构成周向的180度的相位差的位置。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种带有传感器的车轮用轴承，其避免形变集中于传感器组件的形变发生部件的缺口部角部的情况，可正确地检测作用于车轮上的荷载。在车轮用轴承中，在外方部件和内方部件的面对的多排的滚动面之间介设滚动体。在外方部件和内方部件中的固定侧部件上，设置1个以上的传感器组件(20)。传感器组件(20)包括具有接触而固定于固定侧部件上的2个以上的接触固定部的形变发生部件(21)，和安装于该形变发生部件(21)上，检测该形变发生部件的形变的传感器(22)。形变发生部件(21)在上述接触固定部之间具有缺口部(21b)，该缺口部(21b)的角部的截面呈圆弧状。
文档编号F16C41/00GK101868706SQ200880117200
公开日2010年10月20日 申请日期2008年11月20日 优先权日2007年11月27日
发明者矶部浩, 西川健太郎, 高桥亨 申请人:Ntn株式会社