JP5355118B2 - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面に歪みセンサを設け、荷重を検出するようにしたセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。また、図14のように、車輪用軸受の外輪50に歪みゲージ51を貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている(例えば特許文献2)。
As a technology for detecting the load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing has been proposed in which a strain sensor is provided on the outer diameter surface of the flange portion of the outer ring, which is a fixed ring of the wheel bearing, and the load is detected. (For example, Patent Document 1). Further, as shown in FIG. 14, a wheel bearing is proposed in which a
さらに、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪である外方部材の内径面に取付け、前記歪み発生部材は、前記外方部材に対して少なくとも2箇所の接触固定部を有し、隣り合う接触固定部の間で少なくとも1箇所に切欠き部を有し、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献3)。 Further, a sensor unit comprising a strain generating member and a strain sensor attached to the strain generating member is attached to an inner diameter surface of an outer member that is a fixed ring of a bearing, and the strain generating member is at least 2 with respect to the outer member. There has been proposed a sensor-equipped wheel bearing having a contact fixing portion at one location, a notch portion at least at one location between adjacent contact fixing portions, and the strain sensor being disposed in the notch portion ( For example, Patent Document 3).
特許文献3に開示のセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形が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。
According to the sensor-equipped wheel bearing disclosed in
しかし、車輪用軸受の外輪フランジ部の外径面に歪みセンサを設けた特許文献1に開示の技術や、図14のように車輪用軸受の外輪50に歪みゲージ51を貼り付けた特許文献2に開示の技術では、センサが外部環境から保護されていない。そのため、車両走行中に跳ねた小石などがセンサにぶつかってセンサが破損したり、泥塩水を被ってセンサが腐食する恐れがある。
However, the technique disclosed in
また、特許文献3に開示の技術では、車輪用軸受の外輪の内径面にセンサユニットを取付けているので、センサを外部環境から守ることができるが、軸受内部から軸受外部へ信号ケーブルを引き出す処理や、センサユニットの組付けが困難である。
In the technique disclosed in
この発明の目的は、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出でき、信号ケーブルの配線処理やセンサの組付けも容易なセンサ付車輪用軸受を提供することである。 The object of the present invention is to prevent sensor failure due to the influence of the external environment, accurately detect the load acting on the wheel bearings and the tire ground contact surface over a long period of time, and facilitate signal cable wiring processing and sensor assembly. It is to provide a wheel bearing with a simple sensor.
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、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する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、上記外方部材の外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニットの出力信号を処理する信号処理用ICと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルとを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記外方部材の外周面にこの外方部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を前記外方部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して前記外方部材の外周面に取付け、前記センサユニットは、前記外方部材の外周面に沿って設けられこの外周面に接触して固定される歪み発生部材と、この歪み発生部材に取り付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する歪みセンサとを有し、前記歪み発生部材は、平面概形が全長にわたり均一幅で中央の両側辺部に切欠き部を有し、前記歪みセンサを、前記歪み発生部材の外面側における、両側辺部の前記切欠き部間の中央部位に取付け、前記歪み発生部材における前記切欠き部が位置する中間部位を、前記外方部材の外周面に非接触としたことを特徴とする。
この構成によると、荷重検出用の複数のセンサユニットと、信号処理用ICと、その出力信号の外部取り出し用の信号ケーブルとを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、固定側部材である外方部材の外周面にこの外方部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆っている。この保護カバーのインボード側端を外方部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端をシールリングを介して外方部材の外周面に取付けているので、センサ組立品を保護カバーで被覆できて、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば、外部からの飛び石や泥水,塩水等から、センサユニット,信号処理用IC,信号ケーブル等の電子部品を確実に保護することができる。また、信号ケーブルの配線処理やセンサユニットの組付けも容易となる。
前記保護カバーが外方部材の外周面に取付けられるため、保護カバーを取付け易くて、保護カバーによるセンサ組立品の保護が行い易い。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, and a rolling element of double rows interposed between rolling surfaces of opposed members, at the wheel support bearing assembly for rotatably supporting a wheel relative to a vehicle body, a load detection is fixed to the outer peripheral surface of the outer member A sensor comprising a plurality of sensor units, a signal processing IC for processing an output signal of the sensor unit, and a signal cable for taking out the processed output signal to the outside of the bearing, connected in a ring shape the assembly, with attached to the outer member concentric to the outer circumferential surface of the outer member, covered with a cylindrical protective cover inner diameter toward the sensor assembly on the inboard side is enlarged, in the protective cover the board-side end to the outer peripheral surface of the outer member Engaged, mount the outboard side end of the protective cover on the outer peripheral surface of the outer member through the seal ring of the elastic body only, the sensor unit, the outer peripheral surface provided along the outer peripheral surface of the outer member A strain generating member that is fixed in contact with the strain generating member, and a strain sensor that is attached to the strain generating member and detects the strain of the strain generating member. And having a notch on both sides of the center, and attaching the strain sensor to a central portion between the notches on both sides on the outer surface side of the strain generating member. The intermediate portion where the notch is located is not in contact with the outer peripheral surface of the outer member .
According to the configuration of this, a plurality of sensor units for load detection, the IC signal processing, the sensor assembly formed by connecting in a ring shape an electronic component and a signal cable for taking out of the output signal, the outer peripheral surface of the outer member is a stationary member with attached to the outer member concentric, is covered with a cylindrical protective cover to increase the inner diameter toward the sensor assembly on the inboard side. The inboard side end of this protective cover is fitted to the outer peripheral surface of the outer member , and the outboard side end of the protective cover is attached to the outer peripheral surface of the outer member via a seal ring, thus protecting the sensor assembly. It can be covered with a cover to prevent sensor failure due to the influence of the external environment and accurately detect the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface over a long period of time. For example, electronic components such as sensor units, signal processing ICs, signal cables, and the like can be reliably protected from flying stones, muddy water, salt water, and the like from the outside. In addition, signal cable wiring processing and sensor unit assembly are facilitated.
Because before Symbol protective cover is attached to the outer peripheral surface of the outer member, and easily attach the protective cover, it is easy to perform protection of the sensor assembly by the protective cover.
この発明において、前記保護カバーは、インボード側が大径となる段付円筒状とするのが望ましい。このように保護カバーをインボード側が大径となる段付円筒状とすると、固定側部材のアウトボード側から固定側部材の外周面への保護カバーの圧入を容易に行うことができる。 In the present invention, the protective cover is desirably a stepped cylindrical shape having a large diameter on the inboard side. Thus, when the protective cover has a stepped cylindrical shape with a large diameter on the inboard side, the protective cover can be easily press-fitted from the outboard side of the fixed side member to the outer peripheral surface of the fixed side member.
この発明において、前記保護カバーの材料を金属材料または樹脂材料としても良い。金属材料であると、固定側部材の外周面への保護カバーの取付けを、強固にかつ密封性良く行うことができる。また、樹脂材料であると、保護カバーの成形が容易となり、固定側部材の外周面へ密封性良く取付けることができる。これにより、外部環境の影響によるセンサの故障をより確実に防止できる。 In this invention, the material of the protective cover may be a metal material or a resin material. If it is a metal material, the protective cover can be firmly attached to the outer peripheral surface of the stationary member firmly and with good sealing performance. Further, when the resin material is used, the protective cover can be easily molded, and can be attached to the outer peripheral surface of the stationary member with good sealing performance. Thereby, the failure of the sensor due to the influence of the external environment can be prevented more reliably.
この発明において、前記保護カバーの全体が樹脂材料からなり、そのインボード側端の前記外方部材の外周面への嵌合部に金属材料が埋め込まれているものとしても良い。この構成の場合、保護カバーのインボート側端での外方部材の外周面への嵌合を強固にかつ密封性良く行うことができ、かつ保護カバーの成形も容易となる。 In this invention, the whole of the protective cover may be made of a resin material, and a metal material may be embedded in a fitting portion of the inboard side end to the outer peripheral surface of the outer member . In this configuration, the fitting to the outer peripheral surface of the outer member of the in-boat end of the protective cover can be performed firmly and sealed with good and it is easy molding of the protective cover.
この発明において、前記外方部材の外周面のアウトボード側に周方向に延びる溝を設け、この溝に前記シールリングを嵌着しても良い。この構成の場合、外方部材の外周面にシールリングを安定良く位置決めできると共に、保護カバーのアウトボード側端と外方部材の外周面との間が確実に密封される。 In the present invention, a groove extending in the circumferential direction may be provided on the outboard side of the outer peripheral surface of the outer member , and the seal ring may be fitted into the groove. In this configuration, the seal ring can be positioned stably well to the outer peripheral surface of the outer member, it is securely sealed between the outer peripheral surface of the outboard-side end and the outer member of the protective cover.
この発明において、前記保護カバーのアウトボード側端に内向きフランジを形成すると共に、前記外方部材の外周面に周方向に延びて前記保護カバーの内向きフランジと軸方向に対向する突条を設け、この突条と前記保護カバーの内向きフランジとで前記シールリングを挟み付けるものとしても良い。この構成の場合、保護カバーの内向きフランジと外方部材の外周面の周方向に延びる突条とで挟み付けられてシールリングが軸方向に位置決めされると共に、保護カバーのアウトボード側端と外方部材の外周面との間が確実に密封される。 According to the present invention, an inward flange is formed on an outboard side end of the protective cover, and a ridge that extends in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the outer member and faces the inward flange of the protective cover in the axial direction. The seal ring may be sandwiched between the protrusion and the inward flange of the protective cover. In this configuration, the seal ring is positioned in the axial direction by being sandwiched between the inward flange of the protective cover and the protrusion extending in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the outer member , and the outboard side end of the protective cover The space between the outer peripheral surface of the outer member is securely sealed.
この発明において、前記シールリングはニトリルゴムやシリコンゴム等のゴム材料からなるものとするのが望ましい。この場合、シールリングによる密封性を確実なものとすることができる。 In the present invention, the seal ring is preferably made of a rubber material such as nitrile rubber or silicon rubber. In this case, the sealing performance by the seal ring can be ensured.
この発明において、前記外方部材の外周面および前記保護カバーの互いに嵌合する嵌合部のうち、少なくともいずれか一方の嵌合部の一部に、前記信号ケーブルの前記保護カバーからの引き出し部が引き出される切欠き部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記切欠き部から引き出される部分にシール材を充填するのが望ましい。この構成の場合、信号ケーブル引き出し部が前記切欠き部で挟まれて周方向の位置決めがされると共に、保護カバーの密封性をより高めることができる。 In this invention, the signal cable lead-out portion from the protective cover is provided at a part of at least one of the outer peripheral surface of the outer member and the fitting portion of the protective cover to be fitted to each other. It is desirable to provide a cutout portion from which the signal cable is drawn, and to fill the portion where the signal cable leadout portion is drawn out from the cutout portion with a sealing material. In the case of this configuration, the signal cable lead-out portion is sandwiched between the notches to be positioned in the circumferential direction, and the sealing performance of the protective cover can be further improved.
この発明において、前記センサ組立品におけるセンサユニットおよび信号処理用ICが前記保護カバー内における前記外方部材の外周面に固定されていても良い。この構成の場合、センサユニットおよび信号処理用ICの固定部が、外部環境により腐食して固定が不安定になるのを防止できる。 In this invention, the sensor unit and the signal processing IC in the sensor assembly may be fixed to the outer peripheral surface of the outer member in the protective cover. In the case of this configuration, it is possible to prevent the fixing portion of the sensor unit and the signal processing IC from being corroded by the external environment and becoming unstable.
この発明において、前記保護カバーの内部に弾性充填材が充填されていても良い。この構成の場合、充填される弾性充填材のために、外部からの飛び石や泥水,塩水等から、センサユニット,信号処理用IC,信号ケーブル等の電子部品を確実に保護することができる。 In this invention, the inside of the protective cover may be filled with an elastic filler. In the case of this configuration, the electronic parts such as the sensor unit, the signal processing IC, and the signal cable can be surely protected from the stepping stones, muddy water, salt water and the like due to the elastic filler to be filled.
この発明において、前記外方部材の外周面に防錆処理が施されていても良い。この構成の場合、外方部材の外周面が泥水,塩水等で錆びるのを防止できるので、外方部材の外周面の錆が保護カバーで覆われているセンサ組立品に及ぶのを確実に防止できる。 In this invention, the outer peripheral surface of the outer member may be subjected to rust prevention treatment. In this configuration, the outer peripheral surface of the outer member can be prevented from being rusted by muddy water, salt water, etc., so that the outer surface of the outer member can be reliably prevented from reaching the sensor assembly covered with the protective cover. it can.
この発明において、前記センサユニットは、前記歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生部材の歪を検出する1つ以上の歪みセンサを有し、歪みセンサの出力信号から前記外方部材の変形を検出して、車輪用軸受に印加された荷重を検出するものとしても良い。
車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニットにおける歪み発生部材が外方部材に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで感度良く検出され、荷重を精度良く推定できる。
In the present invention, the sensor unit, before and Kiibitsu seen generating member has one or more strain sensors for detecting strain of the attached to the strain onset producing member in the strain generating member, from the output signal of the strain sensor The deformation of the outer member may be detected to detect the load applied to the wheel bearing.
And wheel bearing, the load between the wheels of the tire and the road surface acting, deformation load to the outer member is fixed side member of the wheel bearing is applied. Since the strain generating member in the sensor unit is fixed in contact with the outer member, the strain of the outer member is transmitted to expand the strain generating member, the strain is detected sensitively by the sensor, can be accurately estimated load .
この発明において、前記歪み発生部材は前記外方部材の外周面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有し、これら接触固定部を、前記外方部材の軸方向に対して同寸法となる位置に設けても良い。
外方部材に固定されるセンサユニットの歪み発生部材の各接触固定部の軸方向寸法が異なると、外方部材から接触固定部を介して歪み発生部材に伝達される歪みも異なる。センサユニットの歪み発生部材の各接触固定部を、このように軸方向に同寸法となるように設けると、歪み発生部材に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、センサユニットが外方部材において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバーを設けるだけで全てのセンサユニットを覆うことができ、保護カバーをコンパクトに構成することができる。
In this invention, the strain generating member has two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer peripheral surface of the outer member , and these contact fixing portions are arranged with respect to the axial direction of the outer member . You may provide in the position used as the same dimension.
When the axial dimension of each contact fixing portion of the strain generating member of the sensor unit fixed to the outer member is different, the strain transmitted from the outer member to the strain generating member via the contact fixing portion is also different. If the contact fixing portions of the strain generating member of the sensor unit are provided so as to have the same dimension in the axial direction as described above, the strain tends to concentrate on the strain generating member, and the detection sensitivity is improved accordingly. In addition, since the sensor units are arranged in the same axial direction position on the outer member , all the sensor units can be covered only by providing a protective cover at the axial position, and the protective cover can be made compact. Can do.
この発明において、前記歪み発生部材は、平面概形が帯状で薄板材からなるものとしても良い。この構成の場合、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサで感度良く検出され、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。 In the present invention, the strain generating member may be as flat outline is made of a thin plate material in strip. In the case of this configuration, the distortion of the outer member is easily transmitted to the distortion generating member, the distortion is detected with high sensitivity by the sensor, and the load can be estimated with high accuracy. Further, the shape of the strain generating member can be simplified, and it can be made compact and inexpensive.
この発明において、前記歪み発生部材は、前記外方部材に作用する外力、または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塑性変形しないものとしても良い。想定される最大の力が印加された状態になるまでに塑性変形が生じると、外方部材の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすので、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。「想定される最大の力」は、軸受に異常な大きさの力が作用しても、その力が除かれるとセンサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。 In the present invention, the strain generating member may not be plastically deformed even in a state in which a maximum force assumed as an external force acting on the outer member or an acting force acting between the tire and the road surface is applied. good. If plastic deformation occurs before the assumed maximum force is applied, the deformation of the outer member will not be transmitted accurately to the sensor unit and will affect the strain measurement. It is desirable that plastic deformation does not occur even in a state where is applied. The "maximum force expected" is the maximum force within the range where normal function as a bearing excluding the sensor system can be restored even if an abnormally large force is applied to the bearing. is there.
この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記外方部材の外周面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この構成の場合、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち,ある方向への荷重が大きくなると、転動体と転走面が接触している部分と接触していない部分が180度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニットを180度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニットには必ず転動体を介して外方部材に印加される荷重が伝達され、その荷重をセンサにより検出可能となる。 In this invention, you may arrange | position the said sensor unit in the upper surface part of the outer peripheral surface of the said outer member used as an up-down position and a left-right position with respect to a tire ground-contact surface, a lower surface part, a right surface part, and a left surface part. In this configuration, the load can be accurately estimated under any load condition. That is, when the load in a certain direction increases, the portion where the rolling element and the rolling surface are in contact with each other and the portion not in contact appear with a 180-degree phase difference. If installed, the load applied to the outer member is always transmitted to one of the sensor units via the rolling elements, and the load can be detected by the sensor.
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、前記発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記外方部材の単体の状態、または外方部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記外方部材の外周面に前記センサ組立品およびシールリングを取付け、前記保護カバーを外方部材の外周面に圧入した後、軸受を組み立てることを特徴とする。
この組立方法によると、外方部材に取付けたセンサ組立品を保護カバーで覆ったセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
The method for assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention is the method for assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention, wherein the outer member is a single member or the rolling member is assembled to the outer member. , attaching the sensor assembly and the seal ring on an outer peripheral surface of the outer member, after press-fitting the protective cover to the outer peripheral surface of the outer member, characterized in that assembling the bearing.
According to this assembling method, the sensor-equipped wheel bearing in which the sensor assembly attached to the outer member is covered with the protective cover can be easily assembled.
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、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する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、上記外方部材の外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニットの出力信号を処理する信号処理用ICと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルとを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記外方部材の外周面にこの外方部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を前記外方部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して前記外方部材の外周面に取付け、前記センサユニットは、前記外方部材の外周面に沿って設けられこの外周面に接触して固定される歪み発生部材と、この歪み発生部材に取り付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する歪みセンサとを有し、前記歪み発生部材は、平面概形が全長にわたり均一幅で中央の両側辺部に切欠き部を有し、前記歪みセンサを、前記歪み発生部材の外面側における、両側辺部の前記切欠き部間の中央部位に取付け、前記歪み発生部材における前記切欠き部が位置する中間部位を、前記外方部材の外周面に非接触としたため、外部環境の影響によるセンサの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出でき、信号ケーブルの配線処理やセンサの組付けも容易となる。
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記外方部材の単体の状態、または外方部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記外方部材の外周面に前記センサ組立品および弾性体のシールリングを取付け、前記保護カバーを外方部材の外周面に圧入した後、軸受を組み立てることとしたため、外方部材に取付けたセンサ組立品を保護カバーで覆ったセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, and a rolling element of double rows interposed between rolling surfaces of opposed members, at the wheel support bearing assembly for rotatably supporting a wheel relative to a vehicle body, a load detection is fixed to the outer peripheral surface of the outer member A sensor comprising a plurality of sensor units, a signal processing IC for processing an output signal of the sensor unit, and a signal cable for taking out the processed output signal to the outside of the bearing, connected in a ring shape the assembly, with attached to the outer member concentric to the outer circumferential surface of the outer member, covered with a cylindrical protective cover inner diameter toward the sensor assembly on the inboard side is enlarged, in the protective cover the board-side end to the outer peripheral surface of the outer member Engaged, mount the outboard side end of the protective cover on the outer peripheral surface of the outer member through the seal ring of the elastic body only, the sensor unit, the outer peripheral surface provided along the outer peripheral surface of the outer member A strain generating member that is fixed in contact with the strain generating member, and a strain sensor that is attached to the strain generating member and detects the strain of the strain generating member. And having a notch on both sides of the center, and attaching the strain sensor to a central portion between the notches on both sides on the outer surface side of the strain generating member. Since the intermediate part where the notch is located is not in contact with the outer peripheral surface of the outer member, the sensor failure due to the influence of the external environment is prevented, and the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface is extended over a long period of time. Accurate inspection Can, the easy assembling of the wiring process and sensor signal cables.
The assembly method for the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention is an assembly method for assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention, wherein the outer member is in a single state or the rolling element is assembled to the outer member. in attaching a seal ring of the sensor assembly and an elastic body on the outer peripheral surface of the outer member, after press-fitting the protective cover to the outer peripheral surface of the outer member, since the assembling of the bearing, fitted to the outer member The sensor-equipped wheel bearing in which the sensor assembly is covered with a protective cover can be easily assembled.
この発明の一実施形態を図1ないし図11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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、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を外周に形成した内方部材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、ボール接触角が背面合わせ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、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置におけるナックル(図示せず)に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。車体取付用フランジ1aには周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔14が設けられ、インボード側よりナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルト(図示せず)を前記ねじ孔14に螺合することにより、フランジ1aがナックルに取付けられる。このフランジ1aは、各ねじ孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aa(図5)とされている。
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16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、車輪および制動部品(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。
The
The
固定側部材である外方部材1の外径面には、4個のセンサユニット20が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット20が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材1の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。
Four
これらのセンサユニット20は、図2のD部を拡大して示す図8、および図9に示す平面図のように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する歪みセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で2mm以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有する。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面に接触して固定される2つの接触固定部21aを両端部に有する。なお、歪み発生部材21の形状によっては、接触固定部21aを2つ以上有するものとしても良い。歪みセンサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材21の外面側で両側辺部の切欠き部21bで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ22は切欠き部21bの周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、または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、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。「想定される最大の力」は、軸受に異常な大きさの力が作用しても、その力が除かれるとセンサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。
These
歪みセンサ22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22を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21aが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部21aがボルト23により外方部材1の外径面に固定される。外方部材1の外径面へセンサユニット20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記接触固定部21aが接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。また、外方部材1の外径面における前記2つの接触固定部21aが固定される2箇所の中間部には溝1cが設けられている。前記各ボルト23は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔24に挿通し、外方部材1の外径面に設けられたねじ孔25に螺合させる。このように、溝1cを挟んで歪み発生部材21の2つの接触固定部21aを外方部材1の外径面に固定することにより、薄板状である歪み発生部材21における切欠き部21bを有する中央部位が外方部材1の外径面から離れた状態となり、切欠き部21bの周辺の歪み変形が容易となる。
In the
前記4個のセンサユニット20は、図4に示すように、これらの歪みセンサ22の出力信号を処理する信号処理用ユニット26と、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル27などの電子部品と共にリング状に接続してセンサ組立品28とされ、このリング状とされたセンサ組立品28が外方部材1の外径面に外方部材1と同心に取付けられる。信号ケーブル27は各センサユニット20間に配線され、その信号ケーブル27の途中に信号処理用ユニット26が配置され、外方部材1の外径面に固定されている。この場合、前記4個のセンサユニット20は、図1のII−II矢視断面図を示す図2のように、外方部材1の外径面の同一軸方向位置に配置される。
As shown in FIG. 4, the four
信号処理用ユニット26は、歪みセンサ22の出力信号により、車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する推定手段となるものであって、信号処理用ICとこのICを実装した回路基板を含む。上記信号処理用ICは、歪み信号の処理を行う信号処理回路や補正回路などが含まれる。この信号処理用ユニット26の信号処理用ICは、前記作用力と歪みセンサ22の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段(図示せず)を有し、入力された出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力の値を出力する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。
The
外方部材1の外径面に取付けられた前記センサ組立品28は、図1のように保護カバー29で覆われる。保護カバー29は、インボード側に向かって内径が拡大する筒状とされている。具体的には、保護カバー29は、インボード側半部が大径部29aでアウトボー側半部が小径部29bとなる段付円筒状とされている。この保護カバー29のインボード側端は外方部材1の外径面に嵌合させられ、保護カバー29のアウトボード側端は外方部材1と同心の弾性体のシールリングであるOリング30を介して外方部材1の外径面に取付けられる。保護カバー29の小径部29bは、外方部材1の外径面に隙間を介して沿うように、アウトボー側に至るほど小径となるテーパ状とされている。大径部29aは、その内周面と外方部材1の外周面との間にセンサユニット20を収容する収容空間を形成している。保護カバー29の材料としては、ステンレス鋼等の金属材料や、PA66+GF等の樹脂材料が用いられる。外方部材1の外径面のアウトボード側には、図4のように、周方向に延びるOリング嵌着用の溝1dが設けられ、この溝1dに図1のようにOリング30を嵌着させることで、Oリング30が軸方向に位置決めされると共に、保護カバー29のアウトボード側端と外方部材1の外径面との間が確実に密封される。Oリング30は、ニトリルゴム、シリコンゴム等のゴム材料からなる。これにより、Oリング30による密封性を確実なものとすることができる。
The
また、センサ組立品28におけるセンサユニット20および信号処理用ユニット26は、前記保護カバー29内における外方部材1の外径面に固定されることになるので、それらの固定部が、外部環境により腐食して固定が不安定になるのを防止できる。保護カバー29の内部空間には、モールド樹脂やウレタンフォームなどの弾性充填材を充填しても良い。この場合には、充填される弾性充填材のために、外部からの飛び石や泥水,塩水等から、センサユニット20,信号処理用ユニット26,信号ケーブル27等の電子部品を確実に保護することができる。
Further, the
また、外方部材1の外径面の全体には防錆処理を施しても良い。この場合、外方部材1の外径面が泥水,塩水等で錆びるのを防止できるので、外方部材1の外径面の錆が保護カバー29で覆われているセンサ組立品28に及ぶのを確実に防止できる。
Further, the entire outer diameter surface of the
前記センサ組立品28における信号ケーブル27の車体側への引き出し部27aは、図3に示すように、保護カバー29の一箇所から外側に引き出される。具体的には、図5(A),(B)のE部,F部、および図6(B)のG部に示すように、外方部材1の外径面のアウトボード側に向く段面部の周方向の一箇所、およびこれに対向する保護カバー29のインボード側端の周方向の一箇所に、信号ケーブル引き出し部27aが挿通される切欠き部32,33が設けられている。
As shown in FIG. 3, the lead-out
この場合の切欠き部は、図7(A),(B)のように外方部材1の外径面だけに設けても良いし、保護カバー29だけに設けても良い。これにより、図7(A),(B)のように、信号ケーブルの引き出し部27aが前記切欠き部32,33で挟まれて周方向の位置決めがされる。信号ケーブル引き出し部27aが前記切欠き部32,33から引き出される部分にはシール材を充填して、信号ケーブル引き出し部27aの引き出し箇所をシールするようにしても良い。これにより、保護カバー29の密封性をより一層高めることができる。
The notch in this case may be provided only on the outer diameter surface of the
このセンサ付車輪用軸受の組立は、以下の手順で行なわれる。先ず、外方部材1の単体の状態、または外方部材1に転動体5を組み付けた状態で、図4のように外方部材1の外径面にリング状の前記センサ組立品28を取付け、外方部材1の外径面の溝1dにOリング30を嵌合させる。つぎに、筒状の保護カバー29を、外方部材1のアウトボード側からその外径面に圧入し、そのインボード側端を外方部材1の外径面に嵌合させ、アウトボード側端をOリング30を介して外方部材1の外径面に取付けることで、センサ組立品28を保護カバー29で覆う。この後で軸受の全体を組み立てる。この手順で組み立てることにより、外方部材1に取付けたセンサ組立品28を保護カバー29で覆ってなるセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
The assembly of the sensor-equipped wheel bearing is performed according to the following procedure. First, in a state where the
上記センサ付車輪用軸受による荷重検出動作を以下に説明する。車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニット20における歪み発生部材21が外方部材1の外径面に接触して固定されているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝達され、その歪みが歪みセンサ22で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。とくに、複数のセンサユニット20と、歪みセンサ22の出力信号を処理する信号処理用ユニット26と、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル27とを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品28を、外方部材1の外径面に外方部材1と同心に取付けると共に、このセンサ組立品28をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバー29で覆い、この保護カバー29のインボード側端を外方部材1の外径面に嵌合させ、保護カバー29のアウトボード側端をOリング30を介して外方部材1の外径面に取付けているので、外部環境によりセンサユニット20を含む電子部品が故障する(飛び石による破損や、泥水・塩水などによる腐食)のを防止でき、長期にわたって荷重を正確に検出することができる。また、信号ケーブル27の配線処理やセンサユニット20の組付けも容易となる。
The load detection operation by the wheel bearing with sensor will be described below. When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力(例えば予圧量)を検出するものでも良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
In the above description, the case where the acting force between the wheel tire and the road surface is detected is shown. However, not only the acting force between the wheel tire and the road surface but also the force acting on the wheel bearing (for example, the preload amount) is detected. But it ’s okay.
By using the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing for vehicle control, it is possible to contribute to stable running of the automobile. In addition, when this sensor-equipped wheel bearing is used, a load sensor can be installed in a compact vehicle, the mass productivity can be improved, and the cost can be reduced.
固定側部材が外方部材1であるこの実施形態の場合、保護カバー29が外方部材1の外径面に取付けられるので、保護カバー29を取付け易くて、保護カバー29によるセンサ組立品28の保護が行い易い。
In the case of this embodiment in which the fixed side member is the
また、この実施形態では、前記保護カバー29を、インボード側が大径となる段付円筒状としているので、外方部材1のアウトボード側から外方部材1の外径面への保護カバー29の圧入を容易に行うことができる。
In this embodiment, the
また、この実施形態では、前記保護カバー29の材料として、金属材料または樹脂材料を用いているので、外方部材1の外径面への取付けを密封性良く行うことができる。すなわち、保護カバー29の材料として金属材料を用いた場合、外方部材1の外径面への保護カバー29の取付けを、強固にかつ密封性良く行うことができる。また、保護カバー29の材料として樹脂材料を用いた場合、保護カバー29を成形品として容易に形成でき、外方部材1の外径面へ密封性良く取付けることができる。これにより、外部環境の影響によるセンサの故障をより確実に防止できる。
Moreover, in this embodiment, since the metal material or the resin material is used as the material of the
固定側部材である外方部材1の外径面に固定されるセンサユニット20の歪み発生部材21の各接触固定部21aの軸方向寸法が異なると、外方部材1から接触固定部21aを介して歪み発生部材21に伝達される歪みも異なる。この実施形態では、センサユニット20の歪み発生部材21の各接触固定部21aを、軸方向に同寸法となる位置に設けているので、歪み発生部材21に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。また、センサユニット20が外方部材1において、同一軸方向位置に並ぶことになるので、その軸方向位置に保護カバー29を設けるだけでセンサユニット20を含む電子部品からなるセンサ組立品28を覆うことができ、保護カバー29をコンパクトに構成することができる。
If the axial dimension of each
また、この実施形態では、センサユニット20の歪み発生部材21が、図9のように平面概形が帯状で側辺部に切欠き部21bを有する薄板材からなるものとしているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝達されやすく、その歪みが歪みセンサ22で感度良く検出され、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材21の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。
Further, in this embodiment, the
また、この実施形態では、センサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる固定側部材である外方部材1の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体5と転走面3が接触している部分と接触していない部分が180度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット20を180度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット20には必ず転動体5を介して外方部材1に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ22により検出可能となる。
この場合、外方部材1の外径面におけるセンサユニット20が設けられる上面部および下面部は、図11のように車体取付用フランジ1aにおける左右に隣り合う突片1aa間の間隔Aの中間位置とするのが望ましい。また、外方部材1の外径面におけるセンサユニット20が設けられる右面部および左面部も、図11のように車体取付用フランジ1aにおける上下に隣り合う突片1aa間の間隔Bの中間位置とするのが望ましい。このように、センサユニット20の固定位置を設定すると、ヒステリシスの原因となるナックルボルトを中心とした横滑りの影響を小さくでき、それだけ歪みセンサ22の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。
Further, in this embodiment, the
In this case, the upper surface portion and the lower surface portion where the
図12は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1ないし図11に示す実施形態において、保護カバー29のアウトボード側端に内向きフランジ29cを形成すると共に、固定側部材である外方部材1の外径面に周方向に延びて保護カバー20の前記内向きフランジ29cと軸方向に対向する突条31を設け、この突条31と保護カバー29の内向きフランジ29cとで前記Oリング30を挟み付けるものとしている。その他の構成は図1〜図11の実施形態の場合と同様である。
FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. In this sensor wheel bearing, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 11, an
このように、保護カバー29の内向きフランジ29cと外方部材1の外径面の周方向に延びる突条31とでOリング30を挟み付けた場合、Oリング30が軸方向に位置決めされると共に、保護カバー29のアウトボード側端と外方部材1の外径面との間が確実に密封される。
Thus, when the O-
図13は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1ないし図11に示す実施形態において、保護カバー29の全体が樹脂材料からなり、そのインボード側端の外方部材1の外径面への嵌合部に金属材料34を埋め込んでいる。その他の構成は図1〜図11の実施形態の場合と同様である。
FIG. 13 shows still another embodiment of the present invention. In the wheel bearing with sensor, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 11, the entire
このように、樹脂材料からなる保護カバー29のインボード側端に金属材料34を埋め込んだ場合、保護カバー29のインボート側端での外方部材1の外径面への嵌合を強固にかつ密封性良く行うことができ、かつ保護カバー29の成形も容易となる。
As described above, when the
この実施形態では第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。また、参考提案例として、外方部材が回転側部材となる車輪用軸受に適用することもできる。その場合、内方部材の外周にセンサ組立品を設ける。 In this embodiment, the case where the present invention is applied to a third generation type wheel bearing has been described. However, the present invention relates to the first or second generation type wheel bearing in which the bearing portion and the hub are independent parts, The present invention can also be applied to a fourth-generation type wheel bearing in which a part of the inner member is composed of an outer ring of a constant velocity joint. The sensor-equipped wheel bearing can also be applied to a wheel bearing for a driven wheel, and can also be applied to a tapered roller type wheel bearing of each generation type. Further , as a reference proposal example, the present invention can also be applied to a wheel bearing in which the outer member is a rotation side member. In that case, a sensor assembly is provided on the outer periphery of the inner member.
1…外方部材
1d…保護カバー嵌着用溝
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
21b…切欠き部
22…歪みセンサ
26…信号処理用IC
27…信号ケーブル
27a…信号ケーブルの引き出し部
28…センサ組立品
29…保護カバー
29c…内向きフランジ
30…Oリング(シールリング)
31…突条
32…外方部材の切欠き部
33…保護カバーの切欠き部
DESCRIPTION OF
27 ...
31 ...
Claims (17)
上記外方部材の外周面に固定される荷重検出用の複数のセンサユニットと、このセンサユニットの出力信号を処理する信号処理用ICと、処理された前記出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルとを含む電子部品をリング状に接続してなるセンサ組立品を、前記外方部材の外周面にこの外方部材と同心に取付けると共に、このセンサ組立品をインボード側に向かって内径が拡大する筒状の保護カバーで覆い、この保護カバーのインボード側端を前記外方部材の外周面に嵌合させ、保護カバーのアウトボード側端を弾性体のシールリングを介して前記外方部材の外周面に取付け、前記センサユニットは、前記外方部材の外周面に沿って設けられこの外周面に接触して固定される歪み発生部材と、この歪み発生部材に取り付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する歪みセンサとを有し、前記歪み発生部材は、平面概形が全長にわたり均一幅で中央の両側辺部に切欠き部を有し、前記歪みセンサを、前記歪み発生部材の外面側における、両側辺部の前記切欠き部間の中央部位に取付け、前記歪み発生部材における前記切欠き部が位置する中間部位を、前記外方部材の外周面に非接触としたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A plurality of sensor units for load detection, which is fixed to the outer peripheral surface of the outer member, and a signal processing IC for processing the output signal of the sensor unit, signal cable to take out processed the output signal to the outside of the bearing the sensor assembly formed by connecting in a ring shape an electronic component including bets, with attached to the outer peripheral surface of the outer member to the outer member concentric, inner diameter toward the sensor assembly on the inboard side expansion to covered with a cylindrical protection cover, the inboard side end of the protective cover is fitted to the outer peripheral surface of the outer member, the outer member through the seal ring of the elastic body outboard side end of the protective cover attached only to the outer peripheral surface of the sensor unit includes a strain generating member fixed in contact with the outer peripheral surface provided along the outer peripheral surface of the outer member, the strain attached to the strain generating member A strain sensor that detects strain of the raw member, and the strain generating member has a flat planar shape with a uniform width over the entire length and has notches on both sides of the center, and the strain sensor generates the strain. At the outer surface side of the member, it is attached to the central portion between the notch portions on both side portions, and the intermediate portion where the notch portion of the strain generating member is located is not in contact with the outer peripheral surface of the outer member. A sensor-equipped wheel bearing.
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