JP4251332B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車における車輪用軸受装置に関する。

自動車の車輪用軸受装置では、複列のアンギュラ玉軸受が一般に用いられている。図８（Ａ）はその一例の部分断面図を示す。外輪２１および内輪２２の軌道面２４，２５には、縁部に円弧状断面の面取部２４ａ，２５ａを設け、負荷面圧のエッジロードの軽減を行っている。

この軸受は、モーメント荷重が負荷されると、図８（Ｂ）に示すように、接触角θが増大し、軌道面２４，２５とボール２３との接触位置ｐ，ｑが、外輪２１では軸受軸方向の内側に、内輪２２では外側へ移動する。軌道面２４，２５のボール接触位置ｐ，ｑでは、その位置ｐ，ｑを中心とする楕円状の負荷面圧の作用部分、すなわち接触楕円（図示せず）が生じている。上記モーメント荷重が大きい場合、この接触楕円が面取部２４ａ，２５ａまではみ出すことがある。これにより、エッジロードが発生し、早期剥離が生じる。面取部２４ａ，２５ａが設けられていると、これが設けられずに、接触楕円が軌道面２４，２５から肩部の円筒面部分まで延びた場合に比べて、エッジロードの増大は軽減されるが、面取部２４ａ，２５ａでは満足できる軽減は行えず、早期剥離の解消が難しい。

この対策として、接触楕円が面取部２４ａ，２５ａにはみ出さないように、図８（Ｂ）に２点鎖線で示すように外輪２１の内径を小さくしたり、内輪２２の外径を大きくすることが考えられる。しかし、このように内径または外径を変えると、軌道面２４，２５を研削加工するときに、一般に行われるように溝断面の形状に応じた断面形状を持つ総形の砥石を用いると、縁部２４ａ，２５ａの近傍は砥石側面で加工する状態に近づき、この部分では、砥石の切り込み方向の押し付け力が殆ど作用しなくなる。そのため著しく加工時間が増加する。換言すれば、加工のサイクルタイムが長くなる。

この発明の目的は、モーメント荷重増大時の接触楕円によるエッジロードの発生が緩和でき、かつ軌道面の研削加工時間の増加が回避できる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車両用軸受装置は、内周に複列の断面円弧状の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面にそれぞれ対向する断面円弧状の軌道面を有する内方部材と、上記複列の軌道面間に介在する複列のボールとを備え、各列の軸受部分が接触角を有する車輪用軸受装置において、上記外方部材につき、上記少なくとも一つの列の軌道面の断面における高い方の肩の径方向位置を、ほぼボールの中心位置まで延長し、この高い方の肩の側部となる軌道面の縁部に補助軌道面を設け、該補助軌道面を、上記軌道面の断面を構成する円弧状の曲線から滑らかに続き、上記曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状とすると共に、軌道面の断面形状を持つ総形砥石を上記外方部材の略径方向に切り込ませて研削加工された面としたことを特徴とする。この補助軌道面の縁部に続く面取部を設けても良い。
このように補助軌道面を設けると、軸受に大きなモーメント荷重が負荷されて接触角が増大したときに、接触楕円は軌道面から補助軌道面にはみ出すことになる。この補助軌道面は、軌道面の断面を構成する円弧状の曲線から滑らかに続き、かつ上記曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状を有するため、接触楕円が補助軌道面にはみ出しても、エッジロードの発生が防止される。また、補助軌道面は、軌道面の断面を構成する円弧状の曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなるため、外方部材の内径を小さく、あるいは内方部材の外径を大きく設定しても、軌道面をそのまま延長させた面に比べて傾斜が大きくて、ある程度の傾斜角度が確保でき、研削加工するときに、砥石側面で加工する状態とはならない。そのため研削加工の加工時間の増加が避けられる。したがって外輪内径および内輪外径を、研削加工限界に係わらず設定することができる。

この発明において、上記外方部材および内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジを設けても良い。また、上記外方部材および内方部材のいずれか一方に車体に取付けるためのフランジを設けても良い。さらに、上記内方部材が、車輪取付フランジを有する一体部材のハブ輪と、このハブ輪の端部外径に嵌合した別体の内輪構成部材とでなり、上記ハブ輪および内輪構成部材に上記各列の軌道面をそれぞれ有するものとしても良い。
これら車輪取付フランジ、車体取付フランジ、あるいはハブ輪と内輪構成部材とでなる内方部材を用いた各種の形式の車輪用軸受装置において、この発明における上記補助軌道面を設けたことによるモーメント荷重増大時の接触楕円によるエッジロードの発生緩和効果、および軌道面の研削加工時間の増加回避の効果を得ることができる。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の断面円弧状の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面にそれぞれ対向する断面円弧状の軌道面を有する内方部材と、上記複列の軌道面間に介在する複列のボールとを備え、各列の軸受部分が接触角を有する車輪用軸受装置において、上記外方部材につき、上記少なくとも一つの列の軌道面の断面における高い方の肩の径方向位置を、ほぼボールの中心位置まで延長し、この高い方の肩の側部となる軌道面の縁部に補助軌道面を設け、該補助軌道面を、上記軌道面の断面を構成する円弧状の曲線から滑らかに続き、上記曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状とすると共に、軌道面の断面形状を持つ総形砥石を上記外方部材の略径方向に切り込ませて研削加工された面としたため、モーメント荷重増大時の接触楕円によるエッジロードの発生が緩和でき、かつ軌道面の研削加工時間の増加が回避できる。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この実施形態は第１世代の内輪回転タイプの車輪用軸受装置に適用した例である。この車輪用軸受装置は、内周に複列の断面円弧状の軌道面４，４を有する外方部材１と、これら軌道面４，４にそれぞれ対向する断面円弧状の軌道面５，５を有する内方部材２と、これら複列の軌道面４，５間に介在する複列のボール３とを備える。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、各軌道面４，５は接触角θが背面合わせとなるように形成されている。接触角θは、例えば１０〜４５度の範囲とされる。外方部材１は、固定側の部材となるものであって、単独の軸受外輪からなる。内方部材２は、回転側の部材となるものであって、２つの軸受内輪２Ａを軸方向に並べた分割型のものからなる。ボール３は各列毎に保持器６で保持されている。内外の部材２，１間の両端の環状空間は、シール７，７Ａで密封されている。

図２に拡大断面図で示すように、上記軌道面４，５の断面における高い方の肩ｃ１，ｃ２の径方向位置を、ほぼボールの中心位置Ｏまで延長し、この高い方の肩ｃ１，ｃ２の側部となる軌道面４，５の縁部４ａ，５ａに補助軌道面４ａａ，５ａａを設けている。この補助軌道面４ａａ，５ａａは、軌道面４，５の断面を構成する円弧状の曲線ａ，ｂから滑らかに続き、直線からなる断面形状を有する。ここでは、補助軌道面４ａａ，５ａａの断面形状は、上記曲線ａ，ｂの接線となる直線とされている。補助軌道面４ａａ，５ａａの肩ｃ１，ｃ２側の縁の径方向位置は、ほぼボール３の中心位置Ｏとしている。また、前記各軌道面４，５には、補助軌道面４ａａ，５ａａの縁部に続く円弧状断面形状の面取部４ａｂ，５ａｂが形成されている。

この構成の軸受装置によると、補助軌道面４ａａ，５ａａを設けたため、軸受に大きなモーメント荷重が負荷されて接触角θが増大したときに、接触楕円（図示せず）は軌道面４，５から補助軌道面４ａａ，５ａａにはみ出すことになる。しかし、この補助軌道面４ａａ，５ａａは、軌道面４，５の断面を構成する曲線ａ，ｂから滑らかに続き、かつ直線からなる断面形状を有するため、接触楕円が補助軌道面４ａａ，５ａａにはみ出しても、エッジロードが発生することがない。
また、補助軌道面４ａａ，５ａａは直線からなるため、外方部材１の内径を小さく、あるいは内方部材２の外径を大きく設定しても、円弧状の曲線ａ，ｂの軌道面４，５をそのまま延長させた面に比べて傾斜が大きくて、ある程度の傾斜角度が確保できる。そのため、補助軌道面４ａａ，５ａａは、研削加工するときに砥石側面で加工する状態とはならない。このため、研削加工の加工時間の増加が避けられる。したがって、外方部材１の内径、および内方部材２の外径を、研削加工限界に係わらず設定することができる。

また、軌道面４，５の断面における高い方の肩ｃ１，ｃ２の径方向位置を、ほぼボール３の中心位置Ｏとなるように、外方部材１の内径を小さくし、かつ内方部材２の外径を大きくしたため、接触楕円が面取部４ａｂ，５ａｂまではみ出さず、エッジロードが発生することがない。
さらに、各軌道面４，５には、補助軌道面４ａａ，５ａａの縁部に続く断面円弧状の面取部４ａｂ，５ａｂが形成されているので、接触楕円のエッジロードがより一層緩和される。すなわち、基本的には補助軌道面４ａａ，５ａａのみでカバーすることができる。しかし、さらに大きなモーメント荷重が負荷されて接触角θが大きくなった場合でも、面取部４ａｂ，５ａｂによりエッジロードが緩和される。

なお、各軌道面４，５における補助軌道面４ａａ，５ａａの断面形状は、前記直線に代えて曲線としても良い。その場合、軌道面４，５の断面を構成する円弧状の曲線ａ，ｂよりも曲率の小さな曲線とする。この場合にも、接触楕円のエッジロードの発生を防止させることができ、各軌道面４，５の研削加工において、加工時間が増加することがない。

図３〜図７は、それぞれこの発明における他の各実施形態を示す。これら各実施形態の共通の構成を説明する。これら各実施形態も、第１の実施形態と同様に、内周に複列（ここでは２列）の軌道面４，４を有する外方部材１と、これら軌道面４，４にそれぞれ対向する軌道面５，５を有する内方部材２と、前記各軌道面４，５間に介在する複列のボール３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装置とされている。また、この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受とされ、各軌道面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。各軌道面４，５の形状は、第１の実施形態で説明した形状と同じであり、軌道面４，５の断面における高い方の肩ｃ１，ｃ２の径方向位置を、ほぼボールの中心位置Ｏまで延長し、この高い方の肩ｃ１，ｃ２の側部となる軌道面４，５の縁部縁部４ａ，５ａに補助軌道面４ａａ，５ａａを設けている。これら補助軌道面４ａａ，５ａａは、軌道面４，５の断面を構成する円弧状の曲線ａ，ｂ（図２）から滑らかに続き、かつ上記曲線ａ，ｂよりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状を有する。補助軌道面４ａａ，５ａａの上記肩ｃ１，ｃ２側の縁の径方向位置は、ほぼボール３の中心位置Ｏとしている。ボール３が各列毎に保持器６で保持され、内外の部材２，１間に形成される環状空間の両側の開口端部がそれぞれシール７，７Ａで密封されていることも、第１の実施形態と同様である。

図３は、この発明の第２の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第２世代の外輪回転タイプで、かつ従動輪支持用の車輪用軸受装置である。
この実施形態の場合、外方部材１は、正面側となる一端に車輪取付フランジ１ａを有し、この車輪取付フランジ１ａに車輪がボルト１４で取付けられる。内方部材２は、２つの軸受内輪２Ａを軸方向に並べた分割型のものとされている。

図４は、この発明の第３の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第２世代の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受装置である。
この実施形態の場合、外方部材１は車体取付フランジ１ｂを有し、この車体取付フランジ１ｂを介して車体のナックル等に取付けられる。その他の構成は図１および図２に示す第１の実施形態と同じである。

図５は、この発明の第４の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第３世代の内輪回転タイプで、かつ従動輪支持用の車輪用軸受装置である。
この実施形態の場合、外方部材１は、車体取付フランジ１ｂを有する一体の部材である。内方部材２は、ハブ輪２Ｂと、このハブ輪２Ｂの端部外径に嵌合した別体の内輪構成部材２Ｃとで構成され、ハブ輪２Ｂおよび内輪構成部材２Ｃに各列の軌道面５，５がそれぞれ形成される。内輪構成部材２Ｃは、ハブ輪２Ｂに設けられた加締部でハブ輪２Ｂに軸方向に締め付け固定される。内方部材２は、車輪取付フランジ２ａを有する。

図６は、この発明の第５の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第３世代の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受装置である。
この実施形態の場合、駆動輪用であるため、図５に示す第４の実施形態において、内輪構成部材２Ｃとで内方部材２を構成するハブ輪２Ｂに、等速ジョイント（図示せず）の軸部が挿通されて固定される内径孔２ｃが形成されている。その他の構成は図５に示す第４の実施形態と同じである。

図７は、この発明の第６の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第４世代の軸受装置である。
この実施形態の場合、内方部材２が、車輪取付フランジ２ａを一体に有するハブ輪２Ｂと、他の内輪構成部材２Ｄとを組み合わせたものとされている。ハブ輪２Ｂおよび内部構成部材２Ｄに、各列の軌道面５，５がそれぞれ形成されている。内輪構成部材２Ｄは、等速ジョイント８の外輪８ａが一体に形成された部材であり、等速ジョイント８の内輪（図示せず）には駆動軸（図示せず）が接続される。等速ジョイント外輪８ａから一体に延びる軸部９が、基端側の大径部９ａと、この大径部９ａに段差を介して続く小径部９ｂとで形成され、小径部９ｂの外周にハブ輪２Ｂが嵌合する。ハブ輪２Ｂと内輪構成部材２Ｄとは加締等の塑性結合により一体固着されている。外方部材１が車体取付フランジ１ｂを有することは、図５や図６の実施形態の場合と同じである。

これら図３〜図７にそれぞれ示す実施形態においても、第１の実施形態と同様に、軌道面４，５の断面における高い方の肩ｃ１，ｃ２の径方向位置は、ほぼボール３の中心位置Ｏとしたこと、補助軌道面４ａａ，５ａａを設けたことによるモーメント荷重増大時の接触楕円によるエッジロードの発生緩和効果、および軌道面４，５の研削加工時間の増加回避の効果を得ることができる。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 この発明の第２の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の第３の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の第４の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の第５の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の第６の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 （Ａ）は従来例の要部拡大断面図を示し、（Ｂ）はその改良構造の説明図を示す。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…ボール
４，５…軌道面
４ａ，５ａ…軌道面の縁部
４ａａ，５ａａ…補助軌道面
４ａｂ，５ａｂ…面取部
１ａ，２ａ…車輪取付フランジ
１ｂ…車体取付フランジ
２Ｂ…ハブ輪
２Ｃ，２Ｄ…内輪構成部材
ａ，ｂ…曲線
θ…接触角

Claims (6)

1. 内周に複列の断面円弧状の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面にそれぞれ対向する断面円弧状の軌道面を有する内方部材と、上記複列の軌道面間に介在する複列のボールとを備え、各列の軸受部分が接触角を有する車輪用軸受装置において、
   上記外方部材につき、上記少なくとも一つの列の軌道面の断面における高い方の肩の径方向位置を、ほぼボールの中心位置まで延長し、この高い方の肩の側部となる軌道面の縁部に補助軌道面を設け、該補助軌道面を、上記軌道面の断面を構成する円弧状の曲線から滑らかに続き、上記曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状とすると共に、軌道面の断面形状を持つ総形砥石を上記外方部材の略径方向に切り込ませて研削加工された面としたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、上記補助軌道面の断面形状が、上記軌道面の断面を構成する円弧状の曲線の接線となる直線からなる車両用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、上記外方部材および内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジを設けた車両用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、上記外方部材および内方部材のいずれか一方に車体に取付けるためのフランジを設けた車輪用軸受装置。
5. 請求項１または請求項２において、上記内方部材が、車輪取付フランジを有する一体部材のハブ輪と、このハブ輪の端部外径に嵌合した別体の内輪構成部材とでなり、上記ハブ輪および内輪構成部材に上記各列の軌道面をそれぞれ有する車輪用軸受装置。
6. 請求項１または請求項２において、上記内方部材が、車輪取付フランジを有する一体部材のハブ輪と、等速ジョイントの外輪が一体に形成されてハブ輪の内径に一部が嵌合した内輪構成部材とでなり、上記ハブ輪および内輪構成部材に上記各列の軌道面をそれぞれ有する車輪用軸受装置。

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