JP2007211989A5 - - Google Patents

Description

車輪用軸受装置

この発明は自動車等における車輪用軸受装置に関する。

自動車の車輪は、懸架装置に車輪用軸受装置を介して回転自在に支持される。車輪用軸受装置に要求される機能としては、負荷容量や剛性の高いことが挙げられる。また自動車部品は、燃費向上等のために、軽量化が強く求められており、車輪用軸受装置においても軽量化が求められる。
従来の一般的な車輪用軸受装置は、負荷容量については満足できるが、車両旋回時の剛性が必ずしも十分とは言えない場合がある。また、自動車の安定した走行のために車両旋回時の軸受剛性の向上が必要とされる。
車輪用軸受装置は、複列軸受が用いられており、直進時の車重は、複列軸受の中央に作用するように設計されている。しかし、車両の旋回時には、タイヤにかかる横力により、ハブフランジを傾けるようにモーメント荷重が発生する。そのため、複列のうちのアウトボード側列付近の剛性を高めることが求められる。

アウトボード側列の剛性を高めるものとしては、例えば図５に示すように、複列の転動体列Ｌｏ，Ｌｉのうち、アウトボード側列Ｌｏの転動体７のＰＣＤ（ピッチ円直径）を、インボード側列Ｌｉの転動体８のＰＣＤよりも大きくしたものが提案されている（例えば、特許文献１）。同特許文献１には、他の実施形態として、ＰＣＤを変える代わりに、アウトボード側列Ｌｏの転動体７の個数をインボード側列Ｌｉの転動体８の個数よりも多くすることなども提案されている。
特開２００３−２３２３４３号公報

特許文献１などに示されるように、アウトボード側列ＬｏのＰＣＤを大きくしたり、転動体個数を増やすことは、アウトボード側部分の軸受剛性を高めることに対して優れた効果が得られる。しかし、従来の車輪用軸受装置は、いずれも、ハブ輪の形状についての配慮が不十分であり、アウトボード側部分の剛性向上の効果が今一つ十分でない。
例えば、図５の例では、ハブ輪１８に嵌合する内輪１９が、ハブ輪１８の内輪嵌合面に突き合わされる位置Ｑが、両列Ｌｏ，Ｌｉのボールスパンの中央位置よりもアウトボード側にあり、またハブ輪１８の軸部１８ａの外径を、内輪１９の小径部の径（上記位置Ｑの径）に合わせる設計となっている。そのため、ハブ輪１８の軸部１８ａの外径が、アウトボード側の軌道面５からインボード側へ少し寄った位置で急激に小さくなっており、ハブ輪１８のアウトボード側部分の剛性が不十分となっている。

この発明の目的は、軸受重量の増加を抑えながら、アウトボード側部分の剛性を高めることのできる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有し外周に車体に対する取付部を有する外方部材と、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材が、車輪取付用のハブフランジをアウトボード側に有しインボード側に段差部状に小径となる内輪嵌合面を有するハブ輪と、このハブ輪の前記内輪嵌合面に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成した車輪用軸受装置において、
アウトボード側の転動体列のピッチ円直径を、インボード側の転動体列のピッチ円直径よりも大きくし、両列の軸受部分を背面合わせのアンギュラ玉軸受とし、前記ハブ輪に形成したアウトボード側の軌道面のインボード側に隣接する部分が、この軌道面の最小径よりも次第に小径となるように径変化部分に形成されて、前記径変化部分が断面円弧状に形成され、その曲率半径が、前記ハブ輪の前記アウトボード側の軌道面の断面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。

アウトボード側列のピッチ円直径を大きくしたため、それ自体でもアウトボード側部分の軸受剛性の向上に寄与するが、アウトボード側列のピッチ円直径が大きくなると、両転動体列の間のハブ輪外径を大きくする設計が容易となる。すなわち、ハブ輪の両転動体列間の部分を、インボード側列の軌道面の溝底径よりも大きくしても、アウトボード側の軌道面溝底径よりは小さくできるため、アウトボード側列であるハブ輪の軌道面への転動体の組み込み性を阻害することがない。そのため、転動体の組み込み性を低下させることなくハブ輪の両転動体列間の部分の外径を大きくすることができる。

軸受装置の肉を削る構成としては、外方部材の内径面における両列の軌道面の間に肉盗み部を設けても良い。
解析によると、外方部材の内径面における両列の軌道面の間の部分は、軸受剛性に対する影響が小さく、上記円周溝からなる肉盗み部を内径面に設けても、剛性低下への影響が殆どない。したがって、ハブ輪の両転動体列間の中央位置の外径を大きくし、外方部材の両転動体列間の部分に肉盗み部を設けることで、重量増加を伴うことなく、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。

軸受装置の肉を削る構成としては、上記の他に、ハブ輪のアウトボード側の端面に設けられる肉盗み用の正面凹部を深くする構成が採用できる。この正面凹部の深さは、ハブ輪側の転動体の中心の軸方向位置よりも深いものとしてもよい。
上記正面凹部を設けても、ハブ輪の剛性低下への影響は小さい。この発明のように、ハブ輪の両転動体列間の中間の外径を大きくした場合は、正面凹部をより深くすることができ、これにより、重量増加を伴うことなく、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。

また、ハブ輪の外径面における軌道面のインボード側に隣接する部分を、この軌道面の最小径よりも小径となる径変化部分に形成したため、ハブ輪の外径が小さくなることで、ハブ輪が軽量化される。この場合に、急激な外径変化があると、ハブ輪のアウトボード側部分の剛性低下を招くが、次第に小径となる径変化部分とすることで、ハブ輪のアウトボード側部分の剛性を高めながら、重量増を回避することができる。
前記径変化部分は断面円弧状に形成され、その曲率半径が、前記ハブ輪の軌道面の断面の曲率半径よりも大きいものとされているため、ハブ輪のアウトボード側部分の剛性をより一層高めることができる。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有し外周に車体に対する取付部を有する外方部材と、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、アウトボード側の転動体列のピッチ円直径を、インボード側の転動体列のピッチ円直径よりも大きくし、両列の軸受部分を背面合わせのアンギュラ玉軸受とし、前記ハブ輪に形成したアウトボード側の軌道面のインボード側に隣接する部分が、この軌道面の最小径よりも次第に小径となるように径変化部分に形成されて、前記径変化部分が断面円弧状に形成され、その曲率半径が、前記ハブ輪の前記アウトボード側の軌道面の断面の曲率半径よりも大きいため、軸受重量の増加を抑えながら、アウトボード側部分の剛性を高めることができる。

この発明の第１の実施形態を図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、かつ従動輪支持用の車輪用軸受装置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。

この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３，４を形成した外方部材１と、これら各軌道面３，４に対向する軌道面５，６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の対向する軌道面３，５間および軌道面４，６間に介在した複列の転動体７，８とで構成される。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体７，８はボールからなり、各列毎に保持器９，１０で保持されている。上記各軌道面３〜６は断面円弧状であり、これら軌道面３〜６は、接触角θが背面合わせとなるように形成されている。すなわち、各列Ｌｏ，Ｌｉの軸受部１１，１２がアンギュラ玉軸受とされ、背面合わせとされている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるアウトボード側端はシール１３で密閉され、インボード側端は軸受端面の全体を覆うキャップ（図示せず）により密閉される。内方部材２のインボード側端に外周には、回転速度検出用の磁気エンコーダ１４が取付けられている。

外方部材１は、固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１５に取付ける取付部１６として、ナックル１５を嵌合させるナックル嵌合部１６ａおよび車体固定フランジ１６ｂが設けられている。ナックル嵌合部１６ａは、外方部材１のインボード側端に設けられ、車体固定フランジ１６ｂは、ナックル嵌合部１６ａに隣接して設けられている。車体固定フランジ１６ｂは、円周方向の複数箇所に部分的に設けられていて、ねじ孔からなるボルト挿通孔１７を有し、ナックルに挿通された固定ボルト（図示せず）をボルト挿通孔１７にねじ込むことで、ナックル１５にこの車輪用軸受装置が固定される。ホルト挿通孔１７をねじ孔とする代わりに、ナットを用いても良い。ナックル嵌合部１６ａは、外方部材１における他の部分よりも小径とされており、この
ナックル嵌合部１６ａのある軸方向位置に外方部材１のインボード側の軌道面４が位置している。

内方部材２は、回転側の部材となるものであって、ハブ輪１８と内輪１９とでなり、ハブ輪１８にアウトボード側の軌道面５が、内輪１９にインボード側の軌道面６がそれぞれ形成されている。ハブ輪１８は、軸部１８ａのアウトボード側の外周に車輪取付用のハブフランジ２０を有し、軸部１８ａのインボード側の外周に段差部状に小径となる内輪嵌合面２１を有している。内輪１９は、ハブ輪１８の内輪嵌合面２１に嵌合し、ハブ輪１８の加締部２２によってハブ輪１８に固定されている。加締部２２は、ハブ輪１８のインボード側端に延出させた円筒状部分を外径側へローリング加締等で加締めることで形成される。

ハブフランジ２０は、円周方向の複数箇所にボルト挿通孔２３を有し、ボルト２４がボルト挿通孔２３に圧入されている。ハブフランジ２０のアウトボード側の側面に、ブレーキディスクとホイール（いずれも図示せず）とが重ねられ、上記ボルト２４にねじ込んだナット（図示せず）により固定される。ハブフランジ２０は、全周に連続しているが、円周方向の複数箇所におけるボルト挿通孔２３の周辺部が放射状に延びる厚肉部２０ａ（図３）とされ、隣合う厚肉部２０ａの間の薄肉部に、軽量化のためのくり抜き孔２５が設けられている。

ハブフランジ２０のアウトボード側の側面における基端には、前記ブレーキディスクおよびホイールの内径面を案内するためのパイロット部２６が突出している。パイロット部２６は、ハブ輪１８の正面に設けられた肉盗み用の正面凹部２７の形成により、円筒状とされている。

両列の転動体７，８の列Ｌｏ，Ｌｉの寸法関係は、アウトボード側の転動体列Ｌｏのボール７のピッチ円直径ＰＣＤｏを、インボード側の転動体列Ｌｉのボール８のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしてある。両列Ｌｏ，Ｌｉの転動体７，８のボール径は互いに同じであるが、上記ピッチ円直径ＰＣＤｏ，ＰＣＤｉの違いにより、アウトボード側列Ｌｏのボール７の個数を、インボード側列のボール８の個数よりも多く配置することを可能としている。例えば、アウトボード側列Ｌｏのボール個数を１９個、インボード側列Ｌｉのボール個数を１７個としている。両列Ｌｏ，Ｌｉの接触角θは、互いに同じとし、例えば４０度としている。

ハブ輪１８の軸部１８ａの外周形状は、両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおける外径Ｄ１を、インボード側の軌道面６の溝底径である最小径Ｄ２よりも大きくしている。上記中央位置Ｐは、両列Ｌｏ，Ｌｉの転動体スパンＷの中央となる位置である。内輪１９がハブ輪１８の内輪嵌合面２１の端部に突き合わされる位置Ｑは、上記中央位置Ｐよりもインボード側である。
図２に拡大して示すように、ハブ輪１８の軸部１８ａの両転動体列Ｌｏ，Ｌｉの間の部分は、詳しくは、次の形状寸法とされている。アウトボード側の軌道面５は、ボール中心で最小径Ｄ３となって、この最小径Ｄ３の部分がボール中心よりも若干（ボール径の数分の一程度）インボード側に延びている。ハブ輪軸部１８ａの外径面は、軌道面５のインボード側に隣接する部分が、インボード側へ小径となる断面円弧状の第１の径変化部分１８ａａとされ、この径変化部分１８ａａから外径一定の直軸部分１８ａｂに続き、直軸部分１８ａｂからインボード側が小径となるテーパ状の第２の径変化部分１８ａｃを介して、前記段差部状の内輪嵌合面２１に続いている。直軸部分１８ａｂの外径が、上記中央位置Ｐにおける外径Ｄ１となる。

第１の径変化部分１８ａａの断面の円弧状曲線における曲率半径Ｒ１は、軌道面５の断面の曲率半径よりも大きくされ、例えば２倍程度の寸方とされている。寸法例で示すと、軌道面５の溝曲率半径が１０mmである場合、径変化部分１８ａａの曲率半径Ｒ１は２０mm程度とされる。
内輪１９は、軌道面６よりもアウトボード側の部分が、軌道面６の溝底径である最小径Ｄ２よりもさらに小径となる小径化部１９ａとされ、ハブ輪１８の内輪嵌合面２１の端面の外径、つまり第２の径変化部分１８ａｃの最小径は、内輪小径化部１９ａの端部の径と略同じ寸法とされている。なお、内輪小径化部１９ａは、必ずしも設けなくても良いが、その場合でも、ハブ輪１９の直軸部分１８ａｂの外径Ｄ１は、内輪１９の最小径Ｄ２よりも大きくされる。
なお、径変化部分１８ａａの断面はテーパ形状であっても良いし、緩やかに次第に小径となるものであれば良い。

ハブ輪１８における前記正面凹部２７の深さは、ハブ輪１８側の転動体７の中心の軸方向位置Ａよりも深いものとされている。この正面凹部２７の深さは、この実施形態では、ハブ輪軸部１８ａの第１の径変化部分１８ａａの最小径部の付近、つまり直軸部分１８ａｂの端部付近までの深さとされている。正面凹部２７の断面形状は、底側へ次第に小径となる形状とされ、また接触角θを成す直線Ｍの付近が、正面凹部２７の内側へ盛り上がる盛り上がり部２７ａとなる形状とされている。

外方部材の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間には、円周溝からなる肉盗み部２８が設けられている。肉盗み部２８は、両軌道面３，４の間の軸方向寸法の半分程度の軸方向幅とされ、その深さは、アウトボード側の軌道面３の溝底と同程度とされている。

この構成によると、両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおけるハブ輪１８の外径Ｄ１を、インボード側列Ｌｉの軌道面６の最小径Ｄ２よりも大きくしたため、軸受装置に作用する車両走行時のモーメント荷重に対して、ハブ輪１８の剛性を高めることができる。従来の軸受装置は、いずれも両転動体列間のハブ輪外径が、インボード側列の軌道面の溝底径に合わされているが、この部分のハブ輪外径Ｄ１を大きくすることが、剛性向上に大きく寄与する。軸受装置における各部の大径化や厚肉化は、剛性増につながるが、ＦＥＭ解析の結果、両転動体列Ｌｏ，Ｌｉの間のハブ輪１８の外径を増加することが、上記モーメント荷重に対する剛性向上に効率的であることが分かった。したがって、この部分の外径Ｄ１を増大させることで、軸受装置の他の部分の肉を削り、重量増加を伴うことなく、剛性向上を達成することができる。

軸受装置の肉を削る構成としては、外方部材１の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間に、円周溝からなる肉盗み部２８を設けている。
解析によると、外方部材１の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間の部分は、軸受剛性に対する影響が小さく、上記肉盗み部２８を内径面に設けても、剛性低下への影響が殆どない。したがって、ハブ輪１の両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中間の外径Ｄ１を大きくし、外方部材１に上記肉盗み部２８を設けることで、重量増加を伴うことなく、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。

また、この実施形態では、アウトボード側列Ｌｏのボール７のピッチ円直径ＰＣＤｏを大きくしたため、アウトボード側部分の軸受剛性が向上する。転動体７，８の個数についても、アウトボード側列Ｌｏの個数を多くしたため、アウトボード側部分の軸受剛性がより一層向上する。アウトボード側列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏが大きくなったことに伴い、上記のように両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおけるハブ輪外径Ｄ１を大きくする設計が容易となる。すなわち、ハブ輪１８の両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の部分を、インボード側列Ｌｉの軌道面６の溝底径Ｄ２よりも大きくしても、アウトボード側列Ｌｏの軌道面溝底径Ｄ３よりは小さくできるため、アウトボード側列Ｌｏであるバブ輪軌道面５への転動体７の組み込み性を阻害することがない。

ハブ輪１８の軸受部１８ａの外径面形状については、ハブ輪１８の軌道面５のインボード側に隣接する部分を、軌道面５の最小径Ｄ３よりも小径となる径変化部分１８ａａとしているため、ハブ輪１８の外径が小さくなることで、ハブ輪１８が軽量化される。この場合に、急激な外径変化があると、ハブ輪１８のアウトボード側部分の剛性低下を招くが、次第に小径となる断面円弧状の径変化部分１８ａａとし、断面の曲率半径Ｒ１を軌道面５の曲率半径よりも大きくしたため、ハブ輪１８のアウトボード側部分の剛性を高めながら、重量増を回避することができる。

また、ハブ輪１８のアウトボード側の端面に設けられる正面凹部２７を、ハブ輪１８側の転動体７の中心の軸方向位置Ａよりも深くしたため、正面凹部２７により肉を盗む量を多くできて、より軽量化することができる。正面凹部２７を設けても、ハブ輪１８の剛性低下への影響は小さく、この実施形態のようにハブ輪１８の両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中間の外径Ｄ１を大きくした場合は、正面凹部２７を上記のように深くしても、剛性が確保できる。これによっても、重量増加を抑えながら、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。正面凹部２７の形状は、この例では、接触角θを成す直線Ｍの付近が、正面凹部２７の内側へ盛り上がる盛り上がり部２７ａとなる形状とされているため、正面凹部２７の内径をできるだけ大きくしてより軽量化を進めながら、必要な剛性を確保することができる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。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装置に適用したものである。この車輪用軸受装置は、図１ないし図３と共に説明した第１の実施形態において、内方部材２におけるハブ輪１８の中心部に駆動軸結合孔３１を貫通して設けたものである。駆動軸結合孔３１は、等速ジョイント（図示せず）の一方の継手部材となる外輪のステム部を貫通させる孔であり、内径面に、上記ステム部のスプラインと噛み合うスプライン溝３１ａが形成されている。正面凹部２７Ａは、上記ステム部の先端の雄ねじ部分にねじ込むナット（図示せず）が収められる座ぐり部として設けられている。内輪１９のハブ輪１８への固定は、上記ナットの締め付けにより、等速ジョイント外輪の一部を内輪１９の幅面に押し付けることで行われる。また、外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるインボード側端はシール３２で密閉され、上記磁気エンコーダ１４が、シール３２におけるスリンガを兼用している。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
このように駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用した場合も、上記実施形態と同様に、軸受重量の増加を抑えながら、アウトボード側部分の剛性を高めることのできるなどの各効果が得られる。

この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同軸受装置の部分拡大断面図である。 同車輪用軸受装置をインボード側から見た側面図である。 この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３〜６…軌道面
７，８…転動体
１１，１２…軸受部
１５…ナックル
１６…取付部
１８…ハブ輪
１８ａ…ハブ輪の軸部
１８ａａ…径変化部分
１８ａｂ…直軸部分
１９…内輪
２０…ハブフランジ
２７…正面凹部
２８…肉盗み部
ＰＣＤｉ…インボード側のピッチ円直径
ＰＣＤｏ…アウトボード側のピッチ円直径
Ｄ１…中間部の外径
Ｄ２…インボード側軌道面の最小径

Claims (4)

1. 内周に複列の軌道面を有し外周に車体に対する取付部を有する外方部材と、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材が、車輪取付用のハブフランジをアウトボード側に有しインボード側に段差部状に小径となる内輪嵌合面を有するハブ輪と、このハブ輪の前記内輪嵌合面に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成した車輪用軸受装置において、
   アウトボード側の転動体列のピッチ円直径を、インボード側の転動体列のピッチ円直径よりも大きくし、両列の軸受部分を背面合わせのアンギュラ玉軸受とし、前記ハブ輪に形成したアウトボード側の軌道面のインボード側に隣接する部分が、この軌道面の最小径よりも次第に小径となるように径変化部分に形成されて、前記径変化部分が断面円弧状に形成され、その曲率半径が、前記ハブ輪の前記アウトボード側の軌道面の断面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、外方部材の内径面における両列の軌道面の間に肉盗み部を設けた車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記ハブ輪が、アウトボード側の端面に肉盗み用の正面凹部を有し、この正面凹部の深さが、ハブ輪側の転動体の中心の軸方向位置よりも深いものとした車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記直軸部分から前記段差部状の内輪嵌合面に続いて、インボード側が小径となるテーパ状の第２の径変化部分を設けた車輪用軸受装置。