JP2008051278A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車輪用軸受装置において，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現する。
【解決手段】車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面４４を有する外方部材と、転走面３４を外周に有する内方部材と、これら対向する転走面４４，３４の間に転動自在に配された複数の円すいころ３６と、円すいころ４を円周所定間隔に保持する保持器５とを備える。（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径とし、保持器５が、円すいころ４の小径端面側で連なる小環状部６と、円すいころ４の大径端面側で連なる大環状部７と、これらの環状部６、７を連結する複数の柱部８とからなる。隣接する柱部８、８間に、円すいころ４の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケット９が形成され、ポケット９の狭幅側の柱部に切欠きを設けた。
【選択図】図９

Description

この発明は車輪用軸受装置に関する。
車輪用軸受装置では，モーメント荷重が作用することから，転がり軸受を２個１組で使用する場合が多く，ハブとユニット化したいわゆるハブ・ベアリングでは，円すいころ軸受や複列アンギュラ玉軸受などの複列転がり軸受が使用されている。
円すいころ軸受は，外径面の転走面の両側に小つばと大つばが設けられた内輪と，内径面に転走面が設けられた外輪と，内輪と外輪の転走面間に配列された複数の円すいころと，これらの円すいころをポケットに収納して保持する保持器とからなり，保持器には，円すいころの小径端面側で連なる小環状部と，円すいころの大径端面側で連なる大環状部と，これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり，ポケットが，円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側，大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成されたものが用いられている。
円錐ころ軸受を有する車輪用軸受装置では、円錐ころの小径側からグリースが軸受内部に流入する一方、保持器外径側と内径側からもグリースが軸受内部に流入する。保持器外径側から流入するグリースは外輪となる外方部材の軌道面（アウタレース）に沿って円錐ころの大径側へ通過する。保持器内径側から流入するグリースは内輪の軌道面（インナレース）に沿って円錐ころの大径側へ通過する。
このようにグリースなどの潤滑剤が外部から流入する部位に使用される円すいころ軸受には，保持器のポケットに切欠きを設けて，保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑剤がこの切欠きを通過するようにし，軸受内部での潤滑剤の流通を向上させるようにしたものがある（特許文献１，２参照）。特許文献１に記載されたものでは，図２２（Ａ）に示すように，保持器５のポケット９間の柱部８の中央部に切欠き１０ｄを設け，潤滑剤に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また，特許文献２に記載されたものでは，図２２(Ｂ)に示すように，保持器５のポケット９の軸方向両端の小環状部６と大環状部７に切欠き１０ｅを設け，保持器の外径側から流入する潤滑剤が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお，各図中に記入したポケット９の各寸法は，後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。
特開平０９−３２８５８号公報（第３図） 特開平１１−２０１１４９号公報（第２図） 特開２００３−２８１６５号公報 特開平０９−０９６３５２号公報 特開平１１−０２１０７６５公報 特開２００３−３４３５５２号公報
上述したように、潤滑剤が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円すいころ軸受では，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤の割合が多くなると，トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は，以下のように考えられる。すなわち，保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑剤は，外輪の内径面には障害物がないので，その転走面に沿って円すいころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤は，内輪の外径面には大つばがあるので，その転走面に沿って円すいころの大径側へ通過したときに大つばで堰き止められ，軸受内部に滞留しやすくなる。このため，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤の割合が多くなると，軸受内部に滞留する潤滑剤の量が多くなり，この滞留する潤滑剤が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。
したがって，軸受内部に潤滑剤が流入する円すいころ軸受における潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが，大幅な低トルク化を行うためには，ころがり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら，従来の低トルク化手法（特許文献４〜６参照）では，定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが，軸受剛性はいくらか低下する。
特許文献３に記載の円すいころ軸受６１（図２０）では，保持器と外輪とが接触しないタイプに比べてころの充填率を高め，転走面最大面圧を低減させることが可能である。しかし，保持器と転走面中央部を非接触とするため，その部分の板厚が薄くなるというデメリットがある。すなわち，保持器６２の柱部６２ｃに凹所６４があるので板厚が必然的に薄くなって保持器６２の剛性が低下し，軸受６１の組立て時の応力によって保持器６２が変形したり，軸受６１の回転中に保持器６２が変形する等の可能性もある。保持器６２の剛性を高めようとすると保持器６２の径寸法が大きくなるため，外輪接触部での摺接によるトルク増大，いわゆる引きずりトルクを引き起こす可能性がある。
一方，特許文献３記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は，図１９のように外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で，保持器７２の柱幅を確保し，適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために，次式で定義されるころ係数（ころの充填率）γを，通常，０．９４以下にする必要がある（特許文献４参照）。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで，Ｚ：ころ本数，ＤＡ：ころ平均径，ＰＣＤ：ころピッチ円径。なお，図１９で符号７３は円すいころ，７４は柱面，７５は内輪，θは窓角を示す。
保持器７２のポケット寸法をそのままにして単純にころ充填率を高めようとすると，保持器７２の柱７２ａが細くなり，充分な柱強度を確保することができない。一方，柱強度を確保するため，保持器と外輪との間のすきまが小さくなる方向に保持器径を変更（径寸法を大きく）すると，特許文献６に紹介されているように，保持器の外輪接触部での摩耗を促進し，引きずりトルクの増大を引き起こすおそれがある。
この発明の目的は，車輪用軸受装置において，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現することにある。
この発明の車輪用軸受装置は，内周に複列の転走面を有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、これら対向する転走面の間に転動自在に配された複数の転動体と、転動体を円周所定間隔に保持する保持器とを備え、前記外方部材が、車体に固定するためのフランジ部を有し内周面に複列の転走面を形成した複列外輪であり，前記内方部材が，車輪を固定するためのフランジをもったハブと，ハブに嵌合させた内輪とで構成された車輪用軸受装置において、（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径となるように前記転動体としての円すいころを配置し、保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成され、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けたこと特徴とするものである。
ところで、図２３は円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたとの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。図２３に示すように、ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないことが、ころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつＰＣＤを小さくすれば、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。
本発明では、ころピッチ円上の周方向長さと、ころ径ところ本数の積との差が、ころ径より小さくすることによって、ころ本数を増加させつつころＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、転走面の最大面圧を低下させることができる。
また、保持器の台形状のポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、次のような作用が得られる。すなわち、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑剤を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができる。
請求項２の発明は、請求項１の車輪用軸受装置において、ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤をこの切欠きからも外輪側へ逃がしてやることができる。
請求項３の発明は、請求項１または２の車輪用軸受装置において、ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けたことを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項３の車輪用軸受装置において、ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くしたことを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの車輪用軸受装置において、保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け、前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限を小つばの外径寸法の２．０％としたことを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの車輪用軸受装置において、少なくとも円すいころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下としたことを特徴とするものである。
パラメータＲｙｎｉは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）。また、Ｓｋ値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）、ガウス分布のように対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行うことができ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑剤を保持することができる。
請求項７の発明は、前記請求項１から６のいずれかの車輪用軸受装置において、前記複列の転動体の一方をボールとし他方を円すいころとことを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかの車輪用軸受装置において、前記複列の転動体のＰＣＤがインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、異なる請求項１から８のいずれかの車輪用軸受装置において、前記複列の転動体の数がインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項１から６，８，９のいずれかの車輪用軸受装置において、前記複列の転動体のサイズがインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。
この発明によれば，ころピッチ円上の周方向長さと、ころ径ところ本数の積との差が、ころ径より小さいので、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、転走面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。
また、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑剤を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪の転走面に沿って大つばに至る潤滑剤の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑剤の量が減少して、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失が低減する。
前記ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の転走面に沿って大つばまで到る潤滑剤の量をより少なくして、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
前記ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円すいころをバランスよく柱部に摺接させることができる。
前記ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の転走面に沿って大つばまで到る潤滑剤の量をより少なくして、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
前記保持器の小環状部の輪方向外側に、内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け、この対向させた小環状部のつばの内径面と内輪の小つばの外径面との隙間を、内輪の小つばの外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤の量を少なくし、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。
少なくとも前記円すいころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円すいころの表面に満遍なく潤滑剤を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑剤の量を減らしても、円すいころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
アウトボード側の転動体列のＰＣＤとインボード側の転動体列のＰＣＤとの間に差を設けることにより、高剛性化や長寿命化の効果が期待できる。これは、一方のＰＣＤを大きくすれば、軸受ユニットの軸方向寸法の増大なしに軸受スパン（両レース面に加わる力の作用方向の作用線と軸心との交点の間隔）の増大を図ることができること、組み込み可能な転動体数が増えること、等の理由による。同様の効果は、インボード側の転動体とアウトボード側の転動体の径寸法を互いに異ならせたり、あるいはインボード側の転動体とアウトボード側の転動体の数を互いに異ならせたりすることによっても得られる。これらの構成（ＰＣＤの相違、転動体径の相違、あるいは転動体数の相違）の二以上を組合わせても良い。
以下，図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
図１に示す第１実施形態は，ハブ２２と複列転がり軸受とをユニット化したもので，いわゆる２．５世代のハブ・ベアリングである。複列転がり軸受は、軸受外輪に相当する外方部材と、軸受内輪に相当する内方部材と、両部材間に介在する転動体とで構成される。実施例１は複列円すいころ軸受を用いた例で，転動体４６はアウトボード側もインボード側も円すいころであり，その数およびピッチ円径ＰＣＤも同一である。
ハブ２２は等速自在継手の外側継手部材１２のステム部１４を受け入れる軸孔２４を有している。ハブ２２は外周にハブフランジ２６を有し，ハブフランジ２６にはホイールディスク（図示せず）を固定するためのハブボルト３０が植え込んである。
複列円すいころ軸受は，一対の内輪３２と，外輪３８と，円すいころ４と，保持器５とを主要な構成要素としている。内輪３２が内方部材を構成し、外輪３８が外方部材を構成する。内輪３２は外周に転走面（インナレース）３４を有し，ハブ２２の円筒状をしたスリーブ２８の外周面に嵌合させてある。アウトボード側の内輪３２は大つば３６をハブ２２に当ててあり，インボード側の内輪３２は大つば３６を外側継手部材１２の肩部２０に当ててある。外側継手部材１２のステム部１４をハブ２２の軸孔２４に挿入し，軸端の雄ねじ部１６にナット１８を締め付けることにより，外側継手部材１２の肩部２０との間にハブ２２を固定する。
外輪３８の外周にはボルト穴４２をもったフランジ４０が形成してある。ボルト穴４２に通したボルト５４を締め付けることにより外輪３８を車体５２に固定する。外輪３８は内周に２列の転走面（アウタレース）４４を有している。内輪３２のインナレース３４と外輪３８のアウタレース４４との間に２列の転動体ここでは円すいころ４が介在させてある。各列の転動体４６は保持器５で円周方向に所定間隔に保持される。
軸受内部に充填した潤滑剤の漏れを防止し，また，外部から異物が侵入するのを防止するため，外輪３８の両端開口部と内輪３２の大つば３６との間にシール５０が装着してある。
図２に示す第２実施形態は，２列のインナレース３４のうちの一方をハブ２２に直接形成したもので，いわゆる３世代ハブ・ベアリングの例である。この場合，ハブ２２と内輪３２とで内方部材を構成する。
図３に示す第３実施形態は，第１実施形態において，複列の転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側（インナ側）とアウトボード側（アウタ側）で異ならせたものである。ここでは，インボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤをアウトボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤより小さくしてある。
図４に示す第４実施形態は，第２実施形態において，複列の転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，インボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤをアウトボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤより小さくしてある。
図５に示す第５実施形態は，複列の転動体４６をインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。具体的には，アウトボード側の転動体４６をボール５１に変更して，アンギュラ玉軸受を構成している。この第５実施形態は従動輪の場合を例示したもので，ハブ２２は中実で，符号２０で示すようにハブフランジ２６とは反対側の軸端をかしめることによって内輪３２の軸方向位置決めがしてある。
図６に示す第６実施形態はいわゆる３世代ハブ・ベアリングの例である。第５実施形態との相違点は，第５実施形態が一対の分離型内輪３２を用いていたのに対して，２列のインナレース３４のうちの一方，ここではアウトボード側のインナレース３４がハブ２２に直接形成してある点である。複列の転動体４６は，アウトボード側がボール５１、インボード側が円すいころ４で，その数およびピッチ円径ＰＣＤは同一である。この場合，実施例２と同様に，ハブ２２と内輪３２とで内方部材を構成する。
図７に示す第７実施形態は，第５実施形態において，複列の転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，インボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをアウトボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤより小さくしてある。
図８に示す第８実施形態は，第６実施形態において，複列の転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，インボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをアウトボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤより小さくしてある。
上述の各実施形態では，転動体の数をインボード側とアウトボード側で同数としてあるが，インボード側とアウトボード側で異ならせてもよい。あるいは，インボード側とアウトボード側で転動体のサイズを異ならせてもよい。
次に，車輪用軸受装置を構成する複列転がり軸受の構成要素につき，単列の円すいころ軸受を例にとって説明する。図９に示す円すいころ軸受１は，内輪３２と、外輪３８と、円すいころ４と、保持器５とで構成されている。内輪３２は外周に円すい状の転走面３４を有し、外輪３８は内周に円すい状の転走面４４を有する。複数の円すいころ４が、内輪３２の転走面３４と外輪３８の転走面４４との間に転動自在に介在させてある。円すいころ４は保持器５に形成されたポケット内に収容されている。各円すいころ４は、内輪３２の転走面３４の両側に設けた小つば２ｂと大つば２ｃとで軸方向への移動を規制されている。
ここで、円すいころ軸受１は、（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径となる関係を満たしている。
保持器５は、円すいころ４の小径端面側で連なる小環状部６と、円すいころ４の大径端面側で連なる大環状部７と、これらの小環状部６と大環状部７を連結する複数の柱部８とを含んでいる。そして、図１０に示すように、隣り合った柱部８間にポケット９が形成される。保持器５のポケット９は台形状で、円すいころ４の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる。ポケット９の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部８に２つずつ、外径側から内径側まで切り通した切欠き１０ａ、１０ｂが設けてある。各切欠き１０ａ、１０ｂの寸法は、いずれも深さ１．０ｍｍ、幅４．６ｍｍとされている。なお、図面に例示した切欠き１０ａ、１０ｂは、保持器５の半径方向に切り通した溝の形態をしているが、保持器５の内径側と外径側を連絡して潤滑剤の円滑な通過を許容することができる限り、形状や寸法は任意である。
図１１および図１２に保持器５の変形例を示す。図１１に示す変形例は、ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けたものである。そして、狭幅側の３つの切欠き１０ａ、１０ｃの合計面積が、広幅側の２つの切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き１０ｃは深さ１．０ｍｍ、幅５．７ｍｍとしてある。
図１２に示す変形例は、狭幅側の柱部８の各切欠き１０ａの深さが１．５ｍｍと広幅側の柱部８の各切欠き１０ｂよりも深く、狭幅側の各切欠き１０ａの合計面積が、広幅側の各切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。
図１３に示すように、保持器５の小環状部６の軸方向外側には、内輪３２の小つば２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１が設けてあり、このつば１１の内径面と内輪３２の小つば２ｂの外径面との間のすきまδは、小つば２ｂの外径寸法の２．０％以下に狭く設定してある。
また、図示は省略するが、円すいころ４の全表面には微小凹形形状のくぼみがランダムに無数に設けてある。このくぼみを設けた表面は、面粗さパラメータＲｙｎｉが０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍ、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下としてある。
各円すいころ軸受が高速で回転すると、図１３に矢印で示すように、油浴の潤滑剤が円すいころ４の小径側から保持器５の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器５の外径側から外輪３８へ流入した潤滑剤は、外輪３８の転走面４４に沿って円すいころ４の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器５の内径側から内輪３２側へ流入する潤滑剤は、保持器５の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、このすきまδから流入する潤滑剤の大半は、ポケット９の狭幅側の柱部８に設けた切欠き１０ａを通過して、保持器５の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪３２の転走面３４に沿って大つば２ｃに至る潤滑剤の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑剤の量を減らすことができる。
保持器５は、例えばＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形される。保持器に、機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックを使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑剤の効果と俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２ （ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）
なお、保持器材料の例としてＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラを挙げたが、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。
柱面５ａの窓角θは、図１４に示すように下限窓角θminが５５°であり、図１５に示すように上限窓角θmaxが８０°である。窓角とは、一つのころ４の周面に当接する柱部８の案内面のなす角度をいう。窓角は、図１９のように保持器７２が外輪７１から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約５０°である。ここでは窓角を大きめに設定することにより、ころピッチ円径の長さと、ころ径ところ本数の積との差が、ころ径より小さくなるようにしてある｛（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径｝。下限窓角θminを５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角５５°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を５５°以上にすると、保持器強度を確保した上で（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角θmaxを８０°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。なお、図１９において、符号７３は円すいころ、７４は柱面、７５は内輪である。
この発明によれば、ころピッチ円上の周方向長さと、ころ径ところ本数の積との差が、ころ径より小さいので、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、転走面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。
また、保持器５の台形状のポケット９の狭幅側の柱部８に切欠き１０を設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入した潤滑剤を、この切欠き１０を通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪３２の転走面３４に沿って大つば２ｃに至る潤滑剤の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑剤の量が減少して、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失が低減する。
前記ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入する潤滑剤をこの小環状部６の切欠き１０ｃからも外輪３８側へ逃がし、内輪３２の転走面３４に沿って大つば２ｃまで到る潤滑剤の量をより少なくして、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
前記ポケット９の広幅側の少なくとも柱部８に切欠き１０ｂを設けることにより、円すいころ４をバランスよく柱部に摺接させることができる。
前記ポケット９の狭幅側に設けた切欠き１０ａの合計面積を、台形状のポケット９の広幅側に設けた切欠き１０ｂの合計面積よりも広くすることによっても、内輪３２の転走面に沿って大つば２ｃまで到る潤滑剤の量をより少なくして、潤滑剤の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
前記保持器５の小環状部６の輪方向外側に、内輪３２の小つば２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１を設け、この対向させた小環状部６のつば１１の内径面と内輪３２の小つば２ｂの外径面とのすきまδを、内輪３２の小つば２ｃの外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。
少なくとも前記円すいころ４の表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円すいころ４の表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円すいころ４と内外輪２、３との接触部を十分に潤滑することができる。
アウトボード側の転動体列のＰＣＤとインボード側の転動体列のＰＣＤとの間に差を設けることにより、高剛性化や長寿命化の効果が期待できる。これは、一方のＰＣＤを大きくすれば、軸受ユニットの軸方向寸法の増大なしに軸受スパン（両レース面に加わる力の作用方向の作用線と軸心との交点の間隔）の増大を図ることができること、組み込み可能な転動体数が増えること、等の理由による。同様の効果は、インボード側の転動体とアウトボード側の転動体の径寸法を互いに異ならせたり、あるいはインボード側の転動体とアウトボード側の転動体の数を互いに異ならせたりすることによっても得られる。これらの構成（ＰＣＤの相違、転動体径の相違、あるいは転動体数の相違）の二以上を組合わせても良い。なお、図３、図４、図７、図８等においては、アウトボード側の転動体列のＰＣＤを大きくしているが、インボード側の転動体列のＰＣＤを大きくてもよい。
図１６および図１７に示す変形例は、エンジニアリング・プラスチックで一体成形した保持器５の柱部８の外径面に、外輪３８の転走面４４側に向けて凸状を成す突起部５ｂを形成したものである。その他は前述した保持器５と同じである。この突起部５ｂは図１６に示すように柱部８の横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径Ｒ2は外輪３８の転走面４４の半径Ｒ1より小さく形成されている。これは突起部５ｂと外輪３８の転走面４４との間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部５ｂの曲率半径Ｒ2は外輪３８の転走面４４の半径Ｒ1の７０〜９０％程度に形成するとよい。７０％未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。９０％を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部５ｂの横幅Ｗ2は望ましくは柱部８の横幅Ｗ1の５０％以上となるように形成する（Ｗ2≧０．５×Ｗ1）。５０％未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部５ｂの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪３８の転走面４４の半径Ｒ1は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部５ｂの曲率半径Ｒ2もそれに合わせて大環状部７の大きな曲率半径Ｒ2から小環状部６の小さな曲率半径Ｒ2へと連続的に変化するようにする。
図１６および図１７の円すいころ軸受１は以上のように構成されているため、軸受１が回転して保持器５が回転し始めると、外輪転走面と保持器５の突起部５ｂとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受１の回転速度にほぼ比例した動圧を発生するので、保持器５のピッチ径（ＰＣＤ）を従来よりも大きくして外輪３８の転走面４４に近接させても、軸受１を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。
なお、本発明において、（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径が成立すれば、ころ径やころ本数は、各実施形態のものに限らず、種々変更できる。
図１８に軸受の寿命試験の結果を示す。同図中、「軸受」の欄における「比較例１」が保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受、「実施例１」が本発明の円すいころ軸受のうち（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径のみが成立した円すいころ軸受、「実施例２」が（ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径が成立しており、かつ、窓角が５５°〜８０°の範囲の本発明の円すいころ軸受である。試験は、過酷潤滑、過大負荷条件下で行なった。同図より明らかなように、「実施例１」は「比較例」の２倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例２」の軸受は、寿命時間は「実施例１」の約５倍以上にもなる。なお、「比較例１」、「実施例１」および「実施例２」の寸法はφ４５×φ８１×１６（単位ｍｍ）、ころ本数は２４本（「比較例１」）、２７本（「実施例１」、「実施例２」）、油膜パラメータΛ＝０．２である。
次に図１０に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ａ）と、図１１に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ｂ）を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ａ）と、図２２（Ａ）、（Ｂ）に示した保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ｂ、Ｃ）を用意した。なお、各円すいころ軸受は、寸法が外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。
実施例Ａ，Ｂと比較例Ａ，Ｂの円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下のとおりである。
アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
回転速度：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
潤滑条件：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）
図２１に試験結果を示す。同図のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例Ａのトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例Ｂや、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例Ｃも、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅部側の柱部に切欠きを設けた実施例Ａは、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例Ｂは、さらに優れたトルク低減効果が認められる。
また、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、実施例Ａが９．５％、実施例Ｂが１１．５％であり、車輪用軸受装置等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例Ｂと比較例Ｃの回転速度２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、それぞれ８．０％と６．５％である。
第１実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第２実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第３実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第４実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第５実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第６実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 第７実施形態車輪用軸受装置の縦断面図である。 第８実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。 （Ａ）は内輪と円すいころのサブアセンブリの横断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 図９における保持器の展開平面図である。 保持器の変形例を示す図１０と類似の展開平面図である。 保持器の別の変形例を示す図１０と類似の展開平面図である。 図９（Ｂ）の部分拡大図である。 窓角が下限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。 窓角が上限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。 保持器の変形例を示す円すいころ軸受の部分横断面図である。 図１６の軸受における保持器の柱部の拡大断面図である。 軸受の寿命試験の結果を示す図である。 従来の技術を示す円すいころ軸受の部分拡大断面図である。 保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図である。 トルク測定試験の結果を示すグラフである。 Ａ、Ｂは、それぞれ従来の技術を示す保持器の展開平面図である。 円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比およびトルク比の変化を表す線図である。
符号の説明
２ｂ 小つば
５ 保持器
６ 小環状部
７ 大環状部
８ 柱部
９ ポケット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 切欠き
１１ つば
２２ ハブ
２６ ハブフランジ
３２ 内輪
３４ 転走面（インナレース）
３８ 外輪
４０ フランジ
４４ 転走面（アウタレース）
４６ 転動体
５２ 車体

Claims (10)

  1. 内周に複列の転走面を有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、これら対向する転走面の間に転動自在に配された複数の転動体と、転動体を円周所定間隔に保持する保持器とを備え、前記外方部材が、車体に固定するためのフランジ部を有し内周面に複列の転走面を形成した複列外輪であり，前記内方部材が，車輪を固定するためのフランジをもったハブと，ハブに嵌合させた内輪とで構成された車輪用軸受装置において、
    （ＰＣＤ上の円周方向長さ）−（ころ径×ころ本数）＜ころ径となるように前記転動体としての円すいころを配置し、保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成され、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けたことを特徴とする請求項１の車輪用軸受装置。
  3. ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けたことを特徴とする請求項１または２の車輪用軸受装置。
  4. ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くしたことを特徴とする請求項３の車輪用軸受装置。
  5. 保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け、前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限を小つばの外径寸法の２．０％としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの車輪用軸受装置。
  6. 少なくとも円すいころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの車輪用軸受装置。
  7. 前記複列の転動体の一方をボールとし他方を円すいころとしたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの車輪用軸受装置。
  8. 前記複列の転動体のＰＣＤがインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から７のいずれかの車輪用軸受装置。
  9. 前記複列の転動体の数がインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から８のいずれかの車輪用軸受装置。
  10. 前記複列の転動体のサイズがインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から６，８，９のいずれかの車輪用軸受装置。
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