JP2010156455A

JP2010156455A - 転がり軸受装置

Info

Publication number: JP2010156455A
Application number: JP2009247324A
Authority: JP
Inventors: Tatsunori Mori; 達規森
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US8591115B2; US20100142875A1; EP2194284A2; CN101749326A; EP2194284A3

Abstract

【課題】潤滑剤溜り部を軌道溝の一部に設けるようにして、耐久性と加工コストの両者を満足させるようにした転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】内周面に形成される外輪軌道溝１１ａ、１１ｂと、外輪軌道溝１１ａ、１１ｂのアキシャル方向外側に設けられたカウンタボア部１２ａとを有する外輪２と、外周面に形成される内輪軌道溝１９ａ、１９ｂを有する内輪部材３と、外輪軌道溝１１ａ、１１ｂと内輪軌道溝１９ａ、１９ｂとの間に転動自在に介在され、これら内外輪の内外輪軌道溝と所定接触角で接触する複数の転動体４と、を備え、外輪軌道溝１１ａ、１１ｂのカウンタボア部１２ａ寄りの部分には、潤滑剤が貯留される潤滑剤溜り部ＧＰが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車両に使用する転がり軸受装置に関する。

自動車等の車両には、タイヤホイールやブレーキディスクを取り付けるための転がり軸受装置が用いられている。この転がり軸受装置は、車軸に一体回転可能に設けられ、タイヤホイールやブレーキディスクを固定する内輪と、その内輪のラジアル方向外側に転動体を介して非回転で車体側に固定される外輪とを備えたものが知られている（特許文献１）。

特開２００６−５７６８６号公報

そして、近年では、車両の耐用年数が延びてきており、このために車両に使用される各部品も、その耐久性を向上させる必要があり、例えば、上述の転がり軸受装置では、長期間の使用によって充填されるグリースの枯渇をなくすために、複列アンギュラ軸受を構成するアキシャル方向両側の転動体の間の空間にグリース溜りを設けているも、かかるグリース溜りを設けるために、加工コストが上昇する問題を含んでおり、このため耐久性の向上を図りながら加工コストを抑えることを満足させるようした提案が望まれている。

本発明の課題は、潤滑剤溜り部を軌道溝の一部に設けるようにして、耐久性と加工コストの両者を満足させるようにした転がり軸受装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受装置は、内周面に形成される外輪軌道溝と、外輪軌道溝のアキシャル方向外側に設けられたカウンタボア部とを有する外輪と、外周面に形成される内輪軌道溝を有する内輪部材と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に転動自在に介在され、これら内外輪の内外輪軌道溝と所定接触角で接触する複数の転動体と、を備え、前記外輪軌道溝のカウンタボア部寄りの部分には、潤滑剤が貯留される潤滑剤溜り部が形成されていることを特徴とする。

上記構成とすることにより、カウンタボア部の内側における転動体が実質的に接触する軌道面を小さくでき、かつこの軌道面に近接して潤滑剤溜り部を配設できるため、潤滑剤の充填量を増やすことができ、しかも潤滑剤溜り部に貯留される潤滑剤は転動体に伝わりやすくなり、さらに潤滑剤溜り部は研磨加工が不要となるため、耐久性と加工コストの両者を満足させる転がり軸受装置を提供できる。また、前記潤滑剤溜り部は、前記外輪軌道溝のカウンタボア部寄りの部分をラジアル方向外方に向けて拡径することにより形成されていることを特徴とするため、さらにグリース保持性・供給性を良好にできる。

上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受装置において、前記転動体は、環状の保持器の周方向に設けられるポケット部に各々保持された状態で、アキシャル方向外側から前記外輪軌道溝内に挿入され、前記転動体が前記カウンタボア部を乗り越える際に、前記保持器がラジアル方向に弾性的に縮径され、前記転動体が前記カウンタボア部を乗り越えた後、前記保持器が弾性復帰することにより、前記転動体が前記外輪軌道溝に組み込まれることを特徴とすることにより、カウンタボア部によって外輪軌道溝内に組み込まれた転動体が、その後の組立工程における外輪のいかなる姿勢でも抜け落ちないようにでき、しかもこの仮組み込み状態で、潤滑剤溜り部に潤滑剤を確実に貯留させることができ、潤滑剤溜り部への潤滑剤の充填作業を良好にすることができる。

上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受装置において、前記外輪軌道溝の前記転動体が接触する接触部位を含む軌道面が研磨面であり、前記潤滑剤溜り部は、前記軌道面の面粗度よりも粗い非研磨面となしたことを特徴とすることにより、外輪軌道溝の研磨加工の範囲を小さくすることができ、潤滑剤溜り部の研磨加工が不要となることと相まって除去加工の加工コストの低減を図ることができる。また、前記内輪部材はタイヤホイールに接続され、前記外輪は車両の車両固定部材に接続されるハブユニットを構成することもでき、ユニット化した転がり軸受装置を提供できる。また、前記潤滑剤溜り部の内周面の形状が、前記壁面の前記終端点から連なる縮径形態のテーパ面部と、該テーパ面部の端からアキシャル方向に連なる円筒面部とを有することができ、これによって潤滑剤溜り部は鍛造面の地肌状態としたり、加工コストの安価な切削加工を用いることが可能となる。

本発明に係る転がり軸受装置の取付状態の断面図。転がり軸受装置の部分断面図。図２のＡ部拡大図。保持器の正面図。保持器の断面図。

以下、本発明の実施の形態につき図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明に係る転がり軸受装置の取付状態の断面図である。図１において、転がり軸受装置１（ハブユニット）は、背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成するように、軸受鋼材からなる固定輪としての外輪２と、回転輪としての内輪部材３と、該内輪部材３と外輪２との間に介在される複数列で配列される鋼球からなる転動体４を備えている。転動体４は各列に複数個配置されている。また、この転動体４は外輪２と内輪部材３との間で転動自在となすように保持器５によって周方向に等間隔に保持されている。

外輪２は、車両における懸架装置の車両インナー側のナックル、アクスルハウジングなどの車両固定部材６の取付口７に接続される。この接続は外輪２の外径側を取付口７内に挿入して嵌装するとともに、外輪２からラジアル方向Ｘ外方へ突設される外輪フランジ部８をボルト９を介して車両固定部材６の取付口７の周辺面（車両アウター側）に固定させている。

この外輪２の内周面には、アキシャル方向Ｚで所定間隔を具有させるように、転動体４が転動する外輪軌道溝１１ａ、１１ｂが並列に形成されている。この外輪軌道溝１１ａ、１１ｂは転動体４の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径で円弧面状に倣って形成されている。外輪軌道溝１１ａと、外輪軌道溝１１ｂとの間には、ラジアル方向Ｘ内方に突出し、小径となった外輪側肩部１０が形成されている。また、両側の外輪軌道溝１１ａ、１１ｂそれぞれのアキシャル方向Ｚ外側にはカウンタボア部１２ａ、１２ｂが設けられている。このカウンタボア部１２ａ、１２ｂの内径は、保持器５によって保持される状態の複数の転動体４を、外輪軌道溝１１ａ、１１ｂ内に組み込む工程で使用するために、外輪側肩部１０の内径よりも大径となしている。

そして、図３に示すように、アキシャル方向Ｚ外側（図３における左側）から保持器５で周方向に等間隔に遊嵌状に保持される状態の転動体４が外輪軌道溝１１ａ内に組み込まれた際、転動体４のアキシャル方向Ｚ外側への抜けをカウンタボア部１２ａで規制している。このカウンタボア部１２ａの外輪軌道溝１１ａ側（図３における右側）にある壁面１２Ａは、外輪軌道溝１１ａと所定面圧で接触する状態の転動体４の転動面との間で所定の隙間を具有させるように拡径形成している。

この隙間を形成するための外輪軌道溝１１ａは、該外輪軌道溝１１ａのラジアル方向Ｘで最も外側（図３における上方）に位置する点を接続点Ｐ１とし、この接続点Ｐ１からアキシャル方向Ｚに延設されて転動体４が接触する接触部位Ｔを含む円弧状面の軌道面１１１ａを有している。

また、接続点Ｐ１よりもカウンタボア部１２ａ寄りに位置し、接続点Ｐ１よりもラジアル方向Ｘ内方側に位置する終端点Ｐ２を設定している。この終端点Ｐ２と接続点Ｐ１との間を壁面１２Ａとなしている。

そして、壁面１２Ａは、接続点Ｐ１からアキシャル方向Ｚ外側に終端点Ｐ２に向けて円弧面Ｒ１、円筒面部１２ｃ、テーパ面部１２Ｂが形成されている。以下に円弧面Ｒ１、円筒面部１２ｃ、テーパ面部１２Ｂについて詳細に説明する。
接続点Ｐ１からアキシャル方向Ｚ外側（図３における左側）に連続して所定円弧長ＲＬの円弧面Ｒ１が形成される。かかる円弧面Ｒ１を、保持器５で遊嵌状に保持され、かつ外輪軌道溝１１ａと所定面圧で接触しない状態の転動体４のアキシャル方向Ｚ外側（カウンタボア部１２ａ側）への抜けを規制する規制面となしている。そして、この円弧面Ｒ１のアキシャル方向Ｚ外側の端からアキシャル方向Ｚ外側に延長して仮想的な基準円弧面ＳＲを考え、カウンタボア部１２ａのアキシャル方向Ｚ側の端からアキシャル方向Ｚ内側に向けて延長した仮想円筒面ＬＲを考える。そして、この基準円弧面ＳＲと仮想円筒面ＬＲと、ラジアルＸ方向で対向する壁面１２Ａと円筒面部１２ｃとの間に、所定隙間Ｌが形成されて、この隙間Ｌを潤滑剤としてのグリースが貯留される潤滑剤溜り部ＧＰとなしている。
また、円弧面Ｒ１の形成範囲の角度α１は、０度〜１５度が望ましい（図３（ａ）参照）。これは、０度を下回ると接触楕円（軌道面１１１ａと転動体４の転動面の接触点）が後述する円筒面部１２Ｃのエッジ部１２Ｃ１に乗り上げ（肩乗り上げ状態）、逆に短寿命となる可能性を有しているため、円弧面Ｒ１を接続点Ｐ１から連続（上記０度）して、それを無くすように形成している。
また、角度α１が１５度を越え、特に２０度以上になると、潤滑剤溜り部ＧＰの容積が減ることと、転動体４の転動面から遠ざかるため、グリース枯渇対策効果が薄れる。
また、上述のごとく、基準円弧面ＳＲの曲率半径は、外輪軌道溝１１ａの曲率半径と等しく、転動体４の直径を「ＢＤ」とし、外輪軌道溝１１ａの曲率半径を「ＯＲ」とすると、この「ＢＤ」と「ＯＲ」との関係は、
「０．５×ＢＤ＜ＯＲ＜０．５３×ＢＤ」とすることが好ましい。

この潤滑剤溜り部ＧＰを構成する壁面１２Ａの加工は、いわゆるバイトなどの刃物による切削加工で形成することが可能となり、非研磨加工となした非研磨面としている。また、外輪軌道溝１１ａの軌道面１１１ａと円弧面Ｒ１は、軌道面１１１ａと転動体４が所定面圧で接触したり、円弧面Ｒ１と転動体４とが、転動体４のアキシャル方向Ｚ外側への抜けを規制するように接触した際、転動体４に傷を付け難くするため、研磨加工となした研磨面としている。なお、この研磨面の面粗度よりも粗いものを非研磨面となしている。
また、後述するテーパ面部１２Ｂの傾斜角度α２は、その角度中心を円筒面部１２Ｃとテーパ面部１２Ｂとの交点として、２５度〜３５度が望ましい（図３（ｂ）参照）。これは、傾斜角度α２は４０度以上の方がグリース保持性は良い（転動体４の間で袋状にできるため）が、外輪２の内径加工を行う場合、バイトである内径切削工具（ロー付け工具、ソリッド工具、スローアウエイ式工具など）で、軌道面１１１ａ、円弧面Ｒ１、円筒面部１２Ｃ、テーパ面部１２Ｂ、カウンタボア部１２ａの順に連続加工ができなくなる。これは傾斜角度α２が大きいと、内径切削工具は刃先が突き出た形態であるため、テーパ面部１２Ｂが、例えばスローアウエイ式工具であれば切削チップの刃先以外の部分や切削チップを取付ける工具頭部などに干渉するため、実質的に上記の順での連続加工ができ、かつ工具との干渉が生じない傾斜角度α２としている。
また、傾斜角度α２が小さすぎると、グリースが排出されやすくなる。よってリーズナブルで効果的な形状とする傾斜角度α２は３０度程度が望ましい。
また、基準円弧面ＳＲとテーパ面部１２Ｂ間の距離Ｌは、１．５ｍｍ以下が望ましい（図３（ａ）参照）。この距離Ｌの具体例としては、任意に設定する基準円弧面ＳＲの中心と当該基準円弧面ＳＲと仮想円筒面ＬＲとの接点ＬＰを通る線上のテーパ面部１２Ｂと接点ＬＰとの間となしている。これは、グリース保持性・供給性を良くするためである（グリースが排出され難く、転動体４や軌道面１１１ａ近傍にグリースを保持するため）。なお、０ｍｍ以下になると転動体４との干渉が生じるおそれがあるため好ましくない。なお、潤滑剤溜り部ＧＰに保持されたグリースは前述の基準円弧面ＳＲと仮想円筒面ＬＲと壁面１２Ａと円筒面部１２ｃとで囲まれる領域の外側にはみ出してもよい。

また、潤滑剤溜り部ＧＰの壁面１２Ａの形態の具体例としては、壁面１２Ａの終端点Ｐ２から連なる縮径形態のテーパ面部１２Ｂと、該テーパ面部１２Ｂの端からアキシャル方向Ｚに連なる円筒面部１２Ｃとを有するように形成される。なお、円筒面部１２Ｃは円弧面Ｒ１と連なっている。このように構成することによって、ラジアル方向Ｘ外側及びアキシャル方向Ｚ内側（図３における右側）に移行するに従って、転動体４との隙間Ｌを漸次小さくすることができるため、潤滑剤が転動体４側へ伝わりやすくなるので、潤滑機能が良好となる。
なお、壁面１２Ａは、外輪２の車両アウター側にも同じ形状のものが、形成されているが当然ながら車両インナー側とは左右対称に形成されている。

また、内輪部材３はラジアル方向Ｘ外方へ突設される円盤状のハブフランジ１４と一体形成されている。ハブフランジ１４は車両アウター側で車輪（図示せず）と接続するようにして装着するためのハブボルト１５が固定されている。このハブボルト１５は、ハブフランジ１４のボルト取付穴１６に圧入固定されている。

ハブフランジ１４は、内輪部材３の一部を構成する軸部１７の一端部（車両アウター側）の外周に、ラジアル方向外方へ突設されて一体形成されている。また、軸部１７の他端部（車両インナー側（図１における左側））には、外径が一段小径となった小径部１８が形成されている。該小径部１８には、別体で形成され、その外周面が複数列で配列される一方の転動体４が転動する内輪軌道溝１９ａを外周面に備える内輪２０が圧入固定されている。また、軸部１７の一端部と他端部との間の外周面には、複数列で配列される他方の転動体４が転動する内輪軌道溝１９ｂが形成されている。このように軸部１７の他端部に内輪２０が圧入されて一体化されることによって、一端部にハブフランジ１４を備えた内輪部材３が構成される。なお、この内輪軌道溝１９ａ、１９ｂも外輪２の外輪軌道溝１１ａ、１１ｂと同様に、転動体４の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径で円弧面状に倣って形成されている。

内輪部材３の軸部１７には、動力を伝達する駆動軸としてのドライブシャフト２１がスプライン結合されるスプライン孔となした連結挿通孔２２が形成されている。該連結挿通孔２２に動力伝達を可能となすようにドライブシャフト２１のスプライン軸２３を通している。そして、ドライブシャフト２１の端面２４を、この端面２４と対向する内輪２０における車両インナー側の内輪端面２５に当接させるようにして、ドライブシャフト２１の延出側の端部に、ねじ締結手段としてのナット２６を螺合することにより固定されている。

このように、アキシャル方向Ｚに所定荷重を加えて、保持器５によって保持される転動体４の転動面を、ラジアル方向Ｘに対して所定角度の接触角θ（図３参照）をもって外輪軌道溝１１ａ、１１ｂ、内輪軌道溝１９ａ、１９ｂに接触させ、かかる接触箇所に適正な所定面圧を与えるように予圧している。

また、転動体４を遊嵌状に保持する保持器５は、図４、５に示すように、外輪２と内輪部材３との間の空間内に入り込む円環状の環状部２７を有し、該環状部２７の端部にはテーパ部２８が一体形成されている。このテーパ部２８はアキシャル方向Ｚに突出するに従ってラジアル方向Ｘに拡径される。このテーパ部２８は、周方向に一定間隔で対向する一対の保持爪２９が適度な弾性が付与されるように突出形成されて構成される。この保持爪２９は互いに接近する方向に湾曲され、一対の保持爪２９の間と環状部２７との間に、転動体４の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径で凹球面状のポケット部３０を形成している。

そして、この保持爪２９を弾性変形させて転動体４が装着され、転動体４を所定のポケット隙間を介して保持することにより、スナップオンタイプの冠型保持器となし、これにより、転動体４を脱落しないように保持することができる。

ここで、保持器５の保持爪２９は弾性を備えさせればよく、金属材料や樹脂材料が使用でき、樹脂材料の例として、ポリアミド系樹脂や、ポリブチレンテレフタレートやポリフェレンサルサイド（ＰＰＳ）や、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）や、熱可塑性ポリイミドや、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）などが挙げられる。

このハブユニットを組み立てる際には、予め転動体４を保持器５のポケット部３０に組み込んで補助組立品とし、その補助組立品を外輪２のアキシャル方向Ｚ外側（カウンターボア部１２ａ、１２ｂ側）から外輪軌道溝１１ａ、１１ｂ内に組み込んでいる。この組み込み工程においては、保持器５の保持爪２９は弾性を有しているため、図２に示すカウンタボア部１２ａ（壁面１２Ａの終端点Ｐ２）を転動体４が乗り越える際には、保持爪２９が弾性的に縮径（ラジアル方向Ｘ内方）することによって、外輪軌道溝１１ａ内に組み込まれることとなる。その後は、保持爪２９が弾性変形前の中立状態（自由状態）に弾性復帰し、かかる状態で保持される転動体４は遊嵌状に保持される状態となる。

このように、装着される転動体４は、その後の組立工程において、例えばカウンターボア部１２ａが下方となる姿勢で外輪２が配置されても、カウンターボア部１２ａの規制面（円弧面Ｒ１や、壁面１２Ａ）によって転動体４は規制されることとなって外輪軌道溝１１ａから補助組立品が脱落しないように保持できることとなる。

なお、転がり軸受装置１の内輪部材３と外輪２との間を外部から密封するために、車両アウター側（図１における右側）および車両インナー側（図１における左側）に密封装置３１ａ、３１ｂを配設しており、両者の密封装置３１ａ、３１ｂによってグリースの漏れを規制している。

また、本例は駆動輪用の転がり軸受装置１であるも、図２に示すように、軸部１７に連結挿通孔２２を形成しない形態の場合には、軸部１７の他端側を外部まで延出させ、その他端側を加締めるように、ラジアル方向Ｘ外方に塑性変形させて形成した加締箇所によって内輪２０をアキシャル方向Ｚに抜けないように固定して、従動輪用とすることも可能である。

次に、転がり軸受装置の組立方法を説明する。まず、保持器５の保持爪２９に転動体４を保持させて補助組立品とする。この補助組立品を車両インナー側用と車両アウター側用の２組作る。２組の補助組立品をそれぞれ外輪２のアキシャル方向Ｚ両端（カウンターボア部１２ａ、１２ｂ側）から挿入して、転動体４を外輪軌道溝１１ａ、１１ｂ内に組み込む。その後、外輪２と２組の補助組立品との組立品に車両アウター側から内輪部材３の軸部１７を挿入し、その後、車両インナー側から内輪２０を小径部１８に挿入する。これにより外輪２の外輪軌道溝１１ａ、１１ｂと内輪部材３の内輪軌道溝１９ａ、１９ｂの間に、保持器５によって保持される転動体４が組み込まれる。さらに、駆動輪用であればドライイブシャフト２１の締め付け、従動輪用であれば内輪２０の加締めによって、外輪２の外輪軌道溝１１ａ、１１ｂと内輪軌道溝１９ａ、１９ｂに転動体４を所定面圧で接触させるように予圧を与えるようにして組み立てる。その後は、車両インナー側のカウンタボア部１２ａ側からグリースを注入することにより、外輪２と内輪部材３との間の空間内にグリースを充填する。この充填によって潤滑剤溜り部ＧＰにもグリースが貯留されることとなり、特に転動体４に近接した箇所でのグリース貯留量を増やすことができるため、グリース枯渇に有益となる。また、潤滑剤溜り部ＧＰへのグリースの充填は、補助組立品の転動体４を外輪２の外輪軌道溝１１ａ、１１ｂ内に組み込んだ状態の仮組みで、充填することもできる。

２外輪
３内輪部材
４転動体
５保持器
１１ａ、ｂ外輪軌道溝
１１１ａ軌道面
１２Ａ壁面
１９ａ、ｂ内輪軌道溝
３０ポケット部
θ 接触角
Ｐ１接続点
Ｐ２終端点
ＳＲ基準円弧面
ＧＰ潤滑剤溜り部

Claims

内周面に形成される外輪軌道溝と、外輪軌道溝のアキシャル方向外側に設けられたカウンタボア部とを有する外輪と、
外周面に形成される内輪軌道溝を有する内輪部材と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に転動自在に介在され、これら内外輪の内外輪軌道溝と所定接触角で接触する複数の転動体と、を備え、
前記外輪軌道溝のカウンタボア部寄りの部分には、潤滑剤が貯留される潤滑剤溜り部が形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
前記潤滑剤溜り部は、前記外輪軌道溝のカウンタボア部寄りの部分をラジアル方向外方に向けて拡径することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
前記外輪軌道溝の前記転動体が接触する接触部位を含む軌道面が研磨面であり、前記潤滑剤溜り部は、前記軌道面の面粗度よりも粗い非研磨面となしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
前記転動体は、環状の保持器の周方向に設けられるポケット部に各々保持された状態で、アキシャル方向外側から前記外輪軌道溝内に挿入され、
前記転動体が前記カウンタボア部を乗り越える際に、前記保持器がラジアル方向に弾性的に縮径され、
前記転動体が前記カウンタボア部を乗り越えた後に、前記保持器が弾性復帰することにより、前記転動体が前記外輪軌道溝に組み込まれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の転がり軸受装置。