JP2011094728A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車両の車輪を回転自在に車体に取付けるための軸受ユニットにおいて、軽量化を図りつつ、特に、外輪軌道の真円度の悪化を抑制する。
【解決手段】回転自在に車輪を車両に取付けるため軸受ユニットにおいて、内周に複列の軌道を有する外輪部材と、外周に複列の軌道を有する内輪部材と、内輪部材と外輪部材の間に配設される複数の転動体からなり、外輪部材の外周には、車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部が形成され、内輪部材の片側端部には車輪を取付けるためのフランジ部が形成されているものであって、少なくとも、車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部における懸架装置取付け面と反対側の面から軸方向外輪端部に向かって延伸する複数のリブが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受ユニットに関するものであり、特に、自動車の車輪の回転支持に用いられる転がり軸受ユニットに関するものである。

図４に従来からの車両用軸受ユニットの一例の断面図を示す。軸受ユニット１は、内周に外輪軌道１４ａ、１４ｂを有する外輪部材１３と、外周に内輪軌道１１ａが設けられ、内輪軌道１１ｂを有する内輪軌道部材１２が外嵌されている内輪部材４、外輪部材１３と内輪部材４の間に配設され外輪部材１３と内輪部材４を相対回転可能に保持する転動体１５ａ、１５ｂを有する。内輪部材４の一方の端部には車輪を取付けるためのフランジ２が設けられ、スタッドボルト６により車輪が締結される。一方、外輪部材１３の外周には、車両の懸架装置３０にボルト３１を用いて軸受ユニット１を締結するための、取付け穴１７ａを有するフランジ１７が設けられている。

近年、自動車等の車両の分野においては、燃費効率向上のため、車両の軽量化の要求が根強い。そのため、車両に使用される軸受類も、できるだけ軽量化することが求められている。車両の車輪を回転自在に支持するための軸受ユニットも例外ではなく、さらなる軽量化の要請が強い。また、車輪を支持する軸受ユニットはバネ下重量となるため、操作安定性や乗り心地の面からも軽量化が望まれる。

この要請に対して、特許文献１（特開２００９−１５０４９０号公報）に記載の技術では、図５に示すとおり外輪部材１３の外輪軌道１４ａ、１４ｂの間の外径部に切除部２０を備えた形態として軽量化を図っている。しかし、この形態では複列の外輪軌道１４ａ、１４ｂのうち、外輪軌道１４ａに傾き等が生じやすくなってしまう。すなわち、軸方向に見て、懸架装置取付けのためのフランジ１７と外輪軌道１４ａの間に剛性の弱い部分である切除部２０が円周方向に存在するため、外輪軌道１４ａが中心軸に対して傾きやすくなっている。外輪軌道１４ａが傾くと転動体１５ａとの接触状態が変化し、転動体が玉である場合には、転動体と軌道面の接触楕円が軌道面からはみ出す、いわゆる玉の溝肩への乗り上げ現象により、また、転動体がころである場合には、転動体と軌道面との間にエッジロードが発生することにより、外輪軌道１４ａもしくは転動体１５ａを損傷する可能性がある。また、軸受のモーメント剛性が低くなることにより、車輪のトー角やキャンバ角が変化しやすくなり、操作安定性にも悪影響が発生する可能性がある。

また、単純に外輪部材１３の肉厚を薄くして軽量化する方法も考えられる。しかし、外輪部材１３の肉厚が薄くなると、円周方向に複数ある取付け穴１７ａを貫通するボルトで懸架装置３０と締結した場合、円周方向の締結箇所部分に応力が集中して外輪部材の形状を変化させ、外輪軌道１４ａ、１４ｂにおいては、取付け穴１７ａと同数の多角形状に真円度が悪化することになる。通常取付け穴１７ａは円周方向等配に３〜４箇所設けられるため、外輪軌道１４ａ、１４ｂは３〜４角の比較的角数の少ない多角となり真円度が悪化する。比較的角数の少ない多角形状であり、かつ、真円度が悪化した場合、軸受の回転精度に影響があるばかりでなく、短径となる位置では転動体が潰され、軌道面と転動体との接触面圧が上昇するため、外輪軌道１４ａ、１４ｂもしくは転動体１５ａ、１５ｂの損傷の原因ともなる可能性がある。

さらに、フランジ１７が取り付く相手方である懸架装置３０の取付け面の精度が悪い場合は、前記単純に外輪部材１３の肉厚を薄くした場合と同様の影響が増長されてしまう。

これについて従来の軸受ユニットの外輪の断面を示す図６で機構を説明する。フランジ１７が取り付く相手方である懸架装置３０の取付け面の精度が悪いと、外輪部材１３の取付け穴１７ａ近傍ほど懸架装置の取付け面の形状にならい、例えば図６に点線で示すように、フランジ１７が傾く部分が発生することになる。

取付け穴１７ａは通常円周方向等配に３〜４箇所あるため、フランジ１７の円周方向で３〜４箇所の傾いている部分が発生することになる。この傾きは、外輪部材１３の外輪軌道１４ａ、１４ｂにも影響を与え、傾きの方向により頂点部分を成すか辺部分を成すかの違いはあるものの、外輪軌道１４ａ、１４ｂを比較的角数の少ない３〜４角の多角にし、真円度を悪化させる。

特開２００９−１５０４９０号公報

本発明は、上記問題点に鑑みて、軽量化を図りながらも軸受剛性を確保し、特に、外輪軌道の真円度の悪化を抑制できる軸受ユニットを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本願発明は以下の通りの構成を有する。
すなわち、
回転自在に車輪を車両に取付けるため軸受ユニットにおいて、
内周に複列の軌道を有する外輪部材と、
外周に複列の軌道を有する内輪部材と、
内輪部材と外輪部材の間に配設される複数の転動体からなり、
外輪部材の外周には、車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部が形成され、
内輪部材の片側端部には車輪を取付けるためのフランジ部が形成されているものであって、
少なくとも、車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部における懸架装置取付け面と反対側の面から軸方向外輪端部に向かって延伸する複数のリブが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、軸受ユニットの外輪部材の外周が複数のリブにより補強されているため、軌道輪の肉厚を増加させることなく重量の増加を抑えつつ軸受のモーメント剛性を確保し、さらに、懸架装置の軸受ユニット取付部の加工精度の影響を受けても、軸受ユニットの外輪部材の軌道の形状変化を抑えることが可能である。また、たとえ形状変化をきたしても、回転精度や軸受ユニットの寿命に対する影響の少ない形態の形状変化とすることが可能である。

本発明の第一の実施形態を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態を示す断面図である。 本発明の第三の実施形態を示す断面図である。 従来の軸受ユニットの一例の断面図である。 従来の軸受ユニットの一例の外輪の断面図である。 従来の軸受ユニットの一例の外輪の断面図である。

本発明は、軸受ユニットの外輪部材に特徴があるため、外輪部材１３を図示して説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る外輪部材の拡大図である。図１における（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図を示す。

第一の実施形態では、外輪部材１３の懸架装置３０が取り付く側（通常は車体車体の中央側）の外径面に、軸方向にフランジ１７の側面部から外輪部材１３の端部まで延伸されるリブ４０が形成されている。本実施形態では、リブ４０は、フランジ１７の隣り合う取付け穴１７ａとの中間に、円周方向４等配に４箇所設けられている。

リブ４０が備えられていない場合、フランジ１７が取り付く相手方である懸架装置３０の取付け面の精度が悪いと、４箇所の取付け穴１７ａに対応して、外輪部材１３の円周方向形状は、取付け穴部を頂点とするか辺とするかの違いはあるものの４角形状となり、真円度も悪化することになる。外輪部材１３の円周方向形状が４角になると、その内周に設けられている外輪軌道１４ａ、１４ｂも４角形状になり、真円度も悪化することになる。

しかし、本実施形態では、前記のように懸架装置３０の取付け面の精度が悪いものであっても、隣り合う取付け穴１７ａの中間にリブ４０が設けられているため、外輪部材１３が４角形状になるのを防止することができる。すなわち、リブ４０が設けられている部分は、外輪の剛性が保たれているため、リブ４０の設けられている部分も多角形状の頂点もしくは辺を形成する部分となり、外輪部材の円周方向全体としては、４角を超える角数の多角形状とすることができる。

すなわち、本実施形態の場合は、リブ４０部分も多角形状の頂点もしくは辺を形成する部分となり、取付け穴１７ａ部分とあわせて８角の多角形状とすることができる。多角形状の角数が多くなれば、角数が少ない場合に比べて、角の頂点もしくは辺部分の中心からのずれの絶対値も少なくなるため、真円度の悪化の程度を抑制することができる。また、８角以上であれば、４〜５角といった比較的角数の少ない場合比べて、外輪軌道１４ａ、１４ｂや転動体１５ａ、１５ｂの損傷の発生の確率を格段に下げることができる。

ただし、外輪軌道１４ａ、１４ｂの各列の多角形状の角数が、各列毎の転動体１５ａ，１５ｂの数と一致するか角列毎の転動体１５ａ、１５ｂの数の整数倍となる場合は、転動体の自転・公転においていわゆる共振現象が起きやすくなる。したがって、外輪軌道１４ａ、１４ｂの多角形状の角数としては、リブ４０を設けるコスト等も考慮すると、８角以上かつ各列の転動体数未満であることが好ましい。すなわち、本実施形態において各列の転動体１５ａ、１５ｂの数がそれぞれ１３個であれば、取付け穴１７ａが４箇所であるため、リブ４０は４〜８箇所とすることが好ましい。さらに好ましくは、各列毎の転動体数と外輪軌道に形成される角数の最小公倍数をなるべく大きくする。また、特に各列毎の転動体数が偶数の場合は、リブの数と取付け穴の数の和は奇数であることが好ましく、より好ましくは素数であると良い。

また、本実施形態に付随する効果として、各列毎の転動体１５ａ、１５ｂの数の整数倍の多角形状となることを積極的に防止できることも挙げられる。すなわち、取付け穴１７ａの数に対するリブ４０の数を適正なものとすることにより、外輪部材１３の円周方向形状を積極的に８角以上かつ各列毎の転動体１５ａ、１５ｂの数未満の多角形状に制御することができる。これにより、予期せぬ要因による好ましくない外輪軌道１４ａ、１４ｂの多角形状を積極的に抑制することもできる。さらに取付け穴１７ａとリブ４０の位置は、それぞれ円周方向に等配でないほうが良い。等配状態に配置しないことにより、規則的な多角を防げるので、リブを多数設け角数が極端に多い正多角形とする場合と同様の効果が得られるため、リブ４０の必要数を減少させることも可能である。

本実施形態においては、リブ４０により外輪部材１３の外周面における剛性が必要な部分の剛性を確保しているため、外輪部材１３の外周におけるリブ４０が設けられた位置以外の部分については、その肉厚を薄くすることが可能であり、軸受ユニット１全体としては軽量化が可能となる。

ここで、リブ４０の配置は、隣合う取付け穴１７ａの間の、略中間部分に各一つとしたが、リブを設ける数、位置については特に限定されるものではない。ただし、取付け穴１７ａ部が、前記多角形状の頂点もしくは辺になるため、隣り合う取付け穴１７ａの間毎に、その間の円周方向略中央部もしくは中央部に１つ以上のリブ４０を設けることが好ましい。特に、路面反力が負荷される車体上下方向の位置には、上下位置それぞれに一つ以上のリブ４０を設けることが好ましい。

さらに、本実施例では、フランジ１７から車輪側（車体外側）に向かって外輪部材１３の外径面にリブ４０を設けているが、フランジ１７から外輪部材１３の懸架装置３０側（車体中央側）にむかって延伸するものとしてもよい。

また、ここで、リブ４０の形状は図１に示したフランジ１７から外輪部材１３の端部に向かって徐々に厚さが薄くなる略三角状のものに限定はされず、フランジ１７から外輪端部１３まで厚さ変化を鍛造時の抜き勾配程度とした略一定の長方形状でもよい。また、外輪部材１３の円周方向におけるリブ４０の幅も、図１に示したものは略一定の幅であるが、フランジ１７から外輪部材１３の端部に向かって行くに従い、徐々に幅寸法が狭くなっていくものとすれば鍛造での成形が容易となる。これら、リブの形状は、所望の剛性により適宜設定すればよい。

ここで、リブ４０は外輪部材１３と単一の部材から、鍛造、鋳造、切削、研削、放電加工等により形成することもできる。またリブ４０は、外輪部材１３とは別体の部材として作成しておき、その後外輪部材１３の所定の位置に、溶接や鋳込み等で一体化してもよい。

また、リブ４０は外輪部材１３と同一の鋼材で形成されていてもよいし、別種の鋼材から形成されていてもよい。さらに外輪部材１３とリブ４０は同種または別種の熱処理や表面処理が施されていてもよい。

図２は、本発明の第二の実施形態に係る外輪部材１３の拡大図である。図２における（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図を示す。

第二の実施形態においては、リブ４０が２つ隣接して一組となったもの４組が、各組が外輪部材１３の円周方向４等配に配置されている。また、各組は第一の実施形態同様、隣り合う取付け穴１７ａの円周方向略中間位置に設けられている。

リブ４０を２つ一組として円周方向に近接して設けることで、リブ４０の設けられた部分の外輪部材１３の剛性を上げることができる。そのため、前記第一の実施形態における真円度の悪化を防ぐ効果を強化することができる。さらに、取付け穴とリブの位置関係を円周方向に不等配の状態とすることができるので、共振現象をより効果的に抑えることができる。

その他、一組のリブ４−を設ける位置、材質等は第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図３は、本発明の第三の実施形態に係る外輪部材１３の拡大図である。図２における（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図を示す。

第三の実施形態においては、図示した状態において、外輪部材１３の左側には２つ一組のリブ４０を、右側には１つずつのリブ４０を、隣り合う取付け穴１７ａの円周方向略中間部に４等配に設けている。真円度の悪化抑制効果等は第一、第二の実施形態と同様である。

この形態は、外輪部材１３の取付け位置が、車体への取付け方向等、なんらかの要因により決められ、さらには、懸架装置３０の特性や、懸架装置３０を介して負荷される荷重等の向きがある程度の方向性を持つ場合に負荷位置でのリブ４０の数を増やすことができ、特に有効である。例えば、乗用車やトラック等車両の進行方向が略一定の場合には、図３の右側が進行方向になるようにすれば、加速時における多角形状の発生をより抑制することが効率良く可能である。

さらに、例えば、トラック等荷物の積載時と空車時で重量の変動の大きい車両の場合は図３における右側を地面側に向けて取り付けることにより、より効率よく多角形状の発生を抑制するとともにモーメント剛性を向上させることが可能である。

本発明の軸受ユニットは、車両に車輪を取付けるための軸受ユニットとして、モーメント剛性向上と懸架装置への取付けによる軌道の変形及び共振現象の抑止を、軽量化を実現しつつ達成しているため自動車等の車両に好適かつ長期に渡り使用できる。

１ 軸受ユニット
２ フランジ
３ スタッドボルト取付け穴
４ 内輪部材
５ 車軸取付け穴
６ スタッドボルト
１１ａ、１１ｂ 内輪軌道
１２ 内輪軌道部材
１３ 外輪部材
１４ａ、１４ｂ 外輪軌道
１５ａ、１５ｂ 転動体
１６ａ、１６ｂ 保持器
１７ フランジ
１７ａ 取付け穴
１８ａ、１８ｂ 密封シール
２０ 切除部
３０ 懸架装置
４０ リブ

Claims (1)

1. 回転自在に車輪を車両に取付けるため軸受ユニットにおいて、
   内周に複列の軌道を有する外輪部材と、
   外周に複列の軌道を有する内輪部材と、
   内輪部材と外輪部材の間に配設される複数の転動体からなり、
   外輪部材の外周には、車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部が形成され、
   内輪部材の片側端部には車輪を取付けるためのフランジ部が形成されているものであって、
   車体の懸架装置に取付けられるためのフランジ部における懸架装置取付け面と反対側の面から軸方向外輪端部に向かって延伸する複数のリブが設けられていることを特徴とする。

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