JP2012072818A - 車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】嵌合部のクリープを防止すると共に、荷重負荷時の転動体と転走面との間に発生するエッジロードを抑制して耐久性の向上を図った車輪用軸受を提供する。
【解決手段】外輪９の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された円弧状の凸状部８と、この凸状部８の接線上に両端面に向って漸次縮径する所定の傾斜角θからなるテーパ部１０とで構成され、予めロータリードレッサーによって成形された総形の研削砥石によって研削されると共に、テーパ部１０の幅が、外輪９の端面からシールの嵌合部９ａの幅を超えて、外側転走面２ａの大径側端部の近傍に設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する複列の転がり軸受で構成された車輪用軸受、特に、嵌合部のクリープを防止すると共に、荷重負荷時の転動体と転走面との間に発生するエッジロードを抑制して耐久性の向上を図った車輪用軸受に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受は、車輪を取り付けるためのハブ輪を転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、この転がり軸受には、一般的に、所望の軸受剛性を有し、ミスアライメントに対しても耐久性を発揮すると共に、燃費向上の観点から回転トルクが小さい複列アンギュラ玉軸受が多用されている。一方、オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両には複列円錐ころ軸受が使用されている。

このような車輪用軸受の代表的な一例を図８に示す。この車輪用軸受５０は複列の円錐ころ軸受で構成され、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａが形成された外輪５１と、外周にこれら複列の外側転走面５１ａ、５１ａに対向する内側転走面５２ａが形成された一対の内輪５２、５２と、両転走面間に保持器５３により転動自在に保持された複列の円錐ころ５４、５４とからなる。一対の内輪５２、５２は、車輪側に接続されて車輪と共に回転する回転輪となっているのに対し、外輪５１は、車体側に固定されて常時非回転状態に維持される静止輪となっている。

また、内輪５２と外輪５１との間に形成される環状空間の両端開口部には、（ｃ）に示すようなシール５５が装着され、軸受の外部から泥水等の異物が軸受内に浸入するのを防止していると共に、軸受内に封入されたグリースが外部へ漏洩するのを防止している。

そして、（ｂ）に示すように、外輪５１の外径が端部５１ｃに向うに従って小さくなるように周方向に亘って薄肉部ｎが設けられている。薄肉部ｎは、外輪５１の外径面５１ｂの両端に外輪５１の端部５１ｃから所定距離ｗの幅で、外径面５１ｂに対して所定角度αだけ傾斜した平坦状の傾斜面（テーパ面）ｋをなすように形成されている。この場合、外輪５１の端部５１ｃには面取り面ｒが形成されており、傾斜面ｋと連結させることで、一体をなして１つの薄肉部ｎを構成している。

ここで、シール５５を装着する場合、パックシールから構成されるシール５５を外輪５１に圧入すると、外輪５１の端部５１ｃが外側に膨張する。この際、外輪５１の端部５１ｃが外側に膨張することで、外輪５１の外径面５１ｂの薄肉部ｎは外側に向って弾性変形し、薄肉部ｎの傾斜角度αが小さくなる。したがって、車輪用軸受５０にパックシール５５が装着されても、例えば外輪５１の端部５１ｃが軸受の外側に突出した状態になることはなく、外輪５１の外径面５１ｂは、一方の端部５１ｃから他方の端部５１ｃに亘ってほぼ平坦状をなす。このため、車輪用軸受５０をナックルに固定する際、外輪５１の外径面５１ｂとナックルとの間に隙間が生じることはなく、両者を密着して固定することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−１００５４号公報

こうした従来の車輪用軸受５０では、パックシール等のシール５５が装着されても、外輪５１の端部５１ｃが軸受の外側に突出した状態になることはなく、車輪用軸受５０をナックルに固定する際、外輪５１の外径面５１ｂとナックルとの間に隙間が生じることはなく、両者を密着して固定することができるという特徴を備えている。

然しながら、外輪５１の外径面５１ｂがほぼ平坦状をなしてナックルとの間に隙間が生じるのを防止することができる一方、外輪５１にシール５５を装着した状態において、薄肉部ｎの傾斜角度αが負の角度にならないように設定する必要がある。すなわち、外輪５１の端部５１ｃから所定距離ｗの幅では、車輪用軸受５０をナックルに固定する際、外輪５１の外径面５１ｂとナックルとの間にカジリが生じないように、薄肉部ｎとナックルとの間には僅かな隙間が生じるのは否めない。これにより、所定距離ｗの幅の分、外輪５１の嵌合面が減少して嵌合力が低下し、クリープが発生する恐れがあった。ここで、クリープとは、嵌合シメシロ不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動して嵌合面が鏡面化し、場合によってはかじりを伴い焼付きや溶着する現象をいう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、嵌合部のクリープを防止すると共に、荷重負荷時の転動体と転走面との間に発生するエッジロードを抑制して耐久性の向上を図った車輪用軸受を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外輪と、外周に前記複列の外側転走面に対向する内側転走面が形成された一対の内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体と、前記外輪と内輪との間に形成される環状空間の両端開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受において、前記外輪の外周面に、軸方向中央部の所定の範囲に亙って径方向外方に突出する凸状部が形成されている。

このように、複列の転がり軸受からなる第１世代構造の車輪用軸受において、外輪の外周面に、軸方向中央部の所定の範囲に亙って径方向外方に突出する凸状部が形成されているので、外輪をナックル等に圧入する際のハメアイ荷重を増大させることなく、また、かじり等の発生を防止しつつシメシロをアップさせることができ、耐クリープ性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記外輪の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部と、両端部のストレートな円筒部とで構成されていても良い。

また、請求項３に記載の発明のように、前記外輪の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部と、この凸状部から両端面に向って漸次縮径する所定の傾斜角からなるテーパ部とで構成されていていれば、外輪の両端部にシールを圧入した際の外輪の変形を許容し、ナックルとの間に隙間が発生するのを防止して密着して固定することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記凸状部が円弧状に形成され、この凸状部の接線上に前記テーパ部が形成され、このテーパ部と前記凸状部が滑らかに繋がれていれば、外輪圧入時のかじり等の発生を確実に防止することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記テーパ部の傾斜角が１０〜３０′の範囲に設定されているのが好ましい。

また、請求項６に記載の発明のように、前記転動体が円錐ころからなり、前記外輪の複列の外側転走面が外向きに開いたテーパ状に形成され、当該外輪の両端部に前記シールが内嵌される環状の嵌合部が形成されると共に、前記テーパ部の幅が、前記外輪の端面から前記シールの嵌合部の幅を超えて、前記外側転走面の大径側端部の近傍に設定されていれば、荷重負荷時のエッジロードを軽減することができ、外輪の耐久性を向上させることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記外輪の外周面が、周方向に沿って交互に連続して形成された凸状部と凹状部とで構成され、ストレートな円筒面に対して、径方向に凸凹の滑らかな波状に形成されていれば、外輪をナックル等に圧入する際のシメシロやハメアイ荷重を増大させることなく、耐クリープ性を向上させることができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記外輪の外周面が、予めロータリードレッサーによって成形された総形の研削砥石によって研削されていれば、精度良く外周面を滑らかに形成することができる。

本発明に係る車輪用軸受は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外輪と、外周に前記複列の外側転走面に対向する内側転走面が形成された一対の内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体と、前記外輪と内輪との間に形成される環状空間の両端開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受において、前記外輪の外周面に、軸方向中央部の所定の範囲に亙って径方向外方に突出する凸状部が形成されているので、外輪をナックル等に圧入する際のハメアイ荷重を増大させることなく、また、かじり等の発生を防止しつつシメシロをアップさせることができ、耐クリープ性を向上させることができる。

本発明に係る車輪用軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１の外輪単体を示す縦断面図である。 図２の外輪の変形例を示す縦断面図である。 図３の外輪外周面の形状を示す模式図である。 （ａ）は、外輪のシール圧入前の状態を示す説明図、（ｂ）は、外輪のシール圧入後の状態を示す説明図である。 本発明に係る車輪用軸受の第２の実施形態を示す斜視図である。 図６の外輪のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す模式図である。 従来の車輪用軸受の構成を示す図で、（ａ）は、シールを装着する前の状態を示す断面図、（ｂ）は、外輪の端部の断面図、（ｃ）は、シールを装着した後の状態を示す断面図である。

内周に外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外輪と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面が形成された一対の内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の円錐ころと、前記外方部材と内輪との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記内輪の正面側端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受からなる車輪用軸受において、前記外輪の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された円弧状の凸状部と、この凸状部の接線上に両端面に向って漸次縮径する所定の傾斜角からなるテーパ部とで構成され、予めロータリードレッサーによって成形された総形の研削砥石によって研削されると共に、前記テーパ部の幅が、前記外輪の端面から前記シール６の嵌合部９ａの幅を超えて、前記外側転走面２ａの大径側端部の近傍に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の外輪単体を示す縦断面図、図３は、図２の外輪の変形例を示す縦断面図、図４は、図３の外輪外径面の形状を示す模式図、図５（ａ）は、外輪のシール圧入前の状態を示す説明図、（ｂ）は、外輪のシール圧入後の状態を示す説明図である。

この車輪用軸受１は第１世代と称される構成を有し、内周に外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面２ａ、２ａが形成された外輪（外方部材）２と、外周に前記複列の外側転走面２ａ、２ａに対向するテーパ状の内側転走面３ａが形成された一対の内輪（内方部材）３、３と、両転走面間に収容された複列の円錐ころ４、４と、これらの円錐ころ４を転動自在に保持する保持器５と、外輪２の両端部に装着されたシール６、６とを備え、一対の内輪３、３の正面側端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受を構成している。

内輪３の内側転走面３ａの大径側端部には大鍔部（案内鍔）３ｂが形成され、円錐ころ４の大端面を案内している。また、内側転走面３ａの小径側端部には径方向外方に突出する小鍔部３ｃが形成されている。この小鍔部３ｃは、保持器５を弾性変形させつつ、円錐ころ４をこの小鍔部３ｃを乗り越えさせて内側転走面３ａ、３ａの周囲に配置した状態で、これら円錐ころ４を内輪３に対して軸方向に位置決めしている。

なお、外輪２、内輪３および円錐ころ４は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。または、ＳＣｒ４２０等の構造用合金鋼からなり、浸炭焼入れにより表面が５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。また、保持器５は、ＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性合成樹脂をベースに、ＧＦ（グラスファイバー）等の強化材を適量含有させたものを射出成形することにより形成されている。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、外輪２の外周面が、両端部のストレートな円筒部７と、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部８とで構成されている。これにより、外輪２をナックル等に圧入する際のハメアイ荷重を増大させることなく、また、かじり等の発生を防止しつつシメシロをアップさせることができ、耐クリープ性を向上させることができる。

この凸状部８は滑らかな曲線で構成され、予めロータリードレッサーによって成形された総形の研削砥石によってストレートな円筒部７と同時に研削されている。なお、凸状部８の高さは、軸受サイズや荷重条件等によって異なるが、許容ハメアイ面圧（１３〜１８ｋｇｆ／ｍｍ^２）を超えないように、例えば、外輪２の外径がφ８０では１０μｍ程度に設定されるのが好ましい。

なお、ここでは、転動体４に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成された車輪用軸受を例示したが、これに限らず、転動体４にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成されていても良い。

図３は、図２の外輪２の変形例であるが、この外輪９の外周面は、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部８と、この凸状部８から両端面に向って漸次縮径する所定の傾斜角θからなるテーパ部１０とで構成されている。

ここで、外輪９の外周面９ｂは、図４に示すように、ストレートな円筒部（実線にて示す）に対して、円弧状の凸状部８の接線上にテーパ部１０が形成され、テーパ部１０と凸状部８が滑らかに繋がれている。これにより、前述した外輪２と同様、ナックル等に圧入する際のハメアイ荷重を増大させることなく、また、かじり等の発生を一層防止しつつシメシロをアップさせることができ、耐クリープ性を向上させることができると共に、図５に示すように、外輪９の両端部にシール６を圧入した際の外輪９の端部変形（膨張）を許容し、ナックル１１との間に隙間が発生するのを防止して密着して固定することができる。

なお、テーパ部１０の傾斜角θは、軸受サイズや荷重条件等によって異なるが、例えば、外輪９の外径がφ８０、シール６の嵌合部９ａの内径がφ７０では、１０〜３０′の範囲に設定されるのが好ましい。また、テーパ部１０の幅は、外輪９の両端部に形成されたシール６が内嵌される環状の嵌合部９ａの幅を超えて、外側転走面２ａの大径側端部の近傍に設定されるのが好ましい。これにより、荷重負荷時のエッジロードを軽減することができ、外輪９の耐久性を向上させることができる。

図６は、本発明に係る車輪用軸受の第２の実施形態を示す斜視図、図７は、図６のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す模式図である。この車輪用軸受１２は第１世代と称される構成を有し、内周に外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面（図示せず）が形成された外輪１３と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面（図示せず）が形成された一対の内輪３、３とを備え、一対の内輪３、３の正面側端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受を構成している。

本実施形態では、外輪１３の外周面が、周方向に沿って交互に連続して形成された凸状部１４と凹状部１５とで構成されている。この外周面は、図７に誇張して示すように、ストレートな円筒面１３ａ（図中二点鎖線にて示す）に対して、径方向に凸凹の滑らかな波状に形成されている。これにより、外輪１３をナックル等に圧入する際のシメシロやハメアイ荷重を増大させることなく、耐クリープ性を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る車輪用軸受は、複列の円錐ころ軸受等の複列の転がり軸受で構成された第１世代構造の車輪用軸受に適用することができる。

１、１２ 車輪用軸受
２、９、１３ 外輪
２ａ 外側転走面
３ 内輪
３ａ 内側転走面
３ｂ 大鍔部
３ｃ 小鍔部
４ 転動体
５ 保持器
６ シール
７ 円筒部
８、１４ 凸状部
９ａ シールの嵌合部
１０ テーパ部
１１ ナックル
１５ 凹状部
５０ 車輪用軸受
５１ 外輪
５１ａ 外側転走面
５１ｂ 外径面
５１ｃ 端部
５２ 内輪
５２ａ 内側転走面
５３ 保持器
５４ 円錐ころ
５５ シール
ｋ 傾斜面
ｎ 薄肉部
ｒ 面取り面
ｗ 薄肉部の幅
α 薄肉部の傾斜角
θ テーパ部の傾斜角

Claims (8)

1. 内周に複列の外側転走面が一体に形成された外輪と、
   外周に前記複列の外側転走面に対向する内側転走面が形成された一対の内輪と、
   前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数の転動体と、
   前記外輪と内輪との間に形成される環状空間の両端開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受において、
   前記外輪の外周面に、軸方向中央部の所定の範囲に亙って径方向外方に突出する凸状部が形成されていることを特徴とする車輪用軸受。
2. 前記外輪の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部と、両端部のストレートな円筒部とで構成されている請求項１に記載の車輪用軸受。
3. 前記外輪の外周面が、軸方向中央部に全周に亙って径方向外方に突出して形成された凸状部と、この凸状部から両端面に向って漸次縮径する所定の傾斜角からなるテーパ部とで構成されていている請求項１に記載の車輪用軸受。
4. 前記凸状部が円弧状に形成され、この凸状部の接線上に前記テーパ部が形成され、このテーパ部と前記凸状部が滑らかに繋がれている請求項３に記載の車輪用軸受。
5. 前記テーパ部の傾斜角が１０〜３０′の範囲に設定されている請求項３または４に記載の車輪用軸受。
6. 前記転動体が円錐ころからなり、前記外輪の複列の外側転走面が外向きに開いたテーパ状に形成され、当該外輪の両端部に前記シールが内嵌される環状の嵌合部が形成されると共に、前記テーパ部の幅が、前記外輪の端面から前記シールの嵌合部の幅を超えて、前記外側転走面の大径側端部の近傍に設定されている請求項３乃至５いずれかに記載の車輪用軸受。
7. 前記外輪の外周面が、周方向に沿って交互に連続して形成された凸状部と凹状部とで構成され、ストレートな円筒面に対して、径方向に凸凹の滑らかな波状に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受。
8. 前記外輪の外周面が、予めロータリードレッサーによって成形された総形の研削砥石によって研削されている請求項１乃至７いずれかに記載の車輪用軸受。

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