JP2012122580A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】外輪とシャフトとの間に転動可能に設けられている複数の玉と、玉を保持しているポケット２２を周方向に複数有している樹脂製の保持器５とを備えている。保持器５は、円環形状である円環部２０と、周方向に間隔をあけて円環部２０から軸方向に延びポケット２２を相互間に形成している複数の柱部２１とを有している。円環部２０のうち隣り合う柱部２１，２１間の所定の領域Ｋ１に、当該領域Ｋ１の周囲から不連続に断面が縮小している断面縮小部２３が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車等の車両の車体に、車輪を回転可能に取り付けるための車輪用軸受装置に関する。

自動車等の車両の車体に、車輪を回転可能に取り付けるための装置として、例えば、車体側に固定される外輪と、この外輪の内周側に設けられているシャフトと、これら外輪とシャフトとの間に転動可能に設けられている複数の転動体と、転動体を保持しているポケットを周方向に複数有している保持器とを備えた車輪用軸受装置（ハブユニット）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１９５２５４号公報（図１参照）

このような車輪用軸受装置は、走行時に作用する荷重等を車輪と車体との間において伝達するために、当該荷重に耐えるだけの強度及び剛性を有するように設計されているが、例えば、前記外輪及び前記シャフトには、大きな繰り返し荷重が作用することから、長期間にわたって使用していると、疲労による機械的強度の低下が心配される場合がある。
しかし、疲労による機械的強度の低下が、外輪及びシャフトに発生していても、従来の車輪用軸受装置では、分解して詳細に検査を行わないと、これを発見することができず、特に、運転中にドライバが感知することは極めて困難である。

そして、外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行すると、将来的に車両の走行に悪影響を与えるような不具合が生じることがあるため、これを未然に防ぐための技術が要求されている。

そこで本発明は、外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、外輪と、前記外輪の内周側に設けられているシャフトと、前記外輪と前記シャフトとの間に転動可能に設けられている複数の転動体と、前記転動体を保持しているポケットを周方向に複数有している樹脂製の保持器とを備え、前記外輪と前記シャフトとのうちの一方が車体側に固定され他方に車輪が取り付けられる車輪用軸受装置であって、前記保持器は、円環形状である円環部と、周方向に間隔をあけて前記円環部から軸方向に延び前記ポケットを相互間に形成している複数の柱部とを有し、前記円環部のうち隣り合う前記柱部間の所定の領域に、当該領域の周囲から不連続に断面が縮小している断面縮小部が設けられていることを特徴とする。

車両が走行し、車輪が取り付けられているシャフト又は外輪が回転すると、シャフトと外輪との間を転動体が転動し、この転動体から保持器は荷重を受ける。例えば、転動体の挙動によって柱部同士が接近したり離反したりする変形が繰り返され、円環部のうち隣り合う柱部間の領域には、繰り返し荷重が作用することとなる。
そこで、本発明によれば、円環部のうち隣り合う柱部間の所定の領域に、当該領域の周囲から不連続に断面が縮小している断面縮小部が設けられているので、この断面縮小部では強度がその周囲よりも低くなり、前記繰り返し荷重により、シャフト及び外輪よりも早期に保持器を、当該断面縮小部において疲労により破断させることが可能となる。なお、樹脂製の保持器が破断しても、車両の走行には実質的な悪影響を与えず、そして、この保持器の破断によって、例えばドライバは異音や振動の発生を感知することが可能となる。
このため、外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる。

また、前記断面縮小部では、当該断面縮小部の周囲よりも、前記円環部の半径方向の厚さが薄くなっているのが好ましく、この構成により、前記断面縮小部における強度を、その周囲よりも低くすることができる。
また、前記断面縮小部における強度を、その周囲よりも低くするための他の技術的手段として、前記断面縮小部は、前記円環部の前記ポケット側から又は前記ポケットの反対側から凹んでいる凹部とすることができる。
なお、断面縮小部では、その周囲よりも、円環部の半径方向の厚さが薄くなっている形態の方が、保持器の剛性が高く、ポケットにおける変形が生じにくくなり、転動体を保持する機能は優れている。

また、前記車輪用軸受装置は、前記保持器として、車両インナ側の列の前記転動体を保持するインナ側保持器と、車両アウタ側の列の前記転動体を保持するアウタ側保持器とを有し、前記アウタ側保持器にのみ、前記断面縮小部が形成されているのが好ましい。
一般的に車輪用軸受装置において、車両アウタ側の列の転動体の方が、車両インナ側の列の転動体よりも、負荷が大きくなる。そこで、アウタ側保持器に前記断面縮小部を形成することにより、シャフト及び外輪よりも早期に当該アウタ側保持器を、当該断面縮小部において疲労により破断させることができ、外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる。

本発明によれば、シャフト及び外輪よりも早期に保持器を、断面縮小部において疲労により破断させることが可能となり、この保持器の破断によって、例えばドライバは異音や振動の発生を感知することができる。このため、外輪及びシャフトにおいて、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる。

本発明の車輪用軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。 保持器の斜視図である。 他の形態の保持器の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の車輪用軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。この車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の車体側にある懸架装置（図示せず）に固定されるものであり、この懸架装置に対して、車輪（図示せず）を回転可能に支持することができる。なお、図１において、この車輪用軸受装置１が、車体（懸架装置）に取り付けられた状態で、車輪が取り付けられる側（図１では左側）が車両アウタ側となり、車体の中央側（図１では右側）が車両インナ側となる。

この車輪用軸受装置１は、前記懸架装置に固定される外輪３と、この外輪３の内周側に設けられているシャフト２と、外輪３とシャフト２との間に転動可能に設けられている複数個の玉（転動体）４と、この玉４を保持しているポケット２２を周方向に所定間隔で複数有している樹脂製の保持器５とを備えている。
なお、玉４は、車両インナ側と車両アウタ側とに二列設けられており、これに対応して、車両インナ側の複数の玉４を保持するインナ側保持器５と、車両アウタ側の複数の玉４を保持するアウタ側保持器５とが、独立して設けられている。

さらに、車輪用軸受装置１は、外輪３とシャフト２との間に形成されている環状空間の車両アウタ側に設けられ当該環状空間を封止している環状のアウタ側シール７と、前記環状空間の車両インナ側に設けられ当該環状空間を封止している環状のインナ側シール６とを備えている。

本実施形態では、外輪３が、車本側に固定される固定輪であり、このために、外輪３の外周部には、前記懸架装置に固定するための取り付けフランジ部３ａが形成されている。また、外輪３の内周面には玉４が転動する複列の外輪軌道３ｂ，３ｂが形成されている。

シャフト２は、車輪（図示せず）が取り付けられる車軸であり、車輪取り付け用のフランジ部１０が、このシャフト２の車両アウタ側の端部外周から径外方向に延びて環状に形成されている。つまり、シャフト２が、車輪用軸受装置１における回転輪となる。
このシャフト２は、前記フランジ部１０と一体となっているシャフト本体８と、このシャフト本体８の車両インナ側の端部に嵌合している円環状の内輪部材９とを備えている。内輪部材９は、シャフト本体８の車両インナ側の端部を径外方向に塑性変形させて成るかしめ部８ａにより、当該シャフト本体８に抜け止め固定されている。

そして、このシャフト２の外周面には、複列の内輪軌道２ｂ，２ｂが形成されており、これら内輪軌道２ｂ，２ｂは前記外輪軌道３ｂ，３ｂに対向している。そして、内輪軌道２ｂと外輪軌道３ｂとの間に、複数の玉４が転動自在に配置されている。

フランジ部１０は、車輪用軸受装置１の中心線Ｃに直交する方向に延びて円環板形状であり、車両アウタ側に向く面（アウタ側面という）１３と、車両インナ側に向く面（インナ側面という）１４とを有している。また、フランジ部１０には周方向数箇所に貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１に挿通されるボルト１２によって、図示しないディスクロータや車輪が取り付けられる。

以上により、複列のアンギュラ玉軸受部を有している車輪用軸受装置１が構成され、この車輪用軸受装置１は、シャフト２を外輪３に対して回転可能に支持しており、このシャフト２にフランジ部１０を介して固定される車輪（図示せず）を回転可能に支持することができる。

前記保持器５について説明する。図２は保持器５の斜視図である。この保持器５は、円環形状である円環部２０と、周方向に間隔をあけて円環部２０から軸方向（図２では左方向）に延びている複数の柱部２１とを有している。そして、周方向で隣り合う柱部２１，２１の間に、玉を保持するポケット２２が形成されており、この保持器５は冠型である。保持器５は、樹脂製であり、従来用いられている材質を適用することができる。

そして、この保持器５において、円環部２０のうち、特定の隣り合う柱部２１，２１間における所定の領域Ｋ１に、当該領域Ｋ１の周囲である周囲領域Ｒ１から不連続に断面が縮小している断面縮小部２３が設けられており、この断面縮小部２３では、機械的強度が周囲領域Ｒ１よりも低下している構造となっている。なお、前記特定の隣り合う柱部２１，２１は、任意に設定することができ、本実施形態では、円環部２０のうち、周方向の一部（１箇所）にのみ断面縮小部２３が形成されている。

前記特定の隣り合う柱部２１，２１と円環部２０とで囲まれて形成されているポケット２２は、図２に示しているように円形であることから、当該円環部２０のうち、当該柱部２１，２１間の領域（全領域）は、ポケット２２の円弧形状に沿って徐々に断面が小さくなっているが、これはポケット２２の円弧形状に沿った「連続的な」断面変化であり、本発明の断面縮小部２３が有する「不連続な」断面変化とは異なる。

そして、断面縮小部２３における機械的強度を低下させるために、本実施形態の断面縮小部２３では、当該断面縮小部２３の周囲である周囲領域Ｒ１よりも厚さが薄くなっている。つまり、保持器５において、円環部２０の半径方向の厚さが、断面縮小部２３とその周囲である周囲領域Ｒ１とで異なっており、この断面縮小部２３によれば、外周面に開口している凹部が形成された形態となっている。本実施形態の前記凹部の断面は矩形であり、この凹部の開口縁が、後述する境界線Ｌとなる。

断面縮小部２３では、図２に示しているように、その周囲領域Ｒ１と比べて断面が小さくなるように変化しており、特に、断面形状は、その周囲領域Ｒ１と比べて急変している。つまり、周囲領域Ｒ１と断面縮小部２３との前記境界線Ｌを挟んで、厚さが異なっている。
また、円環部２０において、断面縮小部２３を除く全ての部分では、厚さがＴであり、これに含まれる周囲領域Ｒ１も、厚さがＴであるのに対し、断面縮小部２３における厚さはｔとなっている（ただしＴ＞ｔ）。

円環部２０のうち隣り合う柱部２１，２１間の領域は、元来、保持器５全体の中で、最も強度が弱い弱点部であり、このような弱点部に、さらに強度が弱くなる断面縮小部２３が形成されている。これにより、後にも説明するが、保持器５に繰り返し荷重が働くことで、この断面縮小部２３において、疲労破壊が生じる。

図３は、他の形態の保持器１０５の斜視図である。この保持器１０５も、前記実施形態と同様に、冠型であり、円環形状である円環部１２０と、周方向に間隔をあけて円環部１２０から軸方向に延びている複数の柱部１２１とを有している。
そして、円環部１２０のうち隣り合う柱部１２１，１２１間の所定の領域Ｋ２に、当該領域Ｋ２の周囲である周囲領域Ｒ２から不連続に断面が縮小している断面縮小部１２３が設けられており、この断面縮小部１２３では、機械的強度が周囲領域Ｒ２よりも低下している構造となっている。

この断面縮小部１２３は（所定の領域Ｋ２）では、その周囲領域Ｒ２と比べて、厚さ（半径方向の厚さ）については同じであるが、ポケット１２２側から凹んでいる凹部（切り欠き部）１２４が形成されている。つまり、この保持器１０５では、ポケット１２２内で開口している凹部１２４が形成されている。本実施形態の凹部１２４の断面は、矩形である。

なお、この図３の実施形態に係る断面縮小部１２３の変形例として、図３において左側の破線で示しているように、ポケット１２２の反対側から凹んでいる凹部を形成し、この凹部により断面縮小部１２３ａを形成してもよい。また、ポケット１２２側から及びその反対側から凹んでいてもよい。
さらに、図３の実施形態に係る断面縮小部１２３の変形例として、図２の実施形態と図３の実施形態との構成を併せ持った断面縮小部であってもよい。すなわち、図示しないが、その断面縮小部では、周囲領域よりも厚さ（半径方向の厚さ）が薄くなっていると共に、当該断面縮小部には、ポケット側から又はポケットの反対側から凹んでいる凹部が形成されていてもよい。

以上の前記各実施形態に係る保持器を備えた車輪用軸受装置（図１参照）では、車両が走行し、車輪（図示せず）が取り付けられているシャフト２が回転すると、シャフト２と外輪３との間を複数の玉４が転動し、この複数の玉４から保持器５は荷重を受ける。例えば、図２を参考にして説明すると、複数の玉の挙動によって柱部２１，２１同士が接近したり離反したりする変形が繰り返され、円環部２０のうち隣り合う柱部２１，２１間の領域には、繰り返し荷重が作用することとなる。

そこで、上記の各実施形態に係る保持器によれば、図２を代表して説明すると、円環部２０のうち隣り合う柱部２１，２１間の所定の領域Ｋ１に、強度が周囲領域Ｒ１よりも低い断面縮小部２３が設けられているので、前記繰り返し荷重により、シャフト２及び外輪３よりも早期に保持器５を、当該断面縮小部２３において疲労により破断させることが可能となる。

なお、樹脂製である保持器５が破断しても、車両の走行には実質的な悪影響を与えず、そして、この保持器５の破断によって、玉４の転動に乱れが生じ、例えばドライバは異音や振動の発生を感知することが可能となる。
このように、外輪３及びシャフト２が疲労によって機械的強度が顕著に低下する前に、保持器５が破断するので、外輪３及びシャフト２において、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる。
また、保持器５に作用する荷重としては、玉４に供給されているグリースによる回転抵抗に基づく荷重があり、特に、グリースが経年劣化して回転抵抗が増加することにより、前記断面縮小部２３が破断するように、当該断面縮小部２３を設定してもよい。

また、図１において、車輪用軸受装置１は、車両インナ側の列の玉４を保持するインナ側の保持器５と、車両アウタ側の列の玉４を保持するアウタ側の保持器５とを備えている。そこで、これらインナ側及びアウタ側の双方の保持器５，５について、前記断面縮小部を形成してもよいが、本実施形態では、アウタ側の保持器５にのみ、断面縮小部を形成している。
これは、車輪用軸受装置１においては、車両アウタ側の列の玉４の方が、車両インナ側の列の玉４よりも、負荷が大きくなるためであり、この車両アウタ側の列の玉４を保持するアウタ側の保持器５に、断面縮小部を形成することにより、シャフト２及び外輪３よりも早期にアウタ側の保持器５を、断面縮小部において疲労により破断させることができ、外輪３及びシャフト２において、疲労による機械的強度の低下が、発見されないまま進行するのを防ぐことが可能となる。

前記各実施形態の保持器に設けられている断面縮小部の大きさ、つまり、図２の場合では厚さｔ、図３の場合では凹部１２４の深さは、シャフト２及び外輪３の疲労強度に応じて設定することができる。つまり、シャフト２及び外輪３が繰り返し荷重を受けて、疲労による機械的強度の低下が著しく発生するよりも前に、保持器が断面縮小部において破断するように、断面縮小部の大きさが決定される。
この決定は、実験又はシミュレーションにより行うことができ、保持器、シャフト及び外輪の材質や、作用する荷重等を考慮することによって、行うことができる。

また、本発明の車輪用軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施形態では、車輪はフランジ部１０を介してシャフト２に取り付けられ、外輪３が車体側（懸架装置）に固定される場合を説明したが、これとは反対に、図示しないが、シャフトが車体側に固定され、外輪に車輪が取り付けられる車輪用軸受装置であってもよい。つまり、外輪とシャフトとのうちの一方が車体側に固定され、他方に車輪が取り付けられる車輪用軸受装置であればよい。

さらに、前記各実施形態では、保持器において、円環部のうちの周方向の一部（１箇所）にのみ、断面縮小部を形成した場合を説明したが、複数カ所に断面縮小部を形成してもよい。例えば、円環部のうち、１８０°離れた位置の２箇所に断面縮小部を形成してもよい。
また、断面縮小部を構成している凹部の形状は、前記各実施形態では矩形としたが、これ以外であってもよく、Ｕ字形であってもよい。

２：シャフト、 ３：外輪、 ４：玉（転動体）、 ５：保持器、 １０５：保持器、 ２０：円環部、 ２１：柱部、 ２２：ポケット、 ２３：断面縮小部、 １２０：円環部、 １２１：柱部、 １２２：ポケット、 １２３：断面縮小部、 １２４：凹部、 Ｋ１，Ｋ２：所定の領域、 Ｒ１，Ｒ２：周囲領域

Claims (4)

1. 外輪と、前記外輪の内周側に設けられているシャフトと、前記外輪と前記シャフトとの間に転動可能に設けられている複数の転動体と、前記転動体を保持しているポケットを周方向に複数有している樹脂製の保持器と、を備え、
   前記外輪と前記シャフトとのうちの一方が車体側に固定され他方に車輪が取り付けられる車輪用軸受装置であって、
   前記保持器は、円環形状である円環部と、周方向に間隔をあけて前記円環部から軸方向に延び前記ポケットを相互間に形成している複数の柱部と、を有し、
   前記円環部のうち隣り合う前記柱部間の所定の領域に、当該領域の周囲から不連続に断面が縮小している断面縮小部が設けられていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記断面縮小部では、当該断面縮小部の周囲よりも、前記円環部の半径方向の厚さが薄くなっている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記断面縮小部は、前記円環部の前記ポケット側から又は前記ポケットの反対側から凹んでいる凹部である請求項１又は２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記保持器として、車両インナ側の列の前記転動体を保持するインナ側保持器と、車両アウタ側の列の前記転動体を保持するアウタ側保持器と、を有し、
   前記アウタ側保持器にのみ、前記断面縮小部が形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
   

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