JP2013133880A - 車輪支持用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】外輪及びハブの寸法又は肉厚が大きくなることによる重量の増大を抑えつつ、車輪支持用軸受ユニットの強度及び十分な耐久性を確保できる構造を実現する。
【解決手段】外輪３ａとハブ２ａとを互いに同心に配置すると共に、このうちの外輪３ａの内周面に設けた複列の外輪軌道１４ａ、１４ｂと、ハブ２ａの外周面に設けた複列の内輪軌道８ａ、８ｂとの間に、それぞれ複数個ずつの玉４ａ、４ｂを、転動自在に設け、軸方向外側の列に設けられた玉４ａの玉径を、幅方向内側の列に設けられた玉４ｂの玉径よりも大きくしている。軸方向外側の列の玉４ａのピッチ円直径と、軸方向内側の列の玉４ｂのピッチ円直径とは等しく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用軸受ユニットの改良に関する。特に本発明は、複列に配置した転動体の玉径を互いに異ならせた車輪支持用軸受ユニットにより、十分な耐久性を確保できる構造を実現するものである。

従来より、自動車の車輪及び制動用回転部材は、車輪支持用軸受ユニットにより、懸架装置に対して回転自在に支持されている。この様な車輪支持用軸受ユニットにおいては、自動車が旋回走行又は制動動作する際に大きなモーメント荷重が加わるので、走行時の安定性を確保する為に、大きなモーメント剛性を確保する必要がある。この為従来から、車輪支持用軸受ユニットとして、転動体を複列に配置すると共に、これら両列の転動体に、予圧並びに背面組み合わせ型（ＤＢ型）の接触角を付与した構造が、一般的に使用されている。更に近年、軸受ユニットの強度及び寿命を確保しつつ、より軽量化する為に、例えば特許文献１に記載されている様な、ハブ本体の内径に形成されるキャビティを転動体の軌道部分まで延長し、内輪をハブ本体に加締め固定する構造が提案されている。

上述の様な車輪支持用軸受ユニットの１例に就いて、図２により説明する。この車輪支持用軸受ユニット１は、ハブ２と、外輪３と、それぞれが転動体である複数個の玉４、４とを備える。このうちのハブ２は、ハブ本体５と内輪６とを組み合わせて成る。更に、このハブ２は、外周面の軸方向外端寄り部分に、車輪及び制動用回転部材を支持する為の回転フランジ７を、同じく中間部及び内端部に複列の内輪軌道８、８を、それぞれ形成している。さらに、前記回転フランジ７には、複数本のスタッド９の基端部を固定し、この回転フランジ７に、ディスク等の制動用回転体（不図示）や、車輪を構成するホイール（不図示）を支持固定できる様にしている。又、前記ハブ本体５の軸方向内端部に、小径段部１１を形成している。そして、この小径段部１１に、外周面に内輪軌道８を形成した前記内輪６を外嵌し、前記ハブ本体５の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１２により、この内輪６を、前記ハブ本体５に対し結合固定している。尚、軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、各図の左側。反対に、車両の幅方向中央側となる各図の右側を、軸方向に関して内と言う。

前記外輪３は、内周面に複列の外輪軌道１４、１４を、外周面にこの外輪３を懸架装置に結合固定する為の結合フランジ１５を、それぞれ設けている。前記各玉４、４は、前記両内輪軌道８、８と、前記両外輪軌道１４、１４との間にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けている。この状態で、複列に配置された前記各玉４、４には、予圧と共に背面組み合わせ型の接触角を付与されている。
又、前記外輪３の軸方向外端部には、この外輪３と、ハブ本体５及び内輪６から成るハブ２との間に形成される環状内部空間の軸方向外側端部を密閉するシールリング１６が取付けられている。さらに、外輪３には、車輪支持用軸受ユニット１の軸方向内側端部全体を覆うキャップ１９が取付けられている。前記シールリング１６及び前記キャップ１９により、前記環状内部空間に充填されたグリースの漏洩を防止すると共に、外部に存在する泥水又は塵埃等の異物の侵入を防止している。

前記内輪６の軸方向内半部の外周面には、キャップ１９の内側に配置されたセンサ２０と共に、前記ハブ２（ハブ２に支持固定された車輪）の回転速度を検出する為の、エンコーダ１７が外嵌固定されている。このエンコーダ１７は、磁性体である芯金の表面に、周方向に沿って円環状の永久磁石を固定して成り、例えばゴム磁石が加硫接着、或いはプラスチック磁石が射出成型により固着されている。エンコーダ１７は軸方向に多極に着磁されており、被検出面であるエンコーダ１７の軸方向内側面は、円周方向に亙ってＮ極とＳ極が等間隔に交互に並ぶ多極磁石としている。
前記センサ２０は、車輪（ハブ２）と一体に回転するエンコーダ１７と軸方向に対向して配置され、車輪の回転に伴い、車輪の回転数に比例した周波数の回転信号を出力する。

又、自動車用部品では、燃費の向上等のために軽量化が強く望まれており、特に車輪支持用軸受ユニットは、懸架装置を構成するばねよりも路面側に存在する、所謂ばね下荷重であり、重量増大は、乗り心地やタイヤの接地性を中心とする走行性能に悪影響を及ぼす。
軽量化を図る為に、前記車輪支持用軸受ユニット１は、ハブ本体５の内径部分に設けたキャビティ１０を、軸方向内側の内輪軌道８の近傍まで延長している。

特開２００５−３５１４０８号公報

しかしながら、車輪支持用軸受ユニットは、車両の加減速及び旋回時においてモーメント荷重が作用する車輪を回転自在に支持する軸受であり、前記外輪３と前記ハブ２との間に作用するモーメント荷重を前記両列の転動体で支承する場合に、外輪３及びハブ２の前記両列の間部分には大きな応力が生じる。そして、この様な応力は、自動車の走行に伴って繰り返し加わるので、これら両列の間部分の強度を十分に確保する必要がある。但し、強度を確保する為に、前記外輪３及び前記ハブ２の寸法又は肉厚を大きくすると車輪支持用軸受ユニットの重量が増大する。従って、外輪３及びハブ２の重量の増大を抑えつつ、強度を確保できる構造の実現が望まれる。

本発明は、上述の様な事情に鑑み、外輪及びハブの寸法又は肉厚が大きくなることによる重量の増大を抑えつつ、車輪支持用軸受ユニットの強度及び十分な耐久性を確保できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面の軸方向外端部に車輪を支持固定する為の回転フランジを、同じく軸方向に関する中間部及び内端寄り部分に複列の内輪軌道を、それぞれ有するハブと、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に各列毎に複数個ずつ設けられた転動体である玉とを備えている。そして、軸方向外側列の玉のピッチ円直径と軸方向内側列の玉のピッチ円直径とが等しく、上記ハブは、中間部外周面に軸方向外側の列の内輪軌道を直接形成したハブ本体と、外周面に軸方向内側の列の内輪軌道を形成し、この軸方向内側の列の内輪軌道よりも径方向内側の部分が、上記ハブ本体の軸方向内端寄り部分により加締められて結合固定された内輪部材とから成るものであり、上記ハブ本体の内径部に、軸方向外端部が開口して上記軸方向外側の列の内輪軌道よりも軸方向内側まで延びるキャビティを形成している。
特に、本発明の車輪支持用軸受ユニットに於いては、上記軸方向外側の列の玉径が、上記軸方向内側の列の玉径よりも大きい。

上述の様な構成を有する本発明の車輪支持用軸受ユニットによれば、外輪及びハブの寸法又は肉厚が大きくなることによる重量の増大を抑えつつ、車輪支持用軸受ユニットの強度及び十分な耐久性を確保できる。
即ち、軸方向外側の列の玉径が、軸方向内側の列の玉径よりも大きい構造の場合には、軸方向外側列の玉径が大きい分、負荷容量が大きくなると共に、玉の溝肩への乗り上げ耐性が高くなるので、車輪支持用軸受ユニットの耐久性向上を図る事が出来る。一方、軸方向内側列の玉径は大きくしていないので、外輪外径の寸法を大きくすることなく懸架装置に結合固定する為の結合フランジの強度及び剛性を確保することが出来る。更に、懸架装置の一部（ナックルの取付孔）を特に大径化する必要がないので、この懸架装置部分等を特に大型化しなくても、走行安定性、並びに、耐久性向上を図れるという効果が有る。

本発明の実施の形態の例を示す断面図。 従来構造の車輪支持用軸受ユニットを示す断面図。

図１は、本発明の実施の形態の例を示している。尚、本発明の特徴は、軸方向外側列の玉４ａのピッチ円直径と軸方向内側列の玉４ｂのピッチ円直径とが等しく、内輪６ａをハブ本体５ａに加締めにより固定した車輪支持用軸受ユニット１ａで、外輪３ａ及びハブ２ａの重量増大を抑えつつ、車輪支持用軸受ユニット１ａの強度及び十分な耐久性を確保すべく、各玉４ａ、４ｂの玉径を工夫する点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した従来構造と同様であるから、重複する説明を省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

車両の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為の車輪支持用軸受ユニット１ａは、外輪３ａとハブ２ａとを互いに同心に配置すると共に、このうちの外輪３ａの内周面に設けた複列の外輪軌道１４ａ、１４ｂと、前記ハブ２ａの外周面に設けた複列の内輪軌道８ａ、８ｂとの間に、それぞれ複数個ずつの玉４ａ、４ｂを、転動自在に設けている。この様な車輪支持用軸受ユニット１ａは、前記外輪３ａを懸架装置に対し支持すると共に、ハブ２ａに対し車輪を支持した状態で使用し、この車輪を前記懸架装置に対し回転自在に支持している。

前記ハブ本体５ａの内径部に軸方向外端部が開口して設けられているキャビティ１０ａは、前記複列の内輪軌道８ａ、８ｂの軸方向中間部分まで延びて形成されている。この様に、キャビティ１０ａを、軸方向外側の列の内輪軌道８ａよりも軸方向内側に向かって深く形成することにより、車輪支持用軸受ユニット１ａの強度を保ちながら、軽量化することが出来る。
そして、外周面に軸方向内側の列の内輪軌道８ｂが形成された内輪６ａは、前記ハブ本体５ａの軸方向内端寄り部分により加締められてハブ本体５ａに結合固定されている。

又、オーステナイト系ステンレス鋼板等の非磁性板製であるカバー１８を、前記外輪３ａの軸方向内端部に内嵌固定する事により、外輪３ａの軸方向内側の開口部を密封している。そして、前記内輪６ａの軸方向内半部に支持固定されたエンコーダ１７ａの被検出面は、前記カバー１８を構成する平板部２１の軸方向外側面（内面）に、微小隙間を介して近接対向させている。更に、図示しないセンサを、前記外輪３の軸方向内端部に外嵌固定されたキャップ１９ａに支持固定した状態で、センサの検出部を、前記カバー１８の平板部２１の軸方向内側面（外面）に近接或いは当接させている。つまり、センサの検出部は、カバー１８を介して、前記エンコーダ１７ａの被検出面に対向している。この状態で、エンコーダ本体１７ａが前記ハブ２ａと共に回転すると、前記センサの検出部の近傍を前記被検出面に存在するＳ極とＮ極とが交互に通過して、センサの出力が変化する。この変化の周波数に基づいて、前記ハブ２ａに固定した車輪の回転速度を求める事が出来る。

本発明の車輪支持用軸受ユニット１ａの場合には、軸方向外側の列となる、一方の外輪軌道１４ａと内輪軌道８ａとの間に設けられた玉４ａの玉径を、幅方向内側の列となる、他方の外輪軌道１４ｂと内輪軌道８ｂとの間に設けられた玉４ｂの玉径よりも大きくしている。玉４ａを大きくする寸法は、ＪＩＳ Ｂ １５０１の標準呼び直径で１〜２ランク程度である。尚、軸方向外側の列の玉４ａのピッチ円直径と、軸方向内側の列の玉４ｂのピッチ円直径とは等しく設定されている（図１のＰＣＤ）。又、前記外輪３ａに設けられた複列の外輪軌道１４ａ、１４ｂ、及び前記ハブ２ａに設けられた複列の内輪軌道８ａ、８ｂの表面部分には、高周波熱処理を施すことにより熱処理硬化層が形成されている。

上述の様な、本例の車輪支持用軸受ユニットによれば、外輪及びハブの寸法又は肉厚が大きくなることによる重量の増大を抑えつつ、車輪支持用軸受ユニットの強度及び十分な耐久性を確保できる。
即ち、軸方向外側の列の玉４ａの玉径が、軸方向内側の列の玉４ｂの玉径よりも大きい構造の場合には、軸方向外側列の玉４ａの玉径寸法が大きい分、負荷容量が大きくなると共に、玉の溝肩への乗り上げ耐性が高くなるので、車輪支持用軸受ユニットの耐久性向上を図る事が容易になり、例えば、内輪軌道８ａの曲率の玉径比を、内輪軌道８ｂの曲率の玉径比より大きくして耐乗り上げ性をさらに向上することが出来る。一方、軸方向内側列の玉４ｂの玉径は大きくしていないので、外輪外径の寸法を大きくしなくても結合フランジ１５と外輪３との基端部に十分な肉厚を与える事が可能であり、懸架装置に結合固定する為の強度及び剛性を確保することが出来る。更に、軸方向内側の列の外輪軌道１４ｂを、結合フランジ１５及び結合フランジ１５を周方向に繋ぐ縁部２２と径方向に重畳させて形成しており、外輪軌道１４ｂ部分の肉厚を増して高周波熱処理により形成された熱処理硬化層が外径側まで突き抜けることを防止しつつ、熱容量を大きくして熱処理硬化層表面の圧縮応力を高め、転がり疲れ寿命の向上を図っている。また、車輪支持用軸受ユニット１ａにモーメント荷重が作用した場合でも、外輪軌道１４ｂの熱処理硬化層と非硬化層の間の煎断応力部に曲げ応力が加わることを抑制できるので、結合フランジ１５の強度向上並びに、耐久性向上を図れるという効果が有る。

更に、外周面に軸方向内側の列の内輪軌道８ｂが形成され、前記ハブ本体５ａの軸方向内端寄り部分により加締められてハブ本体５ａに結合固定された前記内輪６ａは、この軸方向内側の列の内輪軌道８ｂよりも径方向内側の部分が加締められて固定されている。即ち、軸方向内側列の玉４ｂの玉径が小さい分、内輪６ａの内輪軌道８ｂ部分が径方向に肉厚となるので、加締め部１２ａを、前記軸方向内側の列の内輪軌道８ｂよりも径方向内側に形成する事ができる。これにより、加締め部１２ａが内輪軌道８ｂと軸方向に重畳していないので、加締めにより内輪軌道８ｂが変形することを抑制している。更に、前記内輪６ａの軸方向内半部も径方向に肉厚となるので、加締め加工による影響（フープストレスによる破損、内輪６ａの膨張による予圧、隙間の変化）を軽減する事ができる。又、従来構造の内輪６（図２参照）と比較して、前記内輪６aの肉厚が相対的に厚くなるので、内輪６ａのクリープを抑制することが出来る。

一方、軸方向外側列の玉４ａの玉径が大きいほど前記ハブ本体５ａの内輪軌道８ａの曲率が大きくなり、この内輪軌道８ａの背面（内径面）となるキャビティ１０ａの曲率を大きく取れるので、ハブ本体５ａの鍛造による成型加工が容易となると共に、軸方向外側列の内輪軌道８ａの近傍における肉厚の変化も小さくなるので、この内輪軌道８ａに対して高周波熱処理を行いやすいという効果がある。さらに、ハブ本体５ａの外径面においては、複列の内輪軌道８ａ、８ｂの列間部分が小径となるので、ハブ本体５ａの軽量化に繋がる。
又、外輪３ａにおいては、複列の外輪軌道１４ａ及び１４ｂの列間内径部分を、径寸法が大きい軸方向外側の外輪軌道１４ａに向かうに従い大径となる部分円錐面形状である傾斜面１３としている。これは、外輪３ａを鍛造により成型する際に、外輪３ａの内径部分の鍛造面を抜き勾配を持つ傾斜面とし、この傾斜した鍛造面と前記傾斜部１３とを平行の面とする事により、加工能率の悪い内径旋削で余分な旋削を減らすことが出来（旋削代が一定となるので、一度の加工で仕上げが可能）、加工能率の向上と省資源化に繋がる。

又、玉径が大きい軸方向外側列の玉４ａの公転速度が小さくなる為、玉４ａの回転によるグリースの攪拌が軽減され、外輪３ａの軸方向外側に取り付けられたシールリング１６からグリースが漏れ難くする事ができる。さらに、両列の玉４ａ及び４ｂの自転速度及び公転速度が異なるので、軸受回転時の振動・音響により軸受の検査を行う場合において、軸方向外側或いは内側のどちらの軌道面又は玉に損傷があるかを判断する事ができる。尚、両列を異なる玉数とすればより検査精度が向上し、玉数は両列とも奇数が好ましく、少なくとも一方が素数であればなおよい。

この発明に係る車輪支持用軸受ユニットは、自動車の懸架装置に対し車輪を回転自在に支持する為に利用できる。

１、１ａ 車輪支持用軸受ユニット
２、２ａ ハブ
３、３ａ 外輪
４、４ａ、４ｂ 玉
５、５ａ ハブ本体
６、６ａ 内輪
７ 回転フランジ
８、８ａ、８ｂ 内輪軌道
９ スタッド
１０、１０ａ キャビティ
１１ 小径段部
１２、１２ａ 加締め部
１３ 傾斜面
１４、 １４ａ、１４ｂ 外輪軌道
１５ 結合フランジ
１６ シールリング
１７、１７ａ エンコーダ
１８ カバー
１９、１９ａ キャップ
２０ センサ
２１ 平板部
２２ 縁部

Claims (1)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面の軸方向外端部に車輪を支持固定する為の回転フランジを、同じく軸方向に関する中間部及び内端寄り部分に複列の内輪軌道を、それぞれ有するハブと、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に各列毎に複数個ずつ設けられた転動体である玉とを備え、軸方向外側列の玉のピッチ円直径と軸方向内側列の玉のピッチ円直径とが等しく、上記ハブは、中間部外周面に軸方向外側の列の内輪軌道を直接形成したハブ本体と、外周面に軸方向内側の列の内輪軌道を形成し、この軸方向内側の列の内輪軌道よりも径方向内側の部分が、上記ハブ本体の軸方向内端寄り部分により加締められて結合固定された内輪部材とから成るものであり、上記ハブ本体の内径部に、軸方向外端部が開口して上記軸方向外側の列の内輪軌道よりも軸方向内側まで延びるキャビティを形成している車輪支持用軸受ユニットに於いて、
   上記軸方向外側の列の玉径が、上記軸方向内側の列の玉径よりも大きい事を特徴とする車輪支持用軸受ユニット。

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