JP2018105458A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】外方部材２に形成された外側転走面２ｄと転動体４の接点Ｘおよび内輪３２に形成された内側転走面３ｄと転動体４の接点Ｙを結ぶ仮想線Ｚが径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともにハブ輪３１に自在継手７の軸体７ａが嵌入されて自在継手７を介して回転動力が伝達される車輪用軸受装置１において、内輪３２と自在継手７の対向面間に介装されるトルクカム機構８を具備し、トルクカム機構８は、対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力Ｐを発揮して内輪３２をアウター側へ付勢する、とした。【選択図】図１０

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

従来より、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置が知られている（特許文献１参照）。車輪用軸受装置は、懸架装置を構成するナックルに外方部材が固定される。また、車輪用軸受装置は、外方部材の内側に内方部材が配置され、外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に複数の転動体が介装されている。こうして、車輪用軸受装置は、転がり軸受構造を構成し、内方部材に取り付けられた車輪を回転自在としているのである。

ところで、このような車輪用軸受装置は、転がり軸受構造の一態様であるアンギュラ玉軸受を構成しており、転動体のガタつきを抑えるために予圧が掛けられている。そのため、それぞれの転走面と転動体の接点で予圧に応じた荷重が掛かり、ひいては転がり抵抗を生じている。従って、アンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受装置は、低予圧状態のときに転動体の転がり抵抗が小さくなり、走行燃費が向上するのである。

加えて、このような車輪用軸受装置は、負荷が掛かると、その負荷に応じた弾性変形を生じる。例えば車体の旋回運動によって車輪を介して負荷が掛かると、その負荷に応じた弾性変形を生じる。また、負荷が掛かった際の弾性変形量が小さいことを軸受剛性が高いといい、アンギュラ玉軸受が低予圧状態のときよりも高予圧状態のときに軸受剛性が高くなることが知られている。従って、アンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受装置は、高予圧状態のときに軸受剛性が高くなり、走行安定性が向上するのである。

以上より、アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる車輪用軸受装置が求められていたのである。

特開２０１５−２２４６５５号公報

アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる車輪用軸受装置を提供する。

第一の発明は、
二つの外側転走面が形成された外方部材と、
軸方向に小径段部が設けられたハブ輪、および前記小径段部に外嵌される内輪からなり、前記ハブ輪と前記内輪のそれぞれに内側転走面が形成された内方部材と、
前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に介装される複数の転動体と、を備え、
前記外方部材に形成された前記外側転走面と前記転動体の接点および前記内輪に形成された前記内側転走面と前記転動体の接点を結ぶ仮想線が径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともに前記ハブ輪に自在継手の軸体が嵌入されて該自在継手を介して回転動力が伝達される車輪用軸受装置において、
前記内輪と前記自在継手の対向面間に介装されるトルクカム機構を具備し、
前記トルクカム機構は、前記対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力を発揮して前記内輪をアウター側へ付勢する、ものである。

第二の発明は、第一の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記トルクカム機構は、前記内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部と該ランプ部に接するボールで構成されており、前記対向面間における位相が相対変化すると前記ランプ部に沿って前記ボールが押し出されて軸方向への押力を発揮する、ものである。

第三の発明は、第二の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記トルクカム機構は、前記ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、前記対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と前記対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる、ものである。

第四の発明は、第一の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記トルクカム機構は、前記内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部と該ランプ部に接するフォロワ部で構成されており、前記対向面間における位相が相対変化すると前記ランプ部に沿って前記フォロワ部が押し出されて軸方向への押力を発揮する、ものである。

第五の発明は、第四の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記トルクカム機構は、前記ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、前記対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と前記対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる、ものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第一の発明に係る車輪用軸受装置は、外方部材に形成された外側転走面と転動体の接点および内輪に形成された内側転走面と転動体の接点を結ぶ仮想線が径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともにハブ輪に自在継手の軸体が嵌入されて自在継手を介して回転動力が伝達されるものである。また、本車輪用軸受装置は、内輪と自在継手の対向面間に介装されるトルクカム機構を具備している。そして、トルクカム機構は、対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力を発揮して内輪をアウター側へ付勢する。かかる車輪用軸受装置によれば、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が低予圧状態となり、車両が急激な加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が高予圧状態となる。従って、アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる。

第二の発明に係る車輪用軸受装置において、トルクカム機構は、内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部とランプ部に接するボールで構成されており、対向面間における位相が相対変化するとランプ部に沿ってボールが押し出されて軸方向への押力を発揮する。かかる車輪用軸受装置によれば、簡素な構造でありながら確実に、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の低予圧状態と車両が急激な加減速走行をしている際の高予圧状態を実現できる。

第三の発明に係る車輪用軸受装置において、トルクカム機構は、ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる。かかる車輪用軸受装置によれば、加速走行時における高予圧状態と減速走行時における高予圧状態に差異を設けることができる。

第四の発明に係る車輪用軸受装置において、トルクカム機構は、内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部とランプ部に接するフォロワ部で構成されており、対向面間における位相が相対変化するとランプ部に沿ってフォロワ部が押し出されて軸方向への押力を発揮する。かかる車輪用軸受装置によれば、簡素な構造でありながら確実に、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の低予圧状態と車両が急激な加減速走行をしている際の高予圧状態を実現できる。

第五の発明に係る車輪用軸受装置において、トルクカム機構は、ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる。かかる車輪用軸受装置によれば、加速走行時における高予圧状態と減速走行時における高予圧状態に差異を設けることができる。

車輪用軸受装置を示す斜視図。 車輪用軸受装置を示す断面図。 車輪用軸受装置の一部構造を示す断面図。 車輪用軸受装置の一部構造を示す断面図。 車輪用軸受装置を構成する内方部材と自在継手の連結構造を示す組立図。 車輪用軸受装置の要部構造を示す断面図。 第一実施形態のトルクカム機構を示す投影図および一部構造を示す断面図。 トルクカム機構の軸受側板と継手側板の位相の相対変化を示す断面図。 トルクカム機構の機能を示す断面図。 トルクカム機構の機能を示す断面図。 トルクカム機構に適用し得る一部構造の位相の相対変化を示す断面図。 第二実施形態のトルクカム機構を示す投影図および一部構造を示す断面図。 トルクカム機構の軸受側板と継手側板の位相の相対変化を示す断面図。 トルクカム機構の機能を示す断面図。 トルクカム機構の機能を示す断面図。 トルクカム機構に適用し得る一部構造の位相の相対変化を示す断面図。

以下に、図１から図４を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置１について説明する。図１は、車輪用軸受装置１を示す斜視図である。図２は、車輪用軸受装置１を示す断面図である。図３および図４は、車輪用軸受装置１の一部構造を示す断面図である。

車輪用軸受装置１は、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１は、外方部材２と、内方部材３と、転動体４と、インナー側シール部材５と、アウター側シール部材６と、を備える。なお、以下において、「インナー側」とは、車体に取り付けられた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、「アウター側」とは、車体に取り付けられた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。また、「径方向外側」とは、内方部材３の回転軸Ｌから遠ざかる方向を表し、「径方向内側」とは、内方部材３の回転軸Ｌに近づく方向を表す。

外方部材２は、転がり軸受構造の外輪部分を構成するものである。外方部材２は、例えばＳ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。外方部材２のインナー側端部には、封止面２ａが形成されている。また、外方部材２のアウター側端部には、封止面２ｂが形成されている。更に、外方部材２の内周には、二つの外側転走面２ｃ・２ｄが形成されている。外側転走面２ｃは、後述する内側転走面３ｃに対向する。外側転走面２ｄは、後述する内側転走面３ｄに対向する。なお、外側転走面２ｃ・２ｄには、高周波焼入れが施され、表面硬さが５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、外方部材２の外周には、ナックル取り付けフランジ２ｅが一体的に形成されている。ナックル取り付けフランジ２ｅには、複数のボルト穴２ｆが設けられている。

内方部材３は、転がり軸受構造の内輪部分を構成するものである。内方部材３は、ハブ輪３１と内輪３２で構成されている。

ハブ輪３１は、例えばＳ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。ハブ輪３１には、そのインナー側端部から軸方向中央部まで小径段部３ａが形成されている。小径段部３ａは、ハブ輪２１の外径が小さくなった部分を指し、その外周面が回転軸Ｌを中心とする円筒形状となっている。また、ハブ輪３１には、そのインナー側端部からアウター側端部まで貫かれた自在継手取付穴３ｂが形成されている。自在継手取付穴３ｂは、ハブ輪３１の中心に設けられた貫通穴を指し、その内周面における一部が凹部と凸部が交互に並ぶ凹凸形状（図示せず：スプライン穴）となっている。更に、ハブ輪３１の外周には、内側転走面３ｃが形成されている。内側転走面３ｃは、前述した外側転走面２ｃに対向する。なお、ハブ輪３１は、小径段部３ａから内側転走面３ｃを経てシールランド部（後述する軸面部３ｅと曲面部３ｆと側面部３ｇで構成される）まで高周波焼入れが施され、表面硬さが５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、ハブ輪３１の外周には、車輪取り付けフランジ３ｈが一体的に形成されている。車輪取り付けフランジ３ｈには、複数の貫通穴３ｉが設けられ、それぞれの貫通穴３ｉにハブボルト３３が圧入されている。

内輪３２は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成されている。内輪３２の外周には、封止面３ｊが形成されている。また、内輪３２の外周には、内側転走面３ｄが形成されている。内輪３２は、ハブ輪３１の小径段部３ａに外嵌されることにより、ハブ輪３１の外周に内側転走面３ｄを構成する。内側転走面３ｄは、前述した内側転走面２ｄに対向する。なお、内輪３２は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、内輪３２は、いわゆるしまり嵌めで小径段部３ａに外嵌される。

転動体４は、転がり軸受構造の転動部分を構成するものである。転動体４は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成されている。インナー側の転動体列４Ｒは、複数の転動体４が保持器によって環状に配置されたものである。それぞれの転動体４は、外方部材２の外側転走面２ｄと内方部材３の内側転走面３ｄの間に転動自在に介装されている。一方で、アウター側の転動体列４Ｒも、複数の転動体４が保持器によって環状に配置されたものである。それぞれの転動体４は、外方部材２の外側転走面２ｃと内方部材３の内側転走面３ｃの間に転動自在に介装されている。なお、転動体４は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。

インナー側シール部材５は、外方部材２と内方部材３の間に形成された環状空間Ｓのインナー側端部を密封するものである。インナー側シール部材５は、スリンガ５１とシールリング５２で構成されている。

スリンガ５１は、内輪３２の封止面３ｊに外嵌される。スリンガ５１は、フェライト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）やオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）で構成されている。スリンガ５１は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が直角に折り曲げられた形状となっている。これにより、スリンガ５１は、円筒状の嵌合部５１ａと、その端部から径方向外側に向かって延びる円板状の側板部５１ｂと、が形成されている。

シールリング５２は、外方部材２の封止面２ａに内嵌される。シールリング５２は、芯金５３とシールゴム５４で構成されている。芯金５３は、フェライト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）やオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）で構成されている。芯金５３は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が直角に折り曲げられた形状となっている。これにより、芯金５３は、円筒状の嵌合部５３ａと、その端部から径方向内側に向かって延びる円板状の側板部５３ｂと、が形成されている。なお、嵌合部５３ａと側板部５３ｂには、弾性部材であるシールゴム５４が加硫接着されている。

シールゴム５４は、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等の合成ゴムで構成されている。シールゴム５４に形成されたシールリップ５４ａは、その先端部分がスリンガ５１の嵌合部５１ａに接触している。また、シールリップ５４ｂ・５４ｃは、その先端部分がスリンガ５１の側板部５１ｂに接触している。このようにして、インナー側シール部材５は、泥水や砂塵が環状空間Ｓに侵入するのを防ぐとともに、グリースが環状空間Ｓから漏出するのを防いでいるのである。

アウター側シール部材６は、外方部材２と内方部材３の間に形成された環状空間Ｓのアウター側端部を密封するものである。アウター側シール部材６は、シールリング６１で構成されている。

シールリング６１は、外方部材２の封止面２ｂに内嵌される。シールリング６１は、芯金６２とシールゴム６３で構成されている。芯金６２は、フェライト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）やオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）で構成されている。芯金６２は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が複雑に折り曲げられた形状となっている。これにより、芯金６２は、円筒状の嵌合部６２ａと、その端部から径方向内側に向かって延びる円板状の側板部６２ｂと、が形成されている。なお、嵌合部６２ａと側板部６３ｂには、弾性部材であるシールゴム６３が加硫接着されている。

シールゴム６３は、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等の合成ゴムで構成されている。シールゴム６３に形成されたシールリップ６３ａは、その先端部分がハブ輪３１の軸面部３ｅに接触している。また、シールリップ６３ｂは、その先端部分がハブ輪３１の曲面部３ｆに接触している。更に、シールリップ６３cは、その先端部分がハブ輪３１の側面部３ｇに接触している。このようにして、アウター側シール部材６は、泥水や砂塵が環状空間Ｓに侵入するのを防ぐとともに、グリースが環状空間Ｓから漏出するのを防いでいるのである。

次に、図５を用いて、内方部材３に回転動力を伝達可能とした構造について説明する。図５は、車輪用軸受装置１を構成する内方部材３と自在継手７の連結構造を示す組立図である。

上述したように、ハブ輪３１には、そのインナー側端部から軸方向中央部まで小径段部３ａが形成されている。小径段部３ａは、その軸方向の長さが内輪３２の長さよりも短いため、内輪３２の端面３ｓよりもアウター側に収まっている。なお、内輪３２の端面３ｓは、回転軸Ｌに対して垂直となっている。一方で、自在継手７は、軸体７ａを有している。軸体７ａは、その外周面における一部が凹部と凸部が交互に並ぶ凹凸形状（図示せず：スプライン軸）となっている。また、軸体７ａの先端面における中央には、ボルト穴７ｃが設けられている。更に、自在継手７には、軸体７ａと一体化した筐体７ｂが形成されている。なお、筐体７ｂの端面７ｓは、回転軸Ｌに対して垂直となっている。このため、ハブ輪３１の自在継手取付穴３ｂに軸体７ａを一部挿入した状態で、アウター側からセンターボルト７１を締め付けていくと、互いの凹凸形状の歯面が削れてガタつくことなく完全に嵌合される。このような連結構造をプレスコネクト方式（ＰＣＳ）という。但し、一般的であるスプライン嵌合による連結構造を用いてもよい。

次に、図６を用いて、車輪用軸受装置１のそれぞれの転走面２ｃ・２ｄ・３ｃ・３ｄに掛かる荷重について説明する。図６は、車輪用軸受装置１の要部構造を示す断面図である。

本車輪用軸受装置１は、外方部材２に形成された外側転走面２ｄと転動体４の接点をＸとし、内輪３２に形成された内側転走面３ｄと転動体４の接点をＹとし、接点Ｘと接点Ｙを結ぶ仮想線をＺとすると、仮想線Ｚが径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成している。そのため、転動体４には、仮想線Ｚに対して平行に荷重が掛かることとなる。換言すると、作用反作用の法則により、外側転走面２ｄと内側転走面３ｄには、仮想線Ｚに対して平行に荷重が掛かることとなる（矢印Ｆａ・Ｆｂ参照）。

また、本車輪用軸受装置１は、外方部材２に形成された外側転走面２ｃと転動体４の接点をＸとし、ハブ輪３１に形成された内側転走面３ｃと転動体４の接点をＹとし、接点Ｘと接点Ｙを結ぶ仮想線をＺとすると、仮想線Ｚが径方向外側へ向かうにつれてインナー側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成している。そのため、転動体４には、仮想線Ｚに対して平行に荷重が掛かることとなる。換言すると、作用反作用の法則により、外側転走面２ｃと内側転走面３ｃには、仮想線Ｚに対して平行に荷重が掛かることとなる（矢印Ｆｃ・Ｆｄ参照）。

次に、図７を用いて、第一実施形態であるトルクカム機構８について説明する。図７は、第一実施形態であるトルクカム機構８を示す投影図および一部構造を示す断面図である。図７の（Ａ）は、トルクカム機構８の正面図であり、（Ｂ）は、トルクカム機構８の側面図であり、（Ｃ）は、トルクカム機構８の背面図である。また、図７の（Ｄ）は、Ｈ−Ｈ断面図であり、（Ｅ）は、Ｉ−Ｉ断面図であり、（Ｆ）は、Ｊ−Ｊ断面図である。

トルクカム機構８は、内輪３２を適宜に付勢してアンギュラ玉軸受の予圧状態を調節するものである。トルクカム機構８は、軸受側板８１と、継手側板８２と、ボール８３と、で構成されている。

軸受側板８１は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成される。軸受側板８１のインナー側端面８１ａには、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で複数のランプ部８１ｂが形成されている。それぞれのランプ部８１ｂは、後述するランプ部８２ｂに対向する。ランプ部８１ｂは、回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された断面形状が半円形の凹部を指し、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部まで徐々に深くなっている。また、その円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までも徐々に深くなっている。すなわち、ランプ部８１ｂは、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成され、周方向一側および周方向他側へ傾斜している。但し、本軸受側板８１に形成されているランプ部８１ｂは、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの傾斜角度αとその円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの傾斜角度βが異なっている。なお、軸受側板８１は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、軸受側板８１は、回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で貫通穴８１ｃが設けられており、この貫通穴８１ｃに通されたボルトによって内輪３２の端面３ｓに固定される（図３および図６参照）。このとき、軸受側板８１とともにホルダー８４も内輪３２に固定される（図３および図６参照）。

継手側板８２は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成される。継手側板８２のアウター側端面８２ａには、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で複数のランプ部８２ｂが形成されている。それぞれのランプ部８２ｂは、前述したランプ部８１ｂに対向する。ランプ部８２ｂは、回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された断面形状が半円形の凹部を指し、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部まで徐々に深くなっている。また、その円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までも徐々に深くなっている。すなわち、ランプ部８２ｂは、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成され、周方向一側および周方向他側へ傾斜している。但し、本継手側板８２に形成されているランプ部８２ｂは、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの傾斜角度αとその円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの傾斜角度βが異なっている。なお、継手側板８２は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、継手側板８２は、回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で貫通穴８２ｃが設けられており、この貫通穴８２ｃに通されたボルトによって筐体７ｂの端面７ｓに固定される（図３および図６参照）。あるいは筐体７ｂの段部７ｄに圧入されて固定される（図３および図６参照）。継手側板８２の外周面には、ホルダー８４に加硫接着されたシールゴムが接触している。

ボール８３は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成される。それぞれのボール８３は、軸受側板８１のランプ部８１ｂと継手側板８２のランプ部８２ｂの間に介装されている。なお、ボール８３は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、ボール８３は、ランプ部８１ｂの最も深い位置（図８の（Ａ）における点Ｄ参照）とランプ部８２ｂの最も深い位置（図８の（Ａ）における点Ｄ参照）に挟まれた状態にあっても、互いから荷重が掛かる程度に大きいものである。

次に、図８から図１０を用いて、上述したトルクカム機構８を採用したことによる効果について説明する。図８は、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相の相対変化を示す断面図である。図８の（Ａ）は、位相がずれていない状態を示し、（Ｂ）は、位相が一方へずれた状態を示し、（Ｃ）は、位相が他方へずれた状態を示している。更に、図９および図１０は、トルクカム機構８の機能を示す断面図である。図９は、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の状態を示している。また、図１０の（Ａ）は、車両が急激な加速走行をしている際の状態を示し、（Ｂ）は、車両が急激な減速走行をしている際の状態を示している。

まず、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に小さいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることはほとんどない。これは、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相が相対変化しないことを意味する（図８の（Ａ）参照）。すると、トルクカム機構８を構成するボール８３は、ランプ部８１ｂの最も深い位置（図８の（Ａ）における点Ｄ参照）とランプ部８２ｂの最も深い位置（図８の（Ａ）における点Ｄ参照）に挟まれた状態で維持されることとなる。従って、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２が離間しないので、軸方向への押力を発揮することはなく、内輪３２をアウター側へ付勢しない（図９参照）。

次に、車両が急激な加速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に大きいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることとなる。これは、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相が相対変化することを意味する（図８の（Ｂ）参照）。すると、トルクカム機構８を構成するボール８３は、ランプ部８１ｂの浅い位置（図８の（Ｂ）における点Ｓ参照）とランプ部８２ｂの浅い位置（図８の（Ｂ）における点Ｓ参照）に挟まれた状態に変化することとなる。こうして、トルクカム機構８は、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２が離間するので、軸方向への押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するのである（図１０の（Ａ）参照）。これにより、内輪３２が微小ながら移動および変形し、転動体４に掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる。換言すると、外側転走面２ｄと内側転走面３ｄに掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる（図１０の（Ａ）における矢印Ｆａ・Ｆｂ参照）。これは、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。同時に、外側転走面２ｃと内側転走面３ｃに掛かる荷重も初期値よりも増加することとなる。これについても、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。

次に、車両が急激な減速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に大きいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることとなる。これは、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相が相対変化することを意味する（図８の（Ｃ）参照）。すると、トルクカム機構８を構成するボール８３は、ランプ部８１ｂの浅い位置（図８の（Ｃ）における点Ｓ参照）とランプ部８２ｂの浅い位置（図８の（Ｃ）における点Ｓ参照）に挟まれた状態に変化することとなる。こうして、トルクカム機構８は、軸受側板８１と継手側板８２が離間するので、軸方向への押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するのである（図１０の（Ｂ）参照）。これにより、内輪３２が微小ながら移動および変形し、転動体４に掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる。換言すると、外側転走面２ｄと内側転走面３ｄに掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる（図１０の（Ｂ）における矢印Ｆａ・Ｆｂ参照）。これは、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。同時に、外側転走面２ｃと内側転走面３ｃに掛かる荷重も初期値よりも増加することとなる。これについても、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。

以上のように、車輪用軸受装置１は、外方部材２に形成された外側転走面２ｄと転動体４の接点Ｘおよび内輪３２に形成された内側転走面３２ｄと転動体４の接点Ｙを結ぶ仮想線Ｚが径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともにハブ輪３１に自在継手７の軸体７ａが嵌入されて自在継手７を介して回転動力が伝達されるものである。また、本車輪用軸受装置１は、内輪３２と自在継手７の対向面間に介装されるトルクカム機構８を具備している。そして、トルクカム機構８は、対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力Ｐを発揮して内輪３２をアウター側へ付勢する。かかる車輪用軸受装置１によれば、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が低予圧状態となり、車両が急激な加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が高予圧状態となる。従って、アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる。具体的な効果として、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際には低予圧状態となるので走行燃費の向上を実現でき、車両が急激な加減速走行をしている際には高予圧状態となるので走行安定性の向上を実現できる。

また、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構８は、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部８１ｂ・８２ｂとランプ部８１ｂ・８２ｂに接するボール８３で構成されており、対向面間における位相が相対変化するとランプ部８１ｂ・８２ｂに沿ってボール８３が押し出されて軸方向への押力Ｐを発揮する。かかる車輪用軸受装置１によれば、簡素な構造でありながら確実に、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の低予圧状態と車両が急激な加減速走行をしている際の高予圧状態を実現できる。

更に、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構８は、ランプ部８１ｂ・８２ｂの周方向一側への傾斜角度αと周方向他側への傾斜角度βが相違し、対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力Ｐと対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力Ｐが異なる。かかる車輪用軸受装置１によれば、加速走行時における高予圧状態と減速走行時における高予圧状態に差異を設けることができる。

加えて、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構８は、急激な加速走行をしている場合にのみ押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するとしてもよい。これは、ランプ部８１ｂ・８２ｂの形状を工夫することによって実現できる。具体的に説明すると、円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの形状をボール８３が転動可能な緩慢な傾斜とし、円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの形状をボール８３が転動不可能な急峻な傾斜若しくは垂直面とすることで実現できる。つまり、車両が急激な加速走行をしている場合には、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相が相対変化するが（図１１の（Ｂ）参照）、車両が急激な減速走行をしている場合には、トルクカム機構８の軸受側板８１と継手側板８２の位相が相対変化しないように設計するのである（図１１の（Ｃ）参照）。なお、同様の設計思想により、急激な減速走行をしている場合にのみ押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢することも可能となる。

次に、図１２を用いて、第二実施形態であるトルクカム機構９について説明する。図１２は、第二実施形態であるトルクカム機構９を示す投影図および一部構造を示す断面図である。図１２の（Ａ）は、トルクカム機構９の正面図であり、（Ｂ）は、トルクカム機構９の側面図であり、（Ｃ）は、トルクカム機構９の背面図である。また、図１２の（Ｄ）は、Ｈ−Ｈ断面図であり、（Ｅ）は、Ｉ−Ｉ断面図であり、（Ｆ）は、Ｊ−Ｊ断面図である。

トルクカム機構９は、内輪３２を適宜に付勢してアンギュラ玉軸受の予圧状態を調節するものである。トルクカム機構９は、軸受側板９１と、継手側板９２と、で構成されている。

軸受側板９１は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成される。軸受側板９１のインナー側端面９１ａには、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で複数のランプ部９１ｂが形成されている。それぞれのランプ部９１ｂは、後述するフォロワ部９２ｂに対向する。ランプ部９１ｂは、回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された断面形状が矩形の凹部を指し、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部まで徐々に深くなっている。また、その円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までも徐々に深くなっている。すなわち、ランプ部９１ｂは、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成され、周方向一側および周方向他側へ傾斜している。但し、本軸受側板９１に形成されているランプ部９１ｂは、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの傾斜角度αとその円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの傾斜角度βが異なっている。なお、軸受側板９１は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、軸受側板９１は、回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で貫通穴９１ｃが設けられており、この貫通穴９１ｃに通されたボルトによって内輪３２の端面３ｓに固定される（図３および図６参照）。このとき、軸受側板９１とともにホルダー９４も内輪３２に固定される（図３および図６参照）。

継手側板９２は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成される。継手側板９２のアウター側端面９２ａには、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で複数のフォロワ部９２ｂが形成されている。それぞれのフォロワ部９２ｂは、前述したランプ部９１ｂに対向する。フォロワ部９２ｂは、回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された断面形状が矩形の凸部を指し、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部まで徐々に高くなっている。また、その円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までも徐々に高くなっている。すなわち、フォロワ部９２ｂは、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成され、周方向一側および周方向他側へ傾斜している。但し、本継手側板９２に形成されているフォロワ部９２ｂは、その円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの傾斜角度αとその円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの傾斜角度βが異なっている。なお、継手側板９２は、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となるように硬化処理されている。加えて、継手側板９２は、回転軸Ｌを中心とする円周上に等しい間隔で貫通穴９２ｃが設けられており、この貫通穴９２ｃに通されたボルトによって筐体７ｂの端面７ｓに固定される（図３および図６参照）。あるいは筐体７ｂの段部７ｄに圧入されて固定される（図３および図６参照）。継手側板９２の外周面には、ホルダー９４に加硫接着されたシールゴムが接触している。

次に、図１３から図１５を用いて、上述したトルクカム機構９を採用したことによる効果について説明する。図１３は、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相の相対変化を示す断面図である。図１３の（Ａ）は、位相がずれていない状態を示し、（Ｂ）は、位相が一方へずれた状態を示し、（Ｃ）は、位相が他方へずれた状態を示している。更に、図１４および図１５は、トルクカム機構８の機能を示す断面図である。図１４は、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の状態を示している。また、図１５の（Ａ）は、車両が急激な加速走行をしている際の状態を示し、（Ｂ）は、車両が急激な減速走行をしている際の状態を示している。

まず、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に小さいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることはほとんどない。これは、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相が相対変化しないことを意味する（図１３の（Ａ）参照）。すると、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２は、ランプ部９１ｂの最も深い位置（図１３の（Ａ）における点Ｄ参照）とフォロワ部９２ｂの最も高い位置（図１３の（Ａ）における点Ｈ参照）が接した状態で維持されることとなる。従って、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２が離間しないので、軸方向への押力を発揮することはなく、内輪３２をアウター側へ付勢しない（図１４参照）。

次に、車両が急激な加速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に大きいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることとなる。これは、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相が相対変化することを意味する（図１３の（Ｂ）参照）。すると、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２は、ランプ部９１ｂの浅い位置（図１３の（Ｂ）における点Ｓ参照）とフォロワ部９２ｂの最も高い位置（図１３の（Ｂ）における点Ｈ参照）が接した状態に変化することとなる。こうして、トルクカム機構９は、軸受側板９１と継手側板９２が離間するので、軸方向への押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するのである（図１５の（Ａ）参照）。これにより、内輪３２が微小ながら移動および変形し、転動体４に掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる。換言すると、外側転走面２ｄと内側転走面３ｄに掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる（図１５の（Ａ）における矢印Ｆａ・Ｆｂ参照）。これは、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。同時に、外側転走面２ｃと内側転走面３ｃに掛かる荷重も初期値よりも増加することとなる。これについても、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。

次に、車両が急激な減速走行をしている場合について想定する。この場合、自在継手７に掛かるトルクは、比較的に大きいので、軸体７ａと筐体７ｂに捻じれが生じることとなる。これは、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相が相対変化することを意味する（図１３の（Ｃ）参照）。すると、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２は、ランプ部９１ｂの浅い位置（図１３の（Ｃ）における点Ｓ参照）とフォロワ部９２ｂの最も高い位置（図１３の（Ｃ）における点Ｈ参照）が接した状態に変化することとなる。こうして、トルクカム機構９は、軸受側板９１と継手側板９２が離間するので、軸方向への押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するのである（図１５の（Ｂ）参照）。これにより、内輪３２が微小ながら移動および変形し、転動体４に掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる。換言すると、外側転走面２ｄと内側転走面３ｄに掛かる荷重が初期値よりも増加することとなる（図１５の（Ｂ）における矢印Ｆａ・Ｆｂ参照）。これは、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。同時に、外側転走面２ｃと内側転走面３ｃに掛かる荷重も初期値よりも増加することとなる。これについても、アンギュラ玉軸受が低予圧状態から高予圧状態に移行したことを意味する。

以上のように、車輪用軸受装置１は、外方部材２に形成された外側転走面２ｄと転動体４の接点Ｘおよび内輪３２に形成された内側転走面３２ｄと転動体４の接点Ｙを結ぶ仮想線Ｚが径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともにハブ輪３１に自在継手７の軸体７ａが嵌入されて自在継手７を介して回転動力が伝達されるものである。また、本車輪用軸受装置１は、内輪３２と自在継手７の対向面間に介装されるトルクカム機構９を具備している。そして、トルクカム機構９は、対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力Ｐを発揮して内輪３２をアウター側へ付勢する。かかる車輪用軸受装置１によれば、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が低予圧状態となり、車両が急激な加減速走行をしている際にはアンギュラ玉軸受が高予圧状態となる。従って、アンギュラ玉軸受が低予圧状態であるときの走行燃費の向上と、アンギュラ玉軸受が高予圧状態であるときの走行安定性の向上と、をともに実現できる。具体的な効果として、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際には低予圧状態となるので走行燃費の向上を実現でき、車両が急激な加減速走行をしている際には高予圧状態となるので走行安定性の向上を実現できる。

また、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構９は、内方部材３の回転軸Ｌを中心とする円弧線分Ｌｓに沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部９１ｂとランプ部９１ｂに接するフォロワ部９２ｂで構成されており、対向面間における位相が相対変化するとランプ部９１ｂに沿ってフォロワ部９２ｂが押し出されて軸方向への押力Ｐを発揮する。かかる車輪用軸受装置１によれば、簡素な構造でありながら確実に、車両が定速走行若しくは緩やかな加減速走行をしている際の低予圧状態と車両が急激な加減速走行をしている際の高予圧状態を実現できる。

更に、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構９は、ランプ部９１ｂの周方向一側への傾斜角度αと周方向他側への傾斜角度βが相違し、対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力Ｐと対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力Ｐが異なる。かかる車輪用軸受装置１によれば、加速走行時における高予圧状態と減速走行時における高予圧状態に差異を設けることができる。

加えて、本車輪用軸受装置１において、トルクカム機構９は、急激な加速走行をしている場合にのみ押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢するとしてもよい。これは、ランプ部９１ｂおよびフォロワ部９２ｂの形状を工夫することによって実現できる。具体的に説明すると、ランプ部９１ｂの円弧線分Ｌｓの一端から略中央部までの形状をフォロワ部９２ｂが摺動可能な緩慢な傾斜とし、円弧線分Ｌｓの他端から略中央部までの形状をフォロワ部９２ｂが摺動不可能な急峻な傾斜若しくは垂直面とすることで実現できる。つまり、車両が急激な加速走行をしている場合には、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相が相対変化するが（図１６の（Ｂ）参照）、車両が急激な減速走行をしている場合には、トルクカム機構９の軸受側板９１と継手側板９２の位相が相対変化しないように設計するのである（図１６の（Ｃ）参照）。なお、同様の設計思想により、急激な減速走行をしている場合にのみ押力Ｐを発揮し、内輪３２をアウター側へ付勢することも可能となる。

１ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
２ｃ 外側転走面
２ｄ 外側転走面
３ 内方部材
３１ ハブ輪
３２ 内輪
３ａ 小径段部
３ｃ 内側転走面
３ｄ 内側転走面
４ 転動体
７ 自在継手
７ａ 軸体
７ｂ 筐体
８ トルクカム機構
８１ 軸受側板
８１ｂ ランプ部
８２ 継手側板
８２ｂ ランプ部
８３ ボール
９ トルクカム機構
９１ 軸受側板
９１ｂ ランプ部
９２ 継手側板
９２ｂ フォロワ部
Ｘ 外側転走面と転動体の接点
Ｙ 内側転走面と転動体の接点
Ｚ 仮想線
Ｐ 押力

Claims (5)

1. 二つの外側転走面が形成された外方部材と、
   軸方向に小径段部が設けられたハブ輪、および前記小径段部に外嵌される内輪からなり、前記ハブ輪と前記内輪のそれぞれに内側転走面が形成された内方部材と、
   前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に介装される複数の転動体と、を備え、
   前記外方部材に形成された前記外側転走面と前記転動体の接点および前記内輪に形成された前記内側転走面と前記転動体の接点を結ぶ仮想線が径方向外側へ向かうにつれてアウター側へ傾くアンギュラ玉軸受を構成するとともに前記ハブ輪に自在継手の軸体が嵌入されて該自在継手を介して回転動力が伝達される車輪用軸受装置において、
   前記内輪と前記自在継手の対向面間に介装されるトルクカム機構を具備し、
   前記トルクカム機構は、前記対向面間における位相が相対変化すると軸方向への押力を発揮して前記内輪をアウター側へ付勢する、ことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記トルクカム機構は、前記内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部と該ランプ部に接するボールで構成されており、前記対向面間における位相が相対変化すると前記ランプ部に沿って前記ボールが押し出されて軸方向への押力を発揮する、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記トルクカム機構は、前記ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、前記対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と前記対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる、ことを特徴とする請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記トルクカム機構は、前記内方部材の回転軸を中心とする円弧線分に沿って形成された周方向一側および周方向他側へ傾斜するランプ部と該ランプ部に接するフォロワ部で構成されており、前記対向面間における位相が相対変化すると前記ランプ部に沿って前記フォロワ部が押し出されて軸方向への押力を発揮する、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記トルクカム機構は、前記ランプ部の周方向一側への傾斜角度と周方向他側への傾斜角度が相違し、前記対向面間における位相が一方へ相対変化したときの軸方向への押力と前記対向面間における位相が他方へ相対変化したときの軸方向への押力が異なる、ことを特徴とする請求項４に記載の車輪用軸受装置。

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