JP2023029118A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の射出成形における樹脂の充填性を向上させるとともに、軸受トルクの増加を抑制できる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】環状に形成される円環部７ａと円環部７ａから周方向に一定の間隔で軸方向に延びる複数の柱部７ｂを有し、隣り合う柱部７ｂと円環部７ａとによって転動体（ボール８）の外周面に沿う曲面７ｅを有するポケットＰｔが形成され、ポケットＰｔに転動体（８）を保持する樹脂製の保持器７を備え、柱部７ｂが切り欠き部７ｋによって内径側と外径側とに分岐して形成される車輪用軸受装置１であって、柱部７ｂと軸方向反対側の円環部７ａの端部７ｐを始点として、内径側の柱部７ｃの軸方向長さａは、転動体（８）の中心位置Ｐ１までの軸方向長さｂよりも短く、切り欠き部７ｋの円環部７ａ側の端部位置Ｐ２までの軸方向長さｃよりも長い、とした。【選択図】図５

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

従来、自動車等の懸架装置において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。車輪用軸受装置は、複数の転動体（ここでは、ボール）を介してハブ輪を含む内方部材が外方部材に回転自在に支持されている。複数のボールは、保持器によって周方向に等配されるとともに、隣り合うボール同士の接触が防止された状態で保持されている。

このような車輪用軸受装置において、隣り合うボール同士を仕切っている保持器の柱部の周方向の厚さを薄くするとともに、柱部に切り欠き部を形成してボールの個数を増やすことで、保持器を強度不足の問題ないものとしつつ、軸受寿命の増大を可能としたものが知られている。例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の如くである。

特許文献１及び特許文献２に記載の保持器には、保持器のうち柱部の周方向の厚さを薄くするとともに、隣り合うボール同士が最も近接している部分に切り欠き部が形成されている。つまり、隣り合うボール同士は、最も近接している部分に柱部が介在していない。これにより、保持器は、周方向のボール間距離を短くすることで、組み込めるボール数を増やした構造となっている。

欧州特許出願公開第０５９２８３９号明細書 特開２００５－１８０６３０号公報

上記特許文献１及び特許文献２に記載の保持器において、柱部は、切り欠き部によって内径側と外径側の二股に分岐している。特許文献１において、図７（Ａ）に示すように、柱部と軸方向反対側の円環部の端部を始点として、内径側の柱部の軸方向長さａ１は、ボールの中心位置までの軸方向長さｂ１とほぼ同じである。特許文献２において、図７（Ｂ）に示すように、柱部と軸方向反対側の円環部の端部を始点として、内径側の柱部の軸方向長さａ２は、ボールの中心位置までの軸方向長さｂ２よりも長い。このような内径側の柱部の形状は、保持器の射出形成時に、柱部の先端まで樹脂が到達しないことによる樹脂の充填不良が懸念され、保持器の品質が安定しない可能性がある。

また、近年の車両の低燃費化に伴い、車輪用軸受装置にも低トルク化が求められている。保持器においては、車輪用軸受装置の回転時に保持器とボールとの間でグリースのせん断抵抗が発生し、軸受トルクの増加に繋がるため、改善が求められている。

そこで、本発明においては、保持器の射出成形における樹脂の充填性を向上させるとともに、軸受トルクの増加を抑制できる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

即ち、第一の発明は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道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との両軌道面間に転動自在に介装された複列の転動体と、環状に形成される円環部と前記円環部から周方向に一定の間隔で軸方向に延びる複数の柱部とを有し、隣り合う前記柱部と前記円環部とによって前記転動体の外周面に沿う曲面を有するポケットが形成され、前記ポケットに前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備え、前記柱部が切り欠き部によって内径側と外径側とに分岐して形成される車輪用軸受装置であって、前記柱部と軸方向反対側の前記円環部の端部を始点として、前記内径側の柱部の軸方向長さは、前記転動体の中心位置までの軸方向長さよりも短く、前記切り欠き部の前記円環部側の端部位置までの軸方向長さよりも長い、としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、第一の発明によれば、柱部への樹脂の充填性が向上するとともに、ボールと柱部との間におけるグリースのせん断抵抗が減少する。従って、保持器の射出成形における樹脂の充填性を向上させるとともに、軸受トルクの増加を抑制できる。

車輪用軸受装置の全体構成を示す断面図。 ボールと保持器の構成を示す拡大断面図。 保持器の全体構成を示す平面図。 保持器の全体構成を示す断面図。 内径側の柱部の軸方向長さを示す拡大断面図。 ゲート部とウエルドの位置を示す拡大斜視図。 従来の保持器における内径側の柱部の軸方向長さを示す拡大断面図。

以下に、図１及び図２を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態である車輪用軸受装置１について説明する

図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において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、外方部材である外輪２、内方部材であるハブ輪３、内輪４、転動列である二列のインナー側ボール列５、アウター側ボール列６、シール部材であるインナー側シール部材９、シール部材であるアウター側シール部材１０を具備する。ここで、本明細書において、インナー側とは、車輪用軸受装置１を車体に取り付け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、車輪用軸受装置１を車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。また、車輪用軸受装置１の回転軸と平行な方向を「軸方向」、車輪用軸受装置１の回転軸に直交する方向を「径方向」、車輪用軸受装置１の回転軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と表す。また、回転軸に沿って軸受内部から遠ざかる側を「軸方向外側」、回転軸に沿って軸受内部に近づく側を「軸方向内側」と表す。

外輪２は、インナー側ボール列５及びアウター側ボール列６を介してハブ輪３と内輪４を支持するものである。外輪２は、略円筒状に形成されている。外輪２のインナー側端部には、インナー側シール部材９が嵌合可能なインナー側開口部２ａが形成されている。外輪２のアウター側端部には、アウター側シール部材１０が嵌合可能なアウター側開口部２ｂが形成されている。

外輪２の内径面には、インナー側の外側軌道面２ｃとアウター側の外側軌道面２ｄとが設けられている。外輪２の外周面には、懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｅが一体に形成されている。

ハブ輪３は、車両の車輪を回転自在に支持するものである。ハブ輪３は、円柱状に形成されている。ハブ輪３のインナー側端部には、外周面に縮径された小径段部３ａが形成されている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に形成されている。車輪取り付けフランジ３ｂには、円周等配位置にハブボルト３ｄが挿通されている。また、ハブ輪３は、アウター側の内側軌道面３ｃが外輪２のアウター側の外側軌道面２ｄに対向するように配置されている。ハブ輪３には、小径段部３ａに内輪４が嵌合されている。

内輪４は、インナー側ボール列５とアウター側ボール列６とに予圧を与えるものである。内輪４の外周面には、周方向に環状の内側軌道面４ａが形成されている。内輪４は、かしめによりハブ輪３のインナー側端部に固定されている。つまり、ハブ輪３のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。内輪４は、その内側軌道面４ａが外輪２のインナー側の外側軌道面２ｃに対向するように配置されている。

インナー側ボール列５とアウター側ボール列６とは、転動体である複数のボール８が樹脂製の保持器７によって環状に保持されている。インナー側ボール列５は、内輪４の内側軌道面４ａと、外輪２のインナー側の外側軌道面２ｃとの間に転動自在に介装されている。アウター側ボール列６は、ハブ輪３の内側軌道面３ｃと、外輪２のアウター側の外側軌道面２ｄとの間に転動自在に介装されている。

保持器７は、ボール８を保持するものである。保持器７は、耐油性、耐摩耗性、潤滑性に優れた合成樹脂であるポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等から構成されている。また、補強材として、樹脂の中にグラスファイバ又はカーボンファイバ等が含まれていてもよい。

図２に示すように、保持器７は、環状の円環部７ａと複数の柱部７ｂとを有している。柱部７ｂは、円環部７ａから軸方向外側に延びている。柱部７ｂは、円環部７ａの周方向に沿って等間隔に配置されている。保持器７には、ボール８を独立して保持するポケットＰｔが隣り合う柱部７ｂの間に等間隔で形成されている（図３参照）。

ボール８は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２からなる鋼球等から構成されている。複数のボール８は、保持器７のポケットＰｔに回転自在に保持されている。

図１に示すように、インナー側シール部材９は、外輪２のインナー側開口部２ａと内輪４との隙間を塞ぐものである。インナー側シール部材９は、例えば二枚のシールリップを接触させる２サイドリップタイプのパックシールから構成されている。インナー側シール部材９は、略円筒状のシール板と略円筒状のスリンガとを具備する。

アウター側シール部材１０は、外輪２のアウター側開口部２ｂとハブ輪３との隙間を塞ぐものである。アウター側シール部材１０は、シール板と同じ材質の鋼板を略円筒状に形成された芯金に例えばＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなる複数のシールリップが固着されている。

次に、図２から図４を用いて、保持器７について詳しく説明する。

図２に示すように、円環部７ａは、ボール８の中心位置Ｐ１よりも軸方向内側に位置している。柱部７ｂは、円環部７ａの内径側と外径側とにそれぞれ設けられている。内径側の柱部７ｃは、円環部７ａから軸方向に沿って延びている。外径側の柱部７ｄは、円環部７ａから当該円環部７ａの外周面よりも外径側に離れるように傾斜して延びる第１部分７ｆと、第１部分７ｆから軸方向に沿って延びる第２部分７ｇとを有している。

内径側の柱部７ｃの軸方向端面Ｓ１は、外径側の柱部７ｄの軸方向端面Ｓ２よりも円環部７ａ側に形成されている。つまり、内径側の柱部７ｃは、外径側の柱部７ｄよりも軸方向に短く形成されている。

図３及び図４に示すように、隣り合う柱部７ｂの対向する側面の円環部７ａ側と、その間の円環部７ａとから構成される部分には、ボール８の外周面に沿う曲面７ｅが円環部７ａを底部とする略半球状に形成されている。また、外径側の柱部７ｄには、半球状の曲面７ｅの縁から柱部７ｂの先端に向かって軸方向にストレートに延びる案内面７ｈが形成されている（図６参照）。案内面７ｈは、ボール８を柱部７ｂの先端から曲面７ｅに囲まれた空間に導くように構成されている。これにより、保持器７には、隣り合う柱部７ｂの間に曲面７ｅと案内面７ｈとからボール８を保持するポケットＰｔが等間隔に形成されている。

ボール８が柱部７ｂの内面に接することで、ピッチ円ＰＣＤ上における隣り合うボール８間の最小間隔が規制される。柱部７ｂの厚さは、ピッチ円ＰＣＤ上で最も薄く、それよりも内径側及び外径側に離れるにしたがい、次第に厚くなっている。

柱部７ｂの曲面７ｅは、隣り合う柱部７ｂの略中央部分を底として湾曲している。隣り合う柱部７ｂ同士の間隔は、内径側端部同士の間隔Ｗｉと径方向外側端同士の間隔Ｗｏとが径方向略中央同士の間隔Ｗｃよりも小さくなるように形成されている。これにより、柱部７ｂは、ポケットＰｔの内部に配置されているボール８の径方向内側及び径方向外側への移動を規制している。外径側の柱部７ｄの先端部分には、周方向の両側に隣接する柱部７ｂに向かって突出している爪部７ｊがそれぞれ形成されている（図６参照）。

図２に示すように、柱部７ｂの径方向幅の略中央部分には、所定半径の曲面を有する切り欠き部７ｋが形成されている。切り欠き部７ｋは、内径側の柱部７ｃと外径側の柱部７ｄとを分岐させるものであり、柱部５ｂの径方向幅の略中央部分における部材を除去して形成されている。例えば、切り欠き部７ｋは、曲面７ｅ及び案内面７ｈ（図６参照）によって柱部７ｂの厚さが最も薄くなる部分を中心に、必要な強度を有していない部分を除去するように形成されている。なお、切り欠き部７ｋの形状は特に限定されるものではなく、内径側の柱部７ｃの先端部において、内径側の柱部７ｃと外径側の柱部７ｄの対向する面が平行に延びるように、柱部５ｂの部材を除去して形成されてもよい。切り欠き部７ｋの円環部５ａ側の端部位置Ｐ２は、ボール８の中心位置Ｐ１よりも円環部７ａ側に位置している。また、切り欠き部７ｋの径方向幅Ｗ（図５参照）の範囲内にボール８の中心位置Ｐ１が位置している。つまり、柱部７ｂは、ボール８の中心位置Ｐ１と周方向に重ならないように形成されている。このように構成することで、保持器７は、ボール８の間隔が小さくなり、保持するボール８の個数を増やすことができる。

次に、図５及び図６を用いて、車輪用軸受装置１の特徴点とその効果について説明する。以下において、軸方向長さは、柱部７ｃと軸方向反対側の円環部７ａの端部７ｐを始点として説明する。

図５に示すように、保持器７は、切り欠き部７ｋによって内径側の柱部７ｃと外径側の柱部７ｄとに二股に分岐されている。内径側の柱部７ｃは、その軸方向長さａが、ボール８の中心位置Ｐ１までの軸方向長さｂよりも短く形成されている。また、内径側の柱部７ｃは、その軸方向長さａが、切り欠き部７ｋの円環部５ａ側の端部位置Ｐ２までの軸方向長さｃよりも長く形成されている。つまり、内径側の柱部７ｃの軸方向長さａは、ボール８の中心位置Ｐ１までの軸方向長さｂよりも短く、切り欠き部７ｋの円環部５ａ側の端部位置Ｐ２までの軸方向長さｃよりも長い。

なお、外径側の柱部７ｄは、その軸方向長さが、ボール８の中心位置Ｐ１までの軸方向長さｂよりも長く形成されている。これにより、外径側の柱部７ｄは、爪部７ｊによってボール８の軸方向への移動を規制している（図６参照）。

このように、車輪用軸受装置１において、内径側の柱部７ｃの軸方向長さａが従来よりも短く形成されているため、柱部７ｂへの樹脂の充填性が向上する。また、ボール８と保持器７の接近面積が減少することにより、柱部７ｂとボール８との間におけるグリースのせん断抵抗が減少する。従って、保持器７の射出成形における樹脂の充填性を向上させるとともに、軸受トルクの増加を抑制できる。また、柱部７ｂへの樹脂の充填性が向上するため、保持器７の成形性が向上するとともに、保持器７の強度を確保できる。また、内径側の柱部７ｃの軸方向長さａが従来よりも短く形成されるため、保持器７の軽量化が可能となる。

保持器７は、樹脂の射出成形体である。保持器７は、射出形成時に金型のゲートから当該金型内に樹脂が注入される。保持器７は、ゲート部７ｍを有し、金型のゲートに対応する箇所にゲート部７ｍが位置する。保持器７は、ゲート部７ｍから充填された樹脂が合流して形成されたウエルド７ｎを有している。

図６に示すように、ゲート部７ｍは、円環部７ａの内径面に設けられ、内径側の柱部７ｃの軸方向の延長上に位置している。つまり、ゲート部７ｍは、円環部７ａに設けられ、柱部７ｂの軸方向の延長上に位置している。また、ウエルド７ｎは、柱部７ｂ同士の中間に位置している。ゲート部７ｍは、数箇所に設けられ、その設置数は保持器７に応じて定まっている。なお、ウエルド７ｎは、ウエルド７ｎが形成されていない他の部分よりも低強度となっている。ゲート部７ｍの設置数に応じてウエルド７ｎの形成数が増加するため、樹脂の充填が可能な範囲でゲート部７ｍの設置数を最小にすることが好ましい。

このように、車輪用軸受装置１において、樹脂が充填されるゲート部７ｍが、円環部７ａに設けられ、柱部７ｂの軸方向の延長上に位置するため、柱部７ｂへの樹脂の充填性を向上できる。また、柱部７ｂにウエルド７ｎが形成されないようにすることにより、保持器７の成形性を向上できる。

次に、図２を用いて、車輪用軸受装置１の他の特徴点とその効果について説明する。

車輪用軸受装置１は、ボール８が設けられた軸受内部にグリースが封入されている。グリースの動粘度は、３０ｍｍ^２／ｓ～２００ｍｍ^２／ｓが好ましい。グリースの動粘度が低すぎると、油膜形成が不十分となり、保持器７等が損傷するおそれがある。一方、グリースの動粘度が高すぎると、粘性抵抗が大きくなり温度上昇や摩擦損失が増大する。車輪用軸受装置１において、上記のように動粘度を３０ｍｍ^２／ｓ～２００ｍｍ^２／ｓとすることにより、グリースの動粘度が最適化される。

また、ポケットＰｔとボール８との間にポケットすきまｅが設けられている。ポケットすきまｅは、０．０５ｍｍ～０．４５ｍｍが好ましい。保持器７は、ポケットすきまｅの範囲内でボール８に対して自由に移動することができる。ポケットすきまｅが小さすぎると、ポケットＰｔとボール８が互いに干渉し、損傷するおそれがある。一方、ポケットすきまｅが大きすぎると、ポケットＰｔ内でボール８のガタツキが発生して音響特性が悪化する。車輪用軸受装置１において、上記のようにポケットすきまｅを０．０５ｍｍ～０．４５ｍｍとすることにより、ポケットすきまｅが最適化される。

以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施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、更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、更に特許請求の範囲に記載の均等の意味、及び範囲内のすべての変更を含む。また、本実施形態において、車輪用軸受装置１は、ハブ輪３の外周に内側軌道面３ｃが直接形成されている第３世代構造の車輪用軸受装置として構成されているがこれに限定するものではなく、ハブ輪に一対の内輪が圧入固定された第２世代構造、又は、ナックルとハブ輪との間に複列のアンギュラ玉軸受を嵌合させた第１世代構造であってもよい。

１ 車輪用軸受装置
２ 外輪（外方部材）
２ｃ 外側軌道面
２ｄ 外側軌道面
３ ハブ輪（内方部材）
３ｃ 内側軌道面
４ 内輪（内方部材）
４ａ 内側軌道面
５ インナー側ボール列
６ アウター側ボール列
７ 保持器
７ａ 円環部
７ｂ 柱部
７ｃ 内径側の柱部
７ｄ 外径側の柱部
７ｅ 転動体の外周面に沿う曲面
７ｍ ゲート部
７ｎ ウエルド
７ｐ 柱部と軸方向反対側の円環部の端部
８ ボール（転動体）
ａ 内径側の柱部の軸方向長さ
ｂ 転動体の中心位置までの軸方向長さ
ｃ 切り欠き部の円環部側の端部位置までの軸方向長さ
ｅ ポケットすきま
Ｐ１ ボールの中心位置
Ｐ２ 切り欠き部の円環部側の端部位置
Ｐｔ ポケット
Ｗ 切り欠き部の径方向幅

Claims (7)

1. 内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、
   前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道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との両軌道面間に転動自在に介装された複列の転動体と、
   環状に形成される円環部と前記円環部から周方向に一定の間隔で軸方向に延びる複数の柱部とを有し、隣り合う前記柱部と前記円環部とによって前記転動体の外周面に沿う曲面を有するポケットが形成され、前記ポケットに前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備え、前記柱部が切り欠き部によって内径側と外径側とに分岐して形成される車輪用軸受装置であって、
   前記柱部と軸方向反対側の前記円環部の端部を始点として、前記内径側の柱部の軸方向長さは、前記転動体の中心位置までの軸方向長さよりも短く、前記切り欠き部の前記円環部側の端部位置までの軸方向長さよりも長い、ことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記切り欠き部の前記円環部側の端部位置は、前記転動体の中心位置よりも前記円環部側に位置している、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記切り欠き部の径方向幅の範囲内に前記転動体の中心位置が位置している、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記保持器は、ゲート部を有する射出成形体であり、前記ゲート部は、射出形成時に樹脂が注入される金型のゲートと対応して位置しており、
   前記ゲート部は、前記円環部に設けられ、前記柱部の軸方向の延長上に位置する、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記保持器は、前記ゲート部から充填された前記樹脂が合流することにより形成されたウエルドを有し、
   前記ウエルドは、前記柱部同士の中間に位置する、ことを特徴とする請求項４に記載の車輪用軸受装置。
6. 前記転動体が配された軸受内部にグリースが封入されており、
   前記グリースは、動粘度が３０ｍｍ^２／ｓ～２００ｍｍ^２／ｓである、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
7. 前記転動体と前記ポケットとの間のポケットすきまは、０．０５ｍｍ～０．４５ｍｍである、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。

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