JP4116924B2 - 複列偏心スラスト軸受及びそれを用いたサスペンション内蔵ホイール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホイール内にサスペンションを備えたサスペンション内蔵ホイール及びこのホイールに取り付けることができる偏心スラスト軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車等に用いられているサスペンションは、一般的に、スプリング等の弾性部材とダンパー(ショックアブソーバー)を備えるものであり、車体を支えつつ路面からの振動を吸収する役割を果たす。このサスペンションの形式には、ストラット式やウィッシュボーン式等種々のものが知られているが、これらはいずれもホイール内部に収容されるものではなく、ホイール外に設置されていた。そのため、ホイール外においてサスペンションが大きな空間を占有し、車内の居住性を犠牲にしていた。例えば、比較的構造が単純なストラット式のサスペンションであっても、スプリングやショックアブソーバーがホイール外に存在し、タイヤハウス内で縦向きに置かれていた為、車内スペースを狭くしていた。また、特に電気自動車では、バッテリーの設置空間を大きくすることにより、バッテリーを大型化してその容量を増大させることが極めて重要であるが、かかるサスペンションの存在がバッテリ−大型化の妨げになっていた。
【0003】
かかる問題に対処すべく、サスペンションをホイールに内蔵したサスペンション内蔵ホイールが提案されている。通常のホイールでは、タイヤが装着されるリム部分と、車輪軸と連結するディスク部とが一体化されているのに対し、このサスペンション内蔵ホイールでは、リム部とディスク部とが分割した構造となっている。そして、それらの間にゴム等の弾性体及び小型のダンパーを介在させた構造とすることにより、ホイール内にサスペンションを設けている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2003−34103号公報
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、かかるサスペンション内蔵ホイールでは、回転軸に垂直な方向の荷重に耐えることはできるとしても、軸方向の荷重に耐えることができないため、実用に供し得るものとはならない。即ち、乗用車のタイヤはキャンバー角を有し、またホイールには通常オフセット(ホイールの軸方向中心面とホイール取り付け面との軸方向距離)があるため、車が静止している状態であっても、ホイールのリム部とディスク部の間には、車重により軸方向の荷重(アキシャル荷重及びモーメント荷重)が作用する。さらに、車が旋回する際には車に横加速度(横G)が作用するため、ホイールに作用する軸方向荷重は極めて大きくなる。それにもかかわらず、前述のような従来のサスペンション内蔵ホイールではこの軸方向荷重に耐えるような構造は備えていないので、実用性が無い。
【0006】
ここで、かかるサスペンション内蔵ホイールにおいて、このような軸方向荷重を支持可能とするために、偏心可能で且つ軸方向荷重を支持できる偏心スラスト軸受を用いることが考えられる。即ち、偏心スラスト軸受の対向するレースのそれぞれをリム部及びディスク部に固定することにより、軸方向荷重を支持することが考えられる。ただしこの場合、この偏心スラスト軸受は一方向のアキシャル荷重を支持するだけではその役割を果たし得ず、両方向のアキシャル荷重を支持可能とする必要がある。
【0007】
両方向のアキシャル荷重を支持可能とするためには、偏心スラスト軸受を複列構造とする必要がある。従来、複列偏心スラスト軸受としては、一枚の内側レースと、この内側レースの両面に対して対向する2枚の外側レースと、これらレース間に介在する2列の転動体からなるものが公然実施されている。この複列偏心スラスト軸受では、2枚の外側レースを備え、2列の転動体がそれぞれ互いに逆方向のアキシャル荷重を支持することにより、両方向のアキシャル荷重を支持できるようになっている。かかる公然実施された複列偏心スラスト軸受には、転動体である玉がレース間の空間内にランダムに配置されているものや、あるいはレース間の空間に総玉状態で玉を設けるものがあった。また、内側レースと外側レースとが自由に相対回転可能なものもあった。
【0008】
しかし、このような従来型の複列偏心スラスト軸受では、種々の問題があった。前記のように転動体をランダムに配置した場合や総玉状態で配置した場合には、転動体同士が接触して擦れ合って摩擦を起こしてしまい、動作時において抵抗が大きく、エネルギー損失が過大であった。この対策として、転動体の相対関係を維持すべく保持器を用いることが考えられるが、この場合は保持器とレース間の摺動により摩擦が発生してしまっていた。このような摩擦は、サスペンションとして動作する際のエネルギー損失や発熱の原因となる。
【0009】
また、従来型の複列偏心スラスト軸受では、偏心するために設けられた内外部材間の隙間を、軸受の偏心可能範囲に対して適切に設定するという検討がなされていなかった。そのため、内外部材間の隙間やレース等が必要以上に大きくなって、軸受が必要以上に大型となり、極めて限られたスペースであるホイール内部に軸受を収容しにくいものとなってしまっていた。
【0010】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、サスペンション内蔵ホイールに取り付けることができ、かかるホイール用の軸受として好適な複列の偏心スラスト軸受と、この軸受が装着されて軸方向荷重が支持でき且つサスペンションの設置スペースを減らすことのできるサスペンション内蔵ホイールとを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明では、タイヤが装着されるリム部を含む外側ホイール部材と、車輪軸と連結するディスク部を含む内側ホイール部材と、これらホイール部材間に介装された弾性部材と、を備えるサスペンション内蔵ホイールに取り付けられ、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能とする偏心スラスト軸受であって、互いに同心で対向し且つ一体的に接合された円環状の二つの外側部材と、これら二つの外側部材間に同心で介在する円環状の内側部材と、を有し、前記二つの外側部材のそれぞれは、円環状の外側ケース部と、この外側ケース部の内面に取り付けられた円環板状の外レース部を有し、前記内側部材は、円環状の内側ケース部と、この内側ケース部から径方向に突出して延びる円環板状の内レース部と、を有するとともに、前記内レース部の両面と、これらに対向する前記二つの外レース部との間に複数の転動体が挟持されており、前記外側部材と前記内側部材との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、前記転動体の径方向移動可能距離に略対応していることを特徴とする複列偏心スラスト軸受としている。
【0012】
この軸受は、内レース部及びこれに対向する二つの外レース部がいずれも円環状で円周方向に連続しているので、これらの内外レースが分割された場合と比較して、軸受の部品点数を少なくすることができる。さらに、内側部材と外側部材の各ケース部やレース部が全て円環状であり且つそれらが同心で配置されているので、外側部材と内側部材との間の径方向隙間を全周に亘って一定距離設けることができる。よって、径方向の全方位について一定距離偏心する構成とすることができる。また、以上の構成からなる軸受は、各構成部材が分離せず、組み立てられた軸受単体で供給することが可能である。なお、本軸受では、内側部材と外側部材との間で自由に相対回転が可能となっている。
【0013】
加えて、外側部材と内側部材との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、転動体の径方向移動可能距離に略対応している。よって、外側部材と内側部材の間の径方向隙間が略無くなるまで偏心させると、その偏心方向において、転動体もレース上に設けられた径方向隙間が無くなるまで移動する。したがって、余分な隙間が無くなるか、又は余分な隙間を最小限とすることができ、結果として、軸受を小型化しながら偏心可能範囲を大きくすることができる。
【0014】
この場合、前記複数の転動体は周方向に略均等間隔で配置されるとともに、この相対的位置関係を維持しつつ転動体を転動自在に保持する円環状の保持器を有し、この保持器と前記内側部材及び前記外側部材との間の径方向隙間により転動体の前記径方向移動可能距離が確保されている構成とするのが好ましい。このようにすると、軸受の支持点となる転動体が周方向に略均等に分配され、且つ保持器により転動体間の相対的位置関係が維持されるため、アキシャル荷重及びモーメント荷重をより安定的に支持できる。また、各転動体にかかる荷重を均等にすることができて、軸受全体としての負荷容量が増大する。また、保持器と前記内側部材及び前記外側部材との間の径方向隙間があるので、転動体が径方向に移動可能となる。さらに、この保持器により、各転動体をレース上の最適な位置に配置することが容易となる。即ち、転動体のレース上における位置を適切に調整するのは容易ではないが、軸受に軽予圧をかけた状態で径方向の全周について最大に偏心させることにより位置調整を容易に行うことができる。転動体の位置がずれている場合は、保持器が外側部材又は内側部材に当接して転動体と共にレース上を滑ることにより、転動体及びそれを収容する保持器の位置調整がなされる。
【0015】
また、別の発明にかかる軸受においては、タイヤが装着されるリム部を含む外側ホイール部材と、車輪軸と連結するディスク部を含む内側ホイール部材と、これらホイール部材間に介装された弾性部材と、を備えるサスペンション内蔵ホイールに取り付けられ、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能とする偏心スラスト軸受であって、互いに同心で対向し且つ一体的に接合された円環状の二つの外側部材と、これら二つの外側部材間に同心で介在する円環状の内側部材と、を有し、前記二つの外側部材のそれぞれは、円環状の外側ケース部と、この外側ケース部の内面に取り付けられた円環板状の外レース部を有し、前記内側部材は、円環状の内側ケース部と、この内側ケース部から径方向に突出して延びる円環板状の内レース部と、を有するとともに、前記内レース部の両面と、これらに対向する前記二つの外レース部との間に複数の転動体が挟持されており、前記内側部材又は外側部材に固定され、且つ各転動体の移動可能範囲を所定範囲内に規制する転動体ガイド部を備えていることを特徴とする複列偏心スラスト軸受としている。
【0016】
このようにすると、転動体ガイド部により別々に仕切られた転動体相互間では、転動体同士が接触することがなく、また、転動体ガイドは内側部材又は外側部材に固定されているので、これらの部材と摺動することもない。よって、転動体ガイド部に規制される円形範囲内で転動体が移動する場合に抵抗が少ない。また、外側部材及び内側部材は円環状であり且つ互いに同心で配置されているので、両者間の隙間が一定幅の円環状となる。且つ転動体ガイド部により規制される各転動体の移動範囲も一定範囲であるので、一定距離相対移動可能な軸受とすることができる。また、内レース部及びこれに対向する二つの外レース部がいずれも円環状で円周方向に連続しているので、これらの内外レースが分割された場合と比較して、軸受の部品点数を少なくすることができる。
【0017】
また、前記転動体ガイド部が規制する前記所定範囲は、所定半径の円形範囲とした場合には、径方向全方位に一定距離相対移動可能な軸受とすることができるので好ましい。
【0018】
転動体ガイド部は、各転動体の移動可能範囲を規制するが、これと同時に、各転動体をレース上の最適位置に調整して配置することを容易とする。即ち、軽予圧を作用させた状態で軸受を全周に亘って最大に相対移動させることにより、転動体ガイド部が位置ズレした転動体をレース上で滑らせて、転動体を最適位置に調整することができる。また、以上の構成からなる軸受は、各構成部材が分離せず、組み立てられた軸受単体で供給することが可能である。なお、この軸受では、各転動体は内側部材又は外側部材固定された転動体ガイド部によって規制される範囲内でのみ移動が可能であり、この範囲を超えて各転動体が移動することはできない。従って、内側部材と外側部材が互いに相対的に所定角度以上回転することはできない。
【0019】
さらに、前記外側部材と前記内側部材との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、前記転動体ガイド部により規制される転動体の前記移動可能範囲に略対応している構成とするのが好ましい。このようにすると、内側部材と外側部材とを両者の径方向隙間が無くなるまで相対移動させると、転動体は転動体ガイド部との間に存在する隙間が略無くなる位置まで移動する。即ち、内側部材と外側部材をその相対移動可能範囲の全体に亘って相対移動させると、各転動体もその移動可能範囲の略全体に亘って移動することとなる。よって、内側部材と外側部材との間の余分な隙間が無くなり、又は余分な隙間を最小限とすることができる。したがって、軸受を小型化しながらその偏心可能範囲を大きくすることができる。
【0020】
また、転動体ガイド部は円環状であり、且つ、この転動体ガイド部には、同一円周上で且つ周方向に均等な位置に三つ以上の可動範囲規制孔が設けられるとともに、これら可動範囲規制孔の一つにつき一個の転動体が配置されている構成とするのが好ましい。このようにすると、可動範囲規制孔内に設けられた転動体が周方向及び径方向に均等な配置となるので、軸受のアキシャル荷重及びモーメント荷重がより安定的に支持できる。また、一つの可動範囲規制孔には転動体が一個のみ配置されるので、転動体同士が接触して摩擦を起こすことがない。
【0021】
さらに、転動体ガイド部により規制される転動体の径方向移動距離が前記内レース部又は外レース部の径方向幅と略対応している構成とするのが好ましい。このようにすると、内レース部又は外レース部の径方向幅を最小限とすることができる。よって、軸受の軽量化やコストダウンが可能となる。
【0022】
また、本発明のサスペンション内蔵ホイールは、前記の複列偏心スラスト軸受と前記弾性部材とが、前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材との間に介装されており、この軸受が、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能としていることを特徴とする。このようなホイールとすると、サスペンションがホイール内に収容されるので、その分ホイール外におけるサスペンションの設置スペースを減らすことができ、さらには、ばね下重量を低下させることができる。また、軸方向荷重を支持できるホイールとなるので、実用性を有するホイールとすることができる。
【0023】
前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材との間にダンパーが介装されているサスペンション内蔵ホイールとした場合には、弾性部材に加えてダンパーが装着されたサスペンションとなるので、弾性部材の伸縮を早期に減衰させることができる。
【0024】
また、前記外側ホイール部材の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の外側連結位置と、前記内側ホイール部材の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の内側連結位置との位相を360/(2P)度相違させ、周方向に隣り合う外側連結位置と内側連結位置とを弾性部材で連結することにより、2P個の弾性部材を同一の円周に略沿って周方向に等間隔で配置した構成としてもよい。このようにすると、2P個の弾性部材を周方向に均等に配置することができる。また、外側ホイール部材と弾性部材とが連結する外側連結位置と、内側ホイール部材と弾性部材とが連結する内側連結位置が交互に且つ周方向に等間隔で配置されるので、弾性部材から各ホイール部材に作用する力が周方向で均等化される。
【0025】
この場合更に、かかる構成をホイールの表側と裏側のそれぞれに設け、この表側と裏側とで位相が360/(2P)度相違している構成としてもよい。このようにすると、ホイールの表面及び裏面のそれぞれにおいて、複数の弾性部材が周方向に均等間隔に配置される。さらに、表裏で位相を360/(2P)度相違させているので、ホイール表側の内側連結位置とホイール裏側の外側連結位置とが同位相となり、ホイール表側の外側連結位置とホイール裏側の内側連結位置とが同位相となる。よって、弾性部材から各ホイール部材に作用する力が周方向で更に均等化される。
【0026】
さらに、前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材とが直接接触することを防止する緩衝材を設置するホイールとするのが好ましい。このようにすると、強い衝撃がホイールに作用して、サスペンションのストロークを超える偏心が起こった場合でも、外側ホイール部材と内側ホイール部材が接触することが無くなり、衝撃を緩和することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係るサスペンション内蔵ホイールhの断面図であり、図2は、このサスペンション内蔵ホイールhの側面図(車両に取り付けた場合における外側から見た図)である。図1は、図2のA−A線における断面図であり、また、ホイールhの中央部分の記載を適宜省略している。このホイールhは、通常のホイールと異なり、タイヤ(図示しない)が装着されるリム部h1を含む外側ホイール部材h2と、車輪軸(図示しない)と連結するためのボルト孔h20(図2参照。図1において記載省略)を有するディスク部h3を含む内側ホイール部材h4とが分割されている。そして、これら外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との間には、両部材h2及びh4間に作用する軸方向荷重を支持しつつ、両部材h2及びh4間の偏心相対移動を可能とする複列の偏心スラスト軸受1が取り付けられている。
【0028】
このホイールhにサスペンションとしての機能を持たせるべく、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との間には、弾性部材である圧縮コイルスプリングh5が介装されている(図2参照)。圧縮コイルスプリングh5は、ホイールhの表裏に6個ずつ、合計12個使用されている。図2の側面図には、ホイールhの表側に設置された6個のスプリングが示されている。さらに、このサスペンション内蔵ホイールhでは、従来のストラット式サスペンションと同様、ダンパーh6が各圧縮コイルスプリングh5の内側に設置され、弾性部材の伸縮を早期に減衰させることができるようにされている。
【0029】
ダンパーh6は、全ての圧縮コイルスプリングh5内部に設置されているので、その数は圧縮コイルスプリングh5と同じく、ホイールhの表裏に6個ずつ、合計12個である。これら圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6は、図2に示すように、その長手方向が円周に略沿った方向で並べられつつ設置されている。なお、図2においては一部の圧縮コイルスプリングh5の記載を一部欠截してダンパーh6を見やすいようにしている。なお、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6のそれぞれは、従来のサスペンションに用いられているものと同様の構造で、その大きさを小型化したものである。
【0030】
これら圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6を介装するために、外側ホイール部材h2及び内側ホイール部材h4にはそれぞれ突起htが設けられ、この突起htにおいて圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6と連結している。外側ホイール部材h2には、その内周面(タイヤが装着される外周面の裏面)h11から径方向内向きに突出する突起htが設けられており、ホイールhの表側(ホイールhが車両に装着された場合における軸方向外側)に設けられた表側内向き突起h7と、ホイールhの裏側(ホイールhが車両に装着された場合における軸方向内側)に設けられた裏側内向き突起h8とがある。
【0031】
一方、内側ホイール部材h4には、その外周面(ディスク部h3以外の部分である円筒部分の外周面)h12から径方向外向きに突出する突起htが設けられており、ホイールhの表側(ホイールhが車両に装着された場合における軸方向外側寄り)に設けられた表側外向き突起h9と、ホイールhの裏側(ホイールhが車両に装着された場合における軸方向内側寄り)に設けられた裏側外向き突起h10とがある。
【0032】
図2に示すように、表側内向き突起h7は周方向に等間隔で、即ち120度おきに三カ所設けられ、表側外向き突起h9も同様に周方向に等間隔(120度おき)に三カ所設けられている。さらに、表側内向き突起h7と表側外向き突起h9はその位相が60度相違している。その結果、表側内向き突起h7と表側外向き突起h9は60度おきに交互に配置されている。
【0033】
各圧縮コイルスプリングh5の両端にはバネ受け板h16が設けられている(図2参照)。このバネ受け板h16は、圧縮コイルスプリングh5の長手方向に対して垂直な向きに設置されており、圧縮コイルスプリングh5の両端はこのバネ受け板h16の一面に固定されている。そして、ダンパーh6の両端も同じくバネ受け板h16の一面に固定されている。また、バネ受け板h16の他面(圧縮コイルスプリングh5が固定された面の反対面)には、軸着用リングh17が突設されている(図1参照。図2で図示されない。)。図1に示すように、各突起h7〜h10は、それぞれ軸方向中央部に隙間を有する構造となっており、この隙間に軸着用リングh17が挿入されている(図1参照)。そして、固定ねじh21が、各突起h7〜h10と軸着用リングh17とを貫通することにより、軸着用リングh17は各突起h7〜h10に軸着されている。なお、軸止用リングh17と固定ねじh21との間にはブッシュh18が介在している(図1参照)。以上のような構成により、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6は、バネ受け板h16を介して外側ホイール部材h2及び内側ホイール部材h4と連結している。
【0034】
図2に示すように、各突起h7〜h10は、一つの突起につき二つの圧縮コイルスプリングh5(及びダンパーh6)と連結している。そのようにすることで、隣り合った表側内向き突起h7と表側外向き突起h9(及び、図示しないが、隣り合った裏側内向き突起h8と裏側外向き突起h10)とが、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6により連結される。表側内向き突起h7と表側外向き突起h9とは、周方向に等間隔で交互に配置されているので、6個の圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6は、同一の円周に略沿って周方向に等間隔で配置されることとなる。
【0035】
ここで、外側ホイール部材h2と圧縮コイルスプリングh5とが連結する位置を、外側連結位置とする。本実施形態では、表側内向き突起h7及び裏側内向き突起h8の設置位置が外側連結位置となる。また、内側ホイール部材h4と圧縮コイルスプリングh5とが連結する位置を内側連結位置とする。本実施形態では、表側外向き突起h9と裏側外向き突起h10の設置位置が内側連結位置となる。本実施形態では、前述のように、周方向に隣り合った表側内向き突起h7と表側外向き突起h9(及び、図示しないが、周方向に隣り合った裏側内向き突起h8と裏側外向き突起h10)とが、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6により連結されているので、周方向に隣り合う外側連結位置と内側連結位置とが弾性部材である圧縮コイルスプリングh5で連結されていることになる。
【0036】
このように、偏心スラスト軸受1を挟んだホイール1の表側と裏側の両方に各突起h7〜h10を設け、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6をサスペンション内蔵ホイールhの表裏両面に設置しているので、圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6の設置個数を多くすることができ、サスペンションとしての性能(振動吸収性能、振動減衰性能など)をより高めることができるとともに、耐久性を向上させることができる。
【0037】
このサスペンション内蔵ホイールhは、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4とが偏心相対移動をし、この偏心相対移動に伴って圧縮コイルスプリングh5が伸縮することにより、衝撃が緩和され、サスペンションとしての機能を果たす。更に、ダンパーh6により、圧縮コイルスプリングh5の急激な伸縮が抑制され、緩衝性が向上する。このように、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4間との間の偏心相対移動によりサスペンション機能が発現するわけであるが、この偏心相対移動を可能としているのが、偏心スラスト軸受1である。
【0038】
図1、図3及び図4に示すように、この軸受1の内周等を構成する内側部材3は、円環状の2つの内側ケース部6と、これら内側ケース部6に挟まれつつ固定された円環板状の内レース部7からなる。この軸受1の外周等を構成する外側部材2は、円環状の2つの外側ケース部4と、この外側ケース部4の内面に取り付けられた円環板状の外レース部5からなる。
【0039】
そして、この軸受1が、ホイールhの外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との間に介装されている。即ち、外側ケース部4の外周面4bと、外側ホイール部材h2の内周面h11とが面接触しつつ相互に溶接等により一体化されている。また、内側ケース部6の内周面6bと、内側ホイール部材h4の外周面h12とが面接触しつつ相互に溶接等により一体化されている。
【0040】
したがって、ホイールhの内側ホイール部材h4と外側ホイール部材h2相互間の偏心相対移動に連動して、偏心スラスト軸受1が偏心相対移動することとなる。そして、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4の間に作用するアキシャル荷重及びモーメント荷重は、偏心スラスト軸受1により支持されることとなる。
【0041】
以下、この軸受1について詳細に説明する。図3はこの軸受1の分解斜視図であり、図4は軸受1の断面図(軸心から下半分は記載を省略)である。図3及び図4に示すように、この軸受1は互いに対向し且つその径方向外側周縁部において外側ねじ11にて一体的に接合された円環状の二つの外側部材2,2と、この二つの外側部材相互間に介在する円環状の内側部材3と、を有する。なお、図4は、転動体である玉8が径方向のいずれにも動いていない中立の状態(以後、標準状態などという)における図である。
【0042】
この二つの外側部材2,2のそれぞれは、円環状の外側ケース部4と、この外側ケース部4の内面に取り付けられた円環板状の外レース部5を有する。外側ケース部4と外レース部5とは別部材となっており、外側ケース部4の対向面側に設けられた凹部4aに円環板状の外レース部5が取り付けられている(図4参照)。また、二つの外側ケース部4,4は、その径方向外側の周縁部近傍において外側ねじ11(図4参照。図3において記載省略。)により一体的に接合されている。内側部材3は、円環状の2つの内側ケース部6,6と、この二つの内側ケース部6,6に表裏両側から挟まれつつ内側ねじ12により固定された円環板状の内レース部7を備える。内側ケース部6,6と内レース部7はそれぞれ別体となっており、内レース部7が二つの内側ケース部6,6によって挟まれつつ、三者が内側ねじ12(図4参照。図3において記載省略。)で一体的に接合されている。図4に示すように、内レース部7の軸方向中心は、軸受1の軸方向中心と一致しており、この中心を通り軸に垂直な平面に対して両側に対称な構成の軸受1となっている。
【0043】
前記内レース部7の軸方向両面はいずれも軌道面となっており、この内レース部7の両面と、これに対向する二つの外レース部5,5との間に複数の転動体である玉8が挟持されている。よって、この軸受1は、複列構造の軸受となっている。玉8は一列あたり24個、合計で48個が使用されており、これらの玉8は各列においてそれぞれ周方向に略均等に配置されている。また、一列あたり一つ、合計二つのリング状保持器9,9が設けられており、このリング状保持器9に略等間隔に設けられたポケット孔9aに玉8が個々に転動自在に収容されている。このリング状保持器9により、各玉8は互いに周方向に略等間隔な位置関係が維持されている。このように、軸受1の支持点となる複数の玉8が周方向に略等間隔に配置されていることにより、アキシャル荷重及びモーメント荷重が安定的に支持される。なお、玉8の数は、一列あたり最低三個必要であるが、負荷容量や軸受寸法に応じて適宜設定すればよい。
【0044】
内外レース5,7はいずれも円環状の部材であるから周方向に連続した軌道面を形成する。よって、この軸受1は、外側部材2と内側部材3との相対回転(自由な相対回転)が可能である。なお、リング状保持器9は玉8に同調して動くこととなる。ただし、この軸受1が本発明のサスペンション内蔵ホイールh内に用いられた場合には、軸受1全体がホイールhとともに回転することになるので、外側部材2と内側部材3とが無限に相対回転することは無い。
【0045】
軸受1の軸方向最外面には、薄い円環板状のシールド13,13が設けられている。図4に示すように、これらのシールド13,13は、内側ケース部6の軸方向外側端部に固定されており、そこから外側ケース部4の軸方向外側面に沿って径方向外側に向かって延在している。このシールド13,13は、外側ケース部4の軸方向外側面とわずかな隙間を介して重なるように配置されているので、軸受1内への異物の侵入を抑制するとともに、軸受1内の潤滑油やグリース等の潤滑剤が外部に漏れることを防止するシール機能を有する。なお、シール効果を更に高めるため、軸受1内を密封するシールをさらに追加することもできる。
【0046】
転動体である玉8を除き、軸受1のすべての部材は径方向幅が全周に亘って一定の円環状であって、且つ標準状態においてすべて同心で配置されている。従って、標準状態において、内側部材3の径方向最外端面15と外側部材2,2との間には、径方向で距離Mの隙間が周方向の全周に亘って存在している。また、同じく標準状態において、外側部材2,2の径方向最内端面16と内側部材3との間には、径方向で距離Lの隙間が周方向の全周に亘って存在している。このように、軸受1は周方向の全周に亘って均等な隙間を有しているので、周方向全方位に対して一定距離偏心が可能となっている。これら外側部材2と内側部材3との間の径方向隙間によって、両者間の相対移動可能範囲が決定される。
【0047】
一方、外レース部5,5は、所定の径方向幅を有する円環板状の部材であって、この径方向幅は全周に亘って同一となっている。このように外レース部5,5は径方向に幅を有しており、且つ内側ケース部6はこの外レース部5,5の径方向幅以上の径方向幅をもって外レース部5,5と対向しているので、玉8は径方向に移動する余地を有している。この軸受1では、玉8はリング状保持器9に収容されているので、玉8は、このリング状保持器9の内周面又は外周面が内側部材3又は外側部材2と当接するまで径方向に移動可能となる。この軸受1では、標準状態において、リング状保持器9の外周面と外側部材2との間に径方向で距離Rの隙間が周方向の全周に亘って存在しており、且つ、リング状保持器9の内周面と内側部材3との間に径方向で同じく距離Rの隙間が周方向の全周に亘って存在している(図4参照)。この隙間距離Rにより、玉8及びリング状保持器9は、径方向全方位について、距離Rの幅で移動することができる。
【0048】
この軸受1では、前記距離Lは前記距離Rの2倍になっている。即ち、次の式
L=2R
が成立している。これは、転動体である玉8の移動距離が内外レース部5,7の相対移動距離の半分(1/2)となることに対応させたものである。また、前記距離Mは距離Lと同一とするのが好ましい。また、L≧2Rとなっていればよい。したがって、軸受1は、距離Lまで偏心相対移動が可能である。
【0049】
このように、軸受1においては、外側部材2と内側部材3との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、転動体である玉8の径方向移動可能距離に略対応している。従って、外側部材2と内側部材3との径方向隙間距離L(外側部材2,2の径方向最内端面16と内側部材3との間の径方向隙間距離)が無くなるまで両者を偏心させると、転動体である玉8は、その偏心方向おける前記隙間距離Rが無くなるまで移動することとなる。したがって、外側部材2,2の径方向最内端面16と内側部材3との間には余分な隙間が無く、且つ、玉8が径方向に移動するための内外レース5,7間にも余分な隙間が無い。その結果、軸受1を小型化しつつその偏心可能範囲を広くすることができる。よって、極めて限られたスペースであるホイール内に設置することが容易となり、且つ、サスペンション内蔵ホイールhのサスペンションとしてのストロークを大きくすることができる。
【0050】
玉8が径方向に移動するための内外レース5,7間に余分な隙間が無いということは、隙間距離Rを定める要素となる外レース部5及び内レース部7の径方向幅が最小限とされていることをも意味する。よって、内外レース部5,7が小さくなり、軸受1の小型化や軽量化、コストダウンが可能となる。軸受1が小型化されているので、極めて限られたスペースであるホイールh内に収容する軸受として好適である。また、軸受1が軽量化されているので、サスペンション内蔵ホイールhの重量を軽量化することができる。
【0051】
なお、内レース部7の径方向幅は外レース部5の径方向幅よりも広くなっているが、これは内レース部7と内側ケース部6,6とを接合するために、内側ケース部6,6に挟まれる挟み代を設けたためであって、内レース部7の径方向幅が不必要に大きくなっているわけではない。
【0052】
さらに、この軸受1では、距離Lは距離M(内側部材3の径方向最外端面15と外側部材2,2との間の径方向隙間距離)とを略同一としている。即ち、距離Mは距離R(転動体である玉8の移動可能距離)の略2倍となっている。よって、内側部材3の径方向最外端面15と外側部材2,2との間の径方向隙間も最小限となっている。したがって、外側部材2の外径を小さくすることができ、軸受1を小型化することができる。
【0053】
距離Lと距離Mを略同一としていることから、ある径方向において距離Lが無くなるまで内側部材3と外側部材2を相対移動即ち偏心させると、その径方向において距離Mも略無くなることとなる。隙間距離Lと隙間距離Mとの差が大きい場合は、これらのうち距離の小さい方の隙間によって軸受1の偏心可能範囲が制約されてしまうが、両者を略同一としたことにより、軸受1を小型化しながら軸受1の偏心可能範囲を最大限とすることができる。したがって、ホイールh内に容易に収容でき且つサスペンションのストロークを大きくできる。
【0054】
なお、シールド13,13は、軸受1の偏心可能範囲を制約しないように工夫されている。即ち、図4に示すように、標準状態においてシールド13,13の径方向外側末端から、外側ケース部4の外面に設けられ且つシールド13,13の面厚さと略同じ深さを有するシールド用段差14までの径方向距離Sは、距離Lよりも若干長くなっている。なお、標準状態においてシールド13,13と外側ケース部4の外面が重なった部分の径方向長さTは、距離Lよりも若干長くされており、軸受1の偏心可能範囲の全てにおいて軸受1の内部を隠蔽するようにされている。
【0055】
各玉8及びリング状保持器9を図4のような位置、即ち、標準状態において外レース部5の径方向中心位置に配置するには、予圧付加用ねじ等で内外部材間に軽予圧を与えた状態で軸受1を相対移動可能範囲の全体、即ち、全周に亘って偏心可能範囲の限界まで動かせばよい。このようにすると、リング状保持器9の外周面又は内周面が外側部材2又は内側部材3と適宜当接して、玉8及びリング状保持器9が外レース5上を適宜滑ることにより位置調整がなされる。その後規定のトルクで予圧付加用ねじを締結すればよい。このように、リング状保持器9により、玉8を内外レース5,7の径方向中心位置に配置することが極めて容易となる。
【0056】
このホイールhを装着した車両が旋回して横加速度(横G)を受けた場合等には、軸受1にモーメント荷重が作用し、転動体である玉8に偏荷重が作用することとなる。この場合、一部の玉8がレースから浮く等して位置ズレを起こす恐れがあるが、リング状保持器9を設けておくことにより一部の玉8が移動して玉8の相対的位置関係が乱れることがない。一方、リング状保持器9の位置がずれてしまう場合がある。つまり、リング状保持器9は径方向位置がガイドされていないので、標準状態においてリング状保持器9の軸心が軸受1の軸心とずれてしまうことがありうる。このような位置ズレを抑制し、各玉8のPCDを維持するためには、予圧付加用ねじ等により内外部材間に予圧を与えて、転動体である各玉8と内外レース5,7間の滑りを抑えるようにしておくのがよい。また、リング状保持器9の位置がずれた場合は、前述のように軸受1を組み立てた状態のまま極めて簡便に位置修正が可能である。
【0057】
図5は、本発明の第二実施形態に係る軸受20の断面図(軸心から下半分は記載を省略)である。この軸受20においても、サスペンション内蔵ホイールhに取り付けられる場合には、外側ケース部4の外周面4bが外側ホイール部材h2に固定され、内側ケース部6の内周面6bが内側ホイール部材h4に固定される点は前述の軸受1と同様である。ただし、この軸受20では、前述の軸受1と異なり、内側部材3が一体となっている。即ち、内レース部7と内側ケース部6とが一体とされている。このようにすると、部品点数が少なくなり、また軸受20の軸方向厚みを薄くできる点において好ましい。ただしこの場合、内レース部7を軸受用鋼等とすると内側部材3全体が軸受用鋼等となるため、軽量化の観点からは不利である。即ち、軽量化の観点からは、前述の軸受1のように、内レース部7と内側ケース部6は別体とするのが好ましい。
【0058】
図6は、本発明の第三実施形態に係る軸受30の断面図(軸心から下半分は記載を省略)である。この軸受30においても、サスペンション内蔵ホイールhに取り付けられる場合には、外側ケース部4の外周面4bが外側ホイール部材h2に固定され、内側ケース部6の内周面6bが内側ホイール部材h4に固定される。この軸受30では、第二実施形態に係る軸受20と同様に内側部材3が一体となっているのに加えて、外側部材2が一体となっている。即ち、外側ケース部4と外レース部5とが一体とされている。このようにすると更に部品点数が少なくなり、また軸受の軸方向厚みを薄くできる点においてより好ましい。ただし、前述のように軽量化の観点からは不利である。即ち、軽量化の観点からより好ましいのは、第一実施形態に係る軸受1のように、内レース部7と内側ケース部6を別体とし且つ外側ケース部4と外レース部5を別体とするのがよい。
【0059】
図7は、本発明の第四実施形態に係る軸受40の分解斜視図である。この軸受40の断面図が図8である。この軸受40は、図3〜図6に示す実施形態の軸受1等の様にリング状保持器9は有せず、転動体ガイド部19を有する。ただし、軸受1等と共通の構造を有する部分もあるので、この共通部分については、軸受1の図3及び図4と同一の符号を付し、且つ説明を適宜省略する。
【0060】
軸受40と軸受1等との相違の詳細は次の通りである。即ち、軸受1等では、玉8をそのポケット孔9aを転動自在に収容し、玉8の転動に連動して動くリング状保持器9が設けられているのに対し、この軸受40では、このようなリング状保持器9は設けられておらず、内側部材3に固定され、且つ玉8の移動可能範囲を所定半径の円形範囲に規制する転動体ガイド部19が設けられている。軸受1等のリング状保持器9に設けられたポケット孔9aの内径は、玉8の外径と略等しく、玉8はポケット孔9aの内周面に接しつつ収容されているのに対し、軸受40の転動体ガイド部19に設けられた可動範囲規制孔19aの内径は、玉8の外径よりも大きい。さらに、転動体ガイド部19は内側部材3に固定されている。よって、玉8の移動可能範囲は可動範囲規制孔19aにより規制されている。
【0061】
この軸受40では、内側ケース部6と転動体ガイド部19とが一体とされているので、転動体ガイド部19は内側部材3に固定されていることになる。円環状の内側ケース部6の外周面側からフランジ状の転動体ガイド部19が径方向外側に向かって延在している。この円環状の転動体ガイド部19には、転動体である各玉8の移動可能範囲を規制する円形の貫通孔である可動範囲規制孔19aが周方向に等間隔おきに設けられている。全ての可動範囲規制孔19aの孔径は(標準状態における)は同一であり、かつ同一円周上に位置している。玉8は一つの可動範囲規制孔19aに対して一つずつ配置されており、かつ標準状態において各玉8は可動範囲規制孔19aの中心に位置している(図8参照。)。なお、転動体ガイド部19の軸方向外側面と外レース部5の軌道面との間には軸方向隙間Xが設けられているので、軸受1が相対移動しても転動体ガイド部19が外レース部5に接触したり、互いに摺動したりすることはない。
【0062】
この軸受40では、玉8は一列あたり32個、合計で64個が使用されている。これらの玉8は各列においてそれぞれ周方向に略均等に配置されている点は軸受1と同様である。このように、軸受の支持点となる複数の玉8が周方向に略等間隔に配置されていることにより、アキシャル荷重及びモーメント荷重が安定的に支持され、また、各玉8にかかる負荷を均等化できる。
【0063】
さらに、これら可動範囲規制孔19aの一つにつき一個の転動体が配置されているので、玉8同士が接触して擦れ合うことがなく、相対移動時の抵抗をより少なくすることができる。なお、可動範囲規制孔19aは、隣り合う可動範囲規制孔19aが接触しない限りにおいてその数を増やすことが可能であり、玉8を増やして軸受40の負荷容量を向上させることができる。
【0064】
転動体である玉8を除き、軸受1のすべての部材は径方向幅が全周に亘って一定の円環状であって、且つ標準状態においてすべて同心で配置されている。従って、標準状態において、内側部材3の径方向最外端面である転動体ガイド部外周面18と外側部材2,2との間には、径方向で距離mの隙間が周方向の全周に亘って存在している。さらに、同じく標準状態において、外側部材2,2の径方向最内端面17と内側部材3(本実施形態では、内側ケース部6と接合したシールド13のうち外側部材2,2の径方向最内端面17と対向する対向面16)との間には、径方向で距離qの隙間が周方向の全周に亘って存在している。このように、軸受1は周方向の全周に亘って均等な隙間を有しているので、周方向全方位に対して一定距離相対移動が可能となっている。これら外側部材2と内側部材3との間の径方向隙間によって、両者間の相対移動可能範囲が決定される。
【0065】
一方、外レース部5,5は、所定の径方向幅を有する円環板状の部材であって、この径方向幅は全周に亘って同一となっている。このように外レース部5,5は径方向に幅を有しており、且つ内側レース部7はこの外レース部5,5の径方向幅以上の径方向幅をもって外レース部5,5と対向している。転動体ガイド部19の各可動範囲規制孔19aの孔径は、それぞれの可動範囲規制孔19aに収容される各玉8の直径よりも大きいので、玉8の周囲には玉8の移動を可能とする隙間が存在する。一方、玉8が可動範囲規制孔19a内の全域に亘って移動しても内外レース部5,7から外れることがないように、内外レース部5,7は可動範囲規制孔19aの略全域において対向している。よって各玉8は、可動範囲規制孔19aの規制する範囲内で径方向及び周方向に移動することができる。つまり、この軸受40では、玉8は可動範囲規制孔19aの内周面に当接するまで転動できる。標準状態において、玉8は可動範囲規制孔19aの中心に位置しているので、玉8と可動範囲規制孔19aの内周面との間には、玉8を中心とした全周囲に距離rの幅の隙間が存在している(図8参照)。よって、玉8は稼働面内における任意の方向に距離rだけ移動できる。
【0066】
この軸受40では、前記距離qは前記距離rの2倍になっている。即ち、次の式
q=2r
が成立している。これは、転動体である玉8の移動距離が内外レース部5,7の相対移動距離の半分(1/2)となることに対応させたもので、この点、前述の軸受1と同様ある。また、前記距離mは距離qと略同一となっている。さらに、距離mは距離qと同一とするのが好ましい。また、q≧2rとなっていればよい。この軸受40は、距離qまで偏心相対移動が可能である。
【0067】
このように、軸受40においては、外側部材2と内側部材3との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、可動範囲規制孔19aの孔径により規制される玉8の移動可能範囲に対応している。即ち、外側部材2と内側部材3とを前記距離q(外側部材2,2の径方向最内端面17と内側部材3との間の径方向隙間距離)が無くなるまで相対移動させると、その移動方向において玉8の周囲の距離rが無くなるまで移動する。即ち、外側部材2と内側部材3とをその相対移動可能範囲の全体に亘って相対移動させると、玉8はその移動可能範囲の全体に亘って移動する。従って、外側部材2の径方向最内端面17と内側部材3との間には余分な隙間が無い。よって、軸受40を小型化しながら偏心可能範囲が大きくなる。よって、限られたスペースであるサスペンション内蔵ホイールh内に収容することが容易となり、且つ、サスペンションとしてのストロークを大きくすることができる。さらに、軸受の軽量化やコストダウンが可能となるので、ホイールhに使用された場合に、ホイールhの軽量化やコストダウンに寄与する。
【0068】
この軸受40では、前記距離qは距離m(転動体ガイド部外周面18と外側部材2,2との間の径方向隙間距離)とを略同一としている。即ち、距離mは距離rの略2倍となっている。このようにすると、隙間距離mが最小限となるので、外側部材2の外径を小さくすることができ、軸受40を小型化することができる。また、距離qと距離mとの差が大きい場合には、これらのうち小さい方の隙間によって軸受40の偏心可能範囲が制約されてしまうが、両者を略同一としたことにより、軸受40を小型化しながらその偏心可能範囲を最大限とすることができる。
【0069】
また、この軸受40では、転動体ガイド部19により規制される転動体である玉8の径方向移動距離が、外レース部5の径方向幅と略対応している。即ち、図8に示すように、外レース部5の径方向幅は、可動範囲規制孔19aの孔径と略等しく(より詳細には、可動範囲規制孔19aの孔径よりも若干小さく)なっている。よって、玉8が可動範囲規制孔19aの内周面に接触するまで径方向に移動しても外レース部5を外れることはない一方、外レース部5の径方向幅は必要以上に大きくされていない。
【0070】
また、内レース部7の径方向幅は、可動範囲規制孔19aの孔径よりも大きくなっているが、これは内レース部7を固定するための挟み代を確保している為であって、必要以上に大きくしている訳ではない。即ち、内レース部7については、内レース部7が二つの内側ケース部6,6に挟まれることにより固定されているため、挟み代の分を確保するために、その径方向幅が可動範囲規制孔19aの孔径よりも広くなっているが、内レース部7の外周面の径方向位置は外レース部5の外周面のそれと同一とされている。
【0071】
このように、外レース部5の径方向幅が転動体である玉8の径方向移動距離と略対応しており、また、内レース部7の径方向幅も前記挟み代を除いて玉8の径方向移動距離と略対応しているので、内外レース部5,7の径方向幅は最小限とされている。内外レース部5,7は軸受用鋼等の鉄系金属で作製される一方、外側ケース部4及び内側ケース部6はアルミ合金等の軽金属で作製可能なので、内外レース部5,7を小さくすることにより、軸受40の軽量化やコストダウンが可能となる。
【0072】
軸受40が転動体ガイド部19の可動範囲規制孔19aにより規制される円形範囲内を移動する場合、内外レース部5,7と転動体ガイド部19との間で摺動は起こらない。なぜなら、転動体ガイド部19は内側部材3に固定され内レース部7と一体となっており、また前述の隙間X(図8参照)により転動体ガイド部19と外レース部5との間の接触もないからである。よって、軸受40は相対移動時の抵抗が極めて少なくなる。
【0073】
前記軸受1と同様、この軸受40はサスペンション内蔵ホイールhに取り付けることができ、サスペンション内蔵ホイールhの外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との相対移動に連動して、軸受40において偏心相対移動が起こる。よって、サスペンション内蔵ホイールhが装着された車両が走行している間、この偏心相対移動が、全ての周方向に、常時、極めて頻繁に、且つ連続的に起こる。したがって、偏心相対移動時の抵抗が極めて少ない軸受40は、サスペンション内蔵ホイールhに取り付けられることで、車両の走行時の抵抗を著しく低下させ、ホイールhにおける発熱の抑制に寄与し、車両の燃費向上にも役立つものとなる。
【0074】
なお、図3乃至図9に示す軸受において、シールド13は軸受の偏心可能範囲を制約しないように工夫されている。即ち、図4に示すように、標準状態においてシールド13,13の径方向外側末端から、外側ケース部4の外面に設けられ且つシールド13,13の面厚さと略同じ深さを有するシールド用段差14までの径方向距離Sは、距離Lよりも若干長くなっている。なお、標準状態においてシールド13,13と外側ケース部4の外面が重なった部分の径方向長さTは、距離Lよりも若干長くされており、軸受の偏心可能範囲の全てにおいて軸受の内部を隠蔽するようにされている。
【0075】
第四実施形態に係る軸受40において、各玉8を図8のような位置、即ち、標準状態において可動範囲規制孔19aの中心位置に配置するには、予圧付加用ねじ等で内外部材間に軽予圧を与えた状態で軸受40を全ての径方向(全周)に亘って最大に相対移動させればよい。このようにすると、標準状態において可動範囲規制孔19aの中心から位置ズレしている玉8は、可動範囲規制孔19aの内周面に押されて内外レース部5,7上を滑り位置調整される。その後軸受40を使用する際には、規定のトルクで予圧付加用ねじを締結すればよい。なお、転動体ガイド部19の可動範囲規制孔19aの内周面の高さ(軸方向厚さ)は、玉8の半径(玉径/2)以上であると、玉8が可動範囲規制孔19aの内周面に押される際、玉8の頂点がこの内周面に当接することとなり、玉8の位置調整が安定的に行われるので好ましい。
【0076】
このように、転動体ガイド部19は単に玉8の移動可能範囲を規制しているだけではなく、玉8を可動範囲規制孔19aの中心位置(標準状態)に確実かつ簡便に配置することを可能とし、この中心位置から一定距離Rの隙間を確保して、この範囲で玉8が移動できるようにする役割を果たしているのである。なお、この軸受40では、玉8に偏荷重が作用することにより玉8が内外レース5,7から浮くなどして、玉8の位置が、標準状態で可動範囲規制孔19aの中心位置からずれてしまうことがありうる。この場合でも、前述のように軽予圧下で最大に相対移動させることにより、軸受1を組み立てた状態で且つ極めて簡便に玉8の位置を修正することができる。また、玉8の位置ズレを抑制し、各玉8のPCD(ピッチ円径)を維持するためには、予圧付加用ねじ等により内外部材間に予圧を与えて、各玉8と内外レース5,7間の滑りを抑えるようにしておくのがよい。
【0077】
図9は、本発明の第五実施形態に係る軸受50の断面図(軸心から下半分は記載を省略)である。この軸受50も、軸受40と同じく転動体ガイド部23を備えているが、第四実施形態の軸受40と異なり、外側部材2は、外レース部5と外側ケース部4の一部とが一体となった外側一体部材21,21と、外側ケース部4の残りの一部であるリング状外側ケース22から成る。略円環板状の二つの外側一体部材21,21は、その径方向最外縁部近傍において、リング状外側ケース22を介して外側ねじ11で一体的に連結されている。このようにすると、部品点数が少なくなり、また軸受40の軸方向厚みを薄くし易い点において好ましい。ただし、外レース部を軸受用鋼等で作製する場合に、外レース部と外側ケース部の一部とが一体となった外側一体部材21の全体を軸受用鋼等により作製することになるため、軽量化の観点からは不利である。即ち、軽量化の観点からは、第四実施形態に係る軸受40のように、外側ケース部4と外レース部5を別体とするのが好ましい。
【0078】
なお、この軸受50では、軸受40のように転動体ガイド部が内側ケース部6と一体ではなく、転動体ガイド部23は単独で別体とされている。この転動体ガイド部23は樹脂製であって、二つの転動体ガイド部23,23が内レース部7の両面に配置されている。この転動体ガイド部23は、第一実施形態の転動体ガイド部19と同様円環状であり、同一円周上で且つ周方向に均等な位置に複数の可動範囲規制孔23aが設けられている。これら可動範囲規制孔23aの孔径はすべて同一である。この転動体ガイド部23,23はねじ等の固定手段によって内レース部7あるいは内側ケース部6などの内側部材3に固定されている。従って、この別体の転動体ガイド部23は第一実施形態の転動体ガイド部19と同様に玉8の移動可能範囲を所定半径の円形範囲に規制している。このように転動体ガイド部23を別体とすると、転動体ガイドを樹脂製とする等、転動体ガイドを別材料とすることができコストダウンや軽量化に役立つ。
【0079】
図10は、本発明の第六実施形態に係る軸受60の断面図(軸心から下半分は記載を省略)である。この軸受60は、第五実施形態に係る軸受50と同様に外側部材2のうち外レース部5と外側ケース部4とが一体となっているが、軸受50と異なり第五実施形態におけるリング状外側ケース22の部分も一体となった外側一体部材31,31を有している。さらにこの軸受60では、内レース部7と内側ケース部6,6とを一体とした内側一体部材32が用いられる。従って、第五実施形態に係る軸受50よりも更に部品点数が少なくなり、軸受の軸方向厚みを薄くできる点においてより好ましい。ただし、前述のように軽量化の観点からは不利である。即ち、軽量化の観点からより好ましいのは、軸受40のように、内レース部7と内側ケース部6を別体とし且つ外側ケース部4と外レース部5を別体とするのがよい。
【0080】
なお、この軸受60では、樹脂製の転動体ガイド部33がシールド効果をも有する構成となっている。即ち、転動体ガイド部33の軸方向外側面を外側一体部材31の軌道面に対して近接させ両者間の軸方向隙間Y(図10参照)を微小なものとしている。また、外側一体部材31は、玉8が転動する軌道面よりも径方向内側の部分に段差34があり、この段差34よりも径方向内側に環状薄肉部35を有する構成となっている。この環状薄肉部35と前記転動体ガイド部33の間の軸方向隙間Yが微小であることによりシールド効果を奏する。このような構成とすると、軸受40のように別体のシールド13を設ける必要がないため、部品点数が更に減少する。また、外側一体部材31のうちシールドの役目を果たす部分を薄肉の環状薄肉部35とすることにより軸受60が軽量化される。
【0081】
この軸受60においても、軸受50と同様二つの転動体ガイド部33,33が設けられており、これら転動体ガイド部33,33は内側一体部材32等とは別体の樹脂製であって、内側一体部材32とねじ等適宜の手段で固定されている。転動体ガイド部33,33は、図8に示す軸受40の転動体ガイド部19と同様円環状であり、同一円周上で且つ周方向に均等な位置に複数の可動範囲規制孔33aが設けられている。これら可動範囲規制孔33aの孔径はすべて同一である。従って、この別体の転動体ガイド部33,33は、軸受40の転動体ガイド部19と同様に玉8の移動可能範囲を所定半径の円形範囲に規制している。なお、この軸受30においては、二つの外側一体部材31,31が分離しないように、例えば予圧付加用ねじ等を別途設けてもよい。
【0082】
図7〜図10に示す実施形態の軸受では、内レース部7の両面に設けた二つの内側ケース部6,6は、内レース部7の表裏において同一の位相であるので、標準状態においては、可動範囲規制孔19aや玉8の配置位置も内レース部7の両面で同位相となる。本発明はこのような構成に限定されず、可動範囲規制孔19aや玉8の位相が内レース部7の表裏で異なっていてもよい
【0083】
本発明の軸受において、その素材は特に限定しない。ただし、軸受を軽量化する観点からは、外側ケース部4と内側ケース部6はアルミ合金等の軽金属や樹脂とし、内レース部7と外レース部5は軸受用鋼、ステンレス合金又はセラミック材料等の鉄系金属とするのが好ましい。このようにすると、外側部材2及び内側部材3のうち、玉8との接点となる内外レース部5,7のみを硬度の高い軸受用鋼等の耐摩耗材料、耐疲労材料とする一方で、外側ケース部4及び内側ケース部6をアルミ合金等の軽材料(低比重材料)として、軸受を軽量化できる。なお通常、リング状保持器9は樹脂等で作製され、玉8は軸受用鋼等により作製される。シールド13はステンレス鋼あるいは樹脂等で作製することが可能である。
【0084】
なお、上記実施形態の各軸受では、外側部材2を軸受の径方向外側に配し、内側部材3をこの外側部材2の径方向内側に配する例を示したが、逆に、外側部材2を軸受の径方向内側に配し、内側部材3をこの外側部材2の径方向外側に配しても良い。この場合、内側部材3の円環板状の内レース部7は、内側ケース部6から径方向内側に向かって突出して設けられる。また、転動体ガイド部を設けた軸受40,50,60では、転動体ガイド部を内側部材3に固定した例を示したが、これに限定されず、転動体ガイド部を外側部材2に固定してもよい。
【0085】
以上に記載の軸受を取り付けたホイールhでは、ホイールh外におけるサスペンションの設置スペースが減少するか又は無くなるため、その分の空間を、車の居住空間や、電気自動車のバッテリー設置空間等として利用することができる。また、このサスペンション内蔵ホイールhのばね下重量(ばね下荷重)は、おおよそタイヤ及び外側ホイール部材のみとなり、従来のようにホイール外にのみサスペンションが設けられている場合と比べてばね下重量を低下させることができる。したがって、路面の不整や凹凸等による外乱を吸収でき、且つ、ばね下重量の低減により、車両の乗り心地を向上させることができる。また、軸方向荷重を支持できるホイールhとなるので、ホイールとして実用性を有するものとなる。
【0086】
また、このホイールhは、アキシャル荷重およびモーメント荷重を支持できる軸受を、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との間に取り付けているので、軸方向荷重をも支持できるホイールhとなっている。乗用車のタイヤはキャンバー角を有し、またホイールhにはオフセット(ホイールhの軸方向中心面とホイール取り付け面との軸方向距離)h14があるため、車が静止している状態であっても、ホイールhの外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4との間には、車重により軸方向荷重(アキシャル荷重及びモーメント荷重)が作用する。さらに、車両が旋回する際には車に横加速度(横G)が作用するため、ホイールhに作用する軸方向荷重は極めて大きくなる。このような軸方向荷重を支持できるホイールhとしたことにより、実用性のあるサスペンション内蔵ホイールhとなっている。
【0087】
前述の様に、このホイールhでは、弾性部材である圧縮コイルスプリングh5が、ホイールの表裏にそれぞれ6個ずつ、同一の円周にその長手方向が略沿うように並べられて設置されている。また表裏合計で12個の圧縮コイルスプリングh5は全て同一である。このようにすると、ホイールの表面及び裏面のそれぞれにおいて、複数の弾性部材が周方向に均等間隔に配置される。
さらに、この設置位置の位相が表裏間で(360/6)度、即ち60度相違している。この位相の相違について以下に詳細に説明する。
【0088】
前述の通り、図2に示す如く、ホイールhの表側において、外側ホイール部材h2に三カ所設けられた外側連結位置に三個の表側内向き突起h7があり、これらは周方向に均等間隔で(つまり120度おきに)配置されている。また、内側ホイール部材h4の三カ所の内側連結位置にも三個の表側外向き突起h9が設けられ、これらは周方向に均等間隔で(つまり120度おきに)配置されている。これら表側内向き突起h7と表側外向き突起h9とは位相が60度相違するため、突起h7と突起h9が60度おきに交互に配置される。この突起h7とh9とが圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6で連結されており、その結果、6個の圧縮コイルスプリングh5及びダンパーh6が、その長手方向が同一の円周に略沿うように並べられて設置されることとなる。
【0089】
図示しないが、ホイールhの裏側においても、表側と同様、三カ所の外側連結位置に設けた三個の裏側内向き突起h8と、三カ所の内側連結位置に設けた三個の裏側外向き突起h10が交互に60度おきに配置されている。ただし、表側と裏側では位相が(360/6)度、即ち60度だけ異なる。その結果、図1の断面図で分かるように、ホイール表側の外側連結位置に位置する表側内向き突起h7と、ホイール裏側の内側連結位置に位置する裏側外向き突起h10が同位相となる。また、ホイール表側の内側連結位置に位置する表側外向き突起h9と、ホイール裏側の外側連結位置に位置する裏側内向き突起h8とが同位相となる。
【0090】
つまり、ホイールの表側において内側ホイール部材h4と圧縮コイルスプリングh5とが連結している位置(ホイール表側の内側連結位置)と同位相の位置で、ホイールの裏側では、外側ホイール部材h2と圧縮コイルスプリングh5とが連結している。また、ホイールの表側において外側ホイール部材h2と圧縮コイルスプリングh5とが連結している位置(ホイール表側の外側連結位置)と同位相の位置で、ホイールの裏側では、内側ホイール部材h4と圧縮コイルスプリングh5とが連結している。このように、ホイールの表裏で、内外のホイール部材h2,h4と圧縮コイルスプリングh5との連結関係が互い違いになっている。よって、外側ホイール部材h2及び内側ホイール部材h4に作用する力が周方向で均等化され、周方向により均一なサスペンションとすることができる。
【0091】
さらに、図1及び図2に示すように、このホイールhでは、表側外向き突起h9及び裏側外向き突起h10の先端(径方向外側)に、合計6個の緩衝材h15を設けている。前述のように、表側外向き突起h9と裏側外向き突起h10はそれぞれ120度おきに配置され且つ位相が60度相違するから、6個の緩衝材h15は、ホイールhの表裏を合わせて考えると、60度おきに均等に設けられている。この緩衝材h15により、外側ホイール部材h2と内側ホイール部材h4とが直接接触することを防止される。よって、強い衝撃がホイールに作用して、サスペンションのストロークを超える偏心が起こった場合でも、外側ホイール部材と内側ホイール部材が接触することが無くなり、衝撃を緩和することができる。この緩衝材h15は、ゴム等の弾性部材からなるものが好適である。
【0092】
サスペンション内蔵ホイールhのサスペンションとしてのストロークは、前述した軸受の偏心可能距離(図4の軸受1における距離L、図8の軸受40における距離q)により左右され、この偏心可能距離より大きくすることはできない。よって、サスペンションのストロークを大きくしてサスペンションとしての性能を向上させるためには、軸受の偏心可能距離を大きくすることが必要となる。したがって、軸受を小型化しつつその偏心可能範囲をより広くすることができる本発明の軸受は、サスペンション内蔵ホイール用に使用され、極めて限られたスペースのホイール内に収容される軸受として極めて好適なものとなる。また、サスペンション内蔵ホイールhのストロークを、軸受の偏心可能距離よりも小さくしておけば、軸受はその構成部品間で干渉することがないので好ましい。
【0093】
このサスペンション内蔵ホイールhでは、サスペンションとしてのストロークを±10mmとしている。車両のサスペンションがこのサスペンション内蔵ホイールhのみであり、ホイール外のサスペンションと兼用しない場合は、ストロークを±10mm以上とするのが好ましい。±10mm程度以上のストロークが確保できれば、通常の路面を走行する車両のサスペンションとして実用性を有するものとなるからである。±10mmのストロークを確保するためには、偏心スラスト軸受における偏心可能距離を10mmより大きくすればよい。そうすると、軸受の構成部品間で干渉することがない。
【0094】
このように、サスペンション内蔵ホイールhのサスペンションとしての機能を高めるためには、そのストロークを一定以上確保する必要がある。このためには、軸受の偏心可能距離を、前記ストローク以上とすることが求められる。一方、ホイール内部のスペースは極めて限定されたものであるため、ホイール内部に収容する偏心スラスト軸受においてその偏心可能範囲を十分に確保するのは非常に困難となる。したがって、軸受の小型化を可能としつつ偏心可能範囲を最大限とできる本発明の偏心スラスト軸受は、サスペンション内蔵ホイールhに取り付ける軸受として極めて好適なものとなる。
【0095】
軸受の軸方向側面に設けたシールド13は必ずしも必要ではないが、特に軸受がサスペンション内蔵ホイールhに用いられる場合には、車両の走行中に路面上の異物等が軸受内に多く侵入してくるため、この侵入を防止すべくシールドを設けるのが好ましい。なお、軸受において、前述の標準状態における部材相互の相対的位置関係を保持するためには、予圧付加用ねじ等により内外部材間に予圧を与えて、転動体とレース間の滑りを抑えるようにしておくのがよい。
【0096】
本発明のホイールhでは、前記の実施形態の如く、外側ホイール部材h2の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の外側連結位置と、前記内側ホイール部材h4の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の内側連結位置との位相を360/(2P)度相違させ、周方向に隣り合う外側連結位置と内側連結位置とを圧縮コイルスプリングh5等の弾性部材で連結することにより、2P個の圧縮コイルスプリングh5を同一の円周に略沿って周方向に等間隔で配置した構成としてもよい。この場合更に、かかる構成をホイールの表側と裏側のそれぞれに設け、この表側と裏側とで位相が360/(2P)度相違している構成としてもよい。前述の実施形態におけるサスペンション内蔵ホイールhではPを3としたが、Pは2以上の整数であればよい。Pが小であると、周方向の不均一性が過大となる。一方、Pが大であると、周方向の均一性は高まるが、個々の弾性部材が小型化し、サスペンションとしてのストロークが小さくなる。したがって、Pは3以上6以下がより好ましい。
【0097】
サスペンション内蔵ホイールhは、車両におけるサスペンションの全てをホイール内に収容しうるものであるが、サスペンション内蔵ホイールhと、ホイール外のサスペンションとを兼用するものであってもよい。この場合は、ホイール外のサスペンションが無い場合と比べて、サスペンションの設置空間が減少する効果は少ない。ただし、例えば、ホイール外のサスペンションには比較的振幅の大きい振動を吸収させる一方、サスペンション内蔵ホイールには比較的振幅の小さい高周波の振動を吸収させることにより、全体として広汎な領域の振動を吸収しうるという効果を得ることも可能である。
【0098】
【発明の効果】
以上のような本発明によれば、サスペンション内蔵ホイールに取り付けることができ、かかるホイール用の軸受として好適な複列の偏心スラスト軸受と、この軸受が装着されて軸方向荷重が支持でき且つサスペンションの設置スペースを減らすことのできるサスペンション内蔵ホイールとを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態に係るサスペンション内蔵ホイールの断面図である。
【図2】図1に示すサスペンション内蔵ホイールの側面図である。
【図3】本発明の第一実施形態に係るサスペンション内蔵ホイールに取り付けられている偏心スラスト軸受の分解斜視図である。
【図4】図3に示す偏心スラスト軸受の断面図である
【図5】本発明の第二実施形態に係る偏心スラスト軸受の断面図である。
【図6】本発明の第三実施形態に係る偏心スラスト軸受の断面図である。
【図7】本発明の第四実施形態に係る偏心スラスト軸受の分解斜視図である。
【図8】図7に示す偏心スラスト軸受の断面図である
【図9】本発明の第五実施形態に係る偏心スラスト軸受の断面図である。
【図10】本発明の第六実施形態に係る偏心スラスト軸受の断面図である。
【符号の説明】
h サスペンション内蔵ホイール
h1 リム部
h2 外側ホイール部材
h3 ディスク部
h4 内側ホイール部材
h5 圧縮コイルスプリング
h6 ダンパー
h15 緩衝材
1 軸受
2 外側部材
3 内側部材
4 外側ケース部
5 外レース部
6 内側ケース部
7 内レース部
8 玉
9 リング状保持器
9a ポケット孔
18 転動体ガイド部外周面
19 転動体ガイド部
19a 可動範囲規制孔
23 転動体ガイド部
23a 可動範囲規制孔
33 転動体ガイド部
33a 可動範囲規制孔
M 内側部材の径方向最外端面と外側部材との間の径方向隙間距離
L 外側部材の径方向最内端面と内側部材との間の径方向隙間距離
R 玉の径方向移動可能距離
m 内側部材の径方向最外端面と外側部材との間の径方向隙間距離
q 外側部材の径方向最内端面と内側部材との間の径方向隙間距離
r 玉と可動範囲規制孔の内周面との間の隙間距離
Claims (12)
- タイヤが装着されるリム部を含む外側ホイール部材と、車輪軸と連結するディスク部を含む内側ホイール部材と、これらホイール部材間に介装された弾性部材と、を備えるサスペンション内蔵ホイールに取り付けられ、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能とする偏心スラスト軸受であって、
互いに同心で対向し且つ一体的に接合された円環状の二つの外側部材と、
これら二つの外側部材間に同心で介在する円環状の内側部材と、を有し、
前記二つの外側部材のそれぞれは、円環状の外側ケース部と、この外側ケース部の内面に取り付けられた円環板状の外レース部を有し、
前記内側部材は、円環状の内側ケース部と、この内側ケース部から径方向に突出して延びる円環板状の内レース部と、を有するとともに、
前記内レース部の両面と、これらに対向する前記二つの外レース部との間に複数の転動体が挟持されており、
前記外側部材と前記内側部材との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、前記転動体の径方向移動可能距離に略対応していることを特徴とする複列偏心スラスト軸受。 - 前記複数の転動体は周方向に略均等間隔で配置されるとともに、この相対的位置関係を維持しつつ転動体を転動自在に保持する円環状の保持器を有し、この保持器と前記内側部材及び前記外側部材との間の径方向隙間により、転動体の前記径方向移動可能距離が確保されていることを特徴とする請求項1に記載の複列偏心スラスト軸受。
- タイヤが装着されるリム部を含む外側ホイール部材と、車輪軸と連結するディスク部を含む内側ホイール部材と、これらホイール部材間に介装された弾性部材と、を備えるサスペンション内蔵ホイールに取り付けられ、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能とする偏心スラスト軸受であって、
互いに同心で対向し且つ一体的に接合された円環状の二つの外側部材と、
これら二つの外側部材間に同心で介在する円環状の内側部材と、を有し、
前記二つの外側部材のそれぞれは、円環状の外側ケース部と、この外側ケース部の内面に取り付けられた円環板状の外レース部を有し、
前記内側部材は、円環状の内側ケース部と、この内側ケース部から径方向に突出して延びる円環板状の内レース部と、を有するとともに、
前記内レース部の両面と、これらに対向する前記二つの外レース部との間に複数の転動体が挟持されており、
前記内側部材又は外側部材に固定され、且つ各転動体の移動可能範囲を所定範囲内に規制する転動体ガイド部を備えていることを特徴とする複列偏心スラスト軸受。 - 前記転動体ガイド部が規制する前記所定範囲は、所定半径の円形範囲であることを特徴とする請求項3に記載の複列偏心スラスト軸受。
- 前記外側部材と前記内側部材との間の径方向隙間により生ずる相対移動可能範囲が、前記転動体ガイド部により規制される転動体の前記移動可能範囲に略対応していることを特徴とする請求項3又は4のいずれかに記載の複列偏心スラスト軸受。
- 前記転動体ガイド部は円環状であり、且つ、この転動体ガイド部には、同一円周上で且つ周方向に均等な位置に三つ以上の可動範囲規制孔が設けられるとともに、これら可動範囲規制孔の一つにつき一個の転動体が配置されていることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の複列偏心スラスト軸受。
- 前記転動体ガイド部により規制される転動体の径方向移動距離が前記内レース部又は外レース部の径方向幅と略対応していることを特徴とする請求項3乃至6に記載の複列偏心スラスト軸受。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の複列偏心スラスト軸受と前記弾性部材とが、前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材との間に介装されており、この軸受が、これらのホイール部材間に作用する軸方向荷重を支持しつつ当該ホイール部材間での偏心相対移動を可能としていることを特徴とするサスペンション内蔵ホイール。
- 前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材との間にダンパーが介装されていることを特徴とする請求項8に記載のサスペンション内蔵ホイール。
- 前記外側ホイール部材の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の外側連結位置と、前記内側ホイール部材の周方向に等間隔なPカ所(Pは2以上の整数)の内側連結位置との位相を360/(2P)度相違させ、周方向に隣り合う外側連結位置と内側連結位置とを弾性部材で連結することにより、2P個の弾性部材を同一の円周に略沿って周方向に等間隔で配置したことを特徴とする請求項8又は9のいずれかに記載のサスペンション内蔵ホイール。
- ホイールの表側と裏側のそれぞれに請求項10に記載の構成を有し、この構成の位相が、表側と裏側とで360/(2P)度相違していることを特徴とするサスペンション内蔵ホイール。
- 前記外側ホイール部材と前記内側ホイール部材とが直接接触することを防止する緩衝材が設置されていることを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載のサスペンション内蔵ホイール。
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