JP6591296B2 - 車輪軸受装置 - Google Patents
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Description
この発明は、駆動車輪としての前輪を支持する車輪軸受装置に関する。
自動車の直進時あるいは旋回時の走行安定性を高めるために、ステアリングホイールもしくはステアリングホイール操作に伴なって操舵される前輪と共に、車両速度と前輪転舵角の動きに合わせて後輪を操舵する機構や、後輪のトー角を調整するための機構を備えた自動車が実用化されている。
例えば、特許文献1には、ステアリングホイールの操舵角(前輪転舵角)に応じて後輪を転舵する後輪転舵装置が開示されている。この後輪転舵装置は、左右の後輪のそれぞれを支持するナックルのそれぞれにトーコントロールアクチュエータを接続し、そのトーコントロールアクチュエータにより左右の後輪を支持するナックルのそれぞれを独立して制御し、前輪の転舵角に対して後輪を同位相または逆位相に転舵し、あるいは、後輪の転舵角をずらすことによりトー角を制御して、車両の直進安定性能や旋回性能を高めるようにしている。
また、特許文献2には、左右の後輪を一体で転舵する後輪転舵装置が開示されている。この転舵装置は、車体に固定された転舵ハウジングと、その転舵ハウジングに軸方向に移動可能に支持された後輪転舵軸と、その後輪転舵軸に両端に連結された一対のタイロッドと、各タイロッドに対応するナックルアームを備え、上記後輪転舵軸を軸方向に移動させることで左右の後輪の転舵角を変化させるようにしている。
ところで、上記特許文献1および2に記載された操舵装置は、ナックルの制御によって従動輪としての後輪のトー角をコントロールするものであって、キャンバ―角の調整については何も記載されていない。上記のようなトー角の調整のみでは、車輪が内側あるいは外側に進もうとする力が作用して直進安定性に影響を与え、その直進安定性の向上を図る上において改善すべき点が残されている。
通常、車輪のトー角を調整するトー角調整機構は、電動アクチュエータや油圧などによりタイロッドを介して車輪軸受装置やナックルを転舵し、その転蛇角の変化により車輪のトー角をコントロールする構成であって、車輪軸受装置は車輪と共に転蛇角を変化させるものであるため、構成が複雑で組立てに手間がかかり、その組立ての容易化を図る上においても改善すべき点が残されていた。
この発明の課題は、トー角およびキャンバ角を調整できるようにした組立ての容易な車輪軸受装置を提供することである。
上記の課題を解決するため、この発明においては、車輪のホイールにハブ輪の円板部を連結し、その円板部の軸心上に設けられたボス部とドライブシャフトの対向部間に第1および第2の等速ジョイントを組込み、その第1および第2の等速ジョイントのそれぞれが、外輪の球形内面と内輪の球形外面間にケージが組み込まれ、そのケージに保持されたボールが外輪の球形内面に形成されたトラック溝と内輪の球形外面に形成されたトラック溝に沿って転動可能とされた固定型等速ジョイントとされ、前記第1等速ジョイントは、内輪がドライブシャフトに連結され、外輪が第2の等速ジョイントの外輪に連結された組み込みとされ、前記第2の等速ジョイントは、外輪がナックルに支持された車輪軸受により回転自在に支持され、内輪が前記ハブ輪のボス部に連結された組み込みとされ、前記ナックルによって前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧して車輪のキャンバ角を調整する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータと、前記円板部のインボード側の側面の車両進行方向の前後部を押圧して車輪のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持した構成を採用したのである。
上記の構成からなる車輪軸受装置において、車輪のキャンバ角の調整に際しては、一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータの一方を作動させて、ハブ輪における円板部の上部または下部を押圧する。その押圧により、車輪におけるタイヤの設置面がタイヤ軸心よりも外側に位置するネガティブキャンバ、または、タイヤの設置面がタイヤ軸心よりも内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角調整とすることができる。
また、車輪のトー角調整に際しては、車両進行方向の前後に配置された一対のトー角調整用直動アクチュエータの一方を作動させてハブ輪の円板部における車両進行方向の前側部又は後側部を押圧する。その押圧により車輪が進行方向に向いて外側に傾くトーアウトのトー角調整とし、または、内側に傾くトーインのトー角調整とすることができる。
上記のようなキャンバ角調整やトー角調整を行うと、第2等速ジョイントの外輪と内輪が相対的に傾き、傾きをもつ状態で等速回転して、内輪からハブ輪を介して車輪に回転が伝達される。
この発明に係る車輪軸受装置において、ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面に前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力が負荷される軌道輪を対向し、その軌道輪と前記円板部の対向面それぞれにハブ輪の軸心を中心とする軌道溝を設け、その軌道溝間にボールを組み込んで軌道輪を回転自在に支持するのが好ましい。
上記のように、ハブ輪の円板部に対して軌道輪をボールを介して相対回転可能に設け、その軌道輪にキャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力を負荷することにより、アクチュエータでハブ輪を直接押圧する場合に比較してハブ輪に負荷される回転抵抗を大幅に低減することができ、車輪を円滑に回転させることができる。
また、第2の等速ジョイントにおける外輪の開口端面に外周が凸形球面とされた球面座板を連結し、ハブ輪の円板部に上記球面座板の凸形球面を接触案内する凹形球面を設けておくのが好ましい。
上記のように、外輪の開口端面に球面座板を連結し、その球面座板をハブ輪の円板部に対して球面接触させることにより、車輪と共に傾くハブ輪からの偏心荷重を球面座板の凸形球面で支持することができるため、第2等速ジョイントのボールのそれぞれに作用する負荷の均等化を図り、第2等速ジョイントを円滑に作動させることができる。
さらに、キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれを、電動モータと、その電動モータを駆動源として作動するボールねじからなり、そのボールねじのナットを電動モータで駆動し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を軸方向に移動させてハブ輪の円板部に軸力を負荷する電動式ボールねじとするのが好ましい。
キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれを電動式ボールねじとすることにより、ナットの回転抵抗が小さく、ねじ軸を円滑に軸方向に移動させることができる。
この発明においては、上記のように、ドライブシャフトと車輪のホイールに連結されたハブ輪との間に固定型の第1等速ジョイントと第2等速ジョイントを設け、第1等速ジョイントの内輪をドライブシャフトに連結し、外輪を第2等速ジョイントの外輪に接続して、その第2等速ジョイントの外輪をナックルに支持された車輪軸受で回転自在に支持し、第2等速ジョイントの内輪をハブ輪のボス部に連結し、上記ナックルでハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータおよび上記円板部の車両進行方向の前後部を押圧する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持したことにより、それぞれの直動アクチュエータの作動によって車輪のキャンバ角およびトー角を調整することができる。
このため、車輪のタイヤの設置面がタイヤ軸心より外側に位置するネガティブキャンバのキャンバ角の調整時にトーアウトとなるトー角調整とし、あるいは、車輪のタイヤの設置面がタイヤ軸心より内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角の調整時にトーインとなるトー角調整とすることで、車輪が進行方向に向かって傾こうとする力に反発する力を車輪に負荷することができ、車両の直進安定性を向上させることができる。
また、ナックルに支持された車輪軸受、その車輪軸受に支持された第2等速ジョイントおよびハブ輪が一つのユニットを形成し、第2等速ジョイントの外輪が第1等速ジョイントの外輪に連結されたものであるため、ユニットを形成する組み立て状態での組付けを可能とし、車輪軸受装置を容易に組立てることができる。また、部品の破損による交換に際しては、一つのユニットとして交換することができるため、交換作業も容易である。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、駆動車輪としての前輪1を支持するナックル2には車体に対する連結用のアッパーアーム3とロアーアーム4が接続されている。
前輪1のホイール5にはハブ輪6が取り付けられている。図2に示すように、ハブ輪6は円板部7のインボード側の側面中央部に筒状のボス部8を設け、また、アウトボード側の側面にホイール5に設けられた中心孔9に圧入嵌合されるパイロット部10を設けた構成とされている。
ここで、インボード側とは、ホイール5に取り付けた状態で車両の中央寄りとなる側を言い、アウトボード側とは車両の外側寄りとなる側を言う。
ハブ輪6と前輪1を駆動するドライブシャフト11との間には、第1等速ジョイント12および第2等速ジョイント22が組み込まれている。
図4に示すように、第1等速ジョイント12は、外輪13の球形内面14とその内側に組み込まれた内輪15の球形外面16間にケージ17を組込み、そのケージ17の周方向に等間隔に形成された複数のポケット18のそれぞれ内部にボール19を組込み、各ボール19を外輪13の球形内面14に形成されたトラック溝20および内輪15の球形外面16に形成されたトラック溝21に沿って転動可能とされた固定型のボール等速ジョイントからなる。このボール等速ジョイントにおいては、外輪トラック溝13の曲率中心と内輪トラック溝20の曲率中心がジョイント中心に対して左右に等距離オフセットされて、外輪13と内輪15とが角度をとる状態であっても等速度での回転伝達が可能な構成とされている。
一方、第2等速ジョイント22は、上記第1等速ジョイント12と同様に、外輪23の球形内面24とその内側に組み込まれた内輪25の球形外面26間にケージ27を組込み、そのケージ27の周方向に等間隔に形成された複数のポケット28のそれぞれ内部にボール29を組込み、各ボール29を外輪23の球形内面24に形成されたトラック溝30および内輪25の球形外面26に形成されたトラック溝31に沿って転動可能とされた固定型のボール等速ジョイントからなる。
第1等速ジョイント12の内輪15はドライブシャフト11の端部に嵌合されて回り止めされている。その回り止めに際し、ここでは、内輪15とドライブシャフト11の嵌合をセレーションによる嵌合としている。
一方、第1等速ジョイント12の外輪13は、図2に示すように、その閉塞端が第2等速ジョイント22の外輪23の閉塞端と対向する同軸上の配置とされて第2等速ジョイント22の外輪23に連結されている。その連結に際し、ここでは、第1等速ジョイント12における外輪13の閉塞端にステム32を設け、そのステム32を第2等速ジョイント22の外輪23の閉塞端部に形成されたステム挿入孔33に嵌合してセレーション歯34の噛み合いにより回り止めしている。また、第2等速ジョイント22の外輪23の開口端から内部に挿入される座付きボルト35をステム32の軸心上に形成されたねじ孔36にねじ込み、そのボルト35の締め付けで外輪13、23同士を互いに結合している。
第1等速ジョイント12の外輪13の端部開口はドライブシャフト11との間に取り付けられたブーツ37により閉塞されて内部に封入されたグリースの外部への漏洩防止とされ、また、外部から外輪13内への異物の侵入防止とされている。
図4に示すように、第2等速ジョイント22における外輪23は、ナックル2に支持された車輪軸受38によって回転自在に支持されている。車輪軸受38は、フランジ39aを外周に有し、そのフランジ39aがナックル2にねじ止めされた軸受外輪39と、その軸受外輪39の内周に形成された複列の軌道溝40に沿って転動可能なボール41とからなる。その車輪軸受38による外輪23の支持に際し、外輪23の閉塞端部に形成された軸受支持面42に軸受内輪43を嵌合して固定し、その軸受内輪43の外周および外輪23の開口端部の外周に車輪軸受38のボール41が転動可能な軌道溝44を設けている。
軸受外輪39の開口両端部は、第2等速ジョイント22の外輪23および軸受内輪43との間に組み込まれたシール部材45により密閉されて内部に封入されたグリースの外部への漏洩防止とされ、かつ、外部から軸受外輪39内への異物の侵入防止とされている。
一方、第2等速ジョイント22の内輪25は、ハブ輪6のボス部8の端面に当接されて、そのボス部8に連結されている。その連結に際し、内輪25の軸心上にねじ孔46を形成し、ハブ輪6のアウトボード側からボス部8内に挿入されるボルト47を上記ねじ孔46にねじ係合し、そのボルト47の締め付けにより内輪25を固定している。
図2に示すように、第2等速ジョイント22の外輪23とハブ輪6の対向部間には、ハブ輪6から第2等速ジョイント22の複数のボール29に偏荷重が負荷されるのを防止する調心機構48が設けられている。
調心機構48は、外輪23の開口端面に球面座板49をねじ止めし、その球面座板49の外周に形成された凸形球面50をハブ輪6の円板部7に形成された凹形球面51に球面接触させ、ハブ輪6と内輪25が相対的に角度をとって回転する際に、ハブ輪6の凹形球面51を凸形球面50で接触案内して、ハブ輪6からの偏荷重を球面座板49の凸形球面50で受け、複数のボール29に偏荷重が負荷されるのを防止している。
ハブ輪6における円板部7の外径寄りのインボード側には軌道輪52が対向配置され、その軌道輪52と円板部7の対向面それぞれにハブ輪6の軸心を中心とする円形の軌道溝53、54が設けられ、その軌道溝53、54間にボール55が組み込まれて軌道輪52とハブ輪6が相対的に回転自在とされている。
図5および図6に示すように、ナックル2には、軌道輪52のインボード側の側面の上部および下部を押圧して前輪1のキャンバ角を調整する上下一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータ56が設けられている。また、ナックル2には、図7および図8に示すように、軌道輪52のインボード側の側面の車両進行方向の前部および後部を押圧して前輪1のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータ57が支持されている。
キャンバ角調整用直動アクチュエータ56およびトー角調整用直動アクチュエータ57として、ここでは、図3に示す電動式ボールねじを採用している。この電動式ボールねじ60は、電動モータ61と、その電動モータ61を駆動源として作動するボールねじ62からなる。
電動モータ61は、ナックル2にねじ止めされたモータケース63の内径面でステータ64を支持し、そのステータ64内にロータ65を組み込んだ構成とされている。一方、ボールねじ62は、電動モータ61のロータ65内に組み込まれたナット66と、そのナット66にボール67を介してねじ係合するねじ軸68とからなり、上記ナット66を電動モータ61で回転させてねじ軸68を軸方向に移動させ、そのねじ軸68の先端部に形成された球形の押圧子69で軌道輪52を押圧するようにしている。
なお、ねじ軸68を軌道輪52に向けて円滑に移動させるため、ねじ軸68を弾性部材70によって軌道輪52に向けて付勢している。
図2に示すように、ハブ輪6の円板部7と軌道輪52の対向面間の外周部にはシール部材58が組み込まれてグリースの外部への漏洩防止とされている。また、軌道輪52と車輪軸受38の軸受外輪39間はブーツ59の取り付けにより閉塞されてグリースの外部への漏洩防止とされ、かつ、外部から内部への異物の侵入防止とされている。
実施の形態で示す車輪軸受装置は上記の構造からなり、前輪1のキャンバ角の調整に際しては、図1に示す一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータ56の一方を作動させる。いま、下部のキャンバ角調整用直動アクチュエータ56の作動によりねじ軸68を軌道輪52に向けて移動させると、上記ねじ軸68が軌道輪52の下部を押圧し、その押圧により前輪1に傾きが生じて、図5に示すように、前輪1は、タイヤの設置面Pが前輪軸心Lより外側に位置するネガティブキャンバのキャンバ角調整とされる。
一方、図1に示す上部のキャンバ角調整用直動アクチュエータ56を作動させてねじ軸68を軌道輪52に向けて移動させると、上記ねじ軸68が軌道輪52の上部を押圧し、その押圧により前輪1に傾きが生じて、図6に示すように、前輪1は、タイヤの設置面Pが前輪軸心Lより内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角調整とされる。
また、車両進行方向の前後に配置された一対のトー角調整用直動アクチュエータ57のうち、車両進行方向の前側に配置されたトー角調整用直動アクチュエータ57を作動させると、ねじ軸68が軌道輪52の車両進行方向の前部を押圧し、その押圧により前輪1に傾きが生じて、図7に示すように、前輪1は車両進行方向の前部が外側に傾くトーアウトのトー角調整とされる。
一方、車両進行方向の前側に配置されたトー角調整用直動アクチュエータ57を作動させると、ねじ軸68が軌道輪52の車両進行方向の後部を押圧し、その押圧により前輪1に傾きが生じて、図8に示すように、前輪1は車両進行方向の前部が内側に傾くトーインのトー角調整とされる。
上記のようなキャンバ角調整やトー角調整を行うと、第2等速ジョイント22の外輪23と内輪25が相対的に傾き、傾きをもつ状態で等速回転して、内輪25からハブ輪6を介して前輪1に回転が伝達される。
ここで、図5に示すように、前輪1がネガティブキャンバとされる場合、前輪1は進行方向に向かって内側に進もうとする力が働くことになる。その場合、図7に示すように、前輪1をトーアウトとなるトー角調整とすることで、前輪1に進行方向に向かって外側に進もうとする力が働き、ネガティブキャンバ時の前輪1に作用する力を相殺することになって車両は直進状態を維持し、直進安定性を向上させることができる。
また、図6に示すように、前輪1がポジティブキャンバとされる場合、前輪1は進行方向に向かって外側に進もうとする力が働くことになる。その場合、図8に示すように、前輪1をトーインとなるトー角調整とすることで、前輪1に進行方向に向かって内側に進もうとする力が働いて、ポジティブキャンバ時の前輪1に作用する力を相殺することになり、車両は直進状態を維持し、直進安定性を向上させることができる。
図2に示すように、ハブ輪6にボール55を介して相対回転可能に支持された軌道輪52をキャンバ角調整用直動アクチュエータ56およびトー角調整用直動アクチュエータ57のねじ軸68で押圧することにより、直動アクチュエータ56、57のそれぞれでハブ輪6を直接押圧する場合に比較して、ハブ輪6に負荷される回転抵抗が大幅に低減し、前輪1を円滑に回転させることができる。
また、図4に示す分解正面図において、球面座板49に設けられたねじ止め用のボルト80を外輪23の開口端面に形成されたねじ孔81にねじ込んで締め付けることにより、ハブ輪6、球面座板49、第2等速ジョイント22および車輪軸受38が一つのユニットを形成し、そのユニットを形成する状態で車輪軸受装置の組立てとすることができるため、車輪軸受装置を容易に組立てることができる。また、ユニットの状態で分解することができるため、部品の破損による交換も容易に行うことができる。
なお、実施の形態では、車輪軸受装置によって前輪1を支持したが、車輪軸受装置によって支持される車輪は前輪に限定されず、後輪であってもよい。
1 前輪(車輪)
2 ナックル
5 ホイール
6 ハブ輪
7 円板部
8 ボス部
11 ドライブシャフト
12 第1等速ジョイント
13 外輪
14 球形内面
15 内輪
16 球形外面
17 ケージ
19 ボール
20 トラック溝
21 トラック溝
22 第2等速ジョイント
23 外輪
24 球形内面
25 内輪
26 球形外面
27 ケージ
29 ボール
30 トラック溝
31 トラック溝
38 車輪軸受
49 球面座板
50 凸形球面
51 凹形球面
52 軌道輪
53 軌道溝
54 軌道溝
55 ボール
56 キャンバ角調整用直動アクチュエータ
57 トー角調整用直動アクチュエータ
61 電動モータ
62 ボールねじ
66 ナット
68 ねじ軸
2 ナックル
5 ホイール
6 ハブ輪
7 円板部
8 ボス部
11 ドライブシャフト
12 第1等速ジョイント
13 外輪
14 球形内面
15 内輪
16 球形外面
17 ケージ
19 ボール
20 トラック溝
21 トラック溝
22 第2等速ジョイント
23 外輪
24 球形内面
25 内輪
26 球形外面
27 ケージ
29 ボール
30 トラック溝
31 トラック溝
38 車輪軸受
49 球面座板
50 凸形球面
51 凹形球面
52 軌道輪
53 軌道溝
54 軌道溝
55 ボール
56 キャンバ角調整用直動アクチュエータ
57 トー角調整用直動アクチュエータ
61 電動モータ
62 ボールねじ
66 ナット
68 ねじ軸
Claims (4)
- 車輪のホイールにハブ輪の円板部を連結し、その円板部の軸心上に設けられたボス部とドライブシャフトの対向部間に第1および第2の等速ジョイントを組込み、その第1および第2の等速ジョイントのそれぞれが、外輪の球形内面と内輪の球形外面間にケージが組み込まれ、そのケージに保持されたボールが外輪の球形内面に形成されたトラック溝と内輪の球形外面に形成されたトラック溝に沿って転動可能とされた固定型等速ジョイントとされ、前記第1等速ジョイントは、内輪がドライブシャフトに連結され、外輪が第2の等速ジョイントの外輪に連結された組み込みとされ、前記第2の等速ジョイントは、外輪がナックルに支持された車輪軸受により回転自在に支持され、内輪が前記ハブ輪のボス部に連結された組み込みとされ、前記ナックルによって前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧して車輪のキャンバ角を調整する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータと、前記円板部のインボード側の側面の車両進行方向の前後部を押圧して車輪のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持したことを特徴とする車輪軸受装置。
- 前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面に前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力が負荷される軌道輪を対向し、その軌道輪と前記円板部の対向面それぞれにハブ輪の軸心を中心とする円形の軌道溝を設け、その軌道溝間にボールを組み込んで軌道輪を回転自在に支持した請求項1に記載の車輪軸受装置。
- 前記第2の等速ジョイントにおける外輪の開口端面に外周が凸形球面とされた球面座板を連結し、前記ハブ輪の円板部に前記球面座板の凸形球面を接触案内する凹形球面を設けた請求項1又は2に記載の車輪軸受装置。
- 前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれが、電動モータと、その電動モータを駆動源として作動するボールねじからなり、そのボールねじのナットを電動モータで駆動し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を軸方向に移動させてハブ輪の円板部に軸力を負荷する電動式ボールねじからなる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車輪軸受装置。
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