JP7365769B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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本発明は、車輪用軸受装置に関する。
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）。車輪用軸受装置では、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軌道面間に転動部材が介装されている。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。
ところで、車輪用軸受装置の外方部材と内方部材の間には、環状空間が形成され、当該環状空間のアウター側開口端を塞ぐシール部材が設けられている（図６参照）。このような車輪用軸受装置においては、外方部材の内側にシール部材を収容するためのスペースを確保する必要があり、結果としてインナー側の転動部材とアウター側の転動部材の相対距離が短くなってしまうという問題があった。従って、曲げモーメントに対する剛性が低下し、ひいては軸受寿命が短くなってしまうという問題があった。
加えて、内方部材を構成するハブ輪には、車輪取付フランジが形成されている（図６参照）。そして、この車輪取付フランジが外方部材のアウター側端部から隙間をあけて配置されている。このような車輪用軸受装置においては、車輪取付フランジを伝って流れる泥水や外方部材を伝って流れる泥水が隙間を通ってシール部材に到達し、シール部材が泥水に含まれる異物を噛み込んで破損したり摩耗したりしてしまうという問題があった。従って、シール部材の密封性が低下するという問題があった。
特開２０１７－１４５８８１号公報
曲げモーメントに対する剛性を高めると共にアウター側シール部材の密封性の低下を抑えることで軸受寿命の向上を実現できる車輪用軸受装置を提供する。
第一の発明は、
複列の外側軌道面を有する外方部材と、
ハブ輪及び内輪からなり、複列の内側軌道面を有する内方部材と、
前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの軌道面間に介装される複列の転動部材と、
前記外方部材と前記内方部材によって形成された環状空間のアウター側開口端を塞ぐアウター側シール部材と、を備えた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪における車輪取付フランジのインナー側基端部分に当該ハブ輪の回転軸を中心とする円環状の凹部が設けられており、
前記外方部材のアウター側端部が前記凹部に挿入され、かつ前記アウター側シール部材の少なくとも一部が前記凹部に収まっている、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、
前記凹部の内周面と前記外方部材のアウター側端部における外周面が互いに近接してラビリンス部を構成している、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、
前記ラビリンス部がインナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している、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、ハブ輪における車輪取付フランジのインナー側基端部分にハブ輪の回転軸を中心とする円環状の凹部が設けられている。そして、外方部材のアウター側端部が凹部に挿入され、かつアウター側シール部材の少なくとも一部が凹部に収まっている。かかる車輪用軸受装置によれば、外方部材を軸方向に拡張させ、かつ外方部材の内側にアウター側シール部材を収容するためのスペースを確保できるので、インナー側の転動部材とアウター側の転動部材の相対距離を長くすることができる。従って、曲げモーメントに対する剛性が高まるので、軸受寿命の向上を実現できる。また、かかる車輪用軸受装置によれば、車輪取付フランジのインナー側基端部分と外方部材のアウター側端部によって形成される隙間が複雑になるので、車輪取付フランジを伝って流れる泥水や外方部材を伝って流れる泥水がアウター側シール部材に到達するのを抑えることができる。従って、アウター側シール部材の密封性の低下を抑えられるので、軸受寿命の向上を実現できる。
第二の発明に係る車輪用軸受装置は、凹部の内周面と外方部材のアウター側端部における外周面が互いに近接してラビリンス部を構成している。かかる車輪用軸受装置によれば、ラビリンス部に泥水が浸入しても、泥水の通り抜けを防いでアウター側シール部材に到達するのを抑えることができる。従って、アウター側シール部材の密封性の低下を抑えられるので、軸受寿命の向上を実現できる。
第三の発明に係る車輪用軸受装置は、ラビリンス部がインナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している。かかる車輪用軸受装置によれば、ラビリンス部に泥水が浸入しても、ハブ輪の回転による遠心力を利用して排出することができる。従って、アウター側シール部材の密封性の低下を更に抑えられる。
車輪用軸受装置の構造を示す図。 車輪用軸受装置を車体に取り付けた状態を示す図。 第一実施形態に係る車輪用軸受装置の一部構造を示す図。 第一実施形態に係る車輪用軸受装置の特徴点を示す図。 第二実施形態に係る車輪用軸受装置の一部構造を示す図。 従来品である車輪用軸受装置の構造を示す図。
まず、図１を用いて、車輪用軸受装置１の構造について説明する。
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、転動部材４・５と、を備えている。なお、本明細書において、「インナー側」とは、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、「径方向外側」とは、内方部材３の回転軸Ａ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Ａに近づく方向を表す。更に、「軸方向」とは、回転軸Ａに沿う方向を表す。
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のインナー側端部における内周には、嵌合面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おける内周には、嵌合面２ｂが形成されている。更に、外方部材２の軸方向中央部における内周には、二つの外側軌道面２ｃ・２ｄが形成されている。加えて、外方部材２には、その外周面から径方向外側へ延びる車体取付フランジ２ｅが形成されている。車体取付フランジ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、外方部材２の径方向内側に配置される。ハブ輪３１のインナー側端部における外周には、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３１の外径が小さくなった部分を指し、その外周面が回転軸Ａ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スプライン穴３ｂが形成されている。更に、ハブ輪３１の軸方向中央部における外周には、内側軌道面３ｄが形成されている。加えて、ハブ輪３１には、その外周面から径方向外側へ延びる車輪取付フランジ３ｅが形成されている。車輪取付フランジ３ｅには、回転軸Ａを中心に複数のボルト穴３ｆが設けられており、それぞれのボルト穴３ｆにハブボルト３３が圧入されている。
内輪３２は、ハブ輪３１の小径段部３ａに外嵌される。内輪３２のインナー側端部における外周には、嵌合面３ｇが形成されている。また、嵌合面３ｇに隣接する外周には、内側軌道面３ｃが形成されている。これにより、内輪３２の外周に内側軌道面３ｃを構成している。
転動部材４・５は、転がり軸受構造の転動部分を構成するものである。転動部材４・５は、いわゆる鋼球であって、それぞれが保持器によって円周上に等間隔にならべられている。インナー側の転動部材４は、外方部材２の外側軌道面２ｃと内輪３２の内側軌道面３ｃの間に介装されている。また、アウター側の転動部材５は、外方部材２の外側軌道面２ｄとハブ輪３１の内側軌道面３ｄの間に介装されている。なお、本車輪用軸受装置１において、転動部材４・５は、両方とも球形状であるが、いずれか一方又は両方が円筒形状又は円錐形状であってもよい。
次に、図２を用いて、車輪用軸受装置１を車体に取り付けるための構造について説明する。
車輪用軸受装置１は、円筒形状であるパイロット部２ｇをナックル９の嵌合穴９ａに嵌め込むと共に車体取付フランジ２ｅの端面をナックル９の端面に当接させた状態で、ナックルボルト９１を介して取り付けられる。このとき、ナックルボルト９１は、ナックル９のボルト穴９ｂにインナー側から挿通され、車体取付フランジ２ｅのボルト穴２ｆに螺合される。或いは、車体取付フランジ２ｅのボルト穴２ｆにアウター側から挿通され、ナックル９のボルト穴９ｂに螺合される。なお、車体旋回時や車輪の凹凸乗越時などで、内方部材３に曲げモーメントＭがはたらくこととなる。
次に、図３及び図４を用いて、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１の特徴点とその効果について説明する。図４には、比較対象として従来品である車輪用軸受装置を示している。ここでは、従来品である車輪用軸受装置についても、同じ部材については同じ符号を付すものとする。
まず、車輪用軸受装置１を構成するシール部材６について説明しておく。車輪用軸受装置１は、外方部材２と内方部材３（ハブ輪３１及び内輪３２）の間に形成される環状空間Ｓの両側開口端を塞ぐべく、一対のシール部材６・７を備えている。以下では、環状空間Ｓのアウター側開口端を塞ぐシール部材（以降「アウター側シール部材」という）６に着目して説明する。
アウター側シール部材６は、芯金６１に弾性部材６２を加硫接着したものである。芯金６１は、外方部材２の嵌合面２ｂに内嵌される嵌合部６１ａと、嵌合部６１ａのアウター側端部から径方向内側へ延びる側板部６１ｂと、を有している。弾性部材６２には、サイドリップ６２ａが形成されており、サイドリップ６２ａの先端縁が平端面３ｈに接触している。また、サイドリップ６２ａの径方向内側には、中間リップ６２ｂが形成されており、中間リップ６２ｂの先端縁が円弧面３ｉに接触している。更に、弾性部材６２には、グリースリップ６２ｃが形成されており、グリースリップ６２ｃの先端縁が軸周面３ｊに接触している。
第一実施形態に係る車輪用軸受装置１においては、ハブ輪３１における車輪取付フランジ３ｅのインナー側基端部分にハブ輪３１の回転軸Ａを中心とする円環状の凹部３ｍが設けられている。凹部３ｍは、車輪取付フランジ３ｅのインナー側端面３ｎからアウター側へ向けて窪んだ部位であり、その底面である平端面３ｈが回転軸Ａに対して垂直となっている。また、凹部３ｍの径方向内側の内周面である円弧面３ｉが平端面３ｈ及び軸周面３ｊに対して連続するようにつながっている。更に、軸周面３ｊは、凹部３ｍの外側で回転軸Ａに対して平行となっている。そして、少なくとも平端面３ｈ、円弧面３ｉ及び軸周面３ｊには研磨加工仕上げが施される。なお、車輪取付フランジ３ｅのアウター側基端部分には、アウター側端面３ｏからアウター側へ向けて突出する補強部３ｐが設けられている。これは、凹部３ｍを設けたことによる強度の低下を防ぐためである。
同時に、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１においては、外方部材２のアウター側端部２ｉが凹部３ｍに挿入されている（図中の二点鎖線を越えて凹部３ｍに挿入されている）。そして、外方部材２のアウター側端部２ｉに内嵌されているアウター側シール部材６の少なくとも一部が凹部３ｍの内側に収まっている（図中の二点鎖線を越えて凹部３ｍの内側に収まっている）。具体的に説明すると、アウター側シール部材６のサイドリップ６２ａと中間リップ６２ｂを含む一部が凹部３ｍに収まっている。但し、サイドリップ６２ａと中間リップ６２ｂに加えてグリースリップ６２ｃを含む一部が凹部３ｍの内側に収まっているとしてもよい。この点、「アウター側シール部材６の少なくとも一部」について限定するものではない。
このように、本車輪用軸受装置１は、従来品である車輪用軸受装置に比べて外方部材２を軸方向に拡張している。また、外方部材２の内側にアウター側シール部材６を収容するためのスペースを確保している。このため、本車輪用軸受装置１は、インナー側の転動部材４とアウター側の転動部材５の相対距離Ｌを従来品である車輪用軸受装置の相対距離Ｌｐよりも大きくできるのである。図４において、相対距離Ｌと相対距離Ｌｐの差異は値Ｄで表されている。
更に、本車輪用軸受装置１においては、車輪取付フランジ３ｅのインナー側基端部分と外方部材２のアウター側端部２ｉによって形成される隙間３ｑが凹部３ｍの内周面に沿って形成される。このため、本車輪用軸受装置１は、従来品である車輪用軸受装置の隙間１０３ｑに比べて複雑に入り組んだ形状となっている。このようにすることで、車輪取付フランジ３ｅを伝って流れる泥水や外方部材２を伝って流れる泥水が隙間３ｑに入りにくくなる。また、泥水がアウター側シール部材６まで到達しにくくなる。図３において、凹部３ｍの径方向外側の内周面である傾斜面３ｋから外方部材２のアウター側端部２ｉにおける外周面２ｋまでの寸法は値ｄ１で表されている。値ｄ１は、車体旋回時においても０．１ｍｍ以上とされる。更に、凹部３ｍの底面である平端面３ｈから外方部材２のアウター側端面２ｈまでの寸法は値ｄ２で表されている。値ｄ２は、車体旋回時においても０．５ｍｍ以上とされる。
以上のように、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１は、ハブ輪３１における車輪取付フランジ３ｅのインナー側基端部分にハブ輪３１の回転軸Ａを中心とする円環状の凹部３ｍが設けられている。そして、外方部材２のアウター側端部２ｉが凹部３ｍに挿入され、かつアウター側シール部材６の少なくとも一部が凹部３ｍに収まっている。かかる車輪用軸受装置１によれば、外方部材２を軸方向に拡張させ、かつ外方部材２の内側にアウター側シール部材６を収容するためのスペースを確保できるので、インナー側の転動部材４とアウター側の転動部材５の相対距離Ｌを長くすることができる。従って、曲げモーメントＭに対する剛性が高まるので、軸受寿命の向上を実現できる。また、かかる車輪用軸受装置１によれば、車輪取付フランジ３ｅのインナー側基端部分と外方部材２のアウター側端部２ｉによって形成される隙間３ｑが複雑になるので、車輪取付フランジ３ｅを伝って流れる泥水や外方部材２を伝って流れる泥水がアウター側シール部材６に到達するのを抑えることができる。従って、アウター側シール部材６の密封性の低下を抑えられるので、軸受寿命の向上を実現できる。
加えて、本車輪用軸受装置１では、インナー側の転動部材４とアウター側の転動部材５の相対距離Ｌを長くすることができる。従って、曲げモーメントＭに対する剛性が高まるので、軸受寿命の向上を実現できる。
次に、図５を用いて、第二実施形態に係る車輪用軸受装置１の特徴点とその効果について説明する。なお、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１と比較して異なる部分に着目して説明する。
第二実施形態に係る車輪用軸受装置１においては、スリンガ７を具備している。スリンガ７は、鋼板を湾曲させて形成したものであり、凹部３ｍの内周面に沿うように嵌め込まれている。そして、弾性部材６２のサイドリップ６２ａは、その先端縁が平端面７ｈに接触している。また、弾性部材６２の中間リップ６２ｂは、その先端縁が円弧面７ｉに接触している。更に、弾性部材６２のグリースリップ６２ｃは、その先端縁が軸周面７ｊに接触している。
第二実施形態に係る車輪用軸受装置１においても、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１と同様の作用効果を奏する。
次に、図３から図６を用いて、各実施形態に係る車輪用軸受装置１の他の特徴点とその効果について説明する。
各実施形態に係る車輪用軸受装置１には、凹部３ｍの径方向外側の内周面である傾斜面３ｋと外方部材２のアウター側端部２ｉにおける外周面２ｋによって細い隙間３ｑが形成されている。これにより、泥水が細い隙間３ｑによって捕集されるため、泥水がアウター側シール部材６まで到達しにくくなる。つまり、隙間３ｑに泥水が浸入しても、泥水の通り抜けを防いでアウター側シール部材６に到達するのを抑えることができるのである。本明細書においては、かかる隙間３ｑを「ラビリンス部Ｒ」と定義する。
ところで、ラビリンス部Ｒは、浸入した泥水を排出する機能を有している。即ち、凹部３ｍの径方向外側の内周面である傾斜面３ｋは、インナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している。また、外方部材２のアウター側端部２ｉにおける外周面２ｋも、インナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している。従って、傾斜面３ｋと外周面２ｋでなるラビリンス部Ｒは、インナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している。これにより、ラビリンス部Ｒにとどまった泥水は、ハブ輪３１の回転につられて共に回転するようになる。すると、かかる泥水には、径方向外側へ向かう遠心力がかかることとなる。こうして、泥水は、このラビリンス部Ｒから外部へ排出される（矢印Ｆ参照）。
以上のように、本車輪用軸受装置１は、凹部３ｍの内周面と外方部材２のアウター側端部２ｉにおける外周面２ｋが互いに近接してラビリンス部Ｒを構成している。かかる車輪用軸受装置１によれば、ラビリンス部Ｒに泥水が浸入しても、泥水の通り抜けを防いでアウター側シール部材６に到達するのを抑えることができる。従って、アウター側シール部材６の密封性の低下を抑えられるので、軸受寿命の向上を実現できる。
加えて、本車輪用軸受装置１は、ラビリンス部Ｒがインナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している。かかる車輪用軸受装置１によれば、ラビリンス部Ｒに泥水が浸入しても、ハブ輪３１の回転による遠心力を利用して排出することができる。従って、アウター側シール部材６の密封性の低下を更に抑えられる。
最後に、本明細書に開示した車輪用軸受装置１は、外方部材２に車体取付フランジ２ｅを有し、内方部材３が車輪取付フランジ３ｅを有するハブ輪３１と内輪３２で構成された第３世代構造であるが、これに限定するものではない。例えば、外方部材に車体取付フランジを有し、内方部材である内輪に対して車輪取付フランジを有するハブ輪を挿通できる第２世代構造であってもよい。更に、外方部材に車体取付フランジを有し、内方部材が車輪取付フランジを有するハブ輪と自在継手の嵌合体である第４世代構造であってもよい。
１ 車輪用軸受装置
２ 外方部材、 ２ｃ 外側軌道面、 ２ｄ 外側軌道面、 ２ｉ アウター側端部
３ 内方部材、 ３ｃ 内側軌道面、 ３ｄ 内側軌道面、 ３ｅ 車輪取付フランジ、 ３ｍ 凹部、 ３ｑ 隙間
３１ ハブ輪
３２ 内輪
４ 転動部材
５ 転動部材
６ アウター側シール部材
Ａ 回転軸
Ｒ ラビリンス部
Ｓ 環状空間

Claims (3)

  1. 複列の外側軌道面を有する外方部材と、
    ハブ輪及び内輪からなり、複列の内側軌道面を有する内方部材と、
    前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの軌道面間に介装される複列の転動部材と、
    前記外方部材と前記内方部材によって形成された環状空間のアウター側開口端を塞ぐアウター側シール部材と、を備えた車輪用軸受装置において、
    前記ハブ輪における車輪取付フランジのインナー側基端部分に当該ハブ輪の回転軸を中心とする円環状の凹部が設けられており、
    前記凹部は、前記車輪取付フランジのインナー側端面からアウター側へ向けて窪んだ部位であり、
    前記外方部材のアウター側端部が前記凹部に挿入され、かつ前記アウター側シール部材の少なくとも一部が前記凹部に収まっており、
    前記車輪取付フランジのアウター側基端部分には、当該車輪取付フランジのアウター側端面からアウター側へ向けて突出する補強部が設けられており、
    前記車輪取付フランジの径方向外側部には、前記ハブ輪の回転軸を中心に複数のボルト穴が設けられており、
    前記外方部材のアウター側端部は、前記ボルト穴のインナー側端部の位置よりアウター側に位置している、
    ことを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記凹部の内周面と前記外方部材のアウター側端部における外周面が互いに近接してラビリンス部を構成している、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記ラビリンス部がインナー側に向かうにつれて径方向外側へ傾斜している、
    ことを特徴とする請求項２に記載の車輪用軸受装置。
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