KR20050057194A - 차륜 지지용 구름 베어링 유닛 - Google Patents

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Abstract

차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 있어서, 볼(14, 14)을 설치한 공간의 양단 개구를, 각각이 2 내지 3개의 시일 립을 갖는 시일 링(16c, 16d)에 의해 폐쇄한다. 예압에 의거하여 변형하는 구름 저항을 0.15 내지 0.45N·m의 범위로 규제하는 동시에, 상기 각 시일 립과 상대면과의 마찰에 의거하여, 이들 양 시일 링(16c, 16d)의 회전 저항의 합계를 0.06 내지 0.4N·m의 범위로 규제한다.

Description

차륜 지지용 구름 베어링 유닛{ROLLING BEARING UNIT FOR SUPPORTING WHEEL}
본 발명은 차량(자동차)의 현가 장치에 대하여 차륜을 회전 가능하게 지지하기 위한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 개량에 관한 것이다.
차륜 지지용 구름 베어링 유닛으로서, 예를 들면 일본 특허 공개 제 2001-221243 호 공보에는 도 10 및 도 11에 도시하는 같은 구조가 기재되어 있다. 우선, 이중의 도 10에 도시한 제 1 예의 구조에 관하여 설명한다. 차륜을 구성하는 휠(1)은 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2)에 의해, 현가 장치를 구성하는 차축(3)의 단부에 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 이 차축(3)의 단부에 고정한 지지축(4)에, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2)을 구성하는 정지측 궤도륜인 내륜(5, 5)을 외측 끼워맞춤하고, 너트(6)에 의해 이 내륜(5, 5)을 고정하고 있다. 한편, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2)을 구성하는 회전측 궤도륜인 허브(7)에 상기 휠(1)을 복수개의 스터드(8, 8)와 너트(9, 9)에 의해 결합 고정하고 있다.
상기 허브(7)의 내주면에는, 각각이 회전측 궤도면인 복열의 외륜궤도(10a, 10b)를, 외주면에는 부착 플랜지(11)를 각각 형성하고 있다. 상기 휠(1)은 제동 장치를 구성하기 위한 드럼(12)과 함께, 상기 부착 플랜지(11)의 편측면(도시의 예로서는 외측면, 도 10 및 도 11의 좌측면)에, 상기 각 스터드(8, 8)와 너트(9, 9)에 의해 결합 고정되어 있다.
상기 각 외륜궤도(10a, 10b)와, 상기 각 내륜(5, 5)의 외주면에 형성되고, 각각이 정지측 궤도면인 각 내륜궤도(13, 13)와의 사이에는 볼(14, 14)을 복수개씩 각각 유지기(15, 15)에 의해 유지한 상태에서 전동 가능하게 설치되어 있다. 구성 각 부재를 이와 같이 조합하는 것에 의해, 배면 조합되어 있는 복열 앵귤라형의 볼 베어링을 구성하고, 상기 각 내륜(5, 5)의 주위에 상기 허브(7)를 회전 가능하게, 또한, 래디얼 하중 및 드러스트 하중을 회전지지 가능하게 지지하고 있다. 또한, 상기 허브(7)의 양 단부 내주면과, 상기 각 내륜(5, 5)의 단부 외주면과의 사이에는 각각 시일 링(16a, 16b)을 설치하여, 상기 각 볼(14, 14)을 설치한 공간과 외부 공간을 차단하고 있다. 또한, 상기 허브(7)의 외측 단(축방향에 관해서 외측이란 차량에의 조립 상태에서 폭방향 외측을 말한다. 동일하게, 폭방향 중앙측을 내측이라고 한다. 본 명세서 전체에서 동일함) 개구부는 캡(17)에 의해 폐쇄되어 있다.
상술한 것과 같은 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2)의 사용시에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 내륜(5, 5)을 외측 끼워맞춤 고정한 지지축(4)을 차축(3)에 고정하는 동시에, 허브(7)의 부착 플랜지(11)에 도시하지 않은 타이어를 조합시킨 휠(1) 및 드럼(12)을 고정한다. 또한, 이중의 드럼(12)과, 상기 차축(3)의 단부에 고정의 배킹 플레이트(18)에 지지한, 도시하지 않은 휠 실린더 및 슈를 조합하여, 제동용의 드럼 브레이크를 구성한다. 제동시에는, 상기 드럼(12)의 내경측에 설치된 한쌍의 슈를 이 드럼(12)의 내주면에 압박한다.
다음에, 도 11에 도시한 종래 구조의 제 2 예에 관하여 설명한다. 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2a)의 경우에는, 정지측 궤도륜인 외륜(19)의 내경측에, 회전측 궤도륜인 허브(7a)를 복수의 볼(14, 14)에 의해, 회전 가능하게 지지하고 있다. 이 때문에, 상기 외륜(19)의 내주면에 각각이 정지측 궤도면인 복열의 외륜궤도(10a, 10b)를, 상기 허브(7a)의 외주면에 각각이 회전측 궤도면인 제 1, 제 2 내륜궤도(20, 21)를 각각 설치하고 있다.
상기 허브(7a)는 주축 부재인 허브 본체(22)와, 내륜(23)을 조합하여 구성된다. 이중의 허브 본체(22)의 외주면의 외측 단부에 차륜을 지지하기 위한 부착 플랜지(11a)를, 동일하게 중간부에 상기 제 1 내륜궤도(20)를, 동일하게 중간부 내단 근방 부분에 이 제 1 내륜궤도(20)를 형성한 부분보다도 소경인 소경 단부(24)를 각각 설치하고 있다. 그리고, 이 소경 단부(24)에, 외주면에 단면 원호형인 상기 제 2 내륜궤도(21)를 설치한 상기 내륜(23)을 외측 끼워맞춤하고 있다. 또한, 상기 허브 본체(22)의 내측 단부를 직경방향 외측으로 소성 변형시켜 이루어지는 코킹부(25)에 의해 상기 내륜(23)의 내측 단부면을 가압하여, 이 내륜(23)을 상기 허브 본체(22)에 대하여 고정하고 있다. 또한, 상기 외륜(19)의 양 단부 내주면과, 상기 허브(7a)의 중간부 외주면 및 상기 내륜(23)의 내측 단부 외주면과의 사이에, 각각 시일 링(16c, 16d)을 설치하고, 상기 외륜(19)의 내주면과 상기 허브(7a)의 외주면과의 사이에서 상기 각 볼(14, 14)을 설치한 공간과, 외부 공간을 차단하고 있다.
또한, 상술한 바와 같은 도 11에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2a)의 경우, 제 1 내륜궤도(20)를 상기 허브 본체(22)의 중간부 외주면에 직접 형성하고 있기 때문에, 강성을 높게 할 수 있다. 즉, 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 중간부에 설치하는 제 1 내륜궤도를, 허브 본체와 별개의 부재의 내륜의 외주면에 형성하고, 이 내륜을 이 허브 본체에 외측 끼워맞춤 고정하는 것도 가능하다. 단, 이 경우에는, 이 허브 본체에 대한 상기 내륜의 조임을 크게 하지 않는 한, 상기 도 11에 도시한 구조와 마찬가지로, 상기 제 1 내륜궤도(20)를 상기 허브 본체(22)의 중간부 외주면에 직접 형성한 경우에 비교하여 강성이 낮게 된다. 상기 별개의 부재의 내륜을 상기 허브 본체의 내측 단부에서 중간부까지 큰 조임을 확보하면서 큰 스트로크로 외측 끼워맞춤하는 작업은 번거롭다. 이것에 비하여, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내륜궤도(20)를 상기 허브 본체(22)의 중간부 외주면에 직접 형성한 구조에 따르면, 강성이 높은 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2a)을 번거롭지 않게 만들 수 있다.
상술한 일본 특허 공개 제 2001-221243 호 공보에 기재한 바와 같은 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2(또는 2a))의 경우에는, 볼(14, 14)을 설치한 공간의 양단 개구부를 폐쇄한 시일 링(16a, 16b(또는 16c, 16d))의 존재에 기초하여, 허브(7(또는 7a))의 회전에 요하는 토크(차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 회전 저항)가 커지는 것을 피할 수 없다. 이 결과, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 조립한 차량의 가속 성능, 연비 성능을 중심으로 하는 주행 성능이 악화하기 때문에, 최근에 있어서 에너지 절약화의 흐름을 반영한 개량이 기대되고 있다. 일본 특허 공개 제 1996-319379 호 공보에는 시일재를 구성하는 고무 조성물중에, 윤활제를 함침시킨 플라스틱 미립자를 혼입하는 것으로, 시일재와 상대면과의 미끄럼 접촉부의 미끄럼 이동 저항을 저감하는 기술이 알려져 있다. 단, 상기 일본 특허 공개 제 1996-319379호 공보에는, 상기 고무 조성물을 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 적용하여, 전체로서 고성능의 구조를 얻는 것을 시사하는 것은 기술은 존재하지 않는다.
또한, 시일 링 설치 부분의 저항을 저감하여 구름 베어링의 회전 토크를 저감하는 구조로서 종래에 일본 특허 공개 제 1998-252762 호 공보에 기재된 것과 같은 시일 립의 조임을 고안하는 것이 생각되고 있다.
본 발명의 대상이 되는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우, 회전 토크를 저감하는 경우에도, 조종 안정성을 확보하기 위해, 차륜의 지지 강성을 확보하는 것, 구름 베어링 유닛의 내구성을 확보하기 위해, 이 구름 베어링 유닛의 내부 공간에의 이물 진입 방지를 충분히 도모할 수 있는 구조로 하는 것이 필요하다. 즉, 상기 조종 안정성을 확보하기 위해서는, 상기 구름 베어링 유닛의 강성을 높게 하여 상기 지지 강성을 확보해야 하지만, 단지 이 강성을 높게 하기 위해 각 전동체에 부여하는 예압(preload)을 높게 하면, 이들 각 전동체의 구름 저항이 증대하고, 상기 회전 토크를 저감할 수 없다. 또한, 시일 링의 미끄럼 이동 저항에 관해서도, 단지 낮게 하는 것만을 생각한 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛의 내부 공간에의 이물 진입 방지를 충분히 도모할 수 없고, 상기 내구성을 충분히 확보할 수 없게 된다.
본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛은, 이와 같은 사정에 감안하여 발명한 것으로, 강성이 높고, 뛰어난 내구성을 갖고, 또한 회전 토크가 낮은 구조를 실현하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛은, 상술한 종래로부터 알려져 있는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛과 마찬가지로, 정지측 궤도륜과, 회전측 궤도륜과, 복수개의 볼과, 시일 링을 구비한다.
이중의 정지측 궤도륜은 사용 상태에서 현가 장치에 지지 고정된다.
또한, 상기 회전측 궤도륜은 사용 상태에서 차륜을 지지 고정한다.
또한, 상기 각 볼은 상기 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜과의 서로 대향하는 주위면에 존재하는, 각각이 단면 원호형인 정지측 궤도면과 회전측 궤도면과의 사이에 설치되어 있다.
또한, 상기 시일 링은 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜과의 서로 대향하는 주위면끼리의 사이에서 상기 각 볼을 설치한 공간의 양단부 개구부를 폐쇄하는 것이다.
또한, 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜중의 직경방향 내쪽에 위치하는 한쪽의 궤도륜은 주축 부재와 내륜으로 이루어진다. 그리고, 이중의 주축 부재는 외주면의 축방향 중간부에 직접 형성된, 상기 정지측 궤도면 또는 상기 회전측 궤도면인 제 1 내륜궤도와, 외주면의 축방향 일 단부에 형성된 소경 단부를 구비한다. 또한, 상기 내륜은 외주면에 정지측 궤도면 또는 회전측 궤도면인 제 2 내륜궤도를 형성하고, 상기 소경 단부에 외측 끼워맞춤 고정된 것이다.
또한, 상기 시일 링은 각각, 각각이 탄성재제이고 각각의 선단 에지를 상대면에 대하여 미끄럽 접촉시키는 2 내지 3개의 시일 립을 갖는 것이다.
특히, 본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 있어서는, 상기 각 볼에 예압을 부여하기 위한 축방향 하중(axial load)이 1.96 내지 4.9kN이다.
또한, 강성 계수가 0.09 이상이다.
또한, 상기 양 시일 링에 설치한 상기 각 시일 립과 상대면과의 마찰에 의거하여, 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위해 요하는 토크가 상기 양 시일 링의 합계로 0.06 내지 0.4N·m이다.
또한, 상기 각 볼의 구름 저항에 의거하여, 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜을 200min-1(1분간에 200회전)로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크가 0.15 내지 0.45N·m이다.
한편, 본 명세서중에 기재하는 상기 강성 계수는, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 강성 R[kN·m/deg]과, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 반경방향 동 정격 하중 Cr[N]과의 비(R/Cr)이다. 또한, 이 경우에 있어서 강성 R은 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 구성하는 정지측 궤도륜을 고정한 상태에서 회전측 궤도륜에 모멘트 하중을 부하한 경우에 있어서, 상기 양 궤도륜의 경사 각도로 나타내는 것으로, 예를 들면 도 12에 도시한 바와 같이 하여 측정한다. 한편, 이 도 12는 전술의 도 11에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2a)의 강성 R을 측정하는 상태에 관하여 나타내고 있다.
측정 작업시에는 정지측 궤도륜인 외륜(19)을 고정대(26)의 상면에 고정하는 동시에, 회전측 궤도륜인 허브(7a)의 부착 플랜지(11a)에, 레버 판(27)의 기단부(도 12의 좌단부)를 결합 고정한다. 그리고, 이 레버 판(27)의 상면에서, 예를 들면 상기 허브(7a)의 회전 중심에서 타이어의 회전 반경분의 거리 L만큼 떨어진 부분에 하중을 가해서, 상기 레버 판(27)을 개재하여 상기 허브(7a)에 1.5kN·m의 모멘트 하중을 가한다. 이 모멘트 하중에 기초하여 상기 허브(7a)가 상기 외륜(19)에 대하여 경사하기 때문에, 이 경사 각도를 상기 고정대(26)의 상면(28)에 대한 상기 부착 플랜지(11a)의 설치면(29)의 경사 각도[deg]로서 측정한다. 그리고, 상기 모멘트 하중(1.5kN·m)을 이 경사 각도로 나눔으로써, 상기 강성 R[kN·m/deg]을 구한다. 또한, 이 강성 R을 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛(2a)의 반경방향 동 정격 하중 Cr[N]로 나눔으로써, 상기 강성 계수를 구한다.
상술과 같이 구성하는 본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우에는, 필요로 하는 강성 및 내구성을 확보하면서 회전 토크를 충분히 저감할 수 있다.
우선, 첫째로, 각 볼에 예압을 부여하기 위한 축방향 하중을 1.96 내지 4.9kN의 범위로 규제하고 있기 때문에, 강성 및 내구성을 확보하면서, 회전 토크의 저감을 도모할 수 있다. 상기 축방향 하중이 1.96kN 미만인 경우에는, 상기 예압이 부족하여, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 강성이 부족하고, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 조립한 차량의 조종 안정성이 악화한다.
이것에 비하여, 상기 축방향 하중이 4.9kN을 상회한 경우에는, 상기 예압이 과잉으로 되어(구름 접촉부의 면압이 과도하게 높게 되어), 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 구름 저항(회전 토크)이 과도하게 높게 된다. 그리고, 상기 구름 접촉부에서의 발열량이 지나치게 많아져 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛 내부의 온도 상승이 현저히 되어, 이 내부에 봉입한 그리스가 빠른 시기에 열화하기 쉽게 된다. 이 결과, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성이 저하한다. 또한, 상기 구름 접촉부의 면압이 과도하게 높게 되는 결과, 정지측 궤도면 및 회전측 궤도면, 각 볼의 전동면의 구름 피로 수명이 저하하여, 이 면으로부터도 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성이 저하한다.
이것에 비하여 본 발명의 경우에는, 상술한 바와 같이, 각 볼에 예압을 부여하기 위한 축방향 하중을 1.96 내지 4.9kN의 범위로 규제하고 있기 때문에, 강성 및 내구성을 확보하면서, 회전 토크의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 강성 계수를 0.09 이상으로 하고 있기 때문에, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 강성을 확보하여, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 조립한 차량의 조종 안정성을 확보할 수 있다. 반대로 말하면, 상기 강성 계수가 0.09 미만인 경우에는, 이 조종 안정성이 악화한다.
한편, 이 강성 계수는 조종 안정성 확보의 면에서는 높은 것이 바람직하기 때문에, 특히 상한은 정하지 않는다. 다른 요건을 충족하면, 아무리 높게 되더라도 상관없다. 한편, 상기 강성 계수를 높게 하기 위하여 일반적으로 생각되는 방법으로서는, 예압의 값을 크게 하거나, 또는 볼의 피치원 직경, 복열로 배치한 볼의 축방향에 관한 피치를 크게 하는 것이 고려된다.
단, 상기 예압을 크게 하는 것은 상술한 바와 같이 한도가 있다. 또한, 상기 피치원 직경 및 축방향 피치를 크게 하는 것도 소형·경량화의 면에서 한도가 있다. 따라서, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 일반적인 강재에 의해(외륜 및 허브를 S53C에 의해, 내륜 및 볼을 SUJ2에 의해) 만드는 경우에는, 상기 강성 계수의 상한은 0.18 정도가 된다. 단, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 구성부품의 일부(예를 들면 볼) 또는 전부를 세라믹제로 하면, 상기 예압이나 상기 피치원 직경 및 축방향 피치를 크게 하지 않더라도, 상기 강성 계수를 크게 할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 이 강성 계수를 0.18을 넘어서 크게 하는 것도 고려된다.
또한, 상기 양 시일 링에 각각 복수씩 설치한 각 시일 립과 상대면과의 마찰에 의거하여, 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜를 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크를 0.06 내지 0.4N·m로 했기 때문에, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성을 확보하면서, 회전 토크를 충분히 저감할 수 있다.
즉, 본 발명자가 행한 실험의 결과, 상기 양 시일 링에 관해서, 시일 립의 수가 2개 또는 3개인 한, 시일 링의 구조에 관계없이, 이들 양 시일 링의 회전 저항의 합계의 대소에 의해, 시일 성능의 적부(validity)를 판정할 수 있는 것을 알았다. 물론, 한쌍의 시일 링의 회전 저항의 사이의 차가 작은 것이, 회전 저항이 낮은 시일 링의 시일 성능을 확보하는 면에서 중요하다. 이 면에서, 회전 저항이 낮은 쪽의 시일 링에 관해서도, 회전 저항을 0.03N·m 이상 확보하는 것이 필요하다. 회전 저항이 낮은 시일 링의 회전 저항을 0.03N·m 이상 확보하고, 상기 한쌍의 시일 링의 회전 저항의 합계가 0.06N·m 이상으로 하면, 필요로 하는 시일 성능을 얻을 수 있는 것도 알았다.
본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우, 상기 토크를 0.06N·m 이상 확보하고 있기 때문에, 상기 양 시일 링을 구성하는 각 시일 립의 선단과 상대면과의 미끄럽 접촉부의 면압을 충분히 확보하고, 상기 양 시일 링에 의한 시일성을 충분히 확보할 수 있다. 이 결과, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내부에 오수 등의 이물이 침입하는 것을 유효하게 방지하고, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성을 확보할 수 있다. 반대로 말하면, 상기 토크를 0.06N·m 미만으로 하는 동안, 상기 양 시일 링의 각 시일 립의 선단과 상대면과의 미끄럼 접촉부의 면압을 낮게 하면, 상기 이물의 침입 방지 기능이 불충분으로 되고, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성이 저하한다.
한편, 상기 토크가 0.4N·m를 넘은 경우에는, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛 전체로서의 회전 토크를 충분히 낮게(0.85N·m 이하로) 억제하는 것이 어렵게 된다.
이것에 비하여 본 발명의 경우에는, 상술한 바와 같이, 상기 각 시일 립과 상대면과의 마찰에 의거하여, 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크를 0.06 내지 0.4N·m의 범위로 규제하고 있기 때문에, 내구성을 확보하면서, 회전 토크의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기 각 볼의 구름 저항에 의거하여, 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크를 0.15 내지 0.45N·m로 하고 있기 때문에, 조종 안정성이나 내구성을 확보하면서, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛 전체로서의 회전 토크를 충분히 낮게(0.85N·m 이하로) 억제된다.
상기 토크가 0.15N·m 미만이 되는 정도로 낮은 경우, 상기 예압을 상당히 낮게 해야 하며, 전술한 바와 같이, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 강성이 부족하여, 이 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 조립한 차량의 조종 안정성이 악화한다.
반대로, 상기 토크가 0.45N·m을 넘는 정도로 크게 되는 경우에는, 상기 예압이 높게 되는 것에도 관련있고, 상술한 바와 같이, 구름 접촉부에서의 발열량의 증대에 수반하는 그리스의 열화나 구름 피로 수명의 저하에 의한, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 내구성의 저하의 원인으로도 된다. 또한, 상기 차륜 지지용 구름 베어링 유닛 전체로서의 회전 토크를 충분히 낮게 억제하는 것이 어렵게 된다.
이것에 비하여 본 발명의 경우에는, 상술과 같이, 상기 각 볼의 구름 저항에 의거하여, 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크를 0.15 내지 0.45N·m의 범위로 규제하고 있기 때문에, 조종 안정성이나 내구성을 확보하면서, 회전 토크의 저감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 대상이 되는 구조의 제 1 예를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 대상이 되는 구조의 제 2 예를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 대상이 되는 구조의 제 3 예를 나타내는 반부 단면도,
도 4는 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 제 1 예를 나타내는 부분 단면도,
도 5는 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 제 2 예를 나타내는 부분 단면도,
도 6은 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 제 3 예를 나타내는 부분 단면도,
도 7은 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 제 4 예를 나타내는 부분 단면도
도 8은 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 제 5 예를 나타내는 부분 단면도,
도 9는 미끄럼 이동 저항을 저감할 수 있는 구조의 일 예를 나타내는 부분 단면도,
도 10은 종래부터 알려져 있는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 제 1 예를 현가 장치에의 조립 상태에서 도시하는 단면도,
도 11은 종래부터 알려져 있는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 제 2 예를 나타내는 단면도,
도 12는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 강성을 측정하는 상태를 도시하는 단면도.
우선, 본 발명의 대상이 되는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 구조의 3개의 예에 관하여 설명한다. 한편, 본 발명은 전술의 도 10 및 도 11에 도시한 구조에 관해서도 대상이 되지만, 이하에 설명하는 제 1 및 제 2 예는 본 발명을 구동륜(FR차의 후륜, FF차의 전륜, 4WD차의 전륜)을 회전 가능하게 지지하기 위한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 적용하는 경우에 관하여 나타내고 있다. 본 발명은 구동륜용의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛으로서 특히 중요성이 높다. 이 이유는 상기 도 10 및 도 11에 도시한 것과 같은 종동륜(FR차의 전륜, FF차의 후륜)용의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우, 외경측에 위치하는 궤도륜(도 10의 경우는 허브(7), 도 11의 경우는 외륜(19))의 일단 개구를 캡(17)(도 10)으로 폐쇄하는 것에 의해 이 일단측의 시일 링(16a, 16d)을 생략하고, 미끄럼 이동 저항을 발생하는 시일 링을 1개만으로 할 수 있는 것에 비하여, 구동륜용의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 경우에는, 시일 링이 2개 필요하기 때문이다.
우선, 도 1에 도시한 제 1 예는 전술의 도 11에 도시한 구조와 마찬가지로, 정지측 궤도륜인 외륜(19)의 내경측에 회전측 궤도륜인 허브(7b)를, 복수의 볼(14, 14)에 의해 회전 가능하게 지지하고 있다. 상기 허브(7b)를 구성하는 주축 부재인 허브 본체(22a)의 중심부에는 등속 조인트에 부속의 스플라인축(도시 생략)을 삽입하기 위한 스플라인 구멍(30)을 형성하고 있다. 또한, 상기 허브 본체(22a)의 내측 단부에 형성한 소경 단부(24)에 외측 끼워맞춘 내륜(23)의 내측 단부면을, 이 허브 본체(22a)의 내측 단부를 직경방향 외측으로 소성 변형시켜 이루어지는 코킹부(25)에 의해 가압하여, 상기 내륜(23)을 상기 허브 본체(22a)에 대하여 고정하여, 상기 허브(7b)를 구성하고 있다. 그리고, 상기 외륜(19)의 양 단부 내주면과, 상기 허브 본체(22a)의 중간부 외주면 및 상기 내륜(23)의 내측 단부 외주면과의 사이에, 각각 시일 링(16c, 16d)을 설치하여, 상기 외륜(19)의 내주면과 상기 허브(7b)의 외주면과의 사이에서 상기 각 볼(14, 14)을 설치한 공간과, 외부 공간을 차단하고 있다.
이와 같은 구조에 본 발명을 적용하는 경우에는, 상기 허브 본체(22a)의 내측 단부에 형성하는 상기 코킹부(25)를 가공할 때의 하중을 적정하게 규제함으로써, 상기 각 볼(14, 14)에 예압을 부여하기 위한 축방향 하중을 1.96 내지 4.9kN으로 한다. 그리고, 상기 외륜(19)의 내측에서 상기 허브(7b)를 200min-1로 회전시키기 위하여 요하는 토크(구름 저항)를 0.15 내지 0.45N·m으로 한다. 또한, 이와 함께, 강성 계수를 0.09 이상으로 한다. 또한, 상기 양 시일 링(16c, 16d)의 회전 저항(토크)의 합계를 0.06 내지 0.4N·m의 범위로 규제한다. 그리고, 상기 각 볼(14, 14)을 설치한 공간내에의 오수 등의 이물 침입 방지를 상기 양 시일 링(16c, 16d)에 의해 행한다. 그 밖의 부분의 구조는 상기 도 11에 도시한 구조와 마찬가지이다.
다음에, 도 2에 도시한 제 2 예의 경우에는, 주축 부재인 허브 본체(22b)의 내측 단부에 설치한 소경 단부(24)에 외측 끼워맞춰, 이 허브 본체(22b)와 함께 회전측 궤도륜인 허브(7c)를 구성하는 내륜(23)의 내측 단부면을 이 허브 본체(22b)의 내측 단부면보다도 내측으로 돌출시키고 있다. 차량에의 조립 상태에서 상기 내륜(23)의 내측 단부면에는 도시하지 않은 등속조인트의 외측 단부면이 충돌하여, 이 내륜(23)이 상기 소경 단부(24)로부터 누락되는 것을 방지한다. 예압 부여를 위한 축방향 하중은, 도시하지 않은 스플라인축의 외측 단부에 나사 부착한 너트를 나사체결하는 토크에 의해 조절한다. 그 밖의 구성은 상술의 도 1에 도시한 제 1 예의 경우와 동일하다.
다음에, 도 3에 도시한 제 3 예의 경우에는, 본 발명을 전술의 도 10에 도시하는 바와 같이, 종동륜을 회전 가능하게 지지하기 위한 구름 베어링 유닛에 적용하는 경우에 관하여 나타내고 있다. 상술한 도 10에 도시하는 구조가, 지지축(4)의 외측 단부에 나사 부착한 너트(6)에 의해 한쌍의 내륜(5, 5)을 고정하고 있는데 비하여, 본 예는 주축 부재인 지지축(4a)의 중간부에 제 1 내륜궤도(20)를 직접 형성하는 동시에, 이 지지축(4a)의 외측 단부를 직경방향 외측으로 소성 변형시켜 이루어지는 코킹부(25)에 의해 내륜(5)의 외측 단부면을 가압하여, 이 내륜(5)을 상기 지지축(4a)에 고정하고 있다. 예압 부여를 위한 축방향 하중은, 상기 코킹부(25)를 가공할 때의 하중에 의해 조절한다. 그 밖의 부분의 구조는 전술의 제 1 예 및 상기 도 10에 도시한 구조와 마찬가지이다.
다음에, 본 발명에 적용할 수 있는 시일 링의 구체적 구조의 5개의 예에 관하여, 도 4 내지 도 8에 의해 설명한다. 이중, 도 4 내지 도 7에 도시한 4개의 예는 상술의 도 1 내지 도 3에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 제 1 예 내지 제 3 예 및 먼저 설명한 도 11의 구조로, 내측의 시일 링(16b, 16d)으로서 이용 가능한 구조를 나타내고 있다. 한편, 이하의 설명은 도 1 및 도 2의 구조에 적용하는 경우를 예에 설명한다.
우선, 도 4에 도시한 제 1 예는 외륜(19)(도 1 및 도 2)의 내측 단부에 내측 끼워맞춰 고정하는 외경측 시일 링(31)과, 내륜(23)(도 1 및 도 2)의 내측 단부에 외측 끼워맞춰 고정하는 내경측 시일 링(32)을 조합한 조합 시일 링이며, 내경측에 2개, 외경측에 1개의 합계 3개의 시일 립을 구비한다.
다음에, 도 5에 도시한 제 2 예는 외륜(19)(도 1 및 도 2)의 내측 단부에 내측 끼워맞춰 고정하는 시일 링(33)과, 내륜(23)(도 1 및 도 2)의 내측 단부에 외측 끼워맞춰 고정하는 슬링거(34)를 조합한 조합 시일 링이며, 상기 시일 링(33)에 3개의 시일 립을 구비한다.
다음에, 도 6에 도시한 제 3 예는 외륜(19)(도 1 및 도 2)의 내측 단부 내주면에 결합하는 시일 링(35a)과, 내륜(23)(도 1 및 도 2)의 내측 단부 외주면에 결합하는 시일 링(35b)을 조합한 조합 시일 링이다. 본 예의 경우, 상기 외륜(19)측에 결합하는 시일 링(35a)에 2개, 내륜(23)측에 결합하는 시일 링(35b)에 1개의 합계 3개의 시일 립을 구비한다.
다음에, 도 7은 외륜(19)(도 1 및 도 2)의 내측 단부에 내측 끼워맞춤하는 시일 링(36)에 설치한 2개의 시일 립의 선단 에지를, 내륜(23)(도 1 및 도 2)의 내측 단부 외주면에 미끄럼 접촉시키는 것이다. 한편, 도 7에 도시한 시일 링(36)은 볼을 설치한 공간의 외측 단 개구부측을 폐쇄하는 것에도 사용가능하다.
다음에, 도 8에 도시한 시일 링(37)은 외륜(19)(도 1 및 도 2)의 외측 단부 또는 허브(7)의 내측 단부(도 3) 내주면과 허브 본체(22a(도 1), 22b(도 2)), 지지축(4a)(도 3)의 중간부 외주면과의 사이에 설치하는 시일 링으로서 이용 가능한 구조를 나타내고 있다. 상기 시일 링(37)은 상기 외륜(19)의 외측 단부에 내측 끼워맞춰 고정 가능한 코어에 3개의 시일 립을 설치한 것으로, 이들 각 시일 립의 선단 에지를 부착 플랜지(11a)(도 1 및 도 2)의 내측면, 또는 이 내측면과 상기 허브 본체(22a, 22b)의 외주면을 연속시키는 곡면부에 미끄럽 접촉 가능하게 하고 있다.
상술과 같이, 도 4 내지 도 8에 도시한 것중에서 선택한 한쌍의 시일 링은 전술의 도 1 내지 도 3에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 구성하는 외륜(19)(도 1 및 도 2), 허브(7)(도 3)의 양 단부 내주면과 허브 본체(22a(도 1), 22b(도 2)), 지지축(4a)(도 3)의 중간부 외주면 및 내륜(23)의 내측 단부 외주면(도 1 및 도 2), 내륜(5)의 외측 단부 외주면(도 3)과의 사이에 부착하여, 볼(14, 14)을 설치한 공간의 양단 개구부를 폐쇄한다. 그리고, 어떠한 시일 링끼리 조합한 경우에도, 양 시일 링의 회전 저항의 합계를, 예를 들면 후술의 방법에 의해 0.06 내지 0.4N·m의 범위로 규제한다. 또한, 회전 저항이 낮은 쪽의 시일 링의 회전 저항을 예를 들면 후술의 방법에 의해 낮게 하면서 0.03N·m 이상 확보한다.
한편, 상술한 바와 같은 시일 링중의 어느 하나를 채용하는 경우에, 해당 시일 링과 상대 부재와의 상대 회전에 요하는 토크를 저감하기 위한 방법으로서는, 예를 들면 다음 ① 내지 ④와 같은 방법이 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 임의로 조합하여 채용가능하다.
① 시일 립의 두께를 얇게 한다.
이 경우에는, 시일 립의 강성이 저하하여, 해당 시일 립의 선단 에지와 상대면과의 미끄럽 접촉부의 접촉 면압이 저하하고, 상기 토크를 저감할 수 있다.
② 3개 설치한 시일 립중 볼을 설치한 내부 공간에 가장 가까운 시일 립의 선단 에지에 관계되는 조임을 실질적으로 없앤다.
이 경우에는, 해당 시일 립이 상대면과의 사이에서 래비린스 시일을 구성한다. 그리고, 해당 시일 립에 관계되는 마찰 저항이 0이 된다.
③ 시일 립을 구성하는 탄성재로서 현재 일반적으로 사용되어 있는 니트릴 고무에 비교하여 마찰 계수가 낮은 재료를 사용한다.
이 경우에 사용 가능한 마찰 계수가 낮은 탄성재로서는, 전술의 일본 특허 공개 제 1996-319379 호 공보에 기재된 것과 같은, 시일재를 구성하는 고무 조성물중에, 윤활제를 함침시킨 플라스틱 미립자를 혼입한 것이 채용 가능하다.
④ 시일 립의 단면 형상을 고안한다.
이 경우에 사용 가능한 단면 형상으로서는, 예를 들면 일본 특허 출원 제 2002-71338 호에 개시된 선행 발명에 따른 것이 고려된다. 이 선행 발명에 따른 구조는 도 9에 도시한 바와 같이, 3개의 시일 립(38a, 38b, 38c)중 중간에 위치하는 시일 립(38b)의 두께를 기단부에서 중간부를 향하면서 서서히 작게 하는 동시에, 이 중간부에서 선단부를 향하면서 크게 한다. 또한, 해당 시일 립(38b)의 두께를 선단 근방 부분의 일부에서 최대로 한다. 또한, 이 시일 립(38b)의 기단부의 두께를 d1로 하고, 중간부에서 두께가 최소가 된 최소 두께 부분의 두께를 d2로 하고, 축방향에 관계되는 단면에서, 상기 기단부에서 상기 최소 두께 부분에 걸치는 부분의 면적을 S1로 하고, 이 최소 두께 부분으로부터 선단 에지에 걸치는 부분의 면적을 S2로 한 경우에, 0.80d1≤d2≤0.98d1로, 또한 0.1S2≤S1≤0.5S2를 충족하는 형상으로 한다.
<실시예>
다음에, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 행한 실험의 결과에 관하여 설명한다. 실험에서는, 도 4 내지 도 8에 도시한 5 종류의 시일 링중에서 선택한 한쌍의 시일 링을 상기 도 1 또는 도 3에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 부착하고, 이들 양 시일 링의 회전 저항(시일 토크)의 합계값과 시일 성능과의 관계를 구했다. 시일 토크의 조절은 시일 립의 조임(탄성 변형량)의 조정, 시일 립의 두께의 조정, 탄성재의 변경, 상대면과의 접촉 상태의 조정에 의해 행했다. 그리고, 상기 5 종류의 시일 링끼리의 조합을 5 종류 준비하고, 각각에 관해서, 시일 토크의 합계값이 0.01 내지 0.10N·m까지의 것을 6 종류씩 제작했다.
그리고, 각 시일 링을 도 1 또는 도 3에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 조립하여, 오수 침입 시험에 제공했다. 이 오수 침입 시험은 상기 각 시일 링의 설치 부분에 오수를 3000cc/min의 비율로 부으면서 이들 각 시일 링과 상대면을 갖는 부재를 상대 회전시키는 행정을 17시간 계속한 후, 3시간 계속하여 회전 및 오수의 주입을 정지시켜 건조시키는 행정을 1사이클로 하는 것으로, 각 시료마다 20 사이클씩 행했다. 또한, 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 윤활은 점도가 10×10-6 내지 14×10-6m2/s(10 내지 14cSt)의 그리스를 봉입하는 것에 의해 실행하고, 20℃의 환경하에서, 허브(7(또는 7a))를 200min-1로 회전시켰다.
이와 같은 조건으로 행한 실험의 결과를 다음 표 1에 나타낸다.
표 1
시일 토크[N·m]
④+⑧ ④+⑦ ⑤+⑧ ⑤+⑦ ⑥+⑧ ⑥+⑦
0.01 × × × × × ×
0.03 O × △ × × ×
0.05 O △ O △ △ △
0.06 O O O O O O
0.08 O O O O O O
0.10 O O O O O O
한편, 이 표 1중 원으로 둘러싸인 숫자는 해당 시일 링을 기재한 도면 번호를 나타내고 있다. 예를 들면, ④는 도 4에 도시한 시일 링을, ⑧은 도 8에 도시한 시일 링을 각각 나타내고 있다. 또한, ④+⑧은 도 4에 도시한 시일 링과 도 8에 도시한 시일 링을 조합한 것을 나타내고 있다. 또한, 「×」 표시는 그리스를 봉입한 내부 공간에 다량의 오수가 침입한 것을, 「△」 표시는 소량의 오수가 침입한 것을, 「O」 표시는 오수의 침입이 관측되지 않은 것을 각각 나타내고 있다. 이와 같은 실험의 결과로부터 시일 토크가 0.06N·m 이상이면, 어떠한 구조의 시일 링을 조합시킨 경우에도, 오수의 침입을 저지할 수 있는 것을 알았다.
다음에, 시일 토크(회전 저항), 예압 부여를 위한 축방향 하중, 구름 저항, 강성 계수가 조종 안정성, 구름 베어링 유닛 전체의 회전 토크, 내구성에 미치게 하는 영향을 알기 위하여, 도 1에 도시한 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 도 5에 도시한 시일 링과 도 8에 도시한 시일 링을 조립하여 행한 제 2 내지 제 5 실험에 관하여, 표 2 내지 표 5를 참조하면서 설명한다. 한편, 이하에 도시하는 표 2 내지 표 5에서 「×」 표시는 어떠한 면에서 실용상 문제가 발생한 것을, 「△」 표시는 어떠한 면에서 약간의 문제가 발생한 것을, 「O」 표시는 어떠한 면으로부터도 문제가 발생하지 않은 것을 각각 나타내고 있다. 한편, 제 2 내지 제 5 실험은 동일한 조건으로 3회씩 행했다.
우선, 표 2는 상기 시일 토크가 구름 베어링 유닛 전체의 회전 토크, 내구성에 미치게 하는 영향을 알기 위하여 행한, 제 2 실험의 결과에 관하여 나타내고 있다. 한편, 이 실험은 회전 속도 200min-1에서 행했다.
표 2
시일 토크[N·m] 평가
0 ×××
0.01 ×△×
0.03 O O O
0.06 O O O
0.10 O O O
0.35 O O O
0.40 O O O
0.55 ×××
0.70 ×××
이 표 2에 도시한 제 2 실험의 결과, 상기 시일 토크가 0.06 내지 0.40N·m의 범위에 있으면, 구름 베어링 유닛 전체의 회전 토크, 내구성의 어떠한 면으로부터도 만족할 수 있는 성능을 얻을 수 있는 것을 알았다. 이것에 비하여, 상기 시일 토크가 0.01N·m 및 0.03N·m인 경우에는, 볼(14, 14)을 설치한 내부 공간에의 오수 등의 이물 진입을 충분히 방지할 수 없고, 내구성 확보의 면에서 문제를 발생했다. 또한, 상기 시일 토크가 0.55N·m 및 0.70N·m인 경우에는, 후술하는 구름 베어링 유닛 전체의 회전 토크를 충분히 낮게 억제하는 것을 할 수 없었다. 한편, 표 2에 그 결과를 도시한 제 2 실험의 결과로부터, 「⑤+⑧」의 조합에 관해서는, 시일 토크가 0.05N·m라도 양호한 성능을 얻을 수 있었지만, 상술한 표 1에 도시한 실험의 결과로부터, 시일 토크의 하한은 0.06N·m로 한다.
다음에, 표 3은 상기 축방향 하중(예압)이 구름 베어링 유닛의 강성 및 내구성에 미치게 하는 영향을 알기 위하여 행한 제 3 실험의 결과에 관하여 나타내고 있다.
표 3
예압[kN] 평가
0.49 ×××
0.98 ×△△
1.96 O O O
2.94 O O O
3.92 O O O
4.90 O O O
5.88 △△△
6.86 ×△×
이 표 3에 도시한 제 3 실험의 결과, 상기 축방향 하중이 1.96 내지 4.90kN이면, 조종 안정성, 구름 베어링 유닛의 내구성의 어떠한 면으로부터도 만족할 수 있는 성능을 얻을 수 있는 것을 알았다. 이것에 비하여, 상기 축방향 하중이 0.49kN 및 0.98kN인 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛의 강성이 낮고, 충분한 조종 안정성을 확보할 수 없었다. 이것에 비하여, 상기 축방향 하중이 5.88kN 및 6.86kN인 경우에는, 구름 저항이 높게 되고, 이 구름 베어링 유닛의 내구성이 저하했다.
다음에, 표 4는 상기 구름 저항이 구름 베어링 유닛의 강성 및 내구성에 미치게 하는 영향을 알기 위하여 행한 제 4 실험의 결과에 관하여 나타내고 있다. 한편, 이 실험은 회전 속도 200min-1에서 행했다.
표 4
구름 저항 평가
0.10 ×××
0.12 △△×
0.15 O O O
0.25 O O O
0.35 O O O
0.45 O O O
0.55 ×△△
0.65 ×××
이 표 4에 도시한 제 4 실험의 결과, 상기 구름 저항이 0.15 내지 0.45N·m이면, 조종 안정성, 구름 베어링 유닛의 내구성의 어떠한 면으로부터도 만족할 수 있는 성능을 얻을 수 있는 것을 알았다. 이것에 비하여, 상기 구름 저항이 0.10N·m 및 0.12N·m인 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛의 강성이 낮고, 충분한 조종 안정성을 확보할 수 없었다. 또한, 상기 구름 저항이 0.55N·m 및 0.65N·m인 경우에는 구름 베어링 유닛의 내구성이 저하했다.
또한, 표 5는 상기 강성 계수가 구름 베어링 유닛의 강성에 미치게 하는 영향을 알기 위하여 행한 제 5 실험의 결과에 관하여 나타내고 있다.
표 5
강성 계수 평가
0.07 ×××
0.08 ××△
0.09 O O O
0.10 O O O
0.15 O O O
0.18 O O O
이 표 5에 도시한 제 5 실험의 결과, 상기 강성 계수가 0.09 이상이면, 조종 안정성에 관해서 만족할 수 있는 성능을 얻을 수 있는 것을 알았다. 이것에 비하여, 상기 강성 계수가 0.07, 0.08인 경우에는, 상기 구름 베어링 유닛의 강성이 낮고, 충분한 조종 안정성을 확보할 수 없었다. 한편, 상기 강성 계수는 다른 요건을 충족하는 한 높은 것이 바람직한 것은 상술한 바와 같다.
또한, 다음 표 6은 상기 시일 토크와 상기 구름 저항이, 구름 베어링 유닛 전체로서의 회전 토크에 미치게 하는 영향에 관하여 알기 위하여 행한 실험의 결과를 나타내고 있다. 한편, 이 실험은, 회전 속도 200min-1에서 행했다.
표 6
한편, 이 표 6중 「×」 표시는 전체로서의 회전 토크가 큰 것을, 「△」 표시는 약간 큰 것을, 「O」 표시는 작은 것을 각각 나타내고 있다. 이와 같은 표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 한쌍의 시일 링의 시일 토크의 합계를 0.4N·m 이하, 구름 저항을 0.45N·m 이하로 억제한 본 발명은 전체로서의 회전 토크를 0.85N·m 이하로 낮게 억제할 수 있다.
하기의 표 7에 본 발명의 기술적 범위에 속하는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 사양의 4개 예를 나타낸다.
표 7
번호 예압[kN] 구름 토크[N·m](측정 200min-1) 강성계수 볼 직경[㎜] PCD[㎜] 열간거리[㎜] 접촉각[deg]
1 1.96 0.152 0.093 φ9.525 46 24 40
4.9 0.448 0.102 φ9.525 46 24 40
2 1.96 0.150 0.091 φ12.7 51 35 40
4.9 0.445 0.100 φ12.7 51 35 40
이 표 7중 볼 직경은 각 볼의 직경을, PCD는 이들 각 볼에 의한 볼 열의 피치원 직경을, 열간 거리는 복열로 배치된 볼 열의 축방향에 관계되는 피치(볼의 중심 사이 거리)를, 접촉각은 각 볼과 내륜궤도 및 외륜궤도와의 접촉각을 각각 나타내고 있다.
또한, 다음의 표 8에 접촉각이 강성 계수에 미치게 하는 영향에 관하여 나타내고 있다. 이 표 8로부터 접촉각이 작아지면 강성 계수도 작아지는 것을 알았다.
표 8
예압[kN] 접촉각[deg] 강성 계수 볼 직경[㎜] PCD[㎜] 열간 거리[㎜]
1.96 40 0.093 φ9.525 45 24
1.96 35 0.089 φ9.525 45 24
본 발명을 상세하게 또한 특정의 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.
본 출원은 2002년 9월 6일 출원의 일본 특허 출원(특허출원 제 2002-261194 호)에 근거한 것이며, 그 내용은 여기에 참고로 도입한다.
본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛은 이상으로 진술한 바와 같이 구성되어 작용하기 때문에, 강성 및 내구성을 확보하면서, 차륜과 함께 회전하는 허브의 회전 토크를 저감하여, 조종 안정성, 가속 성능, 연비 성능을 중심으로 하는 차량의 주행 성능의 향상에 기여할 수 있다.
연비 성능을 향상시키는 점에 관계되는 시험계산의 일 예에 관하여 이하에 설명한다. 전술의 도 1 내지 도 3에 도시한 같은 구조를 갖는 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 회전 저항은 종래는 1.5N·m 정도였다. 이것에 비하여 본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 회전 저항은 0.21 내지 0.85N·m의 범위이다. 즉, 종래보다도 43% 이상 회전 저항을 내린 것이다. 차륜 지지용 구름 베어링 유닛의 회전 저항이 10% 저하한 경우에, 연비(연료 소비율)가 0.1% 정도 개선된다고 고려되고 있다. 따라서, 연비가 10km/L 정도인 자동차가 연간 10만km 주행하는 것을 고려한 경우, 본 발명의 차륜 지지용 구름 베어링 유닛을 채용함으로써, 1년간에 연료를 43 내지 86L 정도 절약할 수 있는 것이 된다. 이와 같은 자동차가 만일 국내에서 100만대 주행한다고 한다면, 1년간에 절약할 수 있는 연료는 4300만L 내지 8600만L가 된다. 더구나, 다른 문제점을 발생하는 일이 없이 연비 개선을 행할 수 있기 때문에, 산업상의 이용성은 지극히 높다고 할 수 있다.

Claims (2)

  1. 사용 상태에서 현가 장치에 지지 고정되는 정지측 궤도륜과,
    사용 상태에서 차륜을 지지 고정하는 회전측 궤도륜과,
    이들 정지측 궤도륜과 회전측 궤도륜과의 서로 대향하는 주위면에 존재하는, 각각이 단면 원호형인 정지측 궤도면과 회전측 궤도면과의 사이에 설치된 복수개의 볼과,
    상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜과의 서로 대향하는 주위면끼리의 사이에서 상기 각 볼을 설치한 공간의 양단 개구부를 폐쇄하는 한쌍의 시일 링을 구비하고,
    상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜중의 직경방향 내쪽에 위치하는 다른쪽의 궤도륜은 주축 부재와 내륜으로 이루어지고, 이중의 주축 부재는 외주면의 축방향 중간부에 직접 형성된, 상기 정지측 궤도면 또는 상기 회전측 궤도면인 제 1 내륜궤도와, 외주면의 축방향 일 단부에 형성된 소경 단부를 구비하고, 상기 내륜은, 외주면에 정지측 궤도면 또는 회전측 궤도면인 제 2 내륜궤도가 형성되어, 상기 소경 단부에 외측 끼워맞춰 고정된 것이며,
    상기 양 시일 링은 각각, 각각이 탄성재제이고 각각의 선단 에지를 상대면에 대하여 미끄럼 접촉시키는 2 내지 3개의 시일 립을 갖는 것인 차륜 지지용 구름 베어링 유닛에 있어서,
    상기 각 볼에 예압을 부여하기 위한 축방향 하중이 1.96 내지 4.9kN이며,
    강성 계수가 0.09 이상이며,
    상기 양 시일 링에 설치한 상기 각 시일 립과 상대면과의 마찰에 의거하여, 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크가 상기 양 시일 링의 합계로 0.06 내지 0.4N·m이며,
    상기 각 볼의 구름 저항에 의거하여, 상기 정지측 궤도륜과 상기 회전측 궤도륜을 200min-1로 상대 회전시키기 위하여 요하는 토크가 0.15 내지 0.45N·m인 것을 특징으로 하는
    차륜 지지용 구름 베어링 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내륜은, 상기 주축 부재의 일 단부를 직경방향 외측으로 소성 변형시켜 이루어지는 코킹부에 의해 그 일 단면을 가압한 것을 특징으로 하는
    차륜 지지용 구름 베어링 유닛.
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