JP2007333023A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】複列の円すいころ9が保持器7、8を介して転動自在に収容された背面合せタイプの複列の円すいころ軸受からなる車輪用軸受装置において、アウター側の軸受列が、円すいころ9を案内する大鍔4dが内輪5に形成されておらず、外方部材4における外輪転走面4aの大径側に一体に形成されていると共に、この軸受列の保持器7が内抱き型で、保持器7の内径が内輪5の内側転走面5aに僅かな径方向すきまを介して対峙していると共に、インナー側の軸受列の保持器8が外抱き型で、保持器8の外径が外側転走面4bに僅かな径方向すきまを介して対峙し、この保持器8の小径側に保持器7の小径側が一部内挿されているので、円すいころ9の小径側を延長させて長く設定しても保持器7、8同士の干渉はない。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する複列の円すいころ軸受からなる車輪用軸受装置、特に、軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置に関するものである。
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第1世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第2世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第3世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第4世代構造とに大別されている。
オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両においては、近年、車両の馬力や積載能力が大きくなり、これに伴って、車輪用軸受装置も高荷重・高速走行時での温度上昇に耐えられることが要求されている。さらに、長期間メンテナンスフリーであることへの要求も高まりつつある。こうした車両における車輪用軸受装置の軸受部には、負荷容量が大きく、ラジアル荷重とスラスト荷重、およびこれらの合成荷重を負荷するのに適した円すいころ軸受が一般的に用いられている。
こうした円すいころ軸受の一例を図5(a)に示す。この円すいころ軸受50は、外輪51と、内輪52と、外輪51と内輪52との間に転動自在に配置された円すいころ53と、円すいころ53を保持する保持器54とを備えている。外輪51は、内周にテーパ状の外側転走面51aが形成されている。また、内輪52は、外周に前記外側転走面51aに対向するテーパ状の内側転走面52aが形成されている。この内側転走面52aの大径側には円すいころ53の大径端部に当接して円すいころ53を案内する大鍔52bと、小径側には円すいころ53の脱落を防止する小鍔52cが一体に形成されている。
保持器54は、小径側環状部54aと、大径側環状部54bと、これら小径側環状部54aと大径側環状部54bとを軸方向に繋ぐ複数の柱部54cと、円周方向に隣接するこれら柱部54c間に設けられ、円すいころ53を転動自在に収容する複数のポケット54dとを備えている。
ここで、図5(b)に示すように、柱部54cの外径面には、外輪51の外側転走面51aに向けて凸状をなす突起部54fが一体に形成されている。この突起部54fは、柱部54cの横断方向の断面輪郭形状が円弧状をなし、この円弧状の曲率半径R2は外側転走面51aの曲率半径R1より小径に形成されている。これにより、突起部54fと外側転走面51aとの間に良好な楔状油膜が形成され、保持器54のPCD(ピッチ円直径)を大きくして外輪51に近接させても、円すいころ軸受50を大きな摩擦乃至トルク損失を生じることなく回転させることができ、無理なく円すいころ53の本数を増加させることが可能となる。
特開2005−98316号公報
然しながら、こうした円すいころ軸受50を車輪用軸受装置に適用しようとしても、軸受の仕様やサイズの制限から、車両に必要とされる剛性は満足するも転動寿命が要求を満足できない場合がある。そこで、転動寿命を長くする手段として、例えば、円すいころ53の長さを長くすることが考えられるが、これでは軸受幅が大きくなって軸受周辺部品の設計変更を伴うことになり好ましくない。
例えば、前述した円すいころ軸受50を、図6(a)に示すような第1世代構造の車輪用軸受55に適用する場合、外輪56の複列の外側転走面51a、51aと一対の内輪52の内側転走面52aとの間に収容される複列の円すいころ53、53の長さを長くするには限界がある。すなわち、円すいころ53の大径側を延長すれば内輪52の大鍔52bの強度不足を招き、小径側を延長すれば、(b)に拡大して示すように、一対の保持器54、54が干渉しないための軸方向すきまeを確保することができない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1記載の発明は、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成されている。
このように、複列の円すいころが保持器を介して転動自在に収容された背面合せタイプの複列の円すいころ軸受で構成された第1乃至第4世代構造の車輪用軸受装置において、複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成されているので、円すいころの小径側を延長させて長く設定しても保持器同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記複列の保持器のうち一方の保持器の小径側が他方の保持器の小径側に一部内挿されていれば、保持器同士の干渉を考慮することなく、円すいころの長さを可及的に長く設定することが可能となる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記円すいころのピッチ円直径に対して、前記複列の保持器のうち一方の保持器の外径が小径に形成され、他方の保持器の外径が大径に形成されていれば、保持器の柱部の強度を確保して多くの本数の円すいころを収容することができると共に、円すいころの小径側を延長させて長く設定することが可能となる。
また、請求項4に記載の発明のように、前記複列の保持器のうち一方の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙していれば、保持器の柱部の強度を確保して多くの本数の円すいころを収容することができ、軸受の転動寿命を増大させることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、前記複列の円すいころ軸受の少なくとも一方の軸受列において、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内方部材側に形成されておらず、前記外方部材における外輪転走面の大径側に一体に形成されていれば、円すいころの仕様に拘わらず、保持器同士の干渉を回避して円すいころの長さを長くすることができ、設計自由度が拡大する。
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成されているので、円すいころの小径側を延長させて長く設定しても保持器同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入された車輪用軸受を備えた車輪用軸受装置であって、前記車輪用軸受が、外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面が形成された一対の内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受で構成された車輪用軸受装置において、前記複列の円すいころ軸受のうちアウター側の軸受列が、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内輪に形成されておらず、前記外方部材における外輪転走面の大径側に形成されていると共に、この軸受列の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内輪の内側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙し、この保持器の小径側に前記アウター側の保持器の小径側が一部内挿されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図、図2(a)は、図1のA−A矢視断面図、(b)は、図1のB−B矢視断面図、図3は、図1の要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側(図面左側)、中央寄り側をインナー側(図面右側)という。
この車輪用軸受装置は駆動輪側の第2世代構造をなし、ハブ輪1と、このハブ輪1に圧入された車輪用軸受2とからなる。ハブ輪1は、アウター側の端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ3を一体に有し、外周に肩部1aを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部1bが形成されると共に、内周にトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)1cが形成されている。また、車輪取付フランジ3の周方向等配位置にハブボルト3aが植設されている。
ハブ輪1はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼(JIS規格のSC系機械構造用炭素鋼)で形成され、車輪取付フランジ3の基部となる肩部1aから小径段部1bに亙って高周波焼入れによって50〜64HRCの範囲に表面が硬化処理されている。なお、後述する加締部10は鍛造後の表面硬さ25HRC以下の生のままとされている。これによりハブ輪1の強度が向上すると共に、車輪用軸受2の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上する。また、加締部10の加工性を向上させ、塑性変形によるクラック等の発生を防止することができる。
車輪用軸受2は、外周にナックル(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ4cを一体に有し、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面4a、4bが形成された外方部材4と、外周に複列の外側転走面4a、4bに対向するテーパ状の内側転走面5a、6aが形成された内輪5、6と、両転走面間に保持器7、8を介して転動自在に収容された複列の円すいころ9、9とを備えている。そして、内輪5、6の小径側の端面(正面側端面)が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。
外方部材4、内輪5、6および円すいころ9はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。なお、外方部材4は高炭素クロム鋼に限らず、ハブ輪1と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成し、少なくとも複列の外側転走面4a、4bを高周波焼入れによって58〜64HRCの範囲に表面を硬化処理しても良い。
車輪用軸受2は、ハブ輪1の肩部1aにアウター側の内輪5が衝合した状態で小径段部1bに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部1bの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部10によって所定の軸受予圧が付与された状態で固定されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ると共に、従来のように、ナットの締付トルク等を調整して予圧を管理することなく、長期間に亘って安定した予圧を維持できるセルフリテイン構造を提供することができる。
また、外方部材4と内輪5、6との間に形成される環状空間の開口部にはシール11、12が装着されている。これらシール11、12は、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとからなる、所謂パックシールを構成している。これらシール11、12により、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
ここで、本実施形態では、インナー側の軸受列において、内輪6の内側転走面6aの大径側に大鍔6bが形成され、円すいころ9の大端面に当接してこの円すいころ9を案内している。一方、アウター側の軸受列において、内輪5の内側転走面5aの大径側には円すいころ9を案内する大鍔が形成されておらず、外方部材4の外側転走面4aの大径側に大鍔4dが一体に形成されている。これにより、円すいころ9の仕様に拘わらず、後述する保持器7、8同士の干渉を回避して、円すいころ9の長さを長くすることができ、設計自由度が拡大する。
保持器7、8は、PA(ポリアミド樹脂)46をベースとし、CF(カーボンファイバー)やGF(グラスファイバー)等の強化材を含有した熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されている。そして、アウター側の保持器7は内抱き型の保持器で構成され、インナー側の保持器8は外抱き型の保持器で構成されている。すなわち、図2(a)に拡大して示すように、アウター側の保持器7は、円すいころ9のPCD(ピッチ円直径)よりも内径側で円すいころ9を保持し、保持器7の内径が僅かな径方向すきまを介して内側転走面5aに対峙するように構成されている。一方、インナー側の保持器8は、図2(b)に拡大して示すように、円すいころ9のPCDよりも外径側で円すいころ9を保持し、保持器8の外径が僅かな径方向すきまを介して外側転走面4bに対峙するように構成されている。これにより、保持器7、8の柱部7a、8aの強度を確保して可及的に多くの本数の円すいころ9を収容することができ、軸受の転動寿命を増大させることができる。
さらに、本実施形態では、図3に示すように、アウター側の保持器7の小径側がインナー側の保持器8の小径側に一部内挿されているので、保持器7、8同士の干渉を考慮することなく、円すいころ9、9の小径側を延長させて長く設定することができ、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
また、ここでは、保持器7、8として射出成形によって形成された合成樹脂製を例示したが、本発明の車輪用軸受装置はこれに限定されることなく、例えば、揉み抜き保持器やプレス加工された鋼板製の保持器であっても良い。なお、保持器7、8を射出成形によって形成された合成樹脂製とすれば低コスト化を図ることができると共に、鋼板プレス製の保持器に比べ重量が軽く摩擦係数が小さくなるため、起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
図4は、本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位、あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第1世代構造をなし、図示しない車軸あるいはハブ輪に装着されて車輪を回転自在に支承する。この車輪用軸受装置を構成する車輪用軸受13は複列の円すいころ軸受で構成され、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面14a、14aが形成された外方部材14と、外周に複列の外側転走面14a、14aに対向するテーパ状の内側転走面15aが形成された一対の内輪15、15と、両転走面間に保持器16、8を介して転動自在に収容された複列の円すいころ9、9とを備えている。そして、内輪15、15の小径側の端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。また、外方部材14と内輪15、15との間に形成された環状空間の開口部にはシールド板17とシール12がそれぞれ装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。
内輪15の内側転走面15aの大径側には大鍔15bが一体に形成され、円すいころ9の大端面に当接してこの円すいころ9を案内している。また、一対の内輪15、15の突合せ部となる小径側の端部内周には環状溝18がそれぞれ形成され、これら環状溝18、18に断面略コの字形の連結環19が装着されている。この連結環19は、鋼鈑をプレス加工によって成形され表面が硬化処理されている。鋼板としては、SK5等の炭素工具鋼板、SUS304等のステンレス鋼板、あるいはSPCC等の冷間圧延鋼板等を例示することができる。そして、この連結環19を弾性変形させて環状溝18に装着することにより、一対の内輪15、15はガタなく強固に軸方向に連結され、車輪用軸受13の分解・組立の作業性を簡便化することができる。また、補修時等、車軸等に圧入固定された一対の内輪15、15を一体的に抜くことができるため、インナー側の内輪15のみが車軸に残るような不具合が発生することはない。
ここで、本実施形態では、アウター側の保持器16はインナー側の保持器8と同様、円すいころ9のPCDよりもその外径が大径に形成された外抱き型で構成されている。ただし、アウター側の保持器16はインナー側の保持器8よりも小径に形成されている。このように、外抱き型、内抱き型の形式に拘わらず、複列の円すいころ9、9を保持する各保持器16、8の外径が異なり、一方の保持器16の少なくとも小径側の外径が他方の保持器8の小径側の内径よりも小径に形成されていれば、前述した実施形態と同様、アウター側の保持器16をインナー側の保持器8に一部内挿することができ、円すいころ9、9の小径側を延長させて長く設定しても保持器16、8同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の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、さら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、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る車輪用軸受装置は、内輪回転、外輪回転タイプに拘わらず、背面合せタイプの複列の円すいころ軸受からなり、車体に対して車輪を回転自在に支承する第1乃至第4世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。 (a)は、図1のA−A矢視断面図である。 (b)は、図1のB−B矢視断面図である。 図1の要部拡大図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。 (a)は、従来の円すいころ軸受を示す縦断面図である。 (b)は、(a)の部分断面図である。 (a)は、図5の円すいころ軸受を適用した車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 (b)は、(a)の要部拡大図である。
符号の説明
1・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
1a・・・・・・・・・・・・肩部
1b・・・・・・・・・・・・小径段部
1c・・・・・・・・・・・・セレーション
2、13・・・・・・・・・・車輪用軸受
3・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
3a・・・・・・・・・・・・ハブボルト
4、14・・・・・・・・・・外方部材
4a、4b、14a・・・・・外側転走面
4c・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
4d、6b、15b・・・・・大鍔
5、6、15・・・・・・・・内輪
5a、6a、15a・・・・・内側転走面
7、8、16・・・・・・・・保持器
7a、8a・・・・・・・・・柱部
9・・・・・・・・・・・・・円すいころ
10・・・・・・・・・・・・加締部
11、12・・・・・・・・・シール
17・・・・・・・・・・・・シールド板
18・・・・・・・・・・・・環状溝
19・・・・・・・・・・・・連結環
50・・・・・・・・・・・・円すいころ軸受
51、56・・・・・・・・・外輪
51a・・・・・・・・・・・外側転走面
52・・・・・・・・・・・・内輪
52a・・・・・・・・・・・内側転走面
52b・・・・・・・・・・・大鍔
52c・・・・・・・・・・・小鍔
53・・・・・・・・・・・・円すいころ
54・・・・・・・・・・・・保持器
54a・・・・・・・・・・・小径側環状部
54b・・・・・・・・・・・大径環状部
54c・・・・・・・・・・・柱部
54d・・・・・・・・・・・ポケット
54f・・・・・・・・・・・突起部
55・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
e・・・・・・・・・・・・・軸方向すきま
R1・・・・・・・・・・・・外側転走面の曲率半径
R2・・・・・・・・・・・・保持器の円弧状の曲率半径

Claims (5)

  1. 内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
    外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、
    前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、
    この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、
    前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記複列の保持器のうち一方の保持器の小径側が他方の保持器の小径側に一部内挿されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記円すいころのピッチ円直径に対して、前記複列の保持器のうち一方の保持器の外径が小径に形成され、他方の保持器の外径が大径に形成されている請求項1または2に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記複列の保持器のうち一方の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙している請求項1乃至3いずれかに記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記複列の円すいころ軸受の少なくとも一方の軸受列において、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内方部材側に形成されておらず、前記外方部材における外輪転走面の大径側に一体に形成されている請求項1乃至4いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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