JP2008051274A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪用軸受装置において，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現する。
【解決手段】車輪用軸受装置は，車輪を取り付けるためのハブフランジ26をもったハブ22と，インナレース34を有しハブ22に嵌合させた内輪32と，車体52に固定するためのフランジ40を有し内周面に２列のアウタレース44を形成した複列外輪38と，インナレース34とアウタレース44との間に転動自在に介在させた円すいころ46と，各列の円すいころ46を円周方向で所定間隔に保持する保持器48とを備え，保持器48が，円すいころ46の小端面側で連なる小環状部と，円すいころ46の大端面側で連なる大環状部と，大環状部と小環状部を連結する複数の柱部とからなり，隣接する柱部間に形成されるポケットの，円すいころ46の小径側を収納する狭幅側の柱部に切欠きが設けてあり，保持器48のポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの10％以上確保され，ころ係数が0.94を越えている。
【選択図】図１

Description

この発明は車輪用軸受装置に関する。

車輪用軸受装置では，モーメント荷重が作用することから，転がり軸受を２個１組で使用する場合が多く，ハブとユニット化したいわゆるハブ・ベアリングでは，円すいころ軸受や複列アンギュラ玉軸受などの複列転がり軸受が使用されている。

円すいころ軸受は，外径面の軌道面の両側に小つばと大つばが設けられた内輪と，内径面に軌道面が設けられた外輪と，内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円すいころと，これらの円すいころをポケットに収納して保持する保持器とからなり，保持器には，円すいころの小径端面側で連なる小環状部と，円すいころの大径端面側で連なる大環状部と，これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり，ポケットが，円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側，大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成されたものが用いられている。

円すいころ軸受を有する車輪用軸受装置では，円すいころの小径側からグリースが軸受内部に流入する一方，保持器外径側と内径側からもグリースが軸受内部に流入する。保持器外径側から流入するグリースは外輪となる外方部材の軌道面（アウタレース）に沿って円すいころの大径側へ通過する。保持器内径側から流入するグリースは内輪の軌道面（インナレース）に沿って円すいころの大径側へ通過する。

このようにグリースなどの潤滑油が外部から流入する部位に使用される円すいころ軸受には，保持器のポケットに切欠きを設けて，保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし，軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある（特許文献１，２参照）。特許文献１に記載されたものでは，図２２（Ａ）に示すように，保持器５のポケット９間の柱部８の中央部に切欠き１０ｄを設け，潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また，特許文献２に記載されたものでは，図２２(Ｂ)に示すように，保持器５のポケット９の軸方向両端の小環状部６と大環状部７に切欠き１０ｅを設け，保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお，各図中に記入したポケット９の各寸法は，後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。
特開平０９−３２８５８号公報（第３図） 特開平１１−２０１１４９号公報（第２図） 特開平０９−０９６３５２号公報 特開平１１−０２１０７６５公報 特開２００３−３４３５５２号公報 特開２００３−２８１６５号公報

上述したように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円すいころ軸受では，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると，トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は，以下のように考えられる。すなわち，保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は，外輪の内径面には障害物がないので，その軌道面に沿って円すいころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は，内輪の外径面には大つばがあるので，その軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過したときに大つばで堰き止められ，軸受内部に滞留しやすくなる。このため，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると，軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり，この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。

したがって，軸受内部に潤滑油が流入する円すいころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが，大幅な低トルク化を行うためには，ころがり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら，従来の低トルク化手法（特許文献３〜５参照）では，定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが，軸受剛性はいくらか低下する。

特許文献６に記載の円すいころ軸受６１（図２３）では，保持器と外輪とが接触しないタイプに比べてころの充填率を高め，軌道面最大面圧を低減させることが可能である。しかし，保持器と軌道面中央部を非接触とするため，その部分の板厚が薄くなるというデメリットがある。すなわち，保持器６２の柱部６２ｃに凹所６４があるので板厚が必然的に薄くなって保持器６２の剛性が低下し，軸受６１の組立て時の応力によって保持器６２が変形したり，軸受６１の回転中に保持器６２が変形する等の可能性もある。保持器６２の剛性を高めようとすると保持器６２の径寸法が大きくなるため，外輪接触部での摺接によるトルク増大，いわゆる引きずりトルクを引き起こす可能性がある。

一方，特許文献６記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は，図２４のように外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で，保持器７２の柱幅を確保し，適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために，次式で定義されるころ係数（ころの充填率）γを，通常，０．９４以下にする必要がある（特許文献４参照）。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで，Ｚ：ころ本数，ＤＡ：ころ平均径，ＰＣＤ：ころピッチ円径。なお，図２４で符号７３は円すいころ，７４は柱面，７５は内輪，θは窓角を示す。

保持器７２のポケット寸法をそのままにして単純にころ充填率を高めようとすると，保持器７２の柱７２ａが細くなり，充分な柱強度を確保することができない。一方，柱強度を確保するため，保持器と外輪との間のすきまが小さくなる方向に保持器径を変更（径寸法を大きく）すると，特許文献６に紹介されているように，保持器の外輪接触部での摩耗を促進し，引きずりトルクの増大を引き起こすおそれがある。

この発明の目的は，車輪用軸受装置において，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現することにある。

この発明の車輪用軸受装置は，内周に２列のアウタレースを有する外方部材と，外周に２列のインナレースを有する内方部材と，アウタレースとインナレースとの間に転動自在に介在させた円すいころと，各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器とを備え，前記外方部材が，車体に固定するためのフランジ部を有し内周面に２列のアウタレースを形成した複列外輪であり，前記内方部材が，車輪を固定するためのフランジをもったハブと，ハブに嵌合させた内輪とで構成され，前記保持器が，円すいころの小端面側で連なる小環状部と，円すいころの大端面側で連なる大環状部と，大環状部と小環状部を連結する複数の柱部とからなり，隣接する柱部間に形成されるポケットの，円すいころの小径側を収納する狭幅側の柱部に切欠きが設けてあり，保持器のポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保され，ころ係数が０．９４を越えていることを特徴とするものである。

ポケット柱面のころの当たり幅を，左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保して，ころから保持器に作用する荷重が局部的に集中したり，偏って負荷されたりすることによって，異常な摩耗が発生したり，応力集中による破損が発生したりしないようにしてある。これらにより，ころ係数γをγ＞０．９４とすることが可能となった。

ころ係数γ（ころの充填率）は（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）で表されるパラメータであって，ころ平均径が一定とした場合，ころ係数γの値が大きいほどころ本数が多いことを意味する。従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受では，ころ係数γを，通常０．９４以下にして設計しているので，ころ係数γが０．９４を越えるということは，従来と比較して，ころ充填率ひいては軸受剛性が高いことを意味する。

ところで，図２５は円すいころ軸受においてころピッチ円径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。図２５に示すように，ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが，軸受剛性はあまり低下しないことが，ころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで，ころ本数を減らさないか増加させつつＰＣＤを小さくすれば，剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。

ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって，ころ本数を増加させつつころＰＣＤを小さくできる。これにより，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現できる。また，ころ本数を増加させることによって，負荷容量がアップするばかりでなく，軌道面の最大面圧を低下させることができる。

また，保持器の台形状のポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより，保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を，この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができる。

請求項２の発明は，請求項１の車輪用軸受装置において，ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きが設けてあることを特徴とするものである。このような構成を採用することにより，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの切欠きからも外輪側へ逃がしてやることができる。

請求項３の発明は，請求項１または２の車輪用軸受装置において，ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きが設けてあることを特徴とするものである。

請求項４の発明は，請求項３の車輪用軸受装置において，ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積がポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広いことを特徴とするものである。

請求項５の発明は，請求項１ないし４のいずれかの車輪用軸受装置において，保持器の小環状部の軸方向外側に，内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け，前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限を小つばの外径寸法の２．０％としたことを特徴とするものである。

請求項６の発明は，請求項１ないし５のいずれかの車輪用軸受装置において，少なくとも円すいころの表面に，微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け，このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを０．４μm≦Ryni≦１．０μmとし，かつ，Sk値を−１．６以下としたことを特徴とするものである。

パラメータRyniは，基準長毎最大高さの平均値，すなわち，粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り，この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。また，Sk値は粗さ曲線のひずみ度，すなわち，粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり（ISO 4287:1997），ガウス分布のように対称な分布ではSk値は０に近くなり，凹凸の凸部を削除した場合は負の値，逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Sk値のコントロールは，バレル研磨機の回転速度，加工時間，ワーク投入量，研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行うことができ，Sk値を−１．６以下とすることにより，無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。

請求項７の発明は，請求項１ないし６のいずれかの車輪用軸受装置において，保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在していることを特徴とするものである。すきまが存在する保持器寸法とすることにより，軸受運転中には外輪と保持器との接触が殆ど発生しないようにしている。

請求項８の発明は，請求項１から７のいずれかの車輪用軸受装置において，前記複列の円すいころの一方をボールに代えたことを特徴とするものである。これによりトルクが低下する。

請求項９の発明は，請求項１から８のいずれかの車輪用軸受装置において，前記複列の転動体のピッチ円径がインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。ピッチ円径を大きくすることにより剛性がアップする。

請求項１０の発明は，請求項１から９のいずれかの車輪用軸受装置において，前記複列の転動体の数がインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。転動体数を多くすると剛性および寿命がアップする。

請求項１１の発明は，請求項１から７，９，１０のいずれかの車輪用軸受装置において，前記複列の転動体のサイズがインボード側とアウトボード側で異なることを特徴とするものである。

この発明によれば，ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって，ころ本数を増加させつつ，ころＰＣＤを小さくできる。これにより，軸受剛性を低下させることなく，低トルク化を実現できる。また，ころ本数を増加させることによって，負荷容量がアップするばかりでなく，軌道面の最大面圧を低下させることができるため，過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。

また，保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより，保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を，この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため，内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり，軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少して，潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。

請求項２の発明のように，ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし，内輪の軌道面に沿って大つばまで到る潤滑油の量をより少なくして，潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

請求項３の発明のように，ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより，円すいころをバランスよく柱部に摺接させることができる。

請求項４の発明のように，ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を，台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても，内輪の軌道面に沿って大つばまで到る潤滑油の量をより少なくして，潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

請求項５の発明にように，保持器の小環状部の輪方向外側に，内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け，この対向させた小環状部のつばの内径面と内輪の小つばの外径面との隙間を，内輪の小つばの外径寸法の２．０％以下とすることにより，保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし，潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。

請求項６の発明のように，少なくとも円すいころの表面に，微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け，このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを０．４μm≦Ryni≦１．０μmとし，かつ，Sk値を−１．６以下とすることにより，円すいころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて，軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても，円すいころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。

請求項７の発明のように，保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在しているので，軸受運転中には外輪と保持器との接触が殆ど発生せず，接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。

以下，図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１に示す実施例１は，ハブ２２と複列転がり軸受とをユニット化したもので，いわゆる２．５世代のハブ・ベアリングである。複列転がり軸受は，軸受外輪に相当する外方部材と，軸受内輪に相当する内方部材と，両部材間に介在する転動体とで構成される。実施例１は複列円すいころ軸受を用いた例で，転動体４６はアウトボード側もインボード側も円すいころであり，その数およびピッチ円径ＰＣＤも同一である。

ハブ２２は等速自在継手の外側継手部材１２のステム部１４を受け入れる軸孔２４を有している。ハブ２２は外周にハブフランジ２６を有し，ハブフランジ２６にはホイールディスク（図示せず）を固定するためのハブボルト３０が植え込んである。

複列円すいころ軸受は，一対の内輪３２と，外輪３８と，円すいころ４６と，保持器４８とを主要な構成要素としている。内輪３２が内方部材を構成し，外輪３８が外方部材を構成する。内輪３２は外周にインナレース３４を有し，ハブ２２の円筒状をしたスリーブ２８の外周面に嵌合させてある。アウトボード側の内輪３２は大つば３６をハブ２２に当ててあり，インボード側の内輪３２は大つば３６を外側継手部材１２の肩部２０に当ててある。外側継手部材１２のステム部１４をハブ２２の軸孔２４に挿入し，軸端の雄ねじ部１６にナット１８を締め付けることにより，外側継手部材１２の肩部２０との間にハブ２２を固定する。

外輪３８の外周にはボルト穴４２をもったフランジ４０が形成してある。ボルト穴４２に通したボルト５４を締め付けることにより外輪３８を車体５２に固定する。外輪３８は内周に２列の軌道すなわちアウタレース４４を有している。内輪３２のインナレース３４と外輪３８のアウタレース４４との間に２列の転動体ここでは円すいころ４６が介在させてある。各列の転動体４６は保持器４８で円周方向に所定間隔に保持される。

軸受内部に充填した潤滑剤の漏れを防止し，また，外部から異物が侵入するのを防止するため，外輪３８の両端開口部と内輪３２の大つば３６との間にシール５０が装着してある。

図２に示す実施例２は，２列のインナレース３４のうちの一方をハブ２２に直接形成したもので，いわゆる３世代ハブ・ベアリングの例である。この場合，ハブ２２と内輪３２とで内方部材を構成する。

図３に示す実施例３は，実施例１において，複列の転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，アウトボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤより大きくしてある。アウトボード側を大きくすることにより剛性がアップする。

図４に示す実施例４は，実施例２において，複列の転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，アウトボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤをインボード側転動体のピッチ円径ＰＣＤより大きくしてある。アウトボード側を大きくすることにより剛性がアップする。

図５に示す実施例５は，複列の転動体４６をインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。具体的には，アウトボード側の転動体４６をボールに変更して，アンギュラ玉軸受を構成している。この実施例５は従動輪の場合を例示したもので，ハブ２２は中実で，符号２０で示すようにハブフランジ２６とは反対側の軸端をかしめることによって内輪３２の軸方向位置決めがしてある。

図６に示す実施例６はいわゆる３世代ハブ・ベアリングの例である。実施例５との相違点は，実施例５が一対の分離型内輪３２を用いていたのに対して，２列のインナレース３４のうちの一方，ここではアウトボード側のインナレース３４がハブ２２に直接形成してある点である。複列の転動体４６は，アウトボード側がボール，インボード側が円すいころで，その数およびピッチ円径ＰＣＤは同一である。この場合，実施例２と同様に，ハブ２２と内輪３２とで内方部材を構成する。

図７に示す実施例７は，実施例５において，複列の転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，アウトボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをインボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤより大きくしてある。アウトボード側を大きくすることにより剛性がアップする。

図８に示す実施例８は，実施例６において，複列の転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをインボード側とアウトボード側で異ならせたものである。ここでは，インボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤをアウトボード側転動体４６のピッチ円径ＰＣＤより大きくしてある。アウトボード側を大きくすることにより剛性がアップする。

上述の各実施例では，転動体の数をインボード側とアウトボード側で同数としてあるが，インボード側とアウトボード側で異ならせてもよい。転動体数を多くすると軸受寿命および剛性がアップする。あるいは，インボード側とアウトボード側で転動体のサイズを異ならせてもよい。多少の軸受寿命の低下が起きても、剛性をアップさせる必要がある場合は、転動体サイズを小さくして、個数を多くすることで所望の効果が得られる。

次に，車輪用軸受装置を構成する複列転がり軸受の構成要素につき，単列の円すいころ軸受を例にとって説明する。図９に示す円すいころ軸受１は，１つの内輪２と転動体ここでは円すいころ４のサブアセンブリを示す。円すいころ４は保持器５に形成されたポケット９内に収容されている。各円すいころ４は，内輪２の軌道面２ａの両側に設けた小つば２ｂと大つば２ｃとで軸方向への移動を規制されている。

保持器５は，円すいころ４の小径端面側で連なる小環状部６と，円すいころ４の大径端面側で連なる大環状部７と，これらの小環状部６と大環状部７を連結する複数の柱部８とを含んでいる。そして，図１０に示すように，隣り合った柱部８間にポケット９が形成される。保持器５のポケット９は台形状で，円すいころ４の小径側を収納する部分が狭幅側，大径側を収納する部分が広幅側となる。ポケット９の狭幅側と広幅側には，それぞれ両側の柱部８に２つずつ，外径側から内径側まで切り通した切欠き１０ａ，１０ｂが設けてある。各切欠き１０ａ，１０ｂの寸法は，いずれも深さ１．０mm，幅４．６mmとされている。なお，図面に例示した切欠き１０ａ，１０ｂは，保持器５の半径方向に切り通した溝の形態をしているが，保持器５の内径側と外径側を連絡して潤滑油の円滑な通過を許容することができる限り，形状や寸法は任意である。また，柱面５ｄの窓角θ（図２４参照）は，例えば２５°〜５０°である。

図１１および図１２に保持器５の変形例を示す。図１１に示す変形例は，ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けたものである。そして，狭幅側の３つの切欠き１０ａ，１０ｃの合計面積が，広幅側の２つの切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。なお，切欠き１０ｃは深さ１．０mm，幅５．７mmとしてある。図１２に示す変形例は，狭幅側の柱部８の各切欠き１０ａの深さが１．５mmと広幅側の柱部８の各切欠き１０ｂよりも深く，狭幅側の各切欠き１０ａの合計面積が，広幅側の各切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。

図１３に示すように，保持器５の小環状部６の軸方向外側には，内輪２の小つば２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１が設けてあり，このつば１１の内径面と内輪２の小つば２ｂの外径面との間のすきまδは，小つば２ｂの外径寸法の２．０％以下に狭く設定してある。

また，図示は省略するが，円すいころ４の全表面には微小凹形状のくぼみがランダムに無数に設けてある。このくぼみを設けた表面は，面粗さパラメータRyniが０．４μm≦Ryni≦１．０μm，かつ，Sk値が−１．６以下としてある。

軸受が高速で回転すると，図１３に矢印で示すように，潤滑油が円すいころ４の小径側から保持器５の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し，保持器５の外径側から外輪３へ流入した潤滑油は，外輪３の軌道面３ａに沿って円すいころ４の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方，保持器５の内径側から内輪２側へ流入する潤滑油は，保持器５の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく，かつ，このすきまδから流入する潤滑油の大半は，ポケット９の狭幅側の柱部８に設けた切欠き１０ａを通過して，保持器５の外径側へ移動する。したがって，そのまま内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃに至る潤滑油の量は非常に少なくなり，軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。

保持器５は例えばＰＰＳ，ＰＥＥＫ，ＰＡ，ＰＰＡ，ＰＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形されている。

また，保持器に，機械的強度，耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックを使用することにより保持器重量が軽く，自己潤滑性があり，摩擦係数が小さいという特徴があるため，軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って，外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また，これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため，軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。

エンジニアリング・プラスチックは，汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが，これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって，エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。

〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ），ポリアミド６（ＰＡ６），ポリアミド６６（ＰＡ６６），ポリアセタール（ＰＯＭ），変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ），超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）

〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ），ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリアリレート（ＰＡＲ），ポリアミドイミド（ＰＡＩ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），液晶ポリマー（ＬＣＰ），熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ），ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ），ポリメチルベンテン（ＴＰＸ），ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ），ポリアミド４６（ＰＡ４６），ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ），ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ），ポリアミド１１，１２ （ＰＡ１１，１２），フッ素樹脂，ポリフタルアミド（ＰＰＡ）

なお，保持器材料の例としてＰＰＳ，ＰＥＥＫ，ＰＡ，ＰＰＡ，ＰＡＩ等のスーパーエンプラを挙げたが，必要に応じて，強度増強のため，これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに，ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。

円すいころ軸受１は，ころ係数γがγ＞０．９４となっている。ころ係数γはころの充填率を表し，次式で定義される。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここに，
Ｚ：ころ本数
ＤＡ：ころ平均径
ＰＣＤ：ころピッチ円径。

ところで，保持器５の外径は，図１４（Ａ）の状態から同図に矢印で示すように保持器５を軸方向小径側に移動させ（図１４（Ｂ）），次に図１５（Ａ）のように径方向下側に移動させると，外輪３と保持器５が接触し，軸受が回転して図１５（Ｃ）のように保持器５がセンタリングされると，保持器５と外輪３が全周にわたり所定すきまをあけて非接触となるような寸法に設定してある。言い換えれば，そのような寸法とは，保持器５が軸中心に配置され，図１４（Ｂ）のように保持器５が小径側に寄った状態では保持器５と外輪３の間にすきまが存在するが，保持器５を軸中心から径方向に移動させると外輪３と保持器５が接触するような寸法である。これにより，運転初期（図１５（Ｂ））には外輪３と保持器５は接触するが，運転中（図１５（Ｃ））は非接触となることから，接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。

図１６〜１９は，保持器５の内径側から見たポケットを示し，ポケット柱面５ａ（柱の側面）にころの当たりを二点差線で示してある。いずれの場合も，ポケット柱面５ａのころの当たり幅を，ポケット９の軸方向中央位置すなわちポケット中央位置からポケット長さの１０％以上確保してある。ころから保持器５に作用する荷重が局部的に集中したり，偏って負荷されたりすることによって，異常な摩耗が発生したり，応力集中による破損が発生したりしないようにするためである。なお，図１６〜１９においては，切欠き１０ａ等を省略している。

具体的には，図１６の場合，ころ当たり幅は，ポケット中央位置から軸方向両側にそれぞれポケット長さの１０％以上にわたって確保されている。したがって，ポケット中央位置でのころ当たり幅はポケット長さの２０％以上となっている。図１７の場合は，ころの当たりが図中の左側寄りになっているが，ポケット中央位置から右側にもポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。図１８の場合は，図１７と逆にころの当たりが図中の右側寄りになっているが，ポケット中央位置から左側にもポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。図１９は，図中上側のポケット柱面５ａと図中下側のポケット柱面５ａとでころの当たりが逆方向に片寄っている場合であるが，いずれも，ポケット中央位置から少なくともポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。

図２０に軸受の寿命試験の結果を示す。過酷潤滑，過大負荷条件下の寿命試験結果を示す。比較例１はころ係数０．８６の従来品である。比較例２は鉄板製保持器付きで運転時に外輪と保持器が接触するようにした点を除き実施例と同じである。図２０から明らかなように，比較例１は内輪剥離を起こし，寿命時間は１６．４ｈであった。比較例２は，保持器摩耗によるトルク増大のため，寿命時間４０．２ｈで停止した。実施例は２００ｈでも全く異常が認められなかった。なお，同じ試験条件の場合，ＪＩＳによる計算寿命は９２．２ｈである。

また，縦型トルク試験機を用いてトルク測定試験を行った。図１０の保持器を用いた円すいころ軸受と，図１１の保持器を用いた円すいころ軸受を用意した。これらを便宜上それぞれ実施例Ａ，実施例Ｂと呼ぶ。また，比較例として，ポケットに切欠きのない保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ａ）と，図２２（Ａ），（Ｂ）に示した保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ｂ，Ｃ）を用意した。なお，各円すいころ軸受は，寸法が外径１００mm，内径４５mm，幅２７．２５mmであり，ポケットの切欠き以外の部分は同じである。試験条件は次のとおりである。
アキシアル荷重：２９４２Ｎ
回転速度：３００〜２０００r/min（１００r/minピッチ）
潤滑条件：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）

図２１に試験結果を示す。同図のグラフの縦軸は，ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例Ａのトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例Ｂや，ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例Ｃも，トルク低減効果が認められるが，ポケットの狭幅部側の柱部に切欠きを設けた実施例Ａは，これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ，狭幅側の小環状部にも切欠きを設け，狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例Ｂは，さらに優れたトルク低減効果が認められる。

また，試験の最高回転速度である２０００r/minにおけるトルク低減率は，実施例Ａが９．５％，実施例Ｂが１１．５％であり，車輪用軸受装置等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお，比較例Ｂと比較例Ｃの回転速度２０００r/minにおけるトルク低減率は，それぞれ８．０％と６．５％である。

実施例１の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例２の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例３の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例４の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例５の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例６の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例７の車輪用軸受装置の縦断面図 実施例８の車輪用軸受装置の縦断面図 （Ａ）は内輪と円すいころのサブアセンブリの横断面図，（Ｂ）は縦断面図 図９における保持器の展開平面図 保持器の変形例を示す図１０と類似の展開平面図 保持器の別の変形例を示す図１０と類似の展開平面図 図９（Ｂ）の部分拡大図 （Ａ）は保持器が軸方向に移動する前の縦断面図，（Ｂ）は保持器が移動した後の縦断面図 （Ａ）は静止時の横断面略図，（Ｂ）は回転初期の横断面略図，（Ｃ）は回転中の横断面略図 保持器のポケットの簡略図 保持器のポケットの簡略図 保持器のポケットの簡略図 保持器のポケットの簡略図 軸受の寿命試験の結果を示す図 トルク測定試験の結果を示すグラフ （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ従来の技術を示す保持器の展開平面図 保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図 従来の技術を示す円すいころ軸受の部分拡大断面図 円すいころ軸受においてころピッチ円径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比およびトルク比の変化を表す線図

符号の説明

１ 円すいころ軸受
２ 内輪
２ａ 軌道面
２ｂ 小つば
２ｃ 大つば
３ 外輪
３ａ 軌道面
４ 円すいころ
５ 保持器
６ 小環状部
７ 大環状部
８ 柱部
９ ポケット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 切欠き
１１ つば
１２ 外側継手部材
１４ ステム部
１６ 雄ねじ部
１８ ナット
２０ 肩部
２２ ハブ
２４ 軸孔
２６ フランジ
２８ スリーブ
３０ ハブボルト
３２ 内輪
３４ インナレース
３６ 大つば
３８ 外輪
４０ フランジ
４２ ボルト孔
４４ アウタレース
４６ 円すいころ
４７ ボルト
４８ 保持器
５０ シール
５２ 車体
５４ ボルト

Claims (11)

1. 内周に２列のアウタレースを有する外方部材と，外周に２列のインナレースを有する内方部材と，アウタレースとインナレースとの間に転動自在に介在させた円すいころと，各列の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する保持器とを備え，
   前記外方部材が，車体に固定するためのフランジ部を有し内周面に２列のアウタレースを形成した複列外輪であり，
   前記内方部材が，車輪を固定するためのフランジをもったハブと，ハブに嵌合させた内輪とで構成され，
   前記保持器が，円すいころの小端面側で連なる小環状部と，円すいころの大端面側で連なる大環状部と，大環状部と小環状部を連結する複数の柱部とからなり，隣接する柱部間に形成されるポケットの，円すいころの小径側を収納する狭幅側の柱部に切欠きが設けてあり，保持器のポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保され，
   ころ係数が０．９４を越えている，車輪用軸受装置。
2. 前記ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きが設けてある請求項１の車輪用軸受装置。
3. 前記ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きが設けてある請求項１または２の車輪用軸受装置。
4. 前記ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積が前記ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広い請求項３の車輪用軸受装置。
5. 前記保持器の小環状部の軸方向外側に，内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばを設け，前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限を小つばの外径寸法の２．０％とした請求項１ないし４のいずれかの車輪用軸受装置。
6. 少なくとも前記円すいころの表面に微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け，このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを０．４μm≦Ryni≦１．０μmとし，かつ，Sk値を−１．６以下とした請求項１から５のいずれかの車輪用軸受装置。
7. 保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在している請求項１ないし６のいずれかの車輪用軸受装置。
8. 前記複列の円すいころの一方をボールに代えた請求項１から７のいずれかの車輪用軸受装置。
9. 前記複列の転動体のＰＣＤがインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から８のいずれかの車輪用軸受装置。
10. 前記複列の転動体の数がインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から９のいずれかの車輪用軸受装置。
11. 前記複列の転動体のサイズがインボード側とアウトボード側で異なる請求項１から７，９，１０のいずれかの車輪用軸受装置。

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