JP2009243643A - 車輪用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体として玉を用いた場合と比べ、耐久性の向上を図ることができ、転動体として円錐ころを用いた場合と比べ、自動車の燃費向上を図ることができる車輪用転がり軸受を提供する
【解決手段】車輪用転がり軸受は、車体に固定される外輪１１と、車輪が取り付けられる内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に複列に配設された転動体１５とを備え、転動体１５が外向きに配設されている。転動体１５は外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕまたは軌道面１１ｓ，１２ｓと接触して転動する転動面１５ａを有している。そして、転動面１５ａが、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、円弧状に形成されるとともに、転動面１５ａが、上記平面１５Ｂにおいて、転動体１５の中心点Ｃを通り転動体１５の中心軸１５Ａに直交する軸１５Ｃを対称軸として線対称に形成されることにより、転動体１５が樽状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として自動車に使用される車輪用転がり軸受に関する。

一般に、自動車は車輪を回転可能に支持するために車輪用転がり軸受を備えている。車輪用転がり軸受は、車体に固定される外輪と、車輪が取り付けられる内輪と、外輪と内輪との間に複列に配設された転動体とを備え、転動体が外向きに配設されている複列アンギュラ玉軸受を構成している（例えば、特許文献１参照）。

より具体的には、例えば、図４に示すように、車輪用転がり軸受１０１は、車体に固定される外輪１１１と、車輪が取り付けられる内輪１１２と、外輪１１１と内輪１１２との間に複列に配設された転動体１１５とを備え、転動体１１５が外向きに配設されている。なお、「転動体１１５が外向きに配設されている」とは、外輪側における作用点距離（以下、「作用点距離Ｄ１」という。）が内輪側における作用点距離（以下、「作用点距離Ｄ２」という。）よりも短くなるように、転動体１１５が外輪１１１及び内輪１１２の各々に形成された軌道面１１１ｕ，１１１ｓ，１１２ｕ，１１２ｓと接触していることをいう。また、「作用点距離Ｄ１」とは、車輪用転がり軸受１０１の中心軸Ａに平行な方向において、軌道面１１１ｕ上における外輪１１１によって１列の転動体１１５ｕに作用する力の作用点Ｇｕと、軌道面１１１ｓ上における外輪１１１によって他の１列の転動体１１５ｓに作用する力の作用点Ｇｓとの間の長さのことをいう。また「作用点距離Ｄ２」とは、車輪用転がり軸受１０１の中心軸Ａに平行な方向において、軌道面１１２ｕ上における内輪１１２によって１列の転動体１１５ｕに作用する力の作用点Ｎｕと、軌道面１１２ｓ上における内輪１１２によって他の１列の転動体１１５ｓに作用する力の作用点Ｎｓとの間の長さのことをいう。作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも短い場合は、作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２と等しい又は作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも長い場合に比べ、モーメント荷重に対する剛性（いわゆるモーメント剛性）を大きくすることができる。なお、作用点Ｇｕと作用点Ｎｕを通る線、及び作用点Ｇｓと作用点Ｎｓを通る線が中心軸Ａに垂直な平面となす角度αを接触角と呼び、軸受の合成を決める重要な要素として管理されている。

ここで、車輪用転がり軸受において、上述したように転動体が外向きに配設されている場合は、転動体の転がり抵抗を小さくすることによって車輪用転がり軸受によって支持される軸に不要なトルクが発生することを低減して自動車の燃費向上を図るために、転動体として、円錐ころではなく、玉を用いることが知られている。即ち、転動体として円錐ころを用いた場合は、円錐ころの中心軸に平行な方向への推力を支持するために、円錐ころの端面に摺接するつばを外輪または内輪に形成する必要がある。従って、転動体である円錐ころの端面に摺接するつばを設けることによって転動体の転がり抵抗は大きくなるため、自動車の燃費向上の観点から、図４に示すように、車輪用転がり軸受１０１において、上記つばを設ける必要がない球状の転動体１１５（即ち、玉）が用いられる。
特開２０００−１６８３０７号公報

しかしながら、球状の転動体１１５を用いる場合（即ち、転動体として玉を用いる場合）は、転動体１１５の転がり抵抗を小さくすることができるものの、転動体１１５と外輪１１１及び内輪１１２の各々に形成された軌道面１１１ｕ，１１１ｓ，１１２ｕ，１１２ｓとが接触する接触面の面積が小さく、車輪用転がり軸受１０１の耐久性が低い。上記接触面の面積を大きくして車輪用転がり軸受１０１の耐久性の向上を図るためには、転動体として円錐ころを用いることができるが、上述のごとく、つばを設ける必要があるため、転動体の転がり抵抗が大きくなり、車輪用転がり軸受１０１によって支持される軸に不要なトルクが発生して自動車の燃費が悪化する。即ち、車輪用転がり軸受１０１の耐久性の向上と自動車の燃費向上とを両立することが困難であるという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動体として玉を用いた場合と比べ、耐久性の向上を図ることができ、転動体として円錐ころを用いた場合と比べ、自動車の燃費向上を図ることができる車輪用転がり軸受を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、車体に固定される外輪と、車輪が取り付けられる内輪と、外輪と内輪との間に複列に配設された転動体とを備え、転動体が外向きに配設されている車輪用転がり軸受であって、転動体は外輪及び内輪の各々に形成された軌道面と接触して転動する転動面を有し、転動面が、転動体の中心軸を含む平面において、円弧状に形成されるとともに、転動面が、上記平面において、転動体の中心点を通り転動体の中心軸に直交する軸を対称軸として線対称に形成されることにより、転動体が樽状に形成されていることを特徴とする。

同構成によれば、樽状に形成された転動体の転動面は、転動体の中心軸を含む平面において、円弧状に形成されている。このため、例えば、転動体と外輪及び内輪の各々に形成された軌道面とが接触する接触面を、転動体として玉を用いた場合における上記接触面と略同じ大きさにしながら、転動体の体積を小さくすることができる。従って、転動体の体積を小さくすることによって、転動体の１列分の個数を増やすことができ、上記接触面の総面積を増加することができる。その結果、転動体として玉を用いた場合と比べ、車輪用転がり軸受全体の大きさを変化させることなく、車輪用転がり軸受に発生する荷重を分散させて、車輪用転がり軸受の耐久性の向上を図ることができる。また、上記構成によれば、樽状に形成された転動体の転動面は、転動体の中心軸を含む平面において、転動体の中心点を通るとともに転動体の中心軸に直交する軸を対称軸として線対称に形成されている。このため、転動体として円錐ころを用いた場合と異なり、転動体を、転動体の中心点を通る上記対称軸上において、外輪及び内輪の各々に形成された軌道面と接触させることができる。従って、外輪によって転動体に作用する力の作用線と、内輪によって転動体に作用する力の作用線とが上記対称軸上にあるため、転動体の中心軸に平行な方向への推力が発生しにくく、転動体の端面に摺接するつばを設ける必要がない。その結果、転動体として円錐ころを用いた場合と比べ、転動体の転がり抵抗を小さくすることができ、例えば、この車輪用転がり軸受によって支持される軸に不要なトルクが発生することを抑制して自動車の燃費向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車輪用転がり軸受であって、上記平面において、外輪及び内輪の各々に形成された軌道面は、転動面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有することを特徴とする。

同構成によれば、転動体の中心軸を含む平面において軌道面と転動面との曲率半径が同じである場合に比べ、転動体と外輪及び内輪の各々に形成された軌道面との接触面積を小さくすることができる。従って、転動体の転がり抵抗をさらに小さくすることができる。

本発明によれば、転動体として玉を用いた場合と比べ、車輪用転がり軸受全体の大きさを変化させることなく、車輪用転がり軸受の耐久性の向上を図ることができ、転動体として円錐ころを用いた場合と比べ、転動体の転がり抵抗を小さくして自動車の燃費向上を図ることができる。

以下に本発明に係る実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。なお、図中の矢印Ｕ及びＳは、車輪用転がり軸受の軸方向を示すとともに、矢印Ｕ，Ｓの各々は、車体側方向、車輪側方向を示している。

本実施形態に係る車輪用転がり軸受は、自動車用のハブユニットとして従動輪に使用されるものである。より具体的には、図１及び図２に示すように、車輪用転がり軸受１は、車体（不図示）に固定される外輪１１と、車輪（不図示）が取り付けられる内輪１２との間に、複列の転動体１５を介在させることにより、車輪を回転可能に支持するための軸受である。

円筒状に形成された外輪１１の外周１１Ａには、外輪１１を車体に固定するためのボルト（不図示）が挿通されるフランジ部１１ａが一体に形成されるとともに、外輪１１の内周１１Ｂには、２列（即ち、内列と外列）の軌道面１１ｕ，１１ｓが環状に形成されている。

そして、外輪１１の内方には、転動体１５を介して、内輪１２が設けられている。なお、本実施形態においては、内輪１２は、車輪の中心部に取り付けられるハブとハブに固定される回転軸とが一体となったハブ軸１３と、ハブ軸１３とは別個に設けられた内輪部材１４とから構成されている。

ハブ軸１３の車輪側外周１３Ａには、車輪をハブ軸１３に取り付けるためのボルト６が挿通されるフランジ部１３ａが形成されるとともに、車輪側の軌道面１１ｓと対向しているハブ軸１３の外周１３Ｂには、１列の軌道面１２ｓが環状に形成されている。

また、車体側の軌道面１１ｕと対向しているハブ軸１３の外周１３Ｃには、環状に形成された内輪部材１４が嵌められている。この内輪部材１４の外周１４Ａには、１列の軌道面１２ｕが環状に形成されている。

そして、図１に示すように、ハブ軸１３に嵌められた内輪部材１４はハブ軸１３に形成された段差１３ｂと当接しているため、ハブ軸１３の車体側端部１３Ｄに形成されたおねじ部１３ｃにナット７が螺合されることにより、ハブ軸１３に対して内輪部材１４が固定されている。従って、内輪１２（即ち、内輪１２を構成する、ハブ軸１３及び内輪部材１４）は、内輪１２に取り付けられた車輪とともに回転する。

外輪１１と内輪１２との間に介在する複列（２列）の転動体１５には、図２及び図３に示すように、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕまたは軌道面１１ｓ，１２ｓと接触して転動する転動面１５ａと、軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓと接触しない端面１５ｂとが形成されている。

そして、複列の転動体１５のうち、車体側に設けられた１列の転動体１５ｕは、外輪１１及び内輪部材１４の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕと接触して、複列の転動体１５のうち、車輪側に設けられた他の１列の転動体１５ｓは、外輪１１及びハブ軸１３の各々に形成された軌道面１１ｓ，１２ｓと接触している。このため、内輪１２が回転することにより、１列の転動体１５ｕが、軌道面１１ｕと軌道面１２ｕにおいて転動するとともに、他の１列の転動体１５ｓが、軌道面１１ｓと軌道面１２ｓにおいて転動する。

そして、本実施形態においては、転動体１５が外向きに配設されている。より具体的には、図２に示すように、作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも短くなるように、転動体１５が外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓと接触している。なお、ここでいう、「作用点距離Ｄ１」とは、車輪用転がり軸受１の中心軸Ａに平行な方向（図２中の矢印Ｂが示す方向）において、軌道面１１ｕ上における外輪１１によって１列の転動体１５ｕに作用する力Ｆｕの作用点Ｇｕと、軌道面１１ｓ上における外輪１１によって他の１列の転動体１５ｓに作用する力Ｆｓの作用点Ｇｓとの間の長さである。また、「作用点距離Ｄ２」とは、車輪用転がり軸受１の中心軸Ａに平行な方向において、軌道面１２ｕ上における内輪１２によって１列の転動体１５ｕに作用する力Ｅｕの作用点Ｎｕと、軌道面１２ｓ上における内輪１２によって他の１列の転動体１５ｓに作用する力Ｅｓの作用点Ｎｓとの間の長さである。

従って、作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも短いため、作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２と等しい又は作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも長い場合と比べ、車輪用転がり軸受１の作用点距離Ｄが大きい。なお、ここでいう「車輪用転がり軸受１の作用点距離Ｄ」とは、図１に示すように、作用点Ｓ１，Ｓ２（外輪１１によって１列の転動体１５ｕに作用する力の作用線Ｌ１及び外輪１１によって他の１列の転動体１５ｓに作用する力の作用線Ｌ２の各々が、車輪用転がり軸受１の中心軸Ａと交わる点）の間の長さである。従って、作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２と等しい又は作用点距離Ｄ１が作用点距離Ｄ２よりも長い場合に比し、車輪用転がり軸受１の作用点距離Ｄが大きいため、車輪用転がり軸受１のモーメント荷重に対する剛性が大きい。

以上のように本実施形態における車輪用転がり軸受１は、車体に固定される外輪１１と、車輪が取り付けられる内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に複列に配設された転動体１５とを備え、転動体１５が外向きに配設された構成となっている。

ここで、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、転動面１５ａが、円弧状に形成されるとともに、転動面１５ａが、転動体１５の中心点Ｃを通り転動体１５の中心軸１５Ａに直交する軸１５Ｃを対称軸として線対称に形成されている。そして、上記のように形成されることにより、転動体１５が樽状に形成されている点に特徴がある。なお、図２において、Ｃ１は、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、転動面１５ａを円周の一部とする円の中心である。

このような構成によれば、樽状に形成された転動体１５の転動面１５ａは、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、円弧状に形成されている。このため、例えば、転動体１５と、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕ，１１ｓ，１２ｓとが接触する接触面を、転動体として玉を用いた場合における上記接触面と略同じ大きさにしながら、転動体１５の大きさを小さくすることができる。従って、転動体１５の大きさを小さくすることによって、転動体１５の１列分の個数を増やすことができ、上記接触面の総面積を増加することができる。

さらに、上記構成によれば、樽状に形成された転動体１５の転動面１５ａは、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、転動体１５の中心点Ｃを通るとともに転動体１５の中心軸１５Ａに直交する軸１５Ｃを対称軸として線対称に形成されている。このため、転動体１５として円錐ころを用いた場合と異なり、転動体１５を、転動体１５の中心点Ｃを通る一直線上（即ち、軸１５Ｃ上）において、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕ，１１ｓ，１２ｓと接触させることができる。より具体的には、図２に示すように、１列の転動体１５ｕを、上記対称軸上（軸１５Ｃ上）において、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕと接触させることができ、他の１列の転動体１５ｓを、上記対称軸上において、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｓ，１２ｓと接触させることができる。従って、外輪１１によって１列の転動体１５ｕに作用する力Ｆｕの作用線と、内輪１２によって１列の転動体１５ｕに作用する力Ｅｕの作用線とが上記対称軸上にあるため、転動体１５の中心軸１５Ａに平行な方向への推力が１列の転動体１５ｕに発生しにくい。同様に、外輪１１によって他の１列の転動体１５ｓに作用する力Ｆｓの作用線と、内輪１２によって他の１列の転動体１５ｓに作用する力Ｅｓの作用線とが上記対称軸上にあるため、転動体１５の中心軸１５Ａに平行な方向への推力Ｆが、他の１列の転動体１５ｓに発生しにくい。その結果、転動体として円錐ころを用いた場合と異なり、転動体１５の端面１５ｂに摺接するつばを設ける必要がない。

また、本実施形態においては、図２に示すように、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕは、転動面１５ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有している。また、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｓ，１２ｓも同様に、転動面１５ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有している。なお、図２において、Ｃ２は、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて軌道面１１ｕ，１２ｕ，１１ｓ，１２ｓのいずれかを円周の一部とする円の中心である。

このように構成すれば、軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓの曲率半径Ｒ２が転動面１５ａの曲率半径Ｒ１よりも大きいため、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２が同じである場合に比べ、転動体１５と外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓとの接触面積を小さくすることができる。

本実施形態の車輪用転がり軸受１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）転動体１５は外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１２ｕまたは軌道面１１ｓ，１２ｓと接触して転動する転動面１５ａを有している。そして、転動面１５ａが、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、円弧状に形成されるとともに、転動面１５ａが、上記平面１５Ｂにおいて、転動体１５の中心点Ｃを通り転動体１５の中心軸１５Ａに直交する軸１５Ｃを対称軸として線対称に形成されている。上記のように形成されることにより、転動体１５が樽状に形成されているため、上述のごとく、接触面の総面積を増加することができる。その結果、転動体として玉を用いた場合と比べ、車輪用転がり軸受１全体の大きさを変化させることなく、車輪用転がり軸受１に発生する荷重を分散させて、車輪用転がり軸受１の耐久性の向上を図ることができる。また、上述のごとく、転動体１５の中心軸１５Ａに平行な方向への推力Ｆが発生しにくく、転動体１５の端面１５ｂに摺接するつばを設ける必要がない。その結果、転動体として円錐ころを用いた場合と比べ、転動体１５の転がり抵抗を小さくすることができ、この車輪用転がり軸受１によって支持されるハブ軸１３に不要なトルクが発生することを抑制して自動車の燃費向上を図ることができる。

（２）転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓは、転動面１５ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有する。このため、転動体１５と外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓとの接触面積を小さくすることができ、転動体１５の転がり抵抗をさらに小さくして、この車輪用転がり軸受１を備える自動車の燃費向上を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においては、転動体１５の中心軸１５Ａを含む平面１５Ｂにおいて、外輪１１及び内輪１２の各々に形成された軌道面１１ｕ，１１ｓ，１２ｕ，１２ｓは、転動面１５ａの曲率半径Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２を有していたが、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２を同じとしてもよい。このように構成しても上記（１）の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、複列の転動体１５（即ち、車体側に設けられた１列の転動体１５ｕと車輪側に設けられた他の１列の転動体１５ｓの双方）が樽状に形成されていたが、１列の転動体１５ｕ及び他の１列の転動体１５ｓのいずれか一方のみが樽状に形成されていてもよい。

・上記実施形態においては、ナット７で内輪部材１４をハブ軸１３に対して固定していたが、ハブ軸１３の車体側端部１３Ｄにおねじ部１３ｃを設けず、そして、ナット７を用いずに内輪部材１４をハブ軸１３に対して固定してもよい。例えば、ハブ軸１３の車体側端部１３Ｄを円筒形状に形成して、この円筒形状の車体側端部１３Ｄを径方向（即ち、車輪用転がり軸受１の軸方向に垂直な方向）外方へ拡径することにより、内輪部材１４の端面に、ハブ軸１３の車体側端部１３Ｄがかしめ付けられて、内輪部材１４をハブ軸１３に対して固定するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る車輪用転がり軸受を示す概略構成図。 図１中の矢印Ｓが示す部分の拡大断面図。 本発明の実施形態に係る車輪用転がり軸受の転動体を示す斜視図。 従来の車輪用転がり軸受を示す概略構成図。

符号の説明

Ａ…車輪用転がり軸受の中心軸、Ｃ…転動体の中心点、Ｒ１，Ｒ２…曲率半径、１…車輪用転がり軸受、１１…外輪、１１ｕ，１１ｓ…軌道面、１２…内輪、１２ｕ，１２ｓ…軌道面、１３…ハブ軸、１４…内輪部材、１５…転動体、１５ａ…転動面、１５ｂ…端面、１５Ａ…転動体の中心軸、１５Ｂ…転動体の中心軸を含む平面、１５Ｃ…転動体の中心を通り転動体の中心軸に直交する軸。

Claims (2)

1. 車体に固定される外輪と、車輪が取り付けられる内輪と、前記外輪と前記内輪との間に複列に配設された転動体とを備え、前記転動体が外向きに配設されている車輪用転がり軸受であって、
   前記転動体は前記外輪及び前記内輪の各々に形成された軌道面と接触して転動する転動面を有し、
   前記転動面が、前記転動体の中心軸を含む平面において、円弧状に形成されるとともに、前記転動面が、前記平面において、前記転動体の中心点を通り前記転動体の中心軸に直交する軸を対称軸として線対称に形成されることにより、前記転動体が樽状に形成されていることを特徴とする車輪用転がり軸受。
2. 前記平面において、前記外輪及び前記内輪の各々に形成された前記軌道面は、前記転動面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載の車輪用転がり軸受。

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