JP2012224157A - 車両用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を損なうことなく軽量化が可能となる車両用軸受装置を提供する。
【解決手段】車輪が取り付けられるシャフトと、玉を介してシャフトと同心上に配置された外輪３と、この外輪３の上側の前後及び下側の前後それぞれに設けられたフランジ部７とを備えている。フランジ部７には、外輪３を車体側に固定するためのボルトが挿通する取り付け孔１２が形成されている。フランジ部７それぞれにおいて、取り付け孔１２の中心１２ａと外輪３の中心３ａとを結ぶ仮想直線１３を境界として区画した場合に、外輪３を軸方向に見て、上下方向外側に位置する第１領域Ａ１を上下方向中央側に位置する第２領域Ａ２よりも広くすることにより、第１領域Ａ１側の剛性を第２領域Ａ２側の剛性よりも高めている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用軸受装置に関する。

自動車等の車両の車輪を支持するために用いられる車両用軸受装置は、一般的に、車輪が取り付けられる回転輪と、転動体を介して前記回転輪と同心状に配置された固定輪とを備えており、この固定輪には、当該固定輪を車体側の懸架装置に固定するためのフランジ部が設けられている。
図７（Ａ）は、フランジ部９２が設けられている固定輪９１の斜視図である。フランジ部９２は、固定輪９１の上側の前後及び下側の前後それぞれに当該固定輪９１の外周から径方向外側へ突出して設けられており、このフランジ部９２には、固定輪９１を車体側の懸架装置に固定するボルト（図示せず）が挿通する取り付け孔９３が形成されている。また、図７（Ａ）では、周方向で隣り合うフランジ部９２，９２の間には、リブ９７が設けられている。

そして、従来の車両用軸受装置では、図７（Ｂ）に示しているように、フランジ部９２それぞれにおいて、取り付け孔９３の中心９３ａと固定輪９１の中心９１ａとを結ぶ仮想直線９４を境界として上下に区画した場合に、上下方向外側に位置する第１領域９５（ハッチングの領域）と、上下方向中央側に位置する第２領域９６とは、同じ広さ（仮想直線９４を基準に対称であるが同じ形状）とされている。

また、このような車両用軸受装置は、車輪を通じて路面からの様々な荷重を受けることから、この荷重に抗するべく強度を高める必要がある。そのために、例えば、上下前後の全てのリブ９７を厚くすればよいが、この場合、質量が大きく増加してしまう。
そこで、質量の増加を抑えつつ、強度の向上を図る車両用軸受装置として、特許文献１に記載のものがある。この車両用軸受装置では、実際に作用する荷重及びモーメントを考慮して構成されており、図８に示しているように、フランジ部９２の上下部分（上下のリブ９７ａ）と前後部分（前後のリブ９７ｂ）とで厚さを相違させている。すなわち、車両用軸受装置には、上下荷重（垂直荷重）、左右荷重（横荷重）及び前後荷重が作用するが、特許文献１の発明では、このうち左右荷重が作用した際に上下両部分において最も大きなモーメントが作用することに着目し、前後のリブ９７ｂに比べて上下のリブ９７ａを厚くし、上下両部分の強度を高めている。

特開２００７−７１３５２号公報（図２参照）

図８に示しているように、前後のリブ９７ｂを厚くしないで、上下のリブ９７ａを厚くすることにより、質量の増加を抑えつつ効果的に強度の向上を図ることが可能となる。しかし、上下のリブ９７ａを厚くしていることから、軸受装置全体としての質量の増加は避けられない。すなわち、特許文献１の図３に示しているように、強度の向上に伴い、質量も増加している。

そこで、本発明は、強度を損なうことなく軽量化が可能となる車両用軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用軸受装置は、車輪が取り付けられる回転輪と、転動体を介して前記回転輪と同心上に配置された固定輪と、前記固定輪の上側の前後及び下側の前後それぞれに当該固定輪から径方向外側へ突出して設けられていると共に当該固定輪を車体側に固定するためのボルトが挿通する取り付け孔が形成されたフランジ部とを備え、前記フランジ部それぞれにおいて、前記取り付け孔の中心と前記固定輪の中心とを結ぶ仮想直線を境界として区画した場合に、前記固定輪を軸方向に見て、上下方向外側に位置する第１領域を上下方向中央側に位置する第２領域よりも広くすることにより、当該第１領域側の剛性を当該第２領域側の剛性よりも高めていることを特徴とする。

車両用軸受装置では、路面側から上下荷重、左右荷重及び前後荷重が作用するが、このうち左右荷重（軸方向荷重）が作用した際に、上下両部分が最も大きな荷重（モーメント）の作用する負荷領域となる。
そこで、本発明のように、フランジ部それぞれにおいて、前記仮想直線を境界として区画した場合に、固定輪を軸方向に見て、上下方向外側に位置する第１領域を上下方向中央側に位置する第２領域よりも広くすることにより、第１領域側の剛性を第２領域側の剛性よりも高めていることにより、上側の前後及び下側の前後のフランジ部において、上下方向両外側となる上下両部分の強度を確保することが可能となる。つまり、前記負荷領域におけるフランジ強度を高めることができ、また、従来（第１領域と第２領域とが同じ広さである従来）と同等の強度を確保することが可能となる。
その一方で、前記負荷領域とは異なる領域、つまり、上下方向中央側となる前部及び後部では、フランジ部の広がりを小さくすることで、軽量化することが可能となる。以上より、強度を損なうことなく軽量化が可能となる。

また、前記フランジ部それぞれは、径方向外側から径方向内側の裾部に向かうにつれてフランジ幅が拡大する形状であり、前記フランジ部それぞれにおいて、フランジ幅方向に関して前記第１領域の幅が前記第２領域の幅よりも大きいのが好ましい。
この構成により、フランジ部それぞれにおいて、上下方向外側に位置する第１領域を上下方向中央側に位置する第２領域よりも広くすることができる。なお、前記フランジ幅は、前記仮想直線及びフランジ部の厚さ方向に直交する方向の幅である。

また、前記第１領域におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面は、径方向外側から裾部側に向かうにつれて前記仮想直線から離れる形状であり、前記第２領域におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面は、前記仮想直線と平行に形成されている構成とすることにより、簡単に第１領域よりも第２領域を小さくすることができる。

また、周方向で隣り合う前記フランジ部の間にリブが設けられており、上下及び前後のリブはすべて同じ厚さである場合、フランジ部の間にリブが設けられている車両用軸受装置となり、この場合において、上下のリブを厚くしなくても、フランジ部それぞれにおいて第１領域を第２領域よりも広くすることにより、第１領域側の剛性を第２領域側の剛性よりも高めていることで、上下両部分の強度を従来と同等に確保することができ、かつ、リブの厚肉化による質量増加を抑えることが可能となる。

本発明によれば、最も大きな荷重（モーメント）が作用する負荷領域の強度を従来と同等とすることが可能となり、前記負荷領域とは異なる領域では、フランジ部の広がり小さくすることで、強度を損なうことなく軽量化が可能となる。

本発明の車両用軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。 外輪を軸方向（左右方向）から見た図である。 外輪の縦断面図である。 モーメントが作用した状態の解析結果を示す説明図であり、（Ａ）は本実施形態に係る車両用軸受装置が有するフランジ部及び外輪の上下方向の変位量を示しており、（Ｂ）は従来の車両用軸受装置が有するフランジ部及び外輪の上下方向の変位量を示している。 車両用軸受装置の剛性（モーメント剛性）及び質量について、従来例と本実施形態（実施例）との比較を説明する図である。 他の外輪を軸方向（左右方向）から見た図である。 （Ａ）は、フランジ部が設けられている固定輪の斜視図であり、（Ｂ）はその一部を軸方向に見た説明図である。 従来のフランジ部が設けられている固定輪の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の車両用軸受装置の実施の一形態を示す縦断面図である。この車両用軸受装置１は、自動車等の車両の車体側に設けられている懸架装置（ナックル）３０に固定されるものであり、この懸架装置３０に対して、車輪（図示せず）を回転可能に支持することができる。
この車両用軸受装置１が、車体（懸架装置３０）に取り付けられた状態で、車輪が取り付けられる側（図１では左側）が車両アウタ側となり、車体の中央側（図１では右側）が車両インナ側となる。このアウタ側とインナ側とを結ぶ方向が左右方向であり、図１の紙面方向が前後方向となり、図１の上下方向が車両用軸受装置１の上下方向となる。

この車両用軸受装置１は、前記懸架装置３０に固定される外輪３と、この外輪３の内周側に設けられているシャフト２と、外輪３とシャフト２との間に転動可能に設けられている複数個の玉（転動体）４と、これら玉４を等間隔で保持している保持器５とを備えている。
本実施形態では、外輪３が、車本側に固定される固定輪であり、このために、外輪３の外周１４には、懸架装置３０に固定するためのフランジ部７が、当該外輪３と一体ものとして設けられている。また、外輪３の内周面には玉４が転動する複列の外輪軌道３ｂ，３ｂが形成されている。

シャフト２は、車輪（図示せず）が取り付けられる車軸であり、車輪取り付け用のフランジ部１０が、このシャフト２の車両アウタ側の端部外周から径外方向に延びて環状に形成されている。このフランジ部１０には周方向数箇所に貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１に挿通されるボルトによってディスクロータや車輪（図示せず）が取り付けられる。

シャフト２は、前記フランジ部１０と一体となっているシャフト本体８と、このシャフト本体８の車両インナ側の端部に嵌合している円環状の内輪部材９とを備えている。内輪部材９は、シャフト本体８の車両インナ側の端部を径外方向に塑性変形させて成るかしめ部８ａにより、当該シャフト本体８に抜け止め固定されている。

玉４は、車両インナ側と車両アウタ側との二列で設けられており、これに対応して、シャフト２の外周面には、複列の内輪軌道２ｂ，２ｂが形成されている。これら内輪軌道２ｂ，２ｂは前記外輪軌道３ｂ，３ｂに対向しており、各列の内輪軌道２ｂと外輪軌道３ｂとの間に、複数の玉４が転動自在に配置されている。

以上により、複列のアンギュラ玉軸受部を有している車両用軸受装置１が構成され、この車両用軸受装置１では、シャフト２が、車輪（図示せず）が取り付けられる回転輪となり、外輪３が、玉（転動体）４を介してシャフト２と同心上に配置された固定輪となる。

図２は、外輪３を軸方向（左右方向）から見た図である。前記フランジ部７は、固定輪となる外輪３の上側の前後及び下側の前後それぞれに設けられており、フランジ部７それぞれは、外輪３の外周１４から径方向外側へ突出している。そして、フランジ部７それぞれには、外輪３を車体側の懸架装置３０（図１参照）に固定するためのボルト３１が挿通する取り付け孔１２が形成されている。なお、図１は図２のＩ−Ｉ矢視の断面図である。

また、本実施形態では、周方向で隣り合うフランジ部７，７の間に、リブ６が設けられており、上下及び前後のリブ６は、フランジ部７よりも薄く、すべて同じ厚さである。なお、フランジ部７もすべて同じ厚さである。
そして、本実施形態の車両用軸受装置１の外輪３は、隣り合うフランジ部７，７同士が周方向で直接連結されていない独立フランジタイプ（浮島フランジタイプ）であり、周方向で隣り合うフランジ部７，７の間にリブ６が介在している。

ここで、フランジ部７それぞれにおいて、取り付け孔１２の中心１２ａと外輪３の中心３ａとを結ぶ仮想直線１３を境界として上下に区画した場合に、上下方向外側に位置する領域を第１領域Ａ１とし、上下方向中央側に位置する領域を第２領域Ａ２とする。なお、図２では、第１領域Ａ１をハッチングで示しており、フランジ面７ａが仮想直線１３によって上下に区画されている。

また、フランジ部７それぞれは、径方向外側Ｎから径方向内側の裾部Ｍに向かうにつれてフランジ幅Ｗが漸次拡大する形状を有している。このフランジ幅Ｗは、仮想直線１３及びフランジ部７の厚さ方向（左右方向）に直交する方向の幅である。
そして、フランジ部７それぞれにおいて、前記仮想直線１３を境界として上下に区画した場合に、外輪３を軸方向に見て、上下方向外側に位置する前記第１領域Ａ１が上下方向中央側に位置する前記第２領域Ａ２よりも広くすることにより、第１領域Ａ１側の剛性を第２領域Ａ２側の剛性よりも高めている。つまり、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、仮想直線９４を基準に非対称の形状となっている。なお、前記剛性としては、車両用軸受装置１に作用する（後述の）モーメントに抗する曲げ剛性であり、例えば、前記仮想直線１３に直交するフランジ幅方向の軸線回りの曲げ剛性である。

具体的に説明すると、外輪３の上側前方に設けられているフランジ部７ｔｆ及び上側後方に設けられているフランジ部７ｔｂそれぞれでは、上側に位置する第１領域Ａ１が、上下方向中央側に位置する第２領域Ａ２よりも広くなっており、第１領域Ａ１側の剛性を第２領域Ａ２側の剛性よりも高めている。そして、外輪３の下側前方に設けられているフランジ部７ｂｆ及び下側後方に設けられているフランジ部７ｂｂそれぞれでは、下側に位置する第１領域Ａ１が、上下方向中央側に位置する第２領域Ａ２よりも広くなっており、第１領域Ａ１側の剛性を第２領域Ａ２側の剛性よりも高めている。なお、すべてのフランジ部７の厚さはすべて同じであり、フランジ部７それぞれにおける厚さは一定である。

フランジ部７の形状についてさらに説明すると、フランジ部７の外側面は、径方向外側Ｎにおいて第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに跨る円弧面１７、第１領域Ａ１におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面１５、及び、第２領域Ａ２におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面１６からなる。そして、フランジ側面１５，１６は両者とも平面状に形成されており、外輪３の外周１４と交差している。

そして、フランジ部７それぞれにおいて、上記のとおり、径方向外側Ｎから径方向内側の裾部Ｍに向かうにつれてフランジ幅Ｗが漸次拡大する形状を有しているが、第１領域Ａ１を第２領域Ａ２よりも広くするために、本実施形態では、フランジ幅方向に関して、第１領域Ａ１の幅（広がり幅）ｗ１が、第２領域Ａ２の幅（広がり幅）ｗ２よりも大きくされている。なお、第１領域Ａ１の前記幅ｗ１は、仮想直線１３上の一点からフランジ側面１５までの距離であり、第２領域Ａ２の前記幅ｗ２は、当該一点から反対側のフランジ側面１６までの距離である。
つまり、第１領域Ａ１の広がり度合いが、第２領域Ａ２の広がり度合いよりも大きい。なお、広がり度合いとは、仮想直線１３に沿った径方向内側への単位長さ（例えば１ｃｍ）あたりの、当該仮想直線１３に直交する方向の各領域Ａ１，Ａ２の幅（各領域のフランジ幅）の変化の割合である。したがって、広がり度合いは、仮想直線１３を基準としたフランジ側面１５，１６の傾きであり、仮想直線１３に対するフランジ側面１５の傾きは、仮想直線１３に対するフランジ側面１６の傾きよりも大きい。なお、本実施形態では、フランジ側面１６の傾きはゼロである。

さらに、図２に示す実施形態では、第１領域Ａ１を第２領域Ａ２よりも広くするために、第１領域Ａ１における前記フランジ側面１５は、径方向外側Ｎから裾部側に向かうにつれて仮想直線１３から離れる形状であるが、第２領域Ａ２における前記フランジ側面１６は、仮想直線１３と平行に形成されている（仮想直線１３に対するフランジ側面１６の傾きはゼロである。）。

以上のように、フランジ部７それぞれにおいて、仮想直線１３を境界として上下に区画した場合に、外輪３を軸方向に見て、上下方向外側に位置する第１領域Ａ１を上下方向中央側に位置する第２領域Ａ２よりも広くすることにより、第１領域Ａ１側の部分の剛性を第２領域Ａ２側の部分の剛性よりも高めているので、上側の前後及び下側の前後のフランジ部７において、上下方向両外側となる上下両部分の（荷重及びモーメントに抗する）強度を高めることが可能となる。

ここで、このような車両用軸受装置１では、車両が走行すると、上下荷重、左右荷重及び前後荷重が作用するが、図３に示すように、左右荷重（軸方向荷重）が作用した際に、上下両部分が最も大きな荷重（モーメント）が作用する負荷領域Ｓ１となる。なお、図３の矢印ｆ１，ｆ２は、玉４から外輪３が受ける荷重を示しており、矢印ｍはこの荷重によるモーメントを示している。
そこで、上述のとおり、上側の前後及び下側の前後のフランジ部７において、上下方向両外側となる上下両部分の強度（剛性）を高めることが可能となることから、上下の負荷領域Ｓにおけるフランジ強度を高めることができ、図７（Ａ）で示した従来例（第１領域９５と第２領域９６とが同じ広さである従来例）と同等の強度を確保することが可能となる。
その一方で、上下の負荷領域Ｓ１とは異なる領域、つまり、上下方向中央側となる前部及び後部の領域Ｓ２（図２参照）では、フランジ部７のフランジ幅方向への広がりを小さくすることで、車両用軸受装置１を軽量化することが可能となる。

なお、図４は、前記モーメントｍが作用した状態の解析結果を示す説明図であり、図４（Ａ）は、本実施形態に係る車両用軸受装置１（実施例）が有するフランジ部７及び外輪３の上下方向の変位量を示しており、図４（Ｂ）は、図７（Ａ）に示した従来の車両用軸受装置（従来例）が有するフランジ部及び外輪の上下方向の変位量を示している。この図４の（Ａ）と（Ｂ）とに示しているように、変位量について実施例と従来例とで大きな差がなく、本実施形態の車両用軸受装置１によれば、従来と比べて同等の強度を確保することができる。

そして、図５は、車両用軸受装置の剛性（モーメント剛性）及び質量について、従来例と実施例との比較を説明する図である。図５（Ａ）に示しているように、従来例と実施例とでは剛性を等しくすることができ、図５（Ｂ）に示しているように、実施例は、従来例よりも２％、質量を低下させることが可能となる。つまり、実施例では、剛性を損なうことなく軽量化が可能となる。

また、本実施形態では、隣り合うフランジ部７，７の間にリブ６が設けられているが、図８に示した従来例のように、上下のリブ９７ａを厚くしなくても、フランジ部７それぞれにおいて第１領域Ａ１を第２領域Ａ２よりも広くすることにより、第１領域Ａ１側の部分の剛性を第２領域Ａ２側の部分の剛性よりも高めていることで、上下両部分の強度を従来例と同等に確保することができ、かつ、リブの肉厚化による質量増加を抑えることが可能となる。

また、本発明の車両用軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記実施形態では、図２に示しているように、フランジ部７がリブ６よりも厚く、フランジ部７とリブ６との境界が明確である浮島フランジタイプの外輪３を説明した。しかし、図６に示しているように、その境界が明らかでないタイプの外輪３もあり得る。この場合、図６に示しているように、フランジ側面１５，１６それぞれから外輪３の外周１４に向かって仮想的な延長線Ｋ１，Ｋ２を設け、延長線Ｋ１及びフランジ側面１５と、延長線Ｋ２及びフランジ側面１６との間で挟まれた部分を、フランジ部７と定義し、上記の各説明と同様に、第１領域Ａ１を第２領域Ａ２よりも広くすることにより、第１領域Ａ１側の部分の剛性を第２領域Ａ２側の部分の剛性よりも高めている。

１：車両用軸受装置、 ２：シャフト（回転輪）、 ３：外輪（固定輪）、 ３ａ：中心、 ４：玉（転動体）、 ６：リブ、 ７：フランジ部、 １２：取り付け孔、 １２ａ：中心、 １３：仮想直線、 １５：フランジ側面、 １６：フランジ側面、 Ａ１：第１領域、 Ａ２：第２領域、 Ｍ：裾部、 Ｎ：径方向外側、 Ｗ：フランジ幅

Claims (4)

1. 車輪が取り付けられる回転輪と、転動体を介して前記回転輪と同心上に配置された固定輪と、前記固定輪の上側の前後及び下側の前後それぞれに当該固定輪から径方向外側へ突出して設けられていると共に当該固定輪を車体側に固定するためのボルトが挿通する取り付け孔が形成されたフランジ部と、を備え、
   前記フランジ部それぞれにおいて、前記取り付け孔の中心と前記固定輪の中心とを結ぶ仮想直線を境界として区画した場合に、前記固定輪を軸方向に見て、上下方向外側に位置する第１領域を上下方向中央側に位置する第２領域よりも広くすることにより、当該第１領域側の剛性を当該第２領域側の剛性よりも高めていることを特徴とする車両用軸受装置。
2. 前記フランジ部それぞれは、径方向外側から径方向内側の裾部に向かうにつれてフランジ幅が拡大する形状であり、
   前記フランジ部それぞれにおいて、フランジ幅方向に関して前記第１領域の幅が前記第２領域の幅よりも大きい請求項１に記載の車両用軸受装置。
3. 前記第１領域におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面は、径方向外側から裾部側に向かうにつれて前記仮想直線から離れる形状であり、
   前記第２領域におけるフランジ幅方向外側のフランジ側面は、前記仮想直線と平行に形成されている請求項１又は２に記載の車両用軸受装置。
4. 周方向で隣り合う前記フランジ部の間にリブが設けられており、上下及び前後のリブはすべて同じ厚さである請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用軸受装置。