JP2015121308A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異径ＰＣＤ型の軸受装置で車両アウタ側の静定格荷重を高めるとともに、圧痕によるうなり音を低減することができる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】第１内輪軌道面３ａを有する内軸３及び第２内輪軌道面４ａを有する内輪４と、第１、第２外輪軌道面２ｂ，２ａを有する外輪と、第１、第２外輪軌道面２ｂ，２ａと第１、第２内輪軌道面３ａ，４ａとの間に介装される第１、第２転動体群６１，５１とを備え、第１転動体群６１が、車両アウタ側に配置され、第２転動体群５１が、車両インナ側に配置され、第１、第２転動体群６１，５１の接触角α１，α２及び玉数が同一に設定され、第１転動体群６１の玉径Ｄ１と、第２転動体群５１の玉径Ｄ２との関係が、Ｄ１＞Ｄ２に設定され、第１転動体群６１のピッチ円直径ＰＣＤ１と、第２転動体群５１のピッチ円直径ＰＣＤ２との関係が、ＰＣＤ１＝Ｄ１／Ｄ２?ＰＣＤ２に設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

車両の車輪を支持する車輪用軸受装置は、例えば特許文献１に示すように、車両インナ側の車両固定部材に固定される外輪と、車両アウタ側の車輪が取り付けられる内輪と、内外輪間の軸方向２列に配置される転動体と、転動体を周方向に保持する保持器と、を備えている。

上記の車輪用軸受装置は、タイヤを装着した車輪が車両走行時に道路の側端に設けられた縁石に側方から衝突したときなどに、タイヤを介して軸線より鉛直方向の下側に対して軸線を中心とする衝撃的なモーメント荷重がかかる。その結果、モーメント荷重が転動体荷重となって、車両アウタ側においては軸線より鉛直方向の下側、また車両インナ側においては軸線より鉛直方向の上側に大きく負荷される。そして、車輪用軸受装置では、過大な転動体荷重がかかる内外輪の両軌道面に圧痕が生じ、これらの圧痕が異音を発生する原因となる

そこで、モーメント荷重に対する剛性を向上させる車輪用軸受装置として、例えば特許文献２に示すように、車両インナ側に配置される第２転動体群に対して、車両アウタ側に配置される第１転動体群が、ピッチ円直径（ＰＣＤ）を大きく、且つ転動体の数を多くした、所謂異径ＰＣＤ型と呼ばれる構成のものがある。この車輪用軸受装置は、車両固定部材の影響を受けるため配置が制限される車両インナ側に対して、比較的配置に余裕があり、且つ車輪に近いため転動体荷重が大きくなりやすい車両アウタ側のＰＣＤを大きくすることで、車両アウタ側の静定格荷重を高め、軌道面に生じる圧痕を抑制している。

特開２００９−２５０２９７号公報 特開２００４−１０８４４９号公報

ところで、特許文献２に開示された車輪用軸受装置は、静定格荷重の許容値を超えるような過大な衝撃的なモーメント荷重がかかった場合、車両インナ側及び車両アウタ側の両軌道面に圧痕が同時に生じる場合がある。圧痕が生じた軸受では、複数の転動体が順に軌道面に生じた圧痕上を転動すると異音が発生する。そして、この車輪用軸受装置では、第１転動体群と第２転動体群とのＰＣＤ及び転動体の数が違うため、車両インナ側及び車両アウタ側で転動体の公転速度が異なる。その結果、異音が発生する周期が、車両インナ側及び車両アウタ側で僅かに異なる。異音が発生する周期、即ち周波数が僅かに異なるために、周波数差が生じ、この周波数差がうなり音となって、乗員に不快感を与える。そこで、車輪用軸受装置は、異径ＰＣＤ型の軸受装置で車両アウタ側の静定格荷重を高めるとともに、圧痕によるうなり音を低減することが課題となっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、異径ＰＣＤ型の軸受装置で車両アウタ側の静定格荷重を高めるとともに、圧痕によるうなり音を低減することができる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る車輪用軸受装置の構成上の特徴は、軸方向一方側の外周面にフランジを有し、軸方向他方側の外周面に軸方向２列の第１、第２内輪軌道面を有する内輪と、軸方向他方側の外周面にフランジを有し、内周面に前記第１、第２内輪軌道面と径方向でそれぞれ対向する軸方向２列の第１、第２外輪軌道面を有する外輪と、前記第１、第２外輪軌道面と前記第１、第２内輪軌道面との間に介装され、球形状の複数の玉からなる軸方向２列の第１、第２転動体群とを備え、前記内輪のフランジ又は前記外輪のフランジのどちらか一方が車両アウタ側の車輪に接続され、前記内輪のフランジ又は前記外輪のフランジの他方が車両インナ側の車両固定部材に接続され、前記第１転動体群が、車両アウタ側に配置され、前記第２転動体群が、車両インナ側に配置され、前記第１、第２転動体群の接触角及び玉数が同一に設定され、前記第１転動体群の玉径Ｄ１と、前記第２転動体群の玉径Ｄ２との関係が、Ｄ１＞Ｄ２に設定され、前記第１転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ１と、前記第２転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ２との関係が、ＰＣＤ１＝Ｄ１／Ｄ２×ＰＣＤ２に設定されていることである。

請求項１の車輪用軸受装置によれば、車両アウタ側の第１転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ１及び玉径Ｄ１が、車両インナ側の第２転動体群に比べて大きく設定されている。そのため、車両アウタ側の静定格荷重を高めることができる。また、第１、第２転動体群の接触角が同一に設定され、且つ第１転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ１と玉径Ｄ１との比率が、第２転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ２と玉径Ｄ２との比率と同じに設定されている。そのため、第１、第２転動体群における玉の公転速度が同一となる。そして、第１、第２転動体群の玉数が同一に設定されているので、第１内輪軌道面及び第１外輪軌道面と、第２内輪軌道面及び第２外輪軌道面とに同時に圧痕が生じたとき、第１、第２転動体群の複数の玉が順にそれぞれの軌道面に生じた圧痕上を転動する周期、即ち周波数が同一となる。そのため、複数の玉が順にそれぞれの軌道面に生じた圧痕上を転動するときに発生する異音の周波数差により発生するうなり音が発生することなく、圧痕によるうなり音を低減することができる。

本発明によれば、異径ＰＣＤ型の軸受装置で車両アウタ側の静定格荷重を高めるとともに、圧痕によるうなり音を低減することができる車輪用軸受装置を提供できる。

本発明の一実施形態である車輪用軸受装置を備えたハブユニットの軸方向の断面図である。

以下、本発明の車輪用軸受装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態である車輪用軸受装置を備えたハブユニット１の軸方向の断面図である。なお、以下の説明において、車両インナ側とは車軸側の事であり以下の図面における左側を示し、車両アウタ側とは車輪を取り付ける側の事であり以下の図面における右側を示すものとする。

図１に示すようにハブユニット１（車輪用軸受装置）は、例えば前輪駆動車の前輪用（駆動軸用）のものであり、複列外向きのアンギュラ玉軸受構造とされている。具体的には、ハブユニット１は、車両インナ側の車両固定部材であるナックル１２に固定される外輪２と、外輪２の軸線１１と同軸に配置されて車両アウタ側の車輪（図示省略）が取り付けられる内軸３（内輪）と、内軸３の車両インナ側端に一体形成された嵌め合い部３ｃの外周面に嵌着される内輪４と、外輪２と内軸３及び内輪４との間にて周方向に配置される２列の転動体とを備えている。

外輪２の外周面には、径方向外方へ突出してナックル１２に固定される車両取付フランジ２ｃ（フランジ）が形成されている。外輪２の材料としては、例えば、高炭素鋼「Ｓ５５Ｃ」が用いられる。

内軸３の外周面には、車両アウタ側の端部に方向外方へ突出して車輪が取り付けられるフランジ３ｂが形成されている。内軸３の材料としては、例えば、高炭素鋼「Ｓ５５Ｃ」が用いられる。

内輪４は、嵌め合い部３ｃに外嵌圧入され、嵌め合い部３ｃと一体化されている。内輪４の材料としては、例えば、高炭素クロム軸受鋼材「ＳＵＪ２」が用いられる。

外輪２と内軸３及び内輪４との間には、転動体を配置するための環状の環状空間Ｓ１が形成される。環状空間Ｓ１には、車両アウタ側に環状の密封装置９が装着され、車両インナ側に環状の密封装置８が装着されている。密封装置９及び密封装置８により、外輪２と内軸３及び内輪４とのそれぞれの相対回転を許容した状態で密封された軸受内部空間Ｓ２が構成されている。

ハブユニット１は、車両アウタ側に第１軸受６、及び車両インナ側に第２軸受５が配置され、これら２列の軸受が一体となって構成され、所謂異径ＰＣＤ型と呼ばれるものである。

第１軸受６は、外輪２の内周面に形成される第１外輪軌道面２ｂと、内軸３の外周面に形成される第１内輪軌道面３ａとの間を転動して複数の球形状の玉からなる第１転動体群６１が、第１保持器６２により保持されて構成される。

第２軸受５は、外輪２の内周面に形成される第２外輪軌道面２ａと、内輪４の外周面に形成される第２内輪軌道面４ａとの間を転動して複数の球形状の玉からなる第２転動体群５１が、第２保持器５２により保持されて構成される。

第１、第２転動体群６１，５１は、それぞれの接触角α１，α２が例えば４０°、また玉数が例えば１２個とし、どちらも同一に設定されて構成されている。また、第１転動体群６１の玉径Ｄ１が例えば１３．５ｍｍ、第２転動体群５１の玉径Ｄ２が例えば１２．７ｍｍに設定されている。また、第１転動体群６１のピッチ円直径ＰＣＤ１と、第２転動体群５１のピッチ円直径ＰＣＤ２との関係が、ＰＣＤ１＝Ｄ１／Ｄ２×ＰＣＤ２に設定されている。例えば、ピッチ円直径ＰＣＤ２が５３．３ｍｍとしたときに、ＰＣＤ１＝１３．５／１２．７×５３．３より、ＰＣＤ１＝５６．６ｍｍとしている。即ち、第１転動体群６１のピッチ円直径ＰＣＤ１と玉径Ｄ１との比率が、第２転動体群５１のピッチ円直径ＰＣＤ２と玉径Ｄ２との比率に同じとし、大きく設定されている。

第１転動体群６１における玉の公転速度Ｖ１は、次式（１）で表される。
Ｖ１＝（１−γ）Ｖ／２ ・・・（１）
γ・・・係数
Ｖ・・・内輪３の回転速度

ここで、係数γは、次式（２）で表される。
γ＝Ｄ１×ｃｏｓα１／ＰＣＤ１ ・・・（２）
Ｄ１・・・・玉径
α１・・・・接触角
ＰＣＤ１・・ピッチ円直径

第２転動体群５１における玉の公転速度Ｖ２は、第１転動体群６１と同様に求められる。式（１），（２）で示すように、第１、第２転動体群６１，５１における玉の公転速度Ｖ１，Ｖ２は、前述の通り接触角α１，α２が同一としているので、玉径Ｄ１，Ｄ２と、ピッチ円直径ＰＣＤ１，ＰＣＤ２との比により決まる。そして、前述の通りピッチ円直径ＰＣＤ１と玉径Ｄ１との比率が、ピッチ円直径ＰＣＤ２と玉径Ｄ２との比率と同じに設定されている。そのため、第１、第２転動体群６１，５１における玉の公転速度Ｖ１，Ｖ２は、同一となる。

次に、フランジ３ｂに対して衝撃的なモーメント荷重がかかった際の作用について説明する。ハブユニット１では、タイヤを装着した車輪が車両走行時に道路の側端に設けられた縁石に側方から衝突したときなどに、タイヤを介してフランジ３ｂの軸線１１より鉛直方向の下側に対して、軸線１１を中心とする矢印Ａの方向へ衝撃的なモーメント荷重がかかる。その結果、内軸３が軸線１１を中心として、矢印Ｂの方向へ僅かに回転する。

フランジ３ｂに負荷されたモーメント荷重は、転動体荷重となって、車両アウタ側においては軸線１１より鉛直方向の下側、また車両インナ側においては軸線１１より鉛直方向の上側に主として負荷される。具体的には、ハブユニット１では、車両アウタ側においては軸線１１より鉛直方向の下側であって、第１転動体群６１は、第１外輪軌道面２ｂとの接触部分６３及び第１内輪軌道面３ａとの接触部分６４に接触する。そして、車両インナ側においては軸線１１より鉛直方向の上側であって、第２転動体群５１は、第２外輪軌道面２ａとの接触部分５３及び第２内輪軌道面４ａとの接触部分５４に接触する。このとき、モーメント荷重が静定格荷重の許容値を超えるような過大なものであった場合、車両アウタ側においては接触部分６３及び接触部分６４に、車両インナ側においては接触部分５３及び接触部分５４に圧痕が同時に生じる場合がある。

以上のように、本実施の形態に係るハブユニット１は、車両アウタ側の第１転動体群６１のピッチ円直径ＰＣＤ１及び玉径Ｄ１が、車両インナ側の第２転動体群５１に比べて大きく設定されているので、車両アウタ側の静定格荷重を高めることができる。

また、本実施の形態に係るハブユニット１では、第１、第２転動体群６１，５１の接触角α１，α２が同一に設定され、且つ第１転動体群６１のピッチ円直径ＰＣＤ１と玉径Ｄ１との比率が、第２転動体群５１のピッチ円直径ＰＣＤ２と玉径Ｄ２との比率と同じに設定されている。そのため、第１、第２転動体群６１，５１における玉の公転速度Ｖ１，Ｖ２が同一となる。そして、第１、第２転動体群６１，５１の玉数が同一に設定されているので、第１内輪軌道面３ａ及び第１外輪軌道面２ｂと、第２内輪軌道面４ａ及び第２外輪軌道面２ａとに同時に圧痕が生じたとき、第１、第２転動体群６１，５１の複数の玉が順にそれぞれの軌道面に生じた圧痕上を転動する周期、即ち周波数が同一となる。そのため、複数の玉が順にそれぞれの軌道面に生じた圧痕上を転動するときに発生する異音の周波数差により発生するうなり音が発生することなく、圧痕によるうなり音を低減することができる。

なお、本発明は本実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
本実施形態では、駆動輪の構成について説明したが、本発明は従動輪においても、もちろん適用できるものである。

また、本実施形態では、内軸３及び内輪４が回転する内輪回転タイプのハブユニット１としたが、それに限るものではなく、例えば外輪が回転する外輪回転タイプのハブユニットの構成に適用してもよい。

１：ハブユニット（車輪用軸受装置）、 ２：外輪、 ２ａ：第２外輪軌道面、 ２ｂ：第１外輪軌道面、 ２ｃ：車両取付フランジ（フランジ）、 ３：内軸（内輪）、 ３ａ：第１内輪軌道面、 ３ｂ：フランジ、 ３ｃ：嵌め合い部、 ４：内輪、 ４ａ：第２内輪軌道面、 ５：第２軸受、 ６：第１軸受、 ８，９：密封装置、 １１：軸線、 １２：ナックル（車両固定部材）、 ５１：第２転動体群、 ５２：第２保持器、 ６１：第１転動体群、 ６２：第１保持器、 Ｄ１，Ｄ２：玉径、 ＰＣＤ１，ＰＣＤ２：ピッチ円直径、 Ｓ１：環状空間、 Ｓ２：軸受内部空間、 Ｖ１，Ｖ２：公転速度、 α１，α２：接触角

Claims (1)

1. 軸方向一方側の外周面にフランジを有し、軸方向他方側の外周面に軸方向２列の第１、第２内輪軌道面を有する内輪と、
   軸方向他方側の外周面にフランジを有し、内周面に前記第１、第２内輪軌道面と径方向でそれぞれ対向する軸方向２列の第１、第２外輪軌道面を有する外輪と、
   前記第１、第２外輪軌道面と前記第１、第２内輪軌道面との間に介装され、球形状の複数の玉からなる軸方向２列の第１、第２転動体群とを備え、
   前記内輪のフランジ又は前記外輪のフランジのどちらか一方が車両アウタ側の車輪に接続され、
   前記内輪のフランジ又は前記外輪のフランジの他方が車両インナ側の車両固定部材に接続され、
   前記第１転動体群が、車両アウタ側に配置され、
   前記第２転動体群が、車両インナ側に配置され、
   前記第１、第２転動体群の接触角及び玉数が同一に設定され、
   前記第１転動体群の玉径Ｄ１と、前記第２転動体群の玉径Ｄ２との関係が、Ｄ１＞Ｄ２に設定され、
   前記第１転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ１と、前記第２転動体群のピッチ円直径ＰＣＤ２との関係が、ＰＣＤ１＝Ｄ１／Ｄ２×ＰＣＤ２に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。

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