JP4942423B2 - ２輪車用車輪の軸受構造 - Google Patents

Description

この発明は、２輪車用車輪の軸受構造、特にカラーの締め上げによる軸受のフリクション増大を解消したものに関する。

左右一対のフォーク間に車輪を配置し、左右のフォークに支持された車軸を車輪のハブに設けた車軸穴へ貫通させ、かつ車軸穴の左右端部に設けた軸受により車軸を支持するとともに、車軸の周囲へ嵌合したディスタンスカラーにより左右の軸受を位置決めした、２輪車用車輪の軸受構造が公知である（特許文献１参照）。
また、車軸を段付構造とし、大・小異なる径の軸受を車軸上へ直接配置したものもある（特許文献２参照）。
さらに、アンギュラベアリングを用い、軸受間の与圧調整をする構造もある。
特開２００５−２２５２８９号公報 特公平４−７２７２１号公報

ところで、ハブの車軸穴左右に設けた軸受をディスタンスカラーで位置決めする場合、車軸の端部を高い軸力で締めたとき、左右の軸受間でディスタンスカラーが撓み、この反力で軸受のインナーレースを締め上げることにより、車輪回転時のフリクション増加を招くことがある。このようなディスタンスカラーの撓みを防止するためには、ヤング率の高い材料でかつ断面積の大きいものを使用することが考えられるが、このようにすると重量増加を招くことになるので、重量を増加させない構造が望まれる。
また、アンギュラベアリングを用いる場合には与圧調整に手間がかかり、しかも締め付けの度に調整する必要があるので、手間がかからないことも望まれる。
本願は、このような要請の実現を目的とする。

上記課題を解決するため、２輪車用車輪の軸受構造に係る請求項１の発明は、車輪を挟む左右一対のフォーク間に長さ方向両端部を支持される車軸部材を、車輪のハブに設けた車軸穴へ貫通させ、
この車軸穴の長さ方向両端部に設けた軸受にてハブを車軸の回りへ回転自在に支持させるとともに、車軸部材の一端部を締結してフォークへ固定した２輪車用車輪の軸受構造において、
前記車軸部材を、外径が一様の車軸と、その周囲へ嵌合されるとともに、一端側へ向かって階段状に外径が変化する段付き状に形成される段付カラーで構成し、
前記軸受を外径は一致するが内径が相対的に大小異なるボールベアリングの組み合わせとし、
内径が大きい方の小型ボールベアリングを２つ備え、前記段付カラーの太径部を貫通させることにより、前記小型ボールベアリングのインナーレースを前記段付カラーの太径部上に嵌合し、
内径が小さい方の大型ボールベアリングを前記段付カラーの細径部側の一端部に当接させ、
該大型ボールベアリングのインナーレースを、前記段付カラーの細径部側の一端部と、大型ボールベアリングを挟んで反対側に介装されるカラーとの間で固定し、
車軸方向で前記段付カラーの太径部側に配置される前記小径ボールベアリングの外側に被動スプロケットが取り付けられることを特徴とする。

請求項２の発明は上記請求項１において、 前記段付カラーの長さ方向両端部のうち、前記大型ボールベアリングを位置決めする先端部と反対側の他端部は、前記小型ボールベアリングを貫通してカラーにて位置決めされ、さらにこのカラーは前記ハブにて位置決めされることを特徴とする。

請求項３の発明は上記請求項１又は２において、前記車軸の軸方向両端側に設けられる軸受のうち、駆動力が伝達される側の小型ボールベアリングのインナーレースとこのインナーレースが接触する前記段付カラーの外周面との間に、前記インナーレースを前記段付カラーと一体に回転させる連結部材を設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は上記請求項３において、前記連結部材が前記段付カラーの外周面に取付けられたオーリングであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、車軸部材を一端側へ向かって階段状に外径が変化する段付き状に形成し、かつ軸受を内径が相対的に大小異なるボールベアリングの組み合わせとし、車軸部材の太径部で内径が大きい方の軸受を貫通支持させ、車軸部材の細径部で内径が小さい方の軸受を貫通支持させた。また内径が小さい方の軸受のインナーレースを、車軸部材に設けられた段部と、軸受を挟んで反対側（フォーク側）に介装されるカラーとの間で固定した。このため、車軸部材の軸端を締結しても、車軸穴の長さに近いような長尺のカラーを軸受間に挟んで締めつけるものではなく、しかもフォーク側のカラーは比較的短いもので足りるから、大きな軸力が加わってもカラーが撓まず、インナーレースを締め上げることがなくなるので、フリクションの増大を回避できる。
しかもカラーを特別な材料で形成したり、あまり厚肉にする必要がないから重量増加を防ぐことができる。また、アンギュラベアリングにおける与圧調整のような手間がかからないので、組立作業も容易になる。

また、前記段付き状の車軸部材を、外径が一様の車軸と、その周囲へ嵌合される段付カラーで構成したので、段付き部分はカラー部分だけに形成すればよいので製造が容易になる。しかも、車軸は異なる機種間で共通化できる。また、段付カラーの先端部をインナーレースの位置決めに利用できるので、位置決め部の形成も容易になる。

請求項２の発明によれば、前記段付カラーの太径部側で内径の大きな軸受を貫通する部分の端部は、インナーレースを位置決めせず、外方から介装されるカラーにて位置決めされ、しかもこのカラーはハブにて位置決めされるから、締め付け時の軸力は段付きカラー及び太径部上に支持されている軸受に及ばないから、軸受や段付きカラーを締め上げることがなくなる。

請求項３の発明によれば、車軸部材又は段付カラーの軸方向両端側に設けられる軸受のうち、駆動力が伝達される側の軸受のインナーレースとこのインナーレースが接触する車軸部材又は段付カラーの外周面との間に連結部材を設け、インナーレースを車軸と一体に回転させるようにしたので、駆動力の伝達時に複雑な力を受けても、インナーレースが車軸部材又は段付カラーの外周面と連結され、一体に回転しようとするので、インナーレースが車軸部材又は段付カラーの外周面を摺動しなくなり、インナーレース及び車軸部材又は段付カラーの摩耗を防止できるようになる。

請求項４の発明によれば、連結部材を車軸部材又は段付カラーの外周面に取付けられるオーリングとしたので、連結部材の構成が簡単になる。

以下、図面に基づいて一実施例を説明する。なお、本願において、前後・左右・上下・内外の各方向は車体を基準とする。また、車体構成部品についての前記各方向は車体取付状態を基準とするものとする。

図１は、実施例に係る車輪の軸受構造が適用されたダウンヒルバイクの右側面を示す。ダウンヒルバイクは、丘陵斜面等を降下して走破時間を競うダウンヒル競技用自転車であり、２輪車の一例である。
このダウンヒルバイクは、車体フレーム１の前端に設けたヘッドパイプ２に対して、左右一対のフロントフォーク３を回動自在に支持し、そのフロントフォーク３の下端間に掛け渡した前輪車軸４を介して前輪５を回転自在に支持する。図示しないが前輪車軸４と前輪５のハブとの間には軸受が介装される。

車体フレーム１は、メイン部６，フロントダウン部７，リヤダウン部８，ロアー部９からなるループ状をなし、リヤダウン部８にはピボット軸１０を介してリヤフォーク１１の前端部が上下揺動自在に支持され、その上下揺動はリヤクッション１２にて緩衝される。
ピボット軸１０は上方へ凸に湾曲しながら斜め下がり後方へ延び、後端に後輪車軸１３を介して後輪１４が回転自在に支持されている。

車軸１３を中心に回転する後輪１４のハブ（後述）には被動スプロケット１５が同軸で設けられ、チェーン１６を介して駆動スプロケット１７により回転駆動される。駆動スプロケット１７は変速機１８のケース側面に設けられ、変速機１８内部の出力軸と連結している。

変速機１８の内部には、入力軸、出力軸及び歯数の異なる多段の変速スプロケットが収容され、選択された段の変速スプロケットを介して入力軸の踏力を出力軸へ変速して伝達するように構成された公知のものである。
図中の符号１４ａはタイヤ、１４ｂはリムであり、それぞれ後輪１４を構成する。２１はテンショナーであり、テンションローラを含む。２２はサドルであり、サドルフレーム２３を介してリヤダウン部８へ支持されている。２４はバーハンドルである。

図２は、後輪における車軸１３の軸受構造を示す、車軸１３の軸方向に沿った断面図である。後輪１４は、タイヤ１４ａ，リム１４ｂ（図１）に加えて，ハブ２５，スポーク２６を備え、ハブ２５の中心部には車軸穴２７が左右へ貫通している。

車軸穴２７の左右両端には、拡径された軸受収容部２８，２９が設けられる。両軸受収容部２８，２９の内径は同径である。
左側の軸受収容部２８には大型ボールベアリング３０が嵌合されている。大型ボールベアリング３０は、アウターレース３１，ボール３２及びインナーレース３３を備える。アウターレース３１は軸受収容部２８へ圧入され、車軸穴２７の段部２８ａにて内側を位置決めされる。

右側の軸受収容部２９には、所定間隔をもって隔てられた２個の小型ボールベアリング３５，３５が並置されている。小型ボールベアリング３５もアウターレース３６，ボール３７，インナーレース３８を備える。大型ボールベアリング３０及び小型ボールベアリング３５の各外径は一致するが、それぞれの内径、すなわちインナーレース３３及び３８の各内径をＤ１，Ｄ２とすれば、小型ボールベアリング３８の内径の方が大きく（Ｄ１＜Ｄ２）、その結果、各小型ボールベアリング３５は大型ボールベアリング３０よりも小型になっている。

小型ボールベアリング３５のインナーレース３８内側には段付ディスタンスカラー４０が通され、その大径側端部である太径段部４１上に各小型ボールベアリング３５のインナーレース３８が直接接触している。太径段部４１の外径はインナーレース３８の内径Ｄ２とほぼ同寸である。段付ディスタンスカラー４０は中空であり、貫通する軸穴４２の内径は一様であって、Ｄ１に等しい。

段付ディスタンスカラー４０は車軸１３の外周に嵌合され、車軸穴２７の長さよりも若干短い（左側の軸受収容部２８の長さ相当分程度）程度の長さを有し、細径側の一端はインナーレース３３の内側側面へ当接して位置決めされている。太径段部４１側である太径側の他端部は一対の小型ボールベアリング３５のうち外側のものよりもさらに外方へ延びて、右側の軸受収容部２９の外側端部近傍内側に位置している。

左側の軸受収容部２８内の大型ボールベアリング３０外方には、フランジ付カラー４３の軸部４３ａを嵌合し、その端部をインナーレース３３の外側面へ当接し、フランジ部４３ｂをリヤフォーク１１の左側部分内側面へ当接している。車軸１３を締め付けるとき、カラー４３の軸部４３ａがインナーレース３３の外側面を押すが、内側面へ当接する段付ディスタンスカラー４０には後述するように大きな軸力が加わらないため、インナーレース３３を締め上げる程の力は加わらないようになっている。またフランジ付カラー４３の軸部４３ａは比較的短くかつ比較的肉厚があり、インナーレース３３も比較的肉厚があるため、締結時におけるこれらの撓みは生じにくくなっている。

右側の軸受収容部２９には、一対の小型ボールベアリングのうち外側の小型ボールベアリング３５の外方にフランジ付カラー４４が太径段部４１上へ嵌合される。フランジ付カラー４４のフランジ４４ｂがアウターレース３６及びインナーレース３８の各外側面へ当接し、軸部４４ａはさらに別のカラー４５の側面へ当接している。カラー４５の内径は太径段部４１の内径と同寸であり、太径段部４１の軸端部は軸部４４ａと同様にカラー４５の内側面へ当接する。カラー４５の外側面はリヤフォーク１１の右側部分内側面へ当接する。

車軸１３は図示を省略してあるがボルト状をなし、一端側を頭部、他端側にネジを切ったものであり、左右のリヤフォーク１１、１１を貫通させ、かつ中間部は、フランジ付カラー４３、大型ボールベアリング３０、段付ディスタンスカラー４０、フランジ付カラー４４、カラー４５の各内側を通し、他端側のネジをナットで締結することにより、左右のリヤフォーク１１、１１間に車軸１３を介してハブ２５が軸受支持される。

ハブ２５の右側端部は動力伝達部をなし、右側の軸受収容部２９の外周部に被動スプロケット１５がワンウェイクラッチ４６を介して結合され、被動スプロケット１５の肉厚中心線Ｌは外側の小型ボールベアリング３５における中心を通るように配置されている。
被動スプロケット１５側から駆動力が伝達されると、ハブ２５を一体に正転させ、ハブ２５が逆転するときは、被動スプロケット１５との結合を断ってハブ２５を自由に逆転させる。４７は被動スプロケット１５の抜け止めであり、４８はシールとしてのオーリングである。

図３は小型ボールベアリング３５の軸受構造を拡大して示す断面図である。
カラー４５は内側面の外周部が右側の軸受収容部２９に形成された段部２９ｂに当接して位置決めされ、この状態で同時にフランジ付カラー４４の軸部４４ａの端部及び段付ディスタンスカラー４０の右側端部４０ｂを位置決めする。但し、カラー４５は段部２９ｂに位置決めされるため、車軸１３を締め付けても大きな軸力をフランジ付カラー４４から小型ボールベアリング３５，３５へ加えないようになっている。

一対の小型ボールベアリング３５，３５の各アウターレース３６，３６間にスペースカラー４９が配置されて、双方の間隔が所定に保たれる。
また、両小型ボールベアリング３５、３５間に連結部材５０が介在している。この連結部材５０は、内側面５１、外側面５２及びスペースカラー４９と同程度もしくは若干大きめの幅を有する内周面５３を備え、全体としてリング状をなして内周面５３が太径段部４１の外表面へ密着するように巻装されている。

この連結部材５０はゴム等の弾性に富みかつ接触部に大きな摩擦力を形成できる材料から形成される。但し、ゴムに限らず金属製のバネなど種々な弾性部材が可能である。なお、内側面５１及び外側面５２のうち径方向外方へ突出する長さは内側面５１の方が長く、先端がアウターレース３６近傍に達する。一方、外側面５２はインナーレース３８の側面に重なる程度である。

次に、本実施例の作用を説明する。図２に示すように、ハブ２５における左側の軸受収容部２８内に大型ボールベアリング３０を嵌合し、右側の軸受収容部２９内に一対の小型ボールベアリング３５を嵌合する。このとき、各小型ボールベアリング３５、３５の間にスペースカラー４９と連結部材５０を介在させる。

さらに、段付ディスタンスカラー４０を小型ボールベアリング３５側からインナーレース３８の内側へ通して差し込み、先端４０ａを大型ボールベアリング３０のインナーレース３３内側面へ当接させる。続いて、一対の小型ボールベアリングのうち、外側の小型ボールベアリング３５に対して外側からフランジ付カラー４４を嵌合し、さらにフランジ付カラー４４の外側にカラー４５を配置して、これら各カラー及びベアリングの内側へ一方のリヤフォーク１１を貫通させた車軸１３を通して、他端を他方のリヤフォーク１１へ貫通させ、車軸１３の一端に設けたネジ部をナットで締結することにより、車軸１３を固定し、この車軸１３上に後輪のハブ２５を回転自在に軸受支持する。

このとき、段付ディスタンスカラー４０における細径部側の一端部４０ａは大型ボールベアリング３０のインナーレース３３の内側面に当接するも、締め付け時における右側からの軸力はカラー４５が段部２９ｂに位置決めされているため必要以上に大きな力が加えられず、撓みを生じるようなことはない。

左側からの軸力はフランジ付カラー４３の軸部４３ａからインナーレース３３へ伝達されているが、大型ボールベアリング３０の位置決めはアウターレース３１と段部２９ａで行われ、インナーレース３３には段付ディスタンスカラー４０の一端部４０ａからほとんど力を加えられていないから、左側からの軸力でフランジ付カラー４３の軸部４３ａが撓んだり、インナーレース３３を締め上げることもない。このため車軸１３の締結による大型ボールベアリング３０のフリクションの増加を防ぐことができる。

しかも段付ディスタンスカラー４０やフランジ付カラー４３、４４並びにカラー４５等を特別な材料で形成したり、あまり厚肉にする必要がないから重量増加を防ぐことができる。また、アンギュラベアリングにおける与圧調整のような手間がかからないので、組立作業も容易になる。

そのうえ、段付き状の車軸部材を、外径が一様の車軸１３と、その周囲へ嵌合される段付ディスタンスカラー４０で構成したので、段付き部分はカラー部分だけに形成すればよいので製造が容易になる。しかも、車軸１３は異なる機種間で共通化できる。また、段付ディスタンスカラー４０の先端部４０ａをインナーレースの位置決めに利用できるので、位置決め部の形成も容易になる。

また図３に示すように、右側の軸受収容部２９では、小型ボールベアリング３５、３５が太径段部４１上に位置し、カラー４５は段部２９ｂで位置決めされるため、車軸１３締め付け時の軸力はカラー４５からハブ２５側へ伝達され、段付ディスタンスカラー４０の他端部４０ｂやフランジ付カラー４４へ加えられないから、小型ボールベアリング３５、３５を締め上げることはなく、やはりフリクションの増加を防止する。

また、連結部材５０を挟んで小型ボールベアリング３５、３５を右側の軸受収容部２９内へ位置決め固定すると、両小型ボールベアリング３５、３５間の間隔はスペースカラー４９及びフランジ付カラー４４で正確に位置決めされるので、連結部材５０の内側面５１は内側の小型ボールベアリング３５におけるインナーレース３８の外側面へ密着し、外側面５２は外側の小型ボールベアリング３５におけるインナーレース３８の内側面へ密着する。

このとき、連結部材５０の内周面５３も太径段部４１の外周面へ同時に密着しているため、ハブ２５へスラスト力、捻り力及び曲げ力等が複雑に組み合わされた状態の力が小型ボールベアリング３５、３５へ加わることにより、インナーレース３８が太径段部４１上を摺動しようとしても、連結部材５０がこれを阻止し、インナーレース３８と太径段部４１を一体に連結する。このため、インナーレース３８が太径段部４１上を摺動することによる摩耗を防止することができる。

図４は、連結部材５０の別実施例に関する図３に相当する図である。この図は連結部材５０のみが変更され、他は変更がないため、他の部分については同じ符号を用い、重複説明を省略する。
この例では、連結部材５０がオーリング６０で構成されている。このオーリングは、太径段部４１のうち各インナーレース３８、３８が当接する部分に環状溝６１を設け、この環状溝６１内へ一部が外表面へ突出するようにオーリング６０を嵌合しておく。

この状態で小型ボールベアリング３５のインナーレース３８内周へ太径段部４１を嵌合すると、インナーレース３８によりオーリング６０の突出部が弾性変形して環状溝６１内へ後退するが、インナーレース３８内周面へ密着して、インナーレース３８と太径段部４１を結合し、インナーレース３８の摺動を阻止する。

このようにすれば、オーリング６０によりインナーレース３８の内周面と太径段部４１の外周面を直接結合し、インナーレース３８の側面に対する密着が不要になるため、連結部材５０の構造が簡単になる。そのうえ、市販の規格品を利用することも可能になるから、全体のコストを安価にできる。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、車軸１３と段付ディスタンスカラー４０を一体化した車軸部材としてもよい。この車軸部材は、段付ディスタンスカラー４０の相当部分が段付ディスタンスカラー４０の外形に沿って変化し、先端４０ａから左側は車軸１３の外形となるように外径が階段状に変化する一体のものである。このようにすれば部品点数を削減できる。
また、ダウンヒルバイクに限らず、各種の踏力式２輪車や自動２輪車に適用できる。さらに、前輪の車軸支持構造にも適用できる。

実施例に係る本願発明の適用されたダウンヒルバイクの側面図 後輪車軸の軸受部分を示す断面図 軸軸受部分のさらに一部を拡大して示す断面図 連結部材の別実施例に関する図３に相当する図

符号の説明

１：車体フレーム、２：ヘッドパイプ、５：前輪、１１：リヤフォーク、１３：後輪、１５：被動スプロケット、２５：ハブ、３０：大型ボールベアリング、３３：インナーレース、３５：小型ボールベアリング、３８：インナーレース、４０：段付ディスタンスカラー、４１：太径段部、４３：フランジ付カラー、４４：フランジ付カラー、４５：カラー、４９：スペースカラー、５０：連結部材

Claims (4)

1. 車輪を挟む左右一対のフォーク間に長さ方向両端部を支持される車軸部材（１３，４０）を、車輪のハブ（２５）に設けた車軸穴へ貫通させ、
   この車軸穴の長さ方向両端部に設けた軸受にてハブを車軸の回りへ回転自在に支持させるとともに、車軸部材の一端部を締結してフォークへ固定した２輪車用車輪の軸受構造において、
   前記車軸部材を、外径が一様の車軸（１３）と、その周囲へ嵌合されるとともに、一端側へ向かって階段状に外径が変化する段付き状に形成される段付カラー（４０）で構成し、
   前記軸受を外径は一致するが内径が相対的に大小異なるボールベアリングの組み合わせとし、
   内径が大きい方の小型ボールベアリング（３５）を２つ備え、前記段付カラー（４０）の太径部（４１）を貫通させることにより、前記小型ボールベアリング（３５）のインナーレース（３８）を前記段付カラー（４０）の太径部（４１）上に嵌合し、
   内径が小さい方の大型ボールベアリング（３０）を前記段付カラー（４０）の細径部側の一端部（４０ａ）に当接させ、
   該大型ボールベアリング（３０）のインナーレース（３３）を、前記段付カラー（４０）の細径部側の一端部（４０ａ）と、大型ボールベアリング（３０）を挟んで反対側に介装されるカラー（４３）との間で固定し、
   車軸方向で前記段付カラー（４０）の太径部（４１）側に配置される前記小径ボールベアリング（３５）の外側に被動スプロケット（１５）が取り付けられる
   ことを特徴とする２輪車用車輪の軸受構造。
2. 前記段付カラー（４０）の長さ方向両端部のうち、前記大型ボールベアリング（３０）を位置決めする先端部（４０ａ）と反対側の他端部（４０ｂ）は、前記小型ボールベアリング（３５）を貫通してカラー（４５）にて位置決めされ、さらにこのカラー（４５）は前記ハブ（２５）にて位置決めされることを特徴とする請求項１に記載した２輪車用車輪の軸受構造。
3. 前記車軸の軸方向両端側に設けられる軸受のうち、駆動力が伝達される側の小型ボールベアリング（３５）のインナーレース（３８）とこのインナーレースが接触する前記段付カラー（４０）の外周面との間に、前記インナーレース（３８）を前記段付カラー（４０）と一体に回転させる連結部材（５０）を設けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載した２輪車用車輪の軸受構造。
4. 前記連結部材（５０）が前記段付カラー（４０）の外周面に取付けられたオーリング（６０）であることを特徴とする請求項３に記載した２輪車用車輪の軸受構造。

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