(57)【要約】【課題】  電縫管が使用された外輪部を使用し、低コストでありながら、外輪部に必要な耐久性も確保された軸受ユニットを提供する。【解決手段】  軸受ユニット１０は、電縫管から製作される外輪部１４を使用する。軸受ユニット１０において、外輪部の周方向において、ベアリングボール１８から作用する力が小さい車両前方、または、車両後方に電縫管の溶接シーム部２８が位置するように、外輪部を配設する。【選択図】  図３
2010215205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクスルキャリアに固定される外輪部と、
その外輪部材に回転可能に保持されて車輪が取り付けられる内輪部と
を備えた軸受ユニットであって、
前記外輪部材が、電縫管を素材として成形されたものであり、
その電縫管の溶接シーム部が、前記外輪部の周方向において、概して車両の前方若しくは後方に位置するように構成された軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車軸に用いられる軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
車軸に用いられる軸受ユニットの外輪部が、鍛造によって丸棒から製作される場合、大きな成形荷重が必要とされるため、大型の設備が必要であった。下記特許文献に記載されている軸受ユニットでは、鍛造によって円筒管から外輪部が成形されている。円筒管を成形する場合は、丸棒を成形する場合よりも小さな荷重で成形することができるため、小型の設備によって外輪部を製作することが可能となる。したがって、外輪部の製作において、製作時間と製作コストとを削減することが可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８０３号公報
【特許文献２】特開２００４−３６８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、継目のない円筒管（以下、「シームレス管」という場合がある）よりも、金属の平板を曲げて円筒形に成形し、突合部を電気溶接によって接合して製作される継目のある円筒管（以下、「電縫管」という場合がある）の方が、安価に入手することが可能とされている。したがって、上記特許文献のように円筒管を外輪部の素材として使用する場合、電縫管を使用することができれば、より低コストで外輪部を製作することが可能となる。ただし、電縫管の溶接シーム部では、溶接の熱によって酸化物が生成されていること等により、他の部分よりも欠損や割れ等の損傷が発生しやすい。また、外輪部の軌道面には、車体の重量や車両の走行によって発生する力により、転動体から大きな力が作用する。そのため、溶接シーム部においては、他の部分よりも損傷が発生しやすい。つまり、電縫管が外輪部に使用されると、軸受ユニットは必要な耐久性を確保することができない可能性がある。本発明は、このような実情に鑑み、外輪部に低コストな電縫管を使用しつつ、必要な耐久性を確保する軸受ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本軸受ユニットは、アクスルキャリアに固定される外輪部と、その外輪部に回転可能に保持されて車輪が取り付けられる内輪部とを備えた軸受ユニットであって、前記外輪部が、電縫管を素材として成形されたものであり、その電縫管の溶接シーム部が、前記外輪部の周方向において、概して車両の前方若しくは後方に位置するように構成される。
【発明の効果】
【０００６】
後で詳しく説明するが、ベアリングボール等の転動体から外輪部に作用する力は、外輪部の周方向において異なり、車両前方または車両後方の位置においては小さく、車両上方または車両下方の位置においては大きくなる。本発明の軸受ユニットにおいては、安価な電縫管が外輪部の素材に使用されつつ、電縫管の溶接シーム部が、外輪部の周方向において、車両前方または車両後方となるように外輪部が配置されている。そのため、溶接シーム部における損傷の発生が抑えられ、軸受ユニットに必要な耐久性が確保されることになる。
【発明の態様】
【０００７】
本発明の軸受ユニットにおいて、前記溶接シーム部が、前記外輪部の周方向の位置において、水平面に対して±１０°以内の角度範囲に位置するように構成されるのが望ましい。
転動体から外輪部に作用する力が、外輪部の周方向において車両前方または車両後方の位置においては小さいことを考慮して、溶接シーム部が、外輪部の周方向において、車輪軸線を通る水平面に対して±１０°以内の角度範囲に位置するように軸受ユニットが構成されていれば、軸受ユニットの耐久性は適切に確保されるのである。
【０００８】
本発明の軸受ユニットにおいて、前記溶接シーム部が概して車両の後方に位置するように構成されることが望ましい。
後で詳しく説明するが、車両が加速あるいは制動している状態において、転動体から外輪部に作用する力を考慮すると、溶接シーム部は、外輪部の周方向において、車両前方よりも車両後方の方が、力の作用を受けにくい位置である。そのため、溶接シーム部を車両後方側に位置させれば、軸受ユニットの耐久性を向上させることができるのである。
【０００９】
溶接シーム部が概して車両の後方に位置するように構成される場合には、当該軸受ユニットが左側輪と右側輪とのいずれに対して使用されるものかが決まっており、当該軸受ユニットが左側輪に対して使用されるものである場合には、前記外輪部は右側輪に対して使用不能であり、当該軸受ユニットが右側輪に対して使用されるものである場合には、前記外輪部は左側輪に対して使用不能である構造とされていることが望ましい。
つまり、本軸受ユニットの態様は、左側輪と右側輪との両方において、外輪部の溶接シーム部が、外輪部の周方向において車両後方に位置するように、軸受ユニットが左側輪用と右側輪用とで専用に製作されている態様である。例えば、左側輪用軸受ユニットと右側輪用軸受ユニットとにおいて、車体への取付用の孔の配置が異なっており、左側輪用軸受ユニットは左側輪においてのみ車体に取り付けられ、右側輪用軸受ユニットは右側輪においてのみ車体に取り付けられるようにすることができる。これにより、左側輪用と右側輪用の軸受ユニットを左右混同して車体に取り付けてしまうことを防止することができ、ついては、溶接シーム部が誤って車両前方に位置するようにして軸受ユニットが車体に取り付けられてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】軸受ユニットの断面図である。
【図２】電縫管から外輪部を製作する工程を示す模式図である。
【図３】車両が一定速で直進走行している場合の転動体から外輪部に作用する力を示す模式図である。
【図４】車両が一定速で旋回走行している場合の転動体から外輪部に作用する力を示す模式図である。
【図５】左側輪用軸受ユニットと右側輪用軸受ユニットとにおいて、加速時に転動体から外輪部に作用する力を示す模式図である。
【図６】ディスクブレーキを備える車輪において、制動時に内輪部から外輪部へ作用する力を示す模式図である。
【図７】ドラムブレーキを備える車輪において、制動時に内輪部から外輪部へ作用する力を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明においては、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
【実施例１】
【００１２】
Ａ．軸受ユニットの概要
図１に、本発明の一実施例である軸受ユニット１０の断面を示す。車輪は、軸受ユニット１０に保持されており、軸受ユニット１０は、車体に連結されるサスペンション装置の一部であるアクスルキャリア１２に取り付けられている。したがって、車輪は、軸受ユニット１０を介して、アクスルキャリア１２に対して回転可能とされている。
【００１３】
軸受ユニット１０は、外輪部１４、内輪部１６、ベアリングボール１８を含んで構成されている。外輪部１４は、大まかに言えば、鍔付き円筒形状をなしている外輪部材２０のみで構成されている。外輪部１４は、アクスルキャリア１２に、図示を省略するボルトによって固定されている。内輪部１６は、第一内輪部材２２と第二内輪部材２４とによって構成されている。第一内輪部材２２は、大まかに言えば、鍔付き円筒形状をなしている。第一内輪部材２２の鍔部２６には車輪が取り付けられ、第一内輪部材２２は車輪と共に回転する。つまり、第一内輪部材２２は、アクスルシャフトとしての機能も有している。また、第一内輪部材２２の円筒状の部分には、第二内輪部材２４が外嵌されている。外輪部１４と内輪部１６との間には、転動体として機能する複数のベアリングボール１８が介装されている。したがって、軸受ユニット１０においては、内輪部１６が、外輪部１４に対して、ベアリングボール１８を介して回転することが可能となっている。
【００１４】
外輪部材２０について詳しく説明すると、外輪部材２０の素材は電縫管２８であり、その電縫管２８は、鋼板が曲げられて円筒形に成形され、それの突合部が電気溶接によって接合されることで製作されている。したがって、外輪部材２０には、車輪軸線方向に延びる溶接シーム部３０が形成されている。図２は、冷間鍛造によって、電縫管２８から外輪部材２０が製作される工程を模式的に示している。図２（ａ）は、電縫管２８であり、溶接シーム部３０が円筒管の中心軸と平行に延びている。電縫管２８は、図２（ｂ）に示すように、鍛造型３２に挟み込まれ、常温において、円筒管の中心軸に沿って加圧される。その結果、図２（ｃ）のように、外輪部材２０が形成されるのである。
【００１５】
外輪部材には、車両の重量や、車両の運動によって発生する力を支える強度が求められ、さらに、転動体が接触する軌道面には、軸受けとして必要な性能を発揮するための精度が求められる。本実施例の外輪部材２０のように、冷間鍛造による成形においては、熱間鍛造のような熱による変形が発生しないため、軌道面の研磨のような後工程が必ずしも必要とされない。また、丸棒からではなく、円筒管から外輪部材を成形する場合、成形に必要な加圧力がさほど大きくならず、小型の設備で成形を行うことができる。したがって、冷間鍛造によって電縫管２８から外輪部１４を成形する方法は、製作時間や製作コストの削減を図ることができるのである。
【００１６】
本実施例の軸受ユニット１０は、左側輪および右側輪のどちらにおいても使用することができるように構成されている。そのため、溶接シーム部３０は、外輪部１４の周方向において、左側輪の場合は車両後方に位置し、右側輪の場合は車両前方に位置することになる。
【００１７】
Ｂ．外輪部に作用する力
図３（ａ）および（ｂ）は、車両の左側輪に備えられた軸受ユニット１０を示している。図３（ａ）は、軸受ユニット１０の正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。図３（ａ）については、車両上下前後の方向が図示のように定められており、図３（ｂ）についても、車両上下内外の方向が図示のように定められている。軸受ユニット１０は、溶接シーム部３０が、外輪部１４の周方向において車両後方を向いて、車輪軸線を通る水平面に対して±１０°以内の角度範囲に位置するように構成されている。また、図３（ａ）および（ｂ）における矢印は、車両が一定速で直進走行にある場合の、ベアリングボール１８から外輪部１４の軌道面に作用している力を概念的に表したものである。ちなみに、車両の右側輪に備えられた軸受ユニット１０は、溶接シーム部３０が、外輪部１４の周方向において車両前方を向いて、車輪軸線を通る水平面に対して±１０°以内の角度範囲に位置するように構成されている。
【００１８】
車両が一定速で直進走行にある場合、外輪部１４には、車両下方の向きに車体の荷重が作用している。荷重は、外輪部１４からベアリングボール１８へと作用するため、その反力が、ベアリングボール１８から外輪部１４へと作用している。外輪部１４からベアリングボール１８へと作用する荷重は、複数のベアリングボール１８のうち、車輪軸線を通る水平面から車両上方の部分に位置しているベアリングボール１８に対してである。したがって、ベアリングボール１８から外輪部１４へ作用する反力も、外輪部１４のうち、車輪軸線を通る水平面から車両上方の部分に作用する。個々のベアリングボール１８から外輪部１４に作用する反力の方向は、外輪部１４の軌道面の法線方向と考えることができ、より車両上方に位置するベアリングボール１８から作用する反力の方が、それの程度は大きくなる。
【００１９】
図４（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）および（ｂ）と同様に、車両に備えられた軸受ユニット１０を示している。図４（ａ）および（ｂ）における矢印は、車両が一定速で旋回走行にある場合の、ベアリングボール１８から外輪部１４の軌道面に作用している力を概念的に表したものである。車両が一定速で旋回走行している場合には、旋回走行による遠心力に対抗する横力が、車輪の接地面において、車輪軸線と平行に作用している。車輪から伝達される横力が、図４（ｂ）に示すように、第一内輪部材２２に対して、車両外側から車両内側へ向かって作用する場合、横力は、車輪を傾かせるモーメントとして作用する。そのため、外輪部１４の、車輪軸線を通る水平面から車両下方の部分に対しては、ベアリングボール１８から外輪部１４の軌道面に、横力による力が作用し、外輪部１４の、車輪軸線を通る水平面から車両上方の部分に対しては、ベアリングボール１８から外輪部１４の軌道面に、横力の反力が作用する。ベアリングボール１８から外輪部１４に作用する力においては、より車両上方、または、より車両下方に位置するベアリングボール１８から作用する力の方が、それの程度は大きくなる。
【００２０】
本実施例の軸受ユニット１０の耐久性においては、車両が、一定速で直進走行している場合と、一定速で旋回走行している場合とにおいて、軸受ユニットに作用する力が考慮される。したがって、図３および図４に示すように、車両が一定速で直進走行および旋回走行している場合には、外輪部１４の車輪軸線を通る水平面と交差する部分においては、ベアリングボール１８から外輪部１４へと作用する力がかなり小さいと考えることができる。また、外輪部１４の周方向において、車輪軸線を通る水平面に対して±１０°以内の角度では、ベアリングボール１８から外輪部１４へと作用する力は充分小さく、シーム２８を損傷させる程の大きさとはならない。したがって、本実施例の軸受ユニット１０は、安価な電縫管２８を外輪部１４に使用していながら、外輪部１４の周方向において、ベアリングボール１８からほとんど力が作用しない位置に溶接シーム部３０を配置することで、溶接シーム部３０における損傷の発生を抑えることができ、必要な耐久性を適切に確保しているのである。
【実施例２】
【００２１】
Ａ．軸受ユニットの概要
図５（ａ）および（ｂ）は、軸受ユニットが左側輪用と右側輪用とで個別に製作されている左側軸受ユニット５０Ｌおよび右側軸受ユニット５０Ｒを示す。製作方法は第１実施例と同じである。図５（ａ）は、左側軸受ユニット５０Ｌであり、左側軸受ユニット５０Ｌは、電縫管２８から製作された左側輪用外輪部材５２Ｌを備えている。左側輪用外輪部材５２Ｌの溶接シーム部５４Ｌは、左側輪用外輪部材５２Ｌの周方向において、車両後方に位置している。図５（ｂ）は、右側軸受ユニット５０Ｒであり、右側軸受ユニット５０Ｒは、電縫管２８から製作された右側輪用外輪部材５２Ｒを備えている。右側輪用外輪部材５２Ｒの溶接シーム部５４Ｒは、右側輪用外輪部材５２Ｒの周方向において、車両後方に位置している。また、溶接シーム部５４Ｌと５４Ｒとは、それぞれ、車輪軸線を通る水平面に対して、±１０°以内の角度に位置している。これら左側輪用外輪部材５２Ｌと右側輪用外輪部材５２Ｒとは、それぞれ左側軸受ユニット５０Ｌと右側軸受ユニット５０Ｒとにおいて、外輪部１４として機能するのである。
【００２２】
また、ボルトによって外輪部材をアクスルキャリアへ取り付けるための孔である左側輪用外輪部材５２Ｌの左側取付孔５６Ｌの配置と、右側輪用外輪部材５２Ｒの右側取付孔５６Ｒの配置とは異なっている。したがって、左側輪用外輪部材５２Ｌは、右側輪におけるアクスルキャリアには取り付けられず、右側輪用外輪部材５２Ｒは、左側輪におけるアクスルキャリアには取り付けられないように製作されている。なお、左側軸受ユニット５０Ｌと右側軸受ユニット５０Ｒとは、それぞれの外輪部１４を除いて、他の構成部品は第１実施例における軸受ユニット１０と同一であるため、その説明を省略する。また、図５（ａ）および（ｂ）では、それぞれにおいて、図示のように方向が定められている。
【００２３】
Ｂ．外輪部に作用する力
第１実施例と同様に、本実施例における車両が一定速で直進走行および旋回走行している場合には、外輪部１４の車両前方および車両後方に作用する力はかなり小さい。車両が一定速で走行している場合に加え、車両が加速状態および制動状態にある場合の、外輪部１４に作用する力について以下に説明する。
【００２４】
車両が加速状態にある場合、外輪部１４へ作用する力について説明する。車両が加速している状態について詳しく説明すれば、車輪７０の回転速度の増加に伴い、車輪７０は車両の進行方向への速度が増加し、それに伴い、車体も速度が増加する。したがって、加速に伴う力が、車輪７０から車体へと作用しており、詳しく言えば、車輪７０と共に回転する内輪部１６から、ベアリングボール１８を介して、外輪部１４へと作用する。この加速に伴う力を加速力と表すとすると、図５（ａ）および（ｂ）に示す矢印は、ベアリングボール１８から外輪部１４へ作用する加速力を概念的に示している。加速力は、外輪部１４のうち、車輪軸線を通る水平に垂直な面から車両前方の部分に作用する。ベアリングボール１８から外輪部１４に作用する加速力においては、より車両前方に位置するベアリングボール１８から作用する加速力の方が、それの程度は大きくなる。
【００２５】
車両がブレーキ装置の作動によって制動状態にある場合、外輪部１４へ作用する力について説明する。図６は、車両の左側輪である車輪７０を示す。車輪７０は、左側軸受ユニット５０Ｌにおける第１内輪部材１６の鍔部２６に固定されている。車両には、車輪７０の近傍において、ブレーキ装置７６が備えられている。ブレーキ装置７６は、ディスクブレーキとなっており、第一内輪部材２２に固定されるブレーキディスク７８と、アクスルキャリア１２に保持されるブレーキキャリパ８０とを含んで構成されている。また、ブレーキキャリパ８０は、ブレーキディスク７８の車両前方側に位置している。
【００２６】
車両がブレーキ装置７６の作動によって制動状態にある場合、ブレーキキャリパ８０に保持されるブレーキパッド８２が、ブレーキディスク７８に当接し、ブレーキパッド８２とブレーキディスク７８との間に摩擦力が車両上方の向きに発生する。ブレーキキャリパ８０には、この摩擦力に対する反力が車両下方の向きに作用する。この車両下向きの力は、外輪部１４から内輪部１６へと作用し、内輪部１６には、それに対する反力が車両上方の向きに作用する。また、車輪７０の接地面においては、ブレーキ装置７６の作動によって車両後方に向かう力、すなわち、制動力が働く。したがって、内輪部１６から外輪部１４へ、制動力による車両後方の向きの力が作用する。このように、車両が制動状態にある場合、内輪部１６から外輪部１４へ、車両上方の向きの反力と、車両後方の向きの制動力とによって、車両の上斜め後方の向きの合力が作用している。
【００２７】
図６に示す矢印は、反力、制動力、車両上斜め後方の向きの合力の関係を概念的に示している。したがって、この合力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用する。また、図示を省略するが、ベアリングボール１８から外輪部１４に作用する合力においては、より車両の上斜め後方に位置するベアリングボール１８から作用する合力の方が、それの程度は大きくなる。ちなみに、車両の右側軸受ユニット５０Ｒにおいても、左側軸受ユニット５０Ｌにおける合力と同様に、車両が制動状態にある場合には、車両の上斜め後方の向きの合力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用する。
【００２８】
また、図７には、車両の左側輪である車輪７０の近傍に、ドラムブレーキを採用したブレーキ装置９０を備えている。詳しい説明は省略するが、ブレーキ装置９０は、第一内輪部材２２に固定されて回転体７４と共に回転するブレーキドラム９２と、車体側に支持されるブレーキシュー９４と、ドライブシャフト７２の車両下方に位置してブレーキシュー９４をアクスルキャリアに支持するアンカ９６とを含んで構成されている。ブレーキ装置９０が作動すると、ブレーキシュー９４が、ブレーキドラム９２に当接し、ブレーキシュー９４とブレーキドラム９２との間に摩擦力が発生する。
【００２９】
本実施例の車両が、ブレーキ装置９０の作動によって制動状態にある場合、ブレーキドラム９２とブレーキシュー９４との間に摩擦力が発生する。摩擦力の発生によって、アンカ９６には車両後方の向きの力が作用する。この車両後向きの力は、外輪部１４から内輪部１６へと作用し、内輪部１６には、それに対する反力が車両前方の向きに作用する。また、車輪７０の接地面においては、ブレーキ装置９０の作動によって、車両後方に向かって制動力が働く。したがって、内輪部１６から外輪部１４へ、制動力による車両後方の向きの力が作用する。このように、車両が制動状態にある場合、内輪部１６から外輪部１４へ、車両前方の向きの反力と、車両後方の向きの制動力とによって、車両前方の向きの合力が作用している。
【００３０】
図７に示す矢印は、反力、制動力、合力の関係を概念的に示している。したがって、この合力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用する。また、図示を省略するが、ベアリングボール１８から外輪部１４に作用する合力においては、より車両前方に位置するベアリングボール１８から作用する合力の方が、それの程度は大きくなる。ちなみに、車両の右側軸受ユニット５０Ｒにおいても、車両が制動状態にある場合には、左側軸受ユニット５０Ｌにおける合力と同様に、車両上後方の向きの合力が、内輪部１６から、ベアリングボール１８を介し、外輪部１４へと作用する。
【００３１】
このように、車両が加速状態にある場合には、車両前方の向きの力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用する。また、車両が制動状態にある場合には、ディスクブレーキの場合は車両上斜め後方の向きの力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用し、ドラムブレーキの場合は車両前方の向きの力が、内輪部１６から外輪部１４へと作用する。本実施例における車両が、一定速で直進走行および旋回走行している場合には、第１実施例と同様に、外輪部１４の車両前方および車両後方に力がほとんど作用せず、さらに、車両が加速状態および制動状態にある場合を考慮すると、外輪部１４の車両前方よりも車両後方の方が力の作用を受けにくい。
【００３２】
上記のことに鑑み、本実施例の左側軸受ユニット５０Ｌは、左側輪用外輪部材５２Ｌの溶接シーム部５４Ｌが、左側輪用外輪部材５２Ｌの周方向において車両後方に位置するように製作されている。また、右側軸受ユニット５０Ｒは、右側輪用外輪部材５２Ｒの溶接シーム部５４Ｒが、右側輪用外輪部材５２Ｒの周方向において車両後方に位置するように製作されている。したがって、いずれの軸受ユニットにおいても、溶接シーム部は、車両前方よりも力の作用しにくい車両後方に位置しており、軸受ユニットの耐久性が向上されるように、構成されているのである。
【符号の説明】
【００３３】
１０：軸受ユニット    １４：外輪部    １６：内輪部    １８：ベアリングボール    ２０：外輪部材    ２２：第一内輪部材    ２４：第二内輪部材    ２８：溶接シーム部    ３０：電縫管
【図１】
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【図２】
2010215205.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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