(57)【要約】【課題】組立時における作業性、並びに回転時における転動体(玉)の乗り上げ耐性、静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図ることを可能とした軸受ユニットを提供する。【解決手段】相対回転可能に対向配置された内方部材２及び外方部材４と、当該内方部材及び外方部材にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝6,8間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体２０とを備えた軸受ユニットであって、内方部材には、軌道溝の溝肩を落として形成されたカウンタボア１４が設けられ、当該カウンタボアには、軌道溝６に接線連続された凸曲状の掛かり代部１６が設けられており、当該掛かり代部の最も凸出した部分の径と軌道溝の底部の径との差を２分の１にした値をＨとし、内方部材の軌道溝の半径をＲｉとした場合、０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉなる関係に設定されている。【選択図】図１
2010180979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に対向配置された内方部材及び外方部材と、当該内方部材及び外方部材にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えた軸受ユニットであって、
内方部材には、軌道溝の溝肩を落として形成されたカウンタボアが設けられ、当該カウンタボアには、軌道溝に接線連続された凸曲状の掛かり代部が設けられており、当該掛かり代部の最も凸出した部分の径と軌道溝の底部の径との差を２分の１にした値をＨとし、内方部材の軌道溝の半径をＲｉとした場合、０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉなる関係に設定されていることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
カウンタボアには、掛かり代部の軌道溝とは反対側へ谷部が設けられており、当該谷部は、掛かり代部に接線連続された凹曲状を成していることを特徴とする請求項１に記載の軸受ユニット。
【請求項３】
カウンタボアは、研削加工により、軌道溝とともに一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受ユニット。
【請求項４】
掛かり代部及び谷部は、同一の曲率の円弧状を成して形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の車輪を支持する軸受ユニットに関し、特に、組立性、乗り上げ耐性、静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図るための軸受ユニット構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の回転軸を回転自在に支持する種々の転がり軸受が知られており、例えば、転動体として玉を適用した転がり軸受の場合、深溝玉軸受、自動調心玉軸受及びアンギュラ玉軸受など各種のタイプの軸受が実用されている。このうち、アンギュラ玉軸受は、１つの軸受でラジアル荷重及びアキシアル荷重をともに負荷することが可能であるため、各種の機械装置の回転軸を支持する軸受として、広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、単列アンギュラ玉軸受の構成が一例として開示されており、かかるアンギュラ玉軸受(以下、単に軸受ともいう)には、相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪(内輪及び外輪)と、当該内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体(玉)と、各転動体(玉)を所定間隔で１つずつ回転自在に保持する保持器とが備えられている。
【０００４】
かかる軸受において、内輪には、その外周面の軸方向中央部に転動体(玉)を転動させるための軌道溝(内輪軌道面)が形成されており、当該内輪軌道面の軸方向の両側には、一対の肩部が形成されている。これに対し、外輪には、その内周面の軸方向中央部に転動体(玉)を転動させるための軌道溝(外輪軌道面)が内輪軌道面と対向して形成されており、当該外輪軌道面の軸方向の一方側には肩部が形成され、軸方向の他方側には、その内周面の一方側よりも肉薄となるように溝肩を落としたカウンタボアが形成されている。このように、かかる軸受は、外輪片側カウンタボアの形状を成して構成されている。
【０００５】
この場合、外輪のカウンタボアは、外輪軌道面に連続して形成されているとともに、内輪の外周面に対する距離が軸受の外側へ向かうに従って徐々に拡がる傾斜状を成して形成されている。ただし、当該カウンタボアの径は、外輪軌道面の底部(外輪軌道面の径が最大となる部分)の径よりも小さくなるように設定されている。なお、当該底部の径とカウンタボアの最大径との差を２分の１にした値、すなわち、当該底部の半径値とカウンタボアの半径値との差を掛かり代(この場合は、外輪掛かり代)という。
【０００６】
このようなアンギュラ玉軸受は、内輪、転動体(玉)及び保持器を組み付けて１セットとし、当該セットに外輪を組み付けることで１つの軸受として組み立てられている。この場合、外輪をかかるセットに対して組み付ける際には、当該外輪をその材料の焼戻し温度以下の温度で加熱膨張させ、内周面に形成されたカウンタボアの径を転動体(玉)の外接円径(各転動体(玉)の外輪軌道面との接触点を相互に結んだ仮想円の直径)より大きくする。そして、かかるセットにおける径方向の一方側に位置する転動体(玉)を外輪軌道面の当該一方側に接触させ、径方向の他方側に位置する内輪、転動体(玉)及び保持器を前記一方側の転動体(玉)を中心として回動させて、径方向の他方側に位置する転動体(玉)が外輪軌道面の当該他方側に位置付けられるまで、カウンタボア側から外輪に挿入する(嵌め込む)。
【０００７】
このような組立法を採ることにより、転動体(玉)に過剰な負荷をかけることなく、かかるセットを外輪に対してスムーズに組み付けることができる。なお、当該セットと外輪の組み付け後、当該外輪を常温まで冷却し、熱膨張前の状態まで戻すと、カウンタボアの径は転動体(玉)の外接円径よりも小さくなる。これにより、内外輪が非分離状態となるように、軸受を組み立てることができる。以上のような軸受の組立方法を焼嵌めという。
【０００８】
このような焼嵌めによる軸受の組立においては、掛かり代の設定が組立作業に影響を及ぼす。すなわち、掛かり代が大きい場合、転動体(玉)と外輪との接触範囲が拡大されるため、軸受の組立が困難となり、内輪、転動体(玉)及び保持器のセットを外輪に対して組み付ける際、転動体(玉)の表面へ傷(いわゆる玉傷)が付き易くなってしまう。しかしながら一方で、組立後の軸受においては、内外輪の分離が起こり難くなる。
逆に、掛かり代が小さい場合、転動体(玉)と外輪との接触範囲が減少されるため、組立後に内外輪の分離が起こり易くなってしまう一方で、軸受の組立は容易となり、内輪、転動体(玉)及び保持器のセットを外輪に対して組み付ける際、転動体(玉)の表面へ玉傷は付き難くなる。
【０００９】
ここで、アンギュラ玉軸受は、例えば、図４〜図１０に示すような自動車の車輪を回転自在に支持する複列の軸受ユニット(複列車輪支持ユニット)を構成するための部材の１つとして適用される場合がある。
かかる軸受ユニットには、相対回転可能に対向配置された内方部材２及び外方部材４と、当該内方部材２及び外方部材４にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝6,8間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体２０とが備えられている。この場合、転動体(玉)２０は、環状を成す保持器２２に形成されたポケット内に１つずつ回転自在に保持された状態で、軌道溝6,8間を転動している。
【００１０】
なお、図４〜図６に示す軸受ユニットにおいて、内方部材２は、２つに分割された内輪2a,2bとして構成されており、外方部材４は、１つの外輪４として構成されている。この場合、図５に示す軸受ユニットにおいて、外輪４には、一例として、車体側へ固定するための複数のフランジ部４ｆが外周面に突設されている。また、図６に示す軸受ユニットにおいて、内方部材２は、２つの内輪2a,2bがハブ１０に外嵌されて構成されており、当該ハブ１０には、一例として、車輪側へ固定するための複数のフランジ部１０ｆが突設されている。
【００１１】
また、図７〜図１０に示す軸受ユニットにおいて、外方部材４は、上述した図４〜図６に示す軸受ユニットと同様に、１つの外輪４として構成されている。これに対し、内方部材２は、ハブ１０及び当該ハブ１０に外嵌される内輪構成体１２として構成されている。この場合、外輪４には、一例として、車体側へ固定するための複数のフランジ部４ｆが外周面に突設されているとともに、ハブ１０には、車輪側へ固定するための複数のフランジ部１０ｆが突設されている。
【００１２】
そして、これらの軸受ユニット(図５〜図１０)において、外輪４のフランジ部４ｆを貫通する固定孔４ｈに固定用ボルト(図示しない)を挿入し、これを車体側へ締結することで、例えば、図示しない懸架装置(サスペンション)のナックルに外輪４を固定することができる。また、ハブ１０のフランジ部１０ｆを貫通する固定孔１０ｈに固定用ハブボルト１０ｂを挿入し、ハブナット(図示しない)で車輪側へ締結することにより、例えば、いずれも図示しないブレーキディスク及びディスクホイールに対してハブ１０を固定することができる。
また、フランジ部4f,10fが設けられていない図４に示す軸受ユニットにおいては、例えば、外方部材(外輪)４を車体側への接続部材に内嵌することで、図示しない懸架装置(サスペンション)のナックルなどに固定することができる。また、例えば、内方部材２(内輪2a,2b)を車輪側への接続部材に外嵌することで、いずれも図示しないブレーキディスク及びディスクホイールなどに固定することができる。
【００１３】
なお、これらの軸受ユニットは、例えば、その使用目的や使用条件などに応じて、外方部材(外輪)４が車輪側(例えば、ブレーキディスク及びディスクホイール)へ固定され、内方部材２(内輪2a,2b、ハブ１０及び内輪構成体１２)が車体側(例えば、懸架装置(サスペンション)のナックル)へ固定される場合もある。
【００１４】
また、これらの軸受ユニットにおいて、内方部材２と外方部材４との間には、転動体(玉)２０を挟んで、その両側(図４〜１０の左側と右側)に軸受ユニットを密封するための密封部材２４がそれぞれ設けられている。このように密封部材２４を設けることで、軸受ユニットの外部から異物(例えば、泥水、塵埃)が内部に侵入することを防止しているとともに、内部に封入された潤滑剤(例えば、グリース、油)が外部へ漏洩することを防止している。
【００１５】
このような軸受ユニットにおいては、以下のような理由から上述した単列アンギュラ玉軸受の組立時に適用される焼嵌め(具体的には、外輪を加熱することによる焼嵌め)をその組立法として適用することができない。
その理由として、かかる軸受ユニットは、その組立時の外方部材(外輪)４の温度を正確に管理する必要があること、内方部材２(内輪2a,2b、ハブ１０及び内輪構成体１２)と外方部材(外輪)４との間に温度差が生じた場合、すきまの測定が正確にできなくなってしまうことが挙げられる。
【００１６】
また、かかる軸受ユニットは、その構造上、例えば、図１１及び図１２(ａ),(ｂ)に示すように、転動体(玉)２０と保持器２２、さらには密封部材２４(図１２(ａ),(ｂ)のみ)を２列の軌道溝８が形成された外輪４にそれぞれ組み付けて１セットとした後、当該セットに内輪2a(若しくは内輪2b)及び内輪構成体１２を組み付けることで、１つの軸受ユニットとして組み立てる必要がある。このため、かかるセットが軸受ユニットの組立時に垂直方向へ位置付けられた場合であっても、転動体(玉)２０及び保持器２２を脱落させることなく保持し続けることが可能なだけの大きさの掛かり代を、外輪４に設定しなければならない。したがって、外輪４に対して、ある程度大きな掛かり代を予め設定しておかなければならないことが、かかる理由として挙げられる。
【００１７】
例えば、図１１に示す構成において、外輪４には、その両端部(図１１の上端部及び下端部)にカウンタボアがそれぞれ形成されており、当該カウンタボアには、軌道溝６に連続して、上記大きさの掛かり代を成すように設定された凸状の掛かり代部３０が形成されている。また、図１２(ａ),(ｂ)に示す構成において、外輪４には、その両端部(図１２(ａ),(ｂ)の上端部及び下端部)にカウンタボアがそれぞれ形成されており、これらのカウンタボアのうち、車輪寄り(図１２(ａ),(ｂ)の下側)に位置付けられるカウンタボアには、軌道溝８に連続して、上記大きさの掛かり代を成すように設定された凸状の掛かり代部３０が形成されている。
【００１８】
なお、図１１には、図４に示す軸受ユニットの組立において、転動体(玉)２０と保持器２２を外輪４にそれぞれ組み付けたセットに対し、内輪２ａを組み付ける工程が示されている。また、図１２(ａ),(ｂ)には、図９に示す軸受ユニットの組立工程が示されており、図１２(ａ)は、転動体(玉)２０、保持器２２及び密封部材２４を外輪４にそれぞれ組み付けたセットをハブ１０に対して組み付ける工程を示しているとともに、図１２(ｂ)は、これらに対し、内輪構成体１２を組み付ける工程を示している。
【００１９】
このように、かかる軸受ユニットにおいては、外方部材(外輪)４を加熱する焼嵌めにより、その組立を行うことができない。そこで、例えば、図４及び図５に示すような内方部材２が２つの内輪2a,2bに分割構成された軸受ユニットにおいては、組立後に当該２つの内輪2a,2bを非分離状態にする必要があるため、内輪2a,2bの外周面に周方向に連続して溝部２ｃを設けるとともに、保持器２２の内周部に当該溝部２ｃに係合可能な爪部２２ａを周方向に沿って連続して設けている。そして、軸受ユニットの組立時には、外輪４、転動体(玉)２０及び保持器２２のセットに対して、内輪2a,2bをその外周面の溝部２ｃに保持器２２の爪部２２ａが係合するまで挿入する(嵌め込む)。
【００２０】
これにより、軸受ユニットの組立後は、当該溝部２ｃと爪部２２ａとが係合し、転動体(玉)２０の動きが抑制されることで、２つの内輪2a,2bを非分離状態に構成することができる。このため、内輪2a,2bに対して掛かり代は設定されていない。なお、図１３には、掛かり代の設定されていない内輪2a,2bの構成として、内輪軌道面６の底部(内輪軌道面６の径が最小となる部分)近傍のカウンタボア形状の一例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００５−９６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、近年の自動車の高性能化に伴い、複列車輪支持ユニットが負荷するモーメント荷重は、次第に大きくなってきている。かかる軸受ユニットの構成部材としての複列アンギュラ玉軸受は、モーメント荷重を受けた場合、当該モーメント荷重の作用によって転動体(玉)の接触角度が変動し、これに伴って各転動体(玉)の接触楕円(軌道溝(軌道面)に対する接触点が描く軌跡)も変動する。この際、かかる接触楕円が大きく変動し、変動後の接触楕円が当該軌道溝(軌道面)の有効幅(軸方向の距離)から外側(軸方向の外部方向)へはみ出してしまう場合がある。この場合、各転動体(玉)の表面及び各軌道面の幅方向の端部にエッジロード(応力集中)が発生し、これらに過大な面圧が加わることによって、例えば、当該軌道面の端部が潰れ、転動体(玉)の表面に傷が付いてしまう。このような不具合が生じる現象を乗り上げという。
【００２３】
かかる乗り上げの発生によって、例えば、転動体(玉)の表面に傷が付いた状態で軸受を回転させ続けると、回転中に当該軸受から異音が発生したり、応力集中によって軸受の転がり疲れ寿命が低下したりするなどの不都合が生じる場合がある。
この場合、かかる不都合を回避すべく、例えば、内方部材の軌道面の溝肩を高くする方策や、内方部材の軌道面をカウンタボア側に延長して形成し、当該軌道面の有効幅を拡大する方策などの各種の方策が採られている。
【００２４】
しかしながら、このような方策では、内方部材のカウンタボアの径と転動体(玉)の内接円径(各転動体(玉)の内方部材の軌道面との接触点を相互に結んだ仮想円の直径)との差が小さくなり、外方部材(外輪)、転動体(玉)及び保持器などのセットに対して内方部材(内輪、ハブ及び内輪構成体)を組み付ける際、例えば、転動体(玉)が内方部材の付き合わせ面(分割構成の内輪同士が当接する面、あるいは、内輪構成体がハブと当接する面)、溝部及びカウンタボアの軌道面側の端部に当接し、当該転動体(玉)の表面に傷が付いてしまう場合がある。このため、玉傷の発生により生じる異音や転がり疲れ寿命の低下などの不都合を完全に回避することができない虞がある。
【００２５】
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、組立時における作業性、並びに、回転時における転動体(玉)の乗り上げ耐性、静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図ることを可能とした軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このような目的を達成するために、本発明に係る軸受ユニットは、相対回転可能に対向配置された内方部材及び外方部材と、当該内方部材及び外方部材にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えている。かかる軸受ユニットにおいて、内方部材には、軌道溝の溝肩を落として形成されたカウンタボアが設けられ、当該カウンタボアには、軌道溝に接線連続された凸曲状の掛かり代部が設けられており、当該掛かり代部の最も凸出した部分の径と軌道溝の底部の径との差を２分の１にした値をＨとし、内方部材の軌道溝の半径をＲｉとした場合、０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉなる関係に設定されている。
【００２７】
この場合、カウンタボアには、掛かり代部の軌道溝とは反対側へ谷部が設けられており、当該谷部は、掛かり代部に接線連続された凹曲状を成している。
なお、カウンタボアは、研削加工により、軌道溝とともに一体的に形成されている。また、掛かり代部及び谷部は、同一の曲率の円弧状を成して形成されている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の軸受ユニットによれば、組立時における作業性の向上を図ることができるとともに、回転時における転動体(玉)の乗り上げ耐性、静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図ることができる。この結果、かかる軸受ユニットを長期に亘って高精度に回転させ続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る軸受ユニットの構成例を示す図であって、(ａ)は、第１実施形態に係る内方部材のカウンタボア形状を示す断面図、(ｂ)は、第２実施形態に係る内方部材のカウンタボア形状を示す断面図。
【図２】掛かり代Ｈと転動体(玉)の表面に対する傷の発生頻度、及び軌道面(軌道溝)の有効幅の拡大程度との相関関係についての試験結果を示す図。
【図３】スーパーフィニッシュにおける削り代(取り代)のばらつきを示す図。
【図４】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図５】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図６】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図７】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図８】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図９】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図１０】自動車の車輪支持用軸受ユニットの構成例を示す断面図。
【図１１】図４に示す自動車の車輪支持用軸受ユニットの組立工程例を示す断面図。
【図１２】図９に示す自動車の車輪支持用軸受ユニットの組立工程例を示す図であって、(ａ)は、外輪、転動体(玉)、保持器及び密封部材のセットをハブに対して組み付ける工程を示す断面図、(ｂ)は、(ａ)に示すセットに対して内輪構成体を組み付ける工程を示す断面図。
【図１３】従来の軸受ユニットにおける内方部材のカウンタボア形状を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の軸受ユニットについて、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る軸受ユニットは、例えば、自動車や鉄道車両など、各種の車両の車輪を回転自在に支持する複列の軸受ユニット(複列車輪支持ユニット)として適用することができるが、ここでは、自動車の車輪を支持する軸受ユニットを一例として想定する。この場合、かかる軸受ユニットは、自動車の従動輪(ＦＲ(前置エンジン後輪駆動)車及びＲＲ(後置エンジン後輪駆動)車の前輪、ＦＦ(前置エンジン前輪駆動)車の後輪)、並びに駆動輪(ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪及び４ＷＤ(四輪駆動)車の全輪)のいずれをも支持する軸受ユニットとして適用することができる。
また、本実施形態に係る軸受ユニットの基本的構成は、上述した図４〜図１０に示す各種の軸受ユニットと同様である場合を想定し、これらと同一若しくは類似の構成部材については、同一符号を用いて、その説明を省略若しくは簡略化する。
【００３１】
本発明の実施形態に係る軸受ユニットは、相対回転可能に対向配置された内方部材２及び外方部材４と、当該内方部材２及び外方部材４にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝(軌道面)6,8間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(玉)２０とを備えている。この場合、内方部材２は、例えば、軸受ユニットの使用目的や使用条件などに応じて、２つに分割された内輪2a,2bとして構成してもよいし(図４〜図６)、ハブ１０及び当該ハブ１０に外嵌される内輪構成体１２として構成してもよい(図７〜図１０)。なお、内方部材２は、２つに分割された内輪2a,2bがハブ１０に外嵌される構成であってもよい(図６)。
また、外方部材４は、一例として、内方部材２(内輪2a,2b、ハブ１０及び内輪構成体１２)の外周部を転動体(玉)２０を介して覆う、当該内方部材２と同心を成して位置付けられた外輪４として構成されている場合を想定する(図４〜図１０)。
【００３２】
図１(ａ)には、本発明の第１実施形態に係る軸受ユニットの内方部材２が示されており、当該内方部材２には、軌道溝(軌道面)６の溝肩を落として形成されたカウンタボア１４が設けられ、当該カウンタボア１４には、軌道溝６に接線連続された凸曲状の掛かり代部１６が設けられている。
【００３３】
この場合、カウンタボア１４は、一例として、軸方向の外側(図１(ａ)の右側)の溝肩を落として形成されている。また、掛かり代部１６は、一例として、所定の曲率の断面視凸円弧状を成して形成されており、その両端部(図１(ａ)の左端部及び右端部)が軌道溝６及びカウンタボア１４といずれも滑らかに連続して構成されている。
【００３４】
なお、掛かり代部１６は、内方部材２の付き合わせ面(分割構成の内輪2a,2b同士が当接する面、あるいは、内輪構成体１２がハブ１０と当接する面)２ｄ、あるいは、内方部材２の溝部(保持器２２の爪部２２ａを係合させるための係合溝(図１(ａ)においては図示省略))から軌道溝６にかけて、滑らかな丘状に形成すればよい。これにより、例えば、図１１及び図１２(ａ),(ｂ)に示すように、転動体(玉)２０と保持器２２、さらには密封部材２４(図１２(ａ),(ｂ)のみ)を２列の軌道溝８が形成された外輪４にそれぞれ組み付けて１セットとした後、当該セットに内輪2a(若しくは内輪2b)及び内輪構成体１２を組み付ける際、転動体(玉)２０に対して過剰な負荷をかけることなく、スムーズに掛かり代部１６を乗り越えさせることができる。
【００３５】
その際、掛かり代部１６の曲率は、例えば、内方部材２の大きさやカウンタボア１４の形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。ただし、掛かり代部１６は、ある程度曲率半径の大きな(曲率の小さな)断面視凸円弧状を成して形成することで、その形状の管理が容易となる。
【００３６】
また、掛かり代部１６は、その軌道溝６とは反対側のカウンタボア１４との連続部分を軌道溝６の底部(軌道溝６の径が最小となる部分)の径よりも小径にすることで、上記組付時に、転動体(玉)２０を乗り越え易くすることができる。一方、掛かり代部１６は、その軌道溝６側を当該軌道溝６と接線連続させて形成することで、転動体(玉)２０の乗り上げ耐性を高めることができる。
【００３７】
また、図１(ａ)に示す構成において、掛かり代部１６は、カウンタボア１４へ滑らかに直接連続させて構成しているが、例えば、図１(ｂ)に示す本発明の第２実施形態に係る軸受ユニットの内方部材２のように、カウンタボア１４に対し、掛かり代部１６の軌道溝６とは反対側(同図の右側)へ当該掛かり代部１６に接線連続された凹曲状を成す谷部１８を設けて、当該谷部１８をカウンタボア１４へ連続させる構成としてもよい。
【００３８】
この場合、谷部１８は、一例として、所定の曲率の断面視凹円弧状を成して、すなわち、カウンタボア１４に対して所定の深さ(図１(ｂ)の上下方向の距離)を有して形成されており、その両端部(図１(ｂ)の左端部及び右端部)が掛かり代部１６及びカウンタボア１４といずれも滑らかに連続して構成されている。
なお、谷部１８の曲率は、例えば、内方部材２の大きさやカウンタボア１４の形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。例えば、谷部１８は、掛かり代部１６と同一の曲率の円弧状に形成してもよいし、掛かり代部１６と異なる曲率の円弧状に形成してもよい。
【００３９】
また、図１(ｂ)に示す構成においては、谷部１８は、カウンタボア１４へ断面視凹円弧状に連続させているが、例えば、カウンタボア１４へ平坦状に切り上げて接線連続させた構成としてもよい。すなわち、谷部１８は、カウンタボア１４へ断面視平坦傾斜状に連続させて構成してもよい。このように谷部１８を断面視平坦傾斜状にカウンタボア１４へ連続させることで、当該谷部１８のカウンタボア１４との連続位置の管理がし易くなり、当該谷部１８を形成する際の加工(例えば、後述する研削加工)を容易に行うことができる。
【００４０】
また、掛かり代部１６及び谷部１８を含めたカウンタボア１４の形成方法は、例えば、内方部材２の材質や大きさなどに応じて任意の方法を採ることができるため、ここでは特に限定しない。例えば、上述した第１実施形態及び第２実施形態において、カウンタボア１４(掛かり代部１６及び谷部１８)は、一例として、研削加工により、軌道溝(軌道面)６とともに内方部材２に対して一体的に形成されている場合を想定する。この場合、例えば、ダイヤモンドホイールで成形された砥石を用いて、当該砥石で内方部材２の外周部を研削することで、掛かり代部１６及び谷部１８を含めたカウンタボア１４の全体を軌道溝(軌道面)６と同時に形成すればよい。
【００４１】
これにより、例えば、カウンタボア１４(掛かり代部１６及び谷部１８)の形状を高精度に加工することができるとともに、熱処理によって内方部材２の表面に生成された黒皮やスラッジを効果的に取り除くことができる。なお、かかる黒皮やスラッジは、転動体(玉)２０よりも硬いため、内方部材２に残存している場合、転動体(玉)２０の表面を傷付ける虞があるが、上述したように、ダイヤモンドホイールで成形された砥石を用いて研削加工することにより、これらを確実に取り除くことができ、玉傷の発生などを有効に防止することができる。
【００４２】
また、図１(ｂ)に示す第２実施形態に係る軸受ユニットのように、内方部材２のカウンタボア１４に谷部１８を設けた場合、当該内方部材２の研削幅(軸方向の距離(同図の左右方向の距離))を軌道溝(軌道面)６部分から、谷部１８のカウンタボアへの連続部分(同図の点線で示した範囲)までとすることで、カウンタボアの研削幅(軸方向の距離(同図の左右方向の距離))を小さくすることができる。この場合、ダイヤモンドホイールの幅を小さくすることが可能となり、その分だけ研削加工のコストを削減することができる。
【００４３】
さらに、このようにカウンタボア１４の研削幅を小さくすることで、研削加工時の摩擦抵抗を小さくすることができる。このため、より高精度に研削加工をすることができ、結果として、掛かり代部１６及び谷部１８をより高精度に形成することができる。また、カウンタボア１４の研削幅を小さくすることで、研削焼け割れの発生の防止や加工時間の短縮などが可能となるというメリットが得られる。
【００４４】
上述した第１実施形態及び第２実施形態に係る軸受ユニットにおいて、内方部材２の掛かり代部１６の最も凸出した部分の径(すなわち、最大径)と、軌道溝(軌道面)６の底部(軌道溝６の径が最小となる部分)の径(すなわち、最小径)との差を２分の１にした値をＨ(以下、掛かり代Ｈという)とし、内方部材２の軌道溝(軌道面)６の半径をＲｉ(以下、軌道溝半径Ｒｉという)とした場合、０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉなる関係に設定されている。すなわち、掛かり代Ｈは、掛かり代部１６の頂点部分(最も凸出した部分)の径(半径値)と、軌道溝６の底部の径(半径値)との差として設定することができる。
また、別の捉え方をすれば、掛かり代部１６は、掛かり代Ｈが軌道溝半径Ｒｉの０．４％以上且つ０．８％以下となる所定の大きさで凸出して、内方部材２のカウンタボア１４に形成されている。
【００４５】
また、軌道溝半径Ｒｉは、転動体(玉)２０の径に所定の比率を掛けることで設定することができる。かかる比率は、各社ごと並びに製品ごとに僅かに異なるが、例えば、ＩＳＯ２８１規格により規定されている定格荷重の計算において、内輪(内方部材)の軌道面(軌道溝)の曲率は、転動体(玉)の径の５２％を使用することとなっているように、ここでは、５２％の近傍の所定値に設定すればよい。
【００４６】
したがって、軌道溝半径Ｒｉは、転動体(玉)の径に対する比率で定義することができ、結果として、掛かり代Ｈと軌道溝半径Ｒｉとの上記関係(０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉ)は、掛かり代Ｈと転動体(玉)の径との関係に置き換えることができる。
例えば、転動体(玉)の径をＤａとし、軌道溝半径Ｒｉを転動体(玉)の径Ｄａの５２％に設定した場合(Ｒｉ＝０．５２Ｄａ)、掛かり代Ｈと転動体(玉)の径Ｄａとの関係は、０．００４×０．５２Ｄａ≦Ｈ≦０．００８×０．５２Ｄａとなる。
【００４７】
このように、掛かり代Ｈを軌道溝半径Ｒｉの０．４％以上、且つ０．８％以下(０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉ)の所定値に設定することで、すなわち、掛かり代Ｈが当該所定値となる大きさで凸出した掛かり代部１６を内方部材２のカウンタボア１４に設けることで、例えば、図１１及び図１２(ａ),(ｂ)に示すような軸受ユニットの組立時において、転動体(玉)２０に対して過剰な負荷をかけることなく、スムーズに掛かり代部１６を乗り越えさせることができる。また、軸受ユニットの回転時において、転動体(玉)２０の表面及び軌道溝(軌道面)６の軸方向の端部にエッジロード(応力集中)が発生し、これらに過大な面圧が加わることを防止することができる。
【００４８】
この結果、軸受ユニットの組立時において、その作業性の向上を図ることができ、転動体(玉)２０の表面に対して傷が付くことを有効に防止することができる。
また、軸受ユニットの回転時において、転動体(玉)の乗り上げ耐性の向上を図ることができ、同様に、転動体(玉)２０の表面に対して傷が付くことを有効に防止することができる。
このように玉傷の発生を防止すること、すなわち、転動体(玉)２０の表面を常に滑面状態に維持し続けることで、軸受ユニットの回転時の静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図ることができる。これにより、かかる軸受ユニットを長期に亘って高精度に回転させ続けることができる。
【００４９】
ここで、掛かり代Ｈと軌道溝半径Ｒｉとの関係において、その適正範囲(０．００４Ｒｉ≦Ｈ≦０．００８Ｒｉ)を設定するために、掛かり代Ｈと転動体(玉)の表面に対する傷の発生頻度、及び軌道面(軌道溝)の有効幅(軸方向の距離)の拡大程度との相関関係についての試験を行い、その結果を検証した。この場合、掛かり代Ｈの軌道溝半径Ｒｉに対する比率(Ｈ／Ｒｉ)を０．００１から０．０１０まで、０．００１ずつ大きくした１０種類の軸受ユニットについて、組み込んだ転動体(玉)の表面に生じた傷の有無、及び軌道面の有効幅の拡大の度合いを測定した。なお、かかる試験は、各比率(Ｈ／Ｒｉ)に設定した軸受ユニットについて、それぞれ３０回ずつ行った。
図２には、当該試験の結果が、各比率(Ｈ／Ｒｉ)に対する玉傷の発生有無と軌道面の有効幅の拡大の度合いとして、それぞれ示されている。
【００５０】
図２に示すように、軌道面(軌道溝)の有効幅を拡大するためには、掛かり代Ｈは大きいほど好ましいが、掛かり代Ｈを大きく設定し過ぎると、内方部材のカウンタボアの径と転動体(玉)の内接円径(各転動体(玉)の軌道面(軌道溝)との接触点を相互に結んだ仮想円の直径)との差が小さくなってしまう。そして、この差が小さくなり過ぎると、例えば、転動体(玉)が内方部材の付き合わせ面、内方部材の溝部及び内輪カウンタボアの軌道面側の端部に当接し、当該転動体(玉)の表面に傷が付いてしまう確率が高くなる。
図２に示す試験結果から明らかなように、掛かり代Ｈの軌道溝半径Ｒｉに対する比率(Ｈ／Ｒｉ)を０．００１から０．００８までに設定した場合、転動体(玉)の表面には傷が生じなかったが、当該比率が０．００８を超えた場合、すなわち、かかる比率を０．００９以上に設定した場合、転動体(玉)の表面に傷が生じた。
【００５１】
この結果を考慮すれば、掛かり代Ｈの軌道溝半径Ｒｉに対する比率(Ｈ／Ｒｉ)は、０．００８を超えると転動体(玉)の表面に傷が生じる不都合が発生するため、この値(Ｈ／Ｒｉ＝０．００８、すなわち、Ｈ＝０．００８Ｒｉ)を上限値、つまり、掛かり代Ｈの最大公差と設定することができる。そして、この値(Ｈ＝０．００８Ｒｉ)から内方部材に対する加工のばらつき、具体的には、軌道溝(軌道面)及びカウンタボア(掛かり代部及び谷部)に対する研削加工のばらつきを差し引いた値を掛かり代Ｈの公差の最小値として設定することができる。
【００５２】
一例として、ここでは、内方部材の軌道溝(軌道面)及びカウンタボア(掛かり代部及び谷部)に対し、研削加工後にスーパーフィニッシュと呼ばれる仕上げ加工が施される場合を想定する。かかるスーパーフィニッシュは、被削面の表面に押圧力が一定となるように砥石を摺接し、当該表面を滑面加工する方法であるため、削り代(取り代)は、被削面である内方部材の軌道溝(軌道面)及びカウンタボア(掛かり代部及び谷部)の粗さなどの状態によってばらつく。
【００５３】
図３には、上述した試験に使用した内方部材の軌道溝(軌道面)及びカウンタボア(掛かり代部及び谷部)に対してスーパーフィニッシュを実施した場合における、削り代(取り代)のばらつきの一例が示されている。この場合、スーパーフィニッシュの削り代(取り代)のばらつき幅は、８．４６μｍとなった。
【００５４】
そして、このばらつき幅(８．４６μｍ)に、ダイヤモンドホイールの製作精度(図面値で、５μｍ)、指示寸法の丸めの影響(０．０１μｍ単位に丸めた場合、１０μｍ)をそれぞれ加えると(合計２３．４６μｍ)、掛かり代Ｈの公差の最小値(最小公差)は、Ｈ＝０．００４Ｒｉ程度必要となることが、上記試験により判明した。
【００５５】
なお、自動車の車輪支持軸受ユニットとして頻繁に使用される、直径が７／１６インチ(１１．１１２ｍｍ)の転動体(玉)に対し、上述したＩＳＯ２８１規格に基づいて内方部材の軌道溝の半径Ｒｉを設定した場合、掛かり代Ｈの最小公差は、０．０２３４６／(１１．１１２×０．５２)＝０．００４０６Ｒｉとなる。
【００５６】
このように、掛かり代Ｈは、その最大公差が軌道溝半径Ｒｉの０．８％(Ｈ＝０．００８Ｒｉ)、その最小公差が軌道溝半径Ｒｉの０．４％(Ｈ＝０．００４Ｒｉ)の範囲内の所定値に設定することが最適であることが、上記試験により検証できた。すなわち、掛かり代Ｈが当該所定値となる大きさで凸出した掛かり代部を内方部材のカウンタボアに設けることが、軸受ユニットの組立時における作業性、並びに回転時における転動体(玉)の乗り上げ耐性、静粛性及び転がり疲れ寿命の向上を図るために最適であることが、上記試験により検証できた。
【符号の説明】
【００５７】
２  内方部材
４  外方部材
６，８  軌道溝
１４  カウンタボア
１６  掛かり代部
Ｈ  掛かり代
Ｒｉ  軌道溝半径
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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