(57)【要約】【課題】剛性および寿命の優れた車軸用軸受装置を提供する。【解決手段】内周部に２列の外輪軌道１１ａ、１１ｂが形成された外輪１０と、軸方向一方側端部に半径方向外方に拡径して延在するハブフランジ２３、他方端部に縮径して軸方向に延在する内輪嵌合部２２、ハブフランジ２３と内輪嵌合部２２の中間の中央外周部に内輪軌道２１が形成されたハブ軸２０と、外周面の軸方向中央に内輪軌道３１が形成され、ハブ軸２０の内輪嵌合部２２に外嵌装着された内輪３０と、外輪１０の一方の外輪軌道１１ｂとハブ軸２０の内輪軌道２１の間、および外輪１０の他方の外輪軌道１１ａと内輪３０の内輪軌道３１の間で転動する２列の複数の転動体４０と、を有する車軸用軸受装置１であって、ハブ軸２０の材料の線膨張係数は外輪１０の材料の線膨張係数より小さく、内輪３０の材料の線膨張係数は外輪１０の材料の線膨張係数より大きい。【選択図】図１
2015021600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に２列の外輪軌道が形成された外輪と、
軸方向一方側端部に半径方向外方に拡径して延在するハブフランジ、他方端部に縮径して軸方向に延在する内輪嵌合部、前記ハブフランジと前記内輪嵌合部の中間の中央外周部に内輪軌道が形成されたハブ軸と、
外周面の軸方向中央に内輪軌道が形成され、前記ハブ軸の前記内輪嵌合部に外嵌装着された内輪と、
前記外輪の一方の外輪軌道と前記ハブ軸の内輪軌道の間、および前記外輪の他方の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間、で転動する２列の複数の転動体と、を有する車軸用軸受装置であって、
前記ハブ軸の材料の線膨張係数は、前記外輪の材料の線膨張係数より小さく、前記内輪の材料の線膨張係数は、前記外輪の材料の線膨張係数より大きいことを特徴とする車軸用軸受装置。
【請求項２】
前記外輪の材料の材料が炭素鋼であり、前記ハブ軸の材料がマルテンサイト系ステンレス鋼であり、前記内輪の材料が軸受鋼であることを特徴とする請求項１に記載の車軸用軸受装置。
【請求項３】
前記ハブ軸の内輪軌道の直径が、前記内輪の内輪軌道の直径より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車軸用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等の車輪を支持する車軸用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ハブユニットと称される自動車等の車両の車輪を支持する車軸用軸受装置は、ホイールやブレーキドラムが取付けられるハブ軸、ナックル等車両側部品に固定される外輪、ハブ軸に外嵌された内輪、前記外輪と前記ハブ軸の間および前記外輪と前記内輪の間に配置された２列の複数の転動体で構成されている。
前記外輪と前記ハブ軸と一方の１列の前記複数の転動体との間、および、前記外輪と前記内輪と他方の１列の前記複数の転動体との間には、内部すきま、または予圧が与えられている。
【０００３】
運転時の軸受装置の内部すきま、および予圧は、軸受装置の剛性、寿命ひいては車両の性能に大きく影響する。過大な内部すきまは、剛性の低下をまねき、車両の走行安定性を損なう。過大な予圧は軸受装置の過大負荷や過大昇温をまねき、軸受装置の寿命低下、車両の燃費悪化が生じる。
【０００４】
運転時の、適正な内部すきま、から、適正な予圧の範囲を確保するため、初期の軸受の内部すきま、または予圧は、構成する各部品の運転時の熱収縮量および熱膨張量を考慮して設定されている。各部品の熱収縮量および熱膨張量は、各部品の線膨張係数、寸法、運転状態における各部品の推定温度から求めることができる。しかし、前記の各部品の推定温度は推定する運転条件によって大きく異なり、運転条件が推定した運転条件と異なる場合、過大な内部すきま、および過大な予圧が発生することがある。
【０００５】
運転時の内輪の昇温が他の部品より大きいと想定して、運転時の内部すきまが、過小になるのを防止するため、軸体すなわちハブ軸の線膨張係数を内輪の線膨張係数より大きくした、車軸用軸受装置を含む転がり軸受装置がある。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１―５２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、連続した急旋回走行の場合、車両のアウトボード側の軌道の昇温が極端に大きくなる。また、山岳路における連続下降路等での連続ブレーキ操作の場合は、ハブ軸の昇温が極端に大きくなる。このような状況においては、特許文献１に記載の転がり軸受装置は、ハブ軸の熱膨張量が他部品の熱膨張量より大きくなり、過大予圧が生じることが考えられる。
【０００８】
また、低温時においては、ハブ軸の熱収縮が他部品の熱収縮量より大きく、内部すきまが、過大になることが考えられる。さらに、定常運転において、昇温後、各部品の温度が平衡状態となった場合も、ハブ軸の熱膨張量が、他部品の熱膨張量より大きくなり、過大予圧が生じることが考えられる。
【０００９】
この発明の目的は、運転時の温度変化による、過大な内部すきま、および過大な予圧を回避し、剛性および寿命の優れた車軸用軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、内周部に２列の外輪軌道が形成された外輪と、軸方向一方側端部に半径方向外方に拡径して延在するハブフランジ、他方端部に縮径して軸方向に延在する内輪嵌合部、前記ハブフランジと前記内輪嵌合部の中間の中央外周部に内輪軌道が形成されたハブ軸と、外周面の軸方向中央に内輪軌道が形成され、前記ハブ軸の前記内輪嵌合部に外嵌装着された内輪と前記外輪の一方の外輪軌道と前記ハブ軸の内輪軌道の間、および前記外輪の他方の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間、で転動する２列の複数の転動体とを有する車軸用軸受装置であって、前記ハブ軸の材料の線膨張係数は、前記外輪の材料の線膨張係数より小さく、前記内輪の材料の線膨張係数は前記外輪の材料の線膨張係数より大きいことである。
【００１１】
上記構成によると、前記外輪の材料の線膨張係数を基準に、前記ハブ軸の材料の線膨張係数が小さく、前記内輪の材料の線膨張係数が大きい。この結果、両内輪軌道の熱膨張量の和は、前記外輪の両列の前記外輪軌道の熱膨張量に近く、あらゆる温度変化に対して、内部すきまの変化が小さい。
【００１２】
特に、連続した急旋回走行によってアウトボード側の軌道の昇温が極端に大きくなる場合や、山岳路における連続下降路等で連続ブレーキ操作によるハブ軸の昇温が極端に大きくなる場合において、アウトボード側の軌道を有する前記ハブ軸の熱膨張量が従来の車輪用軸受装置にくらべ確実に小さくなる。すなわち、運転中に種々の温度変化が生じても、過大な内部すきま、および過大な予圧の発生を回避することができる。
【００１３】
上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記外輪の材料が炭素鋼であり、前記ハブ軸の材料がマルテンサイト系ステンレス鋼であり、前記内輪の材料が軸受鋼であることである。
【００１４】
上記構成によると、材料の調達が容易であり、かつ軸受としての寿命等の性能を確保したうえで、昇温による、過大内部すきま、および過大予圧を回避し、寿命の低下を抑えることができる。
【００１５】
上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記ハブ軸の内輪軌道の直径が、前記内輪の内輪軌道の直径より大きいことである。
【００１６】
前記ハブ軸の内輪軌道の直径が、前記内輪の内輪軌道の直径より大きさが大きく、外輪の線膨張係数と、ハブ軸の線膨張係数が等しい場合、前記ハブ軸の内輪軌道の直径と前記内輪の内輪軌道の直径とが等しい場合に比べ、ハブ軸の内輪軌道の熱膨張量や熱収縮量が、おおきくなる。上記構成によると、直径の大きい内輪軌道を有する前記ハブ軸の材料の線膨張係数が小さいことにより、ハブ軸の内輪軌道の温度変化による、熱膨張量や熱収縮量が減少し、内部すきまの変化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、運転中の温度変化による、過大内部すきま、および過大予圧を回避し、剛性および寿命の優れた車軸用軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第1の実施形態の車軸用軸受装置の軸方向の断面図である。
【図２】本発明の第1の実施形態の車軸用軸受装置と関係を説明する説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の車軸用軸受装置の軸方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。図１、図２、図３において左側はアウトボード側、右側はインボード側を示す。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第1の実施形態の車軸用軸受装置の軸方向の断面図である。
図１における車軸用軸受装置１は外輪１０と、ハブ軸２０と、内輪３０と、転動体としての２列の複数の玉４０と、２個の保持器５０を有する。
【００２１】
外輪１０はＳ５５Ｃ等の炭素鋼からなる環体で、インボ−ド側端部に半径方向外方に拡径して、車軸用軸受装置１を車体８０に取付けるための固定フランジ１２を有し、固定フランジ１２には固定用ボルト８１が貫通する複数の通し穴１３が設けられている。外輪１０のインボード側の内周部には、インボード側外輪軌道１１ａ、アウトボード側の内周部にはアウトボード側外輪軌道１１ｂが形成されている。
【００２２】
ハブ軸２０はＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、軸方向中央の外周部に内輪軌道２１、アウトボード側端部の外周面に半径方向外方に拡径して、車輪６０が取付けられるハブフランジ２３を有し、ハブフランジ２３には車輪６０を固定する複数のハブボルト６１が埋め込まれている。ハブ軸２０の内輪軌道２１からインボード側に径方向に縮径する嵌合部側面２４、嵌合部側面２４から軸線方向インボード側に延在して内輪嵌合部２２が形成されている。
【００２３】
内輪３０はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる環体で、軸方向中央の外周部に内輪軌道３１が形成され、内周部に内輪軌道３１と同心の内径面３２を有している。また、内径面３２のインボード側の端部から直径方向外方に向けて大端面３３、アウトボード側の端部から直径方向外方に向けて小端面３４が延在している。
【００２４】
内輪３０は小端面３４をハブ軸２０の嵌合部側面２４に当接してハブ軸２０の内輪嵌合部２２に外嵌装着されている。さらに、ハブ軸２０の端部には筒状の端部を直径方向外方に屈曲変形させて内輪３０の大端面３３に押し付け、内輪３０の抜け止めを行うかしめ部２５が形成されている。
【００２５】
２列の複数の転動体としての玉４０はそれぞれ保持器５０に円周方向に所定の間隔に保持されて、前記外輪１０のインボード側外輪軌道１１ａと前記内輪３０の内輪軌道３１の間、および、前記外輪１０のアウトボード側外輪軌道１１ｂと前記ハブ軸２０の内輪軌道２１の間を転動する。２列の複数の玉４０とインボード側外輪軌道１１ａ、アウトボード側１１ｂと内輪軌道２１、３１のそれぞれの寸法を適正に設定することにより、車軸用軸受装置１には若干の予圧が設定されている。
【００２６】
図２は車軸用軸受装置１と周辺の部品との位置関係を説明する説明図である。
図２において、車軸用軸受装置１は外輪１０の固定フランジ１２が車体８０に固定用ボルト８１で固定され、ハブ軸２０のハブフランジ２３に車輪６０とブレーキディスク７０とが、ハブボルト６１とハブナット６２で固定されている。すなわち、車軸用軸受装置１は車輪６０とブレーキディスク７０を車体８０に対し、回転自在に支えている。
【００２７】
以下図１、図２に基づき本発明における車軸用軸受装置１の作用、効果について説明する。
ここで、ハブ軸２０の材料であるＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼の線膨張係数は１０〜１１×１０−６／℃であり、外輪１０の材料であるＳ５５０Ｃ等の炭素鋼の線膨張係数は１１〜１２×１０−６／℃であり、内輪３０の材料であるＳＵＪ２等の軸受鋼の線膨張係数は１２〜１３×１０−６／℃である。すなわち、ハブ軸２０の材料の線膨張係数は、外輪１０の材料の線膨張係数にくらべ約１０％小さく、内輪３０の材料の線膨張係数は、外輪１０の材料の線膨張係数にくらべ約１０％大きい。
【００２８】
すなわち、外輪１０の材料の線膨張係数を基準に、ハブ軸２０の材料の線膨張係数が小さく、内輪３０の材料の線膨張係数が大きい。この結果、ハブ軸２０の内輪軌道２１と内輪３０の内輪軌道３１の熱膨張量の和は、外輪１０のインボード側外輪軌道１１ａ，アウトボード側１１ｂの熱膨張量に近い。このため、通常の車両の運転によって昇温し、外輪１０、ハブ軸２０、内輪３０の温度が平衡に達した場合の予圧量の変化は、外輪１０、ハブ軸２０、内輪３０が同一材料である場合と略同等である。
【００２９】
つぎに、山岳路における連続した急旋回走行と、連続下降路での連続ブレーキ操作の場合について述べる。急旋回走行の場合、旋回の外方の車輪６０に軸線方向の大きな荷重が作用し、この荷重は主に、車軸用軸受装置１のアウター側の外輪軌道１１ｂ、ハブ軸２０の内輪軌道２１およびアウター側列の複数の玉４０に負荷される。
【００３０】
連続した急旋回走行の場合、この高負荷のもとでの転動によって、外輪１０の外輪軌道１１ｂ、ハブ軸２０の内輪軌道２１およびアウター側列の複数の玉４０に大きな昇温が生じ、外輪１０、ハブ軸２０の温度は上昇する。しかし、外輪１０は車体８０に密着して固定されているため、外輪１０の昇温は車体８０に吸収され、ハブ軸２０の温度は外輪１０の温度より高くなる。また、連続下降路での連続ブレーキ操作の場合、ブレーキディスク７０は極端な高温になることがある。このときブレーキディスク７０が密着して固定されているハブ軸２０に大きな昇温が生じ、ハブ軸２０の温度は外輪１０の温度より高くなる。
【００３１】
前述の如く、ハブ軸２０の温度が外輪１０の温度より高くなると、ハブ軸２０の熱膨張量が外輪１０の熱膨張量より大きくなり、寸法と接触状態の関係で、径方向の膨張量の差の影響が軸線方向の膨張量の差の影響より大きいことから、予圧は増加する。さらに、ハブ軸２０の温度が外輪１０の温度より高くなると、過大な予圧が発生することがある。
【００３２】
前述のごとく昇温して、ハブ軸２０の温度が外輪１０の温度より高くなった場合、ハブ軸２０の材料の線膨張係数が外輪１０の材料の線膨張係数より小さい車軸用軸受装置１においては、ハブ軸２０の熱膨張量と外輪１０の熱膨張量の差は、ハブ軸２０と外輪１０が同一材料である場合にくらべ約１０％小さくなる。すなわち、車軸用軸受装置１においては、ハブ軸２０の昇温による予圧の増加が約１０％減少し、過大な予圧による、寿命の低下、および摩擦トルクの増加による車両の燃費悪化が軽減される。
【００３３】
さらに、寒冷地において、車軸用軸受装置１のアウトボード側が低温に晒される場合、ハブ軸２０の温度は外輪１０の温度より低くなる。この時、ハブ軸２０の熱収縮量が外輪１０の熱収縮量より大きくなり、予圧の低下が生じ、極端な低温に晒される場合、予圧が抜けてしまうことがある。しかし、車軸用軸受装置１においては、前述の熱膨張量の差と同様、ハブ軸２０の熱収縮量と外輪１０の熱収縮量の差は、ハブ軸２０と外輪１０が同一材料である場合にくらべ約１０％小さい。すなわち、車軸用軸受装置１においては、ハブ軸２０の温度低下による予圧の減少が約１０％減少し、予圧抜けによる、剛性の低下が軽減する。
【００３４】
上述のごとく、第１の実施形態の車軸用軸受装置１は、種々の運転条件において、昇温による過大な予圧を回避でき、従来製品に対し寿命が向上し、車両の燃費低下を防止できる。また、低温条件においては、予圧抜けによる剛性の低下を防止でき、走行安定性が向上する。
【００３５】
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態の車軸用軸受装置１００の断面図である。第２の実施形態の車軸用軸受装置１００の材料、基本構造および用途は本発明の第１の実施形態の車軸用軸受装置１と同様であり、アウトボード側の外輪軌道、内輪軌道および転動体のピッチ円の直径のみが本発明の第１の車軸用軸受装置１の構成と異なる。第１の実施形態の車軸用軸受装置１と共通の部品については同一符号を付し説明を省略する。また、共通の構成、作用効果については説明を省略することにし、第１の実施形態の車軸用軸受装置１と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行う。
【００３６】
図３において、車軸用軸受装置１００は外輪１０の固定フランジ１２が車体８０に固定用ボルト８１で固定され、ハブ軸２０のハブフランジ２３と車輪６０およびブレーキディスク７０がハブボルト６１とハブナット６２で固定されている。すなわち、車軸用軸受装置１００は車輪６０を車体８０に対し、回転自在に支えている。外輪１０のインボード側の内周部には、インボード側外輪軌道１１ａ、アウトボード側の内周部にはアウトボード側外輪軌道１１１ｂが形成されている。ここで、アウトボード側外輪軌道１１１ｂの直径はインボード側外輪軌道１１ａの直径より大きく形成されている。
【００３７】
ハブ軸２０は軸方向中央の外周部に内輪軌道１２１、アウトボード側端部の外周面に半径方向外方に拡径して、車輪６０が取付けられるハブフランジ２３を有し、ハブフランジ２３には車輪６０を固定する複数のハブボルト６１が埋め込まれている。ハブ軸２０の内輪軌道１２１からインボード側に径方向に縮径する嵌合部側面２４、嵌合部側面２４から軸線方向インボード側に延在して内輪嵌合部２２が形成されている。ここでハブ軸２０の内輪軌道１２１の直径は内輪３０の内輪軌道３１の直径より大きく形成されている。
【００３８】
２列の複数の転動体としての玉４０はそれぞれ保持器５０に円周方向に所定の間隔に保持されて、前記外輪１０のインボード側外輪軌道１１ａと前記内輪３０の内輪軌道３１の間、および、前記外輪１０のアウトボード側外輪軌道１１１ｂと前記ハブ軸２０の内輪軌道１２１の間を転動する。ここで、アウトボード側列の複数の玉４０のピッチ円直径ＰＣＤｂはインボード側列の複数の玉４０のピッチ円直径ＰＣＤａより大きく構成されている。
【００３９】
車軸用軸受装置１００においては、内輪軌道３１より直径の大きい内輪軌道１２１を有するハブ軸２０の熱膨張量や熱収縮量は大きい。しかし、ハブ軸２０材料の線膨張係数が外輪１０の線膨張係数より小さいことによる、ハブ軸２０の温度変化による、熱膨張量や熱収縮量の減少による予圧抜けや、過大予圧を抑える効果は、車軸用軸受装置１における効果にくらべ大きい。
【００４０】
第１、第２の実施形態における車軸用軸受装置１、１００は初期の状態で、若干の予圧が設定されているが、本発明では、初期の状態で内部隙間を有する車軸用軸受装置であっても良い。
【００４１】
第１、第２の実施形態における車軸用軸受装置１、１００は複数の転動体は玉であるが、本発明では、転動体が円すいころ等のころである車軸用軸受装置であっても良い。
【００４２】
第１、第２の実施形態における車軸用軸受装置１、１００はハブ軸２０、１２０が中実である従動輪用の車軸用軸受装置であるが、他の実施形態として、車軸用軸受装置はハブ軸にスプライン等の駆動伝達手段が形成された駆動輪用の車軸用軸受装置であっても良い。
【００４３】
本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは当然である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１００                  ‥  車軸用軸受装置
１０                        ‥  外輪
１１ａ、１１ｂ、１１１ｂ    ‥  外輪軌道
２０                        ‥  ハブ軸
２１、３１、１２１          ‥  内輪軌道
２２                        ‥  内輪嵌合部
２３                        ‥  ハブフランジ
３０                        ‥  内輪
４０                        ‥  玉（転動体）
６０                        ‥  車輪
７０                        ‥  ブレーキディスク
８０                        ‥  車体
【図１】
2015021600.tif 000003
【図２】
2015021600.tif 000004
【図３】
2015021600.tif 000005