(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪のホイールにハブ輪の円板部を連結し、その円板部の軸心上に設けられたボス部とドライブシャフトの対向部間に第１および第２の等速ジョイントを組込み、その第１および第２の等速ジョイントのそれぞれが、外輪の球形内面と内輪の球形外面間にケージが組み込まれ、そのケージに保持されたボールが外輪の球形内面に形成されたトラック溝と内輪の球形外面に形成されたトラック溝に沿って転動可能とされた固定型等速ジョイントとされ、前記第１等速ジョイントは、内輪がドライブシャフトに連結され、外輪が第２の等速ジョイントの外輪に連結された組み込みとされ、前記第２の等速ジョイントは、外輪がナックルに支持された車輪軸受により回転自在に支持され、内輪が前記ハブ輪のボス部に連結された組み込みとされ、前記ナックルによって前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧して車輪のキャンバ角を調整する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータと、前記円板部のインボード側の側面の車両進行方向の前後部を押圧して車輪のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持したことを特徴とする車輪軸受装置。
【請求項２】
前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面に前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力が負荷される軌道輪を対向し、その軌道輪と前記円板部の対向面それぞれにハブ輪の軸心を中心とする円形の軌道溝を設け、その軌道溝間にボールを組み込んで軌道輪を回転自在に支持した請求項１に記載の車輪軸受装置。
【請求項３】
前記第２の等速ジョイントにおける外輪の開口端面に外周が凸形球面とされた球面座板を連結し、前記ハブ輪の円板部に前記球面座板の凸形球面を接触案内する凹形球面を設けた請求項１又は２に記載の車輪軸受装置。
【請求項４】
前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれが、電動モータと、その電動モータを駆動源として作動するボールねじからなり、そのボールねじのナットを電動モータで駆動し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を軸方向に移動させてハブ輪の円板部に軸力を負荷する電動式ボールねじからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車輪軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動車輪としての前輪を支持する車輪軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の直進時あるいは旋回時の走行安定性を高めるために、ステアリングホイールもしくはステアリングホイール操作に伴なって操舵される前輪と共に、車両速度と前輪転舵角の動きに合わせて後輪を操舵する機構や、後輪のトー角を調整するための機構を備えた自動車が実用化されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ステアリングホイールの操舵角（前輪転舵角）に応じて後輪を転舵する後輪転舵装置が開示されている。この後輪転舵装置は、左右の後輪のそれぞれを支持するナックルのそれぞれにトーコントロールアクチュエータを接続し、そのトーコントロールアクチュエータにより左右の後輪を支持するナックルのそれぞれを独立して制御し、前輪の転舵角に対して後輪を同位相または逆位相に転舵し、あるいは、後輪の転舵角をずらすことによりトー角を制御して、車両の直進安定性能や旋回性能を高めるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２には、左右の後輪を一体で転舵する後輪転舵装置が開示されている。この転舵装置は、車体に固定された転舵ハウジングと、その転舵ハウジングに軸方向に移動可能に支持された後輪転舵軸と、その後輪転舵軸に両端に連結された一対のタイロッドと、各タイロッドに対応するナックルアームを備え、上記後輪転舵軸を軸方向に移動させることで左右の後輪の転舵角を変化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７３１９２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１および２に記載された操舵装置は、ナックルの制御によって従動輪としての後輪のトー角をコントロールするものであって、キャンバ―角の調整については何も記載されていない。上記のようなトー角の調整のみでは、車輪が内側あるいは外側に進もうとする力が作用して直進安定性に影響を与え、その直進安定性の向上を図る上において改善すべき点が残されている。
【０００７】
通常、車輪のトー角を調整するトー角調整機構は、電動アクチュエータや油圧などによりタイロッドを介して車輪軸受装置やナックルを転舵し、その転蛇角の変化により車輪のトー角をコントロールする構成であって、車輪軸受装置は車輪と共に転蛇角を変化させるものであるため、構成が複雑で組立てに手間がかかり、その組立ての容易化を図る上においても改善すべき点が残されていた。
【０００８】
この発明の課題は、トー角およびキャンバ角を調整できるようにした組立ての容易な車輪軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、車輪のホイールにハブ輪の円板部を連結し、その円板部の軸心上に設けられたボス部とドライブシャフトの対向部間に第１および第２の等速ジョイントを組込み、その第１および第２の等速ジョイントのそれぞれが、外輪の球形内面と内輪の球形外面間にケージが組み込まれ、そのケージに保持されたボールが外輪の球形内面に形成されたトラック溝と内輪の球形外面に形成されたトラック溝に沿って転動可能とされた固定型等速ジョイントとされ、前記第１等速ジョイントは、内輪がドライブシャフトに連結され、外輪が第２の等速ジョイントの外輪に連結された組み込みとされ、前記第２の等速ジョイントは、外輪がナックルに支持された車輪軸受により回転自在に支持され、内輪が前記ハブ輪のボス部に連結された組み込みとされ、前記ナックルによって前記ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧して車輪のキャンバ角を調整する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータと、前記円板部のインボード側の側面の車両進行方向の前後部を押圧して車輪のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持した構成を採用したのである。
【００１０】
上記の構成からなる車輪軸受装置において、車輪のキャンバ角の調整に際しては、一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータの一方を作動させて、ハブ輪における円板部の上部または下部を押圧する。その押圧により、車輪におけるタイヤの設置面がタイヤ軸心よりも外側に位置するネガティブキャンバ、または、タイヤの設置面がタイヤ軸心よりも内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角調整とすることができる。
【００１１】
また、車輪のトー角調整に際しては、車両進行方向の前後に配置された一対のトー角調整用直動アクチュエータの一方を作動させてハブ輪の円板部における車両進行方向の前側部又は後側部を押圧する。その押圧により車輪が進行方向に向いて外側に傾くトーアウトのトー角調整とし、または、内側に傾くトーインのトー角調整とすることができる。
【００１２】
上記のようなキャンバ角調整やトー角調整を行うと、第２等速ジョイントの外輪と内輪が相対的に傾き、傾きをもつ状態で等速回転して、内輪からハブ輪を介して車輪に回転が伝達される。
【００１３】
この発明に係る車輪軸受装置において、ハブ輪の円板部におけるインボード側の側面に前記キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力が負荷される軌道輪を対向し、その軌道輪と前記円板部の対向面それぞれにハブ輪の軸心を中心とする軌道溝を設け、その軌道溝間にボールを組み込んで軌道輪を回転自在に支持するのが好ましい。
【００１４】
上記のように、ハブ輪の円板部に対して軌道輪をボールを介して相対回転可能に設け、その軌道輪にキャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータの軸力を負荷することにより、アクチュエータでハブ輪を直接押圧する場合に比較してハブ輪に負荷される回転抵抗を大幅に低減することができ、車輪を円滑に回転させることができる。
【００１５】
また、第２の等速ジョイントにおける外輪の開口端面に外周が凸形球面とされた球面座板を連結し、ハブ輪の円板部に上記球面座板の凸形球面を接触案内する凹形球面を設けておくのが好ましい。
【００１６】
上記のように、外輪の開口端面に球面座板を連結し、その球面座板をハブ輪の円板部に対して球面接触させることにより、車輪と共に傾くハブ輪からの偏心荷重を球面座板の凸形球面で支持することができるため、第２等速ジョイントのボールのそれぞれに作用する負荷の均等化を図り、第２等速ジョイントを円滑に作動させることができる。
【００１７】
さらに、キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれを、電動モータと、その電動モータを駆動源として作動するボールねじからなり、そのボールねじのナットを電動モータで駆動し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を軸方向に移動させてハブ輪の円板部に軸力を負荷する電動式ボールねじとするのが好ましい。
【００１８】
キャンバ角調整用直動アクチュエータおよびトー角調整用直動アクチュエータのそれぞれを電動式ボールねじとすることにより、ナットの回転抵抗が小さく、ねじ軸を円滑に軸方向に移動させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明においては、上記のように、ドライブシャフトと車輪のホイールに連結されたハブ輪との間に固定型の第１等速ジョイントと第２等速ジョイントを設け、第１等速ジョイントの内輪をドライブシャフトに連結し、外輪を第２等速ジョイントの外輪に接続して、その第２等速ジョイントの外輪をナックルに支持された車輪軸受で回転自在に支持し、第２等速ジョイントの内輪をハブ輪のボス部に連結し、上記ナックルでハブ輪の円板部におけるインボード側の側面の上下部を押圧する一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータおよび上記円板部の車両進行方向の前後部を押圧する一対のトー角調整用直動アクチュエータを支持したことにより、それぞれの直動アクチュエータの作動によって車輪のキャンバ角およびトー角を調整することができる。
【００２０】
このため、車輪のタイヤの設置面がタイヤ軸心より外側に位置するネガティブキャンバのキャンバ角の調整時にトーアウトとなるトー角調整とし、あるいは、車輪のタイヤの設置面がタイヤ軸心より内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角の調整時にトーインとなるトー角調整とすることで、車輪が進行方向に向かって傾こうとする力に反発する力を車輪に負荷することができ、車両の直進安定性を向上させることができる。
【００２１】
また、ナックルに支持された車輪軸受、その車輪軸受に支持された第２等速ジョイントおよびハブ輪が一つのユニットを形成し、第２等速ジョイントの外輪が第１等速ジョイントの外輪に連結されたものであるため、ユニットを形成する組み立て状態での組付けを可能とし、車輪軸受装置を容易に組立てることができる。また、部品の破損による交換に際しては、一つのユニットとして交換することができるため、交換作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明に係る車輪軸受装置の正面図
【図２】図１に示す車輪軸受装置部の縦断面図
【図３】図２に示す直動アクチュエータの縦断面図
【図４】車輪軸受装置の各種部品を分解して示す断面図
【図５】車輪のネガティブキャンバ状態を示す概略正面図
【図６】車輪のポジティブキャンバ状態を示す概略正面図
【図７】車輪のトーアウト状態を示す概略正面図
【図８】車輪のトーイン状態を示す概略正面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、駆動車輪としての前輪１を支持するナックル２には車体に対する連結用のアッパーアーム３とロアーアーム４が接続されている。
【００２４】
前輪１のホイール５にはハブ輪６が取り付けられている。図２に示すように、ハブ輪６は円板部７のインボード側の側面中央部に筒状のボス部８を設け、また、アウトボード側の側面にホイール５に設けられた中心孔９に圧入嵌合されるパイロット部１０を設けた構成とされている。
【００２５】
ここで、インボード側とは、ホイール５に取り付けた状態で車両の中央寄りとなる側を言い、アウトボード側とは車両の外側寄りとなる側を言う。
【００２６】
ハブ輪６と前輪１を駆動するドライブシャフト１１との間には、第１等速ジョイント１２および第２等速ジョイント２２が組み込まれている。
【００２７】
図４に示すように、第１等速ジョイント１２は、外輪１３の球形内面１４とその内側に組み込まれた内輪１５の球形外面１６間にケージ１７を組込み、そのケージ１７の周方向に等間隔に形成された複数のポケット１８のそれぞれ内部にボール１９を組込み、各ボール１９を外輪１３の球形内面１４に形成されたトラック溝２０および内輪１５の球形外面１６に形成されたトラック溝２１に沿って転動可能とされた固定型のボール等速ジョイントからなる。このボール等速ジョイントにおいては、外輪トラック溝１３の曲率中心と内輪トラック溝２０の曲率中心がジョイント中心に対して左右に等距離オフセットされて、外輪１３と内輪１５とが角度をとる状態であっても等速度での回転伝達が可能な構成とされている。
【００２８】
一方、第２等速ジョイント２２は、上記第１等速ジョイント１２と同様に、外輪２３の球形内面２４とその内側に組み込まれた内輪２５の球形外面２６間にケージ２７を組込み、そのケージ２７の周方向に等間隔に形成された複数のポケット２８のそれぞれ内部にボール２９を組込み、各ボール２９を外輪２３の球形内面２４に形成されたトラック溝３０および内輪２５の球形外面２６に形成されたトラック溝３１に沿って転動可能とされた固定型のボール等速ジョイントからなる。
【００２９】
第１等速ジョイント１２の内輪１５はドライブシャフト１１の端部に嵌合されて回り止めされている。その回り止めに際し、ここでは、内輪１５とドライブシャフト１１の嵌合をセレーションによる嵌合としている。
【００３０】
一方、第１等速ジョイント１２の外輪１３は、図２に示すように、その閉塞端が第２等速ジョイント２２の外輪２３の閉塞端と対向する同軸上の配置とされて第２等速ジョイント２２の外輪２３に連結されている。その連結に際し、ここでは、第１等速ジョイント１２における外輪１３の閉塞端にステム３２を設け、そのステム３２を第２等速ジョイント２２の外輪２３の閉塞端部に形成されたステム挿入孔３３に嵌合してセレーション歯３４の噛み合いにより回り止めしている。また、第２等速ジョイント２２の外輪２３の開口端から内部に挿入される座付きボルト３５をステム３２の軸心上に形成されたねじ孔３６にねじ込み、そのボルト３５の締め付けで外輪１３、２３同士を互いに結合している。
【００３１】
第１等速ジョイント１２の外輪１３の端部開口はドライブシャフト１１との間に取り付けられたブーツ３７により閉塞されて内部に封入されたグリースの外部への漏洩防止とされ、また、外部から外輪１３内への異物の侵入防止とされている。
【００３２】
図４に示すように、第２等速ジョイント２２における外輪２３は、ナックル２に支持された車輪軸受３８によって回転自在に支持されている。車輪軸受３８は、フランジ３９ａを外周に有し、そのフランジ３９ａがナックル２にねじ止めされた軸受外輪３９と、その軸受外輪３９の内周に形成された複列の軌道溝４０に沿って転動可能なボール４１とからなる。その車輪軸受３８による外輪２３の支持に際し、外輪２３の閉塞端部に形成された軸受支持面４２に軸受内輪４３を嵌合して固定し、その軸受内輪４３の外周および外輪２３の開口端部の外周に車輪軸受３８のボール４１が転動可能な軌道溝４４を設けている。
【００３３】
軸受外輪３９の開口両端部は、第２等速ジョイント２２の外輪２３および軸受内輪４３との間に組み込まれたシール部材４５により密閉されて内部に封入されたグリースの外部への漏洩防止とされ、かつ、外部から軸受外輪３９内への異物の侵入防止とされている。
【００３４】
一方、第２等速ジョイント２２の内輪２５は、ハブ輪６のボス部８の端面に当接されて、そのボス部８に連結されている。その連結に際し、内輪２５の軸心上にねじ孔４６を形成し、ハブ輪６のアウトボード側からボス部８内に挿入されるボルト４７を上記ねじ孔４６にねじ係合し、そのボルト４７の締め付けにより内輪２５を固定している。
【００３５】
図２に示すように、第２等速ジョイント２２の外輪２３とハブ輪６の対向部間には、ハブ輪６から第２等速ジョイント２２の複数のボール２９に偏荷重が負荷されるのを防止する調心機構４８が設けられている。
【００３６】
調心機構４８は、外輪２３の開口端面に球面座板４９をねじ止めし、その球面座板４９の外周に形成された凸形球面５０をハブ輪６の円板部７に形成された凹形球面５１に球面接触させ、ハブ輪６と内輪２５が相対的に角度をとって回転する際に、ハブ輪６の凹形球面５１を凸形球面５０で接触案内して、ハブ輪６からの偏荷重を球面座板４９の凸形球面５０で受け、複数のボール２９に偏荷重が負荷されるのを防止している。
【００３７】
ハブ輪６における円板部７の外径寄りのインボード側には軌道輪５２が対向配置され、その軌道輪５２と円板部７の対向面それぞれにハブ輪６の軸心を中心とする円形の軌道溝５３、５４が設けられ、その軌道溝５３、５４間にボール５５が組み込まれて軌道輪５２とハブ輪６が相対的に回転自在とされている。
【００３８】
図５および図６に示すように、ナックル２には、軌道輪５２のインボード側の側面の上部および下部を押圧して前輪１のキャンバ角を調整する上下一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータ５６が設けられている。また、ナックル２には、図７および図８に示すように、軌道輪５２のインボード側の側面の車両進行方向の前部および後部を押圧して前輪１のトー角を調整する一対のトー角調整用直動アクチュエータ５７が支持されている。
【００３９】
キャンバ角調整用直動アクチュエータ５６およびトー角調整用直動アクチュエータ５７として、ここでは、図３に示す電動式ボールねじを採用している。この電動式ボールねじ６０は、電動モータ６１と、その電動モータ６１を駆動源として作動するボールねじ６２からなる。
【００４０】
電動モータ６１は、ナックル２にねじ止めされたモータケース６３の内径面でステータ６４を支持し、そのステータ６４内にロータ６５を組み込んだ構成とされている。一方、ボールねじ６２は、電動モータ６１のロータ６５内に組み込まれたナット６６と、そのナット６６にボール６７を介してねじ係合するねじ軸６８とからなり、上記ナット６６を電動モータ６１で回転させてねじ軸６８を軸方向に移動させ、そのねじ軸６８の先端部に形成された球形の押圧子６９で軌道輪５２を押圧するようにしている。
【００４１】
なお、ねじ軸６８を軌道輪５２に向けて円滑に移動させるため、ねじ軸６８を弾性部材７０によって軌道輪５２に向けて付勢している。
【００４２】
図２に示すように、ハブ輪６の円板部７と軌道輪５２の対向面間の外周部にはシール部材５８が組み込まれてグリースの外部への漏洩防止とされている。また、軌道輪５２と車輪軸受３８の軸受外輪３９間はブーツ５９の取り付けにより閉塞されてグリースの外部への漏洩防止とされ、かつ、外部から内部への異物の侵入防止とされている。
【００４３】
実施の形態で示す車輪軸受装置は上記の構造からなり、前輪１のキャンバ角の調整に際しては、図１に示す一対のキャンバ角調整用直動アクチュエータ５６の一方を作動させる。いま、下部のキャンバ角調整用直動アクチュエータ５６の作動によりねじ軸６８を軌道輪５２に向けて移動させると、上記ねじ軸６８が軌道輪５２の下部を押圧し、その押圧により前輪１に傾きが生じて、図５に示すように、前輪１は、タイヤの設置面Ｐが前輪軸心Ｌより外側に位置するネガティブキャンバのキャンバ角調整とされる。
【００４４】
一方、図１に示す上部のキャンバ角調整用直動アクチュエータ５６を作動させてねじ軸６８を軌道輪５２に向けて移動させると、上記ねじ軸６８が軌道輪５２の上部を押圧し、その押圧により前輪１に傾きが生じて、図６に示すように、前輪１は、タイヤの設置面Ｐが前輪軸心Ｌより内側に位置するポジティブキャンバのキャンバ角調整とされる。
【００４５】
また、車両進行方向の前後に配置された一対のトー角調整用直動アクチュエータ５７のうち、車両進行方向の前側に配置されたトー角調整用直動アクチュエータ５７を作動させると、ねじ軸６８が軌道輪５２の車両進行方向の前部を押圧し、その押圧により前輪１に傾きが生じて、図７に示すように、前輪１は車両進行方向の前部が外側に傾くトーアウトのトー角調整とされる。
【００４６】
一方、車両進行方向の前側に配置されたトー角調整用直動アクチュエータ５７を作動させると、ねじ軸６８が軌道輪５２の車両進行方向の後部を押圧し、その押圧により前輪１に傾きが生じて、図８に示すように、前輪１は車両進行方向の前部が内側に傾くトーインのトー角調整とされる。
【００４７】
上記のようなキャンバ角調整やトー角調整を行うと、第２等速ジョイント２２の外輪２３と内輪２５が相対的に傾き、傾きをもつ状態で等速回転して、内輪２５からハブ輪６を介して前輪１に回転が伝達される。
【００４８】
ここで、図５に示すように、前輪１がネガティブキャンバとされる場合、前輪１は進行方向に向かって内側に進もうとする力が働くことになる。その場合、図７に示すように、前輪１をトーアウトとなるトー角調整とすることで、前輪１に進行方向に向かって外側に進もうとする力が働き、ネガティブキャンバ時の前輪１に作用する力を相殺することになって車両は直進状態を維持し、直進安定性を向上させることができる。
【００４９】
また、図６に示すように、前輪１がポジティブキャンバとされる場合、前輪１は進行方向に向かって外側に進もうとする力が働くことになる。その場合、図８に示すように、前輪１をトーインとなるトー角調整とすることで、前輪１に進行方向に向かって内側に進もうとする力が働いて、ポジティブキャンバ時の前輪１に作用する力を相殺することになり、車両は直進状態を維持し、直進安定性を向上させることができる。
【００５０】
図２に示すように、ハブ輪６にボール５５を介して相対回転可能に支持された軌道輪５２をキャンバ角調整用直動アクチュエータ５６およびトー角調整用直動アクチュエータ５７のねじ軸６８で押圧することにより、直動アクチュエータ５６、５７のそれぞれでハブ輪６を直接押圧する場合に比較して、ハブ輪６に負荷される回転抵抗が大幅に低減し、前輪１を円滑に回転させることができる。
【００５１】
また、図４に示す分解正面図において、球面座板４９に設けられたねじ止め用のボルト８０を外輪２３の開口端面に形成されたねじ孔８１にねじ込んで締め付けることにより、ハブ輪６、球面座板４９、第２等速ジョイント２２および車輪軸受３８が一つのユニットを形成し、そのユニットを形成する状態で車輪軸受装置の組立てとすることができるため、車輪軸受装置を容易に組立てることができる。また、ユニットの状態で分解することができるため、部品の破損による交換も容易に行うことができる。
【００５２】
なお、実施の形態では、車輪軸受装置によって前輪１を支持したが、車輪軸受装置によって支持される車輪は前輪に限定されず、後輪であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１    前輪（車輪）
２    ナックル
５    ホイール
６    ハブ輪
７    円板部
８    ボス部
１１  ドライブシャフト
１２  第１等速ジョイント
１３  外輪
１４  球形内面
１５  内輪
１６  球形外面
１７  ケージ
１９  ボール
２０  トラック溝
２１  トラック溝
２２  第２等速ジョイント
２３  外輪
２４  球形内面
２５  内輪
２６  球形外面
２７  ケージ
２９  ボール
３０  トラック溝
３１  トラック溝
３８  車輪軸受
４９  球面座板
５０  凸形球面
５１  凹形球面
５２  軌道輪
５３  軌道溝
５４  軌道溝
５５  ボール
５６  キャンバ角調整用直動アクチュエータ
５７  トー角調整用直動アクチュエータ
６１  電動モータ
６２  ボールねじ
６６  ナット
６８  ねじ軸
【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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