(57)【要約】【課題】小型軽量化を図った車輪用軸受装置を高負荷条件下で使用しても、早期に表層剥離等の不具合が発生するのを防止して、車輪用軸受装置の寿命を延ばすこと。【解決手段】本発明の車輪用軸受装置は、内径側に略円すい面状に形成された複列の軌道面を有する外輪１０と、外輪１０の軌道面１１に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面２１を有する内輪２０又は車輪取付け用のハブ５０と、内外輪軌道面間に配設された複列の円すいころ３０と、各列の円すいころ３０を周方向に所定の間隔を隔てて保持する一対の保持器４０とを有する車輪用軸受装置において、内外軌道面１１、２１の各々の大径側端部と小径側端部にカットクラウニング１１ｂ，１１ｃ，２１ｂ，２１ｃを形成するとともに、前記大径側カットクラウニング１１ｂ，２１ｂのクラウニング量を小径側カットクラウニング１１ｃ，２１ｃのクラウニング量よりも大きくしたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径側に略円すい面状に形成された複列の軌道面を有する外輪と、外輪の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する内輪又は車輪取付け用のハブと、内外輪軌道面間に配設された複列の円すいころと、各列の円すいころを周方向に所定の間隔を隔てて保持する一対の保持器とを有する車輪用軸受装置において、内外軌道面の各々の大径側端部と小径側端部にカットクラウニングを形成するとともに、前記大径側カットクラウニングのクラウニング量を小径側カットクラウニングのクラウニング量よりも大きくしたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
外輪の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する一対の内輪を有し、外輪及び内輪のいずれか一方がハブ又はハブが取付けられるフランジと一体に構成され、他方が車体に固定されることを特徴とする請求項１の車輪用軸受装置。
【請求項３】
外輪の一方の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する車輪取付け用のハブと、外輪の他方の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有し前記ハブに嵌合される内輪とを有することを特徴とする請求項１の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複列円すいころ軸受構造を有する車輪用軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪用軸受装置として、内径側に略円すい面状に形成された複列の軌道面を有する外輪と、外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する一対の内輪と、外輪軌道面及び内輪軌道面の間に配設された複列の円すいころと、各列の円すいころを周方向に所定の間隔を隔てて保持する一対の保持器とを具備した複列円すいころ軸受をベースとし、外輪及び内輪のいずれか一方を車輪取付用のハブと一体に構成し、他方を車体に固定するように構成したものがある。車輪用軸受装置は、外輪をハブと一体に構成し、主として従動輪用として使用される外輪回転タイプと、内輪をハブと一体に構成し、駆動軸及び従動輪のいずれにも使用可能な内輪回転タイプに大別される。なお、車輪用軸受装置としては、一対の内輪のうち一方をハブと一体成形し、他方をハブに嵌合したものもある。
【０００３】
この種の車輪用軸受装置は、回転時に車体荷重や積載荷重等の高荷重が負荷されると、外輪の軸線方向と内輪の軸線方向に僅かな角度差が生じ、外輪軌道面及び内輪軌道面と円すいころの軌道面との接触部にエッジロード（端部集中荷重）が発生する。エッジロードが発生すると、外輪軌道面や内輪軌道面に周方向の傷が付き、場合によってはこの傷から表層剥離などの表面損傷が生じることもある。
【０００４】
従来は、外輪軌道面、内輪軌道面又はころ転動面にクラウニングを形成することで、エッジロード及び軌道面中央部の面圧増加を防止している。クラウニングとは、外輪軌道面、内輪軌道面又はころ転動面にわずかな膨らみをもたせることをいう。クラウニングには、軌道面と転動面の接触部の母線方向全域に亘って形成されるフルクラウニングや、接触部の端部に形成されるカットクラウニングなどがある。
【０００５】
複列円すいころ軸受の場合、外輪軌道面及びころ転動面にフルクラウニングを設ける一方、内輪軌道面の両端部にカットクラウニングを設けることが一般的である（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、内輪軌道面の母線方向中央部に部分的なクラウニング（以下、パーシャルクラウニングという。）を形成し、さらにパーシャルクラウニングの両側にカットクラウニングを設けたものが開示されている。内輪軌道面の大径側に形成されるカットクラウニング（以下、大径側カットクラウニングという。）と小径側に形成されるカットクラウニング（以下、小径側カットクラウニングという。）は非対称とするのが一般的で、内輪軌道面の小径側よりも大径側の面圧が高くなることから、大径側カットクラウニングのクラウニング量を小径側カットクラウニングよりも大きく設定している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２７０５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、外輪及び円すいころよりも内輪に表層剥離等の不具合が生じやすい傾向があることから、内輪軌道面の両端部にのみカットクラウニングを設け、外輪軌道面及びころ転動面にはフルクラウニングを設けている。
【０００８】
近年、自動車の軽量化に伴い車輪用軸受装置の小型軽量化が要望されている。しかし、車輪用軸受装置を小型かつ軽量なものとし、上記の如く内輪軌道面にのみカットクラウニングを設けると、高負荷使用条件下で、外輪軌道面に過大なエッジロードが発生し外輪軌道面に表層剥離等の不具合が生じやすくなる。また、外輪軌道面に生じたエッジロードの反作用により、内輪軌道面の面圧が著しく増加し、内輪軌道面に表層剥離等の不具合が生じやすくなることも懸念される。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、外輪軌道面及び内輪軌道面に過大なエッジロードが発生するのを防止して、車輪用軸受装置の寿命を延ばすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車輪用軸受装置は、上記課題を解決するため、内径側に略円すい面状に形成された複列の軌道面を有する外輪と、外輪の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する内輪又は車輪取付け用のハブと、内外輪軌道面間に配設された複列の円すいころと、各列の円すいころを周方向に所定の間隔を隔てて保持する一対の保持器とを有する車輪用軸受装置において、内外軌道面の各々の大径側端部と小径側端部にカットクラウニングを形成するとともに、前記大径側カットクラウニングのクラウニング量を小径側カットクラウニングのクラウニング量よりも大きくしたことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
上記の車輪用軸受装置は、外輪の複列の軌道面及び一対の内輪の各軌道面にカットクラウニングを設け、各々の大径側カットクラウニングのクラウニング量を小径側カットクラウニングのクラウニング量よりも大きくしてあるので、外輪軌道面及び内輪軌道面にエッジロードが生じ難くなる。これにより、外輪軌道面及び内輪軌道面に負荷される面圧が軽減されるから、外輪軌道面又は内輪軌道面のいずれか一方に負荷された面圧の反作用によって他方の面圧が著しく増加することを抑制することができる。
【００１２】
本発明の車輪用軸受装置は、外輪の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する一対の内輪を使用する場合、外輪及び内輪のいずれか一方をハブ又はハブが取付けられるフランジと一体に構成し、他方を車体に固定することができる。
【００１３】
また、本発明の車輪用軸受装置は、外輪の一方の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有する車輪取付け用のハブと、外輪の他方の軌道面に対向するように外径側に略円すい面状に形成された軌道面を有し前記ハブに嵌合される内輪とを具備することができる（請求項３）。
【００１４】
上記の車輪用軸受装置も、外輪の複列の軌道面、ハブ軌道面及び内輪軌道面にカットクラウニングを設け、各々の大径側カットクラウニングのクラウニング量を小径側カットクラウニングのクラウニング量よりも大きくしてあるので、外輪軌道面、ハブ軌道面及び内輪軌道面にエッジロードが生じ難くなる。これにより、外輪軌道面、ハブ軌道面及び内輪軌道面に負荷される面圧が軽減されるから、外輪軌道面又はハブ軌道面のいずれか一方、或いは外輪軌道面又は内輪軌道面のいずれか一方に負荷された面圧の反作用によって他方の面圧が著しく増加することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は前述の如く、外輪軌道面及び内輪軌道面にエッジロードが発生するのを抑制すると共に、外輪軌道面又は内輪軌道面のいずれか一方に負荷された面圧の反作用によって他方の面圧が著しく増加するのを抑制するようにしたから、外輪軌道面及び内輪軌道面に表層剥離等の不具合が生じ難くなり、車輪用軸受装置の寿命を延ばすことができる。
【００１６】
また、本発明は前述の如く、外輪軌道面、ハブ軌道面及び内輪軌道面にエッジロードが発生するのを抑制すると共に、外輪軌道面又はハブ軌道面のいずれか一方、或いは外輪軌道面又は内輪軌道面のいずれか一方に負荷された面圧の反作用によって他方の面圧が著しく増加するのを抑制するようにしたから、外輪軌道面、ハブ軌道面及び内輪軌道面に表層剥離等の不具合が生じ難くなり、車輪用軸受装置の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す軸線方向断面図で、本発明を内輪回転の駆動軸・従動輪共用タイプの車輪用軸受装置に適用した場合の一例を示している。この車輪用軸受装置は、外輪１０、一対の内輪２０，２０、複数の円すいころ３０，３０，…、一対の保持器４０，４０、および、ハブ５０を主要な構成要素としている。
【００１９】
外輪１０は、内径側に略円すい面状に形成された複列の軌道面１１，１１を有する。各軌道面１１，１１の軸線方向外側には、シール部材１２，１２を内嵌固定してある。外輪１０の外径側には、半径方向外側へ延在するタブ１３を設けてある。タブ１３には、車体の軸受ケース１に対してボルト固定するためにボルト孔１４を形成してある。この外輪１０は、車体の軸受ケース１に内嵌され、軸受ケース１の環状端面に形成されたボルト孔２とタブ１３のボルト孔１４を位置合せしてボルト３によって固定される。これにより、軸受ケース１に対する外輪１０の周方向のガタを防止している。
【００２０】
一対の内輪２０は、それぞれの外径側に、外輪１０の軌道面１１と対向するように、略円すい面状に形成された軌道面２１を有する。各内輪２０，２０の軌道面２１，２１の両側には、円すいころ３０を保持するために、それぞれ大鍔部２２及び小鍔部２３を設けてある。大鍔部２２の外径側には、外輪１０及び内輪２０間の両端開口部を閉塞するようにカバー２４を外嵌してある。カバー２４をシール部材１２，１２に摺接させることで、外輪１０及び内輪２０間の空間が密封される。これにより、外輪１０及び内輪２０間の空間に充填した潤滑剤が外部へ漏れること、および、泥水や砂塵などの異物が外輪１０及び内輪２０間の空間に侵入することを防止している。
【００２１】
円すいころ３０，３０，…は、外輪軌道面１１，１１及び各内輪軌道面２１，２１の間に形成される複列のトラックに配設され、内輪２０の大鍔部２２によって接触案内される。
【００２２】
一対の保持器４０，４０は、，それぞれ円すい筒状に形成され、周方向に所定の間隔を隔てて複数のポケット４１を設けたものである。保持器４０，４０の各ポケット４１に円すいころ３０を一個ずつ収容し、円すいころ３０に内輪２０の小鍔部２３を乗り越えさせて、大鍔部２２及び小鍔部２３の相互間に円すいころ３０を嵌合させることで、内輪２０、円すいころ３０及び保持器４０がアセンブリ化される。
【００２３】
ハブ５０は、外径側に図示外の車輪を取り付けるための車輪取付フランジ５１を有する。この車輪取付フランジ５１には、円周方向等間隔にホイールディスクを固定するためのハブボルト５２が植設されている。ハブ５０の車輪取付フランジ５１よりもインボード側には、一対の内輪２０に対して圧入嵌合する内輪嵌合部５３を形成してある。一方、ハブ５０の内径側には、車軸４とトルク伝達可能に嵌合する車軸嵌合孔部５４を設けてある。この車軸嵌合孔部５４は、車軸４のスプライン軸部４ａとスプライン嵌合するスプライン孔である。車軸嵌合孔部５４の軸線方向外側には、車軸４の先端に設けられた雄ネジ部４ｂに螺合するナット５を収容するための収容孔部５５を設けてある。ナット５は、車軸嵌合孔部５４と収容孔部５５の境界に形成される段部５６を係止して、車軸４からハブ５０が抜けるのを防止する部材である。なお、図中の符号５７は、ハブボルト５２の植設箇所の相互間に設けられた貫通孔を示している。この貫通孔５７は、外輪１０を軸受ケース１にボルト締めするための工具を挿し通すための孔である。
【００２４】
図２は、インボード側の円すいころ軸受構造を示す図１のＡ部拡大図で、理解を容易にするために各クラウニングの形状を誇張して示したものである。なお、アウトボード側の円すいころ軸受構造については、インボード側の円すいころ軸受構造とほぼ同じであるから、図示及び説明を省略する。また、図２では、便宜上、シール部材１２、カバー２４、保持器４０の図示を省略している。
【００２５】
図２に示すように、上記の車輪用軸受装置は、外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１の各々の母線方向中央部にパーシャルクラウニング１１ａ，２１ａを形成してある。各パーシャルクラウニング１１ａ，２１ａの両側には、それぞれ大径側カットクラウニング１１ｂ，２１ｂ及び小径側カットクラウニング１１ｃ，２１ｃを形成してある。一方、円すいころ３０の転動面３１には、その母線方向全域にフルクラウニング３１ａを形成してある。ころ転動面３１の両側には、Ｒ加工部３２，３２を形成してある。Ｒ加工部３２，３２は、外輪軌道面１１又は内輪軌道面２１に対して接触しない部位であり、弾性変形等により外輪軌道面１１又は内輪軌道面２１と接触し得る転動面３１とは区別される。
【００２６】
外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１に形成される各パーシヤルクラウニング１１ａ，２１ａと、ころ転動面３１に形成されるフルクラウニング３１ａは、それぞれ頂点よりも大径側と小径側で線対称性を有する。対称軸Ｌ０，Ｌ１は、クラウニングを形成していない場合における各軌道面１１，２１の母線Ｍ０，Ｍ１と直交する軸線である。この実施形態では、各パーシャルクラウニング１１ａ，２１ａの頂点Ｐ０，Ｐ１を、フルクラウニング３１ａの頂点に接触させているので、円すいころ３０に対する外輪１０及び内輪２０の接点（Ｐ０，Ｐ１）は、円すいころ３０の軸線方向位置が一致しており、円すいころ３０の軸線Ｌｃから等距離の位置にある。これにより、円すいころ３０は、正規の自転軸（軸線Ｌｃ）を維持してスキューを起こすことなく転動するようになる。なお、図中の符号Ｃ０は外輪軌道面１１のパーシャルクラウニング１１ａのクラウニング量、符号Ｃ１は内輪軌道面２１のパーシャルクラウニング２１ａのクラウニング量で、これらの値は適宜設定される。ここで、クラウニング量は、クラウニングの頂点と端部の母線直交方向の変位である。
【００２７】
ー方、図中の符号ＣＬ０は外輪軌道面１１の大径側カットクラウニング１１ｂのクラウニング量、符号ＷＬ０は外輪軌道面１１の大径側カットクラウニング１１ｂの幅、符号ＣＳ０は外輪軌道面１１の小径側カットクラウニング１１ｃのクラウニング量、符号ＷＳ０は外輪軌道面１１の小径側カットクラウニング１１ｃの幅である。同様に、符号ＣＬ１は内輪軌道面２１の大径側カットクラウニング２１ｂのクラウニング量、符号ＷＬ１は内輪軌道面２１の大径側カットクラウニング２１ｂの幅、符号ＣＳ１は内輪軌道面２１の小径側カットクラウニング２１ｃのクラウニング量、符号ＷＳ１は内輪軌道面２１の小径側カットクラウニング２１ｃの幅である。ここで、クラウニングの幅は、クラウニングの母線方向長さである。
【００２８】
外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１の各々の大径側カットクラウニング１１ｂ，２１ｂは、クラウニング量及び幅が小径側カットクラウニング１１ｃ，２１ｃよりも大きくなっている（ＣＬ０＞ＣＳ０，ＷＬ０＞ＷＳ０，ＣＬ１＞ＣＳ１，ＷＬ１＞ＷＳ１）。このように大径側カットクラウニング１１ｂ，２１ｂを設定することで、外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１の各々の大径側に生じる面圧を軽減することができ、外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１のエッジロードを防止することができる。これにより、小型軽量化を図った車輪用軸受装置を高負荷条件下で使用しても、表層剥離等の不具合が早期に発生せず、車輪用軸受装置の寿命を延ばすことができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態の一実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば上記実施形態では、一対の内輪２０をハブ５０に外嵌してあるが、本発明は、図３に示すように、アウトボード側の内輪２０’をハブ５０と一体に成形し、インボード側の内輪２０のみをハブ５０に外嵌した車輪用軸受装置に適用することもできる。図３の車輪用軸受装置は、外輪１０のアウトボード側の軌道面１１に対向するように、ハブ５０の外径側に略円すい面状の軌道面２１’を設け、外輪１０のインボード側の軌道面１１に対向するように、外径側に略円すい面状の軌道面２１が形成されたインボード側の内輪２０をハブ５０に嵌合したものである。なお、図３では、外輪１０のアウトボード側に嵌合したシール部材１２をハブ５０に接触させ、ハブ５０と一体に成形されるアウトボード側の内輪２０’にはカバー（２４）を取付けていない。
【００３０】
また、図１及び図３に示す車輪用軸受装置は、内輪回転の駆動軸・従動輪共用タイプのものであるため、ハブ５０に車軸４を内嵌したものを示しているが、内輪回転の従動輪専用タイプの場合は、ハブ５０に車軸４を内嵌する必要がないので、車軸嵌合孔部５４を設けなくてもよい。
【００３１】
また、図１及び図３に示す車輪用軸受装置は、内輪回転タイプであるが、本発明は、外輪回転の従動輪専用タイプにも適用することができる。外輪回転の従動輪専用の車輪用軸受装置としては、例えば図４に示すように、外輪１０をハブ５０にボルト締結すると共に内輪２０を車軸４’に外嵌したものや、図５に示すように、外輪１０をハブ５０に内嵌すると共に内輪２０を車軸４’に外嵌したものなどがある。なお、図４及び図５における車軸４’は回転軸又は非回転軸のいずれでも構わない。
【００３２】
図４に示す車輪用軸受装置は、外輪１Ｏの外径側に半径方向外側へ延在するフランジ１３’を設けてある。フランジ１３’にはハブ５０をボルト固定するためにネジ孔１４’を形成してある。また、この実施形態では、外輪１０とハブ５０の間にブレーキディスク５８を介在させてある。また、一対の内輪２０，２０の小鍔部２３，２３の内径側には周溝２５，２５を設けてあり、周溝２５，２５に加締め固定した連結環２６によって一体化してある。内輪２０，２０には、車軸４’を内嵌させ、車軸４’の先端に設けられた雄ネジ部４ｂ’に螺合するナット５’をアウトボード側の内輪２０の端面に係止させて、車軸４’から内輪２０，２０が抜けるのを防止している。ハブ５０のインボード側端面には、外輪１０に対する固定用ボルト５９を挿し通すためのボルト孔６０を設けてある。
【００３３】
図５に示す車輪用軸受装置は、タブ１３やフランジ１３’を具備しない円すいころ軸受をハブ５０に内嵌したものである。ハブ５０の内径側には周溝６１を形成してあり、この周溝６１に取付けた止め輪６２をインボード側の内輪２０の端面に係止させて、円すいころ軸受からハブ５０が抜けるのを防止している。
【００３４】
なお、図４及び図５では、ハブ５０と別体に成形された外輪１０をハブ５０にボルト締めや嵌合によって固着して一体化したものを示しているが、外輪１０をハブ５０と一体に成形することも可能である。
【００３５】
本発明の車輪用軸受装置の内輪と外輪の軌道面における面圧を測定した結果を図６Ａに示す。測定に用いた車輪用軸受装置は、内輪と外輪の軌道面にカットクラウニングを形成し、ころ転動面にフルクラウニングを形成したものである。同図より分かるように、外輪軌道面の中央領域で面圧がやや増大するものの、大径側と小径側ではエッジロードがまったく立ち上がらないことが確認された。これに対して従来の車輪用軸受装置であって外輪軌道面にカットクラウニングではなくフルクラウニングを形成し、内輪軌道面にのみカットクラウニングを形成したものでは（ころ転動面はフルクラウニング）、図６Ｂに示すように大径側と小径側で極端なエッジロードが立ち上がり、特に大径側のエッジロードは許容面圧を越えることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す軸線方向断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明に係る車輪用軸受装置の他の実施形態を示す軸線方向断面図である。
【図４】本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す軸線方向断面図である。
【図５】本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す軸線方向断面図である。
【図６Ａ】本発明に係る車輪用軸受装置の内輪と外輪の軌道面における面圧を測定した結果を示す図である。
【図６Ｂ】従来の車輪用軸受装置の内輪と外輪の軌道面における面圧を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１     軸受ケース
２     ボルト孔
３     ボルト
４     車軸
４ａ   スプライン軸部
４ｂ   雄ネジ部
５     ナット
１Ｏ   外輪
１１   外輪軌道面
１１ａ パーシャルクラウニング
１１ｂ 大径側カットクラウニング
１１ｃ 小径側カットクラウニング
１２   シール部材
１３   タブ
１３’ フランジ
１４   ボルト孔
１４’ ネジ孔
２０   内輪
２１   軌道面
２１ａ パーシャルクラウニング
２１ｂ 大径側カットクラウニング
２１ｃ 小径側カットクラウニング
２２   大鍔部
２３   小鍔部
２４   カバー
２５   周溝
２６   連結環
３１   転動面
３１ａ フルクラウニング
３２   Ｒ加工部
４０   保持器
４１   ポケット
５０   ハブ
５１   車輪取付フランジ
５２   ハブボルト
５３   内輪嵌合部
５４   車軸嵌合孔部
５５   収容孔部
５６   段部
５７   貫通孔
５８   ブレーキディスク
５９   固定用ボルト
６０   ボルト孔
６１   周溝
６２   止め輪
【図１】
2008014473.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008014473.tif 000005
【図４】
2008014473.tif 000006
【図５】
2008014473.tif 000007
【図６Ａ】
2008014473.tif 000008
【図６Ｂ】
2008014473.tif 000009