(57)【要約】【課題】  ハブユニットを構成する転がり軸受の内外輪に生じた圧痕により、異音が発生したり、転がり軸受の寿命が短くなることを防止することである。【解決手段】  ハブユニット１を構成する転がり軸受２において、軸受鋼材より成る内輪７と外輪８との間に、軸受鋼材より成る玉１４ａに、前記軸受鋼材よりも硬質のセラミック材より成る４個の玉１４ｂを加え、ラジアル方向の衝撃荷重Ｆや異物５６をかみ込むことによって内外輪７，８の各軌道面１１，１２に形成される圧痕（凹部２４）の周縁部に形成される凸部２５を、前記セラミック材（部分安定化ジルコニア）より成る玉１４ｂで押圧させることによって消滅させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の懸架装置に回転不能に取付けられる筒状の外輪と、
前記外輪の内周部に、複数個の転動体を介して外輪と同軸に配置される筒状の内輪と、
前記内輪が嵌合装着されるハブに一体に取付けられる車軸とを備え、
固定状態の懸架装置に対して、ハブを介して車軸を回転自在に支承するためのハブユニットであって、
前記複数個の転動体は、第１の材質から成る第１の転動体と、前記第１の材質よりも硬質である第２の材質から成る第２の転動体とから成り、
少なくとも前記第２の転動体を構成する第２の材質は、前記内輪及び前記外輪の各軌道面を構成する材質よりも硬質であることを特徴とするハブユニット。
【請求項２】
前記第２の転動体の外径は、前記第１の転動体の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のハブユニット。
【請求項３】
前記第２の転動体の個数は、前記第１の転動体の個数よりも少ないことを特徴とする請求項１又は２に記載のハブユニット。
【請求項４】
前記第２の転動体が１個だけ配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハブユニット。
【請求項５】
複数個の第２の転動体が、それらの間に一定個数の第１の転動体をおいて配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハブユニット。
【請求項６】
前記複数個の第２の転動体は、ラジアル方向に対向して配置されていることを特徴とする請求項５に記載のハブユニット。
【請求項７】
前記第１の転動体の材質は、軸受鋼材であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のハブユニット。
【請求項８】
前記第２の転動体の材質は、セラミック材であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のハブユニット。
【請求項９】
前記セラミック材は、部分安定化ジルコニアであることを特徴とする請求項８に記載のハブユニット。
【請求項１０】
前記セラミック材は、窒化珪素であることを特徴とする請求項８に記載のハブユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両（自動車）の懸架装置に取付けられ、車軸を回転可能に支承するためのハブユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両のハブユニットを構成する転がり軸受の場合、例えば凍結路を走行中の車両の車輪がロックして該車両が横すべりをおこすと、ホイール等に衝撃荷重が加わり、内外輪の各軌道面に圧痕が生じる場合がある。また、転動体が、転がり軸受に侵入した異物をかみ込むことにより、内外輪の各軌道面に圧痕が生じる場合もある。すると、走行中に異音が発生したり、転がり軸受の寿命が短くなったりする。
【０００３】
転がり軸受の内外輪の各軌道面に、圧痕が発生する場合の作用について説明する。図５の（ａ）に示されるように、静止状態の転がり軸受に、ラジアル方向の衝撃荷重Ｆが作用すると、外輪５１が弾性変形し、それに伴って玉５２（転動体）が押圧される。これにより、内輪５３における玉５２との接触部分に、圧痕（凹部５４）が形成されると共に、その周辺部は盛り上がって凸部５５が形成される。また、図５の（ｂ）に示されるように、回転状態の内輪５３の軌道面に侵入した異物５６が玉５２にかみ込まれると、上記と同様にして凹部５４と凸部５５が形成される。内輪５３が回転し、各玉５２が前記凹部５４と前記凸部５５とを通過する際に異音が発生すると推定される。
【０００４】
また、各玉５２が、前記凸部５５を通過するとき、玉５２と凸部５５との間に大きな接触応力が発生する。各玉５２が前記凸部５５を繰り返して通過することにより、前記接触応力が繰り返し発生するため、内輪５３の内部に生じた破壊起点５７から軌道面にかけて亀裂５８が発生し、最終的には軌道面が剥離してしまう。なお、上記した損傷は、内輪５１だけでなく、外輪５１にも発生し得る。
【０００５】
上記した不具合を防止するため、内外輪や玉の硬さを硬くしたり、セラミック材より成る玉を使用したりするという技術が開示されている（特許文献１，２参照）。しかし、近時の転がり軸受は、高温や真空等の過酷な環境で、しかも長時間稼動されるようになっているため、単なる内外輪や玉の材質の変更では対処できなくなっている。また、すべての玉をセラミック材より成るものとすると、軸受が高価になってしまう。
【特許文献１】特開２００５−７６６７９号公報
【特許文献２】特開平７−９１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した不具合に鑑み、内外輪に生じた圧痕により異音が発生したり、転がり軸受の寿命が短くなったりするのを防止することを課題としている。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記した課題を解決するための請求項１の発明は、車両の懸架装置に回転不能に取付けられる筒状の外輪と、前記外輪の内周部に、複数個の転動体を介して外輪と同軸に配置される筒状の内輪と、前記内輪が嵌合装着されるハブに一体に取付けられる車軸とを備え、固定状態の懸架装置に対して、ハブを介して車軸を回転自在に支承するためのハブユニットであって、前記複数個の転動体は、第１の材質から成る第１の転動体と、前記第１の材質よりも硬質である第２の材質から成る第２の転動体とから成り、少なくとも前記第２の転動体を構成する第２の材質は、前記内輪及び前記外輪の各軌道面を構成する材質よりも硬質であることを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明に係るハブユニットを構成する転がり軸受の各転動体は、第１の材質から成る第１の転動体と、前記第１の材質よりも硬質である第２の材質から成る第２の転動体とから成る。そして、前記第２の材質は、前記内輪及び前記外輪の各軌道面を構成する材質よりも硬質である。このため、何らかの原因によって内外輪の各軌道面に圧痕（凹部）が生じ、その周縁部に凸部が形成された場合であっても、前記第２の転動体が前記凸部を通過する際に、該凸部を押圧して摩耗させ、圧痕を消滅させることができる。これにより、異音が発生したり、転がり軸受の寿命が短くなったりすることを防止することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明を前提として、前記第２の転動体の外径は、前記第１の転動体の外径よりも小さいことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明では、第１の転動体を基準にして予圧を付加させた場合に、第２の転動体に影響が及ばないようにすることができると共に、第２の転動体にのみ負荷が集中しないようにすることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明を前提として、前記第２の転動体の個数は、前記第１の転動体の個数よりも少ないことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明により、従来のハブユニットと比較してそれほど高価になるおそれがない。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明を前提として、前記第２の転動体が１個だけ配設されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明により、本発明に係るハブユニットの効果を損なうことなく、該ハブユニットを最も安価にすることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明を前提として、複数個の第２の転動体が、それらの間に一定個数の第１の転動体をおいて配設されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項５の発明により、複数個の第２の転動体は一定の周期をおいて圧痕の凸部を押圧し、それらが偏って押圧することが防止される。このため、内外輪において圧痕が生じた部分に押圧力が集中して作用することが防止され、ハブユニットを構成する転がり軸受の寿命を長くすることができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５の発明を前提として、前記複数個の第２の転動体は、ラジアル方向に対向して配置されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明により、第２の転動体のラジアル内部すきまが常に一定となるため、第１及び第２の各転動体における硬さの違いによる影響が、転がり軸受の内外輪に及ぼす影響が小さくなる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明を前提として、前記第１の転動体の材質は、軸受鋼材であることを特徴としている。
【００２０】
軸受鋼材は、軸受部材として最も普通に使用されている部材であるため、第１の転動体の製造や入手が容易であるばかりでなく、それらのコストも安価である。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明を前提として、前記第２の転動体の材質は、セラミック材であることを特徴としている。
【００２２】
セラミック材は、金属材料と比較して硬く、耐食性、耐熱性、耐摩耗性等の面で優れていると共に、低密度であるためハブユニットの軽量化が図られる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項８の発明を前提として、前記セラミック材は、部分安定化ジルコニアであることを特徴としている。
【００２４】
部分安定化ジルコニアは、通常のセラミック材（アルミナ）と比較して、機械的強度及び破壊靭性に優れているため、ハブユニットの耐摩耗性が向上する。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項８の発明を前提として、前記セラミック材は、窒化珪素であることを特徴としている。
【００２６】
窒化珪素は、通常のセラミック材（アルミナ）と比較して、機械的強度及び破壊靭性に優れているため、ハブユニットの耐摩耗性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の実施例のハブユニット１の断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。最初に、ハブユニット１の全体構成について説明する。図１に示されるように、ハブユニット１は、転がり軸受（外輪部材）２と、この転がり軸受２と同軸に配置されるハブホイール（内輪部材）３と含んで構成される。
【００２９】
前記ハブホイール３は、軸部４と、車輪やブレーキディスクを固定するハブフランジ５とを有している。軸部４の外周には、アンギュラ玉軸受から成る転がり軸受２が装着されている。ハブフランジ５は、ハブホイール３の外周面の車両アウタ側の端部からラジアル方向に張り出して形成されている。なお、車両アウタ側とは、図１の図面視における右側をいい、車両インナ側とは、同じく左側をいう。
【００３０】
転がり軸受２は、軸部４の車両インナ側外周に圧入してかしめ６にて固定された回転軌道となる内輪７と、固定輪となる外輪８とを含んでいる。また、軸部４及び内輪７に形成された各内輪軌道面９，１１と、外輪２２に形成された各外輪軌道面１２，１３とに沿って転動自在に配置された２列の玉群１４と、各列の玉群１４を保持した冠形保持器１５と、ハブフランジ５の側方において外輪８に固定されて軸部４との間に介装されたシール部材１６を含んでいる。
【００３１】
車両インナ側の内輪７は、軸部４と別体に形成されている。これに対して、車両アウタ（ハブフランジ５）側では、ハブホイール３の軸部４に内輪軌道面９が形成されていて、該軸部４と一体になっている。
【００３２】
ハブホイール３のハブフランジ５には、所定の位置にハブボルト１７を挿通するための挿通孔１８が形成されている。前記ハブボルト１７を挿通孔１８に挿通し、ブレーキディスクロータ及びタイヤホイール（いずれも図示せず）をハブフランジ５の車両アウタ側の主表面１９に重ねてナットによって螺着することにより、ハブフランジ５に固定される。
【００３３】
外輪８の外周面には、複数個の雌ねじ２１を有する外輪フランジ部２２が張り出して設けられていて、車両インナ側に外輪インロー部２３が形成されている。前記外輪フランジ部２２の各雌ねじ２１に螺合されたボルト（図示せず）により、外輪８が車両の懸架装置を構成するナックル（図示せず）に固定されて、ハブユニット１が車体に固定される。そして、各車輪が、転がり軸受２を介して車体に対して回転自在に支持される。
【００３４】
次に、本実施例のハブユニット１を構成する転がり軸受２について説明する。前述したように、ハブユニット１における玉群１４は２列にして設けられているが、両者は内輪７が軸部４と別体であるか否かを除いて同一構成であるため、本明細書では車両インナ側の玉群１４の場合についてのみ説明する。図２に示されるように、転がり軸受２を構成する内輪７と外輪８との間には、複数個（本実施例の場合、１２個）の玉群１４が保持されている。これらの玉群１４のうち、図面視における上端部（１２時の方向）、下端部（６時の方向）、右端部（３時の方向）及び左端部（９時の方向）に配置されている玉１４ａはセラミック材より成るものであり、それら以外の玉１４ｂと内輪７及び外輪８は、通常の軸受鋼材より成るものである。ここで、通常の軸受鋼材とは、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ）であり、それらの硬さはビッカース硬さにしてＨＶ７００程度である。
【００３５】
本実施例の４個の玉１４ｂは、セラミック材の一実施例である部分安定化ジルコニアより成り、それらの硬さはビッカース硬さにしてＨＶ１３００〜１５００である。即ち、部分安定化ジルコニアより成る玉１４ｂは、軸受鋼材より成る玉１４ａよりも遥かに硬い。また、部分安定化ジルコニアより成る玉１４ｂの外径は、軸受鋼材より成る玉１４ａの外径よりも小さい。このため、玉１４ｂと外輪軌道面１３との間には、ラジアル内部すきまｅが形成される。これにより、軸受鋼材より成る玉１４ａが、内輪７と外輪８との間に予圧を付加した状態で配置されている（即ち、玉１４ａと内輪７及び外輪８の各軌道面１１，１３とのラジアル内部すきまｅがゼロ又は負である）場合であっても、部分安定化ジルコニアより成る玉１４ｂと前記各軌道面１１，１３との間には、ラジアル内部すきまｅが形成される。換言すれば、玉群１４の一部に部分安定化ジルコニアより成る玉１４ｂを使用しても、軸受鋼材より成る玉１４ａに予圧を付加することができるという効果が奏される。また、部分安定化ジルコニアより成る玉１４ｂが、圧痕の凸部２５（後述）を押圧するときに、過大な負荷が作用することを防止できる。なお、図２においては、冠型保持器１５の表示を省略してある。
【００３６】
本実施例のハブユニット１における転がり軸受２の作用について説明する。図３に示されるように、何らかの原因によって内輪７の内輪軌道面１１に圧痕（凹部２４）が形成され、それに伴って前記凹部２４の周縁部に凸部２５が形成される。前記凸部２５を、軸受鋼材より成る玉１４ａが通過するとき、異音が発生するおそれがある。しかし、本実施例の転がり軸受２の場合、軸受鋼材より成る玉１４ａに続いて、前記軸受鋼材よりも硬質なセラミック材（部分安定化ジルコニア）より成る玉１４ｂが凸部２５を通過する。このとき、凸部２５に乗り上げた玉１４ｂが、該凸部２５を押圧する。前記玉１４ｂと外輪８の軌道面１２との間には、ラジアル内部すきまｅが設けられているため、凸部２５に乗り上げた玉１４ｂが、外輪８の軌道面１２を押圧して損傷させることもない。そして、前記玉１４ｂが繰り返して凸部２５を押圧することにより、凸部２５を摩耗させたり、該凸部２５を変形させてその部材を凹部２４に入り込ませたりする。この結果、圧痕（凹部２４）が消滅し、内輪７の軌道面１１は初期状態に復元される。なお、図３において、玉１４ｂが凸部２５を押圧する状態を一点鎖線で示す。
【００３７】
本実施例のハブユニット１の転がり軸受２の場合、セラミック材（部分安定化ジルコニア）より成る４個の玉１４ｂが、周方向に一定の角度をおいて十字状に、かつそれらがラジアル方向に対向して配置されている。このため、各玉１４ｂは、一定の周期をおいて圧痕の凸部２５を押圧し、それらが偏って前記凸部２５を押圧することが防止される。このため、内外輪７，８において圧痕が生じた部分に玉１４ｂの押圧力が集中して作用することが防止され、ハブユニット１を構成する転がり軸受２の寿命を長くすることができる。また、各玉１４ｂが配置されている部分のラジアル内部すきまｅは、常に２倍となっていて、セラミック材より成る玉１４ｂの損傷が、より確実に防止される。しかし、図４の（ａ）に示されるように、セラミック材より成る玉１４ｂを１個だけ装着したもの、或いは、図４の（ｂ）に示されるように、奇数個の前記玉１４ｂを周方向に一定の角度をおいて（即ち、一定の個数おきに）配置させたものであってもよい。これらの場合であっても、セラミック材より成る玉１４ｂが、内輪軌道面１１に生じた凸部２５を押圧して摩耗させて、異音の発生を防止できるという効果が奏される。
【００３８】
上記した実施例のハブユニット１の場合、各玉１４ｂは、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ２）より成る。ここで、通常のセラミック材（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）の抗折強度は３００〜５００ＭＰａであり、また、その破壊靭性値は３．８〜４．５ＭＰａ・ｍ１／２である。これに対して、部分安定化ジルコニアの抗折強度は９００〜１２００ＭＰａであり、また、その破壊靭性値は８．５〜１０ＭＰａ・ｍ１／２であるため、前記アルミナよりも優れている。しかし、これ以外のセラミック材（例えば、窒化珪素）から成る玉であってもよい。窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）の場合、ビッカース硬さにしてＨＶ１５００〜２０００であるため、部分安定化ジルコニアよりも硬く、抗折強度及び破壊靭性値もアルミナより良好である。更に、窒化珪素の密度（３．１〜３．３ｇ／ｃｍ３）は、部分安定化ジルコニアの密度（５．８〜６．１ｇ／ｃｍ３）と比較して半分程度であるため、ハブユニット１の全体の軽量化が図られるという利点がある。
【００３９】
本発明に係るハブユニット１を構成する転がり軸受２は、上記した各本実施例のように、セラミック材より成る玉１４ｂの個数が、軸受鋼材より成る玉１４ａよりも少ない（１ないし数個）ことが望ましい。これにより、すべての玉１４ａをセラミック材より成る玉１４ｂとした場合と比較して、ハブユニット１を安価にすることができる。
【００４０】
上記した実施例では、玉１４ｂの硬さが、内外輪７，８の材質よりも硬い場合について説明した。しかし、玉１４ｂの硬さは、少なくとも内外輪７，８の各軌道面９，１１，１２，１３に被覆された材質よりも硬いものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例のハブユニット１の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】セラミック材より成る玉１４ｂが、内輪７の軌道面１１に発生した圧痕（凹部２４）の凸部２５を押圧する状態の作用説明図である。
【図４】（ａ）は、セラミック材より成る玉１４ｂが１個の実施例の転がり軸受２であり、（ｂ）は、３個の実施例の転がり軸受である。
【図５】（ａ）は、ラジアル方向の衝撃荷重Ｆによって内輪５３の軌道面に圧痕（凹部５４）が生じる状態を示す図であり、（ｂ）は、異物５６によって圧痕が生じる状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：ハブユニット
２：転がり軸受
４：軸部（ハブ）
７：内輪
８：外輪
９，１１：内輪軌道面
１２，１３：外輪軌道面
１４ａ：玉（第１の転動体）
１４ｂ：玉（第２の転動体）
【図１】
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【図２】
2007315422.tif 000004
【図３】
2007315422.tif 000005
【図４】
2007315422.tif 000006
【図５】
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