(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部を車軸に固定された内輪と、この内輪の外周側に複数個の玉を転動可能に介して配置され、外周部を弾性体を介して車台に支持された外輪とで構成される自動車の車軸用中間軸受装置において、
内輪の外周面および外輪の内周面に形成された玉の軌道面の軸方向に沿った断面凹状の曲率半径を、それぞれ玉径の６０％以上で８０％以下としたことを特徴とする自動車の車軸用中間軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の回転する車軸を中間部で車台に支持するための中間軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、自動車は、自在継手１１を介して連結した複数本の車軸１２によって変速機１３から減速機１４に駆動力を伝えている。ただし、複数本の車軸１２を自在継手１１を介して連結しただけでは、円滑に回転を伝えることが困難なので、これらの車軸１２の中間部を中間軸受装置１を介して車台１５に支持させるようにしている。
【０００３】
上記中間軸受装置１は、図７に示すように、内輪２と外輪３との間に玉４を転動可能に配置した軸受部を備え、この軸受部の内輪２の内周を車軸１２に外嵌固定している。また、外輪３は、外周部がケース７に嵌合固定され、車台１５には、ブラケット８が取り付け固定されている。そして、このケース７がゴムや樹脂製の弾性体６を介してブラケット８に固定されることにより、車軸１２を車台１５に支持している。なお、シール９は、中間軸受装置１の軸受部に外部からダストや泥水等が侵入するのを防止するためのものである。
【０００４】
この中間軸受装置１の軸受部は、図８に示すように、内輪２の外周面に形成された凹状の軌道面２ａと外輪３の内周面に形成された凹状の軌道面３ａとの間に複数個の玉４を保持器５に保持させて配置している。そして、外輪３が車台１５に弾性体６を介して取り付けられた状態で、車軸１２に伴って内輪２が回転すると、これらの内輪２と外輪３の軌道面２ａ，３ａ上を玉４が転動することにより回転する車軸１２の軸受を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の車軸用中間軸受装置１は、特に低温環境下の場合に、異音を発生させる場合があり、自動車の乗員に故障を懸念させるおそれがあるという問題が発生していた。また、このような異音を防止するために、従来は、車軸用中間軸受装置１の軸受部に封入するグリースの低粘度化等の方策が試されたが、十分な解決が得られなかった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、軌道面の曲率半径を玉径に対して十分に大きい所定範囲内の半径とすることにより、異音の発生を防止することができる自動車の車軸用中間軸受装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内周部を車軸に固定された内輪と、この内輪の外周側に複数個の玉を転動可能に介して配置され、外周部を弾性体を介して車台に支持された外輪とで構成される自動車の車軸用中間軸受装置において、内輪の外周面および外輪の内周面に形成された玉の軌道面の軸方向に沿った断面凹状の曲率半径を、それぞれ玉径の６０％以上で８０％以下としたことを特徴とする。
【０００８】
中間軸受装置で発生する異音の原因を調査した結果、この異音は、軸受部の内輪と外輪に形成された軌道面のうねりが主たる原因であることが判明した。また、このようなうねりがある場合に、軌道面の曲率半径が玉の半径（玉径の５０％）に近づくほど異音が大きくなることも明らかとなった。ただし、この軌道面の曲率半径は、大きすぎると外輪が軸方向に変位して内輪から外れるおそれがある。そこで、請求項１の発明に示すように、軌道面の曲率半径が玉径の６０〜８０％の範囲内とすることにより、この異音の発生を十分に抑制することができるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１〜図５は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は自動車の車軸用中間軸受装置の軸受部の部分拡大縦断面図、図２は軌道面のうねりを示す軸受部の部分拡大縦断面図、図３は自動車の車軸用中間軸受装置の縦断面図、図４は自動車の車軸用中間軸受装置の外輪で発生する変位運動のモデルを示すブロック図、図５は異音発生のシミュレーション結果を示す図である。なお、図６〜図８に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１１】
本実施形態は、図７に示した従来例と同様の構造の自動車の車軸用中間軸受装置１について説明する。この車軸用中間軸受装置１の軸受部は、図１に示すように、内輪２の外周面に形成された軸方向の断面凹状の軌道面２ａと外輪３の内周面に形成された軸方向の断面凹状の軌道面３ａとの間に複数個の玉４を保持器５に保持させて配置したものである。
【００１２】
ここで、図７に示した従来の車軸用中間軸受装置１では、軌道面２ａ，３ａの凹状の曲率半径が、例えば玉４の直径（玉径）の５１％というように、この玉４の周面の曲率半径に非常に近い小さい値に形成されていた。そして、このような自動車の車軸用中間軸受装置１で発生する異音について発明者が調査した結果、図２に示すように、中間軸受装置１の内輪２と外輪３に形成された軌道面２ａ，３ａにおける円周上で軸線に平行な軸方向に形成されるうねりが異音の主な原因であることが判明した。
【００１３】
即ち、このようなうねりによって軌道面２ａ，３ａが蛇行すると、回転に伴って内輪２と外輪３が玉４と接触する部分に軸線に概ね平行な軸方向の転がり摩擦力、即ち内輪強制力Ｆi と外輪強制力Ｆo が発生する。すると、図３に示すように、内輪２と外輪３には、軸方向の互いに逆向きの強制力が働き、内輪２が車軸１２によって軸方向の位置を固定されているので、外輪３がこの強制力によって軸方向に変位運動することになる。また、この外輪３の変位運動は、軌道面２ａ，３ａのうねりによるものであるため、その振幅に応じた繰り返しの振動となり、強制力Ｆが加わる外輪３側の質量をｍ、摺動等による抵抗をＲ、弾性体６の軸方向ばね定数をＫR 、内輪２と外輪３と玉４とで形成される軸受の軸方向ばね定数をＫB とする図４に示すようなモデルで表すことができるので、外輪３系の質量ｍの変位をｘ、時間をｔとすれば、数１に示すような運動方程式が成立する。
【数１】
0004117869.tif 000002
そして、この変位ｘにより弾性体６が振動板となって発生する音圧が空気中に伝搬されて異音の原因となる。
【００１４】
また、上記強制力Ｆは、数２に示すように、内輪強制力Ｆi と外輪強制力Ｆo のすべての玉４についての総和を加算したものである。
【数２】
0004117869.tif 000003
これら内輪強制力Ｆi と外輪強制力Ｆo は、数３に示すように、ヤング率Ｅ、潤滑油の密度ρと粘度ν、玉４の荷重Ｑ、内輪回転速度ω、軌道面２ａ，３ａのうねりの振幅ＷA と山数ｎ、係数Ｈ及び諸定数ａ，ｂ，ｃをパラメータとし、これらの軌道面２ａ，３ａの等価曲率半径ＧR に比例した大きさとなる。
【数３】
0004117869.tif 000004
そして、この等価曲率半径ＧR は、それぞれ軌道面２ａ，３ａの実際の曲率半径をＧr とすれば、玉４の直径をＤとして、数４によって表される。
【数４】
0004117869.tif 000005
なお、玉４は軌道面２ａ，３ａの凹状に嵌まり込む必要があるので、曲率半径Ｇr を２倍した値（２Ｇr ）は、玉４の直径Ｄよりも小さくすることができない。つまり、２Ｇr ＞Ｄでなければならず、曲率半径Ｇr を玉径Ｄの５０％より大きい値としなければならない。
【００１５】
従って、玉径Ｄに対して曲率半径Ｇr を大きくすればするほど、等価曲率半径ＧR が小さくなり、強制力Ｆも小さくなって、異音の音圧を低減することができる。このため、曲率半径Ｇr を玉径Ｄの５０％よりも十分に大きくすればよく、シミュレーションの結果、６０％以上にすれば、ほとんど異音が発生しないことが明らかとなった。つまり、軌道面２ａ，３ａの曲率半径が大きくなれば、玉４がこの軌道面２ａ，３ａ上を軸方向にある程度変位可能となるので、図２に示した内輪強制力Ｆi と外輪強制力Ｆo も小さくなり、外輪３の変位ｘも少なくなるからである。ただし、軌道面２ａ，３ａの曲率半径Ｇr をあまり大きくしすぎると、玉４の軸方向への変位を止めることができなくなるので、この曲率半径Ｇr は、玉径Ｄの８０％以下にする必要がある。
【００１６】
また、数１から導かれる固有振動数ω0 は、数５で求められる。
【数５】
0004117869.tif 000006
軸受の軸方向のばね定数ＫB は、数６に示すように曲率半径Ｇr との間に、ｐを指数とした反比例の関係があるので、この曲率半径Ｇr を大きくすると、固有振動数ω0 は小さくなる。
【数６】
0004117869.tif 000007
【００１７】
【実施例】
中間軸受装置１の内輪２と外輪３における軌道面２ａ，３ａの曲率半径を従来と同様に玉４の直径の５１％とした場合（従来例Ｃ）と、実施例として６０％（実施例Ａ）にした場合において、内輪２の回転周波数ごとの異音の発生をシミュレーションした結果を図５に示す。このとき、玉４の直径は、７．１４３５ｍｍとし、玉数は１１個として計算した。また、他の諸定数についても同じ条件とした。
【００１８】
この結果、従来例Ｃでは、回転周波数が３０Ｈｚ付近で大きなピークを持つ音が発生することが分かる。これに対して、曲率半径を６０％とした実施例Ａでは、１５Ｈｚ付近で十分に小さなピークを持つ音が発生するに止まり、異音の発生を低減する効果が明確となった。
【００１９】
また、軌道面２ａ，３ａの曲率半径を玉４の直径の７０％（実施例Ｂ）とし、さらに玉４の直径を６．３５ｍｍ、玉数を９個として計算した場合には、１０Ｈｚ付近で従来例Ｃの５分の１程度の極めて小さなピークを持つ音しか発生せず、異音の発生を確実に防止できることが分かった。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動車の車軸用中間軸受装置によれば、軸受部の内輪と外輪の軌道面のうねりによる異音の発生を低減することができるので、特に低温環境下で、この異音の発生により自動車の乗員に不安感を与えるようなおそれをなくすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、自動車の車軸用中間軸受装置の軸受部の部分拡大縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、軌道面のうねりを示す軸受部の部分拡大縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、自動車の車軸用中間軸受装置の縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、自動車の車軸用中間軸受装置の外輪で発生する変位運動のモデルを示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、異音発生のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】自動車の車軸を支持する中間軸受装置の使用例を示す図である。
【図７】従来例を示すものであって、自動車の車軸用中間軸受装置の縦断面図である。
【図８】従来例を示すものであって、自動車の車軸用中間軸受装置の軸受部の部分拡大縦断面図である。
【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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