JP2005180630A - 車輪用軸受装置およびアンギュラ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 保持器付きとしながら、ボール個数の増大によるボールの負荷低減、軸受寿命の増大が可能で、かつ保持器の強度不足の問題のない車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 複列のアンギュラ玉軸受形式の車輪用軸受装置１とする。両列のうち、いずれか一方または両方の保持器５を、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接にかつ非接触で対向するようにボール４を保持する形状とする。例えば保持器５は櫛形のものとし、その柱部５ｂにおけるピッチ円ＰＣＤ上に貫通孔１３を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車等の車両において、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置、および各種用途のアンギュラ玉軸受に関する。

車輪用軸受装置は、外方部材と内方部材の間に複列のボールを、接触角を持って介在させた複列アンギュラ玉軸受形式のものが多用されている。このような軸受において、各ボールは保持器によって円周方向に等配され、この保持器によって円周方向に隣接するボール同士の接触が防止されている。
近年の車輪用軸受装置では、車両の設計自由度の向上、燃費向上、メンテナンスの簡易化、コスト削減などの観点から、車輪用軸受装置のさらなる寿命増大や剛性向上、コンパクト化、軽量化が望まれている。

このような要望に応じたものとして、複列のボールのうち、少なくともインボード側のボールを、保持器のない総ボールとしたものが提案されている（例えば、特許文献１）。 保持器のない総ボール形式とすると、ボール個数を増やすことができ、個々のボールに負荷される軸受荷重が低減される。そのため、軸受寿命の向上を図ることができ、軸受の軽量化やコンパクト化も可能になる。
特開２００２−１９５２５４号公報

総ボール形式の軸受では、保持器付きの軸受に比べてボール個数を増やすことができるが、円周方向に隣接するボール同士の接触が生じる。この隣接するボールは、同じ方向に自転を行うため、互いの接触点におけるボール周面の移動方向は互いに逆向きとなり、周速の２倍の速度で滑り接触を生じる。いわゆるボールの競り合いが生じる。そのため、摩擦抵抗が増大する。また、総ボール形式の軸受では、軸受回転中のボールの離間や衝突が繰り返され、打音や発熱が懸念される。

このようなボールの競り合いや衝突を防止しながら、ボール個数を増やすには、保持器付きの軸受として、その柱部をできるだけ薄くすることが望ましい。特に、ボール配列のピッチ円上で薄くする必要がある。しかし、柱部を薄くするには、強度上および製作上の限界があり、薄くし過ぎると、その薄い部分で保持器が損傷し、破片が円滑な軸受回転の妨げとなる。
このような課題は、一般のアンギュラ玉軸受においても、コンパクト化および負荷容量の増大等が求められる場合に生じる。

この発明の目的は、保持器付きとしながら、ボール個数の増大による個々のボールの負荷低減、軸受寿命の増大が可能で、かつ保持器の強度不足の問題のない車輪用軸受装置、およびアンギュラ玉軸受を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、外周に前記外方部材の軌道面と対向する軌道面を有する内方部材と、両列の軌道面間に介在した複列のボールと、各列のボールを保持する保持器とを有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、いずれか一方または両方のボール列を、隣合うボールがボール配列のピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように保持器で保持したことを特徴とする。上記の「直接に対向」とは、介在物なく対向すること、したがって保持器部分が介在せずに対向することを意味する。

この構成によると、ボール間の間隔が最も狭くなるピッチ円上で、隣合うボールが直接に対向するように保持器形状を定め、この部分には保持器が介在しないようにしたため、ボール個数を増大してボール間隔が狭くなっても、保持器に極度に薄くなる部分が生じない。そのため、ボール個数を総ボール形式と同程度に増大しても、保持器の強度不足の問題がない。このようにボール個数を総ボール形式と同程度に増大できて、個々のボールに負荷される軸受荷重が低減されるため、軸受寿命の向上、ひいては車輪用軸受装置の軽量化やコンパクトも可能になる。また、保持器付きであるため、ボールの競り合いによる摩擦トルクの増大やボールの衝突による打音，発熱が防止される。

前記ピッチ円上で直接に対向するようにボールを保持する保持器は、リング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間にボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とを有し、この柱部における前記ピッチ円上に貫通孔を有するものとしても良い。前記貫通孔は、断面形状が円形等の孔であっても、また例えば柱部先端等に開口するような切欠状の孔であっても良い。
この構成の場合、前記貫通孔でボールが直接に対向するため、一体物の保持器としながら、ボールがピッチ円上で直接に対向するように保持可能なものとできる。

また、前記ピッチ円上で直接に対向するように前記ボールを保持する保持器は、２つの保持器分割体からなるものとしても良い。この場合に、２つの保持器分割体は、互いに径方向の内外に位置するものとしても良い。これら保持器分割体は、それぞれリング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間に前記ボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とを有し、内径側の保持器分割体は前記ピッチ円よりも内径側でボールを保持し、外径側の保持器分割体は前記ピッチ円よりも外径側でボールを保持するものとし、内外の保持器分割体は柱部が互いに軸方向の同じ方向を向くものとする。

保持器を２つの保持器分割体からなるものとする場合に、両保持器分割体は、ボールを介して互いに軸方向に向き合うものとしても良い。これら保持器分割体は、それぞれリング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間に前記ボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とを有し、一方の保持器分割体は前記ピッチ円よりも内径側でボールを保持し、他方の保持器分割体は前記ピッチ円よりも外径側でボールを保持するものとする。
これらの構成のように、保持器を２つの保持器分割体に分けた場合は、ピッチ円上でボールを直接に対向させる部分を設けながら、個々の保持器分割体を簡素な形状とでき、保持器の製造が容易である。

この発明のアンギュラ玉軸受は、複列のアンギュラ玉軸受において、各列のボールを保持する保持器のうち、いずれか一方または両方の保持器を、隣合うボールがピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように前記ボールを保持する形状としたことを特徴とする。前記保持器には、この発明の車輪用軸受装置における前記各構成のものが採用できる。
この構成の場合、上記車輪用軸受装置におけると同様に、保持器付きとしながら、ボール個数の増大による個々のボールの負荷低減、軸受寿命の増大を可能とし、かつ保持器の強度不足の問題のないものとできる。

この発明の車輪用軸受装置は、隣合うボールがボール配列のピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように保持器で保持したため、保持器付きとしながら、ボール個数を増大できて、個々のボールの負荷低減、軸受寿命の増大が可能となり、かつ保持器の強度不足の問題のないものとできる。
この発明のアンギュラ玉軸受は、隣合うボールがボール配列のピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように前記ボールを保持する形状の保持器を用いたため、保持器付きとしながら、ボール個数を増大できて、個々のボールの負荷低減、軸受寿命の増大が可能となり、かつ保持器の強度不足の問題のないものとできる。

この発明の第１の実施形態を図１，図２と共に説明する。この車輪用軸受装置１は、リング状の外方部材２と、その内径側に位置する内方部材３と、複列のボール４と、各列の転動体４を保持する２個の保持器５とを備える。なお、以下の説明において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図１では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。

外方部材２は、外周に車体（図示せず）に取付けるためのフランジ２ｂを有し、内周に複列の軌道面２ａを有する。この複列の軌道面２ａと、内方部材３の外周に設けられた複列の軌道面３ａとの間に、複列のボール４が所定の接触角（例えば３５°）を持って組み込まれ、これら外方部材２、内方部材３、およびボール４により複列のアンギャラ玉軸受が構成される。両列の接触角は、互いに背面合わせとなるように設けられる。外方部材２と内方部材３との間の環状空間の両端は、シール６，７によって密封されている。

内方部材３は、ハブ輪８の外周に内輪９を固定することによって構成されている。この実施形態では、内輪９はハブ輪８のインボード側端に配置され、ハブ輪８および内輪９に上記各列の軌道面３ａが形成されている。

ハブ輪８は、車輪（図示せず）を取付けるためのフランジ８ａを外周に有し、このフランジ８ａの周方向複数箇所に、ブレーキホイール（図示せず）および車輪のタイヤリムを固定するためのハブボルト１０が植え込まれている。上記フランジ８ａは、外方部材２よりもアウトボード側に設けられる。ハブ輪８は中空であって、その中心部には、図示しない等速自在継手の構成部品である継手外輪のステム部を挿入するための内径孔１１が貫通して設けられている。なお、この実施形態の車輪用軸受装置１は駆動輪の支持用であり、従動輪支持用とする場合は、ハブ輪８の内径孔１１は必ずしも設けなくても良い。

この実施形態は、上記構成の車輪用軸受装置１において、両側の保持器５を次の構成としたものである。この保持器５は、図１（Ｂ）に示すように、隣合うボール４が、ボール配列のピッチ円ＰＣＤ上で直接にかつ非接触で対向するように、ボール４を保持する形状とされている。このようにピッチ円ＰＣＤ上で直接に対向させる構成部分として、保持器５の柱部５ｂに貫通孔１３が設けられている。

図２において、保持器５をより具体的に説明する。保持器５は、一体で樹脂製のものであり、リング部５ａと、このリング部５ａから等間隔で櫛歯状に突出した複数本の柱部５ｂとを有し、隣合う柱部５ｂの間で、ボール４を保持するポケット１２が形成される。リング部５ａは、大部分または全体がピッチ円ＰＣＤよりも内径側にあり、各柱部５ａはリング部５ａから斜め外径側へ延びている。なお、図２（Ａ）において、Ｄ_PCD はピッチ円直径を示す。この保持器５は、リング部５ａが各ボール列の軸受部分の背面側に位置するように設けられる。したがって、図１のように、両側のボール４の列の間にリング部５ａが位置するように、保持器５が設けられる。

図２おいて、柱部５ｂおよびリング部５ａにより構成されるポケット１２の内面は球面状に形成されており、保持器５の材質の持つ弾性を利用してボール４をポケット１２内に押し込んだ状態で、ボール４はポケット１２から自然脱落不能に保持される。なお、ポケット１２の内面における柱部５ａの先端部分は、保持器５の成形後の脱型の都合上で、ピッチ円ＰＣＤよりも内径側部分５ｂａが平坦面に、外径側部分５ｂｂが球面に形成されているが、この形状の違いは必ずしも設けなくても良い。

この保持器５の柱部５ｂにおける前記ピッチ円ＰＣＤ上に、隣合うボール４を直接に対向させる貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３は、この例では前記ピッチ円ＰＣＤ上に中心を有する円形に形成されている。貫通孔１３の内径は、柱部５ｂの必要強度と、隣合うボール４を接近させる間隔等に応じて適宜設計される。

図１（Ｂ）において、各ボール４は、柱部５ｂの球面状の内面に接することで、ピッチ円ＰＣＤ上におけるボール４間の最小間隔δが規制される。この最小間隔δは、例えば０．１mm程度に設定される。柱部５ｂの厚さは、前記貫通孔１３がないと考えた場合、柱部内面が球面状であると、ピッチ円ＰＣＤ上で最も薄く、それよりも内径側および外径側に離れるに従い、次第に厚くなる。貫通孔１３を設けない場合、ボール４間の最小間隔δを０．１mmとするには、柱部５ｂの最も薄いピッチ円ＰＣＤ上の部分は０．１mmとなる。そこで、必要な強度が確保される柱部厚さが得られるよりも薄い柱部部分が無くなるように、上記貫通孔１３を設けている。

この構成の車輪用軸受装置１によると、ボール４間の間隔が最も狭くなるピッチ円ＰＣＤ上では隣合うボール４が直接に対向するように、保持器５の柱部５ｂに貫通孔１３を設け、この部分には保持器５の構成部分が介在しないようにしたため、ボール４の個数を増大してボール間隔が狭くなっても、保持器５に極度に薄くなる部分が生じない。そのため、ボール個数を総ボール形式と同程度に増大しても、保持器５の強度不足の問題がない。このようにボール個数を総ボール形式と同程度に増大できるため、個々のボール４に負荷される軸受荷重が低減され、車輪用軸受装置１の寿命向上、ひいては車輪用軸受装置１の軽量化やコンパクトも可能になる。また、保持器５を設けてボール４が接触しないようにしたため、ボール４の競り合いによる摩擦トルクの増大が防止され、またボール４の衝突による打音，発熱も防止される。

この実施形態では、保持器５を隣合うボール４が直接に対向しない形状としながら、保持器５を一体物としたため、部品点数の増大の問題がない。また、この保持器５は櫛形のものであるため、柱部５ｂ等がボール４よりも軸方向の外側に突出しないものとでき、シール６，７等の配置の妨げとならない。

なお、上記保持器５は、貫通孔１３を円形とする代わりに、例えば図３に示すように柱部５ｂの先端側に開口した切欠状の形状としても良い。貫通孔１３をこのような切欠状の形状とした場合は、保持器５を射出成形等で成形する場合に、成形用の金型（図示せず）が、例えば２体構造の簡素なもので済む。

図４，図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１，図２と共に説明した第１の実施形態において、各保持器５を、一対の保持器分割体５Ａ，５Ｂで構成したものである。２つの保持器分割体５Ａ，５Ｂは、互いに径方向の内外に位置する。これら保持器分割体５Ａ，５Ｂは、それぞれリング部５Ａａ，５Ｂａと、このリング部５Ａａ，５Ｂａから等間隔に櫛歯状に突出した複数本の柱部５Ａｂ，５Ｂｂとを有する。内外の保持器分割体５Ａ，５Ｂは、柱部５Ａｂ，５Ｂｂが互いに軸方向の同じ方向を向くものとされる。内外の保持器分割体５Ａ，５Ｂにおける隣合う５Ａｂ，５Ｂｂ間で、ボール４を保持するポケット１２が形成される。

内径側の保持器分割体５Ａは、ピッチ円ＰＣＤよりも内径側でボール４を保持するものとする。外径側の保持器分割体５Ｂは、ピッチ円ＰＣＤよりも外径側でボール４を保持するものとする。図示の例では、外径側の保持器分割体５Ｂは、リング部５Ｂａがピッチ円ＰＣＤ付近にあり、柱部５Ｂｂは基端付近が斜め外径側へ延び、先端付近が軸方向に略平行に延びている。

図５に内径側の保持器分割体５Ａの一部の展開図を示すように、内径側の保持器分割体５Ａは、柱部５Ａｂの球面状の内面Ｓが斜め外径側に向くものとされ、ボール４を外径側へは出入自在であるが、内径側へは出入不能なものとされる。図４の外径側の保持器分割体５Ｂは、内径側の保持器分割体５Ａとは逆に、柱部５Ｂｂの球面状の内面Ｓが斜め内径側に向くものとされ、ボール４を内径側へは出入自在であるが、外径側へは出入不能なものとされる。このため、内外の保持器分割体５Ａ，５Ｂで保持されるボール４は、内径側および外径側のいずれにも脱落不能とされる。また、各柱部５Ａｂ，５Ｂｂの内面Ｓが球面状であって、隣合う柱部５Ａｂ間、および柱部５Ｂｂの間隔は先端側が中央部分よりも狭まるため、柱部先端側へのボール４の脱落も阻止される。

この実施形態の場合も、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接にかつ非接触で対向するように保持器５により保持されるため、保持器付きとしながら、ボール個数を増大できて、個々のボール４の負荷低減、軸受寿命の増大が可能となり、かつ保持器５の強度不足の問題のないものとできる。また、保持器５が２つの保持器分割体５Ａ，５Ｂに分割されているため、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接に対向する形状としながら、個々の保持器分割体５Ａ，５Ｂは簡素な形状とでき、射出成形等による製造が容易に行える。
この実施形態におけるその他の構成，効果は、第１の実施形態と同様である。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１，図２と共に説明した第１の実施形態において、各保持器５を、ボール４を介して互いに軸方向に向き合う一対の保持器分割体５Ｃ，５Ｄで構成したものである。保持器分割体５Ｃ，５Ｄは、それぞれリング部５Ｃａ，５Ｄａと、このリング部５Ｃａ，５Ｄａから櫛歯状に突出して互いの間にボール４を保持するポケット１２を形成した複数本の柱部５Ｃｂ，５Ｄｂとを有する。各列の軸受部分における背面側の保持器分割体５Ｃは、ピッチ円ＰＣＤよりも内径側でボール４を保持するものとし、正面側の保持器分割体５Ｄはピッチ円ＰＣＤよりも外径側でボール４を保持するものとしてある。各柱部５Ｃｂ，５Ｄｂの球面状の内面がそれぞれ斜め外径側および斜め内径側を向いてボール４を内外径の両方に脱落不能していること、および各柱部５Ｃｂ，５Ｄｂの先端側の間隔が狭まってボール４の柱部先端側への脱落を阻止したことは、図４，図５に示した実施形態と同じである。

この実施形態においても、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接にかつ非接触で対向するように保持器５により保持されるため、保持器付きとしながら、ボール個数を増大できて、個々のボール４の負荷低減、軸受寿命の増大が可能となり、かつ保持器５の強度不足の問題のないものとできる。また、保持器５が２つの保持器分割体５Ａ，５Ｂに分割されているため、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接に対向する形状としながら、個々の保持器分割体５Ａ，５Ｂは簡素な形状とでき、射出成形等による製造が容易に行える。 この実施形態におけるその他の構成，効果は、第１の実施形態と同様である。

この実施形態のように、保持器５を、ボール４を介して互いに軸方向に向き合う一対の保持器分割体５Ｃ，５Ｄで構成する場合に、図７に示すように、背面側の保持器分割体５Ｃによりピッチ円ＰＣＤよりも外径側の部分を保持させ、正面側の保持器分割体５Ｄによりピッチ円ＰＣＤよりも内径側の部分を保持させるように構成しても良い。

なお、上記各実施形態は、第３世代の車輪用軸受装置１に適用した場合につき説明したが、この発明の車輪用軸受は、世代形式を問わず、第１ないし第４形式のいずれの車輪用軸受装置にも適用することができる。

また、前記各実施形態では、両列のボール４を保持する保持器５について、上記のように隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで直接にかつ非接触で対向する形状のものとしたが、この形状の保持器５は、いずれか片方の列の保持器のみとしても良い。例えば、アウトボード側（図１の左側）のボール４の列は、インボード側のボール４の列に比べて、作用する負荷が小さいため、インボード側よりもアウトボード側の方がボール個数が少ないものとし、インボード側の保持器５のみを上記いずれかの実施形態における保持器としても良い。その場合に、アウトボード側については従来の一般の保持器（図示せず）、つまり隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤで柱部を介して対向する保持器を用いる。

図８は、この発明を複列のアンギュラ玉軸受に適用した実施形態を示す。このアンギュラ玉軸受２１は、外輪２２と内輪２３との間に複列のボール４を介在させた複列のアンギュラ玉軸受において、各列のボール４を保持する両側の保持器５を、隣合うボール４がピッチ円ＰＣＤ上で直接にかつ非接触で対向するようにボール４を保持する形状としたものである。

外輪２２は内径面に複列の軌道面２２ａを有し、一体のものとされている。内輪２３は外径面に複列の軌道面２３ａを有し、各列の軌道面２３ａをそれぞれ形成した２つの内輪分割体２３Ａ，２３Ａにより構成されている。これら軌道面２２ａ，２３ａは、互いに背面合わせになる接触角が生じるように設けられる。

保持器５は、図１，図２に示した第１の実施形態におけるものと同じ構成のものとされている。保持器５として、図３〜図７に示した前記各実施形態のものを用いても良い。

この実施形態の場合、上記各実施形態の車輪用軸受装置１におけると同様に、保持器付きとしながら、ボール個数を増大できて、個々のボールの負荷低減、軸受寿命の増大を可能とでき、かつ保持器の強度不足の問題のないものとできる。
この実施形態のアンギュラ玉軸受２１は、各種の用途に適用可能であるが、例えば、車輪用軸受装置を構成する軸受に用いても良い。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図、（Ｂ）はその保持器を軸方向に見た部分拡大断面図である。 （Ａ）は同保持器の断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のII-II 矢視図、（Ｃ）は同保持器の部分拡大斜視図である。 この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の保持器の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 その保持器分割体の部分展開図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるアンギュラ玉軸受の部分拡大断面図である。

符号の説明

１…車輪用軸受装置
２…外方部材
３…内方部材
２ａ，３ａ…軌道面
４…ボール
５…保持器
５Ａ〜５Ｄ…保持器分割体
５Ａａ〜５Ｄａ…リング部
５Ａｂ〜５Ｄｂ…柱部
５ａ…リング部
５ｂ…柱部
１２…ポケット
１３…貫通孔
ＰＣＤ…ピッチ円

Claims (5)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、外周に前記外方部材の軌道面と対向する軌道面を有する内方部材と、両列の軌道面間に介在した複列のボールと、各列のボールを保持する保持器とを有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、 いずれか一方または両方のボール列を、隣合うボールがボール配列のピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように保持器で保持したことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記ピッチ円上で直接に対向するように前記ボールを保持する保持器が、リング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間に前記ボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とでなり、この柱部における前記ピッチ円上に貫通孔を有するものとした車輪用軸受装置。
3. 請求項１において、前記ピッチ円上で直接に対向するように前記ボールを保持する保持器が、互いに径方向の内外に位置する一対の保持器分割体からなり、これら保持器分割体は、それぞれリング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間に前記ボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とを有し、内径側の保持器分割体は前記ピッチ円よりも内径側でボールを保持し、外径側の保持器分割体は前記ピッチ円よりも外径側でボールを保持するものとし、内外の保持器分割体は柱部が互いに軸方向の同じ方向を向くものとした車輪用軸受装置。
4. 請求項１において、前記ピッチ円上で直接に対向するように前記ボールを保持する保持器が、ボールを介して互いに軸方向に向き合う一対の保持器分割体からなり、これら保持器分割体は、それぞれリング部と、このリング部から櫛歯状に突出して互いの間に前記ボールを保持するポケットを形成した複数本の柱部とを有し、一方の保持器分割体は前記ピッチ円よりも内径側でボールを保持し、他方の保持器分割体は前記ピッチ円よりも外径側でボールを保持するものとした車輪用軸受装置。
5. 複列のアンギュラ玉軸受において、各列のボールを保持する保持器のうち、いずれか一方または両方の保持器を、隣合うボールがピッチ円上で直接にかつ非接触で対向するように前記ボールを保持する形状としたことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
   

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