JP2006316904A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を図り、かつ転動疲労寿命が確保でき、コスト面でも有利なものとなる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 外方部材１と内方部材２の対向する軌道面３〜６間に複列のボール７，８が介在する。内方部材２は、車輪取付用のハブフランジ２０をアウトボード側端に有するハブ輪１８と、そのインボード側端に嵌合した内輪１９とでなる。アウトボード側列Ｌｏのボール７のピッチ円直径ＰＣＤｏを、インボード側列Ｌｉのボール８のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくする。両列のボール径ｄは同じとし、アウトボード側列Ｌｏのボール個数をインボード側列Ｌｉよりも多くする。インボード側列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５、とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は自動車等における車輪用軸受装置に関する。

自動車の車輪は、懸架装置に車輪用軸受装置を介して回転自在に支持される。車輪用軸受装置に要求される機能としては、負荷容量や剛性の高いことが挙げられる。また自動車部品は、燃費向上等のために、軽量化が強く求められており、車輪用軸受装置においても軽量化が求められる。
従来の一般的な車輪用軸受装置は、負荷容量については満足できるが、車両旋回時の剛性が必ずしも十分と言えない場合がある。また、自動車の安定した走行のために車両旋回時の軸受剛性の向上が必要とされる。
車輪用軸受装置は、複列軸受が用いられており、直進時の車重は、複列軸受の中央に作用するように設計されている。しかし、車両の旋回時には、タイヤにかかる横力により、ハブフランジを傾けるようにモーメント荷重が発生する。そのため、複列のうちのアウトボード側列付近の剛性を高めることが求められる。

アウトボード側列の剛性を高めるものとしては、例えば図９に示すように、複列のボール列Ｌｏ，Ｌｉのうち、アウトボード側列Ｌｏのボール７のＰＣＤ（ピッチ円直径）を、インボード側列Ｌｉのボール８のＰＣＤよりも大きくしたものが提案されている（例えば、特許文献１）。同特許文献１には、他の実施形態として、ＰＣＤを変える代わりに、アウトボード側列Ｌｏのボール７の個数をインボード側列Ｌｉのボール８の個数よりも多くすることなども提案されている。
特開２００３−２３２３４３号公報

特許文献１に示されようように、アウトボード側列ＬｏのＰＣＤをインボード側列ＬｉのＰＣＤよりも大きくすることや、アウトボード側列Ｌｏのボール個数を増やすことは、アウトボード側の剛性の向上には優れた手法である。また、両列ともＰＣＤの増大やボール個数の増加を図るものと異なり、軸受装置全体の寸法，重量が増加することが回避される。
しかし、インボード側においても、安定した走行のためには軸受剛性を高めることが望まれる。インボード側では、周辺との関係で軸受寸法が制限されることが多く、軸受剛性を高めることが難しい。特に、内輪回転の車輪用軸受装置では、軌道面を内周に形成した外方部材をナックルの内径面に嵌合させて取付けることになるため、限られたナックル内径に対して、剛性を上げることが必要となる。

この発明の目的は、アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を図り、かつ転動疲労寿命が確保でき、コスト面でも有利なものとなる車輪用軸受装置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、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在したボールとを備え、前記外方部材および内方部材のうちのいずれか一方の部材の外周に車輪取付用のフランジを設けた車輪用軸受装置において、
アウトボード側のボール列のピッチ円直径を、インボード側のボール列のピッチ円直径よりも大きくし、両列のボール径を同じとし、アウトボード側列のボール個数をインボード側列のボール個数よりも多くし、
インボード側のボール列のピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径（ボールの直径）ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としたことを特徴とする。

この構成によると、アウトボード側のボール列のピッチ円直径を、インボード側のボール列のピッチ円直径よりも大きくしたため、軸受装置のアウトボード側部分の剛性を向上させることができる。また、アウトボード側列のボール個数をインボード側列のボール個数よりも多くしたことで、アウトボード側部分の剛性を一層向上させることができる。
この発明は、このようにアウトボード側の剛性を向上させた上で、インボード側のボール列のピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としたため、インボード側における剛性の向上、転動疲労寿命の確保が得られる。

すなわち、ピッチ円直径ＰＣＤｉが同じである場合、ボール径ｄを小さくしてボール個数を増やすことにより、支持点が増加して軸受剛性が高くなる。剛性向上の点からは、ボール径が小さいほど好ましい。しかし、ボール径が小さくなるに従い、転動疲労寿命が低下する。ピッチ円直径ＰＣＤｉとボール径ｄの関係を解析により求めた結果、ｄ／ＰＣＤｉが０．２５よりも大きいと、車輪用軸受装置として剛性の向上にならず、またｄ／ＰＣＤｉが０．１４未満であると、車輪用軸受装置として転動疲労寿命が不足することが分かった。
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５の範囲とすることで、剛性の向上の図りながら転動疲労寿命を確保することができる。

従来の車輪用軸受装置は、ＰＣＤｉに対してボール径が大きく、転動疲労寿命の点で余裕のある設計となっており、剛性が不足している。この発明は、このような従来の問題を解消し、剛性と転動疲労寿命の関係の最適化を図るものである。
アウトボード側については、インボード側と同じボール径ｄのボールを用い、ＰＣＤについては大きくしてあるため、ｄ／ＰＣＤの値はインボード側よりも小さくなる。しかしアウトボード側は、ＰＣＤが大きくなる分、余裕があり、インボード側と同じボール径のボールを用いることで、満足できる転動疲労寿命が確保される。両列のボール径が同じであると、同じ規格のボールを用いることができ、ボール径を変えるものに比べて生産性に優れ、コスト面で有利になる。
この発明の車輪用軸受装置は、このようにアウトボード側およびインボード側の荷重条件に応じ、アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を得られ、かつ転動疲労寿命が確保できるものとなり、両列のボール径が同じであることで、コスト面でも有利となる。

この発明の車輪用軸受装置において、前記車輪取付用のフランジは、前記外方部材および内方部材のうちのいずれか一方の部材におけるアウトボード側端の外周に設けられたものであっても良い。

この発明において、内方部材が車輪取付用のフランジを有し、外方部材が懸架装置におけるナックルに嵌合させるナックル嵌合部をインボード側端に有し、外方部材のインボード側の軌道面の全体または一部が、前記ナックル嵌合部の設けられた軸方向範囲に重なるものであっても良い。
このような外方部材のナックル嵌合部の内径側にインボード側の軌道面がある軸受の場合、ナックルによって外方部材のナックル嵌合部の外径が制限され、その内径側にある軌道面の内径が制限される。そのため、この発明における上記各構成によって、アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を図り、かつ転動疲労寿命が確保できるという利点が効果的に発揮される。

特に、前記内方部材が、車輪取付用のハブフランジをアウトボード側端に有しインボード側端に段差部状に小径となる内輪嵌合面を有するハブ輪と、このハブ輪の前記内輪嵌合面に嵌合した内輪とでなる車輪用軸受装置の場合に、この発明の上記各利点がより効果的に発揮される。

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、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在したボールとを備え、前記外方部材および内方部材のうちのいずれか一方の部材の外周に車輪取付用のフランジを設けた車輪用軸受装置において、アウトボード側のボール列のピッチ円直径を、インボード側のボール列のピッチ円直径よりも大きくし、両列のボール径を同じとし、アウトボード側列のボール個数をインボード側列のボール個数よりも多くし、インボード側のボール列のピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５としたため、アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を図り、かつ転動疲労寿命が確保でき、コスト面でも有利なものとなる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ従動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。なお、この明細書において、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。

この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３，４を形成した外方部材１と、これら各軌道面３，４に対向する軌道面５，６を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の対向する軌道面３，５間および軌道面４，６間に介在した複列のボール７，８とで構成される。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、ボール７，８は各列毎に保持器９，１０で保持されている。上記各軌道面３〜６は断面円弧状であり、これら軌道面３〜６は、接触角θが背面合わせとなるように形成されている。すなわち、各列Ｌｏ，Ｌｉの軸受部１１，１２がアンギュラ玉軸受とされ、背面合わせとされている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるアウトボード側端はシール１３で密閉され、インボード側端は軸受端面の全体を覆うキャップ（図示せず）により密閉される。内方部材２のインボード側端に外周には、回転速度検出用の磁気エンコーダ１４が取付けられている。

外方部材１は、固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１５に取付ける取付部１６として、ナックル１５を嵌合させるナックル嵌合部１６ａおよび車体固定フランジ１６ｂが設けられている。ナックル嵌合部１６ａは、外方部材１のインボード側端に設けられ、車体固定フランジ１６ｂは、ナックル嵌合部１６ａに隣接して設けられている。車体固定フランジ１６ｂは、円周方向の複数箇所に部分的に設けられていて、ねじ孔からなるボルト挿通孔１７を有し、ナックルに挿通された固定ボルト（図示せず）をボルト挿通孔１７にねじ込むことで、ナックル１５にこの車輪用軸受装置が固定される。ホルト挿通孔１７をねじ孔とする代わりに、ナットを用いても良い。 ナックル嵌合部１６ａは、外方部材１における他の部分よりも小径とされており、このナックル嵌合部１６ａのある軸方向位置に外方部材１のインボード側の軌道面４が位置している。

内方部材２は、回転側の部材となるものであって、ハブ輪１８と内輪１９とでなり、ハブ輪１８にアウトボード側の軌道面５が、内輪１９にインボード側の軌道面６がそれぞれ形成されている。ハブ輪１８は、軸部１８ａのアウトボード側端の外周に車輪取付用のハブフランジ２０を有し、軸部１８ａのインボード側端の外周に段差部状に小径となる内輪嵌合面２１を有している。内輪１９は、ハブ輪１８の内輪嵌合面２１に嵌合し、ハブ輪１８の加締部２２によってハブ輪１８に固定されている。加締部２２は、ハブ輪１８のインボード側端に延出させた円筒状部分を外径側へローリング加締等で加締めることで形成される。

ハブフランジ２０は、円周方向の複数箇所にボルト挿通孔２３を有し、ボルト２４がボルト挿通孔２３に圧入されている。ハブフランジ２０のアウトボード側の側面に、ブレーキディスクとホイール（いずれも図示せず）とが重ねられ、上記ボルト２４にねじ込んだナット（図示せず）により固定される。ハブフランジ２０は、全周に連続しているが、円周方向の複数箇所におけるボルト挿通孔２３の周辺部が放射状に延びる厚肉部２０ａ（図３）とされ、隣合う厚肉部２０ａの間の薄肉部に、軽量化のためのくり抜き孔２５が設けられている。

ハブフランジ２０のアウトボード側の側面における基端には、前記ブレーキディスクおよびホイールの内径面を案内するためのパイロット部２６が突出している。パイロット部２６は、ハブ輪１８の正面に設けられた肉盗み用の正面凹部２７の形成により、円筒状とされている。

両列のボール７，８の列Ｌｏ，Ｌｉの寸法関係は、アウトボード側のボール列Ｌｏのボール７のピッチ円直径ＰＣＤｏを、インボード側のボール列Ｌｉのボール８のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしてある。両列Ｌｏ，Ｌｉのボール７，８のボール径は互いに同じであるが、上記ピッチ円直径ＰＣＤｏ，ＰＣＤｉの違いにより、アウトボード側列Ｌｏのボール７の個数を、インボード側列のボール８の個数よりも多く配置することを可能としている。例えば、アウトボード側列Ｌｏのボール個数を１９個、インボード側列Ｌｉのボール個数を１７個としている。両列Ｌｏ，Ｌｉの接触角θは、互いに同じとし、例えば４０度としている。

ハブ輪１８の軸部１８ａの外周形状は、両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおける外径Ｄ１を、インボード側の軌道面６の溝底径である最小径Ｄ２よりも大きくしている。上記中央位置Ｐは、両列Ｌｏ，ＬｉのボールスパンＷの中央となる位置である。内輪１９がハブ輪１８の内輪嵌合面２１の端部に突き合わされる位置Ｑは、上記中央位置Ｐよりもインボード側である。
図２に拡大して示すように、ハブ輪１８の軸部１８ａの両ボール列Ｌｏ，Ｌｉの間の部分は、詳しくは、次の形状寸法とされている。アウトボード側の軌道面５は、ボール中心で最小径Ｄ３となって、この最小径Ｄ３の部分がボール中心よりも若干（ボール径の数分の一程度）インボード側に延びている。ハブ輪軸部１８ａの外径面は、軌道面５のインボード側に隣接する部分が、インボード側へ小径となる断面円弧状の第１の径変化部分１８ａａとされ、この径変化部分１８ａａから外径一定の直軸部分１８ａｂに続き、直軸部分１８ａｂからインボード側が小径となるテーパ状の第２の径変化部分１８ａｃを介して、前記段差部状の内輪嵌合面２１に続いている。直軸部分１８ａｂの外径が、上記中央位置Ｐにおける外径Ｄ１となる。

第１の径変化部分１８ａａの断面の円弧状曲線における曲率半径Ｒ１は、軌道面５の断面の曲率半径よりも大きくされ、例えば２倍程度の寸方とされている。寸法例で示すと、軌道面５の溝曲率半径が１０mmである場合、径変化部分１８ａａの曲率半径Ｒ１は２０mm程度とされる。
内輪１９は、軌道面６よりもアウトボード側の部分が、軌道面６の溝底径である最小径Ｄ２よりもさらに小径となる小径化部１９ａとされ、ハブ輪１８の内輪嵌合面２１の端面の外径、つまり第２の径変化部分１８ａｃの最小径は、内輪小径化部１９ａの端部の径と略同じ寸法とされている。なお、内輪小径化部１９ａは、必ずしも設けなくても良いが、その場合でも、ハブ輪１９の直軸部分１８ａｂの外径Ｄ１は、内輪１９の最小径Ｄ２よりも大きくされる。
なお、径変化部分１８ａａの断面はテーパ状形状であってもよいし、緩やかに次第に小径となるものであれば良い。

ハブ輪１８における前記正面凹部２７の深さは、ハブ輪１８側のボール７の中心の軸方向位置Ａよりも深いものとされている。この正面凹部２７の深さは、この実施形態では、ハブ輪軸部１８ａの第１の径変化部分１８ａａの最小径部の付近、つまり直軸部分１８ａｂの端部付近までの深さとされている。正面凹部２７の断面形状は、底側へ次第に小径となる形状とされ、また接触角θを成す直線Ｍの付近が、正面凹部２７の内側へ盛り上がる盛り上がり部２７ａとなる形状とされている。

外方部材の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間には、円周溝からなる肉盗み部２８が設けられている。肉盗み部２８は、両軌道面３，４の間の軸方向寸法の半分程度の軸方向幅とされ、その深さは、アウトボード側の軌道面３の溝底と同程度とされている。

インボード側列Ｌｉの寸法関係を説明すると、ボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径（ボールの直径）ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としている。

また、外方部材１のナックル嵌合部１６ａの外径Ｄに対するインボード側ボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉの割合（ＰＣＤｉ／Ｄ）を、
０．６６≦（ＰＣＤｉ／Ｄ）≦０．８０
としている。

さらに、インボード側列Ｌｉについては、外方部材１のインボード側の軌道面４の内径Ｄ４を、ナックル嵌合部１６ａと軌道面４間の肉厚ｔとして必要肉厚が得られる範囲で最大径とし、インボード側列Ｌｉのボール８を、所定の転動疲労寿命が得られる最小径としている。肉厚ｔの最小必要肉厚は、小型車から大型車に渡り、一般乗用車の車輪用軸受装置では、ナックル嵌合部１６ａの外径Ｄにかかわらず、例えば４mm程度である。
外方部材１は、両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４およびナックル嵌合部１６ａが焼入れ処理されていて、これらの焼入れ処理の必要上からも、上記肉厚ｔの最小肉厚が定まる。

この構成の車輪用軸受装置によると、アウトボード側列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏをインボード側列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしたため、アウトボード側部分の軸受剛性が向上する。ボール７，８の個数についても、アウトボード側列Ｌｏの個数を多くしたため、アウトボード側部分の軸受剛性がより一層向上する。

このようにアウトボード側の剛性を向上させた上で、インボード側のボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としたため、インボード側における剛性の向上、転動疲労寿命の確保が得られる。

すなわち、ピッチ円直径ＰＣＤｉが同じである場合、ボール径ｄを小さくしてボール個数を増やすことにより、支持点が増加して軸受剛性が高くなる。剛性向上の点からは、ボール径が小さいほど好ましい。しかし、ボール径が小さくなるに従い、転動疲労寿命が低下する。ピッチ円直径ＰＣＤｉとボール径ｄの関係をＦＥＭ解析（電解電子顕微鏡による解析）による求めた結果、ｄ／ＰＣＤｉが０．２５よりも大きいと、車輪用軸受装置として剛性の向上にならず、またｄ／ＰＣＤｉが０．１４未満であると、車輪用軸受装置として転動疲労寿命が不足することが分かった。
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５の範囲とすることで、剛性の向上の図りながら転動疲労寿命を確保することができる。
なお、より好ましくは、０．１５≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２０の範囲である。

インボード側につき、ｄ／ＰＣＤｉの値と剛性との関係を検討すると、図４に示す結果が得られた。剛性はＪＩＳ Ｂ１５１９に記載された基本静定格荷重から導き出されるものです。
同図によると、ｄ／ＰＣＤｉの値が０．１４〜０．２５の範囲では剛性がほぼ一定であるが、ｄ／ＰＣＤｉの値が０．２５を超えた付近で剛性が急に低下し、ｄ／ＰＣＤｉがさらに大きくなっても、剛性はその低下した値で一定になっている。これより、ｄ／ＰＣＤｉの値が０．２５を超えると、剛性アップにはならないことがわかる。ｄ／ＰＣＤｉの値が０．１４未満の場合は、剛性の点では問題がないが、上述のように転動疲労寿命が確保できず、好ましくない。
なお、軸受サイズによっては、ｄ／ＰＣＤｉの値が上記範囲内のものでも剛性が上がらないものもあるが、当該範囲であれば軸受サイズを適宜選択することによって剛性アップを図ることができるものである。

従来の車輪用軸受装置は、ＰＣＤｉに対してボール径が大きく、転動疲労寿命の点で余裕のある設計となっており、剛性が不足している。この実施形態は、このような従来の問題を解消し、剛性と転動疲労寿命の関係の最適化を図るものである。
アウトボード側については、インボード側と同じボール径ｄのボールを用い、ＰＣＤについては大きくしてあるため、ｄ／ＰＣＤの値はインボード側よりも小さくなる。しかしアウトボード側は、ＰＣＤが大きくなる分、余裕があり、インボード側と同じボール径のボールを用いることで、満足できる転動疲労寿命が確保される。両列のボール径が同じであると、同じ規格のボールを用いることができ、ボール径を変えるものに比べて生産性に優れ、コスト面で有利になる。

また、この実施形態では、外方部材１のナックル嵌合部１６ａの外径Ｄに対するインボード側のボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉの割合（ＰＣＤｉ／Ｄ）を、
０．６６≦（ＰＣＤｉ／Ｄ）≦０．８０
としたため、インボード側における剛性の向上、転動疲労寿命の確保が得られる。

すなわち、外方部材１のナックル嵌合部１６ａの外径Ｄは、軸受設計上で要求寸法として定まった値となる。そのため、このナックル嵌合部外径Ｄに対して、剛性の向上、転動疲労寿命の確保を図ることが必要となる。
上記ピッチ円直径ＰＣＤｉは、インボード側の軌道面４の内径Ｄ４からボール径ｄを差し引いた値であり、ボール径ｄが小さいほど、ボール中心が軌道面４の内面に近づき、ＰＣＤｉの値が軌道面内径Ｄ４の値に近づくことになる。ここで、インボード側軌道面４はナックル嵌合部１６ａの内周に位置するため、ナックル嵌合部１６ａの外径Ｄが一定であって、外方部材１における軌道面外周の肉厚ｔにつき必要最低肉厚を確保できる範囲で可能な限り大きな値すると、軌道面内径Ｄ４は、Ｄ４＝Ｄ−２×ｔであり、一定の値となる。上記のように肉厚ｔの必要最低厚さは、例えば４mm程度となる。
軌道面内径Ｄ４が一定であると、ＰＣＤｉ（＝Ｄ４−ｄ）の値は、ボール径ｄに依存することになる。ナックル嵌合部外径Ｄも一定と考えると、ＰＣＤｉ／Ｄの値は、ボール径ｄに依存することになり、ボール径が小さいほど、ＰＣＤｉ／Ｄの値が大きくなる。
ボール径ｄを小さくした場合、ボール個数を増やすことができて、それだけ支持点が増加するため、軸受剛性が高くなる。そのため剛性向上の点からは、ボール径が小さいほど好ましい。
ナックル嵌合部外径Ｄが一定であり、軌道面外周の必要肉厚ｔが一定であるとして、つまり軌道面内径Ｄ４が一定であるとして、ＰＣＤｉ／Ｄの変化による剛性，転動疲労寿命の関係をＦＥＭ解析により求めた。その結果、ＰＣＤｉ／Ｄが０．６６未満であると、車輪用軸受装置として剛性の向上にならず、またＰＣＤｉ／Ｄが０．８０よりも大きいと、車輪用軸受装置として転動疲労寿命が不足することが分かった。
０．６６≦（ＰＣＤｉ／Ｄ）≦０．８０
の範囲とすることで、剛性の向上の図りながら転動疲労寿命を確保することができる。
なお、より好ましくは、０．６７≦（ＰＣＤｉ／Ｄ）≦０．７６、の範囲である。

インボード側につき、ＰＣＤｉ／Ｄの値と剛性との関係を検討すると、図５に示す結果が得られた。
同図によると、ＰＣＤｉ／Ｄの値が０．６６〜０．８０の範囲では、剛性がほぼ一定であるが、０．６６未満になる付近で剛性が急に低下し、ＰＣＤｉ／Ｄがさらに小さくなっても、剛性は低下した値で一定になっている。これより、ＰＣＤｉ／Ｄの値が０．６６未満になると、剛性アップにはならないことがわかる。ＰＣＤｉ／Ｄの値が０．８０を超える場合は、剛性の点では問題がないが、上述のように転動疲労寿命が確保できず、好ましくない。
なお、軸受サイズによっては、ＰＣＤｉ／Ｄの値が上記範囲内のものでも剛性が上がらないものもあるが、当該範囲であれば軸受サイズを適宜選択することによって剛性アップを図ることができるものである。

従来の車輪用軸受装置は、ナックル嵌合部外径Ｄに対してボール径が大きく、転動疲労寿命の点で余裕のある設計となっており、剛性が不足している。この実施形態は、このような従来の問題を解消し、剛性と転動疲労寿命の関係の最適化を図るものである。

また、この実施形態では、さらに次のようにアウトボード側の剛性向上が達成される。すなわち、両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおけるハブ輪１８の外径Ｄ１を、インボード側列Ｌｉの軌道面６の最小径Ｄ２よりも大きくしたため、軸受装置に作用する車両走行時のモーメント荷重に対して、ハブ輪１８の剛性を高めることができる。従来の軸受装置は、いずれも両ボール列間のハブ輪外径が、インボード側列の軌道面の溝底径に合わされているが、この部分のハブ輪外径Ｄ１を大きくすることが、剛性向上に大きく寄与する。軸受装置における各部の大径化や厚肉化は、剛性増につながるが、ＦＥＭ解析（電解電子顕微鏡による解析）の結果、両ボール列Ｌｏ，Ｌｉの間のハブ輪１８の外径を増加することが、上記モーメント荷重に対する剛性向上に最も効率的であることが分かった。したがって、この部分の外径Ｄ１を増大させることで、軸受装置の他の部分の肉を削り、重量増加を伴うことなく、剛性向上を達成することができる。

軸受装置の肉を削る構成としては、外方部材１の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間に、円周溝からなる肉盗み部２８を設けている。
解析によると、外方部材１の内径面における両列Ｌｏ，Ｌｉの軌道面３，４の間の部分は、軸受剛性に対する影響が小さく、上記肉盗み部２８を内径面に設けても、剛性低下への影響が殆どない。したがって、ハブ輪１の両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の中間の外径Ｄ１を大きくし、外方部材１に上記肉盗み部２８を設けることで、重量増加を伴うことなく、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。

また、この実施形態では、アウトボード側列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏを大きくしたため、これに伴い、上記のように両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の中央位置Ｐにおけるハブ輪外径Ｄ１を大きくする設計が容易となる。すなわち、ハブ輪１８の両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の部分を、インボード側列Ｌｉの軌道面６の溝底径Ｄ２よりも大きくしても、アウトボード側列Ｌｏの軌道面溝底径Ｄ３よりは小さくできるため、アウトボード側列Ｌｏであるバブ輪軌道面５へのボール７の組み込み性を阻害することがない。

ハブ輪１８の軸受部１８ａの外径面形状については、ハブ輪１８の軌道面５のインボード側に隣接する部分を、軌道面５の最小径Ｄ３よりも小径となる径変化部分１８ａａとしているため、ハブ輪１８の外径が小さくなることで、ハブ輪１８が軽量化される。この場合に、急激な外径変化があると、ハブ輪１８のアウトボード側部分の剛性低下を招くが、次第に小径となる断面円弧状の径変化部分１８ａａとし、断面の曲率半径Ｒ１を軌道面５の曲率半径よりも大きくしたため、ハブ輪１８のアウトボード側部分の剛性を高めながら、重量増を回避することができる。

また、ハブ輪１８のアウトボード側の端面に設けられる正面凹部２７を、ハブ輪１８側のボール７の中心の軸方向位置Ａよりも深くしたため、正面凹部２７により肉を盗む量を多くできて、より軽量化することができる。正面凹部２７を設けても、ハブ輪１８の剛性低下への影響は小さく、この実施形態のようにハブ輪１８の両ボール列Ｌｏ，Ｌｉ間の中間の外径Ｄ１を大きくした場合は、正面凹部２７を上記のように深くしても、剛性が確保できる。これによっても、重量増加を抑えながら、アウトボード側の軸受剛性を高めることができる。正面凹部２７の形状は、この例では、接触角θを成す直線Ｍの付近が、正面凹部２７の内側へ盛り上がる盛り上がり部２７ａとなる形状とされているため、正面凹部２７の内径をできるだけ大きくしてより軽量化を進めながら、必要な剛性を確保することができる。

図６は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。この車輪用軸受装置は、図１ないし図３と共に説明した第１の実施形態において、内方部材２におけるハブ輪１８の中心部に駆動軸結合孔３１を貫通して設けたものである。駆動軸結合孔３１は、等速ジョイント（図示せず）の一方の継手部材となる外輪のステム部を貫通させる孔であり、内径面に、上記ステム部のスプラインと噛み合うスプライン溝３１ａが形成されている。正面凹部２７Ａは、上記ステム部の先端の雄ねじ部分にねじ込むナット（図示せず）が収められる座ぐり部として設けられている。内輪１９のハブ輪１８への固定は、上記ナットの締め付けにより、等速ジョイント外輪の一部を内輪１９の幅面に押し付けることで行われる。また、外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるインボード側端はシール３２で密閉され、上記磁気エンコーダ１４が、シール３２におけるスリンガを兼用している。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
このように駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用した場合も、上記実施形態と同様に、アウトボード側部分の剛性を高めると共に、インボード側部分においても、限られた軸受径で剛性の向上を図り、かつ転動疲労寿命が確保でき、コスト面でも有利なものとなる。

図７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、第２世代型の外輪回転タイプで、従動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。この車輪用軸受装置は、外方部材１Ａが、アウトボード側端の外周に車輪取付用のフランジ２０Ａを有し、内径面に複列の軌道面３，４が形成されている。内方部材２Ａは、固定側の部材となるものであって、２個の内輪２Ａａ，２Ａｂを並べて構成され、各内輪２Ａａ，２Ａｂの外周に軌道面５，６がそれぞれ形成されている。外方部材１および内方部材２の対向する軌道面３，５間および軌道面４，６間に複列のボール７，８が介在する。内方部材２Ａの内周には固定の車軸（図示せず）を嵌合させる。

この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、ボール７，８は各列毎に保持器９，１０で保持されている。上記各軌道面３〜６は断面円弧状であり、これら軌道面３〜６は、接触角θが背面合わせとなるように形成されている。すなわち、各列Ｌｏ，Ｌｉの軸受部１１，１２がアンギュラ玉軸受とされ、背面合わせとされている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間におけるインボード側端はシール３３で密閉されている。

フランジ２０Ａは、円周方向の複数箇所にボルト挿通孔２３を有し、ボルト２４がボルト挿通孔２３に圧入されている。ハブフランジ２０のアウトボード側の側面に、ブレーキディスクとホイール（いずれも図示せず）とが重ねられ、上記ボルト２４にねじ込んだナット（図示せず）により固定される。フランジ２０Ａは、全周に連続しているが、円周方向の複数箇所におけるボルト挿通孔２３の周辺部が放射状に延びる厚肉部２０ａとされ、隣合う厚肉部２０ａの間の薄肉部に、軽量化のためのくり抜き孔２５が設けられている。 フランジ２０Ａのアウトボード側の側面における基端には、前記ブレーキディスクおよびホイールの内径面を案内するためのパイロット部２６が突出している。

両列のボール７，８の列Ｌｏ，Ｌｉの寸法関係は、アウトボード側のボール列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏを、インボード側のボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしてある。両列Ｌｏ，Ｌｉのボール７，８のボール径は互いに同じであるが、上記ピッチ円直径ＰＣＤｏ，ＰＣＤｉの違いにより、アウトボード側列Ｌｏのボール７の個数を、インボード側列のボール８の個数よりも多く配置することを可能としている。例えば、アウトボード側列Ｌｏのボール個数を１９個、インボード側列Ｌｉのボール個数を１７個としている。両列Ｌｏ，Ｌｉの接触角θは、互いに同じとし、例えば４０度としている。

インボード側列Ｌｉの寸法関係を説明すると、ボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径（ボールの直径）ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としている。

この実施形態の車輪用軸受装置においても、アウトボード側列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏをインボード側列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしたため、アウトボード側部分の軸受剛性が向上する。ボール７，８の個数についても、アウトボード側列Ｌｏの個数を多くしたため、アウトボード側部分の軸受剛性がより一層向上する。

このようにアウトボード側の剛性を向上させた上で、インボード側のボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としたため、上記各実施形態と同様に、インボード側における剛性の向上、転動疲労寿命の確保が得られる。

図８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、第２世代型の外輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。この実施形態の車輪用軸受装置は、図７と共に説明した従動輪支持用の車輪用軸受装置において、外方部材１Ａの車輪取付用のフランジ２０Ａの位置を、両転動体列Ｌｏ，Ｌｉ間の中心よりもインボード側に位置させ、このフランジ２０Ａよりもインボード側における外方部材１の外径面を駆動軸結合用嵌合面３５としたものである。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間は両端がシール３３，３４で密閉されている。この実施形態におけるその他の構成は、図７の実施形態と同様である。

この実施形態においても、アウトボード側列Ｌｏのピッチ円直径ＰＣＤｏをインボード側列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大きくしたため、アウトボード側部分の軸受剛性が向上する。ボール７，８の個数についても、アウトボード側列Ｌｏの個数を多くしたため、アウトボード側部分の軸受剛性がより一層向上する。

このようにアウトボード側の剛性を向上させた上で、インボード側のボール列Ｌｉのピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
としたため、上記各実施形態と同様に、インボード側における剛性の向上、転動疲労寿命の確保が得られる。

この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同軸受装置の部分拡大断面図である。 同車輪用軸受装置をインボード側から見た側面図である。 ピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）と剛性の関係の試験結果を示すグラフである。 ナックル嵌合部の外径Ｄに対するピッチ円直径ＰＣＤｉの割合（ＰＣＤｉ／Ｄ）と剛性の関係を示すグラフである。 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断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…外方部材
２，２Ａ…内方部材
２Ａａ，２Ａｂ…内輪
３〜６…軌道面
７，８…ボール
１１，１２…軸受部
１５…ナックル
１６…取付部
１６ａ…ナックル嵌合部
１８…ハブ輪
１８ａ…ハブ輪の軸部
１８ａａ…径変化部分
１８ａｂ…直軸部分
１９…内輪
２０…ハブフランジ
２７…正面凹部
２８…肉盗み部
Ｄ…ナックル嵌合部の外径
Ｄ４…インボード側の軌道面の内径
ＰＣＤｉ…インボード側のピッチ円直径
ＰＣＤｏ…アウトボード側のピッチ円直径
ｔ…肉厚

Claims (4)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、前記各軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有する内方部材と、対向する軌道面間に介在したボールとを備え、前記外方部材および内方部材のうちのいずれか一方の部材の外周に車輪取付用のフランジを設けた車輪用軸受装置において、
   アウトボード側のボール列のピッチ円直径を、インボード側のボール列のピッチ円直径よりも大きくし、両列のボール径を同じとし、アウトボード側列のボール個数をインボード側列のボール個数よりも多くし、
   インボード側のボール列のピッチ円直径ＰＣＤｉに対するボール径ｄの割合（ｄ／ＰＣＤｉ）を、
   ０．１４≦（ｄ／ＰＣＤｉ）≦０．２５
   と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、前記車輪取付用のフランジは、前記外方部材および内方部材のうちのいずれか一方の部材におけるアウトボード側端の外周に設けた車輪用軸受装置。
3. 請求項２において、内方部材が車輪取付用のフランジを有し、外方部材が懸架装置におけるナックルに嵌合させるナックル嵌合部をインボード側端に有し、外方部材のインボード側の軌道面の全体または一部が、前記ナックル嵌合部の設けられた軸方向範囲に重なるものである車輪用軸受装置。
4. 請求項３において、前記内方部材が、車輪取付用のハブフランジをアウトボード側端に有しインボード側端に段差部状に小径となる内輪嵌合面を有するハブ輪と、このハブ輪の前記内輪嵌合面に嵌合した内輪とでなる車輪用軸受装置。

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