特開 2024-13443 車輪用軸受装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013443

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】車輪用軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/66 20060101AFI20240125BHJP

   F16C 19/38 20060101ALI20240125BHJP

   F16C 33/58 20060101ALI20240125BHJP

   C10M 169/02 20060101ALI20240125BHJP

   C10M 115/08 20060101ALN20240125BHJP

   C10N 50/10 20060101ALN20240125BHJP

   C10N 30/00 20060101ALN20240125BHJP

   C10N 40/02 20060101ALN20240125BHJP

【ＦＩ】

F16C33/66 Z

F16C19/38

F16C33/58

C10M169/02

C10M115/08

C10N50:10

C10N30:00 Z

C10N40:02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115529

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002217

【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松下 知樹

【テーマコード（参考）】

3J701

4H104

【Ｆターム（参考）】

3J701AA16

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701AA62

3J701AA72

3J701BA53

3J701BA57

3J701BA69

3J701CA40

3J701EA63

3J701EA70

3J701FA38

3J701GA03

3J701XB03

3J701XB31

3J701XE03

3J701XE33

3J701XE34

4H104BE13B

4H104EA02A

4H104LA20

4H104PA01

4H104QA18

(57)【要約】

【課題】車両走行の全回転領域にわたって低トルク化を実現することができる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】内周に複列の外側軌道面２ｃ・２ｄを有する外方部材（外輪２）と、外周に複列の外側軌道面２ｃ・２ｄと対向する複列の内側軌道面３ｄ・４ａを有する内方部材（ハブ輪３・内輪４）と、外側軌道面２ｃ・２ｄと内側軌道面３ｄ・４ａとの間に転動自在に収容された複数の円錐ころ５１とを備え、内側軌道面３ｄ・４ａには、円錐ころ５１の大径側端面５１ａが摺接する大鍔部３ｅ・４ｂが一体的に形成された車輪用軸受装置１であって、大鍔部３ｅ・４ｂは、算術平均粗さが０．０８μｍＲａ以下であり、円錐ころ５１の周囲に充填されるグリースの基油は、４０℃における動粘度が４０～８０ｍｍ^２／ｓである、とした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
外周に前記複列の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に収容された複数の円錐ころとを備え、
前記内側軌道面には、前記円錐ころの大径側端面が摺接する大鍔部が一体的に形成された車輪用軸受装置であって、
前記大鍔部は、算術平均粗さが０．０８μｍＲａ以下であり、前記円錐ころの周囲に充填されるグリースの基油は、４０℃における動粘度が４０～８０ｍｍ^２／ｓである、ことを特徴とする車輪用軸受装置。

【請求項2】

前記グリースの基油が合成炭化水素油である、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項3】

前記グリースの増ちょう剤が脂環式脂肪族ジウレアである、ことを特徴する請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項4】

前記グリースのちょう度が２００～３００である、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項5】

前記内方部材は、インナー側端部において縮径された小径段部を有するハブ輪、及び前記ハブ輪の小径段部に圧入された内輪からなり、前記ハブ輪の外周に前記内側軌道面が直接形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車等の懸架装置において車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置が知られている。車輪用軸受装置は、複数の転動体を介してハブ輪を含む内方部材が外方部材に回転自在に支持されている。車輪用軸受装置は、転動体が円錐ころからなる複列円錐ころ軸受や、転動体がボールからなる複列アンギュラ玉軸受がある。

【0003】

ところで、車輪用軸受装置は、車両の燃費及び航続距離を向上させるため低トルク化が求められている。しかし、複列円錐ころ軸受は、複列アンギュラ玉軸受と比べて、軌道面が線接触であるとともに、鍔部では円錐ころが摺接するため、回転トルクが高くなる。

【0004】

車輪用軸受装置は、低トルク化を図るため軸受内部仕様とグリースの最適化が行われている。例えば、特許文献１には、円錐ころ軸受用グリース組成物が記載されている。円錐ころ軸受用グリース組成物は、金属基の価数が２価である金属塩からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物、粘度指数が１１０以上であって流動点が－３５℃以下である合成油を基油全体の４０％以上含む基油、増ちょう剤、及び酸化防止剤を含有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－０８３９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記特許文献１における円錐ころ軸受用グリース組成物は、成分全体の４０℃における動粘度が２０～３００ｍｍ^２／ｓであるため、グリース組成の範囲が広く、低トルク化を図るには不十分であった。また、攪拌抵抗の低減手法や軸受内部構造への言及がないため、効果が限定的であった。また、一般的に、低トルク化のためには、グリースの低粘度化が必要である。しかし、円錐ころが摺接する鍔部では油膜形成能力が低下し、低速回転領域における回転トルクが高くなるという課題があった。

【0007】

そこで、本発明においては、車両走行の全回転領域にわたって低トルク化を実現することができる車輪用軸受装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

即ち、第一の発明は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
外周に前記複列の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に収容された複数の円錐ころとを備え、
前記内側軌道面には、前記円錐ころの大径側端面が摺接する大鍔部が一体的に形成された車輪用軸受装置であって、
前記大鍔部は、算術平均粗さが０．０８μｍＲａ以下であり、前記円錐ころの周囲に充填されるグリースの基油は、４０℃における動粘度が４０～８０ｍｍ^２／ｓである、としたものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0010】

即ち、第一の発明によれば、車両走行の全回転領域にわたって低トルク化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車輪用軸受装置の全体構成を示す断面図。

【図2】アウター側の円錐ころと保持器の構成を示す拡大断面図。

【図3】インナー側の円錐ころと保持器の構成を示す拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、図１及び図２を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態である車輪用軸受装置１について説明する。

【0013】

図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１は、外方部材である外輪２、内方部材であるハブ輪３、内輪４、転動列であるインナー側及びアウター側の転動体列５、シール部材であるインナー側シール部材６、シール部材であるアウター側シール部材７を具備する。ここで、本明細書において、インナー側とは、車輪用軸受装置１を車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車輪用軸受装置１を車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。また、車輪用軸受装置１の回転軸Ａと平行な方向を「軸方向」、車輪用軸受装置１の回転軸Ａに直交する方向を「径方向」、車輪用軸受装置１の回転軸Ａを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と表す。また、径方向における回転軸Ａ側を「内径側」と規定し、径方向における内径側との反対側を「外径側」と表す。

【0014】

外輪２は、インナー側及びアウター側の転動体列５を介してハブ輪３と内輪４を支持するものである。外輪２は、略円筒状に形成されている。外輪２のインナー側端部には、インナー側シール部材６が嵌合可能なインナー側開口部２ａが形成されている。外輪２のアウター側端部には、アウター側シール部材７が嵌合可能なアウター側開口部２ｂが形成されている。外輪２とハブ輪３及び内輪４の間の内部空間には、グリースが充填されている。

【0015】

外輪２の内径面には、インナー側の外側軌道面２ｃとアウター側の外側軌道面２ｄとが設けられている。外輪２の外径面には、懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｅが一体に形成されている。

【0016】

ハブ輪３は、車両の車輪を回転自在に支持するものである。ハブ輪３は、円柱状に形成されている。ハブ輪３のインナー側端部には、外径面に縮径された小径段部３ａが形成されている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に形成されている。車輪取り付けフランジ３ｂには、円周等配位置にハブボルト３ｃが挿通されている。また、ハブ輪３は、アウター側の内側軌道面３ｄが外輪２のアウター側の外側軌道面２ｄに対向するように配置されている。ハブ輪３には、小径段部３ａに内輪４が嵌合されている。

【0017】

図２に示すように、ハブ輪３において、内側軌道面３ｄにおける大径側の端部には、外径側に突出する大鍔部３ｅが一体的に形成されている。また、内側軌道面３ｄにおける小径側の端部には、外径側に突出し、且つ大鍔部３ｅに比べて内径側に位置する小鍔部３ｆが一体的に形成されている。内側軌道面３ｄと大鍔部３ｅとの隅部には、大ぬすみ部３ｇが形成されている。また、内側軌道面３ｄと小鍔部３ｆとの隅部には、小ぬすみ部３ｈが形成されている。ここで、内側軌道面３ｄにおける大径側とは、内側軌道面３ｄの拡径側を意味する。また、内側軌道面３ｄにおける小径側とは、内側軌道面３ｄの縮径側を意味する。

【0018】

図１に示すように、内輪４は、インナー側及びアウター側の転動体列５に予圧を与えるものである。内輪４の外径面には、周方向に環状の内側軌道面４ａが形成されている。内輪４は、かしめによりハブ輪３のインナー側端部に固定されている。つまり、ハブ輪３のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。内輪４は、その内側軌道面４ａが外輪２のインナー側の外側軌道面２ｃに対向するように配置されている。

【0019】

図３に示すように、内輪４において、内側軌道面４ａにおける大径側の端部には、外径側に突出する大鍔部４ｂが一体的に形成されている。また、内側軌道面４ａにおける小径側の端部には、外径側に突出し、且つ大鍔部４ｂに比べて内径側に位置する小鍔部４ｃが一体的に形成されている。内側軌道面４ａと大鍔部４ｂとの隅部には、大ぬすみ部４ｄが形成されている。また、内側軌道面４ａと小鍔部４ｃとの隅部には、小ぬすみ部４ｅが形成されている。ここで、内側軌道面４ａにおける大径側とは、内側軌道面４ａの拡径側を意味する。また、内側軌道面４ａにおける小径側とは、内側軌道面４ａの縮径側を意味する。

【0020】

図１に示すように、転動体列５は、転がり軸受構造の転動部分を構成するものである。インナー側の転動体列５は、複数の円錐ころ５１と一つの保持器５２とで構成されている。同様に、アウター側の転動体列５は、複数の円錐ころ５１と一つの保持器５２とで構成されている。即ち、車輪用軸受装置１は、転動体列５に円錐ころ５１を使用した複列円錐ころ軸受を構成している。

【0021】

円錐ころ５１は、それぞれが保持器５２によって円形にかつ等間隔にならべられている。そして、インナー側の転動体列５を構成している円錐ころ５１は、外輪２の外側軌道面２ｃと内輪４の内側軌道面４ａとの間に転動自在に介装され、アウター側の転動体列５を構成している円錐ころ５１は、外輪２の外側軌道面２ｄとハブ輪３の内側軌道面３ｄとの間に転動自在に介装されている。円錐ころ５１は、周囲にグリースが充填されている。

【0022】

図２に示すように、アウター側の円錐ころ５１は、大径側端面５１ａが大鍔部３ｅと摺接して、大鍔部３ｅによって大径側（即ち、大鍔部３ｅ側）への移動が規制される。また、円錐ころ５１は、軸方向の小径側に移動した場合に、小径側端面５１ｂが小鍔部３ｆと摺接し、小鍔部３ｆによって軸方向の小径側（即ち、小鍔部３ｆ側）への移動が規制される。

【0023】

図３に示すように、インナー側の円錐ころ５１は、大径側端面５１ａが大鍔部４ｂと摺接して、大鍔部４ｂによって大径側（即ち、大鍔部４ｂ側）への移動が規制される。また、円錐ころ５１は、軸方向の小径側に移動した場合に、小径側端面５１ｂが小鍔部４ｃと摺接し、小鍔部４ｃによって軸方向の小径側（即ち、小鍔部４ｃ側）への移動が規制される。

【0024】

保持器５２は、大円環部５２ａと小円環部５２ｂとを複数の柱部５２ｃでつないだテーパ形状の格子体となっている。柱部５２ｃは、互いに隣り合う円錐ころ５１と円錐ころ５１との間を通り、これらの外周面５１ｃに沿っている。これにより、円錐ころ５１は、柱部５２ｃによって周方向両側への移動が制限される。

【0025】

図１に示すように、インナー側シール部材６は、外輪２のインナー側開口部２ａと内輪４との隙間を塞ぐものである。インナー側シール部材６は、複数のシールリップを接触させるパックシールから構成されている。インナー側シール部材６は、略円筒状のシール板と略円筒状のスリンガとを具備する。

【0026】

アウター側シール部材７は、外輪２のアウター側開口部２ｂとハブ輪３との隙間を塞ぐものである。アウター側シール部材７は、シール板と同じ材質の鋼板を略円筒状に形成された芯金に例えばＮＢＲ（アクリロニトリル－ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなる複数のシールリップが固着されている。

【0027】

次に、図２及び図３を用いて、車輪用軸受装置１の特徴点とその効果について述べる。なお、「低速回転領域」とは、例えば２００ｒｐｍまでの回転速度の領域を指し、「高速回転領域」とは、例えば２００ｒｐｍより大きい回転速度の領域を指す。また、鍔部とは、大鍔部３ｅ、小鍔部３ｆ、大鍔部４ｂ、小鍔部４ｃを指す。

【0028】

大鍔部３ｅは、円錐ころ５１の大径側端面５１ａと摺接する案内面３ｊに超仕上げ加工が施されており、案内面３ｊの算術平均粗さは０．０８μｍＲａである。また、大鍔部４ｂは、円錐ころ５１の大径側端面５１ａと摺接する案内面４ｆに超仕上げ加工が施されており、案内面４ｆの算術平均粗さは０．０８μｍＲａである。大鍔部３ｅ・４ｂにおいて、超仕上げ加工が施されることにより、グリースが低粘度油である場合でも早期に油膜を形成させることができる。これにより、低速回転領域での低トルク化を図ることができる。

【0029】

グリースの基油は、４０℃における動粘度が４０～８０ｍｍ^２／ｓである。グリースは、動粘度が低すぎると油膜切れによるピーリング損傷による不具合が生じ、動粘度が高すぎると低トルク効果が得られないが、上記のように動粘度を設定することにより、動粘度が最適化される。

【0030】

つまり、表１に示すように、動粘度が低いほど軌道面の回転トルクが低下して低トルク化を図ることができる。一方で、動粘度が低くなって油膜厚さが薄くなることで油膜パラメータΛが低下し、軌道面の損傷度が大きくなる。円錐ころ５１と軌道面とが金属接触を起こさないためには、一般的にこの油膜パラメータΛは２以上であることが望ましいため、動粘度は４０ｍｍ^２／ｓ以上に設定することが好ましい。逆に、動粘度が高くなりすぎると回転トルクが上がって車両の燃費が悪化するため、動粘度は８０ｍｍ^２／ｓ以下に設定することが好ましい。なお、表１に示す油膜パラメータΛは車両直進時の軸受温度８０℃における値である。

【0031】

【表1】

【0032】

ここで、油膜パラメータΛとは「弾性流体潤滑理論により求まる油膜厚さｈところの大端面および内輪の大鍔面の二乗平均粗さの合成粗さσとの比」で定義される。すなわち油膜パラメータΛ＝ｈ／σである。また、算術平均粗さＲａと二乗平均粗さＲｑには一般にＲｑ＝１．２５Ｒａの関係があり、ころの大端面の二乗平均粗さをＲｑ１と、大鍔面の二乗平均粗さをＲｑ２とすると、合成粗さσはこのＲｑを用いて、σ＝√（Ｒｑ１＾２＋Ｒｑ２＾２）と表すことができる。

【0033】

特に車輪用軸受装置１では、車両の発進、停止時や交差点の旋回時などの低速走行時に回転数が１００ｒ／ｍｉｎ以下となる頻度が高くなることから、表２に示すように、合成粗さσが大きいと恒常的に鍔部のΛが２以下となり、回転トルクが高くなる。また、従来においては油膜パラメータΛは１以上であれば良いとされていたが、Λが１以上２以下の場合でも金属接触は生じるため、大鍔部で生じる回転トルクは大きくなる。従って、大鍔部においては、油膜パラメータΛは２以上あることが望ましい。

【0034】

【表2】

【0035】

複列円錐ころ軸受における回転トルクは、主に転がり粘性抵抗と大鍔部３ｅ・４ｂの滑りトルク、及びグリースの攪拌抵抗によって支配されている。上記のように超仕上げ加工及び動粘度の最適化を行うことにより、低速回転領域で支配的な大鍔部３ｅ・４ｂの滑りトルクを低減させて、実車で多用される低速走行時の燃費向上を図ることができる。

【0036】

以上のように構成される車輪用軸受装置１によれば、低速回転領域での低トルク化を図ることができるとともに、高速回転領域でも低トルク化を実現するグリースが適用される。従って、車両走行の全回転領域にわたって低トルク化を実現することができる。

【0037】

グリースの基油は、例えば１００％の合成炭化水素油からなる。グリースの増ちょう剤は、合成炭化水素油と親和性が高い脂環式脂肪族ジウレアからなる。なお、複列円錐ころ軸受におけるグリースの増ちょう剤として用いられる芳香族ウレアは、付着力が高いことから攪拌抵抗が大きくなりやすい。また、芳香族ウレアは、増ちょう剤の粒子が大きいため、トルクのばらつきが大きくなってしまう。そのため、グリースの増ちょう剤として、芳香族ウレアではなく脂環式脂肪族ジウレアを用いている。

【0038】

以上のように構成される車輪用軸受装置１によれば、合成炭化水素油が低温性や耐摩耗性等に優れており、車輪用軸受装置１の長寿命化を図ることができる。

【0039】

グリースのちょう度（ＪＩＳ Ｋ２２２０）は、２００～３００が望ましい。これにより、グリースの攪拌抵抗を低減することができる。この場合、表３に示すように、グリースのちょう度は２００を下回ると、軸受内の攪拌抵抗が低下するため、回転トルクは低下するが、内輪鍔部に潤滑油が供給され難くなるため耐焼き付き性が低下する。逆に、ちょう度が高すぎると鍔部への潤滑油供給は問題ないが、拡販抵抗が大きくなりすぎるため、回転トルクが増大してしまう。従って、以上のようなグリースの成分の最適化により、グリースの低粘度化による転がり粘性抵抗の低減と攪拌抵抗の低減を図ることができる。

【0040】

【表3】

【0041】

本実施形態における車輪用軸受装置１は、インナー側端部において縮径された小径段部３ａを有するハブ輪３、及びハブ輪３の小径段部３ａに圧入された内輪４からなり、ハブ輪３の外周に内側軌道面３ｄが直接形成された内輪回転仕様の第３世代構造としている。

【0042】

なお、車輪用軸受装置１は、第３世代構造の車輪用軸受装置１に限定するものではなく、ハブ輪に一対の内輪が圧入固定された第２世代構造や、ハブ輪を備えずに外方部材である外輪と内方部材である内輪とから構成される第１世代構造であっても良い。本発明は、剛性が高い第２世代構造の車輪用軸受装置に適用することで高剛性と低トルク化の両立が可能となる。

【0043】

以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲に記載の均等の意味、及び範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0044】

１ 車輪用軸受装置
２ 外輪（外方部材）
２ｃ 外側軌道面
２ｄ 外側軌道面
３ ハブ輪（内方部材）
３ａ 小径段部
３ｄ 内側軌道面
３ｅ 大鍔部
４ 内輪（内方部材）
４ａ 内側軌道面
４ｂ 大鍔部
５ 転動体列
５１ 円錐ころ
５１ａ 大径側端面

【図1】

【図2】

【図3】