特開 2024-73165 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】P2024073165

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】車輪用軸受装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/41 20060101AFI20240522BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20240522BHJP

   F16C 33/44 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

F16C33/41

F16C19/18

F16C33/44

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184234

(22)【出願日】2022-11-17

(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】林 正明

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA03

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701AA62

3J701AA73

3J701BA26

3J701BA45

3J701BA46

3J701BA49

3J701BA50

3J701EA76

3J701GA03

3J701XB03

3J701XB12

3J701XB13

3J701XB19

3J701XB23

3J701XB26

(57)【要約】

【課題】保持器の強度を維持しながら、転動体間距離を短くすることができることができる車輪用軸受装置の提供を目的とする。
【解決手段】内周に複列の外側軌道面を有する外方部材２４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が設けられた内方部材であるハブ輪３１および内輪２８と、内方部材と外方部材２４のそれぞれの軌道面２１、２２、２９、３０、間に転動自在に収容された複列の転動体であるボール３２と、を備えた車輪用軸受装置において、複列のボール３２をそれぞれ保持する一対の保持器３３・３３を備え、一対の保持器３３・３３は、リング部４１と、リング部４１の円周方向の複数個所から斜め外径側へ軸方向に延びる複数の柱部４２と、を有し、一対の保持器３３のリング部４１の底面全周に対となる段差部４５を設ける。
【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が設けられた内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
を備えた車輪用軸受装置において、
前記複列の転動体をそれぞれ保持する一対の保持器を備え、
前記一対の保持器は、リング部と、前記リング部の円周方向の複数個所から斜め外径側へ軸方向に延びる複数の柱部と、を有し、
前記一対の保持器のリング部の底面全周に対となる段差部を設ける、車輪用軸受装置。

【請求項2】

前記対となる段差部の対向する面の間に、隙間を設ける、請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項3】

前記一対の保持器は、前記リング部と柱部とで囲まれる空間に前記転動体が嵌るポケットを備え、
前記ポケットの中心から段差部の凹部端面までの距離は、前記転動体の半径の１．１～１．２倍である、請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項4】

前記保持器は、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを含む樹脂で形成した、請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項5】

前記樹脂は、５～３０％の割合で、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを含む請求項４に記載の車輪用軸受装置。

【請求項6】

前記複列の転動体のピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．と、前記複列の転動体における軸方向一側の転動体と軸方向他側の転動体との転動体間ピッチａとが、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／ａ≧２．０の関係を満たす、請求項１に記載の車輪用軸受装置。

【請求項7】

前記一対の保持器の小径側端面の断面積のうち、転動体荷重が大きい列を保持する保持器の小径側端面の断面積は、もう一方の保持器の小径側端面の断面積よりも大きくする、請求項１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、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、外方部材の内側に内方部材が配置され、外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に転動部材が介装されている。こうして、車輪用軸受装置は、転がり軸受構造を構成し、内方部材に取り付けられた車輪を回転自在としている。

【0003】

また、近年、ＥＶ車の普及が進んでいる。ＥＶ車はバッテリーを搭載しており、車両質量が増加しやすい傾向にあるため、車輪用軸受装置の荷重耐性を向上させる必要がある。また、ＥＶのモータ駆動に起因するトルク増加によって、等速ジョイントのスプラインサイズが大型化するのに伴い、車輪用軸受装置においては、転動輪のピッチ円径が大径化して重量が増加していた。

【0004】

複列の転動体は軸方向において一定の距離を離間して配置される。車輪用軸受装置の長寿命化を図る手段の一つとして、複列の転動体の軸方向における距離および各転動体のピッチ円直径を大きくすることにより剛性の向上を図っていた。しかしながら、このような構造では、車輪用軸受装置全体の寸法が大型化せざるを得なくなる。

【0005】

そこで、車輪用軸受装置の寸法の大型化を防ぐために、複列の転動体を保持する一対の保持器の底面同士の距離を縮めて軸方向の転動体間距離を短くする車輪用軸受装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。従来の車輪用軸受装置は、転動体を嵌めるポケットの中心から保持器の小径側端面までの軸方向距離を転動体の半径よりも小さくすることで、転動体間距離を短くするものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－７７５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、従来の車輪用軸受装置では、保持器のポケットの中心から保持器の小径側端面までの軸方向距離を転動体の半径よりも小さくすることにより、通常の保持器と比較してポケット底位置の断面積が小さくなっていた。保持器は軸受け装置運転時の転動体の遅れ進みによって引張荷重を受けるが、ポケット底位置の断面積が小さくなると、軸受運転時に保持器の強度が不足して破断する可能性があった。

【0008】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、保持器の強度を維持しながら、転動体間距離を短くすることができる車輪用軸受装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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が設けられた内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
を備えた車輪用軸受装置において、
前記複列の転動体をそれぞれ保持する一対の保持器を備え、
前記一対の保持器は、リング部と、前記リング部の円周方向の複数個所から斜め外径側へ軸方向に延びる複数の柱部と、を有し、
前記一対の保持器のリング部の底面全周に対となる段差部を設ける
ものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、段差部を設けることで、保持器のポケット底位置の断面積を確保することができ、転動体間距離を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車輪用軸受装置の第一実施形態における全体構成を示す断面図。

【図2】保持器を示す図であって、（Ａ）保持器の断面図、（Ｂ）保持器の側面図。

【図3】インナー側の保持器および転動体を示す拡大断面図。

【図4】保持器小径側端面の段差部を示す拡大断面図。

【図5】インナー側およびアウター側の保持器および転動体を示す拡大断面図。

【図6】別の形状を有する段差部を示す拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、図１から図２を用いて、車輪用軸受装置の第一実施形態である車輪用軸受装置１について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、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、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。

【0013】

図１に示す実施形態の車輪用軸受装置１は、内周に複列の軌道面２１、２２を一体に設け、外周に車体取付用フランジ２３を一体に有する外方部材２４と、一端に車輪取付フランジ２５、他端に円筒状小径段部２６を設け、その小径段部２６の外径に内輪２８を圧入して外方部材２４の軌道面２２に対向する軌道面３０を形成したハブ輪３１と、外方部材２４とハブ輪３１のそれぞれの軌道面間に介在する複列の転動体であるボール３２と、ハブ輪３１と外方部材２４との間に介在し、複列の転動体である複数のボール３２を各列に円周方向等間隔に支持する保持器３３と、を備える。内方部材は、ハブ輪３１と内輪２８とによって構成されている。また、アウター側の軌道面２１と対向する軌道面２９をハブ輪３１の外径に直接形成した構造を有する。

【0014】

内輪２８と外方部材２４の両端には、外部からの異物の侵入や内部に充填したグリースの漏出を防止するために図示せぬインナー側シール部材およびアウター側シール部材を装着している。ハブ輪３１の車輪取付フランジ２５の円周方向等間隔位置に車輪ホイールを固定するためのハブボルト２５ａが取り付けられている。また、外方部材２４の車体取付用フランジ２３には、ナックル（図示せず）を介して車体の懸架装置が取り付けられている。車体取付用フランジ２３は、前記ナックルと接触する取付面２３ａを有する。

【0015】

ハブ輪３１は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３１は、略円筒状に形成され、例えば、Ｓ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。ハブ輪３１のインナー側端部には、外周面に縮径された小径段部２６が設けられている。ハブ輪３１のアウター側端部には車輪取付フランジ２５が一体的に設けられている。

【0016】

内輪２８は、ハブ輪３１の小径段部２６に圧入されている。内輪２８の外周面には、軌道面３０が設けられている。ハブ輪３１のインナー側には、内輪２８によって内側軌道面３０が構成されている。ハブ輪３１は、インナー側端部の内輪２８に設けられている軌道面３０が外方部材２４のインナー側の軌道面２２に対向し、アウター側に設けられている軌道面２９が外方部材２４のアウター側の軌道面２１に対向している。

【0017】

転動体である複数のボール３２は、保持器３３によって保持されることにより構成されている。インナー側のボール３２の列は、内輪２８の軌道面３０と、外方部材２４のインナー側の軌道面２２との間に転動自在に挟まれている。アウター側のボール３２の列は、ハブ輪３１の軌道面２９と、外方部材２４のアウター側の軌道面２１との間に転動自在に挟まれている。つまり、インナー側のボール３２の列とアウター側のボール３２の列とは、外方部材２４と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容されている。外方部材２４は、インナー側のボール３２の列およびアウター側のボール３２の列を介してハブ輪３１および内輪２８を回転可能に支持している。

【0018】

図１および図２に示すように、保持器３３は、リング部４１と、リング部４１の円周方向の複数個所から斜め外径側へ軸方向に延びる複数の柱部４２を有し、隣接する各対の柱部４２・４２の間に、柱部４２とリング部４１とでボール３２の嵌るポケット４３が形成されている。ポケット４３の内面は球面上に構成されている。

【0019】

図２および図３に示すように、ポケット４３の内面の中心Ｐの配列のピッチ円直径すなわちボール３２の配列のピッチ円直径をＰ．Ｃ．Ｄ．とし、ボール３２の半径をＤとしたとき、保持器３３の内径ｄは（Ｐ．Ｃ．Ｄ．－Ｄ＋０．５ｍｍ）以上で（Ｐ．Ｃ．Ｄ．－Ｄ＋２ｍｍ）以下にしてある。これにより、保持器３３の内径面と内輪２８とが干渉するのを避けることができる。

【0020】

図３に示されるのは、インナー側の保持器３３である。リング部４１の端面には、保持器３３の小径側端面３３ａが形成されている。保持器３３の小径側端面３３ａには、段差部４５が設けられている。段差部４５は、保持器３３の小径側端面３３ａの軸方向内側面に全周にわたって設けられている。図３に示すように、ポケット４３の内面の中心Ｐから段差部４５の凹となる部分の面までの長さＡは、転動体の半径Ｄの１．１倍以上１．２倍以下となるように形成している。

【0021】

インナー側のボール３２を保持する保持器３３と、アウター側のボール３２を保持する保持器３３とは一対の段差部４５が形成されており、互いに組み合うように形成されている。

【0022】

例えば、図５に示すように、アウター側の保持器３３の段差部４５は断面視において、保持器小径側端面３３ａの径方向外側部分が凸となるように全周にわたって形成されている。一方、インナー側の保持器３３の段差部４５は断面視において、保持器小径側端面３３ａの径方向内側部分が凸となるように全周にわたって形成されている。これにより、インナー側の保持器３３とアウター側の保持器３３の段差部４５が互いに組み合う。保持器３３の断面積は、段差部４５の凸となる部分が含まれるため、通常の組み合わせに比べて断面積の減少分が少なくなる。

【0023】

このように構成することにより、図５に示すように、ボール間ピッチａが小さくなった場合であっても、保持器３３のポケット４３の断面積を維持することができる。

【0024】

また、図４に示すように、段差部４５は保持器３３同士で接触しないように隙間Ｂ１およびＢ２が設けられている。隙間Ｂ１は、小径側端面３３ａと、段差部４５との軸方向の間隔であり、隙間Ｂ２は、段差部４５と、段差部４５との径方向の間隔である。隙間Ｂ１およびＢ２は、保持器３３同士の干渉を防ぐのに十分長さがあればよく、本実施形態においては、０．５ｍｍ～１ｍｍ程度となるように形成されている。これにより、保持器３３の保持器小径側端面３３ａの摩耗を防ぐことができる。

【0025】

また、例えば、図６に示すように、アウター側の保持器３３の段差部４５は断面視において、保持器３３の小径側端面３３ａの径方向中央部分が凸となるように全周にわたって形成されている。一方、インナー側の保持器３３の段差部４５は断面視において、保持器３３の小径側端面３３ａの径方向内側部分および外側部分が凸となるように全周にわたって形成されている。

【0026】

これにより、インナー側の保持器３３とアウター側の保持器３３の段差部４５が互いに組み合う。保持器３３の断面積は、段差部４５の凸となる部分が含まれるため、通常の組み合わせに比べて断面積の減少分が少なくなる。

【0027】

また、保持器３３の小径側端面３３ａの断面積は、ボール荷重が大きい列を保持する保持器３３の断面積をもう一方よりも大きくすることが好ましい。すなわち、ボール荷重が大きい列においては、保持器３３の断面に掛かる荷重が大きくなる。ボール荷重が大きい列においては、ボール３２の遅れ進みが厳しくなり、車輪用軸受装置１の運転時に保持器３３の強度が不足して破断する可能性がある。そこで、ボール荷重が大きい列の保持器３３の小径側端面３３ａの断面積を大きくすることで、保持器３３の剛性を向上させることができる。

【0028】

本実施形態においては、図１に示すように、車体取付用フランジ２３の取付面２３ａが外方部材２４の中心位置よりもインナー側にあるので、インナー側の保持器３３の小径側端面３３ａの断面積をアウター側の保持器小径側端面３３ａの断面積よりも大きくすることが望ましい。

【0029】

すなわち、図５に示すように、インナー側のポケット４３内面の中心Ｐから段差部４５の凹となる部分の面までの長さＡ１が、アウター側のポケット４３内面の中心Ｐから段差部４５の凹となる部分の面までの長さＡ２よりも長くなるように形成する。

【0030】

たとえば、外方部材旋回時において、車体外側に荷重が掛かったときには、インナー側のボール荷重の方が大きくなる。このような場合においても、インナー側の保持器３３の剛性が向上しているためスムーズな旋回が可能となる。

【0031】

また、車輪用軸受装置１においては、ボール間ピッチａに対するピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．の比率（Ｐ．Ｃ．Ｄ．／ａ）が２．０以上となるように設定されている。つまり、ピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．とボール間ピッチａとが、ｂ／ａ≧２．０の関係を満たすように設定されている。

【0032】

図５および図６に示すように、ボール間ピッチａは、インナー側のボール３２の列におけるボール３２の中心Ｐと、アウター側のボール３２の列におけるボール３２の中心Ｐとの、軸方向における距離である。ボール間ピッチａは、転動体間ピッチａの一例である。

【0033】

図２に示すように、ピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．は、回転軸心Ｚを中心とし、アウター側のボール３２の列におけるボール３２の中心Ｐを通る円の直径である。ボール３２のピッチ円径Ｐ．Ｃ．Ｄ．は、転動体のピッチ円径ｂの一例である。

【0034】

ピッチ円径Ｐ．Ｃ．Ｄ．とボール間ピッチａとを、Ｐ．Ｃ．Ｄ．／ａ≧２．０となるように設定することで、車輪用軸受装置１の径方向の大きさを大きく形成するとともに、インナー側のボール３２の列の保持器３３とアウター側のボール３２の列の保持器３３とが干渉することを防ぎながら車輪用軸受装置１の軸方向の大きさを小さく形成することが可能となる。これにより、車輪用軸受装置１の径方向の大きさと軸方向の大きさとの最適化を図って、車輪用軸受装置１の剛性や寿命を高めつつ、車輪用軸受装置１を軽量化することが可能となっている。

【0035】

以上のように、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材２４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が設けられた内方部材であるハブ輪３１および内輪２８と、内方部材と外方部材２４のそれぞれの軌道面２１、２２、２９、３０、間に転動自在に収容された複列の転動体であるボール３２と、を備えた車輪用軸受装置において、複列のボール３２をそれぞれ保持する一対の保持器３３・３３を備え、一対の保持器３３・３３は、リング部４１と、リング部４１の円周方向の複数個所から斜め外径側へ軸方向に延びる複数の柱部４２と、を有し、一対の保持器３３のリング部４１の底面全周に対となる段差部４５を設けるものである。

【0036】

このように構成することにより、段差部４５を組み合わせることにより、ボール間ピッチａを小さくすることができる。また、ボール間ピッチａが小さくなった場合であっても、保持器３３のポケット４３の断面積を維持することができる。

【0037】

また、対となる段差部４５・４５の対向する保持器３３の小径側端面３３ａ・３３ａの間に、隙間Ｂ１・Ｂ２を設けるものである。

【0038】

このように構成することにより、保持器３３の小径側端面３３ａ間の摩擦を低減し、保持器３３の保持器小径側端面３３ａの摩耗を防ぐことができる。すなわち、隙間Ｂ１・Ｂ２を設けることで、保持器３３の小径側端面３３ａ同士の衝突機会を減らすことができ、摩耗を低減させることができる。

【0039】

また、一対の保持器３３・３３は、リング部４１と柱部４２とで囲まれる空間にボール３２が嵌るポケット４３を備え、ポケット４３の中心Ｐから段差部４５の凹部端面までの距離Ａは、ボール３２の半径Ｄの１．１～１．２倍である。

【0040】

このように構成することにより、保持器３３の強度に採点原必要な小径側端面３３ａの厚さを確保しつつ、保持器３３の内径面と軌道面２９・３０とが干渉するのを避けることができる。

【0041】

また、保持器３３は、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを含む樹脂で形成したものである。さらに樹脂は、５～３０％の割合で、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを含むことが好ましい。

【0042】

このように構成することにより、軸受寸法や軸受用途に応じた適度の強度と柔軟性を持たせることができる。また、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを含む樹脂で構成したことにより、耐熱、耐摩耗性に優れた軽量の保持器３３を形成することができる。

【0043】

なお、本実施形態では、車輪用軸受装置１は、ハブ輪３１の外周にアウター側のボール３２の列の軌道面３０が形成されている第三世代構造の車輪用軸受装置１として構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、車体取付フランジのない外輪を有する第一世代構造であってもよいし、ハブ輪３１に一対の内輪が圧入固定された第二世代構造であっても良い。

【符号の説明】

【0044】

１ 車輪用軸受装置
２１ 軌道面
２２ 軌道面
２４ 外方部材
２５ 車輪取付フランジ
２８ 内輪
２９ 軌道面
３０ 軌道面
３１ ハブ輪
３２ ボール
３３ 保持器
４１ リング部
４２ 柱部
４３ ポケット
４５ 段差部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】