JP2020098163A - 軸受装置の起動トルク測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転起動される軌道輪の慣性モーメントの影響を受けずに、軸受装置に付与された予圧を精度良く測定する。
【解決手段】軸受装置は、一方の軌道を有する一方の軌道輪と、他方の軌道を有する他方の軌道輪と、一方の軌道と他方の軌道との間に配置された転動体と、を備えている。静止状態にある一方の軌道輪にトルク測定器を接続し、他方の軌道輪を回転起動して、軸受装置の起動トルクを測定する。この起動トルクから換算して、軸受装置の予圧を求める。

【選択図】図１

Description

本発明は、軸受装置、特に自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するハブユニット軸受における、起動トルク測定方法に関する。

自動車の車輪を回転自在に支持するブユニット軸受においては、路面反力として負荷される荷重がモーメント荷重である為、軸受寿命と軸受剛性を考慮して、適切な予圧が付与されている。ハブユニット軸受の予圧荷重を測定する場合、代用特性として起動トルクを測定し、その起動トルクの値を予圧荷重に換算する方法が一般的に用いられている。

図３は、特許文献１に記載された、ハブユニット軸受の起動トルクを測定する方法の従来構成を示している。ハブユニット軸受１は、内周面に複列の外輪軌道６、６を有する外輪２と、外周面に複列の内輪軌道８、８を有するハブ輪３と、複列の外輪軌道６、６と複列の内輪軌道８、８との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に配置された玉４と、を備えている。駆動輪用であるハブユニット軸受１は、ハブ輪３の径方向中央部に、駆動軸を結合する為のスプライン孔１０を有している。
転動体として玉４を使用したハブユニット軸受１の場合、複列に構成された各玉列は、背面（ＤＢ）組み合わせ型の接触角により予圧が付与されて、複列アンギュラ玉軸受を形成している。この様な構成により、ハブユニット軸受１は、モーメント荷重に対する剛性を高めて、自動車の操縦安定性を向上させている。

特許文献１は、ハブユニット軸受１を縦置きした状態で、外輪２の外周面に設けられた静止フランジ７に回転体２０を載置している。そして、回転体２０を静止フランジ７に形成された取付孔１８に係合させて回転させることにより、トルク測定器２１による安定した起動トルクの測定を可能としている。

しかしながら、上述した起動トルクの測定方法により得られた測定値は、測定誤差を含む可能性がある。即ち、アンギュラ玉軸受の起動トルクは、玉と各軌道の接触面におけるスピン摩擦によるトルクが大部分であり、接触面の滑り摩擦係数や転動体荷重などを変数とする式から求められる。この式には回転速度に関する変数はないので、本来、測定に使用される回転体２０の回転速度は測定誤差の要因にはならない。しかし、図３の測定方法の場合、トルク測定器２１により起動トルクを測定する軌道輪（外輪２）と、回転体２０により回転起動される軌道輪（外輪２）が同一である為、トルク測定器２１により測定されるトルクには、純粋な起動トルクの他に、慣性モーメントを有する外輪２及び回転体２０に角速度を与えるためのトルクが加算されている。そして、外輪２の慣性モーメントが大きいほど、外輪２（軌道輪）を回転させる為のトルクが大きくなり、測定誤差が大きくなる。更に、外輪２に加えて回転体２０が回転する図３の構成の場合、回転体２０が有する慣性モーメントが、トルクの測定値に影響を与える。

特開２００６−０５２８０１号公報

回転体２０を使用しない起動トルクの測定方法として、図４（ａ）（ｂ）に示す測定方法が考えられる。図４（ａ）に示すハブユニット軸受１ａは従動輪用であり、ハブ輪３ａは、中実体（図３のスプライン孔１０が形成されていない）であるハブ本体１３と、ハブ本体１３の小径段部１５に外嵌固定された内輪１４とにより構成されている。加締め部１６により内輪１４の軸方向端面を抑え付けることにより、複列の外輪軌道６と複列の内輪軌道８との間に配置された複列の玉４に対して予圧が付与されている。ハブ本体１３に形成された回転フランジ９には、複数のハブボルト１７が圧入固定されている。各玉４が配置されたハブユニット軸受１ａの内部空間１１は、軸方向両端部を、各密封装置１２ａ，１２ｂによりそれぞれ密封されている。

起動トルクを測定する場合、固定台２３に取付孔１８を係合させた状態で、外輪２の静止フランジ７を固定台２３の上に設置する。ハブ輪３ａに固定されたハブボルト１７に紐２２の一端を係止し、紐２２の他端をプッシュプルゲージなどのトルク測定器２１ａに係止させた状態で、トルク測定器２１ａをハブ輪３ａの接線方向に引く。そして、ハブ輪３ａの回転起動時（矢印Ｂ）の接線力を測定し、測定半径を乗じて起動トルク値とする。本測定方法の場合、上述した図３に対して回転体２０の慣性モーメントの影響を排除して、起動トルクの測定精度を高めることができる。
ただし、回転するハブ輪３ａの慣性モーメントの影響は排除できず、起動トルクの測定値の誤差要因となっている。また、図４に示した従動輪用のハブユニット軸受１ａの場合、ハブ輪３ａは中実体であり、図３に示した駆動輪用のハブユニット軸受１よりも慣性モーメントの影響が大きい。
また、ハブ輪３ａに係止する紐２２は、慣性は極めて小さいが、その長さや、係止方法、紐の伸び（エネルギの溜め）などが、上記接線力（起動トルク）の測定誤差に繋がる可能性がある。

本発明は、回転起動される軌道輪の慣性モーメントの影響を受けずに、軸受装置に付与された予圧を精度良く測定できる軸受装置の起動トルク測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法は、周面に一方の軌道を有する一方の軌道輪と、周面に他方の軌道を有する他方の軌道輪と、前記一方の軌道と前記他方の軌道との間に配置された複数の転動体と、を備えた軸受装置の起動トルク測定方法である。

特に、本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法は、静止状態にある前記一方の軌道輪にトルク測定器を接続し、前記他方の軌道輪を回転起動して起動トルクを測定する。
更に、本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法は、前記一方の軌道輪の接線力を測定して起動トルクを求める。
また、本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法は、前記一方の軌道輪と前記トルク測定器との間に、予め、引張力または圧縮力が作用している。

本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法によれば、回転起動される軌道輪の慣性モーメントの影響を受けずに、軸受装置に付与された予圧を精度良く測定することができる。

本発明の第１実施形態の起動トルク測定方法を示す説明図であり、（ａ）回転台に外輪を設置した軸受装置の断面図、（ｂ）軸受装置をインボード側から見た図。 本発明の第２実施形態の起動トルク測定方法を示す説明図であり、（ａ）回転台にハブ輪を設置した軸受装置の断面図、（ｂ）軸受装置をインボード側から見た図。 従来構成の１例を示す、起動トルク測定方法の説明図。 従来構成の他の１例を示す、起動トルク測定方法の説明図。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法の第１実施形態を示している。本実施形態は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するハブユニット軸受を、測定対象の軸受装置としている。ハブユニット軸受１ａは、外輪２と、ハブ輪３ａと、転動体である複数個の玉４と、１対の密封装置１２ａ、１２ｂと、を備えている。
尚、軸方向に関してアウトボード側とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図１（ａ）の上側を言う。反対に、車両の幅方向中央側となる、図１（ａ）の下側を、軸方向に関してインボード側と言う。

他方の軌道輪である外輪２は、内周面に複列（２列）の外輪軌道６、６を有し、外周面に静止フランジ７を有している。外輪２は、静止フランジ７を図示しない懸架装置のナックルに結合固定することにより、懸架装置に支持されており、使用時に回転しない。インボード側（下側）の外輪軌道６は、断面円弧形であり、アウトボード側のみに溝肩部を有する軌道面に形成されている。アウトボード側（上側）の外輪軌道６は、断面円弧形であり、インボード側のみに溝肩部を有する軌道面に形成されている。

一方の軌道輪であるハブ輪３ａは、外輪２と同心に設けられており、外輪軌道６、６と径方向に対向する外周面に、複列（２列）の内輪軌道８、８を有している。ハブ輪３ａは、外輪２よりもアウトボード側に突出した部分に、回転フランジ９を有している。回転フランジ９には、円周方向等間隔となる位置に、複数（図示の例では４本）のハブボルト１７が圧入固定されている。ハブボルト１７にナット（不図示）を羅合することにより、車輪及び制動用回転部材（不図示）が、回転フランジ９に支持固定される。ハブ輪３ａは、使用時に、車輪及び制動用回転部材と共に回転する。ハブユニット軸受１ａは従動輪用である為、ハブ輪３ａは、径方向中心部にスプライン孔１０（図４参照）を有さない、中実体である。

ハブ輪３ａは、ハブ本体１３と内輪１４とを組み合わせて構成されている。具体的には、ハブ本体１３のインボード側に形成された小径段部１５に内輪１４を外嵌圧入した状態で、ハブ本体１３のインボード側端部に加締め加工を施して、加締め部１６を形成している。加締め部１６は、ハブ本体１３のインボード側端部を径方向外側に塑性変形させることにより形成されており、内輪１４のインボード側端面をアウトボード側に向けて押さえ付けている。
インボード側の内輪軌道８は、断面円弧形であり、インボード側のみに溝肩部を有する軌道面として、内輪１４の外周面に形成されている。アウトボード側の内輪軌道８は、断面円弧形であり、アウトボード側のみに溝肩部を有する軌道面として、ハブ本体１３の外周面に形成されている。

転動体である玉４は、複列の外輪軌道６、６と複列の内輪軌道８、８との間に、各列に複数個ずつ、転動自在に配置されている。複列に配置された玉４は、背面（ＤＢ）組み合わせ型の接触角により予圧が付与された、複列アンギュラ玉軸受を構成している。加締め部１６により内輪１４のインボード側端面をアウトボード側に向けて押さえ付けることにより、予圧が付与されている。

密封装置１２ａ、１２ｂは、外輪２の内周面とハブ輪３ａの外周面との間に存在する内部空間１１の、軸方向両端開口をそれぞれ塞いでいる。密封装置１２ａ、１２ｂにより、内部空間１１の内部に泥水等の異物が入り込むことを防止すると共に、内部空間１１に封入したグリースが外部に漏洩することを防止している。

ハブユニット軸受１ａの起動トルクを測定する方法（測定装置）について説明する。まず、ハブユニット軸受１ａの回転中心が鉛直方向（静止フランジ７が水平方向）で、インボード側が鉛直方向下側となる状態で、外輪２（静止フランジ７のインボード側側面）を回転台２４ａの上面に設置する。このとき、回転台２４ａの一部を静止フランジ７の任意の取付孔１８に係合させ、静止フランジ７からインボード側に突出したパイロット部１９ａを、回転台２４ａの内周面に嵌合又は僅かな隙間を有して係合させている。これにより、回転台２４ａの回転中心とハブユニット軸受１ａの回転中心を同心の状態にして、軌道輪である外輪２と回転台２４ａとが一体的に回転するようにしている。回転台２４は、不図示のモータを含んだ駆動機構により、回転駆動される。

ハブ輪３ａに於いては、各ハブボルト１７のピッチ円（各ハブボルト１７の中心を通る仮想円）の接線方向の延長上に、トルク測定器２１ａを設置している。トルク測定器２１ａは、プッシュプルゲージ、ロードセル等の力（引張力、圧縮力）を測定可能な測定器であり、上述した接線方向への変位（移動）を阻止された状態で、測定装置の基部に固定されている。トルク測定器２１ａと任意のハブボルト１７とを、連結部材である紐２２により繋いでいる。紐２２は、ハブボルト１７とトルク測定器２１ａを、水平方向に連結している。紐２２の材料は特に問わないが、測定する起動トルクの力による伸縮が殆ど発生しない（無視できる程度の伸縮）、軽量な材質（例えば、ナイロン、ポリプロピレン等）が好ましい。

軸受装置であるハブユニット軸受１ａの起動トルクを測定する場合、図１（ｂ）の矢印Ａで示す方向に、他方の軌道輪である外輪２（回転台２４ａ）を回転起動する。この時、ハブボルト１７に紐２２が連結された、一方の軌道輪であるハブ輪３ａは、紐２２により回転を阻止されており、静止した状態を保っている。そして、外輪２が回転起動する瞬間のトルク測定器２１ａの測定値（接線力）に、上述したハブボルト１７のピッチ円の半径を乗じて、起動トルク値とする。そして、代用特性である起動トルクから換算して、ハブユニット軸受１ａの予圧荷重を得る。
尚、起動トルクの測定時（外輪２の回転起動時）、紐２２には予め引張力を付与している。具体的には、紐２２に引張力を付与していない状態で、予備的に接線力（起動トルク）の測定を行い、この時に測定された接線力未満の引張力（例えば、予備測定値の６０〜８０％の力）を予め紐２２に付与する。これにより、測定時における紐２２の伸縮の影響を抑制して、起動トルクの測定精度を高めている。

上述した実施形態では、連結部材である紐２２を介してハブボルト１７（ハブ輪３ａ）とトルク測定器２１ａとを連結させたが、紐２２を廃して、トルク測定器２１ａを直接ハブボルト１７に接続する構成とすることもできる。
また、紐２２に替えて剛体（例えば、鋼鉄製の棒）の連結部材によりハブボルト１７とトルク測定器２１とを連結すると共に、外輪の回転方向を逆方向（図１（ｂ）矢印Ａの逆方向）とすることもできる。この場合、連結部材には圧縮力が作用しており、測定時、連結部材に予め圧縮力を付与しておけば、連結部材の縮みの影響を抑制して、精度良く起動トルクを測定できる。更に、剛体の連結部材を廃して、ハブボルト１７に直結されたトルク測定器２１ａにより、圧縮力（接線力）を測定する構成とすることもできる。
また、回転台２４ａとして、コレットチャック、三爪チャック等により、外輪２のパイロット部１９ａを直接把持する構成とすることもできる。

以上のような構成を有する本実施形態の軸受装置の起動トルク測定方法によれば、回転起動される軌道輪の慣性モーメントの影響を受けずに、軸受装置に付与された予圧を精度良く測定することができる。
即ち、本実施形態の場合、起動トルク（接線力）を測定する一方の軌道輪と、回転起動される他方の軌道輪とを別にすることにより、回転起動される軌道輪が有する慣性モーメントが、起動トルクの測定値に与える影響を排除している。具体的には、トルク測定器２１ａが接続されたハブ輪３ａ（一方の軌道輪）は、測定中は静止状態（非回転状態）であり、回転台２４ａに設置された外輪２（他方の軌道輪）が回転起動される。従って、ハブ輪３ａの慣性モーメントは、起動トルクの測定に影響を与えない。外輪２は回転起動されるだけであり、測定装置は接続されていない。
また、測定時、連結部材である紐２２も静止状態を保っており、紐２２が有する質量が接線力の測定に影響を与えることはない。

［第２実施形態］
図２は、本発明に係わる軸受装置の起動トルク測定方法の第２実施形態を示している。本実施形態の場合、第１実施形態に対して、回転起動する軌道輪と接線力を測定する軌道輪とを逆の構成とし、ハブ輪３ａが回転起動する他方の軌道輪であり、外輪２が接線力を測定する一方の軌道輪である。ハブユニット軸受１ａ自体の構成は、第１実施形態と同じである。

以下に、起動トルク測定方法（測定装置）について説明する。ハブユニット軸受１ａは、アウトボード側を鉛直方向下側に向けた状態で、ハブ輪３ａの回転フランジ９を回転台２４ｂの上面に設置している。ハブ輪３ａのアウトボード側端部に設けたパイロット部１９ｂを回転台２４ｂの内周面に嵌合又は僅かな隙間を有して係合させることにより、ハブ輪３ａと回転台２４ｂは、同心の状態で、一体的に回転するようにしている。

外輪２の静止フランジ７に形成された任意の取付孔１８に、紐２２を係止する為の係止部材であるアンカー２５を固定している。各取付孔１８のピッチ円（各取付孔１８の中心を通る仮想円）の接線方向の延長上で、水平方向には、トルク測定器２１ａが設置されている。アンカー２５とトルク測定器２１ａは、紐２２により連結されている。

紐２２に対して、予備測定した接線力未満の引張力を予め付与した状態で、ハブ輪３ａを、図２（ｂ）の矢印Ｂが示した方向（紐２２に引張力が発生する方向）に回転起動する。ハブ輪３ａが回転起動した瞬間の接線力をトルク測定器２１ａにより測定する事により、ハブユニット軸受１ａの起動トルクを求める。

本実施形態の場合、規格化されているホイールの取付面（回転フランジ９のアウトボード側側面）を回転の基準面としているので、１つの回転台２４ｂで各種ハブユニット軸受を測定可能（部品の共通化）として、測定装置のコスト上昇を抑制している。
また、紐２２を廃してアンカー２５にトルク測定器２１ａを直結したり、ハブ輪３ａの回転方向を変えて、引張力に変えて圧縮力により接線力を測定したりする構成としてもよい。その他の構成及び作用効果は、前述した第１実施形態と同様である。

本発明の軸受装置の起動トルク測定方法は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するための軸受装置の他、各種軸受装置を対象として、好適に利用できる。

１、１ａ ハブユニット軸受
２ 外輪
３、３ａ ハブ輪
４ 玉（転動体）
６ 外輪軌道
７ 静止フランジ
８ 内輪軌道
９ 回転フランジ
１０ スプライン孔
１１ 内部空間
１２ａ、１２ｂ 密封装置
１３ ハブ本体
１４ 内輪
１５ 小径段部
１６ 加締め部
１７ ハブボルト
１８ 取付孔
１９ａ，１９ｂ パイロット部
２０ 回転体
２１、２１ａ トルク測定器
２２ 紐（連結部材）
２３ 固定台
２４ａ，２４ｂ 回転台
２５ アンカー（係止部材）

Claims (3)

1. 周面に一方の軌道を有する一方の軌道輪と、
   周面に他方の軌道を有する他方の軌道輪と、
   前記一方の軌道と前記他方の軌道との間に配置された複数の転動体と、
   を備えた軸受装置の起動トルク測定方法であって、
   静止状態にある前記一方の軌道輪にトルク測定器を接続し、前記他方の軌道輪を回転起動して起動トルクを測定することを特徴とする軸受装置の起動トルク測定方法。
2. 前記一方の軌道輪の接線力を測定して起動トルクを求める、請求項１に記載した軸受装置の起動トルク測定方法。
3. 前記一方の軌道輪と前記トルク測定器との間に、予め、引張力または圧縮力が作用している、前記請求項１又は２に記載した軸受装置の起動トルク測定方法。
   

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