JP2004345543A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加締めが良好に行え、かつ硬化層の十分な形成による強度確保および耐クリープ性の確保が図れる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】単列内輪５の軸受外向きの端面と内周面との角には、断面円弧状の面取部５ａを有する。単列内輪５は、ハブ輪４の内輪嵌合面４ａのさらに端部側に突出させた円筒状部を外径側へ鍔状に加締めることで、その加締部４ｃでハブ輪４に固定する。ハブ輪４は炭素鋼製で、その内輪嵌合面４ａからハブフランジ２２の根元部２２ａにわたる表層部分に硬化層２０が設けられる。この硬化層２０のインナー側端の位置は、単列内輪５の転走面３ａよりも端部側で、かつこの単列内輪５の面取部５ａよりも中央側とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハブユニット形式の車輪用軸受装置に関し、特に、トラック，ワゴン車等における比較的負荷容量の大きい車輪用軸受装置や、一般乗用車の車輪用軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンギュラ玉軸受を用いる乗用車用の車輪用軸受装置は、第１世代と呼ばれるシール付き複列軸受を単独で使用するものから、外輪がフランジ付きのハブを兼ねるハブユニット軸受となった第２世代のものへと進化し、さらに内外輪共にフランジを有する第３世代のものから、等速ジョントを一体化した第４世代のものまで開発されている。第３世代のものでは、図１２や図１３の各例に示すように、回転側である内方部材となるハブ輪３４と、固定側であるフランジ付きの外方部材３２とを有し、ハブ輪３４の外周のアウター側に片列の転走面３３ａを形成すると共に、ハブ輪３４の外周のインナー側端に別体の単列内輪３５を嵌合させて、この単列内輪３５の外周にもう片列の転走面３３ａを形成している。図１２の例は従動輪を支持する車輪用軸受装置であり、図１３の例は駆動輪を支持する車輪用軸受装置である。図１２の従動輪支持用のものでは、ハブ輪３４のインナー側の軸端に形成したねじ部３９にナット４０を螺合させ、このナット４０で単列内輪３５を軸方向に締め付け固定している。
【０００３】
このような車輪用軸受装置において、特許文献１は、円錐ころ軸受型の車輪用軸受装置の例であるが、図１２，図１３の例で示せば、ハブ輪３４の表層部分におけるインナー側端からフランジ４２の根元部４２ａにわたる部分を、高周波熱処理による硬化層５０としたものを提案している。硬化層５０におけるフランジ根元部４２ａの付近の部分は、フランジ４２の剛性を向上させるものである。特に、トラックやワゴン車等に用いられるような比較的負荷容量の大きな車輪用軸受装置では、フランジ部の剛性向上が望まれており、硬化層５０は上記要望を充足させる。硬化層５０における単列内輪３５の嵌合部分は、ハブ輪３４の単列内輪３５が嵌合する部分における耐クリープ性の向上のためである。この嵌合部分に摩耗防止剤を塗布することも行われているが、その処理に手間がかかるため、上記のように硬化層５０で耐クリープ性を向上させることが望ましい。
また、第３世代の内輪回転タイプの車輪用軸受装置では、図１２の例のようなボルト締めタイプの代わりに、ハブ輪のインナー側端を加締めて上記単列内輪を固定する構造のものが主流になりつつある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５１０６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
単列内輪３５を加締固定するタイプは、生産性やコスト面で優れているが、上記従来例のように、ハブ輪３４の表層部分における硬化層５０をインナー側端まで形成した状態でそのインナー側端を加締めると、硬化層５０にクラックが発生し、うまく加締られないという問題が生じる。また、硬化層５０のインナー側端の位置を内方部材３４の端部から控え過ぎた場合は、ハブ輪３４の強度向上や、単列内輪３５とハブ輪３４との嵌合部分における耐クリープ性の確保が難しくなる。
【０００６】
この発明の目的は、ハブ輪の加締により単列内輪を固定する構造とし、かつハブ輪に硬化層を設ける構成としながら、加締めが良好に行え、かつ硬化層の十分な形成による強度確保および耐クリープ性の確保が図れる車輪用軸受装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面を有する外方部材と、この転走面に対向する複列の転走面を有する内方部材と、これら内外の部材の転走面間に介在した複列の転動体とを備える。上記内方部材は、アウター側の端部付近の外周にハブフランジを有するハブ輪と、このハブ輪のインナー側の端部外周に形成された内輪嵌合面に嵌合する単列内輪とを有し、これらハブ輪および単列内輪に上記複列の転走面となる各列の転走面が形成される。上記単列内輪は軸受外向きの端面と内周面との角に断面円弧状の面取部を有する。この単列内輪は、上記ハブ輪の端部に突出させた円筒状部を外径側へ加締めてなる鍔状の加締部によりハブ輪に固定される。上記ハブ輪は炭素鋼製とし、このハブ輪における上記内輪嵌合面から上記ハブフランジの根元部にわたる表層部分に硬化層が設けられる。この硬化層のインナー側端の位置は、上記単列内輪の転走面よりも端部側で、かつこの単列内輪の面取部よりも中央側とする。
この構成によると、ハブ輪の硬化層が、加締部の曲げ基端となる単列内輪の加締固定側の面取部まで及んでいないため、上記硬化層が、ハブ輪を加締めて単列内輪を締め付け固定する妨げにならない。また、硬化層にクラックが発生することなく、良好に加締ることができる。また、ハブ輪に設ける硬化層のインナー側端が単列内輪の転走面よりも端部側に位置しているため、硬化層の形成目的の各効果が十分に得られる。すなわち、ハブ輪と単列内輪との嵌合部のうち、ラジアル荷重の作用する転走面の位置する軸方向範囲は、全て上記硬化層が設けられており、この硬化層で単列内輪と接することになるため、ハブ輪の耐クリープ性が確保される。また、ハブ輪のフランジ部等の強度も確保される。
【０００８】
この発明において、上記硬化層の表面硬さを５８〜６０ＨＲＣとしても良い。
ハブ輪の硬化層の表面硬さが５８〜６０ＨＲＣであると、ハブフランジの剛性が向上し、車両旋回時のフランジ変形量が低下する。そのため、車両の車輪回りの剛性の向上となる。
【０００９】
この発明において、上記車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型のものであっても、複列の円錐ころ軸受型のものであっても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。この車輪用軸受装置は、ハブユニット形式でかつ複列アンギュラ玉軸受形式としたものである。この車輪用軸受装置１は、従動輪の支持に適用した例であって、図１（Ａ）に示すように、複列の転走面２ａを内周に有する外方部材２と、この転走面２ａに対向する複列の転走面３ａを外周に有する内方部材３と、これら内外の部材２，１の転走面３ａ，２ａ間に介在した複列の転動体６とを備える。転動体６はボールからなり、各列毎に保持器７で保持されている。内方部材３は、アウター側の端部付近の外周にハブフランジ２２を有するハブ輪４と、このハブ輪４のインナー側の端部外周に嵌合する単列内輪５とを有する。ハブ輪４は、ハブフランジ２２よりインナー側に隣接する部分の外周にアウター列の転走面３ａを有し、さらにインナー側の端部外周に内輪嵌合面４ａを有する。この内輪嵌合面４ａに上記単列内輪５が嵌合して、その単列内輪５の外周に有する転走面３ａが、内方部材３のインナー列の転走面３ａとされる。単列内輪５は、その軸受外向きの端面と内周面との角に、断面円弧状の面取部５ａを有する。また、ハブ輪４の上記内輪嵌合面４ａのさらにインナー側の端部は、図３のように円筒状部４ｂとされ、ハブ輪４に単列内輪５を組み込んでから、図１（Ａ）のように前記円筒状部４ｂが外径側へ加締められて単列内輪５の幅面を押し付ける鍔状の加締部４ｃとされる。ハブ輪４のハブフランジ２２には、図２に示すように、このハブフランジ２２の孔を貫通するハブボルト８、およびこのハブボルト８に螺合するハブナット９により、ブレーキロータ２３と車輪２４のタイヤホイール２４ａとが重ねて取付けられる。
【００１１】
外方部材２は、外径面にフランジからなる取付部２ｂが設けられ、図２のように、この取付部２ｂの孔を貫通するナックルボルト１０により、車体側の懸架装置におけるナックル２５に取付部２ｂが取付けられる。外方部材２の両端には、内外の部材３，２間を密封するオイルシール等のシール１１が設けられている。インナー側のシール１１は、単列内輪５の外周に設けられたシールリング１２に摺接するようにされている。シールリング１２には、回転検出センサの被検出部となるエンコーダ１３が設けられている。
【００１２】
ハブ輪４は、炭素鋼製（ＪＩＳ規格のＳ５０Ｃ〜Ｓ７０Ｃ相当）であり、その内輪嵌合面４ａからハブフランジ２２の根元部２２ａにわたる表層部分に、高周波熱処理により所定深さの硬化層２０が設けられている。この硬化層２０の表面硬さは５８〜６０ＨＲＣとされている。この硬化層２０の深さは、０．５ｍｍ以上とされている。
図１（Ｂ）に拡大して示すように、上記内輪嵌合面４ａの部分における硬化層２０のインナー側の位置は、単列内輪５における転走面３ａのインナー側端Ａよりもさらにインナー側端部寄りで、かつ単列内輪５における面取部５ａの内端縁Ｂよりも中央側とされている。
【００１３】
この構成の車輪用軸受装置によると、ハブ輪４が炭素鋼製で、そのハブ輪４における内輪嵌合面４ａからハブフランジ２２の根元部２２ａにわたる表層部分に硬化層２０が設けられているので、ハブフランジ２２の部分の剛性が向上し、車両旋回時のハブフランジ２２の変形量が低下する。そのため、車両の車輪回りの剛性の向上となる。また、ハブ輪４の硬化層２０は内輪嵌合面４ａまで拡大されているため、単列内輪５の内径面とハブ輪４の外径面との嵌合面に発生するクリープが抑えられる。そのため、クリープの発生により、単列内輪５とハブ輪４の嵌合面に、錆、摩耗粉、かじり等が生じて、単列内輪５を損傷するということがなく、耐久性を向上させることができる。硬化層２０は、表面硬さが５８〜６０ＨＲＣとされているので、強度および耐クリープ性をさらに向上させることができる。
【００１４】
ハブ輪４の硬化層２０のインナー側端の位置は、加締部４ｃの曲げ基端となる単列内輪５の加締固定側の面取部５ａまで及んでいないため、上記硬化層２０が、ハブ輪４の円筒状部４ｂ（図３）を加締めて単列内輪５を締め付け固定することの妨げにならない。また、硬化層２０にクラックが発生することなく、良好に加締ることができる。また、ハブ輪４に設ける硬化層２０のインナー側端が単列内輪５の転走面３ａよりも端部側に位置しているため、硬化層２０の形成による上記強度および耐クリープ性が確保される。
【００１５】
図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ａは、図１〜図３に示す第１の実施形態において、外方部材２もハブ輪４と同じ炭素鋼製とされ、その両列の転走面２ａとなる内径側の表層部分に、高周波熱処理により所定の深さの硬化層２１が設けられている。この硬化層２１の表面硬さも５８〜６０ＨＲＣとされている。また、インナー側列の単列内輪５および転動体６は、ずぶ焼き入れの施された軸受鋼製（ＪＩＳ規格のＳＵＪ相当）とされており、その焼入れ部分の表面硬さは６０ＨＲＣ以上とされている。アウター側の転動体６は、従来例と同様に浸炭鋼製とされるが、インナー側の転走体６と同じずぶ焼き入れの施された軸受鋼製としても良い。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
【００１６】
この構成の車輪用軸受装置の場合、外方部材２を炭素鋼製とし、その外方部材２の転走面２ａの部分にも、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層２１を設けているので、外方部材２の長寿命化が可能となる。
また、この種の軸受の特性として、インナー側の単列内輪５に形成される転走面３ａは、タイヤ接地面より車体重量および旋回横荷重が転走面に負荷される負荷率が、アウター列の転走面３ａよりも大きくなる。しかし、インナー側の単列内輪５および転動体６を、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼としているので、インナー列の転走面３ａを有する単列内輪５の長寿命化が可能となり、また縁石乗り上げ等の大きな横荷重が負荷されたときでも、インナー側列の転動体６に、内部割れ等に対する十分な強度が確保される。従来、インナー側の単列内輪は浸炭層を施した軸受鋼が用いられているが、近年、ずぶ焼き入れにした軸受鋼は、精錬法の改善により、挟雑物が少なく浸炭鋼以上の疲労寿命が得られており、厳しい面圧下でも長寿命が図れることが判った。
なお、軸受の転がり寿命は、硬さの他に表面の残留圧縮応力の関係やオーステナイト量との関係などが影響するため、一概に硬さだけでは論じられないが、一般的には硬さが低いほど転がり寿命が短く、例えば同一材料の鋼材で、５８ＨＲＣに対して６０ＨＲＣとしたものは、１．８倍程度の寿命が得られるデータもある。
図４の実施形態において、外方部材２に上記硬化層２１を設け、単列内輪５および転動体６は浸炭鋼製としても良く、また外方部材２に上記硬化層２１を設けずに、単列内輪５および転動体６を上記のようにずぶ焼き入れの施された軸受鋼製としても良い。
【００１７】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｂは、図１〜図３に示す第１の実施形態の構成を駆動輪の支持に適用した例である。ハブ輪４には、等速自在継手１５の一端（例えば外輪）に設けられた軸部を挿通するための内径孔４０が設けられている。その他の構成は従動輪の支持用に適用した第１の実施形態の場合と同じである。
【００１８】
図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｃは、図４に示す従動輪の支持に適用した複列アンギュラ玉軸受形式の実施形態の構成を駆動輪の支持に適用した例である。この例においても、ハブ輪４には等速自在継手１５に設けられた軸部を挿通するための内径孔４０が設けられている。その他の構成は従動輪の支持用に適用した図４の実施形態の場合と同じである。
【００１９】
図７および図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｄは、円錐ころ軸受型とした例を示す。この実施形態は、アンギュラ玉軸受形式である図１〜図３の第１の実施形態において、図７のように転動体６をボールから円錐ころに替え、各転走面２ａ，３ａを円錐面としたものである。図８は、この円錐ころ軸受型の車輪用軸受装置１Ｄによる従動輪支持構造を示す。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。
【００２０】
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｅは、図４に示す従動輪支持用のアンギュラ玉軸受形式の実施形態において、転動体６をボールから円錐ころに替えて複列円錐ころ軸受形式としたものである。その他の構成は図４の実施形態の場合と同じである。
【００２１】
図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｆは、図７の実施形態の構成を駆動輪の支持用に適用した例であり、ハブ輪４には内径孔４０が設けられている。その他の構成は従動輪の支持に適用した図７の実施形態の場合と同じである。
【００２２】
図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｇは、図９の実施形態の構成を駆動輪の支持に適用した例であって、ハブ輪４には内径孔４０が設けられている。その他の構成は従動輪の支持に適用した図９の実施形態の場合と同じである。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の車輪用軸受装置は、ハブ輪における内輪嵌合面からハブフランジの根元部にわたる表層部分に硬化層を設け、この硬化層のインナー側端の位置を、単列内輪の転走面よりも端部側で、かつこの単列内輪の面取部よりも中央側としたため、ハブ輪の加締により単列内輪を固定する構造とし、かつハブ輪に硬化層を設ける構成としながら、加締めが良好に行え、かつ硬化層の十分な形成による強度確保および耐クリープ性の確保が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は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、（Ｂ）は（Ａ）における部分拡大図である。
【図２】同車輪用軸受装置による従動輪支持構造を示す断面図である。
【図３】同車輪用軸受装置の組立途中の状態を示す断面図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】同車輪用軸受装置による従動輪支持構造を示す断面図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】従来例を示す断面図である。
【図１３】他の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｇ…車輪用軸受装置
２…外方部材
３…内方部材
２ａ，３ａ…転走面
４…ハブ輪
４ａ…内輪嵌合面
４ｂ…円筒状部
４ｃ…加締部
５…単列内輪
５ａ…面取部
６…転動体
２０…硬化層
２１…硬化層
２２…ハブフランジ
２２ａ…根元部

Claims (4)

1. 内周に複列の転走面を有する外方部材と、この転走面に対向する複列の転走面を有する内方部材と、これら内外の部材の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、
   上記内方部材は、アウター側の端部付近の外周にハブフランジを有するハブ輪と、このハブ輪のインナー側の端部外周に形成された内輪嵌合面に嵌合する単列内輪とを有し、これらハブ輪および単列内輪に上記複列の転走面となる各列の転走面が形成され、上記単列内輪は軸受外向きの端面と内周面との角に断面円弧状の面取部を有し、この単列内輪は、上記ハブ輪の端部に突出させた円筒状部を外径側へ加締めてなる鍔状の加締部によりハブ輪に固定され、上記ハブ輪が炭素鋼製であり、このハブ輪における上記内輪嵌合面から上記ハブフランジの根元部にわたる表層部分に硬化層が設けられ、この硬化層のインナー側端の位置が、上記単列内輪の転走面よりも端部側で、かつこの単列内輪の面取部の端縁よりも中央側であることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、上記硬化層の表面硬さが５８〜６０ＨＲＣであり、この硬化層の深さが０．５ｍｍ以上である車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、複列のアンギュラ玉軸受型とした車輪用軸受装置。
4. 請求項１または請求項２において、複列の円錐ころ軸受型とした車輪用軸受装置。

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