JP2005349928A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
軽量・コンパクト化を図ると共に、回転曲げ荷重の条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
外方部材２と、一端部に車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に内側転走面４ａと小径段部４ｂが形成されたハブ輪４、および小径段部４ｂに圧入された内輪５とからなる内方部材１と、この内方部材１と外方部材２の両転走面間に収容された複列の転動体３とを備えた車輪用軸受装置において、車輪取付フランジ６の側面６ａの基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部１１の外周面に亙る隅部１２の表面粗さが側面６ａの表面粗さよりも小さく、０．２〜１．６Ｒａの範囲に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置に関するもので、特に、車輪取付フランジを一体に有する部材の耐久性の向上を図った車輪用軸受装置に関する。

自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、第１世代と称されるシール付き複列の転がり軸受を単独に使用する構造から、外方部材に車体取付フランジを一体に有する第２世代に進化し、さらに、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪の外周に複列の転がり軸受の一方の内側転走面が一体に形成された第３世代、さらにこのハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。

この種の車輪用軸受装置では、車両の荷重および旋回横荷重がタイヤ接地面から車輪を介してハブ輪の車輪取付フランジにおよび軸受部に負荷されるが、ハブ輪の材料としては一般的にＳ５３Ｃ等の中炭素鋼の生材（表面硬さ１５〜２５ＨＲＣ）が使用されることから、前記負荷に対する強度・耐久性不足が生じる恐れがある。

そこで、本出願人は、こうしたハブ輪の強度・耐久性が不足する問題を解決するために、図６に示すような車輪用軸受装置を提案している。これは従動輪側の車輪用軸受装置５０であって、外周に懸架装置を構成するナックル（図示せず）に取り付けられる車体取付フランジ５１ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａが形成された外方部材５１と、一端部に車輪取付フランジ５２を一体に有し、内周に前記複列の外側転走面５１ａ、５１ａの一方に対向する内側転走面５３ａと、この内側転走面５３ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５３ｂが形成されたハブ輪５３、およびこのハブ輪５３の小径段部５３ｂに圧入され、前記複列の外側転走面５１ａ、５１ａの他方に対向する内側転走面５４ａが外周に形成された内輪５４とからなる内方部材５５と、この内方部材５５と外方部材５１間に収容され、保持器５７で転動自在に保持された複列の転動体５６とを備えている。そして、ハブ輪５３の小径段部５３ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５３ｃが形成され、この加締部５３ｃにより内輪５４は軸方向に固定されている。外方部材５１の両端部にはシール５８、５９が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ハブ輪５３は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、アウトボード側のシール５８が摺接するシールランド部から内側転走面５３ａおよび小径段部５３ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さが５８ＨＲＣ以上の硬化層６０（図中クロスハッチングで示す）が形成されると共に、車輪取付フランジ５２の側面５２ａの基端部からブレーキパイロット部６１の外周面に亙る範囲にも高周波焼入れによって表面硬さが５８ＨＲＣ以上の硬化層６２（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、車輪取付フランジ５２の基部となるシールランド部は耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ５２に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪５３の強度・耐久性が向上する。
特願２００２−３５２７２５号明細書

しかしながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、車輪取付フランジ５２の側面５２ａの基端部からブレーキパイロット部６１の外周面に亙る範囲に硬化層６２が形成されているので、車輪取付フランジ５２に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪５３の強度・耐久性が向上する反面、高周波焼入れにより車輪取付フランジ５２が熱処理変形し、ブレーキロータ（図示せず）を取り付ける側面５２ａの面振れが劣化する恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化を図ると共に、回転曲げ荷重の条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部の外周面に亙る隅部の表面粗さが、前記側面の表面粗さよりも小さく設定されている構成を採用した。

このように、車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部の外周面に亙る隅部の表面粗さが、側面の表面粗さよりも小さく設定されているので、応力集中が生じる車輪取付フランジにおける隅部の疲労強度が向上し、車輪取付フランジに負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記隅部の表面粗さが０．２〜１．６Ｒａの範囲に設定されていれば、従来に比べ極表面の切欠き効果および切削加工による引張残留応力が減少して疲労強度が向上する。

また、前記隅部は、請求項３に記載の発明のように、前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキパイロット部の外周面に亙る部位に盗み部として形成されていても良いし、請求項４に記載の発明のように、前記ブレーキパイロット部と車輪取付フランジの側面とを滑らかに繋ぐ所定の曲率半径からなる円弧面に形成されていても良い。

また、請求項５に記載の発明は、前記内方部材が、その一端部に前記車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪とからなり、前記車輪取付フランジの基部から前記内側転走面および小径段部に表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層が形成されているので、軽量・コンパクト化を図りつつ、車輪取付フランジに負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪の強度・耐久性を向上させることができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部の外周面に亙る隅部の表面粗さが、前記側面の表面粗さよりも小さく形成されているので、応力集中が生じる車輪取付フランジにおける隅部の疲労強度が向上し、車輪取付フランジに負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間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、前記車輪取付フランジの基部から前記内側転走面および小径段部に表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層が形成されていると共に、前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部の外周面に亙る隅部の表面粗さが、前記側面の表面粗さよりも小さく、０．２〜１．６Ｒａの範囲に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。

これは従動輪側の車輪用軸受装置であって、内方部材１と外方部材２、および両部材間に収容された複列の転動体（ボール）３、３とで構成されている。内方部材１は、ハブ輪４と、このハブ輪４に圧入された内輪５とからなる。

ハブ輪４は、一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４ｂが形成されている。車輪取付フランジ６の円周等配位置には車輪（図示せず）を固定するためのハブボルト６ｂが植設されている。内輪５は、外周に内側転走面５ａが形成され、ハブ輪４の小径段部４ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、ハブ輪４の小径段部４ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部４ｃが形成され、この加締部４ｃによって内輪５が軸方向に固定されている。このようなセルフリテイン構造を採用することにより、従来のようにナット等で強固に緊締して予圧量を管理する必要がないため、車両への組込性を簡便にすることができると共に、かつ長期間その予圧量を維持することができる。

一方、外方部材２は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ２ｂを一体に有し、内周に前記内側転走面４ａ、５ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが形成されている。そして、複列の転動体３、３がこれら両転走面間にそれぞれ収容され、保持器７、７によって転動自在に保持されている。また、外方部材２の端部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。外方部材２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面２ａ、２ａをはじめ、シール８、９が嵌合する端部内径面に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

ハブ輪４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、アウトボード側のシール８が摺接するシールランド部から内側転走面４ａおよび小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１０（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。なお、加締部２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。このような高周波焼入れパターンにより、車輪取付フランジ６の基部となるシールランド部は耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ６に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪４の強度・耐久性が向上する。また、加締部４ｃを塑性変形させる時の加工性が向上すると共に、加工時におけるクラック等の発生を防止してその品質の信頼性が向上する。一方、内輪５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。

ここでは、ハブ輪４の外周に直接内側転走面４ａが形成された第３世代構造の車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。あるいは、外輪回転タイプの第２世代構造、つまり、外方部材に車輪取付フランジを一体に形成した構造であっても良い。なお、転動体３、３をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

本実施形態では、ブレーキロータ（図示せず）と接触する車輪取付フランジ６の側面６ａは、切削加工により面粗さが２．３〜６．３Ｒａの範囲に形成されている。また、車輪取付フランジ６の側面６ａの基端部Ｐからブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部１１の外周面に亙る隅部（盗み部）１２が形成されている。この種の隅部１２は、通常、側面６ａおよびブレーキパイロット部１１と、切削速度および送り等の切削条件が同一に設定されて切削加工されるため、表面粗さは側面６ａおよびブレーキパイロット部１１と同様、表面粗さが２．３〜６．３Ｒａの範囲に形成されるが、ここでは、隅部１２の切削条件が別途設定されている。そして、側面６ａの表面粗さよりも小さく、その表面粗さが０．２〜１．６Ｒａの範囲に形成されている。隅部１２の表面粗さは、図２の矢印で示すように、周方向に一箇所、隅部１２に沿って軸方向にダイヤルゲージの触針（図示せず）等を移動させて測定される。

本出願人は、表面粗さと応力との関係に着目し、表面粗さの異なるサンプルを数種類製作し、粗さの違いと応力との関係を検証した。図３は、本出願人が実施した回転曲げ試験による疲労限界線図で、表面粗さと応力振幅との関係を示している。この試験結果から、面粗さが小さい程応力が減少し、耐久性が向上することが解る。これは、極表面の切欠き効果および切削加工による引張残留応力が減少した結果と考えられる。

このように、本実施形態では、車輪取付フランジ６の側面６ａの基端部Ｐからブレーキパイロット部１１の外周面に亙る隅部１２が、車輪取付フランジ６の側面６ａの表面粗さよりも小さく設定されているので、応力集中が生じる車輪取付フランジ６における隅部１２の疲労強度が向上し、車輪取付フランジ６に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪４の強度・耐久性が一層向上する。

図４は本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図、図５は、図４の要部拡大図である。なお、この実施形態は駆動輪側の第３世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受装置は、内方部材１３と外方部材２、および両部材間に収容された複列の転動体３、３とで構成されている。内方部材１３は、ハブ輪１４と、このハブ輪１４に圧入された内輪５とからなる。ここでは内方部材１３はハブ輪１４と内輪５を指す。

この車輪用軸受装置において、ハブ輪１４は、一端部に車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に内側転走面１４ａと、この内側転走面１４ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１４ｂが形成され、内周に図示しない等速自在継手を構成する外側継手部材が内嵌するセレーション（またはスプライン）１５が形成されている。前述した実施形態と同様、このハブ輪１４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、アウトボード側のシール８が摺接するシールランド部から内側転走面１４ａおよび小径段部１４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層が形成されている。

ハブ輪１４において、隅部１６は、図示しないブレーキロータの支持面となる円筒状のブレーキパイロット部１１と車輪取付フランジ６の側面６ａとを滑らかに繋ぐ所定の曲率半径からなる円弧面に切削により形成されている。この隅部１６の曲率半径は、ブレーキロータが干渉しない程度に設定されている。旋削加工の場合、通常、この種の隅部１６は、ブレーキパイロット部１１から隅部１６および側面６ａに亙って、同一のバイト（図示せず）で、同一旋削速度で一連の形状に形成されるため、この隅部１６の表面粗さは、切削速度が側面６ａに比べ低くなるため同一か、むしろ粗くなる傾向があるが、本実施形態では、この隅部１６は、所定の曲率半径に形成された姿バイトにより別途加工条件が設定され、その表面粗さが車輪取付フランジ６の側面６ａの表面粗さよりも小さく、０．２〜１．６Ｒａの範囲に形成されている。これにより、駆動輪側の車輪用軸受装置においても、応力集中が生じる車輪取付フランジ６における隅部１６の疲労強度が向上し、車輪取付フランジ６に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪１４の強度・耐久性が一層向上する。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の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、さら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、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る車輪用軸受装置は、駆動輪用、従動輪用、転動体がボール、円すいころ、あるいは内輪回転タイプ、外輪回転タイプに係らず、車輪取付フランジを一体に有する車輪用軸受装置に適用することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。 同上、要部拡大図である。 回転曲げ試験による疲労限界線図で、表面粗さと応力振幅との関係を示している。 本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。 同上、要部拡大図である。 （ａ）は、従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 （ｂ）は、同上要部拡大図である。

符号の説明

１、１３・・・・・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
２ａ・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
２ｂ・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
３・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
４、１４・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
４ａ、５ａ、１４ａ・・・・・・・・内側転走面
４ｂ、１４ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
４ｃ・・・・・・・・・・・・・・・加締部
５・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
６・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６ａ・・・・・・・・・・・・・・・側面
６ｂ・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
７・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・・・・・・・・硬化層
１１・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
１２、１６・・・・・・・・・・・・隅部
１５・・・・・・・・・・・・・・・セレーション
５０・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５１・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５２・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５２ａ・・・・・・・・・・・・・・側面
５３・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５３ａ、５４ａ・・・・・・・・・・内側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５３ｃ・・・・・・・・・・・・・・加締部
５４・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５５・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５６・・・・・・・・・・・・・・・転動体
５７・・・・・・・・・・・・・・・保持器
５８、５９・・・・・・・・・・・・シール
６０、６２・・・・・・・・・・・・硬化層
６１・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・基端部

Claims (5)

1. 内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、
   外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、
   前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、
   前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキロータが支持されるブレーキパイロット部の外周面に亙る隅部の表面粗さが、前記側面の表面粗さよりも小さく設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記隅部の表面粗さが０．２〜１．６Ｒａの範囲に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記隅部は、前記車輪取付フランジの側面の基端部からブレーキパイロット部の外周面に亙る部位に盗み部として形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記隅部は、前記ブレーキパイロット部と車輪取付フランジの側面とを滑らかに繋ぐ所定の曲率半径からなる円弧面に形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
5. 前記内方部材が、その一端部に前記車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪とからなり、前記車輪取付フランジの基部から前記内側転走面および小径段部に表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層が形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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