JP2006046401A - 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、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
内周に複列の外側転走面１０ａが形成された外方部材１０と、一端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に一方の内側転走面２ａと、これから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成されたハブ輪２、および小径段部２ｂに圧入され、外周に他方の内側転走面３ａが形成された内輪３とからなる内方部材１と、この内方部材１と外方部材１０の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体６とを備え、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより内輪３が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、内輪３の内径寸法をｄ、内輪３の外径寸法をＤとした時、内輪３の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、内輪３の内径寸法ｄの２４％以上に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。

自動車等の車両の車輪用軸受装置には、駆動輪用のものと従動輪用のものとがある。特に、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、低コスト化は言うまでもなく、燃費向上のための軽量・コンパクト化が進んでいる。その従来構造の代表的な一例として、図４に示すような従動輪用の車輪用軸受装置が知られている。

この車輪用軸受装置は第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体５４、５４とを備えている。ハブ輪５１は、その一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５５を一体に有し、外周に内側転走面５１ａと、この内側転走面５１ａから軸方向に延びる小径段部５１ｂが形成されている。また、車輪取付フランジ５５の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５６が植設されている。

ハブ輪５１の小径段部５１ｂには、外周に内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５１ｃにより、ハブ輪５１に対して内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外輪５３は、外周に車体取付フランジ５３ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５３ａ、５３ａが形成されている。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列の転動体５４、５４が転動自在に収容されている。

ハブ輪５１は、炭素の含有量が０．４０〜０．８０重量％である炭素鋼製の素材に鍛造を施すことにより一体に形成され、斜格子で示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から内側転走面５１ａ、および小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れ等によって表面が硬化処理されている。なお、加締部５１ｃは、鍛造後の素材表面硬さの生のままとしている。一方、内輪５２は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼のような高炭素鋼製とし、芯部まで焼入れ硬化されている。

これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の内径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
特開平１１−１２９７０３号公報

このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、内輪５２の内径を大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。然しながら、小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５１ｃを形成する場合、小径段部５１ｃのうち加締部５１ｃの近傍も径方向に塑性変形するため、内輪５２の内径は押し広げられることになり、内輪５２の外径５７にフープ応力が発生する。

このフープ応力を下げるための手段として、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部形状を種々変更し、揺動加締時の塑性変形量を抑えることも提案されているが、装置に大きなモーメント荷重等が負荷された時においても内輪５２を強固に固定するだけの強度が加締部５１ｃに要求されるため、これら塑性変形量を抑え、かつ加締部の強度を確保すると言った相反する課題を効果的に解決するは未だ開発されていない。

本発明は、このような従来の問題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、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性と信頼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する。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、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、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の内径寸法をｄ、内輪の外径寸法をＤとした時、前記内輪の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、前記内輪の内径寸法ｄの２４％以上に設定されている構成を採用した。

このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、ハブ輪に対して内輪を軸方向に固定した、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪の内径寸法をｄ、内輪の外径寸法をＤとした時、内輪の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、内輪の内径寸法ｄの２４％以上に設定されているので、加締加工によって発生する内輪のフープ応力を２５０ＭＰａ以下に抑えることが可能となり、内輪割れあるいは遅れ破壊の発生を防止することができ、内輪の耐久性と信頼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。

また、請求項２に記載の発明は、前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記内側転走面から前記小径段部に亙り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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、前記内輪が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ので、加締加工によって発生する内輪のフープ応力を２５０ＭＰａ以下に抑えることができる。

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、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の内径寸法をｄ、内輪の外径寸法をＤとした時、前記内輪の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、前記内輪の内径寸法ｄの２４％以上に設定されているので、内輪割れあるいは遅れ破壊の発生を防止することができ、内輪の耐久性と信頼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。

外周に車体取付フランジを一体に有し、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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の内径寸法をｄ、内輪の外径寸法をＤとした時、前記内輪の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、前記内輪の内径寸法ｄの２４％以上に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基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。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。
内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪２は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周には内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる軸状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入され、さらに、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。

外方部材１０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１０ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０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、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される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。なお、転動体６、６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。

ハブ輪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、アウトボード側の内側転走面２ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部２ｂに亙り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。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。一方、内輪３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。

また、外方部材１０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１０ａ、１０ａ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。

通常、この種の塑性変形による加締、所謂揺動加締では、加締部２ｃの変形量および加締荷重と内輪３の変形量が密接に相関があるとされている。すなわち、加締部２ｃの変形量および加締荷重が大きくなると、内輪３の変形量が増大し、内輪３のフープ応力、特に外径３ｂに大きなフープ応力が発生するとされている。内輪３が外部環境に曝露され、泥水等に頻繁に曝される厳しい使用条件下では、このフープ応力が２５０ＭＰａ以上になると内輪割れが発生する恐れがあると共に、この部位に腐食が発生した場合、環境下に存在する拡散性水素が内輪３の組織内に侵入して金属粒界が破壊する、所謂「遅れ破壊」が発生し易くなって好ましくない。

また、内輪３の肉厚が大きいほど剛性が高くなってフープ応力を抑えることが可能であるが、通常、内輪３の肉厚、すなわち、内輪３の外径３ｂは、車両の旋回時に生じる転動体６の肩乗り上げ、詳しくは、内側転走面３ａと転動体６との接触における接触楕円が外径３ｂに乗り上げるか否かを考慮して決定されている。

本出願人は、内輪３の外径３ｂにおけるフープ応力の発生要因を分析すると共に、内輪３の外径寸法Ｄと内径寸法ｄが異なるサンプルを製作し、加締部２ｃの表面硬さが鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部として加締加工を実施した。そして、最大応力部位となる内輪３の外径３ｂのフープ応力を測定した結果、図２に示すように、内輪３の肩部厚さＡ、すなわち、Ａ＝（Ｄ−ｄ）／２と、内輪３の内径寸法ｄとの比率に相関関係があることが判った。

この図からも判るように、加締加工によって発生する内輪３の外径３ｂにおけるフープ応力を２５０ＭＰａ以下に抑えるためには、内輪３の肩部厚さＡを内輪３の内径寸法ｄに対して２４％以上に設定すれば良い。これにより、内輪割れあるいは遅れ破壊の発生を防止することができ、ハブ輪２に加締固定される内輪３の耐久性と信頼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。

図３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である。この実施形態は、本発明に係る車輪用軸受装置を駆動輪側に適用したもので、前述した第１の実施形態と同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

ハブ輪１１は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成され、内周に図示しない等速自在継手の外側継手部材が嵌合するセレーション（またはスプライン）１２が形成されている。そして、内輪３が小径段部２ｂに圧入され、この小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、ハブ輪１１に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。

前述した実施形態と同様、内輪３の肩部厚さＡが内輪３の内径寸法ｄに対して２４％以上に設定されている。この駆動輪側の車輪用軸受装置においては、加締部２ｃ、すなわち、ハブ輪１１の小径段部２ｂの剛性は、前述した従動輪側に比べて低いため、同等の加締条件では内輪３に生じるフープ応力は従動輪側に比べて軽減される。したがって、こうした駆動輪側の車輪用軸受装置にあっては、従動輪側と同様、内輪３の肩部厚さＡが内輪３の内径寸法ｄに対して２４％以上に設定されているので、内輪割れあるいは遅れ破壊の発生を一層防止することができ、内輪３の耐久性を確保して信頼性を向上させることができる。

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、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪を固定した第１世代乃至第３世代のセルフリテイン構造の車輪用軸受装置に適用できる。

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。 内輪肩部厚さと内輪内径の比率に対する内輪外径のフープ応力の実測値を示したグラフである。 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。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・内方部材
２、１１・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・外径
４・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・転動体
７・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
１２・・・・・・・・セレーション
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
５１ｄ・・・・・・・段部
５２・・・・・・・・内輪
５３・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・ハブボルト
５７・・・・・・・・外径
Ａ・・・・・・・・・内輪の肩部厚さ
ｄ・・・・・・・・・内輪の内径寸法
Ｄ・・・・・・・・・内輪の外径寸法

Claims (2)

1. 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、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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が形成された内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
   前記内輪の内径寸法をｄ、内輪の外径寸法をＤとした時、前記内輪の肩部厚さＡ＝（Ｄ−ｄ）／２が、前記内輪の内径寸法ｄの２４％以上に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記内側転走面から前記小径段部に亙り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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、前記内輪が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請求項１に記載の車輪用軸受装置。

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