JP2006118548A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止できる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３を有する外方部材１と、これら軌道面３に対向する軌道面４を有する内方部材２と、対向する軌道面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、駆動輪を支持する。内方部材２は、車輪取付用のハブフランジ９ａを外周に有するハブ輪９と、このハブ輪９のインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなり、これらハブ輪９および内輪１０に各列の軌道面４を形成する。内輪１０の内周面には、この内輪１０のインボード側の端面１０ａまで続き、この端面１０ａの内周縁に相当する深さの段差部１６を設ける。ハブ輪９の加締加工による塑性変形部分９ｂを、内輪１０の段差部１６の軸方向に向く段面１６ａに係合させる。塑性変形部分９ｂは、内輪１０の端面１０ａから突出しないものとする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、自動車等の車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置に関する。

従来、駆動輪支持用の車輪用軸受装置として、図５に示すものが提案されている（例えば特許文献１）。これは、外方部材２１と内方部材２２の対向する軌道面２３，２４間に複列にボール２５を介在させ、上記内方部材２２を、車輪取付用ハブフランジ２９ａを外周に有するハブ輪２９と、このハブ輪２９のインボード側端の外周に嵌合した内輪３０とで構成した形式のものである。ハブ輪３０の中央孔３１には、等速ジョイントの外輪３３のステム部３３ａが挿通されてスプライン嵌合され、等速ジョイント外輪３３の段面３３ｂが内輪３０のインボード側端面３０ａに押し当てられる。この状態で、前記ステム部３３ａ先端にナット３４を螺合させることにより、等速ジョイント外輪３３とナット３４とで内方部材２２が幅締めされる。

この提案例では、ハブ輪２９のインボード側端部の外周に形成した段部３５に内輪３０を外嵌させると共に、内輪３０のインボード側端部の内周に段部３６を形成し、ハブ輪２９のインボード側端を外径側に拡径変形させて前記内輪３０の段部３６に加締めている。これにより、車両への組付け時に発生する外力による内輪３０の抜けを防止している。
特開平９−１６４８０３号公報

しかし、上記した車輪用軸受装置では、以下のような問題が有る。
（１）ハブ輪２９の加締部２９ｂが大きいため、内輪３０のインボード側端部に形成する段部３６の径方向段差を、半径差で５〜７mm程度とする必要が有る。このように段部３６の段差を大きくすると、内輪３０のインボード側端面３０ａの面積が小さくなるので、等速ジョイント外輪３３の段面３３ｂとの接触面圧が大きくなる。そのため、摩耗や異音の発生の原因となる。
（２）ハブ輪２９の加締部２９ｂを内輪３０のインボード側端より内側（アウトボード側）に収めようとすると、内輪３０の段部３６の軸方向長さを７〜８mm程度にする必要が有る。このように内輪段部３６の軸方向長さが長くなると、ボール接触角の延長線上に内輪段部３６が位置する傾向があり、運転時の負荷荷重による内輪変形が大きくなって短寿命となる可能性がある。また、内輪段部３６の軸方向長さが長くなると、それだけハブ輪２９に対する内輪３０の嵌め合い長さ（面積）が減少するので、内輪クリープが発生し、軸受寿命が低下する可能性がある。これらの問題は、内輪全体の幅寸法を長くすれば回避できるが、それでは軸方向に余分なスペースが必要になる。
（３）また、ハブ輪２９の加締部２９ｂが大きいことから、揺動加締加工において、加締工具が内輪３０と干渉し、加工が困難である。

この発明の目的は、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止できる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成した駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、前記内輪の内周面に、この内輪のインボード側の端面まで続き、この端面の内周縁に相当する深さの段差部を設け、前記ハブ輪の加締加工により前記内輪の前記段差部の軸方向に向く段面に係合する塑性変形部分を設け、この塑性変形部分は前記内輪の端面から突出しないものとしたことを特徴とする。

この構成によると、内輪の内周面に設けられてハブ輪の加締加工による塑性変形部分を係合させる段差部を、内輪の内周縁というごく限られた範囲のものとしたため、内輪の抜け耐力を確保しながら、段差部をできるだけ小さなものとできる。このため、段差部を設けながら内輪端面の面積の減少が少なくできて、等速ジョイント外輪の段面との接触面圧の増加が抑制され、摩耗や異音の発生が防止できる。このように、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止できる。

この発明において、複列のアンギュラ玉軸受型の車輪用軸受装置とし、内輪の前記段差部の径方向寸法を、内輪内径面との半径差で０．２５〜２．５mmとし、かつ前記段差部の軸方向範囲を、ハブ輪端面から０．２５mm以上で、接触角を成す線の延長線上にかからない範囲としても良い。
内輪の段差部の上記径方向寸法は、０．２５mmよりも小さいと、ハブ輪の塑性変形部分との掛かり代が小さくて抜け耐力が確保できず、また２．５mmを超えると、内輪端面の面積を大きく確保して、等速ジョイント外輪の段面との接触面圧を低下させることができなくなる。０．２５〜２．５mmの範囲であると、抜け耐力を確保しながら内輪端面の面積確保，接触面圧低下による摩耗，異音防止の各効果が得られる。
また、内輪の段差部の軸方向範囲は、ハブ輪端面から０．２５mm未満であると、段差部に係合させるハブ輪の塑性変形部分が小さくなり過ぎて、抜け耐力が確保できない。この軸方向範囲が、接触角を成す線の延長線上にかかる場合は、運転時の負荷荷重による内輪の変形が大きくなって短寿命となる可能性がある。上記のように軸方向範囲を、ハブ輪端面から０．２５mm以上で、接触角を成す線の延長線上にかからない範囲とすると、抜け耐力を確保しながら、運転時の負荷荷重による内輪の変形を小さくでき、それだけ長寿命化が可能性となる。また、接触角を成す線の延長線上にかからない範囲であると、内輪の段差部の軸方向長さが短いことから、ハブ輪に対する内輪の嵌め合い長さが確保でき、内輪クリープの発生を抑えることができる。この点からも長寿命化が可能となる。また、嵌め合い長さの確保のために、内輪全体の幅寸法を長くする必要がないので、軸方向に余分なスペースが不要となる。

この発明において、内輪の前記段差部の軸方向に向く段面をテーパ面に形成しても良い。段面をテーパ面にすると、加締加工を行うハブ輪の塑性変形部分の内輪段差部への充足を隙間なく密に行うことができ、それだけ塑性変形部分の内輪段差部に占めるスペースを小さくできる。その結果、内輪段差部の径方向寸法や軸方向範囲を短くすることができ、軸受の長寿命化や軸方向寸法の短縮化に寄与できる。

この発明において、ハブ輪における前記軌道面は焼入れ処理した表面硬化処理面とし、前記加締加工を行う部分は非熱処理部とし、前記内輪は表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させても良い。
ハブ輪の軌道面は転動寿命の向上の点から、表面硬化処理面として硬度を高くすることが好ましいが、加締加工を行う部分は、加締加工の容易性の点から非熱処理部とすることが好ましい。内輪は、小部品であって軌道面を有し、かつハブ輪に内径面が嵌合することから、表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させたものとすることが、転動寿命や嵌合面の耐摩耗性の向上の点で好ましい。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成した駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、前記内輪の内周面に、この内輪のインボード側の端面まで続き、この端面の内周縁に相当する深さの段差部を設け、前記ハブ輪の加締加工により前記内輪の段差部の軸方向に向く段面に係合する塑性変形部分を設け、この塑性変形部分は前記内輪の端面から突出しないものとしたため、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止することができる。

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。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３を形成した外方部材１と、これら各軌道面３に対向する軌道面４を形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の軌道面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記各軌道面３，４は断面円弧状であり、各軌道面３，４はボール接触角θが背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、シール７，８によりそれぞれ密封されている。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックルに取付けるフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。
内方部材２は回転側の部材となるものであって、外周に車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９のインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に前記各列の軌道面４が形成されている。ハブ輪９は中央孔１１を有し、その軌道面４は、焼入れ処理による表面硬化処理面とされている。内輪１０は、表面から芯部までの全体が焼き入れ処理により硬化させてある。

図２に拡大断面図で示すように、ハブ輪９のインボード側端の外周には、ハブ輪９の他の部分の外周よりも小径となった段差部状の内輪嵌合面部１５が形成され、この内輪嵌合面部１５に内輪１０が嵌合する。内輪１０の内周面には、この内輪１０のインボード側の端面１０ａまで続き、この端面１０ａの内周縁に相当する深さの段差部１６を設け、ハブ輪９の加締加工により内輪１０の段差部１６の軸方向に向く段面１６ａに係合する塑性変形部分９ｂを設けてある。塑性変形部分９ｂは、内輪１０の段差部１６内をほぼ充足するが、内輪１０の端面１０ａから突出しないものとしてある。上記加締加工は、プレス加工等の方法で全周に渡り行われる。この加締加工はハブ輪９のインボード側端を拡径させるように行う。ハブ輪９の加締加工を行う塑性変形部分９ｂは非熱処理部とされている。

内輪１０の前記段差部１６の径方向寸法は、内輪内径面との半径差Δｒで０．２５〜２．５mmとされている。また、前記段差部１６の軸方向範囲Ｗは、ハブ輪端面９ｃから０．２５mm以上で、内輪軌道面４のボール接触角θを成す線Ｌの延長線上にかからない範囲とされている。なお、図３は、ハブ輪９における塑性変形部分９ｂのうち、内輪段差部１６を充足した部分９ｂａの断面を示す。

この車輪用軸受装置の車両への組付けにおいては、ハブ輪９の中央孔１１に、等速ジョイント１２の片方の継手部材となる外輪１３のステム部１３ａを挿通させてスプライン嵌合させ、ステム部１３ａの先端に螺合するナット１４の締め付けにより、等速ジョイント外輪１３を内方部材２に結合する。このとき、等速ジョイント外輪１３に設けられたアウトボード側に向く段面１３ｂが、内輪１０のインボード側に向く端面１０ａに押し付けられ、等速ジョイント外輪１３とナット１４とで内方部材２が幅締めされる。車輪取付用のハブフランジ９ａはハブ輪９のアウトボード側端に位置しており、このハブフランジ９ａにブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がボルト１７で取付けられる。

この構成の車輪用軸受装置によると、内輪１０の内周面に段差部１６を設け、ハブ輪９の加締加工による塑性変形部分９ｂを前記段差部１６内に係合させたので、車両への組付工程において発生する外力による内輪１０のハブ輪９からの抜けを防止できる。
段差部１６は、内輪１０の内周縁というごく限られた範囲のものとしたため、内輪１０の抜け耐力を確保しながら、段差部１６をできるだけ小さなものとできる。このため、段差部１６を設けながら内輪１０の端面の面積の減少が少なく、等速ジョイント外輪１３の段面１３ｂとの接触面圧の増加が抑制され、摩耗や異音の発生が防止できる。

段差部１６の上記寸法範囲は、次の理由により定めた。すなわち、車輪用軸受装置を車両に組付ける際の内輪１０の抜けを防止するためには、２ｔｏｎ以上の内輪抜け耐力が必要であることが、実験により分かった。この内輪抜け耐力が得られる範囲で、段差部１６の各寸法（Δｒ，Ｗ）を次の理由で設定した。
なお、第３世代型の車輪用軸受装置が採用される自動車は、一般的には乗用車であり、小型乗用車から大型乗用車までの一般的な乗用車に採用される各種寸法の車輪用軸受装置に適用できる範囲として、上記各寸法（Δｒ，Ｗ）を定めた。

〔径方向寸法Δｒ〕
径方向寸法Δｒの最小値：
内輪１０の抜け方向荷重が負荷された際に、ハブ輪９の加締加工による塑性変形部分９ｂにおける段面の面圧が降伏点応力以下となることが必要である。上記乗用車用の車輪用軸受装置において、２ｔｏｎの内輪抜け方向荷重が作用したときに、塑性変形部分９ｂの上記段面の面圧を降伏点応力以下とするには、径方向寸法Δｒが０．２５mm以上であることが必要である。
径方向寸法Δｒの最大値：
段差部１６の径方向寸法Δｒが大きくなると、内輪１０の端面が小さくなり、等速ジョイント外輪１３の段面１３ｂとの接触面圧が大きくなって、摩耗や異音発生の原因となる。上記乗用車用の車輪用軸受装置の量産実績品と同水準を保つことのできる径方向寸法Δｒは、２．５mm以下である。

〔軸方向範囲Ｗ〕
軸方向範囲Ｗの最少値：
２ｔｏｎの内輪抜け方向荷重が負荷された際、ハブ輪９の塑性変形部分９ｂの充足部分９ｂａのせん断応力が許容値以下となることが必要である。上記乗用車用の車輪用軸受装置において、２ｔｏｎの内輪抜け方向荷重が作用したときに、上記充足部分９ｂａのせん断応力を許容値以下とするには、軸方向範囲Ｗが０．２５mm以上であることが必要である。
軸方向範囲Ｗの最大値：
ボール接触角の延長線上に段差部１６が存在すると、運転時の負荷荷重による内輪１０の変形が大きくなり、短寿命になる可能性がある。このため、軸方向範囲Ｗの最大値は、ボール接触角の延長線上に段差部１６が掛からない長さである。

このように、内輪１０の段差部１６の径方向寸法を、内輪内径面との半径差Δｒで０．２５以上としているので、ハブ輪９の塑性変形部分９ｂの面圧を降伏点応力以下にできて、上記抜け耐力が確保される。また、上記径方向寸法を２．５mm以下と小さくしているので、内輪１０の外向きの端面１０ａの面積を大きく確保でき、等速ジョイント外輪１３の段面１３ｂとの接触面圧が大きくなって、車両へ組み立てた状態で摩耗や異音発生の原因となることがない。

また、内輪１０の前記段差部１６の軸方向範囲Ｗを、ハブ輪端面９ｃから０．２５mm以上としているので、段差部１６に係合させるハブ輪１６の塑性変形部分９ｂの強度が確保できて、上記抜け耐力が確保される。また、この車輪用軸受装置は複列のアンギュラ玉軸受型であり、段差部１６の軸方向範囲Ｗを、ボール接触角θを成す線Ｌの延長線上にかからない範囲としているので、運転時の負荷荷重による内輪１０の変形を小さくでき、それだけ長寿命化が可能性となる。また、内輪１０の段差部１６の軸方向長さが短いことから、ハブ輪９に対する内輪１０の嵌め合い長さが確保でき、したがって嵌め合い面積を確保でき、内輪１０のクリープの発生を抑えることができる。この点からも長寿命化が可能となる。また、嵌め合い長さの確保等のために内輪１０の全体の幅寸法を長する必要がないため、軸方向に余分なスペースが不要となる。

また、この車輪用軸受装置では、ハブ輪９における軌道面４を焼入れ処理した表面硬化処理面としているため、転動寿命が確保できる。塑性変形部分９ｂは非熱処理部としているため、加締加工が容易に行える。内輪１０は、小部品であって軌道面４を有し、かつハブ輪９に内径面が嵌合することから、前記のように表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させたものとすることで、転動寿命に優れ、かつ嵌合面の耐摩耗性に優れたものとなる。

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は、図１〜図３に示す第１の実施形態において、内輪１０の段差部１６の軸方向に向く段面１６ａをテーパ面に形成したものである。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。

このように、内輪１０の段差部１６の軸方向に向く段面１６ａをテーパ面に形成することにより、加締加工を行うハブ輪９の塑性変形部分９ｂの内輪段差部１６への充足を隙間なく密に行うことができる。そのため、塑性変形部分９ｂの内輪段差部１６に占めるスペースを小さくでき、その結果、内輪段差部１６の径方向寸法Δｒや軸方向範囲Ｗを短くすることができて、軸受の長寿命化や軸方向寸法の短縮化に寄与できる。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 同車輪用軸受装置におけるハブ輪塑性変形部分の内輪段差部への充足部分を示す断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…外方部材の軌道面
４…内方部材の軌道面
５…転動体
９…ハブ輪
９ａ…ハブフランジ
９ｂ…塑性変形部分
９ｃ…ハブ輪の外向き端面
１０…内輪
１０ａ…内輪の外向き端面
１６…内輪の段差部
１６ａ…内輪段差部の段面
θ…接触角
Ｌ…接触角をなす線
Ｗ…内輪段差部の軸方向範囲

Claims (4)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成した駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、
   前記内輪の内周面に、この内輪のインボード側の端面まで続き、この端面の内周縁に相当する深さの段差部を設け、前記ハブ輪の加締加工により前記内輪の前記段差部の軸方向に向く段面に係合する塑性変形部分を設け、この塑性変形部分は前記内輪の端面から突出しないものとしたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、複列のアンギュラ玉軸受型の車輪用軸受装置とし、内輪の前記段差部の径方向寸法を、内輪内径面との半径差で０．２５〜２．５mmとし、かつ前記段差部の軸方向範囲を、ハブ輪端面から０．２５mm以上で、接触角を成す線の延長線上にかからない範囲とした車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、内輪の前記段差部の前記軸方向に向く段面をテーパ面に形成した車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、ハブ輪における前記軌道面は焼入れ処理した表面硬化処理面とし、前記加締加工を行う部分は非熱処理部とし、前記内輪は表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させた車輪用軸受装置。
   

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