JP2006329323A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
強度・耐久性を確保すると共に、軽量・低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
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が形成されたハブ輪２を備えた車輪用軸受装置において、ハブ輪２における内側転走面２ａと小径段部間２ｂの肩部１２が、小径段部２ｂの方向に向って漸次小径となるテーパ状に形成されていると共に、肩部１２の傾斜角αが、鍛造加工時の通常の抜き勾配よりも大きく設定されている。これにより、均一な旋削取代を設定することができ、旋削取代を削減することができる。したがって、強度・耐久性を確保すると共に、軽量・低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【選択図】図２

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、ハブ輪の強度・耐久性を確保すると共に、加工コストを削減して軽量・低コスト化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５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、および複列のボール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の間には複列のボール５４、５４が転動自在に収容されている。そして、外輪５３の端部にはシール５７およびエンドキャップ５８がそれぞれ装着され、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。

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、固定ナットによる締付トルクを管理しなくても、長期間に亘って軸受予圧量を適正値に維持できると共に、部品点数や組立工数の削減によってコスト低減が図れる。なお、係る先行技術は文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

このような従来の車輪用軸受装置では、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が軸方向に固定されているので、長期間に亘って軸受予圧量を適正値に維持できる、所謂セルフリテイン構造が得られ、部品点数や組立工数の削減によってコスト低減が図れるものの、最近では、こうした車輪用軸受装置の軽量化への要求が益々厳しくなっている。さらに、この軽量化と共に、市場の価格競争に対応すべく、一層の低コスト化が求められている。

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、強度・耐久性を確保すると共に、軽量・低コスト化を図っ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、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、およびこのハブ輪に嵌合され、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相当部材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ボールとを備えた車輪用軸受装置において、前記ハブ輪における前記内側転走面と小径段部間の肩部が、前記小径段部の方向に向って漸次小径となる形状に形成されている構成を採用した。

このように、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周にアウトボード側の内側転走面が形成されたハブ輪を備えた車輪用軸受装置において、ハブ輪における内側転走面と小径段部間の肩部が、小径段部の方向に向って漸次小径となる形状に形成されているので、均一な旋削取代を設定することができ、旋削取代を削減することができる。したがって、強度・耐久性を確保すると共に、軽量・低コスト化を図っ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、前記肩部の傾斜角が、鍛造加工時の通常の抜き勾配よりも大きく設定されていれば、テーパ状の肩部に所定の旋削取代を設けるだけで、この傾斜角を鍛造加工時の抜き勾配として適用することができるため、均一な旋削取代が設定されて効率良く旋削加工ができ、旋削取代を大幅に削減することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ハブ輪が、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなる素材を熱間鍛造によって形成されていれば、鍛造重量が低減でき、一層の低コスト化ができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記内方部材が、前記ハブ輪と、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、この内輪の小径部が、前記ハブ輪の肩部の方向に向って漸次小径となるテーパ状に形成されていれば、軽量・低コスト化を図ることができると共に、この部位に滞留したグリースが回転に伴う遠心力によって競り上がり、内側転走面やボールの表面に供給され易くなり、軸受の耐久性が向上する。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内側転走面と肩部および小径段部が総型砥石によって同時研削されていれば、加工工数を削減することができると共に、研削加工による寸法バラツキを最小限に抑制することができ、軸受の予圧量を所望の範囲に精度良く規制することができる。

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、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、およびこのハブ輪に嵌合され、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相当部材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ボールとを備えた車輪用軸受装置において、前記ハブ輪における前記内側転走面と小径段部間の肩部が、前記小径段部の方向に向って漸次小径となる形状に形成されているので、均一な旋削取代を設定することができ、旋削取代を削減することができる。したがって、強度・耐久性を確保すると共に、軽量・低コスト化を図っ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ボールとを備え、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、軸受予圧が付与された状態で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、前記ハブ輪における前記内側転走面と小径段部間の肩部が、前記小径段部の方向に向って漸次小径となるテーパ状に形成されていると共に、前記肩部の傾斜角が、鍛造加工時の通常の抜き勾配よりも大きく設定されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は図１の要部拡大図、図３（ａ）は、本発明に係るハブ輪の旋削取代を示す模式図、（ｂ）（ｃ）は、（ａ）との比較をするため、従来のハブ輪の旋削取代を示した模式図である。図４は、本発明に係るハブ輪の加工工程を示す説明図である。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、所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向に固定されている。これにより、軽量・コンパクト化と共に、長期間に亘って適正な軸受予圧を維持することができるセルフリテイン構造を提供することができる。

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、内周に前記内方部材１の内側転走面２ａ、３ａに対向する複列の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列のボール６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列のボール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。

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、アウトボード側のシール８が摺接するシールランド部１１と、アウトボード側の内側転走面２ａ、およびこの内側転走面２ａから肩部１２を介して小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１３が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。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。このような焼入れパターンによって、車輪取付フランジ４の基部となるシールランド部１１は耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ４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２の耐久性が一層向上する。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の範囲に硬化層１４が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。こうした焼入れパターンによって、軽量化のために薄肉化された外方部材１０であっても充分な機械的強度を有し、所望の耐久性を確保することができる。

ここで、本出願人はデザインレビューを繰り返し実施し、さらなる軽量・低コスト化を図るために、ハブ輪２の鍛造工程と旋削工程に着目した。そして、鍛造重量の低減と共に、旋削取代の削減と旋削の加工時間の短縮化を図ることができるハブ輪２の最適形状を見出した。

本実施形態では、図２に拡大して示すように、ハブ輪２における内側転走面２ａと小径段部２ｂ間の肩部１２が、インボード側に向って漸次小径となるテーパ状に形成されている。また、内側転走面２ａの溝底から軸方向に延びるカウンタボア１５が形成されている。このカウンタボア１５は、正確な溝底径の測定が可能なように、溝底を残してこの溝底径よりも僅かに大径に形成されている。通常、この種のハブ輪２においては、旋削取代を残した状態で素材が熱間鍛造によって形成され、内側転走面２ａの溝底の部位から小径段部２ｂに亘って、鍛造金型の離型性を考慮して僅かな抜き勾配が設けられる。本実施形態では、肩部１２の傾斜角αは、この通常の鍛造加工時の抜き勾配よりも大きく、４°以上に設定されている。なお、ここでは、図中鍛造後の形状を二点鎖線で示し、旋削後の形状を実線にて示す。

このように、本実施形態は、ハブ輪２の肩部１２がテーパ状に形成され、その傾斜角αが、鍛造加工時の通常の抜き勾配よりも大きく設定されているため、ハブ輪２の軽量化ができると共に、図３（ａ）に示すように、テーパ状の肩部１２に所定の旋削取代を設けるだけで、この傾斜角αを鍛造加工時の抜き勾配として適用することができるため、大径側の旋削取代δ１および小径側の旋削取代δ２とも均一な旋削取代が設定されて効率良く旋削加工ができ、旋削取代を大幅に削減することができる。また、素材の鍛造重量も低減でき、一層低コスト化を図ることができる。

因みに、従来のハブ輪２’では、図３（ｂ）に示すように、カウンタボア１５’から段差を介して肩部１２’がストレート状に形成されているので、内側転走面２ａの溝底部および肩部１２’の大径側の旋削取代δ１（図中ハッチングにて示す）が多くなって加工工数が増大する。すなわち、旋削取代δ１、δ２は、カウンタボア１５’と肩部１２’の小径側の外径によって決定されるが、鍛造加工時には、必要な抜け勾配以上に肩部１２’に傾斜角を形成せざるを得ないため、肩部１２’の小径側の旋削取代δ２は本実施形態と変らないが、内側転走面２ａの溝底部および肩部１２’の大径側の旋削取代δ１が多くなることは避けられない。

また、図３（ｃ）に示すように、カウンタボア１５”からさらに大きな段差が設けられて肩部１２”がストレート状に形成されていれば、ハブ輪２”の軽量化はある程度望めるものの、（ｂ）に示したもの以上に、鍛造加工時の肩部１２”の傾斜角が大きくなり、その分旋削取代δ１が多くなって加工工数がさらに増大し好ましくない。

一方、内輪３においても、内側転走面３ａと小端面３ｂ間の小径部１６が、アウトボード側に向って漸次小径となるテーパ状に形成されている（図２参照）。また、内側転走面３ａの溝底から軸方向に延びる内輪カウンタボア１７が形成されている。この内輪カウンタボア１７も、ハブ輪２のカウンタボア１５と同様、正確な溝底径の測定が可能なように、溝底を残して、この溝底径よりも僅かに大径に形成されている。

このように、ここでは、ハブ輪２の肩部１２がテーパ状に形成されると共に、この肩部１２に突き合わせ状態で圧入される内輪３の小径部１６もテーパ状に形成されているので、軽量・低コスト化を図ることができると共に、軸受内部に封入されてこの部位に滞留したグリースが、回転に伴う遠心力によってこれら肩部１２および小径部１６に沿って競り上がり、内側転走面２ａ、３ａやボール６の表面に供給され易くなり、軸受の耐久性が向上する。

次に、図４を用いて本発明に係るハブ輪２の加工工程を説明する。
１．まず、素材が熱間鍛造によって概略形状に形成され（ａ）、旋削加工によって、車輪取付フランジ４の両側面およびハブ輪２の外周面、すなわち、シールランド部１１から内側転走面２ａをはじめ、肩部１２と小径段部２ｂが所定の形状・寸法に形成されると共に、ハブボルト（図示せず）が嵌合されるボルト孔５ａが穿設される（ｂ）。
２．その後、シールランド部１１から内側転走面２ａをはじめ、肩部１２と小径段部２ｂに亙って高周波焼入れによって表面に所定の硬化層１３（図中ハッチングにて示す）が形成され（ｃ）、内側転走面２ａ、肩部１２および小径段部２ｂが総型砥石１８によって一体に同時研削される（ｄ）。
３．次に、図示はしないが、外方部材、ボールおよび内輪等がそれぞれ組立られ、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部２ｃが形成されて組立が完了する。

ここで、内側転走面２ａ、肩部１２および小径段部２ｂを総型砥石１８によって一体に同時研削するようにしたため、加工工数を削減することができると共に、研削加工による寸法バラツキを最小限に抑制することができ、軸受の予圧量を所望の範囲に精度良く規制することができる。なお、総型砥石１８が肩部１２の外周面を避けて成形され、内側転走面２ａと、内輪３との突き合わせ面を含む小径段部２ｂのみを同時研削するようにしても良い。

なお、ここでは、ハブ輪２の小径段部２ｂに内輪３を圧入し、小径段部２ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部２ｃによって内輪３を固定した、所謂第３世代のセルフリテイン構造の車輪用軸受装置について説明したが、こうしたセルフリテイン構造に限らず、本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪２に直接アウトボード側の内側転走面２ａが形成された構造、例えば、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に単に内輪が圧入固定された第３世代構造、あるいはハブ輪の外周と、等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に内側転走面がそれぞれ直接形成された第４世代構造であっても良い。

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、外周にアウトボード側の内側転走面が形成されたハブ輪を備えた駆動輪側および従動輪側の第３世代構造、あるいは第４世代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一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、本発明に係るハブ輪の旋削取代を示す模式図である。 （ｂ）は、（ａ）との比較をするため、従来のハブ輪の旋削取代を示した模式図である。 （ｃ）は、同上、従来の他のハブ輪の旋削取代を示す模式図である。 本発明に係るハブ輪の加工工程を示す説明図である。 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、２’、２”・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・小端面
４・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・ハブボルト
５ａ・・・・・・・・ボルト孔
６・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・保持器
８・・・・・・・・・アウトボード側のシール
９・・・・・・・・・インボード側のシール
１０・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
１１・・・・・・・・シールランド部
１２、１２’、１２”・肩部
１３、１４・・・・・硬化層
１５、１５’、１５”・カウンタボア
１６・・・・・・・・小径部
１７・・・・・・・・内輪カウンタボア
１８・・・・・・・・総型砥石
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・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・ハブボルト
５７・・・・・・・・シール
５８・・・・・・・・エンドキャップ
α・・・・・・・・・傾斜角
δ１・・・・・・・・大径側の旋削取代
δ２・・・・・・・・小径側の旋削取代

Claims (5)

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、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、およびこのハブ輪に嵌合され、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相当部材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ボールとを備えた車輪用軸受装置において、
   前記ハブ輪における前記内側転走面と小径段部間の肩部が、前記小径段部の方向に向って漸次小径となる形状に形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記肩部の傾斜角が、鍛造加工時の通常の抜き勾配よりも大きく設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記ハブ輪が、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなる素材を熱間鍛造によっ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. 前記内方部材が、前記ハブ輪と、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、この内輪の小径部が、前記ハブ輪の肩部の方向に向って漸次小径となるテーパ状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. 前記ハブ輪の内側転走面と肩部および小径段部が総型砥石によって同時研削されている請求項４に記載の車輪用軸受装置。

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