JP2007024148A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、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】
ハブ輪２の小径段部２ｂに内輪３が圧入され、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を軸方向に固定したセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪３の外径部３ｂと加締側端面３ｃとを繋ぐ外径面取り部１１が、曲率半径がＲ１〜Ｒ３の範囲に設定された円弧部１２と、この円弧部１２から外径部３ｂに向けて５〜３０°の接線角で構成されている。これにより、内輪３の加工工程において、内輪３同士の衝突によって発生する打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくすることができ、加締加工あるいは加締後における内輪３の割れの発生を防止することができる。
【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６に示すような駆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。これら複列の外側転走面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。そして、外輪５３の両端部にはシール５７、５８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、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。

図７は、内輪の外径膨張量と加締めの軸力との相関関係を求める実験時に用いる車輪用軸受装置の模式図である。ここで、ハブ輪ａの軸部ｂの内端外周面には、実際に用いられる内輪の外端側を切断して幅を短くした検査用内輪ｃとロードセルｄとが嵌合されている。また、検査用内輪ｃとロードセルｄを組み合せた時の幅が実際の内輪の幅に等しくなるように設定されている。そして、ロードセルｄの外径には、複数の歪みゲージが貼着され、加締後の軸力がこのロードセルｄによって測定される。

こうした実験により、内輪ｃの加締による外径膨張量と加締の軸力との関係はほぼ直線関係になり、内輪ｃの外径膨張量が大きくなると、加締の軸力も大きくなることが分かる。したがって、以上の相関関係から、内輪の外径膨張量により、加締の軸力を管理することができる。すなわち、図６に示す内輪５２の外径膨張量に基いて、加締の軸力を把握することにより、加締部５１ｃが内輪５２の丸い面取り部位に密着しているか否かを極めて容易に、かつ正確に検査することができ、良好な加締状態を得ることができる。
特開２００３−１３９７９号公報

このような従来の車輪用軸受装置のように、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、この塑性変形に伴って内輪５２の内径は押し広げられることになり、内輪５２の外径５９にフープ応力が発生する。したがって、このフープ応力を低減するには、前述したように、内輪５２の外径膨張量を測定して軸力を管理し、内輪５２の膨張量を適正に管理することで対応可能となる。

然しながら、材料特性の関係から、例え、加締後の内輪５２の膨張量を管理して内輪５２に発生するフープ応力を所定値に規制しても、内輪５２の単体加工後に内輪５２同士の衝突により発生した打ち傷が起点となって加締時あるいは加締後に内輪５２に割れが発生する恐れがあった。

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、加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、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、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値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、内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されているので、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、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。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記円弧部の曲率半径がＲ１〜Ｒ３の範囲に設定されていれば、内輪の加工工程において、内輪同士の衝突によって発生する打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくすることができ、加締加工あるいは加締後における内輪の割れの発生を防止することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記円弧部から外径部に向けて５〜３０°の接線角が繋がれていれば、内輪の外径部に圧入されるシール等の装着性が向上する。

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、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されているので、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、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、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が、曲率半径がＲ１〜Ｒ３の範囲に設定された円弧部と、この円弧部から外径部に向けて５〜３０°の接線角で構成されている。

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駆動輪側の第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円筒状の小径段部２ｂが形成され、内周にはトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）２ｄ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、内周には複列の外側転走面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、ハブ輪２と同様、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が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。

本出願人は、内輪３の加工工程において、内輪３同士の衝突による発生する打ち傷を調査・分析すると共に、この打ち傷と加締工程によって発生するフープ応力との関係に着目し、加締工程あるいは加締後に発生する打ち傷を起点とした内輪３の割れの要因を調査した。その結果、打ち傷が起点となる割れは、加締加工によりフープ応力が増加する内輪３の外径部（シール圧入部）３ｂと大端面（加締側端面）３ｃを繋ぐ外径面取り部１１が殆どであること、また、打ち傷の大きさ（面積）と深さが内輪３の割れ発生に影響することが判った。さらに、この打ち傷の大きさと深さが外径面取り部１１の円弧部１２の曲率半径に関係することも判明した。

図３および図４は、本出願人が実施した打ち傷の大きさ・深さと外径面取り部１１の円弧部１２の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。なお、打ち傷は、重錘質量を順次変更し、この重錘を故意に内輪３の外径面取り部１１に衝突させて形成させたものである。図３に示す結果から、外径面取り部１１の円弧部１２の曲率半径が大きくなる程打ち傷の面積が大きくなることが解る。また、図４に示す結果から、外径面取り部１１の曲率半径が大きくなる程打ち傷の深さが浅くなることが解る。ここで、加締工程において内輪３にフープ応力が発生し、このフープ応力が内輪３の外径部３ｂで最大となる状況に鑑み、内輪３の割れの発生を防止するためには、打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくする必要がある。

さらに、本出願人は、内輪３の外径面取り部１１に打ち傷を形成し、この打ち傷の先端Ｒとそこに発生する応力を測定した。図５はその測定結果を示すグラフである。このグラフからも解るように、加締後の内輪３に発生するフープ応力に対し、打ち傷の先端Ｒが小さい程応力拡大係数が増加して最大主応力が増加することが判った。打ち傷の先端Ｒは内輪３の外径面取り部１１における円弧部１２が転写されるから、外径面取り部１１の円弧部１２の曲率半径を大きくすることが内輪３の割れに有効であることが解る。

このような調査・分析結果から、本実施形態では、図２に拡大して示すように、内輪３の外径面取り部１１における円弧部１２の曲率半径がＲ１〜Ｒ３の範囲に設定されている。そして、シール等の圧入時の装着性を考慮して、この円弧部１２から外径部３ｂに向けて５〜３０°、好ましくは、１５°±５°の接線角で繋がれている。これにより、加締工程において、内輪３の打ち傷を起点として内輪３が割れるのを防止し、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。

ここで、円弧部１２の曲率半径をＲ３以上に設定すると、シールリップの接触幅や、図１に示すようなシール９を構成するスリンガ９ａの嵌合幅が減少して好ましくない。また、この円弧部１２の曲率半径を大きく設定するために内輪幅を大きくすることも考えられるが、これでは、内輪の重量だけでなくハブ輪の重量までも嵩んでしまい、装置の軽量・コンパクト化を阻害することになって好ましくない。

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、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一実施形態を示す縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 打ち傷の大きさと外径面取り部の円弧部の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。 打ち傷の深さと外径面取り部の円弧部の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。 打ち傷の先端Ｒとそこに発生する応力を測定した結果を示すグラフである。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 内輪の外径膨張量と加締の軸力との相関関係を求める実験時に用いる車輪用軸受装置の模式図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
２ｄ・・・・・・・・セレーション
３・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・外径部
３ｃ・・・・・・・・大端面
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
９ａ・・・・・・・・スリンガ
１０・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
１１・・・・・・・・外径部
１２・・・・・・・・円弧部
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
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、５８・・・・・シール
５９・・・・・・・・内輪の外径
ａ・・・・・・・・・ハブ輪
ｂ・・・・・・・・・軸部
ｃ・・・・・・・・・検査用内輪
ｄ・・・・・・・・・ロードセル

Claims (3)

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、
   前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記円弧部の曲率半径がＲ１〜Ｒ３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. 前記円弧部から外径部に向けて５〜３０°の接線角が繋がれている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。

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