JP2007225012A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図った軽合金製ナックルに装着され、温度上昇による予圧低下と軸受クリープを防止した車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】軽合金からなるナックル７と、このナックル７とユニット化された複列の転がり軸受２とからなる車輪用軸受装置において、ナックル７の内周に嵌合部７ａが形成され、この嵌合部７ａに、鋼板をプレス加工して形成され、表面が浸炭焼入れにより所定の硬化層が形成された外方部材４が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材４とナックル７とが一体に接合されている。これにより、温度上昇によってナックル７と外方部材４の線膨張係数の違いによって生じる軸受クリープを確実に防止すると共に、ナックル７との嵌合シメシロの減少による予圧抜けと言った不具合を解消することができる。
【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、詳しくは、懸架装置を構成するナックルがアルミニウム合金等の軽合金製からなり、このナックルに取り付けられる車輪用軸受の改良に関するものである。

従来、車輪用軸受装置は、車輪を固定する車輪取付フランジを一体に有するハブ輪と、そのハブ輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、この車輪用軸受を車体に支持するナックルと、ハブ輪と連結してドライブシャフトの動力をこのハブ輪に伝達する等速自在継手とを主要部として構成されている。

従来からこの車輪用軸受装置を構成する部品、特にナックルには、線膨張係数がハブ輪等と同種の可鍛鋳鉄等の鉄系金属が採用されてきたが、近年、装置の軽量化を狙ってアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金製のものを採用する傾向がある。しかしながら、ナックルをこうした軽合金で形成した場合、ナックルと車輪用軸受の線膨張係数の違いにより、例えば、走行時の温度上昇によってナックルとの嵌合シメシロが少なくなり、ナックルに対して車輪用軸受が軸方向に移動してガタが発生するという問題があった。

こうした問題を回避した従来構造の一例として、図５に示すような車輪用軸受装置が知られている。この車輪用軸受装置は、アルミニウム合金からなるナックル５０に円筒状の嵌合孔５１が形成され、この嵌合孔５１に車輪用軸受５２が嵌挿されている。車輪用軸受５２は、内周に複列の外側転走面５３ａ、５３ａが形成された外輪５３と、これら複列の外側転走面５３ａ、５３ａに対向する内側転走面５４ａが外周に形成された一対の内輪５４と、両転走面間に転動自在に収容された複列のボール５５、５５とからなる。

外輪５３における外周の軸方向中央位置には円周溝５６が形成されている。そして、ナックル５０の嵌合孔５１に車輪用軸受５２を嵌挿するのに先立ち、鋼板製のスリーブ５７が取り付けられる。このスリーブ５７は、変形されていない状態では、嵌合孔５１の軸方向長さよりも長く設定されている。ついでスリーブ５７を外輪５３の円周溝５６において塑性変形させ、変形部分５８を円周溝５６内に突出させてスリーブ５７を外輪５３に対して軸方向に固定している。

このような固定作業を行い、スリーブ５７を持つ車輪用軸受５２をナックル５０の嵌合孔５１に嵌挿する。最初変形されないままでは、二点鎖線で示すように、スリーブ５７の端部５７ａ、５７ａはストレートで、ローリング加工によってナックル５０の側面５０ａ、５０ａに向けて放射状外方向へ折り曲げられる。このようにして車輪用軸受５２は、ナックル５０に固定され、ナックル５０と車輪用軸受５２の線膨張係数の違いによりナックル５０との嵌合シメシロが少なくなり、ナックル５０に対して車輪用軸受５２が軸方向に移動するのを防止してガタが発生するのを抑制することができる。
特表２００３−５２０７２８号公報

然しながら、この従来の車輪用軸受装置では、部品点数が増えて軽量・コンパクト化が阻害されるだけでなく、ナックル５０と車輪用軸受５２の線膨張係数の違いにより、ナックル５０との嵌合シメシロが減少したり、あるいは解放されることがある。その場合、組立時の軸受予圧が維持できなくなる、所謂予圧抜けといった不具合やクリープといった不具合が発生する恐れがある。ここで、クリープとは、嵌合シメシロ不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動して嵌合面が鏡面化し、場合によってはかじりを伴い焼付きや溶着する現象をいう。

こうした問題を回避するために、温度上昇時の軸受予圧を確保するため初期の予圧量を高く設定すると共に、クリープを防止するために、温度上昇時のシメシロ低下量を見込んで初期のシメシロを大きく設定することも考えられるが、予圧抜けを防止するために車輪用軸受５２の初期予圧量を高く設定すると、当然のことながら車輪用軸受５２に余分な荷重を常時負荷することになって軸受寿命が短くなる。また、温度変化によって予圧量が大きく変化するのに伴い軸受剛性が変動し、車両の走行安定性に悪影響を及ぼす。さらには、クリープを防止するために初期のシメシロを大きく設定すると、車輪用軸受５２を圧入する作業性が低下すると共に、ナックル５０をかじる恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量化を図った軽合金製ナックルに装着され、温度上昇による予圧低下と軸受クリープを防止し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に記載の発明は、懸架装置を構成する軽合金からなるナックルと、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、およびこのハブ輪に嵌合された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、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、前記両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、前記ハブ輪が前記ナックルに対して回転自在に支承された車輪用軸受装置において、前記ナックルの内周に嵌合部が形成され、この嵌合部に鋼板からプレス加工によって形成された外方部材が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材とナックルとが一体に接合されている。

このように、軽合金からなるナックルと、このナックルに装着された複列の転がり軸受からなる車輪用軸受装置において、ナックルの内周に嵌合部が形成され、この嵌合部に鋼板からプレス加工によって形成された外方部材が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材とナックルとが一体に接合されているので、軽量・コンパクト化を図ると共に、温度上昇によってナックルと外方部材の線膨張係数の違いによって生じる軸受クリープを確実に防止すると共に、ナックルとの嵌合すきまの減少による予圧抜けと言った不具合を解消することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記外方部材が浸炭鋼または窒化鋼からなり、表面が浸炭焼入れまたは窒化によって硬化処理されていれば、プレスによる加工性が向上し、所定の表面硬さが得られる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記外方部材の端部が全周に亙って接合されていれば、ナックルに対する外方部材の密着性が向上し、強固な接合部が得られる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ナックルの円周方向の複数箇所に切欠きが形成されると共に、この切欠きにおける前記嵌合面に対応する外周部分に周方向に延びる凹所が形成され、この凹所の部位が接合されていれば、凹所によって薄肉になった嵌合部を外周から局部加熱するだけで外方部材とナックルとをロウ付けすることができるので作業性が向上すると共に、接合面積を大きく設定することが可能となり、接合部の強度が高くなる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記内方部材が、外周に前記複列の内側転走面のうち一方の内側転走面が直接形成されたハブ輪と、外周に前記複列の内側転走面のうち他方の内側転走面が直接形成された外側継手部材とからなり、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成され、前記外側継手部材の軸部がこの凹凸部に嵌合され、この嵌合部を拡径させて前記凹凸部に食い込ませて加締め、前記ハブ輪と外側継手部材とが一体に塑性結合されていれば、軽量・コンパクト化ができると共に、結合部の緩みを防止し、長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、懸架装置を構成する軽合金からなるナックルと、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、およびこのハブ輪に嵌合された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、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、前記両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、前記ハブ輪が前記ナックルに対して回転自在に支承された車輪用軸受装置において、前記ナックルの内周に嵌合部が形成され、この嵌合部に鋼板からプレス加工によって形成された外方部材が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材とナックルとが一体に接合されているので、軽量・コンパクト化を図ると共に、温度上昇によってナックルと外方部材の線膨張係数の違いによって生じる軸受クリープを確実に防止すると共に、ナックルとの嵌合すきまの減少による予圧抜けと言った不具合を解消することができる。

懸架装置を構成する軽合金からなるナックルと、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、内周に硬化した凹凸部が形成されたハブ輪、このハブ輪に嵌合される中空状の軸部と、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等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、前記両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、前記軸部を拡径させて前記凹凸部に食い込ませて加締め、前記ハブ輪と外側継手部材が一体に塑性結合された車輪用軸受装置において、前記ナックルの内周に嵌合部が形成され、この嵌合部に、鋼板をプレス加工して形成され、表面が浸炭焼入れにより所定の硬化層が形成された外方部材が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材とナックルとが一体に接合されている。

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のナックルの軸受部を示す要部拡大図である。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ター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。

この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３をユニット化して構成され、第４世代と称される構成を備えている。複列の転がり軸受２は、一対の外方部材（外輪）４、４と、内方部材５と、両部材間に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。

外方部材４は懸架装置を構成するナックル７と一体に構成され、炭素量が比較的少ないＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼からなる鋼板をプレス加工によって成形されている。そして、内周に複列の外側転走面４ａが形成され、浸炭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、外方部材４はこれら浸炭鋼以外にもＳＣＭ４４０や冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）やＳ４５Ｃ等の炭素鋼を熱処理は窒化処理したものを例示することができる。これらの材料はプレスによる加工性が良好で、所定の表面硬さを得ることができる。

内方部材５は、ハブ輪１と、このハブ輪１に内嵌された後述する外側継手部材１０とを備えている。ハブ輪１は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ８一体に有し、外周に複列の外側転走面４ａ、４ａに対向する一方（アウター側）の内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されている。このハブ輪１は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、内側転走面１ａをはじめ、車輪取付フランジ８の基部から小径段部１ｂ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。

ここで、ハブ輪１の内周には高周波焼入れによって硬化された凹凸部９が形成されている。この凹凸部９はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部９の凸部は良好な食い込み性を確保するために、その先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されている。

等速自在継手３は、外側継手部材１０と継手内輪１１、ケージ１２、およびトルク伝達ボール１３とからなる。外側継手部材１０は、カップ状のマウス部１４と、このマウス部１４の底部をなす肩部１５と、この肩部１５から軸方向に延びる中空状の軸部１６が一体に形成されている。肩部１５の外周には、前記外方部材４の複列の外側転走面４ａ、４ａに対向する他方（インナー側）の内側転走面１０ａが形成されている。また、軸部１６には、ハブ輪１の小径段部１ｂに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部１６ａと、このインロウ部１６ａの端部に嵌合部１６ｂがそれぞれ形成されている。

外方部材４と内方部材５のそれぞれの転走面４ａ、１ａと４ａ、１０ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器１７、１７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４の両端部にはシール１８、１９が装着され、軸受内部に封入し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。なお、ここでは、複列の転がり軸受２として転動体６にボールを用いた複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、例えば、転動体に円すいころを用いた複列円すいころ軸受であっても良い。

ここで、ハブ輪１に外側継手部材１０の軸部１６が所定のシメシロで圧入され、嵌合部１６ｂの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部１６ｂを拡径し、この嵌合部１６ｂをハブ輪１の凹凸部９に食い込ませて加締め、ハブ輪１と外側継手部材１０が一体に塑性結合されている。これにより、軽量・コンパクト化ができると共に、結合部の緩みを防止し、長期間に亙って初期に設定された予圧を維持することができる。

ナックル７はアルミニウム合金等の軽合金で形成されている。これにより、従来の鋳鉄等に比べ、剛性不足を補うために各部を肉厚に設計したとしてもその重量は半減し、軽量化が達成できる。そして、本実施形態では、このナックル７に鋼板製の外方部材４が嵌着されている。すなわち、図２に示すように、ナックル７の内周に円弧状の断面を有する嵌合部７ａが形成され、この嵌合面７ａに外方部材４が嵌合されると共に、外方部材４の端部を局部加熱してアルミ硬ロウ、銀ロウ、ニッケルロウ等からなるロウ付けによりこの外方部材４とナックル７とが接合されている。なお、ここでいうロウ付けとは、母材（ここではアルミニウム合金製のナックル７と鋼板製の外方部材４をいう）を溶解させずに、母材間にロウ材を添加し、母材間のぬれ、流れを利用して両者を接合することをいう。

次に、複列の転がり軸受２の製造方法について説明する。
まず、鋼板をプレス加工によって外方部材４が成形された後、ロウ付けされる部位が防炭処理され、浸炭焼入れによって表面が硬化処理される。この外方部材４をナックル７に嵌合して端部がロウ付けによる接合部２０が形成されている。この場合、浸炭部が焼戻されないように、レーザ加熱によって局部的に加熱されるのが好ましい。なお、サイズによってはこの接合される部位を高周波誘導加熱することもできる。また、ロウ付けによる接合部２０は、周方向に数箇所に設けられていれば良いが、全周に亙って設けられていれば、ナックル７に対する外方部材４の密着性が向上し、強固な接合部２０が得られる。その後、外方部材４の外側転走面４ａが研削加工および超仕上げ加工によって形成され、前述したように外方部材４とハブ輪１および外側継手部材１０間に複列の転動体６、６が収容されると共に、外方部材４の端部にシール１８、１９が装着される。そして、最後に、ハブ輪１と外側継手部材１０が一体に塑性結合され、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３がユニット化される。

このように、本実施形態では、鋼板をプレス加工して形成された外方部材４がアルミ合金製のナックル７に嵌合され、ロウ付けで一体に接合されているので、軽量・コンパクト化を図ると共に、温度上昇によってナックル７と外方部材４の線膨張係数の違いによって生じる軸受クリープを確実に防止すると共に、ナックル７との嵌合シメシロの減少による予圧抜けと言った不具合を解消することができる。なお、ここでは第４世代構造の車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、第２世代あるいは第３世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

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、図４は、図３のナックルの軸受部を示す要部拡大図である。なお、この実施形態は、前述した実施形態と基本的にはナックルの構成が異なるだけで、前述した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。

この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３をユニット化して構成され、第４世代と称される構成を備えている。複列の転がり軸受２を構成する外方部材４はナックル２１に嵌着され、ロウ付けで一体に接合されている。

本実施形態では、ナックル２１の内周に円弧状の断面を有する嵌合部７ａが形成されると共に、円周方向の数箇所に切欠き２２が形成されている。そして、図４に示すように、この切欠き２２における嵌合面７ａに対応する外周部分に周方向に延びる凹所２３が形成されている。ここで、ナックル２１と外方部材４との嵌合すきま内にロウ材が介在された状態で外方部材４が嵌合され、凹所２３によって薄肉になった嵌合部を局部加熱して外方部材４とナックル２１とがロウ付けされている。これにより、外方部材４の外周側からロウ付けができるので一段と作業性が向上すると共に、接合面積を大きく設定することが可能となり、接合部２４の強度が高くなる。したがって、温度上昇によってナックル２１と外方部材４の線膨張係数の違いによって生じる軸受クリープを確実に防止すると共に、車両の振動や衝撃荷重によって外方部材４が移動することはない。

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、鋼よりも線膨張係数が大きなアルミ合金等の軽合金からなるナックルに複列の転がり軸受がユニット化された第２世代乃至第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第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１のナックルの軸受部を示す要部拡大図である。 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。 図３のナックルの軸受部を示す要部拡大図である。 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・・・・・・ハブ輪
２・・・・・・複列の転がり軸受
３・・・・・・等速自在継手
４・・・・・・外方部材
４ａ・・・・・外側転走面
５・・・・・・内方部材
６・・・・・・転動体
７、２１・・・ナックル
７ａ・・・・・嵌合面
８・・・・・・車輪取付フランジ
９・・・・・・凹凸部
１０・・・・・外側継手部材
１１・・・・・継手内輪
１２・・・・・ケージ
１３・・・・・トルク伝達ボール
１４・・・・・マウス部
１５・・・・・肩部
１６・・・・・軸部
１６ａ・・・・インロウ部
１６ｂ・・・・嵌合部
１７・・・・・保持器
１８、１９・・シール
２０、２４・・接合部
２２・・・・・切欠き
２３・・・・・凹所
５０・・・・・ナックル
５０ａ・・・・側面
５１・・・・・嵌合孔
５２・・・・・車輪用軸受
５３・・・・・外方部材
５３ａ・・・・外側転走面
５４・・・・・内輪
５４ａ・・・・内側転走面
５５・・・・・ボール
５６・・・・・円周溝
５７・・・・・スリーブ
５７ａ・・・・端部
５８・・・・・変形部分

Claims (5)

1. 懸架装置を構成する軽合金からなるナックルと、
   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、およびこのハブ輪に嵌合された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、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、
   前記両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、
   前記ハブ輪が前記ナックルに対して回転自在に支承された車輪用軸受装置において、
   前記ナックルの内周に嵌合部が形成され、この嵌合部に鋼板からプレス加工によって形成された外方部材が嵌合され、ロウ付けにより当該外方部材とナックルとが一体に接合されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記外方部材が浸炭鋼または窒化鋼からなり、表面が浸炭焼入れまたは窒化によって硬化処理されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記外方部材の端部が全周に亙って接合されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記ナックルの円周方向の複数箇所に切欠きが形成されると共に、この切欠きにおける前記嵌合面に対応する外周部分に周方向に延びる凹所が形成され、この凹所の部位が接合されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記内方部材が、外周に前記複列の内側転走面のうち一方の内側転走面が直接形成されたハブ輪と、外周に前記複列の内側転走面のうち他方の内側転走面が直接形成された外側継手部材とからなり、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成され、前記外側継手部材の軸部がこの凹凸部に嵌合され、この嵌合部を拡径させて前記凹凸部に食い込ませて加締め、前記ハブ輪と外側継手部材とが一体に塑性結合されている請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。

Images