JP2007292184A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブ輪の内輪嵌合面の耐クリープ性を向上させながら、ハブ輪とこのハブ輪に加締固定される内輪の耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブ輪１の小径段部１ｂに圧入され、内側転走面５ａの大径側に大鍔部５ｂを有する内輪５が加締部８により固定された車輪用軸受装置において、小径段部１ｂの端部に環状の凹所１３が形成され、この深さｂが内輪５の端面５ｄから５ｍｍ以下に設定されると共に、車輪取付フランジ３の基部から小径段部１ｂに亙って高周波焼入れにより所定の硬化層１２が形成され、この硬化層１２のインナー側の端部位置Ｐが、内輪５の面取り部５ｅの縁部Ｐ０から大鍔部５ｂの高さａに対応する位置までの範囲に設定されているので、嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上すると共に、加締加工に伴う内輪５の大鍔部５ｂの変形を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する複列円錐ころ軸受からなる車輪用軸受装置、特に、ハブ輪の内輪嵌合面の耐クリープ性を向上させながら、ハブ輪およびこのハブ輪に加締固定される内輪の耐久性の向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。

車輪は懸架装置に対して、複列の転がり軸受により回転自在に支承されるが、オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両には複列円錐ころ軸受から構成された車輪用軸受装置が使用されている。この車輪用軸受装置は、ハブ輪の表層部分におけるインナー側端から車輪取付フランジの根元部に亙る部分を、高周波焼入れによる硬化層としている（例えば特許文献１参照）。

ここで、硬化層における車輪取付フランジの根元部付近はフランジ剛性を向上させるもので、特に、オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両に用いられるような負荷容量の大きな車輪用軸受装置では、車輪取付フランジの剛性向上が望まれており、硬化層はそうした要望を充足させるものである。そして、硬化層における内輪の嵌合部分は、ハブ輪の内輪が嵌合する部分における耐クリープ性の向上のためである。

一方、第３世代の車輪用軸受装置において、内輪回転タイプのものでは、ハブ輪に嵌合される内輪を軸方向に固定する方式として、ハブ輪のインナー側の端部を加締めて固定するものが採用され、従動輪用では主流になりつつある。図３にこの代表的な一例を示す。この車輪用軸受装置は、第３世代と称され、内方部材５１と外方部材６０、および両部材５１、６０間に転動自在に収容された複列のボール５５、５５を備えている。内方部材５１は、ハブ輪５２と、このハブ輪５２に所定のシメシロを介して圧入された内輪５３とからなる。

ハブ輪５２は、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５４を一体に有し、外周に内側転走面５２ａと、この内側転走面５２ａから軸方向に延びる小径段部５２ｂが形成されている。そして、外周に内側転走面５３ａが形成された内輪５３が小径段部５２ｂに圧入され、さらに、小径段部５２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５２ｃにより、ハブ輪５２に対して内輪５３が軸方向に固定されている。

外方部材６０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６０ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面６０ａ、６０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面６０ａ、５２ａと６０ａ、５３ａ間に複列のボール５５、５５が収容され、保持器５６、５６によりこれら複列のボール５５、５５が転動自在に保持されている。また、外方部材６０の端部にはシール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。

ここで、ハブ輪５２の小径段部５２ｂから車輪取付フランジ５４の根元部５４ａに亙る表層部分に熱処理層５９が形成される。図４に示すように、この熱処理層５９のインナー側の端部位置Ａは、内輪５３のインナー側端面５３ｂから８ｍｍ以下で、かつ内輪５３における内径面の面取り部５３ｃの縁Ｂよりも中央側とされている。これにより、車輪取付フランジ５４の剛性やハブ輪５２の小径段部５２ｂの耐クリープ性を向上させながら、内輪５３の加締固定を可能とし、かつ加締固定に起因する内輪５３の変形や内側転走面５３ａの変形による寿命低下を防止することができる（例えば特許文献２参照）。
特開平１１−５１０６４号公報 特開２００６−７６３４６号公報

こうした複列アンギュラ玉軸受で構成された従来の車輪用軸受装置では、モーメント荷重等の荷重が負荷された場合、各転走面５２ａ、５３ａ、６０ａおよびボール５５で荷重を受けることになる。然しながら、複列の円錐ころ軸受で構成された車輪用軸受装置においては、円錐ころを案内する大鍔部にも荷重が負荷されるため、加締加工によって内輪が変形した場合、大鍔部が内側転走面側に変形する、所謂鍔倒れによって円錐ころの適正な案内ができなくなるばかりか、円錐ころとの当りが崩れ、回転トルクが大きくなって燃費に悪影響を及ぼすだけでなく、円錐ころとの接触面圧が高くなって運転中に過大な温度上昇を招来せしめて寿命が低下する恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ハブ輪の内輪嵌合面の耐クリープ性を向上させながら、ハブ輪およびこのハブ輪に加締固定される内輪の耐久性の向上を図っ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記載の発明は、ハブ輪と複列の円錐ころ軸受からなる車輪用軸受がユニット化された車輪用軸受装置であって、前記車輪用軸受が、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面と、この内側転走面の大径側に円錐ころを案内する大鍔部が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、前記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円錐ころとを備え、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固定された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れにより所定の硬化層が形成されると共に、この硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、前記内輪における加締部側の面取り部の縁部から前記大鍔部の根元部に対応する位置までの範囲に設定されている。

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所定のシメシロを介して圧入され、外周に複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面と、この内側転走面の大径側に円錐ころを案内する大鍔部が形成された内輪を備え、この内輪が加締部により固定された第１乃至第３世代構造の車輪用軸受装置において、車輪取付フランジの基部から小径段部に亙って高周波焼入れにより所定の硬化層が形成されると共に、この硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、内輪における加締部側の面取り部の縁部から大鍔部の根元部に対応する位置までの範囲に設定されているので、内輪の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されてハブ輪の耐久性が向上すると共に、ハブ輪における小径段部の端部の拡径量を小さくすることができ、加締加工に伴う内輪の内側転走面および大鍔部の変形を抑制することができる。したがって、円錐ころとの接触面圧を抑えてスムーズな案内を確保し、内輪の耐久性の向上を図ることができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記小径段部の端部に環状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記内輪における加締部側の端面から５ｍｍ以下に設定されていれば、ハブ輪の強度・剛性を維持しつつ所定の内輪固定力を確保できると共に、塑性変形を容易にし、内輪に発生するフープ応力を抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記面取り部の曲率半径がＲ１．０〜２．５の範囲に設定されていれば、曲げモーメント荷重が装置に負荷された時、加締部の根元部分に応力集中が起こるのを防止すると共に、加締加工による小径段部の拡径量が大きくなって内輪の外径に過大なフープ応力が発生するのを防止することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪と複列の円錐ころ軸受からなる車輪用軸受がユニット化された車輪用軸受装置であって、前記車輪用軸受が、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面と、この内側転走面の大径側に円錐ころを案内する大鍔部が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、前記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円錐ころとを備え、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固定された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れにより所定の硬化層が形成されると共に、この硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、前記内輪における加締部側の面取り部の縁部から前記大鍔部の根元部に対応する位置までの範囲に設定されているので、内輪の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されてハブ輪の耐久性が向上すると共に、ハブ輪における小径段部の端部の拡径量を小さくすることができ、加締加工に伴う内輪の内側転走面および大鍔部の変形を抑制することができる。したがって、円錐ころとの接触面圧を抑えてスムーズな案内を確保し、内輪の耐久性の向上を図ることができる。

ハブ輪と複列の円錐ころ軸受からなる車輪用軸受がユニット化された車輪用軸受装置であって、前記車輪用軸受が、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面と、この内側転走面の大径側に円錐ころを案内する大鍔部が形成された一対の内輪からなる内方部材と、前記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円錐ころとを備え、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固定された車輪用軸受装置において、前記小径段部の端部に環状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記内輪における加締部側の端面から５ｍｍ以下に設定されると共に、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れにより所定の硬化層が形成され、この硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、前記内輪における加締部側の面取り部の縁部から前記大鍔部の根元部に対応する位置までの範囲に設定されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の要部拡大図である。

この車輪用軸受装置は駆動輪側の第２世代構造をなし、ハブ輪１と、このハブ輪１に圧入された車輪用軸受２とからなる。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３を一体に有し、外周に肩部１ａを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂ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）１ｃが形成されている。また、車輪取付フランジ３の周方向等配位置に車輪を固定するハブボルト３ａが植設されている。

車輪用軸受２は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ４ｂを一体に有し、内周に複列のテーパ状の外側転走面４ａ、４ａが形成された外方部材４と、外周に複列の外側転走面４ａ、４ａに対向するテーパ状の内側転走面５ａが形成された一対の内輪５、５と、両転走面間に保持器６を介して転動自在に収容された複列の円錐ころ７、７とを備えている。内輪５の内側転走面５ａの大径側には円錐ころ７を案内するための大鍔部５ｂが形成されると共に、小径側には円錐ころ７の脱落を防止するための小鍔部５ｃが形成され、一対の内輪５、５の小鍔部５ｃ側の端面（正面側端面）が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受を構成している。

外方部材４および内輪５、５はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、外方部材４は、高炭素クロム鋼に限らず、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成し、少なくとも複列の外側転走面４ａ、４ａを高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣの範囲に表面を硬化処理しても良い。

車輪用軸受２は、ハブ輪１の肩部１ａにアウター側の内輪５の大端面５ｄが衝合するように小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部８によって所定の予圧が付与された状態で固定されている。これにより、従来のように、ナットの締付トルク等を調整して予圧を管理することなく、長期間に亘って安定した予圧を維持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４と内輪５、５との間に形成される環状空間の開口部にはシール９、９が装着されている。これらシール９、９は、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板１０とスリンガ１１とからなる、所謂パックシールを構成している。これらシール９、９により、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、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、駆動輪側の第２世代構造を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこれに限らず、例えば、図示はしないが、従動輪側であっても、また、第１世代構造あるいはハブ輪に直接アウター側の内側転走面が形成された第３世代構造であっても良い。

ここで、ハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ３の基部となる肩部１ａ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が５０〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層１２が形成されている。なお、加締部８は鍛造後の表面硬さ２５ＨＲＣ以下の生のままとされている。

この硬化層１２は、図２に示すように、インナー側の端部位置Ｐが、内輪５における面取り部５ｅの縁部Ｐ０から大鍔部５ｂの高さ（大鍔部５ｂの根元部）ａに対応する位置Ｐ１までの範囲に設定されている。これにより、内輪５、５の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されてハブ輪１の耐久性が向上すると共に、ハブ輪１における小径段部１ｂの端部の拡径量を小さくすることができ、加締加工に伴う内輪５の内側転走面５ａおよび大鍔部５ｂの変形を抑制することができる。したがって、円錐ころ７との接触面圧を抑えてスムーズな案内を確保し、内輪５の耐久性の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、内輪５における面取り部５ｅの曲率半径ｒがＲ１．０〜２．５の範囲に設定されている。この面取り部５ｅの曲率半径ｒを１．０ｍｍよりも小さく設定すると、車両の運転中に曲げモーメント荷重が装置に負荷された時、加締部８の根元部分に応力集中が起こり、微小クラック等の損傷が発生する恐れがあると共に、曲率半径ｒが２．５ｍｍを超えると、加締加工による小径段部１ｂの拡径量が大きくなって内輪５の外径に過大なフープ応力が発生する恐れがあるので好ましくない。

さらに、ハブ輪１における小径段部１ｂの端部には環状の凹所１３が形成されている。この凹所１３は、内輪５の大端面（インナー側の端面）５ｄから所定の深さｂ以下になるように形成されている。本出願人が実施した加締試験では、凹所１３の深さｂが大きくなるほど加締め易くなり内輪５の外径に発生するフープ応力も低下するが、ｂ＜５ｍｍでは、その効果が小さく顕著な応力低下が見られないと共に、内輪押込み量が不足して所定の内輪固定力が得られないだけでなく、ハブ輪１の強度・剛性の低下に繋がり好ましくない。

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、ハブ輪とこのハブ輪に嵌合された内輪を備えた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受で構成され、内輪が揺動加締により固定された第１乃至第３世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

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。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図３の要部拡大図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ・・・・・・・・肩部
１ｂ・・・・・・・・小径段部
１ｃ・・・・・・・・セレーション
２・・・・・・・・・車輪用軸受
３・・・・・・・・・車輪取付フランジ
３ａ・・・・・・・・ハブボルト
４・・・・・・・・・外方部材
４ａ・・・・・・・・外側転走面
４ｂ・・・・・・・・車体取付フランジ
５・・・・・・・・・内輪
５ａ・・・・・・・・内側転走面
５ｂ・・・・・・・・大鍔部
５ｃ・・・・・・・・小鍔部
５ｄ・・・・・・・・大端面
５ｅ・・・・・・・・面取り部
６・・・・・・・・・保持器
７・・・・・・・・・円錐ころ
８・・・・・・・・・加締部
９・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・シール板
１１・・・・・・・・スリンガ
１２・・・・・・・・硬化層
１３・・・・・・・・凹所
５１・・・・・・・・内方部材
５２・・・・・・・・ハブ輪
５２ａ、５３ａ・・・内側転走面
５２ｂ・・・・・・・小径段部
５２ｃ・・・・・・・加締部
５３・・・・・・・・内輪
５３ｂ・・・・・・・インナー側の端面
５３ｃ・・・・・・・面取り部
５４・・・・・・・・車輪取付フランジ
５４ａ・・・・・・・根元部
５５・・・・・・・・ボール
５６・・・・・・・・保持器
５７、５８・・・・・シール
５９・・・・・・・・熱処理層
６０・・・・・・・・外方部材
６０ａ・・・・・・・外側転走面
６０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
ａ・・・・・・・・・大鍔部の高さ
ｂ・・・・・・・・・小径段部の凹所の内輪大端面からの深さ
Ｐ・・・・・・・・・硬化層のインナー側の端部位置
Ｐ０・・・・・・・・内輪における面取り部の縁部
Ｐ１・・・・・・・・大鍔部の高さ
ｒ・・・・・・・・・面取り部の曲率半径

Claims (3)

1. ハブ輪と複列の円錐ころ軸受からなる車輪用軸受がユニット化された車輪用軸受装置であって、
   前記車輪用軸受が、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面と、この内側転走面の大径側に円錐ころを案内する大鍔部が形成された少なくとも一つの内輪からなる内方部材と、
   前記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円錐ころとを備え、
   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固定された車輪用軸受装置において、
   前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れにより所定の硬化層が形成されると共に、この硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、前記内輪における加締部側の面取り部の縁部から前記大鍔部の根元部に対応する位置までの範囲に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記小径段部の端部に環状の凹所が形成され、この凹所の深さが、前記内輪における加締部側の端面から５ｍｍ以下に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記面取り部の曲率半径がＲ１．０〜２．５の範囲に設定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。

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