JP2007321988A

JP2007321988A - 車両用軸受装置

Info

Publication number: JP2007321988A
Application number: JP2007209551A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Toda; 一寿戸田; Tomohiro Ishii; 知博石井; Shinichiro Kashiwagi; 信一郎柏木; Daisaku Tomita; 大策冨田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】等速ジョイントを組み込んだ車両用軸受装置において、ハブホイールに対する回転軸のかしめ部に、微小な割れが発生するのを抑制する。
【解決手段】外周面にハブフランジが形成されたハブホイールと、等速ジョイントの椀形外輪部材と一体的に形成され前記ハブホイールの中心孔に挿通される鋼材製の回転軸とを含み、前記回転軸の端部は、前記ハブホイールに対し径方向外向きに押し広げられてかしめ部とされている。前記かしめ部を形成する鋼材における硫黄の含有量が０．０１５重量％以下に調節されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、ディスクブレーキ装置のディスクロータおよび車輪が取り付けられるハブユニットやその他の車両用軸受装置に係り、特に、ハブホイールの外周に複列外向きの転がり軸受を備えた車両用軸受装置に関する。

従来の車両用軸受装置には、ハブホイールの軸端に形成した円筒状凹部をローリングかしめ治具を用いて径方向外向きに屈曲変形させて転がり軸受の内輪の外端面にかしめつけることで、ハブホイールからの転がり軸受の抜け止めを行うとともに、それに予圧を付与する構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ハブホイールは、例えばＪＩＳ（日本工業標準）規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８ＣやＳＵＪ２などの鋼材を用いて形成されるが、これらの材料には、旋削性の都合上および品質の安定性を求めることから硫黄を含有させている。例えば、ハブホイールの鋼材としてＪＩＳ規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃの鋼材が使用される場合、その鋼材における硫黄の含有量は０．０３５重量％以下に、また、ＳＵＪ２の鋼材が使用される場合、その鋼材における硫黄の含有量は０．０２５重量％以下に、それぞれ、鋼材に対する旋削性の都合および品質の安定性の観点から規定されている。
特表２０００−５１３６６１号公報

ところで、本発明者は、ローリングかしめした段階で、かしめ部に微小な割れが発生しているのを発見した。それに対して本発明者は研究を進めた。その結果、使用する鋼材中の硫黄の含有量が旋削性および品質安定性のより一層の向上のためその上限値あるいはそれに近い量とされていたため、鋼材に含まれるマンガンと化合して硫化マンガンが鋼材中に生成されやすくなっていたこと、そして、これによって鋼材中に生成された非金属介在物である硫化マンガンが、前記ローリングかしめ時における割れの起点となっていたことが判り、さらに鋭意研究を重ね、前記割れを抑制できるような硫黄の含有量を解明できるに至った。

したがって、本発明の目的は、鋼材中の硫黄における規定の含有量を適正に調節して、かしめ部を加工した際にかしめ部に微小な割れが発生するのを抑制できる車両用軸受装置を提供することである。

本発明における車両用軸受装置は、外周面にハブフランジが形成され中心孔を有するハブホイールと、等速ジョイントの椀形外輪部材と一体的に形成され前記ハブホイールの中心孔に挿通される鋼材製の回転軸とを含み、前記回転軸の端部は、前記ハブホイールに対し径方向外向きに押し広げられてかしめ部とされており、前記かしめ部を形成する鋼材における硫黄の含有量が０．０１５重量％以下に調節されている。

本発明の場合、硫黄含有量がその規定に対して０．０１５重量％以下に調節されていることにより、非金属介在物である硫化マンガンの生成を抑え、かしめ部を加工した際にかしめ部に対して硫化マンガンを起点とした微小な割れが発生するのが抑えられる。これによって、かしめ部に発生した微小な割れにより、破棄しなければならない車両用軸受装置がほとんどなくなり、その製品としての供給性が向上する。

本発明は、好ましくは、前記かしめ部を形成する鋼材の鋼種が、炭素含有量が０．３７重量％〜０．６１重量％であるＪＩＳ規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ、炭素含有量が０．９５重量％〜１．１０重量％であるＳＵＪ１〜ＳＵＪ５、炭素含有量が０．９８重量％〜１．１０重量％であるＳＡＥ規格５２１００の中から一種選択されている。

以上説明したように、本発明によれば、非金属介在物である硫化マンガンの生成を抑え、かしめ部を加工した際にかしめ部に硫化マンガンを起点とした微小な割れが発生するのが抑えられる。これによって、かしめ部に発生した微小な割れにより、破棄しなければならない車両用軸受装置がほとんどなくなり、その製品としての供給性が向上する。

以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る車両用軸受装置を説明すると、この車両用軸受装置１は、車両における従動輪側に適用される構成であり、車輪を取付けるための従動軸であるハブホイール２と、このハブホイール２を車体に対して軸心Ｐ回りに回転自在に支持する複列転がり軸受３とを備える。この軸受３は、複列外向きアンギュラ玉軸受である。

ハブホイール２は、車両インナー側に相当する小径部５と、車両アウタ側に相当する大径部６と、この大径部６に径方向外向きに突出して形成されたハブフランジ７とから構成されている。ハブフランジ７には、図示しないブレーキディスクロータが固定される。

ハブホイール２の小径部５において、その車両インナー側端面には、旋削加工によって仮想線で示されるかしめ用円筒状凹部８が形成されている。そして、この円筒状凹部８の周囲部が径方向外向きに拡径するよう変形されることでかしめ部９が形成される。このかしめ部９は、後述の内輪部材１３の端面に圧接されている。

軸受３は、単一の外輪部材１０と、複数の玉１１，１２と、内輪部材１３と、保持器１４とを備える。

外輪部材１０は、その外周面に、取付け用フランジ１５が径方向外向きに突出して形成されてこのフランジ１５に対して図示しないナックルやキャリアと称される支持部材が固定され、これによって、車体に対して非回転に支持される。そして、外輪部材１０は、その内周面に軸方向隣り合わせに二列の軌道溝を有する。

内輪部材１３は、その外周面に、外輪部材１０の車両インナー側軌道溝と一対となる単一の軌道溝を有し、かつ、ハブホイール２の外周面に嵌合される。

そして、この軸受３においては、ハブホイール２の外周面の所要領域を外輪部材１０の車両アウタ側軌道溝と一対となる軌道溝として利用する構成になっている。

なお、玉１１，１２は、転動体として、それぞれ複数個づつ前記外輪部材１０の二列の軌道溝と内輪部材１３の軌道溝とハブホイール２の軌道溝との間にそれぞれ転動自在に配列されている。

上記構成の車両用軸受装置１の組立手順を説明する。

まず、ハブホイール２における小径部５の車両インナー側端部に、円筒状凹部８を形成しておく。

次いで、ハブホイール２に、車両アウタ側列の玉１２を介して、外輪部材１０を組込み、それから、ハブホイール２に、車両インナー側列の玉１１を介して、内輪部材１３を組込む。

次いで、ハブホイール２における大径部６を、かしめ受け治具１６に嵌合させるようにあてがった状態でかしめ治具１７を円筒状凹部８に嵌合するようにして押し当てる。

次いで、かしめ治具１７をハブホイール２の軸心Ｐを中心にしてローリングさせ、円筒状凹部８の周囲部を拡径する方向に変形させることでかしめ部９を形成して、これを内輪部材１３の端面に圧着させる。

これにより、内輪部材１３がハブホイール２から抜出るのが防止できるとともに、各転動体１１，１２に対して所定の予圧が付与され、車両用軸受装置１が製作される。

本実施の形態では、ハブホイール２を構成する鋼材として、炭素の含有量が０．３７重量％〜１．１０重量％の鋼材を用い、それにおける硫黄の含有量を０．０２０重量％以下、より好ましくは、０．０１５重量％以下に調節したことに特徴がある。

ハブホイール２を形成する鋼材の鋼種が、例えば炭素鋼としてはＪＩＳ規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ，ＳＡＥ規格１０４０〜ＳＡＥ１０９５，合金鋼としてはＳＵＪ１〜ＳＵＪ５，ＳＡＥ規格５２１００が挙げられる。

それぞれの鋼材における炭素の規格上の含有量は、順に、０．３７重量％〜０．６１重量％，０．３７重量％〜１．０３重量％，０．９５重量％〜１．１０重量％，０．９８重量％〜１．１０重量％に規定される。

図２は、横軸を鋼材における硫黄の含有量（重量％）とし、縦軸を、上記のように車両用軸受装置１の鋼材に対してかしめ加工を施した場合の、かしめ部９に発生する割れ発生率（％）としている。

そして、このときのかしめ加工条件は、ハブホイール２に対するかしめ治具１７の加圧力を９８ｋＮとし、かしめ治具１７の回転数を１，０００ｒｐｍとした。

図２においては、鋼材における硫黄の含有量が０．０２５重量％の場合、かしめ部９に割れが約３％の発生率で発生する。また、硫黄の含有量を０．０２０重量％以下とした場合は、かしめ部９に割れがほとんど発生しない。硫黄の含有量を０．０１５重量％以下とした場合は割れの発生率は零となる。

このようにかしめ部９を形成した際に割れが発生するのを防止できる理由としては、上記のように硫黄の含有量を設定することで、非金属介在物である硫化マンガンの生成が抑えられるためであると考えられる。

なお、本発明は、図３に示される従動輪側の車両用軸受装置１にも適用できる。この車両用軸受装置１の場合、ハブホイール２と、複列転がり軸受３と、さらに外輪部材１０とを有する。

この複列転がり軸受３は、単一の外輪２２と、軸方向隣り合せの２つの内輪部材２０，２１と、複数の玉１１，１２とを備え、複列外向きアンギュラ玉軸受を構成する。

外輪２２は、その内周面に軸方向隣り合わせに二列の軌道溝を有する。車両インナー側内輪２０は、外輪２２の車両インナー側軌道溝と一対となる軌道溝を有する。車両アウタ側内輪２１は、外輪２２の車両アウタ側軌道溝と一対となる軌道溝を有する。

玉１１，１２は、それぞれ複数個づつ外輪２２の両軌道溝と両内輪部材２０，２１の軌道溝との間に転動自在に二列に配列されている。

この軸受３の外輪２２の外周面にはナックルなどの取り付け用フランジ１５が設けられていない。軸受３の外輪２２の外周面に、止め輪１０ａ，１０ｂでもって、取付け用フランジ１５を備えた外輪部材１０が固定される。

ハブホイール２は、その車両インナー側端部の円筒状凹部８をかしめ治具１７で径方向外側に押し広げられて車両インナー側の内輪部材２０の端面に対してかしめつられてなるかしめ部９を有する。

なお、本発明は、図４に示される従動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、図３に示される車両用軸受装置１における軸受３の外輪２２と別の外輪部材１０とを一体化した構成である。他の構成は図３で示した車両用軸受装置１と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明は、図５に示される駆動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、ハブホイール２の中心に、図示しない動力伝達軸を挿通する中心孔２３が形成されている。この車両用軸受装置における他の構成は図４で示される車両用軸受装置１と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明は、図６に示される駆動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、図１で示される車両用軸受装置１のハブホイール５の中心に、図示しない動力伝達軸を該ハブホイール５と一体回転可能に挿通する中心孔２３が形成されている。他の構成は図１で示した車両用軸受装置１と同様であるので、その説明を省略する。

なお、本発明は、図７に示される駆動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、エンジンの駆動力が伝達される等速ジョイントの椀形外輪部材２５に一体的に形成されている中空状の回転軸２６を、ハブホイール２の中心孔２３に対しその車両インナー側から挿通させ、外輪部材１０に複数個づつの玉１１，１２を介して、椀形外輪部材２５およびハブホイール２を軸心Ｐ回りに回転自在に支持したものである。

図７の場合、外輪部材１０と、ハブホイール２と、椀形外輪部材２５と玉１１，１２とで複列外向きアンギュラ玉軸受を構成している。

ハブホイール２はその外周面にハブフランジ７を有し、また、外輪部材１０はその外周面に取付け用フランジ１５を有する。

この車両用軸受装置１では、前記回転軸２６における車両アウタ側端部のかしめ用円筒状凹部８にかしめ治具１７を嵌込んで、これを、軸心Ｐを中心にローリングさせ、かしめ部９をハブホイール２の端面に圧着させている。

なお、本発明は、図８に示される従動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、外輪部材１０に、転動体として複列の円錐ころ２８，２９を介して、ハブホイール２およびこのハブホイール２の端部に嵌着された内輪部材１３が軸心Ｐ回りに回転自在に支持されている。そして、ハブホイール２の外周面の途中を車両アウタ側列の円錐ころ２９の内輪軌道面として用い、内輪部材１３の外周面を車両インナー側列の円錐ころ２８の内輪軌道面として用いた構成である。外輪部材１０と内輪部材１３とハブホイール２の内輪軌道面と円錐ころ２８，２９で複列円錐ころ軸受を構成している。

前記ハブホイール２はその外周面にハブフランジ７を有し、また、外輪部材１０はその外周面に取付け用フランジ１５を有する。

この車両用軸受装置１では、ハブホイール２の車両インナー側端部のかしめ用円筒状凹部８にかしめ治具１７を嵌込み、これを軸心Ｐを中心にローリングさせてかしめ部９を内輪部材１３の端面に圧着させている。

図８で示した、複列の円錐ころ２８，２９を用いる車両用軸受装置１の別例として、図示しないが、軸心方向に隣合う一対の内輪部材を設けて、これら内輪部材の外周面をそれぞれ円錐ころの内輪軌道面とする車両用軸受装置がある。さらに、複列の円錐ころを用いる車両用軸受装置の別例として、ハブホイールの中心に動力伝達軸を挿通する中心孔を形成し、駆動輪側の車両用軸受装置として用いるものがある。

なお、本発明は、図９に示される駆動輪側の車両用軸受装置１に適用できる。この車両用軸受装置１の場合、ハブホイール２を軸心Ｐ回りに回転自在に支持する複列転がり軸受３が、ハブホイール２を軸心Ｐ回りに回転一体に挿通する一対の内輪部材２０，２１と、それぞれの内輪部材２０，２１の外周面を内輪軌道面とする複数個づつの玉１１，１２を介して外側に配置される外輪部材１０とを有し、複列外向きアンギュラ玉軸受を構成している。

この複列転がり軸受３における外輪部材１０は、車体側に組込まれる支持部材（ナックルあるいはキャリア）３０の挿通孔に圧入されている。

前記ハブホイール２はブレーキディスクロータ３１を重ねて取付けるハブフランジ７を有し、ハブホイール２の中心孔には、等速ジョイントの椀形外輪部材２５に一体的に形成した回転軸２６を、ハブホイール２と回転一体となるよう嵌合している。

そして、前記支持部材３０における挿通孔の両側部分をそれぞれ外輪部材１０の端面に向けて径方向内側に変形させてかしめ部９を形成している。

あるいは支持部材３０を形成する際に、挿通孔の車両アウタ側部分に軸心Ｐに向かうストッパを形成しておき、外輪部材１０を支持部材３０の挿通孔に圧入した後に挿通孔の車両インナー側部分を径方向内側に変形させてかしめ部９を形成するようにしている。

上記いずれの車両用軸受装置１も、かしめ部９を形成する鋼材は、硫黄の含有量を０．０２０重量％以下、望ましくは０．０１５重量％以下に調節している。

そして上記各実施形態では、かしめ作業時における車両用軸受装置１の受け位置としてボス部あるいは端部としているが、これに限定されるものではなく、たとえばフランジ部でもよいし、あるいはボス部、端部、フランジ部の二箇所以上を受け位置としてかしめ作業を行うようにしてもよい。

何れの場合であっても、炭素の含有量および硫黄の含有量を設定することにより、非金属介在物である硫化マンガンの生成が抑えられ、これによって、かしめ部９を形成する際に微小な割れが発生するのを防止することができ、従って製品の破棄がなくなって製品コストが安定し、また、製品の供給性を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態では、かしめ部９を形成する材料として、Ｓ５５Ｃを利用し、炭素の含有量を０．５２重量％〜０．５８重量％とし、硫黄の含有量を０．０２０重量％以下に設定した鋼材、あるいは硫黄の含有量を０．０１５重量％以下に設定した鋼材を用いたが、かしめ部９を形成する材料として、ＳＵＪ２（合金鋼）を利用してもよい。

このＳＵＪ２の場合も、硫黄の含有量が０．０２５重量％で約３％の製品のかしめ部９に割れが発生する。そこで、ＳＵＪ２の種類の合金鋼を用いる場合は、炭素の含有量を１．１０重量％とし、硫黄の含有量を０．０２０重量％に調節して製品を製作した。その結果、非金属介在物であるＭｎＳ（硫化マンガン）の生成が抑えられ、Ｓ５５Ｃを用いた場合と同様に、かしめ部９に割れが発生することがほとんどなく、硫黄の含有量を０．０１５重量％以下とした場合は割れの発生率が零となり、製品の破棄がなくなって製品コストが安定し、また、製品の供給性を向上させることができる。

さらに、上記各実施の形態では、使用する鋼種がＳ５５ＣあるいはＳＵＪ２を採用したが、これ以外の炭素鋼、合金鋼を使用することができる。例えばＳ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ、ＳＡＥ１０４０〜ＳＡＥ１０９５、ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５、ＳＡＥ５２１００を場合に応じて使用し、これら鋼材における硫黄の含有量を０．０２０重量％以下あるいは硫黄の含有量を０．０１５重量％以下に設定してもよい。何れの場合も、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏し得る。

本発明の実施の形態に係る車両用軸受装置の断面図である。図１の車両用軸受装置において横軸を硫黄の含有量とし縦軸をかしめ部に発生する割れ発生率とした図である。本発明の他の実施の形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。本発明のさらに他の実施形態に係る車両用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１車両用軸受装置
２ハブホイール
３複列転がり軸受

Claims

外周面にハブフランジが形成され中心孔を有するハブホイールと、
等速ジョイントの椀形外輪部材と一体的に形成され前記ハブホイールの中心孔に挿通される鋼材製の回転軸とを含み、
前記回転軸の端部は、前記ハブホイールに対し径方向外向きに押し広げられてかしめ部とされており、
前記かしめ部を形成する鋼材における硫黄の含有量が０．０１５重量％以下に調節されている車両用軸受装置。
前記かしめ部を形成する鋼材の鋼種が、炭素含有量が０．３７重量％〜０．６１重量％であるＪＩＳ規格Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ、炭素含有量が０．９５重量％〜１．１０重量％であるＳＵＪ１〜ＳＵＪ５、炭素含有量が０．９８重量％〜１．１０重量％であるＳＡＥ規格５２１００の中から一種選択される請求項１に記載の車両用軸受装置。