JP2008018765A - 駆動車輪用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ナットを用いることなく、ハブ輪と外側継手部材を高強度に結合する。
【解決手段】 ハブ輪１０および外側継手部材３１のうち、外側継手部材３１のステム部１３ｂに雄部５１を設けると共に、ハブ輪１０の内周面に雄部５１と異形の雌部５２を形成する。雄部５１を雌部５２に圧入することにより、接合部に塑性流動を生じさせてハブ輪１０と外側継手部材３１との間の隙間を充足し、両者を塑性結合する。この場合、高硬度側が低硬度側に確実に食い込めるように、雄部と雌部に硬度差を持たせる。外方部材２６の外周面に形成したフランジ２６ｃをナックル部材６にボルト止めすることで、外方部材２６がナックル部材６に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の駆動車輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）用の軸受ユニットに関する。

エンジンからの動力を駆動車輪に伝達するドライブシャフト１は、図１３に示すように、アウトボード側（車幅方向の車体側部の側）の固定型等速自在継手Ｊ１と、インボード側（車幅方向の車体中心の側）の摺動型等速自在継手Ｊ２とを中間軸２で結合した構成を有する。アウトボード側の等速自在継手Ｊ１は、軸受部３で回転自在に支持されたハブ輪４に結合され、インボード側の等速自在継手Ｊ２は、ディファレンシャル５に結合される。

軸受部３は、ハブ輪４の外周に固定した軸受内輪３ａと、車体側の懸架装置から延びるナックル部材６に固定した軸受外輪３ｂと、軸受内輪３ａと軸受外輪３ｂの間に複列配置した転動体３ｃとを有する。通常、ハブ輪４の外周に軸受内輪３ａを圧入することによって両者が固定される。軸受部３と、ハブ輪４と、アウトボード側等速自在継手Ｊ１とで駆動車輪用の軸受ユニットが構成される。

従来のドライブシャフト１の車両への組付けは、予めハブ輪４および軸受部３をナックル部材６に固定した状態で、ドライブシャフト１のアウトボード側の軸端（外側継手部材７のステム部７ａ）をハブ輪４の内周に挿入し、ハブ輪４から突出した軸端にナット８を螺合させることによって行われる（例えば、特許文献１参照）。ナット８の締め付けに伴い、ドライブシャフト１の全体がアウトボード側にスライドし、外側継手部材７の肩部７ｂが軸受内輪３ａの端面に当接する。これにより、外側継手部材７とハブ輪４とが軸方向で位置決めされ、かつ軸受部３に所定の予圧が付与される。外側継手部材７のステム部７ａの外周面とハブ輪４の内周面は、図示しないスプラインで結合され、外側継手部材７に伝達されたエンジンの駆動力は、当該スプライン、さらにはハブ輪４を介して車輪Ｗに伝達される。
特開２００４−２７０８５５号公報

しかしながら、従来の駆動車輪用軸受ユニットでは、車両への組み付けに際してナット８の締め込みが不可欠であり、組み付け作業に手間がかかる。また、ナット分だけ部品点数が増すと共に、軸受ユニットの軸方向寸法および重量が増すため、さらなる小型化、軽量化、および低コスト化には限界がある。

ナットは、車両組み付け前に外側継手部材７とハブ輪４とを予め結合一体化しておくことで省略することができる。しかしながら、両者の結合部には、コーナリング中のモーメント荷重をはじめ、車両走行に伴って大荷重が作用するので、これに耐え得るような高強度を有しかつコスト的にも安価な結合構造が必要とされる。

そこで、本発明は、ナットを用いることなく、ハブ輪と外側継手部材を高強度に結合することを主要な目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、内周に複数のアウタレースを有する外方部材と、前記アウタレースと対向する複数のインナレースを有する内方部材と、対向するアウタレースとインナレースとの間に配置された複数列の転動体と、車輪に取り付けられるハブ輪と、アウトボード側等速自在継手とを備える駆動車輪用軸受ユニットにおいて、ハブ輪およびアウトボード側等速自在継手の外側継手部材のうち、何れか一方に設けられた雄部を、他方に設けられ、雄部と異形の雌部に圧入することにより、ハブ輪と外側継手部材とを塑性結合し、外方部材の外周面にナックル部材に取り付けるためのフランジを形成した。

この場合、圧入に伴って生じる塑性流動により、雄部と雌部の接合部分に存在する空隙の一部または全てが充足されるので、雄部と雌部を強固に結合し、一体化することができる。しかもこの結合は、雄部と雌部の何れか一方を他方に圧入するだけで行われるので作業性も良好であるという特徴を備える。

雄部と雌部に硬度差を持たせることにより、高硬度側を低硬度側に確実に食い込ませることができるので、結合強度を増大させることができる。特に雄部と雌部のうち、高硬度側を断面非真円形状に形成すれば、非真円状の高硬度側が低硬度側により一層食い込みやすくなる。

駆動車輪用軸受ユニットの形態としては、（１）ハブ輪の外周に２列のインナレースを有する内輪を嵌合し、内輪で内方部材を構成したもの、（２）ハブ輪の外周に内輪を嵌合し、ハブ輪と内輪に一列ずつインナレースを形成し、内輪とハブ輪で内方部材を構成したもの、（３）ハブ輪の外周に一対の内輪を嵌合し、各内輪に一列ずつインナレースを形成し、一対の内輪で内方部材を構成したもの、（４）ハブ輪とアウトボード側等速自在継手の外側継手部材に一列ずつインナレースを形成し、ハブ輪と外側継手部材とで内方部材を構成したもの等が考えられる。

本発明によれば、雄部と雌部を強固に結合して一体化することができ、この際、ナットを用いる必要はない。しかもこの結合は、雄部と雌部の何れか一方を他方に圧入するだけで行うことができる。従って、ハブ輪と外側継手部材とを良好な作業性でもって高強度に結合できる。また、ナットを省略できるので、軸受ユニットの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

本発明に係る駆動車輪用軸受ユニットの実施形態を以下に詳述する。

図１に駆動輪用軸受ユニットの第１の実施形態を示す。この軸受ユニットは、ハブ輪１０、軸受部２０、およびアウトボード側等速自在継手３０で構成される。

ハブ輪１０は、その外周面に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付けフランジ１１を備えている。この車輪取付けフランジ１１の円周方向に複数の雌ねじ１２が形成され、この雌ねじ１２に車輪およびブレーキロータを固定するためのホイールボルト（図示省略）が螺合される。車輪取付けフランジ１１よりもインボード側のハブ輪１０の外周面には、内輪２８が適当な締め代をもって圧入されている。内輪２８の内周面とハブ輪の外周面との間には、止め輪２９が介装され、この止め輪２９によって内輪２８とハブ輪１０の軸方向の位置決めがなされる。ハブ輪１０は、通常、旋削あるいは鍛造によって製作される。

軸受部１０は、背面配列した複列アンギュラ玉軸受構造で、複列のインナレース２１およびアウタレース２２と、対向するインナレース２１とアウタレース２２との間に配置した転動体２３と、アウトボード側（図面左側）の転動体列およびインボード側（図面右側）の転動体列をそれぞれ円周方向等間隔に保持する保持器２４とを有する。図示例では、２列のインナレース２１が内輪２８の外周面に形成されており、この場合、内輪２８が複列のインナレースを有する内方部材２５を構成する。アウタレース２２は、リング状一体の外方部材２６の内周面に形成される。

外方部材２６の外周面２６ａにはフランジ２６ｃが一体形成されている。外方部材２６の外周面２６ａをナックル部材６の内周面６ａに隙間嵌めで嵌合し、かつフランジ２６ｃをその円周方向複数箇所でナックル部材６にボルト止めすることで、外方部材２６がナックル部材６に固定される。外方部材２６の軸方向両端の内周面には、シール２７ａ、２７ｂが圧入固定されている。

アウトボード側のシール２７ａおよびインボード側のシール２７ｂは、カセットシールと呼ばれるもので、芯金の内径側に形成した複数（例えば３つ）のシールリップを断面逆Ｌ字型のスリンガに接触させた構成を有する。芯金を外方部材２６の内周面に圧入し、スリンガを内輪２８の外周面に圧入することで、シール２７ａ、２７ｂが開口部に固定される。このシール２７ａ、２７ｂによって軸受部２０の両端開口部が密封され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

なお、図示例の軸受部２０では、転動体２３としてボールを例示しているが、車重が嵩む場合等には、円錐ころを転動体２３として使用することもできる。

アウトボード側等速自在継手３０は、中間軸２のアウトボード側の一端に設けられ、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材３１と、外側継手部材３１のトラック溝と対向するトラック溝が外周面に形成された内側継手部材３２と、外側継手部材３１のトラック溝と内側継手部材３２のトラック溝との間に組み込まれたトルク伝達ボール３３と、外側継手部材３１と内側継手部材３２との間に介在してトルク伝達ボール３３を円周方向等間隔に保持するケージ３４とで構成される。内側継手部材３２は、その内周に挿入した中間軸２のアウトボード側の軸端とセレーション３５を介して結合されている。

外側継手部材３１は、例えば鍛造によって製作され、内側継手部材３２、ケージ３４およびトルク伝達ボール３３を収容したマウス部３１ａと、マウス部３１ａから軸方向に一体的に延びる中実のステム部３１ｂとを有する。マウス部３１ａの開口側の外周面と中間軸２の外周面には、それぞれブーツバンド３６を介して蛇腹状ブーツ３７の大径開口端および小径開口端が固定されている。このように外側継手部材３１と中間軸２の間の空間をブーツ３７で被覆することにより、グリースが外部へ漏洩したり、あるいは継手内部へ水やダスト等の異物が侵入したりする事態を防止している。

外側継手部材３１はハブ輪１０に塑性結合される。この塑性結合は、何れか一方の部材に雄部５１を形成すると共に、他方の部材に雄部５１と異形の雌部５２を形成し、雄部５１と雌部５２を相互に圧入することによって行われる。図１では、雄部５１を外側継手部材３１のうち、ステム部３１ｂの外周面に形成すると共に、雌部５２をハブ輪１０のインボード側端部の内周面に形成した場合を例示している。雄部５１および雌部５２のうち、何れか一方は断面真円形状に形成され、他方は断面非真円形状に形成される。図４（ａ）は、その一例として、雄部５１をセレーションのような歯形面に形成すると共に、雌部５１を円筒面状に形成した場合を例示している。断面非真円状の雄部５１は鍛造や転造で効率的にかつ精度良く形成することができる。

この他、雄部５１の形状としては、図５に示すように角筒面を採用することもできる。何れの形状であっても、断面真円状の雌部５２の内径寸法Ｄｆは、雄部５１の断面輪郭線に内接する円Ａの直径よりも大きく、外接する円Ｂの直径よりも小さい。

以上の形状を有する雄部５１を雌部５２の内周に圧入することで、接合部分に塑性流動が生じて両者間の隙間の全部または一部が充足される。これにより、ハブ輪１０と外側継手部材３１が塑性結合され、一体化される。この塑性結合は、ハブ輪１０の内周に外側継手部材３１を圧入するだけで行えるので、作業性が良好であり、低コストに高い結合強度が得られる。このようにハブ輪１０と外側継手部材３１を塑性結合する際、外側継手部材３１の肩面３８を内輪２８のインボード側の端面と当接させ、さらに内輪２８のアウトボード側の端面もハブ輪１０と軸方向で当接させることで、内輪２８が軸方向に位置決めされ、軸受部２０に所定の予圧が付与される。

図６に示すように、ハブ輪１０と外側継手部材３１の塑性結合後、さらにステム部３１ｂの中実軸端の外周部（破線で示す）を加締め具５９で加締めてフランジ部５８を形成すれば、ハブ輪１０の抜け止め効果が更に高まる。雄部５１を雌部５２に圧入するだけで十分な結合強度が得られるのであれば、この加締め工程を省略することもできる。

この結合構造においては、予め断面非真円状の雄部５１に熱処理を施して、図６に示すようにその表層Ｈを雌部５２よりも高硬度にしておくのが望ましい。これにより、圧入に伴う雄部５１の変形が抑えられ、雄部５１が雌部５２に食い込み易くなるので、結合強度をより一層高めることができる。図６に示す加締め加工を行う場合、加締めにより塑性変形させるステム部３１ｂの軸端部分は未焼入れとし、フランジ部５８の形成を容易なものとする。雄部５１の熱処理方法としては、焼入れ範囲および焼入れ深さのコントロールが容易な高周波焼入れが望ましい。雌部５２は基本的に熱処理を加えない生材とするが、雄部５１の表面硬度を越えなければ熱処理を施しても構わない。

以上の説明では、雄部５１を断面非真円状に形成し、雌部５２を断面真円状に形成する場合を例示したが、コスト面等で特に問題がなければ、これとは逆に雄部５１を断面真円状に形成し、雌部５２を断面非真円状に形成しても構わない。断面非真円状の雌部５２は例えばブローチ加工で形成することができる。この場合、断面非真円状の雌部５２を断面真円状の雄部５１よりも高硬度に形成する。

ところで、雄部５１を雌部５２に圧入すると、ハブ輪１０が僅かに拡径方向に変形し、その影響がインナレース２１におよぶ可能性がある。かかる事態を極力回避するため、両者の圧入部分は、図１に示すように、インボード側およびアウトボード側の転動体２３の軸方向中心線Ｏ上に配置するのが好ましい。

図２および図３は、駆動車輪用軸受ユニットの他の実施形態を示すものである。このうち、図２に示す第２の実施形態の軸受ユニットは、図１に示す一体構造の内輪２８を軸方向で二分割してそれぞれハブ輪１０の外周面に圧入し、二つの内輪２８ａ、２８ｂの各外周面にインナレース２１を形成した例である。この構成では、二つの内輪２８ａ、２８ｂが複列のインナレース２１を有する内方部材２５を構成する。図３に示す第３の実施形態の軸受ユニットは、ハブ輪１０の外周面に設けた小径段部１３に内輪２８を圧入し、ハブ輪１０の外周面と内輪２８の外周面にそれぞれ１列ずつインナレース２１を形成した例である。この構成では、ハブ輪１０と内輪２８が複列のインナレース２１を有する内方部材２５を構成する。

以上に説明した点を除き、図２および図３に示す軸受ユニットの構成は、図１に示す軸受ユニットの構成と共通するので、共通する部材・要素には共通の参照番号を付して、重複部分の説明を省略する。

図１〜図３では、ハブ輪１０と内輪２８、２８ａ、２８ｂの位置決めを止め輪２９で行っているが、これに代えて揺動加締めで両者の位置決めを行うこともできる。図７はその一例を示すもので、ハブ輪１０のインボード側の軸端を内輪２８のインボード側端面を超えるまで延ばし、その突出部分の内径側で加締め具を揺動させることにより、突出部分を外径側に塑性変形させてフランジ１７を形成したものである。フランジ１７は内輪２８のインボード側端面と密着している。図２および図３に示す軸受ユニットでも、同様に揺動加締めを施してフランジ１７を形成することにより、ハブ輪１０と内輪２８、２８ａ、２８ｂの軸方向の位置決めを行うことができる。

この他、駆動車輪用軸受ユニットとしては、図８に示す第４の実施形態ように、アウトボード側のインナレース２１をハブ輪１０の外周面に形成し、インボード側のインナレース２１を外側継手部材３１の外周面に形成したタイプも使用することができる。この軸受ユニットでも、ハブ輪１０と外側継手部材３１とが、雄部５１の雌部５２への圧入、さらには図６に示す加締め加工によって塑性結合される。外側継手部材３１の肩面３８がハブ輪１０の端面と軸方向に当接することで、複列のインナレース２１間の寸法が規定され、かつ軸受部２０に規定の予圧が付与される。この場合、ハブ輪１０と外側継手部材３１が複列のインナレース２１を有する内方部材２５を構成する。

図８に示す第４の実施形態では、ハブ輪１０を中空状に形成し、その内周に中実状のステム部３１ｂを嵌合して両者を塑性結合する場合を例示しているが、これとは逆に、図９に示す第５の実施形態のように、ステム部３１ｂを中空状に形成し、このステム部３１ｂの内周にハブ輪１０のインボード側の中実軸端１６を嵌合して両者を塑性結合することもできる。外側継手部材３１の端面３９がハブ輪１０と軸方向に当接することで、複列のインナレース２１間の寸法が規定され、かつ軸受部２０に規定の予圧が付与される。この場合、例えばハブ輪１０の中実軸端１６の外周面に雄部５１を形成し、これに対向するステム部３１ｂの内周面に雌部５２を形成することができる。

以上の各実施形態では、転動体２３を保持器２４で保持した軸受部２０を例示しているが、図１０に示すように保持器を用いない総転動体形式を採用することもできる。総転動体形式であれば、保持器を使用する場合に比べて組み込み可能な転動体数が増えるので、個々の転動体の負荷荷重を低減することができる。従って、高荷重条件下でも軸受ユニットの寿命向上を図ることができる。総転動体形式は、インボード側の転動体列とアウトボード側の転動体列との負荷荷重に差がある場合は、高荷重側にのみ採用することができる。もちろん双方の転動体列が同程度の荷重条件である場合は、双方を総転動体形式にすることもできる。通常は、インボード側のモーメント荷重が大きくなるので、インボード側の転動体列を総転動体形式にする。

なお、総転動体形式の場合、転動体間の円周方向の隙間が大きすぎると、転動体同士が激しく衝突して打音や発熱を生じる可能性があるので、転動体間の総隙間Ｓを転動体２３の直径寸法Ｄｂよりも小さくする（特に転動体２３としてボールを使用する場合、総隙間Ｓはボール直径の約４０％以下に設定する）のが望ましい。

保持器２４を使用した軸受形式においても、図１１に示す第６の実施形態のように、アウトボード側の転動体列のＰＣＤ（Ｐ１）とインボード側の転動体列のＰＣＤ（Ｐ２）との間に差を設けることにより、高剛性化や長寿命化の効果が期待できる。これは、一方のＰＣＤを大きくすれば、軸受ユニットの軸方向寸法の増大なしに軸受スパン（両レース面に加わる力の作用方向の作用線と軸心との交点の間隔）の増大を図ることができること、組み込み可能な転動体数が増えること、等の理由による。図１１では、インボード側の転動体列のＰＣＤ（Ｐ２）を大きくした場合を例示しているが、反対にアウトボード側の転動体列のＰＣＤ（Ｐ１）を大きくしてもよい。また、インボード側の保持器２４とアウトボード側の保持器２４を異なる設計とすることで、何れか一方の側の保持器２４に他方の側より多い転動体を組み込んでも同様の効果が得られる。さらには、インボード側の転動体２３の径とアウトボード側の転動体２３の径を異ならせても同様の効果が得られる。

図１２に本発明の第７の実施形態を示す。この駆動車輪用軸受ユニットは、車輪８０の内周に嵌合する円筒状のパイロット部７２をハブ輪１０と別部材、例えばブレーキロータ７０に設けた例である。ブレーキロータ７０は、ハブ輪１０のフランジ１１のアウトボード側端面と車輪８０の間に配置され、その円周方向複数箇所にはホイールボルトを挿通するための孔７１が形成されている。

図１〜図３に示すように、通常、パイロット部７２はハブ輪１０のアウトボード側の端部に一体形成されており、それ故にハブ輪１０の形状が複雑化している。そのため、実際にはハブ輪１０を鍛造のみで成形することは難しく、旋削加工を加える場合が多い。また、パイロット部７２には、部分的に防錆塗装を施す必要がある。以上から、ハブ輪１０の製作コストは高騰する傾向にある。

これに対し、ハブ輪１０のパイロット部７２を廃し、これを図１２に示すように、ブレーキロータ７０の例えば内径端部に設ければ、ハブ輪１０のアウトボード側の形状が簡略化されるため、これを鍛造成形することが可能となり、かつハブ輪１０への防錆塗装処理も不要となる。従って、ハブ輪１０の低コスト化を図ることができ、かつ軽量化設計も可能となる。通常、ブレーキロータ７０は鋳造で成形されるので、パイロット部７２を有するブレーキロータ７０は低コストに製作可能である。以上の特徴は、上述の第２〜第６の実施形態で説明した軸受ユニットにも同様に適用することができる。

なお、図１２では、揺動加締めによるフランジ１７でハブ輪１０と内輪２８の位置決めを行う場合を例示しているが、図１に示す第１の実施形態と同様に、両者の位置決めを止め輪２９で行うこともできる。

第１の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 第２の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 第３の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 （ａ）図はハブ輪と外側継手部材の結合部分における雄部の断面図、（ｂ）図は同じく雌部の断面図である。 雄部の他の構成例を示す断面図である。 ハブ輪と外側継手部材の塑性結合工程を示す断面図である。 ハブ輪と外側継手部材の位置決めに揺動加締めを使用した軸受ユニットの断面図である。 第４の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 第５の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 総転動体式の軸受構造を示す正面図である。 第６の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 第７の実施形態にかかる駆動車輪用軸受ユニットの断面図である。 車両の懸架装置周りの概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ドライブシャフト
２ 中間軸
６ ナックル部材
６ａ 内周面
１０ ハブ輪
１１ 車輪取付けフランジ
２０ 軸受部
２１ インナレース
２２ アウタレース
２３ 転動体
２４ 保持器
２５ 内方部材
２６ 外方部材
２６ａ 外周面
２６ｃ フランジ
２７ａ シール
２７ｂ シール
２８ 内輪
２８ａ 内輪
２８ｂ 内輪
２９ 止め輪
３０ アウトボード側の等速自在継手
３１ 外側継手部材
３１ａ マウス部
３１ｂ ステム部
３２ 内側継手部材
３３ トルク伝達ボール
３４ ケージ
３６ ブーツバンド
３７ ブーツ
３８ 肩面
５１ 雄部
５２ 雌部
７０ ブレーキロータ
７２ パイロット部
８０ 車輪
Ｏ 軸方向中心線

Claims (7)

1. 内周に複数のアウタレースを有する外方部材と、前記アウタレースと対向する複数のインナレースを有する内方部材と、対向するアウタレースとインナレースとの間に配置された複数列の転動体と、車輪に取り付けられるハブ輪と、アウトボード側等速自在継手とを備える駆動車輪用軸受ユニットにおいて、
   ハブ輪およびアウトボード側等速自在継手の外側継手部材のうち、何れか一方に設けられた雄部を、他方に設けられ、雄部と異形の雌部に圧入することにより、ハブ輪と外側継手部材とを塑性結合し、外方部材の外周面にナックル部材に取り付けるためのフランジを形成した駆動車輪用軸受ユニット。
2. 雄部と雌部とに硬度差を持たせた請求項１記載の駆動車輪用軸受ユニット。
3. 雄部と雌部のうち、高硬度側を断面非真円形状に形成した請求項２記載の駆動車輪用軸受ユニット。
4. ハブ輪の外周に２列のインナレースを有する内輪を嵌合し、内輪で内方部材を構成した請求項１〜３何れか記載の駆動車輪用軸受ユニット。
5. ハブ輪の外周に内輪を嵌合し、ハブ輪と内輪に一列ずつインナレースを形成し、内輪とハブ輪で内方部材を構成した請求項１〜３何れか記載の駆動車輪用軸受ユニット。
6. ハブ輪の外周に一対の内輪を嵌合し、各内輪に一列ずつインナレースを形成し、一対の内輪で内方部材を構成した請求項１〜３何れか記載の駆動車輪用軸受ユニット。
7. ハブ輪とアウトボード側等速自在継手の外側継手部材に一列ずつインナレースを形成し、ハブ輪と外側継手部材とで内方部材を構成した請求項１〜３何れか記載の駆動車輪用軸受ユニット。

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