JP2008032102A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】複列のアンギュラ玉軸受で構成された第２乃至第４世代の車輪用軸受装置において、外方部材１０の複列の外側転走面１０ａ、１０ｂのうちアウター側の外側転走面１０ａの曲率半径Ｒｏが、インナー側の外側転走面１０ｂの曲率半径Ｒｉよりも大きく設定されると共に、当該複列の外側転走面１０ａ、１０ｂが総型砥石１１によって同時に研削加工されているので、アウター側の外側転走面１０ａにおいては肩乗り上げに対して有利となると共に、インナー側の外側転走面１０ｂにおいてはボール６との接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【選択図】図２

Description

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、車両の走行条件に対応して長寿命化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５に示すような従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従動輪側の第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列のボール５４、５４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。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列のボール５４、５４が転動自在に収容されている。そして、外輪５３の端部にはシール５７およびエンドキャップ５８がそれぞれ装着され、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、斜格子で示した部分、すなわち、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。

これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の内径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
特開平１１−１２９７０３号公報

このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、内輪５２の内径を大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。然しながら、近年、こうした車輪用軸受装置には、軽量・コンパクト化と共に、車両の走行条件に対応してさらなる長寿命化が求められている。

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、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図っ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、外周に車体取付フランジを一体に有し、内周に円弧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嵌合された少なくとも一つの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円弧状の内側転走面がそれぞれ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転動自在に収容された複列のボールとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の軸受列のうちアウター側の軸受列における転走面の曲率半径が、インナー側の軸受列における転走面の曲率半径よりも大きく設定されている構成を採用した。

このように、複列のアンギュラ玉軸受で構成された第２乃至第４世代の車輪用軸受装置において、複列の軸受列のうちアウター側の軸受列における転走面の曲率半径が、インナー側の軸受列における転走面の曲率半径よりも大きく設定されているので、アウター側の転走面においては肩乗り上げに対して有利となると共に、インナー側の転走面においてはボールとの接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記複列の外側転走面の曲率半径Ｒが、前記ボールの直径Ｄａに対して、１．０４Ｄａ＜２Ｒ≦１．１２Ｄａの範囲に設定されると共に、アウター側の外側転走面の曲率半径がインナー側の外側転走面の曲率半径よりも大きく設定されていても良いし、また、請求項３に記載の発明のように、前記複列の内側転走面の曲率半径ｒが、前記ボールの直径Ｄａに対して、１．０１Ｄａ＜２ｒ≦１．０７Ｄａの範囲に設定されると共に、アウター側の内側転走面の曲率半径がインナー側の内側転走面の曲率半径よりも大きく設定されていても良い。

また、請求項４に記載の発明のように、前記複列の外側転走面が総型砥石によって同時に研削加工されていれば、異なった曲率半径からなる複列の外側転走面の誤加工を防止できると共に、各部位の角部が精度良く滑らかに形成することができ、角部に生ずるエッジロードを可及的に防止することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に車体取付フランジを一体に有し、内周に円弧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嵌合された少なくとも一つの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円弧状の内側転走面がそれぞれ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転動自在に収容された複列のボールとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の軸受列のうちアウター側の軸受列における転走面の曲率半径が、インナー側の軸受列における転走面の曲率半径よりも大きく設定されているので、アウター側の転走面においては肩乗り上げに対して有利となると共に、インナー側の転走面においてはボールとの接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図っ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円筒状の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外嵌され、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転動自在に収容された複列のボールとを備えた車輪用軸受装置において、前記外方部材の複列の外側転走面のうちアウター側の外側転走面の曲率半径がインナー側の外側転走面の曲率半径よりも大きく設定されると共に、当該複列の外側転走面が総型砥石によって同時に研削加工されている。

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第１の実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）は、図１の外方部材単体を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の研削加工を示す説明図、図３は、図１の要部拡大図である。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、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ボール６、６を備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に圧入された別体の内輪３とからなる。ハブ輪２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。

ハブ輪２の外周には一方（アウター側）の内側転走面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が形成されている。そして、外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入固定されている。

外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ１０ｃを一体に有し、内周に前記内方部材１の内側転走面２ａ、３ａに対向する複列の外側転走面１０ａ、１０ｂが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ｂ、３ａ間に複列のボール６、６が所定の初期接触角αが付与された状態で保持器７、７を介して転動自在に収容されている。また、外方部材１０の端部にはシール装置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を防止すると共に、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

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、アウター側の内側転走面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の範囲に硬化処理が施されている。

一方、内輪３およびボール６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、少なくとも複列の外側転走面１０ａ、１０ｂ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。

この種の車輪用軸受装置では、軸受の長寿命化を図るために、車両の走行条件に対応して適宜転走面の曲率半径が決定されている。すなわち、軸受列に負荷される荷重によって、転走面とボールの中央部における接触面圧が許容値以下になると共に、ボールとの接触によって生じる接触楕円が肩部にはみ出す、所謂肩乗り上げが発生しないように考慮して決定されている。この肩乗り上げが発生すると肩部に集中応力が生じ、早期剥離の原因となり好ましくない。

車輪用軸受装置には車両が旋回する時にモーメント荷重が負荷され、この荷重によってタイヤ取り付け面に傾きが生じるが、この傾き角はボールやハブ輪等の弾性変形量によって決まり、この弾性変形量は軸受部の予圧量によって影響される。各軸受列の予圧量は、ラジアル荷重により発生する誘起スラスト荷重によって変化するが、こうした車両の走行条件を考慮して各軸受列の寿命がバランス良くなるよう各軸受列の予圧量が適切に設定される。通常、各軸受列のうちアウター側の軸受列の方は肩乗り上げが厳しくなり、インナー側の軸受列の方はボールとの接触面圧が高くなる。

ここで、本実施形態では、図２（ａ）に拡大して示すように、外方部材１０の外側転走面１０ａ、１０ｂが円弧状に形成され、それぞれ異なった曲率半径Ｒｏ、Ｒｉで構成されている。すなわち、アウター側の外側転走面１０ａの曲率半径Ｒｏは、インナー側の外側転走面１０ｂの曲率半径Ｒｉよりも大きく設定されている（Ｒｏ＞Ｒｉ）。これにより、アウター側の外側転走面１０ａにおいては肩乗り上げに対して有利となると共に、一方、インナー側の外側転走面１０ｂにおいてはボール６との接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。なお、複列の外側転走面１０ａ、１０ｂの曲率半径Ｒｏ、Ｒｉは、ボール６の直径Ｄａに対して、１．０４Ｄａ＜２Ｒｏ、Ｒｉ≦１．１２Ｄａの範囲に設定されている。

特に、この種の第３世代構造をはじめ第２世代乃至第４世代構造においては、車体取付フランジ１０ｃによって外方部材１０の方向が必然的に決まっており、さらに、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、複列の外側転走面１０ａ、１０ｂが総型砥石１１によって同時研削されている。総型砥石１１は予め外方部材１０の内周面の形状に対応した形状・寸法、すなわち、複列の外側転走面１０ａ、１０ｂと、内径面１０ｄと、肩部１０ｅの形状・寸法に成形され、プランジ研削して行なわれる。その後、複列の外側転走面１０ａ、１０ｂがオスシレーション（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）加工して超仕上げ（スーパー）され、所望の仕上げ表面に形成されている。これにより、異なった曲率半径Ｒｏ、Ｒｉからなる複列の外側転走面１０ａ、１０ｂの誤加工を防止すると共に、各部位の角部が精度良く滑らかに形成することができ、角部に生ずるエッジロードを可及的に防止することができる。

また、本実施形態では、内方部材１においても外方部材１０と同様、図３に示すように、複列の内側転走面２ａ、３ａが円弧状に形成され、それぞれ異なる曲率半径ｒｏ、ｒｉで構成されている。すなわち、アウター側の内側転走面２ａの曲率半径ｒｏは、インナー側の内側転走面３ａの曲率半径ｒｉよりも大きく設定されている（ｒｏ＞ｒｉ）。これにより、アウター側の内側転走面２ａにおいては肩乗り上げに対して有利となると共に、一方、インナー側の内側転走面３ａにおいてはボール６との接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。なお、複列の内側転走面２ａ、３ａの曲率半径ｒｏ、ｒｉは、ボール６の直径Ｄａに対して、１．０１Ｄａ＜２ｒｏ、ｒｉ≦１．０７Ｄａの範囲に設定されている。

図４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である。なお、第１の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１２と複列の転がり軸受１３および等速自在継手１４とがユニット化され第４世代構造を構成している。複列の転がり軸受１３は、外方部材１０と内方部材１５と複列のボール６、６とを備えている。

内方部材１５は、ハブ輪１２と、このハブ輪１２に内嵌された後述する外側継手部材１６を指している。ハブ輪１２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、外周に一方（アウター側）の内側転走面１２ａと、この内側転走面１２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１２ｂが形成されると共に、内周に硬化処理された凹凸部１２ｃが形成されている。なお、凹凸部１２ｃ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１２ｃ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１４は、外側継手部材１６と継手内輪１７、ケージ１８、およびトルク伝達ボール１９とからなる。外側継手部材１６はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、カップ状のマウス部２０と、このマウス部２０の底部をなす肩部２１と、この肩部２１から軸方向に延びる円筒状の軸部２２が一体に形成されている。この軸部２２は、ハブ輪１２の小径段部１２ｂに所定の径方向すきまを介して円筒嵌合するインロウ部２２ａと、このインロウ部２２ａの端部に嵌合部２２ｂがそれぞれ形成されている。

また、肩部２１の外周には他方（インナー側）の内側転走面１６ａが形成され、この内側転走面１６ａをはじめ肩部２１の外周から軸部２２のインロウ部２２ａに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。ここで、嵌合部２２ｂは鍛造後の生のままとされている。

外側継手部材１６の肩部２１にハブ輪１２の小径段部１２ｂの端面が衝合されて突合せ状態になるまで外側継手部材１６の軸部２２にハブ輪１２が外嵌される。そして、この軸部２２における嵌合部２２ｂの内径にマンドレル等の拡径治具を押し込んで嵌合部２２ｂを拡径し、この嵌合部２２ｂをハブ輪１２の凹凸部１２ｃに食い込ませて加締め、ハブ輪１２と外側継手部材１６とが一体に塑性結合されている。なお、中空の軸部２２にはエンドキャップ２３が装着され、マウス部２０内に封入された潤滑グリースが外部に漏洩するのを防止している。また、図示はしないが、ハブ輪１２の開口端部にもエンドキャップが装着され、塑性結合部に雨水等が浸入してその部位が発錆するのを防止している。

本実施形態においても前述した実施形態と同様、外方部材１０と内方部材２６の複列の外側転走面１０ａ、１０ｂおよび内側転走面１２ａ、１６ａが円弧状に形成され、それぞれ異なる曲率半径Ｒｏ、Ｒｉおよびｒｏ、ｒｉで構成されている。すなわち、アウター側の軸受列の転走面１０ａ、１２ａの曲率半径Ｒｏ、ｒｏは、インナー側の軸受列の転走面１０ｂ、１６ａの曲率半径Ｒｉ、ｒｉよりも大きく設定されている（Ｒｏ＞Ｒｉ、ｒｏ＞ｒｉ）。これにより、一層の軽量・コンパクト化を図ることができると共に、アウター側の軸受列においては肩乗り上げに対して有利となると共に、インナー側の軸受列においてはボール６との接触面圧が抑制されて、車両の走行条件に対応して各軸受列の長寿命化を図ることができる。

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、外方部材と内方部材および両部材間に収容された複列のボールとを備えた第２世代乃至第４世代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。 （ａ）は、図１の外方部材単体を示す断面図である。 （ｂ）は、（ａ）の研削加工を示す説明図である。 図１の要部拡大図である。 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。 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、１５・・・・・・・・・・・・内方部材
２、１２・・・・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ、１２ａ、１６ａ・・・内側転走面
２ｂ、１２ｂ・・・・・・・・・・小径段部
３・・・・・・・・・・・・・・・内輪
４・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・・・・・・・アウター側の外側転走面
１０ｂ・・・・・・・・・・・・・インナー側の外側転走面
１０ｃ・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
１０ｄ・・・・・・・・・・・・・内径面
１０ｅ、２１・・・・・・・・・・肩部
１１・・・・・・・・・・・・・・総型砥石
１２ｃ・・・・・・・・・・・・・凹凸部
１３・・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
１４・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
１６・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１７・・・・・・・・・・・・・・継手内輪
１８・・・・・・・・・・・・・・ケージ
１９・・・・・・・・・・・・・・トルク伝達ボール
２０・・・・・・・・・・・・・・マウス部
２２・・・・・・・・・・・・・・軸部
２２ａ・・・・・・・・・・・・・インロウ部
２２ｃ・・・・・・・・・・・・・嵌合部
２３・・・・・・・・・・・・・・エンドキャップ
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・・・・・・・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５８・・・・・・・・・・・・・・エンドキャップ
Ｄａ・・・・・・・・・・・・・・ボールの直径
Ｒｉ、ｒｉ・・・・・・・・・・・インナー側の軸受列における転走面の曲率半径
Ｒｏ、ｒｏ・・・・・・・・・・・アウター側の軸受列における転走面の曲率半径
α・・・・・・・・・・・・・・・初期接触角

Claims (4)

1. 外周に車体取付フランジを一体に有し、内周に円弧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嵌合された少なくとも一つの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円弧状の内側転走面がそれぞれ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転動自在に収容された複列のボールとを備えた車輪用軸受装置において、
   前記複列の軸受列のうちアウター側の軸受列における転走面の曲率半径が、インナー側の軸受列における転走面の曲率半径よりも大きく設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記複列の外側転走面の曲率半径Ｒが、前記ボールの直径Ｄａに対して、１．０４Ｄａ＜２Ｒ≦１．１２Ｄａの範囲に設定されると共に、アウター側の外側転走面の曲率半径がインナー側の外側転走面の曲率半径よりも大きく設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記複列の内側転走面の曲率半径ｒが、前記ボールの直径Ｄａに対して、１．０１Ｄａ＜２ｒ≦１．０７Ｄａの範囲に設定されると共に、アウター側の内側転走面の曲率半径がインナー側の内側転走面の曲率半径よりも大きく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。
4. 前記複列の外側転走面が総型砥石によって同時に研削加工されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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