JP2009255644A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加締加工による移動量を最適化し、軸受自体の剛性・強度を確保すると共に、所望の軸力と加締部強度を確保した車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブ輪４の小径段部４ｂに内輪５が圧入され、小端面５ｂをハブ輪４の段付部７に突き当てた状態で小径段部４ｂ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により内輪５が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、ハブ輪４の外周に、車輪取付フランジ６の基部６ｂから小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって連続した硬化層１２が形成されると共に、段付部７の硬化層範囲が、内輪５の小端面５ｂとの接触範囲Ｗよりも広く、かつその有効硬化層深さＨが１．０〜３．５ｍｍの範囲に設定されているので、加締加工時の内輪５の移動量が安定すると共に、高周波焼入れの工数が嵩むことなく、角部にクラックや焼割れが発生するのを防止することができる。
【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、特に、ハブ輪の揺動加締によって内輪が固定されたセルフリテイン構造において、加締加工による内輪の移動を最適化し、軸力と加締強度を確保して軸受の剛性・強度アップ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４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、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５６、５６とを備えている。内方部材５１は、ハブ輪５２と、このハブ輪５２に圧入された内輪５３とからなる。

ハブ輪５２は、一端部に車輪取付フランジ５４を一体に有し、この車輪取付フランジ５４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５５が植設されている。また、ハブ輪５２の外周には一方の内側転走面５２ａと、この内側転走面５２ａから段付部６１を介して軸方向に延びる軸状の小径段部５２ｂが形成されている。そして、外周に他方の内側転走面５３ａが形成された内輪５３がこの小径段部５２ｂに圧入されている。

内輪５３の小端面５３ｃをハブ輪５２の段付部６１に突き当てた状態で、小径段部５２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５２ｃが形成されている。すなわち、この加締部５２ｃとハブ輪５２の段付部６１とで内輪５３を挟持し、ハブ輪５２に対して内輪５３が固定されている。そして、加締部５２ｃは内輪５３の大端面５３ｂに沿って密着した状態で塑性変形して形成され、内輪５３を押え付けて所望の軸力を確保することができる。

外方部材６０は、外周に車体取付フランジ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５６、５６が収容され、保持器５７、５７によりこれら複列のボール５６、５６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５８、５９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。

ハブ輪５２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５２ａをはじめ、シール５８が摺接するシールランド部、および小径段部５２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている（クロスハッチングにより図示）。なお、加締部５２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。一方、内輪５３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６０は、前記ハブ輪５２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、複列の外側転走面６０ａ、６０ａに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、内輪５３の内径ｄに対する突当部（小端面５３ｃ）厚さｅの内輪寸法比率αが、０．０５〜０．２０の範囲に設定されている。これにより、所望の軸力と加締部５２ｃの強度を得ることができると共に、押型の早期摩耗や割れ等を防止することができる。
特開２００６−５２８１７号公報

然しながら、こうした従来の車輪用軸受装置のように、内輪５３の内径ｄに対する突当部厚さｅの内輪寸法比率αを０．０５〜０．２０の範囲に規定しても、内輪５３の小端面５３ｃが突き当てられるハブ輪５２の段付部６１の焼入れ状態が悪いと、加締加工時にこの段付部６１が塑性変形し、内輪５３の移動量にバラツキが生じる恐れがある。ここで、硬化層深さを深く設定することも考えられるが、これでは、高周波焼入れの工数が嵩んでコストアップするだけでなく、冷却速度が速い角部にクラックや焼割れが発生する恐れがあって好ましくない。

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、加締加工による移動量を最適化し、軸受自体の剛性・強度を確保すると共に、所望の軸力と加締部強度を確保し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、外周に車体に取り付けられる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一体に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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から段付部を介して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圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された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転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記内輪の小端面を前記ハブ輪の段付部に突き当てた状態で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前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の外周に、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記内側転走面を介して前記小径段部に亙って高周波焼入れによって連続した硬化層が形成されると共に、前記段付部の硬化層の有効硬化層深さが１．０〜３．５ｍｍの範囲に設定されている。

このように、内輪の小端面をハブ輪の段付部に突き当てた状態で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内輪がハブ輪に対して軸方向に固定された第３世代構造の車輪用軸受装置において、ハブ輪の外周に、車輪取付フランジのインナー側の基部から内側転走面を介して小径段部に亙って高周波焼入れによって連続した硬化層が形成されると共に、段付部の硬化層の有効硬化層深さが１．０〜３．５ｍｍの範囲に設定されているので、加締加工時における内輪の移動量が安定し、軸受自体の剛性・強度を確保すると共に、高周波焼入れの工数が嵩むことなく、角部にクラックや焼割れが発生するのを防止することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記段付部の硬化層範囲が、前記内輪の小端面との接触範囲よりも広く設定されていれば、段付部の塑性変形を防止することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記内輪の内径に対する前記小端面の厚さとの比率が０．０５〜０．２０の範囲に設定されていれば、加締加工による内輪移動量を最適化し、必要軸力と加締部強度を確保して軸受の剛性・強度アップを図ることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、当該ハブ輪の内側転走面における硬化層の有効硬化層深さが３．５ｍｍに設定されていれば、所望の転動疲労寿命を満足させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされていれば、加締加工が容易にできると共に、加締加工時に微小クラック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、外周に車体に取り付けられる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一体に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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から段付部を介して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圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された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転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記内輪の小端面を前記ハブ輪の段付部に突き当てた状態で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前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の外周に、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記内側転走面を介して前記小径段部に亙って高周波焼入れによって連続した硬化層が形成されると共に、前記段付部の硬化層の有効硬化層深さが１．０〜３．５ｍｍの範囲に設定されているので、加締加工時における内輪の移動量が安定し、軸受自体の剛性・強度を確保すると共に、高周波焼入れの工数が嵩むことなく、角部にクラックや焼割れが発生するのを防止することができる。

外周に車体に取り付けられるための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一体に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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から段付部を介して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圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、前記内輪の小端面を前記ハブ輪の段付部に突き当てた状態で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前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の外周に、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記内側転走面を介して前記小径段部に亙って高周波焼入れによって連続した硬化層が形成されると共に、前記段付部の硬化層範囲が、前記内輪の小端面との接触範囲よりも広く設定され、かつその有効硬化層深さが１．０〜３．５ｍｍ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、図３は、加締加工時における内輪の移動量とハブ輪の段付部の硬化層深さとの関係を示すグラフである。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１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代構造をなし、内方部材１と外方部材２、および両部材１、２間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）３、３とを備えている。内方部材１は、ハブ輪４と、このハブ輪４に所定のシメシロを介して圧入された内輪５とからなる。

ハブ輪４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６を一体に有し、この車輪取付フランジ６の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト６ａが植設されている。また、ハブ輪４の外周には一方（アウター側）の円弧状の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから段付部７を介して軸方向に延びる軸状の小径段部４ｂが形成されている。

内輪５は、外周に他方（インナー側）の円弧状の内側転走面５ａが形成され、その小端面（正面側端面）５ｂをハブ輪４の段付部７に突き当てた状態で小径段部４ｂに圧入されている。そして、ハブ輪４の小径段部４ｂ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によって所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。

外方部材２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２ｂを一体に有し、内周に前記内方部材１の内側転走面４ａ、５ａに対向する円弧状の複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面２ａ、４ａと２ａ、５ａ間に複列の転動体３、３が収容され、保持器９、９によりこれら複列の転動体３、３が転動自在に保持されている。また、外方部材２と内方部材１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１０、１１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。なお、ここでは、転動体３をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

ハブ輪４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、アウター側の内側転走面４ａをはじめ、アウター側のシール１０のシールランド部となる車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に連続した所定の硬化層１２が形成されている。なお、加締部８は、鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている。これにより、加締加工が容易にできると共に、加締加工時に微小クラックが発生するのを防止することができる。

一方、内輪５および転動体３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２は、前記ハブ輪４と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面２ａ、２ａ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。

本実施形態では、加締加工時における内輪５の移動量を規制するため、図２に拡大して示すように、内輪５の内径ｄに対する小端面５ｂ（突当部）の厚さｅとの比率α（以下、内輪寸法比率という）が、α＝０．０５〜０．２０の範囲に設定されている。これにより、加締加工による内輪移動量を最適化し、必要軸力と加締部強度を確保して軸受の剛性・強度アップを図ることができる。

内輪寸法比率αが０．２０以下に設定されていれば、所望の軸力と加締部８の強度を確保するだけでなく、加締不良率の低減や治工具等の寿命延長が可能となる。なお、前記内輪寸法比率αが０．０５以下の場合は、内輪５の小端面５ｂの厚さｅが薄くなり、内輪５の小端面５ｂにおける平坦面の面積が減少して面圧過大となる恐れがある。

ここで、内輪５の小端面５ｂが突き当てられるハブ輪４の段付部７の焼入れ状態が悪いと、加締加工時にこの段付部７が塑性変形し、内輪５の移動量にバラツキが生じる恐れがある。したがって、本出願人は、ハブ輪４の段付部７における硬化層１２の状態に着目し、加締加工時における内輪５の移動量とハブ輪４の段付部７における硬化層の有効硬化層深さとの関係をＦＥＭ解析（有限要素法による解析）により求めた。その結果を図３に示す。このグラフから明らかなように、この段付部７の硬化層１２範囲が、図２に示す内輪５の小端面５ｂとの接触範囲Ｗよりも広く、かつ、段付部７の硬化層１２の有効硬化層深さＨが１ｍｍ以上あれば内輪５の移動量が安定することが判った。

一方、この種の車輪用軸受装置では、通常、車両旋回時に０．８Ｇ（加速度）相当の荷重にも耐えられるようにハブ輪４が設計されているが、この場合、内側転走面４ａには転動体３との接触により、０．４ｍｍ程度の深さに最大せん断応力が発生する。したがって、所望の転動疲労寿命を満足させるには、少なくともこの最大せん断応力の５倍程度の硬化層１２が必要になるため、有効硬化層深さは最小２ｍｍとなる。また、この最小深さに加えて高周波焼入れによる硬化層１２のバラツキを考慮し、ここでは、有効硬化層深さは３．５ｍｍに設定されている。

以上のことを鑑み、本実施形態では、ハブ輪４の内側転走面４ａにおける硬化層１２の有効硬化層深さが３．５ｍｍに設定されると共に、段付部７の硬化層１２の有効硬化層深さＨが１．０〜３．５ｍｍに設定されている。これにより、加締加工時における内輪５の移動量が安定すると共に、高周波焼入れの工数が嵩むことなく、角部にクラックや焼割れが発生するのを防止することができる。

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、ハブ輪の外周に直接内側転走面と小径段部が形成され、この小径段部に内輪が圧入されると共に、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪が軸方向に固定された第３世代のセルフリテイン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。 加締加工時における内輪の移動量とハブ輪の段付部の硬化層深さとの関係を示すグラフである。 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・・・・・・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・・・・・・外方部材
２ａ・・・・・・・・・・・・・外側転走面
２ｂ・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
３・・・・・・・・・・・・・・転動体
４・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
４ａ、５ａ・・・・・・・・・・内側転走面
４ｂ・・・・・・・・・・・・・小径段部
５・・・・・・・・・・・・・・内輪
５ｂ・・・・・・・・・・・・・小端面
６・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６ａ・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
６ｂ・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジのインナー側の基部
７・・・・・・・・・・・・・・段付部
８・・・・・・・・・・・・・・加締部
９・・・・・・・・・・・・・・保持器
１０・・・・・・・・・・・・・アウター側のシール
１１・・・・・・・・・・・・・インナー側のシール
１２・・・・・・・・・・・・・硬化層
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・・・・・・・・・・・・大端面
５３ｃ・・・・・・・・・・・・小端面
５４・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５５・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５６・・・・・・・・・・・・・ボール
５７・・・・・・・・・・・・・保持器
５８、５９・・・・・・・・・・シール
６０・・・・・・・・・・・・・外方部材
６０ａ・・・・・・・・・・・・外側転走面
６０ｂ・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
６１・・・・・・・・・・・・・段付部
ｄ・・・・・・・・・・・・・・内輪の内径
ｅ・・・・・・・・・・・・・・内輪の小端面の厚さ
Ｈ・・・・・・・・・・・・・・段付部の有効硬化層深さ
Ｗ・・・・・・・・・・・・・・段付部と内輪の小端面との接触範囲
α・・・・・・・・・・・・・・内輪寸法比率

Claims (5)

1. 外周に車体に取り付けられる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一体に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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から段付部を介して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圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された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転動体と、
   前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、
   前記内輪の小端面を前記ハブ輪の段付部に突き当てた状態で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前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
   前記ハブ輪の外周に、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記内側転走面を介して前記小径段部に亙って高周波焼入れによって連続した硬化層が形成されると共に、前記段付部の硬化層の有効硬化層深さが１．０〜３．５ｍｍ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. 前記段付部の硬化層範囲が、前記内輪の小端面との接触範囲よりも広く設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記内輪の内径に対する前記小端面の厚さとの比率が０．０５〜０．２０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。
4. 前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、当該ハブ輪の内側転走面における硬化層の有効硬化層深さが３．５ｍｍに設定されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
5. 前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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