JP2010112452A

JP2010112452A - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP2010112452A
Application number: JP2008284977A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Yamamoto; 一成山本; Takumi Yamada; 匠山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010052908A1; DE112009002688T5; US20110206308A1; BRPI0921281A2; CN102203443A

Abstract

【課題】加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させ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７により内輪５を軸方向に固定した車輪用軸受装置において、内輪５の外径面５ｂの内側転走面５ａ側に傾斜角θ１が４０°〜６０°の範囲に設定されたテーパ状の補助転走面１３が形成され、この補助転走面１３と外径面５ｂおよび内側転走面５ａとの交差部に円弧面を備える面取り部１４、１５が形成されると共に、外径面５ｂと加締側端面５ｃとを繋ぐ面取り部１２が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径Ｒ１がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されている。
【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、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性向上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。このような車輪用軸受装置の代表的な一例を図３に示す。

この車輪用軸受装置は第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とを備えている。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円筒状の小径段部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。これら複列の外側転走面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の両端部にはシール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。

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、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。

図４は、内輪の外径膨張量と加締めの軸力との相関関係を求めるための実験に用いる車輪用軸受装置の模式図である。ここで、ハブ輪ａの軸部ｂの内端外周面には、実際に用いられる内輪５２の小端側を切断して幅を短くした検査用内輪ｃとロードセルｄとが嵌合されている。また、検査用内輪ｃとロードセルｄを組み合せた時の幅が実際の内輪５２の幅に等しくなるように設定されている。そして、ロードセルｄの外径には、複数の歪みゲージが貼着され、加締後の軸力がこのロードセルｄによって測定される。

こうした実験により、加締による検査用内輪ｃの外径膨張量と加締の軸力との関係はほぼ直線関係になり、検査用内輪ｃの外径膨張量が大きくなると、加締の軸力も大きくなることが分かる。したがって、以上の相関関係から、検査用内輪ｃの外径膨張量により、加締の軸力を管理することができる。すなわち、図３に示す内輪５２の外径膨張量に基いて、加締の軸力を把握することにより、加締部５１ｃが内輪５２の丸い面取り部位に密着しているか否かを極めて容易に、かつ正確に検査することができ、良好な加締状態を得ることができる。
特開２００３−１３９７９号公報

このような従来の車輪用軸受装置のように、小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５１ｃを形成する場合、小径段部５１ｂのうち加締部５１ｃの近傍も径方向に塑性変形するため、この塑性変形に伴って内輪５２の内径は押し広げられることになり、内輪５２の外径５９にフープ応力が発生する。したがって、このフープ応力を低減するには、前述したように、内輪５２の外径膨張量を測定して軸力を管理し、内輪５２の膨張量を適正に管理することで対応可能となる。

然しながら、材料特性の関係から、例え、加締後の内輪５２の膨張量を管理して内輪５２に発生するフープ応力を所定値に規制しても、内輪５２の単体加工後（ハブ輪５１への組付け前）に内輪５２同士の衝突により発生した打ち傷が起点となって加締時あるいは加締後に内輪５２に割れが発生する恐れがあった。

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、加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させ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、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圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の外径面の内側転走面側にテーパ状の補助転走面が形成されると共に、前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されている。

このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、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、ハブ輪に対して内輪を軸方向に固定した車輪用軸受装置において、内輪の外径面の内側転走面側にテーパ状の補助転走面が形成されると共に、外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されているので、内輪の製造工程において、内輪同士の衝突により打ち傷が発生するのを抑制することができると共に、加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記補助転走面と外径面との傾斜角が４０°〜６０°の範囲に設定されていれば、内輪の剛性、強度を低下させることなく、加締工程における内輪の割れ発生を効果的に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、前記補助転走面と外径面および内側転走面との交差部に円弧面を備える面取り部が形成され、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されていれば、軸受に大きなモーメント荷重が負荷されて接触角が増大したとき、接触楕円が内輪の内側転走面から補助転走面にはみ出すことになるが、これらの面取り部によって角部にエッジロードが発生するのを防止し、内輪の耐久性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が、前記円弧面から外径面に向けて５°〜３０°の範囲からなる接線角で滑らかに繋がれていれば、面取り部の角部に応力集中が発生するのを防止することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記内方部材が、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の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面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っていても良い。

本発明に係る車輪用軸受装置は、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圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の外径面の内側転走面側にテーパ状の補助転走面が形成されると共に、前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されているので、内輪の製造工程において、内輪同士の衝突により打ち傷が発生するのを抑制することができると共に、加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の外径面の内側転走面側に傾斜角が４０°〜６０°の範囲に設定されたテーパ状の補助転走面が形成され、この補助転走面と前記外径面および内側転走面との交差部に円弧面を備える面取り部が形成されると共に、前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０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の内輪単体を示す拡大図である。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世代と称され、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）の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから軸方向に延びる小径段部４ｂ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５ａが形成された内輪５が小径段部４ｂに所定のシメシロを介して圧入され、さらに、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７により、所定の軸受予圧が付与された状態で内輪５が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）に取り付けられるための車体取付フランジ２ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面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８、８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シール９とカバー１０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。

ここでは、ハブ輪４の外周に直接内側転走面４ａが形成された第３世代と呼称される車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。また、転動体３、３をボールとした複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、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構成されたものであっても良い。

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、シール９が摺接するシールランド部から小径段部４ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１１が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。なお、加締部７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、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５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

本出願人は、内輪５の製造工程において、内輪５同士の衝突により発生する打ち傷を調査・分析すると共に、この打ち傷と加締工程によって発生するフープ応力との関係に着目し、打ち傷を起点とし、加締工程あるいは加締後に発生する内輪５の割れの要因を調査した。その結果、打ち傷が起点となる割れは、図２に拡大して示すように、加締加工によりフープ応力が増加する内輪５の外径面５ｂと大端面（加締側端面）５ｃを繋ぐ面取り部１２に発生することが判った。

ここで、本出願人は、内輪５の製造工程において、内輪５同士の衝突により打ち傷が発生し難い形状を見極めると共に、加締工程において内輪５にフープ応力が発生し、このフープ応力が内輪５の外径面５ｂで最大となる状況に鑑み、内輪５の割れの発生を防止するためには、打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくする必要があることに注目した。

また、本出願人は、内輪５の面取り部１２に打ち傷を形成し、この打ち傷の先端Ｒと、そこに発生する応力を測定した結果、加締後の内輪５に発生するフープ応力に対し、打ち傷の先端Ｒが小さい程応力拡大係数が増加して最大主応力が増加することが判った。すなわち、打ち傷の先端Ｒは内輪５の面取り部１２における円弧面、さらには後述する補助転走面１３と外径面５ｂおよび内側転走面５ａとの交差部に形成される面取り部１４、１５における円弧面が転写されるから、面取り部１２、１４、１５の円弧面の曲率半径を大きくすることが内輪５の割れに有効である。

本実施形態では、外径面５ｂの内側転走面５ａ側にテーパ状の補助転走面１３が形成され、この補助転走面１３と外径面５ｂおよび内側転走面５ａとの交差部に曲率半径Ｒ１の円弧面からなる面取り部１４、１５が形成されている。そして、補助転走面１３と外径面５ｂとの傾斜角θ１が４０°〜６０°、好ましくは、４０°〜５０°の範囲に設定されている。これにより、内輪５の製造工程において、内輪５同士の衝突により打ち傷が発生するのを抑制することができる。ここで、傾斜角θ１を６０°を超えて設定すると、打ち傷発生の抑制効果が薄れてしまうと共に、傾斜角θ１を４０°未満に設定すると、外径面５ｂの幅が減少し、シールを装着する仕様ではスペースを確保することが難しくなると共に、フープ応力を受ける体積が減少し、加締時の内輪５の剛性、強度が低下して反って割れが生じ易くなるので好ましくない。ここで、補助転走面１３とは、内側転走面５ａの断面を構成する円弧状の曲線から滑らかにのびて、かつその曲線よりも曲率の小さな曲線または直線からなる断面形状を有する部位のことを言う。

また、軸受に大きなモーメント荷重が負荷されて接触角が増大したときに、接触楕円が内輪５の内側転走面５ａから補助転走面１３にはみ出すことになるが、この補助転走面１３と外径面５ｂおよび内側転走面５ａとの交差部に曲率半径Ｒ１の円弧面からなる面取り部１４、１５が形成されているので、角部にエッジロードが発生するのを防止し、内輪５の耐久性を向上させることができる。

さらに、本出願人は、内輪５の面取り部１２における円弧面の曲率半径Ｒ１の異なるサンプルを作製し、加締時における内輪５の割れ試験を実施した。この試験結果を表１に示す。この表１から判るように、面取り部１２の円弧面の曲率半径Ｒ１がＲ１．２以上であれば割れの発生がない。したがって、本実施形態では、内輪５の面取り部１２における円弧面の曲率半径Ｒ１がＲ１．２〜Ｒ３．０の範囲に設定されている。円弧面の曲率半径Ｒ１が大きくなる程打ち傷の面積が大きくなり、また、打ち傷の深さが浅くなって内輪５の耐久性の面で有利となるが、円弧面の曲率半径Ｒ１がＲ３．０を超えると、外径面５ｂの幅が減少して好ましくない。ここで、この円弧面の曲率半径Ｒ１を大きく設定するために内輪５の幅を大きくすることも考えられるが、これでは、内輪５の重量だけでなくハブ輪４の重量までも嵩んでしまい、装置の軽量・コンパクト化を阻害することになって好ましくない。

また、面取り部１２の角部に応力集中が発生しないよう、面取り部１２は、円弧面から外径面５ｂに向けて５°〜３０°、好ましくは、１５°±５°の範囲からなる接線角θ２で滑らかに繋がれている。これにより、加締工程において、内輪５の打ち傷を起点として内輪５が割れるのを防止し、内輪５の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

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、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、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を固定した第１世代乃至第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の内輪単体を示す拡大図である。従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。内輪の外径膨張量と加締の軸力との相関関係を求める実験時に用いる車輪用軸受装置の模式図である。

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・・・・・・・・外径面
５ｃ・・・・・・・・大端面
６・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６ａ・・・・・・・・ハブボルト
７・・・・・・・・・加締部
８・・・・・・・・・保持器
９・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・カバー
１１・・・・・・・・硬化層
１２、１４、１５・・面取り部
１３・・・・・・・・補助転走面
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
５７、５８・・・・・シール
５９・・・・・・・・内輪の外径
ａ・・・・・・・・・ハブ輪
ｂ・・・・・・・・・軸部
ｃ・・・・・・・・・検査用内輪
ｄ・・・・・・・・・ロードセル
Ｒ１・・・・・・・・面取り部の円弧面の曲率半径
θ１・・・・・・・・補助転走面と外径面との傾斜角
θ２・・・・・・・・面取り部の接線角

Claims

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圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が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保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
前記内輪の外径面の内側転走面側にテーパ状の補助転走面が形成されると共に、前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が円弧面を備え、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０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。
前記補助転走面と外径面との傾斜角が４０°〜６０°の範囲に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記補助転走面と外径面および内側転走面との交差部に円弧面を備える面取り部が形成され、この円弧面の曲率半径がＲ１．２〜Ｒ３．０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。
前記外径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が、前記円弧面から外径面に向けて５°〜３０°の範囲からなる接線角で滑らかに繋がれている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
前記内方部材が、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の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面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っている請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。