JP2010151278A - 車輪用軸受およびこれを備えた車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外方部材の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化と低コスト化を図ると共に、軸受の耐久性の向上を図った車輪用軸受およびこれを備えた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】外方部材７と内輪８がパイプ材から塑性加工によって形成され、外方部材７の外径７ｂに環状凹部２９が形成され、この繋ぎ部３１が外側転走面７ａの曲率中心と略同心で所定の曲率半径Ｒからなる円弧状に形成されると共に、内輪８の大径側の内径面８ｄが内側転走面８ａの曲率中心と略同心の円弧状に形成され、外方部材７と内輪８が略均等な肉厚に設定され、通常走行で考えられる旋回加速度の条件の下で、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、外方部材７の溝底部の肉厚Ｔｍｏと接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、内輪８の肉厚Ｔｍｉ、Ｔｓｉよりも大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ、Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）なるように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受、詳しくは、軽量・コンパクト化と低コスト化を図ると共に、軸受の耐久性の向上を図った車輪用軸受およびこれを備えた車輪用軸受装置に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外方部材回転の両方式が一般的に採用されている。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。

従来から、一般的な第１世代のアンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受として、図６に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車輪用軸受５０は、内周に複列の円弧状の外側転走面５１ａが一体に形成された外方部材５１と、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａに対向する円弧状の内側転走面５２ａが形成された一対の内輪５２、５２と、これら内輪５２と外方部材５１の両転走面間に保持器５３を介して転動自在に収容された複列のボール５４、５４とを備え、内輪５２の小径側端面５２ｂ、５２ｂが突合せ状態で衝合して背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成している。そして、外方部材５１の両端部にシール５５、５５が装着されると共に、内輪５２の外径に摺接され、軸受内部に封入されたグリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等の異物が軸受内部に侵入するのを防止している。

また、アンギュラ玉軸受で構成された、図７に示す軽量化した車輪用軸受も知られている（例えば、特許文献２参照。）。この車輪用軸受５９は、外方部材６０と内輪６１がパイプ材から冷間のローリング加工によって形成され、外方部材６０の外径の中央部を凹ませて環状凹部５６が形成され、内周に環状凸部５７がフラット形状に形成されている。そして、外方部材６０の外径と環状凹部５６の繋ぎ部の曲率半径Ｒが、ボール５４の半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲となる円弧状に形成され、この部位が略均等な肉厚に設定されている。これにより、肩部５８に亀裂が発生するのを防止し、かつ、旋回モーメント負荷時にボール５４の接触楕円が肩部５８を乗り上げてエッジロードが発生するのを防止することができ、軸受の耐久性を向上させることができる。ここで、エッジロードとは、角部等に発生する過大な応力集中のことで、早期剥離の要因の一つとなる事象を言う。
特開２００７−１２０７７１号公報 特開２００８−２５６０７３号公報

車両が走行時にスリップ等で縁石に側方からタイヤが衝突した際、こうした車輪用軸受５０、５９には衝撃的なモーメント荷重が負荷される。この場合、内輪５２、６１、また、外方部材５１、６０にも負荷されるが、特に、内輪５２、６１に対して外方部材５１、６０は軸心からの寸法が大きい分、このモーメント荷重が大きくなり、内輪５２、６１に比べ外方部材５１、６０の方が破損する割合が高い。

然しながら、車輪用軸受５９では、外方部材６０と内輪６１は均等な肉厚に形成され、その肉厚が略均等に設定されているため、外方部材６０が破損する恐れが高くなる。ここで、外方部材６０と内輪６１の肉厚を厚くして強度・剛性を高めれば良いが、これでは、軽量化に逆行すると共に、加工性が低下し、精度低下を招来して好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、外方部材の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化と低コスト化を図ると共に、軸受の耐久性の向上を図った車輪用軸受およびこれを備えた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

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、内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、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形成された一対の内輪と、これら内輪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ボールとを備え、前記内輪の小径側端面が突合せ状態で衝合し、背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受において、前記外方部材と内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の中央部を凹ませて環状凹部が形成され、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が前記外側転走面の曲率中心と略同心で所定の曲率半径からなる円弧状に形成されると共に、前記外方部材が略均等な肉厚に設定され、通常走行で考えられる旋回加速度の条件の下で、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、当該外方部材の溝底部の肉厚Ｔｍｏが、前記内輪の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ）なるように設定されている。

このように、背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受において、外方部材と内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、外方部材の外径の中央部を凹ませて環状凹部が形成され、外径と環状凹部の繋ぎ部が外側転走面の曲率中心と略同心で所定の曲率半径からなる円弧状に形成されると共に、外方部材が略均等な肉厚に設定され、当該外方部材の溝底部の肉厚Ｔｍｏが、内輪の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ）なるように設定されているので、軽量・コンパクト化と低コスト化を図ると共に、内輪の所定の強度を確保しつつ、外方部材の破損強度を高め、耐久性を向上させることができ、軸受の耐久性の向上を図った車輪用軸受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、前記繋ぎ部の曲率半径Ｒが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲になるように設定されていれば、肉厚が薄くなり剛性が低下することもなく、また、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下することもない。

また、請求項３に記載の発明のように、前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、当該内輪の肉厚が略均等になるように設定されると共に、前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｓｉよりも大きく（Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）なるように設定されていれば、車輪用軸受に衝撃的なモーメント荷重が負荷されても、外方部材の破損強度を高め、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、前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、前記溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく設定（Ｔｓｏ＞Ｔｍｏ）されていれば、この種の薄肉形状の外方部材において、効果的に強度を高めることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｓｉが、前記溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく設定（Ｔｓｉ＞Ｔｍｉ）されていれば、この種の薄肉形状の内輪において、効果的に強度を高めることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記外方部材と内輪が、パイプ材から冷間のローリング加工によって形成されていれば、肉厚を略均等にすることができると共に、形状、寸法を所定の精度に確保することができる。

また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから肩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と、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、ナックルに内嵌された前記請求項１乃至６いずれかに車輪用軸受とを備え、前記ハブ輪に等速自在継手の外側継手部材がセレーションを介して内嵌され、前記一対の内輪が前記ハブ輪の肩部と前記外側継手部材の肩部とで挟持され、所定の軸受予圧が付与されている。

このように、第１世代構造の車輪用軸受装置において、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから肩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と、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た前記請求項１乃至６いずれかの車輪用軸受とを備え、前記ハブ輪に等速自在継手の外側継手部材がセレーションを介して内嵌され、前記一対の内輪が前記ハブ輪の肩部と前記外側継手部材の肩部とで挟持され、所定の軸受予圧が付与されているので、軸受剛性が高くなると共に、軸受の転がり疲労寿命が向上した駆動輪用の車輪用軸受装置となる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記外方部材の接触角方向の作用線上で、前記外方部材の外径と前記ナックルとの間に空間が設けられ、または／および前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、接触角方向の作用線上で、前記大径側の内径面と前記ハブ輪の小径段部との間に空間が設けられていれば、軽量化を図ることができる。

また、請求項９に記載の発明のように、前記内輪の前記ハブ輪の小径段部との嵌合幅Ａが、接触角方向の作用線と嵌合部との交点間距離Ｂよりも小さく、かつ前記複列のボール間ピッチＰよりも大きく設定（Ｐ＜Ａ＜Ｂ）されていれば、軽量化を図りつつハブ輪と内輪との間のクリープを防止するのに充分な嵌合力を確保することができる。

また、請求項１０に記載の発明のように、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジの内径部と外径部から軸方向に延びる軸受嵌合部およびブレーキドラム部がそれぞれ形成されたハブドラムと、ハブドラムの軸受嵌合部に所定のシメシロを介して圧入内嵌された前記請求項１乃至６いずれかの車輪用軸受とを備え、前記射利ン用軸受が懸架装置のスピンドルの嵌合面に外嵌され、前記一対の内輪が前記スピンドルの肩部と固定ナットとで挟持され、所定の軸受予圧が付与されているので、第１世代構造の車輪用軸受装置において、軸受剛性が高くなると共に、軸受の転がり疲労寿命が向上した従動輪用の車輪用軸受装置となる。

また、請求項１１に記載の発明のように、前記外方部材の接触角方向の作用線上で、前記外方部材の外径と前記ハブドラムとの間に空間が設けられ、または／および前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、接触角方向の作用線上で、前記大径側の内径面と前記スピンドルの嵌合面外径との間に空間が設けられていれば、軽量化を図ることができる。

本発明に係る車輪用軸受は、内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、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形成された一対の内輪と、これら内輪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ボールとを備え、前記内輪の小径側端面が突合せ状態で衝合し、背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受において、前記外方部材と内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の中央部を凹ませて環状凹部が形成され、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が前記外側転走面の曲率中心と略同心で所定の曲率半径からなる円弧状に形成されると共に、前記外方部材が略均等な肉厚に設定され、通常走行で考えられる旋回加速度の条件の下で、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、当該外方部材の溝底部の肉厚Ｔｍｏが、前記内輪の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ）なるように設定されているので、軽量・コンパクト化と低コスト化を図ると共に、内輪の所定の強度を確保しつつ、外方部材の破損強度を高め、耐久性を向上させることができ、軸受の耐久性の向上を図った車輪用軸受を提供することができる。

内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、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形成された一対の内輪と、これら内輪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ボールとを備え、前記内輪の小径側端面が突合せ状態で衝合し、背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受において、前記外方部材と内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の中央部を凹ませて環状凹部が形成され、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が前記外側転走面の曲率中心と略同心で所定の曲率半径からなる円弧状に形成されると共に、前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、前記外方部材と内輪が略均等な肉厚に設定され、通常走行で考えられる旋回加速度の条件の下で、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、当該外方部材の溝底部の肉厚Ｔｍｏと接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、前記内輪の溝底部の肉厚Ｔｍｉと接触角方向の肉厚Ｔｓｉよりもそれぞれ大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ、Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）なるように設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づ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の車輪用軸受を示す拡大図、図３（ａ）は、図２の外方部材単体を示す縦断面図、（ｂ）は、図２の内輪単体を示す縦断面図、図４は、本発明に係る外方部材の製造工程を示す説明図、図５は、本発明に係る車輪用軸受装置の他の実施形態を示す縦断面図である。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第１世代構造をなし、ハブ輪１と、このハブ輪１に装着される車輪用軸受２とを備えている。ハブ輪１には等速自在継手３がトルク伝達自在に内嵌され、固定ナット４を介してハブ輪１と等速自在継手３が分離可能に一体化されている。

ハブ輪１は、アウター側の一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５を有し、外周にこの車輪取付フランジ５から肩部１ａを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）１ｃが形成されている。このハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、鍛造後に熱処理はされず組織は生のままである。また、曲げ強度に対する疲労強度増加のために鍛造後に調質処理を行う方法や、肩部１ａから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理をしても良い。

等速自在継手３は、外側継手部材１５と継手内輪１６とケージ１７およびトルク伝達ボール１８を備えている。外側継手部材１５は、カップ状のマウス部１９と、このマウス部１９の底部となる肩部２０と、この肩部２０から軸方向に延びる軸部２１を一体に有している。軸部２１の外周にはハブ輪１のセレーション１ｃに係合するセレーション２１ａと、このセレーション２１ａの端部に雄ねじ２１ｂが形成されている。

車輪用軸受２は、外方部材７と一対の内輪８、８と、両部材間に収容された複列のボール１０、１０とを備え、外方部材７が懸架装置を構成するナックル６に内嵌されると共に、一対の内輪８、８がハブ輪１の小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、内輪８、８の小径側（正面側）端面８ｂ、８ｂが突合せ状態で衝合され、所謂背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成している。また、外側継手部材１５の肩部２０が内輪８の大径側（背面）端面８ｃと衝合するまでハブ輪１に外側継手部材１５がセレーション１ｃ、２１ａを介して内嵌されると共に、一対の内輪８、８がハブ輪１の肩部１ａと外側継手部材１５の肩部２０に挟持された状態で固定されている。さらに、雄ねじ２１ｂに固定ナット４を所定の締付トルクで緊締することにより所定の軸受予圧が付与されている。これにより、軸受剛性が高くなると共に、軸受の転がり疲労寿命が向上した駆動輪用の車輪用軸受装置となる。

車輪用軸受２は、図２に拡大して示すように、外方部材７の内周に複列の円弧状の外側転走面７ａ、７ａが形成されると共に、外周にこれら複列の外側転走面７ａ、７ａに対向する円弧状の内側転走面８ａ、８ａが一対の内輪８、８にそれぞれ形成されている。そして、両転走面間に保持器９、９を介して転動自在に複列のボール１０、１０が収容されると共に、外方部材７と内輪８との間に形成される環状空間の開口部にシール１１、１２が装着され、軸受内部に封入されたグリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等の異物が軸受内部に侵入するのを防止している。

アウター側のシール１１は、外方部材７の両端部に形成された円筒状の嵌合部１３に圧入される芯金２２と、この芯金２２に加硫接着等により一体に接合され、ニトリルゴム等のエラストマからなるシール部材２３とからなる一体型のシールを構成している。芯金２２は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成されている。また、シール部材２３は、内輪８の肩部１４に所定のシメシロを介して摺接される一対のラジアルリップ２３ａ、２３ｂを備えている。

インナー側のシール１２は、断面略Ｌ字状に形成された環状のシール板２４とスリンガ２５とからなる、所謂パックシールを構成している。シール板２４は、外方部材７の嵌合部１３に圧入される芯金２６と、この芯金２６に一体に加硫接着されたシール部材２７とからなる。芯金２６は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成されている。また、シール部材２７は、径方向外方に傾斜して延びるサイドリップ２７ａと、二股状に形成されたグリースリップ２７ｂと中間リップ２７ｃとを備えている。

一方、スリンガ２５は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）やフェライト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、内輪８の肩部１４に圧入される円筒部２５ａと、この円筒部２５ａから径方向外方に延びる立板部２５ｂとからなる。そして、シール部材２７のサイドリップ２７ａが立板部２５ｂに摺接されると共に、グリースリップ２７ｂと中間リップ２７ｃが円筒部２５ａにそれぞれ摺接されている。

ここで、外方部材７および内輪８は、ＳＵＪ２等の軸受鋼やＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼からなるパイプ材をプレス加工または冷間のローリング加工（以下、塑性加工という）によって形成されている。具体的には、図４（ａ）に示すように、鋼材バー３２から所定の寸法に切断されたビレット３３を熱間鍛造および旋削加工により素材となるパイプ材３４に形成されるか、（ｂ）に示すように、鋼管３５を所定の寸法に切断して素材となるパイプ材３６に形成されている。このような工程で製作されたパイプ材３４、３６が、（ｃ）に示すように、外方部材７の場合、内周金型３７に外挿された状態で、内周金型３７と外周金型３８との間に挟持されると共に、両金型３７、３８を互いに逆方向に回転させながら接近させることにより、パイプ材３４、３６が所定の形状・寸法に成形される。ここで、素材となるパイプ材３４、３６が両金型３７、３８によって薄肉化され、これに伴い、幅方向にも圧延されるが、外周金型３８の鍔部３８ａで両端面を規制することにより、より高精度な外方部材７を製作することができる。

そして、ＳＵＪ２はズブ焼や高周波焼入れ、浸炭鋼は浸炭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。外方部材７および内輪８の材質としてこれ以外にも、ＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼やＳ５３Ｃ等の炭素鋼を例示することができる。

一方、炭素鋼の場合、少なくとも外方部材７においては複列の外側転走面７ａ、７ａが高周波焼入れによる全体加熱によって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されると共に、内輪８においては内側転走面８ａが高周波焼入れによる全体加熱によって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施される。そして、これらの両転走面７ａ、８ａは、研削加工によって所定の寸法、精度に形成され、その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。

次に、図３を用いて、外方部材７および内輪８の構成について詳細に説明する。
外方部材７は、（ａ）に示すように、素材となるパイプ材から塑性加工により、内周に径方向内方に突出する環状凸部２８と、この環状凸部２８の両側に複列の円弧状の外側転走面７ａ、７ａが形成されると共に、両端部にシール１１、１２の嵌合部１３、１３が形成される。そして、複列の外側転走面７ａ、７ａをはじめ、嵌合部１３は、塑性加工後の熱処理後に研削加工によって所定の寸法、精度に形成される。なお、塑性加工でバリが発生する両端面は加工後に旋削加工され、必要に応じてさらに熱処理後に研削加工が施される。これにより、生産性が向上して歩留まりが良く、また、低コスト化ができると共に、従来の軸受と同等の精度や密封性を確保することができる。

ここで、外側転走面７ａから環状凸部２８の肩高さを適切に確保するために、外方部材７の塑性加工時、環状凸部２８の内径をフラット形状に形成すると共に、外方部材７の中央部を凹ませて環状凹部２９を形成し肩部３０に素材を充足させるようにしている。

また、外方部材７の外径７ｂと環状凹部２９との繋ぎ部３１の曲率半径Ｒが所定の範囲になるように設定され、外方部材７の接触角α方向の作用線上で、外方部材７の外径７ｂとナックル６との間に空間が設けられている。具体的には、繋ぎ部３１と外側転走面７ａの曲率中心とが略同一位置になるように設定されると共に、ボール１０の半径をＲｗとした時、この曲率半径Ｒ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲に設定されている。これにより、この部位の肉厚が略均等に形成できると共に、肩部３０に亀裂が発生するのを防止し、かつ、旋回モーメント負荷時にボール１０の接触楕円が肩部３０を乗り上げてエッジロードが発生するのを防止することができ、軸受の耐久性を向上させた車輪用軸受２を提供することができる。

なお、繋ぎ部３１の曲率半径Ｒがボール１０の半径Ｒｗの１．５倍より小さい場合、肉厚が薄くなり剛性が低下してモーメント負荷時の応力に耐えられず、また、ボール１０の半径Ｒｗの１．８倍を超えた場合、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下するだけでなく、従来の鍛造成形品と大差ない形状となって軽量・コンパクト化に総じて寄与しなくなるためである。ここで、略均等とは、成形前のパイプ材の肉厚が均等であり、繋ぎ部３１も円弧を形成する目的以外に特に塑性流動させることなく成形を行った結果得られた形状の肉厚の状態を意味し、繋ぎ部３１の円弧を形成する際の材料の肉の変位により僅かに肉薄となったり肉厚となる状態は含むことを意味する。

一方、内輪８は、（ｂ）に示すように、素材となるパイプ材から塑性加工により、外周に円弧状の内側転走面８ａと、この内側転走面８ａから軸方向に延びる円筒状の肩部１４が形成される。ここで、この肩部１４はアウター側のシール１１のシールランド部、およびインナー側のシール１２の嵌合面となり、塑性加工後の熱処理後に内側転走面８ａと同時に総形砥石によって研削加工され、所定の寸法、精度に形成される。なお、外方部材７と同様、塑性加工でバリが発生する両端面は加工後に旋削加工され、必要に応じてさらに熱処理後に研削加工が施される。これにより、生産性が向上して歩留まりが良く、また、低コスト化ができると共に、従来の軸受と同等の精度や密封性を確保することができる。

一般的に、内輪の内側転走面は外方部材の外側転走面と異なり、内輪の内側転走面の曲率半径が外方部材の外側転走面の曲率半径よりも小さく設定されているが、車両の旋回走行時に各転走面が受ける接触面圧は、内輪の内側転走面はボールと凸同士の接触状態となるため、内輪の方が外方部材よりも高くなる。そのため、特に、薄肉の内輪および外方部材を使用した場合、旋回走行時に各転走面が受ける接触面圧により、外方部材の外径側と内輪の内径側のそれぞれ接触角方向の作用線上の応力が破損する限界値以下でなければならない。したがって、接触角方向の肉厚においては、内輪の肉厚と外方部材の肉厚が等しいか、僅かに内輪の方が外方部材に比べ肉厚になるように設定されている。

然しながら、通常走行で考えられる旋回Ｇ（加速度）の条件の下では、本出願人が検証した結果では、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、内輪の接触角方向の作用線上の内径側の方が応力振幅が充分小さく、例えば、ＳＵＳ２等の軸受鋼では、焼入れ後研削加工なし品で疲労限値が６１０ＭＰａ以下である。また、車輪用軸受に衝撃的なモーメント荷重が負荷された場合に、内輪が破損しない限界値は、例えば、ＳＵＳ２等の軸受鋼では、焼入れ焼戻し後の引張強度１８００ＭＰａ以下となる。ここで、本実施形態では、このような強度を備えた内輪８で、外方部材７の接触角α方向の肉厚Ｔｓｏを内輪８の接触角α方向の肉厚Ｔｓｉよりも厚くなるように設定されている（Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）。これにより、内輪８の所定の強度を確保しつつ、車輪用軸受２に衝撃的なモーメント荷重が負荷されても外方部材７の破損強度を高め、耐久性を向上させることができる。

また、外方部材７と内輪８の溝底部の肉厚Ｔｍｏ、Ｔｍｉにおいても、外方部材７の溝底部の肉厚Ｔｍｏが、内輪８の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも厚くなるように設定されている（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ）。これにより、外方部材７の破損強度を高め、耐久性を向上させることができる。この種の薄肉形状の外方部材７および内輪８では、各転走面７ａ、８ａの溝底部の肉厚Ｔｍｏ、Ｔｍｉよりも、接触角方向の肉厚Ｔｓｏ、Ｔｓｉの方が強度に関しては支配的であるため、外方部材７の接触角α方向の肉厚Ｔｓｏが、溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく設定されている（Ｔｓｏ＞Ｔｍｏ）。同様に、内輪８の接触角α方向の肉厚Ｔｓｉが、溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく設定されている（Ｔｓｉ＞Ｔｍｉ）。

因みに、本出願人は、車輪用軸受の従来形状品に対し、外方部材と内輪のうちどちらか一方を薄肉形状に組み替え、各剛性の比較試験を実施したところ、図６に示す従来形状に対し、外方部材の方を薄肉形状にした方が、内輪を薄肉形状にした時よりも剛性の低下割合が大きくなることが判った。すなわち、外方部材を薄肉化するに当り、外方部材の肉厚を内輪の肉厚よりも厚くする方が軸受剛性の低下を効果的に抑えることができ、操縦安定性を向上させることができる。さらに、回転側となる内輪を外方部材よりも薄肉化して軽量化を図った方が、回転による慣性力が減少し、車輪回転の加減速がスムーズになって操縦安定性を向上させることができる。

また、本実施形態では、内輪８の大径側の内径面８ｄが内側転走面８ａの曲率中心と略同心の円弧状に形成され、内輪８の肉厚が略均等になるように設定されると共に、接触角α方向の作用線上で、この大径側の内径面８ｄとハブ輪１の小径段部１ｂとの間に空間が設けられ、図２に示すように、内輪８の嵌合部（ハブ輪１の小径段部１ｂ）との嵌合幅Ａが、接触角α方向の作用線と嵌合部との交点間距離Ｂよりも小さく、かつ車輪用軸受２の複列のボール１０間ピッチＰよりも大きく設定されている。これにより、軽量化を図りつつ、ハブ輪１と内輪８との間のクリープを防止するのに充分な嵌合力を確保することができる。ここで、クリープとは、嵌合シメシロ不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動して嵌合面が鏡面化し、場合によってはかじりを伴い焼付きや溶着する現象をいう。

図５に、本発明に係る車輪用軸受装置の他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置も第１世代構造をなし、ハブドラム３９と、このハブドラム３９に内嵌される車輪用軸受２とを備えている。車輪用軸受２は、懸架装置のスピンドル４０に外嵌され、固定ナット４を介して車輪用軸受２とスピンドル４０が分離可能に一体化されている。なお、この実施形態は、前述したものと車輪用軸受２の構成は同じであり、その他同一部品や部位には同じ符号を付けて重複した説明を省く。

ハブドラム３９は、アウター側の一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５を有し、ハブフランジ５の外径部から軸方向に延びる円筒状のブレーキドラム部３９ａが形成されると共に、ハブフランジ５の内径部から軸方向に延びる円筒状の軸受嵌合部３９ｂが形成されている。このハブドラム３９はねずみ鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄で形成されている。ブレーキドラム部３９ａにはブレーキシュー（図示せず）が押し付けられ、制動力が生じる。また、軸受嵌合部３９ｂのインナー側の内径には、止め輪装着溝４２が設けられ、止め輪４１が装着されることで、軸受嵌合部３９ｂに所定のシメシロを介して圧入された車輪用軸受２の抜け防止となっている。

スピンドル４０は、インナー側に肩部４３と、この肩部４３から軸方向に延びる軸部４４と、この軸部４４の端部に雄ねじ２１ｂがそれぞれ形成されている。このスピンドル４０は、懸架装置の端部に、懸架装置とは別の部品としてねじ止め固定、または溶接等の接合手段で一体の部品として設けられている。

ハブドラム３９に圧入された車輪用軸受２は、肩部４３と衝合するまでスピンドル４０
に外嵌されると共に、一対の内輪８、８がスピンドル４０の肩部４３と固定ナット４に挟持された状態で固定されている。さらに、雄ねじ２１ｂに固定ナット４を所定の締付トルクで緊締することにより所定の軸受予圧が付与されている。これにより、軸受剛性が高くなると共に、軸受の転がり疲労寿命が向上した外方部材が回転する従動輪用の車輪用軸受装置となる。

ここで、本実施形態では、前述した実施形態と同様、外方部材７の溝底部の肉厚Ｔｍｏと接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、内輪８の溝底部の肉厚Ｔｍｉと接触角方向の肉厚Ｔｓｉよりもそれぞれ大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ、Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）なるように設定されているので、内輪８の所定の強度を確保しつつ、車輪用軸受２に衝撃的なモーメント荷重が負荷されても外方部材７の破損強度を高め、耐久性を向上させることができる。

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、一端部に車輪取付フランジを一体に有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された一対の内輪とを備えた第１世代構造の車輪用軸受装置、および一端部に車輪取付フランジを一体に有するハブドラムと、このハブドラムに圧入された一対の内輪とを備えた第１世代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の車輪用軸受を示す拡大図である。 （ａ）は、図２の外方部材輪単体を示す縦断面図である。 （ｂ）は、同上、内輪単体を示す縦断面図である。 本発明に係る外方部材の製造工程を示す説明図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の他の実施形態を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受を示す縦断面図である。 他の従来の車輪用軸受を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ、１４、２０、３０、４３・・・肩部
１ｂ・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
１ｃ、２１ａ・・・・・・・・・・・セレーション
２・・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
３・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
４・・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
５・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
７・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
７ａ・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
７ｂ・・・・・・・・・・・・・・・外径
８・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
８ａ・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面
８ｂ・・・・・・・・・・・・・・・小径側端面
８ｃ・・・・・・・・・・・・・・・大径側端面
８ｄ・・・・・・・・・・・・・・・大径側の内径面
９・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１０・・・・・・・・・・・・・・・ボール
１１・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のシール
１２・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のシール
１３・・・・・・・・・・・・・・・嵌合部
１５・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１６・・・・・・・・・・・・・・・継手内輪
１７・・・・・・・・・・・・・・・ケージ
１８・・・・・・・・・・・・・・・トルク伝達ボール
１９・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
２１、４４・・・・・・・・・・・・軸部
２１ｂ・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
２２、２６・・・・・・・・・・・・芯金
２３、２７・・・・・・・・・・・・シール部材
２３ａ、２３ｂ・・・・・・・・・・ラジアルリップ
２４・・・・・・・・・・・・・・・シール板
２５・・・・・・・・・・・・・・・スリンガ
２５ａ・・・・・・・・・・・・・・円筒部
２５ｂ・・・・・・・・・・・・・・立板部
２７ａ・・・・・・・・・・・・・・サイドリップ
２７ｂ・・・・・・・・・・・・・・グリースリップ
２７ｃ・・・・・・・・・・・・・・中間リップ
２８・・・・・・・・・・・・・・・環状凸部
２９・・・・・・・・・・・・・・・環状凹部
３１・・・・・・・・・・・・・・・繋ぎ部
３２・・・・・・・・・・・・・・・鋼材バー
３３・・・・・・・・・・・・・・・ビレット
３４、３６・・・・・・・・・・・・パイプ材
３５・・・・・・・・・・・・・・・鋼管
３７・・・・・・・・・・・・・・・内周金型
３８・・・・・・・・・・・・・・・外周金型
３８ａ・・・・・・・・・・・・・・鍔部
３９・・・・・・・・・・・・・・・ハブドラム
３９ａ・・・・・・・・・・・・・・ブレーキドラム部
３９ｂ・・・・・・・・・・・・・・軸受嵌合部
４０・・・・・・・・・・・・・・・スピンドル
４１・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
４２・・・・・・・・・・・・・・・止め輪装着溝
５０、５９・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
５１、６０・・・・・・・・・・・・外方部材
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
５２、６１・・・・・・・・・・・・内輪
５２ａ・・・・・・・・・・・・・・内側転走面
５２ｂ・・・・・・・・・・・・・・小径側端面
５３・・・・・・・・・・・・・・・保持器
５４・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・・・・・・・・シール
５６・・・・・・・・・・・・・・・環状凹部
５７・・・・・・・・・・・・・・・環状凸部
５８・・・・・・・・・・・・・・・肩部
Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・内輪の嵌合部との嵌合幅
Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・接触角方向の作用線と嵌合部との交点間距離
Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・複列のボール間ピッチ
Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・・曲率半径
Ｒｗ・・・・・・・・・・・・・・・ボールの半径
Ｔｍｉ・・・・・・・・・・・・・・内輪の溝底部の肉厚
Ｔｍｏ・・・・・・・・・・・・・・外方部材の溝底部の肉厚
Ｔｓｉ・・・・・・・・・・・・・・内輪の接触角方向の肉厚
Ｔｓｏ・・・・・・・・・・・・・・外方部材の接触角方向の肉厚
α・・・・・・・・・・・・・・・・接触角

Claims (11)

1. 内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   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形成された一対の内輪と、
   これら内輪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ボールとを備え、
   前記内輪の小径側端面が突合せ状態で衝合し、背面合せタイプの複列のアンギュラ玉軸受を構成する車輪用軸受において、
   前記外方部材と内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の中央部を凹ませて環状凹部が形成され、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が前記外側転走面の曲率中心と略同心で所定の曲率半径からなる円弧状に形成されると共に、前記外方部材が略均等な肉厚に設定され、通常走行で考えられる旋回加速度の条件の下で、各転走面が受ける最大接触面圧が３０００ＭＰａ以下の場合に、当該外方部材の溝底部の肉厚Ｔｍｏが、前記内輪の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｍｏ≧Ｔｍｉ）なるように設定されていることを特徴とする車輪用軸受。
2. 前記繋ぎ部の曲率半径Ｒが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲になるように設定されている請求項１に記載の車輪用軸受。
3. 前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、当該内輪の肉厚が略均等になるように設定されると共に、前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｓｉよりも大きく（Ｔｓｏ≧Ｔｓｉ）なるよう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。
4. 前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｓｏが、前記溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく設定（Ｔｓｏ＞Ｔｍｏ）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。
5. 前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｓｉが、前記溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく設定（Ｔｓｉ＞Ｔｍｉ）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。
6. 前記外方部材と内輪が、パイプ材から冷間のローリング加工によって形成されている請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受。
7. 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから肩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と、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、ナックルに内嵌された前記請求項１乃至６いずれかの車輪用軸受とを備え、前記ハブ輪に等速自在継手の外側継手部材がセレーションを介して内嵌され、前記一対の内輪が前記ハブ輪の肩部と前記外側継手部材の肩部とで挟持され、所定の軸受予圧が付与されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
8. 前記外方部材の接触角方向の作用線上で、前記外方部材の外径と前記ナックルとの間に空間が設けられ、または／および前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、接触角方向の作用線上で、前記大径側の内径面と前記ハブ輪の小径段部との間に空間が設けられている請求項７に記載の車輪用軸受装置。
9. 前記内輪の前記ハブ輪の小径段部との嵌合幅Ａが、接触角方向の作用線と嵌合部との交点間距離Ｂよりも小さく、かつ前記複列のボール間ピッチＰよりも大きく設定（Ｐ＜Ａ＜Ｂ）されている請求項７または８に記載の車輪用軸受装置。
10. 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジの内径部と外径部から軸方向に延びる軸受嵌合部およびブレーキドラム部がそれぞれ形成されたハブドラムと、ハブドラムの軸受嵌合部に所定のシメシロを介して圧入内嵌された前記請求項１乃至６いずれかの車輪用軸受とを備え、前記射利ン用軸受が懸架装置のスピンドルの嵌合面に外嵌され、前記一対の内輪が前記スピンドルの肩部と固定ナットとで挟持され、所定の軸受予圧が付与されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
11. 前記外方部材の接触角方向の作用線上で、前記外方部材の外径と前記ハブドラムとの間に空間が設けられ、または／および前記内輪の大径側の内径面が前記内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成され、接触角方向の作用線上で、前記大径側の内径面と前記スピンドルの嵌合面外径との間に空間が設けられている請求項１０に記載の車輪用軸受装置。

Images