JP2010167875A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部材の凹部にショットピーニング処理を施すことにより、回転部材の疲労強度を向上させ得る転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブユニット１（転がり軸受装置）の内軸３（回転部材）には、車両アウタ側に開口するとともに中心軸線Ｌ１回りに窪んだ形状の凹部３ｄが形成される。凹部３ｄは、中心軸線Ｌ１上に曲率中心Ｏ１，Ｏ２を位置させる円弧面３ｄ１，３ｄ２を繋ぎ合わせて形成される。円弧面３ｄ１の曲率半径ｒ１は、円弧面３ｄ１を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面面で規定される開口半径Ｒ１に比して大きくなるように設定される。円弧面３ｄ２の曲率半径ｒ２は、円弧面３ｄ２を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ２に比して大きくなるように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、特に自動車の車体と車輪間に介装される転がり軸受装置に関する。

この種の転がり軸受装置は、例えば下記特許文献１に記載されているように、車両インナ側の車体側部材（キャリア、ナックルなど）に固定される外方部材（非回転部材）と、その外方部材と同軸に配置されて車両アウタ側の車輪側部材（タイヤホイール、ブレーキディスクロータなど）を取り付ける内方部材１１１（回転部材）とを備えている（図７参照）。内方部材１１１には、軽量化の観点から、鍛造加工により車両アウタ側に開口するとともに中心軸線Ｌ１００回りに窪んだ形状の凹部１１２を形成するのが一般的である。この凹部１１２は、コストの観点から通常は旋削加工されることなく、鍛造肌部のままとされる。このため、鍛造加工時に生成したスケールの除去を目的として、凹部１１２には周知のショットピーニング処理が施される。このようなショットピーニング処理を施すと、その２次的効果として表面の加工硬化を期待することができる。下記特許文献１に記載の転がり軸受装置では、凹部１１２にショットピーニング処理を施すことにより、内方部材１１１と一体形成された車輪取付フランジ部１１３の形状・寸法や軸部の肉厚を変更することなく、軸部の強度や、回転曲げ疲労しやすい隅部１１４の強度を積極的に高めるようにしている。

しかしながら、図７に示した形状の凹部１１２においては、中心軸線Ｌ１００とほぼ平行な位置関係にある側壁面１１２ａと、中心軸線Ｌ１００とほぼ垂直な位置関係にある底壁面１１２ｂとでショット材の当たり具合が異なる。つまり、底壁面１１２ｂにはショット材が当たりやすいが、側壁面１１２ａにはショット材が当たりにくいので、底壁面１１２ｂの硬さの方が側壁面１１２ａの硬さに比べて高くなる度合いが大きかった。このため、ショットピーニング処理を施すと、内方部材１１１における疲労強度のバランスが崩れ、内方部材１１１の疲労強度を低下させてしまうおそれがあった。

特開２００８−２０７５８７号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、上記内方部材１１１に代表されるような回転部材の凹部にショットピーニング処理を施すことにより、回転部材の疲労強度を向上させ得る転がり軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、車両インナ側の車体側部材に固定される非回転部材と、非回転部材と同軸に配置されて車両アウタ側の車輪側部材を取り付ける回転部材とを備えた転がり軸受装置において、回転部材には、車両アウタ側に開口するとともに中心軸線回りに窪んだ形状の凹部が形成され、該凹部は、中心軸線上に曲率中心を位置させる１又は２以上の円弧面を繋ぎ合わせて形成されており、該円弧面の曲率半径は、該円弧面を中心軸線と直交する投影面に投影させたときの円状投影面面で規定される開口半径に比して大きくなるように設定されていることを特徴とする。

凹部を形成する円弧面の曲率半径が、その円弧面を中心軸線と直交する投影面に投影させたときの円状投影面面で規定される開口半径に比して大きくなるように設定すると、凹部を形成する円弧面上の任意の点における接線が中心軸線に対して傾斜するようになる。すなわち、中心軸線と平行な位置関係にある面を含ませることなく、凹部の内周面を形成できるようになる。したがって、従来の転がり軸受装置と比較して、凹部の全ての範囲においてショット材が当たりやすくなる。このため、凹部の硬さをその全ての範囲において均一に高めることが可能となるので、回転部材の疲労強度を向上させることが可能である。

本発明の実施に際して、凹部が２以上の円弧面を繋ぎ合わせて形成されている場合、各円弧面は、車両インナ側に向かうに従って曲率が大きくなるように配置されていると好適である。回転部材の軽量化を図るためには、凹部をより深く肉抜きした形状とする必要があるが、凹部の深さが深くなればなるほど、その奥側の部位に充分なショットピーニング処理を施すことが困難となる。しかし、車両インナ側に向かうに従って曲率が大きくなるような円弧面を繋ぎ合わせて凹部の内周面を形成するようにすれば、凹部を構成する円弧面の全てにおいてショット材が当たりやすくなる。このため、回転部材の軽量化を図りつつ、回転部材の疲労強度を向上させることが可能である。

本発明の転がり軸受装置を採用したハブユニット（従動輪側）の縦断面図。 本発明の実施例１に係る内軸の要部拡大図。 本発明の実施例２に係る内軸の要部拡大図。 本発明の実施例３に係る内軸の要部拡大図。 実施例３の変形例に係る内軸の要部拡大図。 本発明の変形例に係る内軸（駆動輪側）の縦断面図。 従来例に係る内軸（従動輪側）の縦断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の転がり軸受装置を採用したハブユニット１の縦断面図、図２は内軸３の要部拡大図である。なお、以下の説明において、車両インナ側とは図１における左側を示し、車両アウタ側とは図１における右側を示すものとする。

ハブユニット１は、例えば前輪駆動車の後輪側（従動輪側）のものであり、複列外向きのアンギュラ玉軸受構造とされている。具体的には、ハブユニット１は、車体側のナックル４０（車体側部材）に固定される外輪２（非回転部材）と、この外輪２の中心軸線Ｌ１と同軸に配置されて車輪側のタイヤホイール（図示省略）及びブレーキディスクロータ５０（車輪側部材）を取り付ける内軸３（回転部材）と、内軸３の車両インナ側端部の外周面に嵌着される内輪４と、外輪２と内軸３及び内輪４との間にて周方向に配置される複列の転動体５とを備えている。

外輪２は、軸方向に延びる円筒状の本体部２ａと、本体部２ａの車両インナ側の端部にて径方向外向きに突出形成された車体取付フランジ部２ｂとを備えている。本体部２ａの内周面には、車両インナ側に配列された転動体５用の軌道面２ａ１と、車両アウタ側に配列された転動体５用の軌道面２ａ２とが形成されている。

内軸３は、軸方向に延び出し車両アウタ側にて外輪２から突出する段付き状の軸部３ａと、軸部３ａの車両アウタ側にて軸方向に突出形成された内軸インロウ部３ｂと、軸部３ａの車両アウタ側にて径方向外向きに突出形成された車輪取付フランジ部３ｃとを備えている。

軸部３ａは、車両インナ側の先端に突出形成されたかしめ部３ａ１によるかしめにより、内輪４を車両アウタ側に押圧して段部（肩部）に押し当てた状態で内輪４と一体化されている。軸部３ａの外周面には、外輪２の軌道面２ａ２に対向する軌道面３ａ２が形成されている。また、内輪４の外周面には、外輪２の軌道面２ａ１に対向する軌道面４ａが形成されている。内軸インロウ部３ｂは、ブレーキディスクロータ５０の内輪収容孔５１の内側に挿入される。

車輪取付フランジ部３ｃには、タイヤホイール及びブレーキディスクロータ５０への取付けに使用される複数のボルト挿通孔３ｃ１が形成されており、これらボルト挿通孔３ｃ１にボルト６が圧入嵌合されることにより、タイヤホイール及びブレーキディスクロータ５０が車輪取付フランジ部３ｃに取り付けられる。

外輪２と内軸３との間には、転動体５を配置するための環状空間が形成されており、この環状空間は、車両アウタ側にてリング状のシール部材７により、車両インナ側にてリング状のシール部材８により、外輪２と内軸３及び内輪４とのそれぞれの相対回転を許容した状態で密封されている。

内軸３における軸部３ａ及び内軸インロウ部３ｂには、車両アウタ側に開口するとともに中心軸線Ｌ１回りに窪んだ形状の凹部３ｄが形成されている。凹部３ｄは、図２に示すように、中心軸線Ｌ１上にて曲率中心Ｏ１，Ｏ２を車両アウタ側からこの順に位置させる２つの円弧面３ｄ１，３ｄ２を繋ぎ合わせて形成されている。円弧面３ｄ１は内軸インロウ部３ｂに形成され、円弧面３ｄ２は内軸インロウ部３ｂよりも更に車両インナ側の軸部３ａに形成されている。

円弧面３ｄ１の曲率半径ｒ１は、円弧面３ｄ２の曲率半径ｒ２に比べて大きな値に設定されている（ｒ１＞ｒ２）。換言すれば、円弧面３ｄ２の曲率が、円弧面３ｄ１の曲率よりも大きくなるように設定されている。また、円弧面３ｄ１の曲率半径ｒ１は、その円弧面３ｄ１を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ１（開口端縁Ｅ１と投影中心Ｃ１間の距離）に比べて大きくなるように設定されている（ｒ１＞Ｒ１）。同様に、円弧面３ｄ２の曲率半径ｒ２は、その円弧面３ｄ２を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ２（開口端縁Ｅ２と投影中心Ｃ２間の距離）に比べて大きくなるように設定されている（ｒ２＞Ｒ２）。

円弧面３ｄ１，３ｄ２は、鍛造加工により形成される。円弧面３ｄ１，３ｄ２には、鍛造加工時に生成したスケールの除去を目的として、周知のショットピーニング処理が施される。ショットピーニング処理の２次的効果として、円弧面３ｄ１，３ｄ２が加工硬化される。この実施例１では、ショットピーニング処理により、円弧面３ｄ１，３ｄ２がおよそ２９０ＨＶ程度の硬さとなる。

以上の説明からも明らかなように、この実施例１では、凹部３ｄを形成する円弧面３ｄ１の曲率半径ｒ１が、その円弧面３ｄ１を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面面で規定される開口半径Ｒ１に比して大きくなるように設定され、円弧面３ｄ２の曲率半径ｒ２が、その円弧面３ｄ２を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ２に比して大きくなるように設定されている。したがって、各円弧面３ｄ１，３ｄ２上の任意の点における接線が中心軸線Ｌ１に対して傾斜するようになるので、従来の転がり軸受装置と比較して、円弧面３ｄ１，３ｄ２の全ての範囲においてショット材が当たりやすくなる。これにより、凹部３ｄの硬さをその全ての範囲において均一に高めることができ、内軸３の疲労強度を向上させることができる。

また、上記実施例１では、各円弧面３ｄ１，３ｄ２が、車両インナ側に向かうに従って曲率が大きくなるように配置されている。これにより、内軸３の軽量化を図りつつ、内軸３の疲労強度を向上させることができる。

上記実施例１では、凹部３ｄを、２つの円弧面３ｄ１，３ｄ２を繋ぎ合わせて形成したが、これに限らず、例えば図３に示すように、３つ以上の円弧面を繋ぎ合わせて形成してもよい。図３には、３つの円弧面３ｄ１，３ｄ２，３ｄ３を繋ぎ合わせて凹部３ｄを形成したものが例示されている。この場合、繋ぎ合わせる円弧面の数が多くなるほど、凹部３ｄが滑らかな曲面を呈するようになる。

この実施例２では、円弧面３ｄ３が円弧面３ｄ２よりも更に車両インナ側の軸部３ａに形成されている。円弧面３ｄ３の曲率半径ｒ３は、円弧面３ｄ２の曲率半径ｒ２に比べて小さな値に設定されている（ｒ１＞ｒ２＞ｒ３）。換言すれば、円弧面３ｄ３の曲率が、円弧面３ｄ１，３ｄ２の曲率よりも大きくなるように設定されている。また、円弧面３ｄ３の曲率半径ｒ３は、その円弧面３ｄ３を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ３（開口端縁Ｅ３と投影中心Ｃ３間の距離）に比べて大きくなるように設定されている（ｒ３＞Ｒ３）。

この実施例２によれば、内軸３のより一層の軽量化を図りつつ、内軸３の疲労強度を良好に向上させることができる。

また、例えば図４に示すように、凹部３ｄを１つの円弧面３ｄ１で形成してもよい。この場合、円弧面３ｄ１のような曲率半径が一定となるものに代えて、例えば図５に示すように、複数の円弧面３ｄ１，３ｄ４を繋ぎ合わせて見掛け上１つに見える円弧面を形成してもよい。

円弧面３ｄ１は、上記実施例１，２と同様、曲率中心Ｏ１と、曲率半径ｒ１とで規定される。図５にてＡで示す領域、すなわち投影中心Ｃ１と開口端縁Ｅ１を結ぶ線分と、投影中心Ｃ１と円弧面３ｄ１上の任意の点を結ぶ線分とで形成される角度θがおよそ４５度以下となる領域、及び角度θが１３５度以上１８０度以下となる領域には円弧面３ｄ１が形成されており、図３にてＢで示す領域、すなわち前記角度θが４５度以上１３５度以下の領域には円弧面３ｄ４が形成されている。

円弧面３ｄ４の曲率半径ｒ４は、円弧面３ｄ１の曲率半径ｒ１に比べて大きな値に設定されている（ｒ４＞ｒ１）。また、円弧面３ｄ４の曲率半径ｒ４は、その円弧面３ｄ４を中心軸線Ｌ１と直交する投影面Ｐに投影させたときの円状投影面で規定される開口半径Ｒ４（接続点Ｅ４と投影中心Ｃ４間の距離）に比べて大きくなるように設定されている（ｒ４＞Ｒ４）。

この実施例３の変形例に示すように、凹部３ｄの奥側の壁面が中心軸線Ｌ１に対してより垂直な位置関係に近づくような構成としても、上記実施例１及び２と同様の効果を得ることができる。

また、本発明は、例えば図６に示すような前輪駆動車の前輪側（駆動輪側）の内軸３’に適用することもできる。なお、図６において、上記実施例１と同様の機能を果たす部材、部位には同一の符合を付してある。この場合は、凹部３ｄと、例えば等速ジョイントのスプライン軸とスプライン結合されるスプライン穴３ｅとが連通し、スプライン軸が内軸３’を貫通することとなる。

本発明は、自動車のハブユニットに利用することができる。

１ ハブユニット（転がり軸受装置）
２ 外輪（非回転部材）
３，３’ 内軸（回転部材）
３ａ 軸部
３ｂ 内軸インロウ部
３ｄ 凹部
３ｄ１ 円弧面
３ｄ２ 円弧面
３ｄ３ 円弧面
３ｄ４ 円弧面
Ｌ１ 中心軸線
Ｐ 投影面
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４ 曲率中心
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４ 曲率半径
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 開口半径
４０ ナックル（車体側部材）
５０ ブレーキディスクロータ（車輪側部材）

Claims (2)

1. 車両インナ側の車体側部材に固定される非回転部材と、前記非回転部材と同軸に配置されて車両アウタ側の車輪側部材を取り付ける回転部材とを備えた転がり軸受装置において、
   前記回転部材には、車両アウタ側に開口するとともに中心軸線回りに窪んだ形状の凹部が形成され、該凹部は、前記中心軸線上に曲率中心を位置させる１又は２以上の円弧面を繋ぎ合わせて形成されており、該円弧面の曲率半径は、該円弧面を前記中心軸線と直交する投影面に投影させたときの円状投影面で規定される開口半径に比して大きくなるように設定されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記凹部が２以上の円弧面を繋ぎ合わせて形成されている場合、各円弧面は、車両インナ側に向かうに従って曲率が大きくなるように配置されている請求項１に記載の転がり軸受装置。

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