JP2010230081A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化を図ると共に、製造工程における保管空間の省スペース化と効率化を図って低コスト化を達成した車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】外方部材７の外径面７ｂと環状凹部２９の繋ぎ部３１が外側転走面７ａの曲率中心と略同心の円弧状に形成されて当該外方部材７が略均等な肉厚に設定され、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て当該内輪８の肉厚が略均等に設定されると共に、内側転走面８ａの溝底部の肉厚Ｔｍｉが外側転走面７ａの溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｍｉ≧Ｔｍｏ）、内輪８の接触角方向の肉厚Ｔｉが外方部材７の接触角方向の肉厚Ｔｏよりも厚く（Ｔｉ≧Ｔｏ）設定され、かつ、肩部１３の内径ｄ１が小径側の端部１４の外径ｄ２よりも大径に設定されている。
【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装置、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と内輪５２との間に形成される環状空間の開口部にシール５５、５６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。

特開２００７−１２０７７１号公報

この種の車輪用軸受では、軸受の軽量・コンパクト化と共に製造コストの低減化が要求されている。ここで、加工設備の小型化や製造工程における保管空間の省スペース化および効率化が製造コストに大きく影響する。通常、製造工程において、例えば、車輪用軸受５０の内輪５２は、図７に示すように、軸方向に同じ方向に揃え、複数段に積み重ねて保管したり、また、待機させる場合がある。この場合、従来の内輪５２では、積層された内輪５２、５２の高さＨ０が嵩むと共に、面取り部５７の形状・寸法によっては内輪５２の位置が安定せず、例え、内径側に支柱５８を設置して倒れを防止しても内輪５２が傾き、同じ方向に整然と積み重ねることは難しい。これでは、保管空間の省スペース化を図ることが困難となるだけでなく、作業性が著しく阻害され、製造コストが高騰する要因となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、内輪の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化を図ると共に、製造工程における保管空間の省スペース化と効率化を図って低コスト化を達成し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複列の円弧状の内側転走面が形成された少なくとも一つの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ボールと、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受装置において、前記内輪に前記内側転走面の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部と、前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小径側の端部が形成され、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て当該内輪の肉厚が略均等に設定されると共に、前記肩部の内径が前記小径側の端部の外径よりも大径に設定されている。

このように、内輪に内側転走面の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部と、内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小径側の端部が形成され、内輪の大径側の内径面が内側転走面の曲率中心と略同心の円弧状に形成されて当該内輪の肉厚が略均等に設定されると共に、肩部の内径が小径側の端部の外径よりも大径に設定されているので、内輪の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化を図ると共に、製造工程で内輪を軸方向に同じ方向に揃え、複数段に積み重ねた場合、肩部の内径部に小径側の端部が収容され、積層された内輪の高さが嵩むことなく内輪の位置が安定し、同じ方向に整然と積み重ねることができ、保管空間の省スペース化と効率化を図って低コスト化を達成し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、前記内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、当該内輪の大径側の内径面の曲率半径Ｒｉが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒｉ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲になるように設定されていれば、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下することがなく、発生応力が疲労限以下になり疲労強度を確保できると共に、充分な軸受剛性が得られ、破壊強度を高めることができる。また、肩部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の接触楕円が肩部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る。

また。請求項３に記載の発明のように、前記外方部材がパイプ材から塑性加工によって形成され、内周の前記複列の外側転走面間に径方向内方に突出する環状凸部と、外周の中央部に環状凹部が形成されると共に、当該外方部材の外径面と前記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の円弧状に形成され、当該外方部材が略均等な肉厚に設定されて前記内側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｉが前記外側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｍｉ≧Ｔｍｏ）なるように設定されていれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、内輪の肉厚の最適化を図って所定の強度を確保しつつ、外方部材の破壊強度を高め、軸受の耐久性の向上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、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｉが前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｏよりも厚く（Ｔｉ≧Ｔｏ）なるように設定されていれば、外方部材よりも高面圧となる内輪の強度・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、前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｏが、前記外側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｏ≧Ｔｍｏ）設定されると共に、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｉが、前記内側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｉ≧Ｔｍｉ）設定されていれば、軽量化を図りつつ、強度・剛性を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記内方部材が一対の前記内輪からなり、これら内輪の内径面と、当該内輪が圧入される相手部材との嵌合幅Ａが、前記内径面の延長と接触角方向の作用線との交点間距離Ｂよりも小さく、かつ前記複列のボールのピッチＰよりも大きく（Ｐ＜Ａ＜Ｂ）設定されていれば、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、本発明のうち請求項７に記載の発明は、前記内方部材が、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、この車輪取付フランジ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内輪とからなると共に、この内輪の大径側の内径面の表面に沿って密着し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加締部が形成され、所定の軸受予圧が付与された状態で当該内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されていれば、軽量・コンパクト化を図ることができると共に、加締部で内輪の大径側の内径面を押え付けて所望の軸力を確保することができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記外方部材と内輪が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。

本発明に係る車輪用軸受装置は、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複列の円弧状の内側転走面が形成された少なくとも一つの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ボールと、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受装置において、前記内輪に前記内側転走面の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部と、前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小径側の端部が形成され、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て当該内輪の肉厚が略均等に設定されると共に、前記肩部の内径が前記小径側の端部の外径よりも大径に設定されているので、内輪の肉厚の最適化を図って軽量・コンパクト化を図ると共に、製造工程で内輪を軸方向に同じ方向に揃え、複数段に積み重ねた場合、肩部の内径部に小径側の端部が収容され、積層された内輪の高さが嵩むことなく内輪の位置が安定し、同じ方向に整然と積み重ねることができ、保管空間の省スペース化と効率化を図って低コスト化を達成した車輪用軸受装置を提供することができる。

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。 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、（ｂ）は、図２の内輪単体を示す縦断面図である。 本発明に係る内輪を積層した状態を示す説明図である。 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。 従来の車輪用軸受を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受の内輪を積層した状態を示す説明図である。

内周に径方向内方に突出する環状凸部と、この環状凸部の両側に複列の円弧状の外側転走面と、外周の中央部に環状凹部がパイプ材から冷間のローリング加工により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と、この内側転走面の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部と、前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小径側の端部がパイプ材から冷間のローリング加工により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、前記外方部材と内輪との間に形成される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装置において、前記外方部材の外径面と前記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の円弧状に形成されて当該外方部材が略均等な肉厚に設定され、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て当該内輪の肉厚が略均等に設定されると共に、前記内側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｉが前記外側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｍｉ≧Ｔｍｏ）、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｉが前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｏよりも厚く（Ｔｉ≧Ｔｏ）設定され、かつ、前記肩部の内径が前記小径側の端部の外径よりも大径に設定されている。

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第１の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、本発明に係る内輪を積層した状態を示す説明図である。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、内周には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５０〜６４ＨＲＣ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。

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、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の外周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７ｃ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、ニトリルゴム等の弾性部材からなるシール部材２３とで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１３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７ｃ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１３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。好ましくは、冷間のローリング加工では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。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、内径面８ｄ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、円弧を形成する際の材料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。

そして、ＳＵＪ２の場合はズブ焼や高周波焼入れ、浸炭鋼で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。なお、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。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。また、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７ｃ、７ｃ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７ｃ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、精度に形成されている。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の内径を形成すると共に、外方部材７の外径７ｂ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、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、この部位の肉厚が略均等に形成されている。これにより、充分な軸受剛性が得られ、破壊強度を高めることができると共に、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。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。

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の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部１３が形成される。好ましくは、冷間ローリング加工では、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。ここで、この肩部１３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て所定の寸法、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。

ここで、本実施形態では、内輪８の接触角α方向の肉厚Ｔｉを外方部材７の接触角α方向の肉厚Ｔｏよりも厚くなるように設定されている（Ｔｉ≧Ｔｏ）。これにより、外方部材７よりも高面圧となる内輪８の強度・耐久性を向上させることができ、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２を提供することができる。

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、内輪８の溝底部の肉厚Ｔｍｉが、外方部材７の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも厚くなるように設定されている（Ｔｍｉ≧Ｔｍｏ）。これにより、内輪８の破壊強度を高め、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Ｔｏ、Ｔｉ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Ｔｏが、溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく設定されている（Ｔｏ≧Ｔｍｏ）。同様に、内輪８の接触角α方向の肉厚Ｔｉが、溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく設定されている（Ｔｉ≧Ｔｍｉ）。これにより、軽量化を図りつつ、強度・剛性を向上させることができる。

また、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（Ｐ＜Ａ＜Ｂ）。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。

また、内輪８の大径側の内径面８ｄの曲率半径Ｒｉが、Ｒｉ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲になるように設定されている。これにより、本出願人が実施した耐久試験では、発生応力が疲労限以下になり疲労強度を確保できると共に、充分な軸受剛性が得られ、破壊強度を高めることができることが判った。また、肩部１３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１３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る。

なお、内径面８ｄの曲率半径Ｒｉ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。

さらに、本実施形態では、内輪８の肩部１３の内径ｄ１が、小径側の端部１４の外径φｄ２よりも大径（φｄ１＞φｄ２）になるように設定されている。これにより、図４に示すように、製造工程で内輪８を軸方向に同じ方向に揃え、複数段に積み重ねた場合、肩部１３の内径部に小径側の端部１４が収容され、積層された内輪８の高さＨ１が嵩むことなく内輪８の位置が安定し、同じ方向に整然と積み重ねることができ、保管空間の省スペース化を図ることができると共に、作業性が向上して低コスト化を達成することができる。

図５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、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受装置は従動輪用の第３世代と称され、内方部材３２と外方部材３３、および両部材３２、３３間に転動自在に収容された複列の転動体１０、１０とを備えている。内方部材３２は、ハブ輪３４と、このハブ輪３４に圧入された内輪８とからなる。

ハブ輪３４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３５を一体に有し、この車輪取付フランジ３５の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト３５ａが植設されている。このハブ輪３４の外周には一方（アウター側）の内側転走面３４ａと、この内側転走面３４ａから肩部３４ｃを介して軸方向に延びる軸状の小径段部３４ｂが形成され、内輪８がこの小径段部３４ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。

内輪８の小径側端面８ｂはハブ輪３４の肩部３４ｃに突き当てられた状態で、小径段部３４ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部３６が形成されている。すなわち、この加締部３６とハブ輪３４の肩部３４ｃとで内輪８を挟持し、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪３４に対して内輪８が軸方向に固定されている。加締部３６は内輪８の大径側の内径面８ｄの表面に沿って密着した状態で塑性変形させて形成され、大径側の内径面８ｄ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３３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３３ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面３３ａ、３３ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面３３ａ、３４ａと３３ａ、８ａ間に複列の転動体１０、１０が収容され、保持器９、９によりこれら複列の転動体１０、１０が転動自在に保持されている。また、外方部材３３と内方部材３２との間に形成される環状空間の開口部にはシール３７、３８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、ハブ輪３４の外周に直接内側転走面３４ａが形成された第３世代と呼称される従動輪用の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、従動輪または駆動輪用の第２世代構造であっても良い。

ハブ輪３４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、内側転走面３４ａをはじめ、アウター側のシール３７が摺接する車輪取付フランジ３５のインナー側の基部３５ｂから小径段部３４ｂ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。なお、加締部３６は、鍛造後の素材表面硬さ１３〜３０ＨＲＣの範囲の未焼入れ部とされている。

外方部材３３は、前記ハブ輪３４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３３ａ、３３ａ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。

ここで、本実施形態では、前述した実施形態と同様、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の大径側の内径面８ｄの曲率半径Ｒｉが、Ｒｉ＝１．５〜１．８Ｒｗの範囲になるように設定されると共に、内輪８の肩部１３の内径ｄ１が、小径側の端部１４の外径φｄ２よりも大径（φｄ１＞φｄ２）になるように設定されている。これにより、軽量化・コンパクト化を図りつつ、強度・剛性を向上させることができると共に、製造工程で内輪８を同じ方向に整然と積み重ねることができ、保管空間の省スペース化を図ることができると共に、作業性が向上して低コスト化を達成することができる。

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、素材となるパイプ材から塑性加工により形成された内輪を備えた第１世代乃至第３世代構造の車輪用軸受装置に適用できる。

１、３４ ハブ輪
１ａ、１３、２０、３０、３４ｃ 肩部
１ｂ、３４ｂ 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、３５ 車輪取付フランジ
６ ナックル
７、３３ 外方部材
７ａ、３３ａ 外側転走面
７ｂ 外径
７ｃ 嵌合部
８ 内輪
８ａ、３４ａ 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、３７ アウター側のシール
１２、３８ インナー側のシール
１４ 内輪の小径側の端部
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 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 内方部材
３３ｂ 車体取付フランジ
３５ａ ハブボルト
３５ｂ 基部
３６ 加締部
５０ 車輪用軸受
５１ 外方部材
５１ａ 外側転走面
５２ 内輪
５２ａ 内側転走面
５２ｂ 小径側端面
５３ 保持器
５４ ボール
５５、５６ シール
５７ 面取り部
５８ 支柱
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
ｄ１ 内輪の肩部の内径
ｄ２ 内輪の小径側の端部の外径
Ｈ０、Ｈ１ 積層された内輪の高さ
Ｐ 複列のボール間ピッチ
Ｒ 曲率半径
Ｒｉ 内輪の大径側の内径部の曲率半径
Ｒｗ ボールの半径
Ｔｉ 内輪の接触角方向の肉厚
Ｔｏ 外方部材の接触角方向の肉厚
Ｔｍｉ 内輪の溝底部の肉厚
Ｔｍｏ 外方部材の溝底部の肉厚
α 接触角

Claims (8)

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複列の円弧状の内側転走面が形成された少なくとも一つの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ボールと、
   前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールとを備えた車輪用軸受装置において、
   前記内輪に前記内側転走面の大径側から軸方向に延びる円筒状の肩部と、前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小径側の端部が形成され、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て当該内輪の肉厚が略均等に設定されると共に、前記肩部の内径が前記小径側の端部の外径よりも大径に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記内輪がパイプ材から塑性加工によって形成され、当該内輪の大径側の内径面の曲率半径Ｒｉが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒｉ＝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装置。
3. 前記外方部材がパイプ材から塑性加工によって形成され、内周の前記複列の外側転走面間に径方向内方に突出する環状凸部と、外周の中央部に環状凹部が形成されると共に、当該外方部材の外径面と前記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の円弧状に形成され、当該外方部材が略均等な肉厚に設定されて前記内側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｉが前記外側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｍｉ≧Ｔｍｏ）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装置。
4. 前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｉが前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｏよりも厚く（Ｔｉ≧Ｔｏ）なるように設定されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記外方部材の接触角方向の肉厚Ｔｏが、前記外側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｏよりも大きく（Ｔｏ≧Ｔｍｏ）設定されると共に、前記内輪の接触角方向の肉厚Ｔｉが、前記内側転走面の溝底部の肉厚Ｔｍｉよりも大きく（Ｔｉ≧Ｔｍｉ）設定されている請求項３または４に記載の車輪用軸受装置。
6. 前記内方部材が一対の前記内輪からなり、これら内輪の内径面と、当該内輪が圧入される相手部材との嵌合幅Ａが、前記内径面の延長と接触角方向の作用線との交点間距離Ｂよりも小さく、かつ前記複列のボールのピッチＰよりも大きく（Ｐ＜Ａ＜Ｂ）設定されている請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置。
7. 前記内方部材が、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、この車輪取付フランジ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内輪とからなると共に、この内輪の大径側の内径面の表面に沿って密着し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加締部が形成され、所定の軸受予圧が付与された状態で当該内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されている請求項１乃至６いずれかに記載の車輪用軸受装置。
8. 前記外方部材と内輪が冷間のローリング加工によって形成されている請求項２乃至７いずれかに記載の車輪用軸受装置。

Images