JP2014134231A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】加締加工に伴う内輪のフープ応力を抑えると共に、加締後のすきま範囲を抑えて軸受の低フリクション化を図っ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の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部4cによって内輪5が所定の軸受予圧が付与された状態で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、内輪5の小端面5b側の肉厚h1がハブ輪4の肩部16の段差Hより大きく、小端面5b側の面積A1が内輪5の内径dの11以上に設定されると共に、ボール3のアウター側の位置に対応する軸方向位置から内輪5の内側転走面5aの溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲L2内に配置されるように設定されているので、加締加工時の内輪5の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えて軸受の低フリクション化を図ることができる。
【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、この加締加工に伴う内輪のフープ応力を抑えると共に、軸受の低フリクション化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8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50は従動輪用の第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(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ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(図示せず)が固定されるボルト挿通孔55が形成されている。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、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジ(図示せず)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。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、図9に拡大して示すように、内輪53の内径面には環状の凹み部62が設けられている。この凹み部62は、内輪53の内側転走面53aが設けられた軸方向範囲Wの略全範囲に亙って設定されている。そして、凹み部62は、軸方向の中央が最も深く円弧状の断面形状とされている。
内輪53の内径面に凹み部62が設けられているので、内輪53をハブ輪52に圧入しても、圧入に伴う拡径力が内輪53の外径面における内側転走面53aの部分に作用することが緩和され、内輪53の内側転走面53aのフープ応力の増大が抑制される。また、加締部52cの加締加工による内側転走面53aのフープ応力の増大もこの凹み部62によって緩和される。そのため、内輪53の径方向や幅方向の肉厚を厚くすることなく、ハブ輪52の小径段部52bへの圧入に伴って内側転走面53aに生ずるフープ応力の増加を抑制することができる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2008−19899号公報
こうした従来の車輪用軸受装置50では、内輪53の圧入および加締部52cの加締加工に伴う内輪53の内側転走面53aに生ずるフープ応力を抑制することができる。近年、この種の加締タイプの車輪用軸受装置には、フープ応力の抑制による内輪53の耐久性の向上と共に、燃費向上のための軽量・コンパクト化に加えて軸受部の低フリクション化が要求されている。
この低フリクション化には、軸受の加締後のすきま、具体的には、負すきまレンジ(範囲)を小さくすることが有効であるとされている。すなわち、フープ応力の抑制とこの低フリクションの両方を考慮した軸受仕様を検討することが重要である。
なお、軸受のフリクションと軸受の加締後のすきまとの関係は、図10に模式的に示すような関係にあることが知られている。すなわち、加締後のすきまがきつい側の負すきまのバラツキを抑えることができれば、図中の斜線部が抑えられるため、全体として低フリクション化を実現することができる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加締加工に伴う内輪のフープ応力を抑えると共に、加締後のすきま範囲を抑えて軸受の低フリクション化を図っ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記載の発明は、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に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面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、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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の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って軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の小端面側の肉厚が前記ハブ輪の肩部の段差よりも大きく、前記内輪の小端面の位置が、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のアウター側の位置に対応する軸方向位置から前記内輪の内側転走面の溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲内に配置されるように設定されている。
ここで、「インナー側の転動体のアウター側の位置」とは、インナー側の転動体におけるアウター側の最も外側の位置を意味する。
このように、ハブ輪の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っ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、内輪の小端面側の肉厚がハブ輪の肩部の段差よりも大きく、内輪の小端面の位置が、複列の転動体のうちインナー側の転動体のアウター側の位置に対応する軸方向位置から内輪の内側転走面の溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲内に配置されるように設定されているので、加締加工における内輪の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えることにより、軸受の低フリクション化を図っ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、前記内輪の小端面側の面積の無次元値を当該内輪の内径の無次元値で除した値が11以上に設定されていれば、加締加工に伴う内輪のフープ応力を抑えると共に、加締後のすきまのバラツキを抑えることができ、軸受の低フリクション化を一層図ることができる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記ハブ輪のインナー側の端部に凹部が形成され、この凹部が前記ハブ輪の肩部の軸方向位置に相当する深さまで形成され、前記小径段部が円筒状に形成されていれば、ハブ輪の軽量化を図ると共に、加締加工による内輪の膨張を抑え、内輪に生ずるフープ応力を低減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、前記ハブ輪の小径段部に断面が略矩形状に形成された間座が外嵌され、前記加締部と前記ハブ輪の肩部との間に前記内輪と間座が挟持された状態で、当該内輪が前記ハブ輪に固定されていれば、内輪の変形を抑えてフープ応力を低減させ、内輪の耐久性の向上を図ると共に、軸受予圧を長期間に亘って適正値に維持することができる。
また、請求項5に記載の発明のように、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定され、前記複列の転動体のサイズが同じで、前記インナー側の転動体の個数が前記アウター側の転動体の個数よりも多く設定されていれば、アウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができると共に、内輪の肉厚を厚くすることができ、加締加工による内輪の変形を抑え、内側転走面の真円度が崩れ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に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面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、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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の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って軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の小端面側の肉厚が前記ハブ輪の肩部の段差よりも大きく、前記内輪の小端面の位置が、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のアウター側の位置に対応する軸方向位置から前記内輪の内側転走面の溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲内に配置されるように設定されているので、加締加工における内輪の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えることにより、軸受の低フリクション化を図っ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の要部拡大図である。 内輪の突当面積/内径と内輪の押し込み限界の関係を示すグラフである。 内輪を模式的に表した模式図である。 軸受のフリクションと軸受の加締後のすきまの関係を示す模式図である。 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。 本発明に係る車輪用軸受装置の第3の実施形態を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図8の要部拡大図である。 軸受のフリクションと軸受の加締後のすきまの関係を示す模式図である。
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両側開口部に装着されたシールとを備え、前記ハブ輪の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って前記内輪が所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の小端面側の肉厚が前記ハブ輪の肩部の段差よりも大きく、前記内輪の小端面側の面積が前記内輪の内径の11以上に無次元化して設定されると共に、前記内輪の小端面の位置が、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のアウター側の位置に対応する軸方向位置から前記内輪の内側転走面の溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲内に配置され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第1の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、内輪の突当面積/内径と内輪の押し込み限界の関係を示すグラフ、図4は、内輪を模式的に表した模式図、図5は、軸受のフリクションと軸受の加締後のすきまとの関係を示す模式図である。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。
図1に示す車輪用軸受装置は駆動輪側の第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から軸方向に延びる円筒状の小径段部4bが形成されている。
また、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、ハブ輪4の小径段部4bに所定のシメシロを介して圧入され、背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成すると共に、小径段部4bの端部を塑性変形させて形成した加締部4cによって内輪5が軸方向に固定されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ることができる。なお、内輪5および転動体3、3はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
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、内側転走面4aをはじめ、後述するシール8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の範囲に硬化処理されている。なお、加締部4cは鍛造加工後の表面硬さの生のままとされている。これにより、車輪取付フランジ6に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、内輪5の嵌合部となる小径段部4bの耐フレッティング性が向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部4cの塑性加工をスムーズに行うことができる。
外方部材2は、外周にナックル(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7、7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。
この外方部材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。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8、9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。
アウター側のシール8は、外方部材2のアウター側端部の内周に所定のシメシロを介して圧入された芯金10と、この芯金10に加硫接着によって一体に接合されたシール部材11とからなる一体型のシールで構成されている。芯金10は、オーステナイト系ステンレス鋼板(JIS規格のSUS304系等)や冷間圧延鋼板(JIS規格のSPCC系等)からプレス加工にて断面略L字状に形成されている。
一方、シール部材11はNBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して形成され、断面が円弧状に形成された基部6bに所定の軸方向シメシロをもって摺接するサイドリップ11aとダストリップ11bおよび軸受内方側に傾斜して形成され、基部6bに所定の径方向シメシロを介して摺接するグリースリップ11cとを有している。
なお、シール部材11の材質としては、NBR以外にも、例えば、耐熱性に優れたHNBR(水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、EPDM(エチレンプロピレンゴム)等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたACM(ポリアクリルゴム)、FKM(フッ素ゴム)、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。
一方、インナー側のシール9は、図2に拡大して示すように、互いに対向配置されたスリンガ12と環状のシール板13とからなる、所謂パックシールで構成されている。スリンガ12は、強磁性体の鋼板、例えば、フェライト系のステンレス鋼板(JIS規格のSUS430系等)、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略L字状に形成され、内輪5の外径面5dに圧入される円筒部12aと、この円筒部12aから径方向外方に延びる立板部12bとからなる。
一方、シール板13は、外方部材2の端部に内嵌される芯金14と、この芯金14に加硫接着により一体に接合されたシール部材15とからなる。芯金14は、オーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略L字状に形成されている。
一方、シール部材15はNBR等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延びるサイドリップ15aと、この内径側で、二股状に形成されたダストリップ15bとグリースリップ15cを有している。サイドリップ15aはスリンガ12の立板部12bのアウター側の側面に所定の軸方向のシメシロを介して摺接すると共に、ダストリップ15bとグリースリップ15cは円筒部12aに所定の径方向のシメシロを介して摺接している。なお、シール部材15の材質としては、例示したNBR以外にも、例えば、耐熱性に優れたHNBR、EPDM等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたACM、FKM、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。
なお、ここでは、転動体3にボールを使用した複列の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3に円錐ころを使用した複列の円錐ころ軸受で構成されたものであっても良い。
この種の加締タイプの車輪用軸受装置においては、軸受の加締後のすきまは、加締前の軸受すきまに対して、加締加工によって内輪5が弾性変形することにより、すきまが減少することが判っているが、すきまのバラツキ(範囲)に関しては、加締前のすきまのバラツキが、例えば、20μmであったとすれば、加締加工によって加締後のすきまのバラツキは全体にシフトするのではなく、例えば、40μmに増加する。これは内輪5の弾性変形のバラツキによる増加であると考えられる。
本出願人は、加締加工によるすきま減少量に大きく影響する内輪の弾性変形のバラツキ、換言すれば、内輪の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えることにより、軸受の低フリクション化を図ることを着想した。
内輪5の固定は、内輪5の小端面5bがハブ輪4の肩部16に衝合するまでハブ輪4の小径段部4bに内輪5が圧入され、円筒状に形成された小径段部4bの端部4c’を加締治具(加締パンチ)によって内輪5の大端面5cに沿って密着した状態で径方向外方に塑性変形させ、内輪5を軸方向に弾性変形(圧縮)させながら加締部4cが形成され、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る。
加締後のすきまのバラツキ(範囲)は、加締前の初期すきまのバラツキと加締加工によるすきま減少量のバラツキの総和であるが、本実施形態では、内輪5において、内側転走面5aの転動体3との接触点P(以下、タッチ位置Pという。)からアウター側(軸受内方側)の部分が、加締加工によるすきま減少量のバラツキに大きく影響するものと着眼し、内輪5の小端面5b側の肉厚が厚く設定されている。
具体的には、内輪5の小端面5b側の肉厚h1が、ハブ輪4の肩部16の段差Hよりも大きく(h1≧H)設定されると共に、内輪5のタッチ位置Pから小端面5bまでの距離L1が短く設定され、内輪5の内径dに対する小端面5b側の面積A1の比率、具体的には、内輪5の小端面5b側の面積A1の無次元値を内径dの無次元値で除した値が11以上に設定されている(A1/d≧11)。さらに、内輪5の小端面5bの位置が、インナー側の転動体3のアウター側の位置(転動体3のうちアウター側の最も外側の位置)に対応する軸方向位置から内側転走面5aの溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲L2内に配置されるように設定されている。これにより、加締加工における内輪5の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えることにより、軸受の低フリクション化を図ることができる。
これは、本出願人が検証した図3の内輪の突当面積/内径と内輪の押し込み限界の関係からも判るように、内輪5の内径dに対する内輪5の小端面5b側の面積A1の比率が11以上であれば、内輪5の弾性変形の感度が低くなる傾向にある。すなわち、図4に示すように、内輪を模式的に表して考えると、内輪5が加締加工によって軸方向に収縮する時、タッチ位置Pよりアウター側の部分L1がすきまの変化に大きく影響する。
ここで、ある荷重が加わった場合の内輪5の変形量は以下の式により求めることができる。σ=εEであるから、F/ΔL×E/L0となり、ΔL=(F×L0)/(A×E)
なお、σは応力、εは歪み、Eは鋼のヤング率、Fは軸力、Aは内輪の断面積、ΔLは内輪の変形量、L0は内輪の幅寸法である。
これを図4に当てはめると、すきま減少に関わる内輪5の変形は、(F×L1)/(A1×E)で表すことができる。なお、A1={(h1+d)−d}π/4
加締加工による荷重(軸力F)は一定で、同一材料を使用するためヤング率Eも同一と考えると、前述した式により、L1が短く、A1が大きい(小端面5bの肉厚が厚い)方が、内輪5の変形が小さくなる、すなわち、加締加工による弾性変形の感度を低く抑えることができる。
また、内輪5の断面形状が略正方形となっており、内輪5の小端面5b側の幅寸法が小さいほど、内輪5の弾性変形の感度が小さくなるが、内輪5の小端面5bの位置を、内輪5の内側転走面5aの溝底位置に対応する軸方向位置よりインナー側に設定すると、車両走行時に転動体3が端部を転がることになり、異音や疲労剥離に影響するため好ましくない。一方、内輪5の小端面5bの位置を、転動体3のアウター側の位置に対応する軸方向位置から内輪5の内側転走面5aの溝底位置に対応する軸方向位置の軸方向範囲に設定することにより、加締加工による内輪5の弾性変形の感度を小さく抑えることができると共に、軽量・コンパクト化され、内輪5およびハブ輪4の研削等の加工範囲を減らして低コスト化を図ることができる。
換言すれば、図5に示すように、バラツキ範囲を小さくできた分を、加締後のすきまがきつい側のバラツキ縮小に充て(図中の改善範囲部分)、全体のバラツキ範囲(図中の斜線にて示すバラツキ範囲)を小さくできることにより、全体として低フリクション化を実現することができる。
図6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、この実施形態は、前述した第1の実施形態(図2)と基本的には左右の転動体のピッチ円直径が異なるだけで、その他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側の第3世代構造をなし、内方部材17と外方部材18、および両部材17、18間に転動自在に収容された複列の転動体3、3とを備えている。内方部材17は、ハブ輪19と、このハブ輪19に所定のシメシロを介して圧入された内輪20とからなる。
ハブ輪19は、アウター側の端部に車輪取付フランジ6を一体に有し、外周に一方の円弧状の内側転走面4aと、この内側転走面4aから軸方向に延びる小径段部19aが形成されている。内輪20は、外周に他方の円弧状の内側転走面20aが形成され、ハブ輪19の小径段部19aに所定のシメシロを介して圧入され、小径段部19aの端部を塑性変形させて形成した加締部4cによって、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪19に対して軸方向に固定されている。
ハブ輪19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、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19a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。一方、内輪20はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
外方部材18は、外周に車体取付フランジ(図示せず)を一体に有し、内周に複列の外側転走面2a、18aが一体に形成されている。この外方部材18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、少なくとも複列の外側転走面2a、18a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、複列の転動体3、3のうちインナー側の転動体3のピッチ円直径PCDiがアウター側の転動体3のピッチ円直径PCDoよりも大径に設定されている(PCDi>PCDo)。そして、複列の転動体3、3のサイズは同じであるが、このピッチ円直径PCDo、PCDiの違いにより、インナー側の転動体3の個数がアウター側の転動体3の個数よりも多く設定されている。
このように、インナー側の転動体3のピッチ円直径PCDiをアウター側の転動体3のピッチ円直径PCDoよりも大径に設定し、その分、インナー側の転動体3の個数がアウター側の転動体3の個数よりも多く設定しているため、アウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができると共に、加締加工による内輪20の変形を抑え、内側転走面20aの真円度が崩れるのを防止することができる。
また、インナー側の転動体3のピッチ円直径PCDiをアウター側の転動体3のピッチ円直径PCDoよりも大径にしたことに伴い、内輪20の肉厚が厚く設定されている。そして、前述した実施形態と同様、内輪20の小端面20b側の肉厚h2を、ハブ輪19の肩部16の段差Hよりも大きく(h2≧H)設定されると共に、内輪20のタッチ位置Pから小端面20bまでの距離L1が短く設定され、内輪5の内径dに対する小端面20b側の面積A2の比率が、無次元化して11以上に設定されている(A2/d≧11)。さらに、内輪20の小端面20bの位置が、複列の転動体3、3のうちインナー側の転動体3のアウター側の位置に対応する軸方向位置から内側転走面20aの溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲L2内に配置されるように設定されている。
これにより、加締加工における内輪20の弾性変形の感度を落とし、加締後のすきまのバラツキを抑えることにより、軸受の低フリクション化を図ることができると共に、加締加工に伴う内輪22のフープ応力を抑えて耐久性を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、ハブ輪19のインナー側の端部に鍛造加工による肉抜きによって凹部21が形成されている。この凹部21は、肩部16の軸方向位置に相当する深さまで形成され、小径段部19aが円筒状に形成されている。これにより、ハブ輪19の軽量化を図ると共に、加締加工による内輪20の膨張を抑え、内輪20の肉厚アップと相俟って、内輪20に生ずるフープ応力を低減させることができる。
図7は、本発明に係る車輪用軸受装置の第3の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第2の実施形態(図6)と基本的には内輪と加締部との間に間座が介装されていることが異なるだけで、その他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側の第3世代構造をなし、内方部材22と外方部材18、および両部材22、18に転動自在に収容された複列の転動体3、3とを備えている。内方部材22は、ハブ輪23と、このハブ輪23に所定のシメシロを介して圧入された内輪20とからなる。
ハブ輪23は、アウター側の端部に車輪取付フランジ6を一体に有し、外周に一方の円弧状の内側転走面4aと、この内側転走面4aから軸方向に延びる小径段部23aが形成されている。そして、内輪20がハブ輪23の小径段部23aに所定のシメシロを介して圧入され、小径段部23aの端部を塑性変形させて形成した加締部4cによって、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪23に対して軸方向に固定されている。
ハブ輪23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、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23a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。
ここで、本実施形態では、ハブ輪23の小径段部23aに断面が略矩形状に形成された間座24が外嵌され、加締部4cとハブ輪23の肩部16との間に内輪20と間座24が挟持された状態で、内輪20がハブ輪23に固定されている。この間座24は鋼系の金属材料、具体的には、S40C等の炭素0.37〜0.43重量%を含む炭素鋼からなり、高周波焼入れ等の熱処理によって表面硬さを40〜50HRCの範囲に硬化処理されている。これにより、内輪20の変形を抑えてフープ応力を低減させ、内輪20の耐久性の向上を図ると共に、軸受予圧を長期間に亘って適正値に維持することができる。
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が圧入され、この内輪が加締部によって固定された加締タイプの第3世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
1、17、22 内方部材
2、18 外方部材
2a、18a 外側転走面
2b 車体取付フランジ
3 転動体
4、19、23 ハブ輪
4a、5a、20a 内側転走面
4b、19a、23a 小径段部
4c 加締部
4c’ 小径段部の端部
5、20 内輪
5b、20b 内輪の小端面
5c 内輪の大端面
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 保持器
8 アウター側のシール
9 インナー側のシール
10、14 芯金
11、15 シール部材
11a、15a サイドリップ
11b、15b ダストリップ
11c、15c グリースリップ
12 スリンガ
12a 円筒部
12b 立板部
13 シール板
16 ハブ輪の肩部
21 凹部
24 間座
50 車輪用軸受装置
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 内輪の大端面
53c 内輪の小端面
54 車輪取付フランジ
55 ボルト挿通孔
56 ボール
57 保持器
58、59 シール
60 外方部材
60a 外側転走面
61 段付部
62 凹み部
A 内輪の断面積
A1、A2 内輪の小端面の面積
d 内輪の内径
E 鋼のヤング率
F 軸力
h1、h2 内輪の小端面側の肉厚
H ハブ輪の肩部の段差
L0 内輪の幅寸法
L1 内輪のタッチ位置から小端面までの距離
L2 インナー側の転動体のアウター側の位置から内側転走面の溝底位置までの範囲
ΔL 内輪の変形量
P 内輪のタッチ位置
W 内側転走面が設けられた軸方向範囲
ε 歪み
σ 応力

Claims (5)

  1. 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に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面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、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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
    前記ハブ輪の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って軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
    前記内輪の小端面側の肉厚が前記ハブ輪の肩部の段差よりも大きく、前記内輪の小端面の位置が、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のアウター側の位置に対応する軸方向位置から前記内輪の内側転走面の溝底位置に対応する軸方向位置までの軸方向範囲内に配置されるように設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記内輪の小端面側の面積の無次元値を当該内輪の内径の無次元値で除した値が11以上に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記ハブ輪のインナー側の端部に凹部が形成され、この凹部が前記ハブ輪の肩部の軸方向位置に相当する深さまで形成され、前記小径段部が円筒状に形成されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記ハブ輪の小径段部に断面が略矩形状に形成された間座が外嵌され、前記加締部と前記ハブ輪の肩部との間に前記内輪と間座が挟持された状態で、当該内輪が前記ハブ輪に固定されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定され、前記複列の転動体のサイズが同じで、前記インナー側の転動体の個数が前記アウター側の転動体の個数よりも多く設定されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
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