JP2015028372A - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】シール部材の嵌合力を維持しながら、加締め部を形成する際に、内輪軌道及び外輪軌道に圧痕が形成されるのを防止した車輪支持用転がり軸受ユニットを安価に提供する。
【解決手段】外輪2bは、内周面に複列の外輪軌道5a,5bと、軸方向端部にシール部材を嵌合固定する為の嵌合円筒部23,23aとを有しており、ハブ3bの外周面に設けられた複列の内輪軌道7a,7bと両外輪軌道との間に転動自在に円すいころ4を設けている。両外輪軌道に設けられた熱処理硬化層22,22aの一部が嵌合円筒部の軸方向中間部まで延在され、シール部材の嵌合面24,24aは、嵌合円筒部の熱処理硬化層が形成された部分のみと嵌合している。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニット、特に、ハブ本体の端部を塑性変形させて、ハブ本体に内輪を固定する車輪支持用転がり軸受ユニットに関するものである。
図6は、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットとして、特許文献1に記載された従来構造の1例を示している。車輪支持用転がり軸受ユニット1は、外輪2の内径側にハブ3を、複数個の転動体4,4を介して回転自在に支持している。外輪2は、中炭素鋼製で、内周面に複列の外輪軌道5a,5bを、外周面に静止側フランジ6を、それぞれ有している。外輪2は、使用時には静止側フランジ6が懸架装置を構成するナックル(不図示)に結合固定される為、回転しない。ハブ3は、外周面に複列の内輪軌道7a,7bと回転側フランジ8とを有し、使用時に、回転側フランジ8に結合固定した車輪と共に回転する。各転動体4,4は、両外輪軌道5a,5bと両内輪軌道7a,7bとの間に、両列毎に複数個ずつ、保持器18に保持された状態で転動自在に設けられている。
又、ハブ3は、ハブ本体9と内輪10とを結合固定して成る。ハブ本体9は、中炭素鋼製で、軸方向外端寄り部分の外周面に回転側フランジ8を、軸方向中間部外周面に軸方向外側の内輪軌道7aを、それぞれ直接形成している。尚、軸方向に関して外とは、懸架装置に組み付けた状態で車体の幅方向外側となる側を言い、図1〜3,6の左側となる。一方、軸方向に関して内とは、車体の幅方向中央側となる側を言い、図1〜3,6の右側となる。
前記内輪10は、軸受鋼製で、外周面に軸方向内側の内輪軌道7bを形成している。内輪10は、ハブ本体9の軸方向内端寄り部分に形成された小径段部11に外嵌固定した状態で、ハブ本体9の軸方向内端部に形成した加締め部12により抑え付けられて、ハブ本体9に対し結合固定されている。外輪2の軸方向外端部に内嵌固定したシールリング13により、各転動体4,4を設けた内部空間14の軸方向外側開口部を密封している。又、内部空間14の軸方向内側開口部は、図示しない組合せシールリング又はカバーを、外輪2の軸方向内端部に装着する事で密封している。これにより、内部空間14に封入したグリース等の潤滑剤が外部に漏洩するのを防止すると共に、外部からこの内部空間14内に泥水等の異物が浸入するのを防止している。尚、図示の例では、転動体4,4として円すいころを使用しているが、比較的重量の軽い自動車用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、転動体として玉を使用する事もできる(図7参照)。
転動体として玉を使用した車輪支持用転がり軸受ユニットを組み立てる方法を、図7に示す。ハブ本体9aの周囲に、外輪2a、各転動体4a、及びシールリング13を組み付けた状態で、ハブ本体9aの小径段部11に内輪10aを締り嵌めで内嵌固定する。そして、ハブ本体9aの軸方向内端部に形成した円筒部15を径方向外方に塑性変形させて、加締め部12を形成する。加締め部12を形成する作業は、回転側フランジ8の軸方向外端面を支持台16の上面に載置した状態で、押型17を円筒部15の軸方向内端部に押し付け、円筒部15の軸方向内端部を径方向外方にかしめ拡げる事により行う。
前記押型17の中心軸αは、ハブ本体9aの中心軸βに対し、小さな角度θ(例えば1〜10度程度)だけ傾斜している。加締め部12の加工時に押型17は、その中心軸αをハブ本体9aの中心軸βの回りで(歳差運動による中心軸の軌跡の如く)振れ回り運動させつつ、ハブ本体9aに向け押し付けられる。この為、押型17から円筒部15へは、軸方向に関して外側(図7の下側)に、径方向に関して外方に、それぞれ向いた荷重が加えられ、荷重を加えられる部分が、円筒部15の周方向に関して連続的に変化する。この結果、押型17に加える力を特に大きくしなくても、円筒部15を塑性変形させて、良質の加締め部12を得られる。そして、加締め部12により内輪10aの軸方向内端面を軸方向に抑え付ける事で、内輪10aをハブ本体9aに固定している。
そして、押型17から加えられる径方向及び軸方向に向いた荷重の一部は、荷重の作用方向に存在する転動体4aが支承する事になる。又、ハブ本体9aの小径段部11との締り嵌め嵌合や、押型17からの径方向の荷重によって、内輪は膨張する。図7に示す様な、転動体4aが玉の場合には、内輪10aの膨張に伴って転動体4a(玉)は内輪軌道7cを溝Rに従って軸方向に転動し、接触角を変えながら、内輪軌道7cの膨張後にける最適位置へ移動する。
一方、図6に示す様な、転動体4が円すいころの場合、静止状態の円すいころは内輪軌道7bに沿って軸方向に移動ができない(円すいころは軸方向には転動できない)。従って、内輪10を小径段部11に嵌合した際や、円筒部15に加締め部12を成形した際、転動体4(円すいころ)は、内輪軌道7bや大鍔面に於ける寸法及び角度の微小変化に対応した最適位置へ移動できずに、元の軸方向位置に留まっている。この結果、転動体4の転動面と外輪軌道5b及び内輪軌道7bとの当接部の面圧が高くなり、各軌道5b、7bに圧痕が形成される可能性がある。そして、圧痕が形成された場合には、車輪支持用転がり軸受ユニットの使用時に発生する振動並びに騒音が大きくなるだけでなく、各軌道の転がり疲れ寿命が低下する。
特開2000−343905号公報 特開2007−211794号公報
車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪は、中炭素鋼を熱間鍛造で成形して、旋削等の機械加工で目的の形状に仕上げた後、高周波熱処理で各外輪軌道に熱処理硬化層を形成している。その後、各外輪軌道面は、研削加工及び超仕上加工が施されて、最終形状に仕上げられる。転動体が円すいころの場合、外輪軌道面に形成された熱処理硬化層の一部は、シール部材を嵌合固定する為に外輪軌道面に隣接して設けられたシール嵌合部の途中にまで達する。
シール嵌合部はダイヤモンドホイールで成型した総形砥石を用いて外輪軌道面と一体研削されるが、研削加工では、被研削側の硬さでかつぎ代が変る(砥石を被研削面に押し付けた時、軟らかい部分が深く削れる)。高周波熱処理により熱処理硬化層が形成された部分と非硬化層部分とは比較的(浸炭処理などに比べて)明確に分かれているので、研削加工後、シール嵌合部には、熱処理硬化層部分と非硬化層部分を境とする段差が発生する。この様なシール嵌合部にシール部材(シールリング或いはカバー)を嵌合した場合、シール部材の嵌合面とシール嵌合部との実際の軸方向嵌合幅が減少した状態となり、嵌合力が低下する、或は、嵌合面からの浸水が発生し易くなる。
シール嵌合部の全面に熱処理硬化層を設ければ上記問題は発生しないが、背面組合せ型の複列軸受(特に円すいころ軸受)の場合、外輪の軸方向両端部の肉厚は薄くなる。従って、外輪の軸方向両端部の熱容量が少ない(高温になり易い)事から、高周波熱処理による熱処理硬化層が厚くなり、外輪の外径側に亀裂が発生する虞がある為、シール嵌合部の全体に熱処理硬化層を設けることは困難である。
本発明は、シール部材の嵌合力と嵌合面防水性能とを維持しながら、加締め部を形成する際に、内輪軌道及び外輪軌道に圧痕が形成されるのを防止した、転動体が円すいころである車輪支持用転がり軸受ユニットを安価に提供する事を目的とする。
上記問題を解決するために、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を、軸方向端部にシール部材を嵌合固定する為の嵌合円筒部を、それぞれ有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両内輪軌道と前記両外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた円すいころとを備えている。前記ハブは、外周面に軸方向内側の内輪軌道を設けた内輪を有し、この内輪は、前記ハブの軸方向内側部に外嵌され、更に前記ハブの軸方向内端部に設けた加締め部により前記ハブに対し支持固定されており、前記両外輪軌道には熱処理硬化層が設けられている。
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前記熱処理硬化層の一部が前記嵌合円筒部の軸方向中間部まで延在され、前記シール部材の嵌合面は、前記嵌合円筒部の熱処理硬化層が形成された部分のみと嵌合している。
更に、前記外輪の外周面に、周方向に亘り外輪を回転駆動可能な凹凸部を設けている。
或いは、前記内輪の小鍔側外周面が円錐面形状の鍛造面であり、前記小鍔側外周面の母線が、前記内輪の大鍔側外周面と交差している。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、外輪軌道面に形成した熱処理硬化層の一部を嵌合円筒部の軸方向中間部分まで延在させると共に、シール部材の嵌合面(最大径部)を嵌合円筒部の軸方向端部から軸方向中間部へと後退さている。そして、熱処理硬化層と非熱処理硬化層との境界部分に存在する段差部分を避けて、外輪の熱処理硬化層が形成された部分のみとシール部材を嵌合させている。これにより、外輪に対してシール部材の嵌合力が低下する事を抑制し、シール部材の嵌合面から浸水する事を防止している。
更に、外輪を回転させた状態で、内輪のハブ本体への嵌合やハブの円筒部の加締め加工を行っているので、円すいころは、転動しながら少しずつ最適位置へ移動して、ハブと外輪との間に伝わる荷重をほぼ均等に支承できる。この為、各転動体の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部に加わる面圧を低く抑えて、これら各軌道に圧痕が形成され難くしている。この結果、運転時に発生する振動や騒音を低く抑えられ、しかも耐久性の優れた構造を実現している。
又、内輪を旋削加工する際の切削除去量を減らしつつ、鍛造金型の寿命の向上を図る事で、コスト低減した車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する事ができる。
という効果が有る。
第1実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニットを示す上半部断面図。 外側外輪軌道部分を示す拡大断面図。 内側外輪軌道部分を示す拡大断面図。 車輪支持用転がり軸受ユニットの組立方法の説明図。 内輪の形状及び切削取り代の説明図。 従来構造の車輪支持用転がり軸受ユニットを示す断面図。 車輪支持用転がり軸受ユニットの従来の製造方法を示す説明図。
図1〜5は、本発明の実施形態を示している。尚、本実施形態の特徴は、シール部材であるシールリング13及びカバー19の嵌合力を維持しながら、加締め部12を形成する際に、内輪軌道7a,7b及び外輪軌道5a,5bに圧痕が形成されるのを防止した、車輪支持用転がり軸受ユニットの構造にある。その他の部分の構造及び作用は、図6,7に示した構造を含め、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様であるから、重複する部分の図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット1aは、外輪2bと、ハブ3bと、転動体4とを備えている。外輪2bは、中炭素鋼製で、内周面に複列の外輪軌道5a,5bと、軸方向外端部にシール部材であるシールリング13を嵌合固定する為の嵌合円筒部23と、軸方向内端部にシール部材であるカバー19を嵌合固定する為の嵌合円筒部23aと、外周面に全周に亘り凹凸部21とを備えている。バブ3bは、外周面に複列の内輪軌道7a,7bを備えている。円すいころである転動体4は、両内輪軌道7a,7bと両外輪軌道5a,5bとの間に、両列毎に複数個ずつ保持器18aにより保持された状態で転動自在に設けられている。
ハブ3bは、外周面に軸方向外側の内輪軌道7aを有する内輪10bと、外周面に軸方向内側の内輪軌道7bを有する内輪10cとを備えている。軸方向外側の内輪軌道7aを有する内輪10bは、ハブ3bに設けられた小径段部11aの軸方向外側に外嵌され、軸方向内側の内輪軌道7bを有する内輪10cは、小径段部11aの軸方向内側に外嵌されている。そして、両内輪10b,10cは、バブ3bの軸方向内端部に設けた加締め部12によりハブ3bに対し支持固定されている。
各転動体4,4を設けた内部空間14は、その軸方向外側開口部をシールリング13,13aにより、軸方向内側開口部をカバー19により、それぞれ密封している。又、内輪10cの軸方向内側外周面には、車輪の回転速度を検出する他のエンコーダ20が外嵌固定されている。エンコーダ20の被検出面である軸方向内側面は、非磁性体であるカバー19の軸方向外側面に近接対向しており、カバー19の軸方向内側面にセンサ(不図示)を設ける事により、エンコーダ20(車輪)の回転速度を検出している。
図2,3に示す様に、両外輪軌道5a,5bには、高周波熱処理を施す事で熱処理硬化層22,22aがそれぞれ形成されている。軸方向外側の外輪軌道5aに形成された熱処理硬化層22は嵌合円筒部23まで延在しており、熱処理硬化層22と非硬化部(熱処理が施されていない部分)との境界は、嵌合円筒部23の内周面の軸方向中間部に位置している。そして、嵌合円筒部23に内嵌固定されるシールリング13の嵌合面24の外周面は、その軸方向内側半部を軸方向外側半部よりも大径とし(軸方向外側半部は軸方向内側半部よりも小径)、大径である嵌合面24の軸方向内半部を嵌合円筒部23に内嵌固定している。従って、嵌合円筒部23の熱処理硬化層22が形成された部分のみと、シールリング13の嵌合面24が当接する状態で、シールリング13は外輪2bに内嵌固定されている。又、小径である嵌合面24の軸方向外半部には弾性体であるシール材を全周に亘って設ける事により、密封性を向上している。
一方、軸方向内側の外輪軌道5bに形成された熱処理硬化層22aは嵌合円筒部23aまで延在しており、熱処理硬化層22aと非硬化部との境界は、嵌合円筒部23aの内周面の軸方向中間部に位置している。そして、嵌合円筒部23aに内嵌固定されるカバー19の嵌合面24aの外周面は、その軸方向外側半部を軸方向内側半部よりも大径とし(軸方向内側半部は軸方向外側半部よりも小径)、大径である嵌合面24aの軸方向外半部を嵌合円筒部23aに内嵌固定している。従って、嵌合円筒部23aの熱処理硬化層22aが形成された部分のみと、カバー19の嵌合面24aが当接する状態で、カバー19は外輪2bに内嵌固定されている。又、小径である嵌合面24aの軸方向内半部には弾性体であるシール材を全周に亘って設ける事により、密封性を向上している。
以上の様に、熱処理硬化層22,22aと非硬化層との境界に発生する段差を回避し、嵌合円筒部23,23aの熱処理硬化層22,22aが形成された部分のみに嵌合面24,24aの大径部分を嵌合させて、嵌合力や嵌合面防水性能の低下を防止している。
本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット1aを組み立てる際には、保持器18aに保持された転動体4(円すいころ)を各内輪10b,10cに組み付けた各内輪組立体を、外輪2bに組み込む。その後、シールリング13,13aを外輪2bに圧入固定して、中間組立体を構成する。そして、支持台16の上面に設置したハブ本体9bに対して、内輪10cの軸方向内側面を軸方向に押圧して、中間組立体を、ハブ本体9bの小径段部11aに軸方向内側から圧入する。図4に示す様に、ハブ本体9bに対して外輪2bを回転させた状態で、中間組立体の圧入作業は行われる。外輪2bの外周面で、静止側フランジ6の軸方向外側(図4の下側)の鍛造面部分には、全周に亙って凹凸部21を設けており、この凹凸部21に歯車27を噛合させ、歯車27を回転させる事で、外輪2bを回転駆動している。一方、外輪2bの外周面で、静止側フランジ6の軸方向内側(図4の上側)部分には機械加工が施されており、この機械加工された外周面の、回転中心に対して歯車27とは反対側の部分にはローラ28を当接させている。
外輪2bの回転に伴い各転動体4は周方向に公転しながら自転するので、圧入作業時に内輪10cに加えられた荷重が分散する様に、円すいころである各転動体4は各軌道に沿って軸方向に最適位置へ移動する事ができる。これにより、両外輪軌道5a,5b及び両内輪軌道7a,7bに圧痕を生じさせずに、中間組立体をハブ本体9bに圧入できる。尚、円筒部15を塑性変形させて加締め部12を形成する際にも、同様に外輪2bを回転駆動する事で、圧痕の発生を防止する事ができる。又、ローラ28により外輪2bの回転運動をサポートしているので、外周面に静止側フランジ6を有する外輪2bを安定して回転させる事ができる。
ところで、外輪2bの内径側に各内輪10b,10cを組み合わせた中間組立体にハブ本体9bを圧入する際、各内輪10b,10cが外輪2bから分離してしまうと圧入作業が困難となる。本実施形態では、図2,3に示す様に、保持器18aの大径側の円周方向に亘って複数の係止爪25を設け、この係止爪を、外輪軌道面5a,5bと嵌合円筒部23,23aとの間に設けられた係止溝26に係合させている。これにより、軸方向外側の内輪10bがシールリング13に接触したり、軸方向内側の内輪10cが外輪2bから脱落する事を防止して、圧入作業を容易にしている。
又、転動体4が円すいころの場合、図7に示した様な転動体4aが玉である場合と比較して、内輪10b,10cの径方向寸法が厚肉となる。この為、圧入作業の際の圧入荷重が過大であると(内輪10cを規定の位置よりも深く圧入してしまうと)、圧入荷重を除去した後も過大な荷重の状態を維持してしまい、加締め部12を成形後においても過大荷重の状態が固定化され、軸受ユニットの寿命低下に繋がる虞がある。従って、圧入荷重に関しては、内輪10b,10cを規定位置に位置決め可能な最小荷重で行う事が好ましい。
さらに、図3に示す様に、内輪10cの内輪軌道7bにおける小鍔側の外径D1を、加締め部12と内輪10cの軸方向内側面とが接触する部分の外径D2と同等或いは大きくしている(D1≧D2)。これにより、加締め部12を成形する作業に伴う内輪軌道7bの膨張や角度変化を抑制し、内輪軌道7bに圧痕が発生する事を防止している。
又、車輪支持用転がり軸受ユニットは、ブレーキ動作におけるジャダ(異常振動)対策の為、回転側フランジ8のアキシアル振れを抑制する事が求められている。そして、転動体4として円すいころを使用した場合、転動体が玉である場合と比較して、一般的に回転側フランジ8のアキシアル振れは大きくなる。このアキシアル振れは、2つの内輪10b,10cの位相を変化させると、サインカーブにより変化する事が経験的に知られている。従って、アキシアル振れが基準値を超えた時は、軸方向内側の内輪10cをハブ本体9bから引き抜き、位相を変えて再圧入する事でアキシアル振れを低減する事ができる。この為、軸方向内側の内輪10cとハブ本体9bとの締め代は、軸方向外側の内輪10bとハブ本体9bとの締め代よりも小さくして、内輪10cを引き抜き容易とする事が好ましい。
図5に示す様に、円すいころの内輪軌道7bを有する内輪10cは、軸受鋼を熱間鍛造により、外径側を略円錐形状且つ内径側を円筒形状とした鍛造材に成型され(鍛造加工面29を参照)、この鍛造材を旋削加工して所望の形状に成形される。熱間鍛造品は表面に酸化被膜や脱炭層がある為、軸受性能(転がり疲れ寿命)に影響する部分は旋削加工で表面を削り落す必要があるが、本実施形態では、軸受性能に影響がない小鍔側外周面30は鍛造面のままとして旋削加工を施していない。そして、円錐面形状である小鍔側外周面30の母線L2が、大鍔側外周面31と交差する様に鍛造材を成型している。
小鍔側外周面30の軌道面側端部を支点として鍛造線を変化させた時、大鍔側外周面と交差する鍛造線(母線L2)に対して、内輪軌道7bとは反対側に鍛造線L1を設けた場合、内輪軌道7bを加工する際の旋削除去体積が増加してしまい、加工コストが上昇する。一方、内輪軌道7bの側に鍛造線L3を設けた場合、鍛造傾斜部32の面積が大きくなり鍛造金型の寿命に不利となる。従って、小鍔側外周面30の母線L2が大鍔側外周面と交差させる様に鍛造材を成型する事により、旋削除去量を減らしつつ、鍛造金型の寿命向上を図る事ができる。
本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用する事ができる。
1,1a 車輪支持用転がり軸受ユニット
2、2a、2b 外輪
3,3a,3b ハブ
4,4a 転動体
5a〜5d 外輪軌道
6 静止側フランジ
7a〜7d 内輪軌道
8 回転側フランジ
9,9a,9b ハブ本体
10、10a〜10c 内輪
11,11a 小径段部
12 加締め部
13,13a シールリング
14 内部空間
15 円筒部
16 支持台
17 押型
18,18a 保持器
19 カバー
20 エンコーダ
21 凹凸部
22,22a 熱処理硬化層
23,23a 嵌合円筒部
24 嵌合面
25 係止爪
26 係止溝
27 歯車
28 ローラ
29 鍛造加工面
30 小鍔側外周面
31 大鍔側外周面
32 鍛造傾斜部

Claims (3)

  1. 内周面に複列の外輪軌道を、軸方向端部にシール部材を嵌合固定する為の嵌合円筒部を、それぞれ有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両内輪軌道と前記両外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた円すいころとを備え、
    前記ハブは、外周面に軸方向内側の内輪軌道を設けた内輪を有し、この内輪は、前記ハブの軸方向内側部に外嵌され、更に前記ハブの軸方向内端部に設けた加締め部により前記ハブに対し支持固定されており、
    前記両外輪軌道には熱処理硬化層が設けられている車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、
    前記熱処理硬化層の一部が前記嵌合円筒部の軸方向中間部まで延在され、前記シール部材の嵌合面は、前記嵌合円筒部の熱処理硬化層が形成された部分のみと嵌合している事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
  2. 前記外輪の外周面に、周方向に亘り外輪を回転駆動可能な凹凸部を設けている、請求項1に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  3. 前記内輪の小鍔側外周面が円錐面形状の鍛造面であり、前記小鍔側外周面の母線が、前記内輪の大鍔側外周面と交差する、請求項1又は2に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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