JP2016002867A - スピンドル軸 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような遅れ破壊の対策を施すことなく、駆動軸用の車輪用軸受装置を従動軸用に用いることが可能なスピンドル軸を提供する。
【解決手段】内径面に雌スプラインが形成された駆動軸側ハブ輪７２を従動軸側に用い、このハブ輪の装着されるスピンドル軸６１で、先端部のねじ部６４と、このねじ部の基端側に段付き部を介して形成されて前記ハブ輪の雌スプライン８０に歯合する雄スプライン６５とを有する軸本体６２と、軸本体の軸付け根アール部を介して軸本体に連設されバックフェース６７とを備え、バックフェースは、ねじ部へのナット部材の螺合によって、ハブ輪の筒状軸部に外嵌され内輪を予圧する。雄スプラインの軸方向長さを、雌スプラインの軸方向長さよりも短く設定し、雄スプラインおよびバックフェースのベアリング押圧部を熱硬化処理部とするとともに、軸付け根アール部を非熱処理部とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピンドル軸に関し、特に内径面に雌スプラインが形成された駆動軸側ハブ輪を従動軸側に用い、このハブ輪に装着されるスピンドル軸に関する。

車輪用軸受装置は、図５に示すように、内周側に複数の外側軌道面１、２が形成された外方部材３と、外周側に複数の内側軌道面４、５が形成された内方部材６と、外方部材３の外側軌道面１、２とこれに対向する内方部材６の内側軌道面４、５との間に配置される転動体７とを有する車輪用軸受８を備える。そして、この車輪用軸受８の内方部材６に、等速自在継手１０の外側継手部材１１の軸部（ステム部）１２が嵌入されるものである。

等速自在継手１０は、外側継手部材１１と、外側継手部材１１の内側に配された内側継手部材１３と、外側継手部材１１と内側継手部材１３との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１４と、外側継手部材１１と内側継手部材１３との間に介在してボール１４を保持するケージ１５とを主要な部材として構成される。

外側継手部材１１は、内側継手部材１３を収容するマウス部１６と、このマウス部１６の底部から突設される前記ステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１６は一端にて開口した椀状で、その内球面１７に、軸方向に延びた複数のトラック溝１８が形成されている。内側継手部材１３は、その外球面１９に、軸方向に延びた複数のトラック溝２０が形成されている。

内方部材６は、車輪取付用のフランジ２１を有するハブ輪２２と、このハブ輪２２に外嵌装着される一対の内輪２３，２４等で構成される。ハブ輪２２は、筒状軸部２５と、この軸部２５の外径面に設けられる前記フランジ２１とを備える。そして、軸部２５のフランジ２１よりもインボード側の外径面には段付部２６が形成され、この段付部２６に内輪２３，２４が外嵌されている。内輪２３，２４の外径面に前記内側軌道面４、５が設けられている。また、フランジ２１には、ボルト装着孔２７が設けられて、ホイールおよびブレーキロータをこのフランジ２１に固定するためのハブボルト２８がこのボルト装着孔２７に装着される。ここで、車両に組付けた状態で車両の外側となる方をアウトボード側と呼び、車両に組付けた状態で車両の内側となる方をインボード側と呼ぶ。

前記ステム部１２は、その反マウス部の端部にねじ部３１が形成され、このねじ部３１とマウス部１６との間に雄スプライン３２が形成されている。また、ハブ輪２２の軸部２５の内周面（内径面）に雌スプライン３３が形成され、ステム部１２がハブ輪２２の軸部２５に挿入された際には、ステム部側の雄スプライン３２とハブ輪側の雌スプライン３３とが係合（嵌合）する。

そして、軸部から突出したステム部１２のねじ部３１にナット部材（ハブナット）３５が螺着され、ハブ輪２２と外側継手部材１１とが連結される。この際、ナット部材３５の内端面（裏面）３５ａと軸部２５の外端面２５ａとが当接するとともに、マウス部１６のステム部側の端面（バックフェース）３６とインボード側の内輪２４の外端面２４ａとが当接する。すなわち、ナット部材３５を締付けることによって、ハブ輪２２が内輪２３、２４を介してナット部材３５とマウス部１６とで挟持される。この場合、アウトボード側の内輪２３のアウトボード側の端面２３ａがハブ輪２２の切欠端面３７に当接し、内輪２３，２４に軸方向の予圧を付与することができる。

従来から自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、所望の軸受剛性を確保するため所定の軸受予圧が付与されている。軸受予圧量の管理は、例えば、ハブ輪と内輪との突き合せ面を精度良く管理すると共に、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材とを固定ナットによって締結する際、この固定ナットの締付トルク（軸力）を所定値に設定することにより行われている。

当然、軸受予圧量は軸受寿命や剛性に影響するものであるが、それだけでなく、車両の安全走行や燃費向上等の環境問題に対して、この軸受予圧量は大きく関わってくる。すなわち、軸受予圧量は軸受の回転トルクと比例関係にあり、予圧量を低下させれば回転トルクが軽減でき燃費向上へ貢献することがきる。一方、軸受の剛性の主要因となる軸受傾き角と軸受予圧量との関係は反比例関係にあるため、予圧量を大きくすれば軸受剛性が向上して軸受傾き角は減少し、車両旋回時に発生するブレーキロータの傾きを抑制することができる。したがって、このような軸受の予圧量を最適に設定することにより、軸受の寿命だけでなく、車両の安全性や燃費向上の面で優れた車輪用軸受装置を提供することができる。

ところで、前記のような車輪用軸受装置では、等速自在継手１０の外側継手部材１１とを連結する場合、ハブナット３５を強固に締め付ける必要がある。しかしながら、強固に締め付けた場合、外側継手部材１１に遅れ破壊が発生するおそれがある。ここで、遅れ破壊とは、一定の引張応力が付加されている状態で、ある時間が経過したのち、外見上はほとんど塑性変形を伴わずに突然脆性的に破壊する現象である。

遅れ破壊が発生しやすい箇所としては、図６に示すように、ねじ部３１と雄スプライン３２との間の段付き部４０と、ステム部１２の付け根アール部４１である。

従来には、ねじ部を有する浸炭部品において、熱処理後の硬さの適正化を図って、遅れ破壊を防止するものがある（特許文献１）。遅れ破壊は熱処理硬化層部のように硬さが硬いほど発生し易い。このため、この特許文献１では、硬度を低下させることで遅れ破壊を防止するものである。

しかしながら、等速自在継手の外側継手部材のステム部の付け根アール部では、捩りに対する強度を確保するために、熱処理による表面硬化が必要不可欠である。このため、従来において、ステム部の付け根アール部での遅れ破壊対策として以下の方法がある。

ステム部１２の付け根アール部４１のアール形状を大きくして、アール部４１に掛かる応力を緩和する方法、マウス部１６の底壁１６ａの肉厚（図６に示す部位の寸法Ｔ）を厚くして、アール部４１に掛かる応力を緩和する方法、及びステム部１２の付け根アール部４１の硬さを、強度を確保できる範囲で低下させる方法（特許文献２）等である。

ところで、前記図５は駆動軸側の車輪用軸受装置を示している。しかしながら、このような駆動側の車輪用軸受装置を、図３と図４に示すように、従動軸側の車輪用軸受装置に流用する場合がある。例えば、４輪駆動（４ＷＤ）がベースの車種で２輪駆動のＦＦ車やＦＲ車を設定する場合に、ＦＦ車やＦＲ車は数量的に余り多くないので、専用のハブ輪を設定するよりも駆動軸側のハブ輪を用いるのがコスト面でメリットがあるためである。ここで、ＦＦ（Front Engine Front Drive）は、エンジンが前にあって駆動輪も前輪にあるもの、ＦＲ（Front Engine Rear Drive）は、エンジンが前にあって駆動輪は後輪にあるもの、４ＷＤ（4 Wheel Drive）は、前輪、及び後輪全てが駆動輪であるものである。

すなわち、４ＷＤの後輪用ハブ輪にダミー軸（駆動軸側の軸）を用いたり、４ＷＤの前輪用ハブ輪にダミー軸（駆動軸側の軸）を用いたりすることができる。つまり、元来、等速自在継手が使用されていた駆動軸用ハブを従動軸用ハブとして使用するケースに、スピンドル軸（ダミー軸）が必要となる。

しかしながら、従動軸側の車輪用軸受装置に流用する場合も、車輪用軸受に予圧を与える目的から、ハブナットを強固に締め付ける必要がある。すなわち、図３では、駆動軸側の固定式等速自在継手の外側継手部材をそのまま使用したものであり、図４では、駆動軸側の固定式等速自在継手の外側継手部材の軸部（ステム部）のみを使用したものである。この場合の外側継手部材は、マウス部１６の底壁１６ａのみを残した形状としている。

特公昭６３−５４５５号公報 特開平５−９５８３号公報

従動軸用のスピンドル軸に、駆動軸用の等速自在継手の外側継手部材を流用した場合においても、遅れ破壊が生じるおそれがある。すなわち、図６に示すように、ねじ部３１と雄スプライン３２との間の段付き部４０と、ステム部１２の付け根アール部４１が遅れ破壊を生じやすい部位となっている。

このため、従動軸用のスピンドル軸に、駆動軸用の等速自在継手の外側継手部材を流用したとしても、前記したような種々の遅れ破壊の対策を施す必要があった。すなわち、ステム部の付け根アール部のアール形状を大きくしたり、マウス部の底壁の肉厚を厚くしたり、ステム部の付け根アール部の硬さを、強度を確保できる範囲で低下させたりする必要がある。このため、生産性に劣るとともに、コスト高となっていた。

そこで、従来のような遅れ破壊の対策を施すことなく、駆動軸用の車輪用軸受装置を従動軸用に用いることが可能なスピンドル軸を提供する。

本発明のスピンドル軸は、内径面に雌スプラインが形成された駆動軸側ハブ輪を従動軸側に用い、このハブ輪の装着されるスピンドル軸であって、先端部のねじ部と、このねじ部の基端側に段付き部を介して形成されて前記ハブ輪の雌スプラインに歯合する雄スプラインとを有する軸本体と、この軸本体の軸付け根アール部を介して軸本体に連設されて、前記ねじ部へのナット部材の螺合によって、ハブ輪の筒状軸部に外嵌される内輪に予圧を付与するバックフェースとを備え、この雄スプラインの軸方向長さを、駆動軸側ハブ輪として使用する際の駆動側スピンドル軸の雄スプラインの軸方向長さよりも短く設定し、雄スプラインおよびバックフェースのベアリング押圧部を熱硬化処理部とするとともに、軸付け根アール部を非熱処理部としたものである。

従動軸側に用いた場合、駆動軸のようにトルクを伝達する機能を必要とせず、予圧をかけるための軸力を発生させるものであればよい。このため、捩りに対する強度を確保する必要がなく、軸付け根アール部を非熱処理部としても問題が生じない。また、雄スプラインの軸方向長さが短ければ、スプラインの製造工程において、転造ラックの幅を短くでき、かつ、熱硬化処理範囲も少なくて済む。

このため、本願発明においては軸付け根アール部を非熱処理部としている。これによって、付け根アール部において硬さが硬くならない。また、雄スプラインおよびバックフェースのベアリング押圧部に熱硬化処理が施されているので、ベアリング（車輪用軸受）に対して、安定した予圧を与えることができる。

雄スプラインの軸方向長さを、ハブ輪の雌スプラインの軸方向長さの１／２以下とすることができる。また、前記熱硬化処理が高周波熱処理であったり、素材が中炭素鋼であったりする。

本発明では、軸付け根アール部を非熱処理部としたので、この付け根アール部において硬さが硬くならず、遅れ破壊の発生を防止できる。また、雄スプラインの軸方向長さが短いので、スプラインの製造工程において、転造ラックの幅を短くでき、製造コストの低減を図ることができる。さらには、熱硬化処理範囲も少なくて済むので、熱処理コストの低減を図ることができる。しかも、スプライン部とバックフェースとの距離を長くとれるので、付け根アール部を非熱処理硬化層とする場合において製造上容易になる。この場合、スプラインを付加する場所は付け根アール部から離間させるのが製造上有利である。このため、バックフェースよりもねじ部側に付加するのが最良である。

雄スプラインおよびバックフェースのベアリング押圧部に熱硬化処理が施されているので、ベアリング（車輪用軸受）に対して、安定した予圧を与えることができる。このため、所望の軸受剛性を確保することができ、軸受の寿命だけでなく、車両の安全性や燃費向上の面で優れた車輪用軸受装置を提供することができる。

雄スプラインの軸方向長さを、ハブ輪の雌スプラインの軸方向長さの１／２以下とすることができ、安定したコスト低減を図ることができる。また、熱処理装置として既存の高周波焼入れ装置をそのまま用いることができる。高周波焼入れに最適な中炭素鋼を用いることができ、安定した硬化層を形成することができる。

本発明のスピンドル軸を用いた従動軸側の車輪用軸受装置の断面図である。 図１に用いられる本発明のスピンドル軸の断面図である。 従来の駆動軸側の等速自在継手の外側継手部材を用いた従動軸側の車輪用軸受装置の断面図である。 従来の駆動軸側の等速自在継手の外側継手部材の軸部のみを用いた従動軸側の車輪用軸受装置の断面図である。 従来の駆動軸側の車輪用軸受装置の断面図である。 図５に示す輪用軸受装置の等速自在継手の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１と図２に基づいて説明する。内周側に複数の外側軌道面５１、５２が形成された外方部材５３と、外周側に複数の内側軌道面５４、５５が形成された内方部材５６と、外方部材５３の外側軌道面５１、５２とこれに対向する内方部材５６の内側軌道面５４、５５との間に配置される転動体５７とを有する車輪用軸受５８を備える。そして、この車輪用軸受（ハブベアリング）５８の内方部材５６に、本発明に係るスピンドル軸６１が嵌入されるものである。

スピンドル軸６１は、図２に示すように、軸本体６２と、この軸本体６２の基端部に連設される外鍔部６３とからなる。軸本体６２は、先端側小径部６２ａと、基端側大径部６２ｂとからなり、先端側小径部６２ａに雄ねじ部６４が形成され、基端側大径部６２ｂの先端側に雄スプライン６５が形成されている。なお、先端側小径部６２ａと基端側大径部６２ｂとのテーパ状段付き部６２ｃが設けられている。スピンドル軸６１は、鋼材を熱間鍛造、旋削工程、そして雄スプライン６５を転造工程により形成して、その後、後述する熱硬化処理工程を施すことにより形成する。

また、外鍔部６３と軸本体６２との間に軸付け根アール部６６が形成される。外鍔部６３には、軸軸付け根アール部６６に連設されて、車輪用軸受（ハブベアリング）５８を押圧して予圧を付与するバックフェース６７が形成される。この場合、外鍔部６３は、例えば、図４に示すように、駆動軸側の車輪用軸受装置の等速自在継手の外側継手部材において、マウス部の底壁のみを残した形状となっている。したがって、スピンドル軸６１は等速自在継手とは異なり車体側と連結されておらずトルク伝達は行われない。

スピンドル軸６１の雄スプライン６５は、この実施形態では、その軸方向長さＸを基端側大径部６２ｂの軸方向長さＬの１／３程度としている。また、この雄スプライン６５およびバックフェース６７のベアリング押圧部６７ａに熱硬化処理が施されて熱硬化処理部Ｓ，Ｓが形成される。このため、軸付け根アール部６６は非熱硬化処理部とされる。熱硬化処理部Ｓの表面硬さはＨＲＣ５７〜６４程度である。

熱硬化処理としては、高周波熱処理（高周波焼入れ）や浸炭焼入等がある。高周波焼入とは、高周波電流の流れているコイル中に焼入に必要な部分を入れ、電磁誘導作用によりジュール熱を発生させて伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入方法である。この場合、スピンドル軸６１の材質は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０ｗｔ〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなる。また、浸炭焼入とは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入を行う方法である。この場合、スピンドル軸６１の素材は、その炭素０．１５％〜０．４５ｗｔ％とし、浸炭焼入処理時の表面炭素濃度（ＣＰ値）を０．５０％〜０．７０％とすることができる。

内方部材５６は、図１に示すように、車輪取付用のフランジ７１を有するハブ輪７２と、このハブ輪７２に外嵌装着される一対の内輪７３，７４等で構成される。すなわち、ハブ輪７２は、筒状軸部７５と、この筒状軸部７５の外径面に設けられる前記フランジ７１とを備える。そして、筒状軸部７５のフランジ７１よりもインボード側の外径面には段付部７６が形成され、この段付部７６に内輪７３，７４が外嵌されている。内輪７３，７４の外径面に前記内側軌道面５４、５５が設けられている。また、フランジ７１には、ボルト装着孔７７が設けられて、ホイールおよびブレーキロータをこのフランジ７１に固定するためのハブボルト７８がこのボルト装着孔７７に装着される。ここで、車両に組付けた状態で車両の外側となる方をアウトボード側と呼び、車両に組付けた状態で車両の内側となる方をインボード側と呼ぶ。

ハブ輪７２の筒状軸部７５の内周面（内径面）に雌スプライン８０が形成され、スピンドル軸６１がハブ輪７２の筒状軸部７５に挿入された際には、スピンドル軸６１の雄スプライン６５とハブ輪７２の雌スプライン８０とが係合（嵌合）する。

そして、ハブ輪７２の筒状軸部７５から突出したスピンドル軸６１のねじ部６４にナット部材（ハブナット）８１が螺着され、ハブ輪２２とスピンドル軸６１とが連結される。この際、ナット部材８１の内端面（裏面）８１ａと筒状軸部７５の外端面７５ａとが当接するとともに、スピンドル軸６１のバックフェース６７のベアリング押圧部６７ａ（熱硬化処理部Ｓ）とインボード側の内輪７４の外端面７４ａとが当接する。すなわち、ナット部材８１を締付けることによって、ハブ輪７２が内輪７４、７５を介してナット部材８１とスピンドル軸６１の外鍔部６３とで挟持される。この場合、アウトボード側の内輪７３のアウトボード側の端面７３ａがハブ輪７２の切欠端面８２に当接し、内輪７３，７４に軸方向の予圧を付与することができる。

ところで、スピンドル軸６１の雄スプライン６５の軸方向長さＸとしては、前記実施形態では、基端側大径部６２ｂの軸方向長さＬの１／３程度に設定していたが（図２参照）、この場合、ハブ輪７２の雌スプライン８０の軸方向長さＹの１／２程度である。

本発明のスピンドル軸６１においては、軸付け根アール部６６を非熱処理部としたので、この軸付け根アール部６６において硬さが硬くならず、遅れ破壊の発生を防止できる。また、雄スプライン６５の軸方向長さが短いので、スプラインの製造工程において、転造ラックの幅を短くでき、製造コストの低減を図ることができる。さらには、熱硬化処理範囲も少なくて済むので、熱処理コストの低減を図ることができる。しかも、雄スプライン６５とバックフェース６７との距離を長くとれるので、軸付け根アール部６６を非熱処理硬化層とする場合において製造上容易になる。この場合、雄スプライン６５を付加する場所は軸付け根アール部６６から離間させるのが製造上有利である。このため、バックフェース６７よりもねじ部側に設けるのが最良である。

雄スプライン６５およびバックフェース６７のベアリング押圧部に熱硬化処理が施されているので、ベアリング（車輪用軸受）に対して、安定した予圧を与えることができる。このため、所望の軸受剛性を確保することができ、軸受の寿命だけでなく、車両の安全性や燃費向上の面で優れた車輪用軸受装置を提供することができる。

雄スプライン６５の軸方向長さＸを、ハブ輪７２の雌スプライン８０の軸方向長さＹの１／２以下とすることができ、安定したコスト低減を図ることができる。雄スプライン６５の軸方向長さとしては、雄スプライン６５と雌スプライン８０の噛合はトルク伝達機能を発揮する必要がなく、ハブナット８１の締め付け時に、いわゆる供回りしない程度の噛合であればよい。

しかしながら、雄スプライン６５の軸方向長さＸが短すぎると、転造加工もしくはプレス成形加工にて雄スプライン６５の成形が困難となり、また、熱処理範囲が小さくなり、熱処理を施しにくくなるおそれがある。このため、雄スプライン６５の軸方向長さＸとしては、１０ｍｍ以上が好ましい。雄スプライン６５の軸方向長さＸが長すぎて、熱処理範囲が軸付け根アール部６６に掛からないよういする必要があり、このため、ハブ輪７２の雌スプライン８０の軸方向長さの１／２以下とするのが好ましい。

また、熱硬化処理部の硬化処理に、高周波焼入れを用いる場合、熱処理装置として既存の高周波焼入れ装置をそのまま用いることができ、製造コストの低減を図ることができる。また、高周波焼入れに最適な中炭素鋼を用いることができ、安定した硬化層を形成することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、前記実施形態では、車輪用軸受５８の転動体としてボールを用いたものであったが、円すいころを用いたものであってもよい。また、スピンドル軸６１は外鍔部６３のタイプで説明したが、図５に示すマウス部を有するタイプであってもよい。

６１ スピンドル軸
６２ 軸本体
６３ 外鍔部
６４ ねじ部
６５ 雄スプライン
６６ 軸付け根アール部
６７ バックフェース
６７ａ ベアリング押圧部
７２ ハブ輪
８０ 雌スプライン
Ｓ 熱硬化処理部

Claims (4)

1. 内径面に雌スプラインが形成された駆動軸側ハブ輪を従動軸側に用い、このハブ輪の装着されるスピンドル軸であって、
   先端部のねじ部と、このねじ部の基端側に段付き部を介して形成されて前記ハブ輪の雌スプラインに歯合する雄スプラインとを有する軸本体と、この軸本体の軸付け根アール部
   を介して軸本体に連設されて、前記ねじ部へのナット部材の螺合によって、ハブ輪の筒状軸部に外嵌される内輪に予圧を付与するバックフェースとを備え、この雄スプラインの軸方向長さを、駆動軸側ハブ輪として使用する際の駆動側スピンドル軸の雄スプラインの軸方向長さよりも短く設定し、雄スプラインおよびバックフェースのベアリング押圧部を熱硬化処理部とするとともに、軸付け根アール部を非熱処理部としたことを特徴とするスピンドル軸。
2. 雄スプラインの軸方向長さを、ハブ輪の雌スプラインの軸方向長さの１／２以下としたことを特徴とする請求項１に記載のスピンドル軸。
3. 前記熱硬化処理部が高周波熱処理にて施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピンドル軸。
4. 素材が中炭素鋼であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手。

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