JP2023074355A - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の小鍔部が、ハブ輪に設けられた内輪軌道の小鍔面を兼ねる場合であっても、ハブ輪に形成される内輪軌道と小径段部との交点付近において、高周波焼き入れによる過熱状態を防止することができる車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する。【解決手段】内輪１０は、複列の円錐ころ４，４の尾部４ａ，４ａとそれぞれ当接可能な軸方向両側面を持った小鍔部１５を有する。ハブ輪９は、小径段部１３の段差面１３ａと軸方向外側列の内輪軌道１２ａとの間に、段差面側に設けられる凸円弧３０と、内輪軌道側に設けられる、内輪軌道１２ａと鋭角で交差する斜面３１、または凸円弧３０よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する小鍔側つなぎ部３２を備える。【選択図】図３

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に使用される車輪支持用転がり軸受ユニットに関する。

小型トラック、大型乗用車等、比較的重量が嵩む自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットでは、従来、転動体として円錐ころを複列で備えた複列円錐ころ軸受を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６に示すように、特許文献１に記載された複列円すいころ軸受ユニット１００は、ハブ輪１０２と、内輪１０３と、外輪１０４と、それぞれ複数個ずつの第１円すいころ１０５及び第２円すいころ１０６と、第１シールリング１０７と、第２シールリング１０８と、を備える。

そして、内輪１０３の外端部外周面に形成した小鍔部１２３の軸方向両端面は、それぞれ第１、第２各円すいころ１０５，１０６の小径側端面が当接できるように形成される。これにより、第１、第２各円すいころ１０５，１０６の軸方向両端面を、それぞれ大鍔部及び小鍔部の各側面に当接可能とし、第１及び第２各円すいころ１０５，１０６を整列させるのに要する馴染み運転時間を短くでき、ハブ輪１０２の形状を簡素化できる。また、ハブ輪１０２の中間部から内端部に掛かる部分の外周面、並びに、外輪１０４の中間部内周面に、硬化層を形成するため、高周波焼き入れ処理が施されている。

また、特許文献２～４には、高周波焼き入れに際しての局部過熱を抑制する技術が種々記載されている。
例えば、特許文献２に記載のハブユニットでは、大鍔部の案内面と外周面とのなす角度を鈍角に設定して、高周波焼き入れに際しての局部過熱を抑制している。
また、特許文献３に記載のハブユニットでは、大鍔部の案内面と、該案内面に続く大鍔部の外周面とのなす角度を鈍角とし、大鍔部に続く大径部を、外径が略一定の円筒状部分として、高周波焼き入れに際しての局部過熱の抑制と、シール性能を確保している。
さらに、特許文献４に記載のハブユニットでは、ハブ輪に形成される、内輪軌道の硬化層と小径段部の硬化層とを分離して設けることで、熱処理による過熱状態を防止している。

特開２００３－１１３８４１号公報 特開２００５－３１１１号公報 特開２００８－２２３９７３号公報 特開２００６－１３８３５４号公報

ところで、図６に示すように、内輪１０３の小鍔部１２３の軸方向両端面に、第１、第２各円すいころ１０５，１０６の小径側端面が当接自在な車輪支持用転がり軸受ユニットでは、ハブ輪１０２に形成される内輪軌道１１１と小径段部１１２との交点付近において、高周波焼き入れに際して過熱状態が発生しやすくなり、過熱によって組織が粗大化する結果、軸受寿命が低下する虞がある。特に、特許文献１に記載の軸受ユニット１００では、内輪軌道１１１は、小径段部１１２の近傍まで形成されているため、特許文献４のように、内輪軌道と小径段部の高周波焼き入れを分離して施すことができない。

また、ハブ輪に形成される大鍔部においては、特許文献３において、高周波焼き入れによる過熱の抑制と、シール性能を確保する工夫がなされているが、大鍔部の大鍔面と外周面の交点部分の体積が減少しているため、熱容量を稼いで、局部的な過熱を防止することがさらに望まれる。

本発明は、上述の様な事情に鑑み、内輪の小鍔部が、ハブ輪に設けられた内輪軌道の小鍔面を兼ねる場合であっても、ハブ輪に形成される内輪軌道と小径段部との交点付近において、高周波焼き入れによる過熱状態を防止することができる車輪支持用転がり軸受ユニットを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
外周面に複列の内輪軌道を有すると共に、アウトボード側に車輪を支持固定する為の回転側フランジを有するハブと、
前記複列の外輪軌道と前記複列の内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円錐ころと、
を備え、
前記ハブは、アウトボード側からインボード側に向かって、前記回転側フランジ、一方の列の前記内輪軌道、及び小径段部を少なくとも有するハブ輪と、他方の列の前記内輪軌道を有し、アウトボード側端面を前記小径段部の段差面に突き当てた状態で前記小径段部の外周面に外嵌し、前記ハブ輪に固定される内輪と、を備え、
前記内輪は、前記複列の円すいころの尾部とそれぞれ当接可能な軸方向両側面を持った小鍔部を有し、
前記ハブ輪は、前記小径段部の段差面と前記一方の列の内輪軌道との間に、前記段差面側に設けられる凸円弧と、前記内輪軌道側に設けられる、前記内輪軌道と鋭角で交差する斜面、または前記凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する小鍔側つなぎ部を備える、
車輪支持用転がり軸受ユニット。
（２） 前記ハブ輪は、前記一方の列の円すいころの頭部と当接可能な大鍔面を有する大鍔部と、前記大鍔部よりアウトボード側に設けられる外径円筒面と、を備え、
前記ハブ輪は、前記大鍔部の大鍔面と前記外径円筒面との間に、前記大鍔面側に設けられる凸円弧と、前記外径円筒面側に設けられる、前記外径円筒面と鋭角で交差する斜面、または前記大鍔面側の凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部を備える、
請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受ユニット。
（３） 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
外周面に複列の内輪軌道を有すると共に、アウトボード側に車輪を支持固定する為の回転側フランジを有するハブと、
前記複列の外輪軌道と前記複列の内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円錐ころと、
を備え、
前記ハブは、アウトボード側からインボード側に向かって、前記回転側フランジ、一方の列の前記内輪軌道、及び小径段部を少なくとも有するハブ輪と、他方の列の前記内輪軌道を有し、アウトボード側端面を前記小径段部の段差面に突き当てた状態で前記小径段部の外周面に外嵌し、前記ハブ輪に固定される内輪と、を備え、
前記ハブ輪は、前記一方の列の円すいころの頭部と当接可能な大鍔面を有する大鍔部と、前記大鍔部よりアウトボード側に設けられる外径円筒面と、を備え、
前記ハブ輪は、前記大鍔部の大鍔面と前記外径円筒面との間に、前記大鍔面側に設けられる凸円弧と、前記外径円筒面側に設けられる、前記外径円筒面と鋭角で交差する斜面、または前記大鍔面側の凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部を備える、
車輪支持用転がり軸受ユニット。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、内輪の小鍔部が、ハブ輪に設けられた内輪軌道の小鍔面を兼ねる場合であっても、ハブ輪に形成される内輪軌道と小径段部との交点付近において、高周波焼き入れによる過熱状態を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図である。 図１のハブ輪を示す断面図である。 図２のＩＩＩ部拡大図である。 図２のＩＶ部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図である。 従来の車輪支持用転がり軸受ユニットの要部拡大図である。

本発明の一実施形態に係る車輪支持用転がり軸受ユニットに就いて、図１～４を用いて詳細に説明する。尚、本明細書及び特許請求の範囲の全体で、軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向外側となる、図１の左側を言い、「アウトボード側」とも称す。また、反対に車体の幅方向中央側となる、図１の右側を、軸方向に関して「内」と言い、「インボード側」とも称す。

本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、駆動輪用であり、外輪２と、ハブ３と、複数の円錐ころ４、４と、シールリング５と、エンコーダ６と、を主に備える。

外輪２は、外周面に静止側フランジ７を、内周面に複列（２列）の外輪軌道８ａ、８ｂを、それぞれ有している。外輪２は、使用時に、静止側フランジ７を、懸架装置のナックルに結合固定する事により、この懸架装置に支持された状態で回転しない。

ハブ３は、ハブ輪９と内輪１０とにより構成されており、外輪２の内径側に外輪２と同軸（同芯）に配置されている。

ハブ輪９には、外輪２の軸方向外側（アウトボード側）開口から軸方向外方に突出した部分に、外径側に延出して、車輪（駆動輪）及びディスクロータ等の制動用回転部材を支持固定する為の円輪状の回転側フランジ１１が設けられている。具体的に、回転側フランジ１１には複数の挿通孔１１ａが設けられ、各挿通孔１１ａが雌ねじの場合には、それぞれ図示しないハブボルトが螺合されており、各挿通孔１１ａが円筒孔の場合には、スタッドボルトがセレーション嵌合されている。

また、ハブ輪９の外周面には、外輪２の内周面に設けられた軸方向外側列の外輪軌道８ａと対向する部分に、軸方向外側列（一方の列）の内輪軌道１２ａが設けられている。さらに、ハブ輪９の外周面のうち、外輪２の内周面に設けられた軸方向内側（インボード側）列の外輪軌道８ｂと対向する軸方向内端部には、小径段部１３が設けられている。

内輪１０の外周面には、軸方向内側列（他方の列）の内輪軌道１２ｂが設けられている。内輪１０は、そのアウトボード側端面１０ａを小径段部１３の段差面１３ａに突き当てた状態で、ハブ輪９の小径段部１３の外周面に締め代を持って圧入により外嵌され、ハブ輪９に固定されている。
また、内輪１０は、複列の円錐ころ４、４の尾部４ａ，４ａとそれぞれ当接可能な軸方向両側面を持った小鍔部１５を有する。

ハブ輪９の中心部には、軸方向に貫通したスプライン孔１７が形成されている。スプライン孔１７には、図示しないが、車輪支持用転がり軸受ユニットを車体に組み付ける際に、等速ジョイントに結合したスプライン軸が係合され、ナットを螺合することでハブ３に固定される。その際、内輪１０の大鍔部１４の軸方向内端面には、図示しない等速ジョイントの端面、或いは図示しない駆動軸の端部に形成した段部等が突き当たり、内輪１０のアウトボード側端面１０ａが小径段部１３の段差面１３ａと当接することで、上述したように、内輪１０が、ハブ輪９に軸方向に位置決め固定される。

円錐ころ４、４は、軸方向外側列の外輪軌道８ａと内輪軌道１２ａとの間部分、及び、軸方向内側列の外輪軌道８ｂと内輪軌道１２ｂとの間部分に、それぞれ複数ずつ、各列の円錐ころ４、４の尾部４ａ，４ａが向かい合うようにして、保持器２４、２４により保持された状態で転動自在に設けられている。

シールリング５は、外輪２の軸方向外端部に支持固定された状態で、外輪２の内周面と、ハブ輪９の大鍔部１９よりアウトボード側の外径円筒面２０との間に存在する、複数の円錐ころ４、４が設けられた内部空間の軸方向外端開口を塞いでいる。

したがって、本実施形態では、ハブ輪９は、アウトボード側からインボード側に向かって、回転側フランジ１１、外径円筒面２０、大鍔部１９、軸方向外側列の内輪軌道１２ａ、及び小径段部１３を有する。

エンコーダ６は、断面Ｌ字形に形成されるスリンガ１８を介して、内輪１０ａの大鍔部１４の外周面に外嵌固定される。エンコーダ６は、スリンガ１８の軸方向内側面に取り付けられ、図示しない回転検出センサと対向し、車輪の回転速度を検出する。
なお、外輪２の軸方向内端部にも、シール部材を設け、内部空間の軸方向内端開口を塞ぐようにしてもよい。

ここで、ハブ輪９は、主として軸方向外側列の内輪軌道１２ａの性能確保を図るため、図２に示すように、回転側フランジ１１の付け根付近から、外径円筒面２０、大鍔部１９、軸方向外側列の内輪軌道１２ａ、及び小径段部１３にかけて局部的な高周波焼き入れを施して、当該部位に表面硬化層Ｘを形成している（図２の網掛領域参照）。その際、本実施形態では、高周波焼き入れによってハブ輪９の表面に過熱状態となる領域が発生するのを抑制するため、ハブ輪９が以下の形状を有している。

即ち、図３に示すように、ハブ輪９は、小径段部１３の段差面１３ａと軸方向外側列の内輪軌道１２ａとの間に、段差面１３ａ側に設けられる半径ｒ１の凸円弧３０と、内輪軌道側に設けられる、内輪軌道１２ａと鋭角で交差する斜面３１が繋がった断面形状を有する小鍔側つなぎ部３２を備える。即ち、小鍔部側つなぎ部３２は、斜面３１からなる断面形状によって構成される円錐台形状と、凸円弧３０からなる断面形状によって構成される凸球面形状とが繋がって形成される。

これにより、ハブ輪９に形成される内輪軌道１２ａと小径段部１３の段差面１３ａとの交点付近が、角部のない小鍔側つなぎ部３２によって形成され、高周波加熱コイルとの距離を確保することができ、小鍔側つなぎ部３２の高周波焼入れによる過熱状態を防止することができる。

また、斜面３１は、軸方向外側列の内輪軌道１２ａに対して、１０°～２０°の角度θ（本実施形態では、１７°）でさらに傾斜するように形成されている。
また、角度θの下限を１０°としたのでは、小鍔側つなぎ部３２を、円錐ころ４の頭部４ｂが大鍔部１９の大鍔面１９ａに当接した際の小鍔部１５と円錐ころ４の尾部４ａとの間の隙間ｇ（例えば、ｇ＝０．２ｍｍ）と、円錐ころ４の面取り４ｃの軸方向寸法ｓ（例えば、ｓ＝０．６ｍｍ）の和の範囲ｔに収めるためである。また、角度θの上限を２０°としたのは、内輪軌道１２ａと斜面３１との境界部分に過熱状態の発生を防止するとともに、急激な硬化層深さの変化を抑制するためである。

なお、径方向に沿った小径段部１３の段差面１３ａと、斜面３１との角度ａは、θの角度に応じて、５７°～６７°（本実施形態では、６０°）に設定されており、また、軸方向寸法ｂは、凸円弧３０と斜面３１の接点の段差面１３ａからの軸方向距離であり、段差面１３ａの研削取り代が確保できるように凸円弧３０の半径ｒ１と角度aから設定されている。なお、図３中、ｃは、段差面１３ａ及び内輪軌道１２ａの研削取り代を表している。

また、小鍔側つなぎ部３２は、斜面３１の代わりに、段差面側の凸円弧３０よりも半径が大きい他の凸円弧の断面形状としてもよい。なお、この場合も、他の凸円弧の大きさは、内輪軌道１２ａと他の凸円弧との境界部分に過熱状態の発生を防止するとともに、小鍔部１５と円錐ころ４の尾部４ａとの間の上記隙間ｇと、円錐ころ４の面取り４ｃの軸方向寸法ｓの和の範囲ｔに収まるという条件を満たすように設計されればよい。

また、図４に示すように、ハブ輪９は、円錐ころ４の頭部４ｂが組付け状態で当接する円錐面である、大鍔部１９の大鍔面１９ａと、外径円筒面２０との間に、大鍔面側に設けられる半径ｒ２の凸円弧４０と、外径円筒面側に設けられる、大鍔面側の凸円弧４０よりも半径が大きい（本実施形態では、凸円弧４０の半径ｒ２の４倍の半径ｒ３）他の凸円弧４１と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部４２を備える。即ち、大鍔部側つなぎ部４２は、凸円弧４０と他の凸円弧４１からなる断面形状によって構成される２つの凸球面形状が繋がって形成される。

これにより、ハブ輪９に形成される大鍔部１９の大鍔面１９ａと外径円筒面２０との交点付近が、角部のない大鍔側つなぎ部４２によって形成され、高周波加熱コイルとの距離を確保することができ、大鍔側つなぎ部３２の高周波焼入れによる過熱状態を防止することができる。

他の凸円弧４１は、凸円弧４０の半径ｒ２の３倍～５倍の半径ｒ３を有するものであればよい。他の円弧部４１の半径ｒ３を凸円弧４０の半径の３倍以上としたのは、シール摺接面となる外径円筒面２０と他の凸円弧４１との境界部分に、過熱状態の発生を防止するとともに、急激な硬化層深さの変化を抑制するためである。また、他の凸円弧４１の半径ｒ３を凸円弧４０の半径ｒ２の５倍以下としたのは、外径円筒面２０の軸方向幅を確保するためである。

なお、大鍔側つなぎ部４２は、他の凸円弧４１の代わりに、外径円筒面２０と鋭角で交差する斜面であってもよい。この場合も、斜面の角度は、外径円筒面２０の軸方向幅の確保、及び外径円筒面２０と斜面との境界部分における過熱防止のため、１０°～２０°に設定されるのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、ハブ輪９は、小径段部１３の段差面１３ａと軸方向外側列の内輪軌道１２ａとの間に、段差面側に設けられる凸円弧３０と、内輪軌道側に設けられる、内輪軌道１２ａと鋭角で交差する斜面３１、または凸円弧３０よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する小鍔側つなぎ部３２を備える。これにより、内輪１０の小鍔部１５が、ハブ輪９に設けられた内輪軌道１２ａの小鍔面を兼ねる場合であっても、ハブ輪９に形成される内輪軌道１２ａと小径段部１３の段差面１３ａとの交点付近において、高周波焼き入れによる過熱状態を防止することができる。

また、本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、ハブ輪９は、大鍔部１９の大鍔面１９ａと外径円筒面２０との間に、大鍔面側に設けられる凸円弧４０と、外径円筒面側に設けられる、外径円筒面２０と鋭角で交差する斜面、または大鍔面側の凸円弧４０よりも半径が大きい他の凸円弧４１と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部４２を備える。これにより、高周波焼き入れによる過熱の抑制と、シール性能を確保しているが、特に、大鍔部１９の大鍔面１９ａと外径円筒面２０との交点部分の体積が確保されているため、熱容量を稼いで、局部的な過熱を防止することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形及び改良が可能である。
例えば、上記実施形態では、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットについて説明したが、本発明は、これに限らず、図５に示す、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットにも適用可能である。
なお、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａの場合には、外輪２ａの軸方向内端部を塞ぐ部材として、シール部材に加え、エンドキャップを適用してもよい。

即ち、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａでは、内輪１０は、ハブ輪９の小径段部１３に締め代を持って圧入により外嵌固定され、また、ハブ輪９の軸方向内側端部に形成された加締め部２３により、大鍔部１４側の軸方向内端面１４を抑え付け、ハブ輪９に位置決め固定されている。
このような車輪支持用転がり軸受ユニット１においても、上記実施形態と同様に、ハブ輪９には、小鍔側つなぎ部３２と、大鍔側つなぎ部４２を形成することができ、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

１，１ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 外輪
３ ハブ
４ 円錐ころ
５ シールリング
６ エンコーダ
７ 静止側フランジ
８ａ、８ｂ 外輪軌道
９ ハブ輪
１０ 内輪
１１ 回転側フランジ
１２ａ、１２ｂ 内輪軌道
１３ 小径段部
１４ 大鍔部
１５ 小鍔部
２３ 加締め部
２４ 保持器
３０ 凸円弧
３１ 斜面
３２ 小鍔側つなぎ部
４０ 凸円弧
４１ 他の凸円弧
４２ 大鍔側つなぎ部

Claims (3)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
   外周面に複列の内輪軌道を有すると共に、アウトボード側に車輪を支持固定する為の回転側フランジを有するハブと、
   前記複列の外輪軌道と前記複列の内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円錐ころと、
   を備え、
   前記ハブは、アウトボード側からインボード側に向かって、前記回転側フランジ、一方の列の前記内輪軌道、及び小径段部を少なくとも有するハブ輪と、他方の列の前記内輪軌道を有し、アウトボード側端面を前記小径段部の段差面に突き当てた状態で前記小径段部の外周面に外嵌し、前記ハブ輪に固定される内輪と、を備え、
   前記内輪は、前記複列の円すいころの尾部とそれぞれ当接可能な軸方向両側面を持った小鍔部を有し、
   前記ハブ輪は、前記小径段部の段差面と前記一方の列の内輪軌道との間に、前記段差面側に設けられる凸円弧と、前記内輪軌道側に設けられる、前記内輪軌道と鋭角で交差する斜面、または前記凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する小鍔側つなぎ部を備える、
   車輪支持用転がり軸受ユニット。
2. 前記ハブ輪は、前記一方の列の円すいころの頭部と当接可能な大鍔面を有する大鍔部と、前記大鍔部よりアウトボード側に設けられる外径円筒面と、を備え、
   前記ハブ輪は、前記大鍔部の大鍔面と前記外径円筒面との間に、前記大鍔面側に設けられる凸円弧と、前記外径円筒面側に設けられる、前記外径円筒面と鋭角で交差する斜面、または前記大鍔面側の凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部を備える、
   請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受ユニット。
3. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
   外周面に複列の内輪軌道を有すると共に、アウトボード側に車輪を支持固定する為の回転側フランジを有するハブと、
   前記複列の外輪軌道と前記複列の内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円錐ころと、
   を備え、
   前記ハブは、アウトボード側からインボード側に向かって、前記回転側フランジ、一方の列の前記内輪軌道、及び小径段部を少なくとも有するハブ輪と、他方の列の前記内輪軌道を有し、アウトボード側端面を前記小径段部の段差面に突き当てた状態で前記小径段部の外周面に外嵌し、前記ハブ輪に固定される内輪と、を備え、
   前記ハブ輪は、前記一方の列の円すいころの頭部と当接可能な大鍔面を有する大鍔部と、前記大鍔部よりアウトボード側に設けられる外径円筒面と、を備え、
   前記ハブ輪は、前記大鍔部の大鍔面と前記外径円筒面との間に、前記大鍔面側に設けられる凸円弧と、前記外径円筒面側に設けられる、前記外径円筒面と鋭角で交差する斜面、または前記大鍔面側の凸円弧よりも半径が大きい他の凸円弧と、が繋がった断面形状を有する大鍔側つなぎ部を備える、
   車輪支持用転がり軸受ユニット。

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