JP4147779B2

JP4147779B2 - 車輪支持用ハブ軸受ユニット

Info

Publication number: JP4147779B2
Application number: JP2002032790A
Authority: JP
Inventors: 信行萩原; 知弘神戸
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003232377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体の懸架装置に取付けられて、車輪を回転自在に支持する車輪支持用ハブ軸受ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車輪は、車体の懸架装置に取付けた車輪支持用ハブ軸受ユニットにより回転自在に支持している。車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、ハブの外周面には、内輪軌道面が直接的に形成してある一方、ハブの車幅方向内側では、その外周面端部に形成した凹段部に内輪が装着してあり、もう一つの内輪軌道面が形成してある。これら二つの内輪軌道面に半径方向に対向して、外輪が配設してあり、これら二つの内輪軌道面および外輪の外輪軌道面との間に、複数列の転動体が回転自在に介装してある。
【０００３】
ハブの凹段部に、内輪を取付ける際には、ハブの車幅方向内側に、円筒状部を予め形成しておき、この円筒状部の円端部を径方向外方に折曲して加締め部を形成し、この加締め部により内輪の内径の曲面状の面取り部（以下、Ｒ面取り部という）を被覆して、凹段部に内輪を強固に固定している。
【０００４】
図７は、加締め工程を示す断面図である。ハブ１の凹段部３に内輪４を載置して保持部材１１により保持する。ハブ１にあらかじめ形成した円筒状部に、円錐台状の凸部１２と円弧状の凹部１３を有する回転鍛造機の押型１４を押圧し、ハブ１の円筒状部を塑性変形して加締め部９を形成している。
【０００５】
図８は、加締め工程における材料流れを説明するための図である。加締め部９により被覆される内輪４の内径のＲ面取り部１０を単に曲面（本明細書中では、曲面は、軸に平行に切った断面で見た場合の曲線を指すことにする。図８の右下のように座標をとったとき、曲線ｆ（ｘ）は、すべての曲線上の点で連続で、かつ微分不可能な点を除いたすべての点で微分した値が（０、∞）であることを条件とする（ｆ’（ｘ）＞０）。例えば、曲線中に直線が含まれている場合、直線との交点（直線と直線、直線と曲線、曲線と曲線）が存在したとしても、その直線の傾きが正（ｆ’（ｘ）＞０）であれば、上記条件を満たすので、ここでは曲線と呼ぶことにする）に形成している場合（すなわち、図８のＬの範囲に何も細工をしていない場合）には、加締め加工中、ハブ１の材料は、図８の矢印方向に流れる。その流れた材料は、Ａ部で行き止まり、内輪４の径を外方に押し広げる。内輪４の径が外方に大きくなると、軌道面５に強い引張り応力が発生し、寿命が低下する。また、加締め加工中、材料が流れることで、内輪４をクランプするのに余分な荷重（加工力、あるいは加工エネルギー）が必要となり、加工のエネルギーの損失になる。
【０００６】
図９（ａ）は、欧州特許公開ＥＰ０９２７６５１Ａ２公報に開示された内輪の断面図であり、図９（ｂ）は、その内輪の部分的側面図である。この公報では、内輪４のＲ面取り部１０に、粗面手段（rough means）が設けてある。具体的には、ぎざぎざ（indentation）、窪み（notch）などである。
【０００７】
また、図１０は、特開２００１−１２４８４号公報に開示された加締め部の断面図である。この公報では、内輪４の端面に段部１５を設け、加締め部９は、その段部１５を覆うように加締めている。内輪４の段部１５を加締めることにより、内輪４を内径側に引き寄せ、加締め部９を密着させて、内輪４のスプリングバックを小さくしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した欧州特許公開ＥＰ０９２７６５１Ａ２公報（図９）では、内輪４のＲ面取り部１０に設けた窪み等の粗面手段（rough means）は、軸対称（本明細書中では、軸を中心とする物体において、軸を含み軸に平行な面で、物体をどのような角度で切っても、切った断面形状が同じである場合を軸対称と言う）の形状でないため、旋盤で加工することが難しく、加工の工程とコストが増加するという問題があった。
【０００９】
また、上述した特開２００１−１２４８４号公報（図１０）では、内輪４の段部１５が内輪４の端部にあるので、加締め加工終了近くになって段部１５を材料が覆う。そのため、加工中は、材料が流れ続け、段部１５がない場合（すなわち、図８の場合）とほとんど同じである。
【００１０】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、加締め中の材料の流れを防止し、低荷重で加締め加工を行うことができ、しかも、内輪のＲ面取り部の加工を旋盤で行える形状にし、加工工程の削減と加工コストの低減を図った車輪支持用ハブ軸受ユニットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットは、ハブの車幅方向内側の凹段部に、内輪を加締め加工により取付けた車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、内輪の内径側における曲面状の面取り部に、軸対称の周溝を形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットは、ハブの車幅方向内側の凹段部に、内輪を加締め加工により取付けた車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、内輪の内径側における曲面状の面取り部に、軸対称の段を形成したことを特徴とする。
【００１５】
このように、本発明によれば、内輪の内径側における曲面状の面取り部に、周溝または段が形成してある。加締め加工中、これら周溝または段が流れようとする材料を引っ掛けて、材料の流れを防止する。そのため、内輪の軌道面には、強い引張り応力が発生せず、内輪の寿命が低下しない。また、低い荷重（加工力、あるいは加工エネルギー）で内輪をクランプすることができ、回転鍛造による加締め加工のエネルギー損失が少ない。
【００１６】
しかも、これら周溝または段は、軸対称の形状のため、ライン中の旋盤で加工することができ、加工工程の削減と加工コストの低減を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態および参考例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットを図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る車輪支持用ハブ軸受の断面図である。なお、以下の説明において、上述した従来例と同じ構成部分については同じ符号を使って説明する。
【００１９】
図１において、ハブ１の外周面には、内輪軌道面２が直接的に形成してある一方、ハブ１の車幅方向内側では、その外周面端部に形成した凹段部３に内輪４が装着してある。内輪軌道面２および内輪４の内輪軌道面５に対向して、外輪６が配設してある。これにより、ハブ１の内輪軌道面２および内輪４の内輪軌道面５と、外輪６の外輪軌道面７との間に、複数列の転動体８が回転自在に介装してある。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態の第１例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪４の拡大断面図である。
【００２１】
本第１例では、内輪４（加締め部９に近い方の内輪）の内径側における曲面状の面取り部１０に、旋盤で軸対象の周溝２１が設けてある。周溝２１は、１本でも材料の流れを減少させる効果がある。周溝２１を多くつけすぎると、内輪４の内輪軌道面５に引張り応力が生じ寿命が低下することもある。周溝２１の本数は、好適には、１〜３本である。周溝２１の深さは、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍが好適である。周溝２１の深さが０．１ｍｍより浅いと材料の流れを減少させる効果がほとんどない。一方、１．５ｍｍより深いと内輪４に割れを生じる虞があるので好ましくない。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態の第２例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪４の断面図である。
【００２３】
本第２例では、内輪４の内径側における曲面状の面取り部１０に、軸対称の段２２が設けてある。段２２は、１個でも材料の流れを減少させる効果がある。
【００２４】
段２２の段差を１ｍｍより大きくする、あるいは、段２２の数を多くすると、内輪４の内輪軌道面５に円周方向応力が発生し、軸受の寿命が低下する虞れがあるので好ましくない。段２２の段差が０．０５ｍｍより小さい場合は、材料の流れを減少させる効果がほとんどなかった。段２２は、好適には、段差が１ｍｍ以下で、個数は、１〜３個である。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明の参考例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪４の断面図であり、（ｂ）は、旋盤目２３の拡大断面図である。
【００２６】
本参考例では、内輪４の内径側における曲面状の面取り部１０に、旋盤により、粗さＲｙが３０〜５００μｍの軸対称の旋盤目２３が形成してある。粗さＲｙが３０μｍより小さいと材料の流れを減少させる効果が少なかった。また、Ｒｙが５００μｍより大きいと、汎用の旋盤では簡単に形成することが出来ない。旋盤の加工条件は、送り０．５〜５．０ｍｍ／ｒｅｖ、チップのノーズＲが０．４〜１０ｍｍである。
【００２７】
旋盤目２３の断面は、図４（ｂ）の拡大図のように、谷がＲで山が尖っているチップの刃先形状が転写された形状になり、材料が引掛かりやすいという特徴がある。粗いエメリーペーパーで表面をみがいても、このような旋盤目２３の形状にできない。
【００２８】
上述した実施の形態および参考例では、内輪４の内径側における曲面状の面取り部１０に、周溝２１、段２２、または所定値の旋盤目２３が形成してある。加締め加工中、これら周溝２１、段２２、または旋盤目２３が流れようとする材料を引っ掛けて、材料の流れを防止するため、内輪４の内輪軌道面５には、強い引張り応力が発生せず、内輪４の寿命が低下しない。また、低い荷重（加工力、あるいは加工エネルギー）で内輪４をクランプすることができ、回転鍛造による加締め加工のエネルギー損失が少ない。
【００２９】
しかも、これら周溝２１、段２２、または旋盤目２３は、軸対称の形状のため、ライン中の汎用の旋盤で加工することができ、いままでの内輪４を加工する旋盤工程に組み込むことができるので、加工工程や加工コストの増大を招来することがない。
【００３０】
図５（ａ）は、本発明の実施の形態の第３例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪４の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す内輪外周部２４の径方向寸法（Ｈ）を変更した場合、加締め加工中、最大荷重がかかった時の内輪軌道面５（以後、内輪溝Ｒ（５）とも記す）の形状の変形量を示すグラフである。図６は、図５（ａ）に示す内輪外周部２４の軸方向寸法（Ｖ）を変更した場合、加締め加工中、最大荷重がかかった時の内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量を示すグラフである。
【００３１】
従来、加締め後（除荷重後）、正規の内輪軌道面５（内輪溝Ｒ（５））を得る方法として、特開２０００ー２８９４０３号公報に開示されているものがあるが、この公報には加工中の内輪溝Ｒ（５）の形状に関する開示はない。
【００３２】
しかしながら、加締め加工中、特に最大荷重がかかったとき、内輪軌道面５（内輪溝Ｒ（５））とボール８が線接触する。その線接触で強く当たる部分があると、軌道面が傷つき、音響不良が発生するという問題が生じる。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量をあらかじめ解析によって求めることによって、加締め加工中、最大荷重がかかった場合でも、内輪溝Ｒ（５）とボール８が略均等に線接触して、軌道面を傷つけないようにすることが可能となる。
【００３４】
本実施の形態では、図５（ｂ）および図６のグラフが示すように、加締め加工中、最大荷重がかかった場合の内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量を解析によって求めることが出来る。内輪溝Ｒ（５）とボール８が線接触した場合、応力が均等に分布する条件は、内輪４が最大荷重を受けたときに、内輪溝Ｒ（５）がボール８の半径と略同じになるときである。したがって、加締め前の内輪溝Ｒ（５）は、解析により変形量を逆算して、加締め中、最大荷重を受けたとき、内輪溝Ｒ（５）がボール８の半径と略同じになるような形状にする。
【００３５】
ここでは、図５（ａ）に示すように、内輪外周部２４を変えた場合の内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量を調べた例を示す。
【００３６】
内輪４はＨ＝３．１５ｍｍ、Ｖ＝３．５ｍｍを除去したものを基準とし、除去量が径方向（Ｈ）に１ｍｍ多い場合をＨー１ｍｍ、１ｍｍ少ない場合をＨ＋１ｍｍとした。同様に、除去量が軸方向（Ｖ）に１ｍｍ多い場合をＶー１ｍｍ、１ｍｍ少ない場合をＶ＋１ｍｍとした。
【００３７】
図６に示されるように、内輪外周部２４のＶを基準から±１ｍｍ変えても、加締め加工中、最大荷重がかかったときの内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量がほとんど同じになることが分かる。つまり、Ｖ方向への設計変更は±１ｍｍまでは、解析をやり直すことなく行うことが出来る。
【００３８】
一方、図５（ｂ）に示されるように、内輪外周部２４のＨと加締め加工中、最大荷重がかかったときの内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量にそれほど関係がない。そのため、内輪４の設計変更でＨを変えるときは、解析を再度やり直す必要がある。
【００３９】
検査結果は、「内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量を考慮していない従来通りの内輪」と「内輪溝Ｒ（５）の形状の変形量を考慮した本発明の内輪４」との音響不良率を比較すると、本発明の内輪４のほうが、従来の内輪に比べ良好な結果を得た。
【００４０】
加締め加工中、最大荷重以外で内輪溝Ｒ（５）が最も大きく変形する場合は、その最大に変形する内輪溝Ｒ（５）の変形量から逆算して加締め加工前の内輪溝Ｒ（５）の形状を求める。
【００４１】
なお、図５（ａ）（ｂ）および図６では、内輪のＲ面取り１０に図２、図３または図４の加工を施していない場合について示したが、内輪のＲ面取り１０に図２、図３または図４の加工を施しても同様の解析を行うことによって用いることが可能である。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内輪の内径側における曲面状の面取り部に、周溝または段が形成してある。加締め加工中、これら周溝または段が流れようとする材料を引っ掛けて、材料の流れを防止する。そのため、内輪の軌道面には、強い引張り応力が発生せず、内輪の寿命が低下しない。また、低い荷重（加工力）で内輪をクランプすることができ、回転鍛造による加締め加工のエネルギー損失が少ない。
【００４４】
しかも、これら周溝または段は、軸対称の形状のため、ライン中の旋盤で加工することができ、加工工程の削減と加工コストの低減を図ることができる。
【００４５】
また、加締め加工中、最大荷重がかかったときの内輪軌道面（内輪溝Ｒ）の形状の変形量を解析により求め、その結果から、加締め前の内輪は、変形を見越した内輪軌道面の形状にすることにより、内輪軌道面に傷がつくことがなくなり、音響不良を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の車輪支持用ハブ軸受ユニットの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の第１例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪の断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の参考例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの内輪の断面図であり、（ｂ）は、旋盤目の拡大断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態の第３例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、内輪の内輪外周部を適宜変更する場合の内輪の断面図であり、（ｂ）は、内輪外周部の径方向寸法（Ｈ）を変更した時の内輪軌道面（内輪溝Ｒ）の形状の変形量を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の第３例に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、図５（ａ）に示す、内輪外周部の軸方向寸法（Ｖ）を変更した時の内輪軌道面（内輪溝Ｒ）の形状の変形量を示すグラフである。
【図７】車輪支持用ハブ軸受ユニットの加締め工程を示す断面図である。
【図８】加締め工程における材料の流れを説明するための図である。
【図９】（ａ）は、欧州特許公開ＥＰ０９２７６５１Ａ２公報に開示された内輪の断面図であり、（ｂ）は、その内輪の部分的側面図である。
【図１０】特開２００１−１２４８４号公報に開示された加締め部の断面図である。

Claims

ハブの車幅方向内側の凹段部に、内輪を加締め加工により取付けた車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、
内輪の内径側における曲面状の面取り部に、軸対称の周溝を形成したことを特徴とする車輪支持用ハブ軸受ユニット。
ハブの車幅方向内側の凹段部に、内輪を加締め加工により取付けた車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、
内輪の内径側における曲面状の面取り部に、軸対称の段を形成したことを特徴とする車輪支持用ハブ軸受ユニット。