JP4306909B2 - 車輪軸受装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車輪軸受装置に関し、詳しくは、自動車用車輪を車体に回転自在に支持し、軽量コンパクト化を実現する車輪軸受装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9および図10は駆動側車輪を車体に回転自在に支持する自動車用車輪軸受装置の一例を示す。図9はハブ輪1、内輪20および外輪15からなる車軸軸受4を示し、図10はその車軸軸受4に等速自在継手2を結合し、それらアッセンブリ体をナックル14に取り付けた状態を示す。
【0003】
この軸受装置は、ハブ輪1およびそのハブ輪1と別体の内輪20と外輪15とで構成された車軸軸受4に等速自在継手2を取り付けた構造を具備する。等速自在継手2は、外方継手部材3の軸部5をハブ輪1の貫通孔6に挿通し、その軸部5の外径及びハブ輪1の内径に形成されたセレーション(又はスプライン)7,8によりハブ輪1とトルク伝達可能なように結合され、ナット9により車軸軸受4に固定されている。
【0004】
この等速自在継手2は、前記外方継手部材3の他、ドライブシャフト10の端部に取り付けられた内方継手部材11と、内方継手部材11及び外方継手部材3のトラック溝間に組み込まれた複数のトルク伝達ボール12と、内方継手部材11の外球面と外方継手部材3の内球面との間に介在してトルク伝達ボール12を支持する保持器13とで構成されている。
【0005】
この軸受装置は、ハブ輪1を回転自在に支持した構造を有し、そのハブ輪1に車輪ホイール(図示せず)が固定され、車軸軸受4をナックル14を介して車体の懸架装置(図示せず)によって支持する。
【0006】
車軸軸受4は、複列アンギュラ玉軸受構造で、外輪15の内径面に複列の軌道面16,17が形成され、ハブ輪1の外周面に形成された一方の軌道面18とそのハブ輪1の端部外周に圧入された別体の内輪20の外周面に形成された他方の軌道面19とで、前記外輪15の軌道面16,17と対向する複列の軌道面18,19が形成され、外輪15とハブ輪1及び内輪20の軌道面間に複列の転動体21,22を介在させ、各列の転動体21,22を保持器23,24により円周方向等間隔に支持した構造を具備する。
【0007】
外輪15の外周には車体取付けフランジ25が突設され、そのフランジ25に円周方向に沿って複数箇所に形成された雌ねじ26にボルト27を螺着することによりナックル14に固定するようにしている。なお、車軸軸受4に対して外部からの異物の侵入や内部に充填したグリースの漏出を防止するため、シール28,29がハブ輪1および内輪20と外輪15との間に設けられている。
【0008】
ハブ輪1は車輪取付けフランジ30を備え、このフランジ30の円周方向等間隔位置に車輪ホイールを固定するためのハブボルト31が取り付けられている。このハブ輪1のフランジ30には、前記ハブボルト31によりブレーキロータ(図示せず)が固定されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の車輪軸受装置の構造の場合、車両仕様から決まる捩り強度により、ハブ輪1に嵌合する等速自在継手2の軸部5に形成されたセレーション7の径サイズやナックル14の形状から軸受の仕様が制約されている。
【0010】
近年の車両の軽量化に大きく寄与しようとすると、例えば、等速自在継手2において、内方継手部材11及び外方継手部材3のトラック溝間に組み込まれたトルク伝達ボール12の個数を増加させることにより、各トルク伝達ボール12の外径を小さくし、これによって外方継手部材3の外径を小さくして装置全体の軽量化を図ることが可能であるが、この程度の軽量化しか望めないというのが現状であった。
【0011】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、車両側のナックル等のレイアウトを変更することなく、ホイール側の軽量化を実現し得る車輪軸受装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複列の外側軌道面を有し、車体側の取付け部材に連結固定される外方部材と、その外方部材の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が形成され、車輪が取り付けられる内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面間に介装された複列の転動体とからなり、車輪を車体に回転自在に支持する車輪軸受装置において、前記内方部材は、複列の内側軌道面のうち一方の内側軌道面をアウトボード側に直接形成し、内径にセレーション又はスプラインと円筒状嵌合面を形成したハブ輪と、他方の内側軌道面を外周に形成すると共に、内径に前記ハブ輪の円筒状嵌合面と同一径の円筒状嵌合面を形成し、等速自在継手の軸部根元部位の肩部に圧入嵌合される別体の内輪とで形成し、前記ハブ輪と内輪の対向する端面を突き合わせ状態に配置し、前記ハブ輪と内輪の突き合わせ面の軸方向位置を複列の転動体間の中心位置よりもインボード側とし、前記ハブ輪と内輪の突き合わせ端部に連結環を装着し、等速自在継手の軸部をハブ輪および内輪に挿通してその軸部のアウトボード側で前記ハブ輪をセレーション又はスプラインにより結合させると共に前記軸部のインボード側で前記ハブ輪および内輪を同一径の円筒状嵌合面で結合させたことを特徴とする(請求項1)。なお、外方部材の外側軌道面および内方部材の内側軌道面については、以下、単に軌道面と称す。
【0013】
本発明の車輪軸受装置では、ハブ輪と内輪とを軸方向に突き合わせた状態に配置した構造を採用したことにより、装置全体が軸方向にコンパクト化され、これによって設計自由度も増加する。すなわち、ハブ輪と内輪からなる内方部材に結合される等速自在継手のセンターがアウトボード側に変更されれば、キングピン軸線上に一致することも可能になる。このようにキングピン軸線上に継手センターが一致すれば、車両の旋回時、等速自在継手にモーメント荷重が作用せず、操舵安定性および走行安定性が向上する。また、複列の軌道面のうち、インボード側の軌道面が寿命的に厳しい箇所であるため、そのインボード側の軌道面を形成する内輪をハブ輪と別体にしたことにより、内輪の材質選定の自由度が上がり、寿命の向上が図れる。さらに、ハブ輪に内輪を圧入する構造を有するタイプの車輪軸受装置よりも軸受すきまの設定が確実で組み立て工数の低減が図れる。
【0014】
また、前記ハブ輪と内輪の突き合わせ端部に連結環を装着したことにより、ハブ輪と内輪とを突き合わせた状態で配置した内方部材に結合された等速自在継手を取り外すとき、前記内輪が外方継手部材に残り、車輪軸受装置から抜脱することはなく、等速自在継手と簡単に分離可能な構造とすることができる。
【0016】
前記内輪を高炭素鋼で形成し、その芯部まで焼入れ硬化されたものを使用すれば(請求項2)、寿命的に厳しい箇所であるインボード側の軌道面の短寿命を抑制することができて寿命の向上が図れる。
【0017】
また、前記ハブ輪の軌道面から内輪との突き合わせ端面まで焼入れによる硬化層が形成されれば(請求項3)、ハブ輪の突き合わせ端面の表面が硬くなり、内輪との突き合わせによる摩耗を抑制することができ、摩耗による軸受内部の予圧の減少やそれによるアキシャルすきまの増加などを防止できて軸受寿命や剛性の維持が図れる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1乃至図8に基づいて以下に詳述する。
【0019】
図1はハブ輪41a、内輪60aおよび外輪55からなる車軸軸受44を示し、図2はその車軸軸受44に等速自在継手42を結合し、それらアッセンブリ体をナックル54に取り付けた状態を示す。この実施形態は、ハブ輪41aおよび内輪60aに等速自在継手42の軸部45aをボルト72で結合させた構造のものである。
【0020】
図1および図2に示す実施形態の車輪軸受装置は、ハブ輪41aおよびそのハブ輪41aと別体の内輪60aからなる内方部材と、外方部材である外輪55とで構成された車軸軸受44と、等速自在継手42とを具備する。等速自在継手42は、外方継手部材43aの軸部45aをハブ輪41aおよび内輪60aに挿通し、その軸部45aの外径及びハブ輪41aの内径に形成されたセレーション(又はスプライン)47,48によりハブ輪41aとトルク伝達可能なように結合され、ボルト72により車軸軸受44に固定されている。
【0021】
この等速自在継手42は、前記外方継手部材43aの他、ドライブシャフト50の端部に取り付けられた内方継手部材51と、内方継手部材51及び外方継手部材43aのトラック溝間に組み込まれた複数のトルク伝達ボール52と、内方継手部材51の外球面と外方継手部材43aの内球面との間に介在してトルク伝達ボール52を支持する保持器53とで構成されている。
【0022】
この軸受装置は、ハブ輪41aを回転自在に支持した構造を有し、そのハブ輪41aに車輪ホイール(図示せず)が固定され、車軸軸受44を取付け部材であるナックル54を介して車体の懸架装置(図示せず)によって支持する。
【0023】
ハブ輪41aはそのアウトボード側の一端部外径に一体的に形成された車輪取付けフランジ70を備え、このフランジ70の円周方向等間隔位置に車輪ホイールを固定するためのハブボルト71が取り付けられている。このハブ輪41aのフランジ70には、前記ハブボルト71によりブレーキロータ(図示せず)が固定されている。
【0024】
また、外輪55は、その外径に一体的に形成された車体取付けフランジ65を備え、このフランジ65の円周方向に沿って複数箇所に形成された雌ねじ66にボルト67を螺着することによりフランジ65とナックル54とを連結固定している。
【0025】
車軸軸受44は、複列アンギュラ玉軸受構造で、外輪55の内径面に複列の軌道面56,57が形成され、この外輪55の軌道面56,57と対向する複列の軌道面58,59のうち、一方(アウトボード側)の軌道面58は前記ハブ輪41aの外径に直接的に形成され、他方(インボード側)の軌道面59は等速自在継手42の軸部根元部位の肩部に嵌合された内輪60aの外径に形成されている。また、外輪55とハブ輪41a及び内輪60aの軌道面間に複列の転動体61,62を介在させ、各列の転動体61,62を保持器63,64により円周方向等間隔に支持した構造を有する。なお、車軸軸受44に対して外部からの異物の侵入や内部に充填したグリースの漏出を防止するため、シール68,69が外輪55とハブ輪41aおよび内輪60aとの間に設けられている。
【0026】
このようにアウトボード側の軌道面58が形成されたハブ輪41aとインボード側の軌道面59が形成された内輪60aとを、その端面同士を突き合わせ状態に配置し、その内輪60aを等速自在継手42の軸部根元部位の肩部に嵌合させた構造とする。これにより、装置全体が軸方向にコンパクト化され、これによって設計自由度も増加する。すなわち、ハブ輪41aと内輪60aからなる内方部材に結合される等速自在継手42のセンターがアウトボード側に変更されれば、キングピン軸線上に一致することも可能になる。このようにキングピン軸線上に継手センターが一致すれば、車両の旋回時、等速自在継手42にモーメント荷重が作用せず、操舵安定性および走行安定性が向上する。
【0027】
また、複列の軌道面58,59のうち、インボード側の軌道面59が寿命的に厳しい箇所であるため、そのインボード側の軌道面59を形成する内輪60aをハブ輪41aと別体にしたことにより、内輪60aの材質選定の自由度が上がる。すなわち、内輪60aを高炭素鋼で形成し、その芯部まで焼入れ硬化されたものを使用すれば、寿命的に厳しい箇所であるインボード側の軌道面59の寿命の向上が図れる。さらに、従来のようにハブ輪1に内輪20を圧入するタイプの車輪軸受装置(図9および図10参照)よりも軸受すきまの設定が確実で組み立て工数の低減が図れ、内輪60aを圧入する部位の肉厚分、ハブ輪41aの軽量化と軸受のコンパクト化が可能となる。
【0028】
前記ハブ輪41aの内径に、セレーション48を形成すると共に等速自在継手42の軸部45aとの嵌合面74を形成し、その嵌合面74を、内輪60aの内径よりも小径としている。このように内輪60aの内径をハブ輪41aの内径の嵌合面74よりも大径にすれば、等速自在継手42の軸部45aを内輪60aおよびハブ輪41aの内径にその内輪側から挿入する際の作業が容易になり、組み立て性の向上と軸部45aの強度向上が図れる。
【0029】
なお、前述した実施形態では、ハブ輪41aと等速自在継手42の外方継手部材43aとをボルト72により結合させた構造であるが、この構造以外に、例えば図3に示すようにハブ輪41aと等速自在継手42とをナット49により結合させた構造、すなわち、等速自在継手42の外方継手部材43bの軸部45bをナット49によりハブ輪41aに固定した構造とすることも可能である。さらに図4に示すようにハブ輪41aの端部から突出する外方継手部材43cの軸部45cの端部を加締めによる塑性変形でもって両者を結合させた構造であってもよい。
【0030】
次に、本発明の他の実施形態として、図5乃至図7に示す構造のものがある。同図に示す各実施形態の軸受装置は、いずれも、前記ハブ輪41bと内輪60bの突き合わせ端部に連結環73を装着した構造を有する。このような構造としたことにより、ハブ輪41bと内輪60bとを突き合わせた状態で配置した内方部材に結合された等速自在継手42を取り外すとき、前記内輪60bが外方継手部材43a,43bに残り、車軸軸受44から内輪60bが抜脱することはなく、等速自在継手42と簡単に分離可能な構造とすることができる。
【0031】
なお、図5はハブ輪41b、内輪60bおよび外輪55からなる車軸軸受44を示し、図6はその車軸軸受44に等速自在継手42を取り付け、それらアッセンブリ体をナックル54に取り付けた状態を示す。この実施形態は、ハブ輪41bおよび内輪60bに等速自在継手42の軸部45aをボルト72で結合させた構造のものである。図7はハブ輪41bおよび内輪60bに等速自在継手42の軸部45bをナット49で結合させた構造のものを示す。図5乃至図7に示す実施形態は、車軸軸受44と等速自在継手42とを分離可能な構造としたものである。
【0032】
図1乃至図7に示す各実施形態の車輪軸受装置では、ハブ輪41a,41bと内輪60a,60bを突き合わせ状態に配置し、その内輪60a,60bを等速自在継手42の軸部根元部位の肩部に嵌合させた構造としたことにより、内輪60a,60bを嵌合する部位の肉厚分、ハブ輪41a,41bの内径に形成されたセレーション48の径サイズを大きくすることができる。従って、その分セレーション48の歯数を増やすことができる。さらに、ハブ輪41a,41bと等速自在継手42の軸部45a〜45cとの結合部分でのトルク伝達容量が大きくできるので、セレーション嵌合幅を従来よりも小さく設計することができるため、装置全体の軸方向寸法を小さくすることができると共に、ハブ輪41a,41bと等速自在継手42の剛性の向上が図れる。また、等速自在継手42の軸部45a〜45cの外径を大きくすることができ、これにより、その軸部45a〜45cの中空化が可能となって装置全体のさらなる軽量化を実現容易にする。
【0033】
以上で説明した各実施形態の車輪軸受装置では、ハブ輪41a,41bと内輪60a,60bとを軸方向に突き合わせた状態に配置した構造を有し、内輪60a,60bが高炭素鋼のずぶ焼きのためにその表面硬度がロックウェル硬さHRC60程度であることから、ハブ輪41a,41bの突き合わせ端面まで焼入れされていない生の状態ではそのハブ輪41a,41bの突き合わせ端面が摩耗する虞がある。
【0034】
そこで、例えば図1に示す実施形態のハブ輪41aの場合、図8に示すようにそのハブ輪41aの軌道面58から内輪60a(図2〜4参照)との突き合わせ端面75まで焼入れによる硬化層76,77を形成する。これは、ハブ輪41aの軌道面58を焼入れ処理するに際して、同図(a)に示すようにハブ輪41aの突き合わせ端面75への焼き抜けにより硬化層76を形成するか、あるいは、同図(b)に示すようにハブ輪41aの突き合わせ端面75を強制的に全面焼入れすることにより硬化層77を形成することにより実現できる。硬化層76,77の表面硬度は、ロックウェル硬さHRC50以上とし、好ましくはHRC58以上とする。なお、この硬化層76,77の形成は、図5に示す等速自在継手42と分離可能なタイプのハブ輪41bにも適用可能である。
【0035】
ハブ輪41a,41bの突き合わせ端面75に硬化層76,77を形成したことにより、その表面が硬くなり、内輪60a,60bとの突き合わせによる摩耗を抑制することができ、摩耗による軸受内部の予圧の減少やそれによるアキシャルすきまの増加などを防止できて軸受寿命や剛性の維持が図れる。
【0036】
なお、ハブ輪41a,41bは、炭素鋼中の炭素含有量が0.45〜0.70wt%を有する材質とすればよい。炭素は、強度、耐摩耗性および転動疲労寿命を向上させる上で、0.45wt%以上必要であり、0.80wt%より多くなると、加工性、被削性および靭性が低下する点でこれを上限とする。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、複列の軌道面を有し、車体側の取付け部材に連結固定される外方部材と、その外方部材の軌道面と対向する複列の軌道面が形成され、車輪が取り付けられる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とからなり、車輪を車体に回転自在に支持する車輪軸受装置において、前記内方部材は、複列の軌道面のうち一方の軌道面をアウトボード側に直接形成したハブ輪と、他方の軌道面を外周に形成した別体の内輪とで形成し、前記ハブ輪と内輪の対向する端面を突き合わせ状態に配置したことにより、装置全体が軸方向にコンパクト化され、これによって設計自由度も増加する。内輪の材質選定の自由度が上がり、寿命の向上が図れる。
【0038】
また、前記ハブ輪と等速自在継手の軸部根元部位の肩部に嵌合される内輪の突き合わせ端部に連結環を装着したことにより、ハブ輪と内輪とを突き合わせた状態で配置した内方部材に結合された等速自在継手を取り外すとき、前記内輪が外方継手部材に残り、軸受から内輪が抜脱することはなく、軸受と等速自在継手を簡単に分離可能な構造とすることができる。
【0039】
前記ハブ輪の内周にセレーション又はスプラインと嵌合面を形成し、その嵌合面を、内輪の内径よりも小径に形成すれば、等速自在継手の軸部を内方部材の内径にその内輪側から挿入する際の作業が容易になり、組み立て性の向上が図れる。
【0040】
前記内輪を高炭素鋼で形成し、その芯部まで焼入れ硬化されたものを使用すれば、寿命的に厳しい箇所であるインボード側の軌道面の寿命の向上が図れる。
【0041】
また、前記ハブ輪の軌道面から内輪との突き合わせ端面まで焼入れによる硬化層が形成されれば、ハブ輪の突き合わせ端面の表面が硬くなり、内輪との突き合わせによる摩耗を抑制することができ、摩耗による軸受内部の予圧の減少やそれによるアキシャルすきまの増加などを防止できて軸受寿命や剛性の維持が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態で、非分離タイプの車輪軸受装置を示す断面図
【図2】図1の車軸軸受に等速自在継手をボルトにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【図3】図1の車軸軸受に等速自在継手をナットにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【図4】図1の車軸軸受に等速自在継手を加締めにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【図5】本発明の他の実施形態で、分離タイプの車輪軸受装置を示す断面図
【図6】図5の車軸軸受に等速自在継手をボルトにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【図7】図5の車軸軸受に等速自在継手をナットにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【図8】(a)は内輪との突き合わせ端面に焼き抜けにより硬化層を形成したハブ輪を示す断面図(b)は内輪との突き合わせ端面に全面焼入れにより硬化層を形成したハブ輪を示す断面図
【図9】車輪軸受装置の従来例を示す断面図
【図10】図9の車軸軸受に等速自在継手をナットにより結合させた車輪軸受装置を示す断面図
【符号の説明】
41a,41b 内方部材(ハブ輪)
47,48 セレーション
54 取付け部材(ナックル)
55 外方部材(外輪)
56,57 軌道面
58,59 軌道面
60a,60b 内方部材(内輪)
61,62 転動体
73 連結環
74 嵌合面
Claims (3)
- 複列の外側軌道面を有し、車体側の取付け部材に連結固定される外方部材と、その外方部材の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が形成され、車輪が取り付けられる内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面間に介装された複列の転動体とからなり、車輪を車体に回転自在に支持する車輪軸受装置において、前記内方部材は、複列の内側軌道面のうち一方の内側軌道面をアウトボード側に直接形成し、内径にセレーション又はスプラインと円筒状嵌合面を形成したハブ輪と、他方の内側軌道面を外周に形成すると共に、内径に前記ハブ輪の円筒状嵌合面と同一径の円筒状嵌合面を形成し、等速自在継手の軸部根元部位の肩部に圧入嵌合される別体の内輪とで形成し、前記ハブ輪と内輪の対向する端面を突き合わせ状態に配置し、前記ハブ輪と内輪の突き合わせ面の軸方向位置を複列の転動体間の中心位置よりもインボード側とし、前記ハブ輪と内輪の突き合わせ端部に連結環を装着し、等速自在継手の軸部をハブ輪および内輪に挿通してその軸部のアウトボード側で前記ハブ輪をセレーション又はスプラインにより結合させると共に前記軸部のインボード側で前記ハブ輪および内輪を同一径の円筒状嵌合面で結合させたことを特徴とする車輪軸受装置。
- 前記内輪を高炭素鋼で形成し、その芯部まで焼入れ硬化されていることを特徴とする請求項1に記載の車輪軸受装置。
- 前記ハブ輪の軌道面から内輪との突き合わせ端面まで焼入れによる硬化層が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の車輪軸受装置。
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