JP4321714B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、加締加工によるすきま減少量をコントロールし、最適な予圧量を確保して軸受の寿命向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。

自動車等の車両の車輪用軸受装置には、駆動輪用のものと従動輪用のものとがある。特に、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、低コスト化は言うまでもなく、燃費向上のための軽量・コンパクト化が進んでいる。その従来構造の代表的な一例として、図４に示すような従動輪用の車輪用軸受装置が知られている。

この車輪用軸受装置は第３世代と称され、軸部材（ハブ輪）５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体（ボール）５４、５４とを備えている。軸部材５１は、その一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５５を一体に有し、外周に内側転走面５１ａと、この内側転走面５１ａから軸方向に延びる小径段部５１ｂが形成されている。

軸部材５１の小径段部５１ｂには、外周に内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、軸部材５１の小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５１ｃにより、軸部材５１に対して内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外輪５３は、外周に車体取付フランジ５３ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５３ａ、５３ａが形成されている。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列の転動体５４、５４が転動自在に収容されている。

ここで、加締部５１ｃを形成する円筒部５６、すなわち、軸部材５１における小径段部５１ｂの端部の肉厚は、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げる以前の状態で先端縁に向う程小さくなっている。そして、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げることにより、内輪５２の大端面５２ｂを押え付ける加締部５１ｃの肉厚は、円筒部５６の基端部の肉厚に対し、先端に向うにしたがって漸減している。

これにより、円筒部５６の先端部を押型により塑性変形させて加締部５１ｃを形成するために要する力が徒に大きくなることがなく、加締作業に伴って加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生したり、あるいは、加締部５１ｃにより固定される内輪５２に、この内輪５２の直径を予圧や転がり疲れ寿命等の耐久性に影響を及ぼす程大きく変化させるような力が作用することがない。
特開平１０−２７２９０３号公報

このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、内輪５２の内径を大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。ここで、加締後の軸受すきまは負すきまに設定されているが、予圧量が大きくなり過ぎると運転時の転動体５４と両転走面５１ａ、５２ａ、５３ａとの接触面圧が大きくなり、発熱等により短寿命となる。また、予圧量が小さくなると軸受剛性が低下して車両の走行安定性に悪影響が出る恐れがある。このことから寿命と剛性とのバランスを考慮した軸受すきまに設定するには、加締後の軸受すきまを適切な範囲に設定する必要がある。

この加締後の軸受すきまは、加締前の軸受すきまと加締加工によるすきま減少量によって決まるため、加締前の軸受すきまおよび加締加工によるすきま減少量のそれぞれの範囲を少しでも小さくすれば、加締後の軸受すきまの範囲を小さく設定することができる。然しながら、加締前の軸受すきまの範囲を余り小さく設定すると、工程能力不足により不良が増加して好ましくない。

また、加締加工によるすきま減少量は、図３に示すような回帰式を用いて算出される。この回帰式は、内輪押し込み量Ｘとすきま減少量Ｖの関係を示し、Ｖ＝ａＸ＋ｂで表わされる。ここで、内輪押し込み量Ｘの規格値（範囲）よりすきま減少量Ｖの範囲を求める。内輪押し込み量Ｘの範囲を小さくすればすきま減少量Ｖの範囲も小さくなるが、軸部材５１等、各部品の寸法バラツキだけでなく内輪押し込み量Ｘ自体もバラツキを持っているため、内輪押し込み量Ｘの規格値を小さくするのもおのずと限界がある。

内輪押し込み量Ｘとすきま減少量Ｖの回帰式の傾きａ（以下、すきま減少係数と呼ぶ）を小さくできれば内輪押し込み量Ｘの範囲が同一でもすきま減少量Ｖの範囲を小さくできるが、このすきま減少係数ａは内輪５２の寸法・形状によって決まる。従来、この内輪５２の寸法・形状は、こうしたすきま減少量Ｖを考慮して設計されていないため、実際のところすきま減少量Ｖはその都度試験によって確認する以外に方法がなかった。増してや、加締加工によるすきま減少量Ｖを適宜コントロールすることはできなかった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、加締加工によるすきま減少量をコントロールし、最適な予圧量を確保して軸受の寿命向上を図った車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する少なくとも一方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪における肩部断面積をＡｓ、タッチ径部断面積をＡｔ、タッチ部ピッチ長さをＰｔ、内径断面積をＡｎ、幅寸法をＢとした時、当該内輪の寸法比率αが、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による前記軸受のすきま減少係数との関係式に基き、前記軸受のすきま減少量をコントロールする構成を採用した。

このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、ハブ輪に対して内輪が軸方向に固定された、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪における肩部断面積をＡｓ、タッチ径部断面積をＡｔ、タッチ部ピッチ長さをＰｔ、内径断面積をＡｎ、幅寸法をＢとした時、当該内輪の寸法比率αが、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定され、この寸法比率に対する予め設定された加締加工による軸受のすきま減少係数との関係式に基き、軸受のすきま減少量をコントロールするようにしたので、従来のように、加締加工による軸受のすきま減少量をその都度試験によって確認する必要がなくなり、開発工数を大幅に削減することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記内輪寸法比率αが２４０〜５３０の範囲に設定されていれば、加締加工によるすきま減少量の範囲を確実に抑えることができ、加締後の軸受すきまの範囲を可及的に小さくすることが可能となって最適な軸受予圧を確保することができる。

また、請求項３に記載の発明は、前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面が直接形成され、この内側転走面から前記小径段部に亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理され、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、他方の内側転走面が前記内輪の外周面に形成され、この内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されているので、加締加工によって発生する内輪のフープ応力を所定値以下に抑えることができると共に、車両の旋回時に大きなモーメント荷重が負荷されても内輪割れ等の問題を起こすことなく充分内輪の強度を確保することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する少なくとも一方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪における肩部断面積をＡｓ、タッチ径部断面積をＡｔ、タッチ部ピッチ長さをＰｔ、内径断面積をＡｎ、幅寸法をＢとした時、当該内輪の寸法比率αが、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による前記軸受のすきま減少係数ａとの関係式に基き、前記軸受のすきま減少量をコントロールするようにしたので、従来のように、加締加工による軸受のすきま減少量をその都度試験によって確認する必要がなくなり、開発工数を大幅に削減することができる。

外周に車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の寸法比率αが、前記内輪における肩部断面積をＡｓ、タッチ径部断面積をＡｔ、タッチ部ピッチ長さをＰｔ、内径断面積をＡｎ、幅寸法をＢとした時、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定され、この内輪寸法比率αが２４０〜５３０の範囲に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。
内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪２は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周にはアウトボード側の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａからインボード側に延びる軸状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周にインボード側の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入され、さらに、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。

外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０の端部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。なお、転動体６、６をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

ハブ輪２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面２ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、加締部２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。一方、内輪３は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。

また、外方部材１０は、前記ハブ輪２と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面１０ａ、１０ａに高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

本出願人は、図２に示すように、前記すきま減少係数ａが、以下に示す内輪寸法比率αと相関関係にあることを実験によって検証した。この内輪寸法比率αは、内輪３の肩部厚さＡの断面積をＡｓ、内輪３のタッチ径ｄｔ部の断面積をＡｔ、内輪３のタッチ部ピッチ長さをＰｔ、内輪３の内径ｄの断面積をＡｎ、内輪３の幅寸法をＢとした時、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定されている。ここで、タッチ径ｄｔとは、転動体６と内輪３の内側転走面３ａとの接触点の直径を指し、また、タッチ部ピッチ長さＰｔとは、内輪３の小径側の端面からこの接触点までの寸法を指す。

ここで、内輪寸法比率αが２４０〜５３０の範囲に設定されていれば、確実に加締加工によるすきま減少量Ｖを最適の範囲にコントロールすることができ、加締後の軸受すきまの範囲を可及的に小さくすることが可能となって最適な軸受予圧を確保することができる。したがって、従来のように、軸受のすきま減少量Ｖをその都度試験によって確認することなく、加締加工によるすきま減少量Ｖを適宜コントロールすることができ、開発工数を大幅に削減することができる。

なお、前記内輪寸法比率αを２４０未満に設定しようとした場合、内輪３の肩部厚さＡ、すなわち、Ａ＝（内輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２が薄くなり過ぎ、加締加工によって発生する内輪３のフープ応力が大きくなって遅れ破壊を発生させる恐れがあると共に、車両の旋回時に大きなモーメント荷重が負荷された時、内輪割れ等の問題を起こす恐れもあって好ましくない。一方、内輪寸法比率αを５３０を超えて設定しようとした場合、加締後の軸受すきまの範囲が大きくなり、軸受予圧の下限側で軸受剛性が低下して車両の走行安定性に悪影響が出る恐れがある。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪を固定した第１世代乃至第３世代のセルフリテイン構造の車輪用軸受装置に適用できる。

本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 加締加工による軸受のすきま減少係数ａと内輪寸法比率αとの関係を示すグラフである。 内輪押し込み量Ｘに対する加締加工による軸受のすきま減少量Ｖの関係を示す回帰式である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３・・・・・・・・・内輪
４・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・転動体
７・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・内輪
５２ｂ・・・・・・・大端面
５３・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・円筒部
ａ・・・・・・・・・すきま減少係数
Ａ・・・・・・・・・内輪の肩部厚さ
Ａｎ・・・・・・・・内輪内径断面積
Ａｓ・・・・・・・・内輪肩部断面積
Ａｔ・・・・・・・・タッチ径部断面積
Ｂ・・・・・・・・・内輪の幅寸法
ｄ・・・・・・・・・内輪の内径寸法
ｄｔ・・・・・・・・内輪のタッチ径
Ｄ・・・・・・・・・内輪の外径寸法
Ｐｔ・・・・・・・・タッチ部ピッチ長さ
α・・・・・・・・・内輪寸法比率

Claims (3)

1. 内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
   一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、
   およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する少なくとも一方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
   前記内輪における肩部断面積をＡｓ、タッチ径部断面積をＡｔ、タッチ部ピッチ長さをＰｔ、内径断面積をＡｎ、幅寸法をＢとした時、当該内輪の寸法比率αが、α＝（Ａｓ×Ａｔ×Ｐｔ）／（Ａｎ×Ｂ）で規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による前記軸受のすきま減少係数との関係式に基き、前記軸受のすきま減少量をコントロールしたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記内輪寸法比率αが２４０〜５３０の範囲に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面が直接形成され、この内側転走面から前記小径段部に亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理され、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、他方の内側転走面が前記内輪の外周面に形成され、この内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
   

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