JP4519006B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の駆動輪となる車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置に関する。

従来、駆動輪支持用の車輪用軸受装置として、図５および図６に示すものが提案されている（例えば特許文献１）。これは、外方部材２１と内方部材２２の対向する軌道面２３，２４間に複列にボール２５を介在させ、上記内方部材２２を、車輪取付用のハブフランジ２９ａを外周に有するハブ輪２９と、このハブ輪２９のインボード側端の外周に嵌合した内輪３０とで構成した形式のものである。ハブ輪２９の中央孔３１には、等速ジョイントの外輪３３のステム部３３ａが挿通されてスプライン嵌合され、等速ジョイント外輪３３の段面３３ｂが内輪３０のインボード側端面３０ａに押し当てられる。この状態で、前記ステム部３３ａの先端にナット３４を螺合させることにより、等速ジョイント外輪３３とナット３４とで内方部材２２が幅締めされる。

この提案例では、ハブ輪２９のインボード側端部の外周に形成した段部３５に内輪３０を外嵌させると共に、内輪３０のインボード側端部の内周に段部３６を形成し、ハブ輪２９のインボード側端を前記内輪３０の段部３６に加締めている。
特開平９−１６４８０３号公報

しかし、上記した車輪用軸受装置では、以下のような問題が有る。
（１）ハブ輪２９の加締部２９ｂが大きいため、内輪３０のインボード側端部に形成する段部３６の径方向段差を、半径差で５〜７mm程度とする必要がある。このように段部３６の段差を大きくすると、内輪３０のインボード側端面３０ａの面積が小さくなるので、等速ジョイント外輪３３の段面３３ｂとの接触面圧が大きくなる。そのため、摩耗や異音の発生の原因となる。
（２）ハブ輪２９の加締部２９ｂを内輪３０のインボード側端より内側（アウトボード側）に収めようとすると、内輪３０の段部３６の軸方向長さを７〜８mm程度にする必要がある。このように内輪段部３６の軸方向長さが長くなると、ボール接触角を成す直線上に内輪段部３６が位置する傾向があり、そのため運転時の負荷荷重による内輪３０の変形が大きくなって短寿命となる可能性がある。また、内輪段部３６の軸方向長さが長くなると、それだけハブ輪２９に対する内輪３０の嵌め合い長さ（面積）が減少するので、内輪クリープが発生し、軸受寿命が低下する可能性がある。これらの問題は、内輪全体の幅寸法を長くすれば回避できるが、それでは軸方向に余分なスペースが必要になる。
（３）また、ハブ輪２９の加締部２９ｂが大きいことから、揺動加締加工において、加締工具が内輪３０と干渉し、加工が困難である。
（４）ハブ輪２９のインボード側端を加締めることで、ハブ輪２９の貫通孔３１のインボード側端であるハブパイロット部３１ａが縮径変形する。このため、ハブ輪２９の貫通孔３１に等速ジョイント外輪３３のステム部３３ａを挿入してスプライン嵌合させるときに、ステム部３３ａとその案内部となるハブパイロット部３１ａとが干渉し、等速ジョイント外輪３３のハブ輪２９への装着が難しくなる。また、ハブ輪２９のインボード側端を加締めることで内輪３０が拡径させられ、そのため内輪軌道面２４が変形し、軸受寿命の低下等の原因となる。

この発明の目的は、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止でき、車両への組立性向上が可能な車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有し中心に貫通孔を有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成し、前記ハブ輪が等速ジョイントの外輪と結合されて前記内輪のインボード側に向く端面が前記等速ジョイントの外輪に設けられたアウトボード側に向く段面に押し付けられる駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、
前記内輪の内周面におけるインボード側端に、この内輪のインボード側の端面まで続き、車両への組立工程における内輪の抜けを防止し得る程度に小さな深さの段差部を設け、前記ハブ輪のインボード側端の内周に前記貫通孔よりも大径となる薄肉化用段差部を設けて前記ハブ輪のインボード側端を加締筒部とし、この加締筒部は前記内輪の端面から突出しないものとし、前記薄肉化用段差部の内面を、円筒面と、段差内端面と、これら円筒面および段差内端面を繋ぐ円弧状面とでなる形状とし、前記円弧状面の曲率半径を１．９mm以上とし、前記加締筒部を拡径加締めにより塑性変形させて、その塑性変形部分のうちの前記加締筒部の軸方向の一部となる前記段差部内に進入した部分を、前記内輪の段差部の軸方向に向く係止面に係合させたことを特徴とする。
この構成によると、内輪の内周面に設けられてハブ輪の拡径加工による加締筒部を係合させる段差部を、内輪の内周縁というごく限られた範囲のものとしたため、内輪の抜け耐力を確保しながら、段差部をできるだけ小さなものとできる。このため、段差部を設けながら内輪端面の面積の減少を少なくできて、等速ジョイント外輪の段面との接触面圧の増加が抑制され、摩耗や異音の発生を防止できる。
特に、加締筒部の内周に薄肉化用段差部を設け、この薄肉化用段差部の内面を、円筒面と、段差内端面と、これら円筒面および段差内端面を繋ぐ円弧状面とでなる形状とし、この円弧状面の曲率半径を１．９mm以上と大きくしたので、加締筒部の拡径加締め時に、ハブ輪の貫通孔のインボード側端が縮径する量を小さくできる。そのため、相手部品となる等速ジョイント外輪のステム部の挿入や、ステム部基端であるステム部パイロット部分との嵌合に支障が生じない拡径加締めが可能になる。
この発明の車輪用軸受装置によると、このように軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止でき、車両への組立性向上が可能なる。

この発明において、前記ハブ輪の前記貫通孔は、等速ジョイントのステム部の外周のスプラインと噛み合うスプライン溝を内周面に有し、前記貫通孔の内周面における前記スプライン溝が形成された一般径部分よりもインボード側の部分を、前記薄肉化用段差部の内面となる円筒面と、この円筒面よりも小径で前記一般径部分よりも大径となる中間径段差部とでなる２段の段付き形状としても良い。
このようにハブ輪の加締筒部の肉厚の調整を２段の段付き形状で行うようにしたため、中間径の部分が、等速ジョイントのステム部を挿入するときの案内となり、組立性がより向上する。

この発明において、前記ハブ輪の軌道面は焼入れ処理した表面硬化処理面とし、前記加締加工部は非熱処理部とし、前記内輪は表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させても良い。
ハブ輪の軌道面は転動寿命の向上の点から、表面硬化処理面として硬度を高くすることが好ましいが、加締加工を行う部分は、加締加工の容易性の点から非熱処理部とすることが好ましい。内輪は、小部品であって軌道面を有し、かつハブ輪に内周面が嵌合することから、表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させたものとすることが、転動寿命や嵌合面の耐摩耗性の向上の点で好ましい。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有し中心に貫通孔を有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成し、前記ハブ輪が等速ジョイントの外輪と結合されて前記内輪のインボード側に向く端面が前記等速ジョイントの外輪に設けられたアウトボード側に向く段面に押し付けられる駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、前記内輪の内周面におけるインボード側端に、この内輪のインボード側の端面まで続き、車両への組立工程における内輪の抜けを防止し得る程度に小さな深さの段差部を設け、前記ハブ輪のインボード側端の内周に前記貫通孔よりも大径となる薄肉化用段差部を設けて前記ハブ輪のインボード側端を加締筒部とし、この加締筒部は前記内輪の端面から突出しないものとし、前記薄肉化用段差部の内面を、円筒面と、段差内端面と、これら円筒面および段差内端面を繋ぐ円弧状面とでなる形状とし、前記円弧状面の曲率半径を１．９mm以上とし、前記加締筒部を拡径加締めにより塑性変形させて、その塑性変形部分のうちの前記加締筒部の軸方向の一部となる前記段差部内に進入した部分を、前記内輪の段差部の軸方向に向く係止面に係合させたため、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止でき、車両の組立性向上が可能となる。

この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受装置に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面３を形成した外方部材１と、これら各軌道面３に対向する軌道面４を形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の軌道面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記各軌道面３，４は断面円弧状であり、各軌道面３，４はボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、シール７，８によりそれぞれ密封されている。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックルに取付けるフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。
内方部材２は回転側の部材となるものであって、外周に車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９のインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に前記各列の軌道面４が形成されている。ハブ輪９は中心に貫通孔１１を有し、その軌道面４は、焼入れ処理による表面硬化処理面とされている。内輪１０は、表面から芯部までの全体が焼入れ処理により硬化させてある。

図２に拡大断面図で示すように、ハブ輪９のインボード側端の外周には、ハブ輪９の他の部分の外周よりも小径となった段差部状の内輪嵌合面部１５が形成され、この内輪嵌合面部１５に内輪１０が嵌合する。内輪１０の内周面のインボード側端には、この内輪１０のインボード側の端面１０ａまで続き、この端面１０ａの内周縁に相当する深さの段差部１６が設けられる。段差部１６は、内輪１０の軌道面４におけるボール接触角を成す直線Ｌよりもインボード側に位置している。この段差部１６の内面は、円筒面からなるストレート部１６ａと、このストレート部１６ａの端部から内輪１０の内周面に続き内輪軸方向に向く係止面１６ｂとでなる形状とされている。係止面１６ｂは、詳しくは内輪軸方向に対して傾斜したテーパ面とされている。

ハブ輪９のインボード側端には、拡径加締めにより内輪１０の段差部１６の係止面１６ｂに係合させた加締筒部９ｂが設けてある。この加締筒部９ｂは、内輪１０の段差部１６内をほぼ充足する。
加締筒部９ｂは、ハブ輪１１のインボード側端の内周に前記貫通孔１１よりも大径となる薄肉化用段差部１１ｂを設けることで形成した部分であり、その拡径加締めの前の形状は、図４のように直円筒状とされている。加締筒部９ｂの拡径加締め後の形状は、図２（Ｂ）に示すように、内周面がインボード側へ開くテーパ状面となる。加締筒部９ｂを設ける軸方向範囲は、内輪１０の段差部１６のアウトボード側端よりも若干さらにアウトボード側の位置から、内輪端面１０ａの近傍までとされている。加締筒部９ｂの内輪端面１０ａからのアウトボード側への後退量Ｄは、例えば１．０mm程度とされている。

加締筒部９ｂの肉厚ｔは、例えば１．５mmとされる。内輪１０における前記段差部１６のテーパ面からなる係止面１６ｂの軸受中心軸Ｏに対する傾斜角度αは、４５°とされている。上記拡径加締めは、プレス加工等の方法で全周に渡り行われる。この加締加工はハブ輪９のインボード側端を拡径させるように行う。ハブ輪９の加締筒部９ｂは非熱処理部とされている。

図３はハブ輪９の全体の断面図であり、そのVI部を拡大して図４（Ａ）に示す。同図のように、薄肉化用段差部１１ｂの内面は、円筒面１１ｂａと、径方向に向く段差内端面１１ｂｃと、これら円筒面１１ｂａおよび段差内端面１１ｂｃを繋ぐ円弧状面１１ｂｂとでなる形状とされている。円弧状面１１ｂｂの曲率半径Ｒは、１．９mm以上（ここでは２．０mm）とされている。なお、この円弧状面１１ｂｂの曲率半径Ｒは、加締筒部９ｂの拡径加締め後においても１．９mm以上とされる。

ハブ輪９の貫通孔１１は、等速自在継手１２の片方の継手部材となる外輪１３のステム部１３ａを挿通する孔である。この貫通孔１１は、ステム部１３ａの外周に設けられたスプライン１３ａａと噛み合うスプライン溝１１ａａを内周面に有している。貫通孔１１の内周面における前記スプライン溝１１ａａが形成された一般径部分１１ａよりもインボード側の部分は、前記薄肉化用段差部１１ｂの内面となる円筒面１１ｂａと、この円筒面１１ｂａよりも小径で前記一般径部分１１ａよりも大径となる中間径段差部１１ｃとでなる２段の段付き形状とされている。

なお、この発明の車輪用軸受装置は、例えば小型乗用車から大型乗用車にわたる一般的な乗用車に適用されるものであり、これら一般的な乗用車に適用される各部の寸法のものとされている。

この車輪用軸受装置の車両への組付けにおいては、等速ジョイント１２の外輪１３のステム部１３ａをハブ輪９の貫通孔１１に挿通させ、ステム部１３ａの外周のスプライン１３ａａと貫通孔１１の内周面のスプライン溝１１ａａとをスプライン嵌合させ、ステム部１３ａの先端に螺合するナット１４の締め付けにより、等速ジョイント外輪１３を内方部材２に結合する。このとき、等速ジョイント外輪１３に設けられたアウトボード側に向く段面１３ｂが、内輪１０のインボード側に向く端面１０ａに押し付けられ、等速ジョイント外輪１３とナット１４とで内方部材２が幅締めされる。車輪取付用のハブフランジ９ａはハブ輪９のアウトボード側端に位置しており、このハブフランジ９ａにブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がボルト１７で取付けられる。

この構成の車輪用軸受装置によると、内輪１０の内周面に段差部１６を設け、ハブ輪９の加締筒部９ｂを前記段差部１６の係止面１６ｂに拡径加締めによって係合させたので、車両への組付工程において発生する外力による内輪１０のハブ輪９からの抜けを防止できる。段差部１６は、内輪１０の内周縁というごく限られた範囲のものとしたため、内輪１０の抜け耐力を確保しながら、段差部１６をできるだけ小さなものとできる。このため、段差部１６を設けながら内輪１０の端面１０ａの面積の減少が少なく、等速ジョイント外輪１３の段面１３ｂとの接触面圧の増加が抑制され、摩耗や異音の発生を防止できる。

特に、加締筒部９ｂの内周に、ハブ輪９の貫通孔１１よりも段差を持って大径となる薄肉化用段差部１１ｂを設け、この薄肉化用段差部１１ｂの内面を、円筒面１１ｂａと、段差内端面１１ｂｃと、これら円筒面１１ｂａおよび段差内端面１１ｂｃを繋ぐ円弧状面１１ｂｂとでなる形状としており、この円弧状面１１ｂｂの曲率半径Ｒを１．９mm以上と大きくしたので、加締筒部９ｂの拡径加締め時に生じる、ハブ輪９の貫通孔１１のインボード側端であるハブ輪パイロット部１１ｄ（この実施形態では中間径段差部１１ｃがハブ輪パイロット部１１ｄとなる）の縮径量を小さくできる。そのため、相手部品となる等速ジョイント外輪１３のステム部１３ａの挿入や、ステム部基端であるステム部パイロット部分１３ａｂとの嵌合に支障が生じない拡径加締めが可能になる。

これにより、車両への組立性を確保しつつ、十分な内輪抜け耐力を確保できる。このことを確認するために、本発明者等は、前記円弧状面１１ｂｂの曲率半径Ｒ（ハブ根元Ｒ ）をこの実施形態の場合と異ならせた２つの比較例と、この実施形態の車輪用軸受装置とを比較して、次の測定を行った。すなわち、加締筒部９ｂの拡径加締め時におけるハブ輪パイロット部１１ｄにおける内径Ｄ２の縮径量を、種々の加締め荷重（１９０ｋＮ，１００ｋＮ，７５ｋＮ）において測定した。その測定結果を表１に示す。なお、いずれの例も、貫通孔１１の内径Ｄ１は２６．４mm、ハブ輪パイロット部１１ｄの内径Ｄ２は２９．５mmである。比較例(2) におけるヌスミは、図４（Ｂ）に示すように、円弧状面１１ｂｂを円筒面１１ｂａおよび段差内端面１１ｂｃよりも深くした寸法ｈである。

この測定結果から、いずれの加締め荷重においても、この実施形態の車輪用軸受装置でのハブ輪パイロット部内径Ｄ２の縮径量は、各比較例の場合よりも小さいことが確認された。この試験結果により、円弧状面１１ｂｂの曲率半径Ｒを大きくすることで、ハブ輪パイロット部内径Ｄ２の縮径量が小さくなることが分かる。また、上記曲率半径Ｒを２．０mmの狙いとし、±０．１mmの誤差を考慮した形状で、相手部品の嵌合に支障のない変形の小さな拡径加締めが可能であることが確認された。誤差の±０．１mmを考慮すると、曲率半径Ｒの最少寸法は、１．９mmである。
このように、この実施形態の車輪用軸受装置によると、ハブ輪９への等速ジョイント外輪１３の装着が容易となり、かつ内輪１０の膨張による寿命低下も防止できる。その結果、軸受機能へ悪影響を及ぼすことなく、車両への組立工程における内輪抜けを防止でき、車両の組立性向上が可能となる。

また、ハブ輪９の貫通孔１１は、貫通孔１１の内周面におけるスプライン溝１１ａが形成された一般径部分１１ａよりもインボード側の部分を、加締筒部９ｂの内周面となる薄肉化用段差部１１ｂの円筒面１１ｂａと、この円筒面１１ｂａｂよりも小径で前記一般径部分１１ａよりも大径となる中間径段差部１１ｃとでなる２段の段付き形状としたので、中間径段差部１１ｃが、等速ジョイント１２のステム部１３ａを挿入するときの案内ととなり、組立性がより向上する。

また、この車輪用軸受装置では、ハブ輪９における軌道面４を焼入れ処理した表面硬化処理面としているため、転動寿命を確保できる。加締加工部である加締筒部９ｂは非熱処理部としているため、加締加工を容易に行える。内輪１０は小部品であって軌道面４を有し、かつハブ輪９に内周面が嵌合することから、前記したように表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させたものとすることで、転動寿命に優れ、かつ嵌合面の耐摩耗性に優れたものとなる。

この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 （Ａ）は同車輪用軸受装置の部分拡大断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のII部の拡大図である。 同車輪用軸受装置におけるハブ輪の断面図である。 （Ａ）は図３におけるＡ部の拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）における円弧状面の部分の拡大断面図である。 従来例の断面図である。 従来例の部分拡大断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…外方部材の軌道面
４…内方部材の軌道面
５…転動体
９…ハブ輪
９ａ…ハブフランジ
９ｂ…加締筒部
１０…内輪
１０ａ…内輪端面
１１…貫通孔
１１ａ…スプライン溝
１１ｂ…薄肉化用段差部
１１ｂａ…円筒面
１１ｂｂ…円弧状面
１１ｂｃ…段差内端面
１１ｃ…貫通孔の中間径段差部
１３…等速ジョイント外輪
１３ａ…等速ジョイント外輪のステム部
１３ａａ…ステム部のスプライン
１６…内輪の段差部
１６ｂ…内輪段差部のテーパ面
Ｒ…円弧状面の曲率半径

Claims (3)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、上記内方部材が、車輪取付用のハブフランジを外周に有し中心に貫通孔を有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブ輪および内輪に前記各列の軌道面を形成し、前記ハブ輪が等速ジョイントの外輪と結合されて前記内輪のインボード側に向く端面が前記等速ジョイントの外輪に設けられたアウトボード側に向く段面に押し付けられる駆動輪支持用の車輪用軸受装置において、
   前記内輪の内周面におけるインボード側端に、この内輪のインボード側の端面まで続き、車両への組立工程における内輪の抜けを防止し得る程度に小さな深さの段差部を設け、前記ハブ輪のインボード側端の内周に前記貫通孔よりも大径となる薄肉化用段差部を設けて前記ハブ輪のインボード側端を加締筒部とし、この加締筒部は前記内輪の端面から突出しないものとし、前記薄肉化用段差部の内面を、円筒面と、段差内端面と、これら円筒面および段差内端面を繋ぐ円弧状面とでなる形状とし、前記円弧状面の曲率半径を１．９mm以上とし、前記加締筒部を拡径加締めにより塑性変形させて、その塑性変形部分のうちの前記加締筒部の軸方向の一部となる前記段差部内に進入した部分を、前記内輪の段差部の軸方向に向く係止面に係合させたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記ハブ輪の前記貫通孔は、等速ジョイントのステム部の外周のスプラインと噛み合うスプライン溝を内周面に有し、前記貫通孔の内周面における前記スプライン溝が形成された一般径部分よりもインボード側の部分を、前記薄肉化用段差部の内面となる円筒面と、この円筒面よりも小径で前記一般径部分よりも大径となる中間径段差部とでなる２段の段付き形状とした車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記ハブ輪の軌道面は焼入れ処理した表面硬化処理面とし、前記加締加工部は非熱処理部とし、前記内輪は表面から芯部までの全体を焼入れ処理により硬化させた車輪用軸受装置。

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