JP4846672B2

JP4846672B2 - 車軸軸受及び車輪軸受装置

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Publication number: JP4846672B2
Application number: JP2007203126A
Authority: JP
Inventors: 晃鳥居
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2008032225A

Description

本発明は車軸軸受及び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軸軸受及び車輪軸受装置に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２９７２０８号公報

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。

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。

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軸軸受及び車輪軸受装置を提供することにある。

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軸軸受において、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、等速自在継手の軸部が挿入される前記ハブ輪の内径に、前記等速自在継手の軸部根元部位に嵌合される前記内輪の内径よりも小径の嵌合面と、前記嵌合面よりも小径で、かつ、嵌合面よりも軸方向寸法が大きいセレーション又はスプラインとを形成し、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を形成したことを特徴とする（請求項１）。

本発明の車軸軸受では、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軸軸受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。
また、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ると共に、セレーション又はスプラインを、嵌合面よりも小径で軸方向寸法が大きくなるように形成したことにより、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。
さらに、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を形成したことにより、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。

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。また、前記等速自在継手の軸部を前記ハブ輪および前記内輪に挿通し、前記軸部の外径およびハブ輪の内径に形成されたセレーションまたはスプラインにより、ハブ輪と等速自在継手とをトルク伝達可能なように結合し、前記車軸軸受に等速自在継手を固定すれば、車輪軸受装置を構成することができる（請求項３）。

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軸軸受において、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。
また、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ると共に、セレーション又はスプラインを、嵌合面よりも小径で軸方向寸法が大きくなるように形成したことにより、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。
さらに、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を形成したことにより、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。

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。

本発明の実施形態および参考例を図１乃至図８に基づいて以下に詳述する。

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を結合した車輪軸受装置をナックル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。

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とで構成された図１の車軸軸受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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、本発明の参考例として、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。

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。この参考例は、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に示す参考例は、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。

図２乃至図７に示す車輪軸受装置では、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。

以上で説明した車輪軸受装置では、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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態で、非分離タイプの車軸軸受を示す断面図である。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である。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である。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である。本発明の参考例で、分離タイプの車輪軸受装置を示す断面図である。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である。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である。（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である。車輪軸受装置の従来例を示す断面図である。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である。

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

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軸軸受において、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、等速自在継手の軸部が挿入される前記ハブ輪の内径に、前記等速自在継手の軸部根元部位に嵌合される前記内輪の内径よりも小径の嵌合面と前記嵌合面よりも小径で軸方向寸法が大きいセレーション又はスプラインとを形成し、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を形成したことを特徴とする車軸軸受。
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に記載の車軸軸受。
前記等速自在継手の軸部を前記ハブ輪および前記内輪に挿通し、前記軸部の外径およびハブ輪の内径に形成されたセレーションまたはスプラインにより、ハブ輪と等速自在継手とをトルク伝達可能なように結合し、請求項１又は２に記載の車軸軸受に前記等速自在継手を固定した車輪軸受装置。