JP4857858B2

JP4857858B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP4857858B2
Application number: JP2006091281A
Authority: JP
Inventors: 剛上川; 勝出口; 誠司山本; 長シン于; 将生滝本; 修二永田; 鉄也石川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007261490A

Description

本発明は、主として自動車に用いられる車輪用軸受装置に関するものである。

従来、２ＷＤ（２輪駆動）と４ＷＤ（４輪駆動）との切換えが可能なパートタイム４ＷＤ車用の車輪用軸受装置として、エンジンに接続された駆動軸と車輪との連結を断続可能に構成したものが知られている。こうした車輪用軸受装置は、特許文献１に示されるように、車輪が取り付けられる内軸の外周に、内軸を車体の懸架装置に対して回動自在に支持するための転がり軸受が装着され、内軸の中心に駆動軸が挿入される中心孔が設けられる。駆動軸は、中心孔の内壁に圧入嵌合されたニードル軸受によって内軸に対して回転可能に支持されている。また、この車輪用軸受装置は、駆動軸の回転がクラッチ部材を介して伝達されるカプラーリングを備えている。カプラーリングは、内軸のインナー側（車輪が取り付けられる側の反対側）軸端に固定され、外周面にスプラインを有する。そして、駆動軸と同期して回転するクラッチ部材が、スプラインと係合する状態と係合しない状態との間で切換え動作することにより、駆動軸と内軸との連結を断続可能にしている。

また、上記の車輪用軸受装置においては、カプラーリングの内周面及び内軸のインナー側軸端にスプライン加工が施され、カプラーリングを内軸のスプラインにスプライン係合させることにより、カプラーリングと内軸との回転方向の結合が行われている。また、カプラーリングの内軸に対する軸方向への固定は、内軸のインナー側軸端をかしめて、軸端を径方向外方に塑性変形させることで行われている（以下、このかしめを軸端かしめという）。このような軸端かしめは、内軸のフランジ部側面に対して転がり軸受の内輪の一端側端面を当接させ、さらに内輪の他端側端面に対してカプラーリング側面を当接させた状態で、インナー側からかしめ治具を押し付けることで行われる。このため、カプラーリング及び内輪を内軸に対して確実に固定することができるとともに、カプラーリング及び内輪に適切な予圧を与えることができる。
特表２００３−５０７６８３号公報

ところで、上記のような車輪用軸受装置では、軸端かしめが軸端側からかしめ治具を押し付けることで行われているため、軸端かしめが行われる際に、内軸のインナー側の径方向に膨れが生じる。この膨れは、内軸の外周側だけでなく内周側にも発生し得るため、内軸の中心孔に膨れが発生していると、中心孔にニードル軸受を組付けるときにニードル軸受が内径側に変形してしまう。ニードル軸受が内径側に変形した場合、ニードル軸受の内接円径が小さくなるため、駆動軸の径方向に過負荷が加わる。このようにして駆動軸の回転が阻害されると、燃費の悪化やニードル軸受及び駆動軸の耐久性の悪化を招くおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内軸の軸端かしめにより発生する膨れに起因して内軸の中心孔に嵌合された軸受部材が変形することを抑えることができる車輪用軸受装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る車輪用軸受装置は、転がり軸受と、中心に駆動軸が挿入される中心孔が設けられ、外周に前記転がり軸受を装着した内軸と、内軸のインナー側軸端をかしめることにより内軸に固定され、前記駆動軸の回転がクラッチ部材を介して伝達されるカプラーリングと、外周面が前記中心孔の内壁に嵌合されて内周面が前記駆動軸を支持する円筒状の軸受部材とを備え、前記軸受部材のインナー側の外周面は、前記中心孔の内壁と離間するように構成されることを特徴とする。

同構成によれば、軸受部材のインナー側の外周面は、内軸の中心孔の内壁と離間するように構成されるため、内軸のインナー側の軸端かしめ（軸端かしめ）によって中心孔の内壁に膨れが発生する場合において、その膨れの影響により円筒状の軸受部材が内周側に変形することを極力抑えることができる。このため、軸受部材の内周径を確保して、駆動軸の径方向に過負荷が加わることを抑制することができ、燃費の悪化やニードル軸受及び駆動軸の耐久性の悪化を抑えることができる。

また、前記軸受部材のインナー側の外周面と対向する前記中心孔の内壁は、インナー側に向って広がる円錐面であってもよい。同構成によれば、軸受部材のインナー側の外周面と対向する内軸の中心孔の内壁は、インナー側に向って広がる円錐面であるため、内軸の軸端かしめにより発生する膨れの影響を低減することができるとともに、軸受部材を組み込む際に、円錐面によって軸受部材をスムーズにガイドすることができる。

また、前記円錐面は、前記中心孔の中心軸に対して２０〜６０分の角度をもって形成されるようにしてもよい。同構成によれば、中心孔の内壁に設けられる円錐面は、中心孔の中心軸に対して２０〜６０分の角度をもって形成されるため、前記角度を不必要に大きくすることで内軸の強度が損なわれることを抑制するとともに、前記角度を過小にすることで内軸の軸端かしめにより発生する膨れの影響が軸受部材に及ぶことを抑制することができる。

また、前記軸受部材は、ニードル軸受であってもよい。同構成によれば、軸受部材はニードル軸受であるため、軸受部材と駆動軸との間に発生する摩擦損失を好適に低減することができる。

本発明によれば、軸端かしめによって中心孔の内壁に膨れが発生する場合に、軸受部材が内周側に変形することを抑えることができる。このため、軸受部材の内周径を確保することができ、駆動軸の径方向に過負荷が加わることを抑制することができる。従って、軸受部材の変形に起因する燃費の悪化や軸受部材及び駆動軸の耐久性の悪化を好適に抑えることができる。

以下、図１，２を参照して、本発明に係る車輪用軸受装置を具体化した一実施形態について説明する。図１は車輪用軸受装置の縦断面図である。車輪用軸受装置１は、内軸１０と、転がり軸受２０と、カプラーリング３０と、ニードル軸受４０とを備えている。

内軸１０は、軸部１１と、軸部１１のアウター側端部に径方向外方に延びるように形成された円環状のフランジ部１２と、フランジ部１２よりもさらにアウター側に突出して設けられた円筒形のインロー部１３とを有している。フランジ部１２には、図示しない車輪のホイールがボルト１４により締結されている。また、軸部１１の軸方向中央部の外周面には、内軸１０を車体の懸架装置に対して回動自在に支持するための転がり軸受２０が取り付けられている。この転がり軸受２０としては複列円錐ころ軸受が利用されている。複列円錐ころ軸受は、一般に、重量の大きな車体からかかる大きなラジアル荷重、アキシャル荷重、モーメント荷重を受けるために用いられる。

軸部１１のインナー側端部の外周面には、カプラーリング３０を固定するためのスプライン１５が形成されている。カプラーリング３０は後述するように、駆動軸５０からの駆動力を断続する切換機構を構成する。また、スプライン１５が形成されている軸端には、組立時に、その軸端を径方向外方に塑性変形させる軸端かしめによって形成されたかしめ部１６が設けられている。

軸部１１の中心には、駆動軸５０が挿入される中心孔１７が形成されている。中心孔１７には、駆動軸５０を支持するために中心孔１７のアウター側に玉軸受１８が取り付けられ、中心孔１７のインナー側に軸受部材としてのニードル軸受４０が取り付けられている。玉軸受１８は深溝玉軸受であり、内軸１０のフランジ部１２と略同一軸方向位置に配置されている。また、ニードル軸受４０は、転がり軸受２０の第２内輪２３と略同一軸方向位置に配置されている。このように二つの軸受１８、４０を設けることで、内軸１０と駆動軸５０とが互いに同軸状態で強固に支持され、車輪用軸受装置１の剛性が高まる。また、インナー側の軸受をニードル軸受４０とすることで、当該軸受４０を取り付けた部分における内軸１０の肉厚を確保しやすくしている。

転がり軸受２０は、複列円錐ころ軸受であり、外輪２１と、アウター側の第１内輪２２及びインナー側の第２内輪２３からなる内輪２４と、複列の転動体としてのアウター側及びインナー側に配列された円錐ころ２５と、アウター側及びインナー側に配置されたシール部材２６とを有する。第１内輪２２のインナー側端面２２ａは、内軸１０のフランジ部１２の基部近傍に位置する径方向面１２ａと当接している。第２内輪２３は、第１内輪２２のインナー側に隣接して配置されている。第１内輪２２は、アウター側の円錐ころ２５の軌道面である第１内輪軌道２２ｂを有しており、第２内輪２３は、インナー側の円錐ころ２５の軌道面である第２内輪軌道２３ｂを有している。

一方、外輪２１は、第１内輪軌道２２ｂに対向する第１外輪軌道２１ａと、第２内輪軌道２３ｂに対向する第２外輪軌道２１ｂとを有する。また、外輪２１の外周面には、径方向外側に延びるフランジ部２７が設けられている。このフランジ部２７は図示しない車体の懸架装置に取り付けられる。そして、アウター側の円錐ころ２５が、第１内輪軌道２２ｂと第１外輪軌道２１ａとの間に配置され、インナー側の円錐ころ２５が、第２内輪軌道２３ｂと第２外輪軌道２１ｂとの間に配置されている。シール部材２６は、外輪２１の両側部と内輪２４の両側部との間に介在し、車両の走行に伴い、泥水、砂利、小石等の異物が、外輪２１と内輪２４との隙間から転がり軸受２０の内部に侵入することを防止している。

カプラーリング３０は、リング状部材であって、内周面に内周側スプライン３１が形成され、外周面には外周側スプライン３２が形成されている。内周側スプライン３１は、軸部１１のインナー側端部に形成されたスプライン１５に噛み合うものであり、このスプライン係合によりカプラーリング３０と内軸１０との回転方向の結合が行われている。また、カプラーリング３０は、軸端かしめにより形成されたかしめ部１６によって内軸１０の軸方向に固定されている。軸端かしめを行う際には、軸端のインナー側からかしめ治具を押し付けることで行われる。このため、かしめ部１６からアウター側への軸方向の圧力により、内輪２４及びカプラーリング３０の軸部１１に対する固定が確実なものとなるとともに、内輪２４及びカプラーリング３０に対して与圧が付与される。

また、カプラーリング３０は、駆動軸５０からの駆動力を断続する切換機構２の一構成要素をなす。この切換機構２は、カプラーリング３０と、カプラーリング３０に隣接した位置に外周側スプライン３２と同径のスプライン５１を有する駆動軸５０と、外周側スプライン３２及びスプライン５１の両スプライン上を軸方向に摺動可能なクラッチ部材としてのギアリング５２とを備えている。そして、ギアリング５２がアウター側に移動する、すなわち矢印Ｌ方向に移動すると、ギアリング５２の内周に形成されたスプライン５２ａが、駆動軸５０側のスプライン５１とカプラーリング３０の外周側スプライン３２との両者に噛み合った連結状態（図１に示す状態）となり、駆動軸５０の駆動力が内軸１０を介して車輪に伝達される。一方、ギアリング５２がインナー側に移動する、すなわち矢印Ｒ方向に移動すると、ギアリング５２のスプライン５２ａは、駆動軸５０側のスプライン５１とは噛み合っているがカプラーリング３０の外周側スプライン３２には噛み合っていない切断状態（図示省略）となり、駆動軸５０の駆動力が内軸１０に伝達されずに車輪が従動輪となる。このように、ギアリング５２を軸方向に摺動させることにより、内軸１０への駆動力を断続する切換えが行われる。なお、特に図示しないが、ギアリング５２は、エアや油圧など適宜の動力手段を用いた摺動機構により駆動される。

ニードル軸受４０は、シェル４１と、複数の針状ころ４２と、保持器４３とを備える。図２はニードル軸受４０周辺の拡大断面図である。シェル４１は、環状に形成されるとともに、軸方向の両端が折り返されている。折り返される先端部４１ａ，４１ｂは、互いに対向するように位置し、先端部４１ａと先端部４１ｂとの幅が、針状ころ４２の軸方向の長さと略同一となるように形成される。そして、先端部４１ａと先端部４１ｂとによって針状ころ４２を軸方向に保持している。保持器４３は、環状に形成されるとともに、針状ころ４２に対応する位置にポケット孔４３ａを有する。ポケット孔４３ａの周方向の幅は、針状ころ４２の直径よりも小さく形成されており、これにより針状ころ４２が内周側に抜け落ちることを防止している。

ニードル軸受４０は、シェル４１が中心孔１７の内壁１９に圧入嵌合されることで、中心孔１７に取り付けられ、内周面に位置する針状ころ４２が駆動軸５０を支持している。ここで、ニードル軸受４０の外周面に対向する内壁１９は、アウター側の内周面１９ａが、円筒状に形成されるとともに、インナー側の内周面１９ｂが、中心孔１７の中心軸に対して傾斜角αを有しインナー側に向って広がる円錐面に形成される。このため、ニードル軸受４０を中心孔１７に組付けたときに、シェル４１のアウター側の外周面４１ｃのみが内壁１９の内周面１９ａと嵌合し、シェル４１のインナー側の外周面４１ｄは内壁１９の内周面１９ｂと離間した状態となる。

従って、前述の軸端かしめを行うときに、かしめ治具が軸方向に押し付けられることによって中心孔１７の内壁１９に膨れが発生している場合において、中心孔１７のインナー側の内周面１９ｂを、シェル４１のインナー側の外周面４１ｄと離間した状態とすることにより、内壁１９の膨れの影響を極力抑えることができる。すなわち、内壁１９の膨れによりニードル軸受４０が内周側に変形することを抑えることができ、針状ころ４２の内接円径Ｄ１を確保することができる。なお、内周面１９ｂの円錐面の傾斜角αは２０〜６０分の角度とすることが好ましい。傾斜角αを２０〜６０分とすることで、内軸１０の強度が損なわれることを抑制しつつ、膨れの影響が及ぶことを抑制することができる。また、シェル４１のアウター側の外周面４１ｃと内壁１９の内周面１９ａとの嵌合長さＬ１は、ニードル軸受４０の軸方向長さＬ２の半分以上であることが好ましい。これにより、ニードル軸受４０の内壁１９に対する固定が不安定となることを抑えることができる。

次に、内軸１０に転がり軸受２０及びカプラーリング３０を取り付けて、ニードル軸受４０を組付ける手順について説明する。まず、軸端かしめを行うに先立って、軸部１１のインナー側から転がり軸受２０をアウター側へ挿入する。続いて、カプラーリング３０の内周側スプライン３１を軸部１１のインナー側端部に形成されているスプライン１５に噛み合わせつつ、カプラーリング３０を軸部１１に嵌め合わせる。続いて、軸部１１の軸端かしめを行いかしめ部１６を形成し、転がり軸受２０の第１内輪２２、第２内輪２３及びカプラーリング３０をアウター側に押し付けるように固定する。これにより、転がり軸受２０及びカプラーリング３０が軸部１１に固定されるとともに、必要な与圧が付与される。

次いで、内軸１０の中心孔１７のインナー側からニードル軸受４０を挿入し、ニードル軸受４０のシェル４１を中心孔１７の内壁１９に対して圧入嵌合する。このとき、軸端かしめにより中心孔１７の内壁１９に膨れが発生していても、内壁１９のインナー側の内周面１９ｂが、シェル４１のインナー側の外周面４１ｄと離間した状態となっているため、内壁１９の膨れの影響が抑えられて、ニードル軸受４０の内周側への変形が抑制される。なお、内軸１０にニードル軸受４０を組付けた後に、カプラーリング３０等を取り付けるような手順をとった場合においても、軸端かしめによる膨れの影響がニードル軸受４０に及ぶことを抑えることができる。

上記実施形態の車輪用軸受装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ニードル軸受４０のシェル４１のインナー側の外周面４１ｄは、中心孔１７の内壁１９と離間するように構成されるため、軸端かしめにより内壁１９に膨れが発生しても、ニードル軸受４０の内周側への変形が抑制される。このため、ニードル軸受４０の針状ころ４２の内接円径Ｄ１を確保することができ、駆動軸５０の径方向に過負荷が加わることを抑制することができる。従って、ニードル軸受４０の変形に起因する燃費の悪化やニードル軸受４０及び駆動軸５０の耐久性の悪化を好適に抑えることができる。

（２）上記実施形態では、ニードル軸受４０のインナー側の外周面４１ｄと対向する内壁１９の内周面１９ｂは、インナー側に向って広がる円錐面であるため、ニードル軸受４０を組み込む際に、内周面１９ｂによってニードル軸受４０のシェル４１をスムーズにガイドすることができる。

（３）上記実施形態では、内壁１９の内周面１９ｂを構成する円錐面は、中心孔１７の中心軸に対する傾斜角αが２０〜６０分の角度で形成される。このため、傾斜角αを不必要に大きくすることで内軸１０の軸部１１の強度が損なわれることを抑制するとともに、傾斜角αを過小にすることで軸端かしめにより発生する膨れの影響がニードル軸受４０に及ぶことを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、内壁１９の内周面１９ｂは、インナー側に向って広がる円錐面で構成しているが、シェル４１のインナー側の外周面４１ｄと離間する形態であれば、他の形態であってもよい。例えば図３に示すように、内壁１９の内周面１９ｃを円筒面等で形成し、内軸１０の軸部１１の強度を確保できる限度において内周面１９ｃを減肉することで、シェル４１のインナー側の外周面４１ｄと離間するように構成してもよい。

・上記実施形態では、内軸１０に対して駆動軸５０を支持するためにニードル軸受４０を用いているが、図４に示すように、ニードル軸受４０に代えて、金属等で構成される円筒状の滑り軸受６０を用いてもよい。滑り軸受６０を用いた場合においても、滑り軸受６０のインナー側の外周面６０ａと内壁１９の内周面１９ｂとを離間させて、滑り軸受６０の内周側への変形を抑制することができる。なお、上記実施形態の車輪用軸受装置１では、切換機構２が連結状態となって車輪が駆動輪となる場合には、内軸１０と駆動軸５０とが一体となって回転する。一方、切換機構２が切断状態となって車輪が従動輪となる場合には、コーナリング走行時等を除いて、内軸１０と駆動軸５０とが相対回転することがほとんどなく、相対回転する場合においても、その回転量は僅かなものとなる。このため、荷重を受けながら転がるというニードル軸受４０の本来の機能を発揮する場面が限られることになる。そこで、ニードル軸受４０に代えて滑り軸受６０を用いることにより、最小限の軸受機能を確保しつつ、軸受部品のコストの低減を図ることができる。

・また、駆動軸５０の支持に滑り軸受６０を用いる場合には、図５に示すように、滑り軸受６０のインナー側に減肉部６０ｂを形成することで、内壁１９と離間するように構成してもよい。このようにすると、内軸１０の軸部１１の強度が低下することを抑制するとともに、軸端かしめにより発生する膨れの影響が滑り軸受６０に及ぶことを抑制することができる。

・上記実施形態では、転がり軸受２０の内輪２４を、第１内輪２２と第２内輪２３とで構成したが、アウター側の第１内輪２２は、内軸１０の軸部１１と一体化した構成としてもよい。

・上記実施形態では、転がり軸受２０として複列円錐ころ軸受を用いているが、複列の玉軸受を用いてもよい。

実施形態に係る車輪用軸受装置の縦断面図。図１の要部拡大断面図。本発明の他の例における要部拡大断面図。本発明の他の例における要部拡大断面図。本発明の他の例における要部拡大断面図。

符号の説明

１…車輪用軸受装置、２…切換機構、１０…内軸、１１…軸部、１７…中心孔、１９…内壁、２０…転がり軸受、２１…外輪、２４…内輪、３０…カプラーリング、４０…ニードル軸受、４１…シェル、５０…駆動軸。

Claims

転がり軸受と、中心に駆動軸が挿入される中心孔が設けられ、外周に前記転がり軸受を装着した内軸と、内軸のインナー側軸端をかしめることにより内軸に固定され、前記駆動軸の回転がクラッチ部材を介して伝達されるカプラーリングと、外周面が前記中心孔の内壁に嵌合されて内周面が前記駆動軸を支持する円筒状の軸受部材とを備え、
前記軸受部材のインナー側の外周面は、前記中心孔の内壁と離間するように構成されることを特徴とする車輪用軸受装置。
前記軸受部材のインナー側の外周面と対向する前記中心孔の内壁は、インナー側に向って広がる円錐面であることを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記円錐面は、前記中心孔の中心軸に対して２０〜６０分の角度をもって形成されることを特徴とする請求項２に記載の車輪用軸受装置。
前記軸受部材は、ニードル軸受であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。