JP4868891B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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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、ハブ輪の揺動加締によって内輪が固定されたセルフリテイン構造において、この加締加工に伴う内輪の変形を抑えると共に、ハブ輪の強度を高めて耐久性の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は、懸架装置に対して車輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用のものと従動輪用のものとがある。この車輪用軸受装置には、所望の軸受剛性を有し、ミスアライメントに対しても耐久性を発揮すると共に、燃費向上の観点から回転トルクが小さい複列アンギュラ玉軸受が多用されている。一方、オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両には複列円すいころ軸受が使用されている。その従来構造の代表的な一例として、図３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。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ター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
この車輪用軸受装置は第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列のボール５４、５４を備えている。ハブ輪５１は、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、外周にアウター側の内側転走面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。また、車輪取付フランジ５５の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５６が植設されている。
ハブ輪５１の小径段部５１ｂには、外周にインナー側の内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、ハブ輪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、ハブ輪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。これら複列の外側転走面５３ａ、５３ａと、これらに対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列のボール５４、５４が転動自在に収容されている。
ハブ輪５１は、炭素の含有量が０．４０〜０．８０重量％である炭素鋼製の素材に鍛造を施すことにより一体に形成され、斜格子で示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から内側転走面５１ａ、および小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れ等によって表面が硬化処理されている。なお、加締部５１ｃは、鍛造後の素材表面硬さの生のままとしている。一方、内輪５２は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼のような高炭素鋼製とし、芯部まで焼入れ硬化されている。
これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の直径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
特開平１１−１２９７０３号公報
然しながら、この従来の車輪用軸受装置において、ハブ輪５１における小径段部５１ｂの端部を揺動加締する際、内輪５２が径方向外方に押し広げられることになり、内輪５２が変形するのは否めない。特に、車輪用軸受装置が複列円すいころ軸受で構成されている場合、内側転走面５２ａに発生するフープ応力だけでなく、円すいころを案内する大鍔がアウター側に傾斜して円すいころとの接触状態が崩れ、トルク変動や面圧上昇によって昇温する恐れがある。
ここで、内輪５２の幅寸法を長くして剛性を高めることもできるが、内輪５２の幅が長くなれば軽量・コンパクト化が阻害されるだけでなく、コストアップの要因になって好ましくない。この種の複列円すいころ軸受からなる車輪用軸受装置において、加締加工に伴う内輪の変形を抑えると共に、ハブ輪の強度を高めて耐久性の向上を図った構造が望まれていた。
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、ハブ輪の揺動加締によって内輪が固定された第１乃至第３世代構造の車輪用軸受装置において、加締加工に伴う内輪の変形を抑え、ハブ輪の強度を高めて耐久性の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所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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円すいころとを備え、前記内輪の内側転走面の大径側に前記円すいころを案内するための大鍔が形成され、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、前記内輪における加締部側の内径端部に、前記ハブ輪の軸方向に垂直な面であって前記内側転走面の大径端に接する面と当該内輪の内周面との交線から大端面に亙って０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の段差部が形成され、前記加締部が前記内輪の大端面に当接されている。
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を軸方向に固定したセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪における加締部側の内径端部に、ハブ輪の軸方向に垂直な面であって内側転走面の大径端に接する面と当該内輪の内周面との交線から大端面に亙って０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の段差部が形成され、加締部が内輪の大端面に当接されているので、加締荷重によって生じる内輪の変形を抑制し、外径等に発生するフープ応力を軽減すると共に、加締部に微小クラック等の損傷が発生するのを抑えることができる。
また、請求項２に記載の発明のように、前記加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の溝底を有する環状溝が形成されると共に、この環状溝が、前記内側転走面の大径端から前記内輪の大端面を越えて形成され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されていれば、揺動加締による内輪の変形を一層抑制すると共に、加締強度を確保し、かつ加締部に微小クラック等の損傷が発生するのを一層抑えることができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが前記内輪における加締部側の内径端部の面取り部の曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面の曲率半径Ｒｏよりも小さく（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、曲率半径ＲｉがＲ１〜１０の範囲に設定されていれば、加締加工時に端部が変形し易くなると共に、内輪押込み量を確保して内輪の変形を抑えることができる。
また、請求項４に記載の発明のように、前記内輪の加締部側の面取り部が、曲率半径ｒ１がＲ１．０〜２．５からなる円弧面を備えていれば、加締荷重によって生じる内輪の外径の弾性変形を抑制して外径に発生するフープ応力を軽減すると共に、加締部に微小クラック等の損傷が発生するのを抑えることができる。
また、請求項５に記載の発明のように、前記車輪取付フランジの基部から前記環状溝のアウター側の端部に亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理され、前記加締部が鍛造後の表面硬さ２５ＨＲＣ以下の生のままとされていれば、ハブ輪のフレッティング摩耗が抑制されて強度および耐久性が向上すると共に、加締部の加工性が向上し、塑性変形によるクラック等の発生を防止することができる。
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所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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円すいころとを備え、前記内輪の内側転走面の大径側に前記円すいころを案内するための大鍔が形成され、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、前記内輪における加締部側の内径端部に、前記ハブ輪の軸方向に垂直な面であって前記内側転走面の大径端に接する面と当該内輪の内周面との交線から大端面に亙って０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の段差部が形成され、前記加締部が前記内輪の大端面に当接されているので、加締荷重によって生じる内輪の変形を抑制し、外径等に発生するフープ応力を軽減すると共に、加締部に微小クラック等の損傷が発生するのを抑えることができる。
外周に車体取付フランジを一体に有し、内周にテーパ状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面が形成された一対の内輪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円すいころとを備え、前記内輪の内側転走面の大径側に前記円すいころを案内するための大鍔が形成され、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、前記内輪における加締部側の内径端部に、前記ハブ輪の軸方向に垂直な面であって前記内側転走面の大径端に接する面と当該内輪の内周面との交線から大端面に亙って０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の段差部が形成されると共に、前記加締部が前記内輪の大端面に当接され、当該内輪の面取り部が、曲率半径Ｒ１．０〜２．５からなる円弧面を備えている。
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、図２（ａ）は、図１の加締前のハブ輪と内輪とを示す要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す要部拡大図である。
この車輪用軸受装置は駆動輪側の第２世代構造をなし、ハブ輪１と、このハブ輪１に圧入された車輪用軸受２とからなる。ハブ輪１は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ３を一体に有し、外周に肩部１ａを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）１ｃが形成されている。また、車輪取付フランジ３の周方向等配位置にハブボルト３ａが植設されている。
ハブ輪１は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ３の基部となる肩部１ａから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。なお、後述する加締部８は鍛造後の表面硬さ２５ＨＲＣ以下の生のままとされている。これによりハブ輪１の強度が向上すると共に、内輪５、５の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上する。また、加締部８の加工性を向上させ、塑性変形によるクラック等の発生を防止することができる。
車輪用軸受２は、外周に車体（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ４ｂを一体に有し、内周に複列のテーパ状の外側転走面４ａ、４ａが形成された外方部材４と、外周に複列の外側転走面４ａ、４ａに対向するテーパ状の内側転走面５ａが形成された一対の内輪５、５と、両転走面間に保持器６を介して転動自在に収容された複列の転動体（円錐ころ）７、７とを備えている。内輪５の内側転走面５ａの大径側には転動体７を案内するための大鍔５ｂが形成されると共に、小径側には転動体７の脱落を防止するための小鍔５ｃが形成され、一対の内輪５、５の小鍔５ｃ側の端面（正面側端面）が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。
外方部材４および内輪５、５はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、外方部材４は、高炭素クロム鋼に限らず、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成し、少なくとも複列の外側転走面４ａ、４ａを高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣの範囲に表面を硬化処理しても良い。
車輪用軸受２は、ハブ輪１の肩部１ａにアウター側の内輪５の大端面５ｅが衝合した状態で小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部８によって予圧が付与された状態で固定されている。これにより、従来のように、ナットの締付トルク等を調整して予圧を管理することなく、長期間に亘って安定した予圧を維持できるセルフリテイン構造を提供することができる。
外方部材４と内輪５、５との間に形成される環状空間の開口部にはシール９、９が装着されている。これらシール９、９は、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板１０とスリンガ１１とからなる、所謂パックシールを構成している。これらシール９、９により、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、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、本実施形態では、加締前のハブ輪１における小径段部１ｂの端部に、図２（ａ）に拡大して示すように、所定の深さｄを有する中空状の円筒部１２が形成されている。この深さｄが深いほど、加締加工による内輪５の径方向外方への変形量は小さくなるが、加締強度（内輪固定力）が減少する。なお、加締部８を図中二点鎖線にて示す。
一方、インナー側の内輪５の内径端部に所定の深さδの段差部１３が形成されている。この段差部１３は、内側転走面５ａの大径端に対応する位置から大端面５ｅに亙って、深さδ＝０．５〜１．０ｍｍの範囲に形成されている。また、内輪５における内径端部の面取り部５ｄは、曲率半径ｒ１がＲ１．０〜２．５の範囲の円弧面を有している。内輪５における面取り部５ｄの曲率半径ｒ１を１．０ｍｍよりも小さく設定すると、車両の運転中に曲げモーメント荷重が装置に負荷された時、加締部８の根元部分に応力集中が起こり、微小クラック等の損傷が発生する恐れがある。逆に、曲率半径ｒ１が２．５ｍｍを超えると、円筒部１２を塑性変形する際、内輪５を径方向外方に押し広げることになり、内輪５の大鍔５ｂが傾斜すると共に、外径等にフープ応力が発生して好ましくない。
このように、加締部８側の内輪５の内径端部に所定の段差部１３を形成すると共に、面取り部５ｄの曲率半径ｒ１を所定の範囲に設定することにより、加締荷重によって生じる内輪５の変形を抑制し、外径等に発生するフープ応力を軽減すると共に、加締部８に微小クラック等の損傷が発生するのを抑えることができる。
さらに、図２（ｂ）に示すように、内輪５だけでなく、小径段部１ｂの端部に環状溝１４を形成し、揺動加締による内輪５、特に、大鍔５ｂの変形を防止するのが好ましい。この環状溝１４は円筒部１２の外周に、内輪５における内側転走面５ａの大径端に対応する位置から内輪５の大端面５ｅを越えて形成され、深さｎ＝０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されると共に、両端部に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面１４ａ、１４ｂが形成されている。インナー側の円弧面１４ａの曲率半径Ｒｉは、内輪５の面取り部５ｄの曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面１４ｂの曲率半径Ｒｏよりも小さく設定され（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、ＲｉがＲ１〜１０の範囲に設定されている。
このように、円筒部１２の外周面に環状溝１４を形成することにより、加締加工時に円筒部１２が変形し易くなり、内輪５の変形を抑えることができる。ただし、環状溝１４の深さｎが０．５ｍｍよりも小さいとその効果が薄れ、また、深さｎが１．０ｍｍを超えると、内輪押込み量（加締力）が不足して所望の内輪５の固定力が得られない。
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。 （ａ）は、図１の加締前のハブ輪と内輪を示す要部拡大図である。 （ｂ）は、（ａ）の変形例を示す要部拡大図である。 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・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ・・・・・・・・・・・・肩部
１ｂ・・・・・・・・・・・・小径段部
１ｃ・・・・・・・・・・・・セレーション
２・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
３・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
３ａ・・・・・・・・・・・・ハブボルト
４・・・・・・・・・・・・・外方部材
４ａ・・・・・・・・・・・・外側転走面
４ｂ・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５・・・・・・・・・・・・・内輪
５ａ・・・・・・・・・・・・内側転走面
５ｂ・・・・・・・・・・・・大鍔
５ｃ・・・・・・・・・・・・小鍔
５ｄ・・・・・・・・・・・・面取り部
５ｅ・・・・・・・・・・・・大端面
６・・・・・・・・・・・・・保持器
７・・・・・・・・・・・・・転動体
８・・・・・・・・・・・・・加締部
９・・・・・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・・・・・シール板
１１・・・・・・・・・・・・スリンガ
１２・・・・・・・・・・・・円筒部
１３・・・・・・・・・・・・段差部
１４・・・・・・・・・・・・環状溝
１４ａ、１４ｂ・・・・・・・円弧面
５１・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・・・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・・・・・内輪
５３・・・・・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・・・・・ハブボルト
ｄ・・・・・・・・・・・・・円筒部の深さ
ｎ・・・・・・・・・・・・・環状溝の深さ
ｒ１・・・・・・・・・・・・内輪の面取り部の曲率半径
Ｒｉ、Ｒｏ・・・・・・・・・環状溝の円弧面の曲率半径
δ・・・・・・・・・・・・・段差部の深さ

Claims (5)

  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所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
    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円すいころとを備え、
    前記内輪の内側転走面の大径側に前記円すいころを案内するための大鍔が形成され、
    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、
    前記内輪における加締部側の内径端部に、前記ハブ輪の軸方向に垂直な面であって前記内側転走面の大径端に接する面と当該内輪の内周面との交線から大端面に亙って０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の段差部が形成され、前記加締部が前記内輪の大端面に当接されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に０．５〜１．０ｍｍの深さの円筒状の溝底を有する環状溝が形成されると共に、この環状溝が、前記内輪における内側転走面の大径端に対応する位置から前記内輪の大端面を越えて形成され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが前記内輪における加締部側の内径端部の面取り部の曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面の曲率半径Ｒｏよりも小さく（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、曲率半径ＲｉがＲ１〜１０の範囲に設定されている請求項２に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記内輪の加締部側の面取り部が、曲率半径ｒ１がＲ１．０〜２．５からなる円弧面を備えている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記車輪取付フランジの基部から前記環状溝のアウター側の端部に亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理され、前記加締部が鍛造後の表面硬さ２５ＨＲＣ以下の生のままとされている請求項２乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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