JP4936739B2 - 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、一対の内輪が圧入固定される第１または第２世代構造におけるハブ輪の耐久性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が、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３（ａ）に示すような車輪用軸受装置が知られている。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第２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とを備えている。ハブ輪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、外周に車輪取付フランジ５５から肩部５１ａを介して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、外周に内側転走面５２ａが形成された一対の内輪５２、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に対して一対の内輪５２、５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外輪５３は、懸架装置（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ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、これらに対向する内側転走面５２ａ、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、クロスハッチングで示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から肩部５１ａおよび小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れ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ままの生としている。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

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。一方、内輪５２の大端面５２ｂとの突き当て部における隅部Ａ、すなわち、ハブ輪５１の肩部５１ａと小径段部５１ｂとの隅部Ａは、図３（ｂ）に拡大して示すように、単一の曲率半径ａからなる円弧面（単一Ｒ）で形成されている。ここで、軽量化を図るために低断面化が進むこうした車輪用軸受装置においては、内輪５２の剛性を確保するために、制約されたスペース内で内輪５２の大端面５２ｂとの突き当て部長さＸ（接触面積）を大きくする必要がある。然しながら、この突き当て部長さＸを大きくした場合、隅部Ａが過小になってそこに過大な応力が発生し、特に、車輪用軸受装置に繰り返し曲げモーメントが負荷された場合等、ハブ輪５１の機械的強度が著しく低下し、耐久性が減少する恐れがある。

また、隅部Ａに発生する応力を小さくするために単一Ｒの曲率半径ａを大きくした場合、隅部Ａと内輪５２の面取り部５２ｃとに干渉が生じる。この隅部Ａと内輪５２の面取り部５２ｃとの干渉はミスアライメントを誘発し、内輪５２の耐久性が低下する恐れがある。したがって、隅部Ａの加工においては寸法バラツキを極力抑える必要があるが、これは製造コストの高騰を招来すると共に、熱処理変形によるバラツキ等を考慮した場合、寸法バラツキの規制には限界があった。

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、ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入固定される第１または第２世代構造において、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させ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、外周にこの車輪取付フランジから肩部を介して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肩部に突合せ状態で前記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転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径からなる複合Ｒで構成され、これら複数の曲率半径のうちアウター側の円弧の曲率半径がインナー側の円弧の曲率半径よりも小さく設定されている。

このように、一対の内輪がハブ輪の肩部に突合せ状態で小径段部に所定のシメシロを介して圧入された第１または第２世代構造の車輪用軸受装置において、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径からなる複合Ｒで構成され、これら複数の曲率半径のうちアウター側の円弧の曲率半径がインナー側の円弧の曲率半径よりも小さく設定されているので、制約されたスペース内で内輪の大端面との接触面積を確保して内輪の剛性を図ると共に、隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記複合Ｒが２つの曲率半径ｂ、ｃからなり、一方の曲率半径ｂは、前記隅部を単一Ｒで構成した場合の最大曲率半径ａよりも小さく、他方の曲率半径ｃは曲率半径ａよりも大きくなるように設定されていれば、隅部の加工において、寸法バラツキを必要以上に抑えることなく内輪の面取り部との干渉を防止することができ、低コスト化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記複合Ｒが、前記隅部が高周波焼入れで硬化処理された後、前記ハブ輪の肩部および小径段部と同時に総型の研削砥石による研削加工によって形成されていれば、熱処理変形の影響を受けずに高精度な隅部の加工ができると共に、軸受内部すきまを所望の範囲内に規制することができる。

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、軸受に予圧が付与された状態で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されていれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、長期間に亘って適正な軸受予圧を維持することができるセルフリテイン構造を提供することができる。

また、請求項５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、前記車輪取付フランジの基部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ているので、ハブ輪の強度が向上すると共に、内輪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。

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、外周にこの車輪取付フランジから肩部を介して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肩部に突合せ状態で前記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転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径からなる複合Ｒで構成され、これら複数の曲率半径のうちアウター側の円弧の曲率半径がインナー側の円弧の曲率半径よりも小さく設定されているので、制約されたスペース内で内輪の大端面との接触面積を確保して内輪の剛性を図ると共に、隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

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、外周にこの車輪取付フランジから肩部を介して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肩部に突合せ状態で前記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転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されると共に、一方の曲率半径ｂは、前記隅部を単一Ｒで構成した場合の最大曲率半径ａよりも小さく、他方の曲率半径ｃは曲率半径ａよりも大きくなるように設定されていている。

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は図１の要部拡大図である。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に圧入固定された車輪用軸受２とからなる。ハブ輪１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。このハブ輪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３ｂから肩部１ａおよび小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣ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の正面側端面（小鍔側）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錐ころ軸受を構成している。

外方部材４および内輪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および内輪５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）あるいはＳＣｒ４３０等の肌焼鋼（浸炭鋼）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に内輪５の大端面５ｄが当接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、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なしている。

外方部材４と内輪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、ハブ輪１の肩部１ａと小径段部１ｂとの隅部Ｂは、図２に拡大して示すように、複数の曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで形成されている。本実施形態では、これら複合Ｒは、隅部Ｂが高周波焼入れで表面が硬化処理された後、ハブ輪１の肩部１ａおよび小径段部１ｂと同時に総型の研削砥石による研削加工によって形成されている。これにより、熱処理変形の影響を受けずに高精度な隅部Ｂの加工ができると共に、軸受内部すきま（予圧量）を所望の範囲内に規制することができる。

これら複合Ｒのうち、一方の曲率半径ｂは、従来のように、隅部Ｂを単一Ｒで構成した場合の最大曲率半径ａよりも小さく、また、他方の曲率半径ｃは曲率半径ａよりも大きく設定されている（ｂ＜ａ＜ｃ）。これにより、制約されたスペース内で内輪５の大端面５ｄとの突き当て部長さＸを確保して内輪５の剛性を図ることができると共に、隅部Ｂに発生する応力を抑制し、ハブ輪１の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。また、隅部Ｂの加工において、寸法バラツキを必要以上に抑えることなく内輪５の面取り部５ｅとの干渉を防止することができ、低コスト化を図ることができる。

本出願人が実施したハブ輪１の肩部１ａと小径段部１ｂとの隅部Ｂに発生する応力を解析した結果を表１に示す。なお、単一Ｒとした場合の最大曲率半径ａ＝３．５ｍｍとし、複合Ｒにおける曲率半径ｂ、ｃを、実施例１では、ｂ＝２．５ｍｍ、ｃ＝８．２ｍｍとし、実施例２では、ｂ＝２．０ｍｍ、ｃ＝７．６ｍｍとした。また、荷重条件は２種類とし、図１において、外方部材４における車体取付フランジ４ｂの側面を固定面とし、ハブ輪１における車輪取付フランジ３の側面を荷重負荷面とした。表１から明らかなように、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が従来の単一Ｒで構成した場合に対して、隅部を複合Ｒで構成した場合は、隅部に発生する応力を２０％以上減少させることができる。

ここでは、ハブ輪１の小径段部１ｂが揺動加締されたセルフリテイン構造の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、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に単に内輪を圧入固定した構造であっても良い。なお、転動体７、７を円錐ころとした複列円錐ころ軸受を例示したが、これに限らず、転動体にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受であっても良い。

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が圧入固定された第１または第２世代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。 図１の要部拡大図である。 （ａ）は、従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 （ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。

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
３ｂ・・・・・・・・・・・・基部
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・・・・・・・・・・・・大端面
５ｅ・・・・・・・・・・・・面取り部
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
５１・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ・・・・・・・・・・・肩部
５２ａ・・・・・・・・・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・・・・・加締部
５１ｄ・・・・・・・・・・・肩部
５２・・・・・・・・・・・・内輪
５２ｂ・・・・・・・・・・・大端面
５２ｃ・・・・・・・・・・・面取り部
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
Ａ、Ｂ・・・・・・・・・・・隅部
ａ、ｂ、ｃ・・・・・・・・・曲率半径
Ｘ・・・・・・・・・・・・・突き当て部長さ

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、外周にこの車輪取付フランジから肩部を介して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肩部に突合せ状態で前記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転動体とを備えた車輪用軸受装置において、
   前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径からなる複合Ｒで構成され、これら複数の曲率半径のうちアウター側の円弧の曲率半径がインナー側の円弧の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記複合Ｒが２つの曲率半径ｂ、ｃからなり、一方の曲率半径ｂは、前記隅部を単一Ｒで構成した場合の最大曲率半径ａよりも小さく、他方の曲率半径ｃは曲率半径ａよりも大きくなるように設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記複合Ｒが、前記隅部が高周波焼入れで硬化処理された後、前記ハブ輪の肩部および小径段部と同時に総型の研削砥石による研削加工によって形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 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、軸受に予圧が付与された状態で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
5. 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、前記車輪取付フランジの基部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ている請求項４に記載の車輪用軸受装置。
   

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