JP4986512B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、ハブ輪の軸端を加締めて内輪を固定した第２世代または第３世代の複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置に関する。

車輪取付用のフランジを有するハブ輪の外周に内輪が嵌合した第２世代または第３世代の車輪用軸受装置において、ハブ輪のフランジの強度を向上させ、かつハブ輪と内輪との嵌合面におけるフレッティング摩耗を防止するために、前記フランジの根元部から内輪との嵌合面にかけてのハブ輪の表層部に高周波熱処理による硬化層を形成することが行なわれている（例えば特許文献１）。

ところで、最近の車輪用軸受装置では、内輪の固定、および軸受への予圧付加等を目的にハブ輪のインボード側の軸端を加締めたものが主流となっている。このような軸端加締めタイプの軸受装置においては、加締加工時の内輪の変形や軌道面の変形による軸受寿命の低下が問題とされ、その対策として、前記硬化層のインボード側の端部位置を、内輪のインボード側端部から８mm以下で、かつ内輪のインボード側端面と内径面との間に形成された面取部の内輪内径面側の縁よりも中央側とする提案がなされている（特許文献２）。
特開平１１−０５１０６４号公報 特開２００６−０７６３４６号公報

特許文献１において、ハブ輪表層部の硬化層のインボード側の端部位置を内輪のインボード側端部から８mm以下とするのは、硬化層を内輪のインボード側端面近くまで設けることにより、加締加工によるハブ輪の内輪嵌合面での拡径量を小さくすると共に、拡径部分の開始位置を加締部側に近づけるためであり、それによって、加締加工に伴う内輪の変形および内輪軌道面の変形を抑えることができる。また、同硬化層のインボード側の端部位置を内輪のインボード側端面と内径面との間に形成された面取部の内輪内径面側の縁よりも中央側とするのは、面取部に沿って加締部を外径側に塑性変形させる加締加工を容易にし、かつ加締加工により硬化層にクラックが生じることを防ぐためである。

上記したことは、転動体の種類を問わず軸受一般に当てはまる。しかし、転動体が円すいころであり、複列の円すいころが互いに小径端が対向するように配置された複列円すいころ軸受型である場合、次のことも考慮しなければならない。すなわち、図５に示す複列円すいころ軸受型では、車両の旋回走行時に軸受装置にかかる曲げモーメントが円すいころ５の大径側の端面に接する内輪１０の大鍔１０ａによって支えられる。このため、大鍔１０ａには、この大鍔１０ａをハブ輪９の軸部９ａ側に曲げようとする力が作用する。アウトボード側の大鍔１０ａについては、上記力がハブ輪９の軸部９ａとフランジ９ｂの根元部とによって受けられるので変形等の問題が無いが、インボード側の大鍔１０ａについては、上記力がハブ輪９の軸部９ａだけで受けられるため変形しやすく、この大鍔１０ａの変形がハブ輪軸部９ａの塑性変形をも招くおそれがある。特に、複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置が使用される車両は、トラック、ＳＵＶ等の比較的車体重量の大きな車種であることが多いため、軸受装置にかかる荷重や曲げモーメントも大きく、上記インボード側大鍔１０ａにかかる力の影響を無視することはできない。

この発明の目的は、ハブ輪の軸端を加締めて内輪を固定した複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置において、ハブ輪に熱処理層を設けることにより、ハブフランジの剛性を高めると共に、加締加工に起因する内輪の変形や軌道面の変形を防止して、軸受寿命の低下防止を図り、さらに前記熱処理層を、加締加工が容易でありながら、車両の旋回走行時等に軸受装置にかかる曲げモーメントに対するハブ輪軸部の剛性および強度を付与するものとすることである。

この発明にかかる車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有し車体に取付けられる外方部材と、前記軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有しアウトボード側端の外周に車輪取付用のハブフランジを有する内方部材と、これら外方部材と内方部材の軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材が、軸部および前記ハブフランジを有するハブ輪と、このハブ輪の前記軸部の外周に嵌合してインボード側の軌道面を有する一つの内輪またはインボード側およびアウトボード側の軌道面をそれぞれ有する二つの内輪とでなり、前記転動体が円すいころであり、前記インボード側の軌道面を有する内輪はインボード側端に大鍔を有し、この大鍔の内面は、円すいころの大径側の端面に接しており、かつ軸受外向きの端面と内径面との間に面取部を有するものであり、この内輪は前記ハブ輪の端部に突出させた円筒状部を外径側へ加締めてなる鍔状の加締部によりハブ輪に固定され、前記面取部に沿って前記加締部が加締られる複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置において、前記ハブ輪における前記内輪嵌合面から前記ハブフランジの根元部にわたる表層部分に熱処理層が設けられ、この熱処理層のインボード側の端部位置Ａを、前記内輪大鍔内面の延長面と前記ハブ輪軸部の外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とし、かつ前記面取部の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側としたことを特徴とする。

この構成によると、ハブ輪における内輪嵌合面からハブフランジの根元部にわたる表層部分に熱処理層が設けられているので、車輪回りの剛性が向上し、かつハブ輪の内輪嵌合部の耐クリープ性が向上する。ハブ輪の熱処理層は、インボード側の端部位置を、内輪大鍔内面の延長面とハブ輪軸部の外径面とが交わる線よりはインボード側としたため、軸受装置にかかる曲げモーメントに起因してインボード側の大鍔が受ける力に対するハブ輪軸部の剛性および強度が向上する。このため、非熱処理では塑性変形するほどの荷重やモーメントが負荷された場合でも、ハブ輪軸部の塑性変形が生じない。また、インボード側の端部位置を、面取部の内輪内径面側の縁よりはアウトボード側としたため、加締加工が容易であり、かつ加締加工により熱処理層にクラックが生じることを防ぐことができる。

また、前記熱処理層のインボード側の端部位置は、インボード側の軌道面を有する内輪のインボード側端面から８mm以下とするのが良い。このように、ハブ輪の熱処理層をインボード側の端面近くまで設けると、加締加工によるハブ輪の内輪嵌合面での拡径量を小さくできると共に、拡径部分の開始位置を加締部側に近づけることができる。その結果、加締加工に伴う内輪の変形および内輪軌道面の変形を抑えることがで、長寿命化が可能となる。

この発明において、前記熱処理層は、例えば高周波熱処理による硬化処理層とすることができる。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有し車体に取付けられる外方部材と、前記軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有しアウトボード側端の外周に車輪取付用のハブフランジを有する内方部材と、これら外方部材と内方部材の軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材が、軸部および前記ハブフランジを有するハブ輪と、このハブ輪の前記軸部の外周に嵌合してインボード側の軌道面を有する一つの内輪またはインボード側およびアウトボード側の軌道面をそれぞれ有する二つの内輪とでなり、前記転動体が円すいころであり、前記インボード側の軌道面を有する内輪はインボード側端に大鍔を有し、この大鍔の内面は、円すいころの大径側の端面に接しており、かつ軸受外向きの端面と内径面との間に面取部を有するものであり、この内輪は前記ハブ輪の端部に突出させた円筒状部を外径側へ加締めてなる鍔状の加締部によりハブ輪に固定され、前記面取部に沿って前記加締部が加締られる複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置において、前記ハブ輪における前記内輪嵌合面から前記ハブフランジの根元部にわたる表層部分に熱処理層が設けられ、この熱処理層のインボード側の端部位置Ａを、前記内輪大鍔内面の延長面と前記ハブ輪軸部の外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とし、かつ前記面取部の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側としたため、ハブフランジの剛性を高めると共に、加締加工に起因する内輪の変形や軌道面の変形を防止して、軸受寿命の低下防止を図ることができ、さらに前記熱処理層は、加締加工が容易でありながら、車両の旋回走行時等に軸受装置にかかる曲げモーメントに対するハブ輪軸部の剛性および強度を付与するものとなった。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態は、第２世代型の内輪回転タイプで、例えばトラックやＳＵＶ等の比較的車体重量が大きい車両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の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、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を有する外方部材１と、外周に前記軌道面３に対向する複列の軌道面４を有する内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の軌道面３，４間に介在する複列の円すいころ５からなる転動体とでなり、複列円すいころ軸受型とされている。複列の円すいころ５は、互いに小径端が対向するように配置され、各列毎に保持器６で保持されている。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部材７により密封されている。

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、筒状をした軸部９ａのアウトボード側端外周に車輪取付用のハブフランジ９ｂが設けられたハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ａの外周に嵌合する互いに軸方向に並んだ一対の内輪１０とでなる。これら一対の内輪１０の外周に、前記複列の軌道面４が形成されている。ハブ輪９は中心に、等速自在継手（図示せず）のステム部が挿通される貫通孔１１を有する。内輪１０は、大径端に大鍔１０ａを有し、小径端に小鍔１０ｂを有する。大鍔１０ａの内面１２は、円すいころ５の大径側の端面に接している。

一対の内輪１０は、ハブ輪軸部９ａの外周に形成された内輪嵌合面１３に圧入により組み込まれ、ハブフランジ９ｂの根元部とハブ輪９のインボード側端に設けた鍔状の加締部９ｃとで幅締めされてハブ輪９に固定される。図３に示すように、前記加締部９ｃの加締加工前はハブ輪９の端部に突出させた円筒状部９ｄとされていて、この円筒状部９ｄを外径側に加締めることにより、図１および図２に示す形状の加締部９ｃとなる。インボード側の内輪１０の軸受外向きの端面１４と内周面との間には、面取部１５が設けられており、この面取部１５に沿って加締部９ｃが加締められる。面取部１５の断面形状は、外形が直線で表示される形状としてもよく、円弧等の曲線で表示される形状としてもよく、また直線と曲線を組み合わせて表示される形状としてもよい。

ハブ輪９は、内輪嵌合面１３からハブフランジ９ｂの根元部にわたる表層部分に所定深さの熱処理層１６が設けられている。この熱処理層１６は、例えば高周波処理による硬化処理層とする。図２の部分拡大図に示すように、熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａは、（１）インボード側内輪１０の大鍔１０ａの内面１２の延長面とハブ輪軸部９ａの外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とし、かつ前記面取部１５の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側としている。また、熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａは、（２）インボード側内輪１０のインボード側端面１４から８mm以下としている。熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａは、上記（１）（２）の両方の条件を満たす範囲とする。この実施形態の場合、線Ｂが軸受外向きの端面１４から８mm以下の位置に存在するため、熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａは、Ｂ−Ｃの範囲（図２で矢印で示す範囲）内とする。
なお、内輪１０は、表面から芯部までの全体か、また表面のみが焼入れ処理により硬化させてある。

この構成の車輪用軸受装置によると、ハブ輪９における内輪嵌合面１３からハブフランジ９ｂの根元部にわたる表層部分に熱処理層１６が設けられているため、ハブフランジ９ｂの剛性が向上し、車両旋回時のハブフランジ９ｂの変形量が低下する。そのため、車輪回りの剛性の向上となる。熱処理層１６は内輪嵌合面１３に渡って設けられているため、耐クリープ性が向上する。

ハブ輪９の熱処理層１６は、そのインボード側の端部位置Ａが、インボード側内輪１０の大鍔１０ａの内面１２の延長面とハブ輪軸部９ａの外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とされているため、軸受装置にかかる曲げモーメントに起因してインボード側内輪１０の大鍔１０ａが受ける力に対するハブ輪軸部９ａの剛性および強度が向上する。このため、非熱処理では塑性変形するほどの荷重やモーメントが負荷された場合でも、ハブ輪軸部９ａの塑性変形が生じない。
また、熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａが、面取部１５の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側であるため、加締部９ｃを面取部１５に沿って塑性変形させることが容易であり、かつこの加締加工により熱処理層１６にクラックが生じることを防ぐことができる。
また、熱処理層１６のインボード側の端部位置は、インボード側の軌道面４を有する内輪１０の軸受外向きの端面１４から８mm以下であり、熱処理層１６が前記端面１４の近くまで設けられているため、加締加工による内輪１０の内輪嵌合面１３での拡径量を小さくできると共に、拡径部分の開始位置を加締部９ｃ側に近づけることができる。その結果、加締加工に伴う内輪１０の変形および内輪軌道面４の変形を抑えることがで、長寿命化が可能となる

図４はこの発明の異なる実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第３世代型であり、前記実施形態におけるアウトボード側の内輪１０がハブ輪９と一体化されたものとされている。したがって、内方部材２の複列の軌道面４は、ハブ輪９および内輪１０の内周に形成されている。内輪１０は、ハブ輪軸部９ａにおける軸方向のほぼ中心よりもインボード側の外周に形成された内輪嵌合面１３に圧入により組み込まれ、内輪嵌合面１３の段面１３ａとハブ輪９のインボード側端に設けた鍔状の加締部９ｃとで幅締めされてハブ輪９に固定される。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、シール部材７，８により密封されている。

ハブ輪９の熱処理層１６は、内輪嵌合面１３から、内輪嵌合面１３の段面１３ａおよびアウトボード側の軌道面４を経てハブフランジ９ｂの根元部にわたる表層部分に設けられている。この実施形態の場合も、前記同様に、熱処理層１６のインボード側の端部位置Ａは、（１）インボード側内輪１０の大鍔１０ａの内面１２の延長面とハブ輪軸部９ａの外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とし、かつ前記面取部１５の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側とし、また、（２）インボード側内輪１０の軸受外向きの端面１４から８mm以下とする（図２参照）。このようにハブ輪９に熱処理層１６を設けることにより、前記実施形態の場合と同様の作用効果が得られる。

なお、上記各実施形態は、ハブ輪９の中心に等速自在継手のステム部が挿通される貫通孔１１を有する駆動輪用の車輪用軸受装置を示しているが、この発明は、ハブ輪９が貫通孔１１が無く中実である従動輪用の車輪用軸受装置にも適用することができる。

この発明の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 図１のII部の拡大図である。 図１のII部の加締加工前の状態を示す拡大図である。 この発明の異なる実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３，４…軌道面
５…円すいころ（転動体）
９…ハブ輪
９ａ…ハブ輪軸部
９ｂ…ハブフランジ
９ｃ…加締部
９ｄ…円筒状部
１０…内輪
１０ａ…大鍔
１２…大鍔の内面
１３…内輪嵌合面
１４…内輪の軸受外向きの端面
１５…面取部
１６…熱処理層
Ａ…熱処理層のインボード側の端部位置
Ｂ…内輪大鍔内面の延長面とハブ輪軸部の外径面とが交わる線
Ｃ…面取部の内輪内径面側の縁

Claims (3)

1. 内周に複列の軌道面を有し車体に取付けられる外方部材と、前記軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有しアウトボード側端の外周に車輪取付用のハブフランジを有する内方部材と、これら外方部材と内方部材の軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、前記内方部材が、軸部および前記ハブフランジを有するハブ輪と、このハブ輪の前記軸部の外周に嵌合してインボード側の軌道面を有する一つの内輪またはインボード側およびアウトボード側の軌道面をそれぞれ有する二つの内輪とでなり、前記転動体が円すいころであり、前記インボード側の軌道面を有する内輪はインボード側端に大鍔を有し、この大鍔の内面は、円すいころの大径側の端面に接しており、かつ軸受外向きの端面と内径面との間に面取部を有するものであり、この内輪は前記ハブ輪の端部に突出させた円筒状部を外径側へ加締めてなる鍔状の加締部によりハブ輪に固定され、前記面取部に沿って前記加締部が加締られる複列円すいころ軸受型の車輪用軸受装置において、
   前記ハブ輪における前記内輪嵌合面から前記ハブフランジの根元部にわたる表層部分に熱処理層が設けられ、この熱処理層のインボード側の端部位置Ａを、前記内輪大鍔内面の延長面と前記ハブ輪軸部の外径面とが交わる線Ｂよりはインボード側とし、かつ前記面取部の内輪内径面側の縁Ｃよりはアウトボード側とし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、前記熱処理層のインボード側の端部位置を、インボード側の軌道面を有する内輪のインボード側端面から８mm以下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、前記熱処理層が高周波熱処理による硬化処理層である車輪用軸受装置。

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