JP4994717B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、軽量・コンパクト化を図ると共に、剛性を増大させて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。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錐ころ軸受が使用されている。

また、車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。

こうした車輪用軸受装置において、従来は両列の軸受が同一仕様のため、静止時には充分な剛性を有するが、車両の旋回時には必ずしも最適な剛性が得られていない。すなわち、静止時の車重は複列の転がり軸受の略中央に作用するように車輪との位置関係が決められているが、旋回時には、旋回方向の反対側（右旋回の場合は車両の左側）の車軸により大きなラジアル荷重やアキシアル荷重が負荷される。したがって、旋回時には、インナー側の軸受列よりもアウター側の軸受列の剛性を高めることが有効とされている。そこで、装置を大型化させることなく旋回時の剛性を向上させた車輪用軸受装置として、図４に示すものが知られている。

この車輪用軸受装置５０は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ５１ｃを一体に有し、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ｂが形成された外方部材５１と、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５３を一体に有し、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ｂに対向する一方の内側転走面５２ａと、この内側転走面５２ａから軸方向に延びる小径段部５２ｂが形成されたハブ輪５２、およびこのハブ輪５２の小径段部５２ｂに外嵌され、複列の外側転走面５１ａ、５１ｂに対向する他方の内側転走面５４ａが形成された内輪５４からなる内方部材５５と、これら両転走面間に収容された複列のボール５６、５７と、これら複列のボール５６、５７を転動自在に保持する保持器５８、５９とを備えた複列アンギュラ玉軸受で構成されている。

内輪５４は、ハブ輪５２の小径段部５２ｂを径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５２ｃによって軸方向に固定されている。そして、外方部材５１と内方部材５５との間に形成される環状空間の開口部にシール６０、６１が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ここで、アウター側のボール５６のピッチ円直径Ｄ１が、インナー側のボール５７のピッチ円直径Ｄ２よりも大径に設定されている。これに伴い、ハブ輪５２の内側転走面５２ａが内輪５４の内側転走面５４ａよりも拡径され、あわせて外方部材５１のアウター側の外側転走面５１ａがインナー側の外側転走面５１ｂよりも拡径されている。そして、アウター側のボール５６がインナー側のボール５７よりも多数収容されている。このように、各ピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２をＤ１＞Ｄ２に設定することにより、車両の静止時だけでなく旋回時においても剛性が向上し、車輪用軸受装置５０の長寿命化を図ることができる。
特開２００４−１０８４４９号公報

こうした従来の車輪用軸受装置５０では、アウター側のボール５６のピッチ円直径Ｄ１がインナー側のボール５７のピッチ円直径Ｄ２よりも大径に設定され、これに伴い、ハブ輪５２の内側転走面５２ａが内輪５４の内側転走面５４ａよりも拡径されていることによりアウター側の軸受列の剛性が向上し、車輪用軸受装置５０の長寿命化を図ることができる。然しながら、アウター側の軸受列の剛性に対し、インナー側の軸受列の剛性が不足すると共に、ハブ輪５２のアウター側が拡径されて形成されているため、少なくともこの拡径分の重量アップは避けることができず、装置の軽量化には限界があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決した車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、外周にナックルに取り付けられるための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、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸状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他方の内側転走面が形成された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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部によって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、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体が円錐ころで構成され、このインナー側の円錐ころのピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも小径に設定され、前記ハブ輪の軸状部と前記内輪と突き合わされる肩部との間の段部に面取り部が形成されると共に、前記ハブ輪のアウター側の端部にすり鉢状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記ハブ輪の内側転走面の溝底部を越えて前記面取り部付近とされ、前記硬化層のインナー側の端部位置が、軸線方向で前記内輪の内側転走面の大径端に対応する位置から前記加締部の近傍までの範囲に設定されている。

このように、外周に車体取付フランジを有する外方部材と、一端部に車輪取付フランジを有し、外周に複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸状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、およびこのハブ輪に圧入された内輪からなる内方部材と、この内方部材と外方部材間に収容された複列の転動体とを備え、ハブ輪の内側転走面をはじめ、車輪取付フランジのインナー側の基部から小径段部に亙って高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部によって内輪が軸方向に固定された第３世代構造の車輪用軸受装置において、複列の転動体のうちインナー側の転動体が円錐ころで構成され、このインナー側の円錐ころのピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも小径に設定され、ハブ輪の軸状部と内輪と突き合わされる肩部との間の段部に面取り部が形成されると共に、ハブ輪のアウター側の端部にすり鉢状の凹所が形成され、この凹所の深さがハブ輪の内側転走面の溝底部を越えて面取り部付近とされ、硬化層のインナー側の端部位置が軸線方向で、内輪の内側転走面の大径端に対応する位置から加締部の近傍までの範囲に設定されているので、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決すると共に、加締加工による内輪の変形を抑え、大鍔の倒れを防止しつつ所定の内輪固定力を確保することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記小径段部の加締前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深さ０．５〜１．０ｍｍの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よりもインナー側にあり、前記内輪の面取り部を越えて大端面から僅かに延びて形成され、当該環状溝が前記硬化層まで形成されていれば、加締加工による内輪の変形を抑制しつつ内輪固定力を確保することができると共に、小径段部の円筒部の加工性を向上させて塑性変形によるクラック等の発生を防止し、加締加工によるハブ輪の変形を抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記内輪における内側転走面の大径端が当該内輪の大端面から軸方向に５ｍｍ以上離間して形成されていれば、加締加工による内輪の大鍔倒れを防止して円錐ころとの良好な接触状態を確保することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ハブ輪のアウター側の端部が前記凹所に対応して略均一な肉厚で所定の範囲に設定され、前記硬化層の有効硬化層深さの２倍以上に設定されていれば、高周波焼入れによってハブ輪の外周面に焼割れが発生するのを防止することができると共に、使用条件に対応したハブ輪の強度・剛性を確保しつつ、軽量化を達成することができる。

好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内側転走面の肉厚が、その部位の直径の０．２〜０．３の範囲に設定されていれば良い。

本発明に係る車輪用軸受装置は、外周にナックルに取り付けられるための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、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸状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他方の内側転走面が形成された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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部によって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、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体が円錐ころで構成され、このインナー側の円錐ころのピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも小径に設定され、前記ハブ輪の軸状部と前記内輪と突き合わされる肩部との間の段部に面取り部が形成されると共に、前記ハブ輪のアウター側の端部にすり鉢状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記ハブ輪の内側転走面の溝底部を越えて前記面取り部付近とされ、前記硬化層のインナー側の端部位置が、軸線方向で前記内輪の内側転走面の大径端に対応する位置から前記加締部の近傍までの範囲に設定されているので、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決すると共に、加締加工による内輪の変形を抑え、大鍔の倒れを防止しつつ所定の内輪固定力を確保することができる。

外周にナックルに取り付けられるための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、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸状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他方の内側転走面が形成された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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部によって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、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体が円錐ころで構成され、このインナー側の円錐ころのピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも小径に設定され、前記ハブ輪の軸状部と前記内輪と突き合わされる肩部との間の段部に面取り部が形成されると共に、前記ハブ輪のアウター側の端部にすり鉢状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記ハブ輪の内側転走面の溝底部を越えて前記面取り部付近とされ、前記硬化層が前記内輪の内側転走面の大径端よりもインナー側に形成されると共に、前記小径段部の加締前の端部が、外周面に深さ０．５〜１．０ｍｍの環状溝が形成された中空状の円筒部とされ、前記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よりもインナー側にあり、前記内輪の面取り部を越えて大端面から僅かに延びて形成され、当該環状溝まで前記硬化層が形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づ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第１の実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）は、図１の要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）の加締前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第３世代と呼称される従動輪用であって、内方部材１と外方部材２、および両部材１、２間に転動自在に収容された複数のボール３および円錐ころ４を備えている。内方部材１は、ハブ輪５と、このハブ輪５に所定のシメシロを介して圧入された内輪６とからなる。

ハブ輪５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７を一体に有し、外周に一方（アウター側）の円弧状の内側転走面５ａと、この内側転走面５ａから軸方向に延びる軸状部８を介して小径段部５ｂが形成されている。車輪取付フランジ７にはハブボルト７ａが周方向等配に植設されると共に、これらハブボルト７ａ間には円孔７ｂが形成されている。この円孔７ｂは軽量化に寄与できるだけでなく、装置の組立・分解工程において、レンチ等の締結治具をこの円孔７ｂから挿入することができ作業を簡便化することができる。

内輪６は、外周に他方（インナー側）のテーパ状の内側転走面６ａが形成され、この内側転走面６ａの大径側に円錐ころ４を案内するための大鍔６ｂと、小径側に円錐ころ４の脱落を防止するための小鍔６ｃがそれぞれ形成されている。そして、この内輪６はハブ輪５の小径段部５ｂに所定のシメシロを介して圧入されると共に、この小径段部５ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部９によって所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ると共に、初期に設定した予圧を長期間に亘って維持するセルフリテイン構造を提供することができる。

ハブ輪５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、後述するアウター側のシール１２が摺接する車輪取付フランジ７のインナー側の基部７ｃから内側転走面５ａ、軸状部８、および小径段部５ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１３が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。なお、加締部９は鍛造加工後の表面硬さのままとされている。これにより、車輪取付フランジ７に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、内輪６の嵌合部となる小径段部５ｂの耐フレッティング性が向上すると共に、加締加工時に微小なクラック等の発生がなく加締部９の塑性加工をスムーズに行うことができる。なお、内輪６、ボール３および円錐ころ４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。

外方部材２は、外周に懸架装置を構成するナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２ｃを一体に有し、内周にハブ輪５の内側転走面５ａに対向するアウター側の円弧状の外側転走面２ａと、内輪６の内側転走面６ａに対向するインナー側のテーパ状の外側転走面２ｂが一体に形成されている。この外方部材２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、複列の外側転走面２ａ、２ｂが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ている。そして、両転走面２ａ、５ａおよび２ｂ、６ａ間に保持器１０、１１を介して複数のボール３および円錐ころ４が転動自在にそれぞれ収容されている。また、外方部材２と内方部材１との間に形成された環状空間の開口部にはシール１２および磁気エンコーダ１４が装着され、軸受内部に封入された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。

本実施形態は、インナー側の円錐ころ４のピッチ円直径ＰＣＤｉがアウター側のボール３のピッチ円直径ＰＣＤｏよりも小径に設定されている。これにより、外方部材２におけるインナー側の外径Ｄを小径に設定することができる。このように、インナー側の転動体として円錐ころ４を使用することにより、インナー側の転動体列の基本定格荷重を低下させることなくナックルサイズを小さくでき、装置の軽量・コンパクト化を図りつつ、インナー側の転動体列部分の剛性が高くなる。

また、ハブ輪５の軸状部８と内輪６が突き合わされる肩部８ａとの間の段部に面取り部８ｂが形成されている。そして、ハブ輪５のアウター側端部にすり鉢状の凹所１５が鍛造加工によって形成されている。この凹所１５の深さは、内側転走面５ａの溝底部から軸状部８を越えて面取り部８ｂ付近までとされ、ハブ輪５のアウター側端部が略均一な肉厚に形成されている。

ここで、車輪取付フランジ７にモーメント荷重が負荷された場合、アウター側の内側転走面５ａを起点としてハブ輪５が変形すると考えられるため、本実施形態では、この内側転走面５ａよりもアウター側の肉厚に着目した。すなわち、車輪取付フランジ７の基部７ｃは所定の曲率半径からなる円弧面に形成され、この基部７ｃの最小肉厚ｔ１が硬化層１３の有効硬化層深さの２倍以上になるように設定されている。そして、ハブ輪５の剛性をＦＥＭ解析により求めた結果、基部７ｃの肉厚ｔ１と、その部位の直径ｄ１との関係が０．２≦ｔ１／ｄ１≦０．３の範囲で、かつ、硬化層１３における有効硬化層深さの２倍以上になるように設定されている。

また、内側転走面５ａにおけるボール３の接触角α方向の肉厚ｔ２と、その部位の直径（ボール接触径）ｄ２との関係が０．２≦ｔ２／ｄ２≦０．３の範囲で、かつ、硬化層１３における有効硬化層深さの２倍以上になるように設定されている。基部７ｃおよび内側転走面５ａの肉厚ｔ１、ｔ２が、それぞれの部位の直径ｄ１、ｄ２の２０％未満になると変形が大きくなり所望の剛性が得られなくなる。一方、３０％を超えて厚肉に形成しても余り剛性の増加が認められず、反って重量アップを招来して好ましくないからである。なお、ここでは、有効硬化層深さは２〜５ｍｍ（３．５ｍｍ程度）の範囲に設定されている。これにより、高周波焼入れによってハブ輪５の外周面に焼割れが発生するのを防止することができると共に、使用条件に対応したハブ輪５の強度・剛性を確保しつつ、軽量化を達成することができる。

さらに本実施形態では、図２（ａ）に拡大して示すように、内輪６における大端面６ｅの内径端部に曲率半径ｒ１からなる面取り部６ｄが形成されている。この面取り部６ｄの曲率半径ｒ１はＲ１．０〜２．５に設定されている。ここで、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９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、ｒ１が２．５ｍｍを超えると、円筒部（図中二点鎖線にて示す加締前形状）１６を塑性変形する際、内輪６を径方向外方に押し広げることになり、内輪６の外径に過大なフープ応力が発生して好ましくない。

一方、（ｂ）に示すように、円筒部１６の底面１６ａは内輪６の大端面６ｅから所定の深さａになるように形成されている。また、円筒部１６の外周面には深さｂからなる環状溝（逃げ溝）１７が形成されている。そして、この環状溝１７の両側にそれぞれ曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面１７ａ、１７ｂが形成されている。

環状溝１７の深さｂは０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されると共に、この環状溝１７におけるインナー側の円弧面１７ａの曲率半径ＲｉはＲ１〜１０の範囲に設定されている。そして、曲率半径Ｒｉは内輪６の面取り部６ｄの曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面１７ｂの曲率半径Ｒｏよりも小さく設定されている（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）。ただし、環状溝１７の深さｂが０．５ｍｍよりも小さいとその効果が薄れ、また、１．０ｍｍを超えると、加締部９の強度不足が懸念されるので好ましくない。円筒部１６の外周面にこのような環状溝１７を形成することにより、加締加工時に円筒部１６が変形し易くなり、内輪６の変形を抑えることができる。したがって、加締加工によって内輪６の大鍔６ｂが倒れて円錐ころ４との接触状態が損なわれることはなく、所望の寿命を確保することができる。

また、内輪６における内側転走面６ａの大径端（大鍔６ｂの高さ）は大端面６ｅから軸方向に５ｍｍ以上離間して形成されている。そして、環状溝１７は、この内側転走面６ａの大径端に対応する位置よりもインナー側にあり、内輪６の面取り部６ｄを越えて大端面６ｅから僅かに延びて形成されている。この環状溝１７の幅が大きくなるほどフープ応力が低下するが、余り大きくなると内輪押込み量が不足して所定の内輪固定力が得られないだけでなく、ハブ輪５の強度・剛性の低下に繋がり好ましくない。そして、ハブ輪５の外周に形成される硬化層１３はこの環状溝１７まで形成されているので、小径段部５ｂの円筒部１６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と共に、加締加工によるハブ輪５の変形を抑制することができる。

本出願人が実施した加締試験では、円筒部１６の底部１６ａの深さａが０〜５ｍｍの範囲では、深さａが大きくなるほど内輪６の外径に発生するフープ応力が低下する。ところがａ＜５ｍｍではその効果が小さく、顕著な応力低下が見られないことが判った。一方、深さａが５ｍｍを超えて大きくなると内輪押込み量が不足して所定の内輪固定力が得られないだけでなく、ハブ輪５の強度・剛性の低下に繋がり好ましくない。

図３（ａ）は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のハブ輪単体を示す縦断面図である。なお、本実施形態は、前述した実施形態（図１）と基本的には複列の転動体の構成が異なるだけで、その他同一の部位、同一の部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受装置は第３世代と呼称される従動輪用であって、内方部材１８と外方部材１９、および両部材１８、１９間に転動自在に収容された複列の円錐ころ２０、４とを備えている。内方部材１８は、ハブ輪２１と、このハブ輪２１に所定のシメシロを介して圧入された内輪６とからなる。

ハブ輪２１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７を一体に有し、外周に一方（アウター側）のテーパ状の内側転走面２１ａと、この内側転走面２１ａから軸方向に延びる軸状部８を介して小径段部５ｂが形成されている。そして、内側転走面２１ａの大径側に円錐ころ２０を案内するための大鍔２１ｂが形成されている。

外方部材１９は、外周に車体取付フランジ２ｃを一体に有し、内周にハブ輪２１の内側転走面２１ａに対向するアウター側のテーパ状の外側転走面１９ａと、内輪６の内側転走面６ａに対向するインナー側のテーパ状の外側転走面２ｂが一体に形成されている。この外方部材１９はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、複列の外側転走面１９ａ、２ｂが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ている。そして、両転走面１９ａ、２１ａおよび２ｂ、６ａ間に保持器２２、１１を介して複列の円錐ころ２０、４が転動自在にそれぞれ収容されている。

本実施形態は、インナー側の円錐ころ４のピッチ円直径ＰＣＤｉがアウター側の円推ころ２０のピッチ円直径ＰＣＤｏよりも小径に設定されている。このように、複列の転動体として円錐ころ２０、４を使用することにより一層剛性を高めると共に、各転動体列の基本定格荷重を増大させて軸受の長寿命化を図ることができる。

また、ハブ輪２１のアウター側端部にすり鉢状の凹所２３が鍛造加工によって形成されている。そして、この凹所２３の深さは内側転走面２１ａの小径端部付近までとされ、ハブ輪２１のアウター側端部が略均一な肉厚に形成されている。このハブ輪２１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、車輪取付フランジ７の基部７ｃから内側転走面２１ａ、軸状部８、および小径段部５ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２４が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。

ここで、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、内側転走面２１ａの大径側の肉厚ｔ３が、内側転走面２１ａの中央部の肉厚ｔ４よりも厚く形成されている。また、それぞれの部位の直径ｄ３、ｄ４との関係からハブ輪２１の剛性をＦＥＭ解析により求めた結果、各肉厚ｔ３、ｔ４が０．２≦ｔ３／ｄ３≦０．３、および０．２≦ｔ４／ｄ４≦０．３の範囲で、かつ、硬化層２４における有効硬化層深さの２倍以上になるように設定されている。これにより、使用条件に対応したハブ輪２１の強度・剛性を確保しつつ、軽量化を達成することができる。なお、内側転走面２１ａにおける大径側の肉厚ｔ３および中央部の肉厚ｔ４が、それぞれの部位の直径ｄ３、ｄ４の２０％未満になると変形が大きくなり所望の剛性が得られない。一方、３０％を超えても余り剛性の増加が認められず、反って重量アップを招来して好ましくないからである。

こうした構成の車輪用軸受装置では、ハブ輪２１のアウター側端部が略均一な肉厚に形成され、内側転走面２１ａ部分の肉厚ｔ３、ｔ４が所定の範囲に設定されているので、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を同時に解決した車輪用軸受装置を提供することができる。

さらに本実施形態では、前述した実施形態と同様、円筒部１６の外周面に環状溝１７が形成され、この環状溝１７が内側転走面６ａの大径端に対応する位置から内輪６の面取り部６ｄを越えて大端面６ｅに延びて形成されると共に、ハブ輪２１の外周に形成される硬化層２４がこの環状溝１７にまで形成されているので、加締加工による内輪６の大鍔６ｂの倒れを防止すると共に、内輪６に発生するフープ応力を抑制しつつ所定の内輪押込み量を確保することができる。

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、従動輪用の第３世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は、図１の要部拡大図である。 （ｂ）は、（ａ）の加締前の要部拡大図である。 （ａ）は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。 （ｂ）は、（ａ）のハブ輪単体を示す縦断面図である。 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、１８・・・・・・・・・・・・・内方部材
２、１９・・・・・・・・・・・・・外方部材
３・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
４、２０・・・・・・・・・・・・・円錐ころ
５、２１・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５ａ、６ａ、２１ａ・・・・・・・・内側転走面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
６・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
６ｂ、２１ｂ・・・・・・・・・・・大鍔
６ｃ・・・・・・・・・・・・・・・小鍔
６ｄ・・・・・・・・・・・・・・・内輪の加締側の面取り部
６ｅ・・・・・・・・・・・・・・・内輪の大端面
７・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
７ａ・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
７ｂ・・・・・・・・・・・・・・・円孔
７ｃ・・・・・・・・・・・・・・・基部
８・・・・・・・・・・・・・・・・軸状部
８ａ・・・・・・・・・・・・・・・肩部
８ｂ・・・・・・・・・・・・・・・面取り部
９・・・・・・・・・・・・・・・・加締部
１０、１１、２２・・・・・・・・・保持器
１２・・・・・・・・・・・・・・・シール
１３、２４・・・・・・・・・・・・硬化層
１４・・・・・・・・・・・・・・・磁気エンコーダ
１５、２３・・・・・・・・・・・・凹所
１６・・・・・・・・・・・・・・・円筒部
１７・・・・・・・・・・・・・・・環状溝
１７ａ、１７ｂ・・・・・・・・・・円弧面
５０・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５１・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・アウター側の外側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・・・・インナー側の外側転走面
５１ｃ・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５２・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５２ａ、５４ａ・・・・・・・・・・内側転走面
５２ｂ・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５２ｃ・・・・・・・・・・・・・・加締部
５３・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５４・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５５・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５６、５７・・・・・・・・・・・・ボール
５８、５９・・・・・・・・・・・・保持器
６０、６１・・・・・・・・・・・・シール
ａ・・・・・・・・・・・・・・・・円筒部の深さ
ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・環状溝の深さ
ｄ１・・・・・・・・・・・・・・・基部の直径
ｄ２・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面のボール接触径
ｄ３・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面における大径側の直径
ｄ４・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面における中央部の直径
Ｄ１・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のボールのピッチ円直径
Ｄ２・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のボールのピッチ円直径
ＰＣＤｉ・・・・・・・・・・・・・インナー側の転動体のピッチ円直径
ＰＣＤｏ・・・・・・・・・・・・・アウター側の転動体のピッチ円直径
ｒ１・・・・・・・・・・・・・・・内輪の面取り部の曲率半径
Ｒｉ・・・・・・・・・・・・・・・環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径
Ｒｏ・・・・・・・・・・・・・・・環状溝におけるアウター側の円弧面の曲率半径
ｔ１・・・・・・・・・・・・・・・基部の最小肉厚
ｔ２・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面におけるボールの接触角方向の肉厚
ｔ３・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面における大径側の肉厚
ｔ４・・・・・・・・・・・・・・・内側転走面における中央部の肉厚
α・・・・・・・・・・・・・・・・接触角

Claims (5)

1. 外周にナックルに取り付けられるための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、
   一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸状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他方の内側転走面が形成された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転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されると共に、
   前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部によって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、
   前記複列の転動体のうちインナー側の転動体が円錐ころで構成され、このインナー側の円錐ころのピッチ円直径が前記アウター側の転動体のピッチ円直径よりも小径に設定され、前記ハブ輪の軸状部と前記内輪と突き合わされる肩部との間の段部に面取り部が形成されると共に、前記ハブ輪のアウター側の端部にすり鉢状の凹所が形成され、この凹所の深さが前記ハブ輪の内側転走面の溝底部を越えて前記面取り部付近とされ、前記硬化層のインナー側の端部位置が、軸線方向で前記内輪の内側転走面の大径端に対応する位置から前記加締部の近傍までの範囲に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記小径段部の加締前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深さ０．５〜１．０ｍｍの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よりもインナー側にあり、前記内輪の面取り部を越えて大端面から僅かに延びて形成され、当該環状溝が前記硬化層まで形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記内輪における内側転走面の大径端が当該内輪の大端面から軸方向に５ｍｍ以上離間し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. 前記ハブ輪のアウター側の端部が前記凹所に対応して略均一な肉厚で所定の範囲に設定され、前記硬化層の有効硬化層深さの２倍以上に設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. 前記ハブ輪の内側転走面の肉厚が、その部位の直径の０．２〜０．３の範囲に設定されている請求項４に記載の車輪用軸受装置。
   

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