JP5076396B2 - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

Description

この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に利用する、車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。尚、上記車輪が駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）の場合には、この駆動輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この駆動輪を回転駆動する為に利用する。

例えば特許文献１、２等に記載されている様に、自動車の車輪は、車輪支持用転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持する。図３は、この様な車輪支持用転がり軸受ユニットのうち、駆動輪を支持する為の駆動輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示している。この駆動輪支持用転がり軸受ユニットは、外輪１の内径側にハブ２及び内輪３を、複数個の転動体４、４を介して回転自在に支持している。このうちの外輪１は、外周面に設けた固定フランジ５を、懸架装置を構成する図示しないナックルに結合固定した状態で、使用時にも回転しない。又、上記外輪１の内周面には第一、第二の外輪軌道６、７を設けて、この外輪１の内径側に上記ハブ２及び内輪３を、この外輪１と同心に、回転自在に支持している。

上記ハブ２は、外周面の外端寄り部分（軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、図１〜３の左側。反対に、車両の幅方向中央側となる、図１〜３の右側を、軸方向に関して「内」と言う。本明細書及び特許請求の範囲の全体で同じ。）に、車輪（並びにブレーキロータ）を支持固定する為の取付フランジ８を、同じく中間部に第一の内輪軌道９を、同じく内端部に、この第一の内輪軌道９を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった小径部１０を、中心部にスプライン孔１１を、それぞれ設けている。又、上記ハブ２の外端部に、上記取付フランジ８の外側面よりも軸方向外側に突出する状態で、パイロット部と呼ばれる位置決め筒部１５を設けている。上記車輪を構成するホイール（並びにブレーキロータ）は、この位置決め筒部１５に外嵌する事により径方向の位置決めを図った状態で、上記取付フランジ８の外側面に、スタッド１６と図示しないナットとにより結合固定する。

又、上記小径部１０に、その外周面に第二の内輪軌道１２を形成した上記内輪３を外嵌している。そして、上記ハブ２の内端部に設けた円筒部１３の内端部を径方向外方に塑性変形させてかしめ部１４を形成する事により、上記内輪３を上記ハブ２に結合固定している。又、上記第一、第二の外輪軌道６、７と上記第一、第二の内輪軌道９、１２との間に転動体４、４を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。図示の例では、転動体４、４として玉を使用しているが、重量の嵩む車両の駆動輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、各転動体として円すいころを使用する場合もある。

上述した様な駆動輪支持用転がり軸受ユニットを自動車に組み付ける場合には、図示しない等速ジョイントのハウジングに固設したスプライン軸（駆動軸）を、上記ハブ２のスプライン孔１１にスプライン係合させる。これと共に、上記等速ジョイントのハウジングの端面を、上記かしめ部１４の内端面に当接させる。そして、この状態で、上記スプライン軸の先端部にナットを螺合し、更に緊締する事により、上記ハブ２と上記スプライン軸とを結合する。

上述の様な駆動輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ２は、取付フランジ８、位置決め筒部１５、第一の内輪軌道９、スプライン孔１１、小径部１０、円筒部１３、更にはスプライン軸の先端部に螺合、緊締するナットの側面と当接するナット座面２１等を、単一の部材に形成する事により構成している。又、従動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブに関しても、図示は省略するが、同様に取付フランジ、位置決め筒部、第一の内輪軌道、小径部、円筒部等を単一部材に形成する事により構成している。この様な従動輪や上述した様な駆動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ２は、例えば機械構造用炭素鋼等の炭素鋼の棒材を切断した素材（ビレット）を、熱間鍛造する事により造られる。即ち、所定長さに切断した丸棒状（円柱状）の素材を、高周波誘導加熱等により所定の温度に加熱してから、熱間鍛造加工により所定の形状とする。そして、放冷した後、この素材に、必要な熱処理、表面処理、研削加工等を施す事により、各部の形状を仕上げて、上記ハブ２とする。このハブ２の材料となる上記炭素鋼（機械構造用炭素鋼）は、転炉で精製され、インゴットとして固められた後、ローラに掛けられて棒材に成形される。

この様なハブ２の材料となる上記炭素鋼（機械構造用炭素鋼）には、ファイバーフローと呼ばれる組織的不均一（金属の組成中に形成される繊維状の繋がり、繊維状金属組織）の流れが、年輪状に形成される（フローラインが年輪状に形成される）。この様にファイバーフローが年輪状に形成される材料から造られる部材の場合、使用時に加わる荷重とこの荷重が加わる部分のファイバーフローの方向との関係によっては、強度や疲れ強さが異なる。例えば、上記荷重が加わる部分の表面の形状と上記ファイバーフローの方向とが略平行である部材の方が、同じくこの表面の形状と上記ファイバーフローの方向とが略直角である部材に比べて、上記強度や疲れ強さを確保し易い。この為、上述した様なハブ２の場合は、繰り返し応力を受ける第一の内輪軌道９の表面付近で、上記ファイバーフローが、この第一の内輪軌道９の表面形状（軌道面）に平行に形成されている事が、上記ハブ２の強度、疲れ強さ、転がり寿命等を十分に確保する面からは好ましい。

但し、上記ハブ２は、加工度の高い｛素材から完成に至るまでの間の加工工程（形状の変化）が多い｝部材であり、しかも、上記第一の内輪軌道９から上記位置決め筒部１５に亙る部分の肉厚の変化が大きい。特に、駆動輪を支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニット（駆動輪支持用転がり軸受ユニット）を構成するハブ２の場合には、上記位置決め筒部１５の内径側に存在する底部のうちでスプライン孔１１の開口縁周囲に、中心軸に対して直角方向の側面となるナット座面２１を形成する為、上記肉厚の変化がより大きくなる。この為、上記第一の内輪軌道９から上記位置決め筒部１５に亙る部分で、表面に平行なファイバーフローが形成されにくい。特に、上記第一の内輪軌道９付近のファイバーフローが、この第一の内輪軌道９の表面（軌道面）と平行にならない事は、上記ハブ２の強度、疲れ強さ、転がり寿命等を十分に確保する面からは好ましくない。

特開２００１−２４６９０６号公報 特開２００３−２０５８３３号公報

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑みて、ハブの内部に形成されるファイバーフローの方向を適切に規制し、強度、疲れ強さ、転がり寿命の向上を図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、外輪と、ハブと、複数個の転動体とを備える。
このうちの外輪は、内周面に複列の外輪軌道を有し、使用時にも回転しない。
又、上記ハブは、外周面の外端寄り部分に車輪を支持する為の取付フランジを、同じく中間部に直接第一の内輪軌道を、それぞれ設けると共に、外周面の内端寄り部分に、その外周面に第二の内輪軌道を形成した内輪を外嵌する。
又、上記各転動体は、上記各外輪軌道と上記第一、第二の各内輪軌道との間に転動自在に設ける。
そして、上記ハブの外端部に、上記取付フランジの外側面よりも軸方向外側に突出する状態で、位置決め筒部を設ける。
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記位置決め筒部の内径側部分に存在する底部のうちの径方向外側部分に、この底部（の底面）から少なくとも軸方向内側に凹入し、最も深くなった部分が上記取付フランジの先端寄り部分の軸方向内側面（この取付フランジに車輪を構成するホイールを結合固定する為の、スタッドの頭部の軸方向外側面が当接する面）よりも軸方向内側に位置する凹部を、鍛造等の塑性加工によって、全周に亙り設けている。この場合により好ましくは、この凹部を、上記底部の径方向外側部分に、この凹部の最も深くなった部分の直径が第一の内輪軌道の直径と略同じになる状態で設ける。又、更に好ましくは、上記凹部を、上記底部の径方向外側部分に、この凹部の外径側開口縁の直径が上記第一の内輪軌道の直径よりも大きくなる状態で設ける。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、ハブの中心部に軸方向に亙る中空孔を設ける。この中空孔は、ハブの軸方向に貫通しても、貫通しなくても（軸方向中間部に隔壁があっても）良い。又、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを、駆動輪を支持する為の駆動輪支持用転がり軸受ユニットとして使用する場合には、請求項３に記載した様に、上記ハブの中心部に設けた中空孔を、このハブを軸方向に貫通するスプライン孔とする。そして、等速ジョイントのハウジングに固設したスプライン軸を、このスプライン孔に係合させた状態で、このスプライン軸の先端部にナットを螺合、緊締する事により、上記ハブと上記スプライン軸とを結合固定自在とする。更には、上記位置決め筒部の内周面と上記スプライン孔の軸方向外端開口縁との連続部に上記凹部を、上記ナットの側面と当接するナット座面よりも軸方向内側に凹入する状態で設ける。この場合にも、より好ましくは、この凹部を、上記連続部のうちの径方向外側部分に、この凹部の最も深くなった部分の直径が第一の内輪軌道の直径と略同じになる状態で設ける。又、更に好ましくは、上記凹部を、上記連続部の径方向外側部分に、この凹部の外径側開口縁の直径が上記第一の内輪軌道の直径よりも大きくなる状態で設ける。

又、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを実施する場合により好ましくは、請求項４に記載した様に、上記凹部を、軸方向内側に凹入するだけでなく、上記位置決め筒部の内周面よりも径方向外側にも凹入する状態で設ける。
尚、上記凹部は、ハブの製造工程の途中で鍛造加工等の塑性加工により形成する。但し、この様に鍛造加工により形成されたこの凹部の内面を、その後切削（旋削）加工により所定の寸法、形状に仕上げると共に、強度が低い脱炭層を除去して表面粗さを整える事もできる。この場合には、鍛造加工時にこの凹部の内面を、その後行なう切削加工の取り代分厚く（浅く）形成し、この鍛造加工後に、この凹部の内面に切削加工を施して、この凹部の内面を所望の形状、寸法に仕上げる。但し、切削加工の取り代は少なく抑えて、上記凹部の表面寄り部分のファイバーフローの性状が適正なままに維持される様にする。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、塑性加工により凹部を設ける事に基づいて、第一の内輪軌道付近のファイバーフローを、この第一の内輪軌道の表面（軌道面）に略平行にできる。即ち、上記凹部の形成に基づいて（ハブの外端部を形成する為の型が凹部に対応する部分で出っ張る事により）、上記第一の内輪軌道から取付フランジの基端部（外輪とハブとの間に設けるシールリングが摺接する部分）に亙り、肉厚を略一定にする事ができる。この為、この部分に形成されるファイバーフローの方向を、上記第一の内輪軌道に対し略平行にでき、ハブの強度、疲れ強さ、転がり寿命等の向上を図れる（長寿命化を図れる）。

又、上記凹部を設ける事により、その分軽量化を図れる他、この凹部の形成に基づいて、上記位置決め筒部の軸方向内端部と上記取付フランジの基端部（径方向内端部）とが連続する部分（コーナー、角部）の応力の低減も図れる。特に、請求項４に記載した様に、上記凹部を、軸方向内側に凹入するだけでなく、位置決め筒部の内周面よりも径方向外側にも凹入する状態で設ければ、この位置決め筒部の基部近傍に加わる応力をより一層低減して、更なるハブの強度、疲れ強さ、転がり寿命等の向上を図れる（長寿命化を図れる）。又、請求項３に記載した構造を採用した場合には（ハブのスプライン孔にスプライン軸を結合固定する場合には）、上記凹部に逃げ部としての役割（効果）を持たせる事もできる。即ち、この凹部を設けた連続部のうちで、この凹部から内径側に外れた部分に位置するナット座面（ハブのスプライン孔に係合させるスプライン軸の先端部に螺合、緊締するナットの側面と当接する面）を形成する際に、上記凹部を、切削、研削工具に対する逃げ部として利用する事もできる。この為、上記ナット座面の形成が容易になる他、この面を精度良く形成できる（この面の寸法、平面度、直角度等の精度の向上を図れる）。

尚、上記凹部を全周に亙って設ける部分（底部、連続部）は、第一の内輪軌道の近傍（背後）に位置し、各転動体を介して比較的大きな応力が加わる。この為、上記凹部の表面（内面）の性状が粗いと、その部分で応力集中を生じる可能性がある。一方、この凹部の表面が鍛造肌のままだと、表面が粗いままとなる他、この表面に脱炭処理に伴う材料強度が部分的に低くなってしまう部分が存在する可能性がある。そこで、前述の様に凹部の内面に切削（旋削）加工を施して、上記鍛造肌を除去する事により、上記応力集中を防止する（強度を確保する）事が好ましい。この場合には、鍛造加工時に上記凹部の内面を、その後行なう切削加工の取り代分厚く（浅く）形成し、この鍛造加工後に、この凹部の内面に切削加工を施して、この凹部の内面を所望の形状、寸法に仕上げる事が好ましい。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、ハブ２ａの長寿命化を図るべく、このハブ２ａの外端部に設けた位置決め筒部１５の内径側に存在する底部、即ち、この位置決め筒部１５の内周面とスプライン孔１１の軸方向外端開口縁との連続部１８の形状を工夫した点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図３に示した従来構造と同様であるから、同等部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

上記ハブ２ａの外端部に、上記取付フランジ８の外側面よりも軸方向外側に突出する状態で、上記位置決め筒部１５を設けている。又、上記ハブ２ａの中心部に、軸方向に貫通する状態で、上記スプライン孔１１を設けている。そして、上記位置決め筒部１５の内周面と上記スプライン孔１１の軸方向外端開口縁との連続部１８に、軸方向内側に凹入する凹部１９を全周に亙り設けている。この凹部１９は、断面形状を部分円弧状とすると共に、上記連続部１８のうちの内径側に設けたナット座面２１（等速ジョイントのハウジングに設けたスプライン軸と上記ハブ２ａとを結合した状態で、このスプライン軸の先端部に螺合、緊締されるナットの側面と当接する面）よりも、軸方向内側に凹入し、上記凹部１９の最も深くなった部分が取付フランジ８の先端寄り部分の軸方向内側面（この取付フランジ８に車輪を構成するホイールを結合固定する為の、スタッド１６の頭部の軸方向外側面が当接する面）よりも軸方向内側に位置する状態で設けている。本例の場合、上記凹部１９は、上記連続部１８のうちの径方向外側部分に、この凹部１９の最も深くなった部分の直径ｄ_１９が第一の内輪軌道９のうちで最も径が小さくなった部分の直径ｄ_９と略同じになる状態で設けている。又、上記凹部１９の外径側開口縁の直径Ｄ_１９を上記第一の内輪軌道９のうちで最も径が小さくなった部分の直径ｄ_９よりも大きく（Ｄ_１９＞ｄ_９）している。又、上記凹部１９の外径側開口縁と上記位置決め筒部１５の内周面の軸方向内端縁とを、全周に亙って滑らかに連続させている。

上述の様に構成する本例の場合には、凹部１９を、上記ハブ２ａの塑性加工時に、同時に設ける事により、第一の内輪軌道９付近のファイバーフローを、この第一の内輪軌道９の表面（軌道面）に略平行にできる。即ち、上記凹部１９の形成に基づいて（ハブ２ａの外端部を形成する為の型が凹部１９に対応する部分で出っ張る事により）、上記第一の内輪軌道９から取付フランジ８の基端部（外輪１とハブ２ａとの間に設けるシールリング２０が摺接する部分）に亙り、肉厚を略一定にする事ができる。この為、この部分に形成されるファイバーフローの方向を、上記第一の内輪軌道９に対し略平行にでき、ハブ２ａの強度、疲れ強さ、転がり寿命等の向上を図れる（長寿命化を図れる）。

又、上記凹部１９を設ける事により、その分軽量化を図れる他、この凹部１９の形成に基づいて、上記位置決め筒部１５の軸方向内端部と上記取付フランジ８の基端部（径方向内端部）とが連続する部分（コーナー、角部）の応力の低減も図れる。更には、上記凹部１９に、逃げ部としての役割（効果）も持たせる事もできる。即ち、この凹部１９を設けた連続部１８のうちで、この凹部１９から内径側に外れた部分に位置するナット座面２１（ハブ２ａのスプライン孔１１に係合させるスプライン軸の先端部に螺合、緊締するナットの側面と当接する面）を形成する際に、上記凹部１９を、切削、研削工具に対する逃げ部として利用できる。この為、上記ナット座面２１の形成が容易になる他、この面２１を精度良く形成できる（この面２１の寸法、平面度、直角度等の精度の向上を図れる）。

［実施の形態の第２例］
図２は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、凹部１９ａの内面に、切削（旋削）加工を施している。即ち、鍛造加工時に上記凹部１９ａの内面を、その後行なう切削加工の取り代分（図２の斜格子分）厚く（浅く）形成し、この鍛造加工後に、この凹部１９ａの内面に切削加工を施して（図２の斜格子分切削し）、この凹部１９ａの内面を所望の形状、寸法に仕上げている。
この様な本例の場合には、凹部１９ａの表面の応力集中を防止できる。即ち、この凹部１９ａを設ける連続部１８は、第一の内輪軌道９の近傍（背後）に位置し、各転動体４、４を介して比較的大きな応力が加わる。この様な連続部１８に上記凹部１９ａを設ける場合、この凹部１９ａの表面（内面）の性状が粗いと、その部分で応力集中を生じる可能性がある。一方、この凹部１９ａの表面が鍛造肌のままだと、表面が粗いままとなる他、この表面に脱炭処理に伴う材料強度が部分的に低くなってしまう部分が存在してしまう可能性がある。そこで、上述の様に凹部１９ａの内面に切削（旋削）加工を施して、上記鍛造肌を除去する事により、上記応力集中を防止している（強度の向上を図っている）。

更に、本例の場合は、上述の様な切削加工を施す事により、上記凹部１９ａを、（ナット座面２１よりも）軸方向内側に凹入するだけでなく、位置決め筒部１５の内周面から径方向外側にも凹入する様に（切削加工により）形成している。この為、上記第一の内輪軌道９から取付フランジ８の基端部（外輪１とハブ２ａとの間に設けるシールリング２０が摺接する部分）に亙り、肉厚をより一定にする事ができる。この為、上記凹部１９ａと上記第一の内輪軌道９との間部分に（取付フランジ８からのモーメント等により）加わる応力を、より一層緩和して、更なるハブ２ａの強度、疲れ強さ、転がり寿命等の向上を図れる（長寿命化を図れる）。
その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例と同様である。

以上に述べた各例は、駆動輪を支持する為の駆動輪支持用軸受ユニットを構成するハブ２ａ、即ち、中心部にスプライン孔１１を設けたハブ２ａに、凹部１９、１９ａを設けた場合を示した。但し、図示は省略するが、従動輪を支持する為の車輪支持用軸受ユニットを構成するハブ、即ち、例えば充実体のハブに、上述の様な凹部を設ける事もできる。この場合には、この凹部を、例えば充実体であるハブの外端部に設けた位置決め筒部の底部の径方向外側部分に、（この凹部の最も深くなる部分の内径が第一の内輪軌道の直径と略同じになる状態で、）全周に亙って設ける。

この様に従動輪を支持する為の車輪支持用軸受ユニットを構成するハブ（例えば充実体のハブ）に凹部を設けた場合にも、上述した各例と同様に、第一の内輪軌道付近のファイバーフローを、この第一の内輪軌道の表面（軌道面）に略平行にできる。即ち、上記凹部の形成に基づいて、上記第一の内輪軌道から上記取付フランジの基端部（外輪とハブとの間に設けるシールリングが摺接する部分）に亙り、肉厚を略一定にする事ができる。この為、この部分に形成されるファイバーフローの方向を、上記第一の内輪軌道面に対し略平行にでき、上記ハブの強度、疲れ強さ、転がり寿命等の向上を図れる（長寿命化を図れる）。しかも、上記凹部を設ける事により、軽量化を図れる他、位置決め筒部の軸方向内端部と取付フランジの基端部（径方向内端部）とが連続する部分（コーナー、角部）の応力の低減も図れる。
尚、従動輪の場合、上述の様な充実体のハブの他、軽量化や駆動輪との鍛造工程の共通化を目的として、請求項２に記載した様に、ハブの中心部に軸方向に亙る中空孔を設けても良い。この中空孔は軸方向に貫通させても、貫通させなくても（軸方向中間部に隔壁があっても）良い。この様な場合にも、上述の場合と同様に、凹部によりファイバーフローを適切に規制でき、長寿命化、応力の低減等を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 本発明の対象となる駆動輪支持用軸受ユニット示す断面図。

符号の説明

１ 外輪
２、２ａ ハブ
３ 内輪
４ 転動体
５ 固定フランジ
６ 第一の外輪軌道
７ 第二の外輪軌道
８ 取付フランジ
９ 第一の内輪軌道
１０ 小径部
１１ スプライン孔
１２ 第二の内輪軌道
１３ 円筒部
１４ かしめ部
１５ 位置決め筒部
１６ スタッド
１８ 連続部
１９、１９ａ 凹部
２０ シールリング
２１ ナット座面

Claims (4)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有し、使用時にも回転しない外輪と、外周面の外端寄り部分に車輪を支持する為の取付フランジを、同じく中間部に直接第一の内輪軌道を、それぞれ設けると共に、外周面の内端寄り部分に、その外周面に第二の内輪軌道を形成した内輪を外嵌したハブと、上記各外輪軌道と上記第一、第二の各内輪軌道との間に転動自在に設けた複数個の転動体とを備え、上記ハブの外端部に、上記取付フランジの外側面よりも軸方向外側に突出する状態で、位置決め筒部を設けた車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、この位置決め筒部の内径側部分に存在する底部のうちの径方向外側部分に、この底部から少なくとも軸方向内側に凹入し、最も深くなった部分が上記取付フランジの先端寄り部分の軸方向内側面よりも軸方向内側に位置する凹部を、塑性加工によって、全周に亙り設けた事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
2. ハブの中心部に軸方向に亙る中空孔が設けられている、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
3. ハブの中心部に設けた中空孔が、このハブを軸方向に貫通するスプライン孔であり、等速ジョイントのハウジングに固設したスプライン軸を、このスプライン孔に係合させた状態で、このスプライン軸の先端部にナットを螺合、緊締する事により、上記ハブと上記スプライン軸とを結合固定自在としており、位置決め筒部の内周面と上記スプライン孔の軸方向外端開口縁との連続部に凹部が、上記ナットの側面と当接するナット座面よりも軸方向内側に凹入する状態で設けられている、請求項２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
4. 凹部が、軸方向内側に凹入するだけでなく、位置決め筒部の内周面よりも径方向外側にも凹入する状態で設けられている、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
   

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