JP5121603B2

JP5121603B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP5121603B2
Application number: JP2008173089A
Authority: JP
Inventors: 正幸黒田; 和雄小森
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-07-02
Also published as: JP2010014163A

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、加締部の強度を確保すると共に、軸受サイズに応じた最適な加締部の形状が設定され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。特に、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、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６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。

この車輪用軸受装置は第３世代と称され、軸部材（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。軸部材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。

軸部材５１の小径段部５１ｂには、外周に内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、軸部材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、軸部材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。そして、この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと、これら複列の外側転走面５３ａ、５３ａ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。

ここで、加締部５１ｃを形成する円筒部５６の肉厚は、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げる以前の状態で先端縁に向う程小さくなっている。そして、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げることにより、内輪５２の大端面５２ｂを押え付ける加締部５１ｃの肉厚は、円筒部５６の基端部の肉厚に対し、先端に向うにしたがって漸減している。

これにより、円筒部５６の先端部を押型により塑性変形させて加締部５１ｃを形成するために要する力が徒に大きくなることがなく、加締作業に伴って加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生したり、あるいは、加締部５１ｃにより固定される内輪５２に、この内輪５２の直径を予圧や転がり疲れ寿命等の耐久性に影響を及ぼす程大きく変化させるような力が作用することがない。
特開平１０−２７２９０３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。然しながら、内輪５２の変形を抑える反面、加締部５１ｃの強度不足が懸念される。すなわち、加締部５１は、内輪５２の軸力（押付力）を付与しているため、無負荷状態の時であってもこの軸力が反作用していると共に、軸受部分に振動大、騒音大で継続使用が不可となるまで、少なくとも加締部５１ｃが破断しないように強度を確保する必要がある。

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、加締部の強度を確保すると共に、軸受サイズに応じた最適な加締部の形状が設定され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一体に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少なくとも一つ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、前記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り前記ハブ輪に対し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、前記加締部の引張強さをσｋ（ＭＰａ）、断面積をＡ（ｍｍ^２）、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本静定格ラジアル荷重をＣ０ｒ（ｋＮ）、当該転動体の個数をＺｉ、接触角をθとした時、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ＝０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０の基準式を満足すると共に、加締前における前記ハブ輪の小径段部の端部が中空状の円筒部に形成され、この円筒部の底面から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ１、前記インナー側の転動体列の転動体の作用線と前記小径段部との交点から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ２とした時、Ｌ２＞Ｌ１が成立し、かつ前記加締部の許容せん断応力をτ、加締部軸方向断面積をＡ１、加締部高さをｔとした時、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）の基準式を満足するように前記加締部の形状・寸法が設定されている。

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が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、加締部の引張強さをσｋ（ＭＰａ）、断面積をＡ（ｍｍ^２）、複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本静定格ラジアル荷重をＣ０ｒ（ｋＮ）、当該転動体の個数をＺｉ、接触角をθとした時、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ＝０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０の基準式を満足すると共に、加締前におけるハブ輪の小径段部の端部が中空状の円筒部に形成され、この円筒部の底面から内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ１、インナー側の転動体列の転動体の作用線と小径段部との交点から内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ２とした時、Ｌ２＞Ｌ１が成立し、かつ加締部の許容せん断応力をτ、加締部軸方向断面積をＡ１、加締部高さをｔとした時、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）の基準式を満足するように加締部の形状・寸法が設定されているので、軽量・コンパクト化を図りつつ、基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒが全ての転動体に均一に加わった時でも、その軸方向分力で加締部が破断することはなく、加締部の強度を確保すると共に、軸受サイズに応じた最適な加締部の形状が設定された車輪用軸受装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記加締部の径方向の幅をＥ、高さをｔとした時、Ｅ／ｔ＝０．７５〜１．１の範囲に設定されていれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、所望の加締強度を確保することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記小径段部の端部が、加締前において中空状の円筒部に形成され、その内径面が端部に向って漸次拡径するテーパ面に形成されていても良いし、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が、加締前において中空状の円筒部に形成され、その肉厚が底部から端部に亙って略均一に形成されていても良い。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼からなり、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が直接形成され、この内側転走面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３０ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、前記内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、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、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されていれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、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。

また、請求項６に記載の発明のように、前記アウター側の転動体列のピッチ円直径ＰＣＤｏが前記インナー側の転動体列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）に形成されると共に、前記アウター側の転動体列の転動体個数Ｚｏが、前記インナー側の転動体列の転動体個数Ｚｉよりも多く（Ｚｏ＞Ｚｉ）設定されていれば、有効に軸受スペースを活用してインナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。

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一体に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少なくとも一つ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、前記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り前記ハブ輪に対し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、前記加締部の引張強さをσｋ（ＭＰａ）、断面積をＡ（ｍｍ^２）、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本静定格ラジアル荷重をＣ０ｒ（ｋＮ）、当該転動体の個数をＺｉ、接触角をθとした時、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ＝０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０の基準式を満足すると共に、加締前における前記ハブ輪の小径段部の端部が中空状の円筒部に形成され、この円筒部の底面から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ１、前記インナー側の転動体列の転動体の作用線と前記小径段部との交点から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ２とした時、Ｌ２＞Ｌ１が成立し、かつ前記加締部の許容せん断応力をτ、加締部軸方向断面積をＡ１、加締部高さをｔとした時、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）の基準式を満足するように前記加締部の形状・寸法が設定されているので、軽量・コンパクト化を図りつつ、基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒが全ての転動体に均一に加わった時でも、その軸方向分力で加締部が破断することはなく、加締部の強度を確保すると共に、軸受サイズに応じた最適な加締部の形状が設定された車輪用軸受装置を提供することができる。

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一体に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、前記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り前記ハブ輪に対し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、前記小径段部の端部が、加締前において中空状の円筒部に形成され、前記内輪の大端面を基準にして、前記円筒部の底面までの軸方向寸法をＬ１、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の転動体の作用線と前記小径段部との交点までの軸方向寸法をＬ２、前記加締部の断面積をＡ（ｍｍ^２）、前記インナー側の転動体列の基本静定格ラジアル荷重をＣ０ｒ（ｋＮ）、当該転動体の個数をＺｉ、接触角をθとした時、Ｌ２＞Ｌ１であり、かつ、０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０の基準式を満足するように、前記加締部の形状・寸法が設定されている。

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第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の要部拡大図、図３は、図２の変形例を示す要部拡大図、図４は、図２の他の変形例を示す要部拡大図である。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１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪２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４を一体に有し、この車輪取付フランジ４にはハブボルト５が周方向等配に植設されると共に、これらハブボルト５間には円孔４ａが形成されている。この円孔４ａ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４ａ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。また、ハブ輪２の外周には一方（アウター側）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから肩部１１を介して軸方向に延びる軸状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。

そして、内輪３の小端面３ｃをハブ輪２の肩部１１に突き当てた状態で、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部２ｃが形成されている。すなわち、この加締部２ｃとハブ輪２の肩部１１とで内輪３を挟持し、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向に固定されている。加締部２ｃは内輪３のインナー側の外郭に沿って密着した状態で塑性変形させて形成され、内輪３の大端面３ｂを押え付けて所望の軸力を確保することができる。

外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０と内方部材１との間に形成される環状空間の開口部にはシール８、９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。

なお、ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される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、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。また、転動体６、６をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

ハブ輪２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、アウター側の内側転走面２ａをはじめ、アウター側のシール８のシールランド部となる基部４ｂから小径段部２ｂ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ている。なお、加締部２ｃは、鍛造後の素材表面硬さの未焼入れ部とされている。

一方、内輪３および転動体６はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。また、外方部材１０は、前記ハブ輪２と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面１０ａ、１０ａに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。

ここで、本出願人は、加締部２ｃの強度を確保すると共に、軸受サイズに応じた最適な加締部２ｃの形状を設定するために、内輪３の軸力と内輪３に対する加締部２ｃの形状・寸法との関係に着目した。本実施形態では、図２に示すように、加締前におけるハブ輪２の小径段部２ｂの端部は中空状の円筒部１２として形成されている（図中二点鎖線にて示す）。加締部２ｃの耐力を検討するにあたり、小径段部２ｂの外径をＤ１、加締部２ｃにおける内輪３の大端面３ｂ位置での内径をＤ２とした場合、内輪３の大端面３ｂ位置での加締部２ｃの最小断面積Ａｍｉｎ（ｍｍ^２）は、Ａｍｉｎ＝π（Ｄ１^２−Ｄ２ｍａｘ^２）／４となる。

一方、硬さと引張強さの関係をあらわす式としては次の式が知られている（日本規格協会）。この式を引用して、加締部２ｃの表面硬さＨｋ（Ｈｖ）と引張強さσｋ（ＭＰａ）との関係は、σｋ＝３．２Ｈｋで表わすことができる。ここで、加締部２ｃの表面硬さを鍛造後の素材表面硬さのままで１３〜３０ＨＲＣの範囲とした場合、加締部２ｃの引張強さσｋｍｉｎ＝３．２Ｈｋ＝３．２×２１０（１３ＨＲＣ相当）＝６７２（ＭＰａ）となる。

したがって、内輪３の軸力、すなわち、加締部２ｃによって内輪３を固定する力をＦとした場合、この軸力Ｆに加え、軸受部分に振動大、騒音大で継続使用が不可となる荷重、基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒ（ｋＮ）が全てのボール６に均一に加わっても、その軸方向分力で加締部２ｃが破断しないためには、加締部２ｃの引張耐力は、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋Ｆ（ｋＮ）の基準式を満足すれば良く、また、この基準式を満足するように、加締部２ｃの形状・寸法を設定すれば良い。これにより、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３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と共に、加締部２ｃは充分な耐力を確保することができる。ここで、Ｚｉはインナー側の軸受列の転動体６の個数、θはインナー側の軸受列の接触角である。

一般的に、この種の車輪用軸受では、内輪３の軸力Ｆ＝２０〜８０ｋＮの範囲に設定されるため、Ｆ＝８０ｋＮを前述した基準式、すなわち、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋Ｆ（ｋＮ）に当てはめると、加締部２ｃの引張耐力として、０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）を満足すれば充分である。さらに、加締前の円筒部１２の底面１２ａから内輪３の大端面３ｂまでの軸方向寸法をＬ１、インナー側の軸受列の作用線Ｓと小径段部２ｂとの交点Ｐから内輪３の大端面３ｂまでの軸方向寸法をＬ２とした場合、Ｌ２＞Ｌ１であれば、加締加工が容易にでき、また、加締作業に伴って加締部２ｃに亀裂等の損傷が発生するのを防止できると共に、軸受部に負荷される荷重が加締部２ｃに負荷されることはなく、耐久性を向上させることができる。

本実施形態では、内輪３の軸力と加締部２ｃの引張耐力を同時に確保するために、加締側の軸受列の基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒから決定される加締部２ｃの引張耐力の基準式に基き、加締部２ｃの形状・寸法を設定するようにしたので、軽量・コンパクト化を図ると共に、内輪３の軸力と加締部２ｃの引張耐力を確保した車輪用軸受装置を提供することができる。

なお、ここでは、加締前におけるハブ輪２の小径段部２ｂの端部が中空状の円筒部１２として形成され、その内径面が端部に向って漸次拡径するようなテーパ面に形成されたものを例示したが、本発明に係る加締部２ｃの形状はこれに限らず、例えば、図３に示すように、加締前の円筒部１２’が、その肉厚が底部１２ａから端部に亙って略均一に形成されたものであっても良い。これにより、円筒部１２’の内径の加工バラツキを抑え、加締部２ｃの強度を安定させることができる。

次に、基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒが全ての転動体６に均一に加わった時でも、その軸方向分力で加締部２ｃが破断しないためには、加締部２ｃの軸方向許容せん断応力は、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋Ｆ（ｋＮ）の基準式を満足すれば良く、また、この基準式を満足するように、加締部２ｃの形状・寸法を設定すれば良い。前述のように、加締部２ｃの引張強さσｋｍｉｎ＝３．２Ｈｋ＝３．２×２１０（１３ＨＲＣ相当）で求められるが、この部位については、加工硬化によって略６０Ｈｖの硬さアップが予想されるため、σｋｍｉｎ＝３．２×（２１０＋６０）Ｈｖ＝８６４（ＭＰａ）となる。

せん断応力は、一般的に引張応力の７０％であるため、許容せん断応力τｍｉｎ＝６０５ＭＰａとなる。図４に示すように、加締部２ｃの高さをｔとした時、加締部２ｃの軸方向断面積Ａ１＝πＤ１ｔとなる。そして、前述したように内輪３の軸力Ｆ＝８０ｋＮを基準式、すなわち、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋Ｆ（ｋＮ）に当てはめると、一般的に、加締部２ｃのせん断耐力として、０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）を満足すれば充分である。

また、基本静定格ラジアル荷重Ｃ０ｒ相当の総軸方向荷重が負荷された場合、加締部２ｃの外径側に力が加わり、加締部２ｃが開く方向に延ばされる。このため、内輪３の大端面３ｂに係っている加締部２ｃの径方向の幅Ｅを設定し、加締部２ｃの体積を確保する必要があるため、加締部２ｃの径方向の幅Ｅと加締部２ｃの高さをｔを、Ｅ／ｔ＝０．７５〜１．１とすることにより、所望の加締強度を確保することができる。ここで、この比率が小さくなると加締強度が不足し、また、この比率が大きくなると加締部２ｃの体積も大きくなって重量増となり好ましくない。

図５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。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して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１３と外方部材１４、および両部材１３、１４間に転動自在に収容された複列の転動体６、６列とを備えている。内方部材１３は、ハブ輪１５と、このハブ輪１５に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪１５は、アウター側の端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面１５ａと、この内側転走面１５ａから軸方向に延びる軸状部１６を介して小径段部２ｂが形成されている。

内輪３は、外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成され、ハブ輪１５の小径段部２ｂに圧入されて背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成すると共に、小径段部２ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部２ｃによって軸方向に固定されている。

ハブ輪１５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面１５ａをはじめ、車輪取付フランジ４のインナー側の基部４ｂから小径段部２ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材１４は、外周に車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周にハブ輪１５の内側転走面１５ａに対向するアウター側の外側転走面１４ａと、内輪３の内側転走面３ａに対向するインナー側の外側転走面１０ａが一体に形成されている。これら両転走面間に複列の転動体６、６が収容され、保持器１７、７によって転動自在に保持されている。

この外方部材１４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１４ａ、１０ａ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、外方部材１４と内方部材１３との間に形成される環状空間の開口部にはシール１８、９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。

本実施形態では、アウター側の転動体３列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側の転動体３列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径に設定されている（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）。そして、転動体３のサイズは同じであるが、このピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いにより、アウター側の転動体３列の転動体個数Ｚｏがインナー側の転動体３列の転動体個数Ｚｉよりも多く設定されている（Ｚｏ＞Ｚｉ）。

ハブ輪１５の外郭形状は、内側転走面１５ａの溝底部からカウンタ部１５ｂと、このカウンタ部１５ｂから円弧状の段部１６ａを介して軸方向に延びる軸状部１６、および内輪３が突き合わされる肩部１１を介して小径段部２ｂに続いている。また、ハブ輪１５のアウター側の端部にはすり鉢状の凹所１９が形成されている。この凹所１９の深さは内側転走面１５ａの溝底付近までの深さとされ、ハブ輪１５のアウター側の端部が略均一な肉厚に形成されている。そして、ピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、ハブ輪１５の内側転走面１５ａは内輪３の内側転走面３ａよりも拡径して形成され、軸状部１６の外径が内側転走面３ａの溝底径と略同一径になるように形成されている。

一方、外方部材１４において、ピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、アウター側の外側転走面１４ａがインナー側の外側転走面１０ａよりも拡径して形成され、アウター側の外側転走面１４ａから円筒状の肩部２０とテーパ状の段部２０ａを介して小径側の肩部２１に続き、インナー側の外側転走面１０ａに到っている。そして、この外側転走面１０ａの溝底径と大径側の肩部２０の内径が略同一径になるように形成されている。

こうした構成の車輪用軸受装置では、アウター側の転動体３列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側の転動体３列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径に形成され、その分、転動体個数もアウター側の転動体３列の転動体個数Ｚｏがインナー側の転動体３列の転動体個数Ｚｉよりも多く設定されているため、有効に軸受スペースを活用してインナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。さらに、ハブ輪１５のアウター側端部に凹所１９が外郭形状に沿って形成され、ハブ輪１５のアウター側の端部が均一な肉厚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ことができる。

ここで、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同様、加締部２ｃの引張耐力として、０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）、かつ、加締前の円筒部１２の底面１２ａから内輪３の大端面３ｂまでの軸方向寸法をＬ１よりも、インナー側の軸受列の作用線Ｓと小径段部２ｂとの交点Ｐから内輪３の大端面３ｂまでの軸方向寸法Ｌ２が大きくなるように加締部２ｃの形状・寸法が設定されているので、有効に軸受スペースを活用してインナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができると共に、加締部２ｃの強度を確保しつつ、軸受サイズに応じた最適な加締部２ｃの形状が設定された車輪用軸受装置を提供することができる。

また、加締部２ｃのせん断耐力として、０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）を満足するように加締部２ｃの高さｔが設定されると共に、加締部２ｃの径方向の幅Ｅと加締部２ｃの高さをｔを、Ｅ／ｔ＝０．７５〜１．１の範囲に設定されているので、軽量・コンパクト化を図ると共に、所望の加締強度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、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第１の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。図２の変形例を示す要部拡大図である。図２の他の変形例を示す要部拡大図である。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。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、１３・・・・・・内方部材
２、１５・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ、１５ａ・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・大端面
３ｃ・・・・・・・・小端面
４・・・・・・・・・車輪取付フランジ
４ａ・・・・・・・・円孔
４ｂ・・・・・・・・基部
５・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・転動体
７、１７・・・・・・保持器
８、９、１８・・・・シール
１０、１４・・・・・外方部材
１０ａ、１４ａ・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
１１、２０、２１・・肩部
１２、１２’・・・・円筒部
１５ｂ・・・・・・・カウンタ部
１６・・・・・・・・軸状部
１６ａ、２０ａ・・・段部
１９・・・・・・・・凹所
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・内輪
５２ｂ・・・・・・・大端面
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・・・・・・・・円筒部
Ａ・・・・・・・・・加締部の断面積
Ａ１・・・・・・・・加締部の軸方向断面積
Ｃ０ｒ・・・・・・・基本静定格ラジアル荷重
Ｄ１・・・・・・・・小径段部の外径
Ｄ２・・・・・・・・加締部における内輪の大端面位置での内径
Ｆ・・・・・・・・・内輪の軸力
Ｈｋ・・・・・・・・加締部の表面硬さ
Ｌ１・・・・・・・・加締前の円筒部の底面から内輪の大端面までの寸法
Ｌ２・・・・・・・・作用線と小径段部との交点から内輪の大端面までの寸法
Ｐ・・・・・・・・・インナー側の軸受列の作用線と小径段部との交点
Ｓ・・・・・・・・・インナー側の軸受列の作用線
Ｚｉ・・・・・・・・インナー側の軸受列の転動体個数
Ｚｏ・・・・・・・・アウター側の軸受列の転動体個数
θ・・・・・・・・・インナー側の軸受列の接触角
σｋ・・・・・・・・加締部の引張強さ
τ・・・・・・・・・加締部の許容せん断応力

Claims

内周に複列の外側転走面が一体に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少なくとも一つ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、
前記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り前記ハブ輪に対し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、
前記加締部の引張強さをσｋ（ＭＰａ）、断面積をＡ（ｍｍ^２）、前記複列の転動体列のうちインナー側の転動体列の基本静定格ラジアル荷重をＣ０ｒ（ｋＮ）、当該転動体の個数をＺｉ、接触角をθとした時、σｋｍｉｎ×Ａｍｉｎ＝０．６７２Ａｍｉｎ≧Ｃ０ｒ×Ｚｉ×ｔａｎθ＋８０の基準式を満足すると共に、
加締前における前記ハブ輪の小径段部の端部が中空状の円筒部に形成され、この円筒部の底面から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ１、前記インナー側の転動体列の転動体の作用線と前記小径段部との交点から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＬ２とした時、Ｌ２＞Ｌ１が成立し、かつ前記加締部の許容せん断応力をτ、加締部軸方向断面積をＡ１、加締部高さをｔとした時、τｍｉｎ×Ａ１＝０．６０５Ａ１≧Ｃ０ｒ×Ｚ×ｔａｎθ＋８０（ｋＮ）の基準式を満足するように前記加締部の形状・寸法が設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
前記加締部の径方向の幅をＥ、高さをｔとした時、Ｅ／ｔ＝０．７５〜１．１の範囲に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記小径段部の端部が、加締前において中空状の円筒部に形成され、その内径面が端部に向って漸次拡径するテーパ面に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。
前記小径段部の端部が、加締前において中空状の円筒部に形成され、その肉厚が底部から端部に亙って略均一に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。
前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼からなり、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が直接形成され、この内側転走面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３０ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされると共に、前記内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、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、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。
前記アウター側の転動体列のピッチ円直径ＰＣＤｏが前記インナー側の転動体列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）に形成されると共に、前記アウター側の転動体列の転動体個数Ｚｏが、前記インナー側の転動体列の転動体個数Ｚｉよりも多く（Ｚｏ＞Ｚｉ）設定されている請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置。