JP5720262B2

JP5720262B2 - 車輪用転がり軸受装置

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Publication number: JP5720262B2
Application number: JP2011009477A
Authority: JP
Inventors: 竜哉横田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: EP2479043B1; CN102602245B; CN102602245A; EP2479043A1; US20120189236A1; US8708569B2; JP2012149721A

Description

この発明は車輪用転がり軸受装置に関する。

車輪用転がり軸受装置（車輪用ハブユニットと呼ばれることもある）においては、車輪が取り付けられるハブホイールのハブ軸の外周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の内輪軌道面が形成される。一方、ハブ軸の外周に配設される外輪部材の内周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の外輪軌道面が形成される。そして、ハブ軸のインナ側及びアウタ側の内輪軌道面と、外輪部材のインナ側及びアウタ側の外輪軌道面との間にインナ側列及びアウタ側列の玉が転動可能に配列される。
このような車輪用転がり軸受装置において、インナ側列及びアウタ側列の玉のピッチ円直径をそれぞれ大きく設定し、これによってインナ側列及びアウタ側列の玉の個数を多くすることで高剛性化を図ることができる。
しかしながら、インナ側列及びアウタ側列の玉のピッチ円直径をそれぞれ大きく設定すると、これに対応して外輪部材が大径化し、重量が増加する。
また、外輪部材が大径化すると、車両の懸架装置のナックル、キャリア等の車体側部材の組付孔に対し、外輪部材の嵌合軸部の外径寸法が過大となって組付不能となる場合がある。
このようなことから、外輪部材の嵌合軸部の外径寸法を車体側部材の組付孔に嵌合可能な大きさに確保しながら、軽量化や高剛性化を図るために、インナ側列の玉のピッチ円直径よりもアウタ側列の玉のピッチ円直径を大きく設定し、これによって、インナ側列の玉の個数よりもアウタ側列の玉の個数を多くしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１０８４４９号公報

ところで、インナ側列の玉のピッチ円直径よりもアウタ側列の玉のピッチ円直径を大きく設定し、これによって、インナ側列の玉の個数よりもアウタ側列の玉の個数を多くすることで、軽量化や高剛性化に有効である。
しかしながら、アウタ側列の玉のピッチ円直径を大きく設定すると、アウタ側列の玉に対し軸受回転時の荷重が負荷される際に、アウタ側列の玉がアウタ側軌道肩部に乗り上げやすくなる。
そして、アウタ側列の玉がアウタ側軌道肩部に乗り上げるときに、アウタ側の外輪軌道面とアウタ側軌道肩部との境界エッジ部にエッジ応力が発生し、これによって軸受寿命が低下することが想定される。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、軽量化や高剛性化を図りながら、アウタ側軌道肩部に対するアウタ側列の玉の乗り上げを抑制することができる車輪用転がり軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１に係る車輪用転がり軸受装置は、車輪が取り付けられるハブホイールのハブ軸の外周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の内輪軌道面が形成され、前記ハブ軸の外周に配設される外輪部材の内周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の外輪軌道面が形成され、前記インナ側及びアウタ側の内輪軌道面と、前記インナ側及びアウタ側の外輪軌道面との間にインナ側列及びアウタ側列の玉が転動可能に配列され、前記インナ側列の玉のピッチ円直径をＤ１とし、前記アウタ側列の玉のピッチ円直径をＤ２としたときに、「Ｄ１＜Ｄ２」の関係となるように設定された車輪用転がり軸受装置であって、
前記玉は、インナ側列の玉の玉径よりもアウタ側列の玉の玉径の方が小さく設定され、インナ側列の玉よりもアウタ側列の玉の個数が多く配置されており、前記インナ側の外輪軌道面と前記インナ側列の玉の接触角をなす作用線との交点と、前記インナ側の外輪軌道面のアウタ側端縁とのなす角度をθ１とし、前記アウタ側の外輪軌道面と前記アウタ側列の玉の接触角をなす作用線との交点と、前記アウタ側の外輪軌道面のインナ側端縁とのなす角度をθ２としたときに、「θ１＜θ２」の関係となるように設定されていることを特徴とする。

前記構成によると、インナ側列の玉のピッチ円直径Ｄ１よりもアウタ側列の玉のピッチ円直径Ｄ２を大きく設定することによって、車輪用転がり軸受装置の軽量化や高剛性化を良好に図ることが可能となる。
また、インナ側の外輪軌道面に対するインナ側列の玉の接触角をなす交点からインナ側軌道肩部の境界部までの軌道円弧の角度θ１よりもアウタ側の外輪軌道面に対するアウタ側列の玉の接触角をなす交点からアウタ側軌道肩部の境界部までの軌道円弧の角度θ２を大きく設定することによって、アウタ側軌道肩部に対するアウタ側列の玉の乗り上げを良好に抑制することができる。

請求項２に係る車輪用転がり軸受装置は、請求項１に記載の車輪用転がり軸受装置であって、
外輪部材は、鍛造によって形成され、
アウタ側軌道肩部とインナ側軌道肩部との間の境界アール面及び前記アウタ側軌道肩部の表面は、それぞれ鍛造肌の表面にショットブラスト処理が施された加工面をなしていることを特徴とする。

前記構成によると、アウタ側軌道肩部とインナ側軌道肩部との間の境界アール面及びアウタ側軌道肩部の表面が、鍛造肌にショットブラスト処理を施した加工面をなすことによって、旋削加工する必要がない。
このため、境界アール面及びアウタ側軌道肩部の表面の旋削加工する分だけ鍛造素材の重量を軽減することが可能となると共に、ショットブラスト処理加工は、旋削加工と比べ、短時間で加工を行うことができるため、コスト低減に効果が大きい。
請求項３に係る車輪用転がり軸受装置は、請求項１又は請求項２に記載の車輪用転がり軸受装置であって、
前記ハブ軸はアウタ側が大径部、インナ側が小径部の段軸状に形成されており、前記小径部の外周面には内輪体が嵌め込まれ、この内輪体の外周面にはインナ側列の玉が接する内輪軌道面が形成され、前記ハブ軸の小径部の端部から延出された筒部がかしめられてかしめ部を形成することにより、前記ハブ軸の小径部の段差面とかしめ部との間に内輪体が挟持されると共に、前記ハブ軸の回転軸上における仮想横断面において、前記内輪体のアウタ側端部は、インナ側列の玉のアウタ側寄り半円の円周とオーバーラップする位置関係にあることを特徴とする。

この発明の実施例１に係る車輪用転がり軸受装置を示す縦断面図である。同じくハブ軸と外輪部材とインナ側列及びアウタ側列の玉との組み付け状態を拡大して示す縦断面図である。同じく外輪部材のインナ側の外輪軌道面とインナ側軌道肩部とを拡大して示す縦断面図である。同じく外輪部材のアウタ側の外輪軌道面とアウタ側軌道肩部とを拡大して示す縦断面図である。同じくアウタ側の外輪軌道面の端縁とアウタ側軌道肩部の端縁との境界部が面取加工されることなく接続された実施態様を示す説明図である。同じくアウタ側の外輪軌道面の端縁とアウタ側軌道肩部の端縁との境界部がＣ面取加工された実施態様を示す説明図である。同じくアウタ側の外輪軌道面の端縁とアウタ側軌道肩部の端縁との境界部がＲ面取加工された実施態様を示す説明図である。外輪部材を形成するために鍛造品を示す縦断面図である。同じく鍛造品の内部に形成された中間壁がポンチによって打ち抜かれた状態を示す縦断面図である。同じく鍛造品が旋削加工及び研磨加工されて外輪部材が形成された状態を示す縦断面図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、車輪用転がり軸受装置（車輪用ハブユニット）は、複列のアンギュラ玉軸受を構成するための内輪部材としてのハブ軸１５を一体に有するハブホイール１０と、外輪部材３０と、複列をなすインナ側列及びアウタ側列の玉５０、５１と、インナ側及びアウタ側の保持器５５、５６とを備えてユニット化されている。

図１に示すように、ハブホイール１０は、ハブ軸１５と、このハブ軸１５の車アウタ側端部に同一中心線上に形成されたフランジ体１１とを一体に有し、フランジ体１１の車アウタ側面には、ブレーキロータを間に挟んで車輪（図示しない）の中心孔が嵌込まれる車輪用嵌合部１３が形成されている。
また、フランジ体１１には、車輪を締め付ける複数のハブボルト１２が所定ピッチで圧入固定されている。

図１に示すように、ハブ軸１５の外周面には、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の内輪軌道面２０、２５がそれぞれ形成されている。
この実施例１において、ハブ軸１５は、フランジ体１１側が大径で先端側が小径に形成された段軸状に形成されている。そして、ハブ軸１５の大径部１６の片側（フランジ体１１側）に形成された大径肩部１６ａの外周面にアウタ側の内輪軌道面２５が形成されている。また、ハブ軸１５の小径部１７の外周面には内輪体２６が嵌め込まれ、この内輪体２６の外周面にインナ側の内輪軌道面２０が形成されている。
さらに、ハブ軸１５の小径部１７の端部から延出された筒部がかしめ具によって半径方向外方へかしめられてかしめ部１８が形成されることによって、ハブ軸１５の小径部１７の段差面とかしめ部１８との間に内輪体２６が挟持されるようになっている。

図１と図２に示すように、外輪部材３０の一端側（車幅方向インナ側）には、車両の懸架装置（図示しない）に支持されたナックル、キャリア等の車体側部材の組付孔に嵌合される嵌合軸部３５が形成されている。また、外輪部材３０の外周面の嵌合軸部３５に隣接する部分には、車体側部材の取付面にボルトによって締結される車体側フランジ３１が一体に形成されている。
外輪部材３０の内周面には、ハブ軸１５のインナ側の内輪軌道面２０及びアウタ側の内輪軌道面２５に対応するインナ側の外輪軌道面４０とアウタ側の外輪軌道面４５とが軸方向に所定間隔を保って形成されている。

インナ側及びアウタ側の内輪軌道面２０、２５と、インナ側及びアウタ側の外輪軌道面４０、４５との間には、インナ側列及びアウタ側列の各複数個の玉５０、５１が、インナ側及びアウタ側の保持器５５、５６に保持された状態で転動可能に配列されている。
そして、前記したハブ軸１５のかしめ部１８によるかしめ力によって、インナ側列及びアウタ側列の玉５０、５１にそれぞれ所要とする予圧が付与されるようになっている。

図２に示すように、インナ側列の玉５０のピッチ円直径をＤ１とし、アウタ側列の玉５１のピッチ円直径をＤ２としたときに、「Ｄ１＜Ｄ２」の関係となるように設定されている。
すなわち、この実施例１において、外輪部材３０の嵌合軸部３５の外径寸法を車体側部材の組付孔に嵌合可能な大きさに確保しながら、車輪用転がり軸受装置の軽量化や高剛性化を図るために、インナ側列の玉５０のピッチ円直径Ｄ１よりもアウタ側列の玉５１のピッチ円直径Ｄ２が大きく設定されると共に、インナ側列の玉５０の玉径よりもアウタ側列の玉５１の玉径が小さく設定されている。これに伴って、インナ側列の玉５０の個数よりもアウタ側列の玉５１の個数が多くなっている。

前記「Ｄ１＜Ｄ２」の関係に基づき、アウタ側列の玉５１をピッチ円直径Ｄ２で配列するために、ハブホイール１０のハブ軸１５の外周面に形成されるアウタ側の内輪軌道面２５は、インナ側の内輪軌道面２０よりも大径に形成されている。
そして、図１に示すように、ハブホイール１０の車輪用嵌合部１３の中心孔部からインナ側に向かう凹部１０ａがアウタ側の内輪軌道面２５との間に所要とする肉厚を残してできるだけ大きくかつ深く形成され、これによって、ハブホイール１０の軽量化、ひいては車輪用転がり軸受装置の軽量化が図られるようになっている。

また、前記「Ｄ１＜Ｄ２」の関係に基づき、アウタ側列の玉５１をピッチ円直径Ｄ２で配列するために、外輪部材３０の内周面に形成されるアウタ側の外輪軌道面４５は、インナ側の外輪軌道面４０よりも大径に形成されている。
さらに、図２に示すように、外輪部材３０の内周面には、インナ側の外輪軌道面４０とアウタ側の外輪軌道面４５との間に位置する部分においてインナ側の外輪軌道面４０の端縁に連続するインナ側軌道肩部４１と、アウタ側の外輪軌道面４５の端縁に連続するアウタ側軌道肩部４６とがそれぞれ形成されている。
さらに、インナ側軌道肩部４１は、軸線方向に平行する円筒状に形成され、アウタ側軌道肩部４６は、インナ側軌道肩部４１よりも大径で軸線方向に平行する円筒状に形成されている。そして、アウタ側軌道肩部４６とインナ側軌道肩部４１との間には境界アール面４４が形成されている。

図３に示すように、インナ側の外輪軌道面４０に対するインナ側列の玉５０の接触角α１をなす交点（接触角α１をなす作用線Ｌ１とインナ側の外輪軌道面４０との交点）Ｐ１からインナ側軌道肩部４１までの軌道円弧４０ａの角度をθ１とし、アウタ側の外輪軌道面４５に対するアウタ側列の玉５１の接触角α２をなす交点（接触角α２をなす作用線Ｌ２とアウタ側の外輪軌道面４５との交点）Ｐ２からアウタ側軌道肩部４６までの軌道円弧４５ａの角度をθ２としたときに、「θ１＜θ２」の関係となるように設定されている。
言い換えると、インナ側の外輪軌道面４０の研磨加工範囲（角度）よりもアウタ側の外輪軌道面４５の研磨加工範囲（角度）が大きく設定されている。
なお、接触角α１は、軸受の回転中心軸に垂直な平面と、内輪体２６と外輪部材３０とによってインナ側列の玉５０に伝えられる力の合力の作用線Ｌ１と、がなす角度である。
また、接触角α２は、軸受の回転中心軸に垂直な平面と、ハブ軸１５（内輪部材）と外輪部材３０とによってアウタ側列の玉５１に伝えられる力の合力の作用線Ｌ２と、がなす角度である。

また、この実施例１において、図３に示すように、インナ側の外輪軌道面（軌道円弧４０ａ）４０の端縁と、インナ側軌道肩部４１の端縁との境界部には、円弧面４０ｂと傾斜面４０ｃとが連続して形成されている。
また、図４に示すように、アウタ側の外輪軌道面（軌道円弧４５ａ）４５の端縁と、アウタ側軌道肩部４６の端縁との境界部には、円弧面４５ｂと傾斜面４５ｃとが連続して形成されている。

この実施例１に係る車輪用転がり軸受装置は上述したように構成される。
したがって、車輪用転がり軸受装置のインナ側列の玉５０のピッチ円直径Ｄ１よりもアウタ側列の玉５１のピッチ円直径Ｄ２を大きく設定することによって、車輪用転がり軸受装置の軽量化や高剛性化を良好に図ることが可能となる。
また、インナ側の外輪軌道面４０の軌道円弧４０ａの角度θ１よりも、アウタ側の外輪軌道面４５の軌道円弧４５ａの角度θ２を大きく設定することによって、アウタ側軌道肩部４６に対するアウタ側列の玉５１の乗り上げを良好に抑制することができ、軸受寿命の低下を抑制して耐久性の向上を図ることができる。

なお、前記実施例１においては、アウタ側の外輪軌道面（軌道円弧４５ａ）４５の端縁と、アウタ側軌道肩部４６の端縁との境界部には、円弧面４５ｂと傾斜面４５ｃとが連続して形成される場合を例示したが、例えば、図５に示すように、アウタ側の外輪軌道面（軌道円弧４５ａ）４５の端縁と、アウタ側軌道肩部４６の端縁との境界部が面取加工されることなく接続されてもこの発明を実施することができる。
また、図６に示すように、アウタ側の外輪軌道面（軌道円弧４５ａ）４５の端縁と、アウタ側軌道肩部４６の端縁との境界部にＣ面取加工された面取面４５ｄが形成される場合においてもこの発明を実施することができる。
また、図７に示すように、アウタ側の外輪軌道面（軌道円弧４５ａ）４５の端縁と、アウタ側軌道肩部４６の端縁との境界部にＲ面取加工された面取面４５ｅが形成される場合においてもこの発明を実施することができる。

次に、外輪部材３０が熱間鍛造品から形成される場合を図８〜図１０にしたがって説明する。
先ず、図８に示すように、熱間鍛造によって外輪部材３０に対応する鍛造品１３０を形成する。
この鍛造品１３０の外周側においては、外輪部材３０の車体側フランジ３１の組み付け面側、及び嵌合軸部３５の外周面側に対応する部分にそれぞれ旋削取り代１３０ａを形成する。
また、鍛造品１３０の内周側においては、外輪部材３０の嵌合軸部３５の内孔、インナ側の外輪軌道面４０、インナ側軌道肩部４１、アウタ側の外輪軌道面４５及びアウタ側の内孔に対応する部分に旋削取り代１３０ｂ、１３０ｃを形成すると共に、インナ側軌道肩部４１の内周側に相当する部分に中間壁１３０ｄを形成する。
また、外輪部材３０のアウタ側軌道肩部４６及び境界アール面４４に対応する部分には旋削取り代を設けることなく鍛造肌とする。
また、中間壁１３０ｄのアウタ側面は、外輪部材３０のインナ側軌道肩部４１の境界アール面４４側の端縁に位置し、中間壁１３０ｄのアウタ側面とインナ側面との距離寸法（すなわち肉厚寸法）は、外輪部材３０のインナ側軌道肩部４１の軸方向の長さ寸法よりも大きく設定されている。例えば、外輪部材３０のインナ側軌道肩部４１の軸方向の長さ寸法は３ｍｍ程度あるいはそれ以上に設定される場合には、中間壁の肉厚寸法は５ｍｍ程度あるいはそれ以上に設定される。

次に、前記した鍛造品１３０の中間壁１３０ｄは、図９に示すように、ポンチ等による孔明け加工によって打ち抜かれる。この際、打抜孔の孔径は外輪部材３０のインナ側軌道肩部４１の内径寸法よりも若干小さい。
その後、アウタ側軌道肩部４６と境界アール面４４の鍛造肌の表面がショットブラスト処理される。これによってアウタ側軌道肩部４６と境界アール面４４の鍛造肌の表面がショットブラスト処理が施された加工面をなす。
その後、図１０に示すように、鍛造品１３０の各部の旋削取り代１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃが旋削加工によって取り除かれ、インナ側の外輪軌道面４０やアウタ側の外輪軌道面４５等の研磨が必要な部分が研磨加工されて外輪部材３０が製作される。

前記したように、外輪部材３０のアウタ側軌道肩部４６及び境界アール面４４の表面は、それぞれ鍛造肌の表面にショットブラスト処理が施された加工面をなすことによって、旋削加工する必要がない。
このため、アウタ側軌道肩部４６及び境界アール面４４の表面を旋削加工する分だけ鍛造素材の重量を軽減することが可能となると共に、ショットブラスト処理加工は、旋削加工と比べ、短時間で加工を行うことができるため、コスト低減に効果が大きい。

なお、この発明は前記実施例１に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。

１０ハブホイール
１５ハブ軸
２０インナ側の内輪軌道面
２５アウタ側の内輪軌道面
３０外輪部材
４０インナ側の外輪軌道面
４１インナ側軌道肩部
４４境界アール面
４５アウタ側の外輪軌道面
４６アウタ側軌道肩部
５０インナ側列の玉
５１アウタ側列の玉

Claims

車輪が取り付けられるハブホイールのハブ軸の外周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の内輪軌道面が形成され、前記ハブ軸の外周に配設される外輪部材の内周面に、軸方向に所定間隔を隔ててインナ側及びアウタ側の外輪軌道面が形成され、前記インナ側及びアウタ側の内輪軌道面と、前記インナ側及びアウタ側の外輪軌道面との間にインナ側列及びアウタ側列の玉が転動可能に配列され、前記インナ側列の玉のピッチ円直径をＤ１とし、前記アウタ側列の玉のピッチ円直径をＤ２としたときに、「Ｄ１＜Ｄ２」の関係となるように設定された車輪用転がり軸受装置であって、
前記玉は、インナ側列の玉の玉径よりもアウタ側列の玉の玉径の方が小さく設定され、インナ側列の玉よりもアウタ側列の玉の個数が多く配置されており、
前記インナ側の外輪軌道面と前記インナ側列の玉の接触角をなす作用線との交点と、前記インナ側の外輪軌道面のアウタ側端縁とのなす角度をθ１とし、前記アウタ側の外輪軌道面と前記アウタ側列の玉の接触角をなす作用線との交点と、前記アウタ側の外輪軌道面のインナ側端縁とのなす角度をθ２としたときに、「θ１＜θ２」の関係となるように設定されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
請求項１に記載の車輪用転がり軸受装置であって、
外輪部材は、鍛造によって形成され、
アウタ側軌道肩部とインナ側軌道肩部との間の境界アール面及び前記アウタ側軌道肩部の表面は、それぞれ鍛造肌の表面にショットブラスト処理が施された加工面をなしていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
請求項１又は請求項２に記載の車輪用転がり軸受装置であって、
前記ハブ軸はアウタ側が大径部、インナ側が小径部の段軸状に形成されており、前記小径部の外周面には内輪体が嵌め込まれ、この内輪体の外周面にはインナ側列の玉が接する内輪軌道面が形成され、前記ハブ軸の小径部の端部から延出された筒部がかしめられてかしめ部を形成することにより、前記ハブ軸の小径部の段差面とかしめ部との間に内輪体が挟持されると共に、前記ハブ軸の回転軸上における仮想横断面において、前記内輪体のアウタ側端部は、インナ側列の玉のアウタ側寄り半円の円周とオーバーラップする位置関係にあることを特徴とする車輪用転がり軸受装置。