JP6077357B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、詳しくは、軽量・コンパクト化と共に、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上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複列の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、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。

車輪用軸受の外方部材は、一般的には、鍛造、旋削、熱処理、研削からなる工程で製造されている。昨今、世界的な環境負荷軽減への取り組みとして、二酸化炭素排出量の削減や、材料の省資源化が課題となっている。然しながら、このような加工方法では、鍛造での成形時に多量の加熱エネルギーが必要であり、また、材料の歩留まりも５０％前後に止まり、投入材料の略半分程度が廃棄されているのが実情である。

このような問題を解決すべく、複列アンギュラ玉軸受について、板材を用いて深絞り加工により製作することが考えられている。この一例として図１７に示すような車輪用軸受装置の外輪（外方部材）の製造方法が知られている。この外輪は、（Ｃ）に示すように、鋼板成形品の外輪本体５０と、パイロット側筒体となる短筒状体５１とを溶接部５２で接合したものであり、（Ａ）〜（Ｃ）の過程で製造される。外輪本体５０は、内径面に転動体の軌道溝５３を有する円筒状部５０ａ、およびこの円筒状部５０ａの一端から外向きに延びたフランジ部５０ｂを有するものである。

（Ａ）は、外輪本体５０の製造過程を示すもので、まず、圧延鋼板を所定径の円板形の素材に打ち抜き、この円板形素材を深絞りして中間成形品５４とする（同図（Ａ）の（ｃ）。この中間成形品５４は、開口部に外向きのフランジ５０ｂを有する底付き円筒状のものである。ついで、この中間成形品５４の底部５０ｃを打ち抜くと共に、円筒状部５０ａを成形加工して２列の軌道溝５３を得る（同図（Ａ）の（ｄ））。

この段階では軌道溝５３は完全な形状となっておらず、浅い溝または円弧状の段部となっている。このように成形した中間成形品５４に、さらに成形加工を１回または複数階加えて軌道溝５３の形状を漸次整え、同図（Ａ）の（ｆ）に示す外輪本体５０とする。外輪本体５０のフランジ部５０ｂに設けるボルト孔５５は、プレス成形の完了後に独立した工程で打ち抜いても良く、また深絞り過程またはいずれかの成形過程で打ち抜いても良い。一方、パイロット側の短筒状体５１は、同図（Ｂ）に示すように、鋼管等のパイプ材を切断すると共に、奥側端の内径縁にテーパの状面取り部５１ａを旋削して得られる。

このように準備された外輪本体５０と短筒状体５１とを同図（Ｃ）のように組み立てる。短筒状体５１は、一端を外輪本体５０のフランジ側端に内嵌させ、その外径面を外輪本体５０の際で外輪本体５０に溶接部５２で接合する。

溶接組立が完了すると、その組立状態の軸受外輪５０を高周波焼入し、この後、フランジ部５０ｂの短筒状体５１側の側面と、短筒状体５１の端部溝５１ｂの生旋削を行い、かつ軌道溝５３の焼入鋼切削を行う。外輪本体５０に図１７（Ｃ）に鎖線で示すようなシール位置決め溝５６が必要な場合は、その溝５６の焼入鋼切削も行う。これら生旋削と焼入鋼切削とは同時加工とする。最後に超仕上げを行い、外輪５０が完成する。この外輪５０およびその製造方法によると、このように機械加工を最小とし、プレス加工を主として製造できるので、生産性が良く、また歩留りも良く、これらのために低コストとできる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−３１７７７７号公報

然しながら、この従来の外輪本体５０では、母材として充分な強度を確保するために肉厚の厚い板材を用いると、加工がし難く、曲げ部分の形状・精度が低下し易いので、精度を向上させるための精密技術が要求され、プレス加工であるにもかかわらず、生産効率が悪くなってしまう。一方で肉厚の薄い板材を用いると、フランジ部５０ｂやその根元部等、応力が集中しやすい部位の強度確保が課題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化を図りつつ、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図ると共に、強度・耐久性を確保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に記載の発明は、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、および前記ハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記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た車輪用軸受装置において、前記外方部材は板材からなり、プレス成形された円筒形状を有すると共に、前記車体取付フランジが円形状で、放射状に先端に向って略同じ幅でもって複数のプレス加工で形成された段差部を有し、前記段差部の肉厚が当該車体取付フランジの他の部位と略同一に設定され、前記車体取付フランジの根元部が増肉され、前記根本部の肉厚が前記外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されている。

このように、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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記内方部材と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た車輪用軸受装置において、外方部材は板材からなり、プレス成形された円筒形状を有すると共に、車体取付フランジが円形状で、放射状に先端に向って略同じ幅でもって複数のプレス加工で形成された段差部を有し、前記段差部の肉厚が当該車体取付フランジの他の部位と略同一に設定され、車体取付フランジの根元部が増肉され、前記根本部の肉厚が外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されているので、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図ると共に、強度・耐久性を高めることができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記車体取付フランジの肉厚が前記外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されていれば、精度を確保するために車体取付フランジの側面を切削加工しても充分な強度を有する。

また、請求項３に記載の発明のように、前記車体取付フランジは、シゴキ加工で硬化された根元部を有していれば、加工硬化によって、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、外方部材の強度を高めることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記外方部材が、外周の軸方向中央部にプレス加工で形成された環状凹部を有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部と、前記環状凸部の両側に複列の円弧状の外側転走面が形成され、前記外側転走面は、前記環状凹部の前記外側転走面と転動体との接触角方向の肉厚がシゴキ加工により硬化されている面であれば、環状凹部の強度を高めることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記車体取付フランジの根元部がプレス加工または切削加工で形成された所定の曲率半径からなる複数の円弧面を有していても良い。また、請求項６に記載の発明のように、前記環状凹部がプレス加工または切削加工で形成された所定の曲率半径からなる複数の円弧面を有していても良い。

また、請求項７に記載の発明のように、前記車体取付フランジはバーリング加工で形成された締結用のボルト孔のボルト孔部を有し、前記ボルト孔部分は側面より突出して形成されていれば、ボルト孔に形成されるねじ部の幅を確保することができ、ボルト締結力の増大を図ることができる。

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、および前記ハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記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た車輪用軸受装置において、前記外方部材は板材からなり、プレス成形された円筒形状を有すると共に、前記車体取付フランジが円形状で、放射状に先端に向って略同じ幅でもって複数のプレス加工で形成された段差部を有し、前記段差部の肉厚が当該車体取付フランジの他の部位と略同一に設定され、前記車体取付フランジの根元部が増肉され、前記根本部の肉厚が前記外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されているので、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図ると共に、強度・耐久性を高めることができる。

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の外方部材を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。 図２の外方部材単体を示す説明図である。 （ａ）は、図３のアウター側の拡大図、（ｂ）は、図３の車体取付フランジの根元部の拡大図である。 図２（ａ）の外方部材のＡ部の変形例を示す要部拡大図である。 図２（ａ）の外方部材のＢ部の変形例を示す要部拡大図である。 図２（ａ）の外方部材のＣ部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。 （ａ）は、図８の外方部材を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。 図８の外方部材単体を示す説明図である。 （ａ）は、図１０のアウター側の拡大図、（ｂ）は、図１０の車体取付フランジの根元部の拡大図である。 図９の外方部材の変形例を示す正面図である。 （ａ）は、図９の外方部材の他の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。 （ａ）は、図９の外方部材の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第４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の外輪の断面およびその製造過程を示す説明図である。

外周にナックルに取り付けられる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の一方に対向する内側転走面と、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の他方に対向する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た車輪用軸受装置において、前記外方部材が板材から塑性加工によって外周の軸方向中央部を凹ませて環状凹部が形成され、内周に径方向内方に突出するフラットな内径からなる環状凸部と、この環状凸部の両側に複列の円弧状の外側転走面が形成されると共に、前記車体取付フランジが前記外方部材のインナー側の端部にプレス打ち抜きによって強度に応じた形状に形成され、この車体取付フランジとその根元部がプレス加工によって増肉されている。

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の外方部材を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図、図３は、図２の外方部材単体を示す説明図、図４（ａ）は、図３のアウター側の拡大図、（ｂ）は、図３の車体取付フランジの根元部の拡大図、図５は、図２（ａ）の外方部材のＡ部の変形例を示す要部拡大図、図６は、図２（ａ）の外方部材のＢ部の変形例を示す要部拡大図、図７は、図２（ａ）の外方部材のＣ部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用の第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の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周にはアウター側（一方）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成されている。そして、外周にインナー側（他方）の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入され、さらに、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向に固定されている。これにより、装置の強度・剛性が高まると共に、軽量・コンパクト化を図ることができる。

ハブ輪２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成され、アウター側の内側転走面２ａをはじめ、後述するシール８が摺接するシールランド部となる基部４ａ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２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。こうした高周波焼入れパターンによりハブ輪２の強度が向上すると共に、内輪３の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上する。また、加締部２ｃ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ことができる。一方、内輪３および転動体６はＳＵＪ２等からなる高炭素クロム鋼からなり、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１０は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１１と、この環状凸部１１の両側に複列の円弧状の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。また、これら複列の外側転走面１０ａ、１０ａの両端部には円筒状の嵌合部１２、１３が形成されている。

内方部材１と外方部材１０の両転走面間には複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によって転動自在に保持されている。そして、内方部材１と外方部材１０との間に形成される環状空間の開口部にはシール８とキャップ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浸入するのを防止している。

内輪３の外径にはパルサリング１４が圧入されている。このパルサリング１４は、強磁性体の鋼板、例えば、フェライト系のステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）や防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工によってＬ字状に、全体として円環状に形成された支持環１５と、この支持環１５のインナー側の側面に加硫接着等で一体に接合された磁気エンコーダ１６とで構成されている。

アウター側のシール８は、外方部材１０のアウター側端部の内周に所定のシメシロを介して圧入された芯金１７と、この芯金１７に加硫接着によって一体に接合されたシール部材１８とからなる一体型のシールで構成されている。芯金１７は、オーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。

一方、シール部材１８はＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して形成され、車輪取付フランジ４のインナー側の側面に所定の軸方向シメシロをもって摺接するサイドリップ１８ａと、断面が円弧状に形成された基部４ａに所定の軸方向シメシロをもって摺接するダストリップ１８ｂと、軸受内方側に傾斜して形成され、基部４ａに所定の径方向シメシロを介して摺接するグリースリップ１８ｃとを有している。

なお、シール部材１８の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

なお、ここでは、車輪用軸受装置として、転動体６、６をボールとした複列アンギュラ玉軸受で構成されたものを例示したが、これに限らず転動体６、６に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されたものであっても良い。

前述したパルサリング１４の支持環１５は、内輪３の外径に圧入される円筒状の嵌合部１５ａと、この嵌合部１５ａから径方向内方に延びる立板部１５ｂとを備えている。そして、この立板部１５ｂのインナー側の側面に磁気エンコーダ１６が一体に接合されている。この磁気エンコーダ１６は、ゴム等のエラストマにフェライト等の磁性体粉が混入され、周方向に交互に磁極Ｎ、Ｓが着磁されて車輪の回転速度検出用のロータリエンコーダを構成している。

外方部材１０のインナー側の端部内周にはキャップ９が圧入され、外方部材１０のインナー側の開口部を閉塞している。これにより、インナー側のシールを廃止することができる。このキャップ９は、回転速度センサ１９の感知性能に悪影響を及ぼさないように、耐食性を有する非磁性体の鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板からプレス加工によって形成されている。

キャップ９は、外方部材１０の端部内周に圧入され、ナックル（図示せず）のパイロット部となる円筒状の嵌合部９ａと、この嵌合部９ａの端部から径方向内方に延び、内方部材１のインナー側の端部を覆う底部９ｂを備えている。すなわち、回転速度センサ１９はキャップ９を介して磁気エンコーダ１６に所定の軸方向すきま（エアギャップ）で持って対峙している。この回転速度センサ１９はＰＡ６６等の射出成形可能な合成樹脂で形成され、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁束の流れ方向に応じて特性を変化させる磁気検出素子およびこの磁気検出素子の出力波形を整える波形整形回路が組み込まれたＩＣ（図示せず）等が包埋され、車輪の回転速度を検出してその回転数を制御する自動車のＡＢＳを構成している。

外方部材１０は、冷間圧延鋼板やＳ４５Ｃ等の炭素鋼からなる板材から塑性加工によって形成され、少なくとも外方部材１０の複列の外側転走面１０ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。そして、複列の外側転走面１０ａ、１０ａが、研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。なお、その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。

外方部材１０の材質としてこれ以外にも、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼を例示することができる。この場合、浸炭焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材１０は、図２（ａ）に示すように、外側転走面１０ａから環状凸部１１の肩高さ（外側転走面１０ａの溝深さ）を適切に確保するために、外方部材１０の塑性加工時、外方部材１０の外周面の中央部を凹ませて環状凹部２０を形成し、肩部に素材を充足させるようにしている。具体的には、図３および図４（ａ）に示すように、図２（ａ）のＡ部の先端側の肉厚が、プレス加工前の肉厚をｔ、プレス加工後の肉厚をｔ１とした場合、プレス加工により素材の肉が寄せられてｔ１＞ｔ、例えばｔ１が１．０５ｔ程度に増肉される。

また、外方部材１０のインナー側の端部に車体取付フランジ１０ｂがプレス打ち抜きによって強度に応じた形状に形成され、この車体取付フランジ１０ｂを介して外方部材１０はナックルに締結される。具体的には、図３および図４（ｂ）に示すように、図２（ａ）のＢ部およびＣ部の肉厚が、プレス加工前の肉厚をｔ、プレス加工後の肉厚を、それぞれｔ２、ｔ３とした場合、プレス加工により素材の肉が寄せられてｔ２＞ｔ、ｔ３＞ｔ、例えばｔ２およびｔ３が略１．１０ｔ〜１．４０ｔ程度に増肉される。なお、ここではプレス加工前の肉厚をｔとした場合、プレス加工により略１．１０ｔ〜１．４０ｔ程度に増肉される例を示したが、この値に限らない。なお、車体取付フランジ１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、円形状に形成され、円周方向等配に締結用のタップ孔２１がプレス打ち抜き、および切削（タップ）加工によって複数（ここでは４個）形成されている。その後、破線にて示すように、切削加工によって外側転走面１０ａ、１０ａが形成される。

ここで、本実施形態では、環状凹部２０にプレスのシゴキ加工が施されている。具体的には、荷重が負荷される外側転走面１０ａと転動体（図示せず）との接触角方向の肉厚がプレスのシゴキ加工が施されている。

また、車体取付フランジ１０ｂの根元部２２もシゴキ加工が施されている。具体的には、モーメント荷重が負荷される根元部２２の肉厚がシゴキ加工が施されている。これにより、シゴキ加工による加工硬化によって、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図ると共に、強度・耐久性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、本実施形態のように、外方部材１０の車体取付フランジ１０ｂにタップ孔２１が形成されるタイプでは、車体取付フランジ１０ｂのインナー側から固定ボルト（図示せず）が挿入されるため、車体取付フランジ１０ｂのインナー側の側面はナックル（図示せず）との接合面となる。一方、アウター側の側面は固定ボルトが貫通するのみである。したがって、図３および図４（ｂ）に破線にて示すように、プレス加工後に、車体取付フランジ１０ｂのインナー側の側面を切削加工する必要がある。ただし、この切削加工される量は増肉される量に比べて少なく、また、この部位が素材板厚ｔよりも肉厚になっており、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚ｔを無駄に厚く設定しなくとも、この部位に集中する応力を緩和することができる。なお、切削加工するのは車体取付フランジ１０ｂのインナー側の側面のみであることから、車体取付フランジ１０ｂの根元部２２は切削加工されないためプレス肌が残る。

また、図５に拡大して示すように、環状凹部２０が曲率半径Ｒａ、Ｒｂの複合Ｒからなる２つの円弧面が形成されている。また、図６に拡大して示すように、根元部２２が曲率半径Ｒｃ、Ｒｄの複合Ｒからなる２つの円弧面が形成されている。このように、複合Ｒとすることで、大幅な設計変更をすることなく、応力を分散させることができるため、強度を高めることが可能になる。

なお、前述した環状凹部２０や車体取付フランジ１０ｂの根元部２２の複合Ｒは旋削加工によって形成しても良いが、加工工数のアップやマテリアルロスの削減および歩留まり向上の面からプレス加工が好適である。

図７は、図２（ａ）のＣ部の変形例であるが、車体取付フランジ１０ｂ’のタップ孔２１’がプレスによる打ち抜き加工の後、バーリング加工によってタップ孔２１’部分が側面より突出して形成されている。プレス加工では、素材の板厚によって強度が制限され、ボルト孔に形成されるねじ部の幅が短くなるが、このバーリング加工によりねじ部２１ａの幅を確保し、ボルト圧入力の増大を図ることができる。

図８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、図９（ａ）は、図８の外方部材を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図、図１０は、図９の外方部材単体を示す説明図、図１１（ａ）は、図１０のアウター側の拡大図、（ｂ）は、図１０の車体取付フランジの根元部の拡大図、図１２は、図９の外方部材の変形例を示す正面図、図１３（ａ）は、図９の外方部材の他の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図、図１４（ａ）は、図１３の外方部材の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。なお、この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態（図１）と基本的には外方部材の構成の一部が異なるだけで、そのた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従動輪用の第３世代と称され、内方部材１と外方部材２３、および両部材１、２３間に転動自在に収容された複列の転動体６、６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。

外方部材２３は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２３ａを一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１１と、この環状凸部１１の両側に複列の円弧状の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。また、これら複列の外側転走面１０ａ、１０ａの両端部には円筒状の嵌合部１２、１３が形成されている。

内方部材１と外方部材２３の両転走面間には複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によって転動自在に保持されている。そして、内方部材１と外方部材２３との間に形成される環状空間の開口部にはシール８とキャップ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浸入するのを防止している。

外方部材２３は、冷間圧延鋼板やＳ４５Ｃ等の炭素鋼からなる板材から塑性加工によって形成され、少なくとも外方部材２３の複列の外側転走面１０ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。そして、複列の外側転走面１０ａ、１０ａが、研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。なお、その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。

外方部材２３の材質としてこれ以外にも、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼を例示することができる。この場合、浸炭焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材２３は、図９（ａ）に示すように、外側転走面１０ａから環状凸部１１の肩高さ（外側転走面１０ａの溝深さ）を適切に確保するために、外方部材２３の塑性加工時、外方部材２３の外周面の中央部を凹ませて環状凹部２０を形成し、肩部に素材を充足させるようにしている。具体的には、図１０および図１１（ａ）に示すように、図９（ａ）のＡ部の肉厚が、プレス加工前の肉厚をｔ、プレス加工後の肉厚をｔ１とした場合、プレス加工により素材の肉が寄せられてｔ１＞ｔ、例えばｔ１が１．０５ｔ程度に増肉される。

また、外方部材２３のインナー側の端部に車体取付フランジ２３ａがプレス打ち抜きによって強度に応じた形状に形成され、この車体取付フランジ２３ａを介して外方部材２３はナックルに締結される。具体的には、図１０および図１１（ｂ）に示すように、図９（ａ）のＢ部の肉厚が、プレス加工前の肉厚をｔ、プレス加工後の肉厚をｔ２とした場合、プレス加工により素材の肉が寄せられてｔ２＞ｔ、例えばｔ２が略１．１０ｔ〜１．４０ｔ程度に増肉される。これら増肉は、プレス加工にて行われる。例えば、パンチとダイのクリアランスを調整することで、任意の厚さに調整することができる。なお、ここではプレス加工前の肉厚をｔとした場合、プレス加工により略１．１０ｔ〜１．４０ｔ程度に増肉される例を示したが、この値に限らない。なお、車体取付フランジ２３ａは、図９（ｂ）に示すように、円形状に形成され、円周方向等配に締結用の固定ボルトのボルト孔（通し孔）２４がプレス打ち抜き、または切削加工によって複数（ここでは４個）形成されている。その後、破線にて示すように、切削加工にて複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成される。

ここで、本実施形態では、前述した実施形態と同様、環状凹部２０がプレスのシゴキ加工されている。具体的には、荷重が負荷される外側転走面１０ａと転動体（図示せず）との接触角方向の肉厚がプレスのシゴキ加工が施されている。

また、車体取付フランジ２３ａの根元部２２もシゴキ加工が施されている。具体的には、モーメント荷重が負荷される根元部２２の肉厚がシゴキ加工によって肉盛されている。これにより、シゴキ加工による加工硬化と相俟って、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、この部位に集中する応力を緩和して外方部材２３の強度を高め、軽量・コンパクト化を図りつつ、材料加熱エネルギーの低減やマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図ると共に、強度・耐久性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、本実施形態のように、外方部材２３の車体取付フランジ２３ａにボルト孔（通し孔）２４が形成されるタイプでは、車体取付フランジ２３ａのアウター側から固定ボルトが挿入されるため、車体取付フランジ２３ａのアウター側の側面が固定ボルトの座面となる。一方、インナー側の側面はナックルとの接合部となる。したがって、図１０および図１１（ｂ）に破線にて示すように、プレス加工後に車体取付フランジ２３ａの両側面を切削加工する必要がある。ただし、この切削される量は増肉される量に比べ少なく、素材板厚よりも厚肉になっており、前述した車体取付フランジ１０ｂのインナー側の側面のみ切削加工するタップ孔２１タイプと同様、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、この部位に集中する応力を緩和することができる。

また、この種のボルト孔（通し孔）２４が形成されるタイプでは、車体取付フランジ２３ａの根元部２２も、キャップ９を圧入する内径の寸法精度を確保するために切削加工する場合があるが、切削加工される量は増肉される量に比べて少なく、切削加工してもその肉厚が増肉しないものよりも厚くすることができ、外方部材の強度・耐久性を高めることができる。

図１２は、前述した外方部材２３の変形例である。この外方部材２５は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２５ａを一体に有している。この車体取付フランジ２５ａは、外側転走面１０ａ、１０ａ等の塑性加工後にプレス打ち抜きによって形成され、放射状に強度に応じた形状に複数（ここでは４個）突出して形成されている。このように、フランジ輪郭形状を強度に応じた形状に成形できれば、必要とされている強度・重量等に応じて、最適な設計をすることができる。例えば、強度が不足している場合は、絞り後の形状（円形）のままとして強度を確保することができ、強度に余裕がある場合は、強度に応じた形状へと打ち抜くことにより、軽量化を図ることができる。

図１３（ａ）は、前述した外方部材２３の他の変形例である。この外方部材２６は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２６ａを一体に有している。この車体取付フランジ２６ａは円形状にプレス打ち抜きによって形成されると共に、放射状に先端に向って略同じ幅でもって複数（ここでは４個）の段差部２７がプレス加工によって形成されている。そして、これら段差部２７の先端部に締結用のボルト孔２４がプレス打ち抜きによって穿設されている。段差部２７は、（ｂ）に示すように、ボルト孔２４に締結される固定ナット（図示せず）の幅に設定されている。これにより、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも外方部材２４の強度を高めることができる。なお、これは第１の実施形態にも適用可能である。

図１４（ａ）は、前述した外方部材２６の変形例である。この外方部材２８は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２８ａを一体に有している。この車体取付フランジ２８ａは円形状にプレス打ち抜きによって形成され、円周方向等配にボルト孔２４がプレス打ち抜きによって穿設されている。そして、ボルト孔２４、２４間に、放射状に略同じ幅でもって複数（ここでは４個）の段差部２９がプレス加工によって形成されている。これにより、前述した実施形態と同様、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも外方部材２８の強度を高めることができる。なお、これは第１の実施形態にも適用可能である。

図１５は、本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第２の実施形態（図８）と基本的には左右の転動体のピッチ円直径が異なるだけで、その他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従動輪用の第３世代と称され、内方部材３０と外方部材３１、および両部材３０、３１間に転動自在に収容された複列の転動体６、６を備えている。内方部材３０は、ハブ輪３２と、このハブ輪３２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。

本実施形態では、アウター側の転動体６列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側の転動体６列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径に設定されている。本構造であれば、軸受スペース及び重量を大幅に増加させなくても、転動体のスペースを広く確保することができるため、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。

ハブ輪３２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３２ａと、この内側転走面３２ａから軸方向に延びる軸状部３３を介して小径段部３２ｂが形成されている。このハブ輪３２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、内側転走面３２ａをはじめ、車輪取付フランジ４のインナー側の基部４ａから小径段部３２ｂ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。

ハブ輪３２の外郭形状は、内側転走面３２ａの溝底部からカウンタ部３４と、このカウンタ部３４から段部３３ａを介して軸方向に延びる軸状部３３、および内輪３が突き合わされる肩部３３ｂを介して小径段部３２ｂに続いている。また、ピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、ハブ輪３３の内側転走面３２ａ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３３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設定されている。

外方部材３１は、外周に車体取付フランジ２３ａを一体に有し、内周にハブ輪３２の内側転走面３２ａに対向するアウター側の外側転走面３１ａ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７ａ、７によって転動自在に保持されている。

この外方部材３１はＳ５３Ｃ等の浸炭炭素鋼からなる板材からプレス加工および切削加工によって形成され、浸炭高周波焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材３１は、複列の転動体６、６のピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、アウター側の外側転走面３１ａ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３１ａから円筒状の肩部３６と段部３６ａを介して小径側の環状凸部１１に続き、インナー側の外側転走面１０ａが形成され、全体として略均一な肉厚に設定されている。

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６のピッチ円直径ＰＣＤｏをインナー側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径に設定されているため、有効に軸受スペースを活用してアウター側部分の軸受剛性を増大させることができる。

図１６は、本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第２の実施形態（図８）と基本的には車輪用軸受の構成が異なるだけで、その他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駆動輪用の第２世代と称され、内方部材３７と外方部材３８、および両部材３７、３８間に転動自在に収容された複列の転動体６、６を備えている。内方部材３７は、図示しないハブ輪と、このハブ輪に圧入固定された一対の内輪３、３とからなる。

外方部材３８は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周に車体取付フランジ２３ａを一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１１と、この環状凸部１１の両側に複列の円弧状の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。また、これら複列の外側転走面１０ａ、１０ａの両端部には円筒状の嵌合部１２、１２が形成されている。

外方部材３８はＳ５３Ｃ等の炭素鋼からなる板材からプレス加工および冷間のローリング加工等の塑性加工によって形成されている。そして、高周波焼入れによって表面硬さを５５〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

一対の内輪３、３と外方部材３８との間に形成される環状空間の開口部にはシール３９、４０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浸入するのを防止している。

アウター側のシール３９は、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板４１とスリンガ４２とからなる、所謂パックシールを構成している。シール板４１は、外方部材３８のアウター側の端部内周に圧入される芯金４３と、この芯金４３に一体に加硫接着されたシール部材４４とからなる。

一方、インナー側のシール４０は、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板４５とスリンガ４２とからなるパックシールを構成している。シール板４５は、外方部材３８のインナー側の端部内周に圧入される芯金４６と、この芯金４６に一体に加硫接着されたシール部材４７とからなる。なお、スリンガ４２の側面には磁気エンコーダ４８が加硫接着によって一体に接合されている。

こうした構成の車輪用軸受装置においても、前述した実施形態と同様、外方部材３８の環状凹部２０および車体取付フランジ２３ａの根元部２２がプレス加工によって増肉加工が施されているので、大幅な工数や重量アップを抑えつつ、素材の板厚を無駄に厚く設定しなくとも、この部位に集中する応力を緩和して外方部材３５の強度を高めることができる。

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、外方部材の外周に車体取付フランジを一体に有する内輪回転タイプの第２世代または第３世代構造の車輪用軸受装置に適用できる。

１、３０、３７ 内方部材
２、３２ ハブ輪
２ａ、３ａ、３２ａ 内側転走面
２ｂ、３２ｂ 小径段部
２ｃ 加締部
３ 内輪
４ 車輪取付フランジ
４ａ 車輪取付フランジのインナー側の基部
５ ハブボルト
６ 転動体
７、７ａ 保持器
８、３９、４０ シール
９ キャップ
９ａ、１５ａ 嵌合部
９ｂ 底部
１０、１０’、２３、２３’、２５、２６、２８、３１、３８ 外方部材
１０ａ、３１ａ 外側転走面
１０ｂ、１０ｂ’、２３ａ、２３ａ’、２５ａ、２６ａ、２８ａ 車体取付フランジ
１１ 環状凸部
１２、１３ 嵌合部
１４ パルサリング
１５ 支持環
１５ｂ 立板部
１６、４８ 磁気エンコーダ
１７、４３、４６ 芯金
１８、４４、４７ シール部材
１８ａ サイドリップ
１８ｂ ダストリップ
１８ｃ グリースリップ
１９ 回転速度センサ
２０ 環状凹部
２１、２１’ タップ孔
２１ａ ねじ部
２２ 車体取付フランジの根元部
２４ ボルト孔
２７、２９ 段差部
３３ 軸状部
３３ａ 段部
３３ｂ、３６ 肩部
３４ カウンタ部
３６ａ 段部
４１、４５ シール板
４２ スリンガ
５０ 外輪本体
５０ａ 円筒状部
５０ｂ フランジ部
５０ｃ 底部
５１ 短筒状体
５１ａ 面取り部
５１ｂ 端部溝
５２ 溶接部
５３ 軌道溝
５４ 中間成形品
５５ ボルト孔
５６ シール位置決め溝
Ｒａ、Ｒｂ 環状凹部の複合Ｒの曲率半径
Ｒｃ、Ｒｄ 根元部の複合Ｒの曲率半径
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
ｔ プレス加工前の肉厚
ｔ１、ｔ２、ｔ３ プレス加工後の肉厚

Claims (7)

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、および前記ハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   前記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た車輪用軸受装置において、
   前記外方部材は板材からなり、プレス成形された円筒形状を有すると共に、前記車体取付フランジが円形状で、放射状に先端に向って略同じ幅でもって複数のプレス加工で形成された段差部を有し、前記段差部の肉厚が当該車体取付フランジの他の部位と略同一に設定され、前記車体取付フランジの根元部が増肉され、前記根本部の肉厚が前記外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記車体取付フランジの肉厚が前記外方部材のアウター側の端部の肉厚よりも厚く設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記車体取付フランジは、シゴキ加工で硬化された根元部を有する請求項１に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記外方部材が、外周の軸方向中央部にプレス加工で形成された環状凹部を有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部と、前記環状凸部の両側に複列の円弧状の外側転走面が形成され、前記外側転走面は、前記環状凹部の前記外側転走面と転動体との接触角方向の肉厚がシゴキ加工により硬化されている面である請求項１に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記車体取付フランジの根元部がプレス加工または切削加工で形成された所定の曲率半径からなる複数の円弧面を有する請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
6. 前記環状凹部がプレス加工または切削加工で形成された所定の曲率半径からなる複数の円弧面を有する請求項４に記載の車輪用軸受装置。
7. 前記車体取付フランジはバーリング加工で形成された締結用のボルト孔のボルト孔部を有し、前記ボルト孔部分は側面より突出して形成されている請求項１、２および請求項５いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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