JP6348309B2 - 車輪用軸受装置およびその外方部材の製造方法 - 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、車両の走行状態において、旋回時にモーメント荷重が負荷されても、外方部材の外側転走面の真円度を一定に維持し、長寿命化を図った車輪用軸受装置およびその外方部材の製造方法に関するものである。

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。

車輪用軸受装置において、静止輪となる外方部材を懸架装置を構成するナックルに固定する場合、外方部材の車体取付フランジにナックルの車体側から複数の固定用ボルトを締結して固定されるが、車体取付フランジの形成位置や形状によって外方部材の肉厚が周方向で異なるため、ボルト締結時に外方部材の外側転走面の真円度が崩れ、楕円形状に変形する恐れがある。こうした課題を解決するものとして、図５（ａ）に示す車輪用軸受装置５０が提案されている。

この車輪用軸受装置５０は、ナックル（図示せず）に固定されて常時非回転状態に維持される環状の静止輪（外方部材）５１と、この静止輪５１の内側に対向して設けられ、かつ、車輪（図示せず）に接続されて共に回転する環状の回転輪（内方部材）５２と、静止輪５１と回転輪５２との間に複列で回転可能に組み込まれた複数のボール（図示せず）とを備えている。

静止輪５１には、その外周から外方に向って放射状に突出し、かつ、当該静止輪５１をナックルに固定するための複数の固定フランジ５１ａが周方向に沿って所定間隔で形成されている。一方、回転輪５２には、車輪を支持しつつ共に回転する円筒形状のハブ輪５３が設けられており、ハブ輪５３には、車輪が固定されるハブフランジ５３ａが突設されている。

静止輪５１は、図５（ｂ）に示すように、固定フランジ５１ａに対して、車輪側に延在する中空円筒状の車輪側円筒部Ｐ１と、車体側に延在する中空円筒状の車体側円筒部Ｐ２とを備えている。車輪側円筒部Ｐ１には、静止輪５１の中心軸Ａｘに直交する第１の方向に沿って対向した位置に、他の部位の肉厚よりも薄肉化させた車輪側薄肉部５４が設けられている。一方、車体側円筒部Ｐ２には、静止輪５１の中心軸Ａｘに直交する第２の方向に沿って対向した位置に、他の部位の肉厚よりも薄肉化させた車体側薄肉部５５が設けられている。なお、第１の方向と第２の方向とは、静止輪５１の中心軸Ａｘ回りにおいて、互いに直交する位置関係に規定されている。

こうした構成により、静止輪５１をナックルに固定する際、固定用ボルトによって固定フランジ５１ａに締結した時に、当該固定フランジ５１ａが変形した場合でも、静止輪５１の内周に沿って周方向に連続して形成されている複列の車輪側軌道面（外側転走面）および車体側軌道面の真円度崩れが発生することはなく、これにより、各軌道面の真円度を一定に維持することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−２４０４７４号公報

然しながら、この種の車輪用軸受装置５０では、荷重無負荷の状態ならば、各軌道面の真円度崩れを抑制することができるが、実際の走行状態において、軸重（垂直荷重）や、図６（ａ）に示すようなコーナリング時の旋回荷重（モーメント荷重）Ｍ等が負荷された場合、例えば、車体側軌道面５１ｃの反路面側の部分と、車輪側軌道面５１ｂの路面側の部分どちらも垂直方向に大荷重が負荷される（図中、矢印ａにて示す）ため、垂直方向に変形し易くなる（図中、実線にて示す）。その結果、（ｂ）に示すように、静止輪５１の軌道面５１ｂ、５１ｃが弾性変形（図中、実線にて示す）して真円度崩れが生じ、早期剥離等で低寿命化を招来する恐れがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車両の走行状態において、旋回時にモーメント荷重が負荷されても、外方部材の外側転走面の真円度を一定に維持し、長寿命化を図った車輪用軸受装置およびその外方部材の製造方法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、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、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設けられた内方部材と、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ボールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に長径、垂直方向に短径となる楕円形状に形成され、前記長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されている。

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を備えた第２乃至第４世代構造の車輪用軸受装置において、外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に長径、垂直方向に短径となる楕円形状に形成され、長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されているので、旋回荷重が負荷された時に、適正な真円度形状に変形して、良好な走行状態を維持することができ、長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

本発明のうち請求項２に記載の方法発明は、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、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設けられた内方部材と、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ボールと、を備えた車輪用軸受装置の外方部材の製造方法において、前記外方部材の複列の外側転走面を研削加工によって形成する際、前記外方部材の外周面を複数箇所チャックによって固定し、このチャックのうち、垂直方向のチャックの締付力が、水平方向のチャックの締付力よりも小さく設定され、当該外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に短径、垂直方向に長径となる楕円形状に弾性変形させた状態で固定し、この状態で研削加工が施されている。

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を備えた第２乃至第４世代構造の車輪用軸受装置において、外方部材の複列の外側転走面を研削加工によって形成する際、外方部材の外周面を複数箇所チャックによって固定し、このチャックのうち、垂直方向のチャックの締付力が、水平方向のチャックの締付力よりも小さく設定され、当該外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に短径、垂直方向に長径となる楕円形状に弾性変形させた状態で固定し、この状態で研削加工が施されているので、水平方向が垂直方向に比べて多く削り取られることになり、研削加工が完了してチャックを解放させて外方部材を取り外した後、外方部材が復元して、複列の外側転走面の形状が、水平方向に長径、垂直方向に短径の所望の楕円形状となる。

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、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設けられた内方部材と、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ボールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に長径、垂直方向に短径となる楕円形状に形成され、前記長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されているので、旋回荷重が負荷された時に、適正な真円度形状に変形して、良好な走行状態を維持することができ、長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

また、前記外方部材の複列の外側転走面を研削加工によって形成する際、前記外方部材の外周面を複数箇所チャックによって固定し、このチャックのうち、垂直方向のチャックの締付力が、水平方向のチャックの締付力よりも小さく設定され、当該外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に短径、垂直方向に長径となる楕円形状に弾性変形させた状態で固定し、この状態で研削加工が施されているので、水平方向が垂直方向に比べて多く削り取られることになり、研削加工が完了してチャックを解放させて外方部材を取り外した後、外方部材が復元して、複列の外側転走面の形状が、水平方向に長径、垂直方向に短径の所望の楕円形状となる。

本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１の外方部材単体を示す側面図である。 図２の外方部材の外側転走面の変形状態を示す模式図である。 図２の外方部材の製造工程を示す説明図である。 （ａ）は、従来の車輪用軸受装置を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の外方部材単体を示す斜視図である。 （ａ）は、図５（ａ）の車輪用軸受装置に旋回荷重が負荷された状態を示す模式図、（ｂ）は、（ａ）の外方部材の外側転走面の変形状態を示す模式図である。

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所定の軸受予圧が付与された状態で、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、前記外方部材の複列の外側転走面の形状が、水平方向に長径、垂直方向に短径となる楕円形状に形成され、この楕円形状の長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の外方部材単体を示す側面図、図３は、図２の外方部材の外側転走面の変形状態を示す模式図、図４は、図２の外方部材の製造工程を示す説明図である。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。

図１に示す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列の転動体（ボール）３、３とを備えている。内方部材１は、ハブ輪４と、このハブ輪４に所定のシメシロを介して圧入された内輪５とからなる。

ハブ輪４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６を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから軸方向に延びる小径段部４ｂが形成されている。車輪取付フランジ６にはハブボルト６ａが周方向等配に植設されている。

内輪５は、外周に他方（インナー側）の内側転走面５ａが形成され、ハブ輪４の小径段部４ｂに圧入され、この小径段部４ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部４ｃによって所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪４に対して内輪５が軸方向に固定されている。なお、内輪５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。また、転動体３は内輪５と同様、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６２〜６７ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

ハブ輪４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４ａをはじめ、車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、加締部４ｃは鍛造加工後の表面硬さのままの未焼入れ部とされている。これにより、車輪取付フランジ６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５の嵌合部となる小径段部４ｂの耐フレッティング性が向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部４ｃの塑性加工をスムーズに行うことができる。

外方部材２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７を一体に有し、内周に内方部材１の複列の内側転走面４ａ、５ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。車体取付フランジ７は、周方向に円筒状の外周面から径方向外方に突出して複数個（ここでは、４箇所）形成され、各車体取付フランジ７間が滑らかに連続して繋がれ、ナックルに締結する固定ボルト（図示せず）が挿通される複数のボルト挿通孔７ａがそれぞれ形成されている（図２参照。）。外方部材２と内方部材１の両転走面間に複列の転動体３、３が収容され、保持器８、８によって転動自在に保持されている。そして、外方部材２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９とカバー（図示せず）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。

外方部材２はハブ輪４と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％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２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、ここでは、転動体３にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、転動体３に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されていても良い。また、従動輪側の第３世代構造に限らず、第２世代あるいは第４世代構造であっても良い。

この種の車輪用軸受装置では、実際の走行状態において、軸重やコーナリング時の旋回荷重等が負荷された場合、外方部材２が変形し、複列の外側転走面２ａ、２ａの真円度が崩れる恐れがある。ここで、本発明では、図２に示すように、真円（図中二点鎖線にて示す）に対し、変形する方向と直交する方向に予め外方部材２の複列の外側転走面２ａ、２ａを変形させておき、車両の走行状態において、旋回時にモーメント荷重が負荷されても、外方部材２の外側転走面２ａの真円度を一定に維持できるようにしている。

具体的には、図３に模式的に示すように、外方部材２における複列の外側転走面２ａ、２ａの形状が、水平方向に長径ａ、垂直方向に短径ｂとなるような楕円形状に予め形成されている。ここで、長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されている。例えば、旋回０．８Ｇでは３０μｍ前後の真円度崩れが発生することから、このように、外側転走面２ａに予め１５μｍ程度の真円度崩れを通常状態で付与することにより、旋回荷重が負荷された時に、適正な真円度形状に変形して、良好な走行状態を維持することができ、長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

なお、外側転走面２ａに１５μｍ以上過度に変形を与えると、通常走行時（直進走行）に真円度崩れが大きくなり、騒音発生だけでなく、過度な接触応力が外側転走面２ａに生じて低寿命となるから好ましくない。

本実施形態では、外側転走面２ａに予め１５μｍ程度の真円度崩れを付与するため、外方部材２の複列の外側転走面２ａ、２ａを研削加工によって形成する際、図４に示すように、外方部材２の外周面を複数箇所（ここでは、４箇所）チャック１０、１１によって固定し、このチャック１０、１１のうち、垂直方向のチャック１０の締付力Ｆ１が、水平方向のチャック１１の締付力Ｆ２よりも小さく設定されている。

このように、外方部材２を真円（図中、二点鎖線にて示す）に対して、弾性変形させた状態で固定すると、外側転走面２ａの形状が、水平方向に短径、垂直方向に長径となる楕円形状となり、この状態で研削加工を施すことにより、水平方向が垂直方向に比べて多く削り取られることになる。そして、研削加工が完了してチャック１０、１１を解放させて外方部材２を取り外した後、外方部材２が復元して、複列の外側転走面２ａ、２ａの形状が、水平方向に長径、垂直方向に短径の所望の楕円形状となる。

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、駆動輪用、従動輪用に拘わらず、外方部材の外周に車体取付フランジを一体に有する第２乃至第４世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

１ 内方部材
２ 外方部材
２ａ 外側転走面
３ 転動体
４ ハブ輪
４ａ、５ａ 内側転走面
４ｂ 小径段部
４ｃ 加締部
５ 内輪
６ 車輪取付フランジ
６ａ ハブボルト
６ｂ 基部
７ 車体取付フランジ
７a ボルト挿通孔
８ 保持器
９ シール
１０、１１ チャック
５０ 車輪用軸受装置
５１ 静止輪
５１ａ 固定フランジ
５１ｂ、５１ｃ 軌道面
５２ 回転輪
５３ ハブ輪
５３ａ ハブフランジ
５４ 車輪側薄肉部
５５ 車体側薄肉部
Ａｘ 中心軸
Ｍ 旋回荷重
Ｐ１ 車輪側円筒部
Ｐ２ 車体側円筒部

Claims (2)

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、
   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設けられた内方部材と、
   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ボールと、を備えた車輪用軸受装置において、
   前記外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に長径、垂直方向に短径となる楕円形状に形成され、前記長径ａおよび短径ｂの関係が、０＜２ａ―２ｂ≦１５μｍの範囲になるように設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 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、
   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設けられた内方部材と、
   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ボールと、を備えた車輪用軸受装置の外方部材の製造方法において、
   前記外方部材の複列の外側転走面を研削加工によって形成する際、前記外方部材の外周面を複数箇所チャックによって固定し、このチャックのうち、垂直方向のチャックの締付力が、水平方向のチャックの締付力よりも小さく設定され、当該外方部材の複列の外側転走面の形状が、真円度崩れを防止するために、水平方向に短径、垂直方向に長径となる楕円形状に弾性変形させた状態で固定し、この状態で研削加工が施されていることを特徴とする車輪用軸受装置の外方部材の製造方法。

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