WO2010147135A1 - 車輪用軸受 - Google Patents

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diameter
wheel bearing
counter
ball
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有竹恭大
小森和雄
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NTN Corp
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    • F16C2326/01Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02Wheel hubs or castors

Definitions

  • the present invention relates to a wheel bearing that rotatably supports a wheel of an automobile or the like, and more particularly to a wheel bearing that prevents occurrence of ball hitting and the like, and improves acoustic characteristics and life.
  • wheel bearing devices that support wheels of automobiles and the like support a hub wheel for mounting a wheel rotatably via a rolling bearing, and there are a drive wheel and a driven wheel.
  • an inner ring rotation method is generally used for driving wheels
  • an inner ring rotation method and an outer ring rotation method are generally used for driven wheels.
  • a double-row angular ball bearing having a desired bearing rigidity, exhibiting durability against misalignment, and having a small rotational torque from the viewpoint of improving fuel efficiency is often used.
  • this double row angular contact ball bearing a plurality of balls are interposed between a fixed ring and a rotating ring, and a predetermined contact angle is given to the balls so as to contact the fixed ring and the rotating ring.
  • the wheel bearing device has a structure called a first generation in which a wheel bearing composed of a double row angular ball bearing or the like is fitted between a knuckle and a hub wheel constituting a suspension device. It is roughly divided into the second generation structure in which the body mounting flange or wheel mounting flange is directly formed on the outer periphery of the member (outer ring), or the third generation structure in which one inner rolling surface is directly formed on the outer periphery of the hub wheel. Has been.
  • the conventional wheel bearing 50 used for the wheel bearing device includes, for example, as shown in FIG. 8, an outer ring 51 in which double row outer rolling surfaces 51 a and 51 a are formed on the inner periphery, and the double row.
  • the double-row angular ball bearing is provided with a double-row ball 53 and a retainer 54 that holds the balls 53 in a rollable manner.
  • Seals 55 and 56 are attached to seal the annular space formed between the outer ring 51 and the inner ring 52, leakage of lubricating grease sealed inside the bearing, rainwater, dust, etc. from the outside into the bearing Is prevented from entering.
  • Such a wheel bearing 50 is referred to as a first generation.
  • a groove bottom is formed in the vicinity of the groove bottom portion of the inner raceway 52 a in the inner ring 52 so that the inner ring 52 does not fall off after assembly of the bearing.
  • a counter part (convex part) 57 having a diameter larger than the diameter d1 is formed.
  • the outer diameter d2 of the counter portion 57 of the inner ring 52 is formed larger than the ball inscribed circle diameter d0 in a state where the ball 53 is accommodated in the groove bottom of the outer raceway 51a in the outer ring 51, so-called ball A click margin ⁇ (one side) is formed.
  • the outer peripheral surface of the shoulder 52b of the inner ring 52, the inner rolling surface 52a, the counter portion 57, and the small end surface 52c are simultaneously ground by a general-purpose grindstone. Then, the initial clearance is reduced by minimizing each dimensional variation and restricting the click margin ⁇ and the center difference L (distance from the groove bottom of the inner rolling surface 52a to the small end surface 52c) within a predetermined standard value. The setting is minimized to reduce variation in the amount of bearing preload (for example, see Patent Document 1).
  • the internal rolling surface 52a, the counter portion 57 and the like are simultaneously ground by a general-purpose grindstone, and the click margin ⁇ and the center difference L are regulated within predetermined standard values, so that the initial clearance setting can be minimized, and the preload Variations can be reduced, and it is possible to prevent the occurrence of a scratch on the inner ring 52 during assembly and the inner ring 52 from falling off after assembly.
  • the counter unit 57 comes into contact with the ball 53 at the edge during the conveyance of the conventional wheel bearing 50 or the assembly process at the automobile manufacturer.
  • the ball 53 in contact with the counter portion 57 may be damaged.
  • the counter portion 57 formed in a straight shape passes through the inner diameter side of the ball 53 at the time of assembling the bearing, the ball 53 may be slightly scratched.
  • Such an abrasion of the ball 53 not only deteriorates the acoustic characteristics of the bearing, but also sometimes has a short life. Therefore, an assembling method that does not cause an abrasion is adopted, but the manufacturing cost increases.
  • a counter portion 59 having a diameter larger than the groove bottom diameter d1 and a predetermined width is formed in the vicinity of the groove bottom portion of the inner rolling surface 52a.
  • the counter portion 59 includes a cylindrical portion 59a that extends in the axial direction from the inner rolling surface 52a, and a tapered surface 58b that decreases in diameter from the cylindrical portion 59a toward the small end surface 52c.
  • a small outer diameter 60 is formed.
  • the outer diameter d2 of the counter portion 59 is larger than the inscribed circle diameter d0 of the ball 53 by a predetermined scratch margin ⁇ (one side) in a state where the ball 53 is contained in the groove bottom of the outer rolling surface 51a of the outer ring 51.
  • the inclination angle ⁇ of the tapered surface 59b is set to 5 ° or less.
  • the connecting portion A between the inner rolling surface 52a and the counter portion 59 is formed in an arc surface having a predetermined radius of curvature R, and the corner portions of the cylindrical portion 59a and the taper portion 59b in the counter portion 59 are arcuate. And is smoothly and continuously formed.
  • the ball 53 can be smoothly guided from the tapered surface 59b to the cylindrical portion 59a by the inclination angle ⁇ , and it is possible to prevent the ball 53 from being scratched during assembly. Further, since the connecting portion A is formed on an arcuate surface having a predetermined radius of curvature R, it is possible to prevent the occurrence of burrs and the like, and to prevent the occurrence of nicking scratches when the inner ring 58 is assembled. In addition, the counter unit 59 does not come into contact with the ball 53 at the edge after assembly, in the middle of conveyance or in an assembly process at an automobile manufacturer, and the acoustic characteristics and life can be improved (for example, see Patent Document 2). .)
  • the inner ring 58 since the inner ring 58 is conveyed while being press-fitted into the hub ring, the inner ring 58 and the ball 53 do not come into contact with each other even if vibration is applied during conveyance.
  • the pair of inner rings 58 are not fixed. Therefore, in the inner ring 58, the inner rolling surface 52a and the counter unit 59 are connected to each other.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wheel bearing that prevents the occurrence of ball scratches and improves acoustic characteristics and life.
  • the invention according to claim 1 of the present invention is such that an outer member having a double row outer rolling surface formed on the inner periphery and an outer member facing the double row outer rolling surface on the outer periphery.
  • the wheel bearing comprising: a pair of inner rings formed with inner rolling surfaces that are formed; and a double-row ball that is rotatably accommodated between the both rolling surfaces via a cage.
  • a counter portion is formed in the vicinity of the groove bottom portion of the surface with a diameter larger than the groove bottom diameter by a predetermined clicking margin.
  • the counter portion includes a cylindrical portion extending in the axial direction from the inner rolling surface, and the cylindrical portion.
  • An arcuate surface having a radius of curvature of R2.0 to 10.0 and a connecting portion between the counter portion and the inner rolling surface. It is rounded into a smooth and continuous shape.
  • a counter part having a larger diameter than the groove bottom diameter is formed near the groove bottom part of the inner rolling surface.
  • the counter portion is composed of a cylindrical portion that extends in the axial direction from the inner rolling surface, and a tapered surface that decreases in diameter from the cylindrical portion toward the end surface of the inner member, and between the counter portion and the inner rolling surface. Since the joint is rounded into a circular arc surface with a radius of curvature of R2.0 to 10.0 and formed smoothly and continuously, this joint and the ball repeatedly come into contact with each other when vibration is applied during transportation. However, it is possible to provide a wheel bearing which prevents the ball from being deeply scratched and has improved acoustic characteristics and life.
  • the click margin of the counter section is set in a range of 30 to 90 ⁇ m, sufficient pulling-out resistance can be taken into account even when the acceleration at the time of impact load generation of the inner ring is taken into consideration Can be ensured, and the assembly can be performed efficiently without causing a decrease in the hardness of the outer ring.
  • the cylindrical portion of the counter portion and the corner portion of the taper portion are rounded into a circular arc shape and formed smoothly and continuously, and the inclination angle of the taper surface is 5 If the angle is set at or below, the ball can be smoothly guided from the tapered surface to the cylindrical portion during assembly of the inner ring, and the occurrence of scratches on the ball can be suppressed as much as possible.
  • the counter portion is simultaneously ground by a total grinding wheel integrally with the inner rolling surface, a smooth counter portion without corners can be formed, Generation
  • the groove from the inner rolling surface to the small end surface can be accurately formed within a predetermined standard value, the setting of the initial clearance of the bearing can be minimized, and the variation in the bearing preload can be reduced.
  • a counter portion having a slightly smaller diameter than the groove bottom diameter is formed at a position away from the groove bottom portion of the outer rolling surface by a predetermined distance.
  • the circumscribed circle diameter of the ball is set to a range in which the ball does not drop and the ball falls off, and the counter unit and the outer rolling surface If the connecting portion is rounded and smoothly formed into a circular arc surface having a radius of curvature of R2.0 to 10.0, it is possible to prevent burrs and the like from being generated, and vibration is applied during transportation. At this time, even if the connecting portion and the ball are repeatedly in contact with each other, it is possible to prevent the ball from being deeply damaged and to improve the acoustic characteristics and the life.
  • the counter portion is simultaneously ground by a general grinding wheel integrally with the outer rolling surface, a smooth counter portion without corners can be formed, It is possible to reliably prevent the occurrence of burrs and the like and to prevent the ball from being scratched during assembly.
  • the joint portion can be formed smoothly.
  • the coaxiality of the double-row outer raceway, inner diameter and counter can be controlled to be virtually zero, ensuring the desired groove height and preventing shoulder climbing, and ensuring a predetermined bearing life can do.
  • the wheel bearing according to the present invention includes a pair of outer members in which a double row outer rolling surface is formed on the inner periphery and an inner rolling surface that is opposed to the outer rolling surface in the double row on the outer periphery.
  • a groove bottom diameter is formed near the groove bottom portion of the inner rolling surface.
  • a counter part formed to have a large diameter by a predetermined margin, and this counter part extends from the inner rolling surface in the axial direction toward the end face of the inner member from the cylindrical part.
  • the connecting portion between the counter portion and the inner rolling surface is rounded into a circular arc surface having a radius of curvature of R2.0 to 10.0 and formed smoothly and continuously. Therefore, when vibration is applied during transportation, this joint and the ball are repeatedly contacted. Also prevent the deep scratches are generated on the ball, it is possible to provide a wheel bearing with improved acoustic characteristics and lifetime.
  • FIG. (A) is a principal part enlarged view which shows the inner ring
  • (A) is a principal part enlarged view which shows the outer ring
  • the diameter of the inner rolling surface near the groove bottom is larger than that of the groove bottom by 30 to 90 ⁇ m.
  • the counter portion is formed of a cylindrical portion that extends in the axial direction from the inner rolling surface, and a tapered surface that decreases in diameter from the cylindrical portion toward the small end surface of the inner ring.
  • the connecting portion between the counter portion and the inner rolling surface is rounded into an arc surface having a radius of curvature of R2.0 to 10.0, and is ground simultaneously with the inner rolling surface by a total grinding wheel. It is formed smoothly and continuously.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a wheel bearing device according to the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the wheel bearing of FIG. 1
  • FIG. 3 (a) is a view showing the inner ring of FIG. (B) is an enlarged view of the main part further enlarged from (a)
  • FIG. 4 is an explanatory view showing the grinding of the inner ring
  • FIG. 5 is the relationship between the squeeze margin of the inner ring and the slip-off resistance.
  • 6 (a) is an enlarged view of a main part showing the outer ring of FIG. 2
  • FIG. 6 (b) is an enlarged view of the main part of FIG. 7 (a)
  • FIG. 7 is an explanatory view showing grinding of the outer ring.
  • FIG. 1 the side closer to the outside of the vehicle in the state assembled to the vehicle is referred to as an outer side (left side in FIG. 1), and the side closer to the center is referred to as an inner side (right side in FIG.
  • This wheel bearing device is for a drive wheel called a first generation, and is a hub wheel 1 and a wheel bearing that is press-fitted into the hub wheel 1 and rotatably supports the hub wheel 1 with respect to the knuckle 2.
  • 3 is the main configuration.
  • the hub wheel 1 is formed with a wheel mounting flange 4 for mounting the wheel W at an end portion on the outer side, and a cylindrical small-diameter step portion 5 extending in the axial direction from the wheel mounting flange 4 on the outer periphery.
  • Hub bolts 4 a that fasten the wheels W and the brake rotor B are planted on the wheel mounting flange 4 at equal intervals in the circumferential direction.
  • a serration (or spline) 6 for torque transmission is formed on the inner periphery of the hub wheel 1, and a wheel bearing 3 is press-fitted on the outer peripheral surface of the small diameter step portion 5.
  • the hub wheel 1 is made of medium and high carbon steel containing 0.40 to 0.80 wt% of carbon such as S53C, and the surface hardness is increased by induction hardening from the inner side base portion of the wheel mounting flange 4 to the small diameter step portion 5. Cured in the range of 50 to 64 HRC. Thereby, it has sufficient mechanical strength with respect to the rotational bending load applied to the wheel mounting flange 4, and the fretting resistance of the small-diameter step portion 5 serving as the fitting portion of the wheel bearing 3 is improved. The durability of the wheel 1 is improved.
  • the wheel bearing 3 is fixed while being sandwiched between the shoulder 9 of the outer joint member 8 constituting the constant velocity universal joint 7 and the hub wheel 1.
  • the outer joint member 8 is integrally formed with a stem portion 10 extending in the axial direction from the shoulder portion 9, and a serration (or spline) 10 a that engages with the serration 6 of the hub wheel 1 and a male screw are formed on the outer periphery of the stem portion 10. 10b is formed.
  • Torque from the engine is transmitted to the hub wheel 1 via a drive shaft (not shown), the constant velocity universal joint 7, and the serration 10 a of the stem portion 10.
  • a desired bearing preload is applied to the wheel bearing 3 by fastening the fixing nut 11 to the male screw 10b of the stem portion 10 with a predetermined tightening torque.
  • the wheel bearing 3 is accommodated between an outer ring (outer member) 12, a pair of inner rings 13 and 13 inserted in the outer ring 12, and the outer ring 12 and the inner ring 13. And a back-to-back type double-row angular ball bearing set in a state where the front side end faces of the pair of inner rings 13 and 13 are abutted with each other.
  • the outer ring 12 is made of high carbon chrome bearing steel such as SUJ2, and double row outer rolling surfaces 12a and 12a are integrally formed on the inner periphery.
  • the inner ring 13 is made of a high carbon chrome bearing steel such as SUJ2, and an inner rolling surface 13a facing the double row outer rolling surfaces 12a and 12a is formed on the outer periphery thereof.
  • double rows of balls 14 and 14 made of high carbon chromium bearing steel such as SUJ2 are accommodated between the rolling surfaces 12a and 13a, respectively, and are held by the cages 15 and 15 so as to be freely rollable.
  • seals 16 and 17 are attached to the end portion of the wheel bearing 3 to prevent leakage of lubricating grease sealed inside the bearing and prevent rainwater and dust from entering the bearing from the outside.
  • the inner ring 13 is formed with a counter portion 18 having a diameter slightly larger than the groove bottom diameter d1 and having a predetermined width in the vicinity of the groove bottom portion of the inner rolling surface 13a.
  • the counter portion 18 includes a cylindrical portion 18a that extends in the axial direction from the inner rolling surface 13a, and a tapered surface 18b that decreases in diameter from the cylindrical portion 18a toward the small end surface 13b.
  • a small outer diameter 19 is formed by the diameter.
  • angular part of the cylindrical part 18a and the taper part 18b in the counter part 18 is rounded by circular arc shape, and is formed smoothly and continuously.
  • the outer diameter d2 of the counter portion 18 is larger than the inscribed circle diameter d0 of the ball 14 by a predetermined scratch margin ⁇ (one side) in a state where the ball 14 is stored in the groove bottom of the outer rolling surface 12a of the outer ring 12.
  • the inclination angle ⁇ of the tapered surface 18b is set to 5 ° or less. With this inclination angle ⁇ , the ball 14 can be smoothly guided from the tapered surface 18b to the cylindrical portion 18a, and it is possible to suppress as much as possible the occurrence of scratches on the ball 14 during assembly.
  • the connecting portion A between the inner rolling surface 13a and the counter unit 18 is formed in an arc surface having a predetermined radius of curvature R, and is formed by a general grinding wheel formed in a predetermined shape and size. It is ground simultaneously with the rolling surface 13a. Accordingly, the outer diameter d2 of the counter unit 18 can be regulated within a predetermined standard value so that the click margin ⁇ of the counter unit 18 falls within a predetermined tolerance range, and the shape and dimensions of the counter unit 18 can be accurately adjusted. It can be formed smoothly and continuously. Furthermore, as shown in FIG.
  • the inner rolling surface 13 a Since the center difference from the groove bottom to the small end face 13b can be accurately formed within a predetermined standard value, the setting of the initial clearance of the bearing can be minimized, and the variation in the bearing preload amount can be reduced.
  • the present applicant manufactured several samples with different radii of curvature R of the connecting portion A between the inner rolling surface 13a and the counter portion 18, and applied a vibration to the bearing to perform a test for occurrence of scratches. The relationship between the curvature radius R and the size of the scratches generated on the ball 14 was verified. The test results are shown in Table 1.
  • the radius of curvature R of the joint A As can be seen from Table 1, by setting the radius of curvature R of the joint A to R2.0 or more, the depth of the scratches on the ball 14 can be reduced. If the radius of curvature R exceeds R10.0, the cylindrical portion 18a is shortened, which is not preferable. In this embodiment, the radius of curvature R of the connecting portion A is set in the range of R2.0 to 10.0. Yes. As a result, the occurrence of burrs and the like can be prevented, and the outer diameter d2 of the counter section 18 can be processed with high accuracy by simultaneous grinding, and this connection can be made when vibration is applied during transportation. Even if the part A and the ball 14 are repeatedly contacted, it is possible to provide a wheel bearing that prevents the ball 14 from being deeply scratched and has improved acoustic characteristics and life.
  • the relationship shown in FIG. 5 is related to the allowance 2 ⁇ of the inner ring 13 and the counter part and the slip-off resistance of the inner ring 13. Considering only the slip-off resistance, it is effective to increase the click margin 2 ⁇ .
  • the outer ring 12 is heated so that the counter portion 18 of the inner ring 13 and the ball 14 do not come into contact with each other.
  • the heating temperature of the outer ring 12 needs to be increased as the squeezing margin 2 ⁇ increases. This is not preferable because the assembly cycle time increases and the hardness of the outer ring 12 decreases. Therefore, in the present embodiment, the blanking margin 2 ⁇ is set in the range of 30 to 90 ⁇ m.
  • the outer ring 12 has a counter portion 22 having a slightly smaller diameter than the groove bottom diameter D1 at a position away from the groove bottom of the outer rolling surface 12a by a predetermined distance.
  • the inner diameter D2 of the counter section 22 is within a range in which the circumscribed circle diameter D0 of the ball 14 is reduced and the ball 14 does not fall off from the cage when the ball 14 is held by a cage (not shown). Is set.
  • the radius of curvature R of the joint B between the outer rolling surface 12a and the counter unit 22 is set in the range of R2.0 to 10.0 similarly to the inner ring 13, and the outer rolling surface 12a and the counter unit 22 are set. Are formed continuously. As a result, it is possible to prevent the occurrence of burrs and the like, and prevent the ball 14 from being deeply scratched even when the connecting portion B and the ball 14 are repeatedly contacted when vibration is applied during transportation. In addition, the acoustic characteristics and life can be improved.
  • the counter unit 22 is ground by a general grinding wheel 24 simultaneously with the inner row 23 and the counter unit 22 simultaneously with the double row outer rolling surfaces 12 a and 12 a.
  • the connecting portion B can be formed smoothly, it is possible to prevent the balls 14 from being scratched during assembly, and the coaxiality of the double row outer rolling surfaces 12a, 12a, the inner diameter 23 and the counter portion 22 can be prevented.
  • shoulder climbing means that, for example, when a large moment load is applied to the bearing, the contact ellipse generated at the contact portion between the ball 14 and the outer rolling surface 12a is the inner diameter 23 and the corner portion of the outer rolling surface 12a. This is a phenomenon in which a so-called edge load occurs.
  • the wheel bearing according to the present invention can be applied to a wheel bearing device of the first or second generation structure regardless of whether it is for driving wheels or driven wheels.

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Abstract

【課題】ボール傷の発生を防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受を提供する。 【解決手段】複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受において、内輪13の内側転走面13aの溝底部近傍に溝底径d1よりも30~90μmのカチコミ代2δだけ大径に形成されたカウンタ部18が形成され、このカウンタ部18が、内側転走面13aから軸方向に延びる円筒部18aと、この円筒部18aから内輪13の小端面13bに向って縮径するテーパ面18bとで構成されると共に、カウンタ部18と内側転走面13aとの繋ぎ部AがR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められ、内側転走面13aと一体に総型の研削砥石によって同時研削されて滑らかに連続して形成されているので、搬送中に振動が加わった時、繋ぎ部Aとボール14が繰り返し接触してもボール14に深い傷が発生するのを防止することができる。

Description

車輪用軸受
 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、特に、ボール打ち傷等の発生を防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受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、所望の軸受剛性を有し、ミスアライメントに対しても耐久性を発揮すると共に、燃費向上の観点から回転トルクが小さい複列アンギュラ玉軸受が多用されている。この複列アンギュラ玉軸受は、固定輪と回転輪との間に複数のボールを介在させ、このボールに所定の接触角を付与して固定輪および回転輪に接触させている。
 また、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(外輪)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、あるいは、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世代構造とに大別されている。
 近年、こうした車輪用軸受装置において、耐久性の向上や低コスト化は無論のこと、騒音(NOISE)、振動(VIBRATION)、不快音(HARSHNESS)、所謂NVHの向上に対する要望が強い。ところで車輪用軸受装置に使用される従来の車輪用軸受50は、例えば、図8に示すように、内周に複列の外側転走面51a、51aが形成された外輪51と、この複列の外側転走面51a、51aに対向する内側転走面52aが外周に形成された一対の内輪52、52と、これら両転走面間に収容された複列のボール53、53と、これら複列のボール53、53を転動自在に保持する保持器54とを備えた複列アンギュラ玉軸受で構成されている。そして、外輪51と内輪52との間に形成される環状空間を密封するためにシール55、56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、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。
 このような車輪用軸受50は第1世代と呼称され、軸受組立後に内輪52が脱落しないよう、図9に拡大して示すように、内輪52における内側転走面52aの溝底部近傍に溝底径d1よりも大径に形成されたカウンタ部(凸部)57が形成されている。これにより内輪52が移動した時にボール53がこのカウンタ部57に干渉し、内輪52の脱落が防止される。すなわち、外輪51における外側転走面51aの溝底にボール53が収まった状態で、ボール内接円径d0よりも、内輪52のカウンタ部57の外径d2が大径に形成され、所謂ボールカチコミ代δ(片側)が形成されている。
 さらに、内輪52の肩52bの外周面、内側転走面52a、カウンタ部57、小端面52cが総型砥石によって同時研削されている。そして、それぞれの寸法バラツキを極小にし、前記カチコミ代δおよび芯差L(内側転走面52aの溝底から小端面52cまでの距離)を所定の規格値内に規制することによって、初期すきまの設定を極小化し、軸受予圧量のバラツキを少なくしている(例えば、特許文献1参照。)。
 一般的な単列のアンギュラ玉軸受では、ボールカチコミ代δが小さいと、軸受の組立は容易となるが、その反面内輪が外れ易くなってしまう。逆に、ボールカチコミ代δが大きいと、軸受の組立が難しくなると共に、組立時にカチコミ傷(ボール傷)が発生してしまう恐れがあるが、前述した従来の車輪用軸受50では、内輪52の内側転走面52aをはじめ、カウンタ部57等が総型砥石によって同時研削され、カチコミ代δおよび芯差Lが所定の規格値内に規制されているので、初期すきま設定が極小化でき、予圧バラツキを少なくすることができると共に、内輪52の組立時におけるカチコミ傷の発生と、組立後に内輪52の脱落を防止することができる。
 然しながら、こうした従来の車輪用軸受50の搬送途中あるいは自動車メーカでの組立工程において、カウンタ部57はエッジでボール53と接触することになる。特に、過度の振動等で衝撃荷重が発生した場合には、このカウンタ部57に接触したボール53に打ち傷が発生する恐れがある。また、軸受組立時、ボール53の内径側をストレート状に形成されたカウンタ部57が通過することになる際、ボール53に微小な擦り傷が生じることがある。こうしたボール53の擦り傷によって、軸受の音響特性が低下するだけでなく、時には短寿命になる恐れがあるため、擦り傷が生じないような組立方法を採用しているが、製造コストが高くなる。
 こうした課題を解決したものとして、本出願人は、図10に示す車輪用軸受装置を提案している。この車輪用軸受装置の内輪58は、内側転走面52aの溝底部近傍に溝底径d1よりも大径で所定幅に形成されたカウンタ部59が形成されている。このカウンタ部59は、内側転走面52aから軸方向に延びる円筒部59aと、この円筒部59aから小端面52cに向って縮径するテーパ面58bとで構成され、このテーパ面58bから一段縮径されて小外径60が形成されている。カウンタ部59の外径d2は、外輪51における外側転走面51aの溝底にボール53が収まった状態で、ボール53の内接円径d0に対して所定のカチコミ代δ(片側)だけ大径に設定されている(d2=d0+2δ)。なお、テーパ面59bの傾斜角度θは5°以下に設定されている。そして、内側転走面52aとカウンタ部59との繋ぎ部Aは、所定の曲率半径Rからなる円弧面に形成されると共に、カウンタ部59における円筒部59aとテーパ部59bの角部が円弧状に丸められ、滑らかに連続して形成されている。傾斜角度θによってボール53をテーパ面59bから円筒部59aに滑らかに導くことができ、組立時、ボール53に擦り傷が発生するのを抑制することができる。また、繋ぎ部Aが所定の曲率半径Rからなる円弧面に形成されているので、バリ等が発生するのを防止することができ、内輪58の組立時におけるカチコミ傷の発生を防止することができると共に、組立後、搬送途中あるいは自動車メーカでの組立工程において、カウンタ部59がエッジでボール53と接触することがなくなり、音響特性と寿命の向上を図ることができる(例えば、特許文献2参照。)。
特開2001-193745号公報 特開2007-085371号公報
 第3世代構造の車輪用軸受装置では、内輪58がハブ輪に圧入された状態で搬送されるため、搬送中に振動が加わったとしても内輪58とボール53とが接触することはないが、特に、第1世代や第2世代構造の車輪用軸受装置にあっては、一対の内輪58、58が固定されていないため、こうした内輪58では、内側転走面52aとカウンタ部59との繋ぎ部Aの曲率半径Rが形成されていることにより、バリ等が発生するのを防止することができても、繋ぎ部Aの曲率半径Rが小さいと、搬送中に振動が加わった時、この繋ぎ部Aとボール53が繰り返し接触してボール53に傷が発生する恐れがある。このボール53の傷の深さが大きくなると、ボール53が内側転走面52aを転動する際にエッジロード(過大応力)が発生し、軸受寿命が低下することが分かっているため、傷の発生を抑える必要がある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ボール傷の発生を防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受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記載の発明は、内周に複列の外側転走面が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内側転走面が形成された一対の内輪と、前記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ボールとを備えた車輪用軸受において、前記内側転走面の溝底部近傍に溝底径よりも所定のカチコミ代だけ大径に形成されたカウンタ部が形成され、このカウンタ部が、前記内側転走面から軸方向に延びる円筒部と、この円筒部から前記内方部材の端面に向って縮径するテーパ面とで構成されると共に、当該カウンタ部と前記内側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに連続して形成されている。
 このように、複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受において、内側転走面の溝底部近傍に溝底径よりも所定のカチコミ代だけ大径に形成されたカウンタ部が形成され、このカウンタ部が、内側転走面から軸方向に延びる円筒部と、この円筒部から内方部材の端面に向って縮径するテーパ面とで構成されると共に、カウンタ部と内側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに連続して形成されているので、搬送中等に振動が加わった時、この繋ぎ部とボールが繰り返し接触してもボールに深い傷が発生するのを防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受を提供することができる。
 好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記カウンタ部のカチコミ代が30~90μmの範囲に設定されていれば、内輪の衝撃荷重発生時の加速度を考慮しても十分な抜け耐力を確保することができると共に、外輪の硬度低下を引き起こすことなく効率良く組立を行うことができる。
 また、請求項3に記載の発明のように、前記カウンタ部の円筒部とテーパ部の角部が円弧状に丸められ、滑らかに連続して形成されると共に、前記テーパ面の傾斜角度が5°以下に設定されていれば、内輪の組立時において、ボールをテーパ面から円筒部に滑らかに導くことができ、ボールに擦り傷が発生するのを可及的に抑制することができる。
 好ましくは、請求項4に記載の発明のように、前記カウンタ部が前記内側転走面と一体に総型の研削砥石によって同時研削されていれば、角のない滑らかなカウンタ部が形成でき、バリ等が発生するのを確実に防止することができる。
 さらに好ましくは、請求項5に記載の発明のように、前記内輪の大外径と小端面が総型の研削砥石により同時研削されていれば、内側転走面の溝底から小端面までの芯差を所定の規格値内に精度良く形成でき、軸受の初期すきまの設定を極小化し、軸受予圧量のバラツキを少なくすることができる。
 また、請求項6に記載の発明のように、前記外側転走面の溝底部から所定の距離だけ離れた位置に溝底径よりも僅かに小径のカウンタ部が形成され、このカウンタ部の内径が、前記保持器に前記ボールが保持された状態で、前記ボールの外接円径が縮径して当該ボールが脱落しない程度の範囲に設定されると共に、前記カウンタ部と外側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに形成されていれば、バリ等が発生するのを防止することができると共に、搬送中等に振動が加わった時、この繋ぎ部とボールが繰り返し接触してもボールに深い傷が発生するのを防止し、音響特性と寿命の向上を図ることができる。
 好ましくは、請求項7に記載の発明のように、前記カウンタ部が前記外側転走面と一体に総型の研削砥石によって同時研削されていれば、角のない滑らかなカウンタ部が形成でき、バリ等が発生するのを確実に防止することができると共に、組立時にボールに擦り傷が発生するのを防止できる。
 さらに好ましくは、請求項8に記載の発明のように、前記複列の外側転走面と内径とが総型の研削砥石により同時研削されていれば、繋ぎ部を滑らかに形成することができると共に、複列の外側転走面、内径およびカウンタ部の同軸度を実質的にゼロに規制することができ、所望の溝高さを確保して肩乗り上げを防止し、所定の軸受寿命を確保することができる。
 本発明に係る車輪用軸受は、内周に複列の外側転走面が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内側転走面が形成された一対の内輪と、前記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ボールとを備えた車輪用軸受において、前記内側転走面の溝底部近傍に溝底径よりも所定のカチコミ代だけ大径に形成されたカウンタ部が形成され、このカウンタ部が、前記内側転走面から軸方向に延びる円筒部と、この円筒部から前記内方部材の端面に向って縮径するテーパ面とで構成されると共に、当該カウンタ部と前記内側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに連続して形成されているので、搬送中等に振動が加わった時、この繋ぎ部とボールが繰り返し接触してもボールに深い傷が発生するのを防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受を提供することができる。
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の車輪用軸受を示す縦断面図である。 (a)は、図2の内輪を示す要部拡大図である。(b)は、さらに(a)を拡大した要部拡大図である。 内輪の研削加工を示す説明図である。 内輪のカチコミ代と抜け耐力との関係を示すグラフである。 (a)は、図2の外輪を示す要部拡大図である。(b)は、さらに(a)を拡大した要部拡大図である。 外輪の研削加工を示す説明図である。 従来の車輪用軸受を示す縦断面図である。 図8の内輪を示す要部拡大図である。 (a)は、従来の内輪を示す要部拡大図である。(b)は、さらに(a)を拡大した要部拡大図である。
 内周に複列の外側転走面が形成された外輪と、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一対の内輪と、前記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ボールとを備えた車輪用軸受において、前記内側転走面の溝底部近傍に溝底径よりも30~90μmからなるカチコミ代だけ大径に形成されたカウンタ部が形成され、このカウンタ部が、前記内側転走面から軸方向に延びる円筒部と、この円筒部から前記内輪の小端面に向って縮径するテーパ面とで構成されると共に、前記カウンタ部と内側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められ、前記内側転走面と一体に総型の研削砥石によって同時研削されて滑らかに連続して形成されている。
 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の車輪用軸受を示す縦断面図、図3(a)は、図2の内輪を示す要部拡大図、(b)は、(a)をさらに拡大した要部拡大図、図4は、内輪の研削加工を示す説明図、図5は、内輪のカチコミ代と抜け耐力との関係を示すグラフ、図6(a)は、図2の外輪を示す要部拡大図、(b)は、(a)をさらに拡大した要部拡大図、図7は、外輪の研削加工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。
 この車輪用軸受装置は第1世代と呼称される駆動輪用であって、ハブ輪1と、このハブ輪1に圧入され、ナックル2に対してハブ輪1を回転自在に支承する車輪用軸受3とを主たる構成としている。ハブ輪1は、アウター側の端部に車輪Wを取り付けるための車輪取付フランジ4と、外周にこの車輪取付フランジ4から軸方向に延びる円筒状の小径段部5が形成されている。車輪取付フランジ4には車輪WおよびブレーキロータBを締結するハブボルト4aが周方向等配に植設されている。また、ハブ輪1の内周にはトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)6が形成されると共に、小径段部5の外周面には車輪用軸受3が圧入されている。
 ハブ輪1はS53C等の炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ4のインナー側の基部から小径段部5に亙って高周波焼入れによって表面硬さを50~64HRCの範囲に硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ4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すると共に、車輪用軸受3の嵌合部となる小径段部5の耐フレッティング性が向上し、ハブ輪1の耐久性が向上する。
 車輪用軸受3は、等速自在継手7を構成する外側継手部材8の肩部9とハブ輪1とで挟持された状態で固定されている。外側継手部材8は、肩部9から軸方向に延びるステム部10が一体に形成され、このステム部10の外周には、ハブ輪1のセレーション6に係合するセレーション(またはスプライン)10aと雄ねじ10bが形成されている。そして、エンジンからのトルクが図示しないドライブシャフト、等速自在継手7、およびこのステム部10のセレーション10aを介してハブ輪1に伝達される。また、ステム部10の雄ねじ10bに固定ナット11を所定の締付トルクで締結することにより、車輪用軸受3に所望の軸受予圧が付与されている。
 車輪用軸受3は、図2に拡大して示すように、外輪(外方部材)12と、この外輪12に内挿された一対の内輪13、13と、外輪12と内輪13間に収容された複列のボール14、14とを備え、一対の内輪13、13の正面側端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受からなる。
 外輪12はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、内周に複列の外側転走面12a、12aが一体に形成されている。内輪13はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、その外周には複列の外側転走面12a、12aに対向する内側転走面13aが形成されている。そして、SUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなる複列のボール14、14がこれら転走面12a、13a間にそれぞれ収容され、保持器15、15によって転動自在に保持されている。また、車輪用軸受3の端部にはシール16、17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。
 ここで、内輪13は、図3に拡大して示すように、内側転走面13aの溝底部近傍に溝底径d1よりも僅かに大径で所定幅に形成されたカウンタ部18が形成されている。このカウンタ部18は、内側転走面13aから軸方向に延びる円筒部18aと、この円筒部18aから小端面13bに向って縮径するテーパ面18bとで構成され、このテーパ面18bから一段縮径されて小外径19が形成されている。そして、カウンタ部18における円筒部18aとテーパ部18bの角部が円弧状に丸められ、滑らかに連続して形成されている。
 カウンタ部18の外径d2は、外輪12における外側転走面12aの溝底にボール14が収まった状態で、ボール14の内接円径d0に対して所定のカチコミ代δ(片側)だけ大径に設定されている(d2=d0+2δ)。なお、テーパ面18bの傾斜角度θは5°以下に設定されている。この傾斜角度θによってボール14をテーパ面18bから円筒部18aに滑らかに導くことができ、組立時、ボール14に擦り傷が発生するのを可及的に抑制することができる。
 本実施形態では、内側転走面13aとカウンタ部18との繋ぎ部Aは、所定の曲率半径Rからなる円弧面に形成され、所定の形状・寸法に成形された総型の研削砥石により内側転走面13aと同時に研削加工されている。これにより、カウンタ部18のカチコミ代δが所定の公差範囲になるよう、カウンタ部18の外径d2を所定の規格値内に規制することができると共に、カウンタ部18の形状・寸法を精度良く滑らかに連続して形成することができる。さらに、図4に示すように、内側転走面13aと同時に、大外径20とカウンタ部18および小端面13bが総型の研削砥石21により研削加工されていれば、内側転走面13aの溝底から小端面13bまでの芯差を所定の規格値内に精度良く形成できるので、軸受の初期すきまの設定を極小化し、軸受予圧量のバラツキを少なくすることができる。
 本出願人は、内側転走面13aとカウンタ部18との繋ぎ部Aの曲率半径Rが異なった幾つかのサンプルを製作し、軸受に振動を与えて傷発生の試験を実施することにより、この曲率半径Rとボール14に発生する傷の大きさとの関係を検証した。この試験結果を表1に示す。
 表1から分かるように、繋ぎ部Aの曲率半径RをR2.0以上に設定することにより、ボール14の傷の深さを小さくすることができる。なお、曲率半径RがR10.0を超えると、円筒部18aが短くなって好ましくないので、本実施形態では、繋ぎ部Aの曲率半径RがR2.0~10.0の範囲に設定されている。これにより、バリ等が発生するのを防止することができ、同時研削によりカウンタ部18の外径d2をバラツキなく極めて精度良く加工することができると共に、搬送中等に振動が加わった時、この繋ぎ部Aとボール14が繰り返し接触してもボール14に深い傷が発生するのを防止し、音響特性と寿命の向上を図った車輪用軸受を提供することができる。
 内輪13とカウンタ部によるカチコミ代2δと内輪13の抜け耐力には図5に示すような関係がある。この抜け耐力のみを考えると、カチコミ代2δを大きくすることが効果的であるが、組立時に、内輪13のカウンタ部18とボール14が接触しないように外輪12を加熱した状態で行っているため、カチコミ代2δが大きくなると外輪12の加熱温度を高くする必要がある。これでは、組立のサイクルタイムが増加すると共に、外輪12の硬度低下を引き起こして好ましくない。したがって、本実施形態では、カチコミ代2δが30~90μmの範囲に設定されている。これにより、内輪13の衝撃荷重発生時の加速度を考慮しても十分な抜け耐力を確保することができると共に、外輪12の硬度低下を引き起こすことなく効率良く組立を行うことができる。
 一方、外輪12は、図6に拡大して示すように、外側転走面12aの溝底部から所定の距離だけ離れた位置に溝底径D1よりも僅かに小径のカウンタ部22が形成されている。このカウンタ部22の内径D2は、保持器(図示せず)にボール14が保持された状態で、ボール14の外接円径D0が縮径してボール14が保持器から脱落しない程度の範囲に設定されている。
 ここで、外側転走面12aとカウンタ部22との繋ぎ部Bの曲率半径Rは、内輪13と同様、R2.0~10.0の範囲に設定され、外側転走面12aとカウンタ部22が連続して形成されている。これにより、バリ等が発生するのを防止することができると共に、搬送中等に振動が加わった時、この繋ぎ部Bとボール14が繰り返し接触してもボール14に深い傷が発生するのを防止し、音響特性と寿命の向上を図ることができる。
 また、カウンタ部22は、図7に示すように、複列の外側転走面12a、12aと同時に、内径23とカウンタ部22と同時に総型の研削砥石24により研削加工されている。これにより、繋ぎ部Bを滑らかに形成することができ、組立時にボール14に擦り傷が発生するのを防止できると共に、複列の外側転走面12a、12a、内径23およびカウンタ部22の同軸度を実質的にゼロに規制することができ、所望の溝高さを確保して肩乗り上げを防止し、所定の軸受寿命を確保することができる。ここで、肩乗り上げとは、例えば、軸受に大きなモーメント荷重が負荷された時に、ボール14と外側転走面12aとの接触部に発生する接触楕円が内径23と外側転走面12aの角部からはみ出し、所謂エッジロードが発生する現象を言う。
 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は、駆動輪用、従動輪用に拘わらず、第1または第2世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
1 ハブ輪
2 ナックル
3 車輪用軸受
4 車輪取付フランジ
4a ハブボルト
5 小径段部
6、10a セレーション
7 等速自在継手
8 外側継手部材
9 肩部
10 ステム部
10b 雄ねじ
11 固定ナット
12 外輪
12a 外側転走面
13 内輪
13a 内側転走面
13b 小端面
14 ボール
15 保持器
16、17 シール
18 内輪のカウンタ部
18a 円筒部
18b テーパ部
19 小外径
20 大外径
21、24 研削砥石
22 外輪のカウンタ部
23 外輪の内径
50 車輪用軸受
51 外輪
51a 外側転走面
52、58 内輪
52a 内側転走面
52b 肩
52c 小端面
53 ボール
54 保持器
55、56 シール
57 カウンタ部
A、B 繋ぎ部
B ブレーキロータ
d0 ボールの内接円径
D0 ボールの外接円径
d1 内側転走面の溝底径
D1 外側転走面の溝底径
d2 内輪のカウンタ部の外径
D2 外輪のカウンタ部の内径
R 繋ぎ部の曲率半径
L 芯差
W 車輪
δ カチコミ代
θ テーパ部の傾斜角度

Claims (8)

  1.  内周に複列の外側転走面が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内側転走面が形成された一対の内輪と、
     前記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ボールとを備えた車輪用軸受において、
     前記内側転走面の溝底部近傍に溝底径よりも所定のカチコミ代だけ大径に形成されたカウンタ部が形成され、このカウンタ部が、前記内側転走面から軸方向に延びる円筒部と、この円筒部から前記内方部材の端面に向って縮径するテーパ面とで構成されると共に、当該カウンタ部と前記内側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに連続して形成されていることを特徴とする車輪用軸受。
  2.  前記カウンタ部のカチコミ代が30~90μmの範囲に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受。
  3.  前記カウンタ部の円筒部とテーパ部の角部が円弧状に丸められ、滑らかに連続して形成されると共に、前記テーパ面の傾斜角度が5°以下に設定されている請求項1または2に記載の車輪用軸受。
  4.  前記カウンタ部が前記内側転走面と一体に総型の研削砥石によって同時研削されている請求項1乃至3いずれかに記載の車輪用軸受。
  5.  前記内輪の大外径と小端面が総型の研削砥石により同時研削されている請求項4に記載の車輪用軸受。
  6.  前記外側転走面の溝底部から所定の距離だけ離れた位置に溝底径よりも僅かに小径のカウンタ部が形成され、このカウンタ部の内径が、前記保持器に前記ボールが保持された状態で、前記ボールの外接円径が縮径して当該ボールが脱落しない程度の範囲に設定されると共に、前記カウンタ部と外側転走面との繋ぎ部がR2.0~10.0の曲率半径からなる円弧面に丸められて滑らかに形成されている請求項1乃至5いずれかに記載の車輪用軸受。
  7.  前記カウンタ部が前記外側転走面と一体に総型の研削砥石によって同時研削されている請求項6に記載の車輪用軸受。
  8.  前記複列の外側転走面と内径とが総型の研削砥石により同時研削されている請求項7に記載の車輪用軸受。
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