WO2014069578A1 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成でフェイススプライン加工時のクラックの発生を防止して耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供する。 【解決手段】外側継手部材14の肩部19と加締部13の端面にそれぞれフェイススプライン19a、13aが形成されると共に、軸部20の雌ねじ20aに螺着された締結ボルト21によって両フェイススプラインが圧接支持され、複列の転がり軸受2と等速自在継手3とがトルク伝達可能に、かつ軸方向に着脱可能に結合された車輪用軸受装置において、加締部13のフェイススプライン13aが当該加締部13と同時に加締治具によって塑性加工で形成されると共に、その歯溝22の最外径部に所定の傾斜角αからなる胸壁22aが形成され、最外径部の歯高さが他の部分よりも低く設定されている。

Description

車輪用軸受装置
 本発明は、自動車等の車両の車輪を支持する車輪用軸受装置、詳しくは、車輪用軸受と等速自在継手とを備え、独立懸架式サスペンションに装着された駆動輪(FF車の前輪、FR車あるいはRR車の後輪、および4WD車の全輪)を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪用軸受装置に関するものである。
 自動車等の車両のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、悪路走行時における車両のバウンドや車両の旋回時に生じる車輪からの径方向や軸方向変位、およびモーメント変位を許容する必要があるため、エンジン側と駆動車輪側との間に介装されるドライブシャフトの一端を摺動型の等速自在継手を介してディファレンシャルに連結し、他端を固定型の等速自在継手を含む車輪用軸受装置を介して車輪に連結している。
 近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪用軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、強く望まれて久しい。従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に自動車等の組立現場あるいは補修市場において、組立・分解作業を簡略化して低コスト化を図ることも重要な要因となっている。
 図5に示す車輪用軸受装置50は、こうした要求を満たした代表的な一例である。この車輪用軸受装置は、複列の転がり軸受51と等速自在継手52とを着脱自在にユニット化して構成されている。複列の転がり軸受51は、車体に取り付けるための車体取付フランジ53bを一体に有し、内周に複列の外側転走面53a、53aが形成された外方部材53と、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54bを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面53a、53aの一方に対向する内側転走面54aと、この内側転走面54aから軸方向に延びる円筒状の小径段部54cが形成されたハブ輪54、およびこのハブ輪54の小径段部54cに圧入され、外周に前記複列の外側転走面53a、53aの他方に対向する内側転走面55aが形成された内輪55からなる内方部材56と、両転走面間に保持器57を介して転動自在に収容された複列のボール58、58とを備えている。そして、内輪55は、小径段部54cの端部を塑性変形させて形成した加締部59によってハブ輪54に対して軸方向に固定されている。さらに、この加締部59の端面にフェイススプライン59aが形成されている。ここで、加締部59のフェイススプライン59aは加締加工時に同時に形成されている。
 また、外方部材53と内方部材56との間に形成される環状空間の開口部にはシール60、61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。
 等速自在継手52は、外側継手部材62と継手内輪63、ケージ64、およびトルク伝達ボール65とを備え、外側継手部材62は、カップ状のマウス部66と、このマウス部66の底部をなす肩部67と、この肩部67から軸方向に延びる中空状の軸部68を一体に有し、軸部68の内周には雌ねじ68aが形成されている。また、肩部67の端面にフェイススプライン67aが形成されている。このフェイススプライン67aは、加締部59の端面に形成されたフェイススプライン59aに係合し、ドライブシャフト(図示せず)からの回転トルクが等速自在継手52および内方部材56を介して車輪取付フランジ54bに伝達される。
 ここで、軸部68の雌ねじ68aに締結ボルト69が螺着され、この締結ボルト69によって、外側継手部材62と内方部材56の対向する両フェイススプライン67a、59aが圧接支持され、複列の転がり軸受51と等速自在継手52とが着脱自在にユニット化されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ることができると共に、分解・組立作業が簡素化される(例えば、特許文献1参照。)。
特開昭63-184501号公報
 然しながら、こうした従来の車輪用軸受装置50では、図6に示すように、加締部59のフェイススプライン59aが加締加工時に同時に形成されるが、通常の加締加工と比べ、比較的加工度が高いため、クラックの発生が懸念される。特に、フェイススプライン59aの歯底最外径部が最も加工度が高くなるため、クラックの発生率が高くなる恐れがある。
 また、フェイススプライン59aの仕様は、ユーザの要求仕様を満たす必要があるため、大幅な変更をすることができず、クラック発生を抑制するために自由な設計を採用することが難しい。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成でフェイススプライン加工時のクラックの発生を防止して耐久性の向上を図っ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記載の発明は、複列の転がり軸受と等速自在継手が着脱自在にユニット化された車輪用軸受装置であって、前記複列の転がり軸受が、外周に車体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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入される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、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って前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記等速自在継手が、カップ状のマウス部と、このマウス部の底部をなす肩部と、この肩部から軸方向に延び、内周に雌ねじが形成された軸部とを一体に有する外側継手部材を備え、この外側継手部材の肩部と前記加締部の端面にそれぞれフェイススプラインが形成され、前記複列の転がり軸受と等速自在継手とがトルク伝達可能に結合された車輪用軸受装置において、前記加締部のフェイススプラインにおけるピッチ円直径上より径方向外方の歯高さが他の部分よりも低く設定されている部位を有する。
 このように、外側継手部材の肩部と加締部の端面にそれぞれフェイススプラインが形成されると共に、複列の転がり軸受と等速自在継手とがトルク伝達可能に結合された車輪用軸受装置において、加締部のフェイススプラインにおけるピッチ円直径上より径方向外方の歯溝の歯高さが他の部分よりも低く設定されている部位を有するので、フェイススプラインのPCD上で形状、寸法等の品質を保証することができると共に、簡単な構成でフェイススプラインのクラックの発生を防止して耐久性の向上を図っ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、前記加締部のフェイススプラインが当該加締部と同時に加締治具によって塑性加工で形成されていれば、加工工数を削減でき、低コスト化を図ることができる。
 また、請求項3に記載の発明のように、前記フェイススプラインの歯溝の最外径部に所定の傾斜角からなる胸壁が形成されていても良い。
 好ましくは、請求項4に記載の発明のように、前記胸壁の傾斜角が10~40°の範囲に設定されていれば、相手側のフェイススプラインとの干渉を回避でき、効果的に加締加工時に発生する応力を減少させ、クラックの発生を防止することができる。
 また、請求項5に記載の発明のように、前記フェイススプラインの歯溝の最外径部に所定の曲率半径からなる円弧状の胸壁が形成されていても良い。
 好ましくは、請求項6に記載の発明のように、前記胸壁の曲率半径Rが2mm≦R≦10mmに設定されていれば、相手側のフェイススプラインとの干渉を回避でき、効果的に加締加工時に発生する応力を減少させ、クラックの発生を防止することができる。
 また、請求項7に記載の発明のように、前記内方部材が、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側転走面が形成された内輪からなると共に、前記ハブ輪が炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、前記内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙る外周面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、前記加締部が鍛造加工後の未焼入れ部とされていれば、車輪取付フランジ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、内輪の嵌合部となる小径段部の耐フレッティング性が向上すると共に、加締加工時に微小なクラック等の発生がなく加締部の塑性加工をスムーズに行うことができる。
 本発明に係る車輪用軸受装置は、複列の転がり軸受と等速自在継手が着脱自在にユニット化された車輪用軸受装置であって、前記複列の転がり軸受が、外周に車体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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入される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、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って前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記等速自在継手が、カップ状のマウス部と、このマウス部の底部をなす肩部と、この肩部から軸方向に延び、内周に雌ねじが形成された軸部とを一体に有する外側継手部材を備え、この外側継手部材の肩部と前記加締部の端面にそれぞれフェイススプラインが形成され、前記複列の転がり軸受と等速自在継手とがトルク伝達可能に結合された車輪用軸受装置において、前記加締部のフェイススプラインにおけるピッチ円直径上より径方向外方の歯高さが他の部分よりも低く設定されている部位を有するので、フェイススプラインのPCD上で形状、寸法等の品質を保証することができると共に、簡単な構成でフェイススプラインのクラックの発生を防止して耐久性の向上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のフェイススプライン部を示す要部拡大図である。 図1のIII矢視図である。 図2のフェイススプラインの変形例を示す要部拡大図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図5の要部拡大図である。
 複列の転がり軸受と等速自在継手が着脱自在にユニット化された車輪用軸受装置であって、前記複列の転がり軸受が、外周に車体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円筒状の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外嵌され、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って前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記等速自在継手が、カップ状のマウス部と、このマウス部の底部をなす肩部と、この肩部から軸方向に延び、内周に雌ねじが形成された軸部とを一体に有する外側継手部材を備え、この外側継手部材の肩部と前記加締部の端面にそれぞれフェイススプラインが形成され、前記軸部の雌ねじに螺着された締結ボルトによって前記両フェイススプラインが圧接支持され、前記複列の転がり軸受と等速自在継手とがトルク伝達可能に、かつ軸方向に着脱可能に結合された車輪用軸受装置において、前記加締部のフェイススプラインが当該加締部と同時に加締治具によって塑性加工で形成されると共に、その歯溝の最外径部に所定の傾斜角からなる胸壁が形成され、最外径部の歯高さが他の部分よりも低く設定されている。
 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のフェイススプライン部を示す要部拡大図、図3は、図1のIII矢視図、図4は、図2のフェイススプライン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、ハブ輪1と複列の転がり軸受2と等速自在継手3を着脱自在にユニット化した、所謂第3世代と称される構成を備えている。
 複列の転がり軸受2は、外方部材7と内方部材8と複列の転動体(ボール)9、9とを備えている。この外方部材7はS53C等の炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、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7bを一体に有し、内周に複列の外側転走面7a、7aが一体に形成されている。そして、少なくともこの複列の外側転走面7a、7a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。
 一方、内方部材8は、前記した外方部材7の外側転走面7a、7aに対向する複列の内側転走面1a、5aが形成されている。これら複列の内側転走面1a、5aのうち一方(アウター側)の内側転走面1aがハブ輪1の外周に、他方(インナー側)の内側転走面5aが内輪5の外周にそれぞれ一体に形成されている。この場合、内方部材8はハブ輪1と内輪5を指す。そして、複列の転動体9、9がこれら両転走面間にそれぞれ収容され、保持器10、10によって転動自在に保持されている。
 また、外方部材7と内方部材8との間に形成される環状空間の開口部にはシール11、12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。
 ハブ輪1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、外周に内側転走面1aから軸方向に延びる小径段部1bが形成され、この小径段部1bに内輪5が固定されている。そして、小径段部1bの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部13によって所定の軸受予圧が付与した状態で、ハブ輪1に対して軸方向に固定されている。
 ハブ輪1はS53C等の炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面1aをはじめ、アウター側のシール11のシールランド部となる車輪取付フランジ4のインナー側の基部4aから小径段部1bに亙る外周面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。なお、加締部13は鍛造加工後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し、内輪5の嵌合部となる小径段部1bの耐フレッティング性が向上すると共に、加締加工時に微小なクラック等の発生がなく加締部13の塑性加工をスムーズに行うことができる。
 また、内輪5および転動体9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60~64HRCの範囲で硬化処理されている。なお、ここでは、転動体9にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受で構成された複列の転がり軸受2を例示したが、これに限らず、転動体9に円錐ころを使用した複列の円錐ころ軸受で構成されていても良い。
 等速自在継手3は、外側継手部材14と継手内輪15とケージ16およびトルク伝達ボール17からなる。外側継手部材14は、カップ状のマウス部18と、このマウス部18の底部をなす肩部19と、この肩部19から軸方向に延びる軸部20とを有し、この軸部20には雌ねじ20aが形成されている。また、マウス部18の内周および継手内輪15の外周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝18a、15aがそれぞれ形成されている。この外側継手部材14はS53C等の炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、トラック溝18a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。
 本実施形態では、外側継手部材14の肩部19の端面にフェイススプライン19aが形成されている。また、加締部13の端面には、肩部19に形成されたフェイススプライン19aに噛合するフェイススプライン13aが塑性加工によって同時に形成されている。これにより、加工工数を削減でき、低コスト化を図ることができる。そして、複列の転がり軸受2および等速自在継手3は、軸部20の雌ねじ20aに締結ボルト21が螺着されることによって、外側継手部材14の肩部19とハブ輪1の加締部13との対向する両フェイススプライン19a、13aが圧接支持され、着脱自在にユニット化されている。
 ここで、図2、3に示すように、加締部13と同時に加締治具(図示せず)によって塑性加工で形成されるフェイススプライン13aは、そのピッチ円直径上より径方向外方、ここでは、その歯溝22の最外径部の歯高さH0が他の部分Hよりも低く(H0<H)形成されている。ここで、他の部分の歯高さHとは、歯頂点Pを通るピッチ円直径より径方向内方の歯溝と平行な線Aから歯溝までの距離(最大歯高さ:H)のことをいう。具体的には、フェイススプライン13aのPCD(ピッチ円直径)上より径方向外方の歯溝22がストレートではなく、傾斜角αからなる胸壁22aを設けることにより最外径部の歯高さH0(線Aから歯溝までの距離:H0)を低くしている。これにより、フェイススプライン13aのPCD上で形状、寸法等の品質を保証することができると共に、簡単な構成でフェイススプライン13aのクラックの発生を防止して耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
 なお、歯溝22の胸壁22aの傾斜角αは10~40°の範囲に設定されている。傾斜角αが40°を超えると、相手側のフェイススプライン19aと干渉する恐れがあり、また、10°未満では、加工時の応力減少の効果が半減するためである。
 図4は、図2のフェイススプライン13aの変形例である。このフェイススプライン23aは、前述した実施形態と同様、加締部23と同時に加締治具(図示せず)によって形成され、最外径部の歯高さH0が他の部分Hよりも低く形成(H0<H)されている。具体的には、フェイススプライン23aのPCD(ピッチ円直径)上より径方向外方の歯溝24がストレートではなく、円弧状の胸壁24aを設けることにより最外径部の歯高さH0を低くしている。これにより、フェイススプライン23aのPCD上で形状、寸法等の品質を保証することができると共に、簡単な構成でフェイススプライン23aのクラックの発生を防止することができる。なお、胸壁24aの曲率半径Rは、2mm≦R≦10mmに設定されている。胸壁24aの曲率半径Rが2mm未満になると、相手側のフェイススプライン19aと干渉する恐れがあり、また、10mmを超えると、加工時の応力減少の効果が半減するためである。
 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、フェイススプラインを介してハブ輪を有する複列の転がり軸受と等速自在継手とを着脱自在にユニット化した車輪用軸受装置に適用することができる。
1 ハブ輪
1a、5a 内側転走面
1b 小径段部
2 複列の転がり軸受
3 等速自在継手
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 内輪
7 外方部材
7a 外側転走面
7b 車体取付フランジ
8 内方部材
9 転動体
10 保持器
11、12 シール
13、23 加締部
13a、19a、23a フェイススプライン
14 外側継手部材
15 継手内輪
15a、18a トラック溝
16 ケージ
17 トルク伝達ボール
18 マウス部
19 肩部
20 軸部
20a 雌ねじ
21 締結ボルト
22、24 歯溝
22a、24a 胸壁
50 車輪用軸受装置
51 複列の転がり軸受
52 等速自在継手
53 外方部材
53a 外側転走面
53b 車体取付フランジ
54 ハブ輪
54a、55a 内側転走面
54b 車輪取付フランジ
54c 小径段部
55 内輪
56 内方部材
57 保持器
58 ボール
59 加締部
59a、67a フェイススプライン
60、61 シール
62 外側継手部材
63 継手内輪
64 ケージ
65 トルク伝達ボール
66 マウス部
67 肩部
68 軸部
68a 雌ねじ
69 締結ボルト
H フェイススプラインの歯の高さ
H0 フェイススプラインの最外径部の歯の高さ
PCD フェイススプラインのピッチ円直径
R 胸壁の曲率半径
α 胸壁の傾斜角

Claims (7)

  1.  複列の転がり軸受と等速自在継手が着脱自在にユニット化された車輪用軸受装置であって、
     前記複列の転がり軸受が、外周に車体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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入される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、
     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って前記内輪が軸方向に固定されると共に、
     前記等速自在継手が、カップ状のマウス部と、このマウス部の底部をなす肩部と、この肩部から軸方向に延び、内周に雌ねじが形成された軸部とを一体に有する外側継手部材を備え、
     この外側継手部材の肩部と前記加締部の端面にそれぞれフェイススプラインが形成され、前記複列の転がり軸受と等速自在継手とがトルク伝達可能に結合された車輪用軸受装置において、
     前記加締部のフェイススプラインにおけるピッチ円直径上より径方向外方の歯溝の歯高さが他の部分よりも低く設定されている部位を有することを特徴とする車輪用軸受装置。
  2.  前記加締部のフェイススプラインが当該加締部と同時に加締治具によって塑性加工で形成されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3.  前記フェイススプラインの歯溝の最外径部に所定の傾斜角からなる胸壁が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。
  4.  前記胸壁の傾斜角が10~40°の範囲に設定されている請求項3に記載の車輪用軸受装置。
  5.  前記フェイススプラインの歯溝の最外径部に所定の曲率半径からなる円弧状の胸壁が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。
  6.  前記胸壁の曲率半径Rが2mm≦R≦10mmに設定されている請求項5に記載の車輪用軸受装置。
  7.  前記内方部材が、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側転走面が形成された内輪からなると共に、前記ハブ輪が炭素0.40~0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、前記内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙る外周面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、前記加締部が鍛造加工後の未焼入れ部とされている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
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