JP3902391B2 - 駆動車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動車輪用軸受装置に関し、詳しくは、自動車の駆動車輪を車体に回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の駆動車輪用軸受装置には、その用途に応じて種々の形式のものが提案されている。例えば、図３は重量の嵩む自動車用として好適な駆動車輪用軸受装置で、内方部材であるハブ輪１および内輪２、複列の転動体（円すいころ）３，４、外方部材である外輪５、等速自在継手６を主要な構成要素としている。
【０００３】
前記ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側の軌道面７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ９を備えている。この車輪取付フランジ９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１０が植設されている。このハブ輪１のインボード側端部の外周面に形成された小径段部１１に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側の軌道面８が形成されている。
【０００４】
内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１の外周面に形成されたアウトボード側の軌道面７と、内輪２の外周面に形成されたインボード側の軌道面８とで複列の軌道面を構成する。この内輪２をハブ輪１の小径段部１１に圧入し、ハブ輪１のインボード側軸方向から挿入される等速自在継手６の継手外輪２１をハブ輪１に締着することにより、その継手外輪２１の肩部２８により内輪２の抜け止めと予圧の付与を行っている。
【０００５】
外輪５は、内周面に前記ハブ輪１および内輪２の軌道面７，８と対向する軌道面１２，１３が形成され、車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１４を備えている。この車体取付フランジ１４は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルにボルトで固定されている。
【０００６】
軸受部１５は、複列の円すいころ軸受構造で、ハブ輪１および内輪２の外周面に形成された軌道面７，８と外輪５の内周面に形成された軌道面１２，１３との間に転動体（円すいころ）３，４を介在させ、各列の転動体３，４を保持器１６，１７により円周方向等間隔に支持した構造を有する。
【０００７】
軸受部１５の両端開口部には、外輪５とハブ輪１および内輪２との環状空間を密封する一対のシール１８，１９が外輪５の端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【０００８】
等速自在継手６は、ドライブシャフト３９の一端に設けられ、内周面にトラック溝２０が形成された継手外輪２１と、その継手外輪２１のトラック溝２０と対向するトラック溝４０が外周面に形成された継手内輪４１と、前記継手外輪２１のトラック溝２０と継手内輪４１のトラック溝４０との間に組み込まれたボール４２と、継手外輪２１と継手内輪４１間に介在してボール４２を支持する保持器４３とからなる。
【０００９】
前記継手外輪２１は、継手内輪４１、ボール４２および保持器４３を収容したマウス部２２と、そのマウス部２２から軸方向に一体的に延び、外周面にセレーション部２４が形成された軸部２３を有する。この軸部２３をハブ輪１の貫通孔に挿入し、前記軸部２３の外周面および貫通孔の内周面に形成されたセレーション部２４，２５により両者を嵌合させ、その軸端に形成された雄ねじ部２６にナット２７を締め付けることによって、等速自在継手６をハブ輪１に固定している。
【００１０】
従来の駆動車輪用軸受装置には、ハブ輪１の小径段部１１、つまり、インボード側端部と継手外輪２１の軸部根元部位２９との間にパイロット部３０を設けているものがある。このパイロット部３０は、ハブ輪１の小径段部１１の内径をセレーション部２５よりも拡径させることにより形成されている。このようにパイロット部３０を形成してそのパイロット部すきまＡを設けることにより、等速自在継手６の組み付け時、継手外輪２１の軸部２３とハブ輪１とを芯合わせし、その軸部２３をハブ輪１の貫通孔に挿入しやすくしている。なお、前記パイロット部すきまＡとは、ハブ輪１の小径段部１１の端部内径と継手外輪２１の軸部根元部位２９の外径との差を意味する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転動体３，４に円すいころを使用した図３の駆動車輪用軸受装置では、転動体にボールを使用した構造の駆動車輪用軸受装置に対して接触角が小さい。ここで、前記接触角とは、軸受中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）に対して、軌道面７，８によって転動体３，４へ伝達される力の作用方向がなす角度を意味する。
【００１２】
一般的に、転動体にボールを使用した駆動車輪用軸受装置では、接触角が３５°程度であるため、内輪２の接触角方向に作用する荷重は、図３で言えば、継手外輪２１の肩部２８と内輪２との突き合わせ面方向に向いている。
【００１３】
これに対して、転動体３，４に円すいころを使用した駆動車輪用軸受装置では、一般に高負荷容量を得るために接触角が１６〜１８°程度と小さく設定していることから、接触角方向に作用する荷重は、ハブ輪１の小径段部１１と継手外輪２１の軸部根元部位２９との間のパイロット部３０の方向に向かう。
【００１４】
従って、前述したようにパイロット部すきまＡが大きいと、組み付け性は向上するが、接触角方向の荷重によりハブ輪１の小径段部１１および内輪２の軌道面８の変形量が大きくなる。つまり、内輪２の軌道面８の変形量が大きくなると、転動寿命の低下、軌道面８での温度上昇、内輪２と継手外輪２１の肩部２８間でのフレッティングによる軸力（予圧）抜けが発生し易くなる。
【００１５】
また、ハブ輪１の小径段部１１の変形量が大きくなると、ハブ輪１の割損、ハブ輪１と内輪２間でのフレッティングが発生し易くなる。このようにハブ輪１の小径段部１１および内輪２の軌道面８が変形し易くなると、軸受内部が歪んで軸受装置の寿命低下を招来する可能性がある。
【００１６】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、接触角方向の荷重によるハブ輪および内輪の変形がもたらす軸受内部の歪みを抑制して寿命向上を図り得る駆動車輪用軸受装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、請求項１に係る発明は、複列の軌道面を内周面に形成した外方部材と、その外方部材の軌道面と対向する軌道面を外周面に形成し、車輪取付フランジを外周面に有する内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の円すいころと、前記内方部材の端面に突き合わせ状態に衝合された肩部を有し、前記内方部材にトルク伝達可能に内嵌する軸部を設けた継手外輪を備えた等速自在継手とからなり、車体に対して車輪を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置において、前記内方部材は、車輪取付フランジと一方の軌道面および小径段部を外周面に形成したハブ輪と、前記小径段部に嵌合し、他方の軌道面を外周面に形成した別体の内輪とからなり、前記継手外輪の軸部根元部位の外径と前記ハブ輪の小径段部の端部内径との間に設けられたすきまであり、かつ、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部の半径方向すきまを０．４ｍｍ以下とし、前記継手外輪の肩部と突き合わされた前記内輪の端部内径と前記継手外輪の軸部根元部位の外径との間に設けられたすきまからなり、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部を形成し、前記継手外輪の軸部根元部位の外径とハブ輪の小径段部内径および内輪の端部内径との間に形成された二つのパイロット部のうち、内輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまを、ハブ輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまよりも小さく設定したことを特徴とする（請求項１）。
【００１８】
この請求項１に記載した発明では、前記内方部材は、車輪取付フランジと一方の軌道面および小径段部を外周面に形成したハブ輪と、前記小径段部に嵌合し、他方の軌道面を外周面に形成した別体の内輪とからなり、前記継手外輪の軸部根元部位の外径と前記ハブ輪の小径段部の端部内径との間に設けられたすきであり、かつ、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部の半径方向すきまを０．４ｍｍ以下とし、前記継手外輪の肩部と突き合わされた前記内輪の端部内径と前記継手外輪の軸部根元部位の外径との間に設けられたすきまからなり、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部を形成し、前記継手外輪の軸部根元部位の外径とハブ輪の小径段部内径および内輪の端部内径との間に形成された二つのパイロット部のうち、内輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまを、ハブ輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまよりも小さく設定したことにより、接触角方向の荷重によりハブ輪の小径段部および内輪の軌道面の変形を抑制することができ、軸受装置の寿命向上を図ることが実現容易となる。
【００１９】
本発明は、その内周面に複列の軌道面を、かつ、外周面に車体取付フランジをそれぞれ一体に有する外方部材を具備した構造の駆動車輪用軸受装置に適用可能である（請求項２）。
【００２４】
前記車輪取付フランジの基部から内方部材の端部に及ぶ領域に表面硬化層を形成し、この表面硬化層を内方部材の端面近傍で止めた構造とすることが望ましい（請求項３）。このようにすれば、内方部材の軌道面を含む表面硬度を上げることにより、転動疲労寿命の向上、フレッティング低減が図れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る駆動車輪用軸受装置の実施形態を以下に詳述する。なお、図３と同一部分には同一参照符号を付す。
【００２６】
図１に示す実施形態の駆動車輪用軸受装置は、例えば、内方部材であるハブ輪１および内輪２、複列の転動体（円すいころ）３，４、外方部材である外輪５、等速自在継手６を主要な構成要素とする。
【００２７】
前記ハブ輪１は、その外周面に一方の軌道面、つまり、アウトボード側の軌道面７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ９を備えている。この車輪取付フランジ９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１０が植設されている。このハブ輪１のインボード側端部の外周面に形成された小径段部１１に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面に他方の軌道面、つまり、インボード側の軌道面８が形成されている。
【００２８】
内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１の外周面に形成されたアウトボード側の軌道面７と、内輪２の外周面に形成されたインボード側の軌道面８とで複列の軌道面を構成する。この内輪２をハブ輪１の小径段部１１に圧入し、ハブ輪１のインボード側軸方向から挿入される等速自在継手６の継手外輪２１をハブ輪１に締着することにより、その継手外輪２１の肩部２８により内輪２の抜け止めと予圧の付与を行っている。
【００２９】
外輪５は、内周面に前記ハブ輪１および内輪２の軌道面７，８と対向する軌道面１２，１３が形成され、車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１４を備えている。この車体取付フランジ１４は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルにボルトで固定されている。
【００３０】
軸受部１５は、複列の円すいころ軸受構造で、ハブ輪１および内輪２の外周面に形成された軌道面７，８と外輪５の内周面に形成された軌道面１２，１３との間に転動体（円すいころ）３，４を介在させ、各列の転動体３，４を保持器１６，１７により円周方向等間隔に支持した構造を有する。
【００３１】
軸受部１５の両端開口部には、外輪５とハブ輪１および内輪２との環状空間を密封する一対のシール１８，１９が外輪５の端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【００３２】
等速自在継手６は、ドライブシャフト３９の一端に設けられ、内周面にトラック溝２０が形成された継手外輪２１と、その継手外輪２１のトラック溝２０と対向するトラック溝４０が外周面に形成された継手内輪４１と、前記継手外輪２１のトラック溝２０と継手内輪４１のトラック溝４０との間に組み込まれたボール４２と、継手外輪２１と継手内輪４１間に介在してボール４２を支持する保持器４３とからなる。
【００３３】
前記継手外輪２１は、継手内輪４１、ボール４２および保持器４３を収容したマウス部２２と、そのマウス部２２から軸方向に一体的に延び、外周面にセレーション部２４が形成された軸部２３を有する。この軸部２３をハブ輪１の貫通孔に挿入し、前記軸部２３の外周面および貫通孔の内周面に形成されたセレーション部２４，２５により両者を嵌合させ、その軸端に形成された雄ねじ部２６にナット２７を締め付けることによって、等速自在継手６をハブ輪１に固定している。なお、セレーション部２４，２５と称するものには、セレーション以外のスプラインも含むものとする。
【００３４】
転動体３，４に円すいころを使用した実施形態の駆動車輪用軸受装置では、接触角が１６〜１８°程度と小さいことから、接触角方向に作用する荷重は、ハブ輪１の小径段部１１および継手外輪２１の軸部根元部位２９の方向に向かう。そこで、この実施形態では、継手外輪２１の軸部根元部位３１とハブ輪１の端部である小径段部１１との間にパイロット部３２を設ける。
【００３５】
このパイロット部３２は、ハブ輪１の小径段部１１の内径をセレーション部２５よりも拡径させ、かつ、継手外輪２１の軸部根元部位３１の外径をセレーション部２４よりも拡径させることにより形成されている。このようにパイロット部３２を形成してそのパイロット部すきまａを０．４ｍｍ以下とする。ここで、前記パイロット部すきまａとは、ハブ輪１の小径段部１１の端部内径と継手外輪２１の軸部根元部位３１の外径との差を意味する。
【００３６】
このようにパイロット部３２を設け、そのパイロット部すきまａを０．４ｍｍ以下としたことにより、接触角方向の荷重によりハブ輪１の小径段部１１の変形を抑制することができ、ハブ輪１の割損防止、ハブ輪１と内輪２間のフレッティング低減が図れ、軸受装置の寿命を向上させることができる。前記パイロット部すきまａが０．４ｍｍより大きいと、ハブ輪１の小径段部１１の変形を抑制する所期の効果が得られない。
【００３７】
また、図２は本発明の他の実施形態を示し、この実施形態の駆動車輪用軸受装置は、前述したパイロット部３２を、継手外輪２１の軸部根元部位３１とハブ輪１の小径段部１１との間に形成すると共に、継手外輪２１の肩部２８と突き合わされた内輪２の端部と継手外輪２１の軸部根元部位３１との間にもパイロット部３３を形成する。なお、後者のパイロット部３３は、継手外輪２１の軸部根元部位３１を、ハブ輪１の小径段部１１の端面と継手外輪２１の肩部２８との間隙まで延在するように拡径させることにより形成される。
【００３８】
このように内輪２の端部と継手外輪２１の軸部根元部位３１との間にパイロット部３３を形成したことにより、接触角方向の荷重により内輪２の軌道面８の変形を抑制することができ、転動寿命の向上、温度上昇の抑制、内輪２と継手外輪２１の肩部２８間でのフレッティング低減による軸力（予圧）抜け防止が図れ、軸受装置の寿命を向上させることができる。
【００３９】
ここで、継手外輪２１の軸部根元部位３１とハブ輪１および内輪２の端部との間に形成された二つのパイロット部３２，３３のうち、内輪１とで形成されるパイロット部すきまｂを、ハブ輪１とで形成されるパイロット部すきまａよりも小さく設定する。
【００４０】
つまり、前述したようにハブ輪１の小径段部１１と継手外輪２１の軸部根元部位３１との間に形成されたパイロット部すきまａを０．４ｍｍ以下とするのに対して、継手外輪２１の軸部根元部位３１と内輪２の端部との間に形成するパイロット部すきまｂを０．０５ｍｍ以下とする。このパイロット部すきまｂが０．０５ｍｍより大きいと、内輪２の軌道面８の変形を抑制する所期の効果が得られない。二つのパイロット部３３，３２のうち、一方のパイロット部３３により、内輪２の変形を抑制し、さらに大きな荷重が作用すると、他方のパイロット部３２により、ハブ輪１の変形を抑制する。
【００４１】
また、前述した実施形態において、車輪取付フランジ９の基部からハブ輪１の小径段部１１に及ぶ領域に表面硬化層３４を形成し、この表面硬化層３４をハブ輪１の小径段部１１の端面近傍で止めた構造とする。車輪取付フランジ９の基部は、外輪５のアウトボード側端部に装着されたシール１８のシールリップが摺接するハブ輪１の外周面、つまり、シールランド部であり、そのシールランド部から軌道面７を経て小径段部１１に及ぶ領域に表面硬化層３４を形成する。
【００４２】
この表面硬化層３４の各部、シールランド部ではシール１８のシールリップが摺接するため、耐摩耗性が要求され、軌道面７では転動体３が転動するため、耐寿命性が要求され、小径段部１１では内輪２と嵌合するため、耐クリープ性、耐フレッティング性が要求される。
【００４３】
前記表面硬化層３４を形成するための熱処理は、高周波焼き入れが適している。表面硬化処理としての高周波熱処理は、誘導加熱の特色を有効に生かして表面硬化層３４を自由に選定し、耐摩耗性を与えたり疲れ強さを改善することができる。誘導加熱は、電磁誘導現象を利用して金属内で電気エネルギーを直接熱エネルギーに変えて発熱させる方法で、これを利用した高周波熱処理には多くの特徴がある。特に、局部加熱ができ、硬化層深さの選定が自由であり、また硬化層以外には著しく熱影響を与えないように制御できるので、母材の性能を保持できる。
【００４４】
【実施例】
例えば、パイロット部すきまの寸法違いによる旋回寿命試験を実施したところ、以下のとおりの試験結果が得られた。ハブ輪１の小径段部１１と継手外輪２１の軸部根元部位３１との間に０．４ｍｍのパイロット部すきまａを形成し、かつ、内輪２の端部と継手外輪２１の軸部根元部位３１との間に０．０５ｍｍのパイロット部すきまｂを形成した実施例（図２参照）では、運転時間：１６５時間、温度上昇：５０℃以下の寿命試験結果が得られた。
【００４５】
これに対して、ハブ輪１の小径段部１１と継手外輪２１の軸部根元部位２９との間に２ｍｍのパイロット部すきまＡを形成し、かつ、内輪２の端部と継手外輪２１の軸部根元部位２９との間に８．７５ｍｍのパイロット部すきまＢを形成した比較例（図３参照）では、運転時間：５２時間、温度上昇：７２〜９０℃の寿命試験結果しか得られなかった。
【００４６】
この試験結果から、実施例の駆動車輪用軸受装置における運転時間が比較例のものの３倍以上となり、温度上昇も抑制されることから、軸受装置の寿命向上が容易であることが明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記内方部材は、車輪取付フランジと一方の軌道面および小径段部を外周面に形成したハブ輪と、前記小径段部に嵌合し、他方の軌道面を外周面に形成した別体の内輪とからなり、前記継手外輪の軸部根元部位の外径と前記ハブ輪の小径段部の端部内径との間に設けられたすきまであり、かつ、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部の半径方向すきまを０．４ｍｍ以下とし、前記継手外輪の肩部と突き合わされた前記内輪の端部内径と前記継手外輪の軸部根元部位の外径との間に設けられたすきまからなり、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部を形成し、前記継手外輪の軸部根元部位の外径とハブ輪の小径段部内径および内輪の端部内径との間に形成された二つのパイロット部のうち、内輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまを、ハブ輪とで形成されるパイロット部の半径方向すきまよりも小さく設定したことにより、接触角方向の荷重によりハブ輪の小径段部および内輪の軌道面の変形を抑制することができ、ハブ輪および内輪の割損防止、ハブ輪および内輪のフレッティング低減が図れ、軸受装置の寿命向上を図ることができて長寿命で高品質の駆動車輪用軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態を説明するもので、駆動車輪用軸受装置の構造例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る他の実施形態の駆動車輪用軸受装置の構造例を示す断面図である。
【図３】従来の駆動車輪用軸受装置の構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 内方部材（ハブ輪）
２ 内方部材（内輪）
３，４ 転動体（円すいころ）
５ 外方部材（外輪）
７，８ 軌道面
９ 車輪取付フランジ
１２，１３ 軌道面
２１ 継手外輪
２３ 軸部
２８ 肩部
３１ 軸部根元部位
３２，３３ パイロット部
ａ，ｂ パイロット部すきま

Claims (3)

1. 複列の軌道面１２，１３を内周面に形成した外方部材５と、その外方部材５の軌道面１２，１３と対向する軌道面７，８を外周面に形成し、車輪取付フランジ９を外周面に有する内方部材１，２と、前記外方部材５と内方部材１，２のそれぞれの軌道面間に介装された複列の円すいころ３，４と、前記内方部材１，２の端面に突き合わせ状態に衝合された肩部２８を有し、前記内方部材１，２にトルク伝達可能に内嵌する軸部２３を設けた継手外輪２１を備えた等速自在継手とからなり、車体に対して車輪を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置において、
   前記内方部材１，２は、車輪取付フランジ９と一方の軌道面７および小径段部１１を外周面に形成したハブ輪１と、前記小径段部１１に嵌合し、他方の軌道面８を外周面に形成した別体の内輪２とからなり、前記継手外輪２１の軸部根元部位３１の外径と前記ハブ輪１の小径段部１１の端部内径との間に設けられたすきまであり、かつ、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部３２の半径方向すきまａを０．４ｍｍ以下とし、前記継手外輪２１の肩部２８と突き合わされた前記内輪２の端部内径と前記継手外輪２１の軸部根元部位３１の外径との間に設けられたすきまからなり、接触角方向の荷重が作用する方向に位置するパイロット部３３を形成し、前記継手外輪２１の軸部根元部位３１の外径とハブ輪１の小径段部内径および内輪２の端部内径との間に形成された二つのパイロット部３２，３３のうち、内輪２とで形成されるパイロット部３３の半径方向すきまｂを、ハブ輪１とで形成されるパイロット部３２の半径方向すきまａよりも小さく設定したことを特徴とする駆動車輪用軸受装置。
2. 前記外方部材５は、その内周面に複列の軌道面１２，１３を、かつ、外周面に車体取付フランジ１４をそれぞれ一体に有することを特徴とする請求項１に記載の車輪軸受装置。
3. 前記車輪取付フランジ９の基部から内方部材１，２の端部に及ぶ領域に表面硬化層３４を形成し、この表面硬化層３４を内方部材１，２の端面近傍で止めたことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動車輪用軸受装置。

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