JP3923986B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、内輪が圧入固定される第３世代構造におけるハブ輪の耐久性向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。

自動車等の車両の車輪用軸受装置には駆動輪用のものと従動輪用のものとがあるが、低コスト化は言うまでもなく、燃費向上のための軽量・コンパクト化が進んでいる。その従来構造の代表的な一例として、図４に示すような従動輪用の車輪用軸受装置が知られている。

この車輪用軸受装置は第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体５４、５４とを備えている。ハブ輪５１は、その一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５５を一体に有し、外周に内側転走面５１ａと、この内側転走面５１ａから軸方向に延びる小径段部５１ｂが形成されている。また、車輪取付フランジ５５の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５６が植設されている。

ハブ輪５１の小径段部５１ｂには、外周に内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５１ｃにより、ハブ輪５１に対して内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外輪５３は、図示しない懸架装置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が形成されている。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと、これらに対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列の転動体５４、５４が転動自在に収容されている。

ハブ輪５１は、炭素の含有量が０．４０〜０．８０重量％である炭素鋼製の素材に鍛造を施すことにより一体に形成され、クロスハッチングで示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から内側転走面５１ａおよび小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れによって表面が硬化処理されている。なお、加締部５１ｃは、鍛造後の素材表面硬さのままの生としている。一方、内輪５２は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼のような高炭素鋼製とし、芯部まで焼入れ硬化されている。

これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の直径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
特開平１１−１２９７０３号公報

このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、内輪５２の内径を大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。一方、内輪５２の小端面５２ｂとの突き当て部における隅部Ａ、すなわち、ハブ輪５１の肩部５１ｄと小径段部５１ｂとの隅部Ａは、図５に拡大して示すように、単一の曲率半径ａからなる円弧面（単一Ｒ）で形成されている。ここで、軽量化を図るために低断面化が進むこうした車輪用軸受装置においては、内輪５２の剛性を確保するために、制約されたスペース内で内輪５２の小端面５２ｂとの突き当て部長さＸ（接触面積）を大きくする必要がある。然しながら、この突き当て部長さＸを大きくした場合、隅部Ａが過小になって過大な応力が発生し、特に、車輪用軸受装置に繰り返し曲げモーメントが負荷された時等、ハブ輪５１の機械的強度が著しく低下する恐れがある。

また、隅部Ａに発生する応力を小さくするために単一Ｒの曲率半径を大きくした場合、内輪５２の面取り部５２ｃとの干渉が問題になる。この隅部Ａと内輪５２の面取り部５２ｃとの干渉はミスアライメントを誘発し、内輪５２の耐久性が低下する恐れがある。したがって、隅部Ａの加工においては寸法バラツキを極力抑える必要がある。ところが、寸法バラツキの規制は製造コストの高騰を招来すると共に、熱処理変形によるバラツキを考慮した場合、寸法バラツキの規制にはおのずと限界があるため、厳しい使用条件下において、この隅部Ａに発生する応力を抑制することが課題となっていた。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入固定される第３世代構造において、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させた車輪用軸受装置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形成された外方部材と、一端部に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肩部を介して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肩部に突合せ状態になるまで前記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と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、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、２つの曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されており、アウトボード側の曲率半径ｂがインボード側の曲率半径ｃよりも小さく設定されている。

このように、内輪がハブ輪の肩部に突合せ状態になるまで小径段部に圧入された第３世代構造の車輪用軸受装置において、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、複数の曲率半径からなる複合Ｒで構成されているので、制約されたスペース内で内輪の小端面との接触面積を確保して内輪の剛性を図ると共に、隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。また、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、２つの曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されており、アウトボード側の曲率半径ｂがインボード側の曲率半径ｃよりも小さく設定されていれば、隅部の加工において、寸法バラツキを必要以上に抑えることなく内輪の面取り部との干渉を防止することができ、低コスト化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記複合Ｒが、前記隅部が高周波焼入れで硬化処理された後、前記ハブ輪の内側転走面および肩部と同時に研削加工によって形成されていれば、熱処理変形の影響を受けずに高精度な隅部の加工ができると共に、軸受内部すきまを所望の範囲内に規制することができる。

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、軸受に予圧が付与された状態で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されていれば、長期間に亘って適正な軸受予圧を維持することができるセルフリテイン構造を提供することができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている。こうした高周波焼入れパターンによりハブ輪の強度が向上すると共に、内輪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。

本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に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形成された外方部材と、一端部に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肩部を介して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肩部に突合せ状態になるまで前記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と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、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、２つの曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されており、アウトボード側の曲率半径ｂがインボード側の曲率半径ｃよりも小さく設定されているので、制約されたスペース内で内輪の小端面との接触面積を確保して内輪の剛性を図ると共に、隅部に発生する応力を抑制し、ハブ輪の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

外周に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形成された外方部材と、一端部に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肩部を介して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肩部に突合せ状態になるまで前記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と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、前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、２つの曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されており、アウトボード側の曲率半径ｂがインボード側の曲率半径ｃよりも小さく設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基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は図１の要部拡大図である。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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。

この車輪用軸受装置は駆動輪側の第３世代構造をなし、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とを備えている。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、アウトボード側の端部に車輪（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の外周には一方（アウトボード側）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから肩部２ｄを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に他方（インボード側）の内側転走面３ａが形成された内輪３が、肩部２ｄに突き合わせ状態になるまでこの小径段部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、軸受に所定の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、長期間に亘って適正な軸受予圧を維持することができる、所謂セルフリテイン構造を提供することができる。

外方部材１０は、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１０ｂを一体に有し、内周に内側転走面２ａ、３ａに対向する複列の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７により転動自在に保持されている。また、外方部材１０の端部にはシール８、９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。

外方部材１０は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成され、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５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。また、内輪３はＳＵＪ２等からなる高炭素クロム軸受鋼で形成され、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。

一方、ハブ輪２は、外方部材１０と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面２ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１１が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。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。

ここで、ハブ輪２の肩部２ｄと小径段部２ｂとの隅部Ｂは、図２に拡大して示すように、複数の曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで形成されている。本実施形態では、これら複合Ｒは、隅部Ｂが高周波焼入れで硬化処理された後、ハブ輪２の内側転走面２ａおよび肩部２ｄと同時に研削加工によって形成されている。これにより、熱処理変形の影響を受けずに高精度な隅部Ｂの加工ができると共に、軸受内部すきま（予圧量）を所望の範囲内に規制することができる。

これら複合Ｒのうち、一方の曲率半径ｂは、従来のように、隅部Ｂを単一Ｒで構成した場合の最大曲率半径ａよりも小さく、また、他方の曲率半径ｃは曲率半径ａよりも大きく設定されている（ｂ＜ａ＜ｃ）。これにより、制約されたスペース内で内輪３の小端面３ｂとの突き当て部長さＸを確保して内輪３の剛性を図ることができると共に、隅部Ｂに発生する応力を抑制し、ハブ輪２の耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。また、隅部Ｂの加工において、寸法バラツキを必要以上に抑えることなく内輪３の面取り部３ｃとの干渉を防止することができ、低コスト化を図ることができる。

本出願人が実施したハブ輪の肩部と小径段部との隅部に発生する応力を解析した結果を表１に示す。なお、単一Ｒとした場合の最大曲率半径ａ＝３．５ｍｍとし、複合Ｒにおける曲率半径ｂ、ｃを、実施例１では、ｂ＝２．５ｍｍ、ｃ＝８．２ｍｍとし、実施例２では、ｂ＝２．０ｍｍ、ｃ＝７．６ｍｍとした。また、荷重条件は２種類とし、図１において、外方部材１０における車体取付フランジ１０ｂの側面を固定面とし、ハブ輪２における車輪取付フランジ４の側面を荷重負荷面とした。表１から明らかなように、ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が従来の単一Ｒで構成した場合に対して、隅部を複合Ｒで構成した場合は、隅部に発生する応力を１７〜２２％減少させることができる。

ここでは、ハブ輪２の小径段部２ｂが揺動加締されたセルフリテイン構造の車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に単に内輪を圧入固定した構造であっても良い。なお、転動体６、６をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。

図３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である。なお、この実施形態は本発明に係る車輪用軸受装置を従動輪側に適用したもので、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１２と外方部材１０、および両部材１２、１０間に転動自在に収容された複列の転動体６、６とを備えている。内方部材１２は、ハブ輪１３と、このハブ輪１３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１３は、アウトボード側の端部に車輪（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１３ａと、この内側転走面１３ａから軸方向に延びる軸状の小径段部１３ｂが形成されている。そして、内輪３がこの小径段部１３ｂに圧入され、小径段部１３ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１３ｃにより、ハブ輪１３に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。

ハブ輪１３は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面１３ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部１３ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１１が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。なお、加締部１３ｃ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。

ここで、ハブ輪１３の肩部２ｄと小径段部１３ｂとの隅部Ｂは、前述した実施形態と同様、複数の曲率半径からなる複合Ｒで形成されている。これにより、制約されたスペース内で内輪３の小端面３ｂとの接触面積を確保して内輪３の剛性を図ることができると共に、隅部Ｂに発生する応力を抑制してハブ輪１３の耐久性を向上させることができる。

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、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入固定された第３世代構造の車輪用軸受装置に適用できる。

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。 同上、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。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 同上、要部拡大図である。

符号の説明

１、１２・・・・・・・・・・内方部材
２、１３・・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ、１３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ、１３ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ、１３ｃ・・・・・・・・加締部
２ｄ・・・・・・・・・・・・肩部
３・・・・・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・・・・・小端面
３ｃ・・・・・・・・・・・・面取り部
４・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・・・・・転動体
７・・・・・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
１１・・・・・・・・・・・・硬化層
５１・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・・・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・・・・・加締部
５１ｄ・・・・・・・・・・・肩部
５２・・・・・・・・・・・・内輪
５２ｂ・・・・・・・・・・・小端面
５２ｃ・・・・・・・・・・・面取り部
５３・・・・・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・・・・・ハブボルト
Ａ、Ｂ・・・・・・・・・・・隅部
ａ、ｂ、ｃ・・・・・・・・・曲率半径
Ｘ・・・・・・・・・・・・・突き当て部長さ

Claims (4)

1. 外周に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形成された外方部材と、
   一端部に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肩部を介して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肩部に突合せ状態になるまで前記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と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、
   前記ハブ輪の肩部と小径段部との隅部が、２つの曲率半径ｂ、ｃからなる複合Ｒで構成されており、アウトボード側の曲率半径ｂがインボード側の曲率半径ｃよりも小さく設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記複合Ｒが、前記隅部が高周波焼入れで硬化処理された後、前記ハブ輪の内側転走面および肩部と同時に研削加工によって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、軸受に予圧が付与された状態で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記ハブ輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている請求項３に記載の車輪用軸受装置。

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