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JP4562025B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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JP4562025B2
JP4562025B2 JP2004236596A JP2004236596A JP4562025B2 JP 4562025 B2 JP4562025 B2 JP 4562025B2 JP 2004236596 A JP2004236596 A JP 2004236596A JP 2004236596 A JP2004236596 A JP 2004236596A JP 4562025 B2 JP4562025 B2 JP 4562025B2
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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、加締加工による内輪押し込み量を最適化し、軸力と加締強度を確保して軸受の剛性・強度アップ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。特に、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、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、軸部材（ハブ輪）５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体（ボール）５４、５４とを備えている。軸部材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。
軸部材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、軸部材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、軸部材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、外周に車体取付フランジ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。そして、この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと、これら複列の外側転走面５３ａ、５３ａ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。
ここで、加締部５１ｃを形成する円筒部５６の肉厚は、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げる以前の状態で先端縁に向う程小さくなっている。そして、この円筒部５６を径方向外方に加締拡げることにより、内輪５２の大端面５２ｂを押え付ける加締部５１ｃの肉厚は、円筒部５６の基端部の肉厚に対し、先端に向うにしたがって漸減している。
これにより、円筒部５６の先端部を押型により塑性変形させて加締部５１ｃを形成するために要する力が徒に大きくなることがなく、加締作業に伴って加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生したり、あるいは、加締部５１ｃにより固定される内輪５２に、この内輪５２の直径を予圧や転がり疲れ寿命等の耐久性に影響を及ぼす程大きく変化させるような力が作用することがない。
特開平１０−２７２９０３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。ここで、軸受の剛性・強度を高めるため、内輪５２の軸力（押付力）を確保する必要があるが、この加締加工による軸力は軸受の仕様により種々異なるものの、所定の軸力を確保するためには、内輪５２の押込み量を所定値以上に設定する必要がある。
また、従来、加締加工は押型（加締用パンチ）の移動量でその加締量を管理しているが、加締前のハブ輪５１の寸法バラツキ等により、押型の移動量を一定量に設定しても加締量がバラツキ、その結果内輪５２の押込み量にも変動が生じることが判っている。したがって、所定の軸力を確保できる内輪押込み量と、この加締量のバラツキを考慮して内輪５２の押込み量の範囲を設定するのが好ましいが、確固とした明確な設定方法がないため、軸受仕様に応じてその都度加締試験を実施して見極めるしかなかった。
内輪５２の押込み量が所定値より不足すると、いくら加締加工を行っても内輪５２が押し込められず、ハブ輪５１の加締部５１ｃの肉厚のみが薄くなって加締部５１の強度が低下する。また、当初の設定荷重よりもさらに大きい荷重で加締加工を行えば内輪５２の押込み量は僅かに増加するものの、押型に過大な負荷がかかるため押型の早期摩耗や割れ等が生じ、作業効率が著しく低下して好ましくない。
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、加締加工による内輪押し込み量を最適化し、軸受自体の剛性・強度を確保すると共に、所望の軸力と加締部強度を確保し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、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、この車輪取付フランジ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少なくとも一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、前記ハブ輪に形成された段付部に前記内輪が突当てられると共に、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と、前記ハブ輪に形成された段付部との間に前記内輪が挟持された状態で前記ハブ輪に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪における内径寸法をｄ、突当部の厚さをｅとした時、当該内輪の寸法比率α＝ｅ／ｄで規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による内輪押込み量との関係式に基づき、前記内輪押込み量が設定されている構成を採用した。
このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、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、ハブ輪に対して内輪が軸方向に固定された、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪における内径寸法をｄ、突当部の厚さをｅとした時、当該内輪の寸法比率α＝ｅ／ｄで規定され、この寸法比率に対する予め設定された加締加工による内輪押込み量との関係式に基づき、内輪押込み量が設定されているので、所望の軸力と加締部の強度を得ることができると共に、押型の早期摩耗や割れ等を防止することができる。
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記内輪の寸法比率αが０．２０以下に設定されていれば、所望の軸力と加締部の強度を確保するだけでなく、加締不良率の低減や治工具等の寿命延長が可能となる。
さらに好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記内輪の寸法比率αが０．０５以上に設定されていれば、内輪の小端面における平坦面の面積が減少して面圧が過大となるこがなく、内輪の剛性を確保することができる。
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、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が直接形成され、この内側転走面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ると共に、前記内輪が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５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されているので、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。
本発明に係る車輪用軸受装置は、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、この車輪取付フランジ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少なくとも一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、前記ハブ輪に形成された段付部に前記内輪が突当てられると共に、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と、前記ハブ輪に形成された段付部との間に前記内輪が挟持された状態で前記ハブ輪に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪における内径寸法をｄ、突当部の厚さをｅとした時、当該内輪の寸法比率α＝ｅ／ｄで規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による内輪押込み量との関係式に基づき、前記内輪押込み量が設定されているので、所望の軸力と加締部の強度を得ることができると共に、押型の早期摩耗や割れ等を防止することができる。
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、前記ハブ輪に形成された段付部に前記内輪が突当てられると共に、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と、前記ハブ輪に形成された段付部との間に前記内輪が挟持された状態で前記ハブ輪に固定された車輪用軸受装置において、車輪用軸受装置において、前記内輪における突当部の厚さが、前記内輪の内径に対して０．０５〜０．２０の範囲に設定されている。
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一実施形態を示す縦断面図である。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従動輪側の第３世代と称され、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から段付部１１を介してインボード側に延びる軸状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周にインボード側の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入される。
内輪３の小端面３ｃをハブ輪２の段付部１１に突き当てた状態で、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部２ｃが形成される。すなわち、この加締部２ｃとハブ輪２の段付部１１とで内輪３を挟持し、ハブ輪２に対して内輪３が固定されている。そして、加締部２ｃは内輪３のインボード側の外郭に沿って密着した状態で塑性変形して形成され、内輪３の大端面３ｂを押え付けて所望の軸力を確保することができる。
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、内周に複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。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によりこれら複列の転動体６、６が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。
ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される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、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代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。また、従動輪側に限らず、ハブ輪２に等速自在継手のステム軸が挿入される貫通孔が設けられた駆動輪側の車輪用軸受装置でも良い。
ハブ輪２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の範囲に硬化処理されている（クロスハッチングにより図示）。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。一方、内輪３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５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。
また、外方部材１０は、前記ハブ輪２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、複列の外側転走面１０ａ、１０ａ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。
本出願人は、内輪３の押込み量と剛性、すなわち、内輪３の形状・寸法との関係に着目し、数種類の仕様からなる内輪サンプルを製作して加締加工を行った。その結果、図２に示すように、内輪３の内径ｄに対する突当部（小端面３ｃ）厚さｅの比率α（以下、内輪寸法比率と呼ぶ）と、必要軸力を確保するための内輪押込み量δ０とが一定の相関関係にあることを実験によって検証した。図２から判るように、内輪寸法比率αを０．２０以下に設定することにより、必要軸力（ここでは２０ｋＮに設定）を確保するための内輪押込み量δ０（下限値６〜７μｍ）を決定することができる。
一方、押型の移動量を一定に設定しても、加締加工前のハブ輪２や内輪３の寸法・精度のバラツキ等によって加締量がバラツキ、その結果内輪３の押込み量が変動する。実験結果からこの変動値として少なくとも１０μｍ見込む必要があることが判った。したがって、前記した必要軸力を確保するための内輪押込み量δ０にこの内輪押込み量の変動値（１０μｍ）を加えて内輪押込み量限界δを設定した。図３にこの内輪押込み量限界δと内輪寸法比率αとの関係を示す。
本実施形態では、内輪押込み量限界δと内輪寸法比率αとの関係に基き、内輪３の寸法から加締加工における内輪押込み量限界δを容易に決定することができる。これにより、所望の軸力と加締部２ｃの強度を得ることができると共に、押型の早期摩耗や割れ等を防止することができる。
ここで、内輪寸法比率αが０．２０以下に設定されていれば、所望の軸力と加締部２ｃの強度を確保するだけでなく、加締不良率の低減や治工具等の寿命延長が可能となる。なお、前記内輪寸法比率αが０．０５以下の場合は、内輪３の突当部厚さｅが薄くなり、内輪３の小端面３ｃにおける平坦面の面積が減少して面圧が過大となる恐れがある。したがって、本実施形態では、内輪寸法比率αを０．０５〜０．２０の範囲に設定することにより、加締加工による内輪押し込み量を最適化し、軸力と加締部強度を確保して軸受の剛性・強度アップを図った車輪用軸受装置を提供することができる。
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を圧入し、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪を固定した第１世代乃至第３世代のセルフリテイン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一実施形態を示す縦断面図である。 内輪寸法比率と必要軸力を確保するための内輪押込み量との関係を示すグラフである。 内輪寸法比率と内輪押込み量限界との関係を示すグラフである。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
符号の説明
１・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・大端面
３ｃ・・・・・・・・小端面
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・・・・・・・・段付部
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・内輪
５２ｂ・・・・・・・大端面
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・・・・・・・・円筒部
ｄ・・・・・・・・・内輪の内径
ｅ・・・・・・・・・内輪の突当部厚さ
α・・・・・・・・・内輪寸法比率
δ・・・・・・・・・内輪押込み量限界
δ０・・・・・・・・内輪押込み量

Claims (4)

  1. 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、この車輪取付フランジ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少なくとも一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、
    前記ハブ輪に形成された段付部に前記内輪が突当てられると共に、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と、前記ハブ輪に形成された段付部との間に前記内輪が挟持された状態で前記ハブ輪に固定された車輪用軸受装置において、
    前記内輪における内径寸法をｄ、突当部の厚さをｅとした時、当該内輪の寸法比率α＝ｅ／ｄで規定され、この寸法比率に対する予め設定された前記加締加工による内輪押込み量との関係式に基づき、前記内輪押込み量が設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記内輪の寸法比率αが０．２０以下に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記内輪の寸法比率αが０．０５以上に設定されている請求項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、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が直接形成され、この内側転走面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ると共に、前記内輪が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５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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