JP4807775B2 - 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、ハブ輪に加締固定される内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。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、内方部材５１と外方部材６０、および両部材５１、６０間に転動自在に収容された複列のボール５５、５５とを備えている。内方部材５１は、ハブ輪５２と、このハブ輪５２に所定のシメシロを介して圧入された内輪５３とからなる。

ハブ輪５２は、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５４を一体に有し、外周には内側転走面５２ａと、この内側転走面５２ａから軸方向に延びる小径段部５２ｂが形成されている。そして、外周に内側転走面５３ａが形成された内輪５３が小径段部５２ｂに圧入され、さらに、小径段部５２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５２ｃにより、ハブ輪５２に対して内輪５３が軸方向に固定されている。

外方部材６０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６０ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面６０ａ、６０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面６０ａ、５２ａと６０ａ、５３ａ間に複列のボール５５、５５が収容され、保持器５６、５６によりこれら複列のボール５５、５５が転動自在に保持されている。また、外方部材６０の端部にはシール５７、５８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、加締前におけるハブ輪５２の小径段部５２ｂは、図５に示すように、中空状の円筒部７０として形成されている。この円筒部７０は所定の軸方向深さｄ１を有し、円筒部７０の先端部肉厚Ｄ２が、根元部の肉厚Ｄ１よりも大きくなるよう先端に向って漸増する形状に形成されている。これにより、加締加工の初期にポンチ等の加締治具によって押し広げられる肉量が多くなるため、ハブ輪５２の円筒部７０を塑性変形させる軸方向寸法が短くて済むと共に、加締治具形状に早期に充足し易く、内輪５３を強固に固定することができる。

また、内輪５３の内径端部に、曲率半径ｒ１が１〜２．５ｍｍの円弧形状からなる面取り部５３ｂが形成されると共に、円筒部７０の外周面に深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ２が５〜１０ｍｍ程度の環状溝７１が、内輪５３の面取り部５３ｂにかかるように形成されている。これにより、ハブ輪５２の円筒部７０を加締めても、内輪５３の変形を最小限に抑えることができると共に、加締加工時の亀裂等の損傷を防止することができる。
特開２００２−１３９０６０号公報

このような従来の車輪用軸受装置では、ハブ輪５２において、加締前の小径段部５２ｂの円筒部７０が、先端に向って漸増する形状に形成されると共に、円筒部７０の外周面に環状溝７１、所謂アンダーカットが、内輪５３の面取り部５３ｂにかかるように形成されているので、加締加工による内輪５３の変形を最小限に抑えることができ、その外径に発生するフープ応力を抑制することができる特徴を備えている。然しながら、このフープ応力は内輪押込み量（加締量）と相関関係があり、この内輪押込み量が大きくなるとフープ応力が増加する傾向にある。したがって、内輪割れ等に繋がる過大フープ応力、例えば、２５０ＭＰａ以上のフープ応力の発生を防止するためには、内輪押込み量を小さくする必要があるが、単にこの内輪押込み量を小さくするだけでは内輪５３の固定力を確保することができないため、フープ応力を抑えると共に、適切な内輪押込み量が得られる手法等が求められていた。

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、ハブ輪に加締固定される内輪の変形を抑制すると共に、強度・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た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前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に所定の深さの環状溝が形成され、この環状溝が、インナー側は前記内輪の加締側の面取り部にかかり、アウター側は前記内輪の内側転走面よりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されて、これら円弧面の曲率半径がＲｉ≦Ｒｏとなるように設定されると共に、前記円筒部の底面の軸方向位置が前記環状溝の幅の範囲内にあり、前記内輪の加締側端面から０〜５ｍｍの範囲に設定されている。

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を軸方向に固定した、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、加締前における小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に所定の深さの環状溝が形成され、この環状溝が、インナー側は内輪の加締側の面取り部にかかり、アウター側は内輪の内側転走面よりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されて、これら円弧面の曲率半径がＲｉ≦Ｒｏとなるように設定されると共に、円筒部の底面の軸方向位置が前記環状溝の幅の範囲内にあり、内輪の加締側端面から０〜５ｍｍの範囲に設定されているので、加締加工時に円筒部が変形し易くなり、加締加工による内輪の変形を抑制すると共に、強度・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、前記内輪の内径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が所定の曲率半径ｒ１からなる円弧面を有し、この曲率半径ｒ１よりも、前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが大きく、ｒ１≦Ｒｉとなるように設定されていれば、加締加工による亀裂等の損傷を防止すると共に、内輪の変形を抑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、前記環状溝の深さが０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されていれば、円筒部が変形し易くなると共に、所定の内輪固定力を確保することができる。

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た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前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に所定の深さの環状溝が形成され、この環状溝が、インナー側は前記内輪の加締側の面取り部にかかり、アウター側は前記内輪の内側転走面よりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されて、これら円弧面の曲率半径がＲｉ≦Ｒｏとなるように設定されると共に、前記円筒部の底面の軸方向位置が前記環状溝の幅の範囲内にあり、前記内輪の加締側端面から０〜５ｍｍの範囲に設定されているので、加締加工時に円筒部が変形し易くなり、加締加工による内輪の変形を抑制すると共に、強度・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。

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前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定された環状溝が形成され、この環状溝が、インナー側は前記内輪の加締側の面取り部にかかり、アウター側は前記内輪の内側転走面よりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されて、これら円弧面の曲率半径がＲｉ≦Ｒｏとなるように設定されると共に、前記円筒部の底面が前記内輪の加締側端面から０〜５ｍｍの範囲になるように設定されている。

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、図２は、加締前のハブ輪および内輪を示す要部拡大図、図３は、内輪押込み量と内輪のフープ応力の試験結果を示すグラフである。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（図面左側）、中央寄り側をインナー側（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、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（アウター側）の内側転走面２ａが直接形成され、この内側転走面２ａから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に他方（インナー側）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、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、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。

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、内周には複列の外側転走面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、図示はしないが、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６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。

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、アウター側の内側転走面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。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、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。

ここで、図２に示すように、内輪３の背面側の内径端部に曲率半径ｒ１がＲ１〜Ｒ３からなる面取り部３ｂが形成されている。一方、加締前におけるハブ輪２の小径段部２ｂの端部は中空状の円筒部１２として形成され、この円筒部１２の底面１２ａは、内輪３のインナー側の端面（背面）から所定の寸法ａになるように形成されている。また、円筒部１２の外周面に深さｂからなる環状溝１３が形成されている。この環状溝１３の幅は、インナー側には内輪３の加締側の面取り部３ｂにかかるように、アウター側には円筒部１２の底面１２ａを越え、内輪３の内側転走面３ａよりインナー側の範囲とされている。そして、この環状溝１３の両側にそれぞれ曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面１３ａ、１３ｂが形成されている。なお、円筒部１２の底面１２ａの寸法ａが環状溝１３の幅よりも大きくなると円筒部１２が変形し易くなるものの、加締力が不足して所定の内輪固定力が得られない。

本実施形態では、環状溝１３の深さｂは０．５〜１．０ｍｍ、インナー側の円弧面１３ａの曲率半径Ｒｉは、内輪３の面取り部３ｂの曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面１３ｂの曲率半径Ｒｏよりも小さく設定され（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、Ｒｉ＝１〜１０ｍｍの範囲に形成されている。円筒部１２の外周面に環状溝１３を形成することにより、加締加工時に円筒部１２が変形し易くなり、内輪３の変形を抑えることができる。ただし、環状溝１３の深さｂが０．５ｍｍよりも小さいとその効果が薄れ、また、深さｂが１．０ｍｍを超えると、内輪押込み量（加締力）が不足して所望の内輪３の固定力が得られない。

本出願人が実施した加締試験結果を図３に示す。ここで、環状溝１３の深さｂ＝０．５ｍｍ、アウター側の円弧面１３ｂの曲率半径Ｒｏ＝Ｒ７．８、インナー側の円弧面１３ａの曲率半径ＲｉをＲ３とし、円筒部１２の底面１２ａの寸法ａをそれぞれａ＝０ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍに設定したテストピースを使用し、寸法ａの変化による加締効果の確認を行った。図３のグラフから明らかなように、寸法ａが０〜５ｍｍの範囲では、寸法ａが大きくなるほど内輪３の外径に発生するフープ応力が低下する。ところが、ａ＜５ｍｍでは、その効果が小さく、顕著な応力低下が見られないことが判った。一方、寸法ａが大きくなると内輪押込み量が不足して所定の内輪固定力が得られないだけでなく、ハブ輪２の強度・剛性の低下に繋がり好ましくない。

このように、本実施形態では、加締前のハブ輪２における小径段部２ｂの端部が中空状の円筒部１２として形成され、この円筒部１２の外周面に所定の深さｂの環状溝１３が形成されると共に、この環状溝１３の幅が、インナー側には内輪３の面取り部３ｂにかかり、アウター側には内側転走面３ａよりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面１３ａ、１３ｂが形成されると共に、円筒部１２の底面１２ａと内輪３のインナー側の端面との寸法ａが０〜５ｍｍの範囲に設定されていれば、加締加工時に円筒部１２が変形し易くなり、所定の内輪固定力を確保して加締加工による内輪３の変形を抑制すると共に、強度・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。

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。 図１の加締前のハブ輪および内輪を示す要部拡大図である。 内輪押込み量と内輪のフープ応力の試験結果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。 図４の加締前のハブ輪と内輪を示す要部拡大図である。

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・・・・・・・・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
１２、７０・・・・・円筒部
１２ａ・・・・・・・底面
１３、７１・・・・・環状溝
１３ａ、１３ｂ・・・円弧面
５１・・・・・・・・内方部材
５２・・・・・・・・ハブ輪
５２ａ、５３ａ・・・内側転走面
５２ｂ・・・・・・・小径段部
５２ｃ・・・・・・・加締部
５３・・・・・・・・内輪
５４・・・・・・・・車輪取付フランジ
５５・・・・・・・・ボール
５６・・・・・・・・保持器
５７、５８・・・・・シール
６０・・・・・・・・外方部材
６０ａ・・・・・・・外側転走面
６０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
ａ・・・・・・・・・円筒部の底面と内輪の端面の寸法
ｂ、ｎ・・・・・・・環状溝の深さ
ｄ１・・・・・・・・円筒部の軸方向深さ
Ｄ１・・・・・・・・円筒部の根元部の肉厚
Ｄ２・・・・・・・・円筒部の先端部の肉厚
ｒ１・・・・・・・・内輪の面取り部の曲率半径
ｒ２・・・・・・・・環状溝の円弧面の曲率半径
Ｒｉ・・・・・・・・環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径
Ｒｏ・・・・・・・・環状溝におけるアウター側の円弧面の曲率半径

Claims (3)

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た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前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
   加締前における前記小径段部の端部が中空状の円筒部として形成され、この円筒部の外周面に所定の深さの環状溝が形成され、この環状溝が、インナー側は前記内輪の加締側の面取り部にかかり、アウター側は前記内輪の内側転走面よりインナー側の範囲に設定され、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面が形成されて、これら円弧面の曲率半径がＲｉ≦Ｒｏとなるように設定されると共に、前記円筒部の底面の軸方向位置が前記環状溝の幅の範囲内にあり、前記内輪の加締側端面から０〜５ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記内輪の内径面と加締側端面とを繋ぐ面取り部が所定の曲率半径ｒ１からなる円弧面を有し、この曲率半径ｒ１よりも、前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが大きく、ｒ１≦Ｒｉとなるように設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記環状溝の深さが０．５〜１．０ｍｍの範囲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装置。
   

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