JP2023037318A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪のクリープ防止、組立性の向上、軸受予圧の保持を可能とした上で、内輪の軌道面の変形及び円周方向の引張応力を抑制することができる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】車輪用軸受装置は、外側軌道面を有する外方部材と、小径段部３ａを有するハブ輪３、及び小径段部３ａに固定された内輪４からなり、ハブ輪３にアウター側の内側軌道面を有し、内輪４にインナー側の内側軌道面４ａを有する内方部材と、外方部材と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備える。内輪４は、インナー側の内側軌道面４ａに沿って焼入れされた焼入れ部４１を有する。内輪４とハブ輪３とは、プレスカット接合および締め代が０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下の締り嵌めにより固定されている。プレスカット接合は、小径段部３ａの外周面に形成され焼入れされたセレーション３２と、内輪４の未焼入れのインナー側内周面との接合である。【選択図】図２

Description

本発明は車輪用軸受装置に関する。

車輪用軸受装置には、外輪と、外周に小径段部を有するハブ輪と、小径段部に固定された内輪と、転動体とを備えた、いわゆる第３世代と称呼されるものがある。第３世代の車輪用軸受装置において、小径段部に内輪を固定する手法としては、内輪のクリープ防止、組立性の向上、軸受予圧の保持の観点から、一般的には強タイト嵌合（特許文献１参照）又はハブ輪端部の加締め加工（特許文献２参照）が用いられている。

特開２００８－５７７１７号公報 特開２００６－１０５３４３号公報

しかしながら、強タイト嵌合や加締め加工により内輪を固定すると、内輪の軌道面が変形したり、円周方向の引張応力が過大となったりして、車輪用軸受装置の耐久性が低下するという問題がある。

本発明は、内輪のクリープ防止、組立性の向上、軸受予圧の保持を可能とした上で、内輪の軌道面の変形及び円周方向の引張応力を抑制することができる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、外周に軸方向に延びる小径段部を有するハブ輪、及び前記ハブ輪の小径段部に固定された内輪からなり、前記ハブ輪にアウター側の前記外側軌道面に対向するアウター側の内側軌道面を有し、前記内輪にインナー側の前記外側軌道面に対向するインナー側の内側軌道面を有する内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記内輪は、前記インナー側の内側軌道面に沿って焼入れされた焼入れ部を有し、前記内輪と前記ハブ輪とは、プレスカット接合および締め代が０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下の締り嵌めにより固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、車輪用軸受装置において、内輪のクリープ防止、組立性の向上、軸受予圧の保持を可能とした上で、内輪の軌道面の変形及び円周方向の引張応力を抑制することができる。その結果、車輪用軸受装置の耐久性を向上させることができる。

一実施形態の駆動輪用の車輪用軸受装置の断面図である。 内輪とハブ輪との接合形態を説明する図であり、（ａ）は接合前の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図であり、（ｂ）は接合途中の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図であり、（ｃ）は接合後の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図である。 内輪とハブ輪との他の接合形態を説明する図であり、（ａ）は接合前の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図であり、（ｂ）は接合途中の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図であり、（ｃ）は接合後の内輪及びハブ輪の小径段部周辺を示す図である。 一実施形態の従動輪用の車輪用軸受装置の断面図である。

［車輪用軸受装置の全体構成］
図１を用いて、車輪用軸受装置１の全体構成について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。軸方向とは、車輪用軸受装置１の回転軸Ａに沿った方向を表す。

図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において車輪を回転自在に支持する。車輪用軸受装置１は、外輪２と、ハブ輪３と、内輪４と、転動体５と、インナー側シール部材６と、アウター側シール部材７とを備えている。

外方部材である外輪２は、ハブ輪３と内輪４とを支持している。外輪２のインナー側端部２ｇにおける内周面には、インナー側シール部材６を嵌合するインナー側嵌合面２ｂが設けられている。外輪２のアウター側端部２ｆにおける内周面には、アウター側シール部材７を嵌合するアウター側嵌合面２ｃが設けられている。外輪２の外周面２ｅには、図示しない懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｄが一体に設けられている。外輪２の内周面には、そのインナー側及びアウター側に複列の外側軌道面２ａ・２ａが周方向に設けられている。

内方部材は、ハブ輪３と内輪４とによって構成されている。ハブ輪３は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３の外周面におけるインナー側端部には、軸方向に延びる縮径された小径段部３ａが設けられている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に設けられている。車輪取り付けフランジ３ｂには、ハブ輪３と車輪又はブレーキ装置とを締結するためのハブボルト３ｃが圧入されている。なお、車輪取り付けフランジ３ｂにハブボルトを締結する為のタップ穴が設けられていてもよい。また、ハブ輪３のアウター側の外周面には、アウター側の外側軌道面２ａに対向する内側軌道面３ｄが設けられている。つまり、内方部材のアウター側には、ハブ輪３によって内側軌道面３ｄが構成されている。ハブ輪３における車輪取り付けフランジ３ｂの基部側には、アウター側シール部材７が摺接する摺接面３ｅが設けられている。

内輪４は、ハブ輪３の小径段部３ａに固定されている。内輪４は、転動体５に予圧を付与している。内輪４の外周面には、インナー側の外側軌道面２ａに対向する内側軌道面４ａが設けられている。つまり、内方部材のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。また、内輪４のインナー側端部４ｃにおける外周面には、インナー側シール部材６を嵌合する嵌合面４ｂが設けられている。

転動体５はボールで構成されている。インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、それぞれ保持器５１によって保持されている。インナー側の転動体５は、内輪４の内側軌道面４ａと、外輪２のインナー側の外側軌道面２ａとの間に転動自在に挟まれている。アウター側の転動体５は、ハブ輪３の内側軌道面３ｄと、外輪２のアウター側の外側軌道面２ａとの間に転動自在に挟まれている。つまり、インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、外方部材と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容されている。このように、車輪用軸受装置１においては、外輪２と、ハブ輪３及び内輪４と、複列の転動体５とによって複列アンギュラ玉軸受が構成されている。なお、車輪用軸受装置１は複列アンギュラ玉軸受に替えて複列円錐ころ軸受を構成していてもよい。

インナー側シール部材６及びアウター側シール部材７は、外方部材と内方部材とによって形成された環状空間Ｓの開口端を塞ぐシール部材である。インナー側シール部材６は、環状空間Ｓのうち外輪２と内輪４との間に形成されたインナー側開口端に装着されている。一方、アウター側シール部材７は、環状空間Ｓのうち外輪２とハブ輪３との間に形成されたアウター側開口端に装着されている。

［内輪の固定構造］
内輪４は、ハブ輪３の小径段部３ａにプレスカット接合および締め代が０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下の締り嵌めにより固定されている。プレスカット接合は、例えば、小径段部３ａの外周面に形成され焼入れされたセレーションと、内輪４の未焼入れの内周面との接合により実施することができる。

図２は、内輪４とハブ輪３との接合形態を説明する図であり、（ａ）は接合前の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図であり、（ｂ）は接合途中の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図であり、（ｃ）は接合後の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図である。

図２（ａ）に示すように、内輪４は、インナー側の内側軌道面４ａに沿って焼入れされた焼入れ部４１と、内周面におけるインナー側に位置するインナー側内周面４２と、内周面におけるアウター側に位置するアウター側内周面４３とを有している。

焼入れ部４１は、熱処理工程において内側軌道面４ａに沿って部分焼入れされることで形成される。熱処理工程においては、高周波焼入れなど、焼入れ深さを設定可能な手法を用いて焼入れする。焼入れ部４１により内側軌道面４ａの表面硬度及び強度が向上し、内側軌道面４ａの転動疲労寿命が向上する。

一方、インナー側内周面４２及びアウター側内周面４３をはじめとする内輪４の焼入れ部４１以外の部分は未焼入れである。したがって、素材が有する冷間加工性や靭性等の機械的強度を維持することができる。インナー側内周面４２はアウター側内周面４３よりも小径である。アウター側内周面４３の軸方向の長さＬ１は、インナー側内周面４２におけるセレーション３２（後述）に対向する部分の軸方向の長さＬ２よりも長く形成されている。

ハブ輪３は、小径段部３ａに沿って焼入れされた焼入れ部３１と、小径段部３ａの外周面におけるインナー側に形成されたセレーション３２と、小径段部３ａの外周面におけるアウター側に位置するアウター側外周面３３とを有している。

焼入れ部３１は、熱処理工程において小径段部３ａに沿って部分焼入れされることで形成される。熱処理工程においては、高周波焼入れなど、焼入れ深さを設定可能な手法を用いて焼入れする。焼入れ部３１により小径段部３ａの表面硬度及び強度が向上する。

セレーション３２は、熱処理工程の前に形成され、熱処理工程により焼入れされる。セレーション３２の外径はアウター側外周面３３よりも小径である。セレーション３２の外径は内輪４のインナー側内周面４２よりもやや大径である。これにより、内輪４のインナー側内周面４２はセレーション３２に接合可能となっている。セレーション３２の軸方向の長さＬ２は、軸受予圧が付与された状態で、プレスカット接合された内輪４が抜け落ちない耐力を有する長さであればよい。

アウター側外周面３３は、内輪４のアウター側内周面４３よりもやや大径である。これにより、内輪４のアウター側内周面４３はアウター側外周面３３に締り嵌め可能となっている。この締り嵌めは、軸受予圧が付与された状態で内輪４が抜け落ちない嵌合力を有する強さであればよい。具体的には、締め代が０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、内輪４のクリープ防止、組立性の向上、軸受予圧の保持を可能とした上で、内輪４の内側軌道面４ａの変形及び円周方向の引張応力を抑制することができる。その結果、車輪用軸受装置の耐久性を向上させることができる。

アウター側外周面３３の軸方向の長さＬ１は、アウター側内周面４３の軸方向の長さＬ１と同一であり、セレーション３２の軸方向の長さＬ２よりも長く形成されている。

内輪４のハブ輪３への組み付けは、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、内輪４をハブ輪３に対してインナー側からアウター側へ移動させることにより行われる。詳しくは、図２（ａ）の状態から内輪４を小径段部３ａに挿入すると、図２（ｂ）に示すように、最初に内輪４のアウター側内周面４３のアウター側端部が小径段部３ａのアウター側外周面３３のインナー側端部に当接する。これは、上述したようにＬ１＞Ｌ２となっているからである。これにより、内輪４は小径段部３ａのアウター側外周面３３に案内されながら挿入される。よって、内輪４の回転軸とハブ輪３の回転軸とが精度よく一致する。

内輪４が図２（ｂ）の状態からさらに挿入されると、内輪４のインナー側内周面４２のアウター側端部がセレーション３２のインナー側端部に当接する。その後、内輪４のインナー側内周面４２が、セレーション３２によって切削されながらセレーション３２に嵌合する。そして、図２（ｃ）のように、内輪４がハブ輪３に接合される。

プレスカット接合および締り嵌めの形態は上記の他にも、図３の形態により実現することができる。図３は、内輪４とハブ輪３との他の接合形態を説明する図であり、（ａ）は接合前の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図であり、（ｂ）は接合途中の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図であり、（ｃ）は接合後の内輪４及びハブ輪３の小径段部３ａ周辺を示す図である。

図３（ａ）に示すように、内輪４は、インナー側の内側軌道面４ａに沿って焼入れされた焼入れ部４１と、内周面におけるインナー側に沿って焼入れされた焼入れ部４５と、内周面におけるインナー側に形成されたセレーション４６と、内周面におけるアウター側に位置するアウター側内周面４７とを有している。

焼入れ部４５は、熱処理工程において内周面におけるインナー側に沿って部分焼入れされることで形成される。焼入れ部４５はセレーション４６を含んでいる。一方、内輪４の焼入れ部４１、４５以外の部分は未焼入れである。したがって、素材が有する冷間加工性や靭性等の機械的強度を維持することができる。

セレーション４６は、熱処理工程の前に形成され、熱処理工程により焼入れされる。セレーション４６の内径はアウター側内周面４７よりも小径である。セレーション４６の内径はハブ輪３のインナー側外周面３６よりもやや小径である。これにより、内輪４のセレーション４６はハブ輪３のインナー側外周面３６に接合可能となっている。セレーション４６におけるハブ輪３のインナー側外周面３６に対向する部分の軸方向の長さＬ４は、軸受予圧が付与された状態で、プレスカット接合された内輪４が抜け落ちない耐力を有する長さであればよい。アウター側内周面４７の軸方向の長さＬ３は、ハブ輪３のインナー側外周面３６の軸方向の長さＬ４よりも長く形成されている。

ハブ輪３は、小径段部３ａのアウター側部分に沿って焼入れされた焼入れ部３５と、小径段部３ａの外周面におけるインナー側に位置するインナー側外周面３６と、小径段部３ａの外周面におけるアウター側に位置するアウター側外周面３７とを有している。

焼入れ部３５は、熱処理工程において部分焼入れされることで形成される。焼入れ部３５により小径段部３ａのアウター側部分の表面硬度及び強度が向上する。一方、インナー側外周面３６及びアウター側外周面３７のインナー側部分は未焼入れである。したがって、素材が有する冷間加工性や靭性等の機械的強度を維持することができる。

インナー側外周面３６はアウター側外周面３７よりも小径である。アウター側外周面３７は、内輪４のアウター側内周面４７よりもやや大径である。これにより、内輪４のアウター側内周面４７はアウター側外周面３７に締り嵌め可能となっている。上記の形態と同様に、締め代は０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下であることが好ましい。アウター側外周面３７の軸方向の長さＬ３は、アウター側内周面４７の軸方向の長さＬ３と同一であり、インナー側外周面３６の軸方向の長さＬ４よりも長く形成されている。

内輪４のハブ輪３への組み付けは、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、内輪４をハブ輪３に対してインナー側からアウター側へ移動させることにより行われる。詳しくは、図３（ａ）の状態から内輪４を小径段部３ａに挿入すると、図３（ｂ）に示すように、最初に内輪４のアウター側内周面４７のアウター側端部が小径段部３ａのアウター側外周面３７のインナー側端部に当接する。これは、上述したようにＬ３＞Ｌ４となっているからである。これにより、内輪４は小径段部３ａのアウター側外周面３７に案内されながら挿入される。よって、内輪４の回転軸とハブ輪３の回転軸とが精度よく一致する。

内輪４が図３（ｂ）の状態からさらに挿入されると、内輪４のセレーション４６のアウター側端部が小径段部３ａのインナー側外周面３６のインナー側端部に当接する。その後、セレーション４６が、小径段部３ａのインナー側外周面３６を切削しながらインナー側外周面３６に嵌合する。そして、図３（ｃ）のように、内輪４がハブ輪３に接合される。

このように、ハブ輪３と内輪４とのプレスカット接合および締り嵌めによる固定は、トルク伝達に供するものでななく、内輪４のクリープ防止及び軸受予圧の保持を目的としているため、内輪４が抜け落ちない耐力を有していればよい。これにより、内輪４の内側軌道面４ａの変形及び円周方向の引張応力を抑制することができる。その結果、車輪用軸受装置の耐久性を向上させることができる。また、プレスカット接合および締り嵌めによる固定を用いることにより、強タイト嵌合又はハブ輪端部の加締め加工よりも組立性の向上が向上する。さらに、プレスカット接合および締り嵌めによる固定を用いることにより、ハブ輪端部の加締め加工よりも軽量化することができる。また、プレスカット接合および締り嵌めによる固定を用いることにより、強タイト嵌合のように締め代の管理が不要となる。

［内輪の材料］
内輪４は、炭素当量が０．６４以上１．１５以下である冷間加工に供される軸受用鋼で構成される。炭素当量（Ｃ当量）は、Ｃ当量＝Ｃ＋１／７Ｓｉ＋１／５Ｍｎ＋１／９Ｃｒで表される値である。冷間加工に供される軸受用鋼において、炭素当量が０．６４以上である材料としてはＳ５３Ｃがあり、炭素当量が１．１５以下である材料としては特許第３３７４００６号に例示される材料がある。これらの材料を用いることにより、内輪４に部分焼入れし易く、低コスト化することができる。

なお、上記の実施形態においては駆動輪用の車輪用軸受装置１について説明したが、本発明は、従動輪用の車輪用軸受装置にも適用することができる。図４は、一実施形態の従動輪用の車輪用軸受装置１０の断面図である。車輪用軸受装置１０において、内輪４のハブ輪３に対する固定には、一例として図３に示したプレスカット接合を用いている。車輪用軸受装置１０において、上記の車輪用軸受装置１と同機能の部材には同符号を付してその詳細な説明を省略する。

車輪用軸受装置１０は、外輪２と、ハブ輪３と、内輪４と、転動体５と、アウター側シール部材７と、エンコーダリング８と、キャップ９とを備えている。

外輪２のインナー側端部２ｇにおける内周面には、キャップ９を嵌合するインナー側嵌合面２ｂが設けられている。内輪４のインナー側端部４ｃにおける外周面には、エンコーダリング８を嵌合する嵌合面４ｂが設けられている。

エンコーダリング８は、支持部材８１と磁気エンコーダ８２とを備えている。支持部材８１は、例えば鋼板製の円環体であり、内輪４の嵌合面４ｂに嵌合されている。磁気エンコーダ８２は、磁性が周方向に交互に変化するように磁極（Ｎ極・Ｓ極）を周方向に交互に配列した合成ゴム等であり、加硫接着等によって支持部材８１のインナー側の面に接合されている。磁気エンコーダ８２は、磁気センサである回転速度センサ（不図示）によって検出される。

キャップ９は、外輪２のインナー側開口端を塞ぐとともに、回転速度センサを支持する部材である。キャップ９は、外輪２のインナー側嵌合面２ｂに嵌合されている。キャップ９は、外部から泥水等の異物の入り込みを防止し、エンコーダリング８を保護する。

このような車輪用軸受装置１０によれば、内輪４とハブ輪３とがプレスカット接合および締り嵌めにより固定されているため、従来のようにハブ輪端部を加締め加工する必要がない。したがって、組立性が向上するとともに、軽量化することができる。

上記の実施形態は、本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 車輪用軸受装置
２ 外輪（外方部材）
２ａ 外側軌道面
３ ハブ輪（内方部材）
３ａ 小径段部
３ｄ 内側軌道面
４ 内輪（内方部材）
４ａ 内側軌道面
５ 転動体
３２、４６ セレーション
４１ 焼入れ部

Claims (5)

1. 内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
   外周に軸方向に延びる小径段部を有するハブ輪、及び前記ハブ輪の小径段部に固定された内輪からなり、前記ハブ輪にアウター側の前記外側軌道面に対向するアウター側の内側軌道面を有し、前記内輪にインナー側の前記外側軌道面に対向するインナー側の内側軌道面を有する内方部材と、
   前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
   前記内輪は、前記インナー側の内側軌道面に沿って焼入れされた焼入れ部を有し、
   前記内輪と前記ハブ輪とは、プレスカット接合および締め代が０．００５ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下の締り嵌めにより固定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記内輪は、炭素当量が０．６４以上１．１５以下である冷間加工に供される軸受用鋼からなることを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記プレスカット接合は、前記小径段部の外周面に形成され焼入れされたセレーションと、前記内輪の未焼入れの内周面との接合であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記プレスカット接合は、前記内輪の内周面に形成され焼入れされたセレーションと、前記小径段部の未焼入れの外周面との接合であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記締り嵌めにより固定されている部分の軸方向の長さが、前記プレスカット接合により固定されている部分の軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。

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