JP5641705B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、詳しくは、軽量・コンパクト化と共に、軸受の強度・耐久性の向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。

従来、製造コストを低減する目的から、ハブ輪や複列アンギュラ玉軸受について、板材を用いて深絞り加工により製作することが考えられている。このように、ハブ輪や複列アンギュラ玉軸受を深絞り加工で製作する場合、母材として充分な強度を確保するために肉厚の厚い板材を用いると、加工がし難く、曲げ部分の形状・精度が低下し易いので、精度を向上させるための精密技術が要求され、プレス加工であるにもかかわらず、生産効率が悪くなってしまう。

こうした課題を解決したものとして、図９に示すような車輪用軸受装置が知られている。この車輪用軸受装置５０は第３世代構造と呼称され、ハブ輪５１と複列アンギュラ玉軸受５２とを備え、ハブ輪５１は、中空の軸部５３の一方の軸端側に、径方向外方に延出する複数の切り起し片５４と、軸方向に沿って延出する複数の舌片５５とが周方向交互に設けられた構造である。複列アンギュラ玉軸受５２は、軸部５３に外装され、切り起し片５４の一側面に対して図示しない車輪やブレーキロータが軸方向に位置決めされた状態で装着され、切り起し片５４に貫通固定されるハブボルト５６によって固定される。また、各舌片５５において、付根側には、径方向外向きの膨出部５５ａが設けられ、パイロット部が形成されている。

複列アンギュラ玉軸受５２は、内周に複列の外側転走面５７ａ、５７ａが形成された外方部材５７と、外周に一方の内側転走面５１ａが形成されたハブ輪５１と、このハブ輪５１の軸部５３の小径段部５３ａに外嵌され、外周に内側転走面５８ａが形成された内輪５８と、保持器５９を介して配列された複列のボール６０、６０とを備えている。

外方部材５７の一方の軸端側には、径方向外方に延出する複数の切り起し片６１と、軸方向に沿って延出する複数の舌片６２とが周方向交互に設けられている。この切り起し片６１の一側に対して図示しないナックルが軸方向に位置決めされた状態で装着され、図示しない固定ボルトにより固定されている。また、各舌片５５とナックルの貫通孔内周面とを密に接触させるように互いの寸法関係を規定することにより、ナックルに対して複列アンギュラ玉軸受５２の芯出しが行われる。そして、ハブ輪５１の軸部５３の小径段部５３ａの端部がローリング加締により径方向外方に屈曲され、内輪５８が軸方向に固定されている。

ハブ輪５１および複列アンギュラ玉軸受５２の外方部材５７は、円筒管を母材として、冷間鍛造加工、切り込み加工、曲げ加工を経て製作されているので、精密技術を必要とせずに済むと共に、芯出しのための部品を後付けする必要がないので、製造コストを低減することができる。

特開２００３−２５８０３号公報

然しながら、この従来の車輪用軸受装置５０では、ハブ輪５１や外方部材５７の切り起し片５４、６１に大きなモーメント荷重が負荷された場合、切り起し片５４、６１が１枚の板材を径方向外方に延出させて形成しているだけのため、強度・剛性が不足し、所望の耐久性が得られないと言った課題がある。さらに、ハブボルト５６がハブ輪５１の切り起し片５４に貫通固定されるが、ハブボルト５６の圧入幅が板厚分の長さのため固定力が不足し、ハブボルト５６が緩む恐れがあった。

ここで、母材として充分な強度を確保するために肉厚の厚い板材を用いると、加工がし難く、曲げ部分の形状・精度が低下し易いので、精度を向上させるための精密技術が要求される。これでは、プレス加工であるにもかかわらず、生産効率が悪くなってしまい製造コストがアップするだけでなく、軽量化を達成することが難しくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化と共に、軸受の強度・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している。

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、内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の転走面の一方に対向する円弧状の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する円弧状の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ボールと、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、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って、前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されたセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、前記ハブ輪と内輪および外方部材が板材またはパイプ材から冷間の塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の軸方向中央部を凹ませて環状凹部と、内周に、前記複列の外側転走面の間に径方向内方に突出する環状凸部がフラット形状に形成されると共に、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この部位が略均等な肉厚に設定され、前記繋ぎ部の曲率半径Ｒが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜２．５Ｒｗの範囲になるように設定されている。

このように、ハブ輪の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って、ハブ輪に対して内輪が軸方向に固定されたセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、ハブ輪と内輪および外方部材が板材またはパイプ材から冷間の塑性加工によって形成され、外方部材の外径の軸方向中央部を凹ませて環状凹部と、内周に、複列の外側転走面の間に径方向内方に突出する環状凸部がフラット形状に形成されると共に、外径と環状凹部の繋ぎ部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この部位が略均等な肉厚に設定され、繋ぎ部の曲率半径Ｒが、ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜２．５Ｒｗの範囲になるように設定されているので、軽量・コンパクト化と共に、肩部に亀裂が発生するのを防止し、かつ、旋回モーメント負荷時にボールの接触楕円が肩部を乗り上げてエッジロードが発生するのを防止することができ、軸受の強度・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、肉厚が薄くなり剛性が低下することもなく、また、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下することもない。

また、請求項２に記載の発明のように、前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルト挿通孔が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これらハブボルト挿通孔の打ち抜き後にバーリング加工によってハブボルト挿通孔の縁部が突出して形成されていれば、ハブボルトの圧入幅を確保することができ、長期間に亘ってハブボルトが緩むのを防止して固定力を高めることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記車体取付フランジの周方向等配に固定ボルト挿通孔が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これら固定ボルト挿通孔の打ち抜き後にバーリング加工によって固定ボルト挿通孔の縁部が突出して形成されていれば、固定ボルトの圧入幅を確保することができ、長期間に亘って固定ボルトが緩むのを防止して固定力を高めることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記車輪取付フランジが円形に形成され、この車輪取付フランジのインナー側の側面に、環状の基部から放射状に延び、僅かに厚肉に設定されたリブが形成されていれば、ハブ輪の軽量化を図りつつ、車輪取付フランジの強度・剛性を高めることができ、大きなモーメント荷重がこの車輪取付フランジに負荷されても耐久性を確保することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記車輪取付フランジが、環状の基部から放射状に延びる４〜６つに分割されて形成されていれば、ハブ輪の軽量・コンパクト化を図ることができると共に、外方部材をナックルに締結する際に、この車輪取付フランジに邪魔されることなく、締付工具等にて容易に固定ボルトを締結することができ、組立作業を簡便化することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記車輪取付フランジの外縁部にブレーキロータの円筒状の内径部が所定の嵌合すきまを介して外嵌され、前記車輪取付フランジに対して径方向にガイドされていれば、従来のようなパイロット部が不要となり、ハブ輪の軽量化を図ることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記ブレーキロータの内縁部がインナー側に屈曲して形成され、この内縁部が前記車輪取付フランジのアウター側の端部に接触されていれば、車輪取付フランジに大きなモーメント荷重が負荷された時、このブレーキロータによって変形を抑えることができ、車輪取付フランジの剛性を高めることができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記内輪が、前記内側転走面の大径側から軸方向に延び、前記インナー側のシールの嵌合部または摺接部となる円筒状の肩部と、この肩部から径方向内方に屈曲して形成された大端部、および前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小端部を備え、この小端部が前記ハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入されると共に、当該内輪が前記加締部によって所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されていれば、内輪を均一な肉厚で精度良く形成することができ、強度・剛性を高めることができると共に、所望の軸受予圧を容易に付与することができる。

また、請求項９に記載の発明のように、前記板材またはパイプ材が、塑性加工前にＡ１変態点以下の温度で加熱され、組織の板状のパーライトを分断して球状化焼鈍されていれば、素材が軟化して塑性加工がし易くなり、高精度に仕上げることができる。

また、請求項１０に記載の発明のように、前記ハブ輪が、熱処理前に所定の温度へ加熱または均熱した後、所定の速度で冷却する応力除去焼きなましが実施されていれば、塑性加工により発生した内部応力を減らすことができるため、熱処理による変形を抑えることができると共に、その後の研削加工等の取代を小さくすることができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の転走面の一方に対向する円弧状の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する円弧状の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ボールと、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、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って、前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されたセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、前記ハブ輪と内輪および外方部材が板材またはパイプ材から冷間の塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の軸方向中央部を凹ませて環状凹部と、内周に、前記複列の外側転走面の間に径方向内方に突出する環状凸部がフラット形状に形成されると共に、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この部位が略均等な肉厚に設定され、前記繋ぎ部の曲率半径Ｒが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜２．５Ｒｗの範囲になるように設定されているので、軽量・コンパクト化と共に、肩部に亀裂が発生するのを防止し、かつ、旋回モーメント負荷時にボールの接触楕円が肩部を乗り上げてエッジロードが発生するのを防止することができ、軸受の強度・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、肉厚が薄くなり剛性が低下することもなく、また、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下することもない。

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。 図１の側面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１のＢ部拡大図である。 図１のハブ輪単体を示す縦断面図である。 図１の外方部材単体を示す縦断面図である。 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。 図７の側面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の転走面の一方に対向する円弧状の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する円弧状の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ボールと、前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、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って、前記ハブ輪に対して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、前記ハブ輪と内輪および外方部材が板材またはパイプ材から塑性加工によって形成されると共に、前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルト挿通孔が打ち抜き加工によって穿設され、これらハブボルト挿通孔の打ち抜き後にバーリング加工によって前記ハブボルト挿通孔の縁部が突出して形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づ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の側面図、図３は、図１のＡ部拡大図、図４は、図１のＢ部拡大図、図５は、図１のハブ輪単体を示す縦断面図、図６は、図１の外方部材単体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ター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代構造と呼称され、内方部材１と外方部材２、および両部材１、２間に転動自在に収容された複列のボール３、３とを備えている。内方部材１は、ハブ輪４と、このハブ輪４に所定のシメシロを介して圧入された内輪５とからなる。

ハブ輪４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６を一体に有し、外周に一方（アウター側）の円弧状の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから肩部４ｂを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部４ｃが形成されている。車輪取付フランジ６にはハブボルト６ａが周方向等配に植設されると共に、これらハブボルト６ａ間には円孔６ｂが形成されている。この円孔６ｂは軽量化に寄与できるだけでなく、装置の組立・分解工程において、レンチ等の締結治具をこの円孔６ｂから挿入することができ作業を簡便化することができる。

図３に拡大して示すように、車輪取付フランジ６には周方向等配にハブボルト挿通孔７が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これらハブボルト挿通孔７の打ち抜き後にバーリング加工によってハブボルト挿通孔７の縁部が突出して形成されている。これにより、ハブボルト６ａの圧入幅を確保することができ、長期間に亘ってハブボルト６ａが緩むのを防止して固定力を高めることができる。また、車輪取付フランジ６のインナー側の側面には、環状の基部６ｃから放射状に延び、ハブボルト挿通孔７の縁部に至る部分に僅かに厚肉に設定されたリブ６ｄが形成されている（図２参照）。これにより、ハブ輪４の軽量化を図りつつ、車輪取付フランジ６の強度・剛性を高めることができ、大きなモーメント荷重がこの車輪取付フランジ６に負荷されても耐久性を確保することができる。

また、図３に示すように、車輪取付フランジ６のアウター側の側面には、車輪およびブレーキロータ（図示せず）をガイドするパイロット部材８が溶接によって一体に接合されている。このパイロット部材８には、その端部にインロウ部９が形成され、車輪取付フランジ６の段差部に所定の嵌合すきまを介して内嵌されている。このインロウ部９によってパイロット部材８とハブ輪４との芯出し精度を高めることができる。

内輪５は、図１に示すように、外周に他方（インナー側）の円弧状の内側転走面５ａが形成されると共に、この内側転走面５ａの大径側から軸方向に延び、後述するシール２２の嵌合部となる円筒状の肩部１０と、この肩部１０から径方向内方に屈曲して形成された大端部１１、および内側転走面５ａの小径側から軸方向に延びる円筒状の小端部１２を備えている。そして、この小端部１２がハブ輪４の肩部４ｂに突合せ状態で小径段部４ｃに圧入されて背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成すると共に、小径段部４ｃの端部を塑性変形させて形成した加締部４ｄによって所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定され、所謂セルフリテイン構造を構成している。このような構成を採用することにより、均一な肉厚で精度良く形成することができ、強度・剛性を高めることができると共に、所望の軸受予圧を容易に付与することができる。

外方部材２は、インナー側の端部にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ１３を一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１４と、この環状凸部１４の両側に複列の円弧状の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。また、複列の外側転走面２ａ、２ａの両端部に後述するシール２１、２２の嵌合部１５、１６が形成される。

車体取付フランジ１３には周方向等配に固定ボルト挿通孔１７が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これら固定ボルト挿通孔１７の打ち抜き後にバーリング加工によって固定ボルト挿通孔１７の縁部が突出して形成されている。これにより、固定ボルト（図示せず）の圧入幅を確保することができ、長期間に亘って固定ボルトが緩むのを防止して固定力を高めることができる。また、車体取付フランジ１３は環状の基部１３ａから放射状に延び、固定ボルト挿通孔１７の近傍を除く部分を切欠いて４〜６つ（ここでは４つ）に分割されて形成されている（図２参照）。これにより、外方部材２の軽量・コンパクト化を図ることができる。

また、図４に示すように、車体取付フランジ１３には、ナックルに内嵌されるパイロット部材１８が溶接によって一体に接合されている。このパイロット部材１８は、車体取付フランジ１３のインナー側の側面に形成されたインロウ部１９に所定の嵌合すきまを介して内嵌されている。このインロウ部１９によってパイロット部材１８と外方部材２との芯出し精度を高めることができる。

内方部材１と外方部材２の両転走面間には複列のボール３、３が収容され、保持器２０、２０によって転動自在に保持されている。そして、内方部材１と外方部材２との間に形成される環状空間の開口部にはシール２１、２２が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、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。

アウター側のシール２１は、外方部材２のアウター側端部の内周に圧入される芯金２３と、この芯金２３に加硫接着により一体に接合されたシール部材２４とからなる一体型のシールで構成されている。芯金２３は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて形成されている。

一方、シール部材２４はＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して形成されたサイドリップ２４ａとダストリップ２４ｂ、および軸受内方側に傾斜して形成されたグリースリップ２４ｃを一体に有している。そして、フランジ部７のインナー側の基部６ｃは断面が円弧状の曲面に形成され、この基部６ｃにサイドリップ２４ａとダストリップ２４ｂが所定のシメシロをもって摺接されると共に、グリースリップ２４ｃが所定の径方向すきまを介して対峙し、ラビリンスシールが構成されている。

一方、インナー側のシール２２は、図４に拡大して示すように、互いに対向配置された環状のシール板２５とスリンガ２６とからなる、所謂パックシールで構成されている。シール板２５は、外方部材２の端部内周に圧入された芯金２７と、この芯金２７に加硫接着により一体に接合されたシール部材２８とからなる。芯金２７は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）等の防錆能を有する鋼板からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。

シール部材２８はＮＢＲ等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延びるサイドリップ２８ａと、二股状に形成されたグリースリップ２８ｂとダストリップ２８ｃとを有している。

一方、スリンガ２６は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）等の防錆能を有する鋼板からプレス加工によって断面略Ｌ字状に形成され、内輪５の肩部１０に圧入される円筒部２６ａと、この円筒部２６ａから径方向外方に延びる立板部２６ｂとを備えている。そして、シール部材２８のサイドリップ２８ａが立板部２６ｂに所定の軸方向シメシロを介して摺接されると共に、グリースリップ２８ｂとダストリップ２８ｃが円筒部２６ａに所定の径方向シメシロを介して摺接されている。さらに、スリンガ２６における立板部２６ｂは、シール板２５と僅かな径方向すきまを介して対峙し、ラビリンスシールが構成されている。

ハブ輪４は、図５に示すように、炭素量が比較的少ないＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼からなる板材またはパイプ材をプレス加工または冷間のローリング加工（以下、塑性加工という）によって形成されている。具体的には、パイプ材からプレス加工および冷間のローリング加工によって形成されている。また、塑性加工でバリが発生する両端面は加工後に旋削加工されるか、必要に応じて研削加工が施される。そして、浸炭焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、加締部４ｄは、防浸炭により素材硬さの生のままとされている。さらに、内側転走面４ａが研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。これにより、車輪取付フランジ６に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、小径段部４ｃの耐フレッティング性が向上してハブ輪４の耐久性が一段と向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部４ｄの塑性加工をスムーズに行うことができる。

ここで、ハブ輪４の材質としてこれ以外にも、ＳＣＭ４４０等の浸炭鋼、あるいは冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）やＳ４５Ｃ等の炭素鋼を例示することができる。冷間圧延鋼鈑や炭素鋼の場合、内側転走面４ａをはじめ、アウター側のシール２１のシールランド部となる基部６ｃから小径段部４ｃに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施される。

外方部材２は、図６に示すように、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼からなる板材およびパイプ材から塑性加工によって形成されている。具体的には、パイプ材からプレス加工および冷間のローリング加工によって形成されている。そして、浸炭焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。外方部材２の材質としてこれ以外にも、ＳＣＭ４４０等の浸炭鋼、あるいは冷間圧延鋼鈑やＳ４５Ｃ等の炭素鋼を例示することができる。冷間圧延鋼鈑や炭素鋼の場合、少なくとも外方部材２の複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。そして、複列の外側転走面２ａ、２ａが研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。なお、その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。

内輪５は、ＳＵＪ２等の軸受鋼やＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼からなるパイプ材から塑性加工によって形成されている。そして、ズブ焼入れや浸炭焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。さらに、内側転走面５ａが研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。なお、その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。内輪５の材質としてこれ以外にも、ＳＣＭ４４０等の浸炭鋼、あるいは冷間圧延鋼鈑やＳ４５Ｃ等の炭素鋼を例示することができる。冷間圧延鋼鈑や炭素鋼の場合、少なくとも内側転走面５ａが高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

このように、本実施形態では、ハブ輪４と内輪５および外方部材２が板材またはパイプ材から塑性加工によって形成されているので、軽量・コンパクト化と共に、軸受の強度・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。

さらに、本実施形態では、塑性加工前に素材となる板材あるいはパイプ材が、Ａ１変態点以下の温度で加熱され、組織の板状Ｆｅ_３Ｃ（パーライト）を分断して球状化、所謂球状化焼鈍されている。これにより、素材が軟化して塑性加工がし易くなり、高精度に仕上げることができる。また、塑性加工により発生した内部応力を減らすために、適切な温度へ加熱または均熱した後、適切な速度で冷却する、所謂応力除去焼きなましが実施されている。これにより、塑性加工により発生した内部応力を減らすことができるため、熱処理による変形を抑えることができると共に、その後の研削加工等の取代を小さくすることができる。さらに、研削等の取代が小さいため、加工性が向上し、また、肉厚確保による強度アップを図ることができる。

図７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、図８は、図７の側面図である。なお、この実施形態は、前述した実施形態（図１）と基本的にはハブ輪と外方部材の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して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世代構造と呼称され、内方部材２９と外方部材３０、および両部材２９、３０間に転動自在に収容された複列のボール３、３とを備えている。内方部材２９は、ハブ輪３１と、このハブ輪３１に圧入された内輪５とからなる。

ハブ輪３１は、アウター側の端部に車輪ＷおよびブレーキロータＢＲを取り付けるための車輪取付フランジ３２を一体に有し、外周に一方の円弧状の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから肩部４ｂを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部４ｃが形成されている。車輪取付フランジ３２にはハブボルト６ａが周方向等配に植設されている。

車輪取付フランジ３２は、環状の基部６ｃから放射状に延びる４〜６つ（ここでは５つ）に分割されて形成されている（図８参照）。そして、ハブボルト挿通孔７が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これらハブボルト挿通孔７の打ち抜き後にバーリング加工によってハブボルト挿通孔７の縁部が突出して形成されている。これにより、ハブ輪３１の軽量・コンパクト化を図ることができると共に、外方部材３０をナックルに締結する際に、この車輪取付フランジ３２に邪魔されることなく、締付工具等にて容易に固定ボルトを締結することができ、組立作業を簡便化することができる。

ハブ輪３１はＳ４５Ｃ等の炭素鋼からなるパイプ材から塑性加工によって形成されている。また、塑性加工でバリが発生する両端面は加工後に旋削加工されるか、必要に応じて研削加工が施される。そして、内側転走面４ａをはじめアウター側のシールランド部となる基部６ｃから小径段部４ｃに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施される。なお、加締部４ｄは素材硬さの生のままとされている。

ここで、本実施形態では、車輪取付フランジ３２の外縁部がブレーキロータＢＲのパイロット部として機能している。すなわち、ブレーキロータＢＲの円筒状の内径部３３が車輪取付フランジ３２の外縁部に所定の嵌合すきまを介して外嵌され、車輪取付フランジ３２に対して径方向にガイドされている。これにより、従来のようなパイロット部が不要となり、ハブ輪３１の軽量化を図ることができる。

また、ブレーキロータＢＲの内縁部３４がインナー側に屈曲して形成され、この内縁部３４が車輪取付フランジ３２のアウター側の端部に接触されている。これにより、車輪取付フランジ３２に大きなモーメント荷重が負荷された時、このブレーキロータＢＲによって変形を抑えることができ、車輪取付フランジ３２の剛性を高めることができる。

外方部材３０はＳ４５Ｃ等の炭素鋼からなるパイプ材から塑性加工によって形成され、インナー側の端部にナックルＫに取り付けられるための車体取付フランジ３５を一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１４と、この環状凸部１４の両側に複列の円弧状の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。また、複列の外側転走面２ａ、２ａの両端部にシール２１、２２の嵌合部となる嵌合部１５、１６が形成されている。そして、複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５０〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

本実施形態では、車体取付フランジ３５には、周方向等配に固定ボルト挿通孔１７が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これら固定ボルト挿通孔１７の打ち抜き後にバーリング加工によって固定ボルト挿通孔１７の縁部が突出して形成されている。また、車体取付フランジ１３は外方部材３０の外径から放射状に延び、固定ボルト挿通孔１７の近傍を除く部分を切欠いて４〜６つ（ここでは５つ）に分割されて形成されている（図８参照）。これにより、外方部材２の軽量・コンパクト化を図ることができる。

また、外方部材３０のインナー側の端部内周３０ａが旋削加工によって所定の寸法に形成され、ナックルＫのパイロット部として機能している。すなわち、ナックルＫの円筒状の嵌合部３８が外方部材３０の端部内周３０ａに所定の嵌合すきまを介して内嵌されている。これにより、ナックルＫへの組立性が向上すると共に、ナックルＫとの接触面が増え、車体取付フランジ３５に大きなモーメント荷重が負荷された時、ナックルＫによって変形を抑えることができ、外方部材３０の剛性を高めることができる。

ここで、本実施形態では、外側転走面２ａから環状凸部１４の肩高さを適切に確保するために、外方部材３０の塑性加工時、環状凸部１４の内径をフラット形状に形成すると共に、外方部材３０の軸方向中央部を凹ませて環状凹部３６を形成し肩部３７に素材を充足させるようにしている。

そして、外方部材３０の外径と環状凹部３６との繋ぎ部３６ａの曲率半径Ｒが所定の範囲になるように設定されている。具体的には、ボール３の半径をＲｗとした時、この曲率半径Ｒは、Ｒ＝１．５〜２．５Ｒｗの範囲になるように設定されている。これにより、この部位の肉厚が略均等に形成できると共に、肩部３７に亀裂が発生するのを防止し、かつ、旋回モーメント負荷時にボール３の接触楕円が肩部３７を乗り上げてエッジロードが発生するのを防止することができる適切な肩高さを確保することができ、軸受の耐久性を向上させることができる。ここで、略均等とは、成形前のパイプ材の肉厚が均等であり、繋ぎ部３６ａも円弧を形成する目的以外に特に塑性流動させることなく成形を行った結果得られた形状の肉厚の状態を意味し、繋ぎ部３６ａの円弧を形成する際の材料の肉の変位により僅かに肉薄となったり肉厚となる状態は含むことを意味する。

繋ぎ部３６ａの曲率半径Ｒがボール３の半径Ｒｗの１．５倍より小さい場合、肉厚が薄くなり剛性が低下して旋回モーメント負荷時の応力に耐えられず、また、ボール３の半径Ｒｗの２．５倍を超えた場合、肉厚が厚くなり塑性加工の加工性が低下するだけでなく、従来の鍛造成形品と大差ない形状となって軽量・コンパクト化に総じて寄与しなくなるためである。

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、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪と、このハブ輪に圧入される内輪とからなる内方部材を備えた車輪用軸受装置に適用できる。

１、２９ 内方部材
２、３０ 外方部材
２ａ 外側転走面
３ ボール
４、３１ ハブ輪
４ａ、５ａ 内側転走面
４ｂ、１０、３７ 肩部
４ｃ 小径段部
４ｄ 加締部
５ 内輪
６、３２ 車輪取付フランジ
６ａ ハブボルト
６ｂ 円孔
６ｃ、１３ａ 基部
７ ハブボルト挿通孔
８、１８ パイロット部材
９、１９ インロウ部
１１ 大端部
１２ 小端部
１３、３５ 車体取付フランジ
１４ 環状凸部
１５、１６ 嵌合部
１７ 固定ボルト挿通孔
２０ 保持器
２１ アウター側のシール
２２ インナー側のシール
２３、２７ 芯金
２４、２８ シール部材
２４ａ、２８ａ サイドリップ
２４ｂ、２８ｃ ダストリップ
２４ｃ、２８ｂ グリースリップ
２５ シール板
２６ スリンガ
２６ａ 円筒部
２６ｂ 立板部
３３ ブレーキロータの内径部
３４ ブレーキロータの内縁部
３６ 環状凹部
３６ａ 繋ぎ部
５０ 車輪用軸受装置
５１ ハブ輪
５１ａ、５８ａ 内側転走面
５２ 複列アンギュラ玉軸受
５３ 軸部
５３ａ 小径段部
５４、６１ 切り起し片
５５、６２ 舌片
５５ａ 膨出部
５６ ハブボルト
５７ 外方部材
５７ａ 外側転走面
５８ 内輪
５９ 保持器
６０ ボール
ＢＲ ブレーキロータ
Ｋ ナックル
Ｒ 繋ぎ部の曲率半径
Ｒｗ ボールの半径

Claims (10)

1. 内周に複列の円弧状の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の転走面の一方に対向する円弧状の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の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所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する円弧状の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ボールと、
   前記外方部材と内方部材との間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールとを備え、
   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って、前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されたセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、
   前記ハブ輪と内輪および外方部材が板材またはパイプ材から冷間の塑性加工によって形成され、前記外方部材の外径の軸方向中央部を凹ませて環状凹部と、内周に、前記複列の外側転走面の間に径方向内方に突出する環状凸部がフラット形状に形成されると共に、前記外径と環状凹部の繋ぎ部が所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、この部位が略均等な肉厚に設定され、前記繋ぎ部の曲率半径Ｒが、前記ボールの半径をＲｗとした時、Ｒ＝１．５〜２．５Ｒｗの範囲になるように設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルト挿通孔が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これらハブボルト挿通孔の打ち抜き後にバーリング加工によってハブボルト挿通孔の縁部が突出して形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記車体取付フランジの周方向等配に固定ボルト挿通孔が打ち抜き加工によって穿設されると共に、これら固定ボルト挿通孔の打ち抜き後にバーリング加工によって固定ボルト挿通孔の縁部が突出して形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記車輪取付フランジが円形に形成され、この車輪取付フランジのインナー側の側面に、環状の基部から放射状に延び、僅かに厚肉に設定されたリブが形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
5. 前記車輪取付フランジが、環状の基部から放射状に延びる４〜６つに分割されて形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
6. 前記車輪取付フランジの外縁部にブレーキロータの円筒状の内径部が所定の嵌合すきまを介して外嵌され、前記車輪取付フランジに対して径方向にガイドされている請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置。
7. 前記ブレーキロータの内縁部がインナー側に屈曲して形成され、この内縁部が前記車輪取付フランジのアウター側の端部に接触されている請求項６に記載の車輪用軸受装置。
8. 前記内輪が、前記内側転走面の大径側から軸方向に延び、前記インナー側のシールの嵌合部または摺接部となる円筒状の肩部と、この肩部から径方向内方に屈曲して形成された大端部、および前記内側転走面の小径側から軸方向に延びる円筒状の小端部を備え、この小端部が前記ハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入されると共に、当該内輪が前記加締部によって所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
9. 前記板材またはパイプ材が、塑性加工前にＡ１変態点以下の温度で加熱され、組織の板状のパーライトを分断して球状化焼鈍されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
10. 前記ハブ輪が、熱処理前に所定の温度へ加熱または均熱した後、所定の速度で冷却する応力除去焼きなましが実施されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。

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