JP2008536075A - 駆動可能な車輪ボス用の端面の端を持つカラー - Google Patents

Abstract

本発明はボス（１）の塑性変形される材料から成るカラー（１６）に関し、このカラー（１６）により、車輪軸受装置の少なくとも１つの内レース（５）が、ボス（１）上で軸線方向に固定的に保持され、対向歯切り部にかみ合う端面の歯（７）が、カラー（１６）に形成されている。

Description

本発明は、ボスの常温で塑性変形される材料から成るカラーであって、このカラーにより、車輪軸受装置の少なくとも１つの内レースが、ボス上で軸線方向に固定的に保持され、対向歯切り部にかみ合う端面の歯が、カラーに形成されているものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６３６２４３号明細書は、このようなカラーに関するものである。カラーにより、車輪軸受装置、一般にアンギュラコンタクト玉軸受装置又はアンギュラコンタクトころ軸受装置が、遊隙なしに予荷重をかけられて保持されている。図１による完成したカラー３は、図２ａ及び図３に示すように、ボス１と一体に形成される中空の末端２から形成される。カラー３を形成する際、末端２の材料が内レース５の稜にかぶさって塑性的に半径方向外方へ折り曲げられる。図２ｂに示すように、カラー３が図示しない対向歯切り部にかみ合う歯７を持つ端面歯切り部６を持っていると、歯７が末端２をカラー３の方へ折り曲げる際一緒に形成されるか、又は歯７が別の方法段階で完成したカラー３へ設けられる。対向歯切り部はたとえば推進軸のハウジングに形成されている。

カラー３は、工具により末端２から形成される。そのため図３に示すように、まずほぼ中空円筒状の末端２が、半径方向へ漏斗状に広げられ、図２ｂによる終端位置でカラー３となるように成形される。歯７の形成が問題となる。末端２の部分８の材料は、広げて折り曲げる際先が薄くなり、半径方向外方へ流れる。それぞれの歯７は、外方への材料の制御できない流れ去りのため、完全には形成されず、特に寸法Ｂにより決定される荷重負担割合が小さい。Ｂは点ＳとＴとの間の区間である。満たされない割合Ｃ及びＡ−（Ｂ＋Ｃ）は、長さＡにわたる歯７の全体割合で測定されると小さい。

材料の割合は、事情によっては制御できないように内方へそれるので、内レース５とボス１との間に環状間隙３１が形成されて、内レースの締まりばめに不利な影響を及ぼす。

この問題は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６３６２４３号明細書に示されているように、カラーが半径方向外方へ流れ去るのを工具によって防止することを、当業者に試みさせた。しかしこの方法は末端の壁厚及び直径のような素材の寸法における公差のため、必要な品質で実現するのに一般に困難である。

車輪ボス装置へ駆動素子を取付ける際、駆動素子及び車輪ボスは、回転軸線に関して、歯切り部の幾何学的形状のため、互いに心出しされる。それにより走行作動中に結合部の高い同心回転精度が保証される。ボスへの継手部分の取付けは、自動心出しのため簡単であるが、非常に大きい軸線方向予荷重力を必要とする。

端面歯切り部のすべての歯の側面は、対向歯切り部のすべての歯の両方の側面とかみ合っている。両方の歯切り部は、１つ又は複数のねじにより軸線方向に締付けられている。トルクは、面圧から生じる摩擦及びかみ合いにより車輪ボスへ伝達される。

継手部分と車輪ボスとの結合は、特に駆動装置から車輪へ又は事情によっては逆のトルクを伝達する時に、有利である。通常使用される内側歯切り部及び外側歯切り部の対は、構造空間技術的に従って強度に関してしばしば議論されているので、端面歯切り部はこれに対する確実で構造空間を少なくする代案である。車輪へ大きいトルクを伝達するための強固な設計は、過負荷の場合車輪ボスの破壊が最も不利な場合車輪の紛失をひき起こす時、不利な結果を生じることがある。

従って本発明の課題は、前記の欠点を回避するカラーを提供することである。

この課題は請求項１及び別の独立請求項の特徴によって解決される。カラーはボスの末端の塑性変形される材料から形成されている。中空末端の材料は、なるべく常温でいわゆる転がり鋲締め、広げ、曲げ及び打出しから成るプロセスにより、半径方向外方へ、内レースの半径方向内側及び外側にある稜へかぶさるように形成されている。ボスと一体に形成される末端は、本発明によれば、ほぼ中空円筒状に形成されているのではなく、材料集積部を持っている。この材料集積部は、内レースの内側稜から軸線方向に突出する末端の部分に形成されている。末端が回転対称であるため、回転軸線の周りを包囲する材料集積部は、一般に周方向に閉じられるか又は中断されている玉縁状の増厚部である。

増厚部は任意に形成され、両半径方向即ち回転軸線から半径方向外方へ離れるようにかつ／又は回転軸線の方へ突出することができる。増厚部は、カラーを形成する前に、ボスの回転軸線の方向に半径方向内方へ末端から突出しているのがよい。

本発明の構成では、増厚部が末端のボスから離れるように向く軸線方向自由端に形成されている。

末端にある材料集積部により、歯切り部を形成する際、成形工具にある歯用の空所を満たすのに充分な材料が利用可能である。歯はその輪郭において著しく満たされ、これにより荷重負担割合が著しく高められる。半径方向の材料流れを制限するための特別な手段は必要でない。

個々の歯の形成は、増厚部の形状及び断面により影響を及ぼし、かつ最適化することができる。こうして増厚部の外側輪郭は、回転軸線の方向に末端の端面の方へ下降している。

歯の輪郭は、歯先を通って回転軸線に沿って延びるそれぞれの断面において区間として示され、この区間がそれぞれの歯先の端面を区画している。この区間は、回転軸線に沿う縦断面において、歯先輪郭の直線推移を描く。

区間の最適な大きさは本発明の展開により規定されている。区間の端点の間の最短半径方向間隔は、区間の軸線方向投影で見て、半径方向におけるそれぞれの歯の最大長さの軸線方向投影で見て半分と少なくともちょうど同じ大きさである。このような最小寸法により、荷重を負担する個々の歯が、軸線方向及び周方向に満たされるようにすることができる。荷重を負担する歯の縦断面における輪郭はまず始端輪郭により描かれ、この始端輪郭が、歯元から半径方向外方へ区間へ向かって上昇するように延びている。始端輪郭は任意に凹又は凸に湾曲しているか、又は面取り部である。

始端輪郭は、半径方向内側にある端点で区間へ移行している。区間は、半径方向外側にある端点から歯元へ向かって終端輪郭へ移行し、終端輪郭が端点から上昇するように漸増的又は漸減的に又は直線的又は任意に延びている。

始端輪郭及び終端輪郭は、歯元側で、歯がボスへ移行する交点でそれぞれ終わっている。交点は歯元であり、この歯元で個々の歯の輪郭が、歯溝の頂点においてカラーの中実基部へ移行している。

区間の端部で半径方向外側にある端点と半径方向外側の交点との間の半径方向間隔は、軸線方向投影において、最大でも、それぞれの歯の半径方向における最大長さの３分の１の大きさである。それぞれの歯の長さは両方の交点の間隔により示されている。

歯は楔状に形成されて、端面歯切り部の幾何学的線が、回転軸線上に共通な点で出会うようになっている。幾何学的線は、可能な稜半径の歯の立体稜、面取り部、丸め部等である。

本発明の別の展開によれば、対向歯切り部へかみ合うために設けられる歯の側面が、回転軸線から出る仮想分割面に対して、２０°より大きく３０°より小さい側面角で傾斜している。対称に形成される歯切り部の場合側面角は歯角の半分である。側面は、回転軸線から出る仮想分割面に対して側面角をなして傾斜している。

端面歯切り部の寸法及び寸法の変化に対しては、車輪軸受における構造空間の理由から、限界が課されている。歯切り部のピッチ円直径（端面歯切り部の回転軸線周りの平均直径）は、従って一般に非常に狭い限界内に規定されている。従って例えば駆動トルクによる荷重に対して、歯切り部の挙動は、歯切り部のピッチ円の変化により殆ど又は全く影響されない。本発明により、歯切り部の個々の歯の幾何学的形状は、側面角を介して影響を受けて、組立て及びトルクによる荷重に関して、所定の周囲に最適な数の歯を規定することができる。対向歯切り部と遊隙なしにかみ合う有効側面の側面角は、なるべく２２．５°である。この構成により、組立ての際の予荷重力は、歯切り部における比較的小さい軸線方向成分のため、小さくされている。歯元における個々の歯の断面は、端面歯切り部が定格運転において大きいトルクを伝達するけれども、所定の破壊トルクでは撓むように設計されている。

図１，３及び５は、ボス１、２列の転動体１０及び車両フランジ１１を持つ車輪軸受装置９を示している。ボス１は、図示しない車輪を取付けるためのフランジ１２を持ち、転動体１０を介して回転軸線１ａの周りに回転可能に、車両に固定した車両フランジ１１に支持されている。ボス１上に内レース５があり、この内レース上を一列の転動体１０が転がる。図４及び５では、ボス１と一体に結合される末端１４，１５又は１７が、転がり鋲締め前の初期位置で示されている。内レース５は、図５ｂの拡大図に示すように、末端１４，１５又は１７から生じたカラー１６により、軸線方向に固定的にボス１上に保持されている。そのため中空の末端１４，１５又は１７は、半径方向外方へ内レース５の稜４にかぶさって形成されている。更にアンギュラコンタクト玉軸受装置は、カラー１６により予荷重をかけられている。カラー１６には端面歯切り部１３が形成されている。

中空の末端１４，１５又は１７は、カラー１６の形成前に、初期状態で軸線方向に向き、半径Ｒで丸められた稜４から軸線方向に突出している。末端１４，１５又は１７は、少なくとも軸線方向に稜４から突出する部分８に、半径方向増厚部１８，１９又は２０の形の材料集積部を持っている。

図４に示す末端１４の回転対称な増厚部１８は、中央で最大半径方向寸法Ｘを持ち、半径方向に回転軸線１ａの方へかつ半径方向外方へ末端１４から突出している。カラー１６及び端面歯切り部１３の軸線方向形成の際、材料は両方の半径方向へ分配される。

図５に示す増厚部１９は、半径方向に回転軸線１ａの方へ突出し、末端１５の軸線方向に向く自由端で最も厚い。端面歯１３を形成する際、このような材料集積部は特に範囲Ｃ（図６ｂ）で有効なので、僅かな材料が外方へ流れ、範囲Ｂにおいて歯７の空所を満たすために利用可能である。

図６ａに示す増厚部２０は、回転軸線１ａの方向に半径方向へ突出している。増厚部２０の外側輪郭２９は、回転軸線１ａの方向に末端１７の端面２１の方へ下降している。本発明のこのような構成により、変形の際材料の流れ及び分配が最適化されえる。

図７ａ及び７ｂは、著しく簡単化した形で、端面歯切り部１３の可能な構成形式の全体図を示している。歯７は回転軸線１ａの周りに周方向に互いに隣接して縦Ａに半径方向へ向けられている。図７ａ及び７ｂは、楔状に形成される歯７の丸めなしの幾何学的形状が、歯元側、歯先側及び側面側で、半径方向に向けられて交点Ｐで出会う幾何学的線２１，２２，２３によりどのように描かれているかを示している。交点Ｐは、歯環の半径方向に延びるすべての幾何学的線２１，２２，２３の共通な交点である。側面のなす歯角βは歯側面角αの２倍であり、各歯の半径方向全区間にわたって一定である。

歯７の輪郭は、回転軸線１ａに沿って歯先５を通って延びるカラー１６のそれぞれの断面において、区間２４として示され、この区間２４はそれぞれの歯先２５を端面で区画している。区間２４の端点ＳとＴとの間の最短半径方向間隔Ｂは、半径方向において、区間２４の軸線方向投影Ｂで見て、軸線方向投影Ａで見てそれぞれの歯７の最大長さＡの少なくともちょうど半分である。それぞれの歯７の輪郭は、縦断面においてまず始端輪郭２６により示されている。始端輪郭２６は、半径方向に歯元２７から外方へ区間２４の方へ、回転軸線１ａにわたって漸増的に上昇し、半径方向内側にある端点Ｓで区間２４へ移行している。半径方向外側で区間２４は、外側にある端点Ｔから歯元２７の方へ延びる終端輪郭２８へ移行している。終端輪郭２８は、端点Ｔから回転軸線１ａにわたって漸減的に上昇するように延びている。始端輪郭２６及び終端輪郭２８は、歯元側でそれぞれ交点Ｙ及びＺでボス１へ移行している。

半径方向外側にある端点Ｔと軸線方向投影Ｃの半径方向外側交点Ｚとの間の半径方向間隔Ｃは、半径方向において、それぞれの歯７の軸線方向投影Ａで見た最大長さＡの最大でも３分の１であり、それぞれの歯７の長さＡｈａ，交点ＹとＺとの間の間隔Ａで示されている。

従来技術による車輪軸受装置を縦断面図で示す。 図１によるカラーを変形前の初期状態における縦断面図で示す。 図２ａによるカラーを変形後における縦断面図で示す。 従来技術による別の車輪軸受装置を縦断面図で示す。 本発明による車輪軸受装置を縦断面図で示す。 本発明による別の車輪軸受装置を縦断面図で示す。 図５によるカラーを変形前の初期状態における縦断面図で示す。 図６あによるカラーを変形後における縦断面図で示す。 端面歯切り部を斜視図で示す。 図７ａの歯を拡大図で示す。

符号の説明

１ ボス
１ａ 回転軸線
２，１４，１５，１７ 末端
３，１６ カラー
４ 稜
５ 内レース
６，１３ 端面歯切り部
７ 歯
８ 部分
９ 車輪軸受装置
１０ 転動体
１１ 車両フランジ
１２ フランジ
１８，１９，２０ 増厚部
２１，２２，２３ 幾何学的線
２４ 区間
２５ 歯先
２６ 始端輪郭
２７ 歯元
２８，２９ 外側輪郭
３０ 側面
３１ 環状間隙

Claims (10)

1. ボス（１）の塑性変形される材料から成るカラー（１６）であって、このカラー（１６）により、車輪軸受装置の少なくとも１つの内レース（５）が、ボス（１）上で軸線方向に固定的に保持され、対向歯切り部にかみ合う端面の歯（７）が、カラー（１６）に形成されているものにおいて、
   カラー（１６）が半径方向外方へ内レース（５）の稜（４）を越えて形成されるボス（１）の中空の末端（１４，１５，１７）から形成され、
   末端（１４，１５，１７）がボス（１）と一体に形成され、
   末端（１４，１５，１７）が、カラー（１６）を形成する前の初期状態において軸線方向に向き、軸線方向に稜（４）から突出しており、
   末端（１４，１５，１７）が、少なくとも稜（４）から軸線方向に突出する部分に、末端（１４，１５，１７）にある半径方向増厚部（１８，１９，２０）の形で、末端（１４，１５，１７）の材料の集積部を持っている
   ことを特徴とするカラー。
2. 増厚部（１８，１９，２０）が、カラー（１６）を形成する前に、ボス（１）の回転軸線（１ａ）の方向に半径方向内方へ末端（１４，１５，１７）から突出し、かつ回転軸線（１ａ）の周りに延びている、請求項１に記載のカラー。
3. 増厚部（１９）が、末端（１５）のボス（１）から離れるように向く軸線方向自由端に形成されている、請求項１に記載のカラー。
4. 増厚部（２０）の外側輪郭（２９）が、回転軸線（１ａ）の方向に末端（１７）の端面の方へ下降している請求項３に記載のカラー。
5. カラー（１６）が、少なくとも部分的に、塑性的に広げられて稜（４）にかぶさって折り曲げられかつ形態を与えるように加工される増厚部（１８，１９，２０）の材料から形成されている、請求項１又は２又は３に記載のカラー。
6. ボス（１）の常温で塑性変形される材料から成るカラー（１６）であって、このカラー（１６）により、車輪軸受装置の少なくとも１つの内レース（５）が、ボス（１）上で軸線方向に固定的に保持され、対向歯切り部にかみ合う端面の歯（７）が、カラー（１６）に形成されているものにおいて、
   歯（７）が、回転軸線（１ａ）の周りに周方向に互いに隣接して、縦方向を半径方向に向けられており、
   歯（７）の輪郭（７）が、歯先を通って回転軸線（１ａ）に沿って延びるそれぞれの断面において区間（２４）として示され、この区間（２４）がそれぞれの歯先の端面を区画し、
   区間（２４）の端点（Ｓ，Ｔ）の間の最短半径方向間隔（Ｂ）が、区間（２４）の軸線方向投影で見て、半径方向におけるそれぞれの歯（７）の最大長さ（Ａ）の軸線方向投影で見て半分と少なくともちょうど同じ大きさである、
   ことを特徴とするカラー。
7. 縦断面における輪郭がまず始端輪郭（２６）により描かれ、この始端輪郭（２６）が、歯元から半径方向外方へ区間（２４）へ向かって上昇するように延び、
   それから始端輪郭（２６）が、半径方向内側にある端点（Ｓ）で区間（２４）へ移行し、
   最後に区間（２４）が、半径方向外側にある端点（Ｔ）から歯元（２７）へ向かって終端輪郭（２８）へ移行し、終端輪郭（２８）が端点（Ｔ）から上昇するように延び、
   始端輪郭（２６）及び終端輪郭（２８）が、歯元側で、歯（７）がボス（１）へ移行する交点（Ｙ，Ｚ）でそれぞれ終わっている、
   請求項６に記載のカラー。
8. 半径方向外側にある端点（Ｔ）と半径方向外側の交点（Ｚ）との間の半径方向間隔（Ｃ）が、軸線方向投影において、最大でも、それぞれの歯（７）の半径方向における最大長さ（Ａ）の３分の１の大きさである、請求項７に記載のカラー。
9. 歯（７）が楔状に形成されて、端面歯切り部（１３）の幾何学的線（２１，２２，２３）が、回転軸線（１ａ）上において共通な点（Ｐ）で出会う、請求項６に記載のカラー。
10. 対向歯切り部へかみ合うために設けられる歯（７）の側面が、回転軸線（１ａ）から出る仮想分割面に対して、２０°より大きく３０°より小さい側面角で傾斜している、請求項９に記載のカラー。

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