JP2009154601A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】車体取付フランジ７が鍛造加工により形成され、車体取付フランジ７の複数の部位にボルト挿通孔１０が形成されると共に、これらの部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位における当該ボルト挿通孔１０周縁のアウター側の側面１１が、他の部位のボルト挿通孔１０周縁の側面１２よりもアウター側に突出して形成され、ボルト挿通孔１０周縁に機械加工によって座面１０ａが形成されているので、車体取付フランジ７の最弱部となる部位のみを形状変更して強度・剛性を向上させることができ、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置に関するものである。

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。

近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、強く望まれて久しい。特に、強度・剛性を保ったまま軽量化することが課題となっている。こうした課題を解決するものとして、図５に示す車輪用軸受装置５０が提案されている。

この車輪用軸受装置５０は従動輪側の第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外方部材５３、および複列のボール５４、５４とを備えている。ハブ輪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。また、車輪取付フランジ５５の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５５ａが植設されている。

ハブ輪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、ハブ輪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、ハブ輪５１に対して内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外方部材５３は、外周に車体（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ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。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列のボール５４、５４が転動自在に収容されている。

図６に示すように、外方部材５３の車体取付フランジ５３ｂには、車体に取り付けるためのボルトが挿通される複数のボルト挿通孔５６、５７が形成されている。このボルト挿通孔５６、５７は計４つとされ、上部（例えば、最上部から角度にして６０°程度下がった位置）に２つ（符号５６）、下部（例えば、最下部から角度にして４５°程度上がった位置）に２つ（符号５７）配されている。

これらボルト挿通孔５６、５７において、上部のボルト挿通孔５６と下部のボルト挿通孔５７との間にある部分および下部の２つのボルト挿通孔５７の間にある部分５８は、ボルト挿通孔５６、５７の周縁部５９と同じ厚みのままとされ、車体取付フランジ５３ｂの上下部分５８が前後部分６０に比べて相対的に厚肉とされている。

また、ボルト挿通孔の数が３つで、その位置が最上部を挟む上側に２ヶ所および最下部近傍に１ヶ所である場合、ボルト挿通孔の周縁部は薄肉とされることなく、上側のボルト挿通孔よりも下側の部分が薄肉とされている。

この種の車輪用軸受装置５０には、垂直荷重、横荷重および前後荷重が作用し、このうち、横荷重が作用した時に車体取付フランジ５３ｂの上下部分が受けるモーメントが最も大きいものとなっているため、車体取付フランジ５３ｂの上下部分５８を相対的に厚肉として強度・剛性を向上させると共に、作用するモーメントが相対的に小さい車体取付フランジ５３ｂの前後部分６０は、上下部分５８と同じ強度・剛性を必要としないため、相対的に薄肉として軽量化を図ることができる。これにより、強度・剛性と軽量化とを高いレベルでバランスさせることができる。
特開２００７−７１３５２号公報

こうした従来の車輪用軸受装置５０において、モーメント荷重が負荷された場合、外方部材５３の車体取付フランジ５３ｂの根元部分に応力が集中するため、この根元部分が外方部材５３の最弱部となる。然しながら、ボルト挿通孔５６、５７が４つの場合は、車体取付フランジ５３ｂの根元部分に発生する応力を緩和することができるものの、ボルト挿通孔５６、５７が３つの場合は、１つのボルト挿通孔５６に応力が集中することになり、強度・剛性を保ったまま軽量化することに限界があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化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記載の発明は、外周に車体に取り付けられるための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一体に形成された外方部材と、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設けられた内方部材と、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た車輪用軸受装置において、前記車体取付フランジが鍛造加工により形成されると共に、当該車体取付フランジの複数の部位にボルト挿通孔が形成され、これら部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位の肉厚が、他の部位の肉厚よりも厚く設定されている。

このように、外周に車体に取り付けられる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一体に形成された外方部材を備えた第２乃至第４世代構造の車輪用軸受装置において、車体取付フランジが鍛造加工により形成されると共に、当該車体取付フランジの複数の部位にボルト挿通孔が形成され、これら部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位の肉厚が、他の部位の肉厚よりも厚く設定されているので、車体取付フランジの最弱部となる部位のみを形状変更して強度・剛性を向上させることができ、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁のアウター側の側面が、他の部位のボルト挿通孔周縁の側面よりもアウター側に突出して形成され、当該ボルト挿通孔周縁に機械加工によって座面が形成されていれば、高剛性化を確保しつつ軽量化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁の根元部が、他の部位のボルト挿通孔周縁の根元部よりもアウター側に突出して形成され、当該ボルト挿通孔周縁に機械加工によって座面が形成されていれば、一層の軽量化を図ることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁の根元部に高周波焼入れにより硬化処理が施されていれば、最弱部の強度・剛性を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記車体取付フランジの根元部分全周に亙って高周波焼入れにより硬化処理が施されていれば、車体取付フランジの強度・剛性が見込まれ、車体取付フランジの肉厚を薄くすることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記内方部材が、一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に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなると共に、前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって硬化処理が施され、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所定の軸受予圧が付与された状態で前記内輪が軸方向に固定されていれば、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を同時に解決し、強度を高めて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に車体に取り付けられるための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一体に形成された外方部材と、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設けられた内方部材と、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た車輪用軸受装置において、前記車体取付フランジが鍛造加工により形成されると共に、当該車体取付フランジの複数の部位にボルト挿通孔が形成され、これら部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位の肉厚が、他の部位の肉厚よりも厚く設定されているので、車体取付フランジの最弱部となる部位のみを形状変更して強度・剛性を向上させることができ、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

外周に車体取り付けられるための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一体に形成された外方部材と、一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所定の軸受予圧が付与された状態で、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、前記車体取付フランジが鍛造加工により形成され、当該車体取付フランジの複数の部位にボルト挿通孔が形成されると共に、これらの部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位における当該ボルト挿通孔周縁のアウター側の側面が、他の部位のボルト挿通孔周縁の側面よりもアウター側に突出して形成され、前記ボルト挿通孔周縁に機械加工によって座面が形成されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の正面図、図３（ａ）は、図１の外方部材単体を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の一部を断面した平面図、図４（ａ）は、図３の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の一部を断面した平面図である。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第３世代と呼称される従動輪用であって、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転動体（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）の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから軸方向に延びる小径段部４ｂ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ている。

内輪５は、外周に他方（インナー側）の内側転走面５ａが形成され、ハブ輪４の小径段部４ｂ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４ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部４ｃによって所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪４に対して内輪５が軸方向に固定されている。なお、内輪５および転動体３はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

ハブ輪４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面４ａをはじめ、車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、加締部４ｃは鍛造加工後の表面硬さのままとされている。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、内輪５の嵌合部となる小径段部４ｂの耐フレッティング性が向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部４ｃの塑性加工をスムーズに行うことができる。

外方部材２は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ７を一体に有し、内周に内方部材１の複列の内側転走面４ａ、５ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。これら両転走面間に複列の転動体３、３が収容され、保持器８、８によって転動自在に保持されている。そして、外方部材２と内方部材１との間に形成される環状空間の開口部にはシール９とカバー（図示せず）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。

外方部材２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、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５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、ここでは、転動体３にボールを使用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３に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受であっても良い。また、従動輪側の第３世代構造に限らず、第２世代あるいは第４世代構造であっても良い。

ここで、本実施形態では、モーメント荷重が外方部材２に負荷された場合、車体取付フランジ７の根元部に発生する応力を予めＦＥＭ解析により求めると共に、この時の最弱部となる部位のみを形状変更することにより強度・剛性を向上させている。すなわち、図２に示すように、例えば、外方部材２の車体取付フランジ７に４つの部位Ａ〜Ｄにボルト挿通孔１０が形成され、これら部位Ａ〜Ｄのうち部位Ａの根元部に大きな応力が発生する場合、車体取付フランジ７の部位Ａの肉厚を他の部位Ｂ〜Ｄの肉厚よりも厚く形成されている。

具体的には、車体取付フランジ７は鍛造加工によって形成されるが、図３に示すように、部位Ａのボルト挿通孔１０周縁の側面１１が、他の部位Ｂ〜Ｄの周縁の側面（図中破線にて示す）１２よりもアウター側に突出して形成され、その肉厚Ｔａは、他の部位Ｂ〜Ｄの肉厚Ｔよりも厚くなるように設定されている（図中クロスハッチングにて示す）。そして、鍛造加工後に機械加工によって座面１０ａが形成されている。

さらに、ここでは、部位Ａのボルト挿通孔１０周縁の根元部分に高周波焼入れによって硬化処理が施されている（図中２点鎖線にて示す）。なお、硬化層は車体取付フランジ７の根元部分全周に亙って形成しても良い。これにより、最弱部だけでなく車体取付フランジ７全体の強度・剛性が見込まれるため、車体取付フランジ７の肉厚を薄くすることができる。

このように、本実施形態では、車体取付フランジ７の最弱部となる部位のみを形状変更すると共に、この部位に硬化処理を施すことにより強度・剛性を向上させたので、軽量化と高剛性化という相反する課題を解決して軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

図４は、図３の変形例を示す。車体取付フランジ７は鍛造加工によって形成され、その肉厚Ｔが全周に亙って同じに設定されると共に、部位Ａのボルト挿通孔１０周縁の根元部１３が他の部位Ｂ〜Ｄの根元部（図中破線にて示す）１４よりもアウター側に突出して形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。そして、鍛造加工後に機械加工によって座面１０ａが形成されている。これにより、車体取付フランジ７の最弱部となる部位の強度・剛性を向上させると共に、一層の軽量化を図ることができる。

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、駆動輪用、従動輪用に拘わらず、第２乃至第４世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

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の正面図である。 （ａ）は、図１の外方部材単体を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の一部を断面した平面図である。 （ａ）は、図３の変形例を示す正面図である。 （ｂ）は、（ａ）の一部を断面した平面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図５の外方部材単体を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・・・外方部材
２ａ・・・・・・・・・・外側転走面
３・・・・・・・・・・・転動体
４・・・・・・・・・・・ハブ輪
４ａ、５ａ・・・・・・・内側転走面
４ｂ・・・・・・・・・・小径段部
４ｃ・・・・・・・・・・加締部
５・・・・・・・・・・・内輪
６・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６ａ・・・・・・・・・・ハブボルト
６ｂ・・・・・・・・・・基部
７・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
８・・・・・・・・・・・保持器
９・・・・・・・・・・・シール
１１、１２・・・・・・・ボルト挿通孔周縁の側面
１３、１４・・・・・・・ボルト挿通孔周縁の根元部
５０・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
５１・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・・・内輪
５３・・・・・・・・・・外方部材
５３ａ・・・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・・・ボール
５５・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５５ａ・・・・・・・・・ハブボルト
５６、５７・・・・・・・ボルト挿通孔
５８・・・・・・・・・・車体取付フランジの上下部分
５９・・・・・・・・・・ボルト挿通孔の周縁部
６０・・・・・・・・・・車体取付フランジの前後部分
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・・・車体取付フランジの部位
Ｔ、Ｔａ・・・・・・・・車体取付フランジの板厚

Claims (6)

1. 外周に車体に取り付けられるための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一体に形成された外方部材と、
   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設けられた内方部材と、
   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た車輪用軸受装置において、
   前記車体取付フランジが鍛造加工により形成されると共に、当該車体取付フランジの複数の部位にボルト挿通孔が形成され、これら部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位の肉厚が、他の部位の肉厚よりも厚く設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁のアウター側の側面が、他の部位のボルト挿通孔周縁の側面よりもアウター側に突出して形成され、当該ボルト挿通孔周縁に機械加工によって座面が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁の根元部が、他の部位のボルト挿通孔周縁の根元部よりもアウター側に突出して形成され、当該ボルト挿通孔周縁に機械加工によって座面が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記ボルト挿通孔が形成される部位のうち根元部に発生する応力が他の部位よりも大きくなる部位において、前記ボルト挿通孔周縁の根元部に高周波焼入れにより硬化処理が施されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
5. 前記車体取付フランジの根元部分全周に亙って高周波焼入れにより硬化処理が施されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
6. 前記内方部材が、一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に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなると共に、前記ハブ輪の内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から前記小径段部に亙って高周波焼入れによって硬化処理が施され、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所定の軸受予圧が付与された状態で前記内輪が軸方向に固定されている請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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