JP4015361B2 - 車輪軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車輪軸受装置に関し、詳しくは、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する車輪軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する車輪軸受装置としては、例えば、特開平１０−９５２０３号公報、特開平１０−１９６６６１号公報、特開平１０−２７２９０３号公報や特開平１１−１２９７０３号公報に開示されたものがある。そのうちの代表的なものとして、特開平１０−２７２９０３号公報に開示された車輪軸受装置を図６に示す。
【０００３】
この車輪軸受装置は、ハブ輪１、内輪２、複列の転動体３、および外方部材である外輪４を主要な構成要素としている。
【０００４】
前記ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側の軌道面５が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるためのフランジ６を備えている。このフランジ６の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト７が植設されている。また、ハブ輪１のインボード側に形成された小径段部８に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側の軌道面９が形成されている。内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。車両のアウトボード側に位置する軌道面５とインボード側に位置する軌道面９とで複列の軌道面を構成する。
【０００５】
外輪４は、内周面に前記ハブ輪１および内輪２の軌道面５，９と対向する複列の軌道面１０，１１が形成され、車体に取り付けるためのフランジ１２を備えている。ハブ輪１および内輪２の軌道面５，９と外輪４の複列の軌道面１０，１１との間に複列の転動体３が組み込まれている。車輪軸受の両端開口部、つまり、ハブ輪１および内輪２の外周面と外輪４の内周面との間にはシール１３，１４が装着され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【０００６】
この車輪軸受装置が従動輪用の場合、ハブ輪１の小径段部８に圧入された内輪２が脱落することを防止するため、ハブ輪１の小径段部８から延びて内輪２より突出した端部に形成された円筒部を直径方向外側に加締め、これにより形成された加締め部１５でもってハブ輪１に内輪２を固定している。このハブ輪１の円筒部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の車輪軸受装置では、ハブ輪１に内輪２を固定するため、ハブ輪１の端部に形成された円筒部を塑性変形させて加締め部１５を形成する際に、内輪２の外径が直径方向外側に膨らみ、その内輪２の外径面に形成された軌道面９に無視できない変形が生じ、転動体３と内輪２が接触する位置での円周方向応力が大きくなり過ぎ、転動疲労寿命が減少することがあるので、接触位置での円周方向応力の、加締めによる増加を抑制するため、接触位置から加締め部１５までの寸法を所定値以上とする必要があり、内輪２がインボード側軸方向に大きくならざるを得なかった。
【０００８】
一方、前述したようにハブ輪１の端部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしているが、その加締めにより内輪２に変形が生じた場合、軸受すきまが所定値から逸脱する可能性があり、所期の軸受特性を得ることが困難となる。
【０００９】
また、内輪２に高価な軸受鋼、例えば軸受用高炭素クロム鋼としてJIS G 4805で規定されているＳＵＪ２等の高炭素鋼を用いていたため、製品のコストアップを招来するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、内輪の変形を抑制すると共に耐久性に優れた安価な車輪軸受装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る車輪軸受装置は、車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を加締めてそれらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、加締め前の前記ハブ輪の端部が中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明の車輪軸受装置では、加締め前のハブ輪の端部が中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増することにより、加工初期にポンチによって押し広げられる肉量が多くなるため、前記ハブ輪の端部を塑性変形させる軸方向寸法が短くて済む上、ポンチ形状に、早期に充足し易く、内輪を強固に固定することができる。
【００１３】
本発明において、請求項２に記載したように加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部は、その外径が先端に向かい僅かに小径となるように形成されていることが望ましい。このようにすれば、ハブ輪への内輪の組付時、内輪をハブ輪に圧入する際の作業が容易に行える。また、請求項３に記載したように加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部の端面の角部に丸みを付けることが望ましい。このようにすれば、ハブ輪の円筒部を加締める際にバリや亀裂などの欠陥が発生することを防止できる。
【００１４】
また、本発明に係る車輪軸受装置は、車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を加締めてそれらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増する加締め前の前記ハブ輪の端部を加締め加工した前記加締め部の外端面を、変形起点側から外径方向に亘って軸方向厚みが漸増する第１のテーパ面で形成し、この第１のテーパ面が内輪のインボード側端面に対してなす角度を０〜３０°の範囲に設定したことを特徴とする（請求項４）。
【００１５】
本発明の車輪軸受装置では、前記加締め部の外端面を、変形起点側から外径方向に亘って軸方向厚みである肉厚が漸増する第１のテーパ面で形成し、この第１のテーパ面が内輪のインボード側端面に対してなす角度を０〜３０°の範囲に設定したことにより、内輪の抜け耐力を向上させることができ、かつ、内輪の変形を防止することができる。
【００１６】
本発明は、請求項５に記載したように前記加締め部の外端面を、第１のテーパ面から外周縁に亘って第２のテーパ面で形成し、その第２のテーパ面が内輪のインボード側端面に対して前記第１のテーパ面と逆向きになす角度を４５〜５０°の範囲に設定することが望ましい。このようにすれば、適正な予圧を付与することができ、かつ、加締め加工にバリが発生することもない。
【００１７】
本発明において、請求項６に記載したように前記第１のテーパ面と第２のテーパ面とを、所定の曲率半径を有する曲成面で前記両テーパ面と接するように連設すれば、加締め加工時のかじりやバリの発生を防止でき、かつ、適正な予圧を付与することができる点で望ましい。
【００１８】
本発明において、請求項７に記載したように前記内輪の内径端部に形成した面取り部が円弧状をなし、かつ、その軸方向および径方向寸法がほぼ１ｍｍとすることが望ましい。内輪の内径端部の面取り部形状を、曲率半径が１〜２．５ｍｍである円弧状とし、かつ、その軸方向および径方向寸法がほぼ１ｍｍとすることにより、ハブ輪に内輪を固定するに際して、加締め部が内輪を直径方向外側に押し広げることを抑制し、内輪の変形を最小限に抑える。
【００１９】
さらに、請求項８に記載したように前記ハブ輪の端部外径に環状溝を形成し、前記環状溝はその一部が前記内輪の内径端部に形成された面取り部にかかるように設けられていることが望ましい。このようにすれば、加締め部が内輪を直径方向外側に押し広げることをより一層抑制することができる。
【００２０】
本発明において、請求項９に記載したように前記ハブ輪を、Ｃが０．４５〜０．８０ｗｔ％、好ましくは０．６０〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層を形成し、また、請求項１０に記載したように前記内輪を、Ｃが０．６０〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、芯部まで焼き入れ硬化することが望ましい。このため、高炭素鋼より炭素量が少ない分、所望の転動疲労寿命を維持しながら、加工性（鍛造加工）を向上させることができる。また、ハブ輪については所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層、内輪については芯部までの焼き入れ硬化により、硬度の低下を抑制して転動疲労寿命を向上させ得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車輪軸受装置の実施形態を以下に詳述する。
【００２２】
図１に示す実施形態の車輪軸受装置は、ハブ輪２１、内輪２２、複列の転動体２３、および外方部材である外輪２４を主要な構成要素としている。
【００２３】
前記ハブ輪２１は、その外周面にアウトボード側（第１）の軌道面２５が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるためのフランジ２６を備えている。このフランジ２６の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト（図示せず）が植設されている。また、ハブ輪２１のインボード側に形成された小径段部２８に内輪２２を嵌合させ、この内輪２２の外周面にインボード側（第２）の軌道面２９が形成されている。内輪２２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。車両のアウトボード側に位置する軌道面２５とインボード側に位置する軌道面２９とで複列の軌道面を構成する。
【００２４】
外輪２４は、内周面に前記ハブ輪２１および内輪２２の軌道面２５，２９と対向する複列の軌道面３０，３１が形成され、車体に取り付けるためのフランジ３２を備えている。ハブ輪２１および内輪２２の軌道面２５，２９と外輪２４の複列の軌道面３０，３１との間に複列の転動体２３が組み込まれている。車輪軸受の両端開口部、つまり、ハブ輪２１および内輪２２の外周面と外輪２４の内周面との間にはシール３３，３４が装着され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【００２５】
この車輪軸受装置が従動輪用の場合、ハブ輪２１の小径段部２８に圧入された内輪２２が脱落することを防止するため、ハブ輪２１の小径段部２８から延び、内輪２２より突出した端部に形成された円筒部を直径方向外側に加締め、これにより形成された加締め部３５でもってハブ輪２１に内輪２２を固定している。このハブ輪２１の円筒部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしている。
【００２６】
この加締め前におけるハブ輪２１の端部に形成された円筒部およびそのハブ輪２１の小径段部２８に圧入された内輪２２を図２に示す。
【００２７】
前述したように加締め前におけるハブ輪２１の端部が中空状の円筒部３６をなす。この円筒部３６は、一定の軸方向深さｄ1を有し、この肉厚が先端に向かって漸増する。円筒部３６の軸方向深さｄ1は、製品の要求性能により決定される寸法であり、この深さｄ1が大きい方が、内輪２２の直径方向外側への加締めによる変形は小さくなるが、加締め強度はやや減少する。この円筒部３６は、円筒部３６の底位置での外側半径と内側半径との差を根元部肉厚Ｄ1とした場合、根元部肉厚Ｄ1よりも先端部肉厚Ｄ2が大きくなるように先端に向かって漸増する形状を具備する。
【００２８】
根元部肉厚Ｄ1よりも先端部肉厚Ｄ2が同じか、小さくなっている場合に比べ、加工初期にポンチによって押し広げられる肉量が多くなるため、ハブ輪２１の円筒部３６を塑性変形させる軸方向寸法が短くて済む上、ポンチ形状に、早期に充足し易く、内輪２２を強固に固定することができる。
【００２９】
前記ハブ輪２１の円筒部３６の加締め加工は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す要領でもって行われる。まず、同図（ａ）に示すようにハブ輪２１をベース３７上に載置した状態で、内輪２２をハブ輪２１の小径段部２８に所定位置まで嵌合させる。つまり、内輪２２のアウトボード側端面がハブ輪２１の小径段部２８の端面に突き合わされる位置まで前記内輪２２をハブ輪２１に圧入する。次に、同図（ｂ）に示すように加締め用ポンチ３８をハブ輪２１の軸心に対して揺動させながら回転させ、その状態で加締め用ポンチ３８の下端に位置する加工面３９によりハブ輪２１の円筒部３６に所定の荷重をかける。そして、同図（ｃ）に示すように最終的に加締め用ポンチ３８を下死点まで下降させることによりハブ輪２１の端部に加締め部３５を形成する。
【００３０】
また、図２に示すように加締め前において、前記ハブ輪２１の端部に形成された円筒部３６は、その外径が先端に向かい僅かに小径となるように形成されている。つまり、円筒部３６の外径が０．０５〜０．２５ｍｍ程度小さいインロー部４０を軸方向に５〜１２ｍｍ程度設ける。このようにすれば、ハブ輪２１への内輪２２の組付時、内輪２２をハブ輪２１に圧入する際の作業が容易に行え、圧入設備に要する費用が削減できて低コスト化が図れる。なお、内輪２２の内径のアウトボード側に０．０５〜０．２５ｍｍ程度の大きなインロー部を軸方向に５〜１２ｍｍ程度設けても同様の効果が得られる。
【００３１】
さらに、加締め前において、前記ハブ輪２１の円筒部３６の端面の角部４１に丸みを付ける。このようにすれば、ハブ輪２１の円筒部３６を加締める際にバリや亀裂などの欠陥が発生することを防止できる。
【００３２】
前記ハブ輪２１は、Ｃが０．４５〜０．８０ｗｔ％、好ましくは０．６０〜０．８０ｗｔ％の中炭素鋼で形成し、図１に示すように所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層４２を形成する。また、前記内輪２２は、Ｃが０．６０〜０．８０ｗｔ％の中炭素鋼で形成し、芯部まで焼き入れ硬化する。このため、JIS G 4805で規定されているＳＵＪ２（Ｃが０．９５〜１．１０ｗｔ％）等の高炭素鋼よりも炭素量が少ない分、加工性（鍛造加工）が向上する。
【００３３】
また、ハブ輪２１については、所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層４２を形成したことにより、転動疲労寿命を向上させ、嵌合面のフレッティングを防止している。内輪２２については、インボード側に軌道面２９が寿命的に厳しい箇所であるため、芯部までの焼き入れ硬化により、硬度の低下を抑制して強度面および転動疲労寿命を向上させ得る。Ｃは、製品機能上必要な強度、耐摩耗性および転動疲労寿命を満足させる上で、ハブ輪２１は０．４５ｗｔ％以上、内輪２２は０．６０ｗｔ％以上必要であり、０．８０ｗｔ％より多くなると、加工性、被削性および靭性が低下する点でこれを上限とする。
【００３４】
ハブ輪２１の表面硬化層４２は、ハブ輪２１の所定の部位、すなわち、外輪２４のアウトボード側端部に装着されたシール３３のシールリップが摺接するハブ輪２１の外周面、つまり、シール摺接部から軌道面２５を経て小径段部２８に及ぶ領域に形成する。
【００３５】
この表面硬化層４２の各部をａ〜ｄで示すと、ａ部はシール３３のシールリップが摺接するシールリップ部であるため、耐摩耗性が要求される。ｂ部は転動体２３が転動する軌道面２５であるため、耐寿命性が要求される。ｃ部は内輪２２と当接する部分であり、ｄ部は内輪２２がハブ輪２１に嵌合する部分であるため、耐クリープ性、耐フレッティング性が要求される。なお、ｅ部は加締め部３５であるために延性が要求される。
【００３６】
前記表面硬化層４２を形成するための熱処理は、高周波焼き入れが適している。表面硬化処理としての高周波熱処理は、誘導加熱の特色を有効に生かして硬化層４２を自由に選定し、耐摩耗性を与えたり疲れ強さを改善することができる。誘導加熱は、電磁誘導現象を利用して金属内で電気エネルギーを直接熱エネルギーに変えて発熱させる方法で、これを利用した高周波熱処理には多くの特徴がある。特に、局部加熱ができ、硬化層深さの選定が自由であり、また硬化層以外には著しく熱影響を与えないように制御できるので、母材の性能を保持できる。したがって、ａ〜ｄ部の領域には所望の硬化層４２を形成させつつ、ｅ部を未焼き入れの母材のまま残すことができる。
【００３７】
図２に示すように、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成する。この内輪２２のインボード側端面と内径面とを繋ぐ面取り部４３は、曲率半径ｒ1が１〜２．５ｍｍである円弧形状を有する。また、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が５〜１０ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が前記内輪２２の面取り部４３にかかるように形成する。このように内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成し、ハブ輪２１の円筒部３６に環状溝４４を形成したことにより、前記ハブ輪２１の円筒部３６を加締めても、内輪２２を直径方向外側に押し広げることを抑制することができ、内輪２２の変形を最小限に抑えることができる。
【００３８】
ここで、前記内輪２２の面取り部４３の曲率半径ｒ1が１ｍｍよりも小さいと、自動車に取り付けられて走行中に車輪軸受装置に負荷が作用した時、加締め部３５の根元部分の応力集中により亀裂などの損傷を生じる可能性がある。逆に、面取り部４３の曲率半径ｒ1が２．５ｍｍより大きい場合（図３の傾斜面４５を有する比較例の場合を含む）、ハブ輪２１の円筒部３６を加締める際に、塑性変形した加締め部３５が内輪２２の大きな面取り部４３を直径方向外側に押し広げることになるため、内輪２２の外径が大きく変形し、軸受すきまが所定値から逸脱する可能性があり、所期の軸受特性を得ることが困難となる。
【００３９】
なお、前記面取り部４３は、内輪２２のインボード側端面および内径面に接するような曲率半径で連続的に形成することが可能であるが、内輪２２の熱処理後に面取り加工しなければ難しい点から、この面取り部４３の軸方向および径方向寸法ｃ1，ｃ2を曲率半径ｒ1よりも若干小さく設定することが望ましい。このようにすれば、面取り部４３を内輪２２の熱処理前に加工しておき、熱処理後の面取り作業を省略することができる。
【００４０】
図２に示すハブ輪２１の端部に形成された加締め前の円筒部３６を、図４（ａ）〜（ｃ）に示す要領でもって加締め用ポンチ３８により、加締め加工した後の加締め部３５を図５に示す。
【００４１】
この加締め部３５の最終形状は、その内径側から外径側へ向かって、曲率半径ｒ3を有する第１の曲成面４６と、変形起点Ｘ側から外径方向に亘って肉厚が漸増する第１のテーパ面４７と、曲率半径ｒ4を有する第２の曲成面４８と、内輪２２のインボード側端面に対して第１のテーパ面４７と逆向きに角度α°をなす第２のテーパ面４９とで構成され、内輪２２のインボード側端面から加締め部３５の頂点までの軸方向長さｄ4を有する。
【００４２】
前記加締め部３５の形状において、第１の曲成面４６の曲率半径ｒ3が３ｍｍより小さいと、加締め加工時、加締め用ポンチ３８の加工面３９をかじり易くなり、加締め用ポンチ３８の寿命低下を招来する。また、前記曲率半径ｒ3が５ｍｍより大きいと、加締め前に予備成形によりハブ輪２１の円筒部３６の端部を広げておかないと加締め時に加締め用ポンチ３８で軸方向アウトボード側に前方押し出しする必要があり、ハブ輪２１の円筒部内径と加締め用ポンチ３８とが激しく擦り合わされることでバリが発生する。そのため、第１の曲成面４６の曲率半径ｒ3は、３〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００４３】
第１のテーパ面４７は内輪２２のインボード側端面に対して角度β°をなし、その角度β°は、マイナス値になると内輪２２の抜け耐力が低下することが明らかとなっており、また、前記角度β°が３０°より大きいと、内輪２２を径方向に拡げる力が増大することで内輪２２に無視できない変形を生じる。その結果、第１のテーパ面４７の角度β°は、０〜３０°程度が好ましい。
【００４４】
第２の曲成面４８の曲率半径ｒ4が２ｍｍより小さいと、加締め加工時、加締め用ポンチ３８の加工面３９をかじり易くなり、加締め用ポンチ３８の寿命低下を招来する。また、前記曲率半径ｒ4が１０ｍｍより大きいと、加締め部３５で内輪２２を押圧する力が弱まり、適正な予圧を付与することが困難となる。そのため、第２の曲成面４８の曲率半径ｒ4は、２〜１０ｍｍ程度が好ましい。
【００４５】
第２のテーパ面４９の角度α°が４５°より小さいと、加締め部３５で内輪２２を押圧する力が弱まり、適正な予圧を付与することが困難となる。また、前記角度α°が５０°より大きいと、加締め部３５が外径側に広がろうとするハブ輪２１の円筒部３６の端部と加締め用ポンチ３８とが激しく擦り合わされてバリを生じる。その結果、第２のテーパ面４９の角度α°は、４５〜５０°程度が好ましい。
【００４６】
但し、第２の曲成面４８と第１のテーパ面４７とが接しないように加締める場合には、第２の曲成面４８における曲率半径ｒ4をもっと大きく設定することにより、第２のテーパ面４９を省略することも可能である。この場合、好ましくは、第２の曲成面４８と第１のテーパ面４７とのつなぎ目に１〜３ｍｍ程度の曲率半径を有する第３の曲成面を形成することにより、そのつなぎ目付近から発生するバリを抑制する上で、加締め用ポンチ３８の寿命を向上させることができる。
【００４７】
なお、加締め後の形状において、ハブ輪２１の外径に環状溝４４を残すことと、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成することで、内輪２２の変形を最小限に抑制することができる。
【００４８】
【実施例】
前述した図２に示す加締め前のハブ輪２１の端部および内輪２２の形態を実施例として、図３に示す加締め前のハブ輪２１の端部および内輪２２の形態を比較例とする。図３の比較例では、内輪２２の内径端部、つまり、内周端部に大きな傾斜面４５とインボード側端面と内径面とを繋ぐ面取り部４３’を形成する。なお、ハブ輪２１の端部における他の形状は図２と同一である。
【００４９】
図３の比較例において、内輪２２の外径ｄ2が５８．８ｍｍ、内径ｄ3が２８ｍｍ、傾斜面４５および面取り部４３の軸方向寸法ｃ1’が３．５ｍｍ、径方向寸法ｃ2’が１．５ｍｍ、傾斜面の角度θが１５°、面取り部４３の曲率半径ｒ1’が５ｍｍで、かつ、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が７．８ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が内輪２２の面取り部４３’にかかるように形成した場合、加締め加工により内輪２２の端面から２ｍｍの位置の内輪２２の外径が３５μｍ程度膨張した。
【００５０】
これに対して、図２の実施例では、内輪２２の外径ｄ2が５８．８ｍｍ、内径ｄ3が２８ｍｍ、面取り部４３の軸方向寸法ｃ1が１ｍｍ、径方向寸法ｃ2が１ｍｍ、曲率半径ｒ1が１．５ｍｍで、かつ、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が７．８ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が前記内輪２２の面取り部４３にかかるように形成した場合、加締め加工により内輪２２の端面から２ｍｍの位置の内輪２２の外径が１５μｍ程度しか膨張しなかった。
【００５１】
なお、図２の実施例と図３の比較例において、加締め後の加締め部３５の最終形状は、図５に示すように第１の曲成面４６での曲率半径ｒ3が３ｍｍ、第１のテーパ面４７での角度β°が５°、第２の曲成面４８での曲率半径ｒ4が４．２ｍｍ、第２のテーパ面４９での角度α°が４８．３°、内輪２２のインボード側端面から加締め部３５の頂点までの軸方向長さｄ4が５．４ｍｍであり、加締め後に、ハブ輪２１の外径に環状溝４４を残すことと、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成することで、内輪２２の変形を最小限に抑制することができた。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、内輪の変形を無視できる程度まで減少させることができるので、転動疲労寿命を確保した上で、加締め部から転動体と内輪が接触する位置までの距離を短くすることができ、内輪およびハブ輪を軸方向にコンパクトに設計することができるため、製品重量の低減化が図れて自動車に使用した場合に燃費の向上が実現容易となり、地球環境への負荷が軽減できる。さらに、ハブ輪および内輪の材料費や加工費も減少するので、安価な車輪軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車輪軸受装置の実施形態を示す半断面図である。
【図２】本発明の実施例で、加締め前のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図３】図２の実施例に対する比較例で、加締め前のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は揺動加工によるハブ輪の端部を加締め加工する要領を説明するための工程図である。
【図５】本発明の実施例で、加締め後のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図６】車輪軸受装置の従来例を示す半断面図である。
【符号の説明】
２１ 内方部材（ハブ輪）
２２ 内方部材（内輪）
２３ 転動体
２４ 外方部材（外輪）
２５ 第１の軌道面
２６ 車輪取付フランジ
２８ 小径段部
２９ 第２の軌道面
３０，３１ 軌道面
３２ 車体取付フランジ
３５ 加締め部
３６ 円筒部
４１ 角部
４２ 表面硬化層
４３ 面取り部
４４ 環状溝
４７ 第１のテーパ面
４８ 曲成面（第２の曲成面）
４９ 第２のテーパ面
【発明の属する技術分野】
本発明は車輪軸受装置に関し、詳しくは、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する車輪軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する車輪軸受装置としては、例えば、特開平１０−９５２０３号公報、特開平１０−１９６６６１号公報、特開平１０−２７２９０３号公報や特開平１１−１２９７０３号公報に開示されたものがある。そのうちの代表的なものとして、特開平１０−２７２９０３号公報に開示された車輪軸受装置を図６に示す。
【０００３】
この車輪軸受装置は、ハブ輪１、内輪２、複列の転動体３、および外方部材である外輪４を主要な構成要素としている。
【０００４】
前記ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側の軌道面５が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるためのフランジ６を備えている。このフランジ６の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト７が植設されている。また、ハブ輪１のインボード側に形成された小径段部８に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側の軌道面９が形成されている。内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。車両のアウトボード側に位置する軌道面５とインボード側に位置する軌道面９とで複列の軌道面を構成する。
【０００５】
外輪４は、内周面に前記ハブ輪１および内輪２の軌道面５，９と対向する複列の軌道面１０，１１が形成され、車体に取り付けるためのフランジ１２を備えている。ハブ輪１および内輪２の軌道面５，９と外輪４の複列の軌道面１０，１１との間に複列の転動体３が組み込まれている。車輪軸受の両端開口部、つまり、ハブ輪１および内輪２の外周面と外輪４の内周面との間にはシール１３，１４が装着され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【０００６】
この車輪軸受装置が従動輪用の場合、ハブ輪１の小径段部８に圧入された内輪２が脱落することを防止するため、ハブ輪１の小径段部８から延びて内輪２より突出した端部に形成された円筒部を直径方向外側に加締め、これにより形成された加締め部１５でもってハブ輪１に内輪２を固定している。このハブ輪１の円筒部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来の車輪軸受装置では、ハブ輪１に内輪２を固定するため、ハブ輪１の端部に形成された円筒部を塑性変形させて加締め部１５を形成する際に、内輪２の外径が直径方向外側に膨らみ、その内輪２の外径面に形成された軌道面９に無視できない変形が生じ、転動体３と内輪２が接触する位置での円周方向応力が大きくなり過ぎ、転動疲労寿命が減少することがあるので、接触位置での円周方向応力の、加締めによる増加を抑制するため、接触位置から加締め部１５までの寸法を所定値以上とする必要があり、内輪２がインボード側軸方向に大きくならざるを得なかった。
【０００８】
一方、前述したようにハブ輪１の端部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしているが、その加締めにより内輪２に変形が生じた場合、軸受すきまが所定値から逸脱する可能性があり、所期の軸受特性を得ることが困難となる。
【０００９】
また、内輪２に高価な軸受鋼、例えば軸受用高炭素クロム鋼としてJIS G 4805で規定されているＳＵＪ２等の高炭素鋼を用いていたため、製品のコストアップを招来するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、内輪の変形を抑制すると共に耐久性に優れた安価な車輪軸受装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る車輪軸受装置は、車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を加締めてそれらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、加締め前の前記ハブ輪の端部が中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明の車輪軸受装置では、加締め前のハブ輪の端部が中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増することにより、加工初期にポンチによって押し広げられる肉量が多くなるため、前記ハブ輪の端部を塑性変形させる軸方向寸法が短くて済む上、ポンチ形状に、早期に充足し易く、内輪を強固に固定することができる。
【００１３】
本発明において、請求項２に記載したように加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部は、その外径が先端に向かい僅かに小径となるように形成されていることが望ましい。このようにすれば、ハブ輪への内輪の組付時、内輪をハブ輪に圧入する際の作業が容易に行える。また、請求項３に記載したように加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部の端面の角部に丸みを付けることが望ましい。このようにすれば、ハブ輪の円筒部を加締める際にバリや亀裂などの欠陥が発生することを防止できる。
【００１４】
また、本発明に係る車輪軸受装置は、車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を加締めてそれらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増する加締め前の前記ハブ輪の端部を加締め加工した前記加締め部の外端面を、変形起点側から外径方向に亘って軸方向厚みが漸増する第１のテーパ面で形成し、この第１のテーパ面が内輪のインボード側端面に対してなす角度を０〜３０°の範囲に設定したことを特徴とする（請求項４）。
【００１５】
本発明の車輪軸受装置では、前記加締め部の外端面を、変形起点側から外径方向に亘って軸方向厚みである肉厚が漸増する第１のテーパ面で形成し、この第１のテーパ面が内輪のインボード側端面に対してなす角度を０〜３０°の範囲に設定したことにより、内輪の抜け耐力を向上させることができ、かつ、内輪の変形を防止することができる。
【００１６】
本発明は、請求項５に記載したように前記加締め部の外端面を、第１のテーパ面から外周縁に亘って第２のテーパ面で形成し、その第２のテーパ面が内輪のインボード側端面に対して前記第１のテーパ面と逆向きになす角度を４５〜５０°の範囲に設定することが望ましい。このようにすれば、適正な予圧を付与することができ、かつ、加締め加工にバリが発生することもない。
【００１７】
本発明において、請求項６に記載したように前記第１のテーパ面と第２のテーパ面とを、所定の曲率半径を有する曲成面で前記両テーパ面と接するように連設すれば、加締め加工時のかじりやバリの発生を防止でき、かつ、適正な予圧を付与することができる点で望ましい。
【００１８】
本発明において、請求項７に記載したように前記内輪の内径端部に形成した面取り部が円弧状をなし、かつ、その軸方向および径方向寸法がほぼ１ｍｍとすることが望ましい。内輪の内径端部の面取り部形状を、曲率半径が１〜２．５ｍｍである円弧状とし、かつ、その軸方向および径方向寸法がほぼ１ｍｍとすることにより、ハブ輪に内輪を固定するに際して、加締め部が内輪を直径方向外側に押し広げることを抑制し、内輪の変形を最小限に抑える。
【００１９】
さらに、請求項８に記載したように前記ハブ輪の端部外径に環状溝を形成し、前記環状溝はその一部が前記内輪の内径端部に形成された面取り部にかかるように設けられていることが望ましい。このようにすれば、加締め部が内輪を直径方向外側に押し広げることをより一層抑制することができる。
【００２０】
本発明において、請求項９に記載したように前記ハブ輪を、Ｃが０．４５〜０．８０ｗｔ％、好ましくは０．６０〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層を形成し、また、請求項１０に記載したように前記内輪を、Ｃが０．６０〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、芯部まで焼き入れ硬化することが望ましい。このため、高炭素鋼より炭素量が少ない分、所望の転動疲労寿命を維持しながら、加工性（鍛造加工）を向上させることができる。また、ハブ輪については所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層、内輪については芯部までの焼き入れ硬化により、硬度の低下を抑制して転動疲労寿命を向上させ得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車輪軸受装置の実施形態を以下に詳述する。
【００２２】
図１に示す実施形態の車輪軸受装置は、ハブ輪２１、内輪２２、複列の転動体２３、および外方部材である外輪２４を主要な構成要素としている。
【００２３】
前記ハブ輪２１は、その外周面にアウトボード側（第１）の軌道面２５が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるためのフランジ２６を備えている。このフランジ２６の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト（図示せず）が植設されている。また、ハブ輪２１のインボード側に形成された小径段部２８に内輪２２を嵌合させ、この内輪２２の外周面にインボード側（第２）の軌道面２９が形成されている。内輪２２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。車両のアウトボード側に位置する軌道面２５とインボード側に位置する軌道面２９とで複列の軌道面を構成する。
【００２４】
外輪２４は、内周面に前記ハブ輪２１および内輪２２の軌道面２５，２９と対向する複列の軌道面３０，３１が形成され、車体に取り付けるためのフランジ３２を備えている。ハブ輪２１および内輪２２の軌道面２５，２９と外輪２４の複列の軌道面３０，３１との間に複列の転動体２３が組み込まれている。車輪軸受の両端開口部、つまり、ハブ輪２１および内輪２２の外周面と外輪２４の内周面との間にはシール３３，３４が装着され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【００２５】
この車輪軸受装置が従動輪用の場合、ハブ輪２１の小径段部２８に圧入された内輪２２が脱落することを防止するため、ハブ輪２１の小径段部２８から延び、内輪２２より突出した端部に形成された円筒部を直径方向外側に加締め、これにより形成された加締め部３５でもってハブ輪２１に内輪２２を固定している。このハブ輪２１の円筒部を加締めることにより軸受すきまを所定値に設定するようにしている。
【００２６】
この加締め前におけるハブ輪２１の端部に形成された円筒部およびそのハブ輪２１の小径段部２８に圧入された内輪２２を図２に示す。
【００２７】
前述したように加締め前におけるハブ輪２１の端部が中空状の円筒部３６をなす。この円筒部３６は、一定の軸方向深さｄ1を有し、この肉厚が先端に向かって漸増する。円筒部３６の軸方向深さｄ1は、製品の要求性能により決定される寸法であり、この深さｄ1が大きい方が、内輪２２の直径方向外側への加締めによる変形は小さくなるが、加締め強度はやや減少する。この円筒部３６は、円筒部３６の底位置での外側半径と内側半径との差を根元部肉厚Ｄ1とした場合、根元部肉厚Ｄ1よりも先端部肉厚Ｄ2が大きくなるように先端に向かって漸増する形状を具備する。
【００２８】
根元部肉厚Ｄ1よりも先端部肉厚Ｄ2が同じか、小さくなっている場合に比べ、加工初期にポンチによって押し広げられる肉量が多くなるため、ハブ輪２１の円筒部３６を塑性変形させる軸方向寸法が短くて済む上、ポンチ形状に、早期に充足し易く、内輪２２を強固に固定することができる。
【００２９】
前記ハブ輪２１の円筒部３６の加締め加工は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す要領でもって行われる。まず、同図（ａ）に示すようにハブ輪２１をベース３７上に載置した状態で、内輪２２をハブ輪２１の小径段部２８に所定位置まで嵌合させる。つまり、内輪２２のアウトボード側端面がハブ輪２１の小径段部２８の端面に突き合わされる位置まで前記内輪２２をハブ輪２１に圧入する。次に、同図（ｂ）に示すように加締め用ポンチ３８をハブ輪２１の軸心に対して揺動させながら回転させ、その状態で加締め用ポンチ３８の下端に位置する加工面３９によりハブ輪２１の円筒部３６に所定の荷重をかける。そして、同図（ｃ）に示すように最終的に加締め用ポンチ３８を下死点まで下降させることによりハブ輪２１の端部に加締め部３５を形成する。
【００３０】
また、図２に示すように加締め前において、前記ハブ輪２１の端部に形成された円筒部３６は、その外径が先端に向かい僅かに小径となるように形成されている。つまり、円筒部３６の外径が０．０５〜０．２５ｍｍ程度小さいインロー部４０を軸方向に５〜１２ｍｍ程度設ける。このようにすれば、ハブ輪２１への内輪２２の組付時、内輪２２をハブ輪２１に圧入する際の作業が容易に行え、圧入設備に要する費用が削減できて低コスト化が図れる。なお、内輪２２の内径のアウトボード側に０．０５〜０．２５ｍｍ程度の大きなインロー部を軸方向に５〜１２ｍｍ程度設けても同様の効果が得られる。
【００３１】
さらに、加締め前において、前記ハブ輪２１の円筒部３６の端面の角部４１に丸みを付ける。このようにすれば、ハブ輪２１の円筒部３６を加締める際にバリや亀裂などの欠陥が発生することを防止できる。
【００３２】
前記ハブ輪２１は、Ｃが０．４５〜０．８０ｗｔ％、好ましくは０．６０〜０．８０ｗｔ％の中炭素鋼で形成し、図１に示すように所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層４２を形成する。また、前記内輪２２は、Ｃが０．６０〜０．８０ｗｔ％の中炭素鋼で形成し、芯部まで焼き入れ硬化する。このため、JIS G 4805で規定されているＳＵＪ２（Ｃが０．９５〜１．１０ｗｔ％）等の高炭素鋼よりも炭素量が少ない分、加工性（鍛造加工）が向上する。
【００３３】
また、ハブ輪２１については、所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層４２を形成したことにより、転動疲労寿命を向上させ、嵌合面のフレッティングを防止している。内輪２２については、インボード側に軌道面２９が寿命的に厳しい箇所であるため、芯部までの焼き入れ硬化により、硬度の低下を抑制して強度面および転動疲労寿命を向上させ得る。Ｃは、製品機能上必要な強度、耐摩耗性および転動疲労寿命を満足させる上で、ハブ輪２１は０．４５ｗｔ％以上、内輪２２は０．６０ｗｔ％以上必要であり、０．８０ｗｔ％より多くなると、加工性、被削性および靭性が低下する点でこれを上限とする。
【００３４】
ハブ輪２１の表面硬化層４２は、ハブ輪２１の所定の部位、すなわち、外輪２４のアウトボード側端部に装着されたシール３３のシールリップが摺接するハブ輪２１の外周面、つまり、シール摺接部から軌道面２５を経て小径段部２８に及ぶ領域に形成する。
【００３５】
この表面硬化層４２の各部をａ〜ｄで示すと、ａ部はシール３３のシールリップが摺接するシールリップ部であるため、耐摩耗性が要求される。ｂ部は転動体２３が転動する軌道面２５であるため、耐寿命性が要求される。ｃ部は内輪２２と当接する部分であり、ｄ部は内輪２２がハブ輪２１に嵌合する部分であるため、耐クリープ性、耐フレッティング性が要求される。なお、ｅ部は加締め部３５であるために延性が要求される。
【００３６】
前記表面硬化層４２を形成するための熱処理は、高周波焼き入れが適している。表面硬化処理としての高周波熱処理は、誘導加熱の特色を有効に生かして硬化層４２を自由に選定し、耐摩耗性を与えたり疲れ強さを改善することができる。誘導加熱は、電磁誘導現象を利用して金属内で電気エネルギーを直接熱エネルギーに変えて発熱させる方法で、これを利用した高周波熱処理には多くの特徴がある。特に、局部加熱ができ、硬化層深さの選定が自由であり、また硬化層以外には著しく熱影響を与えないように制御できるので、母材の性能を保持できる。したがって、ａ〜ｄ部の領域には所望の硬化層４２を形成させつつ、ｅ部を未焼き入れの母材のまま残すことができる。
【００３７】
図２に示すように、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成する。この内輪２２のインボード側端面と内径面とを繋ぐ面取り部４３は、曲率半径ｒ1が１〜２．５ｍｍである円弧形状を有する。また、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が５〜１０ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が前記内輪２２の面取り部４３にかかるように形成する。このように内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成し、ハブ輪２１の円筒部３６に環状溝４４を形成したことにより、前記ハブ輪２１の円筒部３６を加締めても、内輪２２を直径方向外側に押し広げることを抑制することができ、内輪２２の変形を最小限に抑えることができる。
【００３８】
ここで、前記内輪２２の面取り部４３の曲率半径ｒ1が１ｍｍよりも小さいと、自動車に取り付けられて走行中に車輪軸受装置に負荷が作用した時、加締め部３５の根元部分の応力集中により亀裂などの損傷を生じる可能性がある。逆に、面取り部４３の曲率半径ｒ1が２．５ｍｍより大きい場合（図３の傾斜面４５を有する比較例の場合を含む）、ハブ輪２１の円筒部３６を加締める際に、塑性変形した加締め部３５が内輪２２の大きな面取り部４３を直径方向外側に押し広げることになるため、内輪２２の外径が大きく変形し、軸受すきまが所定値から逸脱する可能性があり、所期の軸受特性を得ることが困難となる。
【００３９】
なお、前記面取り部４３は、内輪２２のインボード側端面および内径面に接するような曲率半径で連続的に形成することが可能であるが、内輪２２の熱処理後に面取り加工しなければ難しい点から、この面取り部４３の軸方向および径方向寸法ｃ1，ｃ2を曲率半径ｒ1よりも若干小さく設定することが望ましい。このようにすれば、面取り部４３を内輪２２の熱処理前に加工しておき、熱処理後の面取り作業を省略することができる。
【００４０】
図２に示すハブ輪２１の端部に形成された加締め前の円筒部３６を、図４（ａ）〜（ｃ）に示す要領でもって加締め用ポンチ３８により、加締め加工した後の加締め部３５を図５に示す。
【００４１】
この加締め部３５の最終形状は、その内径側から外径側へ向かって、曲率半径ｒ3を有する第１の曲成面４６と、変形起点Ｘ側から外径方向に亘って肉厚が漸増する第１のテーパ面４７と、曲率半径ｒ4を有する第２の曲成面４８と、内輪２２のインボード側端面に対して第１のテーパ面４７と逆向きに角度α°をなす第２のテーパ面４９とで構成され、内輪２２のインボード側端面から加締め部３５の頂点までの軸方向長さｄ4を有する。
【００４２】
前記加締め部３５の形状において、第１の曲成面４６の曲率半径ｒ3が３ｍｍより小さいと、加締め加工時、加締め用ポンチ３８の加工面３９をかじり易くなり、加締め用ポンチ３８の寿命低下を招来する。また、前記曲率半径ｒ3が５ｍｍより大きいと、加締め前に予備成形によりハブ輪２１の円筒部３６の端部を広げておかないと加締め時に加締め用ポンチ３８で軸方向アウトボード側に前方押し出しする必要があり、ハブ輪２１の円筒部内径と加締め用ポンチ３８とが激しく擦り合わされることでバリが発生する。そのため、第１の曲成面４６の曲率半径ｒ3は、３〜５ｍｍ程度が好ましい。
【００４３】
第１のテーパ面４７は内輪２２のインボード側端面に対して角度β°をなし、その角度β°は、マイナス値になると内輪２２の抜け耐力が低下することが明らかとなっており、また、前記角度β°が３０°より大きいと、内輪２２を径方向に拡げる力が増大することで内輪２２に無視できない変形を生じる。その結果、第１のテーパ面４７の角度β°は、０〜３０°程度が好ましい。
【００４４】
第２の曲成面４８の曲率半径ｒ4が２ｍｍより小さいと、加締め加工時、加締め用ポンチ３８の加工面３９をかじり易くなり、加締め用ポンチ３８の寿命低下を招来する。また、前記曲率半径ｒ4が１０ｍｍより大きいと、加締め部３５で内輪２２を押圧する力が弱まり、適正な予圧を付与することが困難となる。そのため、第２の曲成面４８の曲率半径ｒ4は、２〜１０ｍｍ程度が好ましい。
【００４５】
第２のテーパ面４９の角度α°が４５°より小さいと、加締め部３５で内輪２２を押圧する力が弱まり、適正な予圧を付与することが困難となる。また、前記角度α°が５０°より大きいと、加締め部３５が外径側に広がろうとするハブ輪２１の円筒部３６の端部と加締め用ポンチ３８とが激しく擦り合わされてバリを生じる。その結果、第２のテーパ面４９の角度α°は、４５〜５０°程度が好ましい。
【００４６】
但し、第２の曲成面４８と第１のテーパ面４７とが接しないように加締める場合には、第２の曲成面４８における曲率半径ｒ4をもっと大きく設定することにより、第２のテーパ面４９を省略することも可能である。この場合、好ましくは、第２の曲成面４８と第１のテーパ面４７とのつなぎ目に１〜３ｍｍ程度の曲率半径を有する第３の曲成面を形成することにより、そのつなぎ目付近から発生するバリを抑制する上で、加締め用ポンチ３８の寿命を向上させることができる。
【００４７】
なお、加締め後の形状において、ハブ輪２１の外径に環状溝４４を残すことと、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成することで、内輪２２の変形を最小限に抑制することができる。
【００４８】
【実施例】
前述した図２に示す加締め前のハブ輪２１の端部および内輪２２の形態を実施例として、図３に示す加締め前のハブ輪２１の端部および内輪２２の形態を比較例とする。図３の比較例では、内輪２２の内径端部、つまり、内周端部に大きな傾斜面４５とインボード側端面と内径面とを繋ぐ面取り部４３’を形成する。なお、ハブ輪２１の端部における他の形状は図２と同一である。
【００４９】
図３の比較例において、内輪２２の外径ｄ2が５８．８ｍｍ、内径ｄ3が２８ｍｍ、傾斜面４５および面取り部４３の軸方向寸法ｃ1’が３．５ｍｍ、径方向寸法ｃ2’が１．５ｍｍ、傾斜面の角度θが１５°、面取り部４３の曲率半径ｒ1’が５ｍｍで、かつ、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が７．８ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が内輪２２の面取り部４３’にかかるように形成した場合、加締め加工により内輪２２の端面から２ｍｍの位置の内輪２２の外径が３５μｍ程度膨張した。
【００５０】
これに対して、図２の実施例では、内輪２２の外径ｄ2が５８．８ｍｍ、内径ｄ3が２８ｍｍ、面取り部４３の軸方向寸法ｃ1が１ｍｍ、径方向寸法ｃ2が１ｍｍ、曲率半径ｒ1が１．５ｍｍで、かつ、ハブ輪２１の円筒部３６の外径に、深さｎが０．５ｍｍ程度、曲率半径ｒ2が７．８ｍｍ程度の環状溝４４をその一部が前記内輪２２の面取り部４３にかかるように形成した場合、加締め加工により内輪２２の端面から２ｍｍの位置の内輪２２の外径が１５μｍ程度しか膨張しなかった。
【００５１】
なお、図２の実施例と図３の比較例において、加締め後の加締め部３５の最終形状は、図５に示すように第１の曲成面４６での曲率半径ｒ3が３ｍｍ、第１のテーパ面４７での角度β°が５°、第２の曲成面４８での曲率半径ｒ4が４．２ｍｍ、第２のテーパ面４９での角度α°が４８．３°、内輪２２のインボード側端面から加締め部３５の頂点までの軸方向長さｄ4が５．４ｍｍであり、加締め後に、ハブ輪２１の外径に環状溝４４を残すことと、内輪２２の内径端部に面取り部４３を形成することで、内輪２２の変形を最小限に抑制することができた。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、内輪の変形を無視できる程度まで減少させることができるので、転動疲労寿命を確保した上で、加締め部から転動体と内輪が接触する位置までの距離を短くすることができ、内輪およびハブ輪を軸方向にコンパクトに設計することができるため、製品重量の低減化が図れて自動車に使用した場合に燃費の向上が実現容易となり、地球環境への負荷が軽減できる。さらに、ハブ輪および内輪の材料費や加工費も減少するので、安価な車輪軸受装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車輪軸受装置の実施形態を示す半断面図である。
【図２】本発明の実施例で、加締め前のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図３】図２の実施例に対する比較例で、加締め前のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は揺動加工によるハブ輪の端部を加締め加工する要領を説明するための工程図である。
【図５】本発明の実施例で、加締め後のハブ輪の端部および内輪を示す半断面図である。
【図６】車輪軸受装置の従来例を示す半断面図である。
【符号の説明】
２１ 内方部材（ハブ輪）
２２ 内方部材（内輪）
２３ 転動体
２４ 外方部材（外輪）
２５ 第１の軌道面
２６ 車輪取付フランジ
２８ 小径段部
２９ 第２の軌道面
３０，３１ 軌道面
３２ 車体取付フランジ
３５ 加締め部
３６ 円筒部
４１ 角部
４２ 表面硬化層
４３ 面取り部
４４ 環状溝
４７ 第１のテーパ面
４８ 曲成面（第２の曲成面）
４９ 第２のテーパ面
Claims (10)
- 車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を加締めてそれらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、加締め前の前記ハブ輪の端部が中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増することを特徴とする車輪軸受装置。
- 加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部は、その外径が先端に向かい僅かに小径となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪軸受装置。
- 加締め前の前記ハブ輪の端部に形成された円筒部の端面の角部に丸みを付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪軸受装置。
- 車体に取り付ける車体取付フランジを有し、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪を取り付ける車輪取付フランジを有し、外周に第１の軌道面が形成されたハブ輪、および前記ハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に第２の軌道面が形成された内輪からなる内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部から延びる端部を塑性変形させて加締め部を形成し、それらを非分離に一体化した車輪軸受装置において、中空状の円筒部をなし、この肉厚が先端に向かって漸増する加締め前の前記ハブ輪の端部を加締め加工した前記加締め部の外端面を、変形起点側から外径方向に亘って軸方向厚みが漸増する第１のテーパ面で形成し、この第１のテーパ面が内輪のインボード側端面に対してなす角度を０〜３０°の範囲に設定したことを特徴とする車輪軸受装置。
- 前記加締め部の外端面を、第１のテーパ面から外周縁に亘って第２のテーパ面で形成し、その第２のテーパ面が内輪のインボード側端面に対して前記第１のテーパ面と逆向きになす角度を４５〜５０°の範囲に設定したことを特徴とする請求項４に記載の車輪軸受装置。
- 前記第１のテーパ面と第２のテーパ面とを、所定の曲率半径を有する曲成面で前記両テーパ面と接するように連設したことを特徴とする請求項５に記載の車輪軸受装置。
- 前記内輪の内径端部に形成した面取り部が円弧状をなし、かつ、その軸方向および径方向寸法がほぼ１ｍｍとしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車輪軸受装置。
- 前記ハブ輪の端部外径に環状溝を形成し、前記環状溝はその一部が前記内輪の内径端部に形成された面取り部にかかるように設けられていることを特徴とする請求項７記載の車輪軸受装置。
- 前記ハブ輪を、Ｃが０．４５〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、所定の部位に高周波焼き入れによる表面硬化層を形成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車輪軸受装置。
- 前記内輪を、Ｃが０．６０〜０．８０ｗｔ％の炭素鋼で形成し、芯部まで焼き入れ硬化したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車輪軸受装置。
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