WO2005026565A1 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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WO2005026565A1
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bearing device
outer member
raceway
raceway surface
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Hisashi Ohtsuki
Masuo Takaki
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Ntn Corporation
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    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • the present invention relates to a bearing device for a wheel that supports a wheel of an automobile.
  • a hub wheel and an outer ring in a wheel bearing device of a hub unit type or the like are manufactured by forging and then turning.
  • the forging process for example, after cutting a bar of carbon steel with a carbon content of 0.4-0.8% in the cross-sectional direction, it is heated to around 1100 ° C, upsetting, rough forming, finishing It is common to perform molding and punching.
  • the fiber flow of the bar material after forging is as shown in Fig. 11 for the hub wheel and as shown in Fig. 13 for the outer wheel.
  • the finished shape of the hub wheel 81 or the outer ring 84 after turning is indicated by a broken line.
  • FIG. 12 shows an enlarged cross section of a portion A where the raceway surface 90 is formed by turning the hub wheel 81 in FIG.
  • FIGS. 14 (A) and (B) show enlarged cross-sections of portions A and B where track surfaces 92 and 93 are formed by turning the outer ring 84 shown in FIG. 13, respectively.
  • Figs. 14 (A) and (B) show enlarged cross-sections of portions A and B where track surfaces 92 and 93 are formed by turning the outer ring 84 shown in FIG. 13, respectively.
  • a straight line was connected to the point P where was deposited, and a tangent T was drawn at the intersection P of the straight line L and the orbital plane, and the angle ⁇ between the fiber flow F and the tangent T1 was determined. This angle was defined as the angle of the fiber flow F with respect to the orbital plane (
  • the fiber flow angle oc is related to the size of the machining allowance (difference between the forged contour shape of the raceway surface and the turning finish shape), and the larger the machining allowance, the larger the fiber flow angle ⁇ becomes.
  • the angle is 15 ° and ⁇ ⁇ 20 °
  • the machining allowance is large and varies in the range of 15 ° ⁇ ⁇ 80 °.
  • the fiber flow F is a flow of a material generated at the time of forming a bar material, and there are some impurities that cannot be removed during steel making, and the impurities exist along the fiber flow F.
  • the starting point of rolling fatigue life under normal lubrication conditions is determined by impurities in the material, especially It is considered to be a system impurity, and it is said that the longer the impurity is, the longer the length is, and the more the number is, the shorter the life is.
  • the conventional wheel bearing device satisfies the presently required rolling fatigue life, so that fiber flow is not basically taken into consideration, and the material before turning is merely used for the ease of forging.
  • the shape was determined.
  • the shape of the material before turning which is easy to forge, has a large machining allowance and increases the man-hour for the turning process. As a result, the manufacturing cost increases and the product does not lead to low cost.
  • the rolling life is sufficiently satisfactory at present, the wheel bearing device, which is an automobile part used under severe conditions, is expected to require even more severe rolling S-slip fatigue life in the future. .
  • Patent Document 1 states that the production of round bar material can reduce the fiber flow division more than the production of pipe material.However, in order to reduce the fiber flow division, No consideration has been given to this. Further, the manufacturing method described in Patent Document 1 is a manufacturing method for an outer ring having no flange, and it is unknown whether the hub ring or the outer ring with a flange can be applied or applicable.
  • An object of the present invention is to provide a wheel bearing device capable of improving the rolling life of the raceway surface by reducing the machining allowance of the raceway surface, reducing the material weight and shortening the cutting time. It is to be.
  • the wheel bearing device of the present invention includes an outer member having a flange on the outer periphery and a double-row raceway surface formed on the inner periphery, and a double-row raceway surface facing the raceway surface of the outer member. And a double row rolling element interposed between both raceway surfaces, and sealing devices at both ends between the outer member and the inner member to rotatably support the wheels with respect to the vehicle body.
  • the inner member has a raceway surface and a wheel having a wheel mounting flange formed therein.
  • the angle of the fiber flow with respect to at least one of the raceway surface of the wheel and the raceway surface of the outer member is 15 ° or less.
  • Each of the raceway surfaces may be an arc-shaped surface corresponding to a rolling element having a ball force, or a tapered surface corresponding to a rolling element having a tapered roller force.
  • the hub ring or the outer member may not be displaced. Force to obtain the effect It is more preferable to regulate the fiber flow angle for both the hub wheel and the outer member as described above.
  • the fiber flow angle with respect to the raceway surface of the hub wheel and the fiber flow angle with respect to the raceway surface of the outer member are each more preferably 10 ° or less.
  • the angle of the fiber flow with respect to the raceway surface of the hub wheel be 10 ° or less. Therefore, for example, the angle of the fiber flow with respect to the raceway surface of the outer member may be 15 ° or less, and the angle of the fiber flow with respect to the raceway surface of the hub wheel may be 10 ° or less.
  • the wheel bearing device of the present invention is also applied to a type in which the outer member does not have a flange on the outer periphery.
  • a wheel bearing device comprising a row of rolling elements and sealing devices at both ends between an outer member and an inner member, the bearing device for a wheel rotatably supporting a vehicle body, wherein the inner member has a single track.
  • the angle of the fiber flow of the hub wheel with respect to the raceway may be 15 ° or less. In this case, too, The angle of the fiber flow with respect to the raceway is more preferably 10 ° or less.
  • the present invention can also be applied to a second-generation type wheel bearing device or the like. That is, an outer member having a flange on the outer periphery and having a double-row raceway surface formed on the inner periphery, an inner member having a double-row raceway surface facing the raceway surface of the outer member, A wheel bearing device comprising a double row of rolling elements interposed between both raceway surfaces, and sealing devices at both ends between an outer member and an inner member, the wheel bearing device rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body.
  • the angle of the fiber flow of the outer member with respect to the track surface may be set to 15 ° or less. The angle of the fiber flow is more preferably 10 ° or less.
  • either the outer member or the inner member may be on the rotating side.
  • the outer flange of the outer member is a wheel mounting flange
  • the outer flange of the outer member is a mounting flange for the vehicle body.
  • the other raceway surface of the inner member may be an inner ring fitted to the outer periphery of the end of the hub wheel. That is, a third-generation wheel bearing device may be used.
  • the inner member may be two inner rings having a track surface in each row opposed to a double row of track surfaces provided on the outer member. That is, a second-generation wheel bearing device may be used.
  • the outer ring type or the inner ring type may be used.
  • the wheel bearing device of the present invention may be a fourth-generation wheel bearing device.
  • the material of the hub ring or the outer member which is the raceway that defines the fiber flow angle as described above, is bearing steel, carburized steel, or a carbon content of 0. 4-0. Any of 8% carbon steel may be used.
  • the wheel bearing device of the present invention has a fiber flow angle of 15 ° or less with respect to the raceway surface of the hub wheel having the wheel mounting flange on the outer periphery, or the fiber flow with respect to the raceway surface of the outer member having the flange on the outer periphery.
  • the angle of contact is set to 15 ° or less, so that the rolling life of the raceway surface can be extended, the machining allowance for the raceway surface can be reduced, and material The effect of reducing the input weight and the cutting time can be obtained.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a wheel bearing device according to a first embodiment of the present invention.
  • (A) and (B) are process explanatory diagrams showing a forging process of the knob wheel and the outer ring, respectively.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a material in a completed forged state of a hub wheel in the wheel bearing device.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a material in a completed forged state of the outer ring in the bearing device for a wheel.
  • FIG. 6 (A) and (B) are enlarged cross-sectional views of portions A and B in FIG. 5, respectively.
  • (A) is a graph of the test results
  • (B) is an explanatory diagram showing the relationship between the direction of each test piece and the rod material.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a material in a forged state of a conventional hub wheel.
  • FIG. 12 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a material of a conventional outer ring in a forged completed state.
  • FIG. 14 (A) and (B) are enlarged cross-sectional views of portions A and B in FIG. 13, respectively.
  • FIGS. 1 to 7 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
  • the bearing device for a wheel includes an inner member 3 including a hub wheel 1 and an inner ring 2 fitted to an outer periphery of an inboard side end of the hub wheel 1, and an outer member 4. Times It is supported so that it can roll freely.
  • the hub wheel 1 has a wheel mounting flange 5 at the end on the outboard side, and wheel mounting bolts 8 are press-fitted into bolt holes 7 formed at a plurality of circumferential locations of the flange 5. ing.
  • the hub wheel 1 is a cylindrical member through which the central hole la penetrates.
  • the shaft of the outer joint member of the constant velocity universal joint (not shown) is fitted into the central hole la.
  • Each of the hub wheel 1 and the inner ring 2 is provided with one of two rows of raceway surfaces 10 and 11.
  • the outer member 4 is composed of a single outer ring, and has a flange 6 on the outer periphery for attachment to a vehicle body. Bolt through holes 9 are formed at a plurality of locations in the circumferential direction of the flange 6.
  • the outer member 4 has double rows of raceways 12 and 13 facing the raceways 10 and 11 of the hub wheel 1 and the inner race 2, and between the raceways 10 and 12 of both rows, and between the raceways 11 and 12. , 13 are interposed with rolling elements 14.
  • the raceway surfaces 10-13 are surfaces that generate a contact angle, and this bearing is of an angular type.
  • the rolling elements 14 are balls such as steel balls. These rolling elements 14 are held by holders 29 for each row. Both ends of the bearing space between the inner member 3 and the outer member 4 are sealed by sealing devices 15 and 16.
  • the sealing devices 15 and 16 are attached to, for example, the inner diameter surface of the outer member 4 so that the sealing lip comes into contact with the outer diameter surfaces of the hub wheel 1 and the inner ring 2, and also provides a sealing force.
  • the hub wheel 1 and the outer member 4 are both manufactured by forging and then turning.
  • the material of the hub wheel 1 and the outer member 4 is, for example, bearing steel, carburized steel, or carbon steel having a carbon content of 0.4 to 0.8%.
  • the hub wheel 1 and the outer member 4 cut the bar material W of the above-described material into predetermined dimensions and heat it to about 1100 ° C. Perform upsetting, rough forming, finish forming, and inner diameter punching.
  • the hub wheel 1 is processed into the shape shown in FIG. 3, and the outer member 4 is processed into the shape shown in FIG.
  • the finished shapes of the hub wheel 1 and the outer member 4 after turning are shown by broken lines.
  • the curve showing the fiber flow F is shown in the cross section of FIG.
  • the hub ring 1 has an arc-shaped seal contact surface 17 on the outboard side of the raceway surface 10 on the outer diameter surface, and the seal contact surface 17 follows the side surface of the flange 5.
  • the outer diameter surface portion on the inboard side with respect to the raceway surface 10 has a cylindrical shape with a straight cross section.
  • the outer member 4 has arcuate cross-section raceway surfaces 12 and 13 on both sides of a cylindrical surface portion 18 having a minimum diameter, and raceways from these raceway surfaces 12 and 13 to both end sides. It has a shape that continues with cylindrical surface parts 19 and 20 slightly smaller in diameter than the maximum diameter of surfaces 12 and 13.
  • the raceway surface 10 of the hub wheel 1 has an enlarged shape shown in FIG.
  • the raceway surfaces 12 and 13 of the outer member 4 have shapes shown enlarged in FIGS. 6A and 6B, respectively.
  • the angle of the fiber flow F with respect to the raceway surface 10 of the wheel 1 is set to 15 ° or less, more preferably 10 ° or less.
  • the angle ⁇ of the fiber flow F with respect to the raceway surfaces 12 and 13 of the outer member 4 is 15 ° or less, more preferably 10 ° or less. .
  • the angle ⁇ of the fiber flow F with respect to the raceway surfaces 10, 12, 13 is defined as follows. That is, in the range from the bottom edge X where the curvature of the raceway surfaces 10, 12 and 13 occurs to the shoulder edge ⁇ , the center of the groove curvature ⁇ force The point where the cross section of the fiber flow F is deposited A straight line is connected, and a tangent ⁇ is drawn at the intersection ⁇ of the straight line L and the raceway surfaces 10, 12, 13 .
  • the tangent T1 of the fiber flow F at each intersection ⁇ and the above tangent ⁇ of the raceway surfaces 10, 12, 13 are The angle ⁇ is the angle of the fiber flow with respect to the orbital plane.
  • the raceway surface is a tapered surface
  • a straight line along the cross section of the tapered surface serving as the raceway surface, that is, the generatrix of the tapered surface is used instead of the tangent ⁇ , and the generatrix and the tangent T1 of the fiber flow F are used.
  • Angle If the tapered surface has a crowned shape, the tangent to the crowned curve is indicated by ⁇ .
  • reducing the angle ⁇ of the fiber flow F to 15 ° or less for the hub wheel and 15 ° or less for the outer member 4 as described above can be achieved by making the material shape after forging completion as close as possible to the final shape. Can be achieved. As a result, the machining allowance for the raceway surfaces 10, 12, and 13 can be reduced, and the material input weight and cutting time can be reduced. It will be.
  • FIG. 7 (A) shows the test results of the rolling fatigue test specimens in which the raceway surface was also cut out of the rod material, and the fiber flow angles with respect to the raceway surface were 0 °, 15 °, 30 °, The results for 45 ° and 90 ° are shown.
  • FIG. 7B shows the relationship between the above-mentioned test pieces and the axial direction of the bar. Looking at the rolling life ratio from the same figure (A), if the fiber flow angle is 0 ° (ideal), the same rolling life can be obtained if the fiber flow angle is 15 ° or less compared to the rolling life when the fiber flow angle is 0 ° (ideal). ⁇ ⁇
  • the force in which the inner ring 2 is fixed to the hub wheel 1 by press fitting or bolts (not shown) is used as shown in Fig. 8 (A).
  • the inner ring 2 may be fixed to the nose wheel 1 by the crimping portion 21 provided at the end on the board side.
  • a wheel bearing device for a driven wheel may be used as shown in FIG. 8 (B).
  • the wheel bearing device of FIG. 8 is the same as the example of FIG. 8 (A) except that the hub wheel 1 does not have the central hole la! /
  • FIG. 9A shows an example in which the outer ring is of the second generation.
  • an outer member 30 composed of a single outer ring has multiple rows of raceways 31 and 32 on its inner periphery, and raceways 33 and 34 facing these multiple rows of raceways 31 and 32.
  • a rolling element 36 interposed between the opposed raceway surfaces 31 and 33 and between the raceway surfaces 32 and 34 in both rows.
  • Inner member Reference numeral 35 denotes an arrangement of inner rings 35A, 35B having track surfaces 33, 34 for each row.
  • a wheel mounting flange 5A is formed on the outer peripheral side of the outer member 30 on the outboard side.
  • the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the raceway surfaces 31 and 32 of the outer member 30 is set to 15 ° or less, and more preferably 10 ° or less.
  • FIG. 9B shows an example in which the second generation is of the inner ring rotation type.
  • This wheel bearing device includes an inner member 45 having double rows of raceways 43, 44 opposed to multiple rows of raceways 41, 42 provided on an outer member 4A having a flange 6A, and an inner member 45 of both rows.
  • a rolling element 46 is provided between the facing raceway surfaces 41 and 43 and between the raceway surfaces 42 and 44.
  • the inner member 45 is formed by arranging inner rings 45A and 45B having track surfaces 43 and 44 for each row.
  • the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the raceway surfaces 41 and 42 of the outer member 4A is set to 15 ° or less, more preferably 10 ° or less.
  • the inner rings 45A and 45B are generally used by being fitted to the outer periphery of a hub wheel having a wheel mounting flange (not shown).
  • FIG. 10 shows an example applied to a fourth-generation wheel bearing device.
  • an inner member 52 is constituted by a hub wheel 1B having a flange 5B for mounting a wheel, and a constant velocity joint outer ring 51 in which a shaft portion 51a is fitted on the inner periphery of the hub wheel IB.
  • the raceway surfaces 53 and 54 are formed on the wheel 1B and the outer race 51 of the constant velocity joint.
  • the outer member 4B has a flange 6B for attachment to the vehicle body on the outer periphery, and raceway surfaces 55, 56 facing the respective raceway surfaces 53, 54 are formed on the inner periphery.
  • a rolling element 57 is interposed between the facing raceway surfaces 53 and 55 and between the raceway surfaces 54 and 56.
  • the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the raceway surfaces 55, 56 of the outer member 4B is set to 15 ° or less.
  • the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the orbital surface 53 of the hub wheel 1B is set to 10 ° or less.
  • the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the raceway surface 53 of the hub wheel 1B may be 15 degrees or less, and the angle of the fiber flow (not shown) with respect to the raceway surfaces 55 and 56 of the outer member 4B may be sufficient. , More preferably 10 ° or less.
  • the V and the deviation are also ball-type wheel bearing devices.
  • the present invention can also be applied to a tapered roller bearing-type wheel bearing device.
  • the requirement that the angle of the fiber flow with respect to the raceway surface be 15 ° or less and the requirement that the fiber flow be 10 ° or less should be satisfied substantially over the entire circumference.

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Abstract

　軌道面の転がり寿命の向上が図れ、かつ軌道面の加工取り代が削減できて、材料投入重量の削減および切削加工時間の短縮が図れる車輪用軸受装置を提供する。車輪取付用のフランジ５および軌道面１０を有するハブ輪１を備える車輪用軸受装置において、ハブ輪１の軌道面１０に対するファイバーフローＦの角度を１５°以下とする。また図示しない外方部材の軌道面に対するファイバーフローの角度も１５°以下とする。

Description

明 細 書
車輪用軸受装置
技術分野
[0001] この発明は、自動車の車輪を支持する車輪用軸受装置に関する。
背景技術
[0002] ハブユニット形式等の車輪用軸受装置におけるハブ輪および外輪は、鍛造後に旋 削加工して製造される。鍛造工程としては、例えば炭素含有量が 0. 4-0. 8%の炭 素鋼のバー材を断面方向に切断した後、 1100°C前後に加熱して、据え込み、荒成 形、仕上成形、および内径抜きを行うのが、一般的である。
[0003] 上記のように鍛造されるため、バー材のファイバーフローは、鍛造後にハブ輪は図 11に示すように、また外輪は図 13に示すとおりとなる。同図において、ハブ輪 81また は外輪 84の旋削後の仕上げ形状を破線で示した。
図 12は、図 11におけるハブ輪 81の旋削加工により軌道面 90を形成した部分 Aの 拡大断面を示す。図 14 (A) , (B)は、それぞれ図 13に示す外輪 84の旋削加工によ り軌道面 92, 93を形成した部分 A, Bの拡大断面を示す。これら図 12,図 14におい て、溝状軌道面 90, 92, 93の曲率の生じた底側の縁部 Xから肩側の縁部 Yの範囲 で、溝曲率中心 O力 ファイバーフロー Fの断面が析出している点 Pまでを直線しで 結び、その直線 Lと軌道面の交点 Pで接線 Tを引き、ファイバーフロー Fの接線 T1と の角度 αをそれぞれで求めた。この角度を、軌道面に対するファイバーフロー Fの角 度 (と定義した。
このファイバーフローの角度 ocは、加工取り代の大きさ（軌道面の鍛造輪郭形状と 旋削仕上げ形状の差)の関係があり、加工取り代が大きい程、ファイバーフローの角 度 αが大きくなる傾向にあり、ハブ輪 81では 15° く α < 20° であり、外輪 84では 加工取り代が大きく 15° < α < 80° 範囲でばらつく。
[0004] このファイバーフロー Fは、バー材成形時に生じる材料の流れであり、製鋼時に取り 切れない不純物が若干存在し、不純物はファイバーフロー Fに沿って存在する。一 般に正常な潤滑条件下での転がり疲労寿命の起点は、材料中の不純物、特に酸ィ匕 系の不純物とされており、不純物が大きく長さも長いほど、またその数が多いほど、寿 命が低下すると言われて 、る。
[0005] 試験片における試験結果である力 軌道面に対するファイバーフローの角度と転が り寿命には相関関係があり、角度が大きくなるに従って転がり寿命が低下することが 知られている。また、車輪用軸受装置においても、ノイブ素材力もの製造に比べ、丸 棒素材からの製造がファイバーフローの分断を軽微になるとの記載もある（特公平 5— 66215号公報）。
[0006] しかし、従来の車輪用軸受装置では、現在求められている転がり疲労寿命は満足 するため、基本的にはファイバーフローが考慮されておらず、鍛造の行い易さだけで 旋削前の素材形状を決定していた。しかし、鍛造の行い易い旋削前の素材形状は加 ェ取り代が多ぐ旋削加工の工数を増大させ、その結果、製造コストが増大し、製品 の低コストィ匕に繋がらない。一方、現在十分に転がり寿命は満足しているとは言え、 過酷な条件で使用される自動車部品である車輪用軸受装置は、今後さらに厳しい転 力 Sり疲労寿命を要求されることが考えられる。上記特許文献 1にはパイプ素材の製造 より丸棒素材の製造の方がファイバーフローの分断が少なくできる旨の記載はあるが 、ファイバーフローの分断を少なくするための工夫や、ファイバーフローの角度に対 する考慮はなされていない。また、特許文献 1に記載の製造方法は、鍔を有しない外 輪についての製造方法であり、ハブ輪や鍔付きの外輪では適用または応用の可否 が不明である。
発明の開示
[0007] この発明の目的は、軌道面の加工取り代を削減することにより、軌道面の転がり寿 命の向上が図れ、材料重量の削減および切削加工時間の短縮が図れる車輪用軸受 装置を提供することである。
[0008] この発明の車輪用軸受装置は、外周にフランジを有し内周に複列の軌道面が形成 された外方部材と、この外方部材の軌道面と対向する複列の軌道面を形成した内方 部材と、両軌道面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端の密 封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であって 、内方部材は一つの軌道面と車輪取付フランジが形成されたノヽブ輪を有し、このハ ブ輪の上記軌道面、および外方部材の上記軌道面の少なくとも一方の軌道面に対 するファイバーフローの角度を 15° 以下としたものである。上記各軌道面は、ボール 力 なる転動体に対応した断面が円弧状の面であっても、また円すいころ力 なる転 動体に対応したテーパ状の面であっても良 、。
[0009] 軌道面に対するファイバーフローの角度と転がり寿命には相関があり、角度が大き くなるに従って転がり寿命が低下する。内方部材、外方部材とも寿命比力 見るとファ ィバーフローの角度を 15° 以下にすることで、ファイバーフローの角度零とほぼ同等 の転がり寿命が得られることが判った。また、ファイバーフローを 15° 以下にするに は軌道面の加工取り代を削減することになり、材料投入重量の削減および切削加工 時間の短縮が図れることになる。
[0010] この発明にお 、て、ハブ輪または外方部材の 、ずれかにつ!/、てのみファイバーフ ローの角度を上記のように規制しても、そのハブ輪または外方部材について効果が 得られる力 ハブ輪および外方部材の両方について、上記のようにファイバーフロー の角度を規制することがより好ましい。
また、ハブ輪の軌道面に対するファイバーフローの角度、および外方部材の軌道 面に対するファイバーフローの角度は、いずれも、より好ましくは 10° 以下である。特 に、ハブ輪の軌道面に対するファイバーフローの角度を 10° 以下とすることが好まし い。したがって、例えば、外方部材の軌道面に対するファイバーフローの角度を 15° 以下とし、ハブ輪の軌道面に対するファイバーフローの角度を 10° 以下としても良い
[0011] この発明の車輪用軸受装置は、外方部材が外周にフランジを有しない形式のもの においても適用される。
すなわち、内周に複列の軌道面が形成された外方部材と、この外方部材の軌道面 と対向する複列の軌道面を形成した内方部材と、両軌道面間に介在した複列の転動 体と、外方部材と内方部材間の両端の密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転 自在に支持する車輪用軸受装置であって、内方部材がーつの軌道面と車輪取付フ ランジが形成されたハブ輪を有するものである場合に、このハブ輪の上記軌道面に 対するファイバーフローの角度を 15° 以下としても良い。この場合も、ハブ輪の上記 軌道面に対するファイバーフローの角度は、より好ましくは 10° 以下である。
[0012] また、この発明は第 2世代タイプ等の車輪用軸受装置においても適用できる。すな わち外周にフランジを有し内周に複列の軌道面が形成された外方部材と、この外方 部材の軌道面と対向する複列の軌道面を形成した内方部材と、両軌道面間に介在 した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端の密封装置とを備え、車体に対 して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であって、外方部材の上記軌道面 に対するファイバーフローの角度を 15° 以下としても良い。このファイバーフローの 角度も、より好ましくは 10° 以下である。この車輪用軸受装置の場合、外方部材と内 方部材のいずれが回転側としても良い。外方部材が回転側である場合、外方部材の 外周のフランジは車輪取付フランジとなり、内方部材が回転側である場合、外方部材 の外周のフランジの車体への取付用のフランジとなる。
[0013] この発明の車輪用軸受装置は、内方部材の他方の軌道面が、ハブ輪の端部の外 周に嵌合した内輪であっても良い。すなわち、第 3世代の車輪用軸受装置であっても 良い。
[0014] この発明の車輪用軸受装置において、内方部材が、外方部材に設けられた複列の 軌道面に対向する各列の軌道面を有する 2個の内輪であっても良い。すなわち、第 2 世代の車輪用軸受装置であっても良い。この場合に、外輪回転タイプのものであって も、また内輪回転タイプのものであっても良い。
この発明の車輪用軸受装置は、さらに第 4世代の車輪用軸受装置であっても良い。
[0015] この発明の車輪用軸受装置において、上記のようにファイバーフローの角度を規定 した軌道輪であるハブ輪または外方部材の材質は、軸受鋼、浸炭鋼、または炭素含 有量が 0. 4-0. 8%の炭素鋼製のいずれであっても良い。
これらの材質の鋼材の場合に、上記各軌道面とファイバーフローとの角度の関係が 確認された。
[0016] この発明の車輪用軸受装置は、外周に車輪取付フランジを有するハブ輪の軌道面 に対するファイバーフローの角度を 15° 以下とし、または外周にフランジを有する外 方部材の軌道面に対するファイバーフローの角度を 15° 以下としたものであるため、 軌道面の転がり寿命の向上が図れ、かつ軌道面の加工取り代が削減できて、材料投 入重量の削減および切削加工時間の短縮が図れるという効果が得られる。
図面の簡単な説明
[0017] この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明から、より明瞭 に理解されるであろう。し力しながら、実施例および図面は単なる図示および説明の ためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この 発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面に おける同一の部品番号は、同一部分を示す。
圆 1]この発明の第 1の実施形態に力かる車輪用軸受装置の部分断面図である。 圆 2] (A) , (B)はそれぞれノヽブ輪および外輪の鍛造工程を示す工程説明図である。 圆 3]同車輪用軸受装置おけるハブ輪の鍛造完成状態の素材の断面図である。
[図 4]図 3の A部分の拡大断面図である。
圆 5]同車輪用軸受装置おける外輪の鍛造完成状態の素材の断面図である。
[図 6] (A) , (B)はそれぞれ図 5の A部分および B部分の拡大断面図である。
圆 7] (A)はそれぞれ試験結果のグラフ、 (B)はその各試験片と素材となる棒材の方 向の関係を示す説明図である。
圆 8] (A) , (B)はそれぞれこの発明の他の実施形態を示す部分断面図である。 圆 9] (A) , (B)はそれぞれこの発明のさらに他の実施形態を示す部分断面図である 圆 10]この発明のさらに他の実施形態を示す部分断面図である。
圆 11]従来のハブ輪の鍛造完成状態の素材の断面図である。
[図 12]図 11の A部分の拡大断面図である。
圆 13]従来の外輪の鍛造完成状態の素材の断面図である。
[図 14] (A) , (B)はそれぞれ図 13の A部分， B部分の拡大断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0018] この発明の第 1の実施形態を図 1ないし図 7と共に説明する。この実施形態は、第 3 世代のボールタイプ，駆動輪用で，内輪回転型の車輪用軸受装置に適用した例で ある。この車輪用軸受装置は、ハブ輪 1およびこのハブ輪 1のインボード側端の外周 に嵌合した内輪 2からなる内方部材 3と、外方部材 4とを備え、車体に対して車輪を回 転自在に支持するものである。ハブ輪 1は、アウトボード側端に車輪取付用のフラン ジ 5を有しており、フランジ 5の周方向複数箇所に形成されたボルト揷通孔 7に、車輪 取付用のボルト 8が圧入されている。また、ハブ輪 1は、中央孔 laが貫通した筒状の 部材とされている。中央孔 laには、図示しない等速自在継手の外側継手部材の軸 部が嵌合している。上記ハブ輪 1および内輪 2に、複列の軌道面 10, 11の片方ずつ が設けられている。外方部材 4は、単独の外輪からなり、外周に車体への取付用のフ ランジ 6を有している。このフランジ 6の周方向複数箇所にボルト揷通孔 9が形成され ている。外方部材 4は、ハブ輪 1および内輪 2の軌道面 10, 11に対向する複列の軌 道面 12, 13を有し、両列の対向する軌道面 10, 12間、および軌道面 11, 13間に転 動体 14が介在している。軌道面 10— 13は、接触角を生じさせる面とされ、この軸受 はアンギユラ型のものとされる。転動体 14は鋼球等のボールである。これら転動体 14 は、各列毎に保持器 29により保持されている。内方部材 3と外方部材 4との間の軸受 空間における両端は、密封装置 15, 16により密封されている。密封装置 15, 16は、 例えば外方部材 4の内径面に取付けられてシールリップがハブ輪 1および内輪 2の 外径面に接する接触シール等力もなる。
ハブ輪 1および外方部材 4は、いずれも鍛造後に旋削加工して製造される。ハブ輪 1および外方部材 4の材質は、例えば軸受鋼、または浸炭鋼、または炭素含有量が 0 . 4-0. 8%の炭素鋼とされる。鍛造工程では、ハブ輪 1および外方部材 4は、図 2 ( A) , (B)それぞれ示すように、上記材質のバー材 Wを所定寸法に切断し、 1100°C 前後に加熱して、据え込み、荒成形、仕上成形、および内径抜きを行う。このような鍛 造工程により、ハブ輪 1は図 3に示す形状に、外方部材 4は図 5に示す形状にそれぞ れ加工される。同図において、ハブ輪 1および外方部材 4の旋削後の仕上げ形状を 破線で示した。また、ファイバーフロー Fを示す曲線を同図の断面中に示した。ハブ 輪 1は、仕上げ形状おいて、外径面における軌道面 10のアウトボード側に円弧状断 面形状のシール接触面 17が続き、このシール接触面 17がフランジ 5の側面に続く形 状とされている。軌道面 10よりもインボード側の外径面部分は、断面が直線状となる 円筒面状とされている。外方部材 4は、最小径となる円筒面状部分 18の両側に断面 が円弧状の軌道面 12, 13がそれぞれ続き、これら軌道面 12, 13から両端側へ軌道 面 12, 13の最大径よりも僅かに小径の円筒面状部分 19, 20が続く形状とされている
[0020] ハブ輪 1の軌道面 10は図 4に拡大して示す形状とされる。外方部材 4の軌道面 12 , 13は、それぞれ図 6 (A) , (B)に拡大して示す形状とされる。図 4に示すように、ノ、 ブ輪 1の軌道面 10に対するファイバーフロー Fの角度ひは、 15° 以下、より好ましく は 10° 以下とする。また、図 6 (A) , (B)に示すように、外方部材 4の軌道面 12, 13 に対するファイバーフロー Fの角度 αは、いずれも 15° 以下、より好ましくは 10° 以 下とする。
[0021] 軌道面 10, 12, 13に対するファイバーフロー Fの角度 αは、次のように定義される 。すなわち、軌道面 10, 12, 13の曲率の生じた底側の縁部 Xから肩側の縁部 Υの範 囲で、溝曲率中心 Ο力 ファイバーフロー Fの断面が析出している点までを直線しで 結び、その直線 Lと軌道面 10, 12, 13の交点 Ρで接線 Τを引き、各交点 Ρにおけるフ アイバーフロー Fの接線 T1と軌道面 10, 12, 13の上記接線 Τとが成す角度 αを、軌 道面に対するファイバーフローの角度ひとする。なお、軌道面がテーパ面である場合 は、上記接線 Τの代わりに、軌道面となるテーパ面の断面に沿う直線、つまりテーパ 面の母線を用い、その母線とファイバーフロー Fの接線 T1とが成す角度とする。また 、テーパ面がクラウユング形状の場合は、クラウユング曲線の接線を Τとする。
[0022] 上記構成の作用につき説明する。軌道面 10, 12, 13に対するファイバーフロー F の角度 αと転がり寿命には相関関係があり、角度が大きくなるに従って転がり寿命が 低下する。試験、研究の結果、ハブ輪 1においては、ファイバーフロー Fの角度 αを 1 5° 以下とすることで、また外方部材 4においても、ファイバーフロー Fの角度 αを 15 ° 以下とすることで、従来に比べて軌道面 10, 12, 13の転がり寿命の向上が顕著に 得られることが判った。また、これらのファイバーフロー Fの角度 aは、 10° 以下とす ることで、各軌道面 10, 12, 13の転がり寿命の向上がより一層顕著に得られることが 判った。また、ファイバーフロー Fの角度 αを上記のようにハブ輪で 15° 以下、外方 部材 4で 15° 以下と小さくすることは、鍛造完成後の素材形状を極限的に最終形状 に近づけることで達成できる。このことは、結果的に、軌道面 10, 12, 13の加工取り 代を削減することになり、材料投入重量の削減および切削加工時間の短縮が図れる ことになる。
[0023] 図 7 (A)は、棒材カも軌道面を削り出した転動疲労試験片での試験結果を示し、軌 道面に対するファイバーフローの角度が 0° 、 15° 、 30° 、 45° 、 90° の各場合の 結果を示している。同図（B)は、上記各試験片と棒材の軸心方向との関係を示す。 同図（A)から、転がり寿命比を見ると、ファイバーフローの角度が 0° のとき（理想）の 転がり寿命に対してファイバーフローの角度 15° 以下では略同等の転がり寿命を得 られることがゎカゝる。
[0024] ファイバーフローの測定方法を説明する。
1.ファイバーフローの析出手順
(1)ハブ輪、外輪をカッターにて軸方向に 1箇所切断して試料を作成する。
(2) 75— 80°Cに加熱した塩酸溶液 (塩酸 50% +水 50%)に試料を投入する。
(3) 10— 15分間、試料を浸漬。
(4)試料を取り出し、水洗、乾燥、防鲭する。
2.ファイバーフローの判定
上記の手順で析出したファイバーフローの軌道面部の断面写真を取り、倍率 2— 5 倍で軌道面の底部力 肩部の析出ファイバーフローの角度を求める。
[0025] なお、上記実施形態は、ハブ輪 1に内輪 2を圧入またはボルト（図示せず)で固定す る形式のものとした力 図 8 (A)に示すように、ハブ輪 1のインボード側端部に設けた 加締部 21で内輪 2をノ、ブ輪 1に固定するものとしても良い。また、図 8 (B)に示すよう に、従動輪用の車輪用軸受装置としても良い。同図の車輪用軸受装置は、ハブ輪 1 が中央孔 laを有しな!/、ものとされて!/、る他は、図 8 (A)の例と同じである。
[0026] また、上記各実施形態は、いずれも第 3世代の車輪用軸受装置に適用した場合に つき説明したが、この発明は第 2世代や第 4世代の車輪用軸受装置に適用することも できる。
[0027] 図 9 (A)は、第 2世代で外輪回転タイプとした例である。この車輪用軸受装置は、単 独の外輪からなる外方部材 30が内周に複列の軌道面 31, 32を有し、これら複列の 軌道面 31, 32に対向する軌道面 33, 34を有する内方部材 35と、両列の対向する 軌道面 31, 33間、軌道面 32, 34間に介在した転動体 36とを備えている。内方部材 35は、各列毎の軌道面 33, 34を有する内輪 35A, 35Bを並べたものとされている。 この第 2世代の外輪回転タイプの場合、外方部材 30の外周アウトボード側に車輪取 付フランジ 5Aが形成されている。この例においては、外方部材 30の軌道面 31, 32 に対するファイバーフロー（図示せず)の角度を 15° 以下とし、より好ましくは 10° 以 下としている。
[0028] 図 9 (B)は、第 2世代で内輪回転タイプとした例である。この車輪用軸受装置は、フ ランジ 6Aを有する外方部材 4Aに設けられた複列の軌道面 41, 42に対向する複列 の軌道面 43, 44を有する内方部材 45と、両列の対向する軌道面 41, 43間、軌道面 42, 44間に介在した転動体 46とを備える。内方部材 45は、各列毎の軌道面 43, 44 を有する内輪 45A, 45Bを並べたものとされている。この実施形態では、外方部材 4 Aの軌道面 41, 42に対するファイバーフロー（図示せず）の角度が 15° 以下とされ、 より好ましくは 10° 以下とされる。この第 2世代の内輪回転タイプの場合、内輪 45A, 45Bは図示しな ヽ車輪取付フランジを有するハブ輪の外周に嵌合されるのが一般的 な使われ方である。
[0029] 図 10は、第 4世代の車輪用軸受装置に適用した例である。この車輪用軸受装置は 、車輪取付用のフランジ 5Bを有するハブ輪 1B、およびこのハブ輪 IBの内周に軸部 51aが嵌合した等速ジョイント外輪 51により内方部材 52が構成され、ハブ輪 1Bおよ び等速ジョイント外輪 51に軌道面 53, 54が形成される。外方部材 4Bは外周に車体 への取付用のフランジ 6Bを有し、内周に上記各軌道面 53, 54と対向する軌道面 55 , 56が形成されている。対向する各軌道面 53, 55間および軌道面 54, 56間に、転 動体 57が介在している。この実施形態では、外方部材 4Bの軌道面 55, 56に対する ファイバーフロー（図示せず）の角度が 15° 以下とされている。また、ハブ輪 1Bの軌 道面 53に対するファイバーフロー（図示せず)の角度が 10° 以下とされている。なお 、ハブ輪 1Bの軌道面 53に対するファイバーフロー（図示せず）の角度は 15° 以下で あれば良ぐまた外方部材 4Bの軌道面 55, 56に対するファイバーフロー（図示せず )の角度は、より好ましくは 10° 以下である。
[0030] なお、上記各実施形態は、 V、ずれもボールタイプの車輪用軸受装置としたが、この 発明は、円すいころ軸受タイプの車輪用軸受装置にも適用することができる。 またこの発明において、軌道面に対するファイバーフローの角度を 15° 以下とした という要件、および 10° 以下としたという要件は、いずれも実質上全周において満た されていれば良い。

Claims

請求の範囲
[1] 外周にフランジを有し内周に複列の軌道面が形成された外方部材と、この外方部 材の軌道面と対向する複列の軌道面を形成した内方部材と、両軌道面間に介在した 複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端の密封装置とを備え、車体に対して 車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であって、
内方部材は一つの軌道面と車輪取付フランジが形成されたノヽブ輪を有し、このハ ブ輪の上記軌道面、および外方部材の上記軌道面の少なくとも一方の軌道面に対 するファイバーフローの角度を 15° 以下とした車輪用軸受装置。
[2] 内周に複列の軌道面が形成された外方部材と、この外方部材の軌道面と対向する 複列の軌道面を形成した内方部材と、両軌道面間に介在した複列の転動体と、外方 部材と内方部材間の両端の密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支 持する車輪用軸受装置であって、
内方部材は一つの軌道面と車輪取付フランジが形成されたノヽブ輪を有し、このハ ブ輪の上記軌道面に対するファイバーフローの角度を 15° 以下とした車輪用軸受
[3] 外周にフランジを有し内周に複列の軌道面が形成された外方部材と、この外方部 材の軌道面と対向する複列の軌道面を形成した内方部材と、両軌道面間に介在した 複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端の密封装置とを備え、車体に対して 車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置であって、
外方部材の上記軌道面に対するファイバーフローの角度を 15° 以下とした車輪用
[4] 請求項 1において、内方部材の他方の軌道面力 ハブ輪の端部の外周に嵌合した 内輪である車輪用軸受装置。
[5] 請求項 2において、内方部材の他方の軌道面力 ハブ輪の端部の外周に嵌合した 内輪である車輪用軸受装置。
[6] 請求項 3において、内方部材が、外方部材に設けられた複列の軌道面に対向する 各列の軌道面を有する 2個の内輪である車輪用軸受装置。
[7] 請求項 1において、上記ハブ輪は、軸受鋼、浸炭鋼、または炭素含有量が 0. 4— 0
. 8%の炭素鋼製である車輪用軸受装置。
[8] 請求項 2において、上記ハブ輪は、軸受鋼、浸炭鋼、または炭素含有量が 0. 4— 0
. 8%の炭素鋼製である車輪用軸受装置。
[9] 請求項 1にお 、て、上記外方部材は、軸受鋼、浸炭鋼、または炭素含有量が 0. 4 一 0. 8%の炭素鋼製である車輪用軸受装置。
[10] 請求項 3において、上記外方部材は、軸受鋼、浸炭鋼、または炭素含有量が 0. 4 一 0. 8%の炭素鋼製である車輪用軸受装置。
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