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JP4471150B2 - 車輪用軸受装置およびその製造方法 - Google Patents

車輪用軸受装置およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、ハブ輪に圧入される内輪の耐久性向上を図った車輪用軸受装置およびその製造方法に関するものである。
自動車等の車両の車輪用軸受装置には、駆動輪用のものと、従動輪用のものとがある。特に、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、低コスト化は言うまでもなく、燃費向上のための軽量・コンパクト化が進んでいる。その従来構造の代表的な一例として、図６に示すような従動輪用の第３世代と称される車輪用軸受装置が知られている。
この車輪用軸受装置は、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体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５６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。
外輪５３は、外周に車体取付フランジ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および５２ａの間には複列の転動体５４、５４が転動自在に収容されている。
ハブ輪５１は、炭素の含有量が０．４０〜０．８０重量％である炭素鋼製の素材に鍛造を施すことにより一体に形成され、斜格子で示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から内側転走面５１ａ、および小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れ等によって表面が硬化処理されている。なお、加締部５１ｃは、鍛造後の素材表面硬さの生のままとしている。一方、内輪５２は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼のような高炭素鋼製とし、芯部まで焼入れ硬化されている。
これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の直径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
特開平１１−１２９７０３号公報
このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って内輪５２の直径を予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。然しながら、小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５１ｃを形成する場合、小径段部５１ｃのうち加締部５１ｃ近傍も径方向に塑性変形するため、内輪５２の内径は押し広げられることになり、内輪５２にフープ応力が発生するのは否めない。
内輪５２は、通常、内側転走面５２ａをはじめ、ハブ輪５１の小径段部５１ｂに嵌合する内径面、ハブ輪５１の段部５１ｄと接触する正面側の端面および背面側の端面、そしてシールが装着される外径面等を研削加工して精度が確保されているが、背面側の外径面取り部５７は、熱処理前に旋削で仕上げ加工されたままとなっている。この外径面取り部５７は、製造工程中での打ち傷によるバリの発生や取扱い上の危険防止のために設けられているが、その表面が熱処理前の低硬度であるため、微小な打ち傷は避けられないのが実情である。
前述した内輪５２に生じるフープ応力によって、背面側の外径面取り部５７に微小な打ち傷があれば応力集中を助長させ、この打ち傷を起点に内輪５２にクラックが発生し、耐久性が著しく低下する恐れがある。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性に富んだ車輪用軸受装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
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、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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前記内輪が固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に加工された再切削面で形成されていると共に、前記加締部が未焼入れ部とされ、前記内輪の外径面取り部の打ち傷を除去した構成を採用した。
このように、内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に加工された再切削面で形成されていると共に、加締部が未焼入れ部とされ、内輪の外径面取り部の打ち傷を除去したので、前工程で発生した背面側の外径面取り部の打ち傷が完全に除去される。したがって、加締加工において内輪に生じるフープ応力によって、外径面取り部の打ち傷に起因する応力集中を均等に分散させて緩和することができ、この打ち傷を起点に内輪にクラックが発生して耐久性が損なわれることはない。したがって、装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性に富んだ車輪用軸受装置を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明は、前記ハブ輪の外周に内側転走面が直接形成され、前記車輪取付フランジの基部から前記内側転走面および小径段部に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理され、前記加締部を、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とすると共に、前記小径段部における端部の塑性加工に伴って前記内輪に発生するフープ応力を３００ＭＰａ以下に規制したので、ハブ輪の強度・耐久性を向上させ、加締部に亀裂等の損傷が発生するのを防止することができる。また、この加締部によりハブ輪に固定される内輪の直径が実用上問題になる程度変形するのを防止でき、この内輪がその固定作業に伴って発生するフープ応力により損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
また、本発明のうち請求項３に記載の方法発明は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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加締部が形成され、この加締部により前記内輪を固定した車輪用軸受装置の製造方法において、前記内輪の背面側の外径面取り部が予め切削加工により形成され、熱処理後に再切削加工されると共に、前記加締部が未焼入れ部とされているので、加締加工において内輪に生じるフープ応力によって、前工程で発生した外径面取り部の打ち傷に起因する応力集中を均等に分散させて緩和することができ、内輪の強度・耐久性を向上させることができる。
また、請求項４に記載の発明は、前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に焼入れ鋼切削工具により再切削加工されているので、熱処理変形の影響を受けずに高精度な面取り部の加工ができる。
また、請求項５に記載の発明は、前記内輪の背面側の外径面取り部が、前記内輪の少なくとも大径側外径面と同時に研削砥石により再切削加工されているので、熱処理変形の影響を受けずに一層高精度な面取り部の加工ができると共に、外径面と面取り部との繋ぎ部がエッジにならず滑らかに形成され、エッジ部での応力集中を緩和することができる。
好ましくは、請求項６に記載の発明のように、前記内輪の背面側の外径面取り部が、前記内輪の正面側端面および内側転走面と同時に研削砥石により再切削加工されていれば、加工精度を向上させると共に、加工工数を削減でき、一層低コスト化を実現することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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内輪が固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に加工された再切削面で形成されていると共に、前記加締部が未焼入れ部とされ、前記内輪の外径面取り部の打ち傷を除去したので、前工程で発生した背面側の外径面取り部の打ち傷が完全に除去され、加締加工において内輪に生じるフープ応力によって、外径面取り部の打ち傷に起因する応力集中を均等に分散させて緩和することができ、この打ち傷を起点に内輪にクラックが発生して耐久性が損なわれることはない。したがって、装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、耐久性と信頼性に富んだ車輪用軸受装置を提供することができる。
また、本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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加締部が形成され、この加締部により内輪を固定した車輪用軸受装置の製造方法において、前記内輪の背面側の外径面取り部が予め切削加工により形成され、熱処理後に再切削加工されると共に、前記加締部が未焼入れ部とされているので、前工程で発生した外径面取り部の打ち傷に起因する応力集中を均等に分散させて緩和することができ、内輪の強度・耐久性を向上させることができる。
一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に内側転走面と、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と、この小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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前記内輪が固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に加工された再切削面で形成されていると共に、前記加締部が未焼入れ部とされ、前記内輪の外径面取り部の打ち傷を除去した。
以下、本発明の実施の形態を図面に基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の要部拡大図である。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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。
この車輪用軸受装置は、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に外嵌された別体の内輪３とからなる。ハブ輪２は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周には内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入され、さらに、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。本実施形態では、このようなセルフリテイン構造を採用することにより、従来のようにナット等で強固に緊締して予圧量を管理する必要がないため、車両への組込性を簡便にすることができると共に、かつ長期間その予圧量を維持することができる。
外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０の端部にはシール装置８、９が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩を防止すると共に、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。
ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。なお、転動体６、６をボールと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に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
ハブ輪２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面２ａをはじめ、シール装置８が摺接するシールランド部、および小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、加締部２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。一方、内輪３は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。ここでは、内輪３と加締部２ｃの肉厚および加締荷重等を適切に設定し、内輪３に発生するフープ応力を３００ＭＰａ以下に規制している。
これにより、ハブ輪２の強度・耐久性を向上させ、加締部２ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止することができるだけでなく、加締部２ｃによりハブ輪２に固定される内輪３の直径が実用上問題になる程度変形するのを防止でき、この内輪３がその固定作業に伴って発生するフープ応力により損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
また、外方部材１０は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面１０ａ、１０ａをはじめ、シール装置８、９が嵌合する端部内径面に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
本実施形態では、図２に示すように、内輪３の背面側の外径面取り部１１は、熱処理後に加工された焼入れ鋼切削面で形成されている。すなわち、内輪３は、面取り部等が切削加工され、熱処理を経て所定の部位が研削加工されるが、この研削加工前に背面側の外径面取り部１１のみが再切削加工されている。なお、再切削加工は、研削加工後に行っても良いが、面取り部１１の切削加工工程によって内側転走面３ａ等に打ち傷が生じる恐れがあるため、研削加工前の方が好ましい。
図３は、こうした再切削加工の方法を示す説明図である。熱処理後の内輪３’は、正面側の端面１６をチャック１３に突き合わせて加工基準面とし、小径端部１２が保持された状態で回転が付与され、切削バイト１４で背面側の外径面取り部１１が切削加工される。ここで、切削バイト１４は、所望の形状・寸法に予め形成された超硬チップ１５が接合されたものを使用している。なお、面取り部１１は、シールランド面となる大径側の外径面１７および背面側の端面１８の研削加工により最終的に軸方向および径方向共に１〜３ｍｍの範囲になるよう、バイト送り量が設定されている。
これ以外に、内側転走面３ａ等の研削加工時に面取り部１１を同時研削加工される方法もある。この加工方法は、図４に示すように、熱処理後の内輪３’の背面側の端面１８を研削盤のバッキングプレート１９に押圧させて加工基準面とし、正面側の端面１６、内側転走面３ａ、大径側外径面１７および面取り部１１を単一の研削砥石２０で同時研削するものである。
具体的には、背面側端面１８をバッキングプレート１９で磁気的に吸着して回転が付与されると共に、研削砥石２０を内輪３’と同方向に回転させた状態で、所定の傾斜角度をもって進入させ、内輪３’の各部位がプランジカットで研削加工される。これにより、加工工数を削減することができると共に、各加工面と研削砥石２０との間に所望の相対周速が得られ、高精度な研削面を確保することができる。さらに、こうした同時研削により、例えば、外径面１７と面取り部１１との繋ぎ部がエッジにならず滑らかに形成されるので、エッジ部での応力集中を緩和することができる。
本実施形態では、内輪３の背面側の外径面取り部１１を熱処理後に切削バイト１４あるいは研削砥石２０によって再切削加工されているので、前工程で発生した背面側の外径面取り部の打ち傷が完全に除去される。したがって、外径面取り部１１の打ち傷に起因する応力集中を均等に分散させて緩和することができ、この打ち傷を起点に内輪３にクラックが発生して耐久性が損なわれることはない。
図５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である。この実施形態は、本発明に係る車輪用軸受装置を駆動輪側に適用したもので、前述した第１の実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
ハブ輪２１は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成され、内周に図示しない等速自在継手の外側継手部材が嵌合するセレーション（またはスプライン）２２が形成されている。そして、内輪３が小径段部２ｂに圧入され、この小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、ハブ輪２１に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。
前述した実施形態と同様、内輪３の背面側の外径面取り部１１を熱処理後に再切削加工されているので、前工程によって発生した背面側の外径面取り部の打ち傷が完全に除去される。これにより、加締加工において内輪３にフープ応力が生じても、外径面取り部１１の打ち傷に起因する応力集中を防止でき、内輪３の耐久性を確保して信頼性を向上させることができる。
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、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪を固定した第１世代乃至第３世代のセルフリテイン構造の車輪用軸受装置に適用できる。
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の要部拡大図である。 本発明に係る外径面取り部の再切削加工の方法を示す説明図である。 同上、他の再切削加工の方法を示す説明図である。 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。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
符号の説明
１・・・・・・・・・内方部材
２、２１・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ、３ａ’・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ・・・・・・・・加締部
３、３’・・・・・・内輪
４・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・転動体
７・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
１１・・・・・・・・背面側の外径面取り部
１２・・・・・・・・小径端部
１３・・・・・・・・チャック
１４・・・・・・・・バイト
１５・・・・・・・・超硬チップ
１６・・・・・・・・正面側端面
１７・・・・・・・・大径側の外径面
１８・・・・・・・・背面側端面
１９・・・・・・・・バッキングプレート
２０・・・・・・・・研削砥石
２２・・・・・・・・セレーション
５１・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・加締部
５１ｄ・・・・・・・段部
５２・・・・・・・・内輪
５３・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・ハブボルト
５７・・・・・・・・背面側の外径面取り部

Claims (6)

  1. 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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前記内輪が固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に加工された再切削面で形成されていると共に、前記加締部が未焼入れ部とされ、前記内輪の外径面取り部の打ち傷を除去したことを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記ハブ輪の外周に内側転走面が直接形成され、前記車輪取付フランジの基部から前記内側転走面および小径段部に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理され、前記加締部を、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とすると共に、前記小径段部における端部の塑性加工に伴って前記内輪に発生するフープ応力を３００ＭＰａ以下に規制した請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に外嵌された内輪とからなる内方部材と、この内方部材に外挿された外方部材と、この外方部材と前記内方部材間に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加締部が形成され、この加締部により前記内輪を固定した車輪用軸受装置の製造方法において、前記内輪の背面側の外径面取り部が予め切削加工により形成され、熱処理後に再切削加工されると共に、前記加締部が未焼入れ部とされていることを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
  4. 前記内輪の背面側の外径面取り部が、熱処理後に焼入れ鋼切削工具により再切削加工されている請求項３に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
  5. 前記内輪の背面側の外径面取り部が、前記内輪の少なくとも大径側外径面と同時に研削砥石により再切削加工されている請求項３に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
  6. 前記内輪の背面側の外径面取り部が、前記内輪の正面側端面および内側転走面と同時に研削砥石により再切削加工されている請求項５に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
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