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車輪用軸受装置 - NTN株式会社
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発明の名称 車輪用軸受装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24148(P2007−24148A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−205858(P2005−205858)
出願日 平成17年7月14日(2005.7.14)
代理人 【識別番号】100095614
【弁理士】
【氏名又は名称】越川 隆夫
発明者 小和田 貴之 / 有竹 恭大 / 鳥居 晃
要約 課題

加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された内輪からなり、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形成された内方部材と、
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、
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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項2】
前記円弧部の曲率半径がR1〜R3の範囲に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
【請求項3】
前記円弧部から外径部に向けて5〜30°の接線角が繋がれている請求項1または2に記載の車輪用軸受装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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に示すような駆動輪用の車輪用軸受装置が知られている。
【0003】
この車輪用軸受装置は第3世代と称され、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。
【0004】
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。
【0005】
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。これら複列の外側転走面53a、53aと対向する内側転走面51a、52aの間には複列の転動体54、54が転動自在に収容されている。そして、外輪53の両端部にはシール57、58が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、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。
【0006】
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、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。
【0007】
図7は、内輪の外径膨張量と加締めの軸力との相関関係を求める実験時に用いる車輪用軸受装置の模式図である。ここで、ハブ輪aの軸部bの内端外周面には、実際に用いられる内輪の外端側を切断して幅を短くした検査用内輪cとロードセルdとが嵌合されている。また、検査用内輪cとロードセルdを組み合せた時の幅が実際の内輪の幅に等しくなるように設定されている。そして、ロードセルdの外径には、複数の歪みゲージが貼着され、加締後の軸力がこのロードセルdによって測定される。
【0008】
こうした実験により、内輪cの加締による外径膨張量と加締の軸力との関係はほぼ直線関係になり、内輪cの外径膨張量が大きくなると、加締の軸力も大きくなることが分かる。したがって、以上の相関関係から、内輪の外径膨張量により、加締の軸力を管理することができる。すなわち、図6に示す内輪52の外径膨張量に基いて、加締の軸力を把握することにより、加締部51cが内輪52の丸い面取り部位に密着しているか否かを極めて容易に、かつ正確に検査することができ、良好な加締状態を得ることができる。
【特許文献1】特開2003−13979号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
このような従来の車輪用軸受装置のように、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の近傍も径方向に塑性変形するため、この塑性変形に伴って内輪52の内径は押し広げられることになり、内輪52の外径59にフープ応力が発生する。したがって、このフープ応力を低減するには、前述したように、内輪52の外径膨張量を測定して軸力を管理し、内輪52の膨張量を適正に管理することで対応可能となる。
【0010】
然しながら、材料特性の関係から、例え、加締後の内輪52の膨張量を管理して内輪52に発生するフープ応力を所定値に規制しても、内輪52の単体加工後に内輪52同士の衝突により発生した打ち傷が起点となって加締時あるいは加締後に内輪52に割れが発生する恐れがあった。
【0011】
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、加締工程において、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
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、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された内輪からなり、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形成された内方部材と、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、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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されている構成を採用した。
【0013】
このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、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、ハブ輪に対して内輪を軸方向に固定した、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されているので、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
【0014】
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記円弧部の曲率半径がR1〜R3の範囲に設定されていれば、内輪の加工工程において、内輪同士の衝突によって発生する打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくすることができ、加締加工あるいは加締後における内輪の割れの発生を防止することができる。
【0015】
また、請求項3に記載の発明のように、前記円弧部から外径部に向けて5〜30°の接線角が繋がれていれば、内輪の外径部に圧入されるシール等の装着性が向上する。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、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、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された内輪からなり、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形成された内方部材と、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、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軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が円弧部を備え、この円弧部の曲率半径が所定値に設定されているので、内輪の打ち傷を起点として内輪が割れるのを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
外周に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形成された外方部材と、一端部に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と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、前記内輪の外径部と加締側端面とを繋ぐ外径面取り部が、曲率半径がR1〜R3の範囲に設定された円弧部と、この円弧部から外径部に向けて5〜30°の接線角で構成されている。
【実施例】
【0018】
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一実施形態を示す縦断面図である。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。
【0019】
この車輪用軸受装置は駆動輪側の第3世代と称され、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に所定のシメシロを介して圧入された内輪3とからなる。
【0020】
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円筒状の小径段部2bが形成され、内周にはトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)2d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。
【0021】
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8、9が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、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。
【0022】
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。
【0023】
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58〜64HRC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25HRC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58〜64HRCの範囲で硬化処理されている。
【0024】
また、外方部材10は、ハブ輪2と同様、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の範囲に硬化処理されている。
【0025】
本出願人は、内輪3の加工工程において、内輪3同士の衝突による発生する打ち傷を調査・分析すると共に、この打ち傷と加締工程によって発生するフープ応力との関係に着目し、加締工程あるいは加締後に発生する打ち傷を起点とした内輪3の割れの要因を調査した。その結果、打ち傷が起点となる割れは、加締加工によりフープ応力が増加する内輪3の外径部(シール圧入部)3bと大端面(加締側端面)3cを繋ぐ外径面取り部11が殆どであること、また、打ち傷の大きさ(面積)と深さが内輪3の割れ発生に影響することが判った。さらに、この打ち傷の大きさと深さが外径面取り部11の円弧部12の曲率半径に関係することも判明した。
【0026】
図3および図4は、本出願人が実施した打ち傷の大きさ・深さと外径面取り部11の円弧部12の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。なお、打ち傷は、重錘質量を順次変更し、この重錘を故意に内輪3の外径面取り部11に衝突させて形成させたものである。図3に示す結果から、外径面取り部11の円弧部12の曲率半径が大きくなる程打ち傷の面積が大きくなることが解る。また、図4に示す結果から、外径面取り部11の曲率半径が大きくなる程打ち傷の深さが浅くなることが解る。ここで、加締工程において内輪3にフープ応力が発生し、このフープ応力が内輪3の外径部3bで最大となる状況に鑑み、内輪3の割れの発生を防止するためには、打ち傷の面積が大きくても打ち傷の深さを小さくする必要がある。
【0027】
さらに、本出願人は、内輪3の外径面取り部11に打ち傷を形成し、この打ち傷の先端Rとそこに発生する応力を測定した。図5はその測定結果を示すグラフである。このグラフからも解るように、加締後の内輪3に発生するフープ応力に対し、打ち傷の先端Rが小さい程応力拡大係数が増加して最大主応力が増加することが判った。打ち傷の先端Rは内輪3の外径面取り部11における円弧部12が転写されるから、外径面取り部11の円弧部12の曲率半径を大きくすることが内輪3の割れに有効であることが解る。
【0028】
このような調査・分析結果から、本実施形態では、図2に拡大して示すように、内輪3の外径面取り部11における円弧部12の曲率半径がR1〜R3の範囲に設定されている。そして、シール等の圧入時の装着性を考慮して、この円弧部12から外径部3bに向けて5〜30°、好ましくは、15°±5°の接線角で繋がれている。これにより、加締工程において、内輪3の打ち傷を起点として内輪3が割れるのを防止し、内輪3の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
【0029】
ここで、円弧部12の曲率半径をR3以上に設定すると、シールリップの接触幅や、図1に示すようなシール9を構成するスリンガ9aの嵌合幅が減少して好ましくない。また、この円弧部12の曲率半径を大きく設定するために内輪幅を大きくすることも考えられるが、これでは、内輪の重量だけでなくハブ輪の重量までも嵩んでしまい、装置の軽量・コンパクト化を阻害することになって好ましくない。
【0030】
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。
【産業上の利用可能性】
【0031】
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。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】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2】図1の要部拡大図である。
【図3】打ち傷の大きさと外径面取り部の円弧部の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。
【図4】打ち傷の深さと外径面取り部の円弧部の曲率半径との関係を検証した結果を示すグラフである。
【図5】打ち傷の先端Rとそこに発生する応力を測定した結果を示すグラフである。
【図6】従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図7】内輪の外径膨張量と加締の軸力との相関関係を求める実験時に用いる車輪用軸受装置の模式図である。
【符号の説明】
【0033】
1・・・・・・・・・内方部材
2・・・・・・・・・ハブ輪
2a、3a・・・・・内側転走面
2b・・・・・・・・小径段部
2c・・・・・・・・加締部
2d・・・・・・・・セレーション
3・・・・・・・・・内輪
3b・・・・・・・・外径部
3c・・・・・・・・大端面
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
9a・・・・・・・・スリンガ
10・・・・・・・・外方部材
10a・・・・・・・外側転走面
10b・・・・・・・車体取付フランジ
11・・・・・・・・外径部
12・・・・・・・・円弧部
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、58・・・・・シール
59・・・・・・・・内輪の外径
a・・・・・・・・・ハブ輪
b・・・・・・・・・軸部
c・・・・・・・・・検査用内輪
d・・・・・・・・・ロードセル




 

 


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