(57)【要約】【課題】内軸、外輪に対する部分的な熱処理が省略できて製造コストの低減が可能となり、かつ、軸心方向の荷重に対する負荷能力の高い車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】内軸１と、内軸１の周囲に配設される外輪２と、内軸１と外輪２とにアンギュラコンタクトとなるよう内軸１と外輪２との間に設けられる転動体３ａ，３ｂとを備えている。外輪２の内周面１２の取り付け周面に、外輪２とは別部材であって転動体用の軌道面を有する断面湾曲形状の環状軌道部材４ａ，４ｂが設けられている。取り付け周面は、軌道部材３ａ，３ｂが接触する軸心Ｃに平行な方向にまっすぐの第１ストレート周面と、軌道部材３ａ，３ｂが接触する軸心Ｃに対して傾斜する方向にまっすぐの第２ストレート周面とを有している。【選択図】      図１
2006153051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内軸と、この内軸の周囲に配設される外輪と、前記内軸と外輪とにアンギュラコンタクトとなるよう当該内軸と外輪との間に設けられる転動体と、を備えた車輪用軸受装置において、前記内軸の外周面および前記外輪の内周面の少なくとも一方側の取り付け周面に、前記内軸および前記外輪とは別部材であって前記転動体用の軌道面を有する断面湾曲形状の環状軌道部材が設けられ、前記取り付け周面は、前記軌道部材が接触する軸心に平行な方向にまっすぐの第１ストレート周面と、前記軌道部材が接触する軸心に対して傾斜する方向にまっすぐの第２ストレート周面と、を有していることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記軌道部材は、前記第１ストレート周面に面接触する軸心に平行な方向にまっすぐの第３ストレート周面と、前記第２ストレート周面に面接触する軸心に対して傾斜する方向にまっすぐの第４ストレート周面と、を有している請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
縦断面における前記第２ストレート周面の前記第１ストレート周面に対する傾斜角度は、３０°以上８０°以下に設定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
【請求項４】
前記軌道部材は、全体が環状であって断面が湾曲形状となるよう板材をプレス加工してなるプレス加工品とされ、当該軌道部材の厚さは、１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪が装着される車輪用軸受装置（ハブユニット）として従来知られるものに、車輪のホイールやディスクブレーキのブレーキロータが取り付けられる内軸と、内軸に２列の転動体を介在させて外嵌状となり車体側と固定される外輪とを備えたものがある。そして、内軸の外周面、内軸に外嵌させた内輪部材の外周面、および外輪の内周面の２箇所には、転動体用の軌道面が夫々形成されている。
外輪および内軸は、例えば、Ｓ５５Ｃ（機械構造用炭素鋼鋼材）のような炭素鋼からなる素材が熱間鍛造されて形成され、さらに、高い硬度が必要な軌道面、及び、内軸においては車輪のホイールを取り付けるためのフランジ部の基部は、熱処理（高周波焼入れ焼き戻し）がされ、これにより性能を高め、かつ寿命を伸ばしている。しかし、このような熱処理は製造コストを高める要因のひとつであり、特に、複雑な形状である外輪の内周面や内軸の外周面における部分焼入れは、作業が困難であって製造コストが非常に高くなるという問題点がある。
そこで、管状の素材を冷間鍛造することで内軸を形成し、切削や研磨加工の範囲を縮小させて製造コストを低減させる構成が、例えば特許文献１のように提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９４０３１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載される軸受装置は、やはり軌道面の熱処理が必要とされ前記問題点を解決できるものではない。また、炭素鋼により形成された外輪や内軸と、これらに固定される相手部材とが異なる材質である場合、例えば相手部材がアルミ製部材である場合に、軸受装置と相手部材との間に生じる電食について、考慮された構成ではない。つまり、車輪用軸受装置と固定される相手部材、例えば、外輪に対するナックルや、内軸に対するホイールがアルミ製部材である場合、これらの間に生ずる隙間に浸入した水により、鉄とアルミとのイオン化傾向の差により相手部材側のアルミが腐食して車輪用軸受装置と溶着し、軸受装置の取り外しが困難になるという問題点があった。そして、この溶着が生じた場合、軸受装置を相手部材から取り外すために、ハンマーなどで打撃しているが、この衝撃により軸受装置を損傷させてしまうという問題点を有する。
【０００５】
この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、内軸や外輪に対する部分的な熱処理が省略できて製造コストの低減が可能となり、かつ、軸心方向の荷重に対する負荷能力の高い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】
【０００６】
前記目的を達成するためのこの発明の車輪用軸受装置は、内軸と、この内軸の周囲に配設される外輪と、前記内軸と外輪とにアンギュラコンタクトとなるよう当該内軸と外輪との間に設けられる転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記内軸の外周面および前記外輪の内周面の少なくとも一方側の取り付け周面に、前記内軸および前記外輪とは別部材であって前記転動体用の軌道面を有する断面湾曲形状の環状軌道部材が設けられ、前記取り付け周面は、前記軌道部材が接触する軸心に平行な方向にまっすぐの第１ストレート周面と、前記軌道部材が接触する軸心に対して傾斜する方向にまっすぐの第２ストレート周面とを有していることを特徴としている。
【０００７】
このような構成の車輪用軸受装置によれば、軌道部材を別部材にすることにより、軌道面の硬度を高めるために組み付け前の軌道部材全体に対して熱処理を施すことができ、その結果、内軸、外輪に対して部分的な熱処理を施す必要がなくなり、製造コストの低減、設備費の削減が可能であり、かつ、所定の硬度を有する軌道面を得ることが可能となる。さらに、断面湾曲状の軌道部材を、取り付け周面の第１ストレート周面および第２ストレート周面に面により接触させることができるため、作用する径方向（ラジアル方向）の荷重を第１ストレート周面を介して、及び、軸心方向（アキシャル方向）の荷重を第２ストレート周面を介して、内軸、外輪に確実に伝達させることができ、さらに、第１ストレート周面と第２ストレート周面とにより、接触角方向の荷重を受けることができる。また、接触面圧を小さくさせることができる。
【０００８】
また、前記軌道部材は、前記第１ストレート周面に面接触する軸心に平行な方向にまっすぐの第３ストレート周面と、前記第２ストレート周面に面接触する軸心に対して傾斜する方向にまっすぐの第４ストレート周面とを有しているのが好ましい。この構成によれば、軌道部材を内軸、外輪に対して確実に面により接触させて荷重を伝達させることができる。また、軌道部材を取り付け周面に装着させる際に、軌道部材の位置決めが簡単となり製作工数の低減が図れ、組み付けの寸法精度が良く、品質が安定したものとできる。さらに、荷重が作用しても軌道部材がずれるおそれがない。
【０００９】
また、縦断面における前記第２ストレート周面の前記第１ストレート周面に対する傾斜角度は、３０°以上８０°以下に設定されているのが好ましい。この構成によれば、軸心方向の荷重を確実に受けることができ、さらに、一般的に４０°程度に設定される接触角の方向の荷重を確実に受けることができる。つまり、傾斜角度が３０°未満であると、軸心方向の荷重に対する負荷能力が低くなり、８０°を超えると、第１ストレート周面と第２ストレート周面との間の部分において、軌道部材との隙間が大きくなって、軌道部材との接触部分を小さくさせてしまうおそれがある。
【００１０】
また、前記軌道部材は、全体が環状であって断面が湾曲形状となるように板材をプレス加工してなるプレス加工品とされ、当該軌道部材の厚さは、１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されているのが好ましい。この構成によれば、プレスによる加工性が良く、さらに、強度的にも十分なものとできる。つまり、厚さが４ｍｍを超えると、大きな容量のプレス機が必要となり、加工性が悪くなる。また、厚さが１．５ｍｍ未満であると、強度不足となり、寿命が短くなるおそれがある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の車輪用軸受装置によれば、内軸、外輪とは別部材である軌道部材を用いることにより、軌道面の硬度を高めるために組み立て前の軌道部材全体に対して熱処理を施すことができ、その結果、内軸、外輪に対して部分的な熱処理を施す必要がなくなり、製造コストの低減、設備費の削減が可能となる。さらに、軌道部材を、取り付け周面の第１ストレート周面および第２ストレート周面に面により接触させることができるため、作用する径方向の荷重を第１ストレート周面を介して、及び、軸心方向の荷重を第２ストレート周面を介して、内軸、外輪に確実に伝達させることができ、さらに、接触角方向の荷重を受けることができる。また、接触面圧を小さくさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明の実施の一形態に係る車輪用軸受装置を示す縦断面図である。この車輪用軸受装置は、内軸（ハブホイール）１と、内軸１の周囲に設けられた外輪２と、内軸１と外輪２との双方にアンギュラコンタクトとなるよう内軸１と外輪２との間に転動可能に設けられる転動体としての２列の玉３ａ，３ｂとを備えている。２列の玉３ａ，３ｂは夫々、所定の接触角Θ（図２参照）により内軸１と外輪２とに接しており、車輪用軸受装置は複列アンギュラ玉軸受１０を備えた構成とされている。
【００１３】
本発明の車輪用軸受装置は、玉３ａ，３ｂ用の軌道面を構成させるために、内軸１の外周面１１および外輪２の内周面１２のうちの少なくとも一方側の取り付け周面に、内軸１および外輪２とは別部材であって転動体用の軌道面を有する環状軌道部材４が設けられている。なお、図１の実施の形態においては、外輪２の内周面１２が取り付け周面とされて、外輪２の内周面１２側にのみ２つの軌道部材４ａ，４ｂが設けられている。
【００１４】
図１において、内軸１は、軸受装置の軸心Ｃ方向を長手方向とする断面円形の軸部３１と、軸部３１の外周側の一端部に形成され図示しない車輪やブレーキロータが取り付けられる径方向外方のフランジ部７とを有している。そして、図２の要部断面図に示すように、内軸１の軸部３１の他端部寄りの小径外周面２２には、単一軌道である第１の内輪軌道が形成される内輪部材９が外嵌され、軸部３１の軸方向途中部の中径外周面２３には単一の第２の内輪軌道が形成されている。そして、軸部３１の一端部寄りの大径外周面２４およびフランジ部７の基部は、外輪２との間に設けられたシール部材３５のシール面とされている。また、軸部３１の他端部には、外周端部が径方向外方に広げられてかしめ部３２が形成され、かしめ部３２により内輪部材９が軸部３１に抜け止め固定されている。
【００１５】
図１において、外輪２は、内軸１と同軸とされる円筒部３４と、円筒部３４の外周に径方向外向きに形成されたフランジ部３３とを有している。そして、車輪用軸受装置は、このフランジ部３３を介して図示しない車体側に固定される。
外輪２の円筒部３４の内周面１２に、第１と第２の外輪軌道を形成する第１と第２の軌道部材４ａ，４ｂが軸心方向に、外輪２の軸方向荷重受圧肉部３６を挟んで、設けられている。そして、外輪２側に設けた軌道部材４ａ，４ｂ及び内軸１側の第１と第２の前記内輪軌道の間において、２列の玉３ａ，３ｂと、２つの冠形保持器３７ａ，３７ｂとが設けられている。
【００１６】
図３は本発明の車輪用軸受装置の他の実施の形態を示す縦断面図であり、図３の形態においては、外輪２の内周面１２と、さらに内軸１の外周面１１とが取り付け周面とされており、内軸１の軸部３１の軸方向途中部の中径外周面２３に第３の軌道部材４ｃを外嵌させ、この軌道部材４ｃの外周面側を単一の第２の内輪軌道としている。その他の構成は図１の形態と同様である。なお、内軸１に外嵌させる内輪部材９は、従来知られているアンギュラ玉軸受に用いられる内輪を用いることができ、内輪部材９は、従来使用される材質とすることができ、例えば、ステンレス鋼とすることができる。
【００１７】
軌道部材４ａ，４ｂ，４ｃ（以下、まとめて軌道部材４ともいう）は、全体形状が環状であってその断面が湾曲形状となるように板材をプレス加工してなるプレス加工品とされており、軌道部材４の材質としては、プレス加工が可能であってかつ熱処理（焼入れ焼き戻し）が可能な炭素鋼鋼板とすることができ、例えば、ＳＫ５やＳ７５ＣＭなどがある。
外輪２の内周面１２側に配設される軌道部材４ａ，４ｂは、内周面側が凹形状とされて軌道面を構成し、内軸１の外周面１１側に設けられる軌道部材４ｃは、外周面側が凹形状とされて軌道面を構成する。
【００１８】
そして、所定の形状にプレス加工され、熱処理がされた軌道部材４ａ，４ｂは、外輪２の内周面１２に圧入されて配設されており、また、熱処理がされた軌道部材４ｃに内軸１を圧入するようにして、軌道部材４ｃは内軸１の外周面１１に設けられている。これにより、軌道部材４をしっかりと組み付けることが可能となり、また、その組み付けは非常に簡単であり、製造工数を低減させることができる。なお、圧入により軌道部材４を装着させるが、プレス加工後の形状が、装着後においてもそのまま維持されるよう軌道部材４は装着される。つまり、内軸１及び外輪２への組み付け後の軌道部材４の形状は、プレス加工後で組み付け前の軌道部材４の形状とほぼ同様となるようされている。
【００１９】
次に、図２において、軌道部材４ａ，４ｂが圧入されて装着される外輪２の円筒部３４の内周面１２形状について説明すると、内周面１２の軸心方向中央部は径方向内方へ隆起する軸方向荷重受圧肉部３６が形成され、この受圧肉部３６は、内方に向かって軸方向幅寸法がしだいに縮小する断面台形とされている。そして、受圧肉部３６よりも開口端部側は、受圧肉部３６の径方向外方側から連続する軸心Ｃに平行な方向にまっすぐのストレート状の内周面が形成され、外輪２の円筒部３４の両開口端部から、受圧肉部３６の両側部に夫々軌道部材４ａ，４ｂを圧入して装着している。
【００２０】
つまり、外輪２の内周面１２側が軌道部材４ａ，４ｂの取り付け周面とされ、外輪２の内周面１２は、軸心方向の左右両側の夫々において、軸心Ｃに平行な第１ストレート内周面１３と、傾斜する方向の第２ストレート内周面１４とを有している。第１ストレート内周面１３は、軸受の軸心Ｃに平行な方向にまっすぐであって軸心Ｃ方向に横断面形状が変化しない円筒内周面部であり、第２ストレート内周面１４は、第１ストレート内周面１３よりも外輪２の軸心方向中央側において形成されて、軸心Ｃに対して一定の傾斜角度で傾斜する方向にまっすぐの傾斜内周面部である。また、第１ストレート内周面１３と第２ストレート内周面１４とは円弧部を介して連続しており、左右一方側の第１ストレート内周面１３とそれに連続する第２ストレート内周面１４と、他方側とは、縦断面において受圧肉部３６の軸心直交方向の仮想中心線により左右線対称とされている。また、断面台形の受圧肉部３６の左右両側周面が第２ストレート内周面１４，１４とされ、左右の第２ストレート内周面１４，１４の間は、断面台形の受圧肉部３６の最内周面２５が形成され、最内周面２５は、第１ストレート内周面１３，１３に平行である。
【００２１】
そして、断面湾曲形状の環状軌道部材４ａ，４ｂは夫々、前記第１ストレート内周面１３と前記第２ストレート内周面１４とに接触するよう、外輪２の内周面１２側に嵌め込まれている。また、第１ストレート内周面１３と第２ストレート内周面１４との間の円弧部と、軌道部材４の外周面中央部との間には僅かに隙間を有するよう、軌道部材４ａ，４ｂは配設されている。これにより、軌道部材４ａ，４ｂを圧入した際に、確実に第１ストレート内周面１３と第２ストレート内周面１４とに軌道部材４ａ，４ｂの外周面を接触させることができる。
【００２２】
外輪２の内周面１２に圧入される軌道部材４ａ，４ｂは夫々、その外周面にプレス加工により形成された、外輪２の第１ストレート内周面１３に面接触する軸心Ｃに平行な方向にまっすぐの第３ストレート外周面１６と、外輪２の第２ストレート内周面１４に面接触する軸心Ｃに対して傾斜する方向にまっすぐの第４ストレート外周面１７とを、有している。一方、その内周面は、プレス加工により凹状となるアール形状とされて玉３ａ，３ｂの軌道面となる。
【００２３】
外輪２の縦断面において、図２に示すように、第２ストレート内周面１４と第１ストレート内周面１３との傾斜角度αは、３０°以上８０°以下に設定されている。この傾斜角度αを３０°以上とすることで軸心方向の荷重に対する負荷能力を高めることができ、さらに、８０°以下とすることで、第１ストレート内周面１３と第２ストレート内周面１４との間の円弧部と、軌道部材４ａ、４ｂの外周面との隙間を大きくさせることがない。これにより、軌道部材４ａ，４ｂの夫々において、第３ストレート外周面１６と第４ストレート外周面１７を、外輪２の第１ストレート内周面１３と第２ストレート内周面１４に確実に面により接触させることができる。
【００２４】
また、図３においては、内軸１の外周面１１側についても第３の軌道部材４ｃの取り付け周面とされ、軌道部材４ｃを内軸１の外周面１１側に設ける場合においても、同様に、軌道部材４ｃを、内軸１の外周面１１に形成された軸心Ｃに平行な方向にまっすぐの第１ストレート外周面２６と、軸心Ｃに対して傾斜する方向にまっすぐの第２ストレート外周面２７とに面により接触させるよう、内軸１の外周面１１側に設ければよい。そして、内軸１の第１ストレート外周面２６は、前記中径外周面２３にて構成され、第２ストレート外周面２７は、中径外周面２３から大径外周面２４へと段付き形状とさせる第２軸方向荷重受圧肉部３８の傾斜側周面にて構成され、相互の傾斜角度は３０°以上８０°以下に設定されている。第２軸方向荷重受圧肉部３８は、内軸１の外周面１１に径方向外方へ隆起するよう形成されている。そして、第３の軌道部材４ｃにおいても、軌道部材４ｃは、第１ストレート外周面２６に面接触する第３ストレート内周面２８と、第２ストレート外周面２７に面接触する第４ストレート内周面２９とを有している。
【００２５】
また、軌道部材４の厚さは、１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている。なお、この厚さは、プレス加工された後の寸法であり、断面形状の円弧に沿った全幅において、最小厚さが１．５ｍｍ以上であり、最大厚さが４ｍｍ以下とされている。これにより、小さな容量のプレス機を用いることにより軌道部材４を成型することができ、さらに、軌道部材４の軌道面において最大せん断応力が生じる深さの１０倍程度の厚さを有するために、軌道部材４は十分な強度を有する。そして、予め熱処理がされ硬度が高められたこの軌道部材４を用いることで、寿命を延ばすことができる。さらに、軌道部材４はプレス加工されて断面湾曲形状とされることにより、その軌道面は寸法精度が高く表面状態も良好であるため、軌道部材４の組み付け後において、軌道面の寸法調整加工の省略化、または寸法調整加工時間の短縮が可能となる。
【００２６】
また、本発明において、外輪２の材質は、外輪２と連結される相手部材と同種の材質とするのが好ましい。例えば、連結される車体側の相手部材の取り付け部の材質がアルミ製である場合、外輪２もアルミ製としている。これにより、軸受装置と相手部材との隙間に浸入した水により、相互の間で電食が生じることがない。さらに、外輪２をアルミ鋳物製とし、生産性を高めることができる。つまり、内周面１２に対して軌道面を形成するための切削や研磨などの仕上げ加工をしないアルミ鋳物製の外輪２に対して、軌道部材４ａ，４ｂを装着させたものとすることができ、これにより、加工費を抑え、生産設備の省略化を図り、生産性を向上させることができる。
【００２７】
そして、内軸１においても取り付けられる相手部材と同種の材質とすることができ、内軸１の材質をアルミ製とすることもできる。この場合は図３に示すように、内軸１の外周面に別部材である軌道部材４ｃを設けている。このように、内軸１、外輪２の材質をアルミ製とすることで軸受装置の軽量化が図れる。
なお、外輪２、内軸１の材質を取り付ける相手部材と同種の材質としているが、ここで言う「同種」とは、両者の材質や成分が同一の場合のほか、材質や成分が異なっていてもイオン化傾向が同一（ほぼ同一）の場合を含む。
つまり、本発明では、内軸１、外輪２の材質が、アルミのように熱処理により硬度を高めることが不可能なものであっても適用することができ、さらに、内軸１、外輪２に、加工しやすい材料、生産性の良い材料、機能的な材料を選定することができる。
【００２８】
また、本発明の車輪用軸受装置は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良く、図１〜３は従動輪用の車輪用軸受装置として説明したが、図示しないが駆動輪側の車輪用軸受装置においても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る車輪用軸受装置の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  内軸
２  外輪
３ａ  玉
３ｂ  玉
４  軌道部材
７  フランジ部
９  内輪部材
１１  外周面
１２  内周面
１３  第１ストレート内周面
１４  第２ストレート内周面
１６  第３ストレート外周面
１７  第４ストレート外周面
Ｃ  軸心
α  傾斜角度
【図１】
2006153051.tif 000003
【図２】
2006153051.tif 000004
【図３】
2006153051.tif 000005