特開 2024-115905 車輪用軸受装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115905

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】車輪用軸受装置

(51)【国際特許分類】

   B60B 35/14 20060101AFI20240820BHJP

   F16C 19/08 20060101ALI20240820BHJP

   F16C 35/063 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

B60B35/14 V

F16C19/08

F16C35/063

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021805

(22)【出願日】2023-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002217

【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小西 亮

【テーマコード（参考）】

3J117

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J117AA01

3J117BA10

3J117CA01

3J117DA01

3J117DA02

3J117DB08

3J701AA03

3J701AA32

3J701AA43

3J701AA54

3J701AA72

3J701DA09

3J701GA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】加締め部の平坦面における隙間の発生を抑制して、加締め部の剛性を向上させて、軸受装置全体の長寿命化を実現することができる車輪用軸受装置の提供を目的とする。
【解決手段】外輪２と、ハブ輪３、及び内輪４Ａ・４Ｂを有し、外周に前記複列の外側軌道面２ｃ・２ｄと対向する複列の内側軌道面４ａ・４ｂが設けられた内方部材と、内方部材と外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体である円すいころ５Ａ・５Ｂと、を備えた車輪用軸受装置において、ハブ輪３の突出端部に加締め部３ｄを設け、ハブ輪３の内径に等速自在継手１１の外側継手部材１７のステム部１５を挿入してスプライン嵌合させて、ハブ輪３の加締め部３ｄに外側継手部材１７の肩部１６と突き合せる平坦面を設け、平坦面の径方向外側の面が、径方向内側の面よりも軸方向において外側継手部材１７の肩部１６側に凸となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、及び前記小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪を有し、外周に前記複列の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が設けられた内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
を備えた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪の突出端部に加締め部を設け、前記ハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を挿入してスプライン嵌合させて、
前記ハブ輪の加締め部に前記外側継手部材の肩部と突き合せる平坦面を設け、
前記平坦面の径方向外側の面が、径方向内側の面よりも軸方向において前記外側継手部材の肩部側に凸となる、
車輪用軸受装置。

【請求項2】

内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、及び前記小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪を有し、外周に前記複列の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が設けられた内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
を備えた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪の突出端部に加締め部を設け、前記ハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を挿入してスプライン嵌合させて、
前記ハブ輪の加締め部に前記外側継手部材の肩部と突き合せる平坦面を設け、
前記平坦面の径方向外側の面の軸方向位置と径方向内側の面の軸方向位置との差が－１０μｍ以上５０μｍ以下である、
車輪用軸受装置。

【請求項3】

前記平坦面の径方向外側の面の軸方向位置と径方向内側の面の軸方向位置との差が０μｍ以上３０μｍ以下である、請求項２に記載の車輪用軸受装置。

【請求項4】

前記平坦面の径方向内側端部の直径が前記ハブ輪の内輪嵌合面の外径の０．９倍以上である、請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。

【請求項5】

前記平坦面の、径方向内側端部の直径が前記ハブ輪の内輪嵌合面の外径の１．２倍以下である、請求項４に記載の車輪用軸受装置。

【請求項6】

前記加締め部の軸方向における肉厚が３～６ｍｍである、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】

本発明は車輪用軸受装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置が知られている。車輪用軸受装置は、外方部材の内側に内方部材が配置され、外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に転動体が介装されている。こうして、車輪用軸受装置は、転がり軸受構造を構成し、内方部材に取り付けられた車輪を回転自在としている。

【0003】

車輪用軸受装置は、特許文献１に記載されるようにハブ輪を内輪に加締めることによって転動体と内方部材および外方部材との間に予圧を付与している。

【0004】

また、従来の車輪用軸受装置は、駆動輪に用いる場合、等速自在継手に連結される場合がある。車輪用軸受装置において、ハブ輪の加締め部と等速自在継手の肩部とを突き合せた状態で、ステム部の端部に形成された雄ネジ部にナットを締め付けることにより、等速自在継手をハブ輪に固定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３６２２４５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

車輪用軸受装置においては、ハブ輪の加締め部において外側継手部材の肩部と突き合せた部分には平坦面が設けられている。平坦面を設けることにより加締め部と外側継手部材の肩部と突き合せた部分の面圧を低く抑えることで、騒音の発生を抑制する構成としている。

【0007】

しかし、近年、ＥＶなどの普及による車体の大型化に伴い、等速自在継手にかかる負荷が大きくなる傾向がある。そして、加締め部の平坦面において径方向内側で外側継手部材の肩部と接触している場合、平坦面の径方向外側において隙間が生じてしまうことが有った。隙間が大きくなると、旋回荷重等の負荷がかかる場合に、加締め部の径方向外側に肩部が繰り返し衝突して、加締め部の剛性が低下し、内方部材および外方部材との間に予圧が低下しやすくなっていた。また、衝突の頻度が高くなり、加締め部の剛性がさらに下がると変形し、最悪の場合加締め割れが発生することが有った。

【0008】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、加締め部の平坦面における隙間の発生を抑制して、加締め部の剛性を向上させて、軸受装置全体の長寿命化を実現することができる車輪用軸受装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第一の発明は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、及び前記小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪を有し、外周に前記複列の外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が設けられた内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
を備えた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪の突出端部に加締め部を設け、前記ハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を挿入してスプライン嵌合させて、
前記ハブ輪の加締め部に前記外側継手部材の肩部と突き合せる平坦面を設け、
前記平坦面の径方向外側の面が、径方向内側の面よりも軸方向において前記外側継手部材の肩部側に凸となるものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、平坦面の径方向外側における隙間の発生を抑制して、加締め部の剛性を向上させて、軸受装置全体の長寿命化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車輪用軸受装置の第一実施形態における全体構成を示す断面図。

【図2】車輪用軸受装置および等速自在継手の第一実施形態における全体構成を示す断面図。

【図3】径方向外側が凸となる平坦面を示す拡大断面図。

【図4】径方向内側が凸となる平坦面を示す拡大断面図。

【図5】径方向外側が凸となる平坦面にかかる応力を示す応力分布図。

【図6】径方向内側が凸となる平坦面にかかる応力を示す応力分布図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、図１から図２を用いて、車輪用軸受装置の第一実施形態である車輪用軸受装置１について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。

【0013】

図１に示されるように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両において車輪を回転自在に支持する。車輪用軸受装置１は、外輪２、ハブ輪３、一対の内輪４Ａ・４Ｂ、複列の円すいころ５Ａ・５Ｂ、インナー側シール部材６およびアウター側シール部材７を具備する。

【0014】

図１に示されるように、外方部材である外輪２は、ハブ輪３と内輪４Ａ・４Ｂとを支持する。外輪２のインナー側端部には、インナー側シール部材６が嵌合可能なインナー側開口部２ａが設けられている。外輪２のアウター側端部には、アウター側シール部材７を嵌合可能なアウター側開口部２ｂが設けられている。外輪２の内周面には、軸方向の外側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されているインナー側の外側軌道面２ｃとアウター側の外側軌道面２ｄとが設けられている。外輪２の外周面には、図示しない懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｅが一体に設けられている。

【0015】

内方部材は、ハブ輪３と内輪４Ａ・４Ｂとによって構成されている。ハブ輪３は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３は、略円筒状に形成され、例えば、Ｓ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。ハブ輪３のインナー側端部には、外周面に縮径された小径段部３ａが設けられている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に設けられている。車輪取り付けフランジ３ｂには、ハブ輪３と車輪又はブレーキ装置とを締結するためのハブボルト３ｃが圧入されている。

【0016】

内輪４Ａ・４Ｂは、ハブ輪３の小径段部３ａに圧入されている。インナー側には内輪４Ａが配置され、アウター側には内輪４Ｂが配置され、内輪４Ａのアウター側端面と内輪４Ｂのインナー側端面とが突き合せた状態で圧入されている。内輪４Ａ・４Ｂの外周面には、内側軌道面４ａ・４ｂが設けられている。

【0017】

二列の転動体であるインナー側の円すいころ５Ａとアウター側の円すいころ５Ｂとは、ハブ輪３および内輪４Ａ・４Ｂを回転自在に支持するものである。複数のインナー側の円すいころ５Ａとアウター側の円すいころ５Ｂとは、保持器９・９によって環状に保持されている。

【0018】

保持器９は、複数の円すいころ５Ａ、５Ｂを所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する容器であり、金属によって形成されている。保持器９は、軸方向に離れた大径リング部９ａ及び小径リング部９ｂと、大径リング部９ａと小径リング部９ｂとの間に所定の間隔で設けられた円すいころ５Ａ・５Ｂを収容保持する複数のポケットを区画する柱部９ｃとを備えている。

【0019】

インナー側の円すいころ５Ａは、内輪４Ａの内側軌道面４ａと、外輪２のインナー側の外側軌道面２ｃとの間に転動自在に挟まれている。アウター側の円すいころ５Ｂは、内輪４Ｂの内側軌道面４ｂと、外輪２のアウター側の外側軌道面２ｄとの間に転動自在に挟まれている。

【0020】

つまり、インナー側の円すいころ５Ａとアウター側の円すいころ５Ｂとは、外輪２に対して内輪４Ａ・４Ｂおよび内輪４Ａ・４Ｂと相対回転不能に固定されたハブ輪３を回転自在に支持している。すなわち、外輪２は、固定輪であり、内輪４Ａ・４Ｂ及びハブ輪３で構成された駆動輪は固定輪に対して回転自在に支持されるように構成されている。

【0021】

内輪４Ａのインナー側端面においては、ハブ輪３のインナー側端が径方向の外側に向かって塑性変形されて加締め部３ｄが形成されている。加締め部３ｄは、ブ輪３の突出端部に設けられており、径方向外側に屈曲することで内輪４Ａのインナー側端面と当接し、円すいころ５Ａ・５Ｂと内輪４Ａ・４Ｂおよび外輪２との間に予圧を付与している。
なお、車輪用軸受装置１は複列円すいころ軸受に替えて複列アンギュラ玉軸受を構成していてもよい。

【0022】

図２に示すように、車輪用軸受装置１は、等速自在継手１１と連結される。等速自在継手１１は、ドライブシャフトを構成する中間軸の一端に設けられ、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材１７と、その外側継手部材１７のトラック溝と対向するトラック溝が外周面に形成された内側継手部材（図示せず）と、外側継手部材１７のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に組み込まれたボール（図示せず）とからなる。外側継手部材１７は、内側継手部材およびボールを収容したマウス部１３と、マウス部１３から軸方向に一体的に延び、外周面にスプライン１４が設けられたステム部１５を有する。

【0023】

ステム部１５をハブ輪３の貫通孔に挿入し、ハブ輪３の加締め部３ｄに外側継手部材１７の肩部１６を突き合せた状態で、ステム部１５の端部に形成された雄ねじ部２９にナット３０を締め付けることによって、等速自在継手１１をハブ輪３に固定している。ステム部１５の外周面およびハブ輪３の貫通孔の内周面に形成されたスプライン１４を嵌合させることにより、トルクを伝達可能に軸支される。

【0024】

加締め部３ｄには、外側継手部材１７の肩部１６と突き合せる平坦面２１を設ける。平坦面２１は、加締め部３ｄのインナー側に最も突出した部分に設けられた面であり、径方向と平行な方向に延伸する面である。

【0025】

平坦面２１の径方向外側の面が軸方向において外側継手部材１７の肩部１６側に凸となるように形成している。凸となる量は数μｍから数十μｍである。加締め部３ｄの軸方向における肉厚は、３～６ｍｍである。このため凸となる量は加締め部３ｄの厚さの１％以下であるから、加締め部３ｄのインナー側に最も突出した面を平坦面２１と定義する。平坦面２１の径方向外側における屈曲点を径方向外側の面２１ａとし、平坦面２１の径方向内側における屈曲点を径方向内側の面２１ｂとする。平坦面２１の幅ｗは、径方向外側の面２１ａから径方向内側の面２１ｂまでの長さである。

【0026】

平坦面２１の径方向外側の面２１ａの軸方向位置と径方向内側の面２１ｂの軸方向位置との差は、０μｍよりも大きく５０μｍ以下である。図３に示すように、径方向外側の面２１ａから加締め部３ｄの内輪４Ａとの当接面までの距離Ｄ１は、径方向内側の面２１ｂから加締め部３ｄの内輪４Ａとの当接面までの距離Ｄ２よりも大きい。このように構成することにより、径方向外側の面２１ａが径方向内側の面２１ｂよりも軸方向に凸となる。

【0027】

図５に示すように、平坦面２１を有する加締め部３ｄを形成した場合、ステム部１５の外周面およびハブ輪３の貫通孔の内周面に形成されたスプラインを嵌合させると、平坦面２１と肩部１６とが突き合せた状態となる。このとき、径方向外側の面２１ａが径方向内側の面２１ｂよりも軸方向に凸となるため、図に示すように、径方向外側の面２１ａ付近に負荷が集中する。

【0028】

比較例として、図６において、従来の凸となる部分を設けない平坦面２１を有する加締め部３ｄの応力分布を示す。凸となる部分を設けない平坦面２１においては、応力集中は不作為に発生する。加締め部３ｄの製造工程により、径方向内側の面２１ｂにおける負荷集中が発生しやすい。

【0029】

この場合、内輪４Ａのインナー側端部であって、径方向内側角部Ｐ１付近における応力が最も高くなる。そして、径方向内側の面２１ｂにおける負荷によって加締め部３ｄの径方向外側付近にせん断荷重が発生する。平坦面２１の外径側と肩部１６との間に隙間が存在する場合、せん断荷重によって加締め部３ｄの径方向外側が繰り返し変形し、円すいころ５Ａ・５Ｂと内輪４Ａ・４Ｂおよび外輪２との間に付与する予圧が低下する場合がある。また、せん断荷重によって加締め部３ｄの径方向外側が繰り返し変形すると、加締め部３ｄの強度の低下および加締め割れが発生する可能性がある。

【0030】

そこで、径方向外側の面２１ａが径方向内側の面２１ｂよりも軸方向に凸となるように構成する。径方向外側の面２１ａが径方向内側の面２１ｂよりも軸方向に凸となるため、径方向内側の面２１ｂと肩部１６との間に隙間が発生する。
一方、加締め部３ｄにかかる矢印の荷重に対して、肩部１６が支える点をＰ１とすると、Ｐ１と、加締め部３ｄに荷重がかかる部分が径方向において略同一線上に存在する。このように構成することにより、内輪４Ａと加締め部３ｄの間に隙間が発生していないため、荷重を支えることができる。

【0031】

また、好ましくは、平坦面２１の径方向外側の面２１ａの軸方向位置と径方向内側の面２１ｂの軸方向位置との差が０μｍ以上３０μｍ以下である。このように構成することにより、平坦面２１の径方向外側の面２１ａが凸となりすぎて、径方向内側における嵌合隙間が発生するのを確実に抑制することができる。

【0032】

また、平坦面２１の径方向内側端部の直径がハブ輪３の内輪４Ａの嵌合面の外径の０．９倍以上である。図３に示すように、平坦面２１の径方向内側の面２１ｂにおける径方向直径をＲ１とし、内輪４Ａの嵌合面である小径段部３ａの外径における径方向直径をＲ２とする。平坦面２１の径方向内側端部の直径Ｒ１が小さすぎると、平坦面２１における肩部１６と当接する部分であって負荷がかかる部分が径方向内側へ移動する。そのため、径方向内側の面２１ｂにおける応力集中が発生しやすい。

【0033】

この場合、内輪４のインナー側端部であって、径方向内側角部付近における応力が最も高くなる。そして、径方向内側の面２１ｂにおける応力によって加締め部３ｄの径方向外側付近にせん断荷重が発生する。平坦面２１の外径側と肩部１６との間に隙間が存在する場合、せん断荷重によって加締め部３ｄの径方向外側が繰り返し変形し、円すいころ５Ａ・５Ｂと内輪４Ａ・４Ｂおよび外輪２との間に付与する予圧が低下する場合がある。

【0034】

そこで、平坦面２１の径方向内側端部の直径がハブ輪３の内輪４Ａの嵌合面の外径Ｒ２の０．９倍以上であることにより、肩部１６と当接する部分であって負荷がかかる部分が径方向外側へ移動する。したがって、加締め部３ｄの径方向外側の面２１ａに付加される荷重に対して反対側である径方向内側の面２１ｂ付近に隙間がなくなり、内輪４Ａの加締め部３ｄとの接触面において荷重を支えることができるものである。

【0035】

また、平坦面２１の径方向内側端部の直径Ｒ１がハブ輪３の内輪４Ａの嵌合面の外径Ｒ２の１．２倍以下であることが望ましい。平坦面２１の径方向内側端部がハブ輪３の内輪嵌合面よりも１．２倍以上となると、肩部１６と当接する部分であって負荷がかかる部分が径方向外側へ移動しすぎてしまい、内輪４Ａを軸方向へ保持するための応力が低下する。したがって、平坦面２１の径方向内側端部の直径Ｒ１がハブ輪３の内輪４Ａの嵌合面の外径Ｒ２の１．２倍以下であることにより、内輪４Ａの与圧を十分に確保することができる。

【0036】

以上のように、内周に複列の外側軌道面２ｃ・２ｄを有する外方部材である外輪２と、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪３、及び前記小径段部に圧入された内輪４Ａ・４Ｂを有し、外周に前記複列の外側軌道面２ｃ・２ｄと対向する複列の内側軌道面４ａ・４ｂが設けられた内方部材と、内方部材と外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体である円すいころ５Ａ・５Ｂと、を備えた車輪用軸受装置１において、ハブ輪３の突出端部に加締め部３ｄを設け、ハブ輪３の内径に等速自在継手１１の外側継手部材１７のステム部１５を挿入してスプライン嵌合させて、ハブ輪３の加締め部３ｄに外側継手部材１７の肩部１６と突き合せる平坦面２１を設け、平坦面２１の径方向外側の面２１ａが、径方向内側の面２１ｂよりも軸方向において外側継手部材１７の肩部１６側に凸となる。

【0037】

このように構成することにより、径方向外側の面２１ａ付近に応力が集中する。加締め部３ｄにかかる荷重に対して肩部１６が支える点Ｐ１と、加締め部３ｄに荷重がかかる部分が径方向において略同一線上に存在することとなり、内輪４Ａと加締め部３ｄの間に隙間が発生していないため、荷重を支えることができる。

【0038】

また、別の実施形態として、径方向内側の面２１ｂが径方向外側の面２１ａよりも軸方向に凸となる構成とすることもできる。この場合、図４に示すように、径方向外側の面２１ａから加締め部３ｄの内輪４Ａとの当接面までの距離Ｄ１は、径方向内側の面２１ｂから加締め部３ｄの内輪４Ａとの当接面までの距離Ｄ２よりも小さい。径方向内側の面２１ｂが径方向外側の面２１ａよりも軸方向に凸となる場合は、平坦面２１の径方向外側の面２１ａの軸方向位置と径方向内側の面２１ｂの軸方向位置との差が－１０μｍ以上０ｍ以下であることが望ましい。

【0039】

すなわち、径方向内側の面２１ｂが径方向外側の面２１ａよりも軸方向に凸となる構成であって、平坦面２１の径方向外側の面２１ａの軸方向位置と径方向内側の面２１ｂの軸方向位置との差が－１０μｍ以下であれば、径方向内側の面２１ｂが凸になっていても、径方向内側の面２１ｂと肩部１６との間に発生する隙間は軽微なので、予圧抜けを抑えて荷重を支えることができる。

【0040】

なお、本実施形態では、車輪用軸受装置１は、ハブ輪３に一対の内輪４Ａ・４Ｂが圧入固定された第二世代構造として構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は、ハブ輪の外周にアウター側の転動体の列の内側軌道面が形成されている第三世代構造の車輪用軸受装置であっても良い。

【符号の説明】

【0041】

１ 車輪用軸受装置
２ 外輪
３ ハブ輪
３ｄ 加締め部
４Ａ・４Ｂ 内輪
５Ａ・５Ｂ 円すいころ
１１ 等速自在継手
１３ マウス部
１４ スプライン
１５ ステム部
１６ 肩部
１７ 外側継手部材
２１ 平坦面
２１ａ 径方向外側の面
２１ｂ 径方向内側の面
２９ 雄ねじ部
３０ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】