JP2018154209A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブボルトの空回りを防ぐとともに、ボルト穴周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジの変形を抑制でき、ひいては車輪取付フランジの回転振れを低減できる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】外方部材２若しくは内方部材３のいずれか一方に車輪取付フランジ３ｈが形成されるとともに、当該車輪取付フランジ３ｈの回転軸Ａを中心とする同心円上に複数のボルト穴３ｉが設けられている車輪用軸受装置１において、ボルト穴３ｉに圧入されるハブボルト７を具備し、ハブボルト７は、セレーション部７２にショットピーニングによる表面硬化処理が施されている、ものとした。
【選択図】図７

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

従来より、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（特許文献１参照）。車輪用軸受装置は、懸架装置を構成するナックルに外方部材が固定される。また、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転走面間に複数の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のである。

ところで、かかる車輪用軸受装置は、内方部材の一端に車輪取付フランジが形成されている。また、外方部材を回転自在とし、この外方部材に車輪取付フランジが形成されているものも存在している。車輪取付フランジには、回転軸を中心とする同心円上に複数のボルト穴が設けられている。そして、これらのボルト穴には、車輪を固定するためのハブボルトが圧入されている。ハブボルトには、いわゆるセレーション部が設けられており、このセレーション部の突起がボルト穴の内周面に食い込んだ状態で固定されるのが好ましい。そのため、特許文献１のように、ボルト穴の内周面に焼鈍処理を行って表面硬度を下げる手法が提案されていたのである。

特許第５５０９９６６号公報

ハブボルトは、ナットを締め付ける際に、ナットとともに空回り（滑って回ることを指す）しないよう確実に固定される必要がある。しかしながら、セレーション部の突起がボルト穴の内周面に十分に食い込んでいなければ、ナットとともに空回りしてしまう場合があった（図８における矢印Ｔ参照）。また、全てのボルト穴の内周面全周で突起が食い込まなければ、ボルト穴周辺の歪が偏って車輪取付フランジの変形が増大し、ひいては車輪取付フランジの回転振れが増大してしまう場合もあった（図８における矢印Ｄ参照）。そこで、ハブボルトの空回りを防ぐとともに、ボルト穴周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジの変形を抑制でき、ひいては車輪取付フランジの回転振れを低減できる車輪用軸受装置が求められていたのである。

第一の発明は、
内周に外側転走面が形成された外方部材と、
外周に内側転走面が形成された内方部材と、
前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの転走面間に介装される複数の転動体と、を備え、
前記外方部材若しくは前記内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが形成されるとともに、当該車輪取付フランジの回転軸を中心とする同心円上に複数のボルト穴が設けられている車輪用軸受装置において、
前記ボルト穴に圧入されるハブボルトを具備し、
前記ハブボルトは、セレーション部にショットピーニングによる表面硬化処理が施されている、ものである。

第二の発明は、第一の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記車輪取付フランジが炭素鋼で形成されており、
前記ハブボルトがクロム鋼若しくはクロム−モリブデン鋼で形成されており、
前記セレーション部は、表面硬度が１０００ＨＶから１１００ＨＶとなっている、ものである。

第三の発明は、第一又は第二の発明に係る車輪用軸受装置において、
前記セレーション部は、それぞれの突起の断面が径方向外側に尖った先鋭形状となっている、ものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第一の発明に係る車輪用軸受装置は、ボルト穴に圧入されるハブボルトを具備している。そして、ハブボルトは、セレーション部にショットピーニングによる表面硬化処理が施されている。かかる車輪用軸受装置によれば、表面硬度の差により、ボルト穴の内周面にセレーション部の突起が食い込むので、ハブボルトの空回りを防ぐことができる。また、全てのボルト穴の内周面全周で突起が食い込むので、ボルト穴周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジの変形を抑制でき、ひいては車輪取付フランジの回転振れを低減できる。

第二の発明に係る車輪用軸受装置は、車輪取付フランジが炭素鋼で形成されており、ハブボルトがクロム鋼若しくはクロム−モリブデン鋼で形成されている。そして、セレーション部は、表面硬度が１０００ＨＶから１１００ＨＶとなっている。かかる車輪用軸受装置によれば、表面硬度の大きな差により、ボルト穴の内周面にセレーション部の突起が潰れずに食い込むので、ハブボルトの空回りを確実に防ぐことができる。また、全てのボルト穴の内周面全周で突起が潰れずに安定的に食い込むので、ボルト穴周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジの変形を確実に抑制でき、ひいては車輪取付フランジの回転振れを確実に低減できる。

第三の発明に係る車輪用軸受装置において、セレーション部は、それぞれの突起の断面が径方向外側に尖った先鋭形状となっている。かかる車輪用軸受装置によれば、ボルト穴の内周面にセレーション部の突起が深く食い込むので、ハブボルトの空回りを確実に防ぐことができる。また、全てのボルト穴の内周面全周で突起が深く安定的に食い込むので、ボルト穴周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジの変形を確実に抑制でき、ひいては車輪取付フランジの回転振れを確実に低減できる。

車輪用軸受装置を示す斜視図。 車輪用軸受装置の構造を示す断面図。 車輪用軸受装置の一部構造を示す断面図。 車輪用軸受装置の一部構造を示す断面図。 ハブボルトの形状を示す図。 ハブボルトの製造工程を示す図。 車輪取付フランジのボルト穴にハブボルトが圧入されている状況を示す図。 従来品である車輪用軸受装置の構造を示す断面図。

まず、図１から図４を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置１について説明する。図１は、車輪用軸受装置１を示す斜視図である。図２は、車輪用軸受装置１の構造を示す断面図である。図３および図４は、車輪用軸受装置１の一部構造を示す断面図である。

車輪用軸受装置１は、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１は、外方部材２と、内方部材３と、転動体４と、インナー側シール部材５と、アウター側シール部材６と、を備える。なお、本明細書において、「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。

外方部材２は、転がり軸受構造の外輪部分を構成するものである。外方部材２は、例えばＳ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。外方部材２のインナー側端部には、封止面２ａが形成されている。また、外方部材２のアウター側端部には、封止面２ｂが形成されている。更に、外方部材２の内周には、二つの外側転走面２ｃ・２ｄが形成されている。外側転走面２ｃは、後述する内側転走面３ｃに対向する。外側転走面２ｄは、後述する内側転走面３ｄに対向する。なお、外側転走面２ｃ・２ｄには、例えば、高周波焼入れが施され、表面硬度が５８〜６４ＨＲＣの範囲となっている。加えて、外方部材２の外周には、ナックル取付フランジ２ｅが一体的に形成されている。ナックル取付フランジ２ｅには、複数のボルト穴２ｆが設けられている。

内方部材３は、転がり軸受構造の内輪部分を構成するものである。内方部材３は、ハブ輪３１と内輪３２で構成されている。

ハブ輪３１は、例えばＳ５３Ｃ等の中高炭素鋼で構成されている。ハブ輪３１には、そのインナー側端部から軸方向中央部まで小径段部３ａが形成されている。小径段部３ａは、ハブ輪３１の外径が小さくなった部分を指し、その外周面が回転軸Ａを中心とする円筒形状となっている。また、ハブ輪３１には、そのインナー側端部からアウター側端部まで貫かれた自在継手取付穴３ｂが形成されている。自在継手取付穴３ｂは、ハブ輪３１の中心に設けられた貫通穴を指し、その内周面における一部が凹部と凸部が交互に並ぶ凹凸形状（スプライン穴）となっている。更に、ハブ輪３１の外周には、内側転走面３ｃが形成されている。内側転走面３ｃは、前述した外側転走面２ｃに対向する。なお、小径段部３ａから内側転走面３ｃを経てシールランド部（後述する軸面部３ｅと曲面部３ｆと側面部３ｇで構成される）までには、例えば、高周波焼入れが施され、表面硬度が５８〜６４ＨＲＣの範囲となっている。加えて、ハブ輪３１の外周には、車輪取付フランジ３ｈが一体的に形成されている。車輪取付フランジ３ｈには、複数のボルト穴３ｉが設けられ、それぞれのボルト穴３ｉにハブボルト７が圧入されている。ハブボルト７の詳細については後述する。

内輪３２は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成されている。内輪３２の外周には、封止面３ｊが形成されている。また、内輪３２の外周には、内側転走面３ｄが形成されている。内輪３２は、ハブ輪３１の小径段部３ａに嵌合（外嵌）されることにより、ハブ輪３１の外周に内側転走面３ｄを構成する。内側転走面３ｄは、前述した内側転走面２ｄに対向する。なお、内輪３２は、例えば、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲となっている。

転動体４は、転がり軸受構造の転動部分を構成するものである。転動体４は、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で構成されている。インナー側の転動体列４Ｒは、複数の転動体４が保持器によって環状に配置されたものである。それぞれの転動体４は、外方部材２の外側転走面２ｄと内方部材３の内側転走面３ｄの間に転動自在に介装されている。一方で、アウター側の転動体列４Ｒも、複数の転動体４が保持器によって環状に配置されたものである。それぞれの転動体４は、外方部材２の外側転走面２ｃと内方部材３の内側転走面３ｃの間に転動自在に介装されている。なお、転動体４は、例えば、いわゆるズブ焼入れが施され、芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲となっている。

インナー側シール部材５は、外方部材２と内方部材３の間に形成された環状空間Ｓのインナー側端部を密封するものである。但し、インナー側シール部材５については、様々な仕様が存在しており、本願の仕様に限定するものではない。また、インナー側シール部材５の代わりにキャップが取り付けられる仕様や何も取り付けられない仕様も存在する。

インナー側シール部材５は、スリンガ５１を含んでいる。スリンガ５１は、内輪３２の封止面３ｊに嵌合（外嵌）される。スリンガ５１は、例えば、ＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼板、あるいはＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板で構成されている。スリンガ５１は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が略Ｌ字状に折り曲げられた形状となっている。これにより、スリンガ５１は、円筒状の嵌合部５１ａと、その端部から外輪２に向かって延びる円板状の側板部５１ｂと、が形成されている。

インナー側シール部材５は、シールリング５２を含んでいる。シールリング５２は、外輪２の嵌合部２ａに嵌合（内嵌）される。シールリング５２は、芯金５３と弾性部材５４で構成されている。芯金５３は、例えば、ＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼板、あるいはＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板で構成されている。芯金５３は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が略Ｌ字状に折り曲げられた形状となっている。これにより、芯金５３は、円筒状の嵌合部５３ａと、その端部から内輪３２に向かって延びる円板状の側板部５３ｂと、が形成されている。なお、嵌合部５３ａと側板部５３ｂには、弾性部材５４が例えば加硫接着により一体的に形成されている。

弾性部材５４は、例えば、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、ＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等の合成ゴムで構成されている。弾性部材５４に形成されたシールリップ５４ａは、その先端部分がスリンガ５１の嵌合部５１ａに接触している。また、シールリップ５４ｂ・５４ｃは、その先端部分がスリンガ５１の側板部５１ｂに接触している。このようにして、インナー側シール部材５は、泥水や砂塵等の異物が環状空間Ｓに侵入するのを防ぐとともに、グリースが環状空間Ｓから漏出するのを防いでいる。

アウター側シール部材６は、外方部材２と内方部材３の間に形成された環状空間Ｓのアウター側端部を密封するものである。但し、アウター側シール部材６については、様々な仕様が存在しており、本願の仕様に限定するものではない。

アウター側シール部材６は、外輪２の嵌合部２ｂに嵌合（内嵌）される。アウター側シール部材６は、芯金６２と弾性部材６３で構成されている。芯金６２は、例えば、ＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼板、あるいはＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板で構成されている。芯金６２は、円環状の鋼板がプレス加工によって変形され、軸方向断面が略Ｌ字状に折り曲げられた形状となっている。これにより、芯金６２は、円筒状の嵌合部６２ａと、その端部からハブ輪３１に向かって延びる円板状の側板部６２ｂと、が形成されている。なお、側板部６２ｂには、弾性部材６３が例えば加硫接着により一体的に形成されている。

弾性部材６３は、例えば、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、ＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等の合成ゴムで構成されている。弾性部材６３に形成されたシールリップ６３ａは、その先端部分がハブ輪３１の軸面部３ｅに接触している。また、シールリップ６３ｂは、その先端部分がハブ輪３１の曲面部３ｆに接触している。更に、シールリップ６３cは、その先端部分がハブ輪３１の側面部３ｇに接触している。このようにして、アウター側シール部材６は、泥水や砂塵等の異物が環状空間Ｓに侵入するのを防ぐとともに、グリースが環状空間Ｓから漏出するのを防いでいるのである。

次に、図５および図６を用いて、ハブボルト７の特徴点について説明する。図５は、ハブボルト７の形状を示す図である。図５の（Ａ）は、ハブボルト７の側面図であり、図５の（Ｂ）は、（Ａ）におけるＸ−Ｘ部分に相当する断面図である。また、図６は、ハブボルト７の製造工程を示す図である。図６の（Ａ）から（Ｅ）は、ハブボルト７が完成するまでの大まかな流れを表している。同時に、図７を用いて、本願発明の効果について説明する。図７は、車輪取付フランジ３ｈのボルト穴３ｉにハブボルト７が圧入されている状況を示す図である。図７の（Ａ）は、車輪取付フランジ３ｈのボルト穴３ｉにハブボルト７が圧入されている状況を示す断面図であり、図７の（Ｂ）は、（Ａ）におけるＸ−Ｘ部分に相当する断面図である。なお、本明細書において、「径方向外側」とは、ハブボルト７の中心軸Ｃから遠ざかる方向を表す。

上述したように、ハブボルト７は、車輪取付フランジ３ｈに車輪を固定するものである。ハブボルト７は、ＳＣｒ４３０等のクロム鋼若しくはＳＣＭ４３５等のクロム−モリブデン鋼で構成されている。ハブボルト７は、素材である鋼棒が軸方向に押圧され、これによって頭部７１が形成される（図６の（Ａ）参照）。そして、セレーション形成用のダイスＤａに圧入されることで、軸体の大径部分にセレーション部７２が形成され（図６の（Ｂ）参照）、更にネジ形成用のダイスＤｂに挟まれて回転されることで、軸体の小径部分にネジ部７３が形成される（図６の（Ｃ）参照）。その後、ハブボルト７は、加熱炉Ｈｏに投入され、浸炭焼入れが施される（図６の（Ｄ）参照）。これにより、ハブボルト７の表面硬度は、５６０〜６００ＨＶの範囲となる。加えて、ハブボルト７は、セレーション部７２にのみショットピーニングによる表面硬化処理が施される（図６の（Ｅ）における※印部参照）。これにより、セレーション部７２の表面硬度は、表面から２０μｍ〜３０μｍの深さまで１０００〜１１００ＨＶの範囲となる。こうすることで、疲労強度が高く、耐応力腐食割れ性が良好であるハブボルト７が完成する。

ここで、ショットピーニングによる表面硬化処理ついて簡単に説明する。ショットピーニングは、被加工物の表面を硬化させ、かつ圧縮残留応力を保持させる表面加工方法である。具体的に説明すると、投射材と呼ばれる粒状物を投射することにより、被加工物であるハブボルト７のセレーション部７２表面を塑性変形させて硬化層を形成する。このとき、変形部分が戻ろうとする弾性力を周囲部分が拘束するので、セレーション部７２表面に圧縮残留応力が保持されるのである。このような表面加工方法を実施することにより、セレーション部７２の表面硬度を高めるとともに圧縮残留応力を保持させることができ、疲労強度の向上や耐応力腐食割れ性の向上を実現している。なお、投射材の大きさや投射速度等は、得られる特性に影響を及ぼすものであるが、これらについては限定するものではない。

加えて、セレーション部７２の形状について簡単に説明する。セレーション部７２は、車輪取付フランジ３ｈのボルト穴３ｉに圧入される大径部分を指し、中心軸Ｃに沿う複数の突起７２ｐが設けられ、それぞれ隣り合う突起７２ｐが互いに等間隔である凹凸形状（セレーション軸）となっている。本ハブボルト７において、セレーション部７２は、それぞれの突起７２ｐの断面が径方向外側に尖った先鋭形状（くさび型形状）となっている（図５の（Ｃ）参照）。そのため、突起７２ｐは、ハブボルト７を圧入する際に、ボルト穴３ｉの内周面３ｋに食い込むこととなる（図７の（Ａ）および（Ｂ）参照）。なお、本車輪用軸受装置１においては、車輪取付フランジ３ｈが炭素鋼で形成されるのに対し、ハブボルト７がクロム鋼若しくはクロム−モリブデン鋼で形成され、そのセレーション部７２の表面硬度が１０００〜１１００ＨＶであることから、ボルト穴３ｉの内周面３ｋ全周で突起７２ｐが潰れずに食い込むこととなる。加えて、セレーション部７２の突起７２ｐが先鋭形状であることからも、ボルト穴３ｉの内周面３ｋ全周で突起７２ｐが深く安定的に食い込むこととなる。

以上のように、本願発明に係る車輪用軸受装置１は、ボルト穴３ｉに圧入されるハブボルト７を具備している。そして、ハブボルト７は、セレーション部７２にショットピーニングによる表面硬化処理が施されている。かかる車輪用軸受装置１によれば、表面硬度の差により、ボルト穴３ｉの内周面３ｋにセレーション部７２の突起７２ｐが食い込むので、ハブボルト７の空回りを防ぐことができる。また、全てのボルト穴３ｉの内周面３ｋ全周で突起７２ｐが食い込むので、ボルト穴３ｉ周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジ３ｈの変形を抑制でき、ひいては車輪取付フランジ３ｈの回転振れを低減できる。

また、本車輪用軸受装置１は、車輪取付フランジ３ｈが炭素鋼で形成されており、ハブボルト７がクロム鋼又はクロム−モリブデン鋼で形成されている。そして、セレーション部７２は、表面硬度が１０００ＨＶから１１００ＨＶとなっている。かかる車輪用軸受装置１によれば、表面硬度の大きな差により、ボルト穴３ｉの内周面３ｋにセレーション部７２の突起７２ｐが潰れずに深く食い込むので、ハブボルト７の空回りを確実に防ぐことができる。また、全てのボルト穴３ｉの内周面３ｋ全周で突起７２ｐが潰れずに安定的に食い込むので、ボルト穴３ｉ周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジ３ｈの変形を確実に抑制でき、ひいては車輪取付フランジ３ｈの回転振れを確実に低減できる。

更に、本車輪用軸受装置１において、セレーション部７２は、それぞれの突起７２ｐの断面が径方向外側に尖った先鋭形状となっている。かかる車輪用軸受装置１によれば、ボルト穴３ｉの内周面３ｋにセレーション部７２の突起７２ｐが深く食い込むので、ハブボルト７の空回りを確実に防ぐことができる。また、全てのボルト穴３ｉの内周面３ｋ全周で突起７２ｐが安定的に食い込むので、ボルト穴３ｉ周辺の歪が偏らずに車輪取付フランジ３ｈの変形を確実に抑制でき、ひいては車輪取付フランジ３ｈの回転振れを確実に低減できる。

本願発明に係る車輪用軸受装置１は、内方部材３として一つの内輪３２が嵌合されたハブ輪３１を備え、ナックル取付フランジを有している外方部材２と内方部材３である内輪３１とハブ輪３２の嵌合体で構成された内輪回転仕様の第３世代構造としているが、これに限定するものではない。例えば、内方部材として一つの内輪が嵌合された支持軸を備え、外方部材がハブ輪として形成されており、この外方部材であるハブ輪と内方部材である内輪と支持軸の嵌合体で構成された外輪回転仕様の第３世代構造であってもよい。更に、ナックル取付フランジを有している外方部材と内方部材である一対の内輪で構成され、この一対の内輪がハブ輪の外周に嵌合される内輪回転仕様の第２世代構造であってもよい。また、外方部材がハブ輪として形成されており、この外方部材であるハブ輪と内方部材である一対の内輪で構成された外輪回転仕様の第２世代構造であってもよい。更に、外方部材である外輪と内方部材である一対の内輪で構成され、外輪がハウジングの内周に嵌合される第１世代構造であってもよい。

１ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
２ｃ 外側転走面
２ｄ 外側転走面
３ 内方部材
３１ ハブ輪
３２ 内輪
３ｃ 内側転走面
３ｄ 内側転走面
３ｈ 車輪取付フランジ
３ｉ ボルト穴
３ｋ 内周面
４ 転動体
７ ハブボルト
７１ 頭部
７２ セレーション部
７２ｐ 突起
７３ ネジ部
Ａ 回転軸
Ｃ 中心軸

Claims (3)

1. 内周に外側転走面が形成された外方部材と、
   外周に内側転走面が形成された内方部材と、
   前記外方部材と前記内方部材のそれぞれの転走面間に介装される複数の転動体と、を備え、
   前記外方部材若しくは前記内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが形成されるとともに、当該車輪取付フランジの回転軸を中心とする同心円上に複数のボルト穴が設けられている車輪用軸受装置において、
   前記ボルト穴に圧入されるハブボルトを具備し、
   前記ハブボルトは、セレーション部にショットピーニングによる表面硬化処理が施されている、ことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記車輪取付フランジが炭素鋼で形成されており、
   前記ハブボルトがクロム鋼若しくはクロム−モリブデン鋼で形成されており、
   前記セレーション部は、表面硬度が１０００ＨＶから１１００ＨＶとなっている、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記セレーション部は、それぞれの突起の断面が径方向外側に尖った先鋭形状となっている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。

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