JP2006052816A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
車輪取付フランジの面振れ精度を高めてブレーキジャダーの発生を抑制すると共に、フランジ強度を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
車輪取付フランジ4にハブボルト5を包含する所定幅の環状溝11が形成されると共に、車輪取付フランジ4のアウトボード側の基部に、その側面4aから所定深さの環状の段付部15が形成され、ブレーキパイロット部13と交差する隅部13aを含む段付部15に高周波焼入れによって所定の硬化層16が形成され、側面4aを、ハブボルト5が圧入された後に切削加工された切削面としている。これにより、ハブボルト5の圧入によって増加した側面4aの面振れを可及的に抑制することができ、かつ、車輪取付フランジ4の強度を増大させることができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置に関するもので、特に、車輪取付フランジの面振れ精度を高めてブレーキジャダーの発生を抑制すると共に、フランジ強度を増大させた車輪用軸受装置に関する。
一般にディスクブレーキの普及によって制動力が増大してきた反面、このディスクブレーキのロータをブレーキパッドにて挟持して制動を行う場合、特に車両低速走行時に振動が発生し、低周波の不快な騒音を誘発することがある。こうした現象はブレーキジャダーと呼ばれ、車両の高性能化や静寂化に伴って、近年、この分析および改善が新しい技術課題として着目されている。
ブレーキジャダーの明確なメカニズムはまだ詳細には解明されてはいないが、その一要因としてブレーキロータのパッド摺接面の振れ精度が挙げられている。この振れ精度は、ブレーキロータ単体の振れ精度だけでなく、ブレーキロータを取り付ける車輪取付フランジの面振れ精度、転がり軸受のアキシアル振れ、転走面の精度、および転がり軸受の組立精度等々が累積され、最終的にブレーキロータ側面の面振れ精度となって現れてくる。
また、近年、低コスト化は言うに及ばず、燃費向上のために軽量化を追求することにより、余肉を排除して車輪用軸受装置をスリム化させることと、操縦安定性のために車輪用軸受装置を剛性アップさせることがなされている。こうした、言わば両者相反する要求を満足しつつ、前述したブレーキロータ側面の面振れ精度対策が種々講じられている。
図4は従来の車輪用軸受装置を示し、(a)は側面図で、(b)はその縦断面図である。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(図中右側)という。
この車輪用軸受装置は、アウトボード側端部に車輪(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、外周にアウトボード側の内側転走面52aと、この内側転走面52aから軸方向に延びる小径段部54が形成されたハブ輪52、およびこのハブ輪52の小径段部54に圧入され、外周にインボード側の内側転走面53aが形成された内輪53とからなる内方部材51と、外周に車体(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ61を一体に有し、内周に複列の転走面60a、60bが形成された外方部材60と、保持器62、62で円周等配され、両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体(ボール)63、63とを備えている。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。
外方部材60の両端にはシール64、65が装着され、外方部材60と内方部材51との環状空間を密封し、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、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。
車輪取付フランジ55の側面55aには旋盤等の一次切削により環状溝57が形成されている。この環状溝57の溝幅中央部にはボルト穴58が円周等配に穿設されている。さらにハブボルト56の外径に形成されたナール56a部をこのボルト穴58に圧入固定した後、側面55aが旋盤等により二次切削されている。
このように、従来の車輪用軸受装置にあっては、環状溝57が側面55aに形成されていることにより、ハブボルト56の圧入による側面55aの変形等の影響を最小限に抑制することができると共に、ハブボルト56の圧入後、さらに側面55aが二次切削されているので、ハブボルト56の圧入によって増加した側面55aの面振れを可及的に抑制することができる。
特開2003−154801号公報
しかしながら、前述した車輪用軸受装置において、車両の横旋回等により車輪取付フランジ55に大きなモーメント荷重が負荷された場合、車輪取付フランジ55の基部、すなわち、車輪取付フランジ55とブレーキパイロット部59間の隅部59aの表面に繰り返し交番応力が発生する。この交番応力に対し、車輪取付フランジ55の形状・寸法を変更し、単純に車輪取付フランジ55を厚肉化して車輪取付フランジ55の強度・耐久性を向上させることも考えられるが、これでは市場における軽量・コンパクト化の潮流と逆行し、強度対策としては得策と言えない。
また、交番応力が生じる隅部59aの表面に高周波焼入れにより硬化処理を施すことも提案されているが、熱処理を行った場合、硬化した表面を二次切削するには高価な工具が必要となるばかりでなく、硬化層と非硬化層とは切削抵抗の違いから結果的に切削深さが異なってその境界部に段差が生じ、表面精度が劣化すると言った問題が内在していた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジの面振れ精度を高めてブレーキジャダーの発生を抑制すると共に、フランジ強度を増大させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
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、内方部材と外方部材間に複列の転動体を収容し、車体に対して車輪を回転自在に支承する複列の転がり軸受を備え、前記内方部材または外方部材にブレーキロータを介して車輪を締結する車輪取付フランジと、この車輪取付フランジからアウトボード側に延び、前記ブレーキロータを支持する円筒状のブレーキパイロット部が形成されると共に、前記車輪取付フランジの周方向に沿って複数のハブボルトが圧入された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側の基部に、その側面から所定深さの環状の段付部が形成されると共に、前記ブレーキパイロット部と交差する隅部を含む前記段付部に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成され、前記側面を、前記ハブボルトが圧入された後に切削加工された切削面としている構成を採用した。
このように車輪取付フランジのアウトボード側の基部に、その側面から所定深さの環状の段付部が形成されると共に、ブレーキパイロット部と交差する隅部を含む段付部に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成され、側面を、ハブボルトが圧入された後に切削加工された切削面としているので、ハブボルトの圧入によって増加した側面の面振れを可及的に抑制することができ、かつ、車輪取付フランジの強度を増大させることができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記車輪取付フランジのアウトボード側の側面に前記ハブボルトを包含する所定幅の環状溝が形成されていれば、ハブボルトの圧入による変形等、側面への影響を最小限に抑制できる。
また、請求項3に記載の発明は、前記段付部の幅が少なくとも10mmに設定されると共に、前記段付部の深さが、前記ハブボルト圧入後の切削取り代以上に設定されているので、熱処理影響部をこの段付部内に収めることができると共に、熱処理影響部が切削されることはなく、熱処理影響部まで切削されて側面の表面精度が劣化するのを確実に防止することができる。
また、請求項4に記載の発明は、前記硬化層の表面硬さが50〜64HRCの範囲に設定されているので、表面に圧縮残留応力が形成され、車輪取付フランジの基部の疲労強度が格段に増大する。
また、請求項5に記載の発明のように、前記車輪取付フランジにおけるアウトボード側の側面の面振れが20μm以下に規制されていれば、ブレーキロータ側面の面振れ精度を所望の規定値に抑制することができ、ブレーキジャダーの発生を抑制することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、内方部材と外方部材間に複列の転動体を収容し、車体に対して車輪を回転自在に支承する複列の転がり軸受を備え、前記内方部材または外方部材にブレーキロータを介して車輪を締結する車輪取付フランジと、この車輪取付フランジからアウトボード側に延び、前記ブレーキロータを支持する円筒状のブレーキパイロット部が形成されると共に、前記車輪取付フランジの周方向に沿って複数のハブボルトが圧入された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側の基部に、その側面から所定深さの環状の段付部が形成されると共に、前記ブレーキパイロット部と交差する隅部を含む前記段付部に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成され、前記側面を、前記ハブボルトが圧入された後に切削加工された切削面としているので、ハブボルトの圧入によって増加した側面の面振れを可及的に抑制することができ、かつ、車輪取付フランジの強度を増大させることができる。
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円筒状の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間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記車輪取付フランジからアウトボード側に延び、ブレーキロータを支持する円筒状のブレーキパイロット部が形成されると共に、前記車輪取付フランジの周方向に沿って複数のハブボルトが圧入された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側の側面に前記ハブボルトを包含する所定の幅の環状溝が形成されると共に、前記車輪取付フランジのアウトボード側の基部に、その側面から所定深さの環状の段付部が形成され、前記ブレーキパイロット部と交差する隅部を含む前記段付部に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成され、前記側面を、前記ハブボルトが圧入された後に切削加工された切削面としている。
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。
この車輪用軸受装置は、内方部材1と外方部材10と複列の転動体(ボール)6、6とを備えている。内方部材1はハブ輪2と別体の内輪3とからなり、この内輪3は、ハブ輪2のインボード側端部に形成された円筒状の小径段部2bに圧入されている。また、ハブ輪2の外周にはアウトボード側の内側転走面2a、内輪3の外周にはインボード側の内側転走面3aがそれぞれ形成されている。さらに、ハブ輪2は車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ4をアウトボード側端部に一体に有し、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が圧入されている。
一方、外方部材10は、外周に車体(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ10bを一体に有し、内周に複列の外側転走面10a、10aが形成されている。これら複列の外側転走面10a、10aと、前記内側転走面2a、3a間には保持器7、7で円周等配された複列の転動体6、6がそれぞれ転動自在に収容されている。
外方部材10の両端部にはシール8、9が装着され、外方部材10と内方部材1との間に形成された環状空間を密封し、軸受内部に封入され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。
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、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の範囲に硬化層が形成されている。こうした高周波焼入れによりハブ輪2の強度が向上すると共に、内輪3の嵌合面におけるフレッティングが抑制されて耐久性が向上する。
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。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。
ここで、車輪取付フランジ4の側面4aには旋盤等の一次切削により環状溝11が形成されている。この環状溝11の溝幅中央部にはボルト穴12が円周方向等配に穿設されている。そして、このボルト穴12にハブボルト5が圧入され、ハブボルト5の外径に形成されたナール部5aがボルト穴12に食い込んでハブボルト5が固定されている。なお、ボルト穴12は環状溝11の幅内に位置すれば良く、必ずしも溝幅中央部に設ける必要はない。
また、ハブ輪2には、車輪取付フランジ4からアウトボード側に延びる円筒状のブレーキパイロット部13およびホイールパイロット部14がそれぞれ形成されている。これらブレーキパイロット部13およびホイールパイロット部14は、図示しないブレーキロータおよびホイールを径方向に支持する。
本実施形態では、図2に拡大して示すように、車輪取付フランジ4のアウトボード側の基部に側面4aから所定深さの環状の段付部15が形成されると共に、ブレーキパイロット部13と交差する隅部13aは円弧状の盗みとして形成されている。そして、この隅部13aを含む段付部15に高周波焼入れによって所定の硬化層16(図中クロスハッチングにて示す)が形成されている。なお、ここでは、ブレーキロータの角部との干渉を避けるため、隅部13aは段付部15よりさらに凹ませて盗み部として形成されているが、必ずしも凹ませる必要はなく、切欠き効果を考慮してブレーキロータの角部と干渉しない程度に大きく円弧状に形成されていても良い。
ここで、環状の段付部15の幅Wが少なくとも10mm以上に設定されると共に、段付部15の深さδが、後述する側面4aにおける二次切削の取り代以上とされている。段付部15の幅Wを10mm以上にすることにより、熱処理影響部をこの段付部15内に収めることができると共に、段付部15の深さδを二次切削の取り代以上とすることにより、側面4aの二次切削の際にこの段付部15が切削されることはなく、熱処理影響部が切削されて側面4aの表面精度が劣化するのを確実に防止することができる。
また、硬化層16の表面硬さは50〜64HRC、好ましくは、54〜60HRCの範囲に設定されている。これにより、表面層には高周波焼き入れ特有の非常に細かいマルテンサイト層が形成され、内層に進むに従ってマルテンサイトの量は減少し中心部は焼入れ前の組織となっている。したがって、隅部13aの表面には圧縮残留応力が形成され、車輪取付フランジ4の基部の疲労強度が格段に増大する。なお、圧縮残留応力と表面硬さには相関関係があり、表面硬さが高いほど圧縮残留応力が増大するが、64HRCを超えて硬さを上げると、熱処理変形が大きくなって好ましくない。一方、50HRC未満では硬化層16による強度アップの効果が期待できない。
本実施形態では、車輪取付フランジ4における隅部13aの熱処理後にハブボルト5が圧入され、その後、ブレーキロータが取り付けられる側面4aが旋盤により二次切削されている。そして、この二次切削により側面4aの面振れが20μm以下に規制されている。これにより、ブレーキロータの側面の面振れ精度を50μm以下に抑制することができ、ブレーキジャダーの発生を抑制することができる。なお、この二次切削は旋盤に限らず、フライス盤や研削盤による切削であっても良い。
このように、本実施形態では、車輪取付フランジ4の側面4aに環状溝11が形成されることにより、ハブボルト5の圧入による変形等、側面4aへの影響を最小限に抑制できる。また、車輪取付フランジ4のアウトボード側の基部に所定の段付部15が形成され、この段付部15に高周波焼入れによる所定の硬化層16が形成されると共に、ハブボルト5の圧入後、さらに側面4aが二次切削されているので、ハブボルト5の圧入によって増加した側面4aの面振れを可及的に抑制することができ、かつ、車輪取付フランジ4の強度を増大させることができる。
なお、車輪取付フランジ4の側面4aが、予めハブボルト5の圧入前に一次切削されると共に、車輪取付フランジ4の基部に所定の段付部15が形成され、この段付部15に高周波焼入れによる所定の硬化層16が形成された後、ハブボルト5が圧入され、側面4aが二次切削される実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではなく、例えば、ハブボルト5を圧入する前に、側面4aが粗旋削と中仕上げ旋削からなる一次切削が行われ、ハブボルト5の圧入後に二次切削(仕上げ旋削)を行っても良い。また、ハブボルト5の圧入前に旋削を行わず鍛造肌のままとし、ハブボルト5の圧入後に切削(仕上げ旋削)を行っても良い。つまり、切削加工の回数は関係なく、ハブボルト5の圧入後に切削するものであれば良い。
図3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。なお、この実施形態は前述した実施形態(図1)と基本的には軸受部の構成が異なるのみで、その他同一部品、同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第2世代と称され、ハブ輪17と複列の転がり軸受18とを備えている。
ハブ輪17は、一端部に車輪取付フランジ4を一体に有し、外周に円筒状の小径段部17aが形成されている。複列の転がり軸受18はこの小径段部17aに所定のシメシロを介して圧入されている。
複列の転がり軸受18は、外周に車体取付フランジ10bを一体に有し、内周に複列のテーパ状の外側転走面19a、19aが形成された外方部材19と、この外方部材19に内挿され、外周に前記複列の外側転走面19a、19aに対向するテーパ状の内側転走面20aが形成された一対の内輪20、20と、両転走面19a、20a間に収容された複列の転動体(円すいころ)6、6と、これら複列の転動体6、6を転動自在に保持する保持器7とを備えている。
一対の内輪20、20には大径側端部に大鍔20b、20bが形成され転動体6を案内している。そして、一対の内輪20、20の小端面が突き合された状態でセットされ、所謂背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。
ハブ輪17は、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ4のインボード側の基部から小径段部17a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。これにより、ハブ輪17の耐久性が向上すると共に、小径段部17aのフレッティング摩耗を防止する。
また、外方部材19は、ハブ輪17と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面19a、19a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。一方、内輪20、20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。
ここで、前述した実施形態と同様、車輪取付フランジ4のアウトボード側の基部に、側面4aから所定深さの環状の段付部15が形成されると共に、ブレーキパイロット部13と交差する隅部13aを含む段付部15に高周波焼入れによって所定の硬化層16(図中クロスハッチングにて示す)が形成されている。
そして、車輪取付フランジ4における隅部13aの熱処理後、ブレーキロータが取り付けられる側面4aが旋盤により二次切削され、側面4aの面振れが20μm以下に規制されている。これにより、ブレーキロータの側面の面振れ精度を50μm以下に抑制することができ、ブレーキジャダーの発生を抑制することができる。
このように、車輪取付フランジ4の側面4aに環状溝11が形成されることにより、ハブボルト5の圧入による変形等、側面4aへの影響を最小限に抑制できる。また、車輪取付フランジ4のアウトボード側の基部に所定の段付部15が形成され、この段付部15に高周波焼入れによる所定の硬化層16が形成されると共に、ハブボルト5の圧入後、さらに側面4aが二次切削されているので、車輪取付フランジ4の基部が肉薄な第2世代のハブ輪17にあっても、ハブボルト5の圧入によって増加した側面5aの面振れを可及的に抑制することができ、かつ、車輪取付フランジ4の強度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、例えば、外方部材に車輪取付フランジを有する外輪回転タイプでも良く、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る。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、一端部にブレーキロータを介して車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有するハブ輪と、車輪を回転自在に支承する複列の転がり軸受とを備えた第1世代乃至第4世代のあらゆる構造において適用が可能である。
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。 同上、要部拡大図である。 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し、(a)は側面図、(b)はその縦断面図である。
符号の説明
1・・・・・・・・・・・・内方部材
2、17・・・・・・・・・ハブ輪
2a、3a、20a・・・・内側転走面
2b、17a・・・・・・・小径段部
3、20・・・・・・・・・内輪
4・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
4a・・・・・・・・・・・側面
5・・・・・・・・・・・・ハブボルト
5a・・・・・・・・・・・ナール部
6・・・・・・・・・・・・転動体
7・・・・・・・・・・・・保持器
8、9・・・・・・・・・・シール
10、19・・・・・・・・外方部材
10a、19a・・・・・・外側転走面
10b・・・・・・・・・・車体取付フランジ
11・・・・・・・・・・・環状溝
12・・・・・・・・・・・ボルト穴
13・・・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
13a・・・・・・・・・・隅部
14・・・・・・・・・・・ホイールパイロット部
15・・・・・・・・・・・段付部
16・・・・・・・・・・・硬化層
18・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
20b・・・・・・・・・・大鍔
51・・・・・・・・・・・内方部材
52・・・・・・・・・・・ハブ輪
52a、53a・・・・・・内側転走面
53・・・・・・・・・・・内輪
54・・・・・・・・・・・小径段部
55・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
55a・・・・・・・・・・側面
56・・・・・・・・・・・ハブボルト
56a・・・・・・・・・・ナール部
57・・・・・・・・・・・環状溝
58・・・・・・・・・・・ボルト穴
59・・・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
59a・・・・・・・・・・隅部
60・・・・・・・・・・・外方部材
60a・・・・・・・・・・外側転走面
61・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
62・・・・・・・・・・・保持器
63・・・・・・・・・・・転動体
64・、65・・・・・・・シール
W・・・・・・・・・・・・段付部の幅
δ・・・・・・・・・・・・段付部の深さ

Claims (5)

  1. 内方部材と外方部材間に複列の転動体を収容し、車体に対して車輪を回転自在に支承する複列の転がり軸受を備え、
    前記内方部材または外方部材にブレーキロータを介して車輪を締結する車輪取付フランジと、この車輪取付フランジからアウトボード側に延び、前記ブレーキロータを支持する円筒状のブレーキパイロット部が形成されると共に、
    前記車輪取付フランジの周方向に沿って複数のハブボルトが圧入された車輪用軸受装置において、
    前記車輪取付フランジのアウトボード側の基部に、その側面から所定深さの環状の段付部が形成されると共に、
    前記ブレーキパイロット部と交差する隅部を含む前記段付部に高周波焼入れによって所定の硬化層が形成され、
    前記側面を、前記ハブボルトが圧入された後に切削加工された切削面とした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のアウトボード側の側面に、前記ハブボルトを包含する所定幅の環状溝が形成されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記段付部の幅が少なくとも10mmに設定されると共に、前記段付部の深さが、前記ハブボルト圧入後の切削取り代以上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。
  4. 前記硬化層の表面硬さが50〜64HRCの範囲に設定されている請求項1乃至3いずれかに記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記車輪取付フランジにおけるアウトボード側の側面の面振れが20μm以下に規制されている請求項1乃至4いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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