JP2006206047A

JP2006206047A - 車輪用軸受ユニット

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Publication number: JP2006206047A
Application number: JP2006040417A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakamura; 雄二中村; Hironari Miyazaki; 裕也宮崎; Yasunori Kawase; 安徳川瀬
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP4360372B2

Abstract

【課題】ハブ８の回転中心に対する、このハブ８に設けた取付フランジ１３の外側面２７の直角度を向上させる。そして、この外側面２７に結合固定したロータの振れを抑えて、制動時に於けるジャダーの発生防止を図る。
【解決手段】ハブ８の外周面の一部で斜格子部分を熱処理硬化させてから、上記外側面２７に機械加工を施す。次いで、この外側面２７を基準面として、上記ハブ８の外周面に形成した内輪軌道１４ａ及び小径段部１５に機械加工を施す。この結果、熱処理に基づく歪みが、上記振れの原因となる事を防止できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車の車輪並びにロータ或はドラム等の制動用回転体を支持する為の車輪用軸受ユニット、及び、この様な車輪用軸受ユニットの製造方法の改良に関する。

自動車の車輪を構成するホイール１及び制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば図４に示す様な構造により、懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支承している。即ち、このナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、本発明の対象となる車輪用軸受ユニット５を構成する、静止輪である外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、上記車輪用軸受ユニット５を構成するハブ８に上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。

上記外輪６の内周面には、それぞれが静止側軌道面である複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には結合フランジ１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この結合フランジ１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定している。

これに対して、上記ハブ８の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口（外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外側となる部分を言い、各図の左側。反対に、自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる、各図の右側を内と言う。）から突出した部分には、取付フランジ１３を形成している。上記ホイール１及びロータ２はこの取付フランジ１３の片側面（図示の例では外側面）に、上記各スタッド９とナット１０とにより、結合固定している。又、上記ハブ８の中間部外周面で、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する部分には、内輪軌道１４ａを形成している。更に、上記ハブ８の内端部に形成した小径段部１５に、内輪１６を外嵌固定している。そして、この内輪１６の外周面に形成した内輪軌道１４ｂを、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向させている。

これら各外輪軌道１１ａ、１１ｂと各内輪軌道１４ａ、１４ｂとの間には、それぞれが転動体である玉１７、１７を複数個ずつ、それぞれ保持器１８、１８により保持した状態で転動自在に設けている。この構成により、背面組み合わせである複列アンギュラ型の玉軸受を構成し、上記外輪６の内側に上記ハブ８を、回転自在に、且つ、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在に支持している。尚、上記外輪６の両端部内周面と、上記ハブ８の中間部外周面及び上記内輪１６の内端部外周面との間には、それぞれシールリング１９ａ、１９ｂを設けて、上記各玉１７、１７を設けた空間と外部空間とを遮断している。更に、図示の例は、駆動輪（ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用の車輪用軸受ユニット５である為、上記ハブ８の中心部に、スプライン孔２０を形成している。そして、このスプライン孔２０に、等速ジョイント２１のスプライン軸２２を挿入している。

上述の様な車輪用転がり軸受ユニット５の使用時には、図４に示す様に、外輪６をナックル３に固定すると共に、ハブ８の取付フランジ１３に、図示しないタイヤを組み合わせたホイール１及びロータ２を固定する。又、このうちのロータ２と、上記ナックル３に固定した、図示しないサポート及びキャリパとを組み合わせて、制動用のディスクブレーキを構成する。制動時には、上記ロータ２を挟んで設けた１対のパッドをこのロータ２の両側面に押し付ける。

自動車の制動時にしばしば、ジャダーと呼ばれる、不快な騒音を伴う振動が発生する事が知られている。この様な振動の原因としては、ロータ２の側面とパッドのライニングとの摩擦状態の不均一等、各種の原因が知られているが、上記ロータ２の振れも、大きな原因となる事が知られている。即ち、このロータ２の側面はこのロータ２の回転中心に対して、本来直角となるべきものであるが、不可避的な製造誤差により、完全に直角にする事は難しい。この結果、自動車の走行時に上記ロータ２の側面は、多少とは言え、回転軸方向（図４の左右方向）に振れる事が避けられない。この様な振れ（図４の左右方向への変位量）が大きくなると、制動の為に１対のパッドのライニングを上記ロータ２の両側面に押し付けた場合に、上記ジャダーが発生する。

この様な原因で発生するジャダーを抑える為には、上記ロータ２の側面の軸方向に亙る振れ（アキシアル振れ）を抑える（向上させる）事が重要となる。そして、この振れを抑える為には、上記ハブ８の回転中心に対する取付フランジ１３の取付面（上記取付フランジ１３の片側面）の直角度と、この取付面自体の面精度とを向上させる必要がある。これら直角度及び面精度に影響を及ぼす要素は、それぞれ複数ずつ存在するが、特に影響の大きい要素としては、直角度に関しては、上記取付面と軌道面（外輪軌道１１ａ、１１ｂ及び内輪軌道１４ａ、１４ｂ）との平行度が、面精度に就いては熱処理変形がある。又、このうちの平行度を高める為には、ハブ８の構成各部のうち、上記取付フランジ１３の片側面と中間部外周面に形成した内輪軌道１４ａ及び内端部に形成した小径段部１５との位置関係、並びにこれら各部の形状及び寸法を、精度良く仕上げる事が必要である。このうちの内輪軌道１４ａ及び小径段部１５の形状及び寸法の精度を、上記取付面との関係で高めれば、この取付面の上記ハブ８の回転中心に対する直角度を向上させる事ができる。又、上記取付面から熱処理変形を取り除けば、この取付面の面精度を向上させる事ができる。

ロータ２の振れに結び付く、上記取付フランジ１３の振れを防止する為の技術としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。但し、この特許文献１に記載された従来技術は、基準面として本来必要でない面を精密仕上する為、徒にコストが嵩むだけでなく、構成各部を熱処理する事に就いての考慮はなされていない。これに対して、上記内輪軌道１４ａ及び小径段部１５には、表面を硬化させる為に、高周波焼き入れ等の熱処理を施す必要がある。そして、これら内輪軌道１４ａ及び小径段部１５の形状及び寸法は、この様な熱処理に伴って多少なりとも変化する為、上記特許文献１に記載された従来技術では、上述の様に各部の精度を十分に向上させる事は難しい。しかも、上記特許文献１に記載された発明の場合には、ハブの外周面に、それぞれがこのハブとは別体とされた１対の内輪を固定する構造である為、これら各内輪の端面と内輪軌道との誤差等が、取付フランジの取付面と内輪軌道との平行度の誤差として入り込む。更には、ハブと内輪との当接部を、上記取付フランジの取付面を基準として加工していない為、上記取付面と内輪軌道との平行度を十分に向上させる事は難しい。

又、従来から、取付フランジ１３の振れとロータ２自体の形状誤差に基づく振れとを相殺する為、車輪用軸受ユニット５とロータ２とを選択して組み合わせたり、或は車輪用軸受ユニット５とロータ２とを組み合わせた後、このロータ２の側面を加工する等を行なう場合もあった。ところが、前者の場合には組み合わせの為の選択作業が面倒になり、後者の場合には加工の為の機械装置が複雑化、大型化する等、何れもコストが嵩む原因となる。

特開平１０−２１７００１号公報

本発明の車輪用軸受ユニットとその製造方法は、この様な事情に鑑み、熱処理に伴う各部の変形に関係なく、回転側軌道面と取付フランジの側面との関係を正規の関係にできる構造を、安価に得るべく発明したものである。

本発明の車輪用軸受ユニットとその製造方法のうち、請求項１に記載した車輪用軸受ユニットは、前述した従来の車輪用軸受ユニットと同様に、静止側周面に静止側軌道面を有し、使用状態で懸架装置に支持固定される静止輪と、回転側周面にその表面を熱処理硬化された回転側軌道面を有する回転輪と、この回転側軌道面と上記静止側軌道面との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられて、使用状態でその側面に制動用回転体及び車輪を結合固定する取付フランジを備える。

特に、本発明の車輪用軸受ユニットに於いては、これら制動用回転体及び車輪を結合固定する為の取付フランジの側面は、上記回転側軌道面を熱処理した後に所定の形状に加工されたものである。又、上記回転側軌道面は、上記取付フランジの側面を所定の形状に加工した後に、この側面を基準として所定の形状及び寸法に加工されたものである。

更に、請求項２に記載した車輪用軸受ユニットの製造方法は、上記回転輪のうちで回転側軌道面部分を熱処理硬化させた後、取付フランジの側面を所定の形状に加工する。次いで、上記回転側軌道面を、この側面を基準面として利用する事により、所定の形状及び寸法に加工する。

上述の様に構成する本発明の車輪用軸受ユニットとその製造方法によれば、熱処理に伴う各部の変形に関係なく、回転側軌道面と取付フランジの側面との関係を、正規の関係にできる。この結果、回転輪の回転中心に対する、この取付フランジの側面の直角度を高くして、この取付フランジに固定した制動用回転体の振れを抑える事ができる。
この為、制動時に発生する不快な騒音や振動の抑制を、特にコストを高くする事なく行なえる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。静止輪である外輪６の外周面には、この外輪６をナックル３（図４）に結合固定する為の結合フランジ１２を設けている。又、静止側周面である、上記外輪６の内周面には、それぞれが静止側軌道面である、複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを形成している。これら各外輪軌道１１ａ、１１ｂを含む、上記外輪６の中間部内周面で図１の上半部に斜格子で示す部分は、高周波焼き入れにより、全周に亙り硬化させている。

又、回転輪に相当するハブ８と内輪１６との外周面で、上記各外輪軌道１１ａ、１１ｂに対向する部分には、それぞれが回転側軌道面に相当する内輪軌道１４ａ、１４ｂを設けている。即ち、上記ハブ８の中間部外周面に直接内輪軌道１４ａを形成すると共に、このハブ８の内端部に形成した小径段部１５に、その外周面に内輪軌道１４ｂを形成した内輪１６を外嵌固定している。この内輪１６は、ＳＵＪ２の如き軸受鋼等の硬質金属により造り、心部まで焼き入れ硬化させている。又、上記ハブ８の中間部外端寄り部分で、上記外輪６の外端開口から突出した部分には、車輪を構成するホイール１及び制動用回転体であるロータ２（図４）或はドラムを固定する為の取付フランジ１３を設けている。

この取付フランジ１３の円周方向複数個所で、上記ハブ８の回転中心をその中心とする同一円周上には、それぞれ取付孔２３を形成し、この取付孔２３に、それぞれスタッド２４の基端部を内嵌固定している。このスタッド２４は、その基端面に鍔部２５を、中間部外周面の基端寄り部分にセレーション部２６を、それぞれ形成している。この様なスタッド２４は上記取付孔２３に、内側から外側（図１の右から左）に挿通し、上記セレーション部２６を上記取付孔２３に圧入すると共に、上記鍔部２５を上記取付フランジ１３の内側面に突き当てる。尚、この様に上記スタッド２４を上記取付フランジ１３に固定した状態で、図１に鎖線αで示す、上記セレーション部２６の幅方向中心位置は、同図に鎖線βで示す、上記取付フランジ１３の厚さ方向中心位置よりも内方に位置する。この理由は、次の通りである。

本例の場合、上記取付フランジ１３の外側面２７（図１〜２の左側面）を、上記ホイール１及びロータ２を取り付けるべき取付面としている。従って、上記外側面２７の形状精度が悪化する事を極力防止する必要がある。これに対して、上記スタッド２４のセレーション部２６を上記取付孔２３に圧入すると、上記取付フランジ１３がこの取付孔２３の近傍部分で多少なりとも変形する。この変形が、上記取付フランジ１３の外側面２７にまで及び、この外側面が凸方向に変形すると、この外側面に対し結合固定した、上記ロータ２の振れが大きくなりがちになる。そこで、上記取付孔２３と上記セレーション部２６との嵌合部を、極力内方に寄せて設ける事により、上記変形に基づき上記外側面２７が凸方向に変形する事がない様にしている。勿論、上記セレーション部２６の幅Ｗ₂₆は、十分な嵌合強度を確保できる範囲で、上記取付フランジ１３の厚さＴ₁₃よりも十分に小さく（Ｗ₂₆≪Ｔ₁₃）している。図示の例では、上記取付孔２３の端部で、上記外側面２７側開口部に、座ぐり加工或は旋削加工等により、面取り状の大径部を形成しているので、上記セレーション部２６の圧入に基づく、上記外側面２７の凸方向への変形を、より確実に防止できる。更には、殆ど必要はないと考えられるが、上記セレーション部２６の圧入後、上記外側面２７の加工を再度行なえば、この外側面２７の歪みを確実になくせる。

又、上記ハブ８の外周面で図１の上半部に斜格子で示す部分は、高周波焼き入れにより、全周に亙り硬化させている。このうち、上記取付フランジ１３の基端部分は、走行時にこの取付フランジ１３に加わる大きなモーメントに拘らず、この基端部分が塑性変形するのを防止する為に硬化させる。又、上記内輪軌道１４ａ部分は、次述する玉１７、１７との当接部に加わる大きな面圧に拘らず、この内輪軌道１４ａに圧痕が形成されるのを防止する為に硬化させる。又、上記小径段部１５は、上記内輪１６から加わる大きなラジアル荷重に拘らず、この小径段部１５が塑性変形するのを防止する為に硬化させる。更には、この小径段部１５と上記内輪軌道１４ａとの間部分は、走行時に加わる大きなモーメント荷重やスラスト荷重に拘らず、この間部分が塑性変形するのを防止する為に硬化させる。

又、上記各外輪軌道１１ａ、１１ｂと内輪軌道１４ａ、１４ｂとの間には、それぞれが転動体である複数個の玉１７、１７を、それぞれ保持器１８、１８により保持した状態で、転動自在に設けている。この構成により、前記外輪６の内径側に前記ハブ８を回転自在に支持し、ナックル３に対してホイール１を含む車輪及びロータ２を回転自在に支持できる様にする。尚、上記外輪６の両端部内周面と、上記ハブ８の中間部外周面及び上記内輪１６の内端部外周面との間には、それぞれシールリング１９ａ、１９ｂを設けて、上記各玉１７、１７を設けた空間と外部空間とを遮断し、この空間内に封入したグリースの漏洩防止と、この空間内への異物の進入防止とを図っている。

上述の様な車輪用軸受ユニット５に於いて、上記ホイール１及びロータ２を結合固定する為の、前記取付フランジ１３の外側面２７は、図１の上半部に斜格子で示した、上記ハブ８の中間部外周面を熱処理の一種である高周波焼き入れ処理により硬化させた後に、所定の形状に加工している。即ち、上記斜格子部分に高周波熱処理を施して、この斜格子部分を硬化させると共に、上記ハブ８に熱処理に基づく変形が生じた後に、上記外側面２７に旋削等の機械加工を施し、この外側面２７を平坦面とする。

更に、上記ハブ８の中間部外周面に直接形成した内輪軌道１４ａ、及びこのハブ８の内端部に形成した小径段部１５の外周面及び段差面は、上記取付フランジ１３の外側面２７を平坦面に加工した後に、図２に示す様に、この外側面２７を基準として所定の形状及び寸法に加工する。即ち、この外側面２７にバッキングプレート２８を突き当てると共に、このバッキングプレート２８と上記取付フランジ１３とを、磁気吸着力等により結合させる。そして、このバッキングプレート２８を回転させる事により上記ハブ８を回転させる。この際、このハブ８の回転中心は、上記外側面２７に対し直交する軸となる。そこで、図示しないシューを上記ハブ８の外周面に摺接させ、このハブ８のラジアル方向に亙る位置決めを図りつつ、図２に破線を付した、上記内輪軌道１４ａと小径段部１５の外周面及び段差面とに、研削加工或は精密旋削加工の如き、これら各面の形状を所望にする為の機械加工を施す。

この様な機械加工は、上記外側面２７に対し直交する軸を回転中心としつつ行なうので、この外側面２７と、上記ハブ８の中間部外周面に直接形成した内輪軌道１４ａ及び上記小径段部１５に外嵌した内輪１６（図１）の外周面の内輪軌道１４ｂとの位置関係が、上記高周波焼き入れ処理に基づく熱変形に拘らず、正規なものとなる。この結果、図１に示す様な車輪用軸受ユニット５を組み立てた状態で、上記外側面２７の振れを僅少に抑える事が可能になる。

［実施の形態の第２例］
次に、図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ハブ８の外周面に設けた取付フランジ１３の外側面２７を平坦面に仕上げた後、このハブ８の外端部をチャック３０により把持した状態で、このハブ８の中間部外周面に直接形成した内輪軌道１４ａ、及びこのハブ８の内端部に形成した小径段部１５の外周面及び段差面を、所定の形状及び寸法に加工する。この際、上記チャック３０の軸方向片面（図３の右端面）は上記外側面２７に突き当てて、この外側面２７を加工の為の基準面として利用する。又、上記チャック３０の内周面は、上記ハブ８の外端部に形成した円筒部３１の外周面に当接させて、このハブ８のラジアル方向に亙る変位を抑える。この様な本例の場合には、上記ハブ８の中間部外周面に直接形成した内輪軌道１４ａ及びこのハブ８の内端部に形成した小径段部１５の外周面のラジアル方向位置をより厳密に規制できる。この結果、ホイール１及びロータ２（図４）のラジアル方向に亙る変位を抑えて、自動車の走行時の振動を抑える事ができる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略する。

本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。第１例でハブの外周面を加工する状態を示す断面図。本発明の実施の形態の第２例でハブの外周面を加工する状態を示す断面図。本発明の対象となる車輪用軸受ユニットの組み付け状態の１例を示す断面図。

符号の説明

１ホイール
２ロータ
３ナックル
４支持孔
５車輪用軸受ユニット
６外輪
７ボルト
８ハブ
９スタッド
１０ナット
１１ａ、１１ｂ外輪軌道
１２結合フランジ
１３取付フランジ
１４ａ、１４ｂ内輪軌道
１５小径段部
１６内輪
１７玉
１８保持器
１９ａ、１９ｂシールリング
２０スプライン孔
２１等速ジョイント
２２スプライン軸
２３取付孔
２４スタッド
２５鍔部
２６セレーション部
２７外側面
２８バッキングプレート
２９大径部
３０チャック
３１円筒部

Claims

静止側周面に静止側軌道面を有し、使用状態で懸架装置に支持固定される静止輪と、回転側周面にその表面を熱処理硬化された回転側軌道面を有する回転輪と、この回転側軌道面と上記静止側軌道面との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられて、使用状態でその側面に制動用回転体及び車輪を結合固定する取付フランジとを備えた車輪用軸受ユニットに於いて、これら制動用回転体及び車輪を結合固定する為の取付フランジの側面は、上記回転側軌道面を熱処理した後に所定の形状に加工されたものであり、上記回転側軌道面は、上記取付フランジの側面を所定の形状に加工した後に、この側面を基準として所定の形状及び寸法に加工されたものである事を特徴とする車輪用軸受ユニット。
請求項１に記載した車輪用軸受ユニットの製造方法であって、回転輪のうちで回転側軌道面部分を熱処理硬化させた後、取付フランジの側面を所定の形状に加工し、次いで、上記回転側軌道面を、この側面を基準面として利用する事により、所定の形状及び寸法に加工する、車輪用軸受ユニットの製造方法。