JP5069008B2 - 車輪軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、外方部材と内方部材のうちのいずれか一方に、車輪とブレーキロータとを取り付ける車輪取付フランジを立設した車輪軸受装置に関する。

駆動輪や従動輪となる車輪とブレーキロータとを取り付ける車輪取付フランジを、ハブ輪となる外方部材または内方部材に立設した車輪軸受装置は、自動車の軽量化を目的として、車輪取付フランジの薄肉化が進められている。しかしながら、車輪取付けフランジのブレーキロータを取り付ける側の付け根のコーナ部は、ブレーキロータの基部が干渉しないように、小さな曲率半径のＲ部で形成されているので、車輪取付けフランジに負荷されるモーメント荷重に起因する曲げ応力が集中し、この曲げ応力が素材の疲労限に近づいており、これ以上の車輪取付フランジの薄肉化が困難になっている。なお、ブレーキロータの基部と干渉する恐れのないブレーキロータ取り付け側と反対側の付け根のコーナ部は、例えば、内方部材に車輪取付けフランジが立設されたもののインボード側のように、軸受部のシール部材が摺接する大きな曲率半径のシールランド部等とされているので、車輪取付フランジの薄肉化を阻害する要因とはならない。

上述したようなブレーキロータ取り付け側の付け根のコーナ部における応力集中に起因する車輪取付けフランジの薄肉化の限界を打破する手段としては、ブレーキロータが取り付けられる車輪取付けフランジのアウトボード側の付け根のコーナ部に表面硬化層を形成し、このコーナ部の素材の疲労限を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−８７００８号公報

特許文献１に記載された車輪軸受装置は、車輪取付けフランジの付け根のコーナ部がブレーキロータの基部と干渉しないように、その寸法・形状を変更することなく素材の疲労限を高めて、車輪取付けフランジのさらなる薄肉化を促進することができるが、付け根のコーナ部に表面硬化層を形成するために、高周波焼入れ等の熱処理を施す必要があるので、その分だけ製造コストが増加する問題がある。

そこで、本発明の課題は、車輪取付けフランジの付け根のコーナ部とブレーキロータの基部との干渉を防止した上で、製造コストを増加させることなく、車輪取付けフランジのさらなる薄肉化を促進できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、複列の軌道面を内径側に有する外方部材と、この外方部材の各軌道面と対向する複列の軌道面を外径側に有する内方部材と、これらの外方部材と内方部材の軌道面間に複列に配列された転動体とからなり、前記外方部材と内方部材のうちのいずれか一方に、車輪とブレーキロータとを取り付ける車輪取付フランジを立設した車輪軸受装置において、前記車輪取付フランジの前記ブレーキロータを取り付ける側の付け根のコーナ部を、本体側から立ち上がる本体側の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径を有するフランジ側の第２のＲ部を接続したものとした構成を採用した。

本発明者らは、後の実施例で示すように、車輪取付フランジ３ａのブレーキロータ取り付け側の付け根のコーナ部を、従来のように一定の曲率半径Ｒ０のＲ部で形成したもの（図３）と、本体側から立ち上がる小さな曲率半径Ｒ１の第１のＲ部に、これよりも大きい曲率半径Ｒ２のフランジ側の第２のＲ部を接続したもの（図２）とについて、車輪取付フランジ３ａにアキシアル方向のモーメント荷重を負荷したときの、付け根のコーナ部近傍に発生する応力を有限要素法によって解析した。なお、各曲率半径の大小関係は、Ｒ１＜Ｒ０＜Ｒ２とした。この結果、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、いずれのものも最大応力は付け根のコーナ部のフランジ側で発生し、Ｒ部を一定の曲率半径Ｒ０としたもの（図４（ｂ））よりも、フランジ側の第２のＲ部の曲率半径Ｒ２を曲率半径Ｒ１よりも大きくしたもの（図４（ａ））の方が、最大応力が低くなることが分かった。

この解析結果に基づいて、車輪取付フランジのブレーキロータを取り付ける側の付け根のコーナ部を、本体側から立ち上がる本体側の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径を有し、ブレーキロータの基部から逃げる方向に形成されるフランジ側の第２のＲ部を接続したものとすることにより、車輪取付けフランジの付け根のコーナ部とブレーキロータの基部との干渉を防止した上で、製造コストを増加させることなく車輪取付けフランジのさらなる薄肉化を促進できるようにした。

前記第１のＲ部と第２のＲ部は、第３のＲ部または直線部を介して滑らかに接続しても、車輪取付フランジの付け根のコーナ部に発生する最大応力を低減することができる。

前記第１のＲ部と第２のＲ部は、凸状に交わらせるように接続しても、車輪取付フランジの付け根のコーナ部に発生する最大応力を低減することができる。

前記フランジ側の第２のＲ部の曲率半径は、前記本体側の第１のＲ部の曲率半径の２倍以上、好ましくは３倍以上とするのがよい。

本発明の車輪軸受装置は、車輪取付フランジのブレーキロータを取り付ける側の付け根のコーナ部を、本体側から立ち上がる本体側の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径を有し、ブレーキロータの基部から逃げる方向に形成されるフランジ側の第２のＲ部を接続したものとしたので、車輪取付けフランジの付け根のコーナ部とブレーキロータの基部との干渉を防止した上で、製造コストを増加させることなく車輪取付けフランジのさらなる薄肉化を促進することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この車輪軸受装置は、図１に示すように、複列の軌道面２を内径側に有する外方部材１と、外方部材１の各軌道面２と対向する複列の軌道面４を外径側に有する内方部材３と、これらの各軌道面２、４間に複列に配列された転動体としてのボール５とからなり、これらのボール５が配列された軸受部の両側がシール部材６ａ、６ｂでシールされている。なお、内方部材３のインボード側の軌道面４は、内方部材３に外嵌固定された別体の内輪７の外径面に設けられている。

この車輪軸受装置は従動輪を支持するものであり、外方部材１がフランジ１ａで車体側に固定され、内方部材３が回転するハブ輪とされて車輪取付フランジ３ａが立設されており、そのアウトボード側にブレーキロータ１１と従動輪となる車輪（図示省略）が、ハブボルト１２で取り付けられるようになっている。なお、車輪取付フランジ３ａのインボード側の付け根のコーナ部には、シール部材６ａが摺接される大きな曲率半径のシールランド部３ｂが形成されている。

図２に示すように、前記車輪取付フランジ３ａのアウトボード側の付け根のコーナ部は、本体側から立ち上がる曲率半径Ｒ１の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径Ｒ２を有し、ブレーキロータ１１の基部から逃げる方向に形成されたフランジ側の第２のＲ部を接続したものである。

実施例として、図２に示したように、車輪取付フランジ３ａのアウトボード側の付け根のコーナ部を、本体側から立ち上がる曲率半径Ｒ１の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径Ｒ２を有するフランジ側の第２のＲ部を接続した内方部材３のモデルを用意した。この実施例では、Ｒ１＝１．２ｍｍ、Ｒ２＝４ｍｍとした。比較例として、図３に示すように、車輪取付フランジ３ａのアウトボード側の付け根のコーナ部を、一定の曲率半径Ｒ０（＝３ｍｍ）のＲ部で形成した従来の内方部材３のモデルも用意した。これらの実施例と比較例のモデルについて、前記ハブボルト１２の装着位置を固定した状態で、軸受部からアキシアル方向のモーメント荷重（１．６ｋＮ・ｍ）を負荷したときの、アウトボード側の付け根のコーナ部近傍に発生する応力を有限要素法によって解析した。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ上記実施例と比較例のモデルについて、有限要素法による解析で求められた応力分布を、色別に画像処理した画面を示す。いずれの場合も、赤色の最大応力部は付け根のコーナ部のフランジ側に発生しているが、図４（ａ）に示した実施例のものは、この赤色の最大応力部が、図４（ｂ）に示した比較例のものよりもかなり狭い。また、画像処理した画面からは識別できないが、生の数値データでは最大応力のピーク値が、比較例のものが３３２ＭＰａであるのに対して、実施例のものは３１５ＭＰａとなり、最大応力のピーク値が約５％低減されている。したがって、付け根のコーナ部とブレーキロータ１１の基部との干渉を防止した上で、製造コストを増加させることなく車輪取付けフランジ３ａのさらなる薄肉化を促進することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ前記車輪取付フランジ３ａのアウトボード側の付け根のコーナ部の変形例を示す。図５（ａ）の変形例は、前記第１のＲ部と第２のＲ部を、直線部３ｃを介して滑らかに接続したもの、図５（ｂ）の変形例は、曲率半径Ｒ１の第１のＲ部と曲率半径Ｒ２の第２のＲ部を、凸状に交わらせるように接続したものである。

上述した実施形態では、内方部材をハブ輪として車輪取付フランジを立設し、そのアウトボード側にブレーキロータを取り付けるものとしたが、本発明に係る車輪軸受装置は、外方部材をハブ輪として車輪取付フランジを立設したものにも適用でき、車輪取付フランジのイントボード側にブレーキロータを取り付けるものにも適用することができる。

車輪軸受装置の実施形態を示す縦断面図 図１の車輪取付フランジのアウトボード側の付け根のコーナ部を拡大して示す断面図 従来の車輪取付フランジのアウトボード側の付け根のコーナ部を拡大して示す断面図 ａ、ｂは、それぞれ図２および図３に示した実施例と比較例のモデルの付け根のコーナ部近傍の応力を有限要素法で解析した結果を示す画像処理画面 ａ、ｂは、それぞれ図２の付け根のコーナ部の変形例を示す断面図

符号の説明

１ 外方部材
１ａ フランジ
２ 軌道面
３ 内方部材
３ａ 車輪取付フランジ
３ｂ シールランド部
３ｃ 直線部
４ 軌道面
５ ボール
６ａ、６ｂ シール部材
７ 内輪
１１ ブレーキロータ
１２ ハブボルト

Claims (4)

1. 複列の軌道面を内径側に有する外方部材と、この外方部材の各軌道面と対向する複列の軌道面を外径側に有する内方部材と、これらの外方部材と内方部材の軌道面間に複列に配列された転動体とからなり、前記外方部材と内方部材のうちのいずれか一方に、車輪とブレーキロータとを取り付ける車輪取付フランジを立設した車輪軸受装置において、前記車輪取付フランジの前記ブレーキロータを取り付ける側の付け根のコーナ部を、前記車輪取付フランジにアキシアル方向のモーメント荷重を負荷したときの最大応力が、前記コーナ部を一定の曲率半径のＲ部で形成した場合よりも低くなるように、本体側から立ち上がる本体側の第１のＲ部と、これよりも大きな曲率半径を有するフランジ側の第２のＲ部を接続したものとしたことを特徴とする車輪軸受装置。
2. 前記第１のＲ部と第２のＲ部を、第３のＲ部または直線部を介して滑らかに接続した請求項１に記載の車輪軸受装置。
3. 前記第１のＲ部と第２のＲ部を、凸状に交わらせるように接続した請求項１に記載の車輪軸受装置。
4. 前記フランジ側の第２のＲ部の曲率半径を、前記本体側の第１のＲ部の曲率半径の２倍以上とした請求項１乃至３のいずれかに記載の車輪軸受装置。