JP5692437B2 - 車輪支持用軸受ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車や鉄道車両など、車輪を装着して走行する各種車両において、かかる車輪を支持するための軸受ユニット、具体的には、当該軸受ユニットに組み付けられる制動装置のロータ(ブレーキロータ)の損傷を防止するための放射状フランジを有するハブ構造に関する。
図1(a)には、自動車の車輪軸受周りの構造の一例が示されている。図1(a)に示すように、自動車の車輪(図示しない)は、例えば、鋼板をプレスした部品を溶接組立てしてなる車輪のホイール(ディスクホイール)42、及び鋳鉄を鋳造してなる制動装置のロータ(ブレーキロータ)40を組み付けた軸受ユニット(車輪支持用ハブユニット軸受)Aによって回転可能に支持されている。
図3(a)には、このような車輪支持用ハブユニット軸受(以下、単に、ハブユニット軸受ともいう)Aの構成の一例が示されている。図3(a)に示すように、かかるハブユニット軸受Aは、車体構成部材(一例として、懸架装置のナックル(図示しない))に固定される静止輪2と、当該静止輪2に対向配置され、車輪構成部材(ディスクホイール42及びブレーキロータ40)を固定してこれらディスクホイール42及びブレーキロータ40とともに回転する回転輪4と、静止輪2及び回転輪4にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(2列)の軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(一例として、玉)を備えている。回転輪4は、ハブ12と、当該ハブ12に外嵌された内輪構成体16で構成されており、かかるハブ12には、図3(b),(c)に示すように、ディスクホイール42及びブレーキロータ40を組み付けて固定するために、拡径方向へ延出するフランジ部(ハブフランジ)12fが外周部に設けられている。
図3(a)には、このような車輪支持用ハブユニット軸受(以下、単に、ハブユニット軸受ともいう)Aの構成の一例が示されている。図3(a)に示すように、かかるハブユニット軸受Aは、車体構成部材(一例として、懸架装置のナックル(図示しない))に固定される静止輪2と、当該静止輪2に対向配置され、車輪構成部材(ディスクホイール42及びブレーキロータ40)を固定してこれらディスクホイール42及びブレーキロータ40とともに回転する回転輪4と、静止輪2及び回転輪4にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(2列)の軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(一例として、玉)を備えている。回転輪4は、ハブ12と、当該ハブ12に外嵌された内輪構成体16で構成されており、かかるハブ12には、図3(b),(c)に示すように、ディスクホイール42及びブレーキロータ40を組み付けて固定するために、拡径方向へ延出するフランジ部(ハブフランジ)12fが外周部に設けられている。
従来から、このようなハブ12としては、ハブフランジ12fを外周部の全周に亘って連続して円板状に設けたタイプや、外周部の全周に亘って断続して放射状に設けたタイプ(特許文献1参照)、あるいは、熱間成形(鍛造)したタイプや冷間成形(鍛造)したタイプなど各種のタイプが知られている。このうち、精密側方押し出しにより放射状フランジを形成した冷間鍛造タイプのハブは、加工硬化により強度が上昇しているため、熱間タイプのハブと比べ、軽量化を図り易いという優れた特徴がある。
ここで、放射状フランジを有する冷間鍛造タイプのハブを備えたハブユニット軸受(以下、図1及び図3に示すハブユニット軸受Aを想定)には、ハブ12のハブフランジ12fに対し、ディスクホイール42及びブレーキロータ40が所定のスタッドボルト(ハブボルト)14によって固定される。その際、ブレーキロータ40がハブフランジ12fに当接し、当該ブレーキロータ40にディスクホイール42が当接した状態で、これらのディスクホイール42及びブレーキロータ40がハブフランジ12fに固定されている。すなわち、ブレーキロータ40は、ハブフランジ12fとディスクホイール42の間に介在した状態で、ディスクホイール42は、当該ブレーキロータ40を介して組み付けられた状態で、それぞれハブフランジ12fに固定されている。
ディスクホイール42は、ハブフランジ12fへの取付部位(具体的には、ブレーキロータ40との当接部位)が略平面状をなし、当該平面にハブボルト14を挿通するための孔(以下、ホイールボルト孔42hという)が当該ハブボルト14と略同一径でプレス加工により打ち抜かれ、カチオン塗装がなされている。これに対し、ブレーキロータ40は、穿孔(以下、当該孔をロータボルト孔40hという)加工を含め、ハブフランジ12fへの取付部位、及びディスクホイール42との当接部位のいずれにも(端的には、その両面へ)機械加工が施されている。なお、ハブフランジ12fにも、ブレーキロータ40との当接部位にハブボルト14を挿通するための孔(以下、フランジボルト孔12hという)がホイールスタッド42h孔及びロータボルト孔40hと連通可能に穿孔されている。
このような構造にあっては、ハブフランジ12fの周方向幅(図1(b)及び図3(b)に示す距離w)が狭い場合、車輪が回転した際、ブレーキロータ40のロータボルト孔40h周りに応力が発生し、当該ロータボルト孔40hからブレーキロータ40とディスクホイール42の当接部位に至る領域に放射状のクラックが発生する虞がある。この原因は、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位と、当該ブレーキロータ40とハブユニット軸受A(具体的には、ハブフランジ12f)の当接部位の位相がオフセットされることにある。
すなわち、ブレーキロータ40のハブフランジ12fへの取付部位(ロータボルト孔40hの近傍)は、上述のように両面機械加工されているため、同じく、機械加工や精密側方押し出しで平面度が保証されているハブフランジ12fとはフランジボルト孔12hの近傍で当接する。これに対し、例えば、ディスクホイール42がスチール製である場合、上述のようにホイールボルト孔42hをプレス加工で打ち抜くと、打ち抜き時のポンチによるダイへの材料の引き込みや、板押さえの影響による材料の肉痩せなどにより、当該ホイールボルト孔42h周りの平面度の悪化は不可避となる。このため、ブレーキロータ40のディスクホイール42側におけるロータボルト孔40h周りの平面度と、ディスクホイール42のホイールボルト孔42h周りの平面度には精度差があり、これらのディスクホイール42とブレーキロータ40の当接位置は、ホイールボルト孔42h(別の捉え方をすれば、ロータボルト孔40h)から少し離れた位置となる。
したがって、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位と、当該ブレーキロータ40とハブユニット軸受A(具体的には、ハブフランジ12f)の当接部位の位相がオフセットされることとなり、ロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、上述のようなクラックの発生を招く原因となる。
このような不具合は、例えば、ブレーキロータの肉厚アップ(厚肉化)、あるいは素材成分の選択や熱処理等による剛性の向上(高強度化)などを図れば回避することが可能である。しかしながら、これらの方策は、同時にハブユニット軸受の質量や製造コストの増大を招くことともなり、必ずしも得策ではない。
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、質量やコストの増大を招くことなく、ディスクホイールとブレーキロータの当接部位と、当該ブレーキロータと軸受ユニット(具体的には、フランジ部)の当接部位の位相がオフセットされることを確実に抑止することが可能な放射状フランジを有する回転輪(一例として、冷間鍛造タイプのハブ)を備えた車輪支持用軸受ユニットを提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明に係る車輪支持用軸受ユニットは、車体構成部材に固定されて非回転状態に維持される静止輪と、当該静止輪に対向配置され、車輪構成部材を固定して当該車輪構成部材とともに回転する回転輪と、これらの静止輪及び回転輪にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えた車輪支持用ユニット軸受であって、前記回転輪は、前記車輪構成部材である制動装置のロータを固定して当該ロータとともに回転するハブと、当該ハブに配設される内輪構成体で構成されており、前記ハブは、その外周部に、拡径方向へ放射状に突設された複数の平板形状のフランジ部を有して冷間鍛造の側方押し出しにより成形されており、前記フランジ部は、前記ロータと当接しつつ、当該ロータを介して車輪構成部材である車輪のホイールを固定し、前記ロータ及び前記ホイールを固定する際に締結部材を挿通すべく穿孔された貫通孔を先端部近傍に有しており、前記ホイールはスチール製であり、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有し、前記ホイールの貫通孔の周辺には肉痩せ領域が備えられており、前記フランジ部の外径端は、前記ホイールの肉痩せ領域に掛かるように形成され、前記ホイールは、前記ロータと当接した状態で、締結部材を介して前記フランジ部に固定され、前記ホイールと前記ロータの当接部位と、前記ロータと前記フランジ部の当接部位の位相の一致範囲が、当該フランジ部の内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ2つに分かれ、前記ホイールは、内径側で1点、外径側で2点となる3点で支持されていることを特徴とする。
この場合、前記回転輪は、前記制動装置のロータを固定して当該ロータとともに回転するハブと、当該ハブに配設される内輪構成体で構成し、前記ハブは、その外周部に前記複数のフランジ部を有し、冷間鍛造によって構成すればよい。
また、前記ホイールは、スチール製とし、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有した構成とすればよい。
また、前記ホイールは、スチール製とし、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有した構成とすればよい。
本発明の車輪支持用軸受ユニット、具体的には、放射状フランジを有するハブ(一例として、冷間鍛造タイプ)を備えたハブユニット軸受によれば、質量やコストの増大を招くことなく、軽量化効果の維持やコスト低減化を図りつつ、ディスクホイールとブレーキロータの当接部位の位相と、当該ブレーキロータとハブユニット軸受(具体的には、ハブフランジ)の当接部位の位相とのオフセットを確実に抑止することできる。これにより、ブレーキロータのロータボルト孔周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。
以下、本発明の車輪支持用軸受ユニット(以下、単に軸受ユニットや軸受ともいう)について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る軸受ユニットは、例えば、自動車や鉄道車両など、タイヤを装着して走行する各種車両において、その車輪を回転自在に支持する軸受ユニットとして適用することができるが、ここでは、自動車の車輪を支持する軸受ユニットとして適用されている場合を一例として想定する。なお、かかる軸受ユニットが支持する自動車の車輪は、従動輪(前置エンジン後輪駆動(FR)車及び後置エンジン後輪駆動(RR)車の前輪、前置エンジン前輪駆動(FF)車の後輪)、あるいは駆動輪(FR車及びRR車の後輪、FF車の前輪及び四輪駆動車の全輪)のいずれであっても構わない。
図1及び図3には、本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受ユニット(自動車の従動輪を支持する軸受ユニット)Aの構成が示されている。以下の説明においては、かかる軸受ユニットAが自動車に装着された場合に当該自動車の車体外方に相当する側(車輪側(図3(a)の左側))をアウトボード側といい、その反対側、すなわち自動車の車体内方に相当する側(同図の右側)をインボード側という。
軸受ユニットAは、車体構成部材(例えば、懸架装置のナックル(図示しない))に固定されて非回転状態に維持される静止輪2と、当該静止輪2に対向配置され、車輪構成部材(例えば、車輪のディスクホイール42及び制動装置のロータ(ブレーキロータ)40)とともに回転する回転輪4と、これらの静止輪2及び回転輪4にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(2列)の軌道溝2s,4s間及び軌道溝2t,4t間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体18とを備えている。すなわち、この場合、軸受ユニットAは、外輪側が静止輪2となるように構成されているとともに、内輪側が回転輪4となるように構成されている。転動体18は、環状を成す保持器20に形成されたポケット内に1つずつ回転自在に保持された状態で、軌道溝2s,4s間及び軌道溝2t,4t間を転動している。なお、転動体は、図3(a)に示すような玉であってもよいし、各種のころ(円筒ころ、円すいころ及び球面ころなど)であっても構わない。また、保持器は、転動体の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体が玉である場合、傾斜型(図3(a))、冠型及び波型などのタイプを適用することができ、転動体が各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)である場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。
軸受ユニットAは、車体構成部材(例えば、懸架装置のナックル(図示しない))に固定されて非回転状態に維持される静止輪2と、当該静止輪2に対向配置され、車輪構成部材(例えば、車輪のディスクホイール42及び制動装置のロータ(ブレーキロータ)40)とともに回転する回転輪4と、これらの静止輪2及び回転輪4にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(2列)の軌道溝2s,4s間及び軌道溝2t,4t間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体18とを備えている。すなわち、この場合、軸受ユニットAは、外輪側が静止輪2となるように構成されているとともに、内輪側が回転輪4となるように構成されている。転動体18は、環状を成す保持器20に形成されたポケット内に1つずつ回転自在に保持された状態で、軌道溝2s,4s間及び軌道溝2t,4t間を転動している。なお、転動体は、図3(a)に示すような玉であってもよいし、各種のころ(円筒ころ、円すいころ及び球面ころなど)であっても構わない。また、保持器は、転動体の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体が玉である場合、傾斜型(図3(a))、冠型及び波型などのタイプを適用することができ、転動体が各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)である場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。
軸受ユニットAには、ユニットの内部(静止輪2及び回転輪4で囲まれた空間)を外部から封止して密封状態(気密状態及び液密状態)に保つための密封装置を設けることが望ましい。このような密封装置を設けることで、ユニットの外部から異物(例えば、泥水や塵埃など)が内部に侵入することを防止することができるとともに、ユニットの内部に封入された潤滑剤(例えば、グリースや潤滑油など)が外部へ漏洩することを防止することができる。密封装置は、軸受ユニットの構成、使用目的や使用条件などに応じて要求される密封性(気密性や液密性)のレベルによって、接触型のシール(例えば、鋼板製の芯金の全体若しくは一部を各種の弾性材で連結して成るシール等)、非接触型のシールやシールド(例えば、ステンレス板、鉄板等の薄い金属板からプレス成形されたシールド等)、あるいはシール、スリンガ及び芯金を組み合わせた構造を成すパッケージ型のシール(パックシール)などを任意に選択して使用すればよい。
そして、かかる密封装置、静止輪2及び回転輪4で囲まれた空間(軸受ユニットAの内部空間)に潤滑剤(グリースや潤滑剤など)を封入することで、静止輪2、回転輪4、転動体18及び保持器20などが相互に接触する部分の摩擦や摩耗の減少、焼付き防止、あるいは疲れ寿命の延長などを図ることができる。
そして、かかる密封装置、静止輪2及び回転輪4で囲まれた空間(軸受ユニットAの内部空間)に潤滑剤(グリースや潤滑剤など)を封入することで、静止輪2、回転輪4、転動体18及び保持器20などが相互に接触する部分の摩擦や摩耗の減少、焼付き防止、あるいは疲れ寿命の延長などを図ることができる。
静止輪2には、その外周面2aから外方(拡径方向)に向かって突出した固定フランジ2fが一体成形されており、当該固定フランジ2fを貫通する固定孔2hに固定用ボルト(図示しない)を挿通し、これを車体側に締結することで、静止輪2を懸架装置(サスペンション)のナックル(図示しない)に固定することができる。
回転輪4は、ディスクホイール42及びブレーキロータ40を固定してこれらとともに回転するハブ12と、当該ハブ12に配設される内輪構成体16で構成されている。この場合、ハブ12には、その外周部に静止輪2のアウトボード側の軌道溝2sと対向する軌道溝4sが形成され、内輪構成体16には、その外周部に静止輪2のインボード側の軌道溝2tと対向する軌道溝4tが形成されている。このように、本実施形態において、軸受ユニットAは、ハブユニット軸受として構成されている。
この場合、内輪構成体16は、ハブ12のインボード側の外周縁部を全周に亘って縮径させるように凹ませてなる段部12sまで圧入して外嵌された後、当該ハブ12のインボード側端部を加締めることにより、ハブ12の段部12sと加締め部12dとの間で挟み込まれた状態で当該ハブ12へ位置決め固定される。これにより、内輪構成体16(ひいては、軸受ユニット(ハブユニット軸受)A)に対して所定の予圧が付与されている。
なお、このような加締固定に代えて、例えば、内輪16をハブ12の段部12sまで圧入外嵌した後、インボード側あるいはアウトボード側からナットなどの締結部材で締め付けることによって当該ハブ12のインボード側に固定することも可能である。また、図3(a)には、内輪構成体16を1つだけ備え、当該内輪構成体16をハブ10のインボード側に配設(一例として、圧入後に加締め固定)した回転輪4の構成を示しているが、2つの内輪構成体を備え、これらの内輪構成体に静止輪2の軌道溝2t,2sと対向する軌道溝4t,4sをそれぞれ形成し、これらの内輪構成体をハブのインボード側及びアウトボード側にそれぞれ固定した回転輪の構成とすることも可能である。
回転輪4は、ディスクホイール42及びブレーキロータ40を固定してこれらとともに回転するハブ12と、当該ハブ12に配設される内輪構成体16で構成されている。この場合、ハブ12には、その外周部に静止輪2のアウトボード側の軌道溝2sと対向する軌道溝4sが形成され、内輪構成体16には、その外周部に静止輪2のインボード側の軌道溝2tと対向する軌道溝4tが形成されている。このように、本実施形態において、軸受ユニットAは、ハブユニット軸受として構成されている。
この場合、内輪構成体16は、ハブ12のインボード側の外周縁部を全周に亘って縮径させるように凹ませてなる段部12sまで圧入して外嵌された後、当該ハブ12のインボード側端部を加締めることにより、ハブ12の段部12sと加締め部12dとの間で挟み込まれた状態で当該ハブ12へ位置決め固定される。これにより、内輪構成体16(ひいては、軸受ユニット(ハブユニット軸受)A)に対して所定の予圧が付与されている。
なお、このような加締固定に代えて、例えば、内輪16をハブ12の段部12sまで圧入外嵌した後、インボード側あるいはアウトボード側からナットなどの締結部材で締め付けることによって当該ハブ12のインボード側に固定することも可能である。また、図3(a)には、内輪構成体16を1つだけ備え、当該内輪構成体16をハブ10のインボード側に配設(一例として、圧入後に加締め固定)した回転輪4の構成を示しているが、2つの内輪構成体を備え、これらの内輪構成体に静止輪2の軌道溝2t,2sと対向する軌道溝4t,4sをそれぞれ形成し、これらの内輪構成体をハブのインボード側及びアウトボード側にそれぞれ固定した回転輪の構成とすることも可能である。
ハブ12は、車輪構成部材である制動装置のロータ(ブレーキロータ)40と当接しつつ、当該ブレーキロータ40を固定するための複数のフランジ部(以下、ハブフランジという)12fを有している。ハブフランジ12fは、ハブ12の外周部に対し、拡径方向へ放射状に突設されている。本実施形態においては、図1(a)及び図3(b)に示すように、4つのハブフランジ12fが周方向に対して等間隔(90°の位相差)で、ハブ12の外周部のアウトボード側から拡径方向に沿って略垂直に静止輪2を越えて延出するように、平板状かつ放射状に突設されている。なお、ハブ12は、冷間鍛造によりハブフランジ12fとともに一体成形すればよい。その際、ハブフランジ12fの突設数や突設間隔などは特に限定されず、任意に設定することが可能である。そして、各ハブフランジ12fは、ブレーキロータ40を固定する際に締結部材(一例として、スタッドボルト(以下、ハブボルト14という))を挿通すべく穿孔された貫通孔(以下、フランジボルト孔という)12hを延出方向の先端部近傍に有している。
一方、ブレーキロータ40及びディスクホイール42にも、それぞれの円板部40a,42aに対し、フランジボルト孔12hと連通可能な貫通孔(以下、ロータボルト孔40h、ホイールボルト孔42hという)が周方向に対して等間隔(一例として、90°の位相差)でフランジボルト孔12hと同数個(一例として、4個)設けられている。なお、フランジボルト孔12h、ロータボルト孔40h及びホイールボルト孔42hは、いずれも挿通されるハブボルト14のボルト径(直径)と略同一の孔径(直径)で穿孔されている。
そして、ハブボルト14をフランジボルト孔12hからロータボルト孔40h、ホイールボルト孔42hへ挿通し、ハブナット(図示しない)で締結することにより、ブレーキロータ40及びディスクホイール42をハブフランジ12fに対して位置決めして固定することができる。この場合、ブレーキロータ40(具体的には、その円板部40a)のインボード側がハブフランジ12fのアウトボード側に当接し、当該ブレーキロータ40(円板部40a)のアウトボード側にディスクホイール42(具体的には、その円板部42a)のインボード側が当接した状態で、これらのディスクホイール42及びブレーキロータ40がハブフランジ12fに固定されている。すなわち、ブレーキロータ40は、その円板部40aがハブフランジ12fとディスクホイール42の円板部42aの間に介在した(挟まれた)状態でハブフランジ12fに固定されており、ディスクホイール42は、その円板部42aがブレーキロータ40の円板部40aを介して組み付けられた状態でハブフランジ12fに固定されている。
本実施形態において、ハブフランジ12fは、ブレーキロータ40(具体的には、その円板部40a)との当接部位の周方向幅がフランジボルト孔12hの直径の2倍以上、かつ4倍以下の寸法(以下、当該寸法を適正寸法と呼ぶ)に設定されている。図1及び図3には、延出方向の基部から先端部まで、その周方向幅(図1(b)及び図3(b)に示す距離w)を略同一寸法に設定したハブフランジ12fの構成を一例として示しているが、少なくともブレーキロータ40(円板部40a)との当接部位の周方向幅wが前記適正寸法に設定されていれば、その他の部位の周方向幅寸法は任意に設定して構わない。
なお、フランジボルト孔12hを中心としてその半径の2倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔12hと同一中心で直径が2倍の領域)は、例えば、ブレーキロータ40を介してスチール製のディスクホイール42をハブフランジ12fに固定する場合、ホイールボルト孔42hをプレス加工で打ち抜いた際に生じるディスクホイール42上の平面度の悪化領域(以下、肉痩せ領域という)と同一位相をなす領域に相当する。また、フランジボルト孔12hを中心としてその半径の4倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔12hと同一中心で直径が4倍の領域)は、フランジボルト孔12hの軸方向寸法(フランジボルト孔12h周りにおけるハブフランジ12fの肉厚)を当該フランジボルト孔12hの孔径(直径)と略同一寸法とし、ハブボルト14の頭部径を軸部径の2倍とした場合において、その圧縮応力が45°で伝達される領域(以下、圧縮応力伝達領域という)に相当する。
そして、本実施形態において、ハブフランジ12fは、ブレーキロータ40との当接部位の位相と、当該ブレーキロータ40とディスクホイール42との当接部位の位相の一致範囲がハブフランジ12fの内径側と外径側にそれぞれ存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ2つに分かれるように構成する。
なお、フランジボルト孔12hを中心としてその半径の2倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔12hと同一中心で直径が2倍の領域)は、例えば、ブレーキロータ40を介してスチール製のディスクホイール42をハブフランジ12fに固定する場合、ホイールボルト孔42hをプレス加工で打ち抜いた際に生じるディスクホイール42上の平面度の悪化領域(以下、肉痩せ領域という)と同一位相をなす領域に相当する。また、フランジボルト孔12hを中心としてその半径の4倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔12hと同一中心で直径が4倍の領域)は、フランジボルト孔12hの軸方向寸法(フランジボルト孔12h周りにおけるハブフランジ12fの肉厚)を当該フランジボルト孔12hの孔径(直径)と略同一寸法とし、ハブボルト14の頭部径を軸部径の2倍とした場合において、その圧縮応力が45°で伝達される領域(以下、圧縮応力伝達領域という)に相当する。
そして、本実施形態において、ハブフランジ12fは、ブレーキロータ40との当接部位の位相と、当該ブレーキロータ40とディスクホイール42との当接部位の位相の一致範囲がハブフランジ12fの内径側と外径側にそれぞれ存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ2つに分かれるように構成する。
ここで、ディスクホイールのプレス加工に使用する鋼板(例えば、JIS G 3113 自動車構造用熱間圧延鋼板及び鋼帯のSAPH310から440など)の場合、弾性限界は引張り強度の半分程度である。このため、例えば、ディスクホイール42を前記鋼板のようなスチール製とした場合、ホイールボルト孔42hをプレス加工で打ち抜く際、打ち抜き時のポンチによるダイへの材料の引き込みや、板押さえの影響による材料の肉痩せなどによる当該ホイールボルト孔42h周りの平面度の悪化は、ホイールボルト孔42hの直径の概ね2倍の領域(肉痩せ領域)まで発生する。
したがって、ハブフランジ12fを前記ホイールボルト孔42hの直径の概ね2倍の領域外で、ブレーキロータ40を介してディスクホイール42と当接させることで、ディスクホイール42とブレーキロータ40の外径側の当接部位(図1(b)に示す領域A42)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(同図に示す領域A12)の位相がオフセットされることを解消することが可能となる。なお、領域A42は、ブレーキロータ40の円板部40aのアウトボード側、領域A12は、当該円板部40aのインボード側に存するが、ここでは、これらが同一側に存すると仮定した場合の当接部位の位置を位相として捉える。また、ディスクホイール42は、ブレーキロータ40(具体的には、円板部40aのアウトボード側)の内径側とも当接している(図1(b)に示す領域A421)。
したがって、ハブフランジ12fを前記ホイールボルト孔42hの直径の概ね2倍の領域外で、ブレーキロータ40を介してディスクホイール42と当接させることで、ディスクホイール42とブレーキロータ40の外径側の当接部位(図1(b)に示す領域A42)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(同図に示す領域A12)の位相がオフセットされることを解消することが可能となる。なお、領域A42は、ブレーキロータ40の円板部40aのアウトボード側、領域A12は、当該円板部40aのインボード側に存するが、ここでは、これらが同一側に存すると仮定した場合の当接部位の位置を位相として捉える。また、ディスクホイール42は、ブレーキロータ40(具体的には、円板部40aのアウトボード側)の内径側とも当接している(図1(b)に示す領域A421)。
すなわち、ハブフランジ12fは、ブレーキロータ40との当接部位の周方向幅wをフランジボルト孔12hの孔径(図1(b)及び図3(b),(c)に示す距離d)の2倍以上の寸法に設定するとともに(w≧2×d)、その外径(延出先端の径寸法(図1(b)及び図3(b)に示す距離L))をフランジボルト孔12hのピッチ円の直径(図3(b)に示す距離PCD)に当該フランジボルト孔12hの孔径dの2倍の長さを加えた寸法以上の寸法に設定することで(L≧PCD+2×d)、上述したオフセットを解消することができる。これにより、車輪が回転した際、ブレーキロータ40におけるロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔40h周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。
なお、ハブフランジ12fには、ブレーキロータ40との当接部位に対して面取りを形成してもよいが、その場合であっても、前記設定寸法(w≧2×d,L≧PCD+2×d)は当該面取りを含まない平面部の寸法で設定する。
なお、ハブフランジ12fには、ブレーキロータ40との当接部位に対して面取りを形成してもよいが、その場合であっても、前記設定寸法(w≧2×d,L≧PCD+2×d)は当該面取りを含まない平面部の寸法で設定する。
その一方で、むやみにハブフランジ12fの周方向幅wを拡大させることは、ハブ12の質量(ひいては、軸受ユニット(ハブユニット軸受)Aの質量)の増大を招くため、好ましくない。一般に、ボルト孔部の軸方向寸法(フランジ厚さ)は、ボルト孔径と同程度の寸法であり、ボルト(ハブボルト14を含む)の頭部径(直径)は、軸部径(直径)の2倍程度に設定されている。そこで、ボルト孔部の軸方向寸法(フランジ厚さ)をボルト孔径と同寸法とし、ボルト頭部径を軸部径の2倍とし、圧縮応力は45°で拡がることを考慮すれば(図2参照)、ハブフランジ12f(面取りを含まない平面部)の周方向幅wは、フランジボルト孔12hの孔径dの4倍程度の寸法に設定すれば事足りる(w≦4×d(圧縮応力伝達領域))。同様に、ハブフランジ12f(面取りを含まない平面部)の外径Lは、フランジボルト孔12hのピッチ円直径PCDに当該フランジボルト孔12hの孔径dの4倍の長さを加えた寸法よりも大寸に設定する必要はない(L≦PCD+4×d(圧縮応力伝達領域))。
すなわち、これらを上限としてハブフランジ12fの周方向幅w及び外径Lの寸法を設定すれば、ハブ12の成形材料の無駄を省き、その質量の増大を抑えることができる。なお、フランジボルト孔12h周りの強度とハブボルト14の強度とのバランスを考慮すれば、フランジボルト孔12h周りの肉厚(軸方向幅(図3(c)に示す距離T))は、当該フランジボルト孔12hの孔径dと略同一寸法とすることが好ましい。この場合、ハブフランジ12fの肉厚(軸方向幅)は、延出方向の基部から先端部まで同一寸法(同一肉厚)であればよいが、延出基部から延出先端部まで徐々に小寸(薄肉)としたり、延出基部近傍をそれ以外の部位よりも大寸(厚肉)とすることも可能である。また、ハブフランジ12fの接線方向の断面形状は、矩形である必要はない。例えば、かかる断面を台形とし、その長辺と斜辺の交差角を45°よりも大きくすれば、ハブボルト14の頭部からの圧縮応力の伝達を阻害することなく、軽量化を図ることが可能となる。
ここで、本実施形態においては、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位の位相の一致範囲が当該ハブフランジ12fの内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ2つに分かれること、換言すれば、これらの当接部位の位相の一致範囲が内径側で1点(具体的には、領域A421と領域A12との一致範囲)、外径側で2点(具体的には、領域A42と領域A12との一致範囲)となる3点支えであることを想定している。例えば、ハブ12の軽量化を意識し過ぎた場合、ハブフランジ12fの周方向幅wを狭くし過ぎると前記位相の一致範囲が内径側の1点のみとなる。あるいは、当接領域を確保すべく、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位の外径側(領域A42)と内径側(領域A421)がつながる程、ハブフランジ12fの周方向幅wを拡げた場合、ハブ12の質量の増大を招くこととなる。また、ハブフランジ12fの外径Lを延長すると、質量の増大を招くばかりでなく、ディスクホイール42とブレーキロータ40の外径側の当接部位(周方向へ2つに分かれた領域A42)がつながり、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(領域A12)との位相の一致範囲が内径側で1点、外径側で1点の2点支えとなる。ハブフランジ12fとブレーキロータ40(具体的には、その円板部40a)の表面には成形上不可避な凹凸があり、実際には当接部位のどこかで当接することになるため、かかる真の当接部位(位置)の組み合わせによっては、ハブボルト14による締結状態が不安定になったり、不要な応力の原因ともなる。
したがって、ブレーキロータ40におけるロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔40h周りへのクラックの発生を有効に防止するため、また、ハブボルト14による締結状態を安定させるためには、前記位相の一致範囲を内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとすることが望ましい。
したがって、ブレーキロータ40におけるロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔40h周りへのクラックの発生を有効に防止するため、また、ハブボルト14による締結状態を安定させるためには、前記位相の一致範囲を内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとすることが望ましい。
図1(b)及び(c)には、ハブフランジ12fの周方向幅w及び外径Lの寸法を上述した設定(2×d≦w≦4×d,PCD+2×d≦L≦PCD+4×d)とした場合におけるディスクホイール42とブレーキロータ40との当接状態、及び当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fとの当接状態の具体例をそれぞれ示している。
図1(b)に示す状態においては、ハブフランジ12fの周方向幅wをフランジボルト孔12hの孔径dの略2倍(w=2×d(ディスクホイール42の肉痩せ領域の周縁に相当))の寸法に設定するとともに、ハブフランジ12fの外径Lを当該ディスクホイール42の肉痩せ領域の周縁へ掛かるように寸法設定している。これにより、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位(領域A42及び領域A421)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(領域A12)の位相の一致範囲を内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとすることができる(同図にハッチを付して示す3つの領域)。
また、図1(c)に示す状態においては、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位(領域A42及び領域A421)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(領域A12)の位相の一致範囲をディスクホイール42の肉痩せ領域外で、ハブフランジ12fの圧縮応力伝達領域内の所定領域(フランジボルト孔12hの中心から、その半径d/2の2.5倍程度離間した領域、及びその近傍)とし、当該領域内の内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとしている(同図にハッチを付して示す3つの領域)。
図1(b)に示す状態においては、ハブフランジ12fの周方向幅wをフランジボルト孔12hの孔径dの略2倍(w=2×d(ディスクホイール42の肉痩せ領域の周縁に相当))の寸法に設定するとともに、ハブフランジ12fの外径Lを当該ディスクホイール42の肉痩せ領域の周縁へ掛かるように寸法設定している。これにより、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位(領域A42及び領域A421)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(領域A12)の位相の一致範囲を内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとすることができる(同図にハッチを付して示す3つの領域)。
また、図1(c)に示す状態においては、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位(領域A42及び領域A421)と、当該ブレーキロータ40とハブフランジ12fの当接部位(領域A12)の位相の一致範囲をディスクホイール42の肉痩せ領域外で、ハブフランジ12fの圧縮応力伝達領域内の所定領域(フランジボルト孔12hの中心から、その半径d/2の2.5倍程度離間した領域、及びその近傍)とし、当該領域内の内径側で1点、外径側で2点となる3点支えとしている(同図にハッチを付して示す3つの領域)。
以上、本実施形態に係る車輪支持用軸受ユニットA、具体的には、放射状のハブフランジ12fを有するハブ(一例として、冷間鍛造タイプ)12を備えたハブユニット軸受Aによれば、質量やコストの増大を招くことなく、軽量化効果の維持やコスト低減化を図りつつ、ディスクホイール42とブレーキロータ40の当接部位の位相と、当該ブレーキロータ40とハブユニット軸受A(具体的には、ハブフランジ12f)の当接部位の位相とのオフセットを確実に抑止することできる。
これにより、ブレーキロータ40のロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔40h周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。したがって、例えば、スチール製のディスクホイール42をブレーキロータ40を介して放射状に突設されたハブフランジ12f(いわゆる冷間鍛造タイプのハブ12)に組み付けた場合であっても、当該ロータボルト孔40h周りへの応力の発生、及びクラックの発生を有効に防止することが可能となる。
これにより、ブレーキロータ40のロータボルト孔40h周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔40h周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。したがって、例えば、スチール製のディスクホイール42をブレーキロータ40を介して放射状に突設されたハブフランジ12f(いわゆる冷間鍛造タイプのハブ12)に組み付けた場合であっても、当該ロータボルト孔40h周りへの応力の発生、及びクラックの発生を有効に防止することが可能となる。
12 ハブ
12f フランジ部(ハブフランジ)
12h 貫通孔(フランジボルト孔)
14 締結部材(ハブボルト)
16 内輪構成体
18 転動体
40 ブレーキロータ
42 ディスクホイール
A 車輪支持用軸受ユニット
A12 ブレーキロータとハブフランジとの当接部位
A42 ディスクホイールとブレーキロータとの外径側当接部位
A421 ディスクホイールとブレーキロータとの内径側当接部位
L ハブフランジ外径
PCD 貫通孔(フランジボルト孔)のピッチ円直径
d フランジボルト孔径(直径)
w ハブフランジ周方向幅
12f フランジ部(ハブフランジ)
12h 貫通孔(フランジボルト孔)
14 締結部材(ハブボルト)
16 内輪構成体
18 転動体
40 ブレーキロータ
42 ディスクホイール
A 車輪支持用軸受ユニット
A12 ブレーキロータとハブフランジとの当接部位
A42 ディスクホイールとブレーキロータとの外径側当接部位
A421 ディスクホイールとブレーキロータとの内径側当接部位
L ハブフランジ外径
PCD 貫通孔(フランジボルト孔)のピッチ円直径
d フランジボルト孔径(直径)
w ハブフランジ周方向幅
Claims (1)
- 車体構成部材に固定されて非回転状態に維持される静止輪と、
当該静止輪に対向配置され、車輪構成部材を固定して当該車輪構成部材とともに回転する回転輪と、
これらの静止輪及び回転輪にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えた車輪支持用ユニット軸受であって、
前記回転輪は、前記車輪構成部材である制動装置のロータを固定して当該ロータとともに回転するハブと、当該ハブに配設される内輪構成体で構成されており、
前記ハブは、その外周部に、拡径方向へ放射状に突設された複数の平板形状のフランジ部を有して冷間鍛造の側方押し出しにより成形されており、
前記フランジ部は、前記ロータと当接しつつ、当該ロータを介して車輪構成部材である車輪のホイールを固定し、前記ロータ及び前記ホイールを固定する際に締結部材を挿通すべく穿孔された貫通孔を先端部近傍に有しており、
前記ホイールはスチール製であり、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有し、前記ホイールの貫通孔の周辺には肉痩せ領域が備えられており、
前記フランジ部の外径端は、前記ホイールの肉痩せ領域に掛かるように形成され、
前記ホイールは、前記ロータと当接した状態で、締結部材を介して前記フランジ部に固定され、前記ホイールと前記ロータの当接部位と、前記ロータと前記フランジ部の当接部位の位相の一致範囲が、当該フランジ部の内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ2つに分かれ、前記ホイールは、内径側で1点、外径側で2点となる3点で支持されていることを特徴とする車輪支持用軸受ユニット。
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