JP2005014906A - 車輪支持用転がり軸受ユニット及び車輪支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スタッド２０ａ、２０ｂの折損に結び付く様な故障に関し、分かり易い予兆を発生させる構造を実現する事により、車輪の脱落等、重大な故障の発生を防止する。
【解決手段】 ハブ１１ｂに対し車輪を構成するホイール１を結合固定する為の複数本のスタッド２０ａ、２０ｂのうちの１本のスタッド２０ａの強度を、残りのスタッド２０ｂの強度よりも低くする。又、上記ホイール１の外端開口部を、金属製のホイールキャップ３１により塞ぐ。設計者の意図を越える様な荷重が加わった場合に、上記１本のスタッド２０ａが折損し、このスタッド２０ａの先半部とこの部分に螺合したナット２１とが、上記ホイールキャップ３１にぶつかり、異音を発生する。残りのスタッド２０ｂは折損せずに残る為、車輪が脱落する事はない。
【選択図】 図３

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支持用転がり軸受ユニット、及び、この車輪支持用転がり軸受ユニットを組み込んで構成した車輪支持装置の改良に関する。

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、例えば特許文献１に記載されている様に、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支持用転がり軸受ユニット５を構成する、特許請求の範囲に記載した静止輪である外輪６を、この外輪６の外周面に形成した固定側フランジ７を上記ナックル３に、複数本のボルト８で結合する事により固定している。上記外輪６の内径側には、ハブ本体９と内輪１０とから成る、特許請求の範囲に記載した回転輪であるハブ１１を、回転自在に支持している。この内輪１０は、このハブ本体９の軸方向内端部（軸方向に関して内とは、自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる部分を言い、各図の右側。反対に、自動車への組み付け状態で幅方向外側となる、各図の左側を外と言う。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）に形成した小径段部１２に、この内輪１０の軸方向外端面をこの小径段部１２の軸方向外端部に存在する段差面１３に突き当てた状態で外嵌している。

この様なハブ１１を上記外輪６の内径側に回転自在に支持する為に、上記外輪６の内周面に、複列の外輪軌道１４ａ、１４ｂを形成している。そして、これら両外輪軌道１４ａ、１４ｂと、上記ハブ１１を構成する上記ハブ本体９の中間部外周面及び上記内輪１０の外周面に形成した複列の内輪軌道１５ａ、１５ｂとの間に、各列毎に複数個ずつの転動体１６、１６を、それぞれ保持器１７、１７により保持した状態で転動自在に設けている。図４に示した構造では、上記各転動体１６、１６として玉を使用している為、上述した構成により車輪支持用転がり軸受ユニットを、背面組み合わせの複列アンギュラ型の玉軸受としている。尚、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合、転動体として円すいころを使用する場合もある。

又、上記ハブ本体９の軸方向外端部で、上記外輪６の軸方向外端開口から突出した部分に、特許請求の範囲に記載したフランジ部である、回転側フランジ１８を形成している。前記ホイール１及びロータ２はこの回転側フランジ１８の片側面（図示の例では軸方向外側面１９）に、この回転側フランジ１８にその基端部を圧入固定した複数本のスタッド２０と、ナット２１とにより、結合固定している。尚、上記外輪６の軸方向両端部内周面と、上記ハブ本体９の中間部外周面及び上記内輪１０の軸方向内端部外周面との間には、それぞれシールリング２２ａ、２２ｂを設けて、上記各転動体１６、１６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）用の車輪支持用転がり軸受ユニット５である為、上記ハブ本体９の中心部に、スプライン孔２３を形成している。そして、このスプライン孔２３に、等速ジョイント２４のスプライン軸２５を挿入している。

これに対して、図５に示す様な、従動輪（ＦＲ車及びＲＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット５ａの場合には、ハブ１１ａを構成するハブ本体９ａを充実体としている。そして、このハブ本体９ａの軸方向中間部内端寄り部分の小径段部１２に外嵌した内輪１０の軸方向内端面を、このハブ本体９ａの軸方向内端部に設けた雄ねじ部２６に螺着したナット２７により抑え付けて、上記内輪１０をこのハブ本体９ａに固定している。又、図示はしないが、内輪が回転せず、外輪が回転する、外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットも、従来から知られている。この様な外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、外輪の外周面に設けた回転側フランジに複数本のスタッドの基端部を支持固定している。

何れの構造を有する車輪支持用転がり軸受ユニットの場合でも、使用時には回転しない静止輪を懸架装置に支持し、回転輪の外周面に設けた回転側フランジの側面に車輪を構成するホイールを、この回転側フランジにそれぞれの基端部を支持固定した複数本のスタッドにより結合固定する。例えば、図４に示した車輪支持用転がり軸受ユニット５の使用時には、外輪６をナックル３に固定すると共に、ハブ本体９の回転側フランジ１８にそれぞれの基端部を内嵌固定したスタッド２０を、図示しないタイヤを組み合わせた前記ホイール１及びロータ２の互いに整合する位置に形成した、通孔２８ａ、２８ｂに挿通する。そして、上記各スタッド２０の先端部で上記ホイール１の外側面から突出した部分に前記ナット２１を螺合し更に緊締する事により、上記ホイール１及びロータ２を、上記ハブ本体９に対し固定する。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。

上述の様に構成され作用する車輪支持用転がり軸受ユニットに関して、ハブ１１に車輪を支持する為の複数本のスタッド２０が、走行中に総て折損し、車輪がハブ１１、１１ａから脱落する事故が、トラック、バス等の商用車を中心として、近年報告されている。上記各スタッド２０に関しては、十分な安全率を考慮しており、通常考えられる程度の使用状態では、上記各スタッド２０が折損する事は考えにくい。ところが、一部の商用車では、現実に総てのスタッド２０が折損し、車輪が脱落する事故の発生が報告されている。これら各スタッド２０の設計に関して、大きな安全率を確保した場合でもこの様な事故が発生する原因としては、各種悪条件が重なった事が考えられる。例えば、ナット２１の緊締が不完全であったり、複数のナット２１の緊締力が著しく不均一である等の厳しい条件下で、しかも設計者の意図を遥かに越える様な過度の積載オーバの状態で急制動を行なえば、上記各スタッド２０に、折損に結び付く様な、大きな荷重が加わる可能性がある。

この様な事情で発生する、上記各スタッド２０が折損する様な故障に対して、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記複数本のスタッド２０の仕様を、総て同じとしていた。従って、これら各スタッド２０の折損に結び付く様な、極端に厳しい使用条件の下では、近年報告されている様な、総てのスタッド２０が同時に折損して車輪が脱落する可能性を生じる。言い換えれば、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、総てのスタッド２０の折損に結び付く様な故障が、予兆なく発生するか、予兆があっても運転者等が十分に注意していない限り分からない場合が多かった。

尚、特許文献２には、所定の大きさで破断する事により、ボルト締結部を有する装置各部に作用する力の大きさを検知可能とした、ヒューズボルトに関する発明が記載されている。このヒューズボルトは、一部に括れ部を有し、予め設定した力が加わった場合に、この括れ部で破断する事により、当該ヒューズボルトを設置した部分に加わる力が分かる様にしたものである。但し、この様な特許文献２に記載された発明は、あくまでもボルト締結部に加わる力の大きさを知る為のものであって、スタッドの折損事故を予兆する技術を示唆するものではない。

特開２０００−２３４６２４号公報 特開２００２−９８１１９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、スタッドの折損に結び付く様な故障に関し、分かり易い予兆を発生させる構造を実現する事により、車輪の脱落等、重大な故障の発生を防止する事を目的としたものである。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、従来から広く知られている車輪支持用転がり軸受ユニットと同様に、使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する周面にそれぞれ形成された軌道面同士の間に転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の外周面に固設されたフランジ部と、このフランジ部にそれぞれの基端部を支持固定した複数本（一般的には、乗用車用で４〜６本程度、トラック、バス等の大型車用で８〜１２本程度）のスタッドとを備える。
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記各スタッドのうちの１本（のみ）のスタッドの強度を、残りのスタッドの強度よりも低くしている。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、スタッドの折損に結び付く様な故障に関し、分かり易い予兆が発生する。即ち、回転輪に対し車輪を結合固定する為の複数本のスタッドのうち、１本のスタッドの強度を低くしている為、この１本のスタッドが、折損事故の可能性を示すインジケータとして機能する。具体的には、設計者の意図を遥かに越える様な厳しい使用条件下で使用された場合には、上記１本のスタッドが、他のスタッドに先立って折損する。従って、この１本のスタッドが折損した事で、そのまま使用を継続した場合には、車輪の脱落事故が発生する可能性がある事が分かる。上記１本のスタッドのみが折損した状態では、他のスタッドにより、回転輪に対する車輪の、必要最小限度以上の支持強度を保てるので、車両を安全に停止し、更に必要とすれば、低速走行で修理工場に運び込む事が可能になる。

尚、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドの強度と、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドの強度とを比較した場合、次の様にする事が好ましい。即ち、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、最も強度が弱い１本のスタッドの強度を、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドの強度と同じにする。逆に言えば、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する他のスタッドの強度を、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドの強度よりも強くする。この理由は、インジケータとして機能する、強度の弱い１本のスタッドの存在に基づき、上記回転輪に対する上記車輪の支持強度が、従来構造に比べて低くなる事を防止する為である。

本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、各スタッドの中間部基端寄り部分でフランジ部の外面よりも外方に位置する部分に、軸方向両側部分よりも外径が小さくなった括れ部を設ける。そして、インジケータとして機能する１本のスタッドの括れ部の直径を、残りのスタッドの括れ部の直径よりも小さくする。
この様にすれば、上記インジケータとして機能する１本のスタッドの強度を他のスタッドの強度に比べて、容易に、且つ、確実に低くできる。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様な車輪支持装置を構成する。即ち、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドを、車輪を構成したホイールの取付孔に挿通すると共に、これら各スタッドの先端部にそれぞれナットを螺合し更に緊締する。そして、この状態で、上記ホイールの外端部に金属製のホイールキャップを被着して、脱落したナットがこれらホイールとホイールキャップとの間の空間内に留まる様に構成する。
この様に構成した場合には、上記インジケータとして機能する１本のスタッドが折損する事に伴って脱落した上記ナットが、上記空間内で転がる。この空間の軸方向外側は、上記金属製のホイールキャップで覆われているので、上記ナットがこのホイールキャップの内面にぶつかって、耳障りな異音が発生する。この結果、運転者等は、上記インジケータとして機能するスタッドが折損した事を容易に知る事ができる。

更に、上述の様な車輪支持装置を構成する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、ホイールの外面で取付孔の周囲部分に、スタッドに螺合したナットにより覆われる表示を付する。この表示としては、例えば、黄色、赤等、目立つ色彩で塗装する事が考えられる。
この様に構成すれば、仮にホイールキャップを装着しない状態で使用している場合でも、始業点検時等に上記インジケータとして機能する１本のスタッドが折損する事に伴って上記ナットが脱落した事を、容易に確認できる。尚、上記表示は、本来は上記インジケータとして機能する１本のスタッドに螺合したナットにより覆われる部分にのみ設ければ足りる。但し、車輪の着脱に伴って、上記１本のスタッドが上記ホイールに形成した取付孔のうちの何れに挿通されるかが変わる為、各スタッドに螺合したナットにより覆われる総ての部分に設ける事が好ましい。

図１〜３は、本発明の実施例を示している。本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニット５ｂの場合には、ハブ本体９ｂの内端部を径方向外方に塑性変形させる事で形成したかしめ部２９により、このハブ１１ｂの内端部に外嵌した内輪１０の内端面を抑え付けて、ハブ１１ｂを構成している。その他の、車輪支持用転がり軸受ユニットとしての基本的な構成は、前述の図４に示した従来構造と同様である。

特に、本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニット５ｂの場合には、上記ハブ１１ｂの外周面に形成した回転側フランジ１８にそれぞれの基端部を圧入により嵌合固定した、各スタッド２０ａ、２０ｂのうちの１本（のみ）のスタッド２０ａの強度を、残りのスタッド２０ｂ、２０ｂの強度よりも低くしている。

この為に本実施例の場合には、図１〜２に誇張して示す様に、上記各スタッド２０ａ、２０ｂの中間部基端寄り部分に形成した括れ部３０ａ、３０ｂの直径ｄ_a 、ｄ_b を異ならせている。即ち、上記各スタッド２０ａ、２０ｂの中間部基端寄り部分で上記回転側フランジ１８の外面よりも外方に位置する部分に、軸方向両側部分よりも外径が小さくなった括れ部３０ａ、３０ｂを設けている。本実施例の場合には、インジケータとして機能する上記１本のスタッド２０ａの括れ部３０ａの直径ｄ_a を、残りのスタッド２０ｂ、２０ｂの括れ部３０ｂの直径ｄ_b よりも小さく（ｄ_a ＜ｄ_b ）している。これら各括れ部３０ａ、３０ｂの直径ｄ_a 、ｄ_b に関しては、細い括れ部３０ａの直径ｄ_a を、一般的な設計条件で必要且つ十分な強度及び耐久性を得られる大きさとし、太い括れ部３０ｂの直径ｄ_b をそれよりも少しだけ、但し、細い括れ部３０ａを有するスタッド２０ａよりも強度及び耐久性に関して明らかに優れたものとなる程度（例えば０．５mm程度）大きくする。

上述の様な本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニット５ｂは、前述の図４に示した従来構造の場合と同様、図３に示す様に、ナックル３に組み付け、上記各スタッド２０ａ、２０ｂにより、上記回転側フランジ１８の外面にホイール１及びロータ２を結合固定する。更に本実施例の場合には、このホイール１に、金属製のホイールキャップ３１を嵌着して、このホイール１のうちで、リム部３２の内径側で、ディスク部３３の外側に存在する空間３４の外端開口部を塞いでいる。又、このディスク部３３の外面で、各通孔２８ａ、２８ａの周囲に位置し、上記各スタッド２０ａ、２０ｂに螺合したナット２１、２１により覆われる部分に、赤或は黄色等の目立つ色彩による表示を付している。

上述の様に構成する本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記各スタッド２０ａ、２０ｂの折損に結び付く様な故障に関し、分かり易い予兆が発生する。即ち、前記ハブ１１ｂに対し車輪を構成する上記ホイール１を結合固定する為の複数本のスタッド２０ａ、２０ｂのうち、１本のスタッド２０ａの強度を低くしている為、この１本のスタッド２０ａが、折損事故の可能性を示すインジケータとして機能する。具体的には、設計者の意図を遥かに越える様な厳しい使用条件下で使用された場合には、上記１本のスタッド２０ａが、中間部外周面に形成した、比較的細い括れ部３０ａ部分に集中する応力に基づき、他のスタッド２０ｂ、２０ｂに先立って折損する。

そして、この様にスタッド２０ａが折損すると、このスタッド２０ａの先半部及びこの先半部に螺合したナット２１が、前記空間３４内に脱落し、車両の走行に伴ってこの空間３４内で転がる。そして、上記スタッド２０ａの先半部及びナット２１が、前記金属製のホイールキャップ３１の内面にぶつかってこのホイールキャップ３１を振動させ、耳障りな異音を発生させる。この結果、運転者等は、上記インジケータとして機能するスタッド２０ａが折損した事を容易に知る事ができる。又、仮に上記ホイールキャップ３１を装着しない状態で使用している場合でも、上記スタッド２０ａの先半部と共に上記ナット２１が脱落する事で、上記ホイール１の外面に付した表示が露出するので、始業点検時等に上記スタッド２０ａが折損した事を、容易に確認できる。

この様にして運転者は、インジケータとして機能する１本のスタッド２０ａが折損した事を知り、そのまま使用を継続した場合には、車輪の脱落事故の可能性がある事を理解できる。上記１本のスタッド２０ａのみが折損した状態では、他のスタッド２０ｂ、２０ｂにより、前記ハブ１１ｂに対する車輪（ホイール１）の、必要最小限度以上の支持強度を保てるので、車両を安全に停止し、更に必要とすれば、低速走行で修理工場に運び込む事が可能になる。

本発明の実施例を示す、車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図。 図１の左方から見た図。 この車輪支持用転がり軸受ユニットを含んで構成した車輪支持装置の断面図。 本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を組み込んだ車輪支持装置の断面図。 同じく第２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、５ａ、５ｂ 車輪支持用転がり軸受ユニット
６ 外輪
７ 固定側フランジ
８ ボルト
９、９ａ、９ｂ ハブ本体
１０ 内輪
１１、１１ａ、１１ｂ ハブ
１２ 小径段部
１３ 段差面
１４ａ、１４ｂ 外輪軌道
１５ａ、１５ｂ 内輪軌道
１６ 転動体
１７ 保持器
１８ 回転側フランジ
１９ 軸方向外側面
２０、２０ａ、２０ｂ スタッド
２１ ナット
２２ａ、２２ｂ シールリング
２３ スプライン孔
２４ 等速ジョイント
２５ スプライン軸
２６ 雄ねじ部
２７ ナット
２８ａ、２８ｂ 通孔
２９ かしめ部
３０ａ、３０ｂ 括れ部
３１ ホイールキャップ
３２ リム部
３３ ディスク部
３４ 空間

Claims (4)

1. 使用時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する周面にそれぞれ形成された軌道面同士の間に転動自在に設けられた転動体と、上記回転輪の外周面に固設されたフランジ部と、このフランジ部にそれぞれの基端部を支持固定した複数本のスタッドとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、これら各スタッドのうちの１本のスタッドの強度を、残りのスタッドの強度よりも低くした事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
2. 各スタッドの中間部基端寄り部分でフランジ部の外面よりも外方に位置する部分に、軸方向両側部分よりも外径が小さくなった括れ部が設けられており、１本のスタッドの括れ部の直径が、残りのスタッドの括れ部の直径よりも小さい、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドを、車輪を構成したホイールの取付孔に挿通すると共に、これら各スタッドの先端部にそれぞれナットを螺合し更に緊締した状態で、上記ホイールの外端部に金属製のホイールキャップを被着して、脱落したナットがこれらホイールとホイールキャップとの間の空間内に留まる様に構成した車輪支持装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する各スタッドを、車輪を構成したホイールの取付孔に挿通すると共に、これら各スタッドの先端部にそれぞれナットを螺合し更に緊締しており、上記ホイールの外面のうちの取付孔の周囲部分で上記各スタッドに螺合したナットにより覆われる部分に、表示を付した車輪支持装置。

Images