JP2005059832A - 車両用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤからのモーメント荷重に耐えられるハブ輪フランジの強度および剛性を確保でき、軽量化も可能な車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 車輪取付用のフランジ１２を有するハブ輪２と、そのインボード側端に嵌合した内輪と、これらハブ輪２および内輪に形成された軌道面に対向する複列の軌道面を有する外輪４と、転動体とを有する。ハブ輪２のフランジ１２は、放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔１４が形成された複数本のリブ部１３からなり、これら各リブ部１３の根元部１３ａの断面形状における回転方向厚さＷに対して、軸方向厚さＴを同等以上とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、自動車等における車輪用軸受装置に関する。

従来、ハブユニット形式の車輪用軸受装置として、図５に示すように、車輪取付用のフランジ３２を有するハブ輪２２と、そのインボード側端に嵌合した内輪２３と、これらハブ輪２２および内輪２３と外輪２４の対向する軌道面２２ａ，２４ａ間に介在した複列のボール２５とでなるものがある。外輪２４は車体取付部２４ｂを有している。ハブ輪２２の車輪取付用フランジ３２は、図６のように略円形とされ、フランジ３２におけるボルト挿通孔３４の周辺だけを肉厚のリブ部３２ａとし、その他の部分は薄肉として軽量化を図っている。なお、このような構成において、フランジ３２の非リブ部３２ｂに孔を開けたものや、フランジ３２の外周部を一部切り欠くことで軽量化を図ったものもある。

しかし、このようにハブ輪２２の車輪取付用フランジ３２が略円形に形成されたものでは、外輪２４の車体取付部２４ｂを車体にボルト止めする際に、ボルトを締結する工具が上記フランジ３２で邪魔されて、ボルトの締結作業を円滑に行えない。また、上記フランジ３２が略円形に形成されていることから、ハブ輪２２が大型化し、上記のような非リブ部３２ｂの薄肉化が図られていても、軽量化が十分ではない。

これらの問題を解決するものとして、図６におけるフランジ３２の非リブ部３２ｂを削除し、図７（Ａ）のように、それぞれ先端部にボルト挿通孔３４を有する放射状の複数の突起状フランジ３２Ａとすることにより、軽量化と車体取付作業性の改善を図ったものが提案されている（例えば特許文献１）。このような突起状フランジ３２Ａとしたものにおいて、フランジ根元部３２Ａａの断面（図７（Ｂ））における回転方向厚さＷ１と軸方向の厚Ｔ１の比を概略５：１とし、フランジ強度と剛性を確保したものが提案されている。
特開２００３−９４９０５号公報

軽量化を図るためには、ハブ輪２２のフランジ質量を削減することが最も効果的であるが、その反面、タイヤからのモーメント荷重に耐えるフランジ強度の確保が必要となって質量増となり、相反する課題がある。
図７の従来例などでは、フランジ周方向の厚さＷ１と軸方向の厚さＴ１、フランジ根元径等を調整して、強度・剛性を保ちながら軽量化が図られている。
この手法では、図６の従来例のようなリブ付きフランジとした軸受に対して、約１０％前後の軽量化が達成できるが、それ以上の軽量化は、強度および剛性面から困難であることが有限要素解析（ＦＥＭ解析）および試験結果から判った。

この発明の目的は、タイヤからのモーメント荷重に耐えられるハブ輪フランジの強度および剛性を確保しながら、軽量化が可能な車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の車輪用軸受装置は、アウトボード側端の外周に車輪取付用のフランジを有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪と、これらハブ輪および内輪の外周に形成された軌道面に対向する複列の軌道面を有する外輪と、両列の対向する軌道面間に介在したボールとを有する車輪用軸受装置であって、上記ハブ輪の上記フランジが、放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔が形成された複数本のリブ部で構成さ
れ、これら各リブ部の根元部の断面形状における回転方向厚さに対して、軸方向厚さを同等以上にしたことを特徴とする。上記フランジは、全体が上記複数本のリブ部で構成されるものであっても、またフランジ内周部が円形状の部分であって、この円形状部分から上記複数本のリブ部が延びるものであっても良い。
車両用軸受装置においては、ハブ輪の根元部に対して、タイヤからのモーメント荷重は、主に軸方向に作用するため、ハブ輪フランジの根元部の、回転方向厚さはブレーキ制動力で発生する荷重のみに耐える厚さだけで良い。そのため、ハブ輪のフランジを上記のように放射状に延びる複数本のリブ部からなるものとした場合に、各リブ部の根元部の断面形状における回転方向厚さに対して、軸方向厚さを同等以上にすることで、リブ部の断面積をできるだけ小さくしながら、強度、剛性を確保することが可能となり、軽量化が可能が可能となる。

この発明において、上記ハブ輪が、上記フランジよりもアウター側に延びてブレーキロータの内径面を案内するブレーキパイロット部を有するものである場合に、上記フランジのリブ部の根元径を、上記ブレーキパイロット部の径よりも小さくしても良い。
フランジのリブ部の根元径をブレーキパイロット部の径よりも小さくすると、フランジ内周部の円形状部分が少なくなり、または無くなり、より軽量化される。その反面、ブレーキパイロット部がリブ部から軸方向に延びることになって、強度，剛性が低下する。しかし、この発明の各リブ部の根元部の断面形状における回転方向厚さに対して軸方向厚さを同等以上とした構成であると、リブ部の根元径がブレーキパイロット部の径よりも小さくても必要な強度・剛性が確保できることが判った。

また、これらの発明において、上記ハブ輪のフランジのリブ部における根元部の断面形状の回転方向厚さを、上記フランジに設けられるボルト挿通孔の周囲のボルト座面部回転方向幅よりも薄くしても良い。
上記リブ部は、強度的に先端部よりも基端部を厚くすることが好ましい。しかし、ボルト座面部は、ボルト挿通孔の形成のためにその回転方向幅を広げる必要があるため、このように広げるボルト座面部の回転方向幅よりも、リブ部における根元部の断面形状の回転方向厚さを薄くしても、根元部の必要な剛性・強度が確保され、より一層の軽量化が可能となる。

また、これらの発明において、上記ハブ輪のフランジと軌道面との間の外周面に嵌合するシール摺接部、およびこのシール摺接部から延びて隣合う各リブ間の隙間を覆うカバー部を有する保護カバーを設け、上記外輪に上記保護カバー部品に摺接するリップを有する接触式のシールを取付けても良い。
このような保護カバーを設けることで、複数本のリブ部が放射状に延びるフランジの形状に起因して、アウトボード側から水が浸入することを防止できる。また保護カバーがシールの摺接部を兼ねることから軽量化の妨げにもならない。

この発明の車輪用軸受装置は、ハブ輪のフランジが、放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔が形成された複数本のリブ部からなり、これら各リブ部の根元部の断面形状における回転方向厚さに対して、軸方向厚さを同等以上にしたため、タイヤからのモーメント荷重に耐えられるハブ輪フランジの強度および剛性を確保でき、軽量化も可能となる。

この発明の第１の実施形態を図１，図２共に説明する。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受形式の自動車用ホイール軸受となるものであり、従動輪用である。この車輪用軸受装置１は、アウトボード側端の外周に車輪取付用のフランジ１２を有するハブ輪２と、このハブ輪２のインボード側端の外周に嵌合した内輪３と、これらハブ輪２およ
び内輪３の外周に形成された軌道面２ａに対向する複列の軌道面４ａを内周に有する外輪４と、両列の対向する軌道面２ａ，４ａ間に介在した転動体５とを備える。転動体５はボールからなる。ハブ輪２は、インボード側の端部の外周に内輪嵌合面２ｂを有し、この内輪嵌合面２ｂに片列の内輪３が嵌合する。ハブ輪２の内輪嵌合面２ｂのさらにインボード側端は、内輪３の幅面を押し付けるフランジ状の加締部２ｃとされており、この加締部２ｃにより内輪３が軸方向に締め付け固定される。転動体５は各列毎に保持器６で保持されている。

外輪４は、外径面にフランジからなる取付部４ｂが設けられ、その取付部４ｂの外周部に複数のボルト挿通孔７が周方向に分配して形成されている。この取付部４ｂは、図２（Ａ）のように、その外周部のうちボルト挿通孔７の近傍を除く部分を削除して、各ボルト挿通孔７の形成部だけが外径側に放射状に突出する形状に形成されている。この取付部４ｂのボルト挿通孔７を貫通するナックルボルト（図示せず）により、車体側の懸架装置におけるナックル（図示せず）に取付部４ｂが取付けられる。

図１において、外輪４のアウトボード側の端部には内外輪間を密封するオイルシール等の接触式のシール８が取付けられている。ハブ輪２におけるフランジ１２と軌道面２ａとの間には、その外周面に嵌合する断面Ｌ字状のシールリング９が設けられており、このシールリング９に上記シール８のリップが摺接する。内輪３のインボード側端の外周には、内輪３の回転を検出する回転センサの被検出部を構成するリング状の磁気エンコーダ１０が嵌合させてある。外輪４のインボード側端は、その内径面に嵌合させたシールキャップ２７により全体を密閉している。なお、シールキャップ２７は省略しても良く、その場合、上記磁気エンコーダ１０の代わりに、外輪４と内輪３との間を密封する密封手段（図示せず）を設ける。この密封手段は、例えば、内輪３に取付けられたスリンガと外輪４に取付けられて上記スリンガにリップ部が接触する弾性体とでなるものとし、そのスリンガに上記磁気エンコーダ１０が設けられたものとする。また、図示しないが、シールキャップ２７に磁気エンコーダ１０に対向した位置に回転センサが取付けられている。

ハブ輪２、内輪３、および外輪４は、炭素量０．４〜０．８％の炭素鋼または軸受鋼からなる。ハブ輪２の軌道面２ａおよび内輪嵌合面２ｂ、並びに外輪４の軌道面４ａの表面部は、表面硬さが５０〜６５ＨＲＣの硬化熱処理面とされている。内輪３の内径面、外径面、および幅面は、表面硬さが５０〜６５ＨＲＣの硬化熱処理面、またはずぶ焼入れ面とされている。転動体５はずぶ焼入れ品とされている。なお、ハブ輪２にシールリング９を取付けずにシール８を直接に摺接させる場合は、ハブ輪２のシール摺接面も、ハブ輪２の軌道面２ａと同じく表面硬さが５０〜６５ＨＲＣの硬化熱処理面とされる。

ハブ輪２のフランジ１２は、図２（Ａ）のように放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔１４が形成された複数本のリブ部１３により構成される。これらリブ部１３の根元部１３ａの断面形状は、図２（Ｂ）示すように、回転方向厚さＷに対して、軸方向厚さＴが同等以上となる形状とされている。また、上記根元部１３ａの断面形状の回転方向厚さＷは、上記ボルト挿通孔１４の周囲のボルト座面部１３ｂの回転方向幅Ｂよりも薄くされている。このフランジ１２には、そのボルト挿通孔１４を貫通するハブボルト１５、およびこのハブボルト１５に螺合するハブナット（図示せず）により、ディスクブレーキ装置のブレーキロータ４１と車輪４２とが重ねて取付けられる。

ハブ輪２は、上記フランジ１２よりもアウトボード側に延びて、ブレーキロータ４１の内径面を案内するブレーキパイロット部１６を有する。ブレーキパイロット部１６は、基端が円筒状であって、その円筒状部分から円周方向の複数箇所に突片が形成された形状となっている。上記フランジリブ部１３の根元部１３ａの径Ｄ１は、ブレーキパイロット部１６の径Ｄ２よりも小さくされている。

なお、外輪４の取付部４ｂを車体に取付ける際には、図２（Ａ）のようにハブ輪２のフランジ１２の隣合うリブ部１３，１３間に取付部４ｂのボルト挿通孔７が対峙するようにハブ輪２を回転させて、隣合うリブ部１３，２３間から工具を挿通して取付部４ｂのボルト締結を行う。

この構成の車輪用軸受装置１によると、ハブ輪２のフランジ１２が、放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔１４が形成された複数本のリブ部１３で構成されているため、従来の円形状のフランジを設けたものに比べて軽量化が図れる。また、各リブ部１３の根元部１３ａの断面形状における回転方向厚さＷに対して、軸方向厚さＴを同等以上としているので、車輪のタイヤからハブ輪２のフランジ１２の軸方向に主として作用するモーメント荷重に対して、フランジ１２に十分な強度・軸方向剛性を持たせることができる。すなわち、車両用軸受装置においては、ハブ輪フランジ１３の根元部１３ａに対して、車輪４２からのモーメント荷重は、主に軸方向に作用するため、ハブ輪フランジ１２の根元部１３ａの回転方向厚さＷはブレーキ制動力で発生する荷重のみに耐えるだけで良い。そのため、ハブ輪フランジ１２の各リブ部１３の根元部１３ａの断面形状における回転方向厚さＷに対して、軸方向厚さＴを同等以上にすることで、リブ部１３の断面積をできるだけ小さくしながら、強度、剛性を確保することが可能となり、軽量化が可能が可能となる。例えば図７に示す従来例に比べ、回転方向厚さＷは１／２以下で済み、軸方向厚さＴは１．５倍程に増す程度で済む。そのため、上記従来例に比べて小さな断面的で強度、剛性の確保が可能になる。

また、この実施形態では、フランジ１２のリブ部１３の根元径Ｄ１を、ブレーキパイロット部１６の径Ｄ２よりも小さくしているので、さらに軽量化が可能となる。このようにリブ部１３の根元径Ｄ１を小さくしても、上記のようにリブ部１３の根元部１３ａの回転方向厚さＷに対して軸方向厚さＴを同等以上としているので、有限要素解析による解析の結果、強度・剛性が確保できることが判った。なお、この実施形態品は、図６に示す円形フランジの従来例に比べて略３０％、図７に示す回転方向に断面が大きなリブの従来例に比べると略２０％程度の軽量化が図れた。

さらに、ハブ輪２のフランジ１２におけるリブ部根元部１３ａの断面形状の回転方向厚さＷを、フランジ１２に設けられるボルト挿通孔１４の周囲のボルト座面部１３ｂの回転方向幅Ｂよりも薄くしているが、ボルト座面部１３ｂとボルト挿通孔１４の形成によって幅が広がっているため、このような広がった回転方向幅Ｂよりも薄くすることで、より一層の軽量化を図りなから、強度・剛性の確保が可能になる。なお、上記ボルト座面部１３ｂの軸方向厚さｔは、上記回転方向厚さＷよりも厚くしても、また薄くしても良い。

また、この実施形態の車両用軸受装置において、ハブ輪２、内輪３、および外輪４を炭素量０．４〜０．８％の炭素鋼または軸受鋼、転動体５を軸受鋼とし、ハブ輪２の軌道面２ａおよび内輪嵌合面２ｂ、並びに外輪４の軌道面４ａの表面部を、表面硬さが５０〜６０ＨＲＣの硬化熱処理面とし、内輪３は、内径面、外径面、および幅面を表面硬さが５０〜６５ＨＲＣの硬化熱処理面またはずぶ焼入れ面とし、転動体５はずぶ焼き入れ品とし、ハブ輪２の軸端部の加締部２ｃで内輪３をハブ輪２に固定していることから、上記モーメント荷重やブレーキ制動力による荷重に十分耐える強度・剛性がより確実に得られる。

図３および図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ａは、図１および図２に示す第１の実施形態において、シールリング９に代えて保護カバー１９が設けられている。この保護カバー１９は、ハブ輪２におけるフランジ１２と軌道面２ａとの間の外周面に嵌合するシール摺接部１９ａと、このシール摺接部１９ａから延びてフランジ１２の隣合う各リブ部１３，１３間の隙間を覆うカバー部１９ｂとを一体に形成した概形が筒状の部材である。シール摺接部１９ａには外輪４のアウトボード側端に設けられたシール８のリップが摺接する。この実施形態においても、図１の実施形態と同様に、ハブ輪２のフランジ１２に、ドラムブレーキ装置のブレーキロータ４１と車輪４２（図３には図示せず）とが重ねて取付けられ、ブレーキロータ４１の内径面がブレーキパイロット部１６で案内される。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。

この実施形態の場合、シール８の摺接部を兼ねる保護カバー１９をハブ輪２に設けて、フランジ１２の隣合う各リブ部１３，１３間の隙間を覆うようにしているので、複数本のリブ部１３が放射状に延びるフランジ１２の形状に起因してアウトボード側から水が浸入することが防止される。また、保護カバー１９がシール８の摺接部を兼ねることから軽量化の妨げにもならない。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 （Ａ）は 同車輪用軸受装置をアウトボード側から見た正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ矢視断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 （Ａ）は同車輪用軸受装置をアウトボード側から見た正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるIII −III 矢視断面図である。 従来例の断面図である。 同従来例の正面図である。 （Ａ）は他の従来例の正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるVII −VII 矢視断面図である。

符号の説明

１，１Ａ…車輪用軸受装置
２…ハブ輪
３…内輪
４…外輪
２ａ，４ａ…軌道面
５…転動体
８…シール
１２…車輪取付用フランジ
１３…フランジリブ部
１３ａ…根元部
１３ｂ…ボルト座面部
１４…ボルト挿通孔
１６…ブレーキパイロット部
１９…保護カバー
１９ａ…シール接触部
１９ｂ…カバー部
Ｂ…ボルト座面部の回転方向幅
Ｗ…フランジリブ部根元の回転方向厚さ
Ｔ…フランジリブ部根元の軸方向厚さ
Ｄ１…フランジリブ部根元径
Ｄ２…ブレーキパイロット部径
ｔ…ボルト座面部の軸方向厚さ

Claims (3)

1. アウトボード側端の外周に車輪取付用のフランジを有するハブ輪と、このハブ輪のインボード側端の外周に嵌合した内輪と、これらハブ輪および内輪の外周に形成された軌道面に対向する複列の軌道面を有する外輪と、両列の対向する軌道面間に介在した転動体とを有する車輪用軸受装置であって、
   上記ハブ輪の上記フランジは、放射状に延びてそれぞれ先端にボルト挿通孔が形成された複数本のリブ部で構成され、これら各リブ部の根元部の断面形状における回転方向厚さに対して、軸方向厚さを同等以上にしたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、上記ハブ輪のフランジのリブ部における根元部の断面形状の回転方向厚さを、上記フランジに設けられるボルト挿通孔の周囲のボルト座面部回転方向幅よりも薄くした車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、上記ハブ輪のフランジと軌道面との間の外周面に嵌合するシール摺接部、およびこのシール摺接部から延びて隣合う各リブ間の隙間を覆うカバー部を有する保護カバーを設け、上記外輪に上記保護カバーに摺接するリップを有する接触式のシールを取付けた車輪用軸受装置。
   

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