JP2005075135A - 車両用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハブボルトの固定性を確保しながら、ハブ輪の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることのできる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 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を備えた車輪用軸受装置に適用される。上記フランジ１２における基端厚肉部１３ａから外径端のハブボルト取付部１３ｂまでの間の断面形状を、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とする。このインボード側の側面の勾配形状を、中心側の勾配面１３ａａとこれよりも緩傾斜とした外径側勾配面１３ａｂとを、円弧状断面のつなぎ円弧面１３ａｃでつないだ２段勾配形状とする。インボード側の側面における少なくともつなぎ円弧面１３ａｃを高周波熱処理による硬化処理面１３ｃとする。ハブボルト取付部１３ｂの周辺は、硬化処理面１３ｃとせず、生材とするか、または高周波焼なましを施した面とする。
【選択図】 図３

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、車輪取付用のフランジを有するハブ輪と、そのインボード側端に嵌合した内輪と、これらハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に介在した複列のボールとでなるものがある（例えば特許文献１）。外輪は車体側の懸架装置に取付けられる。上記ハブ輪のフランジにはボルト挿入孔が形成され、このボルト挿入孔に圧入されるハブボルトで車輪がフランジにボルト止めされる。ハブ輪の材料としては一般に炭素鋼が使用されていることから、ハブ輪のフランジは、車両用軸受装置全体の軽量化を図るため、その厚みが回転軸側からボルト挿入孔の位置する外径側へ向けて漸減して薄くなるように勾配を有する断面形状とされている。
特開２００３−９４９０５号公報

しかし、車輪取付用のフランジを上記の断面形状とした場合、急激な肉厚変化を避けてフランジへの応力集中を緩和するために、上記勾配を緩くし、勾配面とボルト挿入孔近傍（ハブボルト取付部）の平坦面とを曲率半径の大きい円弧状断面のつなぎ円弧面でつなぐ形状とする必要がある。このため、フランジにおけるボルト挿通孔近傍の薄肉化が制限されて、十分な軽量化を行えないという問題点を有する。

また、上記ハブボルト取付部の薄肉化による応力集中に耐えられるだけの疲れ強さをハブ輪に持たせるために、上記フランジの車輪取付側とは反対側の面の全面を高周波熱処理により硬化することも考えられるが、この場合にはハブボルトのセレーションがハブ輪へ十分に食い込まず、固定性を確保できないという新たな問題が生じる。すなわち、ハブボルトの空転トルクが十分に得られず、容易に空転を生じる。

この発明の目的は、ハブ輪の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることのできる車輪用軸受装置を提供することである。
この発明の他の目的は、ハブボルトの固定性を確保することである。

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転動体とを有する車輪用軸受装置であって、次の構成としたことを特徴とする。上記ハブ輪のフランジにおける基端厚肉部から外径端のハブボルト取付部までの間の断面形状を、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とする。このインボード側の側面の勾配形状を、中心側の勾配面とこれよりも緩傾斜とした外径側勾配面とを、円弧状断面のつなぎ円弧面でつないだ２段勾配形状とする。上記インボード側の側面における上記つなぎ円弧面を高周波熱処理による硬化処理面とする。上記硬化処理面とする範囲は、上記つなぎ円弧面から他の部分に及んでいても良いが、硬化処理面とする範囲の外径縁は、上記ハブボルト取付部よりも内径側の位置とすることが好ましい。
この構成によると、ハブ輪のフランジにおけるインボード側の側面を、中心側の勾配面と外径側勾配面とを円弧状断面のつなぎ円弧面でつないだ２段勾配形状としたため、上記フランジにおけるハブボルト取付部の肉厚を薄くしても、ハブボルト取付部の境界部において肉厚が急激に変化することがなく、ハブボルト取付部周辺の応力集中が緩和される。これにより、ハブボルト取付部の薄肉化が可能となる。上記つなぎ円弧面は、ハブボルト取付部への応力が分散される箇所となるが、このつなぎ円弧面は高周波熱処理による硬化処理面とされているため、疲れ強さが向上し、耐久性能が向上する。このように、ハブ輪の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることができる。

上記硬化処理面とする範囲は、つなぎ円弧面の部分だけでなく、上記２段勾配形状を構成する中心側の勾配面および外径側勾配面に続くことが好ましく、これによって、フランジの疲れ強さが一層向上する。ただし、硬化処理面とする範囲の外径縁は、上記ハブボルト取付部よりも内径側の位置とすることが好ましい。ハブボルト取付部の周辺、つまりハブボルト取付部およびその近傍部分は、高周波熱処理による硬化処理を施しても良いが、その場合は高周波焼戻しを施しておく。このようにハブボルト取付部の周辺は、高周波熱処理による硬化を行わない生材の状態、または焼戻し状態とすることにより、ハブボルトのセレーションがハブ輪側へ十分くい込むこととなり、ハブボルトの固定性、つまりハブボルトの所定以上の空転トルクも確保できる。これにより、ハブボルトの固定性を確保しながら、ハブ輪の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることができる。

この発明において、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形成された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。そのため、ハブ輪のフランジが、放射状に延びた複数本のリブ部で形成されたものであっても、強度が確保される。これにより、一層の軽量化を図ることができる。

この発明の車輪用軸受装置は、ハブ輪のフランジにおける基端厚肉部から外径端のハブボルト取付部までの間の断面形状を、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とし、このインボード側の側面の勾配形状を、中心側の勾配面とこれよりも緩傾斜とした外径側勾配面とを、円弧状断面のつなぎ円弧面でつないだ２段勾配形状とし、上記インボード側の側面における少なくとも上記つなぎ円弧面を高周波熱処理による硬化処理面としたため、ハブ輪の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることができる。ハブボルト取付部の周辺を、硬化処理を施さないようにした場合は、ハブボルトの固定性が確保される。

この発明の第１の実施形態を図１〜図３と共に説明する。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は、図２（Ａ）におけるII−II矢視断面図を示す。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。

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の基端厚肉部１３ａの断面形状は、図２（Ｂ）に示すように、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、上記基端厚肉部１３ａの断面形状の回転方向厚さＷは、上記ボルト挿通孔１４の周囲のハブボルト取付部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の基端厚肉部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。

ハブ輪２のフランジ１２における基端厚肉部１３ａから外径端のハブボルト取付部１３ｂまでの間の断面形状は、図３に拡大して示すように、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とされている。具体的には、このインボード側の側面の勾配形状は、中心側の勾配面１３ａａと、これよりも緩傾斜とした外径側勾配面１３ａｂとを、円弧状断面のつなぎ円弧面１３ａｃでつないだ２段勾配形状とされている。また、上記基端厚肉部１３ａのインボード側の側面における少なくとも上記つなぎ円弧面１３ａｃは、高周波熱処理による硬化処理面１３ｃとされている。具体的には、この実施形態では、上記２段勾配形状における外径側勾配面１３ａｂから、つなぎ円弧面１３ａｃに続き、さらに中心側の勾配面１３ａａに続いて硬化処理面１３ｃとされている。硬化処理面１３ａとする範囲の外径縁は、上記ハブボルト取付部１３ｂよりも内径側の位置とされ、例えば上記外径側勾配面１３ａｂの径方向の中間位置とされている。硬化処理面１３ａの範囲の内径側は、基端厚肉部１３ａに渡っている。ハブボルト取付部１３ｂは、高周波熱処理による硬化処理が施されても良いが、その場合は、高周波焼戻しを施しておく。高周波熱処理による硬化処理面１３ｃの表面硬さは５８ＨＲＣ以上とされる。

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における基端厚肉部１３ａから外径端のハブボルト取付部１３ｂまでの間の断面形状を、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とし、このインボード側の側面の勾配形状を、中心側の勾配面１３ａａとこれよりも緩傾斜とした外径側勾配面１３ａｂとを、円弧状断面のつなぎ円弧面１３ａｃでつないだ２段勾配形状としているので、ハブボルト取付部１３ｂの肉厚を薄くしても、基端厚肉部１３ａとハブボルト取付部１３ｂの境界部Ａ（図３）において肉厚が急激に変化することがなく、上記境界部Ａに生じる応力集中を緩和することができる。これにより、ハブボルト取付部１３ｂの薄肉化が可能となる。ちなみに、図３に鎖線で示すように基端厚肉部１３ａの傾斜を単純な勾配形状とした従来例の場合には、境界部Ａにおいて肉厚が急激に変化するので、境界部Ａへの応力集中が顕著となる。また、上記つなぎ円弧面１３ａはハブボルト取付部１３ｂへの応力が分散される箇所となるが、フランジ１２のインボード側の側面における少なくとも上記つなぎ円弧面１３ａｃは高周波熱処理による硬化処理面１３ｃとされているため、この部分の疲れ強さを向上させて耐久性能を向上させることができる。したがって、この構成の車輪用軸受装置１では、ハブ輪２の疲れ強さの維持・向上と軽量化を図ることができる。

高周波熱処理による硬化処理面１３ｃの範囲の外径縁は、ハブボルト取付部１３ｂよりも内径側の位置としてあり、ハブボルト取付部１３ｂの周辺が生材の状態、または焼戻しの施された状態であって、軟らかであるため、ハブボルト１５のセレーションがハブ輪２側へ十分くい込むこととなり、ハブボルト１５の固定性も確保できる。すなわち、ハブボルト１５の空転トルクが大きくなり、容易に空転を生じなくなる。

また、この車輪用軸受装置１では、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さらなる軽量化が可能となる。また、各リブ部１３の基端厚肉部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１２の基端厚肉部１３ａに対して、車輪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の基端厚肉部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の基端厚肉部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。

さらに、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の基端厚肉部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。

さらに、ハブ輪２のフランジ１２におけるリブ部基端厚肉部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の周囲のハブボルト取付部１３ｂの回転方向幅Ｂよりも薄くしているが、ハブボルト取付部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がら、強度・剛性の確保が可能になる。なお、上記ハブボルト取付部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４および図５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〜図３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。

図６および図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１Ｂは、図１〜図３に示す第１の実施形態において、ハブ輪２のフランジ１２を図７のように略円形とすると共に、フランジ１２におけるボルト挿通孔１４の周辺だけを肉厚のリブ部１３とし、その他の部分は薄肉の非リブ部２３として軽量化を図ったものである。リブ部１３の断面形状や高周波熱処理による硬化処理面１３ｃの形成などの構成は第１の実施形態の場合と同じである。

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。 同車輪用軸受装置のハブ輪フランジの拡大断面図である。 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。 この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置をアウトボード側から見た正面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…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…基端厚肉部
１３ａａ…中心側勾配面
１３ａｂ…外径側勾配面
１３ａｃ…つなぎ円弧面
１３ｂ…ハブボルト取付部
１４…ボルト挿通孔
１５…ハブボルト

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、
   上記ハブ輪のフランジにおける基端厚肉部から外径端のハブボルト取付部までの間の断面形状を、インボード側の側面の勾配によって中心側よりも外径側の肉厚が薄くなる形状とし、このインボード側の側面の勾配形状を、中心側の勾配面とこれよりも緩傾斜とした外径側勾配面とを、円弧状断面のつなぎ円弧面でつないだ２段勾配形状とし、上記インボード側の側面における上記つなぎ円弧面を高周波熱処理による硬化処理面と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、上記硬化処理面とする範囲の外径縁を上記ハブボルト取付部よりも内径側の位置と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形成されたものである車輪用軸受装置。
   

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