JP2006036112A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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啓 藤村
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Abstract

【課題】
車輪取付フランジのフレッティング摩耗を防止することにより、車両のNVHを抑制し、かつ操縦安定性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
内周に複列の外側転走面10aが形成された外方部材10と、一端部に車輪取付フランジ4を一体に有し、外周に一方の内側転走面2aと、これから軸方向に延びる小径段部2bが形成されたハブ輪2、および小径段部2bに圧入され、他方の内側転走面3aが形成された内輪3とからなる内方部材1と、この内方部材1と外方部材10の両転走面間に転動自在に収容された転動体6とを備えた車輪用軸受装置において、車輪取付フランジ4のフランジ側面4a、およびこのフランジ側面4aからブレーキパイロット部11に亙って所定の硬化層12が形成されている。これにより、フレッティング摩耗を防止してブレーキロータの面振れの劣化を抑制することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、操縦安定性の向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。
近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、軽量化に対する要求は益々増大してきている。従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置においては、この軽量化と一面では相反するNVH(ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス)を抑制し、かつ操縦安定性を向上させることも重要な要因となっている。
このNVHの中でも特に、車両の低速走行時にブレーキを作動させた時に発生する低周波の不快な騒音、所謂ブレーキジャダーに関しては、未だその明確な原因が究明されていないが、その一つの要因として、ブレーキロータを取り付けるフランジ側面の面振れが挙げられる。この種の車輪用軸受装置は、車輪軸受メーカーから自動車メーカーの自動車組立工場に納入され、その車輪取付フランジのフランジ側面には、自動車組立工場において別部品として納入されたブレーキロータがボルトによって固定される。ところが、組立後に、このブレーキロータの側面に面振れがあると、高速走行における制動時の振動の原因となったり、ブレーキの偏摩耗の原因になったりする。また、面振れの程度によっては、低速走行でも振動が発生する場合がある。
こうした問題を解決したものとして、本出願人は図4に示すような車輪用軸受装置を提案している。この車輪用軸受装置は、外周に懸架装置(図示せず)に取り付けられる車体取付フランジ51bを一体に有し、内周に複列の外側転走面51a、51aが形成された外方部材51と、一端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ52を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面51a、51aに対向する一方の内側転走面53aと、この内側転走面53aから軸方向に延びる円筒状の小径段部53bが形成されたハブ輪53、およびこのハブ輪53の小径段部53bに圧入され、外周に前記複列の外側転走面51a、51aに対向する他方の内側転走面54aが形成された内輪54とからなる内方部材55と、この内方部材55と外方部材51との間に転動自在に介装された複列の転動体(ボール)56、56と、外方部材51の両端部に装着されたシール57、57とからなる。
車輪取付フランジ52には、周方向等配に車輪を固定するためのハブボルト58が植設され、車輪取付フランジ52のアウトボード側にブレーキロータ59を支持する円筒状のブレーキパイロット部60と、このブレーキパイロット部60からさらにアウトボード側にホイールパイロット部61が一体に形成されている。そして、フランジ側面52aにブレーキロータ59がボルト62によって固定される。
ここで、固定部材となる外方部材51を基準に回転駆動させた状態で、ブレーキロータ59を取り付けるフランジ側面52aの面振れが規格値内、例えば50μm以下に規制されているので信頼性が高く、また、ブレーキロータ59を取り付ける時、または後に、面倒なブレーキロータ59の振れ調整を行なう必要がなくなる。
特開2000−203208号公報
こうした従来の車輪用軸受装置は、ブレーキロータ59を取り付けるフランジ側面52aの面振れが規格値内に規制されているので信頼性が高く、また、ブレーキロータ59を取り付ける時、または後に面倒なブレーキロータ59の振れ調整を行なう必要がない。しかし、自動車のNVH対策に対する要求は益々厳しくなり、出荷時にこの面振れの規制をするだけではこの厳しくなってきているNVHを抑制することは難しくなってきている。すなわち、運転中にブレーキロータ59と車輪取付フランジ52間の微小すべりによるフレッティング摩耗が発生し、ブレーキロータ59のガタが進行する。特に、高負荷下では大きなモーメント荷重がこの車輪取付フランジ52に負荷され、繰り返し変形する状況においてはフレッティング摩耗を完全に防止することは難しい。こうした車輪取付フランジ52のフレッティング摩耗によりブレーキロータ59の面振れが増大し、ブレーキジャダーを誘発する恐れがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジのフレッティング摩耗を防止することにより車両のNVHを抑制し、かつ操縦安定性を向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材および前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記内方部材または外方部材のいずれか一方に車輪およびブレーキロータが取り付けられる車輪取付フランジが一体に設けられた車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側のフランジ側面に所定の硬化層が形成されている構成を採用した。
このように、内方部材または外方部材のいずれか一方に車輪およびブレーキロータが取り付けられる車輪取付フランジが一体に設けられた車輪用軸受装置において、車輪取付フランジのアウトボード側のフランジ側面に所定の硬化層が形成されているので、フレッティング摩耗を防止してブレーキロータの面振れの劣化を抑制することができる。これにより、車両のNVHを抑制し、かつ操縦安定性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記フランジ側面からアウトボード側に延びる円筒状のブレーキパイロット部に亙る隅部に所定の硬化層が形成されていれば、装置に大きなモーメント荷重が負荷されて繰り返し引張応力が生じても、この隅部の表面に圧縮残留応力が形成され、車輪取付フランジの強度・耐久性を一層向上させることができる。
また、請求項3に記載の発明は、前記車輪取付フランジの円周等配にハブボルトが圧入されるボルト挿通孔が穿設され、このボルト挿通孔の前記フランジ側面側の開口部で前記硬化層が止まっているので、内周面の硬さは鍛造後の生のままとなってハブボルトの表面硬さより充分低くなり、ハブボルトのナールを容易に食い込ませることができる。
好ましくは、請求項4に記載の発明のように、前記ボルト挿通孔の内径が、前記ハブボルトの基部との間に径方向すきまが介在するように設定されていれば、ボルト圧入力が過大になって組立作業性が低下するようなことはない。
また、請求項5に記載の発明は、前記フランジ側面が硬化処理後に仕上げ加工され、固定部材となる前記内方部材または外方部材を基準に回転駆動させた状態で、ブレーキロータを取り付ける前記フランジ側面の面振れが規格値内に規制されているので、車両のNVHを抑制すると共に、ブレーキの偏摩耗を防止することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材および前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記内方部材または外方部材のいずれか一方に車輪およびブレーキロータが取り付けられる車輪取付フランジが一体に設けられた車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側のフランジ側面に所定の硬化層が形成されているので、フレッティング摩耗を防止してブレーキロータの面振れの劣化を抑制することができる。したがって、車両のNVHを抑制し、かつ操縦安定性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
外周に車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪とからなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのアウトボード側のフランジ側面、およびこのフランジ側面からブレーキパイロット部に亙って所定の硬化層が形成されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図、図2は図1の要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側(図面左側)、中央寄り側をインボード側(図面右側)という。
この車輪用軸受装置は、内方部材1と外方部材10、および両部材1、10間に転動自在に収容された複列の転動体(ボール)6、6とを備えている。内方部材1は、ハブ輪2と、このハブ輪2に所定のシメシロを介して圧入された別体の内輪3とからなる。
ハブ輪2は、アウトボード側の端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ4を一体に有し、この車輪取付フランジ4の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト5が植設されている。また、ハブ輪2の外周には内側転走面2aと、この内側転走面2aから軸方向に延びる円筒状の小径段部2bが形成されている。そして、外周に内側転走面3aが形成された内輪3がこの小径段部2bに圧入されている。
外方部材10は、外周に車体(図示せず)に取り付けるための車体取付フランジ10bを一体に有し、内周には複列の外側転走面10a、10aが形成されている。そして、それぞれの転走面10a、2aと10a、3a間に複列の転動体6、6が収容され、保持器7、7によりこれら複列の転動体6、6が転動自在に保持されている。また、外方部材10の端部にはシール8、9が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
ここでは、ハブ輪2の外周に直接内側転走面2aが形成された第3世代と呼称される車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこうした構造に限定されず、例えば、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第1世代あるいは第2世代構造であっても良い。なお、転動体6、6をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
ハブ輪2は、S53C等の炭素0.40〜0.80重量%を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面2aをはじめ、アウトボード側のシール8が摺接するシールランド部、および小径段部2bに亙り高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。また、外方部材10は、S53C等の炭素0.40〜0.80重量%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面10a、10aが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
ここで、ハブ輪2における車輪取付フランジ4のフランジ側面4a、およびこのフランジ側面4aからブレーキパイロット部11に亙って、高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層12が形成されている(図中クロスハッチングで示す)。ブレーキパイロット部11は、フランジ側面4aからアウトボード側に延びる円筒状に形成されブレーキロータ(図示せず)を支持しているが、このブレーキパイロット部11とフランジ側面4aの隅部11aには、装置に大きなモーメント荷重が負荷された時、繰り返し引張応力が生じる部位である。したがって、この隅部11aに硬化層12を形成することにより表面に圧縮残留応力が形成され、車輪取付フランジ4の強度・耐久性を一層向上させることができる。
本実施形態では、硬化層12の深さは0.5〜3.0mmの範囲に規制され、ハブボルト5が圧入されるボルト挿通孔13の内周面に硬化層が及ばないと共に、車輪取付フランジ4の熱処理変形を抑制するためにコンセントリング(図示せず)を使用し、予め中周波電力による予熱工程の後、超短時間(1秒前後)の高周波電力によって所望の焼入れパターンを確保している。
また、図2に拡大して示すように、ハブボルト5が圧入されるボルト挿通孔13の内周面は、フランジ側面4a側の開口部13aのみ硬化層12が形成され、実質的に内周面は鍛造後の生のままとなっている。また、ボルト挿通孔13の内径は、ハブボルト5の基部5aとの間に径方向すきまが介在するように設定されている。これにより、ボルト挿通孔13にハブボルト5のナール5bが容易に食い込むと共に、ボルト圧入力が過大になって組立作業性が低下するようなことはない。
さらに、車輪取付フランジ4におけるフランジ側面4aの硬化処理後、車輪取付フランジ4のフランジ側面4aが切削等により仕上げ加工され、従来と同様、固定部材となる外方部材10を基準に回転駆動させた状態で、ブレーキロータを取り付けるフランジ側面4aの面振れが規格値内、例えば50μm以下に規制されている。
なお、車両組立時、車輪取付フランジ4のフランジ側面4aとブレーキロータ(図示せず)間に潤滑グリース等の潤滑剤を介在させることにより、フレッティング摩耗の促進を一層抑制することができる。
本実施形態では、ハブ輪2における車輪取付フランジ4のフランジ側面4a、およびこのフランジ側面4aからブレーキパイロット部11に亙って所定の硬化層12が形成され、フレッティング摩耗を防止してブレーキロータの面振れの劣化を抑制すると共に、フランジ側面4aの硬化処理後にこのフランジ側面4aが仕上げ加工され、固定部材となる外方部材10を基準に回転駆動させた状態で、ブレーキロータを取り付けるフランジ側面4aの面振れが規格値内に規制されているので、車両のNVHを抑制し、かつ操縦安定性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
図3は、本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す正面図、図4は図3の縦断面図である。なお、この実施形態は第2世代の外輪回転タイプの車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は従動輪用であって、図示しない固定軸に装着され、車輪(図示せず)を固定するハブ輪(外方部材)14と一対の内輪(内方部材)15、15と、これらハブ輪14と内輪15間に保持器16によって転動自在に支持された複列の転動体(円すいころ)17、17とを備えている。ハブ輪14の両端部にはシール18、19が装着され、軸受内部に封入されたグリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
ハブ輪14は、アウトボード側の端部外周に車輪およびブレーキロータ(図示せず)を取付けるための車輪取付フランジ20が一体形成され、内周に複列のテーパ面からなる外側転走面14a、14aが直接形成されている。車輪取付フランジ20は、インボード側の基部21に複数のリブ21aが形成され、軽量化を図りつつ回転曲げ疲労強度を向上させている。また、車輪取付フランジ20の円周方向等配にはハブボルト(図示せず)を螺着するためのねじ孔22が形成されている。
一方、一対の内輪15は、外周に前記複列の外側転走面14a、14aに対向する内側転走面15aが形成されている。複列の転動体17、17は、これら外側転走面14aと内側転走面15aとの環状空間内にそれぞれ収容され、内輪15の大径側に形成された大鍔15bによってガイドされながら転動自在に支持されている。また、一対の内輪15、15の小径側内周面には環状溝23が形成され、鋼板プレス製の断面略コの字状に形成された連結環24が装着されている。この連結環24によって一対の内輪15、15は軸方向に一体固定され、分解組立時の作業性が向上すると共に、分解時の不具合、例えば、補修時、アウトボード側の軸受部だけが引き抜かれ、インボード側の軸受部が固定軸に残るといった不具合を防止することができる。
また、ハブ輪14の複列の外側転走面14aには高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化層が形成されている。必要に応じてシール18、19が嵌合される端部内周面にも硬化層が形成される。一方、内輪15はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで58〜64HRCの範囲で硬化処理されている。
ハブ輪14は、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、旋削加工によって所望の形状・寸法に形成され、その後、フランジ側面20aに高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層25が形成されている(図中クロスハッチングで示す)。そして、前述した実施形態と同様、ねじ孔22には硬化層25が及ばないように焼入れパターンが規制されている。これにより、フランジ側面20aのフレッティング摩耗を防止し、ブレーキロータの面触れを抑制すると共に、車輪取付フランジ20の基部21およびインボード側の端部外周等の最弱部となる部位の回転曲げ疲労強度をはじめ機械的強度が増大してハブ輪14の耐久性を向上させる。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る車輪用軸受装置は、駆動輪用あるいは従動輪用の第1世代乃至第3世代の車輪用軸受装置に適用できる。
本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。 同上、要部拡大図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す正面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
符号の説明
1・・・・・・・・・・内方部材
2、14・・・・・・・ハブ輪
2a、3a、15a・・内側転走面
2b・・・・・・・・・小径段部
3、15・・・・・・・内輪
4、20・・・・・・・車輪取付フランジ
4a、20a・・・・・フランジ側面
5・・・・・・・・・・ハブボルト
5a、21・・・・・・基部
5b・・・・・・・・・ナール部
6、17・・・・・・・転動体
7、16・・・・・・・保持器
8、18・・・・・・・アウトボード側のシール
9、19・・・・・・・インボード側のシール
10・・・・・・・・・外方部材
10a、14a・・・・外側転走面
10b・・・・・・・・車体取付フランジ
11・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
12、25・・・・・・硬化層
15b・・・・・・・・大鍔
21a・・・・・・・・リブ
22・・・・・・・・・ねじ孔
23・・・・・・・・・環状溝
24・・・・・・・・・連結環
51・・・・・・・・・外方部材
51a・・・・・・・・外側転走面
51b・・・・・・・・車体取付フランジ
52・・・・・・・・・車輪取付フランジ
52a・・・・・・・・フランジ側面
53・・・・・・・・・ハブ輪
53a、54a・・・・内側転走面
53b・・・・・・・・小径段部
54・・・・・・・・・内輪
55・・・・・・・・・内方部材
56・・・・・・・・・転動体
57・・・・・・・・・シール
58・・・・・・・・・ハブボルト
59・・・・・・・・・ブレーキロータ
60・・・・・・・・・ブレーキパイロット部
61・・・・・・・・・ホイールパイロット部
62・・・・・・・・・ボルト

Claims (5)

  1. 内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
    外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
    この内方部材および前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
    前記内方部材または外方部材のいずれか一方に車輪およびブレーキロータが取り付けられる車輪取付フランジが一体に設けられた車輪用軸受装置において、
    前記車輪取付フランジのアウトボード側のフランジ側面に所定の硬化層が形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記フランジ側面からアウトボード側に延びる円筒状のブレーキパイロット部に亙る隅部に所定の硬化層が形成されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記車輪取付フランジの円周等配にハブボルトが圧入されるボルト挿通孔が穿設され、このボルト挿通孔の前記フランジ側面側の開口部で前記硬化層が止まっている請求項1または2に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記ボルト挿通孔の内径が、前記ハブボルトの基部との間に径方向すきまが介在するように設定されている請求項3に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記フランジ側面が硬化処理後に仕上げ加工され、固定部材となる前記内方部材または外方部材を基準に回転駆動させた状態で、ブレーキロータを取り付ける前記フランジ側面の面振れが規格値内に規制されている請求項1乃至4いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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