JP2007292203A

JP2007292203A - 駆動車輪用軸受装置

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Publication number: JP2007292203A
Application number: JP2006120854A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Niwa; 洋丹羽; Satoru Fukuzawa; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、内方部材のかしめ部と外側継手部材の肩部との当接面に発生する異音を長期間防止できる駆動車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブ輪1と複列の転がり軸受2と等速自在継手3とがユニット化された駆動車輪用軸受装置であって、外側継手部材14の肩部19と転がり軸受2の内方部材8の内端面7aとの間に、金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受25が介在させてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する駆動車輪用軸受装置、特に、ハブ輪と等速自在継手と複列の転がり軸受とをユニット化した駆動車輪用軸受装置に関する。

例えば、ＦＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、あるいは４ＷＤ車の全輪といった自動車の駆動輪は、駆動車輪用軸受装置により懸架装置に支持されている。近年、駆動車輪用軸受装置は軽量・コンパクト化を狙って、ハブ輪と等速自在継手と軸受部とをユニット化すると共に、軸受部と等速自在継手とを分離可能とし、モジュール化と補修時の作業性向上を図る傾向にある。

図２は従来の駆動車輪用軸受装置を示す縦断面図で、内方部材５０と、外方部材６０と、等速自在継手７０とをユニット化して構成している。内方部材５０は、ハブ輪５１と、このハブ輪５１に圧入された別体の内輪５２とからなる。ハブ輪５１は、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５３を一体に有し、この車輪取付フランジ５３の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５４が植設されている。ハブ輪５２に形成した小径段部５５に内輪５２が圧入され、さらに、小径段部５５の端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部５６により、内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外方部材６０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６１を一体に有し、内周には複列の外側転走面６０ａが形成してある。一方、内方部材５０は、これら外方部材６０の外側転走面６０ａに対向する内側転走面５１ａ，５２ａがそれぞれハブ輪５１と内輪５２に一体形成してある。そして、内側転走面５１ａ，５２ａと外側転走面６０ａとの間で複列の転動体（ボール）６２が転走するようになっている。これは、いわゆる第３世代の車輪用軸受装置と呼称される構成をなしている。各列の転動体６２は保持器６３によって所定の間隔に保持される。また、外方部材６０の端部にはシール６４、６５が装着してあり、軸受内部に封入し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。

等速自在継手７０は外側継手部材７１と、継手内輪７２と、ケージ７３と、トルク伝達ボール７４とからなる。外側継手部材７１はカップ状のマウス部７５と、このマウス部７５から軸方向に延びる軸部７６を有し、マウス部７５の内周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝７１ａが形成してある。一方、トラック溝７１ａに対向し、継手内輪７２の外周には曲線状のトラック溝７２ａが形成してある。これらトラック溝７１ａ、７２ａの曲率中心は、継手中心に対して互いに軸方向に等距離だけオフセットしている。すべてのトルク伝達ボール７４はケージ７３によって同一平面に保持される。したがって、両トラック溝７１ａ、７２ａ間に収容されたトルク伝達ボール７４が、如何なる作動角においても常にその作動角の二等分面上に保持され、継手の等速性を担保している。

外側継手部材７１の軸部７６がセレーション７６ａを介してハブ輪５１とトルク伝達可能に嵌合し、かつ、かしめ部５６と外側継手部材７１の肩部７８とが当接した状態で、内方部材５０と外側継手部材７１とが固定ボルト７７により着脱自在に締結されている。

上述の構成の駆動車輪用軸受装置において、運転時にしばしばスティックスリップ音が発生することがあった。この種の異音の発生は、内方部材５０と外側継手部材７１との間で伝達されるトルクの変動に伴い、かしめ部５６と外側継手部材７１の肩部７８との当接面が擦れ合うことが原因であることが知られている。すなわち、前記トルクは外側継手部材７１の軸部７６に形成されたセレーション７６ａを介してハブ輪５１に伝達されるが、このセレーション嵌合部の円周方向ガタが大きいと、車両の加速・減速の繰り返しにより異音が発生する。また、一般的に、固定ボルト７７は高トルクで緊締されているが、トルク変動が繰り返し作用することにより生じる固定ボルト７７の緩み、あるいは、前記当接面の摩耗等によって軸力が低下する。軸力が低下すると、前述した当接面でスティックスリップ現象が発生して異音が発生する。

こうした問題を解決するために、従来の駆動車輪用軸受装置においては、セレーション嵌合部の円周方向のガタを抑制すると共に、ハブ輪５１に対して内輪５２を固定するためのかしめ部５６が平坦面に形成されている（特許文献１）。これにより、固定ボルト７７の緊締によるかしめ部５６の塑性変形が防止され、固定ボルト７７が緩むのが抑制されると共に、当接面の接触面積を増大させて摩耗が抑制され、異音の発生を防止することができる。

この種の駆動車輪用軸受装置において、前記トルクは、車両の加速・減速の繰り返しにより頻繁に変化し、外側継手部材７１の軸部７６はこのトルク伝達に伴って捩り方向に弾性変形するが、その変形量は前記トルクの変動によって頻繁に変化することになる。そして、軸部７６を捩り方向に変形させようとする力、あるいは捩り変形した軸部７６が元に戻ろうとする力が、前記当接面に作用する摩擦力よりも大きくなると、この当接面で微小な滑りが発生する。この場合、この当接面に作用する摩擦力が大きいと、滑りによってかしめ部５６と肩部７８とを擦るエネルギが大きくなって異音が発生することになる。

この異音を防止する技術が特許文献２に記載されている。
特開平１１−５４０４号公報特開２００５−１４５３１５号公報

しかし、特開２００５−１４５３１５号公報で開示されたスラスト軸受はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）やセラミックあるいはモリブデンの被膜が形成されてなるものや、プラスチックグリースが充填されてなるものである。ＤＬＣやセラミックあるいはモリブデンの被膜が形成されたスラスト軸受は、摺動によって被膜が摩耗するため長期間の対策にはならない。また、プラスチックグリースが充填されたスラスト軸受は、雨等によって油分が流出するため長期間の対策にはならない。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、内方部材のかしめ部と外側継手部材の肩部との当接面に発生する異音を長期間防止できる駆動車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された駆動車輪用軸受装置であって、前記複列の転がり軸受が、一端に車輪取付フランジを一体に有し、内周にトルク伝達用のセレーションが形成されたハブ輪と、このハブ輪に外嵌された内輪とからなり、外周に複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材に複列の転動体を介して外嵌され、内周に前記複列の内側転走面に対向する複列の外側転走面が形成された外方部材とを備え、前記等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面とを突合せ状態で、前記外側継手部材の軸部がセレーションを介して前記ハブ輪にトルク伝達可能に内嵌され、ねじ手段を介して前記ハブ輪と外側継手部材とが着脱自在に締結された駆動車輪用軸受装置において、前記外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面との間に、金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受を介装させたことを特徴とするものである。スラスト軸受が金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受であるので、摺動に対して摩耗することなく、雨等で成分が流出することなく、長期間の異音防止に効果がある。

前記フッ素樹脂の具体例を挙げるならば、ＰＴＦＥを主成分に炭素繊維と無機化合物が配合されたフッ素樹脂組成物が挙げられる。

本発明は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された駆動車輪用軸受装置であって、前記複列の転がり軸受が、一端に車輪取付フランジを一体に有し、内周にトルク伝達用のセレーションが形成されたハブ輪と、このハブ輪に外嵌された内輪とからなり、外周に複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材に複列の転動体を介して外嵌され、内周に前記複列の内側転走面に対向する複列の外側転走面が形成された外方部材とを備え、前記等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面とを突合せ状態で、前記外側継手部材の軸部がセレーションを介して前記ハブ輪にトルク伝達可能に内嵌され、ねじ手段を介して前記ハブ輪と外側継手部材とが着脱自在に締結された駆動車輪用軸受装置において、前記外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面との間に金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受を介装させたので、直接外側継手部材の肩部と内方部材の内端面かしめ部とが当接することはなく、滑りによって肩部と内方部材の内端面を擦るエネルギが小さくなって異音の発生を防止することができる。さらに、耐摩耗性に優れるため、長期的な異音防止ができる。

前記フッ素樹脂としてＰＴＦＥを主成分に炭素繊維と無機化合物が配合されたフッ素樹脂組成物を採用した場合、相手摺動面に対しても摩耗させることがなく、低コストである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の第１の実施の形態を示す。この駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪１と、複列の転がり軸受２と、等速自在継手３とをユニット化して構成している。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（図面左側）となる側をアウトボード側、中央寄り側（図面右側）をインボード側という。

ハブ輪１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、外周には複列の転がり軸受２の一方の内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されている。そして、内周にはセレーション（またはスプライン）５が形成されている。小径段部１ｂには外周に複列の転がり軸受２の他方の内側転走面６ａが形成された別体の内輪６が圧入されている。この内輪６は、小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部７によって軸方向に固定されている。ここで、かしめ部７の内端面７ａは、かしめ治具によって平坦面に形成されている。

ハブ輪１は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ４のアウトボード側の基部および内側転走面１ａをはじめ、小径段部１ｂに亙って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。なお、かしめ部７は、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。一方、内輪６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５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。

複列の転がり軸受２は、ハブ輪１と内輪６とからなる内方部材８と、この内方部材８に複列の転動体（ボール）１０、１０を介して外嵌された外方部材９とを備えている。この外方部材９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９ｂを一体に有し、内周には前記内側転走面１ａ、６ａに対向する複列の外側転走面９ａ、９ａが形成されている。また、複列の転動体１０、１０は保持器１１、１１で転動自在に保持されている。そして、複列の転がり軸受２の端部にはシール１２、１３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、外部からの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。

外方部材９は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、外側転走面９ａは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。このような構造はセルフリテイン形式の第３世代の車輪用軸受と呼称され、従来のようにナット等で強固に緊締して予圧量を管理する必要がないため、車両への組込性を簡便にすることができると共に、かつ長期間その予圧量を維持することができる。なお、ここでは、複列の転がり軸受２として転動体１０、１０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。

等速自在継手３は、外側継手部材１４と継手内輪１５とケージ１６およびトルク伝達ボール１７とを備えている。そして、外側継手部材１４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、カップ状のマウス部１８と、このマウス部１８の底部をなす肩部１９と、この肩部１９から軸方向に延びる軸部２０とを有している。マウス部１８の内周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝１８ａが形成され、このトラック溝１８ａと、肩部１９の表面には、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。

軸部２０の外周には、ハブ輪１のセレーション５に噛合するセレーション（またはスプライン）２１が形成され、また、中空に形成された軸部２０の内周には雌ねじ２２が形成されている。この雌ねじ２２に固定ボルト２３が座金２４を介して所定の締付トルクで締結され、ハブ輪１と外側継手部材１４とが着脱自在に一体に固定されている。これにより、外側継手部材１４の軸部２０の長さを短くすることができ、装置の軽量・コンパクト化が図れると共に、補修時、懸架装置を外すことなく、等速自在継手３を複列の転がり軸受２から分解することも可能となる。

金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受について説明する。
本発明のスラスト軸受は、鋼板などの金属板の表面に焼結金属や溶射金属などの多孔質層を形成し、この多孔質層中にフッ素樹脂が含浸被覆された三層構造体をリング状に打ち抜いたものである。あるいはリング状に形成した鉄鋼部材の表面に焼結金属や溶射金属などの多孔質層を形成し、この多孔質層中にフッ素樹脂が含浸被覆されたものである。含浸被覆面が摺動面となり、外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面との間に配置した場合において異音の発生を長期間防止することができる。多孔質層およびフッ素樹脂層はスラスト軸受の裏面、表面の両面に形成した方が異音防止効果は高い。

含浸被覆面を構成するフッ素樹脂は、例えば、−（ＣＦ₂−ＣＦ₂）_n−で表される四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用いることができる。また、ＰＴＦＥにパーフルオロアルキルエーテル基（−Ｃ_pＦ_2p−Ｏ−）（pは１〜４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ₂）_q−）（qは１〜２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥもＰＴＦＥと共に使用できる。これらのＰＴＦＥおよび変性ＰＴＦＥは、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用してもよいが、数平均分子量（Ｍｎ）は約５０万から１０００万が好ましく、さらに限定すれば５０万から３００万が好ましい。ＰＴＦＥの市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロン７Ｊ（テフロンは登録商標）を、変性ＰＴＦＥの市販品としては、三井・デュポンフロロケミカル社製：テフロンＴＧ７０Ｊ（テフロンは登録商標）、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ１１１、ポリフロンＭ１１２、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦＭ１６００等を例示できる。また、ＰＴＦＥの他に四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）等であってもよい。これらのフッ素樹脂の中で、特に自己潤滑性に優れ、低価格なＰＴＦＥが最も好ましい。

さらに、フッ素樹脂には高面圧下で摺動特性が良好に保てるように、炭素繊維と無機化合物を充填することが好ましい。

本発明に使用できる無機化合物は、非金属系の無機充填材であって、繊維状、粉末状、燐片状、球状、板状等どのような形状でも良いが、平均粒子径１〜５０μｍでかつアスペクト比が３以下が分散性が良いので好ましい。具体的には、硫酸カルシウム粉末、水酸化アルミニウム粉末、酸化亜鉛粉末、硫酸バリウム粉末等が例示できる。これらの中で、耐摩耗性の効果が高いための理由で硫酸カルシウム粉末が好ましい。

本発明に使用できる炭素繊維は、無機化合物と併用することでフッ素樹脂を補強できるものであれば、ピッチ系あるいはＰＡＮ系のいずれでも用いることができる。炭素繊維の繊維長は０．０５ｍｍ〜１ｍｍの短繊維であることが好ましく、さらに好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。繊維径はφ２０μｍ以下、好ましくは、φ７μｍ〜φ１５μｍであり、アスペクト比は５〜８０、好ましくは２０〜５０である。この特性を有する炭素繊維であると、フッ素樹脂への補強効果に優れ、耐摩耗特性、耐クリープ特性に優れる。また、糸種は特に限定しないが、２０００℃焼成、あるいはそれ以上の温度での処理品（黒鉛化品）より１０００℃焼成品（炭化品）の方が好ましい。なお、焼成温度については低弾性を狙った低温焼成品あるいは高弾性を狙った高温焼成品も使用できる。
炭素繊維の市販品は、ピッチ系として、クレハ社製：クレカミルドＭ１０１Ｓ、Ｍ１０１Ｆ、Ｍ１０１Ｔ、Ｍ１０７Ｓ、Ｍ１００７Ｓ、Ｍ２０１Ｓ、Ｍ２０７Ｓ、大阪ガスケミカル社製：ドナカーボンＳ２４１、Ｓ２４４、ＳＧ２４１、ＳＧ２４４を、ＰＡＮ系として、東邦レーヨン社製：ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ０１６０−０Ｈ、ＣＭＦ００７０−０Ｈが挙げられる。

フッ素樹脂における配合割合は、無機化合物が３〜３０体積％であり、炭素繊維が１〜１５体積％であり、残部がＰＴＦＥである。無機化合物が３０体積％をこえると相手部材を摩耗損傷するおそれがあり、３体積％未満であると耐摩耗性効果が顕著に発現しない。炭素繊維の配合量が３０体積％をこえると成形性に問題が生じ、３体積％未満であると補強効果に乏しく、十分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない。

また、フッ素樹脂成分の一部（フッ素樹脂成分の３０体積％未満）を、ポリイミド樹脂（ＰＩ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）に置き換えると、耐摩耗性が向上するので好ましい。しかし、ＰＩやＰＰＳが３０体積％を超えると高荷重下で摩擦係数が上昇するため好ましくない。

上述の原材料を溶媒に溶解あるいは分散させてディスパージョン液などが得られる。このディスパージョン液等を多孔質層に含浸させて溶媒を除去し、被膜を形成する。

本発明に使用できる金属板としては、鋼（ＳＰＣＣ等の構造用圧延鋼等）あるいは鋼以外の金属、例えばステンレス鋼または青銅などの銅系合金等が使用できる。また、金属板表面には、焼結金属等の多孔質層との密着性強化のため、多孔質層と同じ金属のめっきをするのが好ましい。本発明に使用できる多孔質層としては焼結金属や金属溶射が好ましく、焼結金属、金属溶射としては、銅あるいは青銅等の銅合金が摩擦摩耗特性に優れ好ましい。

本発明におけるスラスト軸受は、厚さが０．５ｍｍ〜３．５ｍｍの間であれば良く、０．５ｍｍ未満であれば取扱い感が悪く、３．５ｍｍを超える場合は材料コストが嵩む。

このようなスラスト軸受２５をかしめ部７と肩部１９間に介装させることにより、直接かしめ部７と肩部１９が当接することはなく、当接面、すなわち、かしめ部７とスラスト軸受２５、および肩部１９とスラスト軸受２５に作用する摩擦力が格段に減少する。したがって、滑りによってかしめ部７と肩部１９を擦るエネルギが小さくなって異音の発生を防止することができる。さらに、従来技術では耐摩耗性や潤滑成分の流出が生じていたが、これらの従来技術の問題点を解決することができる。

本発明の実施の形態を示す駆動車輪用軸受装置の縦断面図従来の技術を示す駆動車輪用軸受装置の縦断面図

符号の説明

１ハブ輪
１ａ内側転走面
１ｂ小径段部
２複列転がり軸受
３等速自在継手
４車輪取付フランジ
５セレーション（またはスプライン）
６内輪
６ａ内側転走面
７かしめ部
７ａ内端面
８内方部材
９外方部材
９ｂ車体取付フランジ
１０転動体（ボール）
１１保持器
１２、１３シール
１４外側継手部材
１５継手内輪
１６ケージ
１７トルク伝達ボール
１８マウス部
１８ａトラック溝
１９肩部
２０軸部
２１セレーション（またはスプライン）
２２雌ねじ
２３固定ボルト
２４座金
２５スラスト軸受

Claims

ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された駆動車輪用軸受装置であって、
前記複列の転がり軸受が、一端に車輪取付フランジを一体に有し、内周にトルク伝達用のセレーションが形成されたハブ輪と、このハブ輪に外嵌された内輪とからなり、外周に複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材に複列の転動体を介して外嵌され、内周に前記複列の内側転走面に対向する複列の外側転走面が形成された外方部材とを備え、前記等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面とを突合せ状態で、前記外側継手部材の軸部がセレーションを介して前記ハブ輪にトルク伝達可能に内嵌され、ねじ手段を介して前記ハブ輪と外側継手部材とが着脱自在に締結された駆動車輪用軸受装置において、
前記外側継手部材の肩部と前記内方部材の内端面との間に、金属板に形成された多孔質層にフッ素樹脂が含浸されたスラスト軸受を介装させたことを特徴とする駆動車輪用軸受装置。
前記フッ素樹脂がＰＴＦＥを主成分に炭素繊維と無機化合物が配合されたフッ素樹脂組成物であることを特徴とする請求項１に記載の駆動車輪用軸受装置。