JP2020176640A

JP2020176640A - 車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法

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Publication number: JP2020176640A
Application number: JP2019077282A
Authority: JP
Inventors: 鉄也石川; Tetsuya Ishikawa; 竜哉横田; Tatsuya Yokota; 友彦神保; Tomohiko Jimbo; 宏文井上; Hirofumi Inoue
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-15
Also published as: WO2020213553A1; JP7172822B2

Abstract

【課題】外輪フランジ部のボルトとの締結面を、規定の軸力を確保できる表面粗さとなるように旋削加工することができ、かつその旋削加工時間を短縮することができる車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法を提供する。【解決手段】車輪用軸受装置１０の外輪フランジ部５２におけるボルト６２との締結面５４の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明変数とした下記の回帰式から締結面５４の摩擦係数μを算出した値が０．０８８以上０．１７０以下となるように、締結面５４を旋削加工する。μ＝０．１５７−０．０２８×Ｒｋｕ＋０．０１２×Ｒａ−０．０４２×ＲＳｍ／１０００＋０．０００２×Ｔ但し、Ｔは、ボルト６２の締め付けトルクであり、６４Ｎｍ以上９６Ｎｍ以下の範囲で予め設定される値である。【選択図】図１

Description

本発明は、車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法に関する。

自動車等の車両において、車輪を支持するために車輪用軸受装置が用いられている。車輪用軸受装置は、車体側部材に取り付けられる外輪と、車輪が取り付けられる内軸部材と、外輪と内軸部材との間に介在している複数の玉（転動体）とを備えている。外輪は、ボルトにより車体側部材に締結される外輪フランジ部を有している、外輪フランジ部においてボルトの頭部が当接する締結面は、規定の軸力を確保できる表面粗さとなるように旋削加工されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２６９０９１号公報

上記のように外輪フランジ部の締結面を旋削加工する際に、旋削加工条件の設定次第でその締結面の表面粗さが規定の軸力を満足する粗さを十分に確保できないことがあるため、その締結面が規定の軸力を確保できる表面粗さとなるよう、前記軸力を測定して確認しながら旋削条件を設定する必要がある。このため、作業工数が多くなり、旋削加工時間（サイクルタイム）が長くなるという問題があった。

そこで、本発明は、外輪フランジ部のボルトとの締結面を、規定の軸力を確保できる表面粗さとなるように旋削加工することができ、かつその旋削加工時間を短縮することができる車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、ボルトにより外輪フランジ部を車体側部材に締結したときの軸力が、外輪フランジ部におけるボルトとの締結面の摩擦係数と相関関係にあることに着目して鋭意研究を重ねた。その結果、前記締結面の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明変数とする回帰式から前記摩擦係数を算出できることを見出した。そして、前記粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを調整し、回帰式から算出した前記摩擦係数が所定範囲内となるように前記締結面を旋削加工することで、当該締結面が規定の軸力を確保できる表面粗さとなる知見を得、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、ボルトにより車体側部材に締結される外輪フランジ部を有する外輪と、車輪が取り付けられる内軸部材と、前記外輪と前記内軸部材との間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法であって、前記外輪フランジ部における前記ボルトとの締結面の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明変数とした下記の回帰式から算出した前記締結面の摩擦係数μが０．０８８以上０．１７０以下となるように、前記締結面を旋削加工する、車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法である。
μ＝０．１５７−０．０２８×Ｒｋｕ＋０．０１２×Ｒａ−０．０４２×ＲＳｍ／１０００＋０．０００２×Ｔ
但し、Ｔは、前記ボルトの締め付けトルクであり、６４Ｎｍ以上９６Ｎｍ以下の範囲で予め設定される値である。

本発明によれば、外輪フランジ部におけるボルトとの締結面を旋削加工する際に、前記締結面の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを調整し、回帰式から算出した前記締結面の摩擦係数が０．０８８以上０．１７０以下になるまで旋削加工することで、前記締結面を規定の軸力を確保できる表面粗さにすることができる。また、前記摩擦係数を回帰式から算出することで、前記摩擦係数と相関関係にある軸力を推定できるので、従来の軸力を測定する場合に比べて作業工数が少なくなり、外輪フランジ部の締結面の旋削加工時間を短縮することができる。

本発明によれば、外輪フランジ部のボルトとの締結面を、規定の軸力を確保できる表面粗さとなるように旋削加工することができ、かつその旋削加工時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。評価試験の結果を示すグラフであり、摩擦係数の算出値と実測値との関係を示すグラフである。従来の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面の粗さ曲線を示す図であり、（ａ）はボルト締結前の締結面の粗さ曲線、（ｂ）はボルト締結後の締結面の粗さ曲線を示している。本実施形態の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面の粗さ曲線を示す図であり、（ａ）はボルト締結前の締結面の粗さ曲線、（ｂ）はボルト締結後の締結面の粗さ曲線を示している。本実施形態の加工方法により外輪フランジ部の締結面を旋削加工するときに測定した締結面の表面粗さの一例を示しており、（ａ）は粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、（ｂ）は算術平均粗さＲａ、（ｃ）は粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを示している。

図１は、本発明の実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。この車輪用軸受装置（ハブユニット）１０は、自動車の車体側に取り付けられ、車輪を回転可能に支持するものである。車輪用軸受装置１０は、内軸部材１１と、外輪１２と、転動体１３と、保持器１４とを備えている。この車輪用軸受装置１０において、軸方向とは、車輪用軸受装置１０の中心軸Ｃに平行な方向である。また、径方向とは前記軸方向に直交する方向である。

内軸部材１１は、内軸（ハブ軸）３２と、この内軸３２の軸方向他方側に外嵌した内輪３１とを有しており、これらは、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。内軸３２は、外輪１２の径方向内方側に設けられている軸本体部３３と、車輪取り付け用のフランジ部３４とを有している。軸本体部３３は軸方向に長い軸部材である。フランジ部３４は、軸本体部３３の軸方向一方側から径方向外方側に延びている。

フランジ部３４には、車輪取り付け用のボルト６１が取り付けられており、このフランジ部３４には、図外の車輪の他にブレーキロータが取り付けられる。内輪３１は、環状の部材であり、軸本体部３３の軸方向他方側の端部に外嵌して固定されている。軸本体部３３の外周には軌道面１１ａが形成され、内輪３１の外周には軌道面１１ｂが形成されている。

外輪１２は、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。外輪１２は、円筒形状である外輪本体部５１と、この外輪本体部５１から径方向外方側に延びて設けられている固定用の外輪フランジ部５２とを有している。外輪本体部５１の内周には軌道面１２ａ，１２ｂが形成されている。

軸方向一方側における外輪１２の軌道面１２ａと内軸３２の軌道面１１ａとの間には、複数の転動体１３である玉が転動自在に配置されている。軸方向他方側における外輪１２の軌道面１２ｂと内輪３１の軌道面１１ｂとの間には、複数の転動体１３である玉が転動自在に配置されている。以上より、外輪１２と内軸部材１１との間に形成されている環状空間（軸受内部）には、二列の転動体１３が設けられており、各列に含まれる複数の転動体１３は環状の保持器１４によって周方向に間隔をあけて保持されている。前記環状空間には、当該環状空間を軸方向両端から封止するシール部材１５が設けられている。

外輪フランジ部５２には、その厚み方向に貫通する複数のボルト孔５３が形成されており、各ボルト孔５３にはボルト６２が挿通され、ナックル等の車体側部材７１に螺合されている。外輪フランジ部５２の軸方向一方側の側面は、ボルト６２の頭部６２ａが当接する締結面５４とされている。外輪フランジ部５２の軸方向他方側の側面は、車体側部材７１の端面が当接する当接面５５とされている。これにより、外輪フランジ部５２はボルト６２により車体側部材７１に締結され、外輪１２を含む車輪用軸受装置１０が車体側に固定されている。

外輪フランジ部５２の締結面５４は、当該締結面５４にボルト６２の頭部６２ａが当接した状態で規定の軸力（締結力）を確保できる表面粗さとなるように旋削加工されている。具体的には、外輪フランジ部５２の締結面５４は、当該締結面５４の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明変数とした下記の回帰式から算出した締結面５４の摩擦係数μが所定範囲内となるように旋削加工されている。
μ＝０．１５７−０．０２８×Ｒｋｕ＋０．０１２×Ｒａ−０．０４２×ＲＳｍ／１０００＋０．０００２×Ｔ
但し、Ｔは、ボルト６２の締め付けトルクであり、６４Ｎｍ以上９６Ｎｍ以下の範囲で予め設定される値である。

回帰式において締結面５４の摩擦係数μを算出しているのは、ボルト６２により外輪フランジ部５２を車体側部材７１に締結したときの軸力と摩擦係数μとが相関関係にあり、算出した摩擦係数μから前記軸力を推定することができるためである。このため、摩擦係数μの前記所定範囲は、規定の軸力を確保できる範囲として、０．０８８以上０．１７０以下に設定されている。

これにより、締結面５４を旋削加工する際に前記Ｒｋｕ，Ｒａ，ＲＳｍを測定しながら調整し、これらを説明変数とする回帰式から算出した摩擦係数μが前記所定範囲内になるまで旋削加工することで、締結面５４を規定の軸力を確保できる表面粗さにすることができる。また、摩擦係数μを回帰式から算出することで、摩擦係数μと相関関係にある軸力を推定できるので、従来の軸力を測定する場合に比べて作業工数が少なくなり、締結面５４の旋削加工時間を短縮することができる。
なお、本実施形態では、外輪フランジ部５２の当接面５５も、締結面５４と同様の加工方法により旋削加工されている。このため、当接面５５の旋削加工時間も短縮することができる。

次に、本発明者らが行った回帰式の評価試験について説明する。評価試験では、３０個のサンプルを旋削加工し、各サンプルの外輪フランジ部の締結面について、回帰式から摩擦係数を算出した算出値と、摩擦係数を実際に測定した実測値とを比較した。
図２は、評価試験の結果を示すグラフであり、摩擦係数の算出値と実測値との関係を示すグラフである。図２に示すように、各サンプルの摩擦係数の算出値は、対応する摩擦係数の実測値に近い値を示しており、当該実測値との相関が高いことが分かる。また、本評価試験の結果から求めた回帰式の寄与率は０．９２６と高い値を示しており、相関性の高い回帰式であるといえる。

図３は、従来の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面の粗さ曲線を示す図であり、（ａ）はボルト締結前の締結面の粗さ曲線、（ｂ）はボルト締結後の締結面の粗さ曲線を示している。図３（ａ）に示すように、ボルト締結前の締結面の粗さ曲線では、凹凸ピッチが狭く、凹凸形状は鋭く尖っている。そして、図３（ｂ）に示すように、ボルト締結後の締結面の粗さ曲線では、ボルトの頭部に接触して潰れた凹凸形状が不均一であり、ボルトの頭部と締結面との接触面積が少ないことが分かる。従って、従来の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面は、規定の軸力を確保できない表面粗さであることが分かる。

図４は、本実施形態の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面の粗さ曲線を示す図であり、（ａ）はボルト締結前の締結面の粗さ曲線、（ｂ）はボルト締結後の締結面の粗さ曲線を示している。図４（ａ）に示すように、ボルト締結前の締結面の粗さ曲線では、図３（ａ）に示す従来の粗さ曲線よりも、凹凸ピッチが広く、凹凸形状がなだらかになっている。そして、図４（ｂ）に示すように、ボルト締結後の締結面の粗さ曲線では、図３（ｂ）に示す従来の粗さ曲線よりも、ボルトの頭部に接触して潰れた凹凸形状が均一となり、ボルトの頭部と締結面との接触面積が広いことが分かる。従って、本実施形態の加工方法により旋削加工された外輪フランジ部の締結面は、規定の軸力を確保できる表面粗さであることが分かる。

図５は、本実施形態の加工方法により外輪フランジ部の締結面を旋削加工するときに測定した締結面の表面粗さの一例を示しており、（ａ）は粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、（ｂ）は算術平均粗さＲａ、（ｃ）は粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記Ｒｋｕ，Ｒａ，ＲＳｍは、それぞれ２９回測定され、これらの測定による平均値は、順に１．８６、３．８４、１０２９であった。

前記Ｒｋｕ，Ｒａ，ＲＳｍの各平均値を用いて回帰式から算出した摩擦係数μは、締め付けトルクＴを最小値の６４Ｎｍとした場合には０．１２１となり、締め付けトルクＴを最大値の９６Ｎｍとした場合には０．１２７となった。これにより、前記Ｒｋｕ，Ｒａ，ＲＳｍの各平均値を用いて回帰式から算出した摩擦係数μは、締め付けトルクＴを６４Ｎｍ以上９６Ｎｍ以下のいずれの値に設定しても、規定の軸力を確保できる所定範囲の０．０８８以上０．１７０以下となる。従って、本測定例の場合、前記Ｒｋｕ，Ｒａ，ＲＳｍをそれぞれ測定した各平均値が１．８６、３．８４、１０２９となるように、他の車輪用軸受装置における外輪フランジ部の締結面を旋削加工することで、締結面を規定の軸力を確保できる表面粗さにすることができる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。

１０：車輪用軸受装置１１：内軸部材１２：外輪
１３：転動体１４：保持器５２：外輪フランジ部
５４締結面６２ボルト７１車体側部材

Claims

ボルトにより車体側部材に締結される外輪フランジ部を有する外輪と、車輪が取り付けられる内軸部材と、前記外輪と前記内軸部材との間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法であって、
前記外輪フランジ部における前記ボルトとの締結面の粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、算術平均粗さＲａ、及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを説明変数とした下記の回帰式から算出した前記締結面の摩擦係数μが０．０８８以上０．１７０以下となるように、前記締結面を旋削加工する、車輪用軸受装置の外輪フランジ部の加工方法。
μ＝０．１５７−０．０２８×Ｒｋｕ＋０．０１２×Ｒａ−０．０４２×ＲＳｍ／１０００＋０．０００２×Ｔ
但し、Ｔは、前記ボルトの締め付けトルクであり、６４Ｎｍ以上９６Ｎｍ以下の範囲で予め設定される値である。