JP4013675B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置に係り、詳しくは、回転輪に設けられたフランジに、ディスクブレーキ装置のディスクロータ等を固定するためのボルトを取り付ける取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動車などの車輪を支持する転がり軸受装置では、内輪を有する回転輪側ハブ軸または外輪の外周部にフランジが形成され、このフランジの円周数ヶ所に貫通孔が設けられる。この貫通孔に対して車輪およびブレーキ用ディスクロータを固定するためのボルトが圧入により取り付けられる。
【０００３】
なお、上記ハブ軸または外輪は、鍛造加工によりフランジを有する形に成形され、そのフランジに、ディスクロータが当接される面(取り付け面)が切削加工により形成される。フランジの貫通孔は、ハブ軸もしくは外輪の中心軸を基準にして、この中心軸と平行の軸線に沿ってドリルにより穿設される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フランジの貫通孔へのボルトの取り付けの際、ボルトの頭部は、フランジ側のボルト座面に大きな加圧力で圧接する。この場合、ボルト座面が基準のボルト座面(回転輪の中心軸と直交する平面)に対して傾いていると、ボルト頭部とフランジ側のボルト座面との圧接に伴い、ボルト頭部がボルト座面に沿って傾き、ボルトには、これを貫通孔の中心軸に対して傾ける力が作用する。この力によりボルトのフランジに対する取り付け角度が傾き、いわゆる「ボルト倒れ」が生じる。
【０００５】
このように、ボルト倒れによりボルトの中心軸がハブ軸等の中心軸に対して傾斜していると、車輪やディスクロータをハブ軸等のフランジに円滑に取り付けることができなくなる。
【０００６】
このため、自動車などに使用される転がり軸受装置では、ボルトの傾きを許容範囲内に収める必要がある。しかし、それには、フランジのボルト座面を旋削加工したり、鍛造の精度を上げる等、ボルト座面を基準の座面に近づけるための何らかの加工が必要で、製造上の負担が大きかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、上記の問題点について種々検討した結果、ボルトの頭部と、フランジ側の部分とが、フランジの背面のような、ボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面で接触しないようにすれば、ボルト倒れを回避しうることに気付き、この知見に基づき、以下の発明を創案するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、固定輪と、この固定輪に対して同心状に配置される回転輪と、この回転輪と前記固定輪との間に介装される複数の転動体とを含み、前記回転輪に、ブレーキ用ディスクロータや車輪が取り付けられるフランジが径方向外向きに設けられ、このフランジの円周数ヶ所に貫通孔が設けられ、この貫通孔に、前記ディスクロータや車輪を固定するためのボルトがそれぞれ圧入により回り止めかつ抜け止めされた状態で装着されており、前記ボルトは、頭部と、該頭部側にセレーションが形成された軸部とからなり、前記ボルトの頭部と、前記貫通孔において前記ボルト頭部と対面する開口周縁とに、前記フランジに対するボルトの装着姿勢を規制するためのテーパ面が設けられ、前記ボルトのテーパ面と前記セレーションとの間に環状の溝が形成されている転がり軸受装置を構成している。
【０００９】
上記構成において、フランジへのボルトの取り付けの際、フランジの貫通孔にボルトを圧入すると、ボルト頭部と貫通孔の開口周縁とは、テーパ面を介して接触し、ボルト頭部は、従来のようにボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面でフランジ側と接触しない。ボルト頭部は、テーパ面により貫通孔と芯合わせされる状態でフランジ側に受け止められて、貫通孔の中心軸に沿った姿勢に保たれる。そのため、フランジの背面が回転輪の中心軸と直交する平面に対して傾いていても、ボルトには、これを貫通孔の中心軸に対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルトは、貫通孔の中心軸と同心となった状態で貫通孔に固定され、ボルト倒れは生じない。
【００１０】
上記の構成のうち、ボルト側のテーパ面の形成範囲は、ボルト頭部の外周より小さいものであってもよいが、ボルト頭部のテーパ面が、該頭部の外周縁に及ぶ大きさのものである場合、ボルト頭部には、ボルトの中心軸と直交する座面が存在しなくなるから、ボルト頭部と、貫通孔の周囲部分とが、ボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面で接触することはない。
【００１１】
ボルトの頭部に設けられたテーパ面には、セレーションを設けてもよい。このセレーションがあると、ボルトの回り止め効果が増す。
【００１２】
テーパ面の貫通孔もしくはボルトの中心軸に対する角度は、３０度以上の鋭角に設定されていることが望ましく、前記角度が３０度未満であると、楔効果が生じ、ボルト頭部が貫通孔内に深く食い込み、貫通孔の周囲部分を変形させるおそれがある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１から図３に本発明の第１実施形態を示しており、図１は、第１実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図、図２は、図１のイーイ線に沿った断面図で、フランジの背面を示している。図３は、ボルト取り付け部分の拡大断面図で、ボルトの圧入前の状態を示している。本実施形態では、自動車の駆動輪側に用いられる転がり軸受装置を例に挙げる。
【００１４】
図示の転がり軸受装置１は、内輪回転型で、中空形状のハブ軸２と、複列転がり軸受３とを有している。
【００１５】
ハブ軸２は、内軸部４と、この内軸部４の軸方向一端側(図において右側で、車体のアウター側)から径方向外方に延びるフランジ５とからなる。フランジ５は、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７を取り付けるためのもので、車体アウター側の面が取り付け面５ａとなっている。フランジ５の円周数ヶ所には、貫通孔８が穿設されており、この貫通孔８に対してはボルト９が圧入固定される。このボルト９は、フランジ５の取り付け面５ａにディスクロータ６や車輪７を固定するためのものである。ボルト９は、頭部９１と軸部９２とからなり、軸部９２の付け根側にセレーション９ａが、それより先端側にはセレーション９ａより小径のねじ溝９ｂがそれぞれ形成されている。
【００１６】
前記貫通孔８の各部分のうち、フランジ５の背面側、すなわちボルト頭部９１と対面する側の開口周縁には、図３に明示されるように、外方ほど開いたテーパ面８ａが形成されている。このテーパ面８ａは、貫通孔８の中心軸Ｐを軸とする円錐面となっている。テーパ面８ａは、後に説明するボルト頭部９１側のテーパ面との共働により、フランジ５に対するボルト９の装着姿勢を規制するもので、ボルト頭部９１を貫通孔８の中心軸Ｐと同心となる状態に受け止める。
【００１７】
貫通孔８の中心軸Ｐに対するテーパ面８ａの開き角度θ1は、図示のものでは４５度であるが、３０度以上の鋭角が採用可能である。開き角度θ1が３０度未満であると、ボルト頭部９１に対して楔効果が生じ、ボルト頭部９１がそれに加わる加圧力により、貫通孔８を押し広げるようにして貫通孔８内に入り込み、貫通孔８の周囲部分を変形させるおそれがある。開き角度θ1としては、４５度以上、７５度以下の範囲の角度が好適である。
【００１８】
テーパ面８ａの形成深さＤは、図面では発明を明瞭に示すために、大きな値のものにしているが、実際には、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの深さが許容範囲である。ただし、その形成深さＤの値は、フランジ５の肉厚の４０％以内に収める必要がある。形成深さＤが０．５ｍｍ未満であると、テーパ面８ａの面積が小さく、テーパ面としての所期の効果が得られない。形成深さＤが３．０ｍｍを超えるか、フランジ５の肉厚の４０％以内に収まっていないと、セレーション９ａと貫通孔８内周面との噛み合い幅が不足し、ボルト９の固定強度が低下したり、所期の周り止め効果が得られなくなるおそれがある。１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの形成深さＤが好適である。
【００１９】
なお、テーパ面８ａの形成深さＤを深くすれば、テーパ面８ａの形成範囲(フランジ５の背面側から見た場合のテーパ面８ａの広がり)Ｓ1は広くなり、形成深さＤが浅ければ、形成範囲Ｓ1は狭くなるから、形成深さＤを設定することで、形成範囲Ｓ1を決めることができる。
【００２０】
テーパ面８ａの形成については種々の方法が可能で、例えば、貫通孔８がフランジ５の取り付け面5ａ側からの切削により形成される場合、前記のように形成された貫通孔８に、フランジ５の背面側からの面取り加工によりテーパ面８ａが形成される。貫通孔８がフランジ５の背面側からの切削で形成される場合は、段付きドリルを用いることで、貫通孔８の切削と同時的にテーパ面８ａが形成される。また、従来より、貫通孔８の開口周縁には、いわゆる「バリ取り」のために面取り加工が施されているから、その加工条件を適宜調整することにより、本発明におけるテーパ面８ａが形成されるようにしてもよい。
【００２１】
一方、ボルト９にはその頭部９１から軸部９２にかけて、貫通孔８側のテーパ面８ａに対応して、ボルト９の先端側ほど小径となるテーパ面９ｃが形成されている。このテーパ面９ｃは、ボルト９の中心軸Ｑを軸とする円錐面となっている。テーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａと面接触するよう、そのボルト中心軸Ｑに対する角度θ2は、貫通孔８側のテーパ面８ａの開き角度θ1と同一に設定されており、図示のものでは、４５°である。なお、貫通孔８側のテーパ面８ａの開き角度θ1の設定が変われば、これに応じてボルト頭部９１側のテーパ面９ｃのボルト中心軸Ｑに対する角度θ2の設定も変更されることは、言うまでもない。
【００２２】
このテーパ面９ｃの形成範囲Ｓ2は、ボルト頭部９１の外周より狭くてもよいが、その場合は、テーパ面９ｃの外側に、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面が存在することになる。本実施形態では、テーパ面９ｃは、貫通孔８側のテーパ面８ａの形成範囲Ｓ1より大きい形成範囲Ｓ2で、かつボルト頭部９１の外周縁に及ぶ大きさとなっており、ボルト頭部９１は、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっている。
【００２３】
ボルト頭部９１のテーパ面９ｃは、例えば、ボルト９の素体を鍛造加工により製作する際、その鍛造により形成される。あるいは、ボルト９の素体を旋削加工することで形成されることもある。
【００２４】
前記のボルト９は、その頭部９１側のテーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接するまで、貫通孔８内に圧入される。貫通孔８内では、その内周面にボルト９のセレーション９ａが噛み合うことで、ボルト９は貫通孔８に回り止めされた状態で、かつ先端部がフランジ５の取り付け面５ａから軸方向外方に突出する形で固定される。
【００２５】
また、ボルト９において、セレーション９ａとテーパ面９ｃとの間に形成されている逃がし溝９ｄは、セレーション９ａを貫通孔８の内周面に食い込ませたときに発生する金属片の逃げ溝としての効果があり、前記の金属片が貫通孔８のテーパ面8ａとボルト９のテーパ面９ａの間に入り込むことでボルト９が貫通孔８に対して傾斜することがないよう、テーパ面8ａ、９ａどうしを安定した状態で圧接させるのに重要な役割をもつ。
【００２６】
このようにボルト５が突設されたフランジ５の取り付け面５ａに対して、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７が、ボルト９を貫通させた状態で当接される。ディスクロータ６と車輪７とを貫通しているボルト９の先端部にはナット１０が螺合されて締め付けられる。この締め付けにより、ナット１０とフランジ５との間に、ディスクロータ６と車輪７とが挟圧固定される。
【００２７】
図１に戻って、複列転がり軸受３は、ここでは複列外向きアンギュラ玉軸受であって、ハブ軸２の内軸部４の外周に、内軸部４の一部を共有する形で設けられている。
【００２８】
すなわち、複列転がり軸受３は、二列の軌道溝を有する単一の外輪１１と、外周部に外輪１１の車体インナー側(図１において左側)の軌道溝と対向する軌道溝を有する内輪１２と、内軸部４の大径外周部で構成されて外輪１１の車体アウター側(図１において右側)の軌道溝と対向する内軸軌道部４ａと、外輪１１、内輪１２および内軸軌道部４ａ間に二列に配設される複数の玉１３，１３…と、二つの冠形保持器１４，１４とからなる。なお、他方の内輪１２はハブ軸２とは別部材で、内軸部４の小径外周部４ｂに嵌合され、小径外周部４ｂの外端を拡開することでその嵌合位置に固定されている。外輪１１の外周部で車体インナー側(図において左側)にはキャリア１５等の取り付け用のフランジ１６が形成されている。
【００２９】
なお、ハブ軸２の中空部内にはドライブシャフト１７が挿入される。ドライブシャフト１７は、その挿入端に螺合されるナット１８の締め付けにより、ハブ軸２に固定される。外輪１１のフランジ１６には、車体側の部材であるキャリア１５がボルト１９により取り付けられる。
【００３０】
上記の構成において、ハブ軸２のフランジ５の貫通孔８にボルト９を圧入すると、ボルト９のセレーション９ａが貫通孔８の内周面に食い込むとともに、ボルト頭部９１のテーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接する。この場合、テーパ面８ａ，９ｃどうしの接触により、ボルト頭部９１は、貫通孔８と芯合わせされる状態でフランジ５側に受け止められて、貫通孔８の中心軸Ｐに沿った姿勢に保たれる。そのため、フランジ５の背面がハブ軸２の中心軸Ｏと直交する平面Ｒに対して傾斜していても、ボルト９には、これを貫通孔８の中心軸Ｐに対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルト９は、貫通孔８の中心軸Ｐと同心となった状態で貫通孔８に固定される。これにより、ボルト倒れの発生が防止される。
【００３１】
なお、本実施形態では、ボルト９側のテーパ面９ｃは、ボルト頭部９１の外周縁に及ぶ大きさで、ボルト頭部９１は、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっているが、このテーパ面９ｃは、ボルト頭部９１の外周より小さい広がりのものであってもよい。
【００３２】
ボルト９側のテーパ面９ｃが、ボルト頭部９１の外周より小さい広がりのものである場合、そのテーパ面９ｃの外側に、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面が存在することになる。ボルト頭部９１に上記のような座面がある場合は、図３にも示したように、貫通孔８側のテーパ面８ａの形成範囲Ｓ1を、ボルト９側のテーパ面９ｃの形成範囲Ｓ2より狭くすることで、ボルト頭部９１が貫通孔８内に深く入り込まないようにし、ボルト頭部９１側にある座面が、貫通孔８の周囲部分と接触しないようにする必要がある。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図である。ここでは、自動車の従動輪側に用いられる転がり軸受装置を例に挙げる。図示の転がり軸受装置２０は、外輪回転型であって、複列転がり軸受２１を備えている。
【００３４】
複列転がり軸受２１は、この実施形態では複列外向きアンギュラ玉軸受であって、二列の軌道溝を有する単一の外輪２２と、２個一組でそれぞれに一列の軌道溝を有する内輪２３，２３と、内外両輪２２，２３間に二列に配設される複数の玉２４，２４…と、二つの冠形保持器２５，２５とからなる。
【００３５】
複列転がり軸受２１の回転輪である外輪２２の軸端側(図において右側で、車体のアウター側)の外周部には、径方向外方に延びるフランジ２６が一体に形成されている。このフランジ２６は、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７を取り付けるためのものである。フランジ２６の円周数ヶ所には、貫通孔２７が穿設されている。この貫通孔２７に対しては、ディスクロータ６等を固定するためのボルト２８が軸方向外方に突出する形で圧入固定されている。ボルト２８は、頭部２８１と軸部２８２とからなり、軸部２８２の付け根側にセレーション２８ａが、それより先端側にはセレーション２８ａより小径のねじ溝２８ｂがそれぞれ形成されている。
【００３６】
前記貫通孔２７の各部分のうち、フランジ２６の背面側、すなわちボルト頭部２８１と対面する側の開口周縁には、第１実施形態と同様に、外方ほど開いた円錐面形状のテーパ面２７ａが形成されている。このテーパ面２７ａの貫通孔２７の中心軸Ｐに対する開き角度や、テーパ面２７ａの形成深さ等についての許容条件、好適条件は、第１実施形態の貫通孔８のテーパ面８ａと変わらない。
【００３７】
ボルト２８には、その頭部２８１から軸部２８２にかけて、貫通孔２７側のテーパ面２７ａに対応して、ボルト２８の先端側ほど小径となるテーパ面２８ｃが形成されている。このテーパ面２８ｃは、貫通孔２７側のテーパ面２７ａと面接触するよう、ボルト２８の中心軸Ｑに対する角度は、貫通孔２７側のテーパ面２７ａの開き角度と同一に設定されている。
【００３８】
このテーパ面２８ｃは、本実施形態では、貫通孔２７側のテーパ面２７ａの形成範囲より大きい形成範囲で、かつボルト頭部２８１の外周縁に及ぶ大きさとなっており、ボルト頭部２８１は、ボルト２８の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっている。
【００３９】
また、ボルト２８のセレーション２８ａとテーパ面２８ｃとの間の外周面には、環状の逃がし溝２８ｄが形成されている。この逃がし溝２８ｄは、ボルト２８を貫通孔２７に圧入した際にセレーション２８ａが貫通孔２７の内周面を削ることで生じる金属片を収容するもので、金属片がボルト２８側のテーパ面２８ｃと貫通孔２７側のテーパ面２７ａとの間に侵入して、ボルト２８が貫通孔２７に対して傾斜して取り付けられてしまうことを防止する。
【００４０】
なお、固定輪である内輪２３の内周には、特に図示しないが、通常は中空のハブ軸が挿入されて、内輪２３に固定される。そのハブ軸には、車体インナー側(図において左側)で径方向外方に延びるフランジが形成されており、このフランジにキャリアのような車体側の固定部材が取り付けられる。
【００４１】
上記の構成において、フランジ２６の貫通孔２７にボルト２８を圧入すると、ボルト頭部２８１のテーパ面２８ｃが貫通孔２７側のテーパ面２７ａに圧接する。この場合、ボルト頭部２８１は、テーパ面２７ａ，２８ｃどうしの接触により、貫通孔２７と芯合わせされる状態でフランジ２６側に受け止められて、貫通孔２７の中心軸Ｐに沿った姿勢に保たれる。そのため、ボルト２８には、これを貫通孔２７の中心軸Ｐに対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルト２８は、貫通孔２７の中心軸Ｐと同心となった状態で貫通孔２７に固定される。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
図５は、ボルトの他の実施形態を示すものである。この実施形態のボルトは、第１実施形態のボルト９や第２実施形態のボルト２８と同じように使用されるもので、第１実施形態に準じて説明すると、頭部９１と軸部９２とからなり、軸部９２の付け根側にセレーション９ａが、それより先端側にはセレーション９ａより小径のねじ溝９ｂがそれぞれ形成され、頭部９１から軸部９２にかけて、テーパ面９ｃが形成されている。そして、テーパ面９ｃには、放射状にセレーション９ｅが形成されている。このセレーション９ｅを有するテーパ面９ｃが、貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接することで、その間に食い込みが生じるから、回り止め効果が増大する。
【００４３】
また、ボルト９において、セレーション９ａとテーパ面９ｃとの間に逃がし溝９ｄが形成されている。この逃がし溝９ｄは、セレーション９ａを貫通孔８の内周面に食い込ませたときに発生する金属片の逃げ溝としての効果があり、前記の金属片が貫通孔８のテーパ面8ａとボルト９のテーパ面９ａの間に入り込むことでボルト９が貫通孔８に対して傾斜することがないよう、テーパ面8ａ、９ａどうしを安定した状態で圧接させるのに重要な役割をもつ。
【００４４】
本発明は、各実施形態に示した自動車用の転がり軸受装置に限らず、他の同構造の転がり軸受装置、すなわち回転輪にフランジが設けられ、そのフランジの貫通孔にボルトが圧入固定される構造を有する転がり軸受装置にも適用可能である。
【００４５】
本発明の転がり軸受装置に含まれる転がり軸受は、各実施形態におけるような複列外向きアンギュラ玉軸受に限らず、他のタイプの玉軸受でもよいし、ころ軸受でもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、フランジの貫通孔へのボルトの圧入の際、ボルトの頭部は、テーパ面を介して貫通孔の開口周縁に接触して、貫通孔の中心軸に芯合わせされる状態で受け止められるから、ボルト頭部が貫通孔の中心軸に対して傾くようなことがなく、ボルトには、これを傾ける力が作用しない。したがって、ボルトは、貫通孔の中心軸と同心の所要の向きで固定されることになり、いわゆる「ボルト倒れ」が未然に防止され、フランジへのディスクロータや車輪の取り付けを支障なく行える。
【００４７】
また、貫通孔側のテーパ面の形成については、従来、貫通孔の開口周縁に対して施されている「バリ取り」のための面取り加工を利用し、その加工条件を適宜調整することで、テーパ面が形成されるから、製造上の負担の増加を抑えて、容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図。
【図２】 図１のイーイ線に沿った断面図で、上半部はボルトを取り付けたフランジの背面を、下半部はボルト取り付け前のフランジの背面をそれぞれ示している。
【図３】 図１の装置のボルト取り付け部分の拡大断面図で、ボルトの圧入前の状態を示している。
【図４】 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図。
【図５】 ボルトの他の実施形態を示す側面図。
【符号の説明】
２ ハブ軸
３ 複列転がり軸受(転がり軸受)
４ 中空軸部(回転輪)
５ フランジ
６ ディスクロータ
７ 車輪
８ 貫通孔
８ａ テーパ面
９ ボルト
９１ ボルト頭部
９ｃ テーパ面
１１ 外輪(固定輪)
１３ 玉(転動体)
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受装置に係り、詳しくは、回転輪に設けられたフランジに、ディスクブレーキ装置のディスクロータ等を固定するためのボルトを取り付ける取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動車などの車輪を支持する転がり軸受装置では、内輪を有する回転輪側ハブ軸または外輪の外周部にフランジが形成され、このフランジの円周数ヶ所に貫通孔が設けられる。この貫通孔に対して車輪およびブレーキ用ディスクロータを固定するためのボルトが圧入により取り付けられる。
【０００３】
なお、上記ハブ軸または外輪は、鍛造加工によりフランジを有する形に成形され、そのフランジに、ディスクロータが当接される面(取り付け面)が切削加工により形成される。フランジの貫通孔は、ハブ軸もしくは外輪の中心軸を基準にして、この中心軸と平行の軸線に沿ってドリルにより穿設される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フランジの貫通孔へのボルトの取り付けの際、ボルトの頭部は、フランジ側のボルト座面に大きな加圧力で圧接する。この場合、ボルト座面が基準のボルト座面(回転輪の中心軸と直交する平面)に対して傾いていると、ボルト頭部とフランジ側のボルト座面との圧接に伴い、ボルト頭部がボルト座面に沿って傾き、ボルトには、これを貫通孔の中心軸に対して傾ける力が作用する。この力によりボルトのフランジに対する取り付け角度が傾き、いわゆる「ボルト倒れ」が生じる。
【０００５】
このように、ボルト倒れによりボルトの中心軸がハブ軸等の中心軸に対して傾斜していると、車輪やディスクロータをハブ軸等のフランジに円滑に取り付けることができなくなる。
【０００６】
このため、自動車などに使用される転がり軸受装置では、ボルトの傾きを許容範囲内に収める必要がある。しかし、それには、フランジのボルト座面を旋削加工したり、鍛造の精度を上げる等、ボルト座面を基準の座面に近づけるための何らかの加工が必要で、製造上の負担が大きかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、上記の問題点について種々検討した結果、ボルトの頭部と、フランジ側の部分とが、フランジの背面のような、ボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面で接触しないようにすれば、ボルト倒れを回避しうることに気付き、この知見に基づき、以下の発明を創案するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、固定輪と、この固定輪に対して同心状に配置される回転輪と、この回転輪と前記固定輪との間に介装される複数の転動体とを含み、前記回転輪に、ブレーキ用ディスクロータや車輪が取り付けられるフランジが径方向外向きに設けられ、このフランジの円周数ヶ所に貫通孔が設けられ、この貫通孔に、前記ディスクロータや車輪を固定するためのボルトがそれぞれ圧入により回り止めかつ抜け止めされた状態で装着されており、前記ボルトは、頭部と、該頭部側にセレーションが形成された軸部とからなり、前記ボルトの頭部と、前記貫通孔において前記ボルト頭部と対面する開口周縁とに、前記フランジに対するボルトの装着姿勢を規制するためのテーパ面が設けられ、前記ボルトのテーパ面と前記セレーションとの間に環状の溝が形成されている転がり軸受装置を構成している。
【０００９】
上記構成において、フランジへのボルトの取り付けの際、フランジの貫通孔にボルトを圧入すると、ボルト頭部と貫通孔の開口周縁とは、テーパ面を介して接触し、ボルト頭部は、従来のようにボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面でフランジ側と接触しない。ボルト頭部は、テーパ面により貫通孔と芯合わせされる状態でフランジ側に受け止められて、貫通孔の中心軸に沿った姿勢に保たれる。そのため、フランジの背面が回転輪の中心軸と直交する平面に対して傾いていても、ボルトには、これを貫通孔の中心軸に対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルトは、貫通孔の中心軸と同心となった状態で貫通孔に固定され、ボルト倒れは生じない。
【００１０】
上記の構成のうち、ボルト側のテーパ面の形成範囲は、ボルト頭部の外周より小さいものであってもよいが、ボルト頭部のテーパ面が、該頭部の外周縁に及ぶ大きさのものである場合、ボルト頭部には、ボルトの中心軸と直交する座面が存在しなくなるから、ボルト頭部と、貫通孔の周囲部分とが、ボルト挿入方向と直角に近い角度で交差する面で接触することはない。
【００１１】
ボルトの頭部に設けられたテーパ面には、セレーションを設けてもよい。このセレーションがあると、ボルトの回り止め効果が増す。
【００１２】
テーパ面の貫通孔もしくはボルトの中心軸に対する角度は、３０度以上の鋭角に設定されていることが望ましく、前記角度が３０度未満であると、楔効果が生じ、ボルト頭部が貫通孔内に深く食い込み、貫通孔の周囲部分を変形させるおそれがある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１から図３に本発明の第１実施形態を示しており、図１は、第１実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図、図２は、図１のイーイ線に沿った断面図で、フランジの背面を示している。図３は、ボルト取り付け部分の拡大断面図で、ボルトの圧入前の状態を示している。本実施形態では、自動車の駆動輪側に用いられる転がり軸受装置を例に挙げる。
【００１４】
図示の転がり軸受装置１は、内輪回転型で、中空形状のハブ軸２と、複列転がり軸受３とを有している。
【００１５】
ハブ軸２は、内軸部４と、この内軸部４の軸方向一端側(図において右側で、車体のアウター側)から径方向外方に延びるフランジ５とからなる。フランジ５は、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７を取り付けるためのもので、車体アウター側の面が取り付け面５ａとなっている。フランジ５の円周数ヶ所には、貫通孔８が穿設されており、この貫通孔８に対してはボルト９が圧入固定される。このボルト９は、フランジ５の取り付け面５ａにディスクロータ６や車輪７を固定するためのものである。ボルト９は、頭部９１と軸部９２とからなり、軸部９２の付け根側にセレーション９ａが、それより先端側にはセレーション９ａより小径のねじ溝９ｂがそれぞれ形成されている。
【００１６】
前記貫通孔８の各部分のうち、フランジ５の背面側、すなわちボルト頭部９１と対面する側の開口周縁には、図３に明示されるように、外方ほど開いたテーパ面８ａが形成されている。このテーパ面８ａは、貫通孔８の中心軸Ｐを軸とする円錐面となっている。テーパ面８ａは、後に説明するボルト頭部９１側のテーパ面との共働により、フランジ５に対するボルト９の装着姿勢を規制するもので、ボルト頭部９１を貫通孔８の中心軸Ｐと同心となる状態に受け止める。
【００１７】
貫通孔８の中心軸Ｐに対するテーパ面８ａの開き角度θ1は、図示のものでは４５度であるが、３０度以上の鋭角が採用可能である。開き角度θ1が３０度未満であると、ボルト頭部９１に対して楔効果が生じ、ボルト頭部９１がそれに加わる加圧力により、貫通孔８を押し広げるようにして貫通孔８内に入り込み、貫通孔８の周囲部分を変形させるおそれがある。開き角度θ1としては、４５度以上、７５度以下の範囲の角度が好適である。
【００１８】
テーパ面８ａの形成深さＤは、図面では発明を明瞭に示すために、大きな値のものにしているが、実際には、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの深さが許容範囲である。ただし、その形成深さＤの値は、フランジ５の肉厚の４０％以内に収める必要がある。形成深さＤが０．５ｍｍ未満であると、テーパ面８ａの面積が小さく、テーパ面としての所期の効果が得られない。形成深さＤが３．０ｍｍを超えるか、フランジ５の肉厚の４０％以内に収まっていないと、セレーション９ａと貫通孔８内周面との噛み合い幅が不足し、ボルト９の固定強度が低下したり、所期の周り止め効果が得られなくなるおそれがある。１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの形成深さＤが好適である。
【００１９】
なお、テーパ面８ａの形成深さＤを深くすれば、テーパ面８ａの形成範囲(フランジ５の背面側から見た場合のテーパ面８ａの広がり)Ｓ1は広くなり、形成深さＤが浅ければ、形成範囲Ｓ1は狭くなるから、形成深さＤを設定することで、形成範囲Ｓ1を決めることができる。
【００２０】
テーパ面８ａの形成については種々の方法が可能で、例えば、貫通孔８がフランジ５の取り付け面5ａ側からの切削により形成される場合、前記のように形成された貫通孔８に、フランジ５の背面側からの面取り加工によりテーパ面８ａが形成される。貫通孔８がフランジ５の背面側からの切削で形成される場合は、段付きドリルを用いることで、貫通孔８の切削と同時的にテーパ面８ａが形成される。また、従来より、貫通孔８の開口周縁には、いわゆる「バリ取り」のために面取り加工が施されているから、その加工条件を適宜調整することにより、本発明におけるテーパ面８ａが形成されるようにしてもよい。
【００２１】
一方、ボルト９にはその頭部９１から軸部９２にかけて、貫通孔８側のテーパ面８ａに対応して、ボルト９の先端側ほど小径となるテーパ面９ｃが形成されている。このテーパ面９ｃは、ボルト９の中心軸Ｑを軸とする円錐面となっている。テーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａと面接触するよう、そのボルト中心軸Ｑに対する角度θ2は、貫通孔８側のテーパ面８ａの開き角度θ1と同一に設定されており、図示のものでは、４５°である。なお、貫通孔８側のテーパ面８ａの開き角度θ1の設定が変われば、これに応じてボルト頭部９１側のテーパ面９ｃのボルト中心軸Ｑに対する角度θ2の設定も変更されることは、言うまでもない。
【００２２】
このテーパ面９ｃの形成範囲Ｓ2は、ボルト頭部９１の外周より狭くてもよいが、その場合は、テーパ面９ｃの外側に、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面が存在することになる。本実施形態では、テーパ面９ｃは、貫通孔８側のテーパ面８ａの形成範囲Ｓ1より大きい形成範囲Ｓ2で、かつボルト頭部９１の外周縁に及ぶ大きさとなっており、ボルト頭部９１は、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっている。
【００２３】
ボルト頭部９１のテーパ面９ｃは、例えば、ボルト９の素体を鍛造加工により製作する際、その鍛造により形成される。あるいは、ボルト９の素体を旋削加工することで形成されることもある。
【００２４】
前記のボルト９は、その頭部９１側のテーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接するまで、貫通孔８内に圧入される。貫通孔８内では、その内周面にボルト９のセレーション９ａが噛み合うことで、ボルト９は貫通孔８に回り止めされた状態で、かつ先端部がフランジ５の取り付け面５ａから軸方向外方に突出する形で固定される。
【００２５】
また、ボルト９において、セレーション９ａとテーパ面９ｃとの間に形成されている逃がし溝９ｄは、セレーション９ａを貫通孔８の内周面に食い込ませたときに発生する金属片の逃げ溝としての効果があり、前記の金属片が貫通孔８のテーパ面8ａとボルト９のテーパ面９ａの間に入り込むことでボルト９が貫通孔８に対して傾斜することがないよう、テーパ面8ａ、９ａどうしを安定した状態で圧接させるのに重要な役割をもつ。
【００２６】
このようにボルト５が突設されたフランジ５の取り付け面５ａに対して、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７が、ボルト９を貫通させた状態で当接される。ディスクロータ６と車輪７とを貫通しているボルト９の先端部にはナット１０が螺合されて締め付けられる。この締め付けにより、ナット１０とフランジ５との間に、ディスクロータ６と車輪７とが挟圧固定される。
【００２７】
図１に戻って、複列転がり軸受３は、ここでは複列外向きアンギュラ玉軸受であって、ハブ軸２の内軸部４の外周に、内軸部４の一部を共有する形で設けられている。
【００２８】
すなわち、複列転がり軸受３は、二列の軌道溝を有する単一の外輪１１と、外周部に外輪１１の車体インナー側(図１において左側)の軌道溝と対向する軌道溝を有する内輪１２と、内軸部４の大径外周部で構成されて外輪１１の車体アウター側(図１において右側)の軌道溝と対向する内軸軌道部４ａと、外輪１１、内輪１２および内軸軌道部４ａ間に二列に配設される複数の玉１３，１３…と、二つの冠形保持器１４，１４とからなる。なお、他方の内輪１２はハブ軸２とは別部材で、内軸部４の小径外周部４ｂに嵌合され、小径外周部４ｂの外端を拡開することでその嵌合位置に固定されている。外輪１１の外周部で車体インナー側(図において左側)にはキャリア１５等の取り付け用のフランジ１６が形成されている。
【００２９】
なお、ハブ軸２の中空部内にはドライブシャフト１７が挿入される。ドライブシャフト１７は、その挿入端に螺合されるナット１８の締め付けにより、ハブ軸２に固定される。外輪１１のフランジ１６には、車体側の部材であるキャリア１５がボルト１９により取り付けられる。
【００３０】
上記の構成において、ハブ軸２のフランジ５の貫通孔８にボルト９を圧入すると、ボルト９のセレーション９ａが貫通孔８の内周面に食い込むとともに、ボルト頭部９１のテーパ面９ｃが貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接する。この場合、テーパ面８ａ，９ｃどうしの接触により、ボルト頭部９１は、貫通孔８と芯合わせされる状態でフランジ５側に受け止められて、貫通孔８の中心軸Ｐに沿った姿勢に保たれる。そのため、フランジ５の背面がハブ軸２の中心軸Ｏと直交する平面Ｒに対して傾斜していても、ボルト９には、これを貫通孔８の中心軸Ｐに対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルト９は、貫通孔８の中心軸Ｐと同心となった状態で貫通孔８に固定される。これにより、ボルト倒れの発生が防止される。
【００３１】
なお、本実施形態では、ボルト９側のテーパ面９ｃは、ボルト頭部９１の外周縁に及ぶ大きさで、ボルト頭部９１は、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっているが、このテーパ面９ｃは、ボルト頭部９１の外周より小さい広がりのものであってもよい。
【００３２】
ボルト９側のテーパ面９ｃが、ボルト頭部９１の外周より小さい広がりのものである場合、そのテーパ面９ｃの外側に、ボルト９の中心軸Ｑと直交する座面が存在することになる。ボルト頭部９１に上記のような座面がある場合は、図３にも示したように、貫通孔８側のテーパ面８ａの形成範囲Ｓ1を、ボルト９側のテーパ面９ｃの形成範囲Ｓ2より狭くすることで、ボルト頭部９１が貫通孔８内に深く入り込まないようにし、ボルト頭部９１側にある座面が、貫通孔８の周囲部分と接触しないようにする必要がある。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図である。ここでは、自動車の従動輪側に用いられる転がり軸受装置を例に挙げる。図示の転がり軸受装置２０は、外輪回転型であって、複列転がり軸受２１を備えている。
【００３４】
複列転がり軸受２１は、この実施形態では複列外向きアンギュラ玉軸受であって、二列の軌道溝を有する単一の外輪２２と、２個一組でそれぞれに一列の軌道溝を有する内輪２３，２３と、内外両輪２２，２３間に二列に配設される複数の玉２４，２４…と、二つの冠形保持器２５，２５とからなる。
【００３５】
複列転がり軸受２１の回転輪である外輪２２の軸端側(図において右側で、車体のアウター側)の外周部には、径方向外方に延びるフランジ２６が一体に形成されている。このフランジ２６は、ブレーキ用ディスクロータ６や車輪７を取り付けるためのものである。フランジ２６の円周数ヶ所には、貫通孔２７が穿設されている。この貫通孔２７に対しては、ディスクロータ６等を固定するためのボルト２８が軸方向外方に突出する形で圧入固定されている。ボルト２８は、頭部２８１と軸部２８２とからなり、軸部２８２の付け根側にセレーション２８ａが、それより先端側にはセレーション２８ａより小径のねじ溝２８ｂがそれぞれ形成されている。
【００３６】
前記貫通孔２７の各部分のうち、フランジ２６の背面側、すなわちボルト頭部２８１と対面する側の開口周縁には、第１実施形態と同様に、外方ほど開いた円錐面形状のテーパ面２７ａが形成されている。このテーパ面２７ａの貫通孔２７の中心軸Ｐに対する開き角度や、テーパ面２７ａの形成深さ等についての許容条件、好適条件は、第１実施形態の貫通孔８のテーパ面８ａと変わらない。
【００３７】
ボルト２８には、その頭部２８１から軸部２８２にかけて、貫通孔２７側のテーパ面２７ａに対応して、ボルト２８の先端側ほど小径となるテーパ面２８ｃが形成されている。このテーパ面２８ｃは、貫通孔２７側のテーパ面２７ａと面接触するよう、ボルト２８の中心軸Ｑに対する角度は、貫通孔２７側のテーパ面２７ａの開き角度と同一に設定されている。
【００３８】
このテーパ面２８ｃは、本実施形態では、貫通孔２７側のテーパ面２７ａの形成範囲より大きい形成範囲で、かつボルト頭部２８１の外周縁に及ぶ大きさとなっており、ボルト頭部２８１は、ボルト２８の中心軸Ｑと直交する座面がない形となっている。
【００３９】
また、ボルト２８のセレーション２８ａとテーパ面２８ｃとの間の外周面には、環状の逃がし溝２８ｄが形成されている。この逃がし溝２８ｄは、ボルト２８を貫通孔２７に圧入した際にセレーション２８ａが貫通孔２７の内周面を削ることで生じる金属片を収容するもので、金属片がボルト２８側のテーパ面２８ｃと貫通孔２７側のテーパ面２７ａとの間に侵入して、ボルト２８が貫通孔２７に対して傾斜して取り付けられてしまうことを防止する。
【００４０】
なお、固定輪である内輪２３の内周には、特に図示しないが、通常は中空のハブ軸が挿入されて、内輪２３に固定される。そのハブ軸には、車体インナー側(図において左側)で径方向外方に延びるフランジが形成されており、このフランジにキャリアのような車体側の固定部材が取り付けられる。
【００４１】
上記の構成において、フランジ２６の貫通孔２７にボルト２８を圧入すると、ボルト頭部２８１のテーパ面２８ｃが貫通孔２７側のテーパ面２７ａに圧接する。この場合、ボルト頭部２８１は、テーパ面２７ａ，２８ｃどうしの接触により、貫通孔２７と芯合わせされる状態でフランジ２６側に受け止められて、貫通孔２７の中心軸Ｐに沿った姿勢に保たれる。そのため、ボルト２８には、これを貫通孔２７の中心軸Ｐに対して傾けるような力が作用しない。したがって、ボルト２８は、貫通孔２７の中心軸Ｐと同心となった状態で貫通孔２７に固定される。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
図５は、ボルトの他の実施形態を示すものである。この実施形態のボルトは、第１実施形態のボルト９や第２実施形態のボルト２８と同じように使用されるもので、第１実施形態に準じて説明すると、頭部９１と軸部９２とからなり、軸部９２の付け根側にセレーション９ａが、それより先端側にはセレーション９ａより小径のねじ溝９ｂがそれぞれ形成され、頭部９１から軸部９２にかけて、テーパ面９ｃが形成されている。そして、テーパ面９ｃには、放射状にセレーション９ｅが形成されている。このセレーション９ｅを有するテーパ面９ｃが、貫通孔８側のテーパ面８ａに圧接することで、その間に食い込みが生じるから、回り止め効果が増大する。
【００４３】
また、ボルト９において、セレーション９ａとテーパ面９ｃとの間に逃がし溝９ｄが形成されている。この逃がし溝９ｄは、セレーション９ａを貫通孔８の内周面に食い込ませたときに発生する金属片の逃げ溝としての効果があり、前記の金属片が貫通孔８のテーパ面8ａとボルト９のテーパ面９ａの間に入り込むことでボルト９が貫通孔８に対して傾斜することがないよう、テーパ面8ａ、９ａどうしを安定した状態で圧接させるのに重要な役割をもつ。
【００４４】
本発明は、各実施形態に示した自動車用の転がり軸受装置に限らず、他の同構造の転がり軸受装置、すなわち回転輪にフランジが設けられ、そのフランジの貫通孔にボルトが圧入固定される構造を有する転がり軸受装置にも適用可能である。
【００４５】
本発明の転がり軸受装置に含まれる転がり軸受は、各実施形態におけるような複列外向きアンギュラ玉軸受に限らず、他のタイプの玉軸受でもよいし、ころ軸受でもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明では、フランジの貫通孔へのボルトの圧入の際、ボルトの頭部は、テーパ面を介して貫通孔の開口周縁に接触して、貫通孔の中心軸に芯合わせされる状態で受け止められるから、ボルト頭部が貫通孔の中心軸に対して傾くようなことがなく、ボルトには、これを傾ける力が作用しない。したがって、ボルトは、貫通孔の中心軸と同心の所要の向きで固定されることになり、いわゆる「ボルト倒れ」が未然に防止され、フランジへのディスクロータや車輪の取り付けを支障なく行える。
【００４７】
また、貫通孔側のテーパ面の形成については、従来、貫通孔の開口周縁に対して施されている「バリ取り」のための面取り加工を利用し、その加工条件を適宜調整することで、テーパ面が形成されるから、製造上の負担の増加を抑えて、容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図。
【図２】 図１のイーイ線に沿った断面図で、上半部はボルトを取り付けたフランジの背面を、下半部はボルト取り付け前のフランジの背面をそれぞれ示している。
【図３】 図１の装置のボルト取り付け部分の拡大断面図で、ボルトの圧入前の状態を示している。
【図４】 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受装置の軸方向に沿った断面図。
【図５】 ボルトの他の実施形態を示す側面図。
【符号の説明】
２ ハブ軸
３ 複列転がり軸受(転がり軸受)
４ 中空軸部(回転輪)
５ フランジ
６ ディスクロータ
７ 車輪
８ 貫通孔
８ａ テーパ面
９ ボルト
９１ ボルト頭部
９ｃ テーパ面
１１ 外輪(固定輪)
１３ 玉(転動体)
Claims (4)
- 固定輪と、この固定輪に対して同心状に配置される回転輪と、この回転輪と前記固定輪との間に介装される複数の転動体とを含み、
前記回転輪に、ブレーキ用ディスクロータや車輪が取り付けられるフランジが径方向外向きに設けられ、このフランジの円周数ヶ所に貫通孔が設けられ、この貫通孔に、前記ディスクロータや車輪を固定するためのボルトがそれぞれ圧入により回り止めかつ抜け止めされた状態で装着されており、
前記ボルトは、頭部と、該頭部側にセレーションが形成された軸部とからなり、
前記ボルトの頭部と、前記貫通孔において前記ボルト頭部と対面する開口周縁とに、前記フランジに対するボルトの装着姿勢を規制するためのテーパ面が設けられ、
前記ボルトのテーパ面と前記セレーションとの間に環状の溝が形成されている転がり軸受装置。 - 請求項１に記載の転がり軸受装置において、
前記ボルトの頭部に、該頭部の外周縁に及ぶ大きさのテーパ面が設けられている転がり軸受装置。 - 請求項１または請求項２に記載の転がり軸受装置において、
前記ボルトの頭部に設けられたテーパ面に、セレーションが形成されている転がり軸受装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の転がり軸受装置において、
前記テーパ面の前記貫通孔もしくは前記ボルトの中心軸に対する角度は、３０度以上の鋭角に設定されている転がり軸受装置。
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