JP4437414B2

JP4437414B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP4437414B2
Application number: JP2004052917A
Authority: JP
Inventors: 和雄小森
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005239026A

Description

この発明は、自動車における車輪用軸受装置に関する。

車輪用軸受では、転動体の転走面を形成した外方部材および内方部材のうちの回転側の部材に車輪取付用のフランジが設けられ、このフランジにブレーキロータと重ねて車輪のリムが取付けられる（例えば、特許文献１）。

ブレーキロータは、現在は鉄製のものが主流であるが、自動車において燃費向上のために各部品の軽量化が強く求められている。このため、ブレーキロータにアルミ合金製のものを用いることが試みられている。アルミ合金は比重が鋼の略１／３であるから、鋼に比べて不足する剛性を補うために厚肉構造等に形成したとしても、従来の鉄製のブレーキロータの重量を軽減できる。今後、軽量化のためにアルミ合金製のものの使用が増えると考えられる。
特開２０００−３０１４０１号公報

しかし、アルミ合金製のブレーキロータは、車輪用軸受装置における車輪取付フランジの形成された鋼製の回転側部材と、金属同士の電位差を生じる材質の関係となる。そのため、回転側部材におけるブレーキロータとの接触面に泥塩水等がかかると、電池が形成され、電極腐食が発生する。電極腐食が発生すると、その接触面で固着することがあり、市場等における補修点検時の作業性が阻害される。この電極腐食は、絶縁材を介在させると防止することができるが、部品点数が増加し、そのため部品管理が煩雑となるうえ、車輪用軸受装置への車輪の組付けに手間がかかる。

なお、自動車において、ナックルについては軽量化のためにアルミ合金製としたものが普及している。アルミ合金製ナックルと車輪用軸受装置の外方部材との間でも、電池形成による腐食の問題がある。その対策としては、車輪用軸受装置におけるナックルとの接触面、例えば外方部材のフランジ部分に、電食防止性に優れた皮膜処理として、Ｚｎ−Ｎｉめっきと、６価クロム含有のクロメート処理とを施すことが提案されている（例えば、特願２００２−２６６０５１号）。
ただし、従来の電食防止用のクロメート処理におけるクロメートには、環境に有害な６価クロムが含まれている。近年、環境問題の高揚に伴って、６価クロムの使用を規制しようとする傾向にある。例えば、欧州環境規制により、６価クロムは使用できなくなる。

この発明の目的は、アルミ合金製のブレーキロータを使用しても、電食の発生が防止でき、ブレーキロータの固着を抑えることが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、表面処理に環境に対する有害物質を含まず、かつ耐食性能に優れたものとすることである。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、両列の対向する転走面間に介在した転動体とを有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、上記外方部材および内方部材のうちの回転側の部材が車輪取付用のフランジを有し、かつこのフランジの根元部からアウトボード側に突出するブレーキパイロット部を有し、上記フランジはアルミ合金製のブレーキロータと重なって車輪のリムが取付けられるものであり、このフランジのブレーキロータとの接触面および上記ブレーキパイロット部に電食防止皮膜を設け、この電食防止皮膜は、上記フランジのブレーキロータとの当接面を覆うブレーキロータ当接面覆い部分と、上記フランジの根元部からアウトボード側に突出して設けられるブレーキパイロット部を覆うブレーキパイロット部覆い部分とを有することを特徴とする。
この構成によると、車輪取付用フランジのブレーキロータとの接触面および上記ブレーキパイロット部に電食防止皮膜を設けたため、泥塩水等がかかっても、電池が形成され難く、電極腐食が防止される。そのため、電極腐食によってブレーキロータが車輪取付用フランジに固着することがなく、補修点検時のブレーキロータの取り外し作業が阻害されることがない。また電食防止皮膜を設けるため、別部材の絶縁材を介在させる場合と異なり、部品点数の増加がなく、部品管理の煩雑化や組付け性の低下が回避される。

前記電食防止皮膜は、各種のものが採用できるが、６価クロムフリークロメイトを使用したものであるものが好ましい。６価クロムフリークロメイトを使用すると、６価クロムによる有害性のないものにできる。試験によると、６価クロムフリークロメイトを使用しても、下地処理のめっき層等を適宜選定することで、６価クロム含有クロメート使用の電食防止皮膜よりも、電食防止性に優れたものとできることが確認された。

６価クロムフリークロメイトを使用した電食防止皮膜を設ける場合、この電食防止皮膜は、母材表面に設けられた第１のめっき層と、この第１のめっき層の外面に重ねて設けられた６価クロムフリークロメイトの皮膜層とを含むものとすることが好ましい。上記第１のめっき層には、亜鉛ニッケルめっき等が採用できる。
６価クロムフリークロメイトの皮膜層は、母材表面のめっき層に重ねて施されることにより、その電食発生の抑制効果が優れたものとなる。

なお、６価クロムフリークロメイトの皮膜層には、さらに外面に重ねて熱硬化型コーティング材のコーティング層を設けても良い。このようなトップコーティングとなるコーティング層を設けて３層構造とすることで、６価クロムフリークロメイトの皮膜層による電食発生の抑制効果がより一層優れたものとなる。

この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、両列の対向する転走面間に介在した転動体とを有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、上記外方部材および内方部材のうちの回転側の部材が車輪取付用のフランジを有し、かつこのフランジの根元部からアウトボード側に突出するブレーキパイロット部を有し、上記フランジはブレーキロータを介して車輪のリムを取付けるものであり、このフランジのブレーキロータとの接触面および上記ブレーキパイロット部に電食防止皮膜を設け、この電食防止皮膜は、上記フランジのブレーキロータとの当接面を覆うブレーキロータ当接面覆い部分と、上記フランジの根元部からアウトボード側に突出して設けられるブレーキパイロット部を覆うブレーキパイロット部覆い部分とを有するため、アルミ合金製のブレーキロータを使用しても、電食の発生が防止でき、ブレーキロータの固着を抑えることができる。そのため補修点検時のブレーキロータの取り外し性が阻害されることがない。
前記電食防止皮膜が６価クロムフリークロメイトを使用したものである場合は、表面処理に環境に対する有害物質を含まず、かつ耐食性能に優れたものとできる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この実施形態は、内輪回転タイプ、駆動輪支持用であって、第３世代型の車輪用軸受装置に適用した例を示す。
この車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面４を有する外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を有する内方部材２と、これら複列の転走面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。転動体３はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。各転走面４，５は、断面が円弧状であって、背面合わせとなるように接触角が形成され、この車輪用軸受装置は複列のアンギュラ玉軸受とされている。内外の部材２，１間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ接触式のシール７，８で密封されている。なお、アウトボード側とは、車輪用軸受装置を車体に取付けた状態で車体外側に位置する側であり、インボード側は車体内側に位置する側である。

外方部材１は、固定側の部材となるものであって、ナックル１４に固定するための車体取付フランジ１ａを、外周における軸方向のアウトボード側寄り位置に有する。車体取付フランジ１ａは、円周方向の複数箇所に取付孔２１を有している。取付孔２１はねじ孔とされている。

内方部材２は、回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ２ａを有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａの端部外径に嵌合した別体の内輪２Ｂとで構成されている。ハブ輪２Ａおよび内輪２Ｂに各列の転走面５がそれぞれ形成される。車輪取付フランジ２ａは内方部材２のアウトボード側端部に位置しており、この車輪取付フランジ２ａよりもアウトボード側に突出して、ブレーキパイロット部２２およびホイールパイロット部２３が設けられている。この車輪取付フランジ２ａに、ブレーキロータ１５を介して車輪１６のリムがボルト１８で取付けられる。ブレーキパイロット部２２およびホイールパイロット部２３は、それぞれブレーキロータ１５および車輪１６のリムの内径面に嵌合して位置決めを行う部分である。ブレーキロータ１５は、ディスクブレーキにおけるブレーキディスクであり、アルミ合金製のものとされている。

ハブ輪２Ａの内径孔には、駆動軸における等速ジョイント２５の外側継手部材２５ａにおける軸部２６が挿通されている。軸部２６は、先端が雄ねじ部とされ、ナット２７でハブ輪２Ａに締め付け固定されている。

ナックル１４は、車体（図示せず）に取付けられた部材であって、この車輪用軸受装置に対して軸受ハウジングとなる。ナックル１４は、軸受嵌合孔１４ａを有し、この軸受嵌合孔１４ａの外周に沿う周方向複数箇所に、ボルト挿通孔１４ｂが設けられている。外方部材１は、外径面における車体取付フランジ１ａよりもインボード側の部分がナックル１４の軸受取付孔１４ａに嵌合し、車体取付フランジ１ａがナックル１４の側面に当接する状態で、ボルト１９（図１）によりナックル１４に取付けられる。ボルト１９は、ナックル１４のボルト挿通孔１４ｂに挿通され、ねじ軸部分が車体取付フランジ１ａの取付孔２１に螺合する。
ナックル１４は、アルミ合金製である。車輪用軸受装置の外方部材１、内方部材２、および転動体３は、炭素鋼または高炭素クロム鋼等の鋼製である。

図２に示すように、内方部材２のハブ輪２Ａにおける車輪取付フランジ２ａの外面、および各パイロット部２２，２３に、電食防止皮膜１７が設けられている。この内方部材２側の電食防止皮膜１７は、車輪取付フランジ２ａのブレーキロータ当接面覆い部分１７₃と、各パイロット部覆い部分１７₄とを有する。
また、外方部材１におけるナックル１４との接触面（図１参照）にも、電食防止皮膜１７が設けられている。この電食防止皮膜１７は、外方部材１の外径面におけるナックル１４が外嵌する外径面部分、および車体取付フランジ１ａのナックル当接側となる片側の側面にわたり、連続して設けられている。すなわち、電食防止皮膜１７は、外方部材１の外径面覆い部分１７₁と、フランジ覆い部分１７₂とを有する。

電食防止皮膜１７は、６価クロムフリークロメイトを使用したものとされる。この電食防止皮膜１７は、例えば図３（Ａ）に示すように、外方部材１等の母材２８の表面に設けられた第１のめっき層１７ａと、このめっき層１７ａの外面に重ねて設けられた６価クロムフリークロメイトの皮膜層１７ｂと、この皮膜層１７ｂの外面に重ねて設けられた熱硬化型コーティング材のコーティング層１７ｃとを設けた３層構造のものとされる。熱硬化型コーティング材には低温熱硬化型コーティング材が用いられる。低温熱硬化型コーティング材としては一液性低温熱硬化型コーティング材等が用いられる。
電食防止皮膜１７は、この他に、図３（Ｂ）に示すように、第１のめっき層１７ａと６価クロムフリークロメイトの皮膜層１７ｂとでなる２層構造としても良い。

電食防止皮膜１７の具体例として、次の各例のものが用いられる。括弧内は各層の材質を示す。
・（Ｚｎ−Ｎｉめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）
・（Ｚｎ−Ｎｉめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）
・（Ｚｎめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）
・（Ｚｎめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）
・（Ｚｎ−Ｎｉ−Ｆｅめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）
・（Ｚｎ−Ｎｉ−Ｆｅめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）
・（カドミウムめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）
・（カドミウムめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）

６価クロムフリークロメイトの主成分としては、次の２種類が挙げられる。
・硝酸クロム＋無機塩
・硫酸クロム＋無機塩
上記無機塩としては、硝酸塩、硫酸塩、および塩酸塩のいずれを用いても良い。

なお、一般のクロメートの主成分は、無水クロム酸（または重クロム酸）＋無機塩（硝酸、硫酸、塩酸）である。その無水クロム酸（または重クロム酸）に、６価クロムが入っている。
６価クロムフリークロメイトは、一般の６価クロム含有のクロメイトに対して、無水クロム酸（または重クロム酸）の代わりに、６価クロムを含まない硝酸クロムまたは硫酸クロムを用いたものである。

この構成の車輪用軸受装置によると、ハブ輪２Ａとブレーキロータ１５とは、ハブ輪２Ａが鋼材であり、ブレーキロータ１５がアルミ合金製であるため、互いに電位差を生じる金属材同士の関係となる。しかし、ハブ輪２Ａの車輪取付フランジ２ａおよび各パイロット部２２，２３に電食防止皮膜１７を設けたため、両者の接触面に泥塩水等がかかっても、電池が成形されることがなく、ブレーキロータ１５とハブ輪２Ａとの接触面で電極腐食を生じることが防止される。電食防止皮膜１７により、錆の発生も防止される。そのため、電食腐食や錆によるブレーキロータ１５とハブ輪２Ａとの固着が防止され、自動車の使用後の補修時におけるブレーキロータ１５の取り外し性の困難が解消される。また、電食防止皮膜１７を設けるため、別部材の絶縁材を介在させる場合と異なり、部品点数の増加がなく、部品管理の煩雑化や組付け性の低下が回避される。

電食防止皮膜１７は、この実施形態では６価クロムフリークロメイトを使用したため、６価クロムによる有害性のないものにできる。試験によると、６価クロムフリークロメイトを使用しても、第１のめっき層１７ａ等を適宜選定することで、６価クロム含有クロメート使用の電食防止皮膜よりも、電食防止性に優れたものとできることが確認された。

また、この実施形態では、外方部材１のナックル１４との接触面も電食防止皮膜１７で覆ったため、ナックル１４にアルミ合金製のものが使用されても、両者の接触面に電極腐食が生じることが防止される。そのため、自動車の使用後の補修時におけるナックル１４からの車輪用軸受装置の取り外し性の困難が解消される。

図４は、この発明における他の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図３に示す第１の実施形態の車輪用軸受装置において、従動輪支持用としたものである。従動輪支持用であるため、ハブ輪２Ａは中心部に内径孔を有していない。内輪２Ｂのハブ輪２Ａへの固定は、ハブ輪２Ａに設けた加締部２ｂで行っている。この例においても、ハブ輪２Ａにおける車輪取付用フランジ２ａのブレーキロータ接触面（図１参照）、および各パイロット部２２，２３の表面に電食防止皮膜１７を施し、また外方部材１のナックル１４（図１参照）に対する接触面に電食防止皮膜１７を施している。電食防止皮膜１７の重なり構成，材質は、第１の実施形態に示した各例のものが使用できる。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じであるので、対応部分に同一符号を付してその説明を省略する。なお、この実施形態の場合、車輪取付フランジ１ａは、外方部材１の外周における軸方向の中間位置に設けられている。

図５は、この発明におけるさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１ないし図３に示す第１の実施形態の車輪用軸受装置において、同じく駆動輪支持用であるが、第２世代型のものとしてある。この実施形態では、内方部材２が、ハブ輪２Ｃと、このハブ輪２Ｃの外周に嵌合させた２個の内輪２Ｄ，２Ｅとからなり、これら２個の内輪２Ｄ，２Ｅに各列の軌道面５が形成されている。外方部材１は、第１の実施形態と同じく一体の部材であり、車体取付用フランジ１ａを有している。
この例においても、ハブ輪２Ｃにおける車輪取付用フランジ２ａのブレーキロータ接触面および各パイロット部２２，２３、並びに外方部材１のナックル１４に対する接触面に電食防止皮膜１７を施している。電食防止皮膜１７の重なり構成，材質は、第１の実施形態に示した各例のものが使用できる。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じであるので、対応部分に同一符号を付してその説明を省略する。

図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、外方部材１が回転する形式の車輪用軸受装置に適用した例である。同図において、外方部材１側に設けられた部分であるか内方部材２側に設けられた部分であるかを問わず、機能的に第１の実施形態の各部と対応する部分には同一符号を付してある。
この実施形態は、それぞれ転走面４，５を設けた外方部材１および内方部材２のうち、内方部材２が固定輪とされる。内方部材２は２つの内輪２Ｄ，２Ｅからなり、ナックル１４に設けられた軸部１４ｃの外周に嵌合してナット２７により締め付け固定されている。外方部材１は、アウトボード側端の付近に車輪取付フランジ１ｂを有していて、この車輪取付フランジ１ｂよりもアウトボード側に突出して、ブレーキパイロット部２２およびホイールパイロット部２３が設けられている。この車輪取付フランジ１ｂに、ブレーキロータ１５を介して車輪１６のリムがボルト１８で取付けらる。ブレーキロータ１５は、図示の例ではドラムブレーキにおけるブレーキドラムであり、アルミ合金製のものとされている。ブレーキロータ１５の円筒部１５ａにおけるインボード側端と対向して、ナックル１４に防塵板３１が取付けられており、円筒部１５ａのインボード側と防塵板３１との間でラビリンスシールが形成されている。

上記外方部材１における車輪取付フランジ１ｂの外面、および各パイロット部２２，２３に、電食防止皮膜１７が設けられている。この外方部材１側の電食防止皮膜１７は、車輪取付フランジ１ｂのブレーキロータ当接面覆い部分１７₃と、各パイロット部覆い部分１７₄とを有する。電食防止皮膜１７には第１の実施形態と同じく、６価クロムフリークロメイトを使用した２層または３層の皮膜とされている。

なお、この実施形態では、ブレーキパイロット部２２がホイールパイロット部２３よりも大径のものとしてあるが、例えば図７に示すように、ブレーキパイロット部２２がホイールパイロット部２３と同径のものであっても良い。すなわち、外方部材１に設けられた外径均一の円筒状部分の基端側がブレーキパイロット部２２となり、先端側がホイールパイロット部２３となるものであっても良い。
図１〜図５に示した内輪回転型の車輪用軸受装置においても、図７の実施形態と同様にブレーキパイロット部２２がホイールパイロット部２３とは同径のものであっても良い。
図１〜図５に示した内輪回転型の車輪用軸受装置においても、図６の実施形態と同様にブレーキロータ１５がドラムブレーキにおけるブレーキドラムであっても良い。逆に図６の実施形態のブレーキロータ１５がディスクブレーキにおけるブレーキディスクであっても良い。

次に、試験例を説明する。車輪用軸受装置における内方部材２に電食防止皮膜１７を施したものについて、塩水噴霧を行い、その噴霧後、９６０時間経過するまでの外観観察を行った。
試験条件は、ＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験であり、塩水濃度は５ｗ％、雰囲気温度は３５℃とした。
供試体としては、図４の実施形態にかかる車輪用軸受装置における内方部材２について、その電食防止皮膜１７を、（Ｚｎ−Ｎｉめっき）＋（６価クロムフリークロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）とした実施例と、この実施例に対して電食防止皮膜１７を（Ｚｎ−Ｎｉめっき）＋（６価クロム含有クロメイト）＋（低温熱硬化型コーティング）に変えた比較例とについて行った。
試験結果を、評点方法と共に表１に示す。

上記の表１より、噴霧後２４０時間経過の時点までは、比較例となる６価クロム含有クロメイト使用のものの方が錆の発生が少ない点で優れているが、４８０時間経過した後では、９６０時間経過の時点においても、逆に実施例における６価クロムフリークロメイト使用のものの方が錆の発生が少なく、優れていることがわかる。
これより、実際の使用を考えると、６価クロムフリークロメイトを使用した実施例品の方が電食防止性に優れていると考えられる。なお、電食防止皮膜１７の具体例として示した他の皮膜についても同様の結果を得られたが、ここでは省略する。

なお上記各実施形態では、電食防止皮膜１７を６価クロムフリークロメイト使用のものとしたが、電食防止皮膜１７は、例えば焼付型水溶性塗料の塗膜や、パウダーコーティクの皮膜であっても良い。パウダーコーティクの皮膜には、ポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の各種の樹脂が使用できる。この発明とは異なるが、防錆処置として、ガスケットを車輪取付用のフランジ２ａ，１ｂとブレーキロータ１５との間に挟み込んでも良い。ガスケットのコーティングとしては、シリコン、グラファイト等が挙げられる。
また、上記各実施形態では、玉軸受形式の車輪用軸受装置に適用した場合につき説明したが、この発明は円すいころ軸受形式の車輪用軸受装置にも適用することができる。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置を周辺部品と共にに示す断面図である。同車輪用軸受装置の断面図である。同軸受の電食防止皮膜の各例を示す部分拡大断面図である。この発明の他の実施形態における車輪用軸受装置を示す断面図である。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を周辺部品と共に示す断面図である。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を周辺部品と共に示す断面図である。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である。

符号の説明

１…外方部材
１ａ…車体取付フランジ
２…内方部材
２ａ…車輪取付フランジ
２Ａ…ハブ輪
３…転動体
４，５…転走面
１４…アルミ合金製のナックル
１５…アルミ合金製のブレーキロータ
１７…電食防止皮膜

Claims

内周に複列の転走面を有する外方部材と、上記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、両列の対向する転走面間に介在した転動体とを有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
上記外方部材および内方部材のうちの回転側の部材が車輪取付用のフランジを有し、かつこのフランジの根元部からアウトボード側に突出するブレーキパイロット部を有し、上記フランジはアルミ合金製のブレーキロータを介して車輪のリムを取付けるものであり、このフランジのブレーキロータとの接触面および上記ブレーキパイロット部に電食防止皮膜を設け、この電食防止皮膜は、上記フランジのブレーキロータとの当接面を覆うブレーキロータ当接面覆い部分と、上記フランジの根元部からアウトボード側に突出して設けられるブレーキパイロット部を覆うブレーキパイロット部覆い部分とを有することを特徴とする車輪用軸受装置。
請求項１において、前記電食防止皮膜が６価クロムフリークロメイトを使用したものである車輪用軸受装置。
請求項２において、前記電食防止皮膜が、母材表面に設けられた第１のめっき層と、この第１のめっき層の外面に重ねて設けられた６価クロムフリークロメイトの皮膜層とを含む車輪用軸受装置。