JP4484132B2 - 振れを最小限に抑えたハブアセンブリとその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、ハブアセンブリ、特に振れを本質的に起こさずに回転する表面を有するハブアゼンブリとその製造方法に関する。
【０００２】
乗用自動車や軽トラックの現行製品の大部分には、ディスクブレーキがそのような自動車の少なくとも前輪に標準装備されている。ディスクブレーキは、それに大量置換されたドラムブレーキよりも軽く、製造面でコストがかからず、整備を行いやすく、また、より効果的なブレ−キングを提供する。しかしながらディスクブレーキは、不適当に製造もしくは維持されると、“ブレーキジャダー”として知られる不快な振動を起こすことがある。
【０００３】
背景技術
典型的な自動車用ディスクブレーキは、自動車のブレーキが働くときにディスクを締め付けるキャリパー及び自動車のロードホイールと共に回転するディスクを有している。実際、キャリパーには複数のパッドが取付けられており、これがディスク両面の機械加工面を押さえ、複数のパッドと複数の機械加工面との間の摩擦でブレーキが働く。ブレーキが働いている際にブレーキジャダーが大きくならないように、機械加工面は、完全に平面でなければならず、また振れ（揺れ或いはウォブリング）を起こさずに回転しなければならない。
【０００４】
自動車用サスペンションシステムには、ロードホイールを実装する（ブレーキディスクも実装する）様々な配置形態がある。一つに、ロードホイールやロードホイール用のブレーキディスクは、転がり軸受け（antifriction bearing）で回転するスピンドルを備えたハブにボルト締めされており、その転がり軸受けはハウジングに嵌め込まれている。ハウジングは自動車のサスペンションシステム内でステアリングナックルや他の構成要素に取付けられている。独立した、比較的簡単な構成要素であるディスクは、相当な精度で、その臨界表面（critical surface）に沿って容易に機械加工される。しかしながら、ブレーキディスクが設置されるハブの表面は、これと同等な精度にするのに適していない。確かにハブの表面は機械加工されるが、機械加工は組み立ての前に行われるので、ハブが回転する軸受けとそれが実装される表面との両方が、ブレーキディスクが設置される表面での振れの一因となる。この振れはブレーキディスク自身へ伝達される。
【０００５】
発明の開示
本発明は、本質的に振れがない実装表面を有するため、実装表面に取付けられたブレーキディスクには、ハブアセンブリからの振れが伝達されない、ハブアセンブリの回転ハブを提供する工程に関する。ハブは、ハウジング内の軸受けで回転するスピンドルを備えており、その両方も、またハブアセンブリの一部を形成している。ハブは、ハウジングから離れて存在する面を備えたフランジをスピンドルの一端に備えている。その面は、ハウジングがしっかり保持され、ハブが軸受けで回転する間に、機械加工されるため、実装表面である面は本質的に振れを起こさずに回転する。また本発明は、ハブアセンブリを組み立てる工程、及びハブアセンブリ自体にも関する。
【０００６】
発明を実施するための最良の形態
図面（図１）について説明する。ハブアセンブリAは、自動車用サスペンションシステムの構成要素C上に実装されており、構成要素Cに関してロードホイールWを回転軸Xの周りに回転させることを可能ならしめている。ハブアセンブリAはそれに取付けられたロードホイールWを備えているだけではなく、軸Xの周りを同様に回転するブレーキディスクBを備えている。実際に、ディスクBはその臨界摩擦表面（critical friction surfaces）で本質的に振れを起こさずに回転し、大抵これは、ハブアセンブリAの製造中に行われる機械加工工程の結果である。
【０００７】
まず、ハブアセンブリAに注目すると、ハブアセンブリAはハブ２と、ハウジング４と、摩擦が比較的ほとんどかからない状態でハウジング４に関してハブ２を軸Xの周りに回転可能とする軸受け６を含んでいる（図１）。ロードホイールWとブレーキディスクBはハブ２に取付けられており、ハウジング４は、自動車用サスペンションシステムの構成要素Cにしっかり固着されている。構成要素Cはステアリングナックルでもよい。
【０００８】
ハブ２は、フランジ１０とフランジ１０の一方の面（すくい面）から突出しているスピンドル１２を備えている（図１）。実際に、スルーボア（貫通穴）１４を含むスピンドル１２は、フランジ１０の内面に沿って位置するショルダー１６を始端とし、その反対側の一端に位置する外側向きの成形端１８を終端とする。フランジ１０は、半径方向においてスピンドル１２よりも外側に、フランジ１０の他方の面から軸方向に突出するねじ式スタッド２０を含んでいる。その他方の面は、機械加工されて、ブレーキディスクBが固定される実装表面２２を形成している。実際に、ディスクBは表面２２でディスクB自身の方向を決定している。ディスクBは、ロードホイールWと同様に、スタッド２０に固定されており、またラグナット２４は、ねじ式スタッド２０を締め付けて、ブレーキディスクBとロードホイールWをしっかりハブ２に固着している。
【０００９】
軸受け６は、二つのコーン２６の形でスピンドル１２の周りに固定された内輪（inner race）を含んでおり（図１）、スピンドル１２ではコーン２６がショルダー１６と成形端１８との間に保持され、また各コーン２６とスピンドル１２の間は締まりばめとされている。各コーン２６は、軸Xから離れて外側に存在するテーパー状のレース２８と、そのレース２８の大端にあるスラストリブ３０と、スラストリブ３０の末端にあり軸Xに対して垂直に切られた後面３２を備えている。内部コーン２６は、そのレース２８の小端を超えて突出している円柱状のコーンエクステンション（corn extension）３４を有しているため、外部コーン２６よりもいくらか長い。内部コーン２６は、そのコーンエクステンション３４で、スピンドル１２に沿って、外部コーン２６の小端に当接する。即ち、二つのコーン２６はそれら自身の前面で当接する。外部コーン２６の後面３２は、フランジ１０に沿って位置するショルダー１６に当接する。成形端１８は、外側に折り返され内部コーン２６の後面３２に接しており、スピンドル１２上の二つのコーン２６を保持する役目を果たしている。
【００１０】
コーン２６に加えて、軸受け６は二つの列に配置されているテーパー状のローラー４０を備えており、その列は各コーン２６の周りに別々に存在する（図１）。実際にローラー４０は、コーン２６のレース２８のあたりまで伸びており、ローラー４０のテーパー側面とレース２８の間には本質的に線接触（line contact）が存在する。ローラー４０の大端面は夫々スラストリブ３０に接する。各列のローラー４０は本質的に頂点（apex）にある。つまり、テーパー側の面があるエンベロープ（envelope）は、軸Xに沿って、共通の先端に位置する頂点を有している。ローラー４０の各列は、その列内の複数のローラー４０間での適切な間隔を維持するためにケージ４２を備えている。
【００１１】
リング状のハウジング４は、二つのコーン２６やローラー４０の二つの列と同様に、スピンドル１２を取り囲んでいる（図１）。ハウジング４は軸受け６の一部を形成し、そこに、軸Xに対して内側に存在するテーパー状のレース４４を備えている。実際に、ハウジング４は、軸受け６の外輪を構成している。ハウジング４の複数のレース４４は、それらを分割する仲介面（intervening surface）に向かって下方へ傾斜している。複数のローラ４０は概ね、ハウジング４の複数のレース４４に沿うように配置されており、レース４４とローラー４０のテーパー側面の間は本質的に線接触（line contact）している。レース４４は、大端で、二つのコーン２６のスラストリブ３０が位置する小端部のボア４６（small end bore ４６）に通じている。
【００１２】
ハウジング４は、その端部間の略中間に、自動車用サスペンションシステムの構成要素Cに固定されている三角状、又は四角状のフランジ５０を有している。ここでハウジング４は、フランジ５０のローブに位置するねじ穴５２に嵌め込まれるボルト４８で、サスペンションシステム構成要素Cにしっかり固着されている。
【００１３】
ハウジング４の端部のボア（end bore）４６は、ハウジング４の端部に液体壁（fluid barrier）を設けるためにコーン２６のスラストリブ３０の周りに固定された栓（closure）５４を含んでいる。
【００１４】
このような液体壁は、水、氷融解塩、氷融解泥等の道路の汚染物質からローラー４０とレース２８とレース４４とを隔離する。米国特許第５,０２２,６５９号及び米国特許第５,８１６,７１１号に適切な栓が開示されている。
【００１５】
成形端１８はハブアセンブリAを一体化しているが、ハブ２は成形端１８を常に備えているとは限らない。最初に、ハブ２のスピンドル１２はショルダー１６からずっと円柱状表面として端部まで伸びている。二つのコーン２６は、その補完物のローラー４０と、二列のローラー４０間に保持されたハウジング４と共に、スピンドル１２の円柱状表面の上に設置されており、外部コーン２６の後面３２がスピンドル１２の他端にあるショルダー１６にぶつかるまで伸長している。スピンドル１２の一部は内部コーン２６の後面３２を超えて突出している。この部分が、成形端１８へと変形されている。PＣT出願GＢ９８/０１８２３（国際公開番号ＷO９８/５８７６２）において、先ずスピンドル１２の延長端を据えこみ加工し、次に、この延長端を、スピンドル１２のコーン２６を保持して効果的に全ハブアセンブリAを一体化する成形端１８に変換する回転成形工程が開示されている。
【００１６】
他の手段によって二つのコーン２６がスピンドル１２上に同様に固着されていてもよい。例えば、スピンドル１２の端部は、ねじや、それらのねじに取付けられ内部コーン２６の後面３２へ締め付けられるナットを備えていてもよい。また、スピンドル１２の端部は、溝やその溝に固定されるスナップリングを備えていてもよい。
【００１７】
ハブアセンブリがそのように一体化される場合、その軸受け６は、少々、先行荷重の状態で存在する。実際に、コーン２６の内部レース３４間の間隔が、軸受け６の設定を決定し、その間隔は内部コーン２６に対するコーンエクステンション３４の長さに依存する。これは成形端１８を製造する回転成形工程が、内部コーン２６のコーンエクステンション３４を外部コーン２６の小端に当接させるのに十分な力で、内部コーン２６を外部コーン２６へ動かすからである。軸受け６が先行荷重の状態へ設定され、またコーン２６とスピンドル１２の間に締まりばめが存在するため、ハブアセンブリAは半径方向または軸方向への自由運動なしに、ハウジング４内を回転する。結果として、軸Xは安定なままである。
【００１８】
ハブアセンブリAが、先行荷重へ設定された軸受け６と一体化した後にのみ、ハブ２のフランジ１０の外部面が機械加工されて実装表面２２を形成する。しかし機械加工は、ねじ式スタッド２０がフランジ１０に設置される前に行われる。実際に、機械加工或いはハブ２への軸受け６やハウジング４の設定が行われる前に、ハブ２のフランジ１０に、スタッド２０を受ける穴５６、及び穴５６にある浅い輪形の逃げ面（relief）５８が設けられる（図２、図３）。逃げ面５８はハウジング４から離れる方に開かれており、フランジ１０に沿って周方向に妨げなく伸長している。穴５６は逃げ面５８に通じている。
【００１９】
機械加工された実装表面２２を得る目的でフランジ１０の外部面を機械加工するために、ハウジング４は固定チャック６４に挿入され且つ挟持されている。その結果、ハウジング４は固定位置に保持されている（図２）。次に、ハブ２は回転ドライブ６６とかみ合っている。このかみ合いは、スピンドル１２のスルーボア（through bore）１４内で起こってもよく、スルーボア１４のどちらか一端（図２の実線で示される一端または破線で示される他端）から起こってもよい。この種のかみ合いは、特に、ロードホイールWが実際に乗用車を推進するために、乗用車のドライブトレインにハブ２が連結される場合に含まれるスプラインを、スルーボア１４が含む場合に適している。一方ドライブ６６は、フランジ１０の外部面を邪魔しないで、一つの穴５６でフランジ１０と係り合うドッグ（dog）６８（図２の破線で示す）を含んでもよい。回転ドライブ６６がハブ２を回すことで、ハブ２は軸Xの周りを回転する。チャック６４がハウジング４をしっかり掴んでおり、軸受け６が先行荷重で動作するため、軸Xは安定なままである。ハブ２が回転している状態で、バイト（cutting or facing tool）７０はフランジ１０の外部面を略半径方向に移動する。バイト７０は、逃げ面５８から半径方向に外側にも内側にも、フランジ１０から金属を取り除き、機械加工された実装表面２２を形成する。実装表面２２は僅かに円錐状及び凹状であり、フランジ１０の周囲で最も突出している。精度よく仕上げるため、機械加工された実装表面２２の上で回転研削砥石を走らせてもよい。
【００２０】
フランジ１０の実装表面２２は、軸Xに対するブレーキディスクBの方向を定めている。これに関して、ブレーキディスクBは、スタッド２０のパターンで配置されておりスタッド２０のねじ式シャンクよりも僅かに大きい穴７４を含んでいるため、ブレーキディスクBはスタッド２０に固着する。実際に、ディスクBは、穴７４の領域で平面状の機械加工された一つの参照表面７６を有している。ディスクBの機械加工された参照表面７６は、最初に、実装表面２２のくぼみを含む実装表面２２の周囲で、ハブ２のフランジ１０上の機械加工された実装表面２２に当接する。しかしながら、ナット２４は、締め付けられる際に、ディスクBの参照表面７６を実装表面２２に引き込み、また参照表面７６が実装表面２２にその周囲でしっかり固定されることを確実にする。またディスクBは、参照表面７６から外側に、機械加工された摩擦表面７８を２つ備えている。二つの摩擦表面７８は、軸Xに略垂直な平面を占有している。これら三つの表面７６及び７８は正確に機械加工されている。
【００２１】
ブレーキディスクBは相対的に小さく、その一つの参照表面７６及び二つの摩擦表面７８は比較的容易に且つかなり正確に機械加工され得る。ラグナット２４は、ブレーキディスクBの参照表面７６がハブ２のフランジ１０上の実装表面２２に当接した状態で、ブレーキディスクBをハブアセンブリAのハブ２にしっかり固着する。その結果、ブレーキディスクBは摩擦表面７８で本質的に振れを起こさずにハウジング４に関して回転する。
【００２２】
ハブ２上のフランジ１０の外部面も、ねじ式スタッド２０がフランジ１０にある間に機械加工されてもよい（図４）。この場合には、二つのバイト８０及び８２が必要となり、バイト８０は浅い逃げ面５８半径方向の外側に位置し、バイト８２は逃げ面５８の内側に位置する。バイト８０はフランジ１０の周縁から内側に向かって移動し、逃げ面５８の半径方向外側に機械加工された実装表面２２の領域を形成する。バイト８２は浅い逃げ面５８から内側に向かって移動し、浅い逃げ面５８の半径方向の内側に機械加工された実装表面２２の領域を形成する。
【００２３】
本発明は、その精神や範囲から逸脱することなく開示目的で本明細書に取り上げられた実施例の変形や修正をすべて網羅するものである。
【図面の簡単な説明】
明細書の一部を構成する添付図面において、同一数字や同一文字は同一部分を示す。
【図１】 図１は、本発明に従って構成され、また本発明を具体化するハブアセンブリの断面図であり、ハブアセンブリがステアリングナックルに嵌め込まれており、ブレーキディスクとロードホイールとが実装されていることを示している。
【図２】 図２は、ねじ式スタッド（threaded studs）がフランジに嵌め込まれる前にハブ上のフランジの実装表面が機械加工されることを示しているハブアセンブリの断面図である。
【図３】 図３は、ハブのフランジの実装表面を示す部分端面図である。
【図４】 図４は、スタッドがフランジ内にある間に、ハブのフランジの実装表面が機械加工されることを示しているハブアセンブリの断面図である。

Claims (4)

1. ねじ式スタッド（２０）を含むフランジ（１０）の面（２２）から振れを除去する方法であって、
   前記ねじ式スタッドは、前記フランジの面を超えて突出しており、
   前記フランジは、前記フランジからハウジング（４）内へ突出するスピンドル（１２）も備えるハブ（２）の一部をなしており、
   前記ハウジングでは、前記スピンドル及び前記ハウジング間に位置する転がり軸受け（６）上で前記スピンドルが回転することにより、前記ハウジングに対して前記ハブが軸（Ｘ）の周りを回転し、
   前記方法は、
   前記ハウジングをしっかり保持する工程と、
   前記ハウジングがしっかり保持されている間に、且つ前記ねじ式スタッドが前記フランジの面から突出している状態で、前記ハブを前記軸受け上で前記軸の周りに回転させる工程と、
   前記ねじ式スタッドがそのフランジの前記面から突出している状態で前記ハブが回転している間に、前記フランジの面を機械加工して、ブレーキディスクが設置され得る実装表面を形成する工程と
   を含む方法。
2. 前記軸受けは、二列に配列された転動体（４０）と前記転動体が転がるレース（２８、４４）とを備えており、
   前記レースは、前記軸受けが前記ハウジングとスラスト荷重及びスピンドル半径荷重との間を両方の軸方向に移動するように、前記軸に対して斜めにされ且つ配向されており、
   前記軸受けが予荷重状態にあり、そのため前記軸受け内には径方向または軸方向にクリアランスが存在しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記フランジは、前記フランジの面の外へ開かれていると共に前記軸の周りに円周方向に延びる輪形の逃げ面（５８）を有し、前記ねじ式スタッドは、前記逃げ面から外へ突出していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記フランジの面を機械加工する工程は、前記フランジの周囲及び前記輪形の逃げ面（５８）間で、前記フランジを横切って第１バイト（８０）を進行させる工程と、前記輪形逃げ面（５８）及び前記軸間で、前記フランジを横切って第２バイト（８２）を進行させる工程とを含む請求項３に記載の方法。

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