JP5044995B2

JP5044995B2 - 自動車用ハブユニット

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Publication number: JP5044995B2
Application number: JP2006149840A
Authority: JP
Inventors: 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007320987A

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の自動車用ハブユニットの改良に関する。

自動車の車輪は懸架装置に対して、転がり軸受により回転自在に支持する。また、重量の嵩む自動車の車輪は、複列円すいころ軸受を組み込んだ自動車用ハブユニットにより、懸架装置に対して回転自在に支持する。

図１は、この様な場合に使用する自動車用ハブユニットの一例を示す断面図である。図示される自動車用ハブユニット１は、ハブ本体２と、このハブ本体２に外嵌固定した内輪３と、これらハブ本体２及び内輪３の周囲に配置した外輪４と、これらハブ本体２及び内輪３の外周面と外輪４の内周面との間に設けた複数個の円すいころ５ａ、５ｂとを備える。このうちのハブ本体２の外端部（軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で幅方向外側となる部分で、図１の左側。反対に、軸方向に関しては、自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる、図１の右側部分を「内」と言う。本明細書全体で同じ。）で上記外輪４から露出した部分の外周面には、車輪を支持する為の第一のフランジ６を形成している。また、上記ハブ本体２の中間部外周面には、第一列の円すいころ軸受７を構成する為の、円すい凸面状の第一の内輪軌道８を、直接形成している。更に、上記ハブ本体２の内端部外周面には、小径段部９を設けている。この小径段部９の外周面は、上記ハブ本体２と同心の円筒面としている。また、図示の例は、駆動輪を支持する為の自動車用ハブユニット１を示しており、この為に上記ハブ本体２の中心部にスプライン孔１０を設けて、図示しない等速ジョイントに付属の駆動軸をスプライン係合自在としている。

また、上記内輪３は、第二列の円すいころ軸受１１を構成する為の、円すい凸面状の第二の内輪軌道１２を外周面に形成しており、上記ハブ本体２の小径段部９に外嵌固定している。この第二の内輪軌道１２の傾斜方向と上記第一の内輪軌道８の傾斜方向とは、互いに逆にしている。また、上記内輪３の内端部は、この内輪３の外端面を上記小径段部９の段差面１３に突き当てた状態で、上記ハブ本体２の内端面よりも少しだけ突出する。自動車への組み付け状態で、この様にハブ本体２から突出した、上記内輪３の内端面には、上記等速ジョイントの外端面等が突き当たり、上記内輪３が上記小径段部９から抜け出る事を防止する。

また、上記外輪４の内周面には、上記第一列、第二列の円すいころ軸受７、１１を構成する為の、それぞれが円すい凹面状の第一、第二の外輪軌道１４、１５を形成している。これら第一、第二の外輪軌道１４、１５の傾斜方向は、上記第一、第二の内輪軌道８、１２に合わせて、互いに逆としている。また、上記外輪４の外周面の軸方向中間部には、この外輪４を図示しない懸架装置に対し固定する為の第二のフランジ１６を設けている。

また、上記複数の円すいころ５ａ、５ｂの図中左側半分の円すいころ５ａ、５ａは、第一の保持器１７により転動自在に保持した状態で、上記第一の内輪軌道８と上記第一の外輪軌道１４との間に配置している。これに対して、上記複数の円すいころ５ａ、５ｂの残部（図中右側半分）の円すいころ５ｂ、５ｂは、第二の保持器１８により転動自在に保持した状態で、上記第二の内輪軌道１２と上記第二の外輪軌道１５との間に配置している。

更に、上記外輪４の両端部内周面と前記ハブ本体２の中間部外周面及び前記内輪３の内端部外周面との間にはシールリング１９ａ、１９ｂを設けて、前記第一列、第二列の円すいころ軸受７、１１を設置した空間と外部とを遮断している。そして、この空間内に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、この空間内に異物が侵入する事を防止している。

また、図２に示すような自動車用ハブユニットも知られている。尚、図１と同一部材には同一の符号を付してある。図示される自動車ハブユニット１ａは、構成部材を中炭素鋼等で形成し、更に焼入れすることで耐久性の向上を図っている。即ち、ハブ本体２ａは全体が中炭素鋼製であり、このハブ本体２ａの中間部外周面で第一のフランジ６ａの基端部分からこのハブ本体２ａの内端面にかけての部分（図中斜格子で示す部分）を、高周波熱処理により焼き入れ硬化させている。また、外輪４に就いても、全体を中炭素鋼製とし、この外輪４の内周面で第一、第二の外輪軌道１４、１５を形成した部分（図中斜格子で示す部分）を高周波熱処理により焼き入れ硬化させている。また、内輪３ａは、ＳCr４２０等の浸炭鋼製とし、斜格子で示した表面層部分を焼き入れして硬化させている。更に、各円すいころ５ａ、５ｂに就いても、全体を軸受鋼製とし、ずぶ焼きにより表面から心部までほぼ同じ硬さに硬化させている。また、ハブ本体２ａに車輪を支持固定する為の第一のフランジ６ａに、軽量化の為の肉抜き孔２０が形成されている。

このような自動車用ハブユニットでは、内輪軌道や外輪軌道と、円すいころとの間に転がり摩擦が、鍔部と円すいころとの間にすべり摩擦が発生する。転がり摩擦に比べるとすべり摩擦は大きいので、鍔部の焼付きが原因となって破損に至る場合が多い。このような不具合を防ぐために、従来しばしば極圧グリースが使用されている。極圧グリースに添加される極圧剤として、モリブデンジチオカーバメイト多く使用されている。このモリブデンジチオカーバメイトは、極圧性能や融点、溶媒に対する溶解度等の性質がその化学構造により変化することが知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特公昭４５−２４５６２号公報（特許請求の範囲）特公昭５１−９６４号公報（特許請求の範囲）特公昭５３−３１６４６号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、自動車用ハブユニットの使用条件がより高速、より高温、より高荷重になってきており、破損等による寿命の低下が懸念されている。そこで本発明は、今後も使用条件がより過酷になることが想定される中、自動車用ハブユニットの寿命低下を抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記の自動車用ハブユニットを提供する。
（１）ハブ本体と、このハブ本体に外嵌固定した内輪と、これらハブ本体及び内輪の周囲に配置した外輪と、これらハブ本体及び内輪の外周面と外輪の内周面との間に設けた複数個の円すいころとを備え、このうちのハブ本体は、外端部外周面に車輪を支持する為の第一のフランジを設けると共に、中間部外周面に第一列の円すいころ軸受を構成する為の、円すい凸面状の第一の内輪軌道を直接形成し、内端部外周面に小径段部を設けたものであり、上記内輪は、第二列の円すいころ軸受を構成する為の、円すい凸面状の第二の内輪軌道を外周面に形成し、上記ハブ本体の小径段部に外嵌固定したものであり、上記外輪は、内周面に上記第一列、第二列の円すいころ軸受を構成する為の、それぞれが円すい凹面状の第一、第二の外輪軌道を、外周面に上記外輪を懸架装置に支持固定する為の第二のフランジを、それぞれ形成したものである自動車用ハブユニットに於いて、
リチウムコンプレックス石鹸を増ちょう剤とし、かつ、
チオフォスフェート類及びチオフォスファイト類から選ばれるリン−硫黄系極圧剤と、下記一般式（１）で表されるリン酸エステル、下記一般式（２）で表される酸性リン酸エステル、下記一般式（３）で表される酸性リン酸エステル及び下記一般式（４）で表されるアミン塩から選ばれるリン系極圧剤との混合物を、グリース全量の１〜１０質量％含有するグリース組成物が充填されていることを特徴とする自動車用ハブユニット。

（一般式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基または炭素数６〜３０のアリール基を表し、それぞれ異なっていてもよく、全て同じであってもよい。一般式（２）及び一般式（３）において、Ｒ４及びＲ５は炭素数１〜３０のアルキル基を表し、それぞれ異なっていてもよく、全て同じであってもよい。一般式（４）において、Ｒ６は炭素数１〜３０の分岐状または直鎖状のアルキル基を表し、ｎは１、２または３である。）
（２）ハブ本体の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、外輪の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、内輪の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、円すいころの表面硬度がＨ _ＲＣ６１〜６５であることを特徴とする上記（１）記載の自動車用ハブユニット。

本発明の自動車用ハブユニットは、特定の極圧剤を含有するグリース組成物を封入したことにより、これまでよりも潤滑性能をより長期にわたり維持でき、耐久性に優れたものとなる。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明において自動車用ハブユニットの構造には制限がなく、例えば図１及び図２に示したものを例示することができ、内輪軌道や外輪軌道と、円すいころとの間に発生する転がり摩擦、並びに鍔部と円すいころとの間に発生するすべり摩擦を抑制するために、下記に示すグリース組成物を封入する。尚、図２に示す自動車用ハブユニット１ａにおいて、ハブ本体２ａの焼入部分の表面硬度をＨ_ＲＣ６０〜６４、外輪４の焼入部分の表面硬度をＨ_ＲＣ６０〜６４、内輪３ａの焼入部分の表面硬度をＨ_ＲＣ６０〜６４、各円すいころ５ａ、５ｂの表面硬度をＨ_ＲＣ６１〜６５とすることができる。

グリース組成物の基油は、制限されるものでないが、鉱油系潤滑油及び合成潤滑油を好適に使用することができる。鉱油系潤滑油としては、制限されるものではないが、例えば、パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱油及びこれらの混合油を使用することができる。合成潤滑油としては、制限されるものではないが、例えば、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油及びフッ素油を使用することができる。具体的には、合成炭化水素油としてはポリα−オレフィン等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル等を、エステル油としてはジエステル油、ネオペンチル型ポリオールエステル油またはこれらのコンプレックスエステル油、芳香族エステル油等を、フッ素油としてはパーフルオロエーテル油、フルオロシリコーン油、クロロトリフルオロエチレン油、フルオロフォスファゼン油等を、それぞれ挙げることができる。また、これらの潤滑油は、それぞれ単独でも、複数種を適宜組み合わせて使用してもよい。中でも、高温、高速での潤滑性能及び寿命を考慮すると、合成潤滑油を含むことが好ましく、特にエステル油、エーテル油を含有することが好ましい。また、コスト面からは、鉱油系潤滑油を含有することが好ましい。

また、基油は、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、低トルク性及び耐久性を考慮すると４０〜８０ｍｍ^２／ｓがより好ましい。

増ちょう剤には、潤滑性能及び耐熱性を考慮して、リチウムコンプレックス石鹸を用いる。リチウムコンプレックス石鹸として、例えば、炭素数１２〜２４の脂肪酸と炭素数２〜１２の脂肪酸ジカルボン酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石鹸を例示でき、これらは２種以上混合して使用してもよい。

また、増ちょう剤の含有量は、グリース全量の５〜３５質量％が好ましい。増ちょう剤含有量が５質量％未満ではグリースが液状化しやすく、３５質量％を超えるとグリースが固形化しやすくなり、何れも好ましくない。

本発明では、グリース組成物にリン−硫黄系極圧剤とリン系極圧剤とを組み合わせ、合計でグリース全量の１〜１０質量％、好ましくは５〜１０質量％添加する。これら極圧剤の合計添加量が１質量％未満では、十分な極圧作用を付与できず、１０質量％を超えて添加しても効果が飽和し、更に熱安定性が低下するようになる。

また、リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤の個々の添加量は、グリース組成物全量の０．１質量％以上とし、１〜５質量％が好ましく、１〜４質量％がより好ましい。リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤の何れか一方の添加量が０．１質量％未満の場合、両極圧剤を組み合わせる相乗効果が得られない。

リン系極圧剤としては、下記一般式（１）で表されるリン酸エステルを挙げることができる。

一般式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基または炭素数６〜３０のアリール基を表し、それぞれ異なっていてもよく、全て同じであってもよい。一般的（１）で表されるリン酸エステルの具体例として、トリブチルホフフェート、エチルジブチルホスフェート、トリヘキシルフォスフェート、トリ（２−エチルヘキシル）ホスフェート、トリデシルホスフェート、トリラウリルホスフェート、トリミリスチルホスフェート、トリパルミチルホスフェート、トリステアリルホスフェート、トリオレイルホスフェート、トリクレジルホスフェート等を挙げることができる。中でも、トリクレジルホスフェートが好ましい。

また、リン系極圧剤として、下記の一般式（２）または一般式（３）で表される酸性リン酸エステルも使用できる。

一般式（２）及び一般式（３）において、Ｒ４及びＲ５は炭素数１〜３０のアルキル基を表し、具体的にはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ウンデシル基、各種トリデシル基、各種テトラデシル基、各種ペンタデシル基、各種ヘキサデシル基、各種ペンタデシル基、各種オクタデシル基、各種ナデシル基、各種エイコシル基、各種ヘンエイコシル基、各種ドコシル基、各種トリコシル基、各種テトラコシル基、各種ペンタコシル基、各種ヘキサコシル基、各種ペンタコシル基、各種オクタコシル基、各種ノナコシル基、各種トリアコンチル基が挙げられる（各種とは、分岐状または直鎖状を示す）。また、Ｒ４及びＲ５は同一でも異なっていてもよい。中でも、メチル基が好ましい。

また、酸性リン酸エステルは、アミン塩でもよい。アミン塩を形成するアミン類としては、下記一般式（４）で表されるものが好ましい。
Ｒ６_ｎＮＨ_３−ｎ・・・（４）

一般式（４）において、Ｒ６は炭素数１〜３０の分岐状または直鎖状のアルキル基（具体例は上記の通り）を表し、ｎは１、２または３である。また、Ｒ６が複数、即ちジ置換（第２級）アミンやトリ置換（第３級）アミンの場合、複数のＲ６は同一でも異なっていてもよい。これらの中では、ドデシル基置換第１級アミンが好ましい。

リン−硫黄系極圧剤としては、チオフォスフェート類及びチオフォスファイト類が挙げられる。

チオフォスフェート類としては、チオリン酸エステルの基本構造を有するもので、例えばトリフェニルフォスフォロチオネート（ＴＰＰＴ）等が挙げられる。また、チオフォスファイト類としては、一般式「（ＲＳ）_３Ｐ；Ｒはアルキル基」で表される有機トリチオフォスファイトが挙げられ、例えばトリブチルトリチオフォスファイトやトリ（２−エチルヘキシル）チオフォスファイト等が挙げられる。

また、グリース組成物には、必要に応じて、その他の各種添加剤を添加してもよい。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系、２，６−ジ−tert−ジブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤；アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の有機スルフォン酸塩、アルキルコハク酸エステルやアルケニルコハク酸エステル等のコハク酸誘導体、ソルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステル等の防錆剤；脂肪酸、動植物油等の油性向上剤；ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤、等を添加することができる。これら添加剤は、２種以上を混合して添加してもよい。また、これら添加剤の添加量は、本発明の効果を損なわない限り、制限はない。

グリース組成物は上記の各成分を含有するが、その製造方法には制限がなく、従来のグリースと同様にして調製することができるが、一般的には基油中で増りょう剤を反応させて得られるベースグリースに、リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤、更にはその他の添加剤を添加した後、ロールミル等により十分に混練して均一に混合する。また、混練時に加熱してもよい。

また、グリース組成物の混和ちょう度は、２２０〜３４０が好ましく、２５０〜２９５がより好ましい。

以下に、実施例及び比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。

（実施例１〜５、比較例１〜４）
表１及び表２に示す如く、基油、増ちょう剤並びに極圧剤を配合してロールミルを通すことで試験グリースを得た。尚、何れの試験グリースにも、グリース全量に対し２質量％のアミン系酸化防止剤、１質量％のカルシウムスルフォネート系防錆剤、０．０５質量％のベンゾトリアゾール系金属不活性化剤を添加した。そして、各試験グリースに関して、下記に示す高温高速高荷重耐久試験を行った。

・高温高速高荷重耐久試験
円すいころ軸受（呼び番号：３０２０５）に各試験グリースを封入し、内輪回転速度８０００ｒｐｍ、軸受外輪温度１５０℃、ラジアル荷重１００ｋｇｆ、アキシアル荷重１００ｋｇｆの条件で連続回転させた。そして、軸受外輪温度が１５５℃あるいは軸受トルクが増大し、モータ渦電流になった時を焼付き寿命と判断し、それまでの時間を測定した。試験結果を表１、表２に併記した。

表１及び表２から、本発明に従い、リン−硫黄系極圧剤とリン系極圧剤とを組み合わせ、合計でグリース全量の１〜１０質量％含有するグリース組成物を封入することで、高温、高速、高加重下での耐久性が向上することがわかる。

自動車用ハブユニットの一例を示す断面図である。自動車用ハブユニットの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１、１ａ自動車用ハブユニット
２、２ａハブ本体
３、３ａ内輪
４外輪
５ａ、５ｂ円すいころ
６、６ａ第一のフランジ
７第一列の円すいころ軸受
８第一の内輪軌道
９小径段部
１０スプライン孔
１１第二列の円すいころ軸受
１２第二の内輪軌道
１３段差面
１４第一の外輪軌道
１５第二の外輪軌道
１６第二のフランジ
１７第一の保持器
１８第二の保持器
１９ａ、１９ｂシールリング
２０肉抜き孔

Claims

ハブ本体と、このハブ本体に外嵌固定した内輪と、これらハブ本体及び内輪の周囲に配置した外輪と、これらハブ本体及び内輪の外周面と外輪の内周面との間に設けた複数個の円すいころとを備え、このうちのハブ本体は、外端部外周面に車輪を支持する為の第一のフランジを設けると共に、中間部外周面に第一列の円すいころ軸受を構成する為の、円すい凸面状の第一の内輪軌道を直接形成し、内端部外周面に小径段部を設けたものであり、上記内輪は、第二列の円すいころ軸受を構成する為の、円すい凸面状の第二の内輪軌道を外周面に形成し、上記ハブ本体の小径段部に外嵌固定したものであり、上記外輪は、内周面に上記第一列、第二列の円すいころ軸受を構成する為の、それぞれが円すい凹面状の第一、第二の外輪軌道を、外周面に上記外輪を懸架装置に支持固定する為の第二のフランジを、それぞれ形成したものである自動車用ハブユニットに於いて、
リチウムコンプレックス石鹸を増ちょう剤とし、かつ、
チオフォスフェート類及びチオフォスファイト類から選ばれるリン−硫黄系極圧剤と、下記一般式（１）で表されるリン酸エステル、下記一般式（２）で表される酸性リン酸エステル、下記一般式（３）で表される酸性リン酸エステル及び下記一般式（４）で表されるアミン塩から選ばれるリン系極圧剤との混合物を、グリース全量の１〜１０質量％含有するグリース組成物が充填されていることを特徴とする自動車用ハブユニット。

（一般式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基または炭素数６〜３０のアリール基を表し、それぞれ異なっていてもよく、全て同じであってもよい。一般式（２）及び一般式（３）において、Ｒ４及びＲ５は炭素数１〜３０のアルキル基を表し、それぞれ異なっていてもよく、全て同じであってもよい。一般式（４）において、Ｒ６は炭素数１〜３０の分岐状または直鎖状のアルキル基を表し、ｎは１、２または３である。）
ハブ本体の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、外輪の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、内輪の焼入部分の表面硬度がＨ _ＲＣ６０〜６４、円すいころの表面硬度がＨ _ＲＣ６１〜６５であることを特徴とする請求項１記載の自動車用ハブユニット。