JP6347973B2 - 従動輪用車輪軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は従動輪用車輪軸受装置に関する。

車輪軸受装置は自動車の車輪を支持するためのもので、ハブベアリングと呼ばれる場合がある。ハブベアリングには駆動輪用と従動輪用がある。特許文献１には駆動輪用の車輪軸受装置の加工方法が記載されている。特許文献２には従動輪用の車輪軸受装置の加工方法が記載されている。

車輪軸受装置は転動体を介して相対回転自在の内方部材と外方部材とからなり、一方を車体に固定し、他方に車輪を取り付ける。したがって、車体に固定する部材が固定側、車輪を取り付ける部材が回転側となる。内方部材に車輪を取り付け、外方部材を車体側に固定するタイプを内輪回転タイプと呼び、内方部材を車体側に固定し、外方部材に車輪を取り付けるタイプを外輪回転と呼ぶ。どちらのタイプであっても、車輪を取り付ける部材はハブフランジを有し、このハブフランジに植え込んだハブボルトとハブナットを利用して車輪（ホイール）を固定する。

駆動輪用の車輪軸受装置は、駆動輪に動力を伝達する必要があるため、内輪回転タイプとなる。すなわち、車輪を取り付けるためのハブフランジをもった内方部材（アクスル）を、ナックルに固定した外方部材によって回転自在に支持し、内方部材（アクスル）をドライブシャフトと連結する。従動輪用の車輪軸受装置は、内輪回転タイプでも外輪回転タイプでも可能である。内輪回転タイプの場合、内方部材にハブフランジを設け、車体に固定した外方部材に内方部材を回転自在に支持させる。外輪回転タイプの場合、外方部材にハブフランジを設け、車体に固定した内方部材に外部方部材を回転自在に支持させる。

ハブフランジの面は回転軸線に対する直角度がフランジ面の面振れに影響を与え、したがって、当該車両の操縦安定性にも影響する。特許文献１に記載された従来の技術は、駆動輪用の車輪軸受装置を組み立てた状態でハブフランジのフランジ面を旋削することにより、ハブフランジのフランジ面の精度向上を図っている（特許文献１の段落０００７、図１参照）。

ハブフランジのフランジ面を旋削する際にハブフランジをもった部材を回転駆動する方法として、駆動輪用の車輪軸受装置の場合、ハブフランジをもった内方部材（ハブ輪）のセレーション孔に駆動軸のセレーション軸を挿入して駆動力を伝達することができる。

特許文献２には、従動輪用の車輪軸受装置において、中実のハブ輪のパイロット内径に、ハブ輪に駆動力を伝達するためのケレ部を設けることが記載されている（特許文献２の段落０００５、図８参照）。

特開２００７−０４５３０５号公報 特開２００５−２８０７０３号公報

上記従来の技術は、いずれも、内方部材が回転する内輪回転タイプに関するものである。従来、外方部材が回転する外輪回転タイプの従動輪用車輪軸受装置の場合、組み立てた後に外方部材に駆動力を伝達する手段がないため、車輪軸受装置を組み立てた状態で外方部材のフランジ面旋削加工を行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、外輪回転タイプの従動輪用車輪軸受装置において、組み立てた後に外方部材に駆動力を伝達することができるようにすることを目的とする。

本発明によれば、上記目的は、外輪回転タイプの従動輪用車輪軸受装置において、外方部材のパイロット部の内径側にリブを設けることによって達成される。すなわち、本発明は、２列の転動体を介して相対回転自在の内方部材及び外方部材を有し、前記内方部材は固定側、前記外方部材は回転側であり、前記外方部材は車輪を取り付けるためのハブフランジを外周に備えている車輪軸受装置において、前記内方部材は、インナ側の端部にナックルの穴に挿入するためのパイロット外径を有し、前記外方部材は、中空で、前記ハブフランジ側の端部にパイロット部を有し、前記パイロット部の内径側に回転駆動力を受けるケレとしてのリブが設けてあり、このリブが前記パイロットの内周面の内端とアウタ側軌道との間に位置すると共に半径方向内側に突出し、前記リブの最小内径が、前記２列の転動体のうちのアウタ側の転動体のための保持器の外径よりも大きいことを特徴とする。

外方部材のパイロット部は、ホイールパイロットとドラムパイロットからなり、ホイールとブレーキドラムとホイールを取り付ける際にそれぞれ両者を案内して芯出しする役割を果たす。パイロット部は、ホイールとブレーキドラムの取り付け時にそれらの重量を支えるのみで、ハブボルトとハブナットで締結した後は、荷重を支えるものではない。

従動輪用車輪軸受装置における中実の内方部材でも、軽量化のため、パイロット部の内径側の肉をぬすんで凹部を形成し、組み立てた後にハブキャップを取り付けるようになっている。パイロット部が薄肉の場合、変形やひずみが生じやすく、パイロット機能が損なわれる。リブを設けることにより、パイロット部の変形やひずみを防止して、パイロット機能を十全に発揮させることができる。

さらに、外方部材のパイロット内径に設けたリブは、回転駆動力を伝達するためのケレとして利用することができる。車輪軸受装置を組み立てた状態で、当該ケレを利用して外方部材を回転駆動し、外輪回転タイプの従動輪用車輪軸受装置におけるフランジ面旋削を実施することができる。

本発明によれば、外方部材が回転する外輪回転タイプの従動輪用車輪軸受装置において、組み立てた後に、外方部材のパイロット部の内径側に設けたリブをケレとして利用し、外方部材に回転駆動力を伝達することができる。したがって、車輪軸受け装置を組み立てた状態で外方部材のフランジ面旋削加工を行うことができ、そうすることにより、フランジ面の精度向上を図ることができる。

内輪回転タイプの場合、外方部材にパイロット部を設け、このパイロット部の外径をナックル（ハウジング）の穴に圧入するのに対して、外輪回転タイプとすることにより、内方部材（アクスル）にパイロット外径を設ける。したがって、外輪回転タイプの場合、内輪回転タイプに比べてパイロット外径の小径化が実現し、その結果、パイロット外径を挿入するナックル（ハウジング）穴の小径化が可能となる。これにより、車輪軸受装置やナックル（ハウジング）の軽量化が達成できるばかりでなく、自動車メーカーにおけるナックル（ハウジング）周辺の設計自由度が増す。

本発明の実施の形態を示す車輪軸受装置の縦断面図である。 図１と類似の縦断面図であってハブキャップを取り外した状態を示す。 図２と類似の縦断面図であってかしめパンチ揺動範囲を示す。 揺動かしめを説明するための工程図である。 図２と類似の縦断面図であってフランジ面旋削時の状態を示す。 パイロット部のリブと駆動治具の関係を示す略図である。 パイロット部内径をチャックしてフランジ面旋削を行う場合の縦断面図である。 第２世代ハブベアリングのフランジ面旋削時の縦断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１に示す車輪軸受装置は、主要な構成要素として、内方部材１０と、外方部材２０と、２列の転動体３０ａ、３０ｂと、各列の転動体３０ａ、３０ｂを円周方向で所定間隔に保持する保持器３２ａ、３２ｂとを含んでいる。

内方部材１０と外方部材２０は転動体３０ａ、３０ｂを介して相対回転自在の関係にあり、内方部材１０は軸受内輪に相当し、外方部材２０は軸受外輪に相当する。２列の転動体のうち、インナ側の転動体に符号３０ａをあて、アウタ側の転動体に符号３０ｂをあててあり、このような符号の付け方は軌道と保持器についても同様である。なお、実施の形態では転動体として玉を使用している。

内方部材１０はアクスル１０ａと軌道輪１０ｂとで構成されている。アクスル１０ａの外周面は段付き形状で、大径部分にインナ側の軌道１２ａが形成してあり、小径部分には軸部１４が形成してある。軌道輪１０ｂはアクスル１０ａの軸部１４に配置してあり、外周にアウタ側の軌道１２ｂを有する。また、アクスル１０ａの軸部１４の端部を符号１６で示すようにかしめて軌道輪１０ｂの端面に当ててある。なお、かしめ前の円筒部１５を図４に示してある。

軌道輪１０ｂはアクスル１０ａの軸部１４に締りばめではめ合わせ、軸部１４から半径方向に立ち上がった肩面１３に軌道輪１０ｂの端面を突き当ててある。この意味で肩面１３を軌道輪突き当て面又は単に突き当て面と呼ぶこととする。軌道輪１０ｂを軌道輪突き当て面１３に当てた状態で、アクスル１０ａの軸部１４の端部をかしめることにより、軌道輪１０ｂが突き当て面１３に向けて軸方向に加圧され、軌道１２ａ、１２ｂ間の距離が短くなるため軸受予圧が付与される。このとき、例えば、内方部材１０と外方部材２０を相対回転させたときのトルクを計測して、所定範囲のトルク値に達した時点でかしめを終了することで、予圧の管理をすることができる。

かしめ加工の一例として揺動かしめ（orbital forming）を挙げることができる。揺動かしめは、冷間塑性加工の一種で、かしめ加工の過程を示す図４から分かるように、内方部材１０のアウタ側に形成した円筒部１５を、かしめパンチ４４により拡径させるようにしてかしめる加工方法である。かしめパンチ４４は、その回転中心が車輪軸受装置の中心軸線Ｘに対して傾いた状態で、車輪軸受装置の中心軸線Ｘまわりに回転する。このような運動はみそすり運動又は歳差運動として知られている。揺動かしめの結果、円筒部１５はかしめ部１６となる。

アクスル１０ａの、かしめ部１６とは反対側（図１では右側）の端面には、軸心部の穴と、複数のねじ孔１８が設けてある。軸心部の穴は軽量化に寄与するばかりでなく、固定治具４０（図５）を挿入する部分ともなる。ねじ孔１８は、図１では一つしか現れていないが、円周方向に等配してあり、各ねじ孔１８はアクスル１０ａの中心軸線に対して斜めに延びている。これらのねじ孔１８は、ボルトを使用して内方部材１０をナックル（ハウジング）等の車体側に締結するためのものである。

アクスル１０ａの上記端面側の外周には、ナックル（ハウジング）の穴に挿入して芯出しをするためのパイロット外径１９が形成してある。また、そのパイロット外径１９に隣接して、シール３４の内側要素を取り付けるためのシールランドが形成してある。アクスル１０ａに形成したパイロット外径１９は、外方部材２０のスリーブよりも明らかに小径となる。したがって、そのパイロット外径１９を挿入する穴も小径となり、その穴をもった相手部材たるナックル（ハウジング）の小型化が可能となる。

外方部材２０は中空で、スリーブ２０ａとフランジ２０ｂとからなり、スリーブ２０ａの内周に２列の軌道すなわちインナ側の軌道２２ａとアウタ側の軌道２２ｂが形成してある。外方部材２０の軌道２２ａ、２２ｂは内方部材１０の軌道１２ａ、１２ｂと対向し、相互間に転動体３０ａ、３０ｂが転動するための２列の軌道を形成する。このように、内方部材１０と外方部材２０は転動体３０ａ、３０ｂを介して相対回転自在の関係にある。

インナ側の転動体３０ａ列とアウタ側の転動体３０ｂ列は直径が異なり、後者を大径としてあるのは当該車輪軸受装置の組立を可能にするためである。いずれもアンギュラコンタクトであって、図２中の符号αａ、αｂは接触角すなわち、軸受中心軸Ｘ‐Ｘに垂直な平面（ラジアル平面）と、軌道１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂから転動体３０ａ、３０ｂへ伝えられる力の合力の作用線とがなす角度を表す。背面配列すなわち、外輪の背面を近接させて並べた２個の軸受の配列に相当し、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を負荷することができるため、車両のコーナリング時のようにモーメント荷重が作用する用途に適している。

外方部材２０のフランジ２０ｂは車輪（ホイール）を取り付けるためのもので、そのための複数のハブボルト（図示省略）を植え込むためのねじ孔のみ示してある。フランジ２８は、図２の中心線の上部に示してある部分と下部に示してある部分とでは肉厚が相違している。これは、ハブボルトとハブボルトの間の部分の肉をぬすんで軽量化を図ったもので、さらに、当該部分に軽量化のための穴を設けることもある。

外方部材２０のフランジ２０ｂ側すなわちアウタ側の端部には、軸心部に、パイロット部２４が形成してある。パイロット部２４の外周面は段付き円筒形状で、小径部分がホイールパイロット、大径部分がディスクパイロットで、それぞれ、ホイールとブレーキディスクを取り付ける際の案内と芯出しをする役割を果たす。

パイロット部２４の内径側は肉をぬすんであり、端面側に位置する円筒形状の内周面２５ａと、内周面２５ａの内端に続く球面状の凹部２５ｂと、凹部２５ｂの内端に続く円筒部２５ｃとからなり、円筒部２５ｃは一旦拡径してアウタ側軌道２２ｂの肩に連なっている。凹部２５ｂにはリブ２６が設けてある。リブ２６は少なくとも一箇所あれば足るが、複数設ける場合は円周方向に等間隔に配置するのが回転バランス上有利である。図６は二つのリブ２６を直径方向に対向する位置に配置した例である。リブ２６は、外方部材２０の鍛造成形の過程で形成するほか、切削加工で形成してもよい。

リブ２６は、パイロット部２４の補強をするほか、フランジ２０ｂのフランジ面２８を旋削する際に、回転駆動力を受けるケレの役割を果たす。ここで、「ケレ」は機能上の呼称であって、形状は問わない。図示した例では、内周面２５ａの内端とアウタ側軌道２２ｂの肩との間に位置し、半径方向内側に突出している。図２に示すように、リブ２６の最小内径φＢは、アウタ側保持器３２ｂの外径φＡよりも大きくなるように設定する（φＡ＜φＢ）。車輪軸受装置の組み立て時に、アウタ側保持器３２ｂがリブ２６に干渉しないようにするためである。また、図３に示すように、リブ２６の最小内径φＢは、かしめパンチ４４の揺動範囲よりも大きく設定する。かしめパンチ４４がリブ２６に干渉して、かしめ作業を妨げることがないようにするためである。図３中の斜線部分がかしめパンチ４４の揺動範囲を表している。

ここで、車輪軸受装置の組み立て工程は概略次のとおりである。
インナ側の転動体３０ａ及び保持器３２ａを外方部材２０のインナ側軌道２２ａに組み付ける。
組み付けたインナ側転動体３０ａ列の内側を通して、アクスル１０ａを軸部１４側から挿入し、インナ側転動体３０ａを軌道１２ａに着座させる。
外方部材２０のアウタ側軌道２２ｂにアウタ側保持器３２ａを配置しておき、アウタ側転動体３０ｂを組み込む。このとき、リブ２６の最小内径φＢはアウタ側保持器３２ａの外径よりも大きいため（φＡ＜φＢ）、アウタ側保持器３２ｂの通過が許容される。
その後、軌道輪１０ｂを内方部材１０の軸部１４にはめ合わせて、図４に関連して上に述べたように軸部１４の端部の縁東部１５をかしめ、かしめ部１６となす。

その後、内方部材１０と外方部材２０の間の空間を密封するため、シール３４を装着する。また、パイロット部２４の内周面２５ａにハブキャップ３６を装着する。これらのシール３４及びハブキャップ３６は、軸受内部に異物が侵入するのを防止し、また、軸受内部に充填した潤滑剤のもれを防止する。なお、実際には、シール３４とハブキャップ３６の装着は、後に述べるフランジ面２８の旋削加工の後の最終工程となる。

上述の構成からなる車輪軸受装置においては、実車への取り付けに際し、内方部材１０をボルト締結によって車体に固定する。さらに、外方部材２０のパイロット部２４を利用して、フランジ２０ｂのハブボルト（図示省略）にブレーキディスク（図示省略）と車輪のホイール（図示省略）を取り付け、ホイールナット（図示省略）を締め付けて締結する。その際、ホイールはホイールパイロットによって、ブレーキディスクはディスクパイロットによって、それぞれ芯出しされる。

次に、上記車輪軸受装置におけるフランジ２０ｂのフランジ面２８の加工方法を説明する。

述べたようにして車輪軸受装置を組み立て、外方部材２０のパイロット２４の内周面２４ａにハブキャップ３６を圧入する前に、外方部材２０のフランジ２０ｂのフランジ面を旋削する。具体的には、図５に示すように、内方部材１０を固定治具４０により固定した状態で、駆動治具４２により外方部材２０を回転させる。そして、矢印で示すようにフランジ部２０ｂの半径方向に切削工具３８に送りをかけ、フランジ部２０ｂのフランジ面２８を旋削する。このとき、図６に示すように、駆動治具４２を外方部材２０のリブ２６に引っ掛けて回転駆動力を伝達する。

このように、フランジ部２０ｂのフランジ面２８の旋削加工を、車輪軸受装置を組み立てた状態で行なうことにより、車輪軸受装置の構成要素の寸法誤差や組立て誤差に拘らず、車輪軸受装置の回転時のフランジ２０ｂのフランジ面２８の軸方向の振れ（面振れ）は十分に小さくすることが可能となる。また、このフランジ面２８はブレーキディスクを取り付ける面であることから、ブレーキディスクのパッドしゅう動面の面振れも極めて小さくすることができる。

なお、図７に示すように、外方部材２０のパイロット部２４の内周面２５ａをクランプして外方部材２０に回転駆動力を伝達する場合は、軸受の固定側は内方部材１０を固定することで外方部材２０は転動体基準で回転することになり、組立後のフランジ面２８旋削加工の精度が向上する。

また、図８に示すように、第２世代の車輪軸受装置（ハブベアリング）で初期軸受すきまの設定が正すきまの場合、軸受の初期すきまが負すきまになるように、言い換えれば締めしろを与えるように、軸方向に力を加えた状態で内輪を固定することで、外方部材は転動体基準で回転することになり、組立後のフランジ面２８旋削加工の精度が向上する。

上述の実施例の効果を要約して列記するならば次のとおりである。

実施例の車輪軸受装置は、２列の転動体３０ａ、３０ｂを介して相対回転自在の内方部材１０及び外方部材２０を有し、前記内方部材１０は固定側、前記外方部材２０は回転側であり、前記外方部材２０は車輪を取り付けるためのハブフランジ２０ｂを外周に備えている。そして、前記内方部材１０は、インナ側の端部にナックルの穴に挿入するためのパイロット外径１９を有し、前記外方部材２０は、中空で、前記ハブフランジ２０ｂ側の端部にパイロット部２４を有し、前記パイロット部２４の内径側にリブ２６が設けてある。

内方部材１０のパイロット外径１９は外方部材２０の外径よりも明らかに小径となる。したがって、そのパイロット外径１９を挿入する穴も小径となるため、その穴をもった相手部材たるナックル（ハウジング）の小型化が可能となる。

リブ２６の最小内径φＢがアウタ側転動体３０ｂのための保持器３２ｂの外径φＡよりも大きい設定とすることにより（φＡ＜φＢ）、アウタ側の保持器３２ｂがリブ２６と干渉することはない。したがって、軸受を組み立てる際、アウタ側の保持器３２をパイロット部２４側から挿入し、リブ２６の内側を通過させて適所に配置した後、玉２２ｂを組み込む、という操作が可能となる。

いわゆる第３世代の車輪軸受装置の場合、内方部材１０は、互いに別体のアクスル１０ａと軌道輪１０ｂとからなり、２列の転動体３０ａ、３０ｂのための２列の軌道のうち、インナ側の軌道１２ａはアクスル１０ａに、アウタ側の軌道１２ｂは軌道輪１０ｂに形成する。

軌道輪１０ｂは、アクスル１０ａの軸部１４とはめ合わせ、軸部１４の端部にかしめ加工を施してアクスル１０ａと軌道輪１０ｂを一体化することにより、軸受に予圧を付与し、かつ、その予圧を確実に維持することができる。軸部１４の端部に雄ねじを切り、ナットで締め付けて一体化することも可能であるが、ナット座面の摩擦抵抗の変動により締め付け力の誤差が大きくなったり、使用中にナットが緩んで予圧抜けが生じたり、といった問題がある。かしめ加工によればそのような問題が生じにくい。

かしめ加工として揺動かしめ加工を採用するときは、リブ２６の最小内径φＢをかしめパンチ４４の揺動範囲よりも大きくなるように設定することにより、かしめパンチ４４とリブ２６が干渉して揺動かしめ加工の妨げになるという心配がない。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、ここに述べ、かつ、図示した実施の形態に限らず、特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の改変を加えて実施をすることができることは言うまでもない。

例えば、実施の形態では転動体として玉を使用しているが、円すいころを採用することも可能である。なお、転動体に応じて軌道の形状が変わることは言うまでもない。

１０ 内方部材
１０ａ アクスル
１２ａ 軌道（インナ側）
１３ 肩部
１４ 軸部
１５ 円筒部
１６ かしめ部
１８ ねじ孔
１９ パイロット外径
１０ｂ 軌道輪
１２ｂ 軌道（アウタ側）
２０ 外方部材
２０ａ スリーブ
２２ａ 軌道（インナ側）
２２ｂ 軌道（アウタ側）
２４ パイロット
２６ リブ
２０ｂ フランジ
２８ フランジ面
３０ａ 転動体（アウタ側)
３０ｂ 転動体（インナ側）
３２ａ 保持器（アウタ側）
３２ｂ 保持器（インナ側）
３４ シール
３６ ハブキャップ
３８ 切削工具
４０ 固定治具
４２ 駆動治具
４４ かしめパンチ

Claims (4)

1. ２列の転動体を介して相対回転自在の内方部材及び外方部材を有し、前記内方部材は固定側、前記外方部材は回転側であり、前記外方部材は車輪を取り付けるためのハブフランジを外周に備えている車輪軸受装置において、
   前記内方部材は、インナ側の端部にナックルの穴に挿入するためのパイロット外径を有し、前記外方部材は、中空で、前記ハブフランジ側の端部にパイロット部を有し、前記パイロット部の内径側に回転駆動力を受けるケレとしてのリブが設けてあり、このリブが前記パイロットの内周面の内端とアウタ側軌道との間に位置すると共に半径方向内側に突出し、前記リブの最小内径が、前記２列の転動体のうちのアウタ側の転動体のための保持器の外径よりも大きいことを特徴とする車輪軸受装置。
2. 前記内方部材は、互いに別体のアクスルと軌道輪とからなり、前記２列の転動体のための２列の軌道のうち、インナ側の軌道は前記アクスルに形成し、アウタ側の軌道は前記軌道輪に形成してある請求項１の車輪軸受装置。
3. 前記軌道輪は、前記アクスルの軸部とはめ合わせ、前記軸部の端部にかしめ加工を施すことにより前記内方部材に固定してある請求項２の車輪軸受装置。
4. 前記かしめ加工は搖動かしめ加工であって、前記リブ部の最小内径はかしめパンチの搖動範囲よりも大きい請求項３の車輪軸受装置。

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