JP6366233B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置に関するもので、特に、軽量化と、鍛造投入重量と旋削量の削減による低コスト化を図った車輪用軸受装置に関する。

近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、強く望まれて久しい。特に、自動車等の車両の中でも軽四輪あるいはスモールカーをはじめとした軽車両においては、低コスト化は言うまでもなく、この軽量化に対する要求は益々増大してきている。

従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置においては、この軽量化と一面では相反する信頼性と耐久性を向上させることも重要な要因となっている。

図７に示す車輪用軸受装置はその代表的なものである。この車輪用軸受装置は、ハブ輪５１の中心区域５２が回転軸線５３に対して円錐状に形成され、この中心区域５２の直径は、径方向外方から軸受区域５４の方へ減少している。中心区域５２は、その直径が最大の周囲の所で、ハブ輪５１のパイロット部５５上へ嵌合される図示しないブレーキロータおよび車輪が取り付けられる車輪取付フランジ５６へ移行している。ブレーキロータおよび車輪が締結されるハブボルト（図示せず）は、車輪取付フランジ５６の円周等配位置に穿設されたボルト挿通孔５７に固定される。

また、車輪取付フランジ５６には貫通孔５８が穿設され、ボルト挿通孔５７の間に同じように分布して設けられている。この貫通孔５８は略台形の断面形状を有しており、貫通孔５８の周囲に関して長い方の辺は、車輪取付フランジ５６の径方向外方側に、また短い方の辺は車輪取付フランジ５６の径方向内方側に形成されている。

貫通孔５８の各隅部は円弧状に形成されると共に、貫通孔５８の縁には面取り部が形成されている。これにより、軽量化を図ることができると共に、ハブ輪５１に生じる応力を緩和することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特表２００９−５２０６４２号公報

然しながら、この従来のハブ輪５１では、車輪取付フランジ５６の側面において、ボルト挿通孔５７や貫通孔５８が形成された区域に円周方向の溝が形成されて、その円周方向溝の外径側と内径側に、ブレーキロータと接触する面が設けられている。これでは、ブレーキロータを当接する面が、円周方向溝の外径側と内径側の部位のみとなり、ホイールナットでボルト締結した際に負荷される軸力を受ける面が狭く、ブレーキロータとの当接面積が減少して面圧が上昇する。したがって、一般的には、この円周方向溝を廃止して、車輪取付フランジ全面がブレーキロータと当接する構造としているが、このような構造であると、車輪取付フランジ５６の側面全体を旋削加工する際に、貫通孔５８の径方向輪郭部分にバリが発生する恐れがある。特に、この貫通孔５８がボルト挿通孔５７のように円形形状の場合は、ドリル等の工具にて簡単にバリを除去することができるが、略台形等の非円形形状となると、バリが発生する箇所が軸心に向う直線部の２箇所となるが、このバリを除去するには、手作業によって除去するか、プログラムを組んだ機械加工をしなければならないため、作業工数やコストが嵩む。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非円形形状の貫通孔の軽量化孔特有の問題に着目し、車輪取付フランジの側面の旋削時にバリが発生するのを防止すると共に、軽量化および鍛造投入重量と旋削量の削減による低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための円形状の車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と外方部材間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルトが圧入されるボルト挿入孔と、これらボルト挿入孔間に軽量化のための非円形形状の貫通孔が形成された車輪用軸受装置において、前記貫通孔のアウター側の縁に面取り部が形成され、この面取り部と前記貫通孔が鍛造加工によって形成され、前記ボルト挿通孔と前記貫通孔とが設けられた前記車輪取付フランジのアウター側の側面が旋削加工され、当該アウター側の側面にブレーキロータが当接する。

このように、ハブ輪の車輪取付フランジの周方向等配にハブボルトが圧入されるボルト挿入孔と、これらボルト挿入孔間に軽量化のための非円形形状の貫通孔が形成された車輪用軸受装置において、貫通孔のアウター側の縁に面取り部が形成され、この面取り部と貫通孔が鍛造加工によって形成され、ボルト挿通孔と貫通孔とが設けられた車輪取付フランジのアウター側の側面が旋削加工され、当該アウター側の側面にブレーキロータが当接するので、車輪取付フランジのアウター側の側面の旋削時にバリが発生するのを防止することができると共に、ハブ輪の軽量化と鍛造投入重量が削減でき、また、少なくとも車輪取付フランジのアウター側の側面の切削範囲が減少して切削量の削減が可能となり、低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記貫通孔が、径方向輪郭部分と周方向輪郭部分からなる形状に形成されると共に、これらの部分の隅部に円弧面が形成されていれば、車輪取付フランジの強度・剛性を低下させることなく効果的に軽量化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記貫通孔が、扇形形状、台形形状および三角形状のうちいずれかの形状であれば、円形形状に比べ、強度・剛性を確保しつつ効果的に軽量化を図ることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記隅部の円弧面の曲率半径がＲ２以上に設定されていれば、車輪取付フランジに繰り返し負荷される荷重により発生する応力を緩和することができ、耐久性を確保することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記面取り部の断面が円弧面とテーパ面とを備えていれば、貫通孔との繋ぎ部が滑らかになると共に、旋削加工の終点角度が一定となり、側面の旋削取り代にバラツキがあってもバリの発生を安定的に防止することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記テーパ面の傾斜角が４５°〜６０°の範囲に設定されていれば、バリの発生を抑えることができると共に、車輪取付フランジの側面の面積のバラツキを抑えることができ、ブレーキロータとの当接面積が減少して面圧が上昇するのを防止すると共に、車輪取付フランジの強度・剛性を確保することができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記貫通孔のアウター側の縁に研削砥石によって仕上げ加工が施されていれば、車輪取付フランジの側面の旋削加工時に発生したバリを確実に除去することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための円形状の車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と外方部材間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルトが圧入されるボルト挿入孔と、これらボルト挿入孔間に軽量化のための非円形形状の貫通孔が形成された車輪用軸受装置において、前記貫通孔のアウター側の縁に面取り部が形成され、この面取り部と前記貫通孔が鍛造加工によって形成され、前記ボルト挿通孔と前記貫通孔とが設けられた前記車輪取付フランジのアウター側の側面が旋削加工され、当該アウター側の側面にブレーキロータが当接するので、車輪取付フランジのアウター側の側面の旋削時にバリが発生するのを防止することができると共に、ハブ輪の軽量化と鍛造投入重量が削減でき、また、少なくとも車輪取付フランジのアウター側の側面の切削範囲が減少して切削量の削減が可能となり、低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置周りを示す縦断面図である。 図１の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図２のハブ輪を示す正面図である。 （ａ）は、図３の貫通孔を示す要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。 図４（ｂ）の変形例を示す部分拡大図である。 図４（ａ）の変形例を示す要部断面図である。 従来の車輪用軸受装置のハブ輪を示す斜視図である。

外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と外方部材間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルトが圧入されるボルト挿入孔と、これらボルト挿入孔間に軽量化のための非円形形状の貫通孔が形成され、当該車輪取付フランジのアウター側の側面が切削加工された車輪用軸受装置において、前記貫通孔が、径方向輪郭部分と周方向輪郭部分からなる扇形形状に形成され、これらの部分の隅部にＲ２以上の曲率半径からなる円弧面が形成されると共に、当該貫通孔のアウター側の縁に面取り部が形成され、この面取り部と前記貫通孔が鍛造加工によって形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置周りを示す縦断面図、図２は、図１の車輪用軸受装置を示す縦断面図、図３は、図２のハブ輪を示す正面図、図４（ａ）は、図３の貫通孔を示す要部断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図、図５は、図４（ｂ）の変形例を示す部分拡大図、図６は、図４（ａ）の変形例を示す要部断面図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

図１に示す車輪用軸受装置は、内方部材１と外方部材２と複列の転動体（ボール）３、３とを備えている。内方部材１は、アウター側の端部に車輪取付フランジ６を一体に有するハブ輪４と別体の内輪５とからなる。車輪取付フランジ６の周方向等配にはハブボルト６ａが植設され、ブレーキロータＲを介して車輪Ｗが取り付けられている。外方部材２は、外周に車体取付フランジ２ｂを一体に有し、ナックルＫに内嵌されると共に、固定ボルトＢを介して取り付けられている。

この車輪用軸受装置は第３世代と呼称される従動輪用であって、図２に拡大して示すように、ハブ輪４は、外周に一方（アウター側）の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから軸方向に延びる小径段部４ｂが形成されている。

内輪５は、外周に他方（インナー側）の内側転走面５ａが形成され、ハブ輪４の小径段部４ｂに圧入されて背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成すると共に、小径段部４ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部４ｃによって所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪４に対して軸方向に固定されている。なお、内輪５および転動体３はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

ハブ輪４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面４ａをはじめ、車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから小径段部４ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。なお、加締部４ｃは鍛造加工後の表面硬さのままの未焼入れ部とされている。これにより、車輪取付フランジ６に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、内輪５の嵌合部となる小径段部４ｂの耐フレッティング性が向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部４ｃの塑性加工をスムーズに行うことができる。

一方、外方部材２は、内周に前記内方部材１の複列の内側転走面４ａ、５ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。これら両転走面間には保持器７で円周等配された複列の転動体３、３がそれぞれ転動自在に収容されている。

外方部材２と内方部材１との間に形成される環状空間の開口部のうちアウター側の開口部にシール８が装着されると共に、インナー側の開口部にはキャップ９が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

外方部材２はハブ輪４と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

なお、ここでは、転動体３をボールとした複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず転動体３に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されたものであっても良い。また、従動輪側の第３世代の構造を例示したが、これに限らず、例えば、一対の内輪をハブ輪に圧入した第２世代の構造をはじめ第１世代〜第４世代の構造であっても良い。

ここで、ハブ輪４の車輪取付フランジ６にハブボルト６ａが圧入されるボルト挿通孔１０が複数個（ここでは、５個）形成されると共に、これらボルト挿通孔１０間に軽量化のための貫通孔１１が形成されている。これらのボルト挿通孔１０と貫通孔１１はハブ輪４の鍛造工程において形成されている。

貫通孔１１は、径方向輪郭部分（直線部分）Ａと周方向輪郭部分（円弧部分）Ｂ１、Ｂ２からなる扇形形状に形成されている。これにより、車輪取付フランジ６の強度・剛性を低下させることなく効果的に軽量化を図ることができる。そして、貫通孔１１の各隅部は鍛造加工によって所定の曲率半径ｒ１、ｒ２からなる円弧面に形成されている。この隅部の曲率半径ｒ１、ｒ２はＲ２以上に設定されている。これにより、車輪取付フランジ６に繰り返し負荷される荷重により発生する応力を緩和することができ、耐久性を確保することができる。

一方、貫通孔１１のアウター側の縁には鍛造加工によって面取り部１２が形成されている。この面取り部１２は、図４（ａ）に拡大して示すように、所定の曲率半径ｒ３からなる円弧面に形成されている。その後、車輪取付フランジ６の少なくともアウター側の側面６ｃが旋削（切削）加工（図中二点鎖線にて示す）によって所望の寸法・精度に形成される。本実施形態では、アウター側の側面６ｃが旋削加工された後も面取り部１２が残るよう、予め貫通孔１１の縁に鍛造加工によって面取り部１２が形成されているので、車輪取付フランジ６のアウター側の側面６ｃの旋削時にバリが発生するのを防止することができると共に、ハブ輪４の軽量化と鍛造投入重量が削減でき、また、少なくとも車輪取付フランジ６のアウター側の側面６ｃの切削範囲が減少して切削量の削減が可能となり、低コスト化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

なお、貫通孔１１は扇形形状を例示したが、これに限らず、台形形状や三角形状等の非円形形状であっても良い。これにより、円形形状に比べ、効果的に軽量化を図ることができる。また、ここでは、貫通孔１１の縁全周に亙って面取り部１２を形成したが、バリの発生は、旋削加工によって旋削チップがワークから離れる瞬間であるため、このバリが発生し易い箇所、すなわち、径方向輪郭部分Ａ（図２参照）のみに面取り部１２を形成しても良い。

断面が円弧状の面取り部１２の場合、図４（ｂ）に示すように、旋削取り代Ｔのバラツキにより、面取り部１２の接線角度αがバラツキ、例えば、旋削取り代Ｔが多いと、接線角度αが小さくなりバリが発生し易くなる。そのため、図５に示すように、面取り部１３が所定の曲率半径ｒ４からなる円弧面１３ａと傾斜角βからなるテーパ面１３ａとを備えていれば、貫通孔１１との繋ぎ部が滑らかになると共に、旋削加工の終点角度が一定となり、側面６ｃの旋削取り代Ｔにバラツキがあってもバリの発生を安定的に防止することができる。

ここで、面取り部１３のテーパ面１３ｂの傾斜角βは４５°〜６０°の範囲に設定されている。この傾斜角βが４５°未満ではバリの発生を抑えることが難しく、また、６０°を超えると側面６ｃの面積のバラツキが大きくなり、ブレーキロータ（図示せず）との当接面積が減少して面圧が上昇すると共に、車輪取付フランジ６の強度・剛性が低下して好ましくない。

また、本実施形態のように貫通孔１１が扇形形状の場合、市販のカッター等では面取り部１２、１３の加工ができないため、図６に示すように、貫通孔１１のアウター側の縁をハンドグラインダーのような研削砥石１４によって仕上げ加工を施しても良い。この場合、貫通孔１１の縁に沿って径方向輪郭部分、周方向輪郭部分および隅部を容易に加工することができ、側面６ｃの旋削加工時に発生したバリを確実に除去することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明は、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪を備えた第１世代乃至第４世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

１ 内方部材
２ 外方部材
２ａ 外側転走面
２ｂ 車体取付フランジ
３ 転動体
４ ハブ輪
４ａ、５ａ 内側転走面
４ｂ 小径段部
４ｃ 加締部
５ 内輪
６ 車輪取付フランジ
６ａ ハブボルト
６ｂ 車輪取付フランジのインナー側の基部
６ｃ 車輪取付フランジのアウター側の側面
７ 保持器
８ シール
９ キャップ
１０ ボルト挿通孔
１１ 貫通孔
１２、１３ 面取り部
１３ａ 円弧面
１３ｂ テーパ面
１４ 砥石
５１ ハブ輪
５２ 中心区域
５３ 回転軸線
５４ 軸受区域
５５ パイロット部
５６ 車輪取付フランジ
５７ ボルト挿通孔
５８ 貫通孔
Ａ 径方向輪郭部分
Ｂ１、Ｂ２ 周方向輪郭部分
Ｂ 固定ボルト
Ｋ ナックル
ｒ１、ｒ２ 貫通孔の隅部の曲率半径
ｒ３、ｒ４ 面取り部の曲率半径
Ｒ ブレーキロータ
Ｔ 旋削取り代
Ｗ 車輪
α 接線角度
β 傾斜角

Claims (7)

1. 内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   一端部に車輪を取り付けるための円形状の車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   この内方部材と外方部材間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
   前記車輪取付フランジの周方向等配にハブボルトが圧入されるボルト挿入孔と、これらボルト挿入孔間に軽量化のための非円形形状の貫通孔が形成された車輪用軸受装置において、
   前記貫通孔のアウター側の縁に面取り部が形成され、この面取り部と前記貫通孔が鍛造加工によって形成され、前記ボルト挿通孔と前記貫通孔とが設けられた前記車輪取付フランジのアウター側の側面が旋削加工され、当該アウター側の側面にブレーキロータが当接することを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記貫通孔が、径方向輪郭部分と周方向輪郭部分からなる形状に形成されると共に、これらの部分の隅部に円弧面が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記貫通孔が、扇形形状、台形形状および三角形状のうちいずれかの形状である請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記隅部の円弧面の曲率半径がＲ２以上に設定されている請求項２に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記面取り部の断面が円弧面とテーパ面とを備えている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
6. 前記テーパ面の傾斜角が４５°〜６０°の範囲に設定されている請求項５に記載の車輪用軸受装置。
7. 前記貫通孔のアウター側の縁に研削砥石によって仕上げ加工が施されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。

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