JP2007320323A - 車輪支持用ハブユニット - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の走行時に回転側フランジ７の軸方向両側面の根元部分で発生する応力をバランス良く低減できる構造を実現する。
【解決手段】円筒部１０の内周面の軸方向内端縁に形成する面取り部１２を、上記回転側フランジ７の軸方向外側面を含む仮想平面Ｐに跨る軸方向位置｛（Ｂ）のロの位置｝とする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車等の車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に利用する車輪支持用ハブユニットの改良に関する。

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に従来から、車輪支持用ハブユニットが使用されている。図６は、この車輪支持用ハブユニットの従来構造の第１例として、特許文献１に記載されたものを示している。この図６に示した車輪支持用ハブユニットは、外輪１と、ハブ２と、内輪３と、それぞれが転動体である複数個の玉４、４とを備える。このうちの外輪１は、内周面に第一、第二の外輪軌道５ａ、５ｂを、外周面に固定側フランジ６を、それぞれ有する。

又、上記ハブ２は、外周面の軸方向外端（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、図１、２、６、７、８の左側。反対に、車両の幅方向中央側となる図１、２、６、７、８の右側を、軸方向に関して内と言う。本明細書及び特許請求の範囲の全体で同じ。）寄り部分に回転側フランジ７を、軸方向中間部に第一の内輪軌道８ａを、軸方向内端部に小径段部９を、それぞれ有する。又、上記ハブ２の外端部には、パイロット部と呼ばれる円筒部１０を、このハブ２と同心に設けている。又、このハブ２の中心部には、スプライン孔１１を設けている。更に、上記円筒部１０の内周面の軸方向内端縁に連続する部分に、過大な応力集中を防止する為の面取り部１２を設けている。この面取り部１２は、断面形状が部分円弧状で、軸方向内方に向かう程内径が小さくなる方向に傾斜した、円環状凹曲面である。図６に示した例では、この面取り部１２を、上記回転側フランジ７の軸方向外側面を含む仮想平面Ｐよりも、軸方向外側に設けている。

又、上記内輪３は、外周面に第二の内輪軌道８ｂを有すると共に、上記ハブ２の小径段部９に外嵌固定している。又、この状態で、上記内輪３の軸方向内端面を、このハブ２の軸方向内端部に形成したかしめ部１３により抑え付けている。又、上記各玉４、４は、上記第一、第二の各外輪軌道５ａ、５ｂと上記第一、第二の各内輪軌道８ａ、８ｂとの間に、それぞれ複数個ずつ、転動自在に設けている。

上述の様に構成する車輪支持用ハブユニットを自動車に組み付ける場合には、懸架装置を構成するナックル（図示せず）に、上記固定側フランジ６を結合固定する。これと共に、等速ジョイントに結合した駆動軸であるスプライン軸（図示せず）を、上記スプライン孔１１に係合させる。又、車輪を構成するホイール並びに制動装置を構成するディスク等の制動用回転部材（図示せず）を、上記円筒部１０に外嵌した状態で、上記回転側フランジ７に結合固定する。尚、図６に示した構造は、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）用の車輪支持用ハブユニットである為、上記ハブ２の中心部に上記スプライン孔１１を設けているが、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車の前輪）用の車輪支持用ハブユニットの場合には、ハブの中心部にスプライン孔を設けない。

ところで、上述した様な車輪支持用ハブユニットの場合、上記ハブ２に作用する荷重（ラジアル荷重、アキシアル荷重）は、このハブ２に結合した車輪（タイヤ）の外周面と路面との接地面から入力される。この接地面の中心は、上記車輪支持用ハブユニットの軸受中心に対し、軸方向及び径方向にずれた位置に存在する為、上記荷重は上記ハブ２に、純ラジアル荷重、或は、純アキシアル荷重としてではなく、このハブ２の中心軸と上記接地面の中心とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。従って、自動車の走行時に、上記ハブ２は、図７の（Ｂ）に誇張して（変形倍率２００倍で）示す様に、上記モーメントにより中心軸を曲げられる態様で弾性変形しつつ、回転する。

この様な姿勢で回転する上記ハブ２の内部では、このハブ２の中心軸を境とする上半部と下半部とで、弾性変形の方向（伸び・縮み）が互いに逆になる為、発生する応力の方向（引張方向・圧縮方向）も互いに逆になる。従って、上述の様な姿勢で回転するハブ２の内部には、引張・圧縮の繰返し応力が加わる。又、図７の（Ｂ）からも明らかな様に、上記ハブ２の弾性変形量は、上記回転側フランジ７の軸方向両側面の根元部分（径方向内端縁に形成されたＲ面取り部分）で、他の部分に比べて特に大きくなる。この為、これら両根元部分に加わる引張・圧縮の繰返し応力が、他の部分に比べて特に大きくなる。尚、これら両根元部分のうち、軸方向内側の根元部分（上記回転側フランジ７の軸方向内側面の根元部分）では、上記ハブ２の上半部で引張応力が、下半部で圧縮応力が、それぞれ発生する。そして、この場合の引張応力は、上記根元部分の上端部｛図７の（Ｂ）のＩ₁ 部｝で最大となり、圧縮応力は、この根元部分の下端部｛図７の（Ｂ）のＩ₂ 部｝で最大となる。一方、軸方向外側の根元部分（上記回転側フランジ７の軸方向外側面の根元部分）では、上記ハブ２の上半部で圧縮応力が、下半部で引張応力が、それぞれ発生する。そして、この場合の圧縮応力は、上記根元部分の上端部｛図７の（Ｂ）のＯ₁ 部｝で最大となり、引張応力は、この根元部分の下端部｛図７の（Ｂ）のＯ₂ 部｝で最大となる。

上述の様に、上記ハブ２の場合には、上記回転側フランジ７の軸方向両側面の根元部分に加わる繰返し応力が、他の部分に比べて特に大きくなる為、上記ハブ２の耐久性を十分に確保する為には、上記両根元部分に加わる繰返し応力を低減できる構造を実現する事が重要となる。これら両根元部分に加わる繰返し応力を低減する為には、これら両根元部分で発生する引張応力及び圧縮応力を低減する必要があるが、このうち、軸方向内側の根元部分で発生する引張応力及び圧縮応力は、上記回転側フランジ７の根元の周囲｛図７の（Ａ）のＸ部｝の肉を多くする事により、低減できる。この理由は、上記Ｘ部の肉を多くする事により、軸方向内側の根元部分の弾性変形量を抑えられる為である。ところが、この様にＸ部の肉を多くすると、軸方向外側の根元部分では、逆に、発生する引張応力及び圧縮応力が増大する。この理由は、上記Ｘ部の肉を多くすると、上記ハブ２の軸方向外端部｛図７の（Ａ）のＹ部｝の剛性が高くなる為である。即ち、この様にＹ部の剛性が高くなると、上記ハブ２の軸方向中間部乃至内端部｛図７の（Ａ）のＺ部｝が、同図の（Ｂ）に示す様に水平軸に対して傾斜（弾性変形）する場合に、これに追従して上記Ｙ部が同方向に傾斜（弾性変形）する傾向が強くなり、結果として、軸方向外側の根元部分の弾性変形量が多くなる為である。この様な理由からも分かる様に、軸方向外側の根元部分で発生する引張応力及び圧縮応力を低減する為には、上記Ｘ部の肉を少なくする必要がある。

以上の様に、軸方向内側の根元部分と軸方向外側の根元部分とでは、上記Ｘ部の肉量の変化に対する、発生する応力の増減傾向が互いに逆になる。この為、上記両根元部分で発生する応力をバランス良く低減する方法として、上記Ｘ部の肉量を調整する方法を採用する場合には、上記ハブ２の設計時に、このＸ部の肉量の調整と、実験又は理論計算による、上記両根元部分で発生する応力の確認とを、交互に繰り返す必要がある。ところが、この様な試行錯誤の繰り返しを上記ハブ２の設計に取り入れる事は、このハブ２の設計を面倒にする要因となる為、好ましくない。

尚、特許文献２には、図８に示す様な車輪支持用ハブユニットが記載されている。この従来構造の第２例の車輪支持用ハブユニットは、重量が嵩む自動車用の車輪支持用ハブユニットである為、複数個の転動体として、円すいころ１４、１４を使用している。又、ハブ２ａの軸方向内端部にはかしめ部を形成せず、自動車への組み付け時に、内輪３ａの軸方向内端面を、等速ジョイント用外輪の外端面により抑え付ける様にしている。又、上記ハブ２ａの外端部に設けた円筒部１０の内周面の軸方向内端縁に形成した面取り部１２を、回転側フランジ７の軸方向外側面を含む仮想平面Ｐよりも、軸方向内側に設けている。この様な車輪支持用ハブユニットの場合も、上記ハブ２ａの設計に関して、上述した様な問題を生じる。

国際公開第２００４／０２２９９２号パンフレット 特開２０００−９４９０２号公報

本発明の車輪支持用ハブユニットは、上述の様な事情に鑑み、設計時に面倒な作業を行なう事なく、ハブを構成する回転側フランジの軸方向両側面の根元部分で発生する応力をバランス良く低減できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の車輪支持用ハブユニットは、使用時に車輪と共に回転するハブを備える。
このハブは、軸方向外端部に、上記車輪を構成するホイールを外嵌する為の円筒部を、外周面の軸方向外端寄り部分に、このホイールを結合固定する為の回転側フランジを、上記円筒部の内周面の軸方向内端縁に連続する部分に、軸方向内方に向かう程内径が小さくなる方向に傾斜した円環状凹曲面である面取り部を、それぞれ有する。
特に、本発明の車輪支持用ハブユニットに於いては、上記面取り部を、上記回転側フランジの軸方向外側面を含む仮想平面に跨る軸方向位置に配置している。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用ハブユニットによれば、設計時に面倒な作業を行なう事なく、ハブを構成する回転側フランジの軸方向両側面の根元部分で発生する応力を、バランス良く低減できる構造を実現できる。尚、この場合に、上記回転側フランジの根元の周囲部分の肉量は、最低でも当該部分の耐久性を確保できる程度に確保しておけば良い。

図１〜４を参照しつつ、本発明者が本発明を完成させる過程で行なった実験に就いて説明する。尚、図１の（Ａ）は、駆動輪を支持する為に使用する車輪支持用ハブユニットのうち、比較的大型のものを構成する、ハブ２及び内輪３の断面図を、（Ｂ）は、（Ａ）のα部拡大図を、それぞれ示している。この図１に示したハブ２及び内輪３を含んで構成する車輪支持用ハブユニットの基本構造に就いては、前述の図６に示した従来の車輪支持用ハブユニットとほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にする。又、図２の（Ａ）は、従動輪を支持する為に使用する車輪支持用ハブユニットのうち、比較的小型のものを構成する、ハブ２ｂ及び内輪３の断面図を、（Ｂ）は、（Ａ）のβ部拡大図を、それぞれ示している。この図２に示したハブ２ｂ及び内輪３を含んで構成する車輪支持用ハブユニットは、従動輪用である為、このハブ２ｂの中心部に、駆動軸を係合させる為のスプライン孔を設けてはいない。その他の部分の基本構造に就いては、やはり前述の図６に示した従来の車輪支持用ハブユニットとほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明者は、本発明を完成させる過程で、上記ハブ２（２ｂ）の外周面の軸方向外端寄り部分に設けた回転側フランジ７の軸方向外側面と、このハブ２（２ｂ）の外端部に設けた円筒部１０の内周面の軸方向内端縁に形成する面取り部１２との、軸方向に関する互いの位置関係に着目し、この位置関係が、自動車の走行時に上記回転側フランジ７の軸方向両側面の根元部分で発生する応力の大きさに、どの様な影響を与えるかに就いて調べた。この為に、図１〜２に示した２つの車輪支持用ハブユニットに関して、それぞれ上記面取り部１２の軸方向位置を、下記のイ、ロ、ハの位置とした場合に、自動車の走行時に上記両根元部分の上下両端部（最大応力発生部：Ｉ₁ 部、Ｉ₂ 部、Ｏ₁ 部、Ｏ₂ 部）で、如何なる大きさの引張応力又は圧縮応力が発生するかを、実験（計算機シミュレーション）により調べた。
イの位置：上記回転側フランジ７の軸方向外側面を含む仮想平面Ｐよりも軸方向外側の位置。
ロの位置：上記仮想平面Ｐに跨る軸方向位置。
ハの位置：上記仮想平面Ｐよりも軸方向内側の位置。

図３〜４は、上記実験の結果を示している。尚、これら図３の（Ａ）（Ｂ）及び図４の（Ａ）（Ｂ）のグラフ中、「サイズ大」は、上述の図１に示した比較的大型の車輪支持用ハブユニットに関する結果を、「サイズ小」は、上述の図２に示した比較的小型の車輪支持用ハブユニットに関する結果を、それぞれ示している。先ず、図３の（Ａ）（Ｂ）に示した結果より、軸方向内側の根元部分（上記回転側フランジ７の軸方向内側面の根元部分）の上下両端部（Ｉ₁ 部、Ｉ₂ 部）では、上記面取り部１２を軸方向外側に配置する程（ハの位置→ロの位置→イの位置と変化させる程）、発生する応力を低減できる事が分かる。一方、図４の（Ａ）（Ｂ）に示した結果より、軸方向外側の根元部分（上記回転側フランジ７の軸方向外側面の根元部分）の上下両端部（Ｏ₁ 部、Ｏ₂ 部）では、上記面取り部１２の軸方向位置を、ロの位置とした場合に、発生する応力を最も低減できる事が分かる。

ところで、上記両根元部分のうち、軸方向外側の根元部分は、上記ハブ２（２ｂ）のうちで比較的肉薄な（低強度な）円筒部１０の外周面の基端部分に存在する。この為、上記ハブ２（２ｂ）の耐久性を全体的にバランス良く確保する観点より、上記両根元部分のうち、軸方向内側の根元部分で発生する応力よりも、軸方向外側の根元部分で発生する応力を低減する事に重点を置く事が、好ましいと言える。従って、上記面取り部１２の軸方向位置を、上記ロの位置とする事により、軸方向内側の根元部分の上下両端部（Ｉ₁ 部、Ｉ₂ 部）で発生する応力を抑えつつ、軸方向外側の根元部分の上下両端部（Ｏ₁ 部、Ｏ₂ 部）で発生する応力を、最も低減させるのが好ましい。この様な構成を採用すれば、設計時に面倒な試行錯誤を繰り返す事なく、容易に、上記両根元部分で発生する応力をバランス良く低減できる。

尚、車輪支持用ハブユニットの具体的な構造やサイズには、支持する車輪の種類（駆動輪、従動輪）や組み付ける自動車の大きさ等により、若干の相違がある。但し、この様な若干の相違がある場合でも、上述の図３〜４に示した実験結果からも明らかな様に、上記面取り部１２の軸方向位置と、上記回転側フランジ１３の軸方向両側面の根元部分で発生する応力との間の関係には、それぞれ同様の傾向が見られる。従って、本発明は、多種の車輪支持用ハブユニットに適用して、同様の効果を得られる。

尚、上記円筒部１０を含むハブ２、２ｂは鍛造により形成するが、鋳造による寸法精度は必ずしも良好ではない。この為、この円筒部１０に、図５に誇張して示す様な偏肉が生じる可能性がある。そして、この偏肉が生じて、しかも自動車の走行時に上記回転側フランジ７に加わるモーメントが大きい場合には、上記根元部分で発生する応力が著しく大きくなる可能性がある。従って、この様な事態を回避すべく、上記円筒部１０で偏肉が起こるのを防止する為に、この円筒部１０に就いては、外周面と内周面との双方に、旋削や研削による寸法精度の高い仕上加工を施すのが好ましい。

本発明を完成させる過程で行なった実験の試料として用いた、駆動輪を支持する為の車輪支持用ハブユニットに関する図で、（Ａ）はハブ及び内輪の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のα部拡大図。 同じく、従動輪を支持する為の車輪支持用ハブユニットに関する図で、（Ａ）はハブ及び内輪の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のβ部拡大図。 上記実験の結果のうち、面取り部の軸方向位置と、回転側フランジの軸方向内側面の根元部分の上下両端部（Ｉ₁ 部、Ｉ₂ 部）で発生する応力との関係を示すグラフ。 上記実験の結果のうち、面取り部の軸方向位置と、回転側フランジの軸方向外側面の根元部分の上下両端部（Ｏ₁ 部、Ｏ₂ 部）で発生する応力との関係を示すグラフ。 円筒部が偏肉したハブを、軸方向外方から見た略図。 車輪支持用ハブユニットの従来構造の第１例を示す断面図。 ハブ及び内輪を、（Ａ）は荷重負荷前の状態で、（Ｂ）は荷重負荷後（自動車の走行時）の状態で、それぞれ示す断面図。 車輪支持用ハブユニットの従来構造の第２例を示す断面図。

符号の説明

１、１ａ 外輪
２、２ａ、２ｂ ハブ
３、３ａ 内輪
４ 玉
５ａ、５ｂ 外輪軌道
６ 固定側フランジ
７ 回転側フランジ
８ａ、８ｂ 内輪軌道
９ 小径段部
１０ 円筒部
１１ スプライン孔
１２ 面取り部
１３ かしめ部
１４ 円すいころ

Claims (1)

1. 使用時に車輪と共に回転するハブを備え、このハブは、軸方向外端部にこの車輪を構成するホイールを外嵌する為の円筒部を、外周面の軸方向外端寄り部分にこのホイールを結合固定する為の回転側フランジを、上記円筒部の内周面の軸方向内端縁に連続する部分に、軸方向内方に向かう程内径が小さくなる方向に傾斜した円環状凹曲面である面取り部を、それぞれ有するものである車輪支持用ハブユニットに於いて、この面取り部を、上記回転側フランジの軸方向外側面を含む仮想平面に跨る軸方向位置に配置した事を特徴とする車輪支持用ハブユニット。

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