JP2017180722A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】路面反力に対する高モーメント剛性を維持して車両の高い操縦安定性を維持しつつ、うなり音の発生を抑止可能なハブユニット軸受を提供する。
【解決手段】外輪と内輪との間にそれぞれ外側列の保持器を介して複列に転動体が配設され、外側列の保持器と内側列の保持器は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数個の柱部と、周方向で隣り合う柱部間に設けられ、転動体を回転自在に保持する複数個のポケットと、を備え、少なくとも外側列の保持器１２は、周方向に厚肉の柱部１２ｂ´と、周方向に薄肉の柱部１２ｂ´´が、周方向で規則的に配設され、周方向で隣り合うポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が長いところＷと短いところＮが規則的に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転可能に支持する車輪支持用のハブユニット軸受に関するものである。なお、本明細書において、ハブユニット軸受が自動車に搭載された場合に、自動車の車体外側（図面の左側）を軸方向外側といい、その反対側、すなわち自動車の車体内側（図面の右側）を軸方向内側という。

ハブユニット軸受は、例えば、ナックルフランジ（外輪フランジ）を介して懸架装置のナックルなどの車体構成部材に固定されて非回転状態に維持される外輪（静止輪）と、外輪に対向配置され、ハブフランジ（内輪フランジ）を介して車輪のディスクホイール及び制動装置のブレーキロータなどの車輪構成部材に固定され、当該車輪構成部材とともに回転する内輪（回転輪）と、これら外輪及び内輪にそれぞれ形成されて相互に対向する複列の軌道面間へ転動可能にそれぞれ組み込まれる複数の転動体と、これら複列の転動体をそれぞれ回転自在に保持する保持器と、を備えている。

例えば、車両の操縦安定性を高めるため、外側列の転動体のＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ：ピッチ円直径）を、内側列の転動体のＰＣＤより大きくすると共に、外側列の転動体の玉径を内側列の転動体の玉径より小さくすることで外側列の転動体数を内側列の転動体数よりも多くして路面反力に対するモーメント剛性を高めたハブユニット軸受（異径ＰＣＤハブユニット軸受ともいう。）が普及してきた。

しかし、このような構成の異径ＰＣＤハブユニット軸受の場合、転動体が軌道面を転動するときに発生する振動の振動周波数が両列で近くなるため、両列の振動音が重なって２つの周波数の差分の周波数の音の強弱が発生する、いわゆる「うなり音」が発生し易くなる。そして、この「うなり音」の音の強弱が、概ね５Ｈｚ以下の場合に車両の乗員が違和感を覚える（耳障りに感じる）ことがある。

そこで、両列の転動体数を同数とした上で、外側列のＰＣＤをＰＣＤ１、転動体の玉径をＤ１とし、内側列のＰＣＤをＰＣＤ２、転動体の玉径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２、かつＰＣＤ１＝Ｄ１／Ｄ２×ＰＣＤ２、とのＰＣＤと玉径との関係とすることで、両列の振動周波数の差を無くし、「うなり音」を無くそうと提案された先行技術がある（特許文献１）。

しかし、上記先行技術では次のような課題がある。
複列アンギュラ玉軸受であるハブユニット軸受では、不可避な製造誤差の他、路面反力の変化に伴って転動体と軌道面との接触位置が変化し、両列の振動周波数に若干の差が生じ易く、かえって「うなり音」が発生し易くなる虞がある。
また、外側列の転動体の玉径が内側列の転動体の玉径よりも大きくなるので、モーメント剛性の向上効果が減少する。
さらに、外側列の転動体が位置する外輪軌道面の肉厚を確保する必要があることから、外側列の転動体が位置する外輪外径が大きくなり、ハブユニット軸受の質量増加による操縦安定性への悪影響やブレーキ部品との干渉などの不具合が発生し易くなる。

特開２０１５−１２１３０８号公報

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、路面反力に対する高モーメント剛性を維持して車両の高い操縦安定性を維持しつつ、うなり音の発生を抑止可能なハブユニット軸受を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の第１の発明は、車体構成部材に固定されて非回転状態に保持される静止輪と、
前記静止輪に対向配置するとともに、車輪構成部材を回転可能に保持する回転輪と、
前記静止輪の内径面と前記回転輪の外径面において、軸方向外側に設けられるそれぞれの外側列の軌道面と、
前記静止輪の内径面と前記回転輪の外径面において、軸方向内側に設けられるそれぞれの内側列の軌道面と、
前記外側列の軌道面間と前記内側列の軌道面間にそれぞれ転動可能に組み込まれて複列に位置する複数の転動体と、
前記複列に位置するそれぞれの転動体を回転自在に保持する外側列の保持器、及び内側列の保持器と、を含み、
前記外側列の保持器と内側列の保持器は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数個の柱部と、周方向で隣り合う前記柱部間に設けられ、転動体を回転自在に保持する複数個のポケットと、を備え、
前記外側列の保持器と内側列の保持器のいずれか一方の保持器は、周方向に厚肉の柱部と、周方向に薄肉の柱部が、周方向で規則的に配設され、周方向で隣り合うポケット間の距離が長いところと短いところが規則的に設けられていることを特徴とするハブユニット軸受としたことである。

また、本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、前記厚肉の柱部をｎ箇所、周方向で隣り合う厚肉の柱部間に配される前記転動体の数をＮ個としたときに、
前記一方の保持器に組み込まれる前記転動体の総数はＮ×ｎ個で表され、
周方向で隣り合う前記厚肉の柱部間に配される前記薄肉の柱部は、Ｎ−１箇所であることを特徴とするハブユニット軸受としたことである。

また、本発明の第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記外側列の転動体のピッチ円直径が、前記内側列の転動体のピッチ円直径に比して大径に構成されていることを特徴とするハブユニット軸受としたことである。

本発明によれば、路面反力に対する高モーメント剛性を維持して車両の高い操縦安定性を維持しつつ、うなり音の発生を抑止可能なハブユニット軸受を提供し得た。

本発明ハブユニット軸受の一実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明ハブユニット軸受を構成する保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す概略断面図、（ｂ）は一部省略して示す概略底面図である。 本発明ハブユニット軸受を構成する保持器の他の実施の形態を示し、（ａ）は一部省略して示す概略断面図、（ｂ）は一部省略して示す概略底面図である。

以下、本発明ハブユニット軸受の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態であって、何等これらに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。

「第一実施形態」
本実施形態では、図１に示すように、外輪（静止輪）３と、外輪３と相対回転可能に配設される内輪（回転輪）５と、外輪３と内輪５との間に複列でそれぞれ複数個組み込まれる外側列の転動体７ａ，内側列の転動体７ｂと、それぞれの転動体（玉）７ａ，７ｂを回転可能に保持する外側列の保持器１２，内側列の保持器１３と、軸受内部を密封する密封装置（密封シール）１１とで構成されている、内輪回転タイプ従動輪用のハブユニット軸受１を採用している。

外輪３は、所定の鋼材などを用いて構成され、内周面に複列の外輪軌道面３ａ，３ｂをそれぞれ形成するとともに、外周面から径方向で外側に向かって間欠的に突出した外輪フランジ３ｃが一体成形されており、外輪フランジ３ｃを貫通する固定孔３ｄに図示しない固定用ボルトを挿通し、これを車体側に締結することで、外輪３を懸架装置（サスペンション）のナックルに固定することができる。
外輪３の軸方向外側に位置する外側列の外輪軌道面３ａは、軸方向内側に位置する内側列の外輪軌道面３ｂよりも大径に形成されている。

内輪５は、ディスクホイール及びブレーキロータを固定してこれらとともに回転するハブ９と、ハブ９の軸部９ｂの軸方向内側の外周面に段差状に形成された小径の段部９ｃに外嵌されて軸心に沿って配される回転輪構成体（内輪構成体）１０で構成されている。ハブ９と内輪構成体１０は所定の鋼材などを用いて構成されている。

内輪構成体１０の外周面には、外輪３の内側列の外輪軌道面３ｂと対向して内側列の内輪軌道面５ｂが形成され、ハブ９の軸部９ｂの外周面には、外輪３の外側列の外輪軌道面３ａと対向して外側列の内輪軌道面５ａが形成されている。

ハブ９の外側列の内輪軌道面５ａは、内輪構成体１０の内側列の内輪軌道面５ｂよりも大径に形成されている。

ハブ９には、軸方向外側の外周面に車輪構成部材であるディスクホイール及びブレーキロータを固定するための内輪フランジ（ハブフランジ）９ｄが突設されている。

ハブフランジ９ｄは、外輪３を越えてハブ９の径方向外側に向かって延出しており、その延出先端付近には、周方向に沿って複数の貫通孔（フランジボルト孔）９ｅが設けられている。一方、図示しないブレーキロータ及びディスクホイールにも、フランジボルト孔９ｅと連通可能な貫通孔（ロータボルト孔、ホイールボルト孔ともいう）が周方向に沿って複数個（一例として、フランジボルト孔９ｅと同数個）設けられている。
そしてハブボルト１３をフランジボルト孔９ｅからロータボルト孔、ホイールボルト孔へ挿通し、ハブナット（図示しない）で締結することにより、ブレーキロータ及びディスクホイールをハブフランジ９ｄに対して位置決めして固定することができる。

上述の通り、本実施形態では、外側列（軸方向外側）の外輪軌道面３ａ及び内輪軌道面５ａにより構成される外側列軌道と、内側列（軸方向内側）の外輪軌道面３ｂ及び内輪軌道面５ｂにより構成される内側列軌道とにより複列の軌道が形成されており、前記外側列軌道に組み込まれる外側列の転動体７ａのピッチ円直径ＰＤ１が、前記内側列軌道に組み込まれる内側列の転動体７ｂのピッチ円直径ＰＤ２に比して大径に構成されている（図１参照。）。

外側列の保持器１２は、円環状のリム部１２ａと、リム部１２ａの円周方向複数個所にて、中心軸Ｘから離れる方向に傾斜状に突出（径方向で外側に向けて突出）した複数の柱部１２ｂと、を備え、前記リム部１２ａと、円周方向に隣り合う柱部１２ｂ，１２ｂとにより三方を囲まれた部分を、前記各転動体７ａを転動自在に保持する為のポケット１２ｃとしている（図２参照。）。他方、内側列の保持器１３は、同じく、円環状のリム部１３ａと、リム部１３ａの円周方向複数個所にて、中心軸Ｘから離れる方向に傾斜状に突出（径方向で外側に向けて突出）した複数の柱部１３ｂと、を備え、前記リム部１３ａと、円周方向に隣り合う柱部１３ｂ，１３ｂとにより三方を囲まれた部分を、前記転動体７ｂを転動自在に保持する為のポケット１３ｃとしている（図１参照。）。これら各ポケット１２ｃ，１３ｃは、それぞれ凹球面状で、その内径寸法は各転動体７ａ，７ｂの外径寸法よりも僅かに（ポケット隙間の分だけ）大きい。
なお、本実施形態で外側列の転動体７ａは、内側列の転動体７ｂに比して小径に形成されている。したがって、各ポケット１２ｃも各ポケット１３ｃに比して小さい。

本実施形態において外側列の保持器１２を構成する柱部１２ｂは、周方向に厚肉の柱部１２ｂ´と薄肉の柱部１２ｂ′′とを規則的に配設し、周方向で隣り合うポケット間１２ｃ，１２ｃの周方向距離が長いところ（図２にて符号Ｗで示す）と短いところ（図２にて符号Ｎで示す）が規則的に設けられている。
本実施形態では、転動体７ａの数をＺ（２の倍数）にして、ポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離（ポケット１２ｃ，１２ｃのそれぞれの中心を結んだ距離）が長いところＷと、短いところＮと、を交互に設けるようにしている（図２（ｂ）参照。）。

一方、内側列の保持器は、周方向に同一厚肉の柱部１３ｂが所定間隔で配設され、周方向で隣り合うポケット間の距離は全て同一に設けられている。

本実施形態によれば、外側列で周方向に隣り合う転動体７ａの通過に伴う振動周波数は、ポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が長いところＷと、短いところＮで変化し、連続性がなくなるため、うなり音の原因とならない。
すなわち、本実施形態の保持器１２を採用した外側列では、実質的に転動体７ａの数がＺ／２の軸受が２つ存在するのと同じ振動周波数を発生するため、保持器１３を採用した内側列の転動体７ｂの数との差が大きくなる。その結果、両列の振動周波数の差が大きくなるため、うなり音の音の強弱の周波数が高くなり、乗員が違和感を覚える周波数帯より高くすることができる。
なお、上記実質的に転動体７ａの数がＺ／２の２つの軸受同士は、同一の外側列軌道面３ａ，３ｂを共有し、同一の荷重を受けて同一の接触角をもって回転しているため、それぞれが発生する振動音の周波数は極めて近くなるので、うなり音の周波数は非常に低くなる（例えば、０．１Ｈｚ以下。）。自動車は、巨視的には一定速度の走行でも、微視的には速度が変化し続けるので、乗員がこのような長周期のうなり音に対し、違和感を覚えることはない。

すなわち、厚肉の柱部１２ｂ´をｎ箇所、周方向で隣り合う厚肉の柱部１２ｂ´間に配される転動体７ａの数をＮ個としたときに、外側列の保持器１２に組み込まれる全転動体７ａの数はＮ×ｎ個で表され、周方向で隣り合う厚肉の柱部１２ｂ´間に配される薄肉の柱部１２ｂ′′は、Ｎ−１箇所である。なお、Ｎ，ｎは共に整数である。

いずれか一方列の保持器が、上述のとおり、周方向に厚肉の柱部と薄肉の柱部とを規則的に配設し、周方向で隣り合うポケット間の距離が長いところと短いところが規則的に設けられている構成を採用しているものであれば本発明の範囲内で設計変更可能であり、本実施形態に限定解釈されるものではない。
なお、一般的にハブユニット軸受では、内側列の転動体荷重が大きい（言い換えれば寿命が短い）ので、本願の保持器は外側列に採用するのが好ましい。

また、本実施形態では、外側列の転動体７ａのピッチ円直径ＰＤ１が、内側列軌道に組み込まれる内側列の転動体７ｂのピッチ円直径ＰＤ２に比して大径に構成した一例をもって説明したが、外側列の転動体のピッチ円直径ＰＤ１と、内側列軌道に組み込まれる内側列の転動体のピッチ円直径ＰＤ２とが等しいハブユニット軸受にも適用可能である。

「第二実施形態」
図３は本発明の第二実施形態に採用される外側列の保持器１２の一例を示す。
本実施形態では、外側列の転動体数をＺ（４の倍数）にしてポケット１２ｃ，１２ｃ間（転動体７ａ，７ａ間）の周方向距離が長いところ（図３にて符号Ｗで示す）１箇所に続いて、短いところ（図３にて符号Ｎで示す）を３箇所、連続的（規則的）に設けている。

本実施形態によれば、周方向に隣り合う転動体７ａの通過に伴う振動周波数は、ポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が長いところＷと、短いところＮで変化するとともに、ポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が短いところＮでも３波で途切れ、連続性がなくなるため（うなり音になるだけの時間的長さがないため）、うなり音の原因とならない。
すなわち、本実施形態の保持器１２を採用した外側列では、実質的に転動体７ａの数がＺ／４の軸受が４つ存在するのと同じ振動周波数を発生するため、保持器１３を採用した内側列の転動体７ｂの数との差が大きくなる。その結果、両列の振動周波数の差が大きくなるため、うなり音の音の強弱の周波数が高くなり、乗員が違和感を覚える周波数帯より高くすることができる。
その他の構成及び作用効果は第一実施形態と同一であるため、援用して詳細な説明は省略する。

本実施形態では、転動体７ａの数をＺ（４の倍数）にしてポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が長いところＷの１箇所に続いて、短いところＮを３箇所、連続的（規則的）に設ける一例を示したが、本発明はこれに限定解釈されるものではなく、例えば、転動体７ａの数をＺ（３の倍数）にして、ポケット１２ｃ，１２ｃ間の距離が長いところＷの１箇所に続いて、短いところＮを２箇所、連続的（規則的）に設け、実質的に転動体７ａの数がＺ／３の軸受が３つ存在するのと同じ振動周波数とする等、適宜本発明の範囲内で設計変更可能である。

本発明は、本実施形態以外のハブユニット軸受、あるいはハブユニット軸受以外の軸受ユニットであっても利用可能である。

１ ハブユニット軸受
３ 静止輪（外輪）
５ 回転輪（内輪）
９ ハブ
１０ 内輪構成体
３ａ，３ｂ 外側列の軌道面
５ａ，５ｂ 内側列の軌道面
７ａ，７ｂ 転動体
１２ 外側列の保持器
１３ 内側列の保持器
１２ｂ´ 厚肉の柱部
１２ｂ´´ 薄肉の柱部
１２ｃ，１３ｃ ポケット
Ｗ ポケット間の距離が長いところ
Ｎ ポケット間の距離が短いところ

Claims (3)

1. 車体構成部材に固定されて非回転状態に保持される静止輪と、
   前記静止輪に対向配置するとともに、車輪構成部材を回転可能に保持する回転輪と、
   前記静止輪の内径面と前記回転輪の外径面において、軸方向外側に設けられるそれぞれの外側列の軌道面と、
   前記静止輪の内径面と前記回転輪の外径面において、軸方向内側に設けられるそれぞれの内側列の軌道面と、
   前記外側列の軌道面間と前記内側列の軌道面間にそれぞれ転動可能に組み込まれて複列に位置する複数の転動体と、
   前記複列に位置するそれぞれの転動体を回転自在に保持する外側列の保持器、及び内側列の保持器と、を含み、
   前記外側列の保持器と内側列の保持器は、周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数個の柱部と、周方向で隣り合う前記柱部間に設けられ、転動体を回転自在に保持する複数個のポケットと、を備え、
   前記外側列の保持器と内側列の保持器のいずれか一方の保持器は、周方向に厚肉の柱部と、周方向に薄肉の柱部が、周方向で規則的に配設され、周方向で隣り合うポケット間の距離が長いところと短いところが規則的に設けられていることを特徴とするハブユニット軸受。
2. 前記厚肉の柱部をｎ箇所、周方向で隣り合う厚肉の柱部間に配される前記転動体の数をＮ個としたときに、
   前記一方の保持器に組み込まれる前記転動体の総数はＮ×ｎ個で表され、
   周方向で隣り合う前記厚肉の柱部間に配される前記薄肉の柱部は、Ｎ−１箇所であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記外側列の転動体のピッチ円直径が、前記内側列の転動体のピッチ円直径に比して大径に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハブユニット軸受。
   

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