JP2017223276A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】合成樹脂製のキャップ本体を有する軸受キャップの冷却性能を高めて、ハブユニット軸受の温度上昇を抑制する。
【解決手段】熱伝導率に優れた強化材を複合した樹脂材料により成形されたキャップ本体９ａの樹脂底板部１３ａは、軸方向に突出する環状突起３２ａ，３２ｂを備え、この環状突起３２ａ，３２ｂの内部には繊維状の強化材が軸方向に配向されている。軸受内部の熱は、アウトボード側の環状突起３２ａから吸収された後、強化材を伝ってインボード側の環状突起３２ｂから外部空間に放熱される。

【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の車輪（従動輪）を懸架装置に対して回転自在に支持するハブユニット軸受に関する。

自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するハブユニット軸受に、ＡＢＳ等の制御に必要な車輪の回転速度を検出する為の回転速度検出装置を組み合わせて成る、回転速度検出装置付のハブユニット軸受が、従来から広く使用されている。

図８は、回転速度検出装置付のハブユニット軸受の従来構造の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。回転速度検出装置付のハブユニット軸受１は、図示しない懸架装置に支持固定された外輪２の内径側に、車輪を支持した状態で車輪と共に回転するハブ３を、複数個の転動体４を介して、回転自在に支持している。外輪２の外周面には、懸架装置（ナックル）に結合固定される固定側フランジ５が設けられている。ハブ３の外周面のアウトボード側部分には、車輪及びブレーキロータを支持固定する為の回転側フランジ６が設けられている。尚、軸方向に関して、「アウトボード（外）」とは、車両に組み付け状態で車体の幅方向外側となる側を言い、図１，２，４，６，８の左側を言う。反対に、車体の幅方向中央側となる、図１，２，４，６，８の右側を、「インボード（内）」と言う。

外輪２の内周面とハブ３の外周面との間で各転動体４を設置した空間のアウトボード端部開口を、シールリング７により塞いでいる。これに対し、外輪２のインボード端部開口を、有底円筒状の軸受キャップ８により塞いでいる。軸受キャップ８は、合成樹脂製で全体を有底円筒状に構成されたキャップ本体９と、キャップ本体９にモールド固定（インサート成形により固定）された金属環１０及びナット１１とから構成されている。
キャップ本体９は、樹脂筒部１２と、樹脂筒部１２のインボード端部を塞ぐ状態で設けられた樹脂底板部１３とを備えている。樹脂筒部１２にモールド固定した金属環１０を、外輪２のインボード端部に内嵌固定することにより、外輪２のインボード端部に、軸受キャップ８を装着している。

回転速度検出装置を構成する円環状のエンコーダ１４が、ハブ３のインボード端部に、ハブ３と同軸に支持固定されている。回転速度検出装置を構成する円柱状のセンサ１５が、樹脂底板部１３に支持固定されている。センサ１５は、合成樹脂製で、先端部に磁気検出素子を包埋しており、基端部に取付フランジ部１９を備えている。樹脂底板部１３の周方向の一部分に、他の部分に比べて軸方向の肉厚が大きくなった厚肉部１６を設けている。厚肉部１６は、エンコーダ１４と軸方向に対向する部分に、軸方向に貫通する挿入孔１７を形成すると共に、挿入孔１７に隣接する部分に、ナット１１をモールド固定している。そして、センサ１５を挿入孔１７内に挿入した状態で、取付フランジ部１９を挿通したボルト２０をナット１１に螺合している。

回転速度検出装置付のハブユニット軸受１の使用時には、外輪２の固定側フランジ５を懸架装置（ナックル）に結合固定すると共に、ハブ３の回転側フランジ６に車輪を固定する事で、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する。車輪が回転すると、センサ１５に保持された検出素子の近傍を、エンコーダ１４に配置されたＳ極とＮ極とが交互に通過する事で、センサ１５の出力信号が変化する。センサ１５の出力信号が変化する周波数は、車輪の回転数に比例するので、出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。

合成樹脂製で有底円筒状のキャップ本体９は、金属製のキャップに比べて複雑な形状が製作可能であり、ナット１１のモールド固定などにも対応して、射出成形により量産が可能である。この為、軸受キャップ８は、単に外輪２のインボード端部開口を塞ぐだけでなく、回転速度検出装置を構成するセンサ１５のセンサホルダとしての機能も備えている。
しかしながら、樹脂材料は金属材料に比べて熱伝導率が数十〜数百分の１程度の材料である為、樹脂製の軸受キャップ８は、回転側フランジ６に取り付けられたブレーキロータからの熱を、キャップ本体９を通じて外部空間に放熱する冷却性能が非常に低い。従って、樹脂製の軸受キャップ８が装着されたハブユニット軸受１は、金属製の軸受キャップが装着されたハブユニット軸受に比べて軸受内部の温度が上昇しやすく、熱により潤滑剤やシールが劣化したり、温度が急激に上昇した場合には、軸受内圧の上昇で軸受キャップが外れたりする虞がある。更に、ハブユニット軸受が常温に戻った際、軸受内圧の低下により、シールリング７のシールリップがハブ３の摺接面に貼り付いて、回転トルクの上昇やシールリップの摩耗等の問題が発生する虞があった。

キャップ本体９を構成する樹脂材料は、強化材として、熱伝導率が高いカーボンファイバーやカーボンナノチューブ、或は銅などの金属繊維などを複合して使用する事もできる。しかし、図８に示した軸受キャップ８の樹脂底板部１３の形状（平板形状）の場合、強化材は、樹脂材料の流れ方向（径方向、或は周方向）に配向され、軸方向には配向されない。従って、強化材は軸方向に熱を伝導することができず、キャップ本体９の冷却性能を高める効果は小さい。

特開２０１５−０４５３５０号公報

本発明は、合成樹脂製のキャップ本体を有する軸受キャップの冷却性能を高めて、ハブユニット軸受の温度上昇を抑制する事を課題とする。

上記課題を解決する為に、本発明のハブユニット軸受は、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有し、アウトボード側に車輪を支持する為の回転側フランジを設けたハブと、前記各外輪軌道と前記各内輪軌道との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、前記外輪のインボード端部開口を塞ぐ軸受キャップと、を備え、
前記軸受キャップは、金属製の嵌合芯金と、合成樹脂製のキャップ本体と、を有し、前記キャップ本体は、全体が有底円筒状で、円筒状の樹脂筒部と、前記樹脂筒部の開口部を塞ぐ樹脂底板部と、を有し、前記嵌合芯金は、インボード側部分を前記樹脂筒部に結合固定され、アウトボード側部分を前記外輪のインボード端部に嵌合している。

特に本発明のハブユニット軸受は、前記合成樹脂は、樹脂材よりも熱伝導率が高い強化材を複合しており、前記強化材は、前記樹脂底板部の少なくとも一部に軸方向に配向されている。
更に、前記樹脂底部は、軸方向両側面からそれぞれ軸方向に延出する突起部を有しており、前記強化材は、前記突起部で軸方向に配向されている。
又、前記樹脂底板部は、断面が波型であり、 前記強化材は、前記樹脂底板部の軸方向中間部分で軸方向に配向されている。

上述の様に構成する本発明の軸受キャップによれば、合成樹脂製のキャップ本体を有する軸受キャップの冷却性能を高めて、ハブユニット軸受の温度上昇を抑制する事により、潤滑剤やシールの劣化や、回転トルクの上昇を防止できる。

第１実施形態を示す、ハブユニット軸受の断面図。 図１に示した軸受キャップの断面図。 図２の軸受キャップをインボード側（右側）から見た図。 第２実施形態を示す、軸受キャップの断面図。 図４の軸受キャップをインボード側（右側）から見た図。 第３実施形態を示す、軸受キャップの断面図。 図６の軸受キャップをインボード側（右側）から見た図。 従来構造のハブユニット軸受の１例を示す断面図。

［第１実施形態］
図１〜３は、本発明の第１実施形態を示している。本実施形態の軸受キャップ８ａを組み込んだ、ハブユニット軸受１ａは、従動輪である車輪をナックル等の懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、車輪の回転速度を検出するもので、静止輪である外輪２の内径側に、回転輪であるハブ３を、複数個の転動体４を介して、回転自在に支持している。

外輪２は、外周面に懸架装置を構成する図示しないナックルに結合固定される固定側フランジ５を有し、内周面に複列の外輪軌道２１ａ、２１ｂを有している。ハブ３は、ハブ本体２２と内輪２３とを、かしめ部２４により結合固定して成るもので、外周面に複列の内輪軌道２５ａ、２５ｂを有している、ハブ本体２２のアウトボード側で、外輪２のアウトボード端部開口よりもアウトボード側に突出した部分には、車輪を支持する為の回転側フランジ６を設けている。そして、各外輪軌道２１ａ、２１ｂと、各内輪軌道２５ａ、２５ｂとの間に、それぞれ複数個ずつ転動体４を設けている。

回転速度検出装置を構成する円環状のエンコーダ１４が、内輪２３のインボード単部に支持固定されている。エンコーダ１４は、支持環２６と、エンコーダ本体２７とから構成されている。支持環２６は、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼板やＳＰＣＣ等の圧延鋼板に、プレス加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成されている。支持環２６のアウトボード側部分が、内輪２３に外嵌固定されている。エンコーダ本体２７は、フェライト粉末等の磁性体を混入した永久磁石により全体を円輪状に造られたもので、支持環２６のインボード側面に添着固定されている。エンコーダ本体２７のインボード側面（被検出面）には、Ｓ極とＮ極が円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されている。

外輪２の内周面とハブ３の外周面との間で各転動体４を設置した内部空間１８のアウトボード端部開口は、シールリング７により塞いでいる。一方、外輪２のインボード端部には、有底円筒状の軸受キャップ８ａを装着して、外輪２のインボード端部開口を塞いでいる。
軸受キャップ８ａは、合成樹脂製で有底円筒状に構成されたキャップ本体９ａと、キャップ本体９ａにモールド固定された、金属環１０ａ及びナット１１ａとから構成されている。キャップ本体９ａは、合成樹脂を射出成形（アキシャルドロー成形）する事により、全体を有底円筒状に造られており、樹脂筒部１２ａと、樹脂筒部１２ａの軸方向中間部開口を塞ぐ樹脂底板部１３ａとを備えている。

キャップ本体９ａを構成する合成樹脂材としては、例えばポリアミド６６樹脂に、繊維状の強化材として、樹脂材よりも熱伝導率に優れたカーボンファイバーやカーボンナノチューブ、或いは銅などの金属繊維を複合させた繊維強化ポリアミド樹脂材料を使用している。又、必要に応じて、ポリアミド樹脂に、非晶性芳香族ポリアミド樹脂（変性ポリアミド６Ｔ／６Ｉ）、低吸水脂肪族ポリアミド樹脂（ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアミド６１２樹脂）を適宜加える事で、より耐水性を向上させても良い。何れにしても、樹脂材よりも熱伝導率の高い強化材を複合させた合成樹脂材により、キャップ本体９ａは成形されている。

金属環１０ａは、ステンレス鋼板や圧延鋼板等から造られており、断面Ｌ字形で、全体を円環状に形成されている。金属環１０ａのインボード側に設けられたフランジ部は、樹脂筒部１２ａの内部にモールド固定されている。樹脂筒部１２ａのアウトボード端面の内径側に、全周に亙り係止溝を形成し、この係止溝にＯリング２８を係止している。

樹脂底板部１３ａは、全体を略円板状に構成されている。樹脂底板部１３ａの上端部に、他の部分よりも軸方向の肉厚が大きくなった（軸方向両側に向けて膨出した）厚肉部１６ａを設けている。厚肉部１６ａの上端部で、エンコーダ本体２７の被検出面と軸方向に対向する部分に、厚肉部１６ａを軸方向に貫通する挿入孔１７ａを設けている。挿入孔１７ａは、センサ１５（図８参照）を挿入する為のもので、挿入孔１７ａの内周面は、センサ１５の外径寸法よりも僅かに大きい内径寸法を有している。
厚肉部１６ａの下端部に、ナット１１ａをモールド固定している。ナット１１ａは、アウトボード端部に底部を設けた有底円筒状の袋ナットであり、内周面に雌ねじが形成されている。

厚肉部１６ａの軸方向から見た形状を、上下方向に長い長円形状とすると共に、挿入孔１７ａとナット１１ａとの間に挟まれた部分に、厚肉部１６ａのアウトボード側面にのみ開口した除肉部３０を設けている。除肉部３０を設ける事により、厚肉部１６ａを構成する各部分（挿入孔１７ａ及びナット１１ａの周囲部分）の肉厚を、可能な限り薄く且つ均一に近づけている。これにより、キャップ本体９ａをアキシャルドロー成形する際の樹脂材料の凝固時間を短くしてラインタクトの向上を図ると共に、ひけ等によるキャップ本体９ａの変形の防止を図っている。除肉部３０の形状は、インボード側に向けて先細りとなる四角錐台状となっている。

合成樹脂製であるキャップ本体９ａの冷却性能を改善する為に、樹脂底板部１３ａの軸方向両側面に、それぞれ複数の環状突起３２ａ，３２ｂを設けている。各環状突起３２ａ，３２ｂは、樹脂底板部１３ａと同心に配置された、直径が異なる複数（図示の例では４個）の円筒状リブである。各環状突起３２ａ，３２ｂの径方向幅は、径方向に隣接する環状突起３２ａ，３２ｂの径方向距離とほぼ同等であり、径方向に関して、ほぼ等間隔に各環状突起３２ａ，３２ｂを配置している。
各環状突起３２ａ，３２ｂは、軸方向に関する突出量が同一であり、インボード側の環状突起３２ａとアウトボード側の環状突起３２ｂとは、樹脂底板部１３の軸方向中央に位置する仮想平面に関して対称である。インボード側の環状突起３３ｂの先端面（インボード側面）は、樹脂筒部１２ａのインボード側面と同一の仮想平面上に位置している。

樹脂底板部１３ａのインボード側面で、厚肉部１６ａに隣接する部分には、略半長円形の凸部３１が設けられている。そして、凸部３１のインボード側面で、キャップ本体９ａの略中央部を、キャップ本体９ａをアキシャルドローにより射出成形する際のゲート位置としている。
キャップ本体９ａを射出成形する際には、図示しない固定型に対して可動型を軸方向に近づけて突き合わせる事により、成形用空間を形成する。そして、可動型に設けられたゲートを通じて、成形用空間内に溶融樹脂（前述した様な強化材を含んだ樹脂材料を加熱して、溶融した樹脂）を送り込む。

キャップ本体９ａを成形する際の前記ゲートの位置は、キャップ本体９ａの略中央部に設けている為、ゲートから注入した溶融樹脂は、中央部から径方向外側に向けて放射状に広がる。そして、溶融樹脂が放射状に広がる樹脂底板部１３ａの途中には、樹脂底板部１３ａを軸方向に貫く様に、軸方向両側（アウトボード側及びインボード側）へそれぞれ突出する環状突起３２ａ，３２ｂが存在している。
ゲートから注入された溶融樹脂は、樹脂底板部１３ａを径方向外側に向けて移動した後、環状突起３２ａ，３２ｂの部分で軸方向に二手に分かれて軸方向に移動する。従って、環状突起３２ａ，３２ｂに充填された樹脂に複合される強化材は、各勘定突起３２ａ，３２ｂの内部で軸方向に配向されている。

軸受キャップ８ａは、金属環１０ａのアウトボード側を外輪２ａのインボード端部内周面に内嵌すると共に、樹脂筒部１２ａのアウトボード端面を外輪２のインボード端面に突き当てた状態で、外輪２に装着される。この時、外輪２のインボード端面と樹脂筒部１２ａとの間にＯリング２８を狭持する事により、外輪２と軸受キャップ８ａとの嵌合部を密封している。
軸受キャップ８ａを外輪２に装着した状態に於いて、アウトボード側の環状突起３２ａは、内部空間１８に密封された空気と接触しており、インボード側の環状突起３２ｂは、外部空間の空気（大気）と接触している

同心円状に成形された環状突起３２ａ，３２ｂは、表面積が大きく、環状突起３２ａ，３２ｂと接触する空気との熱の移動を容易にしている。従って、アウトボード側の環状突起３２ａは、ハブユニット軸受１ａの内部空間１８に密封され、回転するハブ３ａ（エンコーダ１４）により回転する気流となった空気と接触しており、軸受内部の熱を迅速に集める事ができる。集められた熱は、環状突起３２ａ，３２ｂの内部に軸方向に配向され、熱伝導率が高い強化材を伝わってインボード側に迅速に伝達される。インボード側の環状突起３２ｂに伝えられた熱は、インボード側の環状突起３２ｂが接触する外部空間の空気へ放熱される。

上述の様に構成する本実施形態のハブユニット軸受１ａによれば、合成樹脂製のキャップ本体を有する軸受キャップの冷却性能を高めて、ハブユニット軸受の温度上昇を抑制する事により、潤滑剤やシールの劣化や、回転トルクの上昇を防止できる。
即ち、熱伝導率に優れた強化材を含む樹脂材料により成形されたキャップ本体９ａの樹脂底板部１３ａは、軸方向に突出する環状突起３２ａ，３２ｂを備えており、この環状突起３２ａ，３２ｂの内部には繊維状の強化材が軸方向に配向されている。軸受内部の熱は、表面積が大きいアウトボード側の環状突起３２ａから効率よく吸収された後、熱伝導率に優れた強化材を伝ってインボード側の環状突起３２ｂに迅速に伝達される。表面積が大きいインボード側の環状突起３２ｂは、効率よく熱を外部空間に放熱する事ができる。この様に、軸受キャップ８ａは、軸受内部の熱を迅速に外部空間に放熱する冷却性能が高いので、ハブユニット軸受１ａの温度上昇を抑制する事ができる。従って、軸受温度の上昇による潤滑剤やシールの劣化を防止し、軸受内圧の変化による回転トルクの上昇等を抑制する事がきる。

［第２実施形態］
図４，５は、本発明の第２実施形態を示している。本実施形態の軸受キャップ８ｂは、樹脂底板部１３ｂの軸方向両側に、軸方向に突出する複数の柱状突起３３ａ，３３ｂを設けている。各柱状突起３３ａ，３３ｂは、それぞれが円柱形状で、樹脂底板部１３ｂの側面に碁盤の目のように縦横に配置されており、柱状突起３３ａ，３３ｂの内部には、繊維状の強化材が軸方向に配向されている。

アウトボード側の柱状突起３３ａにより吸収された熱は、熱伝導率に優れた強化材を迅速に伝わって、アウトボード側の柱状突起３３ｂがら外部空間に放熱される。樹脂底板部１３ｂの側面に形成された多数の柱状突起３３ａ，３３ｂは、第１実施形態の環状突起３２ａ，３２ｂより表面積が大きくなるので、ハブユニット軸受の冷却性能をより向上する事ができる。その他の構成及び作用は、前述した第１実施形態の場合と同様である。

［第３実施形態］
図６，７は、本発明の第３実施形態を示している。本実施形態の軸受キャップ８ｃは、樹脂底板部１３ｃの断面を、樹脂底板部１３ｃの中央部から径方向外側に向けて放射状に波打つ、波型に成形している。キャップ本体９ｃを射出成形により成形する際、凸部３１のゲートから注入された溶融樹脂は波型に沿って移動するので、繊維状の強化材は、樹脂底板部１３ｃに沿って波型に配向されている。従って、樹脂底板部１３ｃの軸方向中央部分では、強化材は軸方向に配向されている。

アウトボード側の頂部３４ａ（集熱効果の高い部位）で集めた熱は、熱伝導率が高い強化材を伝導して、インボード側の頂部３４ｂ（放熱効果の高い部位）へ迅速に伝える事ができ、冷却性能が高いハブユニット軸受を得られる。その他の構成及び作用は、前述した第１実施形態の場合と同様である。

本発明のハブユニット軸受は、自動車の車輪を回転自在に支持する軸受ユニットとして好適に利用できる。

１、１ａ ハブユニット軸受
２ 外輪
３ ハブ
４ 転動体
５ 固定側フランジ
６ 回転側フランジ
７ シールリング
８、８ａ〜８ｃ 軸受キャップ
９、９ａ〜９ｃ キャップ本体
１０、１０ａ 金属環
１１、１１ａ ナット
１２、１２ａ 樹脂筒部
１３、１３ａ〜１３ｃ 樹脂底板部
１４ エンコーダ
１５ センサ
１６、１６ａ 厚肉部
１７、１７ａ 挿入孔
１８ 内部空間
１９ 取付フランジ
２０ ボルト
２１ａ，２１ｂ 外輪軌道
２２ ハブ本体
２３ 内輪
２４ かしめ部
２５ａ，２５ｂ 内輪軌道
２６ 支持環
２７ エンコーダ本体
２８ Ｏリング
３０ 除肉部
３１ 凸部
３２ａ，３２ｂ 環状突起
３３ａ，３３ｂ 柱状突起
３４ａ，３４ｂ 頂部

Claims (3)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
   外周面に複列の内輪軌道を有し、アウトボード側に車輪を支持する為の回転側フランジを設けたハブと、
   前記各外輪軌道と前記各内輪軌道との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、
   前記外輪のインボード端部開口を塞ぐ軸受キャップと、を備え、
   前記軸受キャップは、金属製の嵌合芯金と、合成樹脂製のキャップ本体と、を有し、
   前記キャップ本体は、全体が有底円筒状で、円筒状の樹脂筒部と、前記樹脂筒部の開口部を塞ぐ樹脂底板部と、を有し、
   前記嵌合芯金は、インボード側部分を前記樹脂筒部に結合固定され、アウトボード側部分を前記外輪のインボード端部に嵌合しているハブユニット軸受であって、
   前記合成樹脂は、樹脂材よりも熱伝導率が高い強化材を複合しており、
   前記強化材は、前記樹脂底板部の少なくとも一部に軸方向に配向されている事を特徴とするハブユニット軸受。
2. 前記樹脂底部は、軸方向両側面からそれぞれ軸方向に延出する突起部を有しており、
   前記強化材は、前記突起部で軸方向に配向されている請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記樹脂底板部は、断面が波型であり、
   前記強化材は、前記樹脂底板部の軸方向中間部分で軸方向に配向されている請求項１に記載のハブユニット軸受。
   

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