JP2019052739A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】静止フランジと径方向に重畳する外輪軌道の耐久性を全周に亙り均一に近づけることができる構造を実現する【解決手段】外輪軌道１３ｂと静止フランジ１２とが径方向に重畳する軸方向位置において、大フランジ部１４から円周方向に外れた外輪８の外周面の直径Ｄ１と、外輪８の中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ溝底部１６に内接する仮想円の直径Ｄ２と、外輪８の中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ山頂部１７に内接する仮想円の直径Ｄ３との間に、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立している。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するためのハブユニット軸受に関する。

図１１は、特開２０１７−０６２０１４号公報に記載されたハブユニット軸受を示している。このハブユニット軸受では、外輪１は、内周面に複列の外輪軌道２ａ、２ｂを有する円筒状の外輪本体３と、外輪本体３の外周面から径方向外方に突出するように設けられた静止フランジ４とを備えている。静止フランジ４は、大フランジ部５と、大フランジ部５よりも径方向高さが小さい小フランジ部６とを、円周方向に関して交互に配置することにより構成され、かつ、全周に連続して設けられている。大フランジ部５には、軸方向に貫通するねじ孔７が形成されている。外輪１は、ねじ孔７に螺合されたナックルボルトにより、懸架装置を構成するナックルに固定される。

また、図示の例では、静止フランジ４は、外輪軌道２ｂと径方向に重畳する軸方向位置に配置されている。また、大フランジ部５から円周方向に外れた外輪１の外周面（小フランジ部６の外周面）の直径Ｄ１よりも、外輪１の中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔７のねじ溝底部に内接する仮想円の直径Ｄ２の方が小さくなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。

特開２０１７−０６２０１４号公報

上述した従来構造は、外輪軌道２ｂの耐久性を全周に亙り均一に近づける面から改良の余地がある。以下、この点について具体的に説明する。

一般に、外輪１を製造する際には、中炭素鋼製の素材に熱間鍛造を施して成形した後、外輪軌道２ａ、２ｂに高周波熱処理を施して熱処理硬化層を形成する。高周波熱処理により形成される熱処理硬化層は、熱容量の大きい厚肉部分では薄くなるが圧縮残留応力は大きくなり、熱容量の小さい薄肉部分では厚くなるが圧縮残留応力は小さくなる。ここで、圧縮残留応力は、外輪軌道２ａ、２ｂの強度を向上させる効果がある。

一方、上述した従来構造では、外輪軌道２ｂの周囲の肉厚は、全周に亙り均一になっていない。すなわち、外輪軌道２ｂの周囲の肉厚の大小関係は、図１２に示すように、ねじ孔７の内径側に存在する円周方向箇所（第１の周方向部α）＜小フランジ部６に対応する円周方向箇所（第２の周方向部β）＜大フランジ部５のうちでねじ孔７から外れた円周方向箇所（第３の周方向部γ）のようになっている。したがって、外輪軌道２ｂに形成される熱処理硬化層の厚さの大小関係は、第１の周方向部α＞第２の周方向部β＞第３の周方向部γのようになり、また、外輪軌道２ｂに形成される熱処理硬化層の圧縮残留応力の大小関係は、第１の周方向部α＜第２の周方向部β＜第３の周方向部γのようになる。すなわち、第１の周方向部αでは、他の円周方向箇所（第２の周方向部β、第３の周方向部γ）に比べて、外輪軌道２ｂの圧縮残留応力（による強度向上効果）が特に小さくなる。

これに対して、ハブユニット軸受の運転時に、外輪軌道２ｂの第１の周方向部αには、転動体荷重の他、ねじ孔７に対するナックルボルトの螺合や路面反力の支承に伴う応力が加わり、かつ、路面反力の支承に伴う静止フランジ４の変形の影響が及ぶ（真円度崩れが生じる）。このため、外輪軌道２ｂは、第１の周方向部αにおいて、他の円周方向箇所（第２の周方向部β、第３の周方向部γ）よりも、フレーキングなどの損傷が生じ易くなっている。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、静止フランジと径方向に重畳する外輪軌道の耐久性を全周に亙り均一に近づけることができる構造を実現することにある。

本発明のハブユニット軸受は、外輪と、ハブと、複数個の転動体とを備えている。
前記外輪は、内周面に外輪軌道を有する円筒状の外輪本体と、前記外輪本体の外周面から径方向外方に突出するように設けられた静止フランジとを有する。
前記ハブは、外周面に内輪軌道を有する。
前記複数個の転動体は、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置されている。
前記静止フランジは、円周方向に離隔した複数箇所に配置された大フランジ部と、これらの大フランジ部を軸方向に貫通するようにそれぞれ設けられたねじ孔とを有しており、かつ、少なくとも軸方向一部が前記外輪軌道と径方向に重畳している。
また、前記外輪軌道と前記静止フランジとが径方向に重畳する軸方向位置において、前記大フランジ部から円周方向に外れた前記外輪の外周面の直径Ｄ１と、前記外輪の中心軸を中心とし、かつ、前記ねじ孔のねじ溝底部に内接する仮想円の直径Ｄ２と、前記外輪の中心軸を中心とし、かつ、前記ねじ孔のねじ山頂部に内接する仮想円の直径Ｄ３との間に、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立している。

本発明のハブユニット軸受では、次のような構成を採用することができる。
すなわち、前記大フランジ部から円周方向に外れた前記外輪の外周面が、前記外輪本体の外周面になっている。

本発明のハブユニット軸受では、次のような構成を採用することができる。
すなわち、前記大フランジ部から外れた円周方向位置に、前記静止フランジを構成する部位として、前記大フランジ部よりも径方向高さが小さい小フランジ部が存在し、かつ、円周方向に隣り合う大フランジ部と小フランジ部との円周方向端部同士が結合されている。

本発明のハブユニット軸受では、次のような構成を採用することができる。
すなわち、前記外輪軌道および前記内輪軌道のそれぞれの断面形状が円弧形であると共に、前記転動体が玉である。
また、前記玉に接触角が付与されており、かつ、前記外輪軌道は、溝底部を挟んだ軸方向両側部のうち、軸方向片側部が転動体荷重の負荷側部になっている。
また、前記大フランジ部は、前記負荷側部と径方向に重畳しない軸方向位置において、円周方向に張り出したリブ部を有しており、該リブ部が前記外輪本体の外周面に結合されている。

上述のような本発明のハブユニット軸受によれば、静止フランジと径方向に重畳する外輪軌道の耐久性を全周に亙り均一に近づけることができる。

図１は、実施の形態の第１例に関する、ハブユニット軸受の断面図である。 図２は、図１における外輪を右側から見た図である。 図３は、図１における外輪のＡ−Ａ断面図である。 図４は、図３の左上部の拡大図である。 図５は、実施の形態の第２例に関する、外輪の部分切断側面図である。 図６は、図５の右側から見た図である。 図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。 図８は、実施の形態の第３例に関する、外輪の断面図である。 図９は、図８のＣ−Ｃ断面図である。 図１０は、図９の左上部の拡大図である。 図１１は、従来のハブユニット軸受を示す断面図である。 図１２は、図１１における外輪のＤ−Ｄ断面に相当する図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１〜図４を用いて説明する。

本例のハブユニット軸受は、外輪８と、ハブ９と、それぞれが転動体である複数個の玉１０とを備えている。なお、ハブユニット軸受に関して、軸方向内側とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側（図１、図５、図８、図１１における右側）をいい、軸方向外側とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側（図１、図５、図８、図１１における左側）をいう。

外輪８は、中炭素鋼製で、円筒状の外輪本体１１と、外輪８を懸架装置のナックルに固定するための静止フランジ１２とを備えている。外輪本体１１は、内周面に複列の外輪軌道１３ａ、１３ｂを有している。外輪軌道１３ａ、１３ｂの断面形状は、円弧形である。外輪本体１１の軸方向内端部外周面には、軸方向外側に隣接する部分よりも外径寸法が小さくなったナックルパイロット部３１が設けられている。静止フランジ１２は、外輪本体１１の外周面の円周方向に離隔した複数箇所（図示の例では４箇所）のそれぞれから径方向外方に突出するように設けられた大フランジ部１４により構成されている。本例では、円周方向に隣り合う大フランジ部１４同士の間に、静止フランジ１２を構成する要素は存在していない。すなわち、大フランジ部１４から円周方向に外れた外輪８の外周面は、外輪本体１１の外周面になっている。大フランジ部１４のそれぞれには、軸方向に貫通するねじ孔１５が形成されている。外輪８は、懸架装置を構成するナックルの支持孔にナックルパイロット部３１を内嵌した状態で、ねじ孔１５に螺合されたナックルボルトにより、前記ナックルに固定される。

静止フランジ１２（大フランジ部１４）は、軸方向外側部が、軸方向内側の外輪軌道１３ｂと径方向に重畳している。すなわち、静止フランジ１２（大フランジ部１４）は、軸方向外側部が、外輪本体１１の外周面のうちで軸方向内側の外輪軌道１３ｂと径方向に重畳する部分から径方向外方に突出するように設けられている。本例では、軸方向内側の外輪軌道１３ｂと静止フランジ１２（大フランジ部１４）とが径方向に重畳する軸方向位置において、大フランジ部１４から円周方向に外れた外輪８の外周面の直径Ｄ１と、中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ溝底部１６（の径方向内端部）に内接する仮想円の直径Ｄ２と、中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ山頂部１７（の径方向内端部）に内接する仮想円の直径をＤ３との間に、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立するように、各部の寸法を規制している。

なお、図示の例では、外輪本体１１の外周面のうちで軸方向内側の外輪軌道１３ｂと径方向に重畳する部分は、軸方向内側に向かう程外径寸法が大きくなる方向に傾斜したテーパ面になっているが、当該部分は、軸方向に関して外径寸法が変化しない円筒面とすることもできる。何れにしても、本例では、軸方向内側の外輪軌道１３ｂと静止フランジ１２（大フランジ部１４）とが径方向に重畳する何れの軸方向位置においても、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立するように、各部の寸法を規制している。

外輪軌道１３ａ、１３ｂの表層部には、図１に斜格子を付して示すような熱処理硬化層３２が形成されている。このために、本例では、外輪８を製造する際に、中炭素鋼製の素材に熱間鍛造を施して成形した後、外輪軌道１３ａ、１３ｂに高周波熱処理を施して前記熱処理硬化層３２を形成している。

ハブ９は、複列の内輪軌道１８ａ、１８ｂと、車輪および制動用回転体を支持するための回転フランジ１９とを備えている。複列の内輪軌道１８ａ、１８ｂは、ハブ９の外周面のうちで、複列の外輪軌道１３ａ、１３ｂと対向する部分に設けられている。内輪軌道１８ａ、１８ｂの断面形状は、円弧形である。回転フランジ１９は、軸方向に関して外輪８の軸方向外端面よりも外側に存在するハブ９の軸方向外側部に、径方向外方に突出するように設けられている。

本例では、ハブ９は、中炭素鋼などの硬質金属製のハブ本体２０と、軸受鋼などの硬質金属製の内輪２１とを組み合わせることにより構成されている。具体的には、ハブ本体２０の軸方向内側部に設けられた小径段部２２に、内輪２１が外嵌固定されることで、ハブ本体２０と内輪２１とが組み合わされている。なお、ハブ本体の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させることで形成したかしめ部により、内輪の軸方向内端面を抑え付けることもできる。また、軸方向外側の内輪軌道１８ａは、ハブ本体２０の軸方向中間部の外周面に設けられており、軸方向内側の内輪軌道１８ｂは、内輪２１の外周面に設けられている。回転フランジ１９は、ハブ本体２０の軸方向外側部に設けられている。また、本例のハブユニット軸受は駆動輪用であるため、ハブ９（ハブ本体２０）の径方向中心部に、駆動軸をスプライン係合させるためのスプライン孔２３が設けられている。なお、本発明は、ハブ本体が中実の従動輪用のハブユニット軸受に適用することもできる。

玉１０は、軸受鋼などの硬質金属製、あるいはセラミック製で、複列の外輪軌道１３ａ、１３ｂと複列の内輪軌道１８ａ、１８ｂとの間に、それぞれの列ごとに複数個ずつ、転動自在に配置されている。両列の玉１０には、背面組合せ型の接触角と共に、予圧が付与されている。したがって、軸方向内側の外輪軌道１３ｂは、溝底部を挟んだ軸方向両側部のうち、軸方向外側部が転動体荷重の負荷側部２７となり、軸方向内側部が転動体荷重の非負荷側部２８となる。なお、本発明を実施する場合には、転動体として、円すいころを用いることもできる。

また、外輪８の内周面とハブ９の外周面との間に存在する、複数個の玉１０が設置された円筒状空間２４は、軸方向外端開口がシールリング２５により塞がれており、軸方向内端開口が組み合わせシールリング２６により塞がれている。

上述のような構成を有する本例のハブユニット軸受では、外輪８は、軸方向内側の外輪軌道１３ｂと静止フランジ１２（大フランジ部１４）とが径方向に重畳する軸方向位置において、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係を有している。このため、軸方向内側の外輪軌道１３ｂの周囲の肉厚、すなわち、この周囲の熱容量は、大フランジ部１４に形成されたねじ孔１５の内径側に存在する円周方向箇所（第１の周方向部α）と、大フランジ部１４から外れた円周方向箇所（第２の周方向部β）とで、互いにほぼ等しくなっている。したがって、軸方向内側の外輪軌道１３ｂに形成される熱処理硬化層３２の厚さ、すなわち、軸方向内側の外輪軌道１３ｂに作用する圧縮残留応力（による強度向上効果）は、第１の周方向部αと第２の周方向部βとで互いにほぼ等しくなっている。

このように本例の構造では、前述した従来構造とは異なり、軸方向内側の外輪軌道１３ｂに形成される熱処理硬化層３２の圧縮残留応力が、第１の周方向部αのみで特に小さくなることはない。したがって、その分、前述した従来構造に比べて、軸方向内側の外輪軌道１３ｂに作用する圧縮残留応力を全周に亙り均一に近づけること、すなわち、軸方向内側の外輪軌道１３ｂの耐久性を全周に亙り均一に近づけることができる。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図５〜図７を用いて説明する。

本例では、静止フランジ１２ａを構成する大フランジ部１４ａは、外輪本体１１に対する結合強度および自身の剛性を高めるためのリブ部２９を有している。すなわち、大フランジ部１４ａは、径方向内側部の円周方向両側部が、軸方向内側部において、軸方向外側部よりも円周方向両側に張り出している。そして、これらの円周方向両側に張り出した部分のそれぞれが、外輪本体１１の外周面に結合されたリブ部２９になっている。リブ部２９は、軸方向内側の外輪軌道１３ｂの負荷側部２７と径方向に重畳しておらず、負荷側部２７よりも軸方向内側に配置されている。すなわち、リブ部２９と、軸方向内側の外輪軌道１３ｂの非負荷側部２８とが径方向に重畳している。

このような本例の構造では、軸方向内側の外輪軌道１３ｂのうちでリブ部２９よりも軸方向外側に位置する部分（負荷側部２７の全体を含む）の耐久性を、実施の形態の第１例と同じレベルで、全周に亙り均一に近づけることができ、しかも、リブ部２９によって、外輪本体１１に対する大フランジ部１４ａの結合強度、および、大フランジ部１４ａの剛性を高めることができる。
その他の構成および作用は、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第３例］
実施の形態の第３例について、図８〜図１０を用いて説明する。

本例では、静止フランジ１２ｂは、大フランジ部１４と、大フランジ部１４よりも径方向高さが小さい小フランジ部３０とを、円周方向に関して交互に配置することにより構成され、かつ、全周に連続して設けられている。すなわち、円周方向に隣り合う大フランジ部１４と小フランジ部３０との円周方向端部同士は互いに結合されている。なお、図９および図１０において、破線は、外輪本体１１の外周面を表している。

また、本例では、軸方向内側の外輪軌道１３ｂと静止フランジ１２ｂ（大フランジ部１４、小フランジ部３０）とが径方向に重畳する軸方向位置において、大フランジ部１４から円周方向に外れた外輪８の外周面（小フランジ部３０の外周面）の直径Ｄ１と、外輪８の中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ溝底部１６に内接する仮想円の直径Ｄ２と、外輪８の中心軸Ｘを中心とし、かつ、ねじ孔１５のねじ山頂部１７に内接する仮想円の直径Ｄ３との間に、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立するように、各部の寸法を規制している。

このような本例の構造では、静止フランジ１２ｂが全周に連続して設けられているため外輪本体１１に対する静止フランジ１２ｂの結合強度、および、静止フランジ１２ｂの剛性を高めることができる。また、本例でも、実施の形態の第１例と同様、上述したＤ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係に基づいて、軸方向内側の外輪軌道１３ｂの耐久性を全周に亙り均一に近づけることができる。
その他の構成および作用は、実施の形態の第１例と同様である。

本発明は、上述した実施の形態の各例の構成を、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせて実施することができる。

１ 外輪
２ａ、２ｂ 外輪軌道
３ 外輪本体
４ 静止フランジ
５ 大フランジ部
６ 小フランジ部
７ ねじ孔
８ 外輪
９ ハブ
１０ 玉
１１ 外輪本体
１２、１２ａ、１２ｂ 静止フランジ
１３ａ、１３ｂ 外輪軌道
１４、１４ａ 大フランジ部
１５ ねじ孔
１６ ねじ溝底部
１７ ねじ山頂部
１８ａ、１８ｂ 内輪軌道
１９ 回転フランジ
２０ ハブ本体
２１ 内輪
２２ 小径段部
２３ スプライン孔
２４ 円筒状空間
２５ シールリング
２６ 組み合わせシールリング
２７ 負荷側部
２８ 非負荷側部
２９ リブ部
３０ 小フランジ部
３１ ナックルパイロット部
３２ 熱処理硬化層

Claims (4)

1. 内周面に外輪軌道を有する円筒状の外輪本体と、前記外輪本体の外周面から径方向外方に突出するように設けられた静止フランジとを有する外輪と、
   外周面に内輪軌道を有するハブと、
   前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置された複数個の転動体と、を備え、
   前記静止フランジは、円周方向に離隔した複数箇所に配置された大フランジ部と、該大フランジ部を軸方向に貫通するようにそれぞれ設けられたねじ孔とを有しており、かつ、少なくとも軸方向一部が前記外輪軌道と径方向に重畳しており、
   前記外輪軌道と前記静止フランジとが径方向に重畳する軸方向位置において、前記大フランジ部から円周方向に外れた前記外輪の外周面の直径Ｄ１と、前記外輪の中心軸を中心とし、かつ、前記ねじ孔のねじ溝底部に内接する仮想円の直径Ｄ２と、前記外輪の中心軸を中心とし、かつ、前記ねじ孔のねじ山頂部に内接する仮想円の直径Ｄ３との間に、Ｄ２≦Ｄ１≦Ｄ３の関係が成立している、
   ハブユニット軸受。
2. 前記大フランジ部から円周方向に外れた前記外輪の外周面が、前記外輪本体の外周面になっている、
   請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記大フランジ部から外れた円周方向位置に、前記静止フランジを構成する部位として、前記大フランジ部よりも径方向高さが小さい小フランジ部が存在し、かつ、円周方向に隣り合う大フランジ部と小フランジ部との円周方向端部同士が結合されている、
   請求項１に記載のハブユニット軸受。
4. 前記外輪軌道および前記内輪軌道のそれぞれの断面形状が円弧形であると共に、前記転動体が玉であり、
   前記玉に接触角が付与されており、かつ、前記外輪軌道は、溝底部を挟んだ軸方向両側部のうち、軸方向片側部が転動体荷重の負荷側部になっており、
   前記大フランジ部は、前記負荷側部と径方向に重畳しない軸方向位置において、円周方向に張り出したリブ部を有しており、該リブ部が前記外輪本体の外周面に結合されている、
   請求項１〜３のうちの何れか１項に記載のハブユニット軸受。

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