JP2023130014A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量性を確保しつつ、転がり寿命の低下や圧痕の発生を防止できるハブユニット軸受を提供する。【解決手段】ハブユニット軸受は、内周面に複列の外輪軌道面を有する外輪部材と、外周面に複列の内輪軌道面を有し、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部を有する内輪部材と、複列の外輪軌道面と複列の内輪軌道面との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、を備える。外輪部材は、複列の外輪軌道面を有する鋼製の外輪軌道輪が、径方向外側に配置された樹脂製又は軽金属製の外輪補強部材によって鋳込まれたものであり、外輪軌道輪の外輪軌道面の背面側には、凹凸部が設けられ、凹凸部の大きさは、想定される最大荷重が負荷された時に静的せん断応力によって外輪補強部材が破壊されない大きさに設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、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は、懸架装置を構成するバネよりも路面側に設けられる、いわゆるバネ下荷重であるので、乗り心地の向上のため、軽量化の要望が高まっている。また、操縦安定性向上の為には剛性の向上も必要である。

特許文献１には、鋼板をプレス成形した軌道輪を樹脂又はアルミやマグネシウムなどの軽金属の補強部材で鋳込んだ、軽量化ハブユニット軸受が開示されている。一般に、軌道輪を鋼製とし、補強部材を樹脂製や軽金属製とした場合、これらの界面は、材質同士が混ざり合うような接合が不可能である。特に鋼材が液相のとき、樹脂やマグネシウムは液相になることがない。したがって、界面は、圧縮応力は伝えることが出来ても、引張応力やせん断応力を伝えることが出来ない。

ところで、特許文献２の図２（ａ）及び（ｂ）にはＨｅｒｔｚ理論による、転動体荷重に基く軌道面内のせん断応力について記載されている。せん断応力には、動的せん断応力τ_０（振幅は両振り）と、絶対値がτ_０の１．５倍程度（振幅は片振り）で、発生位置も１．５倍程度深い静的せん断応力τ_ｓｔと、がある。動的せん断応力τ_０が転がり疲れ寿命に影響し、静的せん断応力τ_ｓｔが圧痕発生に影響する。

特開２０１５－０５５３０７号公報 特開２０１６－１１４２３４号公報

Ｈｅｒｔｚ理論におけるせん断応力は、軌道面は無限の厚さを持つ前提で計算されるが、特許文献１に示す様な軽量化ハブユニット軸受では、軌道輪が薄く、加えて、軌道輪と補強部材との界面はせん断応力を伝えることが出来ない。したがって、動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔは、軌道輪のみで支承されるため、τ_０やτ_ｓｔはＨｅｒｔｚ理論以上に上昇する。その結果、特許文献１に示すような軽量化ハブユニット軸受では、軌道面の転がり寿命が（計算値より）低下する、或いは、圧痕が出来易いといった問題が発生する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量性を確保しつつ、転がり寿命の低下や圧痕の発生を防止できるハブユニット軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に複列の外輪軌道面を有する外輪部材と、
外周面に複列の内輪軌道面を有し、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部を有する内輪部材と、
前記複列の外輪軌道面と前記複列の内輪軌道面との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、
を備えるハブユニット軸受であって、
前記外輪部材は、前記複列の外輪軌道面を有する鋼製の外輪軌道輪が、径方向外側に配置された樹脂製又は軽金属製の外輪補強部材によって鋳込まれたものであり、
前記外輪軌道輪の前記外輪軌道面の背面側 には、凹凸部が設けられ、
前記凹凸部の大きさは、想定される最大荷重が負荷された時に静的せん断応力によって前記外輪補強部材が破壊されない大きさに設定される、
ことを特徴とするハブユニット軸受。
（２） 内周面に複列の外輪軌道面を有する外輪部材と、
外周面に複列の内輪軌道面を有し、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部を有する内輪部材と、
前記複列の外輪軌道面と前記複列の内輪軌道面との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、
を備えるハブユニット軸受であって、
前記内輪部材は、ハブ輪と、前記ハブ輪に固定された内輪と、を有し、
前記ハブ輪は、前記内輪軌道面を有する鋼製の内輪軌道輪が、径方向内側に配置された樹脂製又は軽金属製の内輪補強部材によって鋳込まれたものであり、
前記内輪軌道輪の前記内輪軌道面の背面側 には、凹凸部が設けられ、
前記凹凸部の大きさは、想定される最大荷重が負荷された時に静的せん断応力によって前記内輪補強部材が破壊されない大きさに設定される、
ことを特徴とするハブユニット軸受。
（３） 前記想定される最大荷重は、静定格荷重である、
（１）又は（２）に記載のハブユニット軸受。

本発明によれば、軽量性を確保しつつ、転がり寿命の低下や圧痕の発生を防止できるハブユニット軸受を提供できる。

本発明の第一実施形態に係るハブユニット軸受の断面図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係るハブユニット軸受の断面図である。 本発明の第一実施形態の他の変形例ハブユニット軸受の断面図である。 外輪軌道輪の外周面に設けられる凹凸部の形状の例を示す図である。 外輪軌道輪の外周面に設けられる凹凸部の形状の例を示す図である。 外輪軌道輪の外周面に設けられる凹凸部の形状の例を示す図である。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係るハブユニット軸受の断面図である。

なお、本明細書において、「インボード側」とは、車体に取り付けた際のハブユニット軸受１の車体側を表し、図１中の右側である。「アウトボード側」とは、車体に取り付けた際のハブユニット軸受１の車輪側を表し、図１中の左側である。「軸方向」とは、回転軸Ｏが延びる方向を表し、図１中の左右方向である。「径方向外側」とは、回転軸Ｏから遠ざかる方向を表す。「径方向内側」とは、回転軸Ｏに近づく方向を表す。「周方向」とは、回転軸Ｏを中心に旋回する方向を表す。

図１に示すように、ハブユニット軸受１は、内周面１３に複列の外輪軌道面１１，１１が形成された外輪部材（外輪軌道輪１０及び外輪補強部材７０）と、外周面２３，３３に複列の内輪軌道面２１，３１が形成され、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部５３を有する内輪部材（ハブ輪２０及び内輪３０）と、複列の外輪軌道面１１，１１と複列の内輪軌道面２１，３１との間に各列毎に複数個ずつ配置される複数の転動体３と、を備える。

外輪部材は、複列の外輪軌道面１１，１１を有する鋼製の外輪軌道輪１０が、径方向外側に配置された樹脂製又は軽金属製の外輪補強部材７０によって鋳込まれたものである。

外輪軌道輪１０は、鋼板をプレス成形することによって得られる。外輪軌道輪１０は、円環状の軸方向中央部１０Ａと、軸方向中央部１０Ａの軸方向両端部に接続し、それぞれ転動体３に沿うように部分円弧状に形成されたアウトボード側部１０Ｂ及びインボード側部１０Ｃと、を有する。アウトボード側部１０Ｂ及びインボード側部１０Ｃの内周面１３には、それぞれ外輪軌道面１１，１１が形成されている。

外輪補強部材７０は、樹脂又はアルミやマグネシウム等の軽金属からなり、外輪軌道輪１０の外周面１７を覆っている。外輪補強部材７０の外周面のインボード側には、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フランジ部７１が形成される。

内輪部材は、ハブ輪２０と、ハブ輪２０の外周面２３に固定された内輪３０を有する。ハブ輪２０の外周面２３（後述する内輪軌道輪４０の外周面）及び内輪３０の外周面３３には、それぞれ内輪軌道面２１，３１が形成されている。ハブ輪２０及び内輪３０の内輪軌道面２１，３１はそれぞれ、外輪部材の外輪軌道面１１，１１と径方向に対向している。

外輪軌道面１１，１１及び内輪軌道面２１，３１で構成される複列の軌道には、複数の転動体３が周方向に等間隔で配置されている。複数の転動体３は、保持器５によって転動可能に保持される。

複数の転動体３は、互いに所定の接触角をなして外輪軌道面１１，１１及び内輪軌道面２１，３１に接触して、背面組み合わせ型（ＤＢ）軸受が構成される。これにより、内輪部材（ハブ輪２０及び内輪３０）は、外輪部材（外輪軌道輪１０及び外輪補強部材７０）に対して回転可能となる。

ハブ輪２０は、内輪軌道面２１を有する鋼製の内輪軌道輪４０が、径方向内側に配置された樹脂製又は軽金属製の内輪補強部材５０によって鋳込まれたものである。

内輪軌道輪４０は、鋼板をプレス成形することによって得られる。内輪軌道輪４０は、軸方向に延びる中心孔を有し、全体として環状である。内輪軌道輪４０は、外輪軌道輪１０の軸方向中央部１０Ａと径方向に対向する軸方向中央部４０Ａと、外輪軌道輪１０のアウトボード側部１０Ｂと径方向に対向するアウトボード側部４０Ｂと、外輪軌道輪１０のインボード側部１０Ｃと径方向に対向するインボード側部４０Ｃと、アウトボード側部４０Ｂに接続して外輪部材（外輪軌道輪１０及び外輪補強部材７０）よりも径方向外側およびアウトボード側に延出する延出部４０Ｄと、を有する。

内輪軌道輪４０のインボード側部４０Ｃには、小径段部４１が形成されている。小径段部４１に内輪３０が外嵌された後、小径段部４１のインボード側端部が径方向外側に加締め加工されることにより、内輪３０が内輪軌道輪４０（ハブ輪２０）に固定される。また、加締め加工によって内輪３０が押圧されることで、適正な予圧が付与される。

内輪軌道輪４０のアウトボード側部４０Ｂは、転動体３に沿うように部分円弧状に形成されており、その外周面２３に内輪軌道面２１が形成されている。

内輪軌道輪４０の延出部４０Ｄは、外輪部材よりもアウトボード側に延出すると共に、後述する内輪補強部材５０のフランジ部５３の根元部５３ａや突出部５７の根元部５７ａに沿って径方向外側に延出する。内輪軌道輪４０の延出部４０Ｄの径方向外側端部は、シール７の最大のリップ摺接径よりも径方向外側に位置する。

内輪軌道輪４０の延出部４０Ｄと外輪補強部材７０のアウトボード側端部との間には、シール７が設けられる。また、内輪３０と外輪補強部材７０のインボード側端部との間には、シール８が設けられる。一対のシール７，８は、外輪部材（外輪軌道輪１０及び外輪補強部材７０）と内輪部材（ハブ輪２０、内輪３０）との間の軸受内部空間９を密封する。

内輪補強部材５０は、内輪軌道輪４０の内周面４３に沿って軸方向に延びる。内輪補強部材５０のアウトボード側端部には、径方向外側に突出するフランジ部５３が形成される。フランジ部５３は、それぞれ、内輪補強部材５０のアウトボード側端部から径方向外側に突出し、互いに周方向に間隔を空けて配置された複数のフランジ片５４を有する。なお、図１には、複数のフランジ片５４のうち一つのみが示されているが、実際には、複数のフランジ片５４が周方向等間隔で放射状に設けられる。これにより、本実施形態のフランジ部５３は、十字フランジ形状（フランジ片５４が４箇所に設けられる形状）や星形フランジ形状（フランジ片５４が５箇所に設けられる形状）等とされる。

それぞれのフランジ片５４の径方向中間部には、ハブボルトを挿通させるためのボルト孔５９ａを有する金属製のボルト孔部材５９が固定される。フランジ片５４は、フランジ片５４を軸方向に貫通し、ボルト孔部材５９を固定するための孔５６を有する。そして、ボルト孔部材５９のボルト孔５９ａには、ハブボルトがセレーション嵌合又は螺合される。

内輪補強部材５０のアウトボード側端部には、フランジ部５３の根元部５３ａや突出部５７の根元部５７ａ付近からアウトボード側に突出する円筒状のパイロット部５５が形成される。パイロット部５５の外周面には、ブレーキロータやホイールが配置される。

内輪補強部材５０のアウトボード側端部には、径方向外側に突出し、周方向に隣り合うフランジ片５４の間に配置された突出部５７が形成される。突出部５７の外周面５７ｂはフランジ部５３の外周面よりも径方向内側に位置している。したがって、突出部５７の径方向幅はフランジ部５３よりも小さい。また、突出部５７のアウトボード側側面５７ｃはフランジ部５３のアウトボード側側面５３ｂと軸方向において略同一位置に配置され、これらアウトボード側側面５７ｃ，５３ｂはパイロット部５５に配置されたブレーキロータ等を位置決めする。

さらに、本実施形態のハブユニット軸受１においては、外輪軌道輪１０の複列の外輪軌道面１１，１１の背面側に、一対の凹凸部１４，１４が設けられる。なお、図１において、凹凸部１４は誇張して示されており、実際の凹凸部１４は図示の例よりも小さい。

一対の凹凸部１４，１４は、外輪軌道輪１０の複列の外輪軌道面１１，１１の背面側、すなわち、外輪軌道輪１０のアウトボード側部１０Ｂ及びインボード側部１０Ｃの外周面１７に設けられる。つまり、一対の凹凸部１４，１４は、外輪軌道輪１０の外周面１７のうち、複列の外輪軌道面１１から接触角方向に延長した位置に形成される。凹凸部１４は、断面略台形又は断面略矩形の複数の凹部及び凸部を含む。図示の例では、部分円弧状の外周面１７に沿って、凹部と凸部とが繰り返し形成されている。

外輪補強部材７０の内周面のうち、外輪軌道輪１０の一対の凹凸部１４，１４と当接する部分には、当該一対の凹凸部１４，１４に対応する形状の一対の凹凸部７３，７３が設けられる。

動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔは接触角方向に対し、４５°の傾きを持っている。したがって、凹凸部１４を断面略台形又は断面略矩形とし、想定される最大荷重（例えば静定格荷重）が負荷された時の外輪軌道輪１０厚さ（凹凸部１４）位置での静的せん断応力τ_ｓｔを計算し、当該静的せん断応力τ_ｓｔによって外輪補強部材７０が破壊されないように、凹凸部１４の大きさが設定される。これは、通常、外輪軌道輪１０よりも外輪補強部材７０の強度が低いため、外輪補強部材７０の強度（外輪補強部材７０の凹凸部７３の凸部の幅）を、静的せん断応力τ_ｓｔで破壊しない値に設定すればよいためである。このように構成することで、凹凸部１４，７３を介して動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔを外輪補強部材７０に伝達できるので、転がり寿命の低下や圧痕を防止できる。

さらに、本実施形態のハブユニット軸受１においては、内輪軌道輪４０の内輪軌道面２１の背面側に、凹凸部４４が設けられる。なお、図１において、凹凸部４４は誇張して示されており、実際の凹凸部４４は図示の例よりも小さい。

凹凸部４４は、内輪軌道輪４０の内輪軌道面２１の背面側、すなわち、内輪軌道輪４０のアウトボード側部４０Ｂの内周面４３に設けられる。つまり、凹凸部４４は、内輪軌道輪４０の内周面４３のうち、内輪軌道面２１から接触角方向に延長した位置に形成される。凹凸部４４は、断面略台形又は断面略矩形の複数の凹部及び凸部を含む。図示の例では、部分円弧状の内周面４３に沿って、凹部と凸部とが繰り返し形成されている。

内輪補強部材５０の外周面のうち、内輪軌道輪の凹凸部４４と当接する部分には、当該凹凸部４４に対応する形状の凹凸部５２が設けられる。

動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔは接触角方向に対し、４５°の傾きを持っている。したがって、凹凸部４４を断面略台形又は断面略矩形とし、想定される最大荷重（例えば静定格荷重）が負荷された時の内輪軌道輪４０厚さ（凹凸部４４）位置での静的せん断応力τ_ｓｔを計算し、当該静的せん断応力τ_ｓｔによって内輪補強部材５０が破壊されないように、凹凸部４４の大きさが設定される。これは、通常、内輪軌道輪４０よりも内輪補強部材５０の強度が低いため、内輪補強部材５０の強度（内輪補強部材５０の凹凸部５２の凸部の幅）を、静的せん断応力τ_ｓｔで破壊しない値に設定すればよいためである。このように構成することで、凹凸部４４，５２を介して動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔを内輪補強部材５０に伝達できるので、転がり寿命の低下や圧痕を防止できる。

本構造は、外輪補強部材７０の凝固により、外輪軌道輪１０に強い圧縮応力が掛かる外輪部材で特に効果を発揮でき、外輪軌道輪１０の凹凸部１４は、凹部の径方向外側の開口の幅（弧長）が、径方向内側の底部の幅（弧長）より長い、又は等しい形状を採用できる。

一方、ハブ輪において、凝固により内輪補強部材５０は内輪軌道輪４０から離れようとするので、内輪軌道輪４０の凹凸部４４の凹部の径方向外側の底部の幅（弧長）が、径方向内側の開口の幅（弧長）より長い形状を採用すれば、凹凸部４４の径方向面に強い圧縮応力が掛かり、動的せん断応力τ_０や静的せん断応力τ_ｓｔを内輪補強部材５０に伝達できる。

図２は、本発明の第一実施形態の変形例に係るハブユニット軸受の断面図である。図３は、本発明の第一実施形態の他の変形例ハブユニット軸受の断面図である。図１に示したハブユニット軸受１においては、外輪軌道輪１０の外周面１７及び内輪軌道輪４０の内周面４３に、バイトによる切削や、エッチング、レーザ加工等の方法で、凹部を掘ることで凹凸部１４，４４を形成していた。しかしながら、図２に示す変形例のように、外輪軌道輪１０の外周面１７及び内輪軌道輪４０の内周面４３に、コイニング等の塑性加工等の方法で、凸部を突出させて凹凸部１４，４４を形成しても構わない。また、図３に示す他の変形例のように、ローレット加工等の転写や肉寄せによる加工等の方法で、凹凸部１４，４４の山と谷が元の外輪軌道輪１０の外周面１７の径方向両側及び内輪軌道輪４０の内周面４３の径方向両側に配置されるように、凹凸部１４，４４を設けることもできる。

なお、凹凸部１４，４４は、周方向に一様に設けることもできるし、ネジ状に設けてもよく、また、凹凸部１４に関しては周方向につながっていてもよく、断続的に設けられてもよい。

図４～図６は、外輪軌道輪１０の外周面１７に設けられる凹凸部１４の形状の例を示す図である。図４～図６においては、凹凸部１４を構成する凹部及び凸部をそれぞれ符号１５，１６で示す。

図４は、凸部１６の両側面１８，１８が凸部１６の中心線と平行である例であり、この場合、凹部１５の径方向外側の開口の幅（弧長）が径方向内側の底部の幅（弧長）より長くなるので、バイトでの切削やエッチング、ローレットによる加工が可能である。

図５は、凸部１６の両側面１８，１８が径方向と平行である例であり、この場合も、凹部１５の径方向外側の開口の幅（弧長）が径方向内側の底部の幅（弧長）より長くなるので、バイトでの切削やエッチング、ローレットによる加工が可能である。

図６は、凸部１６の両側面１８，１８が、凹部１５の径方向外側の開口の幅（弧長）が径方向内側の底部の幅（弧長）より短くなるように設けた例であり、この場合、凹部１５形成後に溝を潰す加工や、レーザ等による加工が必要になる。

１ ハブユニット軸受
３ 転動体
５ 保持器
７，８ シール
９ 軸受内部空間
１０ 外輪軌道輪（外輪部材）
１０Ａ 軸方向中央部
１０Ｂ アウトボード側部
１０Ｃ インボード側部
１１ 外輪軌道面
１３ 内周面
１４ 凹凸部
１５ 凹部
１６ 凸部
１７ 外周面
１８ 側面
２０ ハブ輪（内輪部材）
２１ 内輪軌道面
２３ 外周面
３０ 内輪（内輪部材）
３１ 内輪軌道面
３３ 外周面
４０ 内輪軌道輪（ハブ輪）
４０Ａ 軸方向中央部
４０Ｂ アウトボード側部
４０Ｃ インボード側部
４０Ｄ 延出部
４１ 小径段部
４３ 内周面
４４ 凹凸部
５０ 内輪補強部材（ハブ輪）
５２ 凹凸部
５３ フランジ部
５４ フランジ片
５３ａ 根元部
５３ｂ アウトボード側側面
５５ パイロット部
５６ 孔
５７ 突出部
５７ａ 根元部
５７ｂ 外周面
５７ｃ アウトボード側側面
５９ ボルト孔部材
５９ａ ボルト孔
７０ 外輪補強部材（外輪部材）
７１ フランジ部
７３ 凹凸部

Claims (3)

1. 内周面に複列の外輪軌道面を有する外輪部材と、
   外周面に複列の内輪軌道面を有し、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部を有する内輪部材と、
   前記複列の外輪軌道面と前記複列の内輪軌道面との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、
   を備えるハブユニット軸受であって、
   前記外輪部材は、前記複列の外輪軌道面を有する鋼製の外輪軌道輪が、径方向外側に配置された樹脂製又は軽金属製の外輪補強部材によって鋳込まれたものであり、
   前記外輪軌道輪の前記外輪軌道面の背面側には、凹凸部が設けられ、
   前記凹凸部の大きさは、想定される最大荷重が負荷された時に静的せん断応力によって前記外輪補強部材が破壊されない大きさに設定される、
   ことを特徴とするハブユニット軸受。
2. 内周面に複列の外輪軌道面を有する外輪部材と、
   外周面に複列の内輪軌道面を有し、アウトボード側に車輪を支持するためのフランジ部を有する内輪部材と、
   前記複列の外輪軌道面と前記複列の内輪軌道面との間に、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、
   を備えるハブユニット軸受であって、
   前記内輪部材は、ハブ輪と、前記ハブ輪に固定された内輪と、を有し、
   前記ハブ輪は、前記内輪軌道面を有する鋼製の内輪軌道輪が、径方向内側に配置された樹脂製又は軽金属製の内輪補強部材によって鋳込まれたものであり、
   前記内輪軌道輪の前記内輪軌道面の背面側には、凹凸部が設けられ、
   前記凹凸部の大きさは、想定される最大荷重が負荷された時に静的せん断応力によって前記内輪補強部材が破壊されない大きさに設定される、
   ことを特徴とするハブユニット軸受。
3. 前記想定される最大荷重は、静定格荷重である、
   請求項１又は２に記載のハブユニット軸受。

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