JP2023139835A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジに成形後の複合材料の剛性や強度を向上し、炭素繊維の使用量を減らして、コストダウンと軽量化が可能な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、内輪部材と、外輪部材と、内輪部材及び外輪部材との間に配置される複数の転動体と、内輪部材及び外輪部材の少なくとも一方に設けられたフランジと、を備える。フランジの一部は、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返すことによって形成された炭素繊維強化樹脂である。【選択図】図１

Description

本発明は、ハブユニット軸受に関する。

従来より、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が知られている。特許文献１には、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、外方部材と内方部材の間に形成された環状空間の開口部に装着されたシールと、を備えるハブユニット軸受が開示されている。このハブユニット軸受においては、外方部材及び内方部材に車輪取付フランジ及び車体取付フランジが一体に形成されている。

図５（ａ）は、特許文献１の車輪取付フランジ及び車体取付フランジを構成する炭素繊維板を示す説明図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の炭素繊維板を積層した状態を示す説明図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、特許文献１においては、車輪取付フランジ１１２はプリプレグを経て積層された炭素繊維複合材料で構成される。具体的には車輪取付フランジ１１２は、図５（ａ）に示すように、クロス状に編み込んだ炭素繊維を予めフランジ外周の輪郭形状に成形して合成樹脂で固めた板材１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅを、図５（ｂ）に示すように、軸方向に複数枚（ここでは、４枚）積層させたもので構成されている。

車輪取付フランジ１１２には、ハブボルトを挿通させるためのボルト孔１１３が周方向等配に穿設され、このボルト孔１１３に金属製のインサート部材が嵌着される。インサート部材は、円筒状に形成されて、外周に雄ねじ部を有し、当該インサート部材には、ハブボルトがナール（凹凸）を介して圧入固定される。

また、特許文献２には、フランジ部が炭素繊維プリプレグの積層体で形成されたハブユニット軸受が開示されている。

特開２０１５－０５５３０７号公報 特開２０１６－１４８３８０号公報

しかし、特許文献１のハブユニット軸受の場合、フランジの炭素繊維はクロス状に編み込まれているため、炭素繊維はサインカーブ状の曲線形状となっており、炭素繊維の配向方向においても剛性が低く、また、繊維の半分（応力方向と直交、又は直交に近い方向）は剛性や強度に寄与しない。フランジ部の剛性の不足は操安性の低下につながる虞があるため、フランジには十分な剛性を与える必要があり、フランジ剛性や強度を向上するためには、高価な炭素繊維を余分に使用する必要が有る為、コストアップにつながる虞がある。

また、特許文献２には、フランジ部を構成する炭素繊維プリプレグの配向方向について記載がなく、改善の余地があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フランジに成形後の複合材料の剛性や強度を向上し、炭素繊維の使用量を減らして、コストダウンと軽量化が可能な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） 内輪部材と、外輪部材と、前記内輪部材及び前記外輪部材との間に配置される複数の転動体と、前記内輪部材及び前記外輪部材の少なくとも一方に設けられたフランジと、を備えるハブユニット軸受であって、
前記フランジの一部は、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返すことによって形成された炭素繊維強化樹脂である
ハブユニット軸受。
（２） 前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返した後、積層し、合成樹脂で固めて接合することによって形成される
（１）に記載のハブユニット軸受。
（３） 前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維が長手方向に配向している２枚のプリプレグを配向方向を変えて組み合わせ、前記２枚のプリプレグを交互に折り返すことによって形成される
（１）または（２）に記載のハブユニット軸受。
（４） 前記炭素繊維強化樹脂は、前記プリプレグを前記長手方向に対して傾斜する複数の折返し線に沿って折り返すことによって形成された、軸方向から見て角数が偶数である多角形形状であり、
前記プリプレグは、隣り合う一対の前記折り返し線の間に台形が画成され、
前記台形は、前記長手方向に延びる短辺及び長辺と、一対の前記折り返し線からなる一対の斜辺と、を含み、
前記短辺は、前記斜辺よりも長い
（１）～（３）のいずれかに記載のハブユニット軸受。

本発明によれば、フランジに成形後の複合材料の剛性や強度を向上し、炭素繊維の使用量を減らして、コストダウンと軽量化が可能なハブユニット軸受を提供できる。

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。 図２（ａ）は、プリプレグを示す図であり、図２（ｂ）は、プリプレグを折り返した後の状態を示す図であり、図２（ｃ）は、２枚のプリプレグを組み合わせた状態を示す図である。 図３（ａ）は、変形例に係るプリプレグを示す図であり、図３（ｂ）は、変形例に係るプリプレグを折り返した後の状態を示す図であり、図３（ｃ）は、変形例に係る２枚のプリプレグを組み合わせた状態を示す図である。 図４（ａ）は、第二実施形態に係るプリプレグを示す図であり、図４（ｂ）は、第二実施形態に係るプリプレグを折り返した後の状態を示す図である。 図５（ａ）は、特許文献１の車輪取付フランジ及び車体取付フランジを構成する炭素繊維板を示す説明図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の炭素繊維板を積層した状態を示す説明図である。

［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Ｏ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Ｏの車輪側を表し、図１中の左側である。「軸方向」とは、ハブユニット軸受Ｏの回転軸Ｑ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Ｑから遠ざかる方向を表す。「径方向内側」とは、回転軸Ｑに近づく方向を表す。「周方向」とは、回転軸Ｑを中心に旋回する方向を表す。

図１に示す本実施形態のハブユニット軸受Ｏは、駆動輪用とされており、回転輪である内輪部材３と、静止輪である外輪部材１と、内輪部材３と外輪部材１との間の環状空間１３に転動自在に配置される複数の転動体１０と、環状空間１３を密封する密封装置１２ａ，１２ｂと、内輪部材３と共に回転する磁気エンコーダ２０と、を備えている。また、図示しない磁気センサが、磁気エンコーダ２０と対向するように配設されており、車輪の回転と共に磁気エンコーダ２０を回転させ、車輪の回転に同期した磁場変化が検出される。そして、検出された磁場変化をもとに車軸や回転輪の回転速度を得ることができる。

内輪部材３は、中空状のハブ輪４を備えており、ハブ輪４は、その外周面のアウトボード側端部に径方向外方に延びる車輪取り付けフランジ７を有している。車輪取り付けフランジ７には、そのアウトボード側の側面に車輪を構成する図示しないホイール及びブレーキロータ等を取り付けるためのハブボルト７ａが周方向に略等間隔で複数植設されている。

ハブ輪４のインボード側端部には小径段部４ａが形成されており、該小径段部４ａには内輪５が嵌め込まれている。内輪５の外周面には内輪軌道面９が形成され、また、ハブ輪４の軸方向中間部の外周面にも内輪軌道面９が形成されている。

外輪部材１の内周面には、ハブ輪４の内輪軌道面９に対応する外輪軌道面８と、内輪５の内輪軌道面９に対応する外輪軌道面８と、が形成されている。また、車輪取り付けフランジ７から離間する側の外輪部材１の端部には径方向外方に延びる懸架装置取り付けフランジ２が設けられている。図示は省略するが、この懸架装置取り付けフランジ２には、取り付けボルトによりナックルが取り付けられる。

そして、複列の内輪軌道面９と複列の外輪軌道面８との間には、それぞれ複数の転動体１０が保持器１１を介して周方向に転動可能に配設されている。尚、図示の例では、転動体１０として玉（ボール）を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用ハブユニット軸受の場合には、転動体１０としてテーパころ（ローラ）を使用する場合もある。すなわち、本発明は転動体の種類に限定されず、フランジを有する転がり軸受全般に適用できる。

また、外輪部材１のアウトボード側の端部とハブ輪４との間、及び外輪部材１のインボード側の端部と内輪５との間には、密封装置１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。密封装置１２ａは、外輪部材１のアウトボード側の端部内周面に嵌合された芯金１４と、芯金１４に接着固定されてハブ輪４に摺接するシール部１５と、を備えている。

一方、密封装置１２ｂは、内輪５の外周面に嵌合される芯金１６と、外輪部材１のインボード側の端部内周面に嵌合されるスリンガ１７と、芯金１６に接着固定されてスリンガ１７と摺接するシール部１８と、を有する。シール部１８は、ゴム材料によって形成されており、封入グリースの漏洩を防止するとともに、外部からの塵埃、水、泥水等の環状空間１３への侵入を防止する。

外輪軌道面８及び内輪軌道面９は、ＳＵＪ２等の通常軸受に使用される鋼材等の金属製にされるとともに、少なくともフランジの一部、即ちハブ輪４の車輪取り付けフランジ７または外輪部材１の懸架装置取り付けフランジ２の一部を、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返すことによって形成された炭素繊維強化樹脂とされる。

図２（ａ）は、プリプレグを示す図であり、図２（ｂ）は、プリプレグを折り返した後の状態を示す図であり、図２（ｃ）は、２枚のプリプレグを組み合わせた状態を示す図である。

図２（ａ）に示すように、プリプレグ３０は、炭素繊維を平面状に、一方向（長手方向。図２（ａ）の左右方向）に配向させて樹脂で結束したシート状のもの（一方向プリプレグ）である。本実施形態では、このシート状のプリプレグ３０が折り返されることによって、図２（ｂ）に示すように、ハブユニット軸受Ｏの軸方向から見て多角形形状（図示の例では五角形）の折り返し体３２とされる。

図２（ａ）における複数の破線は、プリプレグ３０が折り返される箇所を示す折り返し線３１である。折り返し線３１は、プリプレグ３０の長手方向（図２（ａ）の左右方向）に対して傾斜している。隣り合う折り返し線３１，３１同士は、傾斜方向が逆方向であり、隣り合う折り返し線３１，３１の延長線同士が互いに交わる。

このようなプリプレグ３０を複数の折り返し線３１，３１に沿って折り返すことによって、図２（ｂ）のような五角形の折り返し体３２とされる。そして、折り返し体３２を、必要に応じて積層し、合成樹脂で固めて接合し、五角形の角部近傍に（必要に応じて中央部にも）貫通孔を設けることで、車輪取り付けフランジ７または懸架装置取り付けフランジ２の一部とされる。

なお、五角形の角部近傍に設けられた５つの貫通孔は、ハブボルト７ａまたは外輪部材１とナックルを締結するボルトを挿通させるためものであり、図１に示すように、当該貫通孔には、略円筒状で外周に凹凸形状を有する金属製部材（鬼目インサートナット）６がねじ込まれている。この凹凸形状は、金属製部材６をねじ込む際に貫通孔を傷めないように螺旋状であることが好ましい。またその螺旋方向は後に緩まないよう適宜右ねじか左ねじか選択される。金属製部材６には、ハブボルト７ａや外輪部材１とナックルを締結するボルトが締結される。

他の工程は、例えば、特開２０１５－０５５３０７号公報や特開２０１６－１４８３８０号公報に記載のものを適用可能でありハブ輪４や外輪部材１の外周面や軸方向端部までプリプレグ３０で覆うことも可能である。

なお、図２（ｃ）に示すように、炭素繊維が長手方向に配向している２枚のプリプレグ３０，３０を配向方向を変えて組み合わせ、これら２枚のプリプレグ３０，３０を交互に折り返すことによって炭素繊維強化樹脂を形成しても構わない。この場合、折り返し部の曲率が下がるので、折り返し易く、折り返し部の応力集中を避けることにもなる。

以上説明したように、本実施形態のハブユニット軸受Ｏによれば、炭素繊維を直線状とすること、及びプリプレグ３０を折り返して使用することで、応力方向と直交、又は直交に近い方向に配向する炭素繊維を減らすことができ、車輪取り付けフランジ７または懸架装置取り付けフランジ２に成形後の複合材料の剛性や強度を向上し、炭素繊維の使用量を減らして、ハブユニット軸受Ｏのコストダウンと軽量化を図れる。

［変形例］
図３（ａ）は、変形例に係るプリプレグを示す図であり、図３（ｂ）は、変形例に係るプリプレグを折り返した後の状態を示す図であり、図３（ｃ）は、変形例に係る２枚のプリプレグを組み合わせた状態を示す図である。

上述の実施形態では、５孔フランジを形成するために、プリプレグ３０を折り返して五角形の折り返し体３２を形成していた。しかしながら、図３（ａ）に示すように、折り返し線３１の傾斜角度を変更することで、図３（ｂ）に示すように、折り返し体３２を六角形として、６孔フランジの一部としても構わない。

なお、折り返し体３２の角数は特に限定されず、所望のフランジ形状に応じて、適宜設定すればよい。

本変形例においても、図３（ｃ）に示すように、炭素繊維が長手方向に配向している２枚のプリプレグ３０，３０を配向方向を変えて組み合わせ、これら２枚のプリプレグ３０，３０を交互に折り返すことによって炭素繊維強化樹脂を形成しても構わない。この場合、折り返し部の曲率が下がるので、折り返し易く、折り返し部の応力集中を避けることにもなる。

［第二実施形態］
図４（ａ）は、第二実施形態に係るプリプレグを示す図であり、図４（ｂ）は、第二実施形態に係るプリプレグを折り返した後の状態を示す図である。

図４（ａ）に示すように、プリプレグ３０は、隣り合う一対の折り返し線３１，３１の間に台形３３が画定される。台形３３は、長手方向（図４（ａ）の左右方向）に延びる短辺３４及び長辺３５と、一対の折り返し線３１，３１からなる一対の斜辺３６，３６と、を含む。

上述の第一実施形態の変形例（図３（ａ）参照）においては、台形３３の短辺３４及び斜辺３６（折り返し線３１）の長さが同一に設定されていたが、本実施形態においては、短辺３４が斜辺３６（折り返し線３１）よりも長く設定される。

このプリプレグ３０を折り返し線３１に沿って折り返すことで、図３（ｂ）に示すように、六角形の折り返し体３２を形成すると、中央部に貫通孔３７が形成される。この貫通孔３７により、特開２０１６－１４８３８０号公報に示される工程中で、軌道輪の外周面や軸方向端部までＣＦＲＰで覆う場合に必要となる、中央部に孔明けにより除去されるプリプレグの量を減らし、更なるコストダウンが可能となる。

なお、折り返し体３２は、六角形に限定されず、軸方向から見て角数が偶数である多角形形状であれば、台形３３の短辺３４が斜辺３６（折り返し線３１）よりも長いプリプレグ３０を折り返した場合に、折り返し体３２の中央部に貫通孔３７が形成される。

１ 外輪部材
２ 懸架装置取り付けフランジ（フランジ）
３ 内輪部材
４ ハブ輪
４ａ 小径段部
５ 内輪
６ 金属製部材
７ 車輪取り付けフランジ（フランジ）
８ 外輪軌道面
９ 内輪軌道面
１０ 転動体
１１ 保持器
１２ａ、１２ｂ 密封装置
１３ 環状空間
１４ 芯金
１５ シール部
１６ 芯金
１７ スリンガ
１８ シール部
２０ 磁気エンコーダ
３０ プリプレグ
３１ 折り返し線
３２ 折り返し体
３３ 台形
３４ 短辺
３５ 長辺
３６ 斜辺
３７ 貫通孔
Ｏ ハブユニット軸受
Ｑ 回転軸

Claims (4)

1. 内輪部材と、外輪部材と、前記内輪部材及び前記外輪部材との間に配置される複数の転動体と、前記内輪部材及び前記外輪部材の少なくとも一方に設けられたフランジと、を備えるハブユニット軸受であって、
   前記フランジの一部は、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返すことによって形成された炭素繊維強化樹脂である
   ハブユニット軸受。
2. 前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維が長手方向に配向しているプリプレグを折り返した後、積層し、合成樹脂で固めて接合することによって形成される
   請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維が長手方向に配向している２枚のプリプレグを配向方向を変えて組み合わせ、前記２枚のプリプレグを交互に折り返すことによって形成される
   請求項１または２に記載のハブユニット軸受。
4. 前記炭素繊維強化樹脂は、前記プリプレグを前記長手方向に対して傾斜する複数の折返し線に沿って折り返すことによって形成された、軸方向から見て角数が偶数である多角形形状であり、
   前記プリプレグは、隣り合う一対の前記折り返し線の間に台形が画成され、
   前記台形は、前記長手方向に延びる短辺及び長辺と、一対の前記折り返し線からなる一対の斜辺と、を含み、
   前記短辺は、前記斜辺よりも長い
   請求項１～３のいずれか１項に記載のハブユニット軸受。

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