JP7841336B2 - ハブユニット軸受 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車輪および制動用回転体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。

自動車の車輪および制動用回転体は、ハブユニット軸受により懸架装置に対して回転自在に支持される。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、かつ、外輪よりも軸方向外側に位置する部分から径方向外側に突出する回転フランジを有するハブと、前記複列の外輪軌道と前記複列の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る。

なお、軸方向外側は、ハブユニット軸受を自動車に組み付けた状態での車体の幅方向外側をいい、反対に、ハブユニット軸受を自動車に組み付けた状態での車体の幅方向中央側を、軸方向内側という。

ハブユニット軸受は、外輪の内周面とハブの外周面との間に存在する転動体設置空間の軸方向外側の開口を塞ぐシールリングをさらに備える。特開２０１０－２６１５９８号公報（特許文献１）には、それぞれの先端部を、ハブの表面に摺接させた複数本のシールリップを有するシールリングが記載されている。複数本のシールリップのうち、最も径方向外側のシールリップは、サイドリップと呼ばれ、その先端部を、回転フランジの軸方向内側面のうちの径方向内側部分に備えられた軸方向摺接面に摺接させている。

特開２０１７－１８０５９９号公報（特許文献２）に記載されているように、ハブの外周面のうち、シールリップの先端部が摺接する部分には、総型の研削砥石（回転砥石）を用いた仕上加工が施されている。総型の研削砥石を用いてハブの外周面に仕上加工を行う際には、軸方向摺接面に、凹部と凸部とを径方向に関して交互に配置してなる、同心円状の研削目が形成される。

特開２０１０－２６１５９８号公報 特開２０１７－１８０５９９号公報

ところで、路面状況や車速などの走行条件の変化に伴って、回転フランジに作用するモーメント荷重が変化すると、外輪の中心軸に対するハブの中心軸の傾斜角度が変化する。

図４は、ハブユニット軸受におけるシールリング１０４の設置部分のうち、鉛直方向上側に位置する部分を示している。外輪１００の中心軸に対してハブ１０１の中心軸が、図４の反時計方向に傾くと、鉛直方向上側に位置する部分では、ハブ１０１の回転フランジ１０２の軸方向内側面のうちの径方向内側部分に備えられた軸方向摺接面１０３は、図４に矢印Ａで示すように、軸方向外側かつ径方向内側に向けて移動する。このため、鉛直方向上側に位置する部分では、シールリング１０４に備えられたサイドリップ１０５と、軸方向摺接面１０３との締め代が小さくなって、サイドリップ１０５によるシール性能が低下してしまう可能性がある。

これに対し、外輪１００の中心軸に対してハブ１０１の中心軸が、図４の時計方向に傾くと、鉛直方向上側に位置する部分では、軸方向摺接面１０３は、矢印Ｂで示すように、軸方向内側かつ径方向外側に向けて移動する。このため、鉛直方向上側の位置する部分では、サイドリップ１０５と軸方向摺接面１０３との締め代は大きくなる。しかしながら、シールリング１０４の設置部分のうち、鉛直方向下側に位置する部分では、軸方向摺接面１０３は、軸方向外側かつ径方向内側に向けて移動するため、サイドリップ１０５と軸方向摺接面１０３との締め代が小さくなり、サイドリップ１０５によるシール性能が低下してしまう可能性がある。

本発明は、上述のような事情を鑑みて、外輪の中心軸に対するハブの中心軸の傾きにかかわらず、シールリングのサイドリップによるシール性能を十分に確保することができるハブユニット軸受の構造を実現することを目的としている。

本発明の一態様のハブユニット軸受は、外輪と、ハブと、複数個の転動体と、シールリングとを備える。

前記外輪は、内周面に複列の外輪軌道を有する。

前記ハブは、複列の内輪軌道と、回転フランジとを有する。

前記複列の内輪軌道は、前記ハブの外周面に備えられている。

前記回転フランジは、軸方向内側面のうちの径方向内側部分に軸方向摺接面を有し、径方向外側に向けて突出している。

前記複数個の転動体は、前記複列の外輪軌道と前記複列の内輪軌道との間に転動自在に配置されている。

前記シールリングは、その先端部を、前記軸方向摺接面に摺接させたサイドリップを有する。

前記軸方向摺接面は、それぞれが周方向に伸長する凹部と凸部とを径方向に関して交互に配置してなる筋目を有する。

特に本発明の一態様のハブユニット軸受では、円周方向全周にわたって、前記ハブの中心軸に直交する仮想平面に対する前記凸部の径方向内側面の傾斜角度が、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向外側面の傾斜角度よりも大きくなっている。

本発明の一態様のハブユニット軸受では、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向内側面の傾斜角度を、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向外側面の傾斜角度の５倍未満とすることができ、好ましくは１．５倍よりも大きく、かつ、３倍未満とすることができる。

本発明の一態様のハブユニット軸受によれば、外輪の中心軸に対するハブの中心軸の傾きにかかわらず、シールリングのサイドリップによるシール性能を十分に確保することができる。

図１は、本発明の実施の形態の１例のハブユニット軸受を示す断面図である。 図２は、図１のＸ部拡大図である。 図３は、図２のＹ部を、軸方向を誇張して示す拡大図である。 図４は、外輪の中心軸に対するハブの中心軸の傾斜角度が変化することによって生じる問題点を説明するための要部拡大断面図である。

図１～図３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例のハブユニット軸受１は、外輪２と、ハブ３と、複数個の転動体４と、シールリング５とを備える。本例のハブユニット軸受１は、従動輪用の構造を備え、かつ、転動体４として玉を使用している。

なお、以下の説明において、ハブユニット軸受１に関して、軸方向、径方向、および円周方向とは、特に断らない限り、外輪２の軸方向、径方向、および円周方向をいう。外輪２の中心軸に対するハブ３の中心軸の傾きが発生していない状態では、外輪２の軸方向、径方向、および円周方向は、ハブ３の軸方向、径方向、および円周方向と一致する。また、軸方向外側は、ハブユニット軸受１を自動車に組み付けた状態での車体の幅方向外側をいい、軸方向内側は、ハブユニット軸受１を自動車に組み付けた状態での車体の幅方向内側をいう。

外輪２は、中炭素鋼などの硬質金属により構成されている。外輪２は、内周面に、複列の外輪軌道６を有し、かつ、軸方向中間部に、径方向外側に向けて突出した静止フランジ７を有する。静止フランジ７は、径方向中間部の円周方向複数箇所に、軸方向に貫通する支持孔８を有する。

本例では、支持孔８は、ねじ孔により構成されている。外輪２は、懸架装置のナックルに備えられた通孔を挿通した支持ボルトを、静止フランジ７の支持孔８に軸方向内側から螺合することで、懸架装置に対し支持固定され、車輪が回転する際にも回転しない。

ハブ３は、複列の内輪軌道９と、回転フランジ１０とを備え、外輪２の径方向内側に外輪２と同軸に配置されている。

複列の内輪軌道９は、ハブ３の外周面に備えられている。

回転フランジ１０は、ハブ３のうち、外輪２の軸方向外側の端部よりも軸方向外側に位置する部分に、径方向外側に向けて突出するように備えられている。回転フランジ１０は、軸方向内側面のうちの径方向内側部分に軸方向摺接面１１を有する。

軸方向摺接面１１は、それぞれが、周方向に伸長し、かつ、略三角形の断面形状を有する凹部１２と凸部１３とを径方向に関して交互に配置してなる筋目３７を有する。筋目３７は、対数螺旋状に形成されている。

そして、円周方向に関する少なくとも一部において、ハブ３の中心軸Ｏに直交する仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向内側面１３ａの傾斜角度αを、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向外側面１３ｂの傾斜角度βよりも大きくしている（α＞β）。このため、それぞれの凸部１３の頂点Ｔは、該凸部１３の径方向中央位置よりも径方向内側に位置している。本例では、全周にわたって、径方向内側面１３ａの傾斜角度αを、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向外側面１３ｂの傾斜角度βよりも大きくしている。

径方向内側面１３ａの傾斜角度αは、径方向外側面１３ｂの傾斜角度βよりも大きく、かつ、５倍未満（β＜α＜５β）とすることができ、好ましくは、径方向外側面１３ｂの傾斜角度βの１．５倍よりも大きく、かつ、３倍未満とすることができる（１．５β＜α＜３β）。径方向内側面１３ａの傾斜角度αが径方向外側面１３ｂの傾斜角度βの５倍よりも大きくなると、径方向外側面１３ｂの径方向長さが徒に長くなってしまう可能性がある。

径方向内側面１３ａの傾斜角度αは、特に限定されるものではないが、０．０１度以上０．３１度以下とすることができ、好ましくは０．０１５度以上０．２５度以下とすることができ、より好ましくは０．０２度以上０．１５度以下とすることができる。

本例では、径方向内側面１３ａの傾斜角度αを、径方向外側面１３ｂの傾斜角度βの約２倍としている。なお、図３は、軸方向の倍率を径方向に対して約３０倍程度大きくすることで、筋目３７を誇張して示している。

ハブ３は、外周面のうちで軸方向摺接面１１の軸方向内側に隣接する部分に、円弧形の断面形状を有する凹曲面１４を備え、かつ、外周面のうちで凹曲面１４の軸方向内側に隣接する部分に、円筒面状の径方向摺接面１５を備える。すなわち、軸方向摺接面１１と凹曲面１４と径方向摺接面１５とにより、シールリング５のシールリップ、すなわちサイドリップ２５、ラジアルリップ２６、およびグリスリップ２７を摺接させるシール摺接面１６を構成している。

軸方向摺接面１１を含むシール摺接面１６は、砥石により研削加工が施された研削面により構成されている。すなわち、ハブ３を構成するハブ輪２１を造る際には、金属製の素材に鍛造加工を施して得た中間素材のうちでシール摺接面１６を形成すべき部分に、高周波焼き入れなどの熱処理を施して硬化層を形成した後、当該部分に、総型砥石を用いて研削加工を施すことで、シール摺接面１６を形成する。

特に本例では、総型砥石による研削加工の後、軸方向摺接面１１を形成すべき部分に、レーザ加工、コイニング加工、またはエッチング加工などの追加工を施す。これにより、軸方向摺接面１１を構成する凸部１３の径方向内側面１３ａの傾斜角度αを、径方向外側面１３ｂの傾斜角度βよりも大きくする。

なお、軸方向摺接面１１を構成する凸部１３の軸方向高さ、すなわち凹部１２の軸方向深さｈは、特に限定されるものではないが、０．５μｍ以上３．２μｍ以下とすることができ、好ましくは０．８μｍ以上２．５μｍ以下とすることができ、より好ましくは１．０μｍ以上２．５μｍ以下とすることができる。

回転フランジ１０は、径方向中間部の円周方向複数箇所に、軸方向に貫通する取付孔１７を有する。取付孔１７のそれぞれには、ディスクやドラムなどの制動用回転体、および、車輪を構成するホイールを、回転フランジ１０に対し結合固定するためのスタッド１８が圧入状態でセレーション嵌合されている。すなわち、本例では、取付孔１７は、円筒孔により構成されている。

制動用回転体およびホイールは、それぞれの中心部に備えられた中心孔に、ハブ３の軸方向外側の端部に備えられたパイロット部１９を挿通し、かつ、それぞれの径方向中間部の円周方向複数箇所に備えられた通孔に、スタッド１８を挿通した状態で、スタッド１８の先端部にハブナットを螺合することにより、回転フランジ１０に結合固定される。

なお、回転フランジの取付孔を、ねじ孔により構成することもできる。この場合には、制動用回転体に備えられた通孔と、ホイールに備えられた通孔とを挿通したハブボルトを、取付孔に螺合することにより、制動用回転体および車輪を回転フランジに結合固定する。

本例では、ハブ３は、内輪２０とハブ輪２１とを組み合わせてなる。

内輪２０は、軸受鋼などの硬質金属により構成されている。内輪２０は、外周面に、軸方向内側の内輪軌道９を有する。

ハブ輪２１は、中炭素鋼などの硬質金属により構成されている。ハブ輪２１は、軸方向外側の内輪軌道９と、回転フランジ１０と、パイロット部１９とを備える。

ハブ輪２１は、軸方向外側の内輪軌道９よりも軸方向内側に位置する部分に、軸方向外側に隣接する部分よりも外径が小さく、内輪２０が外嵌される小径段部２２を有する。さらに、ハブ輪２１は、小径段部２２の軸方向外側の端部に、軸方向内側を向いた段差面２３を有し、かつ、小径段部２２の軸方向内側の端部から径方向外側に向けて折れ曲がったかしめ部２４を有する。

ハブ３は、ハブ輪２１の小径段部２２に内輪２０を外嵌し、かつ、ハブ輪２１の段差面２３とかしめ部２４との間で内輪２０を軸方向両側から挟持することにより、内輪２０とハブ輪２１とを結合固定することで構成されている。

なお、ハブ輪のうちで内輪の軸方向内側の端部から突出した軸方向内側の端部にナットを螺合することで、前記ハブ輪と前記内輪とを結合することもできる。

なお、本例のハブユニット軸受１は、従動輪用のハブユニット軸受であるため、ハブ３は、中実に構成されている。

ただし、本発明のハブユニット軸受は、駆動輪用のハブユニット軸受に適用することもできる。この場合、ハブは、中心部に、軸方向に貫通するスプライン孔を有する。スプライン孔には、エンジンや電動モータを駆動源として回転駆動する駆動軸の先端部がスプライン係合される。自動車の走行時には、駆動軸によりハブを回転駆動することで、ハブの回転フランジに結合固定された車輪および制動用回転体を回転駆動する。

複数個の転動体４は、複列の外輪軌道６と複列の内輪軌道９との間に、それぞれ複数個ずつ、保持器３８により保持された状態で転動自在に配置されている。これにより、ハブ３は、外輪２の径方向内側に回転自在に支持される。

シールリング５は、その先端部を、軸方向摺接面１１に摺接させたサイドリップ２５を有する。本例のシールリング５は、その先端部を、凹曲面１４に摺接させたラジアルリップ２６と、その先端部を、径方向摺接面１５に摺接させたグリスリップ２７とをさらに有する。

本例では、シールリング５は、芯金２８と、シール材２９とを備える。

芯金２８は、軟鋼板などの金属板を曲げ成形することにより、全体を円環状に構成されている。芯金２８は、外輪２の軸方向外側の端部に締り嵌めで内嵌固定された嵌合筒部３０と、該嵌合筒部３０の軸方向外側の端部から径方向内側に向けて折れ曲がった支持板部３１とを有する。

シール材２９は、ゴムのごときエラストマーなどの弾性材により構成され、芯金２８の支持板部３１の表面に加硫接着により結合固定されている。シール材２９は、基部３２、並びに、サイドリップ２５、ラジアルリップ２６、およびグリスリップ２７を有する。なお、図２では、サイドリップ２５、ラジアルリップ２６、およびグリスリップ２７のそれぞれを、自由状態で示している。図３では、サイドリップ２５を、弾性変形して軸方向摺接面１１に摺接した状態で示している。

基部３２は、支持板部３１の表面、具体的には、支持板部３１の軸方向外側面、内周面、および軸方向内側面の径方向内側の端部を覆っている。

サイドリップ２５は、先端部を、軸方向摺接面１１に全周にわたって摺接させている。本例では、サイドリップ２５は、基部３２のうちで支持板部３１の軸方向外側面の径方向中間部を覆う部分から軸方向外側かつ径方向外側に向かう方向に伸長している。

なお、サイドリップ２５の先端部の厚さは、特に限定されるものではないが、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることができ、好ましくは０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることができ、より好ましくは０．３５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下とすることができる。

ラジアルリップ２６は、先端部を、凹曲面１４に全周にわたって摺接させている。本例では、ラジアルリップ２６は、基部３２のうちで支持板部３１の径方向内側の端部を覆う部分から軸方向外側に向かう方向に伸長している。

グリスリップ２７は、先端部を、径方向摺接面１５に全周にわたって摺接させている。本例では、グリスリップ２７は、基部３２のうちで支持板部３１の径方向内側の端部を覆う部分から軸方向内側かつ径方向内側に向かう方向に伸長している。

このようなシールリング５により、外輪２の内周面とハブ３の外周面との間に存在し、かつ、転動体４が配置された転動体設置空間３３の軸方向外側の開口部を塞いでいる。これにより、泥水などの異物が、転動体設置空間３３の軸方向外側の開口部から該転動体設置空間３３に侵入したり、転動体設置空間３３に封入されたグリースが、該転動体設置空間３３の軸方向外側の開口部から外部空間に漏洩したりすることを防止している。なお、本例では、サイドリップ２５とラジアルリップ２６との間部分、および、ラジアルリップ２６とグリスリップ２７との間部分のそれぞれにも、グリースが充填されている。

本例のハブユニット軸受１は、転動体設置空間３３の軸方向内側の開口部を塞ぐカバー３４をさらに備える。カバー３４は、外輪２の軸方向内側の端部に締り嵌めで内嵌固定された円筒部３５と、該円筒部３５の軸方向内側の端部を塞ぐ底板部３６とを有する。このようなカバー３４により、異物が、転動体設置空間３３の軸方向内側の開口部から該転動体設置空間３３に侵入したり、転動体設置空間３３に封入されたグリースが、該転動体設置空間３３の軸方向内側の開口部から外部空間に漏洩したりすることを防止している。なお、カバー３４に代えて、組み合わせシールリングにより、転動体設置空間の軸方向内側の開口部を塞ぐこともできる。

なお、本例のハブユニット軸受１では、巨視的、すなわちサイドリップ２５の先端部と軸方向摺接面１１との摺接部全体としてみれば、サイドリップ２５の先端部と軸方向摺接面１１との接触面圧は、外部空間に近づくほど、すなわち径方向外側に向かうほど大きくなる。一方、微視的、すなわち凸部１３の１つ当たりでみると、凸部１３の頂点Ｔは、該凸部１３の径方向中央位置よりも径方向内側に位置しているため、サイドリップ２５の先端部と軸方向摺接面１１との接触面圧のピークは、凸部１３の径方向中央位置よりも径方向内側に位置する。

本例のハブユニット軸受１によれば、外輪２の中心軸に対するハブ３の中心軸の傾きにかかわらず、シールリング５のサイドリップ２５によるシール性能を十分に確保することができる。

すなわち、本例では、全周にわたって、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向内側面１３ａの傾斜角度αを、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向外側面１３ｂの傾斜角度βよりも大きくしている（α＞β）。このため、外輪２の中心軸に対してハブ３の中心軸が傾き、円周方向１箇所位置において、軸方向摺接面１１が、軸方向外側かつ径方向内側（図２に矢印Ａで示す方向）に向けて移動する際に、サイドリップ２５の先端部が、凸部１３の径方向内側面１３ａに引っかかりやすい。サイドリップ２５の先端部が、凸部１３の径方向内側面１３ａに引っかかると、軸方向摺接面１１に対するサイドリップ２５の先端部の径方向外側への相対移動が阻害される。そして、サイドリップ２５の基端部が弾性変形して、軸方向摺接面１１に対するサイドリップ２５の先端部の押し付け力が増大する。この結果、サイドリップ２５と軸方向摺接面１１との締め代が小さくなることを防止できる。

一方、前記円周方向１箇所位置の径方向反対側に位置する部分においては、軸方向摺接面１１は、軸方向内側かつ径方向外側（図２に矢印Ｂで示す方向）に向けて移動する。ここで、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向外側面１３ｂの傾斜角度βは、仮想平面Ｐに対する凸部１３の径方向内側面１３ａの傾斜角度αよりも小さい（β＜α）ため、サイドリップ２５の先端部が軸方向摺接面１１に対し径方向内側に向けて相対移動しようとした場合でも、サイドリップ２５の先端部は、凸部１３の径方向外側面１３ｂに引っかかりにくい。すなわち、軸方向摺接面１１に対するサイドリップ２５の先端部の径方向内側への相対移動を円滑に行わせることができ、軸方向摺接面１１の軸方向内側への移動に基づいて、サイドリップ２５と軸方向摺接面１１との締め代を増大させることができる。

以上のように、本例のハブユニット軸受１では、路面状況や車速などの走行条件の変化に伴って、回転フランジ１０に作用するモーメント荷重が変化することに伴って、外輪２の中心軸に対するハブ３の中心軸の傾斜角度が変化した場合であっても、サイドリップ２５と軸方向摺接面１１との締め代を全周にわたって十分に確保することができる。すなわち、サイドリップ２５によるシール性能を十分に確保することができる。

本例のハブユニット軸受１は、軸方向内側列の転動体４のピッチ円直径と、軸方向外側列の転動体４のピッチ円直径とが等しい、等径ＰＣＤ型の構造を備えるが、本発明は、軸方向内側列の転動体のピッチ円直径が、軸方向外側列の転動体のピッチ円直径よりも大きいか、または、小さい、異径ＰＣＤ型のハブユニット軸受に適用することもできる。また、本例のハブユニット軸受１では、転動体４として玉を使用しているが、玉に代えて円すいころを使用することもできる。

１ ハブユニット軸受
２ 外輪
３ ハブ
４ 転動体
５ シールリング
６ 外輪軌道
７ 静止フランジ
８ 支持孔
９ 内輪軌道
１０ 回転フランジ
１１ 軸方向摺接面
１２ 凹部
１３ 凸部
１３ａ 径方向内側面
１３ｂ 径方向外側面
１４ 凹曲面
１５ 径方向摺接面
１６ シール摺接面
１７ 取付孔
１８ スタッド
１９ パイロット部
２０ 内輪
２１ ハブ輪
２２ 小径段部
２３ 段差面
２４ かしめ部
２５ サイドリップ
２６ ラジアルリップ
２７ グリスリップ
２８ 芯金
２９ シール材
３０ 嵌合筒部
３１ 支持板部
３２ 基部
３３ 転動体設置空間
３４ カバー
３５ 円筒部
３６ 底板部
３７ 筋目
３８ 保持器
１００ 外輪
１０１ ハブ
１０２ 回転フランジ
１０３ 軸方向摺接面
１０４ シールリング
１０５ サイドリップ

Claims (3)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、
   外周面に備えられた複列の内輪軌道と、その軸方向内側面のうちの径方向内側部分に軸方向摺接面を有し、径方向外側に向けて突出する回転フランジとを有するハブと、
   前記複列の外輪軌道と前記複列の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、
   その先端部を、前記軸方向摺接面に摺接させたサイドリップを有するシールリングと、
   を備え、
   前記軸方向摺接面は、それぞれが周方向に伸長する凹部と凸部とを径方向に関して交互に配置してなる筋目を有しており、
   円周方向全周にわたって、前記ハブの中心軸に直交する仮想平面に対する前記凸部の径方向内側面の傾斜角度が、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向外側面の傾斜角度よりも大きい、
   ハブユニット軸受。
2. 前記仮想平面に対する前記凸部の径方向内側面の傾斜角度が、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向外側面の傾斜角度の５倍未満である、
   請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記仮想平面に対する前記凸部の径方向内側面の傾斜角度が、前記仮想平面に対する前記凸部の径方向外側面の傾斜角度の１．５倍よりも大きく、かつ、３倍未満である、
   請求項２に記載のハブユニット軸受。