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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023130014
(43)【公開日】2023-09-20
(54)【発明の名称】ハブユニット軸受
(51)【国際特許分類】
   F16C 33/60 20060101AFI20230912BHJP
   F16C 19/18 20060101ALI20230912BHJP
   B60B 35/02 20060101ALI20230912BHJP
【FI】
F16C33/60
F16C19/18
B60B35/02 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022034440
(22)【出願日】2022-03-07
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡部 将充
(72)【発明者】
【氏名】若林 達男
【テーマコード(参考)】
3J701
【Fターム(参考)】
3J701AA03
3J701AA32
3J701AA43
3J701AA54
3J701AA62
3J701AA72
3J701BA54
3J701BA56
3J701BA63
3J701BA64
3J701BA65
3J701DA09
3J701DA14
3J701DA20
3J701EA02
3J701EA14
3J701EA31
3J701FA31
3J701FA51
3J701GA03
(57)【要約】
【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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハブユニット軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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(振幅は両振り)と、絶対値がτ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τstと、がある。動的せん断応力τが転がり疲れ寿命に影響し、静的せん断応力τstが圧痕発生に影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2015-055307号公報
【特許文献2】特開2016-114234号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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や静的せん断応力τstは、軌道輪のみで支承されるため、τやτst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。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【発明の効果】
【0009】
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。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】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】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】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4】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。
図5】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。
図6】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。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
動的せん断応力τや静的せん断応力τst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τstを計算し、当該静的せん断応力τst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τst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や静的せん断応力τst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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
動的せん断応力τや静的せん断応力τst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τstを計算し、当該静的せん断応力τst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τst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や静的せん断応力τst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。
【0038】
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。
【0039】
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や静的せん断応力τstを内輪補強部材50に伝達できる。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【符号の説明】
【0046】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6