JP5509974B2 - 車輪支持用軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車や鉄道車両など、車輪を装着して走行する各種車両において、かかる車輪を支持するための軸受ユニット、具体的には、当該軸受ユニットに組み付けられる制動装置のロータ(ブレーキロータ)の損傷を防止するための放射状フランジを有するハブ構造に関する。

図１(ａ)には、自動車の車輪軸受周りの構造の一例が示されている。図１(ａ)に示すように、自動車の車輪(図示しない)は、例えば、鋼板をプレスした部品を溶接組立てしてなる車輪のホイール(ディスクホイール)４２、及び鋳鉄を鋳造してなる制動装置のロータ(ブレーキロータ)４０を組み付けた軸受ユニット(車輪支持用ハブユニット軸受)Ａによって回転可能に支持されている。
図３(ａ)には、このような車輪支持用ハブユニット軸受(以下、単に、ハブユニット軸受ともいう)Ａの構成の一例が示されている。図３(ａ)に示すように、かかるハブユニット軸受Ａは、車体構成部材(一例として、懸架装置のナックル(図示しない))に固定される静止輪２と、当該静止輪２に対向配置され、車輪構成部材(ディスクホイール４２及びブレーキロータ４０)を固定してこれらディスクホイール４２及びブレーキロータ４０とともに回転する回転輪４と、静止輪２及び回転輪４にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(２列)の軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体(一例として、玉)を備えている。回転輪４は、ハブ１２と、当該ハブ１２に外嵌された内輪構成体１６で構成されており、かかるハブ１２には、図３(ｂ),(ｃ)に示すように、ディスクホイール４２及びブレーキロータ４０を組み付けて固定するために、拡径方向へ延出するフランジ部(ハブフランジ)１２ｆが外周部に設けられている。

従来から、このようなハブ１２としては、ハブフランジ１２ｆを外周部の全周に亘って連続して円板状に設けたタイプや、外周部の全周に亘って断続して放射状に設けたタイプ(特許文献１参照)、あるいは、熱間成形(鍛造)したタイプや冷間成形(鍛造)したタイプなど各種のタイプが知られている。このうち、精密側方押し出しにより放射状フランジを形成した冷間鍛造タイプのハブは、加工硬化により強度が上昇しているため、熱間タイプのハブと比べ、軽量化を図り易いという優れた特徴がある。

ここで、放射状フランジを有する冷間鍛造タイプのハブを備えたハブユニット軸受(以下、図１及び図３に示すハブユニット軸受Ａを想定)には、ハブ１２のハブフランジ１２ｆに対し、ディスクホイール４２及びブレーキロータ４０が所定のスタッドボルト(ハブボルト)１４によって固定される。その際、ブレーキロータ４０がハブフランジ１２ｆに当接し、当該ブレーキロータ４０にディスクホイール４２が当接した状態で、これらのディスクホイール４２及びブレーキロータ４０がハブフランジ１２ｆに固定されている。すなわち、ブレーキロータ４０は、ハブフランジ１２ｆとディスクホイール４２の間に介在した状態で、ディスクホイール４２は、当該ブレーキロータ４０を介して組み付けられた状態で、それぞれハブフランジ１２ｆに固定されている。

ディスクホイール４２は、ハブフランジ１２ｆへの取付部位(具体的には、ブレーキロータ４０との当接部位)が略平面状をなし、当該平面にハブボルト１４を挿通するための孔(以下、ホイールボルト孔４２ｈという)が当該ハブボルト１４と略同一径でプレス加工により打ち抜かれ、カチオン塗装がなされている。これに対し、ブレーキロータ４０は、穿孔(以下、当該孔をロータボルト孔４０ｈという)加工を含め、ハブフランジ１２ｆへの取付部位、及びディスクホイール４２との当接部位のいずれにも(端的には、その両面へ)機械加工が施されている。なお、ハブフランジ１２ｆにも、ブレーキロータ４０との当接部位にハブボルト１４を挿通するための孔(以下、フランジボルト孔１２ｈという)がホイールスタッド４２ｈ孔及びロータボルト孔４０ｈと連通可能に穿孔されている。

このような構造にあっては、ハブフランジ１２ｆの周方向幅(図１(ｂ)及び図３(ｂ)に示す距離ｗ)が狭い場合、車輪が回転した際、ブレーキロータ４０のロータボルト孔４０ｈ周りに応力が発生し、当該ロータボルト孔４０ｈからブレーキロータ４０とディスクホイール４２の当接部位に至る領域に放射状のクラックが発生する虞がある。この原因は、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位と、当該ブレーキロータ４０とハブユニット軸受Ａ(具体的には、ハブフランジ１２ｆ)の当接部位の位相がオフセットされることにある。

すなわち、ブレーキロータ４０のハブフランジ１２ｆへの取付部位(ロータボルト孔４０ｈの近傍)は、上述のように両面機械加工されているため、同じく、機械加工や精密側方押し出しで平面度が保証されているハブフランジ１２ｆとはフランジボルト孔１２ｈの近傍で当接する。これに対し、例えば、ディスクホイール４２がスチール製である場合、上述のようにホイールボルト孔４２ｈをプレス加工で打ち抜くと、打ち抜き時のポンチによるダイへの材料の引き込みや、板押さえの影響による材料の肉痩せなどにより、当該ホイールボルト孔４２ｈ周りの平面度の悪化は不可避となる。このため、ブレーキロータ４０のディスクホイール４２側におけるロータボルト孔４０ｈ周りの平面度と、ディスクホイール４２のホイールボルト孔４２ｈ周りの平面度には精度差があり、これらのディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接位置は、ホイールボルト孔４２ｈ(別の捉え方をすれば、ロータボルト孔４０ｈ)から少し離れた位置となる。

したがって、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位と、当該ブレーキロータ４０とハブユニット軸受Ａ(具体的には、ハブフランジ１２ｆ)の当接部位の位相がオフセットされることとなり、ロータボルト孔４０ｈ周りへの応力の発生、ひいては、上述のようなクラックの発生を招く原因となる。

特開２００５−５９８３２号公報

このような不具合は、例えば、ブレーキロータの肉厚アップ(厚肉化)、あるいは素材成分の選択や熱処理等による剛性の向上(高強度化)などを図れば回避することが可能である。しかしながら、これらの方策は、同時にハブユニット軸受の質量や製造コストの増大を招くことともなり、必ずしも得策ではない。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、質量やコストの増大を招くことなく、ディスクホイールとブレーキロータの当接部位と、当該ブレーキロータと軸受ユニット(具体的には、フランジ部)の当接部位の位相がオフセットされることを確実に抑止することが可能な放射状フランジを有する回転輪(一例として、冷間鍛造タイプのハブ)を備えた車輪支持用軸受ユニットを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第一の発明によれば、車体構成部材に固定されて非回転状態に維持される静止輪と、
当該静止輪に対向配置され、車輪構成部材を固定して当該車輪構成部材とともに回転する回転輪と、
これらの静止輪及び回転輪にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えた車輪支持用ユニット軸受であって、
前記回転輪は、前記車輪構成部材である制動装置のロータを固定して当該ロータとともに回転するハブと、当該ハブに配設される内輪構成体で構成されており、
前記ハブは、その外周部に、拡径方向へ放射状に突設された複数の平板形状のフランジ部を有して冷間鍛造の側方押し出しにより成形されており、
前記フランジ部は、前記ロータと当接しつつ、当該ロータを介して車輪構成部材である車輪のホイールを固定し、前記ロータ及び前記ホイールを固定する際に締結部材を挿通すべく穿孔された貫通孔を先端部近傍に有しており、
前記ホイールはスチール製であり、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有し、前記ホイールの貫通孔の周辺には肉痩せ領域が備えられており、
前記フランジ部の外径端は、前記ホイールの肉痩せ領域に掛かるように形成され、
前記フランジ部の周方向幅をｗ、前記フランジ部の外径をＬ、前記フランジ部の貫通孔の直径をｄ、前記フランジ部の貫通孔のピッチ円の直径をＰＣＤとしたときに、
２×ｄ≦ｗ≦４×ｄ、かつＰＣＤ＋２×ｄ≦Ｌ≦ＰＣＤ＋４×ｄとの寸法関係に設定されるとともに、
前記ホイールは、前記ロータと当接した状態で、締結部材を介して前記フランジ部に固定され、前記ホイールと前記ロータの当接部位と、前記ロータと前記フランジ部の当接部位の位相の一致範囲が、当該フランジ部の内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ２つに分かれ、前記ホイールは、内径側で１点、外径側で２点となる３点で支持されていることを特徴とする車輪支持用軸受ユニットとしたことである。

本発明の第二の発明によれば、第一の発明において、前記ロータには前記フランジの貫通孔と前記ホイールの貫通孔と連通する貫通孔を有し、
前記ロータの貫通孔と前記ホイールの貫通孔と前記フランジ部の貫通孔は、それぞれ同一の孔径で、かつ同一の軸方向位置に設けられており、
前記肉痩せ領域は、前記ホイールの貫通孔の直径の２倍とし、
前記フランジ部の軸方向厚さは、前記フランジの貫通孔の孔径と同寸法とし、
前記締結部材の頭部径を軸部径の２倍としたことを特徴とする車輪支持用軸受ユニットとしたことである。

本発明の車輪支持用軸受ユニット、具体的には、放射状フランジを有するハブ(一例として、冷間鍛造タイプ)を備えたハブユニット軸受によれば、質量やコストの増大を招くことなく、軽量化効果の維持やコスト低減化を図りつつ、ディスクホイールとブレーキロータの当接部位の位相と、当該ブレーキロータとハブユニット軸受(具体的には、ハブフランジ)の当接部位の位相とのオフセットを確実に抑止することできる。これにより、ブレーキロータのロータボルト孔周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受ユニットの構成を示す図であって、(ａ)は、ディスクホイールとブレーキロータの当接状態、及び当該ブレーキロータとハブフランジの当接状態を示す要部断面斜視図、(ｂ)及び(ｃ)は、当該当接状態を拡大して示す図である。 ハブフランジにおいてハブボルトから作用される圧縮応力の伝達領域を示す図である。 軸受ユニットの構成例を示す図であって、(ａ)は、全体構成の断面図、(ｂ)は、ハブの構成を同図(ａ)の矢印３ｂの方向から示す平面図、(ｃ)は、ハブの構成を同図(ｂ)の矢印２ｃに沿って示す断面図である。

以下、本発明の車輪支持用軸受ユニット(以下、単に軸受ユニットや軸受ともいう)について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る軸受ユニットは、例えば、自動車や鉄道車両など、タイヤを装着して走行する各種車両において、その車輪を回転自在に支持する軸受ユニットとして適用することができるが、ここでは、自動車の車輪を支持する軸受ユニットとして適用されている場合を一例として想定する。なお、かかる軸受ユニットが支持する自動車の車輪は、従動輪(前置エンジン後輪駆動(ＦＲ)車及び後置エンジン後輪駆動(ＲＲ)車の前輪、前置エンジン前輪駆動(ＦＦ)車の後輪)、あるいは駆動輪(ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪及び四輪駆動車の全輪)のいずれであっても構わない。

図１及び図３には、本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受ユニット(自動車の従動輪を支持する軸受ユニット)Ａの構成が示されている。以下の説明においては、かかる軸受ユニットＡが自動車に装着された場合に当該自動車の車体外方に相当する側(車輪側(図３(ａ)の左側))をアウトボード側といい、その反対側、すなわち自動車の車体内方に相当する側(同図の右側)をインボード側という。
軸受ユニットＡは、車体構成部材(例えば、懸架装置のナックル(図示しない))に固定されて非回転状態に維持される静止輪２と、当該静止輪２に対向配置され、車輪構成部材(例えば、車輪のディスクホイール４２及び制動装置のロータ(ブレーキロータ)４０)とともに回転する回転輪４と、これらの静止輪２及び回転輪４にそれぞれ形成されて相互に対向する複列(２列)の軌道溝２ｓ,４ｓ間及び軌道溝２ｔ,４ｔ間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体１８とを備えている。すなわち、この場合、軸受ユニットＡは、外輪側が静止輪２となるように構成されているとともに、内輪側が回転輪４となるように構成されている。転動体１８は、環状を成す保持器２０に形成されたポケット内に１つずつ回転自在に保持された状態で、軌道溝２ｓ,４ｓ間及び軌道溝２ｔ,４ｔ間を転動している。なお、転動体は、図３(ａ)に示すような玉であってもよいし、各種のころ(円筒ころ、円すいころ及び球面ころなど)であっても構わない。また、保持器は、転動体の種類に応じて任意のタイプを適用すればよい。例えば、転動体が玉である場合、傾斜型(図３(ａ))、冠型及び波型などのタイプを適用することができ、転動体が各種のころ(円錐ころ、円筒ころ及び球面ころなど)である場合、もみ抜き型、くし型及びかご型などのタイプを適用することができる。

軸受ユニットＡには、ユニットの内部(静止輪２及び回転輪４で囲まれた空間)を外部から封止して密封状態(気密状態及び液密状態)に保つための密封装置を設けることが望ましい。このような密封装置を設けることで、ユニットの外部から異物(例えば、泥水や塵埃など)が内部に侵入することを防止することができるとともに、ユニットの内部に封入された潤滑剤(例えば、グリースや潤滑油など)が外部へ漏洩することを防止することができる。密封装置は、軸受ユニットの構成、使用目的や使用条件などに応じて要求される密封性(気密性や液密性)のレベルによって、接触型のシール(例えば、鋼板製の芯金の全体若しくは一部を各種の弾性材で連結して成るシール等)、非接触型のシールやシールド(例えば、ステンレス板、鉄板等の薄い金属板からプレス成形されたシールド等)、あるいはシール、スリンガ及び芯金を組み合わせた構造を成すパッケージ型のシール(パックシール)などを任意に選択して使用すればよい。
そして、かかる密封装置、静止輪２及び回転輪４で囲まれた空間(軸受ユニットＡの内部空間)に潤滑剤(グリースや潤滑剤など)を封入することで、静止輪２、回転輪４、転動体１８及び保持器２０などが相互に接触する部分の摩擦や摩耗の減少、焼付き防止、あるいは疲れ寿命の延長などを図ることができる。

静止輪２には、その外周面２ａから外方(拡径方向)に向かって突出した固定フランジ２ｆが一体成形されており、当該固定フランジ２ｆを貫通する固定孔２ｈに固定用ボルト(図示しない)を挿通し、これを車体側に締結することで、静止輪２を懸架装置(サスペンション)のナックル(図示しない)に固定することができる。
回転輪４は、ディスクホイール４２及びブレーキロータ４０を固定してこれらとともに回転するハブ１２と、当該ハブ１２に配設される内輪構成体１６で構成されている。この場合、ハブ１２には、その外周部に静止輪２のアウトボード側の軌道溝２ｓと対向する軌道溝４ｓが形成され、内輪構成体１６には、その外周部に静止輪２のインボード側の軌道溝２ｔと対向する軌道溝４ｔが形成されている。このように、本実施形態において、軸受ユニットＡは、ハブユニット軸受として構成されている。
この場合、内輪構成体１６は、ハブ１２のインボード側の外周縁部を全周に亘って縮径させるように凹ませてなる段部１２ｓまで圧入して外嵌された後、当該ハブ１２のインボード側端部を加締めることにより、ハブ１２の段部１２ｓと加締め部１２ｄとの間で挟み込まれた状態で当該ハブ１２へ位置決め固定される。これにより、内輪構成体１６(ひいては、軸受ユニット(ハブユニット軸受)Ａ)に対して所定の予圧が付与されている。
なお、このような加締固定に代えて、例えば、内輪１６をハブ１２の段部１２ｓまで圧入外嵌した後、インボード側あるいはアウトボード側からナットなどの締結部材で締め付けることによって当該ハブ１２のインボード側に固定することも可能である。また、図３(ａ)には、内輪構成体１６を１つだけ備え、当該内輪構成体１６をハブ１０のインボード側に配設(一例として、圧入後に加締め固定)した回転輪４の構成を示しているが、２つの内輪構成体を備え、これらの内輪構成体に静止輪２の軌道溝２ｔ,２ｓと対向する軌道溝４ｔ,４ｓをそれぞれ形成し、これらの内輪構成体をハブのインボード側及びアウトボード側にそれぞれ固定した回転輪の構成とすることも可能である。

ハブ１２は、車輪構成部材である制動装置のロータ(ブレーキロータ)４０と当接しつつ、当該ブレーキロータ４０を固定するための複数のフランジ部(以下、ハブフランジという)１２ｆを有している。ハブフランジ１２ｆは、ハブ１２の外周部に対し、拡径方向へ放射状に突設されている。本実施形態においては、図１(ａ)及び図３(ｂ)に示すように、４つのハブフランジ１２ｆが周方向に対して等間隔(９０°の位相差)で、ハブ１２の外周部のアウトボード側から拡径方向に沿って略垂直に静止輪２を越えて延出するように、平板状かつ放射状に突設されている。なお、ハブ１２は、冷間鍛造によりハブフランジ１２ｆとともに一体成形すればよい。その際、ハブフランジ１２ｆの突設数や突設間隔などは特に限定されず、任意に設定することが可能である。そして、各ハブフランジ１２ｆは、ブレーキロータ４０を固定する際に締結部材(一例として、スタッドボルト(以下、ハブボルト１４という))を挿通すべく穿孔された貫通孔(以下、フランジボルト孔という)１２ｈを延出方向の先端部近傍に有している。

一方、ブレーキロータ４０及びディスクホイール４２にも、それぞれの円板部４０ａ,４２ａに対し、フランジボルト孔１２ｈと連通可能な貫通孔(以下、ロータボルト孔４０ｈ、ホイールボルト孔４２ｈという)が周方向に対して等間隔(一例として、９０°の位相差)でフランジボルト孔１２ｈと同数個(一例として、４個)設けられている。なお、フランジボルト孔１２ｈ、ロータボルト孔４０ｈ及びホイールボルト孔４２ｈは、いずれも挿通されるハブボルト１４のボルト径(直径)と略同一の孔径(直径)で穿孔されている。

そして、ハブボルト１４をフランジボルト孔１２ｈからロータボルト孔４０ｈ、ホイールボルト孔４２ｈへ挿通し、ハブナット(図示しない)で締結することにより、ブレーキロータ４０及びディスクホイール４２をハブフランジ１２ｆに対して位置決めして固定することができる。この場合、ブレーキロータ４０(具体的には、その円板部４０ａ)のインボード側がハブフランジ１２ｆのアウトボード側に当接し、当該ブレーキロータ４０(円板部４０ａ)のアウトボード側にディスクホイール４２(具体的には、その円板部４２ａ)のインボード側が当接した状態で、これらのディスクホイール４２及びブレーキロータ４０がハブフランジ１２ｆに固定されている。すなわち、ブレーキロータ４０は、その円板部４０ａがハブフランジ１２ｆとディスクホイール４２の円板部４２ａの間に介在した(挟まれた)状態でハブフランジ１２ｆに固定されており、ディスクホイール４２は、その円板部４２ａがブレーキロータ４０の円板部４０ａを介して組み付けられた状態でハブフランジ１２ｆに固定されている。

本実施形態において、ハブフランジ１２ｆは、ブレーキロータ４０(具体的には、その円板部４０ａ)との当接部位の周方向幅がフランジボルト孔１２ｈの直径の２倍以上、かつ４倍以下の寸法(以下、当該寸法を適正寸法と呼ぶ)に設定されている。図１及び図３には、延出方向の基部から先端部まで、その周方向幅(図１(ｂ)及び図３(ｂ)に示す距離ｗ)を略同一寸法に設定したハブフランジ１２ｆの構成を一例として示しているが、少なくともブレーキロータ４０(円板部４０ａ)との当接部位の周方向幅ｗが前記適正寸法に設定されていれば、その他の部位の周方向幅寸法は任意に設定して構わない。
なお、フランジボルト孔１２ｈを中心としてその半径の２倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔１２ｈと同一中心で直径が２倍の領域)は、例えば、ブレーキロータ４０を介してスチール製のディスクホイール４２をハブフランジ１２ｆに固定する場合、ホイールボルト孔４２ｈをプレス加工で打ち抜いた際に生じるディスクホイール４２上の平面度の悪化領域(以下、肉痩せ領域という)と同一位相をなす領域に相当する。また、フランジボルト孔１２ｈを中心としてその半径の４倍以内で拡がる領域(フランジボルト孔１２ｈと同一中心で直径が４倍の領域)は、フランジボルト孔１２ｈの軸方向寸法(フランジボルト孔１２ｈ周りにおけるハブフランジ１２ｆの肉厚)を当該フランジボルト孔１２ｈの孔径(直径)と略同一寸法とし、ハブボルト１４の頭部径を軸部径の２倍とした場合において、その圧縮応力が４５°で伝達される領域(以下、圧縮応力伝達領域という)に相当する。
そして、本実施形態において、ハブフランジ１２ｆは、ブレーキロータ４０との当接部位の位相と、当該ブレーキロータ４０とディスクホイール４２との当接部位の位相の一致範囲がハブフランジ１２ｆの内径側と外径側にそれぞれ存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ２つに分かれるように構成する。

ここで、ディスクホイールのプレス加工に使用する鋼板(例えば、ＪＩＳ Ｇ ３１１３ 自動車構造用熱間圧延鋼板及び鋼帯のＳＡＰＨ３１０から４４０など)の場合、弾性限界は引張り強度の半分程度である。このため、例えば、ディスクホイール４２を前記鋼板のようなスチール製とした場合、ホイールボルト孔４２ｈをプレス加工で打ち抜く際、打ち抜き時のポンチによるダイへの材料の引き込みや、板押さえの影響による材料の肉痩せなどによる当該ホイールボルト孔４２ｈ周りの平面度の悪化は、ホイールボルト孔４２ｈの直径の概ね２倍の領域(肉痩せ領域)まで発生する。
したがって、ハブフランジ１２ｆを前記ホイールボルト孔４２ｈの直径の概ね２倍の領域外で、ブレーキロータ４０を介してディスクホイール４２と当接させることで、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の外径側の当接部位(図１(ｂ)に示す領域Ａ４２)と、当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆの当接部位(同図に示す領域Ａ１２)の位相がオフセットされることを解消することが可能となる。なお、領域Ａ４２は、ブレーキロータ４０の円板部４０ａのアウトボード側、領域Ａ１２は、当該円板部４０ａのインボード側に存するが、ここでは、これらが同一側に存すると仮定した場合の当接部位の位置を位相として捉える。また、ディスクホイール４２は、ブレーキロータ４０(具体的には、円板部４０ａのアウトボード側)の内径側とも当接している(図１(ｂ)に示す領域Ａ４２１)。

すなわち、ハブフランジ１２ｆは、ブレーキロータ４０との当接部位の周方向幅ｗをフランジボルト孔１２ｈの孔径(図１(ｂ)及び図３(ｂ),(ｃ)に示す距離ｄ)の２倍以上の寸法に設定するとともに(ｗ≧２×ｄ)、その外径(延出先端の径寸法(図１(ｂ)及び図３(ｂ)に示す距離Ｌ))をフランジボルト孔１２ｈのピッチ円の直径(図３(ｂ)に示す距離ＰＣＤ)に当該フランジボルト孔１２ｈの孔径ｄの２倍の長さを加えた寸法以上の寸法に設定することで(Ｌ≧ＰＣＤ＋２×ｄ)、上述したオフセットを解消することができる。これにより、車輪が回転した際、ブレーキロータ４０におけるロータボルト孔４０ｈ周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔４０ｈ周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。
なお、ハブフランジ１２ｆには、ブレーキロータ４０との当接部位に対して面取りを形成してもよいが、その場合であっても、前記設定寸法(ｗ≧２×ｄ,Ｌ≧ＰＣＤ＋２×ｄ)は当該面取りを含まない平面部の寸法で設定する。

その一方で、むやみにハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗを拡大させることは、ハブ１２の質量(ひいては、軸受ユニット(ハブユニット軸受)Ａの質量)の増大を招くため、好ましくない。一般に、ボルト孔部の軸方向寸法(フランジ厚さ)は、ボルト孔径と同程度の寸法であり、ボルト(ハブボルト１４を含む)の頭部径(直径)は、軸部径(直径)の２倍程度に設定されている。そこで、ボルト孔部の軸方向寸法(フランジ厚さ)をボルト孔径と同寸法とし、ボルト頭部径を軸部径の２倍とし、圧縮応力は４５°で拡がることを考慮すれば(図２参照)、ハブフランジ１２ｆ(面取りを含まない平面部)の周方向幅ｗは、フランジボルト孔１２ｈの孔径ｄの４倍程度の寸法に設定すれば事足りる(ｗ≦４×ｄ(圧縮応力伝達領域))。同様に、ハブフランジ１２ｆ(面取りを含まない平面部)の外径Ｌは、フランジボルト孔１２ｈのピッチ円直径ＰＣＤに当該フランジボルト孔１２ｈの孔径ｄの４倍の長さを加えた寸法よりも大寸に設定する必要はない(Ｌ≦ＰＣＤ＋４×ｄ(圧縮応力伝達領域))。

すなわち、これらを上限としてハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗ及び外径Ｌの寸法を設定すれば、ハブ１２の成形材料の無駄を省き、その質量の増大を抑えることができる。なお、フランジボルト孔１２ｈ周りの強度とハブボルト１４の強度とのバランスを考慮すれば、フランジボルト孔１２ｈ周りの肉厚(軸方向幅(図３(ｃ)に示す距離Ｔ))は、当該フランジボルト孔１２ｈの孔径ｄと略同一寸法とすることが好ましい。この場合、ハブフランジ１２ｆの肉厚(軸方向幅)は、延出方向の基部から先端部まで同一寸法(同一肉厚)であればよいが、延出基部から延出先端部まで徐々に小寸(薄肉)としたり、延出基部近傍をそれ以外の部位よりも大寸(厚肉)とすることも可能である。また、ハブフランジ１２ｆの接線方向の断面形状は、矩形である必要はない。例えば、かかる断面を台形とし、その長辺と斜辺の交差角を４５°よりも大きくすれば、ハブボルト１４の頭部からの圧縮応力の伝達を阻害することなく、軽量化を図ることが可能となる。

ここで、本実施形態においては、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位と、当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆの当接部位の位相の一致範囲が当該ハブフランジ１２ｆの内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ２つに分かれること、換言すれば、これらの当接部位の位相の一致範囲が内径側で１点(具体的には、領域Ａ４２１と領域Ａ１２との一致範囲)、外径側で２点(具体的には、領域Ａ４２と領域Ａ１２との一致範囲)となる３点支えであることを想定している。例えば、ハブ１２の軽量化を意識し過ぎた場合、ハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗを狭くし過ぎると前記位相の一致範囲が内径側の１点のみとなる。あるいは、当接領域を確保すべく、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位の外径側(領域Ａ４２)と内径側(領域Ａ４２１)がつながる程、ハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗを拡げた場合、ハブ１２の質量の増大を招くこととなる。また、ハブフランジ１２ｆの外径Ｌを延長すると、質量の増大を招くばかりでなく、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の外径側の当接部位(周方向へ２つに分かれた領域Ａ４２)がつながり、当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆの当接部位(領域Ａ１２)との位相の一致範囲が内径側で１点、外径側で１点の２点支えとなる。ハブフランジ１２ｆとブレーキロータ４０(具体的には、その円板部４０ａ)の表面には成形上不可避な凹凸があり、実際には当接部位のどこかで当接することになるため、かかる真の当接部位(位置)の組み合わせによっては、ハブボルト１４による締結状態が不安定になったり、不要な応力の原因ともなる。
したがって、ブレーキロータ４０におけるロータボルト孔４０ｈ周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔４０ｈ周りへのクラックの発生を有効に防止するため、また、ハブボルト１４による締結状態を安定させるためには、前記位相の一致範囲を内径側で１点、外径側で２点となる３点支えとすることが望ましい。

図１(ｂ)及び(ｃ)には、ハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗ及び外径Ｌの寸法を上述した設定(２×ｄ≦ｗ≦４×ｄ,ＰＣＤ＋２×ｄ≦Ｌ≦ＰＣＤ＋４×ｄ)とした場合におけるディスクホイール４２とブレーキロータ４０との当接状態、及び当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆとの当接状態の具体例をそれぞれ示している。
図１(ｂ)に示す状態においては、ハブフランジ１２ｆの周方向幅ｗをフランジボルト孔１２ｈの孔径ｄの略２倍(ｗ＝２×ｄ(ディスクホイール４２の肉痩せ領域の周縁に相当))の寸法に設定するとともに、ハブフランジ１２ｆの外径Ｌを当該ディスクホイール４２の肉痩せ領域の周縁へ掛かるように寸法設定している。これにより、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位(領域Ａ４２及び領域Ａ４２１)と、当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆの当接部位(領域Ａ１２)の位相の一致範囲を内径側で１点、外径側で２点となる３点支えとすることができる(同図にハッチを付して示す３つの領域)。
また、図１(ｃ)に示す状態においては、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位(領域Ａ４２及び領域Ａ４２１)と、当該ブレーキロータ４０とハブフランジ１２ｆの当接部位(領域Ａ１２)の位相の一致範囲をディスクホイール４２の肉痩せ領域外で、ハブフランジ１２ｆの圧縮応力伝達領域内の所定領域(フランジボルト孔１２ｈの中心から、その半径ｄ／２の２．５倍程度離間した領域、及びその近傍)とし、当該領域内の内径側で１点、外径側で２点となる３点支えとしている(同図にハッチを付して示す３つの領域)。

以上、本実施形態に係る車輪支持用軸受ユニットＡ、具体的には、放射状のハブフランジ１２ｆを有するハブ(一例として、冷間鍛造タイプ)１２を備えたハブユニット軸受Ａによれば、質量やコストの増大を招くことなく、軽量化効果の維持やコスト低減化を図りつつ、ディスクホイール４２とブレーキロータ４０の当接部位の位相と、当該ブレーキロータ４０とハブユニット軸受Ａ(具体的には、ハブフランジ１２ｆ)の当接部位の位相とのオフセットを確実に抑止することできる。
これにより、ブレーキロータ４０のロータボルト孔４０ｈ周りへの応力の発生、ひいては、当該ロータボルト孔４０ｈ周りへのクラックの発生を有効に防止することができる。したがって、例えば、スチール製のディスクホイール４２をブレーキロータ４０を介して放射状に突設されたハブフランジ１２ｆ(いわゆる冷間鍛造タイプのハブ１２)に組み付けた場合であっても、当該ロータボルト孔４０ｈ周りへの応力の発生、及びクラックの発生を有効に防止することが可能となる。

１２ ハブ
１２ｆ フランジ部(ハブフランジ)
１２ｈ 貫通孔(フランジボルト孔)
１４ 締結部材(ハブボルト)
１６ 内輪構成体
１８ 転動体
４０ ブレーキロータ
４２ ディスクホイール
Ａ 車輪支持用軸受ユニット
Ａ１２ ブレーキロータとハブフランジとの当接部位
Ａ４２ ディスクホイールとブレーキロータとの外径側当接部位
Ａ４２１ ディスクホイールとブレーキロータとの内径側当接部位
Ｌ ハブフランジ外径
ＰＣＤ 貫通孔(フランジボルト孔)のピッチ円直径
ｄ フランジボルト孔径(直径)
ｗ ハブフランジ周方向幅

Claims (2)

1. 車体構成部材に固定されて非回転状態に維持される静止輪と、
   当該静止輪に対向配置され、車輪構成部材を固定して当該車輪構成部材とともに回転する回転輪と、
   これらの静止輪及び回転輪にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間へ転動可能に組み込まれた複数の転動体とを備えた車輪支持用ユニット軸受であって、
   前記回転輪は、前記車輪構成部材である制動装置のロータを固定して当該ロータとともに回転するハブと、当該ハブに配設される内輪構成体で構成されており、
   前記ハブは、その外周部に、拡径方向へ放射状に突設された複数の平板形状のフランジ部を有して冷間鍛造の側方押し出しにより成形されており、
   前記フランジ部は、前記ロータと当接しつつ、当該ロータを介して車輪構成部材である車輪のホイールを固定し、前記ロータ及び前記ホイールを固定する際に締結部材を挿通すべく穿孔された貫通孔を先端部近傍に有しており、
   前記ホイールはスチール製であり、前記フランジ部の貫通孔と連通可能で、かつプレス加工により打ち抜かれた貫通孔を有し、前記ホイールの貫通孔の周辺には肉痩せ領域が備えられており、
   前記フランジ部の外径端は、前記ホイールの肉痩せ領域に掛かるように形成され、
   前記フランジ部の周方向幅をｗ、前記フランジ部の外径をＬ、前記フランジ部の貫通孔の直径をｄ、前記フランジ部の貫通孔のピッチ円の直径をＰＣＤとしたときに、
   ２×ｄ≦ｗ≦４×ｄ、かつＰＣＤ＋２×ｄ≦Ｌ≦ＰＣＤ＋４×ｄとの寸法関係に設定されるとともに、
   前記ホイールは、前記ロータと当接した状態で、締結部材を介して前記フランジ部に固定され、前記ホイールと前記ロータの当接部位と、前記ロータと前記フランジ部の当接部位の位相の一致範囲が、当該フランジ部の内径側と外径側に存在し、かつ当該外径側の一致範囲が周方向へ２つに分かれ、前記ホイールは、内径側で１点、外径側で２点となる３点で支持されていることを特徴とする車輪支持用軸受ユニット。
2. 前記ロータには前記フランジの貫通孔と前記ホイールの貫通孔と連通する貫通孔を有し、
   前記ロータの貫通孔と前記ホイールの貫通孔と前記フランジ部の貫通孔は、それぞれ同一の孔径で、かつ同一の軸方向位置に設けられており、
   前記肉痩せ領域は、前記ホイールの貫通孔の直径の２倍とし、
   前記フランジ部の軸方向厚さは、前記フランジの貫通孔の孔径と同寸法とし、
   前記締結部材の頭部径を軸部径の２倍としたことを特徴とする請求項１に記載の車輪支持用軸受ユニット。

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