(57)【要約】【課題】  無駄な部分の部材を廃止し、適切な箇所に効率的に部材を配置することで、軽量化を図り、剛性を維持できる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  車輪をボルト止めするためのボルト挿入孔４４を外周側に有し、車輪の内径面を案内するために軸方向に延びるパイロット部５１を一方面側に有するフランジ部４１と、車輪とブレーキロータとを回転自在に支持するために設けられる軸受部と、ハブ輪４０を駆動するための軸体が挿入される軸嵌合孔５２を有する車輪用軸受装置において、パイロット部５１と軸嵌合孔５２との間のパイロット内径部５３に、軸方向にくぼみを有する凹部５７を周方向に複数形成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とブレーキロータとをボルト止めするためのボルト挿通孔を外周側に有し、前記車輪と前記ブレーキロータとの内径面を案内するために軸方向に延びるパイロット部を一方面側に有するハブ輪と、前記車輪と前記ブレーキロータとを回転自在に支持するために設けられる軸受部と、前記ハブ輪を駆動するための軸体が挿入される貫通孔とを有する車輪用軸受装置において、
前記パイロット部の内面部と前記貫通孔との間に設けられるパイロット内径部に、周方向に複数形成され、軸方向にくぼみを有する凹部を設けたことを特徴とする、車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記パイロット内径部は、
前記貫通孔の内周面を構成する円管状リブと、
前記円管状リブから円周方向に離隔して外方を向くように複数設けられ、前記パイロット部の内面部に結合される放射状リブとで形成され、
前記凹部は、前記円管状リブと隣接する放射状リブ間と前記パイロット部の内面部とに囲まれた領域内に形成される、請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
前記円管状リブと前記放射状リブの一部の端面は、軸方向において前記ハブ輪の一方面とほぼ等しい位置に平坦に形成されており、
前記放射状リブの一部以外の端面は、前記パイロットの内面部から前記円管状リブにかけて傾斜して形成されている、請求項２に記載の車輪用軸受装置。
【請求項４】
前記平坦部の外径は、前記軸体のナット径よりも大きい、請求項２または３に記載の車輪用軸受装置。
【請求項５】
前記凹部の底面は、前記ハブ輪の曲げに対する引張応力と圧縮応力との境となる応力中立面に沿って形成される面を含む、請求項１から４のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
【請求項６】
前記凹部の底面は、前記軸受に加わる荷重負荷領域から外れた面を含む、請求項１から５のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
【請求項７】
前記放射状リブは、前記孔の中心と隣接するボルト挿通孔間の中間とを結ぶ線上に設けられている、請求項２から６のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
【請求項８】
前記放射状リブは、前記孔と前記ボルト挿通孔のそれぞれの中心を結ぶ線上に設けられている、請求項２から６のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
【請求項９】
前記ハブ輪のフランジ部は、
円板部と、
前記円板部の外周から円周方向に離隔した複数箇所に、放射状に径方向外方に突出して延び、前記ボルト挿通孔を有する張出し部とを含む、請求項１から８のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車輪用軸受装置に関し、特に、ブレーキロータおよび車輪を取り付けるためのハブ軸受などの車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来の車輪用軸受装置の一例のハブ軸受における縦断面図である。この図８に示したハブ軸受は、ハブ輪１と、複列転がり軸受２とを備えている。ハブ輪１は鍛造により形成された中空構造となっており、その外周面の軸方向中間部には径方向外向きのフランジ部１１が形成されており、中空孔４０には所定の領域にスプラインが形成されている。フランジ部１１よりも内側（車両インナ側）の外周面には、複列転がり軸受２における玉群２２の軌道面１２が形成されている。中空孔４０には、軸体３１がスプライン結合される。
【０００３】
複列転がり軸受２は、２列の軌道溝を有する単一の外輪２１と、２列で配列される転動体としての複数の玉群２２，２４と、２つの保持器２３と、シール２６と、車両インナ側の玉群２４に関する内輪２５とから構成されている。車両アウタ側の玉群２２の内輪についてはハブ輪１に一体的に形成されている。
【０００４】
ハブ輪１の外周面には、複列転がり軸受２が取り付けられる。ハブ輪１の車両インナ側端部は、径方向外向きに屈曲されて複列転がり軸受２の内輪２５の車両インナ側端面に対してかしめつけられている。このかしめ部は、符号Ａを付して示す。
【０００５】
そして、ハブ輪１のフランジ部１１に対してディスクブレーキ装置のブレーキロータ４および図示しない車輪があてがわれて複数のボルト１３によって装着される。ブレーキロータ４に対向してブレーキパッド７が配置されている。また、複列転がり軸受２の外輪２１に設けてある径方向外向きの取付片２７が、車体５などにボルト３９にて固定される。
【０００６】
図９は図８に示したハブ輪１を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図であり、図１０は同じく半分に切断して車両インナ側から見た外観斜視図である。
【０００７】
フランジ部１１はほぼ円形に形成されており、車両インナ側の面におけるボルト１３が装着されるボルト孔２８の周囲は肉厚が厚く形成されていて、それ以外の部分とで段差が形成されている。
【０００８】
図９および図１０に示したハブ輪１はフランジ部１１がほぼ円形に形成されており、しかもボルト孔２８の周囲の肉厚が厚いため、大型化し重量も重くなっている。しかし、最近の車輪用軸受は、軸受の軽量化および軸受の低トルク化が求められている。軽量化を図ることで省資源を達成でき、低トルク化を図ることで燃費を削減できるからである。
【０００９】
そこで、特開２００３−０９４９０５号公報（特許文献１）には、ハブ輪にフランジのボルト挿通孔の周辺を避けてボルト挿通孔間に切欠きを形成し、ボルト挿通孔の外周近傍の肉厚を薄くすることが記載されている。
【００１０】
また、「月刊トライポロジー」（非特許文献１）には、フランジ部の厚みやつなぎ部の円弧半径などの寸法値を変化させて、ＦＥＭ（有限要素法）解析技術を導入して応力解析・剛性解析を実施し、応力値，剛性，重量を満足する形状を試行錯誤により決定する方法について記載されている。
【００１１】
ここで、有限要素法とは、計算機により構造物の変形や応力を解析するための近似解析手法であり、複雑な形状・性質を持つ物体を単純な小部分に分割することで近似し、全体の挙動を予測しようとするものである。
【特許文献１】特開２００３−０９４９０５号公報（段落番号００１９〜００２７、図２）
【非特許文献１】「月刊トライポロジー」新樹社、２００３年４月発行、ｐ．１２−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の有限要素法の構造解析により、フランジ部には強度に寄与しない不要な駄肉領域の存在することが判明した。このような駄肉は強度に寄与しないばかりでなく、かえって重量が増えてしまって悪影響を及ぼす場合がある。また、本来、配置すべき領域に部材が配置されていない箇所があることも判明した。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、無駄な部分の部材を廃止し、適切な箇所に効率的に部材を配置することで、軽量化を図り、強度を維持できる車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、車輪をボルト止めするためのボルト挿通孔を外周側に有し、車輪の内径面を案内するために軸方向に延びるパイロット部を一方面側に有するフランジ部と、車輪とブレーキロータとを回転自在に支持するためにフランジ部の他方面側に設けられる軸受部と、ハブ輪を駆動するための軸体が挿入される孔とを有する車輪用軸受装置において、パイロットの内面部と孔との間に設けられるパイロット内径部に、周方向に複数形成され、軸方向にくぼみを有する凹部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
パイロット内径部に周方向に複数の凹部を形成することで、余分な材料を削除することができるのでハブ輪の軽量化を図ることができる。
【００１６】
好ましくは、パイロット内径部は、その内周面が孔を形成する円管状リブと、円管状リブから円周方向に離隔して複数設けられてパイロット部の内面部に結合される放射状リブとを含み、凹部は、円管状リブと隣接する放射状リブ間とパイロット部の内面部とに囲まれた領域内に形成される。これらの領域内に凹部を形成することで、強度を維持しながら、材料を削除することでハブ輪の軽量化を図ることができる。
【００１７】
好ましくは、円管状リブおよび放射状リブの一部の端面は、フランジ部の一方面とほぼ等しい位置に平坦に形成されており、平坦部以外の放射状リブの端面は、円管状リブの端面より一方面側に突出したパイロット部の内面部の外周側から平坦部にかけて傾斜している。このように円管状リブの軸方向長さを短くすることで強度を保持しながらより軽量化を図ることができる。
【００１８】
好ましくは、前出の平坦部の外径は、軸体のナット径よりも大きくなるように形成されている。これにより、ナット締め時にハブ輪における強度が低下することはない。
【００１９】
好ましくは、凹部の底面は、軸受の曲げに対する引張応力と圧縮応力との境となる応力中立面に沿って形成される面を含む。応力中立面は、構造部材としてあまり寄与していないと考えられるため材料除去の対象とすることができる。
【００２０】
好ましくは、凹部の底面のうち、軸受部に加わる荷重負荷領域には、材料が配置されている。荷重負荷が加わる領域に材料を配置することで軸受剛性の低下を免れることができる。
【００２１】
好ましくは、一実施形態では、放射状リブは、孔の中心と隣接するボルト挿通孔間の中間とを結ぶ線上に設けられており、他の実施形態では、放射状リブは、孔とボルト挿通孔のそれぞれの中心を結ぶ線上に設けられている。
【００２２】
好ましくは、フランジ部は、円板状のフランジ部と、フランジ部の外周から円周方向に離隔した複数箇所に、放射状に径方向外方に突出して延び、ボルト挿通孔を有する張出し部とを含む。張出し部を形成することで、ハブ輪やフランジ部から余分な材料を排除することで軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、車輪用軸受装置において、パイロット部と孔との間のパイロット内径部に、周方向に複数形成される凹部を設けたことにより、無駄な部分の部材を廃止し、適切な箇所に効率的に部材を配置することで、軽量化を図り、強度を維持できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１はこの発明の一実施形態における車輪用軸受装置の車両アウタ側から見た正面図であり、図２は車輪用軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図であり、図３は車輪用軸受装置を半分に切断して車両インナ側から見た背面図であり、図４は車輪用軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図であり、図５は図１の線ＡーＡに沿う断面図である。
【００２５】
ハブ輪４０は、フランジ部４１と、図示しない車輪およびブレーキロータの内径面を案内するためにフランジ部４１から軸方向に延びる円筒状のパイロット部５１を含む。フランジ部４１は円板部４２と張出し部４３とを含む。張出し部４３は、円板部４２の外周から円周方向に離隔した５箇所に、外方に突出しており、かつ外方に向うに従って間隔が狭くなる輪郭線を有する台形形状であり、ハブボルト１３を挿入するためのボルト挿入孔４４を有している。
【００２６】
また、円板部４２は、図１に示すように、隣接する張出し部４３，４３のボルト挿入孔４４，４４の中心を結ぶ線ＢーＢに接する直径を有しており、パイロット部５１は張出し部４３の輪郭線ＣーＣに概略接する直径を有するように形成されている。図１０に示した従来例では、車両インナ側におけるボルト孔２８の周囲は肉厚が厚く形成されていて、それ以外の部分とで段差が形成されていたのに対して、この実施形態では、図３に示すようにフランジ部４１の車両インナ側および車両アウタ側は、共に円板部４２と張出し部４３とが同一平面となるように形成されている。
【００２７】
ハブ輪４０の内径部には、図示しない軸体をスプライン結合するための軸嵌合孔５２が軸方向に延びるように形成されている。また、ハブ輪４０の外周面には図６で説明した複列転がり軸受を構成する玉群の軌道面６２とシールランド６３とが形成されている。
【００２８】
ハブ輪４０の車両アウタ側であって、軸嵌合孔５２とパイロット部５１とのパイロット内径部５３に作用する応力は小さく、ハブ軸受けとしての構造部材に対する寄与度が小さいので軽量化する余地が残されている。そこで、パイロット内径部５３の駄肉を排除するために、軸方向にくぼみを有する複数の凹部を形成して２つの円管状リブとその間を接続する放射状リブからなる骨格構造を形成する。
【００２９】
すなわち、パイロット内径部５３は、軸嵌合孔５２の周囲を囲むように設けられた第１の円管状リブ５４と、この第１の円管状リブ５４とパイロット部５１の内面部に接する第２の円管状リブ５５とを結合する放射状リブ５６とを含む。放射状リブ５６は、第１の円管状リブ５４から円周方向に離隔した５箇所に、放射状に第２の円管状リブ５５側に延びるように形成されている。また、放射状リブ５６は隣接する張出し部４３，４３のボルト挿入孔４４，４４を結ぶ線ＤーＤの中間と、軸嵌合孔５２の中心とを結ぶ線ＥーＥ上に設けられている。
【００３０】
第１の円管状リブ５４と、隣接する放射状リブ５６間と、第２の円管状リブ５５とで囲まれた領域には、駄肉を排除するために、凹部５７が５箇所設けられている。凹部５７は軸方向に対して断面形状が例えば六角形となるように形成されており、凹部５７が接する第１の円管状リブ５４は、線ＦーＦに示すように隣接する張出し部４３の輪郭に沿う線ＧーＧにほぼ並行に形成されている。張出し部４３の貫通孔４４と凹部５７とは対応して設けられることになる。
【００３１】
凹部５７の底面は図５に示すように、応力中立面を示す線ＨーＨに沿い、転動体に加わる荷重の負荷域を示す線ＩーＩを外した錘状に軸方向の深さが規定されている。応力中立面は、ハブ輪４０の曲げに対する引張応力と圧縮応力との境となる面であり、応力中立面近傍では、応力がゼロまたは小さく、このあたりの材料は、構造部材としてあまり寄与していないと考えられるため、材料除去の対象とされる。ただし、材料除去を行うと、強度のバランスがくずれて中立面の位置がずれていくため、初期の段階でどこまで材料を除去するかという判断が困難になる。
【００３２】
そこで、ＦＥＭ（有限要素法）解析により、最適化を行う。ここで、有限要素法とは、計算機により構造物の変形や応力を解析するための近似解析手法であり、複雑な形状・性質を持つ物体を単純な小部分に分割することで近似し、全体の挙動を予測しようとするものである。
【００３３】
なお、第２の円管状リブ５５は必ずしも必要とされるものではなく、第１の円管状リブからパイロット部５１の内周面に放射状リブ５６を直接結合させてもよい。
【００３４】
荷重の負荷域は、図示しない転動体から軌道面６２に荷重が加わったときに、線ＩーＩよりパイロット部５１側の領域が荷重による負荷から外れることを示しており、この線ＩーＩより内輪６１側に凹部５７を形成すると剛性が低下する。そこで、剛性が低下することがないように凹部５７の底面を負荷域から外し、しかも応力中立面までを底面とする凹部５７を形成することで軽量化を図りながら剛性を維持できる。
【００３５】
すなわち、凹部５７を形成することでパイロット内径部５３を肉抜き構造にすることができ、構造強度に寄与しない不要な駄肉領域を削除して軽量化を図ることができる。しかも、凹部５７の底面を、応力中立面を越すことがなく、負荷域を外して形成することで、軸受剛性を低下させることもなく、負荷域となる箇所には適切な箇所に効率的に部材を配置することで強度を維持できる。
【００３６】
さらに、複数の放射状リブ５６により第１および第２の円管状リブ５４，５５を結合しているので、ハブ輪４０に荷重が加わっても放射状リブ５６により応力を分散できるので、凹部５７を形成したことによって強度が低下することはない。
【００３７】
第２の円管状リブ５５の長さは、パイロット部案内面高さと概略同じ距離ｄ１で形成される。第１の円管状リブ５４の車両アウタ側の端面は、第２の円管状リブ５５と同様にしてフランジ部４１の一方面から距離ｄ１だけ隔てて形成してもよいが、より好ましくは、第１の円管状リブ５４の端面をフランジ部４１の一方面とほぼ同一面になるように形成することで、さらに駄肉を排除してより軽量化が可能になる。このとき、放射状リブ５６の端面は、第２の円管状リブ５５側から第１の円管状リブ５４側にかけて傾斜するように形成される。第１の円管状リブ５４と、放射状リブ５６の一部による平坦面は、軸嵌合孔５２に軸体を挿入してその先端部をナット締めするときのナット座面として利用される。
【００３８】
また、軸嵌合孔５２の中心から第１の円管状リブ５４の外周面までの距離ｄ２は図８に示したナット３２の半径よりも大きくなるように形成されている。これにより、パイロット内径部５３に凹部５７を形成し、軸嵌合孔５２に軸体を挿入してその先端部をナット締めする場合であっても、ナットを第１の円管状リブ５４の端面に密着させることができ、軸体へのナット締め時に生じる応力を第１の円管状リブ５４の端面で受けることができるので、凹部５７を形成したことにより、ナット締め時の剛性の低下が生じることもない。
【００３９】
図６はこの発明の他の実施形態における車輪軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【００４０】
図１〜図５に示した実施形態は、図１に示したように放射状リブ５６が軸嵌合孔５２の中心と隣接する張出し部４３，４３のボルト挿入孔４４，４４の中間とを結ぶ線ＥーＥ上に設けられているのに対して、この実施形態は、放射状リブ５６が軸嵌合孔５２の中心と張出し部４３のボルト挿入孔４４とを結ぶ線上に設けたものであり、それ以外の構成は図１〜図５と同じである。
【００４１】
図７はこの発明のさらに他の実施形態における車輪軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。図１〜図６に示した実施形態では、凹部５７の軸方向の断面形状が六角形となるように形成したのに対して、図７に示した実施形態では、軸方向の断面形状が繭形のような楕円形状となるように凹部５８を形成したものであり、それ以外の構成は図１〜図６と同じである。凹部５８は、その他に軸方向の断面形状が四角形や八角形などの任意の形状となるように形成してもよい。
【００４２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、ハブ軸受などの転動体を有する車輪用軸受装置などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の一実施形態における車輪用軸受装置の車両アウタ側から見た正面図である。
【図２】車輪用軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【図３】車輪用軸受装置の車両インナ側から見た背面図である。
【図４】車輪用軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【図５】図１の線ＡーＡに沿う断面図である。
【図６】この発明の他の実施形態における車輪軸受装置の半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態における車輪軸受装置を半分に切断して車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【図８】従来の車輪用軸受装置の一例のハブ軸受における縦断面図である。
【図９】図８に示したハブ輪を車両アウタ側から見た外観斜視図である。
【図１０】図８に示したハブ輪を車両インナ側から見た外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
４０  ハブ輪、４１  フランジ部、４２  円板部、４３  張出し部、４４  ボルト挿入孔、５１  パイロット部、５２  軸嵌合孔、５３  パイロット内径部、５４  第１の円管状リブ、５５  第２の円管状リブ、５６  放射状リブ、５７，５８  凹部、６１  内輪、６２  軌道面、６３  シールランド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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