(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部外周面に車輪を結合支持する為のフランジを形成したハブと、このハブの中間部外周面に直接形成した第一の内輪軌道と、上記ハブの他端部に形成された、この第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部と、外周面に第二の内輪軌道を形成して上記段部に外嵌された内輪と、内周面に上記第一の内輪軌道に対向する第一の外輪軌道及び上記第二の内輪軌道に対向する第二の外輪軌道を形成した外輪と、上記第一、第二の内輪軌道と上記第一、第二の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体と、上記段部に外嵌した内輪を上記ハブに対して固定する固定手段とを備え、このハブの一端面中央部に軽量化の為の円形の凹部を形成した車輪支持用ハブユニットに於いて、この凹部の内面は、この凹部の開口寄り部分に配置した、上記ハブの中心軸に対し傾斜した円すい凹面部の小径側端部と、曲率半径が一定である球状凹面部とを滑らかに連続させた形状であり、上記凹部の深さは、この凹部の開口部の直径の０．３〜０．８倍である事を特徴とする車輪支持用ハブユニット。
【請求項２】
円すい凹面部のハブの中心軸に対する傾斜角度が、３〜３０度である、請求項１に記載した車輪用ハブユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る車輪支持用ハブユニットは、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪は、車輪支持用ハブユニットにより懸架装置に支持する。図７は、従来から広く実施されている車輪支持用ハブユニットの１例を示している。この車輪支持用ハブユニット１は、ハブ２と、内輪３と、外輪４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちのハブ２の外周面の外端部（外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側を言い、各図の左側となる。反対に幅方向中央寄りとなる側を内と言い、各図の右側となる。）には、車輪を結合支持する為のフランジ６を形成している。又、このハブ２の中間部には第一の内輪軌道７を、同じく内端部には外径寸法が小さくなった段部８を、それぞれ形成している。
【０００３】
この段部８には、外周面に第二の内輪軌道９を形成した内輪３を外嵌している。上記ハブ２の内端部には雄ねじ部１０を形成し、この雄ねじ部１０の先端部を、上記内輪３の内端面よりも内方に突出させている。そして、この雄ねじ部１０に螺合した、請求項に記載した固定手段であるナット１１と、上記段部８の段差面１２との間で上記内輪３を挟持する事により、この内輪３を上記ハブ２の所定位置に結合固定している。尚、上記雄ねじ部１０の先端部外周面には、係止凹部１６を形成している。そして、上記ナット１１を所定のトルクで緊締した後、このナット１１の一部で上記係止凹部１６に整合する部分を直径方向内方にかしめ付ける事により、このナット１１の緩み止めを図っている。この図７に示した従来構造の場合には、上記雄ねじ部１０とナット１１とが、上記段部８に外嵌した内輪３を上記ハブ２に対して固定する固定手段を構成する。
【０００４】
又、上記外輪４の内周面には、上記第一の内輪軌道７と対向する第一の外輪軌道１３及び上記第二の内輪軌道９に対向する第二の外輪軌道１４を形成している。そして、これら第一、第二の内輪軌道７、９と第一、第二の外輪軌道１３、１４との間に上記転動体５、５を、それぞれ複数個ずつ設けている。尚、図示の例では、転動体５、５として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用のハブユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【０００５】
上述の様な車輪支持用ハブユニット１を自動車に組み付けるには、上記外輪４の外周面に形成した外向フランジ状の取付部１５により、この外輪４を懸架装置に固定し、上記フランジ６に車輪を固定する。この結果、この車輪を懸架装置に対し回転自在に支持できる。尚、上記外輪４の内周面と上記ハブ２及び内輪３の外周面との間で上記各転動体５、５を設置した空間１７の両端開口は、それぞれシールリング１８又は組み合わせシールリング１９により塞いでいる。
【０００６】
又、上記ハブ２の外端面（一端面）の中央部には、軽量化の為の円形の凹部２０を形成している。従来の場合、この凹部２０の断面形状は、上記ハブ２の外周面形状と近似させて、この凹部２０を形成した部分でこのハブ２の肉厚をほぼ均等にするべく、隣同士で湾曲方向が異なる３種類の円弧を、直接若しくは直線を介して滑らかに連続させた形状としていた。即ち、上記凹部２０の内周面を、この凹部２０の開口部側から、この凹部２０の内径側に曲率の中心を有する第一の曲面部２１と、この凹部２０の外径側に曲率の中心を有する第二の曲面部２２と、この凹部２０の内径側に曲率の中心を有する第三の曲面部２３とを設けている。このうちの第一、第三の曲面部２１、２３は凹曲面であり、第二の曲面部２２は凸曲面である。
【０００７】
次に、図８は、従来構造の第２例を示している。この第２例の車輪用ハブユニット１ａの場合には、ハブ２ａの内端部に形成した円筒部を直径方向外方に向け塑性変形させる事で構成した、請求項に記載した固定手段であるかしめ部２４により内輪３の内端面を抑え付け、この内輪３を上記ハブ２ａに対し固定している。その他の部分の構造及び作用は、図７に示した第１例の場合と同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図７〜８に示した様な従来構造の場合、ハブ２、２ａの外端面中央部に形成する凹部２０の形状が必ずしも適正なものではない為、車輪支持用ハブユニット１、１ａの耐久性を確保しつつ軽量化を十分に図る事ができなかった。即ち、図７〜８に示した従来構造での凹部２０の形状は、ハブ２、２ａの外端部外周面でこの凹部２０の周囲部分に形成したフランジ６の根本部分の強度確保を考慮した形状ではなかった。この為、この部分の強度が不十分である場合には、上記凹部２０の容積を小さくし、この部分の肉厚を大きくする事で対応していた。
【０００９】
言い換えれば、上記フランジ６の根本部分の強度を確保しつつ上記ハブ２、２ａの軽量化を図る上での明確な設計指標がなく、従来から一般的に採用されていた形状の容積を変える事で、必要な強度を確保していた。この為、必要な強度は確保できても、十分な軽量化を図れていないのが現状である。
本発明は、この様な事情に鑑みて、必要な強度を確保しつつ、十分な軽量化を図れる構造を実現すべく発明したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の車輪支持用ハブユニットは、前述した従来の車輪支持用ハブユニットと同様に、一端部外周面に車輪を結合支持する為のフランジを形成したハブと、このハブの中間部外周面に直接形成した第一の内輪軌道と、上記ハブの他端部に形成された、この第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部と、外周面に第二の内輪軌道を形成して上記段部に外嵌された内輪と、内周面に上記第一の内輪軌道に対向する第一の外輪軌道及び上記第二の内輪軌道に対向する第二の外輪軌道を形成した外輪と、上記第一、第二の内輪軌道と上記第一、第二の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体と、上記段部に外嵌した内輪を上記ハブに対して固定する固定手段とを備える。そして、このハブの一端面中央部に軽量化の為の円形の凹部を形成している。
特に、本発明の車輪支持用ハブユニットに於いては、この凹部の内面は、この凹部の開口寄り部分に配置した、上記ハブの中心軸に対し傾斜した円すい凹面部の小径側端部と、曲率半径が一定である球状凹面部とを滑らかに連続させた形状である。又、上記凹部の深さは、この凹部の開口部の直径の０．３〜０．８倍である。
【００１１】
【作用】
上述の様に構成する本発明の車輪支持用ハブユニットにより、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する作用は、従来の車輪支持用ハブユニットと同様である。
特に、本発明の車輪支持用ハブユニットの場合には、ハブの一端面中央部に形成する凹部を、円すい凹面部と球状凹面部とを滑らかに連続させた形状とすると共に、この凹部の深さを、この凹部の開口部の直径の０．３〜０．８倍としているので、この凹部を形成する事でフランジの根本部分への応力集中を緩和できる。この為、この根本部分並びに上記凹部の内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部の容積を大きくして、十分な軽量化を図れる。
尚、上記凹部の深さがこの凹部の開口部の直径の０．３倍未満の場合には、この凹部の容積が不十分で、十分な軽量化を図れなくなる。反対に、上記凹部の深さがこの凹部の開口部の直径の０．８倍を越えて大きくなると、上記根本部分及び凹部の内径面部分の何れかの部分の発生する応力値が、従来品と同等になる。従って、必要な強度を確保する為には、上記直径を小さくして上記凹部の容積を小さくする必要が生じ、やはり十分な軽量化を図れなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に関する参考例の第１例を示している。尚、本参考例の特徴は、ハブ２ｂの外端面中央部に形成する凹部２０ａの形状にある。その他の部分の構造及び作用に就いては、前述の図７〜８に示した何れかの従来構造と同様であるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。
【００１３】
本参考例の場合、上記ハブ２ｂの外端面中央部に形成する凹部２０ａを、点Ｏ20a を中心とし、曲率半径がＲ20a である、部分球状凹面としている。この様な凹部２０ａの曲率半径の中心点Ｏ20a は、この凹部２０ａ外、即ち、上記ハブ２ｂの外端面よりも外方に外れた部分に存在する。又、この凹部２０ａの底面中央部には、断面円形の中心孔２５を、ボール盤等を使用した切削加工により形成している。この中心孔２５は、上記ハブ２ｂの各部を加工する際の位置決めの役目を果たすと共に、このハブ２ｂの軽量化にも寄与する。
【００１４】
上述の様な凹部２０ａの本体部分の深さ（上記中心孔２５が存在しないと仮定した場合の凹部２０ａの深さ。以下同じ。）Ｈ20a は、この凹部２０ａの開口部の直径Ｄ20a の０．３〜０．８倍｛Ｈ20a ＝（０．３〜０．８）Ｄ20a ｝としている。尚、上記凹部２０ａの開口部に面取り等が存在する場合でも、上記開口部の直径Ｄ20a は、この面取り等が存在しないと仮定した場合の大きさで、上記深さＨ20a を規制する。
【００１５】
上述の様に構成する本参考例の車輪支持用ハブユニットの場合には、上記ハブ２ｂの外端面中央部に形成する凹部２０ａを、部分球状凹面のボウル型としているので、この凹部２０ａを形成する事で、上記ハブ２ｂの外端部外周面に形成したフランジ６の根本部分への応力集中を緩和できる。この為、この根本部分並びに上記凹部２０ａの内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部２０ａの容積を大きくして、十分な軽量化を図れる。
【００１６】
図２には、前述の図７〜８に示した従来構造の凹部２０と、上述した本参考例の第１例の凹部２０ａとを重ね合わせて描いている。この様な図２で、斜格子で示したα部分は、従来構造に比べて本参考例の構造が厚肉になる部分である。これに対して、黒く塗り潰したβ部分は、従来構造に比べて本参考例の構造が薄肉になる部分である。これらα、β両部分の面積を比較すれば明らかな通り、本参考例の場合の凹部２０ａは、従来構造の凹部２０に比べて容積が大きく、その分、上記ハブ２ｂの軽量化を図れる。
【００１７】
次に、図３は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合には、凹部２０ｂの開口寄り部分を、ハブ２ｃの中心軸に対し角度θだけ傾斜した円すい凹面部２６としている。そして、この円すい凹面部２６の小径側端部と、曲率半径がＲ27である球状凹面部２７とを、滑らかに連続させている。尚、上記円すい凹面部２６の傾斜角度θは、３〜３０度の範囲に規制する。この様な本例の場合も、上記凹部２０ｂの本体部分の深さＨ20b をこの凹部２０ｂの開口部の直径Ｄ20b の０．３〜０．８倍｛Ｈ20b ＝（０．３〜０．８）Ｄ20b ｝の範囲に規制する事で、フランジ６の根本部分並びに上記凹部２０ｂの内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部２０ｂの容積を大きくして、上記ハブ２ｃの軽量化を十分に図れる。
【００１８】
次に、図４は、本発明に関する参考例の第２例を示している。本参考例の場合には、凹部２０ｃの開口寄り部分を、曲率半径がＲ28である第一の円弧状凹面部２８により、中間部分を曲率半径がＲ29である第二の円弧状凹面部２９により、底部を曲率半径がＲ30である球状凹面部３０により、それぞれ形成し、隣り合う凹面部２８〜３０の端部同士を滑らかに連続させている。この様な本参考例の場合も、上記凹部２０ｃの本体部分の深さＨ20c をこの凹部２０ｃの開口部の直径Ｄ20c の０．３〜０．８倍｛Ｈ20c ＝（０．３〜０．８）Ｄ20c ｝の範囲に規制する事で、フランジ６の根本部分並びに上記凹部２０ｃの内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部２０ｃの容積を大きくして、ハブ２ｄの軽量化を十分に図れる。
【００１９】
次に、図５は、本発明に関する参考例の第３例を示している。本参考例の場合には、凹部２０ｄの開口寄り部分を構成する第一の円すい凹面部３１と、中間部分を構成する第二の円すい凹面部３２と、底部３３とを、それぞれの曲率半径がＲ34、Ｒ35である、第一、第二の円弧状曲面部３４、３５により、滑らかに連続させている。この様な本参考例の場合も、上記凹部２０ｄの本体部分の深さＨ20d をこの凹部２０ｄの開口部の直径Ｄ20d の０．３〜０．８倍｛Ｈ20d ＝（０．３〜０．８）Ｄ20d ｝の範囲に規制する事で、フランジ６の根本部分並びに上記凹部２０ｄの内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部２０ｄの容積を大きくして、ハブ２ｅの軽量化を十分に図れる。尚、上記底部３３は、後述する平坦面部に相当する。
【００２０】
次に、図６は、本発明に関する参考例の第４例を示している。本参考例の場合には、凹部２０ｅの底部に、ハブ２ｆの中心軸に対し直角方向に存在する平坦面部３６を設けている。そして、この平坦面部３６の外周縁と、曲率半径がＲ37である球状凹面部３７の内径側端部とを、小さな曲率半径を有する曲面部を介し、滑らかに連続させている。本参考例の場合、この平坦面部３６の直径Ｄ36を、上記凹部２０ｅの開口部の直径Ｄ20e の０．０５〜０．４倍｛Ｄ36＝（０．０５〜０．４）Ｄ20e ｝としている。この様な本参考例の場合も、上記凹部２０ｅの本体部分の深さＨ20e をこの凹部２０ｅの開口部の直径Ｄ20e の０．３〜０．８倍｛Ｈ20e ＝（０．３〜０．８）Ｄ20e ｝の範囲に規制する事で、フランジ６の根本部分並びに上記凹部２０ｅの内径面部分の強度を確保しつつ、この凹部２０ｅの容積を大きくして、ハブ２ｆの軽量化を十分に図れる。尚、上記平坦面部３６は、上記各部分の強度を確保しつつ、上記凹部２０ｅの容積を大きくする為に設けるが、上記平坦面部３６の直径Ｄ36が、上記凹部２０ｅの開口部の直径Ｄ20e の０．０５倍未満の場合には、上記平坦面部３６を設ける意味がなくなる。反対に、上記平坦面部３６の直径Ｄ36が、上記凹部２０ｅの開口部の直径Ｄ20e の０．４倍を越えて大きくなると、上記各部分に加わる応力の値が、前述した従来構造の場合と同等になる。従って、上記平坦面部３６を設ける場合でも、この平坦面部３６の直径Ｄ36を、上記の範囲に規制する。
【００２１】
【実施例】
本発明の効果を確認する為に、本発明者が図７〜８に示した従来構造と、図１、３、４、５に示した本発明の１例、及び本発明に関する参考例の第１〜３例の構造とに就いて、各部に加わる応力の値をＦＥＭ構造解析により求めた結果に就いて説明する。この解析の前提として、各例に於ける各部の寸法（単位はmm）を、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示す様に規制した。この図９の（Ａ）は従来構造の場合を、（Ｂ）本発明に関する参考例の第１例の構造の場合を、（Ｃ）は本発明の１例の構造の場合を、（Ｄ）は本発明に関する参考例の第２例の構造の場合を、（Ｅ）は同じく第３例の構造の場合を、それぞれ示している。
【００２２】
又、発生する応力を求めた部分は、フランジ６の外側隅Ｒ部｛図９（Ａ）の鎖線ａ部分｝、同じく内側隅Ｒ部｛図９（Ａ）の鎖線ｂ部分｝、各凹部の内径面｛図９（Ａ）の鎖線ｃ部分｝の３個所部分とした。又、これら各部分で発生する応力のうちで最も大きな応力の値を、当該部分に発生する応力として、他の場合と比較した。その結果を、次の表１に示す。尚、この表１は、図９（Ａ）に示した従来構造の場合に、上記各部分で発生する応力の値を１００とし、他の場合をこの値に対する割合として記載した。
【００２３】
【表１】
0004224898.tif 000002
【００２４】
この様なＦＥＭ解析の結果を示す表１から明らかな通り、本発明の車輪支持用ハブユニットによれば、ハブの外端面に形成する凹部の容積を大きくしても、各部に発生する応力の値を低くして、上記フランジ６の根本部分の強度を十分に確保できる。従って、この根本部分に要求する強度を従来と同じとすれば、ハブの外端面に形成する凹部の容積をより大きくして、このハブ並びにこのハブを組み込んだ車輪支持用ハブユニットの軽量化をより大幅に図れる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、必要な強度を確保しつつ軽量化を図る事ができ、自動車のばね下荷重を低減して、自動車の走行性能、燃費性能、乗り心地性能の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する参考例の第１例を示す、図７のＡ部に相当する部分断面図。
【図２】  参考例の第１例の構造が従来構造に比べて軽量化を図れる程度を示す為の、図１と同様の図。
【図３】  本発明の実施の形態の１例を示す、図１と同様の図。
【図４】  本発明に関する参考例の第２例を示す、図１と同様の図。
【図５】  同第３例を示す、図１と同様の図。
【図６】  同第４例を示す、図１と同様の図。
【図７】  従来構造の第１例を示す半部断面図。
【図８】  同第２例を示す部分断面図。
【図９】  本発明の効果を確認する為の行なったＦＥＭ構造解析の前提となる寸法を示す部分断面図。
【符号の説明】
１、１ａ  車輪支持用ハブユニット
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｅ、２ｆ  ハブ
３  内輪
４  外輪
５  転動体
６  フランジ
７  第一の内輪軌道
８  段部
９  第二の内輪軌道
１０  雄ねじ部
１１  ナット
１２  段差面
１３  第一の外輪軌道
１４  第二の外輪軌道
１５  取付部
１６  係止凹部
１７  空間
１８  シールリング
１９  組み合わせシールリング
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ  凹部
２１    第一の曲面部
２２    第二の曲面部
２３    第三の曲面部
２４    かしめ部
２５    中心孔
２６    円すい凹面部
２７    球状凹面部
２８    第一の円弧状凹面部
２９    第二の円弧状凹面部
３０    球状凹面部
３１    第一の円すい凹面部
３２    第二の円すい凹面部
３３    底部
３４    第一の円弧状凹面部
３５    第二の円弧状凹面部
３６    平坦面部
３７    球状凹面部
【図１】
0004224898.tif 000003
【図２】
0004224898.tif 000004
【図３】
0004224898.tif 000005
【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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