技術動向

ハブユニット軸受の最新技術動向
Latest Technical Trend of Hub Unit Bearing
沼田哲明

T. NUMATA

Facing the increasing pressing needs for compact, light-weight and high performing automotive parts, and the trend
toward modularization, the automotive wheel bearings have evolved into hub unit bearings. More recently, the Generation
III hub unit bearings have been in high volume production.
In this paper, various problems and technology to cope with them concerning Generation III hub unit bearings areintroduced.
Key Words: hub unit bearing, automotive wheel bearing, moment rigidity, FEM analysis, high-precision hub flangerunout

ハブシャフト1．はじめに外輪

近年の小型・軽量・高信頼性ニーズの高まりとモジュール化推進の流れの中，自動車用ホイール

ＡＢＳセンサ

軸受はナックルやハブシャフトなどの周辺部品を一部取り込むことでユニット化が進んできてい軸端かしめる．以下，これらをハブユニット軸受と称す．
さらに最近では，環境保全や安全性向上への取り組みが足回り部品にも要求されてきたため，自図1 第３世代ハブユニット軸受形状例
3rd generation hub unit bearing

動車用ホイール軸受も性能向上や高機能化へ，技術進化のニーズが高まってきている．
著者は，前報１）にてハブユニット軸受の技術動向についてデザイン面を中心に述べたが，本稿では最近の製品技術の取り組み事例を中心に紹介す表1 ハブユニット軸受の世代優劣
Advantages and disadvantages of 3rd generation hub unit
bearing

る．

項目

従動輪

駆動輪

第１世代

第３世代

第１世代

第３世代コスト

△○△△

軽量化

×○

×

△

2．ハブユニット軸受の技術課題と対応
ハブユニット軸受は，そのユニット化の形式か

略図

ら世代別に分類され，第１世代，第２世代，第３世代が既に量産されている．
図1には乗用車の従動輪用として最近主流になっている第３世代ハブユニット軸受の形状を示

寿命

△○△○

す．第３世代ハブユニット軸受とは，第１世代の性 剛性
能回転トルク

×○×○

△○

△○

△○

△

○

外輪にナックルに取り付けるためのフランジを一体化し，さらにアウタ側内輪とハブシャフトを一体化したものである．

フランジ振れセンサ配置性○○△△

乗用車では主として玉軸受タイプのハブユニッ

コンパクト

×○

×

△

ト軸受が搭載されているが，その世代進化の状況

総合評価

×○

は従動輪と駆動輪で異なっている．

×
優劣の順位

△○＞△＞×表1には車両から見たハブユニット軸受の世代優劣を第１世代と第３世代で相対比較して示す．

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Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

−ハブユニット軸受の最新技術動向−

従動輪では第１世代と比較して第３世代のメリットは顕著であり，既に第３世代が主流となっている．駆動輪では駆動軸とハブユニット軸受との3．解析シミュレーション技術の進化（開発期間短縮の取り組み）

接続部における寸法制約から，第３世代への変更

これまで，ハブユニット軸受の開発評価は実験によるコンパクト化・軽量化のメリットが従動輪に依存することが多かったため，試作品による評のように顕著に現れず，第３世代への進化が従動価で問題が発生した場合には，再度，設計〜試作輪のように進んでいない．

〜実験評価を繰り返す必要が生じ，開発期間の長しかし，今後のユニット化による組付け性向上期化を招いていた．のメリットも含めて考えると，駆動輪も第３世代

しかし，最近のコンピュータの処理能力向上，ハブユニット軸受へ進化するものと予想される．

数値解析技術の進歩により，これまで行えなかっ

したがって，今後の技術開発も第３世代ハブユニた領域にまで机上検討で踏み込めるようになってット軸受関連を中心に展開されていくと思われきた．

る．

当社では，開発期間短縮や試作コスト削減を実

図2には，第３世代ハブユニット軸受に関する現状のニーズと対応技術の一例を示す．

現するため，ＣＡＥを活用した開発のフロントローディングを推進し，最終目標を設計者自身がＣ

本稿ではこれらの課題と対応技術について紹介する．

ＡＥで評価できることとした取り組みを行っている．
ハブユニット軸受における具体的取り組みは，車のニーズ
開発期間短縮機能・性能向上
・操安性向上ハブユニット軸受への要求

織込み技術

フロントローディング

解析シミュレーション技術の進化

高剛性
高横荷重性能確保
一体化設計

高横荷重下の軸受解析
第３世代化（駆動輪）・ブレーキジャダー対策

ブレーキロータ
振れ低減

ロータ一体加工
フランジ振れ高精度化

・異音発生対策
安全・環境対応
・低燃費・軽量化
・車両制御の高度化

スティックスリップ音低減

異音発生解析技術

回転トルク低減
剛性を確保した軽量化
高機能センサの内蔵化

低トルクシール
軽量化解析
高分解能・正逆検知センサ（レゾルバ）
鍛造の高精度化
モノづくり革新

コスト低減

製造コストの低減

異音解析技術，強度・剛性解析のように実験評価の回数削減を目的とした取り組みの他，軸端かしめのように加工途上や完了後の応力状態などのメカニズムを把握し，普遍解を得ることを目的とした解析もある．
ここではその代表例として，強度・剛性解析と図2 現状のニーズと対応技術
Needs from vehicle and solutions in hub unit bearings
位置Ｂ

軸端かしめ解析の取り組みを紹介する．

3.1

強度・剛性解析

強度解析・変形解析はＦＥＭの基本解析として古くから使用されてきたが，最近では実験値と解析値の整合に取り組み，解析精度の信頼性が大幅に向上してきた．
位置Ａ

ＦＥＭ
実験値
荷重

最大
主応力値

ＦＥＭ
実験値
最大
主応力値
荷重

位置Ａ

位置Ｂ
荷重条件①

位置Ａ

位置Ｂ
荷重条件②

図3 応力の解析結果と実測結果の比較
Comparison between actual measurement result and analysis for stressKoyo Engineering Journal No.168 (2005)

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−ハブユニット軸受の最新技術動向−

当社では，ハブユニット軸受の強度・剛性に関して，ＦＥＭ解析と実験による実測データとの整合に取り組み，解析誤差を10％以内にする技術を２）確立した ．

図3はハブシャフトの応力整合性をＦＥＭ解析結果と実験結果で比較し確認した結果を示す．荷重条件を変更しても解析結果は高い整合性を得ていることがわかる．
また，図4にモーメント剛性について，解析結果と実験結果を比較した結果を示す．ここで実施

図5 軸端かしめシミュレーションの解析例
Simulation of shaft clinching

した手法は，ナックル（外輪含む）・ハブシャフトの剛性はＦＥＭで解析，軸受剛性は自社開発プログラムで計算し，全体のモーメント剛性は各部品4．機能・性能向上への対応別々に計算した数値を加算する手法を用いたもの
で，実験結果と高い整合性を得ていることがわか

ハブユニット軸受の第１世代から第３世代への進化に伴い，軸受メーカもユニットメーカとして，る．

車両の視点からの課題解決を要求されるようにな
ナックル+軸受+シャフト
軸受+シャフトシャフト
1.00

ここでは，第３世代ハブユニット軸受で車両の機能・性能向上に貢献する技術開発に取り組んでＦＥＭ
実験値

0.80
傾き，degってきた．

きた事例を紹介する．

0.60

4.1

0.40

高剛性・高横荷重への対応

0.20

近年の車両運動制御の進化はめざましく，アン

0.00

チロックブレーキシステム（以下ＡＢＳと称す）の0500

1 000
1 500
2 000
モーメント，kN・mm

2 500

図4 剛性の解析結果と実測結果の比較
Comparison between actual measurement result andanalysis for moment rigidity

標準装着など，安全性・快適性向上のため，さまざまなシステム制御技術が導入されている．
一方，足回り部品に負荷される荷重は車両制御の高度化に伴なって増大する傾向にあるため，最近のハブユニット軸受では特に横荷重の増大に対3.2

軸端かしめ解析する強度向上が求められる．さらに操舵性向上か軸端かしめとは，インナー側内輪を圧入したハらも高剛性のハブユニット軸受が必要となる．

ブシャフトの端部を揺動鍛造により変形させ，そ実際の設計では，これらの要求性能に軽量化・の変形によりインナー側内輪の保持と適正な軸力コンパクト化を加味した設計を，3項で紹介したを与える技術である．

解析技術などを駆使して，行うことになる．

この軸端かしめの採用により，車両組立工程に当社では，高横荷重下特有の軸受解析に取り組おける軸受予圧の管理が不要となるだけでなく，んでおり，シミュレーションを駆使した最適設計

従来のナット締結構造ではできなかった緩み対策をカーメーカに提案している．

による信頼性向上も図れるため，最近は急激に採

図6は，高横荷重を負荷された時の外輪変形状態を解析した結果の一例である．3.1項で述べた

用増加傾向にある．
反面，揺動かしめという特殊な塑性加工によるように，ハブユニット軸受のモーメント剛性は軸締結構造ゆえ，そのメカニズムを実験的に可視化

受剛性と部品の弾性変形による剛性との加算値ですることは困難であり，メカニズム解明にはＣＡ評価できるため，外輪変形が大きいと全体剛性がＥによる解析が不可欠となる．

低下してしまう．ここでは，高横荷重下での剛性

図5は，軸端かしめ工程をシミュレーション解２）

析した結果を時系列で示す ．この解析技術の進化により，これまで把握することが困難であった
かしめ工程途中の応力状態を把握し，最適化設計確保のため，外輪フランジ部形状を工夫し，高剛性を確保する設計を成立させた．
図7は，図6の外輪と組合せることができるハブシャフトの応力を解析した結果を示す．

を図ることが可能になった．

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Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

−ハブユニット軸受の最新技術動向−

コーナーアッセンブリのロータ振れ精度
単純組立
位相合せ
単体振れ精度ハブユニット軸受
ロータ

図6

高横荷重条件下での外輪変形解析結果
FEM analysis for outer ring deformation振れ精度，lm

10080604020
従来

Phase1
Phase2Phase3
03年
04年
06年
加工精度向上 加工精度向上 ハブユニット
最適形状設計 組立品加工

Phase4
企画中ロータ一体加工

図8 フランジ振れ高精度化の取り組み
Development for high-precision hub flange runout
しかし，ブレーキジャダー・鳴き発生防止に対

図7 ハブシャフト応力解析結果
FEM analysis for shaft stress
軸受を高剛性に設計する場合，一般にボールピッチ円径を大きくした設計をすることになる．しかし，このような設計をすると体格が大きくなり質量も増加する．そこで，軽量化を図るためにハブシャフト内径側を中空化設計することになるが，高負荷を受けると，この中空内径側が最大応力発生点となり，軸折れの原因になってしまう．
ここでは，3.1項にて整合性を検証した手法で応力解析を行ない，ハブシャフトが必要強度を確保しつつ軽量化となる中空形状を設計し，量産化に至っている．

4.2

フランジ振れ高精度化

車両でのブレーキジャダー・ブレーキ鳴き対策として，ディスクロータの振れ低減のため，ハブフランジの振れを高精度化する技術に取り組んでいる．
図8は，アクスル組立品におけるロータ振れ精度の進化を示す．
これまで，ハブユニット軸受およびロータについて，構成部品単品の設計改善や加工改善などで振れ精度向上に取り組んできた．また，部品単品精度で組立品の要求精度を満足できない場合には，ハブシャフトのフランジ振れとロータ振れをそれぞれ測定した上で，組立時に位相合わせを実施し，アクスル組立品のロータ振れの高精度化に対応してきた．
（Phase1，2）するロータ振れ精度の寄与率がクローズアップされる中で，最近は個別部品の改善で対応しきれない精度にまで改善要求されるようになってきた．
そこで，最近のハブユニット軸受では，ハブユニット軸受の組立品状態でフランジ面を加工する技術を開発し，単体部品の組立で得られなかった精度にまで対応できるようになってきた．
（Phase3）
今後さらに精度向上させようとする場合には，ハブユニット軸受とロータを組付けたアクスル組立品状態でロータ面を加工する方法も考えられる（Phase4）．ただし，背反としての課題も多いため，現状で採用されているケースは少ない．

4.3

異音発生解析技術の向上

足回りの異音発生問題は，これまでカーメーカが主として解決に当たってきた問題であったが，第３世代ハブユニット軸受の採用拡大に伴ない軸受メーカで対応する場面が増加している．
ハブユニット軸受に関わる異音問題は，軸受本体から発生した音が問題視されることはほとんどなく，主としてロータ・ドライブシャフトとの接合部で発生する異音が問題となる．
図9はハブフランジ，ロータ，ホイールの接合面にて発生するスティックスリップ音を防止するため，フレッチングのＦＥＭ解析を行なった例で３）ある ．フレッチングは，接合部品の部分的剛性差により接合部に微小相対すべりが繰り返され接合面が摩耗する現象で，この摩耗粉が接合面の摩擦係数に影響し，スティックスリップ音を発生させている．したがって，運転中に接合面が接触したり離れたりする領域の接触面圧分布を解析し，Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

11−ハブユニット軸受の最新技術動向−

微小すべりの仕事量を算出することでフレッチング防止設計を検討することが可能となる．この面
圧解析結果は，並行して行なった実験評価結果とも一致するため，設計検討段階にてフレッチング

表2 ハブユニット軸受用シール形状と各リップにおけるシールトルク割合
Seal design of hub unit bearing and contribution of each lip
to seal torqueを防止する検討の有効な手段となった．

軸シール

パックシール③シール形状③②②①①①ラジアル40〜50％

主リップ②ラジアル

図9 ＦＥＭによるフレッチング解析結果
FEM analysis result for fretting status

5．安全・環境対応技術
最近の自動車業界では，燃費低減と快適性・安全性向上を図る車両制御技術の高度化について，重点的に技術開発が行なわれている．
足回り関連でも，燃費低減を目的とした低トルク化ならびに車両制御の高度化に貢献するセンサを内蔵したハブユニット軸受の開発に取り組んで30〜40％

補助リップ③アキシアル10〜30％

リップ

図10は従来のシールと低トルクシールの回転トルクを比較測定した結果を示す．パックシー
ル・軸シールとも，40％のトルク低減が確認できた．また，泥水耐久試験においても，低トルクシールが従来シールと同等の耐久性を有することが確認できた．

いる．
ここでは，これらの進化技術について紹介す5.1

回転トルクる．

低トルクシールの開発▲4 0 ％▲4 0 ％

近年，京都議定書に基づく炭酸ガス排出量の削減や，エネルギー枯渇を近未来に据えた社会倫理上の課題として，自動車の燃費低減は重要なテー

従来シール 低トルクシール 従来シール 低トルクシール
パックシール
軸シール

マとしてクローズアップされてきた．当社では，自動車の燃費低減ニーズに応えるため，ハブユニ

図10 シールの回転トルク測定結果
Torque measurement result

ット軸受のトルク低減に取り組んでいる．当社では，トルク寄与度の高いシールの低トルク化に取り組み，量産化した．
一般的なハブユニット軸受用シールの形状とシールトルクに占める各シールリップのトルク割合を表2に示す．回転トルクに対する割合の高いラジアル主リップとラジアル補助リップのしめしろ減少によりトルクを低減し，背反として考えられる耐泥水性低下に対しては，トルク寄与度の低いアキシアルリップのシール性を向上させることで，市場へ投入できる低トルクシールが設計できた．

この低トルクシールの開発により，ハブユニット軸受は従来比で約20％のトルク低減を達成した．

5.2

軽量最適化解析

ばね下重量の低減は，操舵性の向上・燃費低減
ニーズに対し多大な効果を及ぼす．ハブユニット軸受の小型・軽量化は，これらのニーズに応えるだけでなく，周辺部品の設計自由度を拡大する効果も伴なうため，第３世代ハブユニット軸受での重要検討項目になっている．
しかし，過度の軽量化は剛性の低下に伴なう操舵感低下を招くだけでなく，部品破損という足回り部品として最悪モードの故障を起こすことにも12

Koyo Engineering Journal No.168 (2005)

−ハブユニット軸受の最新技術動向−

レゾルバは，従来のＡＢＳセンサに比べて分解なる．
当社では，3.1項にて紹介した強度・剛性解析

能が圧倒的に細かいため，自動車の登坂路での後技術をベースに，第３世代ハブユニット軸受の軽退防止など位置制御を中心とした低速制御に有効量化を推進している．

である．

図11はその解析例で，従来比30％以上の軽量

図13には従来のＡＢＳセンサとレゾルバの分化を実現した一例である．このモデルは，強度・解能違いによる位置制御応答性の違いを示す．従

剛性を維持しつつ大幅軽量化した例であり，従来来のＡＢＳ用パルサでは分解能不足で過渡応答しでは設計者の勘に頼っていた軽量化アプローチてしまう領域でも，レゾルバの高分解能により正が，確立された解析手法によるアプローチに進化確な制御が可能となる．

した姿とも言える．
開発品デジタル信号
現行アクティブセンサ信号

応力レベル
大回
転速度

小a軽量化前s軽量化後

図11 ハブシャフトの最適軽量化実施例
Example of light weight hub shaft

5.3

高分解能・正逆検知センサの内蔵化

最近，ＡＢＳセンサがハブユニット軸受に内蔵化されるケースは増加傾向にあるが，車両制御の高度化に伴い，ＡＢＳセンサの出力信号をＡＢＳ以外の制御にも利用するケースが増加してきた．
したがって，ハブユニット軸受に内蔵するセンサにも，ＡＢＳセンサ以上のインテリジェント機能（高分解能・正逆検知・絶対角度検知など）を保有させる技術が将来必要になってくる．そこで，当社では次世代高機能センサの一つとして，ＶＲ形レゾルバをハブユニット軸受に内蔵化する開発に取り組んでいる．
図12は開発品の構造を示す．センサはステー
タとロータから成り，ロータは鉄芯ゆえ軸受内輪と一体化が可能である．
ステータ時間図13 従来のＡＢＳセンサとレゾルバの分解能比較
Resolution comparison between ABS sensor and resolver

6．コスト低減技術
最近の自動車部品は低コスト化の要求が強く，従来の製造工程を大きく変革する技術が強く求められている．
ハブユニット軸受においても，低コスト技術の取り組みが行なわれているので，その一例を紹介する．

6.1

鍛造の高精度化

鍛造技術は，最近になって金型技術の進歩により，ニアネットシェイプと称する高精度化が進んできた．図14には鍛造の高精度化により旋削取り代を削減した一例を示す．ハブユニット軸受では，鍛造・旋削という前工程がコストに占める割合が大きいため，鍛造の高精度化はコスト低減にコネクタ付カバー有効な手段となる．

高精度化
ロータ（内輪一体）

図12 高分解能・正逆検知センサ内蔵ハブユニット
軸受の構造
Structure of hub unit with bearing built-in resolver

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従来

図14 鍛造技術の高精度化
Precision forging

13

−ハブユニット軸受の最新技術動向−

6.2

モノづくり革新

当社では，現在ＰＰＩと称する「モノづくり革４）新」運動を推し進めている ．キーワードは「工程を変える」「設備を変える」「製品を変える」であり，「原点に返ってモノづくりを一新する」ことである．
この考えを基本として，①選択はめあい（ボールと軌道輪の寸法合わせをすることで軸受の内部すきまを調整する）の廃止②設備間を３次元的に連結していた搬送装置の２次元化（平面化）など従来であれば当り前であった工程を革新する取り組みを始めている．
これらの取り組みから，モノづくりにおける低コスト化・設備スペース削減による低コスト化・可動率向上による低コスト化が実現しつつあるだ
けでなく，これらの取り組みを全員参加で行うことによる意識改革が今後のコスト改革の源泉にもなる．

7．おわりに車両制御の高度化・自動車の燃費向上といった急激な環境変化の中で，大幅な採用増加の傾向にあるハブユニット軸受の最新技術動向について，その概要を述べた．
今後も，カーメーカのニーズを先取りし，部品メーカから魅力ある技術を提案するビジネス形態へ変革できるよう，開発を推進していきたい．

参考文献
１）沼田哲明：Koyo Engineering Journal, no. 162(2002) 33.
２）梶原一寿：Koyo Engineering Journal, no. 167(2005) 37.
３）山川耕志郎，梶原一寿：Koyo EngineeringJournal, no. 165 (2004) 42.
４）井坂雅一：Koyo Engineering Journal, no. 167

筆者(2005) 11.

沼田哲明*
T. NUMATA*

14

理事

軸受事業本部

ユニット技術部

Koyo Engineering Journal No.168 (2005)