JP2005067430A - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスクロータ及び車輪を支持する為のフランジ６全体の強度を、このフランジ６の厚さとの関係で効果的に向上させる。そして、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軽量化を図ると共に、このフランジ６に車輪を支持固定する事に伴うこのフランジ６の変形を抑え、上記ディスクロータの振れに伴うジャダーを抑える。
【解決手段】 ハブ輪２を、Ｃを０．５重量％以上含む炭素鋼製とする。又、上記フランジ６のうちでスタッド１８を設ける部分の厚さｔを５〜１２mmとする。そして、この厚さｔ［mm］と、上記フランジ６部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖとの積「Ｈｖ＊ｔ」を、１７００以上とする。或は、上記厚さｔ［mm］と、上記フランジ６部分の鋼材の降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」を、３４００以上とする。この構成により、上記フランジ６の板厚増大を抑えつつ、上記スタッド１８に螺合したナットの緊締に伴う、上記フランジ６の変形を抑え、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。

自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為に、例えば図１〜２に示す様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａが、広く使用されている。このうちの図１に示した第１例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、特許文献１に記載されたもので、ハブ輪２と、内輪３と、外輪４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちのハブ輪２の外周面の外端部（軸方向に関して外とは、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、図１〜３の左側。反対に幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関する内と言い、図１〜３の右側。本明細書全体で同じ。）には、車輪を支持する為のフランジ６を形成している。又、このハブ輪２の中間部外周面には第一の内輪軌道７ａ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。そして、この段部８に、外周面に第二の内輪軌道７ｂを形成した、上記内輪３を外嵌している。又、この内輪３の内端面は、上記ハブ輪２の内端部に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げる事で形成したかしめ部９により抑え付けて、上記内輪３を上記ハブ輪２の所定位置に固定している。又、上記外輪４の内周面には複列の外輪軌道１０、１０を形成し、これら両外輪軌道１０、１０と上記両内輪軌道７ａ、７ｂとの間に上記各転動体５、５を、それぞれ複数個ずつ設けている。

次に、図２に示した第２例の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａは、図示しない支持軸に外嵌された状態で回転しない１対の内輪３ａ、３ａの周囲に、外周面に車輪を支持する為のフランジ６ａを形成したハブ輪２ａを配置している。そして、このハブ輪２ａの内周面に形成した外輪軌道１０ａ、１０ａと上記各内輪３ａ、３ａの外周面に形成した各内輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつの転動体５、５を設けている。
尚、図１〜２に示した例は何れも、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転がり軸受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。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａを自動車に組み付けるには、外輪４の外周面に形成した外向フランジ状の取付部１１をナックル等の懸架装置の構成部品にねじ止め固定する事により（図１の構造の場合）、或は１対の内輪３ａ、３ａを支持軸に外嵌固定する事により（図２の構造の場合）、静止輪である上記外輪４或は内輪３ａ、３ａを懸架装置に支持する。又、ハブ輪２、２ａの外周面に形成したフランジ６、６ａに車輪及びディスクロータを固定する。この結果、これら車輪及びディスクロータを、懸架装置に対し回転自在に支持する事ができる。尚、上記フランジ６、６ａにこれら車輪及び制動用回転体を固定する為に、このフランジ６、６ａに形成した支持孔にスタッドの基端部を圧入固定したり、或はボルトを螺合させる為のねじ孔を形成する。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａを構成するハブ輪２、２ａは、熱間鍛造性や切削性を確保する事を考慮して、Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼で造っている。製造時には、先ず、所定長さに切断した棒状の素材を、高周波誘導加熱により１１００〜１２００℃程度のオーステナイト域まで加熱してから、熱間鍛造により所定の形状とした後放冷して、中間素材とする。この加工作業の際、オーステナイト粒界から初析フェライトが析出した後、室温程度に冷却されるまでの間に起こるパーライト変態によって、初析フェライトとパーライトとが複合した組織が得られる。この様な組織の大部分は、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理を施す事なく、そのまま使用される。上記ハブ輪２、２ａは、この様にして得た中間素材に、旋削、研削、穿孔等の仕上加工を施す事により得る。又、転がり疲労寿命確保、及び、嵌合部のフレッチング防止の為に、図１に示す様に、フランジ６の軸方向内側面側の付け根部分及び前記第一の内輪軌道７ａから段部８までの領域（斜格子で示す部分）に、高周波焼き入れによる硬化層を形成する。これに対して、上記ハブ輪２、２ａのうちで、上記フランジ６、６ａを含む多くの部分は、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理を施す事なく、熱間鍛造後に冷却したままの状態で使用されている。この理由は、上記フランジ６、６ａに上記支持孔或は上記ねじ孔を形成する作業を容易にしたり、前記かしめ部９の形成作業を可能にする為である。

又、近年、自動車の燃費向上並びに走行性能の向上の為、車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａの軽量化に関する要求が高くなっており、車輪を支持する為のフランジ６、６ａの薄肉化に就いても考慮されている。但し、このフランジ６、６ａを薄肉化すると、このフランジ６、６ａの強度が低下して、このフランジ６、６ａに車輪を結合固定する為、上記スタッドとナットとを緊締したり、或は上記ねじ孔に螺合したボルトを緊締する際に、上記フランジ６、６ａのうちで上記スタッドの基端部を内嵌した取付孔或は上記ねじ孔の周囲部分が変形し易くなる。そして、この変形の結果、上記車輪と共に上記フランジ６、６ａに結合固定されているディスクロータの、上記ハブ輪２、２ａの回転中心に対する直角度が悪化する。即ち、被制動面であるこのディスクロータの両側面は、上記ハブ輪２、２ａの回転中心に対し直角方向に存在すべきものであるが、上記変形に基づき、この回転中心に対する上記両側面の直角度が悪化する。この結果、上記ディスクロータの両側面が回転に伴って軸方向に変位する、所謂振れが発生する。この様な原因で生じる振れの振幅は数十μｍ程度であるが、制動時にジャダーと呼ばれる振動が発生する原因となる。

この様に、上記スタッドとナットとの緊締、或は上記ねじ孔に螺合したボルトの緊締により、上記振動の原因となるフランジ６、６ａの変形が生じる理由に就いて、図３により説明する。この図３に示した構造は、フランジ６ｂに形成したねじ孔１２にボルト１３を螺合し更に緊締する事で、このフランジ６ｂにディスクロータ１４と、車輪を構成するホイール１５とを結合固定した状態を示している。上記ボルト１３の緊締によりこれらディスクロータ１４及びホイール１５は、上記フランジ６ｂの外側面に押し付けられるが、この押し付け力の作用中心は、上記ボルト１３の中心軸α上に存在する。一方、上記ホイール１５の内側面のうちで上記フランジ６ｂの外側面に対向する部分は、上記ボルト１３を挿通する為の通孔１６を囲む状態で、内方に突出している。従って、上記ホイール１５の内側面のうちでこの通孔１６を囲む部分には、摺鉢状の傾斜凹面１７が形成されている。この様な傾斜凹面１７は、図１〜２に示した様にフランジ６、６ａ側にスタッド１８を固定した構造で、このスタッド１８を上記通孔１６に挿通する案内とする為、更には傾斜凹面１７部分の弾性変形に基づくスプリング力を利用して上記ボルト１３等の緩み止めを図る為に必要である。尚、スタッド１８の案内の面からは、上記傾斜凹面１７は、図３に示す様に、フランジ６ｂ側にねじ孔１２を形成した構造の場合、必ずしも必要ではない。但し、図３に示した構造よりも図１〜２に示した構造の方が圧倒的に多いし、緩み止め機能に関しては、図３に示した構造でも必要である為、鋼板をプレス加工して成る、殆どのホイール１５に設けられている。又、軽合金を鋳造或は鍛造して成るホイールの内側面にも、同様の傾斜凹面が形成されている。

何れにしても、上記ホイール１５の内側面と上記フランジ６ｂとは、上記傾斜凹面１７の周縁部分（図３の鎖線β、γ部分）で、上記ディスクロータ１４を介して突き合わされる。これに伴って上記フランジ６ｂには、上記ボルト１３の緊締に伴って、曲げ応力が加わる。即ち、このボルト１３を緊締すると、このボルト１３と上記ねじ孔１２との螺合部から上記フランジ６ｂに、図３の左向きの力が加わる。これに対して、上記傾斜凹面１７の周縁部に対向する部分に、図３の右向きの力が加わる。そして、上記フランジ６ｂのうちで上記ねじ孔１２の周囲部分に曲げ応力が加わり、このフランジ６ｂが僅かとは言え変形する。この変形は、このフランジ６ｂの円周方向等間隔複数個所に設けた上記ねじ孔１２毎に、不均一に発生する。この結果、上記ホイール１５と共にこのフランジ６ｂに固定した上記ディスクロータ１４が傾斜し、前記ジャダーと呼ばれる振動に結び付く振れが発生する。

即ち、ディスクブレーキは、懸架装置側に支持したキャリパに内蔵したピストンの押し出しにより、上記ディスクロータを挟んで配置した１対のパッドのライニングをこのディスクロータの両側面に押し付けて、制動力を発生する。この際、このディスクロータのうちで上記両パッドに挟まれた部分が軸方向に変位すると、例え変位の振幅が数十μｍ程度の小さな値であっても、上記ジャダーと呼ばれる振動を発生させる。この様に、単にフランジを薄肉化する事で、このフランジが変形すると、乗り心地を中心とする、自動車の性能を悪化させる原因となる。この様な性能の悪化を生じさせる事なく、上記フランジを薄肉化して軽量化を図る為には、このフランジのうちで上記車輪を結合固定する部分の剛性を向上させる必要がある。

車輪支持用転がり軸受ユニット用のハブの如く、一部分を高周波焼き入れして使用する機械構造用鋼の非熱処理部の強度を向上させる技術として、特許文献２に記載されたものが知られている。この特許文献２に記載された従来技術の場合には、炭素鋼中に積極的に合金元素を添加し、強度向上を図るとしている。但し、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａを構成するハブ輪２、２ａの場合、径方向外方に大きく突出したフランジ６、６ａを有する複雑な形状の加工性と、内輪軌道７ａ或は外輪軌道１０ａ、１０ａ部分の転がり疲れ寿命の確保との両立を考慮すると、材料の強度向上のみでは十分な効果を得る事は難しい。

又、特許文献３には、フランジの外側面側の付け根部分にも、内側面側の付け根部分と同様に、高周波焼き入れによる表面硬化層を形成する事によって、このフランジの外側面側の付け根部分の強度向上を図った構造が記載されている。但し、この様な特許文献１に記載された構造は、上記フランジの付け根部分の強度向上を図る事を意図しているのみで、前記スタッドとナットとの緊締、或は前記ねじ孔に螺合したボルトの緊締に基づく、これらスタッドの基端部を内嵌した支持孔或はねじ孔の周囲部分の変形を抑えるものではない。従って、この様な変形に基づくディスクロータの振れを抑える事はできない。

特開２００２−２１８５８号公報 特開平１０−３２４９５１号公報 特開２００２−８７００８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ディスクロータ及び車輪を支持する為のフランジ全体の強度を、このフランジの厚さとの関係で効果的に向上させる事で、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を図ると共に、このフランジに車輪を支持固定する事に伴うこのフランジの変形を抑え、上記ディスクロータの振れに伴うジャダーを抑えるべく発明したものである。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、何れも、静止輪と、ハブ輪と、外輪軌道と、内輪軌道と、複数個の転動体と、フランジとを備える。
このうちの静止輪は、使用時に懸架装置に支持されて回転しない。
又、上記ハブ輪は、上記静止輪と同心に配置され、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する。
又、上記外輪軌道は、上記ハブ輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられている。
又、上記内輪軌道は、上記ハブ輪と上記静止輪とのうちの他方で、径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられている。
又、上記各転動体は、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられている。
更に、上記フランジは、上記ハブ輪の外周面に設けられている。
そして、スタッド或はボルト等の複数本のねじ杆部材により、上記フランジに車輪を結合固定した状態で使用される。

特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記ハブ輪が、Ｃを０．５重量％以上含む炭素鋼製であり、上記フランジのうちで上記ねじ杆部材を設ける部分の厚さｔが５〜１２mmである。
そして、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記厚さｔ［mm］と、上記フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖとの積「Ｈｖ＊ｔ」が、１７００以上である。
又、請求項４に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記厚さｔ［mm］と、このフランジ部分の鋼材の降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」が、３４００以上である。尚、この降伏強度σ_Y とは、引っ張り試験に於いて、材料が塑性変形し始める応力を言う。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、軽量化を図るべく、ハブ輪の外周面に設けられたフランジの厚さを１２mm以下に抑えても、ねじ杆部材の緊締に伴う、このフランジの変形を抑えられる。
即ち、フランジのうちで上記ねじ杆部材を設ける部分の厚さｔと、フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖと、同じく降伏強度σ_Y とは、何れもその値が大きくなる程、当該部分が応力に基づいて変形しにくくなる。従って、上記厚さｔと上記ビッカース硬度Ｈｖと降伏強度σ_Y とを何れも大きくすれば、上記ねじ杆部材の緊締に基づく上記フランジの変形を抑えて、このフランジに固定したディスクロータの振れを抑える事ができる。

先ず、上記厚さｔは、その値が大きくなる程、応力を受ける容積が増大し、単位容積当たりの応力の低減に基づき、変形を抑える事ができる。但し、上記厚さｔを、１２mmを越えて大きくすると、所期の目的である車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を図れなくなる。
又、上記ビッカース硬度Ｈｖは、その値が大きくなる程、単位容積当たりの単位応力に対する変形量を小さく抑える事に基づき、変形を抑える事ができる。但し、上記ビッカース硬度Ｈｖを徒に大きくすると、上記フランジに、スタッドの基端部を圧入固定する為の取付孔、或は、ボルトを螺合させる為のねじ孔を形成する作業が難しくなる。
更に、上記降伏強度σ_Y を大きくする事は、単位容積当たりの、塑性変形に結び付く応力を高くして、変形を抑える事ができる。但し、上記降伏強度σ_Y を大きくする為には、鋼材の組成を工夫する事のみでは限度がある。従って、この降伏強度σ_Y を大きくする為には、上記ビッカース硬度Ｈｖを高くする事も必要になる。この為、この降伏強度σ_Y を徒に大きくすると、このビッカース硬度Ｈｖを徒に高くした場合と同様に、上記フランジに、スタッドの基端部を圧入固定する為の取付孔、或は、ボルトを螺合させる為のねじ孔を形成する作業が難しくなる。

これに対して本発明の場合には、上記ビッカース硬度Ｈｖ及び上記降伏強度σ_Y を、前記フランジのうちで前記ねじ杆部材を設ける部分の厚さｔとの関係で適切に規制しているので、上記取付孔或はねじ孔の形成作業を面倒にする事なく、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化と、フランジに固定したブレーキロータの振れ防止とを図れる。
この結果、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、ジャダーの発生を抑えて乗り心地を中心とする性能を確保しつつ、軽量化による自動車の燃費向上並びに走行性能の向上を図れる。

本発明を実施する場合に好ましくは、フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖと、このフランジの厚さｔ［mm］との積「Ｈｖ＊ｔ」を２８００以上とする。この様にすれば、ねじ杆部材の緊締に伴うフランジの変形を、より微小に抑えられる。
又、好ましくは、上記フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖを３５０未満に抑える。この様にすれば、このフランジ部分に、ねじ杆部材であるスタッドの基端部を支持固定する取付孔や、同じくボルトを螺合させる為のねじ孔を形成する作業が面倒になる事を防止できる。尚、上記ビッカース硬度Ｈｖを３５０未満に抑えつつ、このビッカース硬度Ｈｖと上記厚さｔ［mm］との積「Ｈｖ＊ｔ」を１７００以上とする為には、この厚さｔを５mm以上確保する必要がある。逆に言えば、この厚さｔを５mm未満にして、しかも上記フランジの変形を抑えようとすると、上記ビッカース硬度Ｈｖが高くなり過ぎて上記取付孔やねじ孔の加工が面倒になる。
又、好ましくは、上記厚さｔ［mm］と、上記フランジ部分の鋼材の降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」を５６００以上とする。この様にすれば、ねじ杆部材の緊締に伴うフランジの変形を、より微小に抑えられる。

又、好ましくは、Ｍｎの含有量をＭｎ重量％とし、Ｓｉの含有量をＳｉ重量％とし、Ｃｒの含有量をＣｒ重量％とした場合に、ハブ輪を構成する炭素鋼中のＭｎとＳｉとＣｒとの含有量の合計が、０．２×Ｍｎ重量％＋０．１５×Ｓｉ重量％＋０．１×Ｃｒ重量％≧０．２０重量％を満たす。この様に構成すれば、上記ハブ輪を構成する炭素鋼の降伏強度σ_Y を高くして、上記厚さｔ［mm］と上記降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」を大きくし易くなる。
即ち、ハブ輪を構成している炭素鋼のうちで非焼き入れ部であるフランジは、前述した様に、熱間鍛造後の冷却時に析出した軟質のフェライトと硬質のパーライトの混合組織から成る。炭素鋼の降伏強度は、軟質のフェライトの強度が支配するが、このフェライトの強度は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒを添加する事により向上させる事ができる。この点に就いて、以下に説明する。

上記ハブ輪を構成する炭素鋼中の合金元素は、それぞれ以下の効果を奏する。
先ず、Ｃは、鋼の強度を大きく支配する元素で、フランジ部を含む非焼き入れ部では、セメンタイト中に溶けて硬質のパーライト組織を造る。又、軌道面部分等の焼き入れ部分ではこの焼き入れ部分の硬度を向上させる。この為にＣを添加するが、軌道面部分の硬度を十分に高くして、この軌道面部分の転がり疲れ寿命を確保する為には、最低でもＣを０．５重量％以上添加する必要がある。但し、Ｃを過剰に添加すると、上記ハブ輪全体の硬度が高くなり過ぎて切削性を低下させ、中間素材に切削加工を施してハブ輪を完成させる作業が面倒になる。従って、上記Ｃの添加量は、好ましくは０．８重量％以下に抑える。

次に、Ｍｎは、製鋼時に脱酸材として添加される元素で、オーステナイトを安定にする働きがある。従って、Ｍｎを添加する事により、軟らかいフェライトの面積率を減少させると共に、パーライト組織を微細化させる事により、鋼の強度を向上させる。但し、Ｍｎを過剰に添加すると、加工性を悪化させる。従って、Ｍｎの添加量は、０．５重量％以上、１．３重量％以下に規制する事が好ましい。
次に、Ｓｉは、製鋼時に脱酸材として添加される元素で、且つ、フェライト中に固溶してフェライトの強度を向上させる働きがある。但し、Ｓｉを過剰に添加すると、熱間鍛造の為の加熱時に表面の脱炭を促進させて、表面の硬度を低下させるだけでなく、切削性を悪化させる。従って、Ｓｉの添加量は、０．３重量％以上、１．０重量％以下に規制する事が好ましい。
更に、Ｃｒは、フェライト中に固溶して強化に寄与する他、焼き入れ性を向上させると共に炭化物を安定化させる効果がある。但し、Ｃｒを過剰に添加すると、加工性を悪化させる。従って、Ｃｒの添加量は、０．０５重量％以上、０．５０重量％以下に規制する事が好ましい。

上述の様に、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒは、Ｃとの関係で適正量添加する事により、鋼の硬度を向上させ、この鋼により造られたハブ輪外周面のフランジを変形しにくくできる。そこで本発明者は、下記の表１にＡ〜Ｌとして示した１２種類の材料を用意し、それぞれの材料に熱間鍛造加工を施して、外周面にフランジを有するハブ輪を構成し、このフランジの硬度を、ビッカース硬度Ｈｖとして測定した。そして、この硬度と上記各元素Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒの添加量との関係を調べた。

上述の様にして行なった実験の結果を、図４に示す。この図４中、横軸は、Ｃの含有量（Ｃ重量％）と、Ｍｎの含有量（Ｍｎ重量％）の０．２倍と、Ｓｉの含有量（Ｓｉ重量％）の０．１５倍と、Ｃｒの含有量（Ｃｒ重量％）の０．１倍との合計、即ち、Ｃ重量％＋Ｅα（＝０．２×Ｍｎ重量％＋０. １５×Ｓｉ重量％＋０. １×Ｃｒ重量％）である。尚、Ｍｎ重量％、Ｓｉ重量％、Ｃｒ重量％の前の係数（０．２、０．１５、０．１）は、硬度向上に対する各元素の寄与の程度を勘案しつつ、上記図４の横軸に記載したパラメータと、同じく縦軸に表した硬度との関係が直線的になる様に求めた。この様な図４から、「Ｃ重量％＋０．２×Ｍｎ重量％＋０．１５×Ｓｉ重量％＋０．１×Ｃｒ重量％」が大きくなる程鋼の硬度が高くなる事が分かる。

即ち、何れもフェライトの強度に影響する合金元素である、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒは、鋼中に添加する事で硬度向上に寄与する。そして、同様に鋼中に添加するＣがフェライトに固溶しない事を考慮すると、上記Ｅαのみが、鋼の降伏強度と硬度向上とに寄与している事になり、降伏強度σ_Y と硬度Ｈｖとの比「σ_Y ／Ｈｖ」は、上記Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒの含有量で決まる事になる。そして、前記表１のＡ〜Ｌに示した１２種類の鋼に関して、それぞれ、上記Ｅαの値を横軸に、降伏強度σ_Y と硬度Ｈｖとの比「σ_Y ／Ｈｖ」を縦軸に、それぞれ表す直交座標にプロットしたところ、図５に示す様なグラフを得られた。この図５から、上記Ｅαが０．２０重量％以上（Ｅα＝０．２×Ｍｎ重量％＋０. １５×Ｓｉ重量％＋０. １×Ｃｒ重量％≧０．２０重量％）の場合に、硬度（Ｈｖ）が同じとした場合に於ける降伏強度σ_Y を大きくできる事が分かる。

尚、上述の様に、硬度（Ｈｖ）が同じとした場合に於ける降伏強度σ_Y を大きくできる事は、加工性を確保しつつ、前記ハブ輪外周面のフランジを変形しにくくする為に重要である。この点に就いて、図６を参照しつつ説明する。この図６は、後述する表２にその実験結果を示した、上記フランジに対する旋削試験及び穿孔試験での工具寿命と、上記硬度（Ｈｖ）との関係を示している。この様な図６から明らかな通り、旋削加工に使用する工具にしても、穿孔作業に使用する工具にしても、上記フランジの硬度がＨｖ３５０を上回ると、極端に寿命が短くなる。従って、このフランジ部の硬さは、Ｈｖ３５０未満に抑える事が好ましい。この様な事情を考えた場合、上記Ｅαを０．２０重量％以上確保して、硬度Ｈｖの割合に降伏強度σ_Y を大きくする事が好ましい。即ち、変形防止の為に鋼中のＣの含有量を多くすると、単に硬度が高くて切削性が悪い鋼が得られる。そこで、Ｃの含有量を抑える代わりに、上記Ｅαを規制して降伏強度を向上させれば、加工性を確保しつつ変形防止を効果的に図れる。そして、現状の素材に対してコスト上昇を抑えつつ、フランジの厚さを低減しつつこのフランジの変形を抑えて、ディスクロータの振れに基づく、ジャダーと呼ばれる振動の発生を抑えられるので、好ましい。但し、上記Ｅαが０．４重量％を越えると、加工性が悪化する。従って、このＥαは、０．４重量％以下に抑える事が好ましい。

本発明の特徴は、ディスクロータ及び車輪を支持固定する為のフランジを薄肉化した場合でもこのフランジの変形を抑えて、ジャダーと呼ばれる振動が発生する事を防止する点にある。図面に表れる構造は、前述の図１、２に示した構造を含め、従来から知られている各種構造の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様であるから、重複する説明は省略し、以下、本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。

先ず、前記表１に記載した組成を有する鋼材を切断して棒状の素材とした後、１２００℃まで高周波誘導加熱し、熱間鍛造により所定の形状に仕上げた。次いで、ショットブラストにより表面の酸化膜を除去した後、旋削、フランジの穿孔、タップ孔加工、軌道面の高周波焼き入れ・研磨を行なって、駆動輪用の複列アンギュラ型玉軸受型式の車輪支持用転がり軸受ユニットとした。複列に配置された転動体同士の軸方向に関する距離（転動面同士の最短距離）は５９mm、玉数は１２個とした。ハブの外周面に形成したフランジのうち、ねじ孔を形成した部分の厚さｔは、３〜１５mmの間で変化させた。そして、下記の表２に示す様に、本発明の技術的範囲に属する２４種類（実施例１〜２４）の試料と、本発明の技術的範囲から外れる９種類の試料（比較例１〜９）との、合計３３種類の試料を作成した。この様にして作成した各試料を、次述するボルト締結試験と、フランジ部引張試験と、硬さ試験と、工具寿命試験とに供した。

上記各試験の実施状況は、次の通りである。
［ボルト締結試験］
この試験は、ねじ杆部材の緊締により、ホイールをフランジに結合固定するのに伴う、このフランジの変形量を知る為の試験である。この試験では、前述の図３に示した様に、フランジ６ｂの外側面にディスクロータ１４とホイール１５とを重ね合わせ、このフランジ６ｂのねじ孔１２に螺合したボルト１３を、トルク１５０Ｎ・ｍで緊締した。そして、ハブ輪と共に上記ディスクロータ１４を回転させ、このディスクロータ１４の先端部（外径側端部）側面の軸方向の振れの最大振幅を測定した。その結果を、上記表２の「フランジ振れ量」の欄に示した。尚、このフランジ振れ量の値は、比較例１を１とし、それとの比率で示した。

［フランジ部引っ張り試験］
この試験は、上記ボルト１３の緊締に伴う上記フランジ６ｂの塑性変形しにくさに結びつく、鍛造加工後の鋼材の降伏強度σ_Y を知る為の試験である。この試験では、上記フランジ６ｂのうちで上記ねじ孔１２の周囲部分から、直径が３mm、長さが３０mmの試験片を、各試料毎に２個ずつ採取した。この試験片を採取する方向は、円周方向（ねじ孔１２部分での接線方向）と、直径方向との２方向とした。そして、歪速度が１０^-4ｍ／sec で試験を行ない、各方向の力に応じて塑性変形し始める強度を求め、２方向の力に関する強度の平均値を、上記降伏強度σ_Y とした。その結果を、前記表２のσ_Y の欄に記載した。

［硬さ試験］
この試験は、上記ボルト１３の緊締に伴う上記フランジ６ｂの塑性変形しにくさに結びつく、鍛造加工後の鋼材の硬度を知る為の試験である。この試験では、上記フランジ６ｂを上記ねじ孔１２部分で切断し、この切断面の表面の硬度を、ビッカース硬度計で測定した。測定荷重は９８Ｎとした。その結果を、前記表２のＨｖの欄に記載した。

［工具寿命試験］
この試験は、鍛造加工後の中間素材に対する穿孔及び切削加工の容易さを知る為の試験である。この工具寿命試験は、上記フランジ６ｂに対する穿孔し易さを知る為の「ドリル穿孔試験」と、このフランジ６ｂの外側面を平坦に加工する為の旋削加工のし易さを知る為の「旋削試験」とから成る。各試験の条件は、次の通りである。
「ドリル穿孔試験」
使用工具 ： ＴｉＮコーティングツイストドリル（外径：１０mm）
周速 ： ６０〜８０ｍ／分
送り速度 ： ０．２mm／回転
潤滑方式 ： 無潤滑
判定 ： 穿孔不能となるまでの送り量
「旋削試験」
使用工具 ： ＳＫＨ４
周速 ： ２２０〜２５０ｍ／分
送り速度 ： ０．４mm／回転
潤滑方式 ： 油潤滑
判定 ： 切削不能となるまでの切削距離
この様な条件で行なった試験の結果を、前記表２のドリル、旋削の欄に記載した。尚、上記工具寿命試験の結果の値は、比較例９を１とし、それとの比率で示した。

上述の様な条件で行なった実験の結果を記載した表２から明らかな通り、硬さ（Ｈｖ）とフランジ厚さ（ｔ）との関係、降伏強度（σ_Y ）とフランジ厚さ（ｔ）との関係の何れか一方の関係が本発明の範囲内となる実施例１〜２４は、その総てに就いて、フランジに固定したディスクロータの振れを抑制する事ができる。
これに対して、フランジが薄かったり、或は硬さＨｖ、降伏強度σ_Y が不足する事により、Ｈｖ＊ｔ≧１７００、σ_Y ＊ｔ≧３４００なる関係を何れも満たさなかった比較例１〜８は、ボルト締結試験でフランジが変形し、このフランジに結合固定したディスクロータの振れ量を抑える事ができなかった。

又、比較例９は、硬度が高く（Ｈｖ＝４５９）変形の問題は発生しないが、フランジが硬く、このフランジに旋削加工或は穿孔を施す為の工具の寿命が著しく低下する為、工業的に実施する事は難しい。
これに対して、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｒを適正量（Ｅα≧０．２０重量％）添加した実施例７〜１２、１６〜２４の場合には、硬さ（Ｈｖ）に対する降伏強度σ_Y の値を高く（σ_Y ／Ｈｖ≧２．００）する事ができる。この結果、旋削、穿孔を含む切削加工性を低下させずに上記フランジの強度を向上させ、このフランジに結合固定したディスクロータの振れを低減させる事ができる。

以上に述べた実験の結果を、図７、８に示した。このうちの図７は、請求項１に対応するもので、横軸に硬さＨｖと厚さｔとの積「Ｈｖ＊ｔ」を、図８は請求項４に対応するもので、横軸に降伏強度σ_Y と厚さｔとの積「σ_Y ＊ｔ」を、それぞれ表している。縦軸に関しては、図７、８の何れに就いても、フランジの振れ量を表している。又、各図で符号「◇」は本発明に属する実施例を、符号「◆」は本発明から外れる比較例を、それぞれ表している。尚、フランジ振れ量が小さい部分に存在する符号「◆」は、硬度が高くて実用的ではない、上記比較例９である。

本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す半部断面図。 同第２例を示す半部断面図。 本発明の効果を確認する為に行なった実験の実施状態を示す部分断面図。 請求項６に係る発明に就いての実験結果を示すグラフ。 炭素鋼中のＭｎとＳｉとＣｒとの含有量の合計が、フランジの降伏強度σ_Y とビッカース硬度Ｈｖとの比に及ぼす影響を知る為に行なった実験の結果を示す線図。 フランジの硬度が、このフランジに穿孔する為の工具の寿命に及ぼす影響を知る為に行なった実験の結果を示す線図。 実験結果を請求項１に係る発明に関して整理した状態で示すグラフ。 実験結果を請求項４に係る発明に関して整理した状態で示すグラフ。

符号の説明

１、１ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２、２ａ ハブ輪
３、３ａ 内輪
４ 外輪
５ 転動体
６、６ａ、６ｂ フランジ
７、７ａ、７ｂ 内輪軌道
８ 段部
９ かしめ部
１０、１０ａ 外輪軌道
１１ 取付部
１２ ねじ孔
１３ ボルト
１４ ディスクロータ
１５ ホイール
１６ 通孔
１７ 傾斜凹面
１８ スタッド

Claims (7)

1. 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転するハブ輪と、このハブ輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記ハブ輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記ハブ輪の外周面に設けられたフランジとを備え、複数本のねじ杆部材によりこのフランジに車輪を結合固定した状態で使用される車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、上記ハブ輪が、Ｃを０．５重量％以上含む炭素鋼製であり、上記フランジのうちで上記ねじ杆部材を設ける部分の厚さｔが５〜１２mmであり、この厚さｔ［mm］と、このフランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖとの積「Ｈｖ＊ｔ」が１７００以上である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
2. フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖと、このフランジの厚さｔ［mm］との積「Ｈｖ＊ｔ」が２８００以上である、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
3. フランジ部分の鋼材のビッカース硬度Ｈｖが３５０未満である、請求項１〜２の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
4. 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転するハブ輪と、このハブ輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記ハブ輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記ハブ輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定する為のフランジとを備え、、複数本のねじ杆部材によりこのフランジに車輪を結合固定した状態で使用される車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、上記ハブ輪が、Ｃを０．５重量％以上含む炭素鋼製であり、上記フランジのうちで上記ねじ杆部材を設ける部分の厚さｔが５〜１２mmであり、この厚さｔ［mm］と、このフランジ部分の鋼材の降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」が３４００以上である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
5. 厚さｔ［mm］と、フランジ部分の鋼材の降伏強度σ_Y ［ＭＰａ］との積「σ_Y ＊ｔ」が５６００以上である、請求項４に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
6. Ｍｎの含有量をＭｎ重量％とし、Ｓｉの含有量をＳｉ重量％とし、Ｃｒの含有量をＣｒ重量％とした場合に、ハブ輪を構成する炭素鋼中のＭｎとＳｉとＣｒとの含有量の合計が、０．２×Ｍｎ重量％＋０．１５×Ｓｉ重量％＋０．１×Ｃｒ重量％≧０．２０重量％を満たす、請求項１〜５の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
7. ハブ輪を構成する炭素鋼中のＣの含有量が０．８重量％以下である、請求項１〜６の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
   

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