JP2005188599A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】
内周に複列の外側転走面5aを有する外方部材5と、一端部に車輪取付フランジ10を有し、一方の内側転走面1aと小径段部1bが形成されたハブ輪1と、小径段部1bに圧入され、他方の内側転走面6aが形成された内輪6と、各転走面間に転動自在に収容された複列の転動体7とを備え、ハブ輪1のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部12で内輪6が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、車輪取付フランジ10にねじ手段でハブボルト11が固定されると共に、少なくともハブ輪1が所定の表面硬さに調質処理され、かつ各転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪を車体に対して回転自在に支承した車輪用軸受装置に関し、特に回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置に関するものである。
自動車の車輪用軸受装置には、従動輪用と駆動輪用とがあり、それぞれの用途に応じて種々の形式のものがあるが、例えば、図6に示す従来の駆動輪用の車輪用軸受装置では、ハブ輪51と内輪52とを備えた内方部材50と、複列の転動体53、54と、外方部材55と、そして、エンジン動力をハブ輪51に伝達する等速自在継手56を主要な構成要素としている。こうした駆動車輪用軸受装置において、車輪(図示せず)およびブレーキロータ57を支持するハブ輪51には、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面からS53C等の機械構造用の中炭素鋼が採用されている。このハブ輪51をはじめこの種の車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることは、自動車の燃費向上と走行安定性の向上に大きく寄与するため、ハブ輪51の車輪取付フランジ58のリブ化や薄肉化が進んでいる。しかし、このハブ輪51自体の機械的強度が、素材である中炭素鋼の疲労限に近付きつつあり、これ以上の小型・軽量化を図ることは難しくなってきている。
特に、この種の構造のハブ輪51においては、軽量化のために車輪取付フランジ58を薄肉化する場合、そのアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面59から円筒状のパイロット部60に延びる隅部61に回転曲げの応力が集中し、対策が必要である。したがって、この隅部61の寸法、つまり曲率半径を大きくすることによって発生応力を緩和することも考えられるが、今度は車輪取付フランジ58に取り付けられるブレーキロータ57との干渉が問題となるため、隅部61の曲率半径を大きくするのにも限界がある。
このような背景において、本出願人は、車輪取付フランジ58の形状・寸法を変更することなく軽量化を図り、かつハブ輪51の強度アップを図ることができる車輪用軸受装置を既に提案している。この車輪用軸受装置は、図5に示すように、ハブ輪51の車輪取付フランジ58の隅部61に表面硬化層62を高周波焼入れ等によって形成している。これにより、回転曲げ疲労の最弱部となる車輪取付フランジ58の隅部61を高強度化することができ、ハブ輪51の耐久性を図ることができる。
また、これ以外の部位、すなわち、図示しない外方部材55のアウトボード側端部に装着されたシールのシールリップが摺接するシールランド部をはじめ、軌道面から小径段部の各部位a〜dに亙って、高周波焼入れ等によって表面硬化層63を形成している。さらには、ハブ輪51の内周面に形成されたセレーション部64にも表面硬化層65を形成している。こうした表面硬化層63、65により、各部位a〜d等において要求される回転曲げ疲労強度、耐摩耗性、転がり疲労寿命等を向上させることができる。
特開2002−87008号公報
しかしながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、ハブ輪51の車輪取付フランジ58の隅部61に表面硬化層62を形成することにより、車輪取付フランジ58の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図りつつハブ輪51の強度アップを図ることができるが、高周波焼入れ工程で車輪取付フランジ58に熱処理変形が生じ、ブレーキロータ取付面59の面振れが大きくなるという新たな問題が発生した。この傾向は車輪取付フランジ58の薄肉化にも起因している。この面振れは、ブレーキロータ57の振れに影響してブレーキジャダーを招来することになり、自動車の操縦安定性やドライブフィーリングが低下する恐れがある。ここで、ハブ輪51の熱処理後にこのブレーキロータ取付面59をさらに旋削加工し、変形分を修正して面振れを改善する方法も考えられるが、隅部61と未焼入れ部であるブレーキロータ取付面59とに硬度差があるため、隅部61の表面硬化層62との境界部に僅かな段差が発生するという一種ジレンマ的な問題が内在していた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1記載の発明は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジに車輪等を固定するハブボルトが螺着されるねじ孔を有すると共に、少なくとも前記車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材が所定の表面硬さに調質処理され、かつ前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されている構成を採用した。
このように、車輪取付フランジに車輪等を固定するハブボルトが螺着されるねじ孔を有すると共に、少なくとも車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材が所定の表面硬さに調質処理され、かつ外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されているので、ハブボルトが圧入されるセレーション孔のタイプとは異なり、セレーション孔を含めたその近傍の表面硬さを低くする必要がなく、ねじ孔を含む車輪取付フランジ全体の表面硬さを高くすることができる。すなわち、調質処理により車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材の表面硬さを所望の硬さまで上げることができ、素材の機械的強度を最大限に高めることができる。さらに、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を高めることができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記車輪取付フランジの側面が前記調質処理後に切削加工されていれば、例え調質処理によって車輪取付フランジが変形してもその変形分を修正して面振れを所望の精度に改善することができ、また、切削加工によりフランジ側面に段差が生じることもない。
また、請求項3に記載の発明は、前記内方部材が、車輪取付フランジを有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記内側転走面の一方が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の内側転走面が前記内輪の外周面に形成されているので、小型・軽量化を図ることができると共に、調質処理されたハブ輪の強度、耐久性を高めることができる。
また、請求項4に記載の発明は、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された、所謂セルフリテイン構造とすることにより、従来のようにナット等で強固に緊締して予圧量を管理する必要がないため、ハブ輪の強度・耐久性を向上させた上に、軽量・コンパクト化を図ることができ、車両への組込性を簡便にすることができると共に、かつ長期間その予圧量を維持することができる。
また、請求項5に記載の発明は、前記加締部が調質処理された後、焼戻しによりその表面硬さを25HRC以下に設定されているので、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、加工性を低下させず、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていると共に、モーメント荷重により他の部位よりも高い曲げ応力が発生する部位が所定の表面硬さに部分調質処理され、焼入れ硬化される前記転走面の下限値まで表面が硬化処理されている構成を採用した。
このように、外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていると共に、モーメント荷重により他の部位よりも高い曲げ応力が発生する部位が所定の表面硬さに部分調質処理され、焼入れ硬化される転走面の下限値まで表面が硬化処理されているので、所望の軸受寿命を確保すると共に、旋削等の加工性を考慮する必要はなく、最弱部となる部位の表面硬さを54HRC程度に上げることができ、機械的強度を素材が有する限界強度まで高めることができる。また、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を可及的に高めることができる。
また、請求項7に記載の発明は、少なくとも前記車輪取付フランジの基部が所定の表面硬さに部分調質処理されているので、フランジ側面の面振れ精度を劣化させることなく、素材の機械的強度を最大限に増大させることができる。
好ましくは、請求項8に記載の発明のように、前記調質処理される内方部材または外方部材が炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成されていれば、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面から有利となり、特に、高周波焼入れに好適である。
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジに車輪等を固定するハブボルトが螺着されるねじ孔を有すると共に、少なくとも前記車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材が所定の表面硬さに調質処理され、かつ前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されているので、調質処理によって、ハブボルトがねじ手段で固定される近傍の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、車輪取付フランジ全体の表面硬さを高くすることができる。すなわち、調質処理により車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材の表面硬さを所望の硬さまで上げることができ、素材の機械的強度を最大限に高めることができる。さらに、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を高めることができる。
また、本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていると共に、モーメント荷重により他の部位よりも高い曲げ応力が発生する部位が所定の表面硬さに部分調質処理され、焼入れ硬化される前記転走面の下限値まで表面が硬化処理されているので、所望の軸受寿命を確保すると共に、旋削等の加工性を考慮する必要はなく、最弱部となる部位の表面硬さを54HRC程度に上げることができ、機械的強度を素材が有する限界強度まで高めることができる。また、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を可及的に高めることができる。
内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、一端部に車輪取付フランジを有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面が形成され、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪と、前記小径段部に圧入され、前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪と、前記転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジに車輪等を固定するハブボルトが螺着されるねじ孔を有すると共に、少なくとも前記ハブ輪が所定の表面硬さに調質処理され、かつ前記転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側(図面左側)、中央寄り側をインボード側(図面右側)という。
この車輪用軸受装置は駆動輪用であって、ハブ輪1と複列の転がり軸受2とをユニット化し、ハブ輪1の内周に等速自在継手3の外側継手部材4をセレーションを介してトルク伝達可能に嵌合した構成を備えている。
複列の転がり軸受2は、内周に複列の外側転走面5a、5aが形成され、外周には車体(図示せず)に固定される車体取付フランジ5bを一体に有する外方部材5と、この外側転走面5a、5aに対向する複列の内側転走面のうち一方の内側転走面1aが外周に直接形成されたハブ輪1と、この内側転走面1aから軸方向に延びる円筒状の小径段部1bに圧入され、他方の内側転走面6aが外周に形成された内輪6と、前記外側転走面5a、5aと内側転走面1a、6a間に収容された複列の転動体7、7とで主要部が構成されている。ここでは、内方部材はハブ輪1と内輪6を指す。複列の転動体7、7は、図示しない保持器によって転動自在に保持されている。また、複列の転がり軸受2の端部にはシール8、8が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。
ハブ輪1は、内周にトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)9が形成されると共に、アウトボード側の端部外周には図示しない車輪およびブレーキロータを取付けるための車輪取付フランジ10を一体に有している。この車輪取付フランジ10の円周方向等配には車輪を固定するためのハブボルト(図示せず)が螺着されるねじ孔10aが形成されている。
この車輪用軸受装置では、別体の内輪6をハブ輪1の小径段部1bに圧入させた後、その小径段部1bの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部12が形成され、この加締部12でハブ輪1に対して内輪6を軸方向に固定し、複列の転がり軸受2をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受2の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第3世代の車輪用軸受装置を提供することができる。ここでは転動体7、7をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
等速自在継手3は、外側継手部材4と、図示しない内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材4間に収容されたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを円周方向等配に保持するケージとを備えている。外側継手部材4は、カップ状のマウス部13と、このマウス部13の底部をなす肩部14と、この肩部14から軸方向に延びるステム部15を一体に有している。このステム部15の外周面には前記ハブ輪1のセレーション9に係合するセレーション(またはスプライン)16が形成され、端部には雄ねじ17が形成されている。
このような外側継手部材4のステム部15をハブ輪1に内嵌し、ハブ輪1に形成されたセレーション9とステム部15のセレーション16を係合させることにより、トルク伝達可能としている。そして、肩部14の端面をハブ輪1の加締部12に衝合させた状態で、ステム部15の端部の雄ねじ17に固定ナット18を螺合させて締結することにより、等速自在継手3は複列の転がり軸受2に対して分離可能に固定されている。
この車輪用軸受装置において、ハブ輪1は、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、旋削加工によって所望の形状・寸法に形成され、その後、後述する調質処理が施されている。車輪取付フランジ10におけるアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面19と、ブレーキロータ(図示せず)の支持面となる円筒状のパイロット部20との間の隅部21は、ブレーキロータが干渉しない程度の曲率半径を有する円弧面(またはヌスミ)に形成されている。
本実施形態において、ハブ輪1は、高周波による400℃以上の高温焼戻しをして、トルースタイトまたはソルバイト組織にする、所謂調質処理が施されている。この調質処理により組織は粒状化し、引張、曲げ、衝撃値等の機械的性質が上昇して延性や靭性が高まる。調質処理によって表面硬さを上げることにより機械的強度はリニアに向上するため、ここでは調質処理後の表面硬さを、後述するシールランド部22の表面硬さの下限値である54HRCまで高めている。また、ハブボルト11に雄ねじ11bが形成され、車輪取付フランジ10のねじ孔10aに螺着されているので、従来のようにハブボルト11が圧入されるセレーション孔の表面硬さを35HRC以下にする必要がなく、ねじ孔10aを含む車輪取付フランジ10全体の表面硬さを54HRCとすることができる。
このように、ハブ輪1を旋削加工後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ10の形状・寸法を変更することなく、また現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部21およびシールランド部22の強度を高めることができ、ハブ輪1の強度を可及的に向上させることができる。なお、こうした調質処理後、車輪取付フランジ10におけるブレーキロータ取付面19の面振れを修正するため、さらにこの部位を旋削加工しても良い。この場合、車輪取付フランジ10をはじめハブ輪1の表面全体が調質処理により硬化されているので、従来のように旋削加工後、硬度差によりブレーキロータ取付面19に段差が生じる恐れがない。
また、ハブ輪1は、アウトボード側の内側転走面1aをはじめ、シール装置8が摺接するシールランド部22、および小径段部1bに、高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層23(図中クロスハッチングで示す)が形成されている。これにより、車輪取付フランジ10の基部となるシールランド部22は、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ10に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪1の耐久性が一層向上する。小径段部1bに圧入される内輪6はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで54〜64HRCの範囲で硬化処理されている。なお、加締部12は、調質処理後、焼戻しによりその表面硬さを25HRC以下に設定されている。これにより、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部12の硬さバラツキを抑制することができ、加工性を低下させず、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
一方、外方部材5は、ハブ輪1と同様にS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面5a、5aをはじめ、シール装置8、8が嵌合する端部内径面は、高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化処理されている。ここで、外方部材5は、旋削加工で所望の形状・寸法に形成された後、高周波による400℃以上の高温焼戻しをして調質処理が施されている。そして、この調質処理後の表面硬さを54HRCまで高めている。これにより、回転曲げ疲労強度をはじめ機械的強度が増大して外方部材5の耐久性が一段と向上する。
なお、本実施形態では、ハブ輪1および外方部材5を調質処理しているが、これに限らず、旋削加工後にそれぞれのフランジ基部、すなわち、ハブ輪1においては車輪取付フランジ10の隅部21およびシールランド部22、外方部材5においては車体取付フランジ5bの基部に高周波による部分調質処理を施すことにより、車輪取付フランジ10の熱処理変形を防止することができる。この場合、従来のように、ハブボルトはセレーションが形成されたものを使用することができ、これを車輪取付フランジ10に形成されたボルト孔に圧入して固定することができる。
図2は本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は第1世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は、ブレーキロータ24および車輪(図示せず)を固定するハブ輪25と、このハブ輪25を回転自在に支承し、外輪(外方部材)26、一対の内輪27、27、および内外輪27、26間に転動自在に収容された複列の転動体(ボール)7を有する車輪用軸受28と、この車輪用軸受28を車体に支持するナックル29と、ハブ輪25と連結してドライブシャフト(図示せず)の動力をこのハブ輪25に伝達する等速自在継手3を主要部として構成している。ここでは内方部材はハブ輪25と一対の内輪27、27を指す。なお、転動体7、7をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
車輪用軸受28の外輪26は、ナックル29に内嵌され、止め輪30によって軸方向に位置決め固定されている。一方、一対の内輪27、27は、ハブ輪25に形成された円筒状の小径段部31に圧入され、インボード側の内輪27の大径側端面を外側継手部材4の肩部14に衝合させた状態で、ステム部15の端部に形成された雄ねじ17を固定ナット18で締結することにより、等速自在継手3は分離可能に固定されている。
この車輪用軸受装置において、ハブ輪25は、前述した実施形態と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼からなり、旋削後に高周波による400℃以上の高温焼戻しをして調質処理が施されている。そしてこの調質後の表面硬さを54HRCまで高めることができ、車輪取付フランジ10の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部21および付け根部32の強度を高めることができる。
さらに、ハブ輪25の車輪取付フランジ10のインボード側付け根部32は、その曲率半径を可能な限り大きく設定し、この付け根部32から小径段部31に亙って高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層23(図中クロスハッチングで示す)が形成されている。これにより、車輪取付フランジ10に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を発揮しハブ輪25の耐久性が一層向上する。
一方、小径段部31に圧入される一対の内輪27、27は、SUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで54〜64HRCの範囲で硬化処理されている。この小径段部31に所定の硬化層23が形成されていることにより、内輪27、27との間の嵌合面に発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。そのため、内輪27、27の嵌合面に、フレッティング摩耗の発生による錆、摩耗、あるいはかじり等が生じて内輪27、27を損傷するということがなくなり、耐久性を向上させることができる。なお、ハブ輪25の内周面に形成されたセレーション9の表面にも高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層33(図中クロスハッチングで示す)が形成されている。これにより、セレーション9の耐摩耗性が向上すると共に、強度アップによりセレーション9の有効長さを短くすることができ、ハブ輪25の小型・軽量化に寄与することができる。なお、外輪26は、内輪27と同様SUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで54〜64HRCの範囲で硬化処理されている。
図3は本発明に係る車輪用軸受装置の第3の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は第3世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は従動輪用であって、ハブ輪34と複列の転がり軸受35とをユニット化した構成を備えている。複列の転がり軸受35は、外方部材5と、ハブ輪34と、ハブ輪34の小径段部1bに圧入された別体の内輪6と、複列の転動体7、7とで主要部が構成されている。ここでは内方部材はハブ輪34と内輪6を指す。
この車輪用軸受装置では、内輪6をハブ輪34の小径段部1bに圧入させた後、その小径段部1bの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部12が形成され、この加締部12でハブ輪34に内輪6を軸方向に固定して複列の転がり軸受35をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受35の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造をなす従動輪用の第3世代の車輪用軸受装置を提供することができる。
この車輪用軸受装置において、ハブ輪34は、前述した実施形態と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼からなり、旋削加工後に高周波による400℃以上の高温焼戻しをして調質処理が施されている。ここでは調質処理後の表面硬さを、後述するシールランド部22の表面硬さの下限値である54HRCまで高めている。これにより、車輪取付フランジ10の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部21およびシールランド部22の強度を高めることができる。
さらに、ハブ輪34の車輪取付フランジ10のシールランド部22は、その曲率半径を可能な限り大きく設定し、このシールランド部22から小径段部1bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層23(図中クロスハッチングで示す)が形成されている。これにより、車輪取付フランジ10に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を発揮しハブ輪34の耐久性が一層向上する。
一方、小径段部1bに圧入される内輪6はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで54〜64HRCの範囲で硬化処理されている。この小径段部1bに所定の硬化層23が形成されていることにより、内輪6との間の嵌合面に発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができ、耐久性を一層向上させることができる。
図4は本発明に係る車輪用軸受装置の第4の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は第2世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は従動輪用であって、図示しない固定軸に装着され、車輪(図示せず)を固定するハブ輪(外方部材)36と一対の内輪(内方部材)37、37と、これらハブ輪36と内輪37間に保持器38で転動自在に支持された複列の転動体(円錐ころ)39、39とを備えている。ハブ輪36の両端部にはシール40、41が装着され、軸受内部に封入されたグリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内に侵入するのを防止している。
ハブ輪36は、アウトボード側の端部外周に車輪を取付けるための車輪取付フランジ42が一体形成され、内周に複列のテーパ面からなる外側転走面36a、36aが直接形成されている。車輪取付フランジ42は、インボード側の基部43に複数のリブ43aが形成され、回転曲げ疲労強度を向上させている。また、車輪取付フランジ42の円周方向等配にはハブボルト(図示せず)を螺着するためのねじ孔42aが形成されている。
一方、内輪37は、外周に前記複列の外側転走面36a、36aに対向する内側転走面37a、37aが形成されている。複列の転動体39、39は、これら外側転走面36aと内側転走面37aとの環状空間内に収容され、内輪37の大径側に形成された大鍔37bによってガイドされながら転動自在に支持されている。また、一対の内輪37、37の小径側内周面には環状溝44が形成され、鋼板プレス製の断面略コの字型をなす連結環45が装着されている。この連結環45によって一対の内輪37、37は軸方向に一体固定され、分解組立時の作業性が向上すると共に、分解時の不具合、例えば、補修時、アウトボード側の軸受部だけが引き抜かれ、インボード側の軸受部が固定軸に残るといった不具合を防止することができる。
ハブ輪36は、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、旋削加工によって所望の形状・寸法に形成された後調質処理が施されている。そして、前述した実施形態と同様、この調質処理後の表面硬さを54HRCまで高めている。これにより、車輪取付フランジ42の基部43およびインボード側の端部外周等の最弱部となる部位の回転曲げ疲労強度をはじめ機械的強度が増大してハブ輪36の耐久性が向上する。また、ハブ輪36の外側転走面36aには高周波焼入れによって表面硬さを54〜64HRCの範囲に硬化層が形成されている。必要に応じてシール40、41が嵌合される端部内周面にも硬化層が形成される。一方、内輪37はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで54〜64HRCの範囲で硬化処理されている。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る車輪用軸受装置は、駆動輪用、従動輪用、転動体がボール、円錐ころ、あるいは内輪回転タイプ、外輪回転タイプに係らず、車輪取付フランジまたは車体取付フランジを一体に有する車輪用軸受装置に適用することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置の第1の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第2の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第3の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第4の実施形態を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 従来の他の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
符号の説明
1、25、34、36・・・・・・・ハブ輪
1a、6a、37a・・・・・・・・内側転走面
1b、31・・・・・・・・・・・・小径段部
2、35・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
3・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
4・・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
5・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
5a、36a・・・・・・・・・・・外側転走面
5b・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
6、27、37・・・・・・・・・・内輪
7、39・・・・・・・・・・・・・転動体
8、40、41・・・・・・・・・・シール
9、16・・・・・・・・・・・・・セレーション
10、42・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
10a、42a・・・・・・・・・・ねじ孔
17・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
12・・・・・・・・・・・・・・・加締部
13・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
14・・・・・・・・・・・・・・・肩部
15・・・・・・・・・・・・・・・ステム部
18・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
19・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
20・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
21・・・・・・・・・・・・・・・隅部
22・・・・・・・・・・・・・・・シールランド部
23、33・・・・・・・・・・・・硬化層
24・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
26・・・・・・・・・・・・・・・外輪
28・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
29・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
30・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
32・・・・・・・・・・・・・・・付け根部
37b・・・・・・・・・・・・・・大鍔
38・・・・・・・・・・・・・・・保持器
43・・・・・・・・・・・・・・・基部
43a・・・・・・・・・・・・・・リブ
44・・・・・・・・・・・・・・・環状溝
45・・・・・・・・・・・・・・・連結環
50・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
51・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
52・・・・・・・・・・・・・・・内輪
53、54・・・・・・・・・・・・転動体
55・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
56・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
57・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
58・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
59・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
60・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
61・・・・・・・・・・・・・・・隅部
62、63、65・・・・・・・・・表面硬化層
64・・・・・・・・・・・・・・・セレーション部
a〜d・・・・・・・・・・・・・・部位

Claims (8)

  1. 内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、
    前記車輪取付フランジに車輪等を固定するハブボルトが螺着されるねじ孔を有すると共に、少なくとも前記車輪取付フランジを有する内方部材または外方部材が所定の表面硬さに調質処理され、かつ前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記車輪取付フランジの側面が前記調質処理後に切削加工されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記内方部材が、車輪取付フランジを有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記内側転走面の一方が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の内側転走面が前記内輪の外周面に形成されている請求項1または2に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部を形成し、この加締部で前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定されている請求項3に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記加締部が調質処理された後、焼戻しによりその表面硬さを25HRC以下に設定されている請求項4に記載の車輪用軸受装置。
  6. 内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記外方部材または内方部材のいずれか一方に車輪取付フランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、
    前記外方部材と内方部材の転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていると共に、モーメント荷重により他の部位よりも高い曲げ応力が発生する部位が所定の表面硬さに部分調質処理され、焼入れ硬化される前記転走面の下限値まで表面が硬化処理されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  7. 少なくとも前記車輪取付フランジの基部が所定の表面硬さに部分調質処理されている請求項6に記載の車輪用軸受装置。
  8. 前記調質処理される内方部材または外方部材が、炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成されている請求項1乃至7いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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