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
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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