JP2007303587A - ハブユニット軸受の内輪およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハブユニット軸受の内輪として、泥水が侵入する等の腐食環境下で遅れ破損が生じず、耐久性が高いものを提供する。
【解決手段】ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、軸方向の内輪軌道面１０ａが形成されている位置よりハブの先端側となる部分（図２でラインＬより右側の部分、先端部）１０ｃを除いた範囲で、高周波焼入れを行う。内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さと、内周面１０ｂの先端部１０ｃを除いた範囲の表層部Ｂの硬さをＨＲＣ５４〜６５とし、先端部１０ｃの硬さをＨＲＣ４０以下にする。
【選択図】図２
【解決手段】ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、軸方向の内輪軌道面１０ａが形成されている位置よりハブの先端側となる部分（図２でラインＬより右側の部分、先端部）１０ｃを除いた範囲で、高周波焼入れを行う。内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さと、内周面１０ｂの先端部１０ｃを除いた範囲の表層部Ｂの硬さをＨＲＣ５４〜６５とし、先端部１０ｃの硬さをＨＲＣ４０以下にする。
【選択図】図２
Description
この発明は、内側部材（車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された部材）と、外側部材（車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された部材）と、内輪（内輪軌道を有し、内周面が前記凹周部に外嵌され、前記ハブの先端部をかしめることで、内側部材に固定されている部材）と、転動体と、を備えたハブユニット軸受に関する。
近年、自動車の燃費を向上するために、軽量化を目的とした車輪支持用軸受のユニット化が進んでいる。
図１は、ユニット化された車輪支持用軸受（ハブユニット軸受）の一例を示す断面図である。このユニットは、内側部材１と、内輪１０と、外側部材２と、玉（転動体）３と、保持器４とで構成され、玉３が転動する軌道を二列備えている。
図１は、ユニット化された車輪支持用軸受（ハブユニット軸受）の一例を示す断面図である。このユニットは、内側部材１と、内輪１０と、外側部材２と、玉（転動体）３と、保持器４とで構成され、玉３が転動する軌道を二列備えている。
内側部材１は、軌道１１ａを有する内輪１１、車軸を内嵌するハブ１２、および車輪側部材８を固定するフランジ１３が一体化されたものである。内輪１０は、軌道１０ａを有し、内側部材１のフランジ１３とは反対側の端部に設けた凹周部１４に外嵌され、ハブ１２の先端部１２ａをかしめることで固定されている。これらの軌道１１ａ，１０ａが二列の内輪軌道を成している。
外側部材２は、二列の軌道２１ａ，２１ｂを有する外輪２１と、車体の懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴２２ａが形成されたフランジ２２とが一体に形成されたものである。
駆動輪側のハブユニット軸受では、等速ジョイントの軸をハブ１２の先端部１２ａ側から入れて、その先端をハブ１２の基端部１２ｂから突出させ、基端部１２ｂでナットを締めるが、この場合には、内輪１０の内側部材１への固定方法として、上述のように、ハブ１２の先端部１２ａをかしめる方法を採用することで高い信頼性を確保することができる（例えば、下記の特許文献１を参照）。
駆動輪側のハブユニット軸受では、等速ジョイントの軸をハブ１２の先端部１２ａ側から入れて、その先端をハブ１２の基端部１２ｂから突出させ、基端部１２ｂでナットを締めるが、この場合には、内輪１０の内側部材１への固定方法として、上述のように、ハブ１２の先端部１２ａをかしめる方法を採用することで高い信頼性を確保することができる（例えば、下記の特許文献１を参照）。
このような複雑な形状を有する内側部材（フランジおよびハブ付き内輪）１および外側部材（フランジ付き外輪）２は、従来、０．５質量％程度の炭素を含有する中炭素鋼（Ｓ５３Ｃ等）からなる素材を用い、熱間鍛造で所定形状に加工した後、軌道面の表層部を高周波焼入れにより硬化させ、次いで旋削、穿孔、研削等を行うことで製造されている。
一方、内輪１０は、例えば、下記の特許文献２に記載されているように、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなる素材を用い、旋削により所定形状に加工した後、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことで製造され、硬さは表面から芯部までＨＲＣ５４〜６４とされている。ハブユニット軸受は、シール５を設けることで泥水などが内部に浸入することを防いでいるが、シール５が破損した場合、上述の方法で得られた内輪１０は腐食されるだけでなく、鋼組織の内部に水素が侵入すると、腐食ピットを起点とした遅れ破壊を生じる可能性がある。
この遅れ破損に関連した記載としては、下記の特許文献２に、ハブ１２の先端部１２ａをかしめる際に、内輪１０の内周面が押し広げられることで内輪１０にフープ応力が発生することと、このフープ応力による打ち傷などを起点としたクラックの発生（遅れ破損の発生）を防止するために、内輪１０のフープ応力を３００ＭＰａ以下に規制することが記載されている。
特開２００３−１５６０５４号公報
特開２００５−１４０１８１号公報
しかしながら、内輪１０のフープ応力を３００ＭＰａ以下に規制すると、ハブ１２の先端部１２ａをかしめることによる内輪１０の固定が不十分となり、予圧が不足したり、クリープが発生したりする恐れがある。
本発明は、このようなハブユニット軸受の内輪として、フープ応力を３００ＭＰａ以下に規制しなくても、泥水が侵入する等の腐食環境下で遅れ破損が生じず、耐久性が高いものを提供することを課題とする。
本発明は、このようなハブユニット軸受の内輪として、フープ応力を３００ＭＰａ以下に規制しなくても、泥水が侵入する等の腐食環境下で遅れ破損が生じず、耐久性が高いものを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された内側部材と、内周面が車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、内輪軌道を有し、前記凹周部に外嵌され、前記ハブの先端部をかしめることで、前記内側部材に固定されている内輪と、転動体と、を備えたハブユニット軸受を構成する前記内輪であって、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５）または機械構造用炭素鋼（Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃ等）からなり、内輪軌道が形成されている位置より軸方向でハブの先端側となる部分の硬さはＨＲＣ４０以下であり、前記内輪軌道面の表面硬さと、前記部分を除いた範囲での前記内周面の表面硬さは、ＨＲＣ５４〜６５であることを特徴とするハブユニット軸受の内輪を提供する。
本発明のハブユニット軸受の内輪によれば、内輪軌道が形成されている位置より軸方向でハブの先端側となる部分（ハブがかしめ固定される側の端部）の硬さがＨＲＣ４０以下であるため、泥水などの影響で腐食が発生しても、腐食ピットを起点とした遅れ破壊が生じ難い。
また、内輪軌道面の表面硬さと、前記部分を除いた範囲での前記内周面の表面硬さがＨＲＣ５４〜６５であるため、内輪軌道面に剥離が発生し難く、内周面とハブの凹周部との間に、フレッチングによる摩耗が生じ難い。
また、内輪軌道面の表面硬さと、前記部分を除いた範囲での前記内周面の表面硬さがＨＲＣ５４〜６５であるため、内輪軌道面に剥離が発生し難く、内周面とハブの凹周部との間に、フレッチングによる摩耗が生じ難い。
本発明のハブユニット軸受の内輪は、高炭素クロム軸受鋼または機械構造用炭素鋼からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面に対してと、前記内周面の、軸方向の内輪軌道が形成されている位置よりハブの先端側となる部分を除いた範囲に対して、高周波焼入れを行って、前記内輪軌道面の表面硬さおよび前記内周面の前記範囲での表面硬さをＨＲＣ５４〜６５とし、前記部分の硬さはＨＲＣ４０以下とすることで得られる。
この方法によれば、高炭素クロム軸受鋼または機械構造用炭素鋼からなる素材を用い、高周波焼入れで部分的に表面を硬化させるため、各部で必要な硬さを低コストで実現できる。
なお、使用する鋼中の酸素含有率は、非金属介在物を低減させる観点から１５ｐｐｍ以下であることが好ましく、１２ｐｐｍ以下であることがより好ましい。また、硫黄含有率は、非金属介在物を低減させる観点から０．０２質量％以下であることが好ましく、０．００８質量％以下であることがより好ましいが、切削性の観点からは０．００３質量％以上であることが好ましい。
なお、使用する鋼中の酸素含有率は、非金属介在物を低減させる観点から１５ｐｐｍ以下であることが好ましく、１２ｐｐｍ以下であることがより好ましい。また、硫黄含有率は、非金属介在物を低減させる観点から０．０２質量％以下であることが好ましく、０．００８質量％以下であることがより好ましいが、切削性の観点からは０．００３質量％以上であることが好ましい。
本発明のハブユニット軸受の内輪によれば、泥水が侵入する等の腐食環境下で遅れ破損が生じず、耐久性が高いものとなり、フープ応力を３００ＭＰａ以下に規制する必要がないため、ハブの先端部を十分な圧力でかしめ固定することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１のハブユニット軸受の内輪１０を以下の方法で作製した。図２は、図１の部分拡大図であって、内輪１０と、内側部材１を構成するハブ１２の内輪１０が固定されている部分を示す。
No. １とNo. ２では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、軸方向の内輪軌道面１０ａが形成されている位置よりハブ１２の先端側となる部分（図２でラインＬより右側の部分。以下、「先端部」と称する。）１０ｃを除いた範囲で、高周波焼入れを行った。高周波焼入れ条件は、周波数４０ｋＨｚ、電流１０Ａ、電圧１０ｋＶ、加熱温度９００〜９５０℃とした。
図１のハブユニット軸受の内輪１０を以下の方法で作製した。図２は、図１の部分拡大図であって、内輪１０と、内側部材１を構成するハブ１２の内輪１０が固定されている部分を示す。
No. １とNo. ２では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、軸方向の内輪軌道面１０ａが形成されている位置よりハブ１２の先端側となる部分（図２でラインＬより右側の部分。以下、「先端部」と称する。）１０ｃを除いた範囲で、高周波焼入れを行った。高周波焼入れ条件は、周波数４０ｋＨｚ、電流１０Ａ、電圧１０ｋＶ、加熱温度９００〜９５０℃とした。
これにより、内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さを、No. １でＨＲＣ６２、No. ２でＨＲＣ６４とし、内周面１０ｂの先端部１０ｃを除いた範囲の表層部Ｂの硬さをＨＲＣ６１とした。また、先端部１０ｃの硬さは、No. １でＨＲＣ２８、No. ２でＨＲＣ４０であった。
No. ３とNo. ４では、Ｓ５３Ｃからなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、先端部１０ｃを除いた範囲で、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。
No. ３とNo. ４では、Ｓ５３Ｃからなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａと、ハブ１２の凹周部１４に外嵌される内周面１０ｂに対して、先端部１０ｃを除いた範囲で、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。
これにより、No. ３では、内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さをＨＲＣ５８とし、内周面１０ｂの先端部１０ｃを除いた範囲の表層部Ｂの硬さをＨＲＣ５８とした。また、先端部１０ｃの硬さはＨＲＣ１８であった。No. ４では、内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さをＨＲＣ５４とし、内周面１０ｂの先端部１０ｃを除いた範囲の表層部Ｂの硬さをＨＲＣ５４とした。また、先端部１０ｃの硬さはＨＲＣ２０であった。
No. ５では、Ｓ５３Ｃからなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面１０ａに対して、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。これにより、内輪軌道面１０ａの表層部Ａの硬さをＨＲＣ５９とした。先端部１０ｃおよび内周面１０ｂの表層部の硬さはＨＲＣ２０であった。
No. ６では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、全面に対して、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。これにより、内輪１０の全表層部の硬さをＨＲＣ６０とした。
No. ６では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、全面に対して、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。これにより、内輪１０の全表層部の硬さをＨＲＣ６０とした。
No. ７では、Ｓ５３Ｃからなる素材を所定形状に加工した後、全面に対して、No. １と同じ条件にて高周波焼入れを行った。これにより、内輪１０の全表層部の硬さをＨＲＣ５８とした。
No. ８では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、８４０℃に０．５時間保持した後に油焼入れをする「ずぶ焼き」と、１８０℃に２時間保持する焼戻しを行った。これにより、内輪１０の全体の硬さをＨＲＣ６０とした。
No. ８では、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、８４０℃に０．５時間保持した後に油焼入れをする「ずぶ焼き」と、１８０℃に２時間保持する焼戻しを行った。これにより、内輪１０の全体の硬さをＨＲＣ６０とした。
このようにして得られたNo. １〜８の内輪１０を用い、図１のハブユニット軸受を組み立てて、下記の方法で、腐食性溶液に浸漬する試験と回転試験を行った。その結果を下記の表１に示す。なお、内側部材１を構成するハブ１２の先端部１２ａの硬さをＨＲＣ２５以下とし、この先端部１２ａを径方向外側に塑性変形させることにより、内輪１０をハブ１２の凹周部１４にかしめ固定した。
＜腐食性溶液に浸漬する試験＞
ハブユニット軸受を、図３に示すように、内側部材１のハブ１２の先端部１２ａ側を下にして、ハブ１２の先端部１２ａと内輪１０の先端部１０ａを、容器６内の液体７に浸漬させて配置する。液体７の水位は、玉３の直下の位置とする。この液体７は、濃度が２０質量％のチオシアン酸アンモニウム水溶液であり、液温を５０℃にした。
そして、内輪１０に割れ（軸方向に破断）が生じるまでの浸漬時間を測定した。また、１６０時間経過しても割れが生じない場合には、試験を終了して「割れが発生しない」と判断した。なお、この試験で内輪に割れが発生しないことは、内輪に遅れ破損が発生し難いことを意味する。
ハブユニット軸受を、図３に示すように、内側部材１のハブ１２の先端部１２ａ側を下にして、ハブ１２の先端部１２ａと内輪１０の先端部１０ａを、容器６内の液体７に浸漬させて配置する。液体７の水位は、玉３の直下の位置とする。この液体７は、濃度が２０質量％のチオシアン酸アンモニウム水溶液であり、液温を５０℃にした。
そして、内輪１０に割れ（軸方向に破断）が生じるまでの浸漬時間を測定した。また、１６０時間経過しても割れが生じない場合には、試験を終了して「割れが発生しない」と判断した。なお、この試験で内輪に割れが発生しないことは、内輪に遅れ破損が発生し難いことを意味する。
＜回転試験＞
No. １〜５のハブユニット軸受を試験機に取り付け、ラジアル荷重５０００Ｎ、アキシャル荷重３５００Ｎ、回転速度１０００ｍｉｎ-1の条件で、１０００万回転に至るまで回転させた。その後、試験機からハブユニット軸受を取り外して分解し、内輪１０の内周面１０ｂおよび軌道面１０ａに、摩耗発生などの損傷が発生しているかどうかを調べた。
No. １〜５のハブユニット軸受を試験機に取り付け、ラジアル荷重５０００Ｎ、アキシャル荷重３５００Ｎ、回転速度１０００ｍｉｎ-1の条件で、１０００万回転に至るまで回転させた。その後、試験機からハブユニット軸受を取り外して分解し、内輪１０の内周面１０ｂおよび軌道面１０ａに、摩耗発生などの損傷が発生しているかどうかを調べた。
以上の結果から、本発明の実施例に相当するNo. １〜４の内輪１０は、腐食性溶液への浸漬試験で割れが生じることがなく、これらの内輪１０を用いたハブユニット軸受による回転試験の結果も、損傷が発生せず、良好であった。
これに対して、No. ５の内輪１０は、内周面１０ｂに高周波焼入れをしていないため、表層部Ｂの硬さがＨＲＣ２０と低く、この内輪１０を用いたハブユニット軸受による回転試験時に、内輪１０の内周面１０ｂにフレッチングによる摩耗が生じた。また、No. ６〜８の内輪１０は、先端部１０ｃの硬さがＨＲＣ５８〜６０と硬いため、２６〜４５時間の浸漬で割れが発生した。
これに対して、No. ５の内輪１０は、内周面１０ｂに高周波焼入れをしていないため、表層部Ｂの硬さがＨＲＣ２０と低く、この内輪１０を用いたハブユニット軸受による回転試験時に、内輪１０の内周面１０ｂにフレッチングによる摩耗が生じた。また、No. ６〜８の内輪１０は、先端部１０ｃの硬さがＨＲＣ５８〜６０と硬いため、２６〜４５時間の浸漬で割れが発生した。
１ 内側部材
１０ ハブと別体の内輪
１０ａ 内輪軌道
１０ｂ 内輪の内周面
１０ｃ 内輪の先端部
１１ ハブと一体の内輪
１１ａ 内輪軌道
１２ ハブ
１２ａ ハブの先端部
１２ｂ ハブの基端部
１３ フランジ
１３ａ フランジのボルト穴
１３ｂ フランジの薄肉部
１４ 内輪を嵌める凹周部
２ 外側部材
２１ 外輪
２１ａ 軌道溝
２１ｂ 軌道溝
２２ａ 懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴
２２ フランジ
３ 玉（転動体）
４ 保持器
５ シール
６ 容器
７ 液体
８ 車輪側部材
１０ ハブと別体の内輪
１０ａ 内輪軌道
１０ｂ 内輪の内周面
１０ｃ 内輪の先端部
１１ ハブと一体の内輪
１１ａ 内輪軌道
１２ ハブ
１２ａ ハブの先端部
１２ｂ ハブの基端部
１３ フランジ
１３ａ フランジのボルト穴
１３ｂ フランジの薄肉部
１４ 内輪を嵌める凹周部
２ 外側部材
２１ 外輪
２１ａ 軌道溝
２１ｂ 軌道溝
２２ａ 懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴
２２ フランジ
３ 玉（転動体）
４ 保持器
５ シール
６ 容器
７ 液体
８ 車輪側部材
Claims (2)
- 車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された内側部材と、
車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、
内輪軌道を有し、内周面が前記凹周部に外嵌され、前記ハブの先端部をかしめることで、前記内側部材に固定されている内輪と、
転動体と、
を備えたハブユニット軸受を構成する前記内輪であって、
高炭素クロム軸受鋼または機械構造用炭素鋼からなり、
内輪軌道が形成されている位置より軸方向でハブの先端側となる部分の硬さはＨＲＣ４０以下であり、
内輪軌道面の表面硬さと、前記部分を除いた範囲での前記内周面の表面硬さは、ＨＲＣ５４〜６５であることを特徴とするハブユニット軸受の内輪。 - 車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された内側部材と、
車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、
内輪軌道を有し、内周面が前記凹周部に外嵌され、前記ハブの先端部をかしめることで、前記内側部材に固定されている内輪と、
転動体と、
を備えたハブユニット軸受を構成する前記内輪の製造方法であって、
高炭素クロム軸受鋼または機械構造用炭素鋼からなる素材を所定形状に加工した後、内輪軌道面に対してと、前記内周面の、軸方向の内輪軌道が形成されている位置よりハブの先端側となる部分を除いた範囲に対して、高周波焼入れを行うことにより、前記内輪軌道面の表面硬さおよび前記内周面の前記範囲での表面硬さをＨＲＣ５４〜６５とし、前記部分の硬さはＨＲＣ４０以下とすることを特徴とするハブユニット軸受の内輪の製造方法。
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007303587A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8162545B2 (en) * | 2008-01-30 | 2012-04-24 | Jtekt Corporation | Hub unit |
| JP2013154697A (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Ntn Corp | 車輪用軸受装置およびその製造方法 |
-
2006
- 2006-05-12 JP JP2006133959A patent/JP2007303587A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8162545B2 (en) * | 2008-01-30 | 2012-04-24 | Jtekt Corporation | Hub unit |
| JP2013154697A (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Ntn Corp | 車輪用軸受装置およびその製造方法 |
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