JP2008051180A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】円錐ころ軸受のころ頭部と大鍔部との間の滑り摩擦損失を低減することができるハブユニット軸受を提供する。
【解決手段】テーパ状の内方軌道面７，９を有する外輪３と、テーパ状の外方軌道面１７，３３を有し、この外方軌道面１７，３３の大径側端部にころ係止大鍔部２５，３７が形成された第１内輪１５及び第２内輪３１と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の円錐ころ１９とを備える。そして、ころ係止大鍔部２５，３７及び円錐ころ１９のころ頭部１９ａの少なくとも一方に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複列円錐ころ軸受を有するホイール用のハブユニット軸受に関するものである。

近年、車両の大型化、エンジンの大排気量化や扁平タイヤの普及により、ホイール用ハブユニット軸受の使用条件が厳しくなってきており、玉軸受に比べ断面高さを低くしても負荷容量が稼げる円錐ころ軸受ユニットが普及してきた。
このような円錐ころ軸受ユニットとしては、それぞれ外向きに開いたテーパ状の第１および第２軌道面を内周側に有する外輪と、この外輪の第１軌道面側に内嵌すると共に、前記第１軌道面に対応する外向きに開いたテーパ状の軌道面ところ係止大鍔部とを外周側に有する第１内輪と、前記外輪の第２軌道面側に内嵌し、その内側係止端が前記第１内輪の内側係止端に当接・係止されると共に、前記第２軌道面に対応する外向きに開いたテーパ状の軌道面ところ係止大鍔部とを外周側に有する第２内輪と、前記外輪の第１軌道面と前記第１内輪の軌道面との間に介装され、多数本の円錐ころと保持器とからなる第１ころ列と、前記外輪の第２軌道面と前記第２内輪の軌道面との間に介装され、多数本の円錐ころと保持器とからなる第２ころ列とを備えるというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６５５６４号公報

しかしながら、円錐ころ軸受は、玉軸受に比べて動摩擦係数が大きい。これは玉軸受の摩擦が転がり抵抗のみによって発生するのに対し、円錐ころ軸受はころ転走面と軌道面との間の転がり抵抗に加え、ころ頭部と大鍔部との間に滑り摩擦損失が存在するためである。そして、軸受の摩擦損失は熱に変わるため、円錐ころ軸受ではころ頭部と大鍔部との間で焼付きを発生するおそれがある。

また、ころ頭部と大鍔部との間では摩耗が発生しやすく、この摩耗により発生する酸化摩耗粉がころ転走面と軌道面との間に入ると、異音の発生や軸受の早期破損が起こりやすい。
そこで、本発明は、円錐ころ軸受のころ頭部と大鍔部との間の滑り摩擦損失を低減することができるハブユニット軸受を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係るハブユニット軸受は、テーパ状の内方軌道面を有する外方部材と、テーパ状の外方軌道面を有し、この外方軌道面の大径側端部に大鍔部を形成した内方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の円錐ころとを備えるハブユニット軸受であって、前記大鍔部及び前記円錐ころの前記大鍔部との接触面の少なくとも一方に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜が形成されていることを特徴としている。

また、請求項２に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記ショット材は、前記ショットピーニングの被施工面と接触する部材の材質に対して潤滑効果を持つ固体潤滑材であることを特徴としている。
さらに、請求項３に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記ショット材は、前記ショットピーニングの被施工面の材質に対して犠牲防錆効果を持つ材質であることを特徴としている。
また、請求項４に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記金属被膜は、異なる複数のショット材による複層構造であることを特徴としている。

本発明に係るハブユニット軸受によれば、大鍔部及び円錐ころの大鍔部との接触面（ころ頭部）の少なくとも一方に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜を形成するので、大鍔部ところ頭部との間の滑り摩擦損失を低減して、大鍔部ところ頭部との間の焼付き及び摩耗を防止することができ、軸受の寿命向上及び車両の品質向上を実現することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る軸受ユニットの一実施形態の構造を示す縦断面図である。本実施形態は、本発明をＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ型自動車）における駆動輪側の第３世代ハブユニットに適用したものである。
なお、以降の説明においては、ハブユニット軸受を自動車等の車両に取り付けた状態において、車幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、車幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図１においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。

図中、符号１はハブユニット軸受である。また、符号３で示した部材は複列円錐ころ軸受５の外輪であり、その内周側にはそれぞれ外向きに開いたテーパ状の第１，第２軌道面７，９が形成されている。外輪３の外周側には懸架装置取り付け用フランジ１１が形成されており、この懸架装置取り付け用フランジ１１を介して懸架装置の図示しないナックルアームにハブユニット軸受１が結合される。

外輪３の第１軌道面７側にはハブ１３に一体化された第１内輪１５が内嵌しており、この第１内輪１５の外周側には第１軌道面７に対応する外向きに開いたテーパ状の軌道面１７が形成されている。第１内輪１５の軌道面１７と第１軌道面７との間には多数本の円錐ころ１９と保持器２１とからなる第１ころ列２３が介装されている。符号２５は第１内輪１５のころ係止大鍔部を示し、符号２７は同じく内側係止端を示している。

また、外輪３の第２軌道面９側には第２内輪３１が内嵌しており、この第２内輪３１の外周側には第２軌道面９に対応する外向きに開いたテーパ状の軌道面３３が形成されている。第２内輪３１の軌道面３３と第２軌道面９との間には多数本の円錐ころ１９と保持器２１とからなる第２ころ列３５が介装されている。符号３７は第２内輪３１のころ係止大鍔部を示し、符号３９は同じく内側係止端を示している。なお、第２内輪３１は、ハブ１３の内側に延設された円筒部４１に外嵌すると共に、その内側係止端３９が第１内輪１５の内側係止端２７に当接している。

そして、ころ係止大鍔部２５及び３７には、非鉄のショット材を用いたショットピーリング加工が施されている。
ハブ１３にはハブボルト４３が植設された車輪取り付け用フランジ４５が形成されており、この車輪取り付け用フランジ４５に図示しないホイールが装着される。また、ハブ１３の軸心にはスプライン孔４７が形成されており、このスプライン孔４７に図示しないドライブシャフトが内嵌する。

また、外輪３の外端側部分の内周面と第１内輪１５の中間部の外周面との間、並びに外輪３の内端側部分の内周面と第２内輪３１の内端側部分の外周面との間には、それぞれシール部材５１が設けられている。
このようなハブユニット軸受１を自動車に組み付けるには、外輪３の外周面に形成した懸架装置取り付け用フランジ１１により、外輪３を図示しない懸架装置に固定し、車輪を、車輪側部材固定用の締結部材であるハブボルト４３を介して車輪取り付け用フランジ４５に固定する。その結果、ハブユニット軸受１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。

この図１において、ハブ１３及び第２内輪３１が内方部材に相当し、外輪３が外方部材に相当している。
次に、ころ係止大鍔部２５及び３７に施すショットピーニング加工について詳述する。
本実施形態では非鉄のショット材を適用し、そのショット材を投射装置のショットノズルから噴射してころ係止大鍔部２５及び３７（以下、母材ともいう）に衝突させる。そして、ころ係止大鍔部２５及び３７上に衝突したときのショット材と被施工面との微小滑りによる摩擦熱でショット材の表面を溶融し、ころ係止大鍔部２５及び３７上に付着させて被膜形成するようになっている。

ここで、ショット材としては、鉄系材料である円錐ころ１９に対して潤滑性のある固体潤滑材、例えば、二硫化モリブデン、黄銅、青銅などの銅合金、錫などを適用する。
図２は、第２内輪３１のショットピーニング加工方法を示す図である。この図２に示すように、ショットピーニング加工時には、仕上げ加工後の第２内輪３１を図示しない投射装置の基台上にセットし、第２内輪３１を回転自在に保持する。そして、ショットノズル３０をチャンバー内で遥動させると共に、第２内輪３１を回転させることにより、第２内輪３１のころ係止大鍔部３７に対してショット材を噴射し、被膜を形成する。なお、第１内輪１５に対しても同様の方法を用いてショットピーニング加工を施す。

このようなショットピーニング加工による被膜形成は、電気鍍金や化学鍍金のように処理過程において水素が発生することがないので、遅れ破壊や白色剥離の心配がない。また、溶融鍍金のように処理過程において高温に曝されることがないので、母材の硬さ低下や表面組織の変質を生じさせることなく金属被膜を形成することができる。
さらに、加工表面にはショットピーニングの効果で圧縮残留応力層が形成されるため、被施工面の疲れ寿命を延ばして強度を高めることができると共に、被膜の防錆効果により車両輸送時のフォールスブリネリングを防止することができる。

なお、この加工は、ころ係止大鍔部のみでなく、範囲を広げて被膜形成を行うこともできる。例えば、第１内輪１５の軌道面１７や第２内輪３１の軌道面３３に被膜を形成することもできる。これにより、広範囲にわたって疲れ寿命を延ばすことができる。
ところで、近年、車両の大型化、エンジンの大排気量化や扁平タイヤの普及により、ホイール用ハブユニット軸受の使用条件が厳しくなってきており、玉軸受に比べ断面高さを低くしても負荷容量が稼げる円錐ころ軸受ユニットが普及してきた。

しかしながら、円錐ころ軸受は、トルクが玉軸受に比べて大きい。アンギュラ玉軸受の動摩擦係数は概略０．００１５であり、円錐ころ軸受の動摩擦係数は概略０．００２２で、約５０％円錐ころ軸受の方が高くなることがわかっている。これは、アンギュラ玉軸受の摩擦が転がり抵抗のみによって発生するのに対し、円錐ころ軸受はころ転走面と軌道面との間の転がり抵抗に加え、円錐ころの大鍔部との接触部（ころ頭部）と大鍔部との間に滑り摩擦損失が存在するためである。そして、軸受の摩擦損失は熱に変わるため、円錐ころ軸受ではころ頭部と大鍔部との間で焼付きを発生するおそれがある。

ホイール用軸受は、アクスル剛性を上げ、また、適切な軸受内部荷重の分布を得るために、適切な与圧を負荷された状態で使用される。ころ頭部と大鍔部との間で摩耗が発生すると、軸受の与圧が減少し、剛性及び寿命の低下が発生する。
また、摩耗により発生する酸化摩耗粉は非常に硬いため、この酸化摩耗粉がころ転走面と軌道面との間に入ると圧痕を作り、異音の発生や軸受の早期破損の原因となる。

これに対して、本実施形態では、内方部材に形成されたころ係止大鍔部に非鉄のショット材、具体的には円錐ころのころ頭部に対して潤滑性のある固体潤滑材を用いてショットピーニング加工を施して被膜を形成するので、大鍔部ところ頭部との間の滑り摩擦損失を低減して、大鍔部ところ頭部との間の焼付き及び摩耗を防止することができる。
すなわち、ショット材として非鉄の材質を適用することで、鉄系材料同士の大鍔部と円錐ころとの共金現象の発生を防止することができ、さらに、そのショット材として円錐ころに対して潤滑性のある材質を適用することで、摩擦係数を効果的に低減することができる。

また、ショット材は被施工面上の粗さの谷の部分に厚く、山の部分には薄く付着するので、ショットピーニング加工後に粗さが改善される効果により、摩擦係数が低下し、トルクと発熱とが低減し、その結果、焼付きが防止される。
さらに、大鍔部ところ頭部との間の滑り摩擦損失を低減することで、大鍔部ところ頭部との間で発生する摩耗を防止することができ、軸受の剛性及び寿命の低下を防止することができる。

このように、上記実施形態では、大鍔部と円錐ころとの間の摩擦係数を低減することにより、軸受の起動及び回転トルクを低減し、焼付き及び摩耗を防止することができるので、与圧を安定させ、摩耗粉の発生を防止することができる。したがって、摩耗粉がころ転走面と軌道面との間に入ることに起因する異音の発生を防止することができると共に、軸受の寿命向上を図ることができる。その結果、車両の品質向上と燃費向上とを実現することができる。

なお、上記実施形態においては、ショット材として円錐ころに対して潤滑性のある材質を適用する場合について説明したが、ショット材としてころ係止大鍔部に対して犠牲防錆効果のある材質を適用することもできる。
ここで、犠牲防錆効果を持つ金属としては、例えば、亜鉛を適用する。アルミニウムの被膜でも防錆は可能であるが、アルミニウムのショット材は引火性が強いので、安全性上好ましくない。

このように、ころ係止大鍔部に、当該ころ係止大鍔部に対して犠牲防錆効果を持つ材質によって金属被膜を形成すれば、ころ係止大鍔部ところ頭部との間の滑り摩擦によって摩耗が発生しても、粗さの谷に残留する被膜の犠牲防食効果で、摩耗粉の酸化を防止することができる。摩耗粉は酸化により硬くなると同時に体積も増えるので、酸化防止をすることで、ころ転走面と軌道面との間の圧痕対策も実現することができる。

また、上記実施形態においては、１回のショットピーニング加工によって単層の金属被膜を形成する場合ついて説明したが、異なる複数のショット材を用いて複数回の加工を行い、複層の金属被膜を形成することもできる。
例えば、金属被膜を２層構造とし、表面層を錫やニッケルなど鉄より貴な金属による被膜とし、内側層を亜鉛など鉄より卑な金属による被膜とすることができる。これにより、卑な金属の犠牲防食による溶出消耗を防止して、より高い防錆効果が得られる。

他にも、表面側をニッケル、コバルト、クロムなど硬質な金属による被膜とし、母材側を亜鉛などの犠牲防食性被膜とすることができる。これにより、表面硬質層が摩耗を防止し、内側の犠牲防食層が摩耗粉の酸化を防ぐというような役割分担が可能とる。
このように、金属被膜を複層にすることで、単層では得られない効果を得ることができる。

なお、上記実施形態においては、ころ係止大鍔部２５及び３７に金属被膜を形成する場合について説明したが、円錐ころのころ係止大鍔部２５及び３７との接触部であるころ頭部に金属被膜を形成することもできる。この場合、例えば、図３に示すように、仕上げ加工後の多数本の円錐ころ１９を図示しない投射装置の基台上にセットし、円錐ころ１９を移動自在に保持する。そして、ショットノズル３０をチャンバー内で遥動させると共に、円錐ころ１９を移動させることにより、円錐ころ１９のころ頭部１９ａに対してショット材を噴射し、被膜を形成する。この場合にも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、本発明を駆動輪のハブユニット軸受に適用する場合について説明したが、従動輪のハブユニット軸受に適用することもできる。
さらに、上記実施形態においては、図１に示すように第３世代の駆動輪用ハブユニット軸受（日本精工株式会社製ハブIIIタイプ) に本発明を適用する場合について説明したが、あらゆる世代の駆動輪用ハブユニット軸受に適用可能である。

本発明の実施形態におけるハブユニット軸受の構造を示す断面図である。 ショットピーニング加工方法を説明するための図である。 ショットピーニング加工方法を説明するための図である。

符号の説明

１…ハブユニット軸受、３…外輪、５…複列円錐ころ軸受、７…第１軌道面、９…第２軌道面、１１…懸架装置取り付け用フランジ、１３…ハブ、１５…第１内輪、１７…軌道面、１９…円錐ころ、２５…ころ係止大鍔部、３１…第２内輪、３３…軌道面、３７…ころ係止大鍔部、４５…車輪取り付け用フランジ

Claims (4)

1. テーパ状の内方軌道面を有する外方部材と、テーパ状の外方軌道面を有し、この外方軌道面の大径側端部に大鍔部が形成された内方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の円錐ころとを備えるハブユニット軸受であって、
   前記大鍔部及び前記円錐ころの前記大鍔部との接触面の少なくとも一方に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜が形成されていることを特徴とするハブユニット軸受。
2. 前記ショット材は、前記ショットピーニングの被施工面と接触する部材の材質に対して潤滑効果を持つ固体潤滑材であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記ショット材は、前記ショットピーニングの被施工面の材質に対して犠牲防錆効果を持つ材質であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。
4. 前記金属被膜は、異なる複数のショット材による複層構造であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。

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