JP2010089530A - Wheel bearing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、乗用車用や貨物車用等の高強度化を図った車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a bearing device for a wheel that has been improved in strength for passenger cars, freight cars, and the like.
車輪用軸受装置には、自動車の急旋回時等に応力が高くなる部位がある。特に、応力集中の生じる部位は、前記急旋回時の応力が高くなるときに強度が問題となる。
駆動輪支持用の車輪用軸受装置では、等速ジョイントのステム部と嵌合するハブの内径面セレーション部は、歯状となっているため、谷の部分が高応力となることがあり、また微細な変形・変位の繰り返しにより、ハブと等速ジョイントのセレーションの歯が擦れることにより摩耗する。これらの繰り返しにより、セレーションの歯の谷に亀裂が生じ、耐久性が低下する。また、摩耗が進み、歯が摩減し、駆動力が伝達できなくなったりする。
In the wheel bearing device, there is a portion where the stress becomes high when the vehicle turns sharply. In particular, the strength of the portion where stress concentration occurs becomes a problem when the stress during the sudden turn increases.
In the wheel bearing device for driving wheel support, since the inner surface serration portion of the hub fitted with the stem portion of the constant velocity joint has a tooth shape, the valley portion may be highly stressed. By repeated fine deformation and displacement, the serration teeth of the hub and the constant velocity joint are worn and worn. By repeating these steps, cracks are generated in the valleys of the serration teeth, and durability is lowered. In addition, wear progresses, teeth wear out, and driving force cannot be transmitted.
そのため、ハブのセレーションの設けられた内径面の強化を図ることを試みた。従来、前記セレーション部の強化対策ではないが、ハブの車輪取付用フランジのつけ根部や軸部外周面の疲れ強さの強化対策としては、上記車輪取付用フランジの根元部などに、高周波熱処理を施す方法(例えば特許文献1)や、ショットピーニングを行う方法が提案されている(例えば特許文献2)。 Therefore, an attempt was made to reinforce the inner diameter surface provided with the serration of the hub. Conventionally, this is not a measure for strengthening the serration part, but as a measure for strengthening the fatigue strength of the root part of the wheel mounting flange of the hub and the outer peripheral surface of the shaft part, high-frequency heat treatment is applied to the root part of the wheel mounting flange. A method of performing (for example, Patent Document 1) and a method of performing shot peening have been proposed (for example, Patent Document 2).
しかし、ショットピーニングでは、ハブの内径部が狭いことにより、作業に制限がある。また、高周波熱処理では、熱ひずみにより熱処理後の歯の精度が悪化し、等速ジョイントの組み込み荷重が大きくなったり、ガタが生じる等の問題がある。ハブの全体を調質して硬度アップをする方法(例えば特許文献3)の場合は、工程が増える上に、硬度アップにより全体の加工性、例えば、被削性や、加締め加工などの冷間加工性が低下し、ハブボルトの食い込み性低下によるスリップトルクの低下等が生じることがある。 However, in shot peening, work is limited due to the narrow inner diameter of the hub. In addition, in the high frequency heat treatment, there is a problem that the accuracy of teeth after heat treatment is deteriorated due to thermal strain, the built-in load of the constant velocity joint is increased, and play is generated. In the case of the method of increasing the hardness by refining the entire hub (for example, Patent Document 3), the number of processes is increased, and the overall workability, for example, machinability and cooling such as caulking is improved by increasing the hardness. The inter-workability may be reduced, and the slip torque may be reduced due to a decrease in the biting property of the hub bolt.
そこで、本発明者等は、前記ハブの熱間鍛造の工程中、あるいは工程の最後において、赤熱中のハブの貫通孔の等速ジョイントと結合する内径面のセレーションまたはスプラインの形成部分を冷媒で冷却し、自己復熱や復熱保持焼戻しすることで、その部分に硬度アップとなる非標準組織を得る方法を提案している(例えば特許文献4)。
しかし、鍛造熱を利用する特許文献4に開示の技術の場合、非標準組織としたい部分以外の部分にも飛散した冷媒が及ぶことで、目的としない部分や付近の薄肉部も硬化し、後の旋削加工で削りにくくなるなどの問題が発生する。例えば、薄肉部では30〜35HRCに硬化し、旋削刃具の寿命が低下することが考えられる。 However, in the case of the technique disclosed in Patent Document 4 that uses forging heat, the scattered refrigerant reaches a portion other than the portion that is desired to be a non-standard structure, so that an undesired portion or a thin portion in the vicinity is also cured. Problems such as difficult to cut by turning. For example, it is conceivable that the thin portion hardens to 30 to 35 HRC and the life of the turning blade is reduced.
この発明の目的は、高応力や繰り返し応力に対して、十分な強度や疲れ強さが望まれる部分となるハブの等速ジョイントと結合する内径面のセレーションまたはスプラインを限定的に硬度アップさせることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる車輪用軸受装置を提供することである。 The object of the present invention is to limit the hardness of serrations or splines on the inner diameter surface connected to the constant velocity joint of the hub, where sufficient strength and fatigue strength are desired for high stress and repeated stress. It is possible to provide a bearing device for a wheel that can reduce the decrease in productivity due to an increase in processes.
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブおよびこのハブの軸部の外周に嵌合した少なくとも1つの内輪からなり、前記ハブが中心部に、等速ジョイントの継手部材のステム部を挿通させる貫通孔を有し、この貫通孔の内径面に前記ステム部に設けられたセレーションまたはスプラインと噛み合うセレーションまたはスプラインを有する車輪用軸受装置において、
前記ハブの母材部分が鋼材の熱間鍛造で得られた標準組織であり、前記ハブの前記貫通孔の内径面における前記セレーションまたはスプラインの形成部分が非標準組織の部分とされ、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織である。
A wheel bearing device according to the present invention includes an inner member and an outer member that are rotatable with respect to each other via a double row of rolling elements, and the inner member includes a hub having a wheel mounting flange and a shaft of the hub. The hub has a through hole through which the stem portion of the joint member of the constant velocity joint is inserted, and the stem portion is formed on the inner diameter surface of the through hole. In a wheel bearing device having a serration or spline that meshes with a provided serration or spline,
The base material portion of the hub is a standard structure obtained by hot forging of a steel material, and the serration or spline formation portion on the inner diameter surface of the through hole of the hub is a non-standard structure portion, and the non-standard structure A structure | tissue is a structure | tissue obtained by laser hardening.
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用が得られる。ハブの内径面のセレーションまたはスプラインの形成箇所は、歯状となっているため、自動車の旋回時などにハブに作用するモーメント荷重等により、谷の部分が高応力となることがあり、また微細な変形・変位の繰り返しにより、ハブと等速ジョイントのセレーションの歯が擦れることにより摩耗する。
しかし、このような繰り返し発生する高応力に対して、ハブのセレーションまたはスプラインの形成された内径面が、前記非標準組織とされていると、組織微細化や硬度アップによって強度や疲れ強さが向上し、セレーションまたはスプラインの歯谷から亀裂が発生することが抑制される。つまり、亀裂発生→応力発生部位の変位増加→亀裂の振動伸展→ハブの損傷、という作用が抑えられて、長寿命化される。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
さらには、上記非標準組織による硬度アップのため、セレーションまたはスプラインの摩耗が防止される。そのため、歯が摩減し、駆動力が伝達できなくなることが抑制される。
According to the wheel bearing device having this configuration, the following effects can be obtained. Since the serrations or splines on the hub's inner surface are toothed, the troughs may become highly stressed due to the moment load acting on the hub when the car is turning, etc. By repeated deformation and displacement, the serration teeth of the hub and the constant velocity joint are worn and worn.
However, if the inner surface where the serrations or splines of the hub are formed with the non-standard structure against such high stresses that occur repeatedly, the strength and fatigue strength are reduced due to the refinement of the structure and the increase in hardness. And cracking from the serration or spline root is suppressed. That is, the operation of crack generation → increase in displacement of the stress generation site → vibration extension of crack → damage of the hub is suppressed, and the life is extended. Therefore, it can be reduced in size and weight as compared with a wheel bearing device having a normal standard structure. Therefore, the input weight for manufacturing the wheel bearing device can be reduced, the cost can be reduced, and it can be provided at a low cost. Further, since the wheel bearing device is light, the weight of the automobile can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
Furthermore, since the hardness is increased by the non-standard structure, abrasion of serrations or splines is prevented. For this reason, it is possible to prevent the teeth from being worn and the driving force from being transmitted.
前記非標準組織の部分は、特に、レーザ焼入れにより得られるため、ハブの一部が局部的に高温になり過ぎることを未然に防止し、溶け落ちる等の問題を解決し得る。また、ハブのうち目的の箇所である貫通孔の内径面だけを、レーザ焼入れにより局部的に熱処理し、硬度アップすることができるため、車輪取付用フランジの振れ精度等を高精度に維持することが可能となる。前記非標準組織とする部分を、貫通孔の内径面だけという限られた範囲にすると、ハブ全体の表面を非標準組織とする場合と異なり、被削性や加締性等の加工性の低下が最小限に抑えられる。 The portion of the non-standard structure is obtained by laser quenching in particular, so that it is possible to prevent a part of the hub from becoming too hot locally and solve problems such as melting. Also, only the inner diameter surface of the through hole, which is the target location in the hub, can be locally heat treated by laser quenching to increase the hardness, so that the wheel mounting flange runout accuracy etc. can be maintained with high accuracy. Is possible. If the non-standard texture portion is limited to the inner diameter surface of the through hole, unlike the case where the entire hub surface is non-standard texture, workability such as machinability and caulking properties is reduced. Is minimized.
したがって、ハブ全体のうち貫通孔の内径面以外の大部分は硬化せず、熱処理後の研削加工等を容易に且つ迅速に行うことができる。それ故、従来のものより、加工工数の低減を図り、製品1個あたりのサイクルタイムの向上を図ることが可能となる。換言すれば、従来のものより、工程増による生産性の低下を抑えることができる。また、研削砥石等の寿命を延ばし、製造コストの低減を図ることができる。また、ショットピーニングと異なり、ハブの貫通孔の内径が狭くても光ファイバケーブル等を貫通孔に容易に通すことができる。したがって、貫通孔の内径面の所定箇所にレーザ光を照射させることが可能となる。 Therefore, most of the hub other than the inner diameter surface of the through hole is not hardened, and grinding after the heat treatment can be easily and quickly performed. Therefore, the number of processing steps can be reduced and the cycle time per product can be improved as compared with the conventional one. In other words, it is possible to suppress a decrease in productivity due to an increase in the number of processes compared to the conventional one. In addition, the life of a grinding wheel or the like can be extended, and the manufacturing cost can be reduced. Further, unlike shot peening, an optical fiber cable or the like can be easily passed through the through hole even if the inner diameter of the through hole of the hub is narrow. Therefore, it becomes possible to irradiate a predetermined place on the inner diameter surface of the through hole with the laser beam.
レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの2種類以上の混合組織であっても良い。
上記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの2種類以上の混合組織等の非標準組織の部分は、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。このような組織微細化や硬度アップにより、非標準組織の部分の疲れ強さが向上し、通常の標準組織のみからなるハブに比べて、高い応力振幅に耐え、つまり高強度化され、長寿命化できる。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
The non-standard structure, which is a structure obtained by laser quenching, is one of a fine ferrite / pearlite structure, an upper bainite structure, a lower bainite structure, a tempered martensite structure, or at least two of these structures It may be a mixed tissue.
Any of the above-mentioned fine ferrite / pearlite structure, upper bainite structure, lower bainite structure, tempered martensite structure, or at least a non-standard structure such as a mixed structure of two or more of these structures is standard. Compared with the base material portion made of the structure, the structure is fine and the hardness is equal to or higher than that. This refinement and increased hardness improves the fatigue strength of the non-standard structure part, and can withstand higher stress amplitude, that is, higher strength and longer life compared to a hub consisting only of a normal standard structure. Can be Therefore, it can be reduced in size and weight as compared with a wheel bearing device having a normal standard structure. Therefore, the input weight for manufacturing the wheel bearing device can be reduced, the cost can be reduced, and it can be provided at a low cost. Further, since the wheel bearing device is light, the weight of the automobile can be reduced, and the fuel consumption can be improved.
前記ハブおよび内輪に各列の軌道面を有するものであっても良い。また、前記ハブが軌道面を有せず、前記内輪が複列の軌道面を有するもの、つまりハブが、複列軸受からなる軸受の完成品とは独立した部品のハブであっても良い。 The hub and the inner ring may have respective rows of raceway surfaces. The hub may have no raceway surface, and the inner ring may have a double row raceway surface, that is, the hub may be a hub of a component independent of a finished bearing composed of double row bearings.
前記非標準組織の部分の硬度が20HRC以上40HRC以下であり、母材部分の標準組織の硬度が13HRC以上25HRC以下であっても良い。非標準組織の部分の硬度を20HRC以上40HRC以下とした場合は、靱性が優れたものとなる。この場合、高温焼戻しにより、非標準組織の部分の硬度が20HRC以上40HRC以下となるようにする。
前記非標準組織の部分の硬度の下限は、硬度アップによる疲れ強さ向上のために、母材硬度の中央程度の値となる20HRC以上、できれば25HRC以上とすることが好ましい。ハブの使用材料は炭素鋼(C量0.4〜0.8%)等であるが、S53C等の場合、標準組織部分の硬度は13〜25HRCとなる。加締等の冷間加工を行う場合や、ハブボルトを圧入する部分等を考慮すると、最大で25HRCとすることが好ましい。
前記非標準組織の部分の硬度が40HRC以上であり、母材部分の標準組織の硬度が13HRC以上25HRC以下であっても良い。非標準組織の硬度が40HRC以上とした場合、剛性等の強度、および疲れ強さを向上させることができる。
なお、非標準組織の硬度が20HRC未満であると、強度および疲れ強さが不足し、20HRC以上40HRC以下の範囲では、靱性が優れるが、40HRCを超える場合に比べて、剛性等の強度および疲れ強さは劣る。
The hardness of the non-standard structure portion may be 20 HRC or more and 40 HRC or less, and the hardness of the standard structure of the base material portion may be 13 HRC or more and 25 HRC or less. When the hardness of the portion of the non-standard structure is 20 HRC or more and 40 HRC or less, the toughness is excellent. In this case, the hardness of the portion of the non-standard structure is set to 20 HRC or more and 40 HRC or less by high temperature tempering.
The lower limit of the hardness of the non-standard structure is preferably 20 HRC or more, preferably 25 HRC or more, which is about the center of the base material hardness, in order to improve fatigue strength by increasing the hardness. The material used for the hub is carbon steel (C content 0.4 to 0.8%) or the like, but in the case of S53C or the like, the hardness of the standard structure portion is 13 to 25 HRC. In the case of performing cold working such as caulking, or taking into account the portion into which the hub bolt is press-fitted, it is preferable that the maximum is 25 HRC.
The hardness of the non-standard structure portion may be 40 HRC or more, and the hardness of the standard structure of the base material portion may be 13 HRC or more and 25 HRC or less. When the hardness of the non-standard structure is 40 HRC or more, strength such as rigidity and fatigue strength can be improved.
In addition, if the hardness of the non-standard structure is less than 20 HRC, the strength and fatigue strength are insufficient, and the toughness is excellent in the range of 20 HRC or more and 40 HRC or less, but the strength and fatigue such as rigidity are higher than those in the case of exceeding 40 HRC. The strength is inferior.
前記非標準組織の深さは、0.1mm以上1.5mm以下とするのが良い。0.1mm以下の場合では非標準組織が薄すぎ、効果が見込めない。また、1.5mm以上とすると、深く非標準組織を得るにはレーザ照射時間が長くなるため、照射範囲以外の部分も加熱され、照射後に照射範囲が急冷されにくくなり、硬度低下や組織の悪化、車輪取付フランジの振れ等の精度悪化、等の問題が生じやすくなる。 The depth of the non-standard tissue is preferably 0.1 mm or more and 1.5 mm or less. In the case of 0.1 mm or less, the non-standard structure is too thin and the effect cannot be expected. Further, if the thickness is 1.5 mm or more, the laser irradiation time is long to obtain a deep non-standard structure. Therefore, the part other than the irradiation range is heated, and the irradiation range is less likely to be rapidly cooled after the irradiation. Problems such as deterioration in accuracy such as runout of the wheel mounting flange are likely to occur.
レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、YAGレーザ光を使用した焼入れにより得られた組織であっても良い。YAGレーザ光によると、レーザ光の波長を短いものとできて、浸透性に優れ、被加工物深く加工することができる。
また、レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、半導体レーザ光を使用した焼入れにより得られた組織であっても良い。半導体レーザは、エネルギー変換効率が高いため大規模な冷却機構が不要であること、ミラー系が不要であること等の理由から、装置を小型化できる。さらに、半導体レーザ光の波長は可視光であるため、加工面での反射率が低く、低出力でもレーザ加工が可能となる利点もある。また、レーザ光の強度分布を矩形状とできるため、大面積の焼入れを効率よく行うことができる。それ故、前記YAGレーザ光や赤外線レーザ光を用いるものよりも、被加工物1個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を、さらに図ることが可能となり、工数低減を図ることが可能となる。しかも、YAGレーザ光等よりもレーザ出力の低減を図ることができるため、エネルギーコストの低減を図ることができる。また、非標準組織が、半導体レーザ光を使用した焼入れにより得られた組織である場合、レーザ光の吸収を上げるための吸収剤を被加工物に塗布する必要がなくなり、その分、工数低減を図ることが可能となる。なお、半導体レーザと共にミラー系を用いてレーザ焼入れすることも可能である。
The non-standard structure which is a structure obtained by laser quenching may be a structure obtained by quenching using YAG laser light. According to the YAG laser beam, the wavelength of the laser beam can be shortened, the permeability is excellent, and the workpiece can be processed deeply.
Further, the non-standard structure that is a structure obtained by laser quenching may be a structure obtained by quenching using a semiconductor laser beam. Since the semiconductor laser has high energy conversion efficiency, a large-scale cooling mechanism is unnecessary, and a mirror system is not required. Further, since the wavelength of the semiconductor laser light is visible light, there is an advantage that the laser processing is possible even at a low output since the reflectance on the processing surface is low. In addition, since the intensity distribution of the laser beam can be rectangular, large area quenching can be performed efficiently. Therefore, it is possible to further shorten the time required for laser quenching per workpiece, and to reduce the number of man-hours, as compared with the case using the YAG laser beam or the infrared laser beam. In addition, since the laser output can be reduced as compared with YAG laser light or the like, the energy cost can be reduced. In addition, when the non-standard structure is a structure obtained by quenching using a semiconductor laser beam, it is not necessary to apply an absorbent for increasing the absorption of the laser beam to the workpiece, thereby reducing the man-hour. It becomes possible to plan. It is also possible to perform laser hardening using a mirror system together with a semiconductor laser.
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブおよびこのハブの軸部の外周に嵌合した少なくとも1つの内輪からなり、前記ハブが中心部に、等速ジョイントの継手部材のステム部を挿通させる貫通孔を有し、この貫通孔の内径面に前記ステム部に設けられたセレーションまたはスプラインと噛み合うセレーションまたはスプラインを有する車輪用軸受装置において、
前記ハブの母材部分が鋼材の熱間鍛造で得られた標準組織であり、前記ハブの前記貫通孔の内径面における前記セレーションまたはスプラインの形成部分が非標準組織の部分とされ、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織であるため、高応力や繰り返し応力に対して、ハブの等速ジョイントと結合する内径面のセレーションまたはスプラインを限定的に硬度アップさせることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる。
A wheel bearing device according to the present invention includes an inner member and an outer member that are rotatable with respect to each other via a double row of rolling elements, and the inner member includes a hub having a wheel mounting flange and a shaft of the hub. The hub has a through hole through which the stem portion of the joint member of the constant velocity joint is inserted, and the stem portion is formed on the inner diameter surface of the through hole. In a wheel bearing device having a serration or spline that meshes with a provided serration or spline,
The base material portion of the hub is a standard structure obtained by hot forging of a steel material, and the serration or spline formation portion on the inner diameter surface of the through hole of the hub is a non-standard structure portion, and the non-standard structure Since the structure is a structure obtained by laser quenching, the serration or spline of the inner diameter surface coupled to the constant velocity joint of the hub can be hardened to a limited extent against high stress and repeated stress, and the process Reduced productivity due to increase.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図3と共に説明する。図1は車輪用軸受装置の一例を示しており、この例は第3世代型の駆動輪支持用に適用するものである。この車輪用軸受装置は、複列の転動体3を介して互いに回転自在な内方部材1および外方部材2を有し、転動体3は各列毎に保持器4により保持されている。ここで言う複列とは、2列以上のことを言い、3列以上であっても良いが、図示の例では2列とされている。内方部材1および外方部材2は、それぞれ複列の軌道面6、7および軌道面8、9を有している。この車輪用軸受装置は、複列アンギュラ玉軸受型とされていて、転動体3はボールからなり、軌道面6、7は、接触角が外向きとなるように形成されている。内方部材1と外方部材2との間の軸受空間の両端は、シール10、11により密封されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example of a wheel bearing device, and this example is applied to a third generation type driving wheel support. This wheel bearing device has an
外方部材2は、全体が一体の一つの部品からなり、幅方向の任意の位置に車体取付用フランジ12が設けられている。外方部材2の車体取付用フランジ12よりもインボード側の外径面部分は、車体の懸架装置となるナックル(図示せず)が嵌合する面となる。なお、この明細書で、車体に取付けた状態で車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側(図1の左側)と呼び、車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側(図1の右側)と呼ぶ。車体取付用フランジ12の円周方向の複数箇所には、ボルト挿通孔またはねじ孔からなる車体取付孔13が設けられている。外方部材2の素材は、例えばS53C等のC量が0.4wt%以上0.8wt%以下の炭素鋼である。ただし、素材となる鋼材はS53Cに限定されるものではない。
The
内方部材1は、ハブ14と、このハブ14の軸部14aのインボード側端の外周に嵌合した内輪15との2つの部品で構成される。これらハブ14および内輪15に、内方部材1側の上記各軌道面6、7がそれぞれ形成されている。ハブ14の軸部14aの外周におけるインボード側端には、段差を持って小径となる内輪嵌合面16が設けられ、この内輪嵌合面16に内輪15がシメシロを有した状態で圧入嵌合している。内輪15の素材は、例えばSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼である。ただし、素材となる鋼材はSUJ2に限定されるものではない。
The
ハブ14は、軸部14aのアウトボード側端の外周に車輪取付用フランジ17を有しており、この車輪取付用フランジ17の円周方向複数箇所に設けられた各ハブボルト孔18に、ハブボルト19が圧入状態に取付けられている。
ハブ14の車輪取付用フランジ17の根元部からは、ハブ14と同心の円環状のパイロット部20が突出している。パイロット部20は、車輪取付用フランジ17のアウトボード側の側面に重ねて取付けられるブレーキディスクを案内する部分となるブレーキパイロット20aと、このブレーキパイロット20aよりもアウトボード側に突出するホイールパイロット20bとからなる。なお、パイロット部20は、円周方向複数箇所に切欠が設けられて複数個に分割されたものであっても良い。
The
An
ハブ14の中心部には、等速ジョイント31の片方の継手部材32となる外輪のステム部32aを挿通させる貫通孔21が設けられている。ステム部32aは、セレーション軸からなり、貫通孔21の内径面は、インボード側端の付近等を除き、ステム部32aのセレーションと噛み合うセレーション21aが設けられている。なお、ステム部32aをスプライン軸とし、ハブ14のセレーション21aの代わりにスプラインSPを設けても良い。
ハブ14のアウトボード側の端面における前記貫通孔21の開口周縁は、前記ステム部32aの先端の雄ねじ部に螺着したナット33またはその下に敷かれる座金34が接する座面35となる。ナット33の締め付けによって、継手部材32の段面32bが内輪15の端面に押し付けられ、車輪用軸受装置と等速ジョイント31との結合が行われる。
At the center of the
The opening peripheral edge of the through-
ハブ14の前記座面35は、座繰り部36の底面からなる。ハブ14のアウトボード側の端面には、パイロット部20よりも内径側に凹部37が設けられていて、前記座繰り部36は、この凹部37の底部に設けられている。凹部37の形成により、前記パイロット部20は円筒状となっている。
凹部37の内面は、鍛造肌又は旋削加工面であり、座繰り部36の内面つまり底面および周面は、旋削加工面とされている。座繰り部36は、図示のような深く形成したものに限らず、鍛造肌の部分が削られた程度の深さのものであっても良い。
The
The inner surface of the
内方部材1を構成する部品であるハブ14、内輪15、および外方部材2は、いずれも鋼材の熱間鍛造品であり、このうち、ハブ14は、貫通孔21の内径面におけるセレーション21aを設けた箇所の表面部が、非標準組織の部分30とされている。ハブ14の母材部分は標準組織である。
非標準組織部分30の非標準組織は、レーザ焼入れにより得た組織であり、例えば、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの2種類以上の混合組織とされる。なお、後の各実施形態においても、非標準組織の部分30は、特に説明しない場合においても、レーザ焼入れすることで得られた組織である。
The
The non-standard structure of the
ハブ14の製造工程は、例えば、鍛造→旋削→レーザ焼入れ→軌道面等高周波焼入れ→焼戻し→研削→組立の順序で行なわれる。
すなわち、ハブ14の素材は熱間鍛造により鍛造仕上がり品とされ、この鍛造仕上がり品に旋削加工が施される。前記旋削加工が施されたハブ14のセレーション21aを設けた箇所の表面部が、レーザ焼入れにより硬化される。前記素材となる鋼材は、例えばS53C等のC量が0.4%wt以上0.8wt%以下の炭素鋼である。ただし、素材となる鋼材はS53Cに限定されるものではない。
The manufacturing process of the
That is, the material of the
図3に示すように、レーザ焼入れは、高エネルギーのレーザ光を硬化させたい箇所に照射し、加熱後自己急冷することで、対象箇所の表層を焼入れ硬化するものである。ここでは、レーザ光としてYAGレーザ光が使用され、その出力、デフォーカス量L1、送り速度、発振形態を調整することで、加工面表層を溶融させることなく硬化させるようにしている。レーザ光の前記発振形態としては、レーザ光を連続的に発振させる方式と、レーザ光を断続的に発振させる方式とがある。前記デフォーカス量L1は、硬化対象箇所の表面S1に集光レンズの焦点f1を一旦合わせ、その硬化対象箇所の表面S1から、YAGレーザ発振器のレーザヘッドノズルLNを離間させる値である。このようにレーザヘッドノズルLNを硬化対象箇所から離間させて、レンズ等で集光したレーザ光を、焦点f1をやや外して硬化対象箇所の表面S1に照射している。この場合、レーザ光の焦点f1で表面S1に照射させる場合に比べて、硬化対象箇所の表面S1におけるレーザ光のスポット径が大きくなり、硬化対象箇所の比較的広い面に略均一に入熱させることができる。それ故、被加工物1個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を図り、工数低減を図ることが可能となる。 As shown in FIG. 3, laser quenching involves quenching and curing the surface layer of a target location by irradiating a location where a high energy laser beam is desired to be cured, and self-quenching after heating. Here, a YAG laser beam is used as the laser beam, and the surface layer on the processed surface is cured without being melted by adjusting its output, defocus amount L1, feed speed, and oscillation mode. As the oscillation form of the laser light, there are a system for continuously oscillating the laser light and a system for intermittently oscillating the laser light. The defocus amount L1 is a value that once focuses the focal point f1 of the condenser lens on the surface S1 of the curing target location, and separates the laser head nozzle LN of the YAG laser oscillator from the surface S1 of the curing target location. In this way, the laser head nozzle LN is separated from the portion to be cured, and the laser light condensed by the lens or the like is irradiated on the surface S1 of the portion to be cured with the focus f1 slightly removed. In this case, the spot diameter of the laser beam on the surface S1 of the portion to be cured becomes larger than when the surface S1 is irradiated with the focal point f1 of the laser beam, and heat is applied substantially uniformly to a relatively wide surface of the portion to be cured. be able to. Therefore, the time required for laser quenching per workpiece can be shortened, and the number of man-hours can be reduced.
YAGレーザ光を使用する場合、レーザ光の波長を、例えば1.06μmと短いものとできて、浸透性に優れ、被加工物深く加工することができる。ただし、レーザ光の波長は1.06μmに限定されるものではない。また、YAGレーザ発振器により生成されたレーザ光を図示外の光ファイバケーブルによって、レーザヘッドノズルLNに誘導しても良い。この場合において、レーザヘッドノズルLNを進行方向L2に対して所定角度α(αは例えば5度)つけた状態に配置することが望ましい。この場合、光ファイバケーブルから出射したレーザ光が金属表面で反射し、反射光が前記光ファイバケーブルに再入射することを防止することができる。したがって、光ファイバケーブルを保護することが可能となる。 When YAG laser light is used, the wavelength of the laser light can be as short as 1.06 μm, for example, and it has excellent permeability and can be processed deeply. However, the wavelength of the laser beam is not limited to 1.06 μm. Further, the laser beam generated by the YAG laser oscillator may be guided to the laser head nozzle LN by an optical fiber cable (not shown). In this case, it is desirable to arrange the laser head nozzle LN at a predetermined angle α (α is, for example, 5 degrees) with respect to the traveling direction L2. In this case, it is possible to prevent the laser light emitted from the optical fiber cable from being reflected by the metal surface and the reflected light from reentering the optical fiber cable. Therefore, the optical fiber cable can be protected.
また、レーザ光の送り速度を調整する際、例えば、前記レーザヘッドノズルLNを図示外のロボットアームの先端に取付けても良い。このロボットアームを硬化対象箇所に対して相対的に移動させてこの移動速度を調整することが可能である。なお、固定式のレーザヘッドノズルLNに対して、被加工物を相対的に移動させてレーザ焼入れしても良い。前記YAGレーザの代替手段として半導体レーザを適用することも可能である。半導体レーザ光を使用する場合は、レーザ光の波長として例えば808nmのものを使用することができる。 Further, when adjusting the laser beam feeding speed, for example, the laser head nozzle LN may be attached to the tip of a robot arm (not shown). The moving speed can be adjusted by moving the robot arm relative to the portion to be cured. Note that laser hardening may be performed by moving the workpiece relative to the fixed laser head nozzle LN. It is also possible to apply a semiconductor laser as an alternative to the YAG laser. When using a semiconductor laser beam, a laser beam having a wavelength of, for example, 808 nm can be used.
このレーザ焼入れでは、ハブ14のセレーション21aを設けた箇所における強度および疲れ強さを向上させる場合は、硬化範囲(非標準組織部分30)の表面硬度が40HRC以上となるようにされる。靱性が必要となる場合は、軌道面等の高周波焼入れの前に高温焼戻しを行い硬化範囲の表面硬度が20HRC以上40HRC以下となるようにするのが望ましい。なお、ハブ14の母材部分は標準組織部分であり、この母材部分の硬度は13HRC以上25HRC以下とされる。非標準組織の硬度が20HRC未満であると、強度および疲れ強さが不足し、20HRC以上40HRC以下の範囲では、靱性が優れるが、40HRCを超える場合に比べて、剛性等の強度および疲れ強さは劣る。
この後、軌道面6や内輪嵌合面16、シール10の接触面等の高周波焼入れが行なわれ、焼戻しされる。この後、軌道面6等の研削が行なわれ、研削の完了したハブ14が車輪用軸受装置に組み立てられる。
In this laser hardening, in order to improve the strength and fatigue strength at the location where the
Thereafter, induction hardening is performed on the
上記ハブ14の製造工程において、レーザ焼入れと高周波焼入れの順序は逆であっても良い。特に、ハブ14における軌道面6や内輪嵌合面16と貫通孔21の内径面におけるセレーション21aを設けた箇所の表面部の距離が近いものでは、軌道面6等の高周波焼入れの後にレーザ焼入れを行うのが良い。軌道面6や内輪嵌合面16と貫通孔21の内径面におけるセレーション21aを設けた箇所の表面部の距離が近い場合、貫通孔21の内径面におけるセレーション21aを設けた箇所の表面部へのレーザ焼入れを先に行うと、後に行なう軌道面6等の高周波焼入れによる熱がレーザ焼入れ部を高温で焼戻すこととなり、レーザ焼入れ部の硬度が低下することとなる。そのため、熱影響範囲の広い高周波焼入れを先に行い、熱影響範囲の狭いレーザ焼入れを後に行うことで、レーザ焼入れ部(貫通孔21の内径面におけるセレーション21aを設けた箇所の表面部)の硬度を確保することができる。また、焼戻しは、ハブ14を加熱炉に入れて全体加熱を行うものであっても、高周波加熱によるものであっても、出力、デフォーカス量、送り速度を調整したレーザ光による加熱で部分的に焼戻しするものであっても良い。
In the manufacturing process of the
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用効果が得られる。ハブ14の内径面のセレーション21aの形成箇所は、歯状となっているため、自動車の旋回時などにハブ14に作用するモーメント荷重等により、谷の部分が高応力となることがあり、また微細な変形・変位の繰り返しにより、ハブ14と等速ジョイント31のセレーション21aの歯が擦れることにより摩耗する。
しかし、このような繰り返し発生する高応力に対して、ハブ14のセレーション21aの形成された内径面が、前記非標準組織の部分30とされていると、組織微細化や硬度アップによって強度や疲れ強さが向上し、セレーション21aの歯谷から亀裂が発生することが抑制される。つまり、亀裂発生→応力発生部位の変位増加→亀裂の伸展→ハブの破損、という作用が抑えられて、長寿命化される。
According to the wheel bearing device of this configuration, the following effects can be obtained. Since the
However, if the inner diameter surface on which the
すなわち、上記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの2種類以上の混合組織の非標準組織の部分30は、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。このような組織微細化や硬度アップにより、非標準組織の部分の強度や疲れ強さが向上し、通常の標準組織のみからなるハブに比べて、高い応力振幅に耐え、つまり高強度化され、長寿命化できる。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
また、上記非標準組織による硬度アップのため、セレーション21aの摩耗が防止される。そのため、歯が摩減し、駆動力が伝達できなくなることが抑制される。
That is, any one of the fine ferrite pearlite structure, the upper bainite structure, the lower bainite structure, and the tempered martensite structure, or at least the
Further, since the hardness is increased by the non-standard structure, the
前記非標準組織の部分30は、特に、レーザ焼入れにより得られる。非標準組織の部分が従来の高周波熱処理により得られたものであると、ハブ14の内径面のセレーション21aの形成箇所は、歯状となっているため、セレーション21aの一部が局部的に高温になり過ぎて溶け落ちる等の問題が生じ得る。これに対して、本実施形態のものでは、非標準組織の部分30をレーザ焼入れする際、例えば、図3に示すように、レーザヘッドノズルLNを、セレーション21aに臨む位置またはこれらの位置付近に相対的に移動させたとき、レーザ光の出力、デフォーカス量、および、発振形態の少なくともいずれか一つを変化させる。これにより、セレーション21aが高温になり過ぎることを未然に防止し、これらセレーション21aが溶け落ちる等の問題を解消し得る。
また、非標準組織の部分が従来の高周波熱処理により得られたものであると、車輪取付用フランジ17の大部分が熱処理等されてしまい、熱ひずみ等によって車輪取付用フランジ17の振れ精度劣化を生じることがあり得る。これに対して、本実施形態のものでは、ハブ14のうち目的の貫通孔21の内径面だけを、レーザ焼入れにより限定して熱処理することができるため、車輪取付用フランジ17の振れ精度等を高精度に維持することが可能となる。それ故、この車輪取付用フランジ17のアウトボード側の側面に重ねて取付けられるブレーキディスクの振れ精度をも高精度に維持することができる。
また、従来の、疲労強度を上げるべくハブ14全体を調質すると、硬度アップによりハブ14全体の加工性が低下するが、本実施形態のものでは、車輪取付用フランジ17のうち目的の部分だけを限定的にレーザ焼入れし非標準組織の部分30としている。したがって、非標準組織とされた貫通孔21の内径面だけを限定的に硬度アップすることができる。ハブ14全体の表面を非標準組織とする場合と異なり、被削性や加締性等の加工性の低下が最小限に抑えられる。
The
Further, if the non-standard texture portion is obtained by conventional high-frequency heat treatment, most of the
Further, when the
したがって、ハブ14全体のうち貫通孔21の内径面以外の大部分は、硬化せず、熱処理後の研削加工等を容易に且つ迅速に行うことができる。それ故、従来のものより、加工工数の低減を図り、製品1個あたりのサイクルタイムの向上を図ることが可能となる。換言すれば、従来のものより、工程増による生産性の低下を抑えることができる。また、研削砥石等の寿命を延ばし、製造コストの低減を図ることができる。また、ショットピーニングと異なり、ハブ14の貫通孔21の内径が狭くても光ファイバケーブル等を貫通孔21に容易に通すことができる。したがって、貫通孔21の内径面の所定箇所にレーザ光を照射させることが可能となる。
Therefore, most of the
この発明の他の実施形態を図と共に説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, the same reference numerals are given to portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and overlapping description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
図4ないし図6は、それぞれ他の実施形態を示す。これらの各実施形態においても、ハブ14の貫通孔21の内径面におけるセレーション21aの形成部分を非標準組織の部分30とし、前記非標準組織はレーザ焼入れにより得られた組織としている。非標準組織の部分30の組織微細化や硬度アップにより、強度や疲れ強さが向上し、長寿命化できる。また、セレーション21aの形成部分の硬度アップによりセレーション21aの摩耗等が軽減される。
なお、これらの各実施形態において、特に説明した事項の他は、図1ないし図3と共に説明した実施形態と同じである。
4 to 6 show other embodiments, respectively. Also in each of these embodiments, the formation portion of the
In addition, in each of these embodiments, except for the matters specifically described, it is the same as the embodiment described with reference to FIGS.
図4の車輪用軸受装置は、駆動輪支持用の円すいころ軸受型のものであって、内方部材1が、ハブ14と、このハブ14の軸部14aの外周に嵌合した複列の内輪15とからなる。内輪15は各列毎に設けられている。外方部材2は、一つの1体の部品からなり、車体取付用フランジ12を有している。この実施形態によると、図1の車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
The wheel bearing device of FIG. 4 is of a tapered roller bearing type for driving wheel support, and the
図5の車輪用軸受装置は、駆動輪支持用のアンギュラ玉軸受型のものであって、図4の車輪用軸受装置と同じく、内方部材1が、ハブ14と、このハブ14の軸部14aの外周に嵌合した複列の内輪15とからなる。外方部材2は一つの一体の部品からなるものであって、図1の例の車体取付用フランジ12を有せず、全体に渡って円筒面状とされている。この実施形態の外方部材2の素材は、例えばSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼である。ただし、素材となる鋼材はSUJ2に限定されるものではない。この例では、2個の内輪15は同じ大きさとされている。この実施形態によると、図1の車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
The wheel bearing device shown in FIG. 5 is of an angular ball bearing type for supporting a driving wheel. Like the wheel bearing device shown in FIG. 4, the
図6の車輪用軸受装置は、内方部材1が、ハブ14と、このハブ14の軸部14aの外周に嵌合した複列の内輪15とからなる。内輪15は各列毎に設けられていて、インボード側の内輪15の方が、アウトボード側の内輪15よりも、厚さおよび軸方向寸法が大きいものとされている。内輪15は、ハブ14に設けられた加締部14bでハブ14に軸方向に固定されている。外方部材2は、一つの一体の部品からなり、外径面は全体に渡って円筒状面とされ、図1の例における車体取付用フランジ12は有していない。この図6の実施形態に係る車輪用軸受装置においても、図1の車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
In the wheel bearing device of FIG. 6, the
1…内方部材
2…外方部材
3…転動体
6〜9…軌道面
14…ハブ
14a…軸部
15…内輪
17…車輪取付用フランジ
21…貫通孔
21a…セレーション
30…非標準組織となる部分
31…等速ジョイント
32…継手部材
32a…ステム部
SP…スプライン
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ハブの母材部分が鋼材の熱間鍛造で得られた標準組織であり、前記ハブの前記貫通孔の内径面における前記セレーションまたはスプラインの形成部分が非標準組織の部分とされ、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織である車輪用軸受装置。 An inner member and an outer member that are rotatable with respect to each other via a double row of rolling elements, and the inner member is fitted to a hub having a wheel mounting flange and an outer periphery of a shaft portion of the hub. A serration that consists of two inner rings, and the hub has a through hole through which the stem portion of the joint member of the constant velocity joint is inserted at the center, and the serration or spline provided in the stem portion on the inner diameter surface of the through hole Or in a wheel bearing device having a spline,
The base material portion of the hub is a standard structure obtained by hot forging of a steel material, and the serration or spline formation portion on the inner diameter surface of the through hole of the hub is a non-standard structure portion, and the non-standard structure The wheel bearing apparatus whose structure is a structure | tissue obtained by laser hardening.
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