JP2010089669A - Wheel bearing device - Google Patents
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- F16C2326/00—Articles relating to transporting
- F16C2326/01—Parts of vehicles in general
- F16C2326/02—Wheel hubs or castors
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.
車輪用軸受装置において、ハブの車輪取付用フランジにタップ孔であるねじ孔を設け、このねじ孔にねじ込むホイールボルトでホイールや制動部品を取付けるようにしたものがある。また、外輪の車体取付用フランジに設けられる車体取付孔をねじ孔とし、車体の懸架装置のナックル等に、前記ねじ孔に螺着したボルトで取付けるものがある。
このような車輪取付用フランジや車体取付用フランジにねじ孔を設けたものでは、その雌ねじが、車両旋回時の繰り返し疲労に耐え、また縁石等の側面衝突時などの大荷重に耐える必要がある。
In some wheel bearing devices, a screw hole, which is a tap hole, is provided in a wheel mounting flange of a hub, and a wheel or a brake component is attached by a wheel bolt that is screwed into the screw hole. Further, there is a type in which a vehicle body mounting hole provided in a vehicle body mounting flange of an outer ring is a screw hole and is attached to a knuckle or the like of a suspension device of a vehicle body with a bolt screwed into the screw hole.
In such a wheel mounting flange or vehicle body mounting flange with a screw hole, the female screw must withstand repeated fatigue during turning of the vehicle and withstand heavy loads such as curb side impacts. .
そのため、車輪取付用フランジおよび車体取付用フランジのねじ孔の強化を図ることを試みた。従来、ねじ孔の硬化対策ではないが、車輪用軸受装置の構成部品の疲労強度を上げるために、部品全体を鍛造後調質し、硬度を高める方法も提案されている(例えば特許文献1)。また、高周波熱処理を施す方法(例えば特許文献2)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3)。 Therefore, an attempt was made to strengthen the screw holes of the wheel mounting flange and the vehicle body mounting flange. Conventionally, although it is not a countermeasure against hardening of a screw hole, in order to increase the fatigue strength of the component parts of the wheel bearing device, a method of improving the hardness by forging the entire part after forging has been proposed (for example, Patent Document 1). . In addition, a method for performing high-frequency heat treatment (for example, Patent Document 2) and a method for performing shot peening have been proposed (for example, Patent Document 3).
しかし、車輪取付用フランジまたは車体取付用フランジの全体を調質して硬度アップをする方法の場合は、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。また、ショットピーニングでは、ねじ孔の内径部が狭いため作業に制限がある。高周波熱処理では、処理を施す部分の部品形状によっては採用できない場合がある。高周波熱処理を行うと、部品の一部が局部的に高温になり過ぎて溶け落ちるなどの問題が生じるため、高周波熱処理を行なえない。 However, in the case of increasing the hardness by refining the entire wheel mounting flange or vehicle body mounting flange, the number of processes is increased and the overall workability, for example, machinability and caulking, is increased by increasing the hardness. Cold workability such as machining may be reduced, and slip torque may be reduced due to a decrease in biting property of the hub bolt. In shot peening, the inner diameter portion of the screw hole is narrow, so that the work is limited. In the high frequency heat treatment, there are cases where it cannot be adopted depending on the part shape of the part to be treated. When high-frequency heat treatment is performed, problems such as partial melting of parts due to excessively high temperature and melting occur, and therefore high-frequency heat treatment cannot be performed.
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、赤熱中の車輪取付用フランジまたは車体取付用フランジの一部(ねじ孔)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、目的としない部分が硬化し、後の旋削加工で削りにくくなるなどの問題が発生する。 However, in the case of the technique disclosed in Patent Document 4 that uses forging heat, the undesired portion is cured by the scattered refrigerant reaching the portion other than the portion that is desired to be a non-standard structure, and shaved by subsequent turning. Problems such as difficulty.
この発明の目的は、ホイールや車体の取付用のねじ孔の強度、疲れ強さが向上し、自動車の旋回時等の繰り返し発生する高応力に対して耐久性に優れ、より大荷重に耐え、ねじ孔の雌ねじの摩耗も減少できて、ボルトの軸力低下・緩みを抑制でき、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 improve the strength and fatigue strength of the screw holes for mounting the wheel and the vehicle body, and is excellent in durability against high stress repeatedly generated during turning of the automobile, withstanding a larger load, It is an object of the present invention to provide a wheel bearing device that can reduce wear of a female screw in a screw hole, suppress a decrease in bolt axial force and loosening, and suppress a 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、これら内方部材または外方部材の全体または一部を構成する部品に、車輪取付用または車体取付用のフランジを有し、いずれかのフランジにねじ孔が設けられた車輪用軸受装置において、
前記ねじ孔が設けられたフランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分が標準組織であって、この部品の前記ねじ孔の内面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。
なお、標準組織とは、焼ならし温度から除冷したときの組織、つまり鋼の組織を均一化するため、オーステナイト組織になるまで加熱した後、除冷することにより得られた組織のことをいう。
The wheel bearing device of the present invention has an inner member and an outer member that are rotatable with respect to each other via a double row of rolling elements, and is a component that constitutes all or part of the inner member or the outer member. In a wheel bearing device having a flange for mounting a wheel or a vehicle body, and having a screw hole in any of the flanges,
The part having the flange provided with the screw hole is a hot forged product of steel material, and this part has a base material portion having a standard structure, and an inner surface of the screw hole of the part is a non-standard structure portion. The non-standard structure is a structure obtained by laser quenching.
In addition, the standard structure is the structure obtained by cooling after heating to an austenite structure in order to homogenize the structure when it is cooled from the normalizing temperature, that is, the steel structure. Say.
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。前記部品のねじ孔の内面が前記非標準組織の部分であるため、こ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、ねじ孔における強度、疲れ強さが向上し、自動車の旋回時等の高応力が繰り返し発生するときに、車輪取付用フランジまたは車体取付用フランジのねじ孔に亀裂が発生することが抑えられる。つまり、亀裂発生→応力発生部位の変位増加→車両の振動増加→ねじ孔の設けられた車輪用軸受装置の部品の耐久性低下という作用が抑えられて、長寿命化される。しかもボルトの抜けが抑えられる。また、非標準組織による硬度アップにより、大荷重時のねじ孔の損傷が抑えられて、より高荷重まで耐えることができる。さらにねじ孔の雌ねじの摩耗が減少でき、ボルトの軸力の低下・緩みが抑制できる。
このように、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。
According to the wheel bearing device having this configuration, the following effects can be obtained. Since the inner surface of the screw hole of the part is the part of the non-standard structure, the part of the non-standard structure is finer than the base material part made of the standard structure and has a hardness equal to or higher than that. Become. Such refinement of the structure and increased hardness improve the strength and fatigue strength of the screw hole, and when high stress is repeatedly generated during turning of the automobile, the screw hole of the wheel mounting flange or the vehicle body mounting flange It is possible to prevent cracks from occurring. In other words, the effect of crack generation → increase in the displacement of the stress generation site → increase in vehicle vibration → reduced durability of the components of the wheel bearing device provided with the screw hole is suppressed, thereby extending the life. Moreover, the bolt can be prevented from coming off. Further, due to the increase in hardness due to the non-standard structure, damage to the screw hole at the time of a heavy load is suppressed, and a higher load can be withstood. Furthermore, the wear of the female screw in the screw hole can be reduced, and the reduction and loosening of the axial force of the bolt can be suppressed.
Thus, the strength is increased and the life can be 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.
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、ねじ孔が設けられたフランジを有する部品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、溶け落ちることもない。また、前記非標準組織とする部分を、ねじ孔の内面だけという限られた範囲にすると、前記部品全体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 part of the non-standard structure is obtained by laser quenching in particular, so that it is possible to prevent a part of the part having a flange provided with a screw hole from becoming too hot locally and not to melt down. . Further, when the non-standard structure portion is limited to the inner surface of the screw hole only, unlike the case where the entire part is made of a non-standard structure, workability such as machinability and caulking properties is reduced. Is minimized.
したがって、前記部品全体のうちねじ孔の内面以外の大部分は、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、ねじ孔の内径が狭くても光ファイバケーブル等をねじ孔に容易に通すことができる。したがって、ねじ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 entire part other than the inner surface of the screw hole is not hardened, and grinding processing 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. Unlike shot peening, an optical fiber cable or the like can be easily passed through a screw hole even if the inner diameter of the screw hole is narrow. Therefore, it is possible to irradiate the laser beam to a predetermined portion of the inner diameter surface of the screw hole.
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部品に比べて、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. Such refinement and increased hardness improve the fatigue strength of the non-standard structure part, and can withstand higher stress amplitude, that is, higher strength and longer life compared to parts consisting of only 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.
前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの外周に嵌合した少なくとも1つの内輪とでなり、前記車輪取付用フランジに前記ねじ孔が設けられ、前記ハブの前記ねじ孔の内面が非標準組織の部分とされても良い。
前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの外周に嵌合した少なくとも1つの内輪とでなり、前記車輪取付用フランジに前記ねじ孔が設けられ、そのねじ孔がホイールを取り付け可能なものであり、前記ハブの前記ねじ孔の内面が非標準組織の部分とされても良い。
前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの外周に嵌合した少なくとも1つの内輪とでなり、前記車輪取付用フランジに前記ねじ孔が設けられ、そのねじ孔がブレーキロータを取り付け可能なものであり、前記ハブの前記ねじ孔の内面が非標準組織の部分とされても良い。
The inner member includes a hub having a wheel mounting flange and at least one inner ring fitted to the outer periphery of the hub, the screw hole being provided in the wheel mounting flange, and the screw hole of the hub. The inner surface may be a non-standard tissue part.
The inner member includes a hub having a wheel mounting flange and at least one inner ring fitted to the outer periphery of the hub, and the screw hole is provided in the wheel mounting flange. The inner surface of the screw hole of the hub may be a non-standard tissue part.
The inward member includes a hub having a wheel mounting flange and at least one inner ring fitted to the outer periphery of the hub. The screw hole is provided in the wheel mounting flange, and the screw hole is a brake rotor. The inner surface of the screw hole of the hub may be a non-standard tissue part.
前記外方部材が車体取付用フランジを有し、前記外方部材の車体取付用フランジに前記ねじ圧入孔が設けられ、前記外方部材の前記ねじ孔の内面が非標準組織の部分とされても良い。
前記内方部材が、ハブと、このハブのインボード側端の外周に嵌合した1つの内輪とでなり、これらハブおよび内輪に各列の軌道面が形成されたものであっても良い。
前記内方部材がハブの外周に嵌合した複数の内輪を有し、前記ハブが軌道面を有さず、前記各内輪が軌道面を有するものであっても良い。
The outer member has a vehicle body mounting flange, the screw mounting hole is provided in the vehicle body mounting flange of the outer member, and the inner surface of the screw hole of the outer member is a non-standard tissue part. Also good.
The inner member may be a hub and one inner ring fitted to the outer periphery of the inboard side end of the hub, and the hub and the inner ring may be formed with raceways in each row.
The inner member may have a plurality of inner rings fitted on the outer periphery of the hub, the hub may not have a raceway surface, and each inner ring may have a raceway surface.
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さを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。
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。非標準組織の部分の硬さの下限は、硬度アップによる疲れ強さ向上のために、母材硬さ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、標準組織部分の硬さは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さが40HRC以上であり、母材部分の標準組織の硬さが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。
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 hardness of the non-standard structure 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.
When 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. Is inferior. The lower limit of the hardness of the non-standard structure portion 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 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.
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, said YAG
The time required for laser quenching per workpiece can be further shortened compared to those using laser light or infrared laser light, and the number of man-hours can be reduced. 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、これら内方部材または外方部材の全体または一部を構成する部品に、車輪取付用または車体取付用のフランジを有し、いずれかのフランジにねじ孔が設けられた車輪用軸受装置において、
前記ねじ孔が設けられたフランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分が標準組織であって、この部品の前記ねじ孔の内面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、ホイールや車体の取付用のねじ孔の強度、疲れ強さが向上し、自動車の旋回時等の繰り返し発生する高応力に対して耐久性に優れ、より大荷重に耐え、ねじ孔の雌ねじの摩耗も減少できて、ボルトの軸力低下・緩みを抑制でき、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる。
The wheel bearing device of the present invention has an inner member and an outer member that are rotatable with respect to each other via a double row of rolling elements, and is a component that constitutes all or part of the inner member or the outer member. In a wheel bearing device having a flange for mounting a wheel or a vehicle body, and having a screw hole in any of the flanges,
The part having the flange provided with the screw hole is a hot forged product of steel material, and this part has a base material portion having a standard structure, and an inner surface of the screw hole of the part is a non-standard structure portion. In addition, since the non-standard structure is a structure obtained by laser quenching, the strength and fatigue strength of the screw holes for mounting the wheel and the vehicle body are improved, and the high stress repeatedly generated during turning of the automobile is increased. On the other hand, it has excellent durability, can withstand a larger load, can reduce the wear of the internal thread of the screw hole, can suppress the decrease in bolt axial force and loosening, and can suppress the decrease in productivity due to an increase in the number of processes.
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は軸受外輪となるものであって、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と呼び、車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。車体取付用フランジ12の円周方向の複数箇所には、内面が雌ねじとなるねじ孔からなる車体取付孔13が設けられている。
The
図1、図2に示すように、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が嵌合している。ハブ14の中心部には、等速ジョイントの外輪のステム部(図示せず)を挿通させる貫通孔21が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, 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、内面が雌ねじとなるねじ孔からなるホイール取付孔18が設けられている。各ホイール取付孔18には、ホイールボルト(図示せず)がねじ込まれ、車輪取付用フランジ17のアウトボード側の側面に重ねられたホイールHLが前記ホイールボルトで固定される。
The
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ロータBR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。
An
なお、従動輪用の車輪用軸受装置では、図4に示すように、ハブ14は図1の例における貫通孔21を有しないものとされる。また、図4の例の従動輪用の車輪用軸受装置では、内輪15は、ハブ14の軸部14aのインボード側端を外径側へ加締めた加締部14bによって、ハブ14に対して軸方向に固定されている。
In the wheel bearing device for the driven wheel, as shown in FIG. 4, the
図1,図2,図4において、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る。このうち、ハブ14の車輪取付用フランジ17のねじ孔からなるホイール取付孔18の内面が非標準組織の部分30とされている。また、外方部材2の車体取付用フランジ12におけるねじ孔からなる車体取付孔13の内面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。これら非標準組織の部分30は、ハブ14または外方部材2に局部的に設けられたものである。
1, 2, and 4, the
図2(A)に示すように、車輪取付用フランジ17におけるホイール取付孔18の内面18aが非標準組織の部分30とされている。この非標準組織の部分30は、ハブ14に局部的に設けられたものであり、車輪取付用フランジ17におけるホイール取付孔18の内面18aから半径方向外方側へ所定小距離La(Laは、例えば車輪取付用フランジ17の厚みの1/2程度)延びる範囲が、非標準組織の部分30とされている。ただし、非標準組織の部分30は、前記範囲に限定されるものではない。例えば、非標準組織の部分30を、ホイール取付孔18の内面18aから半径方向外方に数十μm至る範囲としても良い。
また、図2(B)に示すように、車体取付用フランジ12における車体取付孔13の内面13aから半径方向外方側へ所定小距離Lb(Lbは、例えば車体取付用フランジ12の厚みの1/2程度)延びる範囲が、非標準組織の部分30とされている。ただし、非標準組織の部分30は、前記範囲に限定されるものではない。例えば、非標準組織の部分30を、車体取付孔13の内面13aから半径方向外方に数十μm至る範囲としても良い。
As shown in FIG. 2A, the
Further, as shown in FIG. 2B, a predetermined small distance Lb (Lb is, for example, 1 of the thickness of the vehicle
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 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。前記素材となる鋼材は、例えばS53C等のC量が0.4%以上0.8%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。前記旋削加工が施されたハブ14のホイール取付孔18の内面18a、および車体取付孔13の内面13aが、レーザ焼入れにより硬化される。
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のホイール取付孔18の内面18a、および外方部材2の車体取付孔13の内面13a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、高温焼戻しにより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、外方部材2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等や内輪嵌合面16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, when the strength and fatigue strength of the
Thereafter, induction hardening of the
上記ハブ14、外方部材2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。また、焼戻しは、ハブ14、外方部材2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のホイール取付孔18の内面18a、および車体取付孔13の内面13aが前記非標準組織の部分30であるため、これら内面18a,13aの組織が微細化し、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、ねじ孔における強度、疲れ強さが向上し、自動車の旋回時等の高応力が繰り返し発生するときに、車輪取付用フランジ17および車体取付用フランジ12の各ねじ孔に亀裂が発生することが抑えられる。つまり、亀裂発生→応力発生部位の変位増加→車両の振動増加→ねじ孔の設けられた車輪用軸受装置の部品の耐久性低下という作用が抑えられて、長寿命化される。しかもボルトの抜けが抑えられる。
According to the wheel bearing device of this configuration, the following effects can be obtained. Since the
また、非標準組織による硬度アップにより、大荷重時のねじ孔の損傷が抑えられて、より高荷重まで耐えることができる。さらにねじ孔の雌ねじの摩耗が減少でき、ボルトの軸力の低下・緩みが抑制できる。また、所望の締付トルクを得ることができる。
このように、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。
Further, due to the increase in hardness due to the non-standard structure, damage to the screw hole at the time of a heavy load is suppressed, and a higher load can be withstood. Furthermore, the wear of the female screw in the screw hole can be reduced, and the reduction and loosening of the axial force of the bolt can be suppressed. Further, a desired tightening torque can be obtained.
Thus, the strength is increased and the life can be 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.
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ため、ホイール取付孔18が設けられた車輪取付用フランジ17を有するハブ14の一部、外方部材2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、溶け落ちることもない。また、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。前記非標準組織とする部分30を、ホイール取付孔18の内面18a、車体取付孔13の内面13aだけという限られた範囲にすると、前記ハブ14全体、外方部材2全体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。
Since the
したがって、ハブ14全体のうちホイール取付孔18の内面18a以外の大部分は、硬化せず、焼戻し後の研削加工等を容易に且つ迅速に行うことができる。また、外方部材2全体のうち車体取付孔13の内面13a以外の大部分は、硬化せず、焼戻し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、ホイール取付孔18や車体取付孔13の内径が狭くても光ファイバケーブル等をこれら取付孔18,13に容易に通すことができる。したがって、取付孔18,13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
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。
図1に示す第1の実施形態において、車体取付孔13を雌ねじを有しないボルト挿通孔とし、このボルト挿通孔の内面を非標準組織の部分30とすると共に、ホイール取付孔18をねじ孔としてその内面18aを非標準組織の部分30としても良い。また、図1に示す第1の実施形態において、ホイール取付孔18および車体取付孔13の少なくともいずれか一方または両方を、ボルト圧入孔としてセレーションを有するハブボルトを圧入するものとしても良い。
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 mixed structure of two or more of these structures, the
In the first embodiment shown in FIG. 1, the vehicle
この発明の他の実施形態を図4ないし図11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 FIGS.
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11の各実施形態においても、各ねじ孔からなるホイール取付孔18または車体取付孔13の内面を非標準組織の部分30とし、この非標準組織の部分30は、レーザ焼入れにより得られたものである。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。前記硬度アップにより、これらホイール取付孔18または車体取付孔13の雌ねじの摩耗が軽減され、ホイールボルトや車体取付ボルトの軸力の低下・緩みが抑制できる。これらの各実施形態においても、車輪取付用フランジ17および車体取付用フランジ12の両方を有するもの(図4、図5、図6、図10の各実施形態)においては、そのいずれか片方の孔、つまりホイール取付孔18または車体取付孔13のいずれか片方のみをねじ孔としてそのねじ孔の内面を非標準組織の部分30としても良い。また、ホイール取付孔18および車体取付孔13の少なくともいずれか一方または両方を、ボルト圧入孔としてセレーションを有するハブボルトを圧入するものとしても良い。
In each of the embodiments shown in FIGS. 4 to 11, the inner surface of the
図4は、図1の実施形態における車輪用軸受装置を、従動輪支持用としたものである。この実施形態では、ハブ14が中心部に貫通孔21を有していない。その他の構成は、図1の例と同様であり、図1と同様の作用効果を奏する。
図5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。ハブ14は車輪取付用フランジ17を有している。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。この車輪用軸受装置は、内輪15、外方部材2、および転動体3等からなる複列軸受からなる完成品の軸受とは別部品としてハブ14が設けられている。
FIG. 4 shows the wheel bearing device in the embodiment of FIG. 1 for supporting a driven wheel. In this embodiment, the
The wheel bearing device of FIG. 5 is of a tapered roller bearing type for driving wheel support, and the
図6は、図5の例の車輪用軸受装置を従動輪支持用としたものであり、ハブ14は中央の貫通孔21を有しないものとされている。また、内輪15は、ハブ14の加締部14bによってハブ14に固定されている。その他の構成は、図5の例と同じである。
図7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、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。また、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。
FIG. 6 shows the wheel bearing device of the example of FIG. 5 for supporting the driven wheel, and the
The wheel bearing device of FIG. 7 is of an angular ball bearing type for driving wheel support, and the
図8は、図7の例の車輪用軸受装置を従動輪支持用としたものであり、ハブ14は中央の貫通孔21を有しないものとされている。その他の構成は図7の例と同じである。
図9の車輪用軸受装置は、図7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、車体取付用フランジ12を有しないものとされている。この例では、2個の内輪15は同じ大きさとされ、内輪15のハブ14に対する軸方向の固定は、加締によらずに、ハブ14に結合される等速ジョイント(図示せず)で行われる。
FIG. 8 shows the wheel bearing device of the example of FIG. 7 for supporting the driven wheel, and the
The wheel bearing device of FIG. 9 includes the
図10の車輪用軸受装置は、第4世代型のものであり、内方部材1が、ハブ14と、等速ジョイント31の一方の継手部材である継手外輪32とで構成され、ハブ14および継手外輪32に各列の軌道面6,7が形成されている。外方部材2は一つの部品からなり、車体取付用フランジ12を有している。
図11の車輪用軸受装置は、第2世代型の外輪回転タイプのものであり、外方部材2が車輪取付用フランジ17を有しており、内方部材1は、複列の内輪15からなる。
The wheel bearing device of FIG. 10 is of the fourth generation type, and the
The wheel bearing device of FIG. 11 is of the second generation type outer ring rotating type, the
1…内方部材
2…外方部材
3…転動体
6〜9…軌道面
12…車体取付用フランジ
13…車体取付孔
14…ハブ
15…内輪
17…車輪取付用フランジ
18…ホイール取付孔
30…非標準組織となる部分
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ねじ孔が設けられたフランジを有する部品が鋼材の熱間鍛造品であり、この部品は、母材部分が標準組織であって、この部品の前記ねじ孔の内面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 parts for constituting all or part of the inner member or the outer member are attached to a wheel or a vehicle body. In a wheel bearing device having a flange and provided with a screw hole in any of the flanges,
The part having the flange provided with the screw hole is a hot forged product of steel material, and this part has a base material portion having a standard structure, and an inner surface of the screw hole of the part is a non-standard structure portion. A wheel bearing device, wherein the non-standard structure is a structure obtained by laser hardening.
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