JP2011240857A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】完成品状態でも低コストで印字でき、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、視認不能を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】第1世代構造の車輪用軸受装置において、内輪6の大端面6b側の内径面取り部6cに車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字され、内輪6の面取り部6cが、鍛造、旋削、熱処理、研削工程の中で、旋削工程で形成され、表面粗さがRa6.3以下で、熱処理により表面に酸化膜が付着していると共に、予め印字位置の背景となる酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置に関し、詳しくは、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、視認不能を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受装置に関するものである。
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。また、車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第1世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第2世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第3世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第4世代構造とに大別されている。
これらの車輪用軸受装置で、例えば、左右非対称の複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受では、組立の際に左右逆に組み込まれる恐れがあるため、通常、軸受の端面に刻印を施して識別を図ったり、また、軸受サイズやメーカ等を特定すると共に、ロット番号を施してトレーサビリティを確保する手法が採用されている。然しながら、長期間使用後は、軸受の端面が相手部品と接触してフレッティング摩耗が発生したり、錆によってこの刻印が認識できず、車輪用軸受装置に不具合が生じた時に、これら車輪用軸受装置の情報を適切に取得することができない場合があった。
このような問題を解決したものとして、図13に示す車輪用軸受装置が知られている。この従来の車輪用軸受装置51は、軸本体52の車両アウター側にはフランジ53が設けられ、このフランジ53と軸本体52とで車輪と一体に回転するフランジ付き車軸54が構成されている。フランジ53の貫通孔55にはボルト56が圧入されていて、このボルト56によって図示しないホイールおよびディスクロータがフランジ53に固定される。
軸本体52の小径外周面57には単一の内輪軌道58aを有する内輪58が嵌合され、軸本体52の大径外周面59に設けられている単一の内輪軌道59aとで、複列の内輪軌道58a、59aを構成している。また、外輪60には、前記複列の内輪軌道58a、59aに対応して、複列の外輪軌道60a、60aが設けられている。そして、複列の内輪軌道58a、59aと外輪軌道60a、60aの間には複数個の転動体61が配置され、保持器62によって一定間隔に保持されている。
外輪60のアウター側の端部とフランジ53との間にはシール材63が設けられ、このシール材63と外輪60に装着されるカバー64とで、泥水等が車輪用軸受装置51内部に浸入するのを防止している。また、ABS(アンチロックブレーキシステム)機能を有する車輪用軸受装置51においては、カバー64にフランジ付き車軸54の回転を検出するための回転数センサが取り付けられている。
ここで、車輪用軸受装置51の外面となる太線で示す部分に転写面が形成されていて、読み取り易い部分であるフランジ53のアウター側の側面53aに、車輪用軸受装置51の情報が記載された2次元コード65が転写されている。この2次元コード65の転写は、転写用フィルムを印刷するフィルム印刷工程、実際に液圧転写が行われる転写工程、不要なフィルムを除去して水分を乾燥させるフィルム除去乾燥工程、被転写体の表面を被覆するトップコート工程からなる。
図14(a)に示すように、塗装面を有するフィルム66を、転写槽67内の転写液68上に供給する。次に、(b)に示すように、フランジ付き車軸54を転写液68に没入させることにより、矢印のように、転写液68からフィルム66を介して液圧がかかるので、フランジ付き車軸54の3次元曲面に沿ってフィルム66が貼りつき、転写が行われる。この場合、フランジ53の側面53aに2次元コード65が転写されるように調整する。その後、(c)に示すように、フランジ付き車軸54の転写面全体にフィルム66が接合するまで没入させれば、実質的な転写が終了する。
さらに、まだ転写フィルム66の転写液68に溶けなかった部分が残っているため、その余分な転写フィルム66を除去するためにシャワーリング等によって、フランジ付き車軸54を水洗洗浄し、乾燥させる。その後、表面を保護すると共に、転写面に照り感や深み感を増すためにトップコートを行う。このトップコートは、溶アクリル系等の有機系塗料の透明なスプレー等によって行う。このように、転写が行われば、転写面においては金属が被覆されるので防錆効果を有し、さらに2次元コード65が記載されているので、適切に情報管理も行うことができる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006−224902号公報
然しながら、こうした従来の車輪用軸受装置51では、フランジ付き車軸54を転写液68に没入させて2次元コード65を転写させるため、軸受完成品状態では転写できる範囲が制限されると共に、転写液68によってシール材63が損傷する恐れがあった。また、転写液68の管理や印刷するための専用設備が必要となると共に、2次元コード65の読み取り装置が必要となり、製造コストがアップすると言った課題があった。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、完成品状態でも低コストで印字でき、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、視認不能を防止して信頼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する。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記外側継手部材の肩部に当接する前記内輪の大端面を除く、前記内輪またはハブ輪の部位のうち外部に露出していない部位に、前記車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字されている。
このように、第1乃至第4世代構造の車輪用軸受装置において、外側継手部材の肩部に当接する内輪の大端面を除く、内輪またはハブ輪の部位のうち外部に露出していない部位に、車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字されているので、完成品状態でも低コストで印字でき、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、視認不能を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
また、請求項2に記載の発明のように、前記内輪の大端面側の内径面取り部に前記印字が施されていれば、スティックスリップ音の発生を防止すると共に、摩耗や錆による視認不能を防止することができる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記内輪の面取り部が、鍛造、旋削、熱処理、研削工程の中で、前記旋削工程で形成され、表面粗さがRa6.3以下で、熱処理により表面に酸化膜が付着していると共に、予め印字位置の背景となる前記酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されていれば、酸化膜の色とレーザマーキング印字の色とのコントラストの差が少なくても印字を容易に視認することができる。
また、請求項4に記載の発明のように、前記酸化膜がレーザ照射により剥離除去されていれば、焼入れ鋼切削や研削等の機械加工による除去に比べ短時間で、オンラインで行うことができ、低コスト化を図ることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、前記ハブ輪に前記外側継手部材のステム部がセレーションを介してトルク伝達可能に嵌合され、このステム部の端部に螺着された固定ナットによって前記内輪が前記ハブ輪と前記外側継手部材の肩部とで挟持された状態で軸方向に固定されると共に、前記外側継手部材の肩部と前記内輪の大端面が研削加工され、当該内輪の大端面が研削加工後にラップ加工されていれば、研削加工による鏡面部分が減少して細かな筋状痕が増大し、摩擦係数が小さくなって当接面をスムーズに滑らせることができ、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
好ましくは、請求項6に記載の発明のように、前記内輪の大端面の面粗さがRa0.7以下に規制されていれば、表面の凹凸による引っ掛かりを防止し、スティックスリップ音の発生を確実に防止することができる。
また、請求項7に記載の発明のように、前記外側継手部材の肩部に当接される内輪の大端面に研削加工により同心円状の筋目が形成されていれば、表面の凹凸による引っ掛かりを防止し、内輪の大端面と外側継手部材の肩部との当接面に塗布されたグリースにより油膜が形成がされ易く、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含有したグリースではその保持が形成され易くなり、大きな捩れトルクが負荷されてもスムーズに両者が相対滑りし、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
また、請求項8に記載の発明のように、前記ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入され、これら内輪のうちアウター側の内輪の大端面に前記印字が施されていれば、アウター側の内輪が当接するハブ輪の肩部は、外側継手部材のステム部に比べて大径で捩り剛性が高いため、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
また、請求項9に記載の発明のように、前記ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定され、当該内輪の小端面側の内径面取り部に前記印字が施されていても良い。
また、請求項10に記載の発明のように、前記ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面が平坦面に形成されて前記外側継手部材の肩部に当接され、この部位に同心円状の筋目が形成されていれば、加締部と外側継手部材の肩部との当接面に塗布されたグリースにより油膜が形成がされ易く、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含有したグリースではその保持がされ易くなり、大きな捩れトルクが負荷されてもスムーズに両者が相対滑りし、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
また、請求項11に記載の発明のように、前記ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入され、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、これら内輪の小端面側の内径が、前記小径段部に外嵌される内径よりも大径に形成され、この小端面側の内径に前記印字が施されていても良い。
また、請求項12に記載の発明のように、前記ハブ輪の内周に硬化された凹凸部が形成され、当該ハブ輪に前記外側継手部材のステム部が所定のシメシロで圧入され、前記ハブ輪の小径段部の端面に前記外側継手部材の肩部が衝合された状態で、嵌合部の内径を拡径することにより、前記ハブ輪と外側継手部材が塑性結合されて一体化されると共に、前記ハブ輪の小径段部の内径面取り部に前記印字が施されていても良い。
また、請求項13に記載の発明のように、前記印字が、型番、原産国、製造年月日、製品のロット番号、製造メーカ名、加工時の条件、軸受内部すきま、製品の取扱い上の注意点、警告文、模造品との識別記号、締付トルク値、組立手順、前後左右の車両組立位置のうち少なくとも2つ以上の情報で構成されていれば、トレーサビリティの向上を図って、信頼性を向上させることができる。
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が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記外側継手部材の肩部に当接する前記内輪の大端面を除く、前記内輪またはハブ輪の部位のうち外部に露出していない部位に、前記車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字されているので、完成品状態でも低コストで印字でき、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、視認不能を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
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。 (a)は、図1の車輪用軸受を示す断面図、(b)は、(a)の内輪単体を示す斜視図である。 (a)〜(c)は、図2の車輪用軸受の印字工程を示す説明図である。 (a)は、図2の車輪用軸受の変形例を示す縦断面図、(b)は、(a)の内輪単体を示す斜視図である。 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。 図5の印字の範囲を示す説明図である。 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。 図7の要部拡大図である。 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。 図9の要部拡大図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第5の実施形態を示す縦断面図である。 図11の要部拡大図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図13の転写工程を示す説明図である。
内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周にこの車輪取付フランジから肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に前記複列の外側転走面に対向する内側転走面が形成された一対の内輪からなる内方部材と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、前記内輪の大端面側の内径面取り部に前記車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字され、前記内輪の面取り部が、鍛造、旋削、熱処理、研削工程の中で、前記旋削工程で形成され、表面粗さがRa6.3以下で、熱処理により表面に酸化膜が付着していると共に、予め印字位置の背景となる前記酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されている。
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、図2(a)は、図1の車輪用軸受を示す断面図、(b)は、(a)の内輪単体を示す斜視図、図3(a)〜(c)は、図2の車輪用軸受の印字工程を示す説明図、図4(a)は、図2の車輪用軸受の変形例を示す縦断面図、(b)は、(a)の内輪単体を示す斜視図である。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ター側(図1の左側)、中央寄り側をインナー側(図1の右側)という。
この車輪用軸受装置は、ホイールWとブレーキロータBを一端部に装着するハブ輪1と、このハブ輪1を回転自在に支承する車輪用軸受2、およびハブ輪1に連結され、ドライブシャフト(図示せず)の動力をハブ輪1に伝達する固定型の等速自在継手3を備えている。
ハブ輪1は、アウター側の端部にホイールWおよびブレーキロータBを取り付けるための車輪取付フランジ4を一体に有し、外周にこの車輪取付フランジ4から肩部1aを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部1bが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)1cが形成されている。また、車輪取付フランジ4にはホイールWおよびブレーキロータBを締結するハブボルト4aが周方向等配に植設されている。
車輪用軸受2は、懸架装置を構成するナックルKとハブ輪1の小径段部1b間に装着されている。この車輪用軸受2は、図2(a)に拡大して示すように、内周に複列の外側転走面5a、5aが形成された外方部材(外輪)5と、外周に複列の外側転走面5a、5aに対向する内側転走面6aが形成された一対の内輪6、6と、両転走面5a、6a間に保持器7を介して転動自在に収容された複列の転動体(ボール)8、8とを備えている。この車輪用軸受2は、図1に示すように、ハブ輪1の肩部1aにアウター側の内輪6が当接されると共に、一対の内輪6、6の小端面が突合せ状態で衝合する、所謂背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成している。また、外方部材5の両端部にはシール14、15が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
等速自在継手3は、マウス部(図示せず)の底部をなす肩部9と、この肩部9から軸方向に延びるステム部10とを一体に有する外側継手部材11を備えている。ステム部10の外周にはハブ輪1のセレーション1cに係合されるセレーション(またはスプライン)10aが形成されている。このセレーション10aには、軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角が設けられ、外側継手部材11の肩部9がインナー側の内輪6に当接するまでステム部10がハブ輪1に内嵌され、ハブ輪1のセレーション1cに圧入嵌合されている。そして、車輪用軸受2のインナー側の内輪6に肩部9が衝合するまでステム部10がハブ輪1に内嵌されると共に、ステム部10の端部に形成された雄ねじ12に固定ナット13が所定の締付トルクで緊締され、車輪用軸受2に所定の予圧が付与された状態で、ハブ輪1と外側継手部材11とが軸方向分離可能に結合されている。
このように、セレーション1c、10aの嵌合部に予圧が付与され、周方向のガタが殺されているので、ドライブシャフトに大きな捩じれが発生した場合でも、インナー側の内輪6の大端面6bと外側継手部材11の肩部9との当接面に急激なスリップが生じ難くなると共に、軸受の剛性と耐久性を向上させることができる。
ハブ輪1はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、肩部1a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50〜64HRCの範囲に硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ4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すると共に、小径段部1bの耐フレッティング性が向上し、ハブ輪1の耐久性が一段と向上する。外方部材5、内輪6および転動体8はSUJ2(JIS G 4805)等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。また、外側継手部材11はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、肩部9からステム部10の基部に亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
ここで、外側継手部材11の肩部9と内輪6の大端面6bは研削加工によって形成されている。ここで、スティックスリップ音は、外側継手部材11の肩部9と、インナー側の内輪6の大端面6bとの不連続な滑りが原因となって発生するものと考えられているため、これらの当接面を互いにスムーズに滑らせることで、スティックスリップ音の発生を抑制することができる。例えば、研削加工されたインナー側の内輪6の大端面6bは、その表面を顕微鏡で観察すると、不規則方向に延びた多数の筋状痕と滑らかな鏡面部分とで構成されている。
本出願人は、当接面をスムーズに滑らせるため、とりわけ、インナー側の内輪6の大端面6bの仕上げ面状態に着目し、この大端面6bの鏡面部分がスティックスリップ音の発生に関係があることが判った。すなわち、幅研削を行ったインナー側の内輪6の大端面6bの表面は鏡面部分が多く、面粗さを良くすることでさらに鏡面部分が増大して行くが、この鏡面部分は、本出願人が実施した台上捩り試験の結果、研削加工された外側継手部材11の肩部9の当接面と凝着し易く、当接面がこの凝着から開放された時にスティックスリップ音が発生することが判った。
図2(b)に示すように、一対の内輪6、6のうち少なくとも外側継手部材11の肩部9に当接するインナー側の内輪6の大端面6bを研削加工した後にラップ加工が施されている。そして、表面粗さがRa0.7以下に設定されている。このラップ加工によって大端面6bの鏡面部分が減少し、逆に細かな筋状痕が増大するため、摩擦係数が小さくなって当接面をスムーズに滑らせ、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
ここでは、ラップ加工が研削加工後に施されているが、これに限らず、内輪6の熱処理後に行っても良い。ただし、大端面6bの面粗さがRa0.7を超えて悪くなると、表面の凹凸により引っ掛かりスティックスリップ音が発生するため、面粗さをRa0.7に抑えることことが好ましい。なお、Raは、JISの粗さ形状パラメータの一つで(JIS B0601−2001)、算術平均粗さ、すなわち、平均線から絶対値偏差の平均値を言う。
このように、外側継手部材11の肩部9が研削面の場合、少なくともインナー側の内輪6の大端面6bにラップ加工が施されているため、鏡面部分が減少して細かな筋状痕が増大し、摩擦係数が小さくなって当接面をスムーズに滑らせることができ、スティックスリップ音の発生を防止することができる。
一方、一対の内輪6、6の大端面6b側の内径面取り部6c(図中クロスハッチングにて示す)にレーザを照射して車輪用軸受2に関する情報が印字されている。内輪6の面取り部6cは、鍛造、旋削、熱処理(焼入れ、焼戻し)、研削工程の中で、旋削工程で形成され、表面粗さがRa6.3以下で、熱処理により表面に酸化膜(黒皮)が付着した状態である。この酸化膜が付着した表面に製造情報を印字しても良いが、レーザマーキングの文字や模様を黒色とした場合は、酸化膜の色とコントラストの差が少なく視認し難い恐れがある。また、これを回避するために、レーザマーキングにより白色の文字や模様を印字することも可能であるが、この場合、彫り込み深さが深くなり、ハブ輪1に圧入する際、拡径による引張応力に対して、亀裂の起点となる恐れがあるため好ましくない。したがって、本実施形態では、予め印字位置の背景となる酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されている。
また、酸化膜は、出力と周波数を調整したレーザ照射により剥離除去されている。このレーザ照射による酸化膜の除去は、焼入れ鋼切削や研削等の機械加工による除去に比べ短時間で、オンラインで行うことができ、低コスト化を図ることができる。なお、レーザとして、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザを例示することができる。
具体的には、Yb(イッテルビウム)をドープしたファイバーレーザ(出力30W、株式会社キーエンス製 MD−F3000)を使用した。このファイバーレーザは、ファイバーの中を、レーザ光が通りながら増幅と発振をくり返すレーザで、ファイバーのコア部に、希土類をドープすることによってファイバー自体がレーザの媒質となるものである。発振媒体であるコア径が、2μm〜20μm程度(クラッド80μm〜125μm)と非常に小さいため、冷却効果が高く、ガラスレーザやYAGレーザが持っていた熱による光学品質の不揃いという欠点がなく、均一なビームクォリティを得ることができる。また、冷却効率が良いということは、連続発振も起こしやすく、ガラスレーザがパルス発振しかできなかったのに対し、ファイバーレーザでは連続発振を可能となる。さらに、レーザファイバーは、変換効率がとても良いので、100W程度のレーザ出力に要する電源は、およそ1000W程度でよく、消費電力の10%程度がレーザ光になり、高効率な特徴を有している。
また、酸化膜の除去は、レーザパワー80%、スキャンスピード3000mm/sec、周波数120Hz、印字回数1回。酸化膜剥離後の黒色印字は、レーザパワー80%、スキャンスピード1000mm/sec、周波数60Hz、印字回数4回。印字時間は、酸化膜の除去は1.4sec、酸化膜剥離後の黒色印字は3.5sec、の条件で行った。なお、酸化膜の除去と黒色印字の時間の総和は、軸受の組立、加工サイクルタイムより充分短く、印字箇所の位置合せ時間を考慮しても充分組立、加工サイクルタイムに同期させることができる。
本出願人は、内輪6の大端面6bにレーザを照射して車輪用軸受2に関する情報を印字したサンプルを製作し、耐久試験を実施したところ、大きな捩りトルクが負荷された時に、外側継手部材11の肩部9と内輪6の大端面6bとの当接面で急激なスリップによる、所謂スティックスリップ音が発生することが判明した。この原因としては、レーザマーキングにより印字部が大端面6bの研削面から盛り上がっていたことが考えられる。
また、耐久試験後に、内輪6の大端面6bの印字部分を確認したところ、外側継手部材11の肩部9との接触によって印字部分が摩耗し、印字が視認できないものもあった。これは、捩りトルクの負荷による微小な位相ズレの繰り返しや、モーメント荷重による内輪6の大端面6bと外側継手部材11の肩部9とのフレッティングによる摩耗が考えられる。
本実施形態では、内輪の大端面6b側の内径面取り部6cにレーザを照射して車輪用軸受2に関する情報が印字されているので、スティックスリップ音の発生を防止すると共に、完成品状態でも低コストで印字でき、識別およびトレーサビリティの向上を図ると共に、摩耗や錆による視認不能を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。
次に、図3を用いて、レーザマーキングによる印字方法について説明する。
(a)に示すように、台座16に外方部材5の端面5bを下にして車輪用軸受2を縦置きにし、印字位置とフォーカス位置とのズレを少なくするため、印字位置PCD(ピッチ円直径)で接触するテーパ面17aを備えた位置決め治具17を用いる。そして、(b)に示すように、位置決め治具17を内輪6の大端面6b側の内径面取り部6cに押し当て、印字位置とフォーカス位置との軸方向の位置決めを行う。その後、(c)に示すように、レーザを照射することにより、曲率を持った内径面取り部6cにフォーカス位置を精度良く合わすことができ、鮮明な文字や模様を印字することができる。
図4は、図2に示した車輪用軸受の変形例である。なお、前述した実施形態と基本的には内輪の構成が一部異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。この車輪用軸受18は、(a)に示すように、内周に複列の外側転走面5a、5aが形成された外方部材5と、外周に複列の外側転走面5a、5aに対向する内側転走面6aが形成された一対の内輪6、19と、両転走面5a、6a間に保持器7を介して転動自在に収容された複列の転動体8、8とを備えている。
ここで、(b)に示すように、一対の内輪6、19の大端面6b、19a側の内径面取り部6c(図中クロスハッチングにて示す)にレーザを照射して車輪用軸受18に関する情報が印字されている。本実施形態では、前述した実施形態と同様、予め印字位置の背景となる酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されている。そして、一対の内輪6、19のうち、図示しない外側継手部材の肩部に当接されるインナー側の内輪19の大端面19aに研削加工により同心円状の筋目(研削目)20が形成されている。この場合、インナー側の内輪6の大端面6bとの当接面と外周面が同時研削されるのが好ましい。これにより、インナー側の内輪19の大端面19aに同心円状の筋目20を容易に形成することができ、表面の凹凸による引っ掛かりを防止し、内輪19の大端面19aと外側継手部材の肩部との当接面に塗布されたグリースにより油膜が形成がされ易く、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含有したグリースではその保持がされ易くなり、大きな捩れトルクが負荷されてもスムーズに両者が相対滑りし、スティックスリップ音の発生を防止することができる。なお、この同心円状の筋目20は、軸受組立後にレーザマーキングにより印字しても良い。
図5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、図6は、図5の印字の範囲を示す説明図である。なお、この実施形態は、前述した実施形態と基本的には印字位置が異なるだけで、同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。
ハブ輪1は、アウター側の端部に図示しないホイールおよびブレーキロータを取り付けるための車輪取付フランジ4を一体に有し、外周にこの車輪取付フランジ4から肩部1aを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部1bが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション1cが形成されている。
車輪用軸受21は、懸架装置を構成するナックルKとハブ輪1の小径段部1b間に装着されている。この車輪用軸受21は、内周に複列の外側転走面5a、5aが形成された外方部材5と、外周に複列の外側転走面5a、5aに対向する内側転走面6aが形成された一対の内輪22、23と、両転走面5a、6a間に保持器7を介して転動自在に収容された複列の転動体8、8とを備えている。
ここで、一対の内輪22、23のうちハブ輪1の肩部1aに当接するアウター側の内輪22にのみレーザを照射して車輪用軸受21に関する情報が印字されている。印字位置は大端面22aに設定されているが、このアウター側の内輪22が当接するハブ輪1の肩部1aは、外側継手部材11のステム部10に比べて大径で捩り剛性が高いため、一対の内輪で構成されるこの種の第1世代あるいは第2世代構造の車輪用軸受では、レーザマーキングによる印字を大端面22aに設定してもスティックスリップ音の発生の原因とはならない。
なお、車輪用軸受21に関する情報としては、図6に示すように、M1(型番)、M2(原産国)、M3(製造年月日)を例示することができる。これ以外にも、製品のロット番号、製造メーカ名、加工時の条件、軸受内部すきま、あるいは、製品の取扱い上の注意点や警告文等が例示できる。このようなレーザマーキングにより、多くの情報を鮮明にかつ短時間に印字することができるので、例えば、複数の言語で印字することもでき、客先での組立や市場での取り扱い時の不具合を防止できると共に、また、不具合により市場から製品が返却された場合でも詳細な情報を確実に確認することができる。
図7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、図8は、図7の要部拡大図である。なお、この実施形態は、前述した実施形態と基本的には軸受の構造と印字位置が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第3世代と呼称される駆動輪用であって、ハブ輪24と、このハブ輪24に圧入固定された内輪25とからなる内方部材26と、この内方部材26に複列の転動体8、8を介して外挿された外方部材27とを主たる構成としている。
ハブ輪24は、アウター側の端部に車輪取付フランジ4を有し、外周に一方(アウター側)の内側転走面24aと、この内側転走面24aから軸方向に延びる円筒状の小径段部24bが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション(またはスプライン)1cが形成されている。内輪25は、外周に他方(インナー側)の内側転走面6aが形成され、ハブ輪24の小径段部24bに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部24bの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部24cにより、所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪24に対して内輪25が軸方向に固定されている。
ハブ輪24はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面24aをはじめ、車輪取付フランジ4のインナー側の基部4bから小径段部24bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。なお、加締部24cは鍛造加工後の表面硬さのままで未焼入れ部とされている。これにより、車輪取付フランジ4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、内輪25の嵌合部となる小径段部24bの耐フレッティング性が向上すると共に、加締加工によって加締部24cに微小クラック等が発生するのを防止している。
外方部材27は、外周にナックル(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ27bを一体に有し、内周に内方部材26の内側転走面24a、6aに対向する複列の外側転走面27a、27aが一体に形成されている。外方部材27はハブ輪23と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面27a、27aが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。そして、この外方部材27と内方部材26の両転走面間に複列の転動体8、8が保持器7を介して転動自在に収容されている。また、外方部材27と内方部材26との間に形成される環状空間の開口部にはシール28、15が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
ここで、本実施形態では、図示しない外側継手部材の肩部に当接する加締部24cが平坦面に形成され、この部位に同心円状の筋目が形成されている。この同心円状の筋目は、軸受組立後にレーザマーキングにより印字されている。これにより、加締部24cと外側継手部材の肩部との当接面に塗布されたグリースにより油膜が形成がされ易く、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を含有したグリースではその保持がされ易くなり、大きな捩れトルクが負荷されてもスムーズに両者が相対滑りし、スティックスリップ音の発生を防止することができる。なお、この同心状の筋目は、加締部24cのインナー側の端部を加締加工後の旋削加工により平坦にする際に、旋削加工により形成してもよい。
一方、図8に示すように、内輪25の小端面25a側の内径面取り部25bにレーザを照射して車輪に関する情報が印字されている。この種の第3世代構造のハブ輪24では、曲げモーメント荷重に対する強度を確保するために肩部24dの隅Rが大きな曲率半径で形成されており、これに対応して内輪25の小端面25a側の内径面取り部25bも、第1世代や第2世代の内輪に比べ大きく形成されている。そのため、この内径面取り部25bへのレーザマーキングによる印字は文字が小さくなりすぎることはなく、視認が可能である。また、この種の塑性結合された内輪25の車輪用軸受装置として外部から確認できない部位へのレーザマーキングによる印字は、前述した製品の品番確認やロット確認のための印字ではなく、予め決められた文字列の印字による模造品との識別等を目的としたパスワードや、内輪25の製造場所の記載等の部品個々の製造情報を例示することができる。
図9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、図10は、図9の要部拡大図である。なお、この実施形態は、前述した第3の実施形態(図7)と基本的には軸受の構造と印字位置が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第4世代と呼称され、ハブ輪29と、このハブ輪29に内嵌固定された等速自在継手30の外側継手部材31とからなる内方部材32と、この内方部材32に複列の転動体8、8を介して外挿された外方部材27とを主たる構成としている。
ハブ輪29は、アウター側の端部に車輪取付フランジ4を有し、外周に一方(アウター側)の内側転走面24aと、この内側転走面24aから軸方向に延びる円筒状の小径段部29aが形成されている。外側継手部材31は、外周に他方(インナー側)の内側転走面31aが形成され、ハブ輪29の小径段部29aに内嵌されている。
ハブ輪29はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、内側転走面24aをはじめ、基部4bから小径段部29aに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に所定の硬化層が形成されている。
また、ハブ輪29の内周には凹凸部33が形成されている。この凹凸部33はアヤメローレット状に形成され、旋削等により独立して形成された複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成された複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは、互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝からなる。また、凹凸部33は、良好な食い込み性を確保するためにその凸部の先端部が三角形状等の尖塔形状に形成されると共に、高周波焼入れによって所定の硬化層が形成されている。
等速自在継手30は、外側継手部材31と、継手内輪34と、ケージ35およびトルク伝達ボール36からなる。外側継手部材31は、カップ状のマウス部37と、このマウス部37の底部をなす肩部38と、この肩部38から軸方向に延びる中空状のステム部39が一体に形成されている。そして、肩部38の外周に内側転走面31aが直接形成されている。また、ステム部39には、ハブ輪1の小径段部1bに所定のシメシロを介して円筒嵌合するインロウ部39aと、このインロウ部39aの端部に嵌合部39bがそれぞれ形成されている。
外側継手部材31はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、内側転走面31aをはじめ、肩部38の外周からステム部39のインロウ部39aに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に所定の硬化層が形成されている。なお、嵌合部39bは鍛造後の表面硬さの生のままとされている。
外方部材27と内方部材32のそれぞれの転走面27a、24aと27a、31a間に複列の転動体8、8が収容され、保持器7、7によりこれら複列の転動体8、8が転動自在に保持されている。また、外方部材27と内方部材32との間に形成される環状空間の開口部にはシール28、40が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
ハブ輪29と外側継手部材31との一体化は、ハブ輪29に外側継手部材31のステム部39が所定のシメシロで圧入され、小径段部29aの端面に外側継手部材31の肩部38が衝合された状態で、嵌合部39bの内径にマンドレル等の拡径治具をアウター側に押し込んで嵌合部39bを拡径することにより行われる。すなわち、嵌合部39bを塑性変形させてハブ輪29の凹凸部33に食い込ませて加締めることにより、ハブ輪29と外側継手部材31が塑性結合されて一体化されている。これにより、結合部の緩みを防止し、長期間に亙って初期に設定された軸受予圧を維持することができる。符号41、42は、ハブ輪29のアウター側の開口部と外側継手部材31の肩部38に内嵌されたエンドキャップで、外部から結合部に雨水やダスト等の異物侵入と、継手内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩を防止している。
ここで、本実施形態では、図10に示すように、外側継手部材31の肩部38に当接するハブ輪29における小径段部29aの内径面取り部44にレーザを照射して車輪用軸受装置に関する情報が印字されている。この種の第4世代構造の外側継手部材31では、曲げモーメント荷重に対する強度を確保するために肩部38の隅Rが大きな曲率半径で形成されており、これに対応して小径段部29aの内径面取り部44も大きく形成されている。また、この種の塑性結合されたハブ輪29のレーザマーキングによる印字も、前述した製品の品番確認やロット確認のための印字ではなく、予め決められた文字列の印字による模造品との識別等を目的としたパスワードや、内輪25の製造場所の記載等の部品個々の製造情報を例示することができる。
図11は、本発明に係る車輪用軸受装置の第5の実施形態を示す縦断面図、図12は、図11の車輪用軸受を示す要部拡大図である。なお、この実施形態は、前述した第3の実施形態(図7)と基本的には軸受の構造と印字位置が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第2世代と呼称される駆動輪用であって、ハブ輪45と、このハブ輪45に外嵌固定された車輪用軸受46とからなる。ハブ輪45は、アウター側の端部に車輪取付フランジ4を有し、この車輪取付フランジ4から肩部1aを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部45aが形成されている。車輪用軸受46は、外方部材27と、この外方部材27に複列の転動体8、8を介して内挿された一対の内輪47、47とからなり、ハブ輪45の小径段部45aの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部24cにより所定の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。そして、車輪用軸受46は、固定ボルト13aによって外側継手部材11とハブ輪45に挟持された状態で結合されている。
ハブ輪45はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼で形成され、肩部1aから小径段部45aに亙って高周波焼入れによって表面硬さを50〜64HRCの範囲に所定の硬化層が形成されている。
ここで、本実施形態では、図12に示すように、一対の内輪47、47の小端面側の内径47bが、小径段部45aに外嵌される内径47aよりも大径に形成され、この小端面側の内径47bにレーザを照射して車輪に関する情報が印字されている。この種の第2世代構造の内輪47、47では、小端面側の内径面取り部は通常幅狭であるため、これらの内径面取り部にレーザマーキングによる印字をしても文字が小さくなって視認が難しいため、小端面側の内径47bは、印字部が確保できる程度に大径に、かつ所定の幅寸法に形成されている。
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、第1乃至第4世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
1、24、29、45 ハブ輪
1a、9、24d、38 肩部
1b、24b、29a、45a 小径段部
1c、10a セレーション
2、18、21、46 車輪用軸受
3、30 等速自在継手
4 車輪取付フランジ
4a ハブボルト
4b 基部
5、27 外方部材
5a、27a 外側転走面
5b 外方部材の端面
6、19、22、23、25、47 内輪
6a、24a、31a 内側転走面
6b、19a、22a 大端面
6c、25b 内径面取り部
7 保持器
8 転動体
10、39 ステム部
11、31 外側継手部材
12 雄ねじ
13 固定ナット
13a 固定ボルト
14、15、28、40 シール
16 台座
17 位置決め治具
17a テーパ面
20 筋目
24c 加締部
25a 小端面
26、32 内方部材
27b 車体取付フランジ
33 凹凸部
34 継手内輪
35 ケージ
36 トルク伝達ボール
37 マウス部
39a インロウ部
39b 嵌合部
41、42 エンドキャップ
44 小径段部の内径面取り部
47a 内輪の内径
47b 小端面側の内径
51 車輪用軸受装置
52 軸本体
53 フランジ
53a フランジのアウター側の側面
54 フランジ付き車軸
55 貫通孔
56 ボルト
57 小径外周面
58 内輪
58a、59a 内輪軌道
59 大径外周面
60 外輪
60a 外輪軌道
61 転動体
62 保持器
63 シール材
64 カバー
65 2次元コード
66 フィルム
67 転写槽
68 転写液
B ブレーキロータ
K ナックル
M1、M2、M3 印字
W ホイール

Claims (13)

  1. 内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
    一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合された少なくとも一つの内輪または等速自在継手の外側継手部材からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
    前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置において、
    前記外側継手部材の肩部に当接する前記内輪の大端面を除く、前記内輪またはハブ輪の部位のうち外部に露出していない部位に、前記車輪用軸受装置の情報がレーザの照射によって印字されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記内輪の大端面側の内径面取り部に前記印字が施されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記内輪の面取り部が、鍛造、旋削、熱処理、研削工程の中で、前記旋削工程で形成され、表面粗さがRa6.3以下で、熱処理により表面に酸化膜が付着していると共に、予め印字位置の背景となる前記酸化膜を除去した後に、黒色のレーザマーキング印字されている請求項2に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記酸化膜がレーザ照射により剥離除去されている請求項3に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記ハブ輪に前記外側継手部材のステム部がセレーションを介してトルク伝達可能に嵌合され、このステム部の端部に螺着された固定ナットによって前記内輪が前記ハブ輪と前記外側継手部材の肩部とで挟持された状態で軸方向に固定されると共に、前記外側継手部材の肩部と前記内輪の大端面が研削加工され、当該内輪の大端面が研削加工後にラップ加工されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  6. 前記内輪の大端面の面粗さがRa0.7以下に規制されている請求項5に記載の車輪用軸受装置。
  7. 前記外側継手部材の肩部に当接される内輪の大端面に研削加工により同心円状の筋目が形成されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  8. 前記ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入され、これら内輪のうちアウター側の内輪の大端面に前記印字が施されている請求項5に記載の車輪用軸受装置。
  9. 前記ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定され、当該内輪の小端面側の内径面取り部に前記印字が施されている請求項1に記載された車輪用軸受装置。
  10. 前記ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面が平坦面に形成されて前記外側継手部材の肩部に当接され、この部位に同心円状の筋目が形成されている請求項1に記載された車輪用軸受装置。
  11. 前記ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入され、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、これら内輪の小端面側の内径が、前記小径段部に外嵌される内径よりも大径に形成され、この小端面側の内径に前記印字が施されている請求項1に記載された車輪用軸受装置。
  12. 前記ハブ輪の内周に硬化された凹凸部が形成され、当該ハブ輪に前記外側継手部材のステム部が所定のシメシロで圧入され、前記ハブ輪の小径段部の端面に前記外側継手部材の肩部が衝合された状態で、嵌合部の内径を拡径することにより、前記ハブ輪と外側継手部材が塑性結合されて一体化されると共に、前記ハブ輪の小径段部の内径面取り部に前記印字が施されている請求項1に記載された車輪用軸受装置。
  13. 前記印字が、型番、原産国、製造年月日、製品のロット番号、製造メーカ名、加工時の条件、軸受内部すきま、製品の取扱い上の注意点、警告文、模造品との識別記号、締付トルク値、組立手順、前後左右の車両組立位置のうち少なくとも2つ以上の情報で構成されている請求項1に記載された車輪用軸受装置。
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