JP2014013065A - 車輪支持用転がり軸受ユニット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハブ本体10を、Cを0.5質量%以上含有する鋼製とする。このハブ本体10の外周面のうちで回転側フランジ7の軸方向内側面側に隣接する部分からこの回転側フランジ7の内側面基端寄り部分に掛けての範囲に、硬度がHv600〜800である高硬度マルテンサイト層18を設ける。又、前記回転側フランジ7の軸方向内側面で、この高硬度マルテンサイト層18の周囲部分に、硬度がHv200〜400である低硬度マルテンサイト層19を設ける。前記ハブ本体10の残部は、硬度がHv150〜300であるフェライトパーライト層20とする。前記高硬度マルテンサイト層18に亀裂等の損傷が発生する事を防止して、前記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
尚、上述した各車輪支持用転がり軸受ユニット1、1aの場合には、前記各転動体4、4として玉を使用しているが、重量の嵩む車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、転動体として円すいころを使用する場合もある。
このうちのハブは、軸方向片面に車輪及び制動用回転体を結合固定する為の回転側フランジを、外周面の軸方向外端寄り部分に設けている。
又、前記外輪は、前記ハブの周囲に、このハブと同心に設けられている。
又、前記各転動体は、このハブの外周面に設けられた内輪軌道と、前記外輪の内周面に設けられた外輪軌道との間に、転動自在に設けられている。
そして、前記各転動体の転動に基いて、前記外輪の内径側で前記ハブを、回転自在に支持している。
そして、前記ハブの外周面のうちで前記回転側フランジの軸方向他面側に隣接する部分からこの回転側フランジの他面基端寄り部分に掛けての範囲に、硬度がHv600〜800である焼き戻しマルテンサイト層(以下、「高硬度マルテンサイト層」とする)を存在させる。この為に、この範囲に高周波焼き入れ処理を施す。
又、前記回転側フランジの他面で、前記高硬度マルテンサイト層の周囲部分に、硬度がHv200〜400である焼き戻しマルテンサイト層(以下「低硬度マルテンサイト層」とする)を存在させる。この為に、前記周囲部分に、高周波焼き入れ処理及び高周波焼き戻し処理を施す。
更に、前記ハブの残部を、硬度がHv150〜300であるフェライトパーライト層とする。
又、前記低硬度マルテンサイト層を存在させる部分である、前記高硬度マルテンサイト層の周囲部分を、具体的には、請求項3、6に記載した発明の様に、前記回転側フランジに形成した通孔又はねじ孔よりも径方向内側の部分とする。即ち、この回転側フランジの径方向外寄り部分の円周方向等間隔複数箇所には、それぞれこの回転側フランジに対し車輪及び制動用回転体を結合固定する為に使用するスタッドの基端部を内嵌する為の通孔、又は、ボルトの先端部を螺合させる為のねじ孔が設けられている。前記低硬度マルテンサイト層は、前記回転側フランジの径方向に関して、前記各通孔又は前記各ねじ孔の内接円よりも径方向内側に存在させる。
前述した様に、車輪支持用転がり軸受ユニットを組み込んだ自動車の旋回走行時には、前記車輪の接地面を入力部として、回転側フランジに大きなモーメントが加わる。この回転側フランジの基端部(内径側端部)とハブの外周面との連続部には、前記モーメントに拘らず、この連続部に曲がり等の塑性変形が発生しない様にすべく、高硬度マルテンサイト層を存在させる必要がある。但し、この高硬度マルテンサイト層は、変形し難い反面、靭性が乏しい。従って、必要とする信頼性及び耐久性を確保する為には、前記回転側フランジの厚さ寸法を或る程度確保する必要があり、小型・軽量化を図り難い。
このうちのハブ3bは、ハブ本体10と内輪11とを結合固定して成る。このうちのハブ本体10は、S55Cの如き、Cを0.5質量%以上含有する機械構造用炭素鋼(JIS G 4051、中炭素鋼)製の素材に、熱間鍛造等の塑性加工を施して中間素材とした後、この中間素材に、仕上の為の切削加工、熱処理、研削加工を施して成る。又、前記内輪11は、SUJ2の如き高炭素クロム軸受鋼(JIS G 4805)製で、必要とする塑性加工、切削加工、熱処理、研削加工を施して成る。
尚、前記高硬度、低硬度、両マルテンサイト層18、19の硬度は、焼き入れ温度、焼き戻し温度、焼き戻し時間を調節する事により、それぞれ所望値である、上述した範囲に規制する。これらの温度及び時間により炭素鋼の硬度を調節する技術は、従来から広く知られている為、具体的な温度及び時間は省略する。
Cは、鍛造加工後に、前記ハブ本体10のうちのフェライトパーライト層20の硬度を確保すると共に、焼き入れ・焼き戻し後に、前記高硬度、低硬度、両マルテンサイト層18、19の硬度を確保する為に添加する。
Cの添加量が0.5質量%未満の場合には、このうちの高硬度マルテンサイト層18の硬度が不足して、前記内輪軌道8aの転がり疲れ寿命の確保が難しくなる。又、熱間鍛造後に於ける、前記フェライトパーライト層20の硬度が不足して、このフェライトパーライト層20が多くの部分を占める、前記ハブ本体10の疲労強度の確保が難しくなる。
これに対して、Cの添加量が0.65%を超えると、熱間鍛造後に於ける、前記フェライトパーライト層20の硬度が過大になって、仕上の為の切削加工や、前記通孔13の形成作業が面倒になる。
そこで、Cの添加量を0.5〜0.65質量%の範囲に規制する。
Mnは、前記鋼材の焼き入れ性を向上させる為に添加する。
Mnの添加量が0.3質量%未満の場合には、高周波焼き入れにより形成する、前記高硬度マルテンサイト層18の厚さを十分に確保できず(薄くなり)、前記内輪軌道8a部分の転がり疲れ寿命を確保できなくなったり、前記回転側フランジ7のモーメント強度及びモーメント剛性を確保できない等の問題を生じ易くなる。
これに対して、Mnの添加量が1.0質量%を超えると、前記鋼材の加工性が低下して、前記熱間鍛造に要する荷重が大きくなったり、熱間鍛造時に亀裂等の損傷が発生し易くなり、仕上の為の切削加工や、前記通孔13の形成作業が面倒になる。
そこで、Mnの添加量を、0.3〜1.0質量%の範囲に規制する。
Siは、前記鋼材の焼き入れ性を向上させると共に、焼き入れ・焼き戻し後のマルテンサイト組織を強化し、特に、前記高硬度マルテンサイト層18のうちの内輪軌道8a部分の転がり疲れ寿命を向上させる為に添加する。
Siの添加量が0.1質量%未満の場合には、前記マルテンサイト組織を必ずしも十分に強化できず、前記内輪軌道8a部分の転がり疲れ寿命の向上効果が不十分となる。
これに対して、前記Siの添加量が1.0質量%を超えると、前記鋼材の加工性が低下して、前記熱間鍛造に要する荷重が大きくなったり、熱間鍛造時に亀裂等の損傷が発生し易くなる。
そこで、前記Siの添加量を、0.1〜1.0質量%の範囲に規制する。
Crも、Siの場合と同様に、前記鋼材の焼き入れ性を向上させると共に、焼き入れ・焼き戻し後のマルテンサイト組織を強化し、特に、前記高硬度マルテンサイト層18のうちの内輪軌道8a部分の転がり疲れ寿命を向上させる為に添加する。
Crの添加量が0.01質量%未満の場合には、高周波焼き入れにより形成する、前記高硬度マルテンサイト層18の厚さが不十分となり(薄くなり)、マルテンサイト組織の硬度も不十分となる為、前記内輪軌道8a部分の転がり疲れ寿命の向上効果が不十分となる。
これに対して、前記Crの添加量が0.5質量%を超えると、前記鋼材の加工性が低下して、前記熱間鍛造に要する荷重が大きくなったり、熱間鍛造時に亀裂等の損傷が発生し易くなり、仕上の為の切削加工や、前記通孔13の形成作業が面倒になる。
そこで、前記Crの添加量を0.01〜0.5質量%の範囲に規制する。
この様な内輪11と上述の様なハブ本体10とを組み合わせるには、この内輪11をこのハブ本体10の軸方向内端部に形成した小径段部12に締り嵌めで外嵌した状態で、前記円筒状部17の先端部(軸方向内端部)で前記内輪11の軸方向内端面から突出した部分を径方向外方に塑性変形させ(かしめ拡げ)、かしめ部21を形成する。そして、このかしめ部21と前記段差面15との間で前記外輪11を軸方向両側から挟持し、前記ハブ3bとする。
各転動体4、4のピッチ円直径 : 49mm
ハブ3bの回転速度 : 200min-1
ハブ3bに負荷した荷重
ラジアル荷重 : 回転側フランジ7部分に6000N
アキシアル荷重 : 5600N
腐食条件 : 24時間毎に30秒ずつ、濃度5%の食塩水を噴霧
耐久時間の判定条件 : 回転側フランジ7の軸方向内側面に亀裂等の破損発生
又、図示の構造とは異なり、回転側フランジにねじ孔を形成し、車輪及び制動用回転体に形成した通孔を軸方向外側から挿通したボルトをこのねじ孔に螺合し更に締め付ける事で、前記回転側フランジに対し前記車輪及び制動用回転体を結合固定する構造も、従来から知られている。本発明は、この様な構造でも実施できる。
更に、複列の内輪軌道を、何れもハブ本体と別体の内輪の外周面に設けた構造で、本発明を実施する事もできる。
2 外輪
3、3a、3b ハブ
4 転動体
5a、5b 外輪軌道
6 静止側フランジ
7 回転側フランジ
8a、8b 内輪軌道
9 スプライン孔
10 ハブ本体
11 内輪
12 小径段部
13 通孔
14 スタッド
15 段差面
16 凹孔
17 円筒状部
18 高硬度マルテンサイト層
19 低硬度マルテンサイト層
20 フェライトパーライト層
21 かしめ部
Claims (6)
- 軸方向片面に車輪及び制動用回転体を結合固定する為の回転側フランジを、外周面の軸方向外端寄り部分に設けたハブと、このハブの周囲にこのハブと同心に設けられた外輪と、このハブの外周面に設けられた内輪軌道とこの外輪の内周面に設けられた外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備え、これら各転動体の転動に基いて、前記外輪の内径側で前記ハブを、回転自在に支持して成る車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、このハブが、Cを0.5質量%以上含有する鋼製であり、このハブの外周面のうちで前記回転側フランジの軸方向他面側に隣接する部分からこの回転側フランジの他面基端寄り部分に掛けての範囲に、硬度がHv600〜800である焼き戻しマルテンサイト層が、この回転側フランジの他面で、この硬度がHv600〜800である焼き戻しマルテンサイト層の周囲部分に、硬度がHv200〜400である焼き戻しマルテンサイト層が、それぞれ存在し、前記ハブの残部は、硬度がHv150〜300であるフェライトパーライト層である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
- 前記ハブが、Cを0.5〜0.65質量%、Mnを0.3〜1.0質量%、Siを0.1〜1.0質量%、Crを0.01〜0.5質量%含有する鋼製である、請求項1に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
- 前記回転側フランジの径方向外寄り部分の円周方向等間隔複数箇所に、それぞれスタッドの基端部を内嵌する為の通孔又はボルトの先端部を螺合させる為のねじ孔が設けられており、前記硬度がHv200〜400である焼き戻しマルテンサイト層が、前記回転側フランジの径方向に関して、前記各通孔又は前記各ねじ孔の内接円よりも径方向内側に存在する、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
- 軸方向片面に車輪及び制動用回転体を結合固定する為の回転側フランジを、外周面の軸方向外端寄り部分に設けたハブと、このハブの周囲にこのハブと同心に設けられた外輪と、このハブの外周面に設けられた内輪軌道とこの外輪の内周面に設けられた外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備え、これら各転動体の転動に基いて、前記外輪の内径側で前記ハブを、回転自在に支持して成る車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法であって、このハブを、Cを0.5質量%以上含有する鋼製とし、このハブの外周面のうちで前記回転側フランジの軸方向他面側に隣接する部分からこの回転側フランジの他面基端寄り部分に掛けての範囲に高周波焼き入れ処理を施す事により、この範囲に硬度がHv600〜800である焼き戻しマルテンサイト層を形成すると共に、この回転側フランジの他面で、この硬度がHv600〜800である焼き戻しマルテンサイト層の周囲部分に、高周波焼き入れ処理及び高周波焼き戻し処理を施す事により、この周囲部分に、硬度がHv200〜400である焼き戻しマルテンサイト層を形成し、前記ハブの残部を、硬度がHv150〜300であるフェライトパーライト層とする事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。
- 前記ハブを、Cを0.5〜0.65質量%、Mnを0.3〜1.0質量%、Siを0.1〜1.0質量%、Crを0.01〜0.5質量%含有する鋼製とする、請求項4に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。
- 前記回転側フランジの径方向外寄り部分の円周方向等間隔複数箇所に、それぞれスタッドの基端部を内嵌する為の通孔又はボルトの先端部を螺合させる為のねじ孔が設けられており、前記硬度がHv200〜400である焼き戻しマルテンサイト層を、前記回転側フランジの径方向に関して、前記各通孔又は前記各ねじ孔の内接円よりも径方向内側に形成する、請求項4〜5のうちの何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。
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