JP2024065903A - ハブユニット軸受及びハブユニット軸受用の内輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の溝肩部におけるマイクロクラックの発生を抑制可能なハブユニット軸受及びハブユニット軸受用の内輪の製造方法を提供する。【解決手段】ハブユニット軸受は、外周面に内輪軌道面が設けられた内輪と、内周面に外輪軌道面が設けられた外輪部材と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える。内輪は、外周面において、内輪軌道面と軸方向に隣り合う位置に設けられ、内輪軌道面よりも大径である溝肩部と、外周面の軸方向一方側の端部に設けられ、軸方向一方側を向いた段差面を介して溝肩部とつながり、溝肩部よりも小径である小径段部と、を有する。段差面又は小径段部には、薄肉の突起が設けられる。【選択図】図１

Description

一般にハブユニット軸受用の内輪は、鍛造加工された軸受鋼の素材を機械加工後、焼き入れ及び焼き戻しを行い、必要部位に研削加工や超仕上げが施されることで作られる。

焼き入れ及び焼き戻しの際には、焼き入れ炉中で加熱された内輪が焼き入れ油槽に投入され、ホッパーで取り出され、焼き戻し炉に投入される。ハブユニット軸受用の内輪のサイズの場合、焼き入れ炉内や焼き戻し炉内では、内輪を載せたシェーカーパンを水平に往復運動させ、慣性によりシェーカーパン上の内輪を前方へ搬送する搬送方式が採用されることが多く、この場合、内輪同士の衝突が避けられない。

また、焼き入れ油槽からホッパーで取り出された内輪はシェーカーパン上に落下するので、硬いだけで靭性が得られていない焼き入れ後焼き戻し前（焼き戻し炉投入直後）での内輪同士の衝突が避けられない。そして、内輪同士が強く当たると圧痕や打ち疵、及びそれらに伴うマイクロクラックが発生することがあり、内輪とハブ輪との嵌合や、加締めにより円周応力が負荷されると、マイクロクラックが成長し、内輪割れにつながることがある。

この問題に対する対策として、特許文献１には、圧痕や打ち疵が発生し易く、内輪とハブ輪との嵌合や加締めにより円周応力が高くなりやすい溝肩部の端面側面取り部を、焼き入れ焼き戻し後に除去加工することで、圧痕や打ち疵、マイクロクラックを除去することが開示されている。これにより、内輪割れを防止することを図っている。しかし、この除去加工は、ハードターニング工程を新たに設け、また、広範囲なハードターニングを行う必要があるため、高コストである。

特開２００５－１４０１８１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、内輪の溝肩部におけるマイクロクラックの発生を抑制可能なハブユニット軸受及びハブユニット軸受用の内輪の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 外周面に内輪軌道面が設けられた内輪と、
内周面に外輪軌道面が設けられた外輪部材と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、
を備えるハブユニット軸受であって、
前記内輪は、
前記外周面において、前記内輪軌道面と軸方向に隣り合う位置に設けられ、前記内輪軌道面よりも大径である溝肩部と、
前記外周面の軸方向一方側の端部に設けられ、軸方向一方側を向いた段差面を介して前記溝肩部とつながり、前記溝肩部よりも小径である小径段部と、
を有し、
前記段差面又は前記小径段部には、薄肉の突起が設けられる、
ハブユニット軸受。
（２） 前記突起の炭素濃度は、前記内輪における前記突起以外の部位の炭素濃度よりも低い、
（１）に記載のハブユニット軸受。
（３） 前記突起の肉厚は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍである、
（１）又は（２）に記載のハブユニット軸受。
（４） 外周面に内輪軌道面が設けられたハブユニット軸受用の内輪の製造方法であって、
前記内輪は、
前記外周面において、前記内輪軌道面と軸方向に隣り合う位置に設けられ、前記内輪軌道面よりも大径である溝肩部と、
前記外周面の軸方向一方側の端部に設けられ、軸方向一方側を向いた段差面を介して前記溝肩部とつながり、前記溝肩部よりも小径である小径段部と、
を有し、
鍛造加工又は機械加工によって前記段差面又は前記小径段部に薄肉の突起を設けた後に、前記内輪に熱処理が施される、
ハブユニット軸受用の内輪の製造方法。

本発明のハブユニット軸受及びハブユニット軸受用の内輪の製造方法によれば、内輪の溝肩部におけるマイクロクラックの発生を抑制可能である。

第１実施形態に係る複列円すいころ軸受の断面図である。 内輪の断面図である。 内輪の要部断面図である。 第１変形例に係る内輪の要部断面図である。 第２変形例に係る内輪の要部断面図である。 第３変形例に係る内輪の要部断面図である。 第４変形例に係る内輪の要部断面図である。 第２実施形態に係る複列円すいころ軸受の断面図である。 内輪の断面図である。 内輪の要部断面図である。 第３実施形態に係るハブユニット軸受の断面図である。 内輪の要部断面図である。

自動車等の車輪を支持するハブユニット軸受は、車輪を取り付けるためのハブ輪を転がり軸受を介して回転自在に支承するものであり、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され、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。このハブユニット軸受には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列円すいころ軸受を嵌合させた第１世代と称される構造や、外輪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世代構造や、ハブ輪の外周に複列の内輪軌道面のうちの一方が直接形成された第３世代構造が存在する。

以下の実施形態においては、先ず第１世代構造の円すいハブユニット軸受を構成する複列円すいころ軸受について説明するが、後述するように本発明は、第２世代構造や第３世代構造の円すいハブユニット軸受にも適用可能である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る複列円すいころ軸受の断面図である。図２は、内輪の断面図である。図３は、内輪の要部断面図である。

図１に示す複列円すいころ軸受１は、円すいハブユニット軸受を構成する。複列円すいころ軸受１は、外周面に内輪軌道面１１が設けられた１対の内輪１０，１０と、内周面に複列の外輪軌道面２１，２１が設けられた外輪部材２０と、内輪軌道面１１と外輪軌道面２１との間に転動自在に配された複数の円すいころ３０（転動体）と、円すいころ３０を転動自在に保持する保持器４０と、内輪１０及び外輪部材２０との間の軸受空間の軸方向両側を密封する１対のシール５０，５０と、を備える。

図２及び図３に示すように、内輪１０は、外周面において、内輪軌道面１１と軸方向に隣り合う位置に設けられ、内輪軌道面１１よりも大径である溝肩部１２を有する。溝肩部１２にはシール５０が設けられる。

内輪１０は、内輪軌道面１１の軸方向両側に位置する大鍔部１３及び小鍔部１５を有する。これら大鍔部１３及び小鍔部１５のうち、大鍔部１３は、上記溝肩部１２によって構成される。また、大鍔部１３（溝肩部１２）には、円すいころ３０の頭部３３が摺接する。大鍔部１３によって、円すいころ３０の軸方向移動が規制される。

内輪１０の小鍔部１５は、内輪１０の軸方向他方側面（図１の左右内側の面。図２の左側の面。）を構成する小鍔側平面１５ａと、小鍔部１５の外径面である小鍔外径面１５ｂと、小鍔外径面１５ｂと内輪軌道面１１とを接続する小鍔面１５ｃと、を有する。１対の内輪１０，１０は、小鍔側平面１５ａ，１５ａ同士が軸方向に当接して組み合わされる。したがって、小鍔側平面１５ａは、いわゆる突合わせ面である。なお、小鍔側平面１５ａ，１５ａ同士の間には間座が介在してもよい。小鍔面１５ｃには、円錐ころ３０の尾部３１が摺接せず、小鍔面１５ｃと円錐ころ３０の尾部３１の間には隙間が存在する。

内輪１０は、外周面の軸方向一方側（図１の左右外側。図２及び図３の右側。）の端部に設けられ、溝肩部１２よりも小径である小径段部１４を有する。小径段部１４は、当該小径段部１４の軸方向他方側（図１の左右内側。図２及び図３の左側。）の端部から径方向外側に延び、軸方向一方側を向いた段差面１６を介して、溝肩部１２とつながる。

本実施形態では、段差面１６に、軸方向一方側に延びるとともに周方向にリング状に延びた薄肉の突起１８が設けられる。突起１８は、研削後の溝肩部１２よりも径方向内側位置、且つ、小径段部１４よりも径方向外側位置から、軸方向一方側に延びる。突起１８の軸方向一方側の先端部は、内輪１０の軸方向一方側端面１０ａよりも、わずかに軸方向他方側に引っ込んだ位置で終端している。

突起１８は、内輪１０に焼き入れや焼き戻し等の熱処理が施される前に、鍛造加工又は機械加工を行うことで設けられる。突起１８の肉厚（径方向厚さ）は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍとされる。突起１８肉厚が０．８ｍｍ～１．２ｍｍであることで、突起１８を適度に脱炭をさせつつ、また、内輪１０同士の衝突による突起１８の変形や破損を防ぐ効果がある。一方、突起１８の肉厚が０．８ｍｍ未満であると内輪１０同士の衝突による突起１８の変形や破損が発生しやすいため好ましくなく、１．２ｍｍ超であると突起１８の炭素濃度があまり低下しないため好ましくない。

このように突起１８が設けられた内輪１０を焼き入れ炉に入れると、突起１８は薄肉の為、他部（内輪１０における突起１８以外の部位）より急速に温度が上昇し、表面の脱炭が進む。そして突起１８の全体は、他部より炭素濃度が低下するので、焼き入れ後の硬さは他部より柔らかくなり、また、焼き入れ後のマルテンサイトの量が他部より少なく、他部より熱処理膨張が少ない為、図３に点線で示すように、結果的に径方向外側に向かって凸の円弧状に熱処理変形する。

したがって、焼き入れ後焼き戻し前（焼き戻し炉投入直後）において、内輪１０同士（突起１８同士）が衝突した際は、薄肉形状と円弧形状の効果で衝撃が和らぎ、圧痕や打ち疵に伴うマイクロクラックの発生が軽減される。また、図１１を用いて後述するように内輪１０が第３世代構造のハブユニット軸受１Ａに適用された際に、内輪１０とハブ輪７０の嵌合や加締めにより円周応力が負荷された場合も、マイクロクラックの伝播や成長を抑えることができる。なお、突起１８をハードターニングで除去したい場合にも、ハードターニング部位の幅が小さく、また、硬さも柔らかくなるので、特許文献１に記載の例に比べて加工コストを下げることができる。

本願発明は、玉軸受タイプのハブユニットに使用される内輪に比べ、重量が大きい円すいころ軸受タイプのハブユニット軸受に使用される内輪において、より顕著な効果を奏する。

本実施形態における突起は、図４～図７に示す第１～第４変形例のような形状も採用し得る。

図４に示す第１変形例では、小径段部１４に、径方向外側に延びる薄肉の突起１８が設けられる。突起１８は、段差面１６よりも軸方向一方側位置、且つ、内輪１０の研削後の軸方向一方側端面１０ａよりも軸方向他方側位置から、径方向外側に延びる。突起１８の径方向外側の先端部は、溝肩部１２よりもわずかに径方向内側で終端している。この突起１８は、径方向外側に向かうにつれて軸方向他方側へ若干傾きながら延びている。このように突起１８に若干の傾きを持たせることで、図３に点線で示すように、径方向外側に向かって凸の円弧状に熱処理変形されることができる。

図５に示す第２変形例では、段差面１６に薄肉の突起１８が設けられる。突起１８は、研削後の溝肩部１２よりも径方向内側位置、且つ、小径段部１４よりも径方向外側位置から、径方向外側に向かうにしたがって軸方向一方側に向かうように斜めに延びる。突起１８の先端部は、内輪１０の軸方向一方側端面１０ａよりもわずかに軸方向他方側にまで達し、且つ、溝肩部１２よりもわずかに径方向内側にまで達している。

図６に示す第３変形例では、段差面１６に薄肉の突起１８が設けられる。突起１８は、断面クランク形状である。より具体的に、突起１８は、研削後の溝肩部１２よりも径方向内側位置、且つ、小径段部１４よりも径方向外側位置から、軸方向一方側に延びる軸方向延出部１８ａと、軸方向延出部１８ａの軸方向一方側の先端部から径方向外側に延びる径方向延出部１８ｂと、を有する。軸方向延出部１８ａの軸方向一方側の先端部は、内輪１０の軸方向一方側端面１０ａよりも、わずかに軸方向他方側にまで達している。径方向延出部１８ｂの径方向外側の先端部は、溝肩部１２よりもわずかに径方向内側にまで達している。この径方向延出部１８ｂは、径方向外側に向かうにつれて軸方向他方側へ若干傾きながら延びている。このように径方向延出部１８ｂに若干の傾きを持たせることで、内輪１０の軸方向一方側端面１０ａよりも軸方向一方側に突出してしまうことを防止している。

図７に示す第４変形例では、内輪１０は、図１～図３等に示した突起１８に加え、第２突起６１を有している。より具体的に、内輪１０は、軸方向他方側を向いた第２段差面１７を介して溝肩部１２とつながり、溝肩部１２よりも小径である第２小径段部１９を有する。そして、第２段差面１７には、薄肉の第２突起６１が設けられる。第２突起６１は、研削後の溝肩部１２よりも径方向内側位置、且つ、第２小径段部１９よりも径方向外側位置から、軸方向他方側に延びる。なお、第２突起６１は、第２段差面１７ではなく、第２小径段部１９に設けてもよい。また、第２突起６１の形状は適宜変更してよく、例えば図４～図６に示したような突起１８の形状を採用してもよい。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る複列円すいころ軸受の断面図である。図９は、内輪の断面図である。図１０は、内輪の要部断面図である。

図８～図１０に示すように、第２実施形態は、大型車に使用される第１世代円すいハブユニット軸受に本願発明を適用した例であり、本実施形態の複列円すいころ軸受１の内輪１０は、大鍔部１３の内径側にデフオイルを封止するためのＯリングの係止溝６３を有する。また、左右一対の内輪１０，１０の突合わせ面の径方向外側には、軸受内へのデフオイル進入を防止するための、断面Ｔ字形のシール５１が配置されている。

このような複列円すいころ軸受１は一般に外輪回転で使用され、内輪１０は軸部材に対してガタのない隙間嵌めで固定され、且つ、大鍔部１３の径方向内側にＯリングの係止溝６３がある。したがって、円錐円周応力によるマイクロクラックの伝播や伸展は無いが、内輪１０自体が重いため、内輪１０同士の衝突による圧痕や打ち疵に伴うマイクロクラックの発生は避けられず、負荷による変形などによりマイクロクラックが進展した場合には、内輪軌道面１１と大鍔部１３との間の逃げ溝６２とＯリングの係止溝６３との間が近いだけに、内輪１０が破損する可能性がある。しかしながら、内輪１０は突起１８を備えているので、このような圧痕や打ち疵及びマイクロクラックの発生が抑制される。

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態に係るハブユニット軸受の断面図である。図１２は、内輪の要部断面図である。本実施形態において内輪部材３を構成する内輪１０は、上述の実施形態における内輪１０と同等の構成を有するので、同様の符号を付すことで、内輪１０の詳細な構造に関する説明を省略又は簡略化する。

なお、第３実施形態において、「インボード側」とは、車体に取り付けた際のハブユニット軸受１Ａの車体側を表し、図１１中の右側である。「アウトボード側」とは、車体に取り付けた際のハブユニット軸受１Ａの車輪側を表し、図１１中の左側である。「軸方向」とは、ハブユニット軸受１Ａの回転軸Ｏが延びる方向を表し、図１１中の左右方向である。「径方向外側」とは、回転軸Ｏから遠ざかる方向を表す。「径方向内側」とは、回転軸Ｏに近づく方向を表す。「周方向」とは、回転軸Ｏを中心に旋回する方向を表す。

図１１に示すように、ハブユニット軸受１Ａは、第３世代構造のハブユニット軸受であり、内周面に複列の外輪軌道面２１，２１が形成された外輪部材２０と、外周面に複列の内輪軌道面１１，７１が形成された内輪部材３（ハブ輪７０及び内輪１０）と、複列の外輪軌道面２１，２１と複列の内輪軌道面１１，７１との間に各列毎に複数個ずつ配置される複数の円すいころ３０と、を備える。

外輪部材２０の内周面は、円すいころ３０が転動可能なテーパ状の複列の外輪軌道面２１，２１と、複列の外輪軌道面２１，２１の軸方向両側に設けられた略円筒面である一対のシール固定面２３，２３と、を有する。一対のシール固定面２３，２３は、外輪部材２０の内周面の軸方向両端部に位置する。外輪部材２０の内周面に形成された複列の外輪軌道面２１，２１は、互いに軸方向に離間している。外輪部材２０の外周面には、懸架装置を構成する図示しないナックルに結合固定されるフランジ７２が形成される。

内輪部材３は、ハブ輪７０と、ハブ輪７０とは別体である内輪１０と、を有する。ハブ輪７０の外周面及び内輪１０の外周面には、それぞれ内輪軌道面１１，７１が形成されている。ハブ輪７０及び内輪１０の内輪軌道面１１，７１はそれぞれ、外輪部材２０の外輪軌道面２１，２１と径方向に対向している。

ハブ輪７０と内輪１０とからなる内輪部材３の外周面は、複列の内輪軌道面７１，１１と、複列の内輪軌道面７１，１１の軸方向両側に設けられた一対の大鍔部７８、１３と、を有する。

外輪軌道面２１，２１及び内輪軌道面１１，７１で構成される複列の軌道には、複数の円すいころ３０が周方向に等間隔で配置されている。複数の円すいころ３０は、保持器４０によって転動可能に保持される。保持器４０に設けた各ポケット４１は、複数の円すいころ３０が保持器４０の径方向内側に抜け出るのを防止する。

複数の円すいころ３０は、互いに所定の接触角をなして外輪軌道面２１，２１及び内輪軌道面１１，７１に接触して、背面組み合わせ型（ＤＢ）軸受が構成される。これにより、ハブ輪７０及び内輪１０は、外輪部材２０に対して回転可能となる。

ハブ輪７０のインボード側端部には、小径部７３が形成されている。小径部７３には、内輪１０が外嵌固定される。小径部７３に外嵌固定された内輪１０は、ハブ輪７０のインボード側端部が加締め加工されることによって形成された加締め部７９によって、軸方向移動が規制される。

ハブ輪７０は、当該ハブ輪７０のアウトボード側端部に設けられた、筒状のパイロット部７５と、パイロット部７５のインボード側に隣り合うように配置され、ホイールを支持するためのフランジ部７６が形成される。フランジ部７６は、ハブ輪７０の外周面から径方向外側に延出する円盤状である。フランジ部７６には、軸方向に貫通する複数の貫通孔７６ａが周方向に等間隔で設けられる。それぞれの貫通孔７６ａには、不図示のホイール及びブレーキロータなどを締結するための複数のハブボルト（不図示）が固定される。

外輪部材２０と内輪部材（ハブ輪７０、内輪１０）との間の軸受内部空間のアウトボード側及びインボード側には一対のシール５０，５０が設けられる。一対のシール５０，５０はそれぞれ、内輪部材３（ハブ輪７０及び内輪１０）の一対の大鍔部７８，１３と、外輪部材２０の一対のシール固定面２３，２３と、の間に設けられる。一対のシール５０，５０は、軸受内部空間に封入したグリースが外部空間に漏洩することを防止するとともに、泥水などの異物が外部空間から軸受内部空間に侵入することを防止するために、軸受内部空間のアウトボード側及びインボード側の開口部を塞いでいる。

ここで、本実施形態の内輪１０は、上述の実施形態と同様の構造を有している。特に図１２に示すように、内輪１０は、外周面の軸方向一方側（インボード側）の端部に設けられ、溝肩部１２よりも小径である小径段部１４を有する。小径段部１４は、当該小径段部１４の軸方向他方側（アウトボード側）の端部から径方向外側に延び、軸方向一方側（インボード側）を向いた段差面１６を介して、溝肩部１２とつながる。さらに、段差面１６に、軸方向一方側に延びる薄肉の突起１８が設けられる。突起１８は、研削後の溝肩部１２よりも径方向内側位置、且つ、小径段部１４よりも径方向外側位置から、軸方向一方側（インボード側）に延びる。突起１８の軸方向一方側（インボード側）の先端部は、内輪１０の軸方向一方側端面１０ａよりも、わずかに軸方向他方側（アウトボード側）にまで達している。このような構成によれば、内輪１０とハブ輪７０との嵌合や加締め部７９により円周応力が負荷された場合に、マイクロクラックの伝播や成長を抑えることに寄与する。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形及び改良が可能である。

１ 複列円すいころ軸受
１Ａ ハブユニット軸受
３ 内輪部材
１０ 内輪
１０ａ 軸方向一方側端面
１１ 内輪軌道面
１２ 溝肩部
１３ 大鍔部
１４ 小径段部
１５ 小鍔部
１５ａ 小鍔側平面
１５ｂ 小鍔外径面
１５ｃ 小鍔面
１６ 段差面
１７ 第２段差面
１８ 突起
１８ａ 軸方向延出部
１８ｂ 径方向延出部
１９ 第２小径段部
２０ 外輪部材
２１ 外輪軌道面
２３ シール固定面
３０ 円すいころ（転動体）
３１ 尾部
３３ 頭部
４０ 保持器
４１ ポケット
５０、５１ シール
６１ 第２突起
６２ 逃げ溝
６３ 係止溝
７０ ハブ輪
７１ 内輪軌道面
７３ 小径部
７５ パイロット部
７６ フランジ部
７６ａ 貫通孔
７８ 大鍔部
７９ 加締め部
Ｏ 回転軸

Claims (4)

1. 外周面に内輪軌道面が設けられた内輪と、
   内周面に外輪軌道面が設けられた外輪部材と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、
   を備えるハブユニット軸受であって、
   前記内輪は、
   前記外周面において、前記内輪軌道面と軸方向に隣り合う位置に設けられ、前記内輪軌道面よりも大径である溝肩部と、
   前記外周面の軸方向一方側の端部に設けられ、軸方向一方側を向いた段差面を介して前記溝肩部とつながり、前記溝肩部よりも小径である小径段部と、
   を有し、
   前記段差面又は前記小径段部には、薄肉の突起が設けられる、
   ハブユニット軸受。
2. 前記突起の炭素濃度は、前記内輪における前記突起以外の部位の炭素濃度よりも低い、
   請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記突起の肉厚は、０．８ｍｍ～１．２ｍｍである、
   請求項１又は２に記載のハブユニット軸受。
4. 外周面に内輪軌道面が設けられたハブユニット軸受用の内輪の製造方法であって、
   前記内輪は、
   前記外周面において、前記内輪軌道面と軸方向に隣り合う位置に設けられ、前記内輪軌道面よりも大径である溝肩部と、
   前記外周面の軸方向一方側の端部に設けられ、軸方向一方側を向いた段差面を介して前記溝肩部とつながり、前記溝肩部よりも小径である小径段部と、
   を有し、
   鍛造加工又は機械加工によって前記段差面又は前記小径段部に薄肉の突起を設けた後に、前記内輪に熱処理が施される、
   ハブユニット軸受用の内輪の製造方法。

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