JP4063722B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の車輪を車体に対して回転自在に支承した車輪用軸受装置に関し、特に回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪用軸受装置には、従動輪用と駆動輪用とがあり、それぞれの用途に応じて種々の形式のものがあるが、例えば、図５に示す従来の駆動輪用の車輪用軸受装置では、ハブ輪５１と内輪５２とを備えた内方部材５０と、複列の転動体５３、５４と、外方部材５５と、そして、エンジン動力をハブ輪５１に伝達する等速自在継手５６を主要な構成要素としている。こうした駆動車輪用軸受装置において、車輪（図示せず）およびブレーキロータ５７を支持するハブ輪５１には、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面からＳ５３Ｃ等の機械構造用の中炭素鋼が採用されている。このハブ輪５１をはじめこの種の車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることは、自動車の燃費向上と走行安定性の向上に大きく寄与するため、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８のリブ化や薄肉化が進んでいる。しかし、このハブ輪５１自体の機械的強度が、素材である中炭素鋼の疲労限に近付きつつあり、これ以上の小型・軽量化を図ることは難しくなってきている。
【０００３】
特に、ハブ輪５１においては、軽量化のために車輪取付フランジ５８を薄肉化する場合、そのアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面５９から円筒状のパイロット部６０に延びる隅部６１に回転曲げの応力が集中し、対策が必要である。したがって、この隅部６１の寸法、つまり曲率半径を大きくすることによって発生応力を緩和することも考えられるが、今度は車輪取付フランジ５８に取り付けられるブレーキロータ５７の干渉が問題となるために限界がある。
【０００４】
このような背景において、本出願人は、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図り、かつハブ輪５１の強度アップを図ることができる車輪用軸受装置を既に提案している。この車輪用軸受装置は、図４に示すように、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を高周波焼入れ等によって形成している。これにより、回転曲げ疲労の最弱部となる車輪取付フランジ５８の隅部６１を高強度化することができ、ハブ輪５１の耐久性を図ることができる。
【０００５】
また、これ以外の部位、すなわち、図示しない外方部材５５のアウトボード側端部に装着されたシールのシールリップが摺接するシールランド部をはじめ、軌道面から小径段部の各部位ａ〜ｄに亙って、高周波焼入れ等によって表面硬化層６３を形成している。さらには、ハブ輪５１の内周面に形成されたセレーション部６４にも表面硬化層６５を形成している。こうした表面硬化層６３、６５により、各部位ａ〜ｄにおいて要求される回転曲げ疲労強度、耐摩耗性、転がり疲労寿命等を向上させることができる（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８７００８号公報（第４、５頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を形成することにより、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図りつつハブ輪５１の強度アップを図ることができるが、高周波焼入れ工程で車輪取付フランジ５８に熱処理変形が生じ、ブレーキロータ取付面５９の面振れが大きくなるという新たな問題が発生した。この傾向は車輪取付フランジ５８の薄肉化にも起因している。この面振れは、ブレーキロータ５７の振れに影響してブレーキジャダーを招来することになり、自動車の操縦安定性やドライブフィーリングが低下する。ここで、ハブ輪５１の熱処理後にこのブレーキロータ取付面５９をさらに旋削加工し、変形分を修正して面振れを改善する方法も考えられるが、隅部６１と未焼入れ部であるブレーキロータ取付面５９とに硬度差があるため、隅部６１の表面硬化層６２との境界部に僅かな段差が発生するという一種ジレンマ的な問題が内在していた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久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している。
【０００９】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記内方部材に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、前記内方部材が、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によって前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記車輪取付フランジと加締部を含む前記ハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、前記小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されている構成を採用した。
【００１０】
このように、内方部材が、前記車輪取付フランジを有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によってハブ輪に対して内輪が軸方向に固定されると共に、車輪取付フランジと加締部を含むハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていることにより、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対する強度、耐久性を高めることができる。また、車輪取付フランジの表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、切削等の加工性が向上すると共に、熱処理変形を抑制することができ、熱処理変形による車輪取付フランジのブレーキロータ取付面の面振れ精度の劣化を防止することができる。また、ハブボルトが圧入されるボルト孔の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、ハブボルトのセレーションが潰れて固着力が低下するのを防止することができる。また、ハブ輪のインボード側端部の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、加工性を低下させることなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生するのを抑え、品質面で信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記内方部材が、車輪取付フランジを有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成されているので、小型・軽量化を図ることができると共に、調質されたハブ輪の強度、耐久性を高めることができる。
【００１４】
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記ハブ輪のインボード側端部を調質処理の後、焼戻しによりその表面硬さを２５ＨＲＣ以下に設定すれば、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、加工性を低下させず、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４〜６４ＨＲＣとしたので、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ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、ハブ輪の強度、耐久性が向上する。
【００１６】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪は、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼であれば、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面から有利であると共に、特に、高周波焼入れ等に好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。
【００２４】
この車輪用軸受装置は、駆動輪用であって、ハブ輪１と複列の転がり軸受２とをユニット化し、ハブ輪１の内周に等速自在継手３の外側継手部材４を、セレーションを介してトルク伝達可能に嵌合した構造を備えている。
【００２５】
複列の転がり軸受２は、内周に複列の外側転走面５ａ、５ａが形成され、外周には車体（図示せず）に固定される車体取付フランジ５ｂを一体に有する外方部材５と、この外側転走面５ａ、５ａに対向する複列の内側転走面のうち、一方の内側転走面１ａが外周に直接形成されたハブ輪１と、ハブ輪１の小径段部１ｂに圧入され、他方の内側転走面６ａが外周に形成された内輪６と、前記外側転走面５ａ、５ａと内側転走面１ａ、６ａ間に収容された複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。複列の転動体７、７は、図示しない保持器によって転動自在に保持されている。また、複列の転がり軸受２の端部にはシール８、８が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。
【００２６】
ハブ輪１は、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）９が形成されると共に、アウトボード側の端部外周には車輪（図示せず）を取付けるための車輪取付フランジ１０を一体に有している。この車輪取付フランジ１０の円周方向等配には車輪を締結するためのハブボルト１１が植設されている。
【００２７】
この車輪用軸受装置では、別体の内輪６をハブ輪１の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪１に対して内輪６を軸方向に固定し、複列の転がり軸受２をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受２の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
【００２８】
等速自在継手３は、外側継手部材４と、図示しない内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材４間に収容されたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを円周方向等配に保持するケージとを備えている。外側継手部材４は、カップ状のマウス部１３と、このマウス部１３の底部をなす肩部１４と、この肩部１４から軸方向に延びるステム部１５を一体に有している。このステム部１５の外周面にはセレーション（またはスプライン）１６が形成され、端部には雄ねじ１７が形成されている。
【００２９】
外側継手部材４のステム部１５をハブ輪１に内嵌し、ハブ輪１に形成されたセレーション９とステム部１５のセレーション１６を係合させることにより、トルク伝達可能としている。そして、肩部１４の端面をハブ輪１の加締部１２に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８により締結することにより、等速自在継手３は複列の転がり軸受２に対して分離可能に固定されている。
【００３０】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪１は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、後述する調質処理が施され、その後旋削加工によって所望の形状・寸法に形成されている。車輪取付フランジ１０におけるアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面１９からブレーキロータ（図示せず）の支持面となる円筒状のパイロット部２０に延びる隅部２１は、ブレーキロータが干渉しない程度の曲率半径を有する円弧面（またはヌスミ）に形成されている。
【００３１】
本実施形態において、ハブ輪１は、鍛造後に４００℃以上の高温焼戻しをして、トルースタイトまたはソルバイト組織にする、所謂調質処理が施されている。この調質処理により組織は粒状化し、引張、曲げ、衝撃値等の機械的性質が上昇して延性や靭性が高まる。表面硬さを上げることにより機械的強度は向上するが、ここでは調質処理後の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。何故なら、表面硬さを３５ＨＲＣを超えて設定すると切削等の加工性が低下すると共に、熱処理変形が大きくなり、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度が劣化すると共に、硬さアップによって切削性が低下してバイトの寿命が短くなるからである。また、ハブボルト１１が圧入されるボルト孔１１ａの表面硬さがそのハブボルト１１の表面硬さに近付き、ハブボルト１１のセレーション１１ｂが潰れて固着力が著しく低下する恐れがあるからである。
【００３２】
さらに、前述した加締部１２を形成する際、ハブ輪１のインボード側端部の表面硬さが３５ＨＲＣを超えると、加工性が低下するばかりでなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがあり、品質面でその信頼性が低下する。塑性加工の面からは表面硬さが低い方が好ましく、この加締部１２において、調質処理後に高周波焼戻しによって、その表面硬さを２５ＨＲＣ以下に設定することにより信頼性が向上する。さらに、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
【００３３】
このように、ハブ輪１を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。また、鍛造、調質後に旋削加工を行なうことにより、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度を、従来のものに比べ一層向上させることができる。さらに、加締部１２においては、塑性加工時の加工性を低下させることなく、クラック発生を抑制することができ、品質面の信頼性を維持することができる。
【００３４】
なお、ハブ輪１の鍛造後の調質処理は、調質炉に入れて行なう全面調質について説明したが、これに限らず、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１、および加締部１２に相当するハブ輪１のインボード側端部のみを高周波によって加熱し、所望の表面硬さが得られる部分調質処理を施しても良い。この場合、切削等の加工性を考慮する必要はなく、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１の表面硬さを４０ＨＲＣ以下、加締部１２の表面硬さを２５以下というように、所定の部位を適宜所望の表面硬さに設定することができる。
【００３５】
また、ハブ輪１は、アウトボード側の内側転走面１ａをはじめ、シール装置８が摺接するシールランド部２２、および小径段部１ｂに、高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ１０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、ハブ輪１の耐久性が向上する。小径段部１ｂに圧入される内輪６は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。
【００３６】
一方、外方部材５は、ハブ輪１と同様にＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面５ａ、５ａをはじめ、シール装置８、８が嵌合する端部内径面は、高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
【００３７】
以上、ここでは、ハブ輪１の製造工程を、鍛造→調質→旋削→高周波焼入れからなる工程として例示したが、これに限らず、鍛造→旋削→調質→高周波焼入れからなる工程としても良く、製造ラインの構成に適宜合わせて作業の効率化を図ることができる。
【００３８】
図２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である。なお、この実施形態は第１世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００３９】
ブレーキロータ２４と共に車輪（図示せず）を固定するハブ輪２５と、そのハブ輪２５を回転自在に支持し、外輪２６、一対の内輪２７、２７、および内外輪２７、２６間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）７を有する車輪用軸受２８と、この車輪用軸受２８を車体に支持するナックル２９と、ハブ輪２５と連結してドライブシャフト（図示せず）の動力をこのハブ輪２５に伝達する等速自在継手３を主要部として構成している。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
【００４０】
車輪用軸受２８の外輪２６は、ナックル２９に内嵌され、止め輪３０によって軸方向に位置決め固定されている。一方、一対の内輪２７、２７は、ハブ輪２５に形成された円筒状の小径段部３１に圧入され、インボード側の内輪２７の大径側端面を外側継手部材４の肩部１４に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８で締結することにより、等速自在継手３は分離可能に固定されている。
【００４１】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪２５は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後に全面調質処理が施され、表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。このように、ハブ輪２５を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。
【００４２】
さらに、ハブ輪２５の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部３２は、その曲率半径を可能な限り大きく設定し、この付け根部３２から小径段部３１に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。この構成も加わって、車輪取付フランジ１０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発揮し、ハブ輪２５の耐久性が向上する。
【００４３】
小径段部３１に圧入される一対の内輪２７、２７は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。この小径段部３１に所定の硬化層２３が形成されていることにより、内輪２７、２７との間の嵌合面に発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。そのため、このフレッティング摩耗の発生により、内輪２７、２７の嵌合面に、錆、摩耗、あるいはかじり等が生じて内輪２７、２７を損傷するということがなくなり、耐久性を向上させることができる。なお、ハブ輪２５の内周面に形成されたセレーション９の表面にも高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層３３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、セレーション９の耐摩耗性が向上すると共に、強度アップによりセレーション９の有効長さを短くすることができ、ハブ輪２５の小型・軽量化に寄与することができる。一方、外輪２６は、内輪２７と同様、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。
【００４４】
図３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である。なお、この実施形態は第３世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００４５】
この車輪用軸受装置は、従動輪用であって、ハブ輪３４と複列の転がり軸受３５とをユニット化した構造を備えている。複列の転がり軸受３５は、外方部材５と、ハブ輪３４と、ハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入された別体の内輪６と、複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。
【００４６】
この車輪用軸受装置では、内輪６をハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪３４に内輪６を軸方向に固定して複列の転がり軸受３５をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受３５の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。
【００４７】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪３４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後に全面調質処理が施され、表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。このように、ハブ輪３４を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。
【００４８】
また、ハブ輪３４の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部は、アウトボード側のシール８のシールランド２２部となり、その曲率半径を可能な限り大きく設定している。このシールランド部２２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５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は耐摩耗性が向上すると共に、車輪取付フランジ１０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発揮し、ハブ輪３４の耐久性が向上する。
【００４９】
前述した第３の実施形態では、ハブ輪３４に車輪取付フランジ１０を一体に形成したものを例示したが、これに限らず、外方部材に車輪取付フランジを一体に形成した外輪回転式の車輪用軸受装置にも適用できることは言うまでもない。この場合、外方部材に調質処理を行なうことになる。
【００５０】
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。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、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を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記内方部材に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、前記内方部材が、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によって前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記車輪取付フランジと加締部を含む前記ハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、前記小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されているので、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を高めることができる。また、車輪取付フランジの表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、切削等の加工性が向上すると共に、熱処理変形を抑制することができ、熱処理変形による車輪取付フランジのブレーキロータ取付面の面振れ精度の劣化を防止することができる。また、ハブボルトが圧入されるボルト孔の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、ハブボルトのセレーションが潰れて固着力が低下するのを防止することができる。また、ハブ輪のインボード側端部の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、加工性を低下させることなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生するのを抑え、品質面で信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】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３】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４】従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図５】従来の他の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、２５、３４・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ、６ａ・・・・・・・・・・・・内側転走面
１ｂ、３１・・・・・・・・・・・・小径段部
２、３５・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
３・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
４・・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
５・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５ａ・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
６、２７・・・・・・・・・・・・・内輪
７・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
８・・・・・・・・・・・・・・・・シール
９、１６・・・・・・・・・・・・・セレーション
１０・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
１１・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
１１ａ・・・・・・・・・・・・・・ボルト孔
１１ｂ・・・・・・・・・・・・・・セレーション
１２・・・・・・・・・・・・・・・加締部
１３・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
１４・・・・・・・・・・・・・・・肩部
１５・・・・・・・・・・・・・・・ステム部
１７・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
１８・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
１９・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
２０・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
２１・・・・・・・・・・・・・・・隅部
２２・・・・・・・・・・・・・・・シールランド部
２３、３３・・・・・・・・・・・・硬化層
２４・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
２６・・・・・・・・・・・・・・・外輪
２８・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
２９・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
３０・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
３２・・・・・・・・・・・・・・・付け根部
５０・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５１・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５２・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５３、５４・・・・・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５６・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
５７・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
５８・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５９・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
６０・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
６１・・・・・・・・・・・・・・・隅部
６２、６３、６５・・・・・・・・・表面硬化層
６４・・・・・・・・・・・・・・・セレーション部
ａ〜ｄ・・・・・・・・・・・・・・部位
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の車輪を車体に対して回転自在に支承した車輪用軸受装置に関し、特に回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久性を向上させた車輪用軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪用軸受装置には、従動輪用と駆動輪用とがあり、それぞれの用途に応じて種々の形式のものがあるが、例えば、図５に示す従来の駆動輪用の車輪用軸受装置では、ハブ輪５１と内輪５２とを備えた内方部材５０と、複列の転動体５３、５４と、外方部材５５と、そして、エンジン動力をハブ輪５１に伝達する等速自在継手５６を主要な構成要素としている。こうした駆動車輪用軸受装置において、車輪（図示せず）およびブレーキロータ５７を支持するハブ輪５１には、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面からＳ５３Ｃ等の機械構造用の中炭素鋼が採用されている。このハブ輪５１をはじめこの種の車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることは、自動車の燃費向上と走行安定性の向上に大きく寄与するため、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８のリブ化や薄肉化が進んでいる。しかし、このハブ輪５１自体の機械的強度が、素材である中炭素鋼の疲労限に近付きつつあり、これ以上の小型・軽量化を図ることは難しくなってきている。
【０００３】
特に、ハブ輪５１においては、軽量化のために車輪取付フランジ５８を薄肉化する場合、そのアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面５９から円筒状のパイロット部６０に延びる隅部６１に回転曲げの応力が集中し、対策が必要である。したがって、この隅部６１の寸法、つまり曲率半径を大きくすることによって発生応力を緩和することも考えられるが、今度は車輪取付フランジ５８に取り付けられるブレーキロータ５７の干渉が問題となるために限界がある。
【０００４】
このような背景において、本出願人は、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図り、かつハブ輪５１の強度アップを図ることができる車輪用軸受装置を既に提案している。この車輪用軸受装置は、図４に示すように、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を高周波焼入れ等によって形成している。これにより、回転曲げ疲労の最弱部となる車輪取付フランジ５８の隅部６１を高強度化することができ、ハブ輪５１の耐久性を図ることができる。
【０００５】
また、これ以外の部位、すなわち、図示しない外方部材５５のアウトボード側端部に装着されたシールのシールリップが摺接するシールランド部をはじめ、軌道面から小径段部の各部位ａ〜ｄに亙って、高周波焼入れ等によって表面硬化層６３を形成している。さらには、ハブ輪５１の内周面に形成されたセレーション部６４にも表面硬化層６５を形成している。こうした表面硬化層６３、６５により、各部位ａ〜ｄにおいて要求される回転曲げ疲労強度、耐摩耗性、転がり疲労寿命等を向上させることができる（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８７００８号公報（第４、５頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、ハブ輪５１の車輪取付フランジ５８の隅部６１に表面硬化層６２を形成することにより、車輪取付フランジ５８の形状・寸法を変更することなく、軽量化を図りつつハブ輪５１の強度アップを図ることができるが、高周波焼入れ工程で車輪取付フランジ５８に熱処理変形が生じ、ブレーキロータ取付面５９の面振れが大きくなるという新たな問題が発生した。この傾向は車輪取付フランジ５８の薄肉化にも起因している。この面振れは、ブレーキロータ５７の振れに影響してブレーキジャダーを招来することになり、自動車の操縦安定性やドライブフィーリングが低下する。ここで、ハブ輪５１の熱処理後にこのブレーキロータ取付面５９をさらに旋削加工し、変形分を修正して面振れを改善する方法も考えられるが、隅部６１と未焼入れ部であるブレーキロータ取付面５９とに硬度差があるため、隅部６１の表面硬化層６２との境界部に僅かな段差が発生するという一種ジレンマ的な問題が内在していた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、また、その面振れを劣化させることなく、軽量化を図りつつ、回転曲げ条件下でのハブ輪の強度、耐久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している。
【０００９】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記内方部材に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、前記内方部材が、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によって前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記車輪取付フランジと加締部を含む前記ハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、前記小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されている構成を採用した。
【００１０】
このように、内方部材が、前記車輪取付フランジを有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によってハブ輪に対して内輪が軸方向に固定されると共に、車輪取付フランジと加締部を含むハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていることにより、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対する強度、耐久性を高めることができる。また、車輪取付フランジの表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、切削等の加工性が向上すると共に、熱処理変形を抑制することができ、熱処理変形による車輪取付フランジのブレーキロータ取付面の面振れ精度の劣化を防止することができる。また、ハブボルトが圧入されるボルト孔の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、ハブボルトのセレーションが潰れて固着力が低下するのを防止することができる。また、ハブ輪のインボード側端部の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、加工性を低下させることなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生するのを抑え、品質面で信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記内方部材が、車輪取付フランジを有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成されているので、小型・軽量化を図ることができると共に、調質されたハブ輪の強度、耐久性を高めることができる。
【００１４】
好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記ハブ輪のインボード側端部を調質処理の後、焼戻しによりその表面硬さを２５ＨＲＣ以下に設定すれば、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、加工性を低下させず、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４〜６４ＨＲＣとしたので、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ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、ハブ輪の強度、耐久性が向上する。
【００１６】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪は、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼であれば、鍛造の容易性、切削性、熱処理性、あるいは経済性の面から有利であると共に、特に、高周波焼入れ等に好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。
【００２４】
この車輪用軸受装置は、駆動輪用であって、ハブ輪１と複列の転がり軸受２とをユニット化し、ハブ輪１の内周に等速自在継手３の外側継手部材４を、セレーションを介してトルク伝達可能に嵌合した構造を備えている。
【００２５】
複列の転がり軸受２は、内周に複列の外側転走面５ａ、５ａが形成され、外周には車体（図示せず）に固定される車体取付フランジ５ｂを一体に有する外方部材５と、この外側転走面５ａ、５ａに対向する複列の内側転走面のうち、一方の内側転走面１ａが外周に直接形成されたハブ輪１と、ハブ輪１の小径段部１ｂに圧入され、他方の内側転走面６ａが外周に形成された内輪６と、前記外側転走面５ａ、５ａと内側転走面１ａ、６ａ間に収容された複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。複列の転動体７、７は、図示しない保持器によって転動自在に保持されている。また、複列の転がり軸受２の端部にはシール８、８が装着され、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。
【００２６】
ハブ輪１は、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）９が形成されると共に、アウトボード側の端部外周には車輪（図示せず）を取付けるための車輪取付フランジ１０を一体に有している。この車輪取付フランジ１０の円周方向等配には車輪を締結するためのハブボルト１１が植設されている。
【００２７】
この車輪用軸受装置では、別体の内輪６をハブ輪１の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪１に対して内輪６を軸方向に固定し、複列の転がり軸受２をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受２の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
【００２８】
等速自在継手３は、外側継手部材４と、図示しない内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材４間に収容されたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを円周方向等配に保持するケージとを備えている。外側継手部材４は、カップ状のマウス部１３と、このマウス部１３の底部をなす肩部１４と、この肩部１４から軸方向に延びるステム部１５を一体に有している。このステム部１５の外周面にはセレーション（またはスプライン）１６が形成され、端部には雄ねじ１７が形成されている。
【００２９】
外側継手部材４のステム部１５をハブ輪１に内嵌し、ハブ輪１に形成されたセレーション９とステム部１５のセレーション１６を係合させることにより、トルク伝達可能としている。そして、肩部１４の端面をハブ輪１の加締部１２に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８により締結することにより、等速自在継手３は複列の転がり軸受２に対して分離可能に固定されている。
【００３０】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪１は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後、後述する調質処理が施され、その後旋削加工によって所望の形状・寸法に形成されている。車輪取付フランジ１０におけるアウトボード側の付け根部、すなわち、ブレーキロータ取付面１９からブレーキロータ（図示せず）の支持面となる円筒状のパイロット部２０に延びる隅部２１は、ブレーキロータが干渉しない程度の曲率半径を有する円弧面（またはヌスミ）に形成されている。
【００３１】
本実施形態において、ハブ輪１は、鍛造後に４００℃以上の高温焼戻しをして、トルースタイトまたはソルバイト組織にする、所謂調質処理が施されている。この調質処理により組織は粒状化し、引張、曲げ、衝撃値等の機械的性質が上昇して延性や靭性が高まる。表面硬さを上げることにより機械的強度は向上するが、ここでは調質処理後の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。何故なら、表面硬さを３５ＨＲＣを超えて設定すると切削等の加工性が低下すると共に、熱処理変形が大きくなり、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度が劣化すると共に、硬さアップによって切削性が低下してバイトの寿命が短くなるからである。また、ハブボルト１１が圧入されるボルト孔１１ａの表面硬さがそのハブボルト１１の表面硬さに近付き、ハブボルト１１のセレーション１１ｂが潰れて固着力が著しく低下する恐れがあるからである。
【００３２】
さらに、前述した加締部１２を形成する際、ハブ輪１のインボード側端部の表面硬さが３５ＨＲＣを超えると、加工性が低下するばかりでなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがあり、品質面でその信頼性が低下する。塑性加工の面からは表面硬さが低い方が好ましく、この加締部１２において、調質処理後に高周波焼戻しによって、その表面硬さを２５ＨＲＣ以下に設定することにより信頼性が向上する。さらに、従来のような鍛造後のままの未熱処理部に比べ、加締部の硬さバラツキを抑制することができ、また塑性加工によって表面に微小クラックが発生する恐れがなくなり、一層品質面でその信頼性が向上する。
【００３３】
このように、ハブ輪１を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。また、鍛造、調質後に旋削加工を行なうことにより、車輪取付フランジ１０のブレーキロータ取付面１９の面振れ精度を、従来のものに比べ一層向上させることができる。さらに、加締部１２においては、塑性加工時の加工性を低下させることなく、クラック発生を抑制することができ、品質面の信頼性を維持することができる。
【００３４】
なお、ハブ輪１の鍛造後の調質処理は、調質炉に入れて行なう全面調質について説明したが、これに限らず、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１、および加締部１２に相当するハブ輪１のインボード側端部のみを高周波によって加熱し、所望の表面硬さが得られる部分調質処理を施しても良い。この場合、切削等の加工性を考慮する必要はなく、例えば、車輪取付フランジ１０の隅部２１の表面硬さを４０ＨＲＣ以下、加締部１２の表面硬さを２５以下というように、所定の部位を適宜所望の表面硬さに設定することができる。
【００３５】
また、ハブ輪１は、アウトボード側の内側転走面１ａをはじめ、シール装置８が摺接するシールランド部２２、および小径段部１ｂに、高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は、耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ１０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、ハブ輪１の耐久性が向上する。小径段部１ｂに圧入される内輪６は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。
【００３６】
一方、外方部材５は、ハブ輪１と同様にＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成され、複列の外側転走面５ａ、５ａをはじめ、シール装置８、８が嵌合する端部内径面は、高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
【００３７】
以上、ここでは、ハブ輪１の製造工程を、鍛造→調質→旋削→高周波焼入れからなる工程として例示したが、これに限らず、鍛造→旋削→調質→高周波焼入れからなる工程としても良く、製造ラインの構成に適宜合わせて作業の効率化を図ることができる。
【００３８】
図２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である。なお、この実施形態は第１世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００３９】
ブレーキロータ２４と共に車輪（図示せず）を固定するハブ輪２５と、そのハブ輪２５を回転自在に支持し、外輪２６、一対の内輪２７、２７、および内外輪２７、２６間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）７を有する車輪用軸受２８と、この車輪用軸受２８を車体に支持するナックル２９と、ハブ輪２５と連結してドライブシャフト（図示せず）の動力をこのハブ輪２５に伝達する等速自在継手３を主要部として構成している。ここでは転動体７、７をボールとした複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず転動体に円すいころを使用した複列円すいころ軸受であっても良い。
【００４０】
車輪用軸受２８の外輪２６は、ナックル２９に内嵌され、止め輪３０によって軸方向に位置決め固定されている。一方、一対の内輪２７、２７は、ハブ輪２５に形成された円筒状の小径段部３１に圧入され、インボード側の内輪２７の大径側端面を外側継手部材４の肩部１４に衝合させた状態で、ステム部１５の端部を固定ナット１８で締結することにより、等速自在継手３は分離可能に固定されている。
【００４１】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪２５は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後に全面調質処理が施され、表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。このように、ハブ輪２５を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。
【００４２】
さらに、ハブ輪２５の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部３２は、その曲率半径を可能な限り大きく設定し、この付け根部３２から小径段部３１に亙って高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。この構成も加わって、車輪取付フランジ１０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発揮し、ハブ輪２５の耐久性が向上する。
【００４３】
小径段部３１に圧入される一対の内輪２７、２７は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。この小径段部３１に所定の硬化層２３が形成されていることにより、内輪２７、２７との間の嵌合面に発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。そのため、このフレッティング摩耗の発生により、内輪２７、２７の嵌合面に、錆、摩耗、あるいはかじり等が生じて内輪２７、２７を損傷するということがなくなり、耐久性を向上させることができる。なお、ハブ輪２５の内周面に形成されたセレーション９の表面にも高周波焼入れによって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層３３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、セレーション９の耐摩耗性が向上すると共に、強度アップによりセレーション９の有効長さを短くすることができ、ハブ輪２５の小型・軽量化に寄与することができる。一方、外輪２６は、内輪２７と同様、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５４〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。
【００４４】
図３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である。なお、この実施形態は第３世代の車輪用軸受装置で、前述した実施形態と同一部位、同一部品、あるいは同一の機能を有する部位には同じ符号を付けてその詳細な説明を省略する。
【００４５】
この車輪用軸受装置は、従動輪用であって、ハブ輪３４と複列の転がり軸受３５とをユニット化した構造を備えている。複列の転がり軸受３５は、外方部材５と、ハブ輪３４と、ハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入された別体の内輪６と、複列の転動体７、７とで主要部が構成されている。
【００４６】
この車輪用軸受装置では、内輪６をハブ輪３４の小径段部１ｂに圧入させた後、その小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させることにより加締部１２が形成され、この加締部１２でハブ輪３４に内輪６を軸方向に固定して複列の転がり軸受３５をユニット化している。このようなユニット化により、固定ナット等の締結手段を使用せずとも複列の転がり軸受３５の予圧管理を行なうことができる、所謂セルフリテイン構造の第３世代の車輪用軸受装置を提供することができる。
【００４７】
この車輪用軸受装置において、ハブ輪３４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼を熱間鍛造後に全面調質処理が施され、表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定している。このように、ハブ輪３４を鍛造後に調質処理を施し、所望の表面硬さに設定することにより、車輪取付フランジ１０の形状・寸法を変更することなく、回転曲げ疲労の最弱部となる隅部２１の強度を高めることができる。
【００４８】
また、ハブ輪３４の車輪取付フランジ１０のインボード側付け根部は、アウトボード側のシール８のシールランド２２部となり、その曲率半径を可能な限り大きく設定している。このシールランド部２２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５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層２３（図中クロスハッチングで示す）が形成されている。これにより、シールランド部２２は耐摩耗性が向上すると共に、車輪取付フランジ１０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発揮し、ハブ輪３４の耐久性が向上する。
【００４９】
前述した第３の実施形態では、ハブ輪３４に車輪取付フランジ１０を一体に形成したものを例示したが、これに限らず、外方部材に車輪取付フランジを一体に形成した外輪回転式の車輪用軸受装置にも適用できることは言うまでもない。この場合、外方部材に調質処理を行なうことになる。
【００５０】
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。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、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を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記内方部材に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、前記内方部材が、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によって前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記車輪取付フランジと加締部を含む前記ハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、前記小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されているので、所望の軸受寿命を確保すると共に、車輪取付フランジの形状・寸法を変更することなく、現行の加工方法や既存設備のままで、回転曲げ疲労に対して強度、耐久性を高めることができる。また、車輪取付フランジの表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、切削等の加工性が向上すると共に、熱処理変形を抑制することができ、熱処理変形による車輪取付フランジのブレーキロータ取付面の面振れ精度の劣化を防止することができる。また、ハブボルトが圧入されるボルト孔の表面硬さがそのハブボルトの表面硬さに近付き、ハブボルトのセレーションが潰れて固着力が低下するのを防止することができる。また、ハブ輪のインボード側端部の表面硬さを３５ＨＲＣ以下に設定したので、加工性を低下させることなく、塑性加工によって表面に微小クラックが発生するのを抑え、品質面で信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】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３】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４】従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図５】従来の他の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、２５、３４・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ、６ａ・・・・・・・・・・・・内側転走面
１ｂ、３１・・・・・・・・・・・・小径段部
２、３５・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
３・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
４・・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
５・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５ａ・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
６、２７・・・・・・・・・・・・・内輪
７・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
８・・・・・・・・・・・・・・・・シール
９、１６・・・・・・・・・・・・・セレーション
１０・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
１１・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
１１ａ・・・・・・・・・・・・・・ボルト孔
１１ｂ・・・・・・・・・・・・・・セレーション
１２・・・・・・・・・・・・・・・加締部
１３・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
１４・・・・・・・・・・・・・・・肩部
１５・・・・・・・・・・・・・・・ステム部
１７・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
１８・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
１９・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
２０・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
２１・・・・・・・・・・・・・・・隅部
２２・・・・・・・・・・・・・・・シールランド部
２３、３３・・・・・・・・・・・・硬化層
２４・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
２６・・・・・・・・・・・・・・・外輪
２８・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
２９・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
３０・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
３２・・・・・・・・・・・・・・・付け根部
５０・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５１・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５２・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５３、５４・・・・・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５６・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
５７・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
５８・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５９・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ取付面
６０・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
６１・・・・・・・・・・・・・・・隅部
６２、６３、６５・・・・・・・・・表面硬化層
６４・・・・・・・・・・・・・・・セレーション部
ａ〜ｄ・・・・・・・・・・・・・・部位
Claims (5)
- 内周に複列の外側転走面を有する外方部材と、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面を有する内方部材と、前記外方部材および内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容した複列の転動体とを備え、前記内方部材に車輪取付フランジを一体に形成した車輪用軸受装置において、
前記内方部材が、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪と、このハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも１つの内輪とを備え、前記ハブ輪のインボード側端部を径方向外方に塑性変形させて加締部が形成され、この加締部によって前記ハブ輪に対して前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記車輪取付フランジと加締部を含む前記ハブ輪が表面硬さ３５ＨＲＣ以下となる全面調質処理され、前記小径段部に高周波焼入れによって硬化層が形成され、かつ、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面が所定の表面硬さに焼入れ硬化されていることを特徴とする車輪用軸受装置。 - 前記内方部材が、車輪取付フランジを有するハブ輪と、このハブ輪に圧入された内輪とを備え、前記外方部材の複列の外側転走面のうち一方の外側転走面に対向する内側転走面が前記ハブ輪の外周面に直接形成され、他方の外側転走面に対向する内側転走面が前記内輪の外周面に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
- 前記ハブ輪のインボード側端部を調質処理の後、焼戻しによりその表面硬さを２５ＨＲＣ以下に設定した請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
- 前記外方部材の両端部にシールを装着し、そのアウトボード側のシールのシールリップが摺接するシールランド部を、前記車輪取付フランジのインボード側付け根部に形成すると共に、前記シールランド部の表面硬さを５４〜６４ＨＲＣとした請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
- 前記ハブ輪は、炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなる請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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