JP4978508B2 - 転がり軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両用ハブユニットなど、軸体の外周に転がり軸受を装着してなる転がり軸受ユニットに関する。

車両用ハブユニットは、一般に、ハブホイールの軸体外周に複列の転がり軸受が抜け止めされた状態で装着される構造を有する。

ハブホイールの軸体は、その自由端側に、前記軸受の抜け止めに使用される円筒部を備える。この円筒部は、かしめ治具を用いて径方向外向きに屈曲変形されて、軸受が備える内輪の軸方向外端面にかしめ付けられてかしめ部とされる。軸受は、このかしめ部により、ハブホイールから抜け止めされる。同時に、軸受の内輪は、このかしめ部から予圧を付与される。軸受の内輪の材料に炭素鋼が使用される。内輪は、軸受寿命を向上させるために、熱処理が施されてその軌道面の強度を高められている(例えば、特許文献１参照。)。
特開平１１−１２９７０３号公報（全頁、図１）

ところで、本発明者らは、内輪の材料に炭素鋼を用いるとともに内輪を熱処理した場合の当該内輪の軌道面の強度に関して各種研究を進めていた。その結果、転がり軸受ユニットを放置した状態でも、内輪の強度を安定して維持させることのできる発明を完成できるに至った。

すなわち、本発明は、内輪をハブホイールの軸体にかしめ付けた状態で転がり軸受ユニットを保管などのため放置した際の内輪に割れが発生して破損する現象(置き割れ)の発生を防止した転がり軸受ユニットを提供することを解決すべき課題としている。

本発明の転がり軸受ユニットは、軸体と、前記軸体の外周面に装着されるもので炭素鋼からなりかつその表面に熱処理が施されて残留オーステナイトが存在する表面層が形成されている内輪と、前記内輪の軸方向外端面に締結されて前記内輪の外周方向に引張応力を作用させている締結部とを含み、前記内輪は、径方向外側にエッジを有するとともに、そのエッジからは前記表面層が研摩あるいは旋削により除去されており、前記内輪は、前記除去により当該エッジにおける残留オーステナイト量が３％以上２０％以下に設定されている。

本発明の転がり軸受ユニットによると、内輪のエッジから置き割れの原因となる前記表面層が除去されているから、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態した際の体積膨張の影響を小さく抑えることができる。その結果、引張応力の増大によって内輪のエッジに置き割れが発生するのを防止できる。

本発明によれば、保管などのため放置した際の内輪に置き割れが発生するのを有効に防止できるようになる。

本発明の実施形態の詳細を図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の実施形態に係り、図１は、本発明の一実施の形態における駆動輪用のハブユニットからなる転がり軸受ユニットの断面図、図２は、本発明の一実施の形態における転がり軸受ユニットの内輪の断面図である。

これらの図を参照して本発明の実施形態に従う転がり軸受ユニットを説明すると、車輪が取り付けられるハブホイール１は回転軸となる軸体２を有する。複列の転がり軸受３は、アンギュラ玉軸受からなり、軸体２の外周面に車両インナ側から圧入されて装着される。転がり軸受３は、内輪３２を有する。この内輪３２は、軸体２の車両インナー側の外周面の環状凹部２ａに装着される。内輪３２は、内輪軌道３２ｄを有する一方、軸体２はその軸方向中間の外周面に内輪軌道２ｂを有する。内輪軌道２ｂは、内輪３２の内輪軌道３２ｄと共に軸方向一対の内輪軌道を構成する。軸体２はまた、車両アウタ側の外周面に径方向外向きのフランジ２ｃを有する。このフランジ２ｃの車両アウタ側側面に不図示のタイヤホイールとブレーキディスクが装着される。転がり軸受３はまた、外輪３３を有する。この外輪３３は、不図示のステアリングナックルを介して車体に固定され内周面に軸方向２列の外輪軌道３８，３９が形成されている。外輪３３は、内輪３２に対して径方向外側で同心に配置されている。転がり軸受３はまた、内輪軌道３２ｄ，２ｂならびに外輪軌道３８，３９に介装された軸方向２列の玉３４，３５と、各列の玉３４，３５を保持した軸方向２列の保持器３６，３７と、転がり軸受３の軸方向両端を密封するシールリング７，８とを備える。

軸体２の車両インナ側軸端部は、径方向外向きに屈曲変形されて内輪３２の車両インナー側の外端面３２ａにかしめつけられてかしめ部４を構成する。かしめ部４は、締結部として、玉３４，３５に適正な予圧を付与するとともに、転がり軸受３の軸体２からの抜け出しを防止する。

図２を参照して内輪３２を説明する。

内輪３２の材料として、高炭素クロム鋼（日本工業規格ＳＵＪ２、軸受鋼とも呼ばれる）や、機械構造用炭素鋼（日本工業規格Ｓ５５Ｃ）等の炭素鋼が使用される。

内輪３２の軌道３２ｄの表面強度を高めて軸受寿命を向上させるために、内輪３２の製造工程で内輪３２に対して熱処理を施す。この熱処理に際しては、脱炭を防止するために、若干の浸炭性雰囲気中で加熱したり、あるいは雰囲気ガスにＮＨ3（アンモニアガス）を少量添加してなる浸炭窒化性雰囲気中で加熱する処理を施す。

置き割れ現象について検討したところ、以下のことが考えられる。図３および図４を参照して置き割れ発生の現象を説明する。軸体２の端部は内輪３２の軸方向端部の外端面３２ａにかしめ付けられてかしめ部４とされる。内輪３２におけるかしめ部４の近傍部分に対して、かしめ部４から円周方向の引張応力が作用する。内輪３２の外端面３２ａはかしめ部４で保持されているから、その引張応力は内輪３２の外径側エッジ３２ｂに集中する。内輪３２の表面には、図４に示すように、前記熱処理後、残留オーステナイト量が他の部分よりも多い表面層Ｌができている。

ここで、内輪３２の外端面３２ａとその肩部の外周面３２ｃとにより内輪３２の外端面３２ａの外径側エッジ３２ｂが構成される。外径側エッジ３２ｂの表面層Ｌは、熱処理時に内輪３２の外端面３２ａと外径面３２ｃとからの加熱と炭素の拡散により、他の表面層Ｌよりも残留オーステナイト量が多くなる。熱処理後、表面層Ｌにおける残留オーステナイトは、マルテンサイトへ変態して表面層Ｌは体積膨張する。

このマルテンサイトによる体積膨張は、前述の内輪３２の外径側エッジ３２ｂに作用する引張応力と相俟って、引張応力の増大を引き起こし、内輪３２の外径側エッジ３２ｂに置き割れが発生しやすくなる。このように、内輪３２の外径側エッジ３２ｂにおける残留オーステナイト量が置き割れ現象の発生に関係していると考えられる。そこで、本発明では、置き割れを防止するために、内輪３２の外径側エッジ３２ｂにおける残留オーステナイト量を少なくすることによって、置き割れ現象を防止できる転がり軸受ユニットを提案するものである。以下に内輪３２の外径側エッジ３２ｂにおける残留オーステナイト量を少なくする方法を説明する。

第１の方法は、表面層Ｌにおける残留オーステナイト量は内輪３２の表面から内部に行くに従って減少する点に着目して、内輪３２の外径側エッジ３２ｂにおける表面層Ｌを研磨や旋削により所定の深さまで除去することにより、内輪３２の外径側エッジ３２ｂの残留オーステナイト量を少なくするものである。したがって、外径側エッジ３２ｂにおいて、少なくとも引張応力が集中する範囲ａにおける残留オーステナイト量が３％以上２０％以下になるまで表面層Ｌを除去することで、内輪３２の置き割れが発生する確率を低減できる。具体的な範囲ａは、以下のように決められる。

除去する範囲ａは、かしめ部４の外径寸法をφＡ、内輪３２の肩部の外周面３２ｃの外径をφＢ、内輪３２のかしめ部４の近傍におけるエッジ３２ｂからの半径をｒ、内輪３２の表面に発生する残留オーステナイト量が過多となった(例えば残留オーステナイト量が２０％以上)となった表面層の厚みにほぼ匹敵する数値をＤ(ｍｍ)とすると、その半径ｒを
（φＢ−φＡ）／２≧ｒ≧Ｄ
の関係式を満足する半径ｒの範囲ａとする。ここで、前記Ｄは、一例として好ましくは０．５［ｍｍ］である。

このように、前記関係式を満足する内輪３２のエッジ３２ｂから半径ｒの範囲内に存在する表面層を除去することで、エッジ３２ｂにおける残留オーステナイト量が３％以上２０％以下、好ましくは５％以上１５％以下、より好ましくは５％以上１０％以下となる。

残留オーステナイト量が２０％以下の時は、日数が経過しても置き割れが発生しなかった。残留オーステナイト量が２３％の時は、１０日目に置き割れが発生した。残留オーステナイト量が３０％の時、７日目に置き割れが発生した。なお、残留オーステナイトは、内輪３２の外径側エッジ３２ｂから遠ざかるにつれて残留オーステナイト量は減少する。

このように構成された転がり軸受ユニットによると、内輪３２のエッジ３２ｂから前記関係式を満足する半径ｒの範囲内での残留オーステナイト量を３％以上２０％以下としたことで、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態した際の体積膨張の影響を小さく抑えることができる。その結果、かしめ部４に起因した引張応力の増大によって内輪３２のエッジ３２ｂに置き割れが発生するのを防止でき、軸受の信頼性が向上する。

本発明は、上述の実施の形態に示した構造を有する内輪３２に限るものではない。例えば、図５に示すように、内輪３２の肩部の車両インナー側端部に縮径された段差３２ｅを設け、この段差３２ｅを回転速度センサの設置スペースとするとともに、前記段差３２ｅの車両インナー側端部を前記エッジ３２ｂとしている。このエッジ３２ｂにおいて前記関係式を満足する半径ｒの範囲内の残留オーステナイト量を３％以上２０％以下としたものであってもよい。

本発明は、上述の実施の形態に示すように、締結部がかしめ部４に限るものではなく、軸体２に螺合して内輪３２の軸方向外端面に締結したナットであってもよい。要するに、軸体２に内輪３２の軸方向外端面に締結されて内輪３２の外周方向に引張応力を作用させるような締結部を含む。

本発明は、上述の実施の形態に示すように、ハブホイールとアンギュラ玉軸受との組合せからなるハブユニットに限るものではなく、ハブホイール等を軸体とし、アンギュラ玉軸受等の転がり軸受をこの軸体の外周に設けた各種転がり軸受ユニットに適用してもよい。

本発明の一実施の形態における駆動輪用のハブユニットからなる転がり軸受ユニットの断面図 本発明の一実施の形態における転がり軸受ユニットの内輪の断面図 転がり軸受ユニットの内輪の断面図 転がり軸受ユニットの内輪の表面に発生する表面層の説明図 本発明の他の実施の形態における転がり軸受ユニットの内輪の断面図

符号の説明

１ ハブホイール
２ 軸体
３ 転がり軸受
３２ 内輪

Claims (2)

1. 軸体と、
   前記軸体の外周面に装着されるもので炭素鋼からなりかつその表面に熱処理が施されて残留オーステナイトが存在する表面層が形成されている内輪と、
   前記内輪の軸方向外端面に締結されて前記内輪の外周方向に引張応力を作用させている締結部と、
   を含み、
   前記内輪は、径方向外側にエッジを有するとともに、そのエッジからは前記表面層が研摩あるいは旋削により除去されており、
   前記内輪は、前記除去により当該エッジにおける残留オーステナイト量が３％以上２０％以下に設定されている転がり軸受ユニット。
2. 請求項１に記載の転がり軸受ユニットにおいて、
   前記内輪は、その肩部の車両インナー側端部に段差を有し、前記段差は回転速度センサの設置スペースとされているとともに、前記段差の車両インナー側端部は、前記エッジとされている転がり軸受ユニット。

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