JP5995452B2

JP5995452B2 - 車輪用軸受装置およびその製造方法

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Publication number: JP5995452B2
Application number: JP2012015435A
Authority: JP
Inventors: 柴田　靖史; 靖史柴田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013154697A

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、特に、車輪を駆動・非駆動に切り替えるクラッチ機能を備えた車輪用軸受装置およびその製造方法に関するものである。

４輪駆動の自動車には、前輪または後輪を、車輪用軸受装置に備えられたクラッチ機能で選択的に従動輪に切り替え可能としたものがある。このようなクラッチ機能付きの車輪用軸受装置の従来例を図１０に示す。この車輪用軸受装置は、車体側に取り付けられる外方部材５０と、この外方部材５０の内周の複列の外側転走面５０ａ、５０ａに対向する内側転走面５５ａを有する内方部材５１と、対向する転走面５０ａ、５５ａ間に介在した複列の円錐ころ５２、５２とからなる。内方部材５１は、車輪取付フランジ５３を有するハブ輪５４と、このハブ輪５４の外周に軸方向に並んで嵌合される２つの内輪５５、５６とで構成され、各内輪５５、５６はその外周に各列の内側転走面５５ａ、５５ａを有する。ハブ輪５４の内周には、駆動軸となる等速自在継手の外側継手部材（図示せず）の軸部が、軸受５７、５８を介して回転自在に支持されている。

ハブ輪５４の外周の２個の内輪５５、５６のうち、内端部側の内輪５６は、外周がギヤ部５６ａに形成され、かつ端部内周にスプライン状部５６ｂが形成されている。ハブ輪５４の内端部の外周にはスプライン状部５４ａが形成され、このスプライン状部５４ａに内輪５６のスプライン状部５６ｂが噛み合わされる。ハブ輪５４の内端部は、内輪５６の大端面を押し付けるフランジ状の加締部５４ｂとされ、この加締部５４ｂにより内輪５６がハブ輪５４に対して軸方向に固定されている。

内輪５６のギヤ部５６ａには、外側継手部材に形成されたギヤ部５９と噛み合うリング状のスライドギヤ６０が、軸方向へのスライドによって選択的に噛み合う。スライドギヤ６０を介して、内輪５６のギヤ部５６ａと外側継手部材のギヤ部５９とが連結された状態で、駆動力が外側継手部材から内輪５６およびハブ輪５４を介して車輪に伝達される。すなわち、この時、ハブ輪５４に支持される車輪は駆動輪となる。スライドギヤ６０が内輪５６のギヤ部５６ａに噛み合わない状態では、駆動力が車輪に伝達されず、この時ハブ輪５４に支持される車輪は従動輪となる。

このような構成では、内輪５６の端部外周に、外側継手部材のギヤ部５９に噛み合うスライドギヤ６０と噛合可能なギヤ部５６ａが形成されているので、ギヤ部５６ａへのスライドギヤ６０の噛み合いの有無により、クラッチ機能を持たせることができる。また、このギヤ部５６ａは、内輪５６に一体形成されているので、フレッティング摩耗が生じることがない。このため、内輪５６をハブ輪５４にクランプする軸力を充分に確保できて軸受ガタを防止できると共に、急発進時に、内輪５６からスティックスリップ音が発生するのも防止できる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−１３８６５３号公報

然しながら、この従来の車輪用軸受装置では、内輪５６は、端部内周にスプライン状部５６ｂおよび外周にギヤ部５６ａが形成された後に熱処理が施されている。この熱処理において、スプライン状部５６ｂおよびギヤ部５６ａは、歯の両側のフランク面から熱をもらうため、他の部位に比べて歯先部分が昇温し易い。これにより、高温に曝される時間が長くなって、特に歯先部分の表層部に脱炭が発生しやすい。ここで、脱炭とは、鋼を炭素と反応する雰囲気中で加熱するとき、表面から炭素が失われる現象をいい、硬さの不具合は無論、焼割れの原因にもなる。

この脱炭が生じると強度低下を招来するため、熱処理後にスプライン５６ｂおよびギヤ部５６ａを研削加工等の後加工によってこの脱炭層を除去する必要がある。これでは加工工数が増大して製造コストが高騰するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、内輪の熱処理によるギヤ部とスプライン部に発生する脱炭層を除去し、疲れ強度を高めて耐久性の向上を図った車輪用軸受装置およびその製造方法を提供することを目的としている。

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、外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の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、前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、前記小径段部の端部を径方向外方に形成した加締部によって前記内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、前記内側転走面をはじめ、前記ギヤ部から小鍔部を介して前記小端面に亙って表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層が形成され、前記内輪のセレーションには硬化層が形成されず、当該内輪のギヤ部とセレーションに表面改質が施されている。

このように、第３世代構造の車輪用軸受装置において、内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周にハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、ハブ輪の肩部に内輪の小端面が衝合された状態で、小径段部の端部を径方向外方に形成した加締部によって内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、内側転走面をはじめ、ギヤ部から小鍔部を介して小端面に亙って表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層が形成され、当該内輪のギヤ部とセレーションに表面改質が施されているので、熱処理に伴う表層の脱炭層を除去することができ、圧縮残留応力を形成することができる。その結果、内輪のギヤ部とセレーションの疲れ強度を高めて耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記内輪のギヤ部に固体潤滑剤からなる潤滑皮膜が形成されていれば、ギヤが噛み合う時に歯面間で金属接触が生じ、異音の発生や早期摩耗に繋がるの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、前記潤滑皮膜がＭｏＳ_２またはＰＴＦＥで構成されていても良い。

また、請求項４に記載の発明のように、前記内輪のギヤ部が転造面で形成されていれば、加工工数が低減して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、前記転動体が円錐ころからなり、前記内輪の内側転走面の大径側に前記円錐ころを案内するための大鍔部が形成されると共に、前記外方部材の複列の外側転走面のうちアウター側の外側転走面の大径側に前記円錐ころを案内するための大鍔部が一体に形成されていれば、ハブ輪の形状が簡素化され、鍛造加工が容易になると共に、強度・剛性が高くなり、耐久性を向上させることができる。

また、本発明のうち請求項６に記載の方法発明は、外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の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の製造方法において、前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、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って前記内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、前記内側転走面をはじめ、前記ギヤ部から小鍔部を介して前記小端面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、前記内輪のセレーションには硬化層が形成されず、前記内輪のギヤ部とセレーションが、熱処理の後、当該内輪を回転させた状態で、ショットピーニング加工が施される。

このように、第３世代構造の車輪用軸受装置の製造方法において、内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周にハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、ハブ輪の肩部に内輪の小端面が衝合された状態で、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って内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、内側転走面をはじめ、ギヤ部から小鍔部を介して小端面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、内輪のセレーションには硬化層が形成されず、内輪のギヤ部とセレーションが、熱処理の後、当該内輪を回転させた状態で、ショットピーニング加工が施されているので、熱処理に伴う表層の脱炭層を除去することができ、圧縮残留応力を形成することができる。その結果、内輪のギヤ部の疲れ強度を高めて耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記軸受組立後、前記車輪用軸受装置が縦置きに配置され、前記シールの端面に遮蔽板が載置されてマスキングした状態で、前記内輪のギヤ部がショットピーニング加工されれば、シールに噴射されたショット粒が飛散して変形してリップシメシロが崩れたり、シール内に入り込んだりし、リップ損傷やリップがめくれてシール性が低下するのを防止することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の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、前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、前記小径段部の端部を径方向外方に形成した加締部によって前記内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、前記内側転走面をはじめ、前記ギヤ部から小鍔部を介して前記小端面に亙って表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層が形成され、前記内輪のセレーションには硬化層が形成されず、当該内輪のギヤ部とセレーションに表面改質が施されているので、熱処理に伴う表層の脱炭層を除去することができ、圧縮残留応力を形成することができる。その結果、内輪のギヤ部とセレーションの疲れ強度を高めて耐久性の向上を図っ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一実施形態を示す縦断面図である。図１の一方のシールを示す要部拡大図である。図１の他方のシールを示す要部拡大図である。本発明に係るショットピーニングの加工方法を示す説明図である。図４のショットピーニングの他の加工方法を示す説明図である。図５のギヤ側の加工方法を示す説明図である。図５のスプライン側の加工方法を示す説明図である。図１のギヤ部のショットピーニングの他の加工方法を示す説明図である。図８の遮蔽板の装着部を示す要部拡大図である。従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の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、前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ一体に形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、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って前記内輪が一体に塑性結合されると共に、前記内輪のギヤ部とセレーションにショットピーニングによる表面改質が施され、前記ギヤ部に固体潤滑剤からなる潤滑皮膜が形成されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の一方のシールを示す要部拡大図、図３は、図１の他方のシールを示す要部拡大図、図４は、本発明に係るショットピーニングの加工方法を示す説明図、図５は、図４のショットピーニング他の加工方法を示す説明図、図６は、図５のギヤ側の加工方法を示す説明図、図７は、図５のスプライン側の加工方法を示す説明図、図８は、ギヤ部のショットピーニングの他の加工方法を示す説明図、図９は、図８の遮蔽板の装着部を示す要部拡大図である。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第３世代と呼称されて駆動輪側に用いられ、内方部材１と外方部材２、および両部材１、２間に転動自在に収容された複列の転動体（円錐ころ）３、３とを備えている。内方部材１は、ハブ輪４と、このハブ輪４に塑性結合された内輪５とからなる。

ハブ輪４は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ６を一体に有し、この車輪取付フランジ６の周方向等配位置に車輪を固定するハブボルト６ａが植設されていると共に、外周に一方（アウター側）のテーパ状の内側転走面４ａと、この内側転走面４ａから肩部４ｂを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部４ｃが形成されている。そして、この小径段部４ｃのアウター側にセレーション（またはスプライン）７が転造加工によって形成されている。

内輪５は、外周にテーパ状の内側転走面５ａが形成され、ハブ輪４の小径段部４ｃに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、内側転走面５ａの大径側に転動体３を案内するための大鍔部５ｂが形成されると共に、小径側には転動体３の脱落を防止するための小鍔部５ｃが形成され、内輪５の小端面（正面側端面）５ｄがハブ輪４の肩部４ｂに突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円錐ころ軸受を構成している。そして、内輪５の大鍔部５ｂのインナー側の端部外周には転造加工によりギヤ部８が一体に形成されている。これにより、加工工数が低減して低コスト化を図ることができる。

また、内輪５のインナー側の端部内周には、前述したハブ輪４のセレーション７に噛合するセレーション（またはスプライン）２０がスロッター加工によって一体に形成されている。内輪５は高炭素クロム軸受鋼で形成され、内側転走面５ａをはじめ、ギヤ部８から小鍔部５ｃを介して小端面５ｄ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３０（図中クロスハッチングにて示す）が形成されている。この内輪５を、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成し、高周波焼入れによって所定の硬化処理を行っても良いし、また、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼で形成し、浸炭焼入れによって所定の硬化処理を行っても良い。なお、転動体３はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。

外方部材２は、外周に懸架装置を構成するナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２ｂを一体に有し、内周に外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。そして、複列の転動体３、３は両転走面間に保持器９によって転動自在に収容されている。また、ナックルに内嵌される外径面には環状溝２８が形成され、この環状溝２８にＯリング等の弾性リング２９が装着されている。これは、ナックルと等速自在継手の外側継手部材との間にシールを挿入（図示せず）することで、ギヤ部８、２６とスライドギヤ２７に泥水や異物が入らないように気密性を向上させるためのものである。

ハブ輪４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４ａをはじめ、車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから肩部４ａを介して小径段部４ｃに亙って高周波焼入れによって表面硬さが５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層１０（図中クロスハッチングにて示す）が形成されている。なお、後述する加締部２１は鍛造後の表面硬さのままの未焼入れ部とされている。これにより、加締加工が容易となり、加工時の微小クラックの発生を防止すると共に、車輪取付フランジ６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４の耐久性が向上する。

外方部材２は、ハブ輪４と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成し、複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化処理が施されている。そして、外方部材２と内輪５との間に形成される環状空間の開口部にはシール１１、１２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。

本実施形態では、複列の転動体３、３のうちインナー側の転動体３は、前述したように、内輪５側に形成された大鍔部５ｂによって案内されているが、アウター側の転動体３は、外方部材２側に形成された大鍔部２ｃによって案内されている。すなわち、アウター側の外側転走面２ａの大径側に大鍔部２ｃが一体に形成され、ハブ輪４の外周には大鍔部をはじめ、転動体３の脱落を防止するための小鍔部も形成されていない。これにより、ハブ輪４の形状が簡素化され、鍛造加工が容易になる。

アウター側のシール１１は、図２に拡大して示すように、外方部材２のアウター側端部の内周に所定のシメシロを介して圧入された芯金１３と、この芯金１３に接合されたシール部材１４とからなる一体型のシールで構成されている。芯金１３は、冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）をプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。

一方、シール部材１４はＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延び、車輪取付フランジ６のインナー側の側面に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップ１４ａと、この内径側で、径方向外方に傾斜して延び、断面が円弧状に形成された基部６ｂに所定の軸方向シメシロを介して摺接するダストリップ１４ｂと、軸受内方側に傾斜して延び、基部６ｂに所定の径方向シメシロを介して摺接するグリースリップ１４ｃを有している。なお、シール部材１４の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

一方、インナー側のシール１２は、図３に拡大して示すように、互いに対向配置されたスリンガ１５と環状のシール板１６とからなる、所謂パックシールで構成されている。スリンガ１５は、オーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）やフェライト系のステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、内輪５の大鍔部５ｂに圧入される円筒部１５ａと、この円筒部１５ａから径方向外方に延びる立板部１５ｂとからなる。

一方、シール板１６は、外方部材２の端部に内嵌される芯金１７と、この芯金１７に加硫接着により一体に接合されたシール部材１８とからなる。芯金１７は、オーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。

シール部材１８はＮＢＲ等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延びる一対のサイドリップ１８ａ、１８ｂと、この内径側に軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ１８ｃを一体に有している。そして、一対のサイドリップ１８ａ、１８ｂはスリンガ１５の立板部１５ｂの側面に所定の軸方向シメシロを介して摺接すると共に、グリースリップ１８ｃは円筒部１５ａに所定の径方向シメシロを介して摺接している。なお、シール部材１８の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、ＨＮＢＲ、ＥＰＤＭ等をはじめ、ＡＣＭ、ＦＫＭ、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

本実施形態では、図１に示すように、車輪取付フランジ６のアウター側の側面６ｃにはハブボルト６ａを包含する所定の幅を有する環状溝１９が形成されている。これにより、ハブボルト６ａの圧入による側面６ｃへの変形等の影響を最小限に抑制することができる。

また、加締加工時に軸受部を回転させながら行うことにより、転動体３が回転に伴って競りあがり、大鍔部５ｂ、２ｃに案内されるため、軸受内部すきまを規定値の範囲に安定して収めることができる。

なお、ここでは、転動体３が円錐ころからなる複列円錐ころ軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、本発明に係る車輪用軸受装置はこれに限らず、例えば、図示はしないが、転動体にボールを用いた複列アンギュラ玉軸受で構成されていても良い。

ハブ輪４と内輪５との一体化は、ハブ輪４の小径段部４ｃに内輪５がセレーション７、２０を介して所定のシメシロで圧入され、ハブ輪４の肩部４ｂに内輪５の小端面５ｄが衝合された状態で、小径段部４ｃの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２１によって所定の軸受予圧が付与された状態で、内輪５が軸方向に固定され、一体に塑性結合されることによって行われている。

ハブ輪４の内周には、図示しない等速自在継手を構成する外側継手部材の軸部が転がり軸受２２、２３を介して回転自在に支持されている。これらの転がり軸受２２、２３のうち、アウター側の転がり軸受２２は深溝玉軸受からなり、インナー側の転がり軸受２３はシェル形の針状ころ軸受からなる。

また、ハブ輪４の小径段部４ｂには、環状のパルサリング２４が装着され、外方部材２には、このパルサリング２４に対峙する回転速度センサ２５が外周から内周に貫通して配設されている。パルサリング２４は、例えば、円周方向に並べて磁極Ｎ、Ｓが設けられた多極磁石からなる。一方、回転速度センサ２５は、ホール素子等からなり、内方部材１の回転に伴うパルサリング２４の磁極変化を検出してセンサ信号として出力し、車輪の回転速度を検出する。

ここで、内輪部材５のギヤ部８には、外側継手部材のギヤ部２６と噛み合うリング状のスライドギヤ２７が、軸方向へのスライドによって選択的に噛み合う。このスライドギヤ２７を介して、内輪５のギヤ部８と外側継手部材のギヤ部２６が連結された状態で、駆動力が等速自在継手から内輪５およびハブ輪４を介して車輪に伝達される。すなわち、この時、ハブ輪４に支持される車輪は駆動輪となる。また、スライドギヤ２７が内輪５のギヤ部８に噛み合わない状態では、駆動力が車輪に伝達されず、この時、ハブ輪４に支持される車輪は従動輪となり、４輪／２輪の切り換えが選択的に行われる。

次に、本発明に係る内輪５の製造方法について詳しく説明する。前述したように、内輪５は、内側転走面５ａをはじめ、ギヤ部８から小鍔部５ｃを介して小端面５ｄに亙って高周波焼入れによって所定の硬化処理が施されるが、この熱処理の後、本実施形態では、図４に示すように、内輪５を回転治具３１の上に載置し、内輪５を回転させた状態で、ギヤ部８とセレーション２０がショットピーニングによる表面改質が施されている。これにより、熱処理に伴う表層の脱炭層を除去することができ、圧縮残留応力を形成することができる。その結果、内輪５のギヤ部８とセレーション２０の疲れ強度を高めて耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

なお、ショット粒としては数１０μｍ〜０．２ｍｍの範囲の粒径をなす鋼球が用いられ、投射ノズル３２から略１００ｍ／ｓｅｃ．以上の速度で噴射されるが、これ以外のセラミック等の非鉄系ショットであっても良い。本出願人が実施した試験では、ショット粒や投射条件によって多少の違いがあるも、被形成面の表面硬さを５２０ＨＶ以上に設定すれば、極表層に１０００ＭＰａ程度の圧縮残留応力を形成することができることが判った。これにより熱処理後、ギヤ部８やセレーション２０の歯先部が冷却され難くなって、その表面に引張残留応力が発生したとしても、表面に充分な圧縮残留応力を形成することができ、素材のもつ機械的強度および疲労強度を最大限に高めることができる。

さらに、本実施形態では、ショット粒以外に同径程度のＭｏＳ_２（二硫化モリブデン）等の固体潤滑粒子を混ぜたショットピーニング加工が施されている。これにより、表層の圧縮残留応力を高めると共に、強固な潤滑皮膜を均一に形成することができる。この種のギヤ部８は、前述したように、リング状のスライドギヤ２７で、必要に応じて等速自在継手と連結されるため、内輪５のギヤ部８に潤滑剤がないと、噛み合う時に歯面間で金属接触が生じ、異音の発生や早期摩耗に繋がる恐れがあるから、こうした潤滑皮膜を同時に形成されることは効果的である。ここでは、固体潤滑粒子としてＭｏＳ_２を例示したが、これに限らず、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をはじめ、グラファイト系、テフロン（登録商標）系、フッ素系の固体潤滑粒子であっても良い。

なお、このショットピーニング以外に圧縮残留応力を付与する手段としては、前述したショットピーニングよりさらにショット粒の粒子径を細かくし、より高速で、例えば、１５０ｍ／ｓｅｃ．以上の速度で被形成面に衝突させるＷＰＣ（ｗｉｄｅｐｅｅｎｉｎｇｃｌｅａｎｉｎｇ）処理を例示することができる。このＷＰＣ処理は、高速でショット粒を被形成面に叩きつけるため、加工部極表層面では、瞬間的に金属の結晶を一度溶かす程の高温になり、その後、急冷されるため、金属結晶は微細化されて圧縮応力が生じることになる。

図５は、図４の加工方法の変形例を示すものである。この加工は、内輪５を回転治具３１の上に載置し、内輪５を回転させた状態で、投射ノズル３３をギヤ部８に向けると共に、別の投射ノズル３４をセレーション２０に向け、同時にショットピーニング加工が施される。この場合、図６に示すように、ギヤ部８の外周面に対し、投射ノズル３３を傾斜させ、揺動運動させた状態で軸方向に順次移動させて行う。なお、投射ノズル３３の噴射角度θは９０°±４５°の範囲に設定されている。一方、図７に示すように、セレーション２０の内周面に対し、投射ノズル３４の噴射角度θも９０°±４５°の範囲に設定されている。

この噴射角度θが１３５°を超える場合、あるいは、４５°未満では、ショット粒の衝突エネルギーが低下して所望の圧縮残留応力を形成するのが難しいだけでなく、特に、ギヤ８の端部にショット粒が衝突し難くなり、脱炭層の除去や表面の圧縮残留応力の分布が不均一となって好ましくない。

次に、図８を用いて、軸受組立後にショットピーニング加工を施す方法を説明する。図示するように、軸受組立後、インナー側のシール１２に噴射されたショット粒が飛散してスリンガ１５に衝突し、変形してリップシメシロが崩れたり、シール１２内に入り込んだりし、リップ損傷やリップがめくれてシール性が低下する恐れがあるため、車輪用軸受装置を縦置きに配置し、シール１２のインナー側の端面に遮蔽板３５を載置してマスキングするのが好ましい。この遮蔽板３５の外径Ｄｓは、軸心から外方部材２の車体取付フランジ２ｂまでの距離Ｈの２倍（Ｄｓ＞２Ｈ）以上、あるいは、ハブ輪４の車輪取付フランジ６の外径Ｄｈよりも大径（Ｄｓ＞Ｄｈ）に設定されている。これにより、ギヤ部８以外の軸受部にショット粒が飛散するのを確実に防止することができ、製品品質の信頼性を向上させることができる。

また、図９に示すように、遮蔽板３５の内径Ｄｉは、内輪５のギヤ部８の外径Ｄｇより０．１ｍｍ以上、シール１２の内径Ｄｍ未満（Ｄｍ＞Ｄｉ≧Ｄｇ＋０．１ｍｍ）に設定されている。これにより、シール１２にショット粒が飛散するのを確実に防止することができる。

さらに、本実施形態では、遮蔽板３５の厚さＷｓは、ギヤ部８の幅Ｗｇの２５％以内（Ｗｓ≦０．２５Ｗｇ）に設定されている。これにより、ギヤ８の端部にショット粒が衝突するのを阻害することなく、脱炭層の除去や表面の圧縮残留応力の分布を均一にすることができる。

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、ハブ輪とこのハブ輪に嵌合された内輪を備え、特に、この内輪が揺動加締により固定された第３世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

１内方部材
２外方部材
２ａ外側転走面
２ｂ車体取付フランジ
２ｃ、５ｂ大鍔部
３転動体
４ハブ輪
４ａ、５ａ内側転走面
４ｂ肩部
４ｃ小径段部
５内輪
５ｃ小鍔部
５ｄ小端面
６車輪取付フランジ
６ａハブボルト
６ｂ車輪取付フランジのインナー側の基部
６ｃ車輪取付フランジのアウター側の側面
７、２０セレーション
８、２６ギヤ部
９保持器
１０、３０硬化層
１１アウター側のシール
１２インナー側のシール
１３、１７芯金
１４、１８シール部材
１４ａ、１８ａ、１８ｂサイドリップ
１４ｂダストリップ
１４ｃ、１８ｃグリースリップ
１５スリンガ
１５ａ円筒部
１５ｂ立板部
１６シール板
１９環状溝
２１加締部
２２、２３転がり軸受
２４パルサリング
２５回転速度センサ
２７スライドギヤ
２８環状溝
２９弾性部材
３１回転治具
３２、３３、３４投射ノズル
３５遮蔽板
５０外方部材
５０ａ外側転走面
５１内方部材
５２円錐ころ
５３車輪取付フランジ
５４ハブ輪
５４ａ、５６ｂスプライン状部
５４ｂ加締部
５５、５６内輪
５５ａ内側転走面
５６ａ、５９ギヤ部
５７、５８軸受
６０スライドギヤ
Ｄｇギヤ部の外径
Ｄｈ車輪取付フランジの外径
Ｄｉ遮蔽板の内径
Ｄｍインナー側のシールの内径
Ｄｓ遮蔽板の外径
Ｈ軸心から車体取付フランジまでの距離
Ｗｇギヤ部の幅
Ｗｓ遮蔽板の厚さ
θ 噴射角度

Claims

外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の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、
前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、前記小径段部の端部を径方向外方に形成した加締部によって前記内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、前記内側転走面をはじめ、前記ギヤ部から小鍔部を介して前記小端面に亙って表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層が形成され、前記内輪のセレーションには硬化層が形成されず、当該内輪のギヤ部とセレーションに表面改質が施されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
前記内輪のギヤ部に固体潤滑剤からなる潤滑皮膜が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記潤滑皮膜がＭｏＳ２またはＰＴＦＥで構成されている請求項２に記載の車輪用軸受装置。
前記内輪のギヤ部が転造面で形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
前記転動体が円錐ころからなり、前記内輪の内側転走面の大径側に前記円錐ころを案内するための大鍔部が形成されると共に、前記外方部材の複列の外側転走面のうちアウター側の外側転走面の大径側に前記円錐ころを案内するための大鍔部が一体に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、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、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる小径段部が形成され、この小径段部のインナー側の端部外周にセレーションが形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の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の製造方法において、
前記内輪のインナー側の端部外周にギヤ部と、端部内周に前記ハブ輪のセレーションに噛合するセレーションがそれぞれ形成され、前記ハブ輪の肩部に前記内輪の小端面が衝合された状態で、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って前記内輪が結合されると共に、この内輪が高炭素クロム軸受鋼で形成され、前記内側転走面をはじめ、前記ギヤ部から小鍔部を介して前記小端面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、前記内輪のセレーションには硬化層が形成されず、前記内輪のギヤ部とセレーションが、熱処理の後、当該内輪を回転させた状態で、ショットピーニング加工が施されることを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
前記軸受組立後、前記車輪用軸受装置が縦置きに配置され、前記シールの端面に遮蔽板が載置されてマスキングした状態で、前記内輪のギヤ部がショットピーニング加工される請求項６に記載の車輪用軸受装置の製造方法。