(57)【要約】【課題】ハブ本体７の外向フランジ部１０の段差部１８に亀裂等の損傷が発生しにくい構造及びその製造方法を実現する。【解決手段】上記ハブ本体７の外周面のうちで、上記外向フランジ部１０寄りの内輪軌道９ａからこの外向フランジ部１０の内径寄り部分に掛けての部分に、焼き入れ硬化層１７を設ける。この焼き入れ硬化層１７と他の部分との境界の位置を、上記段差部１８から外れた位置に設定する。焼き入れの為の熱処理に基づく、残留応力の発生及び再結晶により強度が低下する上記境界を、応力が集中し易い上記段差部１８からずらせる事で、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複列の外輪軌道を設けた外輪と、外周面に複列の内輪軌道を設けた、ハブ本体と内輪とを結合固定して成るハブと、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、上記外輪の軸方向端面から突出した、上記ハブのうちで上記ハブ本体の端部外周面に設けられた、このハブに対し車輪を支持固定する為の外向フランジ部と、この外向フランジ部の軸方向両側面のうちで上記外輪の軸方向端面に対向する側面の径方向中間部に全周に亙り形成された、内径側の厚肉部と外径側の薄肉部とを連続させる、断面形状が円弧形である段差部とを備え、上記ハブ本体の外周面のうちで、少なくとも上記外向フランジ部寄りの内輪軌道からこの外向フランジ部の内径寄り部分に掛けての部分に焼き入れ硬化層を設けている車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、この焼き入れ硬化層と他の部分との境界が、上記段差部に存在しない事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットを造る為、炭素鋼製の素材に、常温で順次塑性変形させる冷間鍛造を施す工程を有する、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法であって、上記素材に最初の塑性加工を施す以前にこの素材に軟化焼鈍処理を施し、各工程を経て造ったハブ本体に焼き入れ硬化層を、高周波焼き入れにより形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、懸架装置に対し車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニット及びその製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する為に、例えば図５に示す様な、車輪支持用の転がり軸受ユニット１が使用されている。この転がり軸受ユニット１は、外輪２の内径側にハブ３を、複数個の転動体４、４を介して回転自在に支持している。このうちの外輪２は、内周面に複列の外輪軌道５、５を、外周面に、この外輪２を上記懸架装置を構成するナックルに結合固定する為の、外向フランジ状の取付部６を、それぞれ設けている。又、上記ハブ３は、ハブ本体７と内輪８とを組み合わせて成り、外周面に複列の内輪軌道９ａ、９ｂを設けている。このうちのハブ本体７は、外周面の軸方向外端寄り（軸方向に関して外とは、懸架装置への組み付け状態で幅方向外側を言い、図１、５の左側、図４の下側、図６の上側）部分に、車輪を支持固定する為の外向フランジ部１０を、同じく軸方向内端寄り（軸方向に関して内とは、懸架装置への組み付け状態で幅方向中央側を言い、図１、５の右側、図４の上側、図６の下側）部分に小径段部１１を、それぞれ設けている。上記内輪８は、この小径段部１１に外嵌した状態で、上記ハブ本体７の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部１２により、このハブ本体７に対し結合固定している。この様な転がり軸受ユニット１の使用時には、上記取付部６を懸架装置に結合固定すると共に、上記外向フランジ部１０に車輪を支持固定する事により、この懸架装置に対してこの車輪を回転自在に支持する。
【０００３】
上述の様な転がり軸受ユニット１を構成するハブ本体７を造るのに、材料の歩留向上や機械加工量の削減によるコスト低減等を目的として、冷間鍛造により造る事が考えられている。この様な、ハブ本体７を冷間鍛造により造る為の方法として、例えば特許文献１に記載された方法が知られている。図６は、この特許文献１に記載された、冷間鍛造によりハブ本体を造る方法の１例を示している。この冷間鍛造による製造方法では、先ず、（Ａ）に示した円柱状の素材１３を用意する。この素材１３には、予め軟化焼鈍処理を施して、常温でも塑性変形し易くしておく。この様な素材１３に前方押し出し加工を施して、（Ｂ）に示す様な、段付の第一中間素材１４を得る。そして、この第一中間素材１４を、フローティングダイを使用した冷間鍛造加工（押し出し加工）により、（Ｃ）に示す様な第二中間素材１５とする。次いでこの第二中間素材１５に、軸方向外側のアンギュラ型の内輪軌道９ａ（図５参照）を設ける為の段差部等を形成する段付加工を施して、（Ｄ）に示す様な第三中間素材１６とする。更に、この第三中間素材１６に側方押し出し加工及び上記内輪軌道９ａを形成する加工を施して、（Ｅ）に示す様なハブ本体７とする。
【０００４】
この様にして造ったハブ本体７の必要個所には、前記内輪８を結合固定するのに先立って、本発明の実施の形態を説明する為の図１に斜格子で示す様に、焼き入れ硬化層１７を形成する。即ち、上記ハブ本体７の外周面のうち、小径段部１１から内輪軌道９ａを含め、外向フランジ部１０の軸方向内側面内径寄り端部迄の部分に、上記焼き入れ硬化層１７を形成する。この焼き入れ硬化層１７のうち、上記小径段部１１部分は、この小径段部１１に外嵌固定した内輪８（図５参照）から加わる衝撃荷重に拘らず、この小径段部１１が塑性変形する事を防止する為に設ける。又、上記内輪軌道９ａ部分は、各転動体４、４（図５参照）から加わる荷重に拘らず、この内輪軌道９ａの転がり疲れ寿命を確保する為に設ける。又、上記外向フランジ部１０の軸方向内側面内径寄り端部には、車輪からこの外向フランジ部１０に加わるモーメントに拘らず、この外向フランジ部１０の基端部が塑性変形するのを防止する為に設ける。更に、上記小径段部１１と上記内輪軌道９ａとの間部分は、上記モーメント等により上記ハブ本体７の軸方向中間部が塑性変形するのを防止する為に設ける。
【０００５】
ところで、上記外向フランジ部１０の軸方向に関する厚さ寸法（肉厚）は、径方向内端部で大きく、同じく中間部乃至外端部で小さくしている。そして、これら厚さ寸法が異なる径方向内端部と中間部乃至外端部とを、上記フランジ部１０の軸方向内側面の内径寄り部分に全周に亙り設けた、段差部１８により連続させている。この段差部１８は、後述する図２に示す様に、断面円弧形で、軸方向内側面のうちの径方向中間部とは接線方向で連続し、径方向内端部とは（母線形状を表す線が）微分不能な状態で連続して（角張って）いる。上記外向フランジ部１０の軸方向内側面に上述の様な段差部１８を形成する事で、この外向フランジ部１０の肉厚を、上述の様に径方向位置に応じて異ならせる理由は、この外向フランジ部１０を含む、上記ハブ本体７の重量増大を抑えつつ、この外向フランジ部１０の基端部（径方向内端部）の強度及び剛性を確保する為である。
【０００６】
従来は、上述の様な段差部１８の位置と、前述の様な焼き入れ硬化層１７の外径側端縁の位置とに就いては、特に考慮してはいなかった。そして、従来一般的に使用されていた、温間鍛造や熱間鍛造により造られたハブ本体を備えた、車輪支持用の転がり軸受ユニットの場合には、特に問題を生じなかった。これに対して、前記特許文献１に記載された様に、冷間鍛造によりハブ本体７を造る場合には、焼き入れ硬化層１７の外径側端縁の位置を段差部１８の位置との関係で規制しないと、上記ハブ本体７を含む転がり軸受ユニットの耐久性を、必ずしも十分に確保できない事が、本発明者等の研究により分かった。この点に就いて、図７を参照しつつ説明する。
【０００７】
冷間鍛造により造ったハブ本体７特有の問題点として、焼き入れ硬化層１７の周縁部で、金属組織の再結晶に基づく強度低下を生じる事が分かった。即ち、この焼き入れ硬化層１７を形成する為に高周波焼き入れを施す領域と、この領域から外れた領域（高周波焼き入れ等の熱処理を施さない領域）との界面部分に、微小ではあるが、再結晶により硬さが低下する領域が存在する。又、上記焼き入れ硬化層１７の周縁部は、上記高周波焼き入れを施す領域とこの領域から外れた領域との境界に相当し、両領域同士の間での熱変形の相違等に起因する残留応力が発生する。この為、上記焼き入れ硬化層１７の周縁部は、強度的に弱くなる。一方、上記段差部１８に就いては、前記車輪支持用の転がり軸受ユニット１の使用時、車輪から上記外向フランジ部１０に加わるモーメントに基づく応力が集中し易い部位である。この為、図７に示す様に、上記段差部１８に上記焼き入れ硬化層１７の周縁部が存在すると、車輪を路面の段差に勢い良く乗り上げさせる等、厳しい使用条件下では、上記外向フランジ部１０に、上記段差部１８で亀裂等の損傷が発生する可能性がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５２４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ハブ本体の外向フランジ部の段差部に亀裂等の損傷が発生しにくい構造及びその製造方法を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニット及びその製造方法のうち、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットは、例えば、前述の図５に示した車輪支持用転がり軸受ユニットと同様に、外輪と、ハブと、複数の転動体と、外向フランジ部と、段差部とを備える。
このうちの外輪は、内周面に複列の外輪軌道を設けている。この外輪は、機械構造用炭素鋼（所謂中炭素鋼乃至は高炭素鋼）製の素材を鍛造により塑性変形させる事により、一体成形している。上記外輪の加工手段に就いては、特に問わない。次述するハブ本体と同様に冷間鍛造でも良いし、温間又は熱間鍛造でも良い。何れにしても、上記外輪の内周面で上記両外輪軌道を形成した部分には、高周波焼き入れ等により、焼き入れ硬化層を設けている。
【００１１】
又、上記ハブは、外周面に複列の内輪軌道を設けたもので、ハブ本体と内輪とを結合固定して成る。このうちのハブ本体は、Ｓ５０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ程度（一般的にはＳ５３Ｃ又はＳ５５Ｃ、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１）の機械構造用炭素鋼製の素材を冷間鍛造により塑性変形させる事により、一体成形している。これに対して、上記内輪は、ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５（一般的にはＳＵＪ２、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５）等の高炭素クロム軸受鋼により一体成形し、全体を焼き入れ（所謂ズブ焼き）している。
又、上記各転動体は、上記両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ設けられている。
又、上記外向フランジ部は、上記ハブに対し車輪を支持固定する為のもので、このハブのうちで上記ハブ本体の端部外周面に設けられている。
更に、上記段差部は、上記外向フランジ部の軸方向両側面のうちで上記外輪の軸方向端面に対向する側面の径方向中間部に、全周に亙り形成されたもので、断面形状が円弧形であって、内径側の厚肉部と外径側の薄肉部とを連続させる。
そして、上記ハブ本体の外周面のうちで、少なくとも上記外向フランジ部寄りの内輪軌道から、この外向フランジ部の内径寄り部分に掛けての部分に、高周波焼き入れにより、焼き入れ硬化層を設けている。
【００１２】
特に、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、この焼き入れ硬化層と他の部分との境界が、上記段差部に存在しない。
即ち、後述する図３の（Ａ）に示す様に、上記境界を上記段差部よりも内径側（図３の下側）に位置させるか、或いは、同図の（Ｂ）に示す様に、上記境界を上記段差部よりも外径側（図３の上側）に位置させる。言い換えれば、この境界を、前述の図７に示した状態に比べて、上記段差部よりも、内径側又は外径側に移動させる。
【００１３】
又、請求項２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法の発明は、上述の様な請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットを造る為、炭素鋼製の素材に、常温で順次塑性変形させる冷間鍛造を施す工程を有する。
特に、請求項２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法では、上記素材に最初の塑性加工を施す以前に、この素材に軟化焼鈍処理を施す。そして、各工程を経て造ったハブ本体に焼き入れ硬化層を、高周波焼き入れにより形成する。
この焼き入れ硬化層と他の部分との境界を上記段差部からずらせる為には、この焼き入れ硬化層を形成する為の高周波焼き入れの為のコイル（高周波加熱コイル）の出力、形状、寸法を考慮しつつ、その設置位置を規制する。即ち、上記焼き入れ硬化層を形成する際に上記コイルにより、上記段差部を全く加熱しないか、逆に、この段差部全体を加熱する。言い換えれば、この段差部を部分的に加熱しない様にする。
【発明の効果】
【００１４】
上述の様に構成する本発明によれば、低コストで、しかも優れた耐久性を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを実現できる。即ち、前述した通り、低コスト化の為にハブ本体を冷間鍛造により造り、更にこのハブ本体の必要個所に高周波焼き入れにより焼き入れ硬化層を形成すると、この焼き入れ硬化層の周縁部の強度が、金属組織の再結晶に基づいて低下する。この場合でも、この周縁部が、外向フランジ部に加わるモーメントに基づいて上記ハブ本体内で発生する応力が集中し易い、この外向フランジ部の段差部から外れているので、この段差部に亀裂等の損傷が発生しにくくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニット及びその製造方法の特徴を図１を参照しつつ説明すると、ハブ本体７を冷間鍛造で造る場合でも、このハブ本体７の外周面に設けた外向フランジ部１０の側面の段差部１８に亀裂等の損傷が発生しにくくする為に、焼き入れ硬化層１７の周縁部位置を、この段差部１８から外れた位置に設定する点にある。その他の部分に就いては、前述の図５に示した構造を含めて、軸方向内側面の内径寄り部分に段差部１８を形成した外向フランジ部１０と外輪軌道９ａとを外周面に設けたハブ本体７を備えた、従来から知られている各種車輪支持用の転がり軸受ユニット１と同様である。
【００１６】
又、上記ハブ本体７を冷間鍛造により造る工程に就いても、基本的には、前述の図６に示す様な、特許文献１に記載された方法の如く、従来から知られている方法により造る。温度条件等に就いては、例えば次の様に設定する。先ず、図６の（Ａ）に示した素材１３を、Ａ１変態点以上の７４０〜８６０℃に加熱した状態で、０．１ｈｒ以上保持する。その後、７２０〜６８０℃迄、２０〜７０℃／ｈｒで冷却した後、１〜５ｈｒ程度保持してから、６２０〜６８０℃迄、１０〜１００℃／ｈｒで冷却する。更に、５００〜５６０℃迄、１０〜１５０℃／ｈｒで冷却する。この様な条件で軟化焼鈍処理を施す事により、上記素材１３を構成する金属組織が、球状化セメンタイト、針状セメンタイト、フェライトが合わさった、塑性変形し易い組織となる。
【００１７】
そこで、この様に塑性変形し易くなった、上記素材１３に冷間鍛造加工を施す事により、上記図６の（Ｂ）に示した第一中間素材１４、（Ｃ）に示した第二中間素材１５、（Ｄ）に示した第三中間素材１６を経て、（Ｅ）に示したハブ本体７を得る。そして、このハブ本体７の形状を旋削加工により整えてから、このハブ本体７の所定部分に高周波焼き入れ処理により焼き入れ硬化層１７（図１参照）を形成した後、研削加工により、上記ハブ本体７の外周面の形状及び寸法を仕上げると共に、この外周面のうちで、内輪軌道９ａを含む所定部分を平滑面とする。上記高周波焼き入れ処理の際に、上記焼き入れ硬化層１７の周縁部に、前述した様に、微小とは言え、再結晶により硬さが低下する領域（強度低下領域）が出現する。本発明の場合には、この様な強度低下領域を、上記段差部１８から外れた部分に位置させている。この為、前述した様に、上記ハブ本体７のうちで、前記外向フランジ部１０の耐久性向上を図れる。
【実施例１】
【００１８】
以下に、本発明の効果を確認する為に本発明者等が行った実験に就いて説明する。実験では、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定するＳ５５Ｃ（炭素量＝０．５５重量％）製で外径が６０mmのビレットに、前述した軟化焼鈍処理を施した後、このビレットに、前述の図６に示した工程を有する冷間鍛造加工を施し、所定の形状を有するハブ本体７とした。そして、このハブ本体７の外周面のうちで、外向フランジ部１０寄りの内輪軌道９ａからこの外向フランジ部１０の内径寄り部分に掛けての部分に、焼き入れ硬化層１７を形成した。この際、高周波加熱コイルの設置位置を規制して、この焼き入れ硬化層１７の外周縁位置が互いに異なる、５種類の試料（ハブ本体７）を得た。この焼き入れ硬化層１７の外周縁位置に就いて、図２に示す。５種類の外周縁位置は、上記段差部１８の径方向中央位置（図２のｃ位置）を挟んで、外径側（ａ位置及びｂ位置）と内径側（ｄ位置及びｅ位置）とに２個所位置ずつ、合計５個所設定した。径方向に隣り合う位置同士の間の径方向距離（ピッチ）は２．０mmとした。又、段差部１８の断面形状（母線形状）の曲率半径に就いて、８．０mmのものと１０．０mmのものとの２種類を用意し、合計１０種類の試料に就いて、上記段差部１８の強度を測定した。
【００１９】
この強度測定は、図４に示す様にして行った。即ち、上記１０種類のハブ本体７（試料）を、内輪８、外輪２、転動体４、４等、他の構成部材と組み合わせて転がり軸受ユニット１とした。そして、この転がり軸受ユニット１の外輪２を治具１９に保持固定した状態で、上記ハブ本体７の外周面に設けた外向フランジ部１０の軸方向内側面に、図４に太矢印で示す様にアキシアル荷重を入力し、この外向フランジ部１０（のうちの段差部１８）に損傷（亀裂）が発生するに至ったアキシアル荷重の大きさを、当該試料に就いての破壊荷重とした。この破壊荷重の大きさを比較する為に、上記１０種類の試料のうちのそれぞれ比較例の破壊荷重の大きさを１とし、他の試料の破壊荷重の大きさは、曲率半径が同じである比較例の破壊荷重の大きさとの比で表した。この様な条件で行った実験の結果を、次の表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
この表１に結果を示した実験から、本発明の様に、焼き入れ硬化層１７の端縁（外周縁）を上記段差部１８からずらせる事で、上記外向フランジ部１０の耐荷重性が向上する（破壊強度が高くなる）事を確認できた。即ち、上記焼き入れ硬化層１７の端縁が上記段差部１８に存在する比較例１、２に比べて、同じくずれている実施例１〜８の場合、段差部１８の曲率半径の相違に拘らず、２０％以上強度が向上する事が確認できた。比較例１、２の場合には、前述した通り、焼き入れ部と非焼き入れ部との境界である、上記焼き入れ硬化層１７の端縁部分の強度が、焼き入れの為の熱処理に基づく、残留応力の発生及び再結晶により低下した為、上記耐荷重性の点で、各実施例の場合に比べて劣った。尚、上記焼き入れ硬化層１７の端縁の上記段差部１８からのずれ方向及びずれ量と、上記耐荷重性との間には、有意な差は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、外周面に内輪軌道及び外向フランジ部を設けたハブ本体を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットであれば、前述の図５に示した様な従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＭＲ車の前輪）用の構造に限らず、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＭＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）用の構造でも実施できる。又、１対の外輪軌道と１対の内輪軌道との間に設ける転動体の種類にしても、上記図５に示す様な玉に限らず、円すいころとする事もできる。又、両列同士の間で転動体の種類を異ならせる事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を説明する為の、ハブ本体の半部断面図。
【図２】本発明に属する構造で、焼き入れ硬化層の外周縁位置と段差部との位置関係を説明する為の、図１のＸ部拡大図。
【図３】本発明に属する焼き入れ硬化層の２例を示す、図２のＹ部に相当する図面代用写真。
【図４】本発明の効果を確認する為に行った破壊実験の実施状態を説明する為の断面図。
【図５】本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図６】ハブ本体の製造方法の１例を工程順に示す図。
【図７】本発明から外れる構造に関する、図３と同様の図。
【符号の説明】
【００２４】
１    転がり軸受ユニット
２    外輪
３    ハブ
４    転動体
５    外輪軌道
６    取付部
７    ハブ本体
８    内輪
９ａ、９ｂ  内輪軌道
１０    外向フランジ部
１１    小径段部
１２    かしめ部
１３    素材
１４    第一中間素材
１５    第二中間素材
１６    第三中間素材
１７    焼き入れ硬化層
１８    段差部
１９    治具
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
2010013039.tif 000009
【図７】
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