(57)【要約】【課題】軽量・コンパクト化と共に、マテリアルロスの削減および歩留まり向上を図り、外方部材の強度・耐久性を向上させると共に、外方部材の転動疲労強度を高めて軸受の寿命を確保した車輪用軸受の外方部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】内輪回転タイプの車輪用軸受の外方部材の製造方法において、外方部材２２が板材から深絞りによって形成される際に、この外方部材２２の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されると共に、外方部材２２の外側転走面が高周波焼入れされる際に、当該外方部材２２の外径部側が同時に冷却される。【選択図】図４
2014190466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材において、
前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、前記車輪用軸受の負荷領域における当該外方部材のファイバーフローが前記複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成されていることを特徴とする車輪用軸受の外方部材。
【請求項２】
前記外方部材の表面に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向が識別できる識別マークが形成されている請求項１に記載の車輪用軸受の外方部材。
【請求項３】
前記車体取付フランジが前記外方部材のインナー側の端部に径方向外方に延びて円形に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受の外方部材。
【請求項４】
前記外方部材の外側転走面のうち少なくとも前記ボールの接触角方向の部位が、加工硬化層と、焼きなまし層および焼入れ硬化層の三層によって構成されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受の外方部材。
【請求項５】
前記加工硬化層の硬さが２５０Ｈｖ以上、前記焼きなまし層の硬さが１８０〜２１０Ｈｖの範囲、前記焼入れ硬化層の硬さが５２０Ｈｖ以上に設定されている請求項４に記載の車輪用軸受の外方部材。
【請求項６】
外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材の製造方法において、
前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されていることを特徴とする車輪用軸受の外方部材の製造方法。
【請求項７】
前記車体取付フランジが塑性加工の後に矩形状に打ち抜き加工されている請求項６に記載の車輪用軸受の外方部材の製造方法。
【請求項８】
前記外方部材の塑性加工前に、素材となる板材に球状化焼きなましが施されている請求項６に記載の車輪用軸受の外方部材の製造方法。
【請求項９】
前記外方部材の外側転走面が高周波焼入れされる際に、当該外方部材の外径部側が同時に冷却されている請求項６または８に記載の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両の駆動車輪を回転自在に支承する車輪用軸受の外方部材、詳しくは、外方部材の強度・耐久性を向上させると共に、外方部材の転動疲労強度を高めて軸受の寿命を確保した車輪用軸受の外方部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、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、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。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方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、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。
【０００３】
車輪用軸受の外方部材は、一般的には、鍛造、旋削、熱処理、研削からなる工程で製造されている。昨今、世界的な環境負荷軽減への取り組みとして、二酸化炭素排出量の削減や、材料の省資源化が課題となっている。然しながら、このような加工方法では、鍛造での成形時に多量の加熱エネルギーが必要であり、また、材料の歩留まりも５０％前後に止まり、投入材料の略半分程度が廃棄されているのが実情である。
【０００４】
このような問題を解決すべく、複列アンギュラ玉軸受について、板材を用いて深絞り加工により製作することが考えられている。この一例として図１４に示すような車輪用軸受装置の外輪（外方部材）の製造方法が知られている。この外輪は、（Ｃ）に示すように、鋼板成形品の外輪本体５０と、パイロット側筒体となる短筒状体５１とを溶接部５２で接合したものであり、（Ａ）〜（Ｃ）の過程で製造される。外輪本体５０は、内径面にボールの軌道溝５３を有する円筒状部５０ａ、およびこの円筒状部５０ａの一端から外向きに延びたフランジ部５０ｂを有するものである。
【０００５】
（Ａ）は、外輪本体５０の製造過程を示すもので、まず、圧延鋼板を所定径の円板形の素材に打ち抜き、この円板形素材を深絞りして中間成形品５４とする（同図（Ａ）の（ｃ）。この中間成形品５４は、開口部に外向きのフランジ５０ｂを有する底付き円筒状のものである。ついで、この中間成形品５４の底部５０ｃを打ち抜くと共に、円筒状部５０ａを成形加工して２列の軌道溝５３を得る（同図（Ａ）の（ｄ））。
【０００６】
この段階では軌道溝５３は完全な形状となっておらず、浅い溝または円弧状の段部となっている。このように成形した中間成形品５４に、さらに成形加工を１回または複数階加えて軌道溝５３の形状を漸次整え、同図（Ａ）の（ｆ）に示す外輪本体５０とする。外輪本体５０のフランジ部５０ｂに設けるボルト孔５５は、プレス成形の完了後に独立した工程で打ち抜いても良く、また深絞り過程またはいずれかの成形過程で打ち抜いても良い。一方、パイロット側の短筒状体５１は、同図（Ｂ）に示すように、鋼管等のパイプ材を切断すると共に、奥側端の内径縁にテーパ状の面取り部５１ａを旋削して得られる。
【０００７】
このように準備された外輪本体５０と短筒状体５１とを同図（Ｃ）のように組み立てる。短筒状体５１は、一端を外輪本体５０のフランジ側端に内嵌させ、その外径面を外輪本体５０の際で外輪本体５０に溶接部５２で接合する。
【０００８】
溶接組立が完了すると、その組立状態の軸受外輪５０を高周波焼入し、この後、フランジ部５０ｂの短筒状体５１側の側面と、短筒状体５１の端部溝５１ｂの生旋削を行い、かつ軌道溝５３の焼入鋼切削を行う。外輪本体５０に図１４（Ｃ）に鎖線で示すようなシール位置決め溝５６が必要な場合は、その溝５６の焼入鋼切削も行う。これら生旋削と焼入鋼切削とは同時加工とする。最後に超仕上げを行い、外輪５０が完成する。この外輪５０およびその製造方法によると、このように機械加工を最小とし、プレス加工を主として製造できるので、生産性が良く、また歩留りも良く、これらのために低コストとできる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、図１５に示すように、外輪５７をパイプ材から冷間ローリングにて形成するものも知られている。この外輪５７のファイバーフローＦは、複列の外側転走面５８、５８の曲率中心Ｏから、図１６に示すように、ファイバーフローＦの断面が析出している点Ｐ１までの直線Ｌで結び、その直線Ｌと点Ｐ１との交点における直線Ｌとの直交線Ｔと、点Ｐ１でのファイバーフローＦの接線Ｔ１とがなす角度αが１５°以下になっている。すなわち、３６０°すべての角度において、複列の外側転走面５８、５８とボールとの接触角に対して垂直な方向にファイバーフローＦが形成され、外輪５７の転動疲労強度を高めて軸受の寿命を向上させることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３１７７７７号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／０７８３３７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
然しながら、前者の従来の外輪本体５０では、母材として充分な強度を確保するために肉厚の厚い板材を用いると加工がし難く、曲げ部分の形状・精度が低下し易いので、精度を向上させるための精密技術が要求され、プレス加工であるにもかかわらず、生産効率が悪くなってしまう。一方で肉厚の薄い板材を用いると、フランジ部５０ｂやその根元部等、応力が集中しやすい部位の強度確保が課題となる。
【００１２】
また、後者の従来の外輪５７では、３６０°すべての角度において、複列の外側転走面５８、５８とボールとの接触角に対して垂直な方向にファイバーフローＦが形成されるため、外輪５７の転動疲労強度を高めて軸受の寿命を向上させることができるものの、外輪５７がパイプ材から冷間ローリング加工により形成されるため、例えば、ナックルに取り付けられるための車体取付フランジを一体に形成する場合、スリットを入れたような形状にしか加工ができないため、円形のフランジを一体に形成することができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化と共に、マテリアルロスの削減および歩留まり向上を図り、外方部材の強度・耐久性を向上させると共に、外方部材の転動疲労強度を高めて軸受の寿命を確保した車輪用軸受の外方部材およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材において、前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、前記車輪用軸受の負荷領域における当該外方部材のファイバーフローが前記複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成されている。
【００１５】
このように、内輪回転タイプの車輪用軸受の外方部材において、外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、車輪用軸受の負荷領域における当該外方部材のファイバーフローが複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成されているので、軽量・コンパクト化とマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図り、外方部材の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材の転動疲労強度が高まり、軸受の寿命を確保することができる。
【００１６】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記外方部材の表面に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向が識別できる識別マークが形成されていれば、円形の車体取付フランジであっても、工程数を増やすことなく塑性加工後の圧延方向を容易に識別することができ、軸受の負荷領域に所望のファイバーフローを有する外方部材を配置することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、前記車体取付フランジが前記外方部材のインナー側の端部に径方向外方に延びて円形に形成されていれば、外方部材の強度・耐久性を向上させつつ、材料の歩留りの向上を図ることができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明のように、前記外方部材の外側転走面のうち少なくとも前記ボールの接触角方向の部位が、加工硬化層と、焼きなまし層および焼入れ硬化層の三層によって構成されていれば、塑性加工の加工硬化による外径部の表面硬さを維持し、外方部材の強度・耐久性を図りつつ、所望の軸受寿命を確保することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明のように、前記加工硬化層の硬さが２５０Ｈｖ以上、前記焼きなまし層の硬さが１８０〜２１０Ｈｖの範囲、前記焼入れ硬化層の硬さが５２０Ｈｖ以上に設定されているのが好ましい。
【００２０】
また、本発明のうち請求項６に記載の方法発明は、外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材の製造方法において、前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されている。
【００２１】
このように、内輪回転タイプの車輪用軸受の外方部材の製造方法において、外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されているので、車輪用軸受の負荷領域における外方部材のファイバーフローが複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成され、外方部材の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材の転動疲労強度が高まり、軸受部の寿命を確保することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明のように、前記車体取付フランジが塑性加工の後に矩形状に打ち抜き加工されていれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、塑性加工後の圧延方向を容易に識別することができ、車輪用軸受の負荷領域における外方部材のファイバーフローをボールの転動方向に沿って容易に配置することができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明のように、前記外方部材の塑性加工前に、素材となる板材に球状化焼きなましが施されていれば、炭素量が０．５ｗｔ％以上の材料であっても、この球状化焼きなましを施すことにより、高周波焼入れ後の外側転走面の硬さの確保と加工性の両立を図ることができる。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明のように、前記外方部材の外側転走面が高周波焼入れされる際に、当該外方部材の外径部側が同時に冷却されていれば、外径部の温度上昇を抑え、薄肉の製品であっても熱処理熱が外径部にまで及んで焼きなまされるのを防止し、塑性加工後の加工硬化された表面硬さを維持することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る車輪用軸受の外方部材は、外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材において、前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、前記車輪用軸受の負荷領域における当該外方部材のファイバーフローが前記複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成されているので、軽量・コンパクト化とマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図り、外方部材の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材の転動疲労強度が高まり、軸受の寿命を確保することができる。
【００２６】
また、本発明に係る車輪用軸受の外方部材の製造方法は、外周にナックル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、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材の製造方法において、前記外方部材が板材から深絞りによって形成されると共に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されているので、車輪用軸受の負荷領域における外方部材のファイバーフローが複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向に形成され、外方部材の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材の転動疲労強度が高まり、軸受部の寿命を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る車輪用軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の外方部材の素材となる鋼板をブランクする工程を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図２のブランク品の塑性加工前を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）のブランク品のファイバーフローを示す模式図である。
【図４】（ａ）は、図３の塑性加工後の外方部材を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＶｘ−ＩＶｘ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）の外方部材のファイバーフローを示す模式図である。
【図５】図４（ａ）のＩＶｘ−ＩＶｘ線に沿って切断した断面を示す模式図である。
【図６】図４（ａ）のＩＶｙ−ＩＶｙ線に沿って切断した断面を示す模式図である。
【図７】（ａ）は、図４の切削加工後の外方部材を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）ＶＩＩ−Ｏ−ＶＩＩ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）の外方部材のファイバーフローを示す模式図である。
【図８】（ａ）は、本発明に係る熱処理後の外方部材を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。
【図９】図１の外方部材の素材となる鋼板をブランクする工程を示す模式図である。
【図１０】図９のブランク品の塑性加工後を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｏ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。
【図１１】（ａ）は、図１０（ａ）の外方部材の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩ−Ｏ−ＸＩ線に沿って切断した断面図である。
【図１２】本発明に係る車輪用軸受の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明に係る車輪用軸受の第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】従来の車輪用軸受装置の外輪の断面およびその製造過程を示す説明図である。
【図１５】従来の複列アンギュラ玉軸受の外輪の断面を示す模式図である。
【図１６】図１５の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
外周にナックル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軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、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ボールとを備えた車輪用軸受の外方部材の製造方法において、前記外方部材が板材から深絞り加工によって形成され、前記車体取付フランジが前記外方部材のインナー側の端部に径方向外方に延びて円形に形成されると共に、当該外方部材の素材となる板材の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定され、前記外方部材の外側転走面が高周波焼入れされる際に、この外径部側が同時に冷却される。
【実施例１】
【００２９】
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の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の外方部材の素材となる鋼板をブランクする工程を示す模式図、図３は、（ａ）は、図２のブランク品の塑性加工前を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）のブランク品のファイバーフローを示す模式図、図４（ａ）は、図３の塑性加工後の外方部材を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＶｘ−ＩＶｘ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）の外方部材のファイバーフローを示す模式図、図５は、図４（ａ）のＩＶｘ−ＩＶｘ線に沿って切断した断面を示す写真、図６は、図４（ａ）のＩＶｙ−ＩＶｙ線に沿って切断した断面を示す写真、図７（ａ）は、図４の切削加工後の外方部材を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）ＶＩＩ−Ｏ−ＶＩＩ線に沿って切断した断面図、（ｃ）は、（ｂ）の外方部材のファイバーフローを示す模式図、図８（ａ）は、本発明に係る熱処理後の外方部材を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図、図９は、図１の外方部材の素材となる鋼板をブランクする工程を示す模式図、図１０は、図９のブランク品の塑性加工後を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｏ−Ｘ線に沿って切断した断面図、図１１（ａ）は、図１０（ａ）の外方部材の変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）のＸＩ−Ｏ−ＸＩ線に沿って切断した断面図である。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。
【００３０】
図１（ａ）に示す車輪用軸受は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列のボール６、６を備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。
【００３１】
ハブ輪２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４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周にはアウター側（一方）の円弧状の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる小径段部２ｂが形成されている。そして、外周にインナー側（他方）の円弧状の内側転走面３ａが形成された内輪３がこの小径段部２ｂに圧入され、さらに、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２ｃにより、所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向に固定されている。これにより、装置の強度・剛性が高まると共に、軽量・コンパクト化を図ることができる。
【００３２】
ハブ輪２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成され、アウター側の内側転走面２ａをはじめ、後述するシール８が摺接するシールランド部となる基部４ａから小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、加締部２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部としている。こうした高周波焼入れパターンによりハブ輪２の強度が向上すると共に、内輪３の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上する。また、加締部２ｃの加工性を向上させ、塑性変形によるクラック等の発生を防止することができる。一方、内輪３およびボール６はＳＵＪ２等からなる高炭素クロム鋼からなり、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
【００３３】
外方部材１０は、インナー側の端部外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１１と、この環状凸部１１の両側に複列の円弧状の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。また、これら複列の外側転走面１０ａ、１０ａの両端部には円筒状の嵌合部１２、１３が形成されている。
【００３４】
内方部材１と外方部材１０の両転走面間には複列のボール６、６が収容され、保持器７、７によって転動自在に保持されている。そして、内方部材１と外方部材１０との間に形成される環状空間の両側開口部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に浸入するのを防止している。
【００３５】
アウター側のシール８は、図１（ｂ）に拡大して示すように、外方部材１０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１４と、この芯金１４に加硫接着によって一体に接合されたシール部材１５とからなる一体型のシールで構成されている。芯金１４は、オーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。
【００３６】
一方、シール部材１５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形成され、車輪取付フランジ４のインナー側の側面に所定の軸方向シメシロをもって摺接するサイドリップ１５ａと、断面が円弧状に形成された基部４ａに所定の軸方向シメシロをもって摺接するダストリップ１５ｂと、軸受内方側に傾斜して形成され、基部４ａ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１５ｃとを有している。
【００３７】
なお、シール部材１５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。
【００３８】
また、インナー側のシール９は、図１（ｃ）に拡大して示すように、互いに対向配置されたスリンガ１６と環状のシール板１７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１６は、強磁性体の鋼板、例えば、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３の外径に圧入される円筒部１６ａと、この円筒部１６ａから径方向外方に延びる立板部１６ｂとからなる。そして、この立板部１６ｂのインナー側の側面に磁気エンコーダ１６ｃが一体に接合されている。この磁気エンコーダ１６ｃは、ゴム等のエラストマにフェライト等の磁性体粉が混入され、周方向に交互に磁極Ｎ、Ｓが着磁されて車輪の回転速度検出用のロータリエンコーダを構成している。
【００３９】
一方、シール板１７は、外方部材１０の端部に内嵌される芯金１８と、この芯金１８に加硫接着により一体に接合されたシール部材１９とからなる。芯金１８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が略Ｌ字状に形成されている。
【００４０】
一方、シール部材１９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サイドリップ１９ａと、この内径側で、二股状に形成されたダストリップ１９ｂとグリースリップ１９ｃを有している。サイドリップ１９ａはスリンガ１６の立板部１６ｂのアウター側の側面に所定の軸方向のシメシロを介して摺接すると共に、ダストリップ１９ｂとグリースリップ１９ｃは円筒部１６ａに所定の径方向のシメシロを介して摺接している。なお、シール部材１９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、ＥＰＤＭ等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ、ＦＫＭ、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。
【００４１】
通常、塑性加工（深絞り加工）によって外方部材のような円筒状の製品を製造する場合、帯状鋼板から円形に素材を打ち抜いてブランク品を製造し、このブランク品を塑性加工によって所望の形状の外方部材に仕上げる。ここで、帯状鋼板は、圧延方向においてのみファイバーフローが直線的に整列されているため、車輪用軸受の外方部材のような円筒形部材の場合は、円周上でファイバーフローが直線的に整列されている部位とそうでない部位が９０°位相ごとに形成され、整列されていない部位では、素材の機械的強度が低下することは否めなかった。
【００４２】
本出願人は、前述したような部分的に機械的強度が低下するといった状況において、塑性加工によって形成される外方部材の素材となる帯状鋼板のファイバーフローに着眼し、外方部材の負荷領域におけるファイバーフローをボールの転動方向に配置することにより、外方部材の強度・耐久性の向上を図りつつ、軸受寿命の向上を図ることを着想した。
【００４３】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ファイバーフローが直線状に整列されている帯状鋼板２０の中央部位を打ち抜いて円形のブランク品２１が製造されている。この帯状鋼板２０は冷間圧延鋼板やＳ５０Ｃ等の炭素鋼からなるが、これ以外にも、ＳＣｒ４２０やＳＣＭ４１５等の浸炭鋼であっても良い。
【００４４】
このブランク品２１は、図３（ａ）に示す圧延方向に沿うＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面（ｂ）では、（ｃ）に示すように、ファイバーフローＦが直線状に整列した状態で配列されている。
【００４５】
前述したブランク品２１を図４に示すように、外方部材２２は、パイプ材から冷間ローリング加工によって形成するのではなく、板材から塑性加工（深絞り加工）によって形成される。この外方部材２２は、（ａ）、（ｂ）に示すように、円形の車体取付フランジ１０ｂと、この車体取付フランジ１０ｂから軸方向に延びる円筒部２３が形成される。例えば、円筒部２３がφ５０の程度の外方部材２２において、パイプ材から冷間ローリング加工によって形成する場合、円形の車体取付フランジ１０ｂの外径が精々φ６０程度にしか加工できないが、本実施形態のように外方部材２２を板材から塑性加工によって形成することにより、φ１００程度まで成形することができる特徴を有している。そして、本実施形態のように、板材から塑性加工によって形成された外方部材２２のファイバーフローＦは、後述するように、外方部材２２の複列の外側転走面２５、２５とボール６との接触角に対して垂直となる領域と、ボール６の転動方向に沿った領域とを有する。
【００４６】
そして、この円筒部２３の軸方向略中央部に、径方向内方に突出する環状凸部２４が形成され、この環状凸部２４の両側に外側転走面２５、２５がそれぞれ形成される。この際、環状凸部２４の肩高さ（外側転走面１０ａの溝深さ）を適切に確保するために、外方部材２２の塑性加工時、円筒部２３の外周面の中央部を凹ませて環状凹部２６を形成し、肩部に素材を充足させるようにしている。
【００４７】
従来のパイプ材から冷間ローリング加工によって形成された外方部材では、３６０°すべての角度において、複列の外側転走面とボールとの接触角に対して垂直な方向にファイバーフローが形成されるため、このファイバーフローの向きを考慮する必要がなかった。
【００４８】
ここで、本実施例では、板材から塑性加工によって外方部材を形成する。このため、図４（ａ）に示す圧延方向に沿った断面ＩＶｘ−ＩＶｘでは、従来のパイプ材から冷間ローリング加工によって形成されるものと同様、図４（ｃ）および図５に示すように、外方部材２２の複列の外側転走面２５、２５とボール６との接触角に対して垂直な方向にファイバーフローＦが形成される。換言すれば、ファイバーフローＦの方向が軸方向に沿った状態で整列される。これに対し、図４（ａ）に示す圧延方向に沿った断面ＩＶｙ−ＩＶｙでは、図６に示すように、ファイバーフローＦの方向がボール６の転動方向（紙面の表裏方向）に沿った状態で整列され、負荷領域に対して９０°の位置の負荷領域にならない領域になる。本実施形態では、図５に示す状態のファイバーフローＦが軸受部の負荷領域、すなわち、（ａ）に示す外方部材２２の反路面側と路面側に配置されるように設定されている。これにより、軽量・コンパクト化とマテリアルロスの削減および歩留まり向上を図り、外方部材２２の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材２２の転動疲労強度が高まり、軸受の寿命を確保することができる。
【００４９】
次に、塑性加工された外方部材２２は、図７（ｂ）に示すように、旋削加工によって、複列の外側転走面１０ａ、１０ａをはじめ、両端の嵌合部１２、１３と、場合によって環状凸部２４が所望の形状・寸法に仕上げられて外方部材２８が形成される。ここで、車体取付フランジ１０ｂは、図７（ａ）に示すように、円形状に形成され、円周方向に締結用のボルト孔２７がプレス打ち抜きまたは旋削加工によって複数（ここでは４個）形成される。この場合、ファイバーフローＦが複列の外側転走面１０ａ、１０ａとボールとの接触角に対して垂直な方向に形成されるように、すなわち、外方部材２２の反路面側と路面側に配置されるようにボルト孔２７が形成される。
【００５０】
次に、外方部材２８の複列の外側転走面１０ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを６６０〜７６０Ｈｖの範囲に硬化処理が施され、これらの複列の外側転走面１０ａ、１０ａが、研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。ここで、外方部材１０の素材となる板材としてＳ５０Ｃ〜Ｓ５５Ｃの中炭素鋼を使用する場合、塑性加工前に球状化焼きなましを施すのが好ましい。これにより、炭素量が０．５ｗｔ％以上の材料であっても、この球状化焼きなましを施すことにより、高周波焼入れ後の外側転走面１０ａの硬さの確保と加工性の両立を図ることができる。さらに、外側転走面１０ａに高周波焼入れを行う際に、外方部材１０の外径部側から同時に冷却されている。これにより、外径部の温度上昇を抑え、薄肉の製品であっても熱処理熱が外径部にまで及んで焼きなまされるのを防止し、塑性加工後の表面硬さを維持することができる。
【００５１】
具体的には、図８（ａ）に示す外方部材１０の外側転走面１０ａの部位（接触角方向）は、（ｂ）に模式的に示すように、塑性加工による加工硬化層２９と、焼きなまし層３０および焼入れ硬化層３１の三層によって構成されている。この加工硬化層２９の硬さは２５０Ｈｖ以上、焼きなまし層３０の硬さは１８０〜２１０Ｈｖの範囲に、そして、焼入れ硬化層３１の硬さは５２０Ｈｖ以上（表面は６６０〜７６０Ｈｖ）に設定されている。これにより、塑性加工の加工硬化による外径部の表面硬さを維持し、外方部材１０の強度・耐久性を図りつつ、所望の軸受寿命を確保することができる。その後、外側転走面１０ａ、１０ａが研削加工によって所定の寸法、精度に形成され、必要に応じて超仕上げ加工が施される。
【００５２】
前述した外方部材２２のファイバーフローＦが複列の外側転走面１０ａ、１０ａとボールとの接触角に対して垂直な方向に配置されるように、本実施形態では、図９に示すように、帯状鋼板２０を打ち抜いて円形のブランク品２１を製造する工程において、識別マークＰが形成されている。なお、図９では、一例として、ブランク品２１の圧延方向と直交する部位に識別マークＰを設けているが、全てのブランクにおいて統一されていれば、円周上のどの部位に設けても良い。これにより、円形の車体取付フランジ１０ｂであっても、工程数を増やすことなく塑性加工後の圧延方向を容易に識別することができ、軸受の負荷領域に前述したファイバーフローＦを有する外方部材１０を配置することができる。例えば、ワイヤーカットでブランク品２１を切断する場合、切断の開始（終了）位置に筋状の跡が残るが、これを識別マークＰとしても良い。
【００５３】
また、図１０に示すように、車体取付フランジ１０ｂに円周方向に締結用のボルト孔２７をプレス打ち抜きによって形成する場合、ボルト孔２７が円周方向に等配でない時には、ファイバーフローＦが複列の外側転走面１０ａ、１０ａとボールとの接触角に対して垂直な方向に配置されるように、この段階でボルト孔２７を形成することにより、円形の車体取付フランジ１０ｂであっても塑性加工後の圧延方向を容易に識別することができる。
【００５４】
また、図１１に示すように、塑性加工によって円形に形成された車体取付フランジ１０ｂを、さらに追加工して矩形状等の異形の車体取付フランジ３２を形成するようにすれば、軽量・コンパクト化を図ると共に、塑性加工後の圧延方向を容易に識別することができ、車輪用軸受の負荷領域における外方部材１０のファイバーフローＦが軸方向に沿って容易に配置されることができる。
【実施例２】
【００５５】
図１２は、本発明に係る車輪用軸受の第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態（図１）と基本的には左右のピッチ円直径が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
図１２に示す車輪用軸受は従動輪側の第３世代と称され、内方部材３３と外方部材３４、および両部材３３、３４間に転動自在に収容された複列のボール６、６を備えている。内方部材３３は、ハブ輪３５と、このハブ輪３５に所定のシメシロを介して圧入された内輪３とからなる。
【００５７】
本実施形態では、アウター側のボール６列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側のボール６列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径に設定されている（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）。そして、左右のピッチ円直径の違いに伴い、サイズは同じであるが、アウター側のボール６列の個数がインナー側のボール列６の個数よりも多く設定されている。このような構成であれば、軸受スペースおよび重量を大幅に増加させなくても、ボール６のスペースを広く確保することができるため、軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。
【００５８】
ハブ輪３５は、アウター側の端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面３５ａと、この内側転走面３５ａから軸方向に傾斜して延びる軸状部３６を介して小径段部２ｂが形成されている。このハブ輪３５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３５ａをはじめ、車輪取付フランジ４のインナー側の基部４ａから小径段部２ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
【００５９】
外方部材３４は略円筒状に形成され、インナー側の端部外周に車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に径方向内方に突出する環状凸部１１と、この環状凸部１１の両側に複列の円弧状の外側転走面３４ａ、１０ａが一体に形成されている。また、これら複列の外側転走面３４ａ、１０ａの両端部には円筒状の嵌合部１２、１３が形成されている。
【００６０】
内方部材３３と外方部材３４の両転走面間には複列のボール６、６が収容され、保持器７ａ、７によって転動自在に保持されている。そして、内方部材３３と外方部材３４との間に形成される環状空間の両側開口部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に浸入するのを防止している。
【００６１】
外方部材３４は、冷間圧延鋼板やＳ５０Ｃ等の中炭素鋼からなる板材から塑性加工によって形成され、少なくとも外方部材３４の複列の外側転走面３４ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを６６０〜７６０Ｈｖの範囲に硬化処理が施されている。そして、複列の外側転走面３４ａ、１０ａが、研削加工によって所定の寸法、精度に形成されている。その後、必要に応じて超仕上げ加工が施される。
【００６２】
ここで、本実施形態では、前述した実施形態と同様、外方部材３４の負荷領域（反路面側と路面側）のファイバーフローＦの方向が複列の外側転走面１０ａ、１０ａとボール６との接触角に対して垂直な方向になるように設定されている。すなわち、素材となる帯状鋼板の圧延方向に平行な向きのファイバーフローが軸受部の負荷領域になるように設定されている。これにより、外方部材３４の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材３４の転動疲労強度が高まり、軸受部の寿命を確保することができる。
【実施例３】
【００６３】
図１３は、本発明に係る車輪用軸受の第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、前述した第１の実施形態（図１）、第２の実施形態（図１２）と基本的には軸受部の構成が異なるだけで、その他前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６４】
図１３に示す車輪用軸受は従動輪側の第２世代と称され、内方部材３７と外方部材１０、および両部材３７、１０間に転動自在に収容された複列のボール６、６を備えている。内方部材３７は、図示しないハブ輪と、このハブ輪に圧入固定された一対の内輪３、３とからなる。
【００６５】
一対の内輪３、３と外方部材１０との間に形成される環状空間の開口部にはシール９’、９が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に浸入するのを防止している。なお、アウター側のシール９’は、前述したシール９と基本的には、スリンガ１６に磁気エンコーダ１６ｃが接合されていない点だけが異なる。
【００６６】
こうした構成の車輪用軸受においても、前述した実施形態と同様、外方部材１０の負荷領域（反路面側と路面側）のファイバーフローＦの方向が複列の外側転走面１０ａ、１０ａとボール６との接触角に対して垂直な方向になるように設定されている。これにより、外方部材１０の強度・耐久性を向上させることができると共に、外方部材３４の転動疲労強度が高まり、軸受部の寿命を確保することができる。
【００６７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る車輪用軸受は、外方部材の外周に車体取付フランジを一体に有する内輪回転タイプの第２世代または第３世代構造の車輪用軸受装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１、３３、３７  内方部材
２、３５  ハブ輪
２ａ、３ａ、３５ａ  内側転走面
２ｂ  小径段部
２ｃ  加締部
３  内輪
４  車輪取付フランジ
４ａ  車輪取付フランジのインナー側の基部
５  ハブボルト
６  ボール
７、７ａ  保持器
８、９’  アウター側のシール
９  インナー側のシール
１０、２２、２８、３４  外方部材
１０ａ、２５、３４ａ  外側転走面
１０ｂ、３２  車体取付フランジ
１１、２４  環状凸部
１２、１３  嵌合部
１４、１８  芯金
１５、１９  シール部材
１５ａ、１９ａ  サイドリップ
１５ｂ、１９ｂ  ダストリップ
１５ｃ、１９ｃ  グリースリップ
１６  スリンガ
１６ａ、２３  円筒部
１６ｂ  立板部
１６ｃ  磁気エンコーダ
１７  シール板
２０  帯状鋼板
２１  ブランク品
２６  環状凹部
２７  ボルト孔
２９  加工硬化層
３０  焼きなまし層
３１  焼入れ硬化層
３６  軸状部
５０  外輪本体
５０ａ  円筒状部
５０ｂ  フランジ部
５０ｃ  底部
５１  短筒状体
５１ａ  面取り部
５１ｂ  端部溝
５２  溶接部
５３  軌道溝
５４  中間成形品
５５  ボルト孔
５６  シール位置決め溝
５７  外輪
５８  外側転走面
Ｆ  ファイバーフロー
Ｌ  点Ｐ１までの直線
Ｏ  外側転走面の曲率中心
Ｐ  識別マーク
ＰＣＤｉ  インナー側のボールのピッチ円直径
ＰＣＤｏ  アウター側のボールのピッチ円直径
Ｐ１  ファイバーフローの断面が析出している点
Ｔ  直線Ｌとの直交線
Ｔ１  点Ｐ１でのファイバーフローの接線
α  直交線Ｔと点Ｐ１でのファイバーフローの接線Ｔ１とがなす角度
【図１】
2014190466.tif 000003
【図２】
2014190466.tif 000004
【図３】
2014190466.tif 000005
【図４】
2014190466.tif 000006
【図５】
2014190466.tif 000007
【図６】
2014190466.tif 000008
【図７】
2014190466.tif 000009
【図８】
2014190466.tif 000010
【図９】
2014190466.tif 000011
【図１０】
2014190466.tif 000012
【図１１】
2014190466.tif 000013
【図１２】
2014190466.tif 000014
【図１３】
2014190466.tif 000015
【図１４】
2014190466.tif 000016
【図１５】
2014190466.tif 000017
【図１６】
2014190466.tif 000018