(57)【要約】【課題】  加締工程において内輪に発生するフープ応力に伴う割れを防止し、内輪の耐久性と信頼性を向上させた車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  ハブ輪２の小径段部２ｂに内輪３が圧入され、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、ハブ輪２に対して内輪３を軸方向に固定したセルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪３が予め調質処理された炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成されると共に、内側転走面３ａおよび小端面３ｃが高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、外径面３ｂ、大端面３ｄおよび内径面３ｅが硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされている。【選択図】図１
2006118610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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転動体とを備え、
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り前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、
前記内輪が、予め調質処理された合金鋼または非調質鋼で形成されると共に、内側転走面が高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、少なくとも外径面が前記硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされていることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記内輪の両端面および内径面が高周波焼入れによって表面に所定の硬化層が形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
前記内輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼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。
【請求項４】
前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている請求項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、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置、特に、ハブ輪に加締固定される内輪の耐久性向上を図った車輪用軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の車輪用軸受装置には駆動輪用のものと従動輪用のものとがあるが、低コスト化は言うまでもなく、燃費向上のための軽量・コンパクト化が進んでいる。その従来構造の代表的な一例として、図４に示すような従動輪用の車輪用軸受装置が知られている。
【０００３】
この車輪用軸受装置は第３世代と称され、ハブ輪５１と内輪５２と外輪５３、および複列の転動体５４、５４とを備えている。ハブ輪５１は、その一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５５を一体に有し、外周に内側転走面５１ａと、この内側転走面５１ａから軸方向に延びる小径段部５１ｂが形成されている。また、車輪取付フランジ５５の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５６が植設されている。
【０００４】
ハブ輪５１の小径段部５１ｂには、外周に内側転走面５２ａが形成された内輪５２が圧入されている。そして、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５１ｃにより、ハブ輪５１に対して内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。
【０００５】
外輪５３は、図示しない懸架装置に取り付けるための車体取付フランジ５３ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５３ａ、５３ａが形成されている。この複列の外側転走面５３ａ、５３ａと対向する内側転走面５１ａ、５２ａの間には複列の転動体５４、５４が転動自在に収容されている。
【０００６】
ハブ輪５１は、炭素の含有量が０．４０〜０．８０重量％である炭素鋼製の素材に鍛造を施すことにより一体に形成され、クロスハッチングで示した部分、すなわち、車輪取付フランジ５５の基部から内側転走面５１ａ、および小径段部５１ｂに亙って高周波焼入れ等によって表面が硬化処理されている。なお、加締部５１ｃは、鍛造後の素材表面硬さの生のままとしている。一方、内輪５２は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼のような高炭素鋼製とし、芯部まで焼入れ硬化されている。
【０００７】
これにより、低コストで充分な耐久性を有する車輪用軸受装置が実現でき、加締部５１ｃに亀裂等の損傷が発生することを防止すると共に、この加締部５１ｃによりハブ輪５１に固定される内輪５２の直径が実用上問題になる程度変化するのを防止できる。そして、この内輪５２がその固定作業に伴って損傷する可能性を低くすると共に、予圧を適正値に維持でき、しかも部品点数、部品加工、組立工数の削減によってコスト低減が図れる。
【特許文献１】特開平１１−１２９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の車輪用軸受装置では、加締作業に伴って予圧や転がり疲労寿命等の耐久性に影響を及ぼす程、内輪５２の内径を大きく変形させるような力が作用するのを防止することができる。然しながら、小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて加締部５１ｃを形成する場合、小径段部５１ｃのうち加締部５１ｃの近傍も径方向に塑性変形するため、この塑性変形に伴って内輪５２の内径は押し広げられることになり、内輪５２の外径５７にフープ応力が発生するのは否めない。
【０００９】
このフープ応力を下げるための手段として、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部形状を種々変更し、揺動加締時の塑性変形量を抑えることも提案されているが、車輪用軸受装置に大きなモーメント荷重等が負荷された時においても内輪５２を強固に固定するだけの強度が加締部５１ｃに要求されるため、これら塑性変形量を抑え、かつ加締部の強度を確保すると言った相反する課題が生じている。
【００１０】
ここで、内輪５２の外径面５７にフープ応力が発生すると、この部位に腐食が発生した場合、環境下に存在する拡散性水素が内輪５２の組織内に侵入して金属粒界が破壊する、所謂「遅れ破壊」が発生し易くなって好ましくない。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、加締工程において内輪に発生するフープ応力に伴う割れを防止し、内輪の耐久性と信頼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する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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転動体とを備え、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り前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪が、予め調質処理された合金鋼または非調質鋼で形成されると共に、内側転走面が高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、少なくとも外径面が前記硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされている構成を採用した。
【００１３】
このように、ハブ輪の小径段部に内輪が圧入され、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り、ハブ輪に対して内輪を軸方向に固定した、所謂セルフリテイン構造の車輪用軸受装置において、内輪が、予め調質処理された合金鋼または非調質鋼で形成されると共に、内側転走面が高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、少なくとも外径面が硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされているので、所望の転動疲労寿命が得られると共に、結晶粒が微細化して機械的強度と割れ強度が向上し、塑性変形に伴って内輪の内径が押し広げられて外径面にフープ応力が発生しても耐久性を維持することができる。
【００１４】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記内輪の両端面および内径面が高周波焼入れによって表面に所定の硬化層が形成されていれば、耐フレッティング性が増して内輪の耐久性が向上する。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明のように、前記内輪が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成されていても良い。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記ハブ輪が、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼からなり、前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部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、前記加締部が鍛造後の素材表面硬さ２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている。こうした高周波焼入れパターンによりハブ輪の強度が向上すると共に、内輪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。
【発明の効果】
【００１７】
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が形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジ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た内輪とからなり、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転動体とを備え、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り前記内輪が前記ハブ輪に対して軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪が、予め調質処理された合金鋼または非調質鋼で形成されると共に、内側転走面が高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、少なくとも外径面が前記硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされているので、所望の転動疲労寿命が得られると共に、結晶粒が微細化して機械的強度と割れ強度が向上し、塑性変形に伴って内輪の内径が押し広げられて外径面にフープ応力が発生しても耐久性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
外周に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形成された外方部材と、一端部に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に対向する一方の内側転走面と、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に対向する他方の内側転走面が形成された内輪と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、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り前記内輪が軸方向に固定された車輪用軸受装置において、前記内輪が、予め調質処理された炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成されると共に、内側転走面および小端面が高周波焼入れによって表面に５８〜６４ＨＲＣの範囲の硬化層が形成され、芯部をはじめ、外径面、大端面および内径面が前記硬化層よりも低硬度の調質組織のままとされている。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基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、図２は内輪単体の縦断面図である。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。
【００２０】
この車輪用軸受装置は駆動輪側の第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転動体（ボール）６、６とを備えている。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。
【００２１】
ハブ輪２は、アウトボード側の端部に車輪（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の外周には内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成されている。そして、外周に内側転走面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、ハブ輪２に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。
【００２２】
外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０の端部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入され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。
【００２３】
ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代と呼称される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うした構造に限定されず、例えば、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪を圧入した、第１世代あるいは第２世代構造であっても良い。なお、転動体６、６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。
【００２４】
外方部材１０は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成され、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５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
【００２５】
一方、ハブ輪２も、外方部材１０と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面２ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１１が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。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。
【００２６】
また、内輪３はＳＵＪ２等からなる従来の高炭素クロム鋼と異なり合金鋼で形成されている。詳しくは、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成されている。この内輪３の素材は、８５０℃前後のオーステナイト相域まで加熱された後、急冷してマルテンサイト相にする焼入れがなされ、その後、５５０〜６５０℃に再加熱して焼戻しされる、所謂調質熱処理が予め施されている。この調質熱処理によって結晶粒が微細化して機械的強度が向上すると共に割れ強度が向上し、塑性変形に伴って内輪３の内径が押し広げられて内輪３の外径面３ｂにフープ応力が発生しても耐久性を維持することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、内輪３の素材は冷間鍛造後、切削加工により所望の形状・寸法に仕上げられ、図２（ａ）に拡大して示すように、正面側の小端面３ｃから内側転走面３ａに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１２（図中クロスハッチングにて示す）が形成されると共に、芯部をはじめ、最も大きなフープ応力が生じ、割れの起点となる外径面３ｂおよび背面側の大端面３ｄと内径面３ｅは、前記硬化層１２よりも低硬度の調質組織のままとされている。これにより、所望の転動疲労寿命が得られると共に、塑性変形に伴って変形が生じる部位の耐遅れ破壊性が向上する。
【００２８】
図２（ｂ）は（ａ）の変形例で、予め素材が調質熱処理された内輪１３の内側転走面１３ａから正面側の小端面１３ｃと内径面１３ｅおよび背面側の大端面１３ｄに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１４（図中クロスハッチングにて示す）が形成されると共に、芯部をはじめ、最も大きなフープ応力が生じ、割れの起点となる外径面１３ｂは、硬化層１４よりも低硬度の調質熱組織のままとされている。これにより、所望の転動疲労寿命が得られ、塑性変形に伴って変形が生じる部位の耐遅れ破壊性が向上すると共に、内径面１３ｅおよび大端面１３ｄの耐フレッティング性が増して内輪１３の耐久性が向上する。
【００２９】
また、内輪３、１３の素材として、合金鋼にＭｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｔｉ（チタン）等を添加し、Ｃ（炭素）を低減させ、焼入れ・焼戻しからなる調質熱処理を行わず、素材の熱間鍛造工程における熱を利用し、これを制御冷却して調質を行う、所謂熱間鍛造用の非調質鋼、あるいは、合金鋼にＣ、Ｍｎ、さらにはＳｉ（シリコン）等を低減させて圧延状態での冷間鍛造性を確保し、調質熱処理を省略することができる、所謂冷間鍛造用の非調質鋼を適用しても良い。これにより、設備、工程および素材のハンドリング回数を削減して低コスト化を図ることができる。
【実施例２】
【００３０】
図３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、この実施形態は本発明に係る車輪用軸受装置を従動輪側に適用したもので、前述した実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
この車輪用軸受装置は従動輪側の第３世代と称され、内方部材１５と外方部材１０、および両部材１５、１０間に転動自在に収容された複列の転動体６、６とを備えている。内方部材１５は、ハブ輪１６と、このハブ輪１６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。
【００３２】
ハブ輪１６は、アウトボード側の端部に車輪（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、外周に内側転走面１６ａと、この内側転走面１６ａから軸方向に延びる軸状の小径段部１６ｂが形成されている。そして、内輪３がこの小径段部１６ｂに圧入され、小径段部１６ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１６ｃにより、ハブ輪１６に対して内輪３が軸方向へ抜けるのを防止している。
【００３３】
ハブ輪１６は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中炭素鋼で形成され、アウトボード側の内側転走面１６ａをはじめ、シール８が摺接するシールランド部、および小径段部１６ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層１１が形成されている（図中クロスハッチングにて示す）。なお、加締部１６ｃ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。
【００３４】
一方、内輪３は、前述したように、予め調質熱処理が施された中炭素鋼で形成され、正面側の小端面３ｃから内側転走面３ａに亙り高周波焼入れによって所定の硬化層１２が形成されると共に、芯部をはじめ、最も大きなフープ応力が生じ、割れの起点となる外径面３ｂ、および背面側の大端面３ｄと内径面３ｅは、前記硬化層１２よりも低硬度の調質熱組織のままとされている。これにより、前述した駆動輪側の車輪用軸受装置と同様、所望の転動疲労寿命が得られると共に、塑性変形に伴って変形が生じる部位の耐遅れ破壊性が向上し、加締工程において内輪３に発生するフープ応力に伴う割れを防止し、内輪３の耐久性と信頼性を向上させた駆動輪側の車輪用軸受装置を提供することができる。
【００３５】
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】
【００３６】
本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって内輪を固定した第１世代乃至第３世代のセルフリテイン構造の車輪用軸受装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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】（ａ）は、図１の内輪単体を拡大して示した縦断面図である。  （ｂ）は、（ａ）の変形例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２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。
【符号の説明】
【００３８】
１、１５・・・・・・・・・・内方部材
２、１６・・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ、１３ａ、１６ａ・内側転走面
２ｂ、１６ｂ・・・・・・・・小径段部
２ｃ、１６ｃ・・・・・・・・加締部
３、１３・・・・・・・・・・内輪
３ｂ、１３ｂ・・・・・・・・外径面
３ｃ、１３ｃ・・・・・・・・小端面
３ｄ、１３ｄ・・・・・・・・大端面
３ｅ、１３ｅ・・・・・・・・内径面
４・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
６・・・・・・・・・・・・・転動体
７・・・・・・・・・・・・・保持器
８、９・・・・・・・・・・・シール
１０・・・・・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
１１、１２、１４・・・・・・硬化層
５１・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ、５２ａ・・・・・・・内側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
５１ｃ・・・・・・・・・・・加締部
５２・・・・・・・・・・・・内輪
５３・・・・・・・・・・・・外輪
５３ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５４・・・・・・・・・・・・転動体
５５・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５６・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５７・・・・・・・・・・・・外径面
【図１】
2006118610.tif 000003
【図２】
2006118610.tif 000004
【図３】
2006118610.tif 000005
【図４】
2006118610.tif 000006