(57)【要約】【課題】荷重条件の厳しいインナー側の内輪の長寿命化およびインナー列の円すいころの強度確保が可能なものとする。また、ハブ輪のフランジ部の強度向上、車両旋回時のフランジ変形量低下、車輪回りの剛性，強度の向上が図れるものとする。【解決手段】ハブユニット形式でかつ複列円すいころ軸受形式とした車輪用軸受装置に適用される。ハブ輪２の一端に設けた内輪嵌合面２ａに内輪３を嵌合させ、内輪３およびハブ輪２に、インナー側およびアウター側の内輪軌道面２ｂを設ける。ハブ輪２は炭素鋼製とし、ハブ輪２の表面部における内輪嵌合面２ａからフランジ根元部２２ａにわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層２０を設ける。インナー側の内輪３および円すいころ５は、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に隣接して他の片列の内輪軌道面を有し、かつ他端にフランジを有し、このハブ輪と外輪との間に保持器に保持された円すいころを介在させ、上記ハブ輪を炭素鋼製とし、このハブ輪の表面部における上記内輪嵌合面からフランジ根元部にわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層を設け、上記片列の内輪および円すいころを、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼としたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、上記外輪を炭素鋼製とし、この外輪の軌道面の部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層を設けた車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記ハブ輪の内輪嵌合面のさらに端部側に、上記片列の内輪の幅面を押し付けるフランジ状の加締部を有し、上記内輪嵌合面の上記硬化層を設ける範囲は、上記加締部の近傍までとした車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハブユニット形式の車輪用軸受装置に関し、特に、トラック，ワゴン車等における比較的負荷容量の大きい車輪用軸受装置や、一般乗用車の車輪用軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンギュラ玉軸受を用いる乗用車用の車輪用軸受装置は、第１世代と呼ばれるシール付き複列軸受を単独で使用するものから、外輪がフランジ付きのハブを兼ねるハブユニット軸受となった第２世代のものへと進化し、さらに内外輪共にフランジを有する第３世代のものから、等速ジョイントを一体化した第４世代のものまで開発されている。第３世代のものでは、複列軸受における片列の内輪軌道面をハブ輪に直接に形成し、もう片列の内輪軌道面は、ハブ輪と別体に形成されてハブ輪に嵌合する内輪により形成している。
円すいころ軸受を用いる車輪用軸受装置は、トラック等に用いられるために、比較的コンパクト化の要望が少なくて、開発が遅れており、外輪がフランジ付きのハブを兼ね、ハブユニット軸受となった第２世代のものまでしか開発されるに至っていない。
一方、いわゆるワンボックスカー等のワゴン車の需要が増大し、多機能化が求められていることから、円すいころ軸受が必要な負荷容量の大きな車輪用軸受装置においても、一体化，コンパクト化が望まれようになってきている。
【０００３】
そこで、本発明者等は、図４に示すように、円すいころ軸受を用いる車輪用軸受装置において、内輪となるハブ輪２と、フランジ付きの外輪４とを有する第３世代に相当するハブユニット形式の車輪用軸受装置を開発した（例えば特許文献１）。この形式の車輪用軸受装置受は、ハブ輪２に片列の内輪軌道面２ｂ２を直接に形成すると共に、ハブ輪２のインナー側端に別体の内輪３を嵌合させて、もう片列の内輪軌道面２ｂ１を形成している。
【０００４】
また、ハブ輪２の表面部における内輪軌道面２ｂ１，２ｂ２からフランジ２２の根元部２２ａにわたる部分を、高周波熱処理による硬化層２０としている。これにより、肉厚の増加や工程増加を伴うことなく、ハブ輪２のフランジ部２２の強度を向上させることができて、車両旋回時のフランジ変形量を低下させることができ、車輪回りの剛性，強度の向上が図れる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−５１０６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４のような車輪用軸受装置においては、タイヤ接地面から車体重量および旋回横荷重がハブ輪２を介して円すいころ５および内外の軌道面２ｂ１，２ｂ２，４ｂ１，４ｂ２に負荷される。このとき、アウター列の軌道面２ｂ２，４ｂ２よりもインナー列の軌道面２ｂ１，４ｂ１の方が荷重の負荷率が大きく、また円すいころ５と外輪軌道面４ｂ１，４ｂ２の面圧よりも、円すいころ５と内輪軌道面２ｂ１，２ｂ２の面圧の方が大きくなる。そのため、転がり疲労寿命はインナー側の内輪３が最も低下する。また、縁石乗り上げ等の大きな横荷重が負荷された場合には、インナー列の円すいころ５の負荷が厳しくなる。
しかし、上記構成の車輪用軸受装置に限らず、これまでのハブユニット形式の車輪用軸受装置では、インナー側の内輪および円すいころは、表面に浸炭層（表面硬さ５８ＨＲＣ以上，浸炭深さ１〜２ｍｍ程度）を施した浸炭鋼（例えばＪＩＳ規格のＳＣＲ，ＳＣＭ，ＳＮＣＭ相当）を材料として使用しているので、上記したインナー側の内輪３の寿命低下や、インナー列の円すいころ５の寿命低下を防止できないという問題点が有った。
【０００７】
この発明の目的は、インナー側の内輪の長寿命化およびインナー列の円すいころの強度確保が可能で、かつハブ輪のフランジ部の強度向上、車両旋回時のフランジ変形量低下、車輪回りの剛性，強度の向上が図れるハブユニット形式の車輪用軸受装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の車輪用軸受装置は、ハブ輪と外輪とを備えるハブユニット形式の車輪用軸受装置である。ハブ輪は、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に隣接して他の片列の内輪軌道面を有し、かつ他端にフランジを有する。このハブ輪と外輪との間に保持器に保持された円すいころを介在させる。上記ハブ輪は炭素鋼製とし、このハブ輪の表面部における上記内輪嵌合面からフランジ根元部にわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層を設ける。上記片列の内輪および円すいころは、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼とする。
この種の車輪用軸受装置は、タイヤ接地面より車体重量および旋回横荷重が軌道面に負荷される負荷率が、アウター列の軌道面よりも大きくなる。しかし、この構成の車輪用軸受装置によると、インナー側の内輪および円すいころを、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼としたため、インナー列の内輪軌道面を有する内輪の長寿命化が可能となり、また縁石乗り上げ等の大きな横荷重が負荷されたときでも、インナー側列の円すいころに、内部割れ等に対する十分な強度が確保される。また、ハブ輪の内輪嵌合面からフランジ根元部にわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層が設けられているため、フランジ部の硬度が向上し、車両旋回時のフランジ変形量が低下する。そのため、車両の車輪回りの剛性の向上となる。
【０００９】
この発明において、上記外輪を炭素鋼製とし、その外輪の軌道面の部分にも、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層を設けても良い。この構成の場合、外輪の長寿命化も可能となる。
【００１０】
この発明において、上記ハブ輪の内輪嵌合面のさらに端部側に、上記片列の内輪の幅面を押し付けるフランジ状の加締部を有し、上記内輪嵌合面の上記硬化層を設ける範囲は、上記加締部の近傍まで、すなわち加締部に達しない範囲としても良い。このように構成した場合は、ハブ輪の硬化層が、ハブ輪の一端を加締めて内輪を軸方向に締め付け固定する妨げにならない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この車輪用軸受装置は、ハブユニット形式でかつ複列円すいころ軸受形式としたものである。この車輪用軸受装置１は、駆動輪の支持に適用した例であって、ハブ輪２と外輪４とを備える。ハブ輪２は、片列の別体の内輪３を嵌合させる内輪嵌合面２ａを一端外周に有し、この内輪嵌合面２ａに隣接して他の片列の内輪軌道面２ｂを有しており、他端外周に車輪取付用のフランジ２２を有する。上記一端はインナー側となり、他端はアウター側となる。内輪嵌合面２ａと内輪軌道面２ｂとの間には、内輪３の小径端が嵌まり込む深さの段差が形成されている。別体の内輪３は、片列の内輪軌道面２ｂを形成した部材である。両列の円すいころ５は、互いに小径端が対向するように配置され、各列毎に保持器６により保持される。ハブ輪２および内輪３は、それぞれの内輪軌道面２ｂに隣接して、大端側の鍔部のみが設けられて小径端側は鍔無しとされている。ハブ輪２の内輪嵌合面２ａよりもさらに端部側は、内輪３の幅面を押し付けるフランジ状の加締部２ｃとされており、この加締部２ｃにより内輪３が軸方向に締め付け固定される。ハブ輪２は、このような加締部２ｃを有しないものであっても良く、その場合は圧入やナットの締め込み、その他適宜の構成で内輪３を固定する。外輪４は、両列の外輪軌道面４ｂ，４ｂを有する軌道輪であり、外径面にフランジからなる取付部４ａが設けられる。外輪４は、軌道面４ｂに隣接する鍔部は、大端側および小端側の両方とも有しない。外輪４の両端に、内外輪間を密封するオイルシール等のシール７が設けられている。
【００１２】
図２に示すように、外輪４は、取付部４ａの孔を貫通するナックルボルト１０により、車体側の懸架装置におけるナックル２５に取付けられる。
ハブ輪２には、フランジ２２の孔を貫通するハブボルト８、およびこのハブボルト８に螺合するハブナット９により、ブレーキロータ２３および車輪２４のタイヤホイール２４ａがフランジ２２に取付けられる。ハブ輪２には、等速自在継手１１の一端（例えば外輪）が連結され、その他端（例えば内輪）が駆動軸（図示せず）に連結される。
【００１３】
ハブ輪２は、炭素鋼製（ＪＩＳ規格のＳ５０Ｃ〜Ｓ７０Ｃ相当）であり、その外径側の表面部における内輪嵌合面２ａからフランジ根元部２２ａにわたる部分に、高周波熱処理により所定の深さの硬化層２０が設けられている。上記内輪嵌合面２ａの部分における硬化層２０を設ける範囲は、上記加締部２ｃの近傍つまり加締部２ｃに達しない範囲とされている。また、外輪４も、同じ炭素鋼製であり、その両列の軌道面４ｂ，４ｂとなる内径側の表面部に、高周波熱処理により所定の深さの硬化層２１が設けられている。上記各硬化層２０，２１の表面硬さは５８〜６０ＨＲＣとされている。インナー側列の内輪３および円すいころ５は、ずぶ焼き入れの施された軸受鋼製（ＪＩＳ規格のＳＵＪ相当）とされており、その焼入れ部分の表面硬さは６０ＨＲＣ以上とされている。アウター側の円すいころ５も、インナー側の円すいころ５と同じずぶ焼き入れの施された軸受鋼製とされるが、インナー側の円すいころ５は、従来例と同様に浸炭鋼製としても良い。
【００１４】
図３は、この車輪用軸受装置１の組立工程を示す。まず、単体の外輪４（図３（Ａ））に、円すいころ５と保持器６の組み立て部品１５を組み込み（同図（Ｂ））、そのアウター側にシール７を組み込む（同図（Ｃ））。このように組み立てた部品に、ハブ輪２を組み込み（同図（Ｄ））、このハブ輪２に片列の内輪３を組み込んでから（同図（Ｅ））、インナー側にシール７を組み込み（同図（Ｆ））ハブ輪２の一端（インナー側端）を加締める。これにより、内輪３の幅面を押し付ける加締部２ｃを形成することで（同図（Ｇ））、図１のように車輪用軸受装置１が完成する。
【００１５】
この構成の車輪用軸受装置によると、この種の軸受の特性として、インナー側の内輪軌道面２ｂ、つまり内輪３の軌道面２ｂは、タイヤ接地面より車体重量および旋回横荷重が軌道面に負荷される負荷率が、アウター列の軌道面２ｂよりも大きくなる。しかし、内輪３は、ずぶ焼き入れの施された表面硬さ６０ＨＲＣ以上の軸受鋼製とされているため、このような大きな負荷率に対しても、インナー列の内輪軌道面２ｂを有する内輪３の長寿命化が可能となる。従来、インナー側の内輪には浸炭層を施した軸受鋼が用いられているが、近年、ずぶ焼き入れにした軸受鋼は、精錬法の改善により、挟雑物が少なく浸炭鋼以上の疲労寿命が得られており、厳しい面圧下でも長寿命が図れることが判った。
また、インナー列の円すいころ５も、内輪３と同じく、ずぶ焼き入れの施された表面硬さ６０ＨＲＣ以上の軸受鋼製としたため、大きな負荷率にかかわらず、強度的に優れたものとなる。この円すいころ５は、浸炭鋼の内部硬さ（３８ＨＲＣ以下）に比べて軸受鋼の硬さが硬く、内部割れに対して強い。このため、縁石乗り上げ等の大きな横荷重が負荷されたときでも、インナー側列の円すいころ５に内部割れが発生することが防止される。
なお、軸受の転がり寿命は、硬さの他に表面の残留圧縮応力の関係やオーステナイト量との関係などが影響するため、一概に硬さだけでは論じられないが、一般的には硬さが低いほど転がり寿命が短く、例えば同一材料の鋼材で、５８ＨＲＣに対して６０ＨＲＣとしたものは、１．８倍程度の寿命が得られるデータもある。
【００１６】
また、ハブ輪２が炭素鋼製で、そのハブ輪２の外径表面部における内輪嵌合面２ａからフランジ根元部２２ａにわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層２０を設けているので、フランジ２２の部分の硬度が向上し、車両旋回時のフランジ２２の変形量が低下する。そのため、車両の車輪回りの剛性の向上となる。また、ハブ輪２の硬化層２０は内輪嵌合面２ａまで拡大されているため、内輪３の内径面とハブ輪２の外径面とに発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。そのため、フレッティング摩耗の発生により、内輪３とハブ輪２の嵌合面に、錆、摩耗粉、かじり等が生じて、内輪３を損傷するということがなく、耐久性を向上させることができる。
【００１７】
外輪４についても、炭素鋼製で、その両列の外輪軌道面４ｂ，４ｂとなる内径側の表面部に表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層２１を設けていることから、外輪４の長寿命化も可能となる。
【００１８】
なお、上記実施形態は駆動輪を支持する車輪用軸受装置１に適用した場合につき説明したが、この発明は、従動輪を支持する車輪用軸受装置にも適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の車輪用軸受装置は、ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に隣接して他の片列の内輪軌道面を有し、かつ他端にフランジを有し、このハブ輪と外輪との間に保持器に保持された円すいころを介在させ、上記ハブ輪を炭素鋼製とし、このハブ輪の表面部における上記内輪嵌合面からフランジ根元部にわたる部分に、表面硬さ５８〜６０ＨＲＣの硬化層を設け、上記片列の内輪および円すいころを、表面硬さ６０ＨＲＣ以上のずぶ焼き入れの施された軸受鋼としたため、インナー側の内輪の長寿命化およびインナー列の円すいころの強度確保が可能で、かつハブ輪のフランジ部の強度向上、車両旋回時のフランジ変形量低下、車輪回りの剛性，強度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】同車輪用軸受装置による駆動輪支持構造を示す断面図である。
【図３】同車輪用軸受装置の組み立て過程の工程説明図である。
【図４】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１…車輪用軸受装置
２…ハブ輪
２ａ…内輪嵌合面
２ｂ…内輪軌道面
２ｃ…加締部
３…内輪
４…外輪
４ｂ…外輪軌道面
５…円すいころ
６…保持器
２０…ハブ輪の硬化層
２１…外輪の硬化層
２２…ハブ輪のフランジ
２２ａ…フランジ根元部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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