(57)【要約】【課題】  フランジの形状や寸法を変更することなく、また、素材の変更を伴うことなく、フランジ面の変形を抑制する。【解決手段】  ハブ輪２の外周面に形成されたフランジ６の側面に制動用回転体と車輪とがハブボルト１０により結合固定された状態で使用される車輪支持用軸受装置において、ハブ輪２が、前記フランジ６の少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層２０を設けた鋼からなる。【選択図】      図４
2005319966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面が形成されたハブ輪と、該ハブ輪の端部に外嵌されると共に外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面が形成された外輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記ハブ輪及び前記外輪の内で回転側とされる軌道輪の外周面に形成されたフランジとを備え、該フランジの側面に制動用回転体と車輪とがボルト又はボルトとナットを介して結合固定された状態で使用される車輪支持用軸受装置において、
前記回転側とされる軌道輪が、前記フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなることを特徴とする車輪支持用軸受装置。
【請求項２】
前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の硬さをＨＲＣ２０〜６４としたことを特徴とする請求項１に記載した車輪支持用軸受装置。
【請求項３】
前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の範囲を、前記ボルトのボルト用穴のＰＣＤ（ピッチ円直径）を中心として該ボルト用穴の穴径の１．５倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載した車輪支持用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の車輪及びブレーキロータ或いはブレーキドラム等の制動用回転体を支持するフランジを備えた車輪支持用軸受装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の車輪支持用軸受装置としては、例えば図１に示すものが知られている。  この車輪支持用軸受装置１は、ハブ輪２、内輪３、外輪４及び複数の転動体５を備えている。ハブ輪２の外周面のアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図１の左端部）には車輪取付用フランジ６が設けられ、該車輪取付用フランジ６には該フランジ６のアウトボード側の側面に車輪及びブレーキロータを取り付けるためのハブボルト１０が周方向に略等間隔で複数植設されている。
【０００３】
また、ハブ輪２のインボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図１の右端部）には小径段部８が形成されており、該小径段部８に嵌め込まれた内輪３の外周面には内輪軌道面９が形成され、ハブ輪２の軸方向の中間部外周面には内輪軌道面７が形成されている。ハブ輪２のインボード側の先端は円筒状に形成されており、該円筒部（加締め部）１２を径方向外方に加締め広げることにより、内輪３がハブ輪２に加締め固定されている。なお、内輪３は、加締めの他、ナットでの締結によって必要な与圧を与えることもある。
【０００４】
外輪４の内周面にはハブ輪２の内輪軌道面７に対応する外輪軌道面１５及び内輪３の内輪軌道面９に対応する外輪軌道面１６が形成されており、また、外輪４の前記車輪取付用フランジ６から離間する側の端部には懸架装置取付用フランジ１７が設けられている。そして、複列の内輪軌道面７，９と複列の外輪軌道面１５，１６との間にそれぞれ複数の転動体５が保持器１４を介して周方向に転動可能に配設されている。
【０００５】
尚、図示の例では、転動体５として玉を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用軸受装置の場合には、転動体５としてテーパころを使用する場合もある。
また、ハブ輪２の前記車輪取付用フランジ６のインボード側の付け根部から内輪軌道面７を経て小径段部８までの領域は、転がり疲労寿命確保のためと、内輪嵌合部のフレッチング防止のため、高周波焼入れによる硬化層Ｔが形成されている。
【０００６】
上述の様な車輪支持用軸受装置１を自動車に組み付けるには、非回転輪側の外輪４の懸架装置取付用フランジ１７を懸架装置に固定し、回転輪側のハブ輪２の車輪取付用フランジ６にハブボルト１０及びナット（図示せず）を介してブレーキロータ及び車輪を固定する。これにより、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持することができる。
ところで、回転輪側のハブ輪２に形成された車輪取付用フランジ６は、ブレーキロータを取り付けるための基準面となるが、軽量化を目的としてフランジ６の薄肉化を進めた場合、ハブボルト１０とナットとの締結の際に必要なトルクを与えると、ハブボルト１０のボルト用穴１１周りで材料の降伏強度以上の応力が発生し、基準面のフランジ面にミクロンオーダーの塑性変形が生じる。
【０００７】
このようなフランジ面の塑性変形を防止する手段としては、車輪取付用フランジ６の厚肉化であるが、これは軽量化、薄肉化の流れに逆行する。また、素材の高炭素濃度化や強化元素のＳｉ、Ｍｎ、Ｖの添加によって高降伏強度とすることもできるが、コストアップは避けられない。
更に、フランジ６の付け根部のみに硬化層を付与する手段（例えば特許文献１参照）も開示されているが、フランジの微小変形については言及されていない。
【特許文献１】特開２００２−８７００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述のような不都合を解消するためになされたものであり、フランジの形状や寸法を変更することなく、また、素材の変更を伴うことなく、フランジ面の変形を抑制することができる車輪支持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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外周面に内輪軌道面が形成されたハブ輪と、該ハブ輪の端部に外嵌されると共に外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面が形成された外輪と、前記ハブ輪の内輪軌道面及び前記内輪の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記ハブ輪及び前記外輪の内で回転側とされる軌道輪の外周面に形成されたフランジとを備え、該フランジの側面に制動用回転体と車輪とがボルト又はボルトとナットを介して結合固定された状態で使用される車輪支持用軸受装置において、
前記回転側とされる軌道輪が、前記フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の硬さをＨＲＣ２０〜６４、好ましくはＨＲＣ２０〜３９としたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記フランジに設けた焼入れ焼戻し層の範囲を、前記ボルトのボルト用穴のＰＣＤ（ピッチ円直径）を中心として該ボルト用穴の穴径の１．５倍以上としたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、高周波焼入れにてフランジの制動用回転体の取付面となる側面（アウトボード側の側面）に焼入れ焼戻し層を設ける場合は、パイロット部とフランジ付け根のＲ部分に焼入れ焼戻し層がかからないことが好ましい。
また、焼入れ焼戻し層が深いと熱処理変形の問題が発生しやすくなるので、焼入れ焼戻し層の深さは好ましくは、０．５〜２．０ｍｍの範囲とすればよい。
更に、回転側とされる軌道輪は、必要な転動疲労強度を得るため、Ｃが０．４０重量％以上、切削性を低下させないために０．８０重量％以下の炭素鋼からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転側とされる軌道輪が、フランジの少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層を設けた鋼からなるため、フランジの形状を変更することなく、また、素材の変更を伴うことなく、フランジ面の変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。なお、この実施の形態の車輪支持用軸受装置は、その基本的構造が図１で説明したものと略同一であるため、図１を流用して説明する。
本発明の実施の形態の一例である車輪支持用軸受装置は、回転側とされるハブ輪２の外周面に形成された車輪取付用フランジ６のアウトボード側の側面にブレーキロータ２１と車輪２２（図２参照）とがハブボルト１０及びナット（図示せず）により結合固定された状態で使用される。
【００１４】
そして、ハブ輪２が、車輪取付用フランジ６の少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層２０（図４〜図７参照）を設けた鋼からなり、且つ該焼入れ焼戻し層２０の硬さをＨＲＣ２０〜６４とすると共に、焼入れ焼戻し層２０の範囲をハブボルト１０のボルト用穴１１のＰＣＤ（ピッチ円直径）を中心として該ボルト用穴１１の穴径の１．５倍以上としている。
【００１５】
フランジ６の変形は、車輪との接点がボルト用穴１１より広い円周上に存在し（図２参照）、ハブボルト１０の軸力がフランジ６に対して曲げ変形力として作用するために発生する。フランジ６の変形を抑制することは、ボルト用穴１１周りの降伏強度を向上させ、より多くの領域を弾性限度内に留めることである。
そのために、フランジ６の少なくとも一方の側面のボルト用穴１１周りに焼入れ焼戻し層２０を高周波焼入れにより形成する。
【００１６】
本発明者等は、フランジ６の変形量がミクロンオーダーで一般の塑性変形量と比べて極めて微小であり、わずかに弾性限度を超えた領域であることから、変形を担う部分を高強度化することでフランジ６の変形を抑制することができることを見出した。
また、焼入れ焼戻し層２０のミクロ組織は、マルテンサイト生地中に炭化物が均一に分散された組織となり、焼入れ焼戻し層２０以外の領域に存在する鍛造放冷ままの組織（軟質な島状のフェライトとパーライトの混合組織）と比較して強度特性が非常に良好になる。
【００１７】
これは、鍛造放冷組織の降伏が軟質なフェライトから優先的に低い応力で変形しているのに対し、硬化領域では、ばらつきの少なく高い平均強度を有しているためである。その結果、同一硬さに対する降伏強度は、焼入れ焼戻し層２０の硬化領域で高くなる。
このように高周波焼入れによって車輪取付用フランジ６の少なくとも一方の側面に焼入れ焼戻し層２０を形成することにより、車輪取付用フランジ６の形状・寸法を変更することなく、また、素材の高Ｃ化や合金元素の添加などの改良を行うことなく、更に、現行の加工方法や既存設備を大幅に変更することなく、フランジ６の変形を抑制することが可能になる。なお、ハブ輪２の全体を均一加熱してハブ輪２の全域に焼入れ焼戻し処理を施しても同様の作用効果を得ることができる。
【００１８】
以下、数値限定等の意義を説明する。
（焼入れ焼戻し層の硬さ：ＨＲＣ２０〜ＨＲＣ６４）
焼入れ焼戻しによってフランジ６の側面の硬さをＨＲＣ２０以上とすると、素地より降伏強度が高くなり、フランジ６の変形を効果的に抑制することが可能になる。但し、ＨＲＣ６４を超えると衝撃強度が著しく低下するのでこれを上限とする。より高い衝撃強度を求めるために、好ましくは、ＨＲＣ２０〜ＨＲＣ３９とする。
【００１９】
（焼入れ焼戻し層の深さ）
フランジ６のブレーキロータ２１の取付面となる側の側面は、取付基準面であるために旋削加工後に焼入れ硬化処理を行うと少なからず熱処理変形を生じる可能性がある。焼入れ焼戻し層２０が深いほど熱処理変形が発生しやすくなるので、かかる変形を防止すべく、焼入れ焼戻し層２０の深さは、好ましくは０．５〜２．０ｍｍの範囲とする。
【００２０】
（焼入れ焼戻し層の範囲）
フランジ６のボルト用穴１１周りに変形が生じるため、ボルト用穴１１径に対して焼入れ焼戻し層２０による硬化範囲が狭いと上記効果が十分に得られない。従って、後述のようにボルト用１１穴径に対する焼入れ焼戻し層２０の範囲を１．５倍以上とするのが好ましい。
また、ハブ輪２全体を均一加熱して焼入れ焼戻し層２０を形成する場合（図７参照）、ハブ輪２のフランジ６の付け根部等のように衝撃強度が要求される部位に対して、必要以上に硬さを上げると衝撃強度の低下を招く虞れがあるので、この場合、焼入れ焼戻し層２０の硬さをＨＲＣ２０〜３９とする必要がある。
【００２１】
（ハブ輪の素材）
必要な転動疲労強度を得るためＣが０．４０重量％以上は必要であるが、過剰に添加すると切削性を低下させてしまうために０．８０重量％以下の炭素鋼からなることが好ましい。
【実施例】
【００２２】
本発明の効果を検証するために以下の実験を行った。
表ｌに示すように４種類の炭素鋼（ＳＡＥ１０４５、ＳＡＥ１０５５、ＳＡＥ１０６０、ＳＡＥ１０７０）について、熱間鍛造後放冷し、旋削加工により、図２に示すような駆動輪用の車輪支持用軸受装置のハブ輪２を作製した。ハブ輪２の主要寸法は、車輪取付用フランジ６の厚さｔ＝１０ｍｍ、ボルト用穴１１（この例の場合、内周タップ切り）としてのねじ穴径φ１４ｍｍである。
【００２３】
なお、焼入れ焼戻し層２０は、図４〜図７に示す熱処理パターン１〜４とし、それぞれ硬さ及びボルト用穴１１径に対する硬化範囲を変化させた。
熱処理パターン１はフランジ６のインボード側の側面に焼入れ焼戻し層２０を形成した例、熱処理パターン２はフランジ６のアウトボード側の側面（ブレーキロータ２１の取付面）に焼入れ焼戻し層２０を形成した例、熱処理パターン３はフランジ６のインボード側及びアウトボード側の両側面に焼入れ焼戻し層２０を形成した例、熱処理パターン４はハブ輪２の全域に焼入れ焼戻し層２０を形成した例である。図８は熱処理パターン５で焼入れ焼戻し層２０を付与しないものである。
【００２４】
熱処理パターン１〜３は、旋削、タップ加工後、ボルト用穴１１のＰＣＤ（ピッチ円直径）位置に円周形状のコイルを設置し、ハブ輪２を中心軸周りに回転させ、高周波焼入れ焼戻しを行った。焼入れ焼戻し層２０の硬さはフランジ６の表面を測定し、深さはミクロ組織から判定した。
熱処理パターン４は、鍛造後８４０°Ｃに均一加熱し、焼割れを防止するため２００°Ｃに加熱したソルトバス中に焼入れ、焼戻しを行い、その後、所定の形状に仕上げた。
【００２５】
試験品の品質について、フランジ６の硬さは、フランジ表面をロックウェル硬度計（Ｃスケール、１５０ｋｇ）で測定した。焼入れ焼戻し層２０の深さは、フランジ断面を研磨腐食し、マトリックス中に炭化物が分散した調質組織となった領域の形状を測定した。    試験は、図２に示すハブ輪２のフランジ６にブレーキロータ２１および車輪２２をハブボルト１０を介してトルク１５０Ｎ・ｍで締結した。その後、ハブボルト１０を取りはずし、フランジ面の変形量をボルト用穴１１のＰＣＤ位置に対して内側と外側±１０ｍｍ位置で測定し（図３参照）、２点の平均値をフランジ変形量Ｚとした。試験結果を表１、図９、図１０に示す。
【００２６】
【表１】
2005319966.tif 000003
【００２７】
実施例Ａ−１〜Ａ−１６は、ボルト用穴径φ１４ｍｍに対し、２８ｍｍ以上の焼入れ焼戻し層２０を付与し、熱処理パターンを変化させたもので、良好な結果が得られている。また、実施例Ｂ−１〜Ｂ−４は、ボルト用穴径φ１４ｍｍに対し、焼入れ焼戻し層２０の硬化範囲を変化させたもので、焼入れ焼戻し層２０の範囲（硬化範囲）／ボルト用穴径の値を好ましくは１．５以上、焼入れ焼戻し層２０の硬さはＨＲＣ２０〜６４、好ましくはＨＲＣ２０〜３９とすることで、ハブ輪２の強度を低下させることなく、効果的にフランジ変形を低減させることが可能であることが判った。
一方、比較例Ｄ−１〜Ｄ−４は、焼入れ焼戻し層２０を付与しておらず、硬さと共にフランジ変形が小さくなる傾向は得られるが、実施例に比べて変形量が大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】車輪支持用軸受装置の一例を示す断面図である。
【図２】ハブ輪の車輪取付用フランジのアウトボード側の側面にブレーキロータ及び車輪をハブボルトを介して結合固定した状態を示す概略図である。
【図３】フランジ変形量を説明するためのグラフ図である。
【図４】熱処理パターン１で焼入れ焼戻し層が形成されたハブ輪を示す要部断面図である。
【図５】熱処理パターン２で焼入れ焼戻し層が形成されたハブ輪を示す要部断面図である。
【図６】熱処理パターン３で焼入れ焼戻し層が形成されたハブ輪を示す要部断面図である。
【図７】熱処理パターン４で焼入れ焼戻し層が形成されたハブ輪を示す要部断面図である。
【図８】熱処理パターン５で焼入れ焼戻し層が形成されていないハブ輪を示す要部断面図である。
【図９】実施例及び比較例における焼入れ焼戻し層の硬さとフランジ変形量との関係を示すグラフ図である。
【図１０】実施例及び比較例における焼入れ焼戻し層範囲／ボルト用穴径の値とフランジ変形量との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２９】
２  ハブ輪
３  内輪
４  外輪
５  転動体
６  車輪取付用フランジ
７  内輪軌道面（ハブ輪側）
９  内輪軌道面（内輪側）
１０  ハブボルト
１１  ボルト用穴
１５  外輪軌道面
１６  外輪軌道面
２０  焼入れ焼戻し層
２１  ブレーキロータ
２２  車輪
【図１】
2005319966.tif 000004
【図２】
2005319966.tif 000005
【図３】
2005319966.tif 000006
【図４】
2005319966.tif 000007
【図５】
2005319966.tif 000008
【図６】
2005319966.tif 000009
【図７】
2005319966.tif 000010
【図８】
2005319966.tif 000011
【図９】
2005319966.tif 000012
【図１０】
2005319966.tif 000013