(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に複列の軌道面が形成された固定側部材である外方部材と、前記各軌道面に対向する軌道面が外周に形成された回転側部材である内方部材と、これら対向する軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材は、中炭素鋼、または中炭素鋼に相当する化学成分の鋼材からなり、熱間鍛造後に、焼入れおよび高温焼戻し処理により調質され、前記外方部材の表面から少なくとも２ｍｍまでの層が微細パーライトにされ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、前記外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられ、このフランジはインボード側から車体にボルト止めするための雌ねじ孔を有する車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、前記外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられ、このフランジはアウトボード側から車体にボルト止めするためのボルト挿通孔と、車体締結ボルトの座面となる旋削加工面または座繰り加工面を有する車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記外方部材は、熱間鍛造後に前記調質についで旋削が行なわれてから、外方部材の前記軌道面が高周波熱処理により所定深さにわたって硬化された車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、乗用車用や貨物車用などの高強度化を図った車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の第２世代型や第３世代型の車輪用軸受装置において、内方部材を回転側部材とし外方部材を固定側部材としたものでは、外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられているため、外方部材の材料としてＳ５３Ｃなどの中炭素鋼を使用することで必要な強度を確保している。外方部材の軌道面は、転動部として必要な硬度とするために高周波熱処理が施されるが、それ以外の部分は特に熱処理されることなく、生材のままで使用される。その理由は、外方部材全体を硬化させると引張強度は向上するものの、変形（伸び）に対しては弱く破断することがあるからである。
また、上記した従来の車輪用軸受装置の外方部材では、回転側部材である内方部材と比較して繰り返し疲労の回数が少ないため、低荷重・高サイクルである疲労に対する耐強度よりも高荷重・低サイクルである塑性変形に対する耐力に重点が置かれていた。
【０００３】
しかし、車両を軽量化するために、車輪用軸受装置にも軽量化の要求があり、小型となった車輪用軸受装置において従来と同等の機能が要求される。車輪用軸受装置の外方部材についても同様であり、前記車体取付用のフランジの小型化などで軽量化（小体積化）されることが多い。
【０００４】
このような要請に応えるものとして、回転側部材（ハブ輪や、第２世代型の車輪用軸受装置における外輪回転タイプの外方部材）におけるパイロット部の付け根部を高周波熱処理で硬化させたり、回転側部材の全体を調質することで、旋回走行時における高応力部位の疲労強度の向上を図ったものも提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００５−３０８１５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１２５０号公報
【特許文献３】特開２００４−３１４８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車が走行中に何らかの原因でスリップし、縁石に車輪（タイヤ、ホイール）が衝突することがある。この時、車輪用軸受装置には、アキシアル方向の荷重が衝撃的に負荷され、モーメント荷重が掛かる。車両がスリップするときは、雨で路面が濡れているときや、路面が凍結し滑りやすくなっているときである。路面が凍結しているときは大気温も低く、車が屋外で駐車された後の走り始めでスリップし縁石に衝突すると、車輪用軸受装置も冷えた状態で衝撃的な荷重が負荷されることとなる。
車輪用軸受装置に衝撃的な荷重が負荷された場合の破壊例として、脆性的に破壊される場合と、延性的に破壊される場合とがある。脆性的な破壊の場合は、吸収できるエネルギーが低く、靱性が低い。延性的な破壊の場合は、吸収できるエネルギーが高く、靱性が高い。一般には、鋼材にシャルピー衝撃試験を行なった際に、脆性破面と延性破面が５０％ずつとなる遷移温度があり、低温ほど吸収できるエネルギーが低い（脆性破壊）。遷移温度が高い場合、高温となっても靱性が低い材料ということになる。一方、遷移温度が低ければ、低温となっても靱性の高い材料といえる。
【０００６】
上記した従来の車輪用軸受装置の場合のように、外方部材の材料として炭素鋼を使用し、高周波熱処理した軌道面以外の部分を特に熱処理せず鍛造のままの組織で使用すると、図１１にシャルピー衝撃試験の結果をグラフで示すように、低温（−４０〜−２０℃）での衝撃吸収エネルギーが常温時よりも大きく低下してしまうことになる。具体的な吸収エネルギーの測定数値の数例を以下に示し、さらにより詳しい測定値を表１に示す。
２０℃  …３５〜４０Ｊ／ｃｍ2 〔Ｎ＝６平均：３７．０Ｊ／ｃｍ2 〕
−２０℃  …９〜３０Ｊ／ｃｍ2 〔Ｎ＝６平均：２０．８Ｊ／ｃｍ2 〕
−４０℃  …８〜２１Ｊ／ｃｍ2 〔Ｎ＝６平均：１５．８Ｊ／ｃｍ2 〕
【０００７】
【表１】
0005288821.tif 000002
【０００８】
なお、このシャルピー衝撃試験での諸条件は、以下の通りである。
・２ｍｍ／Ｕノッチ
・熱間鍛造後の組織を模す目的で、Ｓ５３Ｃの熱間圧延のままのバー材を１０５０℃／    １ｈｒ保持後に放冷した。
・試験片はφ６０のバー材の１／４Ｄ部から作製（試験片の長手方向がバー材の圧延方    向）
・材料はＳ５３Ｃであるが２種類ある（試験片は各ｎ＝３ずつ、鋼材メーカー違い）
【０００９】
前記シャルピー衝撃試験の結果から、上記した従来の車輪用軸受装置では、冷えた状態で衝撃荷重を受けると、鍛造のままの組織である外方部材が、低温で靱性が低下した状態で衝撃荷重を受けることとなり、小型軽量化された車体取付用のフランジが損傷し車輪用軸受装置ごと外れてしまう可能性がある。
【００１０】
この発明の目的は、外方部材の靱性に優れ、衝撃荷重に対して損傷を生じる荷重を高めることができる車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面が形成された固定側部材である外方部材と、前記各軌道面に対向する軌道面が外周に形成された回転側部材である内方部材と、これら対向する軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材は、中炭素鋼、または中炭素鋼に相当する化学成分の鋼材からなり、熱間鍛造後に、焼入れおよび高温焼戻し処理により調質され、前記外方部材の表面から少なくとも２ｍｍまでの層が微細パーライトにされたことを特徴とする。この調質は、狭義の調質であり、焼入れおよび高温焼戻し処理により行った調質である。
このように、固定側部材である外方部材を、焼入れおよび高温焼戻し処理により調質することにより、外方部材の靱性、特に低温時の靱性を高めることができる。その結果、衝撃荷重に対する耐性を向上させることができる。すなわち、衝撃荷重に対して損傷を生じる荷重を高めることができる。これにより、車両がスリップして、車両側面から車輪部分が縁石に衝撃的にぶつかるような場合に、衝撃荷重が車輪用軸受装置に負荷されても、車輪用軸受装置が丸ごと車体から外れて走行不能となることや、外れた車輪などが転がって他の物にぶつかることを防止できる。また、前記外方部材の表面から少なくとも２ｍｍまでの層が微細パーライトにされた組織である。これにより、焼入性の悪い炭素鋼であっても、表面に靭性に優れた微細パーライトにされた層を設けることで、外方部材の靭性を高めることができる。
【００１２】
この発明において、前記外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられ、このフランジはインボード側から車体にボルト止めするための雌ねじ孔を有するものとしても良い。このような雌ねじ孔を有する場合も、外方部材の調質により、衝撃荷重に対する優れた耐性が得られる。
【００１３】
この発明において、前記外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられ、このフランジはアウトボード側から車体にボルト止めするためのボルト挿通孔と、車体締結ボルトの座面となる旋削加工面または座繰り加工面を有するものとしても良い。このようなボルト挿通孔、および旋削加工や座繰り加工された座面を有する場合も、外方部材の調質により、衝撃荷重に対する優れた耐性が得られる。
【００１４】
この発明において、前記外方部材は、熱間鍛造後に前記調質についで旋削が行なわれてから、外方部材の前記軌道面が高周波熱処理により所定深さにわたって硬化されていても良い。
【００１５】
この発明において、前記外方部材の軌道面の硬度が５８〜６４ＨＲＣであり、外方部材の他の部位の硬度が１５〜３５ＨＲＣであっても良い。
製品としての外方部材の引張強度と耐衝撃性と旋削加工性を両立させるためには、外方部材の軌道面以外の部位の硬度は、２０〜３０ＨＲＣの範囲とするのが好ましく、さらには２０〜２５ＨＲＣとするのが好ましい。
【００１６】
この発明において、前記転動体はボールであっても円錐ころであっても良い。
【００１７】
この発明において、前記車輪用軸受装置は駆動輪支持用であっても従動輪支持用であっても良い。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面が形成された固定側部材である外方部材と、前記各軌道面に対向する軌道面が外周に形成された回転側部材である内方部材と、これら対向する軌道面の間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材は、中炭素鋼、または中炭素鋼に相当する化学成分の鋼材からなり、熱間鍛造後に、焼入れおよび高温焼戻し処理により調質され、前記外方部材の表面から少なくとも２ｍｍまでの層が微細パーライトにされたため、外方部材が靱性が優れ、衝撃荷重に対する耐性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この実施形態の車輪用軸受装置は、自動車用で、第３世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この車輪用軸受装置は、図１に断面図で示すように、内周に複列の軌道面３を形成した外方部材１と、これら各軌道面３に対向する軌道面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の軌道面３、４間に介在した複列の転動体５とで構成される。転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記軌道面３、４は断面円弧状であり、各軌道面３、４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封装置となるシール７、８によってそれぞれ密封されている。
【００２０】
外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル６０に取付ける車体取付用のフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには、周方向の複数箇所に車体取付用のボルト挿通孔１４が設けられ、アウトボード側から前記ボルト挿通孔１４に挿通した車体締結ボルトであるナックルボルト６１をナックル６０の雌ねじ孔６０ａに螺合することにより、フランジ１ａがナックル６０にボルト止めされる。
内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に、前記各列の軌道面４が形成されている。ハブ輪９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に内輪１０が嵌合している。ハブ輪９の中心には貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１に、等速ジョイント６２の外輪６３のステム部６３ａを挿通し、ステム部６３ａの基端周辺の段面と先端に螺合するナット６４との間で内方部材２を挟み込むことで、車輪用軸受装置と等速ジョイント６２とを連結している。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト１５の圧入孔１６が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、ブレーキロータ４０とホイール（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。このパイロット部１３の案内により、前記ハブフランジ９ａにブレーキロータ４０とホイールとを重ね、ハブボルト１５で固定する。
【００２１】
前記外方部材１はＳ５３Ｃなどの中炭素鋼（Ｃ＝０．４５〜０．８０ｗｔ％、好ましくは０．５０〜０．６５ｗｔ％）、または中炭素鋼に相当する化学成分の鋼材からなり、焼入れと高温焼戻し処理により調質されている。この調質は熱間鍛造後に行なわれ、その後に旋削が行なわれる。前記調質により、製品とされた外方部材１の表面から少なくとも２ｍｍまでの深さの層は、十分に焼きを入れられて完全なマルテンサイトにされた後に、高温焼き戻しによって微細パーライトにされた組織とされている。言い換えると、製品となった外方部材１の表面から少なくとも２ｍｍまでの深さの層には、調質組織である微細パーライト以外の組織が混在していない。
前記旋削加工の後で、外方部材１の軌道面３には必要とされる所定深さにわたって高周波熱処理が行なわれ、これにより軌道面３に所定深さの硬化層３ａが形成されている。この軌道面３の硬化層３ａの硬度は５８〜６４ＨＲＣとされ、外方部材１のその他の部位の硬度は１５〜３５ＨＲＣとされる。製品としての外方部材１の引張強度と耐衝撃性と旋削加工性を両立させるためには、外方部材１の軌道面３以外の部位の硬度は、２０〜３０ＨＲＣの範囲とするのが好ましく、さらには２０〜２５ＨＲＣとするのが好ましい。
【００２２】
この構成の車輪用軸受装置によると、固定側部材である外方部材１を、焼入れおよび高温焼戻し処理により調質しているので、外方部材１の靱性、特に低温時の靱性を高めることができる。その結果、衝撃荷重に対する耐性を向上させることができる。すなわち、衝撃荷重で損傷を生じる荷重を大きくできる。これにより、車両がスリップして、車両側面から車輪部分が縁石に衝撃的にぶつかるような場合に、衝撃荷重が車輪用軸受装置に負荷されても、車輪用軸受装置が丸ごと車体から外れて走行不能となることや、外れた車輪などが転がって他の物にぶつかることを防止できる。
【００２３】
図３および図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１および図２に示した実施形態の車輪用軸受装置において、ハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端に内輪１０を加締固定する加締部９ｂａを形成している。この加締部９ｂａと共に、等速ジョイント６２の外輪６３のステム部６３ａ先端に螺合するナット６４と、等速ジョイント６２のカップ部との間で内方部材２を挟み込こむことにより、車輪用軸受装置と等速ジョイント６２とを連結する。
また、この実施形態では、外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの周方向の複数箇所に車体取付用の雌ねじ孔１４Ａが設けられ、インボード側からナックル６０のボルト挿通孔６０ｂに挿通した車体締結ボルトであるナックルボルト６１を前記フランジ１ａの雌ねじ孔１４Ａに螺合することにより、フランジ１ａがナックル６０にボルト止めされる。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルトのボルト挿通孔１６Ａが設けられている。アウトボード側から前記ボルト挿通孔１６Ａにハブボルトを螺合することにより、前記ハブフランジ９ａに重ねたブレーキロータ４０とホイールとをハブフランジ９ａに固定する。その他の構成は、図１および図２に示す実施形態の場合と略同様である。
【００２４】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１および図２に示した実施形態の車輪用軸受装置において、外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの周方向の複数箇所に車体取付用の雌ねじ孔１４Ａが設けられ、インボード側からナックルのボルト挿通孔に挿通した車体締結ボルトであるナックルボルトを前記フランジ１ａの雌ねじ孔１４Ａに螺合することにより、フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。その他の構成は、図１および図２に示す実施形態の場合と略同様である。
【００２５】
図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第４世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。内方部材２は、ハブ輪９と、その貫通孔１１に挿入されて嵌合する等速ジョイント６２の外輪６３とからなり、外方部材１の軌道面３に対向する複列の軌道面４が、ハブ輪９および等速ジョイント外輪６３のステム部にそれぞれに設けられている。ハブ輪９は、等速ジョイント外輪６３の中空軸状としたステム部の拡径加締によって等速ジョイント外輪６３と結合されている。また、インボード側のシール８は、外方部材１の内径面と等速ジョイント外輪６３の外径面との間に介在させている。外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの周方向の複数箇所には車体取付用の雌ねじ孔１４Ａが設けられ、インボード側からナックルのボルト挿通孔に挿通した車体締結ボルトであるナックルボルトを前記フランジ１ａの雌ねじ孔１４Ａに螺合することにより、フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。その他の構成は、図１および図２に示す実施形態の場合と略同様である。
【００２６】
図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第２世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。回転側部材である内方部材２は、ハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂの外周に、軸方向に並べてそれぞれ圧入状態に嵌合させた２列の個々の内輪１０Ａ、１０Ｂとでなる。これら２列の内輪１０Ａ、１０Ｂの外周に、各列の軌道面４が形成されている。その他の構成は、図１および図２の実施形態の場合と略同様である。
【００２７】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第２世代に分類される複列の円錐ころ軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。この車輪用軸受装置は、図７の実施形態において、転動体５であるボールを円錐ころに置き換えたものである。また、この実施形態でも、外方部材１の車体取付用のフランジ１ａにはアウトボード側からナックルにボルト止めするためのボルト挿通孔１４が設けられるが、そのフランジ１ａのアウトボード側を向く側面には、ナックルボルトの座面となる旋削加工面１ａａが形成されている。旋削加工面１ａａに代えて、上記座面となる部分を座繰り加工面としても良い。座繰り加工は切削加工の一種である。図８では、図７における等速ジョイント外輪６３の図示を省略しているが、その他の構成は図７の実施形態の場合と同様である。
【００２８】
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、図８の実施形態において、ハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端に内輪１０Ａ、１０Ｂを加締固定する加締部９ｂａを形成している。また、この実施形態では、外方部材１の車体取付用のフランジ１ａの周方向の複数箇所に車体取付用の雌ねじ孔１４Ａが設けられ、インボード側からナックルのボルト挿通孔に挿通した車体締結ボルトであるナックルボルトを前記フランジ１ａの雌ねじ孔１４Ａに螺合することにより、フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。その他の構成は、図８に示す実施形態の場合と略同様である。
【００２９】
図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第３世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ従動輪支持用のものである。回転側部材である内方部材２は、車輪取付用フランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなり、ハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端に内輪１０を加締固定する加締部９ｂａを形成している。ハブ輪９は中実状のものであって、図３の実施形態の場合のような貫通孔１１がなく、車輪用軸受装置には等速ジョイント外輪が連結されない。その他の構成は図３および図４に示した実施形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の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おける外方部材の半部拡大断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図４】同車輪用軸受装置における外方部材の半部拡大断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図１１】生材のシャルピー衝撃試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１…外方部材
１ａ…車体取付用のフランジ
１ａａ…旋削加工面
２…内方部材
３、４…軌道面
３ａ…硬化層
５…転動体
１４…ボルト挿通孔
１４Ａ…雌ねじ孔
６１…ナックルボルト（車体締結ボルト）
【図１】
0005288821.tif 000003
【図２】
0005288821.tif 000004
【図３】
0005288821.tif 000005
【図４】
0005288821.tif 000006
【図５】
0005288821.tif 000007
【図６】
0005288821.tif 000008
【図７】
0005288821.tif 000009
【図８】
0005288821.tif 000010
【図９】
0005288821.tif 000011
【図１０】
0005288821.tif 000012
【図１１】
0005288821.tif 000013