(57)【要約】【課題】  高応力や繰り返し応力に対して、十分な強度や疲れ強さが望まれる部分であるパイロット部中心側の凹部の内面部分の表面を限定的に硬度アップさせることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  ハブ１４がアウトボード側の端面に、車輪取付用フランジ１７の根元部から突出してホイールおよび制動部品を案内するパイロット部２０を有し、ハブ１４のアウトボード側の端面におけるパイロット部２０よりも中心側の部分が、軸方向に凹む凹部４０とされ、ハブ１４は、母材部分が標準組織であって、前記端面の凹部４０の内面部分の表面に非標準組織の部分３０を有し、前記非標準組織をレーザ焼入れにより得られた組織とした。【選択図】      図１
2009262769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの軸部の外周に嵌合した少なくとも１つの内輪とを有し、前記ハブがアウトボード側の端面に、前記車輪取付用フランジの根元部から突出してホイールおよび制動部品を案内するパイロット部を有し、前記ハブのアウトボード側の端面における前記パイロット部よりも中心側の部分が、軸方向に凹む凹部とされた車輪用軸受装置において、
前記ハブは、母材部分が標準組織であって、前記端面の凹部内の表層に非標準組織の部分を有し、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織である車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織である車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記凹部は、ハブの軸心部に至るに従い深くなる形状であって、最深部が前記車輪取付用フランジの位置と同等かまたはこの車輪取付用フランジよりも軸方向に深く凹んだものである車輪用軸受装置。
【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、前記非標準組織の部分が、前記凹部の略全面である車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項３において、前記非標準組織の部分が、前記凹部の底側部分である車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項３において、前記非標準組織の部分が、ハブのアウトボード側の軌道面における接触角の延長線と、前記凹部の表面とが交わる線を含む車輪用軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記内方部材が、ハブとこのハブのインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブおよび内輪に各列の軌道面が形成されたものである車輪用軸受装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ハブが軌道面を有せず、前記内輪が複列の軌道面を有するものである車輪用軸受装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記非標準組織の部分の硬度が４０ＨＲＣ以上であり、母材部分の硬度が１３ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下である車輪用軸受装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記非標準組織の部分の硬度が２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下であり、母材部分の硬度が１３ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下である車輪用軸受装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、ＹＡＧレーザ光を使用した焼入れにより得られた組織である車輪用軸受装置。
【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等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】
従動輪用の車輪用軸受装置において、ハブのアウトボード側の端面には、軽量化等のために、軸方向に凹む凹部が形成されている。このような凹部が深く形成されたものでは、ハブの軸部における前記凹部の内面部分の強度が不足することがある。すなわち、前記凹部の内面部分は、車輪取付用フランジの付け根部となるが、この車輪取付用フランジの付け根部は、車両の急旋回時等に高応力が繰り返し発生する。
その対策として疲れ強さを向上させるために、上記凹部の内面部分に高周波熱処理を施す方法や、ショットピーニングを行う方法がある（例えば特許文献１）。
【０００３】
上記した高周波熱処理は、処理を施す部分の部品形状によっては採用できない場合がある。例えば、車輪取付用フランジの付け根部の側面には、ブレーキやホイールを案内するパイロット部が突出していて、パイロット部が薄肉であったり、またパイロット部が切欠を介して円周方向に分散した爪状となっている場合等がある。このような形状の場合、高周波熱処理を行うと、部品の一部が局部的に高温になり過ぎて溶け落ちるなどの問題が生じるため、高周波熱処理を行なえない。
【０００４】
また、高周波熱処理では、熱ひずみ等によってフランジの振れ精度劣化を生じることがある。また、ショットピーニングでは、凹部のような出口の無い形状を加工する場合、加工に従いメディアが溜まることで加工箇所の表面にメディアが到達せず、メディア除去を行い複数回の加工が必要となることがある。
疲労強度を上げるために、部品全体を調質し、硬度アップをする方法（例えば特許文献２）もあるが、硬度アップにより全体の加工性（例えば、被削性や、加締め加工などの冷間加工性）が低下し、また、ハブボルトの食い込み性低下によるスリップトルクの低下等が生じることがある。
【０００５】
そこで、本発明者等は、前記ハブの熱間鍛造の工程中、あるいは工程の最後において、赤熱中のハブの一部（パイロット部の内面部分）を冷媒で冷却し、自己復熱や復熱保持焼戻しすることで、その部分に硬度アップとなる非標準組織を得る方法を提案している（例えば特許文献３）。
【特許文献１】特開２００５−１４５３１３号公報
【特許文献２】特開２００５−００３０６１号公報
【特許文献３】特開２００７−３８８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、鍛造熱を利用する特許文献３に開示の技術の場合、非標準組織としたい部分以外の部分にも冷媒が及ぶことで、目的としない部分やハブパイロット部などの他の薄肉部が硬化し、後の旋削加工で削りにくくなるなどの問題が発生する。例えば、薄肉部であるハブパイロット部では、全体が３０〜３５ＨＲＣに硬化し、旋削刃具の寿命が低下する。
【０００７】
この発明の目的は、高応力や繰り返し応力に対して、十分な強度や疲れ強さが望まれる部分であるパイロット部中心側の凹部の内面部分の表面を限定的に硬度アップさせることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられ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】
【０００８】
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの軸部の外周に嵌合した少なくとも１つの内輪とを有し、前記ハブがアウトボード側の端面に、前記車輪取付用フランジの根元部から突出してホイールおよび制動部品を案内するパイロット部を有し、前記ハブのアウトボード側の端面における前記パイロット部よりも中心側の部分が、軸方向に凹む凹部とされた車輪用軸受装置において、
前記ハブは、母材部分が標準組織であって、前記端面の凹部の内面部分の表層に非標準組織の部分を有し、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織である。
【０００９】
自動車の旋回時等には、車輪取付用フランジに大きな振幅の撓みが繰り返し生じる。前記フランジの根元部であるハブの軸部の外周部分および内周部分には、車輪取付用フランジの撓みによって高応力が繰り返し発生する。前記フランジの根元部となるハブの軸部の外周部分は、シールランド部から軌道面を含み内輪嵌合面にかけての高周波熱処理により硬化されており、高強度となっている。一方、ハブの軸部の内周部分は上記凹部の内面部分であるため、凹部を深くすると強度確保が難しい。しかし、このような繰り返し発生する高応力に対して、ハブ端面の凹部の内面部分の表面が前記非標準組織であると、組織微細化や硬度アップによって強度や疲れ強さが向上し、上記凹部から亀裂が発生することが抑制される。つまり、亀裂発生→車輪取付用フランジの変位増加→車両の振動増加→車輪用軸受装置の損傷、という作用が抑えられ、長寿命化される。そのため、ハブ端面の凹部を十分に大きくして軽量化を図りながら、高応力や繰り返し応力に対して、ハブ軸部の前記凹部付近の強度や疲れ強さを向上させることができる。ハブ端面の凹部を十分に大きくし得るため、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
【００１０】
前記非標準組織の部分は、特に、レーザ焼入れにより得られるため、例えば、パイロット部等が高温になり過ぎることを未然に防止し、このパイロット部の爪状の一部が溶け落ちる等の問題を解消し得る。また、ハブのうちアウトボード側の端面の凹部内の表層だけを、レーザ焼入れにより限定して熱処理することができるため、車輪取付用フランジの振れ精度等を高精度に維持することが可能となる。前記非標準組織とする部分を、凹部内だけという限られた範囲にすると、ハブ全体の表面を非標準組織とする場合と異なり、被削性や加締性等の加工性の低下が最小限に抑えられる。したがって、ハブ全体のうち凹部内以外の大部分は、硬化せず、熱処理後の研削加工等を容易に且つ迅速に行うことができる。それ故、従来のものより、加工工数の低減を図り、製品１個あたりのサイクルタイムの向上を図ることが可能となる。換言すれば、従来のものより、工程増による生産性の低下を抑えることができる。また、研削砥石等の寿命を延ばし、製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織であっても良い。
上記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織等の非標準組織の部分は、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。このような組織微細化や硬度アップにより、非標準組織の部分の疲れ強さが向上し、通常の標準組織のみからなるハブに比べて、高い応力振幅に耐え、つまり高強度化され、長寿命化できる。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
【００１２】
前記凹部は、ハブの軸心部に至るに従い深くなる形状であって、最深部が前記車輪取付用フランジの位置と同等かまたはこの車輪取付用フランジよりも軸方向に深く凹んだものであっても良い。このような深い凹部であっても、その内面に前記非標準組織の部分を設けることで、強度や疲れ強さを確保することができる。
【００１３】
前記非標準組織の部分が、前記凹部の略全面であっても良い。この場合、ハブの強度や疲れ強さの向上の点において有利となる。
前記非標準組織の部分が、前記凹部の底側部分であっても良い。この場合であっても、高応力や繰り返し応力に対してハブの強度や疲れ強さを、従来技術のものより向上させることができる。また、凹部の底側部分だけをレーザ焼入れするため、凹部の略全面をレーザ焼入れする場合に比べて、被加工物１個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を図り、工数低減を図ることが可能となる。
【００１４】
前記非標準組織の部分が、ハブのアウトボード側の軌道面における接触角の延長線と、前記凹部の表面とが交わる線を含むものであっても良い。自動車の旋回時に車輪取付用フランジの変位は、前記フランジの付け根部となるハブのパイロット部の根元部やシールランド部が支点となるだけでなく、アウトボード側の軌道面の転動体との接触点位置も支点となるため、接触点の延長線と前記凹部の表面とが交わる箇所においても、高応力が繰り返し発生する。この場合、ハブのアウトボード側の軌道面における接触角の延長線と前記凹部の表面とが交わる線を含む部分が前記非標準組織であると、高応力が繰り返し発生する箇所を高強度化することができ、ハブの強度や疲れ強さを確実に向上できる。
【００１５】
前記内方部材が、ハブとこのハブのインボード側端の外周に嵌合した内輪とでなり、これらハブおよび内輪に各列の軌道面が形成されたものであっても良い。
前記ハブが軌道面を有せず、前記内輪が複数であり、各内輪に複列のそれぞれの軌道面を有するものであっても良い。
【００１６】
前記非標準組織の部分の硬度が４０ＨＲＣ以上であり、母材部分の硬度が１３ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下であっても良い。非標準組織の硬度が４０ＨＲＣ以上とした場合、剛性等の強度、および疲れ強さを向上させることができる。
前記非標準組織の部分の硬度が２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下であり、母材部分の硬度が１３ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下であっても良い。非標準組織の部分の硬度を２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下とした場合は、靱性が優れたものとなる。この場合、高温焼戻しにより、非標準組織の部分の硬度が２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下となるようにする。
【００１７】
非標準組織の硬度が２０ＨＲＣ未満であると、強度および疲れ強さが不足し、２０ＨＲＣ以上４０ＨＲＣ以下の範囲では、靱性が優れるが、４０ＨＲＣを超える場合に比べて、剛性等の強度および疲れ強さは劣る。非標準組織の部分の硬度の下限は、硬度アップによる疲れ強さ向上のために、母材硬度の中央程度の値となる２０ＨＲＣ以上、できれば２５ＨＲＣ以上とすることが好ましい。ハブの使用材料は炭素鋼（Ｃ量０．４〜０．８％）等であるが、Ｓ５３Ｃ等の場合、標準組織部分の硬度は１３〜２５ＨＲＣとなる。加締等の冷間加工を行う場合や、ハブボルトを圧入する部分等を考慮すると、最大で２５ＨＲＣとすることが好ましい。
【００１８】
前記非標準組織の深さは、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするのが良い。０．１ｍｍ以下の場合では非標準組織が薄すぎ、効果が見込めない。また、１．５ｍｍ以上とすると、深く非標準組織を得るにはレーザ照射時間が長くなるため、照射範囲以外の部分も加熱され、照射後に照射範囲が急冷されにくくなり、硬度低下や組織の悪化、車輪取付フランジの振れ等の精度悪化、等の問題が生じやすくなる。
【００１９】
レーザ焼入れにより得られた組織である非標準組織が、ＹＡＧレーザ光を使用した焼入れにより得られた組織であっても良い。ＹＡＧレーザ光によると、レーザ光の波長を短いものとできて、浸透性に優れ、被加工物深く加工することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転動体を介して互いに回転自在な内方部材および外方部材を有し、前記内方部材が、車輪取付用フランジを有するハブと、このハブの軸部の外周に嵌合した少なくとも１つの内輪とを有し、前記ハブがアウトボード側の端面に、前記車輪取付用フランジの根元部から突出してホイールおよび制動部品を案内するパイロット部を有し、前記ハブのアウトボード側の端面における前記パイロット部よりも中心側の部分が、軸方向に凹む凹部とされた車輪用軸受装置において、
前記ハブは、母材部分が標準組織であって、前記端面の凹部内の表層に非標準組織の部分を有し、前記非標準組織が、レーザ焼入れにより得られた組織であるため、高応力や繰り返し応力に対して、強度や疲れ強さが望まれる部分であるパイロット部中心側の凹部表面を限定的に硬度アップさせることができ、かつ工程増による生産性の低下が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は車輪用軸受装置の一例を示しており、この例は第３世代型の従動輪支持用に適用するものである。この車輪用軸受装置は、複列の転動体３を介して互いに回転自在な内方部材１および外方部材２を有し、転動体３は各列毎に保持器４により保持されている。ここで言う複列とは、２列以上のことを言い、３列以上であっても良いが、図示の例では２列とされている。内方部材１および外方部材２は、それぞれ複列の軌道面６、７および軌道面８、９を有している。この車輪用軸受装置は、複列アンギュラ玉軸受型とされていて、転動体３はボールからなり、軌道面６、７は、接触角が外向きとなるように形成されている。内方部材１と外方部材２との間の軸受空間の両端は、シール１０、１１により密封されている。
【００２２】
外方部材２は、全体が一体の一つの部品からなり、幅方向の任意の位置に車体取付用フランジ１２が設けられている。外方部材２の車体取付用フランジ１２よりもインボード側の外径面部分は、車体の懸架装置となるナックル（図示せず）が嵌合する面となる。なお、この明細書で、車体に取付けた状態で車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側（図１の左側）と呼び、車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側（図１の右側）と呼ぶ。車体取付用フランジ１２の円周方向の複数箇所には、ボルト挿通孔またはねじ孔からなる車体取付孔１３が設けられている。
【００２３】
内方部材１は、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａのインボード側端の外周に嵌合した内輪１５との２つの部品で構成される。これらハブ１４および内輪１５に、内方部材１側の上記各軌道面６、７がそれぞれ形成されている。ハブ１４の軸部１４ａの外周におけるインボード側端には、段差を持って小径となる内輪嵌合面１６が設けられ、この内輪嵌合面１６に内輪１５がシメシロを有した状態で圧入嵌合している。内輪１５は、ハブ１４の軸部１４ａのインボード側端を外径側へ加締めた加締部１４ｂによって、ハブ１４に対して軸方向に固定されている。
【００２４】
ハブ１４は、軸部１４ａのアウトボード側端の外周に車輪取付用フランジ１７を有しており、この車輪取付用フランジ１７の円周方向複数箇所に設けられた各ボルト孔１８に、ハブボルト１９が圧入状態に取付けられている。
ハブ１４の車輪取付用フランジ１７の根元部からは、ハブ１４と同心の円環状のパイロット部２０が突出している。パイロット部２０は、車輪取付用フランジ１７のアウトボード側の側面に重ねて取付けられるブレーキディスクを案内する部分となるブレーキパイロット２０ａと、このブレーキパイロット２０ａよりもアウトボード側に突出するホイールパイロット２０ｂとからなる。なお、パイロット部２０は、円周方向複数箇所に切欠が設けられて複数個に分割されたものであっても良い。
【００２５】
ハブ１４のアウトボード側の端面におけるパイロット部２０よりも中心側の部分は、軸方向に凹む凹部４０とされている。凹部４０は、ハブ１４の軸心部に至るに従い深くなる凹球面状とされ、底側部分４０ｂが開口側部分４０ａよりも曲率半径の小さな球面状となっていてもよい。この凹部４０は、最深部が車輪取付用フランジ１７のインボード側の側面の軸方向位置よりも軸方向に深く凹んでいて、ハブ１４のアウトボード側の軌道面６の付近の軸方向位置に達している。底側部分４０ｂと開口側部分４０ａの境界は、車輪取付用フランジ１７のインボード側の側面の軸方向位置付近に位置している。
【００２６】
内方部材１を構成する部品であるハブ１４、内輪１５、および外方部材２は、いずれも鋼材の熱間鍛造品であり、このうち、図２に示すように、ハブ１４は、端面の凹部４０の内面の略全面が、非標準組織の部分３０とされている。ハブ１４の母材部分は標準組織である。非標準組織部分３０の非標準組織は、レーザ焼入れにより得た組織であり、例えば、微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織とされる。なお、後の各実施形態においても、非標準組織の部分３０は、特に説明しない場合においても、レーザ焼入れすることで得られた組織である。
【００２７】
ハブ１４の製造工程は、例えば、鍛造→旋削→レーザ焼入れ→軌道面等高周波焼入れ→焼戻し→研削→組立の順序で行なわれる。
すなわち、ハブ１４の素材は熱間鍛造により鍛造仕上がり品とされ、この鍛造仕上がり品に旋削加工が施される。前記素材となる鋼材は、例えばＳ５３Ｃ等のＣ量が０．４％以上０．８％以下の炭素鋼である。ただし、素材となる鋼材はＳ５３Ｃに限定されるものではない。前記旋削加工が施されたハブ１４のアウトボード側端面の凹部４０の内面の略全面が、レーザ焼入れにより硬化される。
【００２８】
図３に示すように、レーザ焼入れは、高エネルギーのレーザ光を硬化させたい箇所に照射し、加熱後自己急冷することで、対象箇所の表層を焼入れ硬化するものである。ここでは、レーザ光としてＹＡＧレーザ光が使用され、その出力、デフォーカス量Ｌ１、送り速度、発振形態を調整することで、加工面表層を溶融させることなく硬化させるようにしている。レーザ光の前記発振形態としては、レーザ光を連続的に発振させる方式と、レーザ光を断続的に発振させる方式とがある。前記デフォーカス量Ｌ１は、硬化対象箇所の表面Ｓ１に集光レンズの焦点ｆ１を一旦合わせ、その硬化対象箇所の表面Ｓ１から、ＹＡＧレーザ発振器のレーザヘッドノズルＬＮを離間させる値である。このようにレーザヘッドノズルＬＮを硬化対象箇所から離間させて、レンズ等で集光したレーザ光を、焦点ｆ１をやや外して硬化対象箇所の表面Ｓ１に照射している。この場合、レーザ光の焦点ｆ１で表面Ｓ１に照射させる場合に比べて、硬化対象箇所の表面Ｓ１におけるレーザ光のスポット径が大きくなり、硬化対象箇所の比較的広い面に略均一に入熱させることができる。それ故、被加工物１個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を図り、工数低減を図ることが可能となる。
【００２９】
ＹＡＧレーザ光を使用する場合、レーザ光の波長を、例えば１．０６μｍと短いものとできて、浸透性に優れ、被加工物深く加工することができる。ただし、レーザ光の波長は１．０６μｍに限定されるものではない。また、ＹＡＧレーザ発振器により生成されたレーザ光を図示外の光ファイバケーブルによって、レーザヘッドノズルＬＮに誘導しても良い。この場合において、レーザヘッドノズルＬＮを進行方向Ｌ２に対して所定角度α（αは例えば５度）つけた状態に配置することが望ましい。この場合、光ファイバケーブルから出射したレーザ光が金属表面で反射し、反射光が前記光ファイバケーブルに再入射することを防止することができる。したがって、光ファイバケーブルを保護することが可能となる。
【００３０】
また、レーザ光の送り速度を調整する際、例えば、前記レーザヘッドノズルＬＮを図示外のロボットアームの先端に取付けても良い。このロボットアームを硬化対象箇所に対して相対的に移動させてこの移動速度を調整することが可能である。なお、固定式のレーザヘッドノズルＬＮに対して、被加工物を相対的に移動させてレーザ焼入れしても良い。前記ＹＡＧレーザの代替手段としてエキシマレーザを適用することも可能である。
【００３１】
このレーザ焼入れでは、車輪取付用フランジ１７の付け根部すなわち、ハブ１４の軸部１４ａにおける前記凹部４０の内面部分１４ｃにおける強度および疲れ強さを向上させる場合は、硬化範囲（非標準組織部分３０）の表面硬度が４０ＨＲＣ以上となるようにされる。靱性が必要となる場合は、軌道面等の高周波焼入れの前に高温焼戻しを行い硬化範囲の表面硬度が２０〜４０ＨＲＣとなるようにするのが望ましい。なお、ハブ１４の母材部分は標準組織であり、この母材部分の硬度は１３〜２５ＨＲＣとされる。非標準組織の硬度が２０ＨＲＣ未満であると、強度および疲れ強さが不足し、２０〜４０ＨＲＣの範囲では、靱性が優れるが、４０ＨＲＣを超える場合に比べて、剛性等の強度および疲れ強さは劣る。強度および疲れ強さを向上させる場合、また、靭性が必要な場合、共に、非標準組織の深さは、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするのが望ましい。
この後、シールランド５から軌道面６を含み内輪嵌合面１６にかけての高周波焼入れが行なわれ、焼戻しされる。この後、軌道面６などの研削が行なわれ、研削の完了したハブ１４が車輪用軸受装置に組み立てられる。
【００３２】
上記ハブ１４の製造工程において、レーザ焼入れと高周波焼入れの順序は逆であっても良い。特に、凹部４０が深く大きく設計され、車輪取付用フランジ１７の付け根部が薄肉となるものでは、高周波焼入れの後にレーザ焼入れを行うのがよい。車輪取付用フランジ１７の付け根部が薄肉であると、凹部４０へのレーザ焼入れを先に行うと、後に行なう軌道面６等の高周波焼入れによる熱がレーザ焼入れ部を高温で焼戻すこととなり、レーザ焼入れ部の硬度が低下することがある。そのため、熱影響範囲の広い高周波焼入れを先に行い、熱影響範囲の狭いレーザ焼入れを後に行うことで、レーザ焼入れ部の硬度を確保することができる。また、焼戻しは、ハブ１４を加熱炉に入れて全体加熱を行うものであっても、高周波加熱によるものであっても、出力、デフォーカス量、送り速度を調整したレーザ光による加熱で部分的に焼戻しするものであっても良い。
【００３３】
上記凹部４０は、熱間鍛造後の鍛造肌であっても、旋削により仕上げられた旋削面であってもよい。鍛造肌をレーザ焼入れにより硬化させても十分効果はあるが、熱間鍛造による表面の脱炭層を旋削により除去した旋削面をレーザ焼入れにより硬化させた場合は、脱炭層が無いため、ごく表面から硬化させることができる。
【００３４】
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用効果が得られる。
自動車の旋回時には、車輪取付用フランジ１７に大きな振幅の撓みが繰り返し生じ、この車輪取付用フランジ１７の付け根部には高応力が繰り返し発生する。この付け根部となるハブ１４の軸部１４ａにおける凹部４０の内面部分１４ｃにも高応力が繰り返し発生する。このような繰り返し発生する高応力に対して、凹部４０の内面部分１４ｃの表面が非標準組織の部分３０であると、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。つまり、この非標準組織とした上記微細フェライト・パーライト組織、上部ベイナイト組織、下部ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともこれらの組織のうちの２種類以上の混合組織の非標準組織の部分３０は、標準組織からなる母材部分に比べて組織が微細であり、また硬度が同等以上のものとなる。
【００３５】
このような組織微細化や硬度アップにより、非標準組織とされた凹部４０の内面部分の表面の強度や疲れ強さが向上し、通常の標準組織のみからなるハブに比べて、高強度化されて、高い応力振幅に耐え、凹部４０の内面部分１４ｃに亀裂が発生することが抑制され、長寿命化できる。つまり、亀裂発生→車輪取付用フランジ１７の変位増加→車両の振動増加→車輪用軸受装置の損傷、という作用が抑えられ、長寿命化される。そのため、凹部４０をできるだけ大きくして車輪用軸受装置の軽量化を図りながら、高応力や繰り返し応力に対して、ハブ１４の軸部１４ｂの内面部分１４ｃの強度や疲れ強さを向上させることができる。そのため、通常の標準組織の車輪用軸受装置に比べて、小型化、および軽量化が図れる。したがって、車輪用軸受装置の製品製作の投入重量が削減されて、コストの削減が図れ、安価に提供することが可能となる。また、車輪用軸受装置が軽量となるため、自動車の軽量化が図れ、燃費の改善が可能となる。
【００３６】
前記非標準組織の部分３０は、特に、レーザ焼入れにより得られる。非標準組織の部分が従来の高周波熱処理により得られたものであると、パイロット部の形状によっては、パイロット部の爪状の一部が溶け落ちる等の問題が生じ得る。これに対して、本実施形態のものでは、非標準組織の部分３０をレーザ焼入れする際、例えば、図３に示すように、レーザヘッドノズルＬＮを、凹部４０の曲率に沿って移動させる。この場合において、レーザ光の出力、デフォーカス量、および、発振形態の少なくともいずれか１つを変化させても良い。いずれにしても、ハブ１４のうち凹部４０だけを限定的にレーザ焼入れしており、ハブ１４のうち凹部４０以外の大部分はレーザ焼入れを行っていない。これにより、パイロット部２０等が高温になり過ぎることを未然に防止し、このパイロット部２０の一部が溶け落ちる等の問題を解消し得る。
【００３７】
また、ハブ１４のうちアウトボード側の端面の凹部４０の内面部分の表面だけを、レーザ焼入れにより限定して熱処理することができるため、車輪取付用フランジ１７の振れ精度等を高精度に維持することが可能となる。前記非標準組織とする部分３０を、凹部４０の内面部分の表面だけという限られた範囲にすると、ハブ１４全体の表面を非標準組織とする場合と異なり、被削性や加締性等の加工性の低下が最小限に抑えられる。したがって、ハブ１４全体のうち凹部４０の内面部分の表面以外の大部分は、硬化せず、焼戻し後の研削加工等を容易に且つ迅速に行うことができる。それ故、従来のものより、加工工数の低減を図り、製品１個あたりのサイクルタイムの向上を図ることが可能となる。換言すれば、従来のものより、工程増による生産性の低下を抑えることができる。また、研削砥石等の寿命を延ばし、製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
この発明の他の実施形態を図と共に説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００３９】
図４は、この発明の第２の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。図１の第１の実施形態では、ハブ１４の端面の凹部４０の内面部分の表面の略全面を非標準組織の部分３０としたが、第２の実施形態において、非標準組織の部分３０を、例えば図４に示すように、凹部４０の底側部分４０ｂだけとしても良い。この例では、具体的には、車輪取付用フランジ１７のインボード側の側面の付近から、凹部４０の最深部の付近までの環状の内面部分を非標準組織の部分３０としている。また、上記のように凹部４０における曲率半径の異なる２つの凹球面で形成されるうちの曲率半径の小さな部分である底側部分４０ｂに非標準組織の部分３０を設けている。
【００４０】
車輪取付用フランジ１７からの繰り返し応力が作用する部分は、凹部４０の内面部分１４ｃのうち、主に車輪取付用フランジ１７と軌道面６の間の部分であるため、上記のように底側部分４０ｂのみに前記非標準組織の部分３０を設けても、車輪取付用フランジ１７を介して作用する高応力や繰り返し応力に対して強度や疲れ強さを向上させることができる。また、凹部４０の底側部分４０ｂだけをレーザ焼入れするため、凹部４０の内面部分の表面の略全面をレーザ焼入れする場合に比べて、被加工物１個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を図り、工数低減を図ることが可能となる。その他第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００４１】
図５に示すように、非標準組織の部分３０が、ハブ１４のアウトボード側の軌道面６における接触角の延長線Ｌ３と、凹部４０の表面とが交わる線を含むものであっても良い。このようにすれば、高応力が発生する部分のみを限定的にレーザ焼入れすることができ、凹部４０の内面部分の表面の略全面をレーザ焼入れする場合に比べて、被加工物１個あたりのレーザ焼入れに要する時間短縮を図り、工数低減を図ることが可能となる上、必要箇所を確実に強度アップできる。
【００４２】
図６ないし図９は、それぞれ他の実施形態を示す。これらの各実施形態においても、凹部４０の内面部分の表面に非標準組織の部分３０を設けたことにより、ハブ１４の端面に凹部４０を設けて軽量化を図りながら、高応力や繰り返し応力に対して、ハブ軸部１４ａの前記凹部４０の付近の強度や疲れ強さを向上させることができ、かつ改質のためのエネルギコストの増大や工程増による生産性の低下が抑えられる。
なお、これらの各実施形態において、特に説明した事項の他は、図１ないし図３と共に説明した実施形態と同じである。
また、図６ないし図９の各例は、凹部４０の内面部分の表面の略全体に非標準組織の部分３０を設けた例を示したが、これら図６ないし図９の各例において、図４の例と同様に凹部４０内の一部である底側部分４０ｂのみに非標準組織の部分３０を設けても良い。
【００４３】
図６の車輪用軸受装置は、従動輪支持用のアンギュラ玉軸受型のものであって、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５ａ、１５ｂとからなる。内輪１５ａ、１５ｂは各列毎に設けられていて、インボード側の内輪１５ｂの方が、アウトボード側の内輪１５ａよりも、厚さおよび軸方向寸法が大きいものとされている。また、内輪１５ａ、１５ｂは、ハブ１４に設けられた加締部１４ｂでハブ１４に軸方向に固定されている。外方部材２は、一つの一体の部品からなり、外径面は全体に渡って円筒状面とされ、図１の例における車体取付用フランジ１２は有していない。
【００４４】
図７の車輪用軸受装置は、従動輪支持用の円すいころ軸受型のものであって、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５ａ、１５ｂとからなる。内輪１５ａ、１５ｂは各列毎に設けられている。外方部材２は、一つの一体の部品からなる。
【００４５】
図８の車輪用軸受装置は、図６の例と同じく、従動輪支持用のアンギュラ玉軸受型のものであって、内方部材１が、ハブ１４と、このハブ１４の軸部１４ａの外周に嵌合した複列の内輪１５ａ、１５ｂとからなる。内輪１５ａ、１５ｂは各列毎に設けられている。この例では、両列の内輪１５が同じ大きさのものとされている。その他の構成は図６の例と同じである。
【００４６】
図９の車輪用軸受装置は、図８の例において、外方部材２が外周に車体取付用フランジ１２を有するものとしたものである。その他の構成は、図８の例と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】同車輪用軸受装置のハブの断面図である。
【図３】同ハブの要部をレーザ焼入れする例を表す図である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。
【図５】この発明の第３の実施形態に係る車輪用軸受装置の要部の断面図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係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係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係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係る車輪用軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…内方部材
２…外方部材
３…転動体
１４…ハブ
１４ａ…軸部
１５…内輪
１７…車輪取付用フランジ
２０…パイロット部
３０…非標準組織の部分
４０…凹部
４０ｂ…底側部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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