DE112009003533T5 - Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, deren Haltbarkeit verbessert werden kann, indem während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs eine passende Vorspannung sichergestellt wird, und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs eine passende Lagerstarrheit sichergestellt wird, und deren Herstellungskosten verringert werden können, und wodurch den Lagerspezifikationen flexibel entsprochen werden kann. Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen ausgeführt ist; ein inneres Element, das an seinem Außenumfang mit zwei Reihen von inneren Laufringflächen ausgeführt ist, die den zwei Reihen von äußeren Laufringflächen des äußeren Elements gegenüberliegen; und zwei Reihen von Kugeln, die frei rollend zwischen den äußeren und inneren Laufringflächen aufgenommen sind und dazu geeignet sind, dass darauf ein vorherbestimmter Kontaktwinkel ausgeübt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die inneren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede innere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius r1 als dem Krümmungsradius r, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel mit einem Kontaktwinkel α1 kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r, r1 als 1,05 d < 2 r ≰ 1,10 bzw. 1,01 d < 2 r1 ≰ 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt der Krümmungsradien r, r1 bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung, um ein Rad eines Fahrzeugs wie etwa eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Aufhängungsvorrichtung frei drehend zu halten, und genauer eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, die eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen soll, während sie die passende Lagervorspannung und Lagerstarrheit gemäß den Fahrtbedingungen eines Fahrzeugs sicherstellt.
  • BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Die Radlagervorrichtung wurde durch Verringern ihres Gewichts und ihrer Größe verbessert, um den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs zu verbessern und selbstverständlich ihre Herstellungskosten zu verringern. Die Radlagervorrichtung weist einen Einheitsaufbau aus einer Radnabe und einem Wälzlager auf, und es ist eine Radlagervorrichtung vom Typ einer sogenannten dritten Generation bekannt, die integral ein inneres Element und ein äußeres Element zusammen mit einem Flansch umfasst, wobei das innere Element eine Radnabe und einen auf die Radnabe pressgepassten Innenring umfasst, wobei eine der zwei Reihen von inneren Laufringflächen direkt an der Radnabe gebildet ist und die andere der zwei Reihen von inneren Laufringflächen am Innenring gebildet ist.
  • 14 zeigt eine bekannte Radlagervorrichtung vom Typ der dritten Generation für Antriebsräder, die eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen soll, während sie die passende Lagervorspannung während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs und die Lagerstarrheit während des Kurvenfahrens sicherstellt, und die ein inneres Element 51, ein äußeres Element 60 und zwei Reihen von Kugeln 56, 56, welche rollend zwischen dem inneren und dem äußeren Element 51, 60 aufgenommen sind, umfasst. Das innere Element 51 umfasst die Radnabe 52 und einen gesonderten Innenring 53, der auf die Radnabe 52 pressgepasst ist. Die Radnabe 52 ist an ihrem außenseitigen Ende integral mit einem Radanbringungsflansch 54 ausgeführt, und Nabenschrauben 55 zum Befestigen eines Rads sind in gleichen Abständen entlang des Umfangs des Radanbringungsflanschs 54 angebracht.
  • Die Radnabe 52 ist an ihrem Außenumfang mit einer inneren Laufringfläche 52a ausgeführt und weist einen zylinderförmigen Abschnitt 52b auf, der sich axial von der inneren Laufringfläche 52a erstreckt. Der Innenring, der an seinem Außenumfang mit einer inneren Laufringfläche 53a ausgeführt ist, ist auf den zylinderförmigen Abschnitt 52b pressgepasst und durch einen verstemmten Abschnitt 52c, der durch radial auswärts gerichtetes plastisches Verformen des Endes des zylinderförmigen Abschnitts 52b gebildet ist, daran axial gesichert.
  • Das äußere Element 60 ist an seinem Außenumfang integral mit einem Fahrzeugbefestigungsflansch 60b ausgeführt und auch an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen 60a, 60a ausgeführt. Zwei Reihen von Kugeln 56, 56 sind über Käfige 57, 57 rollend zwischen den inneren und den äußeren Laufringflächen 52a, 53a und 60a, 60a in einem vorherbestimmten Kontaktwinkel α (15) aufgenommen. Dichtungen 58, 59 sind an beiden Enden des äußeren Elements 60 angeordnet, um ein Austreten von Schmierfett, das im Lager eingeschlossen ist, zu verhindern, und auch ein Eindringen von Regenwasser oder Staub von außerhalb des Lagers zu verhindern.
  • Ein Gleichlaufgelenk 61 weist ein äußeres Gelenkelement 65, das integral mit einem becherförmigen Mundstück 62 ausgeführt ist, einen Schulterabschnitt 63, der einen Boden des Mundstücks 62 bildet, und einen Schaftabschnitt 64, der sich axial vom Schulterabschnitt 63 erstreckt, auf. Der Schaftabschnitt 64 des äußeren Gelenkelements 65 ist über einen Mechanismus, der ein Drehmoment übertragen kann, in das innere Element 51 eingesetzt. Das äußere Gelenkelement 65 wird durch eine Befestigungsmutter 67, die an einem am Schaftabschnitt 64 gebildeten Außengewinde 66 befestigt wird, trennbar an der Radnabe 52 befestigt, nachdem der Schaftabschnitt 64 in die Radnabe 52 eingesetzt wurde, bis der Schulterabschnitt 63 auf den verstemmten Abschnitt 52c der Radnabe 52 trifft.
  • Wie in 15(a) gezeigt ist der Querschnitt der inneren Laufringfläche 53a des Innenrings 53 durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet. Das heißt, die innere Laufringfläche 53a des Innenrings 53 ist durch einen Kreisbogen mit einem Krümmungsradius „r”, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts P, an dem die Kugel 56 in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zu einem Laufringboden erstreckt, und einen Kreisbogen mit einer Krümmung „r1”, der sich von einer Position in der Nähe des Kontaktpunkts P zu einem Außenumfang mit einem größeren Durchmesser des Innenrings 53 erstreckt, gebildet.
  • Wie in 15(a) schraffiert gezeigt ist der Krümmungsradius r größer als r1 eingerichtet und weist er einen Bereich von 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel 56 ist) auf, und ist der Krümmungsradius r1 so eingerichtet, dass er einen Bereich von 1,01 d ≦ 2 r1 ≦ 1,05 d aufweist. Demgemäß tritt die innere Laufringfläche 53a wie in 15(b) gezeigt während des konstanten Fahrens (Geradeausfahrens) eines Fahrzeugs am Kontaktpunkt P über den anfänglichen Kontaktwinkel α und einen vorherbestimmten Vorspannungsgrad mit der Kugel 56 in Kontakt, und tritt sie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs, bei dem eine Momentenbelastung auf die Radlagervorrichtung ausgeübt wird, am Kontaktpunkt P1 über den Kontaktwinkel α1 und einen vorherbestimmten Vorspannungsgrad mit der Kugel 56 in Kontakt.
  • Andererseits ist wie in 15(a) gezeigt auch die äußere Laufringfläche 60a des äußeren Elements 60 durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien r2, r3 gebildet. Das heißt, die äußere Laufringfläche 60a des äußeren Elements 60 ist durch einen Kreisbogen mit einem Krümmungsradius r2, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts Q, an dem die Kugel 56 in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zu einem Laufringboden erstreckt, und einen Kreisbogen mit einer Krümmung r3, der sich von einer Position in der Nähe des Kontaktpunkts Q zu einem Innenumfang 60c des äußeren Elements 60 erstreckt, gebildet.
  • Wie in 15(a) schraffiert gezeigt ist der Krümmungsradius r2 größer als r3 eingerichtet und weist er einen Bereich von 1,07 d < 2 r2 ≦ 1,12 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel 56 ist) auf, und ist der Krümmungsradius r3 so eingerichtete, dass er einen Bereich von 1,03 d ≦ 2 r3 ≦ 1,07 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel 56 ist) aufweist. Demgemäß tritt die äußere Laufringfläche 60a wie in 15(b) gezeigt während des konstanten Fahrens (Geradeausfahrens) eines Fahrzeugs am Kontaktpunkt Q wie auch mit dem anfänglichen Kontaktwinkel α und mit einem vorherbestimmten Vorspannungsgrad mit der Kugel 56 in Kontakt, und tritt sie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs, bei dem eine Momentenbelastung auf die Radlagervorrichtung ausgeübt wird, am Kontaktpunkt Q1 wie auch mit dem Kontaktwinkel α1 und mit einem vorherbestimmten Vorspannungsgrad mit der Kugel 56 in Kontakt.
  • Demgemäß ist es möglich, während des Geradeausfahrens die anfänglich ausgeübte Vorspannung sicherzustellen und dadurch einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, indem eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs den Vorspannungsgrad gemäß dem Anstieg der Momentenbelastung zu erhöhen und dadurch die Haltbarkeit der Lagerstarrheit ohne das Hinzufügen jeglicher Teile zu verbessern.
  • Dokument des Stands der Technik
  • Patentdokument
    • Bezugspatentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 009895/2006
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Probleme, die die Erfindung lösen soll
  • Obwohl die Radlagervorrichtung des Stands der Technik so aufgebaut ist, dass die inneren und äußeren Laufringflächen mit der Kugel mit einem vorherbestimmten Vorspannungsgrad gemäß dem Kontaktwinkel, der sich je nach den Fahrtbedingungen eines Fahrzeugs verändert, in Kontakt treten, wird während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs im Allgemeinen eine Momentenbelastung auf das Lager ausgeübt und nimmt der anfängliche Kontaktwinkel α allmählich zu und verschiebt er sich zu α1. Doch da zum Beispiel bei der inneren Laufringfläche 53a des Innenrings 53, die durch zwei Krümmungsradien r, r1 gebildet ist, der Wechselpunkt (Übergang) der beiden unterschiedlichen Krümmungsradien r, r1 nicht klar festgelegt ist, besteht die Gefahr, dass während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs eine übermäßige Vorspannung verursacht wird oder dass die Vorspannung während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs unzureichend ist. Daher ist es erforderlich, einen passenden Wechselpunkt festzulegen.
  • Zusätzlich muss bei einer derartigen Lagervorrichtung aufgrund des Umstands, dass die innere Laufringfläche 53a durch zwei Kreisbogenabschnitte mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien r, r1 gebildet ist, eine Schleifbearbeitung unter Verwendung einer geformten Schleifscheibe, die die Gestaltung der inneren Laufringfläche 53a aufweist, ausgeführt werden. Entsprechend sind zur Herstellung mehrere Arten von geformten Schleifscheiben nötig, die Radlagern mit unterschiedlichen Größenspezifikationen entsprechen, weshalb die Herstellungskosten der Radlagervorrichtung einschließlich des Verwaltungsaufwands erhöht werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, deren Haltbarkeit verbessert werden kann, indem während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs eine passende Vorspannung sichergestellt wird, und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs eine passende Lagerstarrheit sichergestellt wird, und deren Herstellungskosten verringert werden können, indem den Lagerspezifikationen flexibel entsprochen wird.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Zur Erfüllung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 1 eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt, die ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen ausgeführt ist; ein inneres Element, das an seinem Außenumfang mit zwei Reihen von inneren Laufringflächen ausgeführt ist, die den zwei Reihen von äußeren Laufringflächen des äußeren Elements gegenüberliegen; und zwei Reihen von Kugeln, die frei rollend zwischen den äußeren und inneren Laufringflächen aufgenommen sind und dazu geeignet sind, dass darauf ein vorherbestimmter Kontaktwinkel ausgeübt wird, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die inneren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede innere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel „α” kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius „r1” als dem Krümmungsradius „r”, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel mit einem Kontaktwinkel „α1” kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r, r1 als 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d bzw. 1,01 d < 2 r1 ≦ 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt der Krümmungsradien r, r1 bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist.
  • Da die Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Kontaktkugellager nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 1 umfassen ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen ausgeführt ist; ein inneres Element, das an seinem Außenumfang mit zwei Reihen von inneren Laufringflächen ausgeführt ist, die den zwei Reihen von äußeren Laufringflächen des äußeren Elements gegenüberliegen; und zwei Reihen von Kugeln, die frei rollend zwischen den äußeren und inneren Laufringflächen aufgenommen sind und dazu geeignet sind, dass darauf ein vorherbestimmter Kontaktwinkel ausgeübt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die inneren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede innere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius r1 als dem Krümmungsradius r, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel in einem Kontaktwinkel α1 kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r, r1 als 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d bzw. 1,01 d < 2 r1 ≦ 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt der Krümmungsradien r, r1 bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist, ist es möglich, während des Geradeausfahrens die anfänglich ausgeübte Vorspannung sicherzustellen und dadurch einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, indem eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs den Vorspannungsgrad gemäß dem Anstieg der Momentenbelastung zu erhöhen und dadurch die Haltbarkeit der Lagerstarrheit ohne das Hinzufügen jeglicher Teile zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 2 definiert wird bevorzugt, dass der Teilkreisdurchmesser der außenseitigen Kugelgruppe der zwei Reihen von Kugelgruppen größer als der Teilkreisdurchmesser der innenseitigen Kugelgruppe eingerichtet ist. Dies macht es möglich, die Lagerstarrheit der Außenseite verglichen mit der Innenseite zu erhöhen, während das Gewicht und die Größe des Lagers verringert werden und der Platz für das Lager wirksam benutzt wird, und dadurch auch möglich, die Lebensdauer des Lagers zu verlängern.
  • Wie in Anspruch 3 definiert wird bevorzugt, dass die äußeren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede äußere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius „r2”, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel „a” kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius „r3” als dem Krümmungsradius r2, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel in einem Kontaktwinkel „α1” kontaktiert wird, zur radial inneren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r2, r3 als 1,07 d < 2 r2 ≦ 1,12d bzw. 1,03 d < 2 r3 ≦ 1,07 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind. Dies macht es möglich, die Starrheit des Lagers und daher seine Haltbarkeit weiter zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 4 definiert wird auch bevorzugt, dass die inneren Laufringflächen und die äußeren Laufringflächen durch Schneiden des abgeschreckten Stahls nach einer Hitzebehandlung so fertigbearbeitet sind, dass sie vorherbestimmte Fertigbearbeitungskonfigurationen aufweisen. Dies macht es möglich, die Herstellungskosten des Radlagers einschließlich des Verwaltungsaufwands zu verringern.
  • Wie in Anspruch 5 definiert wird bevorzugt, dass der Vorspannungsgrad bei einem Geradeausfahren als 0 bis 10 μm und beim Kurvenfahren als 10 bis 50 μm eingerichtet ist. Dies macht es möglich, während des Geradeausfahrens einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, indem eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs einen passenden Vorspannungsgrad auszuüben und daher eine gewünschte Lagerlebensdauer zu erhalten.
  • Wie in Anspruch 6 definiert wird bevorzugt, dass die Kugeln der zwei Reihen von Kugelgruppen aus Kugeln mit einem größeren Durchmesser und einem kleineren Durchmesser gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer Radlagervorrichtung, die während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs ein Drehmoment des Lagers verringern kann, ohne einen Einfluss durch Schwankungen bei der Bearbeitung und einen Spalt im Lager zu erfahren, und kann die Lagerlebensdauer während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs verbessern.
  • Wie in Anspruch 7 definiert wird auch bevorzugt, dass der Durchmesserunterschied der Kugel mit dem größeren Durchmesser und der Kugel mit dem kleineren Durchmesser auf einen Bereich von 5 bis 10 μm eingerichtet ist. Dies macht es möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern, da die radiale Belastung während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs, bei dem die radiale Belastung hauptsächlich auf das Lager ausgeübt wird, nur durch die Kugeln mit dem größeren Durchmesser getragen werden kann, wodurch der Rollwiderstand verringert wird. Beim Kurvenfahren eines Fahrzeugs werden alle Kugeln in einer Reihe zusätzlich zur radialen Belastung mit der axialen Belastung belastet, da die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser aufgrund der elastischen Verformung der Kugeln mit dem größeren Durchmesser und den Kontakt der Laufringflächen mit den Kugeln mit dem größeren Durchmesser auch zusammen mit den Kugeln mit dem größeren Durchmesser belastet werden. Dadurch kann im Wesentlichen die gleiche Lagerlebensdauer wie bei Lagern des Stands der Technik erhalten werden, obwohl das Drehmoment und damit der Drehwiderstand des Lagers ein wenig verringert werden kann.
  • Wie in Anspruch 8 definiert wird bevorzugt, dass die Kugeln der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Keramikkugeln und Stahlkugeln gebildet sind. Dies macht es möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern und seine Lebensdauer zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 9 definiert wird bevorzugt, dass nur die Kugeln der Kugelgruppe, die mit einer großen Belastung belastet werden, wenn ein Fahrzeug während des Kurvenfahrens des Fahrzeugs mit der Momentenbelastung belastet wird, aus Keramikkugeln gebildet sind, und die anderen Kugeln der Kugelgruppe aus Stahlkugeln gebildet sind. Dies macht es möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern und die Lebensdauer des Lagers zu verbessern, ohne dass die Herstellungskosten ansteigen.
  • Wie in Anspruch 10 definiert wird bevorzugt, dass die Kugeln der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Keramikkugeln und Stahlkugeln gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind.
  • Wie in Anspruch 11 definiert wird auch bevorzugt, dass die Kugeln der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Kugeln mit einem größeren Durchmesser und einem kleineren Durchmesser gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind, und die Kugeln mit dem größeren Durchmesser aus Keramikkugeln gebildet sind. Dies macht es möglich, das Drehmoment des Lagers weiter zu verringern und die Lebensdauer des Lagers zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 12 definiert wird bevorzugt, dass die Keramikkugeln aus einem Sinterkörper gebildet sind, der als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z umfasst, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Verunreinigungen handelt. Dies macht es möglich, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs den Rollwiderstand verringern kann und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs die Lagerlebensdauer verbessern kann, indem die Starrheit des Lagers erhöht wird, wenn ihm eine hohe Belastung auferlegt wird. Zusätzlich ist es möglich, durch den Einsatz eines gesinterten Materials zur Herstellung der Keramikkugeln konstant eine ausreichende Haltbarkeit sicherzustellen.
  • Wie in Anspruch 13 definiert wird auch bevorzugt, dass die Keramikkugeln aus einem Sinterkörper gebildet sind, der als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z umfasst, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Sinterhilfsmittel und unumkehrbare Verunreinigungen handelt. Dies macht es möglich, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs den Rollwiderstand verringern kann und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs die Lagerlebensdauer verbessern kann, indem die Starrheit des Lagers erhöht wird, wenn ihm eine hohe Belastung auferlegt wird. Zusätzlich ist es möglich, die Porosität des Sinterkörpers leicht zu verringern und daher durch den Einsatz eines gesinterten Materials zur Herstellung der Keramikkugeln konstant eine ausreichende Haltbarkeit sicherzustellen.
  • Wie in Anspruch 14 definiert wird bevorzugt, dass das Mischverhältnis der Stahlkugeln und der Keramikkugeln auf einen Bereich von 3:7 bis 7:3 einschließlich 1:1 eingerichtet ist. Dies macht es möglich, sowohl eine Verringerung der Herstellungskosten als auch eine Verbesserung des Drehmoments und der Starrheit des Lagers zu erzielen.
  • Wie in Anspruch 15 definiert wird bevorzugt, dass die Oberfläche der Keramikkugeln durch eine dichte Schicht mit einer höheren Dichte als jener des Inneren davon gebildet ist. Dies ermöglicht, die Rollermüdungsdauer der Keramikkugeln zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 16 definiert wird auch bevorzugt, dass das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der dichten Schicht, der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, auf 7% oder weniger eingerichtet ist. Dies macht es möglich, die Dichte und die Rollermüdungsdauer zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 17 definiert wird bevorzugt, dass der Bereich, der die Oberfläche der dichten Schicht beinhaltet, durch eine hochdichte Schicht mit einer noch höheren Dichte als jener des anderen Bereichs im Inneren der dichten Schicht gebildet ist. Dies ermöglicht, die Rollermüdungsdauer noch weiter zu verbessern.
  • Wie in Anspruch 18 definiert wird auch bevorzugt, dass das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der hochdichten Schicht, der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, auf 3,5% oder weniger eingerichtet ist. Dies macht es ebenfalls möglich, die Rollermüdungsdauer noch weiter zu verbessern.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Nach der Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund des Umstands, dass sie ein äußeres Element, das an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen ausgeführt ist; ein inneres Element, das an seinem Außenumfang mit zwei Reihen von inneren Laufringflächen ausgeführt ist, die den zwei Reihen von äußeren Laufringflächen des äußeren Elements gegenüberliegen; und zwei Reihen von Kugeln, die frei rollend zwischen den äußeren und inneren Laufringflächen aufgenommen sind und dazu geeignet sind, dass darauf ein vorherbestimmter Kontaktwinkel ausgeübt wird, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die inneren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede innere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius r1 als dem Krümmungsradius r, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel in einem Kontaktwinkel α1 kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r, r1 als 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d bzw. 1,01 d < 2 ≦ r1 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt der Krümmungsradien r, r1 bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist, möglich, während des Geradeausfahrens die anfänglich ausgeübte Vorspannung sicherzustellen und dadurch einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, indem eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs den Vorspannungsgrad gemäß dem Anstieg der Momentenbelastung zu erhöhen und dadurch die Haltbarkeit der Lagerstarrheit ohne das Hinzufügen jeglicher Teile zu verbessern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2(a) ist eine erklärende Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen einem Innenring und einer Kugel von 1 zeigt;
  • 2(b) ist eine erklärende Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen einem äußeren Element und einer Kugel von 1 zeigt;
  • 3 ist eine vordere Aufrissansicht einer zweiten Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung, die eine der Lagerkugelreihen zeigt;
  • 4 ist eine vordere Aufrissansicht, die eine Abwandlung von 3 zeigt;
  • 5 ist eine vordere Aufrissansicht, die die andere Abwandlung von 3 zeigt;
  • 6 ist eine vordere Aufrissansicht einer dritten Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung, die eine der Lagerkugelreihen zeigt;
  • 7(a) ist eine erklärende Ansicht, die Tätigkeiten während eines Geradeausfahrens und eines Kurvenfahrens eines Fahrzeugs zeigt;
  • 7(b) ist eine erklärende Ansicht, die Tätigkeiten während eines Geradeausfahrens mit einer niedrigen Geschwindigkeit und eines Geradeausfahrens mit einer hohen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zeigt;
  • 8 ist eine erklärende Ansicht, die Schritte zur Herstellung von Keramikkugeln der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer Keramikkugel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines Versuchsstücks zur Betrachtung der Keramikkugel der vorliegenden Erfindung zeigt, welche unter Verwendung geneigter Strahlen eines Lichtmikroskops aufgenommen wurde;
  • 11 ist eine Fotografie, die ein Beispiel einer Abbildung der Fotografie von 10 zeigt, welche unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware durch Helligkeitsschwellen binärbearbeitet wurde;
  • 12 ist eine erklärende Ansicht, die einen Bereich zeigt, der einer Bildbearbeitung unterzogen werden soll, während die Fotografie von 10 unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware durch Helligkeitsschwellen binärbearbeitet wird;
  • 13 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die eine vierte Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die eine Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug des Stands der Technik zeigt;
  • 15(a) ist eine vergrößerte erklärende Ansicht von 14, die die Tätigkeit während eines Geradeausfahrens eines Fahrzeugs zeigt; und
  • 15(b) ist eine vergrößerte erklärende Ansicht von 14, die die Tätigkeit während eines Kurvenfahrens eines Fahrzeugs zeigt.
  • EINE BEVORZUGTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Eine bevorzugte Weise zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Radlagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs, aufweisend ein äußeres Element, das an seinem Außenumfang mit einem Fahrzeugbefestigungsflansch zur Anbringung an einem Aufbau eines Fahrzeugs und an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen ausgeführt ist; ein inneres Element, das eine Radnabe und einen Innenring umfasst, wobei die Radnabe an ihrem einen Ende integral mit einem Radanbringungsflansch ausgeführt ist und an ihrem Außenumfang eine innere Laufringfläche, die der außenseitigen äußeren Laufringfläche gegenüberliegt, und einen zylinderförmigen Abschnitt, der sich von der inneren Laufringfläche axial erstreckt, aufweist, wobei der Innenring über eine vorherbestimmte Passung auf den zylinderförmigen Abschnitt der Radnabe pressgepasst ist und an seinem Außenumfang mit der innenseitigen inneren Laufringfläche, die der innenseitigen äußeren Laufringfläche des äußeren Elements gegenüberliegt, ausgeführt ist; und zwei Reihen von Kugeln, die frei rollend zwischen den äußeren und den inneren Laufringflächen aufgenommen sind und auf die vorherbestimmte Kontaktwinkel ausgeübt werden; wobei der Innenring relativ zur Radnabe durch einen verstemmten Abschnitt gesichert ist, welcher durch radial auswärts gerichtetes plastisches Verformen des zylinderförmigen Abschnitts gebildet ist und dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die inneren Laufringflächen der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien aufweisen, dass jede innere Laufringfläche durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts, an dem die Kugel in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius r1 als dem Krümmungsradius r, der sich von einem Wechselpunkt, an dem die Kugel in einem Kontaktwinkel α1 kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien r, r1 als 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d bzw. 1,01 d < 2 r1 ≦ 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt der Krümmungsradien r, r1 bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
  • 1 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die eine erste Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt, 2(a) ist eine erklärende Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen einem Innenring und einer Kugel von 1 zeigt, und 2(b) ist eine erklärende Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen einem Außenring und einer Kugel von 1 zeigt. In der nachstehenden Beschreibung wird eine distale Seite einer Radlagervorrichtung, wenn diese an einem Fahrzeug angebracht ist, als eine „Außenseite” (die linke Seite in 1) bezeichnet, und wird die proximale Seite der Radlagervorrichtung als eine „Innenseite” (die rechte Seite in 1) bezeichnet.
  • Die in 1 gezeigte Radlagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vom Typ der dritten Generation, die für ein angetriebenes Rad verwendet wird, und umfasst ein inneres Element 1, ein äußeres Element 10 und zwei Reihen von Kugeln 6, 6, die rollend zwischen dem inneren und dem äußeren Element 1, 10 aufgenommen sind. Das innere Element 1 umfasst die Radnabe 2 und einen Innenring 3, der über eine vorherbestimmte Passung auf die Radnabe 2 pressgepasst ist.
  • Die Radnabe 2 ist an ihrem außenseitigen Ende integral mit einem Radanbringungsflansch 4 ausgeführt, entlang dessen Umfangs Nabenschrauben 5 in gleichen Abständen angeordnet sind. Zwischen den Nabenschrauben 5 des Radanbringungsflanschs 4 sind runde Öffnungen 4a gebildet. Diese runden Öffnungen 4a tragen nicht nur zur Verringerung des Gewichts der Radnabe 2, sondern auch während des Schritts des Zusammenbaus der Radlagervorrichtung in einem Zustand, in dem der Bremsrotor an der Radnabe 2 befestigt ist, zu einer leichten Anbringung von Achsschenkelschrauben (nicht gezeigt) unter Verwendung von Werkzeugen ohne Störung durch den Bremsrotor (nicht gezeigt) oder den Radanbringungsflansch 4 bei und dadurch ist es möglich, das äußere Element 10 einfach am Achsschenkel (nicht gezeigt) zu befestigen und entsprechend die Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau zu verbessern.
  • Die Radnabe 5 ist an ihrem Außenumfang mit einer (außenseitigen) inneren Laufringfläche 2a ausgeführt und weist einen zylinderförmigen Abschnitt 2b auf, der sich von der inneren Laufringfläche 2a erstreckt. Ein Innenring 3, dessen Außenumfang mit der anderen (innenseitigen) inneren Laufringfläche 3a ausgeführt ist, ist über eine vorherbestimmte Passung auf den zylinderförmigen Abschnitt 2b pressgepasst. Der Innenring 3 ist relativ zur Radnabe durch radial auswärts gerichtetes plastisches Verformen des Endes des zylinderförmigen Abschnitts 2b in einem vorherbestimmten Lagervorspannzustand axial gesichert.
  • Das äußere Element 10 integral ist an seinem Außenumfang mit einem Fahrzeugbefestigungsflansch 10b zur Anbringung an einem Aufbau (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs und an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen 10a, 10a, die den inneren Laufringflächen 2a, 3a gegenüberliegen, ausgeführt. Zwei Reihen von Wälzelementen (Kugeln) 6, 6 sind in einem Zustand, in dem darauf ein anfänglicher Kontaktwinkel α ausgeübt wird, zwischen diesen äußeren und inneren Laufringflächen 10a, 10a und 2a, 3a aufgenommen und werden durch Käfige 7, 7 gehalten. Dichtungen 8, 9 sind in Öffnungen von ringförmigen Räumen, die zwischen dem äußeren Element 10 und dem inneren Element 1 gebildet sind, aufgenommen und verhindern ein Austreten von Schmierfett, das im Lager enthalten ist, und ein Eindringen von Regenwasser und Staub von außen her in das Lager.
  • Die Radnabe 2 besteht aus Stahl mit einem mittleren/hohen Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gew.-% Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C und ist durch Hochfrequenzinduktionsabschrecken so gehärtet, dass ein Bereich einschließlich der außenseitigen inneren Laufringfläche 2a von der einen Dichtungsstegabschnitt bildenden innenseitigen Basis 4b des Radanbringungsflanschs 4, mit der die Dichtung 8 gleitend in Kontakt steht, zum zylinderförmigen Abschnitt 2b auf eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC gehärtet ist. Der verstemmte Abschnitt 2c wird so belassen, dass er seine Oberflächenhärte nach dem Schmieden von 25 HRC oder weniger aufweist.
  • Andererseits besteht der Innenring 3 aus Chromstahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt wie etwa SUJ2 und ist er durch Eintauchabschrecken so zu seinem Kern hin gehärtet, dass er eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweist. Das äußere Element 10 besteht aus Stahl mit einem mittleren/hohen Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gew.-% Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C, und die zwei Reihen von Laufringflächen 10a, 10a sind so gehärtet, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweisen.
  • Obwohl es sich bei dem hier gezeigten Aufbau um eine als Typ der dritten Generation bezeichnete Radlagervorrichtung handelt, bei der die innere Laufringfläche 2a direkt am Außenumfang der Radnabe 2 gebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt und ist es möglich, die vorliegende Erfindung zum Beispiel auf eine Radlagervorrichtung vom Typ der ersten oder zweiten Generation, wobei ein Paar von Innenringen auf den zylinderförmigen Abschnitt der Radnabe pressgepasst ist, oder vom Typ der vierten Generation, wobei die inneren Laufringflächen direkt am Außenumfang der Radnabe bzw. des äußeren Gelenkelements des Gleichlaufgelenks gebildet sind, anzuwenden.
  • Wie in der vergrößerten Ansicht von 2(a) gezeigt ist der Querschnitt der inneren Laufringfläche 3a des Innenrings 3 durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet. Das heißt, die innere Laufringfläche 3a des Innenrings 3 umfasst einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts P, an dem die Kugel 6 in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius r1 als dem Krümmungsradius r ist, der sich von einem Punkt in der Nähe des Kontaktpunkts P zur radial äußeren Seite erstreckt. Der anfängliche Kontaktwinkel α kann gemäß den Belastungsbedingungen eines Fahrzeugs und dem Platz für das Lager passend auf einen Bereich zwischen 30 und 45° eingerichtet werden.
  • Wie in 2(a) schraffiert gezeigt ist der Krümmungsradius r größer als r1 eingerichtet und weist er einen Bereich von 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel 6 ist) und vorzugsweise von 1,05 d < 2r ≦ 1,08 d auf. Der Krümmungsradius r1 ist so eingerichtet, dass er einen Bereich von 1,01 d ≦ 2 r1 ≦ 1,05 d und vorzugsweise 1,03 d ≦ 2 r1 1,05 d aufweist. Konkreter kontaktiert die innere Laufringfläche 3a die Kugel 6 während des konstanten Fahrens (des Geradeausfahrens) eines Fahrzeugs am Kontaktpunkt P über den anfänglichen Kontaktwinkel α und mit einem vorherbestimmten Vorspannungsgrad, und kontaktiert sie die Kugel 6 während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs am Kontaktpunkt P0, auf die eine Momentbelastung ausgeübt wird, über den Kontaktwinkel α1 und einen vorherbestimmten Vorspannungsgrad.
  • Im Allgemeinen wird während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs die Momentenbelastung auf das Lager ausgeübt und steigt der anfängliche Kontaktwinkel α auf α1 an. Wenn er als α1 = α + Δα definiert ist, wird Δα 2 bis 8° betragen, wenn der anfängliche Kontaktwinkel 30 bis 45° beträgt, obwohl der Kontaktwinkel α1 mehr oder weniger durch einen festgelegten Vorspannungsgrad des Lagers und den Durchmesser der Kugel 6 usw. verändert wird.
  • Andererseits ist der Querschnitt der äußeren Laufringfläche 10a des äußeren Elements 10 wie in 2(b) gezeigt durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien r2, r3 gebildet. Das heißt, die äußere Laufringfläche 10a des äußeren Elements 10 umfasst einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r2, der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts Q, an dem die Kugel 6 in einem anfänglichen Kontaktwinkel α kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius r3, der sich von einem Punkt in der Nähe des Kontaktpunkts Q zum Innenumfang 10c des äußeren Elements 10 erstreckt.
  • Wie in 2(b) schraffiert gezeigt ist der Krümmungsradius r2 größer als r3 eingerichtet und weist er einen Bereich von 1,07 d < 2 r2 ≦ 1,12 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel 6 ist) und vorzugsweise von 1,07 d < 2 r2 ≦ 1,10 d auf. Der Krümmungsradius r3 ist so eingerichtet, dass er einen Bereich von 1,03 d ≦ 2 r3 ≦ 1,07 d und vorzugsweise von 1,05 d ≦ 2 r3 ≦ 1,07 d aufweist. Konkreter kontaktiert die äußere Laufringfläche 10a die Kugel während des konstanten Fahrens eines Fahrzeugs am Kontaktpunkt Q über den anfänglichen Kontaktwinkel α und einen vorherbestimmten Vorspannungsgrad, und kontaktiert sie die Kugel während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs am Wechselpunkt Q0, auf den eine Momentenbelastung ausgeübt wird, über den Kontaktwinkel α1 und einen vorherbestimmten Vorspannungsgrad.
  • Da die innere Laufringfläche 3a und die äußere Laufringfläche 10a nach der vorliegenden Ausführungsform so gebildet sind, dass sie Kreisbogengestaltungen aufweisen bzw. Krümmungsradien r, r1 und r2, r3 aufweisen, und auch die Wechselpunkte P0 bzw. Q0 von zwei unterschiedlichen Krümmungsradien r, r1 und r2, r3 so eingerichtet sind, dass sie eine Beziehung von α1 = α + Δα aufweisen, wird während des konstanten Fahrens eines Fahrzeugs keine übermäßige Vorspannung erzeugt und während des Kurvenfahrens kein Mangel an Vorspannung erzeugt und kann demgemäß eine passende Vorspannung ausgeübt werden. Der Vorspannungsgrad ist während des Geradeausfahrens auf einen Bereich von 0 bis 10 μm (an den Kontaktpunkten P, Q) eingerichtet und während des Kurvenfahrens auf einen Bereich von 10 bis 50 μm (an den Kontaktpunkten P0, Q0) eingerichtet. Dies macht es möglich, während des konstanten Fahrens die anfänglich ausgeübte Vorspannung sicherzustellen und dadurch einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, während eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs den Vorspannungsgrad gemäß dem Anstieg der Momentenbelastung zu erhöhen und dadurch die Haltbarkeit des Lagers zu verbessern, indem die Lagerstarrheit ohne das Hinzufügen jeglicher Teile erhöht wird.
  • Obwohl gezeigt ist, dass die zwei Reihen von Laufringflächen 2a, 3a und 10a, 10a sowohl des inneren als auch des äußeren Elements 1, 10 durch zwei Krümmungsradien gebildet sind, wird bevorzugt, dass zumindest die zwei Reihen von inneren Laufringflächen 2a, 3a des inneren Elements, die die Lagerstarrheit und -lebensdauer stark beeinflussen, zwei Krümmungsradien r, r1 aufweisen. Zusätzlich, obwohl dies hier nicht gezeigt ist, ist auch die inneren Laufringfläche 2a der Radnabe 2, die das innere Element 1 bildet, ähnlich wie der Innenring 3 durch zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet und ist der Wechselpunkt 20 der beiden unterschiedlichen Krümmungsradien r, r1 als α1 = α + Δα festgelegt.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die innere Laufringfläche 3a des Innenrings 3 das Verfahren zur Bearbeitung der Laufringflächen beschrieben werden. Da die Laufringfläche mehrere Krümmungsradien aufweisen, wurde gewöhnlich mit einer geformten Schleifscheibe, die die gleiche Gestaltung wie jene der Laufringfläche aufweist, geschliffen und mussten mehrere Arten der geformten Schleifscheiben vorbereitet werden, um Laufringflächen mit unterschiedlichen Spezifikationen, die unterschiedliche Größen aufweisen, zu entsprechen. Im Gegensatz dazu wird die Laufringfläche nach der vorliegenden Erfindung durch Drehen (Schneiden mit einem Werkzeug aus abgeschrecktem Stahl) unter Verwendung eines Hartmetallplättchens (nicht gezeigt) bearbeitet. Das Hartmetallplättchen wird sowohl in der radialen als auch in der axialen Richtung beweglich gehalten und durch eine numerische Steuerung positioniert. Dadurch ist es möglich, die Herstellungskosten einschließlich des Verwaltungsaufwands zu verringern.
  • Da es unmöglich ist, das Schleifen der Laufringfläche lediglich durch Schwingen der Schleifscheibe beim Superfinishen durchzuführen, werden die Laufringflächen nach der vorliegenden Erfindung darüber hinaus unter Verwendung einer sogenannten elastomeren Schleifscheibe, die aus einem Elastomer wie etwa Kautschuk gebildet ist, welches mit Schleifkörpern, die an der Oberfläche des Elastomers freiliegen, vermischt ist, geschliffen. Da die elastomere Schleifscheibe der Gestaltung der Laufringfläche, die aus mehreren Krümmungsradien gebildet ist, entsprechend passend verformt werden kann, ist es möglich, durch Schwingen der elastomeren Schleifscheibe entlang der Gestaltung der Laufringfläche eine gewünschte endbearbeitete Fläche zu erzielen, ohne der Laufringfläche jegliche Verformungen hinzuzufügen.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 3 ist eine vordere Aufrissansicht einer zweiten Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung, die eine der Lagerkugelreihen zeigt, 4 ist eine vordere Aufrissansicht, die eine Abwandlung von 3 zeigt, und 5 ist eine vordere Aufrissansicht, die die andere Abwandlung von 3 zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Grunde nur im Aufbau der Kugeln von der ersten Ausführungsform, und demgemäß werden bei Teilen dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen wie jene der ersten Ausführungsform aufweisen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Bei dieser Ausführungsform umfasst jede der Kugelreihen 6, 6 Kugeln mit einem größeren Durchmesser 6a und Kugeln mit einem kleineren Durchmesser 6b, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind. Demgemäß wird die radiale Belastung während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs, bei dem das Lager hauptsächlich mit einer radialen Belastung belastet wird, nur durch die Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a getragen, weshalb der Rollwiderstand der Kugeln und daher das Drehmoment des Lagers verringert werden kann.
  • Da durch das Lager andererseits während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs zusätzlich zur radialen Belastung eine axiale Belastung getragen wird, werden sowohl die Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a als auch die Laufringfläche, die die Kugeln 6a mit dem größeren Durchmesser kontaktiert, elastisch verformt und wird die Belastung auch zu den Kugeln mit dem kleineren Durchmesser 6b übertragen. Demgemäß wird die Belastung durch alle Kugeln 6 (nicht nur die Kugeln 6a sondern auch durch die Kugeln 6b) einer Reihe getragen, weshalb im Wesentlichen die gleiche Lagerlebensdauer wie jene von Lagern des Stands der Technik erhalten werden kann. Demgemäß ist es zusätzlich zu den Wirkungen, die durch die Laufringflächen, welche durch Kreisbögen mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien gebildet sind, hervorgebracht werden, möglich, eine Zunahme des Rollwiderstands zu verhindern, während die anfänglich ausgeübte Vorspannung sichergestellt wird und eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird. Darüber hinaus ist es möglich, eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die den Vorspannungsgrad während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs, bei dem die Momentenbelastung auf das Lager ausgeübt wird, erhöhen kann und das Drehmoment des Lagers während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs verringern kann, ohne einen Einfluss durch Schwankungen bei der Bearbeitung zu erfahren, und die Lagerlebensdauer während des Kurvenfahrens verbessern kann.
  • Der Durchmesserunterschied Δd zwischen der Kugel mit dem größeren Durchmesser 6a und der Kugel mit dem kleineren Durchmesser 6b (d. h., Δd = d1 – d2) ist als Δd ≧ 5 μm und vorzugsweise Δd = 5 bis 10 μm festgelegt. Wenn Δd kleiner als 5 μm ist, besteht die Gefahr, dass die Belastung während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs aufgrund der elastischen Verformung der Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a auf die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser 6b und die Laufringfläche ausgeübt wird, weshalb keine wirksame Verringerung des Drehmoments des Lagers erwartet werden kann. Wenn Δd andererseits 10 μm übersteigt, besteht die Gefahr, dass die Belastung beim Kurvenfahren eines Fahrzeugs nicht durch die Kugeln mit dem kleinen Durchmesser 6b getragen wird, obwohl die Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a und die Laufringfläche elastisch verformt werden, wodurch die Lebensdauer des Lagers verringert wird.
  • Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, bei dem die Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a und die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser 6b abwechselnd angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf eine in 4 gezeigte Anordnung mit einer Kette aus einer Kugel mit dem großem Durchmesser 6a – Kugeln mit dem kleinen Durchmesser 6b, 6b – einer Kugel mit dem großen Durchmesser 6a und eine in 5 gezeigte andere Anordnung mit einer Kette aus Kugeln mit dem großen Durchmesser 6a, 6a – einer Kugel mit dem kleinen Durchmesser 6b – Kugeln mit dem großen Durchmesser 6a, 6a angewendet werden. Diese Anordnungen ermöglichen eine Erweiterung der Gestaltungsfreiheit bei der Lagervorrichtung, so dass die Lager die Frequenz des Geradeausfahrens und des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs oder eine Beziehung zwischen dem Belastungszustand und der Belastungskapazität des Lagers erfüllen können.
  • Wenn als Material für die zwei Reihen von Stahlkugeln 6, 6 Keramik eingesetzt wird, wird die Kontaktellipse der Keramikkugeln verringert, da ihre Starrheit hoch ist. Obwohl es demgemäß möglich ist, das Drehmoment des Lagers durch Ersetzen aller Stahlkugeln der beiden Reihen durch die Keramikkugeln zu verringern, werden die Herstellungskosten des Lagers erhöht werden, da die Keramikkugeln teurer als die Stahlkugeln sind. Es ist jedoch möglich, eine Verringerung des Drehmoments des Lagers und eine Verbesserung der Lebensdauer des Lagers zu erzielen, ohne die Herstellungskosten stark zu erhöhen, indem nur die Stahlkugeln der innenseitigen Reihe, die mit einer großen Belastung belastet werden, wenn das Lager mit der Momentenbelastung belastet wird, durch Keramikkugeln ersetzt werden.
  • Es ist auch möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern, indem die Keramikkugeln und Stahlkugeln von gleicher Größe der beiden Reihen auf eine regelmäßige Weise angeordnet werden. Wie oben beschrieben ist es ähnlich wie bei dem Aufbau, bei die Kugeln 6 einer Kugelreihe durch die Kugeln mit dem größeren Durchmesser 6a und die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser 6b gebildet werden, möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern und die Lebensdauer des Lagers zu verbessern, indem die Kugeln mit größerem Durchmesser 6a durch Keramikkugeln ersetzt werden.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 6 ist eine vordere Aufrissansicht einer dritten Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung, die eine der Lagerkugelreihen zeigt, 7(a) ist eine erklärende Ansicht, die Tätigkeiten während eines Geradeausfahrens und eines Kurvenfahrens eines Fahrzeugs zeigt, 7(b) ist eine erklärende Ansicht, die Tätigkeiten während eines Geradeausfahrens mit einer niedrigen Geschwindigkeit und eines Geradeausfahrens mit einer hohen Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zeigt, 8 ist eine erklärende Ansicht, die Schritte zur Herstellung von Keramikkugeln der vorliegenden Erfindung zeigt, 9 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt einer Keramikkugel der vorliegenden Erfindung zeigt, 10 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines Versuchsstücks zur Betrachtung der Keramikkugel der vorliegenden Erfindung zeigt, welche unter Verwendung geneigter Strahlen eines Lichtmikroskops aufgenommen wurde, 11 ist eine Fotografie, die ein Beispiel einer Abbildung der Fotografie von 10 zeigt, welche unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware durch Helligkeitsschwellen binärbearbeitet wurde, und 12 ist eine erklärende Ansicht, die einen Bereich zeigt, der einer Bildbearbeitung unterzogen werden soll, während die Fotografie von 10 unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware durch Helligkeitsschwellen binärbearbeitet wird. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Grunde nur im Aufbau der Kugeln von der ersten Ausführungsform (1), und demgemäß werden bei Teilen dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen wie jene der ersten Ausführungsform aufweisen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Wie in der schematischen Ansicht von 6 gezeigt umfasst die Anordnung der zwei Reihen von Kugeln 6, 6 dieser Ausführungsform eine Mischung aus Stahlkugeln 6, die aus Chromstahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt wie etwa SUJ2 bestehen, und Keramikkugeln 6c (gestrichelt gezeigt). In dieser Ausführungsform bestehen die Keramikkugeln 6c aus einem Sinterkörper aus β-Sialon. Da die Herstellungskosten von Keramik, die aus Siliziumnitrid oder Sialon usw. gebildet ist, höher als bei Stahl sind, wurden in der letzten Zeit Sinterkörper, die aus β-Sialon bestehen, als bauliche Elemente für Wälzlager aufgezeigt (siehe z. B. die japanischen Patentoffenlegungsschriften 91272/2004 , 75652/2005 und 194154/2005 ).
  • In dieser Ausführungsform umfasst der β-Sialon-Sinterkörper, der aus einem gesinterten Material gebildet ist, als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Verunreinigungen handelt. Die Verunreinigungen enthalten unumkehrbare Verunreinigungen, die von Rohmaterialen stammen oder während der Herstellungsschritte eingemischt wurden.
  • Die Keramikkugeln 6c können aus einem gesinterten Material bestehen, das als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z umfasst, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Sinterhilfsmittel und unumkehrbare Verunreinigungen handelt. Es ist möglich, als Sinterhilfsmittel eines oder mehrere aus Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Silizium (Si), Titan (Ti) und Oxiden, Nitriden und oxidativen Nitriden zu wählen, Bevorzugt beträgt der Anteil von Sinterhilfsmittel 20 Gew.-% oder weniger.
  • Obwohl es möglich ist, Sinterkörper mit einer Vielfalt von Zusammensetzungen, bei denen der Wert für „z” (nachstehend als „z-Wert” bezeichnet) 0,1 oder mehr beträgt, herzustellen, verändert sich die Oberflächenhärte, die die Rollermüdungsdauer stark beeinflusst, in einem z-Wert--Bereich von 4,0 oder weniger, in dem der Sinterkörper leicht hergestellt werden kann, im Allgemeinen nicht wesentlich. Doch nachdem die Beziehung zwischen der Rollermüdungsdauer von Keramikkugeln 6c mit β-Sialon als Hauptbestandteil und der Zusammensetzung des β-Sialons ausführlich untersucht wurde, wurde herausgefunden, dass die Rollermüdungsdauer der nachstehend erwähnten Keramikkugeln 6c, die einen Sinterkörper mit β-Sialon als Hauptbestandteil umfassen, stark verringert wird, wenn der z-Wert 3,5 übersteigt.
  • Im Besonderen ist die Rollermüdungsdauer in einem z-Wert-Bereich von 0,1 bis 3,5 im Wesentlichen konstant und wird die Keramikkugel 6c zerbrochen werden, während an ihrer Oberfläche eine Ablösung erzeugt wird, wenn die Dienstleistungszeit des Wälzlagers eine vorherbestimmte Zeit überschreitet. Andererseits neigt die Keramikkugel 6c dazu, abgenutzt zu werden, wenn der z-Wert 3,5 übersteigt und wird dadurch die Rollermüdungsdauer stark verringert. Das heißt, es zeigt sich deutlich das Phänomen, dass die Rollermüdungsdauer stark verringert wird, wenn der z-Wert 3,5 übersteigt.
  • Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Eigenschaften von Siliziumnitrid, Chromstahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (SUJ2) und β-Sialon, die das Material der Kugeln 6, 6c bilden. Wie aus dieser Tabelle 1 ersichtlich ist, sind der Young'sche Modul und die Oberflächenhärte der Sinterkörper aus Siliziumnitrid und β-Sialon höher als jene des Chromstahls mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (SUJ2), und ist der Koeffizient der Längenausdehnung äußerst klein. Das heißt, wenn der Sinterkörper aus Siliziumnitrid oder β-Sialon als das Material der Kugeln 6, 6 der beiden Reihen eingesetzt wird, ist es möglich, eine hohe Starrheit zu erhalten und das Ausmaß der Abmessungsschwankungen von Kugeln zu unterdrücken, wenn die Lagertemperatur erhöht ist. Tabelle 1
    Eigenschaft β-Sialon-Sinterkörper Siliziumnitrid SUJ2
    Dichte (g/(cm3) 3,17 bis 3,23 3,2 7,8
    Young'scher Modul (GPa) 250 bis 270 310 210
    Poissonzahl 0,29 0,26 0,3
    Bruchzähigkeit (MPA·√Im) 3,6 bis 3,9 6 15
    Oberflächenhärte (Hv) 1360 bis 1485 1500 800
    Längenausdehnungskoeffizient × 106 (1/°C) 3,0 2,9 12,5
  • Der Anmelder hat bemerkt, dass sich die Keramikkugel in diesen Eigenschaften einschließlich des Längenausdehnungskoeffizienten von einer gewöhnlichen Stahlkugel unterscheidet, weshalb es möglich ist, durch Anordnen der Kugeln 6, 6 in mindestens einer Kugelreihe auf eine gemischte Weise aus Stahlkugeln 6 und Keramikkugeln 6c eine Radlagervorrichtung bereitzustellen, die während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs den Rollwiderstand verringern kann und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs die Lebensdauer des Lagers verbessern kann, indem die Starrheit des Lagers erhöht wird.
  • Wenn, genauer, der Durchmesser der Stahlkugeln 6 „d” beträgt und der Durchmesser der Keramikkugeln 6c „d3” beträgt, bleibt der Durchmesserunterschied „Δd” (= d3 – d) der Kugel mit dem größeren Durchmesser (d. h., der Keramikkugel) und der Kugel mit dem kleineren Durchmesser (d. h. der Stahlkugel) wie in 7(a) gezeigt während der Zeitdauer vom angehaltenen Zustand eines Fahrzeugs bis zum Geradeausfahren eines Fahrzeugs (weniger als 100 km/h), d. h., wenn die Belastung auf das Lager ausgeübt wird und der Temperaturanstieg gering ist, beim anfänglichen Zustand (d < d3) und wird daher die Belastung nur durch die Keramikkugeln 6c getragen, wenn der anfängliche Durchmesserunterschied Δd (= d3 – d) auf einen Bereich von 5 bis 10 μm eingerichtet ist. Da das Ausmaß der elastischen Verformung der Keramikkugeln 6c, die verursacht wird, wenn die Belastung auf das Lager ausgeübt wird, kleiner als jenes der Stahlkugeln 6 ist, ist es möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern, während der Rollwiderstand unterdrückt wird, und die Lebensdauer des Lagers zu verringern, während ein Temperaturanstieg des Lagers unterdrückt wird und daher eine Verschlechterung des Schmierfetts unterdrückt wird.
  • Andererseits dehnen sich die Stahlkugeln 6 infolge des unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten stärker als die Keramikkugeln 6c aus, wenn während Kurvenfahrten eine starke Momentenbelastung auf das Lager ausgeübt wird und die Temperatur des Lagers stark erhöht ist. Daher wird der anfängliche Durchmesserunterschied Δd verringert (d ≒ d3). Demgemäß wird die Belastung sowohl durch die Stahlkugeln 6 als auch durch die Keramikkugeln 6c getragen und kann die Starrheit des Lagers erhöht werden.
  • Der Durchmesserunterschied Δd der Stahlkugel 6 und der Keramikkugel 6c wird im Fall eines Nenndurchmessers für die Kugel 6 von 1/2 Zoll im Wesentlichen 1 μm/10°C betragen. Das heißt, dass durch das Einrichten des Durchmesserunterschieds Δd (= d3 – d) auf einen Bereich von 5 bis 10 μm ein Temperaturanstiegsbereich von 50 bis 100°C gestattet werden kann. Es ist schwierig, eine erwünschte Wirkung zu erhalten, wenn der Durchmesserunterschied Δd weniger als 5 μm beträgt, während die Belastung andererseits bei allen Betriebsarten nur durch die Keramikkugeln 6c getragen wird, wenn der Durchmesserunterschied Δd 10 μm übersteigt.
  • Zusätzlich ist das Mischverhältnis der Stahlkugeln 6 und der Keramikkugeln 6c vorzugsweise auf einen Bereich von 3:7 bis 7:3 einschließlich 1:1 eingerichtet, obwohl es auf Basis von Fahrzeugtypen oder der Spezifikation der Lager passend als ungerade Zahl oder gerade Zahl von Kugeln gewählt wird. Wenn das Mischverhältnis der Stahlkugeln 6 und der Keramikkugeln 6c 2:8 oder geringer ist, werden die Herstellungskosten des Lagers erhöht, während andererseits bei 8:2 oder mehr keine Verbesserung der Verringerung des Drehmoments des Lagers und kein Anstieg der Starrheit erwartet werden kann. Es ist möglich, durch derartiges Verändern des Mischverhältnisses, dass die innenseitige Kugelreihe, die schweren Belastungen ausgesetzt ist, das Mischverhältnis von 3:7 aufweist und die außenseitige Kugelreihe das Mischverhältnis von 7:3 aufweist, eine den Belastungsbedingungen entsprechende optimale Haltbarkeit zu erhalten.
  • Wenn eine derartige Einrichtung erfolgt, dass die Stahlkugeln 6 und die Keramikkugeln 6c keinen anfänglichen Durchmesserunterschied aufweisen, wie in 7(b) gezeigt ist, wird im Zeitverlauf von einem angehaltenen Zustand zu einem Geradeausfahren eines Fahrzeugs kein wesentlicher Durchmesserunterschied verursacht (d ≒ d3), und wird die Belastung daher sowohl durch die Stahlkugeln 6 als auch durch die Keramikkugeln 6c getragen, während der ursprüngliche Zustand beibehalten wird. Andererseits werden die Durchmesser der Stahlkugeln 6 und der Keramikkugeln 6c aufgrund eines Unterschieds ihrer Längenausdehnungskoeffizienten so verändert, dass sie eine Beziehung von (d > d3) aufweisen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit 100 km/h übersteigt. Demgemäß wird die Belastung nur durch die Stahlkugeln 6 getragen und ist es daher möglich, das Drehmoment des Lagers zu verringern, während die anfängliche Lagervorspannung behalten wird und der Rollwiderstand unterdrückt wird.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Keramikkugeln 6c beschrieben werden. Bei Verfahren zur Herstellung der Keramikkugeln 6c ist es üblich, ein Drucksinterverfahren (ein Verfahren zur Ausführung des Sinterns unter einem Druck von 10 MPa oder mehr) wie das „isostatische Heißpressen (hot isostatic press, HIP)” oder das „Gasdrucksintern (gas pressured sintering, GPS)” einzusetzen, um die Erzeugung von Defekten, die die Rollermüdungsdauer verringern, zu unterdrücken. Doch beim Herstellungsverfahren, das ein Drucksinterverfahren einsetzt, besteht die Gefahr, dass die Herstellungskosten des Sinterkörpers ansteigen, und dass an der Oberfläche der Keramikkugel eine beeinflusste abnorme Schicht gebildet wird. Demgemäß werden die Herstellungskosten weiter erhöht, um die beeinflusste abnorme Schicht zu entfernen. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn kein Drucksinterverfahren eingesetzt wird, die Porosität der Keramikkugeln erhöht und treten die Probleme auf, dass in den Keramikkugeln Defekte hervorgerufen werden, und dass ihre Rollermüdungsdauer verringert wird.
  • Zur Lösung dieser Probleme ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, bei geringen Kosten Keramikkugeln herzustellen, die stabil eine ausreichende Haltbarkeit sicherstellen können, indem Formkörper aus β-Sialon unter einem niedrigeren Druck als 1 MPa oder weniger gesintert werden. Das heißt, es wird wie in 8 gezeigt als allererstes ein β-Sialon-Pulver-Anfertigungsschritt ausgeführt. In diesem Schritt kann das β-Sialon-Pulver bei geringen Kosten hergestellt werden, z. B. durch einen Herstellungsschritt, der das Sintersyntheseverfahren einsetzt.
  • Dann wird ein Mischschritt ausgeführt, um das β-Sialon-Pulver, das im β-Sialon-Pulver-Anfertigungsschritt angefertigt wurde, mit einem hinzugefügten Sinterhilfsmittel zu mischen. Auf diesen Mischschritt kann verzichtet werden, wenn kein Sinterhilfsmittel hinzugefügt wird.
  • Dann wird ein Formungsschritt zum Formen des Gemischs aus dem β-Sialon-Pulver und dem Sinterhilfsmittel zu einem Formkörper mit im Wesentlichen der gleichen Gestaltung wie der Keramikkugel ausgeführt. Genauer werden Körper, die jeweils eine im Wesentlichen gleiche Gestaltung wie die Keramikkugel aufweisen, gebildet, indem ein Formungsverfahren wie etwa das Pressformen, das Gießen, das Ziehen, das Rollkörnen usw. auf das Gemisch aus dem β-Sialon-Pulver und dem Sinterhilfsmittel angewendet wird.
  • Dann wird ein Vorsinter-Formungsschritt ausgeführt. Dieser Vorsinter-Formungsschritt ist ein Schritt, um den Formkörper durch Abändern einer Oberfläche des Formkörpers so zu formen, dass er eine Gestaltung aufweist, die im Wesentlichen die gleiche Gestaltung wie eine gewünschte Kugelgestaltung nach dem Sintern ist. Genauer kann durch das Anwenden eines Verfahrens zur Grünkörperformung eine Gestaltung erhalten werden, die eine näher an die Kugelgestaltung angenäherte Gestaltung ist. Auf diesen Vorsinter-Formungsschritt kann verzichtet werden, wenn es möglich ist, im Formungsschritt eine Formkörpergestaltung zu erhalten, die eine näher an die Kugelgestaltung angenäherte Gestaltung ist.
  • Dann wird ein Sinterschritt ausgeführt, in dem der Formkörper unter einem Druck von 1 MPa oder weniger gesintert wird. Genauer kann durch Erhitzen des Formkörpers unter Verwendung von Erhitzungsverfahren wie etwa einer Heizvorrichtungserhitzung, einer elektromagnetischen Wellenerhitzung usw. ein im Wesentlichen kugelförmiger Sinterkörper erhalten werden. Das Sintern wird durch Erhitzen des Formkörpers auf Temperaturen in einem Bereich von 1550 bis 1800°C in einer Inertgasatmosphäre oder einer Mischgasatmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff ausgeführt. Dies ermöglicht, einen Zerfall und eine strukturelle Veränderung des β-Sialons zu unterdrücken. In diesem Sinterschritt des Formkörpers, der β-Sialon umfasst, wird das Sintern in einem Bereich von 1550 bis 1800°C ausgeführt. Doch da es schwierig ist, bei Temperaturen von weniger als 1550°C die Sinterdichte zu fördern, wird der Formkörper vorzugsweise bei einer Temperatur gesintert, die höher als 1550°C ist. Da andererseits die Gefahr besteht, dass die mechanischen Eigenschaften des Sinterkörpers durch eine Veränderung der β-Sialon-Körner zu groben Körpern verringert werden, wenn die Sintertemperatur 1800°C übersteigt, wird das Sintern vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als 1800°C ausgeführt. Und obwohl es möglich ist, Helium, Neon, Argon oder Stickstoff als das Inertgas zu verwenden, wird angesichts einer Verringerung der Herstellungskosten Stickstoff bevorzugt.
  • Dann wird ein Endbearbeitungsschritt ausgeführt, in dem die Keramikkugeln 6c durch Bearbeiten der Oberflächen der Sinterkörper, die im Sinterschritt hergestellt wurden, und Entfernen von Bereichen einschließlich dieser Oberflächen endbearbeitet werden. Genauer werden die Oberflächen der Sinterkörper geschliffen oder geläppt, damit sie die gewünschte Gestaltung, Abmessung oder Oberflächenrauheit aufweisen.
  • Wie in 9 schematisch gezeigt ist der durch das oben beschriebene Verfahren der Erfindung gebildete Sinterkörper (d. h., die Keramikkugel 6c) mit einer dichten Schicht 6c1 ausgeführt. Diese dichte Schicht 6c1 ist in einem Bereich mit einer Dicke von 500 μm von der Oberfläche des Sinterkörpers gebildet und weist eine höhere Dichte als jene des inneren Bereichs 6c0 des Sinterkörpers auf. Das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der dichten Schicht 6c1, der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, ist auf 7% oder weniger eingerichtet. Das heißt, der Sinterkörper ist mit der dichten Schicht 6c1 mit niedriger Porosität (hoher Dichte) ausgeführt. Zusätzlich ist der Sinterkörper mit einer hochdichten Schicht 6c2 ausgeführt. Diese hochdichte Schicht 6c2 ist in einem Bereich mit einer Dicke von 150 μm von der Oberfläche des Sinterkörpers gebildet und weist eine höhere Dichte als jene des anderen Bereichs in der dichten Schicht 6c1 auf. Das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der hochdichten Schicht 6c2, der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, ist auf 3,5% oder weniger eingerichtet. Demgemäß wird bevorzugt, dass die Dicke des Sinterkörpers 6c, die im Endbearbeitungsschritt entfernt werden soll, besonders in dem Bereich, der einer Wälzfläche entspricht, 150 μm oder weniger beträgt. Dies ermöglicht es, die Rollermüdungsdauer der Keramikkugel 6c durch das Zurückbelassen der hochdichten Schicht 6c2 noch weiter zu verbessern.
  • Der Anmelder hat ein Rillenkugellager mit Keramikkugeln, die aus dem oben erwähnten β-Sialon-Sintermaterial mit verschiedenen z-Werten gebildet waren, hergestellt und einen Versuch zum Nachweis einer Beziehung zwischen den z-Werten und der Rollermüdungsdauer (Haltbarkeit) durchgeführt. Der Versuchsprozess war wie folgt.
  • Zuallererst wird ein Verfahren zur Herstellung des Lagers, das dem Test unterzogen wurde, beschrieben werden. Zuerst wurde β-Sialon-Pulver, das durch das Sintersyntheseverfahren so hergestellt wurde, dass es z-Werte von 0,1 bis 4,0 aufwies, angefertigt, und dann wurden Keramikkugeln mit z-Werten von 0,1 bis 4,0 nach einem Verfahren gebildet, das dem in 8 beschriebenen Herstellungsverfahren für Keramikkugeln ähnlich war. Genauer wurden β-Sialon-Pulver, das auf Submikrongröße mikronisiert worden war, Aluminiumoxid (Sumitomo Chemicals, Co., Ltd: AKP30) und Yttriumoxid (H. C. Strarck, Co. Ltd.: Yttrium oxide grade C) als Sinterhilfsmittel unter Verwendung einer Kugelmühle miteinander nassvermischt. Dann wurde durch das Zerstäubungstrockner-Körnungsverfahren Körnungspulver hergestellt. Das Körnungspulver wurde unter Verwendung einer Form zu kugelförmigen Körpern geformt und ferner durch kalt isostatisches Pressen (cold isostatic pressing, CIP) zu endgültigen kugelförmigen Körpern ausgeführt.
  • Nachdem das Normaldrucksintern der geformten Körper als primäres Sintern fortlaufend durchgeführt worden war, wurden durch Durchführen des HIP-Prozesses in einer Stickstoffatmosphäre von 200 MPa Sinterkörper hergestellt. Dann wurden die Sinterkörper geläppt, um Keramikkugeln von 3/8 Zoll zu erhalten (JIS G5). Dann wurde durch Kombinieren mit einem gesondert angefertigten Lagerring, der aus Lagerstahl (JIS SUJ2) gebildet war, ein Rillenkugellager (JIS 6206) hergestellt. Und Stahlkugeln mit einem z-Wert von „0” wurden durch das gleiche Verfahren wie jenes zur Herstellung der Keramikkugeln hergestellt und gleichermaßen in das Rillenkugellager eingebaut (Vergleichsbeispiel A in Tabelle 2).
  • Nun werden die Versuchsbedingungen beschrieben werden. Das nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellte Rillenkugellager wurde einem Ermüdungsversuch unterzogen, indem das Lager unter den Bedingungen eines Höchstkontaktflächendrucks (Pmax) von 3,2 GPa, einer Lagerumdrehungsgeschwindigkeit von 2000 U/min, einer Schmierung durch umlaufende Lieferung von Turbinenöl VG 68 (Reinigungsöl) und einer Versuchstemperatur von Raumtemperatur angetrieben wurde. Die Schwingungen unter dem angetriebenen Lager wurden durch eine Schwingungsfeststellvorrichtung überwacht. Der Versuch wurde angehalten, wenn der Schwingungswert aufgrund der Erzeugung einer Beschädigung an den Kugeln einen vorherbestimmten Wert überschritt. Die Zeitdauer vom Beginn des Antriebs des Lagers bis zum Ende des Antriebs wurde als Lebensdauer des Lagers aufgezeichnet. Das Lager wurde nach dem Versuch zerlegt und der beschädigte Zustand jeder Kugel bestätigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2-(1)
    Vergleichsbeispiel A Ausführungsform
    A B C D E
    z-Wert 0 Siliziumnitrid 0,1 0,5 1 1,5 2
    Lebensdauerverhältnis 1 1,05 1,05 1,05 1,01 0,99
    Gestalt des Schadens Abblättern Abblättern Abblättern Abblättern Abblättern Abblättern
    Tabelle 2-(2) (Fortsetzung)
    Ausführungsform Vergleichsbeispiel B Vergleichsbeispiel C
    F G H
    2,5 3 3,5 3,8 4
    0,95 0,9 0,74 0,12 < 0,05
    Abblättern Abblättern Abblättern (leichte Abnutzung) Abblättern (Abnutzung) Abnutzung
  • In Tabelle 2 ist die Lebensdauer der Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele durch ein Verhältnis (Lebensdauerverhältnis) in Bezug auf die Lebensdauer (l) bei Vergleichsbeispiel A (Siliziumnitrid) ausgedrückt. Beim Punkt „Gestalt des Schadens” von Tabelle 2 wird der Ausdruck „Abblättern” benutzt, wenn an der Oberfläche einer Kugel ein Abblättern erzeugt wird, und wird der Ausdruck „Abnutzung” benutzt, wenn der Versuch aufgrund der Abnutzung an der Oberfläche einer Kugel ohne Erzeugung eines Abblätterns angehalten wurde.
  • In Tabelle 2 ist gezeigt, dass die Kugeln der Ausführungsformen A bis H mit einem z-Wert von 0,1 oder mehr und 3,5 oder weniger eine Lebensdauer aufweisen, die nicht schlechter als jene von Vergleichsbeispiel A ist. Zusätzlich ist auch ihre Gestalt des Schadens ähnlich wie jene von Siliziumnitrid „Abblättern”. Im Gegensatz dazu ist die Lebensdauer bei Vergleichsbeispiel B, bei dem der z-Wert 3,5 übersteigt und außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, wesentlich verringert und findet sich an den Kugeln Abnutzung. Das heißt, es wird angenommen, dass die Abnutzung die Kugeln beeinflussen kann und ihre Lebensdauer verringern kann. Darüber hinaus wird bei Vergleichsbeispiel C mit einem z-Wert von 4,0 festgestellt, dass die Abnutzung der Kugeln innerhalb einer äußerst kurzen Zeit voranschreitet und somit auch die Lebensdauer eines Lagers extrem verringert wird.
  • Demgemäß wird festgestellt, dass die Haltbarkeit eines Wälzlagers, das Kugeln umfasst, die aus einem β-Sialon-Sintermaterial gebildet sind, in einem z-Wert-Bereich von 0,1 oder mehr und 3,5 oder weniger im Wesentlichen die gleiche wie jene eines Wälzlagers ist, das Kugeln umfasst, die aus einem gesinterten Siliziumnitridmaterial gebildet sind. Im Gegensatz dazu neigen die Kugeln zur Abnutzung, wenn der z-Wert 3,5 übersteigt und wird daher die Rollermüdungsdauer extrem verringert. Die Gestalt der Beschädigung von Kugeln, die aus β-Sialon gebildet sind, ändert sich von „Abblättern” zu „Abnutzung”, wenn der z-Wert weiter erhöht wird, weshalb die Rollermüdungsdauer extrem verringert wird. Das heißt, es ist möglich, durch Halten des z-Werts innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 3,5 eine ausreichende Haltbarkeit bei geringen Herstellungskosten stabil sicherzustellen.
  • Bei der Ausführungsform H in Tabelle 2, bei der der z-Wert 3,5 übersteigt, wird an den Kugeln eine leichte Abnutzung erzeugt und ist auch ihre Lebensdauer verglichen mit den Ausführungsformen A bis G etwas verringert. Daraus kann geschlossen werden, dass der z-Wert vorzugsweise bei 3,0 oder weniger gehalten werden soll, um eine ausreichende Haltbarkeit stabil sicherzustellen.
  • Zusätzlich wird aus den oben erwähnten Ergebnissen bevorzugt, den z-Wert bei 2 oder weniger und insbesondere bei 1,5 oder weniger zu halten, um die gleiche oder eine höhere Haltbarkeit als jene von Kugeln, die aus Siliziumnitrid gebildet sind, zu erhalten. Andererseits wird im Hinblick auf die Leichtigkeit der Herstellung der β-Sialon-Sinterkörper bevorzugt, den z-Wert bei 0,5 oder mehr zu halten, bei welcher Höhe eine Reaktion durch eine Eigenwärmeerzeugung ausreichend erwartet werden kann.
  • Dann wurde ein Versuch zur Untersuchung des Bildungszustands der dichten Schicht 6c1 und der hochdichten Schicht 6c2 beim Querschnitt einer Kugel der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Der Prozess des Versuchs lautet wie folgt.
  • Zuerst wurde β-Sialon-Pulver (Si5AlzON7; Handelsbezeichnung: „Melamix”, Ismanjey Co., Ltd.) vorbereitet und durch ein Verfahren, das dem in 8 beschriebenen Herstellungsverfahren ähnlich war, ein würfelförmiges Versuchsstück von 10 mm3 hergestellt.
  • Dann wurden das auf Submikrongröße mikronisierte βSialon-Pulver, Aluminiumoxid (Sumitomo Chemicals, Co., Ltd.: AKP30) und Yttriumoxid (H. C. Strarck, Co., Ltd.: Yttrium oxide grade C) unter Verwendung einer Kugelmühle miteinander nassvermischt. Dann wurde durch das Zerstäubungstrockner-Körnungsverfahren Körnungspulver hergestellt. Das Körnungspulver wurde unter Verwendung einer Form zu kugelförmigen Körpern geformt und ferner durch kalt isostatisches Pressen (CIP) zu endgültigen kugelförmigen Körpern ausgeführt.
  • Das würfelförmige Versuchsstück wurde durch Erhitzen des Formkörpers auf 1650°C und Sintern in einer Stickstoffatmosphäre von 4 MPa hergestellt. Nach dem Schneiden und Läppen des Versuchsstücks mit einer Diamantläppmaschine wurde eine Querschnittfläche zur Betrachtung, die die Mitte des Würfels enthielt, gebildet, indem eine Spiegelflächenläppung mit einer Chromoxidläppmaschine durchgeführt wurde. Dann wurde die Querschnittfläche durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops (Nikon Co., Ltd.: Microphoto FXA) betrachtet und bei einer Vergrößerung von 50 (× 50) als Sofortbild aufgenommen (Fuji Film Co., Ltd.: FP-100 B). Dann wurde eine Abbildung der erhaltenen Fotographie unter Verwendung eines Scanners (Auflösung: 300 dpi) in einen PC übernommen. Schließlich wurde das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs der Querschnittfläche gemessen (binäre Trennungsschwelle: 140), indem eine Binärbearbeitung der Helligkeitsschwellen unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware (Mitani Shoji Co., Ltd.: WinROOF) durchgeführt wurde.
  • Nun werden die Versuchsergebnisse beschrieben werden. 10 ist die den Querschnitt des Versuchsstücks zur Beobachtung zeigende Fotografie, die unter Verwendung geneigter Strahlen des Lichtmikroskops aufgenommen wurde, 11 ist ein Beispiel, das eine Abbildung der Fotografie von 10 zeigt, die durch Helligkeitsschwellen unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware binärbearbeitet wurde, und 12 ist eine Zeichnung, die einen Bereich (Bewertungsbereich) zeigt, der einer Bildbearbeitung unterzogen werden soll, während die Fotografie von 10 unter Verwendung einer Bildbearbeitungssoftware durch Helligkeitsschwellen binärbearbeitet wird. In 10 ist die Oberseite der Fotografie eine Oberflächenseite des Versuchsstücks und das obere Ende eine Oberfläche des Versuchsstücks.
  • Unter Bezugnahme auf 10 und 11 wird festgestellt, dass das Versuchsstück, das durch ein Herstellungsverfahren hergestellt wurde, welches jenem zur Herstellung des kugelförmigen Körpers der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, einen Bereich einschließlich seiner Oberfläche aufweist, der durch eine Schicht ausgeführt ist, die einen kleineren weißen Bereich als sein innerer Abschnitt aufweist. Die Abbildung der Fotografie ist wie in 12 gezeigt in drei Bereiche (d. h., einen Bereich innerhalb von 150 μm von der äußersten Oberfläche, einen Bereich über 150 μm und innerhalb von 500 μm von der äußersten Oberfläche und einen Bereich über 500 μm und innerhalb von 800 μm von der äußersten Oberfläche unterteilt, und das Flächenverhältnis des weißen Bereichs wird durch Durchführen einer Bildanalyse jedes Bereichs berechnet, wobei die Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt sind. In Tabelle 3 definieren ein Durchschnittswert und ein Höchstwert des weißen Bereichs und das Flächenverhältnis in jedem von fünf Blickfeldern, die von fünf zufällig aufgenommenen Fotografien stammen, jeden in 12 gezeigten Bereich als ein Blickfeld. Tabelle 3
    Tiefe von der äußersten Oberfläche (μm) Flächenverhältnis des weißen Bereichs (%)
    Durchschnitt von fünf Blickfeldern Höchstwert von fünf Blickfeldern
    1) hochdichte Schicht 150 1,2 3,5
    2) dichte Schicht 150 bis 500 3,7 7,0
    3) innerer Abschnitt > 500 18,5 22,4
  • Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, beträgt das Flächenverhältnis des weißen Bereichs in dem Bereich, dessen Tiefe innerhalb von 500 μm von seiner Oberfläche liegt, 3,7% und das Flächenverhältnis des weißen Bereichs in dem Bereich, dessen Tiefe innerhalb von 150 μm von seiner Oberfläche liegt, 1,2 obwohl der weiße Bereich im inneren Abschnitt 18,5% beträgt. Daher wird bestätigt, dass das Versuchsstück in seinem Bereich, der die Oberfläche beinhaltet, mit der dichten Schicht und der hochdichten Schicht, die einen kleineren weißen Bereich als der innere Abschnitt aufweisen, ausgeführt ist.
  • Dann wurde durch das Zerstäubungstrockner-Körnungsverfahren Körnungspulver hergestellt. Das Körnungspulver wurde unter Verwendung einer Form zu kugelförmigen Körpern geformt und ferner nach dem CIP-Verfahren zu endgültigen kugelförmigen Körpern ausgeführt.
  • Dann wurde der Formkörper durch das Grünverfahren so bearbeitet, dass er nach dem Sintern einen vorherbestimmten Bearbeitungsspielraum aufwies, und wurde durch fortlaufendes Sintern des Formkörpers, indem er in einer Stickstoffatmosphäre bei 0,4 MPa auf 1650°C erhitzt wurde, ein gesinterter kugelförmiger Körper hergestellt. Dann wurde durch Läppen des gesinterten kugelförmigen Körpers eine Keramikkugel von 3/8 Zoll (JIS G5) erhalten und durch Kombinieren der Keramikkugeln mit einem gesondert angefertigten Lagerring, der aus Lagerstahl (JIS SUJ2) gebildet war, ein Rillenkugellager (JIS 6206) hergestellt (Vergleichsbeispiel A). Der Bearbeitungsspielraum für das Läppen betrug 0,25 mm.
  • Nun werden die Versuchsbedingungen beschrieben werden. Das nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellte Rillenkugellager wurde einem Ermüdungsversuch unterzogen, indem das Lager unter den Bedingungen eines Höchstkontaktflächendrucks (Pmax) von 3,2 GPa, einer Lagerumdrehungsgeschwindigkeit von 2000 U/min, einer Schmierung durch umlaufende Lieferung von Turbinenöl VG 68 (Reinigungsöl) und einer Versuchstemperatur von Raumtemperatur angetrieben wurde. Die Schwingungen unter dem angetriebenen Lager wurden durch eine Schwingungsfeststellvorrichtung überwacht. Der Versuch wurde angehalten, wenn der Schwingungswert aufgrund der Erzeugung einer Beschädigung an den Kugeln einen vorherbestimmten Wert überschritt. Die Zeitdauer vom Beginn des Antriebs des Lagers bis zum Ende des Antriebs wurde als Lebensdauer des Lagers aufgezeichnet. Die Anzahl der Versuchsstücke bei den Beispielen der Ausführungsformen und den Vergleichsbeispielen betrug 15, und die Haltbarkeit wurde durch Berechnen der L10-Lebensdauer und Verwenden des Lebensdauerverhältnisses in Bezug auf das Vergleichsbeispiel A bewertet. Das Ergebnis des Tests wird in Tabelle 4 gezeigt. Der Ausdruck „L10-Lebendauer” bedeutet eine gesamte Anzahl von Umdrehungen oder eine gesamte Zeitdauer von Umdrehungen (bei Umdrehungen mit einer konstanten Geschwindigkeit) während einer Bedingung, für die sich 90% oder mehr einer Gruppe von Lagern, die unter der gleichen Bedingung angetrieben werden, drehen können, ohne dass Schäden aufgrund einer Rollermüdung des Material der Lager verursacht werden. Tabelle 4
    Bearbeitungsspielraum (mm) L10-Lebensdauer (Zeitdauer) Lebensdauerverhältnis
    Ausführungsform A 0,05 6492 3,19
    Ausführungsform S 0,10 6387 3,14
    Ausführungsform C 0,15 6404 3,15
    Ausführungsform D 0,20 3985 1,96
    Ausführungsform E 0,30 4048 1,99
    Ausführungsform F 0,40 3945 1,94
    Ausführungsform G 0,50 3069 1,51
    Ausführungsform H 0,60 867 0,43
    Vergleichsbeispiel A 0,25 2036 1,00
  • Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, versteht man, dass die Lagerlebensdauer aller Ausführungsformen im Hinblick auf ihre Herstellungskosten zufriedenstellend ist. Die Lagerlebensdauer der Ausführungsformen D bis G, bei denen die dichte Schicht an der Oberfläche jeder Kugel zurückbelassen wurde, indem der Bearbeitungsspielraum bei 0,5 mm oder weniger gehalten wurde, beträgt etwa das eineinhalb- bis zweifache der Lebensdauer des Vergleichsbeispiels A. Zusätzlich beträgt die Lebensdauer der Ausführungsformen A bis C, bei denen die hochdichte Schicht auf der Oberfläche jeder Kugel zurückbelassen wurde, indem der Bearbeitungsspielraum bei 0,15 oder weniger gehalten wurde, etwa das dreifache der Lebensdauer des Vergleichsbeispiels A. Dadurch wird bestätigt, dass das Lager, das Kugeln der vorliegenden Erfindung umfasst, eine hervorragende Haltbarkeit aufweist. Es wurde festgestellt, dass die Lagerlebensdauer durch Zurückbelassen der dichten Schicht an der Oberfläche jeder Kugel, indem der Bearbeitungsspielraum bei 0,5 mm oder weniger gehalten wird, verlängert werden kann und durch Zurückbelassen der hochdichten Schicht an der Oberfläche jeder Kugel, indem der Bearbeitungsspielraum bei 0,15 oder weniger gehalten wird, noch weiter verlängert werden kann.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 13 ist eine längsgeschnittene Ansicht, die eine vierte Ausführungsform einer Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich im Grunde nur im Teilkreisdurchmesser der beiden Reihen von Kugeln von der ersten Ausführungsform, und demgemäß werden bei Teilen dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen wie jene der ersten Ausführungsform aufweisen, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Die Lagervorrichtung für ein Rad eines Fahrzeugs dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung vom Typ der dritten Generation, die für ein angetriebenes Rad verwendet wird, und umfasst ein inneres Element 11, ein äußeres Element 12 und zwei Reihen von Kugeln 13, 14, die rollend zwischen dem inneren und dem äußeren Element 11, 12 aufgenommen sind. Das innere Element 11 umfasst die Radnabe 15 und einen Innenring 16, der über eine vorherbestimmte Passung auf die Radnabe 15 pressgepasst ist.
  • Die Radnabe 15 ist integral an ihrem außenseitigen Ende mit einem Radanbringungsflansch 17 ausgeführt und an ihrem Außenumfang mit einer (außenseitigen) inneren Laufringfläche 15a ausgeführt und weist einen zylinderförmigen Abschnitt 15b auf, der sich über einen Schaftabschnitt 18 von der inneren Laufringfläche 15a erstreckt. Entlang des Umfangs des Radanbringungsflanschs 17 sind daran in gleichen Abständen Nabenschrauben 5 angeordnet, und zwischen den Nabenschrauben 5 sind runde Öffnungen 4a gebildet.
  • Der Innenring 16 ist an seinem Außenumfang mit der anderen (innenseitigen) inneren Laufringfläche 16a ausgeführt und dazu geeignet, auf den zylinderförmigen Abschnitt 15b der Radnabe 15 pressgepasst zu werden, um ein zweireihiges Schrägkugellager von einem Rücken an Rücken liegenden Duplextyp zu bilden, und durch einen verstemmten Abschnitt 2c, der durch plastisches Verformen des Endes des zylinderförmigen Abschnitts 15b gebildet wird, axial mit einer vorherbestimmten Lagervorspannung gesichert zu werden, um einen sogenannten selbsthaltenden Aufbau zu bilden. Der Innenring 16 und die Wälzelemente 13, 14 bestehen aus Chromstahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt wie etwa SUJ2 und sind durch Eintauchabschrecken so zu ihrem Kern hin gehärtet, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweisen.
  • Die Radnabe 15 besteht aus Stahl mit einem mittleren/hohen Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gew.-% Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C und ist durch Hochfrequenzinduktionsabschrecken so gehärtet, dass ein Bereich einschließlich der inneren Laufringfläche 15a von der innenseitigen Basis 4b des Radanbringungsflanschs 17 zum zylinderförmigen Abschnitt 15b so gehärtet ist, dass er eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweist.
  • Das äußere Element 12 ist integral an seinem Außenumfang mit einem Fahrzeugbefestigungsflansch 10b zur Anbringung an einem Achsschenkel (nicht gezeigt) und an seinem Innenumfang mit einer außenseitigen äußeren Laufringfläche 12a, die der inneren Laufringfläche 15a der Radnabe 15 gegenüberliegt, und einer innenseitigen äußeren Laufringfläche 12b, die der inneren Laufringfläche 16a des Innenrings 16 gegenüberliegt, ausgeführt. Zwei Reihen von Kugeln 13, 14 sind zwischen diesen äußeren und inneren Laufringflächen aufgenommen und werden durch Käfige 19, 20 rollend gehalten. Eine Dichtung 21 und ein Schleuderring 22 sind in Öffnungen von ringförmigen Räumen, die zwischen dem äußeren Element 12 und dem inneren Element 11 gebildet sind, angebracht und verhindern ein Auslaufen von Schmierfett, das im Lager enthalten ist, und ein Eindringen von Regenwasser und Staub von außen her in das Lager.
  • Das äußere Element 12 besteht aus Stahl mit einem mittleren/hohen Kohlenstoffgehalt, der 0,40 bis 0,80 Gew.-% Kohlenstoff enthält, wie etwa S53C, und die zwei Reihen von äußeren Laufringflächen 12a, 12b sind durch Hochfrequenzinduktionsabschrecken so mit einer gehärteten Schicht ausgeführt, dass sie eine Oberflächenhärte von 58 bis 64 HRC aufweisen. Obwohl es sich bei dem hier gezeigten Aufbau um eine als Typ der dritten Generation bezeichnete Radlagervorrichtung handelt, bei der die innere Laufringfläche 15a direkt am Außenumfang der Radnabe 15 gebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt und ist es möglich, die vorliegende Erfindung zum Beispiel auf eine Radlagervorrichtung vom Typ der ersten oder zweiten Generation, wobei ein Paar von Innenringen auf den zylinderförmigen Abschnitt der Radnabe pressgepasst ist, oder vom Typ der vierten Generation, wobei die inneren Laufringflächen direkt am Außenumfang der Radnabe bzw. des äußeren Gelenkelements des Gleichlaufgelenks gebildet sind, anzuwenden.
  • Nach dieser Ausführungsform ist der Teilkreisdurchmesser PCDo der außenseitigen Kugelgruppe 13 größer als der Teilkreisdurchmesser PCDi der innenseitigen Kugelgruppe 14 eingerichtet (PCDo > PDCi), und ist die Anzahl der außenseitigen Kugeln 13 größer als die Anzahl der innenseitigen Kugeln 14 eingerichtet. Dies macht es möglich, das Gewicht und die Größe der Radlagervorrichtung leicht und kompakt zu machen, den Platz für das Lager wirksam zu nutzen und die Lagerstarrheit der Außenseite verglichen mit jener der Innenseite zu erhöhen und dadurch die Lagerlebensdauer zu verlängern.
  • Der Umriss der Radnabe setzt sich vom Laufringflächenboden der inneren Laufringfläche 15a über einen Gegenabschnitt 23, einen sich in der Achsenrichtung erstreckenden Schaftabschnitt 18, einen abgeschrägten Stufenabschnitt 18a und einen Schulterabschnitt 18b, auf den der Innenring 16 trifft, zum zylinderförmigen Abschnitt 15b fort. Zusätzlich ist im außenseitigen Ende der Radnabe 15 eine sich in der Achsenrichtung erstreckende, im Wesentlichen konische Aussparung 24 gebildet. Diese Aussparung 24 ist durch Schmieden entlang des Umrisses der Radnabe 15 gebildet, und die Tiefe der Aussparung 24 erstreckt sich zumindest bis zu einer Position in der Nähe des Laufringbodens der außenseitigen inneren Laufringfläche 15a, um die Dicke des außenseitigen Abschnitts der Radnabe 15 im Wesentlichen konstant zu gestalten.
  • Zum anderen ist im äußeren Element 12 der Durchmesser der außenseitigen äußeren Laufringfläche 12a aufgrund des Unterschieds der Teilkreisdurchmesser PCDo und PCDi größer als jener der innenseitigen äußeren Laufringfläche 12a ausgeführt, und ist zwischen einem Schulterabschnitt 25 der außenseitigen äußeren Laufringfläche 12a und einem Schulterabschnitt 26 der innenseitigen äußeren Laufringfläche 12b eine ringförmige Aussparung 27 gebildet, um das Gewicht des Lagers zu verringern.
  • Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist es möglich, die Erzeugung einer übermäßigen Vorspannung während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs und einer mangelnden Vorspannung während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs zu verhindern und daher eine passende Vorspannung auf das Lager auszuüben, da die innere Laufringfläche 16a des Innenrings 16 und die äußere Laufringfläche 12b des äußeren Elements 12 jeweils als Kreisbogengestaltung ausgeführt sind, die Kreisbogenabschnitte mit Krümmungsradien r, r1 bzw. r2, r3 aufweist, und die Wechselpunkte P0 und Q0 dieser Krümmungsradien r, r1 und r2, r3 so eingerichtet sind, dass sie die Beziehung α1 = α + Δα aufweisen. Der Vorspannungsgrad ist während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs (Kontaktpunkte P und Q) auf 0 bis 10 μm eingerichtet, und während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs (Kontaktpunkte P0 und Q0) auf 10 bis 50 μm eingerichtet. Dies macht es möglich, während des Geradeausfahrens eines Fahrzeugs die anfänglich ausgeübte Vorspannung sicherzustellen und dadurch einen Anstieg des Rollwiderstands zu verhindern, während eine übermäßige Vorspannung unterdrückt wird, wie auch während des Kurvenfahrens eines Fahrzeugs die Haltbarkeit des Lagers zu verbessern, während der Vorspannungsgrad erhöht wird, ohne dem Lager jegliche zusätzliche Teile hinzuzufügen. Zusätzlich können auf diese Ausführungsform Aufbauten angewendet werden, die jenen der zweiten oder der dritten Ausführungsform ähnlich sind.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Natürlich werden Durchschnittsfachleuten beim Lesen und Verstehen der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung Abwandlungen und Änderungen einfallen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung so aufgefasst werden soll, dass sie alle derartigen Änderungen und Abwandlungen umfasst, sofern diese in den Umfang der beiliegenden Ansprüche oder Entsprechungen davon fallen.
  • GEWERBLICHE ANWENDUNGSMÖGLICHKEIT
  • Die Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung kann auf alle beliebigen Lagervorrichtungen der ersten bis vierten Generation, die durch das zweireihige Schrägkugellager gebildet sind, angewendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 11
    inneres Element
    2, 15
    Radnabe
    2a, 3a, 15a, 16a
    innere Laufringfläche
    2b, 15b
    zylinderförmiger Abschnitt
    2c
    verstemmter Abschnitt
    3, 16
    Innenring
    3b
    größere Endfläche
    4, 17
    Radanbringungsflansch
    4a
    runde Öffnung
    4b
    innenseitige Basis des Radanbringungsflanschs
    5
    Nabenschraube
    6, 13, 14
    Kugel (Wälzelement)
    6a
    Kugel mit einem größeren Durchmesser
    6b
    Kugel mit einem kleineren Durchmesser
    6c
    Keramikkugel
    6c0
    innerer Bereich
    6c1
    dichte Schicht
    6c2
    hochdichte Schicht
    7, 19, 20
    Käfig
    8, 9, 21
    Dichtung
    10, 12
    äußeres Element
    10a, 12a, 12b
    äußere Laufringfläche
    10b
    Fahrzeugbefestigungsflansch
    10c
    Innenumfang
    18
    Schaftabschnitt
    18a
    Stufenabschnitt
    18b, 25, 26
    Schulterabschnitt
    22
    Schleuderring
    23
    Gegenabschnitt
    24, 27
    Aussparung
    51
    inneres Element
    52
    Radnabe
    52a, 53a
    innere Laufringfläche
    52b
    zylinderförmiger Abschnitt
    52c
    verstemmter Abschnitt
    53
    Innenring
    53b
    größerer Außendurchmesser
    54
    Radanbringungsflansch
    55
    Nabenschraube
    56
    Kugel
    57
    Käfig
    58, 59
    Dichtung
    60
    äußeres Element
    60a
    äußere Laufringfläche
    60b
    Fahrzeugbefestigungsflansch
    60c
    Innenumfang
    61
    Gleichlaufgelenk
    62
    Mundstück
    63
    Schulterabschnitt
    64
    Wellenabschnitt
    65
    äußeres Gelenkelement
    66
    Außengewinde
    67
    Befestigungsmutter
    d
    Durchmesser der Stahlkugel
    d1
    Durchmesser der größeren Kugel
    d2
    Durchmesser der kleineren Kugel
    d3
    Durchmesser der Keramikkugel
    Δd
    Durchmesserunterschied
    P, P1
    Kontaktpunkt der inneren Laufringfläche und der Kugel
    P0
    Wechselpunkt der inneren Laufringfläche
    PCDi
    Teilkreisdurchmesser der innenseitigen Kugelgruppe
    PCDo
    Teilkreisdurchmesser der außenseitigen Kugelgruppe
    Q, Q1
    Kontaktpunkt der Kugel und der äußeren Laufringfläche
    Q0
    Wechselpunkt der äußeren Laufringfläche
    r, r1
    Krümmungsradius der inneren Laufringfläche
    r2, r3
    Krümmungsradius der äußeren Laufringfläche
    α
    anfänglicher Kontaktwinkel
    α1
    Kontaktwinkel
    Δα
    Erhöhungsausmaß des Kontaktwinkels
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 009895/2006 [0012]
    • JP 91272/2004 [0081]
    • JP 75652/2005 [0081]
    • JP 194154/2005 [0081]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • JIS G5 [0103]
    • JIS SUJ2 [0103]
    • JIS 6206 [0103]
    • JIS G5 [0118]
    • JIS SUJ2 [0118]
    • JIS 6206 [0118]

Claims (18)

  1. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: ein äußeres Element (10 oder 12), das an seinem Innenumfang mit zwei Reihen von äußeren Laufringflächen (10a, 10a oder 12a, 12b) ausgeführt ist; ein inneres Element (1 oder 11), das an seinem Außenumfang mit zwei Reihen von inneren Laufringflächen (2a, 3a oder 15a, 16a) ausgeführt ist, die den zwei Reihen von äußeren Laufringflächen (10a, 10a oder 12a, 12b) des äußeren Elements (10 oder 12) gegenüberliegen; und zwei Reihen von Kugeln (6, 6 oder 13, 14), die frei rollend zwischen den äußeren und inneren Laufringflächen (10a, 10a oder 12a, 12b und 2a, 3a oder 15a, 16a) aufgenommen sind und dazu geeignet sind, dass darauf ein vorherbestimmter Kontaktwinkel ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die inneren Laufringflächen (2a, 3a oder 15a, 16a) der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien (r und r1) aufweisen, dass jede innere Laufringfläche (2a, 3a oder 15a, 16a) durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius (r), der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts (P), an dem die Kugel (6, 6 oder 13, 14) in einem anfänglichen Kontaktwinkel (α) kontaktiert wird, zum Laufringboden erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius (r1) als dem Krümmungsradius (r), der sich von einem Wechselpunkt (P0), an dem die Kugel mit einem Kontaktwinkel (α1) kontaktiert wird, zur radial äußeren Seite erstreckt, gebildet ist, und dass die Krümmungsradien (r, r1) als 1,05 d < 2 r ≦ 1,10 d bzw. 1,01 d < 2 r1 ≦ 1,05 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind und Δα als ein Bereich von 2 bis 8° eingerichtet ist, wenn der Wechselpunkt (P0) der Krümmungsradien (r, r1) bei α1 = α + Δα (α = 30 bis 45°) positioniert ist.
  2. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Teilkreisdurchmesser (PCDo) der außenseitigen Kugelgruppe (13) der zwei Reihen von Kugelgruppen (13, 14) größer als der Teilkreisdurchmesser (PCDi) der innenseitigen Kugelgruppe (14) eingerichtet ist.
  3. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die äußeren Laufringflächen (10a, 10a oder 12a, 12b) der äußeren und inneren Laufringflächen als Kreisbogenabschnitte gebildet sind, die jeweils zwei Krümmungsradien (r2 und r3) aufweisen, wobei jede äußere Laufringfläche (10a, 10a oder 12a, 12b) durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Krümmungsradius (r2), der sich von einer Position in der Nähe eines Kontaktpunkts (Q), an dem die Kugel (6, 6 oder 13, 14) in einem anfänglichen Kontaktwinkel (α) kontaktiert wird, erstreckt, und den anderen Kreisbogenabschnitt mit einem kleineren Krümmungsradius (r3) als dem Krümmungsradius (r2), der sich von einem Wechselpunkt (Q0), an dem die Kugel in einem Kontaktwinkel (α1) kontaktiert wird, zur radial inneren Seite erstreckt, gebildet ist, und wobei die Krümmungsradien (r2, r3) als 1,07 d < 2 r2 ≦ 1,12 d bzw. 1,03 d < 2 r3 ≦ 1,07 d (wobei „d” ein Durchmesser der Kugel ist) eingerichtet sind.
  4. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die inneren Laufringflächen (2a, 3a oder 15a, 16a) und die äußeren Laufringflächen (10a, 10a oder 12a, 12b) durch Schneiden des abgeschreckten Stahls nach einer Hitzebehandlung so fertigbearbeitet sind, dass sie vorherbestimmte Fertigbearbeitungskonfigurationen aufweisen.
  5. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vorspannungsgrad bei einem Geradeausfahren als 0 bis 10 μm und beim Kurvenfahren als 10 bis 50 μm eingerichtet ist.
  6. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kugeln (6, 6 oder 13, 14) der zwei Reihen von Kugelgruppen aus Kugeln mit einem größeren Durchmesser (6a) und einem kleineren Durchmesser (6b) gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind.
  7. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Durchmesserunterschied (Δd) der Kugel mit dem größeren Durchmesser (6a) und der Kugel mit dem kleineren Durchmesser (6b) auf einen Bereich von 5 bis 10 μm eingerichtet ist.
  8. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kugeln (6, 6 oder 13, 14) der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Keramikkugeln (6c) und Stahlkugeln (6) gebildet sind.
  9. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei nur die Kugeln der Kugelgruppe, die mit einer großen Belastung belastet werden, wenn ein Fahrzeug während des Kurvenfahrens des Fahrzeugs mit der Momentenbelastung belastet wird, aus Keramikkugeln (6c) gebildet sind, und die anderen Kugeln der Kugelgruppe aus Stahlkugeln (6) gebildet sind.
  10. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Kugeln (6, 6 oder 13, 14) der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Keramikkugeln (6c) und Stahlkugeln (6) gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind.
  11. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Kugeln (6, 6 oder 13, 14) der beiden Reihen von Kugelgruppen aus Kugeln mit einem größeren Durchmesser (6a) und einem kleineren Durchmesser (6b) gebildet sind, die auf eine regelmäßige Weise abwechselnd angeordnet sind, und die Kugeln mit dem größeren Durchmesser (6a) aus Keramikkugeln (6c) gebildet sind.
  12. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Keramikkugeln (6c) aus einem Sinterkörper gebildet sind, der als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z umfasst, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Verunreinigungen handelt.
  13. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Keramikkugeln (6c) aus einem Sinterkörper gebildet sind, der als Hauptbestandteil β-Sialon mit einer Zusammensetzungsformel von Si6-zAlzOzN8-z umfasst, die 0,1 ≦ z ≦ 3,5 erfüllt, wobei es sich beim Rest um Sinterhilfsmittel und unumkehrbare Verunreinigungen handelt.
  14. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8, 12 und 13, wobei das Mischverhältnis der Stahlkugeln (6) und der Keramikkugeln (6c) auf einen Bereich von 3:7 bis 7:3 einschließlich 1:1 eingerichtet ist.
  15. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Oberfläche der Keramikkugeln (6c) durch eine dichte Schicht (6c1) mit einer höheren Dichte als jener des Inneren (6c0) davon gebildet ist.
  16. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der dichten Schicht (6c1), der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, auf 7% oder weniger eingerichtet ist.
  17. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Bereich, der die Oberfläche der dichten Schicht (6c1) beinhaltet, durch eine hochdichte Schicht (6c2) mit einer noch höheren Dichte als jener des anderen Bereichs im Inneren der dichten Schicht (6c1) gebildet ist.
  18. Radlagervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 17, wobei das Flächenverhältnis eines weißen Bereichs eines Querschnitts der hochdichten Schicht (6c2), der bei einer Betrachtung durch geneigte Strahlen eines Lichtmikroskops als weiß beobachtet wird, auf 3,5% oder weniger eingerichtet ist.
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