JP2008018823A - ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軽合金製の車体側部材に対する電食防止被膜が適切に形成されたハブユニット軸受を提供する。
【解決手段】ハブユニット軸受１は、中心軸部の外周面に内輪３を一体化させたハブ２と、ハブ２の内輪３に転動体５を介して連結され、パイロット部１１を有する懸架装置取り付け用フランジ１０が形成された外輪４とを備える。そして、懸架装置取り付け用フランジ１０のナックルとの対向面及びパイロット部１１の外周面には、非鉄のショット材（例えば、鉄とアルミニウムとの中間のイオン化傾向を持つ金属）を用いたショットピーニングにより金属被膜が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軽合金製の車体側部材取付用のフランジ部を備えるホイール用のハブユニット軸受に関するものである。

従来、車両重量とばね下荷重の低減のため、アルミ合金製のナックルが普及している。アルミ合金はホイール軸受の材料である鋼材と電位差があるため、泥水や塩水がかかると電池が形成され、電食と呼ばれる電流を伴った激しい腐食現象が発生し、当該アルミ合金ナックルの強度が低下してしまう。
この電食を防止するホイール用軸受ユニットとして、外輪のアルミ合金ナックルと対向する面に、鍍金層の上にトップコート層が形成された電食防止被膜層を形成するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１８０４８２号公報

ところで、ホイール用軸受けユニットにおいて、フランジ面を持つ外輪の内径側には軌道面が形成され、この軌道面部には、軸受として適切な焼入焼戻しと高精度の研削加工が施される。
軌道面の表面に鍍金が付いていると焼入れができないため、上記特許文献１に記載のホイール用軸受ユニットにあっては、上記焼入れは鍍金前に実施する必要がある。また、軌道面に鍍金が付くことは好ましくないので、鍍金処理は研削前に実施することになる。
しかしながら、焼入れ層には鍍金により水素がチャージされやすく、鍍金後に水素除去ベーキングが必要となり、その温度は焼戻し温度より高いため、当該ベーキングにより熱処理層の硬度低下が起こるおそれがある。

また、軌道面を高精度で研削するためには、軌道面間位置の外径部に研削基準面を設ける必要がある。この研削基準面は、精度良く加工されている必要があるので、鍍金処理が施された面は好ましくない。仮に鍍金処理を施した面を研削基準面としたとしても、研削盤のシュー（支持部材）との摺動により、鍍金層が剥がされる可能性がある。さらに、パイロット部の位置によっては鍍金処理が施せない場合がある。
このように、従来の鍍金処理により電食防止被膜を形成する方法には難点がある。
そこで、本発明は、軽合金製の車体側部材に対する電食防止被膜が適切に形成されたハブユニット軸受を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係るハブユニット軸受は、外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体とを備え、前記内方部材及び前記外方部材の何れかに、軽合金製の車体側部材を固定するフランジ部が形成されたハブユニット軸受であって、少なくとも前記フランジ部の前記車体側部材と接触する面に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜が形成されていることを特徴としている。

また、請求項２に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記ショット材の主成分は、前記フランジ部の材質と前記車体側部材の材質との中間のイオン化傾向を持つ金属であることを特徴としている。
さらに、請求項３に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記ショット材の主成分が亜鉛であり、残りの成分がニッケルであることを特徴としている。

また、請求項４に係るハブユニット軸受は、請求項１に係る発明において、前記金属被膜は、前記フランジ部の材質より卑な金属層の上に、前記フランジ部の材質より貴な金属層が形成された２層構造であることを特徴としている。
さらにまた、請求項５に係るハブユニット軸受は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記金属被膜の上に、電気絶縁性の熱硬化型の樹脂コーティング材による層が形成されていることを特徴としている。

本発明に係るハブユニット軸受によれば、軽合金製の車体側部材と対向するフランジ面、及びそのフランジ面に形成されたパイロット部の外周面に、非鉄のショット材を用いたショットピーニング加工を施して金属被膜を形成するので、適切に電食防止被膜を形成することができ、車体側部材の強度低下及びホイール軸受の錆付きを防止して、車両の品質向上を実現することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る軸受ユニットの一実施形態の構造を示す縦断面図である。なお、以降の説明においては、ハブユニット軸受を自動車等の車両に取り付けた状態において、車幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、車幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図１においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。

図中、符号１はハブユニット軸受であり、このハブユニット軸受１は、ハブ２と、内輪３と、外輪４と、二列の転動体５とを備えており、ハブ２の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を取り付けるための車輪取り付け用フランジ６が設けられている。
また、ハブ２の内端側部分には外径の小さい円筒部８が形成されており、該円筒部８に内輪３が圧入され、内輪３よりも内端側に突出している円筒部８の先端部分８ａが径方向外方に塑性変形されて、内輪３とハブ２とが一体的に加締め固定されている。

ハブ２の外周面の軸方向中間部及び内輪３の外周面には、それぞれ軌道面が形成され、内輪軌道面２０ａ，２０ｂとされている。また、外輪４の内周面には両内輪軌道面２０ａ，２０ｂに対応する外輪軌道面２１ａ，２１ｂが形成されている。さらに、内輪軌道面２０ａ，２０ｂと外輪軌道面２１ａ，２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体５が転動自在に配置されており、内輪３とハブ２とが一体的に固定されたものが外輪４の内側で回転自在とされている。

なお、各転動体５は、それぞれ保持器９によって転動自在に保持されている。また、乗用車のような比較的軽量の車両用のハブユニット軸受の場合には、転動体として玉が使用されることが多いが、重量が嵩む車両用のハブユニット軸受の場合には、転動体としてころが使用される場合が多い。例えば、大型自動車用のハブユニット軸受の場合には円すいころ、鉄道車両用のハブユニット軸受の場合には円すいころ又は円筒ころが使用される場合が多い。

さらに、外輪４の内端側部分の内周面と内輪３の内端側部分の外周面との間、並びに外輪４の外端側部分の内周面とハブ２の中間部の外周面との間には、それぞれシール部材１２が設けられている。
外輪４の外周面には、車輪取り付け用フランジ６から離間する側の端部に、車体側部材としての懸架装置（軽合金製のナックル）を固定する懸架装置取り付け用フランジ１０が設けられている。また、外輪４の内端側には、懸架装置取り付け用フランジ１０からさらに内端側に突出してナックルと嵌合する際の案内となるパイロット部１１が形成されている。

そして、この懸架装置取り付け用フランジ１０及びパイロット部１１とナックルとが接触する面、即ち懸架装置取り付け用フランジ１０の内端側の側面（車体側部材との対向面）及びパイロット部１１の外周面には、後述する非鉄のショット材を用いたショットピーリング加工が施されている（図中、一点鎖線部）。
このようなハブユニット軸受１を自動車に組み付けるには、懸架装置取り付け用フランジ１０を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ６に固定する。その結果、ハブユニット軸受１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。

この図１において、ハブ２及び内輪３が内方部材に相当し、外輪４が外方部材に相当し、懸架装置取り付け用フランジ１０及びパイロット部１１がフランジ部に相当している。
ショットピーニング加工は、非鉄のショット材を適用し、そのショット材を投射装置のショットノズルから噴射して懸架装置取り付け用フランジ１０及びパイロット部１１（以下、母材ともいう）に衝突させることにより行う。そして、母材上に衝突したときのショット材と母材面との微小滑りによる摩擦熱で当該ショット材の表面を溶融し、懸架装置取り付け用フランジ１０及びパイロット部１１上に付着させて被膜形成するようになっている。

ここで、ショット材としては、懸架装置取り付け用フランジ１０及びパイロット部１１の材質である鉄とナックルの材質であるアルミニウムとの中間のイオン化傾向を持つ金属、例えば、亜鉛やマンガンを適用するものとする。
このようなショットピーニング加工による被膜形成は、電気鍍金や化学鍍金のように処理過程において水素が発生することがないので、遅れ破壊や白色剥離の心配がない。また、溶融鍍金のように処理過程において高温に曝されることがないので、母材の硬さ低下や表面組織の変質を生じさせることなく金属被膜を形成することができる。

さらに、加工表面にはショットピーニングの効果で圧縮残留応力層が形成されるため、フランジ面の強度を高めることができる。
ところで、従来、車両重量とばね下荷重の低減のため、軽合金製（アルミ合金製）のナックルが普及している。アルミ合金はホイール軸受の材料である鋼材と電位差があるため、泥水や塩水がかかると電池が形成され、電食と呼ばれる電流を伴った激しい腐食現象が発生し、当該アルミ合金ナックルの強度が低下してしまう。

この電食を防止するホイール用軸受ユニットとして、外輪のアルミ合金ナックルと対向する面に鍍金及びトップコートを施し、電食防止被膜を形成するというものが知られている。しかしながら、この方法には難点がある。
ホイール用軸受けユニットにおいて、フランジ面を持つ外輪の内径側には軌道面が形成されており、この軌道面部には、軸受として適切な焼入焼戻しと高精度の研削加工が施される。

軌道面の表面に鍍金が付いていると焼入れができないため、上記のように鍍金及びトップコートによって被膜形成する場合には、上記焼入れは鍍金前に実施する必要がある。また、軌道面に鍍金が付くことは好ましくないので、鍍金処理は研削前に実施することになる。
しかしながら、焼入れ層には鍍金により水素がチャージされやすく、鍍金後に水素除去ベーキングが必要となり、その温度は焼戻し温度より高いため、ベーキングにより熱処理層の硬度低下が起こるおそれがある。

また、軌道面を高精度で研削するためには、軌道面間位置の外径部に研削基準面を設ける必要がある。この研削基準面は、精度良く加工されている必要があるので、鍍金処理が施された面は好ましくない。仮に鍍金処理を施した面を研削基準面としたとしても、研削盤のシュー（支持部材）との摺動により、鍍金層が剥がされる可能性がある。さらに、パイロット部の位置によっては鍍金処理が施せない場合がある。

これに対して、本実施形態では、ショットピーニング加工によって被膜形成を行うので、鍍金とは異なり、水素チャージによる遅れ破壊や高温処理による母材の硬さ低下等の心配がない。また、懸架装置取り付け用フランジ１０とパイロット部１１との位置関係に関係なく、電食防止被膜を形成することができる。
さらに、ショット材として鉄とアルミニウムとの中間のイオン化傾向を持つ材料を適用して金属被膜を形成するので、フランジ面とナックルとの電位差に起因する電食の発生を抑制することができる。

このように、上記実施形態では、ハブフランジとナックルとの当接面における電食の発生を抑制して、ナックル強度が低下することを抑制することができる。その結果、ナックルの商品性向上と車両の品質向上とを実現することができる。
なお、上記実施形態においては、鉄とアルミニウムとの中間イオン化傾向を持つ材料をショット材として適用する場合について説明したが、ショット材の主成分（９０質量％）が鉄とアルミニウムとの中間イオン化傾向を持つ金属を適用することもできる。

また、上記実施形態においては、金属被膜の組成を単一のショット材によるものとする場合について説明したが、異なる複数の材質を含有した金属被膜とすることもできる。
例えば、ショット材の主成分（９０質量％以上）を亜鉛とし、残りの成分をニッケルとする。亜鉛のショット材の中に１〜２質量％のニッケルのショット材を加えてショットピーニング加工を行うと、３〜１０質量％のニッケルを含み、残りが亜鉛の被膜ができる。ここで、ニッケルと亜鉛の混合比は粒径やメーカー毎のショット材の組成に応じて決定される。ショット材の混合比に比べ被膜のニッケルの比率が高くなるのは、ニッケルの質量が大きく熱伝導性が悪いことにより、ニッケルの方が溶融しやすいためである。

このような組成を得ることにより、高価なニッケルをあまり使うことなく、防錆性能を向上することができると共に、電食を効果的に抑制することができる。
さらに、上記実施形態においては、１回のショットピーニング加工によって単層の金属被膜を形成する場合ついて説明したが、異なる複数のショット材を用いて複数回の加工を行い、複層の金属被膜を形成することもできる。

例えば、金属被膜を２層構造とし、表面側をニッケル、錫など母材（鉄）より貴な金属を主成分とする被膜とし、母材側を亜鉛など鉄より卑な金属を主成分とする被膜とすることができる。これにより、卑な金属の犠牲防食による溶出消耗を防止して、より高い防錆効果が得られる。
このように、金属被膜を複層にすることで、単層では得られない効果を得ることができる。

また、電食は材料の電位差と水の如き電解液が介在することによる腐食であるため、懸架装置取り付け用フランジ１０のアルミ合金ナックルとの対向面に樹脂コーティングをして絶縁することでも、当該電食の発生を軽減することができる。このコーティングは水溶性、有機溶剤系のどちらでも適用可能である。
したがって、鉄系材料に対して防錆効果のある金属被膜の上に、絶縁樹脂被膜を形成することでも電食防錆効果を得ることができる。
なお、表層に上記樹脂コーティングをする場合には、ショットピーニングだけでなく、ディッピングや塗布による方法をとることもできる。

なお、上記実施形態においては、本発明を駆動輪のハブユニット軸受に適用する場合について説明したが、従動輪のハブユニット軸受に適用することもできる。
また、上記実施形態においては、本発明を、外輪４に懸架装置取り付け用フランジ１０が形成され、ハブ２に車輪取り付け用フランジ６が形成されたハブユニット軸受（日本精工株式会社製ハブIIIタイプ) に適用する場合ついて説明したが、少なくとも固定側の部材の外径面にパイロット部を有するフランジが形成されたハブユニット軸受であれば本発明を適用することができる。

例えば、図２に示すようなハブユニット軸受（日本精工株式会社製ハブIIタイプ) に本発明を適用することもできる。この場合にも、懸架装置取り付け用フランジ１０の車体側部材との対向面及びパイロット部の外周面（図中、一点鎖線部）に、非鉄のショット材によるショットピーリング加工を施して金属被膜を形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態におけるハブユニット軸受の構造を示す断面図である。 本発明を適用するハブユニット軸受の別の例を示す断面図である。

符号の説明

１…ハブユニット軸受、２…ハブ、３…内輪、４…外輪、５…転動体、６…車輪取り付け用フランジ、９…保持器、１０…懸架装置取り付け用フランジ、１１…パイロット部、１２…シール部材、２０ａ…内輪軌道面、２０ｂ…内輪軌道面、２１ａ…外輪軌道面、２１ｂ…外輪軌道面

Claims (5)

1. 外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体とを備え、前記内方部材及び前記外方部材の何れかに、軽合金製の車体側部材を固定するフランジ部が形成されたハブユニット軸受であって、
   少なくとも前記フランジ部の前記車体側部材と接触する面に、非鉄のショット材を用いたショットピーニングによる金属被膜が形成されていることを特徴とするハブユニット軸受。
2. 前記ショット材の主成分は、前記フランジ部の材質と前記車体側部材の材質との中間のイオン化傾向を持つ金属であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。
3. 前記ショット材の主成分が亜鉛であり、残りの成分がニッケルであることを特徴とする請求項２に記載のハブユニット軸受。
4. 前記金属被膜は、前記フランジ部の材質より卑な金属層の上に、前記フランジ部の材質より貴な金属層が形成された２層構造であることを特徴とする請求項１に記載のハブユニット軸受。
5. 前記金属被膜の上に、電気絶縁性の熱硬化型の樹脂コーティング材による層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のハブユニット軸受。

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