JP2010048348A - 車輪用軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 構成部材の疲労強度を向上させることができる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 転走面３が内周に形成され外周に車体取付フランジ１ａを有する外方部材１と、転走面４を外周に有する内方部材２とを備える。内方部材２は、車輪取付フランジ９ａを外周に有する回転輪９と別部材１０との組み合わせからなる。前記外方部材１および前記回転輪９がいずれも鋼材からなる。これら外方部材１およびフランジ付き回転輪９は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織の部分であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織である。
【選択図】 図１
【解決手段】 転走面３が内周に形成され外周に車体取付フランジ１ａを有する外方部材１と、転走面４を外周に有する内方部材２とを備える。内方部材２は、車輪取付フランジ９ａを外周に有する回転輪９と別部材１０との組み合わせからなる。前記外方部材１および前記回転輪９がいずれも鋼材からなる。これら外方部材１およびフランジ付き回転輪９は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織の部分であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織である。
【選択図】 図１
Description
この発明は、乗用車用や貨物車用などの高強度化を図った車輪用軸受装置に関する。
従来の第２世代型や第３世代型の車輪用軸受装置において、内方部材を回転側、外方部材を固定側部材としたものでは、外方部材の外周に車体取付用のフランジが設けられている。この車体取付用のフランジが設けられているため、熱間鍛造時の加工性の観点からも、外方部材の材料としてＳ５３Ｃなどの中炭素鋼（Ｃ＝０．５〜０．８ｗｔ％）を使用することで必要な強度を確保している。外方部材の転走面は、軸受の転動部として必要な硬度とするために、高周波熱処理を施すことで部分的に硬化しているが、それ以外の部分は特に熱処理されることなく、生材のままで使用される。
また、上記と同様に、前記車輪用軸受装置における回転側部材となる内方部材（ハブ、ハブ輪）や、第２世代型の車輪用軸受装置において外方部材が回転側部材とされる場合の外方部材でも、その材料として中炭素鋼が使用され、転走面は高周波熱処理を施すことで硬化され、それ以外の部分は生材のまま使用される。
また、上記と同様に、前記車輪用軸受装置における回転側部材となる内方部材（ハブ、ハブ輪）や、第２世代型の車輪用軸受装置において外方部材が回転側部材とされる場合の外方部材でも、その材料として中炭素鋼が使用され、転走面は高周波熱処理を施すことで硬化され、それ以外の部分は生材のまま使用される。
しかし、車両を軽量化するために、車輪用軸受装置にも軽量化の要求があり、小型となった車輪用軸受装置において従来と同等の機能が要求される。例えば、この場合の軽量化（小体積化）対策として、固定側部材となる外方部材の前記車体取付用のフランジを小型・薄肉化することが多い。
しかし、このように外方部材の車体取付用のフランジを小型・薄肉化すると、車両の旋回走行時に各部の発生応力が高くなるため、繰返し応力の負荷に対する耐強度が必要となる。この耐強度を確保する対策の１つとして、外方部材を焼入れ・焼戻しにより調質して引張強度および疲労強度を向上させる技術が知られている。また、回転側部材（ハブ輪や、第２世代型の車輪用軸受装置における外輪回転タイプの外方部材）についても、その全体を調質することで、旋回走行時における高応力部位の疲労強度の向上を図ったものが提案されている（例えば特許文献１、２）。
特開２００５−００３０６１号公報
特開２００７−２１１９８７号公報
上記の焼入れ・焼戻しによる調質は、焼入れ時に部材を完全にマルテンサイト化させ、焼戻しによりソルバイト（微細パーライト）にするのが、靱性や疲労強度などの機械的性質の向上には一番良い（参考文献「入門・金属材料の組織と性質」、大河出版、頁１１５、参考文献「熱処理１０８のポイント」、大河出版、頁６０）。
しかし、調質する部材における形状・サイズなどの制約から、冷却速度の速い水焼入れを行なって完全にマルテンサイト化させようとすると、焼割れや焼歪などが生じてしまう場合がある。
しかし、調質する部材における形状・サイズなどの制約から、冷却速度の速い水焼入れを行なって完全にマルテンサイト化させようとすると、焼割れや焼歪などが生じてしまう場合がある。
また、部材の表面部だけでなく芯部まで完全にマルテンサイト化させた場合、部材表面の周方向や軸方向の残留応力が引張応力となり、この引張応力が荷重負荷により発生する応力と合わさると高引張応力となる。その結果、部材に亀裂が発生しやすく、その亀裂が進展しやすくなる（参考文献「熱処理１０８のポイント」、大河出版、頁８０）。
この発明の目的は、構成部材の疲労強度を向上させることができる車輪用軸受装置を提供することである。
この発明における第１の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材が鋼材からなり、この外方部材の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする。
この構成によると、外方部材は車体取付フランジを有する固定輪となるが、この外方部材の表面部はマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付きの外方部材の表面は、軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この構成によると、外方部材は車体取付フランジを有する固定輪となるが、この外方部材の表面部はマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付きの外方部材の表面は、軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この発明の第２の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記フランジ付き回転輪が鋼材からなり、このフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする。前記単独のフランジ付き回転輪は、例えば、外輪回転とする場合の外方部材である。前記別部材と組み合わせるフランジ付き回転輪は、例えばハブまたはハブ輪である。ここでハブとは、内方部材のうちの別部材と組み合わせるフランジ付き回転輪の外周に転走面が無いものを示し、ハブ輪とは、内方部材のうちの別部材と組み合わせるフランジ付き回転輪の外周に転走面が有るものを示す。
この構成によると、フランジ付き回転輪の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付き回転輪の表面は軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この構成によると、フランジ付き回転輪の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付き回転輪の表面は軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この発明の第３の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記内方部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記外方部材および前記フランジ付き回転輪が、いずれも鋼材からなり、これら外方部材およびフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする。
この構成によると、フランジ付きの外方部材およびフランジ付き回転輪は、いずれも、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付きの外方部材、およびフランジ付き回転輪の表面は、共に、軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この構成によると、フランジ付きの外方部材およびフランジ付き回転輪は、いずれも、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織部分で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしている。このため、フランジ付きの外方部材、およびフランジ付き回転輪の表面は、共に、軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
この発明において、前記外方部材の外径部に鍛造肌部分があり、この鍛造肌部分の表面が調質組織であっても良い。上記鍛造肌部分の調質組織とされた部分の厚さは、外方部材の鍛造仕上がり品の肉厚の１／８〜１／３の範囲であることが好ましい。
この発明において、前記車体取付フランジの根元部の表面が、断面円弧状の旋削面であって調質組織であっても良い。
この発明において、前記フランジ付き回転輪の外径部または車輪取付フランジに鍛造肌部分があり、この鍛造肌部分の表面が調質組織であっても良い。鍛造肌部分の調質組織とされた部分の厚さは、鍛造仕上がり品の肉厚の１／８〜１／３の範囲であることが好ましい。
この発明において、前記車輪取付フランジの根元部の表面が、断面円弧状の旋削面であって調質組織であっても良い。
この発明において、前記内方部材が、フランジ付き回転輪と別部材の組み合わせからなり、これらフランジ付き回転輪と別部材とにそれぞれ各列の転走面が形成され、前記回転輪の軸端部の加締め加工によって前記別部材が前記回転輪に固定されていても良い。
この発明の第１の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材が鋼材からなり、この外方部材の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であるため、前記外方部材の疲労強度を向上させることができる
この発明の第２の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記フランジ付き回転輪が鋼材からなり、このフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であるため、前記回転輪の疲労強度を向上させることができる。
この発明の第３の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記内方部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記外方部材および前記フランジ付き回転輪が、いずれも鋼材からなり、これら外方部材およびフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であるため、前記外方部材および回転輪の疲労強度を向上させることができる。
この発明の第２の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記フランジ付き回転輪が鋼材からなり、このフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であるため、前記回転輪の疲労強度を向上させることができる。
この発明の第３の構成にかかる車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記内方部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記外方部材および前記フランジ付き回転輪が、いずれも鋼材からなり、これら外方部材およびフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であるため、前記外方部材および回転輪の疲労強度を向上させることができる。
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この実施形態の車輪用軸受装置は、自動車用であって、第２世代に分類される複列の円錐ころ軸受型であり、内輪回転タイプでかつ車軸懸架方式の駆動輪支持用のものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この車輪用軸受装置は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３、４間に介在した複列の転動体５とで構成される。転動体５は円錐ころからなり、各列毎に保持器６で保持されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封装置となるシール７、８によってそれぞれ密封されている。
この車輪用軸受装置は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３、４間に介在した複列の転動体５とで構成される。転動体５は円錐ころからなり、各列毎に保持器６で保持されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封装置となるシール７、８によってそれぞれ密封されている。
外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置における車軸管（図示せず）に取付ける車体取付フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。車体取付フランジ１ａには、周方向複数箇所に車体取付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側から車軸管のボルト挿通孔に挿通した車体取付ボルトを前記ボルト孔１４に螺合することにより、車体取付フランジ１ａが車軸管にボルト止めされる。
内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付フランジ９ａを有し転走面の無いハブ９と、このハブ９の軸部９ｂの外周に、軸方向に並べてそれぞれ圧入状態に嵌合させた別部材である２個の内輪１０とでなる。これら２列の内輪１０の外周に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に２列の内輪１０が嵌合している。内輪１０は、ハブ９の軸部９ｂのインボード側端を外径側へ加締めた加締部９ｃによって、ハブ９に対して軸方向に固定される。ハブ９の中心には貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１は、車軸を嵌合させるためのものであり、異物浸入防止のため貫通孔１１にキャップ１３が嵌合されている。車輪取付フランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト１５の圧入孔１６が設けられている。ハブ９の車輪取付フランジ９ａの根元部付近には、ブレーキロータとホイール（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１７がアウトボード側に突出している。このパイロット部１７の案内により、前記車輪取付フランジ９ａにブレーキロータとホイールとを重ね、ハブボルト１５にホイールナット（図示せず）を螺合することにより固定する。ハブボルト１５はスタッドボルトからなる。
内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付フランジ９ａを有し転走面の無いハブ９と、このハブ９の軸部９ｂの外周に、軸方向に並べてそれぞれ圧入状態に嵌合させた別部材である２個の内輪１０とでなる。これら２列の内輪１０の外周に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に２列の内輪１０が嵌合している。内輪１０は、ハブ９の軸部９ｂのインボード側端を外径側へ加締めた加締部９ｃによって、ハブ９に対して軸方向に固定される。ハブ９の中心には貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１は、車軸を嵌合させるためのものであり、異物浸入防止のため貫通孔１１にキャップ１３が嵌合されている。車輪取付フランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト１５の圧入孔１６が設けられている。ハブ９の車輪取付フランジ９ａの根元部付近には、ブレーキロータとホイール（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１７がアウトボード側に突出している。このパイロット部１７の案内により、前記車輪取付フランジ９ａにブレーキロータとホイールとを重ね、ハブボルト１５にホイールナット（図示せず）を螺合することにより固定する。ハブボルト１５はスタッドボルトからなる。
外方部材１、および内方部材２の構成部品であるハブ９、内輪１０は、いずれも鋼材の熱間鍛造品である。その鋼材として、外方部材１、およびハブ９には熱間鍛造時の加工性からＳ５３Ｃなどの中炭素鋼（Ｃ＝０．５〜０．８ｗｔ％）が使用される。また、内輪１０には、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼が使用される。ハブ９は、図２のように、熱間鍛造品の２点鎖線で示す表面部を旋削加工して形成される。外方部材１も、図３のように、熱間鍛造品の２点鎖線で示す表面部を旋削加工して形成される。
外方部材１およびハブ９の製造工程は、熱間鍛造→表面調質→旋削→転走面等高周波熱処理→研削→組立の順序で行なわれる。
すなわち、外方部材１およびハブ９の素材は熱間鍛造により鍛造仕上がり品とされ、この鍛造仕上がり品の表面部に調質処理を施した後で、図２および図３に２点鎖線で示すような旋削加工が施される。
なお、ハブ９の車輪取付フランジ９ａや、外方部材１の車体取付フランジ１ａで、自動車の制動時のブレーキジャダーに影響する等の理由でフランジ振れが厳しく制限される場合には、次に述べる高周波熱処理後にこれらのフランジ面を２次旋削したり、図１のように組み立てた後に、２次旋削するのが望ましい。
旋削加工後は、外方部材１の内径の転走面部分に、軸受に必要な硬度とするため、高周波熱処理により硬度：５８〜６４ＨＲＣの高周波熱処理硬化部分３０が設けられる。また、ハブ９の内輪１０の嵌合部分には、内輪１０とのフレッティング摩耗を防止するため、またハブ９の剛性を向上させるため、高周波熱処理により硬度：５８〜６４ＨＲＣの高周波熱処理硬化部分３０が設けられる。その後、外方部材１の高周波熱処理硬化部分３０や、ハブ９の高周波熱処理硬化部分３０が研削加工され、表面が仕上げられた後、組み立てられる。
すなわち、外方部材１およびハブ９の素材は熱間鍛造により鍛造仕上がり品とされ、この鍛造仕上がり品の表面部に調質処理を施した後で、図２および図３に２点鎖線で示すような旋削加工が施される。
なお、ハブ９の車輪取付フランジ９ａや、外方部材１の車体取付フランジ１ａで、自動車の制動時のブレーキジャダーに影響する等の理由でフランジ振れが厳しく制限される場合には、次に述べる高周波熱処理後にこれらのフランジ面を２次旋削したり、図１のように組み立てた後に、２次旋削するのが望ましい。
旋削加工後は、外方部材１の内径の転走面部分に、軸受に必要な硬度とするため、高周波熱処理により硬度：５８〜６４ＨＲＣの高周波熱処理硬化部分３０が設けられる。また、ハブ９の内輪１０の嵌合部分には、内輪１０とのフレッティング摩耗を防止するため、またハブ９の剛性を向上させるため、高周波熱処理により硬度：５８〜６４ＨＲＣの高周波熱処理硬化部分３０が設けられる。その後、外方部材１の高周波熱処理硬化部分３０や、ハブ９の高周波熱処理硬化部分３０が研削加工され、表面が仕上げられた後、組み立てられる。
前記調質処理は、鍛造仕上がり品の表面部をマルテンサイト焼入れ、および高温焼戻しして調質組織（ソルバイト、またはトルースタイト）とするものである。外方部材１およびハブ９における芯部は、亜共析鋼の場合はフェライトとパーライト、共析鋼の場合はパーライト、過共析鋼の場合はパーライトとセメンタイト、からなる生材組織の部分とされている。すなわち、この場合の調質処理は、芯部を焼入れしない有芯焼入れである。このような有芯焼入れとするために、前記外方部材１およびハブ９が小型トラック用のような比較的大型のものである場合、外方部材１およびハブ９の鍛造仕上がり品を、連続炉で加熱後、油焼入れで焼入れをするのが望ましい。この調質処理によると、油焼入れであるため冷却速度が遅いうえ、肉厚の外方部材１およびハブ９の芯部がゆっくり冷えるため、マルテンサイト変態せず、表面のみの焼入れが可能で、焼割れを発生させることがない。焼入れ後は高温焼戻しを行い、保持後は焼戻し脆性を防止するため、水冷で急冷させる。
なお、外方部材１の外径部には旋削加工されずに残る鍛造肌部分があるが、この鍛造肌部分の表面が前記調質組織の部分である。また、旋削加工された部分についても、旋削加工後に前記調質組織部分が残存するように、前記調質組織の部分の厚さと旋削取代を設定する。例えば、外方部材１における車体取付フランジ１ａの根元部の表面を、断面円弧状の旋削面１ａａとする場合、図１に２点鎖線で部分的に示すように、少なくともこの旋削面１ａａに前記調質組織が残存するようにする。この場合に、鍛造仕上がり品の表面の調質組織の部分の厚さは、旋削加工前（鍛造仕上がり品）の肉厚の１／８〜１／３の範囲とするのが望ましい。その根拠は以下の理由による。
・ 外方部材１の素材であるＳ５３Ｃは炭素鋼であり、元々焼きの入りにくい材料である。そのため、厚肉のものでは全体を調質組織とはできない。
・ 外方部材１の中心部まで焼入れした場合は、焼割れが起こりやすい。
・ 外方部材１の表面のみ調質組織とした有芯焼入れでは、表面残留応力が圧縮応力となり、疲労に強くなる。
・ 調質組織が厚くなるほど無芯焼入れに近づき、表面の残留圧縮応力が減少する。
・ 旋削加工される部分は、旋削加工後にも表面に調質組織が残存するだけの調質組織厚さが必要である。
・ 外方部材１の素材であるＳ５３Ｃは炭素鋼であり、元々焼きの入りにくい材料である。そのため、厚肉のものでは全体を調質組織とはできない。
・ 外方部材１の中心部まで焼入れした場合は、焼割れが起こりやすい。
・ 外方部材１の表面のみ調質組織とした有芯焼入れでは、表面残留応力が圧縮応力となり、疲労に強くなる。
・ 調質組織が厚くなるほど無芯焼入れに近づき、表面の残留圧縮応力が減少する。
・ 旋削加工される部分は、旋削加工後にも表面に調質組織が残存するだけの調質組織厚さが必要である。
また、フランジ付き回転輪であるハブ９における車輪取付フランジ９ａにも旋削加工されずに残る鍛造肌部分があるが、この鍛造肌部分の表面が前記調質組織の部分である。ハブ９の外径部に鍛造肌部分がある場合には、その部分の表面も前記調質組織の部分である。また、ハブ９における車輪取付フランジ９ａの根元部の表面は、断面円弧状の旋削面９ａａとされているが、図１に２点鎖線で部分的に示すように、少なくともこの旋削面９ａａに前記調質組織が残存する。この場合も、外方部材１の場合と同様に、鍛造仕上がり品の表面の調質組織の部分の厚さは、肉厚の１／８〜１／３の範囲以下とするのが望ましい。
前記調質処理を施す外方部材１やハブ９の素材である鋼材としては、焼きが入り過ぎないように、理想臨界直径ＤI （オーステナイト結晶粒度：８番、水中静止（冷却能：Ｈ＝１．０）とした場合）が４５ｍｍ（１．７７ｉｎｃｈ）以下である鋼材を使用するのが望ましい。
この構成の車輪用軸受装置によると、次の作用効果が得られる。外方部材１およびフランジ付き回転輪であるハブ９は、いずれも鋼材からなり、これら外方部材１およびハブ９の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織で、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織とした有芯焼入れとしているので、外方部材１およびハブ９の表面は軸方向と周方向に残留圧縮応力となり、高サイクルの疲労強度を向上させることができる。
外方部材１やハブ９の表面を焼入れ焼戻しの組織とする別の方法として、高周波焼入れで表面全面を加熱し、加熱炉や高周波加熱により焼戻しする方法も採用できる。しかし、車体取付フランジ１ａや車輪取付フランジ９ａを有する外方部材１やハブ９のような形状のものを、表面のみ高周波加熱するのでは、高周波コイルの形状が非常に複雑になり、コスト面からあまり現実的ではない。
また、車体取付フランジ１ａの根元部１ａａや車輪取付フランジ９ａの根元部９ａａなど必要部分のみを高周波熱処理で硬化させる場合は、旋削後に高周波熱処理を行うため、マルテンサイトへの変態で膨張し変形が起きる。このため、車体取付フランジ１ａや車輪取付フランジ９ａに振れや反りが発生し、その修正やスケール除去のために再度旋削（機械加工）を行う必要があり、コスト高となる。
また、車体取付フランジ１ａの根元部１ａａや車輪取付フランジ９ａの根元部９ａａなど必要部分のみを高周波熱処理で硬化させる場合は、旋削後に高周波熱処理を行うため、マルテンサイトへの変態で膨張し変形が起きる。このため、車体取付フランジ１ａや車輪取付フランジ９ａに振れや反りが発生し、その修正やスケール除去のために再度旋削（機械加工）を行う必要があり、コスト高となる。
これに対して、この実施形態の場合の表面のみの調質では、熱処理（調質）後に旋削を行うので、車体取付フランジ１ａや車輪取付フランジ９ａの振れは従来の加工工程と同等となる。また、スケールは、調質後にショットブラストで除去されるので、旋削後に行うことは無く、低コストで行なえる。
部材の表面のみの調質でなく、部材の全体を調質する無芯調質であると、例えばハブ９における車輪取付フランジ９ａの圧入孔１６にスタッドボルトからなるハブボルト１５を圧入する際に、被削性の悪い調質組織のために、ハブボルト１５のセレーションが車輪取付フランジ９ａに喰い込みにくく（切れ込みにくく）なる。そのため、ハブボルト１５に螺合させるホイールナットを規定以上のトルクで回した際に、ハブボルト１５のセレーションが耐え切れずにスリップする時のスリップトルクが低くなる可能性がある。
これに対して、この実施形態の場合の有芯焼入れでは、芯部は焼ならし程度の冷却速度であるのでフェライトとパーライトからなる生材組織であり、調質組織より被削性が良く、ハブボルト１５のセレーションの車輪取付フランジ９ａへの喰い込みも良くなる。そのため、調質をしない場合と同等のスリップトルクを確保できる。
図６は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図５に示した実施形態の車輪用軸受装置において、ハブ９の貫通孔１１に設けたキャップ１３を取り外した駆動輪支持用の車輪用軸受装置としている。すなわち、ハブ９の貫通孔１１に、等速ジョイント外輪のステム部（図示せず）が挿通され、ステム部の基端周辺の段面と先端に螺合するナットとの間で内方部材２を挟むことで、車輪用軸受装置と等速ジョイントとが連結される。その他の構成は図１〜図５に示した実施形態の場合と同様である。
図７は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第２世代に分類される複列のアンギュラ玉軸型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。この車輪用軸受装置は、図６の実施形態において、転動体５である円錐ころをボールに置き換えたものである。ハブ９の軸部９ｂのインボード側端には加締部が形成されていない。この場合、ハブ９の貫通孔１１に、等速ジョイント６２の外輪６３のステム部６３ａを挿通し、ステム部６３ａの基端周辺の段面と先端に螺合するナット６４との間に内方部材２を挟み込むことで、車輪用軸受装置と等速ジョイント６２とを連結している。図６における外方部材１の車体取付フランジ１ａのボルト孔１４は、ボルト挿通孔１４Ａに置き換えられている。アウトボード側から前記ボルト挿通孔１４Ａに挿通したナックルボルトを、ナックルのボルト孔に螺合することにより、車体取付フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。その他の構成は図１〜図５に示す実施形態の場合と同様である。
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、第２世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、外輪回転タイプでかつ従動輪支持用のものである。この車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面３を有し外周に車輪取付フランジを有する外方部材１と、これら転走面３にそれぞれ対向する転走面４を有する内方部材２と、これら複列の転走面３、４間に介在する複列の転動体５とを備える。外方部材１は車輪取付フランジ１ｂを有する。外方部材１の車輪取付フランジ１ｂの根元部付近には、ブレーキロータとホイール（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１７がアウトボード側に突出している。内方部材２は各転走面４をそれぞれ有する２つの内輪１０を軸方向に並べた分割型内輪からなる。内方部材２の内径面には車軸（図示せず）が固定される。転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。内外の部材２、１間に形成される環状空間のインボード側端はシール８により、アウトボード側端はパイロット内径部に嵌合するキャップ（図示せず）で密封される。
この実施形態の場合、フランジ付き回転輪となる外方部材１における表面部が、マルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織の部分とされており、芯部はフェライトとパーライトからなる生材組織の部分とされている。その他の構成は図１〜図５に示す実施形態の場合と同様である。
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第３世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。この車輪用軸受装置は、図７の実施形態において、回転側部材となる内方材２が、車輪取付フランジ９ａを有するハブ輪１８と、このハブ輪１８の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した１つの内輪１０とでなる。これらハブ輪１８および内輪１０に、各列の転走面４が形成されている。ハブ輪１８の軸部９ｂのインボード側端には、内輪１０を加締固定する加締部９ｃが形成されている。この場合、等速ジョイント６２の外輪６３のステム部６３ａ先端に螺合するナット６４と前記加締部９ｃとの間で内方部材２を挟み込むことにより、車輪用軸受装置と等速ジョイント６２とが連結される。外方部材１における車体取付フランジ１ａには車体取付用のボルト孔１４が設けられる。このボルト孔１４に、インボード側からからナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルトを螺合することにより、フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。ハブ輪１８の車輪取付フランジ９ａの圧入孔１６はボルト孔１６Ａに置き換えられ、車体取付フランジ９ａに重ねたブレーキロータおよびホイールのボルト挿通孔に、アウトボード側から挿通したホイールボルト（図示せず）を前記ボルト孔１６Ａに螺合することにより、ブレーキロータおよびホイールが車輪取付フランジ９ａにボルト止めされる。ハブ輪１８における調質組織の部分は表面部分となっており、内輪嵌合面１２から車体取付フランジ９ａの根元部の近傍にわたる区間は高周波熱処理硬化部分３０とされる。外方部材１における調質組織の部分は表面部分となっており、各列の転走面３の部分は高周波熱処理硬化部分３０とされる。その他の構成は図１〜図５の実施形態の場合と同様である。
この実施形態の場合も、例えばハブ輪１８における車輪取付フランジ９ａの表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織の部分である。この場合、車輪取付フランジ９ａにはボルト孔１６Ａが設けられているが、芯部が生材組織であるためにボルト孔１６Ａの加工時の被削性が良くなる。
図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第３世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ従動輪支持用のものである。回転側部材である内方部材２は、車輪取付フランジ９ａを有するハブ輪１８と、このハブ輪１８の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなり、ハブ輪１８の軸部９ｂのインボード側端に内輪１０を加締固定する加締部９ｃを形成している。ハブ輪１８は中実状のものであって、図１〜図５の実施形態の場合のような貫通孔１１がない。外方部材１における車体取付フランジ１ａには圧入孔１４Ｂが形成され、この圧入孔１４Ｂにスタッドボルトからなるナックルボルト６１が圧入される。ナックルボルト６１をナックルのボルト挿通孔に挿通しナットと螺合することにより、車体取付フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。ハブ輪１８における調質組織の部分は表面部分となっており、内輪嵌合面１２から車体取付フランジ９ａの根元部の近傍にわたる区間は高周波熱処理硬化部分３０とされる。外方部材１における調質組織の部分は表面部分となっており、各材列の転走面３の部分は高周波熱処理硬化部分３０とされる。その他の構成は図１〜図５の実施形態の場合と同様である。
この実施形態の場合も、例えば外方部材１における車体取付フランジ１ａの表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織の部分である。この場合、車体取付フランジ１ａにはスタッドボルトからなるナックルボルト６１が圧入されるが、前記マルテンサイト焼入れは有芯焼入れであるため、ナックルボルト６１のセレーションの車体取付フランジ１ａへの喰い込みも良くなる。そのため、調質をしない場合と同等のスリップトルクを確保できる。
図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第４世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。内方部材２は、ハブ輪１８と、その貫通孔１１に挿入されて嵌合する等速ジョイント６２の外輪６３とからなり、外方部材１の転走面３に対向する複列の転走面４のうちの各列の転走面４が、ハブ輪１８および等速ジョイント外輪６３のそれぞれに設けられている。転動体５はボールからなる。また、インボード側のシール８は、外方部材１の内径面と等速ジョイント外輪６３の外径面との間に介在させている。外方部材１の車体取付フランジ１ａの周方向の複数箇所には車体取付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側からナックルのボルト挿通孔に挿通したナックルボルトを車体取付フランジ１ａのボルト孔１４に螺合することにより、車体取付フランジ１ａがナックルにボルト止めされる。ハブ輪１８における調質組織の部分は表面部分となっており、軸部９ｂの転走面４を含めたインボード側の表面部から車体取付フランジ９ａの根元部の近傍にわたる区間は高周波熱処理硬化部分３０とされる。外方部材１における調質組織の部分は表面部分となっており、各列の転走面３の部分は高周波熱処理硬化部分３０とされる。その他の構成は、図１〜図５の実施形態の場合と同様である。
図１２は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、第１世代に分類される複列のアンギュラ玉軸受型であり、内輪回転タイプでかつ駆動輪支持用のものである。この車輪用軸受装置では、図７の実施形態において、外方部材１は外径面が全体にわたって円筒状面とされ、車体取付フランジ１ａは有していない。外方部材１は、円筒状のナックルの内径面に嵌合することでナックルに固定される。内輪１０は、ハブ９の軸部９ｂのインボード側端に設けられた加締部９ｃでハブ９に軸方向に固定されている。その他の構成は図７の実施形態の場合と同様である。
１…外方部材
１ａ…車体取付フランジ
１ｂ、９ａ…車輪取付フランジ
２…内方部材
３、４…転走面
５…転動体
９…ハブ（フランジ付き回転輪）
９ｃ…加締部
１０…内輪
１８…ハブ輪
３０…調質組織の部分
１ａ…車体取付フランジ
１ｂ、９ａ…車輪取付フランジ
２…内方部材
３、４…転走面
５…転動体
９…ハブ（フランジ付き回転輪）
９ｃ…加締部
１０…内輪
１８…ハブ輪
３０…調質組織の部分
Claims (8)
- 複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材が鋼材からなり、この外方部材の表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする車輪用軸受装置。 - 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材および内方部材のうちの回転側部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記フランジ付き回転輪が鋼材からなり、このフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする車輪用軸受装置。 - 複列の転走面が内周に形成され外周に車体へ取付ける車体取付フランジを有する外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記内方部材が、前記転走面を有しかつ車輪を取付ける車輪取付フランジを外周に有する単独のフランジ付き回転輪からなり、または車輪取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、前記外方部材および前記フランジ付き回転輪が、いずれも鋼材からなり、これら外方部材およびフランジ付き回転輪は、表面部がマルテンサイト焼入れおよび高温焼戻しされた調質組織であり、芯部がフェライトとパーライトからなる生材組織であることを特徴とする車輪用軸受装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記外方部材の外径部に鍛造肌部分があり、この鍛造肌部分の表面が調質組織である車輪用軸受装置。
- 請求項１または請求項３または請求項４において、前記車体取付フランジの根元部の表面が、断面円弧状の旋削面であって調質組織である車輪用軸受装置。
- 請求項２または請求項３において、前記フランジ付き回転輪の外径部または車輪取付フランジに鍛造肌部分があり、この鍛造肌部分の表面が調質組織である車輪用軸受装置。
- 請求項２または請求項３または請求項６において、前記車輪取付フランジの根元部の表面が、断面円弧状の旋削面であって調質組織である車輪用軸受装置。
- 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記内方部材が、車体取付フランジを有するフランジ付き回転輪とこのフランジ付き回転輪に嵌合し前記転走面を有する別部材との組み合わせからなり、これらフランジ付き回転輪と別部材とにそれぞれ各列の転走面が形成され、前記回転輪の加締めによって前記別部材が前記回転輪に固定された車輪用軸受装置。
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