JP2023104692A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼割れや結晶粒度の悪化を極力減らし、外方部材のアウター側の耐圧痕性を向上できる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】外方部材（外輪２）は、インナー側の外側軌道面２ｇに沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部９ａと、アウター側の外側軌道面２ｈに沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部９ｂと、を有し、アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤは、インナー側高周波焼入れ部９ａの硬化層深さＥよりも深く、インナー側高周波焼入れ部９ａとアウター側高周波焼入れ部９ｂとが分離している、とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関する。

昨今、車輪用軸受装置の軸受サイズに対して車両が大型化している。一方で、道路インフラ未整備市場への自動車の普及が進んでいる。これにより、車輪へ過大なラジアル荷重が負荷されることで、軌道面に圧痕が発生しやすくなることが懸念される。特に、外方部材のアウター側は、荷重が負荷されたときに軌道面の真円度劣化が大きくなる傾向がある。鋼球負荷率（全体の転動体の数に対して、負荷がかかる転動体の数の割合）の低下が著しい場合は、外方部材のインナー側やその他構成部品より発生する圧痕量が大きくなる。一方で、耐圧痕性を向上させるために最も効果が高いものとして、高周波焼入れの硬化層深さ（高周波焼入れ深さ）を増加させることが挙げられる。しかし、高周波焼入れの硬化層深さの増加による背反として、焼割れやオーバーヒートが原因の結晶粒度悪化による軸受寿命の低下が挙げられる。

ところで、特許文献１には、外側外輪軌道（アウター側の軌道面）及び内側外輪軌道（インナー側の軌道面）の高周波焼入れの有効硬化層深さを、それぞれが受ける荷重の特性に合わせて適正に設定できる車輪用軸受ユニット（車輪用軸受装置）が開示されている。かかる車輪用軸受ユニットは、自動車において常識的な運転を行った場合に、最も厳しいとされる旋回外側への荷重が負荷されると、インナー側各軌道面へ負荷される荷重が高くなるのが一般的であり、かかる荷重に対応できるとしたものである。

特開２００７－３３２９９８号公報

しかしながら、上記特許文献１は、車輪用軸受ユニットの使用用途が不明確であり、耐圧痕性向上、耐摩耗性向上、軸受寿命向上等の目的が明記されていない。即ち、耐圧痕性向上を目的とする構成が開示されていない。また、上記のように、耐圧痕性向上の手法として高周波焼入れの硬化層深さを増加させた場合、焼割れや結晶粒度の悪化が生じるおそれがあった。

本発明においては、焼割れや結晶粒度の悪化を極力減らし、外方部材のアウター側の耐圧痕性を向上できる車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
前記外方部材は、インナー側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部と、アウター側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部と、を有し、
前記アウター側高周波焼入れ部の硬化層深さは、前記インナー側高周波焼入れ部の硬化層深さよりも大きく、
前記インナー側高周波焼入れ部と前記アウター側高周波焼入れ部とが分離している、としたものである。

また、本発明は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
前記外方部材には、インナー側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部と、アウター側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部と、が形成され、
前記アウター側高周波焼入れ部の硬化層深さは、前記インナー側高周波焼入れ部の硬化層深さよりも深く、
前記インナー側高周波焼入れ部と前記アウター側高周波焼入れ部とが連結している、としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明によれば、焼割れや結晶粒度の悪化を極力減らし、外方部材のアウター側の耐圧痕性を向上できる。また、本発明によれば、アウター側の外側軌道面における軸方向内側（インナー側）の部分の耐圧痕性を向上できる。

車輪用軸受装置を示す断面図。 第一実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図。 第二実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図。 第三実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図。 第四実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図。 第一実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図、及び、インナー側高周波焼入れ部とインナー側のヌスミ部を示す部分拡大断面図。 車体取り付けフランジを示す正面図。

図１を用いて、車輪用軸受装置１の全体構成について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。軸方向とは、車輪用軸受装置１の回転軸Ａに沿った方向を表す。径方向とは、車輪用軸受装置１の回転軸Ａに直交する方向を表す。周方向とは、車輪用軸受装置１の回転軸Ａを中心とする円弧に沿う方向を表す。軸方向外側とは、回転軸Ａに沿って環状空間Ｓから遠ざかる方向を表し、軸方向内側とは、回転軸Ａに沿って環状空間Ｓに近づく方向を表す。

図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において車輪を回転自在に支持する。車輪用軸受装置１は、外輪２と、ハブ輪３と、内輪４と、転動体５と、インナー側シール部材６と、アウター側シール部材７とを備えている。

外方部材である外輪２は、ハブ輪３と内輪４とを支持している。外輪２のインナー側端部２ａにおける内周面には、インナー側シール部材６を嵌合するシール嵌合部２ｂが設けられている。外輪２のアウター側端部２ｃにおける内周面には、アウター側シール部材７を嵌合するシール嵌合部２ｄが設けられている。外輪２の外周面２ｅには、車体取り付けフランジ２ｆが一体に設けられている。車体取り付けフランジ２ｆには、外輪２とナックル８を締結するための固定ボルト８ａが挿設されている。外輪２の内周面には、そのインナー側及びアウター側に複列の外側軌道面２ｇ・２ｈが周方向に設けられている。

内方部材は、ハブ輪３と内輪４とによって構成されている。ハブ輪３は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３の外周面におけるインナー側端部には、軸方向に延びる縮径された小径段部３ａが設けられている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に設けられている。車輪取り付けフランジ３ｂには、ハブ輪３と車輪又はブレーキ装置とを締結するためのハブボルト３ｃが圧入されている。又は、車輪取り付けフランジ３ｂにハブボルトを締結するためのタップ穴が設けられていてもよい。また、ハブ輪３のアウター側の外周面には、アウター側の外側軌道面２ｈに対向する内側軌道面３ｄが設けられている。つまり、内方部材のアウター側には、ハブ輪３によって内側軌道面３ｄが構成されている。ハブ輪３における車輪取り付けフランジ３ｂの基部側には、アウター側シール部材７が摺接する摺接面３ｅが設けられている。

内輪４は、ハブ輪３の小径段部３ａに圧入されている。内輪４は、転動体５に予圧を付与している。内輪４の外周面には、インナー側の外側軌道面２ｇに対向する内側軌道面４ａが設けられている。つまり、内方部材のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。また、内輪４のインナー側端部４ｃにおける外周面には、インナー側シール部材６を嵌合するシール嵌合部４ｂが設けられている。

転動体５はボールで構成されている。インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、それぞれ保持器５１によって保持されている。インナー側の転動体５は、内輪４の内側軌道面４ａと、外輪２のインナー側の外側軌道面２ｇとの間に転動自在に挟まれている。アウター側の転動体５は、ハブ輪３の内側軌道面３ｄと、外輪２のアウター側の外側軌道面２ｈとの間に転動自在に挟まれている。つまり、インナー側の転動体５とアウター側の転動体５とは、外方部材と内方部材との両軌道面間に転動自在に収容されている。このように、車輪用軸受装置１においては、外輪２と、ハブ輪３及び内輪４と、複列の転動体５とによって複列アンギュラ玉軸受が構成されている。なお、車輪用軸受装置１は複列アンギュラ玉軸受に替えて複列円錐ころ軸受を構成していてもよい。

シール部材であるインナー側シール部材６及びアウター側シール部材７は、外方部材と内方部材とによって形成された環状空間Ｓの開口端を塞ぐシール部材である。インナー側シール部材６は、環状空間Ｓのうち外輪２と内輪４との間に形成されたインナー側開口端に装着されている。一方、アウター側シール部材７は、環状空間Ｓのうち外輪２とハブ輪３との間に形成されたアウター側開口端に装着されている。

次に、図２を用いて、第一実施形態である車輪用軸受装置１の特徴点とその効果について述べる。

外輪２は、例えばＳ５３Ｃ等の炭素０．４０～０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で構成されている。外輪２は、熱処理工程において外側軌道面２ｇ・２ｈに沿って高周波焼入れされる。熱処理工程後の外輪２には高周波焼入れ部９が形成され、表面硬度及び強度が向上する。

図２に示すように、高周波焼入れ部９は、インナー側の外側軌道面２ｇに沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部９ａと、アウター側の外側軌道面２ｈに沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部９ｂと、で構成されている。アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤは、インナー側高周波焼入れ部９ａの硬化層深さＥよりも深い。ここで、アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤ及びインナー側高周波焼入れ部９ａの硬化層深さＥは、回転軸Ａに対する角度θが３０～４５度方向である硬化層深さを示している。角度θは、インナー側では回転軸Ａに対して一方向の角度、アウター側では回転軸Ａに対して他方向の角度を示している。高周波焼入れ部９の表面硬度は、５８～６４ＨＲＣである。高周波焼入れ部９の硬化層深さは、高周波焼入れ部９の表面硬度に対して７８％以上の硬度を有する部分の深さである。例えば、同一の角度、同一の位相（周方向位置）の軸方向断面、同一の硬化層深さの定義下において、アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤは、インナー側高周波焼入れ部９ａの硬化層深さＥに対して、０．５～２．２ｍｍ深い。

インナー側高周波焼入れ部９ａは、インナー側の外側軌道面２ｇの全面に亘って形成されている。アウター側高周波焼入れ部９ｂは、アウター側の外側軌道面２ｈの全面に亘って形成されている。アウター側高周波焼入れ部９ｂにおいて、外側軌道面２ｈの半径方向の硬化層深さは、アウター側の硬化層深さＤに対して軸方向内側（インナー側）と軸方向外側（アウター側）を比較した場合、軸方向内側（インナー側）の半径方向の硬化層深さの方が深くなっている。アウター側高周波焼入れ部９ｂとインナー側高周波焼入れ部９ａは、互いに分離している。

以上のように構成される車輪用軸受装置１によれば、軸受サイズに対して車両が大型である場合や、道路インフラが未開発である場合等の車両の使用条件下において、特に圧痕量が大きくなる外輪２のアウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤのみを増加させることにより、市場における圧痕の不具合を低減できる。また、高周波焼入れの硬化層深さの増加により、焼割れやオーバーヒートが原因の結晶粒度悪化による軸受寿命の低下が生じる可能性があるが、耐圧痕性の向上が不要である外輪２のインナー側においてインナー側高周波焼入れ部９ａの硬化層深さＥを増加させないことにより、外輪２のインナー側における焼き割れや結晶粒度の悪化による軸受寿命の低下を回避できる。また、インナー側高周波焼入れ部９ａとアウター側高周波焼入れ部９ｂが分離していることにより、インナー側高周波焼入れ部９ａとアウター側高周波焼入れ部９ｂの間の結晶粒度の悪化による軸受寿命の低下を抑制できる。つまり、焼割れや結晶粒度の悪化を極力減らし、外輪２のアウター側の耐圧痕性を向上できる。

次に、図３を用いて、第二実施形態である車輪用軸受装置１Ａの特徴点とその効果について述べる。ここでは、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１と比較して異なる部分のみを説明する。

外輪２のインナー側は、周辺部品（ナックル８）との嵌合の影響により外径Ｃの変更の自由度が低い。一方、外輪２のアウター側は、ナックル８との嵌合の影響がないため外径Ｂの変更の自由度が高い。このため、アウター側の外径Ｂをインナー側の外径Ｃよりも大きく形成することが可能であり、外輪２は、アウター側の外径Ｂがインナー側の外径Ｃよりも大きく形成されている。

以上のように構成される車輪用軸受装置１Ａによれば、外輪２のアウター側の肉厚を増加させることで、アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤを増加させた場合の肉厚不足による焼割れを回避することができる。また、外輪２のアウター側の肉厚の増加により、外輪２のアウター側の剛性が増加するため、荷重の負荷による外側軌道面２ｈの真円度劣化が軽減される。従って、外輪２のアウター側の鋼球負荷率が上昇し、耐圧痕性を向上できる。

次に、図４を用いて、第三実施形態である車輪用軸受装置１Ｂの特徴点とその効果について述べる。ここでも、第一実施形態に係る車輪用軸受装置１と比較して異なる部分のみを説明する。

インナー側高周波焼入れ部９ａとアウター側高周波焼入れ部９ｂは、径方向内側において連結し、一体的に形成されている。外輪２は、インナー側の外側軌道面２ｇとアウター側の外側軌道面２ｈの間に位置する内周面２ｊの全面に高周波焼入れ部９が形成されている。

以上のように構成される車輪用軸受装置１Ｂによれば、アウター側の外側軌道面２ｈとインナー側の外側軌道面２ｇの間における高周波焼入れ部９の範囲がより大きくなる。従って、アウター側の外側軌道面２ｈにおける軸方向内側（インナー側）の部分の耐圧痕性を向上できる。

次に、図５を用いて、第四実施形態である車輪用軸受装置１Ｃの特徴点とその効果について述べる。ここでは、第三実施形態に係る車輪用軸受装置１と比較して異なる部分のみを説明する。

外輪２のインナー側は、周辺部品（ナックル８）との嵌合の影響により外径Ｃの変更の自由度が低い。一方、外輪２のアウター側は、ナックル８との嵌合の影響がないため外径Ｂの変更の自由度が高い。このため、アウター側の外径Ｂをインナー側の外径Ｃよりも大きく形成することが可能であり、外輪２は、アウター側の外径Ｂがインナー側の外径Ｃよりも大きく形成されている。

以上のように構成される車輪用軸受装置１Ｃによれば、外輪２のアウター側の肉厚を増加させることで、アウター側高周波焼入れ部９ｂの硬化層深さＤを増加させた場合の肉厚不足による焼割れを回避することができる。また、外輪２のアウター側の肉厚の増加により、外輪２のアウター側の剛性が増加するため、荷重の負荷による外側軌道面２ｈの真円度劣化が軽減される。従って、外輪２のアウター側の鋼球負荷率が上昇し、耐圧痕性を向上できる。

次に、図６及び図７を用いて、各実施形態における車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃのその他の特徴点とその効果について述べる。

図６に示すように、外輪２は、シール嵌合部２ｂのアウター側（軸方向内側）、及びシール嵌合部２ｄのインナー側（軸方向内側）にそれぞれヌスミ部２ｋが設けられている。ヌスミ部２ｋは、断面視で凹曲面状（アール形状）に形成された部分である。外輪２は、インナー側高周波焼入れ部９ａのインナー側端部９ｃがインナー側のヌスミ部２ｋよりも径方向内側に収まり、アウター側高周波焼入れ部９ｂのアウター側端部９ｄがアウター側のヌスミ部２ｋよりも径方向内側に収まっている。例えば、インナー側のヌスミ部２ｋは、その径方向内側端部が内径Ｇとなっている。インナー側高周波焼入れ部９ａは、そのインナー側端部９ｃが外径Ｆとなっている。インナー側高周波焼入れ部９ａの外径Ｆは、ヌスミ部２ｋの内径Ｇよりも小さく形成されている。

以上のように構成される車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃによれば、ヌスミ部２ｋに高周波焼入れ部９が形成されない。高周波焼入れ部９が形成された部分と高周波焼入れ部９が形成されていない部分との境目がヌスミ部２ｋ上に形成されていると、当該境目に引張応力の応力集中が生じる可能性があるが、上記のようにヌスミ部２ｋが形成されることにより、当該境目に応力集中が生じることを防止できる。従って、ヌスミ部２ｋの耐久性が低下することを防止できる。

転動体５の表面硬度が外側軌道面２ｇ・２ｈの表面硬度よりも高いため、車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃに過大なラジアル荷重が負荷された場合に、外側軌道面２ｇ・２ｈに圧痕が生じることがある。しかし、各実施形態の車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃによれば、上記のように外輪２のアウター側の耐圧痕性を向上できる。即ち、外側軌道面２ｈの耐圧痕性を向上できる。

図７に示すように、例えば、外輪２は、反路面側の上端部に車体取り付けフランジ２ｆを有している。このような車体取り付けフランジ２ｆを有する車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃに過大なラジアル荷重が負荷された場合に、車輪取り付けフランジ３ｂからのモーメントがアウター側の上側の外側軌道面２ｈに伝わりやすいため、外側軌道面２ｈに圧痕が生じやすい。しかし、各実施形態の車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃによれば、上記のように外輪２のアウター側の耐圧痕性を向上できる。即ち、外側軌道面２ｈの耐圧痕性を向上できる。

以上、各実施形態の車輪用軸受装置１・１Ａ・１Ｂ・１Ｃは、ハブ輪３の外周に転動体５の内側軌道面３ｄが直接形成されている内輪回転の第３世代構造の車輪用軸受装置として説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、ハブ輪３に一対の内輪４が圧入固定された内輪回転の第２世代構造であってもよい。また、外輪回転の第３世代構造又は第２世代構造であってもよい。また、上記の実施形態は、本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 車輪用軸受装置
１Ａ 車輪用軸受装置
１Ｂ 車輪用軸受装置
１Ｃ 車輪用軸受装置
２ 外輪（外方部材）
２ｂ シール嵌合部
２ｄ シール嵌合部
２ｇ 外側軌道面
２ｈ 外側軌道面
２ｋ ヌスミ部
３ ハブ輪（内方部材）
３ｄ 内側軌道面
４ 内輪（内方部材）
４ａ 内側軌道面
５ 転動体
６ インナー側シール部材
７ アウター側シール部材
９ 高周波焼入れ部
９ａ インナー側高周波焼入れ部
９ｂ アウター側高周波焼入れ部
９ｃ インナー側高周波焼入れ部のインナー側端部
９ｄ アウター側高周波焼入れ部のアウター側端部
Ｂ 外方部材のアウター側の外径
Ｃ 外方部材のインナー側の外径
Ｄ アウター側の硬化層深さ
Ｅ インナー側の硬化層深さ
θ 角度

Claims (7)

1. 内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
   前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
   前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
   前記外方部材には、インナー側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部と、アウター側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部と、が形成され、
   前記アウター側高周波焼入れ部の硬化層深さは、前記インナー側高周波焼入れ部の硬化層深さよりも深く、
   前記インナー側高周波焼入れ部と前記アウター側高周波焼入れ部とが分離している、ことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 前記外方部材のアウター側の外径は、前記外方部材のインナー側の外径よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
   前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
   前記外方部材と前記内方部材との両軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
   前記外方部材には、インナー側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたインナー側高周波焼入れ部と、アウター側の前記外側軌道面に沿って高周波焼入れされたアウター側高周波焼入れ部と、が形成され、
   前記アウター側高周波焼入れ部の硬化層深さは、前記インナー側高周波焼入れ部の硬化層深さよりも深く、
   前記インナー側高周波焼入れ部と前記アウター側高周波焼入れ部とが連結している、ことを特徴とする車輪用軸受装置。
4. 前記外方部材のアウター側の外径は、前記外方部材のインナー側の外径よりも大きい、ことを特徴とする請求項３に記載の車輪用軸受装置。
5. 前記外方部材と前記内方部材とによって形成された環状空間の開口端を塞ぐシール部材を備え、
   前記外方部材は、前記シール部材が嵌合するシール嵌合部を有し、前記シール嵌合部の軸方向内側にヌスミ部が設けられており、
   前記インナー側高周波焼入れ部のインナー側端部がインナー側の前記ヌスミ部よりも径方向内側に収まり、前記アウター側高周波焼入れ部のアウター側端部がアウター側の前記ヌスミ部よりも径方向内側に収まる、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置。
6. 前記車輪用軸受装置の回転軸に対する角度が３０～４５度の範囲において、前記アウター側高周波焼入れ部の硬化層深さが前記インナー側高周波焼入れ部の硬化層深さよりも深い、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置。
7. 前記転動体の表面硬度は、前記複列の外側軌道面の表面硬度よりも高い、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置。

Images