JP4812376B2

JP4812376B2 - 車輪用軸受装置の製造方法

Info

Publication number: JP4812376B2
Application number: JP2005261920A
Authority: JP
Inventors: 啓藤村; 寿志大槻
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: EP1942284A1; EP1942284B1; EP1942284A4; US20090129717A1; JP2007071358A; CN101258334A; WO2007029658A1

Description

この発明は、ハブユニット形式で複列の円すいころ軸受型の車輪用軸受装置の製造方法に関し、特に、トラック，ワゴン車等における比較的負荷容量の大きい車輪用軸受装置や、一般乗用車の車輪用軸受装置の製造方法に関する。

このような車輪用軸受装置には種々のものがあるが、ピックアップトラック用としては図５に示すようにハブ輪と円すいころ軸受を組み合わせた２．５世代型のものが主流であった。最近ではプリロードばらつきが少なく軽量化が図れる図６に示すような３世代のものが開発されている（例えば特許文献ｌ）。図５に示す２．５世代型のものでは、複列軸受における両列の内輪軌道面３３ａ，３３ａを、フランジ４２付きのハブ輪３２と別体に形成されてハブ輪３２に嵌合する複列の内輪３３，３３により形成している。これに対して図６に示す３世代のものでは、複列軸受における片列の内輪軌道面３２ａｌをフランジ４２付きのハブ輪３２に直接形成し、もう片列の内輪軌道面３２ａ２は、ハブ輪３２と別体に形成されてハブ輪３２に嵌合する内輪３３により形成している。

これらの車輪用軸受装置はいずれも、タイヤ接地点からのモーメント荷重を受け、回転輪であるハブ輪３２におけるフランジ４２の根元の軌道面３３ａ，３２ａ１に隣接した隅部３５Ａ，３５Ｂに大きな応力が発生するため、それぞれ疲労強度対策を施している。すなわち、図５に示す２．５世代型のものでは、強度対策として上記隅部３５Ａに高周波焼入れによる硬化層４０を設けると共に、応力集中を避ける応力緩和対策として上記隅部３５Ａの断面Ｒを大きくしている。

これに対して、図６に示す３世代型のものでは、ハブ輪３２の表面部におけるフランジ４２の根元部となるシールランド部から内輪嵌合面にわたる表層部分を高周波焼入れによる硬化層４１としている。
また、第３世代型のものでは、上記のようにハブ輪３２に片列の内輪軌道面３２ａｌが直接に形成されているが、同図（Ｂ）に示すように、円すいころ３７の大端面に接する大鍔面３６が設けられている。この大鍔面３６と内輪軌道面３２ａｌ間の隅部３５Ｂには、各面に研磨加工等を施すための円周溝からなる盗み部３８が設けられている。この盗み部３８は、円すいころ３７の大端面とハブ輪３２の大鍔面３６との接触面積を確保するために、小さなＲ（Ｒ０．８〜Ｒ２mm程度）の旋削加工によるものとされている。
特開平１１−５１０６４号公報

図６に示す３世代型のものでは、ハブ輪３２のフランジ４２の根元部（特に、ころ３７の端面が接する大鍔面３６の根元部）が最も発生応力が高くなるので、この部分への疲労強度対策が必要である。この部分は、上記のように高周波焼入れにより強化されている。しかし、大鍔面３６はころ端面との接触面の内側の部位となるので、ころ３７の径によって制約を受け、盗み部３８の断面Ｒを、２．５世代の場合のように大きくできない。そのため、大きなモーメント荷重が負荷されると、盗み部３８に応力集中が生じ、盗み部３８を起点として破損する可能性がある。

なお、上記の説明は、ハブ輪に大鍔面３６を設けた軸受形式の場合につき説明したが、外輪に大鍔面を設けた軸受形式の場合は、外輪大鍔面と軌道面との間の隅部に設けられる盗み部において、上記の同様に応力集中による強度の不足を生じる。

この発明の目的は、ハブ輪のフランジ根元部における大鍔面と軌道面間の盗み部で発生する応力集中を緩和し、繰り返し疲労強度の向上を図ることのできる車輪用軸受装置の製造方法を提供することである。
この発明の他の目的は、外輪の大鍔面と軌道面間の盗み部で生じる応力集中を緩和し、繰り返し疲労強度の向上を図ることにある。

この発明における第１の製造方法により製造する車輪用軸受装置は、ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記ハブ輪が、上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記ハブ輪が炭素鋼製であり、上記ハブ輪の表面部における少なくとも上記軌道面からハブフランジの根元部にわたる部分に熱処理による硬化層を設けた車輪用軸受装置において、上記盗み部は、旋削により加工されてから上記熱処理がなされ、上記ハブ輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、この硬化層に圧縮残留応力を付与したことを特徴とする。

この構成によると、上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、盗み部内の表面粗さを改善し、さらに硬化層に圧縮残留応力を付与したため、ハブ輪のフランジ根元部に引っ張り応力として集中して発生する応力を、相殺により緩和することができる。そのため、硬化層の形成と相まって、繰り返し疲労の強度向上を図ることができる。

この発明における第２の製造方法で製造する車輪用軸受装置は、ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記外輪が、この外輪の上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記外輪が炭素鋼製であり、上記外輪の表面部における少なくとも上記軌道面から上記大鍔面にわたる部分に熱処理による硬化層を設けた車輪用軸受装置において、上記盗み部は、旋削により加工されてから上記熱処理がなされ、上記外輪に設けられた上記硬化層における上記円周溝内の表面に研削加工を施すことでこの硬化層表面に圧縮残留応力を付与したことを特徴とする。

この構成の場合、第１の発明の製造方法で製造する車輪用軸受装置と同様に、上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、盗み部内の表面粗さを改善し、さらに硬化層に圧縮残留応力を付与したため、外輪の大鍔面と軌道面間の盗み部に引っ張り応力として集中して発生する応力を、相殺により緩和することができる。そのため、硬化層の形成と相まって、繰り返し疲労の強度向上を図ることができる。

この発明の第１の車輪用軸受装置の製造方法は、上記第１の発明の車輪用軸受装置を製造する方法である。すなわち、ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記ハブ輪が、上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記ハブ輪が炭素鋼製であり、上記ハブ輪の表面部における少なくとも上記軌道面からハブフランジの根元部にわたる部分に熱処理による硬化層を有する車輪用軸受装置を製造する方法であって、上記盗み部を旋削により加工してから上記熱処理を行い、この熱処理の後に、上記ハブ輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、この硬化層に圧縮残留応力を付与することを特徴とする。

この発明の第２の車輪用軸受装置の製造方法は、上記第１の発明の車輪用軸受装置を製造する方法である。すなわち、ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記外輪が、この外輪の上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記外輪が炭素鋼製であり、上記外輪の表面部における少なくとも上記軌道面から上記大鍔面にわたる部分に熱処理による硬化層を有する車輪用軸受装置を製造する方法であって、上記盗み部を旋削により加工してから上記熱処理を行い、上記外輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことでこの硬化層表面に圧縮残留応力を付与することを特徴とする。

これら第１および第２の発明において、上記円周溝からなる盗み部が、断面半円状の溝であっても良い。このように盗み部を断面半円状とすることにより、ハブフランジの根元部などに集中する応力をより一層緩和することができる。

この発明において、上記硬化層が上記熱処理として高周波焼入れされた層であっても良い。高周波焼入れは、焼入れ処理が簡単であり、硬化層の深さの調整も簡単に行える。

この発明における第１の製造方法で製造される車輪用軸受装置は、ハブ輪が軌道面のハブフランジ側に隣接して円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、ハブ輪の表面部における少なくとも上記軌道面からハブフランジの根元部にわたる部分に熱処理による硬化層を設けた車輪用軸受装置において、上記盗み部が、旋削により加工されてから上記熱処理がなされ、上記ハブ輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、この硬化層に圧縮残留応力を付与したため、ハブ輪のフランジ根元部における大鍔面と軌道面間の盗み部で発生する応力集中を緩和し、繰り返し疲労強度の向上を図ることができる。

この発明における第２の製造方法で製造される車輪用軸受装置は、外輪がこの外輪の軌道面のハブフランジ側に隣接して円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記外輪の表面部における少なくとも上記軌道面から上記大鍔面にわたる部分に熱処理による硬化層を設けた車輪用軸受装置において、上記盗み部が、旋削により加工されてから上記熱処理がなされ、上記外輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことでこの硬化層表面に圧縮残留応力を付与したため、外輪の大鍔面と軌道面間の盗み部で生じる応力集中を緩和し、繰り返し疲労強度の向上を図ることができる。

この発明の第１の実施形態を図ｌ（Ａ），（Ｂ）と共に説明する。この実施形態に係る製造方法で製造される車輪用軸受装置は、ハブユニット形式でかつ複列円すいころ軸受形式としたものであり、いわゆる３世代型のものである。この車輪用軸受装置１は、駆動輪支持用の例であって、ハブ輪２と外輪４とを備える。ハブ輪２は、片列の別体の内輪３を嵌合させる内輪嵌合面２ａを一端外周に有し、この内輪嵌合面２ａに隣接して他の片列の内輪軌道面２ｂを有しており、他端外周に車輪取付用のハブフランジ２２を有する。上記一端はインボード側となり、他端はアウトボード側となる。この明細書において、車両に取付けた状態で車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車幅方向の内側寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

ハブ輪２の内輪嵌合面２ａと内輪軌道面２ｂとの間には、内輪３の小径端が嵌まり込む深さの段差が形成されている。別体の内輪３は、片列の内輪軌道面３ｂを形成した部材である。両列の円すいころ５は、互いに小径端が対向するように配置され、各列毎に保持器６により保持される。ハブ輪２および内輪３は、それぞれの内輪軌道面２ｂ，３ｂの両側に隣接して、円すいころ５の大端面に接する大鍔面２ｄ，３ｄと、円すいころ５の小端面に接する小鍔面２ｃ，３ｃとが設けられている。

外輪４は、両列の外輪軌道面４ｂ，４ｂを有する軌道輪であり、外径面にフランジからなる取付部４ａが設けられる。外輪４では、軌道面４ｂに隣接する鍔面は、大端側および小端側の両方とも有しない。外輪４の両端に、内外輪間を密封するシール７が設けられている。外輪４は、取付部４ａの孔を貫通するナックルボルト１０により、車体側の懸架装置におけるナックル２８に取付けられる。

ハブ輪２は、中心部に貫通孔２３を有していて、等速自在継手２４の片方の継手部材である継手外輪２５のステム部２５ａが挿通される。ステム部２５ａの先端の雄ねじ部にナット２６をねじ込むことにより、このナット２６と継手外輪２５の段面２５ｂとの間で、ハブ輪２および内輪３が軸方向に締め付け固定される。
ハブフランジ２２には、ハブボルト８を圧入するボルト挿通孔１１が設けられ、ハブフランジ２２に重ねた制動部品およびタイヤホイール（いずれも図示せず）が、ハブボルト８に螺合するハブナット（図示せず）によりハブフランジ２２に取付けられる。

なお、ハブ輪２は、例えば図３に示すように、ハブ輪２の内輪嵌合面２ａよりもさらに端部側に、内輪３の幅面を押し付けるフランジ状の加締部２ｆを設け、この加締部２ｆにより内輪３を軸方向に締め付け固定されるものとしても良い。
また、ハブ輪２は、同図に示すように、小鍔を有しないものとしても良い。

図１（Ｂ）に拡大して示すように、ハブ輪２の大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂとの間の隅部には、円周溝からなる盗み部２ｅが設けられている。この盗み部２ｅは、断面円弧状の溝からなる。

ハブ輪２は、炭素鋼製（ＪＩＳ規格のＳ４０Ｃ〜Ｓ８０Ｃ相当）であり、その外径側の表面部における内輪嵌合面２ａからフランジ２２の根元部にわたる部分に、熱処理により所定の深さの硬化層２０を形成する。この熱処理は、例えば高周波焼入れとされる。
この熱処理の後、ハブ輪２の大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂ間の盗み部２ｅの内面には、研削加工を施す。すなわち、盗み部２ｅは、旋削により加工されたものであるが、上記熱処理の後に、研削加工仕上げとされる。

この構成の車輪油軸受装置によると、ハブ輪２の表面部における軌道面２ｂからハブフランジ２２の根元部にわたる部分に熱処理による硬化層２０が形成されているため、ハブ輪２の強度が向上する。硬化層２０は、この例では内輪嵌合面２ａに渡って形成されているため、より一層ハブ輪２の強度が増す。
また、ハブ輪２の大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂ間の盗み部２ｅの内面には、硬化層２０形成後に研削加工が施されているため、盗み部２ｅ内の表面粗さが改善され、さらに、研削加工により硬化層２０に圧縮残留応力が付与される。そのため、ハブ輪２の繰り返し疲労強度が向上する。上記大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂ間の盗み部２ｅは、ハブフランジ２２の根元部に位置して大きなモーメント荷重が作用する部位であり、また盗み部２ｅの断面Ｒが小さいために応力集中が生じる箇所であるが、上記のように圧縮残留応力が付与されることで、引っ張り応力として集中して発生する応力を、相殺により緩和することができる。そのため、硬化層２０の形成と相まって、ハブ輪２の繰り返し疲労に対する強度向上を図ることができる。

また、この実施形態では、上記盗み部２ｅを断面半円状の溝としているので、ハブフランジ２２の根元部に集中する応力をより一層緩和することができる。
また、硬化層２０は、高周波焼入れによるものであるため、焼入れ処理が簡単であり、硬化層２０の深さや処理範囲の調整が簡単に行える。

表１に、発明品（実施形態品）と従来品との繰り返し疲労限のデータを示す。実施形態品は、硬化層２０の高周波熱処理による形成後に、盗み部２ｅ内を研削仕上げした例である。従来品は、盗み部２ｅを旋削仕上げとした後、硬化層２０の高周波熱処理を施したものである。実施形態品と従来品とは、この他については同じである。

この表１に示すように、従来品では疲労限が５６０ＭＰａであったが、実施形態品では疲労限が８３０ＭＰａと格段に向上しており、熱処理後の研削仕上げが疲労強度の向上に効果的であることが分かる。

図２は、この発明の他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は従動輪用に適用したものであり、図１に示す第１の実施形態において、ハブ輪２が貫通孔２３を有しないものとされている。また、インボード側列の円すいころ５の大端面に接する大鍔面４ｄが、外輪４に設けられている。ハブ輪２は大鍔面を有していない。また、図示は省略するが、ハブ輪２に、図１の実施形態と同様に熱処理による硬化層２０が形成されている。

図２（Ｂ）に拡大して示すように、外輪４の大鍔面４ｄと外輪軌道面４ｂとの間の隅部には、円周溝からなる盗み部４ｅが設けられている。この盗み部４ｅは、断面円弧状の溝からなる。
外輪４は、ハブ輪２と同様に、炭素鋼製（ＪＩＳ規格のＳ４０Ｃ〜Ｓ８０Ｃ相当）であり、その内径側の表面部における各軌道面４ｂから、シール取付部付近までの範囲、または全体に、熱処理による所定深さの硬化層２０Ａが形成されている。この熱処理は、例えば高周波焼入れとされる。この熱処理の後、外輪４の大鍔面４ｄと軌道面４ｂ間の盗み部４ｅの内面には、研削加工を施す。すなわち、盗み部４ｅは、旋削により加工されたものであるが、上記熱処理の後に、研削加工仕上げとされる。

また、この実施形態では、内輪３はハブ輪２に対して、図３の実施形態と同様に、ハブ輪２に設けられた加締部２ｆで固定されている。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

この構成の車輪油軸受装置によると、外輪４の大鍔面４ｄと外輪軌道面４ｂ間の盗み部４ｅの内面に、硬化層２０Ａの形成後に研削加工が施されているため、盗み部４ｅ内の表面粗さが改善され、さらに、研削加工により硬化層２０Ａに圧縮残留応力が付与される。そのため、外輪４の繰り返し疲労強度が向上する。

図４は、参考提案例を示す。同図は、図３のIV部の拡大断面図である。この提案例は、図１と共に説明した第１の実施形態において、部分拡大断面図である。この提案例では、ハブ輪２の大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂ間に設けられる円周溝状の盗み部２ｅを、高周波焼き入れ等の熱処理による硬化層２０の形成の後に、研削または切削加工により形成している。すなわち、硬化層２９の形成前には盗み部２ｅを形成せず、硬化層２０の形成の後に盗み部２ｅを形成している。この研削または切削加工により、硬化層２０の表面に圧縮残留応力を付与する。盗み部２ｅの深さは、硬化層２０の深さよりも浅くする。この提案例におけるその他の構成は、図３の実施形態と同様である。また、その他の構成は、図１の実施形態と同様としても良い。

このように、硬化層２０の形成の後に、盗み部２ｅを研削または切削加工により形成した場合も、硬化層２０の表面に圧縮残留応力を付与される。そのため、ハブ輪２の繰り返し疲労強度が向上する。上記大鍔面２ｄと内輪軌道面２ｂ間の盗み部２ｅは、ハブフランジ２２の根元部に位置して大きなモーメント荷重が作用する部位であり、また盗み部２ｅの断面Ｒが小さいため応力集中が生じる箇所であるが、上記のように圧縮残留応力が付与されることで、引っ張り応力として集中して発生する応力を、相殺により緩和することができる。そのため、硬化層２０の形成と相まって、ハブ輪２の繰り返し疲労の強度向上を図ることができる。盗み部２ｅを研削加工とした場合は、盗み部２ｅ内の表面粗さも改善され、より一層、繰り返し疲労強度が向上する。
盗み部２ｅの深さは、硬化層２０の深さよりも浅くしてあるため、硬化層２０が盗み部２ｅで途切れて強度低下することがない。

（Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明の第１の実施形態に係る製造方法で製造される車輪用軸受装置の断面図、および同図（Ａ）のＩ部の部分拡大断面図である。（Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明の他の実施形態に係る製造方法で製造される車輪用軸受装置の断面図、および同図（Ａ）のII部の部分拡大断面図である。この発明のさらに他の実施形態に係る製造方法で製造される車輪用軸受装置の部分断面図である。提案例に係る車輪用軸受装置の部分拡大断面図である。従来例の断面図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ他の従来例の断面図および同図（Ａ）のIV部の部分拡大断面図である。

符号の説明

１…車輪用軸受装置
２…ハブ輪
２ａ…内輪嵌合面
２ｂ…内輪軌道面
２ｄ…大鍔面
２ｅ…盗み部
３…内輪
４…外輪
４ｄ…大鍔面
４ｅ…盗み部
５…円すいころ
６…保持器
２０…ハブ輪の硬化層
２０Ａ…外輪の硬化層
２２…ハブフランジ

Claims

ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記ハブ輪が、上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記ハブ輪が炭素鋼製であり、上記ハブ輪の表面部における少なくとも上記軌道面からハブフランジの根元部にわたる部分に熱処理による硬化層を有する車輪用軸受装置を製造する方法であって、
上記盗み部を旋削により加工してから上記熱処理を行い、この熱処理の後に、上記ハブ輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことで、この硬化層に圧縮残留応力を付与することを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
ハブ輪が、複列の円すいころ軸受の片列の内輪を嵌合させる内輪嵌合面を一端外周に有し、この内輪嵌合面に並んで他の片列の軌道面を有し、かつ他端にハブフランジを有し、このハブ輪および内輪と外輪の対向する軌道面間に保持器に保持された複列の円すいころが介在し、上記外輪が、この外輪の上記軌道面のハブフランジ側に隣接して上記円すいころの大端面が接する大鍔面を有し、この大鍔面と軌道面との隅部に沿って周方向溝からなる盗み部を有し、上記外輪が炭素鋼製であり、上記外輪の表面部における少なくとも上記軌道面から上記大鍔面にわたる部分に熱処理による硬化層を有する車輪用軸受装置を製造する方法であって、
上記盗み部を旋削により加工してから上記熱処理を行い、上記外輪に設けられた上記硬化層における上記盗み部内の表面に研削加工を施すことでこの硬化層表面に圧縮残留応力を付与することを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。