JP5256951B2 - ハブユニット用外輪、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハブユニット用外輪に関し、特に、製造時間が短くかつ歪が少ないハブユニット用外輪に関する。

図４に示すように、玉軸受構造を備えるハブユニット用外輪の内周面には玉状の転動体１０３の円周と略同形状の円弧状の断面を有する軌道面１０１および軌道面１０２が設けられており、この軌道面１０１および軌道面１０２において転動体１０３と摺接する。ここで、強い圧力が掛かる転動体１０３と摺接する面は十分な強度を有することが必要であるため、図中にＡで示したように、軌道面１０１および軌道面１０２の全面に渡って高周波焼入れが行われる。なお、焼入れをすると、機械的強度が上昇する一方で、靱性が低下する。外輪には靱性が必要であるため、外輪全体に焼入れすることは得策でなく、特に剛性を必要とする部分のみ焼入れを施すことが必要となる。そのため、例えば特許文献１に示すような高周波焼入れ装置を用いて、部分的に焼入れが行われる。

図４の車体側の軌道面１０２周辺の部分拡大図である図５に示すように、高周波焼入れは導電体（この場合鋼材）中に誘導電流を発生させ、ジュール熱により焼入れを行うものであるので、磁力線が集中しやすい突端部が存在する場合、この突端部から焼入れが進行する。より具体的には、図５（ａ）に示すように、高周波焼入装置に近く、外側の肩部１２１に比べ鋭角な突端部である肩部１２２およびその周辺がまず焼入れられる。続いて、図５（ｂ）に示すように、突端部である肩部１２１も焼入れが開始される。更に図５（ｃ）に示すように、肩部１２１と肩部１２２とを連絡する様に焼入れが進行し、最後に、図５（ｄ）に示すように、焼入層の厚みが所要の厚みとなるまで焼入れを進行させた後、冷却工程を経て焼入れ工程が終了する。焼入れ工程終了後、軌道面１０１全体を研磨し表面を仕上げる。

このように高周波焼入れに代表される表面焼入れは、粗形成が修了した外輪に個別に行う必要があるため、非常に手間と時間が掛かる作業である。
実開平０５−１４８５３１

上述のように、外輪に表面焼入れを行うためには外輪の形状を粗形成した後に、個別に行う必要があるため、大量一括焼入れが可能なズブ焼入れ処理に比べて、時間がかかる。特に焼入れ面積が大きいと一層時間がかかり問題である。また、焼入れを行なった箇所と焼入れを行わなかった場所との膨張率が異なることを原因とする歪が生じ、外輪の真円度を低下させることが問題となっている。

本発明は、表面焼入れのための加工時間を短縮し、外輪の歪を低減することができるハブユニット用外輪およびその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本ハブユニット用外輪は、ハブユニットを構成するハブユニット用外輪であって、前記ハブユニット用外輪は、内周面および軌道面を有し、前記軌道面は、前記内周面に形成され、転動体の走路を前記軌道面の一部により形成し、内側肩部、外側肩部、底部、中間突端部、切削部、転動体支持面、および転動体非支持面を有し、前記内側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の内側の端部を形成し、前記外側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の外側の端部を形成し、前記底部は、前記ハブユニット用外輪の内径が最大内径を取る前記軌道面の部位を形成し、前記中間突端部は、前記底部よりも前記外側肩部側に形成され、前記切削部は、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記ハブユニット用外輪を切削加工することにより形成され、前記転動体支持面は、前記転動体から受ける荷重を支持し、前記内側肩部から前記底部までの範囲に形成され、焼入れされ、前記切削部よりも前記転動体側に突出し、前記転動体非支持面は、前記転動体の荷重を支持せず、前記底部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記底部から前記中間突端部までの範囲において焼入れされ、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲において焼入れされず、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲の面積が前記底部から前記中間突端部までの範囲の面積よりも大きい。
（２）本ハブユニット用外輪の製造方法は、次の事項を有する。前記ハブユニット用外輪の製造方法により製造された前記ハブユニット用外輪は、内周面および軌道面を有し、前記軌道面は、前記内周面に形成され、転動体の走路を前記軌道面の一部により形成し、内側肩部、外側肩部、底部、中間突端部、切削部、転動体支持面、および転動体非支持面を有し、前記内側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の内側の端部を形成し、前記外側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の外側の端部を形成し、前記底部は、前記ハブユニット用外輪の内径が最大内径を取る前記軌道面の部位を形成し、前記中間突端部は、前記底部よりも前記外側肩部側に形成され、前記切削部は、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記ハブユニット用外輪を切削加工することにより形成され、前記転動体支持面は、前記転動体から受ける荷重を支持し、前記内側肩部から前記底部までの範囲に形成され、焼入れされ、前記切削部よりも前記転動体側に突出し、前記転動体非支持面は、前記転動体の荷重を支持せず、前記底部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記底部から前記中間突端部までの範囲において焼入れされ、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲において焼入れされず、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲の面積が前記底部から前記中間突端部までの範囲の面積よりも大きく、前記ハブユニット用外輪の製造方法は、切削工程および焼入工程を有し、前記切削工程は、前記切削部が形成されていない前記軌道面において、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲を切削加工することにより、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に前記切削部を形成し、前記焼入工程は、前記切削工程の後において前記軌道面の一部に焼入れする工程であって、前記内側肩部から前記中間突端部までの範囲において前記内側肩部および前記中間突端部から前記範囲の中間部に向けて焼入れを進行させる。

上記ハブユニット用外輪は、軌道面全体を焼入れする従来技術と比較して、焼入れ負荷が低減される。特に、高周波焼入れにより軌道面を焼入れする場合、焼入れ面積が小さくなるため、焼入工程にかかる時間が従来技術よりも短縮される。また、外輪に生ずる歪みが小さくなる。
上記ハブユニット用外輪は、例えば、高周波焼入れにより軌道面を焼入れする場合、転動体支持面に磁力線が集中しやすい。このため、焼入れされる部分および焼入れされない部分を容易に形成することができる。また、軌道面の研磨工程において、転動体支持面を容易に研磨することができる。このため、研磨工程にかかる時間が短くなる。

本ハブユニット用外輪およびその製造方法は、表面焼入れのための加工時間を短縮し、外輪の歪を低減することができる。

本発明を具体化したハブユニット用外輪の一実施形態を図１〜図３を用いて、以下に説明する。
ハブユニット用外輪の軸方向断面図である図１に示すように、略円筒形状であるハブユニット用外輪の内周面には、球状の転動体３が転動するための走路となる軌道面１および軌道面２が設けられている。軌道面１および軌道面２は転動体３の外周面と略同形状の円弧状の断面を有するとともに、この軌道面１および軌道面２において転動体３と摺接する。また、軌道面１および軌道面２の内側の端部は突端部である肩部１１および肩部２１を形成している。一方、外輪の内径が軌道面において最も大きくなっている箇所である底部１３および底部２３の近傍から外側の肩部１２および２２にかけて研削することにより、図２に示すように、転動体支持面１５および転動体支持面２５を転動体非支持面１６および転動体非支持面２６に対して内方に突出させている。なお、この突出量ｄは１〜２ｍｍ程度である。更に、転動体非支持面１６の外側端部には肩部１２が設けられるとともに、転動体非支持面２６の外側端部には肩部２２が設けられる。なお、この肩部１２および肩部２２は、従来の肩部１１２および肩部１２２に比べいずれも外側に設けられている。

この外輪において高周波焼入れが行われるのは、軌道面１のうち実際に転動体荷重がかかる肩部１１から底部１３、即ち転動体支持面１５である。より詳細には、本実施形態において用いられている複列式の転動体軸受は、ラジアル軸受として機能させるとともにアキシャル軸受としても機能させるために、接触角αを有する。従って、軌道面１において実際に荷重がかかるのは肩部１１から底部１３までであり、底部１３から肩部１２までは実際には荷重がかからない。そこで、軌道面１のうち実際に転動体３から荷重を受けるとともに、この荷重を支持する肩部１１から底部１３、即ち、転動体支持面１５に焼入れを施している。一方、軌道面１のうち実際には転動体３から荷重を受けることが無いため、荷重を支持することもない底部１３から肩部１２、即ち転動体非支持面１６には焼入れを施されない部分を残している。また、上記従来においては、焼入れ終了後、軌道面１０１全体を研磨していたが、転動体非支持面１６については転動体荷重がかからないため転動体３が摺接しない。したがって特に研磨する必要がない。

また、軌道面２のうち実際に転動体荷重がかかる部分は肩部２１から底部２３、即ち転動体支持面２５である。より詳細には、本実施形態において用いられている複列式の転動体軸受は、ラジアル軸受として機能させるとともにアキシャル軸受としても機能させるために、接触角αを有する。従って、軌道面２において実際に荷重がかかるのは肩部２１から底部２３までであり、底部２３から肩部２２までには実際には荷重がかからない。そこで、軌道面２のうち実際に転動体３から荷重を受けるとともに、この荷重を支持する肩部２１から底部２３、即ち、転動体支持面２５に焼入れを施している。一方、軌道面２のうち実際には転動体３から荷重を受けることが無いため、荷重を支持することもない底部２３から肩部２２、即ち転動体非支持面２６には焼入れを施されない部分を残している。また、上記従来においては、焼入れ終了後、軌道面１０２全体を研磨していたが、転動体非支持面２６については転動体荷重がかからず、転動体３が摺接しない。したがって特に研磨する必要がない。

車体側の軌道面２周辺の部分を拡大表示して焼入れ工程を説明した図３を用いて、より具体的な焼入れ方法について説明する。高周波焼入れは導電体（この場合鋼材）中に誘導電流を発生させ、ジュール熱により焼入れを行うものであるので、磁力線が集中しやすい突端部が存在する場合、この突端部から焼入れが進行する。従って、図３（ａ）に示すように、高周波焼入装置に近く、外側の肩部２２に比べ鋭角な突端部である肩部２１およびその周辺がまず焼入れられる。続いて、図３（ｂ）に示すように、突端部の近傍である底部２３も焼入れが開始される。更に図３（ｃ）に示すように、肩部２１と底部２３とを連絡する様に焼入れが進行し、最後に、図３（ｄ）に示すように、焼入層の厚みが所要の厚みとなるまで焼入れを進行させて終了する。なお、軌道面１の焼入れについても同様であるので、詳説は省略するが、同様に肩部１１と底部１３とを連絡する様に焼入れを進行させ、焼入層の厚みが所要の厚みとなるまで焼入れを進行させて終了する。

また、外側の肩部１２および肩部２２については、上述のように従来の肩部１１２および肩部１２２に比べいずれも外側に設けられているため、高周波焼入れ装置の磁力線が到達しがたく、焼入れされることがない、または焼入れされにくい。また、高周波焼入れ装置も、従来に比べ小型化することにより、肩部１２および肩部２２への焼入れが行われることを一層防止または抑制している。

上記実施形態のハブユニット用外輪によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記ハブユニット用外輪によると、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６は焼入れが行われていない部分を少なくとも有するため、軌道面１０１および軌道面１０２全体を焼入れしていた上記従来に比して、焼入れ負荷が低減される。特に、高周波焼入により軌道面の焼入れを行う面積が小さくなるため、焼入れ工程に掛かる時間が従来に比して短縮される。

（２）また、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６は焼入れが行われていない部分を少なくとも有するので、軌道面１０１および軌道面１０２全体を焼入れしていた上記従来に比して、焼入れ面積が小さくなるため、外輪に生ずる歪みを小さくできる。

（３）また、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６は焼入れが行われていない部分を少なくとも有するので、軌道面１０１および軌道面１０２全体を焼入れしていた上記従来に比して、焼入れ面積が小さくなるため、焼入れおよび冷却にかかる電力が削減でき、省エネルギーとなる。

（４）上記ハブユニット用外輪によると、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６に対して転動体支持面１５および転動体支持面２５が内方に突出しているため、高周波焼入れにより軌道面の焼入れを行う際に、内方に突出している転動体支持面１５および転動体支持面２５に磁力線を集中させやすく、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６を残して焼入れすることが容易である。

（５）また、軌道面の研磨工程においても突出している転動体支持面１５および転動体支持面２５のみを研磨し、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６を未研磨とすることが容易となり、図４のＡで示した軌道面１０１および軌道面１０２全体を研磨していた上記従来に比して、研磨工程に掛かる時間も従来に比して低減される。

（６）転動体非支持面１６および転動体非支持面２６を従来に比して大きく研削することにより転動体支持面１５および転動体支持面２５を内方に突出させているため、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６の部分の肉厚が薄くなり、軽量化に資する。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、高周波焼入れに際し、従来に比べ小型化された高周波焼入装置を使用しているが、他の構成でも良い。即ち、転動体支持面１５に焼入れを行い、転動体非支持面１６に焼入れを行っていない箇所を残すことができる方法であれば他の方法でよい。高周波焼入れ装置の配置、出力、焼入れ時間等の調整によりかかる焼入れが可能であれば、経費削減に資する。

・上記実施形態においては、転動体支持面１５および転動体支持面２５を転動体非支持面１６および転動体非支持面２６に対して内方に突出させているが、他の構成でも良い。例えば、高周波焼入れ装置の小型化、配置、出力、焼入れ時間等の調整のみで、転動体支持面１５および転動体支持面２５に焼入れを行い、転動体非支持面１６および転動体非支持面２６に焼入れを行っていない箇所を残すことができるのであれば、転動体支持面１５および転動体支持面２５を突出させない形状であっても良い。

・上記実施形態において、転動体支持面１５および転動体支持面２５に高周波焼入を行っているが、他の構成であっても良い。即ち、表面焼入れが可能な方法であれば炎焼入、レーザビーム焼入および電子ビーム焼入などで素材表面を焼入れても良い。

・上記実施形態においては、外輪回転型の従動輪に本発明を適用したが、他の外輪に適用しても良い。例えば、主動輪のハブユニット用外輪、内輪回転型のハブユニット用外輪にも同様に適用することができる。

本発明は、本発明は、ハブユニット用外輪に関し、特に、製造時間が短くかつ歪が少ないハブユニット用外輪を供給できるため、産業上広く利用可能である。

本発明にかかるハブユニット用外輪の一実施形態について説明する図面であって、ハブユニット用外輪の軸方向断面図である。 本発明にかかるハブユニット用外輪の一実施形態について説明する図面であって、要部拡大図である。 本発明にかかるハブユニット用外輪の一実施形態について説明する図面であって、（ａ）〜（ｄ）は外輪の焼入れ工程を説明する模式図である。 従来のハブユニット用外輪について説明する図面であって、ハブユニット用外輪の軸方向断面図である。 従来のハブユニット用外輪について説明する図面であって、（ａ）〜（ｄ）は外輪の焼入れ工程を説明する模式図である。

符号の説明

1…軌道面、２…軌道面、３…転動体、１１…肩部、１２…肩部、１３…底部、１５…転動体支持面、１６…転動体非支持面、２１…肩部、２２…肩部、２３…底部、２５…転動体支持面、２６…転動体非支持面、１０１…軌道面、１０２…軌道面、１０３…転動体、１１２…肩部、１２１…肩部、１２２…肩部、α…接触角。

Claims (2)

1. ハブユニットを構成するハブユニット用外輪であって、
   前記ハブユニット用外輪は、内周面および軌道面を有し、
   前記軌道面は、前記内周面に形成され、転動体の走路を前記軌道面の一部により形成し、内側肩部、外側肩部、底部、中間突端部、切削部、転動体支持面、および転動体非支持面を有し、
   前記内側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の内側の端部を形成し、
   前記外側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の外側の端部を形成し、
   前記底部は、前記ハブユニット用外輪の内径が最大内径を取る前記軌道面の部位を形成し、
   前記中間突端部は、前記底部よりも前記外側肩部側に形成され、
   前記切削部は、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記ハブユニット用外輪を切削加工することにより形成され、
   前記転動体支持面は、前記転動体から受ける荷重を支持し、前記内側肩部から前記底部までの範囲に形成され、焼入れされ、前記切削部よりも前記転動体側に突出し、
   前記転動体非支持面は、前記転動体の荷重を支持せず、前記底部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記底部から前記中間突端部までの範囲において焼入れされ、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲において焼入れされず、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲の面積が前記底部から前記中間突端部までの範囲の面積よりも大きい
   ハブユニット用外輪。
2. ハブユニット用外輪の製造方法であって、
   前記ハブユニット用外輪の製造方法により製造された前記ハブユニット用外輪は、内周面および軌道面を有し、
   前記軌道面は、前記内周面に形成され、転動体の走路を前記軌道面の一部により形成し、内側肩部、外側肩部、底部、中間突端部、切削部、転動体支持面、および転動体非支持面を有し、
   前記内側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の内側の端部を形成し、
   前記外側肩部は、前記ハブユニット用外輪の軸方向において前記軌道面の外側の端部を形成し、
   前記底部は、前記ハブユニット用外輪の内径が最大内径を取る前記軌道面の部位を形成し、
   前記中間突端部は、前記底部よりも前記外側肩部側に形成され、
   前記切削部は、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記ハブユニット用外輪を切削加工することにより形成され、
   前記転動体支持面は、前記転動体から受ける荷重を支持し、前記内側肩部から前記底部までの範囲に形成され、焼入れされ、前記切削部よりも前記転動体側に突出し、
   前記転動体非支持面は、前記転動体の荷重を支持せず、前記底部から前記外側肩部までの範囲に形成され、前記底部から前記中間突端部までの範囲において焼入れされ、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲において焼入れされず、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲の面積が前記底部から前記中間突端部までの範囲の面積よりも大きく、
   前記ハブユニット用外輪の製造方法は、切削工程および焼入工程を有し、
   前記切削工程は、前記切削部が形成されていない前記軌道面において、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲を切削加工することにより、前記中間突端部から前記外側肩部までの範囲に前記切削部を形成し、
   前記焼入工程は、前記切削工程の後において前記軌道面の一部に焼入れする工程であって、前記内側肩部から前記中間突端部までの範囲において前記内側肩部および前記中間突端部から前記範囲の中間部に向けて焼入れを進行させる
   ハブユニット用外輪の製造方法。

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