JP7668133B2 - Wheel bearing device - Google Patents
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Description
本発明は、車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a wheel bearing device.
車輪用軸受装置では、車両の走行中にコーナーリング、縁石乗り上げ等で過大荷重が車輪から入力されると、玉と軌道面との接触楕円が軌道輪の肩に乗り上げ、肩に圧痕が付いて異音が発生する場合がある。こうした圧痕の問題を解決するため、特開2015-224655号公報(特許文献1)では、焼き入れ鋼を切削することにより軌道面が加工される。これにより溝深さをh、転動体の直径をdとしたとき、h/dが0.50を超える加工が可能となり、肩高さが確保され、接触楕円の肩乗り上げ、および肩における圧痕の発生が防がれている。 In wheel bearing devices, when excessive loads are input from the wheels due to cornering, running over curbs, etc. while the vehicle is traveling, the contact ellipse between the ball and the raceway surface may ride up on the shoulder of the raceway ring, causing an indentation on the shoulder and generating abnormal noise. To solve the problem of such indentations, in JP 2015-224655 A (Patent Document 1), the raceway surface is machined by cutting hardened steel. As a result, when the groove depth is h and the diameter of the rolling elements is d, it is possible to machine the raceway surface so that h/d exceeds 0.50, ensuring the shoulder height and preventing the contact ellipse from riding up on the shoulder and the occurrence of indentations on the shoulder.
近年、車両の高出力化または大型化とともに、タイヤのロープロファイル化(純正ホイールに止まらず、社外品への交換を含む)が進展している。これにより、縁石乗り上げ等の不測の事態のみならず、車両の通常走行においても、車輪に作用した荷重が、タイヤの撓み量だけでは吸収されずにホイールへ直接入力される。このように車輪用軸受装置に対して、想定以上の過大荷重が作用する機会が増えている。 In recent years, as vehicles have become more powerful and larger, there has been a trend toward lower-profile tires (not just genuine wheels, but also replacement with aftermarket parts). This means that not only in unforeseen circumstances such as running over a curb, but also during normal vehicle driving, the load acting on the wheel is not absorbed by the tire's deflection alone, but is instead input directly to the wheel. In this way, there are an increasing number of occasions where wheel bearing devices are subjected to excessive loads that are greater than expected.
過大荷重が作用することにより軸受装置における軌道面の弾性限度を超えた場合、軌道面には圧痕が生じ、圧痕に伴って異音が発生したり、または軌道面の早期剥離が生じて軸受装置が故障する場合がある。過大荷重による圧痕を防ぐには、前述の従来技術による方法、または軸受装置自体を過大荷重に応じたサイズに大型化する方法がある。しかし車両側のレイアウトの制約から軸受装置の大型化は難しく、想定外の過大荷重に対する対策は十分でなかった。 When an excessive load is applied and exceeds the elastic limit of the raceway surface in a bearing device, an indentation is created on the raceway surface, which may cause abnormal noise or early peeling of the raceway surface, resulting in failure of the bearing device. To prevent indentations caused by excessive loads, there are the aforementioned conventional techniques, or a method of enlarging the bearing device itself to a size appropriate to the excessive load. However, due to layout constraints on the vehicle side, it is difficult to enlarge the bearing device, and measures against unexpected excessive loads have not been sufficient.
本発明の目的は、軽量化を阻害することなく、過大荷重または衝撃荷重が作用した時の軌道溝での圧痕発生を抑制できる車輪用軸受装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a wheel bearing device that can suppress the occurrence of indentations in the raceway groove when an excessive load or impact load is applied, without hindering weight reduction.
本発明の車輪用軸受装置は、車輪を回転自在に支持するための車輪用軸受装置であって、内方部材と、外方部材と、複数の転動体とを備える。内方部材は、第1軌道溝を有する。外方部材は、第2軌道溝を有する。複数の転動体は、第1軌道溝と第2軌道溝との間に介在する。第1軌道溝および第2軌道溝の少なくとも一つの軌道溝は、第1領域と、第2領域と、第3領域と、第4領域と、第5領域とを含む。第1領域は、少なくとも一つの軌道溝の表面から第1降伏応力で深さ方向に沿って分布する。第2領域は、深さ方向において第1領域よりも深い領域に位置し、第1降伏応力よりも低い第2降伏応力で深さ方向に沿って分布する。第3領域は、深さ方向において第2領域よりも深い領域に位置し、第2降伏応力よりも低い第3降伏応力で深さ方向に沿って分布する。第4領域は、第1領域から第2領域に達するまで表面から深くなるほどに降伏応力が低くなるように分布する。第5領域は、第2領域から第3領域に達するまで表面から深くなるほどに降伏応力が低くなるように分布する。 The wheel bearing device of the present invention is a wheel bearing device for supporting a wheel so as to be rotatable, and includes an inner member, an outer member, and a plurality of rolling elements. The inner member has a first raceway groove. The outer member has a second raceway groove. The plurality of rolling elements are interposed between the first raceway groove and the second raceway groove. At least one of the first raceway groove and the second raceway groove includes a first region, a second region, a third region, a fourth region, and a fifth region. The first region is distributed along the depth direction from the surface of the at least one raceway groove with a first yield stress. The second region is located in a region deeper than the first region in the depth direction and is distributed along the depth direction with a second yield stress lower than the first yield stress. The third region is located in a region deeper than the second region in the depth direction and is distributed along the depth direction with a third yield stress lower than the second yield stress. The fourth region is distributed so that the yield stress decreases with increasing depth from the surface from the first region to the second region. The fifth region has a distribution in which the yield stress decreases with increasing depth from the surface, from the second region to the third region.
上記の車輪用軸受装置において、少なくとも一つの軌道溝は、少なくとも肩部において、深さ方向に沿って順に分布する、第1領域、第4領域、第2領域、第5領域および第3領域を有する。 In the above wheel bearing device, at least one raceway groove has a first region, a fourth region, a second region, a fifth region, and a third region, which are distributed in order along the depth direction at least in the shoulder portion.
上記の車輪用軸受装置において、第1降伏応力と第2降伏応力との差は、第2降伏応力と第3降伏応力との差よりも小さい。 In the above wheel bearing device, the difference between the first yield stress and the second yield stress is smaller than the difference between the second yield stress and the third yield stress.
上記の車輪用軸受装置において、内方部材における第1軌道溝の部分および外方部材における第2軌道溝の部分は、0.40質量%以上0.80質量%以下の炭素を含む中炭素鋼、あるいは、たとえば、SUJ2等の高炭素クロム軸受鋼よりなる。 In the above wheel bearing device, the first raceway groove portion of the inner member and the second raceway groove portion of the outer member are made of medium carbon steel containing 0.40% to 0.80% by mass of carbon, or high carbon chromium bearing steel such as SUJ2.
本発明によれば、軽量化を阻害することなく、過大荷重または衝撃荷重が作用した時の軌道溝での圧痕発生を抑制できる車輪用軸受装置を実現することができる。 The present invention makes it possible to realize a wheel bearing device that can suppress the occurrence of indentations in the raceway groove when an excessive load or impact load is applied, without hindering weight reduction.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference symbols, and overlapping descriptions will not be repeated.
<車輪用軸受装置の構成>
まず本実施形態における車輪用軸受装置の構成を図1および図2を用いて説明する。
<Configuration of wheel bearing device>
First, the configuration of the wheel support bearing device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図1に示されるように、車輪用軸受装置40は、第2世代または第3世代の複列アンギュラ玉軸受タイプの車輪用軸受装置である。車輪用軸受装置40は、内方部材10と、外方部材20と、複数の転動体30a、30bとを有している。内方部材10は、回転側部材であり、ハブボルト54にハブナット55を締め付けることにより車輪(ホイール52、タイヤ53)が内方部材10に取り付けられている。内方部材10には、等速自在継手のセレーション軸51が係合される。これにより内方部材10にはセレーション軸51を介在して駆動力が伝達される。
As shown in FIG. 1, the wheel bearing
外方部材20は、固定側部材であり、内方部材10の周囲に配置されている。複数の転動体30a、30bの各々は、たとえば玉であり、内方部材10と外方部材20との間に配置されている。複数の転動体30a、30bは、第1列における複数の転動体30aと、第2列における複数の転動体30bとを含む。車輪(ホイール52、タイヤ53)を取り付けられた内方部材10は、複数の転動体30a、30bを介在して外方部材20に対して回転可能に支持されている。
The
図2に示されるように、内方部材10はハブ輪1と、内輪2とにより構成されている。ハブ輪1の外周面には内輪2が外嵌固定されている。これにより、ハブ輪1と内輪2とは一体化して内方部材10を構成している。内方部材10は、内輪軌道に相当する2列の軌道溝(第1軌道溝)3a、3bを外周面に有している。軌道溝3aはハブ輪1に形成されており、軌道溝3bは内輪2に形成されている。
As shown in FIG. 2, the
ハブ輪1は、筒状部1aと、ハブフランジ1bとを有している。筒状部1aは、筒形状を有している。ハブフランジ1bは、筒状部1aの外周面から外周方向に張り出している。ハブフランジ1bは、車輪(ホイール52、タイヤ53)およびブレーキロータ56を取り付けるためのフランジである。ハブフランジ1bには、円周方向に所定の間隔でハブボルト54が取り付けられている。図1に示されるように、ハブボルト54にハブナット55を締め付けることにより、車輪(ホイール52、タイヤ53)およびブレーキロータ56がハブフランジ1bと締結される。
The
ハブ輪1の筒状部1aは、軸方向に貫通したセレーション孔(スプライン孔)1cを有している。図1に示されるように、ハブ輪1のセレーション孔1cには、等速自在継手における外側継手部材のセレーション軸51が係合可能である。
The
外方部材20は、スリーブ11と、フランジ12とを有している。スリーブ11は、筒形状を有している。フランジ12は、スリーブ11の外周面から外周方向に張り出している。フランジ12は、車体(シャーシ)のナックル等の懸架装置(図示せず)に固定するためのものである。フランジ12には、円周方向に所定の間隔でねじ孔13が設けられている。ねじ孔13に挿入したねじ部材を用いて外方部材20はナックル等に固定される。
The
スリーブ11の内周には、外輪軌道に相当する2列の軌道溝(第2軌道溝)14a、14bが形成されている。第1列における複数の転動体30aの各々は、軌道溝3aと軌道溝14aとの間に介在している。第1列における複数の転動体30aの各々は、第1保持器31aにより転動自在に保持されている。第2列における複数の転動体30bの各々は、軌道溝3bと軌道溝14bとの間に介在している。第2列における複数の転動体30bの各々は、第2保持器31bにより転動自在に保持されている。
Two rows of raceway grooves (second raceway grooves) 14a, 14b corresponding to the outer ring raceway are formed on the inner circumference of the
なお、内方部材10の外周面と外方部材20の内周面との間には、シールリング32a、32bが設置されている。これにより、複数の転動体30a、30bが保持されている空間と外部とが遮断されている。シールリング32aは、ハブ輪1の外周面と内方部材20の内周面との間に配置されている。シールリング32bは、内輪2の外周面と内方部材20の内周面との間に配置されている。
ハブ輪1および外方部材20の各々は、0.40質量%以上0.80質量%以下の炭素を含む中炭素鋼で形成され、たとえばS53C等で形成されている。内輪2および転動体30a、30bは、たとえばSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼から構成され、ズブ焼き入れにより芯部まで硬化処理されている。ズブ焼き入れとは、ワーク全体に焼き入れする全体焼き入れのことである。ただし内輪2は、0.40質量%以上0.80質量%以下の炭素を含む中炭素鋼で形成され、高周波焼き入れを施されてもよい。
The
<軌道溝の深さ方向における応力分布>
次に、軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部の深さ方向における応力分布について図3および図4を用いて説明する。
<Stress distribution in the depth direction of the raceway groove>
Next, the stress distribution in the depth direction of the shoulder portions of the
本実施形態における軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPには、後述する低入熱の焼き入れと高入熱の焼き入れとが施される。ここで、低入熱の焼き入れとは、低電力・高周波数電流による高周波焼き入れのことをいい、高入熱の焼き入れとは、高電力・低周波数電流による高周波焼き入れのことをいう。軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPは、図2および図3において太い線で示された部分である。上記熱処理により、軌道溝3a、14a、14bの各々の表面から図2の破線に示す位置までの領域に熱処理硬化層が形成される。また上記熱処理により、軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPの深さ方向における応力分布は、図4に示されるようになる。
In this embodiment, the shoulders SP of each of the
なお軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPの深さ方向とは、図3の矢印Aで示されるように、車輪用軸受装置40の軸線Cを通る断面において、軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPの表面における任意の点の接線に垂直な方向を意味する。本実施形態においては、軌道溝14aの肩部SPの深さ方向Aにおける応力分布を例に挙げて説明する。
The depth direction of the shoulder portion SP of each of the
図4に示されるように、横軸は外方部材20における軌道溝14aの表面から深さ方向Aへの深さ位置を示し、縦軸は応力値を示している。図4のグラフ中における実線は、車輪用軸受装置40に衝撃荷重が作用した場合に、外方部材20の肩部SPにおいて内部に発生する応力(衝撃荷重作用時の内部発生応力)を表している。また図4のグラフ中における太い破線は、外方部材20の内部における材料降伏応力(=耐力)を表している。
As shown in FIG. 4, the horizontal axis indicates the depth position from the surface of the
外方部材20は、軌道溝14aの肩部SPの表面から深さ方向Aにおける材料降伏応力の分布において、5つの領域R1~R5を有している。5つの領域R1~R5は、軌道溝14aの肩部SPの表面から深部に向かって、第1領域R1、第4領域R4、第2領域R2、第5領域R5および第3領域R3の順で並んでいる。
The
第1領域R1は、軌道溝14aの表面から第1降伏応力ST1を維持しながら所定深さまで深さ方向Aに沿って分布している(後述のステップS2により形成される焼入層)。第2領域R2は、深さ方向Aにおいて第1領域R1よりも深い領域(表面から離れた領域)に位置している(後述のステップS3により形成される焼入層)。第2領域R2は、第1降伏応力ST1よりも低い第2降伏応力ST2を維持しながら所定深さまで深さ方向Aに沿って分布している。第3領域R3は、深さ方向Aにおいて第2領域R2よりも深い領域(表面から離れた領域)に位置している(未硬化層)。第3領域R3は、第2降伏応力ST2よりも低い第3降伏応力ST3を維持しながら所定深さまで深さ方向Aに沿って分布している。
The first region R1 is distributed along the depth direction A from the surface of the
第1領域R1における第1降伏応力ST1と第2領域R2における第2降伏応力ST2との差は、第2領域R2における第2降伏応力ST2と第3領域R3における第3降伏応力ST3との差よりも小さい。 The difference between the first yield stress ST1 in the first region R1 and the second yield stress ST2 in the second region R2 is smaller than the difference between the second yield stress ST2 in the second region R2 and the third yield stress ST3 in the third region R3.
第4領域R4は、深さ方向Aにおいて第1領域R1と第2領域R2との間に位置している(第1領域R1と第2領域R2の中間層)。第4領域R4は、第1領域R1および第2領域R2の各々と隣接している。第4領域R4における降伏応力は、第1領域R1から第2領域R2に達するまで表面から深くなるほど(離れるほど)に降伏応力が低くなるように分布している。具体的には、第4領域R4における降伏応力は、第1領域R1と接する部分における降伏応力ST1から第2領域R2と接する部分における降伏応力ST2まで表面から深くなるほどに徐々に低くなっている。 The fourth region R4 is located between the first region R1 and the second region R2 in the depth direction A (an intermediate layer between the first region R1 and the second region R2). The fourth region R4 is adjacent to both the first region R1 and the second region R2. The yield stress in the fourth region R4 is distributed so that the yield stress decreases with increasing depth (movement) from the surface from the first region R1 to the second region R2. Specifically, the yield stress in the fourth region R4 gradually decreases with increasing depth from the surface, from the yield stress ST1 in the portion in contact with the first region R1 to the yield stress ST2 in the portion in contact with the second region R2.
第5領域R5は、深さ方向Aにおいて第2領域R2と第3領域R3との間に位置している(不完全焼入層)。第5領域R5は、第2領域R2および第3領域R3の各々と隣接している。第5領域R5における降伏応力は、第2領域R2から第3領域R3に達するまで表面から深くなるほど(離れるほど)に降伏応力が低くなるように分布している。具体的には、第5領域R5における降伏応力は、第2領域R2と接する部分における降伏応力ST2から第3領域R3と接する部分における降伏応力ST3まで表面から深くなるほどに徐々に低くなっている。 The fifth region R5 is located between the second region R2 and the third region R3 in the depth direction A (incomplete hardening layer). The fifth region R5 is adjacent to both the second region R2 and the third region R3. The yield stress in the fifth region R5 is distributed so that the yield stress decreases with increasing depth (away) from the surface from the second region R2 to the third region R3. Specifically, the yield stress in the fifth region R5 gradually decreases with increasing depth from the surface, from the yield stress ST2 in the portion adjacent to the second region R2 to the yield stress ST3 in the portion adjacent to the third region R3.
第1領域R1において結晶粒は微細化されており、第2領域R2における結晶粒よりも小さくなっている。これにより第1領域R1には、第2領域R2よりも硬度の高い硬化層が形成されている。 The crystal grains in the first region R1 are finer and smaller than the crystal grains in the second region R2. This results in a hardened layer in the first region R1 that is harder than the second region R2.
一方、実線で表した衝撃荷重作用時の内部発生応力は、表面からの深さ方向Aの分布において、表層部で大きく、深部で小さくなるように分布する。表面からの同じ深さ位置で内部発生応力と降伏応力とを比較した場合、領域R1~R5のすべての降伏応力は、衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなっている。 Meanwhile, the internally generated stress when an impact load is applied, shown by the solid line, is distributed in the depth direction A from the surface so that it is greater in the surface layer and smaller in the deeper areas. When comparing the internally generated stress and the yield stress at the same depth position from the surface, the yield stresses of all regions R1 to R5 are greater than the internally generated stress when an impact load is applied.
上記においては軌道溝14aを例に挙げて説明したが、軌道溝3a、14bの各々の表面からの深さ方向における応力分布も軌道溝14aと同様の応力分布を有している。また軌道溝3a、14a、14bの各々の少なくとも肩部SPにおいて、図4に示す応力分布を有していることが好ましい。つまり軌道溝3a、14a、14bの各々の少なくとも肩部SPにおいて、図4に示されるように、軌道溝3a、14a、14bの各々の少なくとも肩部SPの表面から深さ方向に沿って、第1領域R1、第4領域R4、第2領域R2、第5領域R5および第3領域R3の順で分布していることが好ましい。また軌道溝3a、14a、14bの各々の少なくとも肩部SPの表面から深さ方向に沿って、領域R1~R5のすべての降伏応力は、衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなっていることが好ましい。
Although the above description has been given using the
また軌道溝3a、14a、14bの各々の肩部SPだけでなく、軌道溝3a、14a、14bの各々の全体において、表面からの深さ方向における応力分布が図4に示すような応力分布となっていてもよい。
In addition, the stress distribution in the depth direction from the surface may be as shown in Figure 4 not only in the shoulder portion SP of each of the
<車輪用軸受装置の製造方法>
次に、本実施形態における車輪用軸受装置の製造方法について図2および図5を用いて説明する。
<Method of manufacturing wheel bearing device>
Next, a manufacturing method of the wheel bearing device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図5に示されるように、本実施形態における車輪用軸受装置40の製造方法は、内方部材10および外方部材20の準備工程(ステップS1)と、低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)と、高入熱の焼き入れ工程(ステップS3)と、焼き戻し工程(ステップS4)と、組み立て工程(ステップS5)を主に有している。
As shown in FIG. 5, the manufacturing method of the
図2に示されるように、内方部材10の準備工程においては、外周面に環状の軌道溝3aを有するハブ輪1と、外周面に環状の軌道溝3bを有する内輪2とが準備される。外方部材20の準備工程においては、内周面に環状の軌道溝14a、14bが複列に形成された外方部材20が準備される。転動体準備工程では、転動体(玉)30a、30bが準備される。
As shown in FIG. 2, in the preparation process for the
ハブ輪1および外方部材20の各々は、0.40質量%以上0.80質量%以下の炭素を含む中炭素鋼で形成され、たとえばS53C等で準備される。内輪2および転動体30a、30bは、たとえばSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼で準備される。
The
上記のように準備されたハブ輪1の軌道溝3aおよび外方部材20の軌道溝14a、14bには、たとえば高周波焼き入れ処理(ステップS2、S3)後に焼き戻し処理(ステップS4)が施される。これにより軌道溝3a、14a、14bの各々の表層部には、所定の硬化層が形成される。上記高周波焼き入れ処理は、たとえば低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)と、その後の高入熱の焼き入れ工程(ステップS3)とを含む。
The raceway groove 3a of the
第1段階の低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)は、軌道溝3a、14a、14bの少なくとも肩部SPの表層部における結晶粒を微細化するためのものである。第1段階の低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)により、軌道溝3a、14a、14bの各々の全体の表層部における結晶粒が微細化されてもよい。
The first-stage low-heat-input quenching process (step S2) is intended to refine the crystal grains in at least the surface layer of the shoulder portion SP of the
また第2段階の高入熱の焼き入れ工程(ステップS3)は、深部組織の座屈を防止するためのものである。第2段階の高入熱の焼き入れ工程(ステップS3)は、軌道溝3a、14a、14bの各々の全体に行なわれてもよい。
The second stage high heat input hardening process (step S3) is intended to prevent buckling of deep tissue. The second stage high heat input hardening process (step S3) may be performed on the entirety of each of the
なお第1段階の低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)には、高周波焼き入れだけでなく、レーザ焼き入れが適用されてもよい。第1段階の低入熱の焼き入れ工程(ステップS2)により表層部の結晶粒が十分に微細化されているので、第2段階の高入熱の焼き入れ工程(ステップS3)で深部まで焼き入れが行われても、表層部の結晶粒は粗大化され難い。このため表層部において機械的強度、すなわち耐力を向上できるため、表層部での圧痕と深部組織での座屈とを効果的に防止することができる。 In addition to induction hardening, laser hardening may be used in the first low-heat-input hardening process (step S2). Because the crystal grains in the surface layer are sufficiently refined by the first low-heat-input hardening process (step S2), the crystal grains in the surface layer are unlikely to become coarse even if the hardening is performed to the deeper parts in the second high-heat-input hardening process (step S3). This improves the mechanical strength, i.e., the yield strength, of the surface layer, and effectively prevents indentations in the surface layer and buckling in the deeper structure.
一方、内輪2は、ズブ焼き入れにより芯部まで硬化処理される。上記のように準備されたハブ輪1、内輪2、外方部材20および転動体30a、30bが車輪用軸受装置40となるように組み立てられる(ステップS5)。
Meanwhile, the
図2に示されるように、組立て工程では、まず保持器31bで保持された複数の転動体30bが軌道溝3b、14bと接触して円環状の軌道上に配置されるように、内輪2と、外方部材20と、複数の転動体30bとが組合わされる。その後、保持器31aで保持された複数の転動体30aが軌道溝3a、14aと接触して円環状の軌道上に配置されるように、ハブ輪1と、外方部材20と、複数の転動体30aとが組合わされる。この際、ハブ輪1に内輪2が圧入される。
As shown in FIG. 2, in the assembly process, first, the
内方部材10と外方部材20とに挟まれた空間(軸受空間)に潤滑グリースなどの潤滑剤が入れられた後、ハブ輪1の外周面と外方部材20の内周面との間にシールリング32aが圧入される。また内輪2の外周面と外方部材20の内周面との間にシールリング32bが圧入される。
After a lubricant such as lubricating grease is poured into the space (bearing space) between the
以上のように、本実施形態における車輪用軸受装置40が製造される。
In this manner, the
<効果>
次に、本実施形態における車輪用軸受装置の効果について説明する。
<Effects>
Next, the effects of the wheel bearing device according to this embodiment will be described.
本実施形態においては、図4に示されるように第2領域R2における降伏応力ST2よりも高い降伏応力ST1を有する第1領域R1が軌道溝3a、14a、14bの各々の表面から所定深さ位置に設けられている。これにより衝撃荷重が作用して軌道溝3a、14a、14bの各々の内部に応力が発生しても、この発生応力よりも降伏応力ST1を高くすることが容易となる。よって、衝撃荷重または過大荷重が作用した場合においても軌道溝3a、14a、14bにおける圧痕の発生を抑制することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the first region R1 having a yield stress ST1 higher than the yield stress ST2 in the second region R2 is provided at a predetermined depth from the surface of each of the
また第1領域R1と第3領域R3との間には、第3領域R3の降伏応力ST3よりも大きい降伏応力ST2を有する第2領域R2が設けられている。これにより深部における座屈を抑制することができ、座屈に起因した圧痕の発生も抑制することができる。 Between the first region R1 and the third region R3, a second region R2 is provided, which has a yield stress ST2 greater than the yield stress ST3 of the third region R3. This makes it possible to suppress buckling in deep areas and also to suppress the occurrence of indentations due to buckling.
また本実施形態によれば、衝撃荷重または過大荷重による圧痕を抑制するために、車輪用軸受装置40のサイズを大型化する必要が無い。このため軽量化を阻害することなく、過大荷重または衝撃荷重が軸受装置に作用した時の軌道面での圧痕発生を抑制することができる。
Furthermore, according to this embodiment, there is no need to increase the size of the
また本実施形態によれば図2および図4に示されるように、軌道溝3a、14a、14bの少なくとも1つは、少なくとも肩部SPにおいて深さ方向に沿って順に分布する、第1領域R1、第4領域R4、第2領域R2、第5領域R5および第3領域R3を有している。これにより転動体30a、30bと軌道面との接触楕円が軌道溝3a、14a、14bの肩部SPに乗り上げた場合においても、肩に圧痕が付くことを抑制することができる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in Figures 2 and 4, at least one of the
また本実施形態によれば図4に示されるように、第1領域R1における第1降伏応力ST1と第2領域R2における第2降伏応力ST2との差は、第2領域R2における第2降伏応力ST2と第3領域における第3降伏応力ST3との差よりも小さい。これにより肩部SPの表層部および深部における塑性変形を抑制することができ、圧痕の発生を抑制することが可能となる。 Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 4, the difference between the first yield stress ST1 in the first region R1 and the second yield stress ST2 in the second region R2 is smaller than the difference between the second yield stress ST2 in the second region R2 and the third yield stress ST3 in the third region. This makes it possible to suppress plastic deformation in the surface and deep parts of the shoulder portion SP, and to suppress the occurrence of indentations.
また本実施形態によれば、ハブ輪1および外方部材20は、0.40質量%以上0.80質量%以下の炭素を含む中炭素鋼よりなる。これにより中炭素鋼であるハブ輪1および外方部材20において、軽量化を阻害することなく、過大荷重または衝撃荷重が軸受装置に作用した時の軌道面での圧痕発生を抑制することができる。
In addition, according to this embodiment, the
次に、本発明者らが行った検討を実施例として図6~図9を用いて説明する。 Next, the inventors' investigation will be explained as an example using Figures 6 to 9.
まず本発明者らは、低入熱の焼き入れをした時の降伏応力と衝撃荷重作用時の内部発生応力との関係を調べた。その結果を図6に示す。図6に示されるように、低入熱の焼き入れをした場合、表層部および深部の双方において、衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも降伏応力が低くなる箇所が生じる。このため衝撃荷重が作用すると、表層部と深部との双方において軌道溝が塑性変形するおそれがある。表層部での塑性変形は圧痕発生の原因となり、深部での塑性変形は座屈発生の原因となる。深部での座屈の発生は、いわゆる地質学上の地盤沈下のイメージであり、内部組織に塑性変形が生じ、それが伝播することにより表層部に圧痕が生じる。図6に、衝撃荷重作用時以外の通常走行条件下での内部発生応力(太い破線)を示すが、この場合、低入熱焼き入れをした時の降伏応力が、内部発生応力より低くなることはない。 First, the inventors investigated the relationship between the yield stress when hardening with low heat input and the internal stress when impact load is applied. The results are shown in Figure 6. As shown in Figure 6, when hardening with low heat input, there are areas in both the surface and deep parts where the yield stress is lower than the internal stress when impact load is applied. Therefore, when impact load is applied, there is a risk of plastic deformation of the track groove in both the surface and deep parts. Plastic deformation in the surface part causes indentation, and plastic deformation in the deep part causes buckling. Buckling in the deep part is the so-called geological image of land subsidence, where plastic deformation occurs in the internal structure and propagates to cause indentation in the surface part. Figure 6 shows the internal stress (thick dashed line) under normal driving conditions other than when impact load is applied, but in this case, the yield stress when hardening with low heat input is not lower than the internal stress.
低入熱の焼き入れの場合、焼き入れコイルに流す電流の周波数を高めることにより、焼き入れ深さは浅くなるが、たとえば図8に示されるように表層部の降伏応力を高めることができる。しかし、この場合、深部において降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも低い領域が拡がり、座屈がさらに生じやすくなる。 In the case of low heat input hardening, by increasing the frequency of the current passed through the hardening coil, the hardening depth becomes shallower, but the yield stress of the surface layer can be increased, for example, as shown in Figure 8. However, in this case, the area in the deeper part where the yield stress is lower than the internally generated stress when an impact load is applied expands, making buckling more likely to occur.
また本発明者らは、高入熱の焼き入れをした時の降伏応力と衝撃荷重作用時の内部発生応力との関係を調べた。その結果を図7に示す。図7に示されるように、高入熱の焼き入れをした場合、深部においては降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなる。このため深部での座屈が抑制される。しかし、この場合、表層部における降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも小さくなる。このため衝撃荷重が作用すると、表層部が塑性変形して圧痕が生じやすくなる。 The inventors also investigated the relationship between the yield stress when hardening with a high heat input and the internal stress generated when an impact load is applied. The results are shown in Figure 7. As shown in Figure 7, when hardening with a high heat input is performed, the yield stress in the deep part is greater than the internal stress generated when an impact load is applied. This suppresses buckling in the deep part. However, in this case, the yield stress in the surface layer is smaller than the internal stress generated when an impact load is applied. For this reason, when an impact load is applied, the surface layer undergoes plastic deformation and is prone to indentations.
これに対して本実施形態においては、低入熱の焼き入れが行われた後に高入熱の焼き入れが行われる。このため低入熱の焼き入れは、図8に示されるように、表層部において降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大幅に大きくなるように行われる。この状態では、深部において降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも低い領域が広くなり、座屈が生じやすくなる。しかし本実施形態においては、この後に高入熱の焼き入れが行われる。この高入熱の焼き入れは、図4に示されるように、深部における降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなるように行われる。これにより深部での座屈の発生が抑制される。 In contrast, in this embodiment, low heat input quenching is performed first, followed by high heat input quenching. For this reason, low heat input quenching is performed so that the yield stress in the surface layer is significantly greater than the internal stress generated when an impact load is applied, as shown in FIG. 8. In this state, the area in the deep part where the yield stress is lower than the internal stress generated when an impact load is applied becomes wider, making buckling more likely to occur. However, in this embodiment, high heat input quenching is performed after this. This high heat input quenching is performed so that the yield stress in the deep part is greater than the internal stress generated when an impact load is applied, as shown in FIG. 4. This suppresses the occurrence of buckling in the deep part.
また高入熱の焼き入れを行うことにより、表層部の結晶粒が若干大きくなり、表層部における降伏応力が低下するおそれがある。しかしながら先に行われる低入熱の焼き入れにより表層部の結晶粒が十分に微細化されていれば、高入熱の焼き入れが行われても結晶粒の粗大化は抑制される。このため高入熱の焼き入れが行われても、表層部の降伏応力は衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きく維持できる。これにより図4に示されるように、軌道溝3a、14a、14bの表面から深さ方向の全体において降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなるため、圧痕が生じにくくなる。このように低入熱の焼き入れによる表層部の結晶粒度の改善(微細化)による耐力(機械的強度)向上と、高入熱の焼き入れによる深部組織の耐力向上とが相俟って、効果的に表層部での圧痕発生が抑制できる。
In addition, by performing hardening with a high heat input, the crystal grains in the surface layer may become slightly larger, and the yield stress in the surface layer may decrease. However, if the crystal grains in the surface layer are sufficiently refined by the previous hardening with a low heat input, the grains will not become coarse even if hardening with a high heat input is performed. Therefore, even if hardening with a high heat input is performed, the yield stress of the surface layer can be maintained higher than the internal stress generated when a shock load is applied. As a result, as shown in FIG. 4, the yield stress is higher than the internal stress generated when a shock load is applied throughout the entire depth direction from the surface of the
上記において低入熱の焼き入れと高入熱の焼き入れとの順番を入れ替えて、高入熱の焼き入れ後に低入熱の焼き入れを行う方法が考えられる。しかしながら、この場合には図9に示されるように、低入熱の焼き入れによる熱影響層が中間部(図9中のハッチング部)に残るため、その中間部に焼き境(不完全燃焼焼き入れ組織、低硬度な部位)が生成される。このため中間部の組織で座屈が生じる可能性がある。よって座屈による圧痕の発生を抑制するという観点からは、低入熱の焼き入れをした後に高入熱の焼き入れをする方が好ましい。 A method can be considered in which the order of low heat input quenching and high heat input quenching is reversed, and low heat input quenching is performed after high heat input quenching. However, in this case, as shown in Figure 9, the heat-affected layer from low heat input quenching remains in the middle part (hatched part in Figure 9), and a quench boundary (incomplete combustion quenched structure, low hardness part) is generated in the middle part. This can cause buckling in the structure in the middle part. Therefore, from the viewpoint of suppressing the occurrence of indentations due to buckling, it is preferable to perform low heat input quenching followed by high heat input quenching.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 ハブ輪、1a 筒状部、1b ハブフランジ、1c セレーション孔、2 内輪、3a,3b,14a,14b 軌道溝、10 内方部材、11 スリーブ、12 フランジ、13 ねじ孔、20 外方部材、30a,30b 転動体、31a 第1保持器、31b 第2保持器、32a,32b シールリング、40 車輪用軸受装置、51 セレーション軸、52 ホイール、53 タイヤ、54 ハブボルト、55 ハブナット、R1 第1領域、R2 第2領域、R3 第3領域、R4 第4領域、R5 第5領域、SP 肩部。 1 Hub ring, 1a Cylindrical part, 1b Hub flange, 1c Serration hole, 2 Inner ring, 3a, 3b, 14a, 14b Raceway groove, 10 Inner member, 11 Sleeve, 12 Flange, 13 Screw hole, 20 Outer member, 30a, 30b Rolling element, 31a First retainer, 31b Second retainer, 32a, 32b Seal ring, 40 Wheel bearing device, 51 Serration shaft, 52 Wheel, 53 Tire, 54 Hub bolt, 55 Hub nut, R1 First region, R2 Second region, R3 Third region, R4 Fourth region, R5 Fifth region, SP Shoulder.
Claims (4)
第1軌道溝を有する内方部材と、
第2軌道溝を有する外方部材と、
前記第1軌道溝と前記第2軌道溝との間に介在する複数の転動体と、を備え、
前記第1軌道溝および前記第2軌道溝の少なくとも一つの軌道溝は、
前記少なくとも一つの軌道溝の表面から第1降伏応力で深さ方向に沿って分布する第1領域と、
前記深さ方向において前記第1領域よりも深い領域に位置し、前記第1降伏応力よりも低い第2降伏応力で前記深さ方向に沿って分布する第2領域と、
前記深さ方向において前記第2領域よりも深い領域に位置し、前記第2降伏応力よりも低い第3降伏応力で前記深さ方向に沿って分布する第3領域と、
前記第1領域から前記第2領域に達するまで前記表面から深くなるほどに降伏応力が低くなるように分布する第4領域と、
前記第2領域から前記第3領域に達するまで前記表面から深くなるほどに降伏応力が低くなるように分布する第5領域と、を含み、
前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、前記第4領域および前記第5領域のすべての領域において、降伏応力が衝撃荷重作用時の内部発生応力よりも大きくなっている、車輪用軸受装置。 A wheel bearing device for rotatably supporting a wheel, comprising:
an inner member having a first raceway groove;
an outer member having a second raceway groove;
a plurality of rolling elements interposed between the first raceway groove and the second raceway groove,
At least one of the first raceway groove and the second raceway groove is
a first region having a first yield stress distributed from a surface of the at least one raceway groove along a depth direction;
a second region located in a region deeper than the first region in the depth direction and distributed along the depth direction with a second yield stress lower than the first yield stress;
a third region located in a region deeper than the second region in the depth direction and distributed along the depth direction with a third yield stress lower than the second yield stress;
a fourth region having a yield stress that decreases with increasing depth from the surface from the first region to the second region;
a fifth region having a yield stress that decreases with increasing depth from the surface from the second region to the third region;
A wheel bearing device , wherein the yield stress is greater than the internally generated stress when an impact load is applied in all of the first region, the second region, the third region, the fourth region and the fifth region .
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