JP2005098475A - Rolling bearing unit for supporting wheel, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a rolling bearing unit for supporting a wheel that rotatably supports a wheel of an automobile with respect to a suspension device.
自動車の車輪は、車輪支持用転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持する。この様な車輪支持用転がり軸受ユニットのうち、部品点数の削減によるコスト低減と小型・軽量化とを目的として、ハブと内輪との結合固定にナットを使用しない構造が、例えば特許文献1に記載されている様に、従来から知られている。図1〜2は、この特許文献1に記載されて従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニット1を示している。
The wheels of the automobile are supported on the suspension device by a rolling bearing unit for supporting the wheels. Among such rolling bearing units for supporting a wheel, for example,
この従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニット1は、ハブ2と、内輪3と、外輪4と、複数個の転動体5、5とを備える。このうちの内径側部材であるハブ2の外周面の外端(軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、図1〜4の左、図5の下。反対に、車両の幅方向中央側を軸方向に関して内と言い、図1〜4の右、図5の上。)寄り部分には、車輪を支持する為の第一のフランジ6を形成している。又、このハブ2の中間部外周面には第一の内輪軌道7を、同じく内端部には外径寸法が小さくなった段部8を、それぞれ形成している。そして、上記内輪3をこの段部8に外嵌し、更にかしめ部9により固定している。尚、上記第一の内輪軌道7は、上記ハブ2の中間部外周面に直接形成する他、このハブ2の中間部に外嵌した別体の内輪の外周面に形成する場合もある。この様な場合には、上記ハブ2の端部でこの別体の内輪よりも軸方向内方に突出した部分が、上記内輪3を外嵌する為の段部となる。
This conventionally known wheel bearing
又、上記ハブ2の内端部に、このかしめ部9を構成する為の円筒部10を形成している。この円筒部10の肉厚は、図3に示した、この円筒部10を直径方向外方にかしめ広げる以前の状態で、先端縁に向かう程小さくなっている。この為上記ハブ2の内端面に、奥部に向かう程次第に内径が小さくなるテーパ孔11を形成している。又、このハブ2は、上記円筒部10を上記かしめ部9に加工する為の塑性加工が容易で、且つ上記第一の内輪軌道7等の必要部分の硬度を高周波焼き入れ等により十分に高くする事が可能な、S53C、S55C等の機械構造用炭素鋼により造っている。これに対して上記内輪3は、上記かしめ部9の加工に伴って加わる応力に対し十分な強度を有し、且つ、十分な転がり疲労寿命を有する、SUJ2、SUJ3等の高炭素クロム軸受鋼を、主として使用する。
A
上記ハブ2の内端部に上記内輪3を固定すべく、上述の様な円筒部10の先端部をかしめ広げるには、上記ハブ2が軸方向にずれ動かない様に固定した状態で、図2に示す様に、押型12を上記円筒部10の先端部に強く押し付ける。この押型12の先端面(図2の左端面)中央部には、上記円筒部10の内側に押し込み自在な円錐台状の凸部13を形成し、この凸部13の周囲に断面円弧状の凹部14を、この凸部13の全周を囲む状態で形成している。尚、この凹部14の断面形状は、この凹部14により上記円筒部10の先端部を塑性変形させる事で得られるかしめ部9の断面形状が、基端部から先端部に向かう程厚さ寸法が漸次小さくなり、特にこの厚さ寸法が先端部で急激に小さくなる様に、外径側に向かう程曲率半径が小さくなる複合曲面としている。
In order to squeeze the tip of the
上述の様な形状並びに寸法の凸部13と凹部14とを有する押型12を上記円筒部10の先端部に押し付ければ、この円筒部10の先端部を直径方向外方にかしめ広げて、上記かしめ部9を形成する事ができる。そして、このかしめ部9とハブ2の内端部に形成した段部8の段差面15との間で上記内輪3を挟持して、この内輪3を上記ハブ2に固定できる。
If the
一方、外径側部材である前記外輪4の内周面には、上記ハブ2の中間部外周面に形成した第一の内輪軌道7と対向する第一の外輪軌道16、及び、上記内輪3の外周面に形成した第二の内輪軌道17に対向する第二の外輪軌道18を形成している。そして、これら第一、第二の内輪軌道7、17と第一、第二の外輪軌道16、18との間に前記転動体5、5を、それぞれ保持器19、19により転動自在に保持した状態で、複数個ずつ設けている。尚、図示の例では、転動体5、5として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット1を自動車に組み付けるには、上記外輪4の外周面に形成した第二のフランジ20により、この外輪4を懸架装置に固定し、上記第一のフランジ6に車輪を固定する。この結果、この車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する事ができる。
On the other hand, on the inner peripheral surface of the
尚、図4に示す様に、外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニット1aの場合にも、かしめ部9aにより内輪3aを固定する構造がある。この車輪支持用転がり軸受ユニット1aの場合、外径側部材であるハブ2aの外端寄り部外周面に、車輪を支持固定する為の第一のフランジ6aを設けている。又、このハブ2aの内端部内周面には第一の外輪軌道16aを、中間部内周面には第二の外輪軌道18aを、それぞれ形成している。又、このハブ2aの直径方向内側に設けた、内径側部材である軸部材21の内端部に、懸架装置に固定する為の第二のフランジ20aを設けている。又、この軸部材21の外周面で中間部内端寄り部分に、第一の内輪軌道7aを直接形成すると共に、外端部に形成した段部8aに、外周面に第二の内輪軌道17aを形成した上記内輪3aを外嵌している。そして、上記軸部材21の外端部でこの内輪3aよりも軸方向外方に突出した部分に形成した円筒部10aを直径方向外方にかしめ広げる事で形成した上記かしめ部9aにより、上記軸部材21に外嵌した内輪3aをこの軸部材21に結合固定している。
As shown in FIG. 4, the outer ring rotating type wheel bearing rolling
又、上述の様に構成し作用する車輪支持用転がり軸受ユニット1、1aを造るべく、前記円筒部10、10aを塑性変形させて(かしめ広げて)前記かしめ部9、9aを形成する作業を行なうのに好ましくは、図5に示す様な揺動プレス装置22を使用する。この揺動プレス装置22は、押型12と、抑え治具23と、ホルダ24とを備える。図示の例は、図1に示した車輪支持用転がり軸受ユニット1を、上記揺動プレス装置22に組み込んだ状態を示している。尚、内輪3bの形状は、上記図1に示した構造と異ならせている。即ち、この内輪3bは、内端面の外径側半部を軸方向に凹ませて、内端部を段付形状としている。上記円筒部10をかしめ広げて上記かしめ部9を形成する際には、上記ホルダ24を介してハブ2を上方に押圧しつつ、上記押型12を揺動変位させる。即ち、この押型12の中心軸と上記ハブ2の中心軸とを角度θだけ傾斜させた状態で、この押型12を、このハブ2の中心軸を中心として揺動変位させる。
Further, in order to produce the wheel bearing rolling
この様な揺動プレスにより上記かしめ部9を形成する際には、上記押型12の円周方向の一部が上記円筒部10を押圧する事になり、上記かしめ部9の加工作業は部分的に且つ円周方向に連続して進行する事になる。この為、一般的な鍛造加工により上記かしめ部9を形成する場合に比べて、加工時に上記円筒部10に加える荷重を小さくできる。尚、上記抑え治具23は、上記押型12によるかしめ部9の加工時に内輪3及び上記ハブ2が径方向に振れる事を防止する。
When the caulking portion 9 is formed by such a rocking press, a part of the
又、図4に示した様な、外輪回転型の上記車輪支持用転がり軸受ユニット1aのかしめ部9aを形成する場合には、この車輪支持用転がり軸受ユニット1aを揺動プレス装置22に、上述した場合と軸方向に関して逆に設置する。そして、抑え治具23により内輪3a及び軸部材21を固定し、この軸部材21の外端部に設けた円筒部10aを押型12によりかしめ広げる事で、上記かしめ部9aを形成する。
When the
上述の様にかしめ部9、9aを形成する際に無理な力が加わった場合等に、亀裂等の損傷が発生する場合がある。このかしめ部9、9aの形成に伴う亀裂等の損傷の発生を防ぐ為、例えば、特許文献2〜3に記載されている様な技術がある。このうちの特許文献2に記載された技術では、内輪の端部内周面に傾斜面を形成する事により、かしめ部を形成すべき円筒部の変形量を小さくして、かしめ作業に伴って無理な力が加わりにくくしている。又、特許文献3に記載された技術では、かしめ部を形成すべき円筒部を構成する炭素鋼の結晶粒の平均断面を小さくして、かしめ部の形成に伴って亀裂等の損傷が発生する事を防止している。
As described above, damage such as cracks may occur when an excessive force is applied when the
上記特許文献2〜3に記載された従来技術は、上記かしめ部9、9aを含むハブ2或は軸部材21に亀裂等の損傷が発生するのを防止する事を意図している。但し、十分な耐久性及び信頼性を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを得る為には、上記かしめ部9、9aによりその端面を抑え付けられる内輪3、3a、3bに関しても、損傷防止の為の配慮を行なう必要がある。即ち、上記かしめ部9、9aの加工に伴って上記内輪3、3a、3bには、大きなフープ応力(円周方向の引っ張り力)が加わる。そして、この内輪3、3a、3bの形状が不適正であったり、或は上記フープ応力が過大である場合には、この内輪3、3a、3bに亀裂が発生する。一方、前記ハブ2或は前記軸部材21に対するこの内輪3、3a、3bの支持強度を確保する為には、上記フープ応力を或る程度大きくする事は避けられない。又、上記かしめ部9、9aを形成した後の状態で上記内輪3、3a、3bには、前記転動体5、5に予圧を付与する事に伴い、上記フープ応力に加えて、軸方向に関する圧縮応力も加わる。
The conventional techniques described in
ところで、一般に、高炭素クロム軸受鋼の如き高強度鋼等の高強度材料により造られた部材に大きな荷重を付加すると、遅れ破壊と呼ばれる現象が発生する事が、従来から知られている。この遅れ破壊と呼ばれる現象は、当該部材の破損が荷重を付加した後直ちには発生せず、荷重が負荷されてから相当時間経過後に突然破壊する現象で、特に、引っ張り強度が1.2GPa以上、硬さがHRC40以上の高強度材料の場合に、遅れ破壊感受性(遅れ破壊の発生し易さ)が増加するとされている。又、遅れ破壊強度は、水分の存在下で低下する(遅れ破壊が発生し易くなる)事も、従来から知られている。例えば、非特許文献1には、引っ張り強度が1.5〜2GPa程度の高強度鋼の場合、水中に100時間浸漬した場合の遅れ破壊強度は、乾燥下での同強度に比べて1/3〜1/4にまで低下する事が記載されている。
By the way, it is conventionally known that when a large load is applied to a member made of a high strength material such as high strength steel such as high carbon chromium bearing steel, a phenomenon called delayed fracture occurs. This phenomenon called delayed fracture does not occur immediately after the load is applied, but suddenly breaks after a lapse of time after the load is applied. Particularly, the tensile strength is 1.2 GPa or more, In the case of a high-strength material having a hardness of HRC 40 or higher, delayed fracture susceptibility (ease of delayed fracture) increases. It has also been conventionally known that delayed fracture strength decreases in the presence of moisture (delayed fracture tends to occur). For example, in
本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、ハブ2或は軸部材21に外嵌した内輪3、3aは、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニット場合には外輪4或はハブ2aの開口端部を塞いだカバー25(図1参照、図4には省略)により、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合にはシールリング(図示省略)により、それぞれ外部空間と遮断されている。従って、基本的には、上記内輪3、3aに雨水等の水分が付着する事はないが、長期間に亙る使用に伴って上記外輪4或はハブ2aと上記カバー25との間の微小隙間から水が侵入したり、或は上記シールリングのシール性が低下した場合には、上記内輪3、3aに水分が付着する可能性を完全に否定する事はできない。又、コスト低減及び重量軽減を考慮した場合、上記カバー25を省略する事も考えられ、この場合には、上記内輪3、3aに水分が付着する事は避けられない。
In the case of a wheel bearing rolling bearing unit that is the subject of the present invention, the
何れにしても、この内輪3、3aに、遅れ破壊に基づく亀裂等の損傷が発生した場合、車輪支持用転がり軸受ユニットの運転時に大きな振動が発生し、この車輪支持用転がり軸受ユニットを組み込んだ自動車が早期に走行不能になる可能性がある。この様な事情を考慮した場合、図1、4に記載した様に、ハブ2或は軸部材21に外嵌した内輪3、3aをかしめ部9、9aにより抑え付ける構造の耐久性をより一層向上させる為に、この内輪3、3aに遅れ破壊が発生しにくい構造を実現する事が必要になる。
In any case, when damage such as cracks due to delayed fracture occurs in the
上記内輪3、3aに遅れ破壊に結び付く様なフープ応力が生じる事を防止する為の技術として従来から、特許文献4、5に記載されたものが知られている。これら各特許文献に記載された従来技術は、かしめ部に加工する為の円筒部の先半部外周面に小径部を形成し、この小径部の端部を上記内輪の端面よりもこの内輪の中間寄りに位置させるものである。この様な構成を採用する事で、上記円筒部の径を広げた場合に上記内輪に加わるフープ応力を、或る程度小さくできる。この様な特許文献4、5に記載された従来技術によれば、上記内輪の端部に生じるフープ応力の低減を図れるが、それだけでは、この内輪に関する遅れ破壊の防止効果が必ずしも十分とは言えない。何となれば、上記特許文献4、5に記載された技術により、上記内輪の端部に加わるフープ応力の低減を図れても、この部分に、遅れ破壊の防止効果が大きい圧縮応力を生じさせる事はできない。又、上記特許文献4、5には、上記内輪の端部に生じるフープ応力をどの程度に抑えれば、上記遅れ破壊を十分に防止できるかは開示されていない。従って、上記特許文献4、5に記載された技術を採用したとしても、円筒部をかしめ部を加工する際に、この円筒部に加える荷重を適正に規制しない限り、上記遅れ破壊を十分に防止できない。
Conventionally, the techniques described in
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ハブ或は軸部材等の内径側部材に外嵌した内輪を、この内径側部材に形成したかしめ部により抑え付ける構造で、この内輪に遅れ破壊が発生しにくい構造を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention has a structure in which an inner ring externally fitted to an inner diameter side member such as a hub or a shaft member is suppressed by a caulking portion formed on the inner diameter side member. The invention has been invented to realize a structure in which the occurrence of such a phenomenon is difficult to occur.
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは何れも、外周面に第一の内輪軌道を一体又は別体の内輪を介して有する内径側部材と、この内径側部材の端部に外嵌された、外周面に第二の内輪軌道を有する鋼製の内輪と、内周面にこれら第一、第二の内輪軌道に対向する第一、第二の外輪軌道を有する外径側部材と、これら第一、第二の内輪軌道とこれら第一、第二の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備える。そして、上記内径側部材の端部で少なくともこの内径側部材に外嵌した内輪よりも突出した部分に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げる事で形成したかしめ部により、上記内径側部材に外嵌した内輪をこの内径側部材に結合固定している。 Each of the rolling bearing units for supporting a wheel of the present invention is externally fitted to the inner diameter side member having the first inner ring raceway on the outer peripheral surface through an integral or separate inner ring, and the end of the inner diameter side member. A steel inner ring having a second inner ring raceway on the outer peripheral surface, outer diameter side members having first and second outer ring raceways opposed to the first and second inner ring raceways on the inner peripheral surface, and A plurality of rolling elements are provided between each of the first and second inner ring raceways and the first and second outer ring raceways. Then, the inner diameter side member is formed by a caulking portion formed by caulking and expanding the cylindrical portion formed at least at the end portion of the inner diameter side member and projecting from the inner ring externally fitted to the inner diameter side member. The inner ring fitted on the inner side is coupled and fixed to the inner diameter side member.
そして、請求項1に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記かしめ部の加工に伴って上記内輪の表面に加わるフープ応力を300MPa以下としている。
又、請求項2に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記内輪の外周面と、この内輪の軸方向両端面のうちで上記かしめ部が設けられた側の端面とが交差する角部に、上記かしめ部の加工に伴って上記角部に加わるフープ応力を、300MPa以下としている。
更に、請求項4に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記内輪の軸方向両端面のうちで上記かしめ部が設けられた側の端面のうちの少なくとも一部分(好ましくは全周)に、円周方向の残留圧縮応力が存在する。尚、この端面に圧縮応力を残留させる為には、上記内輪に施す熱処理工程と研削工程との加工条件を適宜選定する。そして、この内輪の端面をかしめ部で抑え付ける以前の、この内輪単体の端面、この端面の周縁部に形成した面取り部に、円周方向の強い圧縮応力を残留させる。
In the wheel support rolling bearing unit according to the first aspect, the hoop stress applied to the surface of the inner ring as the caulking portion is processed is set to 300 MPa or less.
In the wheel support rolling bearing unit according to
Furthermore, in the rolling bearing unit for supporting a wheel according to
上述の様に構成する本発明によれば、かしめ部により抑え付けられた鋼製の内輪に遅れ破壊が発生しにくくして、車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性をより一層向上させる事ができる。
即ち、本発明者は、腐食環境下で、それぞれ残留応力が異なる複数種類の車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性に関する試験を行ない、内輪の表面にどの程度のフープ応力 が残留した場合に、遅れ破壊が生じるのかを評価した。その結果、このフープ応力が400〜800MPaになると、遅れ破壊が生じる可能性が高くなる事が分かった。尚、このフープ応力が800MPaを越えると、腐蝕環境下でなくても破壊(遅れ破壊でなく、通常の破壊)が生じる可能性が高くなる。
これに対して請求項1、2に記載した発明の場合には、上記フープ応力を300MPa以下に抑えているので、上記内輪に、一般的な破壊は勿論、遅れ破壊が生じる事も十分に防止できる。
According to the present invention configured as described above, delayed fracture is less likely to occur in the steel inner ring suppressed by the caulking portion, and the durability of the wheel bearing rolling bearing unit can be further improved. .
In other words, the present inventor conducted tests on the durability of a plurality of types of wheel bearing rolling bearing units each having different residual stresses in a corrosive environment, and the amount of hoop stress remaining on the inner ring surface was delayed. It was evaluated whether destruction occurred. As a result, it has been found that when this hoop stress is 400 to 800 MPa, the possibility of delayed fracture increases. When the hoop stress exceeds 800 MPa, there is a high possibility that breakage (ordinary breakage, not delayed breakage) occurs even in a corrosive environment.
On the other hand, in the case of the invention described in
更に、請求項4に記載した発明の様に、かしめ部を設けた側の内輪の端面に円周方向の残留圧縮応力が存在させれば、仮に亀裂等の損傷が発生しても、この残留圧縮応力が、この損傷を塞ぐ方向の力として加わる。この為、上記一般的な破壊は勿論、遅れ破壊が生じる事もより確実に防止できる。
即ち、上記かしめ部によりその端面を抑え付ける以前の、内輪単体の状態で、この内輪の端面に強い圧縮応力を残留させておけば、この内輪の端面をかしめ部により抑え付けた以後の状態でも、この内輪の端面に圧縮応力を残留させる事ができる。上記かしめ部の加工条件によっては、この内輪の端面の圧縮応力が一部若しくは全周に亙って消滅し、消滅した部分にフープ応力が生じる場合もあるが、その場合でも、このフープ応力を300MPa以下に抑える事は容易である。即ち、上記請求項4に記載した発明を実施しようとして、上記内輪の端面に残留させた圧縮応力が消滅したとしても、上記請求項1、2の発明を確実に実施できる。従って、上記内輪の熱処理工程及び研削工程の条件を適切に選定する事で、腐食環境下でも、亀裂が発生せず、仮に、ミクロの亀裂が発生したとしても、この亀裂がマクロの亀裂に進展しない構造を実現できる。
Further, if residual compressive stress in the circumferential direction is present on the end face of the inner ring on the side where the caulking portion is provided as in the invention described in
That is, if a strong compressive stress is left on the end surface of the inner ring in the state of the inner ring alone before the end surface is suppressed by the caulking portion, the state after the end surface of the inner ring is suppressed by the caulking portion is also possible. Compressive stress can remain on the end face of the inner ring. Depending on the processing conditions of the caulking part, the compressive stress of the end face of the inner ring may disappear over a part or all of the circumference, and a hoop stress may be generated in the disappeared part. It is easy to keep the pressure below 300 MPa. That is, even if the compressive stress remaining on the end face of the inner ring disappears in an attempt to implement the invention described in
因に、熱処理工程、研削工程で初期残留圧縮応力が無い場合には、上記かしめ部の加工に伴って上記内輪に径方向外方に加わる力が、そのままフープ応力となる。従って、かしめ加工以前に内輪の端面に圧縮応力を残留させない場合には、かしめ加工後にこの内輪の端面に加わるフープ応力を300MPa以下に抑える為、このかしめ加工の条件設定に厳密さを要求される事になる。 Incidentally, when there is no initial residual compressive stress in the heat treatment step and the grinding step, the force applied radially outward to the inner ring as the caulking portion is processed becomes the hoop stress as it is. Therefore, when compressive stress does not remain on the end face of the inner ring before caulking, the hoop stress applied to the end face of the inner ring after caulking is suppressed to 300 MPa or less. It will be a thing.
尚、上記熱処理工程で発生する残留応力は、変態応力と熱応力との2種類の応力に基づくものである。本発明を実施する場合に影響のある変態応力は、オーステナイト(FCC)→マルテンサイト(BCC)変態の為、表面が残留引っ張り応力になる。これに対して熱応力は、熱収縮が表面から内部へと変化する為、表面が圧縮の残留応力になる。従って、本発明を実施する場合には、内輪形状、内輪材質、熱処理条件を適切に選定する事により、熱応力が変態応力に勝る条件を設定し、表面に圧縮応力を残留させる。 The residual stress generated in the heat treatment process is based on two types of stress, transformation stress and thermal stress. The transformation stress that affects the implementation of the present invention is the austenite (FCC) → martensite (BCC) transformation, so that the surface becomes a residual tensile stress. On the other hand, the thermal stress changes from the surface to the inside, so that the surface becomes a compressive residual stress. Therefore, when carrying out the present invention, by appropriately selecting the inner ring shape, the inner ring material, and the heat treatment conditions, a condition that the thermal stress exceeds the transformation stress is set, and the compressive stress remains on the surface.
又、研削工程で発生する残留応力は、「砥粒の切削作用」、「砥粒のバニッシュ作用」、「熱の作用」の3種類の作用に基づくものである。このうちの「砥粒の切削作用」及び「熱の作用」は、残留引っ張り応力に結び付く。特に、この砥粒の切れが悪い(砥粒の角部が鋭利でなく、切削抵抗が大きい場合)場合には、残留引っ張り応力が大きくなる。これに対して、「砥粒のバニッシュ作用」は、残留圧縮応力になる。従って、研削の条件を適切に選定すれば、「砥粒の切削作用」に基づく引っ張り応力が小さくなり、「砥粒のバニッシュ作用」に基づく圧縮応力が勝り、研削加工後の内輪に圧縮応力を残留させる事ができる。尚、熱の影響は、冷却によってできる限り小さくする。 Further, the residual stress generated in the grinding process is based on three types of actions: “abrasive cutting action”, “abrasive burnishing action”, and “thermal action”. Of these, “the cutting action of the abrasive grains” and “the action of heat” are related to the residual tensile stress. In particular, when the abrasive grains are poorly cut (when the corners of the abrasive grains are not sharp and the cutting resistance is large), the residual tensile stress increases. On the other hand, the “burnishing action of abrasive grains” becomes residual compressive stress. Accordingly, if the grinding conditions are properly selected, the tensile stress based on the “abrasive cutting action” is reduced, the compressive stress based on the “abrasive action of abrasive grains” is superior, and the compressive stress is applied to the inner ring after grinding. It can be left. The influence of heat is minimized as much as possible by cooling.
請求項2に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項3に記載した様に、内輪の外周面と、この内輪の軸方向両端面のうちでかしめ部が設けられた側の端面とが交差する角部を、断面形状が円弧形で軸方向寸法及び径方向寸法が何れも1.0mm以上である凸曲面とし、且つ、上記かしめ部の加工に伴って上記角部に加わるフープ応力を40〜300MPaの範囲に規制する。
When the invention described in
上記角部は、上記かしめ部により抑え付けられた鋼製の内輪の外周面と、この内輪の軸方向両端面のうちで上記かしめ部が設けられた側の端面とが交差する角部の総てを言う。例えば、図6(A)に示す様に、端部に段差を持たない内輪3であれば、上記角部はイの1個所のみとなる。これに対して、同図(B)に示す様に、端部に段差を設けた内輪3bであれば、上記角部はロ、ハの2個所となる。何れにしても、角部の断面形状を、図7に示す様な円弧形とし、この円弧形部分の軸方向寸法X及び径方向寸法Yを、何れも1.0mm以上確保する。
The corner portion is the total of the corner portions where the outer peripheral surface of the steel inner ring held down by the caulking portion intersects the end surface on the side where the caulking portion is provided among the axial end surfaces of the inner ring. Say. For example, as shown in FIG. 6 (A), in the case of the
上述の様に構成すれば、更に上記内輪に遅れ破壊が発生しにくくできる。この理由に就いて、以下に説明する。
上記かしめ部を形成すべく、内径側部材の端部に形成した円筒部を塑性変形させる際に上記内輪には、径方向外方に向いた大きな力が加わり、その結果、この内輪の一部で上記かしめ部が設けられる側の端部に大きな引っ張り応力が、円周方向に作用する。そして、上記かしめ部を加工する為の荷重が除かれた後に於いても上記内輪の端部には、前述したフープ応力が残留する。
If comprised as mentioned above, it can be made hard to generate | occur | produce a delayed fracture further in the said inner ring | wheel. The reason will be described below.
When the cylindrical portion formed at the end portion of the inner diameter side member is plastically deformed to form the caulking portion, a large force is applied to the inner ring in the radially outward direction. Thus, a large tensile stress acts in the circumferential direction on the end portion on the side where the caulking portion is provided. Even after the load for machining the caulking portion is removed, the above-described hoop stress remains at the end of the inner ring.
この状態で、上記内輪を構成する鋼のうちで上記端部に水素が侵入すると、上記遅れ破壊が発生し易くなる。この遅れ破壊は、静的な荷重が加わった状態で、腐食等の影響により鋼中に水素が侵入した場合に生じる現象であり、上記フープ応力が上記静的荷重に相当する。このフープ応力は、上記かしめ部に対向する上記内輪の端部のうち、内径側で大きく、外径側程小さくなる。従って、上記フープ応力(静的荷重)の面からのみ考えれば、上記内輪の端部のうちの内径側部分から、上記遅れ破壊が発生し易くなるものと考えられる。 In this state, when hydrogen enters the end of the steel constituting the inner ring, the delayed fracture is likely to occur. This delayed fracture is a phenomenon that occurs when hydrogen enters the steel under the influence of corrosion or the like with a static load applied, and the hoop stress corresponds to the static load. The hoop stress is larger on the inner diameter side and smaller on the outer diameter side of the end portion of the inner ring facing the caulking portion. Therefore, considering only from the surface of the hoop stress (static load), the delayed fracture is likely to occur from the inner diameter side portion of the end portion of the inner ring.
但し、上記内輪の端部のうちの内径側部分は、上記かしめ部により覆われて水分が付着する事がなく、カバーやシールリングによるシール性が損なわれた場合(或は、コスト低減、重量軽減等の為にカバーを省略した場合)でも、水素侵入の原因となる腐食が発生しない。又、上記内径側部分には、上記かしめ部を密着させる為に、元々曲率半径の大きな凸曲面が存在する為、全体として大きなフープ応力が生じていても、この応力が緩和されて、部分的に集中する事がない。従って、上記内輪の端部のうちの内径側部分は、上記遅れ破壊の起点とはなりにくい。 However, the inner diameter side portion of the end portion of the inner ring is covered with the caulking portion so that moisture does not adhere to it, and the sealing performance by the cover or seal ring is impaired (or cost reduction, weight) Even when the cover is omitted for mitigation, etc., corrosion that causes hydrogen intrusion does not occur. Further, since the convex portion having a large curvature radius originally exists in the inner diameter side portion so that the caulking portion is in close contact, even if a large hoop stress is generated as a whole, this stress is alleviated and partially Don't concentrate on. Therefore, the inner diameter side portion of the end portion of the inner ring is unlikely to be the starting point of the delayed fracture.
これに対して、上記内輪の端部のうちの外径側部分で、この内輪の外周面と軸方向端面とが交差する角部の断面形状は、曲率半径が極小さい為、上記フープ応力が部分的に集中し易い。又、この角部は上記かしめ部により覆われる事がなく、上記カバーやシールリングによるシール性が損なわれた場合には、水素侵入の原因となる腐食が発生し易い。この為、上記角部は、遅れ破壊発生の起点となり易い。特に、前述の図5に示した構造の様に、内端面の外径側半部を軸方向に凹ませて内端部を段付形状とした内輪3bの場合、この内輪3bの内端部に存在する2個所の角部のうちの内径側の角部は、比較的大きなフープ応力が加わる事から、上記遅れ破壊の起点となり易い。又、何れの角部に関しても、他の部分に比べて熱容量が小さく、焼き入れ時の冷却速度が大きい為、マルテンサイト変態時に引っ張りの変態応力が残存し易く、この面からも、上記角部が遅れ破壊の起点になり易い原因の一つと考えられる。
On the other hand, in the outer diameter side portion of the end portion of the inner ring, the cross-sectional shape of the corner portion where the outer peripheral surface of the inner ring and the end surface in the axial direction intersect has a very small radius of curvature. Easy to concentrate partially. In addition, the corners are not covered by the caulking part, and when the sealing performance by the cover or the seal ring is impaired, corrosion that causes hydrogen intrusion is likely to occur. For this reason, the said corner | angular part tends to become a starting point of delayed fracture occurrence. In particular, as in the structure shown in FIG. 5 described above, in the case of the
この様にして発生する遅れ破壊に対して、請求項3に記載した発明の場合には、上記内輪の外周面と軸方向端面とが交差する角部を、断面形状が円弧形で、軸方向寸法及び径方向寸法が何れも1.0mm以上である凸曲面としている為、上記かしめ部の加工に基づくフープ応力、及び、上記変態応力が、上記角部に引っ張り応力として集中する事を緩和できる。この結果、上記内輪全体としての、遅れ破壊に対する強度が高くなる。又、上記かしめ部の加工に伴って上記角部に加わるフープ応力を40〜300MPaの範囲に規制しているので、内径側部材に対する上記内輪の支持強度を確保しつつ、この内輪に遅れ破壊が発生する事を有効に防止できる。上記フープ応力を40MPa未満に抑えようとすると、上記かしめ部による上記内輪の支持強度を十分に確保する事が難しくなる。反対に、上記フープ応力が300MPaを越えた場合には、上記角部を上記凸曲面としても、それだけでは、遅れ破壊の発生防止を十分に図る事が難しくなる。
In the case of the invention described in
又、請求項4に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項5に記載した様に、内輪の外周面と、この内輪の軸方向両端面のうちでかしめ部が設けられた側の端面とが交差する角部を、この内輪に焼き入れ、焼き戻しを含む熱処理を施した後に行なわれる、研削加工、旋削加工(ターニング加工)、バニシング加工のうちから選択される何れかの加工により、断面形状が円弧形で軸方向寸法及び径方向寸法が何れも1.0mm以上であって、表面から50〜100μmの深さ部分の残留圧縮応力が200MPa以上(好ましくは500MPa)である凸曲面とする。且つ、上記かしめ部の加工に伴って上記角部に加わるフープ応力を、40〜350MPaの範囲に規制する。
Further, when the invention described in
この様な請求項5に記載した発明の場合には、上記フープ応力の上限値を350MPaまで高くする事ができる。即ち、上記部分の残留圧縮応力を確保すれば、上記フープ応力が多少大きくても、このフープ応力に基づく遅れ破壊の発生を抑えられる。言い換えれば、上記部分に圧縮応力を残留させる事で、同じフープ応力が存在する場合に、上記遅れ破壊の発生防止効果がより向上する。
In the case of the invention described in
又、請求項3、5に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項6に記載した様に、凸曲面の軸方向寸法Xを1.5mm以上とする。
この様に構成すれば、フープ応力に基づく角部への応力集中をより一層緩和して、この角部から遅れ破壊が発生する事を、より効果的に防止できる。
更に、請求項3、5、6に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項7に記載した様に、上記角部の凸曲面の表面粗さを0.2μmRa以下とする。
この様にすれば、上記角部の表面の一部に応力が集中する事を防止して、より優れた、上記遅れ破壊の防止効果を得られる。
Further, when carrying out the invention described in
If comprised in this way, the stress concentration to the corner | angular part based on a hoop stress can be eased further, and it can prevent more effectively that delayed fracture generate | occur | produces from this corner | angular part.
Furthermore, when carrying out the invention described in
In this way, it is possible to prevent stress from being concentrated on a part of the surface of the corner portion, and to obtain a more excellent delayed fracture prevention effect.
本発明の効果を確認する為に行なった第一の実験に就いて説明する。
この実験では、前述の図1に示した様な従動輪用車輪支持用転がり軸受ユニット(49BWKH17、転動体直径=1/2インチ、ピッチ円直径=49mm、転動体の作用点間距離=66.1mm)を構成する内輪3の内端面外周縁(角部)の断面形状を、下記の表1に示す様に種々異ならせると共に、この内輪3の内端面を抑え付ける為のかしめ部9を加工する際の荷重を種々変える事により、この内輪3の角部に残留するフープ応力を、表1に示す様に種々異ならせた。この内輪2は、高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)製とし、820〜840℃に加熱保持後、焼き入れ、焼き戻しを行ない、硬度をHRC58〜62としたものを用いた。尚、実施例15〜28に示した14種類の試料は、実施例1に示した試料に、焼き入れ、焼き戻し後にターニング加工を施す事により、角部の断面を所望の形状に加工すると共に、表面から50〜100μmの深さ部分に、表1に示す様な圧縮応力を残留させたものである。
A first experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be described.
In this experiment, a wheel bearing rolling bearing unit for a driven wheel as shown in FIG. 1 (49BWK17, rolling element diameter = 1/2 inch, pitch circle diameter = 49 mm, distance between operating points of rolling elements = 66. As shown in Table 1 below, the cross-sectional shape of the
尚、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットには、通常、カバー25及びシールリング26が装着され、上記内輪3の設置部分を含めて、内部へ雨水や泥水の侵入を防止する構成となっている。又、転動体5、5設置部分にはグリースが充填され、このグリースの一部が上記内輪3の表面にも付着して、この内輪3が水に濡れにくい状態となっている。但し、実験では、上記カバー25及びシールリング26を除き、上記グリースも充填せずに、上記内輪3が濡れ易い状態とした。そして、上記表1に示した、本発明の技術的範囲に属する28種類の試料(実施例1〜28)と、本発明の技術的範囲からは外れる9種類の試料(比較例1〜9)との、合計37種類の試料を、水道水に浸漬した。この結果、これら37種類の試料の総てに就いて、上記内輪3に遅れ破壊は発生しなかった。
In addition, the wheel support rolling bearing unit that is the subject of the present invention is usually provided with a
次いで、上記各試料(水道水に浸漬した試料そのもの)に、更に以下の条件で同様の浸漬試験を施した。
試験条件
試験溶液 : 20%チオシアン酸アンモニウム水溶液(NH4 CNS)
温度 : 50℃±1℃
試験時間 : 200時間
この試験条件は、プレストレストコンクリートに用いられる鋼線、鋼棒(PC鋼と称する)の水素による遅れ破壊を評価する標準試験と同一条件であって、車輪支持用転がり軸受ユニットにとって実際の環境を再現するものではない(実際の使用環境よりも厳しい)。但し、水素脆性に基づく遅れ破壊に関する耐性を評価できる有効な手法である。
Next, the same immersion test was further performed on each of the above samples (the sample itself immersed in tap water) under the following conditions.
Test conditions Test solution: 20% ammonium thiocyanate aqueous solution (NH 4 CNS)
Temperature: 50 ℃ ± 1 ℃
Test time: 200 hours This test condition is the same as the standard test for evaluating delayed fracture due to hydrogen in steel wires and steel bars (PC steel) used for prestressed concrete, and for wheel bearing rolling bearing units. It does not reproduce the actual environment (severe than the actual usage environment). However, this is an effective method for evaluating the resistance to delayed fracture based on hydrogen embrittlement.
この様な条件で行なった耐久試験の結果を、前記表1及び図8、9に示した。これら図8、9は、前記角部の断面形状と、フープ応力との関係を示すもので、図8は実施例1〜14(角部の表層部に残留圧縮応力が存在しないもの)及び比較例1〜9に関するものを、図9は実施例15〜28(角部の表層部に残留圧縮応力が存在するもの)及び比較例1〜9に関するものを、それぞれ示している。又、図8、9で、「●」印は、200時間経過時にも内輪3に遅れ破壊は発生しなかった事を、「○」印は、200時間経過する以前に内輪3に遅れ破壊が発生した事を、それぞれ表している。又、図8、9の縦軸はフープ応力の大きさを、横軸は角部の断面形状の円弧形部分の軸方向寸法Xと径方向寸法Yとの平均値{(X+Y)/2}を、それぞれ表している。
前述の様な条件で行なった実験の結果を表した、前記表1及び図8、9から明らかな通り、本発明によれば、ハブ或は軸部材等の内径側部材に外嵌した内輪を、この内径側部材に形成したかしめ部により抑え付ける構造で、この内輪に遅れ破壊が発生しにくい構造を実現できる。
The results of the durability test conducted under such conditions are shown in Table 1 and FIGS. 8 and 9 show the relationship between the cross-sectional shape of the corner portion and the hoop stress. FIG. 8 shows Examples 1 to 14 (the surface portion of the corner portion has no residual compressive stress) and comparison. FIG. 9 shows examples relating to Examples 1 to 9, and examples relating to Examples 15 to 28 (where the residual compressive stress is present in the surface layer portion of the corners) and Comparative Examples 1 to 9, respectively. In FIGS. 8 and 9, “●” indicates that no delayed fracture occurred in the
As is apparent from Table 1 and FIGS. 8 and 9 showing the results of the experiment conducted under the above-described conditions, according to the present invention, the inner ring externally fitted to the inner diameter side member such as a hub or a shaft member is provided. A structure in which the inner ring is restrained by a caulking portion and a structure in which delayed fracture is unlikely to occur in the inner ring can be realized.
本発明の効果を確認する為に行なった第二の実験、並びに、遅れ破壊防止に関する効果が優れた車輪支持用転がり軸受ユニットの具体的製造方法に就いて説明する。この第二の実験の場合も、上述した第一の実験の場合と同様に、図1に示した車輪支持用転がり軸受ユニットからカバー25及びシールリング26を除き、グリースも充填せずに、内輪3が濡れ易い状態のものを使用して、腐食環境下の耐久試験を行なった。本実施例の場合には、車輪支持用転がり軸受ユニットを、関東ローム粉を混ぜた塩水に浸した。この様な実験の結果、上記内輪3の表面に、400〜800MPaの円周方向の引っ張り応力(フープ応力)が残留していると、この内輪3に亀裂が生じる場合がある事が分かった。尚、この内輪3に亀裂が生じるに至る、残留引っ張り応力の値は、最小400MPaから最大800MPaと、車輪支持用転がり軸受ユニットの名番(大きさ)によって、値のバラツキがあった。但し、残留引っ張り応力が400MPa以下であれば、上記の様な腐食環境下でも、上記内輪3に亀裂が発生し、更に進展する事はなかった。
A second experiment conducted for confirming the effect of the present invention and a specific method for manufacturing a wheel bearing rolling bearing unit excellent in the effect of preventing delayed fracture will be described. In the case of the second experiment, as in the case of the first experiment described above, the
この様な腐食環境下の試験を行なった結果から、安全率を見込んで、内輪表面に残留する円周方向の引っ張り応力(フープ応力)を300MPa以下(請求項1に記載した発明の条件)に抑えれば、車輪用軸受ユニットの使用状態として一般的に考えられる環境下であれば、上記内輪に遅れ破壊が発生する事を十分に防止できる事が分かる。尚、本発明が、残留応力のうちの円周方向の成分に着目してなした理由は、かしめ部9の加工に伴って上記内輪3に、円周方向の引っ張り応力(フープ応力)が加わり、この引っ張り応力が亀裂等の破壊に結び付く為である。尚、上記実験に使用した上記内輪3は、単体の状態(この内輪3をハブ2に圧入外嵌する以前の状態)で、初期応力が全く残留していないものを使用した。
From the result of the test in such a corrosive environment, in consideration of the safety factor, the circumferential tensile stress (hoop stress) remaining on the inner ring surface is set to 300 MPa or less (condition of the invention described in claim 1). If it suppresses, it will be understood that delayed fracture can be sufficiently prevented from occurring in the inner ring under an environment generally considered as a use state of the wheel bearing unit. The reason why the present invention pays attention to the circumferential component of the residual stress is that a circumferential tensile stress (hoop stress) is applied to the
この様な内輪3を上記ハブ2に外嵌し、更にかしめ部9によりその内端面を抑え付けた状態に就いて、コンピュータシミュレーションすると、上記かしめ部9側の端部に、円周方向の引っ張り応力(フープ応力)が生じる事が分かる。又、この円周方向の残留引っ張り応力は、上記内輪3の端面部分で最大になる事も分かる。この様に内輪3の表面に残留する円周方向の応力の大きさには、この内輪3に関して順次施される、熱処理工程、研削工程、かしめ工程の3種類の工程が大きく影響する。これら各工程の間で施される他の工程は、上記応力に殆ど影響を及ぼさない。又、上記3種類の工程のうちで、かしめ工程は、上記内輪3の端部に、破壊に関して悪影響を及ぼす円周方向の引っ張り応力を生じさせるのみであり、破壊防止に繋がる圧縮応力を生じさせる事はない。これに対して、残りの2種類の工程、即ち、熱処理工程と研削工程とに関しては、加工条件を適切に選定する事で、上記内輪3の表面に円周方向の圧縮応力を残留させる事ができる。
When the
この様に、最後に行なうかしめ工程では、上記内輪3の表面に円周方向の引っ張り応力が生じる傾向になる。従って、このかしめ工程を終了した後の状態で、上記内輪3の表面に残留する円周方向の引っ張り応力(フープ応力)を300MPa以下に抑え、好ましくは円周方向に圧縮応力を残留させる為には、上記熱処理工程と上記研削工程とのうちの少なくとも一方の工程で、上記内輪3単体の端面、特に、この内輪3単体での面取り部に、円周方向の大きな圧縮応力を残留させる必要がある。そして、上記かしめ工程で引っ張り側に作用する応力以上に、上記熱処理工程と上記研削工程とで、上記内輪3の単体に圧縮応力を残留させれば、上記かしめ工程の後、この内輪3に大きな圧縮応力を残留させる事が可能になる。
In this way, in the last caulking step, circumferential tensile stress tends to occur on the surface of the
そこで、車輪支持用転がり軸受ユニットの完成後、上記内輪3に大きな円周方向の引っ張り応力(フープ応力)が残留しない様にする為に好ましい、熱処理工程、研削工程、かしめ工程の条件の具体例に就いて説明する。尚、上記内輪3の残留応力の測定は、X線により行なった。X線の測定面積は、2mm×2mmの正方形の範囲内とし、実測した応力値は、この範囲内の平均値とした。又、深さ方向の測定範囲は約10μmとした。
Therefore, specific examples of conditions of the heat treatment process, the grinding process, and the caulking process that are preferable in order to prevent a large circumferential tensile stress (hoop stress) from remaining in the
[熱処理工程]
内輪3は、高炭素クロム軸受鋼2種(JIS SUJ2)に準ずるもので、O.9〜1.10重量%のCと、l.20〜1.65重量%のCrとを含むものとした。熱処理後に、この様な内輪3に圧縮応力を残留させる為に、この内輪3を、820〜860℃で焼き入れした後、油により急冷した。次いで、170〜180℃で焼き戻してから空冷した。尚、上記内輪3単体の搬送は、ベルトコンベアで行なった。この様な条件で行なった熱処理工程の後、上記内輪3に、次の表2に示す様な、円周方向に関する応力が残留した。この応力は、引っ張り応力を正の値としており、この応力が「−」であるとは、当該応力が圧縮応力である事を表している。
[Heat treatment process]
The
この様な表2のうち、左欄は、上記内輪3単体の端面に発生する円周方向の残留応力を表している。上述の様な熱処理の結果、この端面に、−200〜−400MPaと、大きな圧縮応力が残留している事が分かる。尚、上記表2の右欄は、上記内輪3単体の端部外周縁部の面取り部分に発生した、円周方向の残留応力である。この面取り部分に関しては、円周方向の引っ張り応力が残留したが、その値は、+100MPa以下の小さな値であった。この様に、内輪3の端面側でも、場所により残留応力が圧縮応力になったり、逆に引っ張り応力になったりする理由は、次の通りである。
In Table 2, the left column represents the residual stress in the circumferential direction generated on the end surface of the
上記内輪3の端部外周縁部の面取り部分は曲率半径が小さい為、当該部分の容積に比べて表面積が相対的に広い。上記熱処理の際には、上記内輪3の表面が油に接触する事で冷却されるが、その表面が相対的に広いと冷却速度が速くなる。これに対して、上記内輪3の端面は、曲率半径が上記面取り部の曲率半径に比べ遥かに非常に大きい(実質的に無限大である)為、当該部分の容積に比べて表面積が相対的に狭い。従って、上記熱処理の際には、上記内輪3の端面の径方向中間部は、上記面取り部分に比べ、冷却速度が遅くなる。そして、冷却速度、延ては熱収縮速度が速いこの面取り部分には引っ張り応力が残留し、熱収縮速度が遅い端面の径方向中間部には圧縮応力が残留する。上記面取り部に引っ張り応力が残留した場合でも、その値が小さければあまり問題とはならない。但し、熱処理工程後に、上記内輪3単体の面取り部分に、200MPa以上の引っ張り応力が残留する場合には、前述の実施例1の様に、面取り部分の径方向及び軸方向の寸法を大きくする等して、この面取り部分の冷却速度を遅くする。
Since the chamfered portion of the outer peripheral edge of the
[研削工程]
上記内輪3単体への研削加工は、図10に示す様に、上下2個の砥石27a、27bを備えた両頭研削盤により行ない、上記内輪3の軸方向両端面を研削する。この両頭研削盤を表した図10の上下方向は実際の上下方向と一致しており、上記両砥石27a、27bは、互いに同心で鉛直方向に配置された回転軸を中心として回転する。そして、図11に示す様なロータリキャリア28により、上記両砥石27a、27b同士の間に、上記内輪3の搬入、搬出を行なう。この内輪3は、図10に示す様に、軸方向両端面のうちの面積の広い側の端面を下側の砥石27aで研削し、面積の狭い側の端面を上側の砥石27bで研削する。従って、この上側の砥石27bによる削り代は、下側の砥石27aの削り代に比べて少なくなる。この様に、削り代が少ない上記上側の砥石27bの回転速度は、削り代が多い下側の砥石27aの回転速度よりも遅くする。例えば、上側の砥石27bの回転速度は、100〜1200min-1、更に好ましくは500〜800min-1とし、下側の砥石27aの回転速度は、800〜1200min-1、更に好ましくは800〜1000min-1とする。研削加工の間中、上記両砥石27a、27bの回転速度は一定とするが、必要に応じてこれら両砥石27a、27bの回転速度は可変にする。そして、研削加工を施した上記内輪3の表面性状を観察しながら、適切な表面性状を得られる様に、適宜調節する。上記両砥石27a、27bの回転速度は、上記内輪3が組み込まれる車輪支持用転がり軸受ユニットの名番により変える場合もある。
[Grinding process]
As shown in FIG. 10, the grinding of the
上記両砥石27a、27bが、図10、11の上側から見て時計方向に回転すると仮定した場合、上記ロータリーキャリア28は反時計回りに回転する。そして、このロータリキャリア28のポケット29、29に保持された上記内輪3は、上記両砥石27a、27bの外径側から入ってこれら両砥石27a、27bの上下両面同士の間を通過し、外径側に出る。この場合、上記ロータリキャリア28による、上記内輪3の搬送速度は、5〜25mm/sec である。又、このロータリキャリア28により搬送される内輪3が、上記両砥石27a、27bの上下両面同士の間に円滑に入り込む様に、上側の砥石27bを下側の砥石27aに対し僅かに傾斜させて、入口部分でのこれら両砥石27a、27b同士の間隔を、出口部分での間隔に比べて10〜20μm広くしている。又、上記内輪3は上記各ポケット29、29内に、それぞれの中心軸回りの回転自在に保持される。従って、研削加工中に上記内輪3は、その両端面と上記両砥石27a、27bとの摩擦により回転する場合がある。そして、この両端面に生じる研削目は、一方向に揃ったり、ハッチング状にになったりと、様々な模様になる。
When it is assumed that both the
上記両砥石27a、27bの回転方向は、通常は同じ方向である。但し、上記内輪3の両端面である研削面に、だれ、くすみ等が生じた場合には、下側の砥石27aを、回転速度を一定としたまま、逆方向に回転(逆回転)させる。この下側の砥石27aを逆回転させる事で、研削性が向上し、良好な研削面を得られる。この下側の砥石27aの回転方向を変えても、研削面のだれやくすみを改善できない場合は、上記両砥石27a、27bにドレッシングを施す。
The rotational directions of the two
尚、上記両砥石27a、27bの仕様としては、次の値が適切である。
「上側の砥石27b」
粒度 : 70〜90
結合度 : C、D、E(下側の砥石27aに対し2〜7段階下げる場合がある)
組織 : 11〜13(通常よりも軟らかくする)
結合剤 : レジノイド
「下側の砥石27a」
粒度 : 90〜120
結合度 : I、J、K、L
組織 : 11〜13(通常よりも軟らかくする)
結合剤 : レジノイド
The following values are appropriate for the specifications of the two
"
Particle size: 70-90
Bonding degree: C, D, E (may be lowered by 2 to 7 steps with respect to the
Tissue: 11-13 (soften than usual)
Binder: Resinoid "Lower
Particle size: 90-120
Degree of coupling: I, J, K, L
Tissue: 11-13 (soften than usual)
Binder: Resinoid
上述の様な条件で、上記内輪3の両端面に研削加工を施せば、砥粒の切削作用や熱の作用が小さく、砥粒のバニッシュ作用が大きくなる。そして、上記内輪3単体の端面、この内輪3単体の面取り部分に、次の表3に示す様に、円周方向に関して大きな圧縮応力を残留させる事ができる。
If grinding is performed on both end faces of the
即ち、この表3の左欄に示す様に、上記内輪3単体の端面に、円周方向に関して、−600MPa以上の、大きな圧縮応力を残留させる事ができた。更に、前述した熱処理工程を終了した段階で、円周方向に関する応力が若干の引っ張り応力であった、上記内輪3単体の面取り部分も、上記表3の右欄に示す様に、−200MPa以上の圧縮応力が残留する状態となった。
That is, as shown in the left column of Table 3, a large compressive stress of −600 MPa or more could remain on the end surface of the
[かしめ工程]
車輪支持用転がり軸受ユニットの端部に形成した円筒部10を径方向外方に塑性変形させてかしめ部9とするかしめ加工は、ローリングプレス機(揺動プレス機)により行なう。揺動角度は1〜10度の範囲内から適宜選択するが、特に2〜5度の範囲が好ましい。揺動回転数は100〜1500 min-1の範囲内で適宜選択するが、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの名番によって変える。多くの場合、200〜1000 min-1の範囲内で設定する。又、上記揺動回転数は、かしめ品質を一定にする為、かしめ加工の進行に伴って変化させる事もできる。
[Caulking process]
The caulking process in which the
何れにしても、上記かしめ工程では、上記円筒部10を上記かしめ部9に加工するのに伴って、加工部が径方向外方に塑性変形する。この為、この加工部の周囲に外嵌された上記内輪3が、径方向に押し広げられる傾向になる。この結果、上記かしめ加工の進行に伴ってこの内輪3に、円周方向の引っ張り応力が加わる。前記表2、3に示した様に、熱処理工程及び研削工程により、上記内輪3の単体には、円周方向に関して大きな圧縮応力が残留している。従って、この内輪3の損傷防止を図る面からは、上記かしめ工程で、上記熱処理工程及び研磨工程でこの内輪3に生じさせた圧縮応力がどの程度まで減少するか(引っ張り応力を低く抑えられるか)が重要になる。次の表4に、上記かしめ加工後に、上記内輪3端面、及びこの内輪3面取り部分に存在する、円周方向の残留応力の値を示している。
In any case, in the caulking step, as the
この表4の左欄から明らかな通り、かしめ加工後の状態で、上記内輪3の端面には、円周方向に関して、−300MPa以上の、大きな圧縮応力が残留している。この様に、上記内輪3の端面に圧縮応力を残留させれば、腐食環境下でも、この内輪3の端面に亀裂が生じる事はない。又、上記表4の右欄は、かしめ加工後の状態で、上記内輪3の端面外周縁部の面取り部分に存在する、円周方向の応力の状態を示している。この面取り部分の残留応力は引っ張り応力であるが、200MPa以下の小さな値に抑えられている。前述した腐食環境下の試験から明らかな通り、円周方向の残留引っ張り応力(フープ応力)の値が400MPa以下であれば、通常考えられる使用状態での、腐蝕に基づく遅れ破壊の発生は防止できる。従って、上記面取り部分に存在する残留引っ張り応力に拘らず、上記内輪3に遅れ破壊等の損傷が発生する事はない。特に、上記内輪3の端面と同様、この内輪3の表面は、上記面取り部を除く殆どの部分に、円周方向に関して圧縮応力が残留している。引っ張り応力が残留するのは、尖っている僅かな部分のみである。しかも、この部分の引っ張り残留応力が、安全を見た値である、300MPa以下に抑えられているので、腐食環境下でも、上記損傷の発生を防止できる。
As is apparent from the left column of Table 4, a large compressive stress of −300 MPa or more remains in the end surface of the
尚、上記内輪3の表面に圧縮応力を残留させる方法としては、前述した様に、この内輪3にバニシング加工やショットプラストを施す事も考えられ、何れの場合も、腐食環境下に於ける損傷防止の面から効果を得られる。
又、残留応力に関するX線測定データを示した表2〜4の値は、測定結果の代表例である。
更に、本発明を実施する構造は、前述の図1に示した構造に限らず、前述の図4に示した構造、更には、図示はしないが、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットも対象となる。何れの構造でも、かしめ部で内輪を抑え付ける構造であれば、本発明の作用・効果を得られる。
As described above, the
The values in Tables 2 to 4 showing X-ray measurement data relating to residual stress are typical examples of measurement results.
Furthermore, the structure for carrying out the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 1 described above, and the structure shown in FIG. 4 described above. Further, although not shown, a wheel bearing rolling bearing unit for driving wheels is also provided. It becomes a target. In any structure, the function and effect of the present invention can be obtained as long as the inner ring is suppressed by the caulking portion.
1、1a 車輪支持用転がり軸受ユニット
2、2a ハブ
3、3a、3b 内輪
4 外輪
5 転動体
6、6a 第一のフランジ
7、7a 第一の内輪軌道
8、8a 段部
9、9a、9b かしめ部
10、10a 円筒部
11 テーパ孔
12 押型
13 凸部
14 凹部
15 段差面
16、16a 第一の外輪軌道
17、17a 第二の内輪軌道
18、18a 第二の外輪軌道
19 保持器
20、20a 第二のフランジ
21 軸部材
22 揺動プレス装置
23 抑え治具
24 ホルダ
25 カバー
26 シールリング
27a、27b 砥石
28 ロータリキャリア
29 ポケット
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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