JP2007016959A - 車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周面に取付部１２を有する外輪を、この外輪を構成する金属材料のフローを切断する事なく造れる製造方法を実現する。
【解決手段】 造るべき外輪の外周面形状に実質的に一致する外周面形状を有する中間素材２３を、造るべき外輪の外周面形状に見合う内周面形状を有するダイ２４に内嵌する。その後、この中間素材２３の内径側に、外周面の母線形状が上記造るべき外輪の内周面の母線形状と一致するマンドレル２５を挿通する。次いで、このマンドレル２５と上記中間素材２３とを回転させつつ、このマンドレル２５の外周面をこの中間素材２３の内周面に押し付けるローリング加工を行なう。そして、この中間素材２３の内周面の形状を、得るべき外輪の内周面の形状にまで塑性変形させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両（自動車）の車輪を懸架装置に対し支持する為の、車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法の改良に関する。

車両の車輪を構成するホイール１及び制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば特許文献１に記載された図７に示す様な構造により、懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支承している。即ち、このナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、本発明の製造方法の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成するハブ８に上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。

上記外輪６の内周面には複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には外向フランジ状の取付部１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この取付部１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定している。これに対して、上記ハブ８の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口｛軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で幅方向外側となる部分を言い、図８の（Ｂ）を除く各図の左側。反対に、軸方向に関して車両への組み付け状態で幅方向中央側となる、図８の（Ｂ）を除く各図の右側を内と言う。本明細書全体で同じ。｝から突出した部分には、フランジ部１３を形成している。上記ホイール１及びロータ２はこのフランジ部１３の片側面（図示の例では外側面）に、上記各スタッド９とナット１０とにより、結合固定している。又、上記ハブ８の中間部外周面で、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する部分には、内輪軌道１４ａを形成している。更に、上記ハブ８の内端部に形成した小径段部１５に、内輪１６を外嵌固定している。そして、この内輪１６の外周面に形成した内輪軌道１４ｂを、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向させている。

これら各外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記各内輪軌道１４ａ、１４ｂとの間には、それぞれが転動体である玉１７、１７を複数個ずつ、転動自在に設けている。この構成により、背面組み合わせである複列アンギュラ型の玉軸受を構成し、上記外輪６の内側に上記ハブ８を、回転自在に、且つ、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在に支持している。尚、図示の例は、駆動輪（ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット５である為、上記ハブ８の中心部に、スプライン孔２０を形成している。そして、このスプライン孔２０に、等速ジョイント２１のスプライン軸２２を挿入している。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット５の使用時には、図７に示す様に、外輪６を取付部１２を介してナックル３に固定すると共に、ハブ８のフランジ部１３に、図示しないタイヤを組み合わせたホイール１及びロータ２を固定する。又、このうちのロータ２は、制動用のディスクブレーキを構成する為に利用する。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する上記外輪６は、複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを有する内周面形状を正確に仕上げる必要がある。この為に従来は、中炭素鋼等の金属材製の素材に熱間で鍛造加工を施す事により所定の形状を有する中間素材を造り、更にこの中間素材に、旋削等の切削加工を施して、この中間素材の形状を上記外輪６の形状にまで加工している。尚、この外輪６の内周面に形成した上記外輪軌道１１ａ、１１ｂ部分には、上記切削加工の後、更に研削加工を施している。

上述の様に、切削加工により上記中間素材の形状を上記外輪６の形状にまで加工すると、図８に示す様に、この中間素材の内部に存在する金属材料中のフロー｛図８の（Ａ）に破線で図示｝が切断される。そして、このフローが切断された部分が、上記外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちで前記各玉１７、１７の転動面と転がり接触する部分に露出すると、（フローが切断された部分以外の部分と比べて）当該部分から剥離等の損傷が発生し易くなる。従来は、この様な原因での耐久性低下を補う為、上記外輪６を構成する金属材料の組成を工夫する等していたが、コストが嵩む原因となっていた。

一方、外輪の内周面の形状を切削加工以外の加工方法、具体的には冷間ローリング加工により整える事は、外周面に取付部を持たない外輪に関しては、従来から行なわれている。この従来方法の場合には、先ず、造るべき外輪の外径よりも小さな外径を有する中間素材を、造るべき外輪の外径と一致する内径を有する円筒状のダイに内嵌する。その後、この中間素材の内周面に、外径寸法がこの中間素材の内径寸法よりも小さく、外周面の母線形状が上記造るべき外輪の内周面の母線形状と一致するマンドレルを挿通し、このマンドレルと上記中間素材とを相対回転させつつ、このマンドレルの外周面をこの中間素材の内周面に押し付ける。そして、この中間素材を拡径しつつ、この中間素材の内周面の形状を、得るべき外輪の内周面の形状にまで塑性変形させる。

外周面に取付部がなく、この外周面が単なる円筒面である、所謂第一世代の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪の場合には、上述の様な冷間ローリング加工により、この外輪の加工を行なえる。これに対して、図７〜８に示す様な、外周面に取付部１２を有する、所謂第二世代以降の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪６の場合には、この外輪６の本体部分と共に上記取付部１２の直径を大きくする事が難しい為、上述の様な冷間ローリング加工により上記外輪６の加工を行なう事は難しい。特に、上記取付部１２の形状が、図８の（Ｂ）に示す様な、円形から大きく異なるものである場合には、拡径を伴う冷間ローリング加工によっては、上記取付部１２に亀裂等の損傷が発生する事が避けられず、この冷間ローリング加工により上記外輪６の製造を行なう事は不可能である。

特開２００５−１４９０６号

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法は、上述の様な事情に鑑みて、外周面に取付部を有する、所謂第二世代以降の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪を、この外輪を構成する金属材料のフローを切断する事なく造れる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の製造方法により造る車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪は、炭素鋼等の金属材製で、外周面に外向フランジ状の取付部を、内周面に複列の外輪軌道を、それぞれ有する。
この様な外輪を造る為の、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法では、先ず、造るべき外輪の外周面形状に実質的に一致する（製造誤差を除き、隙間なく内嵌できる）外周面形状を有する中間素材を、造るべき外輪の外周面形状に見合う内周面形状を有するダイに内嵌する。
その後、上記中間素材の内径側に、外径寸法がこの中間素材の内径寸法よりも小さく、外周面の母線形状が上記造るべき外輪の内周面の母線形状と一致するマンドレルを挿通する。
そして、このマンドレルと上記中間素材とを回転させつつ、このマンドレルの外周面を上記中間素材の内周面に押し付けるローリング加工を行なう事により、この中間素材の内周面の形状を得るべき外輪の内周面の形状にまで塑性変形させる。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法によれば、外周面に取付部を有する、所謂第二世代以降の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪を、この外輪を構成する金属材料のフローを切断する事なく造れる。この為、この外輪の内周面に設けた複列の外輪軌道の転がり疲れ寿命を確保し易く、優れた耐久性を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを低コストで得られる。即ち、上記外輪を構成する金属材料として比較的安価なものを使用しても、実用上十分な耐久性を得られる。又、従来と同様の金属材料を使用すれば、従来に比べて優れた耐久性を得られる。

又、本発明の製造方法の場合、中間素材の外径を拡げる事がない（外径をそのままとして内径のみを拡げる）為、ローリング加工による成形量、即ち、上記中間素材に対するマンドレルの押し込み量を少なく抑えられる。この為、外輪の生産を短時間で安定して行なって、品質の安定した外輪を低コストで得られる。又、上記中間素材の外周面に設けた取付部に、加工に伴う応力が影響する事が少なく、この取付部に変形や亀裂等の損傷が生じる事がない。しかも、上記中間素材の外径を拡げる事がない為、上記マンドレルの外周面の母線形状を、この中間素材の内周面に、良好に転写する事ができて、得られた外輪の内周面の精度を良好にできる。従って、この外輪の内周面に、研削等の仕上加工を施さなくて済むか、施す場合でも加工量を少なく抑える事ができて、この面からもコスト低減を図れる。

本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、中間素材のうちで内周面を塑性加工すべき部分の周囲に取付部が存在する場合に、ダイとして、この取付部の軸方向両側部分の外周面を隙間なく抑え付けられる分割式のものを使用する。
この様にすれば、上記取付部が軸方向中間部に存在する様な外輪の構造であっても、上記中間素材の内周面をローリング加工により加工できる。

又、本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、ローリング加工として、冷間ローリング加工を採用する。
上記中間素材を上記外輪に加工するローリング加工としては、熱間或いは温間のローリング加工を採用する事も可能ではあるが、熱間或いは温間のローリング加工の場合には、中間素材の熱膨張量を正確に規制する事が難しく、得られる外輪の精度確保が難しくなる。これに対して冷間ローリング加工によれば、中間素材の熱膨張量を考慮する必要がなく、得られる外輪の精度確保が容易になる。

図１〜２は、請求項１、３に対応する、本発明の実施例１を示している。先ず、図１に示す様な、造るべき外輪６（図２参照）の外周面形状に（製造誤差を除いて）実質的に一致する外周面形状を有する、中間素材２３を用意する。この中間素材２３は、中炭素鋼等の金属材料製の素材に熱間或いは冷間で鍛造加工を施す事により、又は切削加工により、更にはこれらの加工を組み合わせて造る。切削加工による場合には、少なくとも両外輪軌道１１ａ、１１ｂ（図２参照）となるべき部分で、素材中のフローを切断しない方向に加工を行なう。何れにしても、得られた中間素材２３を、上記造るべき外輪６の外周面形状に見合う（この外輪６の外周面を隙間なく嵌合させる）内周面形状を有する、ダイ２４に内嵌する。尚、本実施例の場合には、上記外輪６の外周面に形成した取付部１２の軸方向位置が、この外輪６の内周面に形成する複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂから外れている。従って、これら両外輪軌道１１ａ、１１ｂを加工する際に、上記取付部１２乃至上記中間素材２３の軸方向内端部に、径方向外方に向かう力が加わる事はない。この為に本実施例の場合には、上記ダイ２４として、一体型のものを使用している。

この様なダイ２４の内周面のうち、上記中間素材２３を内嵌した状態で上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂの周囲に位置する部分は、この中間素材２３の本体部分の外周面の形状に合わせて、軸方向外側に向かう程内径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい筒面としている。これに対して、上記ダイ２４の内周面のうち、上記取付部１２の周囲から軸方向内端開口に掛けての部分は、この取付部１２の外周縁形状にほぼ合致する（この取付部１２をほぼ隙間なく挿入できる）形状としている。

上述の様なダイ２４に上記中間素材２３を内嵌したならば、この中間素材２３の内径側に、マンドレル２５を挿通する。このマンドレル２５は、外径寸法がこの中間素材２３の内径寸法よりも小さく、外周面の母線形状が上記造るべき外輪６の内周面の母線形状と一致している。即ち、上記マンドレル２５の外周面の軸方向中間部２個所位置に、上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂを形成する為の凸曲面部２６、２６を形成している。この様なマンドレル２５は、図示しない押圧装置により上記中間素材２３の内周面に、自身の中心軸αを中心として回転しつつ、矢印βに示す様に押し付け自在としている。

上記中間素材２３を上記外輪６に加工するには、上記マンドレル２５を回転駆動しつつ、このマンドレル２５の軸方向中間部を、上記中間素材２３の内周面に押し付ける。上記ダイ２４は、図示しない支持ローラに回転可能に支持されているので、上記マンドレル２５を上記中間素材２３の内周面に押し付けつつ回転させると、この中間素材２３が、上記ダイ２４と共に、上記マンドレル２５と同方向に回転する。この結果、この中間素材２３の内周面がこのマンドレル２５の外周面により、全周に亙って径方向外方に向けて押圧され、この中間素材２３の内周面が徐々に径方向外方に塑性変形する。そして、上記マンドレル２５をこの中間素材２３の径方向に関して外方に、所定量変位させた状態で、この中間素材２３の内周面の形状が、図２に示す様な、上記得るべき外輪６の内周面の形状にまで塑性変形する。

この様にして得られた外輪６は、上記ダイ２４から抜き出して、そのまま、或いは内周面に研削加工を施してから、ハブや玉等の他の部材と組み合わせて、車輪支持用転がり軸受ユニットとする。上記中間素材２３を上記外輪６に加工する過程で、金属材料の除去（切削）は行なわれない。金属のフローは、図２に破線で示す様に、上記マンドレル２５による冷間ローリング加工により湾曲しつつ、上記外輪６内に残る。又、仮に研削加工を施す場合でも、金属材料のフローを切断する様な除去は行なわれない。従って、フローが切断された部分が、前記両外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちで各玉の転動面と転がり接触する部分に露出する事はない。

上述の様にして行なう、本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法によれば、外周面に取付部１２を有する、所謂第二世代以降の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪６を構成する金属材料のフローが、図２に破線で示す様に、この外輪６の軸方向に沿ったまま残る。言い換えれば、このフローを切断する事なく、上記外輪６を造れる。この為、この外輪６の内周面に設けた複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂの転がり疲れ寿命を確保し易く、優れた耐久性を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを低コストで得られる。即ち、上記外輪６を構成する金属材料として比較的安価なものを使用しても、実用上十分な耐久性を得られる。又、従来と同様の金属材料を使用すれば、従来に比べて優れた耐久性を得られる。

又、本実施例の製造方法の場合、上記中間素材２３の外径を拡げる事がない（外径をそのままとして内径のみを拡げる）為、ローリング加工による成形量、即ち、上記中間素材２３に対するマンドレル２５の押し込み量（このマンドレル２５の径方向変位量）を少なく抑えられる。この為、上記外輪６の生産を短時間で安定して行なって、品質の安定した外輪６を低コストで得られる。又、上記中間素材２３の外周面に設けた取付部１２に、加工に伴う応力が影響する事が少なく、この取付部１２に変形や亀裂等の損傷が生じる事がない。しかも、上記中間素材２３の外径を拡げる事がない為、上記マンドレル２５の外周面の母線形状を、この中間素材２３の内周面に、良好に転写する事ができて、得られた外輪６の内周面の精度を良好にできる。従って、この外輪６の内周面に、研削等の仕上加工を施さなくて済むか、施す場合でも加工量を少なく抑える事ができて、この面からもコスト低減を図れる。

図３〜４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、図３に示した中間素材２３ａのうちで、内周面を塑性加工すべき部分である、軸方向内側の外輪軌道１１ｂ（図４参照）の周囲に、取付部１２が存在する。この様な構造の中間素材２３ａに対し、上述の実施例１で使用したダイ２４（図１参照）を使用して冷間ローリング加工を施すと、上記中間素材２３ａのうちで、上記外輪軌道１１ｂからこの中間素材２３ａの軸方向内端部に掛けての内端寄り部分に、円周方向に関して大きな引っ張り応力が加わる。即ち、上記中間素材２３ａの内周面にマンドレル２５を押し付けた状態で、上記内端寄り部分の外周面を支えられなくなる為、この内端寄り部分の外径が拡がる傾向になり、上記引っ張り応力が加わる。この結果、この内端寄り部分の寸法並びに形状精度が悪化するだけでなく、この内端寄り部分に亀裂等の損傷が発生し易くなる。

この様な不都合の発生を防止する為に本実施例の場合には、上記中間素材２３ａを保持する為のダイ２４ａとして、上記取付部１２を境として軸方向に２分割される分割式のものを使用している。即ち、上記ダイ２４ａを、上記中間素材２３ａの軸方向外半部を隙間なく内嵌できる外側素子２７と、同じく内半部を隙間なく内嵌できる内側素子２８と、これら両素子２７、２８を突き合わせた状態で結合するクランプ２９とから構成している。上記中間素材２３ａを外輪６に加工する際には、この中間素材２３ａの軸方向外半部を上記外側素子２７に、同じく内半部を上記内側素子２８に、それぞれ隙間なく内嵌した状態で、これら両素子２７、２８を上記クランプ２９により結合固定する。そして、前述した実施例１の場合と同様に、上記ダイ２４ａを図示しない支持ローラに回転可能に支持した状態で、上記マンドレル２５を回転駆動しつつ、このマンドレル２５の軸方向中間部を上記中間素材２３ａの内周面に押し付けて、図４に示す様な内輪６に加工する。

この様にすれば、上記取付部１２が軸方向中間部に存在する様な外輪６の構造であっても、上記中間素材２３ａの内周面をローリング加工により加工できる。
尚、図示の例では、上記ダイ２４ａとして、軸方向に２分割する構造のものを使用しているが、上記取付部１２が軸方向中間部に存在する様な外輪６の構造で上記ローリング加工を可能にする為には、この取付部１２の軸方向両側部分の外周面を隙間なく抑え付けられる分割式であれば良く、円周方向に２分割式としたり、分割個数を３以上とする事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施例１と同様であるから、重複する説明は省略する。

図５〜６は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、図５に示した中間素材２３ｂの軸方向両端部分を、上述の実施例２の場合よりも厚肉にしている。そして、この軸方向両端部分の内径を、マンドレル２５の押し付けに伴う冷間ローリング加工により、複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂの加工と同時に、図６に示す様な形状にまで、拡げる様にしている。上記軸方向両端部分は、内径が拡がると同時に軸方向両側に延びる為、ダイ２４ｂを構成する外側、内側両素子２７ａ、２８ａの内周面形状を、この延びた部分を受け入れて形状を整えられる様にしている。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施例２と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の実施例１を、中間素材に冷間ローリング加工を施す状態で示す断面図。 得られた外輪の断面図。 本発明の実施例２を、中間素材に冷間ローリング加工を施す状態で示す断面図。 得られた外輪の断面図。 本発明の実施例３を、中間素材に冷間ローリング加工を施す状態で示す断面図。 得られた外輪の断面図。 本発明の製造方法の対象となる外輪を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。 従来方法により造られた外輪の断面図及び側面図。

符号の説明

１ ホイール
２ ロータ
３ ナックル
４ 支持孔
５ 車輪支持用転がり軸受ユニット
６ 外輪
７ ボルト
８ ハブ
９ スタッド
１０ ナット
１１ａ、１１ｂ 外輪軌道
１２ 取付部
１３ フランジ部
１４ａ、１４ｂ 内輪軌道
１５ 小径段部
１６ 内輪
１７ 玉
２０ スプライン孔
２１ 等速ジョイント
２２ スプライン軸
２３、２３ａ、２３ｂ 中間素材
２４、２４ａ、２４ｂ ダイ
２５ マンドレル
２６ 凸曲面部
２７、２７ａ 外側素子
２８、２８ａ 内側素子
２９ クランプ

Claims (3)

1. 金属材製で、外周面に外向フランジ状の取付部を、内周面に複列の外輪軌道を、それぞれ有する外輪の製造方法であって、造るべき外輪の外周面形状に実質的に一致する外周面形状を有する中間素材を、造るべき外輪の外周面形状に見合う内周面形状を有するダイに内嵌した後、この中間素材の内径側に、外径寸法がこの中間素材の内径寸法よりも小さく、外周面の母線形状が上記造るべき外輪の内周面の母線形状と一致するマンドレルを挿通し、このマンドレルと上記中間素材とを回転させつつ、このマンドレルの外周面を上記中間素材の内周面に押し付けるローリング加工を行なう事により、この中間素材の内周面の形状を得るべき外輪の内周面の形状にまで塑性変形させる車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
2. 中間素材のうちで内周面を塑性加工すべき部分の周囲に取付部が存在しており、ダイは、この取付部の軸方向両側部分の外周面を隙間なく抑え付けられる分割式である、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
3. ローリング加工が冷間ローリング加工である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。

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