JP2008196662A - 外輪製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒケやキズの発生を抑えることができて高品質の外輪（車輪用軸受装置用の外輪）を製造することができる外輪製造方法を提供する。
【解決手段】内周に軌道面が形成された筒状本体部２３と、筒状本体部２３から外径方向へ突出する取付用フランジ２４とを備えた車輪用軸受装置の外輪を成形するする外輪製造方法である。第１工程３１にて、中実材３０を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する素材３５を成形する。第２工程３２にて、第１工程３１後に素材３５に対して軟化処理と潤滑処理とを行う。第３工程３３にて、軟化処理と潤滑処理とが施された素材３５を冷間閉塞鍛造金型装置に投入して冷間閉塞鍛造金型装置にて素材３５に対して両端側からの押圧で中央部を押出して取付用フランジ２４を成形する。第４工程３４にて、成形品３８の仕切部３７を除去して内部を貫通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内周に軌道面が形成された筒状本体部と、筒状本体部から外径方向へ突出する取付用フランジとを備えた車輪用軸受装置の外輪を成形する外輪製造方法に関する。

自動車等の車輪は、車体の懸架装置に取付られる車輪用軸受装置を介して回転自在に支持される。車輪用軸受装置は、ハブ輪と、転がり軸受と、等速自在継手とが一体化されてなるものである。

図９に示すように、ハブ輪１０２は、筒部１１３と前記フランジ１０１とを有し、フランジ１０１の外端面１１４（反継手側の端面）には、図示省略のホイール及びブレーキロータが装着される短筒状のパイロット部１１５が突設されている。

そして、筒部１１３の端部の外周面に切欠部１１６が設けられ、この切欠部１１６に内輪１１７が嵌合されている。ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面のフランジ近傍には第１内側軌道面１１８が設けられ、内輪１１７の外周面に第２内側軌道面１１９が設けられている。また、ハブ輪１０２のフランジ１０１にはボルト装着孔１１２が設けられて、ホイールおよびブレーキロータをこのフランジ１０１に固定するためのハブボルトがこのボルト装着孔１１２に装着される。

転がり軸受の一部を構成する外方部材１０５は、その内周に２列の外側軌道面１２０、１２１が設けられる筒状本体部１３３と、その筒状本体部１３３の外周にフランジ（車体取付フランジ）１３２とを備える。そして、外方部材１０５の第１外側軌道面１２０とハブ輪１０２の第１内側軌道面１１８とが対向し、外方部材１０５の第２外側軌道面１２１と、内輪１１７の軌道面１１９とが対向し、これらの間に転動体１２２が介装される。

ハブ輪１０２の筒部１１３に外側継手部材１０３の軸部１２３が挿入される。軸部１２３は、その反椀形部の端部にねじ部１２４が形成され、このねじ部１２４と椀形部１０７との間にスプライン部１２５が形成されている。また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面（内径面）にスプライン部１２６が形成され、この軸部１２３がハブ輪１０２の筒部１１３に挿入された際には、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６とが係合する。

そして、筒部１１３から突出した軸部１２３のねじ部１２４にナット部材１２７が螺着され、ハブ輪１０２と外側継手部材１０３とが連結される。この際、ナット部材１２７の内端面（裏面）１２８と筒部１１３の外端面１２９とが当接するとともに、外側継手部材１０３の椀形部１０７の軸部側の端面１３０と内輪１１７の外端面１３１とが当接する。すなわち、ナット部材１２７を締め付けることによって、ハブ輪１０２が内輪１１７を介してナット部材１２７と椀形部１０７とで挟持される。

ところで、転がり軸受の外方部材１０５は、中空材を冷間加工にて成形するものである（例えば、特許文献１及び特許文献２）。すなわち、図５（ａ）の中空素材１に対して成形型を用いて押し込む成形と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図５（ｂ）に示すように、筒状本体部１３３とフランジ１３２とが一体化された外方部材１０５が成形される。この際、内周面に一方（インボード側）の軌道面１２０を構成するための段部１２０ａが成形される。その後は、図５（ｃ）に示すように、内周面に他方（アウトボード側）の軌道面１２１を構成するための段部１２１ａが形成される。なお、この外方部材１０５には図６に示すように４個のフランジ１３２が成形される。
特開２００６−１１１０７０号 特開２００６−１４２９８３号

このように、前記特許文献１及び特許文献２に記載の製造方法では、製品形状に応じて中空材を選択し、全ての工程を冷間加工にて成形することになる。このため、加工歪が蓄積されて加工硬度による強度向上を図ることができるとともに、ニアネットシェイプ化によりコスト削減を図ることができる。また、最終成形においては閉塞鍛造を行うことになり、この閉塞鍛造の特性から低荷重で成形できるため小さい設備で加工できる利点がある。

しかしながら、フランジ１３２の成形は中空材の据え込み加工による側方押出しであり、中心部からの材料の供給がないため、フランジ１３２を対応する部位の内径に図７と図８に示すようなヒケ２（またはまくれ込みキズ）等が発生する。このようにヒケ２が生じれば、強度低下を招き、製品（外輪）として機能することができない不良品となる。

本発明は、上記課題に鑑みて、ヒケやキズの発生を抑えることができて高品質の外輪（車輪用軸受装置用の外輪）を製造することができる外輪製造方法を提供する。

本発明の外輪製造方法は、内周に軌道面が形成された筒状本体部と、筒状本体部から外径方向へ突出する取付用フランジとを備えた車輪用軸受装置の外輪を成形する外輪製造方法であって、中実材を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する素材を成形する第１工程と、前記第１工程後に素材に対して軟化処理と潤滑処理とを行う第２工程と、軟化処理と潤滑処理とが施された素材を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて素材に対して両端側からの押圧で中央部を押出して前記取付用フランジを成形するとともに、軸方向中央部内部に仕切部を有する成形品を成形する第３工程と、前記成形品の仕切部を除去して内部を貫通させる第４工程とを備えたものである。

本発明の外輪製造方法によれば、第１工程および第２工程においては、温間または熱間鍛造領域にて成形される。第２工程後に常温まで冷却された素材に対して軟化処理と潤滑処理とを行うので、第３工程において、金型と素材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、材料を軟化させる軟化処理も行うので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。そして、第４工程において仕切部を除去して内部を貫通させる。これによって、外輪が成形される。

軟化処理とは球状化焼鈍による熱処理のことである。焼鈍（焼なまし）とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。Ａ１変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物（セメンタイト）を球状化させ、加工性を上げることができる。

潤滑処理としては、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理を行うことができる。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。この処理は金属（主に鉄）の表面に各種のリン酸化合物の層を形成させ金属そのものを守る働きをする。このため、加工素材に処理を行う事で、冷間鍛造金型の寿命を延ばしたり、鍛造時の精度を上げる働きが有る。冷間鍛造で、プレス加工を行う場合、金型と素材がこすれて潤滑処理されていない加工素材を使うと、金型と材料の凝着、材料割れ、金型破損等が発生するが、これをリン酸塩皮膜処理を行ことによって防ぐことができる。

本発明の外輪製造方法では、第１工程および第２工程においては、温間または熱間鍛造領域にて成形される。このため、第１工程前にボンデ等の潤滑処理を行うことなく、生産性の向上およびコストの低減を図ることができる。

第３工程前の素材に対して、ボンデ等の潤滑処理を行うことによって、金型と素材材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、第３工程前の素材に対し、この潤滑処理に加えて材料を軟化させる軟化処理を行うので、塑性加工を容易性の向上を図ることができる。このため、第３工程では、高い圧力が金型や素材にかかるのを防止することができる。ヒケやまくれ込みキズ等が発生しにくい形状を低荷重で加工できる上、使用する金型の破損防止および金型寿命を高めることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１に外輪製造方法の工程図を示し、この外輪製造方法は、図４に示すような車輪用軸受装置の外輪（外方部材）を成形するものである。この場合の外輪は、内周に軌道面２０２１が形成された筒状本体部２３と、筒状本体部２３から外径方向へ突出する取付用フランジ２４とを備えている。取付用フランジ２４にはねじ孔２５が設けられている。この外輪（外方部材）は、図３に示すように、４個の取付用フランジ２４を備えている。なお、図３においては各取付用フランジ２４にねじ孔２５が形成される前の状態を示している。

本発明に係る外輪製造方法は、中実材３０を冷間閉塞鍛造金型装置（図示省略）に投入する素材３５に成形する第１工程３１および第２工程３２と、軟化処理と潤滑処理とが施された素材３５を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて素材３５に対して両端側からの押圧で中央部を押出して前記取付用フランジ２４を押し出す第３工程３３と、前記成形品３８の仕切部３７を除去して内部を貫通させる第４工程３４とを備える。

第１工程３１は、温間または熱間領域で行うものであって、図２（ａ）の軸部素材３０に対して据込み工程を行って図２（ｂ）に示すような円盤状部材３０ａを成形する。次に、円盤状部材３０ａに対して、前成形工程を行って、図２（ｃ）に示すように両面に凹窪部３９、４０が形成された成形素材３６を成形する。その後、この成形素材３６に対して図示省略の成形型（冷間閉塞鍛造金型装置）を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図３および図４に示すように、取付用フランジ２４を備えた成形品３８を成形する。その後は、この成形品３８に穴開け工程を行うことによって、仕切部４８を除去して図４（ｅ）に示すように、外輪を成形する。

また、第２工程３２以後、常温まで冷却した素材に対する軟化工程とは、球状化焼鈍のことである。焼鈍（焼なまし）とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。Ａ１変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物（セメンタイト）を微細な球状にする組織調整を行い、素材３６が軟化される。

第２工程３２での潤滑処理としては、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理である。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。潤滑処理の目的は、この金型と素材との間に生じる摩擦を軽減し、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易にすることである。

具体的には、潤滑処理は、リン酸塩処理と、このリン酸塩処理前に行う脱脂工程及びスケール除去（酸洗）と、このリン酸塩処理後に行う反応型石けん潤滑処理等の処理である。

脱脂工程では、鋼材の切断までに使用された潤滑油や防錆油等の汚れを除去する工程である。例えば、強アルカリタイプの脱胎剤を使用する。脱胎剤の成分は通常、無機塩のアルカリビルダーと界面活性剤によって構成される。アルカリピルダーは、オルソ碇酸ソーダ、リン酸ソーダ、苛性ソーダ、炭酸ソーダが主である。

スケール除去として、ショットプラスト法を用いる。なお、２３の潤滑処理では工程中の酸洗で十分であるが、２４の軟化処理後は大量のスケールが発生するため、２５の潤滑処理前にスケール除去を行う。ショットプラスト法は、ショットと呼ばれる鉄鋼の小粒子を表面に投射してスケールを除去する方法であり、酸洗とは、酸の液中に通してスケールを取り除くことである。

リン酸塩処理は、リン酸と亜鉛を主成分とした水溶液に浸漬することにより、脱スケールされた鋼表面に、密着性の良いリン酸塩皮膜を生成する処理である。また、リン酸塩処理をした後に、反応型石けん潤滑処理が行われる。石けんの主成分であるステアリン酸ナトリウムとリン酸亜鉛皮膜が反応して、密着性の良いステアリン酸亜鉛皮膜が生成する。生成した潤滑層は薄い層（2〜5μm程）であるが、このうすい層が金具と被加工物との直接接触を防止し、潤滑層の優れた耐熱性や密着性により、焼き付きやカジリの発生を防止し、過酷な加工を行うことができる。

第３工程３３では、冷間閉塞鍛造金型装置によって、素材３５に対して上下方向から押圧して中央部から取付用フランジ２４を押し出す。この際、軸方向中央部内部に仕切部３７が成形され、仕切部３７を有する成形品３８が形成（成形）される。

一般に、冷間閉塞鍛造金型装置は、開閉可能に設けられた一対のダイスと、このダイスの開閉方向と平行駆動してダイス内に配置された材料を押圧する一対のパンチとを備えたものである。なお、本発明の第３工程３３における冷間閉塞鍛造金型装置には、この種のハ ブ輪を成形する際に使用する一般的なものを用いることができる。

また、仕切部３７を除去して内部を貫通させる第４工程３４では、例えば冷間ピアシング（穴抜き加工）にて行うことができる。これによって、内周面に、軌道面２０、２１を構成するための段部２０ａ、２１ａが形成された外輪（外方部材）を成形することができる。なお、その後は、各段部２０ａ、２１ａに軌道面２０、２１を成形することによって外輪（外方部材）が完成する。

本発明では、第１工程３１および第２工程３２においては、温間または熱間鍛造領域にて成形される。このため、第１工程３１前にボンデ等の潤滑処理を行うことなく、生産性の向上およびコストの低減を図ることができる。

第３工程３３前の素材に対して、潤滑処理を行うことによって、金型と素材材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、第３工程３３前の素材に対して、この潤滑処理に加えて材料を軟化させる軟化処理を行うので、塑性加工を容易性の向上を図ることができる。このため、第３工程３３では、高い圧力が金型や素材にかかるのを防止することができる。ヒケやまくれ込みキズ等が発生しにくい形状を低荷重で加工できる上、使用する金型の破損防止および金型寿命を高めることができる。

ボンデ処理にて潤滑処置を行うことができ、球状化焼鈍にて軟化処理を行うことができ、ヒケやまくれ込みキズ等の発生防止の信頼性が向上する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、フランジ２４が前記実施形態のように複数個が周方向に沿って配設されるものである場合、そのフランジ数の増減は任意である。

本発明の実施形態を示す外輪製造方法の簡略工程ブロック図である。 前記外輪製造方法の工程図である。 前記外輪製造方法にて製造された外輪の平面図である。 前記外輪製造方法の製造された外輪の断面図である。 従来の外輪製造方法の作業工程図である。 従来の外輪製造方法にて製造された外輪の平面図である。 従来の外輪製造方法にて製造された外輪の問題点を説明する断面図である。 従来の外輪製造方法にて製造された外輪の問題点を説明する平面図である。 従来の外輪製造方法にて製造された外輪を使用した車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

２３ 筒状本体部
２４ 取付用フランジ
３１ 第１工程
３２ 第２工程
３３ 第３工程
３４ 第４工程
３５ 素材
３７ 仕切部
３８ 成形品

Claims (3)

1. 内周に軌道面が形成された筒状本体部と、筒状本体部から外径方向へ突出する取付用フランジとを備えた車輪用軸受装置の外輪を成形する外輪製造方法であって、
   中実材を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する素材を成形する第１工程と、
   前記第１工程後に素材に対して軟化処理と潤滑処理とを行う第２工程と、
   軟化処理と潤滑処理とが施された素材を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて素材に対して両端側からの押圧で中央部を押出して前記取付用フランジを成形するとともに、軸方向中央部内部に仕切部を有する成形品を成形する第３工程と、
   前記成形品の仕切部を除去して内部を貫通させる第４工程とを備えことを特徴とする外輪製造方法。
2. 前記軟化処理が球状化焼鈍であることを特徴とする請求項１の外輪製造方法。
3. 前記潤滑処理がボンデ処理であることを特徴とする請求項１の外輪製造方法。

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