JP2009275842A - 外輪の軌道面の加工方法及び車輪用転がり軸受装置の外輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨焼けを発生させずに外輪の軌道面の全体を加工することができ、また、外輪の設計自由度を向上させることができる外輪の軌道面の加工方法を提供する。
【解決手段】外輪２の軌道面２ｃ，２ｄの加工方法は、外輪２の内周２ｂに形成された軌道面２ｃ，２ｄに対して、軌道面２ｃ，２ｄの全体に接触することができるチップ８を当接させるとともに、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｃ，２ｄに沿って移動させることで、軌道面２ｃ，２ｄに対して旋削加工を施す旋削工程を少なくとも備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、研磨工程が不要な外輪の軌道面の加工方法及びこれを用いた車輪用転がり軸受装置の外輪の製造方法に関する。

一般に、自動車は、車輪を回転可能に支持するための車輪用転がり軸受装置を備えており、車輪用転がり軸受装置は、車体に対して固定される外輪と、車輪に対して固定される内輪と、複列の転動体とを備えている。複列の転動体のうち少なくとも一列の転動体は、外輪と内輪との間に配設されるとともに、外輪に形成された軌道面と内輪に形成された軌道面とに接触して転動する構成となっている。

このような車輪用転がり軸受装置を構成する外輪を製造する際には、一般に、砥石を用いて外輪の内周に形成された軌道面を加工することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

より具体的には、例えば、図６に示すように、外輪を製造する際には、まず、軸受鋼を鍛造することで内周に軌道面が形成された外輪を生成し（鍛造工程Ｓ１０１）、次いで、生成された外輪を整形するために旋削加工を施す（１次旋削工程Ｓ１０２）。次いで、軌道面が所定の硬さとなるように、外輪の軌道面に対して高周波熱処理を施し（熱処理工程Ｓ１０３）、次いで、再び外輪を整形するために旋削加工を施す（２次旋削工程Ｓ１０４）。そして、砥石を用いて外輪の軌道面を加工して（研磨工程Ｓ１０５）、その後、外輪の軌道面に対して超仕上げを施す（超仕上げ工程Ｓ１０６）。

研磨工程Ｓ１０５においては、例えば、図７に示すように、外輪１０２を支持部材（不図示）に固定するとともに、砥石１１０が設けられた回転軸１０９を外輪１０２内に挿入して、回転軸１０９を径方向Ｒ（即ち、外輪１０２の中心線に垂直な方向）に移動させる。そして、回転軸１０９ととともに回転する砥石１１０を、それぞれ、外輪１０２の内周１０２ｂに形成された複列の軌道面１０２ｃ，１０２ｄに当接させることで、軌道面１０２ｃ，１０２ｄが加工（即ち、研磨）される。
特開２００７−３１５５８９号公報

ところで、昨今、自動車の旋回性能の向上しており、自動車の旋回時において、外輪の軌道面と接触して転動すべき転動体が、軸方向（即ち、外輪の中心線に平行な方向）にずれて複列の軌道面の間に設けられた肩部に乗り上げないようにする必要がある。このような乗り上げを防ぐためには、径方向における肩部の径（即ち、肩径）を小さくすることが知られている。

より具体的には、図７に示すように、外輪１０２の内周に形成された複列の軌道面１０２ｃ，１０２ｄの間に設けられた肩部１０２ｅの径（即ち、肩径Ｄ）を小さくすることで、断面円弧状の軌道面１０２ｃ，１０２ｄを大きくすることができる。このため、軌道面１０２ｃ，１０２ｄを大きくして、外輪１０２の軌道面１０２ｃまたは軌道面１０２ｄと接触して転動する転動体（不図示）が、肩部１０２ｅに乗り上げないようにすることができる。

しかしながら、肩径Ｄを小さくして軌道面１０２ｃ，１０２ｄを大きくすると、軌道面１０２ｃ，１０２ｄの全体のうち、軸方向Ａと軌道面１０２ｃ，１０２ｄとがなす角度が大きい部分Ｐでは、砥石１１０を用いて軌道面１０２ｃ，１０２ｄを加工する際に、研磨焼けが発生するという問題があった。このため、研磨焼けの発生を防止するためには、肩径Ｄの設計に制約がある。

研磨焼けの発生を防止するためには、特許文献１に記載されるように、砥石が設けられた回転軸を軸方向に対して傾けて軌道面を加工することも考えられるが、回転軸を傾けることができるように外輪の内径を設計する制約がある。従って、砥石を用いて外輪の軌道面を加工する場合において、研磨焼けの発生を防止するためには、いずれにせよ、外輪の設計自由度が低いという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨焼けを発生させずに外輪の軌道面の全体を加工することができ、また、外輪の設計自由度を向上させることができる外輪の軌道面の加工方法及びこれを用いた車輪用転がり軸受装置の外輪の製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、外輪の軌道面の加工方法であって、外輪の内周に形成された軌道面に対して、軌道面の全体に接触することができるチップを当接させるとともに、軸方向及び径方向において外輪に対してチップを軌道面に沿って移動させることで、軌道面に対して旋削加工を施す旋削工程を少なくとも備えることを特徴とする。

同構成によれば、外輪の内周に形成された軌道面に対して、軌道面の全体に接触することができるチップを当接させるとともに、軸方向及び径方向において外輪に対してチップを軌道面に沿って移動させることで、軌道面に対して旋削加工を施す旋削工程を少なくとも備える。このため、砥石を用いることなく外輪の軌道面の全体を加工することができ、研磨焼けを発生させずに外輪の軌道面の全体を加工することができる。また、砥石を用いて外輪の軌道面を加工する場合に比し、例えば、外輪に形成された複列の軌道面の間に設けられた肩部の径（即ち、肩径）の寸法の制約を小さくすることができ、外輪の設計自由度を向上させることができる。さらに、外輪を製造する際に本発明の加工方法を用いた場合は、外輪の軌道面に対する熱処理工程を経た後の旋削工程において、軌道面の全体を加工することができるため、砥石を用いて外輪の軌道面を加工する研磨工程を省くことができる。従って、外輪の製造効率を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。なお、「軸方向」は、外輪の中心線に平行な方向であって、「径方向」は、外輪の中心線に垂直な方向である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の外輪の軌道面の加工方法であって、軌道面の接線と軸方向とがなす最も大きい角度をα、チップの刃先角の角度をβとした場合に、チップは、９０°−α≧β／２の関係が成立するように形成されていることを特徴とする。

同構成によれば、軌道面の接線と軸方向とがなす最も大きい角度（即ち、例えば、複列の軌道面の間に設けられた肩部と軌道面との接続点における軌道面の接線と軸方向とがなす角度）をα、チップの刃先角の角度をβとした場合に、チップは、９０°−α≧β／２の関係が成立するように形成されている。このため、刃先角の角度の半分を、軌道面の接線と径方向とがなす最も小さい角度以下とすることができ、刃先角の二等分線が軸方向に対して垂直となる状態でチップを保持して、軌道面に当接させて旋削加工を施すことで、軌道面の全体を加工することができる。従って、例えば、軸方向において対称に複列の軌道面が形成されている場合は、１つのチップで複列の軌道面の全体を加工することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の外輪の軌道面の加工方法を用いることを特徴とする。
同構成によれば、請求項１または請求項２に記載の外輪の軌道面の加工方法を用いるため、設計自由度の高い車輪用転がり軸受装置の外輪を製造することができる。また、外輪の低コスト化を図ることで車輪用転がり軸受装置の低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、砥石を用いることなく外輪の軌道面を加工することができ、研磨焼けを発生させずに外輪の軌道面の全体を加工することができる。また、砥石を用いて外輪の軌道面を加工する場合に比し、外輪の設計自由度を向上させることができる。さらに、外輪の製造効率を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。

以下に、本発明について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る加工方法を用いて加工された外輪２を備える車輪用転がり軸受装置１の構成図であって、車輪用転がり軸受装置１は、自動車の従動輪（不図示）を回転可能に支持するための軸受装置である。

車輪用転がり軸受装置１は、図１に示すように、自動車の車体（不図示）に対して固定される外輪２と、車輪（本実施形態においては従動輪）に対して固定される内輪３及び内軸４と、複列の転動体５，６から構成されている。これら外輪２、内軸４は、Ｓ５３ＣやＳ５５Ｃ等の炭素鋼からなり、内輪３、転動体５，６は、ＳＵＪ２等の軸受鋼からなる。

略円筒状に形成された外輪２の外周２ａには、自動車の車体に対してねじ止めにより固定されるフランジ（不図示）が設けられるとともに、外輪２の内周２ｂには、軸方向Ａ（即ち、外輪２の中心線である図中の一点鎖線に平行な方向）において間隔をあけて２列となるように、外輪２の内周２ｂに沿った環状の軌道面２ｃ，２ｄが形成されている。軌道面２ｃと軌道面２ｄは、軸方向Ａにおいて対称となるように断面円弧状に形成されている。

外輪２の内側には、内輪３及び内軸４が設けられており、環状に形成された内輪３の外周３ａには、１列の軌道面２ｃに対向した環状の軌道面３ｂが形成されている。内輪３は、内軸４の車体に近設された端部４Ａにおける内軸４の外周４ａに嵌合されるとともに、塑性変形した内軸４の端部４Ａにより内輪３は内軸４に対して固定されている。即ち、円筒形状に形成された内軸４の端部４Ａが、内軸４の外周４ａに内輪３を嵌めた後、径方向Ｒ（即ち、外輪２の中心線に垂直な方向）における外方へ拡径されることにより、内軸４の端部４Ａが内輪３の端面３ｃにかしめ付けられて、内輪３が内軸４に対して固定されている。

また、内軸４は、車輪の中心部（不図示）が固定されるハブとハブに固定される回転軸とが一体となった軸部材であって、内軸４の車輪に近設された端部４Ｂには、径方向Ｒにおいて外方へ突出したフランジ４ｂが設けられている。また、内軸４の外周４ａには、１列の軌道面２ｄに対向した環状の軌道面４ｃが形成されている。

転動体５，６は、球状の転動面を有する玉であって、転動体５と転動体６は、２列となるように軸方向Ａにおいて間隔をあけて配置されている。車体に近設された転動体５は、外輪２と内輪３の間に配設され、外輪２の軌道面２ｃ及び内輪３の軌道面３ｂと接触して転動するとともに、車輪に近設された転動体６は、外輪２と内軸４の間に配設され、外輪２の軌道面２ｄ及び内軸４の軌道面４ｃと接触して転動する構成となっている。

また、転動体５，６は、軸方向Ａ及び径方向Ｒの荷重を支持できるように、いわゆる外向きに配設されており、外輪２における軌道面２ｃと軌道面２ｄとの間には、肩部２ｅが設けられている。径方向Ｒにおける肩部２ｅの径（即ち、肩径Ｄ）を小さくすることで、軌道面２ｃ，２ｄが大きくなるため、肩部２ｅへの転動体５，６の乗り上げを防ぐようにすることができる。

次に、車輪用転がり軸受装置１を製造するために、車輪用転がり軸受装置１を構成する外輪２を製造する際の工程について、図２を参照しながら説明する。
まず、軸受鋼を鍛造することで内周２ｂに軌道面２ｃ，２ｄが形成された外輪２を生成する（鍛造工程Ｓ１）、次いで、生成された外輪２を整形するために旋削加工を施す（１次旋削工程Ｓ２）。

次いで、軌道面２ｃ，２ｄが所定の硬さとなるように、外輪２の軌道面２ｃ，２ｄに対して高周波熱処理を施し（熱処理工程Ｓ３）、次いで、再び外輪２を整形するために旋削加工を施す（２次旋削工程Ｓ４）。そして、外輪２の軌道面２ｃ，２ｄに対して超仕上げを施す（超仕上げ工程Ｓ５）。

ここで、本実施形態においては、軌道面２ｃ，２ｄに対して、軌道面２ｃ，２ｄの全体に接触することができるチップ８を当接させるとともに、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｃ，２ｄに沿って移動させることで、軌道面２ｃ，２ｄに対して旋削加工を施す２次旋削工程Ｓ４を少なくとも備える点に特徴がある。

より具体的には、２次旋削工程Ｓ４においては、図３に示すように、チップホルダ７により保持されたチップ８を用いて、外輪２を加工（即ち、旋削）する。チップ８は、旋削に用いられる工具（即ち、バイト）であって、切れ刃８ａ，８ｂを有する小片である。

超硬合金により形成されたチップ８は、図３〜図５に示すように、その側面８Ａに４つの直線状の切れ刃８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有したひし形の形状であって、これらの切れ刃８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、すくい面である側面８Ａと、逃げ面８Ｂとの交線を形成する部分である。

また、チップ８は、切れ刃８ａとこの切れ刃８ａに隣り合う切れ刃８ｂとにより形成された刃先８ｅを有しており、刃先８ｅは所定の曲率（例えば、１．２［単位：１／ｍｍ］の曲率）を有するように形成されている。側面８Ａにおける刃先８ｅの角（即ち、切れ刃８ａ，８ｂが形成する角）である刃先角８ｆは、肩部２ｅと軌道面２ｄとの接続点Ｐ１における軌道面２ｄの接線２ｆ（図５参照）と軸方向Ａとがなす９０°未満の角度に基づいて設計されている。従って、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｃ，２ｄに沿って移動させるだけで、軌道面２ｃ，２ｄの全体に刃先８ｅまたは切れ刃８ａ，８ｂを接触させることができるようにチップ８が構成されている。

なお、本実施形態においては、軌道面２ｃと軌道面２ｄは軸方向Ａにおいて対称となるように形成されているため、肩部２ｅと軌道面２ｃとの接続点Ｐ２における軌道面２ｃの接線（不図示）と軸方向Ａとがなす９０度未満の角度は、肩部２ｅと軌道面２ｄとの接続点Ｐ１における軌道面２ｄの接線２ｆと軸方向Ａとがなす９０°未満の角度と同じである。

また、本実施形態においては、チップ８は、軌道面２ｃ，２ｄの接線と軸方向Ａとがなす最も大きい角度（即ち、肩部２ｅと軌道面２ｄとの接続点Ｐ１における軌道面２ｄの接線２ｆと軸方向Ａとがなす角度）をα、チップ８の刃先角８ｆの角度をβとした場合に、９０°−α≧β／２の関係が成立するように形成されている。

以上のように構成されたチップ８を、図５に示すように、刃先角８ｆの二等分線８ｇが軸方向Ａに対して垂直になるように、チップホルダ７に固定するとともに、外輪２を、回転する支持部材（不図示）に固定する。

そして、２次旋削工程Ｓ４においては、チップ８を外輪２内に挿入して、支持部材とともに回転する外輪２の内周２ｂに形成された軌道面２ｄにチップ８を当接させるとともに、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｄに沿って移動させることで、軌道面２ｄに対して旋削加工を施す。また、同様に、支持部材とともに回転する外輪２の内周２ｂに形成された軌道面２ｃに当接させるとともに、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｃに沿って移動させることで、軌道面２ｃに対して旋削加工を施す。このようにして、複列の軌道面２ｃ，２ｄの全体が加工（即ち、旋削）される。

上記実施形態の外輪２の軌道面２ｃ，２ｄの加工方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）外輪２の内周２ｂに形成された軌道面２ｃ，２ｄに対して、軌道面２ｃ，２ｄの全体に接触することができるチップ８を当接させるとともに、軸方向Ａ及び径方向Ｒにおいて外輪２に対してチップ８を軌道面２ｃ，２ｄに沿って移動させることで、軌道面２ｃ，２ｄに対して旋削加工を施す２次旋削工程Ｓ４を少なくとも備える。このため、砥石を用いることなく外輪２の軌道面２ｃ，２ｄの全体を加工することができ、研磨焼けを発生させずに外輪２の軌道面２ｃ，２ｄの全体を加工することができる。また、砥石を用いて外輪２の軌道面２ｃ，２ｄを加工する場合に比し、外輪２に形成された複列の軌道面２ｃ，２ｄの間に設けられた肩部２ｅの径（即ち、肩径Ｄ）の寸法の制約を小さくすることができ、外輪２の設計自由度を向上させることができる。さらに、外輪２を製造する際に本発明の加工方法を用いた場合は、外輪２の軌道面２ｃ，２ｄに対する熱処理工程Ｓ３を経た後の２次旋削工程Ｓ４において、軌道面２ｃ，２ｄの全体を加工することができるため、砥石を用いて外輪２の軌道面２ｃ，２ｄを加工する研磨工程を省くことができる。従って、外輪２の製造効率を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。

（２）軌道面２ｄの接線と軸方向Ａとがなす最も大きい角度（即ち、接続点Ｐ１における軌道面２ｄの接線２ｆと軸方向Ａとがなす角度であって、接続点Ｐ２における軌道面２ｃの接線と軸方向Ａとがなす角度）をα、チップ８の刃先角８ｆの角度をβとした場合に、チップ８は、９０°−α≧β／２の関係が成立するように形成されている。このため、刃先角８ｆの角度の半分を、軌道面２ｃ，２ｄの接線と径方向Ｒとがなす最も小さい角度以下とすることができ、刃先角８ｆの二等分線が軸方向Ａに対して垂直となる状態でチップ８を保持して、軌道面２ｃ，２ｄに当接させて旋削加工を施すことで、軌道面２ｃ，２ｄの全体を加工することができる。従って、軸方向Ａにおいて対称に複列の軌道面２ｃ，２ｄが形成されている場合は、１つのチップ８で複列の軌道面２ｃ，２ｄの全体を加工することができる。

また、車輪用転がり軸受装置１の外輪２を製造する際に、２次旋削工程Ｓ４を少なくとも備える外輪２の軌道面２ｃ，２ｄの加工方法を用いるため、設計自由度の高い車輪用転がり軸受装置１の外輪２を製造することができる。また、外輪２の低コスト化を図ることで車輪用転がり軸受装置１の低コスト化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においては、内軸４の端部４Ａが内輪３の端面３ｃにかしめ付けられて、内輪３が内軸４に対して固定されていたが、このように構成されていなくてもよい。例えば、内軸４の端部４Ａをおねじが切られた円柱状に形成して、内軸４の外周４ａに内輪３を嵌めた後、端部４Ａにナット（不図示）が螺合されることにより、ナットが内輪３の端面３ｃを押圧して、内輪３が内軸４に対して固定されていてもよい。

・上記実施形態においては、内軸４の外周４ａには、１列の軌道面２ｄに対向した環状の軌道面４ｃが形成されていたが、内軸４の外周４ａに軌道面４ｃが形成されていなくてもよい。この場合、軸方向Ａに延びた円筒状の内輪（不図示）の外周に、１列の軌道面２ｃに対向した環状の軌道面と、１列の軌道面２ｄに対向した環状の軌道面とが形成されるとともに、転動体５，６は、外輪２と内輪３の間に配設され、外輪２の軌道面２ｃ，２ｄ及び内輪の軌道面と接触して転動する構成となる。

・上記実施形態においては、車輪用転がり軸受装置１は、自動車の従動輪を回転可能に支持するための軸受装置であったが、自動車の駆動輪（不図示）を支持するものであってもよく、この場合、内軸４には、駆動軸を挿入して固定するための貫通孔（不図示）が形成されている。

本発明の実施形態に係る車輪用転がり軸受装置を示す断面図。 本発明の実施形態に係る外輪を製造する際の工程を説明するためのフローチャート。 本発明の実施形態に係る外輪の軌道面の加工方法を説明するための図。 本発明の実施形態に係る外輪の軌道面の加工方法において使用されるチップを説明するための斜視図。 チップを説明するための図。 従来の外輪を製造する際の工程を説明するためのフローチャート。 従来の外輪の軌道面の加工方法を説明するための図。

符号の説明

Ａ…軸方向（外輪の中心線に平行な方向）、Ｒ…径方向（外輪の中心線に垂直な方向）、Ｐ１，Ｐ２…肩部と軌道面との接続点、１…車輪用転がり軸受装置、２…外輪、２ｂ…内周、２ｃ，２ｄ…（外輪の）軌道面、２ｅ…肩部、２ｆ…接続点における軌道面の接線、３…内輪、４…内軸、５，６…転動体、７…チップホルダ、８…チップ、８Ａ…側面（すくい面）、８Ｂ…逃げ面、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…切れ刃、８ｅ…刃先、８ｆ…刃先角、８ｇ…刃先角の二等分線。

Claims (3)

1. 外輪の軌道面の加工方法であって、
   前記外輪の内周に形成された前記軌道面に対して、前記軌道面の全体に接触することができるチップを当接させるとともに、軸方向及び径方向において前記外輪に対して前記チップを前記軌道面に沿って移動させることで、前記軌道面に対して旋削加工を施す旋削工程を少なくとも備えることを特徴とする外輪の軌道面の加工方法。
2. 前記軌道面の接線と軸方向とがなす最も大きい角度をα、前記チップの刃先角の角度をβとした場合に、前記チップは、９０°−α≧β／２の関係が成立するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の外輪の軌道面の加工方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の外輪の軌道面の加工方法を用いることを特徴とする車輪用転がり軸受装置の外輪の製造方法。

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