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
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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
【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。
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)。
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。
(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。
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)
- 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。 - 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。
- 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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