JP2012183934A - 車輪用転がり軸受装置の軸部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】車輪用転がり軸受装置の軸部材において、冷間鍛造によって形成されるフランジ部に入力される荷重によってフランジ部に発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制する。
【解決手段】冷間鍛造によって形成されるフランジ部は、外方フランジ部と、内方フランジ部とから成っており、軸線方向断面で視て内方フランジ部は外方フランジ部より肉厚に形成されており、ボルト座面部27aが配設される側のフランジ面形状が、径方向基端部位置では径方向に一定長さの垂直面形状の基端部位置から外方フランジ部までの間のフランジ面形状として外方フランジ部に接続される凹曲面形状を備えると共に、凹曲面部21hに対する径方向内方側には、凹曲面部21hと連続して接合される凸曲面部21iを備えており、凸曲面部21iの曲率半径R3は、凹曲面部21hの曲率半径R2より小さい。
【選択図】図9
【解決手段】冷間鍛造によって形成されるフランジ部は、外方フランジ部と、内方フランジ部とから成っており、軸線方向断面で視て内方フランジ部は外方フランジ部より肉厚に形成されており、ボルト座面部27aが配設される側のフランジ面形状が、径方向基端部位置では径方向に一定長さの垂直面形状の基端部位置から外方フランジ部までの間のフランジ面形状として外方フランジ部に接続される凹曲面形状を備えると共に、凹曲面部21hに対する径方向内方側には、凹曲面部21hと連続して接合される凸曲面部21iを備えており、凸曲面部21iの曲率半径R3は、凹曲面部21hの曲率半径R2より小さい。
【選択図】図9
Description
この発明は車輪用転がり軸受装置の軸部材に関する。
従来より、外周面に内輪軌道面が形成される軸部と、この軸部の一端側に形成される嵌合軸部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出されて、ハブボルトが配置されるボルト孔が貫設される複数のフランジ部とを有する車輪用転がり軸受装置の軸部材は、例えば、特許文献1及び特許文献2に開示されており、知られている。これら特許文献1及び特許文献2に開示の車輪用転がり軸受装置の軸部材は、共に、冷間鍛造の側方押出加工による成形のものである。これにより、従来の円板状に形成されたフランジ部に比して重量軽減を図れる。また、従来より車輪用転がり軸受装置の軸部材を熱間鍛造によって成形する製法も知られているが、この熱間鍛造の成形面は寸法精度が粗いことに加え、表面に酸化や脱炭が発生するため、成形面のうち寸法精度が要求される部位においては機械加工が必要であった。ところが、冷間鍛造によれば加工精度の高い車輪用転がり軸受装置の軸部材が得られることが知られている。
ところで、上記した特許文献1及び特許文献2に開示された車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部は、軸部と嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出形成される構成である。
この車輪用転がり軸受装置の軸部材を構成する車輪用軸受装置は、車輪を車体の懸架装置に対して回転可能に支持するために装着されるものである。そのため、車両の旋回時に伴う荷重は、上記した車輪用転がり軸受装置の軸部材に曲げ荷重として入力されて車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部に繰返し応力が発生する。また、車両走行時等における車輪から作用する荷重は、車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部のハブボルトを通じて入力され、かかる荷重に伴う応力がハブボルト近傍に集中する。このように、車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部には、応力集中が顕著となる構造となっている。
しかしながら、上記した特許文献1及び特許文献2は、この車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部について、車輪用軸受装置の外輪、ハブボルト等といった各種構成品や、車輪、ブレーキロータ等の相手部品との兼ね合いによってフランジ形状が規制されることを考慮して、上記荷重に伴う応力の集中を抑制するフランジ形状を如何にするかという積極的な開示はされておらず改善の余地がある。
しかしながら、上記した特許文献1及び特許文献2は、この車輪用転がり軸受装置の軸部材のフランジ部について、車輪用軸受装置の外輪、ハブボルト等といった各種構成品や、車輪、ブレーキロータ等の相手部品との兼ね合いによってフランジ形状が規制されることを考慮して、上記荷重に伴う応力の集中を抑制するフランジ形状を如何にするかという積極的な開示はされておらず改善の余地がある。
而して、本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、外周面に内輪軌道面が形成される軸部と、この軸部の一端側に形成される嵌合軸部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出されてハブボルトが配置されるボルト孔が貫設される複数のフランジ部とを有する車輪用転がり軸受装置の軸部材において、冷間鍛造によって形成されるフランジ部に入力される荷重によってフランジ部に発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することにある。
上記課題を解決するために、本発明の車輪用転がり軸受装置の軸部材は次の手段をとる。
先ず、第1の発明に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材は、外周面に内輪軌道面が形成される軸部と、この軸部の一端側に形成される嵌合軸部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出されて、ハブボルトが配置されるボルト孔が貫設される複数のフランジ部とを有する車輪用転がり軸受装置の軸部材であって、前記フランジ部は、冷間鍛造によって形成されており、前記フランジ部は、前記ボルト孔が貫設される径方向外方領域の外方フランジ部と、該外方フランジ部から径方向内方に向けて連続形成される径方向内方領域の内方フランジ部とから成っており、軸線方向断面で視て内方フランジ部は外方フランジ部より肉厚に形成されており、該内方フランジ部の肉厚形状は径方向基端部位置の径方向の一定長さの範囲がもっとも肉厚形状とされると共に径方向外方に向けて漸次肉薄となるように、前記ハブボルトのボルト座面部が配設される側のフランジ面形状が、径方向基端部位置では径方向に一定長さの垂直面形状とされると共に該垂直面形状の基端部位置から前記外方フランジ部までの間のフランジ面形状として前記外方フランジ部に接続される凹曲面形状を備えると共に、前記凹曲面部に対する径方向内方側には、前記凹曲面部と連続して接合される凸曲面部を備えており、該凸曲面部の曲率半径は、前記凹曲面部の曲率半径より小さいことを特徴とする。
先ず、第1の発明に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材は、外周面に内輪軌道面が形成される軸部と、この軸部の一端側に形成される嵌合軸部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出されて、ハブボルトが配置されるボルト孔が貫設される複数のフランジ部とを有する車輪用転がり軸受装置の軸部材であって、前記フランジ部は、冷間鍛造によって形成されており、前記フランジ部は、前記ボルト孔が貫設される径方向外方領域の外方フランジ部と、該外方フランジ部から径方向内方に向けて連続形成される径方向内方領域の内方フランジ部とから成っており、軸線方向断面で視て内方フランジ部は外方フランジ部より肉厚に形成されており、該内方フランジ部の肉厚形状は径方向基端部位置の径方向の一定長さの範囲がもっとも肉厚形状とされると共に径方向外方に向けて漸次肉薄となるように、前記ハブボルトのボルト座面部が配設される側のフランジ面形状が、径方向基端部位置では径方向に一定長さの垂直面形状とされると共に該垂直面形状の基端部位置から前記外方フランジ部までの間のフランジ面形状として前記外方フランジ部に接続される凹曲面形状を備えると共に、前記凹曲面部に対する径方向内方側には、前記凹曲面部と連続して接合される凸曲面部を備えており、該凸曲面部の曲率半径は、前記凹曲面部の曲率半径より小さいことを特徴とする。
この第1の発明によれば、凸曲面部と凹曲面部とを連続して配設することで、傾斜面はハブボルトのボルト座面部が支持される面と干渉することなく、傾斜面の配設位置を変えて、内方フランジ部の傾斜面の部位の肉厚を増加することができる。すなわち、従来の傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離は、従来より肉厚とすることができる。また、凹曲面部の曲率半径は、凸曲面部の曲率半径より大きいため、ハブボルトから入力される荷重に伴って発生する応力集中を抑制することができる。
すなわち、フランジ部に入力される荷重によって発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。また、冷間鍛造による側方押出加工によって形成されるフランジ部の剛性向上を図ることができる。
すなわち、フランジ部に入力される荷重によって発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。また、冷間鍛造による側方押出加工によって形成されるフランジ部の剛性向上を図ることができる。
次に、第2の発明に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材は、上述した第1の発明において、前記凹曲面部の形状は、内方フランジ部の径方向基端部と前記軸部の内輪軌道面が交差する隅部において、前記内輪軌道面に対向配置される外輪部材に備えられるシール部材の先端部が摺動するシール摺動面として形成される凹曲面部と同じ凹曲面部で形成されており、該凹曲面部は、前記ハブボルトのボルト座面部が支持されるフランジ面に正接して形成されていることを特徴とする。
この第2の発明によれば、凹曲面部の形状は、内方フランジ部の径方向基端部と軸部の内輪軌道面が交差する隅部において、内輪軌道面に対向配置される外輪部材に備えられるシール部材の先端部が摺動するシール摺動面として形成される凹曲面部と同じ凹曲面部で形成されており、この凹曲面部は、ハブボルトのボルト座面部が支持されるフランジ面に正接して形成されていることが望ましい。これによれば、凹曲面部は、ハブボルトのボルト座面部が支持されるフランジ面に正接するように接合されているため、ハブボルトから入力される荷重に伴って発生する応力集中を抑制する形状として、より一層、望ましい。
本発明は上記各発明の手段をとることにより、車輪用転がり軸受装置の軸部材において、冷間鍛造によって形成されるフランジ部に入力される荷重によってフランジ部に発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。
この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。
この発明の実施例1を図1から図11にしたがって説明する。
図1に示すように、車輪用転がり軸受装置(車輪用ハブユニット)に採用される車輪用転がり軸受装置の軸部材1は、軸部10と、この軸部10の一端側に形成されかつ軸部10よりも大径で車輪(図示しない)の中心孔が嵌込まれる嵌合軸部30と、軸部10と嵌合軸部30との間に位置するフランジ基部23と、このフランジ基部23の外周面に外径方向へ放射状に延出された複数のフランジ部21とを一体に有する。
そして、複数のフランジ部21には、車輪を締め付けるハブボルト27が圧入によって配置されるボルト孔24が貫設されている。
また、嵌合軸部30には、フランジ部21側にブレーキロータ55に対応するブレーキロータ用嵌合部31が形成され、先端側にブレーキロータ用嵌合部31よりも若干小径で車輪に対応する車輪用嵌合部32が形成されている。
図1に示すように、車輪用転がり軸受装置(車輪用ハブユニット)に採用される車輪用転がり軸受装置の軸部材1は、軸部10と、この軸部10の一端側に形成されかつ軸部10よりも大径で車輪(図示しない)の中心孔が嵌込まれる嵌合軸部30と、軸部10と嵌合軸部30との間に位置するフランジ基部23と、このフランジ基部23の外周面に外径方向へ放射状に延出された複数のフランジ部21とを一体に有する。
そして、複数のフランジ部21には、車輪を締め付けるハブボルト27が圧入によって配置されるボルト孔24が貫設されている。
また、嵌合軸部30には、フランジ部21側にブレーキロータ55に対応するブレーキロータ用嵌合部31が形成され、先端側にブレーキロータ用嵌合部31よりも若干小径で車輪に対応する車輪用嵌合部32が形成されている。
また、この実施例1においては、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の軸部10は、フランジ部21側が大径で先端側が小径に形成された段軸状に形成され、軸部10の大径部11の外周面には、転がり軸受としての複列のアンギュラ玉軸受41の一方の内輪軌道面18が形成される。
また、軸部10の小径部12の外周面には、他方の内輪軌道面44を外周面に有する内輪体42が嵌め込まれる。さらに、軸部10の先端部には、小径部12と同径の端軸部15が延出されている。この端軸部15の先端部が径方向外方へかしめられてかしめ部17が形成されることによって小径部12の外周面に内輪体42が固定される。
また、軸部10の小径部12の外周面には、他方の内輪軌道面44を外周面に有する内輪体42が嵌め込まれる。さらに、軸部10の先端部には、小径部12と同径の端軸部15が延出されている。この端軸部15の先端部が径方向外方へかしめられてかしめ部17が形成されることによって小径部12の外周面に内輪体42が固定される。
車輪用転がり軸受装置の軸部材1の軸部10の外周面には環状空間49を保って外輪部材45が配置される。
外輪部材45の内周面には、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の内輪軌道面18、44に対応する外輪軌道面46、47が軸方向に所定間隔を保って形成される。そして、内輪軌道面18、44と外輪軌道面46、47との間には、各複数個の転動体(玉)50、51が保持器52、53によって保持されてそれぞれ転動可能に配設される。
なお、内輪軌道面18、44と外輪軌道面46、47との間に配設される各複数個の転動体(玉)50、51には、軸部10の端軸部15をかしめてかしめ部17を形成する際のかしめ力に基づいて所要とする軸方向の予圧が付与される。
また、外輪部材45の外周面の軸方向中央部には車体側フランジ48が一体に形成される。この車体側フランジ48は、車両の懸架装置(図示しない)に支持されたナックル、キャリア等の車体側部材の取付面にボルトによって締結される。
また、外輪部材45の一端部内周面にはシール部材56が圧入されて組み付けられ、このシール部材56のリップ58の先端部が、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の内輪軌道面18の肩部に隣接して形成されたシール面19に摺接される。
外輪部材45の内周面には、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の内輪軌道面18、44に対応する外輪軌道面46、47が軸方向に所定間隔を保って形成される。そして、内輪軌道面18、44と外輪軌道面46、47との間には、各複数個の転動体(玉)50、51が保持器52、53によって保持されてそれぞれ転動可能に配設される。
なお、内輪軌道面18、44と外輪軌道面46、47との間に配設される各複数個の転動体(玉)50、51には、軸部10の端軸部15をかしめてかしめ部17を形成する際のかしめ力に基づいて所要とする軸方向の予圧が付与される。
また、外輪部材45の外周面の軸方向中央部には車体側フランジ48が一体に形成される。この車体側フランジ48は、車両の懸架装置(図示しない)に支持されたナックル、キャリア等の車体側部材の取付面にボルトによって締結される。
また、外輪部材45の一端部内周面にはシール部材56が圧入されて組み付けられ、このシール部材56のリップ58の先端部が、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の内輪軌道面18の肩部に隣接して形成されたシール面19に摺接される。
次にフランジ部21の形状について詳しく説明する。このフランジ部21の形状の構成は、車輪用転がり軸受装置の軸部材1の軸部10に対し、「軸部側からみた平面視」と、「軸線方向断面で視た形状」に大別されるため、それぞれ以下に説明する。
[車輪用転がり軸受装置の軸部材1の軸部10側からみた平面視において]
図6に図示されるように、このフランジ部21は、概略、内方フランジ部21aと外方フランジ部21dとから構成されている。この外方フランジ部21dは、ボルト孔24が貫設される径方向外方領域に配置形成される部位である。また、内方フランジ部21aは、外方フランジ部21dから径方向内方に向けて連続形成される径方向内方領域に配置形成される部位である。また、内方フランジ部21aと外方フランジ部21dは、軸部10の軸線方向断面で視て、内方フランジ部21aが外方フランジ部21dより肉厚に形成されている。
図6に図示されるように、このフランジ部21は、概略、内方フランジ部21aと外方フランジ部21dとから構成されている。この外方フランジ部21dは、ボルト孔24が貫設される径方向外方領域に配置形成される部位である。また、内方フランジ部21aは、外方フランジ部21dから径方向内方に向けて連続形成される径方向内方領域に配置形成される部位である。また、内方フランジ部21aと外方フランジ部21dは、軸部10の軸線方向断面で視て、内方フランジ部21aが外方フランジ部21dより肉厚に形成されている。
この内方フランジ部21aの肉厚形状は径方向基端部位置の径方向の一定長さの範囲がもっとも肉厚形状とされると共に径方向外方に向けて漸次肉薄となるように形成されている。詳しくは、ハブボルト27のボルト座面部27a(図3参照)が支持されるボルト座面支持面21e側のフランジ面の形状が、軸部10の径方向基端部位置では、この軸部10に対して垂直、且つ、径方向に一定長さの垂直面21bの形状に形成されている。更に、垂直面21bの形状の基端部位置から径方向外方に向けて漸次肉薄となる傾斜面21cの形状とされることにより形成されている。なお、反対側のフランジ面であるローター支持面22は、前記垂直面21bに平行な垂直面形状となっている。
図7に図示されるように、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fは、車輪用転がり軸受装置の軸部材1を軸部10側から示す平面視において、ハブボルト27のボルト孔24を囲う凹状曲線部として形成されている。詳しくは、凹状曲線部は、ボルト孔24の半径より大きい曲率半径R1の単一の円弧形状で形成されており、円弧形状の曲率半径R1の中心は、複数のフランジ部21に貫設されたボルト孔24の中心を結んでできるピッチ円P上のボルト孔24の中心を通る法線N上におけるピッチ円Pの外径側に位置している。
また、内方フランジ部21aの傾斜面21cと垂直面21bとの第2のフランジ面接合部位21gは、傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fと対応する凹状曲線部(本実施例1においては、単一の円弧形状)として形成されている。
また、内方フランジ部21aの傾斜面21cと垂直面21bとの第2のフランジ面接合部位21gは、傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fと対応する凹状曲線部(本実施例1においては、単一の円弧形状)として形成されている。
この第1のフランジ面接合部位21f及び第2のフランジ面接合部位21gは、ボルト孔24の中心と同一中心であり、ボルト孔24より大きい単一の円弧形状であることが望ましい。また、凹状曲線部は、単一の円弧形状に限られず、複合円弧で構成されているものでもよい。また、図10に図示されるように、法線Nに対し直交する直線部であってもよい。この直線部の形態が本実施例1の変形例である。また、この凹状曲線部または、直線部は、第1のフランジ面接合部位21fのみに構成されているものであってもよい。
[軸部10の軸線方向断面で視たフランジ部21の形状]
図8及び図9に図示されるように、軸部10の軸線方向断面で視て、フランジ部21の基端部位置である垂直面21bから外方フランジ部21dまでの間のフランジ面形状は、外方フランジ部21dに接続される凹曲面部21hの形状を備えて構成されると共に、凹曲面部21hに対する径方向内方側には、凹曲面部21hと連続して接合される凸曲面部21iを備えて構成されている。詳しくは、傾斜面21cとボルト座面支持面21eの間の接合(すなわち、第1のフランジ面接合部位21f)は、軸部10の軸線方向断面で視て、ボルト座面支持面21eと曲率半径R2の凹曲面部21hが接合されると共に、この凹曲面部21hの径方向内方側が曲率半径R3の凸曲面部21iによって傾斜面21cと接合されている。ここで、この凸曲面部21iの曲率半径R3は、凹曲面部21hの曲率半径R2より小さい関係で形成されている。
また、垂直面21bと傾斜面21cとの間の接合(すなわち、第2のフランジ面接合部位21g)は、軸部10の軸線方向断面で視て、曲率半径R4の凸曲面部21jによって接合されている。この凸曲面部21jの曲率半径R4は、応力集中を防ぐために、凸曲面形状とされており適宜の曲率半径を選択できるものであり、本実施例の凸曲面部21jの曲率半径R4は、凸曲面部21iの曲率半径R3と同じ曲率半径が選択されている。
このように、実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材1によれば、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fが、軸部10側からみた平面視で、複数のフランジ部21に貫設されたボルト孔24の中心を結んでできるピッチ円P上のボルト孔24の中心を通る法線Nに対し直交する直線部、又は、ハブボルト27のボルト孔24を囲う凹状曲線部として形成されている。
図8及び図9に図示されるように、軸部10の軸線方向断面で視て、フランジ部21の基端部位置である垂直面21bから外方フランジ部21dまでの間のフランジ面形状は、外方フランジ部21dに接続される凹曲面部21hの形状を備えて構成されると共に、凹曲面部21hに対する径方向内方側には、凹曲面部21hと連続して接合される凸曲面部21iを備えて構成されている。詳しくは、傾斜面21cとボルト座面支持面21eの間の接合(すなわち、第1のフランジ面接合部位21f)は、軸部10の軸線方向断面で視て、ボルト座面支持面21eと曲率半径R2の凹曲面部21hが接合されると共に、この凹曲面部21hの径方向内方側が曲率半径R3の凸曲面部21iによって傾斜面21cと接合されている。ここで、この凸曲面部21iの曲率半径R3は、凹曲面部21hの曲率半径R2より小さい関係で形成されている。
また、垂直面21bと傾斜面21cとの間の接合(すなわち、第2のフランジ面接合部位21g)は、軸部10の軸線方向断面で視て、曲率半径R4の凸曲面部21jによって接合されている。この凸曲面部21jの曲率半径R4は、応力集中を防ぐために、凸曲面形状とされており適宜の曲率半径を選択できるものであり、本実施例の凸曲面部21jの曲率半径R4は、凸曲面部21iの曲率半径R3と同じ曲率半径が選択されている。
このように、実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材1によれば、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fが、軸部10側からみた平面視で、複数のフランジ部21に貫設されたボルト孔24の中心を結んでできるピッチ円P上のボルト孔24の中心を通る法線Nに対し直交する直線部、又は、ハブボルト27のボルト孔24を囲う凹状曲線部として形成されている。
[変形例2]
また上記本実施例1では、傾斜面21cとボルト座面支持面21eの間の接合(すなわち、第1のフランジ面接合部位21f)において、凸曲面部21i、凹曲面部21hの構成を示した。図11はその変形例2を示す。この変形例2は、フランジ部21の基端部位置である垂直面21bから外方フランジ部21dまでの間のフランジ面形状は、傾斜面21cが構成さていない。そして、凹曲面部21hに換えて、凹曲面部25が形成されている。また、この凹曲面部25と垂直面21b間は、曲率半径R3の凸曲面部21iで接合されている。
この凹曲面部25は、内方フランジ部21aの径方向基端部と軸部10の内輪軌道面18が交差する隅部において、内輪軌道面18に対向配置される外輪部材45(図1参照)に備えられるシール部材56(図1参照)の先端部が摺動するシール面19(シール摺動面)として形成される曲率半径R5と同じ曲率半径のR5で形成されており、この凹曲面部25は、ボルト座面支持面21e(ハブボルト27のボルト座面部27aが支持されるフランジ面)に正接して形成されている。
この凹曲面部25がボルト座面支持面21eに正接する形状は、図11に示すように、凹曲面部25の終点の径D1(換言すれば、凹曲面部25とボルト座面支持面21eとの正接点の径)より、ボルト座面支持面21eに必要な径D2(換言すれば、ボルト座面部27aがボルト座面支持面21eに当接した状態における、ボルト座面部27aの径方向内方側の端面までの径)が大きい関係で形成されている。これにより、凹曲面部25は、ボルト座面支持面21eに正接するように接合されているため、ハブボルト27から入力される荷重に伴って発生する応力集中を抑制する形状として、より一層、望ましい。
また上記本実施例1では、傾斜面21cとボルト座面支持面21eの間の接合(すなわち、第1のフランジ面接合部位21f)において、凸曲面部21i、凹曲面部21hの構成を示した。図11はその変形例2を示す。この変形例2は、フランジ部21の基端部位置である垂直面21bから外方フランジ部21dまでの間のフランジ面形状は、傾斜面21cが構成さていない。そして、凹曲面部21hに換えて、凹曲面部25が形成されている。また、この凹曲面部25と垂直面21b間は、曲率半径R3の凸曲面部21iで接合されている。
この凹曲面部25は、内方フランジ部21aの径方向基端部と軸部10の内輪軌道面18が交差する隅部において、内輪軌道面18に対向配置される外輪部材45(図1参照)に備えられるシール部材56(図1参照)の先端部が摺動するシール面19(シール摺動面)として形成される曲率半径R5と同じ曲率半径のR5で形成されており、この凹曲面部25は、ボルト座面支持面21e(ハブボルト27のボルト座面部27aが支持されるフランジ面)に正接して形成されている。
この凹曲面部25がボルト座面支持面21eに正接する形状は、図11に示すように、凹曲面部25の終点の径D1(換言すれば、凹曲面部25とボルト座面支持面21eとの正接点の径)より、ボルト座面支持面21eに必要な径D2(換言すれば、ボルト座面部27aがボルト座面支持面21eに当接した状態における、ボルト座面部27aの径方向内方側の端面までの径)が大きい関係で形成されている。これにより、凹曲面部25は、ボルト座面支持面21eに正接するように接合されているため、ハブボルト27から入力される荷重に伴って発生する応力集中を抑制する形状として、より一層、望ましい。
次に、この実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材の製造方法を製造する方法を図3、図4、及び図5の(A)〜(G)にしたがって説明する。
この実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材の製造方法は、焼鈍処理工程と、被膜処理工程と、冷間鍛造工程と、旋削工程と、熱処理工程と、研磨工程とを備えている。
先ず、焼鈍処理工程に先だって、S45C、S50C、S55C等の炭素量0.5%前後の構造用炭素鋼の丸棒材を所定長さに切断して軸状素材60を形成する(図5の(A)参照)。
そして、焼鈍処理工程において、軸状素材60を変態点以上の温度、好ましくは、変態点温度よりも20℃〜70℃程度高い温度で加熱する。
これによって、軸状素材60中の炭素成分を球状化させて球状化焼鈍することで焼鈍済み軸状素材61を形成する(図5の(B)参照)。この焼鈍済み軸状素材61は、これ自体の材料の延性が向上する。
この実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材の製造方法は、焼鈍処理工程と、被膜処理工程と、冷間鍛造工程と、旋削工程と、熱処理工程と、研磨工程とを備えている。
先ず、焼鈍処理工程に先だって、S45C、S50C、S55C等の炭素量0.5%前後の構造用炭素鋼の丸棒材を所定長さに切断して軸状素材60を形成する(図5の(A)参照)。
そして、焼鈍処理工程において、軸状素材60を変態点以上の温度、好ましくは、変態点温度よりも20℃〜70℃程度高い温度で加熱する。
これによって、軸状素材60中の炭素成分を球状化させて球状化焼鈍することで焼鈍済み軸状素材61を形成する(図5の(B)参照)。この焼鈍済み軸状素材61は、これ自体の材料の延性が向上する。
次に、被膜処理工程において、焼鈍済み軸状素材61の表面に潤滑剤を被膜処理して潤滑剤被膜36を有する被膜処理済み軸状素材62を形成する(図5の(C)参照)。
例えば、焼鈍済み軸状素材61の表面に潤滑剤としてのリン酸塩を塗布して潤滑剤被膜(リン酸塩被膜)36を有する被膜処理済み軸状素材62を形成する。
被膜処理済み軸状素材62は、その表面の潤滑剤被膜36によって、冷間鍛造の成形型と素材(材料)との間に生じる摩擦力が低減する。
そして、前記した焼鈍処理工程及び被膜処理工程を経た被膜処理済み軸状素材62は、冷間鍛造性に優れた素材となる。
例えば、焼鈍済み軸状素材61の表面に潤滑剤としてのリン酸塩を塗布して潤滑剤被膜(リン酸塩被膜)36を有する被膜処理済み軸状素材62を形成する。
被膜処理済み軸状素材62は、その表面の潤滑剤被膜36によって、冷間鍛造の成形型と素材(材料)との間に生じる摩擦力が低減する。
そして、前記した焼鈍処理工程及び被膜処理工程を経た被膜処理済み軸状素材62は、冷間鍛造性に優れた素材となる。
冷間鍛造工程は、一次冷間鍛造工程と二次冷間鍛造工程を備える。
一次冷間鍛造工程において、冷間鍛造の前方押出加工の鍛造型装置(図示しない)を用いて被膜処理済み軸状素材62を前方押出加工し、これによって、軸部(大径部11、小径部12及び端軸部15を含む)10と、中間軸部(フランジ基部23と嵌合軸部30の一部を形成する)20と、嵌合軸部(この状態では鍛造凹部35やブレーキロータ用嵌合部31が形成されていない)30を形成し、冷間鍛造の前方押出加工による一次冷間鍛造品63を製作する(図5の(D)参照)。
一次冷間鍛造工程において、冷間鍛造の前方押出加工の鍛造型装置(図示しない)を用いて被膜処理済み軸状素材62を前方押出加工し、これによって、軸部(大径部11、小径部12及び端軸部15を含む)10と、中間軸部(フランジ基部23と嵌合軸部30の一部を形成する)20と、嵌合軸部(この状態では鍛造凹部35やブレーキロータ用嵌合部31が形成されていない)30を形成し、冷間鍛造の前方押出加工による一次冷間鍛造品63を製作する(図5の(D)参照)。
次に、二次冷間鍛造工程において、冷間鍛造の側方押出加工の鍛造型装置(図示しない)を用いて一次冷間鍛造品63の嵌合軸部30の中心部端面に鍛造凹部35を形成しながら軸部10と嵌合軸部30との間に位置する中間軸部(フランジ基部23)20の外周面に複数のフランジ部21を放射状に形成し、二次冷間鍛造品64を製作する(図5の(E)参照)。
旋削工程において、二次冷間鍛造品64の一部、例えば、フランジ部21の一側面のローター支持面22と、嵌合軸部30の端面33とを旋削し、フランジ部21にボルト孔24を孔明け加工して旋削済み鍛造品65を形成する(図5の(F)参照)。
この旋削工程において、二次冷間鍛造品64の少なくとも嵌合軸部30の車輪用嵌合部32の潤滑剤被膜36は旋削することなく残す。
また、この実施例1では、図4に示すように、フランジ部21のローター支持面22の反対側面と、内輪軌道面18の肩部に隣接して形成されたシール面19と、鍛造凹部35の表面と、軸部10先端の端軸部15端面においても潤滑剤被膜36は旋削されることなく残される。そして、潤滑剤被膜36を残した分だけ旋削加工範囲が小さくなり、旋削加工が容易となる。
この旋削工程において、二次冷間鍛造品64の少なくとも嵌合軸部30の車輪用嵌合部32の潤滑剤被膜36は旋削することなく残す。
また、この実施例1では、図4に示すように、フランジ部21のローター支持面22の反対側面と、内輪軌道面18の肩部に隣接して形成されたシール面19と、鍛造凹部35の表面と、軸部10先端の端軸部15端面においても潤滑剤被膜36は旋削されることなく残される。そして、潤滑剤被膜36を残した分だけ旋削加工範囲が小さくなり、旋削加工が容易となる。
次に、熱処理(焼き入れ、焼き戻し)工程において、図5の(G)の網掛け部分に示すように、旋削済み鍛造品65の軸部10の内輪軌道面18と、この内輪軌道面18に隣接する大径部11の一部と、小径部12の外周面と、大径部11と小径部12との間の段差面とを高周波焼き入れした後、焼き戻しすることにより内輪軌道面に必要な硬さを維持しつつ、車輪用転がり軸受装置の軸部材として必要な靭性も備えた熱処理済み鍛造品66を形成する(図5の(G)参照)。
最後に、研磨工程において、熱処理済み鍛造品66の内輪軌道面18を含む熱処理部分の表面(図5の(G)に示す網掛け部分の表面)を研磨加工して車輪用転がり軸受装置の軸部材1を形成する。
このように、実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材1によれば、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fが、軸部10側からみた平面視で、複数のフランジ部21に貫設されたボルト孔24の中心を結んでできるピッチ円P上のボルト孔24の中心を通る法線Nに対し直交する直線部、又は、ハブボルト27のボルト孔24を囲う凹状曲線部として形成されている。
ところで、一般的な冷間鍛造による側方押出加工では、成形型に規制されずに側方に押出加工される場合、かかる側方押出部位の形状が、押出加工前の素材の外径と略同一の形状(本実施例1においては、図5に示す一次冷間鍛造品63の中間軸部20の外径)で押出加工されて、径方向外方に向かって凸型の形状を成している。そのため、径方向外方に向かって凹状の形状や、複雑な形状を形成する場合には、成形型で形状を規制して形成する必要があるが、側方押出成形部位と成形型の摩擦力が増すため、成形面の割れ等の成形不良を考慮しなければならず、成形に困難性を有していた。
ところが、本実施例1において冷間鍛造の押出加工を施す素材として用いられる被膜処理済み軸状素材62は、炭素成分を球状化させる球状化焼鈍を施して材料の延性が向上されており、且つ、リン酸塩被膜をすることで冷間鍛造の成形型との間に生じる摩擦力が低減されたものである。そのため、第1のフランジ面接合部位21fを上記のような形状とすることができる。
これにより、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fの各位置から、ハブボルト27の中心までの距離差を上記した一般的な冷間鍛造による側方押出加工で成形される場合に比べ小さくすることができるため、フランジ部21に入力される荷重によって発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。
ところで、一般的な冷間鍛造による側方押出加工では、成形型に規制されずに側方に押出加工される場合、かかる側方押出部位の形状が、押出加工前の素材の外径と略同一の形状(本実施例1においては、図5に示す一次冷間鍛造品63の中間軸部20の外径)で押出加工されて、径方向外方に向かって凸型の形状を成している。そのため、径方向外方に向かって凹状の形状や、複雑な形状を形成する場合には、成形型で形状を規制して形成する必要があるが、側方押出成形部位と成形型の摩擦力が増すため、成形面の割れ等の成形不良を考慮しなければならず、成形に困難性を有していた。
ところが、本実施例1において冷間鍛造の押出加工を施す素材として用いられる被膜処理済み軸状素材62は、炭素成分を球状化させる球状化焼鈍を施して材料の延性が向上されており、且つ、リン酸塩被膜をすることで冷間鍛造の成形型との間に生じる摩擦力が低減されたものである。そのため、第1のフランジ面接合部位21fを上記のような形状とすることができる。
これにより、内方フランジ部21aに形成される傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fの各位置から、ハブボルト27の中心までの距離差を上記した一般的な冷間鍛造による側方押出加工で成形される場合に比べ小さくすることができるため、フランジ部21に入力される荷重によって発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。
また、内方フランジ部21aの傾斜面21cと垂直面21bとの第2のフランジ面接合部位21gは、傾斜面21cと外方フランジ部21dとの第1のフランジ面接合部位21fと対応する形状となる。そのため、垂直面21bと外方フランジ部21dの2点間距離が均一になるため、フランジ部21を側方押出加工によって外径方向へ放射状に延出形成する際の鍛造流動性の向上を図ることができる。
また、凹状曲線部は、ボルト孔24の半径より大きい曲率半径R1の単一の円弧形状で形成されており、円弧形状の曲率半径R1の中心は、法線N上における、ボルト孔24の中心又は、ピッチ円Pの外径側に位置することが望ましい。これにより、形状を複雑にすることなく、フランジ部21に入力される荷重によって発生する応力の局部的な集中(応力集中)を抑制することができる。
また、図9に図示されるように、凸曲面部21iと凹曲面部21hとを連続して配設することで、傾斜面21cがボルト座面支持面21eと干渉することなく、傾斜面21cの配設位置を変えて、内方フランジ部21aの傾斜面21cの部位の肉厚を増加することができる。すなわち、一般的な冷間鍛造の形成において、内方フランジの傾斜面とボルト座面支持面21eを接合した形状は、図9の図中、仮想線で示した位置となり、かかる仮想線の傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離T2としている。これに対し、本実施例においては、凸曲面部21iと凹曲面部21hとを連続して配設することで、傾斜面21cと嵌合軸部30の基端部の間の距離T1は、T2より肉厚とすることができる。また、凹曲面部21hの曲率半径R2は、凸曲面部21iの曲率半径R3より大きいため、ハブボルト27から入力される荷重に伴って発生する応力集中を抑制することができる。
また、この実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材の製造方法によれば、冷間鍛造工程(一次及び二次冷間鍛造工程)の前工程である被膜処理工程のさらに前工程の焼鈍処理工程において、S45C、S50C、S55C等の構造用炭素鋼の丸棒材よりなる軸状素材60を変態点以上の温度で加熱し、焼鈍することで、材料の延性が向上した焼鈍済み軸状素材61を形成する。
その後、被膜処理工程において、焼鈍済み軸状素材61の表面に、冷間鍛造の成形型との間に生じる摩擦力を低減する潤滑剤被膜36を施して被膜処理済み軸状素材62を形成する。
これによって、被膜処理済み軸状素材62は、鍛造性に優れた素材となる。
このため、その後の冷間鍛造工程においては、特許文献1に記載された一次、二次、及び三次の冷間鍛造が必要な製造方法と比べ、鍛造回数を少なくすることができる。
この実施例1では、一次冷間鍛造工程と二次冷間鍛造工程の二回の冷間鍛造工程によって、軸部10と、嵌合軸部30と、複数のフランジ部21とを一体に有する冷間鍛造品(二次冷間鍛造品64)を容易に形成することができる。
この結果、冷間鍛造の回数や冷間鍛造に要する鍛造型装置を軽減してコスト低減を図ることができる。
その後、被膜処理工程において、焼鈍済み軸状素材61の表面に、冷間鍛造の成形型との間に生じる摩擦力を低減する潤滑剤被膜36を施して被膜処理済み軸状素材62を形成する。
これによって、被膜処理済み軸状素材62は、鍛造性に優れた素材となる。
このため、その後の冷間鍛造工程においては、特許文献1に記載された一次、二次、及び三次の冷間鍛造が必要な製造方法と比べ、鍛造回数を少なくすることができる。
この実施例1では、一次冷間鍛造工程と二次冷間鍛造工程の二回の冷間鍛造工程によって、軸部10と、嵌合軸部30と、複数のフランジ部21とを一体に有する冷間鍛造品(二次冷間鍛造品64)を容易に形成することができる。
この結果、冷間鍛造の回数や冷間鍛造に要する鍛造型装置を軽減してコスト低減を図ることができる。
また、旋削工程において、冷間鍛造品(二次冷間鍛造品64)の少なくとも嵌合軸部30の車輪用嵌合部32の潤滑剤被膜36は旋削することなく残す。そして、車輪用嵌合部32の外周面に残存する潤滑剤被膜36によって、車輪用嵌合部32と、この車輪用嵌合部32に嵌合される車輪(例えば、アルミ合金製ホイール)との間の接触部で発生する異種金属接触腐食や固着を防止することができる。
この結果、車輪用嵌合部32の外周面に、異種金属接触腐食を防止するための塗装やワックス塗布が不要となる。
この結果、車輪用嵌合部32の外周面に、異種金属接触腐食を防止するための塗装やワックス塗布が不要となる。
また、この実施例1に係る車輪用転がり軸受装置の軸部材の製造方法によって製造された車輪用転がり軸受装置の軸部材1は、嵌合軸部30の車輪用嵌合部32の外周面に潤滑剤被膜36が設けられるため、車輪(例えば、アルミ合金製ホイール)との間の接触部で発生する異種金属接触腐食や固着を防止することができる。
以上、本発明の実施形態について実施例1について説明したが、本発明の車輪用転がり軸受装置の軸部材は、本実施の形態に限定されず、その他各種の形態で実施することができるものである。
1 車輪用転がり軸受装置の軸部材
10 軸部
11 軸部の大径部
12 軸部の小径部
15 軸部の端軸部
17 かしめ部
18 内輪軌道面
19 シール面
20 中間軸部
21 フランジ部
21a 内方フランジ部
21b 垂直面
21c 傾斜面
21d 外方フランジ部
21e ボルト座面支持面
21f 第1のフランジ面接合部位
21g 第2のフランジ面接合部位
21h 凹曲面部
21i 凸曲面部
21j 凸曲面部
22 ローター支持面
23 フランジ基部
24 ボルト孔
25 凹曲面部
27 ハブボルト
27a ボルト座面部
30 嵌合軸部
31 ブレーキロータ用嵌合部
32 車輪用嵌合部
33 嵌合軸部の端面
35 鍛造凹部
36 潤滑剤被膜
41 アンギュラ玉軸受
42 内輪体
44 内輪軌道面
45 外輪部材
46 外輪軌道面
47 外輪軌道面
48 車体側フランジ
49 環状空間
52 保持器
53 保持器
55 ブレーキロータ
56 シール部材
58 リップ
60 軸状素材
61 焼鈍済み軸状素材
62 被膜処理済み軸状素材
63 一次冷間鍛造品
64 二次冷間鍛造品
65 旋削済み鍛造品
66 熱処理済み鍛造品
D1 凹曲面部の終点の径
D2 ボルト座面支持面に必要な径
T1 傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離
T2 通常形成される傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離
R1 円弧形状の曲率半径
R2 凹曲面部の曲率半径
R3 凸曲面部の曲率半径
R4 凸曲面部の曲率半径
R5 凹曲面部の曲率半径
10 軸部
11 軸部の大径部
12 軸部の小径部
15 軸部の端軸部
17 かしめ部
18 内輪軌道面
19 シール面
20 中間軸部
21 フランジ部
21a 内方フランジ部
21b 垂直面
21c 傾斜面
21d 外方フランジ部
21e ボルト座面支持面
21f 第1のフランジ面接合部位
21g 第2のフランジ面接合部位
21h 凹曲面部
21i 凸曲面部
21j 凸曲面部
22 ローター支持面
23 フランジ基部
24 ボルト孔
25 凹曲面部
27 ハブボルト
27a ボルト座面部
30 嵌合軸部
31 ブレーキロータ用嵌合部
32 車輪用嵌合部
33 嵌合軸部の端面
35 鍛造凹部
36 潤滑剤被膜
41 アンギュラ玉軸受
42 内輪体
44 内輪軌道面
45 外輪部材
46 外輪軌道面
47 外輪軌道面
48 車体側フランジ
49 環状空間
52 保持器
53 保持器
55 ブレーキロータ
56 シール部材
58 リップ
60 軸状素材
61 焼鈍済み軸状素材
62 被膜処理済み軸状素材
63 一次冷間鍛造品
64 二次冷間鍛造品
65 旋削済み鍛造品
66 熱処理済み鍛造品
D1 凹曲面部の終点の径
D2 ボルト座面支持面に必要な径
T1 傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離
T2 通常形成される傾斜面と嵌合軸部の基端部の間の距離
R1 円弧形状の曲率半径
R2 凹曲面部の曲率半径
R3 凸曲面部の曲率半径
R4 凸曲面部の曲率半径
R5 凹曲面部の曲率半径
Claims (2)
- 外周面に内輪軌道面が形成される軸部と、この軸部の一端側に形成される嵌合軸部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間に位置し、外径方向へ放射状に延出されて、ハブボルトが配置されるボルト孔が貫設される複数のフランジ部とを有する車輪用転がり軸受装置の軸部材であって、
前記フランジ部は、冷間鍛造によって形成されており、
前記フランジ部は、前記ボルト孔が貫設される径方向外方領域の外方フランジ部と、
該外方フランジ部から径方向内方に向けて連続形成される径方向内方領域の内方フランジ部とから成っており、
軸線方向断面で視て内方フランジ部は外方フランジ部より肉厚に形成されており、
該内方フランジ部の肉厚形状は径方向基端部位置の径方向の一定長さの範囲がもっとも肉厚形状とされると共に径方向外方に向けて漸次肉薄となるように、前記ハブボルトのボルト座面部が配設される側のフランジ面形状が、径方向基端部位置では径方向に一定長さの垂直面形状とされると共に該垂直面形状の基端部位置から前記外方フランジ部までの間のフランジ面形状として前記外方フランジ部に接続される凹曲面形状を備えると共に、前記凹曲面部に対する径方向内方側には、前記凹曲面部と連続して接合される凸曲面部を備えており、該凸曲面部の曲率半径は、前記凹曲面部の曲率半径より小さいことを特徴とする車輪用転がり軸受装置の軸部材。 - 請求項1に記載の車輪用転がり軸受装置の軸部材であって、
前記凹曲面部の形状は、内方フランジ部の径方向基端部と前記軸部の内輪軌道面が交差する隅部において、前記内輪軌道面に対向配置される外輪部材に備えられるシール部材の先端部が摺動するシール摺動面として形成される凹曲面部と同じ凹曲面部で形成されており、該凹曲面部は、前記ハブボルトのボルト座面部が支持されるフランジ面に正接して形成されていることを特徴とする車輪用転がり軸受装置の軸部材。
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