JP4940528B2 - 軸受装置およびこれの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用ハブユニットなど、軸体の外周に転がり軸受を装着する軸受装置およびこれの製造方法に関する。

車両用のハブユニットは、一般に、ハブホイールの軸体に対して複列転がり軸受が抜け止めされる形態でその外周に装着される構造を有する。

ハブホイールの軸体は、その自由端側に、前記軸受の抜け止めに使用される円筒部を備える。この円筒部は、かしめ治具を用いて径方向外向きに屈曲変形されて、軸受が備える内輪の外端面にかしめつけられてかしめ部とされる。軸受は、このかしめ部により、ハブホイールから抜け止めされる。同時に、軸受の内輪は、このかしめ部から予圧を付与される。

上記ハブユニットの場合、かしめ部の表面に、クラックが発生することがある。このクラックは、ハブユニットの性能に影響する可能性がある。そのため、ハブユニットの製造後に、その全台数分に対しクラックの発生率についての検査が行われる。

この場合、クラックそのものが微小であるため、検査機械を用いた検査それ自体が微視的な作業で手間がかかる。その上、従来のハブユニットの場合、クラック発生率にばらつきがある。そのため、クラック発生率検査に多大な時間がかかる。これは、ハブユニットの製造効率に大きく影響する。

本発明は、上記クラックの発生率を高精度に管理把握できるようにした軸受装置およびその製造方法を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記クラックの発生率を所定未満に抑制可能とした軸受装置およびその製造方法を提供することを他の目的とする。

本発明のさらに他の目的、特徴、利点は、後述から明らかであろう。

本発明の軸受装置は、自由端側に加工形成されたかしめ用の円筒部を有する軸体と、前記軸体の外周に外嵌装着される転がり軸受とを有し、前記円筒部は、径方向外向きに屈曲変形されて、前記転がり軸受が備える内輪の外端面に対してかしめつけられており、かつ、前記加工によりその内周面の表層に残留する応力が、前記内周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定されているとともに、前記円筒部が、旋削加工により形成され、前記残留応力が、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に発生する旋削加工痕の形状により、設定されている。

前記円筒部の形態は、自由端に向けて径方向肉厚が一様なもの、薄くなるもの、途中で段階的に変化するものなど、あらゆる形態を含む。

前記残留応力は、引張応力に限定されるものではなく、圧縮応力も含む。

前記クラックは、その大小を問わず、また、表面に発生するクラックに限定されるものではなく、内部に広がるクラックなど、あらゆる発生形態のクラックを含む。

前記所定未満には、ゼロを含んでもよいし、ゼロを含まなくてもよい。

前記加工にはバイトを用いて行う旋削加工を含む。

本発明の好ましい実施態様として、前記円筒部が、ローリングかしめにより径方向外向きに屈曲変形されている。

本発明の好ましい実施態様として、前記残留応力が、５ｋｇｆ／ｍｍ²以下に設定されている。

本発明の好ましい実施態様として、前記残留応力が、１０ｋｇｆ／ｍｍ²以下に設定されている。

軸体の自由端側に加工具を用いて円筒部を形成するとき、加工熱が発生する。この加工熱が高すぎて、円筒部が過熱されると、円筒部の内周面表面の組織が若干硬くなるなどして変質される。この加工変質した表層には、応力が残留しやすい。そして、この残留応力の値に依存して、円筒部を径方向外向きに屈曲するときに、クラックが発生しやすい。

本発明の軸受装置の場合、このようなクラックの発生態様に基づいて前記残留応力を設定したから、クラック発生率を所定未満に抑制することができる。

したがって、本発明の軸受装置では、円筒部における残留応力の管理により、クラックの発生率を抑制することにより、クラック発生率が所定未満の軸受装置を提供することができる。その結果、クラック発生率に対する検査をなくすことができる。これによって、その製造効率を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の実施形態に従うかしめ前のハブユニットの縦断断面図である。 本発明を実施するための最良の実施形態に従うかしめ後のハブユニットの縦断断面図である。 かしめ作業の説明に供するハブユニットの縦断断面図である。 図１の円筒部内周面表層の部分拡大図である。 かしめ用円筒部をかしめる際にハブユニットに対してクラックの発生率を示す図である。 本発明を実施するための他の実施形態に従うハブユニットの縦断断面図である。 本発明を実施するためのさらに他の実施形態に従うハブユニットの縦断断面図である。 本発明を実施するためのさらに他の実施形態に従うハブユニットの縦断断面図である。 本発明を実施するためのさらに他の実施形態に従うハブユニットの縦断断面図である。 本発明を実施するためのさらに他の実施形態に従うハブユニットの縦断断面図である。

図１〜図５は、本発明の最良の実施形態に係るハブユニットに係り、図１は、ハブユニットのかしめ前の縦断断面図、図２は、ハブユニットのかしめ後の縦断断面図、図３は、かしめ作業の説明に供するハブユニットの縦断断面図、図４は、円筒部内周面表層の部分拡大図、図５は、円筒部をかしめる際にハブユニットに対してクラックの発生率を示す図である。

これらの図において、車両用ハブユニット１は、ハブホイール２と、転がり軸受の一例としての複列外向きアンギュラ玉軸受３とを有する。

ハブホイール２は、軸体４とフランジ５とを有する。

軸体４は、その自由端側に軸方向の円筒部６を有する。この円筒部６の内周面は、軸方向に一致し、その径方向肉厚はほぼ一様である。

フランジ５は、軸体４の外周に径方向外向きに設けられている。フランジ５は、円周数箇所にボルト挿通孔７が形成されている。不図示のディスクブレーキ装置のディスクロータや車輪は、ボルトを介して、フランジ５の片面に沿って軸体４の他方軸端に取り付け可能となっている。

軸体４の外周面に軸受３が外嵌装着される。

軸受３は、軸体４の外周面に外嵌される一方内輪８と、二列軌道を有する単一な外輪９と、転動体として二列で配設される複数の玉１０と、二つの冠型保持器１１とを有する。軸受３はまた、軸体４の外周面を他方内輪とする。外輪９の外周面には、径方向外向きのフランジ１２が設けられている。

ハブユニット１は、フランジ１２を介して、不図示の車軸に非回転に取り付けられる。ハブホイール２の軸体４における自由端側の円筒部６は、図１の状態から図２の状態に径方向外向きに屈曲変形され、軸受３の内輪８の外端面にかしめつけられる。

このかしめつけは、図３のようにして行われる。

ハブユニット１は、基台１３上に固定治具１４を介して不動に載置される。

かしめ治具１５が、円筒部６の内周面にあてがわれた状態で、所要のローリング角度αで矢印向きにローリングされる。これによって、円筒部６は、径方向外向きに屈曲変形されて、軸受３が備える内輪８の外端面にかしめつけられてかしめ部とされる。これによって、軸受３は、ハブホイール２から抜け止めされて装着される。また、このかしめ部から軸受３の内輪８に予圧が付与される。

上記構造を有するハブユニット１について、本発明者は、前記かしめ部とされた円筒部６の内周面におけるクラックの発生原因について以下の研究を行ない、本発明を完成するに至った。

すなわち、円筒部６は、加工の一形態として、不図示の旋削加工具例えばバイトを用いた旋削加工により形成される。図４で示すように、円筒部６の内周面の表層６ａは、旋削加工時における旋削加工具との摩擦に伴ない発生する熱（加工熱）が過熱状態のとき、その過熱程度に対応してその組織が若干硬くなるなどして変質される。この変質された表層６ａを説明の都合で加工変質層と称する。

加工変質層６ａは、実測によれば、最表面から約３〜５μｍ程度の深さを有する。加工変質層６ａは、旋削加工具により、加工熱を加えられ、かつ、旋削加工方向に圧縮や引っ張りを受ける。そのため、冷却後の円筒部の加工変質層６ａには応力が残留した状態となる。この残留応力は、実測によれば、旋削加工の形態によって周方向の圧縮応力となったり、引張応力となる。

また、加工変質層６ａの表面には、旋削加工により周方向には筋状となる旋削加工痕が形成されている。旋削加工痕の形状は、円筒部６の内周面の表層表面に、旋削加工によりつけられる周方向の筋目６ｂである。その筋目６ｂは、軸方向に沿って凹凸６ｃを構成し、旋削加工の形態に対応した凹凸ピッチＰを有する。

この加工変質層６ａは、この凹凸６ｃの表面に沿う深さで発生する。

この凹凸ピッチＰは、旋削加工具の軸方向送り速度や旋削時におけるワークとしての円筒部６の回転速度など、旋削加工の態様に対応して軸方向に所要のピッチ（凹凸ピッチ）Ｐを有する。

そして、実測によれば、加工変質層６ａ内の残留応力は、凹凸ピッチＰと表面粗さ（Ｒｚ）とに対応ないしはほぼ対応する。さらに、実測によれば、旋削条件を種々変更すると、その残留応力の大きさに依存して、クラックの発生率が変化する。

このクラックは、加工変質層６ａの表面に発生する。

旋削条件を種々変更して実測した結果を図５に示す。図５において、横軸は、前記凹凸ピッチＰ（μｍ）を示す。縦軸は、円筒部６の内周面の加工変質層６ａの表面粗さ（Ｒｚ）を示す。

表面粗さは、一般に、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ０６０１で、中心線平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｍａｘ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）の３種類が規定されている。本発明では、それらのうち、加工変質層６ａの表面粗さを、十点平均粗さ（Ｒｚ）であらわす。

図５に示される領域Ｓ１〜Ｓ４を説明する。なお、この領域Ｓ１〜Ｓ４は、クラック発生率をゼロ、０．５％未満、０．５％以上１．０％未満、１．０％以上とする１つの例であり、必要に応じて、これより少なく、あるいは、これより多くの領域に分類してもよい。

図５は、旋削加工により円筒部６の内周面表層６ａに形成される旋削加工痕の形状である凹凸６ｃと、内周面表層６ａの表面粗さＲｚとの組み合わせにより設定される複数のクラック発生率管理領域Ｓ１〜Ｓ４を示す。

領域Ｓ１は、粗さＲｚが１２．５μｍ以下でかつ凹凸ピッチＰが１５０μｍ以下の組み合わせとなる領域であり、残留応力がゼロないし圧縮応力である。領域Ｓ１でのクラック発生率は、ゼロである。ここで、圧縮応力を負の応力とすると、引張応力は正の応力となる。これによると、領域Ｓ１での残留応力は、ゼロないし負の応力となる。

領域Ｓ２は、粗さＲｚが１２．５μｍ以下でかつ凹凸ピッチＰが１５０〜１９０μｍの組み合わせとなる領域であり、残留応力はゼロより正側の応力つまり引張応力となる。この引張応力の大きさは５ｋｇｆ／ｍｍ²以下である。残留応力が引張応力、つまり正の応力となってもその大きさが５ｋｇｆ／ｍｍ²以下であると、領域Ｓ２におけるクラック発生率は、ゼロではないが、０．５％未満にとどまる。

領域Ｓ３は、粗さＲｚが１２．５μｍ〜１５μｍでかつ凹凸ピッチＰが１９０μｍ以下の領域３１と、粗さＲｚが１５μｍ以下でかつ凹凸ピッチＰが１９０〜２５０μｍの領域３２とを含む組み合わせとなる。領域Ｓ３における残留応力は正側の応力つまり引張応力となる。この引張応力の大きさは５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ²である。領域Ｓ３におけるクラック発生率は、領域Ｓ２よりも大きく０．５％以上となるが１．０％未満にとどまる。

領域Ｓ４は、前記各領域Ｓ１〜Ｓ３外の領域である。領域Ｓ４における残留応力は、正側の応力つまり引張応力となる。この引張応力の大きさは１０ｋｇｆ／ｍｍ²以上である。領域Ｓ４におけるクラック発生率は、各領域の中で最大となり、１．０％以上となる。

上記のことから、ハブユニット１のユーザーが、クラック発生率ゼロのハブユニット１を要求するときは、領域Ｓ１を選択し、それに対応して残留応力ゼロあるいは圧縮応力に設定する。この設定に対応して円筒部６を旋削加工により形成する。

クラック発生率０．５％未満のハブユニット１を要求するときは、領域Ｓ２を選択し、それに対応して残留応力を５ｋｇｆ／ｍｍ²以下に設定する。この設定に対応して円筒部６を旋削加工により形成する。

クラック発生率１％未満のハブユニット１を要求するときは、領域Ｓ３を選択し、それに対応して残留応力を１０ｋｇｆ／ｍｍ²以下に設定する。この設定に対応して円筒部６を旋削加工により形成する。

上記によると、高い旋削速度で円筒部６が加工されていると、残留応力が大きくなっている。したがって、このような円筒部６を有する軸体４の場合、内輪８の外端面に対するかしめつけに伴なうクラックの発生率は大きくなる。

一方、低い旋削速度で円筒部６が加工されていると、残留応力が小さくなっている。したがって、このような円筒部６を有する軸体４を有する場合、内輪８の外端面に対するかしめつけに伴なうクラックの発生率は小さくなる。

なお、円筒部６をかしめつけると、残留応力が圧縮応力の場合は、そのまま、円筒部６に残留するが、残留応力が引張応力の場合は、クラックの発生で残留応力がなくなる。

以上のようにして本実施の形態のハブユニット１によれば、円筒部６における残留応力を管理して設定することにより、その製造段階で、クラック発生の態様を把握できるので、その製造後にハブユニット１の全数検査を行う必要がなくなる。これによって、ハブユニット１の製造能率の向上や製造コストの低減を図れる。
（他の実施形態）
（１）本発明は、実施形態のハブユニット１に限定されるものではなく、図６ないし図１０に示されるハブユニットにも同様に適用することができる。これらの図において、図１と対応する部分には同一の符号を付している。

図６のハブユニット１Ａの場合、軸体４が中空とされた駆動輪型とされる。このハブユニット１Ａは、軸体４の構造を除いて、図１のハブユニット１と同様の構造を有する。

図７のハブユニット１Ｂの場合、軸受３が軸方向隣り合う形態で二つの内輪８，８ａを備えた従動輪型とされる。このハブユニット１Ｂは、内輪８ａを備え、これに対応する軸体４の構造を除いて、図１のハブユニット１とほぼ同様の構造を有する。

図８のハブユニット１Ｃの場合、軸受３が軸方向隣り合う形態で二つの内輪８，８ａを備えた駆動輪型とされる。このハブユニット１Ｃは、内輪８ａを備え、これに対応する軸体４の構造を除いて、図１のハブユニット１とほぼ同様の構造を有する。

図９のハブユニット１Ｄの場合、中空の軸体４に等速ジョイント２０の外輪２１が一体と設けられた駆動輪型とされる。

図１０のハブユニット１Ｅの場合、軸受３が、複列外向き円錐ころ軸受とされた従動輪型とされる。この軸受３は、二列の転走面を有する単一の外輪９と、この二列の転走面に配列される複数の円錐ころ１０ａと、単一の転走面を有しかつハブホイール２の軸体４の外周面に嵌合される内輪８とを含む。図７〜９の場合基台１３上に直接ハブユニットを載置しているが、これに限定されるものでなく、図６に示すように、固定治具１４を介して基台１３上に載置してもよい。

また、図１０のハブユニットにおいて、不図示であるが、軸受３が、軸方向隣り合う形態で２つの内輪を備えてもよいし、ハブホイールの軸体が、中空である従動輪型でもよい。

これら図６ないし図１０それぞれのハブユニット１Ａ〜１Ｅの場合、軸体４の自由端側に設けられる円筒部６それぞれは、上述の実施形態のハブユニット１のそれと同様にして、ローリングかしめにより径方向外向きに屈曲変形されて、軸受３が備える内輪８の外端面に対してかしめつけられる。

各円筒部６それぞれは、その内周面が、旋削加工により形成されている。

これら各円筒部６それぞれは、旋削加工によりその表層に残留する応力が、上述実施形態と同様に設定される。

本発明によれば、ディスクブレーキ装置のディスクロータおよび車輪が取り付けられる車両用ハブユニットやその他の軸受装置およびその製造方法に適用することできる。

３ 転がり軸受
４ 軸体
６ 円筒部
８ 内輪

Claims (21)

1. 自由端側に加工形成されたかしめ用の円筒部を有する軸体と、前記軸体の外周に外嵌装着される転がり軸受と、
   を有し、
   前記円筒部は、径方向外向きに屈曲変形されて、前記転がり軸受が備える内輪の外端面に対してかしめつけられており、かつ、前記加工によりその内周面の表層に残留する応力が、前記内周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定されているとともに、
   前記円筒部が、旋削加工により形成され、
   前記残留応力が、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に発生する旋削加工痕の形状により、設定されている軸受装置。
2. 前記旋削加工痕の形状が、前記円筒部内周面の表層表面に旋削加工によりつけられる周方向の筋目であり、その筋目により形成される前記表層表面の軸方向における凹凸が有するピッチ（凹凸ピッチ）が、前記残留応力に従って設定されている請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記残留応力が、前記凹凸ピッチと前記表層表面の粗さとの組み合わせにより設定されるクラック発生率に基づいて設定されている請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記組み合わせが、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下である請求項３に記載の軸受装置。
5. 前記組み合わせが、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下の組み合わせと、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０〜１９０μｍの組み合わせとを少なくとも有し、いずれか一方の組み合わせが選択されている請求項３に記載の軸受装置。
6. 自由端側に軸方向の円筒部を有する軸体と、
   前記軸体の外周に外嵌装着される転がり軸受と
   を有し、
   前記円筒部は、旋削加工により形成されており、かつ、ローリングかしめにより径方向外向きに屈曲変形されて、前記転がり軸受が備える内輪の外端面に対してかしめつけられており、
   前記円筒部は、前記旋削加工によりその表層に残留する応力が、前記内周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定されており、
   前記残留応力が、前記円筒部内周面の表層に形成される旋削加工痕の形状と前記表層表面の粗さとの組み合わせにより設定されるクラックの発生率に基づいて設定されている軸受装置。
7. 自由端側に軸方向の円筒部を有する軸体と、前記軸体の外周に外嵌装着された転がり軸受とを含む軸受装置の製造方法において、
   前記円筒部を加工形成する第１ステップと、
   前記第１ステップにより形成した円筒部を径方向外向きに屈曲変形して前記転がり軸受が備える内輪の外端面に対してかしめつける第２ステップと、
   を有し、
   前記第１ステップが、前記円筒部の内周面における表層に残留する応力を、前記内周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定する態様で、前記加工を行うものであり、
   その第１ステップにおける前記加工が、前記円筒部を、旋削加工により形成する加工であり、
   前記残留応力を、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に発生する旋削加工痕の形状に対応させて設定する軸受装置の製造方法。
8. 前記旋削加工痕の形状を、前記円筒部内周面の表層表面に旋削加工によりつけられる周方向の筋目とし、その筋目により形成される前記表層表面の軸方向における凹凸により構成されるピッチ（凹凸ピッチ）を、前記残留応力に従って設定する請求項７に記載の軸受装置の製造方法。
9. 前記残留応力を、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に形成される旋削加工痕の形状と、前記表層表面の粗さとに対応させて設定する請求項７に記載の軸受装置の製造方法。
10. 前記旋削加工痕の形状が、前記円筒部内周面の表層表面に旋削加工によりつけられる周方向の筋目であり、かつ、その筋目は、前記表層表面の軸方向に沿って凹凸を構成する請求項９に記載の軸受装置の製造方法。
11. 前記残留応力を、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に形成される旋削加工痕の形状と、前記表層表面の粗さとの組み合わせにより設定されるクラック発生率に基づいて設定する請求項７に記載の軸受装置の製造方法。
12. その外周に転がり軸受装置が外嵌装着される軸受装置用軸体であって、
    自由端側に径方向外向きに屈曲変形されて、前記転がり軸受が備える内輪の外端面に対してかしめつけられる円筒部を有し、
    前記円筒部は、加工により形成されるとともに、その加工によりその内周面の表層に残留する応力が、前記内周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定されており、
    前記円筒部が、旋削加工により形成されているとともに、
    前記残留応力が、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に発生する旋削加工痕の形状により、設定されている軸受装置用軸体。
13. 前記旋削加工痕の形状が、前記円筒部内周面の表層表面に旋削加工によりつけられる周方向の筋目であり、その筋目により形成される前記表層表面の軸方向における凹凸により構成されるピッチ（凹凸ピッチ）が、前記残留応力に従って設定されている請求項１２に記載の軸受装置用軸体。
14. 前記残留応力が、前記凹凸ピッチと前記表層表面の粗さとの組み合わせにより設定されるクラック発生率に基づいて設定される請求項１３に記載の軸受装置用軸体。
15. 前記組み合わせが、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下である請求項１４に記載の軸受装置用軸体。
16. 前記組み合わせが、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下の組み合わせと、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０〜１９０μｍの組み合わせとを少なくとも有し、いずれか一方の組み合わせが選択されている請求項１５に記載の軸受装置用軸体。
17. その外周に転がり軸受が装着され、かつ、その自由端側に、径方向外向きに屈曲変形されて前記転がり軸受が備える内輪の外端面にかしめつけられる円筒部を備えた軸受装置用軸体の製造方法であって、
    前記円筒部を、加工により形成するとともに、その加工によりその内周の表層に残留する応力を、前記円周面におけるクラックの発生率を所定未満に抑制する値に設定し、
    前記円筒部を、旋削加工により形成するとともに、
    前記残留応力を、前記旋削加工により前記円筒部内周面の表層に発生する旋削加工痕の形状により、設定する軸受装置用軸体の製造方法。
18. 前記旋削加工痕の形状が、前記円筒部内周面の表層表面に旋削加工によりつけられる周方向の筋目であり、その筋目により形成される前記表層表面のの軸方向における凹凸により構成されるピッチ（凹凸ピッチ）が、前記残留応力に従って設定する請求項１７に記載の軸受装置用軸体の製造方法。
19. 前記残留応力を、前記凹凸ピッチと前記表層表面の粗さとの組み合わせにより設定されるクラック発生率に基づいて設定する請求項１８に記載の軸受装置用軸体の製造方法。
20. 前記組み合わせを、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下に設定する請求項１９に記載の軸受装置用軸体の製造方法。
21. 前記組み合わせを、少なくとも、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０μｍ以下の組み合わせと、前記粗さ１２．５μｍ以下でかつ前記凹凸ピッチ１５０〜１９０μｍの組み合わせとし、いずれか一方の組み合わせを選択する請求項１９に記載の軸受装置用軸体の製造方法。

Images