JP5182144B2

JP5182144B2 - 軌道輪部材の製造方法

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Publication number: JP5182144B2
Application number: JP2009037586A
Authority: JP
Inventors: 一登小林; 寛小山; 雄介春菜
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010190378A

Description

この発明は、自動車の車輪及びブレーキディスク等の制動用回転部材を懸架装置に対して回転自在に支持する為に利用する、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する軌道輪部材の製造方法の改良に関する。本発明の製造方法の対象となる軌道輪は、内周面の軸方向２個所位置に背面組み合わせ型で複列の外輪軌道を、外周面に外向フランジを、それぞれ備えたものである。この様な軌道輪部材は、上記車輪支持用転がり軸受ユニットが内輪回転型の場合には、懸架装置に結合固定される外輪が、同じく外輪回転型の場合には、車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転するハブが、それぞれ相当する。

自動車の車輪を構成するホイール、及び、制動用回転部材であるディスク或いはドラムを、懸架装置を構成するナックルに回転自在に支持する為に、車輪支持用転がり軸受ユニットが広く使用されている。この様な車輪支持用転がり軸受ユニットとして一般的には、図４に示した内輪回転型のものが使用されているが、一部では、図５に示した様な外輪回転型のものも使用されている。

先ず、図４に示した、内輪回転型で従動輪（ＦＲ車及びＭＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪２の内径側にハブ３を、複数の転動体４、４を介して、回転自在に支持している。使用状態では、上記外輪２を上記ナックルに結合固定し、上記ハブ３に車輪及び制動用回転部材を支持固定する。この為に、上記外輪２の内周面の２個所位置に複列の外輪軌道５、５を、外周面に、特許請求の範囲に記載した外向フランジである取付部６を、それぞれ形成している。一方、上記ハブ３の外周面には、上記外輪２よりも軸方向外方に突出した外端寄り部分に、車輪及び制動用回転部材を支持固定する為の支持フランジ７を、軸方向中間部乃至内端寄り部分に複列の内輪軌道８、８を、それぞれ形成している。そして、これら両列の内輪軌道８、８と上記両列の外輪軌道５、５との間に、両列毎に複数個ずつの転動体４、４を配置して、上記外輪２の内径側での上記ハブ３の回転を自在としている。

又、図５に示した、外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａは、それぞれの外周面に内輪軌道８、８を形成した１対の内輪９、９の周囲にハブ１０を、複数個の転動体４、４を介して回転自在に支持している。使用状態では上記両内輪９、９を、懸架装置に設けた車軸に外嵌固定し、上記ハブ１０に車輪及び制動用回転部材を支持固定する。この為にこのハブ１０の内周面の２個所位置に複列の外輪軌道５、５を、外周面の軸方向外寄り部分に、特許請求の範囲に記載した外向フランジである支持フランジ７ａを、それぞれ形成している。そして、上記両列の内輪軌道８、８と上記両列の外輪軌道５、５との間に、両列毎に複数個ずつの転動体４、４を配置して、上記両内輪９、９の外径側での上記ハブ１０の回転を自在としている。尚、図示の例では、転動体４、４として玉を示したが、重量の嵩む車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、転動体として円すいころを使用する場合もある。更に、図６に示す様に、中心部にスプライン孔１１を設けたハブ３ａを組み込んだ、駆動輪（ＦＲ車及びＭＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット１ｂも、従来から広く知られている。

例えば、図４、６に示した車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ｂを構成する外輪２、２ａ、或は図５に示した車輪支持用転がり軸受ユニット１ａを構成するハブ３ａの如き、内周面の軸方向２個所位置に複列の外輪軌道を、外周面に外向フランジを、それぞれ備えた軌道輪部材は、鍛造加工と切削加工及び研削加工とを組み合わせて造る。又、この様な軌道輪部材を造る為の素材は、鉄鋼メーカーで押し出し成形された、断面円形の長尺材を所定長さに切断する事で造られた、円柱状のものを使用する。この様にして得られる円柱状の素材の組成（清浄度）は均一ではなく、中心寄り部分及び外周面寄り部分に存在する金属材料の清浄度が低い事が知られている。そして、この清浄度の低い金属材料が、上記軌道輪部材の周面に設けた軌道面のうちで、特に転動体の転動面が転がり接触する部分に露出すると、この部分の転がり疲れ寿命の確保が難しくなる事も知られている。

これらの事を考慮し、且つ、素材中の酸化物や非金属介在物の分布のばらつき、更には、製造作業時に発生する（押圧力等の）各種ばらつきを考慮して、上記素材の中央部５０％の範囲、及び、上記素材の外径寄り３０％の範囲に存在する金属材料を、軌道面のうちで、少なくとも転動面が転がり接触する部分に露出しない様にする為の製造方法が、特許文献１〜４に記載される等により、従来から知られている。これら各特許文献に記載された既知の製造方法では、素材の加工手順を工夫する事により、上記軌道面のうちの少なくとも転動面が転がり接触する部分に、上記素材のうちで、中心からの半径が５０〜７０％の範囲である、中間円筒状部分に存在する、清浄な金属材料を露出させる。

例えば、図７に示す様な、内周面の２個所位置に複列の外輪軌道５、５を、外周面に外向フランジ状の取付部６を、それぞれ形成した外輪２を造るのに、図８に示す様な工程を採用する。
この従来の製造方法の場合には、先ず、図８の（Ａ）に示す様な円柱状の素材１２を軸方向に押し潰す据え込み加工を施す事により、この素材１２を、図８の（Ｂ）に示す様な、軸方向中間部の外径が軸方向両端部の外径よりも大きくなった、ビヤ樽型の第一中間素材１３とする。
その後、この第一中間素材１３の軸方向両端面に１対の荒成形用の金型を、この第一中間素材１３の周囲に荒成形用ダイスを配置した状態で押し付ける、荒成形加工を施す。そして、この第一中間素材１３を塑性変形させ、図８の（Ｃ）に示す様な第二中間素材１４とする。この第二中間素材１４は、軸方向両端面に開口する１対の凹部１５ａ、１５ｂと、これら両凹部１５ａ、１５ｂの底部同士を仕切る仕切り板部１６と、外周面の軸方向中間部に径方向外方に突出する状態で形成された支持フランジ７とを備える。

次いで、この様な第二中間素材１４の軸方向両端面に１対の仕上げ成形用の金型を、この第二中間素材１４の周囲に仕上げ成形用ダイスを配置した状態で押し付ける仕上げ加工を施す。この仕上げ加工では、上記仕切り板部１６及び上記支持フランジ７の厚さ寸法を縮めると共に、円筒部１８の内外両周面の形状及び寸法を整えて、図８の（Ｄ）に示す様な第三中間素材１７とする。
次いで、この第三中間素材１７の上記仕切り板部１６を、その外径寄り部分を除いて打ち抜き除去し、図８の（Ｅ）に示す様な第四中間素材１９とする。
更に、この第四中間素材１９に、支持フランジ７の外周縁部に残っているバリ２０を除去するバリ取り加工を施して、図８の（Ｆ）に示す様な第五中間素材２１とする。そして最後に、各部に旋削等による切削加工や研削加工等の仕上げ加工を施して、前記図７に示す様な外輪２とする。

図９は、図８の（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）の工程で造られた第三中間素材１７中の、金属材料の分布状況を示している。最も内径側には、前記素材１２の中央部５０％の範囲内に存在していた、非清浄な中心部金属材料２２が存在する。又、この中心部金属材料２２を囲む、図９に斜格子で示した部分には、中心からの半径が５０〜７０％の範囲である中間円筒状部分に存在していた、清浄な中間部金属材料２３が存在する。更に、この中間部金属材料２３を囲む部分には、上記素材の外径寄り３０％の範囲に存在していた、非清浄な外径部金属材料２４が存在する。又、図９中の鎖線は、上記第三中間素材１７に、切削加工及び研削加工等の仕上げ加工を施して造られる、上記外輪２を示している。この外輪２の形状を示す鎖線の位置と、上記各金属材料２２〜２４の分布とから分かる様に、上述の図８に示す様な工程で、図７に示す様な外輪２を造れば、この外輪２の内周面に形成した複列の外輪軌道５、５に、前記中間円筒状部分に存在する清浄な金属材料２３を露出させる事ができる。

但し、図１０に示す様に、複列の外輪軌道５、５同士の間隔が狭い（列間ピッチが短い）外輪２ａを、上述の図８に示す様な製造方法により造る事は、金型寿命を考慮すると難しい。即ち、上記図９中に斜格子で示した、上記中間部金属材料２３の分布を見れば明らかな通り、上記両外輪軌道５、５の表面のうちで転動体４、４（図４〜６参照）と転がり接触する部分に上記中間部金属材料２３を露出させる為には、この中間部金属材料２３を、上記両外輪軌道５、５となるべき部分に迄移動させる必要がある。ところが、単に図８に示した製造方法を上記図１０に示した様な、列間ピッチが短い外輪２ａの加工に適用した場合には、図１１に示す様に、清浄な中間部金属材料２３が、外輪軌道５、５となるべき部分に迄十分には移動しない。

これに対して、図８の（Ｃ）→（Ｄ）に示す工程での、第二中間素材１４から第三中間素材１７への圧縮量を増大させ、図１２に示す様に、得られる第三中間素材１７ａの仕切り板部１６ａを十分に（例えば、一般的な乗用車用の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪の場合で４mm程度に）薄くすれば、同図に示す様に、清浄な中間部金属材料２３を外輪軌道５、５となるべき部分に迄十分に移動させられる。但し、上記第三中間素材１７ａの仕切り板部１６ａを薄くする程、上記第二中間素材１４を上記第三中間素材１７に加工する際に金型に加わる面圧が高くなり、この金型に生じる応力が大きくなる。図１３は、加工後に於ける仕切り板部の厚さ（横軸）と、加工に伴って金型に加わる面圧との関係の１例を示している。尚、加工前に於ける（第二中間素材１４の段階での）仕切り板部の厚さは同じ（１２mm）としている。この様な図１３から明らかな通り、上記第三中間素材１７ａの様に仕切り板部１６ａ全体の厚さを過度に小さくする事は、金型の負担を増大させて、この金型の寿命を極端に短くする為、量産を考慮した場合には採用できない。仕切り板部の厚さの実用的な値は、７〜８mm程度である。

特開２００８−１２６２８６号公報特開２００８−１２８２５６号公報特開２００８−１７３６７７号公報特開２００８−１８８６１２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、加工時に金型に生じる応力を抑えてこの金型の耐久性を確保でき、しかも、列間ピッチが短い外輪の内周面に存在する複列の外輪軌道に清浄な金属材料を露出させられる軌道輪部材の製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の軌道輪部材の製造方法は、円筒部の内周面の軸方向２個所位置に背面組み合わせ型の１対の外輪軌道を、外周面に外向フランジを、それぞれ設けた軌道輪部材を造る為に利用する。
この様な本発明の軌道輪部材の製造方法では、先ず、中心からの半径が５０〜７０％の範囲である中間円筒状部分に清浄な中間部金属材料を存在させた、金属材製で円柱状の素材に、軸方向に押し潰す据え込み加工を施す事により、この素材から、軸方向中間部の外径が軸方向両端部の外径よりも大きくなった第一中間素材を造る。
次いで、この第一中間素材に荒成形加工を施す事により、この第一中間素材を塑性変形させる。この荒成形加工は、この第一中間素材の軸方向両端面に１対の第一金型を、この第一中間素材の周囲に荒成形用ダイスを配置した状態で押し付ける事により、或いは、荒成形用ダイスを省略して、１対の金型同士の間で上記第一中間素材を押圧する事により行う。そして、軸方向両端面に開口する１対の凹部と、これら両凹部の底部同士を仕切る第一仕切り板部と、外周面の軸方向中間部に径方向外方に突出する状態で形成された上記外向フランジとを備えた、第二中間素材とする。
次いで、少なくとも一方の先端面の中央部に逃げ凹部を設けた１対の第二金型により、上記第二中間素材のうちの少なくとも上記第一仕切り板部の外径寄り部分を軸方向に押し潰す事で、上記中間部金属材料を前記両外輪軌道となるべき部分に移動させると共に、この押し潰しに伴って生じた余肉を上記逃げ凹部に移動させる。そして、外径寄り部分の厚さに比べて中央部の厚さが大きい第二仕切り板部を備えた、第三中間素材とする。
次いで、上記第二仕切り板部を、外径寄りの厚さが小さい部分で打ち抜き除去して、外周面に上記外向フランジを備えた、円筒状の第四中間素材とする。
更に、この第四中間素材に仕上加工を施して、上記軌道輪部材とする事により、上記中間部金属材料を上記両外輪軌道部分に露出させる。

上述の様に構成する本発明の軌道輪部材の製造方法の場合には、第一仕切り板部を第二仕切り板部に加工する過程で、これら両仕切り板部の径方向に関して外寄り部分の厚さ寸法を十分に縮める事により、清浄な中間部金属材料を外輪軌道となるべき部分に迄、十分に移動させられる。この結果、この列間ピッチが短い外輪の内周面に存在する複列の外輪軌道に清浄な金属材料を露出させられて、これら両外輪軌道の転がり疲れ寿命の確保を図れる。

又、上述の様に第一仕切り板部を第二仕切り板部に加工する過程で、これら両仕切り板部の中央部は、第二金型の先端面中央部に存在する逃げ凹部の存在に基づいて押し潰される事がない。又、これら両第二金型の先端面外径寄り部分で上記第一仕切り板部が押し潰される事により生じた余肉は、上記第二金型の逃げ凹部に向けて、径方向内方に移動する。この移動に伴って、上記第一仕切り板部乃至は上記第二仕切り板部の外径寄り部分を軸方向に押し潰す（厚さ寸法を縮める）為に要する力（面圧）を、小さく抑えられる。この為、加工時に金型に生じる応力を抑えてこの金型の耐久性を確保できる。

本発明の軌道輪部材の製造方法の実施の形態の１例を工程順に示す、素材乃至第五中間素材の断面図。第二中間素材を第三中間素材に加工する仕上成形加工の実施状況を示す断面図。第三中間素材の段階での、中心部、中間部、外径部、各金属材料の分布状況を示す断面図。本発明の製造方法の対象となる軌道輪部材である外輪を備えた、内輪回転型で従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。本発明の製造方法の対象となる軌道輪部材であるハブを備えた、外輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。本発明の製造方法の対象となる外輪を備えた、内輪回転型で駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。従来の製造方法により造れる外輪の断面図。従来の製造方法の１例を工程順に示す、素材乃至第五中間素材の断面図。第三中間素材の段階での、中心部、中間部、外径部、各金属材料の分布状況を示す断面図。従来の製造方法では良質のものを造る事が難しい、外輪軌道の列間ピッチが短い外輪の１例を示す断面図。従来の製造方法で図１０に示した外輪を造る過程で得られる第三中間素材の段階での、中心部、中間部、外径部、各金属材料の分布状況を示す断面図。図１０に示した外輪を造る場合に、中間部金属材料の分布を良好にする為、仕切り板部を十分に押し潰した状態での、中心部、中間部、外径部、各金属材料の分布状況を示す断面図。仕切り板部の押し潰し量が金型に生じる応力の大きさに及ぼす影響を示す線図。

図１〜３により、本発明の実施の形態の１例に就いて説明する。この例は、本発明の製造方法により、前述の図１０に示した様な、複列の外輪軌道５、５同士の間隔が狭い（列間ピッチが短い）外輪２ａを、加工に伴って金型２５ａ、２５ｂに生じる応力を抑えつつ、上記両外輪軌道５、５部分に清浄な中間部金属材料２３を露出させる様にする事を意図している。この様な本例の軌道輪部材の製造方法の特徴は、図１の（Ｃ）に示した第二中間素材１４を同じく（Ｄ）に示した第三中間素材１７ｂに加工する過程で使用する上記両金型２５ａ、２５ｂの形状にある。その他の部分の構成に関しては、図８により先に説明した従来方法と同様であるから、重複する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

図１の（Ａ）に示した円柱状の素材１２から同じく（Ｂ）に示した第一中間素材１３を経て造った、同じく（Ｃ）に示した第二中間素材１４は、図２に示す様に、それぞれが特許請求の範囲に記載した第二金型に相当する上記１対の金型（上型及び下型）２５ａ、２５ｂ同士の間で強く挟持して塑性変形させる事により、同じく（Ｄ）に示した、上記第三中間素材１７ｂとする。上記両金型２５ａ、２５ｂは、互いの対向する面のうちの中央部を除く部分に、上記第三中間素材１７ｂの表面の形状に見合う（大きさが同じで凹凸が逆になった）形状を有する仕上成形用凹部２６ａ、２６ｂを設けている。又、上記両金型２５ａ、２５ｂは、互いの対向する面のうちの中央部に、本発明の軌道輪部材の製造方法の特徴となる、逃げ凹部２７、２７を設けている。

それぞれがこの様な逃げ凹部２７、２７を備えた上記両金型２５ａ、２５ｂにより、上記第二中間素材１４を上記第三中間素材１７ｂとするには、この第二中間素材１４を上記両金型２５ａ、２５ｂ同士の間で強く挟持する。そして、この第二中間素材１４を押し潰しつつ、上記両仕上成形用凹部２６ａ、２６ｂの内面の形状を、この第二中間素材１４の表面に転写する。この結果、この第二中間素材１４が上記第三中間素材１７ｂに加工される。この過程で、この第二中間素材１４の中央部に設けられている仕切り板部１６の外径寄り部分が、上記両金型２５ａ、２５ｂのうちで上記両逃げ凹部２７、２７の周囲部分により押し潰される。上記仕切り板部１６のうちでこれら両逃げ凹部２７、２７に対向する部分は押し潰される事はない。そして、この仕切り板部１６の外径寄り部分の厚さ寸法が十分に縮まる事により、図３に示す様に、清浄な中間部金属材料２３が、複列の外輪軌道５、５となるべき部分に迄十分に移動する。

又、上記第二中間素材１４を押し潰す事により生じた余肉は、支持フランジ７側に移動してこの支持フランジ７の外周縁部でバリ２０となる他、上記仕切り板部１６の径方向中央側に移動して、上記両逃げ凹部２７、２７部分で膨らむ。この為、本発明を実施する過程で得られる第三中間素材１７ｂの仕切り板部１６ｂは、外径寄り部分の厚さが最も小さく、この外径寄り部分の内径側に隣接する部分の厚さが最も大きく、中央部の厚さがその中間の値となる。以上に述べた様に本発明の場合には、上記清浄な中間部金属材料２３を上記両外輪軌道５、５となるべき部分に移動させるべく、上記第二中間素材１４の仕切り板部１６の厚さを十分に縮めるのを、この仕切り板部１６の外径寄り部分のみとし、この外径寄り部分を押し潰す事により生じる余肉を、上記両逃げ凹部２７、２７部分に向け、内径側に移動させる様にしている。この為、比較的小さな力（圧力）でも、上記仕切り板部１６の外径寄り部分を十分に小さな厚さ寸法に迄押し潰せる。

この様にして得た、図１の（Ｄ）及び図３に示した第三中間素材１７ｂは、上記仕切り板部１６ｂを、その最外径寄り部分を除いて打ち抜き除去し、図１の（Ｅ）に示す様な第四中間素材１９とし、更に、バリ取り加工を施して、図１の（Ｆ）に示す様な第五中間素材２１ａとしてから、各部に旋削等による切削加工や研削加工等の仕上げ加工を施して、前記図１０に示す様な外輪２ａとする。

上述の様な本発明の軌道輪部材の製造方法によれば、図３から明らかな通り、清浄な中間部金属材料２３を上記両外輪軌道５、５となるべき部分に迄十分に移動させられて、これら両外輪軌道５、５のうちで転動体と転がり接触する部分に、上記中間部金属材料２３を露出させる事ができる。そして、上記両外輪軌道５、５の転がり疲れ寿命を確保して、上記外輪２ａを組み込んだ車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性を確保できる。しかも、中間部金属材料２３を上記両外輪軌道５、５となるべき部分に迄移動させるべく、上記第二中間素材１４の仕切り板部１６の厚さを十分に縮める為に要する力を低く抑えられるので、この第二中間素材１４を上記第三中間素材１７ｂに加工する過程で、前記両金型２５ａ、２５ｂに生じる応力を低く抑えられる。この結果、これら両金型２５ａ、２５ｂの耐久性を確保でき、コストを抑えつつ、列間ピッチが短くてしかも十分な耐久性を有する、外輪２ａ等の軌道輪部材の量産化が可能になる。

本発明を実施する場合に、逃げ凹部は、少なくとも一方の第二金型の先端面中央部に設ければ足りる。但し、金属材料の移動を、軸方向に関して対称に行わせる為には、図示の例の様に、１対の第二金型の両方の先端面に逃げ凹部を設ける事が好ましい。

１、１ａ、１ｂ車輪支持用転がり軸受ユニット
２、２ａ外輪
３、３ａハブ
４転動体
５外輪軌道
６取付部
７、７ａ支持フランジ
８内輪軌道
９内輪
１０ハブ
１１スプライン孔
１２素材
１３第一中間素材
１４第二中間素材
１５ａ、１５ｂ凹部
１６、１６ａ、１６ｂ仕切り板部
１７、１７ａ、１７ｂ第三中間素材
１８円筒部
１９第四中間素材
２０バリ
２１、２１ａ第五中間素材
２２中心部金属材料
２３中間部金属材料
２４外径部金属材料
２５ａ、２５ｂ金型
２６ａ、２６ｂ仕上成形用凹部
２７逃げ凹部

Claims

円筒部の内周面の軸方向２個所位置に背面組み合わせ型の１対の外輪軌道を、外周面に外向フランジを、それぞれ設けた軌道輪部材を造る為、中心からの半径が５０〜７０％の範囲である中間円筒状部分に清浄な中間部金属材料を存在させた、金属材製で円柱状の素材に、軸方向に押し潰す据え込み加工を施す事により、この素材を、軸方向中間部の外径が軸方向両端部の外径よりも大きくなった第一中間素材とした後、この第一中間素材を塑性変形させ、軸方向両端面に開口する１対の凹部と、これら両凹部の底部同士を仕切る第一仕切り板部と、外周面の軸方向中間部に径方向外方に突出する状態で形成された上記外向フランジとを備えた第二中間素材とし、次いで、少なくとも一方の先端面の中央部に逃げ凹部を設けた１対の第二金型により、この第二中間素材のうちの少なくとも上記第一仕切り板部の外径寄り部分を軸方向に押し潰す事で、上記中間部金属材料を前記両外輪軌道となるべき部分に移動させると共に、この押し潰しに伴って生じた余肉を上記逃げ凹部に移動させて、外径寄り部分の厚さに比べて中央部の厚さが大きい第二仕切り板部を備えた第三中間素材としてから、この第二仕切り板部を、外径寄りの厚さが小さい部分で打ち抜き除去して、外周面に上記外向フランジを備えた円筒状の第四中間素材とし、次いで、この第四中間素材に仕上加工を施して上記軌道輪部材とする事により、上記中間部金属材料を上記上外輪軌道部分に露出させる事を特徴とする軌道輪部材の製造方法。