JP5704870B2

JP5704870B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP5704870B2
Application number: JP2010207300A
Authority: JP
Inventors: 中溝　利尚; 利尚中溝; 守人渡辺
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2011144920A

Description

本願の発明は、棒鋼材から熱間鍛造によりリングを製造し、さらに、このリングを適宜長さに切断し、切断したリングの表面を旋削し、次いでショットブラストし、さらに潤滑処理をした後、冷間鍛造により製造する自動車における第１世代のハブ外輪にユニットとして組み込まれた軸受の外輪の素形材、特に回転対象からなる形状とした第１世代のハブに組み込まれた軸受の外輪の素形材に関する。

一般的には、自動車に要求される性能には、（１）動力性能や制動性能や操縦性能等の走行性能、（２）乗り心地や社内騒音や等の快適性、（３）保守整備が容易で燃料消費が少ない等の経済性、（４）機能と美しさが調和したスタイリングや室内デザインや趣味の要素などを備えた商品性、（５）事故につながらないための対策や万一の事故に対して被害を最小限にとどめ、かつ事故後に被害が広がらないようになっている安全性、および（６）二酸化炭素や有害廃棄物を排出することのない低公害性である。これらの要求性能をのうち、上記の動力性能や制動性能や操縦性能等の走行性能や、燃料消費が少ない経済性あるいは二酸化炭素や有害廃棄物を排出することのない低公害性を図るために、これらの性能を低下することなく、コストを可能な限り低減して、自動車の車体の駆動機構における第１世代のハブに組み込まれた軸受の外輪部材の構造やあるいはその製造方法が求められている。

ところで、従来の自動車の車体の駆動機構における第１世代のハブに組み込まれた軸受の外輪は、主として棒鋼材を熱間鍛造によりリングとし、このリングを焼鈍し、焼鈍したリングの表面をショットブラストした後、冷間ローリング加工（以下、「ＣＲＦ」という。）する工程により製造されていた。上記の製造工程では、最終段階で回転加工する工程すなわちＣＲＦによる加工が行われるため、製品である軸受における外輪の軸方向のリング状の外表面には、ＣＲＦにより周方向の形状化はできても軸方向の形状化はできなかった。

従来の自動車の技術分野では、自動車の車体に固定する外側部材と車体に取り付ける内側部材と、これらの外側部材と内側部材の間に配置される転動部材と保持器とを具備し、内側部材を外側部材に転動部材を介して回転自在に支持する構造としたホイール用軸受ユニットが知られている。この自動車のホイール用軸受ユニットにおいて、上記の内側部材の端部に取り付けられ外端部に凹部が形成された凹部材と、この凹部材の内周面に設けられ回転数に応じた信号を発するエンコーダ部と、上記の外側部材に固定され上記の凹部材を覆う密封部材と、上記の凹部内に位置すると共に、上記のエンコーダ部と半径方向に対向するように、上記の密封部材に固定され、上記のエンコーダ部から発生した信号を検出する回転検出器とを具備した自動車のホイール用軸受ユニットが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このものは、回転検出器およびエンコーダ部の存在する場所に、運転時に外部から土砂や泥水が進入する虞れを無くし、精度のよい回転数の検出が長期にわたってできるものとしたものであり、形状を付することによりエンコーダ部を取り付けるようにしたものである。

さらに、他の従来の自動車の技術分野では、自動車等の車輪を自転自在に支承する車輪用軸受装置の製造において、パイプ材を所要の長さに切断し、この切断したパイプ材の両端のバリ取りを行い、このバリ取りをしたパイプ材の内径面と外径面を旋削し、この旋削したパイプ材の内径内に、外周面を形状面としたマンドレルを挿入し、外周面に凹部が形状化された成形ロールをパイプ材の外周に配置し、パイプ材を挟んで該成形ロールとマンドレルの少なくとも一方を回転させることによりパイプの内周面にわたって所望の形状を形成するすなわちＣＲＦする（例えば、特許文献２参照。）技術がある。このものはパイプの外径に形状を付けることにより、後工程での仕上げ加工を容易としている。しかし、この技術はパイプの軸方向と直角方向の外周面に形状化することはできるが、パイプの軸方向である長手方向には形状を付することはできず、さらに機能性を付した形状とすることはＣＲＦではできなかった。

特開平１−２５４４０１号公報特開２００８−１３８８６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、ハブに組み込まれた軸受において、軸受の外輪の軸方向に形状を付すことが不可能であったＣＲＦに替えて、軸受外輪の軸方向に形状を付すことを可能とした手段によって、ＣＲＦでは製造困難な、軸受外輪のリング状素形材の軌道輪の位置をずらして形状化することにより機能性を付与した軸受における外輪のリング状素形材を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、熱間鍛造により棒鋼材から製造した成形リングあるいは鋼管を切断して適宜長さとした切断リングとし、このリングを切削により切削リングとし、この表面にショットブラストした後、潤滑処理を施して、さらに冷間鍛造により製造した、自動車用のハブに組み込まれた軸受における外輪素形材であって特に軽量化した軸受のリング状の外輪素形材の構造である。

すなわち、請求項１の発明は、ボール又はころからなる転動体を転動させる軌道輪を内周面に有するリング状の軸受用の外輪（以下、外輪を「アウターレース」という。）素形材で、外周面が幅方向にストレートであるアウターレース素形材におけるものである。この第１世代のハブベアリングに用いるアウターレース素形材のリング外周面の形状を軸に垂直方向の半径が一定でかつ軸に一様な面で延びる直円柱状に維持した状態を保って、リングの軸方向に直角なリング内周面の複列からなる軌道輪の位置を軸方向のリング中央部から一方のリング端部方向へずらした形状にリング内周面を形状化したことを特徴とするハブユニットに組み込むためのアウターレース素形材である。

請求項２の発明は、第１世代のハブベアリングに用いるアウターレース素形材のリング外周面の形状を直円柱状に維持した状態を保ってリングの軸方向に直角なリング内周面の複列からなる軌道輪の位置を軸方向のリング中央部から一方のリング端部方向へずらした形状は一方のリング端部の軌道輪の幅と他方のリング端部の軌道輪の幅を異なるものとした形状からなることを特徴とする請求項１に記載のハブユニットに組み込むためのアウターレース素形材である。このように形状化することで、インナーレース側あるいはアウターレース側の異なる要求特性に合わせて、アウターレース素形材の軌道輪の位置をずらした形状としている。

本願は上記の請求項１の発明の手段の第１世代のハブベアリングに用いるアウターレース素形材のリング外周面の形状を軸に垂直方向の半径が一定でかつ軸方向に一様な面で延びる直円柱状に維持した状態を保って内周面の軌道輪の位置をリングの中央部から一方のリング端部方向へずらした形状とすることで、さらに請求項２の発明の手段では、そのずらしの程度を種々変更し、一方のリング端部の軌道輪の幅と他方のリング端部の軌道輪の幅を異なるものとすることで、軸受の軌道輪の転動体の転動状態に障害などの影響を及ぼすことなく、アウターレース素形材に様々な機能を付与したアウターレースとしてハブユニットに用いることが可能となり、ガソリン自動車にあっては、燃料費を改善すると共に公害の元となる排ガス量を減少でき、あるいは電気自動車にあっては、電気の消費量を減少できる等の機能化を図ることができ、自動車のエコ化の一助に役立たせることができる。

本発明におけるアウターレースの内周面に形成の軌道輪とその上下の幅の相違する上下の軌道を有する形状に形成したアウターレース素形材を示す図である。本願発明のリング状素材をＳＵＪ２鋼管から形成するための模式的流れ図で、（ａ）はＳＵＪ２鋼管１６、（ｂ）は切断リング１７、（ｃ）は切削リング１８、（ｄ）はリング状素材１９である。本願発明の他の実施例の棒鋼からなる（ａ）のリング状素材と、このリング状素材から形成の（ｂ）のバー材を示す模式図である。図３のバー材から（ａ）の据込体、（ｂ）のカップ体、（ｃ）の成形リングに形成する流れ図を示す。本願の請求項２に係る発明である第２の実施の形態の鍛造による製造を模式的に示す図で、（ａ）は鍛造前を示し、（ｂ）は鍛造による加圧成型後の状態を示す。本願の発明を製造するための冷間鍛造装置を示す側面図で、（ａ）はリング状素材を下パンチに装着した加圧前の段階を示し、（ｂ）はリング状素材を上パンチで加圧してアウターレース素形材に成形した状態を示す側面図である。本発明に使用しうるアウターレース素形材の各大きさの自由度を示す図である。本発明のアウターレース素形材から形成した軸受を組み込んだ第１世代のハブユニットを示す図である。

本願の発明を実施するための実施の形態について図面を参照して以下に説明する。第１の実施の形態では、ボール７ａ又はころ７ｂからなる転動体７を転動させる上部軌道輪及び下部軌道輪５を内周面２の内周面凹凸部６の上下に有するリング状の軸受用のアウターレース素形材１である。このアウターレース素形材１から、図８に示す第１世代のハブユニット２０に組み込むアウターレース２１を有する軸受が形成されている。このアウターレース２１はハブユニット２０に組み込むために左右の軌道輪の幅を異なるものとしたアウターレース２１となっている。この第１の実施の形態の手段では、図１に示す上部軌道輪４又は下部軌道輪５を有するアウターレース素形材１のリング外周面３の形状は変更することなく、その形状を維持した状態を保って内周面２の形状の上部軌道輪の幅４ａ又は下部軌道輪の幅５ａのいずれかを変更した形状に形成している。この上部軌道輪の幅４ａ又は下部軌道輪の幅５ａのいずれかを変更した形状としたことで、アウターレース素形材１の機能を異なる機能として機能性を高めたものである。

第２の実施の形態では、アウターレース素形材１の外周面３の形状は変更することなくそのままの形状に維持した状態を保って、内周面２の上部軌道輪４の幅４ａ又は下部軌道輪５の幅５ａを異なる形状として、上記の実施の形態１のアウターレース２１に用いるためのアウターレース素形材１である。その形状は図２のリング状素材１９に示すように、アウターレース素形材１となるリング状素材１９の外径の寸法は例えば図２の（ｄ）に示すφ８５．３ｍｍで、内径の寸法は図２の（ｄ）に示すφ７３．５ｍｍで、内周面凸状部６の内径はφ６０ｍｍで、内周面凸状部６の幅は１２ｍｍである。したがって、このリング状素材１９の上部軌道輪の幅４ａは２３．１ｍｍ、下部軌道輪の幅５ａは１１．６ｍｍである。

上記の第２の実施の形態のアウターレース素形材１の製造方法を説明すると、第１の方法では、鋼材としてＪＩＳ規格の高炭素クロム軸受鋼鋼材のＪＩＳＧ４８０５のＳＵＪ２からなる棒鋼をアッセルミルにより熱間で圧延製管又は熱間押出により製管し、図２の（ａ）に示す、外径φ８６．２ｍｍ、内径φ６９．５ｍｍのＳＵＪ２鋼管１６を得て、これを切断して、図２の（ｂ）に示す、長さ４６．５ｍｍの切断リング１７とする。
さらに他の手段を利用した第２の方法について説明する。この第２の方法の場合も、鋼材は同じく棒鋼である。すなわち、鋼材としてＪＩＳ規格の高炭素クロム軸受鋼鋼材のＪＩＳＧ４８０５のＳＵＪ２からなる棒鋼を熱間圧延により、図３の（ａ）の径φ４６ｍｍの素材２５とする。この素材２５をシャー切断して図３の（ｂ）の長さ７３．２ｍｍのバー材２６とする。さらに、このバー材２６を１１５０℃に加熱し、第１工程で据込んで、図４の（ａ）に示す形状の、径φ８５ｍｍ、厚さ２１．４ｍｍの据込体２７とし、第２工程で熱間鍛造して図４の（ｂ）に示す形状の外径φ８６．２ｍｍ、内径φ６９．５ｍｍ、底厚さ７ｍｍ、長さ４６．５ｍｍの重量９５２ｇのカップ体２８とする。さらに第３工程で、該カップ体２８の底２８ａをパンチによりいわゆるポン抜きして、図４の（ｃ）に示す外径φ８６．２ｍｍ、内径φ６９．５ｍｍ、長さ４６．５ｍｍの重量７４４ｇの成形リング２９とする。ポン抜きしたポンカスの重量は２０８ｇであった。
さらに、これらの第１の方法あるいは第２の方法で得られた、図２の（ｂ）に示す外径φ８６．２ｍｍ、内径φ６９．５ｍｍ、長さ４６．５ｍｍの切断リング１７あるいは図４の（ｃ）に示す外径φ８６．２ｍｍ、内径φ６９．５ｍｍ、長さ４６．５ｍｍの成形リング２９を切削加工して、図２の（ｃ）に示す長さ４６．０ｍｍ、外径φ８５．０ｍｍ、内径φ７０．５ｍｍの大きさの切削リング１８からなる冷鍛ブランクとする。これらの切削リング１８にショットブラスとした後、一液処理からなる潤滑処理をその全面に施す。さらに、この潤滑処理を施した切削リング１８を、図５の（ａ）に示すようにリング状ダイ１４の中に挿入して下パンチ１３に載置し、上方から上パンチ１２により矢印方向に加圧して、図５の（ｂ）に示す冷間鍛造を行う。この結果、図２の（ｄ）に示す長さが４６．７ｍｍ、外径φ８５．３ｍｍ、内径７３．５ｍｍ、上部軌道輪の長さ４ａが２３．１ｍｍ、及び下部軌道輪の長さ５ａが１１．６ｍｍで、これらを上下に有する軌道輪間の内周面凸状部６の長さ１２ｍｍ、その内周面凸状部６の内径がφ６０ｍｍであるリング状素材１９が得られた。

図６は本発明の冷鍛加工に使用する鍛造装置の側面図で、（ａ）はリング状素材１１を下パンチ１３上に装着して上パンチ１２を加圧する前の段階を示す図で、上パンチ１２はリング状素材１１から１８０．８ｍｍ上部に位置して待機している。１４はリング状ダイで、１５は上下のリング状ノックアウトである。（ｂ）は上パンチ１２を急速に押し下げ加圧してリング状素材１１をアウターレース素形材１に成形した状態を示す図である。上記のようにパンチ１２を急速に押し下げ加圧することで、上部軌道輪の幅４ａは下部軌道輪の幅５ａよりも長く形成され、図１に示すアウターレース素形材１が得られる。これらの図６の（ａ）および（ｂ）において、矢印で示す数値は距離を示し、その単位はｍｍである。

図７は本発明に使用しうるアウターレース素形材１の各大きさの自由度を示す図で、アウターレース素形材１の外径はφ５０〜１１０ｍｍ、内周面凸状部６の内径はφ３０〜１００ｍｍ、リング幅は２０〜６０ｍｍの範囲で変動できる。しかし、それぞれの値は略比例して上記の範囲で大きさを変動することが好ましい。

図８は、本願のアウターレース素形材１からなるアウターレース２１とインナーレース２２とボール２ａとその保持器２３を有するベアリングを有する自動車の車体の駆動部における第１世代のハブユニット２０の断面図を示す図である。同図において２０ａはハブユニットの回転軸で、２４はハブユニット中心線を示している。このハブユニットにおいては、本発明におけるアウターレース２１を有する軸受を採用することで、ハブユニット全体として機能性を高める形状化が達成されている。

１アウターレース素形材
２内周面
３外周面
４上部軌道輪
４ａ上部軌道輪の幅
５下部軌道輪
５ａ下部軌道輪の幅
６内周面凸状部
７転動体
７ａボール
７ｂころ
１１リング状素材
１２上パンチ
１３下パンチ
１４リング状ダイ
１５リング状ノックアウト
１６ＳＵＪ２鋼管
１７切断リング
１８切削リング
１９リング状素材
２０ハブユニット
２０ａ回転軸
２１アウターレース
２２インナーレース
２３保持器
２４ハブユニット中心線
２５素材
２６バー材
２７据込体
２８カップ体
２８ａ底（カップ体の）
２９成形リング

Claims

ボール又はころからなる転動体を転動させる軌道輪を内周面に有するリング状の軸受用の外輪（以下、外輪を「アウターレース」という。）素形材で、外周面が幅方向にストレートであるアウターレース素形材において、第１世代のハブベアリングに用いるアウターレース素形材のリング外周面の形状を直円柱状に維持した状態を保って、リングの軸方向に直角なリング内周面の複列からなる軌道輪の位置を軸方向のリング中央部から一方のリング端部方向へずらした形状にリング内周面を形状化したことを特徴とするハブユニットに組み込むためのアウターレース素形材。
第１世代のハブベアリングに用いるアウターレース素形材のリング外周面の形状を直円柱状に維持した状態を保って、リングの軸方向に直角なリング内周面の複列からなる軌道輪の位置を軸方向のリング中央部から一方のリング端部方向へずらした形状は一方のリング端部の軌道輪の幅と他方のリング端部の軌道輪の幅を異なるものとした形状からなることを特徴とする請求項１に記載のハブユニットに組み込むためのアウターレース素形材。