JP2009144859A - 車輪用軸受装置および外輪製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図ることができる車輪用軸受装置およびこのような車輪用軸受装置に用いることが最適な転がり軸受の外輪を製造することが可能な外輪製造方法を提供する。
【解決手段】車輪用軸受装置は、転がり軸受２の外輪２５が冷間ローリングにて成形されて、外輪２５の外径面５０の軸方向中央部に環状凹部５１が形成される。転動体３０の荷重作用線の延長線Ｌ１、Ｌ２が、外輪２５の環状凹部５１とナックルＮの内径面８０とで構成される空隙部Ｋに対してずれている。冷間ローリングは、周方向溝３５を外径面に有する外輪粗加工品３６を成形する粗加工を行う第１の冷間ローリング加工と、外輪粗加工品３６の周方向溝３５を縮小させて環状凹部５１を形成する環状凹部形成工程を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両において車輪を車体に対して回転自在に支持するための車輪用軸受装置および車輪用軸受装置に用いる外輪の製造方法に関する。

車輪用軸受装置には、第１世代と称される複列の転がり軸受を単独に使用する構造から、外方部材に車体取付フランジを一体に有する第２世代に進化し、さらに、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪の外周に複列の転がり軸受の一方の内側転走面が一体に形成された第３世代、さらには、ハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。

第１世代の車輪用軸受装置では、車体側のナックルに圧入する必要があり、組立や交換に工数が必要となる。しかしながら、第１世代の車輪用軸受装置は、第２世代や第３世代の車輪用軸受装置よりも安価に製造できるため、主に軽自動車や小型車用に使用される場合が多い。

第１世代と呼ばれる車輪用軸受装置（例えば、特許文献１）は、図１１に示すように、外径方向に延びるフランジ１０１を有するハブ輪１０２と、このハブ輪１０２に外側継手部材１０３が固定される等速自在継手１０４と、ハブ輪１０２の外周側に配設される軸受１００とを備える。

等速自在継手１０４は、前記外側継手部材１０３と、外側継手部材１０３に配設される内側継手部材（図示省略）と、この内側継手部材と外側継手部材１０３との間に配設されるボール（図示省略）と、このボールを保持する保持器（図示省略）とを備える。外側継手部材１０３は、内側継手部材が収納される椀形のマウス部１０７と、このマウス部１０７から突設される軸部（ステム部）１２３とからなる。

また、ハブ輪１０２は、筒部１１３と前記フランジ１０１とを有し、フランジ１０１の外端面１１４（反継手側の端面）には、大径の第１部１１５ａと小径の第２部１１５ｂとが形成され、第１部１１５ａにブレーキロータ１４０が外嵌され、第２部１１５ｂにホイール（図示省略）が外嵌される。

軸受１００は、図１２に示すように、内周に複列の外側転走面１２０、１２１が形成された外輪１０５と、外周に外側転走面に対向する内側転走面１１８、１１９が形成された一対の内輪１０８，１０９と、外輪１０５の外側転走面１２０、１２１と内輪１０８，１０９の内側転走面１１８、１１９との間に転動自在に収容された複列の転動体１２２とを備える。図１１に示すように、ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面に小径円筒部１１６が設けられ、この小径円筒部１１６に内輪１０８、１０９が嵌合されている。また、ハブ輪１０２のフランジ１０１にはボルト装着孔１１２が設けられて、ホイールおよびブレーキロータ１４０をこのフランジ１０１に固定するためのハブボルト１４１がこのボルト装着孔１１２に装着される。

ハブ輪１０２の筒部１１３に外側継手部材１０３の軸部１２３が挿入される。軸部１２３は、その反マウス部の端部にねじ部１２４が形成され、このねじ部１２４とマウス部１０７との間にスプライン部１２５が形成されている。また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面（内径面）にスプライン部１２６が形成され、この軸部１２３がハブ輪１０２の筒部１１３に挿入された際には、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６とが係合する。

そして、筒部１１３から突出した軸部１２３のねじ部１２４にナット部材１２７が螺着され、ハブ輪１０２と外側継手部材１０３とが連結される。この際、ナット部材１２７の内端面（裏面）１２８と筒部１１３の外端面１２９とが当接するとともに、マウス部１０７の軸部側の端面１３０と内輪１０９の端面１３１とが当接する。すなわち、ナット部材１２７を締付けることによって、ハブ輪１０２が内輪１０８，１０９を介してナット部材１２７とマウス部１０７とで挟持される。この際、ハブ輪１０２の肩端面１３２と、内輪１０８の端面１３３とが当接するとともに、マウス部１０７の端面１３０と内輪１０９の端面１３１とが当接した状態で、内輪１０８，１０９の突合面１３５，１３６が突き合される。この場合、外輪１０５の外径面が嵌合面１０５ａとなって、車体側のナックル１４５の内径面１４５ａに圧入される。

近年では、軽量化及びコスト低減化を図るために、内外輪をローリング加工にて成形した軸受（複列アンギュラ軸受）が提案されている（特許文献２）。ここで、冷間ローリング（冷間転造）とは、熱を加えずに冷たいまま（常温）で素材（ブランク）を回転させながら圧延していく加工方法である。すなわち、内外径がワーク（加工後の完成品）より小さな、基本的に内外径ストレートなブランク（素材）を、加工したい形状に設計された２つの治具（内径用と外径用）にはさんで回転させながら圧延（転造）し、ワークを形成する加工方法である。

特許文献２に記載の複列アンギュラ軸受は図１３に示すように、複列の軌道１５１、１５２を有するプレス鋼板製の外輪１５３と、外輪１５３の複列の軌道１５１、１５２の各々に対応する軌道１５４、１５５を有する内輪１５６，１５７と、外輪１５３の複列の軌道１５１、１５２と内輪１５６，１５７の軌道１５４、１５５との間に配置される複列の転動体１５８とを有するものである。図１３に示す軸受では、外輪１５３の外周面の軸方向中央部に凹部１６１を形成することによって、軌道１５１，１５２を成形することになる。

具体的には、冷間ローリング加工機は、図１５に示すように、内径用のマンドレル１７５と、外径用の成形ロール１７６とを備える。そして、マンドレル１７５に素材１７０を外嵌し、マンドレル１７５と成形ロール１７６とで素材１７０を挟んだ状態で、成形ロール１７６をその軸心廻りに矢印Ａのように回転させる。

ところで、図１４（ｂ）に示すような形状の外輪１５３を成形する場合、内径面の開口部にシール装着溝１６５、１６６が形成されているため、外輪素材１７０として、図１４（ａ）に示すような形状の素材を成形する。この外輪素材１７０は、その内径面が軸方向中間部の小径部１７１ａと、小径部１７１ａの両側に配設される中径部１７１ｂと、開口側の大径部１７１ｃとからなる円筒状体である。

外輪素材１７０を冷間ローリングにて外輪１５３を成形すれば、素材１７０の中径部１７１ｂが軌道１５１、１５２を構成し、開口側の大径部１７１ｃ、１７１ｃがシール装着溝１６５、１６６を構成する。
特開２００７−１２０７７１号公報 実開平６−１８３５号公報

図１４(ｂ)に示す軸受では、外輪１５３の外周面の軸方向中央部に凹部１６１を形成することによって、軌道１５１，１５２を成形することになる。このような軸受を、図１１に示す車輪用軸受装置に使用した場合、ナックルの内径面との間にこの凹部１６１によって空隙１７２（図１２参照）が形成される。

このような場合、転動体の荷重作用線Ｌ１、Ｌ２（図１２参照）が前記空隙１７２に交わることになる。このため、所定の外輪強度あるいは剛性を得るためには、荷重作用線上の部位、延いては外輪全体の肉厚を厚くする必要がある。しかしながら、肉厚を厚くすれば、車輪用軸受装置の軽量化と加工性を阻害することになる。

本発明は、上記課題に鑑みて、軽量化を図ることができる車輪用軸受装置およびこのような車輪用軸受装置に用いることが最適な転がり軸受の外輪を製造することが可能な外輪製造方法を提供する。

本発明の車輪用軸受装置は、外径面に内側転走面を有する一対の内輪と、内径面に複列の外側転走面を有する外輪と、外輪の外側転走面と内輪の内側転走面との間に転動自在に収容された転動体とを備え、少なくとも外輪が冷間ローリングにて成形されて、外輪の外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置であって、転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれているものである。ここで、冷間ローリング（冷間転造）とは、熱を加えずに冷たいまま（常温）で素材（ブランク）を回転させながら圧延していく加工方法である。すなわち、内外径がワーク（加工後の完成品）より小さな、基本的に内外径ストレートなブランク（素材）を、加工したい形状に設計された２つの治具（内径用と外径用）にはさんで回転させながら圧延（転造）し、ワークを形成する加工方法である。

本発明の車輪用軸受装置は、冷間ローリングにて成形された外輪等の材料の歩溜まりの向上等を図ることができる。すなわち、冷間ローリングは、素材の余計な部分を削り落としていく切削加工とは異なり、製品外径より細い素材を盛り上げて成形することができ、材料のムダが生じない。また、加工時間が短いことと、工具が長寿命であることなどから、切削加工と比べて生産性が高くなる。さらに、使用する工具（ダイス）は加工品に応じて取り替える必要があるが、安定した加工精度を得ることができる。さらには、切削加工とは異なり、ファイバーフロー（繊維状金属組織）が切断されず、塑性変形によって被加工面が加工硬化する。そのため、加工製品は強い強度を得ることができる。

本発明では、転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれているので、環状凹部の底壁を構成する部位に対して、転動体からの荷重が作用しない。このため、この環状凹部の底壁を構成する部位の肉厚を厚くすることなく、外輪の強度及び剛性を確保することができる。この時、前記延長線は、同じく空隙部に対して、好ましくは、軸受に対する外力（例えば、車両旋回時の曲げモーメント力）が作用する範囲において、常にずれていることが望ましいが、少なくとも無負荷の状態で、ずれていれば、一定の効果を発揮することができる。

本発明の第１の外輪製造方法は、内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、前記外輪粗加工品の周方向溝を縮小させて環状凹部を形成する環状凹部形成工程を含む仕上げ加工を行うものである。

本発明の第１の外輪製造方法によれば、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形することができる。この外輪粗加工品としては、この種の冷間ローリング加工にて成形される従来品と同様の形状に加工される。第２の冷間ローリング加工にて周方向溝を縮小する工程を行うことによって、転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれている外輪を成形することができる。

本発明の第２の外輪製造方法は、内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、転走面の肩高さを増大させる増大工程を含む仕上げ加工を行うものである。

本発明の第２の外輪製造方法によれば、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形することができる。この外輪粗加工品としては、この種の冷間ローリング加工にて成形される従来品と同様の形状に加工される。第２の冷間ローリング加工にて、転走面の肩高さを増大させる増大工程を行うので、転動体が肩部に乗り上がりにくい外輪を製造することができる。

本発明の第３の外輪製造方法は、内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体からなる外輪素材を用い、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、前記外輪粗加工品の周方向溝を縮小させて環状凹部を形成する環状凹部形成工程及び転走面の肩高さを増大させる増大工程の仕上げ加工を行うものである。

本発明の第３の外輪製造方法によれば、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形することができる。この外輪粗加工品としては、この種の冷間ローリング加工にて成形される従来品と同様の形状に加工される。第２の冷間ローリング加工にて環状凹部を形成する環状凹部形成工程及び転走面の肩高さを増大させる増大工程を行うことによって、転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれているとともに、転動体が肩部に乗り上がりに くい外輪を成形することができる。

外輪素材（ブランク）としては、外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体を採用することができる。

外輪素材がＳＵＪ２のズブ焼入れ品であっても、ＳＵＪ２の高周波焼入れ品であっても、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼の高周波焼入れ品であってもよい。ここで、ズブ焼入れとは、品物全体（深部まで）を電気炉などで必要な温度まで高め，急冷して品物全体を堅い組織にする方法である。高周波焼入れとは、高周波電流の通じているコイルの間に品物を入れ、その表面に生じる渦電流に伴うジュール熱によって表面を加熱した後、急冷して表面のみ堅い組織にする方法である。

また、第１の冷間ローリング工程後、第２の冷間ローリング工程前に焼なまし工程を行うものであってもよい。ここで、焼なましとは、適切な温度に加熱及び灼熱した後、室温に戻ったときに、平衡に近い組織状態になるような条件で冷却することからなる熱処理である。焼なましには、軟化焼なまし、応力除去焼なまし等の種々のものがある。軟化焼なましとは、鉄鋼製品の硬さを所定の水準まで低下させる目的でＡｃｌ変態点近傍の温度に加熱する熱処理である。軟化焼なましは、塑性加工、切削加工の前処理に最適であり、応力除去焼なましは、残留応力の除去に最適である。応力除去焼なましとは、本質的に組織を変えることなく、内部応力を減らすために、適切な温度へ加熱又は灼熱した後、適切な温度で冷却する熱処理である。

本発明の車輪用軸受装置では、冷間ローリング成形にて外輪が成形されるので、製品の歩溜まり及び生産性の向上を図ることができて、コスト低減を達成できる。しかも、外輪は安定した加工精度及び強い強度を得ることができ、軸受の品質向上を達成できる。また、外輪の軽量化を図ることができて、低燃料化を達成できる。

また、環状凹部を構成する部位の肉厚を厚くすることなく、外輪の強度及び剛性を確保することができる。このため、軸受装置の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。

本発明の第１の外輪製造方法では、転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれている外輪を成形することができる。このため、強度及び剛性に優れた外輪を成形することができる。

本発明の第２の外輪製造方法では、転動体が肩部に乗り上がりにくい外輪を成形することができ、この外輪を使用した軸受は安定した機能を発揮することができる。

本発明の第３の外輪製造方法では、強度及び剛性に優れるとともに、動体が肩部に乗り上がりにくい外輪を成形することができ、この外輪を使用した軸受は安定した機能を発揮することができる。

このように、本発明の外輪製造方法では、第１の冷間ローリング加工と第２の冷間ローリング加工とを行うものであり、各工程を無理なく滑らかに行うことができる。このため、各冷間ローリング加工機は負担が少ない加工を行うことができ、耐用寿命を延ばすことができる。

第１の冷間ローリング工程は、従来のこの種の外輪を成形する冷間ローリング工程と同様であり、外輪粗加工品を成形する冷間ローリング加工機を従来の既存のものを使用でき、コスト低減を図ることができる。

外輪素材（ブランク）としては、外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体を採用することができる。このようなブランクでは軸方向中央部において厚さ寸法が大となっており、周方向溝を縮小させる縮小工程及び肩高さを増大させる増大工程の容易化を図ることができる。

外輪素材がＳＵＪ２のズブ焼入れ品であっても、ＳＵＪ２の高周波焼入れ品であっても、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼の高周波焼入れ品であってもよく、この種の外輪に一般的に用いられる素材を使用することができる。このため、コスト低減を図ることができる。

第１の冷間ローリング加工工程後、第２の冷間ローリング加工前に焼なまし工程を行うものでは、加工性の向上を図ることができ、高品質の製品を提供できる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図２に第１実施形態の複列アンギュラ軸受を用いた車輪用軸受装置（駆動車輪用軸受装置）を示し、この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と、本発明に係る複列アンギュラ軸受２と、等速自在継手３とが一体化されてなる。

等速自在継手３は、外側継手部材としての外輪５と、外輪５の内側に配された内側継手部材としての内輪６と、外輪５と内輪６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪５と内輪６との間に介在してボール７を保持するケージ８とを主要な部材として構成される。内輪６はその軸孔内径６ａに図示省略のシャフトの端部を圧入することによりスプライン嵌合してシャフトとトルク伝達可能に結合されている。

外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。

外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６とは対をなし、各対のトラック溝１４，１６で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール７が転動可能に組み込んである。ボール７は外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する。この場合の等速自在継手は、ツェパー型を示しているが、各トラック溝の溝底に直線状のストレート部を有するアンダーカットフリー型等の他の等速自在継手であってもよい。

等速自在継手３の外輪５及び内輪６は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、トラック溝１４、１６及び外輪５のマウス部１１の肩部（底壁外面１１ａ）から軸部１２の外周面（外径面）に高周波焼入れ等によって硬さが５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されている。

ハブ輪１は、筒部２０と、筒部２０の反継手側の端部に設けられるフランジ部２１とを有する。また、ハブ輪１の筒部２０の孔部２２に外輪５の軸部１２が挿入される。軸部１２は、その反マウス部の端部にねじ部４０が形成され、このねじ部４０とマウス部１１との間にスプライン部４１が形成されている。また、ハブ輪１の筒部２０の内周面（内径面）にスプライン部４２が形成され、この軸部１２がハブ輪１の筒部２０に挿入された際には、軸部１２側のスプライン部４１とハブ輪１側のスプライン部４２とが係合する。

そして、筒部２０から突出した軸部１２のねじ部４０にナット部材４３が螺着され、ハブ輪１と外輪５とが連結される。この際、ハブ輪１のフランジ部２１にはボルト装着孔３２が設けられて、ハブボルト３３がボルト装着孔３２に装着される。なお、ハブ輪１は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、少なくとも小径円筒部の底面乃至端面７０に高周波焼入れ等によって硬さが５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されている。

転がり軸受２は、図１に示すように、内周に複列の外側転走面２６，２７が形成された外輪２５と、外周に外輪２５の外側転走面２６，２７に対向する内側転走面２８，２９が形成された一対の内輪２４Ａ、２４Ｂと、外輪２５の外側転走面２６，２７と内輪２４Ａ、２４Ｂの内側転走面２８，２９との間に転動自在に収容された複列の転動体３０とを備える。転動体３０は外輪２５と内輪２４Ａ、２４Ｂとの間に介在される保持器３１に保持される。転がり軸受２の両開口部（外輪２５と内輪２４Ａ、２４Ｂとの間の開口部）にはシール部材ＳおよびＳ１が装着されている。

外輪２５は、外径面５０の軸方向中央部に環状凹部５１が形成され、これに対応して内径面５２の軸方向中央部に周方向凸部(膨出部)５３が設けられている。そして、この周方向凸部５３の両側に外側転走面２６，２７が形成され、さらに、外側転走面２６，２７の外側にシール装着溝５４，５５が形成されている。外輪２５の外径面５０のうち環状凹部５１を省いた部位が、後述するように、ナックルＮに圧入される嵌合面５０ａ，５０ａとなる。

アウトボード側の内輪２４Ａと、インボード側の内輪２４Ｂとは共通の部品にて構成できる。なお、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と呼び、中央寄りをインボード側（図面右側）と呼ぶ。

内輪２４（２４Ａ，２４Ｂ）は、図６に示すように、大径部６０と、小径部６１と、大径部６０と小径部６１との間のテーパ状部６２とからなる。この場合、大径部６０の外径面がシール装着面６３となり、テーパ状部６２の外径面が転走面２８（２９）となる。また、小径部６１の内径面がハブ輪嵌合面６４となる。

次にこの転がり軸受２の外輪２５の製造方法を説明する。この外輪製造方法は、図３に示すように、第１の冷間ローリング工程１７と、第２の冷間ローリング工程１８とを備える。ここで、冷間ローリング（冷間転造）とは、熱を加えずに冷たいまま（常温）で素材（ブランク）を回転させながら圧延していく加工方法である。すなわち、内外径がワーク（加工後の完成品）より小さな、基本的に内外径ストレートなブランク（素材）を、加工したい形状に設計された２つの治具（内径用と外径用）にはさんで回転させながら圧延（転造）し、ワークを形成する加工方法である。

第１の冷間ローリング工程１７は、図４（ｂ）に示すように周方向溝３５を外径面に有する外輪粗加工品３６を成形する粗加工を行うものである。また、第２の冷間ローリング加工１８は、図４（ｃ）に示すように外輪粗加工品３６の周方向溝３５を縮小させて環状凹部５１を形成する環状凹部形成工程を含む仕上げ加工を行うものである。

この場合のブランク（外輪素材）３４は図４（ａ）に示すように、その外径面３４ａが軸方向中央部が最大外径となるクラウニング形状の短円筒体からなる。また、このブランク３４の内径面３４ｂは、軸方向中央部の小径部３７と、この小径部３７の軸方向両側の中径部３８ａ、３８ｂと、開口部側の大径部３９ａ、３９ｂとを備える。

外輪素材３４がＳＵＪ２のズブ焼入れ品であっても、ＳＵＪ２の高周波焼入れ品であっても、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼の高周波焼入れ品であってもよい。ここで、ズブ焼入れとは、品物全体（深部まで）を電気炉などで必要な温度まで高め，急冷して品物全体を堅い組織にする方法である。高周波焼入れとは、高周波電流の通じているコイルの間に品物を入れ、その表面に生じる渦電流に伴うジュール熱によって表面を加熱した後、急冷して表面のみ硬い組織にする方法である。

第１の冷間ローリング工程１７では、図５（ａ）に示すようなローリング装置にて冷間ローリング加工を行う。ローリング装置は、内径用のマンドレル４７と、外径用の成形ロール４８とを備える。マンドレル４７の外周面に、外輪２５の内径面を成形する外輪内径面成形部６７が形成され、成形ロール４８の外径面に、外輪２５の外径面を成形する外輪外径面成形部６８が形成されている。

外輪内径面成形部６７は、転走面形成部６７ａ，６７ａと、シール溝形成部６７ｂ，６７ｂとを備える。また、外輪外径面成形部６８は、環状凹部形成部６８ａと、シール装着部位６８ｂ、６８ｂとを備える。

この場合、マンドレル４７に素材３４を外嵌し、マンドレル４７と成形ロール４８とで素材３４を挟んだ状態で、成形ロール４８をその軸心廻りに回転させる。これによって、図４（ｂ）に示すような外輪粗加工品３６を成形することができる。

第２の冷間ローリング工程１８では、図５（ｂ）に示すようなローリング装置にて冷間ローリング加工を行う。ローリング装置は、内径用のマンドレル８２と、外径用の成形ロール８３とを備える。マンドレル８２の外周面に、外輪２５の内径面を成形する外輪内径面成形部９８が形成され、成形ロール８３の外径面に、外輪２５の外径面を成形する外輪外径面成形部９９が形成されている。

外輪内径面成形部９８は、転走面形成部９８ａ，９８ａと、シール溝形成部９８ｂ，９８ｂとを備える。また、外輪外径面成形部９９は、環状凹部形成部部９９ａと、嵌合面形成部９９ｂ，９９ｂとを備える。

この場合、マンドレル８２に素材（外輪粗加工品）３６を外嵌し、マンドレル８２と成形ロール８３とで外輪粗加工品３６を挟んだ状態で、成形ロール８３をその軸心廻りに回転させる。これによって、図４（ｃ）に示すような外輪２５を成形することができる。

このように、外輪製造方法は、まず図４（ａ）に示す素材３４を成形した後、図３に示すように、第１の冷間ローリング工程１７を行って、図４（ｂ）に示すような外輪粗加工品３６を成形する。その後、第２の冷間ローリング工程１８を行って、図４（ｃ）に示すような外輪２５を成形することになる。

すなわち、素材３４の中径部３８ａ，３８ａが転走面２６、２７となり、素材３４の大径部３９ａ、３９ａがシール装着溝５４、５５となる。また、素材３４の外径面の軸方向中央部に外輪粗加工品３６の周方向溝３５が形成され、この周方向溝３５が外輪２５の環状凹部５１となる。また、外輪粗加工品３６の開口部の肉厚をｔ１とし、外輪２５の開口部の肉厚をｔ２とした場合、ｔ１＞ｔ２である。外輪粗加工品３６の肩高さをｄ１とし、外輪２５の肩高さをｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２である。外輪粗加工品３６の外径寸法をＤ１とし、外輪２５の外径寸法をＤ２とした場合、Ｄ１＜Ｄ２である。外輪粗加工品３６の周方向溝形成部の肉厚をＴ１とし、外輪２５の環状凹部形成部の肉厚をＴ２とした場合、Ｔ１＜Ｔ２である。すなわち、外輪粗加工品３６と外輪２５とを比べた場合、外輪２５の環状凹部形成部２５ｃの肉厚Ｔ２が外輪粗加工品３６の周方向溝形成部３６ｃの肉厚Ｔ１よりも大きくなって、外輪２５の他の肉厚が外輪粗加工品３６の他の肉厚よりも小さくなっている。また、外輪２５の肩高さｄ２が外輪粗加工品３６の肩高さｄ１よりも大きくなっている。

このように、第２の冷間ローリング工程１８では、外輪粗加工品３６の周方向溝３５を縮小させて環状凹部５１を形成する環状凹部形成工程及び転走面２６、２７の肩高さを増大させる増大工程の仕上げ加工を行うことになる。

このため、外輪粗加工品３６では、転動体の荷重作用線Ｌ１、Ｌ２が周方向溝３５の底面に交差するのに対して、外輪２５では、転動体の荷重作用線Ｌ１、Ｌ２の外径面の交点が環状凹部５１外に位置する。このため、図２に示すように、この外輪２５が使用された軸受をナックルＮに圧入した際に形成される空隙部Ｋに、転動体の荷重作用線Ｌ１、Ｌ２が交差しないことになる。

内輪２４も、ほぼ内輪２４の形状となった素形状の内輪素材を、冷間ローリングにより成形する。この素材を、加熱炉等で焼入して表面硬化させた後、切削加工を行う。すなわち、焼入鋼切削を行う。この場合、図６の破線で示すように、ハブ輪嵌合面６４、両端面６５，６６、シール装着面６３、及び転走面２８（２９）が焼入鋼切削される。内輪２４の材質も、外輪２５と同様のものが使用される。この場合の内輪素材（ブランク）は、前記外輪素材と同様、球状化焼鈍を行って、硬度をＨＲＣ３０以下、好ましくはＨＲＣ２５以下としたものである。

ところで、内輪２４は、例えば、図７に示すように、まず、中空の軸受鋼材を冷間ローリングにて内輪構成素材７３（一対の内輪が一体連結された形状のもの）を成形する。すなわち、この内輪構成素材７３は、軸方向中央の円筒状の本体部７４と、この本体部７４の両端にテーパ部７５ａ、７５ｂを介して連設される端部大径部７６ａ，７６ｂとを有する円筒体から構成される。この場合の内輪構成素材７３も球状化焼鈍を行って、硬度をＨＲＣ３０以下、好ましくはＨＲＣ２５以下としたものである。

このように構成した内輪構成素材７３をその軸方向中央で切断して、一対の内輪２４（２４Ａ）、２４（２４Ｂ）を成形する。すなわち、中央線Ｌに沿って内輪構成素材７３を切断することになる。この際、内輪構成素材７３を、加熱炉等で焼入して表面硬化させた後、切断及び切削加工を行う。端部大径部７６ａが内輪２４の大径部６０となり、小径の本体部７４が内輪２４の小径部６１となり、テーパ部７５ａの外径面が内輪２４の転走面２８（２９）となる。また、ハブ輪嵌合面６４、両端面６５，６６、シール装着面６３、及び転走面２８（２９）が焼入鋼切削される。なお、内輪構成素材７３を２つに切断する作業は、熱処理前であっても熱処理後であってもよい。

内輪構成素材７３としては、図８に示すような形状のものであってもよい。図８に示す内輪構成素材７３は、軸方向中央部の大径部７７と、この大径部７７の両端にテーパ部７８ａ、７８ｂを介して連設される端部大径部７９ａ，７９ｂとを有する円筒体から構成される。

中央線Ｌに沿って内輪構成素材７３を切断することになる。この際、内輪構成素材７３を、加熱炉等で焼入して表面硬化させた後、切断及び切削加工を行う。なお、図７に示す内輪構成素材７３では、その切断端面が小径側の端面６６となるのに対して、図８に示す内輪構成素材７３では、その切断端面が大径側の端面６５となる。

次に、前記のように構成される車輪用軸受装置の組立方法を説明する。まず、図２に示すように、ハブ輪１に軸受２が組み込まれたユニット体を構成する。すなわち、組立てられた状態の軸受２の内輪２４Ａ，２４Ｂの嵌合面６４，６４をハブ輪１の筒部２０の外径面２０ａに圧入する。この際、内輪２４Ａの端面６５がハブ輪１のボス部端面７０に当接する。

このように組立てられたユニット体と、等速自在継手３の外輪５とを連結する。この際、外輪５のステム軸部１２をハブ輪１の孔部２２に挿入し、孔部２２からアウトボード側に突出したねじ部４０にナット部材４３を螺着する。これによって、マウス部１１の底壁外面１１ａがインボード側の内輪２４Ｂの端面６５に当接する。この際、ナット部材４３の座面がハブ輪１のアウトボード側の端面４５の凹窪面４６に当接する。

このため、一対の内輪２４Ａ、２４Ｂが、その端面（突合面）６６が突合わされた状態で、ボス部端面７０とマウス部１１の底壁外面１１ａとの間に挟まれ、内輪２４Ａ、２４Ｂに予圧を付与することができる。

このように構成された車輪用軸受装置は、転がり軸受２の外輪２５のナックル嵌合面５０ａを、ナックルＮの内径面８０に圧入することになる。この場合、ナックル嵌合面５０ａの外径寸法Ｄ１１を、ナックルＮの内径面８０の内径寸法Ｄ１０よりも僅かに大きく設定する。すなわち、ナックル嵌合面５０ａとナックル内径面８０との締代によって、ナックルＮと外輪２５との相対的な軸方向及び周方向のずれを規制するように設定する。

この場合、例えば、外輪２５とナックルＮとの間のハメアイ面圧／ハメアイ面積をハメアイ荷重としたときに、このハメアイ荷重をこの転がり軸受の等価ラジアル荷重で割った値をクリープ発生限界係数とし、このクリープ発生限界係数を予め考慮して、外輪２５の設計仕様が設定される。

このため、ナックル嵌合面５０ａとナックル内径面８０との締代によって、外輪２５の軸方向の抜け及び周方向のクリープを防止できる。ここで、クリープとは、嵌合締代の不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動して嵌合面が鏡面化し、場合によってはかじりを伴い焼き付きや溶着することをいう。

また、ナックル内径面８０に、内径側に突出する膨出部８１が設けられ、アウトボード側から軸受２を圧入することによって、外輪２５のインボード側の端面２５ａが膨出部８１に当接している。

図２に示すように、ハブ輪１にはブレーキロータ９０が装着される。ブレーキロータ９０は、軸心孔９１を有する短円筒状の中心装着部９２を備え、この中心装着部９２がハブ輪１のフランジ部２１に嵌合する。

中心装着部９２は、貫孔を有する円盤部９２ａと、この円盤部９２ａの外径部からインボード側へ延びる短円筒状部９２ｂとを有する。円盤部９２ａの貫孔の周縁部には、アウトボード側へ延びる外鍔部９３が設けられ、この外鍔部９３の内径孔と円盤部９２ａの貫孔でもって、前記軸心孔９１が構成される。

この場合、ハブ輪１のアウトボード側の端面（筒部２０のアウトボード側の端面４５と、これに連続して同一平面上に配設されるフランジ部２１のアウトボード側の端面とで構成されるハブ輪端面）に円盤部９２ａが当接するとともに、ハブ輪１のフランジ部２１の外径部２１ａに短円筒状部９２ｂの円盤部９２ａ側の内径面が当接する。すなわち、ハブ輪１のフランジ部２１の外径部２１ａが、このブレーキロータ９０を案内するブレーキパイロット部９５を構成する。なお、円盤部９２ａには、ハブボルト３３が挿通される貫通孔９６が設けられている。

このように、ブレーキロータ９０が装着されることによって、外鍔部９３の外径面が、図示省略のホイールの内周に嵌合するホイールパイロット部９７を構成することになる。

本発明の車輪用軸受装置は、冷間ローリング成形にて外輪２５が成形されるので、製品の歩溜まり及び生産性の向上を図ることができて、コスト低減を達成できる。しかも、外輪２５は安定した加工精度及び強い強度を得ることができ、軸受２の品質向上を達成できる。また、外輪２５の軽量化を図ることができて、低燃費化を達成できる。

また、環状凹部５１の底壁を構成する部位の肉厚を厚くすることなく、外輪２５の強度及び剛性を確保することができる。このため、軸受装置の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。

前記外輪製造方法では、転動体３０の荷重作用線の延長線Ｌ１、Ｌ２が、環状凹部５１とナックルＮの内径面８０とで構成される空隙部Ｋに対してずれている外輪２５を成形することができる。このため、強度及び剛性に優れた外輪を成形することができる。

また、この外輪製造方法では、第１の冷間ローリング加工１７と第２の冷間ローリング加工１８とを行うものであり、各工程を無理なく滑らかに行うことができる。このため、各冷間ローリング加工機は負担が少ない加工を行うことができ、耐用寿命を延ばすことができる。

第１の冷間ローリング工程１７は、従来のこの種の外輪を成形する冷間ローリング工程と同様であり、外輪粗加工品３６を成形する冷間ローリング加工機を従来の既存のものを使用でき、コスト低減を図ることができる。しかも、第２の冷間ローリング工程１８では、転走面２６、２７の肩高さを増大させる増大工程を行うので、この転走面２６、２７での転動体３０の肩乗り上げを防止でき、この外輪２５を使用した軸受２は安定した機能を発揮することができる。

実施形態のように、外輪素材（ブランク）３４としては、外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体を採用すれば、このようなブランク３４では軸方向中央部において厚さ寸法が大となっており、周方向溝３５を縮小させる縮小工程及び肩高さを増大させる増大工程の容易化を図ることができる。

外輪素材がＳＵＪ２のズブ焼入れ品であっても、ＳＵＪ２の高周波焼入れ品であっても、炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼の高周波焼入れ品であってもよく、この種の外輪に一般的に用いられる素材を使用することができる。このため、コスト低減を図ることができる。

前記第２の冷間ローリング工程１８では、外輪粗加工品３６の周方向溝３５を縮小させて環状凹部５１を形成する環状凹部形成工程及び転走面２６、２７の肩高さを増大させる増大工程を行っていたが、他の実施形態として、転走面２６、２７の肩高さを増大させる増大工程を行わないものであってもよい。

ところで、外輪製造方法において、図９に示すように、第１の冷間ローリング工程１７後に、第２の冷間ローリング工程１８前に焼なまし工程１９を行ってもよい。ここで、焼なましとは、適切な温度に加熱及び灼熱した後、室温に戻ったときに、平衡に近い組織状態になるような条件で冷却することからなる熱処理である。焼なましには、軟化焼なまし、応力除去焼なまし等の種々のものがある。軟化焼なましとは、鉄鋼製品の硬さを所定の水準まで低下させる目的でＡｃ1変態点近傍の温度に加熱する熱処理である。応力除去焼なましとは、本質的に組織を変えることなく、内部応力を減らすために、適切な温度へ加熱又は灼熱した後、適切な温度で冷却する熱処理である。軟化焼なましは、塑性加工、切削加工の前処理に最適であり、応力除去焼なましは、残留応力の除去に最適である。

次に、図１０は他の車輪用軸受装置の軸受２の断面拡大図を示し、この場合、内輪が冷間ローリング加工にて成形しない、図１１に示す従来の車輪用軸受装置の軸受の内輪と同様、旋削工程等によって成形している。この内輪２４Ｃ、２４Ｄは、厚肉部８５と薄肉部８６とを有する短円筒体からなり、厚肉部８５と薄肉部８６との間の外径面に転走面２８（２９）が形成される。

また、この図１０に示す軸受２の外輪２５は、図１に示す外輪２５と同様、第１の冷間ローリング工程１７と第２の冷間ローリング工程１８と行うこと、または、第１の冷間ローリング工程１７後、第２の第１の冷間ローリング工程１８前に焼なまし工程１９を行うことによって成形される。このため、組立られた状態では、小径部８６の端面８６ａ，８６ａが突合され、アウトボード側の内輪２４Ａの大径部８５の端面８５ａが、ハブ輪１の端面７０に当接するとともに、インボード側の内輪２４Ｂの大径部８５の端面８５ａが、等速自在継手３の外輪５の底壁外面１１ａに当接する。

図１０に示す軸受２を使用する車輪用軸受装置の他の構成は、図２に示す車輪用軸受装置と同様であるので、同一部材については図１と図２と同一の符号を附してそれらの説明を省略する。このため、図１０に示す車輪用軸受装置も、図２に示す車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、軸受２のトルク伝達手段としての転動体をボール３０にて構成したが、円錐ころを使用するものであってもよい。外輪粗加工品３６として、前記実施形態では、図４（ａ）に示すように、外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体であったが、このようなクラウニング形状の筒体に限るものではない。また、前記実施形態では、突合面が突合わされた状態で一対の内輪が装着されるものであったが、ハブ輪の外径面に外輪の外側転走面が対向する内側転走面が形成されるとともに、ハブ輪の外径面のインボード側に段付部が形成されて、この段付部に、外周に外側転走面に対向する内側転走面が形成された内輪を嵌合させたものであってもよい。さらに、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置であって、ハブ輪の外径面に、外輪の第１外側転走面が対向する第１内側転走面が形成されるとともに、等速自在継手の外側継手部材の外径面に、外輪の第２外側転走面が対向する第２内側転走面が形成されたものであってもよい。

本発明の第１実施形態を示す車輪用軸受装置の軸受の縦断面図である。 前記車輪用軸受装置の縦断面図である。 本発明の外輪製造方法のフローチャート図である。 前記外輪製造方法の製造工程図である。 前記外輪製造方法に使用するローリング加工装置を示し、（ａ）は第１の冷間ローリングに使用されるローリング加工装置の簡略図であり、（ｂ）は第２の冷間ローリングに使用されるローリング加工装置の簡略図である。 前記車輪用軸受装置の軸受の内輪の拡大断面図である。 前記軸受の内輪の内輪形成素材の断面図である。 軸受の内輪の他の内輪形成素材の断面図である。 本発明の他の外輪製造方法のフローチャート図である。 本発明の第２実施形態を示す車輪用軸受装置の軸受の縦断面図である。である。 従来の車輪用軸受装置の縦断面図である。 従来の軸受の縦断面図である。 従来の他の軸受の縦断面図である。 従来の軸受の外輪の製造工程図である。 従来の軸受の外輪の製造に使用される製造装置の簡略図である。

符号の説明

２４Ａ，２４Ｂ 内輪
２５ 外輪
２６，２７ 外側転走面
２８，２９ 内側転走面
３０ 転動体
３４ ブランク（外輪素材）
３５ 周方向溝
３６ 外輪粗加工品
５１ 環状凹部
８０ ナックル内径面
Ｋ 空隙
Ｎ ナックル

Claims (8)

1. 外径面に内側転走面を有する一対の内輪と、内径面に複列の外側転走面を有する外輪と、外輪の外側転走面と内輪の内側転走面との間に転動自在に収容された転動体とを備え、少なくとも外輪が冷間ローリングにて成形されて、外輪の外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置であって、
   転動体の荷重作用線の延長線が、外輪の環状凹部とナックルの内径面とで構成される空隙部に対してずれていることを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、
   第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、前記外輪粗加工品の周方向溝を縮小させて環状凹部を形成する環状凹部形成工程を含む仕上げ加工を行うことを特徴とする外輪製造方法。
3. 内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、
   第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、転走面の肩高さを増大させる増大工程を含む仕上げ加工を行うことを特徴とする外輪製造方法。
4. 内径面に複列の外側転走面を有し、外径面の軸方向中央部に環状凹部が形成された車輪用軸受装置用の外輪を製造する外輪製造方法であって、
   外径面が軸方向中央部において最大外径となるクラウニング形状の筒体からなる外輪素材を用い、第１の冷間ローリング加工にて、周方向溝を外径面に有する外輪粗加工品を成形する粗加工を行い、その後、第２の冷間ローリング加工にて、前記外輪粗加工品の周方向溝を縮小させて環状凹部を形成する環状凹部形成工程及び転走面の肩高さを増大させる増大工程の仕上げ加工を行うことを特徴とする外輪製造方法。
5. 外輪素材がＳＵＪ２のズブ焼入れ品であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の外輪製造方法。
6. 外輪素材がＳＵＪ２の高周波焼入れ品であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の外輪製造方法。
7. 外輪素材が炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼の高周波焼入れ品であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の外輪製造方法。
8. 第１の冷間ローリング工程後、第２の冷間ローリング工程前に焼なまし工程を行うことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の外輪製造方法。

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