JP2009263733A - 外輪の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道面５、６を熱処理した後のワークをさらに旋削加工等したり、焼入れのムラを生じさせたりせずに、要求される寸法精度を有する、車輪用転がり軸受装置１の筒状の外輪２を加工する加工方法を提供する。
【解決手段】外輪２の内周の軌道面５、６を、前記外輪２の全体を水２７中に浸漬した状態で、高周波コイル２８によって加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の懸架装置に車輪を回転自在に支持するために用いる車輪用転がり軸受装置の、外輪の加工方法に関するものである。

図１は、近年普及しつつある車輪用転がり軸受装置１の一例を示す断面図である。図１を参照して、この例の車輪用転がり軸受装置１は、筒状の外輪２と、前記筒に挿通されて外輪２と同軸に配置された内軸３と、前記外輪２と内軸３との間に介在された複数個の転動体４とを備えている。
外輪２の筒の内周には、転動体４を転動可能に支持する複列（図では２列）の軌道面５、６が形成されている。また筒の外周には、その周方向の複数箇所（図では１箇所のみ記載している）から筒の径方向外方へ向けて突設された、懸架装置への取り付けのための複数個の突出部７を有するフランジ８が、前記筒と一体に形成されている。

前記外輪２は、例えば軸受鋼、機械構造用炭素鋼等の鋼材を熱間鍛造加工等してそのもとになる前駆体（ワーク）を形成し、前記ワークの軌道面５、６を熱処理して、前記軌道面５、６を含む領域に所定の厚みを有する硬化層を形成した後、必要に応じて表面を研磨して製造される。熱処理としては、例えば大気中で、高周波コイルによる誘導加熱によって前記軌道面５、６を局所的に加熱したのち冷却する、いわゆる高周波焼入れが広く採用される。

しかしワークは、肉厚１０ｍｍ以下程度の薄肉筒状で、しかもその内周に軌道面５、６、外周にフランジ８を有する等、筒の軸方向の肉厚が一定でない上、先に説明したようにフランジの、周方向の複数箇所に突出部７を有し、筒の周方向の肉厚も一定でない。そのため、前記軌道面５、６を熱処理すると、前記筒の真円度が低下する等、ワークの全体に大きな歪みを生じるおそれがある。

すなわち熱処理の熱が、ワークの非加熱領域に、前記肉厚の違い等に基づいて不均一に伝導されるため、ワーク内で不均一な膨張を生じて内部応力が発生する。また加熱したワークは、多数の水吐出口から水をシャワー状に噴きつけて冷却するのが一般的であるが、このような冷却方法では、ワークの形状に基づいて、水の到達時間や到達量等に差を生じて、前記ワークの全体を同時に、均一に冷却することができない。そのため、内部応力が生じている上に不均一な冷却がされるためワークが異状変形して、全体に大きな歪みを生じるおそれがある。

そこで従来は、外輪２に要求される寸法精度を出すために、熱処理後、研磨前のワークを旋削して歪みを修正することが行われる。しかしこの方法では、前記旋削工程を必要とする分、工程数が増加するため、外輪２の、ひいては車輪用転がり軸受装置１の生産性が低下するという問題がある。また熱処理後の旋削分を考慮すると共に、熱処理によって歪みが発生するのをできるだけ抑制するために、ワークを厚めに形成する必要があり、外輪２の製造に要する鋼材の量、輸送に要するエネルギー、保管に要するスペース等が嵩むという問題もある。

また、熱処理の熱がワークの非加熱領域に不均一に伝導されたり、ワークが不均一に冷却されたりすると、焼入れのムラが発生するおそれもある。すなわち、熱処理によって形成される硬化層の、深さ方向の厚みや面方向の拡がりがばらついたり、前記硬化層が筒の外周面まで達して、前記外周面を不均一に変色させたりする場合がある。
外輪の筒の開口に嵌め合わされる嵌め合い部を有するコンセントリングを２つ用意し、それぞれのコンセントリングの嵌め合い部を、外輪の筒の両側の開口に嵌め合わせた状態で熱処理をして、ワークの歪みを抑制することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開昭５９−２２６１１８号公報

しかし、コンセントリングによる変形防止の効果は未だ十分でなく、依然としてワークは、熱処理によって変形を生じやすいため、前記ワークを旋削して歪みを是正する工程を全く省略してしまうまでには至っていない。また冷却は、従来同様にワークに水を噴きつける等して行われるため、焼入れのムラが発生するのを抑制することもできない。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、熱処理後のワークをさらに旋削加工等したり、焼入れのムラを生じさせたりせずに、要求される寸法精度を有する外輪を加工できる外輪の加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車輪用転がり軸受装置（１）の筒状の外輪（２）を加工する方法であって、
前記外輪を水（２７）中に浸漬した状態で、前記筒状の外輪の内周に位置する軌道面（５）（６）に高周波コイル（２８）を近接させて加熱することにより、前記軌道面に硬化層を形成することを特徴とする外輪の加工方法を提供するものである（請求項１）。なお、カッコ内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。

本発明によれば、外輪の全体を水に浸漬して均一に冷却しながら、高周波コイルによって軌道面を局所的に加熱して熱処理しているため、熱処理の熱が非加熱領域に不均一に伝導して外輪に内部応力が発生するのを抑制できる。また加熱を停止するだけで、外輪の全体を、前記外輪を浸漬した水によって同時に、均一に冷却できる。
そのため、外輪が熱処理によって異状変形して全体に大きな歪みを生じるのを防止でき、熱処理後の外輪をさらに旋削して歪みを是正する工程を省略しても、前記外輪に要求される寸法精度を出すことが可能となる。したがって、前記工程を省略できる分、外輪の、ひいては車輪用転がり軸受装置の生産性を向上できる。また外輪のもとになるワークを、熱処理後の旋削分等を考慮して少し大きめに形成する必要もなくなるため、外輪の製造に要する鋼材の量、輸送に要するエネルギー、保管に要するスペース等を、いずれも低減できる。

しかも焼入れのムラが発生するのを抑制して、前記熱処理によって形成される硬化層の厚みや拡がりを均一にできる上、前記硬化層が部分的に筒の外周面まで達して、前記外周面を不均一に変色させたりするのを防止することもできる。
なお、外輪の軌道面をできるだけ均一に熱処理することを考慮すると、筒状の外輪をターンテーブル（２２）上に筒の軸（Ａ）方向が垂直になるように載せ、
高周波コイルを外輪の内周の軌道面に対向させて通電し、
前記ターンテーブルを回転させることにより加熱を行うのが好ましい（請求項２）。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、先に説明したように車輪用転がり軸受装置１の一例を示す断面図である。図１を参照して、この例の車輪用転がり軸受装置１は、筒状の外輪２と、前記筒に挿通されて外輪２と軸Ａを中心として同軸に配置された内軸３と、前記外輪２と内軸３との間に介在された複数個の転動体４とを備えている。

外輪２の筒の内周には、転動体４を転動可能に支持する複列（図では２列）の軌道面５、６が形成されている。また筒の外周には、その周方向の複数箇所（図では１箇所のみ記載している）から筒の径方向外方へ向けて突設された、懸架装置への取り付けのための複数個の突出部７を有するフランジ８が、前記筒と一体に形成されている。フランジ８には、前記懸架装置への取り付けのための図示しないボルトが螺合されるネジ穴９が、筒の軸方向に貫通させて形成されている。

内軸３は、軸Ａ方向の一端側（図において左側）から他端側（右側）に向けて順に同軸となるように一体に形成された外径の大きい大径部１０、前記大径部１０より外径の小さい中径部１１、および前記中径部１１より外径の小さい小径部１２を備えており、前記大径部１０と中径部１１との段差部分に、軌道面５に対向する軌道面１３が形成されている。また小径部１２には軌道輪１４が嵌め合わされており、前記軌道輪１４の外周に、軌道面６に対向する軌道面１５が形成されている。

軌道輪１４は、内径が小径部１２の外径と一致する筒状で、かつ軸Ａ方向の一端側から他端側に向けて順に同軸となるように一体に形成された外径の小さい小径部１６、および前記小径部１６より外径の大きい大径部１７を備えており、前記小径部１６と大径部１７との段差部分に、前記軌道面１３と向かい合わせて軌道面１５が形成されている。
内軸３の小径部１２の端部１８は、車輪用転がり軸受装置１の組み立て前には、図中に破線で示すように小径部１２と同径の筒状に形成されている。

車輪用転がり軸受装置１を組み立てるには、軌道面５と軌道面１３との間、および軌道面６と軌道面１５との間に、それぞれ所定個の転動体４を保持させた状態で、小径部１２に軌道輪１４を嵌め合わせて、その一端側を中径部１１と小径部１２との段差に当接させる。
次いで図中に実線で示すように端部１８をかしめることで、軌道輪１４を内軸３に固定して車輪用転がり軸受装置１を組み立てると、前記転動体４、軌道面５、６および軌道面１３、１５によって複列スラストアンギュラ玉軸受が構成されて、内軸３が外輪２に対して、軸Ａを中心として回転自在に支持される。

内軸３の、大径部１０の一端側の外周には、前記外周から径方向外方へ向けて突設させて、車輪やブレーキディスク等を固定するためのフランジ１９が一体に形成されている。フランジ１９の、周方向の複数箇所（図では１箇所のみ記載している）には、図示しない車輪やブレーキディスクを取り付けるボルト２０が設けられている。またフランジ１９の一端側の側面には、前記側面から一端側に突設させて、ブレーキディスクを嵌め合わせるための筒状のいんろう部２１が一体に形成されている。

前記各部のうち外輪２は、従来同様に、例えば軸受鋼、機械構造用炭素鋼等の鋼材を熱間鍛造加工等して図１に示す形状に形成し、次いで軌道面５、６を熱処理して、前記軌道面５、６を含む領域に所定の厚みを有する硬化層を形成した後、必要に応じて表面を研磨して製造される。この際、本発明の外輪の加工方法では、前記熱処理を、外輪２の全体を水中に浸漬した状態で行う点が、従来と相違している。

図２は、前記本発明の外輪の加工方法のうち、熱処理の工程の一例を示す断面図である。図２を参照して、この例では、前記外輪２を保持して回転するターンテーブル２２を用意する。
ターンテーブル２２は、前記外輪２の他端側（図では下側）の端面に当接される台板２３と、前記台板２３の上面に一体に形成され、外輪２の前記端面側の開口２４に嵌め合わされる突出部２５と、前記台板２３の下面に取り付けられた回転軸２６とを備えている。突出部２５および回転軸２６は、前記突出部２５を開口２４に嵌め合わせた状態で、外輪２の筒の軸Ａが回転軸２６の中心軸と一致するように同軸に設けられている。

次に、前記突出部２５を開口２４に嵌め合わせると共に台板２３の上面に端面を当接させることで、筒の軸Ａの方向が垂直になるようにターンテーブル２２に載せた外輪２の全体を、前記ターンテーブルごと水２７中に浸漬する。水２７には、必要に応じて水溶性高分子等の添加剤を添加してもよい。
次に、水２７中に浸漬した外輪２の筒内に誘導加熱のための高周波コイル２８を挿入する。高周波コイル２８としては、巻き径が、外輪２の筒内に挿入可能で、かつ軌道面５、６にできるだけ近接可能な径に設定されていると共に、軸Ａ方向の巻き数が、軌道面５、６の列数（２列）に合わせて２重巻きとされ、巻き間隔が、軌道面５、６の形成間隔と一致されたものを用いる。前記高周波コイル２８は、図示しない高周波電源に接続される。

次に、高周波コイル２８が軸Ａを中心として回転したり、上下方向に移動したりしないように固定した状態で、ターンテーブル２２を、図中に実線の矢印で示すように一方向に回転させながら、高周波コイル２８に高周波電流を入力する。そうすると、ターンテーブル２２上に保持された外輪２のうち、高周波コイル２８が対向する軌道面５、６とその近傍の領域が誘導加熱される。

誘導加熱の温度は、周知のように外輪２の前記領域を形成する鋼材がオーステナイト相を呈する温度に設定し、前記温度に達して一定時間経過した後に冷却すると、前記領域を形成する鋼材がマルテンサイト変態して焼入れされる。
この際、本発明では、外輪２の全体を水２７中に浸漬して、熱処理の間、前記水２７によって継続的に冷却しているため、前記熱が非加熱領域に不均一に伝導して外輪２に内部応力が発生するのを抑制できる。また加熱を停止するだけで、外輪２の全体を、水２７によって同時に、均一に冷却できる。

そのため、外輪２が熱処理によって異状変形して全体に大きな歪みを生じるのを防止でき、熱処理後の外輪２をさらに旋削して歪みを是正する工程を省略しても、前記外輪２に要求される寸法精度を出すことが可能となる。したがって、前記工程を省略できる分、外輪２の、ひいては車輪用転がり軸受装置１の生産性を向上できる。また外輪２のもとになるワークを、熱処理後の旋削分等を考慮して少し大きめに形成する必要もなくなるため、外輪２の製造に要する鋼材の量、輸送に要するエネルギー、保管に要するスペース等を、いずれも低減できる。

しかも焼入れのムラが発生するのを抑制して、前記熱処理によって形成される硬化層の厚みや拡がりを均一にできる上、前記硬化層が部分的に筒の外周面まで達して、前記外周面を不均一に変色させたりするのを防止することもできる。
また、図の例では高周波コイル２８を水によって冷却しながら熱処理をすることができるので、前記高周波コイル２８が自身の熱によって劣化するのを抑制してその長寿命化を図ることもできる。

熱処理後は外輪２を水２７から引き上げ、必要に応じて乾燥させた後、先に説明した手順で転動体４、内軸３、および軌道輪１４と組み合わせて組み立てると、図１に示す車輪用転がり軸受装置１が製造される。
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば図２では、水中に浸漬した高周波コイル２８を固定し、外輪２を回転させて熱処理をしていたが、逆に外輪２を固定し、高周波コイル２８を回転させて熱処理をしてもよいし、外輪２と高周波コイル２８を共に回転させて熱処理をしてもよい。後者の場合には外輪２と高周波コイル２８が相対的に回転するように、両者の回転方向や回転速度を違えればよい。

また、本発明によって加工された外輪が組み込まれる車輪用転がり軸受装置は、図１のものには限定されず、従来の、２列の軌道面が共に、内軸３とは別体の軌道輪に形成されたものであってもよいし、現在、開発が進められている、２列の軌道面が共に、内軸３の外周面に直接に形成されたものであってもよい。前記軌道面の配置に合わせて軌道面を任意の配置とした外輪を水に浸漬した状態で、前記軌道面を熱処理することができる。

本発明の加工方法によって加工される外輪を含む車輪用転がり軸受装置の一例を示す断面図である。 本発明の外輪の加工方法のうち、熱処理の工程の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：車輪用転がり軸受装置、２：外輪、５、６：軌道面、２２：ターンテーブル、２７：水、２８：高周波コイル、Ａ：軸

Claims (2)

1. 車輪用転がり軸受装置の筒状の外輪を加工する方法であって、
   前記外輪を水中に浸漬した状態で、前記筒状の外輪の内周に位置する軌道面に高周波コイルを近接させて加熱することにより、前記軌道面に硬化層を形成することを特徴とする外輪の加工方法。
2. 筒状の外輪をターンテーブル上に筒の軸方向が垂直になるように載せ、
   高周波コイルを外輪の内周の軌道面に対向させて通電し、
   前記ターンテーブルを回転させることにより加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の外輪の加工方法。

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