JP2010018176A

JP2010018176A - 車輪用軸受装置およびそのハウジングの鋳造方法

Info

Publication number: JP2010018176A
Application number: JP2008180965A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimura; 啓藤村; Yasuhiro Aritake; 恭大有竹
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】鋳造品であるハウジングを、鋳造時に生じる寸法誤差が小さく、かつ安価に鋳造できる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備える。ハウジング７は、砂型からなる鋳型４０で鋳造された鋳造品である。鋳型４０におけるハウジング７の最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻４２ｄで覆って鋳造する。
【選択図】図２

Description

この発明は、トラック、バス等の大型車両用のアクスルユニットとして使用される車輪用軸受装置およびそのハウジングの鋳造方法に関する。

大型車両用のアクスルユニットとして、例えば特許文献１に開示された構造のものが知られている。図５に示すように、このアクスルユニットは、ユニット化された複列の転がり軸受２と、この転がり軸受２の外輪４が内周に嵌合する環状のハウジング７とを備え、ハウジング７の一端に、ボルト３１により車輪のホイール取付け用のハブ３２およびブレーキロータ３３を取付けたものである。車輪のホイール（図示せず）はハブ３２に取付けられる。
特開２００３−３１２２０５号公報

この種のアクスルユニットのハウジング７は鋳造品であることが多い。ハウジング７が生砂で成形された鋳型を用いて鋳造される場合、個々の鋳型に強度のばらつきがあるため、鋳造された製品ごとに寸法誤差が生じる。また、一つの鋳型について見ても、部分的に強度のばらつきがあり、鋳造された製品に部分的な寸法誤差が生じる。通常、ハウジング７の外周面は、機械加工されずに鋳肌のままであることが多い。鋳肌のままであると、鋳造時に生じた寸法誤差が最終製品になってもそのまま残る。ハウジング７の寸法誤差が大きいと、車両走行中に振動を引き起こすため、寸法誤差を極力小さくする必要がある。

この発明の目的は、鋳造品であるハウジングを、鋳造時に生じる寸法誤差が小さく、かつ安価に鋳造できる車輪用軸受装置およびそのハウジングの鋳造方法を提供することである。

この発明にかかる車輪用軸受装置は、転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置であって、前記ハウジングは、砂型からなる鋳型で鋳造された鋳造品であり、前記鋳型における前記ハウジングの最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造したものであることを特徴とする。シェル鋳型は、シェルモールド法で成型焼成した鋳型のことである。

シェル鋳型は、粘着剤でコーティングされた砂を金型に充填して焼結したものであり、生砂で成形された鋳型に比べて強度が数十倍高く、鋳造時に変形しないという特長を有する。このため、最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造することにより、最終の製品状態で機械加工されない箇所の寸法精度を向上させられる。鋳型全体をシェル鋳型とすることも可能であるが、最終の製品状態で機械加工される箇所は、鋳造完了段階で多少の寸法誤差があっても、後の機械加工により寸法誤差を解消できるので、敢えて鋳型全体に高価なシェル鋳型を用いる必要はない。このように、シェル鋳型を必要箇所にだけ用いることにより、ハウジングのコストダウンが図れる。

この発明において、前記ハウジングは球状黒鉛鋳鉄製とすることができる。
球状黒鉛鋳鉄は、引張り強さ、伸び、粘り強さ（靭性）に優れ、自動車部品に多く使用されているが、前記鋳型でハウジングを鋳造する場合にも球状黒鉛鋳鉄を好適に使用することができる。

前記外殻は、前記鋳型における前記ハウジングの外周面に対向する面を覆うものとすることができる。
アクスルユニットのハウジングでは、外周面は機械加工されず鋳肌のままであることが多い。したがって、鋳型におけるハウジングの外周面に対向する面を外殻で覆えば、シェル鋳型を用いる効果が発揮できる。

前記ハウジングの外周に車輪取付用のフランジを有する構成とすることができる。
ハウジングの外周に車輪取付用のフランジを有する構成、有しない構成のいずれにも、この発明を適用できる。

前記ハウジングは、中心軸方向の一方側へいくほど肉厚が厚い形状であり、このハウジングの鋳型に溶湯を注入する状態で、ハウジングの肉厚の厚い側が上になるように前記鋳型を設置して鋳造するのがよい。
ハウジングの材料としては球状黒鉛鋳鉄が多く使用されるが、この球状黒鉛鋳鉄は、凝固時にマッシー凝固という特殊な過程を経るため、ねずみ鋳鉄に比べて凝固収縮によるひけ巣が出来やすい。ひけ巣が出来ると、製品の強度低下を招く。一般的に、鋳型に注入された溶湯は、肉厚の厚い箇所で最終凝固が生じる。ハウジングの肉厚の厚い側が上になるように鋳型を設置して鋳造することにより、最終凝固部位への溶湯補給を最後まで行うことができ、ひけ巣の発生を効果的に防げる。

また、前記鋳型は、前記ハウジングとなるキャビティと、このキャビティの上部に連通する押し湯用の湯溜まり部とを有するものとすることができる。
キャビティの上部に連通する押し湯用の湯溜まり部が設けられていると、溶湯の注入が終わった後も、湯溜まり部に溜まった溶湯によりキャビティ上部への溶湯の補給が継続されるため、ひけ巣の発生をより一層効果的に防げる。

この発明にかかる車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法は、転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法であって、砂型からなる鋳型を用い、この鋳型における前記ハウジングの最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造することを特徴とする。

この発明の車輪用軸受装置は、転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置であって、前記ハウジングは、生砂鋳型とシェル鋳型を組み合わせた鋳型で鋳造された鋳造品であり、最終の製品状態で機械加工されない箇所の表面を前記シェル鋳型で覆って鋳造したものであるため、ハウジングを鋳造時に生じる寸法誤差が小さく、かつ安価に鋳造できる。

また、この発明の車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法は、転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法であって、砂型からなる鋳型を用い、この鋳型における前記ハウジングの最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造するため、ハウジングを鋳造時に生じる寸法誤差が小さく、かつ安価に鋳造できる。

この発明の実施形態を図１と共に説明する。この実施形態の車輪用軸受装置１は、外輪回転タイプで、例えばトラック、バス等の従動輪用アクスルユニットに適用されるものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

この車輪用軸受装置１は、転がり軸受２と、この転がり軸受２の外周に嵌合するハウジング７とからなる。転がり軸受２は、外周面に軌道面３ａを有する一対の内輪３と、この一対の内輪３の軌道面３ａに対向する複列の軌道面４ａを内周面に有する外輪４と、これら内外輪３，４間に組み込まれた複列の転動体５とを備えている。この実施形態の場合、転動体５は円すいころであって、円すいころ軸受として構成されている。転動体５である複列の円すいころは、背面組合せで配列され、各列毎に保持器６で保持されている。内輪３と外輪４間の軸受空間の両端は、シール８，９によりそれぞれ密封されている。

ハウジング７は環状の部材であり、その内周面１１は、前記外輪４が圧入される圧入面部１１ａと、この圧入面部１１ａに段差部１１ｂを介してアウトボード側へ続き前記圧入面部１１ａよりも小径な内側突出部１１ｃとからなる段付き円筒面状に形成されている。ハウジング７のアウトボード側の端面における周方向複数箇所に、車輪取付用のボルト孔１２が設けられている。ハウジング７は、全体的に、中心軸方向の一方側すなわちアウトボード側へいくほど肉厚が厚い形状とされている。

転がり軸受２は、その外輪４をハウジング７の内周面圧入面部１１ａにインボード側から圧入することにより、ハウジング７に組み込まれる。組み込んだ後、ハウジング７の内周に形成された環状の止め輪溝１３に止め輪１４が嵌め込まれる。転がり軸受２をハウジング７に組込んだ状態では、外輪４は、そのアウトボード側の端面がハウジング７の内周面段差部１１ｂに当接して、アウトボード側への移動が規制され、かつインボード側の端面が止め輪１４に当接して抜け止めされる。

ハウジング７は鋳造により製作される。ハウジング７の材料としては、例えば球状黒鉛鋳鉄を用いることができる。球状黒鉛鋳鉄は、引張り強さ、伸び、粘り強さ（靭性）に優れる。球状黒鉛鋳鉄を用いる場合、硬さがＨＢ１３０〜３３０、材料疲労強度が２００ＭＰａ以上とすることが望ましい。球状黒鉛鋳鉄以外では、低、中炭素鋼やその他の鋳鉄を用いることができる。

図２はハウジング７を鋳造する鋳型の断面図である。鋳型４０は、上型４１と下型４２と中子４３とでなる。また、下型４２は、下型本体４２ａと、この下型本体４２ａの内周面から底面にかけての範囲を覆うシェル外殻４２ｂとでなる。上型４１および下型本体４２ａは、生砂で成形されている。シェル外殻４２ｂは、シェル鋳型でできている。シェル鋳型は、シェルモールド法で成型焼成した鋳型のことである。シェル鋳型は、粘着剤でコーティングされた砂を金型に充填して所定の形状に焼結したものであり、生砂で成形された鋳型に比べて強度が数十倍高く、鋳造時に変形しないという特長を有する。シェル外殻４２ｂの内面で囲まれた凹部４４に中子４３が配置されており、シェル外殻４２ｂと中子４３間にキャビティ４５が形成されている。正確には、キャビティ４５は、外周側と下側がシェル外殻４２ｂ、内周側が中子４３、上側が上型４１によりそれぞれ覆われており、ハウジング７のアウトボード側すなわち肉厚の厚い側を上にしてある。

また、キャビティ４５から径方向に離れた位置に、上型４１から下型４２にかけて押し湯用の湯溜まり部４７が設けられている。湯溜まり部４７の大部分は上型４１に位置している。この湯溜まり部４７は、キャビティ４５の上端面外周部と、堰４８を介して連通している。堰４８は上型４１と下型４２間に形成されている。

この鋳型４０は、ハウジング７の軸方向が上下方向を向くように環状であるキャビティ４５が成形されているため、キャビティ４５の周方向の各部に溶湯が均等に回りやすい。ハウジング７の肉厚の厚い側が上にしてキャビティ４５が設けられているので、鋳鉄が液体から固体へ凝固する際の体積減少による空洞がキャビティ４５の上部に発生する。この空洞には、溶湯の注入が終わった後も、湯溜まり部４７の溶湯が堰４８を通って継続して補給される。そのため、最終凝固部位への溶湯補給を最後まで行うことができ、ひけ巣の発生を効果的に防げる。ハウジングの材料としては多く使用される球状黒鉛鋳鉄は、凝固時にマッシー凝固という特殊な過程を経るため、ねずみ鋳鉄に比べて凝固収縮によるひけ巣が出来やすいとされているが、この構成の鋳型４０によれば、球状黒鉛鋳鉄を用いた場合でも、ひけ巣の発生を防ぐことができる。

上記鋳型４０で鋳造されたハウジング７は、最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面をシェル外殻４２ｂで覆って鋳造されるため、最終の製品状態で機械加工されない箇所の寸法精度を向上させられる。この実施形態の場合、最終の製品状態で機械加工されない箇所は、ハウジング７の外周面における図２で一点鎖線４６で示す部分である。

鋳型全体をシェル鋳型とすることも可能であるが、最終の製品状態で機械加工される箇所、すなわちハウジング７の内周面およびアウトボード側の端面は、鋳造完了段階で多少の寸法誤差があっても、後の機械加工により寸法誤差を解消できるので、敢えて鋳型全体に高価なシェル鋳型を用いる必要はない。このように、シェル鋳型を必要箇所にだけ用いることにより、ハウジング７のコストダウンが図れる。
なお、鋳造後、ハウジング７の内外周面および端面を機械加工する場合は、図３に示すように、シェル外殻を有しない生砂だけで成形された下型４２を使用して鋳造することもできる。

図４は異なる実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置１は、外輪回転タイプで、例えばトラック、バス等の駆動輪用アクスルユニットに適用される。この実施形態が前記実施形態と異なる点は、ハウジング７の外周に車輪およびブレーキロータ取付用のフランジ２１を有することである。フランジ２１には、周方向の複数箇所にボルト挿通孔２２が設けられており、フランジ２１の両側に配した車輪（図示せず）およびブレーキロータ（図示せず）を、ボルト挿通孔２２に挿通したボルト（図示せず）により、フランジ２１に結合するようになっている。ハウジング７のアウトボード側の端面に設けたボルト孔２３は、車軸結合用である。なお、車軸（図示せず）は、内輪３の内周に嵌合する筒軸（図示せず）の内周部に、回転自在に挿通される。
この実施形態の車輪用軸受装置１のハウジング７についても、前記実施形態の場合とほぼ同様の方法で鋳造することができる。

上記各実施形態では第１世代タイプの車輪用軸受装置としたが、この発明は単列ころ軸受タイプの車輪用軸受装置にも適用できる。
また、上記各実施形態では、転がり軸受２を円すいころ軸受型としているが、アンギュラ玉軸受等の玉軸受型としてもよい。

この発明の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。同車輪用軸受装置のハウジングの鋳造に用いる鋳型の断面図である。異なる鋳型の断面図である。この発明の異なる実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。従来のアクスルユニットの断面図である。

符号の説明

１…車輪用軸受装置
２…転がり軸受
３…内輪
４…外輪
７…ハウジング
２１…フランジ
４０…鋳型
４１…上型
４２…下型
４２ｂ…シェル外殻
４３…中子
４５…キャビティ
４７…湯溜まり部

Claims

転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置であって、前記ハウジングは、砂型からなる鋳型で鋳造された鋳造品であり、前記鋳型における前記ハウジングの最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造したものであることを特徴とする車輪用軸受装置。
請求項１において、前記ハウジングは球状黒鉛鋳鉄からなる車輪用軸受装置。
請求項１または請求項２において、前記外殻は、前記鋳型における前記ハウジングの外周面に対向する面を覆うものである車輪用軸受装置。
請求項１または請求項２において、前記ハウジングの外周に車輪取付用のフランジを有する車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ハウジングは、中心軸方向の一方側へいくほど肉厚が厚い形状であり、このハウジングの鋳型に溶湯を注入する状態で、ハウジングの肉厚の厚い側が上になるように前記鋳型を設置して鋳造したものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５において、前記鋳型は、前記ハウジングとなるキャビティと、このキャビティの上部に連通する押し湯用の湯溜まり部とを有する車輪用軸受装置。
転がり軸受と、この転がり軸受の外輪が内周に嵌合した環状の車輪取付用ハウジングとを備えた車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法であって、砂型からなる鋳型を用い、この鋳型における前記ハウジングの最終の製品状態で機械加工されない箇所に対向する面を、シェル鋳型でできた外殻で覆って鋳造することを特徴とする車輪用軸受装置のハウジングの鋳造方法。