JP2014008510A - 車輪用軸受装置の製造方法及び車輪用軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】重量増大を招くことなく耐久性を向上させることができるフランジ付き軸部材を備えた車輪用軸受装置の製造方法を提供する。
【解決手段】軸方向の一端側に設けられ、転がり軸受13が組み付けられる軸部11と、軸方向の他端側に設けられ、車輪の中心孔に嵌合される嵌合軸部24と、この嵌合軸部24の軸心O上において軸方向他端面に形成された鍛造凹部25と、軸部11と嵌合軸部24との間の外周面から径方向外方へ延び、かつ周方向に間隔をあけて設けられた複数のフランジ部27と、を有するフランジ付き軸部材12を備えた車輪用軸受装置10の製造方法であって、冷間鍛造を行うための鍛造型装置によって、鍛造凹部25を成形しながら、フランジ部27を側方押出加工によって成形する工程と、この工程によって肉ひけが生じ得る鍛造凹部25の内面の特定部位に対して、部分的に表面除去加工を行う工程と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】軸方向の一端側に設けられ、転がり軸受13が組み付けられる軸部11と、軸方向の他端側に設けられ、車輪の中心孔に嵌合される嵌合軸部24と、この嵌合軸部24の軸心O上において軸方向他端面に形成された鍛造凹部25と、軸部11と嵌合軸部24との間の外周面から径方向外方へ延び、かつ周方向に間隔をあけて設けられた複数のフランジ部27と、を有するフランジ付き軸部材12を備えた車輪用軸受装置10の製造方法であって、冷間鍛造を行うための鍛造型装置によって、鍛造凹部25を成形しながら、フランジ部27を側方押出加工によって成形する工程と、この工程によって肉ひけが生じ得る鍛造凹部25の内面の特定部位に対して、部分的に表面除去加工を行う工程と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車等の車両に車輪を装着するために用いられる車輪用軸受装置の製造方法及び車輪用軸受装置に関するものである。
従来、車輪用軸受装置として、車輪やブレーキディスクが取り付けられるフランジ付き軸部材(ハブホイール)を転がり軸受によって回転自在に支持したものがある。このフランジ付き軸部材は、軸方向の一端側に設けられた軸部と、軸方向の他端側に設けられた嵌合軸部と、軸部と嵌合軸部との間から径方向外方に延びるフランジ部とを備えている。フランジ付き軸部材の軸部には転がり軸受が組み付けられ、この転がり軸受の外輪が車体側に取り付けられる。フランジ部にはハブボルトが取り付けられ、このハブボルトを用いて車輪やブレーキディスクが装着される。嵌合軸部は、軸部よりも大径に形成され、フランジ部に装着された車輪等の中心孔に嵌め込まれる。
また、下記特許文献1には、上記構成のフランジ付き軸部材を冷間鍛造により成形する製造方法が開示されている。この製造方法は、軸部と嵌合軸部とを有する中間素材(一次成形品)を鍛造型装置に装填し、中間素材における嵌合軸部の軸方向外端面に対してパンチを用いて鍛造凹部を成形しながら、軸部と嵌合軸部との間の外周面に複数のフランジ部を側方押出加工により成形するものとなっている。
上記特許文献1に記載されているように、フランジ付き軸部材を冷間鍛造により成形することで、重量の軽減を図りながら製造コストを低減できるという利点がある。
一方、フランジ付き軸部材は、フランジ部に装着された車輪やブレーキディスクから荷重を受けるため、強度をより高めることが望まれる。しかし、強度を高めるためにフランジ付き軸部材の各部の肉厚を増大したのでは重量軽減という利点が相殺される。したがって、フランジ付き軸部材の重量を増大することなく強度を高め、耐久性を向上させる方法が嘱望されている。
一方、フランジ付き軸部材は、フランジ部に装着された車輪やブレーキディスクから荷重を受けるため、強度をより高めることが望まれる。しかし、強度を高めるためにフランジ付き軸部材の各部の肉厚を増大したのでは重量軽減という利点が相殺される。したがって、フランジ付き軸部材の重量を増大することなく強度を高め、耐久性を向上させる方法が嘱望されている。
本発明は、以上のような実情に鑑み、重量増大を招くことなく耐久性を向上させることができる車輪用軸受装置の製造方法及び車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
本発明の発明者は、車輪用軸受装置におけるフランジ付き軸部材の強度を高めるために鋭意研究を重ね、次のような知見を得るに至った。すなわち、本発明の発明者は、フランジ付き軸部材のフランジ部を側方押出加工により成形するとき、嵌合軸部の軸方向外端面側からフランジ部へ流れる鍛流線と、軸部と嵌合軸部との略中間位置からフランジ部に向けて径方向外方へ流れる鍛流線とが突き当たることによって、鍛造凹部の内面の一部、特に嵌合軸部の付け根部の近傍に「肉ひけ」が生じる場合があることを見出した。更に、この肉ひけの部分に生じた微細なクラックを起点として疲労破壊が生じる可能性があることを見出した。そして、発明者は、これらの知見のもと、次のような製造方法を完成するに至った。
すなわち、本発明は、軸方向の一端側に設けられ、転がり軸受が組み付けられる軸部と、軸方向の他端側に設けられ、車輪の中心孔に嵌合される嵌合軸部と、この嵌合軸部の軸心上において軸方向他端面に形成された鍛造凹部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間の外周面から径方向外方へ延び、かつ周方向に間隔をあけて設けられた複数のフランジ部と、を有するフランジ付き軸部材を備えた車輪用軸受装置の製造方法であって、冷間鍛造を行うための鍛造型装置によって、前記鍛造凹部を成形しながら、前記フランジ部を側方押出加工によって成形する工程と、この工程によって肉ひけが生じ得る前記鍛造凹部の内面の特定部位に対して、部分的に表面除去加工を行う工程と、を含むことを特徴とするものである。
本発明の製造方法によれば、「肉ひけ」を生じる可能性がある鍛造凹部の内面の特定部位に対して、切削や研削等による表面除去加工を行うことによって肉ひけを取り除く。これにより、肉ひけの部分を起点とした疲労破壊を防止し、フランジ付き軸部材の耐久性を向上させることができる。したがって、フランジ付き軸部材の重量を増大することなく強度を高め、耐久性を向上させることができる。
なお、鍛造凹部の内面に生じた肉ひけを取り除くには、当該内面全体に対して表面除去加工を行うことも考えられる。しかし、鍛造凹部の内面全体に表面除去加工を行うと、加工範囲が広くなり加工に要する工数が増大する。上述のように、肉ひけが生じ得る部位は鍛流線から特定することができるため、本発明においては、肉ひけが生じ得る部位に限定して表面除去加工を行うことによって加工に要する工数を低減することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、上記製造方法によって製造されたフランジ付き軸部材と、このフランジ付き軸部材の軸部に組み付けられた転がり軸受と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、フランジ付き軸部材の重量増大を招くことなく耐久性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る車輪用軸受装置の縦断面図である。
車輪用軸受装置10は、自動車の車輪(本実施形態では従動輪)を懸架装置に対して回転自在に支持するものである。本実施形態の車輪用軸受装置10は、軸部11を有するハブホイール(フランジ付き軸部材)12と、軸部11に組み込まれる転がり軸受13とを備えている。転がり軸受13は、内輪部材14と、外輪部材15と、転動体18とを備えている。内輪部材14は、軸部11の車両インナ側の端部(図1における左側端部)に固定されている。軸部11と内輪部材14との外周面には内輪軌道17a,17bが形成されている。外輪部材15は、軸部11の径方向外側に配設されている。外輪部材15の内周面には、外輪軌道16a,16bが形成されている。転動体18は、外輪軌道16a,16bと内輪軌道17a,17bとの間に転動自在に複列に配設されている。
図1は、本発明の実施形態に係る車輪用軸受装置の縦断面図である。
車輪用軸受装置10は、自動車の車輪(本実施形態では従動輪)を懸架装置に対して回転自在に支持するものである。本実施形態の車輪用軸受装置10は、軸部11を有するハブホイール(フランジ付き軸部材)12と、軸部11に組み込まれる転がり軸受13とを備えている。転がり軸受13は、内輪部材14と、外輪部材15と、転動体18とを備えている。内輪部材14は、軸部11の車両インナ側の端部(図1における左側端部)に固定されている。軸部11と内輪部材14との外周面には内輪軌道17a,17bが形成されている。外輪部材15は、軸部11の径方向外側に配設されている。外輪部材15の内周面には、外輪軌道16a,16bが形成されている。転動体18は、外輪軌道16a,16bと内輪軌道17a,17bとの間に転動自在に複列に配設されている。
本実施形態の転動体18は玉によって構成されている。各列の複数の玉18は保持器20によって周方向に所定の間隔で保持されている。また、軸部11及び内輪部材14と外輪部材15との間に形成される環状空間には、当該環状空間を軸方向両端から封止するシール部材21a,21bが設けられている。
外輪部材15の外周面の軸方向中央部には取付フランジ38が一体に形成されている。取付フランジ38は、車体側の部材、例えば、車両の懸架装置(図示しない)に支持されたナックル又はキャリアの取付面にボルトによって連結される。
外輪部材15の外周面の軸方向中央部には取付フランジ38が一体に形成されている。取付フランジ38は、車体側の部材、例えば、車両の懸架装置(図示しない)に支持されたナックル又はキャリアの取付面にボルトによって連結される。
ハブホイール12の車両アウタ側の端部(図1における右側端部)には、嵌合軸部24が形成されている。この嵌合軸部24は軸部11よりも大径の筒形状に形成されている。嵌合軸部24の軸心O上には、鍛造凹部25が形成されている。鍛造凹部25は、ハブホイール12の車両アウタ側の端面から車両インナ側へ向けて形成されている。嵌合軸部24は、ハブホイール12に装着されたブレーキディスク31や車輪ホイール32の中心孔に嵌合される。
ハブホイール12における軸部11と嵌合軸部24との間の外周面には、径方向外方へ延びる複数のフランジ部27が形成されている。具体的に、ハブホイール12には、図3に示されるように、4個のフランジ部27が形成されている。4個のフランジ部27は、周方向に等間隔(90°の間隔)をあけて配置されている。
各フランジ部27の先端側には、ボルト固定孔29が貫通して形成されている。各ボルト固定孔29には、図1に示されるように、ハブボルト28が嵌合により固定されている。フランジ部27の車両アウタ側の側面(ディスク支持面)27aには、ブレーキディスク31と車輪ホイール32とがハブボルト28やホイールナット39を用いて装着される。
図2は、車輪用軸受部材のハブホイールを示す縦断面図である。図3は、ハブホイールを嵌合軸部側から示す平面図である。
ハブホイール12の軸部11は、大径部33と、段差部34と、小径部35とを一体に有している。大径部33は、軸部11のフランジ部27側に形成されている。小径部35は、大径部33よりも小径である。小径部35は、段差部34を介して大径部33に連続している。大径部33の外周面には、外輪部材15の外輪軌道16a(図1参照)に対応する内輪軌道17aが形成されている。
ハブホイール12の軸部11は、大径部33と、段差部34と、小径部35とを一体に有している。大径部33は、軸部11のフランジ部27側に形成されている。小径部35は、大径部33よりも小径である。小径部35は、段差部34を介して大径部33に連続している。大径部33の外周面には、外輪部材15の外輪軌道16a(図1参照)に対応する内輪軌道17aが形成されている。
ハブホイール12の軸部11は、大径部33の内輪軌道17aよりも車両アウタ側に、シール摺動面36aを有している。このシール摺動面36aは、大径部33よりも大径の円筒面に形成されている。シール部材21a(図1参照)は、このシール摺動面36a上を摺動する。
軸部11の小径部35の外周面には、内輪部材14(図1参照)が嵌合される。そして、小径部35の車両インナ側の端部をかしめることによって内輪部材14が固定される。内輪部材14の外周面には、内輪軌道17bと、シール摺動面36bとが形成されている。内輪軌道17bは、外輪軌道16bに対応して形成されている。シール摺動面36bは、内輪軌道17bよりも大径の円筒面よりなる。シール部材21bはシール摺動面36b上を摺動する。
軸部11の小径部35の外周面には、内輪部材14(図1参照)が嵌合される。そして、小径部35の車両インナ側の端部をかしめることによって内輪部材14が固定される。内輪部材14の外周面には、内輪軌道17bと、シール摺動面36bとが形成されている。内輪軌道17bは、外輪軌道16bに対応して形成されている。シール摺動面36bは、内輪軌道17bよりも大径の円筒面よりなる。シール部材21bはシール摺動面36b上を摺動する。
図2及び図3に示されるように、ハブホイール12の複数のフランジ部27は、後述するように冷間鍛造によって嵌合軸部24の中心部(軸心O上)の端面に鍛造凹部25を形成する際の側方押出加工によって形成される。また、フランジ部27の根元部には、車両インナ側へ軸方向に膨出する厚肉部40が形成されている。この厚肉部40の径方向外端部は、漸次、肉厚が減少するように傾斜状に形成されている。
鍛造凹部25の内面には、アール部25a、テーパー部25b、及び平坦部25cが形成されている。アール部25aは、嵌合軸部24の付け根部付近に円弧状に形成されている。テーパー部25bは、アール部25aに続いて形成され、車両インナ側へ向けて漸次内径が傾斜状に減少している。平坦部25cは、鍛造凹部25の中心部に形成され、軸心Oに略直交している。
本実施形態の車輪用軸受装置10において、ハブホイール12は、冷間鍛造による側方押出加工によって、軸部11と嵌合軸部24との間の外周面に複数のフランジ部27を放射状に形成することによって製造される。これによって、重量軽減を図りながら製造コストの低減を図っている。以下、冷間鍛造によるハブホイール12の製造方法について説明する。
この製造方法は、第1工程〜第4工程に大別することができる。図4に示されるように第1工程は、ハブホイール12の素材60を形成する工程である。第2工程は、素材60から一次成形品61を形成する工程である。第3工程は、一次成形品61から二次成形品62を形成する工程である。第4工程は、二次成形品62からハブホイール12を完成させる工程である。第1工程において、ハブホイール12の素材60は、構造用炭素鋼(例えば、S45C、S50C、S55C等の炭素量0.5%前後の炭素鋼が望ましい)の丸棒材を所要長さに切断することによって形成される。そして、素材60は、例えば800℃前後に加熱された後、冷却され、焼鈍される。
第2工程では、冷間鍛造の前方押出加工の鍛造型装置(図示しない)を用いて素材60が前方押出加工される。これによって、軸部11と嵌合軸部24との概ねの形状が形成される。この前方押出加工後の成形品が一次成形品(中間素材)61となる。
第3工程では、図5及び図6に示されるように、冷間鍛造による側方押出加工を行うための鍛造型装置70が用いられる。この鍛造型装置70によって、一次成形品61の嵌合軸部24の中心部端面に鍛造凹部25が形成され、同時に、軸部11と嵌合軸部24との間に複数のフランジ部27が放射状に形成される。この加工により二次成形品62が作製される。
より具体的に、図5に示されるように、鍛造型装置70は、上下一対の成形型71,72を備えている。一次成形品61は、下側の成形型72に装入された後、上側の成形型71を閉じることによって鍛造型装置70にセットされる。一対の成形型71,72には、二次成形品62を成形するためのキャビティ73が形成されている。特に、軸部11と嵌合軸部24との間に相当する部分には、フランジ部27を成形するためのキャビティ73aが放射状に形成されている。フランジ部27用のキャビティ73aは、一対の成形型71,72の突き合わせ面に形成された溝部により構成されている。
その後、図5及び図6に示されるように、パンチ74が一次成形品61の嵌合軸部24の中心部端面に向けて下方へ駆動され、パンチ74の先端部によって嵌合軸部24の中心部端面に鍛造凹部25が形成される。このとき、主に嵌合軸部24の金属組織が、キャビティ73a側へ押し出され、キャビティ73a内に流入することによってフランジ部27が形成される。また、同時に、軸部11における大径部33、段差部34、小径部35、及びシール摺動面36a等も形成される。
第4工程では、二次成形品62に対して旋削等が必要な各部位にそれぞれ加工が行われる。例えば、各フランジ部27にボルト固定孔29が形成され、軸部11の端面に軸端凹部19が形成される。
更に、鍛造凹部25の内面に対して「表面除去加工」が行われる。この表面除去加工は、鍛造凹部25の内面を切削(旋削)や研削によって削る加工をいう。この表面除去加工は、ハブホイール12の耐久性を向上させるために実施される。詳しくは、後で説明する。
更に、鍛造凹部25の内面に対して「表面除去加工」が行われる。この表面除去加工は、鍛造凹部25の内面を切削(旋削)や研削によって削る加工をいう。この表面除去加工は、ハブホイール12の耐久性を向上させるために実施される。詳しくは、後で説明する。
その後、二次成形品62の所定の領域、例えば、図2に1点鎖線のハッチングを付した領域Z1,Z2に高周波焼き入れ等の熱処理が施される。その後、軸部11の内輪軌道17aやフランジ部27のディスク支持面27a等が旋削加工又は研磨加工される。以上により、ハブホイール12が完成する。
以下、第4工程で実施された鍛造凹部25の内面に対する「表面除去加工」について詳しく説明する。
本実施形態のような車輪用軸受装置10は、ハブホイール12に装着した車輪ホイール32やブレーキディスク31から荷重を繰り返し受けるため、強度(特に、疲労強度)を高めることが要求される。この場合に、ハブホイール12の各部の肉厚を増大させることによって強度を高めることは可能であるが、これではハブホイール12の重量が増大してしまうため、好ましくない。
本実施形態のような車輪用軸受装置10は、ハブホイール12に装着した車輪ホイール32やブレーキディスク31から荷重を繰り返し受けるため、強度(特に、疲労強度)を高めることが要求される。この場合に、ハブホイール12の各部の肉厚を増大させることによって強度を高めることは可能であるが、これではハブホイール12の重量が増大してしまうため、好ましくない。
そこで、本発明の発明者は、ハブホイール12の製造段階で強度的に弱くなる部分を排除することによって、ハブホイール12の強度を高めることを考えた。そして、発明者は、冷間鍛造によるハブホイール12の金属組織の流れである鍛流線を精査したところ、強度的に弱くなる部分を特定することができた。
具体的に、本発明の発明者は、図7に示されるように、ハブホイール12のフランジ部27を形成する際に、成形型71,72のキャビティ73a内へ一次成形品61の金属組織が流入すると、矢印a、bで示されるような鍛流線が生じることを知得した。この鍛流線は、嵌合軸部24の素材が軸方向及び径方向に屈曲しながらフランジ部27用のキャビティ73aに流れる鍛流線aと、軸部11と嵌合軸部24との中間部における素材が径方向外方へ流れる鍛流線bに大別される。
具体的に、本発明の発明者は、図7に示されるように、ハブホイール12のフランジ部27を形成する際に、成形型71,72のキャビティ73a内へ一次成形品61の金属組織が流入すると、矢印a、bで示されるような鍛流線が生じることを知得した。この鍛流線は、嵌合軸部24の素材が軸方向及び径方向に屈曲しながらフランジ部27用のキャビティ73aに流れる鍛流線aと、軸部11と嵌合軸部24との中間部における素材が径方向外方へ流れる鍛流線bに大別される。
そして、本発明の発明者は、このような2種類の鍛流線a,bが互いに突き当たると、その付近に位置する鍛造凹部25の内面、特に、アール部25aとテーパー部25bの部分(2点鎖線で囲った領域X)に「肉ひけ」が生じ易くなることを見出した。「肉ひけ」とは、成形品の表面に生じるわずかな凹みのことをいう。一般には、単に「ひけ」という場合もある。この肉ひけが生じた部分には微細なクラックが発生することがあるため、このクラックが疲労破壊の起点となり、図2に示されるような割れWの原因となる可能性がある。
そのため、本実施形態の製造方法においては、肉ひけが生じる可能性のある特定の部位に対して、例えば0.1mm〜0.3mm程度表面を削ることによって面一とするような除去加工を行う。これによって、当該部位を起点とする疲労破壊を好適に防止することができる。
以上のような「表面除去加工」は、鍛造凹部25の内面全体に対して行うことによっても、肉ひけを取り除くことが可能となる。しかし、鍛造凹部25の内面全体に表面除去加工を行うと加工範囲が大きくなり、加工に要する工数も増大する。上述したように、肉ひけが生じ得る領域Xは、鍛流線から予め特定することができるので、本実施形態の製造方法では、鍛造凹部25の特定部位のみを対象として表面除去加工を行っている。これにより、鍛造凹部25の内面全体に対して表面除去加工を行わなくても肉ひけを確実に除去することができ、加工に要する工数も抑制することができる。
なお、フランジ部27の側方押出加工に伴う鍛造凹部25の肉ひけは、必ず生じるものではないが、「表面除去加工」は全ての成形品について行うことが推奨される。表面除去加工を行う領域Xは予め定められた狭い領域であるため、全ての成形品に対して表面除去加工を行ったとしてもそれほどの工数増大にはならない。その一方で、全ての成形品に対して表面除去加工を行うことで、肉ひけが生じているか否かを調べるための検査を不要とし、工数の増大を最低限に抑えることができるからである。また、表面除去加工は、領域Xにおける鍛造凹部25の全周に対して行ってもよいし、フランジ部27が形成された周方向の複数箇所のみに対して行ってもよい。後者の方が、より工数の増大を抑制することができる。
また、ハブホイール12の所定の領域Z1,Z2に焼き入れを施した場合、当該領域Z1,Z2においては焼き入れ後の冷却に伴う熱収縮によって圧縮応力が残留するが、その周囲では逆に引っ張り応力が残留する。この場合に、鍛造凹部25の内面に肉ひけがあったとすると、特に領域Z1の焼き入れに伴う引っ張り応力によって当該肉ヒケが助長され、疲労強度の低下に繋がる可能性がある。本実施形態では、ハブホイール12の所定の領域Z1,Z2に焼き入れを施す前に、鍛造凹部25の内面に表面除去加工を行うことによって、このような不都合を回避することができる。
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更することが可能である。
例えば、本発明は、転がり軸受13が円すいころ軸受とされた車輪用軸受装置にも適用することができる。
例えば、本発明は、転がり軸受13が円すいころ軸受とされた車輪用軸受装置にも適用することができる。
10:車輪用軸受装置、11:軸部、12:ハブホイール(フランジ付き軸部材)、13:転がり軸受、24:嵌合軸部、25:鍛造凹部、27:フランジ部、60:素材、61:一次成形品(中間素材)、62:二次成形品、70:鍛造型装置、O:軸心、X:肉ひけの領域、Z1:焼き入れ箇所、a:鍛流線、b:鍛流線
Claims (3)
- 軸方向の一端側に設けられ、転がり軸受が組み付けられる軸部と、軸方向の他端側に設けられ、車輪の中心孔に嵌合される嵌合軸部と、この嵌合軸部の軸心上において軸方向他端面に形成された鍛造凹部と、前記軸部と前記嵌合軸部との間の外周面から径方向外方へ延び、かつ周方向に間隔をあけて設けられた複数のフランジ部と、を有するフランジ付き軸部材を備えた車輪用軸受装置の製造方法であって、
冷間鍛造を行うための鍛造型装置によって、前記鍛造凹部を成形しながら、前記フランジ部を側方押出加工によって成形する工程と、
この工程によって肉ひけが生じ得る前記鍛造凹部の内面の特定部位に対して、部分的に表面除去加工を行う工程と、を含む車輪用軸受装置の製造方法。 - 前記鍛造凹部の内面に表面除去加工を行った後、前記軸部の外周面に焼き入れ処理を行う工程を含む、請求項1記載の車輪用軸受装置の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の製造方法によって製造されたフランジ付き軸部材と、このフランジ付き軸部材の軸部の外周面に組み付けられた転がり軸受と、を備えていることを特徴とする車輪用軸受装置。
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