JP2014083551A - フランジ付円筒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠肉やバリの発生を抑制して、車輪用転がり軸受の外輪等の、円周面から外方へ非対称に張り出すフランジ突起を有するフランジ付円筒体を、効率的に、生産性良く製造できる製造方法を提供する。
【解決手段】円周面から外方へ非対称に張り出すフランジ突起に加工されるのに相当する量の肉盛２４が一方端面上に軸方向に形成された予備成形品２３を成形し、前記肉盛２４をフランジ突起に加工しながら、予備成形品２３をフランジ付円筒体に成形する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪用転がり軸受の外輪等の、フランジ付円筒体を製造する製造方法に関するものである。

自動車等の懸架装置へ車輪等を取り付けるために、車輪用転がり軸受装置が用いられる（例えば特許文献１参照）。図１は、前記車輪用転がり軸受装置１の一例を示す断面図である。図２は、予備成形品のもとになる据込成形体２２の外観を示す側面図である。図５は、前記車輪用転がり軸受装置１のうち外輪２の製造途中の状態を示す斜視図である。図１０は、従来の製造方法に用いて外輪２を製造するための予備成形品３５の一例の外観を示す斜視図である。図１１は、図１０の予備成形品３５の断面図である。図１２は、熱間鍛造等により前記外輪２を成型する際に用いる従来の鍛造金型３７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。

図５を参照して、筒の外周には、その周方向の複数箇所（図５では４個所）から筒の径方向外方へ向けて非対称に張り出された、懸架装置への取り付けのための４つのフランジ突起７を有する異形形状のフランジ８が、前記筒と一体に形成されている。
図２、図５を参照して、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据え込み成形して得た据込成形体２２を、熱間鍛造等により予備成形品として成形した後、前記予備成形品を、前記所定の形状となるように熱間鍛造等により成形して製造される。

図１０、図１１を参照して、前記従来の製造方法に用いる予備成形品３５は、円周面３５ａおよび平らな一方端面３５ｂを有する金属塊である。図１１を参照して、前記予備成形品３５の反対側の端面には、外輪２の筒の通孔のもとになる凹部３６が形成されている。
前記予備成形品３５は、前記据込成形体２２を、前記予備成形品３５の形状に対応した上金型と下金型とを有する鍛造金型を用いた熱間鍛造等によって成形して得られる。

図５、図１２を参照して、鍛造金型３７は下金型３８と上金型３９とを含んでいる。下金型３８は、予備成形品３５の円周面３５ａを受け入れる第一室４０およびフランジ８を作るために第一室４０の上部から径方向外方へ膨出し、かつ形成するフランジ８の、フランジ突起７の端縁より径方向外側に距離を隔てた位置から軸方向へ立ち上がるように区画された第二室４１を有している。上金型３９は、前記下金型３８の第二室４１へ挿入される挿入部４２を有している。

前記下金型３８の第一室４０に予備成形品３５をセットし、熱間鍛造の場合は鋼材の再結晶温度以上に加熱しながら、上金型３９に下向きの衝撃を加えて第二室４１に挿入部４２を挿入する。
この挿入により予備成形品３５の一方端面３５ｂに、先の凹部３６とともに筒の通孔を形成する凹部４３が形成されるとともに、前記予備成形品３５の全長と径とが、第一室４０および第二室４１に沿わせて拡大される。

また第二室４１に鋼材が充填されて、前記フランジ突起７を有するフランジ８が形成される。

特開２０００−８７９７８号公報

前記従来の製造方法によって製造される外輪２は、フランジ突起７が所定の形状に形成されない、いわゆる欠肉を生じやすいという問題がある。
フランジ突起７の欠肉は修正が困難であり、前記欠肉が発生した外輪２は、不良品として廃棄または他の用途に再生利用するしかなく、このことが、外輪２の生産性を低下させる大きな原因となっている。

前記従来の製造方法において欠肉を生じやすいのは、予備成形品３５の肉厚、すなわち鋼材の量が筒の全周に亘って一定であるため、前記熱間鍛造等による加工時に、第二室４１のうち、フランジ８の他の部分から径方向外方へ大きく突出したフランジ突起７に対応する領域の先端まで、十分に鋼材が充填されない場合を生じるのが原因である。
また熱間鍛造では、前記欠肉等を生じにくくするため、例えば図１２中に太い一点鎖線で示すように、前記下金型３８と上金型３９との合わせ面に沿って、２〜３ｍｍ程度の厚みで、かつ円板状のバリをフランジ８の周囲に発生させながら加工するのが一般的な手法である。

前記バリは取り除くことができるものの、取り除くためには、フランジ８のフランジ８の異形形状に合わせたバリの打抜き加工等が必要であり、手間がかかる。
特に、前記従来の製造方法によって製造される外輪２は、先に説明したようにフランジ突起７に欠肉を生じやすいだけでなく隣り合うフランジ突起７間に多量のバリを生じやすく、その除去には手間がかかる。これは、前記のように予備成形品３５の肉厚、すなわち鋼材の量が筒の全周に亘って一定で、前記熱間鍛造等による加工時に、フランジ８の、フランジ突起７間の領域に、必要以上の量の鋼材が供給されるためである。

その上、打抜いたバリは廃棄もしくは他の用途に再生利用する他なく、しかも重量的にも決して少なくないため、これらのことが、外輪２の生産性を低下させるもう一つの原因となっている。
本発明の目的は、欠肉やバリの発生を抑制して、車輪用転がり軸受の外輪等の、円周面から外方へ非対称に張り出すフランジ突起を有するフランジ付円筒体を、効率的に、生産性良く製造できる製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、円周面から径方向外方へ非対称に張り出すフランジ突起（７）を有する異形形状のフランジ（８）を備えたフランジ付円筒体（２）の製造方法であって、
円周面（２３ａ）、および一方端面（２３ｂ）を有し、前記フランジ突起に加工されるのに相当する量の肉盛（２４）が前記一方端面上に軸方向に形成された金属塊を予備成形品（２３）として成形する予備成形工程と、
前記予備成形品の肉盛をフランジ突起にする加工を含み、前記予備成形品を前記フランジ付円筒体に成形する本成形工程と、
を含むことを特徴とするフランジ付円筒体の製造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、本成形工程において、予備成形品の肉盛から、フランジ突起を形成するのに必要かつ十分な量の鋼材を集中的に行き渡らせて、フランジ突起を形成することができる。そのためフランジ突起に欠肉が発生するのを抑制するとともに、隣り合うフランジ突起間に生じるバリを小さくできる。

したがって、前記欠肉による不良品の発生を少なくするとともに、バリの打抜き加工等の手間を軽減し、さらにはバリの総量を少なくして、フランジ付円筒体の製造の歩留まりを向上し、生産性を高めることができる。
前記本発明の製造方法において、前記本成形工程は、
前記予備成形品の円周面を受け入れる第一室（２９）、および前記フランジを作るために前記第一室の上部から径方向外方へ膨出し、かつ前記フランジの端縁に対応する位置で軸方向、または前記軸方向に対して斜め外方へ立ち上がるように区画された第二室（３０）を有し、前記第二室の第一室からの膨出部がフランジ賦形部とされた下金型（２７）と、
前記下金型の第二室へ挿入される挿入部（３１）を有し、かつ前記挿入部の先端に、前記下金型のフランジ賦形部と対向するフランジ賦形部が設けられた上金型（２８）とを用いて行われ、
前記両フランジ賦形部に挟まれて形成されたフランジの端縁に、前記第二室の内壁に沿った軸方向、または軸方向に対して斜め外方へのバリが形成され得るようにするのが好ましい（請求項２）。

本発明の製造方法によって製造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。 図３の予備成形品のもとになる据込成形体の外観を示す側面図である。 本発明の製造方法に用いて外輪を製造するための予備成形品の一例の外観を示す斜視図である。 図３の予備成形品の断面図である。 本発明の製造方法によって製造途中の外輪の状態を示す斜視図である。 図５の外輪の断面図である。 図３の予備成形品を用いて、熱間鍛造等により外輪を成形する際に用いる鍛造金型の一例を示す断面図である。 鍛造金型の変形例を示す断面図である。 図５の外輪に孔あけ加工をした状態を示す断面図である。 従来の製造方法に用いて外輪を製造するための予備成形品の一例の外観を示す斜視図である。 図１０の予備成形品の断面図である。 熱間鍛造等により前記外輪を成型する際に用いる従来の鍛造金型の一例を示す断面図である。

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。
先に説明したように図１は、車輪用転がり軸受装置１の一例を示す断面図である。また図５は、前記車輪用転がり軸受装置１のうち外輪２の製造途中の状態を示す斜視図である。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。図５を参照して、筒の外周には、その周方向の複数箇所（図５では４個所）から筒の径方向外方へ向けて非対称に張り出された、懸架装置への取り付けのための４つのフランジ突起７を有する異形形状のフランジ８が、前記筒と一体に形成されている。図１を参照して、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１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。

前記外輪２は、例えば軸受鋼、機械構造用炭素鋼等の鋼材を据え込み成形して得た据込成形体２２（図２参照）を、熱間鍛造等により予備成形品として成形した後、前記予備成形品を、前記所定の形状となるように熱間鍛造等により成形し、さらに必要な加工をして製造される。
図３は、本発明の製造方法に用いて図５の外輪２を形成するための予備成形品２３の一例の外観を示す斜視図である。図４は、前記予備成形品２３の断面図である。図６は、前記図５に示した製造途中の外輪２の断面図である。

図３〜図６を参照して、この例の予備成形品２３は、円周面２３ａおよび一方端面２３ｂを有し、本成形工程において円周面から外方へ非対称に張り出すフランジ突起に加工されるのに相当する量の肉盛２４が一方端面上に軸方向に形成された金属塊である。図４を参照して、予備成形品２３の反対側の端面には、外輪２の筒の通孔のもとになる凹部２５が形成されている。

予備成形品２３は、据込成形体２２を、前記予備成形品２３の形状に対応した上金型と下金型とを有する鍛造金型を用いた熱間鍛造等によって成形して得られる。
図３を参照して、肉盛２４は、円柱の軸を中心として径方向外方へ向かう放射に配置され、個々の肉盛の、放射方向と交差方向の断面形状が、軸方向の突出側の幅が端面側よりも広い略台形状とされている。

これにより、前記据込成形体２２を予備成形品２３として成形する際に用いる鍛造金型の肉厚を十分に取り、かつ鍛造金型および予備成形品２３の形状が鋭利にならないようにして前記鍛造金型の耐久性を向上するとともに成形不良を少なくできる。さらに、予備成形品２３を鍛造金型から抜けやすくすることもできる。
図７は、前記予備成形品２３を用いて、熱間鍛造等により外輪２を成形する際に用いる鍛造金型２６の一例を示す断面図である。

図３〜図７を参照して、鍛造金型２６は下金型２７と上金型２８とを含んでいる。下金型２７は、予備成形品２３の円周面を受け入れる第一室２９およびフランジ８を作るために第一室２９の上部から外方へ膨出し、かつ前記フランジ８の端縁に対応する位置で軸方向へ立ち上がるように区画された第二室３０を有している。前記下金型２７のうち第二室３０の、第一室２９からの膨出部が、フランジ８の、前記各図において下側の面を所定の立体形状に形成するためのフランジ賦形部３０ａとされている。

上金型２８は、前記下金型の第二室３０へ挿入される挿入部３１を有している。挿入部３１の先端には、前記下金型のフランジ賦形部３０ａと対向し、フランジ８の、前記各図において上側の面を所定の立体形状に形成するためのフランジ賦形部３１ａが設けられている。
前記下金型２７の第一室２９に予備成形品２３をセットし、熱間鍛造の場合は鋼材の再結晶温度以上に加熱しながら、上金型２８に下向きの衝撃を加えて第二室３０に挿入部３１を挿入する。この挿入により予備成形品２３の、肉盛２４を設けた側の端面に、先の凹部２５とともに筒の通孔を形成する凹部３２が形成されるとともに、前記予備成形品２３の全長と径とが、第一室２９および第二室３０に沿わせて拡大される。

また第二室３０に、主として肉盛り２４から必要かつ十分な量の鋼材が集中的に充填されて、前記フランジ突起７を有するフランジ８が形成される。そのため、形成されるフランジ突起７に欠肉が発生するのを抑制するとともに、隣り合うフランジ突起７間に生じるバリを小さくできる。
したがって、前記欠肉による不良品の発生を少なくするとともに、バリの打抜き加工等の手間を軽減し、さらにはバリの総量を少なくして、外輪２の製造の歩留まりを向上し、生産性を高めることができる。

また図の鍛造金型２６を用いて成形した際に、フランジ８の端縁に生じるバリは、例えば同図中に太い一点鎖線で示すように、第二室３０の内壁に沿った軸方向へ向けて形成されるため、前記フランジ８を切削等によって仕上げる際に同時に除去できる。そのためバリを抜き加工によって除去する工程を省略して、外輪２の生産性をさらに向上することもできる。

図８は、前記鍛造金型２６の変形例を示す断面図である。図の例の鍛造金型２６は、下金型２７の第二室３０の内壁のうち、フランジ８の、フランジ突起７を張り出させていない領域に対応する部分が、前記フランジ８の端縁に対応する位置から軸方向に対して斜め外方へ立ち上がるように傾斜面３３として区画され、湾曲形状を介して軸方向に沿う内壁に繋がれている点、上金型２８の挿入部３１の対応する部分が、前記湾曲形状に沿わせて湾曲形状として形成されている点が先の例と相違している。その他の各部は先の例と同様であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

図の鍛造金型２６を用いて成形した際に、フランジ８の端縁に生じるバリは、例えば同図中に太い一点鎖線で示すように、フランジ突起７の部分では、第二室３０の内壁に沿った軸方向へ向けて形成され、フランジ突起７を張り出させていない領域に対応する部分では、前記傾斜面３３に沿った傾斜方向へ向けて形成される。
そのためいずれのバリも、前記フランジ８を切削等によって仕上げる際に同時に除去でき、バリを抜き加工によって除去する工程を省略して、外輪２の生産性をさらに向上することができる。

図９は、図５の外輪２に孔あけ加工をした状態を示す断面図である。図５、図６、図９を参照して、鍛造金型２６から取り出した外輪２の、凹部２５、３２間を隔てる隔壁３４に孔あけをして筒を形成するとともに、図１を参照して、前記筒の内周を必要に応じて旋削等して軌道面５、６を形成し、またフランジ突起７にネジ穴９を形成し、さらに軌道面５、６を熱処理して硬化層を形成した後、必要に応じて表面を研磨すると外輪２が完成する。

そして前記外輪２を、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。例えば本発明によって製造された外輪２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列の軌道面がともに、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列の軌道面がともに、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。

本発明の製造方法によって製造されるフランジ付円筒体は外輪２には限定されない。円周面から外方へ非対称に張り出すフランジ突起を有する異形形状のフランジを備えた種々の円筒体の製造に適用可能である。

１：軸受装置、２：外輪、３：内軸、４：転動体、５：軌道面、６：軌道面、７：フランジ突起、８：フランジ、９：ネジ穴、１０：大径部、１１：中径部、１２：小径部、１３：軌道面、１４：軌道輪、１５：軌道面、１６：小径部、１７：大径部、１８：端部、１９：フランジ、２０：ボルト、２１：いんろう部、２２：据込成形体、２３：予備成形品、２３ａ：円周面、２３ｂ：一方端面、２４：肉盛、２５：凹部、２６：鍛造金型、２７：下金型、２８：上金型、２９：第一室、３０：第二室、３０ａ：フランジ賦形部、３１：挿入部、３１ａ：フランジ賦形部、３２：凹部、３３：傾斜面、３４：隔壁、３５：予備成形品、３５ａ：円周面、３５ｂ：一方端面、３６：凹部、３７：鍛造金型、３８：下金型、３９：上金型、４０：第一室、４１：第二室、４２：挿入部、４３：凹部、Ａ：軸

Claims (2)

1. 円周面から径方向外方へ非対称に張り出すフランジ突起を有する異形形状のフランジを備えたフランジ付円筒体の製造方法であって、
   円周面、および一方端面を有し、前記フランジ突起に加工されるのに相当する量の肉盛が前記一方端面上に軸方向に形成された金属塊を予備成形品として成形する予備成形工程と、
   前記予備成形品の肉盛をフランジ突起にする加工を含み、前記予備成形品を前記フランジ付円筒体に成形する本成形工程と、
   を含むことを特徴とするフランジ付円筒体の製造方法。
2. 前記本成形工程は、
   前記予備成形品の円周面を受け入れる第一室、および前記フランジを作るために前記第一室の上部から径方向外方へ膨出し、かつ前記フランジの端縁に対応する位置で軸方向、または前記軸方向に対して斜め外方へ立ち上がるように区画された第二室を有し、前記第二室の第一室からの膨出部がフランジ賦形部とされた下金型と、
   前記下金型の第二室へ挿入される挿入部を有し、かつ前記挿入部の先端に、前記下金型のフランジ賦形部と対向するフランジ賦形部が設けられた上金型とを用いて行われ、
   前記両フランジ賦形部に挟まれて形成されたフランジの端縁に、前記第二室の内壁に沿った軸方向、または軸方向に対して斜め外方へのバリが形成され得ることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付円筒体の製造方法。

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