JP2023055544A - 車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複列の外輪軌道の中央部側及び両端部側の両側で所望の熱処理硬化層深さを有し、且つ、外周面への熱処理硬化層の突き抜けを防止することができる車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する。【解決手段】内周面が軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となる筒状部材２０Ａを成形する鍛造工程と、筒状部材２０Ａの外周面２８ａを軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となるように、筒状部材２０Ａの内周面を拡径する拡径工程と、外輪軌道２２に高周波熱処理を施し、外輪軌道２２に熱処理硬化層２３を形成する高周波熱処理工程と、高周波熱処理工程後に外輪の外周面２８ａを所定の形状に旋削仕上げする旋削工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニットに関し、特に、転動体として円すいころを用いた車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニットに関する。

自動車の車輪及び制動用部材は、車輪支持用転がり軸受ユニットにより、懸架装置に対して回転自在に支持される。この様な車輪支持用転がり軸受ユニットには、自動車が旋回走行する際に大きなモーメント荷重が加わるので、旋回走行時の安定性を確保するために、大きなモーメント剛性を確保する必要がある。従来、高負荷容量の車輪支持用転がり軸受ユニットとしては、転動体を複列に配置すると共に、各列の転動体に円すいころを使用した構造のものが知られている。また、特許文献１～３では、軌道面にフレーキングや圧痕の発生を防止するため、軌道面に熱処理硬化層を設けることが記載されている。

特許文献１に記載の車両用ハブユニットでは、外輪軌道または内輪軌道の少なくとも一方の転がり接触域に、高周波焼き入れによる硬化層を形成し、その硬化層の軸方向両端部から１ｍｍ内方位置での硬化層深さを１．５～１．９ｍｍとしている。
また、特許文献２に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットでは、軸方向外側の外輪軌道面部分から軸方向内側の外輪軌道面部分に亙り、熱処理硬化層が全周に形成されており、外側硬化層及び内側硬化層の大径側部分の厚さ寸法を、各硬化層の小径側部分の厚さ寸法よりも大きく設定している。
さらに、特許文献３に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットでは、両外輪軌道に設けられた熱処理硬化層の一部がシール部材を嵌合固定する為の嵌合円筒部の軸方向中間部まで延在され、シール部材の嵌合面が、嵌合円筒部の熱処理硬化層が形成された部分のみと嵌合している。

特開２００９－１８０２６４号公報 特開２０１５－１２４８４７号公報 特開２０１５－２８３７２号公報

車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪は、両端部に向かうほど軌道面が大径となるため、軌道面の面積が増えることによって高周波熱処理の際の受熱量が増加すると共に、肉厚が薄くなることによって熱容量が減少する。このため、両端部側の硬化層厚さが、中央部側の硬化層厚さより厚くなり、硬化層が両端部側の外周面に突き抜けてしまう不具合が発生しやすくなる。硬化層が両端部側の外周面に突き抜けてしまうと、外輪軌道面の圧縮応力が失われ、転がり疲れ寿命が低下する虞があると共に、外周面側に割れが発生しで突き抜け部分が輪断しやすくなる可能性があり好ましくない。このような硬化層の外周面への突き抜けを防止するため、両端部側の硬化層厚さを規制すると、中央部側で十分な硬化層厚さが得られず、転がり軸受ユニットの耐久性の低下につながる虞がある。

特許文献１では、外輪軌道面の硬化層深さを所定範囲内に規制することにより、転がり軸受ユニットの寿命向上を図った技術が開示されている。しかしながら、上述の様に、外輪は両端部に向かうほど、軌道面の面積が増えて受熱量が増加すると共に、熱容量が減少するので、通常の高周波熱処理では、硬化層深さ１．５～１．９ｍｍの硬化層を両端部側で得ることは難しい。実際には、特許文献２に示されている様に、両端部側の硬化層厚さが中央部側の硬化層厚さより厚くなり、両端部側の硬化層の外周面への突き抜けが発生しやすくなる。また、特許文献３に開示されている様に、シール嵌合面にも硬化層が形成されていることが好ましいが、その様な硬化層を形成しようとすると、両端部側の硬化層の外周面への突き抜けが、更に発生しやすくなる問題がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複列の外輪軌道の中央部側及び両端部側の両側で所望の硬化層深さを有し、且つ、両端部側における外周面への硬化層の突き抜けを防止することができる車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法であって、
円柱状素材を鍛造加工し、前記内周面が軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となる筒状部材を成形する鍛造工程と、
前記筒状部材の外周面を軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となるように、前記筒状部材の内周面を拡径する拡径工程と、
前記外輪軌道に高周波熱処理を施し、前記外輪軌道に前記熱処理硬化層を形成する高周波熱処理工程と、
前記高周波熱処理工程後に前記外輪の外周面を所定の形状に旋削仕上げする旋削工程と、
を備える車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
［２］ 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットであって、
前記外輪は、［１］に記載の製造方法によって製造される、車輪支持用転がり軸受ユニット。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法及び車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、複列の外輪軌道の中央部側及び両端部側の両側で所望の硬化層深さを有し、且つ、両端部側における外周面への硬化層の突き抜けを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図である。 鍛造工程により成形された外輪の第１中間部材の断面図である。 図２に示す第１中間部材に対して、穴の両端部を拡径した状態を示す断面図である。 図３に示す第２中間部材に対して、フランジ面、両端面、外輪軌道及びシール嵌合部を旋削加工した後、高周波熱処理により外輪軌道に熱処理硬化層を形成した状態を示す断面図である。 図４に示す第３中間部材に対して、外周面を所定の形状に旋削仕上げした状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係り、フランジ面、両端面、外輪軌道及びシール嵌合部を旋削加工した後、高周波熱処理により外輪軌道及びシール嵌合部に熱処理硬化層を形成した、図４相当の第３中間部材の断面図である。 図６に示す第３中間部材に対して、外周面を所定の形状に旋削仕上げした、図５相当の第４中間部材の断面図である。

（第１実施形態）
図１～図６を参照して、第１実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０について説明する。
なお、本明細書において、軸方向に関して外側とは、懸架装置に組み付けた状態で車体の幅方向外側となる側を言い、図１の左側となる。一方、軸方向に関して内側とは、車体の幅方向中央側となる側を言い、図１の右側となる。

第１実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、従動輪用であり、外輪２０と、ハブ３０と、複数の円錐ころ４０、４０と、一対の組合せシールリング４２とを備える。

外輪２０は、外周面に静止側フランジ２１を備え、内周面に断面形状（母線形状）が部分円錐形状である複列（２列）の外輪軌道２２を有している。外輪軌道２２には、高周波焼入れにより熱処理硬化層２３が形成されている。外輪２０は、静止側フランジ２１を、懸架装置のナックルに結合固定することにより、使用時に、この懸架装置に固定支持された状態で回転しない。

ハブ３０は、ハブ輪３１と一対の内輪３２とを結合することにより構成されており、外輪２０の内径側に外輪２０と同軸（同芯）に配置されている。

ハブ輪３１には、外輪２０の軸方向外側（アウトボード側）開口から軸方向外方に突出した部分から外径側に延出し、車輪及びディスクロータ等の制動用回転部材を支持固定するための円輪状の回転側フランジ３４が設けられている。回転側フランジ３４に設けられた複数の挿通孔３４ａには、それぞれスタッドボルト４１がセレーション嵌合されている。

また、ハブ輪３１の外周面には、回転側フランジ３４の近傍から軸方向内側（インボード側）に円筒状の小径段部３５が形成される。そして、一対の内輪３２は、互いの小鍔部３２ａを当接させた状態で、小径段部３５の外周面に圧入によって外嵌され、ハブ輪３１の軸方向内側端部に形成された加締め部３７により軸方向内側の内輪３２の軸方向内端面を抑え付けられ、ハブ輪３１に位置決め固定される。

これにより、外輪２０の内周面に設けられた軸方向外側列の外輪軌道２２と対向する部分には、軸方向外側列の内輪３２の外周面に形成された内輪軌道３８が設けられる。また、外輪２０の内周面に設けられた軸方向内側列の外輪軌道２２と対向する部分には、軸方向内側列の内輪３２の外周面に形成された軸方向内側列の内輪軌道３８が設けられる。
なお、車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、軸方向外側列の内輪３２を設けずに、軸方向外側列の内輪軌道３８をハブ輪３１の外周面によって構成してもよい。

円錐ころ４０は、軸方向外側列の外輪軌道２２と内輪軌道３８との間、及び、軸方向内側列の外輪軌道２２と内輪軌道３８との間に、それぞれ複数ずつ、保持器４３により保持された状態で転動自在に設けられる。

一対の組合せシールリング４２は、シールリング４２ａとスリンガ４２ｂとによってそれぞれ構成され、外輪２０の内周面とハブ３０の外周面との間に存在する、複数の円錐ころ４０が設けられた内部空間４５の軸方向両端開口（軸方向外側及び軸方向内側）を塞いでいる。シールリング４２ａは、外輪２０の複列の外輪軌道２２の軸方向両端側の内周面に設けられたシール嵌合部２４に固定されている。また、スリンガ４２ｂは、断面Ｌ字形に形成され、内輪３２の大鍔部３２ｂの外周面に外嵌固定される。これにより、内部空間４５に封入したグリース等の潤滑剤が外部に漏洩するのを防止すると共に、外部から内部空間４５に泥水等の異物が浸入するのを防止している。

ここで、複列の外輪軌道２２に硬化層２３が形成される本実施形態の外輪２０の製造方法について説明する。本実施形態の外輪２０の製造方法では、炭素含有量が０．３～０．７質量％の中炭素鋼製である円柱状素材に鍛造加工を施して筒状部材を成形し、該筒状素材に拡径加工を施した後、さらに、外輪軌道２２などを形成するため旋削加工を行い、外輪軌道２２に高周波熱処理を施す。その後、外輪２０は、外周面２８を旋削仕上げすると共に、外輪軌道２２とシール嵌合部２４に研削加工を施すことによって製作される。

具体的には、まず、図２に示すように、円柱状素材に鍛造加工を施して、軸方向中央部側の内径Ｄｉよりも軸方向両端部側の内径Ｄｏが大径となり、傾斜角度が外輪軌道２２より小さい、一対のテーパー面２５及び一対のテーパー面２５間の円筒面２５ｂを内周面に有し、外周面の軸方向中間部分にフランジ部２１ａを有する１次中間部材（筒状部材）２０Ａを成形する。

外輪２０の鍛造加工は、一般的に、円柱状素材→焼鈍→材料切断→加熱→すえ込み→型鍛造→中抜→トリミングの各工程を備える。通常、外輪２０の鍛造加工は、鋼材をＡ３変態点（略８００℃）以上に熱して柔らかくし、打撃、加圧により塑性変形させる、熱間鍛造で行われる。熱間鍛造加工は、素材を軟らかくしているので、加工の自由度が高く、素材から製品まで大きく形を変形させることができ、また、鍛流線が表面に平行に流れるため、切削品に比べ、製品の靭性と耐久性が強くなる。

また、鍛造加工により形成される外周面２８ａは、型鍛造における型抜きのため、外輪２０の中心線ＣＬに対して、２～３°程の抜き勾配（軸方向中央部側が軸方向両端部側よりも大径）を有するものの、略平行といえる状態に形成されている。

次いで、図３に示すように、１次中間部材２０Ａの一対のテーパー面２５に、軸方向両側から外周面がテーパー形状のパンチ５０を打ち込み、傾斜角度がより大きくなったテーパー面２５ａを拡径により成形し、２次中間部材２０Ｂを得る。該拡径加工により、外周面２８ａも、軸方向中央部側よりも軸方向両端部側が大径となるテーパー状に拡径して形成される。このため、パンチ５０のテーパー形状の傾斜角度は、１次中間部材２０Ａのテーパー面２５の傾斜角度よりも大きく、図１に示す完成品の外輪軌道２２の傾斜角度より小さい。

そして、図４に示すように、２次中間部材２０Ｂに対して、２点鎖線で示す、静止側フランジ２１の側面２１ｂ（懸架装置に取り付けられる面）、軸方向両端面２０ａ，２０ｂ、テーパー面２５ａ、及び円筒面２５ｂを実線で示す形状に旋削加工して３次中間部材２０Ｃに成形する。これにより、テーパー面２５ａは、該旋削加工により外輪軌道２２及びシール嵌合部２４に近似した形状（研削代を残した形状）に加工され、３次中間部材２０Ｃが得られる。

そして、旋削加工を施した３次中間部材２０Ｃの一対の外輪軌道２２（研削代を残した完成品と類似形状）に対して、高周波熱処理を施して熱処理硬化層２３を形成する。ここで、３次中間部材２０Ｃの外周面２８ａは、拡径加工によってテーパー状に形成されているので、高周波熱処理は、外輪２０の両端部側の径方向厚さｔ１と中央部側の径方向厚さｔ２との肉厚差が少ない状態で行われる。即ち、高周波熱処理は、軸方向中央部側での肉厚は従来と実質変わらない一方、軸方向両端部側での肉厚は従来よりも厚い状態で行われるので、両端部側での熱容量が大きくなり、熱処理硬化層２３の硬化層深さが、両端部側が中央部側に比べて大幅に深くなることがない。
なお、本実施形態では、一対の外輪軌道２２間の円筒面２５ｂを残して、高周波熱処理が行われているが、円筒面２５ｂを含んで高周波熱処理が行われてもよい。

そして、図５に示すように、２点鎖線で示す外輪２０の外周面２８ａを実線で示す所定の形状に旋削仕上げして、外輪軌道２２を研削する前の４次中間部材２０Ｄを成形する。ここでは、外周面２８は、外輪２０の中心線ＣＬに対して略平行に旋削されるが、両端部側において硬化層２３の外周面２８への突き抜けが防止されている。即ち、熱処理硬化層２３は、外周面２８ａを旋削した際に、硬化層２３の外周面２８への突き抜けがないような深さに形成されている。
その後、外輪軌道２２を研削加工して、外輪２０の完成品とする。

上述したように、本実施形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０の外輪２０の製造方法は、鍛造加工により、テーパー面２５ａを有する筒状部材２０Ａを成形した後、内周面２２ａを拡径して外周面も軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径とし、中央側と両端部側の肉厚差が少ない状態で外輪軌道２２に高周波熱処理を行うことで、外輪軌道２２の両端部側と中央部側で所望の深さとなる熱処理硬化層２３を形成し、その後、外周面２８を旋削加工している。これにより、複列の外輪軌道２２の中央部側及び両端部側の両側で所望の硬化層深さとなり、外輪軌道２２の軸方向全体に亘って耐圧痕性を向上することができ、且つ、両端部側における外周面２８への硬化層２３の突き抜けを防止することができる。
特に、外輪軌道２２の両端部側でも硬化層２３が深くなることなく、外周面２８への突き抜けを防止できる所望の硬化層深さとされているので、外輪２０の両端部での径方向厚さを薄くすることもできる。

なお、熱間鍛造後の空冷速度をコントロールすることにより、高周波熱処理前の外輪２０の硬度をＨＲＣ２５～３０の範囲に調整して、熱処理硬化層２３の径方向外方部分に存在する非硬化層の強度を高めて、外輪軌道２２の耐圧痕性をより向上するようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本実施形態の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、本実施形態の外輪の製造方法は、高周波熱処理工程が、第１実施形態と異なり、その他については第１実施形態と同様である。

図６に示すように、３次中間部材２０Ｅは、図３に示した２次中間部材２０Ｂに対して、第１実施形態と同様に、静止側フランジ２１の側面２１ｂ、軸方向両端面２０ａ，２０ｂ、内周面２５ａ及び２５ｂに旋削加工を施した後、外輪２０の外輪軌道２２及びシール嵌合部２４（共に研削代を残した完成品と類似形状）に対して、高周波熱処理を同時に施して熱処理硬化層２３を形成する。この場合も、３次中間部材２０Ｃの外周面２８ａは、拡径加工によってテーパー状に形成されているので、高周波熱処理は、外輪２０の両端部側の径方向厚さｔ１と中央部側の径方向厚さｔ２との肉厚差が少ない状態で行われる。したがって、両端部のシール嵌合部２４に熱処理硬化層２３が形成されたにも係わらず、外周面２８ａへの熱処理硬化層２３の突き抜けが防止される。

そして、図７に示すように、２点鎖線で示す外輪２０の外周面２８ａを実線で示す所定の形状に旋削仕上げして、外輪軌道２２及びシール嵌合部２４の研削前の４次中間部材２０Ｆを成形する。
その後、外輪軌道２２及びシール嵌合部２４を研削加工して外輪２０の完成品とする。

これにより、長期間に亘って転がり軸受ユニットに車両の走行に伴う振動が作用しても、シール嵌合部２４が摩耗する虞がなく、シール嵌合部２４に嵌合するシールリング４２を確実に保持できる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法であって、
円柱状素材を鍛造加工し、前記内周面が軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となる筒状部材を成形する鍛造工程と、
前記筒状部材の外周面を軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となるように、前記筒状部材の内周面を拡径する拡径工程と、
前記外輪軌道に高周波熱処理を施し、前記外輪軌道に前記熱処理硬化層を形成する高周波熱処理工程と、
前記高周波熱処理工程後に前記外輪の外周面を所定の形状に旋削仕上げする旋削工程と、
を備える車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
この構成によれば、外輪軌道の中央部側及び両端部側の両側で所望の硬化層深さを有し、且つ、両端部側における外周面への硬化層の突き抜けを防止することができる。

（２） 前記外輪は、前記複列の外輪軌道の軸方向両端側にシール嵌合部をさらに有し、
前記高周波熱処理工程は、前記外輪軌道と共に、前記シール嵌合部も同時に高周波熱処理を施す、（１）に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
この構成によれば、長期間に亘って車輪支持用転がり軸受ユニットに車両の走行に伴う振動が作用しても、シール嵌合部が摩耗する虞がなく、シール嵌合部に嵌合するシールリングを確実に保持できる。

（３） 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットであって、
前記外輪は、（１）又は（２）に記載の製造方法によって製造される、車輪支持用転がり軸受ユニット。
この構成によれば、外輪軌道の中央部側及び両端部側の両側で所望の硬化層深さを有し、且つ、両端部側における外周面への硬化層の突き抜けを防止することができる外輪を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットを提供できる。

１０ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２０ 外輪
２０Ａ １次中間部材（筒状部材）
２０Ｂ ２次中間部材
２０Ｃ、２０Ｅ ３次中間部材
２０Ｄ、２０Ｆ ４次中間部材
２２ 外輪軌道
２３ 熱処理硬化層
２４ シール嵌合部
３０ ハブ
３８ 内輪軌道

Claims (3)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法であって、
   円柱状素材を鍛造加工し、前記内周面が軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となる筒状部材を成形する鍛造工程と、
   前記筒状部材の外周面を軸方向中央部側よりも軸方向両端部側において大径となるように、前記筒状部材の内周面を拡径する拡径工程と、
   前記外輪軌道に高周波熱処理を施し、前記外輪軌道に前記熱処理硬化層を形成する高周波熱処理工程と、
   前記高周波熱処理工程後に前記外輪の外周面を所定の形状に旋削仕上げする旋削工程と、
   を備える車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
2. 前記外輪は、前記複列の外輪軌道の軸方向両端側にシール嵌合部をさらに有し、
   前記高周波熱処理工程は、前記外輪軌道と共に、前記シール嵌合部も同時に高周波熱処理を施す、請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの外輪の製造方法。
3. 内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、前記両外輪軌道と前記両内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数の円すいころと、を備え、少なくとも前記複列の外輪軌道には熱処理硬化層が形成されている車輪支持用転がり軸受ユニットであって、
   前記外輪は、請求項１又は２に記載の製造方法によって製造される、車輪支持用転がり軸受ユニット。

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